WO2019163910A1 - 電磁界バンドストップフィルタ - Google Patents

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WO2019163910A1
WO2019163910A1 PCT/JP2019/006605 JP2019006605W WO2019163910A1 WO 2019163910 A1 WO2019163910 A1 WO 2019163910A1 JP 2019006605 W JP2019006605 W JP 2019006605W WO 2019163910 A1 WO2019163910 A1 WO 2019163910A1
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resonator
conductor
stop filter
band stop
sub
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PCT/JP2019/006605
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豪 伊丹
陽平 鳥海
岡本 健
潤 加藤
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日本電信電話株式会社
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    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
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    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/2005Electromagnetic photonic bandgaps [EPB], or photonic bandgaps [PBG]
    • HELECTRICITY
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    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
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    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0013Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an electromagnetic field band stop filter that reflects electromagnetic waves having a specific frequency.
  • Wireless communication services using this information communication device and wireless lines such as wireless LAN (Local Area Network) or LTE (registered trademark) (Long Term Evolution) are rapidly progressing as information communication devices become smaller and more functional. Is popular. For example, mobile terminals such as smartphones, tablet terminals, and notebook personal computers have become indispensable regardless of whether they are public or private.
  • wireless LAN services such as Wi-Fi (registered trademark) are rapidly spreading and spreading throughout the country. Accordingly, transmission / reception of radio waves from wireless communication terminals / devices including the above-described mobile terminals is frequently performed over a wide area, and there is a concern about the influence on other electronic devices / devices in the vicinity. In addition, the drive frequency of the internal circuit is increasing due to the higher functionality of the device, and there is a concern about the influence of radiation noise in the microwave band.
  • Non-Patent Document 1 the threat of electromagnetic wiretapping that steals information from weak electromagnetic waves radiated from electronic devices has been pointed out. For example, there has been concern about the threat of screen snooping using leaked electromagnetic waves from a display used in a desktop PC (personal computer) or the like (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • the FSS is an electromagnetic control material in which a plurality of unit cells are periodically arranged in a two-dimensional manner using a structure composed of a conductor that resonates in response to a desired electromagnetic field and an opening portion as a unit cell.
  • the FSS is a material that can have various frequency characteristics depending on the structure of the unit cell (see, for example, Non-Patent Document 4).
  • the FSS has a resonator structure with various frequency characteristics. For example, paying attention to a band-stop filter characteristic that reflects a specific frequency, the conductor portion has a resonance structure.
  • Examples of the resonator having such band-stop filter characteristics include a ring resonator, a dipole array resonator, a tripole resonator, a cross resonator, and a patch resonator.
  • Each of these resonators has a characteristic of reflecting a specific frequency band, and has a characteristic that a part of the structure (ring, dipole, etc.) coincides with a specific length (about the wavelength of the incident electric field).
  • the FSS frequency design has many structural parameters to consider, such as the resonance frequency shifting depending on the arrangement of the resonators, and it is necessary to consider the balance with other characteristics. (For example, see Non-Patent Document 5).
  • FSS is used to protect the security of radio waves used in electronic devices such as mobile communication terminals or wireless LANs, to prevent other devices from being affected by radiated noise generated by electronic devices, and to prevent leakage of electromagnetic information.
  • electronic devices such as mobile communication terminals or wireless LANs
  • it is necessary to block electromagnetic waves in the target frequency band in a specific region.
  • the radio frequency band used for electronic devices and wireless LANs, or the frequency band of radiation noise from devices is approximately 300 [MHz] to 6 [GHz].
  • noise having a frequency band of 700 [MHz] or less is radiated from the mobile communication terminal.
  • the frequency band of the radiated noise is 300 [MHz]
  • this frequency band becomes a large value of 100 [cm].
  • the size of the resonator is inevitably fixed according to the value of the frequency (wavelength ⁇ ). For example, if the wavelength ⁇ of 100 [cm] is to be reflected, it functions as an FSS without a certain area. I could't. For example, when the frequency band of radiation noise is 300 [MHz] and the wavelength ⁇ of this radiation noise is 100 [cm], the length of one side is about 20 [cm] or more even when the resonator is made as small as possible. It is necessary to make a resonator in the unit cell. In order to function as an FSS, at least several unit cells need to be arranged. For this reason, it could not function as an FSS without a space of several square meters or more.
  • the frequency band of radiated noise from electronic frequency devices such as mobile communication terminals and wireless frequency bands used in wireless LANs is not a single frequency band, the radio wave environment and electromagnetic environment even within a specific space Is complicated.
  • the multi-layer structure of FSS that has been studied so far adds capacitance (electric capacity) between layers with respect to FSS, and only uses the effect of increasing capacitance. For this reason, there is a limit to reducing the resonance frequency, that is, downsizing the FSS under the same operating frequency. Further, although the resonance frequency can be lowered in the above-described conventional structure, the bandwidth becomes wider as the lowered width is increased, and the steep operating characteristics cannot be realized. That is, although the center frequency of the resonance frequency band can be changed, there is a risk that surrounding frequency bands that do not need to be blocked may also be blocked (see, for example, Non-Patent Document 6).
  • the present invention has been made paying attention to the above circumstances, and an object thereof is to provide an electromagnetic field band stop filter which can obtain a desired frequency characteristic.
  • an electromagnetic field band stop filter includes a plurality of unit structures having reflection characteristics for electromagnetic waves having a predetermined frequency. It is made to have.
  • Each of the plurality of unit structures includes a plurality of pole portions arranged in non-contact with each other along each side of the polygon.
  • Each of the plurality of unit structures includes a plurality of conductor portions. The plurality of conductor portions are provided on a one-to-one basis with respect to the plurality of pole portions, and each has at least one refracting portion between one end and the other end.
  • the plurality of conductor portions are joined at one end to the pole portion on a one-to-one basis, and the other end is joined at one point inside the unit structure as viewed from the pole portion.
  • the pole portions of each of the plurality of unit structures are adjacent to each other at an interval reflecting the predetermined frequency, and the plurality of unit structures are regularly arranged two-dimensionally.
  • the plurality of pole portions have a flat plate portion, and a long side of the flat plate portion extends along each side of the polygon. It is arranged.
  • the second aspect is arranged so as to cover at least a part of the flat plate portion of the adjacent pole portions with a predetermined interval, and an electric capacity is added in parallel to the electric capacity of the adjacent pole portions.
  • a sub-resonator that forms a conductive plate.
  • an interval between the sub-resonator and the pole portion is 1/10 or less of an arrangement interval of the plurality of unit structures. It is a thing.
  • the refracting portion of the conductor portion has a shape that outlines between one end and the other end.
  • the fourth aspect further includes a sub resonator.
  • the sub-resonator has a ring shape corresponding to the contour shape drawn by the refracting portion of the conductor portion.
  • the sub-resonator includes a current direction in at least a part of the ring shape when a current flows, and a current direction in at least a part of the refracting part of the conductor part when a current flows in the conductor part.
  • an interval between the sub-resonator and the conductor portion is 1/10 or less of an arrangement interval of the plurality of unit structures. It is a thing.
  • a sixth aspect of the electromagnetic field band stop filter according to the present invention is such that, in the fourth aspect, the length of the conductor portion in the short direction is shorter than the short side of the pole portion.
  • the plurality of pole portions have a flat plate portion, and a long side of the flat plate portion extends along each side of the polygon. It is arranged.
  • the refracting portion of the conductor portion has a shape that outlines between one end and the other end.
  • the seventh aspect further includes a first sub-resonator and a second sub-resonator.
  • the first sub-resonator is disposed so as to cover at least a part of the flat plate portion of the adjacent pole portions with a predetermined interval, and is electrically connected in parallel to the electric capacity of the adjacent pole portions. Make a conductor plate to add capacitance.
  • the second sub-resonator has a ring shape corresponding to the contour shape drawn by the refracting portion of the conductor portion.
  • the second sub-resonator includes a current direction in at least a part of the ring shape when a current flows, and a current in at least a part of the refracting part of the conductor part when a current flows in the conductor part.
  • the ring-shaped shape is arranged so as to planarly overlap at least a part of the refracting part of the conductor part so that the direction of the ring is the same.
  • the inductance of the resonator can be increased.
  • the capacitance of the resonator can be increased.
  • the inductance and capacitance of the resonator can be increased.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an application example of a main resonator of an electromagnetic field band stop filter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an application example of the patch type sub-resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an application example of the ring type sub-resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a Jerusalem cross-type resonator.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the direction of current flowing through the main resonator and the direction of current flowing through the ring-type sub-resonator of the electromagnetic band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an application example of a main resonator of an electromagnetic field band stop filter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an application example of the patch type sub-
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a first application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an equivalent circuit when a patch type resonator is not combined with the electrode plate portion of the main resonator.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an equivalent circuit when a patch type resonator is combined with the pole plate portion of the main resonator.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration in which a dielectric substrate is sandwiched between the pole plate portion of the main resonator and the patch resonator.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an equivalent circuit when a patch type resonator is not combined with the electrode plate portion of the main resonator.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an equivalent circuit when a patch type resonator is combined with the pole plate portion of
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a second application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a third application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows an example of the arrangement of the pole plate portion of the main resonator and the patch resonator in the third application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a fourth application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 shows an example of the arrangement of the main resonator lead wire portion and the ring resonator in the fourth application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. FIG. 15 is a diagram illustrating a fifth application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a sixth application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 shows an example of the arrangement of the main resonator conductor and the ring resonator of the sixth application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. FIG. 18 is a diagram illustrating a seventh application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 shows a conductor portion of a main resonator, a patch resonator, and a ring resonator of the seventh application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic band stop filter according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example of arrangement
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a first example of the resonance frequency [GHz] -transmission characteristic S21 [dB] of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the invention.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a second example of the resonance frequency [GHz] -transmission characteristic S21 [dB] of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the invention.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a first example of the resonance frequency [GHz] -transmission characteristic S21 [dB] of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the invention.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a second example of the resonance frequency [GHz] -
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a third example of the resonance frequency [GHz] -transmission characteristic S21 [dB] of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the invention.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a fourth example of a resonance frequency [GHz] -transmission characteristic S21 [dB] of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an application example of a main resonator of an electromagnetic field band stop filter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an application example of the patch type sub-resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an application example of the ring type sub-resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • the structure shown in FIG. 1 is used as the main resonator 11 of the electromagnetic field band stop filter.
  • patch-type resonator 21 is used as a patch (rectangular conductor version) type sub-resonator (hereinafter referred to as patch-type resonator 21) of an electromagnetic field band stop filter.
  • patch-type resonator 21 the structure shown in FIG. 3 is used as a ring-type sub-resonator (hereinafter referred to as a ring-type resonator 22) of an electromagnetic field band stop filter.
  • the FSS is configured by regularly arranging unit structures A1 (also referred to as unit cells in a portion surrounded by a dotted line in FIGS. 1, 2, and 3) on a two-dimensional plane.
  • Each unit structure A1 is formed by forming a conductive geometric pattern on a substrate made of a dielectric.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a Jerusalem cross-type resonator.
  • the main resonator 11 is a unit structure of the Jerusalem cross-type resonator shown in FIG. It is a resonator in which the conductor portion in A2 is an eight-shaped wiring.
  • the Jerusalem cross type resonator is a typical resonator having a band stop structure.
  • the main resonator 11 shown in FIG. 1 has a conductor part (conductor part) 11a that has at least one refracting part between one end and the other end and does not branch, and a one-to-one correspondence with the conductor part 11a. And an electrode plate part (electrode part) 11b which is a rectangular conductor.
  • the refracting portion may have a shape that outlines between one end and the other end.
  • the length of the long side and the short side of the electrode plate part 11b is sufficiently longer than the length of the conductor part 11a in the short direction.
  • the unit structure A1 shown in FIG. 1 has a polygonal shape, here, a regular square-like pattern. That is, each unit structure A1 includes four conductor portions 11a and a flat plate portion, and the long side of the flat plate portion is arranged along each side of a polygon, here, a regular square. And each conductor portion 11a and each electrode plate portion 11b are electrically connected in a one-to-one relationship within the same unit structure A1.
  • the electrode plate portions 11b in the same unit structure A1 are arranged in a non-contact manner without crossing each other.
  • One end of the conducting wire portion 11a is electrically connected to the midpoint inside the unit structure A1 in the long side portion of the electrode plate portion 11b.
  • the electrode plate portion 11b in each unit structure A1 is disposed adjacent to the electrode plate portion 11b of another unit structure A1 adjacent to the unit structure A1 having the electrode plate portion 11b.
  • the adjacent interval is set to an interval that reflects the frequency to be reflected.
  • the reflection characteristic to the 200 MHz band as a predetermined frequency is set in the unit structure.
  • This band corresponds to the lowest band among the frequency bands in which leakage should be prevented.
  • the target frequency is not limited to the 200 MHz band, and may be arbitrarily determined according to the environment.
  • the one end and the other end of the conducting wire portion 11a are not branched as described above. Make a shape to draw a letter.
  • the shape of the figure of the conducting wire part 11a shown in FIG. 1 is an example, and it is not particularly limited as long as it is a refracting part between one end and the other end in order to extend the effective length of the conducting wire part 11a.
  • the unit structure A1 is a structure that is two-dimensionally arranged radially with the common connection point as the center and at equal angular intervals of 90 °.
  • the shape of the unit structure A1 is all point-symmetric with respect to the center. That is, in each unit structure A1, the length of each electrode plate part 11b is the same, and the conducting wire part 11a extends from the center of the long side of the electrode plate part 11b toward the inside of the unit structure A1. The other end of each conducting wire portion 11a facing inward is connected at the center, which is a point on the inner side when viewed from the electrode plate portion 11b in the unit structure A1 having a regular square shape. That is, the conducting wire portion 11a of each unit structure A1 is a conductive member formed along an eight-shaped shape that connects the square quadrangle of the unit structure A1 and each electrode plate portion 11b.
  • the main resonator 11, the patch resonator 21, and the ring resonator 22 are formed of conductors in the FSS unit structure A1.
  • the main resonator 11 In the main resonator 11, an inductance L included in the conducting wire portion 11a and a capacitance C included in the electrode plate portion 11b are arranged in series.
  • the main resonator 11 has a band stop that blocks the incident electromagnetic wave when the current flowing through the main resonator 11 increases during resonance and an electric field is generated in the direction opposite to the incident electromagnetic wave to the main resonator 11 by the action of electrons. Acts as a filter.
  • the principle of operation is qualitatively explained by the circuit expression as described above, but strictly, it follows the Floquet theory related to the periodic structure.
  • the resonance principle should be designed based on the lumped constant circuit of the unit structure by increasing the inductance and capacitance of the unit structure and making the corresponding wavelength at resonance sufficiently larger than the dimensions of the unit structure. Is possible.
  • the width for example, the outer diameter is designed to be as short as possible.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the direction of current flowing through the main resonator and the direction of current flowing through the ring-type sub-resonator of the electromagnetic band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • the direction B3 and the direction B4 are a part of the current path of the conducting wire portion 11a by forming the shape of the above-mentioned figure of 8 between one end and the other end of the conducting wire portion 11a. It is designed so that a part of the current path of the ring resonator 22 is the same in a portion overlapping in a plane.
  • the direction B3 is a direction of a current that is induced by the incident electromagnetic wave incident along the direction B1 and flows through the conductor portion 11a by the electric field along the direction B2 orthogonal to the direction B1.
  • a direction B4 is a direction of a current flowing in a ring resonator 22 described later.
  • the effective length can be extended compared to the case where the figure-eight shape is not used.
  • the inductance of the resonator can be increased.
  • the inductance of a resonator can be raised because the width
  • the long side is designed to be as long as possible in order to increase the capacitance of the resonator.
  • the short side of the electrode plate portion 11b is designed to be sufficiently longer than the length of the conducting wire portion 11a in the short direction.
  • the interval between the adjacent electrode plate portions 11b between the different unit structures A1 is made as small as possible.
  • two main resonators 11 having the same structure illustrated in FIG. 1 are prepared, and these are arranged in a non-contact manner and aligned in a plan view (sub resonators are not used).
  • the inductance of the resonator can be increased.
  • the main resonators 11 are stacked in contact with each other with no gap, and the arrangement of the main resonators 11 is shifted, that is, displaced along the plate direction. Configuration is not included.
  • the interval between the two main resonators 11 is preferably equal to or less than 1/10 of the arrangement interval that is the interval between the centers of the unit structures. This is because the resonance wavelength of the resonator is about the same as the arrangement interval, and the interval when overlapped is sufficiently below the resonance wavelength.
  • the configuration is not limited to the configuration in which the two main resonators 11 are arranged so as to be aligned in a plan view, but three or more main resonators 11 having the same structure are prepared, and these
  • the inductance of the resonator can be increased even in a configuration in which they are arranged in a non-contact manner and aligned in a plan view.
  • the sub-resonator is divided into the patch-type resonator 21 and the ring-type resonator 22 described above.
  • the patch resonator 21 is a conductor plate having a flat plate shape and a short side and a long side.
  • the short side is longer than the distance between the electrode plate portions 11b adjacent to each other between the different unit structures A1 of the main resonator 11.
  • the long side has a length equal to or shorter than the long side of the electrode plate portion 11b and is arranged along each side of the polygon of the unit structure A1.
  • the patch type resonator 21 straddles between the adjacent electrode plate portions 11b between the different unit structures A1 in the main resonator 11, and at least the flat plate portions of these electrode plate portions 11b. A portion is covered with a predetermined interval, and at least a portion of the patch resonator 21 and at least a portion of the electrode plate portion 11b are arranged so as to overlap in a plane.
  • the height of the patch resonator 21 (length perpendicular to the plate direction) is sufficiently shorter than the arrangement interval, which is the interval between the centers in the unit structure A1.
  • the patch resonator 21 electrically couples the adjacent electrode plate portions 11b to each other, and adds an electric capacity in parallel to the electric capacity of the electrode plate portions 11b.
  • the ring resonator 22 has a ring shape corresponding to the contour shape drawn by the refracting portion of the conducting wire portion 11a.
  • the ring resonator 22 is configured such that at least a part of the ring shape of the ring resonator 22 is at least a part of the refracting part of the conducting wire part 11a of the main resonator 11, for example, eight. It arrange
  • the height of the ring resonator 22 is sufficiently shorter than the above arrangement interval.
  • the magnetic effect (magnetic coupling effect) is brought about by matching the direction of the current flowing through the ring resonator 22 and the direction of the current flowing through the octagonal structure of the conducting wire portion 11a of the main resonator 11.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a first application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • the pole plate portion 11b of the main resonator 11 shown in FIG. 1 and the patch type resonator 21 shown in FIG. Composed.
  • At least a part of the flat plate portions of the electrode plate portions 11 b adjacent in different unit structures A ⁇ b> 1 share a surface with at least a part of the flat plate portion of the patch resonator 21, that is
  • the patch-type resonator 21 and the adjacent electrode plate portion 11b are arranged so as to overlap each other to form two layers.
  • the distance between the patch type resonator 21 and the electrode plate portion 11b is an arrangement interval that is an interval between centers of unit structures. It is desirable that it is 1/10 or less. This is because the resonance wavelength of the resonator is about the same as the arrangement interval, and the interval when overlapped is sufficiently below the resonance wavelength.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an equivalent circuit when a patch type resonator is not combined with the electrode plate portion of the main resonator.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an equivalent circuit when a patch type resonator is combined with the pole plate portion of the main resonator.
  • the unit structure has a capacitance C with respect to the capacitance C of the electrode plate portion 11b of the main resonator 11, as shown in FIG.
  • the capacitance C ′ can be added in parallel, and the resonance frequency of the resonator can be lowered as compared with the case where it is not added. That is, the resonator under the same resonance frequency can be downsized.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration in which a dielectric substrate is sandwiched between the pole plate portion of the main resonator and the patch resonator.
  • the configuration shown in FIG. 9 relates to the configuration of the portion indicated by the range A11 shown in FIG.
  • the electrode plate portion 11b and the patch type resonator 21 are combined as described above, a dielectric is provided between the layers, that is, between the electrode plate portion 11b and the patch type resonator 21, as shown in FIG.
  • a dielectric is provided between the layers, that is, between the electrode plate portion 11b and the patch type resonator 21, as shown in FIG.
  • the two added patch resonators 21 are combined so that they are arranged in a total of three layers so as to sandwich the electrode plate portion 11b of the main resonator 11, so that the added capacitance is Compared to the case of two layers, the resonance frequency can be increased and the resonance frequency can be further lowered.
  • a dielectric is provided between the first patch type resonator 21 and the electrode plate portion 11b and between the second patch type resonator 21 and the electrode plate portion 11b.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a second application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • the long side length L1, the short side length L2, or the patch type resonator 21 of the patch type resonator 21 described in the first application example By changing the distance d1 between the electrode plate portion 11b and the resonator, the capacitance of the resonator changes. For this reason, the resonance frequency of the resonator also changes.
  • the combination of the patch resonator 21 and the electrode plate portion 11b is the above-described two layers or three layers.
  • the resonance frequency can be selected by the size of the patch resonator 21 that is a sub-resonator or the distance d1 between the patch resonator 21 and the electrode plate portion 11b.
  • the layer of the patch type resonator 21 which is a sub-resonator is arranged in a layer different from the electrode plate portion 11b of the main resonator 11, they are separately carried before the resonator is used. Is possible. That is, patch-type resonators 21 of various sizes are prepared, and the dimensions of the patch-type resonator 21 and the distance d1 are appropriately selected, thereby changing the magnitude of the added capacitance and changing the resonance frequency band. Can be selected.
  • FIG. 11 is a diagram showing a third application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows an example of the arrangement of the pole plate portion of the main resonator and the patch type resonator in the third application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. The configuration shown in FIG. 12 relates to the configuration of the portion indicated by the range A12 shown in FIG.
  • the electrode plate portion 11b and the patch are maintained.
  • the arrangement position of the patch type resonator 21 is set to the long plate direction B5 of the electrode plate portion 11b or the short side. Since the capacitance formed by the electrode plate portion 11b of the main resonator 11 and the patch resonator 21 changes when the plate is displaced along the flat plate direction B6, the resonance frequency of the resonator changes.
  • the resonance frequency of the resonator is flexibly changed without changing the main resonator 11 only by changing the arrangement position of the patch resonator 21 with respect to the electrode plate portion 11b. be able to.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a fourth application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 shows an example of the arrangement of the main resonator lead wire portion and the ring resonator in the fourth application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • the ring resonator 22 has a ring shape corresponding to the contour shape drawn by the refracting portion of the conducting wire portion 11a.
  • the ring resonator 22 has an outer peripheral portion of a shape in which at least a part of the ring shape of the ring resonator 22 draws an eight shape of the conducting wire portion 11a of the main resonator 11. It arrange
  • the distance between the ring resonator 22 and the conductor portion 11a is 10 minutes of the arrangement interval, which is the interval between the centers of the unit structures. It is desirable that it is 1 or less. This is because the resonance wavelength of the resonator is approximately the same as the arrangement interval, and the interval when overlapped is sufficiently below the resonance wavelength.
  • the length of the ring resonator 22 in the short direction is 20% or less with respect to the length of the short side of the electrode plate portion 11b in the fourth application example.
  • the length in the short direction of the ring resonator 22 is preferably 0.2 [mm] or less. This is because the inductance of the resonator can be easily increased as the length of the ring resonator 22 in the short direction is shorter under the same dimensions of the electrode plate portion 11b. That is, it is possible to easily increase the inductance of the resonator under the same unit structure dimensions.
  • the direction B9 is the direction of the magnetic field generated from the conductor part 11a of the main resonator 11 in the portion where the conductor part 11a of the main resonator 11 and the ring resonator 22 overlap.
  • the direction B10 is the direction of the magnetic field generated from the ring resonator 22.
  • the direction of the current flowing through a part of the ring resonator 22 is the same as the direction of the current flowing through a part of the conducting wire portion 11a of the main resonator 11, so that the ring resonator 22 is provided.
  • the magnetic field generated by the above current is increased by the current flowing through the ring resonator 22 as compared to when no current is present.
  • the reverse magnetic field in accordance with Lenz's law and the reverse current accompanying this magnetic field increase, and the phase lag flowing through the main resonator 11 increases, so that the effective inductance of the resonator can be increased. it can.
  • the two ring-type resonators 22 are combined so that they are arranged in a total of three layers so as to sandwich the conducting wire portion 11a of the main resonator 11, so that the above-described effective inductance to be added is added. Can be made larger than in the case of the two layers, and the resonance frequency can be further lowered.
  • two or more layers of the ring resonator 22 can be stacked on the upper and lower layers with respect to the conductive wire portion 11 a, so that the effective inductance can be further increased by increasing the number of stacked layers, The resonance frequency can be further lowered.
  • the Q factor (bandwidth) of the cutoff characteristic can be described as a function of the ratio of inductance to capacitance. That is, when the inductance is L, the capacitance is C, and the resistance is R, the Q factor (Q) is obtained by the following equation (1). Therefore, increasing the inductance L increases the Q factor, and the resonator A steeper frequency characteristic is obtained.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a fifth application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • the distance d2 between 22 and the conductor portion 11a is changed.
  • the layer of the ring resonator 22 which is a sub-resonator is arranged in a layer different from the conducting wire portion 11a of the main resonator 11, these are separately carried before the resonator is used. be able to. That is, by preparing ring resonators 22 of various sizes and appropriately selecting the dimensions of the ring resonator 22 and the above distance d2, the effective inductance can be changed to change the resonance frequency. A band can be selected.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a sixth application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 shows an example of the arrangement of the main resonator conductor and the ring resonator of the sixth application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 shows an example of the arrangement of the main resonator conductor and the ring resonator of the sixth application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • At least a part of the ring resonator 22 described in the fourth application example has a state in which it overlaps in plan view with the outer peripheral portion of the shape of the figure of the conducting wire portion 11a of the main resonator 11 drawn. Keep it in this state.
  • the arrangement position of the ring resonator 22 is set in a state in which a range f where the ring resonator 22 and the conductor portion 11 a overlap is left in the plane.
  • the longitudinal flat plate direction B5 of the conductor portion 11a or the short flat plate direction B6 is set.
  • the amount of displacement when the rectangular conductor ring is displaced in the long side direction or short side direction is preferably 1/10 or less of the arrangement interval which is the interval between the centers of the unit structures. This is because the resonance wavelength of the resonator is about the same as the arrangement interval, so that the amount of displacement is sufficiently lower than the resonance wavelength.
  • the resonance frequency of the resonator is flexibly changed without changing the main resonator 11 only by changing the way of superimposing the ring resonator 22 on the conductor portion 11a. be able to.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a seventh application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 shows a conductor portion of a main resonator, a patch resonator, and a ring resonator of the seventh application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic band stop filter according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example of arrangement
  • FIGS. 18 and 19 in the seventh application example, the main resonator 11 shown in FIG. 1, the patch type resonator 21 shown in FIG. 2, and the ring type resonator 22 shown in FIG. 3 are combined. Thus, an electromagnetic field band stop filter is configured.
  • this configuration has both the configuration described in the first application example and the configuration described in the fourth application example, both the inductance and the capacitance of the resonator can be increased. Compared to the fourth application example, the resonance frequency of the resonator can be further lowered.
  • the two patch-type resonators 21 are combined so that they are arranged in a total of three layers so as to sandwich the electrode plate portion 11b of the main resonator 11, respectively. Can do.
  • the two ring resonators 22 may be combined in a total of three layers which are arranged so as to sandwich the conductor portion 11a of the main resonator 11, respectively. it can. As a result, the inductance and capacitance are further increased as compared with the case of the two layers, and the resonance frequency can be further lowered.
  • an eighth application example of the combination of the main resonator and the sub resonator of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the present invention will be described.
  • This application example has both the configuration described in the second application example and the configuration described in the fifth application example.
  • the capacitance d of the resonator is changed by changing the distance d1 between the plate portion 11b, the length of each side of the ring of the ring resonator 22, and the distance d2 between the ring resonator 22 and the conductor portion 11a. Since the effective inductance changes, the resonance frequency of the resonator can be changed.
  • the patch type resonator 21 is arranged in a layer different from the electrode plate portion 11 b of the main resonator 11, and the ring type resonator 22 is arranged in a layer different from the conducting wire portion 11 a of the main resonator 11.
  • these can be carried separately. That is, patch-type resonators 21 and ring-type resonators 22 of various sizes are prepared, and the dimensions of the patch-type resonator 21, the dimensions of the ring-type resonator 22, and the distances d1 and d2 are appropriately selected.
  • the resonance frequency band of the resonator can be selected by changing the capacitance of the resonator and the magnitude of the effective inductance.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a first example of the resonance frequency [GHz] -transmission characteristic S21 [dB] of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the invention.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a second example of the resonance frequency [GHz] -transmission characteristic S21 [dB] of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the invention.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a third example of the resonance frequency [GHz] -transmission characteristic S21 [dB] of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the invention.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a fourth example of a resonance frequency [GHz] -transmission characteristic S21 [dB] of the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment of the invention.
  • the characteristics shown in FIG. 20 are characteristics when the sub-resonator is not combined with the main resonator 11, and the resonance frequency is 3.0 [GHz].
  • the characteristic shown in FIG. 21 is a characteristic when the patch type resonator 21 is combined with the main resonator 11, and the resonance frequency is 2.0 [GHz].
  • the characteristic shown in FIG. 22 is a characteristic when the ring resonator 22 is combined with the main resonator 11, and the resonance frequency is 2.85 [GHz].
  • the characteristic shown in FIG. 23 is a characteristic when the patch type resonator 21 and the ring type resonator 22 are combined with the main resonator 11, and the resonance frequency is 1.95 [GHz].
  • the resonance frequency can be shifted to the low frequency band by combining the sub-resonator with the main resonator 11.
  • the patch resonator 21 when the patch resonator 21 is combined with the main resonator 11 and when the ring resonator 22 is combined with the main resonator 11, the patch resonator 21 and the main resonator 11 are combined with the main resonator 11. It can be seen that when the ring resonator 22 is combined, the resonance frequency can be shifted to a low frequency band.
  • the electromagnetic field band stop filter according to the embodiment it is possible to make the structure sufficiently small with respect to the target frequency (wavelength). As a result, the number of electromagnetic band stop filters arranged with a limited number of resonators in a limited space can be increased, so that the accuracy of frequency characteristics can be improved. Similarly, a sufficient number of electromagnetic band stop filters having desired frequency characteristics can be arranged even in a narrow space.
  • the resonant frequency of the electromagnetic band stop filter can be designed in a lumped constant, even an engineer who is not familiar with antenna design technology can easily design an electromagnetic band stop filter with desired characteristics. Is possible. This can lower development barriers.
  • the efficiency of the space required for each base station antenna or this reflector has become a problem.
  • the proportion of required space occupied by the board is relatively large.
  • a plurality of types of sub-resonator patterns are prepared for the pattern of the main resonator 11 so that the pattern is within a certain frequency range (for example, about 2-3 [GHz] at the maximum).
  • the resonance frequency can be controlled without changing the size of the main resonator 11. Therefore, in each case, for example, it is possible to grasp in advance the resonance frequency band according to the type of sub-resonator, arrangement pattern, how to superimpose the sub-resonator and the main resonator, etc.
  • Engineers who are not familiar with FSS can easily set the center frequency and bandwidth of FSS operating characteristics.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
  • the embodiments may be appropriately combined as much as possible, and in that case, the combined effect can be obtained.
  • the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements.
  • 11 main resonator, 11a ... conductor part, 11b ... electrode plate part, 21 ... Patch type resonator, 22: Ring resonator, 31. Substrate.

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Abstract

実施形態における電磁界バンドストップフィルタは、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、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、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間に少なくとも1つの屈折部を有し、一端が極部に1対1で接合され、かつ他端が単位構造における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、複数の単位構造の各々の極部同士を既定の周波数を反映する間隔で隣り合わせ、複数の単位構造を規則的に二次元配置した。

Description

電磁界バンドストップフィルタ
 本発明の実施形態は、特定の周波数の電磁波を反射する電磁界バンドストップフィルタに関する。
 情報通信機器の小型化・高機能化が進み、この情報通信機器と、無線LAN(Local Area Network)またはLTE(登録商標)(Long Term Evolution)等の無線回線とを使用した無線通信サービスが急速に普及している。例えば、スマートフォン、タブレット型端末、ノート型のパーソナルコンピュータ等のモバイル端末は公私を問わず必要不可欠な存在になってきている。
 一方、パブリックスペース、公共施設、病院、オフィス、店舗などでは、Wi-Fi(登録商標)等の無線LANサービスが急速に広がり、国内全体に浸透しつつある。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。
 さらに、近年のIoT(Internet of Things)の進展も相伴ってデバイスの数は急増し、従来は通信を行なわなかった機器も無線通信を行なうようになり、デバイスからの放射ノイズによる無線環境の劣化や通信障害が懸念されている。
 また、電子機器から放射される微弱な電磁波から情報を盗み取る電磁的盗聴の脅威が従来から指摘されている。例えば、デスクトップPC(パーソナルコンピュータ)等に用いられるディスプレイなどからの漏えい電磁波を利用した画面盗視の脅威が懸念されてきた(例えば、非特許文献1を参照。)。
 このような脅威は、上記の電子機器と同様に機密情報・個人情報を取り扱う機会が増加しているモバイル端末も例外ではない。モバイル端末から発せられる漏洩電磁波の信号強度は固定端末に比べて微弱ではあるものの、モバイル端末はパブリックスペースにおいて頻繁に利用され、他人との距離が至近な状態で利用される機会が多い。このため、大人数が集まるような場所ではハッカーを特定することが困難である。このため、モバイル端末においても電磁漏洩に関するセキュリティの脅威が懸念されている(例えば、非特許文献2を参照。)。
 したがって、(1)モバイル通信端末・機器が発する電波によるその他の周辺機器への影響、および(2)端末数の急増に起因する放射ノイズによる無線通信への影響および通信端末のセキュリティへの懸念、の二つの問題が存在する。これにより、電波環境・電磁環境を効率的かつ最適に制御する技術が切実に求められている(例えば、非特許文献3を参照。)。
 そこで、以上のような問題・脅威に対処するために、電波環境および電磁環境を適切に制御することが求められている。その解決手段として、アンテナ技術分野で用いられている、周波数選択板(FSS:Frequency Selective Surface)が注目されている。FSSは、所望の電磁界に応答し共振する導体と開口部分とからなる構造を単位セルとして、複数の単位セルが二次元的に周期配列された電磁制御材料である。FSSは、単位セルの構造によって様々な周波数特性を持たせることができる材料である(例えば、非特許文献4を参照。)。
 FSSには、様々な周波数特性をもつ共振器構造がある。例えば、特定の周波数を反射させるバンドストップフィルタ(band-stop filter)特性に着目すると、導体部を共振構造としている。
 このようなバンドストップフィルタ特性を有する共振器として、例えば、リング型共振器、ダイポールアレイ共振器、トライポール型共振器、十字型共振器、パッチ(patch)型共振器などがある。
 これらの共振器は、いずれも特定の周波数帯を反射する特性を有し、その構造の一部(リングやダイポール等)が特定の長さ(入射電界の波長程度)と一致する特徴を持つ。また、共振器の配列の仕方によっても共振周波数がシフトするなど、FSSの周波数設計には考慮すべき構造パラメータが多く、他の特性との兼ね合いも考慮する必要もあることから、理論として複雑である(例えば、非特許文献5を参照。)。
鈴木康直他、"電磁波による情報漏洩を防止する電磁波セキュリティ対策技術"NTT技術ジャーナル、p.11-15, 2008.8. 伊丹 豪他、"モバイル端末からの漏洩電磁波が持つAM復調後の周波数特性と画面再現の関係に関する検討"信学会総合大会,B-4-60. Mar. 2016. 中村武宏他、"10年後の将来無線アクセスの要求条件と技術課題"電子情報通信学会,p209-219,通信ソサエティマガジン No.19,[冬号],2011. 牧野 滋、"周波数選択板の基礎と応用"電子情報通信学会,p17-p24, A・2015-5,Apl. 2015. BEN A. MUNK, "Frequency Selective Surfaces Theory and Design" 2000. 伊丹 豪他、"3層FSSによる周波数可変バンドストップフィルタの検討"2017信学会総合大会,B-4-29. Sept. 2017.
 特定の空間において、モバイル通信端末といった電子機器またはや無線LANなどで使用する電波のセキュリティ防護、電子機器が発する放射ノイズによる他の機器への影響、および電磁的情報漏洩を防止する目的でFSSを用いる場合、対象周波数帯の電磁波を特定の領域で遮断する必要がある。
 電子機器や無線LANに使用される無線周波数帯、またはデバイスからの放射ノイズの周波数帯は、およそ300[MHz]から6[GHz]である。一例として、モバイル通信端末からは、周波数帯が700[MHz]以下であるノイズが放射されていることが分かっており、例えば当該放射ノイズの周波数帯が300[MHz]である場合、この周波数帯の波長λは100[cm]と大きな値となる。
 従来のFSSでは、共振器の構造と放射ノイズの波長λとをマッチングさせる必要があった。このため、周波数(波長λ)の値に応じて共振器のサイズが必然的に固定されてしまい、例えば100[cm]の波長λを反射しようとすると、ある程度の面積がないとFSSとして機能させることができなかった。
 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る。また、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。このため、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。
 モバイル通信端末などの電子機器または無線LANに使用される無線周波数帯からの放射ノイズの周波数帯はいずれも単一の周波数帯ではないため、特定のある空間内であっても電波環境・電磁環境は複雑である。
 このため、どの周波数帯が問題となっているのかは調べてみないと分からなく、特定の周波数帯のみに作用するFSSでは十分に対応できないという問題があった。
 また、一度作製されたFSSには共振周波数帯のチューニングの余地がなく、周波数が変わる度に、また一から新たなFSSを作り直す必要があり、膨大な時間、コスト、労力を要する課題があった。
 これまで検討してきたFSSの多層構造は、FSSに対して層間にキャパシタンス(電気容量)を付加するものであり、キャパシタンスの増加効果のみを利用していた。このため、共振周波数の低周波数化、つまり動作周波数が同じ条件でのFSSの小型化には限界があった。また、上記の従来構造では共振周波数を下げることができるが、下げ幅を大きくするほど帯域幅が広くなってしまい、急峻な動作特性を実現することができなかった。すなわち、共振周波数帯の中心周波数は変えられるが、遮断する必要のない周辺の周波数帯も遮断されてしまうおそれがある(例えば、非特許文献6を参照。)。
 この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、所望の周波数特性を得ることができるようにした電磁界バンドストップフィルタを提供することにある。
 上記目的を達成するために、この発明の一実施形態における電磁界バンドストップフィルタの第1の態様は、電磁界バンドストップフィルタが、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するようにしたものである。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を備える。前記複数の単位構造の各々は複数の導体部を備える。前記複数の導体部は、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間に少なくとも1つの屈折部を有する。前記複数の導体部は、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。第1の態様では、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た。
 この発明の電磁界バンドストップフィルタの第2の態様は、第1の態様において、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るようにしたものである。第2の態様は、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有する。
 この発明の電磁界バンドストップフィルタの第3の態様は、第2の態様において、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以下であるようにしたものである。
 この発明の電磁界バンドストップフィルタの第4の態様は、第1の態様において、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するようにしたものである。第4の態様は副共振器をさらに有する。前記副共振器は、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する。前記副共振器は、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。
 この発明の電磁界バンドストップフィルタの第5の態様は、第4の態様において、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以下であるようにしたものである。
 この発明の電磁界バンドストップフィルタの第6の態様は、第4の態様において、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ようにしたものである。
 この発明の電磁界バンドストップフィルタの第7の態様は、第1の態様において、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るようにしたものである。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する。第7の態様は、第1の副共振器と第2の副共振器とをさらに有する。前記第1の副共振器は、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。前記第2の副共振器は、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する。前記第2の副共振器は、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。
 この発明の一実施形態における電磁界バンドストップフィルタの第1、第4、第5、第6の態様によれば、共振器のインダクタンスを大きくすることができる。
 この発明の一実施形態における電磁界バンドストップフィルタの第2および第3の態様によれば、共振器のキャパシタンスを大きくすることができる。
 この発明の一実施形態における電磁界バンドストップフィルタの第7の態様によれば、共振器のインダクタンスおよびキャパシタンスを大きくすることができる。
 すなわち、本発明によれば、電磁界バンドストップフィルタの所望の周波数特性を得ることが可能になる。
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。 図4は、エルサレムクロス型共振器の一例を示す図である。 図5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に流れる電流の方向とリング型副共振器に流れる電流の方向の一例を示す図である。 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7は、主共振器の極板部にパッチ型共振器が組み合わせられないときの等価回路の一例を示す図である。 図8は、主共振器の極板部にパッチ型共振器が組み合わせられたときの等価回路の一例を示す図である。 図9は、主共振器の極板部とパッチ型共振器との間に誘電体である基板が挟まれた構成の一例を示す図である。 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の適用例における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。 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。 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20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共振周波数[GHz]-透過特性S21[dB]の第1の例を示す図である。 図21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共振周波数[GHz]-透過特性S21[dB]の第2の例を示す図である。 図22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共振周波数[GHz]-透過特性S21[dB]の第3の例を示す図である。 図23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共振周波数[GHz]-透過特性S21[dB]の第4の例を示す図である。
 以下、図面を参照しながら、この発明に係わる一実施形態を説明する。 
 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に示す構造が用いられる。本実施形態では、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に示す構造が用いられる。本実施形態では、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に示す構造が用いられる。それぞれの構造については後述する。
 本実施形態では、FSSは、単位構造A1(図1、図2、図3の点線で囲まれた部分で、単位セルとも称される)が二次元平面に規則的に配置されて構成される。それぞれの単位構造A1は、導電性の幾何学的パターンを誘電体からなる基板上に形成されてなる。
 図4は、エルサレムクロス型共振器の一例を示す図である。共振器の小型化、周波数特性の可変性、および、より急峻な遮断特性をそれぞれ実現するために、本実施形態では、主共振器11は、図4に示したエルサレムクロス型共振器の単位構造A2における導体部を八の字型配線とした共振器である。エルサレムクロス型共振器は、バンドストップ構造の代表的な共振器である。
 次に、主共振器11の構成について説明する。図1に示す主共振器11は、一端と他端との間に少なくとも1つの屈折部を有して分岐しない配線とした導線部(導体部)11aと、導線部11aに対して1対1で設けられて長方形状の導体である極板部(極部)11bとをそれぞれ有する。この屈折部は、一端と他端との間で輪郭を描く形状を有してもよい。
 極板部11bの長辺および短辺の長さは、導線部11aの短手方向の長さに比べて十分に長い。
 図1に示される単位構造A1は、多角形、ここでは正四角形様のパターンを有する。すなわち各単位構造A1は、4つの導線部11aと、平板部分を有して、この平板部分の長辺が多角形、ここでは正四角形の各辺に沿って配置される4つの極板部11bとをそれぞれ有し、同じ単位構造A1内で各導線部11aと各極板部11bが1対1で電気的に接続される。同じ単位構造A1内のそれぞれの極板部11bは交わることなく、互いに非接触で配置される。極板部11bの長辺部分のうち単位構造A1の内側の中点には導線部11aの一端が電気的に接続される。 
 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。
 本実施形態では、単位構造に、既定の周波数としての200MHz帯域への反射特性が設定される。この帯域は、漏えいを防止すべき周波数帯域のうち最も低い帯域に該当する。もちろん、対象とする周波数は200MHz帯域に限定されるものではなく、環境などに応じて任意に決められてもよい。
 図1に示した例では、導線部11aの実効長をできるだけ延長して共振器のインダクタンスを高めるために、導線部11aの一端と他端との間は、上記のように、分岐しない八の字を描く形状をなす。図1に示した導線部11aの八の字の形状は一例であり、導線部11aの実効長を延長するために一端と他端との間の屈折部であれば特に限られない。
 言い換えると、1つの導線部11aと1つの極板部11bとが接続されてなる同一の構造を有する4つの構造体において、各構造体の導線部11aの他端が共通接続点で接続された状態で、当該共通接続点を中心として放射状にかつ90°おきの等角度間隔で二次元的に配置された構造が上記の単位構造A1となる。
 単位構造A1の形状は、いずれも中心に対して点対称である。つまり各単位構造A1において、それぞれの極板部11bの長さは同じで、極板部11b長辺の中央から当該単位構造A1の内側に向かって導線部11aが延伸される。この内側に向かった各導線部11aの他端は正四角形様の単位構造A1における極板部11bからみた内側の一点である中央で接続される。すなわち各単位構造A1の導線部11aは、単位構造A1の正四角形の垂心と各極板部11bとをそれぞれ結ぶ八の字形状に沿って形成される導電部材である。主共振器11、パッチ型共振器21、リング型共振器22は、FSSの単位構造A1内の導体で構成される。
 次に、主共振器11の動作原理について説明する。主共振器11では、導線部11aが有するインダクタンスLと、極板部11bが有するキャパシタンスCとが直列に配列される。主共振器11は、この主共振器11に流れる電流が共振時に大きくなり、電子の働きにより主共振器11への入射電磁波と逆方向の電界が発生することで当該入射電磁波を遮断するバンドストップフィルタとして作用する。
 小型化されていない通常のFSSでは、動作原理は定性的に上記のように回路表現で説明されるが、厳密には周期構造に関するフロケ理論に従う。しかし、単位構造が有するインダクタンスとキャパシタンスとをそれぞれ大きくし、共振時に対応する波長を単位構造の寸法に比べて十分大きくすることで、共振原理を単位構造の集中定数回路をもとに設計することが可能となる。
 次に、主共振器11の特徴を説明する。 
 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る。
 図5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に流れる電流の方向とリング型副共振器に流れる電流の方向の一例を示す図である。 
 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B3と方向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。方向B3は、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である。方向B4は、後述のリング型共振器22に流れる電流の方向である。
 図5に示すように、導線部11aに八の字形状が用いられることで、八の字形状が用いられない場合と比較して実効長を延ばすことができる。これにより共振器のインダクタンスを高めることができる。また、導線部11aの幅が極板部11bの長辺および短辺に比べて十分に短くされることで、共振器のインダクタンスを高めることができる。
 また、極板部11bの特徴として、共振器のキャパシタンスを高めるために、長辺の長さができるだけ長くなるように設計される。また、寄生インダクタンス成分を減らすために、極板部11bの短辺は導線部11aの短手方向の長さに比べて十分に長くなるように設計される。また、共振器のキャパシタンスを高めるために、異なる単位構造A1間で隣り合う極板部11b同士の間隔はできるだけ狭くされる。
 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が用意され、これらを非接触で、平面視で向きをそろえて重ねて配置される構成(副共振器は用いられない)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が、間隔を空けずに接触させて重ねられる構成、および、各主共振器11の配置位置がずらされた構成、つまり平板方向に沿って変位させる構成は含まれない。
 上記のように2つの主共振器11が重ねられ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、上記の重ねられたときの間隔が共振波長を十分に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が平面視で向きが揃えられて重ねて配置される構成に限らず、同じ構造を有する3つ以上の主共振器11が用意されて、これらが非接触で、平面視で向きが揃えられて重ねられて配置される構成でも、共振器のインダクタンスを大きくすることができる。
 次に、副共振器の特徴を説明する。副共振器は、上記のパッチ型共振器21とリング型共振器22に区分される。 
 パッチ型共振器21は、平板状をなし、短辺および長辺を有する導体板である。短辺は、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。長辺は、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。
 パッチ型共振器21は、共振器のキャパシタンスを高めるために、主共振器11における異なる単位構造A1間で隣り合う極板部11bの間を跨いで、これらの極板部11bの平板部分の少なくとも一部分を所定の間隔を空けて覆い、パッチ型共振器21の少なくとも一部分と極板部11bの少なくとも一部分とが平面的に重なるように配置される。パッチ型共振器21の高さ(平板方向に垂直な長さ)は、単位構造A1における中心同士の間隔である配置間隔に比べて十分に短い。パッチ型共振器21は、上記の隣り合う極板部11b同士を電気的に結合させ、極板部11b同士が有する電気容量に対して並列に電気容量を付加する。
 また、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する。そして、共振器のインダクタンスを高めるために、リング型共振器22は、当該リング型共振器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の屈折部の少なくとも一部分、例えば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。リング型共振器22の高さは、上記の配置間隔に比べて十分に短い。リング型共振器22に流れる電流と主共振器11の導線部11aの八の字構造に流れる電流の向きを一致させることにより、磁気効果(磁気結合効果)をもたらす。
 (第1の適用例)
 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とが組み合わせられて電磁界バンドストップフィルタが構成される。 
 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とが重ねられて2層になるように配置される。
 上記のようにパッチ型共振器21と極板部11bとが重ねられたときの、パッチ型共振器21と極板部11bとの間隔は、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、上記の重ねられたときの間隔が共振波長を十分に下回るようにするためである。
 図7は、主共振器の極板部にパッチ型共振器が組み合わせられないときの等価回路の一例を示す図である。図8は、主共振器の極板部にパッチ型共振器が組み合わせられたときの等価回路の一例を示す図である。 
 主共振器11の極板部11bにパッチ型共振器21が組み合わせられないときは、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。
 また、主共振器11の極板部11bにパッチ型共振器21が組み合わせられたときは、単位構造は、図8に示すように、主共振器11の極板部11bが有するキャパシタンスCに対して並列にキャパシタンスC’を付加することができ、付加しない場合と比較して共振器の共振周波数を下げることができる。すなわち、共振周波数が同じ条件における共振器を小型化することができる。
 図9は、主共振器の極板部とパッチ型共振器との間に誘電体である基板が挟まれた構成の一例を示す図である。この図9に示した構成は、図6に示した範囲A11で示す箇所の構成に関する。
 また、上記のように極板部11bとパッチ型共振器21とが組み合わせられる際に、図9に示すように、層間、つまり極板部11bとパッチ型共振器21との間に誘電体である基板31が挟まれる構成とすることで、上記の付加されるキャパシタンスの値を大きくすることができる。このため、誘電体である基板が挟まれない構成と比較して、上記の共振周波数を、さらに下げることができる。つまり、共振器をさらに小型化できる。
 また、2つのパッチ型共振器21が、これらが主共振器11の極板部11bを挟むようにそれぞれ配置された計3層になるように組み合わせることで、上記の付加されるキャパシタンスを上記の2層の場合と比べて大きくすることができ、上記の共振周波数をより下げることができる。
 さらに、この3層の構成において、1つ目のパッチ型共振器21と極板部11bとの間、および、2つ目のパッチ型共振器21と極板部11bとの間に、誘電体である基板がそれぞれ挟まれる構成とすることで、上記の付加されるキャパシタンスの値をさらに大きくすることができる。このため、3層の構成において誘電体が挟まれないときと比較して、上記の共振周波数を、さらに下げることができる。
 (第2の適用例)
 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が変更されることで、共振器のキャパシタンスの大きさが変化する。このため、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。
 すなわち、共振周波数を、副共振器であるパッチ型共振器21の寸法、または、パッチ型共振器21と極板部11bとの間の距離d1によって選択することが可能となる。
 また、副共振器であるパッチ型共振器21の層は、主共振器11の極板部11bとは別の層に配置されるため、共振器の使用前の段階では、これらが別々に持ち運び可能である。すなわち、種々のサイズのパッチ型共振器21が用意されて、パッチ型共振器21の寸法、上記の距離d1が適切に選択されることで、付加されるキャパシタンスの大きさを変えて共振周波数帯を選択することができる。
 (第3の適用例)
 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。
 第3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により共振器にキャパシタンスが付加される状態が保たれた状態、つまり図12に示すように、極板部11bとパッチ型共振器21との間で平面上に重なる範囲eがある状態で、図11に示すように、パッチ型共振器21の配置位置を、極板部11bの長手の平板方向B5、または短手の平板方向B6に沿って変位させたとき、主共振器11の極板部11bとパッチ型共振器21とで形成されるキャパシタンスが変化するため、共振器の共振周波数が変化する。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層である場合でも3層である場合も同様である。 
 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。
 (第4の適用例)
 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に図3に示したリング型共振器が組み合わせられて電磁界バンドストップフィルタが構成される。
 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する。リング型共振器22は、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。
 上記のようにリング型共振器22と導線部11aとが重ねられたときの、リング型共振器22と導線部11aとの間隔は、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共振波長を十分に下回るようにするためである。
 また、第4の適用例における極板部11bの短辺の長さに対し、リング型共振器22の短手方向の長さは20%以下の長さであることが望ましい。例えば、極板部11bの短辺の長さが1[mm]であるとき、リング型共振器22の短手方向の長さは0.2[mm]以下であることが望ましい。これは、極板部11bの寸法が同じ条件のもとでは、リング型共振器22の短手方向の長さが短いほど、共振器のインダクタンスを容易に大きくすることができるからである。つまり、単位構造の寸法が同じ条件のもとで、共振器のインダクタンスを容易に大きくすることができる。
 そして、主共振器11の導線部11aとリング型共振器22とが重なる部分における、主共振器11の導線部11aに流れる電流の方向B7と、リング型共振器22に流れる電流の方向B8とを一致させることにより、方向B9と方向B10とをそれぞれ一致させることができる。方向B9は、上記の、主共振器11の導線部11aとリング型共振器22とが重なる部分における主共振器11の導線部11aから発生する磁界の方向である。方向B10は、リング型共振器22から発生する磁界の方向である。これにより、主共振器11の八の字形状の導線部11aに磁気効果を付加することができる。これにより、共振器の実効的なインダクタンスを大きくすることができ、共振周波数を下げることができる。
 言い換えると、上記のようにリング型共振器22の一部分に流れる電流の方向と主共振器11の導線部11aの一部分に流れる電流の方向とが同じになるため、リング型共振器22が設けられないときと比較して、上記の電流により発生する磁界がリング型共振器22に流れる電流だけ大きくなる。これにより、レンツの法則に従う逆方向の磁界と、この磁界に伴う逆電流とがそれぞれ大きくなり、主共振器11に流れる位相遅れが大きくなるため、共振器の実効的なインダクタンスを大きくすることができる。
 また、2つのリング型共振器22が、これらが主共振器11の導線部11aを挟むようにそれぞれ配置された計3層になるように組み合わせられることで、上記の付加される実効的なインダクタンスを上記の2層の場合と比べて大きくすることができ、上記の共振周波数を、より下げることができる。
 リング型共振器22では、導線部11aに対する上下層に2層以上のリング型共振器22をそれぞれ重ねていくことができるため、この重ねる層を増やすことで、実効的なインダクタンスをさらに大きくでき、共振周波数をさらに下げることもできる。
 また、本実施形態では、FSSは集中定数モデルで設計できるため、遮断特性のQファクタ(帯域幅)はインダクタンスとキャパシタンスの比の関数として記述できる。すなわち、インダクタンスをL、キャパシタンスをC、抵抗をRとしたとき、Qファクタ(Q)は、以下の式(1)により求められるため、インダクタンスLを大きくすることでQファクタが大きくなり、共振器のより急峻な周波数特性が得られる。
 Q=1/R√(L/C) …式(1)
 (第5の適用例)
 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が変更される。この変更により、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。このため、共振器の共振周波数を変化させることができる。
 また、副共振器であるリング型共振器22の層は主共振器11の導線部11aとは別の層に配置されるため、共振器の使用前の段階では、これらが別々に持ち運ばれることができる。すなわち、種々のサイズのリング型共振器22を用意して、リング型共振器22の寸法、上記の距離d2が適切に選択されることで、実効的なインダクタンスの大きさを変更して共振周波数帯を選択することができる。
 (第6の適用例)
 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とする。この状態において、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を残した状態とする。この状態で、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。
 また、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るときの変位量は、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、上記の変位量が十分に共振波長を下回るようにするためである。
 このように第6の適用例では、導線部11aに対するリング型共振器22の重ね合わせ方が変更されるだけで、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。
 (第7の適用例)
 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が組み合わせられて電磁界バンドストップフィルタが構成される。
 この構成は、第1の適用例で説明した構成と第4の適用例で説明した構成とをあわせもつものであるので、共振器のインダクタンスとキャパシタンスの双方を大きくすることができ、第1および第4の適用例と比較して、共振器の共振周波数をさらに下げることができる。
 また、第1の適用例で説明したように、2つのパッチ型共振器21が、これらが主共振器11の極板部11bを挟むようにそれぞれ配置された計3層になるように組み合わせことができる。また、第4の適用例で説明したように、2つのリング型共振器22を、これらが主共振器11の導線部11aを挟むようにそれぞれ配置された計3層になるように組み合わせることもできる。これによる、上記の2層の場合と比べてインダクタンスとキャパシタンスがさらに大きくなり、共振周波数をさらに下げることができる。
 (第8の適用例)
 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が変更されることで、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。
 また、パッチ型共振器21は主共振器11の極板部11bとは別の層に配置され、リング型共振器22は主共振器11の導線部11aとは別の層に配置されるため、共振器の使用前の段階では、これらが別々に持ち運び可能である。すなわち、種々のサイズのパッチ型共振器21、リング型共振器22がそれぞれ用意され、パッチ型共振器21の寸法、リング型共振器22の寸法、上記の距離d1、d2が適切に選択されることで、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を変更して共振器の共振周波数帯を選択することができる。
 (第9の適用例)
 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が変更されることで、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。このため、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(XYPlot2)S21[dB]の例について説明する。 
 図20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共振周波数[GHz]-透過特性S21[dB]の第1の例を示す図である。図21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共振周波数[GHz]-透過特性S21[dB]の第2の例を示す図である。図22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共振周波数[GHz]-透過特性S21[dB]の第3の例を示す図である。図23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共振周波数[GHz]-透過特性S21[dB]の第4の例を示す図である。
 図20に示した特性は、主共振器11に副共振器が組み合わせられないときの特性であり、共振周波数は3.0[GHz]である。 
 図21に示した特性は、主共振器11にパッチ型共振器21が組み合わせられ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が組み合わせられ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が組み合わせられ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に副共振器が組み合わせられることで、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。
 また、主共振器11にパッチ型共振器21が組み合わせられたとき、および、主共振器11にリング型共振器22が組み合わせられときと比較して、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が組み合わせられたときは、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。
 (本発明の各実施形態によって生じる効果)
 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。
 また、実施形態に係る電磁界バンドストップフィルタが用いられることで、対象とする周波数(波長)に対して十分に小さい構造とすることができる。よって、限られた空間に有限個の共振器の配列で構成された電磁界バンドストップフィルタの配列数をより増やすことができるので、周波数特性の精度の向上が見込める。同様に、狭い空間においても所望の周波数特性を有する電磁界バンドストップフィルタを十分な数で配列することができる。
 また、電磁界バンドストップフィルタの共振周波数を集中定数的に設計することができるので、アンテナ設計技術に精通していない技術者でも、所望の特性を持つ電磁界バンドストップフィルタを容易に設計することが可能になる。これにより開発の障壁を下げることができる。
 また、無線環境の整備が進み、基地局の数が増えることで一つあたりの基地局用のアンテナまたはこの反射板の所要スペースの効率化が問題となっているが、中でも全体のスペースに対する反射板の占める所要スペースの割合は比較的大きい。このような環境に実施形態の電磁界バンドストップフィルタを適用することで、基地局で用いられる反射板(FSSの場合)を十分に小さくすることができ、これまで配置が困難であった場所にも基地局を配置できるようになる。
 本発明の各実施形態では、主共振器11のパターンに対して副共振器の複数種類のパターンが用意されることで、一定周波数範囲内(例えば最大2-3[GHz]程度)であれば、主共振器11のサイズを変えずに共振周波数をコントロールすることができる。よって、それぞれの場合、例えば副共振器の種類、配列パターン、副共振器と主共振器との重ね合わせ方など、に応じた共振周波数帯を予め把握することができるので、詳細なアンテナ設計技術に精通していない技術者がFSSの動作特性の中心周波数と帯域幅を容易に設定できるようになる。
 すなわち、放射ノイズや無線干渉による故障・誤動作、通信障害などの対応を行なう現場作業者が、現場で電波強度を測定して、この状態を把握したときに、この状態に合わせたノイズフィルタを現場で作製し、上記の対応を即時に行なうことが可能となる。よって、従来の現場調査から故障対応までのタイムラグを解消し、故障対応のための、周波数帯ごとの対策品の用意にかかるコストを大幅に削減することができる。
 なお、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。
 11…主共振器、
11a…導線部、
11b…極板部、
 21…パッチ型共振器、
 22…リング型共振器、
 31…基板。

Claims (7)

  1.  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た、
     電磁界バンドストップフィルタ。
  2.  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、
     請求項1に記載の電磁界バンドストップフィルタ。
  3.  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2に記載の電磁界バンドストップフィルタ。
  4.  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、
     請求項1に記載の電磁界バンドストップフィルタ。
  5.  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4に記載の電磁界バンドストップフィルタ。
  6.  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4に記載の電磁界バンドストップフィルタ。
  7.  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、
     請求項1に記載の電磁界バンドストップフィルタ。
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