JP4714417B2 - アンテナ - Google Patents
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Description
現在、通常使用されているアンテナは、特に、パラボラ反射器アンテナ、レンズ・アンテナおよびホーン・アンテナである。
−エレメントのアセンブリが、その構造において少なくとも一次元の周期性、および少なくとも内部に1つのキャビティを生成する1つの欠落部を有する。
−エレメントのアセンブリが、所与の誘電率、透磁率および導電率を有する第1の材料を備え、これが、その誘電率および/または透磁率および/または導電率が異なる他の2つの材料の構造の内部にキャビティを形成し、この構造が他の2つの材料の3つの別個の空間的方向に三重の周期性を有する。
−エレメントのアセンブリが、所与の誘電率、透磁率および導電率を有する第1の材料を備え、これが、その誘電率および/または透磁率および/または導電率が異なる他の2つの材料の構造内にキャビティを形成し、この構造が他の2つの材料の2つの別個の空間的方向に二重の周期性を有する。
−エレメント・アセンブリが、その誘電率および/または透磁率および/または導電率の異なる材料の平らな層によって構成される。
−エレメント・アセンブリが、所与の誘電率、透磁率および導電率を有する材料の第1の平らな層を備え、その内部にプローブが配置され、第1の層が、一次元の周期パターンに配列される誘電率および/または透磁率および/または導電率の異なる材料の少なくとも1連続の平らな層と接触する。
−さらに、プローブを支え、エレメントのアセンブリと接して配置される平面電磁波反射器を備える。
−使用される材料の誘電特性および/または磁気特性および/または導電特性を局部的に修正し、
−1つまたはそれ以上の材料の寸法を局部的に修正することができる。
−単一の給電線11を使用するプレート・プローブ10a。このプローブの長所は、その構造が非常に単純であり、アンテナの金属および誘電損失を制限することである。
−平面電磁反射器30aを形成する金属プレート。
−平面反射器30aと接触するキャビティ21aを形成する平らな層。このキャビティ21aは、表面波の誘導を制限するように、できれば低誘電率または低透磁率の材料によって構成されるが、図6に示されるようにこの材料を例えば空気とすることができる。
−構造22。誘電率および/または透磁率および/または導電率が異なるその材料23a、24a、23bは、一次元の周期パターンで連続的な平らな層に配列される。
a) 比誘電率εrおよび比透磁率μrである材料から成る平らな層21aの厚みe21aは、式e21a≒0.5 (λ/√εrμr)によって与えられる。ここで、λはアンテナの動作周波数に対応する波長であり、記号「≒」は「等しいかあるいはほぼ等しい」を意味する。
例えば、図6に示される空気の平らな層21aの厚みは、e21a=0.5λに等しい。
b) 構造22内の比誘電率εrおよび比透磁率μrである誘電材料または磁気材料から成る平らな層の厚みeは、式e≒0.25 (λ/√εrμr)によって与えられる。
例えば、図6に示されるアルミニウム酸化物23aの平らな層の厚みは、e23a=0.08λに等しく、図6に示される空気の平らな層24aの厚みはe24a=0.25λに等しく、図6に示されるアルミニウム酸化物の平らな層23bの厚みは、ほぼe23a=0.08λに等しい。
c) 構造22、プレート30aおよびキャビティ21aの横寸法は、アンテナに要求される利得の関数として選択される。アンテナの有益な形状は円形として表され、その直径Φは、以下の既知の経験式GdB≧20log(πΦ/λ)−2.5に従って、目標の利得に合わせられる。
例えば、図8に示されるように20dBの利得を得るためには、本発明によるアンテナ・システムの横寸法は、4.3λである。その後、既知のプロセスを使ってアンテナの一定形状の放射を得るようにアンテナの横形状が選択される。
d) 図6において説明されるアンテナの構成に使用される様々な材料の層の上記の横寸法および厚みを考慮すると、アンテナの全体寸法は次のとおりである:厚みHは約λ、および横寸法Lは約4.3λ。従って、波長3cmに対応する10GHz動作周波数の場合、図6に示される本発明によるアンテナの特定の実施態様において、体積は約3×13×13cm3であるのに対して、焦点長さが約70cmである同じ周波数10GHzで動作する従来の椀形アンテナはかなりこれより大きいスペースを必要とする。
−単一給電線11を使用するプレート・プローブ10a
−平面電磁反射器30aを形成する金属プレート
−図6に示されるのと同じ、平面反射器30と接触してキャビティ21aを形成する平らな層、および
−キャビティ21aを形成する平らな層と接触する構造22
この構造は、二次元の周期性を有する。すなわち、2つの同一の重ねられた層32および34に配列された円筒形のバー25を備える。各層32および34において、バー25は相互に平行に伸び、規則正しい間隔で配列される。
従って、キャビティ21aおよび構造22から成るアセンブリ20は、平面反射器30aおよび層32および34に直交する方向の次元でその周期性に欠落部を有する。これに対して、各層32および34におけるバー25の周期的配列はキャビティ21aの存在に影響を受けない。
さらに、このアンテナの寸法は、設計動作周波数に依存する。例えば、4.75GHzの周波数で動作するためには、アンテナの横寸法は258mm、キャビティ21aの厚みは33.54mm、2つの層32および34の間隔は22.36mm、各層におけるバー25の直径は10.6mm、そのそれぞれの軸の間隔は22.36mmである。
バーは、誘電材、磁気材または金属材で構成することができる。
以上の条件の下で、図9に示されるアンテナは、図6に示されるものと同様、図8に示される通りの放射図を示す。
その代わりに、アンテナは異なるタイプの複数のプローブを持つことができる。
本発明に従ったアンテナは、以下のものとして使用できる。
−多層めっき技術によって高周波数で動作できることにより、高ビット伝送速度の高周波数アンテナ
−コンパクトなサイズでありその通過帯域が狭いため忍び込ませやすいため、宇宙または軍事用の搭載アプリケーション用のアンテナ
−椀形またはレンズ式の既知のアパーチャを有するアンテナを交換するための従来のアパーチャのアンテナ
20…アセンブリ
21…キャビティ
22…フォトニックバンドギャップ
30…電磁反射面
Claims (6)
- アンテナであって、該アンテナは、
電気エネルギーを電磁エネルギーにおよびその逆に変換することができる少なくとも1つのプローブ(10)と、
誘電率および/または透磁率および/または導電率が異なる少なくとも2つの材料で作られるエレメントのアセンブリ(20)であって、この中に前記プローブが配置されるアセンブリとを備え、
前記アセンブリは、フォトニックバンドギャップ(PBG)材料の原理に従って設計された構造(22)を備え、その構造(22)の中には該アセンブリに周期性が欠落している部分を有するPBG材料の挙動を付与する1つ以上のキャビティ(21)が配置され、前記アセンブリにおける前記エレメントの配列が、前記プローブによって生成または受信される電磁波の放射および空間的時間的フィルタリングを提供し、前記フィルタリングにより、非通過周波数バンド内において前記アンテナの1つまたはそれ以上の伝播されるべき動作周波数(f)が前記アセンブリ(20)を伝播することが特に許容され、
前記エレメントのアセンブリ(20)が、放射状の周期性、およびその放射状の周期性において少なくとも1つの欠落部(21)を有し、
前記エレメントのアセンブリ(20)が、少なくとも1つのキャビティ(21;21a)を形成する所与の誘電率、透磁率および導電率の第1の材料、ならびに、その誘電率および/または透磁率および/または導電率が異なる2つの材料(23、24;25、26;27、28;23a、23b、24a)で構成される構造(22)を備え、
前記構造が放射状の周期性を有し、
前記構造(22)を構成するエレメントが、前記プローブを取り囲むる同軸円筒形であり、従って前記配列が放射状の周期性を有し、内側円筒形エレメントが前記プローブを受ける少なくとも1つのキャビティを形成する、アンテナ。 - 前記同軸円筒形は、二次元または三次元の周期性を有するフォトニックバンドギャップを持つ材料で作られる請求項1に記載のアンテナ。
- 前記プローブを支えるとともに、前記エレメントのアセンブリと接して配置される平面電磁波反射器をさらに備える請求項1または2に記載のアンテナ。
- 前記アンテナの前記プローブが、その性質上、前記アンテナにおいて直線または円偏波を生成することができ、それによって前記アンテナが直線偏波あるいは円偏波により動作するようにする請求項1〜3のいずれか一項に記載のアンテナ。
- チューニング可能なアンテナを構成できるようにするために、前記材料のうち少なくとも1つが、電場または磁場など外部ソースの関数として変動する誘電特性および/または磁気特性を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記アセンブリが、複数の周期性が欠落している部分を有し、それによりアンテナの通過帯域を広げるようにすることおよび/または複数帯域アンテナを作ることができるようにすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のアンテナ。
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