JP2004514364A

JP2004514364A - 多重周波数帯域における電磁インピーダンスの大きいテクスチャ化表面

Info

Publication number: JP2004514364A
Application number: JP2002543745A
Authority: JP
Inventors: シャフナー，ジェイムズ，エイチ．; シーヴェンパイパー，ダニエル
Original assignee: HRL Laboratories LLC
Current assignee: HRL Laboratories LLC
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2021-10-04
Also published as: US6483481B1; GB0310485D0; GB2385994B; JP3935072B2; TW543237B; AU2001296656A1; GB2385994A; WO2002041447A1; DE10196911T1

Abstract

複数の周波数帯域における反射位相がゼロの高インピーダンス表面、およびその製造方法である。高インピーダンス表面は、接地平面と、接地平面から一定の距離を隔てて配置された第１のアレイ中に配置された複数の導電プレートであって、接地平面と第１のアレイとの間の距離が無線周波数ビームの波長より短く、前記第１のアレイが第１の格子定数を有する複数の導電プレートと、第１のアレイの格子定数より大きい格子定数を有する第２のアレイを形成する、前記複数の導電プレートと関連した複数の導電エレメントとを備えている。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明はアンテナの分野に関し、詳細には、高インピーダンス（「Ｈｉ−Ｚ」）表面の領域および二重帯域すなわち多重周波数帯域アンテナに関する。
【０００２】
（発明の背景および関連出願の参照）
高インピーダンス（Ｈｉ−Ｚ）表面とは、電磁特性が変化する専用のテクスチャを備えた接地平面のことである。重要な特性には、表面波の抑制、電磁波の同相反射、および薄いアンテナをＨｉ−Ｚ表面上に印刷することができること、あるいはＨｉ−Ｚ表面上に直接形成することができることが含まれている。
【０００３】
Ｈｉ−Ｚ表面の一実施形態は、１９９９年１０月７日にＷＯ９９／５０９２９で公布された、Ｄ．ＳｉｅｖｅｎｐｉｐｅｒおよびＥ．Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈによる「Ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｃｕｒｒｅｎｔｓ　ｏｎ　Ｍｅｔａｌｓ」という名称の既に出願済みのＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／０６８８４号の主題である。本参照によりその開示のすべてが本明細書に組み込まれる、２０００年１２月２２日出願の「Ａ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ」という名称の第ＰＣＴ／ＵＳ００／３５０３１号、２００１年３月２８日出願の「Ａｎ　Ｅｎｄ−Ｆｉｒｅ　Ａｎｔｅｎｎａ　ｏｒ　Ａｒｒａｙ　ｏｎ　Ｓｕｒｆａｃｅ　ｗｉｔｈ　Ｔｕｎａｂｌｅ　Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ」という名称の第ＰＣＴ／ＵＳ０１／０９８９５号、および２００１年１月１０日出願の「Ａｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ　Ｔｕｎａｂｌｅ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ」という名称の第ＰＣＴ／ＵＳ０１／００８５５号を始めとする最近出願されたＰＣＴ特許出願の中に、いくつかの改善が記述されている。
【０００４】
本発明は、Ｈｉ−Ｚ表面に多重帯域動作を提供することにより、構造の固有対称性を維持しつつＨｉ−Ｚ表面の有用性を拡張する技法に関する。この技法により、薄いアンテナを多重帯域で動作させることができるため、これは重要な開発である。例えば、１つのアンテナでＧＰＳ帯域の両方（１．２ＧＨｚおよび１．５ＧＨｚ）をカバーすることができる。また、単一のアンテナで、１．９ＧＨｚのＰＣ帯域およびブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）、新しい携帯電話、衛星無線同報通信などのプラットフォームにますます重要になりつつある２．４ＧＨｚの無免許帯域の両方をカバーすることができる。
【０００５】
本発明により、多重帯域アンテナを、同じ総合帯域幅を有する通常のＨｉ−Ｚ表面よりはるかに薄くすることができ、また、多重高インピーダンス帯域を持たせることにより、このような表面の可能最大帯域幅を拡張することができる。
【０００６】
高インピーダンス（Ｈｉ−Ｚ）表面は、平らなシートからわずかに突き出た金属プレートの周期的テクスチャによって覆われた、平らな金属シートからなっている。Ｈｉ−Ｚ表面は、通常、２層または３層印刷回路基板として構築されている。印刷回路基板の頂部層には金属プレートが印刷され、金属めっきビアによって底部層上の平らな接地平面に接続されている。図１は、このような構造の一実施例を示したもので、六角形の金属プレートの三角格子からなっている（導電エレメントを分かり易く示すために、図１には印刷回路基板は省略されている）。金属プレートは、互いに近接しているため、有限のキャパシタンスを有している。金属プレートは、ビアおよび下部金属プレートを備えた、インダクタンスに寄与している導電経路によってリンクしている。この構造により、これらのエレメントの幾何学によって共振周波数が決まるＬＣ共振器のパターンが得られる。隣接する金属プレート対の各々は、めっき金属ビアおよび金属接地平面と共に、Ｈｉ−Ｚ表面の「セル」を形成している。典型的なＨｉ−Ｚ表面は、数百個さらには数千個のこのようなセルを有している。
【０００７】
図１に示す従来の高インピーダンス表面は、平らな金属シートすなわち接地平面１２の上に配置された、同一の金属頂部プレートすなわちエレメント１０のアレイからなっている。この従来の高インピーダンス表面は、印刷回路基板技術を使用して、印刷回路基板の頂部表面すなわち第１の表面に、金属プレートすなわちエレメント１０を形成し、かつ、印刷回路基板の底部表面すなわち第２の表面に、固体導電接地平面すなわちバックプレーン１２を形成することによって製造されている。エレメント１０とその下側の接地平面１２とを接続している垂直方向の接続部は、金属めっきビア１４として印刷回路基板中に形成されている。ビア１４は、エレメント１０上の中心に置かれている。頂部プレート１０およびビア１４を備えた金属部材は、二次元格子のセルに配列されており、平らな金属表面１２からわずかに突き出たマッシュルーム形あるいは画鋲形の部材を思い浮かべることができる。印刷回路基板によって提供されることが好ましい基板１６の厚さによって制御される構造の厚さは、当該周波数の１波長λよりはるかに短くなっている。また、エレメント１０のサイズも、当該周波数の１波長λ未満に維持されている。分かり易くするために、図１には印刷回路基板１６は示されていないが、印刷回路基板１６は、図２ａでいつでも見ることができる。分かり易くするために、図１には頂部プレート１０のアレイのごく一部しか示されていないが、極めて多数の金属頂部プレートを利用してＨｉ−Ｚ表面が形成されている。
【０００８】
この構造は、２つの重要な特性を有しており、表面波による接地平面を横切る伝搬を抑制し、また、高表面インピーダンスを提供し、それにより短絡を生じることなくアンテナを構造上に平らに横たえることができるが、この２つの特性がもたらされるのは、特定の周波数帯域に対してのみである。高インピーダンス領域の周波数および帯域幅は、表面のキャパシタンスおよびインダクタンスを変化させることによって調整することができる。インダクタンスは、帯域幅を直接決定している厚さによって決まる。帯域幅は、ｔが厚さであり、λが共振波長である２πｔ／λに等しい。数十ＧＨｚのレンジで動作する構造の場合、数ミリメートルの厚さによって、１オクターブに近い帯域幅が提供されるが、重要な周波数レジームであるＳ帯域およびＬ帯域に対しては、この厚さによって提供される帯域幅は、１０〜２０％に過ぎない。ＵＨＦ周波数に対しては、数センチメートルの厚さｔでも、提供される帯域幅はせいぜい数パーセントに過ぎない。
【０００９】
多重帯域アンテナには、すべての当該帯域に及ぶ全周波数レンジをカバーする必要がないことがしばしばであるが、本明細書において説明する類の多重帯域Ｈｉ−Ｚ表面の場合、未使用周波数の比較的広い帯域で分離された複数の狭帯域をカバーすることが可能である。事実、このことは、帯域外干渉を抑制するためには有利である。多重帯域アンテナの場合、個々の帯域の帯域幅が、それらの間の総周波数分離よりはるかに小さい複数の帯域に、高インピーダンス状態を提供する表面を持つことが望ましく、それにより、すべての帯域を同時にカバーする設計構造より薄くすることができ、また、他の不要な信号の受信を抑制することができる。図２ａおよび２ｂは、これを示したものである。図２ａは、比較的分厚い誘電体基板１６を備えた従来の２層Ｈｉ−Ｚ表面１を示したものである。図２ａ−１は、図２ａのＨｉ−Ｚ表面によってもたらされる単一帯域ギャップの線図である。図２ｂは、本発明によるＨｉ−Ｚ表面の一実施形態を示したものである。図２ｂ−１は、図２ｂのＨｉ−Ｚ表面によってもたらされる２つの帯域ギャップの線図である。図２ｂの実施形態の２つの基板１６および２２を組み合わせた厚さは、従来技術に典型的に使用されている、Ｈｉ−Ｚ表面を備えた基板１６の厚さより薄くなっている。
【００１０】
図２ｂに示す二重帯域実施形態は、図２ａに示す実施形態と比較した場合、各々の帯域幅が比較的小さい２つの帯域を有しているため、図２ｂの二重帯域Ｈｉ−Ｚ表面は、図２ａに示す従来技術による表面より実質的に薄くすることができる。したがって二重帯域Ｈｉ−Ｚ表面は、匹敵する従来技術の表面より薄く、かつ、より優れた帯域外干渉の抑制をもたらしている。
【００１１】
多重帯域Ｈｉ−Ｚ表面を製造するための技法は、異なる内部Ｈｉ−Ｚ表面領域を、それぞれ固有の共振で識別することができるよう、局部非対称性によって単一モードを多重モードに分割する多重共振構造を提供する技術、として要約することができる。これらの多重帯域Ｈｉ−Ｚ表面の重要な特徴は、ユニットセルのサイズがより大きくなることがしばしばであるとしても、多重帯域Ｈｉ−Ｚ表面が、従来の単一帯域Ｈｉ−Ｚ表面として、ある程度の総合的対称性を維持することができることである。少なくとも三重回転対称性を備えた従来のＨｉ−Ｚ表面により、受信波または送信波の特性に影響を及ぼすことなく、所望する任意の配向を表面実装アンテナに持たせることができることが実験的に分かっているため、このことは重要である。したがって対称構造を使用することにより、差動ビームダイバーシティアンテナなどの特定のタイプのアンテナの設計を単純にすることができる。一方、偏波制御すなわち調整が望ましい場合は、上に挙げたＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／３５０３１号に記述されているように、表面の対称性を崩すこともできる。この表面の対称性の破壊は、例えば、直線偏波と円偏波との間の変換を可能にするために有用である。本発明は、対称性および非対称性の両Ｈｉ−Ｚ表面構造と共に使用することができる。
【００１２】
一態様では、本発明により、複数の周波数帯域における反射位相がゼロの高インピーダンス表面が提供される。高インピーダンス表面は、接地平面と、接地平面から一定の距離を隔てて配置された第１のアレイ中に配置された複数の導電プレートであって、接地平面と第１のアレイとの間の距離が無線周波数ビームの波長より短く、前記第１のアレイが第１の格子定数を有する複数の導電プレートと、第１のアレイの格子定数と同じ格子定数あるいは異なる格子定数を有する第２のアレイを形成する、前記複数の導電プレートと関連した複数の導電エレメントとを備えている。
【００１３】
複数の導電エレメントは、導電プレートの他のアレイによって、および／または第１のアレイ中に配置された複数の導電プレートを接地平面に結合する導電部材のアレイによって提供されている。
【００１４】
他の態様では、本発明により、複数の周波数においてゼロ位相応答を示す高インピーダンス表面を製造する方法が提供される。この方法には、接地平面および接地平面から一定の距離を隔てて配置された第１のアレイ中に配置された複数の導電プレートを有する高インピーダンス表面を形成するステップであって、接地平面と第１のアレイとの間の距離が無線周波数ビームの波長より短いステップと、前記複数の導電プレートを前記接地平面に接続する、前記複数の導電プレートと関連した複数の導電エレメントを形成するステップと、前記複数の導電エレメントの各々を、関連する導電プレートの幾何学中心から一定の距離を隔てて配置するステップであって、導電プレートの所定のクラスタと関連したすべての導電エレメントが、所与のクラスタの共通ポイントに向かう方向に間隔を隔てて配置されるステップとが含まれている。
【００１５】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本明細書において説明する新しい構造と比較するべく、ＨＦＳＳソフトウェアを使用して、従来のＨｉ−Ｚ表面がシミュレートされた。図３ａの平面図に示す従来の構造は、１６０ミル（４．０６ｍｍ）の格子上に配列された、それぞれ１５０ミル（３．８ｍｍ）平方の頂部エレメント１０のアレイとして構築され、米国アリゾナ州ＣｈａｎｄｌｅｒのＲｏｇｅｒｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製の、厚さ６２ミル（１．６ｍｍ）のＤｕｒｏｉｄ　５８８０で形成された基板１６（図２ａ参照）上に配置されている。導電ビア１４は、頂部プレート１０内の中心に置かれ、その直径は、それぞれ２０ミル（０．５ｍｍ）である。頂部プレートおよび底部接地平面１２は、銅製である。この解析においては、アレイおよび接地平面の広がりは非常に大きく、したがってアレイは、通常、図に示す数よりはるかに多数のプレートで構築されているものとする。ＨＦＳＳソフトウェアによるシミュレーションによれば、従来のこのＨｉ−Ｚ表面は、図３ｂから分かるように、約１１ＧＨｚの単一共振を有している。共振は、反射位相がゼロを交差する周波数として識別することができる。この周波数においては、有限の電界が表面でサポートされ、短絡を生じることなく、表面に隣接して直接アンテナを置くことができる。アンテナの実用帯域幅は、位相曲線の傾きに比例し、位相が−π／２〜＋π／２の範囲に入る領域として近似することができる。
【００１６】
Ｈｉ−Ｚ表面は、導電ビア１４を、必要に応じて、例えば構造の本来の対称性が維持されるやり方で、頂部金属プレート１０の幾何学中心から外れて移動させることによって二重帯域にすることができる。図４ａは、その一例を示したもので、好ましくは導電性を持たせるべく金属が充填された複数のビア１４が、４つのビアからなる（この実施形態では）複数のグループを作って集まっており、クラスタ中の隣り合うビア１４は、隣接する頂部プレート１０のグループすなわちクラスタが対称配列されている中心点１８の方向に移動したかの如くに位置付けされている。この配列により、この構造の対称性が維持されているが、ユニットセルには、以前のセルが４つ含まれている。これを考察する別の方法は、図に示す構造の格子定数を考察することである。ビア１４の格子定数は、プレート１０の格子定数の２倍である（すなわち、単独で考察した場合、ビア１４の幾何学が反覆する距離が、頂部プレート１０の幾何学が反覆する距離の２倍である）。対称性を維持することは、この構造上に構築されるアンテナの放射特性にとって重要であり、また、２つの個別共振を生成するためにも重要である。複数のビア１４のすべてが同じ方向に移行すると、それにより共振周波数が移動する効果が得られるが、共振周波数が分割されることはない。この場合、ビア１４の格子定数は、頂部プレート１０の格子定数と同じである。また、この構造は、新しい共振周波数が入力波の偏波に依存している点で異方性である。
【００１７】
ビアを移動すなわち移行させるこの技法を使用することにより、個別に変化させることができる２つの共振を備えた構造を提供することができる。図４ｂ〜４ｄに示す反射位相グラフは、これを示したもので、２つの共振周波数の比率は、ビアのオフセットを２０ミルから６０ミル（０．５ｍｍから１．５ｍｍ）に変更することによって調整されている。図４ｂに示す反射位相グラフを得るために、ビア１４は、頂部プレート１０の中心から２０ミル（０．５ｍｍ）だけオフセットされている。図４ｂでは、構造の共振は、７．５ＧＨｚおよび１１．５ＧＨｚの２つの共振に分割されている。図４ｃの場合、ビア１４は、頂部プレート１０の中心から４０（１．０ｍｍ）だけオフセットされ、それにより７ＧＨｚおよび１３ＧＨｚの２つの共振がもたらされ、また、図４ｄでは、ビア１４は、頂部プレート１０の中心から６０ミル（１．５ｍｍ）だけオフセットされ、それにより６ＧＨｚおよび１３．５ＧＨｚの共振がもたらされている。ビア１４を移行させる効果を他の要因から分離するために、図４ａに示す実施形態の頂部プレート１０のサイズ、間隔、および基板１６の厚さは、図３ａに示す実施形態の試験と同じ値が維持されている。
【００１８】
ユニットセルが５つ以上のプレートからなる、より複雑な格子にすることにより、３つ以上の共振を生成することができる。各ユニットセルの内部モードが多ければ多いほど、構造の共振周波数が多くなる。また、正方形の格子ではなく、三角形、六角形または他の形状の格子に基づいた類似特性を有する構造を構築することもできる。
【００１９】
より複雑な多重帯域構造により、さらに柔軟性に富んだＨｉ−Ｚ表面反射位相構造が提供される。図５ａ〜５ｃの側面図を考察されたい。図５ａは、図４ａ〜４ｄを参照して上で説明した、ビアが移動した基本二重帯域２層構造を略図で示したものである。図５ｂおよび５ｃは、二重帯域３層構造を示したものである。追加絶縁層２２および頂部プレート２０のアレイの頂部金属層が追加され、セル間のキャパシタンスを大きくしている。頂部プレート２０の追加アレイは、追加アレイを接地平面１２に接続している、それぞれ独自の導電ビア１５を有している。このような追加により、所与の厚さに対する共振周波数が低くなり、また、Ｈｉ−Ｚ表面の帯域幅が狭くなっている。これらの追加層を追加することにより、多重帯域Ｈｉ−Ｚ構造の製造に利用することができる複雑性が付加されている。図５ｂに示す実施形態では、ビア１４のみが中心を外れて移動し、ビア１５は、それぞれ関連する頂部プレート２０の中心に置かれたままである。図５ｃに示す実施形態では、１つは比較的サイズが大きく、もう１つは比較的サイズが小さい２つのグループのプレート２０が存在するよう、頂部プレート２０のサイズが調整されているが、ビア１４および１５は、すべてプレート１０および２０の中心にそれぞれ置かれている。上記２つの実施形態は、２層バージョンに関連して示した方法と同様の方法で共振を分割する効果を有している。したがって、（ｉ）ビアの位置を、クラスタ中の関連するそれぞれの頂部プレートの中心を外れて、共通ポイントに向けて移動させるか、あるいは（ｉｉ）下部層であるプレート１０のプレート１０サイズとは異なるサイズの導電頂部プレート２０の格子を有する層を追加することにより、従来のＨｉ−Ｚ表面の共振を多重共振にすることができる。図２ｂに示すように、両技法を組み合わせることにより、さらに大きな効果をもたらすことができる。２層構造の場合と同様、ユニットセルをより複雑にすることにより、さらに多くの共振を付与することができる。複雑性が増すことにより、構造は、より多くの製造費を必要とすることになるが、その分、Ｈｉ−Ｚ表面を設計する設計者に自由度が提供され、したがって共振周波数および共振帯域幅を、より一層制御することができる。
【００２０】
本明細書で示す各構造では、個々の共振に対する寄与として、異なる物理領域が識別されている。図５ａ〜５ｃでは、より高い周波数共振に寄与している物理領域に、矢印ＨＦＲのラベルが振られ、より低い周波数共振に寄与している物理領域に、矢印ＬＦＲのラベルが振られている。一般的には、より低い周波数共振は、キャパシタンスがより大きい領域、すなわち内部体積がより大きい領域によってもたらされ、一方、キャパシタンスがより小さい領域、すなわち内部体積がより小さい領域は、より高い周波数共振に寄与している。ビアを移動させ、かつ／またはプレートのサイズを調整することにより、キャパシタンスおよびインダクタンスの合計が領域から領域へ移動し、かつ、同一共振器の一様なアレイが、異なる共振器のモザイク中に再形成され、それにより多重高インピーダンス状態になる。このタイプの構造には、複数のビアを各ユニットセル中、さらには各プレート上に配置する能力、およびほとんど無限の可能プレート幾何学配列を始めとする多くの自由度が存在している。
【００２１】
図６ａおよび６ｂは、ビアの移動およびパッチ幾何学の変更の両方を具体化する３層構造の実施例を示したものである。この例示的３層構造は、前述のＨＦＳＳソフトウェアを使用してシミュレートされている。この例示的３層構造では、基板１６（図６ａには図示せず）は、厚さ６２ミル（１．６ｍｍ）のＦＲ４であり、絶縁層２２（同じく図６ａには図示せず）は、厚さ２ミル（０．０５ｍｍ）のカプトン（Ｋａｐｔｏｎ）ポリイミドである。この構造は、容易に構築できるように設計されたものであり、したがって一方の層のビア１４は、もう一方の層中のギャップが存在する部分に置かれている。プレート２０の層には、比較的大きいプレート２０Ａのアレイおよび比較的小さいプレート２０Ｂのアレイが含まれている。プレート２０Ａおよび２０Ｂは、印刷回路基板技術で便利に使用されている銅などの金属であることが好ましく、また、印刷回路基板技術を使用して基板１６上に形成されることが好ましい。プレート２０Ａおよび２０Ｂのアレイは、反覆パターン中で混合され、また、アレイの各々は、この実施形態では同じ格子定数を有している。この例示的３層構造のプレート２０Ｂは、一辺が３０ミル（０．７５ｍｍ）の正方形の形をした銅であり、プレート２０Ａは、八角形の形をした、残りの面積を満たすサイズの銅であり、プレート２０Ｂとのクリアランスは２０ミル（０．５ｍｍ）である。プレート１０の上部層は、この実施例では、一辺が１５０ミル（３．８ｍｍ）の正方形の形をした銅であり、基板２２上に形成された隣接するプレート１０との間のクリアランスは１０ミル（０．２５ｍｍ）である。また、この例示的３層構造では、プレート１０のアレイは、プレート２０のアレイに対して４５度回転している。
【００２２】
プレート１０および２０は、例えば従来の印刷回路製造技法を使用して、各々の基板上に形成されている。プレート２０の下部アレイは、Ｈｉ−Ｚ表面のこの実施形態の電磁特性には特に影響しないため、この実施形態では電気的にフローティングされているか、あるいは金属充填導電ビア１５によって接地平面１２に接続されている。プレート１０の上部層は、プレート１０を接地平面１２に結合している、金属充填導電ビア１４を有していることが好ましい。この例示的３層構造では、ビア１４は、プレート１０の中心から７０ミル（１．８ｍｍ）だけ対角線方向にオフセットされている。試験の結果によれば、金属充填ビア１４は、そのすべてが存在する必要はない。実際、試験の結果によれば、金属充填ビア１４の５０％が存在するだけで、Ｈｉ−Ｚ表面は十分満足に機能している。しかしながら図６ａおよび６ｂに示す例示的３層構造には、金属充填ビア１４のための空間が明確に存在しているため、ビア１４をプレート１０の各々に提供することが好ましいとされている。ビア１５は、任意選択で、共振周波数に影響を及ぼすことなく、各フローティングプレート２０の中心、あるいは特定のフローティングプレート２０の中心に置くことができる（この層に対する任意選択導電ビアは、図６ｂの数表示１５で示されている。導電ビア１５を使用する場合は、多数の導電ビア１５が使用されることになる。ビア１５は、この実施形態では任意選択であるため、図６ａには示されていない）。
【００２３】
この例示的構造は、プレート幾何学およびビア１４の位置の両方を調整することによって、広範囲に渡って同調することができる２つの共振周波数を有している。図７は、この例示的３層構造の反射位相を示したものであり、図７から分かるように、この例示的３層構造の共振周波数は、１．３ＧＨｚおよび８．６ＧＨｚである。
【００２４】
この実施形態では、下部層は、２つの異なるプレート構成、すなわちプレート２０Ａおよびプレート２０Ｂのプレート２０アレイとして示されている。一方のプレート構成２０Ａは、比較的大きい八角形であり、もう一方のプレート構成２０Ｂは、比較的小さい正方形である。例えば、比較的大きい円形プレートおよび比較的小さい円形プレートのアレイ、あるいは他の例として、比較的大きい三角形プレートおよび比較的小さい三角形プレートのアレイなど、他のプレート構成も可能である。図６ａおよび６ｂに示す本発明の例示的３層構造には、反覆パターン、すなわち当該周波数に対する適切なサイズの構成を有し、かつ、プレート１０の他の隣接層の格子定数とは異なる格子定数を有する導電プレート２０のアレイが含まれている。
【００２５】
また、この例示的３層構造では、プレート２０を含んだ層を、下部層すなわち底部層と呼び、また、プレート１０を含んだ層を、頂部層すなわち上部層と呼んでいるが、図６ａおよび６ｂを考察すれば分かるように、導電ビアをいずれか一方の層または両方の層から接地平面１２に経路化するための空間が間違いなく存在しているため、接地平面１２に対してどちらの層が上部層を形成し、どちらの層が下部層を形成するかには関係なく、もう一方の層に対して、どちらの層を上にすることもできる。プレート１０を下部層として配列する場合、例えば、プレート１０を都合良くバイパスする位置Ａにビア１５を設け、それにより八角形プレート２０Ａを接地平面１２に接続し、また、同様にプレート１０を都合良くバイパスする位置Ｂにビア１５を設け、それにより正方形プレート２０Ｂを接地平面１２に接続することができる。導電ビア１５をプレート２０と共に使用する場合、ビア１５は、図４ａ〜４ｄを参照して上で考察した方法と同様の方法で、プレート２０の幾何学中心からオフセットされる。
【００２６】
図８ａおよび８ｂは、３層構造の他の実施形態を示したもので、図６ａおよび６ｂの実施形態と概ね類似している。この実施形態では、導電ビア１４は、中心を外れて移動している図６ａおよび６ｂの実施形態の場合とは異なり、プレート１０の中心に置かれている。また、プレート１０およびプレート２０（プレート２０はこの場合も、２つの異なるサイズのプレート、つまり比較的大きいプレート２０Ａのサブセットすなわちサブアレイ、および比較的小さいプレート２０Ｂのサブセットすなわちサブアレイからなっており、両プレート構成は、反覆パターン中で混合されている）は、同じ格子定数を有している。図８ａおよび８ｂに示すエレメントの番号は、図６ａおよび６ｂの実施形態および他の実施形態に使用されている番号と一致している。接地プレート１２が示されており、プレート１０、２０Ａおよび２０Ｂは、すべて接地プレート１２の上に配置されている。プレート１０は、絶縁層２２の上に配置されることが好ましく、プレート２０Ａおよび２０Ｂは、基板１６上に配置されることが好ましい。図８ａおよび８ｂは、３層構造が、共通の格子定数を共有する異なるサイズの３つのプレートを利用することができることを立証している（プレート１０のサイズは、プレート２０Ａのサイズと２０Ｂのサイズの中間である）。図６ａおよび６ｂに示す実施形態のプレートも、３つの異なるサイズを有しており、また、プレート１０のサイズも、同じくプレート２０Ａのサイズと２０Ｂのサイズの中間であるが、図６ａおよび６ｂの実施形態では、格子定数は、図に示すプレートの２つの層と層の間で変化している。
【００２７】
図８ａおよび８ｂに示す例示的３層構造では、プレート２０を含んだ層を、底部層すなわち下部層と呼び、また、プレート１０を含んだ層を、頂部層すなわち上部層と呼んでいるが、図８ａおよび８ｂを考察すれば分かるように、導電ビアをいずれか一方の層または両方の層から接地平面１２に経路化するための空間が間違いなく存在しているため、接地平面１２に対してどちらの層が上部層を形成し、どちらの層が下部層を形成するかには関係なく、もう一方の層に対して、どちらの層を上にすることもできる。プレート１０を下部層の上に配列する場合、例えば、プレート１０を都合良くバイパスする位置Ａにビアを設け、それによりプレート２０Ａを接地平面１２に接続し、また、同様にプレート１０を都合良くバイパスする位置Ｂにビアを設け、それによりプレート２０Ｂを接地平面１２に接続することができる。導電ビアをプレート２０と共に使用する場合、それらのビアは、図４ａ〜４ｄを参照して上で考察した方法と同様の方法で、プレート２０の幾何学中心からオフセットされ、それにより、よりいっそうの柔軟性が提供される。
【００２８】
プレート１０および２０は、例えば従来の印刷回路製造技法を使用して、各々の基板上に形成されている。プレート２０の下部アレイは、Ｈｉ−Ｚ表面のこの実施形態の電磁特性には特に影響しないため、この実施形態では電気的にフローティングされているか、あるいは金属導電ビア１５によって接地平面１２に接続されている。プレート１０の上部層は、プレート１０を接地平面１２に結合している、金属導電ビア１４を有していることが好ましい。この例示的３層構造では、ビア１４は、プレート１０の中心に置かれている。試験の結果によれば、金属ビア１４は、そのすべてが存在する必要はない。実際、試験の結果によれば、金属ビア１４の５０％が存在するだけで、Ｈｉ−Ｚ表面は十分満足に機能している。しかしながら図８ａおよび８ｂに示す例示的３層構造には、金属ビア１４のため空間が明確に存在しているため、ビア１４をプレート１０の各々に提供することが好ましいとされている。ビア１５は、任意選択で、共振周波数に影響を及ぼすことなく、各フローティングプレート２０の中心、あるいは特定のフローティングプレート２０の中心に置くことができる（この層に対する２つの任意選択導電ビアは、図８ｂの数表示１５で示されている。導電ビア１５を使用する場合は、多数の導電ビア１５が使用されることになる。ビア１５は、この実施形態では任意選択であるため、図８ａには示されていない）。
【００２９】
図６ａおよび６ｂおよび図８ａおよび８ｂに示す例示的２絶縁層（層１６および２２）構造に関しては、以下のことが確認されている。
【００３０】
（１）上部プレートおよび下部プレートの両方を、導電ビアによって接地平面１２に結合する場合、両プレートセットのプレートサイズを変更することによって共振を分割することができる。
【００３１】
（２）上部プレートセットのみを、導電ビアによって接地平面１２に結合する場合、（ａ）下部プレートのサイズを変更することによって共振を分割することができ、（ｂ）上部プレートのサイズを変更しても共振を分割することはできない。
【００３２】
（３）下部プレートセットのみを、導電ビアによって接地平面１２に結合する場合、（ａ）下部プレートセットのサイズを変更しても共振を分割することはできず、（ｂ）上部プレートのサイズを変更することによって共振を分割することができる。
【００３３】
つまり、一方のプレートセットのみを、導電ビアによって接地平面１２に結合する場合、共振を分割するためには、もう一方の層のもう一方のプレートのサイズを変更しなければならない。しかしながら、導電ビアの一方のサブセットを第１の方向に移動させ、導電ビアの第２のサブセットを、異なる第２の方向に移動させることを条件として、関連するプレートの幾何学中心からビアの位置を移動させることにより、導電ビアによっていずれのプレートセットを接地平面１２に結合するかに関係なく、共振を分割することができる。
【００３４】
単層プレートのみを有するＨｉ−Ｚ表面は、上で考察したビアを移行させる技法および／またはプレートのサイズを変化させる技法と同じ技法を使用して、二重帯域または多重帯域にすることができる。ビアおよびプレートは、それぞれ空洞のインダクタンスおよびキャパシタンスに影響を及ぼすため、生成される２つの共振の帯域幅に対して、それぞれ異なる効果を有している。プレートのサイズのみが変化するＨｉ−Ｚ表面は、広い下部共振および狭い上部共振を有することが観察されている。一方、導電ビアのみが移動するＨｉ−Ｚ表面は、狭い下部共振および広い上部共振を有している。一般的には、ビアのオフセット位置およびプレートサイズの両方を制御することにより、所望する任意の帯域幅比率を概ね有する共振をもたらす二重帯域Ｈｉ−Ｚ表面を構築することができ、このような表面に必要なことは、接地平面１２に隣接して配置された単層プレート１０を持たせることだけである。また、より複雑な幾何学、例えば多層プレートを使用し、そのうちのいくつか（あるいはすべて）を多重サイズのプレート（また、隣接する層のプレートサイズが異なることが好ましい）にすることにより、反射位相が３つ以上の周波数でゼロである構造を構築する技術を使用して、追加共振を導入することができる。
【００３５】
本発明の一態様の最も一般的な意味においては、本発明により、セルのサブセットのキャパシタンスまたはインダクタンスを交番させる必要のあるＨｉ−Ｚ表面に複数の共振をもたらすための技法が提供される。図９は、この技法を示したものであり、セル１１を１つ置きに交番するコンデンサおよび誘導子が示されている。キャパシタンスの変更、あるいはインダクタンスの変更、もしくはその両方の変更を選択することができる。多層二次元構造では、キャパシタンスは、一般的にはプレートがオーバラップする面積を調整することによって変更され、また、インダクタンスは、ビアの位置を調整することによって変更されるが、コンデンサの厚さすなわち絶縁体の誘電率の変更、あるいは誘導子の幾何形状または誘導子を取り囲んでいる材料の変更など、これらのパラメータを調整する他の方法を使用することもできる。本発明は、上に示した実施例に限定されず、一般的には、例えば複数の共振をもたらすべく、間欠構造中におけるセルのサブセットのキャパシタンスあるいはインダクタンスを、本明細書において説明した方法で変化させるためのあらゆる超小型電子技術が含まれている。
【００３６】
Ｈｉ−Ｚ表面の形成には、極めて多数のプレートすなわちエレメント１０、２０を利用することができるが、分かり易くするために、図には、アレイを形成しているプレートすなわちエレメント１０、２０のごく一部のみが示されている。
【００３７】
添付の図面に示す実施形態では、Ｈｉ−Ｚ表面は、平面状Ｈｉ−Ｚ表面として示されている。Ｈｉ−Ｚ表面は、使用上、平面状である必要はなく、それどころか、必要に応じて非平面状の構成にすることも可能である。例えば、Ｈｉ−Ｚ表面は、いくつかの例示的車両を挙げると、自動車、トラック、航空機、戦車などの車両の外部表面と同じ形状にすることができる。Ｈｉ−Ｚ表面には、通常、使用に際して、複数のアンテナ素子が取り付けられる（実際には、アンテナ素子は表面に統合されるため、表面およびアンテナは非常に薄く、その厚さは、例えば１ｃｍ未満である）。また、Ｈｉ−Ｚ表面は、地上通信システムまたは衛星通信システムと共に使用するべく構成することもできる。本明細書において開示したタイプの、少なくとも２つの共振を有し、かつ、それらの共振に対して有効な適切なアンテナを備えたＨｉ−Ｚ表面は、Ｈｉ−Ｚ表面およびアンテナが、（ｉ）極めて薄く、したがって、例えば車両の屋根の外部形状と同じ形状の構成にすることができ（したがって極めて空気力学的であり、かつ、Ｈｉ−Ｚ表面の露出表面およびアンテナを、容易に車両の外部表面構成と同じ形に適合させることができるため、アンテナを視野から有効に隠すことができる）、また、（ｉｉ）例えばセルラ電話サービス（現在、複数の周波数帯域を占有している）、および／または直接衛星同報通信サービス（例えばテレビジョンおよび／またはラジオ）、および／または全世界衛星測位システム衛星、および／または地上ベースプロバイダおよび／または衛星ベースプロバイダからのインターネットサービスとの使用に対して有効なアンテナであるため、地上の車両（例えば自動車）との使用に打って付けである。本明細書において開示した多重共振Ｈｉ−Ｚ表面を使用した所与の薄さのアンテナは、他の多くのアプリケーションに使用することができる。現在、２つまたは３つの周波数帯域で動作しているハンドヘルドセルラ電話のアンテナは、このようなアプリケーションの１つである。
【００３８】
Ｈｉ−Ｚ表面と共に使用することができるアンテナ素子は、広範囲のタイプのアンテナ素子から選択することができる。例えばアンテナ素子は、単純なダイポールアンテナを形成することができ、あるいはパッチすなわちノッチアンテナを形成することができる。利用するアンテナのタイプを混合する（例えば、１つのタイプを１つの周波数帯域に、また、別のタイプのアンテナを異なる周波数帯域に）ことにより、アンテナに、異なる周波数帯域における受信信号の様々な偏波に応答させることができる。また、アンテナを送信アンテナとして使用する場合、様々な偏波をこのような帯域中で送信することができる。
【００３９】
以上、本発明について、特定の実施形態に関連して説明したが、以上の説明により、当分野の技術者には、自ら改変が可能であろう。したがって本発明は、特許請求の範囲による要求を除き、開示した実施形態には限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来のＨｉ−Ｚ表面の斜視図である。
【図２ａ】
比較的分厚い誘電体層を有する従来のＨｉ−Ｚ表面の側断面図、およびこの表面によってもたらされる単一帯域ギャップの線図である。
【図２ａ−１】
図２ａに示すＨｉ−Ｚ表面の単一広帯域ギャップのグラフである。
【図２ｂ】
本発明による比較的薄い誘電体層を有するＨｉ−Ｚ表面の側断面図である。
【図２ｂ−１】
図２ｂに示すＨｉ−Ｚ表面によってもたらされる２つの帯域ギャップの線図である。
【図３ａ】
各々の頂部プレートの中心に置かれた複数のビアを示す、従来のＨｉ−Ｚ表面の平面図である。
【図３ｂ】
図３ａに示し、かつ、本明細書において説明する表面の、位相がゼロを交差する単一共振によって特性化される反射位相のグラフである。
【図４ａ】
複数のビアの位置を４つのビアのクラスタ中に移動させ、それにより構造の格子定数を２倍にすることによってもたらされる２つの共振を有するＨｉ−Ｚ表面の一実施形態を示す図である。
【図４ｂから４ｄ】
図４ａに示す実施形態に対して、複数のビアが頂部プレートの幾何学中心からそれぞれ異なる距離に再配置された３つの配列に対する反射位相のグラフである。
【図５ａから５ｃ】
多重帯域Ｈｉ−Ｚ表面の他の実施形態の側面図である。
【図６ａ】
図２ｂに示すＨｉ−Ｚ表面と同様の３層Ｈｉ−Ｚ表面の略平面図である。
【図６ｂ】
図６ａに示す線６ｂ−６ｂに沿って取った、図６ａの３層Ｈｉ−Ｚ表面の断面図である。
【図７】
図６ａおよび６ｂに示す実施形態の配列に対する反射位相のグラフである。
【図８ａ】
３層Ｈｉ−Ｚ表面の他の実施形態の略平面図である。
【図８ｂ】
図８ａに示す線８ｂ−８ｂに沿って取った、図８ａの３層Ｈｉ−Ｚ表面の断面図である。
【図９】
このような表面における本発明の動作の様子を、より客観的に示す、本明細書において開示した２層Ｈｉ−Ｚ表面のＬ−Ｃ等価回路図である。

Claims

複数の周波数帯域における反射位相がゼロの高インピーダンス表面であって、
（ａ）接地平面と、
（ｂ）前記接地平面から一定の距離を隔てて配置された第１のアレイ中に配置された複数の導電プレートであって、前記距離が、前記複数の周波数帯域の無線周波数の波長より短く、前記第１のアレイが第１の格子定数を有するところの複数の導電プレートと、
（ｃ）前記複数の導電プレートと関連した複数の導電エレメントであって、前記複数の導電エレメントは、第２のアレイを形成し、前記第２のアレイは、前記第１のアレイの格子定数より大きい格子定数を有するところの複数の導電エレメントと
を備えた高インピーダンス表面。
前記第２のアレイの格子定数が、前記第１のアレイの格子定数の整数倍である、請求項１に記載の高インピーダンス表面。
前記複数の導電エレメントが、前記複数の導電プレートのうちの少なくとも選択された導電プレートを前記接地平面に接続する、請求項２に記載の高インピーダンス表面。
前記複数の導電エレメントが、前記複数の導電プレートの少なくとも大半を前記接地平面に接続する、請求項２に記載の高インピーダンス表面。
前記接地平面と、前記第１のアレイ中に配置された前記複数の導電プレートとの間に配置された誘電体層をさらに備え、前記複数の導電エレメントが、前記誘電体層中の導電ビアによって形成される、請求項４に記載の高インピーダンス表面。
第２の複数の導電プレートをさらに備え、前記第２の複数の導電プレートは、前記第２のアレイ中に、前記接地平面から第２の間隔を隔てて配置された、請求項５に記載の高インピーダンス表面。
前記第１のアレイ中に配置された前記複数の導電プレートと、前記第２の複数の導電プレートとの間に配置された第２の誘電体層をさらに備えた、請求項６に記載の高インピーダンス表面。
前記第２の複数の導電プレートのうちの少なくとも選択された導電プレートを前記接地平面に接続する第２の複数の導電エレメントをさらに備えた、請求項７に記載の高インピーダンス表面。
前記第２の複数の導電エレメントが、前記第２のアレイ中に配列され、そして、その幾何学的中心で、前記第２の複数の導電プレートのうちの少なくとも選択された導電プレートと接触する、請求項８に記載の高インピーダンス表面。
前記第２の複数の導電エレメントが、前記第２のアレイの格子定数より大きい格子定数を有する第３のアレイ中に配列され、そして、その幾何学的中心から間隔を隔てたポイントで、前記第２の複数の導電プレートのうちの少なくとも選択された導電プレートと接触する、請求項８に記載の高インピーダンス表面。
前記第２の複数の導電プレートが、比較的サイズの大きい複数のプレートおよび比較的サイズの小さい複数のプレートを備えた、請求項６から１０のいずれか１つに記載の高インピーダンス表面。
前記第２の複数の導電プレート中の比較的サイズの大きい複数のプレートが、概ね八角形の構成を有する、請求項１１に記載の高インピーダンス表面。
前記第１のアレイ中に配置された前記複数の導電プレートのサイズおよび構成が一様である、請求項６から１０のいずれか１つに記載の高インピーダンス表面。
前記複数の導電エレメントが、前記接地平面から第２の距離を隔てて配置された前記第２のアレイ中に配置された第２の複数の導電プレートを備えた、請求項２に記載の高インピーダンス表面。
前記第１のアレイ中に配置された複数の導電プレートと、前記第２の複数の導電プレートとの間に配置された第１の誘電体層、および、前記接地平面と、前記第２のアレイ中に配置された複数の導電プレートとの間に配置された第２の誘電体層をさらに備えた、請求項１４に記載の高インピーダンス表面。
前記第２の複数の導電プレートのうちの少なくとも選択された導電プレートを前記接地平面に接続する複数の導電ビアをさらに備えた、請求項１５に記載の高インピーダンス表面。
前記第１の複数の導電プレートのうちの少なくとも選択された導電プレートを前記接地平面に接続する複数の導電ビアをさらに備えた、請求項１５に記載の高インピーダンス表面。
前記複数の導電ビアが第３のアレイ中に配列されて、その幾何学中心で、前記第１の複数の導電プレートのうちの少なくとも選択された導電プレートと接触する、請求項１７に記載の高インピーダンス表面。
前記複数の導電ビアが、前記第１のアレイの格子定数より大きい格子定数を有する第３のアレイ中に配列され、そして、その幾何学的中心から間隔を隔てたポイントで、前記第１の複数の導電プレートのうちの少なくとも選択された導電プレートと接触する、請求項１７に記載の高インピーダンス表面。
前記第２の複数の導電プレートが、比較的サイズの大きい複数のプレートおよび比較的サイズの小さい複数のプレートを備えた、請求項１４から１９のいずれか１つに記載の高インピーダンス表面。
前記第２の複数の導電プレート中の比較的サイズの大きい複数のプレートが、概ね八角形の構成を有する、請求項２０に記載の高インピーダンス表面。
前記第１のアレイ中に配置された複数の導電プレートのサイズおよび構成が一様である、請求項１４から１９のいずれか１つに記載の高インピーダンス表面。
複数の周波数帯域における反射位相がゼロの高インピーダンス表面であって、
（ａ）誘電体表面上の接地平面と、
（ｂ）接地平面から一定の距離を隔てて配置された前記誘電体表面上のアレイ中に配置された複数の導電プレートであって、前記距離が、前記複数の周波数帯域の無線周波数の波長より短いところの複数の導電プレートと、
（ｃ）前記誘電体表面中の複数の導電ビアであって、前記複数の導電ビアが前記複数の導電プレートと結合し、前記複数の導電ビアが第２のアレイを形成し、第２のアレイの前記ビアが、第１のアレイ中に配置された各導電プレートの幾何学中心から間隔を隔てて配置され、前記複数の導電ビアの第１の選択されたものが、前記幾何学中心から第１の方向に間隔を隔てて配置され、前記複数の導電ビアの第２の選択されたものが、前記幾何学中心から第２の方向に間隔を隔てて配置され、前記第２の方向が前記第１の方向とは異なるところの複数の導電ビアと
を備えた高インピーダンス表面。
導電プレートの前記アレイが第１の格子定数を有し、そして、導電ビアのアレイも格子定数を有し、導電プレートのアレイの格子定数が、導電ビアのアレイの格子定数の整数倍である、請求項２３に記載の高インピーダンス表面。
前記複数の導電ビアが、前記複数の導電プレートのうちの少なくとも選択された導電プレートを前記接地平面に接続する、請求項２４に記載の高インピーダンス表面。
無線周波数の放出に影響を及ぼすべく、複数の周波数ゼロ位相応答を示す高インピーダンス表面を形成する方法であって、
（ａ）接地平面、および、前記接地平面から一定の距離を隔てて配置された第１のアレイ中に配置された複数の導電プレートを有する高インピーダンス表面を形成するステップであって、前記距離が無線周波数放出の波長より短いところのステップと、
（ｂ）前記複数の導電プレートと関連した複数の導電エレメントを形成するステップであって、前記複数の導電エレメントは、前記複数の導電プレートを前記接地平面に接続するところのステップと、
（ｃ）前記複数の導電エレメントの各々を、関連する導電プレートの幾何学中心から一定の距離を隔てて配置するステップであって、導電プレートの所定のクラスタと関連したすべての導電エレメントが、所与のクラスタの共通ポイントに向かう方向に間隔を隔てて配置されるところのステップと
を含む方法。
前記接地平面から別の間隔を隔てて配置された、第２のアレイ中に配置された第２の複数の導電プレートを形成するステップであって、前記第２のアレイは、前記第１のアレイの格子定数とは異なる格子定数を有するところのステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
前記第２のアレイの格子定数が、前記第１のアレイの格子定数の整数倍である、請求項２７に記載の方法。
前記第２の複数の導電プレートが、比較的大きいプレートのグループおよび比較的小さいプレートのグループを備えた、請求項２６に記載の方法。
複数の周波数ゼロ位相応答を示す高インピーダンス表面を形成する方法であって、
（ａ）接地平面、および、前記接地平面から一定の距離を隔てて配置された第１のアレイ中に配置された複数の導電プレートを有する高インピーダンス表面を形成するステップであって、前記距離が、複数の周波数ゼロ位相応答における周波数の波長より短いステップと、
（ｂ）第２の複数の導電プレートを、前記接地平面から別の距離を隔てて配置された第２のアレイ中に形成するステップと、
（ｃ）前記第１のアレイの格子定数とは異なる格子定数を持たせるべく、前記第２のアレイを形成するステップと
を含む方法。
前記第２のアレイの格子定数が、前記第１のアレイの格子定数の整数倍である、請求項３０に記載の方法。
前記第２のアレイの格子定数が、前記第１のアレイの格子定数の２倍である、請求項３１に記載の方法。
（ｄ）前記第２の複数の導電プレートと関連した複数の導電エレメントを形成するステップであって、前記複数の導電エレメントは、前記第２の複数の導電プレートを前記接地平面に接続するところのステップをさらに含む、請求項３０から３２のいずれか１つに記載の方法。
（ｅ）前記複数の導電エレメントの各々を、関連する導電プレートの幾何学中心から一定の距離を隔てて配置するステップであって、導電プレートの所定のクラスタと関連したすべての導電エレメントが、所与のクラスタの共通ポイントに向かう方向に間隔を隔てて配置されるステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
前記第１の複数の導電プレートが、比較的大きいプレートのグループおよび比較的小さいプレートのグループを備えた、請求項３０に記載の方法。
複数の周波数ゼロ位相応答を示す高インピーダンス表面を形成する方法であって、
接地平面を形成するステップと、
複数の導電プレートを、前記接地平面から一定の距離を隔てて配置された第１のアレイ中に配置するステップであって、前記距離が、前記高インピーダンス表面のゼロ位相応答に関連する無線周波数の波長より短く、前記第１のアレイが第１の格子定数を有するところのステップと、
複数の導電エレメントを、前記複数の導電プレートと関連した、第１のアレイの格子定数より大きい格子定数を有する第２のアレイ中に配置するステップと
を含む方法。
前記第２のアレイ中の複数の導電エレメントが、前記第１のアレイ中の前記複数の導電プレートを前記接地平面に抵抗接続する、請求項３６に記載の方法。
前記第２のアレイ中の複数の導電エレメントが、前記接地平面から一定の距離を隔てて配置された前記第２のアレイ中の第２の複数の導電プレートとして形成され、前記距離が、前記複数の周波数帯域における無線周波数の波長より短く、そして、前記第２の複数の導電プレートと前記接地平面を隔てている距離と、前記第１の複数の導電プレートと前記接地平面を隔てている距離とが異なる、請求項３６または３７に記載の方法。
複数の周波数帯域における反射位相がゼロである高インピーダンス表面であって、
（ａ）接地平面と、
（ｂ）前記接地平面から一定の距離を隔てて配置された第１のアレイ中に配置された第１の複数の導電プレートであって、前記距離が、前記複数の周波数帯域における無線周波数の波長より短いところの複数の導電プレートと、
（ｃ）前記接地平面から一定の距離を隔てて配置された第２のアレイ中に配置された第２の複数の導電プレートであって、前記距離が、前記複数の周波数帯域における無線周波数の波長より短く、前記複数の導電プレートが少なくとも２つのサブアレイを備え、前記サブアレイの一方のプレートが他方のサブアレイのプレートより大きいところの複数の導電プレートと
を備えた高インピーダンス表面。
前記第１のアレイが格子定数を有し、前記第２のアレイが格子定数を有し、そして、前記第２のアレイの格子定数が、前記第１のアレイの格子定数の整数倍である、請求項３９に記載の高インピーダンス表面。
前記第１のアレイおよび前記第２のアレイが、同じ大きさの格子定数を有する、請求項３９に記載の高インピーダンス表面。
前記一方のサブアレイの大きい方のプレートが、前記第１のアレイのプレートより大きい、請求項３９に記載の高インピーダンス表面。
前記一方のサブアレイの大きい方のプレートが、前記第１のアレイのプレートより小さい、請求項３９に記載の高インピーダンス表面。
前記第２のアレイのプレートが、導電エレメントによって前記接地平面に結合される、請求項３９に記載の高インピーダンス表面。
前記第１および第２のアレイのプレートが、それぞれ第１および第２の誘電体基板上に配置される、請求項３９から４４のいずれか１つに記載の高インピーダンス表面。
前記接地平面が、前記第１および第２の誘電体基板の一方に配置される、請求項４５に記載の高インピーダンス表面。