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ORBIT ANGULAR MOTION AMOUNT MODE PSEUDO TRAVELING WAVE RESONATOR AND ORBIT ANGULAR MOTION AMOUNT ANTENNA DEVICE

Patent code P190016430
File No. S2018-0415-N0
Posted date Oct 28, 2019
Application number P2018-039018
Publication number P2019-153978A
Date of filing Mar 5, 2018
Date of publication of application Sep 12, 2019
Inventor
  • (In Japanese)上田 哲也
  • (In Japanese)山内 淳司
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人京都工芸繊維大学
Title ORBIT ANGULAR MOTION AMOUNT MODE PSEUDO TRAVELING WAVE RESONATOR AND ORBIT ANGULAR MOTION AMOUNT ANTENNA DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an OAM mode pseudo traveling wave resonator capable of switching the mode degree easily while fixing the operation frequency, and to provide an OAM antenna device using the same.
SOLUTION: A pseudo traveling wave resonator is constituted by ring shape cascade connection of N multiple unit cells having a microwave transmission line part, a series branch circuit containing a capacitive element equivalently, and at least one parallel branch circuit branched from the transmission line part, respectively, and containing an inductive element equivalently, and operates a non-reciprocal transmission line device having forward and inverse propagation constants, different from each other, in a resonant condition. The transmission line part of each unit cell has spontaneous magnetization so as to have gyroscope anisotropy by being magnetized in a direction different from the microwave propagation direction, or magnetized by external magnetic field, and the parallel branch circuit is an inductive stub circuit connected to be inserted into a non-reciprocal transmission line device, and operates in the OAM mode with mode degree 1.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

最近、高速大容量通信システムを可能とする直交マルチモードによる多重チャネル伝送実現のために、物理学、光学、無線通信の分野で軌道角運動量(以下、「OAM」という)を用いた電磁波伝搬が研究されている。一般に、全角運動量Jは2つの要素に分類することができ、電子物性においては、原子核の周りを公転する電子の軌道角運動量(OAM)lと、電子固有の性質であるスピンのアップ/ダウンの2通りの値に対応するスピン角運動量(SAM)sとに区別される。この電子系の振る舞いは、電磁波伝搬の振る舞い(光学系)に対応付けることができ、光学系の場合、OAMは光の軌跡が螺旋を描く光渦に対応し、一方SAMは左/右円偏波を指す。

図1A及び図1Bは伝搬するOAMモードの横方向面内における電磁界の位相分布の例であって(例えば、非特許文献1参照)、ここで、図1AはOAMのモード次数l=+1のときの位相分布の写真画像であり、図1BはOAMのモード次数l=+2のときの位相分布の写真画像である。また、図2は伝搬するOAMモードの横方向面内における電磁界の例であって、OAMのモード次数l=+2のときの模式状態図である。

例えば非特許文献2に開示された従来例に係るOAMモード信号伝送システムにおいては、各OAMモードに対応するアンテナをそれぞれ設計、配置する必要があり、多重化チャンネル数に応じて使用するOAMモードの数が決まる。従って、チャネル毎に送受信アンテナが異なることから、チャネル数の増加に伴ってアンテナ数も比例して増加する。複数の直交したOAMモードが同時に送受信できれば大容量通信システムの実現が可能となる。

これまでに様々なOAMモードの生成装置及び方法、並びに応用装置が提案されており、このうちいくつかの従来例を以下に示す。

特許文献1にはOAMモードを実現するレンズアンテナが提案され、特許文献2には複数のOAM伝搬モードを有する無線信号を用いて多重化する送受信システムが提案され、特許文献3にはOAMを利用して電磁波の多重及び分離を行うアンテナ装置が提案されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、軌道角運動量(Orbital Angular Momentum)モード擬似進行波共振器及びそれを用いた軌道角運動量(Orbital Angular Momentum)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少なくとも1つの並列枝の回路とを有する複数N個の単位セル回路を、リング形状で縦続接続して構成され、かつ、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共振状態で動作させた擬似進行波共振器であって、
上記各単位セルの伝送線路部分は、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、
上記並列枝の回路は、
(1)上記リング形状の非相反伝送線路装置の内側または外側に挿入するように接続された誘導性スタブ回路、
(2)上記リング形状の非相反伝送線路装置の外側または内側に挿入するように接続された容量性スタブ回路、もしくは
(3)上記誘導性スタブ回路と上記容量性スタブ回路の組み合わせの回路であり、
上記リング形状の非相反伝送線路装置は
上記非相反伝送線路装置の非相反性をΔβとし、
上記非相反伝送線路装置の周期をpとし、
lを所定の整数としたときに、次式の条件を満たすことで、
【数1】
 
(省略)
軌道角運動量モードのモード次数lで動作することを特徴とする軌道角運動量モード擬似進行波共振器。

【請求項2】
 
上記並列枝の回路は、
(1)上記リング形状の非相反伝送線路装置の内側に挿入するように接続された誘導性スタブ回路、もしくは
(2)上記リング形状の非相反伝送線路装置の外側に挿入するように接続された容量性スタブ回路、
であることを特徴とする請求項1記載の軌道角運動量モード擬似進行波共振器。

【請求項3】
 
請求項1又は2に記載の擬似進行波共振器と、
上記擬似進行波共振器にマイクロ波を入力する給電線路とを備えたことを特徴とする軌道角運動量アンテナ装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2018039018thum.jpg
State of application right Published
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