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NON-RECIPROCAL TRANSMISSION LINE DEVICE AND MEASURING METHOD THEREOF

Patent code P160012720
File No. S2014-0540-N0
Posted date Jan 27, 2016
Application number P2014-133071
Publication number P2015-181211A
Patent number P6489601
Date of filing Jun 27, 2014
Date of publication of application Oct 15, 2015
Date of registration Mar 8, 2019
Priority data
  • P2014-040437 (Mar 3, 2014) JP
Inventor
  • (In Japanese)上田 哲也
  • (In Japanese)アンドレイ・ポロフニュク
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人京都工芸繊維大学
Title NON-RECIPROCAL TRANSMISSION LINE DEVICE AND MEASURING METHOD THEREOF
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-reciprocal transmission line device in which switching can be made between a radiation region and a non-radiation region.
SOLUTION: In a non-reciprocal transmission line device constituted by connecting at least one unit cell, having a circuit of a transmission line part of microwaves and a series branch and a parallel branch of first and second parallel branches, in cascade between first and second ports, where the propagation constant in the forward direction and the propagation constant in the reverse direction are different from each other, the propagation line part of each unit cell is a coplanar line including a strip conductor, and ground conductors on the opposite sides thereof, the transmission line part of each unit cell includes a ferrite plate magnetized by an external magnetic field generated from an external magnetic field generator in a direction different from the propagation direction of microwaves, and provided on the back of the coplanar line, and a shield metal plate provided between the ferrite plate and the shield metal plate so as to form a dielectric having a dielectric constant smaller than that of the back cavity or the ferrite plate, and to cover the ferrite plate.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

メタマテリアルの一つとして右手/左手系複合伝送線路(以下、CRLH(Composite Right/Left-Handed)伝送線路という。)が知られている。CRLH伝送線路は、所定の周波数帯域で負の実効透磁率及び負の実効誘電率を有するように、波長に比べて十分に小さい間隔で、線路の直列枝に容量素子を実質的に周期的に挿入し、並列枝に誘導性素子を実質的に周期的に挿入して構成される。最近、CRLH伝送線路に対して非可逆伝送の機能を付加した非可逆(非相反ともいう。)移相CRLH伝送線路が提案されている(例えば、特許文献1~3参照。)。非可逆移相CRLH伝送線路は、同一の周波数を有する電磁波が順方向に伝搬するときは正の屈折率を示し、逆方向に伝搬するときは負の屈折率を示すことができる。

非可逆移相CRLH伝送線路を用いて伝送線路共振器を構成すると、共振周波数を変えることなく共振器サイズを自由に変えることができる。さらに、共振器上の電磁界分布は、進行波共振器の電磁界分布と同様である。このため、非可逆移相CRLH伝送線路を用いた伝送線路共振器を用いて、電磁界の振幅が一様でありかつ電磁界の位相が線路に沿って一定の勾配で直線的に変化する擬似進行波共振器を構成することができる。このとき、共振器上の電磁界分布の位相勾配は、共振器を構成する伝送線路の非可逆移相特性によって決まる。以下、非可逆移相CRLH伝送線路を用いた伝送線路装置を、非可逆伝送線路装置又は非相反伝送線路装置という。

メタマテリアルはここ十数年、アンテナへの応用の分野で大変興味深い重要なテーマとなっている。これまでにも、非相反CRLHメタマテリアルが、CRLH伝送線路を用いた指向性漏れ波アンテナへの応用を目的として提案されている。また、最近は、0次共振器から大きく発展した擬似進行波共振器に基づくアンテナ(例えば、非特許文献1参照。)が提案され、従来の漏れ波アンテナに比べて、放射効率が高く、コンパクトであるにもかかわらず利得と指向性を増加させている。

これまでに提案されている非相反伝送線路装置の多くは、従来のマイクロストリップ線路からなる右手/左手系複合伝送線路装置の中央のストリップ線路下に、垂直に磁化されたフェライトロッドを埋め込んだ構造を採用している。このとき、非相反伝送線路装置からなる擬似進行波共振器を備えたアンテナ装置からの放射ビーム方向は、共振器上の電磁界分布の位相勾配によってきまる。また、フェライトが軟磁性体であれば、外部印加磁界の大きさあるいは向きを変えることにより、線路の非可逆移相特性が変化し、その結果ビーム走査をすることができる。

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相反伝送線路装置とその測定方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
マイクロ波の伝送線路部分と、容量性素子を等価的に含む直列枝の回路と、上記伝送線路部分からそれぞれ分岐して設けられかつ誘導性素子を等価的に含む第1及び第2の並列枝の回路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、
上記各単位セルの伝送線路部分は、ストリップ導体と、当該ストリップ導体の両側の接地導体とを備えたコプレーナ線路であり、
上記第1の並列枝の回路は、第1の電気長を有する第1のスタブ導体であり、
上記第2の並列枝の回路は、第1の電気長と実質的に同一の電気長を有する第2のスタブ導体である、
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相反伝送線路装置において、
上記各単位セルの伝送線路部分は、上記コプレーナ線路の面と平行でありかつ上記マイクロ波の伝搬方向に対して垂直な横方向の成分を含む方向で、上記コプレーナ線路の面内に外部磁界発生器により外部磁界により磁化され、
上記非相反伝送線路装置は、
上記コプレーナ線路の背面に設けられたフェライト板と、
上記フェライト板と遮蔽金属板との間に背面キャビティ又は上記フェライト板よりも小さい誘電率を有する誘電体を形成するように設けられ、上記フェライト板をカバーする遮蔽金属板とを備えたことを特徴とする非相反伝送線路装置。

【請求項2】
 
上記外部磁界発生器は、上記非相反伝送線路装置を伝送する伝送電力の方向が互いに逆方向の関係にある右手系モードと左手系モードの各分散曲線が交差する近傍を動作点とし、上記外部磁界を変化させることにより、上記各単位セルの伝送線路部分の順方向と逆方向の位相定数の差Δβと、自由空間の位相定数β0との大小関係をかえることで、当該動作点を、上記非相反伝送線路装置からマイクロ波を放射する放射領域と、上記非相反伝送線路装置からマイクロ波を放射しない非放射領域との間で切り替えることを特徴とする請求項1記載の非相反伝送線路装置。

【請求項3】
 
上記非相反伝送線路装置にマイクロ波信号を入力し、上記外部磁界発生器は、上記外部磁界を変化させることにより、上記各単位セルの伝送線路部分の順方向と逆方向の位相定数の差Δβと、自由空間の位相定数β0との大小関係をかえることで、当該動作点を上記放射領域と上記非放射領域との間で切り替えて、上記マイクロ波信号を振幅変調させて放射することを特徴とする請求項2記載の非相反伝送線路装置。

【請求項4】
 
請求項2記載の非相反伝送線路装置を用いて、上記非相反伝送線路装置にマイクロ波信号を入力したときに、上記非相反伝送線路装置から放射される放射電力及び反射される反射電力を測定する非相反伝送線路装置の測定方法であって、
上記第1のポートに入力されるマイクロ波信号の電力を測定するステップと、
上記第2のポートから出力されるマイクロ波信号の電力を測定するステップと、
上記測定された各電力に基づいて、上記非相反伝送線路装置から放射されるマイクロ波信号の放射電力と、上記非相反伝送線路装置から反射されるマイクロ波信号の反射電力を測定するステップとを含むことを特徴とする非相反伝送線路装置の測定方法。

【請求項5】
 
請求項2記載の非相反伝送線路装置を用いて、上記非相反伝送線路装置にマイクロ波信号を入力したときに、上記非相反伝送線路装置から放射される放射電力及び材料損失を測定する非相反伝送線路装置の測定方法であって、
上記第1のポートに入力されるマイクロ波信号の電力を測定するステップと、
上記第2のポートから出力されるマイクロ波信号の電力を測定するステップと、
上記測定された各電力に基づいて、上記非相反伝送線路装置から放射されるマイクロ波信号の放射電力と、上記非相反伝送線路装置の材料損失を測定するステップとを含むことを特徴とする非相反伝送線路装置の測定方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2014133071thum.jpg
State of application right Registered
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