JP5833743B2 - 波を送受信するためのデバイス、そのデバイスを備えたシステム、及びそのようなデバイスの使用 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波を送受信するためのデバイス、そのデバイスを備えたシステム、及びそのようなデバイスの使用に関する。

例えば、特許文献１から、複数のパッシブ反射素子を備えた、電磁波を送受信するためのデバイスが知られている。パッシブ反射素子は、デバイスに内において周期的に間隔が空けられる。そのデバイスは、ブラッグの法則の特定の電磁特性を利用する。

しかしながら、パッシブ反射素子は、波長λの倍数の距離で互いに間隔が空けられ、その距離が略λ／２以上であるので、このようなデバイスが大型のものになる。

また、特許文献２から、複数の金属拡散器に取り囲まれた反応型アンテナ素子を有するデバイスも知られている。この構成によって、電磁波は、サブ波長距離においてアンテナ素子付近の点ｉに集束される。このようなデバイスはほとんど金属拡散器の周期的パターンを含まない。

しかしながら、このようなデバイスは、電磁波の優先方向を有さない。

こうしたデバイスには全て、効率の上昇及びサイズの減少に関して、依然として改善の必要がある。

仏国特許発明第２８６３１０９号明細書 国際公開第２００８／００７０２４号

本発明の一課題は、電磁波を送受信するための改善されたデバイスを提供することである。

このため、本発明は、１ｍｍと１０ｍの間の自由空間波長λ_０を有する電磁波を送受信するためのデバイスを提案し、そのデバイスは以下のものを備える：
‐ 誘電体の媒体。自由空間波長λ_０は媒体内の波長λに対応している。
‐ 媒体内に組み込まれた複数のパッシブ共振素子。各パッシブ共振素子は、少なくとも第一形状及び第一物理パラメータを備えた第一形状を有する。第一構造は複数のパッシブ共振素子に属する全てのパッシブ共振素子に対して同一である。各パッシブ共振素子は少なくとも一つの第一共振周波数を有する。複数のパッシブ共振素子は周波数バンドギャップを備える。複数のパッシブ共振素子に属する二つの隣接するパッシブ共振素子は、λ／４未満の第一距離で互いに離隔される。
‐ パッシブ共振素子とパッシブ共振素子との間において媒体内に組み込まれた少なくとも一つのアクティブ共振素子。アクティブ共振素子は、λ／４未満の第二距離でパッシブ共振素子から離隔される。アクティブ共振素子は、少なくとも第二形状及び際に物理パラメータを備えた第二構造を有する。第二構造は第一構造と異なり、アクティブ共振素子が、複数のパッシブ素子の周波数バンドギャップ内において少なくとも一つの第二共振周波数を有するようになる。アクティブ共振素子は、第二周波数に実質的に等しい少なくとも一つの周波数成分を有する信号を送受信するための電子デバイスに接続される。

これらの特徴によって、本電磁波を送受信するためのデバイスは、従来技術の既知の等価なデバイスと比較して小型になる。

パッシブ共振素子は互いに結合され、本デバイスはブラッグの法則を利用せず、パッシブ共振素子が媒体内部において周期的に又は非周期的なものとなることができる。

本デバイスは、ハイブリダイゼーションバンドギャップとして知られているバンドギャップを利用する。

パッシブ共振素子を備えたデバイスの第一領域は、第二共振周波数の電磁波が、アクティブ共振素子からその第一領域を通って伝播することを防止する。本デバイスは、第一領域の形状によって決定される指向性図を備える。本デバイスは、一つ又は複数の所定の方向において電磁波を送受信することができる。

第二共振周波数の電磁エネルギーは、アクティブ共振素子周辺において第二領域内に集束される。本デバイスは、そのデバイスからかなり離れた距離において電磁波を送受信することができる。本デバイスは感度が高くて効率的である。

本デバイスの変形実施形態では、以下の特徴及び／又は他の特徴が任意で組み込まれ得る。

本発明の他の側面によると、第二形状は第一形状と同一であり、第二構造の少なくとも一つの第二物理パラメータが、第一構造の対応する第一パラメータと異なる。

本発明の他の側面によると、第一物理パラメータ及び第二物理パラメータはそれぞれ第一構造及び第二構造のサイズ及び材料を備える。

本発明の他の側面によると、第一距離及び第二距離はλ／１０未満である。

本発明の他の側面によると、パッシブ共振素子は、媒体内部に周期的に配置されない。

本発明の他の側面によると、アクティブ共振素子は、媒体の側面近傍に存在する。

本発明の他の側面によると、アクティブ共振素子は、側面から第三距離の位置にあり、その第三距離は波長λ未満である。

本発明の他の側面によると、本デバイスは、少なくとも二つのアクティブ共振素子を備え、それら二つのアクティブ共振素子は第四距離で互いに離隔され、二つのアクティブ共振素子が異なる第二共振周波数を有し、それら異なる第二共振周波数の各々がバンドギャップ内にある。

従って、二つのアクティブ共振素子が、独立した無相関の電磁波を送信することができる。

本発明の他の側面によると、第四距離は、波長λ未満、好ましくはλ／４未満である。

本発明の他の側面によると、少なくとも一つのパッシブ共振素子が実質的に二つのアクティブ共振素子の間に存在するように、第四距離が設定される。

本発明の他の側面によると、二つのアクティブ共振素子は、デバイスの幾何学的中心に対して対称に配置される。

本発明の他の側面によると、本デバイスは以下のものを備える：
‐ 同一の第一形状及び同一の第一物理パラメータを有する複数のパッシブ共振素子。各パッシブ共振素子は複数の第一共振周波数を有する。複数のパッシブ共振素子は少なくとも第一バンドギャップ及び第二バンドギャップを備える。
‐ 少なくとも二つのアクティブ共振素子。二つのアクティブ共振素子は第四距離で互いに離隔されている。
ここで、二つのアクティブ共振素子はそれぞれ異なる第二共振周波数を有し、一番目の第二共振周波数は複数のパッシブ共振素子の第一バンドギャップ内にあり、二番目の第二共振周波数は複数のパッシブ共振素子の第二バンドギャップ内にある。

従って、二つのアクティブ共振素子は、独立した無相関の電磁波を送信することができる。

本発明の他の側面によると、本デバイスは以下のものを備える：
‐ 少なくとも二組のパッシブ共振素子。二組のパッシブ共振素子は同一の第一形状及び異なる第一物理パラメータを備え、第一の組が第一バンドギャップを備え、第二の組が第二バンドギャップを備える。
‐ 少なくとも二つのアクティブ共振素子、それら二つのアクティブ共振素子は第四距離で互いに離隔される。
ここで、二つのアクティブ共振素子はそれぞれ異なる第二共振周波数を有し、一番目の第二共振周波数は第一バンドギャップ内にあり、二番目の第二共振周波数波は第二バンドギャップ内にある。

従って、二つのアクティブ共振素子が、独立した無相関の電磁波を送信することができる。

本発明の他の側面によると、第一形状及び第二形状は導電性ワイヤであり、第一共振周波数が第一形状の長さに依存し、第二共振周波数が第二形状の長さに依存する。

本発明の他の側面によると、第一形状及び第二形状は導電性分割リングであり、第一共振周波数が、第一形状の電気キャパシタ及び電気インダクタンスに依存し、第二共振周波数が、第二形状の電気キャパシタ及び電気インダクタンスに依存する。

本発明の他の側面によると、第一形状及び第二形状は、導電性プレートのスリットであり、第一共振周波数が第一形状のスロットの周囲長さに依存し、第二共振周波数が第二形状のスロットの長さに依存する。

本発明の他の側面は、電磁波を送受信するためのデバイスを備えたシステムを提供することであり、アクティブ共振素子が、電磁波を表す信号を送受信するための電子デバイスに接続され、電気信号は、第二周波数に実質的に等しい少なくとも一つの周波数成分を有する。

本発明の他の側面は、１ｍｍから１ｍの間、好ましくは１０ｃｍから４０ｃｍの間の自由空間波長を有する電磁波を送受信するためのデバイスの使用である。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下の非限定的な例として与えられる三実施形態の詳細な説明から明らかになるものである。

本発明に係る電磁波を送受信するためのデバイスの第一実施形態の斜視図である。 図１の第一実施形態の変形例の上面図である。 図２のデバイスに属するアクティブ素子に関する指向性図である。 本発明に係るデバイスのバンドグラフである。 図１のデバイスに属するパッシブ又はアクティブ共振素子の変形例である。 図１のデバイスに属するパッシブ又はアクティブ共振素子の変形例である。 図１のデバイスに属するパッシブ又はアクティブ共振素子の変形例である。 図１のデバイスに属するパッシブ又はアクティブ共振素子の変形例である。 第一実施形態の折り返し型の変形例の図である。 本発明に係る電磁波を送受信するためのデバイスの第二実施形態の斜視図である。 図６のデバイスに属するパッシブ又はアクティブ共振素子の変形例である。 図６のデバイスに属するパッシブ又はアクティブ共振素子の変形例である。 図６のデバイスに属するパッシブ又はアクティブ共振素子の変形例である。 図６のデバイスに属するパッシブ又はアクティブ共振素子の変形例である。 本発明に係る電磁波を送受信するためのデバイスの第三実施形態の図である。

多様な図面において、同じ参照番号は、同一又は同様の要素を示す。方向Ｚは垂直方向である。方向Ｘ又はＹは水平方向又は横方向である。

図１は、空間において電磁波Ｗを送受信するためのデバイス１０の第一の実施形態を示し、その電磁波は、１ｍｍから１０の間、好ましくは１０ｃｍから４０ｃｍの間の自由空間波長λ_０を有する。

本デバイスは：
‐ 誘電体の媒体１１と、
‐ 媒体１１内部に組み込まれた複数のパッシブ（受動）共振素子１２と、
‐ パッシブ共振素子１２とパッシブ共振素子１２との間において媒体１１内部に組み込まれた少なくとも一つのアクティブ（能動）共振素子１３とを備え、そのアクティブ共振素子１３は、電磁波Ｗを表す電気信号Ｓを送受信するための電子デバイス１４に接続される。

媒体１１は屈折率ｎ_ｄを有する。

空間は空気であり得る。この場合、その屈折率は１に等しい。

自由空間波長λ_０は、以下の周知の関係式に従って、媒体１１内部の波長λに対応する：
ｎ_ｄ・λ＝λ_０

媒体１１は例えば平行六面体状であり、第一表面Ｓ１及び第二表面Ｓ２を備え、その第二表面Ｓ２は、垂直方向Ｚに沿ってその第一表面に対向する。第一表面Ｓ１及び第二表面Ｓ２は、実質的に平行な平面である。方向Ｄは、実質的に、これら表面に垂直で且つ垂直方向Ｚに平行な直線である。第一表面Ｓ１及び第二表面Ｓ２は高さの値Ｈで離れている。

媒体１１はε_ｄの誘電率を有する。

この説明では、パッシブ共振素子１２が、少なくとも第一形状及び第一物理パラメータを備えた第一構造を有するものとする。

本発明の第一実施形態の場合：
‐ 第一構造は導電性ワイヤであり；
‐ 第一形状は方向Ｄの直線であり；
‐ 第一物理パラメータは、各導電性ワイヤの直径ａ、長さＬ_Ｗ１、導電性ワイヤ用の選択された材料を備える。

各パッシブ共振素子の長さＬ_Ｗ１は、例えば媒体１１の高さの値Ｈに等しい。

言い換えると、第一実施形態の各パッシブ共振素子１２は、直径ａを有し、第一表面Ｓ１上の第一端部１２ａと第二表面Ｓ２上の第二端部１２ｂとの間の長さＬ_Ｗ１に応じて、方向Ｄに沿って延伸する導電性ワイヤである。

この第一実施形態では、パッシブ共振素子１２は、第一表面Ｓ１又は垂直方向Ｚに垂直な平面ＸＹの上に、規則的な間隔の正方形グリッドを形成する。パッシブ共振素子１２は、垂直方向Ｚに沿って互いに平行である。

パッシブ共振素子１２は、少なくとも一つの共振周波数ｆ_１（第一共振周波数）を有する。

パッシブ共振素子１２は、方向Ｘ又はＹに沿って、λ／４未満、好ましくはλ／１０未満の第一距離ｄ１で互いに間隔が空けられている。このサブ波長の第一距離ｄ１は、グリッドのステップである。

従って、パッシブ共振素子１２が、互いに電磁的に結合される。

この特徴のおかげで、第一共振周波数ｆ_１前後においてハイブリダイゼーションバンドギャップが形成される。導電性ワイヤの場合、バンドギャップは、単一のワイヤの共振周波数の上にある。

図１において、パッシブ共振素子１２は、ワイヤの規則的な格子（周期的に間隔が空いている）を形成する。しかしながら、パッシブ共振素子１２が規則的、周期的に配置されていなくても、このようなデバイスは動作可能となり得る。

図５ａから図５ｄは、パッシブ共振素子１２の第一形状に対する複数の変形例を示す。

図５ａ及び図５ｂでは、パッシブ共振素子１２は一本のワイヤから成る。第一共振周波数ｆ_１は、第一端部１２ａと第二端部１２ｂとの間の曲線長さである長さＬ_Ｗ１に依存する。

第一共振波長λ_１は以下のように定められる：
λ_１／２＝Ｌ_Ｗ１ ^＊
ここで、Ｌ_Ｗ１ ^＊は、パッシブ共振素子１２の第一幾何学的長さＬ_Ｗ１に対応する第一電気的長さである。

実際には、長さＬ_Ｗ１は、複数の第一共振周波数ｆ_１を発生させ、その各々は、一次のものの倍数である。しかしながら、本明細書では、簡単のため、一次のものについてのみ説明する。

第一共振周波数ｆ_１は、
ｆ_１＝ｃ／λ_１
であり、つまり、
ｆ_１＝ｃ／（２・Ｌ_Ｗ１ ^＊）
であり、ここで、ｃは、真空中における波（光）の速度である。

図５ｃ及び図５ｄでは、パッシブ共振素子１２は、第一端部１２ａと第二端部１２ｂとの間で延伸し且つ追加ワイヤに接続された主ワイヤで構成されて、また、例えば、その追加ワイヤは、端部１２ｄと端部１２ｃとの間で延伸する一本の追加ワイヤであり、その端部１２ｄは、主ワイヤにも属するものであるか、及び／又は、主ワイヤの端部１２ａ、１２ｂの間の中間位置において主ワイヤに接続されたものである。

このようなパッシブ共振素子は、以下の複数の幾何学的長さを備える：
‐ 端部１２ａと端部１２ｂとの間の第一長さＬ_Ｗ１、
‐ 端部１２ａと端部１２ｃとの間の第二長さＬ_Ｗ２、
‐ 端部１２ｂと端部１２ｃとの間の第三長さＬ_Ｗ３。

各幾何学的長さＬ_Ｗｉ（ｉはパッシブ共振素子１２のワイヤ部分を表す添え字である）は、電気的長さＬ_Ｗｉ ^＊、第一共振波長λ_１ｉ、第一共振周波数ｆ_１ｉに関係している。

波に対応する波数ｋ_ｉは、単位長さ当たりの波の数として定義され、つまり、
ｋ_ｉ＝２π／λ_ｉ
である。

パッシブ共振素子１２は複数の共振周波数ｆ_１ｉを有し、それら複数の共振周波数は全て、図４に示されるような波数‐周波数グラフで表すことができるものである。このグラフにおいて、特定の第一周波数ｆ_１１が波数ｋ_１に対して与えられている。複数のパッシブ共振素子１２に対して利用可能な全ての対（ｆ_１ｉ，ｋ_ｉ）が、複数の曲線２１，２２でこのグラフに示されている。散乱現象が、このグラフにおいて漸近線を形成し、また、周波数バンドギャップΔｆを形成していて、ここで、複数のパッシブ共振素子１２が、バンドギャップΔｆに属する、つまり周波数間隔［ｆ_Δ１，ｆ_Δ２］に属する周波数ｆを有する電磁波を伝播させる可能性はない。

パッシブ共振素子１２を、周期的パターンに従って、媒体１１内部に組み込むことができる。そのデバイスは単純な幾何学的形状を有し、デバイスの電磁特性（感度、指向性、効率性能）を製造前により簡単に計算して予測することができる。

パッシブ共振素子１２を、非周期的パターンに従って、媒体１１内部に組み込むこともできる。そのデバイスは、媒体内部１１におけるパッシブ共振素子１２の位置に関する製造の不確実性にあまり影響を受けない。このような問題は、ブラッグバンドギャップ材料又はメタマテリアルに対して周知である。

一つ又は複数のアクティブ共振素子１３も、パッシブ素子１２とパッシブ素子１２との間において媒体１１内部に組み込まれる。

アクティブ共振素子１３は、信号を送受信するための電子デバイス１４に結合又は接続される。

アクティブ共振素子１３に単一の電気信号Ｓを供給して、単一の電磁波Ｗを送受信することができ、又は複数の電気信号（各アクティブ素子に対して一つの異なる信号）を供給して、複数の独立した電磁波を介して複数の信号を同時に送受信することもできる。

アクティブ共振素子１３は、パッシブ共振素子１２に近接している。アクティブ共振素子１３は、複数のパッシブ共振素子に属する一つのパッシブ共振素子から、λ／２未満、場合によってはλ／１０未満の第二距離ｄ２で間隔が空けられている。

好ましくは、アクティブ共振素子１３は、媒体１１の周辺部近傍に、つまり側面ＬＳ近傍において、媒体１１内部に配置される。

例えば、アクティブ共振素子１３と、そのアクティブ共振素子近傍の側面との間の距離は、第三距離ｄ３未満である。アクティブ共振素子１３とその近傍の側面との間には、パッシブ共振素子１２が一つのみ存在するか又は存在しない。従って、アクティブ共振素子１３が、側面ＬＳから横方向に電磁波Ｗを放出することができて（図１及び図２）、その電磁波Ｗは主に平面ＸＹ内において空間を伝播する。

第三距離ｄ３は、波長λ未満、好ましくはλ／４未満である。アクティブ共振素子１３は、その近傍の側面ＬＳの近くにある。

アクティブ共振素子１３は、好ましくは周辺部に存在し、デバイスが小型になる。

アクティブ共振素子１３は、第二形状及び第二物理パラメータを備えた第二構造を有する。

本発明の第一実施形態の場合：
‐ 第二構造は導電性ワイヤであり；
‐ 第二形状は、方向Ｄの直線であり；
‐ 第二物理パラメータは、直径、長さＬ_Ｗ２、その導電性ワイヤ用に選択された材料を備える。

特定の第一実施形態では、アクティブ共振素子の第二形状は、パッシブ共振素子の第一形状と同一である。アクティブ共振素子１３は、長さＬ_Ｗ１よりも短い長さＬ_Ｗ２という点においてのみパッシブ共振素子１２と異なる。パッシブ共振素子１２及びアクティブ共振素子１３は、物理パラメータの点においてのみ異なる。従って、アクティブ共振素子の第二構造は、パッシブ共振素子の第一構造と異なる。

アクティブ共振素子１３は、共振周波数、具体的には第二共振周波数ｆ_２を有する。第二共振周波数ｆ_２はｆ_Δ１とｆ_Δ２との間、つまり、複数のパッシブ共振素子１２のバンドギャップΔｆ内にある。

アクティブ共振素子１３のワイヤの電気的長さは、例えば、パッシブ共振素子１２のワイヤの電気的な長さと比較して短い。アクティブ共振素子１３の第二共振周波数ｆ_２は、パッシブ共振素子１２の第一周波数ｆ_１よりも高く、その第二共振周波数ｆ_２は、バッドギャップΔｆ内にあり得る。

しかしながら、複数のパッシブ共振素子１２は、バンドギャップΔｆに属する波を伝播しない。

アクティブ共振素子１３から送信された送信波Ｗは、複数のパッシブ共振素子１２の方向において減衰される。デバイスは、大半のパッシブ共振素子１２を備えた第一領域Ｒ１と、アクティブ共振素子１３を備えた第二領域Ｒ２を有するかのように振る舞い、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２は、排他的であり、境界１９によって互いに分離されている（図２）。アクティブ共振素子１３周辺の第二領域Ｒ２は、アクティブ共振素子１３からの電磁エネルギーを集束させて、第一領域Ｒ１は、そこを通ってエネルギーが伝播することを防止する。

従って、デバイスは、一つの所定の方向又は複数の所定の方向に対して電磁波Ｗを送受信することができ、所定の方向は、第一領域Ｒ１及び第二領域Ｒ２の形状によって定めらえる。図３は、図２に示されるデバイスの一アクティブ共振素子１３に対応する指向性図の一例である。このようなデバイスは、１８０°の方向に配向した明確な指向性曲線３０を有する。

各アクティブ共振素子１３の所定の指向性図に従って、デバイスは、多入力多出力（ＭＩＭＯ，ｍｕｌｔｉ−ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉ−ｏｕｔｐｕｔ）応用のために各アクティブ共振素子１３から異なる信号を送信することができる。

従って、第二周波数ｆ_２に実質的に等しい周波数成分を有する信号を効率的に送受信することができる。

デバイスは、アクティブ共振素子１３の第二周波数ｆ_２が複数のパッシブ共振素子１２のバンドギャップ内にないデバイスと比較して、改善された感度で、遠距離場において電磁波を送受信することができる。

アクティブ共振素子１３の形状は、好ましくはパッシブ共振素子１２の形状と同一である。アクティブ共振素子１３の物理パラメータのうち少なくとも一つは、パッシブ共振素子１２の物理パラメータと異なる。アクティブ共振素子１３は、複数のパッシブ共振素子１２のバンドギャップΔｆ内に第二共振周波数ｆ_２を有することができる。

図２のデバイスは、四つのアクティブ共振素子１３_１、１３_２、１３_３、１３_４を備え、その各々は、異なる方向において、例えば平面ＸＹ内の各四分の一の方向において電磁波Ｗを送受信する。

送信の場合、複数のアクティブ共振素子１３の電気信号は互いに異なるものであり得る。受信の場合、複数のアクティブ共振素子１３の電気信号は、互いに異なり無相関の者であり得る。

これらアクティブ共振素子１３を互いに独立して使用することができ、また、ＭＩＭＯ構成のデバイスにおいて使用することができる。

複数のアクティブ共振素子１３を備えたこのデバイスは、極度に小型のアンテナアレイである。

更に、二つのアクティブ共振素子（１３_１、１３_２）は、第四距離ｄ４で互いに離隔される。

二つのアクティブ共振素子１３間の第四距離ｄ４は、好ましくはアクティブ共振素子１３とそれに隣接するパッシブ共振素子１２との間の第二距離ｄ２よりも長い。少なくとも一つのパッシブ共振素子１２が、例えば二つのアクティブ共振素子１３間に存在する。複数のアクティブ共振素子１３は互いに結合されていない。

第四距離ｄ４は、例えば媒体内部での波長、好ましくはλ／４よりも短く、複数のアクティブ共振素子１３を備えたデバイスが小型になる。

従って、複数のアクティブ共振素子１３の電気信号は互いに更に無相関となり、独立的に使用可能となる。

二つのアクティブ共振素子（１３_１、１３_２）は、異なる第二物理パラメータを有することもできて、第一アクティブ共振素子１３_１が、第二アクティブ共振素子１３_２の第二共振周波数ｆ_２２と異なる第二共振周波数ｆ_２１を有するようになる。

二つのアクティブ共振素子（１３_１、１３_２）は互いに結合されず、アクティブ共振素子１３の信号が更に非相関になる。

図６は、本発明の第一実施形態の変形例を示し、パッシブ共振素子１２及びアクティブ共振素子１３の形状が折り返しワイヤである。

パッシブ共振素子１２は、長さ略３０ｍｍの導電性ワイヤであり、方向Ｚにおける半分の第一部分と、方向Ｙにおける半分の第二部分とを備える。第一共振周波数ｆ_１は、パッシブ共振素子１２の導電性ワイヤの上記長さに対応する。この場合、第一共振周波数ｆ_１は略２．２ＧＨｚである。

アクティブ共振素子１３は、長さ略２５ｍｍの導電性ワイヤであり、方向Ｚの第一部分と、パッシブ共振素子１２の半分の第二部分の上方における方向Ｙの第二部分とを備える。第二共振周波数ｆ_２は、アクティブ共振素子１３の導電性ワイヤの上記長さに対応する。この場合、第二共振周波数ｆ_２は略２．４５ＧＨｚである。

互いに平行なワイヤの異なる部分は、２ｍｍ離れている。

このデバイスは、第二共振周波数ｆ２に対応する略２．４５ＧＨｚの中心周波数の波を略１００ＭＨｚの周波数帯域幅で送受信することができ、その周波数帯域幅は、パッシブ共振素子の周波数バンドギャップ（Δｆ）内にある。中心周波数は、２０ｃｍから１２ｃｍとの間の自由空間波長λ_０に対応する。この場合、第一距離及び第二距離（ｄ１、ｄ３）はλ／１０未満である。

従って、この変形例のデバイスのＸ方向及びＺ方向のサイズは、図１のデバイスのものよりも小さい。

図７は、複数のパッシブ共振素子１２及び少なくとも一つのアクティブ共振素子１３を備えた、電磁波Ｗを送受信するためのデバイス１０の第二実施形態を示す。パッシブ共振素子及びアクティブ共振素子は、第一実施形態のものと比較して異なる形状を有する。

パッシブ共振素子１２及びアクティブ共振素子１３は、第一表面Ｓ１上においてＸＹ平面内に延在する分割リング素子状である。こうした構造も導電性素子を利用する。

このような本発明の第二実施形態は、本発明の第一実施形態と比較して方向Ｚにおいて小型である。

第一形状及び第二形状は、Ｃ字のように、少なくとも一つの開口を有する小型ループである。そのループは電気インダクタンスＬのように振る舞い、その開口は電気キャパシタＣのように振る舞う。パッシブ共振素子１２又はアクティブ共振素子１３は、（１／２π）√（ＬＣ）に実質的に等しい共振周波数ｆ_ｃを有する小型電気回路のように振る舞う。

パッシブ共振素子１２は、電気キャパシタＣ_１及び電気インダクタンスＬ_１に応じた第一共振周波数ｆ_１を有する。アクティブ共振素子１３は、電気キャパシタＣ_２及び電気インダクタンスＬ_２に応じた第二共振周波数ｆ_２を有する。

複数のパッシブ共振素子１２はバンドギャップΔｆを有する。アクティブ共振素子１３は、バンドギャップ内の第二共振周波数を有するように設計される。

本発明のこの実施形態の他の特徴は同様のものであり、同じ利点を提供する。

任意の変形例も考えられるものである。

このようなデバイスは小型であり、効率的に遠距離場に対して電磁波Ｗを送受信することができる。

図８ａから図８ｄは、パッシブ素子１２又はアクティブ素子１３の形状の四つの変形例を示す。図８ｃの変形例は、二つの異なる第二共振周波数（ｆ_２１、ｆ_２２）を提供する。

二つの第二共振周波数は、パッシブ共振素子１２の周波数バンドギャップΔｆ内に存在し得る。

このような二つのアクティブ共振素子１３を有するデバイスでは、二つの波を、干渉なく同時に送受信することができるが、これは、複数のパッシブ共振素子１２がバンドギャップを形成することによって、それらからの信号が非相関となるからである。

図９は、複数のパッシブ共振素子１２及び少なくとも一つのアクティブ共振素子１３を備えた、電磁波Ｗを送受信するためのデバイス１０の第三実施形態を示す。パッシブ共振素子及びアクティブ共振素子は、第一の実施形態のものと比較して異なる形状を有し、平面ＸＹに沿って延在する導電性プレートにおけるスロットである。

この第三実施形態のデバイスは、第一及び第二実施形態のものよりも小型である。第一共振周波数（ｆ_１）は、スロットの周囲長さに依存し、スロットの長さに依存するものではない。周囲長さは、長さよりも略二倍長い。

パッシブ共振素子１２は、長さ２４ｍｍで幅０．５ｍｍの導電性プレート内のスロットである。第一共振周波数ｆ_１は、パッシブ共振素子１２のスロットの上記長さ及び幅（周囲長さ）に対応する。この場合、第一共振周波数ｆ_１は略２．２ＧＨｚである。

アクティブ共振素子１３は、長さ１９ｍｍで幅０．５ｍｍのスロットである。第二共振周波数ｆ_２は、アクティブ共振素子１３のスロットの上記長さ及び幅に対応する。この場合、第二共振周波数ｆ_２は略２．４５ＧＨｚである。

スロット同士は互いに２ｍｍで離れている。

このデバイスは、略１００ＭＨｚの周波数帯域幅で、第二共振周波数ｆ２に対応する略２．４５ＧＨｚの中心周波数における波を送受信することができ、その周波数帯域幅は、パッシブ共振素子の周波数バンドギャップ（Δｆ）内にある。

この例では、第一距離及び第二距離（ｄ１、ｄ３）はλ／１０未満である。

このデバイスのＹ方向におけるサイズは、図６のサイズの１／２である。このようなデバイスは更に小型となる。

本発明の全ての実施形態によると、電磁波を送受信するためのデバイスは、従来技術において既知の等価なデバイスと比較して小型である。

このようなデバイスは、高効率で電磁波を送受信することができ、データをデバイスからかなり遠くに送信することができる。

更に、本デバイスを、第一領域及び第二領域の形状（パッシブ共振素子を備えた領域とアクティブ共振素子を備えた領域）によって決定された所定の指向性図を提供するように設計することができる。

また、本デバイスは、パッシブ共振素子１２のバンドギャップによって互いに孤立化された複数のアクティブ共振素子を備えることができる。本デバイスは、チャネルの相関をほとんど有さずにＭＩＭＯ応用に使用可能である。

１１ 媒体
１２ パッシブ共振素子
１３ アクティブ共振素子
１４ 電子デバイス

Claims (18)

1. １ｍｍから１０ｍの間の自由空間波長（λ_０）を有する電磁波を送受信するためのデバイスであって、
   誘電体の媒体（１１）と、
   前記媒体内に組み込まれた複数のパッシブ共振素子（１２）と、
   前記パッシブ共振素子と前記パッシブ共振素子との間において前記媒体内に組み込まれた少なくとも一つのアクティブ共振素子（１３）とを備え、
   前記自由空間波長（λ_０）が前記媒体（１１）内部での波長（λ）に対応していて、
   各パッシブ共振素子（１２）が少なくとも第一形状及び第一物理パラメータを備えた第一構造を有し、前記第一構造が前記複数のパッシブ共振素子に属する全てのパッシブ共振素子に対して同一であり、各パッシブ共振素子（１２）が少なくとも一つの第一共振周波数（ｆ_１）を有し、前記複数のパッシブ共振素子（１２）が周波数バンドギャップ（Δｆ）を備え、前記複数のパッシブ共振素子に属する二つの隣接するパッシブ共振素子がλ／４未満の第一距離（ｄ１）で互いに離隔されていて、
   前記アクティブ共振素子（１３）が、λ／４未満の第二距離（ｄ２）でパッシブ共振素子から離隔されていて、前記アクティブ共振素子（１３）が少なくとも第二形状及び第二物理パラメータを備えた第二構造を有し、前記アクティブ共振素子（１３）が前記複数のパッシブ共振素子（１２）の周波数バンドギャップ（Δｆ）内の少なくとも一つの第二共振周波数（ｆ_２）を有するように前記第二構造が前記第一構造と異なり、前記アクティブ共振素子（１３）が前記第二共振周波数（ｆ_２）に実質的に等しい少なくとも一つの周波数成分を有する信号（Ｓ）を送受信するための電子デバイス（１４）に接続されている、デバイス。
2. 前記第二形状が前記第一形状と同一であり、前記第二構造の少なくとも一つの第二物理パラメータが、前記第一構造の対応する第一物理パラメータと異なる、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記第一物理パラメータ及び前記第二物理パラメータがそれぞれ前記第一構造及び前記第二構造のサイズ及び材料を備える、請求項１又は２に記載のデバイス。
4. 前記第一距離及び前記第二距離がλ／１０未満である、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
5. 前記パッシブ共振素子が前記媒体（１１）内に周期的に配置されていない、請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス。
6. 前記アクティブ共振素子（１３）が、前記媒体（１１）の側面（ＬＳ）近傍に存在している、請求項１から５のいずれか一項に記載のデバイス。
7. 前記アクティブ共振素子（１３）が前記側面（ＬＳ）から第三距離（ｄ３）の位置に存在し、前記第三距離（ｄ３）が前記波長（λ）未満である、請求項６に記載のデバイス。
8. 少なくとも二つのアクティブ共振素子（１３_１、１３_２）を備え、前記二つのアクティブ共振素子（１３_１、１３_２）が第四距離（ｄ４）で互いに離隔されていて、前記二つのアクティブ共振素子（１３_１、１３_２）が異なる第二共振周波数（ｆ_２１、ｆ_２２）を有し、各第二共振周波数が前記周波数バンドギャップ（Δｆ）内にある、請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
9. 前記第四距離（ｄ４）が前記波長（λ）未満、好ましくはλ／４未満である、請求項８に記載のデバイス。
10. 少なくとも一つのパッシブ共振素子（１２）が実質的に前記二つのアクティブ共振素子の間に存在するように前記第四距離（ｄ４）が設定されている、請求項８又は９に記載のデバイス。
11. 前記二つのアクティブ共振素子（１３_１、１３_２）が、前記デバイスの幾何学的中心に対して対称に配置されている、請求項８から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
12. 同一の第一形状及び同一の第一物理パラメータを有する複数のパッシブ共振素子（１２）と、
    少なくとも二つのアクティブ共振素子（１３_１、１３_２）とを備え、
    各パッシブ共振素子が複数の第一共振周波数（ｆ_ｉ）を有し、前記複数のパッシブ共振素子が少なくとも第一バンドギャップ（Δｆ_１）及び第二バンドギャップ（Δｆ_２）を備え、
    前記二つのアクティブ共振素子（１３_１、１３_２）が第四距離（ｄ４）で互いに離隔されていて、
    前記二つのアクティブ共振素子（１３_１、１３_２）がそれぞれ異なる第二共振周波数（ｆ_２１、ｆ_２２）を有し、一番目の第二共振周波数（ｆ_２１）が前記複数のパッシブ共振素子（１２）の第一バンドギャップ（Δｆ_１）内にあり、二番目の第二共振周波数（ｆ_２２）が前記複数のパッシブ共振素子（１２）の第二バンドギャップ（Δｆ_２）内にある、請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
13. 少なくとも二組のパッシブ共振素子（１２_１、１２_２）と、
    少なくとも二つのアクティブ共振素子（１３_１、１３_２）とを備え、
    前記少なくとも二組のパッシブ共振素子が、第一の組が第一バンドギャップ（Δｆ_１）を有し且つ第二の組が第二バンドギャップ（Δｆ_２）を有するように同一の第一形状及び異なる第一物理パラメータを有し、
    前記二つのアクティブ共振素子（１３_１、１３_２）が第四距離（ｄ４）で互いに離隔されていて、
    前記二つのアクティブ共振素子（１３_１、１３_２）がそれぞれ異なる第二共振周波数（ｆ_２１、ｆ_２２）を有し、一番目の第二共振周波数（ｆ_２１）が前記第一バンドギャップ（Δｆ_１）内にあり、二番目の第二共振周波数（ｆ_２２）が前記第二バンドギャップ（Δｆ_２）内にある、請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
14. 前記第一形状及び前記第二形状が導電性ワイヤであり、前記第一共振周波数（ｆ_１）が前記第一形状の長さに依存し、前記第二共振周波数（ｆ_２）が前記第二形状の長さに依存している、請求項１から１３のいずれか一項に記載のデバイス。
15. 前記第一形状及び前記第二形状が導電性分割リングであり、前記第一共振周波数（ｆ_１）が前記第一形状の電気キャパシタ（Ｃ_１）及び電気インダクタンス（Ｌ_１）に依存し、前記第二共振周波数（ｆ_２）が前記第二形状の電気キャパシタ（Ｃ_２）及び電気インダクタンス（Ｌ_２）に依存している、請求項１から１３のいずれか一項に記載のデバイス。
16. 前記第一形状及び前記第二形状が導電性プレートのスロットであり、前記第一共振周波数（ｆ_１）が前記第一形状のスロットの周囲長さに依存し、前記第二共振周波数（ｆ_２）が前記第二形状のスロットの長さに依存している、請求項１から１３のいずれか一項に記載のデバイス。
17. 請求項１から１６のいずれか一項に記載の電磁波を送受信するためのデバイス（１０）を備えたシステムであって、前記アクティブ共振素子（１３）が前記電磁波を表す信号を送受信するための電子デバイス（１４）に接続されていて、前記電気信号が前記第二共振周波数（ｆ_２）に実質的に等しい少なくとも一つの周波数成分を有する、システム。
18. １ｍｍから１０ｍの間、好ましくは１０ｃｍから４０ｃｍの間の自由空間波長（λ_０）を有する電磁波を送受信するための請求項１から１６のいずれか一項に記載のデバイス（１０）の使用。

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