JP2014527366A - メタマテリアル及びアンテナシステム - Google Patents

メタマテリアル及びアンテナシステム Download PDF

Info

Publication number
JP2014527366A
JP2014527366A JP2014526550A JP2014526550A JP2014527366A JP 2014527366 A JP2014527366 A JP 2014527366A JP 2014526550 A JP2014526550 A JP 2014526550A JP 2014526550 A JP2014526550 A JP 2014526550A JP 2014527366 A JP2014527366 A JP 2014527366A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metamaterial
unit cells
array
conductive track
conductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014526550A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014527366A5 (ja
Inventor
ハーパー,マーク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Microsoft Corp
Original Assignee
Microsoft Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Microsoft Corp filed Critical Microsoft Corp
Publication of JP2014527366A publication Critical patent/JP2014527366A/ja
Publication of JP2014527366A5 publication Critical patent/JP2014527366A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

ユニットセルのアレイを有するメタマテリアルが開示され、ユニットセルの各々は少なくとも1つの導電性トラックにより形成される。ユニットセルの少なくとも1つにおける少なくとも1つの導電性トラックは、他のユニットセルにおける少なくとも1つの導電性トラックと異なる長さ又は幅又は厚みを有する。2つ以上のアンテナの間にメタマテリアルを配置し、アンテナ間のアイソレーションを改善することができる。

Description

本発明は、メタマテリアルを利用することでアンテナ間のアイソレーションを改善する技術、メタマテリアル自体、及びそのようなメタマテリアルを有するアンテナ装置等に関連する。
メタマテリアル又はメタ材料(metamaterial)は自然界では見られない特性を有するように人工的に形成された材料(artificial material)である。自然に存在する材料は、材料中の原子及び分子の構造により決定される電磁的な振る舞い(電磁特性)を示す。メタマテリアルの場合、材料中を伝播する電磁波の波長より小さな構造的特徴を材料に導入することにより、電磁特性が修正される。一般にこれらの構造的特徴はλ/10ないしλ/20のサイズを有する。それらの構造的特徴のうち簡易な形態のものは、FR4(印刷回路基板(PCB)に一般的に使用されている)のような誘電体基板に形成された分布容量及び誘導素子(distributed capacitive and inductive elements)である。より複雑な構造も可能であり、市販のキャパシタのような個別素子の用途も研究されている。
アンテナ設計の観点から言えば、メタマテリアルの潜在的に最も有用な特性の1つは、負の屈折率(negative refractive index)を有する構造を開発できることである。負の屈折率を有する材料は自然には存在しない。自然に存在する全ての材料は誘電率ε及び透磁率μの双方について正の値を有するからである。負の屈折率の材料には多くの興味深い性質があり、例えば、幾何学的な屈折の法則に反する性質、逆方向のドップラシフト(逆ドップラ効果)等である。無線及びアンテナ工学にとって一般に重要な性質は、負のε又は負のμの(双方ではなく)何れかを有する材料は電磁放射に関して不透明(opaque)なことである。透明な材料(transparent material)の電磁特性はパラメータε及びμにより充分に説明されるが、n=±√(εμ)により決定される屈折率nに言及することが一般的なやり方である。nが負になる場合、(マイクロ波無線周波数において本来は半透明(translucent)である)FR4のような通常の誘電体基板は無線電波に対して不透明になり得る。これは、アンテナを近辺の導電性表面から遮蔽したり、アンテナ間のアイソレーションを改善する用途をもたらす。
負の屈折率のメタマテリアルは、マイクロ波周波数において、適切なキャパシタンスC及びインダクタンスLを有するように設計された導電性素子のアレイを利用することにより形成できる。早くから一般に使用されている素子の1つはスプリットリング共振器(Split Ring Resonator:SRR)である(例えば、非特許文献1参照)。SRR素子は2つ以上の同心状リングを有し、それぞれがスプリット又は裂け目を有する。各々の素子のキャパシタンスは同心状リング間の狭い隙間から生じ、インダクタンスはリングを形成するのに使用される薄い印刷トレースから生じる。
二重L字状共振器を組み込んだ左手系メタマテリアルも知られている(例えば、非特許文献2参照)。その場合、L字状共振器はFR基板上の銅配線により形成され、各々のユニットセルは、一方を他方に対して180度回転させて配置したL字状共振器のペアを有する。
周囲トラックにより囲まれた背中合わせのL字状導電性部材をメタマテリアルに設けることも知られている(例えば、非特許文献3参照)。メタマテリアルはMIMOアンテナペアの間に設けられてアイソレーションを改善する。
スプリットリング共振器ユニットセルを有する他のメタマテリアルも知られている(例えば、非特許文献4参照)。
一般に使用されているマイクロ波周波数は2.4GHzであり、これはブルートゥース(登録商標)リンク、ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)等に使用されている。2.4GHzの波長は約120mmであるので、アレイ中のLC素子各々は典型的には6-12mm程度のサイズを有することが予想される。
Pendry, J B.; AJ Holden, DJ Robbins, and WF Stewart., "Magnetism from Conductors and Enhanced Nonlinear Phenomena", IEEE Trans. Microwave Theory Tech 47(11): 2075-2084, 1999 J. H. Lv, X. W. Hu, M.H. Liu, B. R. Yan and L. H. Kong.: "Negative refraction of a double L-shaped metamaterial", J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 11 085101, 2009 Hsu, C-C et al., "Design of MIMO Antennas with Strong Isolation for Portable Applications"; IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 2009, pp 1-4 Moser, H O et al., "Electromagnetic metamaterials over the whole THz range - achievements and perspectives"; ELECTROMAGNETIC MATERIALS Proceedings of the Symposium R, ICMAT 2005 (World Scientific Publishing Co.):18
最近の無線通信システムは、アンテナダイバーシチ又はMIMO(複数入力複数出力)アンテナ技術をしばしたば利用している。ダイバーシチ及びMIMOシステムは何れも同時に同じ周波数で動作する1つより多いアンテナを必要とするので、アンテナ間でアイソレーション特性が良好であること(例えば、アンテナ同士が互いに独立していること)が重要である。アイソレーションが貧弱である場合アンテナ効率の劣化(損失、ロス)を招く。なぜなら、あるアンテナからの電力が放射されずに結局は他のアンテナに洩れてしまうからである。また、アンテナ手段同士のカップリング(結合)に起因してアンテナ手段は無線マルチパス環境の中で充分に独立したサンプルを受信しなくなるので、貧弱なアイソレーションはダイバーシチ及びMIMOのパフォーマンスの劣化も招くことになる。
一観点によるメタマテリアルは、
ユニットセルのアレイを有するメタマテリアルであって、前記ユニットセルの各々は少なくとも1つの導電性トラックにより形成され、前記ユニットセルのうちの少なくとも1つにおける少なくとも1つの導電性トラックは、他のユニットセルにおける少なくとも1つの導電性トラックとは異なる長さ又は幅又は厚みを有する、メタマテリアルである。
本発明の実施の形態は添付図面を参照しながら詳細に説明される。
PCBにおいて近接して設けられたデュアルバンドWLANアンテナのペアを有する従来の装置を示す図。 図1に示す装置の2つのWLANアンテナのアイソレーションをプロットしたグラフを示す図。 PCBにおけるメタマテリアルを有する第1の形態を示す図。 PCBにおけるメタマテリアルを有する第2の形態を示す図。 図3に示す形態による第1の層と図4に示す形態による第2の層とが含まれるデュアルバンド複合メタマテリアルを有する第3の形態を示す図。 図1に示す例に類似するWLANアンテナペアの間に図5に示すメタマテリアルを配置した例を示す図。 図6に示す形態に関する2つのWLANアンテナのアイソレーションをプロットしたグラフを示す図。 メタマテリアルの1つの層における中央要素を動かすことで図5に示す形態のメタマテリアルをどのように調整できるかを示す図。 メタマテリアルの1つの層における中央要素が動かされた場合における図6に示す装置の2つのWLANアンテナのアイソレーションをプロットしたグラフを示す図。 誘電体基板に設けられたスプリットリング共振器の2Dアレイを有するメタマテリアルを示す図(2Dアレイは互いにサイズが異なる1つ以上のスプリットリング共振器を有する)。 誘電体基板に設けられたスプリットリング共振器の2Dアレイを有するメタマテリアルを示す図(2Dアレイは互いに形状が異なる1つ以上のスプリットリング共振器を有する)。 誘電体基板の一方の面において第1の配置構成を有するスプリットリング共振器の2Dアレイと、誘電体基板の他方の面において別の第2の配置構成を有するスプリットリング共振器の2Dアレイと、を有するメタマテリアルを示す図。 誘電体基板の一方の面において第1の配置構成を有するスプリットリング共振器の2Dアレイと、誘電体基板の他方の面において別の第2の配置構成を有するスプリットリング共振器の2Dアレイと、誘電体基板の表裏面の間において別の第3の配置構成を有するスプリットリング共振器の介在2Dアレイと、を有するメタマテリアルを示す図。
<実施の形態の概要>
第1の形態の観点により提供されるメタマテリアルは、
ユニットセルのアレイを有するメタマテリアルであって、前記ユニットセルの各々は少なくとも1つの導電性トラックにより形成され、前記ユニットセルのうちの少なくとも1つにおける少なくとも1つの導電性トラックは、他のユニットセルにおける少なくとも1つの導電性トラックとは異なる長さ又は幅又は厚みを有する、メタマテリアルである。
メタマテリアルは、誘電体基板の上又は中に形成されたユニットセルの二次元(2D)アレイ(又は二次元配列又は2Dアレイ)を有してもよい。
一実施形態において、メタマテリアルは、ユニットセルの2Dアレイのスタックを有し、複数のユニットセルの二次元アレイの各々は各自の誘電体基板の上又は中に形成されている。前記スタック内の前記誘電体基板のうちの少なくとも1つは、前記スタック内の前記誘電体基板のうちの他の少なくとも1つとは異なる誘電定数を有する材料により形成されてもよい。これは、メタマテリアルが2つ以上のアンテナ間を分離できる(アイソレーションをもたらす)帯域幅を改善(又は拡大)することに寄与する。
メタマテリアルは、誘電体基板の第1の表面上のユニットセルの第1の2Dアレイと前記誘電体基板の反対側の第2の表面上のユニットセルの第2の2Dアレイとを有してもよい。ユニットセルのうち少なくとも1つの別の2Dアレイが、前記第1及び第2の2Dアレイの間における前記誘電体基板内の介在層(interstitial layer)に形成されてもよい。
少なくとも1つの2Dアレイにおける前記ユニットセルの各々は少なくとも1つの導電性トラックにより形成されてもよく、該少なくとも1つの導電性トラックは、少なくとも1つの他の2Dアレイのユニットセルにおける少なくとも1つの導電性トラックとは異なる長さ又は幅又は厚みを有する。これは、メタマテリアルが2つ以上のアンテナ間を分離できる帯域幅を改善することに寄与する。
少なくとも1つのユニットセル及び一般的にはユニットセルの各々は、スプリットリング共振器(split-ring resonator)として形成される少なくとも1つの導電性トラックを有してもよい。スプリットリング共振器は鏡面に関して対称的であってもよいし、非対称的であってもよい。この場合において、「非対称的(asymmetrical)」は、導電性トラックの平面に垂直な鏡像対称面を有していないスプリットリング共振器を意味する。非対称的な配置は、対称的な配置の場合よりも広い帯域幅にわたるアイソレーションをもたらす。
少なくとも1つのユニットセルは、第1及び第2のL字状の導電性部材を有し、第1及び第2のL字状の導電性部材は、或る平面内において、導電性部材間に或る隙間を空けて背中合わせに配置されかつ周囲の導電性トラック(perimetral conductive track)により互いに接続され、前記周囲の導電性トラックは、前記平面内で前記第1及び第2のL字状の導電性部材を実質的に包囲するように、前記第1のL字状の導電性部材のアーム部から前記第2のL字状の導電性部材のアーム部へ延びている。
好ましくは、L字状の導電性部材、スプリットリング共振器及び/又は周囲の導電性トラックは、例えば、デュロイド(Duroid)(登録商標)又はFR4のような印刷回路基板(PCB)等のような誘電体基板上に形成されてもよいし、或いは柔軟性のある回路に使用されるようなフレキシブルプラスチック基板上に形成されてもよい。一実施形態において、L字状の導電性部材、スプリットリング共振器及び/又は周囲の導電性トラックは、接着テープの形式で誘電体基板に印刷又は形成され、その後に必要に応じてPCBに適用されてもよい。
一実施形態において、周囲の導電性トラックは略四角形の外周又は輪郭をなしていてもよい。代替的に、略円形、略楕円形又は略多角形の外周が使用されてもよい。
背中合わせに配置されたL字状の導電性部材の間のギャップに対応して、周囲の導電性トラックにギャップが形成されてもよい。言い換えれば、周囲の導電性トラックは2つのL字状の部材の間に切れ目(又は裂け目)があってもよい(分離されていてもよい)。
代替的に、周囲の導電性トラックは、2つのL字状の導電性部材の間に切れ目が無く連続した外周を形成していてもよい。
要素のアレイは、一般に二次元(2D)の形式を有するn×m型のアレイ(又は配列又は行列)として形成されてもよい。代替的に、要素のアレイは、一般に三次元(3D)の形式を有するl×n×m型のアレイとして形成されてもよい。更に別の実施形態では、複数のメタマテリアル層が積み重ねられ(又はスタックされ)、各々の層は、そこに形成された同一の又は異なる2D要素アレイを有する。
所与の何れのアレイに属する要素も一般に同一の形状及びサイズであってよい。代替的に、所与の任意のアレイに属する1つ以上の要素が僅かに異なるサイズ又は形状を有し、それらの要素が僅かに異なる周波数で共振してもよい。代替的又は追加的に、少なくとも1つの要素における何れかのL字状の導電性部材は、他のL字状の導電性部材とは異なるサイズ及び/又は形状であってもよい。これらの配置又は構成は帯域幅を改善することに寄与するかもしれない。
要素のアレイ各々に関し、アレイが要素で一杯であること(filled array)は必須ではない。すなわち、1つ以上の要素がアレイから省略されてもよく(間引かれてもよく)、これは幅広い帯域幅にわたって分離度を改善することになる。更に、アレイを要素で埋め尽くさずにスペース(余地)を利用可能にする場合、1つ以上の要素の位置を変更する調整の自由度をもたらすことができる。例えば、(要素で)完全には満たされていないアレイは、2つの要素による左列と、2つの要素による右列と、1つの要素のみの中央列とを有してもよい。中央列に属する要素を上に動かす又は列を下に動かすことで、メタマテリアルの帯域幅を必要に応じて微調整することができる。
メタマテリアルは2つ以上のアンテナ間のアイソレーションを向上させるために使用されてもよい。これはアンテナダイバーシチ又はMIMO技術を利用するアンテナシステムに特に有益である。なぜならこれらの技術は小さな領域の中で同時に動作する複数のアンテナを使用するからである。
本発明の第2の形態により提供されるアンテナシステムは、
基板に設けられた少なくとも2つのアンテナと、前記少なくとも2つのアンテナの間に設けられた第1の形態によるメタマテリアルの領域と、を有するアンテナシステムである。
第1及び第2の対向する表面を有する誘電体基板を有するメタマテリアルを利用することも可能であり、第1の表面には要素の第1のパターンが形成され、第2の表面には要素の第2のパターンが形成される。要素の第1及び第2のパターンは異なる周波数又は周波数バンドに調整されてもよく、デュアルバンドアンテナのペアの間に設けられる場合に、両面メタマテリアル(dual surface metamaterial)は双方のバンドに関するアンテナアイソレーションを改善することができる。
要素の第1のパターンを有する誘電体基板を有する第1のメタマテリアルを形成し、要素の第2のパターンを有する誘電体基板を有する第2のメタマテリアルを形成し、アンテナのペアの間において第1のメタマテリアルの上に第2のメタマテリアルを配置することにより、同様な結果に到達してもよい。
この原理は、複数のメタマテリアル層又は表面に拡張され、複数のバンドにおける2アンテナ間のアイソレーションを改善してもよい。
メタマテリアルは(2つより多い)複数のアンテナ間のアイソレーションを改善するために使用することも可能であり、その場合のアンテナはコプレナ形式(co-planar fashion)で配置されてもよいしコプレナ以外の形式で配置されてもよい。
一実施形態において、メタマテリアルの導電性構造は、例えばFR4のような誘電体基板材料の両面又は片面に印刷又は形成される。別の実施形態において、導電性構造は例えばFR4のような誘電体基板材料の介在層又は内層(interstitial layer)に印刷又は形成される。デュロイドのような他の一般的なPCB基板材料が使用されてもよいことが理解されるであろう。同一又は相違する誘電定数を有する複数の誘電体基板が使用されてもよい。
その他の値が低い又は高い誘電定数の材料(一般的には1ないし90の範囲内にある)が、メタマテリアルの基板として使用されてもよい。
ある実施形態による新規なメタマテリアルの構造は、狭い場所で接近したアンテナペアのアイソレーション又は分離度を増やすように使用することが可能である。一実施形態によるメタマテリアルの構造は低コストである。なぜなら、それはFR4の層等に印刷できることに加えて、無線の技術分野では低コストの基板材料がしばしば使用されるからである。一実施形態は、デュアルバンドアンテナ及びアンテナシステムに関し、メタマテリアルは双方のバンド間でアイソレーションを改善するように設計できるという別の利点を有する。これは、第1の層の上又は下において、LC要素の別のアレイを印刷した追加的な層を誘電体基板に導入することで達成できる。多くの層を導入することにより、多くのバンドのアイソレーションが可能になる。
<実施の形態の詳細な説明>
図1は、誘電体基板4を有するPCB3においてほぼ並行に近接して配置された2つのコプレナ2.4/5GHzデュアルバンド4分の1波長モノポールアンテナ1、2を示し、誘電体基板4の一部分上には導電性グランドプレーン5があり、誘電体基板4のうちアンテナ1、2が設けられる場所である領域6には、グランドプレーン5が形成されていない領域がある。これは単なる一例の装置であるに過ぎず、メタマテリアル設計に関する適切な装置により、他のタイプのアンテナ及び他の周波数バンドが本願の実施形態と共に使用されてよいことが、理解されるであろう。図1において、PCB3の幅は20mmであり、グランドプレーン5が除去されているアンテナ領域6は15mmの長さを有する。アンテナのうち下位の長い部分7は2.4GHzの電波を送受信することに主に関連し、上位の部分1、2は5GHzの電波の送受信に主に関連する。アンテナの高さは最高の部分で3.2mmである。
2.40-2.48GHzのWLANバンドの場合、モノポールアンテナ1、2は約λ/6しか離れていないことになるので、それらのアイソレーションは図2に示すように約-6dBのように劣化した値である。4.9-5.9GHzのWLANバンドの場合、モノポールアンテナ1、2は電気的に遠く隔たっているが、それでも最悪の場合のアイソレーションは約-8dBという劣化した値のままである。
図3には、本発明の実施の形態によるメタマテリアルの構造が示されている。複数の導電性LC(誘導性及び容量性)要素8が、FR4基板9の単一表面に印刷されており、グランドに孔(又はホール又はビア(via))を要しない(あるメタマテリアルの構造では使用されるかもしれない)。図示の形態では、要素8は互いに導通するようには接続されていない。各々の要素8のインダクタンスは細い導電性トラック10(又は細い導電性経路10)により生じ、キャパシタンスは近接して背中合わせに隔てられたL字状要素(closely spaced back-to-back L-shaped elements)11により主に生じる。二重のL字状のメタマテリアルを利用することは非特許文献2に関連しているが、その文献では一方のL字が他方に関して反転されており、本願に示されているような仕方で背中合わせになってはいない。図3に示されているように、場所12に要素8は設けられておらず、要素8により完全には占められていないアレイを利用することは有益であることが判明した。要素を除去すると帯域幅を改善できることが判明し、(図示の例では)残りの中央要素13を上下に動かすことで帯域幅を特定の用途に合わせてもよい。図3のメタマテリアルの構造は約2.4GHzにおいて優れた電磁アイソレーション特性を示す。
図4には代替的なメタマテリアルの設計例が示されており、これは5GHzバンドに合わせられている。図3に示す形態と同様に、複数の導電性LC要素8’がFR4基板9の単一表面に印刷されているが、図4に示す形態では、(複数の)要素8’は導電するように互いに連結され、密集した列のペア(一群の列)として形成されている。他の形態も可能である。
実際のデュアルバンド装置を実現するために、2つの異なるメタマテリアル基板を組み合わせることが可能である。例えば、図5に示されているように、図4の形態の5GHz要の面が、図3の形態の2.4GHz用の面より上位において適切に適合又は整合するように設けられ、デュアルバンドメタマテリアル14を提供することが可能である。
図6は、PCB3においてモノポールアンテナ1、2のペアの完全な構造を示し、図5に示すデュアルバンド組み合わせメタマテリアル14がモノポールアンテナ1、2の間に配置されている。
図7に示されているように、デュアルバンドメタマテリアル14の場合、アンテナ1、2間のアイソレーションは双方のバンドで改善されている。低い側の2.4GHzバンドの場合、アイソレーションは非常に深いヌルを有し、バンドの末端でさえ約-12dBであるにすぎない。これは、ヌルがバンドの中央に配置するようにメタマテリアル14を注意深く調整することで更に改善できる。高い周波数バンドにおいて、約5GHzに関するアイソレーションは-20dBである。メタマテリアル14を調整し直すことで、このノッチは4.9-5.9GHzバンドの範囲内の任意の場所に移動させることができる。
デュアルバンドメタマテリアル14の下位の層は、(要素で)完全には占められていないアレイを有し、中央列のうちの1つの要素が欠けている(図3)。図8に示すように、この列の中で要素の位置を動かすことにより、2.4GHzのアイソレーション周波数に大きな影響を与えることなく、5GHzバンドの中でアイソレーションをもたらす帯域幅を変更することが可能である。その効果が図9に示されている。
この装置例では、2.4GHzメタマテリアルが3×2の要素アレイとして示されており、5GHzメタマテリアルは2×3のアレイとして示されている。より多い又はより少ない要素数による他のアレイ構成も可能であることが理解されるであろう。1つより多いアレイ要素が、アイソレーション効果をもたらす帯域幅を調整するために除去されてもよいことが、認められるであろう。
上記の例示的な実施形態において、基板の材料としてFR4が使用されている。低い及び高い誘電率の材料を含む他の多くのタイプの基板材料が使用されてもよい。一般に、メタマテリアルの有益な特性は、アレイをなす要素数を増やすことにより向上する。所与のプラットフォームサイズにおいて、高い誘電率の基板を使用すると、要素のサイズは小さくなり、より多くの要素をアレイ内で使用できる(包含できる)ようになる。
上記の例示的な装置は2つの層を有するデュアルバンドメタマテリアルを示す。一般に、n個の層の基板を利用して、n個のバンドのメタマテリアルを形成することが可能である。
2つのアンテナ間のアイソレーションが上記の装置例で説明されてきたが、全ての(アンテナ)ペアの間にメタマテリアル要素を適切に配置することにより、より多数のアンテナ間のアイソレーションを改善することが可能である。
上記の装置例は2つのコプレナアンテナを示しているが、説明されるメタマテリアルを利用して、他の幾何学的形態を利用して設けられるアンテナ間のアイソレーションを改善してもよい。
図10は誘電体基板9におけるスプリットリング共振器8の2Dアレイを有するメタマテリアルを示し、2Dアレイにおける1つ以上のスプリットリング共振器は他のものと異なるサイズを有している。これは、より広い帯域幅にわたるアイソレーションをもたらすことに寄与するであろう。
図11は誘電体基板9におけるスプリットリング共振器8の2Dアレイを有するメタマテリアルを示し、2Dアレイにおける1つ以上のスプリットリング共振器は他のものと異なる形状を有している。これは、より広い帯域幅にわたるアイソレーションをもたらすことに寄与するであろう。
図12は、誘電体基板9の一方の面において第1の配置構成を有するスプリットリング共振器8の2Dアレイと、誘電体基板9の他方の面において別の第2の配置構成を有するスプリットリング共振器8’の2Dアレイと、を有するメタマテリアルを示す。これは、より広い帯域幅にわたるアイソレーションをもたらすことに寄与するであろう。
図13は、誘電体基板9の一方の面において第1の配置構成を有するスプリットリング共振器8の2Dアレイと、誘電体基板9の他方の面において別の第2の配置構成を有するスプリットリング共振器8’の2Dアレイと、誘電体基板9の表裏面の間において別の第3の配置構成を有するスプリットリング共振器8”の介在2Dアレイ(内層に形成された2Dアレイ)と、を有するメタマテリアルを示す。これは、より広い帯域幅にわたるアイソレーションをもたらすことに寄与するであろう。
明細書及び特許請求の範囲を通じて、「〜を有する」及び「〜を含む」という用語及びそれらの活用形は、「〜を含んでいるが、〜に限定されない」ことを意味し、他の部分、付加、コンポーネント、要素、全体又はステップを排除するようには意図されていない(及び排除しない)。明細書及び特許請求の範囲を通じて、単数形の用語は、文脈上断りのない限り複数個存在することを包含する。特に、不定冠詞的な用語が使用される場合、本明細書では、文脈上断りのない限り単数だけでなく複数をも考慮するように理解されるべきである。
本発明の特定の形態、実施形態又は具体例に関して説明された特徴、全体、性質、化合物、化学的な部分又は群は、互いに矛盾しない限り、本願で説明された形態、実施形態又は具体例のうちの他の任意のものに適用可能であるように理解されるべきである。明細書等(明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書)で説明されている全ての特徴、及び/又は開示されている任意の方法又はプロセスの全てのステップは、そのような特徴及び/又はステップの少なくとも一部が互いに排他的になるような組み合わせを除いて、任意の組み合わせ方で組み合わせられてよい。本発明は上記の何れの実施形態の詳細な事項にも限定されない。本発明は、明細書等(明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書)で説明されている全ての特徴のうちの任意の新規なもの又は任意の新規な組み合わせ、或いは開示される任意の方法又はプロセスのうちの任意の新規なもの又は任意の新規な組み合わせにまで及ぶ。
読者の関心が向けられている全ての文書及び書類は、本願の明細書等に関して提出されかつ明細書等の調査のために公開されており、それら全ての文書及び書類の内容は本願のリファレンスに組み入れられる。

Claims (21)

  1. ユニットセルのアレイを有するメタマテリアルであって、前記ユニットセルの各々は少なくとも1つの導電性トラックにより形成され、前記ユニットセルのうちの少なくとも1つにおける少なくとも1つの導電性トラックは、他のユニットセルにおける少なくとも1つの導電性トラックとは異なる長さ又は幅又は厚みを有する、メタマテリアル。
  2. 誘電体基板の上又は中に形成されたユニットセルの二次元アレイを有する、請求項1に記載のメタマテリアル。
  3. 当該メタマテリアルは、ユニットセルの二次元アレイのスタックを有し、前記ユニットセルの二次元アレイの各々は各自の誘電体基板の上又は中に形成されている、請求項1に記載のメタマテリアル。
  4. 前記スタック内の前記誘電体基板のうちの少なくとも1つは、前記スタック内の前記誘電体基板のうちの他の少なくとも1つとは異なる誘電定数を有する材料により形成されている、請求項3に記載のメタマテリアル。
  5. 誘電体基板の第1の表面にあるユニットセルの第1の二次元アレイと前記誘電体基板の反対側の第2の表面にあるユニットセルの第2の二次元アレイとを有する請求項1に記載のメタマテリアル。
  6. ユニットセルのうち少なくとも1つの別の二次元アレイが、前記第1及び第2の二次元アレイの間における前記誘電体基板内の介在層に形成されている、請求項5に記載のメタマテリアル。
  7. 少なくとも1つの二次元アレイにおける前記ユニットセルの各々は少なくとも1つの導電性トラックにより形成され、該少なくとも1つの導電性トラックは、少なくとも1つの他の二次元アレイのユニットセルにおける少なくとも1つの導電性トラックとは異なる長さ又は幅又は厚みを有する、請求項3ないし6の何れか1項に記載のメタマテリアル。
  8. 少なくとも1つのユニットセルが、スプリットリング共振器として形成される少なくとも1つの導電性トラックを有する、請求項1ないし7の何れか1項に記載のメタマテリアル。
  9. ユニットセルの各々が、スプリットリング共振器として形成される少なくとも1つの導電性トラックを有する、請求項1ないし8の何れか1項に記載のメタマテリアル。
  10. 少なくとも1つのユニットセルは、或る平面内で或る隙間を空けて背中合わせに配置されかつ周囲の導電性トラックにより互いに接続された第1及び第2のL字状の導電性部材を有し、前記周囲の導電性トラックは、前記平面内で前記第1及び第2のL字状の導電性部材を実質的に包囲するように、前記第1のL字状の導電性部材のアーム部から前記第2のL字状の導電性部材のアーム部へ延びる、請求項1ないし9の何れか1項に記載のメタマテリアル。
  11. 少なくとも1つのユニットセルの前記周囲の導電性トラックは略四角形の外周をなす、請求項10に記載のメタマテリアル。
  12. 少なくとも1つのユニットセルの前記周囲の導電性トラックは、略円形、略楕円形又は略多角形の外周をなす、請求項10に記載のメタマテリアル。
  13. 少なくとも1つのユニットセルに関し、背中合わせに配置された前記第1及び第2のL字状の導電性部材の間のギャップに対応して、前記周囲の導電性トラックにギャップが形成されている、請求項10ないし12の何れか1項に記載のメタマテリアル。
  14. 少なくとも1つの素子に関し、前記周囲の導電性トラックは、2つのL字状の導電性部材の間に切れ目がなく連続した外周を形成している、請求項10ないし13の何れか1項に記載のメタマテリアル。
  15. 前記ユニットセルの少なくとも1つにおける前記第1及び第2のL字状の導電性部材が、互いに異なるサイズ及び/又は形状に形成されている、請求項10ないし14の何れか1項に記載のメタマテリアル。
  16. 少なくとも1つのスプリットリング共振器が非対称に形成されている、請求項8又は9に記載のメタマテリアル。
  17. 複数のユニットセルが異なる周波数で共振するように、1つ以上のユニットセルが異なるサイズ又は形状を有する、請求項1ないし16の何れか1項に記載のメタマテリアル。
  18. 前記ユニットセルのアレイが、1つ以上の要素が間引かれたアレイをなす、請求項1ないし17の何れか1項に記載のメタマテリアル。
  19. 基板に設けられた少なくとも2つのアンテナと、前記少なくとも2つのアンテナの間に設けられた請求項1ないし18の何れか1項に記載のメタマテリアルの領域と、を有するアンテナシステム。
  20. 添付図面のうち第3図ないし第13図に示されているメタマテリアル。
  21. 添付図面のうち第3図ないし第13図に示されているアンテナシステム。
JP2014526550A 2011-08-24 2012-08-16 メタマテリアル及びアンテナシステム Pending JP2014527366A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1114625.5A GB201114625D0 (en) 2011-08-24 2011-08-24 Antenna isolation using metamaterial
GB1114625.5 2011-08-24
PCT/GB2012/052010 WO2013027029A1 (en) 2011-08-24 2012-08-16 Antenna isolation using metamaterial

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014527366A true JP2014527366A (ja) 2014-10-09
JP2014527366A5 JP2014527366A5 (ja) 2015-09-10

Family

ID=44800820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014526550A Pending JP2014527366A (ja) 2011-08-24 2012-08-16 メタマテリアル及びアンテナシステム

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP2748893B1 (ja)
JP (1) JP2014527366A (ja)
KR (1) KR101944568B1 (ja)
CN (1) CN103999286B (ja)
GB (2) GB201114625D0 (ja)
TW (1) TWI590523B (ja)
WO (1) WO2013027029A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10854986B2 (en) 2018-07-18 2020-12-01 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Antenna apparatus
US11245201B2 (en) 2019-06-26 2022-02-08 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Antenna apparatus

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9837710B2 (en) 2012-10-15 2017-12-05 The Penn State Research Foundation Broadband monopole antenna using anisotropic metamaterial coating
CN104466401B (zh) * 2013-09-25 2019-03-12 中兴通讯股份有限公司 多天线终端
CN104701624B (zh) * 2015-03-03 2018-03-06 南京邮电大学 一种新型紧凑型的双频段mimo天线
CN105006642A (zh) * 2015-06-26 2015-10-28 桂林电子科技大学 单负材料隔离板及宽频高隔离度单极子阵列天线
CN105006649A (zh) * 2015-06-30 2015-10-28 厦门大学 一种电磁波近场隔离屏及其应用
CN105006650B (zh) * 2015-07-30 2018-03-09 中天宽带技术有限公司 一种基于光子晶体的双极化基站天线
TWI608656B (zh) * 2016-05-17 2017-12-11 Slot antenna with complementary split ring
CN106876982B (zh) * 2017-02-22 2021-08-06 西安电子科技大学 改善多天线系统性能的超表面及采用超表面的多天线系统
KR102008284B1 (ko) 2017-03-29 2019-08-07 주식회사 케이원 식품소스 공급장치
WO2018236202A1 (fr) * 2017-04-28 2018-12-27 Emsi Rabat Dispositif de protection du corps humain et des équipements contre le rayonnement électromagnétique
GB201708242D0 (en) 2017-05-23 2017-07-05 Univ Bradford Radiation shield
CN107069207A (zh) * 2017-05-26 2017-08-18 南京信息工程大学 一种基于人工电磁超材料去耦的mimo天线
CN107785661A (zh) * 2017-10-18 2018-03-09 哈尔滨工程大学 一种基于双频超材料的去耦合阵列天线
CN107968262B (zh) * 2017-11-23 2021-03-19 广东通宇通讯股份有限公司 一种阵列天线及天线隔离组件
KR101957798B1 (ko) * 2018-01-17 2019-03-13 중앙대학교 산학협력단 메타물질 흡수체
CN108511918B (zh) * 2018-03-13 2020-08-28 东北石油大学 基于超材料的电磁波非对称传输控制器
CN109638440B (zh) * 2018-12-19 2020-05-12 电子科技大学 一种基于超材料的5g通信小型化宽频带mimo天线
US11965803B2 (en) * 2019-03-27 2024-04-23 Lyten, Inc. Field deployable resonant sensors
CN112510366A (zh) * 2020-10-19 2021-03-16 西安朗普达通信科技有限公司 一种级联式去耦芯片
CN112382859A (zh) * 2020-10-31 2021-02-19 华南理工大学 一种双电容太赫兹超材料电调控器件结构
CN112968292B (zh) * 2021-02-07 2022-09-16 北京邮电大学 可调太赫兹器件及可调天线
CN113964490B (zh) * 2021-09-17 2022-10-25 华南理工大学 一种宽带双极化电磁透明天线
TWI800065B (zh) * 2021-10-29 2023-04-21 明泰科技股份有限公司 週期性金屬陣列結構

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040160367A1 (en) * 2003-02-14 2004-08-19 Mendolia Greg S. Narrow reactive edge treatments and method for fabrication
US20050073744A1 (en) * 2001-12-20 2005-04-07 University Of Southhampton Optical device
US20070285336A1 (en) * 2006-06-09 2007-12-13 Telesphor Kamgaing Multiband antenna array using electromagnetic bandgap structures
JP2010028182A (ja) * 2008-07-15 2010-02-04 Harada Ind Co Ltd アンテナエレメント間の相互結合を抑制可能なアンテナ装置
JP2010103609A (ja) * 2008-10-21 2010-05-06 Olympus Corp 電磁波伝搬媒質
US20100232017A1 (en) * 2008-06-19 2010-09-16 Ravenbrick Llc Optical metapolarizer device
US20100295739A1 (en) * 2009-05-21 2010-11-25 Industrial Technology Research Institute Radiation pattern insulator and multiple antennae system thereof and communication device using the multiple antennae system

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01149503A (ja) * 1987-12-07 1989-06-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> リング型周波数選択板
US20050104678A1 (en) * 2003-09-11 2005-05-19 Shahrooz Shahparnia System and method for noise mitigation in high speed printed circuit boards using electromagnetic bandgap structures
US7205941B2 (en) * 2004-08-30 2007-04-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Composite material with powered resonant cells
CN100372172C (zh) * 2005-07-01 2008-02-27 清华大学 用于多输入多输出通信系统移动终端的平面四天线系统
US7830310B1 (en) * 2005-07-01 2010-11-09 Hrl Laboratories, Llc Artificial impedance structure
US7733289B2 (en) * 2007-10-31 2010-06-08 The Invention Science Fund I, Llc Electromagnetic compression apparatus, methods, and systems
US7570432B1 (en) * 2008-02-07 2009-08-04 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Metamaterial gradient index lens
US7773033B2 (en) * 2008-09-30 2010-08-10 Raytheon Company Multilayer metamaterial isolator
CN201611683U (zh) * 2008-11-20 2010-10-20 深圳大鹏光启科技有限公司 一种射频芯片小天线
KR101262519B1 (ko) * 2009-01-21 2013-05-08 라벤브릭 엘엘씨 광학 메타편광자 장치
KR101202339B1 (ko) * 2009-04-29 2012-11-16 한국전자통신연구원 메타물질 상판덮개를 이용한 이득향상과 빔 성형이 동시에 가능한 안테나
WO2012126249A1 (zh) * 2011-03-18 2012-09-27 深圳光启高等理工研究院 一种实现电磁波偏折的超材料
EP2518824A1 (en) * 2011-04-27 2012-10-31 Research In Motion Limited Multiple antenna assembly utilizing electromagnetic band gap isolation structures

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050073744A1 (en) * 2001-12-20 2005-04-07 University Of Southhampton Optical device
US20040160367A1 (en) * 2003-02-14 2004-08-19 Mendolia Greg S. Narrow reactive edge treatments and method for fabrication
US20070285336A1 (en) * 2006-06-09 2007-12-13 Telesphor Kamgaing Multiband antenna array using electromagnetic bandgap structures
JP2009540691A (ja) * 2006-06-09 2009-11-19 インテル コーポレイション 電磁バンドギャップ構造を用いた多帯域アンテナアレイ
US20100232017A1 (en) * 2008-06-19 2010-09-16 Ravenbrick Llc Optical metapolarizer device
JP2010028182A (ja) * 2008-07-15 2010-02-04 Harada Ind Co Ltd アンテナエレメント間の相互結合を抑制可能なアンテナ装置
JP2010103609A (ja) * 2008-10-21 2010-05-06 Olympus Corp 電磁波伝搬媒質
US20100295739A1 (en) * 2009-05-21 2010-11-25 Industrial Technology Research Institute Radiation pattern insulator and multiple antennae system thereof and communication device using the multiple antennae system

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHENG ZHU: "Multiresonant Metamaterial Based on Asymmetric Triangular Electromagnetic Resonators", IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, vol. V9, JPN5014009828, 17 February 2010 (2010-02-17), US, pages 99 - 102, ISSN: 0003324490 *
SU H-L: "Dual-band insulator design by stacking capacitively loaded loops for MIMO antennas", ELECTRONICS LETTERS, vol. V46 N20, JPN5014009826, 30 September 2010 (2010-09-30), pages 1364 - 1365, ISSN: 0003324489 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10854986B2 (en) 2018-07-18 2020-12-01 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Antenna apparatus
US11336022B2 (en) 2018-07-18 2022-05-17 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Antenna apparatus
US11245201B2 (en) 2019-06-26 2022-02-08 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Antenna apparatus
US11855355B2 (en) 2019-06-26 2023-12-26 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Antenna apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
TW201320467A (zh) 2013-05-16
KR101944568B1 (ko) 2019-01-31
EP2748893B1 (en) 2019-09-25
TWI590523B (zh) 2017-07-01
WO2013027029A1 (en) 2013-02-28
KR20140050684A (ko) 2014-04-29
GB2495365A (en) 2013-04-10
CN103999286B (zh) 2016-10-26
GB201114625D0 (en) 2011-10-05
EP2748893A1 (en) 2014-07-02
GB201214655D0 (en) 2012-10-03
CN103999286A (zh) 2014-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2014527366A (ja) メタマテリアル及びアンテナシステム
EP3320580B1 (en) Metamaterial-based transmitarray for multi-beam antenna array assemblies
Alam et al. Development of electromagnetic band gap structures in the perspective of microstrip antenna design
US9293834B2 (en) Antenna structures combining metamaterials
Gong et al. Multi-band and high gain antenna using AMC ground characterized with four zero-phases of reflection coefficient
Guha et al. Printed antenna designs using defected ground structures: a review of fundamentals and state-of-the-art developments
JP4726972B2 (ja) レードームおよびそれを備えるマイクロストリップ・パッチ・アンテナ
Alibakhshi Introducing the new wideband small plate antennas with engraved voids to form new geometries based on CRLH MTM-TLs for wireless applications
Haraz et al. New dense dielectric patch array antenna for future 5G short-range communications
Borazjani et al. Bandwidth improvement of planar antennas using a single-layer metamaterial substrate for X-band application
Alharbi et al. Design and study of a miniaturized millimeter wave array antenna for wireless body area network
Roshan et al. Dual ISM band MIMO antenna for WiFi and WiMax application
de Maagt et al. Review of electromagnetic-bandgap technology and applications
Beer et al. A 122 GHz Microstrip Slot Antenna with via-fence resonator in LTCC technology
CN101728641B (zh) 天线罩及包含此天线罩的微带贴片天线
Nguyen et al. Design of compact EBG structure for array antenna application
Foo Metamaterial-based transmitarray for orthogonal-beam-space massive-MIMO
Kamiya et al. Study of EBG structures using Metamaterial Technology
Sittakul et al. Compact multiband L-shaped slot antenna using complementary split ring resonator for WLAN applications
Singh Design and realization for radar cross section reduction of patch antennas using shorted stubs metamaterial absorbers
Smari et al. Design of a Small Metamtrial Antenna for Millimetric Wave Applications
Alharbi et al. Research Article Design and Study of a Miniaturized Millimeter Wave Array Antenna for Wireless Body Area Network
Aminu-Baba et al. Printed Monopole Antenna Loaded with Circular Split Ring Resonators (CSRRs) for Multi-band Operations
Mackenzie Comparison of two AMC's on a high-permittivity substrate
Singh et al. Design of a New Low Cost Metamaterial Structure

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20150523

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150722

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150722

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160523

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160531

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20160831

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161006

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170207

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170602

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20170609

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20170714