JP2001024422A - フォトニックバンドギャップ素子 - Google Patents

フォトニックバンドギャップ素子

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JP2001024422A
JP2001024422A JP19322999A JP19322999A JP2001024422A JP 2001024422 A JP2001024422 A JP 2001024422A JP 19322999 A JP19322999 A JP 19322999A JP 19322999 A JP19322999 A JP 19322999A JP 2001024422 A JP2001024422 A JP 2001024422A
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Japan
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wirings
fet
wiring
photonic
photonic bandgap
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JP19322999A
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English (en)
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Dekuro Roan
デクロ ロアン
Madihian Mohammad
マディヒアン モハマド
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なる周波数に適合することができるバンド
ギャップ構造のフォトニックバンドギャップ素子を実現
すること。 【解決手段】 マトリクス状に配置された複数の配線
と、前記複数の配線の導通状態を制御する制御装置とを
有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、所望の用途に応じ
て特性を切り換えることが可能な金属フォトニックバン
ドギャップ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】複数の金属フォトニックバンドギャップ
構造を使用して、各種周波数での伝搬を促進し、他の周
波数では抑制することが実際に行われている。しかしな
がらそれらの構造は常に、単一の固定された周波数範囲
専用のものであり、従って、用途が固定されている。
【0003】周波数範囲を調整するための一般的な解決
は、空中や電磁気的物質中に特定の径および長さを有す
る金属配線を配列することにある。配線の間隔を的確に
取り、径を最適化することで、各種の所望の周波数を対
象とするバンドギャップ構造を得ることが可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の問題の一つ
は、それが幾何形状パラメータによって決定される固定
構造であるという点である。従って、その構造を援用し
たり、それを異なる周波数帯に適合するように変えるこ
とはほとんど不可能である。
【0005】別の周波数に適合するバンドギャップ構造
を得ようとする場合、幾何寸法を再度最適化する必要が
あり、それは必ずしも簡単ではない。最適化は時間を要
する作業である。
【0006】そこで本発明の目的は、上述した従来の技
術の問題を解決し、電子コマンドシステムを用いて異な
る周波数に適合することができるバンドギャップ構造の
フォトニックバンドギャップ素子を実現することを目的
とする。なお、その用途は、ビーム形成を伴うパーソナ
ル通信となろう。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のフォトニックバ
ンドギャップ素子は、マトリクス状に配置された複数の
配線と、前記複数の配線の導通状態を制御する制御装置
とを有することを特徴とする。
【0008】この場合、複数の配線のそれぞれがギャッ
プにより複数の部分に分割されており、 前記複数の配
線のそれぞれについて、前記複数の部分を電気的に接続
する複数のスイッチング素子を具備し、制御装置は前記
複数のスイッチング素子を介して前記複数の配線の導通
状態を制御することとしてもよい。
【0009】また、前記複数の配線のそれぞれを電気的
に接続する複数のスイッチング素子を具備し、制御装置
は前記複数のスイッチング素子を介して前記複数の配線
の導通状態を制御することを特徴とするフォトニックバ
ンドギャップ素子。
【0010】上記のスイッチング素子は電界効果型トラ
ンジスタであることとしてもよい。
【0011】また、スイッチング素子は光の入射状態に
応じて電気的特性が変化する光素子であり、制御装置が
その照射光により前記光素子の電気的特性を変化させる
光源であるとしてもよい。
【0012】本発明の他の形態によるフォトニックバン
ドギャップ素子は、同じ領域に配置された上記のいずれ
かのフォトニックバンドギャップ素子を具備し、各フォ
トニックバンドギャップ素子は、マトリクス状に配置さ
れた複数の配線の周期が異なるものとされ、各制御装置
は、複数の配線の導通状態が互いに逆となるように前記
複数のスイッチング素子を制御することを特徴とする。
【0013】上記のいずれの場合においても、複数の配
線が、その配置状態が周期性を持たないものであるとと
もに径も異なるものであることとしてもよい。
【0014】「作用」上記のように構成される本発明に
おいては、制御装置によりスイッチング素子を「オン」
に設定した場合には配線が短絡された回路が形成され、
スイッチング素子が「オフ」の場合、配線が遮断された
回路が形成され、それぞれのフォトニックバンドギャッ
プ構造は完全に異なったものとなり、伝播する周波数特
性において別の特性を有するものとなる。
【0015】上記の構造を2組用いたものにおいては、
第1の構造が動作している時、それは一定の周波数帯を
有する金属フォトニックバンドギャップであり、それが
オフで第2の構造がオンの時、それは周波数において別
の特性を有する。その2つのオン状態の組み合わせによ
って、異なる周波数バンドギャップが得られる。
【0016】なお、フォトニックバンドギャップを設計
する際には、配列に関係する各配線の間隔および径を最
適化する必要がある。通常、開始点は、第1の周波数バ
ンドギャップがある開始周波数を有し、等価な誘導1/
4波長が配線間距離と径の合計に等しい点である。
【0017】調節可能なバンドギャップ(counterpar
t)を設計したい場合は、それを各配線の高さにおいて
1以上の部分に分ける必要がある。従って、長さの分割
を最適化し、その後でスイッチング素子を設けて構造の
分路を行うことで、電磁気的挙動における変化と、次に
バンドギャップ挙動の変化をもたらすことができる。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。
【0019】第1の実施例 図1は本発明の第1の実施例の構成を示す図である。
【0020】本実施例では直径D1を有する1組の配線
1が複数用いられている。配線1は、x方向については
P1の周期とされ、y方向についてはP2の周期として
N×M(N,Mは任意数)配線として配置されている。
各配線1にはギャップが設けられて、部分5、6および
ギャップ部7に分けられている。部分5、6の間には3
ポート素子であるFET8が設けられ、該FET8を介
して部分5、6が接続されている。
【0021】FET8は、一方のポート9が配線1の一
方の部分5の一端と連結され、他方のポート10が配線
の他方の部分6の一端に連結されている。FET8の第
3のポートは、通常の導電線12を介して制御装置(C
S)11に接続されている。図1では、2つの配線1を
接続する1つの制御装置11のみが示されているが、全
てのFET8を同一の制御装置11に接続することもで
き、あるいは制御装置11を複数設けて、各FET8を
異なる制御装置に接続することもできる。
【0022】FET8が「オン」となるように制御装置
11の値を調節して短絡回路を形成することで、フォト
ニックバンドギャップ構造の完全な特性を得ることが可
能となる。
【0023】FET8が「オフ」の場合、FET8が高
抵抗となっていることから、配線1は完全に遮断されて
いると考えられる。従って、フォトニックバンドギャッ
プ構造はFET8が「オン」の場合と「オフ」の場合と
では完全に異なったものとなり、伝播する周波数特性に
おいて別の特性を有するものとなる。
【0024】本実施例による効果について具体的な例を
挙げて説明する。長さ180mm、直径2mmの配線1
を6×6配線とした場合について説明する。各配線1の
間隔は、x方向およびy方向について、中心間にて14
0mmとし、使用するFET8としては、オンの時の抵
抗値が3Ωであり、オフの時の抵抗値が5000Ωとな
るものを用いたモデルをモーメント法を用いて作製し
た。
【0025】図2は、FET8がオンの場合のバンドギ
ャップ構造による特性を示す図であり、図3は、FET
8がオフの場合のバンドギャップ構造による特性を示す
図である。図2からは、内部にあるダイポールが放射し
ている時には利得が0dB未満であることが認められ
る。調べた周波数は第1のバンドギャップにある。それ
はこの場合水平方向であり、FET8が切り換わると、
図3に示されるように、ある方向で利得が上昇する。次
に、バンドギャップは同じ挙動を示さないことが明らか
である。
【0026】実施例2 次に、本発明の第2の実施例について、その構造を示す
図4を参照して説明する。本実施例は、制御装置(C
S)11によりFETのオン、オフが制御される第1の
実施例の構造に、制御装置(CS)18によりFETの
オン、オフが制御され、P1,P2とは異なるP3,P
4によるx方向およびy方向での周期にて第1の実施例
と同様に構成された構造が付加されている。従って、一
方の配線から他方の配線までのオフセット距離は、x軸
およびy軸についてそれぞれD1およびD2である。
【0027】制御装置11および制御装置18はそれぞ
れが制御するFETのオン、オフ状態が逆となるように
制御するもので、制御装置18に接続された第2の構造
のFETがオンの状態にある時には、制御装置11に接
続されているFETはオフの状態となっている。従っ
て、図1に示した第1の実施例による構造が動作してい
る時、それは一定の周波数帯を有する金属フォトニック
バンドギャップであり、第1の実施例による構造がオフ
で、本実施例により付設された制御装置18により制御
されるFETがオンとされたときには、伝播する周波数
特性において別の特性を有するものとなる。また、これ
以外にも、各制御装置により制御される各FETのオン
状態の組み合わせによって、別の異なる周波数バンドギ
ャップが得られる。
【0028】実施例3 次に、本発明の第3の実施例について、その構造を示す
図5を参照して説明する。本実施例は、図1に示した各
配線1の径をそれぞれ異なる配線1’とし、動作中、ま
たは、動作していない金属配線を、d11およびd12
の間隔で、周期性を持たない配置とすることにより電磁
気的な構造が最適化されている。
【0029】実施例4 次に、本発明の第4の実施例について、その構造を示す
図6を参照して説明する。本実施例は、図1に示した第
1の実施例におけるFETに代えて、フォトトランジス
タやフォトダイオード等の光の入射状態に応じて電気的
特性が変化する光素子22を設けたものである。各光素
子22は、フォトニックバンドギャップ構造の外部に設
けられた光源23からの照射光に応じてその電気的特性
が制御される。
【0030】実施例5 次に、本発明の第5の実施例について、その構造を示す
図7を参照して説明する。本実施例は、図1に示した第
1の実施例における配線1をギャップ7を持たない配線
1”とし、各配線1”間を制御装置11”によりそのオ
ン、オフが制御されるスイッチング素子としてのFET
8”で接続したものである。
【0031】本実施例による効果について具体的な例を
挙げて説明する。長さ180mm、直径2mmの6×6
配線とし、それぞれにおける間隔は、x方向およびy方
向のいずれにおいても中心間にて140mmとした。使
用するFET8”は、オンの時の抵抗値が3Ωであり、
オフの時の抵抗値が5000Ωとなるものを用いたモデ
ルをモーメント法を用いて作製した。
【0032】図8および図9は、上記のモデルのFET
8”がオン状態のときとオフ状態のときとの間の差を示
してある。バンドギャップが変化しているために、内部
のダイポールの放射包絡線は一方から他方へ大きく変化
していることがわかる。
【0033】なお、以上述べた各実施例は、様々に組み
合わせてもよい。例えば、第5の実施例に示される配線
にギャップを設けない構成に、第3の実施例に示される
ような配線の径を変えることや、第4の実施例に示され
るような制御光によりオン、オフが制御されるスイッチ
ング素子をFETの代わりに用いることが考えられる。
このように各実施例を組み合わせることにより、各実施
例それぞれの効果が相乗されたものとすることができ
る。
【0034】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、異なる周波数に適合することができるバンド
ギャップ構造のフォトニックバンドギャップ素子を実現
することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の構成を示す図である。
【図2】図1に示した第1の実施例の、FET8がオン
の場合のバンドギャップ構造による特性を示す図であ
る。
【図3】図1に示した第1の実施例の、FET8がオフ
の場合のバンドギャップ構造による特性を示す図であ
る。
【図4】本発明の第2の実施例の構成を示す図である。
【図5】本発明の第3の実施例の構成を示す図である。
【図6】本発明の第4の実施例の構成を示す図である。
【図7】本発明の第5の実施例の構成を示す図である。
【図8】図7に示した第5の実施例の、FET8がオン
の場合のバンドギャップ構造による特性を示す図であ
る。
【図9】図7に示した第5の実施例の、FET8がオフ
の場合のバンドギャップ構造による特性を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 配線 7 ギャップ 8 FET 11 制御装置 9、10 ポート 23 光源

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マトリクス状に配置された複数の配線
    と、 前記複数の配線の導通状態を制御する制御装置とを有す
    ることを特徴とするフォトニックバンドギャップ素子。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のフォトニックバンドギャ
    ップ素子において、 複数の配線のそれぞれがギャップにより複数の部分に分
    割されており、 前記複数の配線のそれぞれについて、前記複数の部分を
    電気的に接続する複数のスイッチング素子を具備し、 制御装置は前記複数のスイッチング素子を介して前記複
    数の配線の導通状態を制御することを特徴とするフォト
    ニックバンドギャップ素子。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のフォトニックバンドギャ
    ップ素子において、 スイッチング素子が電界効果型トランジスタであること
    を特徴とするフォトニックバンドギャップ素子。
  4. 【請求項4】 請求項2記載のフォトニックバンドギャ
    ップ素子において、 スイッチング素子が光の入射状態に応じて電気的特性が
    変化する光素子であり、制御装置がその照射光により前
    記光素子の電気的特性を変化させる光源であることを特
    徴とするフォトニックバンドギャップ素子。
  5. 【請求項5】 同じ領域に配置された請求項2ないし請
    求項4のいずれかに記載のフォトニックバンドギャップ
    素子を具備し、 各フォトニックバンドギャップ素子は、マトリクス状に
    配置された複数の配線の周期が異なるものとされ、各制
    御装置は、複数の配線の導通状態が互いに逆となるよう
    に前記複数のスイッチング素子を制御することを特徴と
    するフォトニックバンドギャップ素子。
  6. 【請求項6】 請求項1記載のフォトニックバンドギャ
    ップ素子において、 前記複数の配線のそれぞれを電気的に接続する複数のス
    イッチング素子を具備し、 制御装置は前記複数のスイ
    ッチング素子を介して前記複数の配線の導通状態を制御
    することを特徴とするフォトニックバンドギャップ素
    子。
  7. 【請求項7】 請求項1ないし請求項6のいずれかに記
    載のフォトニックバンドギャップ素子において、 複数の配線が、その配置状態が周期性を持たないもので
    あるとともに径も異なるものであることを特徴とするフ
    ォトニックバンドギャップ素子。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006148929A (ja) * 2004-11-24 2006-06-08 Agilent Technol Inc 電磁放射線を反射するための装置
JP2008278162A (ja) * 2007-04-27 2008-11-13 National Institute Of Information & Communication Technology 電波シャッター

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