JP6635550B2 - 非相反メタマテリアル伝送線路装置及びアンテナ装置 - Google Patents
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Description
マイクロ波の伝送線路部分と、
上記伝送線路部分からそれぞれ分岐して設けられた、誘導性素子と容量性素子のうちの少なくとも一つを等価的に含む並列枝回路とを有する少なくとも1つの単位セルを備え、
上記単位セルは、上記マイクロ波の伝搬方向に対して異なる方向に磁化されてジャイロ異方性を有するように自発磁化を有するか、又は外部磁界により磁化され、順方向の伝搬定数と逆方法の伝搬定数が互いに異なる非相反メタマテリアル線路装置であって、
上記伝送線路部分は、上記マイクロ波の伝搬方向に対向しかつ互いに異なる長さを有する1対の辺を有し、
上記各単位セルにおいて、上記誘導性素子と上記容量性素子のうちの少なくとも一つは、上記非相反メタマテリアル線路装置の伝搬定数の非相反性が、上記誘導性素子と上記容量性素子のうちの少なくとも一つを備えない場合に比較して大きくなるように、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺に並列岐回路として接続されたことを特徴とする。
(1)上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記誘導性素子は、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの短辺に接続されることと、
(2)上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記容量性素子は、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの長辺に接続されることと
のうちの少なくとも1つを行うように構成したことを特徴とする。
上記非相反メタマテリアル伝送線路装置の全体の形状は円形状であることを特徴とする。
上記各単位セルにおいて、上記誘導性素子と上記容量性素子のうちの少なくとも一つは、上記非相反メタマテリアル線路装置の伝搬定数の非相反性が、上記アンテナ装置の動作周波数に比例するように、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺に並列岐回路として接続されたことを特徴とする。
上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記誘導性素子はそれぞれ、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの短辺及び長辺に接続され、
上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記容量性素子は、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの長辺に接続されたことを特徴とする。
上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記誘導性素子はそれぞれ、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの短辺の中央部及び長辺の中央部に接続され、
上記各単位セルにおいて、少なくとも二つの上記容量性素子は、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの長辺の両端に接続されたことを特徴とする。
図1は比較例1にかかる右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置の構成例を示す斜視図であり、図2は図1の一部拡大図である。図1において、比較例1にかかる右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置は、垂直方向に磁化された直線形状のフェライトロッド12を含むマイクロストリップ線路に対して、伝送線路部分である片側のストリップ導体13の線路端にのみ周期的に誘導性スタブが挿入された非相反メタマテリアル伝送線路の構造を有することを特徴としている。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
フェライトロッド12の誘電率εf=15;
誘電体基板10の誘電率εd=15;
誘電体基板10の厚さ=1.0mm;
ストリップ導体13の幅w=3.0mm;
ストリップ導体14の形成ピッチ(線路の長手方向)p=4.0mm;
誘導性スタブ用ストリップ導体14の長さlstub=1.0mm;
誘導性スタブ用ストリップ導体14の幅wlstub=1.0mm;
ビア導体15の直径=0.7mm。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
図9は比較例2にかかる右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置の構成例を示す斜視図であり、図10は図9の一部拡大図である。すなわち、図9の右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置は、垂直方向に磁化された直線形状のフェライトロッド12を含む直線形状マイクロストリップ線路に対して、ストリップ導体13の片側の線路端にのみ周期的に複数の容量性スタブが挿入された非相反メタマテリアル伝送線路の構造を有する。比較例2は、比較例1に比較して、複数の誘導性スタブに代えて、複数の容量性スタブをマイクロストリップ線路の片側の線路端に接続したことを特徴とし、その他の特徴は比較例1と同様であり、周期的に挿入された容量性スタブの構造パラメータのみが異なる。ここで、各容量性スタブは所定の容量性の電気長を有する容量性スタブ用ストリップ導体16を備えて構成される。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
フェライトロッド12の誘電率εf=15;
誘電体基板10の誘電率εd=15;
誘電体基板10の厚さ=1.0mm;
ストリップ導体13の幅w=3.0mm;
ストリップ導体14の形成ピッチ(線路の長手方向)p=4.0mm;
容量性スタブ用ストリップ導体16の長さlstub=4.4mm;
容量性スタブ用ストリップ導体16の幅wlstub=1.5mm;
――――――――――――――――――――――――――――――――――
図17は実施形態5にかかる右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置の構成例を示す斜視図である。図17の右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置は、曲率を考慮した垂直磁化フェライト基板マイクロストリップ線路からなる右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路30の構造を有する。図17の実施形態5は、曲率半径Rの垂直磁化円弧形フェライトリング12Rを有する円弧状マイクロストリップ線路において、負の誘電率と非相反性の発現を目的としてフェライトリング12Rの外側に、並列枝回路である複数の誘導性スタブを周期的に挿入したことを特徴としている。各誘導性スタブは、実施形態1と同様に、誘導性スタブ用ストリップ導体14Aと、それに接続されたビア導体15Aとを備えて構成され、ビア導体15Aの他端は接地される。また、負の透磁率を得るために、直列枝回路として直列キャパシタCsを周期的に挿入している。
(1)ポートP1のストリップ導体13P1と、それに隣接するストリップ導体13との間には、容量2Csの直列キャパシタが接続される。
(2)ポートP2のストリップ導体13P2と、それに隣接するストリップ導体13との間には、容量2Csの直列キャパシタが接続される。
(3)互いに隣接する1対のストリップ導体13,13の間には、容量Csの直列キャパシタが接続される。
なお、直列キャパシタCsの接続については以下の実施形態において同様である。
(1)一端の容量値2Csの直列キャパシタと、
(2)所定の線路幅を有する円弧形状(又は略台形状)のストリップ導体13と、
(3)ストリップ導体13に接続された誘導性スタブ用ストリップ導体14及びビア導体15と、
(4)他端の容量値2Csの直列キャパシタと
を備えて構成される。なお、実施形態1〜4において、各単位セルは、上記2個の直列キャパシタを備えない。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
キャパシタCsの容量=0.6pF;
フェライトロッド12の誘電率εf=15;
誘電体基板10の誘電率εd=15;
誘電体基板10の厚さ=1.0mm;
ストリップ導体13の幅w=3.0mm;
ストリップ導体14の形成ピッチ(線路の長手方向)p=4.0mm;
誘導性スタブ用ストリップ導体14Aの長さlstub=1.0mm;
誘導性スタブ用ストリップ導体14Aの幅wlstub=1.5mm;
――――――――――――――――――――――――――――――――――
図24は実施形態7にかかる右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置の構成例を示す平面図である。また、図25は実施形態8にかかる右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置の構成例を示す平面図である。ここで、図24及び図25はそれぞれ、曲率を考慮した垂直磁化フェライト基板マイクロストリップ線路からなる非相反メタマテリアル伝送線路30B,30Cを示す。非相反メタマテリアル伝送線路において、誘導性スタブの挿入により非相反性をより大きくしたい場合、曲率を持つ伝送線路の外側ではなく内側に周期的に挿入することが望ましい。
図26は実施形態9にかかる右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置の構成例を示す平面図である。また、図27は実施形態10にかかる右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置の構成例を示す平面図である。ここで、図26及び図27はそれぞれ、曲率を考慮した垂直磁化フェライト基板マイクロストリップ線路からなる非相反メタマテリアル伝送線路30D,30Eを示す。
図28は実施形態11にかかる右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置の構成例を示す平面図である。また、図29は実施形態12にかかる右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置の構成例を示す平面図である。ここで、図28及び図29はそれぞれ、曲率を考慮した垂直磁化フェライト基板マイクロストリップ線路からなる非相反メタマテリアル伝送線路30F,30Gを示す。
図30は実施形態13にかかる右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置の構成例を示す平面図である。また、図31は実施形態14にかかる右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置の構成例を示す平面図である。
(1)図30において、扇形形状を有するストリップ導体13Hに対して、内側の誘導性スタブ(ストリップ導体14及びビア導体15を有する)と、外側の誘導性スタブ(ストリップ導体14A及びビア導体15Aを有する)と、外側の容量性スタブ(ストリップ導体16を有する)とを備え、
(2)図31において、扇形形状を有するストリップ導体13Iに対して、内側の誘導性スタブ(ストリップ導体14及びビア導体15を有する)と、外側の誘導性スタブ(ストリップ導体14A及びビア導体15Aを有する)と、外側の2個の容量性スタブ(ストリップ導体16を有する)とを備えたことを特徴とする。
ここで、誘導性スタブ及び容量性スタブの各個数はそれぞれ、実施形態13及び14の個数に限定されず、任意の自然数個を備えてもよい。
以上の実施形態においては、フェライトリング12Rを用いた構造についてのみ示したが、スタブを挿入する基板として誘電体基板10を用いる必然性はない。したがって、直線もしくは曲率を持つ非相反メタマテリアル伝送線路を、1枚のフェライトスラブ板上で構成してもよい。なお、フェライトロッド13又はフェライトリング12Rを有しない誘電体基板を使用する場合は、図1又は図9に示すように誘電体基板上のマイクロストリップ線路を磁化するための磁石20を備える必要がある。
11…接地導体、
12…フェライトロッド、
12R…フェライトリング、
13,13A〜13I,13P1,13P2…ストリップ導体、
14,14A…誘導性スタブ用ストリップ導体、
15,15A…ビア導体、
16,16A…容量性スタブ用ストリップ導体、
20…磁石、
30,30A〜30I…非相反複合メタマテリアル伝送線路、
Cs…キャパシタ、
P1,P2…ポート。
Claims (9)
- マイクロ波の伝送線路部分と、
上記伝送線路部分からそれぞれ分岐して設けられた、誘導性素子と容量性素子のうちの少なくとも一つを等価的に含む並列枝回路とを有する少なくとも1つの単位セルを備え、
上記単位セルは、上記マイクロ波の伝搬方向に対して異なる方向に磁化されてジャイロ異方性を有するように自発磁化を有するか、又は外部磁界により磁化され、順方向の伝搬定数と逆方法の伝搬定数が互いに異なる非相反メタマテリアル線路装置であって、
上記伝送線路部分は、上記マイクロ波の伝搬方向に対向しかつ互いに異なる長さを有する1対の辺を有し、
上記各単位セルにおいて、上記誘導性素子と上記容量性素子のうちの少なくとも一つは、上記非相反メタマテリアル線路装置の伝搬定数の非相反性が、上記誘導性素子と上記容量性素子のうちの少なくとも一つを備えない場合に比較して大きくなるように、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺に並列岐回路として接続されたこと
を特徴とする非相反メタマテリアル伝送線路装置。 - (1)上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記誘導性素子は、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの短辺に接続されることと、
(2)上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記容量性素子は、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの長辺に接続されることと
のうちの少なくとも1つを行うように構成したことを特徴とする請求項1記載の非相反メタマテリアル伝送線路装置。 - 上記単位セルはさらに、容量性素子を等価的に含む直列枝回路を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の非相反メタマテリアル伝送線路装置。
- 上記伝送線路部分は、所定の線路幅を有する、円弧形状、略台形状又は扇形状を有することを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の非相反メタマテリアル伝送線路装置。
- 上記非相反メタマテリアル伝送線路装置の全体の形状は、直線形状、円弧形状又は円形状であることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか1つに記載の非相反メタマテリアル伝送線路装置。
- 請求項3記載の非相反メタマテリアル伝送線路装置を備えたアンテナ装置であって、
上記非相反メタマテリアル伝送線路装置の全体の形状は円形状であることを特徴とするアンテナ装置。 - 上記各単位セルにおいて、上記誘導性素子と上記容量性素子のうちの少なくとも一つは、上記非相反メタマテリアル線路装置の伝搬定数の非相反性が、上記アンテナ装置の動作周波数に比例するように、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺に並列岐回路として接続されたことを特徴とする請求項6記載のアンテナ装置。
- 上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記誘導性素子はそれぞれ、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの短辺及び長辺に接続され、
上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記容量性素子は、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの長辺に接続されたことを特徴とする請求項6又は7記載のアンテナ装置。 - 上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記誘導性素子はそれぞれ、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの短辺の中央部及び長辺の中央部に接続され、
上記各単位セルにおいて、少なくとも二つの上記容量性素子は、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの長辺の両端に接続されたことを特徴とする請求項6又は7記載のアンテナ装置。
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