JPWO2011068238A1 - 構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
少なくとも一つ以上の第1導体エレメントと、前記第1導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第2導体エレメントを有する導体パターンと、前記第1導体エレメントと前記第2導体エレメントとの間に容量を生じさせる第1媒体と、を備え、
前記第1導体エレメントと前記導体パターンは、前記第1媒体を介して対向し、
前記第2導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第2導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第2導体エレメントに包囲されており、
前記第1導体エレメントと前記線路部は、マイクロストリップラインを構成する、
ことを特徴とする。
構造体と、給電部と、を備えるアンテナであって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第1導体エレメントと、前記第1導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第2導体エレメントを有する導体パターンと、前記第1導体エレメントと前記第2導体エレメントとの間に容量を生じさせる第1媒体と、を備え、
前記第1導体エレメントと前記導体パターンは、前記第1媒体を介して対向し、
前記第2導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第2導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第2導体エレメントに包囲されており、
前記給電部は、該構造体の前記第1導体エレメント又は前記導体パターンと電気的に接続する、
ことを特徴とする。
構造体を備えるプリント基板であって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第1導体エレメントと、前記第1導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第2導体エレメントを有する導体パターンと、前記第1導体エレメントと前記第2導体エレメントとの間に容量を生じさせる第1媒体と、を備え、
前記第1導体エレメントと前記導体パターンは、前記第1媒体を介して対向し、
前記第2導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第2導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第2導体エレメントに包囲されており、
前記第1導体エレメントと前記線路部は、マイクロストリップラインを構成する、
ことを特徴とする。
構造体を備える伝送線路導波管変換器であって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第1導体エレメントと、前記第1導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第2導体エレメントを有する導体パターンと、前記第1導体エレメントと前記第2導体エレメントとの間に容量を生じさせる第1媒体と、を備え、
前記第1導体エレメントと前記導体パターンは、前記第1媒体を介して対向し、
前記第2導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第2導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第2導体エレメントに包囲されており、
前記第1導体エレメントと前記線路部は、マイクロストリップラインを構成する、
ことを特徴とする。
構造体と、給電部と、を備えるアンテナをアレイ要素として、複数のアレイ要素を同一平面に配置して構成されるアレイアンテナであって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第1導体エレメントと、前記第1導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第2導体エレメントを有する導体パターンと、前記第1導体エレメントと前記第2導体エレメントとの間に容量を生じさせる第1媒体と、を備え、
前記第1導体エレメントと前記導体パターンは、前記第1媒体を介して対向し、
前記第2導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第2導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第2導体エレメントに包囲されており、
前記給電部は、該構造体の前記第1導体エレメント又は前記導体パターンと電気的に接続する、
ことを特徴とする。
構造体と給電部とを有するアンテナと、該アンテナと接続する送信機又は受信機の少なくとも一方と、を備え、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第1導体エレメントと、前記第1導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第2導体エレメントを有する導体パターンと、前記第1導体エレメントと前記第2導体エレメントとの間に容量を生じさせる第1媒体と、を備え、
前記第1導体エレメントと前記導体パターンは、前記第1媒体を介して対向し、
前記第2導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第2導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第2導体エレメントに包囲されており、
前記給電部は、該構造体の前記第1導体エレメント又は前記導体パターンと電気的に接続する、
ことを特徴とする。
前記の本発明の第1の観点に係る構造体、前記の本発明の第2の観点に係るアンテナ、前記の本発明の第3の観点に係るプリント基板、前記の本発明の第4の観点に係る伝送線路導波管変換器、及び前記の本発明の第5の観点に係るアレイアンテナの少なくとも1つを備えることを特徴とする。
まず、第1実施形態に係る構造体1について説明する。図1(a)に示すように、構造体1は、第1導体エレメントとしての導体プレーン11と、導体プレーン11に対向する導体パターン19とを備える。導体パターン19は、導体プレーン11から離間して配置されており、離間した方向に導体プレーン11と重なり合っている。
f/β=c/(2π・(εr・μr)1/2) ・・・(1)
このように波数βが大きくなるにつれて周波数fが高くなる分散関係を示す媒質は、右手系媒質と呼ばれる。一方、波数βが大きくなるにつれて周波数fが低くなる分散関係を示す媒質は、左手系媒質と呼ばれる。
また、本実施形態のようにすれば、第1導体エレメントと線路部から伝送線路(マイクロストリップ線路)が構成され、かつこの伝送線路の一方の端部が開放端をなしているため、もう一方の端部から見たときの入力インピーダンスが誘導性の振る舞いと示す周波数帯域においてCRLH線路として機能する。
開放端を有する伝送線路の入力インピーダンスが誘導性を示す帯域は、線路部の線路長と第1導体エレメントと導体パターンとの間の物質に依存するが、線路部の線路長と第1導体エレメントと導体パターンとの間の物質の誘電率に応じて線路部の線路長を調整することにより、CRLH線路の特性を設計可能である。したがって、第1導体エレメントと導体パターンとの間の物質の選択自由度が高くなり、所望の特性の左手系媒質あるいはEBG構造として振舞う構造体を低コストで実現することができる。
第1導体エレメントと導体パターンとを導通させる導体ビアが不要であり、導体ビアを省く分だけ構成をシンプルにすることができる。
なお、本発明の技術範囲は第1実施形態に限定されるものではない。本発明の構造体は、発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。以下、本発明の構造体の変形例について説明する。
次に、第2実施形態に係る構造体2について説明する。図15(a)に示すように、構造体2は、導体パターンとしての導体プレーン21と、第1導体エレメントとしての導体パッチ22とを備える。複数の導体パッチ22は、導体プレーン21に対向して設けられている。
なお、第2実施形態の構造体2に対しても第1実施形態と同様に、各種変形が可能である。
次に、第3実施形態に係る構造体を説明する。第3実施形態の構造体が第1実施形態と異なる点は、隣り合う2以上の第2導体エレメントにわたり、これら第2導体エレメントと対向して第3導体エレメント(third conductor element)が設けられている点である。
なお、構造体3は、第1、第2実施形態の構造体、あるいは変形例の構造体のいずれであっても、第3導体エレメントを備えることにより容量CLの値を大きくすることができ、電磁波伝播特性を容易に調整することができる。構造体3は、導体プレーン31や補助導体パッチ38を覆って、誘電体膜や保護膜、各種基板等を備えてもよい。第3導体エレメントの配置や形状は、例えば次に説明する変形例のように、適宜可能である。
次に、第4実施形態に係る構造体を説明する。第4実施形態の構造体が第3実施形態と異なる点は、第2実施形態の構造体に対して第3導体エレメントを設ける点である。
なお、構造体4も、第3実施形態と同様の変形や変更が可能である。例えば、補助導体パッチ48は、導体パッチ42に対して導体プレーン41と同じ側に設けられていてもよい。また、第3導体エレメントは、導体パッチ42に対して導体プレーン41と同じ側及び反対側にそれぞれ設けられていてもよい。
次に、第5実施形態に係るアンテナを説明する。本発明のアンテナは、本発明に係る構造体を備えて構成されている。
なお、アンテナ5の共振器は、第1〜第4実施形態の構造体、変形例の構造体のいずれを採用してもよい。例えば、単位セルが二次元周期配列されている構造体(図1(b)、図15(b)参照)を採用してもよいし、単位セルが一次元周期配列されている構造体(図2、図18参照)を採用してもよい。以下、いくつかの変形例のアンテナについて説明する。
次に、第6実施形態に係るアンテナについて説明する。第6実施形態のアンテナが第5実施形態と異なる点は、本発明に係る構造体を反射板として採用している点である。ここでは、本発明に係る構造体を逆L字型のアンテナに適用した構成例について説明する。なお、本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付して示し、その詳細な説明を省略する。
次に、第7実施形態に係るプリント基板について説明する。図39(a)、(b)に示すように、プリント基板9は、基板90と、デバイス91、92と、デバイス91、92の間に配置された構造体93とを備える。基板90は、グランドパターン94と、グランドパターン94上に設けられた誘電体層を含んでいる。グランドパターン94は、構造体93の第1導体エレメント(ここでは、導体プレーン)と電気的に接続している。デバイス91、92プレーンは、誘電体層の表層に設けられており、グランドパターン94と電気的に接続している。デバイス91はノイズ源となるデバイスであり、デバイス92はノイズの影響を受けやすいデバイスである。
次に、本発明の第8実施形態に係る伝送線路導波管変換器について説明する。図40(a)、(b)に示すように、伝送線路導波管変換器1000は、反射板としての構造体1010、伝送線路1020、及び導波管1030を備える。構造体1010のバンドギャップは、伝送する電磁波の周波数帯に対応させて設計されている。
次に、本発明の第9実施形態に係るアレイアンテナについて説明する。図41に示すように、第9実施形態のアレイアンテナは、本発明に係るアンテナをアレイ要素1110として、プリント基板1100に複数のアレイ要素1110が配列された構成を有する。アレイ要素1110は、本発明に係る構造体1120を備えている。ここでは、アレイ要素1110として第5実施形態で説明したアンテナを採用しており、4つのアレイ要素1110が1次元的に配列されている。アレイ要素1110は、マイクロストリップライン1130により並列に接続している。
5〜7、7B、7C、8 アンテナ
9 プリント基板
10、20、30、40、50、60 誘電体基板(第1媒体)
11、31、51、61、71 導体プレーン(第1導体エレメント)
12、12b、12c、32、32b、52、62、72 導体パッチ(第2導体エレメント)
13、13b、13c、23、33、43、53、63、73 開口
14、14b〜14j、24、24b〜24g、24i、34、44、54、64、74 配線(線路部)
15、15b、25 単位セル
16、26 マイクロストリップ線路
19、35、59 導体パターン
21、41 導体プレーン(第2導体エレメント)
22、42 導体パッチ(第1導体エレメント)
37、47 誘電体層(第2媒体)
38、38b〜38d、48 補助導体パッチ(第3導体エレメント)
39 容量部
56、66、76 給電部
77、81 同軸ケーブル(給電部)
82 アンテナエレメント
90 基板
91、92 デバイス
94 グランドパターン
141 開放端
142、145、147、241、245、246 接続部
143、144、243、244 分岐線
146、242 分岐部
1100 プリント基板
1110 アレイ要素
Pa ピッチ(格子定数)
C1、C2、C3、CL、CR 容量
f 周波数
f0C、f0M 半波長共振周波数
fse 共振周波数
LR インダクタンス
Y アドミタンス
Z インピーダンス
β 波数
λ 波長
Claims (26)
- 少なくとも一つ以上の第1導体エレメントと、前記第1導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第2導体エレメントを有する導体パターンと、前記第1導体エレメントと前記第2導体エレメントとの間に容量を生じさせる第1媒体と、を備え、
前記第1導体エレメントと前記導体パターンは、前記第1媒体を介して対向し、
前記第2導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第2導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第2導体エレメントに包囲されており、
前記第1導体エレメントと前記線路部は、マイクロストリップラインを構成する、
ことを特徴とする構造体。 - 前記導体パターンは、周期的に配置された複数の前記第2導体エレメントを有し、
前記第1導体エレメントは、それぞれ隣り合う前記第1導体エレメントと連続して配置され、
前記第2導体エレメントは、それぞれ隣り合う前記第2導体エレメントと離間して配置され、前記開口と前記線路部を前記第1導体エレメントに対応して備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の構造体。 - 前記導体パターンは、周期的に配置された複数の前記第2導体エレメントを有し、
前記第1導体エレメントは、それぞれ隣り合う前記第1導体エレメントと離間して配置され、
前記第2導体エレメントは、それぞれ隣り合う前記第2導体エレメントと連続しており、前記開口と前記線路部を前記第1導体エレメントに対応して備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の構造体。 - 少なくとも一つ以上の第3導体エレメントと、前記第2導体エレメントと前記第3導体エレメントとの間に容量を生じさせる第2媒体と、を更に備え、
前記第3導体エレメントは、前記第2媒体を介し、少なくとも2以上の前記第2導体エレメントにわたって対向する、
ことを特徴とする請求項2に記載の構造体。 - 少なくとも一つ以上の第3導体エレメントと、前記第1導体エレメントと前記第3導体エレメントとの間に容量を生じさせる第3媒体と、を更に備え、
前記第3導体エレメントは、前記第3媒体を介し、少なくとも2以上の前記第1導体エレメントにわたって対向する、
ことを特徴とする請求項3に記載の構造体。 - 前記線路部と、前記開口と、前記第2導体エレメントと、該線路部又は該第2導体エレメントと対向する部分の前記第1導体エレメントとを有する単位セルが、一次元配列されている、
ことを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の構造体。 - 前記線路部と、前記開口と、前記第2導体エレメントと、該線路部又は該第2導体エレメントと対向する部分の前記第1導体エレメントとを有する単位セルが、二次元配列されている、
ことを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の構造体。 - 前記線路部の線路長が、複数の前記線路部で略同一である、
ことを特徴とする請求項2乃至7のいずれか1項に記載の構造体。 - 前記線路部が前記第2導体エレメントと接続する接続部は、前記導体パターンにおいて周期的に配置されている、
ことを特徴とする請求項2乃至8のいずれか1項に記載の構造体。 - 前記線路部の形状及び寸法が複数の前記線路部で略同一であり、前記開口の形状及び寸法が前記導体パターン内で略同一である
ことを特徴とする請求項2乃至9のいずれか1項に記載の構造体。 - 前記線路部が、前記第2導体エレメントと同一材料からなり、該第2導体エレメントと一体のものである、
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の構造体。 - 前記線路部は、幅が略均一な帯形状である、
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の構造体。 - 前記線路部の形状が、略直線形状である、
ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の構造体。 - 前記線路部の形状が、略折れ線形状である、
ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の構造体。 - 前記線路部の形状が、ミアンダ形状、ループ形状、又はスパイラル形状である、
ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の構造体。 - 前記線路部は、互いに長さが異なる複数の分岐線を含む、
ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の構造体。 - 前記開口における前記第2導体エレメント側の周形状が略多角形である、
ことを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の構造体。 - 構造体と、給電部と、を備えるアンテナであって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第1導体エレメントと、前記第1導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第2導体エレメントを有する導体パターンと、前記第1導体エレメントと前記第2導体エレメントとの間に容量を生じさせる第1媒体と、を備え、
前記第1導体エレメントと前記導体パターンは、前記第1媒体を介して対向し、
前記第2導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第2導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第2導体エレメントに包囲されており、
前記給電部は、該構造体の前記第1導体エレメント又は前記導体パターンと電気的に接続する、
ことを特徴とするアンテナ。 - 前記構造体の前記第1導体エレメント又は前記導体パターンに近接し対向して配置された電磁波放射面を有するアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントと電気的に接続する給電部と、を更に備え、
前記構造体により反射板が構成されている、
ことを特徴とする請求項18に記載のアンテナ。 - 構造体を備えるプリント基板であって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第1導体エレメントと、前記第1導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第2導体エレメントを有する導体パターンと、前記第1導体エレメントと前記第2導体エレメントとの間に容量を生じさせる第1媒体と、を備え、
前記第1導体エレメントと前記導体パターンは、前記第1媒体を介して対向し、
前記第2導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第2導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第2導体エレメントに包囲されており、
前記第1導体エレメントと前記線路部は、マイクロストリップラインを構成する、
ことを特徴とするプリント基板。 - 前記構造体により反射板が構成される、
ことを特徴とする請求項20に記載のプリント基板。 - 前記プリント基板に複数のデバイスが設けられており、前記デバイス間における電磁波の伝播経路の少なくとも1つを遮って、前記構造体が設けられている、
ことを特徴とする請求項21に記載のプリント基板。 - 構造体を備える伝送線路導波管変換器であって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第1導体エレメントと、前記第1導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第2導体エレメントを有する導体パターンと、前記第1導体エレメントと前記第2導体エレメントとの間に容量を生じさせる第1媒体と、を備え、
前記第1導体エレメントと前記導体パターンは、前記第1媒体を介して対向し、
前記第2導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第2導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第2導体エレメントに包囲されており、
前記第1導体エレメントと前記線路部は、マイクロストリップラインを構成する、
ことを特徴とする伝送線路導波管変換器。 - 構造体と、給電部と、を備えるアンテナをアレイ要素として、複数のアレイ要素を同一平面に配置して構成されるアレイアンテナであって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第1導体エレメントと、前記第1導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第2導体エレメントを有する導体パターンと、前記第1導体エレメントと前記第2導体エレメントとの間に容量を生じさせる第1媒体と、を備え、
前記第1導体エレメントと前記導体パターンは、前記第1媒体を介して対向し、
前記第2導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第2導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第2導体エレメントに包囲されており、
前記給電部は、該構造体の前記第1導体エレメント又は前記導体パターンと電気的に接続する、
ことを特徴とするアレイアンテナ。 - 構造体と給電部とを有するアンテナと、該アンテナと接続する送信機又は受信機の少なくとも一方と、を備え、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第1導体エレメントと、前記第1導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第2導体エレメントを有する導体パターンと、前記第1導体エレメントと前記第2導体エレメントとの間に容量を生じさせる第1媒体と、を備え、
前記第1導体エレメントと前記導体パターンは、前記第1媒体を介して対向し、
前記第2導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第2導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第2導体エレメントに包囲されており、
前記給電部は、該構造体の前記第1導体エレメント又は前記導体パターンと電気的に接続する、
ことを特徴とする電子装置。 - 請求項1〜17のいずれか一項に記載の構造体、請求項18又は19に記載のアンテナ、請求項20〜22のいずれか一項に記載のプリント基板、請求項23に記載の伝送線路導波管変換器、及び請求項24に記載のアレイアンテナの少なくとも1つを備えることを特徴とする電子装置。
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