DE112021002613T5

DE112021002613T5 - Wellensteuerungsmedium, wellensteuerungselement, wellensteuerungsvorrichtung und verfahren zum herstellen eines wellensteuerungsmediums

Info

Publication number: DE112021002613T5
Application number: DE112021002613.5T
Authority: DE
Inventors: Eri Igarashi; Nobuhiko Umezu; Atsushi Yamada; Mari Ichimura
Original assignee: Sony Group Corp
Current assignee: Sony Group Corp
Priority date: 2020-05-01
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2023-03-16
Also published as: CN115461930A; WO2021220808A1; JPWO2021220808A1; KR20230004521A; US20230216206A1

Abstract

Bereitgestellt wird ein Wellensteuerungsmedium, das imstande ist, Wellen zu steuern, während die Größe eines Metamaterials oder dergleichen verringert und die Bandbreite des Metamaterials oder dergleichen vergrößert wird.Ein Wellensteuerungsmedium (10) wird gebildet, indem zumindest zwei einer Spule (11) und einer Spule (12) kombiniert werden, die in eine Spiralstruktur ausgebildete dreidimensionale Mikrostrukturen sind, wobei die Spule (11) und die Spule (12) ein Metall, ein dielektrisches Material, ein magnetisches Material, einen Halbleiter oder einen Supraleiter oder ein aus einer Vielzahl von Kombinationen dieser Materialien ausgewähltes Material enthalten, und Funktionen eines Kondensators und eines Induktors haben. Die Spule (11) und die Spule (12) bilden einen Kondensator zwischen der lateralen Fläche der Spule (11) und der lateralen Fläche der Spule (12), die einander zugewandt sind, und bilden einen Induktor, indem durch die Spule (11) und die Spule (12) mit einer Spiralstruktur eine dreidimensionale Mehrfachresonanzstruktur gebildet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Technologie bezieht sich auf eine Technik, die ein Wellensteuerungsmedium oder dergleichen nutzt, und insbesondere auf eine Technik zum Lenken bzw. Steuern einer Welle unter Verwendung einer künstlichen Struktur.
HINTERGRUNDTECHNIK
Herkömmlicherweise wurde vorgeschlagen, ein Metamaterial mit Charakteristiken wie etwa einem negativen Brechungsindex für Reflexion, Abschirmung, Absorption, Phasenmodulation und dergleichen verschiedener Wellen, die Funkwellen, Lichtwellen und Schallwellen einschließen, zu verwenden. Das Metamaterial bezieht sich hier auf eine künstliche Struktur, die eine Funktion erzeugt, die von natürlich vorkommenden Materialien nicht gezeigt werden kann. Das Metamaterial ist dafür ausgelegt, eine Eigenschaft zu zeigen, die normalerweise nicht auftritt, indem Einheitsmikrostrukturen wie etwa Metalle, dielektrische Materialien, magnetische Materialien, Halbleiter oder Supraleiter in Intervallen angeordnet werden, die ausreichend kleiner als die Wellenlängen sind. Das so hergestellte Metamaterial kann eine Welle wie etwa eine elektromagnetische Welle steuern, indem die Permittivität und die magnetische Permeabilität gesteuert werden.
Ein Wellensteuerungsmedium, das eine Einheitsstruktur des Metamaterials ist, hat gewöhnlich eine Größe von etwa 1/10 der Wellenlängen und weist, indem es in eine Array-Struktur ausgeformt wird, in der etwa mehrere Einheitsstrukturen in einem Array angeordnet sind, Funktionen auf. Wenn eine Welle mit einer langen Wellenlänge wie etwa eine Mikrowelle oder eine Schallwelle in einem sichtbaren und hörbaren Bereich behandelt wird, wird die Struktur des Metamaterials ebenfalls entsprechend der Wellenlänge vergrößert und benötigt einen großen Fußabdruck bzw. eine große Grundfläche. Dies ist ein Problem, wenn solch eine Welle mittels einer kleinen elektronischen Vorrichtung behandelt wird.
Da das Funktionsprinzip des Metamaterials auf einem Resonanzphänomen aufgrund einer Wechselwirkung zwischen Welle und Struktur basiert, nimmt außerdem die Antwort- bzw. Ansprechintensität des Metamaterials bei anderen Frequenzen als der Resonanzfrequenz schnell ab und stellt das Metamaterial nur ein schmalbandiges Ansprechverhalten bereit. Dies stellt ein Problem dar, falls eine Breitbandfrequenz gleichzeitig behandelt wird.
In Anbetracht der obigen Probleme ist es daher erwünscht, eine Reduzierung der Größe und eine Vergrößerung der Bandbreite des Metamaterials gleichzeitig zu erreichen, um die praktische Nutzung des Metamaterials zu ermöglichen.
Als Lösung für eine Reduzierung der Größe schlägt Patentdokument 1 beispielsweise ein Metamaterial vor, das enthält: eine Vielzahl erster Resonatoren, von denen jeder eine negative Permittivität in Bezug auf eine vorbestimmte Wellenlänge erzeugt und einen inneren Raum aufweist; eine Vielzahl zweiter Resonatoren, von denen jeder eine negative magnetische Permeabilität in Bezug auf die vorbestimmte Wellenlänge erzeugt; und ein Trägerbauteil, um die Positionen der ersten Resonatoren und der zweiten Resonatoren zu fixieren, worin das Trägerbauteil jeden der zweiten Resonatoren innerhalb der Vielzahl erster Resonatoren fixiert und die Vielzahl erster Resonatoren so fixiert, dass die Vielzahl erster Resonatoren in einer räumlich kontinuierlichen Art und Weise angeordnet ist.
Als Lösung für eine Vergrößerung der Bandbreite schlägt außerdem Patentdokument 2 beispielsweise eine Metamaterialvorrichtung vor, die anstelle einer einen streifenförmigen Leiter enthaltenden Gitterstruktur eine ein streifenförmiges Dielektrikum enthaltende Gitterstruktur aufweist.
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: Internationale Veröffentlichung Nr. 2010/026907
Patentdokument 2: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2017-152959

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Die in Patentdokument 1 und Patentdokument 2 vorgeschlagenen Technologien schlagen jedoch keine Lösung vor, um eine Reduzierung der Größe und eine Vergrößerung der Bandbreite des Metamaterials gleichzeitig zu erreichen, und daher ist eine Weiterentwicklung eines Wellensteuerungsmediums erwünscht, das eine Einheitsstruktur des Metamaterials ist, das diese Anforderungen gleichzeitig erfüllt.
In Anbetracht dessen besteht ein Hauptziel der vorliegenden Technologie darin, ein Wellensteuerungsmedium bereitzustellen, das imstande ist, eine Welle zu steuern, während die Größe eines Metamaterials oder dergleichen reduziert und die Bandbreite des Metamaterials oder dergleichen vergrößert wird.
LÖSUNG FÜR DIE PROBLEME
Die vorliegende Technologie stellt ein Wellensteuerungsmedium bereit, das zumindest zwei dreidimensionale Mikrostrukturen in Kombination umfasst, wobei jede der dreidimensionalen Mikrostrukturen ein Metall, ein dielektrisches Material, ein magnetisches Material, einen Halbleiter oder einen Supraleiter oder ein Material enthält, das aus einer Vielzahl von Kombinationen eines Metalls, eines dielektrischen Materials, eines magnetischen Materials, eines Halbleiters und eines Supraleiters ausgewählt wird, wobei das Wellensteuerungsmedium Funktionen eines Kondensators und einer Drosselspule bzw. eines Induktors hat.
Außerdem kann jede der dreidimensionalen Mikrostrukturen in eine Spiralstruktur ausgebildet sein. Jede der dreidimensionalen Mikrostrukturen kann in eine Mehrschichtstruktur ausgebildet sein. Die zumindest zwei dreidimensionalen Mikrostrukturen können in eine kontinuierliche Struktur ausgebildet sein, in der die zumindest zwei dreidimensionalen Mikrostrukturen miteinander verwickelt bzw. verschränkt sind, während sie einander gegenüberliegen, ohne miteinander in Kontakt zu sein. Jede der dreidimensionalen Mikrostrukturen kann in eine konische Form ausgebildet werden. Zumindest eine der dreidimensionalen Mikrostrukturen kann in eine Drahtform, eine Plattenform oder eine sphärische bzw. Kugelform ausgebildet werden.
Außerdem stellt die vorliegende Technologie ein Wellensteuerungselement bereit, bei dem das Wellensteuerungsmedium in eine Array-Struktur integriert ist oder eine Vielzahl der Wellensteuerungsmedien verteilt ist. Die vorliegende Technologie kann auch ein Wellensteuerungselement mit einem Wellensteuerungsmedium bereitstellen, bei dem ein Abstand in einer longitudinalen Richtung geringer als 1/10 einer Wellenlänge einer Welle ist und eine normierte Bandbreite (engl.: fractional bandwidth) eines Ansprechverhaltens 30% oder mehr beträgt.
Außerdem stellt die vorliegende Technologie eine Wellensteuerungsvorrichtung bereit, die ein Metamaterial enthält, das das Wellensteuerungsmedium enthält. Die vorliegende Technologie stellt auch eine Wellensteuerungsvorrichtung mit einem elektromagnetische Wellen absorbierenden und/oder abschirmenden Bauteil, das das Metamaterial aufweist, bereit. Darüber hinaus stellt die vorliegende Technologie eine Wellensteuerungsvorrichtung mit einem Sensor bereit, der das elektromagnetische Wellen absorbierende und/oder abschirmende Bauteil enthält.
Außerdem stellt die vorliegende Technologie eine Wellensteuerungsvorrichtung bereit, die einen elektromagnetischen Wellenleiter enthält, der das Wellensteuerungsmedium enthält. Darüber hinaus stellt die vorliegende Technologie eine Wellensteuerungsvorrichtung bereit, die ein arithmetisches Element enthält, das den elektromagnetischen Wellenleiter enthält. Außerdem stellt die vorliegende Technologie eine Wellensteuerungsvorrichtung bereit, die Übertragung/Empfang oder Lichtempfang/-emission unter Verwendung des Wellensteuerungsmediums durchführt.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Technologie ein Verfahren zum Herstellen eines Wellensteuerungsmediums bereit, wobei das Verfahren ein Ausbilden einer Mikrostruktur in eine dreidimensionale Struktur unter Verwendung einer Molekularvorlage bzw. -schablone umfasst, die die Selbstassemblierung bzw. -organisation einer organischen Substanz nutzt, wobei die Mikrostruktur ein Metall, ein dielektrisches Material, ein magnetisches Material, einen Halbleiter oder einen Supraleiter oder ein Material enthält, das aus einer Vielzahl von Kombinationen eines Metalls, eines dielektrischen Materials, eines magnetischen Materials, eines Halbleiters und eines Supraleiters ausgewählt wird.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Die vorliegende Technologie kann ein Wellensteuerungsmedium bereitstellen, das imstande ist, eine Welle zu steuern, während die Größe eines Metamaterials oder dergleichen reduziert und die Bandbreite des Metamaterials oder dergleichen vergrößert wird. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die obigen Effekte nicht notwendigerweise einschränkend sind und jeder Beliebige der in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Effekte oder andere Effekte, die aus der vorliegenden Beschreibung verstanden werden können, zusammen mit den obigen Effekten oder an deren Stelle geliefert werden können.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer dreidimensionalen Mikrostruktur eines Wellensteuerungsmediums gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
5 ist eine Querschnittsansicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
9 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums gemäß einer Modifikation der fünften Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
10 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums gemäß einer anderen Modifikation der fünften Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
12 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums gemäß einer Modifikation der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
13 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
14 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines elektromagnetische Wellen absorbierenden Bauteils gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
15 ist eine perspektivische Ansicht, die das Konfigurationsbeispiel des elektromagnetische Wellen absorbierenden Bauteils gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
16 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellenleiters gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
17 ist eine Schnittansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellenleiters gemäß einer Modifikation der neunten Ausführungsform der vorliegenden Technologie veranschaulicht.
18 ist eine grafische Darstellung, die eine normierte Bandbreite eines Metamaterials mit einem Wellensteuerungsmedium gemäß der vorliegenden Technologie veranschaulicht.

MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Bevorzugte Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Technologie werden im Folgenden mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen zeigen ein Beispiel einer repräsentativen Ausführungsform der vorliegenden Technologie, und beliebige Ausführungsformen können kombiniert werden. Außerdem soll durch die Ausführungsformen der Umfang der vorliegenden Technologie nicht eng ausgelegt werden. Man beachte, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge gegeben wird.

1. Erste Ausführungsform (Mehrspulen-Typ)
- (1) Überblick über ein Metamaterial
- (2) Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 10 (Mehrspulen-Typ 1)
- (3) Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen des Wellensteuerungsmediums 10
- (4) Modifikation (Mehrspulen-Typ 2)
2. Zweite Ausführungsform (Koaxialkabel-Typ)
3. Dritte Ausführungsform (Doppelgyroid-Typ)
4. Vierte Ausführungsform (konischer Typ)
5. Fünfte Ausführungsform (Kombination mit einer Drahtstruktur)
- (1) Kombination einer Vielzahl von Strukturen
- (2) Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 50
- (3) Erste Modifikation des Wellensteuerungsmediums 50
- (4) Zweite Modifikation des Wellensteuerungsmediums 50
6. Sechste Ausführungsform (Kombination mit einer Plattenstruktur)
- (1) Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 80
- (2) Modifikation des Wellensteuerungsmediums 80
7. Siebte Ausführungsform (Kombination mit einer kugelförmigen Struktur)
8. Achte Ausführungsform (elektromagnetische Wellen absorbierendes Bauteil)
9. Neunte Ausführungsform (elektromagnetischer Wellenleiter)
- (1) Konfigurationsbeispiel eines elektromagnetischen Wellenleiters 120
- (2) Modifikation des elektromagnetischen Wellenleiters 120
10. Normierte Bandbreite
11. Andere Anwendungen

1. Erste Ausführungsform (Mehrspulen-Typ)
(1) Überblick über ein Metamaterial
Zunächst wird ein Überblick über ein Metamaterial mit einem Wellensteuerungsmedium, das eine Einheitsstruktur eines Mediums zum Steuern einer Welle wie etwa einer elektromagnetischen Welle oder einer Schallwelle ist, beschrieben.
Das Metamaterial wird beispielsweise konfiguriert, indem in einem dielektrischen Material Einheitsstrukturen angeordnet werden, von denen jede eine Größe hat, die ausreichend kleiner als eine Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle ist, und im Inneren einen Resonator aufweist. Man beachte, dass das Intervall zwischen den Einheitsstrukturen (Resonatoren) des Metamaterials auf etwa 1/10 oder weniger oder etwa 1/5 oder weniger der Wellenlänge der zu nutzenden elektromagnetischen Welle festgelegt ist.
Aufgrund der oben beschriebenen Konfiguration können/kann die Permittivität ε und/oder die magnetische Permeabilität µ des Metamaterials künstlich gesteuert werden und kann der Brechungsindex n (= ± [ε · µ]^1/2 des Metamaterials künstlich gesteuert werden. Insbesondere kann das Metamaterial so eingestellt werden, dass es einen negativen Brechungsindex in Bezug auf eine elektromagnetische Welle mit einer gewünschten Wellenlänge aufweist, indem beispielsweise die Form, die Abmessung und dergleichen der Einheitsstruktur geeignet eingestellt werden, um dadurch eine negative Permittivität und eine negative magnetische Permeabilität gleichzeitig zu erreichen.
Indes wird die Resonanz-(Betriebs-)Frequenz ω des Metamaterials durch eine Induktivität L und eine Kapazität C bestimmt, falls das Metamaterial gemäß der LC-Schaltungstheorie als Schaltung beschrieben wird, und je größer die Induktivität L und die Kapazität C sind, desto niedriger ist die Resonanzfrequenz. Das heißt, wenn man eine Struktur mit hoher Dichte mit einer großen Induktivität L und Kapazität C hat, kann das Metamaterial eine Funktion für eine Welle mit einer langen Wellenlänge (= einer niedrigen Frequenz) haben, obgleich sie klein ist.
Im Hinblick darauf wird, um die praktische Nutzung des oben beschriebenen Metamaterials zu erreichen, die vorliegende Ausführungsform ein Beispiel einer Konfiguration eines Wellensteuerungsmediums, das eine Einheitsstruktur des Metamaterials ist, die imstande ist, eine Reduzierung der Größe und eine Vergrößerung der Bandbreite des Metamaterials gleichzeitig zu erreichen, und ein Verfahren zum Herstellen des Wellensteuerungsmediums beschreiben.
(2) Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 10 (Mehrspulen-Typ 1)
Zunächst wird mit Verweis auf 1 ein Konfigurationsbeispiel (Mehrspulen-Typ 1) einer dreidimensionalen Mikrostruktur eines Wellensteuerungsmediums 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die das Konfigurationsbeispiel der dreidimensionalen Mikrostruktur des Wellensteuerungsmediums 10 des Mehrspulen-Typs 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Das Wellensteuerungsmedium 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Einheitsstruktur eines Metamaterials und kann eine Welle wie etwa eine elektromagnetische Welle oder eine Schallwelle steuern.
Wie in 1 veranschaulicht ist, umfasst das Wellensteuerungsmedium 10 eine Spule 11 und eine Spule 12, von denen jede eine in einer Spiralstruktur ausgebildete dreidimensionale Mikrostruktur ist. Das Wellensteuerungsmedium 10 weist eine dünndrahtige Doppelspiralstruktur auf, in der die Spule 12 parallel mit und außerhalb der Spule 11 so gewickelt ist, dass sie der Spule 11 gegenüberliegt. Das Wellensteuerungsmedium 10 ist nicht darauf beschränkt, eine Doppelspiralstruktur aufzuweisen, und kann eine Mehrspulenstruktur mit drei oder mehr Spulen aufweisen. Falls die Mehrspulenstruktur mit drei oder mehr Spulen verwendet wird, sind die Spulen nicht darauf beschränkt, einander parallel gegenüberzuliegen, und können sie an jeder beliebigen Position angeordnet sein, solange sie miteinander nicht direkt in Kontakt sind.
Die Spule 11 und die Spule 12 werden unter Verwendung eines dünnen Kupferdrahts oder dergleichen gebildet, der ein Metall, ein dielektrisches Material, ein magnetisches Material, einen Halbleiter oder einen Supraleiter oder ein aus einer Vielzahl von Kombinationen dieser Materialien ausgewähltes Material enthält. Die Materialien der Spule 11 und der Spule 12 sind nicht notwendigerweise gleich und können sich voneinander unterscheiden. Außerdem bilden die Spule 11 und die Spule 12 einen Kondensator zwischen einer Seitenfläche bzw. lateralen Fläche der Spule 11 und einer lateralen Fläche der Spule 12, die einander zugewandt sind, und bilden einen Induktor, indem sie durch die Spule 11 und die Spule 12 mit einer Spiralstruktur eine dreidimensionale Mehrfachresonanzstruktur bilden.
Als Nächstes wird mit Verweis auf 2 ein Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 2A ist eine perspektivische Ansicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 10 eines Mehrspulen-Typs 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 2B ist eine Seitenansicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 10 veranschaulicht, und 2C ist eine Draufsicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 10 veranschaulicht.
Wie in 2A veranschaulicht ist, umfasst das Wellensteuerungsmedium 10 die Spule 11 und die Spule 12, die in einer parallel gewickelten Doppelspiralstruktur ausgebildet sind, und ein Basisteilstück 14, das als Substrat oder rechteckiges Parallelepiped ausgebildet und über ein Anpassungselement 13 mit der Spule 11 und der Spule 12 verbunden ist. Das Anpassungselement 13 ist auf der gesamten oberen Oberfläche des Basisteilstücks 14, die der Spule 11 und der Spule 12 zugewandt ist, angeordnet.
Beispiele eines Elements, das für das Anpassungselement 13 verwendet werden kann, umfassen eine Kupferplatte, ein Harz, ein Verlustwiderstandselement, das als Widerstand fungiert, und ein Schaltungselement, das als Kondensator und Induktor fungiert. Außerdem umfassen Beispiele eines für das Basisteilstück 14 verwendbaren Materials ein Harz und ein dielektrisches Material.
Eine Gesamthöhe L1 der Spule 11 und der Spule 12, wie in 2B veranschaulicht, beträgt vorzugsweise 1/100 bis 1/2 der Wellenlänge einer einfallenden Welle und beträgt eine Breite S1 zwischen der Spule 11 und der Spule 12 in der horizontalen Richtung in Bezug auf die Oberfläche des Basisteilstücks 14 vorzugsweise 1/1000 bis 1/10 der Wellenlänge der einfallenden Welle. Das Wellensteuerungsmedium 10 hat eine Struktur, in der sowohl die Spule 11 als auch die Spule 12 eine einer Reaktanz bzw. einem Blindwiderstand äquivalente Funktion und eine einem Kondensator äquivalente Funktion aufgrund eines Intervalls der Breite S1 aufweisen.
Wie in 2C veranschaulicht ist, beträgt außerdem ein Durchmesser D1 einer Windung der Spule 11 und der Spule 12 vorzugsweise 1/100 bis 1/2 der Wellenlänge der einfallenden Welle und beträgt eine Breite d1 des dünnen Drahts sowohl der Spule 11 als auch der Spule 12 vorzugsweise 1/1000 bis 1/100 der Wellenlänge der einfallenden Welle.
Das Wellensteuerungsmedium 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform liefert eine Lösung, um eine Reduzierung der Größe und eine Vergrößerung der Bandbreite gleichzeitig zu erzielen, indem eine dreidimensionale Mehrspulenstruktur, die eine Vielzahl gegenüberliegender leitfähiger dünner Drähte enthält, als Einheitsmikrostruktur des Metamaterials verwendet wird.
Es ist bekannt, dass ein Metamaterial mit einer dreidimensionalen Spulenstruktur mit einer Welle, die eine einer Spulenlänge des Metamaterials äquivalente Wellenlänge aufweist, und einer kürzeren Welle mit einer Wellenlänge, die Eins über deren Konstante äquivalent ist, in Resonanz geht und Breitbandcharakteristiken aufweist, bei denen mehrere Resonanzspitzen breit miteinander verbunden sind. Außerdem hängt die Beziehung zwischen der Größe der Struktur des Metamaterials und den Wellenlängen, wenn die Struktur des Metamaterials als Ersatzschaltung betrachtet wird, von der Induktivität und der Kapazität ab, und ein Metamaterial mit einer größeren Induktivität und Kapazität kann verkleinert werden.
Das Wellensteuerungsmedium 10 weist eine gebündelte (engl.: multiplexed) dreidimensionale Spulenstruktur auf, wodurch die Induktivität erhöht wird, und bildet einen Kondensator zwischen dünnen Drähten, wodurch die Kapazität erhöht wird. Daher ist es gemäß dem Wellensteuerungsmedium 10 möglich, ein Metamaterial zu erreichen, das mittels einer feinen Struktur verkleinert werden kann und das mittels einer dreidimensionalen Mehrfachresonanzstruktur Breitbandcharakteristiken aufweist. Das Wellensteuerungsmedium 10 kann außerdem aufgrund des im Wellensteuerungsmedium 10 enthaltenen Anpassungselements 13 eine Änderung des Gesamtimpedanzwerts abschwächen und ermöglicht eine Absorption der reflektierten Welle im Basisteilstück 14. Daher kann das Wellensteuerungsmedium 10 Wellen absorbieren und steuern.
Darüber hinaus kann entsprechend dem Wellensteuerungsmedium 10 ein das Wellensteuerungsmedium 10 nutzendes Wellensteuerungselement (eine Antenne, eine Linse, ein Lautsprecher etc.) stark verkleinert werden. Außerdem werden gemäß dem Wellensteuerungsmedium 10 eine perfekte Abschirmung, Absorption, Gleichrichtung, Filterung und dergleichen ermöglicht, die neue Funktionen sind, die durch normale bzw. natürliche Materialien nicht erreicht werden können. Überdies kann das Wellensteuerungsmedium 10 die obigen Effekte zusätzlich zu einer elektromagnetischen Welle in einem weiten Bereich von Feldern wie etwa einer Lichtwelle und einer Schallwelle zeigen. Insbesondere kann das Wellensteuerungsmedium 10 die Effekte in einem Bereich mit einer langen Wellenlänge und einem breiten Band ausüben.
(3) Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines Wellensteuerungsmediums 10
Als Nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen des Wellensteuerungsmediums 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Das Wellensteuerungsmedium 10 kann als Beispiel mittels eines Molekularschablonenverfahrens hergestellt werden. Das Molekularschablonenverfahren bezieht sich hier auf ein Verfahren zum Ausbilden einer Mikrostruktur, die ein Metall, ein dielektrisches Material, ein magnetisches Material, einen Halbleiter, einen Supraleiter oder dergleichen oder ein aus einer Vielzahl von Kombinationen dieser Materialien ausgewähltes Material enthält, unter Verwendung einer aus einer organischen Substanz (künstlich/biopolymer, Nanoteilchen, Flüssigkristallmolekül etc.) erhaltenen, feinen und komplizierten Struktur als Schablone. Als das Molekularschablonenverfahren sind hauptsächlich zwei, im Folgenden beschriebene Verfahren bekannt.
Das erste Verfahren ist ein Verfahren zum Beschichten einer organischen Struktur mit einer Plattierung oder dergleichen. Bei dem zweiten Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zum Ausbilden einer Struktur unter Verwendung einer organischen Substanz, in die vorher ein Vorläufer wie etwa ein Metall oder ein Oxid eingeführt wird, und Umwandeln des Vorläufers in ein Metall, ein Oxid oder dergleichen, indem ein Brennvorgang, eine Oxidation-Reduktion oder dergleichen an der Struktur durchgeführt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Wellensteuerungsmedium 10, das als die Spule 11 und die Spule 12 mit einer Metallspiralstruktur ausgebildet ist, hergestellt, indem eine Elektrolyse oder stromlose Plattierung auf eine dreidimensionale Spiralstruktur angewendet wird, die unter Verwendung einer organischen Substanz als Schablone ausgebildet wird. Im Herstellungsprozess des Wellensteuerungsmediums 10 können die Spule 11 und die Spule 12 in einer dreidimensionalen feinen Struktur ausgebildet werden, indem die Selbstorganisation der organischen Substanz genutzt wird. Gemäß dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, das Wellensteuerungsmedium 10 mit einer komplizierten und feinen dreidimensionalen Mikrostruktur, die mittels eines herkömmlichen bzw. gängigen Verfahrens schwer herzustellen ist, einfach herzustellen.
Man beachte, dass das Wellensteuerungsmedium 10 durch ein Verfahren zum Ausbilden einer dreidimensionalen Spiralstruktur unter Ausnutzung einer Verformung einer Metallstruktur aufgrund einer Spannung hergestellt werden kann, nachdem ein auf einem Substrat wie etwa einem dielektrischen Material ausgebildeter Metallfilm geätzt wurde.
(4) Modifikation (Mehrspulen-Typ 2)
Als Nächstes wird mit Verweis auf 3 ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 15 gemäß einer Modifikation der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 3A ist eine perspektivische Ansicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 15 eines Mehrspulen-Typs 2 gemäß der Modifikation der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 3B ist eine Seitenansicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 15 veranschaulicht, und 3C ist eine Draufsicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 15 veranschaulicht. Ähnlich dem Wellensteuerungsmedium 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Wellensteuerungsmedium 15 eine Einheitsstruktur aus einem Metamaterial.
Wie in 3A veranschaulicht ist, umfasst das Wellensteuerungsmedium 15 eine Spule 16 und eine Spule 17, die in einer Doppelspiralstruktur ausgebildet sind, in der die Spulen 16 und 17 vertikal überlappen, wobei Enden gegeneinander versetzt sind, und ein Basisteilstück 19, das als Substrat oder rechteckiges Parallelepiped ausgebildet und über ein Anpassungselement 18 mit der Spule 16 und der Spule 17 verbunden ist. Das Anpassungselement 18 ist auf der gesamten Oberfläche des Basisteilstücks 19 angeordnet, die der Spule 16 und der Spule 17 zugewandt ist.
Wie in 3B veranschaulicht ist, beträgt eine Gesamthöhe L2 der Spule 16 und der Spule 17 vorzugsweise 1/100 bis 1/2 der Wellenlänge einer einfallenden Welle und beträgt eine Breite S2 zwischen der Spule 16 und der Spule 17 in der vertikalen Richtung in Bezug auf die Oberfläche des Basisteilstücks 19 vorzugsweise 1/1000 bis 1/10 der Wellenlänge der einfallenden Welle. Das Wellensteuerungsmedium 15 hat eine Struktur, in der sowohl die Spule 16 als auch die Spule 17 eine einem Blindwiderstand äquivalente Funktion und eine einem Kondensator äquivalente Funktion infolge eines Intervalls der Breite S2 haben.
Wie in 3C veranschaulicht ist, beträgt außerdem ein Durchmesser D2 einer Windung der Spule 16 und der Spule 17 vorzugsweise 1/100 bis 1/2 der Wellenlänge der einfallenden Welle und beträgt eine Breite d2 des dünnen Drahts sowohl der Spule 16 als auch der Spule 17 vorzugsweise 1/1000 bis 1/100 der Wellenlänge der einfallenden Welle. Darüber hinaus beträgt die Versetzung zwischen dem Ende der Spule 16 und dem Ende der Spule 17 in der Spiralrichtung (Umfangsrichtung) in Form des Mittelpunktwinkels θ einer Windung vorzugsweise 1° bis 90°.
Die Materialien der Spule 16 und der Spule 17 sind nicht notwendigerweise gleich und können sich voneinander unterscheiden. Außerdem bilden die Spule 16 und die Spule 17 einen Kondensator zwischen der unteren Oberfläche der Spule 16 und der oberen Oberfläche der Spule 17, die einander gegenüberliegen, und bilden einen Induktor, indem sie durch die Spiralstruktur der Spule 16 und der Spule 17 eine dreidimensionale Mehrfachresonanzstruktur ausbilden.
Das Wellensteuerungsmedium 15 weist eine gebündelte dreidimensionale Spulenstruktur auf, wodurch die Induktivität erhöht wird, und bildet einen Kondensator zwischen dünnen Drähten, wodurch die Kapazität erhöht wird. Gemäß dem Wellensteuerungsmedium 15 ist es daher möglich, ein Metamaterial zu erreichen, das durch eine feine Struktur verkleinert werden kann und das durch eine dreidimensionale Mehrfachresonanzstruktur breitere Bandcharakteristiken aufweist. Ähnlich dem Wellensteuerungsmedium 10 kann außerdem das Wellensteuerungsmedium 15 die Welle durch das Anpassungselement 18 absorbieren und steuern.
2. Zweite Ausführungsform (Koaxialkabel-Typ)
Als Nächstes wird mit Verweis auf 4 und 5 ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 20 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie beschrieben. 4A ist eine perspektivische Ansicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 20 eines Koaxialkabel-Typs gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 4B ist eine Seitenansicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 20 veranschaulicht, und 4C ist eine Draufsicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 20 veranschaulicht. 5 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer dreidimensionalen Struktur des Wellensteuerungsmediums 20 veranschaulicht. Das Wellensteuerungsmedium 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Einheitsstruktur eines Metamaterials wie in der ersten Ausführungsform.
Wie in 4A veranschaulicht ist, umfasst das Wellensteuerungsmedium 20 eine in einer Spiralstruktur ausgebildete Spule 22 und ein Basisteilstück 24, das als Substrat oder rechteckiges Parallelepiped ausgebildet und über ein Anpassungselement 23 mit der Spule 22 verbunden ist. Die Spule 22 weist einen Innenraum auf, in dem eine Spule 21 mit einem Spalt oder einem Harz zwischen der Spule 21 und der Spule 22 angeordnet ist. Das Anpassungselement 23 ist auf der gesamten Oberfläche des Basisteilstücks 24, die der Spule 22 zugewandt ist, angeordnet.
Wie in 4B veranschaulicht ist, beträgt eine Gesamthöhe L3 der Spule 22 1/100 bis 1/2 der Wellenlänge einer einfallenden Welle und beträgt eine Breite S3 eines Spalts G oder eines Harzes zwischen der Spule 21 und der Spule 22 vorzugsweise 1/1000 bis 1/10 der Wellenlänge der einfallenden Welle. Das Wellensteuerungsmedium 20 hat eine Struktur, in der sowohl die Spule 21 als auch die Spule 22 eine einem Blindwiderstand äquivalente Funktion und eine einem Kondensator äquivalente Funktion aufgrund eines Intervalls der Breite S3 haben.
Wie in 4C veranschaulicht ist, beträgt außerdem ein Durchmesser D3 einer Windung der Spule 21 und der Spule 22 vorzugsweise 1/100 bis 1/2 der Wellenlänge der einfallenden Welle und beträgt eine Breite d3 des dünnen Drahts sowohl der Spule 21 als auch der Spule 22 vorzugsweise 1/1000 bis 1/100 der Wellenlänge der einfallenden Welle.
Wie in 5 veranschaulicht ist, ist die dreidimensionale Struktur des Wellensteuerungsmediums 20 vom Koaxial-Typ. Das Wellensteuerungsmedium 20 ist in beispielsweise einer Zweischichtstruktur (Mehrschichtstruktur) mit einer Form ausgebildet, bei der eine äußere Oberfläche der Spule 21, die eine dreidimensionale Mikrostruktur ist, die in einer Spiralstruktur wie das Wellensteuerungsmedium 10 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet ist, mit einer inneren Oberfläche der Spule 22 bedeckt ist, wobei ein feiner Spalt G oder ein Harz dazwischen angeordnet ist. Das Wellensteuerungsmedium 20 weist als Ganzes eine Struktur aus einer Spule auf, weist aber zwei dreidimensionale Mikrostrukturen auf, die von der Spule 22 und der in der Spule 22 integrierten Spule 21 gebildet werden. Man beachte, dass das Wellensteuerungsmedium 20 nicht darauf beschränkt ist, eine Zweischichtstruktur aufzuweisen, und eine Mehrschichtstruktur aus drei oder mehr Schichten aufweisen kann. Ferner ist das Wellensteuerungsmedium 20 nicht darauf beschränkt, eine Struktur aus einer Spule als Ganzes aufzuweisen, und kann eine Mehrspulenstruktur mit Strukturen aus zwei oder mehr Spulen aufweisen.
Die Spule 21 und die Spule 22 werden von dünnen Drähten gebildet. Die Spule 21 und die Spule 22 bilden einen Kondensator zwischen der äußeren Oberfläche der Spule 21 und der inneren Oberfläche der Spule 22, die einander zugewandt sind, und bilden einen Induktor, indem sie eine dreidimensionale Mehrfachresonanzstruktur durch die Spule 21 und die Spule 22 mit einer Spiralstruktur ausbilden.
Das Wellensteuerungsmedium 20 weist eine gebündelte dreidimensionale Spulenstruktur auf, wodurch die Induktivität erhöht wird, und bildet einen Kondensator zwischen der äußeren Oberfläche der Spule 21 aus dünnem Draht und der inneren Oberfläche der Spule 22 aus dünnem Draht, wodurch die Kapazität erhöht wird. Daher ist es gemäß dem Wellensteuerungsmedium 20 möglich, wie in der ersten Ausführungsform ein Metamaterial zu erreichen, das durch eine feine Struktur verkleinert werden kann und das durch eine dreidimensionale Mehrfachresonanzstruktur Breitbandcharakteristiken aufweist.
3. Dritte Ausführungsform (Doppelgyroid-Typ)
Als Nächstes wird mit Verweis auf 6 ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 30 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie beschrieben. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 30 eines Doppelgyroid-Typs gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Das Wellensteuerungsmedium 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist wie in der ersten Ausführungsform ebenfalls eine Einheitsstruktur aus einem Metamaterial.
Wie in 6 veranschaulicht ist, ist das Wellensteuerungsmedium 30 von einem Doppelgyroid-Typ. Das Doppelgyroid bezieht sich hier auf eine kontinuierliche Struktur, in der zwei Spulen verschränkt sind, während sie einander gegenüberliegen, ohne miteinander in Kontakt zu sein. Das Wellensteuerungsmedium 30 umfasst eine Spule 31 und eine Spule 32, von denen jede eine dreidimensionale Mikrostruktur ist, und weist eine kontinuierliche dreidimensionale Struktur auf, in der die Spule 31 und die Spule 32 verschränkt sind, während sie einander gegenüberliegen, ohne miteinander in Kontakt zu sein. Man beachte, dass das Wellensteuerungsmedium 30 nicht darauf beschränkt ist, ein Doppelgyroid mit Doppelspulen aufzuweisen, und ein Gyroid mit einer Mehrspulenstruktur mit drei oder mehr Spulen aufweisen kann.
Die Spule 31 und die Spule 32 werden von dünnen Drähten gebildet. Die Spule 31 und die Spule 32 bilden einen Kondensator zwischen einer lateralen Fläche der Spule 31 und einer lateralen Fläche der Spule 32, die einander zugewandt sind, und bilden einen Induktor, indem sie eine dreidimensionale Mehrfachresonanzstruktur durch die Spule 31 und die Spule 32 bilden, die eine kontinuierliche dreidimensionale Struktur definieren.
Das Wellensteuerungsmedium 30 weist eine gebündelte dreidimensionale Spulenstruktur auf, wodurch die Induktivität erhöht wird, und bildet einen Kondensator zwischen der lateralen Fläche der Spule 31 aus dünnem Draht und der lateralen Fläche der Spule 32 aus dünnem Draht, wodurch die Kapazität erhöht wird. Gemäß dem Wellensteuerungsmedium 30 ist es daher möglich, ein Metamaterial, das durch eine feine Struktur verkleinert werden kann und das durch eine dreidimensionale Mehrfachresonanzstruktur Breitbandcharakteristiken aufweist, wie in der ersten Ausführungsform zu erreichen.
4. Vierte Ausführungsform (konischer Typ)
Als Nächstes wird mit Verweis auf 7 ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 40 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie beschrieben. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 40 eines konischen Typs gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Das Wellensteuerungsmedium 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ebenfalls eine Einheitsstruktur aus einem Metamaterial wie in der ersten Ausführungsform.
Wie in 7 veranschaulicht ist, weist das Wellensteuerungsmedium 40 als Ganzes eine konische Form auf, die sich in Bezug auf die Papierfläche von 7 nach unten hin aufweitet. Das Wellensteuerungsmedium 40 umfasst eine Spule 41 und eine Spule 42, von denen jede eine dreidimensionale Mikrostruktur ist, und weist eine dünndrahtige Doppelspiralstruktur auf, in der die Spule 42 parallel mit und außerhalb der Spule 41 so gewickelt ist, dass sie der Spule 41 gegenüberliegt. Man beachte, dass das Wellensteuerungsmedium 40 nicht darauf beschränkt ist, eine Doppelspulenstruktur aufzuweisen, und eine Mehrspulenstruktur mit drei oder mehr Spulen aufweisen kann. Außerdem kann das Wellensteuerungsmedium 40 eine konische Form haben, die sich in Bezug auf die Papierfläche von 7 als Ganzes nach unten hin verengt.
Die Spule 41 und die Spule 42 werden von dünnen Drähten gebildet. Die Spule 41 und die Spule 42 bilden einen Kondensator zwischen einer lateralen Fläche der Spule 41 und einer lateralen Fläche der Spule 42, die einander zugewandt sind, und bilden einen Induktor, indem sie eine dreidimensionale Mehrfachresonanzstruktur durch die Spule 41 und die Spule 42, die eine konische Spiralstruktur aufweisen, bilden.
Das Wellensteuerungsmedium 40 weist eine gebündelte dreidimensionale Spulenstruktur auf, wodurch die Induktivität erhöht wird, und bildet einen Kondensator zwischen der lateralen Fläche der Spule 41 aus dünnem Draht und der lateralen Fläche der Spule 42 aus dünnem Draht, wodurch die Kapazität erhöht wird. Gemäß dem Wellensteuerungsmedium 40 ist es daher möglich, ein Metamaterial, das durch eine feine Struktur verkleinert werden kann und das durch eine dreidimensionale Mehrfachresonanzstruktur Breitbandcharakteristiken aufweist, wie in der ersten Ausführungsform zu erreichen.
5. Fünfte Ausführungsform (Kombination mit einer Drahtstruktur)
(1) Kombination einer Vielzahl von Strukturen
Die fünfte Ausführungsform wird als ein Beispiel beschrieben, bei dem ein Wellensteuerungsmedium unter Verwendung einer Kombination einer Vielzahl von Strukturen entworfen wird. Die Vielzahl von Strukturen wird kombiniert, um zum Beispiel eine Struktur zu erhalten, in der jede der Vielzahl von Strukturen eine Funktion für ein elektrisches Feld und ein magnetisches Feld, die eine elektromagnetische Welle bilden, hat. Das heißt, die Vielzahl von Strukturen wird kombiniert, um Funktionen über jede Struktur zu verteilen.
Hier meint eine Funktion für das elektrische Feld ein Steuern der relativen Permittivität ε_r und meint eine Funktion für für das magnetische Feld ein Steuern der relativen magnetischen Permeabilität µ_r. Daher kann das Wellensteuerungsmedium gemäß der vorliegenden Ausführungsform die relative Permittivität und die relative magnetische Permeabilität ferner auf gewünschte Werte steuern, indem eine Vielzahl von Strukturen kombiniert wird.
(2) Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 50
Als Nächstes wird mit Verweis auf 8 ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 50 gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Technologie beschrieben. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Das Wellensteuerungsmedium 50 unterscheidet sich vom Wellensteuerungsmedium 10 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass eine Drahtstruktur mit einer Doppelspulenstruktur kombiniert ist. Die übrigen Konfigurationen des Wellensteuerungsmediums 50 sind jenen des Wellensteuerungsmediums 10 ähnlich.
Wie in 8 veranschaulicht ist, umfasst das Wellensteuerungsmedium 50 eine Spule 11 und eine Spule 12, von denen jede eine in einer Spiralstruktur ausgebildete dreidimensionale Mikrostruktur ist. Das Wellensteuerungsmedium 50 weist eine dünndrahtige Doppelspiralstruktur auf, in der die Spule 12 parallel zu und außerhalb der Spule 11 so gewickelt ist, dass sie der Spule 11 gegenüberliegt. Ferner ist das Wellensteuerungsmedium 50 mit einem stabförmigen dünnen Draht 51, der sich in der Richtung erstreckt, in der sich die Mittelachse erstreckt, an der Mittelachsenposition der Spiralstruktur innerhalb der Spule 11 versehen. Der Draht 51 ist in einem geringen Abstand von der Spule 11 entfernt angeordnet.
Das Wellensteuerungsmedium 50 ist nicht darauf beschränkt, eine Doppelspulenstruktur aufzuweisen, und kann nur eine Spule oder eine Mehrspulenstruktur mit drei oder mehr Spulen aufweisen. In einem Fall, in dem die Mehrspulenstruktur mit drei oder mehr Spulen verwendet wird, sind die Spulen nicht darauf beschränkt, einander parallel gegenüberzuliegen, und können sie sich an jeder beliebigen Position befinden, solange sie miteinander nicht direkt in Kontakt sind.
Ähnlich der Spule 11 und der Spule 12 wird der Draht 51 von einem dünnen Draht gebildet, der ein Metall, ein dielektrisches Material, ein magnetisches Material, einen Halbleiter oder einen Supraleiter oder ein aus einer Vielzahl von Kombinationen dieser Materialien ausgewähltes Material enthält. Ferner ist das Material des Drahts 51 nicht notwendigerweise das Gleiche wie die Materialien der Spule 11 und der Spule 12 und können sich die Materialien des Drahts 51, der Spule 11 und der Spule 12 voneinander unterscheiden. Ferner ist man nicht darauf beschränkt, nur einen Draht 51 zu nutzen, und können zwei oder mehr Drähte 51 verwendet werden. Man beachte, dass der Draht 51 nicht in der Spule 11 und der Spule 12 enthalten sein muss, und der Spule 11 und der Spule 12 benachbart sein oder nahe diesen liegen kann.
Im Wellensteuerungsmedium 50 wird angenommen, dass die Richtung des elektrischen Feldes einer anzulegenden Funkwelle mit der Elektronenoszillationsrichtung zusammenfällt bzw. übereinstimmt, in der sich der Draht 51 erstreckt, und die Richtung des magnetischen Feldes der anzulegenden Funkwelle zur Richtung einer magnetischen Kraft orthogonal ist, die durch eine Schleife eines durch die Spule 11 und die Spule 12 fließenden elektrischen Stroms elektromagnetisch induziert wird. In diesem Fall hat der Draht 51 eine Funktion für das magnetische Feld und haben die Spule 11 und die Spule 12 eine Funktion für das elektrische Feld. Das heißt, die entlang dem Draht 51 oszillierenden Elektronen wirken bzw. haben eine Funktion für das magnetische Feld. Außerdem haben die Spule 11 und die Spule 12 eine Funktion für das elektrische Feld.
Eine Funktion für das magnetische Feld, wie oben beschrieben, meint ein Steuern der relativen magnetischen Permeabilität µ_r, und eine Funktion für das elektrische Feld, wie oben beschrieben, meint ein Steuern der relativen Permittivität ε_r. Daher kann das Wellensteuerungsmedium 50 die relative magnetische Permeabilität und die relative Permittivität durch Kombinieren einer Vielzahl von Strukturen freier auf gewünschte Werte steuern.
Das Wellensteuerungsmedium 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann einen Effekt ähnlich dem Effekt des Wellensteuerungsmediums 10 gemäß der ersten Ausführungsform liefern und kann ferner die relative magnetische Permeabilität und/oder die relative Permittivität genau bzw. fein einstellen, indem Funktionen unter Verwendung der Struktur des Drahts 51 in Kombination verteilt werden, falls es schwierig ist, gewünschte physikalische Eigenschaften nur mittels der Spiralstrukturen der Spule 11 und der Spule 12 zu erzielen. Darüber hinaus dient das Wellensteuerungsmedium 50 auch als Kondensator zwischen dem Draht 51 und der Spule 11, wodurch im Vergleich mit dem Wellensteuerungsmedium 10 die Kapazität erhöht werden kann.
(3) Erste Modifikation des Wellensteuerungsmediums 50
Als Nächstes wird mit Verweis auf 9 die erste Modifikation des Wellensteuerungsmediums 50 beschrieben. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 60 gemäß der ersten Modifikation des Wellensteuerungsmediums 50 veranschaulicht. Das Wellensteuerungsmedium 60 unterscheidet sich vom Wellensteuerungsmedium 50 dadurch, dass sich der Draht außerhalb der Spule befindet und sich in einer Richtung orthogonal zur Mittelachse der Spule erstreckt. Die übrigen Konfigurationen des Wellensteuerungsmediums 60 sind jenen des Wellensteuerungsmediums 50 ähnlich.
Wie in 9 veranschaulicht ist, umfasst das Wellensteuerungsmedium 60 einen stabförmigen dünnen Draht 61, der sich in einer Richtung orthogonal zur Mittelachse der Spiralstruktur der Spule 11 und der Spule 12 außerhalb der Spule 11 und der Spule 12 erstreckt. Der Draht 61 ist in einem geringen Abstand von der Spule 12 entfernt angeordnet.
Beim Wellensteuerungsmedium 60 wird angenommen, dass die Richtung eines elektrischen Feldes einer anzulegenden Funkwelle mit der Elektronenoszillationsrichtung übereinstimmt, in der sich der Draht 61 erstreckt, und die Richtung eines magnetischen Feldes der anzulegenden Funkwelle mit der Richtung einer magnetischen Kraft übereinstimmt, die durch eine Schleife eines durch die Spule 11 und die Spule 12 fließenden elektrischen Stroms elektromagnetisch induziert wird. In diesem Fall hat der Draht 61 eine Funktion für das elektrische Feld und haben die Spule 11 und die Spule 12 eine Funktion für das magnetische Feld. Das heißt, die entlang dem Draht 61 oszillierenden Elektronen haben eine Funktion für das elektrische Feld. Außerdem wird, wenn eine Schleife eines elektrischen Stroms durch eine Oszillation von Elektronen entlang der Spule 11 und der Spule 12 erzeugt wird, gemäß dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion eine magnetische Kraft an einer Mittelachsenposition in der Mitte der Spule 11 und der Spule 12 induziert und haben infolgedessen die Spule 11 und die Spule 12 eine Funktion für das magnetische Feld.
Eine Funktion für das elektrische Feld, wie oben beschrieben, meint ein Steuern der relativen Permittivität ε_r, und eine Funktion für das magnetische Feld, wie oben beschrieben, meint ein Steuern der relativen magnetischen Permeabilität µ_r. Daher kann das Wellensteuerungsmedium 60 die relative Permittivität und die relative magnetische Permeabilität durch Kombinieren einer Vielzahl von Strukturen freier auf gewünschte Werte steuern.
Wie beim Wellensteuerungsmedium 50 kann das Wellensteuerungsmedium 60 gemäß der vorliegenden Modifikation die relative Permittivität und/oder die relative magnetische Permeabilität fein einstellen, indem Funktionen unter Verwendung der Struktur des Drahts 61 in Kombination verteilt werden, falls es schwierig ist, gewünschte physikalische Eigenschaften nur mittels der Spiralstrukturen der Spule 11 und der Spule 12 zu erzielen.
(4) Zweite Modifikation des Wellensteuerungsmediums 50
Als Nächstes wird mit Verweis auf 10 die zweite Modifikation des Wellensteuerungsmediums 50 beschrieben. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 70 gemäß der zweiten Modifikation des Wellensteuerungsmediums 50 veranschaulicht. Das Wellensteuerungsmedium 70 unterscheidet sich vom Wellensteuerungsmedium 50 dadurch, dass sich der Draht außerhalb der Spule befindet. Die übrigen Konfigurationen des Wellensteuerungsmediums 70 sind jenen des Wellensteuerungsmediums 50 ähnlich.
Wie in 10 veranschaulicht ist, umfasst das Wellensteuerungsmedium 70 einen stabförmigen dünnen Draht 71, der sich in einer Richtung parallel zur Mittelachse der Spiralstruktur der Spule 11 und der Spule 12 außerhalb der Spule 11 und der Spule 12 erstreckt. Der Draht 71 ist in einem geringen Abstand von der Spule 12 entfernt angeordnet.
Beim Wellensteuerungsmedium 70 wird angenommen, dass die Richtung eines elektrischen Feldes einer anzulegenden Funkwelle mit der Elektronenoszillationsrichtung, in der sich der Draht 71 erstreckt, übereinstimmt und die Richtung des magnetischen Feldes der anzulegenden Funkwelle zur Richtung eines magnetischen Feldes orthogonal ist, das durch eine Schleife eines durch die Spule 11 und die Spule 12 fließenden elektrischen Stroms elektromagnetisch induziert wird. In diesem Fall hat der Draht 71 eine Funktion für das Magnetfeld und haben die Spule 11 und die Spule 12 eine Funktion für das elektrische Feld. Das heißt, die entlang dem Draht 71 oszillierenden Elektronen haben eine Funktion für das magnetische Feld. Außerdem haben die Spule 11 und die Spule 12 eine Funktion für das elektrische Feld.
Das Wellensteuerungsmedium 70 gemäß der vorliegenden Modifikation kann einen Effekt ähnlich dem Effekt des Wellensteuerungsmediums 50 liefern.
6. Sechste Ausführungsform (Kombination mit einer Plattenstruktur)
(1) Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 80
Als Nächstes wird mit Verweis auf 11 ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 80 gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Technologie beschrieben. 11 ist eine perspektivische Ansicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 80 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Das Wellensteuerungsmedium 80 unterscheidet sich vom Wellensteuerungsmedium 10 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass eine Plattenstruktur mit einer Doppelspulenstruktur kombiniert ist. Die übrigen Konfigurationen des Wellensteuerungsmediums 80 sind jenen des Wellensteuerungsmediums 10 ähnlich.
Ähnlich dem Wellensteuerungsmedium 10 umfasst das Wellensteuerungsmedium 80 eine Spule 11 und eine Spule 12, wie in 11 veranschaulicht ist. Außerdem umfasst das Wellensteuerungsmedium 80 eine dünne blattförmige Platte 81, die sich in einer Richtung parallel zur Mittelachse der Spiralstruktur der Spule 11 und der Spule 12 außerhalb der Spule 11 und der Spule 12 erstreckt. Die Platte 81 ist in einem geringen Abstand von der Spule 12 entfernt angeordnet.
Ähnlich der Spule 11 und der Spule 12 wird die Platte 81 von einem dünnen Draht gebildet, der ein Metall, ein dielektrisches Material, ein magnetisches Material, einen Halbleiter oder einen Supraleiter oder ein aus einer Vielzahl von Kombinationen dieser Materialien ausgewähltes Material enthält. Ferner ist das Material der Platte 81 nicht notwendigerweise das Gleiche wie die Materialien in der Spule 11 und der Spule 12 und können sich die Materialien der Platte 81, der Spule 11 und der Spule 12 voneinander unterscheiden. Überdies ist man nicht darauf beschränkt, nur eine Platte 81 zu verwenden, und können zwei oder mehr Platten 81 genutzt werden. Man beachte, dass die Platte 81 auch an einer Mittelachsenposition der Spiralstruktur innerhalb der Spule 11 in einer Richtung, in der sich die Mittelachse erstreckt, von der Spule 11 getrennt vorgesehen werden kann. In diesem Fall dient das Wellensteuerungsmedium 80 als Kondensator zwischen der Platte 81 und der Spule 11, wodurch im Vergleich mit dem Wellensteuerungsmedium 10 die Kapazität erhöht werden kann.
Beim Wellensteuerungsmedium 80 nimmt man an, dass die Richtung eines elektrischen Feldes einer anzulegenden Funkwelle mit der Elektronenoszillationsrichtung übereinstimmt, in der sich die Platte 81 erstreckt, und die Richtung eines magnetischen Feldes der anzulegenden Funkwelle zur Richtung einer magnetischen Kraft orthogonal ist, die durch eine Schleife eines durch die Spule 11 und die Spule 12 fließenden elektrischen Stroms elektromagnetisch induziert wird. In diesem Fall hat die Platte 81 eine Funktion für das magnetische Feld und haben die Spule 11 und die Spule 12 eine Funktion für das elektrische Feld. Das heißt, die entlang der Platte 81 oszillierenden Elektronen haben eine Funktion für das magnetische Feld. Außerdem haben die Spule 11 und die Spule 12 eine Funktion für das elektrische Feld.
Eine Funktion für das magnetische Feld, wie oben beschrieben, meint ein Steuern der relativen magnetischen Permeabilität µ_r, und eine Funktion für das elektrische Feld, wie oben beschrieben, meint ein Steuern der relativen Permittivität ε_r. Daher kann das Wellensteuerungsmedium 80 die relative magnetische Permeabilität und die relative Permittivität durch Kombinieren einer Vielzahl von Strukturen auf gewünschte Werte frei steuern.
Das Wellensteuerungsmedium 80 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann einen Effekt ähnlich dem Effekt des Wellensteuerungsmediums 10 gemäß der ersten Ausführungsform liefern und kann ferner die relative magnetische Permeabilität und/oder die relative Permittivität fein einstellen, indem Funktionen unter Verwendung der Struktur der Platte 81 in Kombination verteilt werden, falls es schwierig ist, gewünschte physikalische Eigenschaften nur mittels der Spiralstrukturen der Spule 11 und der Spule 12 zu erzielen.
(2) Modifikation des Wellensteuerungsmedium 80
Als Nächstes wird mit Verweis auf 12 eine Modifikation des Wellensteuerungsmediums 80 beschrieben. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 90 gemäß der Modifikation des Wellensteuerungsmediums 80 veranschaulicht. Das Wellensteuerungsmedium 90 unterscheidet sich vom Wellensteuerungsmedium 80 dadurch, dass sich eine Platte in einer Richtung orthogonal zur Mittelachse der Spule erstreckt. Die übrigen Konfigurationen des Wellensteuerungsmediums 90 sind jenen des Wellensteuerungsmediums 80 ähnlich.
Wie in 12 veranschaulicht ist, umfasst das Wellensteuerungsmedium 90 eine blattförmige Platte 91 aus dünnem Draht, die sich in einer Richtung orthogonal zur Mittelachse der Spiralstruktur der Spule 11 und der Spule 12 außerhalb der Spule 11 und der Spule 12 erstreckt. Die Platte 91 ist in einem geringen Abstand von der Spule 12 entfernt angeordnet.
Beim Wellensteuerungsmedium 90 wird angenommen, dass die Richtung eines elektrischen Feldes einer anzulegenden Funkwelle mit der Elektronenoszillationsrichtung übereinstimmt, in der sich die Platte 91 erstreckt, und die Richtung eines magnetischen Feldes der anzulegenden Funkwelle mit der Richtung einer magnetischen Kraft übereinstimmt, die durch eine Schleife eines durch die Spule 11 und die Spule 12 fließenden elektrischen Stroms elektromagnetisch induziert wird. In diesem Fall hat die Platte 91 eine Funktion für das elektrische Feld und haben die Spule 11 und die Spule 12 eine Funktion für das magnetische Feld. Das heißt, die entlang der Platte 91 oszillierenden Elektronen haben eine Funktion für das elektrische Feld. Außerdem wird, wenn eine Schleife eines elektrischen Stroms durch Oszillation von Elektronen entlang der Spule 11 und der Spule 12 erzeugt wird, gemäß dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion eine magnetische Kraft an einer Mittelachsenposition der Mitte der Spule 11 und der Spule 12 erzeugt und haben infolgedessen die Spule 11 und die Spule 12 eine Funktion für das magnetische Feld.
Eine Funktion für das elektrische Feld, wie oben beschrieben, meint ein Steuern der relativen Permittivität ε_r, und eine Funktion für das magnetische Feld, wie oben beschrieben, meint ein Steuern der relativen magnetischen Permeabilität µ_r. Daher kann das Wellensteuerungsmedium 90 die relative Permittivität und die relative magnetische Permeabilität durch Kombinieren einer Vielzahl von Strukturen freier auf gewünschte Werte steuern.
Wie beim Wellensteuerungsmedium 80 kann das Wellensteuerungsmedium 90 gemäß der vorliegenden Modifikation die relative Permittivität und/oder die relative magnetische Permeabilität fein einstellen, indem Funktionen unter Verwendung der Struktur der Platte 91 in Kombination verteilt werden, falls es schwierig ist, allein mittels der Spiralstrukturen der Spule 11 und der Spule 12 gewünschte physikalische Eigenschaften zu erzielen.
7. Siebte Ausführungsform (Kombination mit einer kugelförmigen Struktur)
Als Nächstes wird mit Verweis auf 13 ein Konfigurationsbeispiel eines Wellensteuerungsmediums 100 gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Technologie beschrieben. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die das Konfigurationsbeispiel des Wellensteuerungsmediums 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Das Wellensteuerungsmedium 100 unterscheidet sich vom Wellensteuerungsmedium 10 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass eine kugelförmige Struktur mit einer Doppelspulenstruktur kombiniert ist. Die übrigen Konfigurationen des Wellensteuerungsmediums 100 sind jenen des Wellensteuerungsmediums 10 ähnlich.
Wie in 13 veranschaulicht ist, umfasst das Wellensteuerungsmedium 100 wie beim Wellensteuerungsmedium 10 eine Spule 11 und eine Spule 12, von denen jede eine dreidimensionale Mikrostruktur ist. Das Wellensteuerungsmedium 100 ist ferner mit einer Vielzahl von Kugeln 101, die in der Richtung in einem Array angeordnet sind, in der sich die Mittelachse erstreckt, an der Mittelachsenposition der Spiralstruktur innerhalb der Spule 11 versehen. Jede der Kugeln 101 ist in einem geringen Abstand von der Spule 11 entfernt angeordnet.
Ähnlich der Spule 11 und der Spule 12 wird jede der Kugeln 101 von einem Metall, einem dielektrischen Material, einem magnetischen Material, einem Halbleiter oder einem Supraleiter oder einem aus einer Vielzahl von Kombinationen dieser Materialien ausgewählten Material gebildet. Ferner ist das Material der Kugeln 101 nicht notwendigerweise das Gleiche wie die Materialien der Spule 11 und der Spule 12 und können sich die Materialien der Kugeln 101, der Spule 11 und der Spule 12 voneinander unterscheiden. Darüber hinaus ist die Anzahl an Kugeln 101 nicht beschränkt und kann jede beliebige Anzahl an Kugeln 101 vorgesehen werden. Man beachte, dass die Kugeln 101 auch außerhalb der Spule 11 und der Spule 12 angeordnet werden können.
Beim Wellensteuerungsmedium 100 wird angenommen, dass die Richtung eines elektrischen Feldes einer anzulegenden Funkwelle mit der Elektronenoszillationsrichtung übereinstimmt, in der die Kugeln 101 in einem Array angeordnet sind, und die Magnetfeldrichtung der anzulegenden Funkwelle zur Richtung einer magnetischen Kraft orthogonal ist, die durch eine Schleife eines durch die Spule 11 und die Spule 12 fließenden elektrischen Stroms elektromagnetisch induziert wird. In diesem Fall haben die Kugeln 101 eine Funktion für das magnetische Feld und haben die Spule 11 und die Spule 12 eine Funktion für das elektrische Feld. Das heißt, die entlang den Kugeln 101 oszillierenden Elektronen haben eine Funktion für das Magnetfeld. Außerdem haben die Spule 11 und die Spule 12 eine Funktion für das elektrische Feld.
Das Wellensteuerungsmedium 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann einen Effekt ähnlich dem Effekt des Wellensteuerungsmediums 10 gemäß der ersten Ausführungsform liefern und kann ferner die relative magnetische Permeabilität und/oder die relative Permittivität fein einstellen, indem Funktionen unter Verwendung der Struktur der Kugeln 101 in Kombination verteilt werden, falls es schwierig ist, allein mittels der Spiralstrukturen der Spule 11 und der Spule 12 gewünschte physikalische Eigenschaften zu erzielen. Darüber hinaus dient das Wellensteuerungsmedium 100 auch als Kondensator zwischen den Kugeln 101 und der Spule 11, wodurch im Vergleich mit dem Wellensteuerungsmedium 10 die Kapazität erhöht werden kann.
8. Achte Ausführungsform (elektromagnetische Wellen absorbierendes Bauteil)
Als Nächstes wird mit Verweis auf 14 und 15 ein Konfigurationsbeispiel eines elektromagnetische Wellen absorbierenden Bauteils 110 gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Technologie beschrieben. 14 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des elektromagnetische Wellen absorbierenden Bauteils 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einer Richtung senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung veranschaulicht.
Wie in 14 veranschaulicht ist, weist das elektromagnetische Wellen absorbierende Bauteil (ein elektromagnetische Wellen absorbierendes Blatt bzw. eine elektromagnetische Wellen absorbierende Folie) 110 eine rechteckige Form auf, bei der ein Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung in der horizontalen Richtung verlängert ist. Das elektromagnetische Wellen absorbierende Bauteil 110 umfasst einen Träger 111 in einem unteren Abschnitt bzw. Teil und ein Wellensteuerungsmedium 112 auf dem Träger 111. Der Träger 111 enthält ein Metall, ein dielektrisches Material oder ein Harz.
Das Wellensteuerungsmedium 112 ist ein Metamaterial mit einem Harz eines Wellensteuerungselements, worin beliebige der dreidimensionalen Strukturen der oben beschriebenen Wellensteuerungsmedien 10 bis 100 in einer Array-Struktur integriert sind oder eine Vielzahl dreidimensionaler Strukturen verteilt ist.
Als ein Beispiel veranschaulicht 15 eine Struktur, in der die dreidimensionalen Strukturen des Wellensteuerungsmediums 10 in einem Harz verteilt sind. 15A ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des aus einer schrägen Richtung betrachteten, elektromagnetische Wellen absorbierenden Bauteils 110 veranschaulicht. 15B ist eine perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des in einer Querschnittsrichtung betrachteten, elektromagnetische Wellen absorbierenden Bauteils 110 veranschaulicht.
Im elektromagnetische Wellen absorbierenden Bauteil 110 sind die dreidimensionalen Strukturen der Vielzahl von Wellensteuerungsmedien 10 in einem Harz des Wellensteuerungsmediums 112 wie Teilchen zufällig verteilt, wie in 15A und 15B veranschaulicht ist.
Das elektromagnetische Wellen absorbierende Bauteil 110 kann eine eingestrahlte elektromagnetische Welle absorbieren, indem ein Brechungsindex in einer Richtung der Absorption der elektromagnetischen Welle durch das Wellensteuerungsmedium 112 gesteuert wird, worin die dreidimensionalen Strukturen des Wellensteuerungsmediums 10 angeordnet sind. Das elektromagnetische Wellen absorbierende Bauteil 110 kann auch als ein elektromagnetische Wellen abschirmendes Bauteil genutzt werden, das eine eingestrahlte elektromagnetische Welle abschirmt, indem ein Brechungsindex in einer Richtung der Abschirmung der elektromagnetischen Welle durch das Wellensteuerungsmedium 112 gesteuert wird. Darüber hinaus kann das elektromagnetische Wellen absorbierende Bauteil 110 für einen Sensor eines ETC, eines Radargeräts oder dergleichen genutzt werden.
9. Neunte Ausführungsform (Elektromagnetischer Wellenleiter)
(1) Konfigurationsbeispiel eines elektromagnetischen Wellenleiters 120
Als Nächstes wird mit Verweis auf 16 ein Konfigurationsbeispiel des elektromagnetischen Wellenleiters 120 gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Technologie beschrieben. 16 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des elektromagnetischen Wellenleiters 120 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einer Richtung senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung veranschaulicht.
Wie in 16 veranschaulicht ist, hat der elektromagnetische Wellenleiter 120 eine rechteckige Form, bei der ein Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung in der horizontalen Richtung verlängert ist. Der elektromagnetische Wellenleiter 120 umfasst einen Träger 121 an einem unteren Abschnitt bzw. Teil und enthält Siliziumdioxid (SiO₂) oder ein dielektrisches Medium 122 auf dem Träger 121. Der Träger 121 enthält Silizium (Si), ein Metall, ein dielektrisches Material oder ein Harz.
Ein Wellenleiter 123, der eine rechteckige Form mit einem horizontal ausgedehnten Querschnitt aufweist, ist an einer Kontaktposition mit dem Träger 121 im zentralen Teil des Mediums 122 vorgesehen. Der Wellenleiter 123 wird von einem Metamaterial mit einem Harz eines Wellensteuerungselements gebildet, worin jedes Beliebige der oben beschriebenen Wellensteuerungsmedien 10 bis 100 in einer Array-Struktur integriert ist oder eine Vielzahl von Wellensteuerungsmedien verteilt ist. Man beachte, dass der elektromagnetische Wellenleiter 120 und der Wellenleiter 123 nicht die Form in der vorliegenden Ausführungsform aufweisen müssen und eine zylindrische Form oder dergleichen aufweisen können.
Mit der obigen Konfiguration kann der elektromagnetische Wellenleiter 120 den Brechungsindex der zum Wellenleiter 123 geführten elektromagnetischen Welle steuern. Überdies kann der elektromagnetische Wellenleiter 120 in einem arithmetischen Element enthalten sein.
(2) Modifikation des elektromagnetischen Wellenleiters 120
Als Nächstes wird mit Verweis auf 17 ein Konfigurationsbeispiel des elektromagnetischen Wellenleiters 120 beschrieben. 17 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines elektromagnetischen Wellenleiters 130, der eine Modifikation des elektromagnetischen Wellenleiters 120 ist, in einer Richtung senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung veranschaulicht. Der elektromagnetische Wellenleiter 130 unterscheidet sich vom elektromagnetischen Wellenleiter 120 darin, dass er eine Schicht aufweist, die ein anderes Material als das Wellensteuerungsmedium innerhalb des Wellenleiters enthält. Die Gesamtform des elektromagnetischen Wellenleiters 130 ist jener des elektromagnetischen Wellenleiters 120 ähnlich.
Wie in 17 veranschaulicht ist, hat der elektromagnetische Wellenleiter 130 eine rechteckige Form, bei der ein Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung in der horizontalen Richtung verlängert ist. Der elektromagnetische Wellenleiter 130 umfasst einen Träger 131 an einem unteren Teil und umfasst Siliziumdioxid (SiO₂) oder ein dielektrisches Medium 132 auf dem Träger 131. Der Träger 131 enthält ein Metall, ein dielektrisches Material oder ein Harz.
Ein Wellenleiter 133, der eine rechteckige Form mit einem horizontal verlängerten Querschnitt hat, ist an einer Kontaktposition mit dem Träger 133 im zentralen Teil des Mediums 132 vorgesehen. Der Wellenleiter 133 wird von einem Metamaterial mit einem Harz eines Wellensteuerungselements gebildet, worin jedes Beliebige der oben beschriebenen Wellensteuerungsmedien 10 bis 100 in einer Array-Struktur integriert ist oder eine Vielzahl der Wellensteuerungsmedien verteilt ist. Darüber hinaus ist eine Medienschicht 134, die Silizium (Si) oder Harz enthält und die gleiche Form wie der Wellenleiter 133 hat, an der Kontaktposition mit dem Träger 131 am zentralen Teil des Wellenleiters 133 ausgebildet.
Mit der obigen Konfiguration kann der elektromagnetische Wellenleiter 130 den Brechungsindex der zum Wellenleiter 133 geführten elektromagnetischen Welle steuern.
10. Normierte Bandbreite
Als Nächstes wird mit Verweis auf 18 eine normierte Bandbreite eines Metamaterials mit dem Wellensteuerungsmedium gemäß einer Beliebigen der Ausführungsformen der vorliegenden Technologie beschrieben. 18 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer normierten Bandbreite eines Metamaterials mit dem Wellensteuerungsmedium gemäß einer Beliebigen der Ausführungsformen veranschaulicht.
In der grafischen Darstellung von 18 repräsentiert die vertikale Achse eine Frequenz f und repräsentiert die horizontale Achse ein Frequenzband B. Eine Kurve K in 18 gibt eine Beziehung zwischen der Bandbreite B und der Frequenz f des Metamaterials mit dem Wellensteuerungsmedium gemäß einer Beliebigen der obigen Ausführungsformen an.
Die normierte Bandbreite des Metamaterials wird aus der Kurve K erhalten. Die Bandbreite bezieht sich hier auf einen Zwischenbandabstand einer Frequenz 2^-1/2 der Spitzen- bzw. Peak-Frequenz, und die normierte Bandbreite bezieht sich auf einen Wert, der erhalten wird, indem die Bandbreite durch die Peak-Frequenz, die die Mittenfrequenz ist, dividiert wird.
In der Kurve K wird die Peak-Frequenz fc bei dem Band Bc erhalten und wird eine Frequenz f₁, die 2^-1/2 der Peak-Frequenz ist, bei den Bändern B₁ und B₂ erhalten. Daher ist in der Kurve K die Bandbreite B₂ - B₁ und ist die normierte Bandbreite (B₂ - B₁)/fc.
Nach dem Obigen ist das Wellensteuerungsmedium gemäß den obigen Ausführungsformen optimal, wenn der Abstand in der longitudinalen Richtung des Wellensteuerungsmediums geringer als 1/10 der Wellenlänge einer Welle ist und die normierte Bandbreite eines Ansprechverhaltens 30 % oder mehr beträgt. Daher können die obigen Ausführungsformen ein Wellensteuerungselement bereitstellen, das das Wellensteuerungsmedium gemäß einer Beliebigen der obigen Ausführungsformen enthält, worin der Abstand in der longitudinalen Richtung weniger als 1/10 der Wellenlänge einer Welle beträgt und die normierte Bandbreite eines Ansprechverhaltens 30 % oder mehr beträgt. Man beachte, dass im Wellensteuerungselement das Wellensteuerungsmedium in einer Array-Struktur integriert sein kann oder eine Vielzahl der Wellensteuerungsmedien verteilt sein kann.
11. Andere Anwendungen
Als Nächstes werden Anwendungen des Metamaterials mit dem Wellensteuerungsmedium gemäß einer Beliebigen der obigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie beschrieben.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Anwendungen kann das Metamaterial mit dem Wellensteuerungsmedium gemäß einer Beliebigen der obigen Ausführungsformen für eine Wellensteuerungsvorrichtung verwendet werden, die Übertragung/Empfang oder Lichtemission/-empfang durchführt, eine kleine Antenne, eine Antenne mit niedrigem Profil, einen Frequenzauswahlfilter, einen künstlichen magnetischen Leiter, ein elektrisches Bandlückenbauteil, ein Antirausch- bzw. Rauschunterdrückungsbauteil, einen Isolator, eine Funkwellenlinse, ein Radarbauteil, eine optische Linse, einen optischen Film, ein Bauteil zur Tarnung/Unsichtbarmachung einer Funkwelle und optischen Welle (engl.: radio wave and optical camouflage/invisualization member), ein Wärmeableitungsbauteil, ein Wärmeabschirmungsbauteil, eine Wärmespeicherbauteil, eine nichtlineare Vorrichtung zur Modulation/Demodulation einer elektromagnetischen Welle, Wellenlängenumwandlung etc., einen Lautsprecher und dergleichen.
Es ist besonders zu erwähnen, dass die vorliegende Technologie auch die folgenden Konfigurationen aufweisen kann.

(1) Ein Wellensteuerungsmedium, umfassend zumindest zwei dreidimensionale Mikrostrukturen in Kombination, wobei jede der dreidimensionalen Mikrostrukturen ein Metall, ein dielektrisches Material, ein magnetisches Material, einen Halbleiter oder einen Supraleiter oder ein Material enthält, das aus einer Vielzahl von Kombinationen eines Metalls, eines dielektrischen Materials, eines magnetischen Materials, eines Halbleiters und eines Supraleiters ausgewählt wird, wobei das Wellensteuerungsmedium Funktionen eines Kondensators und eines Induktors hat.
(2) Das Wellensteuerungsmedium gemäß (1), worin jede der dreidimensionalen Mikrostrukturen in eine Spiralstruktur ausgebildet ist.
(3) Das Wellensteuerungsmedium gemäß (1) oder (2), worin jede der dreidimensionalen Mikrostrukturen in eine Mehrschichtstruktur ausgebildet ist.
(4) Das Wellensteuerungsmedium gemäß (1), worin die zumindest zwei dreidimensionalen Mikrostrukturen in eine kontinuierliche Struktur ausgebildet sind, in der die zumindest zwei dreidimensionalen Mikrostrukturen miteinander verschränkt sind, während sie einander gegenüberliegen, ohne dass sie miteinander in Kontakt sind.
(5) Das Wellensteuerungsmedium gemäß einem von (1) bis (3), worin jede der dreidimensionalen Mikrostrukturen in eine konische Form ausgebildet ist.
(6) Das Wellensteuerungsmedium gemäß einem von (1) bis (5), worin zumindest eine der dreidimensionalen Mikrostrukturen in eine Drahtform, eine Plattenform oder eine Kugelform ausgebildet ist.
(7) Ein Wellensteuerungselement, umfassend das Wellensteuerungsmedium gemäß einem von (1) bis (6), worin das Wellensteuerungsmedium in einer Array-Struktur integriert ist.
(8) Ein Wellensteuerungselement, umfassend eine Vielzahl der Wellensteuerungsmedien gemäß einem von (1) bis (6), worin die Wellensteuerungsmedien verteilt sind.
(9) Ein Wellensteuerungselement, umfassend das Wellensteuerungsmedium gemäß einem von (1) bis (6), worin ein Abstand in einer longitudinalen Richtung geringer als 1/10 einer Wellenlänge einer Welle ist und eine normierte Bandbreite eines Ansprechverhaltens 30 % oder mehr beträgt.
(10) Eine Wellensteuerungsvorrichtung, umfassend ein Metamaterial, das das Wellensteuerungsmedium gemäß einem von (1) bis (6) enthält.
(11) Eine Wellensteuerungsvorrichtung, umfassend ein elektromagnetische Wellen absorbierendes und/oder abschirmendes Bauteil mit dem Metamaterial gemäß (10).
(12) Eine Wellensteuerungsvorrichtung, umfassend einen Sensor, der das elektromagnetische Wellen absorbierende und/oder abschirmende Bauteil gemäß (11) enthält.
(13) Eine Wellensteuerungsvorrichtung, umfassend einen elektromagnetischen Wellenleiter, der das Wellensteuerungsmedium gemäß einem von (1) bis (6) enthält.
(14) Eine Wellensteuerungsvorrichtung, umfassend ein arithmetisches Element, das den elektromagnetischen Wellenleiter gemäß (13) enthält.
(15) Eine Wellensteuerungsvorrichtung, die Übertragung/Empfang oder Lichtempfang/-emission unter Verwendung des Wellensteuerungsmediums gemäß einem von (1) bis (6) durchführt.
(16) Ein Verfahren zum Herstellen eines Wellensteuerungsmediums, wobei das Verfahren ein Ausbilden einer Mikrostruktur in eine dreidimensionale Struktur unter Verwendung einer Molekularschablone umfasst, die die Selbstorganisation einer organischen Substanz nutzt, wobei die Mikrostruktur ein Metall, ein dielektrisches Material, ein magnetisches Material, einen Halbleiter oder einen Supraleiter oder ein Material enthält, das aus einer Vielzahl von Kombinationen eines Metalls, eines dielektrischen Materials, eines magnetischen Materials, eines Halbleiters und eines Supraleiters ausgewählt wird.

Bezugszeichenliste

10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100: Wellensteuerungsmedium
11, 12, 16, 17, 21, 22, 31, 32, 41, 42: Spule (dreidimensionale Struktur)
13, 18, 23: Anpassungselement
14, 19, 24: Basisteilstück
51, 61, 71: Draht
81, 91: Platte
101: Kugel
110: Elektromagnetische Wellen absorbierendes Bauteil
111, 121, 131: Träger
112: Wellensteuerungsmedium
120, 130: Elektromagnetischer Wellenleiter
122, 132: Medium
123, 133: Wellenleiter
134: Medienschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017152959 [0007]

Claims

Wellensteuerungsmedium, umfassend zumindest zwei dreidimensionale Mikrostrukturen in Kombination, wobei jede der dreidimensionalen Mikrostrukturen ein Metall, ein dielektrisches Material, ein magnetisches Material, einen Halbleiter oder einen Supraleiter oder ein Material enthält, das aus einer Vielzahl von Kombinationen eines Metalls, eines dielektrischen Materials, eines magnetischen Materials, eines Halbleiters und eines Supraleiters ausgewählt wird, wobei das Wellensteuerungsmedium Funktionen eines Kondensators und eines Induktors hat.
Wellensteuerungsmedium nach Anspruch 1, wobei jede der dreidimensionalen Mikrostrukturen in eine Spiralstruktur ausgebildet ist.
Wellensteuerungsmedium nach Anspruch 1, wobei jede der dreidimensionalen Mikrostrukturen in eine Mehrschichtstruktur ausgebildet ist.
Wellensteuerungsmedium nach Anspruch 1, wobei die zumindest zwei dreidimensionalen Mikrostrukturen in eine kontinuierliche Struktur ausgebildet sind, in der die zumindest zwei dreidimensionalen Mikrostrukturen miteinander verschränkt sind, während sie einander gegenüberliegen, ohne dass sie miteinander in Kontakt sind.
Wellensteuerungsmedium nach Anspruch 1, wobei jede der dreidimensionalen Mikrostrukturen in eine konische Form ausgebildet ist.
Wellensteuerungsmedium nach Anspruch 1, wobei zumindest eine der dreidimensionalen Mikrostrukturen in eine Drahtform, eine Plattenform oder eine Kugelform ausgebildet ist.
Wellensteuerungselement, umfassend das Wellensteuerungsmedium nach Anspruch 1, wobei das Wellensteuerungsmedium in einer Array-Struktur integriert ist.
Wellensteuerungselement, umfassend eine Vielzahl der Wellensteuerungsmedien nach Anspruch 1, wobei die Wellensteuerungsmedien verteilt sind.
Wellensteuerungselement, umfassend das Wellensteuerungsmedium nach Anspruch 1, wobei ein Abstand in einer longitudinalen Richtung geringer als 1/10 einer Wellenlänge einer Welle ist und eine normierte Bandbreite eines Ansprechverhaltens 30 % oder mehr beträgt.
Wellensteuerungsvorrichtung, umfassend ein Metamaterial, das das Wellensteuerungsmedium nach Anspruch 1 enthält.
Wellensteuerungsvorrichtung, umfassend ein elektromagnetische Wellen absorbierendes und/oder abschirmendes Bauteil mit dem Metamaterial nach Anspruch 10.
Wellensteuerungsvorrichtung, umfassend einen Sensor, der das elektromagnetische Wellen absorbierende und/oder abschirmende Bauteil nach Anspruch 11 enthält.
Wellensteuerungsvorrichtung, umfassend einen elektromagnetischen Wellenleiter, der das Wellensteuerungsmedium nach Anspruch 1 enthält.
Wellensteuerungsvorrichtung, umfassend ein arithmetisches Element, das den elektromagnetischen Wellenleiter nach Anspruch 13 enthält.
Wellensteuerungsvorrichtung, die Übertragung/Empfang oder Lichtempfang/-emission unter Verwendung des Wellensteuerungsmediums nach Anspruch 1 durchführt.
Verfahren zum Herstellen eines Wellensteuerungsmediums, wobei das Verfahren ein Ausbilden einer Mikrostruktur in eine dreidimensionale Struktur unter Verwendung einer Molekularschablone umfasst, die die Selbstorganisation einer organischen Substanz nutzt, wobei die Mikrostruktur ein Metall, ein dielektrisches Material, ein magnetisches Material, einen Halbleiter oder einen Supraleiter oder ein Material enthält, das aus einer Vielzahl von Kombinationen eines Metalls, eines dielektrischen Materials, eines magnetischen Materials, eines Halbleiters und eines Supraleiters ausgewählt wird.