JP2014217031A - Reflection plate and antenna apparatus - Google Patents

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Hideya So
秀哉 宗
篤也 安藤
Atsuya Andou
篤也 安藤
杉山 隆利
Takatoshi Sugiyama
隆利 杉山
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    • HELECTRICITY
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    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q15/14Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • HELECTRICITY
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    • H01Q19/10Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reflection plate and an antenna apparatus with which a band gap band widens to a broad band.SOLUTION: A reflection plate 1 reflecting an electromagnetic wave belonging to a specific band gap band comprises: columnar state elements 10a-10d made of a columnar dielectric body, which have a plurality of reflection layers 1A-1D periodically arranged in parallel and at equal intervals on a same plane. The plurality of reflection layers 1A-1D respectively includes the columnar elements 10a-10d arranged orthogonal to each other and laminated, and size of bottom faces of each the columnar elements 10a-10d and intervals in the periodical arrangement (a periodical width a) of the columnar elements 10a-10d are set satisfying a condition in which a specific bandwidth indicating a ratio of the band gap bandwidth against a central frequency of the band gap bandwidth is 20% or more.

Description

本発明は、所定の周波数の電磁波を反射する反射板及びこれを用いたアンテナ装置に関する。   The present invention relates to a reflector that reflects an electromagnetic wave having a predetermined frequency and an antenna device using the same.

近年、周期配列構造を有することで当該構造中を伝搬する電磁波の伝播特性を人工的に制御する技術(メタマテリアル技術)が提案されている。メタマテリアルは、その周期配列構造に応じて、入射される電磁波のうち特定の周波数帯域に属する電磁波のみを反射(遮断)する特性を有するものが存在する。   In recent years, a technique (metamaterial technique) for artificially controlling the propagation characteristics of electromagnetic waves propagating through the structure by having a periodic array structure has been proposed. Some metamaterials have a characteristic of reflecting (blocking) only electromagnetic waves belonging to a specific frequency band among incident electromagnetic waves according to the periodic arrangement structure.

ここで文献には、上述のような周期配列構造をなす反射板を備えたアンテナ装置が開示されている(たとえば、特許文献1、非特許文献1)。特許文献1のアンテナ装置では、上述のような周期配列構造により形成される反射板(メタマテリアル反射板)が用いられる。この周期配列構造は、角柱状や円柱状の線材などからなる微細な柱状素子を、反射する電磁波の波長より充分に小さな距離で等間隔に格子状に組み合わせた、周期配列構造をなしている。このようなメタマテリアル反射板は、人工的な周期構造により負の誘電率を有しており、その格子状の配列構造の周期間隔に対応したバンドギャップ帯域を有している。ここでバンドギャップ帯域とは、当該メタマテリアル反射板に入射する電磁波が所定の比率以上で反射する場合における当該電磁波の周波数帯域のことである。   Here, the literature discloses an antenna device including a reflector having a periodic arrangement structure as described above (for example, Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1). In the antenna device of Patent Document 1, a reflector (metamaterial reflector) formed by the periodic arrangement structure as described above is used. This periodic arrangement structure is a periodic arrangement structure in which fine columnar elements made of prismatic or cylindrical wire rods are combined in a lattice shape at equal intervals at a distance sufficiently smaller than the wavelength of the reflected electromagnetic wave. Such a metamaterial reflector has a negative dielectric constant due to an artificial periodic structure, and has a band gap band corresponding to the periodic interval of the lattice-like arrangement structure. Here, the band gap band is a frequency band of the electromagnetic wave when the electromagnetic wave incident on the metamaterial reflector reflects at a predetermined ratio or more.

特開2011−244136号公報JP 2011-244136 A

"Dipole antennas used with all-dielectric, woodpile photonic-bandgap reflectors : gain, field patterns, and input impedance" G.S.Smith, M.P.Kesler,and J.G.Maloney, Microwave and Opt.Tech.Lett., Vol.21,no.3, pp.191-196, May 1999."Dipole antennas used with all-dielectric, woodpile photonic-bandgap reflectors: gain, field patterns, and input impedance" GSSmith, MPKesler, and JGMaloney, Microwave and Opt.Tech.Lett., Vol.21, no.3 , pp.191-196, May 1999.

ところで、上述のメタマテリアル反射板における反射可能な周波数帯域は、そのメタマテリアル反射板の周期配列構造に基づいて一意に決定される。特に、その周期配列をなす一柱状素子の太さと、当該柱状素子の周期配列の配置間隔と、の比率を一致させながらこれらを選択することで、所望の周波数帯域を反射させることが可能である。   By the way, the frequency band which can be reflected in the metamaterial reflector described above is uniquely determined based on the periodic arrangement structure of the metamaterial reflector. In particular, it is possible to reflect a desired frequency band by selecting them while matching the ratio between the thickness of one columnar element forming the periodic array and the arrangement interval of the periodic array of the columnar elements. .

しかしながら、特許文献1、非特許文献1では、上述のバンドギャップ帯域の帯域幅を制御する手法については明示されていない。よって、メタマテリアル反射板を備えるアンテナ装置を種々の電子機器に適用する場合において、バンドギャップ帯域の広帯域化が求められていた。   However, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 do not clearly disclose a method for controlling the bandwidth of the band gap band described above. Therefore, in the case where an antenna device including a metamaterial reflector is applied to various electronic devices, a wider band gap band has been demanded.

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる反射板及びアンテナ装置を提供することを目的としている。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a reflector and an antenna device that can solve the above-described problems.

本発明は、上述の課題を解決すべくなされたもので、特定のバンドギャップ帯域に属する電磁波を反射する特性を有する反射板であって、柱状の誘電体からなる柱状素子が、同一平面上において平行かつ等間隔に周期配列されて成る複数の反射層を備え、前記複数の反射層が、各々を構成する前記柱状素子同士が互いに直交するように配されながら積層されて成るとともに、前記柱状素子の各々の底面の大きさ、及び、前記柱状素子の周期配列される間隔が、前記バンドギャップ帯域の比帯域が反射板を備える機器に用いられる電磁波の周波数帯域の比帯域以上となるように構成されていることを特徴とする反射板である。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a reflector having a characteristic of reflecting an electromagnetic wave belonging to a specific band gap band, and a columnar element made of a columnar dielectric is formed on the same plane. A plurality of reflective layers formed in parallel and periodically arranged at regular intervals, wherein the plurality of reflective layers are stacked while the columnar elements constituting each of them are arranged so as to be orthogonal to each other; The size of each bottom surface and the interval of the periodic arrangement of the columnar elements are configured such that the ratio band of the band gap band is equal to or greater than the ratio band of the frequency band of the electromagnetic wave used in a device including a reflector. It is the reflector characterized by being made.

また本発明は、上述の反射板において、柱状の誘電体からなる第一柱状素子が、同一平面上において平行かつ等間隔に周期配列されて成る第一の反射層と、柱状の誘電体からなる複数の第二柱状素子が、複数の前記第一柱状素子と同一の間隔で同一平面上に周期配列されるとともに、複数の前記第一柱状素子と直交して接するように配されて成る第二の反射層と、柱状の誘電体からなる複数の第三柱状素子が、複数の前記第一柱状素子と平行、かつ、複数の前記第一柱状素子と同一の間隔でこれらと半周期分ずれるようにして同一平面上に周期配列されるとともに、前記第二の反射層を、前記第一の反射層とともに挟み込むように配されて成る第三の反射層と、柱状の誘電体からなる複数の第四柱状素子が、複数の前記第二柱状素子と平行、かつ、複数の前記第二柱状素子と同一の間隔でこれらと半周期分ずれるようにして同一平面上に周期配列されるとともに、前記第三の反射層を、前記第二の反射層とともに挟み込むように配されて成る第四の反射層と、を備えることを特徴とする。   Further, according to the present invention, in the above-described reflector, the first columnar element made of a columnar dielectric is formed of a columnar dielectric and a first reflective layer in which the first columnar elements are periodically arranged in parallel and at equal intervals on the same plane. A plurality of second columnar elements are arranged in such a manner that they are periodically arranged on the same plane at the same intervals as the plurality of first columnar elements, and are arranged so as to be orthogonal to and in contact with the plurality of first columnar elements. The plurality of third columnar elements made of the reflective layer and the columnar dielectric are parallel to the plurality of first columnar elements and are shifted from these by a half cycle at the same interval as the plurality of first columnar elements. And a plurality of second reflection layers made of a columnar dielectric, and a third reflection layer that is periodically arranged on the same plane and that is arranged so as to sandwich the second reflection layer with the first reflection layer. A four-columnar element is parallel to the plurality of second columnar elements; Further, the plurality of second columnar elements are periodically arranged on the same plane so as to be shifted by a half cycle at the same interval, and the third reflective layer is sandwiched with the second reflective layer. And a fourth reflective layer.

また本発明は、上述の反射板において、前記第一柱状素子、前記第二柱状素子、前記第三柱状素子、前記第四柱状素子の各々全てが、等しい大きさの正方形の底面を有する角柱状を成すとともに、複数の前記第一柱状素子の間隔(a[mm])と、前記正方形の一辺の長さ(w[mm])が、3.4w≦a≦4.9wの関係を満たすことを特徴とする。   Further, the present invention provides the above reflector, wherein each of the first columnar element, the second columnar element, the third columnar element, and the fourth columnar element has a square columnar shape having a square bottom surface having an equal size. And the distance between the plurality of first columnar elements (a [mm]) and the length of one side of the square (w [mm]) satisfy the relationship of 3.4w ≦ a ≦ 4.9w. It is characterized by.

また本発明は、上述の反射板において、前記第一柱状素子、前記第二柱状素子、前記第三柱状素子、前記第四柱状素子の各々全てが、等しい大きさの円形の底面を有する円柱状を成すとともに、複数の前記第一柱状素子の間隔(a[mm])と、前記円形の直径(r[mm])が、2.9r≦a≦4.6rの関係を満たすことを特徴とする。   Further, according to the present invention, in the above-described reflector, each of the first columnar element, the second columnar element, the third columnar element, and the fourth columnar element has a cylindrical shape having a circular bottom surface having an equal size. And the interval between the plurality of first columnar elements (a [mm]) and the circular diameter (r [mm]) satisfy the relationship of 2.9r ≦ a ≦ 4.6r. To do.

また本発明は、上述の反射板において、前記第一柱状素子、前記第二柱状素子、前記第三柱状素子、前記第四柱状素子の各々全てが、等しい形状の多角形の底面を有する多角柱状を成すとともに、複数の前記第一柱状素子の間隔(a[mm])と、前記多角形の外接円の直径(r[mm])が、2.9r≦a≦4.6rの関係を満たすことを特徴とする。   Further, according to the present invention, in the above reflector, each of the first columnar element, the second columnar element, the third columnar element, and the fourth columnar element has a polygonal columnar shape having a polygonal bottom surface having an equal shape. And the interval between the plurality of first columnar elements (a [mm]) and the diameter of the circumscribed circle of the polygon (r [mm]) satisfy the relationship of 2.9r ≦ a ≦ 4.6r It is characterized by that.

また本発明は、上述の反射板と、所定の周波数帯域の電磁波を放射する放射素子と、を備え、複数の前記第一柱状素子の間隔は、前記電磁波の波長よりも短いことを特徴とするアンテナ装置である。   Further, the present invention includes the above-described reflector and a radiating element that radiates electromagnetic waves in a predetermined frequency band, and the interval between the plurality of first columnar elements is shorter than the wavelength of the electromagnetic waves. It is an antenna device.

本発明によれば、反射板のバンドギャップ帯域を広帯域化することができる。   According to the present invention, the band gap band of the reflector can be widened.

本発明の第1の実施形態に係るアンテナ装置を示す図である。It is a figure which shows the antenna apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る反射板の斜視図である。It is a perspective view of the reflecting plate which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る反射板の平面図である。It is a top view of the reflecting plate concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る反射板の特性を説明する図である。It is a figure explaining the characteristic of the reflecting plate which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る反射板の特性を示す第1の図である。It is a 1st figure which shows the characteristic of the reflecting plate which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る反射板の特性を示す第2の図である。It is a 2nd figure which shows the characteristic of the reflecting plate which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る反射板の特性をまとめた第1の図である。It is the 1st figure which put together the characteristic of the reflecting plate concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る反射板の特性をまとめた第2の図である。It is the 2nd figure which put together the characteristic of the reflecting plate concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る反射板の特性をまとめたグラフ図である。It is the graph which put together the characteristic of the reflector which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る反射板の斜視図である。It is a perspective view of the reflecting plate which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る反射板の平面図である。It is a top view of the reflecting plate concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る反射板の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the reflecting plate which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る反射板の特性をまとめた図である。It is the figure which put together the characteristic of the reflecting plate which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る反射板の斜視図である。It is a perspective view of the reflecting plate which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る反射板の平面図である。It is a top view of the reflecting plate concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る反射板の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the reflecting plate which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る反射板の特性をまとめた図である。It is the figure which put together the characteristic of the reflecting plate which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態に係るアンテナ装置を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るアンテナ装置を示す図である。この図において、符号100はアンテナ装置である。なお以降の説明に用いる各図面においては、それぞれの図に図示した空間において互いに直交するx軸、y軸、z軸の方向を規定して説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, an antenna device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an antenna device according to a first embodiment of the present invention. In this figure, reference numeral 100 denotes an antenna device. In the drawings used for the following description, the directions of the x-axis, y-axis, and z-axis that are orthogonal to each other in the space illustrated in each figure will be described.

図1に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置100は、反射板1と、放射素子5と、を備えている。
放射素子5は、特定の周波数帯域の電磁波の大気中への放射を行う機能部である。放射素子5には、図示しない高周波電源が接続されている。放射素子5は、当該高周波電源から入力する特定の周波数帯域の高周波信号を大気中へ放射する。ここで、放射素子5は、大気中を伝搬する特定の周波数帯域の電磁波信号を吸収して受信する受信素子として機能してもよい。放射素子5は、図1に示すように後述する反射板1に対向するように設置されている。放射素子5から放射される電磁波がその周波数に応じて反射板1による反射の影響を受けることで、アンテナ装置100は所望する指向性を得る仕組みとなっている。なお図1に示す放射素子5は、例としてダイポールアンテナの形状としているが、本実施形態に係るアンテナ装置100は、この態様に限定されない。例えば、放射素子5は、モノポールアンテナ、パッチアンテナ、またはホーンアンテナ等であってもよい。
As shown in FIG. 1, the antenna device 100 according to this embodiment includes a reflector 1 and a radiating element 5.
The radiating element 5 is a functional unit that radiates electromagnetic waves in a specific frequency band to the atmosphere. The radiating element 5 is connected to a high frequency power source (not shown). The radiating element 5 radiates a high-frequency signal in a specific frequency band input from the high-frequency power source to the atmosphere. Here, the radiating element 5 may function as a receiving element that absorbs and receives an electromagnetic wave signal in a specific frequency band that propagates in the atmosphere. As shown in FIG. 1, the radiating element 5 is disposed so as to face a reflector 1 described later. The antenna device 100 has a mechanism for obtaining a desired directivity by the electromagnetic wave radiated from the radiating element 5 being affected by the reflection by the reflecting plate 1 according to the frequency. The radiating element 5 shown in FIG. 1 has a dipole antenna shape as an example, but the antenna device 100 according to the present embodiment is not limited to this mode. For example, the radiating element 5 may be a monopole antenna, a patch antenna, a horn antenna, or the like.

反射板1は、柱状の誘電体からなる柱状素子を、反射する電波の波長より充分に短い距離で等間隔に格子状に組み合わせた、周期配列構造をなす基板である。反射板1は、この周期配列構造に基づいて、放射素子5から放射される特定の周波数帯域に属する電磁波を反射させる特性を有する。以下、反射板1に入射する電磁波が所定の比率以上で反射する場合における当該電磁波の周波数帯域を「バンドギャップ帯域」と定義する(「所定の比率」についてはさらに後述する)。
本実施形態に係る反射板1は、柱状の誘電体からなる柱状素子(後述)が、同一平面上において平行かつ等間隔に周期配列されて成る複数の反射層を備えている。そして、当該複数の反射層が、各々を構成する柱状素子同士が互いに直交するように配されながら積層されて形成される。なおこの反射板1は、図1に示すように、その板面がxz平面と平行な面となるように配されている。また本実施形態に係る反射板1を構成する全ての上記柱状素子は、比誘電率εrが9.6の誘電体で形成されている。
The reflecting plate 1 is a substrate having a periodic arrangement structure in which columnar elements made of columnar dielectrics are combined in a lattice shape at equal intervals at a distance sufficiently shorter than the wavelength of a reflected radio wave. The reflecting plate 1 has a characteristic of reflecting an electromagnetic wave belonging to a specific frequency band radiated from the radiating element 5 based on the periodic arrangement structure. Hereinafter, the frequency band of the electromagnetic wave when the electromagnetic wave incident on the reflector 1 is reflected at a predetermined ratio or more is defined as a “band gap band” (the “predetermined ratio” will be described later).
The reflecting plate 1 according to the present embodiment includes a plurality of reflecting layers in which columnar elements (described later) made of columnar dielectrics are arranged in parallel and at regular intervals on the same plane. The plurality of reflective layers are formed by being stacked while the columnar elements constituting each of them are arranged so as to be orthogonal to each other. As shown in FIG. 1, the reflecting plate 1 is arranged so that its plate surface is parallel to the xz plane. Further, all the columnar elements constituting the reflector 1 according to the present embodiment are formed of a dielectric having a relative dielectric constant εr of 9.6.

図2は、本発明の第1の実施形態に係る反射板の斜視図である。また図3は、本発明の第1の実施形態に係る反射板の平面図である。ここで図3(a)は、反射板1の板面(xz平面に平行な面)の平面図であり、図3(b)は、反射板1の側面(yz平面に平行な面)の平面図である。
反射板1は、図2、図3(a)、(b)に示すように、角柱状の誘電体からなる柱状素子を、反射する電磁波の波長より充分に短い距離で等間隔に格子状に組み合わせた、周期配列構造をなす基板である。反射板1は、xz平面に平行な面を有する反射層がy軸方向に4層に重なった構造を有している。具体的には、反射板1は、図2に示すように、第一の反射層1A、第二の反射層1B、第三の反射層1C及び第四の反射層1Dの4つの層が積層されてなる構造を有している。
FIG. 2 is a perspective view of the reflector according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a plan view of the reflecting plate according to the first embodiment of the present invention. 3A is a plan view of the plate surface (surface parallel to the xz plane) of the reflecting plate 1, and FIG. 3B is a side view of the reflector plate 1 (surface parallel to the yz plane). It is a top view.
As shown in FIGS. 2, 3A, and 3B, the reflector 1 is a grid of prismatic elements made of prismatic dielectrics at regular intervals at a distance sufficiently shorter than the wavelength of the reflected electromagnetic wave. It is the board | substrate which makes the periodic arrangement structure which combined. The reflecting plate 1 has a structure in which four reflecting layers having a plane parallel to the xz plane are overlapped in the y-axis direction. Specifically, as shown in FIG. 2, the reflection plate 1 is formed by laminating four layers of a first reflection layer 1A, a second reflection layer 1B, a third reflection layer 1C, and a fourth reflection layer 1D. It has the structure formed.

まず、第一の反射層1Aは、角柱状の誘電体からなる第一柱状素子10aが、同一平面上(xz平面上)において平行かつ等間隔(周期幅a)に周期配列されて成る層である。なお周期配列される複数の第一柱状素子10aが延在する方向は、z軸に平行な方向である(図2、図3(a))。第一の反射層1Aを構成する第一柱状素子10aは、図2、図3(a)に示すように、間隔aで等間隔に周期配列される。第一柱状素子10aの各々は、その底面が、一辺の長さがwの正方形からなる角柱状を成している(図3(a)、(b))。   First, the first reflective layer 1A is a layer in which first columnar elements 10a made of a prismatic dielectric are periodically arranged in parallel and at equal intervals (periodic width a) on the same plane (on the xz plane). is there. The direction in which the plurality of first columnar elements 10a periodically arranged extends is a direction parallel to the z-axis (FIGS. 2 and 3A). As shown in FIG. 2 and FIG. 3A, the first columnar elements 10a constituting the first reflective layer 1A are periodically arranged at regular intervals at intervals a. Each of the first columnar elements 10a has a prismatic shape whose bottom surface is a square with a side length of w (FIGS. 3A and 3B).

同様に、第二の反射層1Bは、角柱状の誘電体からなる第二柱状素子10bが、同一平面上(xz平面上)において並行かつ等間隔に周期配列されて成る。ここで、複数の第二柱状素子10bは、複数の第一柱状素子10aと等間隔、すなわち周期幅aで周期配列される。また周期配列される複数の第二柱状素子10bの延在方向は、x軸に平行な方向である(図2、図3(a))。したがって、複数の第二柱状素子10bは、複数の第一柱状素子10aと直交して、互いの一の側面(第一柱状素子10a、第二柱状素子10bそれぞれがその延在方向に有する面)同士が接するようにして配され、第一柱状素子10aとともに格子状を成している。本実施形態に係る第二柱状素子10bも、第一柱状素子10aと同様に、その底面が、一辺の長さがwの正方形からなる角柱状を成している。(図3(a)、(b))。   Similarly, the second reflective layer 1B is formed by periodically arranging second columnar elements 10b made of a prismatic dielectric on the same plane (on the xz plane) in parallel and at equal intervals. Here, the plurality of second columnar elements 10b are periodically arrayed with the plurality of first columnar elements 10a at equal intervals, that is, with a period width a. In addition, the extending direction of the plurality of second columnar elements 10b arranged periodically is a direction parallel to the x-axis (FIGS. 2 and 3A). Therefore, the plurality of second columnar elements 10b are orthogonal to the plurality of first columnar elements 10a and have one side surface (the surface that each of the first columnar element 10a and the second columnar element 10b has in its extending direction). They are arranged so as to be in contact with each other and form a lattice shape together with the first columnar elements 10a. Similarly to the first columnar element 10a, the bottom surface of the second columnar element 10b according to the present embodiment has a prismatic shape formed of a square having a side length of w. (FIG. 3 (a), (b)).

同様に、第三の反射層1Cは、角柱状の誘電体からなる第三柱状素子10cが、同一平面上(xz平面上)において並行かつ等間隔に周期配列されて成る層である。ここで、複数の第三柱状素子10cは、第一の反射層1Aの第一柱状素子10aと平行(第三柱状素子10cの延在方向が、z軸に平行な方向)となるように配される。また、各第三柱状素子10cの間隔(周期幅)は、第一柱状素子10a及び第二柱状素子10bと同様の周期幅aである。ただし、図2及び図3(a)に示すように、これら複数の第三柱状素子10cは、第一柱状素子10aと半周期(a/2)分ずれるようにして配される。つまり、図3(a)に示すように、反射板1の板面を正面から見た場合(図3(a))、各第三柱状素子10cと第一柱状素子10aは、x軸に沿って各々が周期幅a/2ごとに交互に現れるように配されることとなる。さらに、図3(b)に示すように、第三の反射層1Cは、第二の反射層1Bを、第一の反射層1Aとともに挟み込むように、第二の反射層1Bと接して配される。したがって、複数の第三柱状素子10cは、複数の第二柱状素子10bと直交して、互いの一の側面同士が接するようにして配される。なお全ての第三柱状素子10cは、第一柱状素子10a、第二柱状素子10bと同様に、その底面が、一辺の長さがwの正方形からなる角柱状を成している(図3(a)、(b))。   Similarly, the third reflective layer 1C is a layer in which third columnar elements 10c made of a prismatic dielectric are periodically arranged in parallel and at equal intervals on the same plane (on the xz plane). Here, the plurality of third columnar elements 10c are arranged so as to be parallel to the first columnar element 10a of the first reflective layer 1A (the extending direction of the third columnar element 10c is parallel to the z-axis). Is done. The interval (period width) between the third columnar elements 10c is the same period width a as that of the first columnar element 10a and the second columnar element 10b. However, as shown in FIGS. 2 and 3A, the plurality of third columnar elements 10c are arranged so as to be shifted from the first columnar element 10a by a half period (a / 2). That is, as shown in FIG. 3A, when the plate surface of the reflector 1 is viewed from the front (FIG. 3A), each third columnar element 10c and the first columnar element 10a are along the x-axis. Thus, they are arranged so that they appear alternately for each period width a / 2. Further, as shown in FIG. 3B, the third reflective layer 1C is arranged in contact with the second reflective layer 1B so as to sandwich the second reflective layer 1B together with the first reflective layer 1A. The Accordingly, the plurality of third columnar elements 10c are arranged such that one side surface thereof is in contact with each other orthogonal to the plurality of second columnar elements 10b. In addition, all the 3rd columnar elements 10c have comprised the square columnar shape which consists of a square whose one side length is w like the 1st columnar element 10a and the 2nd columnar element 10b (FIG. 3 ( a), (b)).

そして第四の反射層1Dは、角柱状の誘電体からなる第四柱状素子10dが、同一平面上(xz平面上)において並行かつ等間隔に周期配列されて成る層である。ここで、複数の第四柱状素子10dは、第二の反射層1Bの第二柱状素子10bと平行(第四柱状素子10dの延在方向が、x軸に平行な方向)となるように配される。また、各第四柱状素子10dの間隔(周期幅)は、第一柱状素子10a、第二柱状素子10b及び第三柱状素子10cと同様の周期幅aである。ただし、図2及び図3(a)に示すように、これら複数の第四柱状素子10dは、第二柱状素子10bと半周期(a/2)分ずれるようにして配される。つまり、図3(a)に示すように、反射板1をy軸矢印方向に見た場合、各第四柱状素子10dと第二柱状素子10bは、z軸に沿って各々が周期幅a/2ごとに交互に現れるように配されることとなる。さらに、図3(b)に示すように、第四の反射層1Dは、第三の反射層1Cを、第二の反射層1Bとともに挟み込むように、第三の反射層1Cと接して配される。したがって、複数の第四柱状素子10dは、複数の第三柱状素子10cと直交して、互いの一の側面同士が接するようにして配される。なお全ての第四柱状素子10dは、第一柱状素子10a、第二柱状素子10b及び第三柱状素子10cと同様に、その底面が、一辺の長さがwの正方形からなる角柱状を成している(図3(a)、(b))。   The fourth reflective layer 1D is a layer in which the fourth columnar elements 10d made of a prismatic dielectric are periodically arranged in parallel and at equal intervals on the same plane (on the xz plane). Here, the plurality of fourth columnar elements 10d are arranged so as to be parallel to the second columnar element 10b of the second reflective layer 1B (the extending direction of the fourth columnar element 10d is a direction parallel to the x-axis). Is done. Further, the interval (period width) between the fourth columnar elements 10d is the same period width a as that of the first columnar element 10a, the second columnar element 10b, and the third columnar element 10c. However, as shown in FIGS. 2 and 3A, the plurality of fourth columnar elements 10d are arranged so as to be shifted from the second columnar element 10b by a half period (a / 2). That is, as shown in FIG. 3A, when the reflector 1 is viewed in the direction of the y-axis arrow, each of the fourth columnar elements 10d and the second columnar element 10b has a period width a / It will be arranged to appear alternately every two. Further, as shown in FIG. 3B, the fourth reflective layer 1D is disposed in contact with the third reflective layer 1C so as to sandwich the third reflective layer 1C together with the second reflective layer 1B. The Therefore, the plurality of fourth columnar elements 10d are arranged so as to be orthogonal to the plurality of third columnar elements 10c and so that one side surfaces thereof are in contact with each other. Note that all the fourth columnar elements 10d have a rectangular columnar shape whose bottom surface is a square with a side length of w, similarly to the first columnar element 10a, the second columnar element 10b, and the third columnar element 10c. (FIGS. 3A and 3B).

このように、本実施形態に係る反射板1は、第一の反射層1A〜第四の反射層1Dがy軸方向に積層されて、厚さ4wの板状の層となる(図3(b))。なお図2及び図3(a)、(b)には、反射板1のうちの一領域のみ(2周期分の幅のみ)しか記載していないが、反射板1は、実際には、図2及び図3(a)、(b)に示した構造が、x軸方向及びz軸方向に繰り返し配されてxz平面上に広がった構造となっている。また上述したように、本実施形態に係る反射板1を構成する第一柱状素子10a〜第四柱状素子10dは、全て比誘電率εrが9.6の誘電体で形成されている。   Thus, the reflecting plate 1 according to the present embodiment is a plate-like layer having a thickness of 4w, in which the first reflecting layer 1A to the fourth reflecting layer 1D are stacked in the y-axis direction (FIG. 3 ( b)). 2 and 3 (a) and 3 (b) show only one region of the reflector 1 (only the width for two cycles), the reflector 1 is actually not shown in FIG. 2 and FIGS. 3A and 3B are structures that are repeatedly arranged in the x-axis direction and the z-axis direction and spread on the xz plane. Further, as described above, the first columnar element 10a to the fourth columnar element 10d constituting the reflector 1 according to the present embodiment are all formed of a dielectric having a relative dielectric constant εr of 9.6.

ところで本実施形態に係る反射板1(アンテナ装置100)は、無線通信を行うための所定の機器(例えば携帯電話用無線基地局の通信機器等)に備えられる。この場合、反射板1は、当該機器に用いられる電磁波の周波数帯域全域において同等の反射特性を有することが求められる。したがって本実施形態に係る反射板1は、そのバンドギャップ帯域の比帯域が、反射板1を備える上記機器に用いられる電磁波の周波数帯域の比帯域以上となるように構成される。なお「(周波数帯域の)比帯域」とは、その周波数帯域の中心周波数f0に対する周波数帯域幅Δfの比率(Δf/f0)のことをいう。ここで、法律により携帯電話向けに割り当てられている周波数帯域の比帯域は概ね20%程度であるから、本実施形態に係る反射板1は、バンドギャップ帯域の比帯域が20%以上となる条件を満たすように構成される。すなわち本実施形態に係る反射板1は、第一柱状素子10a、第二柱状素子10b、第三柱状素子10c、第四柱状素子10dの各々の底面の大きさ(正方形の一辺の長さw)と、複数の第一柱状素子10a〜第四柱状素子10dの間隔(周期幅a)とが、バンドギャップ帯域の比帯域が20%以上となる条件を満たすように定められる。以下、本実施形態に係る反射板1についてのwとaについて具体的に定められる値について説明する。   By the way, the reflector 1 (antenna device 100) according to the present embodiment is provided in a predetermined device (for example, a communication device of a mobile phone wireless base station) for performing wireless communication. In this case, the reflector 1 is required to have equivalent reflection characteristics over the entire frequency band of the electromagnetic wave used in the device. Therefore, the reflecting plate 1 according to the present embodiment is configured such that the band gap band ratio band is equal to or higher than the electromagnetic wave frequency band band band used in the device including the reflecting plate 1. The “specific band (of frequency band)” refers to the ratio (Δf / f0) of the frequency bandwidth Δf to the center frequency f0 of the frequency band. Here, since the specific band of the frequency band allocated for mobile phones by law is about 20%, the reflector 1 according to the present embodiment has a condition that the specific band of the band gap band is 20% or more. Configured to meet. That is, the reflector 1 according to the present embodiment has a size of the bottom surface of each of the first columnar element 10a, the second columnar element 10b, the third columnar element 10c, and the fourth columnar element 10d (the length w of one side of the square). And the interval (period width a) between the plurality of first columnar elements 10a to fourth columnar elements 10d is determined so as to satisfy the condition that the band width of the band gap band is 20% or more. Hereinafter, the value specifically determined about w and a about the reflector 1 which concerns on this embodiment is demonstrated.

図4は、本発明の第1の実施形態に係る反射板の特性を説明する図である。図5は、本発明の第1の実施形態に係る反射板の特性を示す第1の図である。また、図6は、本発明の第1の実施形態に係る反射板の特性を示す第2の図である。
次に、本実施形態に係る反射板1の特性について説明する。図5、図6は、上述の構造(図2、図3(a)、(b))からなる反射板1に対し、特定の強度の電磁波を入射した場合において、どの程度の強度の電磁波が反射板1を透過するか(反射板1の伝送特性S21)を示している。図5、図6に示すグラフ図は、横軸に電磁波の周波数f(GHz)を、縦軸に伝送特性S21(dB)を示している。なお図5、図6に示すグラフ図は、図4に示すようなシミュレーションモデルに基づいて算出された、電磁界シミュレータによるシミュレーション結果である。つまり図5、図6に示すグラフ図の縦軸に示す伝送特性S21は、反射板1の板面(xz平面と平行な面)に対して垂直な方向に送出された周波数fの平面波(入射波)に対する、入射波のうち反射板1を透過する電磁波(透過波)の強度比を表したものである。なお図4のシミュレーションモデルにおける反射板1は、実際にはxz平面上に無限遠に広がっている。
なお以下の説明において、反射板1の伝送特性S21が1/10以下(−10dB以下)となる場合における当該電磁波の周波数帯域を「バンドギャップ帯域」と定義する。
ここで伝送特性S21が1/10以下となる周波数帯域とは、入射波のうち反射板1によって反射する電磁波の比率が9/10以上となって、反射板1を透過する透過波の電磁波の強度が入射波の1/10以下となる周波数帯域である。またバンドギャップ帯域の中心周波数に対するバンドギャップ帯域幅の比率を比帯域[%]で表し、バンドギャップ帯域幅の実効的な大きさを示す指標とする。
FIG. 4 is a diagram for explaining the characteristics of the reflector according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a first diagram showing the characteristics of the reflector according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a second diagram showing the characteristics of the reflector according to the first embodiment of the present invention.
Next, the characteristics of the reflector 1 according to this embodiment will be described. 5 and 6 show how much electromagnetic wave has a specific intensity when it is incident on the reflector 1 having the above-described structure (FIG. 2, FIG. 3 (a), (b)). Whether the light passes through the reflecting plate 1 (transmission characteristic S21 of the reflecting plate 1) is shown. The graphs shown in FIGS. 5 and 6 show the frequency f (GHz) of the electromagnetic wave on the horizontal axis and the transmission characteristic S21 (dB) on the vertical axis. The graphs shown in FIGS. 5 and 6 are the simulation results obtained by the electromagnetic field simulator calculated based on the simulation model as shown in FIG. That is, the transmission characteristic S21 shown on the vertical axis of the graphs shown in FIGS. 5 and 6 is a plane wave (incident incident) with a frequency f transmitted in a direction perpendicular to the plate surface of the reflector 1 (surface parallel to the xz plane). The intensity ratio of the electromagnetic wave (transmitted wave) transmitted through the reflector 1 out of the incident wave with respect to the wave) is expressed. Note that the reflector 1 in the simulation model of FIG. 4 actually extends to infinity on the xz plane.
In the following description, the frequency band of the electromagnetic wave when the transmission characteristic S21 of the reflecting plate 1 is 1/10 or less (−10 dB or less) is defined as a “band gap band”.
Here, the frequency band where the transmission characteristic S21 is 1/10 or less means that the ratio of the electromagnetic wave reflected by the reflector 1 in the incident wave is 9/10 or more, and the electromagnetic wave of the transmitted wave transmitted through the reflector 1 This is a frequency band in which the intensity is 1/10 or less of the incident wave. Further, the ratio of the band gap bandwidth to the center frequency of the band gap bandwidth is expressed as a specific band [%], which is an index indicating the effective size of the band gap bandwidth.

図5及び図6には、シミュレーション実行時において、周期幅aのパラメータに対してそれぞれ異なる値を設定した場合における各伝送特性S21がA1〜D1(図5)及びA2〜D2(図6)で示されている。ここで、本実施形態に係る反射板1は、w=9.4mmで固定とする。図5に示す複数のグラフのうち、例えば実線Aで示すグラフは、周期幅aをa=3.4w(=32mm)と設定した場合における反射板1の伝送特性である。このグラフによると、伝送特性S21が−10dB以下となる周波数は、約4.2GHz〜5.3GHzの間であるから、バンドギャップ帯域幅は、1.1GHzとなる。またバンドギャップ帯域幅の中心周波数は、4.75GHzであるから、比帯域は1.1/4.75≒0.23(23%)となる。   5 and 6 show the transmission characteristics S21 when A1 to D1 (FIG. 5) and A2 to D2 (FIG. 6) when different values are set for the parameter of the period width a during the simulation. It is shown. Here, the reflector 1 according to the present embodiment is fixed at w = 9.4 mm. Among the plurality of graphs shown in FIG. 5, for example, a graph indicated by a solid line A is a transmission characteristic of the reflector 1 when the period width a is set to a = 3.4w (= 32 mm). According to this graph, since the frequency at which the transmission characteristic S21 is −10 dB or less is between about 4.2 GHz and 5.3 GHz, the band gap bandwidth is 1.1 GHz. Since the center frequency of the band gap bandwidth is 4.75 GHz, the specific band is 1.1 / 4.75≈0.23 (23%).

図7は、本発明の第1の実施形態に係る反射板の特性をまとめた第1の図である。また、図8は、本発明の第1の実施形態に係る反射板の特性をまとめた第2の図である。
図7、図8には、周期幅aごとの反射板1についてのバンドギャップ帯域幅及び比帯域についてまとめている。図7の各行に示す周期幅a及び比帯域は、図5に示すA1〜D1の各グラフに対応しており、図8の各行に示す数値は、図6に示すA2〜D2の各グラフに対応している。図7に示す周期幅aごとの反射板1は、a=3.4w(=32.0mm)で比帯域23%、a=3.8w(=35.7mm)で比帯域32%、a=4.2w(=39.5mm)で比帯域28%、a=4.9w(=46.1mm)で比帯域21%と、いずれも20%以上の比帯域を実現している。一方、図8に示す周期幅aごとの反射板1は、a=3.2w(=30.0mm)で比帯域23%、a=4.0w(=37.5mm)で比帯域32%、a=4.8w(=45.0mm)で比帯域21%となるが、a=5.6w(=52.5mm)で比帯域15%となり20%を下回っている。またa=2.4w(=22.5mm)ではバンドギャップ帯域が現れない。
FIG. 7 is a first diagram summarizing the characteristics of the reflector according to the first embodiment of the present invention. FIG. 8 is a second diagram summarizing the characteristics of the reflector according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 and FIG. 8 summarize the band gap bandwidth and the ratio band for the reflector 1 for each period width a. 7 corresponds to the graphs A1 to D1 shown in FIG. 5, and the numerical values shown in the rows of FIG. 8 are shown in the graphs A2 to D2 of FIG. It corresponds. The reflecting plate 1 for each periodic width a shown in FIG. 7 has a specific bandwidth of 23% when a = 3.4w (= 32.0 mm), a specific bandwidth of 32% when a = 3.8w (= 35.7 mm), and a = A specific bandwidth of 20% or more is realized with a bandwidth of 28% at 4.2w (= 39.5 mm) and a bandwidth of 21% at a = 4.9w (= 46.1 mm). On the other hand, the reflector 1 for each periodic width a shown in FIG. 8 has a specific bandwidth of 23% at a = 3.2w (= 30.0 mm), a specific bandwidth of 32% at a = 4.0w (= 37.5 mm), The bandwidth is 21% at a = 4.8w (= 45.0 mm), but 15% at a = 5.6w (= 52.5 mm), which is below 20%. Further, when a = 2.4w (= 22.5 mm), no band gap band appears.

図9は、本発明の第1の実施形態に係る反射板の特性をまとめたグラフ図である。
図9に示すグラフは、横軸に周期幅a[mm]を、縦軸に比帯域[%]をとり、反射板1の周期幅aとその場合における比帯域の関係を示している。図9に示すグラフの各プロットは、図7及び図8で示した各周期幅a[mm]及び比帯域[%]に対応している。ここで上述した比帯域の所定値として20%を選択する。そうすると、図9に示すグラフによると、比帯域が20%以上となる領域は、32.0mm≦a≦46.1mm、すなわち3.4w≦a≦4.9wとなる条件を満たす場合であることが読み取れる。したがって、本実施形態に係る反射板1は、3.4w≦a≦4.9wとなる条件を満たすことで比帯域が20%以上となり、バンドギャップ幅の広帯域化を実現することができる。
以上、本発明の第1の実施形態によれば、バンドギャップ帯域が比帯域20%以上に広帯域化される反射板及びアンテナ装置を提供することができる。なお、第1の実施形態に係る反射板及びアンテナ装置の他、以下の実施形態に係る反射板及びアンテナ装置も、同様の効果を得ることができる。
FIG. 9 is a graph summarizing the characteristics of the reflector according to the first embodiment of the present invention.
The graph shown in FIG. 9 shows the relationship between the period width a of the reflector 1 and the ratio band in that case, with the period width a [mm] on the horizontal axis and the ratio band [%] on the vertical axis. Each plot of the graph shown in FIG. 9 corresponds to each period width a [mm] and specific band [%] shown in FIGS. 7 and 8. Here, 20% is selected as the predetermined value of the above-mentioned ratio band. Then, according to the graph shown in FIG. 9, the region where the specific band is 20% or more is a case where the condition of 32.0 mm ≦ a ≦ 46.1 mm, that is, 3.4 w ≦ a ≦ 4.9 w is satisfied. Can be read. Accordingly, the reflecting plate 1 according to the present embodiment satisfies the condition of 3.4 w ≦ a ≦ 4.9 w, so that the specific band becomes 20% or more, and a wide band gap can be realized.
As described above, according to the first embodiment of the present invention, it is possible to provide a reflector and an antenna device in which the band gap band is widened to a specific band of 20% or more. In addition to the reflector and the antenna device according to the first embodiment, the reflector and the antenna device according to the following embodiments can obtain the same effect.

<第2の実施形態>
以下、本発明の第2の実施形態に係るアンテナ装置を、図面を参照して説明する。
第2の実施形態に係るアンテナ装置100は、第1の実施形態に係る反射板1の代わりに、以下に説明する反射板2を備えている。なお本実施形態に係るアンテナ装置100は、第1の実施形態に係るアンテナ装置100と同一の構成(図1)を有している。
図10は、本発明の第2の実施形態に係る反射板の斜視図である。また図11は、本発明の第2の実施形態に係る反射板の平面図である。ここで図11(a)は、反射板2をy軸の矢印方向から見た場合の平面図であり、図11(b)は、反射板2を、x軸の矢印の逆方向から見た場合の平面図である。
反射板2は、図10、図11(a)、(b)に示すように、円柱状の誘電体からなる柱状素子を、反射する電波の波長より充分に短い距離で等間隔に格子状に組み合わせた、周期配列構造をなす基板である。第1の実施形態に係る反射板1と同様に、反射板2は、xz平面に平行な面を有する反射層がy軸方向に4層に重なった構造を有している。具体的には、反射板2は、図10に示すように、第一の反射層2A、第二の反射層2B、第三の反射層2C及び第四の反射層2Dの4つの層が積層されてなる構造を有している。
<Second Embodiment>
Hereinafter, an antenna device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The antenna device 100 according to the second embodiment includes a reflector 2 described below instead of the reflector 1 according to the first embodiment. The antenna device 100 according to the present embodiment has the same configuration (FIG. 1) as the antenna device 100 according to the first embodiment.
FIG. 10 is a perspective view of a reflector plate according to the second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a plan view of a reflector according to the second embodiment of the present invention. Here, FIG. 11A is a plan view when the reflector 2 is viewed from the arrow direction of the y axis, and FIG. 11B is a diagram of the reflector 2 viewed from the direction opposite to the arrow of the x axis. FIG.
As shown in FIGS. 10, 11 (a) and 11 (b), the reflecting plate 2 is made of a columnar element made of a cylindrical dielectric in a lattice shape at equal intervals at a distance sufficiently shorter than the wavelength of the reflected radio wave. It is the board | substrate which makes the periodic arrangement structure which combined. Similar to the reflecting plate 1 according to the first embodiment, the reflecting plate 2 has a structure in which reflecting layers having a plane parallel to the xz plane are overlapped in four layers in the y-axis direction. Specifically, as shown in FIG. 10, the reflection plate 2 is formed by laminating four layers, ie, a first reflection layer 2A, a second reflection layer 2B, a third reflection layer 2C, and a fourth reflection layer 2D. It has the structure formed.

まず、第一の反射層2Aは、円柱状の誘電体からなる第一柱状素子20aが、同一平面上(xz平面上)において平行かつ等間隔(周期幅a)に周期配列されて成る層である。なお周期配列される複数の第一柱状素子20aの延在方向は、z軸に平行な方向である(図10、図11(a))。第一の反射層2Aを構成する第一柱状素子20aは、図10、図11(a)に示すように、間隔aで等間隔に周期配列される。第一柱状素子20aの各々は、その底面が、直径rの円形からなる円柱状を成している(図11(a)、(b))。   First, the first reflective layer 2A is a layer in which first columnar elements 20a made of a cylindrical dielectric are periodically arranged in parallel and at equal intervals (periodic width a) on the same plane (on the xz plane). is there. In addition, the extending direction of the plurality of first columnar elements 20a arranged periodically is a direction parallel to the z-axis (FIGS. 10 and 11A). As shown in FIGS. 10 and 11A, the first columnar elements 20a constituting the first reflective layer 2A are periodically arranged at regular intervals at intervals a. Each of the first columnar elements 20a has a cylindrical shape whose bottom surface is a circular shape having a diameter r (FIGS. 11A and 11B).

同様に、第二の反射層2Bは、円柱状の誘電体からなる第二柱状素子20bが、同一平面上(xz平面上)において並行かつ等間隔に周期配列されて成る。ここで、複数の第二柱状素子20bは、複数の第一柱状素子20aと等間隔、すなわち周期幅aで周期配列される。また周期配列される複数の第二柱状素子20bの延在方向は、x軸に平行な方向である(図10、図11(a))。したがって、複数の第二柱状素子20bは、複数の第一柱状素子20aと直交して、互いの側面(曲面)同士が一点で接するようにして配され、第一柱状素子20aとともに格子状を成している。本実施形態に係る第二柱状素子20bも、第一柱状素子20aと同様に、その底面が、直径rの円形からなる円柱状を成している。(図11(a)、(b))。   Similarly, the second reflective layer 2B is formed by periodically arranging second columnar elements 20b made of a cylindrical dielectric in parallel and at equal intervals on the same plane (on the xz plane). Here, the plurality of second columnar elements 20b are periodically arrayed with the plurality of first columnar elements 20a at equal intervals, that is, with a period width a. Further, the extending direction of the plurality of second columnar elements 20b arranged periodically is a direction parallel to the x-axis (FIGS. 10 and 11A). Therefore, the plurality of second columnar elements 20b are arranged so as to be orthogonal to the plurality of first columnar elements 20a so that their side surfaces (curved surfaces) are in contact with each other at one point, and form a lattice shape together with the first columnar elements 20a. doing. Similarly to the first columnar element 20a, the bottom surface of the second columnar element 20b according to the present embodiment has a cylindrical shape having a circular shape with a diameter r. (FIG. 11 (a), (b)).

同様に、第三の反射層2Cは、円柱状の誘電体からなる第三柱状素子20cが、同一平面上(xz平面上)において並行かつ等間隔に周期配列されて成る層である。ここで、複数の第三柱状素子20cは、第一の反射層2Aの第一柱状素子20aと平行(第三柱状素子20cの延在方向が、z軸に平行な方向)となるように配される。また、各第三柱状素子20cの間隔(周期幅)は、第一柱状素子20a及び第二柱状素子20bと同様の周期幅aである。ただし、図10及び図11(a)に示すように、これら複数の第三柱状素子20cは、第一柱状素子20aと半周期(a/2)分ずれるようにして配される。さらに、図11(b)に示すように、第三の反射層2Cは、第二の反射層2Bを、第一の反射層2Aとともに挟み込むように、第二の反射層2Bと接して配される。したがって、複数の第三柱状素子20cは、複数の第二柱状素子20bと直交して、互いの側面(曲面)同士が一点で接するようにして配される。なお全ての第三柱状素子10cは、第一柱状素子20a、第二柱状素子20bと同様に、その底面が、直径rの円形からなる円柱状を成している(図11(a)、(b))。   Similarly, the third reflective layer 2C is a layer in which third columnar elements 20c made of a cylindrical dielectric are periodically arranged in parallel and at equal intervals on the same plane (on the xz plane). Here, the plurality of third columnar elements 20c are arranged so as to be parallel to the first columnar element 20a of the first reflective layer 2A (the extending direction of the third columnar element 20c is parallel to the z-axis). Is done. The interval (period width) between the third columnar elements 20c is the same period width a as that of the first columnar element 20a and the second columnar element 20b. However, as shown in FIGS. 10 and 11A, the plurality of third columnar elements 20c are arranged so as to be shifted from the first columnar element 20a by a half period (a / 2). Furthermore, as shown in FIG. 11B, the third reflective layer 2C is disposed in contact with the second reflective layer 2B so as to sandwich the second reflective layer 2B together with the first reflective layer 2A. The Therefore, the plurality of third columnar elements 20c are arranged orthogonal to the plurality of second columnar elements 20b so that their side surfaces (curved surfaces) are in contact with each other at one point. In addition, all the 3rd columnar elements 10c form the column shape which the bottom face becomes circular with the diameter r similarly to the 1st columnar element 20a and the 2nd columnar element 20b (FIG. 11 (a), ( b)).

そして第四の反射層2Dは、円柱状の誘電体からなる第四柱状素子20dが、同一平面上(xz平面上)において並行かつ等間隔に周期配列されて成る層である。ここで、複数の第四柱状素子20dは、第二の反射層2Bの第二柱状素子20bと平行(第四柱状素子20dの延在方向が、x軸に平行な方向)となるように配される。また、各第四柱状素子20dの間隔(周期幅)は、第一柱状素子20a、第二柱状素子20b及び第三柱状素子20cと同様の周期幅aである。ただし、図10及び図11(a)に示すように、これら複数の第四柱状素子20dは、第二柱状素子20bと半周期(a/2)分ずれるようにして配される。さらに、図11(b)に示すように、第四の反射層2Dは、第三の反射層2Cを、第二の反射層2Bとともに挟み込むように、第三の反射層2Cと接して配される。したがって、複数の第四柱状素子20dは、複数の第三柱状素子20cと直交して、互いの側面(曲面)が一点で接するようにして配される。なお全ての第四柱状素子20dは、第一柱状素子20a、第二柱状素子20b及び第三柱状素子20cと同様に、その底面が、直径rの円形からなる円柱状を成している(図11(a)、(b))。   The fourth reflective layer 2D is a layer in which the fourth columnar elements 20d made of a cylindrical dielectric are periodically arranged in parallel and at equal intervals on the same plane (on the xz plane). Here, the plurality of fourth columnar elements 20d are arranged so as to be parallel to the second columnar elements 20b of the second reflective layer 2B (the extending direction of the fourth columnar elements 20d is parallel to the x-axis). Is done. Further, the interval (period width) between the fourth columnar elements 20d is the same period width a as that of the first columnar element 20a, the second columnar element 20b, and the third columnar element 20c. However, as shown in FIGS. 10 and 11A, the plurality of fourth columnar elements 20d are arranged so as to be shifted from the second columnar element 20b by a half period (a / 2). Further, as shown in FIG. 11B, the fourth reflective layer 2D is disposed in contact with the third reflective layer 2C so as to sandwich the third reflective layer 2C together with the second reflective layer 2B. The Accordingly, the plurality of fourth columnar elements 20d are arranged orthogonal to the plurality of third columnar elements 20c so that their side surfaces (curved surfaces) contact each other at one point. Note that all the fourth columnar elements 20d have a cylindrical shape whose bottom surface is a circle having a diameter r, similarly to the first columnar element 20a, the second columnar element 20b, and the third columnar element 20c (see FIG. 11 (a), (b)).

このように、本実施形態に係る反射板2は、第一の反射層2A〜第四の反射層2Dがy軸方向に積層されて、厚さ4rの板状の層となる(図11(b))。なお図10及び図11(a)、(b)には、反射板2のうちの一領域のみ(2周期分の幅のみ)しか記載していないが、反射板2は、実際には、図10及び図11(a)、(b)に示した構造が、x軸方向及びz軸方向に繰り返し配されてxz平面上に広がった構造となっている。また上述したように、本実施形態に係る反射板2を構成する第一柱状素子20a〜第四柱状素子20dは、全て比誘電率ε0が9.6の誘電体で形成されている。   As described above, the reflecting plate 2 according to the present embodiment is a plate-like layer having a thickness of 4r in which the first reflecting layer 2A to the fourth reflecting layer 2D are stacked in the y-axis direction (FIG. 11 ( b)). 10 and 11 (a) and 11 (b) show only one region of the reflector 2 (only the width corresponding to two cycles), the reflector 2 is actually not shown in FIG. The structure shown in FIG. 10 and FIGS. 11A and 11B is a structure that is repeatedly arranged in the x-axis direction and the z-axis direction and spreads on the xz plane. As described above, the first columnar element 20a to the fourth columnar element 20d constituting the reflector 2 according to this embodiment are all formed of a dielectric having a relative dielectric constant ε0 of 9.6.

なお本実施形態に係る反射板2は、第一柱状素子20a、第二柱状素子20b、第三柱状素子20c、第四柱状素子20dの各々の底面の大きさ(直径r)と、複数の第一柱状素子20a〜第四柱状素子20dの間隔(周期幅a)とが、「比帯域」が20%以上となる条件を満たすように定められる。   The reflector 2 according to the present embodiment includes a plurality of first columnar elements 20a, second columnar elements 20b, third columnar elements 20c, and fourth columnar elements 20d. The interval (period width a) between the one columnar element 20a to the fourth columnar element 20d is determined so as to satisfy the condition that the “specific bandwidth” is 20% or more.

図12は、本発明の第2の実施形態に係る反射板の特性を示す図である。
図12には、シミュレーション実行時において、周期幅aのパラメータに対してそれぞれ異なる値を設定した場合における各伝送特性S21がA3〜D3で示されている。ここで、図12に示すグラフは、第1の実施形態に係る反射板1の伝送特性S21を示した図5、図6のグラフと同様、電磁界シミュレータに基づくシミュレーション結果である。また、このシミュレーション結果は、第1の実施形態に係る反射板1の特性を示した図5、図6のグラフの算出時と同等のシミュレーションモデル(図4)を用いて算出されたものである。なお本実施形態に係る反射板2は、r=9.4mmで固定とする。図12に示す複数のグラフのうち、例えば実線A3で示すグラフは、周期幅aをa=4.0r(37.5mm)と設定した場合における反射板2の伝送特性である。このグラフによると、伝送特性S21が−10dB以下となる周波数帯域は、約4.0GHz〜5.4GHzの間であるから、バンドギャップ帯域幅は、1.4GHzとなる。またバンドギャップ帯域幅の中心周波数は、4.7GHzであるから、比帯域は1.4/4.7≒0.30(30%)となる。
FIG. 12 is a diagram showing the characteristics of the reflector according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 shows the transmission characteristics S21 as A3 to D3 when different values are set for the parameters of the period width a during the simulation. Here, the graph shown in FIG. 12 is a simulation result based on an electromagnetic field simulator, similar to the graphs of FIGS. 5 and 6 showing the transmission characteristic S21 of the reflector 1 according to the first embodiment. Further, the simulation result is calculated using a simulation model (FIG. 4) equivalent to the calculation of the graphs of FIGS. 5 and 6 showing the characteristics of the reflector 1 according to the first embodiment. . The reflector 2 according to the present embodiment is fixed at r = 9.4 mm. Among the plurality of graphs shown in FIG. 12, for example, the graph indicated by the solid line A3 is the transmission characteristic of the reflector 2 when the period width a is set to a = 4.0r (37.5 mm). According to this graph, since the frequency band in which the transmission characteristic S21 is −10 dB or less is between about 4.0 GHz to 5.4 GHz, the band gap bandwidth is 1.4 GHz. Further, since the center frequency of the band gap bandwidth is 4.7 GHz, the ratio band is 1.4 / 4.7≈0.30 (30%).

図13は、本発明の第2の実施形態に係る反射板の特性をまとめた図である。
図13には、周期幅aごとの反射板2についてのバンドギャップ帯域幅及び比帯域についてまとめている。図13の各行に示す周期幅a及び比帯域は、図12に示すA3〜D3の各グラフに対応している。図13に示す周期幅aごとの反射板2は、a=2.9r(=27.3mm)で比帯域23%、a=4.0r(=37.5mm)で比帯域30%、a=4.6r(=43.1mm)で比帯域21%と、いずれも20%以上の比帯域を実現している。
FIG. 13 is a diagram summarizing the characteristics of the reflector according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 summarizes the band gap bandwidth and the ratio band for the reflector 2 for each period width a. The period width a and the ratio band shown in each row of FIG. 13 correspond to the graphs A3 to D3 shown in FIG. The reflecting plate 2 for each periodic width a shown in FIG. 13 has a specific band of 23% at a = 2.9r (= 27.3 mm), a specific band of 30% at a = 4.0r (= 37.5 mm), and a = At 4.6r (= 43.1 mm), a specific bandwidth of 21% and a specific bandwidth of 20% or more are realized.

図13より、本実施形態に係る反射板2において比帯域が20%以上となるためには、2.9r≦a≦4.6rとなる条件を満たす場合であることが読み取れる。したがって、本実施形態に係る反射板2は、2.9r≦a≦4.6rとなる条件を満たすことで比帯域が20%以上となり、バンドギャップ幅の広帯域化を実現することができる。
以上、本発明の第2の実施形態によれば、バンドギャップ帯域が比帯域20%以上に広帯域化される反射板及びアンテナ装置を提供することができる。
From FIG. 13, it can be read that the ratio band is 20% or more in the reflector 2 according to this embodiment when the condition of 2.9r ≦ a ≦ 4.6r is satisfied. Therefore, the reflecting plate 2 according to the present embodiment satisfies the condition of 2.9r ≦ a ≦ 4.6r, so that the specific band becomes 20% or more, and the band gap can be widened.
As described above, according to the second embodiment of the present invention, it is possible to provide a reflector and an antenna device in which the band gap band is widened to a specific band of 20% or more.

<第3の実施形態>
以下、本発明の第3の実施形態に係るアンテナ装置を、図面を参照して説明する。
第3の実施形態に係るアンテナ装置100は、第1の実施形態に係る反射板1の代わりに、以下に説明する反射板3を備えている。なお本実施形態に係るアンテナ装置100は、第1の実施形態に係るアンテナ装置100と同一の構成(図1)を有している。
図15は、本発明の第3の実施形態に係る反射板の斜視図である。また図16は、本発明の第3の実施形態に係る反射板の平面図である。ここで図16(a)は、反射板3をy軸の矢印方向から見た場合の平面図であり、図16(b)は、反射板3を、x軸の矢印の逆方向から見た場合の平面図である。
反射板3は、図15、図16(a)、(b)に示すように、六角柱状の誘電体からなる柱状素子を、反射する電波の波長より充分に短い距離で等間隔に格子状に組み合わせた、周期配列構造をなす基板である。第1の実施形態または第2の実施形態に係る反射板1,2と同様に、反射板3は、xz平面に平行な面を有する反射層がy軸方向に4層に重なった構造を有している。具体的には、反射板3は、図15に示すように、第一の反射層3A、第二の反射層3B、第三の反射層3C及び第四の反射層3Dの4つの層が積層されてなる構造を有している。
<Third Embodiment>
Hereinafter, an antenna device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The antenna device 100 according to the third embodiment includes a reflector 3 described below instead of the reflector 1 according to the first embodiment. The antenna device 100 according to the present embodiment has the same configuration (FIG. 1) as the antenna device 100 according to the first embodiment.
FIG. 15 is a perspective view of a reflector plate according to the third embodiment of the present invention. FIG. 16 is a plan view of a reflecting plate according to the third embodiment of the present invention. Here, FIG. 16A is a plan view when the reflecting plate 3 is viewed from the direction of the y-axis arrow, and FIG. 16B is a view of the reflecting plate 3 viewed from the direction opposite to the arrow of the x-axis. FIG.
As shown in FIGS. 15, 16A, and 16B, the reflector 3 is a grid of hexagonal columnar elements made of a hexagonal columnar dielectric at equal intervals at a distance sufficiently shorter than the wavelength of the reflected radio wave. It is the board | substrate which makes the periodic arrangement structure which combined. Similar to the reflectors 1 and 2 according to the first embodiment or the second embodiment, the reflector 3 has a structure in which a reflective layer having a plane parallel to the xz plane is overlapped in four layers in the y-axis direction. doing. Specifically, as shown in FIG. 15, the reflecting plate 3 is formed by laminating four layers of a first reflecting layer 3A, a second reflecting layer 3B, a third reflecting layer 3C, and a fourth reflecting layer 3D. It has the structure formed.

まず、第一の反射層3Aは、六角柱状の誘電体からなる第一柱状素子30aが、同一平面上(xz平面上)において平行かつ等間隔(周期幅a)に周期配列されて成る層である。なお周期配列される複数の第一柱状素子30aの延在方向は、z軸に平行な方向である(図15、図16(a))。第一の反射層3Aを構成する第一柱状素子30aは、図15、図16(a)に示すように、間隔aで等間隔に周期配列される。第一柱状素子30aの各々は、その底面が、直径rの円に内接する正六角形からなる六角柱状を成している(図16(a)、(b))。   First, the first reflective layer 3A is a layer in which first columnar elements 30a made of a hexagonal columnar dielectric are periodically arranged in parallel and at equal intervals (periodic width a) on the same plane (on the xz plane). is there. In addition, the extending direction of the plurality of first columnar elements 30a arranged periodically is a direction parallel to the z-axis (FIGS. 15 and 16A). As shown in FIG. 15 and FIG. 16A, the first columnar elements 30a constituting the first reflective layer 3A are periodically arranged at regular intervals at intervals a. Each of the first columnar elements 30a has a hexagonal columnar shape whose bottom surface is a regular hexagon inscribed in a circle having a diameter r (FIGS. 16A and 16B).

同様に、第二の反射層3Bは、六角柱状の誘電体からなる第二柱状素子30bが、同一平面上(xz平面上)において並行かつ等間隔に周期配列されて成る。ここで、複数の第二柱状素子30bは、複数の第一柱状素子30aと等間隔、すなわち周期幅aで周期配列される。また周期配列される複数の第二柱状素子30bの延在方向は、x軸に平行な方向である(図15、図16(a))。したがって、複数の第二柱状素子30bは、複数の第一柱状素子30aと直交して、互いの側面の一辺同士が一点で接するようにして配され、第一柱状素子30aとともに格子状を成している。本実施形態に係る第二柱状素子30bも、第一柱状素子30aと同様に、その底面が、直径rの円に内接する正六角形からなる六角柱状を成している。(図16(a)、(b))。   Similarly, the second reflective layer 3B is formed by periodically arranging second columnar elements 30b made of a hexagonal columnar dielectric in parallel and at equal intervals on the same plane (on the xz plane). Here, the plurality of second columnar elements 30b are periodically arranged with a plurality of first columnar elements 30a at equal intervals, that is, with a period width a. Further, the extending direction of the plurality of second columnar elements 30b arranged periodically is a direction parallel to the x-axis (FIGS. 15 and 16A). Accordingly, the plurality of second columnar elements 30b are arranged so as to be orthogonal to the plurality of first columnar elements 30a so that the sides of each side are in contact with each other at one point, and form a lattice shape together with the first columnar elements 30a. ing. Similarly to the first columnar element 30a, the bottom surface of the second columnar element 30b according to the present embodiment has a hexagonal columnar shape formed of a regular hexagon inscribed in a circle having a diameter r. (FIG. 16 (a), (b)).

同様に、第三の反射層3Cは、六角柱状の誘電体からなる第三柱状素子30cが、同一平面上(xz平面上)において並行かつ等間隔に周期配列されて成る層である。ここで、複数の第三柱状素子30cは、第一の反射層3Aの第一柱状素子30aと平行(第三柱状素子30cの延在方向が、z軸に平行な方向)となるように配される。また、各第三柱状素子30cの間隔(周期幅)は、第一柱状素子30a及び第二柱状素子30bと同様の周期幅aである。ただし、図15及び図16(a)に示すように、これら複数の第三柱状素子30cは、第一柱状素子30aと半周期(a/2)分ずれるようにして配される。さらに、図16(b)に示すように、第三の反射層3Cは、第二の反射層3Bを、第一の反射層3Aとともに挟み込むように、第二の反射層3Bと接して配される。したがって、複数の第三柱状素子30cは、複数の第二柱状素子30bと直交して、互いの側面の一辺同士が一点で接するようにして配される。なお全ての第三柱状素子30cは、第一柱状素子30a、第二柱状素子30bと同様に、その底面が、直径rの円に内接する正六角形からなる六角柱状を成している(図16(a)、(b))。   Similarly, the third reflective layer 3C is a layer in which third columnar elements 30c made of a hexagonal columnar dielectric are periodically arranged in parallel and at equal intervals on the same plane (on the xz plane). Here, the plurality of third columnar elements 30c are arranged so as to be parallel to the first columnar elements 30a of the first reflective layer 3A (the extending direction of the third columnar elements 30c is a direction parallel to the z-axis). Is done. The interval (period width) between the third columnar elements 30c is the same period width a as that of the first columnar element 30a and the second columnar element 30b. However, as shown in FIGS. 15 and 16A, the plurality of third columnar elements 30c are arranged so as to be shifted from the first columnar element 30a by a half period (a / 2). Further, as shown in FIG. 16B, the third reflective layer 3C is arranged in contact with the second reflective layer 3B so as to sandwich the second reflective layer 3B together with the first reflective layer 3A. The Accordingly, the plurality of third columnar elements 30c are arranged orthogonal to the plurality of second columnar elements 30b so that one side of each side surface contacts at one point. Note that all the third columnar elements 30c have a hexagonal columnar shape formed of regular hexagons whose bottom surfaces are inscribed in a circle having a diameter r, as in the first columnar element 30a and the second columnar element 30b (FIG. 16). (A), (b)).

そして第四の反射層3Dは、六角柱状の誘電体からなる第四柱状素子30dが、同一平面上(xz平面上)において並行かつ等間隔に周期配列されて成る層である。ここで、複数の第四柱状素子30dは、第二の反射層3Bの第二柱状素子30bと平行(第四柱状素子30dの延在方向が、x軸に平行な方向)となるように配される。また、各第四柱状素子30dの間隔(周期幅)は、第一柱状素子30a、第二柱状素子30b及び第三柱状素子30cと同様の周期幅aである。ただし、図15及び図16(a)に示すように、これら複数の第四柱状素子30dは、第二柱状素子30bと半周期(a/2)分ずれるようにして配される。さらに、図16(b)に示すように、第四の反射層3Dは、第三の反射層3Cを、第二の反射層3Bとともに挟み込むように、第三の反射層3Cと接して配される。したがって、複数の第四柱状素子30dは、複数の第三柱状素子30cと直交して、互いの側面の一辺同士が一点で接するようにして配される。なお全ての第四柱状素子30dは、第一柱状素子30a、第二柱状素子30b及び第三柱状素子30cと同様に、その底面が、直径rの円に内接する正六角形からなる六角柱状を成している(図16(a)、(b))。   The fourth reflective layer 3D is a layer in which the fourth columnar elements 30d made of hexagonal columnar dielectrics are periodically arranged in parallel and at equal intervals on the same plane (on the xz plane). Here, the plurality of fourth columnar elements 30d are arranged so as to be parallel to the second columnar elements 30b of the second reflective layer 3B (the extending direction of the fourth columnar elements 30d is a direction parallel to the x-axis). Is done. Further, the interval (period width) between the fourth columnar elements 30d is the same period width a as that of the first columnar element 30a, the second columnar element 30b, and the third columnar element 30c. However, as shown in FIGS. 15 and 16A, the plurality of fourth columnar elements 30d are arranged so as to be shifted from the second columnar element 30b by a half period (a / 2). Further, as shown in FIG. 16B, the fourth reflective layer 3D is disposed in contact with the third reflective layer 3C so as to sandwich the third reflective layer 3C together with the second reflective layer 3B. The Therefore, the plurality of fourth columnar elements 30d are arranged orthogonal to the plurality of third columnar elements 30c so that the sides of each side face at one point. Note that all the fourth columnar elements 30d have a hexagonal columnar shape whose bottom surface is inscribed in a circle having a diameter r, similarly to the first columnar element 30a, the second columnar element 30b, and the third columnar element 30c. (FIGS. 16A and 16B).

このように、本実施形態に係る反射板3は、第一の反射層3A〜第四の反射層3Dがy軸方向に積層されて、厚さ4rの板状の層となる(図16(b))。なお図15及び図16(a)、(b)には、反射板3のうちの一領域のみ(2周期分の幅のみ)しか記載していないが、反射板3は、実際には、図15及び図16(a)、(b)に示した構造が、x軸方向及びz軸方向に繰り返し配されてxz平面上に広がった構造となっている。また上述したように、本実施形態に係る反射板3を構成する第一柱状素子30a〜第四柱状素子30dは、全て比誘電率ε0が9.6の誘電体で形成されている。   As described above, the reflecting plate 3 according to the present embodiment is a plate-like layer having a thickness of 4r in which the first reflecting layer 3A to the fourth reflecting layer 3D are stacked in the y-axis direction (FIG. 16 ( b)). 15 and 16 (a) and 16 (b) show only one region of the reflector 3 (only the width corresponding to two cycles), the reflector 3 is actually not shown in FIG. 15 and the structure shown in FIGS. 16A and 16B are repeatedly arranged in the x-axis direction and the z-axis direction and spread on the xz plane. Further, as described above, the first columnar element 30a to the fourth columnar element 30d constituting the reflector 3 according to the present embodiment are all formed of a dielectric having a relative dielectric constant ε0 of 9.6.

なお本実施形態に係る反射板3は、第一柱状素子30a、第二柱状素子30b、第三柱状素子30c、第四柱状素子30dの各々の底面の大きさ(正六角形の外接円の直径r)と、複数の第一柱状素子30a〜第四柱状素子30dの間隔(周期幅a)とが、「比帯域」が20%以上となる条件を満たすように定められる。   The reflector 3 according to the present embodiment has a size of the bottom surface of each of the first columnar element 30a, the second columnar element 30b, the third columnar element 30c, and the fourth columnar element 30d (diameter r of a regular hexagonal circumscribed circle). ) And the interval (period width a) between the plurality of first columnar elements 30a to 4d columnar elements 30d are determined so as to satisfy the condition that the “ratio band” is 20% or more.

図16は、本発明の第3の実施形態に係る反射板の特性を示す図である。
図16には、シミュレーション実行時において、周期幅aのパラメータに対してそれぞれ異なる値を設定した場合における各伝送特性S21がA4〜D4で示されている。ここで、図16に示すグラフは、第1の実施形態に係る反射板1の特性を示した図5、図6のグラフと同様、電磁界シミュレータに基づくシミュレーション結果である。また、このシミュレーション結果は、第1の実施形態に係る反射板1の特性を示した図5、図6のグラフの算出時と同等のシミュレーションモデル(図4)を用いて算出されたものである。なお本実施形態に係る反射板3は、r=9.4mmで固定とする。図16に示す複数のグラフのうち、例えば実線A4で示すグラフは、周期幅aをa=4.0r(37.5mm)と設定した場合における反射板3の伝送特性である。このグラフによると、伝送特性S21が−10dB以下となる周波数帯域は、約4.0GHz〜5.4GHzの間であるから、バンドギャップ帯域幅は、1.4GHzとなる。またバンドギャップ帯域幅の中心周波数は、4.7GHzであるから、比帯域は1.4/4.7≒0.30(30%)となる。
FIG. 16 is a diagram showing the characteristics of the reflector according to the third embodiment of the present invention.
In FIG. 16, the transmission characteristics S <b> 21 are indicated by A <b> 4 to D <b> 4 when different values are set for the parameters of the period width a during the simulation. Here, the graph shown in FIG. 16 is a simulation result based on an electromagnetic field simulator, similar to the graphs of FIGS. 5 and 6 showing the characteristics of the reflector 1 according to the first embodiment. Further, the simulation result is calculated using a simulation model (FIG. 4) equivalent to the calculation of the graphs of FIGS. 5 and 6 showing the characteristics of the reflector 1 according to the first embodiment. . The reflector 3 according to this embodiment is fixed at r = 9.4 mm. Among the plurality of graphs shown in FIG. 16, for example, a graph indicated by a solid line A <b> 4 is a transmission characteristic of the reflecting plate 3 when the period width a is set to a = 4.0r (37.5 mm). According to this graph, since the frequency band in which the transmission characteristic S21 is −10 dB or less is between about 4.0 GHz to 5.4 GHz, the band gap bandwidth is 1.4 GHz. Further, since the center frequency of the band gap bandwidth is 4.7 GHz, the ratio band is 1.4 / 4.7≈0.30 (30%).

図17は、本発明の第3の実施形態に係る反射板の特性をまとめた図である。
図17には、周期幅aごとの反射板3についてのバンドギャップ帯域幅及び比帯域についてまとめている。図17の各行に示す数値は、図17に示す各グラフに対応している。図17に示す周期幅aごとの反射板3は、a=2.9r(=27.3mm)で比帯域23%、a=4.0r(=37.5mm)で比帯域30%、a=4.6r(=43.1mm)で比帯域21%と、いずれも20%以上の比帯域を実現している。
FIG. 17 is a diagram summarizing the characteristics of the reflector according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 17 summarizes the band gap bandwidth and the ratio band for the reflector 3 for each period width a. The numerical values shown in each row in FIG. 17 correspond to the respective graphs shown in FIG. The reflector 3 for each period width a shown in FIG. 17 has a specific band of 23% at a = 2.9r (= 27.3 mm), a specific band of 30% at a = 4.0r (= 37.5 mm), and a = At 4.6r (= 43.1 mm), a specific bandwidth of 21% and a specific bandwidth of 20% or more are realized.

したがって、本実施形態に係る反射板3において比帯域が20%以上となるためには、2.9r≦a≦4.6rとなる条件を満たす場合であることが読み取れる。したがって、本実施形態に係る反射板3は、柱状素子の断面を六角形とした場合であっても、円柱の場合(第2の実施形態)と同様に、2.9r≦a≦4.6rとなる条件を満たすことで比帯域が20%以上となり、バンドギャップ幅の広帯域化を実現することができる。
以上、本発明の第3の実施形態によれば、バンドギャップ帯域が比帯域20%以上に広帯域化される反射板及びアンテナ装置を提供することができる。
Therefore, it can be read that the ratio band is 20% or more in the reflector 3 according to this embodiment when the condition of 2.9r ≦ a ≦ 4.6r is satisfied. Therefore, even if the reflecting plate 3 according to the present embodiment is a hexagonal cross section of the columnar element, 2.9r ≦ a ≦ 4.6r as in the case of a cylinder (second embodiment). By satisfying the above condition, the specific band becomes 20% or more, and a wide band gap can be realized.
As described above, according to the third embodiment of the present invention, it is possible to provide a reflector and an antenna device in which the band gap band is widened to a specific band of 20% or more.

なお本実施形態においては、柱状素子30a〜30dの底面を、直径rの円に内接する正六角形としたが、本発明の他の実施形態においては、この態様に限定されることはない。つまり、当該他の実施形態に係る反射板は、柱状素子の底面を、直径rの円に内接する六角形以上の多角形とし、柱状素子30a〜30d全てが多角柱状となる構成であってもよい。このような場合であっても、第2の実施形態で説明した反射板2と同等の特性を得ることができる。   In the present embodiment, the bottom surfaces of the columnar elements 30a to 30d are regular hexagons inscribed in a circle having a diameter r. However, in other embodiments of the present invention, the present invention is not limited to this aspect. That is, the reflecting plate according to the other embodiment may be configured such that the bottom surface of the columnar element is a polygon of hexagon or more inscribed in a circle having a diameter r, and all the columnar elements 30a to 30d are polygonal columnar. Good. Even in such a case, characteristics equivalent to those of the reflector 2 described in the second embodiment can be obtained.

100・・・アンテナ装置
1、2、3、4・・・反射板
1A、2A、3A、4A・・・第一の反射層
1B、2B、3B、4B・・・第二の反射層
1C、2C、3C、4C・・・第三の反射層
1D、2D、3D、4D・・・第四の反射層
10a、20a、30a、40a・・・第一柱状素子
10b、20b、30b、40b・・・第二柱状素子
10c、20c、30c、40c・・・第三柱状素子
10d、20d、30d、40d・・・第四柱状素子
5・・・放射素子
100 ... Antenna devices 1, 2, 3, 4 ... Reflectors 1A, 2A, 3A, 4A ... First reflective layer 1B, 2B, 3B, 4B ... Second reflective layer 1C, 2C, 3C, 4C ... 3rd reflective layer 1D, 2D, 3D, 4D ... 4th reflective layer 10a, 20a, 30a, 40a ... 1st columnar element 10b, 20b, 30b, 40b. ..Second columnar elements 10c, 20c, 30c, 40c... Third columnar elements 10d, 20d, 30d, 40d... Fourth columnar element 5.

Claims (6)

特定のバンドギャップ帯域に属する電磁波を反射する特性を有する反射板であって、
柱状の誘電体からなる柱状素子が、同一平面上において平行かつ等間隔に周期配列されて成る複数の反射層を備え、
前記複数の反射層が、各々を構成する前記柱状素子同士が互いに直交するように配されながら積層されて成るとともに、前記柱状素子の各々の底面の大きさ、及び、前記柱状素子の周期配列される間隔が、前記バンドギャップ帯域の比帯域が反射板を備える機器に用いられる電磁波の周波数帯域の比帯域以上となるように構成されている
ことを特徴とする反射板。
A reflector having a characteristic of reflecting electromagnetic waves belonging to a specific band gap band,
A columnar element made of a columnar dielectric is provided with a plurality of reflective layers that are periodically arranged in parallel and at equal intervals on the same plane,
The plurality of reflective layers are stacked while the columnar elements constituting each are arranged so as to be orthogonal to each other, and the size of the bottom surface of each of the columnar elements and the periodic arrangement of the columnar elements are arranged. The reflecting plate is configured such that a specific band of the band gap band is equal to or larger than a specific band of a frequency band of an electromagnetic wave used in a device including the reflecting plate.
柱状の誘電体からなる第一柱状素子が、同一平面上において平行かつ等間隔に周期配列されて成る第一の反射層と、
柱状の誘電体からなる複数の第二柱状素子が、複数の前記第一柱状素子と同一の間隔で同一平面上に周期配列されるとともに、複数の前記第一柱状素子と直交して接するように配されて成る第二の反射層と、
柱状の誘電体からなる複数の第三柱状素子が、複数の前記第一柱状素子と平行、かつ、複数の前記第一柱状素子と同一の間隔でこれらと半周期分ずれるようにして同一平面上に周期配列されるとともに、前記第二の反射層を、前記第一の反射層とともに挟み込むように配されて成る第三の反射層と、
柱状の誘電体からなる複数の第四柱状素子が、複数の前記第二柱状素子と平行、かつ、複数の前記第二柱状素子と同一の間隔でこれらと半周期分ずれるようにして同一平面上に周期配列されるとともに、前記第三の反射層を、前記第二の反射層とともに挟み込むように配されて成る第四の反射層と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の反射板。
A first reflective layer in which first columnar elements made of a columnar dielectric are periodically arranged in parallel and at equal intervals on the same plane;
A plurality of second columnar elements made of columnar dielectrics are periodically arranged on the same plane at the same interval as the plurality of first columnar elements, and are in contact with the plurality of first columnar elements at right angles. A second reflective layer arranged,
A plurality of third columnar elements made of columnar dielectrics are parallel to the plurality of first columnar elements and on the same plane so as to be shifted by a half period from them at the same interval as the plurality of first columnar elements. And a third reflective layer that is arranged so as to sandwich the second reflective layer with the first reflective layer, and
A plurality of fourth columnar elements made of a columnar dielectric are parallel to the plurality of second columnar elements and on the same plane so as to be shifted by a half cycle at the same interval as the plurality of second columnar elements. And a fourth reflective layer that is arranged so as to sandwich the third reflective layer with the second reflective layer, and
The reflector according to claim 1, comprising:
前記第一柱状素子、前記第二柱状素子、前記第三柱状素子、前記第四柱状素子の各々全てが、等しい大きさの正方形の底面を有する角柱状を成すとともに、複数の前記第一柱状素子の間隔(a[mm])と、前記正方形の一辺の長さ(w[mm])が、3.4w≦a≦4.9wの関係を満たす
ことを特徴とする請求項2に記載の反射板。
Each of the first columnar element, the second columnar element, the third columnar element, and the fourth columnar element has a square columnar shape having a square bottom surface of the same size, and a plurality of the first columnar elements The space | interval (a [mm]) of this and the length (w [mm]) of one side of the said square satisfy | fill the relationship of 3.4w <= a <= 4.9w. The reflection of Claim 2 characterized by the above-mentioned. Board.
前記第一柱状素子、前記第二柱状素子、前記第三柱状素子、前記第四柱状素子の各々全てが、等しい大きさの円形の底面を有する円柱状を成すとともに、複数の前記第一柱状素子の間隔(a[mm])と、前記円形の直径(r[mm])が、2.9r≦a≦4.6rの関係を満たす
ことを特徴とする請求項2に記載の反射板。
Each of the first columnar element, the second columnar element, the third columnar element, and the fourth columnar element forms a columnar shape having a circular bottom surface of the same size, and a plurality of the first columnar elements 3. The reflector according to claim 2, wherein the distance (a [mm]) of the circular arc and the circular diameter (r [mm]) satisfy a relationship of 2.9r ≦ a ≦ 4.6r.
前記第一柱状素子、前記第二柱状素子、前記第三柱状素子、前記第四柱状素子の各々全てが、等しい形状の多角形の底面を有する多角柱状を成すとともに、複数の前記第一柱状素子の間隔(a[mm])と、前記多角形の外接円の直径(r[mm])が、2.9r≦a≦4.6rの関係を満たす
ことを特徴とする請求項2に記載の反射板。
Each of the first columnar element, the second columnar element, the third columnar element, and the fourth columnar element forms a polygonal columnar shape having a polygonal bottom surface of the same shape, and a plurality of the first columnar elements The distance (a [mm]) of the polygon and the diameter (r [mm]) of the circumscribed circle of the polygon satisfy a relationship of 2.9r ≦ a ≦ 4.6r. reflector.
請求項1から請求項5の何れか一項に記載の反射板と、
所定の周波数帯域の電磁波を放射する放射素子と、
を備え、
複数の前記柱状素子の間隔は、前記電磁波の波長よりも短い
ことを特徴とするアンテナ装置。
The reflector according to any one of claims 1 to 5,
A radiating element that radiates electromagnetic waves in a predetermined frequency band;
With
The interval between the plurality of columnar elements is shorter than the wavelength of the electromagnetic wave.
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