JP5938012B2 - 反射板及びアンテナ装置 - Google Patents
反射板及びアンテナ装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5938012B2 JP5938012B2 JP2013131090A JP2013131090A JP5938012B2 JP 5938012 B2 JP5938012 B2 JP 5938012B2 JP 2013131090 A JP2013131090 A JP 2013131090A JP 2013131090 A JP2013131090 A JP 2013131090A JP 5938012 B2 JP5938012 B2 JP 5938012B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reflector
- antenna device
- lattice
- layer
- reflecting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 16
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 22
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000005404 monopole Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Description
ことを特徴とする。
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。
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。
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。
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(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。
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。
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。
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。
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。
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(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013131090A JP5938012B2 (ja) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | 反射板及びアンテナ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013131090A JP5938012B2 (ja) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | 反射板及びアンテナ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015005929A JP2015005929A (ja) | 2015-01-08 |
JP5938012B2 true JP5938012B2 (ja) | 2016-06-22 |
Family
ID=52301472
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013131090A Expired - Fee Related JP5938012B2 (ja) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | 反射板及びアンテナ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5938012B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6358398B2 (ja) * | 2015-09-04 | 2018-07-18 | Dic株式会社 | 液晶組成物及びそれを使用した液晶表示素子 |
CN109119062B (zh) * | 2018-06-19 | 2023-07-18 | 浙江大学 | 一种声学共振聚焦透镜及其设计方法 |
CN114421159B (zh) * | 2022-01-25 | 2023-03-21 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | 太赫兹数字化光控编码反射阵 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000341031A (ja) * | 1999-05-28 | 2000-12-08 | Ion Kogaku Kenkyusho:Kk | 三次元周期構造体およびその製造方法 |
FR2801428B1 (fr) * | 1999-11-18 | 2004-10-15 | Centre Nat Rech Scient | Antenne pourvue d'un assemblage de materiaux filtrant |
JP5188009B2 (ja) * | 2004-03-08 | 2013-04-24 | キヤノン株式会社 | 3次元周期構造及びそれを有する機能素子および発光素子 |
US20080212921A1 (en) * | 2007-03-02 | 2008-09-04 | Georgia Tech Research Corporation | Optical interconnect devices and structures based on metamaterials |
US9030286B2 (en) * | 2009-04-08 | 2015-05-12 | New Jersey Institute Of Technology | Metamaterials with terahertz response and methods of making same |
JP5516589B2 (ja) * | 2009-09-03 | 2014-06-11 | 株式会社村田製作所 | 被測定物の特性を測定する方法、および測定システム |
JP5470155B2 (ja) * | 2010-05-17 | 2014-04-16 | 日本電信電話株式会社 | アンテナ装置 |
JP2012049654A (ja) * | 2010-08-25 | 2012-03-08 | Yagi Antenna Co Ltd | 分割基板によるebg構造 |
-
2013
- 2013-06-21 JP JP2013131090A patent/JP5938012B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015005929A (ja) | 2015-01-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107534212B (zh) | 用于多波束天线阵列组件的基于超材料的传输阵列 | |
KR100994129B1 (ko) | 음의 유전율, 투자율 및 굴절률을 갖는 평판형 메타 물질, 그 메타 메질을 포함한 평판형 메타 물질 구조체 및 그 구조체를 포함한 안테나 시스템 | |
KR101285388B1 (ko) | 빔 조향 장치 | |
JP2015185946A (ja) | アンテナ装置 | |
JP2015231182A (ja) | メタマテリアル受動素子 | |
KR101952908B1 (ko) | 무선 통신 장치 및 방법 | |
Qin et al. | A triband low-profile high-gain planar antenna using Fabry–Perot cavity | |
Chen et al. | Low-profile wideband reflectarray by novel elements with linear phase response | |
JP2011244136A (ja) | アンテナ装置 | |
JP2010062689A (ja) | 無線通信システム、周期構造反射板及びテーパ付きマッシュルーム構造 | |
JP6142522B2 (ja) | 周波数選択部材および曲面への周波数選択素子の配列決定方法 | |
JP2015046846A (ja) | アンテナ装置設計方法及びアンテナ装置 | |
JP2015070542A (ja) | アンテナ装置 | |
JP5938012B2 (ja) | 反射板及びアンテナ装置 | |
JP2014217031A (ja) | 反射板及びアンテナ装置 | |
JP5054174B2 (ja) | アンテナ | |
JP5970337B2 (ja) | 反射板及びアンテナ装置 | |
JP2014003436A (ja) | Ebg構造体を用いたアンテナ装置 | |
JP6198216B1 (ja) | リフレクトアレーアンテナ | |
JP6194263B2 (ja) | アンテナ装置 | |
JP5965370B2 (ja) | アンテナ装置及び反射板配置方法 | |
Alexandrin | Implementation of a radially inhomogeneous medium and construction of the aperture antennas on its basis | |
Almutawa et al. | Overview of wideband Fabry-Pérot cavity antennas with thick partially reflective surface | |
Luo et al. | E-shaped element design for linearly polarized transmitarray antennas | |
Ceccuzzi et al. | Directive propagation in two EBG structures: a comparison |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150827 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160420 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160510 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160513 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5938012 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |