JP2011041100A - マイクロ波共振器装置とその調整方法及びそれを用いたアンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の誘電率を有する誘電体を挟設する平行平板の1対の金属板の間に、第1の誘電率よりも大きな第2の誘電率を有する誘電体共振器を載置してなる複数の単位セルを、1次元構造、2次元構造又は3次元構造で周期的にかつ繰り返して載置してなるマイクロ波共振器装置である。マイクロ波共振器装置は、1対の金属板に直交しかつ当該マイクロ波共振器装置の側壁終端に設けられた側壁部であって、1対の金属板を連結しかつ開孔を有する電気壁を構成する金属板からなるか、もしくは1対の金属板を連結する磁気壁を構成する金属板、開放面又は伝送線路からなる少なくとも1つの側壁部を備え、左手系モードと右手系モードの帯域の間に禁止帯の現れない平衡型右手/左手系複合伝送線路となるように調整する。
【選択図】図1
Description
(i)線路長に関係なく、単位セルの構造パラメータのみによって決まる共振周波数で共振すること、
(ii)共振時には、共振器内の電磁界分布の振幅及び位相が一様となることが挙げられる。
上記マイクロ波共振器装置は、上記1対の金属板に直交しかつ当該マイクロ波共振器装置の側壁終端に設けられた側壁部であって、上記1対の金属板を連結しかつ開孔を有し又は有しない電気壁を構成する金属板からなるか、もしくは上記1対の金属板を連結する磁気壁を構成する金属板、開放面又は伝送線路からなる少なくとも1つの側壁部を備え、
上記複数の誘電体共振器の周期的かつ繰り返しの載置により、上記各誘電体共振器は、所定の動作周波数を有する外部電磁波の交流磁界成分の印加により磁気共振し、動作周波数を変化したときにマイクロ波共振器装置の実効透磁率が負から正にわたる値を有し、
上記1対の金属板の間隔を動作波長の1/2以下に設定することにより動作周波数を変化したときにマイクロ波共振器装置の実効誘電率が負から正にわたる値を有し、
無限個の単位セルを周期的に載置する完全周期的境界条件を課すことにより求められる分散曲線において、左手系モードと右手系モードの帯域の間に禁止帯の現れない平衡型右手/左手系複合伝送線路となるように、上記各単位セルのサイズ及び上記1対の金属板の間隔を調整することにより、上記マイクロ波共振器装置は、上記分散曲線において、位相定数がゼロとなり、管内波長が無限大となる動作周波数において動作する零次共振器を構成することを特徴とする。
上記当該金属板の開孔のサイズをさらに調整することにより、上記マイクロ波共振器装置は、上記分散曲線において、位相定数がゼロとなり、管内波長が無限大となる動作周波数において動作する零次共振器を構成することを特徴とする。
上記マイクロ波共振器装置は、上記1対の金属板に直交しかつ当該マイクロ波共振器装置の側壁終端に設けられた側壁部であって、上記1対の金属板を連結しかつ開孔を有し又は有しない電気壁を構成する金属板からなるか、もしくは上記1対の金属板を連結する磁気壁を構成する金属板、開放面又は伝送線路からなる少なくとも1つの側壁部を備え、
上記複数の誘電体共振器の周期的かつ繰り返しの載置により、上記各誘電体共振器は、所定の動作周波数を有する外部電磁波の交流磁界成分の印加により磁気共振し、動作周波数を変化したときにマイクロ波共振器装置の実効透磁率が負から正にわたる値を有し、
上記1対の金属板の間隔を動作波長の1/2以下に設定することにより動作周波数を変化したときにマイクロ波共振器装置の実効誘電率が負から正にわたる値を有し、
上記調整方法は、無限個の単位セルを周期的に載置する完全周期的境界条件を課すことにより求められる分散曲線において、左手系モードと右手系モードの帯域の間に禁止帯の現れない平衡型右手/左手系複合伝送線路となるように、上記各単位セルのサイズ及び上記1対の金属板の間隔を調整するステップを含み、これにより、上記マイクロ波共振器装置は、上記分散曲線において、位相定数がゼロとなり、管内波長が無限大となる動作周波数において動作する零次共振器を構成することを特徴とする。
上記調整方法は、上記当該金属板の開孔のサイズをさらに調整するステップをさらに含み、これにより、上記マイクロ波共振器装置は、上記分散曲線において、位相定数がゼロとなり、管内波長が無限大となる動作周波数において動作する零次共振器を構成することを特徴とする。
上記マイクロ波共振器装置と、
上記マイクロ波共振器装置に電磁波を給電する給電回路とを備えたアンテナ装置であって、
上記1対の金属板のうち少なくとも1つの金属板に形成された開孔、あるいは上記側壁部の開孔から上記電磁波を放射することを特徴とする。
上記マイクロ波共振器装置と、
上記マイクロ波共振器装置に電磁波を給電する給電回路とを備えたアンテナ装置であって、
上記金属板の開孔から上記電磁波を放射することを特徴とする。
本発明に係る実施形態では、零次共振器を構成する2次元平衡型右手/左手系複合メタマテリアル構造として、誘電体共振器及び金属メッシュ板(以下、複数の円形開孔を有する金属板をいう。)からなる積層構造により構成する。ここで、上記少なくとも1つ以上の複数の単位セルよりなる2次元平衡型右手/左手系複合メタマテリアル構造の最外側壁に対して、金属壁を置いて短絡終端とし、共振条件を得ることができる。特に、周期構造を仮定することにより得られる分散ダイアグラム(動作周波数と伝搬定数の関係)において、位相定数が0となる動作周波数において、線路長に関係なく零次共振現象が生じる。
上記マイクロ波共振器装置は、上記1対の金属板に直交しかつ当該マイクロ波共振器装置の側壁終端に設けられた側壁部であって、上記1対の金属板を連結しかつ開孔を有し又は有しない電気壁を構成する金属板からなるか、もしくは上記1対の金属板を連結する磁気壁を構成する金属板、開放面又は伝送線路からなる少なくとも1つの側壁部を備え、
上記複数の誘電体共振器の周期的かつ繰り返しの載置により、上記各誘電体共振器は、所定の動作周波数を有する外部電磁波の交流磁界成分の印加により磁気共振し、動作周波数を変化したときにマイクロ波共振器装置の実効透磁率が負から正にわたる値を有し、
上記1対の金属板の間隔を動作波長の1/2以下に設定することにより動作周波数を変化したときにマイクロ波共振器装置の実効誘電率が負から正にわたる値を有し、
無限個の単位セルを周期的に載置する完全周期的境界条件を課すことにより求められる分散曲線において、左手系モードと右手系モードの帯域の間に禁止帯の現れない平衡型右手/左手系複合伝送線路となるように、上記各単位セルのサイズ及び上記1対の金属板の間隔を調整することにより、上記マイクロ波共振器装置は、上記分散曲線において、位相定数がゼロとなり、管内波長が無限大となる動作周波数において動作する零次共振器を構成することを特徴とする。ここで、上記マイクロ波共振器装置は、上記1対の金属板のうちの少なくとも1つの金属板に形成された開孔をさらに備え、上記当該金属板の開孔のサイズをさらに調整することにより、上記マイクロ波共振器装置は、上記分散曲線において、位相定数がゼロとなり、管内波長が無限大となる動作周波数において動作する零次共振器を構成することを特徴とする。
本実施形態に係るマイクロ波共振器装置である零次共振器について以下に詳細に説明する。
次式を得る。
実施形態に係る種々の変形例について以下に説明する。
(1)円柱誘電体共振器13の共振モードTE01δモードとHE11δモードの共振周波数が一致するように、共振器13の直径及び高さが調整されている。
(2)金属板11,12に垂直なz方向の伝搬に対して、円形開孔11h,12hがTEカットオフ導波管の役割を果たし、実効誘電率が負となる作用を与える。全体に占めるこの負誘電率構造の割合を調整するために、円形開孔11h,12hのサイズ及び金属板11,12の厚さを調整することにより、平衡型右手/左手系複合伝送線路が、メッシュ板に垂直な伝搬方向に構成が可能となる。
11,12,11a,12a…金属板、
11h,12h…円形開孔、
11ha…矩形開孔、
11hb…円形開孔、
11s…矩形開孔、
13…円柱誘電体共振器、
13a…直方体誘電体共振器、
13b…球形誘電体共振器、
14…側壁金属板、
14a…終端板又は側壁板、
14h…円形開孔、
15,15a,16,17…単位セル、
18…ビアホール導体、
20…同軸ケーブル、
21…中心導体、
22…接地導体、
23…誘電体、
24…ストリップ導体、
25…接地導体、
26…線状導体、
30…誘電体基板。
Claims (6)
- 第1の誘電率を有する誘電体を挟設する平行平板の1対の金属板の間に、上記第1の誘電率よりも大きな第2の誘電率を有する誘電体共振器を載置してなる複数の単位セルを、1次元構造、2次元構造又は3次元構造で周期的にかつ繰り返して載置してなるマイクロ波共振器装置であって、
上記マイクロ波共振器装置は、上記1対の金属板に直交しかつ当該マイクロ波共振器装置の側壁終端に設けられた側壁部であって、上記1対の金属板を連結しかつ開孔を有し又は有しない電気壁を構成する金属板からなるか、もしくは上記1対の金属板を連結する磁気壁を構成する金属板、開放面又は伝送線路からなる少なくとも1つの側壁部を備え、
上記複数の誘電体共振器の周期的かつ繰り返しの載置により、上記各誘電体共振器は、所定の動作周波数を有する外部電磁波の交流磁界成分の印加により磁気共振し、動作周波数を変化したときにマイクロ波共振器装置の実効透磁率が負から正にわたる値を有し、
上記1対の金属板の間隔を動作波長の1/2以下に設定することにより動作周波数を変化したときにマイクロ波共振器装置の実効誘電率が負から正にわたる値を有し、
無限個の単位セルを周期的に載置する完全周期的境界条件を課すことにより求められる分散曲線において、左手系モードと右手系モードの帯域の間に禁止帯の現れない平衡型右手/左手系複合伝送線路となるように、上記各単位セルのサイズ及び上記1対の金属板の間隔を調整することにより、上記マイクロ波共振器装置は、上記分散曲線において、位相定数がゼロとなり、管内波長が無限大となる動作周波数において動作する零次共振器を構成することを特徴とするマイクロ波共振器装置。 - 上記マイクロ波共振器装置は、上記1対の金属板のうちの少なくとも1つの金属板に形成された開孔をさらに備え、
上記当該金属板の開孔のサイズをさらに調整することにより、上記マイクロ波共振器装置は、上記分散曲線において、位相定数がゼロとなり、管内波長が無限大となる動作周波数において動作する零次共振器を構成することを特徴とする請求項1記載のマイクロ波共振器装置。 - 第1の誘電率を有する誘電体を挟設する平行平板の1対の金属板の間に、上記第1の誘電率よりも大きな第2の誘電率を有する誘電体共振器を載置してなる複数の単位セルを、1次元構造、2次元構造又は3次元構造で周期的にかつ繰り返して載置してなるマイクロ波共振器装置の調整方法であって、
上記マイクロ波共振器装置は、上記1対の金属板に直交しかつ当該マイクロ波共振器装置の側壁終端に設けられた側壁部であって、上記1対の金属板を連結しかつ開孔を有し又は有しない電気壁を構成する金属板からなるか、もしくは上記1対の金属板を連結する磁気壁を構成する金属板、開放面又は伝送線路からなる少なくとも1つの側壁部を備え、
上記複数の誘電体共振器の周期的かつ繰り返しの載置により、上記各誘電体共振器は、所定の動作周波数を有する外部電磁波の交流磁界成分の印加により磁気共振し、動作周波数を変化したときにマイクロ波共振器装置の実効透磁率が負から正にわたる値を有し、
上記1対の金属板の間隔を動作波長の1/2以下に設定することにより動作周波数を変化したときにマイクロ波共振器装置の実効誘電率が負から正にわたる値を有し、
上記調整方法は、無限個の単位セルを周期的に載置する完全周期的境界条件を課すことにより求められる分散曲線において、左手系モードと右手系モードの帯域の間に禁止帯の現れない平衡型右手/左手系複合伝送線路となるように、上記各単位セルのサイズ及び上記1対の金属板の間隔を調整するステップを含み、これにより、上記マイクロ波共振器装置は、上記分散曲線において、位相定数がゼロとなり、管内波長が無限大となる動作周波数において動作する零次共振器を構成することを特徴とするマイクロ波共振器装置の調整方法。 - 上記マイクロ波共振器装置は、上記1対の金属板のうちの少なくとも1つの金属板に形成された開孔をさらに備え、
上記調整方法は、上記当該金属板の開孔のサイズをさらに調整するステップをさらに含み、これにより、上記マイクロ波共振器装置は、上記分散曲線において、位相定数がゼロとなり、管内波長が無限大となる動作周波数において動作する零次共振器を構成することを特徴とする請求項3記載のマイクロ波共振器装置の調整方法。 - 請求項1記載のマイクロ波共振器装置と、
上記マイクロ波共振器装置に電磁波を給電する給電回路とを備えたアンテナ装置であって、
上記側壁部の開孔から上記電磁波を放射することを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項2記載のマイクロ波共振器装置と、
上記マイクロ波共振器装置に電磁波を給電する給電回路とを備えたアンテナ装置であって、
上記金属板の開孔から上記電磁波を放射することを特徴とするアンテナ装置。
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