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2次元左手系メタマテリアル 外国出願あり

国内特許コード P160013271
整理番号 H18-094
掲載日 2016年9月8日
出願番号 特願2008-536337
登録番号 特許第5219148号
出願日 平成19年9月18日(2007.9.18)
登録日 平成25年3月15日(2013.3.15)
国際出願番号 JP2007068095
国際公開番号 WO2008038542
国際出願日 平成19年9月18日(2007.9.18)
国際公開日 平成20年4月3日(2008.4.3)
優先権データ
  • 特願2006-260907 (2006.9.26) JP
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 2次元左手系メタマテリアル 外国出願あり
発明の概要 2次元の電磁波伝播媒質として機能し、媒質の等価的な誘電率と透磁率の両者が負となる左手系メタマテリアルであり、左手系媒質として低損失で広帯域特性に優れ、構造も簡素で製造コストを低減させることのできる2次元左手系メタマテリアルを提供する。
導体からなる単位構造体10が平面上に規則的に配置された2次元左手系メタマテリアルであって、前記単位構造体は、中心軸が前記平面に対して垂直方向を向く柱状の第1柱体と、前記第1柱体と同一方向の中心軸を有し、前記第1柱体と中心軸方向に離間して配置された柱状の第2柱体と、前記第1柱体と前記第2柱体とを互いに電気的に接続する接続体とからなるものであり、前記単位構造体は、前記平面に対して垂線方向に同一位置となるように配置され、さらに、互いに他の単位構造体と接触しないように配置されたものである。
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(単位構造体)を、波長に対して十分短い間隔(波長の10分の1程度以下)で並べることで自然にはない性質を持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のカテゴリに比べてより大きいカテゴリに属する媒質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、単位構造体の形状、材質およびそれらの配置により様々に変化する。



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(LHM:Left-Handed Materials)」と名付けられた。この左手系媒質を本明細書においては左手系メタマテリアルと呼ぶ。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(RHM:Right-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の正負および透磁率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。右手系媒質は第1象限の媒質であり、左手系媒質は第3象限の媒質である。



特に、左手系メタマテリアルは、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(バックワード波と呼ばれる)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。そして、左手系メタマテリアルによるバックワード波を伝送する線路を人工的に構成することができる。このことは、下記の非特許文献1、非特許文献2にも記載されているように公知である。



この左手系媒質構成の概念に基づき、金属パターンからなる単位セルを周期的に並べてバックワード波を伝播させる線路が提案されている。これまで、その伝送特性が理論的に取り扱われ、この線路が左手系伝送帯域を持つこと、左手系伝送帯域と右手系伝送帯域との間にバンドギャップが生じること、そのバンドギャップ幅は単位セル中のリアクタンスによりコントロールすることができること等が理論的に明らかになっている。これらに関しては、下記の非特許文献3に記載されている。



【非特許文献1】
D. R. Smith, W. J. Padilla, D. C. Vier, S. C. Nemat-Nasser, and S. Schultz, “Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity,” Phys. Rev. Lett., vol. 84, no. 18, pp.4184-4187, May 2000
【非特許文献2】
C. Caloz, and T. Itoh, “Application of the transmission line theory of left-handed (LH) materials to the realization of a microstrip LH line”, IEEE-APS Int'l Symp. Digest, vol. 2, pp. 412-415, June 2002
【非特許文献3】
Atsushi Sanada, Chritophe Caloz and Tatsuo Itoh,“Characteristics of the Composite Right/Left-Handed Transmission Lines,” IEEE Microwave and Wireless Component Letters, Vol.14, No.2, pp. 68-70, February 2004

産業上の利用分野


本発明は電磁波を伝播させるための人工的な媒質(メタマテリアル)に関し、詳しくは、2次元の電磁波伝播媒質として機能し、媒質の等価的な誘電率と透磁率の両者が負となる2次元左手系メタマテリアルに関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
導体からなる単位構造体(10)が基準となる平面上に規則的に配置された2次元左手系メタマテリアルであって、
前記単位構造体(10)は、
中心軸が前記平面に対して垂直方向を向く柱状の第1柱体(11)と、
前記第1柱体(11)と同一方向の中心軸を有し、前記第1柱体(11)と中心軸方向に離間して配置された柱状の第2柱体(12)と、
前記第1柱体(11)と前記第2柱体(12)とを互いに電気的に接続する接続体(13)とからなるものであり、
前記単位構造体(10)は、前記平面に対する垂線方向の位置が同一となるように配置され、さらに、互いに他の単位構造体(10)と接触しないように配置されたものであり、
前記接続体(13)は、その中心軸に垂直な方向の寸法が前記第1柱体(11)および前記第2柱体(12)の中心軸に垂直な方向の寸法よりも小さいものである2次元左手系メタマテリアル。

【請求項2】
請求項1に記載した2次元左手系メタマテリアルであって、
前記第1柱体(11)および前記第2柱体(12)は、中心軸に垂直な断面形状が正方形である2次元左手系メタマテリアル。

【請求項3】
請求項1に記載した2次元左手系メタマテリアルであって、
前記第1柱体(11)および前記第2柱体(12)は、中心軸に垂直な断面形状が正六角形である2次元左手系メタマテリアル。

【請求項4】
請求項1~3のいずれか1項に記載した2次元左手系メタマテリアルであって、
前記第1柱体(11)、前記第2柱体(12)および前記接続体(13)は、それぞれの中心軸が同一直線となるように配置されたものである2次元左手系メタマテリアル。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008536337thum.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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