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(In Japanese)非相反伝送線路装置

Patent code P170014073
File No. J1012-06WO
Posted date May 9, 2017
Application number P2016-505267
Patent number P6449237
Date of filing Feb 25, 2015
Date of registration Dec 14, 2018
International application number JP2015055434
International publication number WO2015129757
Date of international filing Feb 25, 2015
Date of international publication Sep 3, 2015
Priority data
  • P2014-036943 (Feb 27, 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)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title (In Japanese)非相反伝送線路装置
Abstract (In Japanese)マイクロ波の伝送線路部分と、直列枝の回路と並列枝の回路とを有する複数の単位セルを、1対のポートの間で縦続接続して構成され、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、各単位セルは非線形形状で配置され、各単位セルは、マイクロ波の伝搬方向に対して異なる方向に磁化されてジャイロ異方性を有するように磁化される伝送線路部分を有し、マイクロ波が、非相反伝送線路装置に沿って伝送され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分散曲線が互いに交差し、結合の結果生じるバンドギャップ内の周波数帯域、もしくはバンドギャップが現れず2本の分散曲線の交点となる周波数付近を動作周波数として利用して伝搬するように構成され、当該装置の両端において、入力される信号を反射する反射器を備える。
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、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及び当該非相反伝送線路装置を備えた円偏波アンテナ装置に関する。

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並列枝の回路とを有する複数個の単位セルを縦続接続して構成され、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を含む円偏波アンテナ装置であって、
上記非相反伝送線路装置は、当該非相反伝送線路装置の両端のそれぞれに信号を反射する第1及び第2の反射器を備え、
上記非相反伝送線路装置は非線形形状で形成されるとともに、上記マイクロ波の伝搬方向に対して異なる方向に磁化され、
(A)上記複数の単位セルを一巻きリング形状で配置し、上記非相反伝送線路装置の中心部を挟んで互いに対向する位置にある各1対の線路部分間の位相差が実質的に180度であることと、
(B)上記複数の単位セルを複数回巻きのスパイラル形状で配置し、上記非相反伝送線路装置の互いに同じ側にありかつ互いに隣接する位置にある各1対の線路部分間の位相差が実質的に0度であることと、
(C)上記複数の単位セルを半円形状で配置し、上記半円形状の中心部を挟んで、上記非相反伝送線路装置の直交する位置にある1対の線路部分間の位相差が実質的に90度であることと
の少なくともいずれか1つであり、
右旋円偏波又は左旋円偏波の電磁波を放射することを特徴とする円偏波アンテナ装置。

【請求項2】
 
上記非相反伝送線路装置は擬似進行波共振器を構成し、
上記擬似進行波共振器は、所定の第1の方向に電流を流し、上記第1の方向に偏波した電磁波を放射する第1の線路部分と、上記第1の線路部分に流れる電流に対して実質的に直交する垂直方向である第2の方向に電流を流し、上記第2の方向に偏波していて、しかも、上記第1の線路部分よりも位相が90度進み、もしくは遅れる電磁波を放射する第2の線路部分を含むことを特徴とする請求項1記載の円偏波アンテナ装置。

【請求項3】
 
上記磁化の方向を互いに逆方向に切り替えることにより、右旋円偏波又は左旋円偏波の電磁波を放射することを特徴とする請求項1又は2記載の円偏波アンテナ装置。

【請求項4】
 
上記1対の線路部分の位相勾配を、
(a)上記伝送線路部分、上記直列枝の回路及び上記並列枝の回路を含む回路の数と、
(b)上記磁化の大きさと、
(c)上記並列枝の回路の電気長と
のうちの少なくとも1つを変化させて調整することを特徴とする請求項1~3のうちのいずれか1つに記載の円偏波アンテナ装置。

【請求項5】
 
上記第1及び第2の反射器はそれぞれ、
(1)インピーダンスが0、もしくは所定値以下の値を有するインピーダンスである第1の設定条件と、
(2)アドミタンスが0、もしくは所定値以下の値を有するアドミタンスである第2の設定条件と、
(3)互いに複素共役の関係を有するリアクタンス素子を有する第3の設定条件と
のうちの1つの設定条件を満たすように構成されたことを特徴とする請求項1~4のうちのいずれか1つに記載の円偏波アンテナ装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016505267thum.jpg
State of application right Registered
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