JP6224104B2 - 誘電面素 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は電磁放射の伝搬状態を修正可能とする誘電面素に関する。本発明は、上記のような誘電面素をそれぞれ備えている表面波生成アセンブリ、および表面波検出アセンブリにも関する。

表面波は、２つの異なる媒質間の分離界面に関する電磁放射伝搬モードである。上記の２つの媒質は、誘電率、および／または電気伝導率の各値において互いに異なっていてもよい。表面波は、下記の特徴を有している。
‐表面波の伝搬方向は、２つの媒質間の界面に平行である。
‐表面波は、２つの媒質間の界面に対して垂直な方向に急激に減衰する。

さらに、上記の界面に平行な伝搬を特徴づける波数ベクトルは、垂直方向における減衰係数、および上記界面の電磁インピーダンスに関連する。そのような表面伝搬モードは、自由空間伝搬（上空波伝搬（skywave propagation）と称されることもある）モードと対照的である。

表面波は種々の用途に用いられる。種々の用途としては、関係する送信波が表面波であるレーダーシステムまたは通信システム等が挙げられる。これらのシステムについて用いられる界面は、地面と当該地面上方の空気媒質との間の境界である。これらのシステムの利点の１つは、送信波が地面付近に集中するため、電磁放射エネルギーの上空における損失が減少することである。

利用可能な電磁放射源の多くは、自由空間を伝搬する電波（自由空間伝搬波）を生成する。そして、上記の電磁放射源によって自由空間伝搬波が作られると、いくつかの当該電波を結合して表面波に変換する変換素子を利用して表面波が生成される。しかし、下記の問題点が既存の変換素子に影響を及ぼしている。
‐変換素子があっても自由空間伝搬波が残存する。これは、上記の電磁放射源によって放射されるエネルギーと、表面波の形態で実際に分配されるエネルギーとの間の効率を低下させてしまう。
‐変換素子によって生成された表面波は、地面に平行な方向に分散した伝搬方向を有する。そのため、こうした表面波によって伝えられるエネルギーの一部しか所望の方向に伝送されない。

さらに、そのような変換素子が、表面波の伝搬による通信を受信するための検出器と組み合わせて使用される場合、上記の変換素子は、受信される表面波に加えて、自由空間伝搬波も検出器に送ってしまう。そして、このような意図しない自由空間伝搬波の送信は、表面波によって伝えられる信号の検出に干渉し、当該信号の検出を妨げる。

文献ＧＢ７８８ ８２４は、アンテナ素子を開示している。当該アンテナ素子は、自由空間伝搬モードにおいて、該素子のベースプレートに対して垂直に集中する電波を送信するように調整される。

文献ＥＰ１ ５９４ １８６は、接地面上方の開ループによって形成されるアンテナを開示している。上記の接地面は、地中に埋められるように設計されている。上記の開ループと接地面との間に２つの制限波が形成され、上記の接地面の周縁が、外側に向かう表面波放射を発生させる。しかし、このシステムも自由空間伝搬波を生成する。

文献ＷＯ０３／００７４２６は、スモールフォームファクタ（small form factor）放射素子を有しているアンテナについて説明している。当該アンテナは、金属接地面上に位置する高インピーダンス表面上に配置される。しかしながら、高インピーダンス表面において、水平に分極された電界の表面波が現れ、そして当該表面波は、自由空間伝搬波となる。

最後に、文献ＷＯ２０１０／１４２９４６およびＥＰ１ ６０８ ０３７は、異なる構造を有するアンテナを開示している。当該アンテナは、その伝搬方向が地表に対して小さな仰角を有している電波の電波放射効率を向上させる。しかし、上記のアンテナは、その伝搬が実際は地面に平行であって、伝えられるエネルギーが地面付近に集中して残る表面波には対応していない。

このような状況のもと、本発明の第１の目的は、自由空間伝搬波の形態において最小のエネルギー量が放射される表面波を生成することである。

本発明の第２の目的は、所望の伝搬方向に関する方位角に集中し、地表に平行な表面波を生成することである。

本発明の第３の目的は、自由空間伝搬波を生成するために有用な放射源を利用することが可能な、表面波を生成するためのシステム（特にワイヤアンテナ）を提供することである。

本発明の第４の目的は、コンパクトかつ安価であると共に、容易に実施される表面波生成システムを提供することである。

最後に、本発明の第５の目的は、０．２ＭＨｚ（メガヘルツ）〜３０００ＭＨｚの範囲の周波数、特に、約３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの間のＨＦ帯として知られている高周波数帯において作動するように調整される表面波生成システムを提供することである。

これらの目的、および他の目的を達成するために、本発明は、電磁放射用の誘電面素を提案し、当該素子は、
‐上記の電磁放射の電界成分と平行ではない面に伸びる導電性のベースプレートと、
‐一連の複数の導電性の第２プレートとを備え、上記複数の第２プレートは、上記のベースプレートの片側の同一半空間において、上記のベースプレートに対して垂直に伸びると共に、感応方向と称される方向において、上記のベースプレートに対して垂直な面に対して対称的に広がっている。

本発明の第１の特徴によると、上記の複数の第２プレートは、±１０％内である同一の高さを有しており、λを上記誘電面素の寸法パラメーターとすると、当該高さは０．０３５×λ〜０．３５×λの間である。

本発明の第２の特徴によると、上記のベースプレートと、上記の複数の第２プレートの上記ベースプレートに面している端部との距離は、ゼロ（０）から対応する上記の複数の第２プレートの高さの半分の間である。

本発明の第３の特徴によると、上記の複数の第２プレートは、互いに間隔を空けて平行に配置され、それによって、当該複数の第２プレートの高さと、上記の間隔との積が、０．００１×λ^２〜０．１５×λ^２（±１０％内）の間となる。

本発明の第４の態様によると、上記の複数の第２プレートは、上記の感応方向に対して垂直に、それぞれ少なくとも全長０．０００３×λ伸びている。

そして、そのような誘電面素は、上記の電磁放射の波長がλ−１０％〜λ＋１０％の間の場合、上記の半空間における、上記のベースプレートに対して垂直である上記の電界成分の放射の伝搬状態を修正することも可能である。考察されている電磁放射の波長は、上記の誘電面素が位置している媒質における伝搬に関連する波長であって、当該波長は、上記媒質において、放射周波数で割った光速に等しい。このように、上記の誘電面素が、地面に設置された場合、または地表付近に部分的に埋められた場合、上記地表に平行な伝搬方向に関する方位角に集中する表面波を生成、または検出することが可能となり、上記のベースプレートは、上記の地面と空中の半空間との間の平均境界面に平行である。

したがって、本発明の誘電面素は、自由空間伝搬モードと表面波とを結合可能な電磁変換素子である。上記の結合は、本発明によって採用されている素子の形状および寸法によって特に効果的である。つまり、上記の素子は、当該素子に到達する自由空間伝搬波の放射エネルギーの一部を、効率的に表面波に変換することを可能とする。したがって、上記の素子は、利用可能な電磁放射源と共に使用することができ、当該電磁放射源としては、安価であると共に、上空波を生成するために容易に使用されるワイヤソース（wire source）が挙げられる。そして、これらの自由空間伝搬波は、本発明の誘電面素によって、少なくとも部分的に表面波に変換される。

特に、本発明の誘電面素は、０．２ＭＨｚ（メガヘルツ）〜３０００ＭＨｚ（特に、３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの間のＨＦ帯）の範囲の電磁放射周波数において効果的である。

また、本発明の誘電面素は、当該素子に到達する表面波と、その後検出され得る自由空間伝搬波とを効率的に結合することも可能とする。

さらに、本発明の誘電面素によって生成される表面波は、当該素子の感応方向に関する方位角に集中する伝搬方向を有している。この点に関して、複数の第２プレートは必ずしも平面とは限らない。当該複数の第２プレートは、上記の誘電面素の方位角の指向性を変更するように調整することができる。例えば、複数の第２プレートは、ベースプレートに垂直なままでありながら、感応方向の片側に丸い湾曲部を有していてもよい。

最後に、本発明の誘電面素は、シンプルであって安価であると共に、容易に実施される。特に、本発明の誘電面素は、当該誘電面素と共に使用される、電磁放射源または検出器とは別に製造することができ、これによって、製造プロセスが簡略化される。

本発明の好ましい実施形態においては、下記の改良点のうちのいくつかを別々に用いてもよく、または組み合わせて用いてもよい。
‐各一連の複数の第２プレートは、少なくとも６つの第２プレートを備えていてもよい。
‐少なくとも１つの上記の複数の第２プレートの幅は、上記のベースプレートに平行であると共に、感応方向に対して垂直に測定され、λ／２〜λの間であってもよい。
‐上記複数の第２プレートの高さは、上記のベースプレートから、当該ベースプレートに対して垂直に測定され、λ／２０〜λ／５の間であってもよい。
‐上記の誘電面素は、一連の第２プレートを備えていてもよく、上記の複数の第２プレートは、それぞれ一組の第３プレートから成る。この場合、第２プレートを構成する２つの第３プレートは、上記の感応方向において測定され、λ／１００〜λ／５０の距離だけ離れている。
‐上記のベースプレート、および上記の複数の第２または第３プレートの少なくとも１つのプレートが、板金または金属格子の一部、あるいは板金の少なくとも一部と、金属格子の少なくとも一部との組み合わせを備えていてもよい。上記素子の重量、および素材の使用量を減らすために、有孔板金、または多孔板金の一部（または複数部）を任意で用いてもよい。
‐上記の複数の第２または第３プレートの少なくともいくつかは、上記のベースプレートと電気的に接続されていてもよい。

また、本発明は、表面波生成アセンブリも提供し、当該表面波生成アセンブリは、
‐自由空間伝搬モードを有する少なくとも１つの電磁放射を生成するように調整された放射源と、
‐上述の少なくとも１つの誘電面素とを備え、当該誘電面素は、地面に設置され、または部分的に地面に埋められ、あるいは地表付近に埋められ、それによって、上記のベースプレートが、上記地面と空中の半空間との間の平均境界面に平行となる。

上記の放射源は、上記の誘電面素の位置における電磁放射の電界成分が、上記のベースプレートに平行とならないように配向される。

さらに、上記の放射源は、λを上記の誘電面素の寸法パラメーターとすると、上記の電磁放射の波長がλ−１０％〜λ＋１０％の間となるように調整される。

本発明との関係においては、上記のベースプレートと、地面と空中の半空間との間の平均境界面との間の距離がλ未満の場合、上記の誘電面素は地表付近に埋められていると考えられる。

上記の放射源は、具体的には、０．２ＭＨｚ〜３０００ＭＨｚ（特に、３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）の放射周波数を有する電磁放射を生成するように調整されてもよい。

上記の放射源は、ワイヤアンテナを備えていてもよい。これは、この種のアンテナの放射効率が特に高いためである。単極または双極ワイヤアンテナの場合、上記のワイヤは、その直線アンテナ部がベースプレートに対して垂直になるように配向されることが好ましい。さらに、ワイヤアンテナは、誘電面素に対して、下記の構成に関する特徴の少なくとも１つに従って、有利に配置されてもよい。
‐上記の直線アンテナ部は、当該直線アンテナ部に最も近接している上記の誘電面素の複数の第２プレートのうちの１つから、感応方向に測定した場合、０．５×λ以下である距離だけ離れている。
‐上記のベースプレートに最も近接している上記の直線アンテナ部の一点が、上記の複数の第２プレートの高さの１．５倍未満の高さに位置し、当該高さは、当該ベースプレートから、上記の複数の第２プレートが位置している側の上記のベースプレートに対して垂直な方向に測定される。

上記の放射源は、ループ型ワイヤアンテナを備えていてもよく、平面のループは、上記のベースプレートに平行であることが好ましい。本発明を機能させるためには、上記の放射源からの電磁放射は、上記のベースプレートに平行でない電界成分を有していなければならない。

最後に、本発明は、表面波検出アセンブリも提供し、当該表面波検出アセンブリは、
‐少なくとも１つの電磁放射を検出するように調整された放射検出器と、
‐上述の少なくとも１つの誘電面素とを備え、当該誘電面素は、地面に設置され、または部分的に地面に埋められ、あるいは地表付近に埋められ、それによって、上記のベースプレートが、上記地面と空中の半空間との間の平均境界面に平行となる。

上記の放射検出器は、上記の放射の電界成分が、上記のベースプレートに平行とならない場合、上記の電磁放射を検出するように配向され、λを上記の誘電面素の寸法パラメーターとすると、上記の放射の波長がλ−１０％〜λ＋１０％の間である場合、上記の電磁放射を検出する効果を得ることができる。

上記の誘電面素が、地表付近に埋められるという特徴は、上記ベースプレートと、地面と空中の半空間との間の平均境界面との間の距離がλ未満であることも意味している。

上記の放射検出器は、さらに、誘電面素誘電面素表面波検出アセンブリ内における、上記の表面波生成アセンブリ内の放射源の誘電面素と同一の誘電面素に対応する位置に設置されてもよい。

本発明のその他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、限定を加えない下記のいくつかの例示的な実施形態の説明から明らかになるであろう。

図１ａは、本発明の第１の実施形態に係る、表面波生成アセンブリにおいて誘電面素が実施された様子を示している斜視図である。

図１ｂおよび図１ｃは、それぞれ、図１ａの誘電面素の平面図と、側面図である。

図２ａ〜図２ｃは、本発明の第２の実施形態に関し、それぞれ、図１ａ〜図１ｃに対応している。

図３ａ〜図３ｃは、それぞれ、本発明に係る誘電面素の３種類の可能性のある配置を示している。

図４ａおよび図４ｂは、それぞれ、本発明の誘電面素に関する、電磁放射周波数に係る伝送利得（transmission gain）のグラフと、反射係数における変化のグラフである。

明確に言うと、これらの図面に示されている要素、または要素の一部の寸法は、実際の寸法、または実際の寸法比に対応しない。さらに、異なる図面における同一の参照番号は、同一の要素、または同一の機能を有する要素を指している。

図１ａ〜図１ｃは、一連の第２プレートを備えている本発明に係る誘電面素を示している。図２ａ〜図２ｃの素子は、それぞれ一組の第３プレートから成る一連の第２プレートを備えている。図中に示されている参照番号は、下記の意味を有している。
１：ベースプレート
２：第２プレート
２ａ、２ｂ：第３プレート
ＬＳ：ベースプレートの中心線（長手方向であることが好ましい）
Ｌｏｐｍ：中心線ＬＳに平行に測定されたベースプレートの長さ
Ｌｐｍ：中心線ＬＳに垂直に測定されたベースプレートの幅
Ｌ、Ｌｄｌ：中心線ＬＳに垂直に測定された第２、または第３プレートのそれぞれの幅
Ｈ、Ｈｄｌ：ベースプレートに垂直に測定された、第２、または第３プレートのそれぞれの高さ
Ｎｂｌ、Ｎｂｄｌ：各列の第２プレートの数（６以上であることが好ましい）
Ｐ：中心線ＬＳに沿って測定された、第２プレートの配置間隔を構成する第２プレート間の空間
Ｄ：中心線ＬＳに沿って測定された、第２プレートを形成する一組の２つの第３プレート間のオフセット（offset）
３：電磁放射を放出するアンテナ
４：ＨＦ信号源（ＧＥＮ．ＨＦと示される）
Ｈａｎｔ：アンテナ３の低点に関して測定された、ベースプレートの面の上方のアンテナ３の設置位置の高さ
Ｄａｎｔ：アンテナ３と、最も近接した第２プレートとの間の距離
ｚ：ベースプレートに垂直な軸
ＯＬ：アンテナ３によって誘電面素の方向に生成された自由空間伝搬モードを有する電磁波
Ｅ：電磁波ＯＬの伝搬方向に垂直な電磁波ＯＬの電界
Ｅ_Ｚ：軸ｚに沿った電磁波ＯＬの電界成分
θ：ベースプレートに平行な面に対する電磁波ＯＬの伝搬方向の降角、または仰角
ＯＳ：誘電面素によって電磁波ＯＬから生成された表面波
全ての第２プレート２、または第３プレート２ａ、２ｂは、同じ寸法を有していてもよい。これら全てのプレートは、中心線ＬＳに垂直であり、そのため、これら全てのプレートは互いに平行である。さらに、これらの全てのプレートは中心線ＬＳを中心とし、第２プレート間の間隔Ｐは一定である。誘電面素が、一連の第２プレートを備え、各第２プレートが一組の第３プレートから成る場合、間隔Ｔは、隣接する２組の第３プレート間で等しい。

一実施例では、ベースプレート１は、第２プレート２または第３プレート２ａ、２ｂと同様に、長方形であってもよい。

このような状況のなか、アンテナ３が中心線ＬＳに対して垂直に設置された場合、当該中心線ＬＳは、誘電面素によって電磁波ＯＬから生成された表面波ＯＳの放射方向である。上記の誘電面素が表面波ビームを生成する場合、当該ビームは、ベースプレート１に平行な面において、中心線ＬＳに関する方位角に集中する。このため、中心線ＬＳは、本説明の全体にわたって感応方向と称される。

表面波生成アセンブリは、図１ａ〜１ｃおよび図２ａ〜２ｃの誘電面素と、電磁放射源とを結合することによって形成される。そのような放射源は、送信アンテナ３と、送信信号を供給するためにアンテナ３に連結されている信号源４とを備えている。アンテナ３は、ワイヤアンテナであってもよく、特に、１／４波長モノポール型アンテナであってもよい。そのようなアンテナは当業者に公知である。上記のアンテナは、直線アンテナ部を含んでいる。上記の直線アンテナ部は、当該アンテナ部から、最初に自由空間に伝搬する電磁放射を生成することができる。アンテナ３および信号源４は、電磁放射が３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚのＨＦ帯の周波数ｆを有するように調整されてもよい。そして、アンテナ３から発生する電波ＯＬの波長は、λ＝Ｃ／ｆである。当該式において、Ｃは媒質中の光速であり、Ｃ_０／Ｎに等しい。上記の式において、Ｎは上記媒質の屈折率であって、Ｃ_０は真空中の光速である。そして、上記の波長は、上述のＨＦ帯に関して、空気中で１０ｍ（メートル）〜１００ｍの間となる。

２つの電波間において優れたエネルギー伝送効率を有し、地表に伝搬するようになっている表面波ＯＳを電波ＯＬから生成するために、表面波生成アセンブリの配置は、下記の条件を満たしている。
‐誘電面素が、地表付近に設置される。
‐上記の誘電面素の寸法は、アンテナ３によって生成された電磁放射の波長に対して適切に選択される。
‐アンテナ３の直線部分が、上記の誘電面素に対して適切に設置および配向される。

上記の誘電面素は、地面に設置されてもよく（図３ａ）、部分的に埋められてもよく（図３ｂ）、あるいは完全に埋められてもよい（図３ｃ）。全ての場合において、ベースプレート１は、地面と空中の半空間との間の平均境界面Ｓに対して平行、または略平行である。実際の地表は平らではないことがあり得るが、上記地面の平均境界面Ｓは平らである。さらに、誘電面素は、ベースプレート１に対して垂直であると共に、当該ベースプレート１の上方にある当該誘電面素の第２プレート２によって向き付けられる。上記の地面の平均境界面Ｓの下方のベースプレート１の深さＫは、λ未満であることが好ましく、またはλ／２未満であることが好ましい。誘電面素が、部分的に埋められている場合、少なくともいくつかの複数の第２プレート２の上縁部は、地面から空中の半空間に突き出ている。下記に説明されている本発明の利用例においては、誘電面素が地面に設置されている（図３ａ）。

一実施例として、下記の特定の特徴を有している誘電面素が使用される（図１ａ〜１ｃ参照）。第２プレート２の数Ｎｂｌは、２１に等しい。２つの連続する第２プレート２の間の空間Ｐは、一定であると共に、０．０６９７×λに等しい。各第２プレート２の高さＨは、０．１６５１×λに等しく、各第２プレート２の幅Ｌは、０．６６７８×λに等しく、ベースプレート１の幅Ｌｐｍは、第２プレート２の幅Ｌに０．５×λを足した値に等しく、ベースプレート１の長さＬｏｐｍは１．９３１×λに等しい。アンテナ３に生成された周波数と同一の放射周波数について、表面波生成アセンブリの動作に大きく影響することなく、これらの寸法に±１０％の偏差が取り入れられてもよい。誘導性表面アセンブリが大きな寸法を有することがあること考慮すると、使用される原料の重量および量を減らすために、当該誘導性表面アセンブリの要素となるプレートの少なくともいくつかは、金属格子または有孔板金から有利に作られてもよい。上記のプレートは２次元の導電面と考えられるため、当該プレートの厚みは有意な影響を及ぼさない。第２プレートは、それぞれベースプレート１に固定して保持されるが、ベースプレート１に電気的に接続される必要はない。したがって、第２プレートは、それぞれベースプレート１と電気的に絶縁されていてもよい。

アンテナ３は、直線アンテナ部が直立し、それゆえベースプレート１に対して垂直となるように配向されることが好ましい。距離Ｄａｎｔは、０．５×λに等しくてもよく、ベースプレート１上方のアンテナ部の高さＨａｎｔは、ゼロ（０）であってもよい。

表面波生成アセンブリのある動作条件は、アンテナ３によって生成された電磁波ＯＬの電界Ｅの成分Ｅ_Ｚが、ゼロ（０）ではないということである。つまり、電波ＯＬの電界Ｅは、ベースプレート１に平行ではない。そして、誘電面素は、電波ＯＬの一部を、表面波ＯＳに変換することによって、成分Ｅ_Ｚの伝搬状態を修正する。アンテナ３が、誘電面素の片側の中心線ＬＳに合わせて配置される場合、誘電面素上に、中心線ＬＳに平行な伝搬方向を有する電波ＯＳが発生する。電波ＯＳは表面波の構造を有しており、当該電波ＯＳは、誘電面素の平均境界面ＳＩから空中の半空間における方向Ｚにおいて、急激に衰退する電界の振幅を有している。

図４ａおよび図４ｂは、上述した誘電面素に対応しており、当該誘電面素は、電波ＯＬの波長値が約２７．３ｃｍ（センチメートル）になるようにその大きさが調整されている。つまり、寸法パラメーターλが２７．３ｃｍに等しい。この波長値は、１．１ＧＨｚ（ギガヘルツ）に等しい電磁放射の周波数ｆに対応している。

図４ａのグラフにおいては、実曲線は、放射源と組み合わせて誘電面素を用いた場合の、当該放射源と離れて配置された検出器との間の伝送効率を表している。点線曲線は、同様の伝送効率を表しているが、誘電面素を用いていない。誘電面素を用いることによって、１．１ＧＨｚの放射周波数について約２０ｄＢの伝送利得がもたらされる。

図４ｂのグラフは、アンテナ３のエネルギー反射係数における変化を示しており、誘電面素を用いた（実曲線）アンテナ３の動作と、誘電面素を用いない（点線曲線）アンテナ３の動作とを比較している。誘電面素を用いることによって、反射における減少（１０ｄＢに成り得る反射）が１．１ＧＨｚにて得られる。

電磁放射エネルギーは、温度上昇を測定する方法によって、表面波ＯＳが発生する誘電面素付近で測定された。これらの測定は、１．１ＧＨｚの放射周波数に合わせて大きさを調整された誘導放射素子を用いて、１．１ＧＨｚの放射周波数について得られた。上記の測定は、誘電面素が、中心線ＬＳの周りおよび地表付近に、伝送される高濃度の電磁エネルギーを生成することを示している。正確に測定することによって、地面に対する仰角が増加した場合、電磁エネルギーが誘電面素から放出される位置において、当該電磁エネルギーの密度が急激に減少することが明らかとなる。これは電波ＯＳが表面波であることを裏付けている。

図２ａ〜２ｃの誘電面素に関するある実施可能な一連の仕様は下記のようにしてもよい。第３プレート２ａおよび２ｂの数Ｎｂｄｌが、同様に２１に等しく、２つの連続する第３プレート２ａの間、または２つの連続する第３プレート２ｂの間の空間Ｐは０．０９５３×λに等しく、第３プレート２ａおよび２ｂの間のオフセットＤは０．０２２９×λである。第３プレート２ａまたは２ｂのそれぞれの高さＨｄｌは、０．１０７４×λに等しく、ベースプレート１の幅Ｌｐｍは、第３プレート２ａまたは２ｂのそれぞれの幅Ｌｄｌ（つまり０．６６７８×λ）に少なくとも等しい。しかしながら、誘電面素と共に使用される放射源の周波数に影響することなく、これらの特定の寸法に±２０％の偏差を取り入れることができる。

表面波生成アセンブリ内においては、図１ａ〜１ｃの誘電面素について説明された配置と同じように、アンテナ３に対して一連の第３プレートを２つ有する上記のような誘電面素を配置することができる。

本発明に係る誘電面素は、表面波検出アセンブリ内で使用することもできる。そのためには、誘電面素は、同様に地面に設置され、部分的に埋められ、あるいは地中に埋められるが、その中心線ＬＳ、つまり感応方向は、表面波受信方向に配向している。そして、誘電面素に対するアンテナ３と略同一の位置に、放射検出器を設置してもよい。このような条件下で、誘電面素は、受信した表面波を、放射検出器に収束する電波構造に部分的に変換する。それゆえ、受信された表面波は高感度で検出することが可能となる。

本発明は、例として説明された特徴のいくつかを変更することによって再現することが可能であると理解される。本発明に係る誘電面素は、提示された設計上の規則を用いて、任意の放射周波数に容易に合わせることができる。

最後に、複数の方向に同時に表面波を伝送するために、本発明に係る複数の誘電面素を、１つの電磁放射源に関して配置することができる。

本発明の第１の実施形態に係る、表面波生成アセンブリにおいて誘電面素が実施された様子を示している斜視図である。 図１ａの誘電面素の平面図と、側面図である。 図１ａの誘電面素の平面図と、側面図である。 本発明の第２の実施形態に関し、図１ａに対応している。 本発明の第２の実施形態に関し、図１ｂに対応している。 本発明の第２の実施形態に関し、図１ｃに対応している。 本発明に係る誘電面素の３種類の可能性のある配置を示している。 本発明に係る誘電面素の３種類の可能性のある配置を示している。 本発明に係る誘電面素の３種類の可能性のある配置を示している。 本発明の誘電面素に関する、電磁放射周波数に係る伝送利得（transmission gain）のグラフと、反射係数における変化のグラフである。 本発明の誘電面素に関する、電磁放射周波数に係る伝送利得（transmission gain）のグラフと、反射係数における変化のグラフである。

Claims (15)

1. 電磁放射のための誘電面素であって、
   ‐上記電磁放射の電界成分と平行ではない面内で伸びる導電性のベースプレート（１）と、
   ‐導電性を有する一連の複数の第２プレート（２）とを備え、
   上記複数の第２プレートは、上記ベースプレートの片側の同一半空間において、上記ベースプレートに対して垂直に伸びると共に、感応方向と称される方向において、上記ベースプレートに垂直な面に対して対称的に広がっており、
   上記複数の第２プレート（２）は、±１０％の偏差内で同一の高さ（Ｈ；Ｈｄｌ）を有しており、λを上記誘電面素の寸法パラメーターとすると、当該高さは０．０３５×λ〜０．３５×λの間であり、
   上記ベースプレートと、上記複数の第２プレートの上記ベースプレートに面している端部との距離は、ゼロから、対応する上記複数の第２プレートの高さの半分までの間であり、
   上記複数の第２プレート（２）は、互いに間隔を空けて平行に配置され、それによって、当該複数の第２プレートの高さと、上記間隔との積が、±１０％の偏差内で、０．００１×λ^２から０．１５×λ^２までの間となり、
   上記複数の第２プレート（２）の全長は、上記感応方向に対して垂直に、それぞれ少なくとも０．０００３×λ伸びており、
   上記誘電面素は、地面に設置された場合、または地表付近に部分的に埋められた場合、上記地表に平行な伝搬方向に関する方位角に集中する表面波を生成または検出することができるように、上記電磁放射の波長がλ−１０％からλ＋１０％までの間であるときに、上記半空間において、上記ベースプレート（１）に垂直な上記電界成分の射影の伝搬状態を修正するように調整されており、
   上記ベースプレート（１）は、上記地面と空中の上記半空間との間の平均境界面に平行であることを特徴とする誘電面素。
2. 一連の上記複数の第２プレート（２）は、少なくとも６つの第２プレートを備えていることを特徴とする請求項１に記載の誘電面素。
3. 少なくとも１つの上記複数の第２プレート（２）の幅（Ｌ；Ｌｄｌ）は、上記ベースプレート（１）に対して平行に、かつ、上記感応方向に対して垂直に測定された場合、λ／２からλまでの間であることを特徴とする請求項１または２に記載の誘電面素。
4. 上記複数の第２プレート（２）の高さ（Ｈ；Ｈｄｌ）は、上記ベースプレート（１）から、当該ベースプレートに対して垂直に測定された場合、λ／２０からλ／５までの間であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘電面素。
5. 上記複数の第２プレートは、それぞれ一組の第３プレート（２ａ、２ｂ）から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘電面素。
6. 上記一組の第３プレート（２ａ、２ｂ）同士は、上記感応方向に測定された場合、λ／１００からλ／５０までの距離だけ離れていることを特徴とする請求項５に記載の誘電面素。
7. 上記ベースプレート（１）、上記複数の第２プレート（２）、および第３プレート（２ａ、２ｂ）の少なくとも１つのプレートが、板金部または金属格子部を備えているか、あるいは、少なくとも１つの板金部と少なくとも１つの金属格子部との組み合わせを備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘電面素。
8. 上記複数の第２プレート（２）または第３プレート（２ａ、２ｂ）の少なくともいくつかは、上記ベースプレート（１）と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘電面素。
9. 表面波生成アセンブリであって、
   ‐自由空間伝搬モードを有する少なくとも１つの電磁放射を生成するように調整された放射源（３）と、
   ‐請求項１〜８のいずれか１項に記載の少なくとも１つの誘電面素とを備え、
   上記ベースプレート（１）が、上記地面と空中の半空間との間の平均境界面に平行となるように、上記誘電面素は、地面に設置され、または部分的に地面に埋められ、あるいは地表付近に埋められており、
   上記放射源（３）は、上記誘電面素の位置における放射の電界成分が、上記ベースプレート（１）に平行とならないように配向されており、
   上記放射源（３）は、λを上記誘電面素の寸法パラメーターとすると、上記電磁放射の波長がλ−１０％からλ＋１０％までの間となるように調整されることを特徴とする表面波生成アセンブリ。
10. 上記放射源（３）は、０．２ＭＨｚから３０００ＭＨｚまでの放射周波数を有する電磁放射を生成するように調整されることを特徴とする請求項９に記載の表面波生成アセンブリ。
11. 上記放射源（３）は、ワイヤアンテナを備えていることを特徴とする請求項９または１０に記載の表面波生成アセンブリ。
12. 上記ワイヤアンテナは、直線アンテナ部を備えており、
    上記ワイヤアンテナは、上記直線アンテナ部が上記ベースプレート（１）に対して垂直になるように配向されることを特徴とする請求項１１に記載の表面波生成アセンブリ。
13. 上記ワイヤアンテナは、上記直線アンテナ部が、当該直線アンテナ部に最も近接している上記誘電面素の複数の第２プレート（２；２ａ、２ｂ）のうちの１つから、感応方向に測定した場合、０．５×λ以下の距離（Ｄａｎｔ）だけ離れるように配置されることを特徴とする請求項１２に記載の表面波生成アセンブリ。
14. 上記ワイヤアンテナは、上記ベースプレート（１）に最も近接している上記直線アンテナ部の一点が、上記複数の第２プレート（２；２ａ、２ｂ）の高さ（Ｈ；Ｈｄｌ）の１．５倍未満の高さ（Ｈａｎｔ）に位置するように配置されており、
    上記高さ（Ｈ；Ｈｄｌ）および（Ｈａｎｔ）は、上記ベースプレート（１）から、上記ベースプレートに対して垂直で、かつ、上記複数の第２プレートの縁に沿った方向に測定されることを特徴とする請求項１２または１３に記載の表面波生成アセンブリ。
15. 表面波検出アセンブリであって、
    ‐少なくとも１つの電磁放射を検出するように調整された放射検出器と、
    ‐請求項１〜８のいずれか１項に記載の少なくとも１つの誘電面素とを備え、
    上記ベースプレート（１）が、上記地面と空中の半空間との間の平均境界面に平行となるように、上記誘電面素は、地面に設置され、または部分的に地面に埋められ、あるいは地表付近に埋められており、
    上記放射検出器は、
    上記放射の電界成分が、上記ベースプレート（１）に平行とならない場合、上記電磁放射を検出するように配向されており、また、
    λを上記誘電面素の寸法パラメーターとすると、上記放射の波長がλ−１０％からλ＋１０％までの間である場合に、上記電磁放射を検出可能であることを特徴とする表面波検出アセンブリ。

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