JPWO2012093603A1

JPWO2012093603A1 - 電磁波伝播シート

Info

Publication number: JPWO2012093603A1
Application number: JP2012551835A
Authority: JP
Inventors: 康一郎中瀬
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2011-01-04
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2014-06-09
Also published as: WO2012093603A1; US20130293323A1

Abstract

本発明に関する電磁波伝播シートは、第１導体プレーンと、第１導体プレーンと対向し、開口部を複数設けている第２導体プレーンと、第１導体プレーンと第２導体プレーンとの間に設けられた誘電体層と、誘電層の外縁部に設けられている反射素子と、反射素子の外側に覆うように設けられている損失性材料とを備えていることを特徴とする。

Description

本発明は、通信と電力伝送を同時に行う電磁波伝播シートに関する。

近年、有線による通信（一次元通信）と電波による三次元通信以外の新たな通信形態として二次元通信が提案され、一部実用に供されている。二次元通信は、専用の電磁結合素子であるカプラを通信シート上などに置き、任意の場所で通信シート内に電磁波の注入または電磁波の取り出しを行うことを可能とする。
そのため有線による通信と比較して、二次元通信はケーブルレスのすっきりした作業環境を実現でき、電波による通信と比較して、電磁波をシート内に閉じ込めるため拡散による損失が少なく省電力となる利点がある。
特許文献１には誘電層を、プレーン形状の導電層とメッシュ形状の導電層とで挟んだ二次元通信シートの技術が記載されている。上記の二次元通信シートは、通信シート内を伝搬する電磁波をエバネッセント波としてメッシュ開口部から漏出する。そして通信シート上にカプラを設置することで、漏出した電磁波を利用して、通信シート内を伝搬する電磁波を外部へ取り出し、または通信シート内に電磁波の注入を行う。
さらに、この二次元通信技術は、通信のみならず、電力伝送にも応用可能である。高周波電源をカプラに繋ぎ、通信シート内に高周波電力を注入して整流器を備えたカプラを介して電子機器に電力供給を行うことができる。
この方式の特徴として通信システムで使用する電磁波の周波数が限定されず、複数の周波数を利用することが可能であるため、通信に使用する周波数と電力伝送を行う周波数を分けることにより、通信と電力伝送を同時に実現することができる。

国際公開番号：ＷＯ２００７／０３２３３９

特許文献１に記載の通信シートは、シート端部において上下導電層が接続されておらず、開放端の構造となっている。そのため、シート内を伝播する電磁波はシート端部で反射されることにより、シート端部を抵抗体などで終端した場合と比較して電力の損失が少なく省電力を実現できる。
しかしながらその一方で、シート端部での反射があることにより、通信を行う場合は、信号波形が歪んでしまい、高速通信が行えないという問題があった。
本発明は、上記の課題を解決する通信シートを提供することを目的とする。

本発明による通信シートは、電力損失が少ない電力伝送と、高速通信をともに実現することができる。

図１は、第１の実施形態における電磁波伝播シートの断面図である。
図２は、第１の実施形態における電磁波伝播シートの上面図である。
図３は、第１の実施形態における電磁波伝播シートの平面図である。
図４Ａは、第１の実施形態における電磁波伝播シートにおける作用を示す図である。
図４Ｂは、第１の実施形態における電磁波伝播シートにおける作用を示す図である。
図５は、第１の実施形態における反射素子の反射特性を示すグラフである。
図６は、第２の実施形態における電磁波伝播シートの断面図である。
図７は、第２の実施形態におけるマッシュルーム型のＥＢＧ構造を示す図である。
図８は、第３の実施形態における電磁波伝播シートの断面図である。
図９は、第４の実施形態における電磁波伝播シートの断面図である。
図１０は、第４の実施形態における電磁波伝播シートの上面図である。
図１１は、第４の実施形態における終端短絡型４分の１波長線路の反射特性を示す図である。
図１２は、第５の実施形態における電磁波伝播シートの平面図である。
図１３は、第６の実施形態における電磁波伝播シートの断面図である。
図１４は、第６の実施形態における電磁波伝播シートの平面図である。
図１５は、第７の実施形態における電磁波伝播シートの平面図である。
図１６は、第８の実施形態における電磁波伝播シートの上面図である。
図１７は、第７の実施形態における電磁波伝播シートの平面図である。
図１８は、第７の実施形態における電磁波伝播シート１０の一部を切り出した斜視図である。
図１９は、第７の実施形態における電磁波伝播シート１０の一部を切り出した斜視図である。
図２０は、第７の実施形態における電磁波伝播シート１０の一部を切り出した斜視図である。
図２１は、第７の実施形態における電磁波伝播シート１０の一部を切り出した斜視図である。
図２２は、第７の実施形態における電磁波伝播シート１０の一部を切り出した斜視図である。
図２３は、第７の実施形態における電磁波伝播シート１０の一部を切り出した斜視図である。
図２４は、第８の実施形態における電磁波伝播シート１０の一部を切り出した斜視図である。
図２５は、第８の実施形態における電磁波伝播シート１０の一部を切り出した斜視図である。

以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
〔第１の実施形態〕次に、本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態における電磁波伝播シート１０の断面図、図２は上面図である。なお図１の断面図は、図２のＡ−Ａ′位置での切断図である。
〔構造の説明〕図１、２に示すように、本実施形態における電磁波伝播シート１０は、第１導体１と、第２導体２と、誘電層３と、反射素子４と、損失性材料５とを備えている。
本実施形態における電磁波伝播シート１０は、平板状の誘電層３が２層の第１導体１と、第２導体２とで挟まれた構造である。言い換えると、互いに対向する第１導体１と、誘電層３と、第２導体２とが下から順に積層された構造である。なお平板状の誘電層３の材質は特に限定されず、固い材質でもよいし、折り曲げることができるような柔らかい材質でもよい。
第１導体１は、平板形のグランド電位を有する導体プレーンである。また図２は、第２導体２を上面から見た図を示す。図２に示すように、第２導体２は、少なくとも一部に複数の開口部を有するメッシュ状の導体プレーンである。
図３の平面図は、図１のＢ―Ｂ′位置における切断面である。図３に示すように、電磁波伝播シート１０の誘電層３は、外縁部全周にわたって端部近傍に反射素子４を設けている。
反射素子４は、誘電層３内を伝播する特定の周波数帯域（第１周波数帯域）の電磁波を反射するものであればよく、特に限定されない。つまり反射素子４は、上記の特定周波数以外の周波数帯域（第２周波数帯域）の電磁波は、反射を行わず通過させる。
また電磁波伝播シート１０の外側には、外縁部全周にわたって電磁波伝播シート１０の周囲を覆うように損失性材料５を設けている。つまり、反射素子４の外側に、損失性材料５を設けている。図１において損失性材料５は、第１導体１と誘電層３と第２導体２とが積層して構成される電磁波伝播シート１０と同じ厚さであるが、厚さについてはこれに限定されない。
損失性材料５は、反射素子４の阻止帯域外（第２周波数帯域）である電磁波が電磁波伝播シート１０内を伝播し、反射素子４を通過した場合、上記電磁波を吸収し電磁波伝播シート１０内に反射を行わない。なお、損失性材料５が吸収した電磁波は、熱に変換され、電磁波伝播シート１０外部に発散される。
損失性材料５は、例えば導電性損失性材料、誘電性損失性材料、磁性損失性材料などを用いることができる。それぞれ具体的な材料としては、導電性損失材料はカーボン抵抗体、金属酸化物を蒸着させた抵抗皮膜、誘電性損失材料はカーボンゴム、カーボン含有発泡体、磁性損失材料はフェライト焼結体、ゴムフェライトなどが考えられる。しかし上記の材料は、同様な効果を奏するものであれば必ずしも限定されるものではない。
ここで反射素子４が電磁波の反射を行う阻止帯域（第１周波数帯域）の周波数帯は、電磁波伝播シート１０内で電力伝送に使用する第１周波数帯域を含むように設計されている。一方、反射素子４を通過し、損失性材料５で吸収される反射素子４の阻止帯域外（第２周波数帯域）の周波数帯は、電磁波伝播シート１０内において通信で使用する第２周波数を含むように設計されている。
〔作用の説明〕次に、図４Ａと図４Ｂを用いて本実施形態における作用について説明を行う。
図５に示す反射素子４の反射特性の例を参照すると、電磁波伝播シート１０内を伝播する電力伝送に使用する第１周波数帯域は、反射素子４の阻止帯域であるため、反射素子４において反射される。つまり図４Ａに示すように、電磁波伝播シート１０内を伝搬する電力伝送用の電磁波（第１周波数帯域）は、電磁波伝播シート１０の外縁部の端部近傍に配置された反射素子４において反射され、再び電磁波伝播シート１０内部に戻る。
一方、図５に示す反射素子４の反射特性の例を参照すると、電磁波伝播シート１０内を伝播する通信で使用する第２周波数帯域は、反射素子４の阻止帯域外にあるため、反射素子４を透過して損失性材料５まで到達して、吸収されて熱となりシート内部へは戻らない。つまり、図４Ｂに示すように電磁波伝播シート１０内を伝播する通信用の電磁波（第２周波数帯域）は、電磁波伝播シート１０の外縁部に配置された反射素子４を透過し、損失性材料５まで到達して吸収される。
〔効果の説明〕次に、本実施形態における効果について説明を行う。
本実施形態における電磁波伝播シート１０は、外縁部の全周にわたって端部近傍に反射素子４を設けている。そのため、電力伝送に使用する電磁波が反射素子４で反射されることで、特許文献１における通信シートの開放端と同等以上に電力損失が少なく省電力となる。
一方、通信に使用する電磁波は、反射素子４が配置されていると、反射素子４において多重反射してしまうことで、信号波形が歪んでしまい高速通信には適さない。そのため通信を考慮した場合、反射素子４を設けずに電磁波伝播シート１０の外側に損失性材料５などの吸収端を設けることが望ましい。つまり、高速通信に使用する電磁波と電力伝送に使用する電磁波は、異なるシート端部の特性が望まれている。
そこで本実施形態における電磁波伝播シート１０は、反射特性に周波数依存性を持った反射素子４を用いて上記の構造とすることで、電力伝送用の電磁波（第１周波数帯域）は電磁波伝播シート１０端部の反射素子４で反射されるため電力損失が少なく省電力となる。さらに通信用の電磁波（第２周波数帯域）は、反射素子４の阻止帯域外であるため反射素子４を透過し、電磁波伝播シート１０端部近傍に設けられた損失性材料５に吸収され、多重反射を低減することができる。その結果、本実施形態の電磁波伝播シート１０は、電力損失が少ない電力伝送と、高速通信を同時に実現することができる。
〔第２の実施形態〕次に、第２の実施形態について図面を用いて説明する。図６は、本実施形態における電磁波伝播シート１０の断面図である。
〔構造の説明〕第１の実施形態と異なる点は、図６に示すように、本実施形態における電磁波伝播シート１０は、反射素子４がＥＢＧ（ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＢａｎｄＧａｐ）構造６である点である。それ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、第１導体１と、第２導体２と、誘電層３と、損失性材料５とを備えている。
本実施形態における電磁波伝播シート１０は、第１の実施形態と同様に、平板状の誘電層３が２層の第１導体１と、第２導体２とで挟まれた構造である。言い換えると、互いに対向する第１導体１と、誘電層３と、第２導体２とが下から順に積層された構造である。
第１導体１は、平板状のグランド電位を有する導体プレーンである。また図２は、第２導体２を上面から見た図を示す。図２に示すように、第２導体２は、少なくとも一部に複数の開口部を有するメッシュ状の導体プレーンである。
本実施形態におけるＥＢＧ構造６は、図７に示すような、導体ビア７と導体パッチ８とで構成されるマッシュルーム型である。なおＥＢＧ構造６は、第１導体１と第２導体２とで挟まれた誘電層３に設けられており、外縁部全周にわたって端部近傍に設けられている。図３では、ＥＢＧ構造６は３列で配置されているが、列の数についてはこれに限定されない。
導体ビア７は円柱形で、第１導体１と導体パッチ８とを電気的に接続している。導体パッチ８は矩形の平板状で、導体ビア７と電気的に接続しており、第２導体２と対向して設けられている。導体パッチ８の大きさは、第２導体２の開口部より大きい。なお図７では、円柱形の導体ビア７を示しているが、これに限定されず柱状であれば三角柱や四角柱でもよい。同様に、図７では矩形の導体パッチ８を示しているが、これに限定されず円形や、楕円形などでもよい。
〔作用の説明〕次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態におけるＥＢＧ構造６は、いわゆるマッシュルーム型のＥＢＧであり、その単位セルは、第１導体１、導体ビア７、導体パッチ８、第２導体２のうち導体パッチ８と対向している領域により構成される。
詳細に説明するとＥＢＧ構造６は、第２導体２が上側プレーンに相当し、第１導体１が下側プレーンに相当する。また導体パッチ８がマッシュルームのヘッド部分に相当し、導体ビア７がマッシュルームのインダクタンス部分に相当する。そして、上記単位セルが繰り返し、例えば周期的に配列して形成している。
上記構成において、導体ビア７がインダクタンス成分を形成し、第２導体２と導体パッチ８との間でキャパシタを形成する。その結果、特定周波数（第１周波数帯域）において第２導体２と導体パッチ８とが電気的に接続（ショート）していると見なすことができる。このときＥＢＧ構造６は、特定周波数（第１周波数帯域）の電磁波が電磁波伝播シート１０内を伝播するのを抑制し、上記電磁波を伝播方向とは反対方向に反射する。なお、キャパシタを形成しやすくするため、導体パッチ８は第２導体２と対向する位置に設けるとよい。例えば第２導体２のメッシュの交差部と導体パッチ８の中央部とを向かい合わせて配置を行うとよい。
本実施形態では、ＥＢＧ構造６が電磁波を反射させる特定周波数帯域を電力伝送用の第１周波数帯域として、また特定周波数帯域以外に通信用の第２周波数帯域を用いた。なお、ＥＢＧ構造６が反射する特定周波数帯域は、導体パッチ８の大きさ、第２導体２と導体パッチ８間の距離と、誘電率、導体ビア７の径や長さなどにより調節することができる。
〔効果の説明〕本実施形態における電磁波伝播シート１０は、上記の構造とすることで、電力伝送用の電磁波（第１周波数帯域）はＥＢＧ構造６で反射されるため電力損失が少なく省電力となる。さらに通信用の電磁波（第２周波数帯域）は、ＥＢＧ構造６の阻止帯域外であるためＥＢＧ構造６を透過し、電磁波伝播シート１０端部近傍に設けられた損失性材料５に吸収され、多重反射を低減することができる。その結果、本実施形態の電磁波伝播シート１０は、電力損失が少ない電力伝送と、高速通信を同時に実現することができる。
〔第３の実施形態〕次に、第３の実施形態について図面を用いて説明する。図８は、本実施形態における電磁波伝播シート１０の断面図である。
〔構造の説明〕第１の実施形態と異なる点は、図８に示すように、本実施形態における電磁波伝播シート１０は、損失性材料５が導電粒子９と誘電層３とで構成される点である。それ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、第１導体１と、第２導体２と、誘電層３と、反射素子４とを備えている。
本実施形態における損失性材料５は、誘電層３の内部に導電性粒子９を混合して形成する。導電性粒子９は、誘電層３の外縁部全周にわたって一定の範囲で設けられている。なお、導電性粒子９の含有率（混合割合）は、誘電層３の中央部側から端部に近づくに従って徐々に大きくなる。ここで反射素子４などを設ける誘電層３と、導電性粒子９で損失性材料５を構成する誘電層３を連続した同一の材料としてもよい。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に反射素子４は、誘電層３の外縁部全周にわたって一定の範囲で設けられている。なお本実施形態では、損失性材料５が誘電層３に設けられた導電性粒子９で構成されている。反射素子４は、第１、第２実施形態と同じく損失性材料５より内部に設けられている。
〔作用と効果の説明〕次に、本実施形態の作用について説明を行う。
本実施形態は、電磁波伝播シート１０端部に配置していた損失性材料５を、導電性粒子９として誘電層３に内包し、シート端部に近づくほど導電粒子９の混合割合（含有率）を大きくして形成している。このように導電粒子９が混合する割合を変えて損失に勾配をもたせることにより、電磁波伝播シート１０内を伝搬する電磁波に対して広帯域な周波数で反射を抑制することが可能となる。
〔第４の実施形態〕次に、第４の実施形態について図面を用いて説明する。図９は、本実施形態における電磁波伝播シート１０の断面図、図１０は平面図である。なお図９の断面図は、図１０のＡ−Ａ′位置での切断図であり、図１０の平面図は、図９のＢ―Ｂ′位置での切断面である。
〔構造の説明〕第１の実施形態と異なる点は、図９、１０に示すように、本実施形態における電磁波伝播シート１０は、反射素子４が終端短絡型４分の１波長線路１１である点である。それ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、第１導体１と、第２導体２と、誘電層３と、損失性材料５とを備えている。
図９、１０に示すように、本実施形態における電磁波伝播シート１０は、平板状の誘電層３が２層の第１導体１と、第２導体２とで挟まれた構造である。言い換えると、互いに対向する第１導体１と、誘電層３と、第２導体２とが下から順に積層された構造である。第１導体１はグラウンドプレーン、第２導体２はメッシュ状の導体プレーン（メッシュ導体）である。図２に、メッシュ導体を上面から見た図を示す。
本実施形態における電磁波伝播シート１０は、シート端部近傍の誘電層３に、反射素子４として、終端短絡型４分の１波長線路１１を配置している。終端短絡型４分の１波長線路１１は、第１導体板１２と接続部１３とで構成される。
第１導体板１２は、誘電層３の外縁部に沿って設けられている平板状の板である。例えば図１０に示すように、電磁波伝播シート１０の形状が矩形である場合、複数の直線形状である第１導体板１２を配置することで、電磁波伝播シート１０の外縁部に第１導体板１２を設けてもよい。なお第１導体板１２の形状は、これに限定されず、電磁波伝播シート１０の外縁部に沿って設けられていれば、一部に曲線形状を有していてもよい。
第１導体板１２は、第１導体１と第２導体２とに対向しており、誘電層３の内部に設けられている。そして、第１導体板１２の内部から外側（電磁波伝播シート１０の端部）方向に対する長さが、電力伝送に使用する第１周波数帯域の中で反射が最大となる周波数に対応する波長の４分の１、あるいはその奇数倍の長さである。
第１導体板１２は、電磁波伝播シート１０端部に近い側が開放端となっており、遠い側の端部は接続部１３を介して、グランドプレーンである第１導体１と接続している。言い換えると、第１導体板１２の内部（中心部）側の端部において接続部１３と接続し、外部（電磁波伝播シート１０の端部）側の端部が開放端となっている。ここで第１導体板１２の接続部１３との接続点から第１導体板１２の開放端までの長さが、電力伝送に使用する第１周波数帯域のなかで反射が最大となる周波数に対応する波長の４分の１、あるいはその奇数倍の長さである。
終端短絡型４分の１波長線路１１における共振周波数は、電力伝送に使用する第１周波数帯域において反射が最大となる周波数となるように設計されている。そのため、第１周波数帯域の電磁波を反射させて、電磁波伝播シート１０内部に戻す。図１１に終端短絡型４分の１波長線路１１の反射特性の例を示す。
詳細に説明すると、終端短絡型４分の１波長線路１１の入力インピーダンスは、線路長が、電力伝送に使用する第１周波数帯域の反射が最大となる周波数に対応する波長の４分の１、あるいはその奇数倍のときに理論上無限大となり共振する。
図１１では、電力伝送に１次（最低次）の共振にあたる周波数を利用しているが、高次の共振を利用することも可能である。また、通信に使用する第２周波数帯域は、例えば図１１に示すように反射の小さくなる周波数帯域に設定する。
さらに、図９に示すように、終端短絡型４分の１波長線路１１の外側には、損失性材料５を配置している。損失性材料５は、導電性損失性材料、誘電性損失性材料、磁性損失性材料を使うことが考えられる。図１０では、終端短絡型４分の１波長線路１１と損失性材料５は、シート外周を囲うように配置しているが、一部配置されていない場所があってもよい。
〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態の作用・効果について説明する。
電力伝送に使用する第１周波数帯域は、図１１に示すように、終端短絡型４分の１波長線路１１の共振周波数を含むように設定している。そのため電力伝送に使用する第１周波数帯域は、終端短絡型４分の１波長線路１１において反射が大きくなり、電磁波伝播シート１０内を伝搬する電磁波は電磁波伝播シート１０内部に戻る。
また通信で使用する第２周波数帯域は、終端短絡型４分の１波長線路１１において反射が小さくなる周波数を含むように設定されている。そのため電磁波伝播シート１０内を伝搬する電磁波は、シート端部近傍の終端短絡型４分の１波長線路１１を透過して損失性材料５まで到達して、熱となり、シート内部へは戻らない。
本実施形態の電磁波伝播シート１０は、上記構造とすることで、電力伝送用の電磁波は電磁波伝播シート１０端部で反射されるため電力損失が少なく省電力となる。一方、通信用の電磁波は電磁波伝播シート１０端部近傍で吸収され多重反射を低減できるため高速通信を行うのに有利な通信環境を実現できる。
〔第５の実施形態〕次に、第５の実施形態について図面を用いて説明する。図１２は、本実施形態における電磁波伝播シート１０の上面図である。なお図１２の平面図は図１０と同様に、図９のＢ―Ｂ′位置での切断面である。
〔構造の説明〕図１２に示すように、本実施形態における電磁波伝播シート１０は、第４の実施形態と異なる点として、終端短絡型４分の１波長線路１１が複数に分割されている点である。それ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、第１導体１と、第２導体２と、誘電層３と、損失性材料５とを備えている。
本実施形態における電磁波伝播シート１０における終端短絡型４分の１波長線路１１は、第４の実施形態に比べると、電磁波伝播シート１０の外縁部と沿う方向に、複数に分割された形状である。言い換えると、電磁波伝播シート１０の内部から外部（電磁波伝播シート１０の端部）へ向かう方向に終端短絡型４分の１波長線路１１が複数に分割され、それぞれの幅が狭くなっている。なお本実施形態では、電磁波伝播シート１０の一辺に設ける終端短絡型４分の１波長線路１１を５つに分割している。
〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態の作用・効果について説明する。
本実施形態における電磁波伝播シート１０は、図１２示すように、終端短絡型４分の１波長線路１１が外縁部に沿って複数に分割されている。そのため終端短絡型４分の１波長線路１１は、電磁波伝播シート１０の内部から外部に向かう方向の幅が狭くなり（外縁部に沿った方向の長さが短くなり）、導体板１２と第１導体１とで構成される線路の線間容量が小さくなる。その結果、終端短絡型４分の１波長線路１１の特性インピーダンスが大きくなり、入力インピーダンスを大きくすることができる。
第４の実施形態に比べて、終端短絡型４分の１波長線路１１の入力インピーダンスが大きくなると、シート内部を伝搬する電磁波が終端短絡型４分の１波長線路１１を透過しづらくなる。そのため、電力伝送用の第１周波数の電磁波の電力損失が小さくなり省電力となる利点が得られる。
〔第６の実施形態〕次に、第６の実施形態について図面を用いて説明する。図１３は、本実施形態における電磁波伝播シート１０の断面図、図１４は上面図である。なお図１３の断面図は、図１４のＡ−Ａ′位置での切断図であり、図１４の平面図は、図１３のＢ―Ｂ′位置での切断面である。
〔構造の説明〕第４の実施形態と異なる点は、図１３、１４に示すように、本実施形態における電磁波伝播シート１０は、終端短絡型４分の１波長線路１１のかわりに終端開放型２分の１波長線路１４を用いた点である。それ以外の構造、接続関係は、第４の実施形態と同様であり、第１導体１と、第２導体２と、誘電層３と、損失性材料５とを備えている。
本実施形態における電磁波伝播シート１０は、第４の実施の形態において、反射素子４として終端短絡型４分の１波長線路１１を配置していたものを、終端開放型２分の１波長線路１４に置き換えたことを特徴としている。終端開放型２分の１波長線路１４は、第２導体板１５のみで構成され、第１導体１と電気的に接続する接続部１３を設けていない。つまり第２導体板１５は、第１導体１と第２導体２と電気的に接続していない。（電気的に独立している。）
終端開放型２分の１波長線路１４における第２導体板１５は、第４の実施形態の第１導体板１２と同様に、誘電層３の外縁部に沿って設けられている。例えば図１４に示すように、電磁波伝播シート１０の形状が矩形である場合、複数の直線形状の第２導体板１５を配置することで、電磁波伝播シート１０の外縁部に第２導体板１５を設けてもよい。なお第２導体板１５の形状は、これに限定されず、電磁波伝播シート１０の外縁部に沿って設けられていれば、一部に曲線形状を有していてもよい。
第２導体板１５は、第１導体１と第２導体２とに対向しており、誘電層３の内部に設けられている。そして、第２導体板１５の内部から外部（電磁波伝播シート１０の端部）方向に対する長さが、電力伝送に使用する第１周波数帯域の反射が最大となる周波数に対応する波長の２分の１、あるいはその整数倍の長さである。
第２導体板１５は、接続部１３を設けていないため、両端部が開放端となっており、第１導体１、第２導体２とは電気的に接続していない。
終端開放型２分の１波長線路１４における共振周波数は、電力伝送に使用する第１周波数帯域の反射が最大となるように設計されている。そのため、第１周波数帯域の電磁波を反射させて、電磁波伝播シート１０内部に戻す。終端開放型２分の１波長線路１４は、図１１に示す終端短絡型４分の１波長線路１１の反射と類似の特性を示す。
詳細に説明すると、終端開放型２分の１波長線路１４の入力インピーダンスは、線路長が、電力伝送に使用する第１周波数帯域の反射が最大となる周波数に対応する波長の２分の１波長の整数倍のときに理論上無限大となり共振する。
図１１では、電力伝送に１次（最低次）の共振にあたる周波数を利用しているが、高次の共振を利用することも可能である。また、通信に使用する第２周波数は、例えば図１１に示すように反射の小さくなる周波数に設定する。
さらに、図１３に示すように、終端開放型２分の１波長線路１４の外側には、損失性材料５を配置している。損失性材料５は、導電性損失性材料、誘電性損失性材料、磁性損失性材料を用いることが考えられる。図１４では、終端開放型２分の１波長線路１４と損失性材料５は、電磁波伝播シート１０外周を囲うように配置しているが、一部配置されていない場所があってもよい。
〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態の作用・効果について説明する。
電力伝送に使用する第１周波数帯域は、図１１に示すように、終端開放型２分の１波長線路１４の共振周波数を含むように設定している。そのため電力伝送に使用する第１周波数帯域は、終端開放型２分の１波長線路１４において反射が大きくなり、電磁波伝播シート１０内を伝搬した電磁波は電磁波伝播シート１０内部に戻る。
また、通信で使用する第２周波数帯域は、終端開放型２分の１波長線路１４において反射が小さくなる周波数帯域に設定されている。そのため、電磁波伝播シート１０内を伝搬する電磁波は、シート端部近傍の終端開放型２分の１波長線路１４を透過して損失性材料５まで到達して、熱となり、シート内部へは戻らない。
本実施形態の電磁波伝播シート１０は、上記構造とすることで、電力伝送用の電磁波は電磁波伝播シート１０端部で反射されるため電力損失が少なく省電力となる。一方、通信用の電磁波は電磁波伝播シート１０端部近傍で吸収され多重反射を低減できるため高速通信を行うのに有利な通信環境を実現できる。
また本実施形態における終端開放型２分の１波長線路１４は、第４の実施形態に記載の終端短絡型４分の１波長線路１１に比べて、基板面方向に広く設ける必要はあるが、接続部１３を介して第１導体１と電気的に接続する必要はない。そのため、終端短絡型４分の１波長線路１１に比べて、薄型化が可能になり、また製造工程も容易となる。
〔第７の実施形態〕次に、第７の実施形態について図面を用いて説明する。図１５は、本実施形態における電磁波伝播シート１０の上面図である。なお図１５の平面図は図１４と同様に、図１３のＢ―Ｂ′位置での切断面である。
〔構造の説明〕第６の実施形態と異なる点は、図１５に示すように、本実施形態における電磁波伝播シート１０は、終端開放型２分の１波長線路１４が複数に分割されている点である。それ以外の構造、接続関係は、第６の実施形態と同様であり、第１導体１と、第２導体２と、誘電層３と、損失性材料５とを備えている。
本実施形態における電磁波伝播シート１０における終端開放型２分の１波長線路１４は、第６の実施形態に比べると、電磁波伝播シート１０の外縁部に沿う方向に、複数に分割された形状である。言い換えると、電磁波伝播シート１０の内部から外部（電磁波伝播シート１０の端部）へ向かう方向に終端開放型２分の１波長線路１４が複数に分割され、それぞれの幅が狭くなっている。なお本実施形態では、電磁波伝播シート１０の一辺に設ける終端開放型２分の１波長線路１４を５つに分割している。
〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態の作用・効果について説明する。
本実施形態における電磁波伝播シート１０は、図１５示すように、終端開放型２分の１波長線路１４が外縁部に沿って複数に分割されている。そのため終端開放型２分の１波長線路１４は、電磁波伝播シート１０の内部から外部に向かう方向の幅が狭くなる（外縁部に沿った方向の長さが短くなる）ため、第２導体板１５と第１導体１とで構成される線路の線間容量が小さくなる。その結果、終端開放型２分の１波長線路１４の特性インピーダンスが大きくなり、入力インピーダンスが大きくなる。
終端開放型２分の１波長線路１４の入力インピーダンスが大きくなると、電磁波伝播シート１０内部を伝搬する電磁波が終端開放型２分の１波長線路１４を透過しづらくなる。そのため、電力伝送用の第１周波数の電磁波の電力損失が小さくなり省電力となる利点が得られる。
〔第８の実施形態〕次に、第８の実施形態について図面を用いて説明する。図１６は、本実施形態における電磁波伝播シート１０の上面図である。図１９とは電磁波伝播シート１０の一部を切り出した斜視図である。
〔構造の説明〕第２の実施形態と異なる点は、図１６に示すように、本実施形態における電磁波伝播シート１０は、第２導体２にＬ字型スリット１６を設けている点である。それ以外の構造・接続関係は、第２の実施形態と同様であり、第１導体１と、第２導体２と、誘電層３と、損失性材料５とを備えている。
本実施形態における第２導体２は、複数の開口部を有するメッシュ状の導体プレーンの形状であり、その開口部の外縁部に複数のＬ字型スリット１６を設けている。なお図１６では、各辺にそれぞれ３列のＬ字型スリット１６を示しているが、これに限定されない。
第２導体に形成されているＬ字型スリット１６は、同方向に対して周期的に、また互いが接触しないように形成されている。なおＬ字型スリット１６は、複数の開口部の間隔と同じピッチで形成されていることが望ましいが、これに限定はされない。
損失性材料５は、第１導体１と第２導体２と誘電層３の外側を覆うように電磁波伝播シート１０の外縁に設置される。つまり、損失性材料５は、Ｌ字型スリット１６の外縁部に配置されている。
〔作用・効果の説明〕図１７、図１８を用いて作用と効果の説明を行う。なお、図１７は、図１６に示したＬ字型スリット１６の構成を説明する図であり、図１８はＬ字型スリット１６の等価回路図を示す図である。
図１７に示すように、第２導体２に形成されているＬ字型スリット１６は、導体平板１７と、導体平板接続部１８とで構成されていると考えることができる。第１導体１に対向して設けられた複数の導体平板１７が所定の間隔を介して配置されており、隣り合う導体平板１７は導体平板接続部１８を介して電気的に接続している。ここでＬ字型スリット１６の等価回路について考える。
図１８に示すように、Ｌ字型スリット１６において、隣り合う導体平板１７間で第１容量Ｃ１が形成しており、隣り合う導体平板１７を電気的に互いに接続する導体平板接続部１８がインダクタンスＬ１を形成しているとする。そして導体平板１７と第２導体２とのあいだには、第２容量Ｃ２が形成しているとする。
Ｌ字型スリット１６の等価回路における共振周波数は、Ｃ１、Ｃ２、Ｌ１それぞれの大きさによって決まる。この等価回路における共振周波数は、Ｌ字型スリット１６が構成するＥＢＧ構造の阻止帯域周波数である。すなわち、Ｌ字型スリット１６は、メタマテリアルとしての特性を示す。
本実施形態では、電力伝送に使用する第１周波数帯域をＬ字型スリット１６の共振周波数、つまりはＥＢＧ構造の阻止帯域とし、また通信で使用する第２周波数帯域を阻止帯域外となるように、Ｌ字型スリット１６を構成する導体平板１７と導体平板接続部１８の大きさや配置間隔の設計を行う。
図１９に示すように、電磁波伝播シート１０内を伝搬する電力伝送用の電磁波（第１周波数帯域）は、電磁波伝播シート１０の外縁部の端部近傍に配置されたＬ字型スリット１６において反射され、再び電磁波伝播シート１０の内部に戻る。
一方、図２０に示すように電磁波伝播シート１０内を伝播する通信に使用する第２周波数帯域は、ＥＢＧ構造の阻止帯域外にあるため、ＥＢＧ構造を透過して損失性材料５まで到達して、吸収されて熱となりシート内部へは戻らない。
換言すると、電力伝送用の電磁波（第１周波数帯域）はＥＢＧ構造で反射されるため電力損失が少なく省電力となる。さらに通信用の電磁波（第２周波数帯域）は、ＥＢＧ構造の阻止帯域外であるためＥＢＧ構造を透過し、電磁波伝播シート１０端部近傍に設けられた損失性材料５に吸収され、多重反射を低減することができる。
その結果、本実施形態における電磁波伝播シート１０は、第２導体２にＬ字型スリット１６を設ける構造、つまりは第１導体１と第２導体２との間に誘電層３を設けるという２層構造で、上記効果である電力損失が少ない電力伝送と高速通信とを同時に実現することができるため、電磁波伝播シート１０のさらなる薄型化が可能となる。
なお図２１のように損失性材料５を電磁波伝播シート外縁部の第１導体１と第２導体２の間に挿入しても同様の効果が得られる。
なお本実施形態におけるＥＢＧ構造は、２層構造であればＬ字型スリットに限定されない。例えば、図２２に示すような開口部に設けられた島状導体１９と島状導体接続部２０で構成されたＥＢＧ構造や、図２３に示すように開口部内に設けられた導体線路２１で構成されたオープンスタブ型のＥＢＧ構造を適用してもよい。
図２２に示すＥＢＧ構造は、島状導体１９と第１導体１との間で第３容量Ｃ３が形成しており、島状導体１９と第２導体２とを電気的に接続する島状導体接続部２０がインダクタンスＬ３を形成している。
そして図２２に示すＥＢＧ構造の等価回路の共振周波数は、Ｃ３、Ｌ３それぞれの大きさによって決まる。この等価回路の共振周波数が、ＥＢＧ構造の阻止帯域の周波数となる。その結果、第２導体２と島状導体１９は、同層に形成されているため、２層構造で電力損失が少ない電力伝送と、高速通信とを同時に実現することができ、電磁波伝播シート１０のさらなる薄型化が可能となる。
次に図２３に示すオープンスタブ型のＥＢＧ構造は、第２導体２の開口部内に設けられた導体線路２１が、第１導体１とマイクロストリップラインを形成している。そのため図２３に示すＥＢＧ構造の等価回路の共振周波数は、導体線路２１の長さによってきまり、この等価回路の共振周波数が、ＥＢＧ構造の阻止帯域の周波数となる。
その結果、第２導体２と導体線路２１は、同層に形成されているため、２層構造で電力損失が少ない電力伝送と、高速通信を同時に実現することができ、電磁波伝播シート１０のさらなる薄型化が可能となる。なお、図２２と図２３のＥＢＧ構造は開口部に形成されているが、開口部のピッチやサイズは通常の開口部と同じである必要はない。
図２２、２３に示すＥＢＧ構造の共振周波数は、島状導体接続部２０や導体線路２１の長さを変えることによって調節することができるため、島状導体接続部２０と導体線路２１はミアンダ型、スパイラル型を用いることもできる。
〔第９の実施形態〕次に、第９の実施形態について図面を用いて説明する。図２４は、本実施形態における電磁波伝播シート１０の一部を切り出した斜視図である。
〔構造の説明〕第８の実施形態と異なる点は、図２４に示すように、本実施形態における電磁波伝播シート１０は、第１導体１にＬ字型スリット１６を設けている点である。それ以外の構造・接続関係は、第２の実施形態と同様であり、第１導体１と、第２導体２と、誘電層３と、損失性材料５とを備えている。
図２４に示すように、本実施形態における電磁波伝播シート１０は、Ｌ字形スリット１を第１導体１に形成している。つまり第１導体１にＬ字型スリット１６を形成しており、第２導体２は、複数の開口部を有するメッシュ状の導体プレーンである。
〔作用・効果の説明〕本実施形態における電磁波伝播シート１０のように、第１導体にＬ字型スリット１６を形成し、第１導体１に対向する第２導体に開口部を設けた構造、つまりはＬ字形スリット１６の対向する部分をべたパターンとしているためＥＢＧ構造を構成したとしても、第８の実施形態と同様の作用と効果を得ることができる。
また図２５のように損失性材料５は、電磁波伝播シート外縁部の第１導体１と第２導体２の間に挿入しても同様の効果が得られる。
なおＥＢＧ構造は、Ｌ字型スリット１６限定されず、図２２に示すような開口部に設けられた島状導体１９と島状導体接続部２０で構成されたＥＢＧ構造や、図２３に示すように開口部内に設けられた導体線路２１で構成されたオーブンスタブ型のＥＢＧ構造を適用してもよい。
以上、本発明を上記実施の形態及び実施例に即して説明したが、本発明は、上記実施の形態、及び実施例の構成のみに限定されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことはもちろんである。
なお、この出願は、２０１１年１月４日に出願された日本出願特願２０１１−０００１１９と、２０１１年１２月１日に出願された日本出願２０１１−２６３７５２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
［付記１］第１導体プレーンと、前記第１導体プレーンと対向し、開口部を複数設けている第２導体プレーンと、前記第１導体プレーンと前記第２導体プレーンとの間に設けられた誘電体層と、前記誘電層の外縁部に設けられている反射素子と、前記反射素子の外側に覆うように設けられている損失性材料とを備えていることを特徴とする電磁波伝播シート。
［付記２］前記反射素子は、前記誘電層を伝播する所定の周波数帯域の電磁波を反射し、前記損失性材料は、前記誘電層を伝播する前記所定の周波数帯域以外の電磁波を吸収することを特徴とする付記１に記載の電磁波伝播シート。
［付記３］前記所定の周波数帯域の電磁波は、電力伝送用の電磁波であり、前記所定の周波数帯域以外の電磁波は、通信用の電磁波を含むことを特徴とする付記２に記載の電磁波伝播シート。
［付記４］前記の損失性材料は、導電性損失性材料、あるいは誘電性損失性材料、あるいは磁性損失性材料であることを特徴とする付記１乃至３に記載の電磁波伝播シート。
［付記５］前記反射素子は、ＥＢＧ（ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＢａｎｄＧａｐ）構造で構成されていることを特徴とする付記１乃至４に記載の電磁波伝播シート。
［付記６］前記ＥＢＧ構造は、第２導体プレーンと対向して設けられ、前記開口部より大きい導体パッチと前記導体パッチと前記第１導体プレーンとを電気的に接続する導体ビアとで構成されることを特徴とする付記５に記載の電磁波伝播シート。
［付記７］前記損失性材料は導電性粒子を含有する誘電体で構成され、前記誘電体における前記導電性粒子の含有率は、外側方向に徐々に大きくなるように構成されていることを特徴とする付記１乃至４に記載の電磁波伝播シート。
［付記８］前記反射素子は、第２導体プレーンと対向して設けられた第１導体板と前記第１導体板と第１導体プレーンとを電気的に接続する接続部とを備え、前記第１導体板は、前記接続部と接続する箇所から外側に向かって、前記所定の周波数の電磁波に関して４分の１波長、あるいはその奇数倍の長さであることを特徴とする付記１乃至４に記載の電磁波伝播シート。
［付記９］前記反射素子は、第２導体プレーンと対向して設けられた第２導体板とを備え、前記第２導体板は、前記所定の周波数の電磁波に関して２分の１波長、あるいはその整数倍の長さを外側に向かって設けられ、前記第１導体プレーン及び前記第２導体プレーンとは電気的に接続していないことを特徴とする付記１乃至４に記載の電磁波伝播シート。
［付記１０］前記第１導体板、あるいは前記第２導体板は、前記誘電層の外縁部に沿った方向に、複数に分割されていることを特徴とする付記８乃至９に記載の電磁波伝播シート。
［付記１１］前記反射素子は、前記第２導体プレーンに形成されたＬ字型スリットであることを特徴とする付記１乃至４に記載の電磁波伝播シート。
［付記１２］前記反射素子は、前記第１導体プレーンに形成されたＬ字型スリットであることを特徴とする付記１乃至４に記載の電磁波伝播シート。

１第１導体
２第２導体
３誘電層
４反射素子
５損失性材料
６ＥＢＧ構造
７導体ビア
８導体パッチ
９導電性粒子
１０電磁波伝播シート
１１終端短絡型４分の１波長線路
１２第１導体板
１３接続部
１４終端開放型２分の１波長線路
１５第２導体板
１６Ｌ字型スリット
１７導体パッチ
１８導体パッチ接続部
１９島状導体
２０島状導体接続部
２１導体線路

Claims

第１導体プレーンと、
前記第１導体プレーンと対向し、開口部を複数設けている第２導体プレーンと、
前記第１導体プレーンと前記第２導体プレーンとの間に設けられた誘電層と、
前記誘電層の外縁部に設けられている反射素子と、
前記反射素子の外側に覆うように設けられている損失性材料とを備えていることを特徴とする電磁波伝播シート。
前記反射素子は、前記誘電層を伝播する所定の周波数帯域の電磁波を反射し、
前記損失性材料は、前記誘電層を伝播する前記所定の周波数帯域以外の電磁波を吸収することを特徴とする請求項１に記載の電磁波伝播シート。
前記所定の周波数帯域の電磁波は、電力伝送用の電磁波であり、
前記所定の周波数帯域以外の電磁波は、通信用の電磁波を含むことを特徴とする請求項２に記載の電磁波伝播シート。
前記の損失性材料は、導電性損失性材料、あるいは誘電性損失性材料、あるいは磁性損失性材料であることを特徴とする請求項１乃至３に記載の電磁波伝播シート。
前記反射素子は、ＥＢＧ（ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＢａｎｄＧａｐ）構造で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の電磁波伝播シート。
前記ＥＢＧ構造は、第２導体プレーンと対向して設けられ、前記開口部より大きい導体パッチと
前記導体パッチと前記第１導体プレーンとを電気的に接続する導体ビアとで構成されることを特徴とする請求項５に記載の電磁波伝播シート。
前記損失性材料は導電性粒子を含有する誘電体で構成され、
前記誘電体における前記導電性粒子の含有率は、外側方向に徐々に大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の電磁波伝播シート。
前記反射素子は、第２導体プレーンと対向して設けられた第１導体板と
前記第１導体板と第１導体プレーンとを電気的に接続する接続部とを備え、
前記第１導体板は、前記接続部と接続する箇所から外側に向かって、前記所定の周波数の電磁波に関して４分の１波長、あるいはその奇数倍の長さであることを特徴とする請求項１乃至４に記載の電磁波伝播シート。
前記反射素子は、第２導体プレーンと対向して設けられた第２導体板とを備え、
前記第２導体板は、前記所定の周波数の電磁波に関して２分の１波長、あるいはその整数倍の長さを外側に向かって設けられ、前記第１導体プレーン及び前記第２導体プレーンとは電気的に接続していないことを特徴とする請求項１乃至４に記載の電磁波伝播シート。
前記第１導体板、あるいは前記第２導体板は、前記誘電層の外縁部に沿った方向に、複数に分割されていることを特徴とする請求項８乃至９に記載の電磁波伝播シート。