WO2024106029A1 - 電界検出方法および装置 - Google Patents

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WO2024106029A1
WO2024106029A1 PCT/JP2023/035551 JP2023035551W WO2024106029A1 WO 2024106029 A1 WO2024106029 A1 WO 2024106029A1 JP 2023035551 W JP2023035551 W JP 2023035551W WO 2024106029 A1 WO2024106029 A1 WO 2024106029A1
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WO
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conductor
substrate
antenna device
unit cell
terminal
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/035551
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English (en)
French (fr)
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新九郎 藤野
真一 谷本
明浩 竜田
文孝 菊池
聡 八木谷
Original Assignee
パナソニックコネクト株式会社
国立大学法人金沢大学
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08Measuring electromagnetic field characteristics
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/26Measuring noise figure; Measuring signal-to-noise ratio
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/335Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors at the feed, e.g. for impedance matching

Definitions

  • This disclosure relates to an electric field detection method and device.
  • EBG Electromagnetic Band Gap
  • the EGB structure has a periodic structure with a frequency band (band gap) that blocks radio waves.
  • Patent Document 1 discloses an antenna device with an EBG structure.
  • the antenna device includes a first dielectric substrate having a first and second surface, first and second antenna elements formed on the first surface of the first dielectric substrate, a ground conductor disposed on the second surface of the first dielectric substrate, and an EBG structure disposed between the first and second antenna elements.
  • the EBG structure includes a plurality of first patch conductors disposed in contact with the first surface of the first dielectric substrate and each having electromagnetic coupling with the ground conductor, a plurality of second patch conductors disposed at a predetermined distance from the first surface of the first dielectric substrate in a direction opposite to the second surface of the first dielectric substrate and each having electromagnetic coupling with a corresponding first patch conductor among the plurality of first patch conductors, and a plurality of first connection conductors electrically connecting the plurality of first patch conductors and the plurality of second patch conductors to each other.
  • EMC ElectroMagnetic Compatibility
  • This test is performed in an anechoic chamber so as not to be affected by the surrounding radio environment. In this anechoic chamber test, it is necessary to confirm that the EMC standard is met in the desired frequency band (e.g., multiple frequencies) according to the electronic device. If the EMC standard is not met in this test, measures against radio noise are required, but there is a problem that it is difficult to shorten the time required for the entire verification to identify the noise source.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which two dielectric substrates are stacked and then covered with a radome and screwed in place, but this configuration makes it difficult to make the multi-point connections between the substrates described above.
  • the present disclosure was devised in consideration of the above-mentioned conventional circumstances, and aims to provide an electric field detection method and device that achieves both a wide frequency band suitable for absorbing radio wave noise and simplified multi-point connections between multiple substrates on which antenna conductors are formed.
  • the present disclosure provides an antenna device comprising a substrate, a frame disposed on the substrate, a plurality of conductor patterns provided on an upper surface of the frame, and a plurality of terminal rods extending from the plurality of conductor patterns toward the substrate, the thickness of the frame being greater than the thickness of the substrate.
  • This disclosure makes it possible to achieve both a broadband of frequencies suitable for absorbing radio noise and simplified multi-point connections between multiple substrates on which antenna conductors are formed.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a noise analysis in an anechoic chamber using the electric field detection device according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a side cross section of the sensor substrate according to the first embodiment, taken along a plane parallel to the thickness direction of the sensor substrate
  • FIG. 1 shows an example of two types of periodic (loop) structures of a sensor substrate
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an equivalent circuit corresponding to a basic structure that is the basis of the two types of periodic structures shown in FIG.
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of an arrangement of first conductors and second conductors arranged obliquely with respect to a dielectric substrate;
  • FIG. 6 is a plan view showing an example of the arrangement of resistors for absorbing radio waves connected between the first conductors and between the second conductors of FIG. 5 ;
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of reception level characteristics comparing the structure of the sensor substrate according to the first embodiment with the structure of the antenna device according to the comparative example;
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of reception level characteristics in a comparative manner when the distance t between the first conductor and the second conductor in the sensor substrate according to the first embodiment is variable.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a first example of a side cross section cut along a plane parallel to the thickness direction of a sensor substrate according to a second embodiment;
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a second example of a side cross section cut along a plane parallel to the thickness direction of the sensor substrate according to the second embodiment;
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a third example of a side cross section cut along a plane parallel to the thickness direction of the sensor substrate according to the second embodiment;
  • FIG. 1 is a diagram illustrating noise analysis in an anechoic chamber ANE1 using the electric field detector 1000 according to the first embodiment.
  • the electric field detector 1000 includes at least a sensor substrate 100 as an example of an antenna device, and a display PC 200 for displaying measurement results of radio noise or electromagnetic noise (hereinafter collectively referred to as "radio noise") from a device under test 50 (DUT: Device Under Test).
  • radio noise radio noise or electromagnetic noise
  • a control circuit (not shown) of the sensor substrate 100 is electrically connected to the sensor substrate 100, and further, the sensor substrate 100 and the display PC 200 are connected so as to enable input and output of signals via a coaxial cable (not shown), a real-time spectrum analyzer (not shown), and a USB (Universal Serial Bus) cable (not shown).
  • the electric field detection device 1000 may further include a monitor MN1 in addition to the sensor substrate 100 and the measuring PC 200. While measuring radio noise from the object to be measured 50, the electric field detection device 1000 is placed in an anechoic chamber ANE1.
  • the object under test 50 is placed in an anechoic chamber ANE1 and is the object of measurement of radio noise, which is one of the pre-shipment inspections, specifically an electronic device.
  • the electronic device referred to here is not particularly limited, but examples include PCs, tablet terminals, smartphones, and television sets.
  • the object under test 50 has a source of radio noise (in other words, radio source RW1 (see Figure 2)).
  • the frequency band of this radio noise is not particularly limited, but it is a wide range, for example, from 800 MHz to 1.5 GHz, which is the frequency band used by mobile phones.
  • the sensor board 100 is an example of an antenna device for measuring radio noise from the object to be measured 50, and is placed near the object to be measured 50 in the anechoic chamber ANE1.
  • a plurality of observation points for detecting horizontal polarization see resistors shown in FIG. 6
  • a plurality of observation points for detecting vertical polarization see resistors shown in FIG. 6
  • an RF switch element see FIG. 2
  • the sensor board 100 operates based on a control signal from a control circuit (see above), and for example, the sensor board 100 absorbs radio noise emitted from the object to be measured 50 arranged in the anechoic chamber ANE1 by making it incident thereon, and obtains a signal of the absorbed radio noise. More specifically, the sensor board 100 controls each of the RF switch element groups of the sensor board 100 by a microcomputer (not shown) mounted on the control circuit (not shown), and sequentially selects the RF signal of the radio noise absorbed by the observation point (resistor) from the corresponding RF switch element, and outputs it to a real-time spectrum analyzer (not shown) via a coaxial cable (not shown). The real-time spectrum analyzer (not shown) samples the input RF signal and transfers it to the display PC 200 via a USB cable (not shown).
  • the specific configuration for the incidence and absorption of radio noise on the sensor board 100 will be described later with reference to FIG. 2.
  • the display PC 200 collects the sampling results of the radio noise signal from the object to be measured 50 absorbed by the sensor board 100, calculates the electric field strength at each observation point, and generates a measurement result mapping image RST1, which is an electric field strength distribution that shows the electric field strength at each observation point in two dimensions.
  • the display PC 200 is configured with various hardware that is equipped in a normal personal computer (for example, a processor such as a CPU (Central Processing Unit), a memory having a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), a hard disk drive or a solid state drive).
  • a processor such as a CPU (Central Processing Unit), a memory having a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), a hard disk drive or a solid state drive.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic example of a side cross section cut along a plane parallel to the thickness direction of the sensor substrate 100 according to embodiment 1.
  • the x-axis, y-axis, and z-axis are defined as the directions shown in FIG. 2.
  • the z-axis indicates the thickness direction of the sensor substrate 100 (see FIG. 1).
  • the y-axis is orthogonal to the z-axis and x-axis, and is parallel to, for example, the longitudinal direction of the ground conductor GND1 (see FIG. 5).
  • the x-axis is orthogonal to the z-axis and y-axis, and is parallel to, for example, the lateral direction of the ground conductor GND1 (see FIG. 5).
  • the sensor substrate 100 has a radio wave absorbing section 11 and a signal output section 12.
  • the radio wave absorbing section 11 has a periodic structure for absorbing radio wave noise from the radio wave source RW1 that is incident on the sensor substrate 100.
  • the radio wave absorbing section 11 includes a ground conductor GND1, a plurality of first unit cells CL11, CL12, CL13, ..., and a plurality of second unit cells CL20, CL21, CL22, CL23, ....
  • the signal output unit 12 has multiple acquisition circuits that acquire the radio noise signals absorbed by the radio wave absorption unit 11.
  • the acquisition circuits are composed of resistors and RF switch elements.
  • the signal output unit 12 includes multiple resistors R1, R2, R3, R4, R5, R6, ... and RF switch elements SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, ... connected to the multiple resistors.
  • the ground conductor GND1 is disposed parallel to the xy plane and is formed, for example, in a rectangular shape. Specifically, the ground conductor GND1 is a flat conductor such as a conductor plane formed on one side (for example, the front side) of a dielectric substrate such as a printed circuit board.
  • Each of the first unit cells CL11, CL12, CL13, ... is disposed on one surface (see, for example, the surface described above) of the ground conductor GND1 in a direction (thickness direction) perpendicular to the plane formed by the ground conductor GND1.
  • each of the first unit cells CL11, CL12, CL13, ... is disposed at equal intervals in each of two different directions (for example, the direction of arrow W and the direction of arrow V shown in FIG. 5) in the plane formed by the ground conductor GND1 (for example, a plane parallel to the xy plane shown in FIG. 5). Since each of the first unit cells has the same structure, the first unit cell CL12 is exemplified here for explanation. In other words, the explanation of the first unit cell CL12 can be similarly applied to other first unit cells (for example, the first unit cells CL11, CL13, ).
  • the first unit cell CL12 has a first conductor EL12, a first conducting rod VC12, and a plurality (e.g., two) of first terminal rods TB121 and TB122.
  • the first unit cell CL11 has a first conductor EL11, a first conducting rod VC11, and a plurality (e.g., two) of first terminal rods TB111 and TB112.
  • the first unit cell CL13 has a first conductor EL13, a first conducting rod VC13, and a plurality (e.g., two) of first terminal rods TB131 and TB132.
  • the first conductor EL12 is a flat (in other words, rectangular) conductor arranged on a first conductor layer (e.g., dielectric substrate 14; the same applies below) parallel to the ground conductor GND1. Therefore, in the sensor substrate 100 according to embodiment 1, a plurality of first conductors constituting a first unit cell are arranged at equal intervals in each of two different directions in the plane formed by the first conductor layer. Specifically, the plurality of first conductors are arranged at equal intervals in the direction of arrow W shown in FIG. 5 and in the direction of arrow V perpendicular to the direction of arrow W in the plane formed by the first conductor layer.
  • parallel does not have to be strictly parallel and may include approximately parallel, but strictly parallel is preferable. In the following, parallel will be explained as including approximately parallel. Furthermore, “equally spaced” does not have to be strictly equal and may include approximately equal spacing, but strictly equal spacing is preferable. In the following, equal spacing will be explained as including approximately equal spacing.
  • the shape of the first conductor constituting the first unit cell is, for example, a square in plan view (see FIG. 5), but is not limited to a square and may be, for example, a polygon or a circle.
  • the shape of the first conductor may be any shape in plan view, such as a square, rectangle, rhombus, or parallelogram; a triangle such as an equilateral triangle, isosceles triangle, or right-angled triangle; a polygon such as a regular polygon having five or more vertices; or a circle such as a perfect circle or ellipse.
  • the length (thickness) of the first conductor in the thickness direction is arbitrary, but is preferably smaller than the wavelength of the frequency band of radio wave noise absorbed by the sensor substrate 100.
  • the first conductor rod VC12 is a rod-shaped conductor that electrically connects (conducts) the first conductor EL12 arranged on the dielectric substrate 14 and the ground conductor GND1, and may also be called a via conductor.
  • the first conductor rod VC12 is inserted into a hole that is provided through the dielectric substrate 14 for the first conductor rod VC12, and provides electrical conductivity between the first conductor EL12 and the ground conductor GND1.
  • the first conductor rod VC12 is a cylindrical rod, but it does not have to be limited to a cylindrical rod, and may be a cylindrical rod or a prismatic rod. Furthermore, the first conductor rod VC12 does not have to be limited to a cylindrical, cylindrical, or prismatic shape, and may be, for example, a frustum shape.
  • Each of the first terminal rods TB121, TB122 is a rod-shaped conductor that extends from the first conductor EL12 to the back surface of the ground conductor GND1 (i.e., the surface opposite to the above-mentioned front surface; the same applies below) or beyond the back surface.
  • Each of the first terminal rods TB121, TB122 is inserted into a through hole that penetrates both the dielectric substrate 14 of the radio wave absorbing section 11 and the dielectric substrate 15 of the signal output section 12 for each first terminal rod.
  • the dielectric substrate 13, the dielectric substrate 14, and the dielectric substrate 15 may be provided integrally with each other, or may be provided separately from each other.
  • One end of the first terminal rod TB121 is connected to the first conductor EL12, and the other end of the first terminal rod TB121 is connected to one end of the resistor R3 of the signal output section 12.
  • the other end of the resistor R3 is connected to the other end of the second terminal bar TB212 constituting the second unit cell CL21, opposite the one end connected to the second conductor EL21.
  • One end of the first terminal bar TB122 is connected to the first conductor EL12, and the other end of the first terminal bar TB121 is connected to the other end of the resistor R4 of the signal output unit 12.
  • One end of the resistor R4 is connected to the other end of the second terminal bar TB221 constituting the second unit cell CL22, opposite the one end connected to the second conductor EL22.
  • Each of the second unit cells CL20, CL21, CL22, CL23, ... is disposed on one surface (see, for example, the surface described above) of the ground conductor GND1 in a direction (thickness direction) perpendicular to the plane formed by the ground conductor GND1.
  • each of the second unit cells CL20, CL21, CL22, CL23, ... is disposed at equal intervals in each of two different directions (for example, the direction of arrow W and the direction of arrow V shown in FIG. 5) in the plane formed by the ground conductor GND1 (for example, a plane parallel to the xy plane shown in FIG. 5). Since each second unit cell has the same structure, the second unit cell CL21 will be described here as an example. In other words, the description of the second unit cell CL21 can be similarly applied to other second unit cells (for example, the second unit cells CL20, CL22, CL23, ).
  • the second unit cell CL21 has a second conductor EL21 and a plurality of (e.g., two) second terminal bars TB211 and TB212.
  • the second unit cell CL22 has a second conductor EL22 and a plurality of (e.g., two) second terminal bars TB221 and TB222.
  • the second conductor EL21 is a flat (in other words, rectangular) conductor arranged on a second conductor layer (e.g., dielectric substrate 13; the same applies below) parallel to the ground conductor GND1. Therefore, in the sensor substrate 100 according to embodiment 1, a plurality of second conductors constituting a second unit cell are arranged at equal intervals in each of two different directions in the plane formed by the second conductor layer. Specifically, the plurality of second conductors are arranged at equal intervals in the direction of arrow W shown in FIG. 5 and in the direction of arrow V perpendicular to the direction of arrow W in the plane formed by the second conductor layer.
  • the shape of the second conductor constituting the second unit cell is, for example, a square in plan view (see FIG. 5), but is not limited to a square and may be, for example, a polygon or a circle.
  • the shape of the second conductor may be any shape in plan view, such as a square, rectangle, rhombus, or parallelogram; a triangle such as an equilateral triangle, isosceles triangle, or right-angled triangle; a polygon such as a regular polygon having five or more vertices; or a circle such as a perfect circle or ellipse.
  • the length (thickness) of the second conductor in the thickness direction is arbitrary, but is preferably smaller than the wavelength of the frequency band of radio noise absorbed by the sensor substrate 100.
  • Each of the second terminal rods TB211 and TB212 is a rod-shaped conductor that extends from the second conductor EL21 to or beyond the back surface of the ground conductor GND1.
  • Each of the second terminal rods TB211 and TB212 is inserted into a through hole that penetrates both the dielectric substrate 14 of the radio wave absorbing section 11 and the dielectric substrate 15 of the signal output section 12 for each second terminal rod.
  • One end of the second terminal rod TB211 is connected to the second conductor EL21, and the other end of the second terminal rod TB211 is connected to one end of the resistor R2 of the signal output section 12.
  • the other end of the resistor R2 is connected to the other end of the first terminal rod TB112 that constitutes the first unit cell CL11, opposite to the one end connected to the first conductor EL11.
  • One end of the second terminal bar TB212 is connected to the second conductor EL21, and the other end of the second terminal bar TB212 is connected to the other end of the resistor R3 of the signal output unit 12.
  • the other end of the resistor R3 is connected to the other end of the first terminal bar TB121 that constitutes the first unit cell CL12, opposite to the one end connected to the first conductor EL12.
  • the first unit cell and the second unit cell there is no electrical continuity between the second terminal bar of the second unit cell and the first conductor of the first unit cell.
  • the first unit cell and the second unit cell and the ground conductor GND1 there is no electrical continuity between the first terminal rod and the ground conductor GND1, and between the second terminal rod and the ground conductor GND1.
  • the first and second unit cells arranged on the surface of the radio wave absorbing section 11 are arranged in a matrix at intervals sufficiently shorter than the wavelength of the radio waves irradiated (radiated) from the radio wave source RW1.
  • the length and width (size) of each of the first and second unit cells arranged on the surface of the radio wave absorbing section 11 is sufficiently shorter than the wavelength of the radio waves irradiated (radiated) from the radio wave source RW1.
  • the frequency of the radio waves irradiated from the radio wave source RW1 is, for example, between 800 MHz and 1.5 GHz.
  • the wavelength of a radio wave with a frequency of 800 MHz is 37.5 cm.
  • the wavelength of a radio wave with a frequency of 1.5 GHz is 20.0 cm.
  • the interval between the first unit cell CL11 and the first unit cell CL12, and the interval between the second unit cell CL21 and the second unit cell CL22 is, for example, 1 millimeter. Also, as an example, the length and width of the first unit cell and the second unit cell are 20 millimeters.
  • the sensor substrate 100 forms a first EBG structure by using a ground conductor GND1 and a plurality of first unit cells CL11, CL12, CL13, ....
  • This first EBG structure enables the sensor substrate 100 to absorb and suppress radio noise in a first frequency band (e.g., 800 MHz band) emitted from a radio wave source RW1 (e.g., a board built into the object to be measured 50) of the object to be measured 50 (see FIG. 1).
  • a radio wave source RW1 e.g., a board built into the object to be measured 50
  • the sensor substrate 100 also forms a second EBG structure with the ground conductor GND1 and each of the multiple second unit cells CL20, CL21, CL22, CL23, .... With this second EBG structure, the sensor substrate 100 can absorb and suppress radio noise in a second frequency band (e.g., 1.5 GHz band) emitted from the radio wave source RW1 (e.g., a substrate built into the object to be measured 50) of the object to be measured 50 (see FIG. 1).
  • a second frequency band e.g., 1.5 GHz band
  • Resistors R1, R2, R3, R4, R5, R6, ... each constitute an acquisition circuit in the signal output unit 12.
  • Each resistor consumes (absorbs) the power (energy) of the radio noise absorbed in the first unit cell or second unit cell connected to that resistor.
  • the value of each resistor is 377 ohms, which is the wave impedance in free space.
  • the RF switch elements SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, ... each constitute a measurement circuit in the signal output unit 12.
  • the RF switch elements are provided in one-to-one correspondence with the resistors.
  • the RF switch elements SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, ... output the radio noise signal consumed (absorbed) by the corresponding resistor to a real-time spectrum analyzer (not shown) connected to the sensor board 100 via a coaxial cable (not shown).
  • Fig. 3 is a diagram showing an example of two types of periodic (loop) structures possessed by the sensor substrate 100.
  • Fig. 4 is a diagram showing an example of an equivalent circuit corresponding to a basic structure that is the basis of the two types of periodic structures in Fig. 3.
  • Fig. 5 is a plan view showing an example of the arrangement of the first conductor EL1 and the second conductor EL2 that are disposed obliquely with respect to the dielectric substrate 14.
  • Fig. 6 is a plan view showing an example of the arrangement of resistors R1, R2, R3, R4, R5, R6, ... for absorbing radio waves that are connected between the first conductor EL1 and the second conductor EL2 in Fig. 5.
  • the sensor substrate 100 has two types of periodic EBG structures.
  • the basic structure on which the first EBG structure is based i.e., the basic part of the periodic structure
  • the first unit cell CL12 having the first conductor EL12, the first unit cell CL13 having the first conductor EL13, and the ground conductor GND1 equivalently form an equivalent circuit LP1C (see FIG. 4) showing the first EBG structure.
  • the length (height) from the ground conductor GND1 to the first unit cells CL12 and CL13 is, for example, 3.2 mm.
  • the basic structure (i.e., the basic portion of the periodic structure) on which the second EBG structure is based is formed by the ground conductor GND1 and between the second unit cell CL21 and the second unit cell CL22, as shown in the loop LP2 in FIG. 3.
  • the second unit cell CL21 having the second conductor EL21, the second unit cell CL22 having the second conductor EL22, and the ground conductor GND1 equivalently form an equivalent circuit LP2C (see FIG. 4) showing the second EBG structure.
  • the sensor substrate 100 has an equivalent circuit LPC in which an equivalent circuit LP1C showing a first EBG structure that absorbs incident radio waves and an equivalent circuit LP2C showing a second EBG structure that absorbs incident radio waves are connected in series, and a resistor R is provided in parallel to the series circuit of the equivalent circuits LP1C and LP2C.
  • the resistor R may also include impedance components based on the resistance components, inductance components, and capacitance components present in the paths of the loops LP1 and LP2, in addition to the resistor R4 for absorbing radio waves.
  • Equivalent circuit LP1C forms a parallel resonant circuit in which inductance La and capacitance Ca are connected in parallel.
  • resonant frequency fa e.g. 800 MHz band
  • the impedance components due to inductance La and capacitance Ca become infinite, and the impedance of the other equivalent circuit LP2C connected in series can also be considered to be nonexistent, so the impedance of equivalent circuit LPC is uniquely determined by resistance R and matches the wave impedance of free space.
  • sensor board 100 can easily and efficiently absorb radio noise at resonant frequency fa (e.g., 800 MHz band).
  • the equivalent circuit LP2C forms a parallel resonant circuit in which an inductance Lb and a capacitance Cb are connected in parallel.
  • a resonant frequency fb for example, 1.5 GHz band
  • the impedance components due to the inductance Lb and the capacitance Cb become infinite, and the impedance of the other equivalent circuit LP1C connected in series can be considered to be nonexistent, so the impedance of the equivalent circuit LPC is uniquely determined by the resistance R and matches the wave impedance of free space.
  • the sensor board 100 can easily and efficiently absorb radio noise of the resonant frequency fb (for example, 1.5 GHz band).
  • the resonant frequency fa of the equivalent circuit LP1C is lower than the resonant frequency fb of the equivalent circuit LP2C.
  • the sensor board 100 can easily absorb radio noise in a frequency band near the resonant frequency fa of the equivalent circuit LP1C, and can easily absorb radio noise in a frequency band near the resonant frequency fb of the equivalent circuit LP2C.
  • the first unit cell CL1 and the second unit cell CL2 are arranged non-parallel (specifically, diagonally) to the longitudinal direction of the dielectric substrate 14. More specifically, the first conductors EL1 constituting each first unit cell are arranged at equal intervals in the directions of arrows W and V, which are both diagonal at 45 degrees from the x-axis and y-axis, with respect to the longitudinal direction (parallel to the y-axis direction in FIG. 5) of the rectangular first conductor layer (dielectric substrate 14).
  • the second conductors EL2 constituting each second unit cell are arranged at equal intervals in the directions of arrows W and V, which are both diagonal at 45 degrees from the x-axis and y-axis, with respect to the longitudinal direction (parallel to the y-axis direction in FIG. 5) of the rectangular second conductor layer (dielectric substrate 13). Note that the dielectric substrate 13 is not shown in FIG. 5.
  • the second conductor EL2 constituting one second unit cell is arranged so as to overlap a partial area of the first conductor EL1 constituting four first unit cells. This makes it possible to efficiently and densely arrange the second unit cells relative to the arrangement of the first unit cells, making it easier to achieve a wide frequency band suitable for absorbing noise radio waves without increasing the size of the sensor substrate 100.
  • each of the resistors is connected to the first terminal rod of the first unit cell and the second terminal rod of the second unit cell.
  • the locations where the resistors are arranged can be considered as measurement points of the incident radio waves on the sensor substrate 100. Therefore, by arranging the first unit cell CL1 and the second unit cell CL2 in a diagonal direction with respect to the longitudinal direction of the dielectric substrate 14, the distance between the measurement points of the incident radio waves can be increased by ⁇ 2 times.
  • the distance between the measurement points i.e., the distance between the two resistors arranged in parallel
  • ⁇ 2a see FIG.
  • the number of measurement points (in other words, the number of resistors arranged) is doubled compared to the comparative example structure (see below), and it is possible to improve the measurement resolution regarding the absorption of radio noise.
  • the comparative example structure referred to here is the configuration disclosed in Japanese Patent No. 5737672, and corresponds to the structure of the sensor substrate 100 according to the first embodiment that does not have the second unit cell.
  • Fig. 7 is a diagram showing an example of reception level characteristics comparing the structure of the sensor substrate 100 according to the first embodiment with the structure of an antenna device according to a comparative example.
  • Fig. 8 is a diagram showing a comparison of examples of reception level characteristics when the distance t between the first conductor and the second conductor in the sensor substrate according to the first embodiment is made variable.
  • the horizontal axis indicates the frequency [GHz]
  • the vertical axis indicates the reception level [dBV] of radio noise incident on the sensor substrate 100.
  • the frequency characteristics of radio noise absorbed by the sensor substrate 100 according to the first embodiment are shown by a solid line (see present characteristics), and the frequency characteristics of radio noise absorbed by the comparative structure (see above) are shown by a dashed line.
  • the frequency characteristics of the solid line in FIG. 7 are the results of a simulation calculated when the length (height) from the first conductor of the first unit cell to the second conductor of the second unit cell is 10 mm.
  • the sensor substrate 100 according to the first embodiment has two equivalent circuits, the first EBG structure (see equivalent circuit LP1C in FIG. 4) and the second EBG structure (see equivalent circuit LP2C in FIG. 4), and thus can achieve a wider frequency band suitable for absorbing radio noise compared to the comparative structure.
  • the reception level of radio noise is relatively higher (i.e., the reception sensitivity is higher) in a wider frequency band compared to the comparative structure.
  • the frequency characteristics when the length (height) t from the first conductor of the first unit cell to the second conductor of the second unit cell is 1.6 mm are shown by a dotted line
  • the frequency characteristics when t is 5.0 mm are shown by a dashed line
  • the frequency characteristics when t is 10.0 mm are shown by a solid line. That is, the frequency characteristics when the thickness of the radio wave absorbing section 11 is changed in the sensor substrate 100 according to the first embodiment are shown.
  • the smaller t in other words, the thickness of the radio wave absorbing section 11
  • the larger t in other words, the thickness of the radio wave absorbing section 11
  • the antenna device (sensor board 100) of embodiment 1 comprises a ground conductor GND1, a first conductor (e.g., first conductor EL12) arranged in a plane formed by a first conductor layer (dielectric substrate 14) parallel to the ground conductor GND1, a first conductor rod (e.g., first conductor rod VC12) electrically connecting the first conductor to the ground conductor GND1, a plurality of first terminal rods (e.g., first terminal rods TB121, TB122) extending from the first conductor to the back surface of the ground conductor GND1, a second conductor (e.g., second conductors EL21, EL22) arranged above the first conductor and arranged in a plane formed by a second conductor layer (dielectric substrate 13) parallel to the ground conductor GND1, and a plurality of second terminal rods (e.g., second terminal rods TB211, TB212, TB221, TB222) extending from the second
  • the antenna device has two types of EBG structures with different frequencies suitable for absorbing radio noise, making it possible to accommodate a wide range of frequencies suitable for absorbing radio noise, shortening the verification time required to identify the source of radio noise and improving the efficiency of noise countermeasures.
  • a first pair of a first conductor e.g., first conductor EL12
  • a first conductor rod e.g., first conductor rod VC12
  • a plurality of first terminal rods e.g., first terminal rods TB121, TB122
  • a second pair of a second conductor e.g., second conductor EL21, EL22
  • a plurality of second terminal rods e.g., second terminal rods TB211, TB212, TB221, TB222
  • the antenna device can be periodically provided with a first EBG structure suitable for absorbing radio noise in a first frequency band (e.g., 800 MHz band) and a second EBG structure suitable for absorbing radio noise in a second frequency band (e.g., 1.5 GHz band), and can help shorten the time required to measure the frequency characteristics of radio noise of the object to be measured 50 by having a wide area.
  • a first frequency band e.g., 800 MHz band
  • a second EBG structure suitable for absorbing radio noise in a second frequency band e.g., 1.5 GHz band
  • a first equivalent circuit is formed by the ground conductor GND1, a first conductor (e.g., first conductor EL12), a first conductor rod (e.g., first conductor rod VC12), and a plurality of first terminal rods (e.g., first terminal rods TB121, TB122).
  • a second equivalent circuit is formed by the ground conductor GND1, a second conductor (e.g., second conductor EL21, EL22), and a plurality of second terminal rods (e.g., second terminal rods TB211, TB212, TB221, TB222).
  • the antenna device can make it easier for the equivalent circuit LP1C to absorb low-frequency radio noise with longer wavelengths than the equivalent circuit LP2C based on the magnitude relationship between the loop length of the loop LP1 that is the basis of the equivalent circuit LP1C and the loop length of the loop LP2 that is the basis of the equivalent circuit LP2C, while making it easier for the equivalent circuit LP2C to absorb high-frequency radio noise with shorter wavelengths than the equivalent circuit LP1C.
  • the first resonant frequency (e.g., 800 MHz) which is the resonant frequency of the first equivalent circuit (equivalent circuit LP1C) is smaller than the second resonant frequency (e.g., 1.5 GHz) which is the resonant frequency of the second equivalent circuit (equivalent circuit LP2C).
  • the antenna device to be used to analyze EMC issues of electronic devices in the frequency band from 800 MHz to 1.5 GHz which is used by many users in mobile phones and the like.
  • the ground conductor GND1 the first conductor (e.g., the first conductor EL12), and the second conductor (e.g., the second conductors EL21 and EL22) are each formed in a square (rectangular) shape.
  • the first conductor and the second conductor are arranged so that the side direction (e.g., the direction of the arrow W or the direction of the arrow V in FIG. 5) connecting the end points of the first conductor and the second conductor with the shortest adjacent distance is oblique to the longitudinal direction of the ground conductor GND1.
  • the antenna device to make one element (second unit cell) of the periodic structure (second EBG structure) larger than one element (first unit cell) of the same periodic structure (first EBG structure) (see FIG. 6), thereby improving the antenna characteristics for longer wavelengths (in other words, the low frequency side).
  • the length in the thickness direction from the ground conductor GND1 to the first conductor is shorter than the length in the thickness direction from the first conductor to the second conductor (e.g., the second conductor EL21, EL22). This allows the antenna device to ensure a wide range of frequencies from those suitable for absorbing radio noise by the first EBG structure to those suitable for absorbing radio noise by the second EBG structure.
  • the following points are of concern as problems. Specifically, if two substrates are used to arrange the first conductor constituting the first unit cell and the second conductor constituting the second unit cell, one of the two substrates (i.e., the substrate for the second unit cell) needs to be thicker, making it a special substrate, and it is difficult to avoid the substrate warping caused by the manufacturing process. Even if it is difficult to avoid the substrate warping itself, if special measures are not taken, electrical continuity cannot be ensured in the portion where the substrate warping occurs (i.e., poor contact).
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which two substrates are screwed together, but it is not practical to screw together when making a multi-point connection at 200 points or more, and screwing together the substrates causes the unit cells to be spaced apart from each other by more than the expected value, which may cause deterioration of the antenna characteristics.
  • FIG. 9 is a diagram showing a first example of a side cross section cut along a plane parallel to the thickness direction of the sensor substrate 100A according to the second embodiment.
  • the sensor substrate 100A according to the second embodiment has an electric wave absorbing section 11 and a signal output section 12, similar to the sensor substrate 100 according to the first embodiment.
  • the same components as those in FIG. 2 are given the same reference numerals, and the description is simplified or omitted, and only the different contents will be described.
  • the dielectric substrate 14 is configured as one substrate, but it may be configured of two dielectric substrates 14 and 15 as in the first embodiment.
  • Each of the first unit cells CL11, CL12, CL13, ... is disposed on one surface (see, for example, the surface described above) of the ground conductor GND1 in a direction (thickness direction) perpendicular to the plane formed by the ground conductor GND1.
  • each of the first unit cells CL11, CL12, CL13, ... is disposed at equal intervals in each of two different directions (for example, the direction of arrow W and the direction of arrow V shown in FIG. 5) in the plane formed by the ground conductor GND1 (for example, a plane parallel to the xy plane shown in FIG. 5). Since each of the first unit cells has the same structure, the first unit cell CL12 is exemplified here for explanation. In other words, the explanation of the first unit cell CL12 can be similarly applied to other first unit cells (for example, the first unit cells CL11, CL13, ).
  • the first unit cell CL12 has a first conductor EL12, a first conducting rod VC12, and a plurality (e.g., two) of first terminal rods TB121 and TB122.
  • the first unit cell CL11 has a first conductor EL11, a first conducting rod VC11, and a plurality (e.g., two) of first terminal rods TB111 and TB112.
  • the first unit cell CL13 has a first conductor EL13, a first conducting rod VC13, and a plurality (e.g., two) of first terminal rods TB131 and TB132.
  • the first conductor EL12 is a flat (in other words, rectangular) conductor arranged on the dielectric substrate 14 parallel to the ground conductor GND1.
  • the first conductor EL12 is provided with lands Ld121 and Ld122 for electrically connecting one end (lower end) of each of the spring pins BN212 and BN221.
  • the first conductor EL11 is provided with lands Ld111 and Ld112 for electrically connecting one end (lower end) of each of the spring pins BN202 and BN211.
  • the first conductor EL13 is provided with lands Ld131 and Ld132 for electrically connecting one end (lower end) of each of the spring pins BN222 and BN231.
  • a plurality of first conductors constituting the first unit cell are arranged at equal intervals in each of two different directions on the dielectric substrate 14. Specifically, the first conductors are arranged at equal intervals on the dielectric substrate 14 in the direction of the arrow W shown in FIG. 5 and in the direction of the arrow V that is perpendicular to the direction of the arrow W.
  • Each of the lands Ld121 and Ld122 is an electrode pattern formed on the first conductor EL12, and is formed so that the formation areas of the lands Ld121 and Ld122 are non-conductive with the first conductor EL12.
  • Each of the lands Ld121 and Ld122 electrically connects one end side (lower end side) of the spring pins BN212 and BN221, respectively, and electrically connects the other end side (upper end side) of the second terminal bars TB212 and TB221, respectively.
  • Each of the lands Ld111 and Ld112 is an electrode pattern formed on the first conductor EL11, and is formed so that the formation areas of the lands Ld111 and Ld112 are non-conductive with the first conductor EL11.
  • each of the lands Ld111 and Ld112 electrically connects one end (lower end) of each of the spring pins BN202 and BN211, and electrically connects the other end (upper end) of each of the second terminal bars TB202 and TB211.
  • each of the lands Ld131 and Ld132 is an electrode pattern formed on the first conductor EL13, and is formed so that the formation area of the lands Ld131 and Ld132 is not electrically connected to the first conductor EL13.
  • Each of the lands Ld131 and Ld132 electrically connects one end (lower end) of each of the spring pins BN222 and BN231, and electrically connects the other end (upper end) of each of the second terminal bars TB222 and TB231.
  • Each of the second unit cells CL20, CL21, CL22, CL23, ... is disposed on one surface (see, for example, the surface described above) of the ground conductor GND1 in a direction (thickness direction) perpendicular to the plane formed by the ground conductor GND1.
  • each of the second unit cells CL20, CL21, CL22, CL23, ... is disposed at equal intervals in each of two different directions (for example, the direction of arrow W and the direction of arrow V shown in FIG. 5) in the plane formed by the ground conductor GND1 (for example, a plane parallel to the xy plane shown in FIG. 5). Since each second unit cell has the same structure, the second unit cell CL21 will be described here as an example. In other words, the description of the second unit cell CL21 can be similarly applied to other second unit cells (for example, the second unit cells CL20, CL22, CL23, ).
  • the second unit cell CL21 has a second conductor EL21, a plurality of (e.g., two) second terminal bars TB211, TB212, a plurality of (e.g., two) spring pins BN211, BN212, and a plurality of (e.g., two) second conductor bars VCu211, VCu212.
  • the second unit cell CL22 has a second conductor EL22, a plurality of (e.g., two) second terminal bars TB221, TB222, a plurality of (e.g., two) spring pins BN221, BN222, and a plurality of (e.g., two) second conductor bars VCu221, VCu222.
  • the second conductor EL20, the spring pin BN202, and the second conductor rod VCu202 form a second unit cell CL20, and similarly, the second conductor EL23, the spring pin BN231, and the second conductor rod VCu231 form a second unit cell CL23.
  • the second conductor EL21 is a flat (in other words, rectangular) conductor arranged on the dielectric substrate 16, which is parallel to the ground conductor GND1 and has a thickness smaller than that of the dielectric substrate 14.
  • the second conductor bars VCu211 and VCu212 are electrically connected to the second conductor EL21.
  • the second conductor bars VCu221 and VCu222 are electrically connected to the second conductor EL22.
  • the second conductor bar VCu202 is electrically connected to the second conductor EL20
  • the second conductor bar VCu231 is electrically connected to the second conductor EL23.
  • a plurality of second conductors constituting the second unit cell are arranged at equal intervals in each of two different directions on the dielectric substrate 16. Specifically, the second conductors are arranged at equal intervals in the direction of the arrow W shown in FIG. 5 and in the direction of the arrow V perpendicular to the direction of the arrow W on the plane formed by the second conductor layer.
  • Each of the spring pins BN211, BN212 is made of an elastic material, with one end (lower end) conductively connected to the lands Ld112, Ld121, and the other end (upper end) conductively connected to the lands Lu211, Lu212. Even if there is warping of the dielectric substrates 14, 16 caused by manufacturing, each of the spring pins BN211, BN212 can absorb the warping and thereby ensure that each end can be properly and conductively connected to the corresponding land. This improves the conductivity accuracy of the radio noise (incident radio waves) absorbed by the sensor substrate 100A.
  • each of the other spring pins BN202, BN221, BN222, and BN231 has one end (lower end) conductively connected to the lands Ld111, Ld122, Ld131, and Ld132, and the other end (upper end) conductively connected to the lands Lu202, Lu221, Lu222, and Lu231, so it has the same effect as the spring pins BN211 and BN212.
  • the spring pins BN202, BN211, BN212, BN221, BN222, and BN231 shown in FIG. 9 are arranged by being inserted into insertion holes having a diameter larger than that of each spring pin, which are provided in advance in the resin 17 (an example of a frame) arranged between the dielectric substrate 14 and the dielectric substrate 16.
  • each of the spring pins BN202, BN211, BN212, BN221, BN222, and BN231 shown in FIG. 9 may be inserted from one end of the insertion hole in the resin 17 (an example of a frame) and fixed at the other end of the insertion hole by a stopper (not shown). This allows each of the spring pins BN202, BN211, BN212, BN221, BN222, and BN231 to be stably positioned in the sensor substrate 100A.
  • FIG. 10 is a diagram showing a second example of a side cross section cut along a plane parallel to the thickness direction of the sensor substrate 100B according to the second embodiment.
  • the sensor substrate 100B according to the second embodiment has an electric wave absorbing portion 11 and a signal output portion 12, similar to the sensor substrate 100 according to the first embodiment.
  • the same components as those in FIG. 2 or FIG. 9 are given the same reference numerals, and the description is simplified or omitted, and only the different contents will be described.
  • the dielectric substrate 14 is configured as one substrate, but it may be configured of two dielectric substrates 14 and 15 as in the first embodiment.
  • the sensor board 100B shown in FIG. 10 further includes a device housing BDY1 that houses the sensor board 100B compared to the sensor board 100A shown in FIG. 9.
  • the device housing BDY1 (an example of a frame) is, for example, a housing for a sensor device that houses the sensor board 100B, and covers a part of the second conductor EL20 of the second unit cell CL20 and a part of the second conductor EL23 of the second unit cell CL23.
  • the other areas of the second conductor of the second unit cell i.e., the remaining part of the second conductor EL20, the entire second conductor EL21, the entire second conductor EL22, and the remaining part of the second conductor EL23
  • the device housing BDY1 covers the other areas of the second conductor of the second unit cell and are exposed to the outside.
  • the parts exposed to the outside are not covered by the device housing BDY1, making it easier for radio wave noise to enter.
  • FIG. 11 is a diagram showing a third example of a side cross section cut along a plane parallel to the thickness direction of the sensor substrate 100C according to the second embodiment.
  • the sensor substrate 100C according to the second embodiment has an electric wave absorbing section 11 and a signal output section 12, similar to the sensor substrate 100 according to the first embodiment.
  • the same components as those in FIG. 2, FIG. 9, or FIG. 10 are given the same reference numerals, and the description is simplified or omitted, and only different contents are described.
  • the dielectric substrate 14 is configured as one substrate, but it may be configured of two dielectric substrates 14 and 15 as in the first embodiment.
  • the dielectric substrate 16 of the sensor board 100A shown in Fig. 9 or the sensor board 100B shown in Fig. 10 is omitted, and further, a part 17C of the device housing BDY2 is provided as a substitute for the resin 17.
  • the part 17C of the device housing BDY2 stably positions the spring pins BN202, BN211, BN212, BN221, BN222, BN231 and also serves as a dielectric substrate supporting the second conductors EL20, EL21, EL22, EL23.
  • the part 17C of the device housing BDY2 holds insertion holes having a diameter larger than the diameter of the spring pins BN202, BN211, BN212, BN221, BN222, BN231.
  • Each of the spring pins BN202, BN211, BN212, BN221, BN222, and BN231 is positioned by being inserted into an insertion hole provided in a portion 17C of the device housing BDY2. This allows each of the spring pins BN202, BN211, BN212, BN221, BN222, and BN231 to be stably positioned in the sensor board 100C by the portion 17C of the device housing BDY2.
  • the second conductors EL20, EL21, EL22, and EL23 are exposed further outward (i.e., in the z-axis direction) than the outermost surface of the device housing BDY2.
  • an operator holds the device housing BDY2 in his/her hand and brings it close to the object to be measured 50, he/she can easily get close because he/she does not need to worry about the weight, which is expected to improve work efficiency.
  • a portion of the second conductors EL20 and EL23 is not covered by the device housing BDY2, so the entire area of the second conductors can be exposed to the outside, which allows the area where radio noise is incident to be widened, and allows radio noise to be absorbed over a wide area.
  • the antenna device (sensor boards 100A, 100B, 100C) according to the second embodiment includes a substrate (dielectric substrate 14), a frame (resin 17 or part 17C of device housing BDY2) arranged on the substrate, a plurality of conductor patterns (second conductors EL20, EL21, EL22, EL23) provided on the upper surface of the frame, and a plurality of terminal rods (spring pins BN202, BN211, BN212, BN221, BN222, BN231) extending from the plurality of conductor patterns toward the substrate.
  • the thickness of the frame is greater than the thickness of the substrate. This allows the antenna device to achieve both a broadband of frequencies suitable for absorbing radio noise and suppression of an increase in the thickness of the substrate on which the antenna conductor is formed.
  • the multiple terminal rods are made of an elastic material. This allows the antenna device to absorb the warping that tends to occur at the ends of the board during manufacturing by utilizing the elasticity of the multiple terminal rods, improving the conductivity accuracy of the absorbed radio noise over a wide range.
  • the frame (device housings BDY1, BDY2) is arranged covered by the housing of the antenna device. This allows the antenna device to be stably held by the device housings BDY1, BDY2, so that the positioning of the radio wave absorbing section 11 can be stabilized.
  • the frame (device housing BDY2) constitutes part of the housing of the antenna device.
  • the multiple conductor patterns (second conductors EL20, EL21, EL22, EL23) are arranged so as to be exposed to the outside from the surface of the frame. This makes it possible to reduce the thickness of the device housing of the antenna device (i.e., to make it thinner), and thus to make it lighter.
  • the antenna device (sensor boards 100A, 100B, 100C) according to the second embodiment further includes a second board (dielectric board 16) arranged on the frame (resin 17 or part 17C of the device housing BDY2), a ground conductor GND1 arranged parallel to the board (dielectric board 14) and the second board, a plurality of first conductor patterns (first conductors EL11, EL12, EL13) arranged on the upper surface of the board, a plurality of first conductor rods (first conductor rods VC11, VC12, VC13) electrically connecting the plurality of first conductor patterns and the ground conductor GND1, and a plurality of first terminal rods (first terminal rods TB121, TB122) extending from the plurality of first conductor patterns to the back surface of the ground conductor GND1.
  • a second board dielectric board 16
  • a ground conductor GND1 arranged parallel to the board (dielectric board 14) and the second board
  • the plurality of conductor patterns are second conductor patterns (second conductors EL20, EL21, EL22, EL23) arranged on the surface of the second board in the upward direction from the plurality of first conductor patterns.
  • the antenna device has two types of EBG structures with different frequencies suitable for absorbing radio noise, making it possible to accommodate a wide range of frequencies suitable for absorbing radio noise, and it is possible to efficiently identify the source of radio noise and implement noise countermeasures, helping to shorten the time required for advance verification of whether EMC standards are met, and further suppressing the increase in thickness of the substrate on which the antenna conductor is formed.
  • the antenna device (sensor boards 100A, 100B, 100C) according to the second embodiment has a first pair of one first conductor pattern (e.g., first conductor EL12), one first conductor rod (e.g., first conductor rod VC12), and multiple first terminal rods (e.g., first terminal rods TB121, TB122), and a second pair of one second conductor pattern (e.g., second conductor EL21) and multiple terminal rods (e.g., second terminal rods TB211, TB212) periodically arranged with respect to the ground conductor GND1.
  • first conductor pattern e.g., first conductor EL12
  • one first conductor rod e.g., first conductor rod VC12
  • multiple first terminal rods e.g., first terminal rods TB121, TB122
  • second pair of one second conductor pattern e.g., second conductor EL21
  • multiple terminal rods e.g., second terminal rods TB211, TB212
  • the antenna device can be periodically provided with a first EBG structure suitable for absorbing radio noise in a first frequency band (e.g., 800 MHz band) and a second EBG structure suitable for absorbing radio noise in a second frequency band (e.g., 1.5 GHz band), and has a wide area to help reduce the time required to measure the frequency characteristics of radio noise of the object to be measured 50.
  • a first frequency band e.g., 800 MHz band
  • a second EBG structure suitable for absorbing radio noise in a second frequency band e.g., 1.5 GHz band
  • the antenna device (sensor substrates 100A, 100B, 100C) of embodiment 2 forms a first equivalent circuit (equivalent circuit LP1C) using the ground conductor GND1, a first conductor pattern (e.g., first conductor EL12), a first conductor rod (e.g., first conductor rod VC12), and a plurality of first terminal rods (e.g., first terminal rods TB121, TB122), and forms a second equivalent circuit (e.g., equivalent circuit LP2C) using the ground conductor GND1, a second conductor pattern (e.g., second conductor EL21), and a plurality of terminal rods (e.g., second terminal rods TB211, TB212).
  • a first equivalent circuit LP1C
  • a first conductor pattern e.g., first conductor EL12
  • first conductor rod e.g., first conductor rod VC12
  • a plurality of first terminal rods e.g., first terminal rod
  • the antenna device can make it easier for the equivalent circuit LP1C to absorb low-frequency radio noise with longer wavelengths than the equivalent circuit LP2C based on the magnitude relationship between the loop length of the loop LP1 that is the basis of the equivalent circuit LP1C and the loop length of the loop LP2 that is the basis of the equivalent circuit LP2C, while making it easier for the equivalent circuit LP2C to absorb high-frequency radio noise with shorter wavelengths than the equivalent circuit LP1C.
  • the first resonant frequency (e.g., 800 MHz) which is the resonant frequency of the first equivalent circuit (equivalent circuit LP1C) is smaller than the second resonant frequency (e.g., 1.5 GHz) which is the resonant frequency of the second equivalent circuit (equivalent circuit LP2C).
  • the antenna device to be used to analyze EMC issues of electronic devices in the frequency band from 800 MHz to 1.5 GHz which is used by many users in mobile phones and the like.
  • the ground conductor GND1 the first conductor pattern (e.g., the first conductor EL12), and the second conductor pattern (e.g., the second conductor EL21) are each formed in a rectangular shape.
  • the first conductor pattern and the second conductor pattern are arranged such that the side direction (e.g., the direction of arrow W or the direction of arrow V in FIG. 5) connecting the end points of the first conductor pattern and the second conductor pattern with the shortest adjacent distance is oblique to the longitudinal direction of the ground conductor GND1.
  • the antenna device to make one element (second unit cell) of the periodic structure (second EBG structure) larger than one element (first unit cell) of the same periodic structure (first EBG structure) (see FIG. 6), thereby improving the antenna characteristics for longer wavelengths (in other words, the low frequency side).
  • the length in the thickness direction from the ground conductor GND1 to the first conductor pattern is shorter than the length in the thickness direction from the first conductor pattern to the second conductor pattern (e.g., the second conductor EL21). This allows the antenna device to ensure a wide range of frequencies from those suitable for absorbing radio noise by the first EBG structure to those suitable for absorbing radio noise by the second EBG structure.
  • the present disclosure is useful as an electric field detection method and device that achieves both a broadband of frequencies suitable for absorbing radio wave noise and suppresses an increase in the thickness of the substrate on which the antenna conductor is formed.
  • REFERENCE SIGNS LIST 11 radio wave absorbing section 12: signal output section 13: dielectric substrate 14: dielectric substrate 16: dielectric substrate 17: resin 50: object to be measured 100: sensor substrate 200: display PC 1000 Electric field detector BN202, BN211, BN212, BN221, BN222, BN231 Spring pin EL11, EL12, EL13 First conductor EL21, EL22 Second conductor GND1 Ground conductor Ld111, Ld112, Ld121, Ld122, Ld131, Ld132, Lu202, Lu211, Lu212, Lu221, Lu222, Lu231 Land LP1, LP2 Loop RW1 Radio wave source SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 RF switch element TB111, TB112, TB121, TB122, TB131, TB132 First terminal rod TB211, TB212, TB221, TB222 Second terminal rod VC11, VC12, VC13 First conductor rod VCu202, VCu211, VCu212

Landscapes

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Abstract

アンテナ装置は、基板と、基板の上に配置されるフレームと、フレームの上側の表面に設けられる複数の導体パターンと、複数の導体パターンから基板に向けて延在する複数の端子棒と、を備える。フレームの厚さは、基板の厚さよりも大きい。

Description

電界検出方法および装置
 本開示は、電界検出方法および装置に関する。
 電子機器筐体に内蔵されているプリント基板等から発生する電磁ノイズの強さ(例えば電界)を抑制するための技術として、左手系媒質あるいは負屈折率媒質と呼ばれるメタマテリアルを用いたEBG(Electromagnetic Band Gap)構造という技術が知られている。EGB構造は、電波を遮断する周波数帯域(バンドギャップ)を持つ構造を周期的に有する。
 特許文献1は、EBG構造を備えたアンテナ装置を開示している。具体的には、アンテナ装置は、第1および第2の面を有する第1の誘電体基板と、第1の誘電体基板の第1の面に形成された第1および第2のアンテナ素子と、第1の誘電体基板の第2の面に配置された接地導体と、第1および第2のアンテナ素子の間に配置されたEBG構造部と、を備える。EBG構造部は、第1の誘電体基板の第1の面に接してそれぞれ配置され、接地導体との電磁的結合をそれぞれ有する複数の第1のパッチ導体と、第1の誘電体基板の第1の面から、第1の誘電体基板の第2の面とは逆の方向に所定距離を有してそれぞれ配置され、複数の第1のパッチ導体のうち対応する第1のパッチ導体との電磁的結合をそれぞれ有する複数の第2のパッチ導体と、複数の第1のパッチ導体および複数の第2のパッチ導体を互いに電気的に接続する複数の第1の接続導体とを備える。
日本国特開2016-105584号公報
 電子機器の出荷前検査の一つに、電子機器が設置される環境内において、他の電子機器に対して許容できない妨害(例えば電波ノイズ)を与えることなく、その環境内において機能することを示すEMC(ElectroMagnetic Compatibility)規格を満たすかどうかの試験がある。この試験は、周囲の電波環境に影響されないように電波暗室で行われる。この電波暗室での試験では、電子機器に応じた所望の周波数帯域(例えば複数の周波数)においてEMC規格を満たすことの確認作業が必要となる。この試験でEMC規格を満たせなかった場合、電波ノイズの対策が必要となるが、ノイズ発生源特定のための検証全体に要する時間を短縮化することが困難であるという課題があった。この課題を解決する方法として電波ノイズの吸収に適する周波数の広帯域化が可能となるアンテナ装置の活用が考えられるが、アンテナ装置を製造する際、波長がそれぞれ異なる複数の周波数に対応する各アンテナ導体が形成される基板を2枚で実現しようとすると、基板間を多点で接続しなければならないという課題がある。特許文献1では、2つの誘電体基板を積層し上からレドームを被せてネジ留めする構成が開示されているが、これらの構成だと上述した基板間の多点接続を行うことが困難であった。
 本開示は、上述した従来の事情に鑑みて案出され、電波ノイズの吸収に適する周波数の広帯域化と、アンテナ導体が形成される複数の基板間の多点接続の簡易化とを両立する電界検出方法および装置を提供することを目的とする。
 本開示は、基板と、前記基板の上に配置されるフレームと、前記フレームの上側の表面に設けられる複数の導体パターンと、前記複数の導体パターンから前記基板に向けて延在する複数の端子棒と、を備え、前記フレームの厚さは、前記基板の厚さよりも大きい、アンテナ装置を提供する。
 本開示によれば、電波ノイズの吸収に適する周波数の広帯域化と、アンテナ導体が形成される複数の基板間の多点接続の簡易化とを両立することができる。
実施の形態1に係る電界検出装置を用いた電波暗室でのノイズ分析を例示する図 実施の形態1に係るセンサ基板の厚み方向と平行な面でカットした側断面の一例を模式的に示す図 センサ基板が有する2種類の周期(ループ)構造の一例を示す図 図3の2種類の周期構造の元となる基本構造に対応する等価回路例を示す図 誘電体基板に対して斜め配置されている第1導体および第2導体の配置例を示す平面図 図5の第1導体間および第2導体間のそれぞれに接続される電波吸収用の抵抗の配置例を示す平面図 実施の形態1に係るセンサ基板の構造と比較例に係るアンテナ装置の構造とを対比した受信レベル特性例を示す図 実施の形態1に係るセンサ基板における第1導体と第2導体との間の距離tを可変にした場合の各受信レベル特性例を対比的に示す図 実施の形態2に係るセンサ基板の厚み方向と平行な面でカットした側断面の第1例を模式的に示す図 実施の形態2に係るセンサ基板の厚み方向と平行な面でカットした側断面の第2例を模式的に示す図 実施の形態2に係るセンサ基板の厚み方向と平行な面でカットした側断面の第3例を模式的に示す図
 以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る電界検出方法および装置を具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであり、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
(実施の形態1)
 まず、図1を参照して、実施の形態1に係る電界検出装置1000を用いた電波ノイズの検証について説明する。図1は、実施の形態1に係る電界検出装置1000を用いた電波暗室ANE1でのノイズ分析を例示する図である。電界検出装置1000は、アンテナ装置の一例としてのセンサ基板100と、被測定物50(DUT:Device Under Test)からの電波ノイズまたは電磁波ノイズ(以下「電波ノイズ」と総称する)の測定結果を表示するための表示用PC200と、を少なくとも含む。図1では図示が省略されているが、センサ基板100の制御回路(図示略)がセンサ基板100と電気的に接続され、更に、センサ基板100と表示用PC200とは、同軸ケーブル(図示略)、リアルタイムスペクトラムアナライザ(図示略)、USB(Universal Serial Bus)ケーブル(図示略)のそれぞれを介して信号の入出力が可能となるように接続される。なお、電界検出装置1000は、センサ基板100および測定用PC200の他に、モニタMN1をさらに含んでもよい。被測定物50からの電波ノイズを測定する間、電界検出装置1000は電波暗室ANE1内に配置される。
 被測定物50は、電波暗室ANE1内に配置され、例えば出荷前検査の1つである電波ノイズの測定対象物であり、具体的には電子機器である。ここでいう電子機器は、特に限定されないが、例えばPC、タブレット端末、スマートフォン、テレビジョン受像機等が該当する。被測定物50は、電波ノイズのノイズ源(言い換えると、電波源RW1(図2参照))を有している。この電波ノイズの周波数帯は、特に限定されないが、例えば携帯電話の周波数で使用される800MHz~1.5GHzと広範囲にわたっている。
 センサ基板100は、被測定物50からの電波ノイズを測定するためのアンテナ装置の一例であり、電波暗室ANE1内の被測定物50の近傍に配置される。センサ基板100には、複数の水平偏波検出用の観測点(図6に示す抵抗参照)と複数の垂直偏波検出用の観測点(図6に示す抵抗参照)とが二次元的に配置され、観測点ごとにRFスイッチ素子(図2参照)が設けられている。センサ基板100は、制御回路(上述参照)からの制御信号に基づいて動作し、例えば電波暗室ANE1内に配置された被測定物50から放射される電波ノイズを入射して吸収し、吸収した電波ノイズの信号を取得する。より具体的には、センサ基板100は、制御回路(図示略)に搭載されているマイコン(図示略)により、センサ基板100のRFスイッチ素子群のそれぞれを制御し、観測点(抵抗)が吸収した電波ノイズのRF信号を該当のRFスイッチ素子から順次選択し、同軸ケーブル(図示略)を介してリアルタイムスペクトラムアナライザ(図示略)に出力する。リアルタイムスペクトラムアナライザ(図示略)は、入力されたRF信号をサンプリングし、USBケーブル(図示略)を介して表示用PC200に転送する。センサ基板100の電波ノイズを入射および吸収するための具体的な構成については、図2を参照して後述する。
 表示用PC200は、センサ基板100により吸収された被測定物50からの電波ノイズの信号のサンプリング結果を収集して各観測点における電界強度を計算し、観測点ごとの電界強度を2次元的に示す電界強度分布である測定結果マッピング画像RST1を生成する。表示用PC200は、通常のパーソナルコンピュータが備える各種のハードウェア(例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)を有するメモリ、ハードディスクドライブ若しくはソリッドステートドライブ))を有して構成される。表示用PC200は、測定結果マッピング画像RST1を生成する度に、その生成した測定結果マッピング画像RST1をモニタMN1に出力して更新表示させる。
 次に、図2を参照して、実施の形態1に係るセンサ基板100の厚み方向(図1参照)の具体的な構造例について説明する。図2は、実施の形態1に係るセンサ基板100の厚み方向と平行な面でカットした側断面の一例を模式的に示す図である。本明細書において、x軸、y軸およびz軸は図2に示す方向と定義する。z軸はセンサ基板100の厚み方向(図1参照)を示す。y軸はz軸およびx軸に直交し、例えば地導体GND1の長手方向と平行である(図5参照)。x軸はz軸およびy軸に直交し、例えば地導体GND1の短手方向と平行である(図5参照)。
 センサ基板100は、電波吸収部11と、信号出力部12と、を有する。
 電波吸収部11は、センサ基板100に入射する電波源RW1からの電波ノイズを吸収するための周期構造を有する。具体的には、電波吸収部11は、地導体GND1と、複数の第1ユニットセルCL11、CL12、CL13、…と、複数の第2ユニットセルCL20、CL21、CL22、CL23、…とを含む。
 信号出力部12は、電波吸収部11により吸収された電波ノイズの信号を取得する複数の取得回路を有する。取得回路は、抵抗とRFスイッチ素子とにより構成される。具体的には、信号出力部12は、複数の抵抗R1、R2、R3、R4、R5、R6、…と、その複数の抵抗に接続されるRFスイッチ素子SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、…とを含む。
 まず、電波吸収部11について説明する。
 地導体GND1は、xy平面と平行に配置され、例えば矩形状に形成される。具体的には、地導体GND1は、プリント基板等の誘電体基板の一方の面(例えば表面)に形成された導体プレーン等の平板状の導体である。
 複数の第1ユニットセルCL11、CL12、CL13、…のそれぞれは、地導体GND1が成す平面に直交する方向(厚み方向)における地導体GND1の一方の面(例えば上述した表面参照)に配置される。具体的には、複数の第1ユニットセルCL11、CL12、CL13、…のそれぞれは、地導体GND1が成す平面(例えば図5に示すxy平面と平行な面)における互いに異なる2つの方向(例えば図5に示す矢印Wの方向、および、矢印Vの方向)のそれぞれに等間隔で配置される。それぞれの第1ユニットセルは同一構造を有するので、ここでは第1ユニットセルCL12を例示して説明する。言い換えると、第1ユニットセルCL12の説明は、他の第1ユニットセル(例えば第1ユニットセルCL11、CL13、…)にも同様に適用可能である。
 第1ユニットセルCL12は、第1導体EL12と、第1導体棒VC12と、複数本(例えば2本)の第1端子棒TB121、TB122とを有する。なお、第1ユニットセルCL11は、第1導体EL11と、第1導体棒VC11と、複数本(例えば2本)の第1端子棒TB111、TB112とを有する。同様に、第1ユニットセルCL13は、第1導体EL13と、第1導体棒VC13と、複数本(例えば2本)の第1端子棒TB131、TB132とを有する。
 第1導体EL12は、地導体GND1に平行な第1導体層(例えば誘電体基板14。以下同様。)に配置された平板状(言い換えると、矩形状)の導体である。したがって、実施の形態1に係るセンサ基板100には、第1導体層が成す平面における互いに異なる2つの方向のそれぞれに、第1ユニットセルを構成する第1導体が複数個、等間隔に配置されている。具体的には、複数の第1導体は、第1導体層が成す平面において、図5に示す矢印Wの方向と、矢印Wの方向に直交する矢印Vの方向とに、それぞれ等間隔に配置されている。
 なお、平行とは、厳密な平行に限定されなくてもよく、略平行を含んでよいが、厳密な平行であることが好ましい。以下、平行は、略平行を含むとして説明する。また、等間隔とは、厳密な等間隔に限定されなくてもよく、略等間隔を含んでよいが、厳密な等間隔であることが好ましい。以下、等間隔は、略等間隔を含むとして説明する。
 また、第1ユニットセルを構成する第1導体の形状は、例えば平面視で正方形を成しているが(図5参照)、正方形に限定されなくてもよく、例えば多角形または円形等でもよい。具体的には、第1導体の形状は、平面視で正方形、長方形、ひし形、若しくは平行四辺形等の四角形、正三角形、二等辺三角形、若しくは直角三角形等の三角形、5個以上の頂点を有する正多角形等の多角形、または、正円形若しくは楕円形等の円形等の任意の形状でもよい。また、第1導体の厚み方向の長さ(厚み)は、任意であるが、センサ基板100が吸収する電波ノイズの周波数帯の波長よりも小さいことが好ましい。
 第1導体棒VC12は、誘電体基板14上に配置された第1導体EL12と地導体GND1とを電気的に接続(導通)する棒状の導体であり、ビア導体と称してもよい。第1導体棒VC12は、第1導体棒VC12用に誘電体基板14を貫通して設けられた穴に挿通され、第1導体EL12と地導体GND1との間を導通する。第1導体棒VC12は円柱棒であるが、円柱棒に限定されなくてもよく、円筒棒でも角柱棒でもよい。また、第1導体棒VC12は、円柱形状、円筒形状または角柱形状に限定されなくてもよく、例えば錐台形状でもよい。
 第1端子棒TB121、TB122のそれぞれは、第1導体EL12から地導体GND1の背面(つまり、上述した表面の反対側の面。以下同様。)まであるいは背面を超えて延在する棒状の導体である。第1端子棒TB121、TB122のそれぞれは、各第1端子棒用に電波吸収部11の誘電体基板14および信号出力部12の誘電体基板15の両方を貫通して設けられたスルーホールに挿通される。なお、誘電体基板13、誘電体基板14および誘電体基板15とは一体的に設けられてもよいし、それぞれ別体として設けられてもよい。第1端子棒TB121の一端側は第1導体EL12と接続され、第1端子棒TB121の他端側は信号出力部12の抵抗R3の一端側と接続される。なお、この抵抗R3の他端側は、第2ユニットセルCL21を構成する第2端子棒TB212の第2導体EL21と接続される一端側とは反対側の他端側と接続される。第1端子棒TB122の一端側は第1導体EL12と接続され、第1端子棒TB121の他端側は信号出力部12の抵抗R4の他端側と接続される。なお、この抵抗R4の一端側は、第2ユニットセルCL22を構成する第2端子棒TB221の第2導体EL22と接続される一端側とは反対側の他端側と接続される。
 複数の第2ユニットセルCL20、CL21、CL22、CL23、…のそれぞれは、地導体GND1が成す平面に直交する方向(厚み方向)における地導体GND1の一方の面(例えば上述した表面参照)に配置される。具体的には、複数の第2ユニットセルCL20、CL21、CL22、CL23、…のそれぞれは、地導体GND1が成す平面(例えば図5に示すxy平面と平行な面)における互いに異なる2つの方向(例えば図5に示す矢印Wの方向、および、矢印Vの方向)のそれぞれに等間隔で配置される。それぞれの第2ユニットセルは同一構造を有するので、ここでは第2ユニットセルCL21を例示して説明する。言い換えると、第2ユニットセルCL21の説明は、他の第2ユニットセル(例えば第2ユニットセルCL20、CL22、CL23、…)にも同様に適用可能である。
 第2ユニットセルCL21は、第2導体EL21と、複数本(例えば2本)の第2端子棒TB211、TB212とを有する。なお、第2ユニットセルCL22は、第2導体EL22と、複数本(例えば2本)の第2端子棒TB221、TB222とを有する。
 第2導体EL21は、地導体GND1に平行な第2導体層(例えば誘電体基板13。以下同様。)に配置された平板状(言い換えると、矩形状)の導体である。したがって、実施の形態1に係るセンサ基板100には、第2導体層が成す平面における互いに異なる2つの方向のそれぞれに、第2ユニットセルを構成する第2導体が複数個、等間隔に配置されている。具体的には、複数の第2導体は、第2導体層が成す平面において、図5に示す矢印Wの方向と、矢印Wの方向に直交する矢印Vの方向とに、それぞれ等間隔に配置されている。
 また、第2ユニットセルを構成する第2導体の形状は、例えば平面視で正方形を成しているが(図5参照)、正方形に限定されなくてもよく、例えば多角形または円形等でもよい。具体的には、第2導体の形状は、平面視で正方形、長方形、ひし形、若しくは平行四辺形等の四角形、正三角形、二等辺三角形、若しくは直角三角形等の三角形、5個以上の頂点を有する正多角形等の多角形、または、正円形若しくは楕円形等の円形等の任意の形状でもよい。また、第2導体の厚み方向の長さ(厚み)は、任意であるが、例えばセンサ基板100が吸収する電波ノイズの周波数帯の波長より小さいことが好ましい。
 第2端子棒TB211、TB212のそれぞれは、第2導体EL21から地導体GND1の背面まであるいは背面を超えて延在する棒状の導体である。第2端子棒TB211、TB212のそれぞれは、各第2端子棒用に電波吸収部11の誘電体基板14および信号出力部12の誘電体基板15の両方を貫通して設けられたスルーホールに挿通される。第2端子棒TB211の一端側は第2導体EL21と接続され、第2端子棒TB211の他端側は信号出力部12の抵抗R2の一端側と接続される。なお、この抵抗R2の他端側は、第1ユニットセルCL11を構成する第1端子棒TB112の第1導体EL11と接続される一端側とは反対側の他端側と接続される。第2端子棒TB212の一端側は第2導体EL21と接続され、第2端子棒TB212の他端側は信号出力部12の抵抗R3の他端側と接続される。なお、この抵抗R3の他端側は、第1ユニットセルCL12を構成する第1端子棒TB121の第1導体EL12と接続される一端側とは反対側の他端側と接続される。
 また、第1ユニットセルと第2ユニットセルとにおいて、第2ユニットセルの第2端子棒と第1ユニットセルの第1導体とは導通していない。図2を参照して例示的に列挙すると、第2端子棒TB211と第1導体EL11との間、第2端子棒TB212と第1導体EL12との間、第2端子棒TB221と第1導体EL12との間、第2端子棒TB222と第1導体EL13との間、はそれぞれ導通していない。
 さらに、第1ユニットセルおよび第2ユニットセルと地導体GND1とにおいて、第1端子棒と地導体GND1との間、第2端子棒と地導体GND1との間、はそれぞれ導通していない。図2を参照して例示的に列挙すると、第1端子棒TB111と地導体GND1との間、第2端子棒TB211と地導体GND1との間、第1端子棒TB112と地導体GND1との間、第1端子棒TB121と地導体GND1との間、第2端子棒TB212と地導体GND1との間、第2端子棒TB221と地導体GND1との間、第1端子棒TB122と地導体GND1との間、第1端子棒TB131と地導体GND1との間、第2端子棒TB222と地導体GND1との間、第1端子棒TB132と地導体GND1との間、はそれぞれ導通していない。
 電波吸収部11の表面に配置される複数の第1ユニットセルおよび第2ユニットセルの各々は、電波源RW1から照射(放射)される電波の波長よりも十分に短い間隔で行列状に配置される。また、電波吸収部11の表面に配置される複数の第1ユニットセルおよび第2ユニットセルの各々の縦、横の長さ(サイズ)は、電波源RW1から照射(放射)される電波の波長よりも十分に短いとする。電波源RW1から照射される電波の周波数は、一例として、800MHz~1.5GHzの間の周波数であるとする。なお、周波数が800MHzの電波の波長は37.5cmである。また、周波数が1.5GHzの電波の波長は、20.0cmである。第1ユニットセルCL11と第1ユニットセルCL12との間隔、および、第2ユニットセルCL21と第2ユニットセルCL22との間隔は、一例として、1ミリメートルである。また、第1ユニットセルおよび第2ユニットセルの縦および横の長さは、一例として、20ミリメートルであるとする。
 実施の形態1に係るセンサ基板100は、地導体GND1、複数の第1ユニットセルCL11、CL12、CL13、…のそれぞれにより、第1のEBG構造を形成する。センサ基板100は、この第1のEBG構造により、被測定物50(図1参照)の電波源RW1(例えば被測定物50に内蔵されている基板)から放射される電波ノイズのうちの第1の周波数帯(例えば800MHz帯)の電波ノイズを吸収して抑制することができる。なお、EBG構造が所定の周波数帯の電波ノイズを抑制する技術原理は周知であるため、ここでは説明を割愛する。
 また、実施の形態1に係るセンサ基板100は、地導体GND1、複数の第2ユニットセルCL20、CL21、CL22、CL23、…のそれぞれにより、第2のEBG構造を形成する。センサ基板100は、この第2のEBG構造により、被測定物50(図1参照)の電波源RW1(例えば被測定物50に内蔵されている基板)から放射される電波ノイズのうちの第2の周波数帯(例えば1.5GHz帯)の電波ノイズを吸収して抑制することができる。
 次に、信号出力部12について説明する。
 抵抗R1、R2、R3、R4、R5、R6、…は、それぞれ信号出力部12における取得回路を構成する。それぞれの抵抗は、その抵抗に接続されている第1ユニットセルまたは第2ユニットセルにおいて吸収される電波ノイズの電力(エネルギー)を消費(吸収)する。それぞれの抵抗の値は、一例として、自由空間における波動インピーダンスである377オームであるとする。
 RFスイッチ素子SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、…は、それぞれ信号出力部12における測定回路を構成する。RFスイッチ素子は、抵抗と1対1対応するように設けられる。RFスイッチ素子SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、…は、対応する抵抗により消費(吸収)された電波ノイズの信号を、センサ基板100と同軸ケーブル(図示略)で接続されたリアルタイムスペクトラムアナライザ(図示略)に出力する。
 次に、図3、図4、図5および図6を参照して、実施の形態1に係るセンサ基板100が有する周期的な2種類のEBG構造について説明する。図3は、センサ基板100が有する2種類の周期(ループ)構造の一例を示す図である。図4は、図3の2種類の周期構造の元となる基本構造に対応する等価回路例を示す図である。図5は、誘電体基板14に対して斜め配置されている第1導体EL1および第2導体EL2の配置例を示す平面図である。図6は、図5の第1導体EL1間および第2導体EL2間のそれぞれに接続される電波吸収用の抵抗R1、R2、R3、R4、R5、R6、…の配置例を示す平面図である。
 図3、図5および図6の各図面の説明において、図2の構成(要素)と重複するものについては同一の符号を付与して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。
 実施の形態1に係るセンサ基板100は、2種類のEBG構造を周期的に有する。第1のEBG構造の元となる基本構造(つまり、周期構造の基本部分)は、図3に示すループLP1に示すように、地導体GND1と、第1ユニットセルCL12と第1ユニットセルCL13との間とにより形成される。第1導体EL12を有する第1ユニットセルCL12と、第1導体EL13を有する第1ユニットセルCL13と、地導体GND1とにより、第1のEBG構造を示す等価回路LP1C(図4参照)が等価的に形成される。地導体GND1から第1ユニットセルCL12、CL13までの長さ(高さ)は、一例として3.2mmである。
 また、第2のEBG構造の元となる基本構造(つまり、周期構造の基本部分)は、図3に示すループLP2に示すように、地導体GND1と、第2ユニットセルCL21と第2ユニットセルCL22との間とにより形成される。第2導体EL21を有する第2ユニットセルCL21と、第2導体EL22を有する第2ユニットセルCL22と、地導体GND1とにより、第2のEBG構造を示す等価回路LP2C(図4参照)が等価的に形成される。
 図4に示すように、実施の形態1に係るセンサ基板100は、入射電波を吸収する第1のEBG構造を示す等価回路LP1Cと入射電波を吸収する第2のEBG構造を示す等価回路LP2Cとが直列に接続され、かつ、等価回路LP1C、LP2Cの直列回路に対して抵抗Rが並列に設けられた等価回路LPCを繰り返し周期的に備える。抵抗Rは、電波吸収用の抵抗R4の他ループLP1、LP2の経路内に存在する抵抗成分、インダクタンス成分およびキャパシタンス成分に基づくインピーダンス成分も含むこともあり得る。
 等価回路LP1Cは、インダクタンスLaとキャパシタンスCaとが並列に接続された並列共振回路を構成する。等価回路LP1Cにおいて、共振周波数fa(例えば800MHz帯)では、インダクタンスLaおよびキャパシタンスCaによるインピーダンス成分が無限大となり、直列に接続している他の等価回路LP2Cのインピーダンスも無いものとみなすことができるため、等価回路LPCのインピーダンスは抵抗Rに一意に定まり、自由空間の波動インピーダンスにマッチングする。つまり、センサ基板100は、共振周波数fa(例えば800MHz帯)の電波ノイズを効率的に吸収し易くできる。
 等価回路LP2Cは、インダクタンスLbとキャパシタンスCbとが並列に接続された並列共振回路を構成する。等価回路LP2Cにおいて、共振周波数fb(例えば1.5GHz帯)では、インダクタンスLbおよびキャパシタンスCbによるインピーダンス成分が無限大となり、直列に接続している他の等価回路LP1Cのインピーダンスも無いものとみなすことができるため、等価回路LPCのインピーダンスは抵抗Rに一意に定まり、自由空間の波動インピーダンスにマッチングする。つまり、センサ基板100は、共振周波数fb(例えば1.5GHz帯)の電波ノイズを効率的に吸収し易くできる。等価回路LP1Cの共振周波数faは、等価回路LP2Cの共振周波数fbよりも低い。これにより、センサ基板100は、等価回路LP1Cの共振周波数fa付近の周波数帯の電波ノイズを吸収し易くできるとともに、等価回路LP2Cの共振周波数fb付近の周波数帯の電波ノイズを吸収し易くできる。
 図3ではxz平面と平行な面でのセンサ基板100の断面構造が開示されているが、図5および図6に示すように、センサ基板100の平面視において、第1ユニットセルCL1および第2ユニットセルCL2が誘電体基板14の長手方向に対して非平行(具体的には、斜め方向)に配置されている。より具体的には、それぞれの第1ユニットセルを構成する第1導体EL1は、矩形状の第1導体層(誘電体基板14)の長手方向(図5のy軸方向と平行)に対し、x軸およびy軸からともに45度斜め方向である矢印Wの方向と矢印Vの方向とに等間隔に配置される。同様に、それぞれの第2ユニットセルを構成する第2導体EL2は、矩形状の第2導体層(誘電体基板13)の長手方向(図5のy軸方向と平行)に対し、x軸およびy軸からともに45度斜め方向である矢印Wの方向と矢印Vの方向とに等間隔に配置される。なお、図5では、誘電体基板13の図示は省略している。
 また、実施の形態1に係るセンサ基板100の平面視において、1つの第2ユニットセルを構成する第2導体EL2は、4つの第1ユニットセルを構成する第1導体EL1の一部の領域と重なるように配置される。これにより、第1ユニットセルの配置に対して第2ユニットセルを効率的かつ高密度に配置可能となり、センサ基板100のサイズを大きくすることなくノイズ電波の吸収に適する周波数の広帯域化を図り易くできる。
 図6に示すように、実施の形態1に係るセンサ基板100では、複数の抵抗(図3参照)のそれぞれは、第1ユニットセルの第1端子棒と第2ユニットセルの第2端子棒とのそれぞれに接続される。抵抗が配置される箇所はセンサ基板100への入射電波の測定点と考えることができる。したがって、第1ユニットセルCL1および第2ユニットセルCL2が誘電体基板14の長手方向に対して斜め方向に配置されることにより、入射電波の測定点間の距離を√2倍にすることができる。ここで、正方形状の第1導体EL1の一辺の長さをaとすると、測定点間(つまり、平行に配置される2つの抵抗間の距離)は√2aとなる(図6参照)。これにより、周期構造(第2のEBG構造)の1つのエレメント(第2ユニットセル)を、同じ周期構造(第1のEBG構造)の1つのエレメント(第1ユニットセル)よりも大きくすることができるので、動作対象(言い換えると、吸収対象)の周波数帯において全体的に受信感度の向上が可能となる。
 また、実施の形態1に係るセンサ基板100では、測定点の数(言い換えると、抵抗の配置数)が比較例構造(後述参照)に比べると2倍になり、電波ノイズの吸収に関する測定の分解能も向上することが可能となる。なお、ここでいう比較例構造とは、日本国特許第5737672号公報に開示の構成であり、実施の形態1に係るセンサ基板100の第2ユニットセルを有さない構造に相当する。
 次に、図7および図8を参照して、実施の形態1に係るセンサ基板100の周波数特性について説明する。図7は、実施の形態1に係るセンサ基板100の構造と比較例に係るアンテナ装置の構造とを対比した受信レベル特性例を示す図である。図8は、実施の形態1に係るセンサ基板における第1導体と第2導体との間の距離tを可変にした場合の各受信レベル特性例を対比的に示す図である。図7および図8において、横軸は周波数[GHz]を示し、縦軸はセンサ基板100に入射する電波ノイズの受信レベル[dBV]を示す。
 図7において、実施の形態1に係るセンサ基板100が吸収する電波ノイズの周波数特性が実線で示され(本特性参照)、比較例構造(上述参照)が吸収する電波ノイズの周波数特性が破線で示されている。図7の実線の周波数特性は、第1ユニットセルの第1導体から第2ユニットセルの第2導体までの長さ(高さ)が10mmである時に演算されたシミュレーション結果である。実施の形態1に係るセンサ基板100は、第1のEBG構造(図4の等価回路LP1C参照)と第2のEBG構造(図4の等価回路LP2C参照)との2つの等価回路を有することにより、比較例構造に比べて電波ノイズの吸収に適する周波数の広帯域化を図ることができる。つまり、図7に示すように、比較例構造に比べて、広範な周波数帯において電波ノイズの受信レベルが相対的に高くなっている(つまり、受信感度が高くなっている)ことが分かる。
 図8において、第1ユニットセルの第1導体から第2ユニットセルの第2導体までの長さ(高さ)tが1.6mmである時の周波数特性が点線、tが5.0mmである時の周波数特性が一点鎖線、tが10.0mmである時の周波数特性が実線で示されている。つまり、実施の形態1に係るセンサ基板100において、電波吸収部11の厚みを変化させた時の周波数特性が示されている。図8に示すように、t(言い換えると、電波吸収部11の厚み)が小さければ小さい程、周波数の高い高域側において電波ノイズの受信レベルの特性が向上する。一方、t(言い換えると、電波吸収部11の厚み)が大きければ大きい程、周波数の低い低域側において電波ノイズの受信レベルの特性が向上する。これは、t(言い換えると、電波吸収部11の厚み)が大きくなる程、図3に示すループの長さ(ループ長)が長くなり、インダクタンスおよびキャパシタンスの各成分に基づく共振周波数が低域側に推移することに基づく。
 以上により、実施の形態1に係るアンテナ装置(センサ基板100)は、地導体GND1と、地導体GND1に平行な第1導体層(誘電体基板14)が成す平面に配置される第1導体(例えば第1導体EL12)と、第1導体と地導体GND1とを電気的に接続する第1導体棒(例えば第1導体棒VC12)と、第1導体から地導体GND1の背面まで延在する複数の第1端子棒(例えば第1端子棒TB121、TB122)と、第1導体より上方向に配置され、地導体GND1に平行な第2導体層(誘電体基板13)が成す平面に配置される第2導体(例えば第2導体EL21、EL22)と、第2導体から地導体GND1の背面まで延在する複数の第2端子棒(例えば第2端子棒TB211、TB212、TB221、TB222)と、を備える。これにより、アンテナ装置は、電波ノイズの吸収に適する周波数が異なる2種類のEBG構造を有するので、電波ノイズの吸収に適する周波数の広帯域化に対応可能であり、電波ノイズの発生源特定のための検証時間の短縮ができ、ノイズ対策の効率化ができる。
 また、実施の形態1に係るアンテナ装置(センサ基板100)では、地導体GND1に対し、第1導体(例えば第1導体EL12)と第1導体棒(例えば第1導体棒VC12)と複数の第1端子棒(例えば第1端子棒TB121、TB122)との第1ペア、および、第2導体(例えば第2導体EL21、EL22)と複数の第2端子棒(例えば第2端子棒TB211、TB212、TB221、TB222)との第2ペア、が複数個、周期的に配置される。これにより、アンテナ装置は、第1の周波数帯(例えば800MHz帯)の電波ノイズの吸収に適する第1のEBG構造と、第2の周波数帯(例えば1.5GHz帯)の電波ノイズの吸収に適する第2のEBG構造と、をそれぞれ周期的に備えることができ、広範な面積を有して被測定物50の電波ノイズの周波数特性の測定の時間短縮化を支援することができる。
 また、実施の形態1に係るアンテナ装置(センサ基板100)では、地導体GND1と第1導体(例えば第1導体EL12)と第1導体棒(例えば第1導体棒VC12)と複数の第1端子棒(例えば第1端子棒TB121、TB122)とにより第1等価回路(等価回路LP1C)を形成する。地導体GND1と第2導体(例えば第2導体EL21、EL22)と複数の第2端子棒(例えば第2端子棒TB211、TB212、TB221、TB222)とにより第2等価回路(等価回路LP2C)を形成する。これにより、アンテナ装置は、等価回路LP1Cの元になるループLP1のループ長と等価回路LP2Cの元になるループLP2のループ長との大小関係に基づき、等価回路LP1Cにおいて等価回路LP2Cよりも波長の長い低域側の電波ノイズを吸収し易くでき、その一方で、等価回路LP2Cにおいて等価回路LP1Cよりも波長の短い高域側の電波ノイズを吸収し易くできる。
 また、実施の形態1に係るアンテナ装置(センサ基板100)では、第1等価回路(等価回路LP1C)の共振周波数である第1共振周波数(例えば800MHz)は、第2等価回路(等価回路LP2C)の共振周波数である第2共振周波数(例えば1.5GHz)よりも小さい。これにより、アンテナ装置は、例えば携帯電話等で多くのユーザにより利用されている800MHz帯から1.5GHz帯の周波数帯において電子機器のEMC課題の分析に使用することができる。
 また、実施の形態1に係るアンテナ装置(センサ基板100)では、地導体GND1、第1導体(例えば第1導体EL12)および第2導体(例えば第2導体EL21、EL22)のそれぞれは、方形状(矩形状)に形成される。第1導体および第2導体は、地導体GND1の長手方向に対し、第1導体および第2導体のそれぞれの最も隣接距離が短い端点同士を結ぶ辺方向(例えば図5の矢印W方向あるいは矢印V方向)が斜めとなるように配置される。これにより、アンテナ装置は、周期構造(第2のEBG構造)の1つのエレメント(第2ユニットセル)を、同じ周期構造(第1のEBG構造)の1つのエレメント(第1ユニットセル)よりも大きくすることができるので(図6参照)、より波長の長い(言い換えると、低周波側)のアンテナ特性の向上を図ることが可能となる。
 また、実施の形態1に係るアンテナ装置(センサ基板100)では、地導体GND1から第1導体(例えば第1導体EL12)までの厚み方向の長さは、第1導体から第2導体(例えば第2導体EL21、EL22)までの厚み方向の長さよりも短い。これにより、アンテナ装置は、第1のEBG構造による電波ノイズの吸収に適する周波数から第2のEBG構造による電波ノイズの吸収に適する周波数までの範囲を広く確保することができる。
(実施の形態2の内容に至る経緯)
 実施の形態1に係るセンサ基板を実際に製造する際、次の点が課題として懸念される。具体的には、第1ユニットセルを構成する第1導体、第2ユニットセルを構成する第2導体のそれぞれを配置可能な基板を2枚で構成しようとすると、2枚のうち1枚(つまり第2ユニットセル用の基板)は厚みを大きくする必要があるために特殊な基板となり、製造によって生じる基板の反りが生じることを回避することが困難である。基板の反り自体の回避は困難であっても、特別な対策が施されなければ反りが生じている部分における電気的な導通が確保できない(つまり接触不良)ということになりかねない。また、センサ基板のサイズをA4シートサイズとすると基板に対してビア導体(つまり第1導体棒)を多点接続(例えば200箇所以上)を行う必要がある。特許文献1では2枚の基板をネジ留めする構成が開示されているが、200箇所以上の多点接続を行う際にネジ留めすることは現実的でなく、ネジ留めすることによりユニットセル間の距離が想定値以上に離れてしまい、アンテナ特性の劣化も生じ得る。
(実施の形態2)
 そこで、実施の形態2では、電波ノイズの吸収に適する周波数の広帯域化と、アンテナ導体が形成される複数の基板間の多点接続の簡易化とを両立する電界検出装置の例を説明する。
<第1構成例>
 まず、図9を参照して、実施の形態2に係るセンサ基板100Aの厚み方向(図1参照)の具体的な構造例について説明する。図9は、実施の形態2に係るセンサ基板100Aの厚み方向と平行な面でカットした側断面の第1例を模式的に示す図である。実施の形態2に係るセンサ基板100Aは、実施の形態1に係るセンサ基板100と同様に、電波吸収部11と、信号出力部12と、を有する。なお、図9の説明において、図2の構成と同一の構成には同一の符号を付与して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。また、図9に示すように、誘電体基板14は1つの基板として構成されているが、実施の形態1と同様に2つの誘電体基板14、15により構成されてもよい。
 複数の第1ユニットセルCL11、CL12、CL13、…のそれぞれは、地導体GND1が成す平面に直交する方向(厚み方向)における地導体GND1の一方の面(例えば上述した表面参照)に配置される。具体的には、複数の第1ユニットセルCL11、CL12、CL13、…のそれぞれは、地導体GND1が成す平面(例えば図5に示すxy平面と平行な面)における互いに異なる2つの方向(例えば図5に示す矢印Wの方向、および、矢印Vの方向)のそれぞれに等間隔で配置される。それぞれの第1ユニットセルは同一構造を有するので、ここでは第1ユニットセルCL12を例示して説明する。言い換えると、第1ユニットセルCL12の説明は、他の第1ユニットセル(例えば第1ユニットセルCL11、CL13、…)にも同様に適用可能である。
 第1ユニットセルCL12は、第1導体EL12と、第1導体棒VC12と、複数本(例えば2本)の第1端子棒TB121、TB122とを有する。なお、第1ユニットセルCL11は、第1導体EL11と、第1導体棒VC11と、複数本(例えば2本)の第1端子棒TB111、TB112とを有する。同様に、第1ユニットセルCL13は、第1導体EL13と、第1導体棒VC13と、複数本(例えば2本)の第1端子棒TB131、TB132とを有する。
 第1導体EL12は、地導体GND1に平行な誘電体基板14に配置された平板状(言い換えると、矩形状)の導体である。第1導体EL12には、バネピンBN212、BN221のそれぞれの一端側(下端側)を電気的に接続するためのランドLd121、Ld122が設けられている。なお、第1導体EL11には、バネピンBN202、BN211のそれぞれの一端側(下端側)を電気的に接続するためのランドLd111、Ld112が設けられている。同様に、第1導体EL13には、バネピンBN222、BN231のそれぞれの一端側(下端側)を電気的に接続するためのランドLd131、Ld132が設けられている。したがって、実施の形態2に係るセンサ基板100Aには、誘電体基板14における互いに異なる2つの方向のそれぞれに、第1ユニットセルを構成する第1導体が複数個、等間隔に配置されている。具体的には、複数の第1導体は、誘電体基板14において、図5に示す矢印Wの方向と、矢印Wの方向に直交する矢印Vの方向とに、それぞれ等間隔に配置されている。
 ランドLd121、Ld122のそれぞれは、第1導体EL12上に形成された電極パターンであり、ランドLd121、Ld122の形成領域が第1導体EL12と非導通となるように形成されている。ランドLd121、Ld122のそれぞれは、バネピンBN212、BN221のそれぞれの一端側(下端側)を導通可能に接続するとともに、第2端子棒TB212、TB221のそれぞれの他端側(上端側)を導通可能に接続する。なお、ランドLd111、Ld112のそれぞれは、第1導体EL11上に形成された電極パターンであり、ランドLd111、Ld112の形成領域が第1導体EL11と非導通となるように形成されている。ランドLd111、Ld112のそれぞれは、バネピンBN202、BN211のそれぞれの一端側(下端側)を導通可能に接続するとともに、第2端子棒TB202、TB211のそれぞれの他端側(上端側)を導通可能に接続する。同様に、ランドLd131、Ld132のそれぞれは、第1導体EL13上に形成された電極パターンであり、ランドLd131、Ld132の形成領域が第1導体EL13と非導通となるように形成されている。ランドLd131、Ld132のそれぞれは、バネピンBN222、BN231のそれぞれの一端側(下端側)を導通可能に接続するとともに、第2端子棒TB222、TB231のそれぞれの他端側(上端側)を導通可能に接続する。
 複数の第2ユニットセルCL20、CL21、CL22、CL23、…のそれぞれは、地導体GND1が成す平面に直交する方向(厚み方向)における地導体GND1の一方の面(例えば上述した表面参照)に配置される。具体的には、複数の第2ユニットセルCL20、CL21、CL22、CL23、…のそれぞれは、地導体GND1が成す平面(例えば図5に示すxy平面と平行な面)における互いに異なる2つの方向(例えば図5に示す矢印Wの方向、および、矢印Vの方向)のそれぞれに等間隔で配置される。それぞれの第2ユニットセルは同一構造を有するので、ここでは第2ユニットセルCL21を例示して説明する。言い換えると、第2ユニットセルCL21の説明は、他の第2ユニットセル(例えば第2ユニットセルCL20、CL22、CL23、…)にも同様に適用可能である。
 第2ユニットセルCL21は、第2導体EL21と、複数本(例えば2本)の第2端子棒TB211、TB212と、複数本(例えば2本)のバネピンBN211、BN212と、複数本(例えば2本)の第2導体棒VCu211、VCu212と、を有する。なお、第2ユニットセルCL22は、第2導体EL22と、複数本(例えば2本)の第2端子棒TB221、TB222と、複数本(例えば2本)のバネピンBN221、BN222と、複数本(例えば2本)の第2導体棒VCu221、VCu222と、を有する。また、図示が一部しか示されていないが、第2導体EL20とバネピンBN202と第2導体棒VCu202とは第2ユニットセルCL20を構成し、同様に、第2導体EL23とバネピンBN231と第2導体棒VCu231とは第2ユニットセルCL23を構成する。
 第2導体EL21は、地導体GND1に平行な、誘電体基板14よりも厚みが小さい誘電体基板16に配置された平板状(言い換えると、矩形状)の導体である。第2導体EL21には、第2導体棒VCu211、VCu212が導通可能に接続されている。なお、第2導体EL22には、第2導体棒VCu221、VCu222が導通可能に接続されている。また、図示が一部しか示されていないが、第2導体EL20には第2導体棒VCu202が導通可能に接続されており、第2導体EL23には第2導体棒VCu231が導通可能に接続されている。したがって、実施の形態2に係るセンサ基板100Aには、誘電体基板16における互いに異なる2つの方向のそれぞれに、第2ユニットセルを構成する第2導体が複数個、等間隔に配置されている。具体的には、複数の第2導体は、第2導体層が成す平面において、図5に示す矢印Wの方向と、矢印Wの方向に直交する矢印Vの方向とに、それぞれ等間隔に配置されている。
 バネピンBN211、BN212のそれぞれは、弾性材料により構成され、その一端側(下端側)がランドLd112、Ld121に導通可能に接続されるとともに、その他端側(上端側)がランドLu211、Lu212に導通可能に接続される。バネピンBN211、BN212のそれぞれは、製造により生じる誘電体基板14、16の反りが存在する場合でも、その反りを吸収することにより、それぞれの端部が該当するランドに適切に導通可能に接続可能となる。これにより、センサ基板100Aが吸収する電波ノイズ(入射電波)の導通精度が向上する。なお、他のバネピンBN202、BN221、BN222、BN231のそれぞれも、その一端側(下端側)がランドLd111、Ld122、Ld131、Ld132に導通可能に接続されるとともに、その他端側(上端側)がランドLu202、Lu221、Lu222、Lu231に導通可能に接続されるため、バネピンBN211、BN212と同様の効果を有する。
 また、図9に示すバネピンBN202、BN211、BN212、BN221、BN222、BN231のそれぞれは、誘電体基板14と誘電体基板16との間に配置される樹脂17(フレームの一例)に予め設けられて各バネピンの直径より大きな径を有する挿通用穴に差し込まれることで配置される。この際、図9に示すバネピンBN202、BN211、BN212、BN221、BN222、BN231のそれぞれは、樹脂17(フレーム一例)の挿通用穴の一端側から挿入されて、その挿通用穴の他端側においてストッパ(図示略)において固定されても構わない。これにより、センサ基板100Aにおいて、バネピンBN202、BN211、BN212、BN221、BN222、BN231のそれぞれが安定的に位置決め可能となる。
<第2構成例>
 次に、図10を参照して、実施の形態2に係るセンサ基板100Bの厚み方向(図1参照)の具体的な構造例について説明する。図10は、実施の形態2に係るセンサ基板100Bの厚み方向と平行な面でカットした側断面の第2例を模式的に示す図である。実施の形態2に係るセンサ基板100Bは、実施の形態1に係るセンサ基板100と同様に、電波吸収部11と、信号出力部12と、を有する。なお、図10の説明において、図2あるいは図9の構成と同一の構成には同一の符号を付与して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。また、図10に示すように、誘電体基板14は1つの基板として構成されているが、実施の形態1と同様に2つの誘電体基板14、15により構成されてもよい。
 図10に示すセンサ基板100Bは、図9に示すセンサ基板100Aに対し、センサ基板100Bを内蔵する装置筐体BDY1をさらに備える。装置筐体BDY1(フレームの一例)は、例えばセンサ基板100Bを内蔵するセンサ装置の筐体であり、第2ユニットセルCL20の第2導体EL20の一部および第2ユニットセルCL23の第2導体EL23の一部を覆う。第2ユニットセルの第2導体のその他の領域(つまり、第2導体EL20の残りの部分、第2導体EL21全体、第2導体EL22全体、第2導体EL23の残りの部分)は、装置筐体BDY1により覆われず、外部に露出している。これにより、外部に露出している部分が装置筐体BDY1により覆われないため、電波ノイズが入射し易くなる。
<第3構成例>
 次に、図11を参照して、実施の形態2に係るセンサ基板100Cの厚み方向(図1参照)の具体的な構造例について説明する。図11は、実施の形態2に係るセンサ基板100Cの厚み方向と平行な面でカットした側断面の第3例を模式的に示す図である。実施の形態2に係るセンサ基板100Cは、実施の形態1に係るセンサ基板100と同様に、電波吸収部11と、信号出力部12と、を有する。なお、図11の説明において、図2、図9あるいは図10の構成と同一の構成には同一の符号を付与して説明を簡略化あるいは省略し、異なる内容について説明する。また、図11に示すように、誘電体基板14は1つの基板として構成されているが、実施の形態1と同様に2つの誘電体基板14、15により構成されてもよい。
 図11に示すセンサ基板100Cでは、図9に示すセンサ基板100Aあるいは図10に示すセンサ基板100Bの誘電体基板16が省かれ、さらに、装置筐体BDY2の一部17Cが樹脂17の代用として設けられている。つまり、センサ基板100Cは、樹脂17の代わりに、装置筐体BDY2の一部17CがバネピンBN202、BN211、BN212、BN221、BN222、BN231の位置決めを安定的に行うとともに、第2導体EL20、EL21、EL22、EL23を支持する誘電体基板としての役割を有する。装置筐体BDY2の一部17Cは、バネピンBN202、BN211、BN212、BN221、BN222、BN231の直径より大きな径を有する挿通用穴を保持している。バネピンBN202、BN211、BN212、BN221、BN222、BN231のそれぞれは、装置筐体BDY2の一部17Cに設けられた挿通用穴に差し込まれることで配置される。これにより、センサ基板100Cにおいて、バネピンBN202、BN211、BN212、BN221、BN222、BN231のそれぞれが装置筐体BDY2の一部17Cによって安定的に位置決め可能となる。
 図10に示すセンサ基板100Bとは異なり、図11に示すセンサ基板100Cでは、装置筐体BDY2の最表面よりも第2導体EL20、EL21、EL22、EL23がより外側に(つまりz軸方向に)露出している。これにより、センサ基板100Cは、センサ基板100Bに比べて、装置筐体BDY2の厚みを低減することで軽量化が可能となる。特に装置筐体BDY2を作業者が手に把持して被測定物50に近づける場合には、重さを気にしなくて済むため近づけやすくなり、作業効率の向上が見込める。また、センサ基板100Bと異なり、第2導体EL20、EL23の一部が装置筐体BDY2で覆われないため、第2導体の全域が外部に露出可能となり、電波ノイズが入射する面積の広域化が可能となり、広範に電波ノイズの吸収が可能となる。
 以上により、実施の形態2に係るアンテナ装置(センサ基板100A、100B、100C)は、基板(誘電体基板14)と、基板の上に配置されるフレーム(樹脂17または装置筐体BDY2の一部17C)と、フレームの上側の表面に設けられる複数の導体パターン(第2導体EL20、EL21、EL22、EL23)と、複数の導体パターンから基板に向けて延在する複数の端子棒(バネピンBN202、BN211、BN212、BN221、BN222、BN231)と、を備える。フレームの厚さは、基板の厚さよりも大きい。これにより、アンテナ装置は、電波ノイズの吸収に適する周波数の広帯域化と、アンテナ導体が形成される基板の厚みの増大抑制とを両立することができる。
 また、実施の形態2に係るアンテナ装置(センサ基板100A、100B、100C)では、複数の端子棒は、弾性材料により構成される。これにより、アンテナ装置は、製造時に基板の端部側で生じやすい反りを複数の端子棒の弾性を利用して吸収可能であるため、吸収される電波ノイズの導通精度が広範囲で向上する。
 また、実施の形態2に係るアンテナ装置(センサ基板100B、100C)では、フレーム(装置筐体BDY1、BDY2)は、アンテナ装置の筐体により覆われて配置される。これにより、アンテナ装置は、装置筐体BDY1、BDY2により安定的に把持されるので、電波吸収部11の位置決めを安定化することができる。
 また、実施の形態2に係るアンテナ装置(センサ基板100B、100C)では、フレーム(装置筐体BDY2)は、アンテナ装置の筐体の一部を構成する。複数の導体パターン(第2導体EL20、EL21、EL22、EL23)は、フレームの表面より外部に露出して配置される。これにより、アンテナ装置は、装置筐体の厚みを低減することが可能(つまり薄型化が可能)となり、軽量化が可能となる。
 また、実施の形態2に係るアンテナ装置(センサ基板100A、100B、100C)は、フレーム(樹脂17または装置筐体BDY2の一部17C)の上に配置される第2基板(誘電体基板16)と、基板(誘電体基板14)および第2基板と平行に設けられる地導体GND1と、基板の上側の表面に配置される複数の第1導体パターン(第1導体EL11、EL12、EL13)と、複数の第1導体パターンと地導体GND1とを電気的に接続する複数の第1導体棒(第1導体棒VC11、VC12、VC13)と、複数の第1導体パターンから地導体GND1の背面まで延在する複数の第1端子棒(第1端子棒TB121、TB122)と、をさらに備える。複数の導体パターンは、複数の第1導体パターンより上方向であって第2基板の表面に配置される第2導体パターン(第2導体EL20、EL21、EL22、EL23)である。これにより、アンテナ装置は、電波ノイズの吸収に適する周波数が異なる2種類のEBG構造を有するので、電波ノイズの吸収に適する周波数の広帯域化に対応可能であって、電波ノイズの発生源特定とノイズ対策の効率化ができるためEMC規格を満たすかどうかの事前検証に要する時間の短縮化を支援することができ、さらに、アンテナ導体が形成される基板の厚みの増大を抑制することができる。
 また、実施の形態2に係るアンテナ装置(センサ基板100A、100B、100C)は、地導体GND1に対し、1つの第1導体パターン(例えば第1導体EL12)と1つの第1導体棒(例えば第1導体棒VC12)と複数の第1端子棒(例えば第1端子棒TB121、TB122)との第1ペア、および、1つの第2導体パターン(例えば第2導体EL21)と複数の端子棒(例えば第2端子棒TB211、TB212)との第2ペア、が複数個、周期的に配置される。これにより、アンテナ装置は、第1の周波数帯(例えば800MHz帯)の電波ノイズの吸収に適する第1のEBG構造と、第2の周波数帯(例えば1.5GHz帯)の電波ノイズの吸収に適する第2のEBG構造と、をそれぞれ周期的に備えることができ、広範な面積を有して被測定物50の電波ノイズの周波数特性の測定の時間短縮化を支援することができる。
 また、実施の形態2に係るアンテナ装置(センサ基板100A、100B、100C)は、地導体GND1と第1導体パターン(例えば第1導体EL12)と第1導体棒(例えば第1導体棒VC12)と複数の第1端子棒(例えば第1端子棒TB121、TB122)とにより第1等価回路(等価回路LP1C)を形成し、地導体GND1と第2導体パターン(例えば第2導体EL21)と複数の端子棒(例えば第2端子棒TB211、TB212)とにより第2等価回路(例えば等価回路LP2C)を形成する。これにより、アンテナ装置は、等価回路LP1Cの元になるループLP1のループ長と等価回路LP2Cの元になるループLP2のループ長との大小関係に基づき、等価回路LP1Cにおいて等価回路LP2Cよりも波長の長い低域側の電波ノイズを吸収し易くでき、その一方で、等価回路LP2Cにおいて等価回路LP1Cよりも波長の短い高域側の電波ノイズを吸収し易くできる。
 また、実施の形態2に係るアンテナ装置(センサ基板100A、100B、100C)では、第1等価回路(等価回路LP1C)の共振周波数である第1共振周波数(例えば800MHz)は、第2等価回路(等価回路LP2C)の共振周波数である第2共振周波数(例えば1.5GHz)よりも小さい。これにより、アンテナ装置は、例えば携帯電話等で多くのユーザにより利用されている800MHz帯から1.5GHz帯の周波数帯において電子機器のEMC課題の分析に使用することができる。
 また、実施の形態2に係るアンテナ装置(センサ基板100A、100B、100C)では、地導体GND1、第1導体パターン(例えば第1導体EL12)および第2導体パターン(例えば第2導体EL21)のそれぞれは、方形状に形成される。第1導体パターンおよび第2導体パターンは、地導体GND1の長手方向に対し、第1導体パターンおよび第2導体パターンのそれぞれの最も隣接距離が短い端点同士を結ぶ辺方向(例えば図5の矢印W方向あるいは矢印V方向)が斜めとなるように配置される。これにより、アンテナ装置は、周期構造(第2のEBG構造)の1つのエレメント(第2ユニットセル)を、同じ周期構造(第1のEBG構造)の1つのエレメント(第1ユニットセル)よりも大きくすることができるので(図6参照)、より波長の長い(言い換えると、低周波側)のアンテナ特性の向上を図ることが可能となる。
 また、実施の形態2に係るアンテナ装置(センサ基板100A、100B、100C)では、地導体GND1から第1導体パターン(例えば第1導体EL12)までの厚み方向の長さは、第1導体パターンから第2導体パターン(例えば第2導体EL21)までの厚み方向の長さよりも短い。これにより、アンテナ装置は、第1のEBG構造による電波ノイズの吸収に適する周波数から第2のEBG構造による電波ノイズの吸収に適する周波数までの範囲を広く確保することができる。
 以上、添付図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても本開示の技術的範囲に属すると了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
 なお、本出願は、2022年11月16日出願の日本特許出願(特願2022-183562)に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
 本開示は、電波ノイズの吸収に適する周波数の広帯域化と、アンテナ導体が形成される基板の厚みの増大抑制とを両立する電界検出方法および装置として有用である。
11 電波吸収部
12 信号出力部
13 誘電体基板
14 誘電体基板
16 誘電体基板
17 樹脂
50 被測定物
100 センサ基板
200 表示用PC
1000 電界検出装置
BN202、BN211、BN212、BN221、BN222、BN231 バネピン
EL11、EL12、EL13 第1導体
EL21、EL22 第2導体
GND1 地導体
Ld111、Ld112、Ld121、Ld122、Ld131、Ld132、Lu202、Lu211、Lu212、Lu221、Lu222、Lu231 ランド
LP1、LP2 ループ
RW1 電波源
SW1、SW2、SW3、SW4、SW5 RFスイッチ素子
TB111、TB112、TB121、TB122、TB131、TB132 第1端子棒
TB211、TB212、TB221、TB222 第2端子棒
VC11、VC12、VC13 第1導体棒
VCu202、VCu211、VCu212、VCu221、VCu222、VCu231 第2導体棒

Claims (10)

  1.  基板と、
     前記基板の上に配置されるフレームと、
     前記フレームの上側の表面に設けられる複数の導体パターンと、
     前記複数の導体パターンから前記基板に向けて延在する複数の端子棒と、を備え、
     前記フレームの厚さは、前記基板の厚さよりも大きい、
     アンテナ装置。
  2.  前記複数の端子棒は、弾性材料により構成される、
     請求項1に記載のアンテナ装置。
  3.  前記フレームは、前記アンテナ装置の筐体により覆われて配置される、
     請求項1に記載のアンテナ装置。
  4.  前記フレームは、前記アンテナ装置の筐体の一部を構成し、
     前記複数の導体パターンは、前記フレームの表面より外部に露出して配置される、
     請求項1に記載のアンテナ装置。
  5.  前記フレームの上に配置される第2基板と、
     前記基板および前記第2基板と平行に設けられる地導体と、
     前記基板の上側の表面に配置される複数の第1導体パターンと、
     前記複数の第1導体パターンと前記地導体とを電気的に接続する複数の第1導体棒と、
     前記複数の第1導体パターンから前記地導体の背面まで延在する複数の第1端子棒と、をさらに備え、
     前記複数の導体パターンは、前記複数の第1導体パターンより上方向であって前記第2基板の表面に配置される第2導体パターンである、
     請求項1に記載のアンテナ装置。
  6.  前記地導体に対し、1つの前記第1導体パターンと1つの前記第1導体棒と前記複数の第1端子棒との第1ペア、および、1つの前記第2導体パターンと前記複数の端子棒との第2ペア、が複数個、周期的に配置される、
     請求項5に記載のアンテナ装置。
  7.  前記地導体と前記第1導体パターンと前記第1導体棒と前記複数の第1端子棒とにより第1等価回路を形成し、
     前記地導体と前記第2導体パターンと前記複数の端子棒とにより第2等価回路を形成する、
     請求項5に記載のアンテナ装置。
  8.  前記第1等価回路の共振周波数である第1共振周波数は、前記第2等価回路の共振周波数である第2共振周波数よりも小さい、
     請求項7に記載のアンテナ装置。
  9.  前記地導体、前記第1導体パターンおよび前記第2導体パターンのそれぞれは、方形状に形成され、
     前記第1導体パターンおよび前記第2導体パターンは、前記地導体の長手方向に対し、前記第1導体パターンおよび前記第2導体パターンのそれぞれの最も隣接距離が短い端点同士を結ぶ辺方向が斜めとなるように配置される、
     請求項5に記載のアンテナ装置。
  10.  前記地導体から前記第1導体パターンまでの厚み方向の長さは、前記第1導体パターンから前記第2導体パターンまでの厚み方向の長さよりも短い、
     請求項5に記載のアンテナ装置。
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