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POLARIZING DIRECTION VARIABLE ANTENNA COMPOSED OF STRIP LINE TYPE RIGHT-HANDED/LEFT-HANDED SYSTEM COMBINATION LINE OR STRIP LINE TYPE LEFT-HANDED SYSTEM LINE

Patent code P160013097
File No. H17-086
Posted date Jul 8, 2016
Application number P2006-220029
Publication number P2008-028967A
Patent number P3978505
Date of filing Aug 11, 2006
Date of publication of application Feb 7, 2008
Date of registration Jul 6, 2007
Priority data
  • P2006-173302 (Jun 23, 2006) JP
Inventor
  • (In Japanese)真田 篤志
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人山口大学
Title POLARIZING DIRECTION VARIABLE ANTENNA COMPOSED OF STRIP LINE TYPE RIGHT-HANDED/LEFT-HANDED SYSTEM COMBINATION LINE OR STRIP LINE TYPE LEFT-HANDED SYSTEM LINE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To accomplish an antenna capable of freely changing a polarizing direction using a strip line type right-handed/left-handed system combination line or strip line type left-handed line.
SOLUTION: On one side of a ground conductor of the strip line type right-handed/left-handed system combination line or the strip line type left-handed system line, a plurality of slits are provided longitudinally to a propagating direction of the line and periodically and the direction of the slits 6 is inclined at an angle φ, thereby varying the polarizing direction vertically, namely, just at the angle φ to the lengthwise direction of the slits 6. As a result, by freely selecting the angle φ of the direction of the slits 6, the polarizing direction can also be freely selected.
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】
AtsushiSanada, 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/左手系複合線路またはストリップ線路型左手系線路を用いた偏波方向が可変なアンテナに関する。

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ストリップ線路を構成し、接地導体の片面に線路の伝搬方向に対して縦方向に、かつ複数の開口を設け、各開口の向きに角度をつけた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偏波方向が可変なアンテナ。

【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、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、接地導体の片面に線路の伝搬方向に対して縦方向に、かつ複数の開口を設け、各開口の向きに角度をつけた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偏波方向が可変なアンテナ。

【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、左手系領域で機能させるストリップ線路を構成し、接地導体の片面に線路の伝搬方向に対して縦方向に、かつ複数の開口を設け、各開口の向きに角度をつけたことを特徴とするストリップ線路型左手系線路でなる偏波方向が可変なアンテナ。

【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-1.0~0の範囲で機能させるストリップ線路を構成し、接地導体の片面に線路の伝搬方向に対して縦方向に、かつ複数の開口を設け、各開口の向きに角度をつけたことを特徴とするストリップ線路型左手系線路でなる偏波方向が可変なアンテナ。

【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1乃至請求項4記載の偏波方向が可変なアンテナ。

【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1乃至請求項5記載の偏波方向が可変なアンテナ。

【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1乃至請求項5記載の偏波方向が可変なアンテナ。

【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1乃至請求項5記載の偏波方向が可変なアンテナ。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2006220029thum.jpg
State of application right Registered
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