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(In Japanese)漏れ波アンテナ装置 meetings

Patent code P140010339
File No. J1012-03WO
Posted date Feb 25, 2014
Application number P2011-528706
Patent number P5655256
Date of filing Jul 15, 2010
Date of registration Dec 5, 2014
International application number JP2010061966
International publication number WO2011024575
Date of international filing Jul 15, 2010
Date of international publication Mar 3, 2011
Priority data
  • P2009-200063 (Aug 31, 2009) JP
  • P2010-044367 (Mar 1, 2010) JP
Inventor
  • (In Japanese)上田 哲也
  • (In Japanese)堀川 健
  • (In Japanese)岸本 紘幸
  • (In Japanese)山本 慎太郎
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title (In Japanese)漏れ波アンテナ装置 meetings
Abstract (In Japanese)少なくとも1つの伝送線路部分とを有する少なくとも1つの単位セル(60)を、第1と第2のポート(P1,P2)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漏れ波アンテナ装置において、マイクロ波伝送線路の第2のポート(P2)に接続され、動作周波数において、上記マイクロ波伝送線路に沿ってマイクロ波信号が第1のポート(P1)から入力されて第2のポート(P2)に向かって伝搬するとき、当該マイクロ波信号は第1の漏れ波として放射され、当該第1の漏れ波以外のマイクロ波信号は反射用インピーダンス回路(75)により反射され、当該反射されたマイクロ波信号による第2の漏れ波は上記第1の漏れ波の放射方向と実質的に同一の方向で放射される。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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。

例えば、非特許文献1においては、フェライトマイクロストリップ線路において左手系伝送線路の回路を構成し、透磁率が負になる周波数帯域において、エッジガイドモードの非可逆性の伝搬特性を数値的及び実験的に明らかにしている。具体的には、アイソレーションが20dB以上の非可逆性を伴って、透磁率が負になる帯域でエッジガイドモードが伝搬することを明らかにしている。また、伝送線路からの漏洩波を放射するアンテナ装置については、例えば特許文献1-3において開示されている。

しかしながら、当該非可逆左手系伝送線路の回路を用いたアンテナ装置へのアプリケーションについてはいまだ発表されていない。特に、非可逆左手系伝送線路は高周波信号を伝送することを目的としており、非可逆左手系伝送線路からの漏洩波はほとんどない。なお、左手系伝送線路において、当該非可逆伝送線路を伝搬する高周波信号の電力の方向を逆にとれば、右手系伝送線路として動作しうる。

また、順方向と逆方向のうち、一方が左手系伝送線路で、他方が右手系伝送線路となるような非可逆伝送線路並びに、それを用いた伝送線路型マイクロ波回路(例えば、移相器、アンテナ装置、共振器、フィルタ、電力分配器、発振器など)は考案されていない。特に、マイクロ波共振器及びそれを用いたマイクロ波回路においては、線路長に依存して共振周波数が決定するために、共振周波数によってはその装置構成が大型化するという問題点があった。

以上の問題点を解決するために、従来技術に比較して大幅に小型化できかつ特有の作用効果を有する、伝送線路型マイクロ波回路について、本発明者らは、特許文献4において提案した。

次いで、伝送線路型マイクロ波共振器の背景技術について以下に説明する。現在までのところ、伝送線路型マイクロ波共振器は開発されていて、実際に、マイクロ波技術及びミリ波技術において広範な構造で使用されている(例えば、非特許文献9参照。)。典型的なマイクロ波共振器は、その単純な構造及び容易な回路設計方法による半波長伝送線路共振器である。最近では、新型の伝送線路共振器として、右手/左手系複合伝送線路(CRLHTL)(例えば、非特許文献11参照。)を基礎とするゼロ次共振器(例えば、非特許文献10参照。)が提案され、かつ開発されている。一般に、従来技術に係る伝送線路型マイクロ波共振器の共振周波数は線路長によって決定されるが、ゼロ次共振器のそれは長さ自体によっては決定されず、単位セルの構造によって決定される。追加的な魅力のある特性として、ゼロ次共振器は、線路の長手方向に沿って位相及び振幅が空間的に一様である電磁界分布を有し、これにより、マイクロ波フィルタ、電力分配器、アンテナ、発振器等へのアプリケーションに用いることができる(例えば、非特許文献11参照。)。

右手/左手系複合伝送線路の概念を基礎として、発明者の1人は、直列キャパシタンス及び並列枝インダクタンスを周期的に装荷する垂直に磁化されたフェライト基板上のマイクロストリップ線路で構成されるマイクロ波エッジガイドモードアイソレータ等の新型の非可逆デバイスも提案している(例えば、非特許文献12参照。)。最近、発明者らは、非可逆漏洩波アンテナ(例えば、非特許文献13参照。)及び高利得化へのアプリケーションに関して、一方向の伝送電力における主要右手系(RH)モード及び反対方向における主要左手系(LH)モードをサポートする別のタイプの非可逆移相伝送線路を提案した。一方で、フェライト材料を用いる非可逆進行波共振器が多くの論文で論じられてきている。しかしながら、これらは、共振器の全体サイズに依存する共振周波数を有するリング共振器で構成されている(例えば、非特許文献14参照。)。

Field of industrial application (In Japanese)

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又は可逆伝送線路からの漏洩波を用いた新規な漏れ波アンテナ装置、並びに、非可逆位相特性を有する非可逆移相伝送線路を用いたマイクロ波共振器とそれを用いた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。

Scope of claims (In Japanese)
【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、非可逆伝送線路部分又は可逆伝送線路部分である少なくとも1つの伝送線路部分とを有する少なくとも1つの単位セルを、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漏れ波アンテナ装置であって、
上記伝送線路部分は、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するように自発磁化もしくは外部磁界により磁化された材料にて構成され、かつ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するように構成され、
上記マイクロ波伝送線路の各単位セルは、上記マイクロ波伝送線路に入力されるマイクロ波信号の動作周波数と、上記マイクロ波伝送線路の伝搬定数との関係を示す分散曲線において上記マイクロ波伝送線路が所定の伝搬定数を有するように回路構成され、
上記マイクロ波伝送線路は第1のポートと第2のポートとを有し、
漏れ波アンテナ装置は、上記マイクロ波伝送線路の第2のポートに接続され、所定の動作周波数において、上記第2のポートから反射用インピーダンス回路を見たインピーダンスが実質的にゼロ又は無限大となるように動作する反射用インピーダンス回路をさらに備え、
上記動作周波数において、上記マイクロ波伝送線路に沿ってマイクロ波信号が第1のポートから入力されて第2のポートに向かって伝搬するとき、当該マイクロ波信号は第1の漏れ波として放射され、当該第1の漏れ波以外のマイクロ波信号は上記反射用インピーダンス回路により反射され、当該反射されたマイクロ波信号による第2の漏れ波は上記第1の漏れ波の放射方向と実質的に同一の方向で放射されることを特徴とする漏れ波アンテナ装置。

【請求項2】
 
上記マイクロ波伝送線路の各単位セルは、上記動作周波数において、上記マイクロ波伝送線路において上記第1のポートから上記第2のポートに向う方向では上記マイクロ波信号が右手系伝送で電力伝送されかつ上記第2のポートから上記第1のポートに向う方向では上記マイクロ波信号が左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マイクロ波伝送線路が所定の伝搬定数を有するように回路構成されたことを特徴とする請求項1記載の漏れ波アンテナ装置。

【請求項3】
 
上記マイクロ波伝送線路の各単位セルは、上記動作周波数において、上記マイクロ波伝送線路において上記第1のポートから上記第2のポートに向う方向では上記マイクロ波信号が左手系伝送で電力伝送されかつ上記第2のポートから上記第1のポートに向う方向では上記マイクロ波信号が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マイクロ波伝送線路が所定の伝搬定数を有するように回路構成されたことを特徴とする請求項1記載の漏れ波アンテナ装置。

【請求項4】
 
上記マイクロ波伝送線路の各単位セルは、上記動作周波数において、上記マイクロ波伝送線路において上記第1のポートから上記第2のポートに向う方向及び上記第2のポートから上記第1のポートに向う両方向で上記マイクロ波信号がその位相定数がゼロの状態で電力伝送されるように、上記分散曲線においてマイクロ波伝送線路が所定の伝搬定数を有するように回路構成されたことを特徴とする請求項1記載の漏れ波アンテナ装置。

【請求項5】
 
上記マイクロ波伝送線路において、上記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1乃至4のうちのいずれか1つに記載の漏れ波アンテナ装置。

【請求項6】
 
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、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誘導性スタブ導体とを備えたことを特徴とする請求項1乃至5のうちのいずれか1つに記載の漏れ波アンテナ装置。

【請求項7】
 
上記基板は磁性体基板及び誘電体基板含み、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6記載の漏れ波アンテナ装置。

【請求項8】
 
上記基板は、上記マイクロストリップ線路の直下に設けられ、外部磁界の印加されたフェライト棒をさらに含むことを特徴とする請求項6記載の漏れ波アンテナ装置。

【請求項9】
 
上記漏れ波アンテナ装置は、上記マイクロ波伝送線路に対する磁界を発生しかつ当該磁界の強度と方向の少なくとも一方を変化することにより、上記漏れ波アンテナ装置から放射される漏洩波の放射方向を変化する磁界発生手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至8のうちのいずれか1つに記載の漏れ波アンテナ装置。

【請求項10】
 
上記反射用インピーダンス回路は、上記第2のポートから反射用インピーダンス回路を見たインピーダンスが実質的にゼロとなる第1の回路と、当該インピーダンスが実質的に無限大となる第2の回路と、上記第1の回路と第2の回路とを選択的に切り替えるスイッチ手段とを備え、上記漏れ波アンテナ装置から放射される漏洩波の偏波を切り替えることを特徴とする請求項1乃至9のうちのいずれか1つに記載の漏れ波アンテナ装置。

【請求項11】
 
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、非可逆伝送線路部分又は可逆伝送線路部分である少なくとも1つの伝送線路部分とを有する少なくとも1つの単位セルを、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マイクロ波共振器であって、
上記伝送線路部分は、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するように自発磁化もしくは外部磁界により磁化された材料にて構成され、かつ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するように構成され、
上記マイクロ波伝送線路の各単位セルは、上記マイクロ波伝送線路に入力されるマイクロ波信号の動作周波数と、上記マイクロ波伝送線路の伝搬定数との関係を示す分散曲線において上記マイクロ波伝送線路が所定の伝搬定数を有するように回路構成され、
上記マイクロ波伝送線路は第1のポートと第2のポートとを有し、
上記マイクロ波共振器は、
上記マイクロ波伝送線路の第1のポートに接続され、所定の動作周波数において、上記第1のポートから第1の反射用インピーダンス回路を見たインピーダンスが実質的にゼロ又は無限大となるように動作する第1の反射用インピーダンス回路と、
上記マイクロ波伝送線路の第2のポートに接続され、上記動作周波数において、上記第1のポートから第2の反射用インピーダンス回路を見たインピーダンスが実質的にゼロ又は無限大となるように動作する第2の反射用インピーダンス回路とを備え、
(1)上記第1の反射用インピーダンス回路が上記動作周波数において、上記第1のポートから第1の反射用インピーダンス回路を見たインピーダンスが実質的にゼロとなるように動作するとともに、上記第2の反射用インピーダンス回路が上記動作周波数において、上記第2のポートから第2の反射用インピーダンス回路を見たインピーダンスが実質的にゼロとなるように動作するように、上記第1及び第2の反射用インピーダンス回路を設定し、もしくは、
(2)上記第1の反射用インピーダンス回路が上記動作周波数において、上記第1のポートから第1の反射用インピーダンス回路を見たインピーダンスが実質的に無限大となるように動作するとともに、上記第2の反射用インピーダンス回路が上記動作周波数において、上記第2のポートから第2の反射用インピーダンス回路を見たインピーダンスが実質的に無限大となるように動作するように、上記第1及び第2の反射用インピーダンス回路を設定したことを特徴とするマイクロ波共振器。

【請求項12】
 
上記マイクロ波伝送線路の各単位セルは、上記動作周波数において、上記マイクロ波伝送線路において上記第1のポートから上記第2のポートに向う方向では上記マイクロ波信号が右手系伝送で電力伝送されかつ上記第2のポートから上記第1のポートに向う方向では上記マイクロ波信号が左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マイクロ波伝送線路が所定の伝搬定数を有するように回路構成されたことを特徴とする請求項11記載のマイクロ波共振器。

【請求項13】
 
上記マイクロ波伝送線路の各単位セルは、上記動作周波数において、上記マイクロ波伝送線路において上記第1のポートから上記第2のポートに向う方向では上記マイクロ波信号が左手系伝送で電力伝送されかつ上記第2のポートから上記第1のポートに向う方向では上記マイクロ波信号が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マイクロ波伝送線路が所定の伝搬定数を有するように回路構成されたことを特徴とする請求項11記載のマイクロ波共振器。

【請求項14】
 
上記マイクロ波伝送線路の各単位セルは、上記動作周波数において、上記マイクロ波伝送線路において上記第1のポートから上記第2のポートに向う方向及び上記第2のポートから上記第1のポートに向う両方向で上記マイクロ波信号がその位相定数がゼロの状態で電力伝送されるように、上記分散曲線においてマイクロ波伝送線路が所定の伝搬定数を有するように回路構成されたことを特徴とする請求項11記載のマイクロ波共振器。

【請求項15】
 
上記マイクロ波伝送線路において、上記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11乃至14のうちのいずれか1つに記載のマイクロ波共振器。

【請求項16】
 
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、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誘導性スタブ導体とを備えたことを特徴とする請求項11乃至15のうちのいずれか1つに記載のマイクロ波共振器。

【請求項17】
 
上記基板は磁性体基板及び誘電体基板含み、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16記載のマイクロ波共振器。

【請求項18】
 
上記基板は、上記マイクロストリップ線路の直下に設けられ、外部磁界の印加されたフェライト棒をさらに含むことを特徴とする請求項16記載のマイクロ波共振器。

【請求項19】
 
請求項11乃至18のうちのいずれか1つに記載のマイクロ波共振器を用いたアンテナ装置であって、
上記第1の反射用インピーダンス回路又は上記第2の反射用インピーダンス回路に接続され、マイクロ波信号を上記マイクロ波共振器に給電する給電回路をさらに備えたことを特徴とするアンテナ装置。

【請求項20】
 
上記アンテナ装置は、上記マイクロ波伝送線路に対する磁界を発生しかつ当該磁界の強度と方向の少なくとも一方を変化することにより、上記アンテナ装置から放射される漏洩波の放射方向を変化する磁界発生手段をさらに備えたことを特徴とする請求項19記載のアンテナ装置。

【請求項21】
 
上記第1の反射用インピーダンス回路及び上記第2の反射用インピーダンス回路はそれぞれ、上記第2のポートから反射用インピーダンス回路を見たインピーダンスが実質的にゼロとなる第1の回路と、当該インピーダンスが実質的に無限大となる第2の回路と、上記第1の回路と第2の回路とを選択的に切り替えるスイッチ手段とを備え、上記アンテナ装置から放射される漏洩波の偏波を切り替えることを特徴とする請求項19又は20記載のアンテナ装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2011528706thum.jpg
State of application right Registered
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