JP2008545340A - インピーダンス構造体 - Google Patents

Abstract

対象上で波を導く方法と、アンテナの性能を改善する方法と、電波探知器の性能を改善する方法とが開示される。開示される方法は、どのようにインピーダンス構造体が対象の上で波を導くために使用され得るのかを示す。

Description

本発明は、擬似インピーダンス構造体に関する。更に具体的には、本発明は、疑似的なインピーダンス構造体による固体周囲における電磁波の伝播に関する。

アンテナ設計に関する共通の課題は、陰となる角度で放射することができるアンテナを作ることである。例えば、先行技術において、図１ａ及び１ｂで示されるような、導電性の円筒２０上のモノポールアンテナ１０は、線３より下でエネルギーを放射しない。これは、線３より下にある円筒２０の外部表面が、モノポールアンテナ１０からみて陰となるためである。図１ｃは、図１ａ及び１ｂにおいて円筒２０によって作られる放射パターン２２を示す。

〔先行技術〕
先行技術は、３つの主な分類、即ち、（１）ホログラフィックアンテナ、（２）周波数選択性表面及び他の擬似リアクタンス表面、並びに（３）変調誘電体又はインピーダンス層によって導く表面から成る。

疑似アンテナを対象とする先行技術の例は、
１． Ｐ．Ｃｈｅｃｃａｃｃｉ、Ｖ．Ｒｕｓｓｏ、Ａ．Ｓｃｈｅｇｇｉ、“ホログラフィックアンテナ（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｎｔｅｎｎａ）”、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ、ｖｏｌ．１８、ｎｏ．６、８１１頁〜８１３頁、１９７０年１１月と、
２． Ｄ．Ｍ．Ｓａｚｏｎｏｖ、“ホログラフィックアンテナのコンピュータ支援設計（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｎｔｅｎｎａｓ）”、ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｆ ｔｈｅ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ １９９９、ｖｏｌ．２、７３８頁〜７４１頁、１９９９年７月と、
３． Ｋ．Ｌｅｖｉｓ、Ａ．Ｉｔｔｉｐｉｂｏｏｎ、Ａ．Ｐｅｔｏｓａ、Ｉ．Ｒｏｙ、Ｐ．Ｂｒｉｎｉ、“Ｋａバンドダイポール・ホログラフィックアンテナ（Ｋａ−Ｂａｎｄ Ｄｉｐｏｌｅ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｎｔｅｎｎａｓ）”、ＩＥＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅｓ、Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ、ｖｏｌ．１４８、ｎｏ．２、１２９頁〜１３２頁、２００１年４月とを含む。

周波数選択性表面及び他の擬似リアクタンス表面を対象とする先行技術の例は、
１． Ｒ．Ｋｉｎｇ、Ｄ．Ｔｈｉｅｌ、Ｋ．Ｐａｒｋ、“疑似誘電体による表面リアクタンスの合成（Ｔｈｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｅａｃｔａｎｃｅ Ｕｓｉｎｇ ａｎ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）”、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ、ｖｏｌ．３１、ｎｏ．３、４７１頁〜４７６頁、１９８３年５月と、
２． Ｒ．Ｍｉｔｔｒａ、Ｃ．Ｈ．Ｃｈａｎ、Ｔ．Ｃｗｉｋ、“周波数選択性表面の分析法−再検討（Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ａｎａｌｙｚｉｎｇ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅｓ−Ａ Ｒｅｖｉｅｗ）”、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ、ｖｏｌ．７６、ｎｏ．１２、１５９３頁〜１６１５頁、１９８８年１２月と、
３． Ｄ．Ｓｉｅｖｅｎｐｉｐｅｒ、Ｌ．Ｚｈａｎｇ、Ｒ．Ｂｒｏａｓ、Ｎ．Ａｌｅｘｏｐｏｌｏｕｓ、Ｅ．Ｙａｂｌｏｎｖｉｔｃｈ、“禁止周波数帯を有する高インピーダンス電磁表面（Ｈｉｇｈ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ｗｉｔｈ ａ Ｆｏｒｂｉｄｄｅｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂａｎｄ）”、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、ｖｏｌ．４７、ｎｏ．１１、２０５９頁〜２０７４頁、１９９９年１１月とを含む。

変調誘電体又はインピーダンス層によって導く表面を対象とする先行技術の例は、
１． Ａ．Ｔｈｏｍａｓ、Ｆ．Ｚｕｃｋｅｒ、“変調表面波構造体からの放射Ｉ（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｉ）”、ＩＲＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｒｄ、ｖｏｌ．５、１５３頁〜１６０頁、１９５７年３月と、
２． Ｒ．Ｐｅａｓｅ、“変調表面波構造体からの放射ＩＩ（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ＩＩ）”、ＩＲＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｒｄ、ｖｏｌ．５、１６１頁〜１６５頁、１９５７年３月と、
３． Ａ．Ｏｌｉｎｅｒ、Ａ．Ｈｅｓｓｅｌ、“正弦変調リアクタンス表面における導波（Ｇｕｉｄｅｄ ｗａｖｅｓ ｏｎ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｌｙ−ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｒｅａｃｔａｎｃｅ ｓｕｒｆａｃｅｓ）”、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ、ｖｏｌ．７、ｎｏ．５、２０１頁〜２０８頁、１９５９年１２月とを含む。

この全ての範囲を対象とする先行技術の例は、また、
１． Ｔ．Ｑ．Ｈｏ、Ｊ．Ｃ．Ｌｏｇａｎ、Ｊ．Ｗ．Ｒｏｃｗａｙ、“周波数選択性表面集積アンテナシステム（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ）”、米国特許５，９１７，４５８、１９９５年９月８日と、
２． Ａ．Ｅ．Ｆａｔｈｙ、Ａ．Ｒｏｓｅｎ、Ｈ．Ｓ．Ｏｗｅｎ、Ｆ．ＭｃＧｉｎｔｙ、Ｄ．Ｊ．ＭｃＧｅｅ、Ｇ．Ｃ．Ｔａｙｌｏｒ、Ｒ．Ａｍａｎｔｅａ、Ｐ．Ｋ．Ｓｗａｉｎ、Ｓ．Ｍ．Ｐｅｒｌｏｗ、Ｍ．ＥｌＳｈｅｒｂｉｎｙ、“シリコンベースの再構成可能なアンテナ−コンセプト、分析、実施及び実現可能性（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｂａｓｅｄ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ａｎｔｅｎｎａ−Ｃｏｎｃｅｐｔｓ、Ａｎａｌｙｓｉｓ、Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ）”、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、ｖｏｌ．５１、ｎｏ．６、１６５０頁〜１６６１頁、２００３年６月とを含む。
（発明の開示）

以下の記載で、同じ参照番号は、同様の要素を示すために使用される。更に、図面は、図式的に例となる実施形態の主な特徴を表すことを目的とする。図面は、全ての実施の全ての特徴又は相対的な寸法を表すことを目的としておらず、実寸で表されていない。

本発明に従って、擬似インピーダンス構造体は、アンテナ設計者によって望まれる散乱又は誘導特性を提供するよう、様々な表面上に置かれ得る。

擬似インピーダンス構造体は、如何なる任意の放射パターンも生成するよう、電磁波からエネルギーを導き、放射するよう設計され得る。例えば、２００６年６月２２日に出願された関連出願ＰＣＴ国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０２４９７９“擬似インピーダンス構造体（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）”（代理人整理番号６２３２６４−７）を参照されたし。この出願は、その全体において、参照することによって本願に援用される。

図２を参照すると、疑似インピーダンス構造体２５は、曲線形状でアンテナを設計するために、且つ、通常は不可能である放射特性を有するために、使用され得る。疑似インピーダンス構造体２５は、疑似インピーダンス表面３０を含む。疑似インピーダンス表面３０は、接地された誘電体層３５上に印刷された導電性構造体４０を有する。誘電体層３５は、動作波長よりも薄い。

疑似インピーダンス構造体２５は、固体対象物へ適用され、かかる対象物の周りで波を導く。ここに記載される方法は、表面の散乱特性を設計することによって、表面波結合により１つの波を他の波へと変換するために使用され得るので、同じ概念は、ソース波が直ぐ近くのアンテナの放射パターン又は入来する平面波である場合に使用され得る。疑似インピーダンス構造体２５は、アンテナが取り付けられるところの伝達手段構造体によって作られる空値（ｎｕｌｌｓ）を満たすために使用され得る。疑似インピーダンス構造体２５は、また、局所環境によって影響を及ぼされないより良い全方向性アンテナを作るために使用され得る。１つの例となる実施形態で、疑似インピーダンス構造体２５は、例えば、アンテナの性能に干渉しうる対象の周りに巻かれるよう、プリント回路基板として構成され得る。

図３ａ及び図３ｂを参照すると、疑似インピーダンス構造体２５は、円筒６０に配置されたモノポールアンテナ７０が、陰となった方向に対して反対の円筒６０の側でナロービームを作ることができるよう、円筒６０の上に置かれる。モノポールアンテナ７０は、疑似インピーダンス構造体２５に沿って且つ円筒６０の周りに伝播する表面電流８０を発生させる。疑似インピーダンス構造体２５は、表面電流によって形成される干渉パターンと、円筒６０の反対の側で１３５度にある平面波とを用いて、設計される。円筒６０に配置された疑似インピーダンス構造体２５の図３ｃにおける放射パターンは、１３５度でのナロービームを示す。

疑似インピーダンス構造体は、また、固体対象物の周りで入来する平面波を導くために使用され得る。例えば、疑似インピーダンス構造体は、より広いレーダー走査範囲のための放射にとって透過である飛行機の部分を作ることができる。図４ａを参照すると、飛行機９２の尾翼９１は、レーダー（電波探知器）９３が尾翼９１を介して見えることができるよう、疑似インピーダンス構造体９５によって覆われている。図４ｂを参照すると、飛行機１０２のエンジン１０１は、レーダー１０３がエンジン１０１を介して見えることができるよう、疑似インピーダンス構造体１０５によって覆われている。波９４及び１０４は、尾翼９１及びエンジン１０１を実際には通り抜けないが、夫々、疑似インピーダンス構造体９５及び１０５によって尾翼９１及びエンジン１０１の周りで導かれ、他の側から再放射する。

上記の概念を用いて、疑似インピーダンス構造体は、また、ある入来する電磁波が固体対象物の周りを伝播することを抑制するよう設計され、使用され得る。図５ａを参照すると、ＧＰＳ（衛星利用測位システム）誘導型攻撃装置１１０は、地面からやって来る妨害信号１１２の影響を受けやすい。これは、攻撃装置１１０の表面が、ＧＰＳ受信器１１５へ妨害信号１１２を伝播するためである。図５ｂを参照すると、疑似インピーダンス構造体１２０は、ＧＰＳ受信器１１５を囲む攻撃装置１１０の部分に置かれる。疑似インピーダンスは、このように装置１１０に妨害信号に対して更なる耐性を持たせるよう、地平線より上からの放射のみを伝播するよう設計される。装置１１０は攻撃装置であっても良い。

例となる且つ好ましい実施形態の上記の詳細な記載は、法律の条件に従う説明及び開示のために与えられる。包括的であったり、あるいは、本発明を記載される厳密な形態に限定したりといったことは意図されず、所謂当業者が、どのように本発明が特定の使用又は実施に適しうるかを理解することができることを目的とする。変更及び変形の可能性は、当業者には明らかであろう。許容範囲、特徴寸法、特定の動作条件、工業規格等を含み、実施間で又は最先端への変更を有して変化しうる例となる実施形態の記載によって、限定はされず、かかる限定はそれらから暗示されない。出願人は、現在の当該技術に関して本開示を行ってきたが、進歩を考慮し、即ち、その時点の当該技術に従って、将来におけるその適応は、かかる進歩を考慮に入れる。本発明の適用範囲は、規定通りに、特許請求の範囲及びその均等の範囲によって定義されることが意図される。単数での発明特定事項の記載は、明示的にそうであると述べられない限りは、“１又は唯一”を意味するよう意図されない。更に、本開示における要素、部品、又は、方法若しくは処理ステップは、要素、部品又はステップが特許請求の範囲に明示的に挙げられているかどうかに関わらず、公衆に捧げられるよう意図されない。ここで、発明特定事項は、その事項が「・・・するための手段」というフレーズを用いて明示的に挙げられない限り、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ１１２章第６段落の規定の下で解釈されるべきではない。ここで、方法又は処理ステップは、そのステップ又は処理が「・・・するためのステップ」を用いて明示的に挙げられない限り、かかる規定の下で解釈されるべきではない。

［関連出願の相互参照］
本願は、本願と同日に出願された、“疑似インピーダンス構造体（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）”と題されたＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０２４９７９に関連する（代理人整理番号６２３２６４−７）。この出願は、その全体において、参照することによって本願に援用される。

先行技術に従う導電性の円筒におけるモノポールアンテナを表す。 先行技術に従う導電性の円筒におけるモノポールアンテナを表す。 図１ａ及び図１ｂにおける導電性の円筒によって発生する低利得放射パターンを表す。 擬似インピーダンス構造体を表す。 本開示に従う、擬似インピーダンス構造体によって覆われた円筒におけるモノポールアンテナを表す。 本開示に従う擬似インピーダンス構造体によって覆われた円筒におけるモノポールアンテナを表す。 本開示に従う図３ａ及び図３ｂにおける円筒によって発生する高利得放射パターンを表す。 本開示に従う擬似インピーダンス構造体によって覆われた飛行機の尾翼を表す。 本開示に従う擬似インピーダンス構造体によって覆われた飛行機のエンジンを表す。 信号を妨害することによって影響を及ぼされる攻撃装置を表す。 本開示に従う擬似インピーダンス構造体によって覆われた攻撃装置を表す。

Claims (11)

1. 対象の表面上で波を導くための方法であって、
   電磁波を導くよう設計されるインピーダンス構造体を設けるステップと、
   前記インピーダンス構造体により前記対象を覆うステップとを有し、
   前記インピーダンス構造体は、
   一様に対向する第１及び第２の表面を有する誘電体層と、
   前記第１の表面に配置される導電層と、
   前記第２の表面に沿って予め選択されたインピーダンスプロファイルを提供するよう前記第２の表面に配置される複数の導電性構造体とを有し、
   前記インピーダンス構造体は、前記対象の表面上で前記電磁波を導く、方法。
2. 前記電磁波は、アンテナの放射パターン又は入来する平面波である、請求項１記載の方法。
3. 前記電磁波は、予め選択された位置へと前記インピーダンス構造体によって導かれる、請求項１記載の方法。
4. 前記電磁波は、予め選択された位置から離れて前記インピーダンス構造体によって導かれる、請求項１記載の方法。
5. 前記インピーダンス構造体はプリント回路基板である、請求項１記載の方法。
6. アンテナの性能を変更する方法であって、
   電磁波を導くよう設計されるインピーダンス構造体を設けるステップと、
   前記インピーダンス構造体により、前記アンテナの性能に干渉する表面を覆うステップとを有し、
   前記インピーダンス構造体は、
   一様に対向する第１及び第２の表面を有する誘電体層と、
   前記第１の表面に配置される導電層と、
   前記第２の表面に沿って予め選択されたインピーダンスプロファイルを提供するよう前記第２の表面に配置される複数の導電性構造体とを有し、
   前記インピーダンス構造体は、前記表面上で前記アンテナによって発生した電磁波を導く、方法。
7. 前記アンテナによって発生した前記電磁波の少なくとも一部は、前記インピーダンス構造体によって放射される、請求項６記載の方法。
8. 前記インピーダンス構造体によって放射される電磁波は、予め選択された位置で放射される、請求項７記載の方法。
9. 前記インピーダンス構造体によって放射される電磁波は、予め選択された位置から離れて放射される、請求項７記載の方法。
10. 電波探知器の性能を改善する方法であって、
    電磁波を導くよう設計されるインピーダンス構造体を設けるステップと、
    前記インピーダンス構造体により、前記電波探知器を遮断する表面を覆うステップとを有し、
    前記インピーダンス構造体は、
    一様に対向する第１及び第２の表面を有する誘電体層と、
    前記第１の表面に配置される導電層と、
    前記第２の表面に沿って予め選択されたインピーダンスプロファイルを提供するよう前記第２の表面に配置される複数の導電性構造体とを有し、
    前記インピーダンス構造体は、前記表面上で電磁波を導き且つ放射し、
    前記インピーダンス構造体は、前記表面上で入来する電磁波を前記電波探知器へと導き且つ放射する、方法。
11. 前記電磁波は、前記電波探知器によって発生する、請求項１０記載の方法。

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