JP2015005929A - 反射板及びアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バンドギャップ帯域を縮小させることなく反射板を薄型化された反射板を提供する。【解決手段】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は、誘電体材料が格子状に形成されるとともに、当該格子をなす柱の各々の底面が正方形であって、さらに、当該誘電体材料の格子をなす面が平坦に形成されてなる二つの反射層１Ａ、１Ｂを備え、当該二つの反射層１Ａ、１Ｂは、互いに離間されながら、その格子をなす面が平行となるように配されるとともに、反射層１Ａの格子をなす柱の配列周期と、反射層１Ｂの格子をなす柱の配列周期とが、縦横それぞれにおいて半周期ずれるように配されている。【選択図】図２

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。

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。

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。

特開２０１１−２４４１３６号公報

"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.

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、格子をなす線材の太さと、当該線材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。

ここで、非特許文献１に示されるメタマテリアル反射板のように、一定のバンドギャップ帯域の帯域幅を得るメタマテリアル反射板は、その特性を得るために一定の厚さ（板厚）を必要とする。その一方で、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、機器の小型化、省スペース化を目的として、メタマテリアル反射板の薄型化が求められている。

そこでこの発明は、バンドギャップ帯域を縮小させることなく反射板を薄型化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。

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、誘電体材料が正方格子状に形成されるとともに、層厚が等しく、かつ、当該誘電体材料の格子をなす面が平坦に形成されてなる二つの反射層を備え、前記二つの反射層は、互いに離間されながら、前記格子をなす面が平行となるように配されるとともに、一方の前記反射層の格子をなす柱の配列周期と、他方の前記反射層の格子をなす柱の配列周期とが、縦横それぞれにおいて半周期ずれるように配されることを特徴とする反射板である。

また本発明は、上述の反射板において、前記二つの反射層が、当該二つの反射層の層厚と等しい離間距離で離間されている
ことを特徴とする。

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、前記格子をなす柱の配列周期の間隔は、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。

また本発明は、上述のアンテナ装置において、前記放射素子が、前記反射層の前記格子をなす柱に沿う一方向に偏波した電磁波と、前記一方向に直交する方向に偏波した電磁波と、のそれぞれを独立して放射可能とすることを特徴とする。

本発明によれば、バンドギャップ帯域を縮小させることなく反射板を薄型化することができる。

第１の実施形態に係るアンテナ装置を示す図である。 第１の実施形態に係る反射板の斜視図である。 第１の実施形態に係る反射板の第１の平面図である。 第１の実施形態に係る反射板の第２の平面図である。 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。 第１の実施形態に係るアンテナ装置の特性を説明する図である。 第２の実施形態に係るアンテナ装置を示す図である。 第２の実施形態に係るアンテナ装置の特性を説明する図である。 他の実施例に係る反射板の構成を示す第１の図である。 他の実施例に係る反射板の構成を示す第２の図である。 第１の実施形態の変形例に係る反射板の特性を説明する図である。

＜第１の実施形態＞
以下、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、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。

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おり、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。なお放射素子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と、離間距離ｓをもって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、本実施形態に係るアンテナ装置１００の放射素子５は、図１に示すように、ｚ軸に沿って延在したダイポールアンテナとしているが、他の実施形態に係るアンテナ装置１００については、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。
また、放射素子５と反射板１との離間距離ｓは、アンテナ装置１００で送受信する電磁波の周波数に応じて、所望する指向性が得られるように選択する。具体的には、アンテナ装置１００で送受信する電磁波の波長の整数分の一（例えば１／４）などと設定するのが好ましい。

反射板１は、誘電体材料からなる柱（線材）を、アンテナ装置１００で送受信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、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のみを反射させる特性を有する。
より具体的には、本実施形態に係る反射板１は、格子状に形成された誘電体材料からなる反射層（後述する第１の反射層１Ａ、第２の反射層１Ｂ）が、２層並べられて配列されてなる。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を構成する第１の反射層１Ａ、第２の反射層１Ｂは、いずれも比誘電率εｒが９．６の誘電体材料で形成されている。

図２は、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、第１の実施形態に係る反射板の第１の平面図である。
ここで図３（ａ）は、反射板１を構成する第１の反射層１Ａ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を構成する第２の反射層１Ｂの板面の平面図である。
図２に示すように、反射板１は、誘電体材料が、反射する電磁波の波長より充分に短い間隔の周期をもって格子状に形成された第１の反射層１Ａ、第２の反射層１Ｂが組み合わされてなる反射板である。図２、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の反射層１Ａ、第２の反射層１Ｂは、周期配列される複数の柱がｘ軸方向、ｚ軸方向に延在しながら互いに直交することで格子状に形成されている。また、その格子をなす各柱の配列周期の間隔は、ｘ軸方向、ｚ軸方向ともに等しい間隔幅（幅ａ）となっている。よって、反射層１Ａ、１Ｂは、ともに、正方形の空隙が縦横に配列されてなる正方格子状に形成される。また、図２、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、正方格子をなす各柱の底面は、いずれも一辺がｗの正方形となっている。
なお、第１の反射層１Ａ、第２の反射層１Ｂの格子をなす柱の交点をそれぞれ符号１Ａｐ、１Ｂｐで示す。また、第１の反射層１Ａ、第２の反射層１Ｂの格子をなす正方形の空隙をそれぞれ符号１Ａｖ、１Ｂｖで示す。さらに、第１の反射層１Ａ、第２の反射層１Ｂの格子をなす面（ｙ軸方向と直交する面）の一方側（−ｙ方向側）をそれぞれ符号１Ａｓ、１Ｂｓで示す。

図４は、第１の実施形態に係る反射板の第２の平面図である。図４（ａ）には、反射板１の板面の平面図であり、図４（ｂ）は、反射板１の側面（ｙｚ平面に平行な面）の平面図である。
図４（ａ）に示すように、第１の反射層１Ａ、第２の反射層１Ｂは、第１の反射層１Ａの格子をなす柱の配列周期（幅ａ）と、第２の反射層１Ｂの反射層の格子をなす柱の配列周期（幅ａ）とが、縦横（ｘ軸方向、ｚ軸方向）それぞれにおいて半周期（ａ／２）ずれるように配されている。したがって、図４（ａ）に示すように、第１の反射層１Ａ、第２の反射層１Ｂは、反射板１の板面を＋ｙ軸方向に見た場合において、第２の反射層１Ｂの格子における各交点１Ｂｐが、第１の反射層１Ａの格子における正方形の各空隙１Ａｖの中央に位置するように配される。同様に、第１の反射層１Ａの格子における各交点１Ａｐも、第２の反射層１Ｂの格子における正方形の各空隙１Ｂｖの中央に位置するように配される。

また、図４（ｂ）に示すように、第１の反射層１Ａ、第２の反射層１Ｂは、格子をなす面１Ａｓ、１Ｂｓ及びその裏面が平坦に形成されている。また、第１の反射層１Ａ、第２の反射層１Ｂの厚さ（層厚）は、正方形の一辺の長さｗと一致する。そして、第１の反射層１Ａ、第２の反射層１Ｂは、間隔ｗで互いに離間されながら、格子をなす面同士（第１の反射層１Ａの面１Ａｓと第２の反射層１Ｂの面１Ｂｓと）が平行となるように、ｙ軸に沿って配列されている。

このように、本実施形態に係る反射板１は、第１の反射層１Ａと、第２の反射層１Ｂと、が各層の層厚ｗと等しい距離ｗをもって離間されながらｙ軸方向に配列されて、厚さ（板厚）３ｗの板となる（図４（ｂ））。
なお図２、図３（ａ）、（ｂ）、及び、図４（ａ）、（ｂ）には、反射板１のうちの一領域のみを記載しているが、反射板１は、実際には、図２、図３（ａ）、（ｂ）及び図４（ａ）、（ｂ）に示した構造が、幅Ｌの間隔で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を有している。
以上の構成からなる第１の実施形態に係る反射板１の特性を、他の実施例に係る反射板９の特性と対比しながら以下に説明する。

図９、図１０は、他の実施例に係る反射板の構成を示す第１の図、第２の図である。
反射板９は、図９、図１０（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９は、ｘｚ平面に平行な面を有する反射層９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄがｙ軸方向に４層に重なった構造を有している。

まず、第１の反射層９Ａは、角柱状の誘電体からなる第１柱状素子９０ａが、同一平面上（ｘｚ平面上）において平行かつ等間隔（幅ａ）に周期配列されてなる層である。なお周期配列される複数の第１柱状素子９０ａが延在する方向は、ｚ軸に平行な方向である（図９、図１０（ａ））。また、第１柱状素子９０ａ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なしている（図１０（ａ）、（ｂ））。したがって、第１の反射層９Ａの層厚はｗとなる。

第２の反射層９Ｂは、角柱状の誘電体からなる第２柱状素子９０ｂ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なる。ここで、複数の第２柱状素子９０ｂは、複数の第１柱状素子９０ａと等間隔（幅ａ）で周期配列される。また周期配列される複数の第２柱状素子９０ｂの延在方向は、ｘ軸に平行な方向である。第２柱状素子９０ｂは、第１柱状素子９０ａ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なしている。（図１０（ａ）、（ｂ））。

第３の反射層９Ｃは、角柱状の誘電体からなる第３柱状素子９０ｃ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なる層である。ここで、複数の第３柱状素子９０ｃは、第１の反射層９Ａの第１柱状素子９０ａと平行（第３柱状素子９０ｃ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、第３柱状素子９０ｃの間隔は、第１柱状素子９０ａ及び第２柱状素子９０ｂと同等の周期幅（幅ａ）である。ただし、図９及び図１０（ａ）に示すように、これら複数の第３柱状素子９０ｃは、第１柱状素子９０ａと半周期（ａ／２）分ずれるようにして配される。つまり、図１０（ａ）に示すように、反射板１をｙ軸矢印方向に見た場合、第３柱状素子９０ｃと第１柱状素子９０ａ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。第３柱状素子９０ｃは、第１柱状素子９０ａ、第２柱状素子９０ｂ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なしている（図１０（ａ）、（ｂ））。

第４の反射層９Ｄは、角柱状の誘電体からなる第４柱状素子９０ｄ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なる層である。ここで、複数の第４柱状素子９０ｄは、第２の反射層９Ｂの第２柱状素子９０ｂと平行（第４柱状素子９０ｄ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、第４柱状素子９０ｄの間隔は、第１柱状素子９０ａ〜第３柱状素子９０ｃと同等の周期幅（幅ａ）である。ただし、図９及び図１０（ａ）に示すように、これら複数の第４柱状素子９０ｄは、第２柱状素子９０ｂと半周期（ａ／２）分ずれるようにして配される。つまり、図１０（ａ）に示すように、反射板１をｙ軸矢印方向に見た場合、第４柱状素子９０ｄと第２柱状素子９０ｂ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。第４柱状素子９０ｄは、第１柱状素子９０ａ〜第３柱状素子９０ｃ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なしている（図１０（ａ）、（ｂ））。

このように、他の実施例に係る反射板９は、層厚ｗの第１の反射層９Ａ〜第４の反射層９Ｄがｙ軸方向に４層積層されて、板厚４ｗの板となる（図１０（ｂ））。
なお図９及び図１０（ａ）、（ｂ）には、反射板９のうちの一領域のみしか記載していないが、反射板９は、実際には、図９及び図１０（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を有している。また上述したように、他の実施例に係る反射板９を構成する第１柱状素子９０ａ〜第４柱状素子９０ｄは、全て比誘電率εｒが９．６の誘電体材料で形成されている。

図５は、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。
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は、上述の構造（図２、図３（ａ）、（ｂ）、図４（ａ）、（ｂ））からなる反射板１、及び、その対比である他の実施例に係る反射板９の伝送特性Ｓ２１を示している。ここで、伝送特性Ｓ２１とは、反射板１または反射板９の各々に対し、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または反射板９を透過するか、を示した数値である。
図５に示すグラフは、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。すなわち、図５に示すグラフは、電磁波の周波数ｆの伝送特性Ｓ２１の依存性を示している。
なお、図５に示すグラフは、所定の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。また、図５に示すグラフを導く際に使用したシミュレーションモデルにおいて、反射板１及び反射板９は、ｘｚ平面上に無限遠に広がっているものとしている。また、当該シミュレーションモデルにおいては、ｗ＝９．４ｍｍ、ａ＝３７．５ｍｍ、比誘電率εｒ＝９．６としている。

ここで、反射板１の伝送特性Ｓ２１が−１０ｄＢ以下となる場合における当該電磁波の周波数帯域を、反射板１の「バンドギャップ帯域」と定義する。伝送特性Ｓ２１が−１０ｄＢ以下となる周波数帯域とは、反射板１への入射波のうち反射板１によって反射される電磁波の比率が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。
図５の実線で示すグラフによれば、本実施形態に係る反射板１のバンドギャップ帯域は、およそ３．７ＧＨｚ〜５．１ＧＨｚであり、バンドギャップ帯域幅Δｆは、約１．４ＧＨｚとなっている。また、バンドギャップ帯域幅の実効的な大きさを示す比帯域（バンドギャップ帯域の中心周波数ｆに対するバンドギャップ帯域幅Δｆの比率Δｆ／ｆ）は、３２％程度となっている。
これに対し、図５の破線で示すグラフによれば、他の実施例に係る反射板９のバンドギャップ帯域幅は３．７ＧＨｚ〜５．１ＧＨｚ、バンドギャップ帯域幅Δｆは、約１．４ＧＨｚとなっており、反射板１の反射特性とほぼ同等の結果となっている。

図６は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の特性を説明する図である。
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す実線のグラフは、反射板１を備えるアンテナ装置１００が放射する電磁波の周波数ｆをそれぞれ（ａ）３．５ＧＨｚ、（ｂ）４．０ＧＨｚ、（ｃ）４．５ＧＨｚとした場合における、アンテナ装置１００の水平面放射パターンを示している。
ここで、図６に示す水平放射パターンの水平面は、ｘｙ平面（図１等を参照）であり、アンテナ装置１００が配された位置を中心として、その水平面（ｘｙ平面）に沿った全方位についての電磁波の放射強度を図示したものである。なお、図６においては、円の中心から１８０°を向く方角をｙ軸方向に一致させている。
また、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す破線のグラフは、アンテナ装置１００の反射板１を他の実施例に係る反射板９に置き換えた場合における、当該アンテナ装置１００の水平放射パターンを示している。
なお、図６に示す各グラフも、図５と同様に、所定の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。なお、この算出に用いたシミュレーションモデルにおいて、放射素子５と反射板１（または反射板９）との離間間隔ｓは、ｓ＝１８．７５ｍｍ（図１）としている。

図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、アンテナ装置１００において、本実施形態に係る反射板１と他の実施例に係る反射板９とを互いに入れ替えた場合であっても、アンテナ装置１００の水平放射パターンは、ほぼ同等の特性を示すことが読み取れる。

以上、第１の実施形態に係る反射板１によれば、他の実施例に係る反射板９とほぼ同等の特性を有し、特にバンドギャップ帯域幅を縮小させることなく、その厚さを３／４に薄型化することが可能となる。したがって、アンテナ装置１００を小型化し、これを適用しようとする電子機器を小型化することが可能となる。

なお、第１の実施形態に係る反射板１は、以下のようにも変形可能である。
例えば図４（ｂ）等で示したように、第１の反射層１Ａと第２の反射層１Ｂの離間距離は、各反射層の厚さに等しい幅ｗとした。しかし、本実施形態の変形例に係る反射板１は、そのバンドギャップ帯域幅の変動が許容される範囲内で、その離間距離をｗよりも小さい値とすることも可能である。

＜第２の実施形態＞
次に、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。

図７は、第２の実施形態に係るアンテナ装置を示す図である。
図７に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１００は、第１の実施形態（図１）と同様に、反射板１と、放射素子５と、を備えている。
ここで、本実施形態に係る放射素子５は、第１の実施形態に係る放射素子５と異なり、ｚ軸方向に沿って延在する放射部位５ａと、ｘ軸方向に沿って延在する放射部位５ｂと、によって構成される（図７）。放射部位５ａは、垂直方向（ｚ軸方向）に沿って振動する電磁波である垂直偏波を放射可能とする。同様に、放射部位５ｂは、水平方向（ｘ軸方向）に沿って振動する電磁波である水平偏波を放射可能とする。このような構成により、放射素子５は、水平方向、垂直方向の偏波それぞれを独立して放射可能な偏波共用アンテナとして機能する。
なお、反射板１の構成については、第１の実施形態で説明した内容（図２、図３（ａ）、（ｂ）、図４（ａ）、（ｂ））と同一である。

図８は、第２の実施形態に係るアンテナ装置の特性を説明する図である。
次に、図８を参照しながら、第２の実施形態に係るアンテナ装置１００の特性について説明する。
図８（ａ）に示すグラフは、反射板１を備えるアンテナ装置１００の水平面放射パターンを示している。一方、図８（ｂ）に示すグラフは、第２の実施形態に係るアンテナ装置１００の反射板１を他の実施例に係る反射板９に置き換えたアンテナ装置の水平面放射パターンを示している。
ここで、図８（ａ）、（ｂ）実線で示すグラフは、放射素子５が、水平偏波（ｘ軸方向に沿って振動する電磁波）を放射した場合における水平放射パターンを示している。また、破線で示すグラフは、放射素子５が、垂直偏波（ｚ軸方向に沿って振動する電磁波）を放射した場合における水平放射パターンを示している。
また、図８（ａ）、（ｂ）に示すグラフにおいて、いずれの場合も、アンテナ装置１００が放射する電磁波の周波数ｆを４．０ＧＨｚとし、放射素子５と反射板１との離間距離ｓは１８．７５ｍｍとしている。

ここで、図８（ａ）に示すように、反射板１を備えた本実施形態に係るアンテナ装置１００は、放射素子５が水平偏波を放射した場合（実線）、または、垂直偏波を放射した場合（破線）のいずれであっても、その水平放射パターンはほぼ同一の特性となっている。一方、図８（ｂ）に示すように、第２の実施形態に係るアンテナ装置１００の反射板１を他の実施例に係る反射板９に置き換えたアンテナ装置は、放射素子５が水平偏波を放射した場合（実線）、または、垂直偏波を放射した場合（破線）に応じて、その水平放射パターンが変動している。

本実施形態に係る反射板１の板面の形状（第１の反射層１Ａの面１Ａｓ、第２の反射層１Ｂの面１Ｂｓ）が平坦に形成されているため、水平方向（ｘ軸方向）、垂直方向（ｚ軸方向）それぞれについて同一の表面形状を有している。したがって、図８に示したように、反射板１を備えるアンテナ装置１００は、放射素子５が放射する水平偏波、垂直偏波の何れに対しても同一の水平放射パターンを得る。
これに対し、他の実施例に係る反射板９の場合、板面に形成される柱状の凹凸が、水平方向、垂直方向それぞれについて異なる形状となるため、水平偏波についての水平放射パターンと、垂直偏波についての水平放射パターンにずれが生じる。

以上、第２の実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、反射板１の板面の形状が平坦に形成されることで、水平方向、垂直方向それぞれについての表面形状が同一となる。したがって、アンテナ装置１００は、水平偏波、垂直偏波いずれの電磁波に対しても、同一の水平放射パターンを得ることができる。

なお上述の第１の実施形態、第２の実施形態においては、放射素子５と反射板１との離間距離ｓを１８．７５ｍｍとしたが、これは、離間距離ｓを周波数４ＧＨｚの波長（約７５ｍｍ）の１／４と設定したことに基づく値である。同様に、底面正方形の一辺の長さｗ＝９．４ｍｍ、格子の周期配列幅ａ＝３７．５ｍｍも、アンテナ装置１００が取り扱う電磁波の周波数ｆに基づいて決定された値である。したがって、第１、第２の実施形態において定められた各値ｓ、ｗ、ａは各値に限定されるものではなく、アンテナ装置１００が送受信する電磁波の周波数ｆに応じて変更可能である。
また、比誘電率εｒの値についても同様に、アンテナ装置１００が送受信する電磁波の周波数ｆ、並びに、各値ｓ、ｗ、ａに応じて、同等の反射特性、放射特性が得られる範囲で変更可能である。
また、第１の実施形態、第２の実施形態に係る反射板１は、上述したように、幅Ｌの間隔で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を有していると説明したが、この周期配列の繰り返し回数も、アンテナ装置１００を適用する機器のサイズ、並びに、反射特性、放射特性が維持される限度において変更可能である。

また、上述の第１の実施形態に係る反射板１は、第１の反射層１Ａと第２の反射層１Ｂとの離間距離が、各層の層厚ｗと等しい離間距離で離間されている態様であるとした。しかし、第１の実施形態において説明した反射板１の変形例として、第１の反射層１Ａと第２の反射層１Ｂとの離間距離ｄを各層の層厚ｗよりも小さい離間距離である態様であってもよい。

図１１は、第１の実施形態の変形例に係る反射板の特性を説明する図である。
図１１は、第１の実施形態の変形例に係る反射板１と、その対比として、第１の実施形態に係る反射板１の伝送特性Ｓ２１を示している。
第１の実施形態の変形例に係る反射板１は、第１の反射層１Ａと第２の反射層１Ｂとの離間距離ｄを各層の層厚ｗよりも小さい離間距離ｄ＝０．６ｗとしている。このように構成された反射板１は、図１１の破線で示すグラフによれば、バンドギャップ帯域は、およそ３．７ＧＨｚ〜４．７ＧＨｚであり、バンドギャップ帯域幅Δｆは、約１．０ＧＨｚとなっている。また、バンドギャップ帯域幅の実効的な大きさを示す比帯域（バンドギャップ帯域の中心周波数ｆに対するバンドギャップ帯域幅Δｆの比率Δｆ／ｆ）は、２４％程度となっている。

このように、離間距離ｄを層厚ｗよりも低い値とすることでバンドギャップ帯域幅Δｆ（及び比帯域）はやや減少する傾向となる。しかしながら、このバンドギャップ帯域幅Δｆの減少分が、このアンテナ装置１００を用いるにあたって許容できる範囲内である場合は、離間距離ｄを層厚ｗよりも低い値で構成し、反射板１を薄型化することで、アンテナ装置１００の一層の小型化が可能となる。

また、第１の実施形態に係る反射板１は、第１の反射層１Ａ、第２の反射層１Ｂの正方格子を構成する柱の底面が、一辺の長さｗの正方形である態様としているが、第１の実施形態の他の変形例に係る反射板１は、この態様に限定されることはない。
格子をなす柱の太さを示すパラメータ（第１の実施形態の場合はｗ）と、周期配列間隔ａとの構成比率が一致していれば、格子をなす柱の底面の相違が、反射板１の反射特性へ与える影響は小さい。したがって、格子をなす柱の底面は、一辺の長さｗの正方形の代わりに、直径ｗの円形であってもよいし、さらに、直径ｗの円に内接する正六角形であってもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。

１００・・・アンテナ装置
１・・・反射板
１Ａ・・・第１の反射層
１Ｂ・・・第２の反射層
５・・・放射素子

Claims (4)

1. 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、
   誘電体材料が正方格子状に形成されるとともに、層厚が等しく、かつ、当該誘電体材料の格子をなす面が平坦に形成されてなる二つの反射層を備え、
   前記二つの反射層は、
   互いに離間されながら、前記格子をなす面が平行となるように配されるとともに、一方の前記反射層の格子をなす柱の配列周期と、他方の前記反射層の格子をなす柱の配列周期とが、縦横それぞれにおいて半周期ずれるように配される
   ことを特徴とする反射板。
2. 前記二つの反射層は、
   当該二つの反射層の層厚と等しい離間距離で離間されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の反射板。
3. 請求項１または請求項２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、
   前記格子をなす柱の配列周期の間隔は、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。
4. 前記放射素子は、
   前記反射層の前記格子をなす柱に沿う一方向に偏波した電磁波と、前記一方向に直交する方向に偏波した電磁波と、のそれぞれを独立して放射可能とする
   ことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。

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