JP2016158168A - 偏波変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 各部の寸法を実用の範囲の寸法とした、従来は実現されていなかったテラヘルツ波帯で動作する偏波変換器を提供すること。
【解決手段】 偏波変換器１は、厚さｄの誘電体基板１２の一面に長さがｌの第１ワイヤー１０ａが、ｘ方向に間隔ｓで、ｙ方向に間隔ｇで配列されて形成され、誘電体基板１２の他面に長さがｌの第２ワイヤー１１ａが、ｘ方向に間隔ｓで、ｙ方向に間隔ｇで配列されて形成されている。誘電体基板の厚さｄが約５０μｍ、第１ワイヤーおよび第２ワイヤーの長さｌが設計周波数帯域においてほぼ共振する長さとされ、間隔ｓが約４５μｍ〜約１２０μｍ、間隔ｇが約９５μｍ〜約１２０μｍとされている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、テラヘルツ波帯において直線偏波と円偏波との間で偏波変換することができる偏波変換器に関する。

偏波を変換する偏波変換器を用いるとアンテナ設計の自由度を向上することができ、偏波変換器で円偏波を直線偏波に変換することが多く行われている。例えば、ラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）は、ＢＳ受信等に用いられる高効率な円偏波平面アンテナである。このＲＬＳＡを直線偏波が用いられている放送や移動通信のアンテナとして用いるためには、放射素子の設計を見直して直線偏波を送受信できるアンテナとする必要がある。逆に、パッチアンテナやワイヤアンテナにおいては、直線線偏波は容易に得られるが、円偏波を生成するには、９０°の位相差を持つ直交する２つの直線偏波を発生させる構成を追加する必要がある。
そこで、偏波変換器を使用することにより、円偏波アンテナを直線偏波のアンテナとしたり、直線偏波のアンテナを円偏波のアンテナとして用いることができるようになる。例えば、既存の円偏波ＲＬＳＡに偏波変換器を装着すると、ＲＬＳＡから放射された円偏波が偏波変換器で直線偏波に変換されて、直線偏波が放射されるようになる。また、パッチアンテナやワイヤアンテナに偏波変換器を装着すると、パッチアンテナやワイヤアンテナにから放射された直線偏波が偏波変換器で円偏波に変換されて、円偏波が放射されるようになる。

従来の偏波変換板１００の構成を示す斜視図を図５０（ａ）に、偏波変換板１００を構成する単位セル１０１の構成を示す斜視図を図５０（ｂ）に示す。
この図５０（ａ）に示す偏波変換板１００は、一面にダイポール列１１１が形成された誘電体フィルム１１０ａと、一面にダイポール列１１２が形成された誘電体フィルム１１０ｂとを所定間隔を置いて対面するよう配置し、誘電体フィルム１１０ａ，１１０ｂの間に誘電体を挿入する。ダイポール列１１１は、図５０（ｂ）に示す細長い矩形の金属ストリップからなるダイポール１１１ａが、一定周期で誘電体フィルム１１０ａ上に縦横に並べられて形成されることにより構成され、ダイポール列１１２も同様に、細長い矩形の金属ストリップからなるダイポール１１２ａが、一定周期で誘電体フィルム１１０ｂ上に縦横に並べられて形成されることにより構成されている。図５０（ｂ）に示す単位セル１０１は、偏波変換板１００の構成単位であり、一面に１つのダイポール１１１ａが形成された小さな面積の誘電体フィルム１１０ａと、一面に１つのダイポール１１２ａが形成された小さな面積の誘電体フィルム１１０ｂとを対面して配置し、その間に誘電体を挿入して構成されている。この単位セル１０１を縦横に並べることで、図５０（ａ）に示す偏波変換板１００が構成される。すなわち、長さｌ，幅ｗのダイポール１１１ａ（１１２ａ）がｘ，ｙ方向に周期ｄｘ，ｄｙでｘｙ平面上に無限アレー配置されて構成されたダイポール列１１１（１１２）を備える偏波変換板１００が構成される。

偏波変換板１００における円偏波を直線偏波へ変換する原理を説明すると、偏波変換板１００に対してほぼ垂直方向（ｚ方向）から円偏波が入射したとすると、円偏波は、ダイポール列１１１，１１２に平行な成分と、ダイポール列１１１，１１２に垂直な成分との直交する２つの直線偏波成分に分けることができる。偏波変換板１００における１層目の誘電体フィルム１１０ａに形成されているダイポール列１１１の各ダイポール１１１ａに誘起される誘起電流は、ダイポール１１１ａに平行な偏波を誘電体フィルム１１０ａの下面と上面の両側に対称に放射する。また、２層目の誘電体フィルム１１０ｂに形成されているダイポール列１１２の各ダイポール１１２ａに誘起される誘起電流も、ダイポール１１２ａに平行な偏波を誘電体フィルム１１０ｂの下面と上面の両側に対称に放射する。そして、ダイポール列１１１から上方への放射の位相に対して、ダイポール列１１２から上方への放射の位相を１８０°異なるように、誘電体フィルム１１０ａと誘電体フィルム１１０ｂとの間隔を設定する。これにより、上方への放射波は相殺されて無反射となる。そして、下方への放射波は入射波の同じ成分に重畳され、その位相に変化を与える。一方、ダイポール１１１ａ，１１２ａに垂直な偏波成分は９０°の位相差を有して入射するが、ダイポール列１１１，１１２にほとんど電流を誘起しないため、反射や散乱をされることなく通過する。ダイポール１１１ａ，１１２ａに平行な偏波の透過位相と、垂直な偏波の透過位相とが９０°ずれるよう設計することにより、入射された直交する２つの直線偏波成分の位相差が相殺され、両成分は同相となる。従って、透過波はダイポール１１１ａ，１１２ａに約４５°傾いた直線偏波に変換されることになる。

図５０（ｂ）に示す単位セル１０１において、誘電体フィルム１１０ａ，１１０ｂの厚さを５０μｍ、比誘電率εｒを３．０とし、誘電体フィルム１１０ａと誘電体フィルム１１０ｂとの間に挿入した誘電体の厚さｄを２．０ｍｍ、比誘電率εｒを１．２とした際に、単位セル１０１のｘ方向周期ｄｘを２．８ｍｍ、ｙ方向周期ｄｙを１０．２ｍｍとし、ダイポール１１１ａ（１１２ａ）の長さｌを８．１ｍｍ、幅ｗを１．０ｍｍの寸法とすると、図５０（ａ）に示す偏波変換板１００では、１１．７ＧＨｚ〜１２．０ＧＨｚにおいて透過損失０．２ｄＢ以下、交差偏波識別度２８ｄＢ以上の偏波変換特性が得られることが予測できる。

電子情報通信学会論文誌 B-II Vol. J 79-B-II No. 8 PP.459-468 1996年8月 内田浩光外３名著 「周期ダイポールアレーから成る２層構造偏波変換板と平面アンテナへの応用」

従来の偏波変換板１００は、薄くすることができると共にコストも安価であるが、その適用周波数は十数ＧＨｚのマイクロ波帯である。この偏波変換板１００の適用周波数をテラヘルツ波帯（０．１〜１０ＴＨｚ）とするには、原理的には適用周波数に対応してスケールダウンすれば良い。例えば、適用周波数を０．４ＴＨｚとする場合は、上記した各寸法を約１／６０とする規格化を行うことになる。しかしながら、各部の寸法が実用の範囲の寸法から外れるようになってしまい、実現することが困難になるという問題点があった。
本発明は、各部の寸法を実用の範囲の寸法とした、従来は実現されていなかったテラヘルツ波帯で動作する偏波変換器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、ｘ−ｙ平面に置かれた厚さｄの誘電体基板と、長さがｌの細長い矩形状の第１ワイヤーが、前記誘電体基板の一面に配列された第１ワイヤーアレーと、長さがｌの細長い矩形状の第２ワイヤーが、前記誘電体基板の前記一面と対面する他面に配列された第２ワイヤーアレーとを備え、前記誘電体基板の厚さｄが約５０μｍ、前記第１ワイヤーおよび前記第２ワイヤーの長さｌが設計周波数帯域においてほぼ共振する長さとされ、前記第１ワイヤーアレーおよび前記第２ワイヤーアレーにおいて、前記第１ワイヤーおよび前記第２ワイヤーが約４５μｍ〜約１２０μｍの間隔でｘ方向に配列され、約９５μｍ〜約１２０μｍの間隔でｙ方向に配列されて、テラヘルツ波帯において直線偏波と円偏波との間で偏波変換を行えることを最も主要な特徴としている。
また、請求項２にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、前記第１ワイヤーおよび前記第２ワイヤーの長さｌが約８０μｍ〜約３１０μｍ、その幅ｗが約５０μｍ〜約７０μｍとされて、約０．３ＴＨｚ〜約１．０ＴＨｚにおいて、直線偏波と円偏波との間で偏波変換を行えることを主要な特徴としている。

請求項１，２にかかる発明によれば、従来は実現されていなかったテラヘルツ波帯で動作する偏波変換器の各部の寸法を、実用の範囲の寸法とすることができる。

本発明の実施例の偏波変換器の構成を示す斜視図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セルの構成を示す斜視図、第１の設計周波数における寸法の例を示す図表である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第１の設計周波数）における、楕円率と回転角の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第１の設計周波数）における、透過電力の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第１の設計周波数）における、楕円率と回転角の他の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第１の設計周波数）における、透過電力の他の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第１の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する楕円率の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第１の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する透過電力の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第１の設計周波数）における、幅ｗと間隔ｇに対する楕円率の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第１の設計周波数）における、幅ｗと間隔ｇに対する透過電力の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セルの第２の設計周波数における寸法の例を示す図表である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第２の設計周波数）における、楕円率と回転角の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第２の設計周波数）における、透過電力の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第２の設計周波数）における、楕円率と回転角の他の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第２の設計周波数）における、透過電力の他の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第２の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する楕円率の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第２の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する透過電力の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第２の設計周波数）における、幅ｗと間隔ｇに対する楕円率の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第２の設計周波数）における、幅ｗと間隔ｇに対する透過電力の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セルの第３の設計周波数における寸法の例を示す図表である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第３の設計周波数）における、楕円率と回転角の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第３の設計周波数）における、透過電力の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第３の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する楕円率の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第３の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する透過電力の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セルの第４の設計周波数における寸法の例を示す図表である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第４の設計周波数）における、楕円率と回転角の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第４の設計周波数）における、透過電力の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第４の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する楕円率の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第４の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する透過電力の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セルの第５の設計周波数における寸法の例を示す図表である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第５の設計周波数）における、楕円率と回転角の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第５の設計周波数）における、透過電力の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第５の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する楕円率の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第５の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する透過電力の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セルの第６の設計周波数における寸法の例を示す図表である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第６の設計周波数）における、楕円率と回転角の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第６の設計周波数）における、透過電力の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第６の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する楕円率の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第６の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する透過電力の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セルの第７の設計周波数における寸法の例を示す図表である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第７の設計周波数）における、楕円率と回転角の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第７の設計周波数）における、透過電力の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第７の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する楕円率の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第７の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する透過電力の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セルの第８の設計周波数における寸法の例を示す図表である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第８の設計周波数）における、楕円率と回転角の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第８の設計周波数）における、透過電力の周波数特性を示す図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第８の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する楕円率の等高線図である。 本発明にかかる偏波変換器を構成する単位セル（第８の設計周波数）における、長さｌと間隔ｓに対する透過電力の等高線図である。 従来の偏波変換板の構成を示す斜視図、その単位セルの構成を示す斜視図である。

本発明の実施例の偏波変換器１の構成を示す斜視図を図１に、本発明の実施例の偏波変換器１の１周期分の構成である単位セル２の構成を示す斜視図を図２に、単位セル２の寸法の一例を図２（ｂ）に示す。
これらの図に示す本発明の実施例にかかる偏波変換器１はテラヘルツ波帯において動作する。この偏波変換器１は、図１に示すようにｘ−ｙ平面に置かれた矩形の厚さｄの誘電体基板１２の表面に、細長い矩形状の金属ストリップからなる第１ワイヤー１０ａが、ｙ方向に間隔ｇで中心軸を合わせて一定間隔で多数本配設されると共に、ｘ方向に間隔ｓで互いに平行に一定間隔で多数本配設されて第１ワイヤーアレー１０が形成されている。また、厚さｄの誘電体基板１２の裏面に、細長い矩形状の金属ストリップからなる第２ワイヤー１１ａが、ｙ方向に一定間隔で中心軸を合わせて配設されると共に、ｘ方向に互いに平行に多数本配設されて第２ワイヤーアレー１１が形成されている。この場合、第２ワイヤー１１ａは第１ワイヤー１０ａに重なるように形成されている。

上記した構成の本発明にかかる偏波変換器１は、図２（ａ）に示す単位セル２を縦横に多数配列した構造と等価となる。そこで、図２（ａ）に示す単位セル２を説明すると、誘電体基板１２の表面のほぼ中央に、幅がｗで長さｌで厚さｔの第１ワイヤー１０ａが形成され、誘電体基板１２の裏面のほぼ中央に、幅がｗで長さｌで厚さｔの第２ワイヤー１１ａが第１ワイヤー１０ａに重なるように形成されて構成されている。誘電体基板１２は、幅が（ｗ＋ｓ）、長さが（ｌ＋ｇ）で単位化され、厚さｄとされている。これにより、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１０ｂの長辺と、誘電体基板１２の長辺との間隔は約ｓ／２、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１０ｂの短辺と、誘電体基板１２の短辺との間隔は約ｇ／２となる。第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａとは、誘電体基板１２上に厚さｔで形成した金属膜を、エッチング加工すること等により形成することができる。本発明にかかる偏波変換器１は、上記説明した単位セル２がｘ方向に周期（ｗ＋ｓ）で配置されると共に、ｙ方向に周期（ｌ＋ｇ）で配置されることにより等価的に構成されている。なお、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａを形成する金属材料としては、金、銀、銅、アルミニウム等の抵抗損の少ない金属材料が用いられる。また、誘電体基板１２は、例えばシクロオレフィンポリマーフィルムとされ、低損失の誘電体フィルムを用いるのが好適とされる。

第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａの長軸がｙ方向になるように、単位セル２をｘ−ｙ平面に配置し、その周囲を図２（ａ）に示すように周期境界壁１４で囲み、ｙ方向から約４５°回転した方向に偏波されたテラヘルツ波帯の直線偏波を入射させる。直線偏波は、単位セル２の下面から入射され、その電界成分Ｅがｙ方向から約４５°回転した方向となり、その磁界成分Ｈがｘ方向から約４５°回転した方向となって、進行方向ｋはｚ方向となる。約４５°回転して入射された直線偏波は、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａの長軸に平行な第１成分と、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａの長軸に直交する第２成分との互いに直交する２つの直線偏波成分に分けることができる。単位セル２における誘電体基板１２の表面に形成されている第１ワイヤー１０ａに第１成分により誘起される誘起電流は、第１ワイヤー１０ａの長軸（ｙ方向）に平行な直線偏波を誘電体基板１２の下面と上面の両側に対称に放射する。また、誘電体基板１２の裏面に形成されている第２ワイヤー１１ａに第１成分により誘起される誘起電流も、第２ワイヤー１１ａの長軸に平行な直線偏波を誘電体基板１２の下面と上面の両側に対称に放射する。そして、第１ワイヤー１０ａから下方への放射の位相に対して、第２ワイヤー１１ａから下方への放射の位相を１８０°異なるように、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａとの間隔ｄ（誘電体基板１２の厚さ）を設定する。これにより、ｚ方向から入射する入射源方向への放射波は相殺されて無反射となる。そして、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａとからの上方への放射波はほぼ同相とされて重畳されると共に、その位相が回転するようになる。一方、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａの長軸に直交する（ｘ方向）第２成分は、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａにほとんど電流を誘起しないため、反射や散乱をされることなく通過する。第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａの長軸に平行な偏波の透過位相と、直交する偏波の透過位相とが９０°ずれるよう設計することにより、入射された約４５°回転した方向の直線偏波は位相差が約９０°とされた直交する２つの直線偏波成分となり、両成分により円偏波が生成されるようになる。従って、単位セル２を縦横に多数配列した構造の本発明にかかる偏波変換器１は、直線偏波を円偏波に変換する偏波変換器として機能する。なお、本発明にかかる偏波変換器１は可逆性であることから、円偏波を偏波変換器１に入射すると直線偏波に変換されて出射されるようになる。

単位セル２の寸法の一例を図２（ｂ）に示す。この場合、単位セル２で構成される本発明にかかる偏波変換器１の設計周波数を第１の設計周波数である０．４ＴＨｚとしている。単位セル２において、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａの幅ｗは約５０μｍ、長さｌは約２２５μｍ、厚さｔは約０．５μｍ、間隔ｓは約９０μｍで間隔ｇは約９５μｍとされて第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａがｘ方向に配置される周期は約１４０μｍ、ｙ方向に配置される周期は約３２０μｍ、誘電体基板１２の厚さｄは約５０μｍとされる。なお、誘電体基板１２の比誘電率εｒは約２．３４１としている。本発明にかかる偏波変換器１においては、単位セル２の各部の寸法を調整することにより、０．４ＴＨｚのテラヘルツ波帯において実用の範囲の寸法とすることができるようになった。また、第１ワイヤー１０ａおよび第２ワイヤー１１ａの長さｌは、設計周波数帯域においてほぼ共振する長さ（電気長）とされている。

本発明にかかる偏波変換器１を構成している図２（ａ）に示す単位セル２の楕円率および透過電力に関連するパラメータの解析結果を図３ないし図１０に示す。なお、解析においては、単位セル２の寸法を図２（ｂ）に示す設計周波数を０．４ＴＨｚとした寸法とすると共に、図２（ａ）に示すように出射される透過波を検出するプローブ１３を、単位セル２の面から約１．０ｍｍ離隔して配置している。また、解析結果における楕円率は、プローブ１３で検出した円偏波の楕円率であり、回転角はプローブ１３で検出した前述した第２成分に対する第１成分の回転角度であり、透過電力はプローブ１３で検出した出射される透過波の電力である。
図３は、設計周波数を０．４ＴＨｚとした単位セル２の楕円率（Ellipticity）と回転角（Rotation angle）の０〜０．８ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図３を参照すると、楕円率（Ellipticity）は、緩やかに低下していき約０．３ＴＨｚで約−０．２５となるが、約０．３ＴＨｚを超えると急激に低下して約０．４ＴＨｚにおいて約−０．９５に達し、約０．４ＴＨｚを超えると急激に上昇して約０．４２ＴＨｚにおいて約０となり、その後は０〜約０．２の間で変化する。回転角（Rotation angle）は、約０．３５ＴＨｚまでは約＋３５°から約＋４５°の範囲で変化しているが、約０．３５ＴＨｚを超えると急激に変化して約０．４ＴＨｚにおいて約＋９０°に達した後、反転して約−７０°となる。その後、急激に上昇して約０．５ＴＨｚにおいて約＋１５°となり、その後は＋１０°〜＋１５°の範囲で変化する。

図４は、設計周波数を０．４ＴＨｚとした単位セル２の透過電力（Transmission power）の０〜０．８ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図４を参照すると、透過電力［％］は、約１００％から低下して約０．３ＴＨｚにおいて約７５％となり、約０．３ＴＨｚを超えると急に上昇して約０．４ＴＨｚにおいて約９１．３％に達し、約０．４ＴＨｚを超えると急激に下降して約０．４２ＴＨｚにおいて約４１％となり、その後は約４１％〜約４２％の間で変化する。
このように、単位セル２は、設計周波数０．４ＴＨｚにおいて良好な偏波変換特性が得られることが分かる。

図５は、設計周波数を０．４ＴＨｚとした単位セル２の楕円率（Ellipticity）と回転角（Rotation angle）の０〜２．０ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図５を参照すると、楕円率（Ellipticity）は、周波数が高くなるにつれて上昇下降を繰り返しているが、設計周波数の０．４ＴＨｚの前後において良好な楕円率を呈している。また、回転角（Rotation angle）も、周波数が高くなるにつれて上昇下降を繰り返しているが、設計周波数の０．４ＴＨｚの前後において良好な回転角を呈している。
図６は、設計周波数を０．４ＴＨｚとした単位セル２の透過電力（Transmission power）の０〜２．０ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図６を参照すると、透過電力［％］は、周波数が高くなるにつれて上昇下降を繰り返しているが、設計周波数の０．４ＴＨｚの前後において良好な透過電力が得られている。
このように、単位セル２は、設計周波数０．４ＴＨｚにおいて良好な偏波変換特性が得られることが分かる。

図７は、設計周波数を０．４ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした楕円率（Ellipticity）の等高線図である。図７を参照すると、間隔ｓが５０μｍで長さｌが約２１２μｍの点と、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約２２３μｍの点とを結ぶ線と、間隔ｓが５０μｍで長さｌが約２１９μｍの点と、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約２２６μｍの点とを結ぶ線との間の範囲で約０．７５以上の楕円率が得られており、間隔ｓが約９０μｍ、長さｌが約２２５μｍの×マークにおいて約−０．９５の楕円率が得られている。
図８は、設計周波数を０．４ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした透過電力（Transmission power）の等高線図である。図８を参照すると、間隔ｓが５０μｍで長さｌが約２０７μｍの点と、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約２１６μｍの点とを結ぶ線と、間隔ｓが５０μｍで長さｌが約２１５μｍの点と、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約２２６μｍの点とを結ぶ線との間の範囲で約９０％以上の透過電力が得られており、間隔ｓが約９０μｍ、長さｌが約２２５μｍの×マークにおいて約９１．３％の透過電力が得られている。

図９は、設計周波数を０．４ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を幅ｗとし縦軸を間隔ｇとした楕円率（Ellipticity）の等高線図である。図９を参照すると、幅ｗが３９μｍで間隔ｇが約６０μｍの点と、幅ｗが５５μｍで間隔ｇが８５μｍの点とを結ぶ線と、幅ｗが３５μｍで間隔ｇが約７２μｍの点と、幅ｗが４７μｍで間隔ｇが１００μｍの点とを結ぶ線との間の範囲で約０．９以上の楕円率が得られており、幅ｗが５０μｍで間隔ｇが９５μｍの×マークにおいて約−０．９５の楕円率が得られている。
図１０は、設計周波数を０．４ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を幅ｗとし縦軸を間隔ｇとした透過電力（Transmission power）の等高線図である。図１０を参照すると、幅ｗが約４７μｍで間隔ｇが約６０μｍの点と、幅ｗが約５４μｍで間隔ｇが約１００μｍの点とを結ぶ線より幅ｗが小さくされる範囲であって、間隔ｇが約６０μｍ〜約１００μｍの範囲で約９０％以上の透過電力が得られており、幅ｗが５０μｍで間隔ｇが９５μｍの×マークにおいて約９１．３％の透過電力が得られている。

単位セル２で構成される本発明にかかる偏波変換器１の設計周波数を第２の設計周波数である０．３ＴＨｚとした時の、単位セル２の寸法の例を図１１に示す。単位セル２のこの寸法では、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａの幅ｗは約７０μｍ、長さｌは約３１０μｍ、厚さｔは約０．５μｍ、間隔ｓは約１２０μｍで間隔ｇは約１２０μｍとされて第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａがｘ方向に配置される周期は約１９０μｍ、ｙ方向に配置される周期は約４３０μｍ、誘電体基板１２の厚さｄは約５０μｍとされる。なお、誘電体基板１２の比誘電率は約２．３４１としている。本発明にかかる偏波変換器１においては、単位セル２の各部の寸法を調整することにより、０．３ＴＨｚのテラヘルツ波帯においても実用の範囲の寸法とすることができるようになった。また、第１ワイヤー１０ａおよび第２ワイヤー１１ａの長さｌは、設計周波数帯域においてほぼ共振する長さとされている。

単位セル２の寸法を図１１に示す設計周波数を０．３ＴＨｚとした寸法とした時の、本発明にかかる偏波変換器１を構成している図２（ａ）に示す単位セル２の楕円率および透過電力に関連するパラメータの解析結果を図１２ないし図１９に示す。なお、解析においては、図２（ａ）に示すように出射される透過波を検出するプローブ１３を、単位セル２の面から約１．０ｍｍ離隔して配置している。また、解析結果における楕円率は、プローブ１３で検出した円偏波の楕円率であり、回転角はプローブ１３で検出した前述した第２成分に対する第１成分の回転角度であり、透過電力はプローブ１３で検出した出射される透過波の電力である。
図１２は、設計周波数を０．３ＴＨｚとした単位セル２の楕円率（Ellipticity）と回転角（Rotation angle）の０〜０．６ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図１２を参照すると、楕円率（Ellipticity）は、緩やかに低下していき約０．２５ＴＨｚで約−０．３となるが、約０．２５ＴＨｚを超えると急激に低下して約０．３ＴＨｚにおいて約−０．９５に達し、約０．３ＴＨｚを超えると急激に上昇して約０．３１ＴＨｚにおいて約０となり、その後は０〜約０．１の間で変化する。回転角（Rotation angle）は、約０．２５ＴＨｚまでは約＋４０°から約＋４５°の範囲で変化していたが、約０．２５ＴＨｚを超えると急激に変化して約０．３ＴＨｚにおいて約＋６０°に達した後、反転して約−７０°となる。その後、急激に上昇して約０．３５ＴＨｚにおいて約＋１５°となり、その後は＋５°〜＋１５°の範囲で変化する。

図１３は、設計周波数を０．３ＴＨｚとした単位セル２の透過電力（Transmission power）の０〜０．６ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図１３を参照すると、透過電力［％］は、約１００％から低下して約０．２５ＴＨｚにおいて約７５％となり、約０．２５ＴＨｚを超えると急に上昇して約０．３ＴＨｚにおいて約９４．１％に達し、約０．３ＴＨｚを超えると急激に下降して約０．３２ＴＨｚにおいて約４３％となり、その後は約４０％〜約５０％の間で変化する。
このように、単位セル２は、設計周波数０．３ＴＨｚにおいて良好な偏波変換特性が得られることが分かる。

図１４は、設計周波数を０．３ＴＨｚとした単位セル２の楕円率（Ellipticity）と回転角（Rotation angle）の０〜２．０ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図１４を参照すると、楕円率（Ellipticity）は、周波数が高くなるにつれて上昇下降を繰り返しているが、設計周波数の０．３ＴＨｚの前後において良好な楕円率を呈している。また、回転角（Rotation angle）も、周波数が高くなるにつれて上昇下降を繰り返しているが、設計周波数の０．３ＴＨｚの前後において良好な回転角を呈している。
図１５は、設計周波数を０．３ＴＨｚとした単位セル２の透過電力（Transmission power）の０〜２．０ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図１５を参照すると、透過電力［％］は、周波数が高くなるにつれて上昇下降を繰り返しているが、設計周波数の０．３ＴＨｚの前後において良好な透過電力が得られている。
このように、単位セル２は、設計周波数０．３ＴＨｚにおいて良好な偏波変換特性が得られることが分かる。

図１６は、設計周波数を０．３ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした楕円率（Ellipticity）の等高線図である。間隔ｓは、ｘ方向に周期（ｗ＋ｓ）で配列する単位セル２における周期（ｗ＋ｓ）に対する第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａの幅ｗの大きさを示すパラメータである。図１６を参照すると、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約３０５μｍの点と、間隔ｓが１５０μｍで長さｌが約３０８μｍの点とを結ぶ線と、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約３１１μｍの点と、間隔ｓが１５０μｍで長さｌが約３１２μｍの点とを結ぶ線との間の範囲で約０．７５以上の楕円率が得られており、間隔ｓが約１２０μｍ、長さｌが約３１０μｍの×マークにおいて約−０．９５の楕円率が得られている。
図１７は、設計周波数を０．３ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした透過電力（Transmission power）の等高線図である。図１７を参照すると、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約２９７μｍの点と、間隔ｓが１５０μｍで長さｌが約３０２μｍの点とを結ぶ線と、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約３０９μｍの点と、間隔ｓが１５０μｍで長さｌが約３１１μｍの点とを結ぶ線との間の範囲で約９０％以上の透過電力が得られており、間隔ｓが約１２０μｍ、長さｌが約３１０μｍの×マークにおいて約９４．１％の透過電力が得られている。

図１８は、設計周波数を０．３ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を幅ｗとし縦軸を間隔ｇとした楕円率（Ellipticity）の等高線図である。図１８を参照すると、幅ｗが５７μｍで間隔ｇが約１００μｍの点と、幅ｗが６９μｍで間隔ｇが１５０μｍの点とを結ぶ線と、幅ｗが７０μｍで間隔ｇが約１００μｍの点と、幅ｗが８５μｍで間隔ｇが１５０μｍの点とを結ぶ線との間の範囲で約０．９以上の楕円率が得られており、幅ｗが７０μｍで間隔ｇが１２０μｍの×マークにおいて約−０．９５の楕円率が得られている。
図１９は、設計周波数を０．３ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を幅ｗとし縦軸を間隔ｇとした透過電力（Transmission power）の等高線図である。図１９を参照すると、幅ｗが約７８μｍで間隔ｇが約１００μｍの点と、幅ｗが約８１μｍで間隔ｇが約１５０μｍの点とを結ぶ線より幅ｗが小さくされる範囲であって、間隔ｇが約１００μｍ〜約１５０μｍの範囲で約９０％以上の透過電力が得られており、幅ｗが７０μｍで間隔ｇが１２０μｍの×マークにおいて約９４．１％の透過電力が得られている。

単位セル２で構成される本発明にかかる偏波変換器１の設計周波数を第３の設計周波数である０．５ＴＨｚとした時の、単位セル２の寸法の例を図２０に示す。単位セル２のこの寸法では、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａの幅ｗは約７０μｍ、長さｌは約１７０μｍ、厚さｔは約０．５μｍ、間隔ｓは約５０μｍで間隔ｇは約１２０μｍとされて第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａがｘ方向に配置される周期は約１２０μｍ、ｙ方向に配置される周期は約２９０μｍ、誘電体基板１２の厚さｄは約５０μｍとされる。なお、誘電体基板１２の比誘電率は約２．３４１としている。本発明にかかる偏波変換器１においては、単位セル２の各部の寸法を調整することにより、０．５ＴＨｚのテラヘルツ波帯においても実用の範囲の寸法とすることができるようになった。また、第１ワイヤー１０ａおよび第２ワイヤー１１ａの長さｌは、設計周波数帯域においてほぼ共振する長さとされている。

単位セル２の寸法を図２０に示す設計周波数を０．５ＴＨｚとした寸法とした時の、本発明にかかる偏波変換器１を構成している図２（ａ）に示す単位セル２の楕円率および透過電力に関連するパラメータの解析結果を図２１ないし図２４に示す。なお、解析においては、図２（ａ）に示すように出射される透過波を検出するプローブ１３を、単位セル２の面から約１．０ｍｍ離隔して配置している。また、解析結果における楕円率は、プローブ１３で検出した円偏波の楕円率であり、回転角はプローブ１３で検出した前述した第２成分に対する第１成分の回転角度であり、透過電力はプローブ１３で検出した出射される透過波の電力である。
図２１は、設計周波数を０．５ＴＨｚとした単位セル２の楕円率（Ellipticity）と回転角（Rotation angle）の０．１〜０．８ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図２１を参照すると、楕円率（Ellipticity）は、緩やかに低下していき約０．４ＴＨｚで約−０．２５となるが、約０．４ＴＨｚを超えると急激に低下して約０．５ＴＨｚにおいて約−０．９８に達し、約０．５ＴＨｚを超えると急激に上昇して約０．５９ＴＨｚにおいて約０となり、その後は０〜約０．１の間で変化する。回転角（Rotation angle）は、約０．４ＴＨｚまでは約＋４０°から約＋４５°の範囲で変化していたが、約０．４ＴＨｚを超えると急激に変化して約０．５ＴＨｚにおいて約＋９０°に達した後、反転して約−６０°となる。その後、急激に上昇して約０．６ＴＨｚにおいて約０°となり、その後は緩やかに約＋１５°まで上昇する。

図２２は、設計周波数を０．５ＴＨｚとした単位セル２の透過電力（Transmission power）の０．１〜０．８ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図２２を参照すると、透過電力［％］は、約９５％から低下して約０．３７ＴＨｚにおいて約７５％となり、約０．３７ＴＨｚを超えると急に上昇して約０．５ＴＨｚにおいて約８２％に達し、約０．５ＴＨｚを超えると急激に下降して約０．５６ＴＨｚにおいて約４０％となり、その後は約４０％〜約４５％の間で変化する。
このように、単位セル２は、設計周波数０．５ＴＨｚにおいて良好な偏波変換特性が得られることが分かる。

図２３は、設計周波数を０．５ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした楕円率（Ellipticity）の等高線図である。図２３を参照すると、間隔ｓが１０μｍで長さｌが約１５５μｍの点と、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約１７０μｍの点とを結ぶ線と、間隔ｓが１０μｍで長さｌが約１７０μｍの点と、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約１８５μｍの点とを結ぶ線との間の範囲で約０．６以上の楕円率が得られており、間隔ｓが約５０μｍ、長さｌが約１７０μｍの×マークにおいて約−０．９８の楕円率が得られている。
図２４は、設計周波数を０．５ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした透過電力（Transmission power）の等高線図である。図２４を参照すると、間隔ｓが１０μｍで長さｌが約１４０μｍの点と、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約１５４μｍの点とを結ぶ線より長さｌが短くされる範囲であって、間隔ｓが約２０μｍ〜約１００μｍの範囲で約７５％以上の透過電力が得られており、間隔ｓが約５０μｍ、長さｌが約１７０μｍの×マークにおいて約８２．０％の透過電力が得られている。

単位セル２で構成される本発明にかかる偏波変換器１の設計周波数を第４の設計周波数である０．６ＴＨｚとした時の、単位セル２の寸法の例を図２５に示す。単位セル２のこの寸法では、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａの幅ｗは約７０μｍ、長さｌは約１４０μｍ、厚さｔは約０．５μｍ、間隔ｓは約５５μｍで間隔ｇは約１２０μｍとされて第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａがｘ方向に配置される周期は約１２５μｍ、ｙ方向に配置される周期は約２６０μｍ、誘電体基板１２の厚さｄは約５０μｍとされる。なお、誘電体基板１２の比誘電率は約２．３４１としている。本発明にかかる偏波変換器１においては、単位セル２の各部の寸法を調整することにより、０．６ＴＨｚのテラヘルツ波帯においても実用の範囲の寸法とすることができるようになった。また、第１ワイヤー１０ａおよび第２ワイヤー１１ａの長さｌは、設計周波数帯域においてほぼ共振する長さとされている。

単位セル２の寸法を図２５に示す設計周波数を０．６ＴＨｚとした寸法とした時の、本発明にかかる偏波変換器１を構成している図２（ａ）に示す単位セル２の楕円率および透過電力に関連するパラメータの解析結果を図２６ないし図２９に示す。なお、解析においては、図２（ａ）に示すように出射される透過波を検出するプローブ１３を、単位セル２の面から約１．０ｍｍ離隔して配置している。また、解析結果における楕円率は、プローブ１３で検出した円偏波の楕円率であり、回転角はプローブ１３で検出した前述した第２成分に対する第１成分の回転角度であり、透過電力はプローブ１３で検出した出射される透過波の電力である。
図２６は、設計周波数を０．６ＴＨｚとした単位セル２の楕円率（Ellipticity）と回転角（Rotation angle）の０．１〜０．８ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図２６を参照すると、楕円率（Ellipticity）は、緩やかに低下していき約０．５ＴＨｚで約−０．２５となるが、約０．５ＴＨｚを超えると急激に低下して約０．６ＴＨｚにおいて約−０．９４に達し、約０．６ＴＨｚを超えると急激に上昇して約０．６９ＴＨｚにおいて約０となり、その後は０〜約０．２の間で変化する。回転角（Rotation angle）は、約０．５ＴＨｚまでは約＋４０°から約＋４５°の範囲で変化していたが、約０．５ＴＨｚを超えると上昇して約０．６ＴＨｚにおいて約＋５５°に達した後、反転して約−２０°となる。その後、上昇して約０．８ＴＨｚにおいて約＋１５°となる。

図２７は、設計周波数を０．６ＴＨｚとした単位セル２の透過電力（Transmission power）の０．１〜０．８ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図２７を参照すると、透過電力［％］は、約９７％から低下して約０．４ＴＨｚにおいて約７８％となり、約０．４ＴＨｚを超えると上昇して約０．６ＴＨｚにおいて約７８．２％に達し、約０．６ＴＨｚを超えると急激に下降して約０．６８ＴＨｚにおいて約４０％となり、その後は約４０％〜約４３％の間で変化する。
このように、単位セル２は、設計周波数０．６ＴＨｚにおいて良好な偏波変換特性が得られることが分かる。

図２８は、設計周波数を０．６ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした楕円率（Ellipticity）の等高線図である。図２８を参照すると、間隔ｓが５２μｍで長さｌが約１４０μｍの点をほぼ中心として、間隔ｓが約４０μｍ〜約７２μｍで長さｌが約１３５μｍ〜約１４３μｍの範囲で約０．７５以上の楕円率が得られており、間隔ｓが約５５μｍ、長さｌが約１４０μｍの×マークにおいて約−０．９４の楕円率が得られている。
図２９は、設計周波数を０．６ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした透過電力（Transmission power）の等高線図である。図２９を参照すると、間隔ｓが１０μｍで長さｌが約１２９μｍの点と、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約１４５μｍの点とを結ぶ線より長さｌが短くされる範囲であって、間隔ｓが約１０μｍ〜約９５μｍの範囲で約７５％以上の透過電力が得られており、間隔ｓが約５５μｍ、長さｌが約１４０μｍの×マークにおいて約７８．２％の透過電力が得られている。

単位セル２で構成される本発明にかかる偏波変換器１の設計周波数を第５の設計周波数である０．７ＴＨｚとした時の、単位セル２の寸法の例を図３０に示す。単位セル２のこの寸法では、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａの幅ｗは約７０μｍ、長さｌは約１２０μｍ、厚さｔは約０．５μｍ、間隔ｓは約７０μｍで間隔ｇは約１２０μｍとされて第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａがｘ方向に配置される周期は約１４０μｍ、ｙ方向に配置される周期は約２４０μｍ、誘電体基板１２の厚さｄは約５０μｍとされる。なお、誘電体基板１２の比誘電率は約２．３４１としている。本発明にかかる偏波変換器１においては、単位セル２の各部の寸法を調整することにより、０．７ＴＨｚのテラヘルツ波帯においても実用の範囲の寸法とすることができるようになった。また、第１ワイヤー１０ａおよび第２ワイヤー１１ａの長さｌは、設計周波数帯域においてほぼ共振する長さとされている。

単位セル２の寸法を図３０に示す設計周波数を０．７ＴＨｚとした寸法とした時の、本発明にかかる偏波変換器１を構成している図２（ａ）に示す単位セル２の楕円率および透過電力に関連するパラメータの解析結果を図３１ないし図３４に示す。なお、解析においては、図２（ａ）に示すように出射される透過波を検出するプローブ１３を、単位セル２の面から約１．０ｍｍ離隔して配置している。また、解析結果における楕円率は、プローブ１３で検出した円偏波の楕円率であり、回転角はプローブ１３で検出した前述した第２成分に対する第１成分の回転角度であり、透過電力はプローブ１３で検出した出射される透過波の電力である。
図３１は、設計周波数を０．７ＴＨｚとした単位セル２の楕円率（Ellipticity）と回転角（Rotation angle）の０．３〜１．０ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図３１を参照すると、楕円率（Ellipticity）は、緩やかに低下していき約０．６ＴＨｚで約−０．２６となるが、約０．６ＴＨｚを超えると急激に低下して約０．７ＴＨｚにおいて約−０．９０に達し、約０．７ＴＨｚを超えると急激に上昇して約０．７９ＴＨｚにおいて約０となり、その後は０〜約０．３の間で変化する。回転角（Rotation angle）は、約０．６ＴＨｚまでは約＋４２°から約＋４５°の範囲で変化していたが、約０．６ＴＨｚを超えると上昇して約０．７ＴＨｚにおいて約＋５０°に達した後、反転して約−１５°となる。その後、上昇して約１．０ＴＨｚにおいて約＋１５°となる。

図３２は、設計周波数を０．７ＴＨｚとした単位セル２の透過電力（Transmission power）の０．３〜１．０ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図３２を参照すると、透過電力［％］は、約８６％から低下して約０．５ＴＨｚにおいて約７８％となり、約０．５ＴＨｚを超えると上昇して約０．７ＴＨｚにおいて約７４．４％に達し、約０．７ＴＨｚを超えると急激に下降して約０．７８ＴＨｚにおいて約４１％となり、その後は約４１％〜約４６％の間で変化する。
このように、単位セル２は、設計周波数０．７ＴＨｚにおいて良好な偏波変換特性が得られることが分かる。

図３３は、設計周波数を０．７ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした楕円率（Ellipticity）の等高線図である。図３３を参照すると、間隔ｓが７５μｍで長さｌが約１２０μｍの点をほぼ中心として、間隔ｓが約５２μｍ〜約９６μｍで長さｌが約１１５μｍ〜約１２５μｍの範囲で約０．８以上の楕円率が得られており、間隔ｓが約７０μｍ、長さｌが約１２０μｍの×マークにおいて約−０．９０の楕円率が得られている。
図３４は、設計周波数を０．７ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした透過電力（Transmission power）の等高線図である。図３４を参照すると、間隔ｓが１０μｍで長さｌが約１０７μｍの点と、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約１２０μｍの点とを結ぶ線より長さｌが短くされる範囲であって、間隔ｓが約１０μｍ〜約１００μｍの範囲で約７５％以上の透過電力が得られており、間隔ｓが約７０μｍ、長さｌが約１２０μｍの×マークにおいて約７４．４％の透過電力が得られている。

単位セル２で構成される本発明にかかる偏波変換器１の設計周波数を第６の設計周波数である０．８ＴＨｚとした時の、単位セル２の寸法の例を図３５に示す。単位セル２のこの寸法では、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａの幅ｗは約７０μｍ、長さｌは約１００μｍ、厚さｔは約０．５μｍ、間隔ｓは約４５μｍで間隔ｇは約１２０μｍとされて第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａがｘ方向に配置される周期は約１１５μｍ、ｙ方向に配置される周期は約２２０μｍ、誘電体基板１２の厚さｄは約５０μｍとされる。なお、誘電体基板１２の比誘電率は約２．３４１としている。本発明にかかる偏波変換器１においては、単位セル２の各部の寸法を調整することにより、０．８ＴＨｚのテラヘルツ波帯においても実用の範囲の寸法とすることができるようになった。また、第１ワイヤー１０ａおよび第２ワイヤー１１ａの長さｌは、設計周波数帯域においてほぼ共振する長さとされている。

単位セル２の寸法を図３５に示す設計周波数を０．８ＴＨｚとした寸法とした時の、本発明にかかる偏波変換器１を構成している図２（ａ）に示す単位セル２の楕円率および透過電力に関連するパラメータの解析結果を図３６ないし図３９に示す。なお、解析においては、図２（ａ）に示すように出射される透過波を検出するプローブ１３を、単位セル２の面から約１．０ｍｍ離隔して配置している。また、解析結果における楕円率は、プローブ１３で検出した円偏波の楕円率であり、回転角はプローブ１３で検出した前述した第２成分に対する第１成分の回転角度であり、透過電力はプローブ１３で検出した出射される透過波の電力である。
図３６は、設計周波数を０．８ＴＨｚとした単位セル２の楕円率（Ellipticity）と回転角（Rotation angle）の０．３〜１．０ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図３６を参照すると、楕円率（Ellipticity）は、緩やかに低下していき約０．７ＴＨｚで約−０．２６となるが、約０．７ＴＨｚを超えると急激に低下して約０．８ＴＨｚにおいて約−０．７８に達し、約０．８ＴＨｚを超えると急激に上昇して約０．９４ＴＨｚにおいて約０となり、その後は０〜約０．２の間で変化する。回転角（Rotation angle）は、約０．７ＴＨｚまでは約＋４３°から約＋４５°の範囲で変化していたが、約０．７ＴＨｚを超えると若干上昇して約０．７５ＴＨｚにおいて約＋５０°に達した後、反転して約０．８５ＴＨｚにおいて約−１０°となる。その後、上昇して約１．０ＴＨｚにおいて約＋５°となる。

図３７は、設計周波数を０．８ＴＨｚとした単位セル２の透過電力（Transmission power）の０．３〜１．０ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図３７を参照すると、透過電力［％］は、約８６％から低下して約０．５３ＴＨｚにおいて約７８％となり、約０．５３ＴＨｚを超えると上昇して約０．７５ＴＨｚにおいて約９０％に達し、約０．７５ＴＨｚを超えると下降して約０．８ＴＨｚにおいて約７１．２％となり、その後は急激に下降して約０．９１ＴＨｚにおいて約４２％となる。１．０ＴＨｚに向かって約４２％から約４９％に上昇する。
このように、単位セル２は、設計周波数０．８ＴＨｚにおいて良好な偏波変換特性が得られることが分かる。

図３８は、設計周波数を０．８ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした楕円率（Ellipticity）の等高線図である。図３８を参照すると、間隔ｓが４５μｍで長さｌが約１００μｍの点をほぼ中心として、間隔ｓが約２０μｍ〜約８０μｍで長さｌが約９５μｍ〜約１０５μｍの範囲で約０．６以上の楕円率が得られており、間隔ｓが約４５μｍ、長さｌが約１００μｍの×マークにおいて約−０．７８の楕円率が得られている。
図３９は、設計周波数を０．８ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした透過電力（Transmission power）の等高線図である。図３９を参照すると、間隔ｓが１０μｍで長さｌが約９３μｍの点と、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約１０３μｍの点とを結ぶ線より長さｌが短くされる範囲であって、間隔ｓが約１０μｍ〜約１００μｍの範囲で約７５％以上の透過電力が得られており、間隔ｓが約４５μｍ、長さｌが約１００μｍの×マークにおいて約７１．２％の透過電力が得られている。

単位セル２で構成される本発明にかかる偏波変換器１の設計周波数を第７の設計周波数である０．９ＴＨｚとした時の、単位セル２の寸法の例を図４０に示す。単位セル２のこの寸法では、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａの幅ｗは約７０μｍ、長さｌは約９０μｍ、厚さｔは約０．５μｍ、間隔ｓは約７５μｍで間隔ｇは約１２０μｍとされて第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａがｘ方向に配置される周期は約１４５μｍ、ｙ方向に配置される周期は約２１０μｍ、誘電体基板１２の厚さｄは約５０μｍとされる。なお、誘電体基板１２の比誘電率は約２．３４１としている。本発明にかかる偏波変換器１においては、単位セル２の各部の寸法を調整することにより、０．９ＴＨｚのテラヘルツ波帯においても実用の範囲の寸法とすることができるようになった。また、第１ワイヤー１０ａおよび第２ワイヤー１１ａの長さｌは、設計周波数帯域においてほぼ共振する長さとされている。

単位セル２の寸法を図４０に示す設計周波数を０．９ＴＨｚとした寸法とした時の、本発明にかかる偏波変換器１を構成している図２（ａ）に示す単位セル２の楕円率および透過電力に関連するパラメータの解析結果を図４１ないし図４４に示す。なお、解析においては、図２（ａ）に示すように出射される透過波を検出するプローブ１３を、単位セル２の面から約１．０ｍｍ離隔して配置している。また、解析結果における楕円率は、プローブ１３で検出した円偏波の楕円率であり、回転角はプローブ１３で検出した前述した第２成分に対する第１成分の回転角度であり、透過電力はプローブ１３で検出した出射される透過波の電力である。
図４１は、設計周波数を０．９ＴＨｚとした単位セル２の楕円率（Ellipticity）と回転角（Rotation angle）の０．５〜１．２ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図４１を参照すると、楕円率（Ellipticity）は、緩やかに低下していき約０．８ＴＨｚで約−０．３となるが、約０．８ＴＨｚを超えると急激に低下して約０．９ＴＨｚにおいて約−０．７３に達し、約０．９ＴＨｚを超えると急激に上昇して約１．０ＴＨｚにおいて約０となり、その後は０〜約＋０．２５の間で変化する。回転角（Rotation angle）は、約０．７ＴＨｚまでは約＋４３°から約＋４５°の範囲で変化していたが、約０．７ＴＨｚを超えると若干上昇して約０．８２ＴＨｚにおいて約＋４８°に達した後、反転して約０．９５ＴＨｚにおいて約−５°となる。その後、上昇して約１．２ＴＨｚにおいて約＋１０°となる。

図４２は、設計周波数を０．９ＴＨｚとした単位セル２の透過電力（Transmission power）の０．５〜１．２ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図４２を参照すると、透過電力［％］は、約８１％から若干変化して約０．７ＴＨｚにおいて約８２％となり、約０．７ＴＨｚを超えると上昇して約０．８３ＴＨｚにおいて約９０％に達し、約０．８３ＴＨｚを超えると急速に下降して約１．０ＴＨｚにおいて約４８％となる。１．２ＴＨｚに向かって約４８％から約５７％に上昇する。
このように、単位セル２は、設計周波数０．９ＴＨｚにおいて良好な偏波変換特性が得られることが分かる。

図４３は、設計周波数を０．９ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした楕円率（Ellipticity）の等高線図である。図４３を参照すると、間隔ｓが７５μｍで長さｌが約９０μｍの点をほぼ中心として、間隔ｓが約４０μｍ〜約１００μｍで長さｌが約８５μｍ〜約９５μｍの範囲で約０．６以上の楕円率が得られており、間隔ｓが約７５μｍ、長さｌが約９０μｍの×マークにおいて約−０．７３の楕円率が得られている。なお、ハッチングを施した範囲ではWood's anomaly現象（入射光の波長、あるいは入射角のわずかな変化に対し、場が劇的に変化する現象）が起きているため、その範囲の特性は正確ではない。
図４４は、設計周波数を０．９ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした透過電力（Transmission power）の等高線図である。図４４を参照すると、間隔ｓが１０μｍで長さｌが約８９μｍの点と、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約９５μｍの点とを結ぶ線より長さｌが短くなる範囲であって、間隔ｓが約１０μｍ〜約１００μｍの範囲で約６０％以上の透過電力が得られており、間隔ｓが約７５μｍ、長さｌが約９０μｍの×マークにおいて約７１．８％の透過電力が得られている。なお、ハッチングを施した範囲ではWood's anomaly現象が起きているため、その範囲の特性は正確ではない。

単位セル２で構成される本発明にかかる偏波変換器１の設計周波数を第８の設計周波数である１．０ＴＨｚとした時の、単位セル２の寸法の例を図４５に示す。単位セル２のこの寸法では、第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａの幅ｗは約７０μｍ、長さｌは約８０μｍ、厚さｔは約０．５μｍ、間隔ｓは約９０μｍで間隔ｇは約１２０μｍとされて第１ワイヤー１０ａと第２ワイヤー１１ａがｘ方向に配置される周期は約１６０μｍ、ｙ方向に配置される周期は約２００μｍ、誘電体基板１２の厚さｄは約５０μｍとされる。なお、誘電体基板１２の比誘電率は約２．３４１としている。本発明にかかる偏波変換器１においては、単位セル２の各部の寸法を調整することにより、１．０ＴＨｚのテラヘルツ波帯においても実用の範囲の寸法とすることができるようになった。また、第１ワイヤー１０ａおよび第２ワイヤー１１ａの長さｌは、設計周波数帯域においてほぼ共振する長さとされている。

単位セル２の寸法を図４５に示す設計周波数を１．０ＴＨｚとした寸法とした時の、本発明にかかる偏波変換器１を構成している図２（ａ）に示す単位セル２の楕円率および透過電力に関連するパラメータの解析結果を図４６ないし図４９に示す。なお、解析においては、図２（ａ）に示すように出射される透過波を検出するプローブ１３を、単位セル２の面から約１．０ｍｍ離隔して配置している。また、解析結果における楕円率は、プローブ１３で検出した円偏波の楕円率であり、回転角はプローブ１３で検出した前述した第２成分に対する第１成分の回転角度であり、透過電力はプローブ１３で検出した出射される透過波の電力である。
図４６は、設計周波数を１．０ＴＨｚとした単位セル２の楕円率（Ellipticity）と回転角（Rotation angle）の０．５〜１．２ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図４６を参照すると、楕円率（Ellipticity）は、緩やかに低下していき約０．８ＴＨｚで約−０．３となるが、約０．８ＴＨｚを超えると急速に低下して約１．０ＴＨｚにおいて約−０．６６に達し、約０．９ＴＨｚを超えると急激に上昇して約１．１２ＴＨｚにおいて約０となり、その後は０〜約＋０．２４の間で変化する。回転角（Rotation angle）は、約０．８ＴＨｚまでは約＋４３°から約＋４５°の範囲で変化していたが、約０．８ＴＨｚを超えると若干上昇して約０．９ＴＨｚにおいて約＋４５°に達した後、反転して約１．０６ＴＨｚにおいて約−５°となる。その後、上昇して約１．２ＴＨｚにおいて約＋５°となる。

図４７は、設計周波数を１．０ＴＨｚとした単位セル２の透過電力（Transmission power）の０．５〜１．２ＴＨｚの周波数特性を示す図である。図４７を参照すると、透過電力［％］は、約８２％から若干低下して約０．７５ＴＨｚにおいて約８０％となり、約０．７５ＴＨｚを超えると上昇して約０．９１ＴＨｚにおいて約９２％に達し、約０．９１ＴＨｚを超えると急速に下降して約１．１ＴＨｚにおいて約４８％となる。１．２ＴＨｚに向かって約４８％から約５２％に上昇する。
このように、単位セル２は、設計周波数１．０ＴＨｚにおいて良好な偏波変換特性が得られることが分かる。

図４８は、設計周波数を１．０ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした楕円率（Ellipticity）の等高線図である。図４８を参照すると、間隔ｓが１０μｍで長さｌが約７８μｍの点と、間隔ｓが１００μｍで長さｌが約８０μｍの点とを結ぶ線より長さｌが短くされる範囲であって、間隔ｓが約１０μｍ〜約１００μｍの範囲で約６０％以上の楕円率が得られており、間隔ｓが約９０μｍ、長さｌが約８０μｍの×マークにおいて約−０．６６の楕円率が得られている。なお、ハッチングを施した範囲ではWood's anomaly現象が起きているため、その範囲の特性は正確ではない。
図４９は、設計周波数を１．０ＴＨｚとした単位セル２における、横軸を間隔ｓとし縦軸を長さｌとした透過電力（Transmission power）の等高線図である。図４９を参照すると、間隔ｓが９０μｍで長さｌが約８０μｍの点をほぼ中心として、間隔ｓが約７０μｍ〜約１００μｍで長さｌが約７８μｍ〜約８３μｍの範囲で約０．６以上の透過電力が得られており、間隔ｓが約９０μｍ、長さｌが約８０μｍの×マークにおいて約７２．２％の透過電力が得られている。なお、ハッチングを施した範囲ではWood's anomaly現象が起きているため、その範囲の特性は正確ではない。

本発明の偏波変換器において、第１ワイヤーおよび第２ワイヤーの長さ、単位セルを配列する周期の寸法を調整することにより、第１ワイヤーおよび第２ワイヤーからの放射波の振幅を制御して、楕円率および透過電力が良好になるようにしている。ただし、第１ワイヤーおよび第２ワイヤーの長さは設計周波数帯域においてほぼ共振する長さとするのが原則とされている。この場合、誘電体基板の比誘電率による波長短縮率を考慮する。なお、本発明の偏波変換器では、各部の寸法が実用の範囲の寸法とされているが、従来は実現されていなかったテラヘルツ波帯で動作する偏波変換器を実現している。
また、上記の説明では本発明の偏波変換器は直線偏波を円偏波に変換する偏波変換器として説明した。この場合、直線偏波は、第１ワイヤーおよび第２ワイヤーの長軸に対して約４５°回転（傾斜）して入射させることで、本発明にかかる偏波変換器が直線偏波を円偏波に効率的に変換できるようになる。また、本発明にかかる偏波変換器に円偏波を入射すると、第１ワイヤーおよび第２ワイヤーの長軸に対して約４５°回転（傾斜）した直線偏波を出射するようになる。すなわち、本発明にかかる偏波変換器は、円偏波を直線偏波に変換する偏波変換器としても機能する。

１ 偏波変換器
２ 単位セル
１０ 第１ワイヤーアレー
１０ａ 第１ワイヤー
１１ 第２ワイヤーアレー
１１ａ 第２ワイヤー
１２ 誘電体基板
１３ プローブ
１４ 周期境界壁
１００ 偏波変換板
１０１ 単位セル
１１０ａ，１１０ｂ 誘電体フィルム
１１１，１１２ ダイポール列
１１１ａ，１１２ａ ダイポール

Claims (2)

1. ｘ−ｙ平面に置かれた厚さｄの誘電体基板と、
   長さがｌの細長い矩形状の第１ワイヤーが、前記誘電体基板の一面に配列された第１ワイヤーアレーと、
   長さがｌの細長い矩形状の第２ワイヤーが、前記誘電体基板の前記一面と対面する他面に配列された第２ワイヤーアレーとを備え、
   前記誘電体基板の厚さｄが約５０μｍ、前記第１ワイヤーおよび前記第２ワイヤーの長さｌが設計周波数帯域においてほぼ共振する長さとされ、前記第１ワイヤーアレーおよび前記第２ワイヤーアレーにおいて、前記第１ワイヤーおよび前記第２ワイヤーが約４５μｍ〜約１２０μｍの間隔でｘ方向に配列され、約９５μｍ〜約１２０μｍの間隔でｙ方向に配列されて、テラヘルツ波帯において直線偏波と円偏波との間で偏波変換を行えることを特徴とする偏波変換器。
2. 前記第１ワイヤーおよび前記第２ワイヤーの長さｌが約８０μｍ〜約３１０μｍ、その幅ｗが約５０μｍ〜約７０μｍとされて、約０．３ＴＨｚ〜約１．０ＴＨｚにおいて、直線偏波と円偏波との間で偏波変換を行えることを特徴とする請求項１に記載の偏波変換器。

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