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STRIP LINE TYPE RIGHT-HAND/LEFT-HAND SYSTEM COMPOSITE LINE, AND ANTENNA USING THE SAME

Patent code P160013096
File No. H17-082
Posted date Jul 8, 2016
Application number P2006-220028
Publication number P2008-028966A
Patent number P3978504
Date of filing Aug 11, 2006
Date of publication of application Feb 7, 2008
Date of registration Jul 6, 2007
Priority data
  • P2006-172972 (Jun 22, 2006) JP
Inventor
  • (In Japanese)真田 篤志
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人山口大学
Title STRIP LINE TYPE RIGHT-HAND/LEFT-HAND SYSTEM COMPOSITE LINE, AND ANTENNA USING THE SAME
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a strip line type right-hand/left-hand system composite line, and to achieve an antenna composed of the strip line type right-hand/left-hand system composite line.
SOLUTION: In the strip line type right-hand/left-hand system composite line, an intermediate layer conductor 4 arranged in the dielectric of an intermediate layer 1 is composed of an aggregate of unit cells, where a metal pattern is formed while the dielectric remains at the periphery, and both the surfaces of the intermediate layer 1 are surrounded by ground conductors 1, 2 for functioning in right- and left-hand system regions. A plurality of openings 5 are provided at a side 2 of the ground conductor of the line, and the area and the frequency of an input signal are changed for controlling the amount of radiation and a polarization direction easily.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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10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(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(LHM)」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。そして、左手系媒質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とは公知である(例えば、非特許文献1、2参照。)。

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搬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(例えば、非特許文献3参照。)。また、左手系伝送帯域と右手系伝送帯域を同時に伝送できる線路は右手/左手系複合線路と呼ばれている(例えば、非特許文献3参照。)。

従来、図2に示すようなマイクロストリップ線路構成において、右手/左手系線路が作製され、このマイクロストリップ線路の右手/左手系伝送特性が実験的に実証されている(例えば、非特許文献2、3参照。)。

図2(A)はマイクロストリップ線路の右手/左手系線路構造の部分構成を示す。該線路は、誘電体基板1の表面に金属パターン4を周囲に誘電体を残して単位セルを形成し、この単位セルの集合体により構成される誘電体基板1の裏面には全面に接地導体3を有して形成される。

このマイクロストリップ線路型の右手/左手系線路は、波の位相定数が真空中の波数に比べて小さくなる周波数領域において伝送エネルギーの一部を放射する性質をもつため、この性質を用いてこれまで右手/左手系線路をアンテナとして動作させることができることが実証されている(例えば、非特許文献2、3参照。)。

図2(A)のマイクロストリップ線路の伝送モードの電磁界は、図2(B)のようになり、線路の片側の半空間が開放されているため、放射領域 (線路の伝搬波の位相定数が真空中の波数よりも小さくなる領域) において放射が起こる。
【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 andpermittivity,” 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 linetheory of left-handed (LH) materials to the realization of a microstripLH 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,“Charact-eristicsof the Composite Right/Left-Handed Transmissin Lines,”IEEE Microwave and Wireless Component Letters, Voll.14, No.2, pp. 68-70,February 2004.

Field of industrial application (In Japanese)

本発明はメタマテリアルで構成されたストリップ線路型右手/左手系複合線路とそれを用いたアンテナに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
中間層の誘電体の中に配置される中間層導体は、金属パターン周囲に誘電体を残して形成される単位セルの集合体により構成され、該中間層の両面を接地導体により囲んでなり、右手系領域及び左手系領域で機能させることを特徴とするストリップ線路型右手/左手系複合線路。

【請求項2】
 
中間層の誘電体の中に配置される中間層導体は、金属パターン周囲に誘電体を残して形成される単位セルの集合体により構成され、該中間層の両面を接地導体により囲んでなり、伝搬波の位相定数βを(π/単位セルの周期a)で規格化した値が-1.0~1.0の範囲で機能させることを特徴とするストリップ線路型右手/左手系複合線路。

【請求項3】
 
中間層の誘電体の中に配置される中間層導体は、金属パターン周囲に誘電体を残して形成される単位セルの集合体により構成され、該中間層の両面を接地導体により囲んでなり、右手系領域及び左手系領域で機能させるストリップ線路を構成し、接地導体の片面に複数の開口を設け、入力信号の周波数を制御することによりエネルギー放射の方向を制御することを特徴とするストリップ線路型右手/左手系複合線路でなるアンテナ。

【請求項4】
 
中間層の誘電体の中に配置される中間層導体は、金属パターン周囲に誘電体を残して形成される単位セルの集合体により構成され、該中間層の両面を接地導体により囲んで、伝搬波の位相定数βを(π/単位セルの周期a)で規格化した値が-1.0~1.0の範囲で機能させるストリップ線路を構成し、接地導体の片面に複数の開口を設け、入力信号の周波数を制御することによりエネルギー放射の方向を制御することを特徴とするストリップ線路型右手/左手系複合線路でなるアンテナ。

【請求項5】
 
前記開口からのエネルギー放射量を制御して所望の放射特性をもたせるように、開口の面積を変化させて設定したことを特徴とする請求項3又は請求項4記載のストリップ線路型右手/左手系複合線路でなるアンテナ。

【請求項6】
 
前記各開口からのエネルギー放射量を一定とするように、開口の面積を入力ポートに近いほど小さく、逆に遠いほど大きく設定したことを特徴とする請求項3又は請求項4記載のストリップ線路型右手/左手系複合線路でなるアンテナ。

【請求項7】
 
開口の長さ又は幅を変化させることによりその面積を変化させることを特徴とする請求項3又は請求項4記載のストリップ線路型右手/左手系複合線路でなるアンテナ。

【請求項8】
 
前記開口はスリット又はスロットあるいはこれと同様な機能を有する形状の開口でなることを特徴とする請求項3又は請求項4記載のストリップ線路型右手/左手系複合線路でなるアンテナ。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2006220028thum.jpg
State of application right Registered
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