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ANTENNA DEVICE meetings

Patent code P170014226
File No. 内0461
Posted date Jun 16, 2017
Application number P2016-032626
Publication number P2017-152878A
Patent number P6650293
Date of filing Feb 24, 2016
Date of publication of application Aug 31, 2017
Date of registration Jan 22, 2020
Inventor
  • (In Japanese)上田 哲也
  • (In Japanese)榎本 康平
  • (In Japanese)二宮 敬佑
Applicant
  • Kyoto Institute of Technology
Title ANTENNA DEVICE meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna device using a non-reciprocal metamaterial transmission line device which operates highly efficiently in relative to the prior arts and makes a sharp beam width possible.
SOLUTION: An antenna device comprises a non-reciprocal metamaterial transmission line device having a structure which is spontaneously magnetized or magnetized by an external magnetic field by magnetizing a microstrip line in a direction that is different from a propagation direction of the microstrip line. In the microstrip line, capacitive elements are inserted into circuits of series branches and inductive short-circuit stubs are inserted into circuits of a parallel branches cyclically. In the antenna device, parameters of the circuits are set in such a manner that the microstrip line operates in a waveguide region, and reflection elements are connected to both ends of the microstrip line and operated in a resonant state. Further, the antenna device comprises a power supply line that is connected to one end of the microstrip line.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来技術のビーム走査アンテナの一つに漏れ波アンテナがある。漏れ波アンテナは、アンテナを構成する伝送線路の実効屈折率の絶対値が1よりも小さくなる場合に、伝送線路に沿って伝搬する信号の一部が、漏れ波として外部に放射する現象を利用した指向性アンテナである(例えば、特許文献1~3参照)。

放射ビーム角は、伝送線路上に生じる電磁界分布の空間的な位相勾配により決まるので、線路上の位相勾配を変えることにより、漏れ波ビーム角を走査することが可能となる。このような従来の漏れ波アンテナでは、信号は線路の一端から入力される。入力信号のうち、漏れ波放射に寄与しない成分が存在して、もう一方の線路終端まで到達する場合、終端で反射して同じ線路を逆方向に伝搬し、2次的な漏れ波放射によって不要なサイドローブを発生させてしまう。この問題を解決する手段として、アンテナサイズ(線路長)を無駄に大きくするか、インピーダンス整合回路を線路終端に挿入し反射を抑制する必要がある。もし漏れ波アンテナのサイズがコンパクトな場合、終端で放射に寄与しない信号成分が消費されるので、放射効率が上がらなくなる。

アンテナサイズをコンパクトに保ちながら、放射効率を高く維持する新しい技術の一つとして、非相反メタマテリアルの利用がある。非相反メタマテリアルとは、順方向と逆方向で透過係数の異なるメタマテリアルのことで、例えば、順方向伝搬の場合、正の屈折率を示すのに対して、逆方向伝搬の場合、負の屈折率を示すことが可能である。この非相反線路を漏れ波アンテナに適用すると、線路に沿って信号の伝搬方向を切り替えても漏れ波放射方向を同一方向に向けることが可能となる。この非相反線路からの漏れ波の放射効率を低下させないためには、線路の両端に一対の反射素子を挿入し、多重反射を積極的に利用することにより、入力信号の大部分を特定方向への漏れ波放射に寄与させることが考えられる。

つまり従来技術では、終端で無駄に消費されていた電力が非相反線路を用いることにより有効活用することが可能となり、共振構造によって放射効率の改善が図られる。このような非相反メタマテリアルの共振構造は擬似進行波共振器と呼ばれ、いくつかの特徴を有する。

一つ目の特徴としては、共振周波数が共振器サイズによらないことが挙げられ、これを用いると共振周波数を固定したまま、アンテナ形状、サイズを自由に変えることが可能となる。もう一つの特徴は、擬似進行波共振器内の電磁界分布が、自動的に振幅一様となり、一方、位相分布は一定の位相勾配を持つ。この位相勾配は線路の持つ非相反性により決まる量であり、共振条件には関係なく独立して制御可能なパラメータである。

したがって、共振状態を維持したまま、線路の非相反性を変えることにより、高効率な漏れ波ビーム走査が可能となる。線路に非相反性がない場合、線路内の実効屈折率は0となり、線路上の至る所で同位相となるので、線路に対してブロードサイド(垂直)方向に漏れ波が放射する。線路の非相反性が大きくなるにつれて、漏れ波ビーム角の傾きが大きくなる。

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メタマテリアル伝送線路装置を用いたアンテナ装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
直列枝の回路に容量性素子を、並列枝の回路に誘導性素子を、それぞれ周期的に挿入したマイクロストリップ線路を、上記マイクロストリップ線路の伝搬方向とは異なる方向で磁化されて自発磁化を有するか又は外部磁界により磁化された構造を有する非相反メタマテリアル伝送線路装置を備えたアンテナ装置であって、
上記マイクロストリップ線路が導波領域で動作するように上記各回路のパラメータが設定され、上記マイクロストリップ線路の両端にそれぞれ反射素子が接続され、共振状態で動作するアンテナ装置であって、
前記アンテナ装置を複数備え、上記複数のアンテナ装置の各片端を互いに接続し、上記複数のアンテナ装置を放射状に配置したことを特徴とするアンテナ装置。

【請求項2】
 
上記マイクロストリップ線路の片端に接続された給電線路をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。

【請求項3】
 
上記複数のアンテナ装置の各片端を接続した点に接続された給電線路をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016032626thum.jpg
State of application right Registered
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