JP2024520695A - 多層周波数選択性表面 - Google Patents

Abstract

通過帯域及び１つ又は複数の阻止帯域を有する周波数応答を示す多層周波数選択性表面が開示される。【選択図】図５

Description

本開示の様々な例は、概して、複数の層を含む周波数選択性表面（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ：ＦＳＳ）に関する。本開示の様々な例は、特に、周波数領域における阻止帯域の柔軟な位置決めを容易にするＦＳＳの中間層のアレイのユニットセルジオメトリに関する。

ガラスは、携帯電話の筐体のために広く使用されている材料である。しかしながら、ガラスは、特にミリメートル波長領域において、電磁波の伝播特性に大きな影響を及ぼす可能性がある。これは、ガラスが高い誘電率を有するためである。例えば、ガラスの（真空の誘電率に対する）誘電率は５．５から７の間であり得、これは、プラスチックと比較した場合、２倍であり得る。プラスチックは、典型的には、３．０未満の誘電率を有し得る。

したがって、ガラスは、通信目的で使用される電磁波をかなり遮断することができる。例えば、２８ＧＨｚの周波数を有する電磁波の場合、特定の入射角において透過が完全に遮断され得ることが観察された。

透過率を改善するために、ＦＳＳが使用され得る。ＦＳＳは、以下に開示されている。
Ａｎｗａｒ、Ｒａｎａ Ｓａｄａｆ、Ｌｉｎｇｆｅｎｇ Ｍａｏ、及びＨｕａｎｓｈｅｎｇ Ｎｉｎｇ、「ＦＳＳｓ：ａ ｒｅｖｉｅｗ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ８．９（２０１８）：１６８９。
Ｃｈａｎｇ、Ｋｉｈｕｎ、Ｓａｎｇ ｉｌ Ｋｗａｋ、及びＹｏｕｎｇ Ｊｏｏｎｇ Ｙｏｏｎ、「Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ＦＳＳｓ」、２００８ ＩＥＥＥ Ｒａｄｉｏ ａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、ＩＥＥＥ、２００８。
Ｂａｙａｔｐｕｒ、Ｆａｒｈａｄ、及びＫａｍａｌ Ｓａｒａｂａｎｄｉ、「Ｔｕｎｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ－ｂａｓｅｄ ＦＳＳｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ５７．２（２００９）：５９０－５９２。
Ａｌ－Ｊｏｕｍａｙｌｙ、Ｍｕｄａｒ、及びＮａｄｅｒ Ｂｅｈｄａｄ、「Ａ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌｏｗ－ｐｒｏｆｉｌｅ，ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ，ｂａｎｄｐａｓｓ ＦＳＳｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ５７．２（２００９）：４５２－４５９。

高度なＦＳＳが必要とされている。特に、阻止帯域を示すＦＳＳが必要とされている。阻止帯域の周波数の調節を可能にするＦＳＳが必要とされている。

この必要性は、独立請求項の特徴によって満たされる。従属請求項の特徴は、例を定義する。

以下に、所望の周波数帯域（通過帯域）、並びに電磁波の透過率が低いもう１つの阻止帯域における良好な透過を可能にすることができるＦＳＳを実装する技術が開示される。

様々な例によれば、多層ＦＳＳ（ＭＦＳＳ）が、第１の金属素子の第１のアレイを含む第１の層を含む。ＭＦＳＳは、第２の金属素子の第２のアレイを含む第２の層をも含む。第２の金属素子のうちの隣接するものは、互いに間隙だけ離間される。ＭＦＳＳは、第３の金属素子の第３のアレイを含む第３の層をも含む。第２の層は、第１の層と第３の層との間に、第１の層及び第３の層に隣接して配置される。

第２の層が第１の層と第３の層との間に、第１の層及び第３の層に隣接して配置されることは、それぞれ、第２の層と第１の層との間、並びに第２の層と第３の層との間にさらなる金属素子がないことを意味し得る。

したがって、第１の層は最上層とラベル付けされ得、第３の層は最下層とラベル付けされ得、第２の層は中間層とラベル付けされ得る。

金属素子が間隙だけ離間されることは、それぞれの金属素子の幅が第２のアレイ内の金属素子の周期性よりも小さいことを意味し得る。したがって、間隙が形成される。

アレイは、平面であり、互いに平行であり得る。

第１のアレイと第３のアレイとは同じであり得る。

アレイの面内の２つの直交方向は、以下で、Ｘ方向及びＹ方向と呼ばれる。

多層ＦＳＳは、第１の層、第２の層、及び第３の層によって形成された層スタックの上部及び／又は底部においてさらなる層を含むことが可能である。

第１の金属素子は、第１の容量性金属素子であり得る。代替又は追加として、第２の金属素子は、第２の容量性金属素子であり得る。代替又は追加として、第３の金属素子は、第３の容量性金属素子であり得る。

容量性金属素子は、入射電磁波に対する応答をモデル化するための等価回路モデルにおいて有意なキャパシタンスを示す素子であり得る。したがって、容量性金属素子は、連続金属シートとは異なり得る。容量性金属素子は、互いに間隙だけ離間されることがある。特に、容量性金属素子は、主に入射電磁波にインダクタンスを提供する誘導性金属素子、例えばワイヤストリップとは異なり得る。容量性金属素子は、入射電磁波に位相進み又は位相遅延を導入し得る。

上記で説明されたＭＦＳＳは、通過帯域と阻止帯域の両方を含む周波数応答を有し得ることが観察された。様々な用途において、通過帯域と阻止帯域の両方を実装することが望ましいことがある。これは、それにより周波数フィルタが実装され得、干渉及び／又は電磁暴露が緩和され得ると同時に、所望の通信スペクトル内の電磁波についての透過率がサポートされ得るためである。

阻止帯域の形成は、中間層内の第２の金属素子のうちの隣接するものの間の間隙の存在によって動機付けられ得る。そのような間隙は、ＭＦＳＳの等価回路モデルにおける追加の並列キャパシタンスに対応し、等価回路モデルはπフィルタに対応し、例えば、Ａｌ－Ｊｏｕｍａｙｌｙ、Ｍｕｄａｒ、及びＮａｄｅｒ Ｂｅｈｄａｄ、「Ａ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌｏｗ－ｐｒｏｆｉｌｅ，ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ，ｂａｎｄｐａｓｓ ＦＳＳｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ５７．２（２００９）：４５２－４５９を参照されたい。

特に、通過帯域の透過率、すなわち、ＭＦＳＳに入射する電磁エネルギーに対する、ＭＦＳＳを通過することが可能である電磁エネルギーの割合は１に近く、例えば０．９～１の範囲内にあり得る。一方、阻止帯域の透過率は、１０％未満、さらにはＥ１０^－４未満であり得る。

一般に、阻止帯域は、周波数領域において通過帯域からオフセットされ得る。これは、通過帯域と阻止帯域とが異なる周波数において配置され得ることを意味する。

一般に、阻止帯域は、通過帯域よりも高い周波数、又はより低い周波数にあり得る。

ＭＦＳＳの周波数応答が複数の通過帯域を含むことが可能である。例えば、第１の通過帯域は、阻止帯域と比較して低い周波数にあり得、第２の通過帯域は、阻止帯域と比較して高い周波数にあり得る。

ＭＦＳＳの周波数応答が複数の阻止帯域を含むことが可能である。例えば、第１の阻止帯域は通過帯域よりも低い周波数に位置し得、第２の阻止帯域は通過帯域よりも高い周波数に位置し得る。

隣接する金属素子間に間隙がある第２のアレイを有するＭＦＳＳを使用することによって、阻止帯域の周波数及び通過帯域の周波数を柔軟に調節することが可能である。特に、阻止帯域の周波数は、通過帯域の周波数を大きくシフトさせることなくシフトされ得、逆もまた同様である。これは、阻止帯域の周波数が主に第２のアレイ内の間隙によって影響を及ぼされる一方、通過帯域の周波数が主に第１及び第３のアレイのジオメトリによって影響を及ぼされるためである。

一般に、金属充填率は、第２のアレイの場合、第１のアレイ及び第３のアレイよりも低い可能性がある。金属充填率は、それぞれのアレイによって覆われた総面積と比較した、金属によって覆われた面積の比を表すことができる。例えば、連続金属層は、１の金属充填率を有する。誘電体層は、０の金属充填率を有する。

中間層について比較的低い金属充填率を使用することによって、通過帯域の形成を容易にすることが可能である。

一般に、中間層の金属素子を実装するために様々な選択肢が利用可能である。例えば、中間層の金属素子は、ループ形状又は十字形であり得る。

いくつかの例では、第２のアレイは、２回転対称を有する。２回転対称は、第２のアレイの平面に垂直な回転軸の周りの金属素子のジオメトリの１８０°回転が初期ジオメトリをもたらすシナリオを表す。すなわち、これは、アレイの面内軸においてジオメトリをミラーリングすることに対応する。

そのような２回転対称は、複数の暗示を有する。第１に、Ｘ方向及びＹ方向における間隙について異なる幅が使用され得る（そうでなければ、Ｘ方向とＹ方向について同じ間隙が使用された場合、これは、４回以上の回転対称をもたらす。）これは、電磁波の水平偏波と垂直偏波（「水平」及び「垂直」は任意に定義される）とが、ＭＦＳＳによって、異なるように影響を及ぼされることを意味する。それにより、特に、水平偏波信号と垂直偏波信号とについて、異なる阻止帯域を同調させることが可能である。これは、偏波多重が使用される場合、干渉を緩和するのに役立ち得る。

したがって、一般に、第２の金属素子のうちの隣接するものは、第２のアレイの第１の面内方向（例えば、Ｘ方向）に沿って第１の間隙だけ互いに離間され得、第２の金属素子のうちの隣接するものは、第２のアレイの第２の面内方向（例えば、Ｙ方向）に沿って第２の間隙だけ互いに離間され得る。

一般に、第１の間隙は、第２の間隙と同じように構成され得るか、又は異なるように構成され得る。例えば、第１の間隙は、より広いことがある。

第２の金属素子のうちの隣接するものは、第２のアレイの第２の面内方向に沿って共に接合されることさえあり、すなわち、間隙がない。

そのような異なる構成はすべて、電磁波の異なる偏波について異なるように阻止帯域を調節することを可能にすることができる。

様々な例によれば、第２の層の隣接する金属素子間の間隙のうちの１つ又は複数において同調可能キャパシタが配置されることが可能である。

例えば、同調可能キャパシタは、ＰＩＮダイオードを使用して実装され得る。同調可能キャパシタは、電圧制御キャパシタを使用して実装され得る。

典型的には、ＰＩＮダイオードは、２つの状態、すなわちオン又はオフの間でスイッチされ得、これは、例えば逆バイアスにおいて動作されるとき、２つの等価キャパシタンスをもたらす。それにより、阻止帯域をスイッチオン／スイッチオフすることが可能である。異なるように、同調可能キャパシタは、同調可能キャパシタンスを示すことができる。それにより、同調可能キャパシタのキャパシタンスを同調させることによって阻止帯域の周波数を変更することも可能である。

様々な例によれば、システムは、上記で開示されたようなＭＦＳＳを含むことができる。さらに、システムは、同調可能キャパシタにバイアス電圧を印加するように構成された電圧源を含むことができる。制御ユニットが、バイアス電圧を印加するように電圧源を制御するように構成され得る。

例えば、プロセッサと、プロセッサによってロード及び実行され得るプログラムコードを記憶するメモリとを含む、制御ユニットは、阻止帯域の周波数を示す制御データに基づいて、バイアス電圧を印加するように電圧源を制御するように構成され得る。

一般に、阻止帯域の周波数を同調させるために、同調可能キャパシタにバイアス電圧を印加するように構成された電圧源は、同調可能キャパシタのうちの複数の直列接続を使用して、バイアス電圧を印加することができる。その場合、各個々の同調可能キャパシタを個別にバイアスする必要はなく、むしろ、直列接続を利用することによって、簡略化された供給ネットワークが実現され得る。

無線通信デバイスは、カバーとアンテナとを含む。アンテナは、電磁波を透過又は受信するように構成される。上記で開示されたＭＦＳＳは、アンテナに隣接するガラスカバーに取り付けられ得る。通過帯域の周波数は、アンテナの周波数に同調させることができる。

カバーは、例えば４以上又は５以上の誘電率を有する高誘電率材料から作製され得る。

例えば、カバーはガラスから作製され得る。

コンピュータ実装方法は、周波数を示す制御データを取得することを含む。その場合、ＭＦＳＳのアレイの素子間の間隙において配置された同調可能キャパシタをバイアスするために、電圧源が制御され得る。

上述の特徴及び以下のまだ説明されていない特徴は、示されたそれぞれの組合せにおいてだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組合せ又は単独でも使用され得ることを理解されたい。

図１は、様々な例による、ＭＦＳＳの概略側面図である。 図２は、様々な例による、ＭＦＳＳの最上層及び最下層の金属素子のアレイを概略的に示す図である。 図３は、様々な例による、ＭＦＳＳの最上層及び最下層の金属素子のアレイを概略的に示す図である。 図４は、様々な例による、ＭＦＳＳの中間層の金属素子のアレイを概略的に示す図である。 図５は、様々な例による、ＭＦＳＳの中間層の金属素子のアレイを概略的に示す図である。 図６は、様々な例による、ＭＦＳＳの中間層の金属素子のアレイを概略的に示す図である。 図７は、様々な例による、ＭＦＳＳの中間層の金属素子のアレイを概略的に示す図である。 図８は、様々な例による、ＭＦＳＳの中間層の金属素子のアレイを概略的に示す図である。 図９は、様々な例による、ＭＦＳＳの中間層の金属素子のアレイを概略的に示す図である。 図１０は、様々な例による、通過帯域及び阻止帯域を含むＭＦＳＳの周波数応答である。 図１１は、様々な例による、通過帯域及び阻止帯域を含むＭＦＳＳの周波数応答である。 図１２は、様々な例による、ＭＦＳＳの等価回路モデルである。 図１３は、様々な例による、ＭＦＳＳの中間層の金属素子間の間隙において配置された同調可能キャパシタを概略的に示す図である。 図１４は、様々な例による、同調可能キャパシタをバイアスすることを概略的に示す図である。 図１５は、無線通信装デバイスの筐体のカバーに取り付けられたＭＦＳＳを含むシステムを概略的に示す図である。 図１６は、様々な例による、方法のフローチャートである。

本開示のいくつかの例は、一般に、複数の回路又は他の電気デバイスを提供する。回路及び他の電気デバイス、並びに各々によって提供される機能へのすべての言及は、本明細書で図示及び説明されているもののみを包含することに限定されることを意図するものではない。開示された様々な回路又は他の電気デバイスに特定のラベルが割り当てられ得るが、そのようなラベルは、回路及び他の電気デバイスのための動作の範囲を限定することを意図するものではない。そのような回路及び他の電気デバイスは、所望される特定のタイプの電気的実装形態に基づいて、互いに組合せられ、及び／又は任意の方法で分離され得る。本明細書で開示される任意の回路又は他の電気デバイスは、本明細書で開示された動作を実施するために互いに協働する、任意の数のマイクロコントローラ、グラフィックスプロセッサユニット（ＧＰＵ）、集積回路、メモリデバイス（例えば、ＦＬＡＳＨ（登録商標）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的プログラマブル読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、又はそれらの他の好適な変形態）、及びソフトウェアを含み得ることが認識される。さらに、電気デバイスのうちの任意の１つ又は複数は、開示される任意の数の機能を実施するようにプログラムされた非一時的コンピュータ可読媒体において具現化されたプログラムコードを実行するように構成され得る。

以下では、添付の図面を参照して、本発明の例が詳細に説明される。例の以下の説明は、限定的な意味で解釈されるべきではないことを理解されたい。本発明の範囲は、以下で説明される例によって、又は図面によって限定されることを意図するものではなく、これらは例示的なものにすぎないと解釈される。

図面は概略表現と見なされるべきであり、図面に示された素子は必ずしも縮尺通りに示されているとは限らない。むしろ、様々な素子は、それらの機能及び一般的な目的が当業者に明らかになるように表される。機能ブロック、デバイス、構成要素、或いは図面に示されているか又は本明細書で説明される他の物理的又は機能的ユニット間の任意の接続又は結合も、間接的な接続又は結合によって実装され得る。構成要素間の結合はまた、無線接続を介して確立され得る。機能ブロックは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらの組合せで実装され得る。

以下で、ＦＳＳに関連する技術が開示される。ＦＳＳは、（調整可能な）電気的応答を示す受動デバイス又は半受動デバイスである。ＦＳＳの周波数選択性透過／反射特性を調節するために、金属素子の平面的及び周期的アレイが使用され得る。対応する層の厚さは、波長と比較した場合、無視できることがある。しかしながら、層の厚さは、金属の表皮深さよりも大きい可能性がある。したがって、金属素子のそのようなアレイは、完全に伝導する共振素子のアレイとして近似され得る。それぞれのアレイ内の金属素子の周期性は、波長と同程度の大きさであるか、さらには、より小さいことがある。

様々な例によれば、ＭＦＳＳが使用される。ここでは、最下層、最上層及び最上層と最下層との間に配置される中間層が使用される。

様々な例によれば、同調可能ＭＦＳＳが開示される。ここでは、同調可能キャパシタは、ＭＦＳＳの周波数応答を調整するために使用され得る。特に、同調可能キャパシタに適切なバイアス電圧を印加することによって、ＭＦＳＳの阻止帯域の周波数が調整され得る。例えば、電圧制御キャパシタが使用され得るか、又はＰＩＮダイオードが使用され得る。

開示された例によるＭＦＳＳは、その周波数応答において阻止帯域を含むことができる。阻止帯域は、干渉を低減するのを助けることができる。隣接する生体物質の、電磁波への暴露を制限する帯域外放射が低減され得る。

様々な例によれば、本明細書で開示されるＭＦＳＳは、阻止帯域の調節された周波数を有することができる。第１に、ＭＦＳＳを実装するために使用される幾何学的構造の設計パラメータの自由度は、隣接する通過帯域の周波数に対する影響なしに阻止帯域の周波数の柔軟な調整を可能にするように、十分に大きい可能性がある。例えば、阻止帯域の周波数は、中間層の金属素子のアレイの以下の設計パラメータ、すなわち、金属素子の形状、金属素子の幅対周期性比、金属素子間の間隙のうちの１つ又は複数の選択によって同調させることができる。そのようなパラメータの変更は、通過帯域の周波数に影響を及ぼさないか、又は無視できる程度にしか影響を及ぼさないことがある。さらに、同調可能ＦＳＳの場合、通過帯域の周波数に影響を及ぼすことなく、阻止帯域の周波数を動的に同調させることが可能である。

本明細書で開示される技術によれば、電磁波の水平偏波及び垂直偏波について異なる周波数において複数の阻止帯域を実装することが可能である。例えば、中間層の金属素子のアレイの２回転対称は、２つの偏波について異なる阻止帯域をもたらし得る。２回転対称は、例えば、そのアレイのＸ方向及びＹ方向に沿った間隙について異なる間隙幅を使用することによって達成され得る。

図１は、ＭＦＳＳ１１０を概略的に示す。ＭＦＳＳ１１０は、最上層１４１と、中間層１４２と、最下層１４３とを含む（「最上」及び「最下」は任意に定義される）。最上層１４１は、金属素子のアレイ１５１を含む。中間層１４２は、金属素子のアレイ１５２を含む。最下層１４３は、金属素子のアレイ１５３を含む。アレイ１５１、１５２は、誘電体層１６１によって分離される。アレイ１５２、１５３は、誘電体層１６２によって分離される。

図１に、入射電磁波１２１、反射電磁波１２２、並びに透過電磁波１２３が示されている。入射電磁波１２１のエネルギー又は振幅に対する透過電磁波１２３のエネルギー又は振幅の比は、ＭＦＳＳの透過率を規定する。入射電磁波１２１のエネルギー又は振幅に対する反射電磁波１２２の振幅又はエネルギーの比は、ＭＦＳＳの反射率を規定する。

図２は、最上層１４１及び最下層１４３のアレイ１５１、１５３の例示的な実装形態を概略的に示す。例えば、アレイ１５１がアレイ１５３と同じように構成されることが可能である。図２の例では、アレイ１５１、１５３は、Ｘ方向及びＹ方向に沿った間隙だけ分離された、金属素子２３１としての容量性パッチによって実装される。

アレイ１５１、１５３は、図示の例では４回転対称を有する。したがって、水平偏波電磁波及び垂直偏波電磁波のための通過帯域位置は、同じになる。

Ｘ方向及びＹ方向において異なる間隙幅を使用することも可能であり、例えば、２回転対称をもたらす。その場合、水平偏波電磁波及び垂直偏波電磁波について、異なる通過帯域が構成され得る。

図３は、最上層１４１及び最下層１４３のアレイ１５１、１５３の例示的な実装形態を概略的に示す。アレイ１５１、１５３は、（アレイ１５１、１５３のユニットセルを形成する）金属素子２３２としての容量性円によって実装される。アレイ１５１、１５３は、この場合も、概して任意である４回転対称を有する。

理解されるように、図２及び図３では、アレイ１５１、１５３の金属充填率は比較的高く、例えば、図２では９５％よりも高く、図３では７０％よりも高い。

図４は、中間層１４２のアレイ１５２の例示的な実装形態を概略的に示す。図４の例では、アレイ１５２は、Ｘ方向並びにＹ方向の両方に沿った間隙２６１、２６２だけ分離された正方形のループ形状金属素子２４１によって実装される（それにより、アレイ１５１、１５３のユニットセルを形成する）。

アレイ１５２の金属充填率は１５％未満である。これは、特に、上記の図２及び図３に関連して説明された最上層１４１及び最下層１４３のアレイ１５１、１５３の金属充填率よりも著しく小さい。

金属充填率のそのような差は、πフィルタネットワークの形態の等価回路モデルを使用するＭＦＳＳの周波数応答の正確なモデル化を可能にする。

図５は、中間層１４２のアレイ１５２の例示的な実装形態を概略的に示す。図５の例では、アレイ１５２は、（アレイ１５２のユニットセルを形成する）矩形のループ形状素子を使用して実装される。

これらの素子は、Ｘ方向に沿った間隙２６１だけ離間／分離されるにすぎず、Ｙ方向に沿って共に接合される。

したがって、アレイ１５２の２回転対称が実現される。

したがって、水平偏波電磁波は、垂直偏波電磁波と比較して異なるように影響を及ぼされる。例えば、２つの偏波のうちの一方は、有意な阻止帯域を経験する可能性があり、ここで、阻止帯域は、他方の偏波のための周波数応答において存在しないことがあるか、又は顕著でないことがある。

図６は、中間層１４２のアレイ１５２の例示的な実装形態を概略的に示す。図６の例では、アレイ１５２は、（アレイ１５２のユニットセルを形成する）矩形のループ形状金属素子２４２を使用して実装される。これらの素子は、Ｘ方向に沿った間隙２６１だけ分離され、Ｙ方向に沿った間隙２６２だけ分離される。

間隙２６１、２６２は異なる幅を有し（間隙２６１はより広い）、これは図４のシナリオとは異なる。

したがって、水平偏波電磁波についての阻止帯域の周波数は、垂直偏波電磁波についての阻止帯域の周波数とは異なる。

図７は、中間層１４２のアレイ１５２の例示的な実装形態を概略的に示す。図７の例では、アレイ１５２は、（アレイ１５２のユニットセルを形成する）十字形金属素子２４３を使用して実装される。この場合も、間隙２６１、２６２の異なる幅が使用され、これは概して任意である。十字がＹ方向に沿って共に接合される（図示せず）ことも可能である。

図８は、中間層１４２のアレイ１５２の例示的な実装形態を概略的に示す。図８の例では、アレイ１５２は、（アレイ１５２のユニットセルを形成する）金属素子２４４としてエルサレム十字を使用して実装される。

異なる幅の間隙２６１、２６２が使用されることが可能である。十字は、Ｙ方向に沿って共に接合され得る。

上記で示された例は、アレイ１５２について２回転（図５、図６、図７）又は４回転（図４、図８）対称を実現する。また、図９に関連して示されるように、より高次の回転対称が可能である（ここでは６回転対称が示される）。

図９は、中間層１４２のアレイ１５２の例示的な実装形態を概略的に示す。図９の例では、アレイ１５２は、「３脚装荷（３－ｌｅｇｇｅｄ ｌｏａｄｅｄ）」と呼ばれることもある、六角形のユニットセルを使用して実装される。この場合も、３本の脚を有する十字形金属素子２４５が使用される。複数のそのような３本脚の十字を含むユニットセルがもたらされる。

図１０は、様々な例による、ＭＦＳＳ１１０の周波数応答４００を示す。透過利得が周波数の関数としてプロットされている。透過利得は透過率に対応する。水平偏波及び垂直偏波それぞれについて、通過帯域４２１及び２つの阻止帯域４３１、４３２が示されている。

図９では、阻止帯域４３１、４３２は通過帯域４２１の上方に配置されているが、一般に、図１１に示されているように、１つ又は複数の阻止帯域が通過帯域４２１の下方に配置されることも可能である。

図１２は、ＭＦＳＳの等価回路モデル８００を示す。πフィルタ受動ネットワークが実装される。図示のように、最上層１４１及び最下層１４３は、並列キャパシタンスを使用してモデル化される（したがって、金属素子２３１、２３２は、容量性金属素子とラベル付けされ得る）。中間層１４２は、インダクタンス８０１及びキャパシタンス８０２によってモデル化される（したがって、金属素子２４１～２４５は、容量性金属素子とラベル付けされ得る）。

キャパシタンス８０２は、中間層１４２の隣接する金属素子２４１～２４５の間の間隙２６１、２６２の幅によって主に影響を及ぼされることが観察された。また、キャパシタンス８０２は、それぞれの阻止帯域４３１、４３２の周波数に影響を及ぼす。したがって、間隙２６１、２６２の幅を同調させることによって、それぞれの阻止帯域４３１、４３２の周波数を同調させることが可能である。

阻止帯域４３１、４３２の周波数をさらに柔軟に調節することが可能であるために、図１３に示されているように、同調可能キャパシタ７０１を間隙２６１、２６２のうちの１つ又は複数において配置することが可能である。例えば、同調可能キャパシタ７０１は、ＰＩＮダイオード又は電圧制御キャパシタとして実装され得る。

図１４は、アレイ１５２の隣接する間隙２６１、２６２において配置された同調可能キャパシタ７０１（バラクタ）の直列接続にバイアス電圧を印加する電圧源７１０を概略的に示す。これは、給電ネットワークが簡略化する。図１４では、同調可能キャパシタ７０１はＰＩＮダイオードとして示されているが、例えばバラクタを使用した他の実装形態が同様に可能である。

図１５は、システム９００を概略的に示す。システム９００は、無線通信デバイス９８１、例えばタブレット又は携帯電話の筐体９８０を含む。ガラスカバー９２０が使用される。概して、４又は５以上の誘電率を有する高誘電率材料から作製されたカバーが使用され得る。アンテナ９１０に隣接するエリア内のガラスカバー９２０に、ＭＦＳＳ１１０が取り付けられている。ＭＦＳＳの１つ又は複数の通過帯域の周波数は、アンテナ９１０の周波数と一致される。

同調可能キャパシタ７０１に電圧を印加するように電圧源７１０を制御することができる制御ユニット９８５が設けられる（図１５には示されていない）。例えば、これは、所望の阻止帯域の周波数を示す制御データに基づくことができる。

図１６は、様々な例による、方法のフローチャートである。例えば、図１６の方法は、制御ユニット９８５又は別のプロセッサによって実行され得る。上記で説明されたように間隙２６１、２６２において配置された同調可能キャパシタと結合された電圧源が制御され得る。

ボックス３００５において、阻止帯域の周波数を示す制御データが取得される。制御データは、メモリからロードされ得る。

ボックス３０１０において、電圧源が、例えば上記の図に関連して説明されたように、ＭＦＳＳのそれぞれのアレイの隣接する金属素子間の間隙において配置された同調可能キャパシタに電圧を印加するように制御され得る。

本発明は特定の好ましい例に関して示され、説明されたが、当業者であれば、本明細書を読んで理解すれば、同等物及び修正を思いつくであろう。本発明は、すべてのそのような同等物及び修正を含み、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (15)

1. －第１の金属素子（２３１、２３２）の第１のアレイ（１５１）を含む第１の層（１４１）と、
   －第２の金属素子（２４１、２４２、２４３、２４４、２４５）の第２のアレイ（１５２）を含む第２の層（１４２）と、前記第２の金属素子（２４１、２４２、２４３、２４４、２４５）のうちの隣接するものが、互いに間隙（２６１、２６２）だけ離間され、
   －第３の金属素子（２３１、２３２）の第３のアレイ（１５３）を含む第３の層（１４３）とを備え、
   前記第２の層（１４２）が、前記第１の層（１４１）と前記第３の層（１４３）との間に、前記第１の層（１４１）及び前記第３の層（１４３）に隣接して配置される、多層周波数選択性表面（１１０）。
2. 前記多層周波数選択性表面（１１０）の周波数応答（４００）が、周波数領域において互いにオフセットされた少なくとも１つの阻止帯域（４３１、４３２）及び通過帯域（４２１）を含む、請求項１に記載の多層周波数選択性表面（１１０）。
3. 前記少なくとも１つの阻止帯域（４３１、４３２）が、前記通過帯域（４２１）よりも高い周波数にある、請求項２に記載の多層周波数選択性表面（１１０）。
4. 前記第２のアレイ（１５２）についての金属充填率が、前記第１のアレイ（１５１）及び前記第３のアレイ（１５３）についての金属充填率よりも低い、請求項１～３のいずれか１つに記載の多層周波数選択性表面（１１０）。
5. 前記第２の金属素子（２４１、２４２）がループ形状である、請求項１～４のいずれか１つに記載の多層周波数選択性表面（１１０）。
6. 前記第２の金属素子（２４３、２４４、２４５）が十字形である、請求項１～４のいずれか１つに記載の多層周波数選択性表面。
7. 前記第２のアレイ（１５２）が２回転対称を有する、請求項１～６のいずれか１つに記載の多層周波数選択性表面（１１０）。
8. 前記第２の金属素子（２４１）のうちの隣接するものが、前記第２のアレイ（１５２）の第１の面内方向（ｘ）に沿って第１の間隙（２６１）だけ離間され、
   前記第２の金属素子（２４１）のうちの隣接するものが、前記第２のアレイ（１５２）の第２の面内方向（ｙ）に沿って第２の間隙（２６２）だけ離間され、
   前記第１の間隙（２６１）が前記第２の間隙（２６２）よりも広い、請求項１～７のいずれか１つに記載の多層周波数選択性表面（１１０）。
9. 前記第２の金属素子（２４２）のうちの隣接するものが、前記第２のアレイ（１５２）の第１の面内方向（ｘ）に沿って前記間隙（２６１）だけ離間され、
   前記第２の金属素子（２４２）のうちの隣接するものが、前記第２のアレイ（１５２）の第２の面内方向（ｙ）に沿って共に接合される、請求項１～７のいずれか１つに記載の多層周波数選択性表面（１１０）。
10. －前記間隙（２６１、２６２）のうちの１つ又は複数に配置された同調可能キャパシタ（７０１）をさらに備える、請求項１～９のいずれか１つに記載の多層周波数選択性表面（１１０）。
11. 前記同調可能キャパシタ（７０１）がＰＩＮダイオードを含む、請求項１０に記載の多層周波数選択性表面（１１０）。
12. －請求項１０又は１１に記載の多層周波数選択性表面（１１０）と、
    －前記同調可能キャパシタ（７０１）にバイアス電圧を印加するように構成された電圧源（７１０）と、
    －前記多層周波数選択性表面（１１０）の周波数応答（４００）の阻止帯域（４３１，４３２）の周波数を示す制御データに基づいて、前記バイアス電圧を印加するように前記電圧源（７１０）を制御するように構成された制御ユニット（９８５）とを備える、システム（９００）。
13. 前記電圧源（７１０）が、前記同調可能キャパシタ（７０１）のうちの複数の直列接続に前記バイアス電圧を印加するように構成される、請求項１２に記載のシステム（９００）。
14. －カバー（９２０）と、
    －電磁波を透過又は受信するように構成されたアンテナ（９１０）と、
    －前記アンテナ（９１０）に隣接して前記カバー（９２０）に取り付けられた、請求項１～１１のいずれか１つに記載の多層周波数選択性表面（１１０）とを備える、無線通信デバイス（９８１）。
15. －周波数を示す制御データを取得することと、
    －周波数選択性表面のアレイの素子間の間隙において配置された同調可能キャパシタをバイアスするように電圧源を制御することとを含む、コンピュータ実装方法。
    

Images