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NON-RECIPROCAL METAMATERIAL TRANSMISSION LINE DEVICE AND ANTENNA DEVICE meetings

Patent code P170014229
File No. 内0470
Posted date Jun 16, 2017
Application number P2016-071058
Publication number P2017-184111A
Patent number P6635550
Date of filing Mar 31, 2016
Date of publication of application Oct 5, 2017
Date of registration Dec 27, 2019
Inventor
  • (In Japanese)上田 哲也
  • (In Japanese)二宮 敬佑
Applicant
  • Kyoto Institute of Technology
Title NON-RECIPROCAL METAMATERIAL TRANSMISSION LINE DEVICE AND ANTENNA DEVICE meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metamaterial transmission line device constructed so as to be considered influence of a curve of a transmission line on non-reciprocity.
SOLUTION: A non-reciprocal metamaterial line device comprises each unit cell including an inductive element that is provided by being divided from a transmission line part and a parallel branch circuit that equivalently includes a capacitive element. The unit cell includes a spontaneous magnetization so as to be magnetized to a different direction for a microwave propagation direction and have a gyro anisotropy or be magnetized by an outer part magnet filed, and has different propagation constants in a forward direction and a reverse method. The transmission line part includes a pair of sides having lengths that face the microwave propagation direction and are different from each other. In each unit cell, the inductive element and the capacitive element are connected to the pair of sides as the parallel branch circuit in which non-reciprocity of the propagation constant of the non-reciprocal metamaterial line device becomes larger as compared with a case of not comprising the element.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来の非相反メタマテリアル伝送線路においては、基板に対して垂直方向に磁化をもつ、もしくは磁化を持つのと同等のジャイロ(回転)異方性をもつ材料もしくは人工構造体を含み、磁化(もしくはジャイロ回転軸)方向と電磁波の伝搬方向とが作る平面に関して、導波路構造が非対称性を有するように構成される。このとき導波路は、伝搬方向に対して直線状の構造であることが前提で構成されていた。導波路構造に上記非対称性を与える手段としては、導波路の両側面に対して境界条件として与えられる2つのアドミタンスが異なるように構成することが考えられる。具体的には、2つの異なるスタブ(伝送線路に並列に接続される分布定数線路)をそれぞれ一つずつ導波路の側壁に挿入する。もしくは、導波路の2つの側壁ののうち、一方にのみスタブを挿入することなどが考案されていた(例えば、特許文献1~4参照)。

これに対して、垂直磁化マイクロストリップ線路が曲がりを有する場合、線路の側壁にスタブを挿入しなくても、つまり導波路の両側壁が値の等しいアドミタンス壁を持っていても、伝搬方向の選択により屈折率の異なる非相反移相特性を有する。この場合、曲率半径が小さいほど、非相反性は増大する。

また、先行技術においても、非相反メタマテリアル伝送線路を用いた円偏波アンテナ装置を構成する際に、既にリング状に曲げられた右手/左手系複合線路を用いられている(例えば、特許文献5参照)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、例えば右手/左手系非相反複合メタマテリアル伝送線路装置などの非相反メタマテリアル伝送線路装置と、上記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、
上記伝送線路部分からそれぞれ分岐して設けられた、誘導性素子と容量性素子のうちの少なくとも一つを等価的に含む並列枝回路とを有する少なくとも1つの単位セルを備え、
上記単位セルは、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てジャイロ異方性を有するように自発磁化を有するか、又は外部磁界により磁化され、順方向の伝搬定数と逆方法の伝搬定数が互いに異なる非相反メタマテリアル線路装置であって、
上記伝送線路部分は、上記マイクロ波の伝搬方向に対向しかつ互いに異なる長さを有する1対の辺を有し、
上記各単位セルにおいて、上記誘導性素子と上記容量性素子のうちの少なくとも一つは、上記非相反メタマテリアル線路装置の伝搬定数の非相反性が、上記誘導性素子と上記容量性素子のうちの少なくとも一つを備えない場合に比較して大きくなるように、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺に並列岐回路として接続されたこと
を特徴とする非相反メタマテリアル伝送線路装置。

【請求項2】
 
(1)上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記誘導性素子は、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの短辺に接続されることと、
(2)上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記容量性素子は、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの長辺に接続されることと
のうちの少なくとも1つを行うように構成したことを特徴とする請求項1記載の非相反メタマテリアル伝送線路装置。

【請求項3】
 
上記単位セルはさらに、容量性素子を等価的に含む直列枝回路を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の非相反メタマテリアル伝送線路装置。

【請求項4】
 
上記伝送線路部分は、所定の線路幅を有する、円弧形状、略台形状又は扇形状を有することを特徴とする請求項1~3のうちのいずれか1つに記載の非相反メタマテリアル伝送線路装置。

【請求項5】
 
上記非相反メタマテリアル伝送線路装置の全体の形状は、直線形状、円弧形状又は円形状であることを特徴とする請求項1~4のうちのいずれか1つに記載の非相反メタマテリアル伝送線路装置。

【請求項6】
 
請求項3記載の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、
上記非相反メタマテリアル伝送線路装置の全体の形状は円形状であることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項7】
 
上記各単位セルにおいて、上記誘導性素子と上記容量性素子のうちの少なくとも一つは、上記非相反メタマテリアル線路装置の伝搬定数の非相反性が、上記アンテナ装置の動作周波数に比例するように、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺に並列岐回路として接続されたことを特徴とする請求項6記載のアンテナ装置。

【請求項8】
 
上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記誘導性素子はそれぞれ、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの短辺及び長辺に接続され、
上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記容量性素子は、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの長辺に接続されたことを特徴とする請求項6又は7記載のアンテナ装置。

【請求項9】
 
上記各単位セルにおいて、少なくとも一つの上記誘導性素子はそれぞれ、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの短辺の中央部及び長辺の中央部に接続され、
上記各単位セルにおいて、少なくとも二つの上記容量性素子は、上記伝送線路部分の互いに異なる長さを有する1対の辺のうちの長辺の両端に接続されたことを特徴とする請求項6又は7記載のアンテナ装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016071058thum.jpg
State of application right Registered
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