JPWO2014136595A1 - 構造体、配線基板及び電子装置 - Google Patents

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Abstract

互いに対向して異なる層に配置された第１及び第２の導体プレーンと、第１の導体プレーン及び第２の導体プレーンと異なる層に形成されており、第２の導体プレーンに対向しており、一端が開放端となっている第１の伝送線路（１０３）と、第１の伝送線路（１０３）の他端と第１の導体プレーンとを接続している第１の導体ビア（１０４）と、第１の伝送線路（１０３）と同じ層に形成され、第１の伝送線路（１０３）と並走しており、一端が開放端となっている第２の伝送線路（１０５）と、第２の伝送線路（１０５）の他端と第１または第２の導体プレーンとを電気的に接続する第２の導体ビア（１０６）とを備える構造体。

Description

本発明は、マイクロ波、ミリ波利用装置に用いられる構造体、およびそれを備える配線基板、およびそれを用いた電子装置に関する。
複数の導体プレーンが存在する電子機器では、例えば、デジタル回路のスイッチング時に回路に流れ込む電流により磁場が誘起されたり、スイッチング時に生じる電圧変動により電場が誘起されたりして電磁波が生じる。この電磁波は、導体プレーンにより構成される平行平板線路を伝搬する電磁ノイズとなる。電磁ノイズは回路の動作を不安定にしたり、機器の無線性能を劣化させたりするなどの問題をもたらす。つまり、電磁ノイズを抑える技術を確立することにより、回路の安定性や機器の無線性能を向上させることができる。
上記問題を解決するために用いられてきた従来手法として、デカップリングキャパシタを導体プレーン間に挿入する方法や、大きな島状導体プレーンを作成することを避ける方法等がある。しかし、これらの手法には、以下のような問題点がある。
デカップリングキャパシタを用いた手法では、キャパシタの不可避な寄生インダクタンスにより自己共振周波数を数百ＭＨｚといった高周波にするのは困難である。そのため、通常デカップリングキャパシタを用いた手法は数百ＭＨｚ程度までの周波数にしか適用できず、近年無線通信で用いられているような高周波数帯（例えば２．４ＧＨｚや５．２ＧＨｚ帯）には対応できない。
また、大きな島状導体プレーンを作成することを避ける手法では、導体プレーンを小さくすることにより、導体プレーンの共振を高周波数側にシフトさせることを原理としている。しかし、実際には、同電位の導体プレーンは直流的に接続する必要がある。この接続部を広くとると、小さい導体プレーンでなくなってしまうため、接続部は細くする必要がある。しかし、接続部を細くすることにより該当箇所の自己インダクタンスが増加しスイッチング時の電流流入時の電圧降下が大きくなる。そのため、導体プレーンを小さくするにも実用的な限界がある。
これらの問題点を解決する手法として、例えば特許文献１に挙げられた手法がある。特許文献１に記載の構造はＥＢＧ（electromagnetic bandgap）特性を有する構造（以下、ＥＢＧ構造と記載）であり、電源プレーン間の電磁波ノイズの伝搬の抑制を目的としている。ＥＢＧ構造を用いることにより、ＧＨｚ帯に電磁ノイズ抑制効果を設けることができる。また、さらに導体プレーンを小さな島に分割する手法のように電源プレーンに細工をしていないため、電源プレーン自身の自己インダクタンスの増加を招くこともない。
関連する技術が、特許文献３及び４に開示されている。
米国特許第７２１５００７号明細書 特開２０１０−１０１８３号公報 特開２０１０−１９９８８１号公報 特開２０１１−１６５８２４号公報
近年の電子機器に搭載される無線機能は、複数の周波数帯に対応している場合が多い。また、電子機器において電磁波障害は様々な周波数で問題になる。そのため、ＥＢＧ構造において、広帯域なバンドギャップ特性が得られるのが望ましい。
しかしながら、特許文献１に記載したＥＢＧ構造では、バンドギャップの帯域が構造パラメータの調整以外では、制御ができないという課題があった。特許文献１に記載のＥＢＧ構造は、導体パッチのキャパシタンスと導体ロッドのインダクタンスよりなる直列回路部のインピーダンスがインダクタンスとして振る舞う周波数帯においてＥＢＧ特性を持つ。この帯域は、構造のパラメータを調整することにより、ある程度は制御可能である。しかし、パラメータ調整のみでは、基本的な動作原理は変わらないため、広帯域なバンドギャップ特性を得るためには、サイズを大きくしたり、実用性を損なう実装構造としなければならない。例えば、導体パッチのキャパシタンスを大きくするには、導体パッチを大きくすればよいが、これはサイズの肥大化につながる。
本発明の目的は、上記課題を考慮し、ＥＢＧ構造においてバンドギャップを広帯域化することにある。
本発明によれば、
互いに対向して異なる層に配置された第１及び第２の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンと異なる層に形成されており、前記第２の導体プレーンに対向しており、一端が開放端となっている第１の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを接続している第１の導体ビアと、
前記第１の伝送線路と同じ層に形成され、前記第１の伝送線路と並走しており、一端が開放端となっている第２の伝送線路と、
前記第２の伝送線路の他端と前記第１または前記第２の導体プレーンとを電気的に接続する第２の導体ビアとを備えることを特徴とする構造体が実現される。
また、本発明によれば、上記構造体を有する配線基板が実現される。
また、本発明によれば、上記配線基板を有する電子装置が実現される。
本発明によれば、ＥＢＧ構造においてバンドギャップを広帯域化することができる。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
本実施形態の構造体の一例を示す平面図である。 本実施形態の構造体の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の一例を示す断面図である。 参考例のＥＢＧ構造の等価回路図である。 本実施形態の構造体の原理を説明するための図である。 本実施形態の構造体の効果を説明するための図である。 本実施形態の構造体の効果を説明するための図である。 本実施形態の構造体の効果を説明するための図である。 本実施形態の構造体の効果を説明するための図である。 本実施形態の構造体の効果を説明するための図である。 本実施形態の構造体の効果を説明するための図である。 本実施形態の構造体の効果を説明するための図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の一例を示す平面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す斜視図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す斜視図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す斜視図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す斜視図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す斜視図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す斜視図である。 本実施形態の構造体の単位構造の一例を示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、複数の図面に共通して現れる構成要素については共通の符号を付し、適宜説明を省略する。
＜作用＞
まず、本実施形態の作用について説明する。
問題となる電磁波ノイズは、電源・ＧＮＤプレーンにより構成される平行平板線路を伝搬する電磁波である。以下、本実施形態がどのように作用し、この電磁ノイズを抑制するか、また電磁ノイズを抑制するバンドギャップ帯をどのように広帯域化するのかを説明する。
本実施形態に係る構造体は、特許文献１において導体パッチと導体パッチと対向する導体プレーンによって実現されていたシャント部のキャパシタンスが、オープンスタブとして機能する伝送線路により実現されている点、またオープンスタブとして機能する第１の伝送線路と同層で並走している第２の伝送線路が、第１の伝送線路の入力インピーダンスの周波数特性を変化させている点が特徴である。
第２の伝送線路が存在しない場合、オープンスタブとして振る舞う第１の伝送線路の入力インピーダンス特性は、スタブの長さ（伝送線路長）により決定される。オープンスタブの入力インピーダンスが直列共振状態となる共振周波数を境に、周波数に対し周期的にインダクタンス性となるため、スタブ長を調整することで所望の周波数帯にバンドギャップを生じさせることができる。
本実施形態の上記第１の伝送線路と並走する第２の伝送線路は、第１の伝送線路と電場または磁場、あるいはその双方を介して結合する程度近接して並走しており、第１の伝送線路が形成するオープンスタブの入力インピーダンスの周波数特性に影響を与える。具体的には、オープンスタブの共振周波数に影響を与え、周期的に現れるオープンスタブの入力インピーダンスが直列共振状態となる周波数を２つに分裂させるように機能する。このことが原因となり、第２の伝送線路がない構造と比較し広帯域なバンドギャップ特性が得られる。
＜第１の実施形態＞
まず、本発明に係る構造体の第１の実施の形態の構成について、図１乃至図２６、図３８及び図３９に基づいて説明する。図３８に本実施形態の斜視図の一例を、図１に本実施形態の平面図の一例を、図２、３に本実施形態の断面図の一例を示す。図２は図１におけるＡ−Ａ´の断面図であり、図３は図１におけるＢ−Ｂ´の断面図である。また、図１は図２、３におけるＣ−Ｃ´の平面図である。
図１乃至図３に示すように、本実施形態の構造体は、第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、第１の伝送線路１０３、第１の導体ビア１０４、第２の伝送線路１０５、第２の導体ビア１０６を有している。
第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２は、互いに異なる層に配置されている。第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２は、互いに平行に配置されていてもよい。第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２は、第１の誘電体層１０８を挟んで互いに対向している。ｚ方向に構造体を観察すると、第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２は、少なくとも一部が互いに重なり合っている。
第１の伝送線路１０３は、第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２とは異なる層に形成されている。図示する例の場合、ｚ方向に第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２及び第１の伝送線路１０３がこの順に並ぶように配置されている。第１の伝送線路１０３は、第２の誘電体層１０９を挟んで第２の導体プレーン１０２に対向しており、一端が開放端となっている。ｚ方向に構造体を観察すると、第２の導体プレーン１０２及び第１の伝送線路１０３は、少なくとも一部が互いに重なり合っている。
第１の導体ビア１０４は、第１の伝送線路１０３の他端（開放端と反対側の端部）と第１の導体プレーン１０１とを接続している。なお、第１の伝送線路１０３の他端は、先端部分のみならず、その付近をも含む概念である。すなわち、第１の導体ビア１０４は第１の伝送線路１０３の他端側の先端と接続してもよいし、他端側の先端付近であって先端と異なる部分と接続してもよい。第１の導体ビア１０４は、第２の導体プレーン１０２とは絶縁された状態となっている。
第２の伝送線路１０５は、第１の伝送線路１０３と同じ平面（同じ層）に形成され、一端が開放端となっている。第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５は、少なくとも一部が互いに並走している。例えば、第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５は、少なくとも一部が互いに略平行に延伸していてもよい。
第２の導体ビア１０６は、第２の伝送線路１０５の他端（開放端と反対側の端部）と第２の導体プレーン１０２とを接続している。なお、第２の伝送線路１０５の他端は、先端部分のみならず、その付近をも含む概念である。すなわち、第２の導体ビア１０６は第２の伝送線路１０５の他端側の先端と接続してもよいし、他端側の先端付近であって先端と異なる部分と接続してもよい。第２の導体ビア１０６は、第１の導体プレーン１０１とは絶縁された状態となっている。
本実施形態に係る構造体は、例えば、プリント配線基板内に形成されており、ＥＢＧ特性を有している。この構造体の単位構造１０７は、互いに並走する第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５と、当該第１の伝送線路１０３と接続する第１の導体ビア１０４と、当該第２の伝送線路１０５と接続する第２の導体ビア１０６と、第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２の中の平面視（ｚ方向に観察）で当該第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６と重なる部分を含む一部領域と、を含んでいる。
より詳しく説明すると、構造体は、第１の誘電体層１０８と、第１の誘電体層１０８の厚さ方向の一方側（図２、３中、上側）に積層された第２の誘電体層１０９と、を備えている。第１の導体プレーン１０１は、第１の誘電体層１０８の厚さ方向の他方側（図２、３中、下側）に配置されている。第２の導体プレーン１０２は、第１の誘電体層１０８と第２の誘電体層１０９との間に配置されている。また、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６は、厚さ方向に延伸しており、第２の誘電体層１０９の一方側（図２、３中、上側。第１の誘電体層１０８と対峙していない面側。）から第１の誘電体層１０８の他方側（図２、３中、下側。第２の誘電体層１０９と対峙していない面側。）にかけて延設されている。また、第２の誘電体層１０９の厚さ方向の一方側（図２、３中、上側。第１の誘電体層１０８と対峙していない面側）に第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５が配置されている。本実施形態では、第１の導体ビア１０４は、第１の伝送線路１０３の他端と第１の導体プレーン１０１を接続し、第２の導体ビア１０６は第２の伝送線路１０５の他端と第２の導体プレーン１０２を接続するように設けられている。
第１の伝送線路１０３は、第２の導体プレーン１０２と対向する平面に配設され、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路である。第１の伝送線路１０３は、一端（図２における右側の端部）が開放端となっており、オープンスタブとして機能するように構成されている。第１の伝送線路１０３の他端（図２における左側の端部）と第１の導体プレーン１０１とは厚さ方向に延伸された第１の導体ビア１０４を介して電気的に接続されている。第２の導体プレーン１０２には、第１の導体ビア１０４に対応する位置に第１のクリアランス１１０が設けられており、この第１のクリアランス１１０によって第１の導体ビア１０４と第２の導体プレーン１０２とが電気的に切り離されて電気的に接触していない状態となっている。
また、第２の伝送線路１０５は、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路となっており、第１の伝送線路１０３と同じ平面に形成されている。第２の伝送線路１０５は、第２の導体プレーン１０２と対向する平面に配設され、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路である。第２の伝送線路１０５は、一端（図３における左側の端部）が開放端となっている。他端（図３における右側の端部）は、第１の導体プレーン１０１と、厚さ方向に延伸された第２の導体ビア１０６を介して電気的に接続されている。第２の伝送線路１０５は、一端がショート、一端がオープンの共振器として振る舞う。第１の導体プレーンには、第２の導体ビア１０６に対応する位置に第２のクリアランス１１１が設けられており、この第２のクリアランス１１１によって、第２の導体ビア１０６と第１の導体プレーン１０１とが電気的に切り離されて、電気的に接触していない状態となっている。第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５、第１の導体ビア１０４、第２の導体ビア１０６により、単位構造１０７が構成される。
次に上記した構造体の基本的な動作原理を説明する。図４は、特許文献２に記載のＥＢＧ構造の等価回路図である。図４のような等価回路で記述される導波路構造においては、シャント部３０４がインダクタンス性を示す周波数帯が、大まかなバンドギャップとなる。本実施形態は、特許文献２に記載の構造に、第２の伝送線路１０５により構成される共振器が追加された構成をとる。この共振器がオープンスタブ（第１の伝送線路１０３）と電磁場を介して結合することにより、図４のオープンスタブ（第１の伝送線路１０３）の入力インピーダンスの周波数応答が変化し、バンドギャップの広帯域化が可能となる。第１の伝送線路１０３と新たに追加された共振器（第２の伝送線路１０５）の電磁場的な結合を大きくするために、第１の伝送線路１０３と、第１の伝送線路１０３と並走する第２の伝送線路１０５の間の距離が近い必要がある。具体的には、（１）第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５の間に他の構造物（例えばシグナルビアや信号線等）が存在しない、（２）第１の伝送線路１０３や第２の伝送線路１０５が配設される平面と第２の導体プレーン１０２との間隔をｈとした際、互いに並走する第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５間の間隔（最短距離）が２ｈ以内である、の少なくとも一方の条件を満たすのが好ましい。（２）の条件は、互いに並走する第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５との間隔が２ｈ以下である部分を有する、と換言することができる。この際、並走する部分が長いほど第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５により構成される共振器との電磁場的な結合が大きくなり、本発明の効果をより顕著に得ることができる。そのため、第２の伝送線路の長さをＬ２とした際、望ましくは、Ｌ２／４、また、さらに望ましくはＬ２／２以上の並走部分がある事が好ましい。なお、第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５間の間隔（最短距離）が１．５ｈ以内の条件を満たすのがより好ましい。
また、図１のように第１の伝送線路１０３の他端であり、第１の導体ビア１０４が接続されている端部が、第２の伝送線路の開放端と同じ側に設けられていることが望ましい。すなわち、第１の伝送線路１０３の開放端から他端に向かう方向を第１の方向とし、第２の伝送線路１０５の開放端から他端に向かう方向を第２の方向とすると、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５の互いに並走する部分は、第１及び第２の方向が互いに逆（略１８０°反対方向）を向いていることが望ましい。この条件も、第１の伝送線路１０３と新たに追加された共振器（第２の伝送線路１０５）の電磁場的な結合を大きくするためである。また、この際、新たに追加された共振器（第２の伝送線路１０５）は、第１の伝送線路１０３の長さに起因する共振周波数と近い共振周波数を持つように設計される。
具体的には、例えば、第２の伝送線路１０５が第１の伝送線路１０３の長さと同一程度の長さや、１／３程度の長さを持つような場合が相当する。例えば、第２の伝送線路１０５の長さを第１の伝送線路１０３の長さの１／（２ｎ−１）程度の長さとしてもよい（ｎは自然数）。この際、第２の伝送線路１０５の長さは、厳密に先に記述したような長さである必要はない。例えば、第１の伝送線路１０３の長さをＬとしたとき、第２の伝送線路１０５の長さは、（Ｌ−Ｌ／８）以上（Ｌ＋Ｌ／８）以下や、（Ｌ／３−Ｌ／８）以上（Ｌ／３＋Ｌ／８）以下のように幅を持った値に収まっていれば良い。
また、上記では、第１の伝送線路１０３の長さを基準にして、第２の伝送線路１０５の長さを規定したが、第１の伝送線路１０３にキャパシタやインダクタンスを付加する構造が取り付けられたり、第２の伝送線路１０５と第１の伝送線路１０３の実効誘電率が異なっている際には、第１の伝送線路１０３の長さを基準にして単純に第２の伝送線路１０５の長さを規定することはできない。こうした場合には、第１の伝送線路１０３が直列共振状態となる共振周波数を考慮し、第２の伝送線路の長さを規定したり、第２の伝送線路１０５にキャパシタやインダクタンスを設けて第２の伝送線路１０５の共振周波数を設計する必要が生じる。
以下、新たに追加された共振器が元のオープンスタブ（第１の伝送線路１０３）の入力インピーダンスの周波数応答をどのように変化させるかを説明する。
新たに追加された共振器は、第１の伝送線路１０３であるオープンスタブと磁場、電場もしくはその両方を介して結合する。また、第１の伝送線路１０３であるオープンスタブは、バンドギャップが始まる周波数付近では近似的に直列共振器の等価回路モデルとして記述することができる。そのため、本実施形態の構造では、バンドギャップが始まる周波数帯付近において、図４のオープンスタブの入力インピーダンスＺｉｎを、図５の等価回路の入力インピーダンスに置き換えることにより記述される。
図５の等価回路は、第１の伝送線路１０３であるオープンスタブを表す等価回路モデルに、第２の伝送線路１０５による新たに追加された共振器が相互インダクタンスＬｍ、相互キャパシタンスＣｍで結合した構成となっている。図５中の交流電源は、本実施形態では、第１の伝送線路１０３であるオープンスタブを励振する電磁ノイズと想定され、抵抗Ｒ１、Ｒ２は、導体損や誘電体損によるロスを等価回路モデル化したものである。
図７は図５の等価回路において、Ｌ１＝Ｌ２、Ｃ１＝Ｃ２、Ｒ１＝Ｒ２、Ｌｍ＝０．５ｎＨ、Ｃｍ＝０Ｆとし、磁場による結合のみを考慮した際の、Ｚｉｎの虚部のグラフである。この際、２つの共振器（第１の伝送線路１０３による共振器と第２の伝送線路１０５による共振器）の共振周波数は同じである。
図６は図７を計算した際のパラメータにおいてＬｍの値を０とし、２つの共振器間の結合をなくした際のＺｉｎの虚部のグラフであり、特許文献２に記載の構造のオープンスタブの入力インピーダンスの虚部に対応している。Ｚｉｎの虚部が０になる周波数は、結合がない場合（図６）では単一であったのに対し、結合がある場合（図７）では、２つに分裂していることが分かる。本実施形態の構造における大まかなバンドギャップ周波数は、Ｚｉｎとビアによるインピーダンスの和Ｚｉｎ＋ｊωＬｖｉａの周波数特性により見積もれる。
図８及び図９に、Ｌｖｉａ＝１ｎＨとした際のＺｉｎ＋ｊωＬｖｉａの虚部の周波数特性を示す。図８及び図９はそれぞれ図６及び図７に示した入力インピーダンスＺｉｎにｊωＬｖｉａを足したものである。先ほど述べたようにシャント部のインピーダンスＺｉｎ＋ｊωＬｖｉａがインダクタンス性となる周波数帯がバンドギャップ周波数帯となる。図８及び図９から分かるとおり、図９では、新たな共振器の存在が原因となり、バンドギャップの下端周波数が低周波化し、結果、バンドギャップ帯域が拡大していることが分かる。
図１０乃至図１２に、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２を励振した時の本実施形態の構造体を実装した評価基板の実測結果を示す。これらの実測結果は、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２により構成される平行平板線路の伝搬特性（Ｓ２１の絶対値）を表す。図１０は、第２の伝送線路１０５、第２の導体ビア１０６がない構造体の伝搬特性の測定結果であり、リファレンスとなる測定結果である。図１１及び図１２が本実施形態の構造体を実装した評価基板の伝搬特性の測定結果である。図１１は、第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５の距離が１３０μｍの場合であり、図１２は第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５の距離が１００μｍとした構造に対する測定結果である。評価基板のその他の構造パラメータは、第１の誘電体層１０８の厚み５００μｍ、第２の誘電体層１０９の厚み１００μｍ、第１の伝送線路１０３の線路幅１３０μｍ、第２の伝送線路１０５の線路幅１３０μｍ、第１の伝送線路１０３の線路長６ｍｍ、第２の伝送線路１０５の線路長６ｍｍとなっており、基板材料は、ＦＲ４である。リファレンスとなる測定結果（図１０）のバンドギャップ帯を図１０乃至図１２すべてにおいて影で示す。これらの図から分かる通り、図１１及び図１２では、図１０と比較し、バンドギャップ帯域が広帯域化していることが分かる。図１１と図１２の比較では、伝送線路間の距離が近い図１２の方が、伝送線路同間の結合がより強く起こり、バンドギャップの開始周波数がより低周波数化している。これらより、本実施形態が現実の基板においても正しく動作することが分かる。
なお、上記した本実施形態では、図２及び図３に示すように、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５の配設される平面の上部に構造がない場合を示したが、本実施形態は、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５の配設される平面の上部に構造があってもよい。例えば、図１３及び図１４示すように、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５の配設される平面の上部に、誘電体層（第３の誘電体層９０１）を設けてもよい。この第３の誘電体層９０１を設けることにより、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５の実効比誘電率を増加させることができる。オープンスタブの入力インピーダンスの周波数依存性は、オープンスタブを伝搬する電磁波の波長に影響を受ける。そのため、第３の誘電体層９０１がある構造では、ない構造と比較し、より短い伝送線路長で同一の帯域にバンドギャップを設けることが可能である。したがって、小型化が可能となる。
本実施形態の構造体の小型化を目的にする場合、第３の誘電体層９０１として誘電率の大きな誘電体材料を用いることが好ましい。ただし、構造の小型化を目的としない際には、どのような誘電体材料を用いてもよい。つまり、更に上部に層を積層していく場合は、どのような誘電体材料でも良い。また、例えば、図１５及び図１６に示すように、第３の誘電体層９０１の上部にさらに、第３の導体プレーン１００１があってもよい。この場合、第３の導体プレーン１００１により、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５が遮蔽されるため、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５からの不要な電磁放射を抑えることができる。また、当然、さらに上部、または、下部に誘電体層、導体層が積層されていてもよい。
また、本実施形態では、図２及び図３に示すように、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６として、貫通ビアを用いる場合を示したが、非貫通のビアを用いてもよい。この場合、図３に対応した単位構造の断面図は、図１７のようにすることができる。この場合の本実施形態の構造体の斜視図の一例を図３９に示す。この場合、第１の導体プレーン１０１にクリアランス１１１を設ける必要がないため、クリアランスからの不要な電磁放射を抑えることができる。
また、第１の伝送線路１０３は一端が開放端になっており、他端が第１の導体ビア１０４に接続されていれば、どのような配置・形状でも本実施形態の本質的な効果に何ら影響を与えるものではない。本実施形態では、図１に示すように、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５が周囲のクリアランス等と干渉しないようにｘ軸と平行に配置した場合を示したが、ｘ軸、y軸と一定の角度を持つように配置されていてもよいし、全く乱雑に配置してもよい。
また、本実施形態では、図１に示すように第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が直線形状の場合を示したが、例えば、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５を図１８に示すようなミアンダ形状や、図１９に示すようなスパイラル形状としてもよい。この場合、小さい実装面積で伝送線路長を確保することが可能となる。また、全く不規則に引き回した形状にしてもよい。この場合、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５を、別の構造物（例えば別の単位構造の伝送線路等）を避けて配設することもできる。
また、上記した本実施形態では、第２の伝送線路１０５の伝送線路長が、第１の伝送線路１０３の伝送線路長に比較的近い場合について記述してきた。このような場合には、第１の伝送線路１０３の第ｎ共振周波数と、第２の伝送線路１０５の第ｎ共振周波数（ｎは自然数）が一致する為、第１バンドギャップ、第２バンドギャップ等、全てのバンドギャップ帯において、バンドギャップの広帯域化の効果が得られる。本実施形態の効果を得るためには、第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５の伝送線路が必ずしも比較的近い長さとなっている必要はなく、第２の伝送線路１０５の伝送線路長を、第１の伝送線路１０３の伝送線路長と比べて短くした構成や、長くした構成とすることもできる。
図２０は、第２の伝送線路１０５を第１の伝送線路１０３の伝送線路長と比較し短くした場合の単位構造の一例の図である。この際、第２の伝送線路１０５の伝送線路長を、第１の伝送線路１０３の第ｎ共振（ｎは自然数）に対応した長さである第１の伝送線路１０３の長さの１／（２ｎ−１）程度に合わせておくことにより、第ｎバンドギャップ以降のバンドギャップに対して広帯域化の効果を得ることができる。ｎを２以上とした場合、第２の伝送線路１０５の長さがｎ＝１の場合である第１の伝送線路１０３の長さと同程度より短くすることができるため、本実施形態の効果をより狭い実装面積で得ることが可能となる。上記では、第１の伝送線路１０３の長さを基準にして、第２の伝送線路１０５の長さを規定したが、第１の伝送線路１０３にキャパシタやインダクタンスを付加する構造が取り付けられたり、第２の伝送線路１０５と第１の伝送線路１０３の実効誘電率が異なっている際には、第１の伝送線路１０３の長さを基準にして単純に第２の伝送線路１０５の長さを規定することはできない。こうした場合には、第１の伝送線路１０３が直列共振状態となる共振周波数を考慮し、第２の伝送線路１０５の長さを規定したり、第２の伝送線路１０５にキャパシタやインダクタンスを設けて第２の伝送線路１０５の共振周波数を設計する必要が生じる。
また、１つの第１の伝送線路１０３に複数の第２の伝送線路１０５が並走するように配置することができる。例えば、第１の伝送線路１０３に並走している第２の伝送線路１０５Ａに加えて、さらに第２の伝送線路１０５Ｂが第１の伝送線路１０３もしくは第２の伝送線路１０５Ａに並走した形で設けられた構成も考えることができる。
図２１は、第１の伝送線路１０３に第２の伝送線路１０５Ａ及び第２の伝送線路１０５Ｂが並走している場合の一例の図である。この際、第２の伝送線路１０５Ｂは、一端が開放端となっており、他端に第２の導体ビア１０６Ｂが設けられ第２の導体プレーン１０２と電気的に接続されている。第１の伝送線路１０３の共振周波数に対して、近接した共振周波数を持つ２つの第２の伝送線路１０５Ａ及び１０５Ｂが、第１の伝送線路１０３に並走している場合、１つの第２の伝送線路１０５のみが並走していた場合には２つに分裂していた単一の共振周波数が、３つに分裂することになり、さらなるバンドギャップの広帯域化が可能となる。
また、図２１では、第２の伝送線路１０５Ａと第２の導体プレーン１０２を接続する第２の導体ビア１０６Ａ、および第２の伝送線路１０５Ｂと第２の導体プレーン１０２を接続する第２の導体ビア１０６Ｂが、別々に存在している場合を示したが、図２２に示すように、同一の第２の導体ビア１０６で、第２の伝送線路１０５Ａおよび第２の伝送線路１０５Ｂを第２の導体プレーン１０２と電気的に接続してもよい。この際、２つの第２の伝送線路１０５Ａ及び１０５Ｂは、共有している第２の導体ビア１０６の箇所で接続されたような構成となる。
また、さらに、３つ以上の第２の伝送線路１０５が１つの第１の伝送線路１０３と並走して配設されている構成も考えることができる。この際、３つ以上の第２の伝送線路１０５のそれぞれは一端が開放端となっており、他端は第２の導体ビア１０６と接続し、第２の導体プレーン１０２と電気的に接続されている。なお、第２の導体ビア１０６は、３つ以上の第２の伝送線路１０５のうちのいくつかで共有していても良い。この場合、第１の伝送線路１０３と近接した共振周波数をもつ並走した第２の伝送線路１０５の数だけ、単一の共振周波数が分裂することとなり、さらなるバンドギャップの広帯域化が可能となる。この際、並走している多数の第２の伝送線路１０５は、第１の伝送線路１０３の伝送線路長と近い伝送線路長を持つ必要はない。例えば、第２共振である、第１の伝送線路１０３の長さの１／３に近い長さ等を持っていてもよい。
上記では、第１の伝送線路１０３の長さを基準にして、第２の伝送線路１０５の長さを規定したが、第１の伝送線路１０３にキャパシタやインダクタンスを付加する構造が取り付けられたり、第２の伝送線路１０５と第１の伝送線路１０３の実効誘電率が異なっている際には、第１の伝送線路１０３の長さを基準にして単純に第２の伝送線路１０５の長さを規定することはできない。こうした場合には、第１の伝送線路１０３が直列共振状態となる共振周波数を考慮し、第２の伝送線路１０３の長さを規定したり、第２の伝送線路１０５にキャパシタやインダクタンスを設けて第２の伝送線路１０５の共振周波数を設計する必要が生じる。
また、上記した本実施形態では、第１の導体ビア１０４と接続される伝送線路がただ１つの第１の伝送線路１０３である場合について、記述してきた。これに対し、１つの第１の導体ビア１０４に複数の第１の伝送線路１０３を接続することができる。図２３に示す例では、第１の導体ビア１０４に第１の伝送線路１０３Ａ、及び、第１の伝送線路１０３Ｂを接続している。第１の伝送線路１０３Ａ及び１０３Ｂは、一端が開放端であり、他端が第１の導体ビア１０４と接続されている。第１の伝送線路１０３Ａ及び１０３Ｂは、各々、第２の伝送線路１０５Ａ及び１０５Ｂと並走している。
第１の伝送線路１０３Ａ及び１０３Ｂの伝送線路長が異なる場合には、第１の伝送線路１０３Ａの長さに起因したバンドギャップ群と、第１の伝送線路１０３Ｂの長さに起因した別のバンドギャップ群を生じることになる。こうした場合には、第１の伝送線路１０３Ａに並走する第２の伝送線路１０５Ａだけでなく、第１の伝送線路１０３Ｂと並走する第２の伝送線路１０５Ｂが設けられた構成とすることができる。並走する第２の伝送線路１０５Ｂは、一端が開放端となっており、他端が第２の導体ビア１０６Ｂを介して第２の導体プレーン１０２と接続されている。並走する第２の伝送線路１０５Ｂにより構成される共振器は、第１の伝送線路１０３Ｂと近い共振周波数を持つ。例えば、並走する第２の伝送線路１０５Ｂの長さが第１の伝送線路１０３Ｂの長さの１／（２ｎ−１）程度の場合である。この際、並走する第２の伝送線路１０５Ｂは、第１の伝送線路１０３Ｂに起因するバンドギャップ群を広げるように動作する。
また、本実施形態の第１の伝送線路１０３に、図２４のようにキャパシタンスを付加するような構造体１８０１が取り付けられた構成も考えることができる。こうした構成では、キャパシタンスを付加する構造体１８０１により、第１の伝送線路１０３に起因する共振周波数が変化し、バンドギャップ周波数も変化する。こうした場合では、第２の伝送線路１０５の伝送線路長は、第１の伝送線路１０３の長さを基準に単純に決定することはできない。第１の伝送線路１０３が構成する共振器の共振周波数を考慮し、それと第２の伝送線路１０５が構成する共振器の共振周波数が近い値となるように第２の伝送線路１０５の長さ等のパラメータを設計する必要がある。こうした構成の場合、キャパシタンスを付加する構造体１８０１により、第１の伝送線路１０３の電気長が延長する為、構造の小型化が可能となる。また、ここでは、第１の伝送線路１０３側にキャパシタンスを付加する構造体１８０１が取り付けられた構成について示したが、図２５に示すように第２の伝送線路１０５側にキャパシタンスを付加する構造体１９０１が取り付けられている構成も考えることができる。上記では、キャパシタンスを伝送線路に付加した構成について記述したが、インダクタンスを付加した構成も当然考えることができる。
また、上記した本実施形態では、第１の伝送線路１０３と第１の導体ビア１０４との接続端と、第２の伝送線路１０５の開放端が同一の側にある場合について記述してきたが、図２６のように第１の伝送線路１０３の開放端と第２の伝送線路１０５の開放端が同一の側にある構成も考えることができる。すなわち、第１の伝送線路１０３の開放端から他端に向かう方向を第１の方向とし、第２の伝送線路１０５の開放端から他端に向かう方向を第２の方向とすると、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５の互いに並走する部分は、第１及び第２の方向が互いに同じ方向を向いていてもよい。
また、図１には単位構造１０７が全て同一の構成をしているような場合を一例として示したが、上記に記したような様々な構成の単位構造が混在していても良い。また、当然、上記した様々な構成の組み合わせによって実現される単位構造も考えることができる。
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明に係る構造体の第２の実施の形態の構成について、図２７乃至３０、図４０及び図４１に基づいて説明する。図２７乃至３０は本実施形態の構造体の単位構造の断面図の一例である。図４０及び図４１は本実施形態の構造体の単位構造の斜視図の一例である。なお、本実施形態の構造体は、上述した第１の実施形態の構造体の変形例であり、上述した第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。本実施形態も第１の実施形態と同様の作用効果を実現することができる。
本実施形態の構造体は、図２７及び図２８の断面図に示すように、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２とで挟まれた領域に設けられている点が第１の実施形態とは異なる。この場合の本実施形態の構造体の斜視図の一例を図４０に示す。詳しく説明すると、本実施形態の構造体は、第１の誘電体層１０８と第２の誘電体層１０９とが積層しており、第１の誘電体層１０８の第２の誘電体層１０９と対峙していない面側に第１の導体プレーン１０１が配設され、第２の誘電体層１０９の第１の誘電体層１０８と対峙していない面側に第２の導体プレーン１０２が配設されている。すなわち、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２により、第１の誘電体層１０８及び第２の誘電体層１０９が挟まれている。そして、第１の誘電体層１０８と第２の誘電体層１０９に挟まれた中間層に、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が配設されている。第１の伝送線路１０３は第２の導体プレーン１０２と対向する平面に配設されて、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路である。この第１の伝送線路１０３は、第１の実施形態における第１の伝送線路１０３と同様に、その一端がオープン端となっており、オープンスタブとして機能する。第１の伝送線路１０３の他端は、第１の導体ビア１０４を介して第１の導体プレーン１０１と電気的に接続されている。さらに、第１の伝送線路１０３と同一の層に第１の伝送線路１０３と並走するように設けられた第２の伝送線路１０５の一端はオープン端となっており、他端は第２の導体ビア１０６を介して第２の導体プレーン１０２と電気的に接続されている。この際、第２の伝送線路１０５を含んで構成される共振器の共振周波数が第１の伝送線路１０３の長さに起因する共振周波数と近い共振周波数を持つように設計する。例えば、第２の伝送線路１０５が第１の伝送線路１０３の長さの、１／（２ｎ−１）程度の長さを持つように設計する。
本実施形態における単位構造１０７の配置、および第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５の配置・形状、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６の配置は上述した第１の実施形態と同様である。
本実施形態の構造体では、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２によって遮蔽されるため、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５から外部へ放射する不要な電磁波を低減することができる。
なお、本実施形態では、図２７及び図２８に示すように、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６が貫通ビアの場合を示したが、第１の導体ビア１０４は第１の導体プレーン１０１と、第２の導体ビア１０６は第２の導体プレーン１０２と電気的に接続されていれば、必ずしも貫通ビア（第１の誘電体層１０８及び第２の誘電体層１０９を貫通するビア。以下同様。）である必要はない。例えば、図２９及び図３０に示すように、非貫通ビアである第１の導体ビア１０４´、第２の導体ビア１０６´が設けられていても本実施形態の効果に何ら影響を与えない。この場合の本実施形態の構造体の斜視図の一例を図４１に示す。
図２９及び図３０に示す構造体の場合は、第２の導体プレーン１０２及び第１の導体プレーン１０１にクリアランス１１０及び１１１を設ける必要がないため、クリアランス１１０及び１１１の部分から外部への電磁波放射を無くすことができる。
＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る構造体の第３の実施形態の構成について、図３１乃至図３３、及び、図４２に基づいて説明する。図３１及び図３２は本実施形態の構造体の単位構造の断面図である。図４２は、本実施形態の構造体の単位構造の斜視図の一例である。なお、本実施形態の構造体は、上述した第１の実施形態の構造体の変形例であり、上述した第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。本実施形態も第１の実施形態と同様の作用効果を実現することができる。
本実施形態の構造体は、図３１、図３２及び図４２に示すように、第２の伝送線路１０５が第１の導体プレーン１０１と電気的に接続し、第２の導体プレーン１０２とは絶縁している点で、第１の実施形態と異なる。すなわち、第２の伝送線路１０５の他端に設けられた第２の導体ビア１０６が、第１の導体プレーン１０１と第２の伝送線路１０５の他端を電気的に接続するように設けられている。
詳しく説明すると、本実施形態の構造体は、第１の誘電体層１０８と第２の誘電体層１０９とが積層しており、第１の誘電体層１０８の第２の誘電体層１０９と対峙していない面側に第１の導体プレーン１０１が配設され、第１の誘電体層１０８と第２の誘電体層１０９との間に第２の導体プレーン１０２が配設されている。そして、第２の誘電体層１０９の第１の誘電体層１０８と対峙していない面側に、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が配設されている。第１の伝送線路１０３は第２の導体プレーン１０２と対向する平面に配設されて、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路である。この第１の伝送線路１０３は、第１の実施の形態における第１の伝送線路１０３と同様に、その一端がオープン端となっており、オープンスタブとして機能する。第１の伝送線路１０３の他端は、第１の導体ビア１０４を介して第１の導体プレーン１０１と電気的に接続されている。第１の伝送線路１０３と同一の層に第１の伝送線路１０３と並走するように設けられた第２の伝送線路１０５の一端はオープン端となっている。第２の伝送線路１０５の他端は第２の導体ビア１０６を介して、第１の導体プレーン１０１と電気的に接続されている。この第２の導体ビアの接続関係が第１の実施の形態と異なる。
本実施の形態における単位構造１０７の配置、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５の配置・形状、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６の配置は、第２の導体ビア１０６の接続関係が異なる点と以降追記する事項を除き、上述した第１の実施の形態と同様である。
本実施形態の構造体では、第２の伝送線路１０５と第２の導体ビア１０６が、第１の伝送線路１０３及び第１の導体ビア１０４と同様の接続関係を持っているため、第２の伝送線路１０５と第２の導体ビア１０６のみでもＥＢＧとしての特性を持つ。つまり、ＥＢＧとしての特性を持つ第１の伝送線路１０３及び第１の導体ビア１０４のペアと、第２の伝送線路１０５及び第２の導体ビア１０６のペアが近接して配置され、電磁場を介し結合しバンドギャップが広帯域化することになる。双方のペアがそれぞれＥＢＧとしての特性をもともと持っていたことが原因となり、第１及び第２の実施の形態に記載した構造よりもノイズ抑制効果を大きくとることができる。
また、本実施形態の構造体では、第１及び２の実施形態の構造体とは異なり、図１のｙ軸方向に伝搬する電磁波に対しては、第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５との電磁場を介した結合が生じず、バンドギャップ帯の広帯域化の効果が得られない。これは、ｙ軸方向に伝搬する電磁波が第１の伝送線路１０３による共振器と第２の伝送線路１０５による共振器を同位相で励振してしまうことが原因である。励振箇所は、導体ビアの位置である。そこで、図３３に示すように、第１の単位構造１０７Ａとは別の第２の単位構造１０７Ｂを設け、第１の単位構造１０７Ａの第１の導体ビア１０４Ａと第２の導体ビア１０６Ａを結んだ直線と、第２の単位構造１０７Ｂの第１の導体ビア１０４Ｃと第２の導体ビア１０６Ｃを結んだ直線のなす角θ(θは、０°から９０°となる側の角を採用)が大きい値となるようにすることで、ｘ−ｙ面内の任意の方向に伝搬する電磁波に対して、ＥＢＧにおいてバンドギャップ帯の広帯域化を実現することができる。ここで、大きい値とは、例えば４５度以上とすれば良い。この際、ｙ軸方向に伝搬する電磁波に対しては、第２の単位構造１０７Ｂが「バンドギャップ帯が広帯域化されたＥＢＧ」として動作し、ｘ軸方向に伝搬する電磁波に対しては、第１の単位構造１０７Ａが「バンドギャップ帯が広帯域化されたＥＢＧ」として動作する。
＜第４の実施形態＞
次に、本発明に係る構造体の第４の実施形態の構成について、図３４乃至図３７、図４３及び図４４に基づいて説明する。図３４乃至図３７は本実施形態の構造体の単位構造の断面図の一例である。図４３及び図４４は本実施形態の構造体の単位構造の斜視図の一例である。なお、本実施形態の構造体は、上述した第１の実施形態を元とする第３の実施形態の構造体の変形例であり、上述した第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。本実施形態も第１の実施形態と同様の作用効果を実現することができる。
本実施形態の構造体は、図３４、図３５及び図４３に示すように、第２の伝送線路１０５が第１の導体プレーン１０１と電気的に接続し、第２の導体プレーン１０２とは絶縁している点で、第１の実施形態と異なる。すなわち、第２の伝送線路１０５の他端に設けられた第２の導体ビア１０６が、第１の導体プレーン１０１と第２の伝送線路１０５の他端を電気的に接続するように設けられている。また、本実施形態の構造体は、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２とで挟まれた領域の内側に設けられている点が第３の実施の形態とは異なる。
詳しく説明すると、本実施形態の構造体は、第１の誘電体層１０８と第２の誘電体層１０９とが積層しており、第１の誘電体層１０８の第２の誘電体層１０９と対峙していない面側に第１の導体プレーン１０１が配設され、第２の誘電体層１０９の第１の誘電体層１０８と対峙していない面側に第２の導体プレーン１０２が配設されている。すなわち、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２により、第１の誘電体層１０８及び第２の誘電体層１０９が挟まれている。そして、第１の誘電体層１０８と第２の誘電体層１０９に挟まれた中間層に、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が配設されている。第１の伝送線路１０３は第２の導体プレーン１０２と対向する平面に配設されて、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路である。この第１の伝送線路１０３は、第１の実施の形態における第１の伝送線路１０３と同様に、その一端がオープン端となっており、オープンスタブとして機能する。第１の伝送線路１０３の他端は、導体ビア１０４を介して第１の導体プレーン１０１と電気的に接続されている。さらに、第１の伝送線路１０３と同一の層に第１の伝送線路１０３と並走するように設けられた第２の伝送線路１０５の一端はオープン端となっており、他端は第２の導体ビア１０６を介して第１の導体プレーン１０１と電気的に接続されている。なお、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６は、第２の導体プレーン１０２と絶縁されている。この際、第２の伝送線路１０５を含んで構成される共振器の共振周波数が第１の伝送線路１０３の長さに起因する共振周波数と近い共振周波数を持つように設計する。例えば、第２の伝送線路１０５が第１の伝送線路１０３の長さの、１／（２ｎ−１）程度の長さを持つように設計する。
本実施形態における単位構造１０７の配置、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５の配置・形状、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６の配置は、以降追記する事項を除き、上述した第１及び第３の実施形態と同様である。
本実施の形態の構造体では、第３の実施の形態に記載した効果に加えて、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が、第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２によって遮蔽されるため、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５から外部へ放射する不要な電磁波を低減することができる。
なお、本実施形態では、図３４、図３５及び図４３に示すように、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６が貫通ビアの場合を示したが、第１の導体ビア１０４は第１の導体プレーン１０１及び第１の伝送線路１０３を電気的に接続し、第２の導体ビア１０６は第１の導体プレーン１０１と第２の伝送線路１０５を電気的に接続できればよく、必ずしも貫通ビアである必要はない。例えば、図３６、図３７及び図４４に示すように、非貫通ビアの第１の導体ビア１０４´及び第２の導体ビア１０６´が設けられていても本実施形態の効果に何ら影響を与えない。
図３６、図３７及び図４４に示す構造体の場合は、第２の導体プレーン１０２にクリアランス１１０及び１１１を設ける必要がないため、クリアランス１１０及び１１１の部分から外部への電磁波放射を無くすことができる。
上述したような構造体を有する配線基板や、当該配線基板を有する電子機器によれば、同様の作用効果を実現することができる。
＜＜付記＞＞
以下、参考形態の例を付記する。
１． 互いに対向して異なる層に配置された第１及び第２の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンと異なる層に形成されており、前記第２の導体プレーンに対向しており、一端が開放端となっている第１の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを接続している第１の導体ビアと、
前記第１の伝送線路と同じ層に形成され、前記第１の伝送線路と並走しており、一端が開放端となっている第２の伝送線路と、
前記第２の伝送線路の他端と前記第１または前記第２の導体プレーンとを電気的に接続する第２の導体ビアとを備えることを特徴とする構造体。
２． １に記載の構造体において、
前記第１の導体プレーン、前記第２の導体プレーン、前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路、前記第１の導体ビア、及び、前記第２の導体ビアは、ＥＢＧ構造を構成している構造体。
３． １又は２に記載の構造体において、
１つの前記第１の伝送線路に複数の前記第２の伝送線路が並走していることを特徴とする構造体。
４． １から３のいずれかに記載の構造体において、
前記第２の導体ビアは、前記第２の導体プレーンと前記第２の伝送線路を接続していることを特徴とする構造体。
５． １から４のいずれかに記載の構造体において、
前記第１の伝送線路の前記開放端から前記他端に向かう方向を第１の方向とし、前記第２の伝送線路の前記開放端から前記他端に向かう方向を第２の方向とすると
前記第１及び前記第２の伝送線路の互いに並走する部分は、前記第１及び前記第２の方向が互いに逆を向いていることを特徴とする構造体。
６． １から５のいずれかに記載の構造体において、
前記第２の導体プレーンと第１の伝送線路が配設された層との間隔をｈとすると、
互いに並走する前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路との間隔が２ｈ以下である部分を有することを特徴とする構造体。
７． １から６のいずれかに記載の構造体において、
前記第１の伝送線路の長さをＬとすると、
前記第２の伝送線路の長さは、（Ｌ−Ｌ／８）以上（Ｌ＋Ｌ／８）以下であることを特徴とする構造体。
８． １から６のいずれかに記載の構造体において、
前記第１の伝送線路の長さＬとすると、
前記第２の伝送線路の長さは、（Ｌ／３−Ｌ／８）以上（Ｌ／３＋Ｌ／８）以下であることを特徴とする構造体。
９． 互いに対向して異なる層に配置された第１及び第２の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンと異なる層に形成されており、前記第２の導体プレーンに対向しており、一端が開放端となっている第１の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを接続している第１の導体ビアと、
前記第１の伝送線路と同じ層に形成され、前記第１の伝送線路と並走しており、一端が開放端となっている第２の伝送線路と、
前記第２の伝送線路の他端と前記第１または前記第２の導体プレーンとを電気的に接続する第２の導体ビアとを備える構造体を有する配線基板。
９−２． ９に記載の配線基板において、
前記第１の導体プレーン、前記第２の導体プレーン、前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路、前記第１の導体ビア、及び、前記第２の導体ビアは、ＥＢＧ構造を構成している配線基板。
９−３． ９又は９−２に記載の配線基板において、
１つの前記第１の伝送線路に複数の前記第２の伝送線路が並走していることを特徴とする配線基板。
９−４． ９から９−３のいずれかに記載の配線基板において、
前記第２の導体ビアは、前記第２の導体プレーンと前記第２の伝送線路を接続していることを特徴とする配線基板。
９−５． ９から９−４のいずれかに記載の配線基板において、
前記第１の伝送線路の前記開放端から前記他端に向かう方向を第１の方向とし、前記第２の伝送線路の前記開放端から前記他端に向かう方向を第２の方向とすると
前記第１及び前記第２の伝送線路の互いに並走する部分は、前記第１及び前記第２の方向が互いに逆を向いている配線基板。
９−６． ９から９−５のいずれかに記載の配線基板において、
前記第２の導体プレーンと第１の伝送線路が配設された層との間隔をｈとすると、
互いに並走する前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路との間隔が２ｈ以下である部分を有することを特徴とする配線基板。
９−７． ９から９−６のいずれかに記載の配線基板において、
前記第１の伝送線路の長さをＬとすると、
前記第２の伝送線路の長さは、（Ｌ−Ｌ／８）以上（Ｌ＋Ｌ／８）以下であることを特徴とする配線基板。
９−８． ９から９−６のいずれかに記載の配線基板において、
前記第１の伝送線路の長さＬとすると、
前記第２の伝送線路の長さは、（Ｌ／３−Ｌ／８）以上（Ｌ／３＋Ｌ／８）以下であることを特徴とする配線基板。
１０． 互いに対向して異なる層に配置された第１及び第２の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンと異なる層に形成されており、前記第２の導体プレーンに対向しており、一端が開放端となっている第１の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを接続している第１の導体ビアと、
前記第１の伝送線路と同じ層に形成され、前記第１の伝送線路と並走しており、一端が開放端となっている第２の伝送線路と、
前記第２の伝送線路の他端と前記第１または前記第２の導体プレーンとを電気的に接続する第２の導体ビアとを備える構造体を有する配線基板を備える電子装置。
１０−２． １０に記載の電子装置において、
前記第１の導体プレーン、前記第２の導体プレーン、前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路、前記第１の導体ビア、及び、前記第２の導体ビアは、ＥＢＧ構造を構成している電子装置。
１０−３． １０又は１０−２に記載の電子装置において、
１つの前記第１の伝送線路に複数の前記第２の伝送線路が並走していることを特徴とする電子装置。
１０−４． １０から１０−３のいずれかに記載の電子装置において、
前記第２の導体ビアは、前記第２の導体プレーンと前記第２の伝送線路を接続していることを特徴とする電子装置。
１０−５． １０から１０−４のいずれかに記載の電子装置において、
前記第１の伝送線路の前記開放端から前記他端に向かう方向を第１の方向とし、前記第２の伝送線路の前記開放端から前記他端に向かう方向を第２の方向とすると
前記第１及び前記第２の伝送線路の互いに並走する部分は、前記第１及び前記第２の方向が互いに逆を向いている電子装置。
１０−６． １０から１０−５のいずれかに記載の電子装置において、
前記第２の導体プレーンと第１の伝送線路が配設された層との間隔をｈとすると、
互いに並走する前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路との間隔が２ｈ以下である部分を有することを特徴とする電子装置。
１０−７． １０から１０−６のいずれかに記載の電子装置において、
前記第１の伝送線路の長さをＬとすると、
前記第２の伝送線路の長さは、（Ｌ−Ｌ／８）以上（Ｌ＋Ｌ／８）以下であることを特徴とする電子装置。
１０−８． １０から１０−６のいずれかに記載の電子装置において、
前記第１の伝送線路の長さＬとすると、
前記第２の伝送線路の長さは、（Ｌ／３−Ｌ／８）以上（Ｌ／３＋Ｌ／８）以下であることを特徴とする電子装置。
この出願は、２０１３年３月８日に出願された日本出願特願２０１３−０４７０３４号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。
本発明は、マイクロ波、ミリ波利用装置に用いられる構造体、およびそれを備える配線基板、およびそれを用いた電子装置に関する。
複数の導体プレーンが存在する電子機器では、例えば、デジタル回路のスイッチング時に回路に流れ込む電流により磁場が誘起されたり、スイッチング時に生じる電圧変動により電場が誘起されたりして電磁波が生じる。この電磁波は、導体プレーンにより構成される平行平板線路を伝搬する電磁ノイズとなる。電磁ノイズは回路の動作を不安定にしたり、機器の無線性能を劣化させたりするなどの問題をもたらす。つまり、電磁ノイズを抑える技術を確立することにより、回路の安定性や機器の無線性能を向上させることができる。
上記問題を解決するために用いられてきた従来手法として、デカップリングキャパシタを導体プレーン間に挿入する方法や、大きな島状導体プレーンを作成することを避ける方法等がある。しかし、これらの手法には、以下のような問題点がある。
デカップリングキャパシタを用いた手法では、キャパシタの不可避な寄生インダクタンスにより自己共振周波数を数百ＭＨｚといった高周波にするのは困難である。そのため、通常デカップリングキャパシタを用いた手法は数百ＭＨｚ程度までの周波数にしか適用できず、近年無線通信で用いられているような高周波数帯（例えば２．４ＧＨｚや５．２ＧＨｚ帯）には対応できない。
また、大きな島状導体プレーンを作成することを避ける手法では、導体プレーンを小さくすることにより、導体プレーンの共振を高周波数側にシフトさせることを原理としている。しかし、実際には、同電位の導体プレーンは直流的に接続する必要がある。この接続部を広くとると、小さい導体プレーンでなくなってしまうため、接続部は細くする必要がある。しかし、接続部を細くすることにより該当箇所の自己インダクタンスが増加しスイッチング時の電流流入時の電圧降下が大きくなる。そのため、導体プレーンを小さくするにも実用的な限界がある。
これらの問題点を解決する手法として、例えば特許文献１に挙げられた手法がある。特許文献１に記載の構造はＥＢＧ（electromagnetic bandgap）特性を有する構造（以下、ＥＢＧ構造と記載）であり、電源プレーン間の電磁波ノイズの伝搬の抑制を目的としている。ＥＢＧ構造を用いることにより、ＧＨｚ帯に電磁ノイズ抑制効果を設けることができる。また、さらに導体プレーンを小さな島に分割する手法のように電源プレーンに細工をしていないため、電源プレーン自身の自己インダクタンスの増加を招くこともない。
関連する技術が、特許文献３及び４に開示されている。
米国特許第７２１５００７号明細書 特開２０１０−１０１８３号公報 特開２０１０−１９９８８１号公報 特開２０１１−１６５８２４号公報
近年の電子機器に搭載される無線機能は、複数の周波数帯に対応している場合が多い。また、電子機器において電磁波障害は様々な周波数で問題になる。そのため、ＥＢＧ構造において、広帯域なバンドギャップ特性が得られるのが望ましい。
しかしながら、特許文献１に記載したＥＢＧ構造では、バンドギャップの帯域が構造パラメータの調整以外では、制御ができないという課題があった。特許文献１に記載のＥＢＧ構造は、導体パッチのキャパシタンスと導体ロッドのインダクタンスよりなる直列回路部のインピーダンスがインダクタンスとして振る舞う周波数帯においてＥＢＧ特性を持つ。この帯域は、構造のパラメータを調整することにより、ある程度は制御可能である。しかし、パラメータ調整のみでは、基本的な動作原理は変わらないため、広帯域なバンドギャップ特性を得るためには、サイズを大きくしたり、実用性を損なう実装構造としなければならない。例えば、導体パッチのキャパシタンスを大きくするには、導体パッチを大きくすればよいが、これはサイズの肥大化につながる。
本発明の目的は、上記課題を考慮し、ＥＢＧ構造においてバンドギャップを広帯域化することにある。
本発明によれば、
互いに対向して異なる層に配置された第１及び第２の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンと異なる層に形成されており、前記第２の導体プレーンに対向しており、一端が開放端となっている第１の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを接続している第１の導体ビアと、
前記第１の伝送線路と同じ層に形成され、前記第１の伝送線路と並走しており、一端が開放端となっている第２の伝送線路と、
前記第２の伝送線路の他端と前記第１または前記第２の導体プレーンとを電気的に接続する第２の導体ビアとを備えることを特徴とする構造体が実現される。
また、本発明によれば、上記構造体を有する配線基板が実現される。
また、本発明によれば、上記配線基板を有する電子装置が実現される。
本発明によれば、ＥＢＧ構造においてバンドギャップを広帯域化することができる。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
本発明の第１の実施形態の構造体の一例を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の一例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の一例を示す断面図である。 参考例のＥＢＧ構造の等価回路図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の原理を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の効果を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の効果を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の効果を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の効果を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の効果を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の効果を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の効果を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第３の本実施形態の構造体の一例を示す平面図である。 本発明の第４の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す斜視図である。 本発明の第４の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す斜視図である。 本発明の第４の実施形態の構造体の単位構造の一例を示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、複数の図面に共通して現れる構成要素については共通の符号を付し、適宜説明を省略する。
＜作用＞
まず、本実施形態の作用について説明する。
問題となる電磁波ノイズは、電源・ＧＮＤプレーンにより構成される平行平板線路を伝搬する電磁波である。以下、本実施形態がどのように作用し、この電磁ノイズを抑制するか、また電磁ノイズを抑制するバンドギャップ帯をどのように広帯域化するのかを説明する。
本実施形態に係る構造体は、特許文献１において導体パッチと導体パッチと対向する導体プレーンによって実現されていたシャント部のキャパシタンスが、オープンスタブとして機能する伝送線路により実現されている点、またオープンスタブとして機能する第１の伝送線路と同層で並走している第２の伝送線路が、第１の伝送線路の入力インピーダンスの周波数特性を変化させている点が特徴である。
第２の伝送線路が存在しない場合、オープンスタブとして振る舞う第１の伝送線路の入力インピーダンス特性は、スタブの長さ（伝送線路長）により決定される。オープンスタブの入力インピーダンスが直列共振状態となる共振周波数を境に、周波数に対し周期的にインダクタンス性となるため、スタブ長を調整することで所望の周波数帯にバンドギャップを生じさせることができる。
本実施形態の上記第１の伝送線路と並走する第２の伝送線路は、第１の伝送線路と電場または磁場、あるいはその双方を介して結合する程度近接して並走しており、第１の伝送線路が形成するオープンスタブの入力インピーダンスの周波数特性に影響を与える。具体的には、オープンスタブの共振周波数に影響を与え、周期的に現れるオープンスタブの入力インピーダンスが直列共振状態となる周波数を２つに分裂させるように機能する。このことが原因となり、第２の伝送線路がない構造と比較し広帯域なバンドギャップ特性が得られる。
＜第１の実施形態＞
まず、本発明に係る構造体の第１の実施の形態の構成について、図１乃至図２６、図３８及び図３９に基づいて説明する。図３８に本実施形態の斜視図の一例を、図１に本実施形態の平面図の一例を、図２、３に本実施形態の断面図の一例を示す。図２は図１におけるＡ−Ａ´の断面図であり、図３は図１におけるＢ−Ｂ´の断面図である。また、図１は図２、３におけるＣ−Ｃ´の平面図である。
図１乃至図３に示すように、本実施形態の構造体は、第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、第１の伝送線路１０３、第１の導体ビア１０４、第２の伝送線路１０５、第２の導体ビア１０６を有している。
第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２は、互いに異なる層に配置されている。第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２は、互いに平行に配置されていてもよい。第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２は、第１の誘電体層１０８を挟んで互いに対向している。ｚ方向に構造体を観察すると、第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２は、少なくとも一部が互いに重なり合っている。
第１の伝送線路１０３は、第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２とは異なる層に形成されている。図示する例の場合、ｚ方向に第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２及び第１の伝送線路１０３がこの順に並ぶように配置されている。第１の伝送線路１０３は、第２の誘電体層１０９を挟んで第２の導体プレーン１０２に対向しており、一端が開放端となっている。ｚ方向に構造体を観察すると、第２の導体プレーン１０２及び第１の伝送線路１０３は、少なくとも一部が互いに重なり合っている。
第１の導体ビア１０４は、第１の伝送線路１０３の他端（開放端と反対側の端部）と第１の導体プレーン１０１とを接続している。なお、第１の伝送線路１０３の他端は、先端部分のみならず、その付近をも含む概念である。すなわち、第１の導体ビア１０４は第１の伝送線路１０３の他端側の先端と接続してもよいし、他端側の先端付近であって先端と異なる部分と接続してもよい。第１の導体ビア１０４は、第２の導体プレーン１０２とは絶縁された状態となっている。
第２の伝送線路１０５は、第１の伝送線路１０３と同じ平面（同じ層）に形成され、一端が開放端となっている。第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５は、少なくとも一部が互いに並走している。例えば、第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５は、少なくとも一部が互いに略平行に延伸していてもよい。
第２の導体ビア１０６は、第２の伝送線路１０５の他端（開放端と反対側の端部）と第２の導体プレーン１０２とを接続している。なお、第２の伝送線路１０５の他端は、先端部分のみならず、その付近をも含む概念である。すなわち、第２の導体ビア１０６は第２の伝送線路１０５の他端側の先端と接続してもよいし、他端側の先端付近であって先端と異なる部分と接続してもよい。第２の導体ビア１０６は、第１の導体プレーン１０１とは絶縁された状態となっている。
本実施形態に係る構造体は、例えば、プリント配線基板内に形成されており、ＥＢＧ特性を有している。この構造体の単位構造１０７は、互いに並走する第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５と、当該第１の伝送線路１０３と接続する第１の導体ビア１０４と、当該第２の伝送線路１０５と接続する第２の導体ビア１０６と、第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２の中の平面視（ｚ方向に観察）で当該第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６と重なる部分を含む一部領域と、を含んでいる。
より詳しく説明すると、構造体は、第１の誘電体層１０８と、第１の誘電体層１０８の厚さ方向の一方側（図２、３中、上側）に積層された第２の誘電体層１０９と、を備えている。第１の導体プレーン１０１は、第１の誘電体層１０８の厚さ方向の他方側（図２、３中、下側）に配置されている。第２の導体プレーン１０２は、第１の誘電体層１０８と第２の誘電体層１０９との間に配置されている。また、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６は、厚さ方向に延伸しており、第２の誘電体層１０９の一方側（図２、３中、上側。第１の誘電体層１０８と対峙していない面側。）から第１の誘電体層１０８の他方側（図２、３中、下側。第２の誘電体層１０９と対峙していない面側。）にかけて延設されている。また、第２の誘電体層１０９の厚さ方向の一方側（図２、３中、上側。第１の誘電体層１０８と対峙していない面側）に第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５が配置されている。本実施形態では、第１の導体ビア１０４は、第１の伝送線路１０３の他端と第１の導体プレーン１０１を接続し、第２の導体ビア１０６は第２の伝送線路１０５の他端と第２の導体プレーン１０２を接続するように設けられている。
第１の伝送線路１０３は、第２の導体プレーン１０２と対向する平面に配設され、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路である。第１の伝送線路１０３は、一端（図２における右側の端部）が開放端となっており、オープンスタブとして機能するように構成されている。第１の伝送線路１０３の他端（図２における左側の端部）と第１の導体プレーン１０１とは厚さ方向に延伸された第１の導体ビア１０４を介して電気的に接続されている。第２の導体プレーン１０２には、第１の導体ビア１０４に対応する位置に第１のクリアランス１１０が設けられており、この第１のクリアランス１１０によって第１の導体ビア１０４と第２の導体プレーン１０２とが電気的に切り離されて電気的に接触していない状態となっている。
また、第２の伝送線路１０５は、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路となっており、第１の伝送線路１０３と同じ平面に形成されている。第２の伝送線路１０５は、第２の導体プレーン１０２と対向する平面に配設され、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路である。第２の伝送線路１０５は、一端（図３における左側の端部）が開放端となっている。他端（図３における右側の端部）は、第１の導体プレーン１０１と、厚さ方向に延伸された第２の導体ビア１０６を介して電気的に接続されている。第２の伝送線路１０５は、一端がショート、一端がオープンの共振器として振る舞う。第１の導体プレーンには、第２の導体ビア１０６に対応する位置に第２のクリアランス１１１が設けられており、この第２のクリアランス１１１によって、第２の導体ビア１０６と第１の導体プレーン１０１とが電気的に切り離されて、電気的に接触していない状態となっている。第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５、第１の導体ビア１０４、第２の導体ビア１０６により、単位構造１０７が構成される。
次に上記した構造体の基本的な動作原理を説明する。図４は、特許文献２に記載のＥＢＧ構造の等価回路図である。図４のような等価回路で記述される導波路構造においては、シャント部３０４がインダクタンス性を示す周波数帯が、大まかなバンドギャップとなる。本実施形態は、特許文献２に記載の構造に、第２の伝送線路１０５により構成される共振器が追加された構成をとる。この共振器がオープンスタブ（第１の伝送線路１０３）と電磁場を介して結合することにより、図４のオープンスタブ（第１の伝送線路１０３）の入力インピーダンスの周波数応答が変化し、バンドギャップの広帯域化が可能となる。第１の伝送線路１０３と新たに追加された共振器（第２の伝送線路１０５）の電磁場的な結合を大きくするために、第１の伝送線路１０３と、第１の伝送線路１０３と並走する第２の伝送線路１０５の間の距離が近い必要がある。具体的には、（１）第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５の間に他の構造物（例えばシグナルビアや信号線等）が存在しない、（２）第１の伝送線路１０３や第２の伝送線路１０５が配設される平面と第２の導体プレーン１０２との間隔をｈとした際、互いに並走する第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５間の間隔（最短距離）が２ｈ以内である、の少なくとも一方の条件を満たすのが好ましい。（２）の条件は、互いに並走する第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５との間隔が２ｈ以下である部分を有する、と換言することができる。この際、並走する部分が長いほど第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５により構成される共振器との電磁場的な結合が大きくなり、本発明の効果をより顕著に得ることができる。そのため、第２の伝送線路の長さをＬ２とした際、望ましくは、Ｌ２／４、また、さらに望ましくはＬ２／２以上の並走部分がある事が好ましい。なお、第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５間の間隔（最短距離）が１．５ｈ以内の条件を満たすのがより好ましい。
また、図１のように第１の伝送線路１０３の他端であり、第１の導体ビア１０４が接続されている端部が、第２の伝送線路の開放端と同じ側に設けられていることが望ましい。すなわち、第１の伝送線路１０３の開放端から他端に向かう方向を第１の方向とし、第２の伝送線路１０５の開放端から他端に向かう方向を第２の方向とすると、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５の互いに並走する部分は、第１及び第２の方向が互いに逆（略１８０°反対方向）を向いていることが望ましい。この条件も、第１の伝送線路１０３と新たに追加された共振器（第２の伝送線路１０５）の電磁場的な結合を大きくするためである。また、この際、新たに追加された共振器（第２の伝送線路１０５）は、第１の伝送線路１０３の長さに起因する共振周波数と近い共振周波数を持つように設計される。
具体的には、例えば、第２の伝送線路１０５が第１の伝送線路１０３の長さと同一程度の長さや、１／３程度の長さを持つような場合が相当する。例えば、第２の伝送線路１０５の長さを第１の伝送線路１０３の長さの１／（２ｎ−１）程度の長さとしてもよい（ｎは自然数）。この際、第２の伝送線路１０５の長さは、厳密に先に記述したような長さである必要はない。例えば、第１の伝送線路１０３の長さをＬとしたとき、第２の伝送線路１０５の長さは、（Ｌ−Ｌ／８）以上（Ｌ＋Ｌ／８）以下や、（Ｌ／３−Ｌ／８）以上（Ｌ／３＋Ｌ／８）以下のように幅を持った値に収まっていれば良い。
また、上記では、第１の伝送線路１０３の長さを基準にして、第２の伝送線路１０５の長さを規定したが、第１の伝送線路１０３にキャパシタやインダクタンスを付加する構造が取り付けられたり、第２の伝送線路１０５と第１の伝送線路１０３の実効誘電率が異なっている際には、第１の伝送線路１０３の長さを基準にして単純に第２の伝送線路１０５の長さを規定することはできない。こうした場合には、第１の伝送線路１０３が直列共振状態となる共振周波数を考慮し、第２の伝送線路の長さを規定したり、第２の伝送線路１０５にキャパシタやインダクタンスを設けて第２の伝送線路１０５の共振周波数を設計する必要が生じる。
以下、新たに追加された共振器が元のオープンスタブ（第１の伝送線路１０３）の入力インピーダンスの周波数応答をどのように変化させるかを説明する。
新たに追加された共振器は、第１の伝送線路１０３であるオープンスタブと磁場、電場もしくはその両方を介して結合する。また、第１の伝送線路１０３であるオープンスタブは、バンドギャップが始まる周波数付近では近似的に直列共振器の等価回路モデルとして記述することができる。そのため、本実施形態の構造では、バンドギャップが始まる周波数帯付近において、図４のオープンスタブの入力インピーダンスＺｉｎを、図５の等価回路の入力インピーダンスに置き換えることにより記述される。
図５の等価回路は、第１の伝送線路１０３であるオープンスタブを表す等価回路モデルに、第２の伝送線路１０５による新たに追加された共振器が相互インダクタンスＬｍ、相互キャパシタンスＣｍで結合した構成となっている。図５中の交流電源は、本実施形態では、第１の伝送線路１０３であるオープンスタブを励振する電磁ノイズと想定され、抵抗Ｒ１、Ｒ２は、導体損や誘電体損によるロスを等価回路モデル化したものである。
図７は図５の等価回路において、Ｌ１＝Ｌ２、Ｃ１＝Ｃ２、Ｒ１＝Ｒ２、Ｌｍ＝０．５ｎＨ、Ｃｍ＝０Ｆとし、磁場による結合のみを考慮した際の、Ｚｉｎの虚部のグラフである。この際、２つの共振器（第１の伝送線路１０３による共振器と第２の伝送線路１０５による共振器）の共振周波数は同じである。
図６は図７を計算した際のパラメータにおいてＬｍの値を０とし、２つの共振器間の結合をなくした際のＺｉｎの虚部のグラフであり、特許文献２に記載の構造のオープンスタブの入力インピーダンスの虚部に対応している。Ｚｉｎの虚部が０になる周波数は、結合がない場合（図６）では単一であったのに対し、結合がある場合（図７）では、２つに分裂していることが分かる。本実施形態の構造における大まかなバンドギャップ周波数は、Ｚｉｎとビアによるインピーダンスの和Ｚｉｎ＋ｊωＬｖｉａの周波数特性により見積もれる。
図８及び図９に、Ｌｖｉａ＝１ｎＨとした際のＺｉｎ＋ｊωＬｖｉａの虚部の周波数特性を示す。図８及び図９はそれぞれ図６及び図７に示した入力インピーダンスＺｉｎにｊωＬｖｉａを足したものである。先ほど述べたようにシャント部のインピーダンスＺｉｎ＋ｊωＬｖｉａがインダクタンス性となる周波数帯がバンドギャップ周波数帯となる。図８及び図９から分かるとおり、図９では、新たな共振器の存在が原因となり、バンドギャップの下端周波数が低周波化し、結果、バンドギャップ帯域が拡大していることが分かる。
図１０乃至図１２に、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２を励振した時の本実施形態の構造体を実装した評価基板の実測結果を示す。これらの実測結果は、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２により構成される平行平板線路の伝搬特性（Ｓ２１の絶対値）を表す。図１０は、第２の伝送線路１０５、第２の導体ビア１０６がない構造体の伝搬特性の測定結果であり、リファレンスとなる測定結果である。図１１及び図１２が本実施形態の構造体を実装した評価基板の伝搬特性の測定結果である。図１１は、第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５の距離が１３０μｍの場合であり、図１２は第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５の距離が１００μｍとした構造に対する測定結果である。評価基板のその他の構造パラメータは、第１の誘電体層１０８の厚み５００μｍ、第２の誘電体層１０９の厚み１００μｍ、第１の伝送線路１０３の線路幅１３０μｍ、第２の伝送線路１０５の線路幅１３０μｍ、第１の伝送線路１０３の線路長６ｍｍ、第２の伝送線路１０５の線路長６ｍｍとなっており、基板材料は、ＦＲ４である。リファレンスとなる測定結果（図１０）のバンドギャップ帯を図１０乃至図１２すべてにおいて影で示す。これらの図から分かる通り、図１１及び図１２では、図１０と比較し、バンドギャップ帯域が広帯域化していることが分かる。図１１と図１２の比較では、伝送線路間の距離が近い図１２の方が、伝送線路同間の結合がより強く起こり、バンドギャップの開始周波数がより低周波数化している。これらより、本実施形態が現実の基板においても正しく動作することが分かる。
なお、上記した本実施形態では、図２及び図３に示すように、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５の配設される平面の上部に構造がない場合を示したが、本実施形態は、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５の配設される平面の上部に構造があってもよい。例えば、図１３及び図１４示すように、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５の配設される平面の上部に、誘電体層（第３の誘電体層９０１）を設けてもよい。この第３の誘電体層９０１を設けることにより、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５の実効比誘電率を増加させることができる。オープンスタブの入力インピーダンスの周波数依存性は、オープンスタブを伝搬する電磁波の波長に影響を受ける。そのため、第３の誘電体層９０１がある構造では、ない構造と比較し、より短い伝送線路長で同一の帯域にバンドギャップを設けることが可能である。したがって、小型化が可能となる。
本実施形態の構造体の小型化を目的にする場合、第３の誘電体層９０１として誘電率の大きな誘電体材料を用いることが好ましい。ただし、構造の小型化を目的としない際には、どのような誘電体材料を用いてもよい。つまり、更に上部に層を積層していく場合は、どのような誘電体材料でも良い。また、例えば、図１５及び図１６に示すように、第３の誘電体層９０１の上部にさらに、第３の導体プレーン１００１があってもよい。この場合、第３の導体プレーン１００１により、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５が遮蔽されるため、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５からの不要な電磁放射を抑えることができる。また、当然、さらに上部、または、下部に誘電体層、導体層が積層されていてもよい。
また、本実施形態では、図２及び図３に示すように、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６として、貫通ビアを用いる場合を示したが、非貫通のビアを用いてもよい。この場合、図３に対応した単位構造の断面図は、図１７のようにすることができる。この場合の本実施形態の構造体の斜視図の一例を図３９に示す。この場合、第１の導体プレーン１０１にクリアランス１１１を設ける必要がないため、クリアランスからの不要な電磁放射を抑えることができる。
また、第１の伝送線路１０３は一端が開放端になっており、他端が第１の導体ビア１０４に接続されていれば、どのような配置・形状でも本実施形態の本質的な効果に何ら影響を与えるものではない。本実施形態では、図１に示すように、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５が周囲のクリアランス等と干渉しないようにｘ軸と平行に配置した場合を示したが、ｘ軸、y軸と一定の角度を持つように配置されていてもよいし、全く乱雑に配置してもよい。
また、本実施形態では、図１に示すように第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が直線形状の場合を示したが、例えば、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５を図１８に示すようなミアンダ形状や、図１９に示すようなスパイラル形状としてもよい。この場合、小さい実装面積で伝送線路長を確保することが可能となる。また、全く不規則に引き回した形状にしてもよい。この場合、第１の伝送線路１０３、第２の伝送線路１０５を、別の構造物（例えば別の単位構造の伝送線路等）を避けて配設することもできる。
また、上記した本実施形態では、第２の伝送線路１０５の伝送線路長が、第１の伝送線路１０３の伝送線路長に比較的近い場合について記述してきた。このような場合には、第１の伝送線路１０３の第ｎ共振周波数と、第２の伝送線路１０５の第ｎ共振周波数（ｎは自然数）が一致する為、第１バンドギャップ、第２バンドギャップ等、全てのバンドギャップ帯において、バンドギャップの広帯域化の効果が得られる。本実施形態の効果を得るためには、第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５の伝送線路が必ずしも比較的近い長さとなっている必要はなく、第２の伝送線路１０５の伝送線路長を、第１の伝送線路１０３の伝送線路長と比べて短くした構成や、長くした構成とすることもできる。
図２０は、第２の伝送線路１０５を第１の伝送線路１０３の伝送線路長と比較し短くした場合の単位構造の一例の図である。この際、第２の伝送線路１０５の伝送線路長を、第１の伝送線路１０３の第ｎ共振（ｎは自然数）に対応した長さである第１の伝送線路１０３の長さの１／（２ｎ−１）程度に合わせておくことにより、第ｎバンドギャップ以降のバンドギャップに対して広帯域化の効果を得ることができる。ｎを２以上とした場合、第２の伝送線路１０５の長さがｎ＝１の場合である第１の伝送線路１０３の長さと同程度より短くすることができるため、本実施形態の効果をより狭い実装面積で得ることが可能となる。上記では、第１の伝送線路１０３の長さを基準にして、第２の伝送線路１０５の長さを規定したが、第１の伝送線路１０３にキャパシタやインダクタンスを付加する構造が取り付けられたり、第２の伝送線路１０５と第１の伝送線路１０３の実効誘電率が異なっている際には、第１の伝送線路１０３の長さを基準にして単純に第２の伝送線路１０５の長さを規定することはできない。こうした場合には、第１の伝送線路１０３が直列共振状態となる共振周波数を考慮し、第２の伝送線路１０５の長さを規定したり、第２の伝送線路１０５にキャパシタやインダクタンスを設けて第２の伝送線路１０５の共振周波数を設計する必要が生じる。
また、１つの第１の伝送線路１０３に複数の第２の伝送線路１０５が並走するように配置することができる。例えば、第１の伝送線路１０３に並走している第２の伝送線路１０５Ａに加えて、さらに第２の伝送線路１０５Ｂが第１の伝送線路１０３もしくは第２の伝送線路１０５Ａに並走した形で設けられた構成も考えることができる。
図２１は、第１の伝送線路１０３に第２の伝送線路１０５Ａ及び第２の伝送線路１０５Ｂが並走している場合の一例の図である。この際、第２の伝送線路１０５Ｂは、一端が開放端となっており、他端に第２の導体ビア１０６Ｂが設けられ第２の導体プレーン１０２と電気的に接続されている。第１の伝送線路１０３の共振周波数に対して、近接した共振周波数を持つ２つの第２の伝送線路１０５Ａ及び１０５Ｂが、第１の伝送線路１０３に並走している場合、１つの第２の伝送線路１０５のみが並走していた場合には２つに分裂していた単一の共振周波数が、３つに分裂することになり、さらなるバンドギャップの広帯域化が可能となる。
また、図２１では、第２の伝送線路１０５Ａと第２の導体プレーン１０２を接続する第２の導体ビア１０６Ａ、および第２の伝送線路１０５Ｂと第２の導体プレーン１０２を接続する第２の導体ビア１０６Ｂが、別々に存在している場合を示したが、図２２に示すように、同一の第２の導体ビア１０６で、第２の伝送線路１０５Ａおよび第２の伝送線路１０５Ｂを第２の導体プレーン１０２と電気的に接続してもよい。この際、２つの第２の伝送線路１０５Ａ及び１０５Ｂは、共有している第２の導体ビア１０６の箇所で接続されたような構成となる。
また、さらに、３つ以上の第２の伝送線路１０５が１つの第１の伝送線路１０３と並走して配設されている構成も考えることができる。この際、３つ以上の第２の伝送線路１０５のそれぞれは一端が開放端となっており、他端は第２の導体ビア１０６と接続し、第２の導体プレーン１０２と電気的に接続されている。なお、第２の導体ビア１０６は、３つ以上の第２の伝送線路１０５のうちのいくつかで共有していても良い。この場合、第１の伝送線路１０３と近接した共振周波数をもつ並走した第２の伝送線路１０５の数だけ、単一の共振周波数が分裂することとなり、さらなるバンドギャップの広帯域化が可能となる。この際、並走している多数の第２の伝送線路１０５は、第１の伝送線路１０３の伝送線路長と近い伝送線路長を持つ必要はない。例えば、第２共振である、第１の伝送線路１０３の長さの１／３に近い長さ等を持っていてもよい。
上記では、第１の伝送線路１０３の長さを基準にして、第２の伝送線路１０５の長さを規定したが、第１の伝送線路１０３にキャパシタやインダクタンスを付加する構造が取り付けられたり、第２の伝送線路１０５と第１の伝送線路１０３の実効誘電率が異なっている際には、第１の伝送線路１０３の長さを基準にして単純に第２の伝送線路１０５の長さを規定することはできない。こうした場合には、第１の伝送線路１０３が直列共振状態となる共振周波数を考慮し、第２の伝送線路１０３の長さを規定したり、第２の伝送線路１０５にキャパシタやインダクタンスを設けて第２の伝送線路１０５の共振周波数を設計する必要が生じる。
また、上記した本実施形態では、第１の導体ビア１０４と接続される伝送線路がただ１つの第１の伝送線路１０３である場合について、記述してきた。これに対し、１つの第１の導体ビア１０４に複数の第１の伝送線路１０３を接続することができる。図２３に示す例では、第１の導体ビア１０４に第１の伝送線路１０３Ａ、及び、第１の伝送線路１０３Ｂを接続している。第１の伝送線路１０３Ａ及び１０３Ｂは、一端が開放端であり、他端が第１の導体ビア１０４と接続されている。第１の伝送線路１０３Ａ及び１０３Ｂは、各々、第２の伝送線路１０５Ａ及び１０５Ｂと並走している。
第１の伝送線路１０３Ａ及び１０３Ｂの伝送線路長が異なる場合には、第１の伝送線路１０３Ａの長さに起因したバンドギャップ群と、第１の伝送線路１０３Ｂの長さに起因した別のバンドギャップ群を生じることになる。こうした場合には、第１の伝送線路１０３Ａに並走する第２の伝送線路１０５Ａだけでなく、第１の伝送線路１０３Ｂと並走する第２の伝送線路１０５Ｂが設けられた構成とすることができる。並走する第２の伝送線路１０５Ｂは、一端が開放端となっており、他端が第２の導体ビア１０６Ｂを介して第２の導体プレーン１０２と接続されている。並走する第２の伝送線路１０５Ｂにより構成される共振器は、第１の伝送線路１０３Ｂと近い共振周波数を持つ。例えば、並走する第２の伝送線路１０５Ｂの長さが第１の伝送線路１０３Ｂの長さの１／（２ｎ−１）程度の場合である。この際、並走する第２の伝送線路１０５Ｂは、第１の伝送線路１０３Ｂに起因するバンドギャップ群を広げるように動作する。
また、本実施形態の第１の伝送線路１０３に、図２４のようにキャパシタンスを付加するような構造体１８０１が取り付けられた構成も考えることができる。こうした構成では、キャパシタンスを付加する構造体１８０１により、第１の伝送線路１０３に起因する共振周波数が変化し、バンドギャップ周波数も変化する。こうした場合では、第２の伝送線路１０５の伝送線路長は、第１の伝送線路１０３の長さを基準に単純に決定することはできない。第１の伝送線路１０３が構成する共振器の共振周波数を考慮し、それと第２の伝送線路１０５が構成する共振器の共振周波数が近い値となるように第２の伝送線路１０５の長さ等のパラメータを設計する必要がある。こうした構成の場合、キャパシタンスを付加する構造体１８０１により、第１の伝送線路１０３の電気長が延長する為、構造の小型化が可能となる。また、ここでは、第１の伝送線路１０３側にキャパシタンスを付加する構造体１８０１が取り付けられた構成について示したが、図２５に示すように第２の伝送線路１０５側にキャパシタンスを付加する構造体１９０１が取り付けられている構成も考えることができる。上記では、キャパシタンスを伝送線路に付加した構成について記述したが、インダクタンスを付加した構成も当然考えることができる。
また、上記した本実施形態では、第１の伝送線路１０３と第１の導体ビア１０４との接続端と、第２の伝送線路１０５の開放端が同一の側にある場合について記述してきたが、図２６のように第１の伝送線路１０３の開放端と第２の伝送線路１０５の開放端が同一の側にある構成も考えることができる。すなわち、第１の伝送線路１０３の開放端から他端に向かう方向を第１の方向とし、第２の伝送線路１０５の開放端から他端に向かう方向を第２の方向とすると、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５の互いに並走する部分は、第１及び第２の方向が互いに同じ方向を向いていてもよい。
また、図１には単位構造１０７が全て同一の構成をしているような場合を一例として示したが、上記に記したような様々な構成の単位構造が混在していても良い。また、当然、上記した様々な構成の組み合わせによって実現される単位構造も考えることができる。
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明に係る構造体の第２の実施の形態の構成について、図２７乃至３０、図４０及び図４１に基づいて説明する。図２７乃至３０は本実施形態の構造体の単位構造の断面図の一例である。図４０及び図４１は本実施形態の構造体の単位構造の斜視図の一例である。なお、本実施形態の構造体は、上述した第１の実施形態の構造体の変形例であり、上述した第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。本実施形態も第１の実施形態と同様の作用効果を実現することができる。
本実施形態の構造体は、図２７及び図２８の断面図に示すように、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２とで挟まれた領域に設けられている点が第１の実施形態とは異なる。この場合の本実施形態の構造体の斜視図の一例を図４０に示す。詳しく説明すると、本実施形態の構造体は、第１の誘電体層１０８と第２の誘電体層１０９とが積層しており、第１の誘電体層１０８の第２の誘電体層１０９と対峙していない面側に第１の導体プレーン１０１が配設され、第２の誘電体層１０９の第１の誘電体層１０８と対峙していない面側に第２の導体プレーン１０２が配設されている。すなわち、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２により、第１の誘電体層１０８及び第２の誘電体層１０９が挟まれている。そして、第１の誘電体層１０８と第２の誘電体層１０９に挟まれた中間層に、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が配設されている。第１の伝送線路１０３は第２の導体プレーン１０２と対向する平面に配設されて、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路である。この第１の伝送線路１０３は、第１の実施形態における第１の伝送線路１０３と同様に、その一端がオープン端となっており、オープンスタブとして機能する。第１の伝送線路１０３の他端は、第１の導体ビア１０４を介して第１の導体プレーン１０１と電気的に接続されている。さらに、第１の伝送線路１０３と同一の層に第１の伝送線路１０３と並走するように設けられた第２の伝送線路１０５の一端はオープン端となっており、他端は第２の導体ビア１０６を介して第２の導体プレーン１０２と電気的に接続されている。この際、第２の伝送線路１０５を含んで構成される共振器の共振周波数が第１の伝送線路１０３の長さに起因する共振周波数と近い共振周波数を持つように設計する。例えば、第２の伝送線路１０５が第１の伝送線路１０３の長さの、１／（２ｎ−１）程度の長さを持つように設計する。
本実施形態における単位構造１０７の配置、および第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５の配置・形状、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６の配置は上述した第１の実施形態と同様である。
本実施形態の構造体では、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２によって遮蔽されるため、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５から外部へ放射する不要な電磁波を低減することができる。
なお、本実施形態では、図２７及び図２８に示すように、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６が貫通ビアの場合を示したが、第１の導体ビア１０４は第１の導体プレーン１０１と、第２の導体ビア１０６は第２の導体プレーン１０２と電気的に接続されていれば、必ずしも貫通ビア（第１の誘電体層１０８及び第２の誘電体層１０９を貫通するビア。以下同様。）である必要はない。例えば、図２９及び図３０に示すように、非貫通ビアである第１の導体ビア１０４´、第２の導体ビア１０６´が設けられていても本実施形態の効果に何ら影響を与えない。この場合の本実施形態の構造体の斜視図の一例を図４１に示す。
図２９及び図３０に示す構造体の場合は、第２の導体プレーン１０２及び第１の導体プレーン１０１にクリアランス１１０及び１１１を設ける必要がないため、クリアランス１１０及び１１１の部分から外部への電磁波放射を無くすことができる。
＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る構造体の第３の実施形態の構成について、図３１乃至図３３、及び、図４２に基づいて説明する。図３１及び図３２は本実施形態の構造体の単位構造の断面図である。図４２は、本実施形態の構造体の単位構造の斜視図の一例である。なお、本実施形態の構造体は、上述した第１の実施形態の構造体の変形例であり、上述した第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。本実施形態も第１の実施形態と同様の作用効果を実現することができる。
本実施形態の構造体は、図３１、図３２及び図４２に示すように、第２の伝送線路１０５が第１の導体プレーン１０１と電気的に接続し、第２の導体プレーン１０２とは絶縁している点で、第１の実施形態と異なる。すなわち、第２の伝送線路１０５の他端に設けられた第２の導体ビア１０６が、第１の導体プレーン１０１と第２の伝送線路１０５の他端を電気的に接続するように設けられている。
詳しく説明すると、本実施形態の構造体は、第１の誘電体層１０８と第２の誘電体層１０９とが積層しており、第１の誘電体層１０８の第２の誘電体層１０９と対峙していない面側に第１の導体プレーン１０１が配設され、第１の誘電体層１０８と第２の誘電体層１０９との間に第２の導体プレーン１０２が配設されている。そして、第２の誘電体層１０９の第１の誘電体層１０８と対峙していない面側に、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が配設されている。第１の伝送線路１０３は第２の導体プレーン１０２と対向する平面に配設されて、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路である。この第１の伝送線路１０３は、第１の実施の形態における第１の伝送線路１０３と同様に、その一端がオープン端となっており、オープンスタブとして機能する。第１の伝送線路１０３の他端は、第１の導体ビア１０４を介して第１の導体プレーン１０１と電気的に接続されている。第１の伝送線路１０３と同一の層に第１の伝送線路１０３と並走するように設けられた第２の伝送線路１０５の一端はオープン端となっている。第２の伝送線路１０５の他端は第２の導体ビア１０６を介して、第１の導体プレーン１０１と電気的に接続されている。この第２の導体ビアの接続関係が第１の実施の形態と異なる。
本実施の形態における単位構造１０７の配置、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５の配置・形状、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６の配置は、第２の導体ビア１０６の接続関係が異なる点と以降追記する事項を除き、上述した第１の実施の形態と同様である。
本実施形態の構造体では、第２の伝送線路１０５と第２の導体ビア１０６が、第１の伝送線路１０３及び第１の導体ビア１０４と同様の接続関係を持っているため、第２の伝送線路１０５と第２の導体ビア１０６のみでもＥＢＧとしての特性を持つ。つまり、ＥＢＧとしての特性を持つ第１の伝送線路１０３及び第１の導体ビア１０４のペアと、第２の伝送線路１０５及び第２の導体ビア１０６のペアが近接して配置され、電磁場を介し結合しバンドギャップが広帯域化することになる。双方のペアがそれぞれＥＢＧとしての特性をもともと持っていたことが原因となり、第１及び第２の実施の形態に記載した構造よりもノイズ抑制効果を大きくとることができる。
また、本実施形態の構造体では、第１及び２の実施形態の構造体とは異なり、図１のｙ軸方向に伝搬する電磁波に対しては、第１の伝送線路１０３と第２の伝送線路１０５との電磁場を介した結合が生じず、バンドギャップ帯の広帯域化の効果が得られない。これは、ｙ軸方向に伝搬する電磁波が第１の伝送線路１０３による共振器と第２の伝送線路１０５による共振器を同位相で励振してしまうことが原因である。励振箇所は、導体ビアの位置である。そこで、図３３に示すように、第１の単位構造１０７Ａとは別の第２の単位構造１０７Ｂを設け、第１の単位構造１０７Ａの第１の導体ビア１０４Ａと第２の導体ビア１０６Ａを結んだ直線と、第２の単位構造１０７Ｂの第１の導体ビア１０４Ｃと第２の導体ビア１０６Ｃを結んだ直線のなす角θ(θは、０°から９０°となる側の角を採用)が大きい値となるようにすることで、ｘ−ｙ面内の任意の方向に伝搬する電磁波に対して、ＥＢＧにおいてバンドギャップ帯の広帯域化を実現することができる。ここで、大きい値とは、例えば４５度以上とすれば良い。この際、ｙ軸方向に伝搬する電磁波に対しては、第２の単位構造１０７Ｂが「バンドギャップ帯が広帯域化されたＥＢＧ」として動作し、ｘ軸方向に伝搬する電磁波に対しては、第１の単位構造１０７Ａが「バンドギャップ帯が広帯域化されたＥＢＧ」として動作する。
＜第４の実施形態＞
次に、本発明に係る構造体の第４の実施形態の構成について、図３４乃至図３７、図４３及び図４４に基づいて説明する。図３４乃至図３７は本実施形態の構造体の単位構造の断面図の一例である。図４３及び図４４は本実施形態の構造体の単位構造の斜視図の一例である。なお、本実施形態の構造体は、上述した第１の実施形態を元とする第３の実施形態の構造体の変形例であり、上述した第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。本実施形態も第１の実施形態と同様の作用効果を実現することができる。
本実施形態の構造体は、図３４、図３５及び図４３に示すように、第２の伝送線路１０５が第１の導体プレーン１０１と電気的に接続し、第２の導体プレーン１０２とは絶縁している点で、第１の実施形態と異なる。すなわち、第２の伝送線路１０５の他端に設けられた第２の導体ビア１０６が、第１の導体プレーン１０１と第２の伝送線路１０５の他端を電気的に接続するように設けられている。また、本実施形態の構造体は、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２とで挟まれた領域の内側に設けられている点が第３の実施の形態とは異なる。
詳しく説明すると、本実施形態の構造体は、第１の誘電体層１０８と第２の誘電体層１０９とが積層しており、第１の誘電体層１０８の第２の誘電体層１０９と対峙していない面側に第１の導体プレーン１０１が配設され、第２の誘電体層１０９の第１の誘電体層１０８と対峙していない面側に第２の導体プレーン１０２が配設されている。すなわち、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２により、第１の誘電体層１０８及び第２の誘電体層１０９が挟まれている。そして、第１の誘電体層１０８と第２の誘電体層１０９に挟まれた中間層に、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が配設されている。第１の伝送線路１０３は第２の導体プレーン１０２と対向する平面に配設されて、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路である。この第１の伝送線路１０３は、第１の実施の形態における第１の伝送線路１０３と同様に、その一端がオープン端となっており、オープンスタブとして機能する。第１の伝送線路１０３の他端は、導体ビア１０４を介して第１の導体プレーン１０１と電気的に接続されている。さらに、第１の伝送線路１０３と同一の層に第１の伝送線路１０３と並走するように設けられた第２の伝送線路１０５の一端はオープン端となっており、他端は第２の導体ビア１０６を介して第１の導体プレーン１０１と電気的に接続されている。なお、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６は、第２の導体プレーン１０２と絶縁されている。この際、第２の伝送線路１０５を含んで構成される共振器の共振周波数が第１の伝送線路１０３の長さに起因する共振周波数と近い共振周波数を持つように設計する。例えば、第２の伝送線路１０５が第１の伝送線路１０３の長さの、１／（２ｎ−１）程度の長さを持つように設計する。
本実施形態における単位構造１０７の配置、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５の配置・形状、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６の配置は、以降追記する事項を除き、上述した第１及び第３の実施形態と同様である。
本実施の形態の構造体では、第３の実施の形態に記載した効果に加えて、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５が、第１の導体プレーン１０１及び第２の導体プレーン１０２によって遮蔽されるため、第１の伝送線路１０３及び第２の伝送線路１０５から外部へ放射する不要な電磁波を低減することができる。
なお、本実施形態では、図３４、図３５及び図４３に示すように、第１の導体ビア１０４及び第２の導体ビア１０６が貫通ビアの場合を示したが、第１の導体ビア１０４は第１の導体プレーン１０１及び第１の伝送線路１０３を電気的に接続し、第２の導体ビア１０６は第１の導体プレーン１０１と第２の伝送線路１０５を電気的に接続できればよく、必ずしも貫通ビアである必要はない。例えば、図３６、図３７及び図４４に示すように、非貫通ビアの第１の導体ビア１０４´及び第２の導体ビア１０６´が設けられていても本実施形態の効果に何ら影響を与えない。
図３６、図３７及び図４４に示す構造体の場合は、第２の導体プレーン１０２にクリアランス１１０及び１１１を設ける必要がないため、クリアランス１１０及び１１１の部分から外部への電磁波放射を無くすことができる。
上述したような構造体を有する配線基板や、当該配線基板を有する電子機器によれば、同様の作用効果を実現することができる。
＜＜付記＞＞
以下、参考形態の例を付記する。
１． 互いに対向して異なる層に配置された第１及び第２の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンと異なる層に形成されており、前記第２の導体プレーンに対向しており、一端が開放端となっている第１の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを接続している第１の導体ビアと、
前記第１の伝送線路と同じ層に形成され、前記第１の伝送線路と並走しており、一端が開放端となっている第２の伝送線路と、
前記第２の伝送線路の他端と前記第１または前記第２の導体プレーンとを電気的に接続する第２の導体ビアとを備えることを特徴とする構造体。
２． １に記載の構造体において、
前記第１の導体プレーン、前記第２の導体プレーン、前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路、前記第１の導体ビア、及び、前記第２の導体ビアは、ＥＢＧ構造を構成している構造体。
３． １又は２に記載の構造体において、
１つの前記第１の伝送線路に複数の前記第２の伝送線路が並走していることを特徴とする構造体。
４． １から３のいずれかに記載の構造体において、
前記第２の導体ビアは、前記第２の導体プレーンと前記第２の伝送線路を接続していることを特徴とする構造体。
５． １から４のいずれかに記載の構造体において、
前記第１の伝送線路の前記開放端から前記他端に向かう方向を第１の方向とし、前記第２の伝送線路の前記開放端から前記他端に向かう方向を第２の方向とすると
前記第１及び前記第２の伝送線路の互いに並走する部分は、前記第１及び前記第２の方向が互いに逆を向いていることを特徴とする構造体。
６． １から５のいずれかに記載の構造体において、
前記第２の導体プレーンと第１の伝送線路が配設された層との間隔をｈとすると、
互いに並走する前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路との間隔が２ｈ以下である部分を有することを特徴とする構造体。
７． １から６のいずれかに記載の構造体において、
前記第１の伝送線路の長さをＬとすると、
前記第２の伝送線路の長さは、（Ｌ−Ｌ／８）以上（Ｌ＋Ｌ／８）以下であることを特徴とする構造体。
８． １から６のいずれかに記載の構造体において、
前記第１の伝送線路の長さＬとすると、
前記第２の伝送線路の長さは、（Ｌ／３−Ｌ／８）以上（Ｌ／３＋Ｌ／８）以下であることを特徴とする構造体。
９． 互いに対向して異なる層に配置された第１及び第２の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンと異なる層に形成されており、前記第２の導体プレーンに対向しており、一端が開放端となっている第１の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを接続している第１の導体ビアと、
前記第１の伝送線路と同じ層に形成され、前記第１の伝送線路と並走しており、一端が開放端となっている第２の伝送線路と、
前記第２の伝送線路の他端と前記第１または前記第２の導体プレーンとを電気的に接続する第２の導体ビアとを備える構造体を有する配線基板。
９−２． ９に記載の配線基板において、
前記第１の導体プレーン、前記第２の導体プレーン、前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路、前記第１の導体ビア、及び、前記第２の導体ビアは、ＥＢＧ構造を構成している配線基板。
９−３． ９又は９−２に記載の配線基板において、
１つの前記第１の伝送線路に複数の前記第２の伝送線路が並走していることを特徴とする配線基板。
９−４． ９から９−３のいずれかに記載の配線基板において、
前記第２の導体ビアは、前記第２の導体プレーンと前記第２の伝送線路を接続していることを特徴とする配線基板。
９−５． ９から９−４のいずれかに記載の配線基板において、
前記第１の伝送線路の前記開放端から前記他端に向かう方向を第１の方向とし、前記第２の伝送線路の前記開放端から前記他端に向かう方向を第２の方向とすると
前記第１及び前記第２の伝送線路の互いに並走する部分は、前記第１及び前記第２の方向が互いに逆を向いている配線基板。
９−６． ９から９−５のいずれかに記載の配線基板において、
前記第２の導体プレーンと第１の伝送線路が配設された層との間隔をｈとすると、
互いに並走する前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路との間隔が２ｈ以下である部分を有することを特徴とする配線基板。
９−７． ９から９−６のいずれかに記載の配線基板において、
前記第１の伝送線路の長さをＬとすると、
前記第２の伝送線路の長さは、（Ｌ−Ｌ／８）以上（Ｌ＋Ｌ／８）以下であることを特徴とする配線基板。
９−８． ９から９−６のいずれかに記載の配線基板において、
前記第１の伝送線路の長さＬとすると、
前記第２の伝送線路の長さは、（Ｌ／３−Ｌ／８）以上（Ｌ／３＋Ｌ／８）以下であることを特徴とする配線基板。
１０． 互いに対向して異なる層に配置された第１及び第２の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンと異なる層に形成されており、前記第２の導体プレーンに対向しており、一端が開放端となっている第１の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを接続している第１の導体ビアと、
前記第１の伝送線路と同じ層に形成され、前記第１の伝送線路と並走しており、一端が開放端となっている第２の伝送線路と、
前記第２の伝送線路の他端と前記第１または前記第２の導体プレーンとを電気的に接続する第２の導体ビアとを備える構造体を有する配線基板を備える電子装置。
１０−２． １０に記載の電子装置において、
前記第１の導体プレーン、前記第２の導体プレーン、前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路、前記第１の導体ビア、及び、前記第２の導体ビアは、ＥＢＧ構造を構成している電子装置。
１０−３． １０又は１０−２に記載の電子装置において、
１つの前記第１の伝送線路に複数の前記第２の伝送線路が並走していることを特徴とする電子装置。
１０−４． １０から１０−３のいずれかに記載の電子装置において、
前記第２の導体ビアは、前記第２の導体プレーンと前記第２の伝送線路を接続していることを特徴とする電子装置。
１０−５． １０から１０−４のいずれかに記載の電子装置において、
前記第１の伝送線路の前記開放端から前記他端に向かう方向を第１の方向とし、前記第２の伝送線路の前記開放端から前記他端に向かう方向を第２の方向とすると
前記第１及び前記第２の伝送線路の互いに並走する部分は、前記第１及び前記第２の方向が互いに逆を向いている電子装置。
１０−６． １０から１０−５のいずれかに記載の電子装置において、
前記第２の導体プレーンと第１の伝送線路が配設された層との間隔をｈとすると、
互いに並走する前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路との間隔が２ｈ以下である部分を有することを特徴とする電子装置。
１０−７． １０から１０−６のいずれかに記載の電子装置において、
前記第１の伝送線路の長さをＬとすると、
前記第２の伝送線路の長さは、（Ｌ−Ｌ／８）以上（Ｌ＋Ｌ／８）以下であることを特徴とする電子装置。
１０−８． １０から１０−６のいずれかに記載の電子装置において、
前記第１の伝送線路の長さＬとすると、
前記第２の伝送線路の長さは、（Ｌ／３−Ｌ／８）以上（Ｌ／３＋Ｌ／８）以下であることを特徴とする電子装置。
この出願は、２０１３年３月８日に出願された日本出願特願２０１３−０４７０３４号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。
１０１ 第１の導体プレーン
１０２ 第２の導体プレーン
１０３、１０３Ａ、１０３Ｂ 第１の伝送線路
１０４ 第１の導体ビア
１０５、１０５Ａ、１０５Ｂ 第２の伝送線路
１０６、１０６Ａ、１０６Ｂ 第２の導体ビア
１０７、１０７Ａ、１０７Ｂ 単位構造
１０８ 第１の誘電体層
１０９ 第２の誘電体層
１１０、１１１ クリアランス
３０４ シャント部
９０１ 第３の誘電体層
１００１ 第３の導体プレーン
１８０１、１９０１ キャパシタンスを付加する構造体

Claims (10)

  1. 互いに対向して異なる層に配置された第１及び第２の導体プレーンと、
    前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンと異なる層に形成されており、前記第２の導体プレーンに対向しており、一端が開放端となっている第１の伝送線路と、
    前記第１の伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを接続している第１の導体ビアと、
    前記第１の伝送線路と同じ層に形成され、前記第１の伝送線路と並走しており、一端が開放端となっている第２の伝送線路と、
    前記第２の伝送線路の他端と前記第１または前記第２の導体プレーンとを電気的に接続する第２の導体ビアとを備えることを特徴とする構造体。
  2. 請求項１に記載の構造体において、
    前記第１の導体プレーン、前記第２の導体プレーン、前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路、前記第１の導体ビア、及び、前記第２の導体ビアは、ＥＢＧ（electromagnetic bandgap）構造を構成している構造体。
  3. 請求項１又は２に記載の構造体において、
    １つの前記第１の伝送線路に複数の前記第２の伝送線路が並走していることを特徴とする構造体。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の構造体において、
    前記第２の導体ビアは、前記第２の導体プレーンと前記第２の伝送線路を接続していることを特徴とする構造体。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の構造体において、
    前記第１の伝送線路の前記開放端から前記他端に向かう方向を第１の方向とし、前記第２の伝送線路の前記開放端から前記他端に向かう方向を第２の方向とすると
    前記第１及び前記第２の伝送線路の互いに並走する部分は、前記第１及び前記第２の方向が互いに逆を向いていることを特徴とする構造体。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の構造体において、
    前記第２の導体プレーンと前記第１の伝送線路が配設された層との間隔をｈとすると、
    互いに並走する前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路との間隔が２ｈ以下である部分を有することを特徴とする構造体。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の構造体において、
    前記第１の伝送線路の長さをＬとすると、
    前記第２の伝送線路の長さは、（Ｌ−Ｌ／８）以上（Ｌ＋Ｌ／８）以下であることを特徴とする構造体。
  8. 請求項１から６のいずれか１項に記載の構造体において、
    前記第１の伝送線路の長さＬとすると、
    前記第２の伝送線路の長さは、（Ｌ／３−Ｌ／８）以上（Ｌ／３＋Ｌ／８）以下であることを特徴とする構造体。
  9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の構造体を有する配線基板。
  10. 請求項９に記載の配線基板を有する電子装置。
JP2015504242A 2013-03-08 2014-02-24 構造体、配線基板及び電子装置 Pending JPWO2014136595A1 (ja)

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