JP4755966B2 - Ｅｂｇ構造体及びノイズフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、ＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造体及びそれを利用したノイズフィルタに関する。

ＥＢＧ構造体とは、所定単位形状を周期的に連結することにより、例えば単位セルの大きさが対象としている電磁波の波長オーダー、あるいは、それから１桁程度小さい場合に、特定の周波数帯域における電磁波の伝播を抑制し得るといった機能を呈するものである。

このＥＢＧ構造体としては、従来、ビアを有する所謂マッシュルーム状導体を備えるものや（例えば、特許文献１参照）、ビアを用いずに構成して製造コストを低減したもの（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。

米国特許第６，５３８，６２１号公報 米国特許公開第２００６／００５００１０Ａ１号公報

ノイズフィルタ用途を念頭においた場合、阻止可能な帯域をできるだけ広くとりたいという一般的要求がある。加えて、実用化に向け、ＥＢＧ構造体のサイズを小さくしたいという要求もある。

そこで、本発明は、広い周波数帯域に亘って良好な阻止特性を有し且つサイズの小さいＥＢＧ構造体及びそれを利用したノイズフィルタを提供することを目的とする。

本発明の発明者らは、種々の実験の結果、磁性体層、即ち、高比透磁率層をＥＢＧ構造体の導体部の少なくとも一部に設けると、阻止特性が低周波数側にも高周波数側にも広がることを見出した。本発明は、かかる知見に基づくものであり、具体的には、以下のような構成を備えるものである。

即ち、本発明は、第１及び第２の主面を有する誘電体基板と、該誘電体基板の前記第１の主面上に形成された一対の大きい正方形及び小さい正方形を所定方向において連結してなるような単位形状を更に前記所定方向において周期的に連結してなるような所定パターンを有する第１導電体層と、前記第１導電体層と前記誘電体基板を挟むようにして前記第２の主面上に形成された一様パターンの第２導電体層とを備えたＥＢＧ構造体において、前記第１及び前記第２導電体層の少なくとも一方に対して磁性体層を付与してなる、ＥＢＧ構造体を提供する。

一般に、ＥＢＧ構造体は、サイズを小さくすると、阻止特性が高周波数側にシフトしていくという性質を有する。従って、同一サイズのＥＢＧ構造体に関して阻止特性を低いほうへシフトさせることができれば、それを利用して、特定の周波数帯域に阻止特性を有し且つ小型なＥＢＧ構造体を構成することができる。

前述のように、本発明によれば、ＥＢＧ構造体を構成する導電体に磁性体層を付与することにより、あるサイズのＥＢＧ構造体に関し阻止特性を低周波数側に広げることができる。従って、これを利用してＥＢＧ構造の小型化を図ることができる。加えて、磁性体層を設けたことにより、阻止特性が高周波数側にも広がっていることから、全体としては、阻止特性の広帯域化が図られている。

以下、本発明の実施の形態によるＥＢＧ構造を備えたノイズフィルタについて図面を用いて詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態によるノイズフィルタは、図１に示されるように、誘電体基板１０と、磁性体層４０を介在させるようにして誘電体基板１０の上面側に形成された第１導電体層２０と、誘電体基板１０の下面に形成された第２導電体層３０とを備えている。

本実施の形態における誘電体基板１０は、ＦＲ−４（耐熱性ガラス基材エポキシ樹脂積層板の一種）からなるものである。

第１導電体層２０は、図２に示されるように、一対の大きい正方形（以下、「パッチ」という）２１及び小さい正方形（以下、「ブランチ」という）２２をｘ方向において連結してなるような形状を単位形状とし、その単位形状をｘ方向に更に周期的に連結してなるようなパターンを有している。詳しくは、パッチ２１とブランチ２２は、単位形状内において、パッチ２１の辺２１ａとブランチ２２の辺２２ａとが同一直線上に存するように、並べられている。その結果、図２に示されるように、ｘ方向に延びる帯に対して、周期的にｙ方向に延びるスリットが入っているような形状となっている。

一方、第２導電体層３０は、誘電体基板１０の下面に一様に配された導体層からなるグランドプレーン電極である。

このような第１導電体層２０及び第２導電体層３０で誘電体基板１０を挟んでなる構造は、いわゆるＥＢＧ構造を構成するので、ポート２５及びポート２６を入力ポート及び出力ポートとして伝送線路として利用すると、特定の周波数帯域のみを阻止領域とするフィルタとして機能する。

ここで、図１に示されるように、本実施の形態においては、誘電体基板１０と第１導電体層２０との間に、磁性体層４０が形成されている。本実施の形態における磁性体層４０は、磁性体粉末と樹脂バインダからなる複合磁性体シートであるが、例えば、フェライト膜などの磁性体膜であっても良い。また、磁性体層４０の位置は、第１導電体層２０の上面であっても良いし、また、第１導電体層２０の上下両面に付与されていても良い。更には、第１導電体層２０ではなく、第２導電体層３０と誘電体基板１０との間に磁性体層４０を介在させることとしても良い。同様に、第２導電体層３０の下面又は上下両面に付与することとしても良い。

このように、第１導電体層２０及び又は第２導電体層３０の少なくとも一方に磁性体層４０を付与することにより、阻止領域を周波数の低いほうにおいても高いほうにおいても広げることができ、全体としては阻止領域の広帯域化を達成することができる。これは、実験により発見できた特性変化であり、正確な原理については未だ検討の余地が残されているものの、概略、磁性体の実数部透磁率μ´が機能して阻止領域をより低周波数側に広げる一方で、高周波数側においては、虚数部透磁率μ″による損失が効いてくることにより、全体としては、上述のように広帯域化が図れているものと思われる。

阻止特性を低周波数側に広げることができたということは、即ち、ＥＢＧ構造のサイズをより小型化することが可能となったということである。従って、本実施の形態によれば、ＥＢＧ構造を利用したノイズフィルタであって、広い阻止特性を有し且つサイズの小さいノイズフィルタを得ることができる。

ここで、本実施の形態における誘電体基板１０は、ＦＲ−４からなるものであったが、ＦＲ−４に代えて、例えば、ＨｆＳｉＯ、ＨｆＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３などのＨｉｇｈ−Ｋ（高比誘電率）材料からなる誘電体膜を備えた基板を用いることとしても良い。第１導電体層２０及び第２導電体層３０間に介在させる誘電体の誘電率を高めると、阻止領域をより低周波数側にシフトさせることができる。従って、サイズの更なる小型化が可能となる。

また、上述した第１の実施の形態においては、第２導電体層３０をグランドプレーン電極としたが、構成を逆さまとして、電源プレーン電極としても良い。

なお、上述した実施の形態によるＥＢＧ構造における第１導電体層２０は、パッチ２１及びブランチ２２からなる単位形状をｘ方向のみに周期的に（即ち繰り返して）配置してなる形状を有するものであったが、図３に示されるように、ｙ方向にも更なるブランチ２２を介在させて周期的に配置し、２次元的な構造としても良い。即ち、Ｌ字の鏡像体状の開口５１がｘ方向及びｙ方向に周期的に存在するように形成された導電体層を第１導電体層としても良い。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態によるノイズフィルタは、第１導電体層２０を図４に示されるように変更した（第１導電体層２０´とした）点を除き、前述の第１の実施の形態と同様である。従って、以下においては、第１導電体層２０´についてのみ説明を加えることとし、その他の構成については説明を省略する。

本実施の形態による第１導電体層２０´は、図４に示されるように、パッチ２１´及びブランチ２２´をｘ方向において連結してなるような形状に対して、２つのスリット２３，２４を加えた形状を単位形状とし、その単位形状をｘ方向に更に周期的に連結してなるようなパターンを有している。詳しくは、パッチ２１´とブランチ２２´は、単位形状内において、パッチ２１´の辺２１´ａとブランチ２２´の辺２２´ａとが同一直線上に存するように、並べられている。

ここで、スリット２３は、ブランチ２２´の辺のうちの辺２２´ａに対向する辺２２´ｂをパッチ２１´の内側に延長するような形状を有している。本実施の形態におけるスリット２３の長さＬ_Ｓ１は、パッチ２１´の一辺の半分である。このように、スリット２３の長さＬ_Ｓ１を長くするとブランチ２２´のインダクタンス成分が増加するため、その結果として、阻止帯域が低周波数側にシフトする。従って、スリット２３は、フィルタの小型化に寄与する。

一方、本実施の形態におけるスリット２４は、パッチ２１´の辺のうち、ブランチ２２´と接する辺２１´ｃ及び２１´ｄに平行となるように形成されている。スリット２４は、パッチ２１´の辺２１´ａと対向する辺２１´ｂからｙ方向に向かうように延びている。このように、本実施の形態においては、単位形状当たり、２つのスリット２３及び２４を形成することとしているが、例えば、スリット２３だけを形成することとしても良い。

なお、本実施の形態においても、第１の実施の形態において図３を用いて例示したように、２次元的に単位形状が繰り返されてなるように第１導電体層２０´を変形しても良い。即ち、第１導電体層２０´においても単位形状の繰り返される方向を、図５に示されるように、ｘ方向及びｙ方向の２方向することとしても良い。即ち、角ばったＣ字状の開口５１´がｘ方向及びｙ方向に周期的に存在するように形成された導電体層を第１導電体層２０´としても良い。

本発明の第１の実施の形態によるノイズフィルタの構成を概略的に示す図である。 図１に示される第１導電体層を拡大して示した上面図である。 図１に示される第１導電体層の変形例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態によるノイズフィルタの第１導電体層を拡大して示した上面図である。 図４に示される第１導電体層の変形例を拡大して示す上面図である。

符号の説明

１０ 誘電体基板
２０ 第１導電体層
２１，２１´ 大きい正方形（パッチ）
２２，２２´ 小さい正方形（ブランチ）
２３，２４ スリット
３０ 第２導電体層
４０ 磁性体層

Claims (10)

1. 第１及び第２の主面を有する誘電体基板と、該誘電体基板の前記第１の主面上に形成された一対の大きい正方形及び小さい正方形を所定方向において連結してなるような単位形状を更に前記所定方向において周期的に連結してなるような所定パターンを有する第１導電体層と、前記第１導電体層と前記誘電体基板を挟むようにして前記第２の主面上に形成された一様パターンの第２導電体層とを備えたＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造体において、前記第１及び前記第２導電体層の少なくとも一方の全面に亘って磁性体層を付与してなる、ＥＢＧ構造体。
2. 前記単位形状は、前記大きい正方形の一辺である第１辺と前記小さい正方形の一辺である第２辺が同一直線上に存するようにして、前記大きい正方形と前記小さい正方形とを連結してなるものである、請求項１記載のＥＢＧ構造体。
3. 前記大きい正方形にはスリットが形成されている、請求項２記載のＥＢＧ構造体。
4. 前記スリットは、前記小さい正方形の辺のうちの前記第２辺と対向する第３辺を、前記大きい正方形の内部に延長するものである、請求項３記載のＥＢＧ構造体。
5. 前記大きい正方形には、当該大きい正方形の辺のうち前記小さい正方形と接する辺に平行な付加的なスリットであって、前記大きい辺のうちの前記第１辺と対向する辺から前記第１辺に向かって延びる付加的なスリットが更に形成されている、請求項３又は請求項４のいずれかに記載のＥＢＧ構造体。
6. 前記第１導電体層は、前記所定方向に直交する方向において、前記所定パターンを更に周期的に連結してなる形状を有している、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のＥＢＧ構造体。
7. 前記磁性体層は、磁性体粉末と樹脂バインダとからなる複合磁性体層である、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のＥＢＧ構造体。
8. 前記第２導電体層は、電源プレーン電極又はグランドプレーン電極である、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のＥＢＧ構造体。
9. 前記誘電体基板は、高比誘電率材料からなる、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のＥＢＧ構造体。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のＥＢＧ構造体を備えたノイズフィルタ。

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