JP2003526977A - 高周波磁束のためのガイド - Google Patents
高周波磁束のためのガイドInfo
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Abstract
Description
フェライト磁心を用いて実行されている。フェライトは、周波数分離性(freque
ncy selective)を有しておらず、このことは、例えばアンテナ(radio aerial
)などの場合には利点となることもあるが、無線電信の中間周波数段階のような
場合には不都合となることもある。
ctions on Microwave Theory and Techniques, 1999, 47, 2075-2084, J.B.Pend
ry, A.J.Holden, D.J.Robbins, W.J.Stewart, 国際特許出願WO00/41270号)、こ
の微細構造材料では、透磁率は、磁場の振動周波数、すなわち、高周波周波数に
依存する。
具備する。このアレイは、所定の周波数帯域内に存在する入射電磁放射に応じて
所定の透磁率を示す。各素子は、低抵抗の伝導パスを有し、各素子は、この所定
の周波数帯域内に存在する電磁放射の磁気的成分が、上記パスの周りで流れかつ
関連する素子を通って流れる電流を誘導するようになっている。また、素子のサ
イズ及びこれらの間におかれた間隔は、上記入射電磁放射に応じて所定の透磁率
が得られるように選択される。各容量性素子の少なくとも1つの寸法は、好まし
くは、電磁放射の波長より小さい。容量性素子は、螺旋のように巻かれた伝導性
シートの形態となりうるし、又は、各部分が電気的に相互に絶縁しかつ螺旋状と
なった複数の積み重なった平面部分の形態となりうる。これら材料についてのさ
らに好ましい特徴が、国際特許出願WO00/41270号において開示されるとともにク
レームに記載されている。なお、これらそれぞれの内容は、引用することにより
本明細書に含められる。
のうち少なくとも1つの素子の寸法は、所望の透磁率が現れる波長よりも非常に
小さい。これらの材料においては、構造のインダクタンスと容量性素子との間の
共振相互作用によって、電磁エネルギは、容量性構造内の磁場と電場との間で共
有されることになる。
、前記アレイは、所定の周波数帯域内に存在する入射電磁放射に応じて所定の透
磁率を示し、各容量性素子は、低抵抗の伝導パスを含み、各容量性素子は、前記
所定の周波数帯域内に存在する電磁放射の磁気的成分が、前記パスの周りで流れ
かつ前記関連する素子を通って流れる電流を誘導するようになっており、前記素
子の間隔は、前記所定の周波数帯域内の前記放射の波長より小さく、前記素子の
サイズ及び該素子の間におかれた間隔は、前記所定の周波数帯域における電磁放
射に応じて自由空間(free space)の透磁率よりも大きな透磁率を与えるように
、選択されるガイドを提供する。
加した透磁率を有し、安定した磁場では非磁気的(non-magnetic)である。
るのが効果的である。上記所定の周波数は、好ましくは、ほぼ10MHzからほ
ぼ23MHzまで広がるレンジ内にある。
端が上記第1の細長い領域の端に接するように設けられた第2の細長い領域であ
って、上記第1の細長い領域に対して角度をなして例えば90°をなして傾斜し
た第2の細長い領域をも含む。
満であり、好ましくは上記波長の1/5である。上記素子の間隔を上記所定の周
波数帯域内の前記放射の波長の1/10未満又は1/100未満にすることによ
り、さらなる効果が得られる。
、様々な効果が得られる。
設けられる容量性素子の寸法を選択する工程を具備し、前記アレイは、所定の周
波数帯域内に存在する入射電磁放射に応じて所定の透磁率を示し、該アレイにお
いて、容量性素子電流は、無線周波数電磁放射により誘導されることができ、さ
らに、前記容量性素子の間におかれる間隔を前記所定の周波数帯域内の前記放射
の波長より小さくするように選択する工程であって、前記所定の周波数帯域内の
前記電磁放射に応じて遮蔽材に対して大気の透磁率より大きな透磁率を与えるた
めに、前記素子のサイズ及び前記間隔を選択する工程と、を具備する方法をも提
供する。
として添付図面を参照して、詳細に説明する。
より作製された5つの部分を含む。図2から明らかなように、部分1、2及び3
は、鉛直に設けられ、また、鉛直方向に延びるロールのアレイを有する。部分1
、2及び3の上端は、傾斜が付けられており、これらに対応して傾斜が付けられ
た部分4、5に接続されている。部品1から5のすべては、上記IEEE論文及
び国際特許出願WO00/41270に記載されているような、接近させて間隔
がおかれた容量性素子を形成するロールのアレイを有する微細構造材料により形
成される。
ルの長さ方向に沿って導かれ(ガイドされ)、これらロールは、図2から明らか
なように、部品1から3においては鉛直に設けられ、部品4及び5においては水
平に設けられている。少しのロールのみしか、例えば部品1a、1b、4a、5
a、2a、2b、2c及び3a、3bにおいて示されていない。
入り軸方向に上方向に領域2を通り、この後に水平に領域4及び4を通り、この
後に下方向に領域1及び3を通る(これと逆も可である)電磁放射、を導くのに
適している。
応じて、その他の傾斜を付けることが可能である。例えば、曲がったガイドは、
複数のまっすぐな部分であって、各部分が端と端とを接して結びつきかつ隣り合
う部分に対して傾斜した複数の部分、により形成されうる。
されているような磁気共鳴像装置において用いられるが、他の多くのアプリケー
ション、例えば、無線電信の中間周波数(IF)段階のためのアプリケーション
をも有する。
ザインされる。すなわち、チューニング(tuning)は、IF段階の上流で実行さ
れ、信号はヘテロダインミキシングによりダウンコンバートされて、コンディシ
ョニング(conditioning)のための固定周波数信号(fixed frequency signal)
が得られる。1つの周波数の場合には、誘導子(inductor)又は相互誘導子(mu
tual inductor)のためのコア(core)として微細構造材料を用いることは効果
的であろうから、これらの構成要素は、デザイン周波数以外の周波数(すなわち
ノイズ)に対して敏感でない。
ビのアンテナに使用するには適していないが、信号は、局部発振器を用いたミキ
シングの後に、範囲が明確に定まった単一の周波数で現れるので、上記材料は、
ミキシング後の段階において用いられうる。
5GHzのように周波数帯域が比較的に狭い通信システムにおいて、選択性(se
lectivity)を付与するために用いられうる。
)を含み、各要素は「スイスロール(Swiss Roll)」である。これらシリンダ要
素は、直径8mmの非磁性的コア[non-magnetic core](ガラス強化ブラスチッ
ク(GRP)ロッド)に巻かれた、37巻き数のフィルムにより形成される。 このフィルムは、プロフィルム(Profilm)として知られた専売材料(proprieta
ry material)であり、このプロフィルムは、約10nmのアルミニウムをコー
ティングしたマイラーベース(Mylar base)と、にかわ層(glue layer)とを含
み、全体としてほぼ50μmの厚さを有する。アルミニウム層のシート抵抗は、
約2.7Ω/平方である。シリンダの外径は、11.4mmであり、その材料は、
六方最密構造に集めること(すなわち、できるだけ密に詰め込むこと)ができる
。この構成によれば、21.3MHzでμ=3の最大透磁率が得られ、その他の
周波数かつ安定した静場で大気と同一の透磁率が得られる。
超断熱(Superinsulation)」により得られる。これは、50nmまでの厚さの
アルミニウムでコーティングされた、6.4μmの厚さのマイヤーフィルムであ
る。このような層のシート抵抗は、0.5Ω/平方である。この材料が直径6m
mのマンドレルに18.7回巻かれると、外径は6.4mmになり、最大透磁率は
、21.3MHzでμ=4.9になり、その他の周波数かつ静場で大気の透磁率と
なる。
とができる。中間層が50μm厚さであれば、層全体の厚さは56.4μmであ
るので、6mmのマンドレルに58.62の巻き回数を用いれば、12.6mmの
直径で、透磁率μ=19.2が得られる。
することができる。上記例では、より厚いアルミニウムフィルムを用いるか、又
は、異なる金属(銀のような)を用いるか、のいずれかにより、シート抵抗が0
.1Ω/平方にまで低減されれば、透磁率は、76.7にまで増加するであろう。
ど、透磁率は大きくなり、逆に、周波数が高ければ高いほど、透磁率は小さくな
る。直径6mmのマンドレルに巻かれ、0.5Ω/平方のシート抵抗を有する5
6.4μm厚さの層という上記例を用いると、113の巻き回数により、10.6
MHzで外径18.8mm及び透磁率23.8が得られる。一方、14.5の巻き
数(外径7.6mmで)により、μ=11が得られる。金属の厚さを増加させて
シート抵抗を低減させることにより、実現可能な透磁率が増加するということが
明らかである。再度言及するに、透磁率は、その他の周波数かつ静場での大気の
透磁率である。
法に従う。第1ステップは、対象とする周波数を定めることである。次に、ガイ
ドに関して、透磁率の実数部がその周波数において最大となるように材料をデザ
インする必要がある。損失を低減することが特に重要である場合には、透磁率の
実数部の最大値が対象となる周波数のわずかに上に位置するように、材料をデザ
インすることができる。なぜならば、虚数部(これは損失を上昇させてしまう)
は、この周波数範囲では実数部より速く低下するからである。
実数部の最小値(すなわち最大の負の値)に一致するか、又は、該最小値よりわ
ずかに高い位置にあるように、材料を作製することができる。これに代えて、透
磁率の虚数部のピークが対象となる周波数にあるように、材料を作製することが
できる。実用的な観点からみると、前者の手法が好ましいが、後者の手法によれ
ば、さらにわずかに良好な性能が得られる。
限厚さ(finite thickness)を考慮に入れた、マンドレルの有効半径であり、そ
の他のパラメータについては、もとの特許に記載されている通りである。
びωminにおいてそれぞれ存在する。
re)のサイズとの関係が与えられれば、材料において必要とされる巻き回数Nに
ついて上記方程式を解くことは簡単なことである。例えば、上述した第1の場合
における材料パラメータを用いれば、ガイド(guiding)のための材料を最適化
するためには、N=32.5ひいては周波数として23.4MHzを必要とする。
上述したような銀をコーティングしたフィルムを用いることにより、さらに良好
な結果が得られるであろう。すなわち、透磁率の実数部のピークを21.3MH
zで発生させるためには、上述した58.62の巻き回数ではなく58.47の巻
き回数が必要となり、6mmというフィルムの全長(〜1680mm)における
相違が必要となる。
英国特許出願第0005356.1に記載された、平坦な伝導素子(planar cond
ucting elements)の柱(column)を用いることができる。これら出願の内容は
、引用により本明細書に含められる。
ermia)にも適用可能なものである。
フである。
Claims (12)
- 【請求項1】 容量性素子のアレイを備えた、高周波磁束のためのガイドで
あって、 前記アレイは、所定の周波数帯域内に存在する入射電磁放射に応じて所定の透
磁率を示し、 各容量性素子は、低抵抗の伝導パスを含み、各容量性素子は、前記所定の周波
数帯域内に存在する電磁放射の磁気的成分が、前記パスの周りで流れかつ前記関
連する素子を通って流れる電流を誘導するようになっており、 前記素子の間隔は、前記所定の周波数帯域内の前記放射の波長より小さく、 前記素子のサイズ及び該素子の間におかれた間隔は、前記所定の周波数帯域に
おける電磁放射に応じて自由空間の透磁率よりも大きな透磁率を与えるように、
選択される、ことを特徴とするガイド。 - 【請求項2】 前記所定の周波数帯域は、3MHzから30MHzにまで広
がるHF帯域内にある請求項1に記載のガイド。 - 【請求項3】 前記所定の周波数帯域は、ほぼ10MHzからほぼ23MH
zまで広がるレンジ内にある請求項2に記載のガイド。 - 【請求項4】 請求項1から請求項3のいずれかに記載のガイドであって、
前記所定の周波数帯域の一部において負の透磁率を示すガイド。 - 【請求項5】 第1の細長い領域を含む請求項1から請求項4のいずれかに
記載のガイド。 - 【請求項6】 端が前記第1の細長い領域の端に接するように設けられた第
2の細長い領域であって、前記第1の細長い領域に対して角度をなして傾斜した
第2の細長い領域を含む、請求項5に記載のガイド。 - 【請求項7】 前記容量性素子は、伝導材料のロールであり、 該ロールの軸は、前記各細長い領域に関して長さ方向に延びる、請求項5又は
請求項6に記載のガイド。 - 【請求項8】 前記容量性素子は、前記各細長い領域に関して長さ方向に延
びる柱となるように設けられた平坦なリング又は螺旋である請求項5又は請求項
6に記載のガイド。 - 【請求項9】 前記素子の前記間隔は、前記所定の周波数帯域内の前記放射
の波長の1/2未満である請求項1から請求項8のいずれかに記載のガイド。 - 【請求項10】 前記素子の前記間隔は、前記所定の周波数帯域内の前記放
射の波長の1/5未満である請求項1から請求項8のいずれかに記載のガイド。 - 【請求項11】 前記素子の前記間隔は、前記所定の周波数帯域内の前記放
射の波長の1/10未満である請求項1から請求項8のいずれかに記載のガイド
。 - 【請求項12】 高周波磁束のためのガイドをデザインする方法であって、 アレイに設けられる容量性素子の寸法を選択する工程を具備し、 前記アレイは、所定の周波数帯域内に存在する入射電磁放射に応じて所定の透
磁率を示し、該アレイにおいて、容量性素子電流は、無線周波数電磁放射により
誘導されることができ、 さらに、前記容量性素子の間におかれる間隔を前記所定の周波数帯域内の前記
放射の波長より小さくするように選択する工程であって、前記所定の周波数帯域
内の前記電磁放射に応じて遮蔽材に対して大気の透磁率より大きな透磁率を与え
るために、前記素子のサイズ及び前記間隔を選択する工程と、 を具備することを特徴とする方法。
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