JP2003008308A - 光制御電磁波回路 - Google Patents
光制御電磁波回路Info
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- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/2676—Optically controlled phased array
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Abstract
供するときに、その電波回路を動的に変更できるように
するとともに、その電波回路を自由自在に構成できるよ
うにする光制御電波回路の提供を目的とする。 【解決手段】ディスプレイ手段に対向する面に透明な接
地導体層を形成するとともに、その反対面に光導電性層
を形成する透明な基板で構成される電波回路形成手段を
用意したり、そのような構造をトリプレート型にした電
波回路形成手段を用意して、その電波回路形成手段の持
つ光導電性層に、ディスプレイ手段に表示する電波回路
形状を写像することで電波回路を実現するという構成を
採る。これにより、ディスプレイ手段に表示する電波回
路形状を変更することにより、電波回路を動的に変更で
きるようになるとともに、その電波回路を自由自在に構
成できるようになる。
Description
どの電磁波回路を提供するときに、その電磁波回路を動
的に変更できるようにするとともに、その電磁波回路を
自由自在に構成できるようにする光制御電磁波回路に関
する。
に、従来のマイクロ波回路とは全く異なる構造を持つマ
イクロ波回路を開発中であり、この開発中のマイクロ波
回路によれば、従来のアンテナでは実現が不可能な機能
を持つアンテナを実現できるようになる。
に、アンテナ素子の形状を動的に変更できることに、そ
の大きな特徴がある。
11-343396 号(未だ出願公開されていない)で、アンテ
ナの特性を動的に変更できるようにする発明を出願した
ことが紹介されている。
号で出願された発明では、アンテナのエレメントに半導
体を使い、光を照射したときとしないときとで、アンテ
ナの特性を変化できるようにする構成を採っている。
いる。
メントを半導体とすれば、光を照射するときには、半導
体の表面抵抗値が下がりアンテナとして動作し、光を照
射しないときには、半導体は絶縁体に近くなりアンテナ
として動作しないことを実現できる。
に半導体を置けば、光を照射しないときには、アンテナ
として動作し、光を照射するときには、アンテナとして
動作しないことを実現できる。
メントを半導体とするときに、光(1)のように広い範
囲で光を照射すると、低い周波数で動作し、光(2)の
ように狭い範囲で光を照射すると、高い周波数で動作す
ることを実現できる。
号で出願された発明は非常に優れた発明ではあるが、ア
ンテナ部分のみに半導体を使い、給電線路などは従来通
りの金属を用いたマイクロストリップ線路を用いるとい
う構成を採っていることから、一度作成されたアンテナ
の構造を変更することはできず、これがために、その用
途も限られるという問題点がある。
によれば、特願平11-343396 号で出願された発明では、
図14に示すように、給電線路(マイクロストリップ線
路)上にアンテナとして動作する半導体エレメントを直
交するように配置して、マイクロストリップ線路とその
半導体エレメントとの間の電磁カップリングによって、
その半導体エレメントに給電を行うという構成を採って
いる。
願された発明に従っていると、一度作成されたアンテナ
の構造を変更することはできず、これがために、その用
途も限られるという問題点がある。
発明では、給電線路などは従来通りの金属を用いたマイ
クロストリップ線路を用いるという構成を採っているこ
とから、自由自在な構造を持つアンテナを実現できない
という問題点がある。
発明では、アンテナの特性を動的に変更できるようには
なるものの、アンテナ以外のマイクロ波回路について
は、検討を行っておらず、これから、アンテナ以外のマ
イクロ波回路について、その特性を動的に変更できない
という問題点や、自由自在な構造を持つマイクロ波回路
を実現できないという問題点もある。
送には平面回路であるマイクロストリップ線路が多く用
いられている。マイクロストリップ線路は単なる伝送線
路だけではなく、移相器やフィルタや整合回路の他、平
面アンテナ等の機能素子を形成できることから、多くの
無線伝送システムに利用されている。
と絶縁基板とからなる構成のために、一度設計製作され
ると、その諸特性は決定づけられ固定的なものとなる。
回路特性を変更するためには、新たに回路を作り直す
か、pin ダイオードのようなスイッチング素子を回路中
に付加する必要が生ずる。スイッチング素子で回路特性
を変更する場合でも、固定された回路を切り替えるだけ
なので、それぞれの切り替え先の回路に応じた不連続で
制限的な特性しか得られない。
であって、半導体の光導電性を利用して、マイクロスト
リップ線路や平面アンテナ素子の構成や形状等、電磁波
回路全体をリアルタイムで形成、制御し、一つのシステ
ムで多様な周波数帯の多様な用途に柔軟に対応可能とな
る新たな光制御電磁波回路の提供を目的とする。
に、本発明では、アンテナを実現する場合には、アンテ
ナとして動作する電磁波回路の形状を表示するディスプ
レイ手段と、ディスプレイ手段に対向して設けられ、光
導電性層を有して、ディスプレイ手段に表示される電磁
波回路形状に応じた電磁波回路を形成する電磁波回路形
成手段と、電磁波回路形成手段の形成する電磁波回路の
処理する電磁波に対して透過性を示す材料で構成され
て、電磁波回路形成手段に入射される外光を遮光する遮
光手段とを備えるように構成する。
プレイ手段をコンピュータ装置などに接続する構成を採
って、そのコンピュータ装置などの出力する表示制御信
号に従って、ディスプレイ手段が実現の要求されるアン
テナとして動作する電磁波回路の形状を表示するように
処理する。
状の表示を受けて、電磁波回路形成手段の持つ光導電性
層に、その電磁波回路形状が写像され、これにより、ア
ンテナとして動作する電磁波回路が実現できる。
そのアンテナとして動作する電磁波回路形状の光導電性
層への写像が保証されることになる。そして、遮光手段
がそのアンテナとして動作する電磁波回路の処理する電
磁波に対して透過性を示す材料で構成されることから、
その実現の要求されるアンテナとして動作する電磁波回
路の動作が保証されることになる。
ィスプレイ手段に対向する面に透明な接地導体層を形成
するとともに、その反対面に光導電性層を形成する透明
な基板で構成される電磁波回路形成手段を用意して、そ
の電磁波回路形成手段の持つ光導電性層に、ディスプレ
イ手段に表示するアンテナとして動作する電磁波回路形
状を写像することで電磁波回路を実現するという構成を
採ることから、ディスプレイ手段に表示する電磁波回路
形状を変更することにより、アンテナとして動作する電
磁波回路を動的に変更できるようになるとともに、その
電磁波回路を自由自在に構成できるようになる。
では、一般的な電磁波回路を実現する場合には、電磁波
回路の形状を表示するディスプレイ手段と、ディスプレ
イ手段に対向して設けられ、光導電性層を有して、ディ
スプレイ手段に表示される電磁波回路形状に応じた電磁
波回路を形成する電磁波回路形成手段と、電磁波回路形
成手段に入射される外光を遮光する遮光手段とを備える
ように構成する。
プレイ手段をコンピュータ装置などに接続する構成を採
って、そのコンピュータ装置などの出力する表示制御信
号に従って、ディスプレイ手段が実現の要求される電磁
波回路の形状を表示するよう処理する。
波回路形成手段の持つ光導電性層に、その電磁波回路形
状が写像され、これにより、その実現の要求される電磁
波回路が実現できる。
その電磁波回路形状の光導電性層への写像が保証される
ことになる。
ィスプレイ手段に対向する面に透明な接地導体層を形成
するとともに、その反対面に光導電性層を形成する透明
な基板で構成される電磁波回路形成手段を用意したり、
そのような構造をトリプレート型にした電磁波回路形成
手段を用意して、その電磁波回路形成手段の持つ光導電
性層に、ディスプレイ手段に表示する電磁波回路形状を
写像することで電磁波回路を実現するという構成を採る
ことから、ディスプレイ手段に表示する電磁波回路形状
を変更することにより、電磁波回路を動的に変更できる
ようになるとともに、その電磁波回路を自由自在に構成
できるようになる。
ップ線路や平面アンテナ素子の構成や形状等、電磁波回
路全体をリアルタイムで形成し制御できるようになるこ
とから、一つのシステムで多様な周波数帯の多様な用途
に柔軟に対応できるようになる。
イクロ波回路へ適用した実施の形態に従って本発明を詳
細に説明する。
1の一実施形態例を図示する。
テナ1は、パーソナルコンピュータ3に接続される平面
ディスプレイ装置2の上に配設され、RF信号発生装置
4からのRF信号を受けてマイクロ波を発生する。
は、例えば、図2に示すように、アンテナとして動作す
る光制御アンテナ部10と、その光制御アンテナ部10
の給電側に位置して、所定のマイクロ波回路処理(移相
器やフィルタやアッテネータなどのマイクロ波回路処
理)を行う光制御マイクロ波回路部11というマイクロ
波回路で構成されている。
示しているが、給電点は複数設けられることもある。
ソルナルコンピュータ3には、光制御アンテナ部10及
び光制御マイクロ波回路部11の回路形状として用いら
れる様々なマイクロ波回路の形状を格納する回路形状デ
ータベース30と、その回路形状データベース30に格
納されるマイクロ波回路形状を平面ディスプレイ装置2
に描画する描画プログラム31とが備えられることにな
る。
1の積層構造の一実施形態例を図示する。
制御アンテナ1は、平面ディスプレイ装置2の上に、
平面ディスプレイ装置2に対向する面にITOやAg薄
膜などの透明接地導体層101を形成するとともに、そ
の反対面に光導電性を有する半導体層102を形成する
透明ガラス基板層100が積層され、その透明ガラス
基板層100の上に、半導体層102への外光の入射を
遮光する遮光層103が積層されるという構造を持つ。
れる透明接地導体層101は、例えば蒸着により形成さ
れ、また、透明ガラス基板層100に形成される半導体
層102は、例えば塗布により形成されることになる。
装し、光制御マイクロ波回路部11を実装しない構成を
想定しているので、伝送ロスの少ないマイクロ波回路を
実現するトリプレート構造を用いていない。
1についても実装する場合には、光制御アンテナ部10
を実現する部分については、マイクロ波の放射を可能に
すべく、図4(a)に示すように、図3に示したような
積層構造を持つのに対して、光制御マイクロ波回路部1
1を実現する部分については、伝送ロスの少ないトリプ
レート構造とすることが好ましいことから、図4(b)
に示すような積層構造を持つことが好ましい。
部分については、図4(b)に示すように、平面ディ
スプレイ装置2の上に、平面ディスプレイ装置2に対向
する面に透明接地導体層101を形成するとともに、そ
の反対面に光導電性を有する半導体層102を形成する
透明ガラス基板層100が積層され、その透明ガラス
基板層100の上に、半導体層102の反対側となる面
に第2の透明接地導体層105を形成する第2の透明ガ
ラス基板層104が積層され、その第2の透明ガラス
基板層104の上に、半導体層102への外光の入射を
遮光する遮光層106が積層されるというトリプレート
構造を持つことが好ましい。
いられる遮光層103は、アンテナとしての機能を実現
するために、マイクロ波に対して透過性を示す必要があ
るのに対して、光制御マイクロ波回路部11の実現に用
いられる遮光層106は、マイクロ波に対して透過性を
示す必要はない。これから、光制御マイクロ波回路部1
1の実現に用いられる遮光層106として、積層構造を
構成しない金属などのパッケージを併用させることでも
よい。
現に用いられる第2の透明ガラス基板層104について
は、本来的には透明である必要はないとともに、光制御
マイクロ波回路部11の実現に用いられる第2の透明接
地導体層105については、本来的には透明である必要
はない。
制御アンテナ1を動作させる場合、パーソナルコンピュ
ータ3に備えられる描画プログラム31は、回路形状デ
ータベース30から、光制御アンテナ部10及び光制御
マイクロ波回路部11の実現に用いられるマイクロ波回
路形状を読み出して、平面ディスプレイ装置2に描画す
る。
マイクロ波回路形状は、透明ガラス基板層100の持つ
半導体層102に照射され、これにより、半導体層10
2に、そのマイクロ波回路形状に応じた導体化パターン
が形成されることで、光制御アンテナ部10及び光制御
マイクロ波回路部11の回路構成が実現されることにな
る。
れることで、半導体層102には、平面ディスプレイ装
置2に表示されるマイクロ波回路形状に応じた導体化パ
ターンの形成が保証される。
ラス基板層100や第2の透明ガラス基板層104の側
面から入射する外光についても遮光する構造が用意され
ている。
アンテナ1では、平面ディスプレイ装置2に表示するマ
イクロ波回路形状に応じた光制御アンテナ部10及び光
制御マイクロ波回路部11が実現されるようになること
から、平面ディスプレイ装置2に表示するマイクロ波回
路形状を変更するだけで、光制御アンテナ部10及び光
制御マイクロ波回路部11の回路構成を動的に変更でき
るようになるとともに、自由自在な回路構成を実現でき
るようになる。
ンテナを持つマイクロ波回路形状を平面ディスプレイ装
置2に表示することで、図5の左側に示すマイクロ波回
路構成を持つ光制御アンテナ1を実現しているときに、
図5の右側に示すように、その平面ディスプレイ装置2
に表示するマイクロ波回路形状に開放スタブを追加する
と、図5の右側に示すマイクロ波回路構成を持つ光制御
アンテナ1へとマイクロ波回路の回路構成を変更できる
のである。
更を行うと、開放スタブの追加により、開放スタブ側に
位置する2つのパッチアンテナへの給電が遅延させられ
ることで、図6に示すように、4つのパッチアンテナの
放射するマイクロ波の放射方向を動的に変更できるよう
になる。
テナ1では、平面ディスプレイ装置2に表示するマイク
ロ波回路形状を変更することで、光制御アンテナ部10
や光制御マイクロ波回路部11の回路構成を動的に変更
できるという大きな効果を奏することができるようにな
る。
ナ部10を構成するパッチアンテナのサイズを変更する
ことで、その共振周波数を動的に変更できるようにな
る。
部10を構成するパッチアンテナの摂動素子(切り欠き
部)の位置を変更することで、例えば、右旋円偏波から
左旋円偏波へと動的に変更できるようになる。
部10を構成するパッチアンテナへの給電位置を変更す
ることで、直線偏波の偏波面を変更できるようになる。
ロ波回路部11を構成するバンドパスフィルタのマイク
ロストリップ線路の結合の長さや幅を変更することで、
そのフィルタ特性を動的に変更できるようになる。
ロ波回路部11を構成する移相器の開放スタブの長さを
変更することで、その移相量を動的に変更できるように
なる。
ロ波回路部11を構成する減衰器のマイクロストリップ
線路の長さを変更することで、その減衰量を動的に変更
できるようになる。
クロ波回路形状は、パーソナルコンピュータ3などに備
えられる描画プログラム31などにより自由自在に変更
できる。これから、本発明によれば、極めて複雑なマイ
クロ波回路についても自由自在に実現できるようにな
る。
ったが、平面ディスプレイ装置2に表示するマイクロ波
回路形状の輝度を部分的に変更したり、そのマイクロ波
回路形状の表示色を部分的に変更することで、半導体層
102に形成される導体化パターンの導電率を変えるこ
とができ、これにより、平面ディスプレイ装置2に表示
するマイクロ波回路形状を変更することなく、マイクロ
波回路の特性を動的に変更することも可能である。
が、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、
実施形態例では、平面ディスプレイ装置2を使用した
が、非平面形状のディスプレイ装置を用いることも可能
である。
の適用を具体例にして説明したが、ミリ波やサブミリ波
などの他の領域の電磁波に対してもそのまま適用でき
る。
実現する電磁波回路の形状をディスプレイ装置に表示す
ることで、その電磁波回路を実現できるようになること
から、自由自在な電磁波回路を実現できるようになると
ともに、電磁波回路の構成を動的に変更できるようにな
る。
ップ線路や平面アンテナ素子の構成や形状等、電磁波回
路全体をリアルタイムで形成し制御できるようになるこ
とから、一つのシステムで多様な周波数帯の多様な用途
に柔軟に対応できるようになる。
明によれば、今後、これまでの電磁波回路では実現不可
能であった様々な新しい電磁波応用システムの構築が期
待できる。
例である。
一実施形態例である。
一実施形態例である。
マイクロ波回路部の積層構造の一実施形態例である。
ある。
ある。
ある。
ある。
ある。
説明図である。
説明図である。
説明図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 電磁波回路の形状を表示するディスプレ
イ手段と、 上記ディスプレイ手段に対向して設けられ、光導電性層
を有して、上記ディスプレイ手段に表示される電磁波回
路形状に応じた電磁波回路を形成する電磁波回路形成手
段とを備えることを、 特徴とする光制御電磁波回路。 - 【請求項2】 アンテナとして動作する電磁波回路の形
状を表示するディスプレイ手段と、 上記ディスプレイ手段に対向して設けられ、光導電性層
を有して、上記ディスプレイ手段に表示される電磁波回
路形状に応じた電磁波回路を形成する電磁波回路形成手
段と、 上記電磁波回路形成手段の形成する電磁波回路の処理す
る電磁波に対して透過性を示す材料で構成されて、上記
電磁波回路形成手段に入射される外光を遮光する遮光手
段とを備えることを、 特徴とする光制御電磁波回路。 - 【請求項3】 電磁波回路の形状を表示するディスプレ
イ手段と、 上記ディスプレイ手段に対向して設けられ、光導電性層
を有して、上記ディスプレイ手段に表示される電磁波回
路形状に応じた電磁波回路を形成する電磁波回路形成手
段と、 上記電磁波回路形成手段に入射される外光を遮光する遮
光手段とを備えることを、 特徴とする光制御電磁波回路。 - 【請求項4】 請求項3に記載される光制御電磁波回路
において、 上記電磁波回路形成手段は、トリプレート型の電磁波回
路を形成する構造を有することを、 特徴とする光制御電磁波回路。 - 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか1項に記載
される光制御電磁波回路において、 上記ディスプレイ手段は、外部から与えられる表示制御
信号に従って、指定される上記電磁波回路形状を表示す
ることを、 特徴とする光制御電磁波回路。
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- 2001-06-25 JP JP2001190863A patent/JP3469886B2/ja not_active Expired - Fee Related
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