JP7138822B2 - 電磁結合制御装置 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、複数の第1の導体パッチを具備し、これら第1の導体パッチが互いに隣り合うもの同士の間にギャップを有して配置される第1のパッチ層と、第1のパッチ層に対して離間して配置されるとともに、複数の第2の導体パッチを具備してこれら第2の導体パッチが互いに隣り合うもの同士の間にギャップを有して配置される第2のパッチ層と、第2のパッチ層を挟んで第1のパッチ層と反対側に設けられるグランド層と、第1の導体パッチの各々に設けられる接続導体であって、複数の第1の導体パッチのうち互いに隣り合う第1の導体パッチからなる組み合わせを少なくとも1つ以上備えるとともに組み合わせが互いに隣り合う導体パッチユニットを、複数の第2の導体パッチのうちの1つの共通の第2の導体パッチに電気的に直流的に接続する接続導体とを具備した周期構造体が開示されている。
特許文献1に開示された周期構造体(以下「従来技術」という。)は、EBG構造を成している。従来技術は、上述の構成を有することにより、互いに異なる2つの周波数の電磁ノイズを抑制する。
そのため、従来技術は、1つの周波数の電磁ノイズを抑制するためのEBG構造と比較して、積層方向に大型なものになってしまうという問題点があった。
図1から図9を参照して、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100について説明する。
図1Aは、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100の構成の一例を示す平面図である。図1Bは、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100の構成の一例を示す正面図である。図1Cは、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100の構成の一例を示す側面図である。
電磁結合制御装置100は、地導体110と、複数のユニットセル120とを備える。
地導体110は、プリント基板等の基板における一方の面(以下「一面」という。)に形成された導体プレーン等の平板状の導体である。
複数のユニットセル120のそれぞれは、地導体110が成す平面に直交する方向(以下「積層方向」という。)における地導体110の一面に配置される。
具体的には、例えば、ユニットセル120は、地導体110が成す平面における互いに異なる少なくとも2つの方向のそれぞれに、等間隔に配置される。
図2は、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100が備えるユニットセル120の構成の一例を示す斜視図である。
図1又は図2に示すように、ユニットセル120は、第1導体パッチ121、第1導体棒122、複数の第2導体パッチ123、及び、複数の第2導体棒124を備える。
具体的には、電磁結合制御装置100には、第1導体層が成す平面に複数の第1導体パッチ121が配置されている。
より具体的には、例えば、電磁結合制御装置100には、第1導体層が成す平面における互いに異なる少なくとも2つの方向のそれぞれに、複数の第1導体パッチ121が等間隔に配置されている。具体的には、複数の第1導体パッチ121は、第1導体層が成す平面において、図1Aに示す矢印Xの方向と、矢印Xの方向に直交する図1Aに示す矢印Yの方向とに等間隔に配置されている。
また、等間隔とは、厳密な等間隔に限定されるものではなく、略等間隔を含むものである。ただし、等間隔は、厳密な等間隔であることが望ましい。以下、等間隔は、略等間隔を含むものとして説明する。
図1又は図2に示す第1導体パッチ121の形状は、積層方向から見て正方形を成しているが、積層方向から見た第1導体パッチ121の形状は、正方形に限定されるものではなく、多角形又は円形等であってもよい。具体的には、積層方向から見た第1導体パッチ121の形状は、正方形、長方形、ひし形、若しくは平行四辺形等の四角形、正三角形、二等辺三角形、若しくは直角三角形等の三角形、5個以上の頂点を有する正多角形等の多角形、又は、正円形若しくは楕円形等の円形等の任意の形状でよい。
複数の第1導体棒122のそれぞれは、第1導体棒122に対応する第1導体パッチ121と地導体110とを電気的に接続する。
図1又は図2に示す第1導体棒122は円柱棒であるが、第1導体棒122は、円柱棒に限定されるものではなく、角柱棒であってもよい。また、第1導体棒122は、円柱形状又は角柱形状に限定されるものではなく、錐台形状、樽形状、又は砂時計形状等であってもよい。
具体的には、ユニットセル120には、第2導体層が成す平面に複数の第2導体パッチ123が配置されている。すなわち、電磁結合制御装置100には、複数の第1導体パッチ121のそれぞれに対して複数の第2導体パッチ123が、第2導体層が成す平面に配置されている。
図1又は図2に示すユニットセル120は、一例として、1個の第1導体パッチ121に対して4個の第2導体パッチ123を備えている。
より具体的には、例えば、電磁結合制御装置100には、第2導体層が成す平面における互いに異なる少なくとも2つの方向のそれぞれに、複数の第2導体パッチ123が等間隔に配置されている。具体的には、複数の第2導体パッチ123は、第2導体層が成す平面において、図1Aに示す矢印Xの方向と、矢印Xの方向に直交する図1Aに示す矢印Yの方向とに等間隔に配置されている。
第2導体パッチ123の形状は、積層方向から見て、第1導体パッチ121の形状と相似形であることが好適である。
図3Aは、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100の構成の一例を示す平面図であって、積層方向から見た第1導体パッチ121及び第2導体パッチ123の形状が正三角形の場合の電磁結合制御装置100の構成の一例を示す平面図である。
図3Bは、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100の構成の一例を示す平面図であって、積層方向から見た第1導体パッチ121及び第2導体パッチ123の形状が正六角形の場合の電磁結合制御装置100の構成の一例を示す平面図である。
図3Cは、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100の構成の一例を示す平面図であって、積層方向から見た第1導体パッチ121及び第2導体パッチ123の形状が正円形の場合の電磁結合制御装置100の構成の一例を示す平面図である。
また、第1導体パッチ121と第2導体パッチ123とは、互いに相似形である場合、互いに異なる2つの方向のそれぞれに等間隔に配置された互いに隣り合う2つの第1導体パッチ121の間隔に対する互いに異なる2つの方向のそれぞれに等間隔に配置された互いに隣り合う2つの第2導体パッチ123の間隔比は、1/2以下であることが好適である。
複数の第2導体棒124のそれぞれは、第2導体棒124に対応する第2導体パッチ123と第1導体パッチ121とを電気的に接続する。
図1又は図2に示す第2導体棒124は円柱棒であるが、第2導体棒124は、円柱棒に限定されるものではなく、角柱棒であってもよい。また、第2導体棒124は、円柱形状又は角柱形状に限定されるものではなく、錐台形状、樽形状、又は砂時計形状等であってもよい。
EBG構造が所定の周波数帯の電磁ノイズを抑制する原理については、周知であるため説明を省略する。
図4は、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100の反射位相特性の一例を示す説明図である。
図4において、実線により示す曲線は、論理計算により求めた電磁結合制御装置100の反射位相特性を示している。
また、図4において、破線により示す曲線は、特許文献1に開示された周期構造体を備えた従来の装置(以下「従来装置」という。)について、論理計算により求めた従来装置の反射位相特性を示している。
図5Aは、従来セル500の斜視図である。図5Bは、図5Aに示す従来セル500を図5Aに示す矢印Xの方向から見た従来セル500の矢視図である。
従来セル500は、1個の大きな導体パッチ501と、4個の小さな導体パッチ502とを備え、導体パッチ501は、導体棒504を介して地導体503に接続され、4個の小さな導体パッチ502のそれぞれは、導体棒505を介して、導体パッチ501に接続されている。
図1又は図2に示す電磁結合制御装置100が備えるユニットセル120では、4個の第2導体パッチ123は、第1導体パッチ121と地導体110との間に配置されているのに対して、従来セル500では、4個の小さな導体パッチ502が、1個の大きな導体パッチ501に対して、地導体503とは反対側に配置されている。
第1導体パッチ121と導体パッチ501とは、積層方向から見て1辺が10.0mm(ミリメートル)の正方形であり、第2導体パッチ123と導体パッチ502とは、積層方向から見て1辺が5.0mmの正方形とする。互いに隣り合う第2導体パッチ123同士の間隔、及び互いに隣り合う導体パッチ502同士の間隔は、1.0mmとし、ユニットセル120及び従来セル500は、積層方向から見て1辺が11.0mmの正方形に収まるものとする。また、第1導体パッチ121、第2導体パッチ123、導体パッチ501、及び導体パッチ502の積層方向の長さ、すなわち、厚みは無視できるものとする。
したがって、従来セル500は、地導体503から積層方向に9.0mmの長さを有するのに対して、ユニットセル120は、地導体110から積層方向に6mmの長さを有する。そのため、ユニットセル120は、従来セル500に対して、積層方向に2/3倍小型にしたものとなる。
図4に示すように電磁結合制御装置100の動作周波数帯域は、2.3GHz(ギガヘルツ)から3.1GHzまでの範囲と、5.5GHzから7.5GHzまでの範囲とになる。また、従来装置の動作周波数帯域は、2.3GHz(ギガヘルツ)から3.4GHzまでの範囲と、5.4GHzから6.9GHzまでの範囲とになる。
このように、電磁結合制御装置100は、従来装置に対して積層方向に小型にしつつ、従来装置と同様に、互いに異なる2つの周波数の電磁ノイズを抑制することができる。
具体的には、例えば、電磁結合制御装置100の動作周波数帯域は、第1導体パッチ121の1辺の長さを変更することにより、調整することができる。
図6は、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100の反射位相特性の一例を示す説明図である。
図6において、実線により示す曲線は、上述の以下の条件に基づいて論理計算により求めた電磁結合制御装置100の反射位相特性を示している。
また、図6において、破線により示す曲線は、上述の条件のうち、第1導体パッチ121の1辺の長さを10.0mmから9.5mmに変更した電磁結合制御装置100について、論理計算により求めた電磁結合制御装置100の反射位相特性を示している。
また、図6において、1点鎖線により示す曲線は、上述の条件のうち、第1導体パッチ121の1辺の長さを10.0mmから9.0mmに変更した電磁結合制御装置100について、論理計算により求めた電磁結合制御装置100の反射位相特性を示している。
このように、第1導体パッチ121の大きさは、特に、高域側の動作周波数帯域に大きく寄与する。
図7は、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100の反射位相特性の一例を示す説明図である。
図7において、実線により示す曲線は、上述の以下の条件に基づいて論理計算により求めた電磁結合制御装置100の反射位相特性を示している。
また、図7において、破線により示す曲線は、上述の条件のうち、第1導体棒122の積層方向の長さを6.0mmから6.5mmに変更した電磁結合制御装置100について、論理計算により求めた電磁結合制御装置100の反射位相特性を示している。
また、図7において、1点鎖線により示す曲線は、上述の条件のうち、第1導体棒122の積層方向の長さを6.0mmから7.0mmに変更した電磁結合制御装置100について、論理計算により求めた電磁結合制御装置100の反射位相特性を示している。
このように、第1導体棒122の積層方向の長さは、特に、高域側の動作周波数帯域の上限値に大きく寄与する。
図8は、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100の反射位相特性の一例を示す説明図である。
図8において、実線により示す曲線は、上述の以下の条件に基づいて論理計算により求めた電磁結合制御装置100の反射位相特性を示している。
また、図8において、破線により示す曲線は、上述の条件のうち、第2導体パッチ123の1辺の長さを5.0mmから4.5mmに変更した電磁結合制御装置100について、論理計算により求めた電磁結合制御装置100の反射位相特性を示している。
また、図8において、1点鎖線により示す曲線は、上述の条件のうち、第2導体パッチ123の1辺の長さを5.0mmから4.0mmに変更した電磁結合制御装置100について、論理計算により求めた電磁結合制御装置100の反射位相特性を示している。
このように、第2導体パッチ123の大きさは、低域側及び高域側の動作周波数帯域に大きく寄与する。
図9は、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100の反射位相特性の一例を示す説明図である。
図9において、実線により示す曲線は、上述の以下の条件に基づいて論理計算により求めた電磁結合制御装置100の反射位相特性を示している。
また、図9において、破線により示す曲線は、上述の条件のうち、第2導体棒124の積層方向の長さを5.0mmから4.5mmに変更した電磁結合制御装置100について、論理計算により求めた電磁結合制御装置100の反射位相特性を示している。
また、図9において、1点鎖線により示す曲線は、上述の条件のうち、第2導体棒124の積層方向の長さを5.0mmから4.0mmに変更した電磁結合制御装置100について、論理計算により求めた電磁結合制御装置100の反射位相特性を示している。
このように、第2導体棒124の積層方向の長さは、特に、動作周波数帯域の低域側の上限値と、動作周波数帯域の高域側の下限値とに大きく寄与する。
このように構成することにより、電磁結合制御装置100は、従来技術のEBG構造と比較して積層方向に小型にしつつ、互いに異なる2つの周波数の電磁ノイズを抑制することができる。
このように構成することにより、電磁結合制御装置100は、従来技術のEBG構造と比較して積層方向に小型にしつつ、互いに異なる2つの周波数の電磁ノイズを抑制することができる。
このように構成することにより、電磁結合制御装置100は、従来技術のEBG構造と比較して積層方向に小型にしつつ、互いに異なる2つの周波数の電磁ノイズを抑制することができる。
このように構成することにより、電磁結合制御装置100は、従来技術のEBG構造と比較して積層方向に小型にしつつ、基板から発生する互いに異なる2つの周波数の電磁ノイズを抑制することができる。
図10から図12を参照して、実施の形態2に係る電磁結合制御装置100aについて説明する。
実施の形態2に係る電磁結合制御装置100aは、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100と比較して積層方向の大きさを同程度にしつつ、互いに異なる3つ以上の周波数の電磁ノイズを抑制するものである。
図10及び図11を参照して、実施の形態2に係る電磁結合制御装置100aの要部の構成について説明する。
なお、図10及び図11に示す電磁結合制御装置100aは、互いに異なる3つの周波数の電磁ノイズを抑制するものである。
電磁結合制御装置100aは、地導体110と、複数のユニットセル120aとを備える。
図11は、実施の形態2に係る電磁結合制御装置100aが備えるユニットセル120aの構成の一例を示す斜視図である。
図10又は図11に示すように、ユニットセル120aは、第1導体パッチ121、第1導体棒122、複数の第2導体パッチ123、複数の第2導体棒124、複数の第3導体パッチ125、及び、複数の第3導体棒126を備える。
図10又は図11において、図1又は図2に示す構成と同様の構成には同一符号を付して説明を省略する。
具体的には、例えば、ユニットセル120aは、地導体110が成す平面における互いに異なる少なくとも2つの方向のそれぞれに、等間隔に配置される。
具体的には、ユニットセル120aには、第3導体層が成す平面に複数の第3導体パッチ125が配置されている。すなわち、電磁結合制御装置100aには、複数の第2導体パッチ123のそれぞれに対して複数の第3導体パッチ125が、第3導体層が成す平面に配置されている。
図10又は図11に示すユニットセル120aは、一例として、1個の第2導体パッチ123に対して4個の第3導体パッチ125を備えている。
より具体的には、例えば、電磁結合制御装置100aには、第3導体層が成す平面における互いに異なる少なくとも2つの方向のそれぞれに、複数の第3導体パッチ125が等間隔に配置されている。具体的には、複数の第3導体パッチ125は、第3導体層が成す平面において、図10Aに示す矢印Xの方向と、矢印Xの方向に直交する図10Aに示す矢印Yの方向とに等間隔に配置されている。
第3導体パッチ125の形状は、積層方向から見て、第2導体パッチ123の形状と相似形であることが好適である。
また、第2導体パッチ123と第3導体パッチ125とは、互いに相似形である場合、互いに異なる2つの方向のそれぞれに等間隔に配置された互いに隣り合う2つの第2導体パッチ123の間隔に対する互いに異なる2つの方向のそれぞれに等間隔に配置された互いに隣り合う2つの第3導体パッチ125の間隔比は、1/2以下であることが好適である。
複数の第3導体棒126のそれぞれは、第3導体棒126に対応する第3導体パッチ125と第2導体パッチ123とを電気的に接続する。
図10又は図11に示す第3導体棒126は円柱棒であるが、第3導体棒126は、円柱棒に限定されるものではなく、角柱棒であってもよい。また、第3導体棒126は、円柱形状又は角柱形状に限定されるものではなく、錐台形状、樽形状、又は砂時計形状等であってもよい。
また、電磁結合制御装置100aは、複数の第1導体パッチ121、複数の第1導体パッチ121のそれぞれに対応する複数の第2導体パッチ123、及び、複数の第2導体棒124により、第2のEBG構造を構成する。電磁結合制御装置100aは、第2のEBG構造により、基板から発生する電磁ノイズのうちの第1の周波数帯とは異なる第2の周波数帯の電磁ノイズを抑制することができる。
また、電磁結合制御装置100aは、複数の第2導体パッチ123、複数の第2導体パッチ123のそれぞれに対応する複数の第3導体パッチ125、及び、複数の第3導体棒126により、第3のEBG構造を構成する。電磁結合制御装置100aは、第3のEBG構造により、基板から発生する電磁ノイズのうちの第1の周波数帯及び第2の周波数帯とは異なる第3の周波数帯の電磁ノイズを抑制することができる。
図12は、実施の形態2に係る電磁結合制御装置100aの反射位相特性の一例を示す説明図である。
図12において、実線により示す曲線は、論理計算により求めた電磁結合制御装置100aの反射位相特性を示している。
第1導体パッチ121は、積層方向から見て1辺が10.0mmの正方形であり、第2導体パッチ123は、積層方向から見て1辺が5.0mmの正方形であり、第3導体パッチ125は、積層方向から見て1辺が2.5mmの正方形とする。互いに隣り合う第2導体パッチ123同士の間隔は、1.0mmであり、互いに隣り合う第3導体パッチ125同士の間隔は、0.5mmであり、ユニットセル120aは、積層方向から見て1辺が11.5mmの正方形に収まるものとする。また、第1導体パッチ121、第2導体パッチ123、及び第3導体パッチ125の積層方向の長さ、すなわち、厚みは無視できるものとする。
したがって、ユニットセル120aにおける積層方向の長さは、実施の形態1に係るユニットセル120における積層方向の長さと同様のものである。
このように、電磁結合制御装置100aは、実施の形態1に係る電磁結合制御装置100と比較して積層方向の大きさを同程度にしつつ、互いに異なる3つ以上の周波数の電磁ノイズを抑制することができる。
なお、電磁結合制御装置100aの動作周波数帯域は、上述の条件を変更することにより調整することができる。
更に、第n導体層は、地導体110と平行、且つ、第n-2導体層と第n-1導体層との間に位置し、第n導体層に配置された複数の第n導体パッチは、複数の第n-1導体パッチのそれぞれに対して複数配置され、且つ、第n導体層が成す平面に配置されるようにユニットセル120aを構成する。
なお、第n-1導体パッチと第n導体パッチとは、互いに相似形であることが好適である。
また、第n-1導体パッチと第n導体パッチとが互いに相似形である場合、第n-1導体パッチに対する第n導体パッチの相似比は、1/2以下であることが好適である。
また、第n-1導体パッチは、第n-1導体層が成す平面における互いに異なる少なくとも2つの方向のそれぞれに等間隔に配置されることが好適である。
また、第n導体パッチは、第n導体層が成す平面における互いに異なる少なくとも2つの方向のそれぞれに等間隔に配置されることが好適である。
また、第n-1導体パッチと第n導体パッチとが互いに相似形である場合、互いに異なる2つの方向のそれぞれに等間隔に配置された互いに隣り合う2つの第n-1導体パッチの間隔に対する互いに異なる2つの方向のそれぞれに等間隔に配置された互いに隣り合う2つの第n導体パッチの間隔比は、1/2以下であることが好適である。
また、第n導体棒の太さは、任意であるが、第n導体棒の太さは、電磁結合制御装置100aが抑制する電磁ノイズの周波数帯の波長よりも十分に小さいことが好適である。
このように構成することにより、電磁結合制御装置100aは、従来技術のEBG構造と比較して積層方向に小型にしつつ、互いに異なる3つ以上の周波数の電磁ノイズを抑制することができる。
このように構成することにより、電磁結合制御装置100aは、従来技術のEBG構造と比較して積層方向に小型にしつつ、互いに異なる3つ以上の周波数の電磁ノイズを抑制することができる。
このように構成することにより、電磁結合制御装置100aは、従来技術のEBG構造と比較して積層方向に小型にしつつ、互いに異なる3つ以上の周波数の電磁ノイズを抑制することができる。
このように構成することにより、電磁結合制御装置100aは、従来技術のEBG構造と比較して積層方向に小型にしつつ、基板から発生する互いに異なる3つ以上の周波数の電磁ノイズを抑制することができる。
Claims (7)
- 地導体と、
前記地導体に平行な第1導体層に配置された複数の第1導体パッチであって、前記第1導体層が成す平面に配置された複数の前記第1導体パッチと、
複数の前記第1導体パッチのそれぞれと前記地導体とを接続する第1導体棒と、
を備えた電磁結合制御装置であって、
前記地導体と平行、且つ、前記地導体と前記第1導体層との間に位置する第2導体層に配置された複数の第2導体パッチであって、複数の前記第1導体パッチのそれぞれに対して複数配置され、且つ、前記第2導体層が成す平面に配置された複数の前記第2導体パッチと、
複数の前記第2導体パッチのそれぞれと、前記第2導体パッチに対応する前記第1導体パッチとを接続する第2導体棒と、
を備えたこと
を特徴とする電磁結合制御装置。 - 前記第1導体パッチと前記第2導体パッチとは、互いに相似形であり、
前記第1導体パッチに対する前記第2導体パッチの相似比は、1/2以下であること
を特徴とする請求項1記載の電磁結合制御装置。 - 前記第1導体パッチは、前記第1導体層が成す平面における互いに異なる少なくとも2つの方向のそれぞれに等間隔に配置され、
前記第2導体パッチは、前記第2導体層が成す平面における互いに異なる少なくとも2つの方向のそれぞれに等間隔に配置され、
前記第1導体パッチと前記第2導体パッチとは、互いに相似形であり、
互いに異なる2つの方向のそれぞれに等間隔に配置された互いに隣り合う2つの前記第1導体パッチの間隔に対する互いに異なる2つの方向のそれぞれに等間隔に配置された互いに隣り合う2つの前記第2導体パッチの間隔比は、1/2以下であること
を特徴とする請求項1記載の電磁結合制御装置。 - 第3導体層から第N(Nは3以上の自然数)導体層までのN-2個の導体層にそれぞれ配置された複数の導体パッチと、
前記第3導体層から前記第N導体層までの導体層にそれぞれ配置された複数の導体パッチのそれぞれについて、第n(nは、3以上且つN以下の自然数)導体層に配置された複数の第n導体パッチのそれぞれと、第n-1導体層に配置された複数の第n-1導体パッチのうちの前記第n導体パッチに対応する前記第n-1導体パッチとを接続する第n導体棒と、
を備え、
前記第n導体層は、前記地導体と平行、且つ、第n-2導体層と前記第n-1導体層との間に位置し、
前記第n導体層に配置された複数の前記第n導体パッチは、複数の前記第n-1導体パッチのそれぞれに対して複数配置され、且つ、前記第n導体層が成す平面に配置されること
を特徴とする請求項1記載の電磁結合制御装置。 - 前記第n-1導体パッチと前記第n導体パッチとは、互いに相似形であり、
前記第n-1導体パッチに対する前記第n導体パッチの相似比は、1/2以下であること
を特徴とする請求項4記載の電磁結合制御装置。 - 前記第n-1導体パッチは、前記第n-1導体層が成す平面における互いに異なる少なくとも2つの方向のそれぞれに等間隔に配置され、
前記第n導体パッチは、前記第n導体層が成す平面における互いに異なる少なくとも2つの方向のそれぞれに等間隔に配置され、
前記第n-1導体パッチと前記第n導体パッチとは、互いに相似形であり、
互いに異なる2つの方向のそれぞれに等間隔に配置された互いに隣り合う2つの前記第n-1導体パッチの間隔に対する互いに異なる2つの方向のそれぞれに等間隔に配置された互いに隣り合う2つの前記第n導体パッチの間隔比は、1/2以下であること
を特徴とする請求項4記載の電磁結合制御装置。 - 前記地導体は、基板の一面に形成された導体プレーンであること
を特徴とする請求項1又は請求項4記載の電磁結合制御装置。
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