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公開番号2025105108
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-10
出願番号2023223416
出願日2023-12-28
発明の名称周波数選択透過性誘電体フィルタ
出願人国立大学法人東北大学
代理人弁理士法人クオリオ,個人,個人,個人,個人
主分類H01Q 15/14 20060101AFI20250703BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】所望の特定周波数の電磁波に対して優れた選択透過性を実現する周波数選択透過性フィルタを提供する。
【解決手段】周波数選択透過性誘電体フィルタ10は、第一誘電体層11と、第一誘電体層11の両面に配された積層体12とを有し、積層体12が、第二誘電体層12aとサブ波長格子層12bとを重ね合わせてなる積層単位を、該積層単位のサブ波長格子層12bを第一誘電体層側11にしてN層(ただし、Nは自然数)に積層してなる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第一誘電体層と、第一誘電体層の両面に配された積層体とを有し、
前記積層体が、第二誘電体層とサブ波長格子層とを重ね合わせてなる積層単位を、該積層単位のサブ波長格子層を第一誘電体層側にしてＮ層（ただし、Ｎは自然数）に積層してなる構造である、
周波数選択透過性誘電体フィルタ。
続きを表示（約 700 文字）【請求項２】
前記第一誘電体層の厚さが０．１～１４．０ｍｍである、請求項１に記載の周波数選択透過性誘電体フィルタ。
【請求項３】
前記第一誘電体層、前記第二誘電体層、及び前記サブ波長格子層が、同一材料で構成される、請求項２に記載の周波数選択透過性誘電体フィルタ。
【請求項４】
前記第一誘電体層、前記第二誘電体層、及び前記サブ波長格子層の厚さ、又は前記サブ波長格子層のピッチが、前記周波数選択透過性誘電体フィルタの一端から他端に向けて連続的に変化している、請求項３に記載の周波数選択透過性誘電体フィルタ。
【請求項５】
前記第一誘電体層、前記第二誘電体層、及び前記サブ波長格子層の厚さ、又は前記サブ波長格子層のピッチが、前記周波数選択透過性誘電体フィルタの一端から他端に向けて段階的に変化している、請求項３に記載の周波数選択透過性誘電体フィルタ。
【請求項６】
請求項１～５のいずれか１項に記載の周波数選択透過性誘電体フィルタを複数配置してなる、周波数選択透過性誘電体フィルタアレイ。
【請求項７】
前記第一誘電体層、前記第二誘電体層、及び前記サブ波長格子層を３Ｄセラミックスプリンタで形成することにより、請求項１～５のいずれか１項に記載の周波数選択透過性誘電体フィルタを製造することを含む、周波数選択透過性誘電体フィルタの製造方法。
【請求項８】
前記第一誘電体層、前記第二誘電体層、及び前記サブ波長格子層を同一材料で形成する、請求項７に記載の周波数選択透過性誘電体フィルタの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数選択透過性誘電体フィルタに関する。
続きを表示（約 3,600 文字）【背景技術】
【０００２】
５Ｇ通信技術（２８ＧＨｚ）や車載用ミリ波レーダー（１８～１１０ＧＨｚ）では、電磁波として特定周波数のミリ波が用いられており、このような特定周波数のミリ波を使用する上でノイズ等の除去は必要不可欠である。ノイズ等を除去して特定周波数のミリ波のみを透過するフィルタ、すなわち不要な電磁波を反射ないし吸収するためのフィルタとして、周波数選択性表面（Frequency Selective Surfaces：ＦＳＳ）を用いたフィルタ等の技術が知られている。
例えば５Ｇ通信技術は、ＬＴＥやＷｉ－Ｆｉなどの既存の無線通信技術と併用して用いられることが一般的であり、これら既存の無線通信により発生するノイズが５Ｇ通信回路に結合して通信障害の原因ともなり得る。そのため、例えば５Ｇ通信技術用のＦＳＳの一例では、金属材料で構成されるメタサーフェスを用いて特定周波数（例えばＷｉ－Ｆｉ信号の２．４ＧＨｚ及び５．３ＧＨｚ帯域）の電磁波を遮断するように設計されている（非特許文献１）。また、例えば車載用ミリ波レーダーは、従来その目的に応じて異なる帯域の電磁波（例えば、前方監視用には７７ＧＨｚ、周辺監視用には２４ＧＨｚ）が併用されてきたことから、所望の電磁波のみを特異的に透過するフィルタが必要であった。そのため、例えば車載用ミリ波レーダー用のＦＳＳの一例では、金属材料に波長以下の微細形状を周期的に形成することにより、一方の周波数（例えば２４ＧＨｚ）の電磁波を反射し、もう一方の周波数（例えば７７ＧＨｚ）の電磁波を選択的に透過できるように（又はその逆となるように）設計されている（非特許文献２）。
このようなＦＳＳはアンテナ・電波工学・ミリ波用メタサーフェスの知見をベースに設計されており、上記の通り金属パターンで構成されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
M.R.Chaharmir et.al., “Design of Dual-Band Frequency Selective Surfaces to Block Wi-Fi Using Printable Electronics Technology”, 17th International Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics（ANTEM）, 2016
B.Schoenlinner et.al., “Compact Multibeam Dual-Frequency (24 and 77 GHz) Imaging Antenna for Automotive Radars”, 33RD EUROPEAN MICROWAVE CONFERENCE, VOLS 1-3, CONFERENCE PROCEEDINGS, Page785-788, 2003
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような５Ｇ通信技術に用いられるＦＳＳは、ＧＨｚ帯の周波数（２．４ＧＨｚ及び５．３ＧＨｚ帯域）の電磁波を選択的に反射（遮断）する、いわゆる帯域阻止フィルタである。
また、上記のような車載用ミリ波レーダー向けのＦＳＳは、周波数通過帯域（バンド幅）が広く、周波数選択性の制御には制約がある。
【０００５】
本発明は、所望の特定周波数の電磁波に対して優れた選択透過性を実現することができる新たな周波数選択透過性フィルタを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、誘電体材料を用いて、高屈折率を有する第一の誘電体層を欠陥層とし、その上下に第二の誘電体層とサブ波長格子層との積層構造を所望の段数（１段以上）に積層した構造を基本構造とし、第一の誘電体層や第二の誘電体層の厚さ、サブ波長格子層のピッチないし厚さ等を制御することにより、所望の特定周波数の電磁波を選択的に高効率に透過する周波数選択透過性フィルタが実現できることを見出した。本発明は、これらの知見に基づきさらに検討を重ね、完成されるに至ったものである。
【０００７】
すなわち、本発明の上記課題は、以下の手段によって解決された。
〔１〕
第一誘電体層と、第一誘電体層の両面に配された積層体とを有し、前記積層体が、第二誘電体層とサブ波長格子層とを重ね合わせてなる積層単位を、該積層単位のサブ波長格子層を第一誘電体層側にしてＮ層（ただし、Ｎは自然数）に積層してなる構造である、周波数選択透過性誘電体フィルタ。
〔２〕
前記第一誘電体層の厚さが０．１～１４．０ｍｍである、前記〔１〕に記載の周波数選択透過性誘電体フィルタ。
〔３〕
前記第一誘電体層、前記第二誘電体層、及び前記サブ波長格子層が、同一材料で構成される、前記〔１〕又は〔２〕に記載の周波数選択透過性誘電体フィルタ。
〔４〕
前記第一誘電体層、前記第二誘電体層、及び前記サブ波長格子層の厚さ、又は前記サブ波長格子層のピッチが、前記周波数選択透過性誘電体フィルタの一端から他端に向けて連続的に変化している、前記〔１〕～〔３〕のいずれかに記載の周波数選択透過性誘電体フィルタ。
〔５〕
前記第一誘電体層、前記第二誘電体層、及び前記サブ波長格子層の厚さ、又は前記サブ波長格子層のピッチが、前記周波数選択透過性誘電体フィルタの一端から他端に向けて段階的に変化している、前記〔１〕～〔３〕のいずれかに記載の周波数選択透過性誘電体フィルタ。
〔６〕
前記〔１〕～〔５〕のいずれかに記載の周波数選択透過性誘電体フィルタを複数配置してなる、周波数選択透過性誘電体フィルタアレイ。
〔７〕
前記第一誘電体層、前記第二誘電体層、及び前記サブ波長格子層を３Ｄセラミックスプリンタで形成することにより前記〔１〕～〔５〕のいずれかに記載の周波数選択透過性誘電体フィルタを得ることを含む、周波数選択透過性誘電体フィルタの製造方法。
〔８〕
前記第一誘電体層、前記第二誘電体層、及び前記サブ波長格子層を同一材料で形成する、前記〔７〕に記載の周波数選択透過性誘電体フィルタの製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の周波数選択透過性誘電体フィルタは、所望の特定周波数の電磁波を選択的に高効率に透過する周波数選択透過性フィルタとして機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１（Ａ）は、本発明の周波数選択透過性誘電体フィルタの好ましい一実施形態について、その一例を模式的に示す図である。図１（Ｂ）は、サブ波長格子層の構成の一例を模式的に示す図である。
図２は、図１（Ｂ）に示すサブ波長格子層の一例について、ｘｙ軸平面に平行な端面図を模式的に示す図である。
図３は、本発明の周波数選択透過性誘電体フィルタの別の好ましい実施形態について、その一例を模式的に示す縦断面図である。
図４は、本発明の周波数選択透過性誘電体フィルタの別の実施形態の一例を模式的に示す縦断面図である。
図５は、本発明の周波数選択透過性誘電体フィルタのさらに別の実施形態の一例を模式的に示す上面図である。
図６は、図５に示す本発明の周波数選択透過性誘電体フィルタの縦端面図を模式的に示す図である。
図７は、本発明の周波数選択透過性誘電体フィルタを複数配置してなるアレイの一例を模式的に示す上面図である。
図８は、実験例１の周波数選択透過性誘電体フィルタの電磁波に対する透過率のシミュレーション結果を示すグラフである。
図９は、実験例２の周波数選択透過性誘電体フィルタの電磁波に対する透過率のシミュレーション結果を示すグラフである。
図１０は、実験例３の周波数選択透過性誘電体フィルタの電磁波に対する透過率のシミュレーション結果を示すグラフである。
図１１は、実験例４の周波数選択透過性誘電体フィルタの電磁波に対する透過率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施形態について説明するが、本発明は、本発明が規定すること以外は、下記の実施形態に限定されるものではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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