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伝送線路マイクロ波装置 新技術説明会 外国出願あり

国内特許コード P120008276
掲載日 2012年11月19日
出願番号 特願2009-503994
登録番号 特許第5234667号
出願日 平成20年3月5日(2008.3.5)
登録日 平成25年4月5日(2013.4.5)
国際出願番号 JP2008053964
国際公開番号 WO2008111460
国際出願日 平成20年3月5日(2008.3.5)
国際公開日 平成20年9月18日(2008.9.18)
優先権データ
  • 特願2007-054445 (2007.3.5) JP
発明者
  • 上田 哲也
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 伝送線路マイクロ波装置 新技術説明会 外国出願あり
発明の概要 伝送線路マイクロ波装置は、容量性素子を等価的に含む直列枝の回路と、誘導性素子を等価的に含む並列枝の回路とを備え、マイクロ波の伝搬方向に対して異なる磁化方向に磁化されてジャイロ異方性を有し、上記伝搬方向と上記磁化方向とにより形成される面に対して非対称な構造を有し、順方向の伝搬定数と逆方向の伝搬定数とが互いに異なる非可逆位相特性を有するように、伝搬定数と動作周波数との関係を示す分散曲線において所定の伝搬定数及び動作周波数を設定してなる少なくとも1つの非可逆伝送線路部分を含む。上記少なくとも1つの非可逆伝送線路部分を第1と第2のポートの間で縦続接続してマイクロ波伝送線路を構成する。
従来技術、競合技術の概要


最近、従来の分布定数線路のインダクタンスと容量の配置を入れ換えた左手系伝送(Left Handed Transmission(LHT))線路の研究が活発化している(例えば、非特許文献1-3参照。)。左手系伝送線路の回路には、後退波特性、レンズ作用などの特異性も現れるので、新しいマイクロ波回路素子への期待が大きい。



【特許文献1】
特開平5-183329号公報。
【特許文献2】
特開2005-124038号公報。
【特許文献3】
特開2005-160009号公報。
【非特許文献1】
堤誠ほか,「フェライト基板マイクロストリップ左手系線路に見られる非可逆特性」,電子情報通信学会論文誌C,Vol.J87-C,No.2,pp.274-275,2004年2月。
【非特許文献2】
M. Tsutsumi et al., "Nonreciprocal Left-Handed Microstrip Lines", 2004 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, TU5C-3, pp.249-252, June 2004.
【非特許文献3】
Tetsuya Ueda, et al., "Left-Handed Transmission Characteristics of Ferrite Microstrip Lines without Series Capacitive Loading", IEICE Transactions on Electron, Vol. E89-C, No. 9, pp.1318-1323, September 2006.
【非特許文献4】
Atsushi Sanada et al., "Novel Zeroth-Order Resonance in Composite Right/Left-Handed Transmission Line Resonators", Proceeding of 2003 Asia-Pacific Microwave Conference, Soul Korea, pp.1581-1591, November 4-7, 2003.
【非特許文献5】
Atsushi Sanada et al., "A Planar Zeroth-Order Resonator Antenna Using a Left-Handed Transmission Line", Proceedings of 34th European Microwave Conference, Amsterdam, Netherlands, pp.1341-1344, October 11-15, 2004.
【非特許文献6】
Tetsuya Ueda, et al., "Left-Handed Transmission Characteristics of Rectangular Waveguides Periodically Loaded With Ferrite", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 41, No. 10, pp. 3532-3537, October 2005.
【非特許文献7】
Shuang Zhang et al., "Experimental Demonstration of Near-Infrared Negative-Index Metamaterials", Physical Review Letters, The American Physical Society, PRL-95, pp.137404-1-13704-4, September 23, 2005.
【非特許文献8】
Gunnar Dolling et al., "Low-loss negative-index metamaterial at telecommunication wavelengths", Optics Letters, Vol.31, No.12, pp.1800-1802, June 15, 2006.
【非特許文献9】
D. R. Smith et al., "Composite Medium with Simultaneously Negative Permeability and Permittivity", Physical Review Letters, The American Physical Society, Vol.84, No. 18, pp. 4184-4187, May 1, 2000.
【非特許文献10】
R. Marques et al., "Left-Handed-Media Simulation and Transmission of EM Waves in Subwavelength Split-Ring-Resonator-Loaded Metallic Waveguides", Physical Review Letters, The American Physical Society, Vol.89, No. 18, pp.183901-1-183901-4, October 28, 2002.
【非特許文献11】
Juan D. Baena et al., "Artificial magnetic metamaterial design by using spiral resonators", Physical Review Letters, The American Physical Society, Vol.B69, pp.014402-1-014402-5, 2004.

産業上の利用分野


本発明は、順方向の伝搬定数と逆方向の伝搬定数とが互いに異なる非可逆位相特性を有する非可逆伝送線路を用いた伝送線路マイクロ波回路を備えた伝送線路マイクロ波装置、並びに、上記非可逆伝送線路からの漏洩波を用いた新規な伝送線路アンテナ装置に関する。なお、本明細書において、マイクロ波とは、例えばUHF(Ultra High Frequency)バンドの周波数帯以上のマイクロ波、ミリ波,準ミリ波、テラヘルツ波をいう。以下、「非可逆右手及び左手系伝送線路」を「非可逆右手/左手系伝送線路」という。

特許請求の範囲 【請求項1】
容量性素子を等価的に含む直列枝の回路と、誘導性素子を等価的に含む並列枝の回路とを備え、マイクロ波の伝搬方向に対して異なる磁化方向に磁化されてジャイロ異方性を有し、上記伝搬方向と上記磁化方向とにより形成される面に対して非対称な構造を有し、かつ、順方向の伝搬定数と逆方向の伝搬定数とが互いに異なる非可逆位相特性を有するように、伝搬定数と動作周波数との関係を示す分散曲線において所定の伝搬定数及び動作周波数を設定してなる少なくとも1つの非可逆伝送線路部分を備え、
上記少なくとも1つの非可逆伝送線路部分を第1と第2のポートの間で縦続接続して構成されたマイクロ波伝送線路を備えたことを特徴とする伝送線路マイクロ波装置。

【請求項2】
所定の動作周波数において、上記マイクロ波伝送線路において第1のポートから第2のポートに向う方向では左手系伝送で電力伝送されかつ第2のポートから第1のポートに向う方向では右手系伝送で電力伝送されるように、上記分散曲線において所定の伝搬定数及び動作周波数を設定したことを特徴とする請求項1記載の伝送線路マイクロ波装置。

【請求項3】
所定の動作周波数において、上記マイクロ波伝送線路において第1のポートから第2のポートに向う方向では左手系伝送もしくは右手系伝送で電力伝送されかつ第2のポートから第1のポートに向う方向では伝搬定数がゼロで管内波長が無限大となるように電力伝送されるように、上記分散曲線において所定の伝搬定数及び動作周波数を設定したことを特徴とする請求項1記載の伝送線路マイクロ波装置。

【請求項4】
上記マイクロ波伝送線路は、上記分散曲線において所定の伝搬定数及び動作周波数を設定することにより構成され、所定の位相量だけ移相するマイクロ波移相器であることを特徴とする請求項1乃至3のうちのいずれか1つに記載の伝送線路マイクロ波装置。

【請求項5】
上記マイクロ波伝送線路は、所定の動作周波数において、上記マイクロ波伝送線路においてマイクロ波信号が第1のポートから第2のポートに向う伝搬方向で伝搬するとき、上記伝搬方向に対して斜め前方、斜め後方、もしくはブロードサイド方向に漏れ波の主ビームを有する放射パターンの無線信号を放射する漏れ波アンテナ装置であることを特徴とする請求項1乃至3のうちのいずれか1つに記載の伝送線路マイクロ波装置。

【請求項6】
上記伝送線路マイクロ波装置は、第1のポートから第2のポートに向う方向で伝搬する第1のモードの伝搬定数をβとし、第2のポートから第1のポートに向う方向で伝搬する第2のモードの伝搬定数をβとしたとき、β=-β満たすように構成されたマイクロ波共振器であることを特徴とする請求項2記載の伝送線路マイクロ波装置。

【請求項7】
上記マイクロ波共振器と、
上記マイクロ波共振器と結合するように設けられた結合用伝送線路とを備えることにより、マイクロ波フィルタを構成したことを特徴とする請求項6記載の伝送線路マイクロ波装置。

【請求項8】
上記マイクロ波共振器と、
上記マイクロ波共振器と結合するように設けられた負性抵抗素子とを備えることにより、マイクロ波発振器を構成したことを特徴とする請求項6記載の伝送線路マイクロ波装置。

【請求項9】
上記マイクロ波共振器と、
上記マイクロ波共振器と結合するように設けられた給電用伝送線路とを備えることにより、マイクロ波アンテナ装置を構成したことを特徴とする請求項6記載の伝送線路マイクロ波装置。

【請求項10】
上記マイクロ波共振器と、
上記マイクロ波共振器と結合するように設けられた給電用伝送線路と、
上記マイクロ波共振器のマイクロ波伝送線路と結合するように設けられた複数の分岐用伝送線路とを備えることにより、マイクロ波電力分配器を構成したことを特徴とする請求項6記載の伝送線路マイクロ波装置。

【請求項11】
上記マイクロ波伝送線路は、自発磁化もしくは外部磁界により磁化された基板上に形成された非対称マイクロストリップ線路であることを特徴とする請求項1乃至10のうちのいずれか1つに記載の伝送線路マイクロ波装置。

【請求項12】
上記マイクロ波伝送線路は、自発磁化もしくは外部磁界により磁化された磁性体を含む非対称導波管であることを特徴とする請求項1乃至10のうちのいずれか1つに記載の伝送線路マイクロ波装置。

【請求項13】
上記マイクロ波伝送線路は、自発磁化もしくは外部磁界により磁化された磁性体を含む非対称誘電体伝送線路であることを特徴とする請求項1乃至10のうちのいずれか1つに記載の伝送線路マイクロ波装置。

【請求項14】
上記マイクロ波伝送線路において、上記直列枝の容量性素子は当該伝送線路を伝搬する電磁波モードの実効透磁率が負であるマイクロ波素子であり、上記並列枝の誘導性素子は当該伝送線路を伝搬する電磁波モードの実効誘電率が負であるマイクロ波素子であることを特徴とする請求項12又は13記載の伝送線路マイクロ波装置。

【請求項15】
自発磁化もしくは外部磁界により磁化され、裏面に接地導体を有する基板と、
上記基板上に形成されたマイクロストリップ線路と、
上記マイクロストリップ線路を複数の線路部に分断し、上記分断された複数の線路部のうちの互いに隣接する各線路部を接続する複数のキャパシタと、
上記各線路部をそれぞれ接地導体に接続する複数の短絡スタブ導体とを備えた伝送線路を用いた請求項5記載の伝送線路マイクロ波装置である伝送線路アンテナ装置であって、
上記伝送線路の一端と他端の少なくとも一方に高周波信号を入力し、所定の動作周波数において、上記伝送線路を前進波伝送線路又は後退波伝送線路として動作させ、上記伝送線路の非可逆性を利用して上記伝送線路から漏洩する漏洩波を放射波とする主ビームを形成するように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする伝送線路アンテナ装置。

【請求項16】
上記基板はさらに誘電体基板を含み、上記磁性体基板と上記誘電体基板とをそれらの側面同士で境界部分にて合体してなり、裏面に接地導体を有することを特徴とする請求項15記載の伝送線路アンテナ装置。

【請求項17】
上記制御手段は、上記伝送線路の一端及び他端にそれぞれ上記高周波信号を入力し、上記入力する各高周波信号の振幅と位相の少なくとも一方を制御することにより、放射波の主ビームを形成することを特徴とする請求項15又は16記載の伝送線路アンテナ装置。

【請求項18】
上記制御手段は、上記伝送線路の一端に上記高周波信号を入力し上記伝送線路の他端において前進波を反射して、放射波の主ビームを形成することを特徴とする請求項15又は16記載の伝送線路アンテナ装置。

【請求項19】
上記制御手段は、上記伝送線路の他端に上記高周波信号を入力し上記伝送線路の一端において後退波を反射して、放射波の主ビームを形成することを特徴とする請求項15又は16記載の伝送線路アンテナ装置。

【請求項20】
上記制御手段は、上記伝送線路の一端及び他端にそれぞれ上記高周波信号を選択的に入力し放射波の主ビームを切り替えることを特徴とする請求項15又は16記載の伝送線路アンテナ装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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