[第1実施例]
 以下、本発明の実施例について図面を参照� ��て説明する。図1は、本発明の第1実施例に� �るユニットセルの構造を示す斜視図である� �309はユニットセル全体を表している。ユニ� �トセル309は、N層(Nは1以上の自然数)の導体パ ッチ301~304をM個(Mは1以上の自然数)の導体ポス ト305~307が垂直に貫通した構造となっている� �301,302,303,304は、それぞれ第一導体パッチ、� �二導体パッチ、第三導体パッチ、第N導体パ� ��チを表している。305,306,307は、それぞれ第� �導体ポスト、第二導体ポスト、第M導体ポス� ��を表している。

 図1における310は座標系である。本実施例 では、各導体パッチ301~304は、xy平面に平行で あるとする。なお、本実施例では、Nを4以上� ��Mを3以上としているが、Nは4より小さい数で もよく、Mは3より小さい数でもよい。

 308は導体パッチ301~304と導体ポスト305~307� �の接続部である。図1では、接続部308を1箇所 のみ示しているが、当然、ユニットセル309内 には複数の接続部308が存在する。なお、各導 体ポスト305~307は、導体パッチ301~304と電気的� ��直接接続されている場合もあれば、導体パ� ��チ301~304に設けられた図示しないクリアラン スホールによって導体パッチ301~304と絶縁さ� �ている場合もある。

 図2は、本発明の第1実施例に係る導波路� �おいてユニットセルを搭載していない状態� �おける斜視図である。405はユニットセルを� �載していない導波路の全体を表している。� �波路405の進行方向はy方向としてある。導波� ��405の断面寸法は、z方向の厚みがh、x方向の� ��がwとなっている。

 401は導波路405の上面に配置された、xy平� �と平行な導体壁である導体板、402は導波路40 5の下面に配置された、xy平面と平行な導体壁 である導体板である。したがって、導体板401 と402は対向して配置されている。403は図2に� �いて手前側に配置された、yz平面と平行な導 波路壁面、404は図2にいて奥側に配置された� �yz平面と平行な導波路壁面である。

 導波路405が平行平板型導波路の場合、導� ��路壁面403,404は開放壁である。一方、導波路 405が矩形導波路の場合、導波路壁面403,404は� �向する導体壁である。さらに、平行平板導� �の対向する導体間を、1つ以上の導体ポスト� ��導通した場合も導波路構造が形成される。� ��リント回路基板内で広く用いられるマイク� ��ストリップ線路構造やストリップ線路構造� ��当然、導波路構造と見なすことができる。

 図3は、図2に示した導波路405と図1に示し� ��ユニットセル309の位置関係および接続関係� ��表す断面図である。図3は、より具体的には 、図2の導波路405の導体板401と402に、ユニッ� �セル309から突き出した導体ポスト305~307を接� ��した構造を、導波路の側面方向、すなわちx 方向から眺めた図である。

 ユニットセル309から突き出した導体ポス� ��305~307は、接続部501において導体板401と電気 的に接続されている。図3では、接続部501を1� ��所のみ示しているが、当然、1つのユニット セル309あたり、複数の接続部501が存在する。 各導体ポスト305~307は、接続部501において導� �板401と電気的に接続されている場合もあれ� �、導体板401に設けられた図示しないクリア� �ンスホールによって導体板401と絶縁されて� �る場合もある。

 同様に、ユニットセル309から突き出した� ��体ポスト305~307は、接続部502において導体板 402と電気的に接続されている。図3では、接� �部502を1箇所のみ示しているが、当然、1つの ユニットセル309あたり、複数の接続部502が存 在する。各導体ポスト305~307は、接続部502に� �いて導体板402と電気的に接続されている場� �もあれば、導体板402に設けられた図示しな� �クリアランスホールによって導体板402と絶� �されている場合もある。

 図4は本実施例においてユニットセル309を 周期的に複数搭載したフィルターの平面図、 図5は図4のフィルターの断面図である。図4は フィルターを上から眺めた図であり、図5は� �4のフィルターをyz平面で切断したときの断� �図である。図4において、各ユニットセル309� ��、x方向に幅c、y方向に長さaの寸法を有して いる。各ユニットセル309間のx方向の間隔はd� ��y方向の間隔はbである。つまり、ユニット� �ル309は、x方向の周期が(c+d)でy方向の周期が( a+b)となるように周期的に配置されている。� �して、各ユニットセル309は、図3で説明した� ��続関係を満たすように導波路405に接続され� ��いる。

 図6、図7、図8はそれぞれ本実施例に係る� ��ィルターの別の構造例を示す断面図である� ��図6の例は、各ユニットセル309の導体パッチ の一部(図6の例では導体パッチ304)を、導波路 405の内部、すなわち導体板401と402との間に配 置したものである。図7の例では、一部のユ� �ットセル309が導波路405を下側から貫通する� �うに配置されている。

 また、図1、図3~図7の例では、各ユニット セル309の導体パッチ301~304が同一の形状をし� �いて、導体ポスト305~307の長さも全て同一に� ��っていた。これに対して、図8に示すように 、各ユニットセル309の導体パッチ301~304が異� �る形状をしていてもよいし、導体ポスト305~3 07が異なる長さになっていてもよい。

 以上から明らかなように、必ずしも全て� ��導体ポストが導波路405を貫通する必要はな� ��。さらに、各導体パッチ301~304間の空間、お よび導波路405内部の空間を、特定の比誘電率 と比透磁率を有する材料で満たすようにして もよい。例えば本実施例のフィルターをプリ ント回路基板に実装する場合、FR(flame retardan t)-4等の比誘電率4.3程度の媒質で導体以外の� �間が占められることになる。

 さらに、図9に示すように、各ユニットセ ル309の導体パッチ301~304間の空間の層2501、導� ��パッチ301~304と導体板401,402間の空間の層2502� ��および導波路405内部の空間の層2503を、層毎 に比誘電率が異なる材料もしくは層毎に比透 磁率が異なる材料で満たすようにしてもよい 。さらに、図10に示すように、複数のユニッ� ��セル309を、導波路405を上側と下側から貫通� ��るように配置してもよい。

 以上のように、本実施例によれば、広帯� ��かつ様々な遮断周波数帯域を有するフィル� ��ーを実現することができる。フィルターの� ��断周波数帯域は、導体パッチ301~304や導体ポ スト305~307の組み合わせ、各ユニットセル309� �導体パッチ301~304間の空間の比誘電率や比透� ��率、導体パッチ301~304と導体板401,402間の空� �の比誘電率や比透磁率、導波路405内部の空� �の比誘電率や比透磁率によって適宜設定す� �ことが可能である。したがって、本実施例� �は、実装の制約条件により複数の組み合わ� �から適当な構造を選択することが可能とな� �、フィルターの実装設計の幅を広げること� �できる。

[第2実施例]
 次に、本発明の第2実施例に係るフィルター を、図面および計算例を参照して説明する。 なお、本実施例は、2つの遮断周波数帯域を� �するバンドストップフィルターを具現化す� �例を示すものである。図11は、本発明の第2� �施例に係るユニットセルの構造を示す斜視� �である。

 ユニットセル1109は、幅がL1で長さがL2の� �枚の矩形の導体パッチ301,302に対して、長さ� ��h1の導体ポスト305と長さがh2の導体ポスト306 が接続された構造となっている。なお、導体 ポスト305は、導体パッチ302の4隅の一点1101に� ��いて導体パッチ302と電気的に接続されてお� ��、且つ導体パッチ302に対して垂直にz方向に 沿って突き出ている。導体ポスト306は、導体 パッチ301の中央点1102において導体パッチ301� �電気的に接続されており、且つ導体パッチ30 2の中央点1103に設けられたクリアランスホー� ��によって導体パッチ302と絶縁されている。

 図12は、本発明の第2実施例に係る導波路� ��おいてユニットセルを搭載していない状態� ��おける斜視図である。導波路1201は、x方向� �幅がwx、y方向の長さがwyである2つの導体401,4 02が距離h離れて対向して配置される平行平板 型導波路構造となっている。yz平面と平行な� ��波路壁1203,1204、およびxz平面と平行な導波� �壁1205,1206は開放壁となっている。

 図13は、図12に示した導波路1201と図11に示 したユニットセル1109の位置関係および接続� �係を表す断面図である。図13は、より具体的 には、図12の導波路1201の導体板401と402に、ユ ニットセル1109から突き出した導体ポスト305,3 06を接続した構造を、導波路の側面方向、す� ��わちx方向から眺めた図である。

 ユニットセル1109から突き出した導体ポス ト305は、接続部1301において導体板401と電気� �に接続されている。ユニットセル1109から突� ��出した導体ポスト306は、接続部1303において 導体板402と電気的に接続されている。また、 導体ポスト306は、導体板401の点1302に設けら� �たクリアランスホールによって導体板401と� �縁されている。つまり、導体ポスト306は、� �波路1201から遠い側にある導体パッチ301と接� ��され、導波路1201に近い側にある導体パッチ 302と絶縁され、この導体パッチ302に面した側 の導波路1201の導体板401と絶縁され、導体パ� �チ302に面していない側の導体板402と接続さ� �ている。また、導体ポスト305は、導体パッ� �301と絶縁され、導体パッチ302と接続され、� �の導体パッチ302に面した側の導波路1201の導� ��板401と接続され、導体パッチ302に面してい� ��い側の導体板402と絶縁されている。

 以上の接続関係にあるユニットセル1109を 、図4、図5の例と同様に導波路上に周期的に� ��置することにより、接近した2つの遮断周波 数帯域を有するバンドストップフィルターを 実現することができる。以下に、このフィル ターの特性の計算例を、図面を参照にして示 す。

 図14は、本実施例においてユニットセル11 09を周期的に複数搭載したフィルターの平面� ��である。図14では左下を原点Oとしている。� ��14の例では、x方向の幅が100mm、y方向の長さ� ��70mmの導波路1201に対して、一辺が5mmの正方� �導体パッチ用いたユニットセル1109を、x方向 およびy方向共に10mmの周期で配置している。� ��ユニットセル1109は、図13で説明した接続関� ��を満たすように導波路1201に接続されている 。図14において、1401は導波路の入力ポート、 1402は導波路の出力ポートである。

 ユニットセル1109および導波路1201の物理� �ラメータとして、導体ポスト305の長さh1を0.2 mm、導体ポスト306の長さh2を1.4mm、導波路1201� �z方向の厚みhを1.0mmとする。さらに、各導体� ��ッチ301,302間の空間、導体パッチ301,302と導� �板401,402間の空間、および導波路1201内部の空 間は、比誘電率が4.05、比透磁率が1.0、誘電� �接tanδが0.025の媒質で満たされているとする� ��

 図15に示すように、導波路の入力ポート14 01において導体板401と402の間に給電部である� ��流源1501を接続していることを想定し、導波 路の出力ポート1402において導体板401と402の� �に負荷となる50ωの抵抗1502を接続しているこ とを想定して、図14のフィルターの伝搬特性� ��多層導体の等価回路解析手法を用いて解析� ��、計算結果として入出力間の結合率(S21)を� �た。なお、電流源1501は50ωの内部抵抗を含む 。また、多層導体の等価回路解析手法は、例 えば文献「小林他,“Analysis of multilayered powe r distribution systems using SPICE”,EMCJ,2005年10月� ��に記載されている。

 等価回路解析手法を用いて計算した、図1 4のフィルターの入出力間結合率特性を図16に 示す。図16によれば、図14のフィルターの伝� �特性は、2GHz近辺と6GHz近辺で結合率が著しく 低下していることが分かる。したがって、本 実施例の導波路構造は、複数の遮断周波数帯 域を有するバンドストップフィルターとして 有効であることが分かる。

[第3実施例]
 次に、本発明の第3実施例に係るフィルター を、図面および計算例を参照して説明する。 図17A、図17B、図17Cはそれぞれユニットセル170 1,1702,1703の平面図、図17D、図17E、図17Fはそれ� ��れユニットセル1701,1702,1703と平行平板導波� �との接続関係を示す断面図である。第1実施� ��、第2実施例と同様に、平行平板導波路は導 体板401,402を有する。

 図17A、図17B、図17Cに示すように、ユニッ� ��セル1701,1702,1703に使用される導体パッチ301� �、いずれも一辺が5mmの正方形である。ユニ� �トセル1701,1702,1703と平行平板導波路との間の 距離は0.2mmである。平行平板導波路の厚みは1 mmである。

 ユニットセル1701では、導体パッチ301の中 心点に1つの導体ポスト305が接続されている� �ユニットセル1702では、導体パッチ301の2辺の それぞれの中点近傍に導体ポスト305,306が接� �されている。ユニットセル1703では、導体パ� ��チ301の4隅に導体ポスト305~307,311が接続され� ��いる。導体ポスト305~307,311は、いずれも導� �パッチ301に面した側の平行平板導波路の導� �板401とは接続されておらず、導体パッチ301� �面していない側の導体板402と接続されてい� �。

 以上の接続関係にあるユニットセル1701,17 02,1703を、図4、図5の例と同様に導波路上に周 期的に配置する。ユニットセル1701,1702,1703を� ��期的に配置したフィルターの入出力間結合� ��特性を上述の等価回路解析手法を用いて計� ��した結果を図18に示す。図18において、S1701� ��ユニットセル1701を周期的に配置したフィル ターの特性、S1702はユニットセル1702を周期的 に配置したフィルターの特性、S1703はユニッ� ��セル1703を周期的に配置したフィルターの特 性である。

 図18によれば、いずれのユニットセル1701, 1702,1703を用いても、導波路はバンドストップ フィルターとして機能することが分かる。た だし、ビア(導体ポスト)の配置により周波数� ��性が変化する。導体ポスト305を導体パッチ3 01の中央に1本配置したユニットセル1701の場� �よりも、導体パッチ301の2辺に導体ポスト305, 306を1本ずつ配置したユニットセル1702の場合� ��方が、より高い周波数側に遮断周波数帯域� ��生じることが分かる。

 さらに、ユニットセル1701,1702の場合より� ��、導体パッチ301の4隅に導体ポスト305~307,311� ��配置したユニットセル1703の場合の方が、遮 断周波数帯域が高周波側にシフトし、尚且つ 遮断周波数帯域が広くなることが分かる。

[第4実施例]
 次に、本発明の第4実施例に係るフィルター を、図面および計算例を参照して説明する。 図19は、本発明の第4実施例に係るユニットセ ルの構造を示す斜視図である。ユニットセル 1909は、二枚の矩形の導体パッチ301,302に対し� ��導体ポスト305が接続された構造となってい� ��。導体ポスト305は、接続部1904において導体 パッチ301と電気的に接続され、また接続部190 5において導体パッチ302と電気的に接続され� �いる。

 図20は、平行平板導波路2009と図19に示し� �ユニットセル1909の位置関係および接続関係� ��表す断面図である。他の実施例と同様に、� ��行平板導波路2009は、導体板401,402を有する� �図20の例では、ユニットセル1909の導体パッ� �302が、平行平板導波路2009の内部、すなわち� ��体板401と402との間に配置されている。

 ユニットセル1909から突き出した導体ポス ト305は、接続部2004において導体板402と電気� �に接続されている。また、導体ポスト305は� �導体板401の点2003に設けられたクリアランス� ��ールによって導体板401と絶縁されている。� ��まり、導体ポスト305は、導体パッチ301に面� ��た側の平行平板導波路2009の導体板401と絶縁 され、導体パッチ301に面していない側の導体 板402と接続されている。

 以上の接続関係にあるユニットセル1909を 、図4、図5の例と同様に導波路上に周期的に� ��置する。ユニットセル1909を周期的に配置し たフィルターの入出力間結合率特性を有限要 素法を用いて計算した結果を図21に示す。こ� ��では、導体パッチ301,302が一辺が9mmの正方形 で、平行平板導波路2009の厚みhが0.46mm、導体� ��スト305の長さh2が0.52mm、導体板401と導体パ� �チ302の間隔が0.06mmであり、導体パッチ301と� �体板401間の空間および平行平板導波路2009の� ��部の空間が比誘電率4.188、誘電正接0.02の誘� ��体材料で満たされているとする。図21によ� �ば、本実施例の導波路構造がバンドストッ� �フィルターとして機能していることが分か� �。

[第5実施例]
 次に、本発明の第5実施例に係るフィルター を、図面および計算例を参照して説明する。 本実施例においては、ユニットセルおよび導 波路、導体ポストと導波路との接続関係は、 図11~図14で示したとおりであるが、対向する� ��体パッチ間の材料定数を図11~図14とは異な� �値とする。

 図22は本発明の第5実施例に係るフィルタ� ��の断面図である。本実施例では、導体パッ� ��301と302間の空間を2201、導体パッチ302と導体 板401間の空間を2202、導体板401と402間の空間� �2203とする。ここで、空間2201のみ比誘電率を 10とし、空間2202,2203の比誘電率を4.05とした場 合のフィルターと、空間2202のみ比誘電率を10 とし、空間2201,2203の比誘電率を4.05とした場� �のフィルターの2種類が存在するものとする� ��これらのフィルターを、図14のフィルター� �すなわち導体以外の全ての層が比誘電率の4. 05の材料で満たされているフィルターと比較� ��る。

 フィルターの入出力間結合率特性を上述� ��等価回路解析手法を用いて計算した結果を� ��23に示す。図23において、S1410は図14のフィ� �ターの特性、S2204は空間2201のみ比誘電率を10 とし、空間2202,2203の比誘電率を4.05としたフ� �ルターの特性、S2205は空間2202のみ比誘電率� �10とし、空間2201,2203の比誘電率を4.05とした� �ィルターの特性である。

 図23によれば、空間2201のみ比誘電率を10� �した場合、2つの遮断周波数帯域が図14のフ� �ルターの場合よりも低周波側にシフトして� �ることが分かる。空間2202のみ比誘電率を10� �した場合にも、同様に2つの遮断周波数帯域� ��図14のフィルターの場合よりも低周波側に� �フトしているが、同時に高周波側の遮断周� �数帯域が広くなっていることも分かる。

 なお、本実施例では、図11~図14の構造を� �いて、特定の層の比誘電率がその他の層の� �誘電率と異なる場合を示したが、このよう� �比誘電率の設定を上記の第3実施例、第4実施 例に適用してもよいことは言うまでもない。 例えば第3実施例の図17の構成に適用する場合 は、導体パッチ301と導体板401間の層の比誘電 率を、導体板401と402間の層の比誘電率と異な る値にすればよい。例えば導体パッチ301と導 体板401間の層の比誘電率を10、導体板401と402� ��の層の比誘電率を4.05とした場合、フィルタ ーの遮断周波数帯域は図18の計算結果よりも� ��周波側にシフトする。

[第6実施例]
 次に、本発明の第6実施例に係るフィルター を図面を参照して説明する。本実施例におい ては、第5実施例と同様に、導体パッチや導� �路の導体板によって挟まれた各層を異なる� �料で満たすと同時に、これらの各層を満た� �材料として、電気的に絶縁された導体間の� �間の材料定数、すなわち比誘電率や比透磁� �が直流電圧値に依存する材料を用いる。以� �の構造とすることにより、本実施例では、� �体間に印加する直流電圧により、遮断周波� �帯域を変化させることが可能なアクティブ� �ィルターを実現することができる。

 図24は、図22に示したフィルターに対して 、直流電圧源2401を接続した状態を示す図で� �る。直流電圧源2401は、導体板401と402との間� ��直流電圧を印加する。導体板401と402は、電� ��的に絶縁されていることは言うまでもない� ��ここで、導体パッチ301と302は電気的に絶縁� ��れているため、導体パッチ301と302間の空間2 201を満たす材料として、比誘電率が直流電圧 源2401から印加される電圧値に依存する材料� �使用し、印加する電圧を直流電圧源2401で制� ��することにより、図23に示した遮断周波数� �域を制御することができる。

 なお、本実施例では、図22の構造を用い� �、特定の層の比誘電率を直流電圧源2401によ� ��制御する例を示したが、このような比誘電� ��の制御を第3実施例、第4実施例に適用して� �よいことは言うまでもない。第3実施例の図1 7の構成に適用する場合は、導体パッチ301と� �体板401間の空間を満たす材料として、比誘� �率が直流電圧に依存する材料を使用し、導� �板401と402との間に直流電圧を印加すればよ� �。

[第7実施例]
 図25は、プリント回路基板に第1実施例~第6� �施例で説明したフィルターを搭載した構成� �示す断面図である。図25の例では、第1実施� �~第6実施例で説明したフィルターを、プリン ト回路基板内のマイクロストリップ線路型導 波路、および電源グランドプレーン対として 用いられる平行平板型導波路上に実現してい る。

 図25において、2701はLSIドライバー、2702は LSIレシーバー、2703はマイクロストリップ、27 04はグランドプレーン、2705は電源プレーン、 2706はプリント回路基板用の誘電体材料であ� �。本実施例では、マイクロストリップ線路� �を伝わる信号の特定の周波数成分を除去す� �ためにユニットセル2707を周期的に配置し、� ��らに電源グランドプレーン対間を伝わる電� ��ノイズの特定の周波数成分を除去するため� ��ユニットセル2708を周期的に配置している。

 以上、上記実施例を参照して本発明を説明� ��たが、本発明は、上記実施例だけに限定さ� ��るものではない。本発明の構成や詳細は、� ��記実施例を適宜組み合わせて用いてもよく� ��さらに本発明の請求の範囲内において、適� ��変更することもできる。
 この出願は、2008年5月27日に出願された日本 出願特願2008-137865号を基礎とする優先権を主� ��し、その開示の内容を全てここに取り込む� ��