反射構造
【課題】媒質境界での反射位相の可変幅を３６０度以上とすることが可能な反射構造を提供する。
【解決手段】板状の地導体板１１と、前記地導体板１１上に設けられた誘電体層１２と、前記誘電体層１２に設けられた複数の金属小板１３および複数の金属体１４と、を備え、前記誘電体層１２の前記地導体板に垂直な方向の長さが動作周波数における波長の約１／２倍であり、前記複数の金属小板１３が前記誘電体層１２の前記地導体板１１と反対側の面の表面上に略周期的に設置され、前記複数の金属体１４が、それぞれ一辺の長さが動作周波数における波長の約１／２倍より小さい多面体であり、前記誘電体層１２内の前記地導体板１１と各金属小板１３の間にそれぞれ設置されている。
【解決手段】板状の地導体板１１と、前記地導体板１１上に設けられた誘電体層１２と、前記誘電体層１２に設けられた複数の金属小板１３および複数の金属体１４と、を備え、前記誘電体層１２の前記地導体板に垂直な方向の長さが動作周波数における波長の約１／２倍であり、前記複数の金属小板１３が前記誘電体層１２の前記地導体板１１と反対側の面の表面上に略周期的に設置され、前記複数の金属体１４が、それぞれ一辺の長さが動作周波数における波長の約１／２倍より小さい多面体であり、前記誘電体層１２内の前記地導体板１１と各金属小板１３の間にそれぞれ設置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、反射位相を制御する反射構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタマテリアル技術のような周期構造に基づく技術を用いることで、その媒質表面での反射位相を制御することが可能である。そのような反射構造では、反射位相を３６０度の範囲で制御できることが望まれる。
【０００３】
下記特許文献１には、一般的なＥＢＧ構造に基づく構造にて、媒質表面での反射位相を制御することで、構造全体からの反射波の反射方向を制御する技術が開示されている。
また下記非特許文献１にも同様に反射位相を制御することで、パラボラ鏡面を平面構造で実現する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０７０７８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Jose A. Encinar, J. Agustin Zornoza著、“Three-Layer Printed Reflectarrays for Contoured Beam Space Applications,”、IEEE Transaction On Antennas and Propagation、Vol. 52、No. 5、pp.1138-1148、May 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記特許文献１に開示されているような、一般にＥＢＧ構造と称される構造では、ある周波数に着目した場合、周期的に配列される単位構造を構成する物体の寸法により制御できる位相の範囲は限定され、３６０度全ての角度の反射位相を得ることができない。
また上記非特許文献１に開示された技術においても同様に、設計周波数において３６０度の位相範囲を保証する技術ではない。
【０００７】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、媒質境界での反射位相の可変幅を３６０度以上とすることが可能な反射構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、板状の地導体板と、前記地導体板上に設けられた誘電体層と、前記誘電体層に設けられた複数の金属小板および複数の金属体と、を備え、前記誘電体層の前記地導体板に垂直な方向の長さが動作周波数における波長の約１／２倍であり、前記複数の金属小板が前記誘電体層の前記地導体板と反対側の面の表面上に略周期的に設置され、前記複数の金属体が、それぞれ一辺の長さが動作周波数における波長の約１／２倍より小さい多面体であり、前記誘電体層内の前記地導体板と各金属小板の間にそれぞれ設置された、ことを特徴とする反射構造にある。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、媒質境界での反射位相の可変幅を３６０度以上とすることが可能な反射構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る反射構造の構成を示す図である。
【図２】図１の反射構造の反射位相の周波数特性を示す図である。
【図３】従来の反射構造の構成を示す図である。
【図４】従来の反射構造の反射位相の周波数特性を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る反射構造の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る反射構造の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明による反射構造を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る反射構造の構成を示す図であり、(ａ)は透視斜視図、(ｂ)は透視側面図である。この実施の形態１に係る反射構造は、地導体板１１、誘電体層１２、金属小板１３、金属体１４を備える。なお図示のように、地導体板１１の長手方向に平行な軸をｘ軸、地導体板１１の面に平行な面をｘｙ面、ｘｙ面に垂直な方向(後述する誘電体層１２の積層方向)をｚ軸とする。
【００１３】
誘電体層１２の厚さ(ｚ軸方向の長さ)は動作周波数における波長λの約１／２倍又は１／２倍とし、誘電体層１２の片側の面(下面)に地導体板１１が設置され、その反対側の面(上面)に略周期的又は周期的に金属小板１３が設置される。各金属小板１３の中心から地導体板１１へ垂線を下ろし、その垂線の中点が金属体１４の中心と一致するように各金属体１４を地導体板１１と各金属小板１３の間の誘電体層１２の内部に設置する。なお、この実施の形態において、金属小板１３は正方形、金属体１４は直方体とし、各金属小板１３と各金属体１４のｘｙ面内における寸法(面積)は同じであるものとする。また各金属体１４のｚ軸方向の長さは、例えば動作周波数における波長λの約１／４倍以下又は１／４倍以下である。
【００１４】
図２はこのようにして構成した反射構造に置いて、金属小板１３と金属体１４のそれぞれのｘｙ面内の寸法(面積)を変化させた時の反射位相の周波数特性の結果を示す。横軸が周波数、縦軸は反射位相を表す。図２に示されている複数の曲線は、金属小板１３と金属体１４のｘｙ面内の寸法(面積)を変えた場合のそれぞれの位相特性を示している。図２より、動作周波数において、寸法(面積)を変化させることにより反射位相を＋１８０°から−１８０°までの３６０°の範囲で変えることが可能なことが分かる。
【００１５】
一方、比較対象として、一般にＥＢＧ構造と称される特許文献１で扱われている構造を図３に示す。図１と同様に、(ａ)は透視斜視図、(ｂ)は透視側面図である。この反射構造は地導体板３１、誘電体層３２、金属小板３３、誘電体層３４から成る。更に図２と同様に、図３の構造に対する反射位相の周波数特性を図４に示す。図４より、いずれの周波数においても反射位相が＋１８０°から−１８０°までの３６０°の範囲で可変となる周波数は存在せず、変化し得る位相が限定されることが分かる。以上よりこの発明の効果が示された。
【００１６】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る反射構造の構成を示す図であり、(ａ)は透視斜視図、(ｂ)は透視側面図である。実施の形態１との相違点は、誘電体層１２が複数の板状誘電体層１２ａ，１２ｂ，１２ｃからなる多層構造であり、積層方向(ｚ軸方向)に沿って対象な構造を有するように積層されている点にある。なお図５では３層の場合としているが、２層以上の任意の数の多層構造でよい。このように多層構造とすることで、動作周波数の広帯域化や構造の薄型化が図れるという効果が得られる。
【００１７】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係る反射構造の構成を示す図であり、(ａ)は透視斜視図、(ｂ)は透視側面図である。実施の形態１との相違点は、各金属小板１３と地導体板１１との間で、ｚ軸方向に複数(ここでは例えば２つ)の金属体１４ａ，１４ｂがそれぞれ装荷されている点、各金属体１４ａ，１４ｂが、ｚ軸方向の寸法(長さ)が動作周波数における波長λの約１／８倍又は１／８倍でありかつ直方体形状である点と、各金属小板１３と各金属体１４ａ，１４ｂのｘｙ面内における寸法(面積)が異なる点、にある。このように構成することで、実施の形態１に比較して設計の自由度が増し、周波数の広帯域化や位相範囲の拡大を図ることができる効果が得られる。
【００１８】
なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の特徴の可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。
【００１９】
また、複数の金属体は、上記実施の形態に限定されるものではなく、少なくとも、それぞれ一辺の長さが動作周波数における波長λの約１／２倍より小さい又は１／２倍より小さい多面体形状のものであり、誘電体層内の地導体板と各金属小板の間にそれぞれ少なくとも１つ設置されていればよい。
【符号の説明】
【００２０】
１１ 地導体板、１２ 誘電体層、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 板状誘電体層、１３ 金属小板、１４，１４ａ，１４ｂ 金属体。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、反射位相を制御する反射構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタマテリアル技術のような周期構造に基づく技術を用いることで、その媒質表面での反射位相を制御することが可能である。そのような反射構造では、反射位相を３６０度の範囲で制御できることが望まれる。
【０００３】
下記特許文献１には、一般的なＥＢＧ構造に基づく構造にて、媒質表面での反射位相を制御することで、構造全体からの反射波の反射方向を制御する技術が開示されている。
また下記非特許文献１にも同様に反射位相を制御することで、パラボラ鏡面を平面構造で実現する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０７０７８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Jose A. Encinar, J. Agustin Zornoza著、“Three-Layer Printed Reflectarrays for Contoured Beam Space Applications,”、IEEE Transaction On Antennas and Propagation、Vol. 52、No. 5、pp.1138-1148、May 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記特許文献１に開示されているような、一般にＥＢＧ構造と称される構造では、ある周波数に着目した場合、周期的に配列される単位構造を構成する物体の寸法により制御できる位相の範囲は限定され、３６０度全ての角度の反射位相を得ることができない。
また上記非特許文献１に開示された技術においても同様に、設計周波数において３６０度の位相範囲を保証する技術ではない。
【０００７】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、媒質境界での反射位相の可変幅を３６０度以上とすることが可能な反射構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、板状の地導体板と、前記地導体板上に設けられた誘電体層と、前記誘電体層に設けられた複数の金属小板および複数の金属体と、を備え、前記誘電体層の前記地導体板に垂直な方向の長さが動作周波数における波長の約１／２倍であり、前記複数の金属小板が前記誘電体層の前記地導体板と反対側の面の表面上に略周期的に設置され、前記複数の金属体が、それぞれ一辺の長さが動作周波数における波長の約１／２倍より小さい多面体であり、前記誘電体層内の前記地導体板と各金属小板の間にそれぞれ設置された、ことを特徴とする反射構造にある。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、媒質境界での反射位相の可変幅を３６０度以上とすることが可能な反射構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る反射構造の構成を示す図である。
【図２】図１の反射構造の反射位相の周波数特性を示す図である。
【図３】従来の反射構造の構成を示す図である。
【図４】従来の反射構造の反射位相の周波数特性を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る反射構造の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る反射構造の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明による反射構造を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る反射構造の構成を示す図であり、(ａ)は透視斜視図、(ｂ)は透視側面図である。この実施の形態１に係る反射構造は、地導体板１１、誘電体層１２、金属小板１３、金属体１４を備える。なお図示のように、地導体板１１の長手方向に平行な軸をｘ軸、地導体板１１の面に平行な面をｘｙ面、ｘｙ面に垂直な方向(後述する誘電体層１２の積層方向)をｚ軸とする。
【００１３】
誘電体層１２の厚さ(ｚ軸方向の長さ)は動作周波数における波長λの約１／２倍又は１／２倍とし、誘電体層１２の片側の面(下面)に地導体板１１が設置され、その反対側の面(上面)に略周期的又は周期的に金属小板１３が設置される。各金属小板１３の中心から地導体板１１へ垂線を下ろし、その垂線の中点が金属体１４の中心と一致するように各金属体１４を地導体板１１と各金属小板１３の間の誘電体層１２の内部に設置する。なお、この実施の形態において、金属小板１３は正方形、金属体１４は直方体とし、各金属小板１３と各金属体１４のｘｙ面内における寸法(面積)は同じであるものとする。また各金属体１４のｚ軸方向の長さは、例えば動作周波数における波長λの約１／４倍以下又は１／４倍以下である。
【００１４】
図２はこのようにして構成した反射構造に置いて、金属小板１３と金属体１４のそれぞれのｘｙ面内の寸法(面積)を変化させた時の反射位相の周波数特性の結果を示す。横軸が周波数、縦軸は反射位相を表す。図２に示されている複数の曲線は、金属小板１３と金属体１４のｘｙ面内の寸法(面積)を変えた場合のそれぞれの位相特性を示している。図２より、動作周波数において、寸法(面積)を変化させることにより反射位相を＋１８０°から−１８０°までの３６０°の範囲で変えることが可能なことが分かる。
【００１５】
一方、比較対象として、一般にＥＢＧ構造と称される特許文献１で扱われている構造を図３に示す。図１と同様に、(ａ)は透視斜視図、(ｂ)は透視側面図である。この反射構造は地導体板３１、誘電体層３２、金属小板３３、誘電体層３４から成る。更に図２と同様に、図３の構造に対する反射位相の周波数特性を図４に示す。図４より、いずれの周波数においても反射位相が＋１８０°から−１８０°までの３６０°の範囲で可変となる周波数は存在せず、変化し得る位相が限定されることが分かる。以上よりこの発明の効果が示された。
【００１６】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る反射構造の構成を示す図であり、(ａ)は透視斜視図、(ｂ)は透視側面図である。実施の形態１との相違点は、誘電体層１２が複数の板状誘電体層１２ａ，１２ｂ，１２ｃからなる多層構造であり、積層方向(ｚ軸方向)に沿って対象な構造を有するように積層されている点にある。なお図５では３層の場合としているが、２層以上の任意の数の多層構造でよい。このように多層構造とすることで、動作周波数の広帯域化や構造の薄型化が図れるという効果が得られる。
【００１７】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係る反射構造の構成を示す図であり、(ａ)は透視斜視図、(ｂ)は透視側面図である。実施の形態１との相違点は、各金属小板１３と地導体板１１との間で、ｚ軸方向に複数(ここでは例えば２つ)の金属体１４ａ，１４ｂがそれぞれ装荷されている点、各金属体１４ａ，１４ｂが、ｚ軸方向の寸法(長さ)が動作周波数における波長λの約１／８倍又は１／８倍でありかつ直方体形状である点と、各金属小板１３と各金属体１４ａ，１４ｂのｘｙ面内における寸法(面積)が異なる点、にある。このように構成することで、実施の形態１に比較して設計の自由度が増し、周波数の広帯域化や位相範囲の拡大を図ることができる効果が得られる。
【００１８】
なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の特徴の可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。
【００１９】
また、複数の金属体は、上記実施の形態に限定されるものではなく、少なくとも、それぞれ一辺の長さが動作周波数における波長λの約１／２倍より小さい又は１／２倍より小さい多面体形状のものであり、誘電体層内の地導体板と各金属小板の間にそれぞれ少なくとも１つ設置されていればよい。
【符号の説明】
【００２０】
１１ 地導体板、１２ 誘電体層、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 板状誘電体層、１３ 金属小板、１４，１４ａ，１４ｂ 金属体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の地導体板と、
前記地導体板上に設けられた誘電体層と、
前記誘電体層に設けられた複数の金属小板および複数の金属体と、
を備え、
前記誘電体層の前記地導体板に垂直な方向の長さが動作周波数における波長の約１／２倍であり、
前記複数の金属小板が前記誘電体層の前記地導体板と反対側の面の表面上に略周期的に設置され、
前記複数の金属体が、それぞれ一辺の長さが動作周波数における波長の約１／２倍より小さい多面体であり、前記誘電体層内の前記地導体板と各金属小板の間にそれぞれ設置された、
ことを特徴とする反射構造。
【請求項２】
前記誘電体層が、前記地導体板に垂直な方向に沿って対象構造を有するように板状誘電体層が複数積層されてなることを特徴とする請求項１に記載の反射構造。
【請求項３】
前記各金属体が、前記地導体板に垂直な方向の長さが動作周波数における波長の約１／４倍以下である直方体形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の反射構造。
【請求項４】
前記金属体が、前記地導体板と各金属小板の間にそれぞれ前記地導体板に垂直な方向に複数設けられたことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の反射構造。
【請求項５】
前記各金属小板および各金属体の前記地導体板と平行な面内の面積が所望の反射位相の周波数特性が得られるように設定されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の反射構造。
【請求項１】
板状の地導体板と、
前記地導体板上に設けられた誘電体層と、
前記誘電体層に設けられた複数の金属小板および複数の金属体と、
を備え、
前記誘電体層の前記地導体板に垂直な方向の長さが動作周波数における波長の約１／２倍であり、
前記複数の金属小板が前記誘電体層の前記地導体板と反対側の面の表面上に略周期的に設置され、
前記複数の金属体が、それぞれ一辺の長さが動作周波数における波長の約１／２倍より小さい多面体であり、前記誘電体層内の前記地導体板と各金属小板の間にそれぞれ設置された、
ことを特徴とする反射構造。
【請求項２】
前記誘電体層が、前記地導体板に垂直な方向に沿って対象構造を有するように板状誘電体層が複数積層されてなることを特徴とする請求項１に記載の反射構造。
【請求項３】
前記各金属体が、前記地導体板に垂直な方向の長さが動作周波数における波長の約１／４倍以下である直方体形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の反射構造。
【請求項４】
前記金属体が、前記地導体板と各金属小板の間にそれぞれ前記地導体板に垂直な方向に複数設けられたことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の反射構造。
【請求項５】
前記各金属小板および各金属体の前記地導体板と平行な面内の面積が所望の反射位相の周波数特性が得られるように設定されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の反射構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２０９８２７（Ｐ２０１２−２０９８２７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７４９２８（Ｐ２０１１−７４９２８）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度経済産業省「航空機用先進システム基盤技術開発（航空機システム先進材料技術開発）」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度経済産業省「航空機用先進システム基盤技術開発（航空機システム先進材料技術開発）」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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