JP6846371B2 - 電磁界バンドストップフィルタ - Google Patents
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Description
これに伴って、上記したモバイル端末を含む無線通信端末・機器からの電波の送受信が広域かつ頻繁に行われるようになり、周辺の他の電子機器・装置への影響が懸念されている。また、デバイスの高機能化によって内部回路の駆動周波数の高周波化が進んでおり、マイクロ波帯での放射ノイズの影響も懸念される。
例えば放射ノイズの周波数帯が300[MHz]で、この放射ノイズの波長λが100[cm]であるとき、共振器を可能な限り小さくした場合でも一辺の長さがおよそ20[cm]以上の単位セル内に共振器を作る必要があり、FSSとして機能させるためには少なくとも数個以上の単位セルが並んでいる必要があるため、数平方メートル以上の広さがないとFSSとして機能させることができなかった。
図1は、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器の適用例を示す図である。図2は、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタのパッチ型副共振器の適用例を示す図である。図3は、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタのリング型副共振器の適用例を示す図である。
本実施形態では、電磁界バンドストップフィルタの主共振器11として図1に示す構造を用い、電磁界バンドストップフィルタのパッチ(矩形導体版)型の副共振器(以下、パッチ型共振器21と称する)として図2に示す構造を用い、電磁界バンドストップフィルタのリング型の副共振器(以下、リング型共振器22と称する)として図3に示す構造を用いている。それぞれの構造については後述する。
各単位構造A1内の極板部11bは、この極板部11bを有する単位構造A1に隣接する他の単位構造A1の極板部11bにそれぞれ隣り合うように配置される。隣り合わせの間隔は、反射すべき周波数を反映する間隔に設定される。
主共振器11の導線部11aの特徴として、幅、例えば外径が可能な限り短くなるように設計されている。
図5に示した例では、導線部11aの一端と他端との間を上記の八の字を描く形状としたことで、方向B1に沿って入射する入射電磁波によって誘起されて方向B1に直交する方向B2に沿う電界により導線部11aを流れる電流の方向B3と、後述のリング型共振器22に流れる電流の方向B4とが、導線部11aの電流経路の一部分とリング型共振器22の電流経路の一部分とが平面的に重なる部分で同じになるように設計されている。
また、図1に例示した、同じ構造を有する2つの主共振器11を用意し、これらを非接触で、平面視で向きをそろえて重ねて配置する構成(副共振器は用いない)でも、共振器のインダクタンスを大きくすることができる。なお、この構成には、各主共振器11を、間隔を空けずに接触させて重ねる構成、および、各主共振器11の配置位置をずらす、つまり、平板方向に沿って変位させる構成は含まない。
上記のように2つの主共振器11を重ねたときの、互いの間隔は、単位構造間の中心同士の間隔である配置間隔の10分の1以下であることが望ましい。これは、共振器の共振波長は、配置間隔と同程度であり、上記の重ねたときの間隔が十分に共振波長を下回るようにするためである。
また、上記のように、2つの主共振器11を平面視で向きをそろえて重ねて配置する構成に限らず、同じ構造を有する3つ以上の主共振器11を用意し、これらを非接触で、平面視で向きをそろえて重ねて配置する構成でも、共振器のインダクタンスを大きくすることができる。
パッチ型共振器21は、平板状をなし、主共振器11の、異なる単位構造A1間で隣り合う極板部11b同士の間の距離よりも長い短辺を有し、極板部11bの長辺以下の長さであって単位構造A1の多角形の各辺に沿って配置される長辺を有する導体板である。
次に、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第1の適用例について説明する。図6は、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第1の適用例を示す図である。
図6に示すように、第1の適用例では、図1に示した主共振器11の極板部11bと図2に示したパッチ型共振器21とを組み合わせて電磁界バンドストップフィルタを構成する。
図6に示した例では、異なる単位構造A1で隣り合う極板部11bの平板部分の少なくとも一部分が、パッチ型共振器21の平板部分の少なくとも一部分との間で面を共有するように、つまり、パッチ型共振器21と上記の隣り合う極板部11bとが重ねて2層になるように配置される。
主共振器11の極板部11bにパッチ型共振器21を組み合わせないときは、単位構造は、図7に示すようにインダクタンスLとキャパシタンスCからなる直列回路として等価的に扱うことができる。
次に、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第2の適用例について説明する。図10は、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第2の適用例を示す図である。
図10に示すように、第2の適用例では、第1の適用例で説明したパッチ型共振器21の長辺の長さL1、短辺の長さL2、または、パッチ型共振器21と極板部11bとの間の距離d1を変更することで、共振器のキャパシタンスの大きさが変化するため、共振器の共振周波数も変化する。パッチ型共振器21と極板部11bとの組み合わせが上記の2層の場合でも3層の場合でも同様である。
次に、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第3の適用例について説明する。図11は、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第3の適用例を示す図である。図12は、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第3の適用例の主共振器の極板部とパッチ型共振器の配置の一例を示す図である。この図12に示した構成は、図11に示した範囲A12で示す箇所の構成に関する。
このように、第3の適用例では、極板部11bに対するパッチ型共振器21の配置位置を変更するだけで、主共振器11を変更する必要なしに共振器の共振周波数をフレキシブルに変更することができる。
次に、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第4の適用例について説明する。図13は、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第4の適用例を示す図である。図14は、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第4の適用例の主共振器の導線部とリング型共振器の配置の一例を示す図である。
図13に示すように、第4の適用例では、図1に示した主共振器11の導線部11aと図3に示したリング型共振器を組み合わせて電磁界バンドストップフィルタを構成する。
図14に示した例では、リング型共振器22は、導線部11aの屈折部が描く輪郭の形状に対応するリング状の形状を有し、共振器のインダクタンスを高めるために、このリング型共振器22のリング状の形状の少なくとも一部分が主共振器11の導線部11aの八の字を描く形状の外周部分の少なくとも一部分と平面的に重なるように配置される。
次に、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第5の適用例について説明する。図15は、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第5の適用例を示す図である。
図15に示すように、第5の適用例では、第4の適用例で説明したリング型共振器22のリングの長辺の長さL11、短辺の長さL12、または、リング型共振器22と導線部11aとの間の距離d2を変更することで、リング型共振器22と導線部11aとが重なる部分に発生する逆方向(方向B11)の磁界による、主共振器11に流れる逆電流の大きさが変化し、実効的なインダクタンスの大きさが変化するため、共振器の共振周波数を変化させることができる。
次に、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第6の適用例について説明する。図16は、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第6の適用例を示す図である。図17は、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第6の適用例の主共振器の導線部とリング型共振器の配置の一例を示す図である。
第6の適用例では、第4の適用例で説明したリング型共振器22の少なくとも一部分を、主共振器11の導線部11aの八の字を描く形状の外周部分と平面的に重なる状態を保った状態で、平面内で、図17に示すように、リング型共振器22の配置位置を、リング型共振器22と導線部11aとが重なる範囲fを残した状態で、導線部11aの長手の平板方向B5、または短手の平板方向B6を矩形導体リングの長辺方向・短辺方向に変位させたとき、主共振器11の八の字型の導線部11aに誘起される逆電流の量が変化し、実効的なインダクタンスの大きさが変化し、共振器の共振周波数が変化する。
次に、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第7の適用例について説明する。図18は、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第7の適用例を示す図である。図19は、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第7の適用例の主共振器の導線部とパッチ型共振器とリング型共振器の配置の一例を示す図である。
図18、19に示すように、第7の適用例では、図1に示した主共振器11と図2に示したパッチ型共振器21と図3に示したリング型共振器22を組み合わせて電磁界バンドストップフィルタを構成する。
次に、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第8の適用例について説明する。この適用例は、第2の適用例で説明した構成と第5の適用例で説明した構成をあわせもつものであり、パッチ型共振器21の各辺の長さ、パッチ型共振器21と極板部11bとの間の距離d1、リング型共振器22のリングの各辺の長さ、リング型共振器22と導線部11aとの間の距離d2を変えることで、共振器のキャパシタンス、実効的なインダクタンスの大きさが変化するため、共振器の共振周波数を変化させることができる。
次に、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの主共振器と副共振器の組み合わせの第9の適用例について説明する。この適用例は、第8の適用例で説明したように、パッチ型共振器21の各辺の長さ、パッチ型共振器21と極板部11bとの間の距離d1、リング型共振器22のリングの各辺の長さ、リング型共振器22と導線部11aとの間の距離d2を変更することで、共振器のキャパシタンス、実効的なインダクタンスの大きさが変化するため、第4の適用例と異なり、キャパシタンスも変化させることができるため、共振時の中心周波数を変えずにQファクタを変化させることが可能である。 次に、本発明の一実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタの共振周波数[GHz]−透過特性S21[dB]の例について説明する。
図21に示した特性は、主共振器11にパッチ型共振器21を組み合わせたときの特性であり、共振周波数は2.0[GHz]である。
図22に示した特性は、主共振器11にリング型共振器22を組み合わせたときの特性であり、共振周波数は2.85[GHz]である。
図23に示した特性は、主共振器11にパッチ型共振器21およびリング型共振器22を組み合わせたときの特性であり、共振周波数は1.95[GHz]である。
このように、主共振器11に副共振器を組み合わせることで、共振周波数を低周波帯域にシフトさせることができることがわかる。
以上の、本発明の一実施形態により、従来技術と比較して、ある周波数帯で使用する電磁界バンドストップフィルタを、より小型化することができる。よって、無線通信に用いられる周波数よりも低い周波数帯(例えば700[MHz]以下)の電磁的情報漏洩に対応する電磁界バンドストップフィルタを、限られた空間内に十分な数で配列することが可能になり、所望の周波数特性を発揮できるようになる。
Claims (6)
- 既定の周波数の電磁波への反射特性を有する複数の単位構造を具備し、
前記複数の単位構造の各々は、
多角形の各辺に沿って互いに非接触で配置される複数の極部と、
前記複数の極部に対して1対1で設けられ、それぞれが一端と他端との間に少なくとも1つの屈折部を有し、前記一端が前記極部に1対1で接合され、かつ前記他端が前記単位構造における前記極部からみた内側の一点で接合される複数の導体部と
を備え、
前記複数の単位構造の各々の極部同士を前記既定の周波数を反映する間隔で隣り合わせ、前記複数の単位構造を規則的に二次元配置し、
前記複数の極部は、平板部分を有し、当該平板部分の長辺が前記多角形の各辺に沿って配置され、
前記隣り合う極部の前記平板部分の少なくとも一部を所定の間隔を空けて覆うように配置されて、前記隣り合う極部が有する電気容量に対し並列に電気容量を付加する導体板をなす副共振器をさらに備える、
電磁界バンドストップフィルタ。 - 前記副共振器と前記極部との間隔は、前記複数の単位構造の配置間隔の1/10以下である、
請求項1に記載の電磁界バンドストップフィルタ。 - 既定の周波数の電磁波への反射特性を有する複数の単位構造を具備し、
前記複数の単位構造の各々は、
多角形の各辺に沿って互いに非接触で配置される複数の極部と、
前記複数の極部に対して1対1で設けられ、それぞれが一端と他端との間に少なくとも1つの屈折部を有し、前記一端が前記極部に1対1で接合され、かつ前記他端が前記単位構造における前記極部からみた内側の一点で接合される複数の導体部と
を備え、
前記複数の単位構造の各々の極部同士を前記既定の周波数を反映する間隔で隣り合わせ、前記複数の単位構造を規則的に二次元配置し、
前記導体部の屈折部は、一端と他端との間で輪郭を描く形状を有し、
前記導体部の屈折部が描く輪郭の形状に対応するリング状の形状を有し、電流が流れたときの前記リング状の形状の少なくとも一部分における電流の方向と、前記導体部に電流が流れたときの当該導体部の屈折部の少なくとも一部分における電流の方向とが同じとなるように、前記リング状の形状の少なくとも一部分が前記導体部の前記屈折部の少なくとも一部分に平面的に重なるように配置される副共振器をさらに備える、
電磁界バンドストップフィルタ。 - 前記副共振器と前記導体部との間隔は、前記複数の単位構造の配置間隔の1/10以下である、
請求項3に記載の電磁界バンドストップフィルタ。 - 前記導体部の短手方向の長さが前記極部の短辺より短い、
請求項3に記載の電磁界バンドストップフィルタ。 - 既定の周波数の電磁波への反射特性を有する複数の単位構造を具備し、
前記複数の単位構造の各々は、
多角形の各辺に沿って互いに非接触で配置される複数の極部と、
前記複数の極部に対して1対1で設けられ、それぞれが一端と他端との間に少なくとも1つの屈折部を有し、前記一端が前記極部に1対1で接合され、かつ前記他端が前記単位構造における前記極部からみた内側の一点で接合される複数の導体部と
を備え、
前記複数の単位構造の各々の極部同士を前記既定の周波数を反映する間隔で隣り合わせ、前記複数の単位構造を規則的に二次元配置し、
前記複数の極部は、平板部分を有し、当該平板部分の長辺が前記多角形の各辺に沿って配置され、
前記導体部の屈折部は、一端と他端との間で輪郭を描く形状を有し、
前記隣り合う極部の前記平板部分の少なくとも一部を所定の間隔を空けて覆うように配置されて、前記隣り合う極部が有する電気容量に対し並列に電気容量を付加する導体板をなす第1の副共振器と、
前記導体部の屈折部が描く輪郭の形状に対応するリング状の形状を有し、電流が流れたときの前記リング状の形状の少なくとも一部分における電流の方向と、前記導体部に電流が流れたときの当該導体部の屈折部の少なくとも一部分における電流の方向とが同じとなるように、前記リング状の形状の少なくとも一部分が前記導体部の前記屈折部の少なくとも一部分に平面的に重なるように配置される第2の副共振器と
をさらに備える、
電磁界バンドストップフィルタ。
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