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負透磁率または負誘電率メタマテリアルおよび表面波導波路 外国出願あり

国内特許コード P160013068
整理番号 H17-011
掲載日 2016年6月29日
出願番号 特願2005-057763
公開番号 特開2006-245926
登録番号 特許第3928055号
出願日 平成17年3月2日(2005.3.2)
公開日 平成18年9月14日(2006.9.14)
登録日 平成19年3月16日(2007.3.16)
発明者
  • 真田 篤志
出願人
  • 国立大学法人山口大学
発明の名称 負透磁率または負誘電率メタマテリアルおよび表面波導波路 外国出願あり
発明の概要 【課題】メタマテリアルでなる正負誘電率媒質あるいは正負透磁率媒質とそれらを用いた表面波を伝播する導波路を実現する。
【解決手段】負透磁率媒質を構成する単位セルは、誘電体基板の表面に金属パッチを周囲に誘電体を残して形成し、誘電体基板の裏面には全面に接地導体を持つ構造となっている。正透磁率媒質は既存のマイクロストリップ線路であり、単位セルは金属ストリップを四方に接続した二次元構造で、誘電体基板の裏面には全面にわたって接地導体が配置される。この負透磁率媒質と、正透磁率媒質とを左右に隣接・対向した構造とし、該両媒質の境界に表面波を伝播する導波路を形成する。
【選択図】 図7
従来技術、競合技術の概要


金属、誘電体、磁性体、超伝導体などの小片を、波長に対して十分短い間隔(波長の20分の1程度以下)で並べることで自然にはない性質を待った媒質を人工的に構成することができる。この媒質を自然にある媒質を超えると言う意味でメタマテリアル(metamaterials)と呼んでいる。メタマテリアルの性質は、単位粒子の形状、材質およびそれらの配置により様々に変化するが、中でも、等価的な誘電率εと透磁率μとが同時に負となるメタマテリアルは、その電界と磁界と波数ベクトルが左手系をなすことから「左手系媒質」(Left-Handed Materials)と名づけられた。これに対して、等価的な誘電率εと透磁率μとが同時に正となる通常の媒質は「右手系媒質(Left-Handed Materials」と呼ばれる。これら誘電率ε、透磁率μと媒質との関係領域は、図1に示すように、誘電率εの正負及び透磁率μの正負に応じた第1象限~第4象限の媒質に分類できる。



特に、「左手系媒質」は、バックワード波と呼ばれる、波の群速度(エネルギーの伝播する速度)と位相速度(位相の進む速度)の符号が逆転している波の存在や、また、非伝播領域で指数関数的に減衰する波であるエバネセント波の増幅、等の特異な性質を持つものである。



メタマテリアルではない媒質(自然連続媒質)であるが、誘電率εの符号が負の媒質(負誘電率媒質)と、誘電率εの符号が正の媒質(正誘電率媒質)との境界面においては表面波が伝播することが知られている。例えば、光の領域における金属の誘電率は負となり、これと誘電率が正である空気や誘電体との境界面では表面プラズモンと呼ばれる表面波が存在することは知られている(例えば、非特許文献1参照。)。



これと対称的に、透磁率μの符号が負の媒質(負透磁率媒質)と透磁率μの符号が正の媒質(正透磁率媒質)との境界面においても表面波は存在する。例えば、磁化されたフェライトの等価透磁率は高周波域において負となり、これと透磁率が正なる空気や誘電体との境界において表面波は伝播することも知られている(例えば、非特許文献2参照。)。



このように、誘電率εまたは透磁率μのどちらか一方が負である媒質と、誘電率εおよび透磁率μが共に正である媒質との境界には表面波が伝播する。特に、透磁率μが負である媒質と、透磁率μが正である媒質との境界に表面波が伝播する状態を図2に示している。
【非特許文献1】
H.Raether,“Surface plasmons on smooth and rough surfaces and on gratings,”Springer-Verlang,1988.
【非特許文献2】
B.Lax and KJ Button,“Microwave Ferrite and Ferrimagnetics,”McGraw-Hill,1962.

産業上の利用分野


本発明はメタマテリアルでなる正負誘電率媒質あるいは正負透磁率媒質と、それらを用いた表面波を伝播する導波路に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
誘電体基板(3)と、
前記誘電体基板(3)の裏面全面に形成された接地導体(5)と、
前記誘電体基板(3)の表面に周期的に配列され、方形形状に形成された複数の導体パターン(4)とを有し、
前記導体パターン(4)は、他の導体パターン(4)および接地導体(5)とは直流的に絶縁されて設けられたものであり、
伝播する電磁波に対して負の透磁率を示す負透磁率メタマテリアル

【請求項2】
請求項1に記載した負透磁率メタマテリアルであって、
前記導体パターン(4)の縦横の長さを異なるものとして、透磁率に関する異方性を具備させるようにした負透磁率メタマテリアル

【請求項3】
誘電体基板(3)と、
前記誘電体基板(3)の裏面全面に形成された接地導体(5)と、
前記誘電体基板(3)の表面に周期的に配列され、六角形形状に形成された複数の導体パターン(4)とを有し、
前記導体パターン(4)は、他の導体パターン(4)および接地導体(5)とは直流的に絶縁されて設けられたものであり、
伝播する電磁波に対して負の透磁率を示す負透磁率メタマテリアル

【請求項4】
誘電体基板(13)と、
前記誘電体基板(13)の裏面全面に形成された接地導体(15)と、
前記誘電体基板(3)の表面上の第1の方向に形成され周期的に配列された第1の導体ストリップ(16)と、
前記誘電体基板(3)の表面上の前記第1の方向と交差する第2の方向に形成され周期的に配列された第2の導体ストリップ(16)と、
前記第1の導体ストリップ(16)および前記第2の導体ストリップ(16)の交差位置のそれぞれに対応して配置され、前記第1の導体ストリップ(16)および前記第2の導体ストリップ(16)の少なくとも一方と前記接地導体(15)とを接続する導体ビア(14)とを有し、
伝播する電磁波に対して負の誘電率を示す負誘電率メタマテリアル

【請求項5】
誘電体基板(13)と、
前記誘電体基板(13)の裏面全面に形成された接地導体(15)と、
前記誘電体基板(3)の表面上の第1の方向に形成され周期的に配列された第1の導体ストリップ(16)と、
前記誘電体基板(3)の表面上の前記第1の方向と交差する第2の方向に形成され周期的に配列された第2の導体ストリップ(16)と、
前記誘電体基板(3)の表面上の第3の方向に形成され、前記第1の導体ストリップ(16)と前記第2の導体ストリップ(16)との交差位置において前記第1の導体ストリップ(16)および前記第2の導体ストリップ(16)に交差するように形成され、周期的に配列された第3の導体ストリップ(16)と、
前記第1~3の導体ストリップ(16)の交差位置のそれぞれに対応して配置され、前記第1~3の導体ストリップ(16)の少なくともいずれか1つと前記接地導体(15)とを接続する導体ビア(14)とを有し、
伝播する電磁波に対して負の誘電率を示す負誘電率メタマテリアル

【請求項6】
請求項4,5のいずれか1項に記載した負誘電率メタマテリアルであって、
前記導体ストリップ(16)の方向の対称性を崩すことにより、誘電率に関する異方性を具備させるようにした負誘電率メタマテリアル

【請求項7】
請求項4,5のいずれか1項に記載した負誘電率メタマテリアルであって、
前記導体ビア(14)の位置を変更することにより、誘電率に関する異方性を具備させるようにした負誘電率メタマテリアル

【請求項8】
請求項1~3のいずれか1項に記載した負透磁率メタマテリアルと、正の透磁率を有する正透磁率媒質とを隣接させ、
前記負透磁率メタマテリアルと前記正透磁率媒質との境界に表面波を伝播可能とした表面波導波路

【請求項9】
請求項4~7のいずれか1項に記載した負誘電率メタマテリアルと、正の誘電率を有する正誘電率媒質とを隣接させ、
前記負誘電率メタマテリアルと前記正誘電率媒質との境界に表面波を伝播可能とした表面波導波路
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005057763thum.jpg
出願権利状態 登録
山口TLOは平成11年11月に山口大学の教官50名の出資により設立された、リエゾン一体型のTLO活動会社です。山口大学を主とし、山口県内の大学・高専の研究成果をご紹介致します。特許の内容に興味を持たれた方は、下記までご連絡ください。


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