この発明の実施の形態について、図面を� ��照しながら詳細に説明する。なお、図中の� ��一または相当部分については、同一符号を� ��してその説明は繰返さない。

 [概要]
 本発明に係る実施形態は、メタマテリアル� ��分類される共振器またはこの共振器を複数� ��む基板を提供する。具体的には、これらの� ��振器および基板では、互いに所定間隔だけ� ��れて配置された複数の電極を含むデバイス( 代表的に、積層コンデンサ)を用いて、当該� �極間に生じる静電容量(キャパシタンス)を主 体とした共振回路が形成される。この共振回 路は、導体に交流電流が流れることで発生す る電磁波の特定の周波数成分に感受性をもち 、この周波数成分の電磁波を受けて電気的な 共振現象を生じ得る。この共振現象によって 、負の透磁率が発現し、導体から放射される 電磁波を反射あるいは抑制することができる 。

 ここで、メタマテリアルとしての機能で� ��る負の透磁率を発現させるため、すなわち� ��振を生じさせるためには、各共振器の電流� ��伝搬方向における長さが、対象とすべき周� ��数における電磁波の波長λに対して、少な� �ともλ/4より短い必要がある。さらに、各共� ��器の電流の伝搬方向における長さは、λ/20� �下であることが好ましい。

 以下の実施の形態1~4では、複数の平板電� ��を絶縁物(誘電体)を積層して形成された積� �コンデンサなどを用いることで、より容易� �本発明に係る共振器あるいは基板を実現す� �構成について例示する。

 [実施の形態1]
 この発明の実施の形態1では、一般的な積層 コンデンサを用いて共振器を実現する構成に ついて例示する。

 図1は、この発明の実施の形態1に従う共振� �内蔵基板110の概略の外観図である。
 図1を参照して、共振器内蔵基板110は、共振 器100と、共振器100の周辺を覆う非磁性体であ る外装部12とを含む。なお、外装部12として� �、テフロン(登録商標)などの樹脂材料が適し ている。この共振器100は、所定の周波数成分 を含む電流が流れるストリップ状導体14(以下 単に「導体14」とも記す。)に近接して配置さ れることで、当該電流が発生する電磁波の特 定の周波数成分(共振周波数)を受けて共振を� ��じる。また、共振器100の導体14に接する面� �は反対側の面には、グランド電極16(図示せ� �)が配置される。

 共振器100内での共振によって、共振器100� ��内部から外部に向けて磁束が発生し、この� ��生する磁束によって誘導される電界によっ� ��、当該電流が発生する電磁波が妨げられる� ��この結果、導体14では、共振器100における� �振周波数成分の交流電流の流れが妨げられ� �共振器内蔵基板110は一種の帯域遮断フィル� �のように機能する。

 なお、本実施の形態に従う共振器内蔵基� ��110は、外部電源などからの電気エネルギー� ��必要とせず、導体14から放射される電磁波(� ��に磁束)だけで共振を生じる、パッシブなデ バイスである。すなわち、共振器100は、スト リップ状導体14やグランド電極16に電気的に� �続されておらず、浮いた状態となっている� �そして、共振器100は、このような共振を生� �させることによって、負の透磁率を発現さ� �る。

 なお、共振器100が負の透磁率を発現する� ��すなわちメタマテリアルとしての機能を発� ��するためには、共振器100の導体14における� �流の伝搬方向における長さlが、共振周波数� ��おける電磁波の波長λに対して、少なくと� �λ/4より短い必要がある。さらに、共振器100� ��長さlは、λ/20以下であることが好ましい。

 以下では、共振器100の一例として、長さl ’=1.6mm、幅W=0.8mm、高さH=0.8mmの8層の内部電極 を有する積層コンデンサを用いる場合につい て例示する。なお、導体14と積層コンデンサ� ��の距離h=0.2mm、積層コンデンサとグランドの 距離h’=0.2mmとする。

 ここで、λ/4=長さl’=1.6mmとすると、λ=6.4m mとなり、これは、空気中では周波数fmax=46.875 GHzに相当する。従って、この共振器100をλ/4� �下のピッチで並べると、ギガヘルツ帯にお� �てメタマテリアルとして用いることができ� �。当然のことながら、適用すべき周波数領� �に応じて、共振器の長さlを適宜設計するこ� ��ができる。

 次に、図1および図2を参照して、共振器10 0の構造について説明する。図2は、図1に示す II-II線断面図である。

 図1を参照して、導体14に電流が流れるこ� ��によって、導体14を中心とした円周方向に� �流の磁界が発生する。すなわち、磁界の磁� �線は、導体14を中心とする同心円となる。ま た、導体14には電流が流れる際に電位が発生� ��るので、導体14とグランド電極16との間には 交流の電界が発生する。

 図2を参照して、共振器100は、各々が比誘 電率の高い絶縁物であるスペーサ6を介して� �いに対向する第1内部電極4および第2内部電� �5をそれぞれ複数含む。複数の第1内部電極4� �、第1外部電極2と電気的に接続されており、 複数の第2内部電極5は、第2外部電極3と電気� �に接続されている。このように、共振器100� �は、平板状の複数の内部電極4と内部電極5と が交互に積層されている。隣接する第1内部� �極4と第2内部電極5との間には、その電極の� �積、電極間の距離、スペーサ6の比誘電率な� ��によってその値が定まる静電容量(キャパシ タンス)が生じる。

 特に、本実施の形態に従う共振器内蔵基� ��110では、積層コンデンサを構成する第1内部 電極4および第2内部電極5の各電極面が磁界の 磁力線に対して実質的に平行となるように配 置される。それとともに、第1外部電極2およ� ��第2外部電極3の各電極面が、第1外部電極2お よび第2外部電極3の各電極面とは異なる面に� ��いて、磁界の磁力線に対して実質的に平行� ��なるように配置される。すなわち、図2に示 すように、導体14を流れる電流によって生じ� ��磁界の磁力線が紙面前後方向に発生してい� ��場合において、共振器100は、第1内部電極4� �よび第2内部電極5の電極断面長手方向が紙面 左右方向と一致し、かつ第1外部電極2および� ��2外部電極3の電極断面長手方向が紙面上下� �向と一致するように配置される。

 共振器100が図2に示すような位置関係を保 って配置されることで、所定の周波数成分に 対して図3に示すような共振回路が形成され� �この共振回路によって、負の透磁率が発現� �る。

 図3は、共振周波数において共振器100で形 成される共振回路を説明するための図である 。

 図3を参照して、その電極面が磁界の磁力 線に対して実質的に平行となるように配置さ れる第1内部電極4および第2内部電極5、なら� �に第1外部電極2および第2外部電極3は、その� ��路長さに応じたコイル(インダクタ)として� �用する。

 共振器100では、第1内部電極のうち最上層 の電極4aと、第1外部電極2と、第1内部電極の� ��ち最下層の電極4bとは互いに電気的に接続� �れており、これらを含む電流経路が形成さ� �る。同様に、第2内部電極のうち最上層の電� ��5aと、第2外部電極3と、第2内部電極のうち� �下層の電極5bとは互いに電気的に接続されて おり、これらを含む電流経路が形成される。 ここで、電極4aと電極5aとの間の静電容量(キ� ��パシタンスC1)と、電極4bと電極5bとの間の静 電容量(キャパシタンスC2)とを介して、両電� �経路は互いに電気的に接続され、キャパシ� �ンスC1,C2と各電極によって生じるインダクタ ンスL1~L6とを含む共振回路が形成される。し� ��がって、本実施の形態に従う共振器100は、� ��ャパシタンス(C1+C2)と、インダクタンス(L1+L2 +L3+L4+L5+L6)とによって定まる共振周波数をも� �、この共振周波数の電磁波が入射すること� �、透磁率共振が発現する。

 なお、積層コンデンサでは、隣接する内� ��電極の間の各々で静電容量が発生するが、� ��上層の静電容量および最下層の静電容量を� ��いた他の静電容量は、この共振回路の形成� ��の影響は小さい。これは、共振を起こす循� ��経路の最外層に電流が集中するためである� ��

 図4は、この発明の実施の形態1に従う共� �器内蔵基板110で生じる比透磁率の周波数特� �の一例を示す図である。なお、図4に示す変� ��特性は、シミュレーションによって算出さ� ��たものである。ここで、比透磁率とは、真� ��の透磁率に対する透磁率の比を表す。

 図4を参照して、本実施の形態に従う共振 器内蔵基板110は、その1つの共振周波数とし� �約4.9GHzをもち、その前後で比透磁率が大き� �変動していることが分かる。これによりイ� �ピーダンスも大きく変動して不整合がおこ� �、この周波数領域において導体14を流れる電 流に対して、帯域遮断フィルタとして機能す る。

 上述の説明では、第1内部電極4および第2� ��部電極5、ならびに第1外部電極2および第2外 部電極3の各電極面が磁界の磁力線に対して� �質的に平行となるように配置されることで� �メタマテリアルとしての機能である負の透� �率を発現させることができるとことについ� �述べた。ここで、「実質的に平行」とは、� �電極面が磁界の磁力線と直交する状態を除� �する意味であり、各電極面が磁界の磁力線� �まったく平行である状態に加えて、磁力線� �対して所定角度をもつ状態をも含む。実用� �は、共振器100で発現する負の透磁率の大き� �が適用アプリケーションなどの要求を満足� �きる値であれば、「実質的に平行」とみな� �ことができる。

 図5は、この発明の実施の形態1に従う共� �器100で生じる比透磁率の周波数特性を積層� �ンデンサの配向別にシミュレーションした� �果を示す図である。

 図5を参照して、配置(a)および配置(b)は、 第1内部電極4および第2内部電極5、ならびに� �1外部電極2および第2外部電極3の各電極面が� ��界の磁力線に対して平行に配置された場合� ��示す。また、配置(c)は、第1内部電極4およ� �第2内部電極5の各電極面が磁界の磁力線に対 して45°の角度をもって配置された場合を示� �。配置(d)は、第1外部電極2および第2外部電� �3の各電極面が磁界の磁力線に対して直交す� ��ように配置された場合を示し、配置(e)は、� ��1内部電極4および第2内部電極5の各電極面が 磁界の磁力線に対して直交するように配置さ れた場合を示す。

 配置(a)および配置(b)では、共振周波数に� ��かな違いがあるものの、比透磁率の周波数� ��性が示すように、十分に大きな負の透磁率� ��発現していることがわかる。また、配置(c)� ��は、負の透磁率が発現しているものの、そ� ��大きさは配置(a)や配置(b)において発現する� ��の透磁率の大きさに比較して小さくなって� ��ることがわかる。

 一方、配置(d)および配置(e)では、比透磁� ��の周波数特性が示すように、共振も生じて� ��らず、負の透磁率も発現していない。

 以上のように、第1内部電極4および第2内� ��電極5、ならびに第1外部電極2および第2外部 電極3のうち、いずれかの電極面が磁界の磁� �線に対して直交して配置される場合には、� �の透磁率が発現しないが、それ以外の配置� �あれば、各電極面が磁界の磁力線に対して� �ったくの平行でなくとも、負の透磁率が発� �することがわかる。

 なお、上述の説明では、導体14と共振器10 0との位置関係が予め定まっている共振器内� �基板110の構成について例示したが、共振器10 0を導体14に対して所定の位置に配置すること で、負の透磁率を発現させてもよい。

 この場合の手順としては、まず、第1内部 電極4および第2内部電極5の各電極面が導体14� ��電流が流れた場合に生じる磁力線に対して� ��質的に平行となるように配置する。具体的� ��は、共振器100の上下の電極面を導体14の延� �方向に対して平行となるように配置する。� �に、第1外部電極2および第2外部電極3の各電� ��面が、導体14に電流が流れた場合に生じる� �力線に対して実質的に平行となるように配� �する。具体的には、共振器100の外部電極面� �導体14の延伸方向に対する垂直面と一致する ように、共振器100の向きを調整する。このよ うな手順に従って共振器100を配置することで 、負の透磁率を発現させることができる。

 なお、上述の2つの手順は、その順序を入れ 替えてもよい。
 再度、図1~図3を参照して、本実施の形態に� ��う共振器100の構成については、以下のよう� ��表現することもできる。

 共振器100は、平行に対向して形成された� ��1外部電極2および第2外部電極3からなる外部 電極対と、この外部電極対の一方である第1� �部電極2と電気的に接続された複数の第1内部 電極4と、この外部電極対の他方である第2外� ��電極3と電気的に接続された複数の第2内部� �極5とを含む。そして、第1内部電極4および� �2内部電極5からなる内部電極群の各電極面は 、第1外部電極2および第2外部電極3の電極面� �対して垂直となるように形成されている。� �た、第1外部電極2および第2外部電極3の各電� ��面は、導体14を流れる電流の伝搬方向に対� �る垂直面と一致するように形成される。さ� �に、第1内部電極のうち最上層の電極4aと、� �極4aに隣接する第2内部電極のうち最上層の� �極5aとの間で形成される静電容量(キャパシ� �ンスC1)と、第1内部電極のうち最下層の電極4 bと、電極4bに隣接する第2内部電極のうち最� �層の電極5bとの間で形成される静電容量(キ� �パシタンスC2)と、第1外部電極2および第2外� �電極3とを含む電気的な循環経路が形成され� ��。

 また、共振器100は、絶縁物であるスペー� ��6を介して互いに平行に配列された複数の平 板電極である第1内部電極4および第2内部電極 5と、複数の平板電極の偶数番目の第1内部電� ��4と電気的に接続された第1接続電極である� �1外部電極2と、複数の平板電極の奇数番目の 第2内部電極5と電気的に接続された第2接続電 極である第2外部電極3とを含む。第1外部電極 2および第2外部電極3の各電極面は、複数の平 板電極の電極面に対して垂直に形成されてい る。また、複数の平板電極の電極面は、導体 14に電流が流れた場合に生じる磁力線に対し� ��実質的に平行となるように配置されている� ��

 また、共振器100は、互いに平行する複数� ��第1内部電極4と第1外部電極2とからなる第1� �し型電極と、互いに平行する複数の第2内部� ��極5と第2外部電極3とからなる第2くし型電極 とを含む。第1くし型電極の最上層の電極4aの 電極面と、第2くし型電極の最上層の電極5aの 電極面とが所定の間隔をもって平行に対向す るように形成される。これにより、両者の間 には静電容量(キャパシタンスC1)が形成され� �。また、第1くし型電極の最下層の電極4bの� �極面と、第2くし型電極の最下層の電極5bの� �極面とが所定の間隔をもって平行に対向す� �ように形成される。これにより、両者の間� �は静電容量(キャパシタンスC2)が形成される� ��そして、第1くし型電極および第2くし型電� �の各電極面は、導体14に電流が流れた場合に 生じる磁力線に対して実質的に平行となるよ うに配置されている。

 この発明の実施の形態1によれば、積層さ れた電極間に生じる静電容量(キャパシタン� �)を主体とした共振回路を用いるので、共振� ��路に含まれるキャパシタンスを比較的大き� ��することができる。そのため、スプリット� ��リング共振器のようにリングパターンを周� ��的に配置する構成に比較して、必要な共振� ��性を得るためのデバイスサイズを小さくで� ��る。これによって、より小型化したデバイ� ��で、負の誘電率を実現できる。

 また、この発明の実施の形態1によれば、 市販の積層コンデンサを用いて、共振器を構 成できるので、より容易に負の誘電率を実現 できる。

 [実施の形態2]
 上述の実施の形態1では、1つの共振器につ� �て説明したが、より大きな効果を得るため� �は、複数の共振器を用いることが好ましい� �そこで、この発明の実施の形態2では、複数� ��共振器から構成される基板について説明す� ��。

 図6は、この発明の実施の形態2に従う共振� �内蔵基板210の概略の外観図である。
 図6を参照して、共振器内蔵基板210は、上述 した共振器100を導体14に沿って周期的に複数� ��(図6では5個)配置したものである。このとき 、各共振器100を構成する第1内部電極4(図2)お� ��び第2内部電極5(図2)の各電極面は、いずれ� �磁界の磁力線に対して実質的に平行となる� �うに配置される。また、第1外部電極2(図2)お よび第2外部電極3(図2)の各電極面についても� ��磁界の磁力線に対して実質的に平行となる� ��うに配置される。

 なお、各共振器100の構成については上述� ��た実施の形態1と同様であるので、詳細な説 明は繰返さない。

 図7は、この発明の実施の形態2に従う共� �器内蔵基板210において、導体14を流れる電流 の減衰量の周波数特性の一例を示す図である 。なお、図7に示す変化特性は、シミュレー� �ョンによって算出されたものである。

 図7を参照して、本実施の形態に従う共振 器内蔵基板210は、6.5GHz~7.0GHz付近に共振点を� �し、この周波数領域において通過波が大き� �減衰されることがわかる。

 この発明の実施の形態2によれば、要求さ れる特性(代表的に、必要な減衰量)に応じて� ��必要な個数の共振器を配置できるので、適� ��先のアプリケーションに応じて、最適な負� ��誘電率を実現する基板を容易に構成できる� ��

 [実施の形態3]
 上述の実施の形態1では、内部電極と外部電 極との接続面における両者の幅が等しい積層 コンデンサの構成について例示したが、外部 電極で生じるインダクタンスを大きくするた めに、外部電極の幅をより狭くしてもよい。

 図8は、この発明の実施の形態3に従う共振� �200の概略の外観図である。
 図8を参照して、本実施の形態に従う共振器 200は、スペーサを介して交互に対向配置され た複数の第1内部電極4および複数の第2内部電 極5と、第1内部電極4の各々と電気的に接続さ れる第1外部電極2#と、第2内部電極5の各々と� ��気的に接続される第2外部電極3#とを含む。

 ここで、第1内部電極4と第1外部電極2#と� �接続面において、第1外部電極2#の幅は第1内� ��電極4の幅より狭くなっており、第2内部電� �5と第2外部電極3#との接続面において、第2外 部電極3#の幅は第2内部電極5の幅より狭くな� �ている。

 第1外部電極2#および第2外部電極3#の線幅� ��狭くすることで、第1外部電極2#および第2外 部電極3#で生じるインダクタンスを大きくで� ��る。そのため、図3に示すような共振回路に おいて、同一の共振周波数を生じるために必 要なキャパシタンス(C1+C2)が小さくて済むの� �、内部電極をより小さくすることができ、� �の結果、積層コンデンサ全体を小型化でき� �。

 その他の構成については、上述した実施� ��形態1と同様であるので、詳細な説明は繰返 さない。

 この発明の実施の形態3によれば、上述の 実施の形態1と同様の効果を得られるととも� �、実施の形態1に従う共振器に比較して、よ� ��小型化を図ることができる。

 [実施の形態4]
 上述の実施の形態2では、導体14に沿って共� ��器100を周期的に一列に配置した構成につい� ��例示したが、複数列、あるいは複数段にわ� ��って複数の共振器100を配置してもよい。

 図9(a)は、この発明の実施の形態4に従う� �板310の概略の外観図であり、図9(b)は、この� ��明の実施の形態4の別形態に従う基板410の概 略の外観図である。

 図9(a)を参照して、基板310は、導体14を中� ��にして、上述した複数の共振器100を周期的� ��2次元的に配置したものである。また、図9(b )を参照して、基板410は、導体14を中心にして 、上述した複数の共振器100を周期的に3次元� �に配置したものである。

 この基板310および410においても、各共振� ��100を構成する第1内部電極4および第2内部電� ��5の各電極面(図2)は、いずれも磁界の磁力線 に対して実質的に平行となるように配置され る。また、第1外部電極2および第2外部電極3� �各電極面(図2)についても、磁界の磁力線に� �して実質的に平行となるように配置される� �なお、図9(a)および図9(b)においては、理解を 容易にするために内部電極を意図的に見える 様に描いている。

 このような基板310,410は、例えば、高周波 の電磁波を発生するような電子装置や、外乱 ノイズによる影響を受けやすい電子装置に装 着することで、電磁シールドとしても機能さ せることができる。

 この発明の実施の形態4によれば、電磁波 の発生源が直線以外の形状に配置されている 場合であっても、任意の形状に共振器を配置 することで、電磁波の吸収あるいは抑制を適 切に行なうことができる。

 [その他の形態]
 なお、上述の実施の形態1~4においては、一� ��的な積層コンデンサを用いて、負の誘電率� ��発現させる構成について例示したが、本発� ��に係る共振器あるいは基板を構成するため� ��専用に設計された電極部材を用いてもよい� ��

 今回開示された実施の形態はすべての点� ��例示であって制限的なものではないと考え� ��れるべきである。本発明の範囲は、上記し� ��説明ではなく、請求の範囲によって示され� ��請求の範囲と均等の意味および範囲内での� ��べての変更が含まれることが意図される。