JP2006504373A - フォトニックバンドギャップ材料によるマルチビームアンテナ - Google Patents

Abstract

本発明は、電磁波を集束させるための装置およびマルチビームアンテナに関する。このアンテナは、少なくとも１個のバンドギャップを有するフォトニックバンドギャップ材料（２０）と、このバンドギャップ材料内に少なくとも１個の狭いバンド幅を形成するための前記フォトニックバンドギャップ材料の少なくとも１個の周期的欠陥と、前記少なくとも１個の狭いバンド幅内で電磁波を送信しおよび／または受信するための励起素子（４０〜４３）であって、放射スポットがオーバーラップするように相互に配置されている励起素子を備える。

Description

本発明は、マルチビームアンテナに関するものであり、このアンテナは、電磁波を空間的及び周波数的にフィルタリングするフォトニックバンドギャップ材料であって、少なくとも１つのバンドギャップを具備し、送信および／または受信モードにおいて放射する外部表面を形成するフォトニックバンドギャップ材料と；このフォトニックバンドギャップ材料の少なくとも１つのバンドギャップ内に少なくとも１つの狭い帯域幅を生成するためのフォトニックバンドギャップ材料の少なくとも１つの周期性における欠陥と；この少なくとも１つの欠陥によって生成される少なくとも１つの狭い帯域幅内で電磁波を送信しおよび／または受信する励起装置と；を有している。

マルチビームアンテナは、宇宙アプリケーションにおいて（特に、地球の表面に対して送信しおよび／または、地球の表面から情報を受信するべく、静止衛星において）非常に広範に使用されている。このために、これらのアンテナは、複数の放射要素を有しており、これらのそれぞれは、相互に異なる電磁波ビームを生成する。これらの放射要素は、例えば、電磁波ビームの反射器を形成するパラボラの焦点近傍に配置されており、これらのパラボラ及びマルチビームアンテナは、静止衛星内に収容されている。このパラボラは、それぞれのビームを地球の表面の対応するエリアに案内するためのものである。そして、このマルチビームアンテナからのビームによって照射される地球表面のそれぞれのエリアを、通常、カバレージエリアと呼んでいる。従って、それぞれのカバレージエリアは、１つの放射要素に対応している。

現在、使用されている放射要素は、「ホーン」と呼ばれており、このホーンを具備するマルチビームアンテナは、ホーンアンテナと呼ばれている。それぞれのホーンは、送信および／または受信モードにおいて放射される円錐形のビームの基部を形成する略円形の放射スポットを生成する。そして、これらのホーンは、放射スポットを互いに可能な限り近接させるべく、互いに並べて配置されている。

図１Ａは、正面から見たマルチビームホーンアンテナを図式的に示しており、７つの正方形Ｆ１〜Ｆ７は、互いに隣接配置された７つのホーンのフットプリントを示している。そして、それぞれが正方形Ｆ１〜Ｆ７の１つに内接している７つの円Ｓ１〜Ｓ７は、対応するホーンによって生成される放射スポットを表している。この図１Ａのアンテナは、フランスに情報を送信するべく、静止衛星のパラボラの焦点に配置されている。

図１Ｂは、−３ｄＢのカバレージエリアＣ１〜Ｃ７を表しており、このそれぞれは、図１Ａのアンテナの１つの放射スポットに対応している。それぞれの円の中心は、受信パワーが最大である地球表面の地点に対応している。そして、それぞれの円の円周は、地球表面における受信パワーが、その円の中心における最大受信パワーの半分を上回っているエリアの範囲を示している。放射スポットＳ１〜Ｓ７は実際には隣接しているが、これらによって生成される−３ｄＢのカバレージエリアは、互いに離れている。尚、本明細書においては、これらの−３ｄＢのカバレージエリアの間に位置している領域を「受信ギャップ（ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ ｇａｐ）」と呼ぶ。従って、それぞれの受信ギャップは、受信パワーが最大受信パワーの半分を下回っている地球表面の領域に対応している。そして、これらの受信ギャップ内においては、受信パワーは、地上の受信機が正しく動作するには不十分なものになっている。

従来、この受信ギャップの問題を克服するべく、マルチビームアンテナの放射スポットをオーバーラップさせることが提案されている。図２Ａには、この種のオーバーラップしたいくつかの放射スポットを有するマルチビームアンテナの部分正面図が示されている。この図には、２つの放射スポットＳＲ１及びＳＲ２のみが示されている。それぞれの放射スポットは、７つの独立した互いに別個の放射源によって生成されている。即ち、放射スポットＳＲ１は、互いに隣接して配置された放射源ＳｄＲ１〜ＳｄＲ７によって形成されている。そして、放射スポットＳＲ２は、放射源ＳｄＲ１、ＳｄＲ２、ＳｄＲ３、及びＳｄＲ７と、放射源ＳｄＲ８〜ＳｄＲ１０によって生成されている。放射源ＳｄＲ１〜ＳｄＲ７は、第１動作周波数で動作し、この第１周波数において略均一な電磁波の第１ビームを生成するのに適している。そして、放射源ＳｄＲ１〜ＳｄＲ３及びＳｄＲ７〜ＳｄＲ１０は、第２動作周波数において動作し、この第２動作周波数において略均一な電磁波の第２ビームを生成するのに適している。従って、放射源ＳｄＲ１〜ＳｄＲ３及びＳｄＲ７は、第１及び第２動作周波数において同時に動作するべく設計されている。尚、この第１及び第２動作周波数は、生成される第１及び第２ビーム間における干渉を制限するべく、互いに異なったものになっている。

従って、このようなマルチビームアンテナにおいては、放射源ＳｄＲ１〜ＳｄＲ３などの放射源が、放射スポットＳＲ１及び放射スポットＳＲ２の両方を生成するべく使用されており、この結果、これら２つの放射スポットＳＲ１及びＳＲ２のオーバーラップが生成されている。図２Ｂには、オーバーラップする放射スポットを具備するマルチビームアンテナによって生成された−３ｄＢのカバレージエリアの配置図が示されている。このようなアンテナによれば、受信ギャップを相当に減少させることが可能であり、場合によっては、これらを消滅させることもできる。しかしながら、放射スポットがいくつかの独立した互いに別個の放射源から形成されており、且つ、これらの少なくともいくつかは、その他の放射スポットにも使用されているという事実に部分的に起因し、このマルチビームアンテナの制御は、従来のホーンアンテナと比べて複雑である。

本発明は、オーバーラップした放射スポットを有する簡単なマルチビームアンテナを提案することにより、この問題を克服することを目的としている。

従って、本発明の目的は、以上において定義したアンテナであり、これは、励起装置が、少なくとも第１及び第２の別個の動作周波数の近傍において同時に動作するべく設計されており；励起装置が、互いに別個であって独立した第１及び第２励起要素を含み、このそれぞれは、電磁波を送信および／または受信するべく設計されており、第１励起要素は、第１動作周波数において動作するべく設計され、第２励起要素は、第２動作周波数において動作するべく設計されており；フォトニックバンドギャップ材料の１つ又はそれぞれの周期性の欠陥により、放射外部表面に直交する方向における一定の高さと、放射外部表面に平行な既定の横方向寸法を有する漏洩共振空洞が形成され；第１及び第２動作周波数は、漏洩共振空洞の同一の共振モードを励起するべく設計されており、この共振モードは、第１及び第２放射スポットを外部表面上にそれぞれ生成するべく、空洞の横方向寸法とは無関係に、同一に確立され、これらの放射スポットのそれぞれは、送信および／または受信モードにおいてアンテナによって放射される電磁波のビームの発生地点を表しており；放射スポットのそれぞれは、その位置がその生成元である励起要素の位置に依存し、且つ、その面積がその生成元である放射要素の面積を上回る幾何学的な中心を具備しており；第１及び第２励起要素は、第１及び第２放射スポットがフォトニックバンドギャップ材料の外部表面上に互いに並んで部分的にオーバーラップした状態で位置するように互いに対して配置されている；ことを特徴としている。

このマルチビームアンテナの場合には、それぞれの励起要素により、電磁波ビームの発生地点において基部又は断面を形成する単一の放射スポットが生成される。従って、この観点においては、このアンテナは、１つのホーンが１つの単一の放射スポットを生成する従来のホーンアンテナに類似している。この結果、このアンテナの制御も、従来のホーンアンテナの制御に類似している。又、これらの励起要素は、放射スポットをオーバーラップさせるべく配置されている。従って、このアンテナは、オーバーラップした放射スポットを有するマルチビームアンテナの利点を具備する一方で、マルチビームホーンアンテナの制御と比べて、励起要素の制御が複雑化してはいない。

本発明によるマルチビームアンテナのその他の特性によれば、それぞれの放射スポットは、略円形であって、その幾何学的な中心は、最大送信および／または受信パワーに対応し、その外縁は、その中心における最大送信および／または受信パワーの一部に等しい最大送信および／または受信パワーに対応しており、２つの励起要素の幾何学的な中心を隔てている外部表面に平行な面内における距離は、第１励起要素によって生成される放射スポットの半径と第２励起要素によって生成される放射スポットの半径を加えたものを確実に下回っており；それぞれの放射スポットの幾何学的な中心は、放射外部表面に垂直であって、その生成元である励起要素の幾何学的な中心を通過するライン上に配置されており；第１及び第２励起要素は、１つの同一の空洞内に配置されており；第１及び第２動作周波数は、この同一の空洞によって生成される同一の狭い帯域幅内に位置しており；第１及び第２励起要素は、別個の共振空洞内にそれぞれ配置され、第１及び第２動作周波数は、これらの個別の空洞の横方向寸法から独立して共振モードをそれぞれ励起するべく設計されており；電磁放射の反射器面は、フォトニックバンドギャップ材料と関連付けられており、この反射器面は、別個の空洞を形成するべく変形されており；１つの又はそれぞれの空洞の形状は、平行六面体であり；電磁波を集束させる装置は、半円筒形状の反射器を有しており、アンテナのフォトニックバンドギャップ材料は、この反射器の半円筒形状の表面に対応する凸状の表面を具備している。

又、本発明は、電磁波を送信および／または受信するシステムにも関係しており、このシステムは、このシステムによって送信および／または受信される電磁波を焦点上に集束させる装置と；電磁波を送信および／または受信するべく、略焦点上に配置されれた電磁波の送信機および／または受信機と；を有し、本発明によるアンテナを有すると共に、その外部放射表面は、電磁波の送信機および／または受信機を形成するべく、略焦点上に配置されていることを特徴としている。

本発明によるシステムのその他の特徴によれば、電磁波を集束させる装置は、パラボラ形の反射器であり；電磁波を集束させる装置は、電磁レンズである。

本発明については、添付の図面との関連で、一例としてのみ提供する以下の説明を参照することにより、十分に理解されよう。

図３は、マルチビームアンテナ４を示している。このアンテナ４は、電磁波を反射する金属面２２と関連付けられたフォトニックバンドギャップ材料２０から形成されている。

尚、フォトニックバンドギャップ材料については周知であり、この材料２０などのフォトニックバンドギャップ材料の設計法については、例えば、仏国特許出願第９９１４５２１号（ＦＲ９９１４５２１）明細書に記述されている。従って、本明細書においては、この最新技術と比較したアンテナ４の特定の特徴についてのみ、詳細に説明することとする。

フォトニックバンドギャップ材料とは、特定の周波数範囲を吸収する（即ち、その周波数範囲内における透過を妨げる）特性を有している材料であることを思い起こして頂きたい。これらの周波数範囲により、本明細書において「バンドギャップ」と呼んでいるものが形成される。

図４には、材料２０のバンドギャップＢが示されている。この図４には、送信又は受信する電磁波の周波数対透過係数の変化を表す曲線が示されている（単位：デシベル）。この「透過係数」とは、フォトニックバンドギャップ材料の一方において送信されたパワーと、他方において受信されたパワーの比率を表すものである。この材料２０の場合には、バンドギャップＢ（又は、吸収帯域Ｂ）は、略７ＧＨｚ〜１７ＧＨｚにかけて延びている。

このバンドギャップＢの位置と幅を左右するものは、フォトニックバンドギャップ材料の特性と特徴のみである。

通常、フォトニックバンドギャップ材料は、様々な誘電率および／または透磁率の誘電体の周期的なアレイから構成されている。この場合には、材料２０は、アルミナなどの第１磁性材料から製造された２つのプレート３０、３２と、空気などの第２磁性材料から製造された２つのプレート３４及び３６から形成されている。プレート３４は、プレート３０及び３２間に挟持されており、プレート３６は、プレート３２と反射面２２間に挟持されている。プレート３０は、このプレートスタックの一端に位置しており、このプレートは、プレート３４と接触状態にある表面とは反対側の外部表面３８を具備している。そして、この表面３８が、送信および／または受信モードにおける放射表面を形成している。

周知のように、この幾何学的および／または高周波的な周期性に断絶を導入することにより（このような断絶を欠陥とも呼ぶ）、吸収の欠陥を生成することができる（即ち、フォトニックバンドギャップ材料のバンドギャップ内に狭い帯域幅を生成することができる）。そして、このような状態の材料を、欠陥を有するフォトニックバンドギャップ材料と呼ぶ。

この場合には、プレート３４の高さ（又は、厚さ）を上回るプレート３６の高さ（又は、厚さ）Ｈを選択することにより、幾何学的な周期性における断絶を生成している。周知のように、帯域幅Ｂの略中央に狭い帯域幅Ｅ（図４）を生成するには、この高さＨは、次の関係によって定義される。

ここで、λは、帯域幅Ｅの中央周波数ｆ_mに対応する波長であり、ε_rは、空気の相対誘電率であり、μ_rは、空気の相対透磁率である。

ここで、中央周波数ｆ_mは、略１．２ＧＨｚに実質的に等しい。

プレート３６は、その高さＨが一定であって、その横方向寸法がフォトニックバンドギャップ材料２０と反射器２２の横方向寸法によって定義される平行六面体の漏洩共振空洞を形成している。これらのプレート３０及び３２と反射面２２は、矩形であり、横方向の寸法は同一である。そして、この場合には、次の経験的な式によって定義される半径Ｒよりも数倍大きくなるように、この横方向の寸法を選択している。

Ｇ_dB≧２０ｌｏｇ（πΦ／λ）−２．５ （１）

ここで、Ｇ_dBは、アンテナの所望の利得（単位：デシベル）であり、Φ＝２Ｒであり、λは、中央周波数ｆ_mに対応する波長である。

一例として、利得が２０ｄＢの場合には、半径Ｒは、略２．１５λに等しくなる。

周知のように、このような平行六面体の共振空洞は、共振周波数のいくつかの群を有している。共振周波数のそれぞれの群は、基本周波数とその高調波（即ち、基本周波数の整数倍）から形成されている。１つの同一の群のそれぞれの共振周波数により、空洞の同一の共振モードが励起される。これらの共振モードを、共振モードの項ＴＭ₀、ＴＭ₁、．．．、ＴＭ_iなど、と呼んでいる。尚、これらの共振モードについては、「Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍｅ， ｔｒａｉｔｅ ｄ’Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｅ， ｄ’Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｑｕｅ ｅｔ Ｄ’Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」という名称のＦ．Ｃａｒｄｉｏｌによる文献（Ｅｄ． Ｄｕｎｏｄ、１９８７年）に更に詳しく記述されている。

ここでは、共振モードＴＭ₀は、基本周波数ｆ_m0近傍の励起周波数の範囲によって励起可能であることを思い起こして頂きたい。同様に、それぞれのモードＴＭ_iも、基本周波数ｆ_mi近傍の励起周波数の範囲によって励起可能である。そして、それぞれの共振モードは、特定のアンテナの１つの特定の放射パターンと、外部表面３８上に形成される送信および／または受信モードにおける１つの放射スポットに対応している。尚、この放射スポットとは、この場合には、送信および／または受信モードにおいて放射されるパワーが、アンテナ４によってこの外部表面から放射される最大パワーの半分以上になっているスポットのすべてを含む外部表面３８のエリアのことである。そして、それぞれの放射スポットは、放射パワーが最大放射パワーに略等しい地点に対応する幾何学的な中心を具備している。

共振モードＴＭ₀の場合には、この放射スポットは、その直径Φが式（１）によって得られる円に内接している。そして、共振モードＴＭ₀の場合には、放射パターンは、この場合には、外部表面３８に垂直であって放射スポットの幾何学的な中心を通過する方向に沿って、強い指向性を有している。図５には、この共振モードＴＭ₀に対応する放射パターンが示されている。

周波数ｆ_miは、狭い帯域幅Ｅ内に配置されている。

最後に、４つの励起要素４０〜４３が反射面２２上の空洞３６内に互いに並んで配置されている。この記載例においては、これらの励起要素の幾何学的な中心は、菱形の４つの角に配置されており、この辺の寸法は、確実に２Ｒを下回っている。

これらの励起要素のそれぞれは、その他の励起要素の動作周波数とは異なる動作周波数ｆ_Tiの電磁波を送信及び／受信するべく設計されている。そして、この場合には、それぞれの励起要素の周波数ｆ_Tiは、空洞３６の共振モードＴＭ₀を励起するべく、ｆ_mに隣接している。これらの励起要素４０〜４３は、それぞれの励起要素によって電磁波に（並びに、この逆方向に）変換するための電気信号の従来の生成器／受信機４５に接続されている。

これらの励起要素は、例えば、放射ダイポール、放射スロット、プレートプローブ、又は放射パッチから構成されている。そして、それぞれの放射要素の横方向の（即ち、外部表面３８に平行な面における）フットプリントは、自身が生成する放射スポットの面積を確実に下回っている。

図６には、このアンテナ４の代表的なアプリケーションが示されている。即ち、この図６は、静止衛星に適した電磁波の送信および／または受信システム６０を示している。このシステム６０は、電磁波ビーム反射器を形成するパラバラ６２と、このパラボラ６２の焦点に配置されたアンテナ４と、を含んでいる。そして、アンテナ４の外部表面３８によって送信又は受信される電磁波ビームが、この図には、ライン６４によって表されている。

次に、この図６のシステムの特定のケースにおける図３のアンテナの動作方法について、説明することとする。

送信モードにおいては、生成器／受信機４５によって起動された励起要素４０が、動作周波数ｆ_Toの電磁波を送信し、空洞３６の共振モードＴＭ₀を励起する。その他の放射要素４１〜４３も、例えば、生成器／受信機４５によって同時に起動され、それぞれ、動作周波数ｆ_T1、ｆ_T2、及びｆ_T3において同様に動作する。

共振モードＴＭ₀の場合には、放射スポット及びこれに対応する放射パターンが空洞３６の横方向寸法から独立していることが判明している。実際には、空洞３６の横方向の寸法が、前述のように定義された半径Ｒを数倍上回っている場合には、共振モードＴＭ₀は、プレート３０〜３６のそれぞれの材料の厚さと特性によってのみ左右され、空洞３６の横方向の寸法からは独立して確立されることになる。従って、いくつかの共振モードＴＭ₀を互いに並んだ状態で同時に生成可能であり、この結果、互いに並んで配置されたいくつかの放射スポットを同時に生成することができる。これは、励起要素４０〜４３が、それぞれ空間的に異なる地点において同一の共振モードを励起した場合に発生するものである。この結果、共振モードＴＭ₀の励起要素４０による励起は、その幾何学的な中心が要素４０の幾何学的な中心に対して垂直のライン内に位置している略円形の放射スポット４６の外観として反映されることになる。同様に、共振モードＴＭ₀の要素４１〜４３による励起も、それぞれ、これらの要素のそれぞれの幾何学的な中心と垂直のライン内に位置する放射スポット４７〜４９の外観として反映されることになる。そして、要素４０の幾何学的な中心が、要素４１及び４３の幾何学的な中心から確実に２Ｒを下回る距離に位置しているため、放射スポット４６は、放射要素４１及び４３にそれぞれ対応する放射スポット４７及び４９と部分的にオーバーラップすることになる。同様の理由により、放射スポット４９も、放射スポット４６及び４８と部分的にオーバーラップし、放射スポット４８も、放射スポット４９及び４７と部分的にオーバーラップし、放射スポット４７も、放射スポット４６及び４８と部分的にオーバーラップすることになる。

それぞれの放射スポットは、パラボラ６２に対して放射されて、このパラボラ６２によって地球の表面に対して反射される電磁波の発生地点における基部又は断面に対応している。従って、この送信ビームのそれぞれに対応する地球表面上のカバレージエリアは、オーバーラップした放射スポットを有する既存のマルチビームアンテナに類似した方式で、互いに近接（或いは、場合によっては、オーバーラップ）することにより、受信ギャップを減少させている。

受信モードにおいても、外部表面３８のそれぞれ放射スポットは、送信モードにおいて説明したものに類似した方式で、地球表面上の１つのカバレージエリアに対応している。即ち、例えば、放射スポット４６に対応するカバレージエリアから電磁波が送信されると、この電磁波は、パラボラ６２によって反射された後に、そのスポット４６に対応するエリア内において受信される。そして、その受信した電磁波が、狭い帯域幅Ｅ内に含まれる周波数を有している場合には、これは、フォトニックバンドギャップ材料２０によって吸収されることなく、励起要素４０によって受信されることになる。そして、励起要素によって受信されたそれぞれの電磁波は、電気信号の形態で生成器／受信機４５に送信される。

図７は、フォトニックバンドギャップ材料７２と電磁波反射器７４から構成されたアンテナ７０を示しており、図８は、このアンテナの透過係数対周波数の傾向を示している。

例えば、フォトニックバンドギャップ材料７２は、フォトニックバンドギャップ材料２０と同一であり、同一のバンドギャップＢを有している（図８）。そして、図３との関連で既に説明済みの（このフォトニックバンドギャップ材料を形成している）プレートに対しては、同一の参照符号が付与されている。

反射器７４は、例えば、空洞３６を、異なる高さの２つの共振空洞７６及び７８に分割するべく変形された反射面２２から形成されている。空洞７６の一定の高さＨ₁は、バンドギャップＢ内に、例えば、１０ＧＨｚの周波数近傍の狭い帯域幅Ｅ₁（図８）を配置するべく決定されている。同様に、共振空洞７８の高さＨ₂も、この同一のバンドギャップＢ内に、例えば、１４ＧＨｚ近傍に中心を有する狭い帯域幅Ｅ₂（図８）を配置するべく決定されている。従って、この場合には、反射器７４は、互い違いになって、互いに電気的に接続された２つの反射半面８０及び８２から構成されており、反射半面８０は、プレート３２に平行であって、それから高さＨ₁だけ、離隔しており、半面８２は、プレート３２に平行であって、一定の高さＨ₂だけ、それから離隔している。

最後に、励起要素８４が、空洞７６内に位置しており、励起要素８６が、空洞７８内に位置している。尚、これらの励起要素８４、８６は、励起要素８４が空洞７６の共振モードＴＭ₀を特に励起するためのものであり、励起要素８６が空洞７８の共振モードＴＭ₀を特に励起するためのものであるという事実を除いて、例えば、励起要素４０〜４３と同一である。

この実施例の場合には、励起要素８４及び８６の幾何学的な中心を隔てている水平距離（即ち、プレート３２に対して平行な距離）は、それぞれ要素８４及び８６によって生成される２つの放射スポットの半径の合計を確実に下回っている。

このアンテナ７０の動作方法は、図３のアンテナの動作方法と同一である。但し、この実施例の場合には、励起要素８４及び８６の動作周波数は、それぞれの狭い帯域幅Ｅ₁、Ｅ₂内に位置している。従って、図３のアンテナ４とは異なり、これらの励起要素のそれぞれの動作周波数は、例えば、この場合には、４ＧＨｚなどの広い周波数間隔だけ、互いに離隔している。そして、この実施例においては、所定の動作周波数を使用できるように、帯域幅Ｅ₁、Ｅ₂の位置を選択している。

図９は、マルチビームアンテナ１００を示している。このアンテナ１００は、放射装置４の単一の欠陥を有するフォトニックバンドギャップ材料２０が、いくつかの欠陥を有するフォトニックバンドギャップ材料１０２によって置換されているという事実を除いて、アンテナ４に類似している。そして、この図７においては、図４に関連して既に説明済みの要素に対しては、同一の参照符号が付与されている。

アンテナ１００は、反射面２２に垂直であって、励起要素４１及び４３を通過する切断面における断面として示されている。

フォトニックバンドギャップ材料１０２は、第１誘電材料から製造されたプレートの２つの連続したグループ１０４及び１０６を具備している。これらのグループ１０４及び１０６は、反射面２２に対して垂直の方向にスタックされている。そして、それぞれのグループ１０４、１０６は、例えば、反射面２２に平行な２つのプレート１１０、１１２、及び１１４、１１６により、それぞれ形成されている（但し、これに限定されるものではない）。グループのそれぞれのプレートは、その同一のグループのその他のプレートと同一の厚さを具備している。グループ１０６の場合には、それぞれのプレートは、ｅ₂＝λ／２の厚さを具備しており、この場合に、λは、フォトニックバンドギャップ材料の欠陥によって生成される狭い帯域の中央周波数の波長を示している。

一方、グループ１０４のそれぞれのプレートは、ｅ₁＝λ／４の厚さを具備している。

尚、これらの厚さｅ₁及びｅ₂の算出方法は、仏国特許第９９１４５２１号（第２８０１４２８号）明細書の開示内容に準じたものである。

欠陥を有するフォトニックバンドギャップ材料１０２のそれぞれのプレート間に挟持されているのは、空気などの第２誘電材料からなるプレートである。そして、プレート１１０、１１２、１１４、及び１１６を隔てているこれらのプレートの厚さは、λ／４に等しい。

第１プレート１１６は、平行六面体の漏洩共振空洞を形成するべく、反射面２２と対向し、厚さλ／２の第２誘電材料のプレートだけ、この面から離隔して位置している。好ましくは、これらの誘電材料プレートのそれぞれの連続したグループの誘電材料プレートの厚さｅ_iは、連続したグループ１０４、１０６の方向に、比率ｑだけ、幾何学的に増大している。

又、非限定的な例として、この説明対象の実施例においては、図面の作成を容易にするべく、スタックするグループの数を２つとし、幾何学的な増大比率も、２としているが、これらの値は、これに限定されるものではない。

異なる透磁率、誘電率、及び厚さｅ_iという各特性を具備するフォトニックバンドギャップ材料のグループをこのようにスタックすることにより、フォトニックバンドギャップ材料の同一のバンドギャップ内に生成される狭い帯域幅の幅が増大する。そして、この結果、図３の実施例と比べて、放射要素４０〜４３の動作周波数を互いに更に離隔するように選択することができる。

この放射装置１００の動作方法は、アンテナ４の動作方法から直接的に導出可能である。

一変形においては、パラボラ６２が電磁レンズによって置換されている。

以上において説明した放射装置は、平坦な構造で構成されている。しかしながら、一変形においては、これらの様々な要素の表面は、パラボラ又は電磁波ビームを集束させる装置の形状に適合されている。例えば、図１０は、アンテナ２０４の電磁波ビームを集束させる装置２０２を具備するアンテナ２００を示している。装置２０２は、例えば、半円筒形状の金属反射器である。そして、アンテナ２０４は、この装置２０２の焦点に配置されている。このアンテナ２０４は、半円筒の凹状表面に対応した凸状表面をそれぞれが具備している反射面と欠陥を有するフォトニックバンドギャップ材料のプレートを除いて、図３のアンテナに類似している。

一変形においては、それぞれの励起要素によって送信又は受信する放射を、隣接する励起要素が使用している方向とは異なる方向に偏光させている。このそれぞれの励起要素の偏光は、隣接する励起要素が使用している方向と直交していることが有利である。この結果、隣接する励起要素間における干渉と結合を制限することができる。

一変形においては、１つの同一の励起要素が、いくつかの異なる動作周波数において連続的に又は同時に動作するべく適合されている。このような要素を使用することにより、例えば、送信と受信が異なる波長において実行されるカバレージエリアを生成することができる。又、このような励起要素は、周波数スイッチングにも適している。

既存のマルチビームアンテナと、これによって生成されるカバレージエリアを示している。 既存のマルチビームアンテナと、これによって生成されるカバレージエリアを示している。 本発明によるマルチビームアンテナの透視図である。 図３のアンテナの透過係数を表すグラフである。 図３のアンテナの放射パターンを表すグラフである。 図３のアンテナを具備する電磁波を送信および／または受信するシステムの図式的な断面図である。 本発明によるマルチビームアンテナの第２実施例を示している。 図７のアンテナの透過係数を示している。 本発明によるマルチビームアンテナの第３実施例を示している。 本発明による半円筒形アンテナの図である。

Claims (11)

1. 電磁波を送信および／または受信するシステムであって、
   前記システムによって送信および／または受信される前記電磁波を焦点上に集束させる装置（６２）と、
   前記電磁波を送信および／または受信するべく、略前記焦点に配置されている電磁波の送信機および／または受信機と、
   を有し、
   前記電磁波の送信機および／または受信機を形成するべく、その外部放射表面が略前記焦点上に配置されたマルチビームアンテナ（４）を有しており、
   前記アンテナは、
   前記電磁波を空間的及び周波数的にフィルタリングするべく設計されたフォトニックバンドギャップ材料（２０、１４２、１７２）であって、少なくとも１つのバンドギャップを具備し、送信および／または受信モードにおいて放射する外部表面（３８、１５８）を形成するフォトニックバンドギャップ材料と、
   このフォトニックバンドギャップ材料の前記少なくとも１つのバンドギャップ内に少なくとも１つの狭い帯域幅を生成するための前記フォトニックバンドギャップ材料の少なくとも１つの周期性の欠陥（３６、７６、７８、１５６、１８０）と、
   前記少なくとも１つの欠陥によって生成される前記少なくとも１つの狭い帯域幅内の電磁波を送信および／または受信する励起装置（４０〜４３、８４、８６、１６０、１６２、１９０）と、
   を有し、
   前記励起装置は、互いに別個であって独立した第１及び第２の励起要素（４０〜４３、８４、８６）を含み、このそれぞれは、電磁波を送信および／または受信するべく設計されており、前記第１励起要素は、第１動作周波数において動作するべく設計されており、前記第２励起要素は、第２動作周波数において動作するべく設計されており、
   前記フォトニックバンドギャップ材料の前記１つの又はそれぞれの周期性の欠陥（３６、７６、７８）は、前記放射外部表面（３８）に垂直の方向における一定の高さと前記放射外部表面に平行な既定の横方向寸法を有する漏洩共振空洞（３６、７６、７８）を形成しており、
   前記第１及び第２動作周波数は、漏洩共振空洞（３６、７６、７８）の同一の共振モードを励起するべく設計されており、この共振モードは、前記外部表面上にそれぞれ第１及び第２放射スポット（４６〜４９）を生成するべく、前記空洞の前記横方向寸法とは無関係に同一に確立され、これらの放射スポットのそれぞれは、送信および／または受信モードにおいて前記アンテナによって放射される電磁波ビームの生成地点を表しており、
   前記放射スポット（４６〜４９）のそれぞれは、その位置がその生成元の前記励起要素の位置に依存しており、且つ、その面積がその生成元の前記放射要素の面積を上回っている幾何学的な中心を具備し、
   前記第１及び第２励起要素（４０〜４３、８４、８６）は、前記第１及び前記第２放射スポット（４６〜４９）が、互いに並んで部分的にオーバーラップした状態で前記フォトニックバンドギャップ材料の前記外部表面（３８）上に位置するように、互いに対して配置されていることを特徴とするシステム。
2. 前記電磁波を集束させる装置は、パラボラ形反射器（６２）であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記電磁波を集束させる装置は、電磁レンズであることを特徴とする請求項１記載のシステム。
4. それぞれの放射スポット（４６〜４９）は、略円形であり、その幾何学的な中心は、最大送信および／または受信パワーに対応し、その外縁は、その中心における最大送信および／または受信パワーの一部に等しい最大送信および／または受信パワーに対応しており、
   前記２つの励起要素（４０〜４３、８４、８６）の前記幾何学的な中心を隔てる前記外部表面に平行な面内における距離は、前記第１励起要素によって生成される前記放射スポットの半径と前記第２励起要素によって生成される前記放射スポットの半径を加えたものを確実に下回っていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のシステム。
5. それぞれの放射スポット（４６〜４９）の前記幾何学的な中心は、前記放射外部表面（３８）に対して垂直であり、且つ、その生成元である前記励起要素（４０〜４３）の幾何学的な中心を通過するライン上に配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のシステム。
6. 前記第１及び第２励起要素（４０〜４３）は、１つの同一の空洞（３６）内に配置されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のシステム。
7. 前記第１及び第２動作周波数は、この同一の空洞（３６）によって生成される同一の狭い帯域幅内に位置していることを特徴とする請求項６記載のシステム。
8. 前記第１及び第２励起要素（８４、８６）は、別個の共振空洞（７６、７８）内にそれぞれ配置されており、前記第１及び第２動作周波数は、それらの別個の空洞の横方向寸法からは独立して共振モードをそれぞれ励起するべく設計されていることを特徴とする請求項１〜５の中のいずれか一項記載のシステム。
9. 前記フォトニックバンドギャップ材料（７２）に関連する電磁放射反射器面（７４）を有し、この反射器面は、前記別個の空洞を形成するべく変形されていることを特徴とする請求項８記載のアンテナ。
10. 前記１つの又はそれぞれの空洞の形状は、平行六面体である請求項１〜９の何れか１項に記載のシステム。
11. 前記電磁波を集束させる前記装置は、半円筒形状の反射器（２０２）を有し、前記アンテナ（２０４）の前記フォトニックバンドギャップ材料は、前記反射器（２０２）の前記半円筒形状の表面に対応する凸状表面を具備していることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のシステム。

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