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(In Japanese)波形選択メタサーフェス UPDATE_EN meetings

Patent code P170014330
Posted date Jun 26, 2017
Application number P2016-535895
Patent number P6663607
Date of filing Jul 15, 2015
Date of registration Feb 19, 2020
International application number JP2015070276
International publication number WO2016013466
Date of international filing Jul 15, 2015
Date of international publication Jan 28, 2016
Priority data
  • P2014-148464 (Jul 22, 2014) JP
  • P2014-154363 (Jul 30, 2014) JP
  • P2014-253858 (Dec 16, 2014) JP
Inventor
  • (In Japanese)若土 弘樹
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人名古屋工業大学
Title (In Japanese)波形選択メタサーフェス UPDATE_EN meetings
Abstract (In Japanese)電波の波形によって電波の吸収率が異なる波形選択メタサーフェスが、複数の導電性部材11と、これら導電性部材11の内、隣り合う2つの導電性部材11間を繋ぐ回路20、30と、を備え、回路20、30は、2つの導電性部材11の一方から他方に流れる電流により起電力を発生させるインダクタと電流を熱に変換する抵抗とを含むRL回路30を有する。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来からある通常の材料は、同一の周波数の電波に対して、パルス幅に対する選択性がない。ここで、パルス幅とは、図1Aに示すように、電波の発生している時間単位の電波(パルス)の長さである。また、パルス幅は、電波のエネルギーが発生している時間の長さ(励振時間)でもある。

一方、メタサーフェスと呼ばれる「人工的に構築された入射電波波長よりも短い周期構造」では、周期構造の共振現象によって電磁界特性が決定することから、周期構造を適宜設計することで、自然界から得られないような特異な電磁界特性でも得られるようになった。

非特許文献1、2のメタサーフェスは、全波整流を用い、平面状の誘電体の上に、導電性を有する複数の導電性部材を格子状に周期的に配置する構造を持っている。更に、図24のように、隣接する導電性部材11を、ダイオードブリッジで構成される全波整流回路22で繋ぎ、全波整流回路22内にはコンデンサを抵抗と並列に接続したRC回路60を有している。なお、この回路構造は電界の集中する場所に配置される。したがって、従来例のような構造ではRC回路60は導電性部材11間に接続されている。

図24の従来例のメタサーフェスは同一周波数電波でも短いパルスのものを吸収し、長いパルスのものを透過する特性を持っている。その作動原理を説明する。コンデンサは1/jωCから成るインピーダンスを有している。ここで、jは虚数単位であり、ω=2πf(fは周波数)、Cはキャパシタンスを表す。

つまり、コンデンサは、高い周波数のエネルギーを蓄えることができる。しかし、低い周波数成分のエネルギーはコンデンサを完全に充電してしまうため、コンデンサがそれ以上エネルギーを蓄えることができなくなる。なお、コンデンサに蓄えられたエネルギーは、その後抵抗へと放出される。よって、短いパルス幅電波は、次の電波が到来する前に、全てのエネルギーを消散できる。

一方、入射波は表面電流を誘起させ、ここでは周波数成分fを有している。ただし、ダイオードの整流作用によってこの周波数成分は徐々に直流成分へと変換される。

これらの点からパルス幅(励振時間または波形)の短い電波はメタサーフェスにより吸収され、長いものは透過される。非特許文献1、2では、図25に示す特性が掲載されている。図25中において、横軸はパルス幅、縦軸は吸収率であり、黒四角はシミュレーション結果を、白四角は実験結果を、表す。

また、これらの特性は時定数RCCによってコントロール可能であることが記載されている。具体的には、図25Aのカーブを、今回、新たに特定した時定数RCCを変化させることにより図25Bのように左右にシフトすることができる。ただし、図25Bは全てシミュレーション結果を示し、白丸は黒四角よりも10倍大きなキャパシタンス(すなわち10倍大きな時定数)を使用しており、白三角は黒四角の10分の1のキャパシタンス(すなわち10分の1の時定数)を使用している。

これらで開発された従来例の波形選択性は、時定数により吸収されるパルス幅のレンジを変更可能であるものの、必ず短いパルスの方が高い吸収特性となり、長いパルスや連続波の吸収特性は小さくなる。

したがって、従来例には、以下の課題がある。短いパルス幅信号を通して、長いパルスを吸収することはこのコンデンサと抵抗を用いた構造からは得ることはできない。関連して、任意のパルス幅の信号のみ吸収または透過させ、その他の信号をそれぞれ透過、吸収することもできない。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、同一周波数の電波でも、電波の波形に応じて選択的に吸収、透過できるようにする電磁特性を持ったフィルタに関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
電波のパルス幅によって電波の吸収率が異なる波形選択メタサーフェスであって、
誘電体と、
周期的なパターンを形成する1個または複数の導電性部材と、
前記導電性部材のうち電波によって電位差を生じる2箇所を繋ぐ半波整流回路である整流回路と、
前記整流回路によって整流された電流により起電力を発生させるインダクタと前記電流を熱に変換する抵抗とを含むRL回路と、を備え、
前記誘電体および前記導電性部材を積層した構造を有し、
前記1個または複数の導電性部材とそれに対向する導電性部材との間を繋ぐブランチであると共に前記整流回路から電流が流れ込むブランチにおいてインダクタと抵抗が直列に接続される、波形選択メタサーフェス。

【請求項2】
 
電波のパルス幅によって電波の吸収率が異なる波形選択メタサーフェスであって、
誘電体と、
周期的なパターンを形成する1個または複数の導電性部材と、
前記導電性部材の2箇所を繋ぐ整流回路と、
インダクタと抵抗が直列に接続され、前記整流回路によって整流された電流が流れるRL回路と、を備え、
前記誘電体および前記導電性部材を積層した構造を有し、
前記整流回路の中における、前記整流回路によって整流された電流が流れるブランチにおいて、インダクタと抵抗が直列に接続される、波形選択メタサーフェス。

【請求項3】
 
前記RL回路の時定数が可変になっていることで、電波のパルス幅に対する吸収特性の依存性を操作することが可能であることを特徴とする請求項1または2に記載の波形選択メタサーフェス。

【請求項4】
 
コンデンサと抵抗が並列に接続されたRC回路を備え、
前記RC回路は、前記RL回路と並列に接続することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の波形選択メタサーフェス。

【請求項5】
 
コンデンサと抵抗が並列に接続されたRC回路を備え、
前記RC回路は、前記RL回路と直列に接続することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の波形選択メタサーフェス。

【請求項6】
 
前記RC回路の時定数が可変になっていることで、電波のパルス幅に対する吸収特性の依存性を操作することが可能であることを特徴とする請求項4または5に記載の波形選択メタサーフェス。

【請求項7】
 
前記導電性部材は、複数個に分離して周期的に配置されていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の波形選択メタサーフェス。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016535895thum.jpg
State of application right Registered
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