JP5970337B2 - Reflector and antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の波長帯域のうち少なくとも一の電磁波を反射する反射板およびこの反射板を有しているアンテナ装置に関する。 The present invention relates reflector and reflect at least one electromagnetic wave among the plurality of wavelength bands to an antenna equipment which has the reflector.
本出願人は、複数の周波数を共用することができ、設置スペースを削減した、アンテナ装置を提案している（たとえば、特許文献１参照）。そのアンテナ装置は、複数の反射板、および、アンテナ素子、を備えている。そのアンテナ素子は、複数の波長帯域で動作する多周波数共用または広帯域用として形成されており、複数の波長帯域の電磁波である電波の送信や受信などの通信を実行する。また、複数の反射板は、上述のようなアンテナ素子で通信される、複数の波長帯域の電波のうち少なくとも一つを各々反射する。 The present applicant has proposed an antenna device that can share a plurality of frequencies and has reduced installation space (see, for example, Patent Document 1). The antenna device includes a plurality of reflectors and an antenna element. The antenna element is formed for multi-frequency sharing or broadband operation that operates in a plurality of wavelength bands, and performs communications such as transmission and reception of radio waves that are electromagnetic waves in a plurality of wavelength bands. The plurality of reflectors reflect at least one of radio waves in a plurality of wavelength bands communicated by the antenna element as described above.
特許文献１のアンテナ装置では、上述のような反射板がメタマテリアル構造に形成されている。このメタマテリアル構造は、角柱状や円柱状の線材などとして形成されている誘電体を、周波数より充分に小さな距離で等間隔に格子状に組み合わせた、周期配列構造に形成されている。このようなメタマテリアル反射板は、人工的な周期構造により負の誘電率を有しており、その格子状の配列構造の周期間隔に対応したバンドギャップも有している。このようなメタマテリアル反射板は、たとえば、周波数が１０ＧＨｚ以下の電波に適用する場合、誘電体として形成されている線材などの寸法は数ｍｍ単位とすることができるので、マクロな部品として容易に製造することができる。
In the antenna device of
特許文献１のアンテナ装置では、複数のメタマテリアル反射板の各々が、所望の複数の波長帯域の電波のうち少なくとも一つを各々反射する形状に形成されており、複数の波長帯域の電波に対応した位置に配置されている。このため、複数のメタマテリアル反射板の各々では、メタマテリアル構造の複数の誘電体の間隔が、各々反射する複数の電波の波長帯域の比率と同一とされている。
In the antenna device of
また、このような略正方形の複数のメタマテリアル反射板は、各々の略直交する二辺のサイズも、各々反射する複数の電波の波長帯域の比率と同一とされている。さらには、この複数の波長帯域に対応した個数のメタマテリアル反射板は、その表面が送受信する電波の方向と略直交するように、送受信する電波の方向に配列されている。この複数の波長帯域に対応した個数のメタマテリアル反射板とアンテナ素子との距離も、電波の複数の波長帯域の比率と同一の比率の位置に配置されている。 In addition, in such a plurality of substantially square metamaterial reflectors, the sizes of two substantially orthogonal sides are also the same as the ratio of the wavelength bands of the plurality of reflected radio waves. Further, the number of metamaterial reflectors corresponding to the plurality of wavelength bands are arranged in the direction of the radio waves transmitted and received so that the surface thereof is substantially orthogonal to the direction of the radio waves transmitted and received. The distance between the number of metamaterial reflectors corresponding to the plurality of wavelength bands and the antenna element is also arranged at the same ratio as the ratio of the plurality of wavelength bands of radio waves.
このため、特許文献１のアンテナ装置では、複数のメタマテリアル反射板は、複数の波長帯域においてバンドギャップを形成する。このようなアンテナ装置は、たとえば、複数の周波数帯で水平面内のビーム幅が同一の放射パターンで同一の無線ゾーンをカバーすることができるので、陸上移動無線通信用の基地局などに適用することができる。なお、上述のようなアンテナ装置を最小に形成する場合、アンテナ素子に対する複数のメタマテリアル反射板の距離は、各々が反射する電磁波の波長と同一となる。また、メタマテリアル反射板が正方形に形成されている場合、その一辺も各々が反射する電磁波の波長と同一となる。
For this reason, in the antenna device of
また、上述のようなアンテナ装置において、最大の反射板を金属で形成することもできる。その場合、この金属製の反射板も複数のメタマテリアル反射板とともにアンテナ素子に対し、電波の複数の波長帯域の比率と同一の比率の位置に配置される。そして、金属製の反射板も正方形に形成される場合、やはり一辺が反射する電磁波の波長と同一とされる。なお、他にも反射板をメタマテリアル構造としたアンテナ装置が開示されている（たとえば、非特許文献１）。 In the antenna device as described above, the largest reflector can be formed of metal. In this case, this metal reflector is also disposed at the same ratio as the ratio of the plurality of wavelength bands of the radio wave with respect to the antenna element together with the plurality of metamaterial reflectors. When the metal reflector is also formed in a square shape, the wavelength of the electromagnetic wave reflected by one side is the same. In addition, the antenna device which made the reflecting plate the metamaterial structure is disclosed (for example, nonpatent literature 1).
しかしながら、上述のアンテナ装置では、複数の反射板をメタマテリアル構造に形成している。このようなメタマテリアル構造は、前述のように角柱状や円柱状の線材などとして形成されている誘電体を格子状に組み合わせている。このため、メタマテリアル反射板は構造的に重量があり、アンテナ装置を軽量化することができない。単純には誘電体に長手方向に空隙を形成することが想定できるが、このような誘電体で形成したメタマテリアル反射板を有するアンテナ装置は、ビーム幅が拡大したり、フロントバック比が低下するなど、アンテナ特性が劣化する。 However, in the above-described antenna device, a plurality of reflectors are formed in a metamaterial structure. Such a metamaterial structure combines dielectrics formed as prismatic or cylindrical wires as described above in a lattice shape. For this reason, the metamaterial reflector is structurally heavy, and the antenna device cannot be reduced in weight. Although it can be assumed that an air gap is formed in the dielectric in the longitudinal direction, the antenna device having a metamaterial reflector formed of such a dielectric has an increased beam width and a reduced front-back ratio. The antenna characteristics deteriorate.
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、メタマテリアル構造の反射板を軽量化しながらも、ビーム幅の拡大やフロントバック比の低下などのアンテナ特性の劣化を抑制することができる、反射板およびアンテナ装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and suppresses deterioration of antenna characteristics such as an increase in beam width and a decrease in front-back ratio while reducing the weight of a reflector having a metamaterial structure. it is intended to provide a reflective plate and the antenna equipment.
本発明の第一の反射板は、複数の細長形状の誘電体を周期配列させたメタマテリアル構造に形成されており、前記メタマテリアル構造に対応した波長帯域の電磁波を反射する、アンテナ装置の反射板であって、前記誘電体は、空隙が形成されていることにより中実の場合の体積の７５％以上１００％未満の体積とされている。 The first reflector of the present invention is formed in a metamaterial structure in which a plurality of elongated dielectrics are periodically arranged, and reflects an electromagnetic wave in a wavelength band corresponding to the metamaterial structure. In the plate, the dielectric has a volume of 75% or more and less than 100% of a solid volume due to the formation of voids.
本発明の第二の反射板は、複数の細長形状の誘電体を周期配列させたメタマテリアル構造に形成されており、前記メタマテリアル構造に対応した波長帯域の電磁波を反射する、アンテナ装置の反射板であって、前記誘電体は、長手方向と直交する断面の中心部の外側に空隙が形成されている。 The second reflector of the present invention is formed in a metamaterial structure in which a plurality of elongated dielectrics are periodically arranged, and reflects an electromagnetic wave in a wavelength band corresponding to the metamaterial structure. In the plate, the dielectric has an air gap formed outside a central portion of a cross section orthogonal to the longitudinal direction.
本発明の第一のアンテナ装置は、複数の波長帯域の電磁波を通信するアンテナ素子と、複数の前記波長帯域のうち少なくとも一の電磁波を各々反射する複数の反射板と、前記アンテナ素子に対して複数の前記反射板を複数の前記波長帯域の比率と同一の比率の位置に配置している板配置手段と、を有しており、少なくとも一の前記反射板は、複数の細長形状の誘電体を周期配列させたメタマテリアル構造に形成されており、メタマテリアル構造の前記反射板の誘電体は、空隙が形成されていることにより中実の場合の体積の７５％以上１００％未満の体積とされている。 The first antenna device according to the present invention includes an antenna element that communicates electromagnetic waves in a plurality of wavelength bands, a plurality of reflectors that each reflect at least one electromagnetic wave in the plurality of wavelength bands, and the antenna element A plurality of reflectors arranged at the same ratio as the ratio of the plurality of wavelength bands, and at least one of the reflectors is a plurality of elongated dielectrics. Are formed in a metamaterial structure, and the dielectric of the reflector of the metamaterial structure has a volume of 75% or more and less than 100% of a solid volume due to the formation of voids. Has been.
本発明の第二のアンテナ装置は、複数の波長帯域の電磁波を通信するアンテナ素子と、複数の前記波長帯域のうち少なくとも一の電磁波を各々反射する複数の反射板と、前記アンテナ素子に対して複数の前記反射板を前記電磁波の方向に配置している板配置手段と、を有しており、少なくとも一の前記反射板は、複数の細長形状の誘電体を周期配列させたメタマテリアル構造に形成されており、メタマテリアル構造の前記反射板の誘電体は、長手方向と直交する断面の中心部の外側に空隙が形成されている。 The second antenna device according to the present invention includes an antenna element that communicates electromagnetic waves in a plurality of wavelength bands, a plurality of reflecting plates that respectively reflect at least one electromagnetic wave in the plurality of wavelength bands, and the antenna element A plurality of reflectors arranged in the direction of the electromagnetic wave, and at least one of the reflectors has a metamaterial structure in which a plurality of elongated dielectrics are periodically arranged. The dielectric of the reflecting plate having the metamaterial structure is formed with a gap outside the center of the cross section perpendicular to the longitudinal direction.
上述のようなアンテナ装置において、メタマテリアル構造の前記反射板の誘電体は、前記空隙が形成されていることにより中実の場合の体積の７５％以上１００％未満の体積とされている。 In the antenna device as described above, the dielectric of the reflector having the metamaterial structure has a volume of 75% or more and less than 100% of a solid volume due to the formation of the gap.
上述のようなアンテナ装置において、メタマテリアル構造の前記反射板の誘電体は、その長手方向に前記空隙が貫通されている。 In the antenna device as described above, the gap of the dielectric of the reflector having the metamaterial structure is penetrated in the longitudinal direction.
なお、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素を一個の部材として形成していること、一つの構成要素を複数の部材で形成していること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。 The various components of the present invention do not necessarily have to be independent of each other. A plurality of components are formed as a single member, and a single component is formed of a plurality of members. It may be that a certain component is a part of another component, a part of a certain component overlaps with a part of another component, or the like.
また、本発明で云う直交とは、直交していることを目標として形成されていればよく、数学的に厳密に直交している必要はなく、いわゆる公差を許容する。さらには、本発明で云う「相似形状の」とは、「相似」した「形状の」ことではなく、「相似形」「状である」ことを意味している。 Further, the term “orthogonal” as used in the present invention is only required to be orthogonal, and does not need to be strictly mathematically orthogonal, and allows a so-called tolerance. Furthermore, “similar shape” in the present invention means not “similar” “shape” but “similar shape” “shape”.
本発明の第一のアンテナ装置では、複数の波長帯域の電磁波を反射する少なくとも一の反射板は、複数の細長形状の誘電体を周期配列させたメタマテリアル構造に形成されている。メタマテリアル構造の反射板の誘電体は、空隙が形成されていることにより中実の場合の体積の７５％以上１００％未満の体積とされている。このため、本発明のアンテナ装置では、メタマテリアル構造の反射板の誘電体に長手方向に空隙が貫通されているので、このメタマテリアル構造の反射板を軽量化することができる。しかも、メタマテリアル構造の反射板の誘電体の体積が中実の７５％以上なので、ビーム幅の拡大を防止することができる。 In the first antenna device of the present invention, at least one reflector that reflects electromagnetic waves in a plurality of wavelength bands is formed in a metamaterial structure in which a plurality of elongated dielectrics are periodically arranged. The dielectric material of the metamaterial structure reflector has a volume of 75% or more and less than 100% of the solid volume due to the formation of voids. For this reason, in the antenna device of the present invention, since the gap is penetrated in the longitudinal direction in the dielectric of the reflector having the metamaterial structure, the reflector having the metamaterial structure can be reduced in weight. In addition, since the volume of the dielectric material of the metamaterial structure reflector is 75% or more, the expansion of the beam width can be prevented.
本発明の第二のアンテナ装置では、複数の波長帯域の電磁波を反射する少なくとも一の反射板は、複数の細長形状の誘電体を周期配列させたメタマテリアル構造に形成されている。メタマテリアル構造の反射板の誘電体は、長手方向と直交する断面の中心部の外側に空隙が形成されている。このため、本発明のアンテナ装置では、メタマテリアル構造の反射板の誘電体に長手方向に空隙が貫通されているので、このメタマテリアル構造の反射板を軽量化することができる。しかも、誘電体の長手方向と直交する断面の中心部の外側に空隙が形成されているので、このメタマテリアル構造の反射板のフロントバック比の低下を防止することができる。 In the second antenna device of the present invention, at least one reflector that reflects electromagnetic waves in a plurality of wavelength bands is formed in a metamaterial structure in which a plurality of elongated dielectrics are periodically arranged. In the dielectric material of the metamaterial structure reflector, a gap is formed outside the central portion of the cross section perpendicular to the longitudinal direction. For this reason, in the antenna device of the present invention, since the gap is penetrated in the longitudinal direction in the dielectric of the reflector having the metamaterial structure, the reflector having the metamaterial structure can be reduced in weight. And since the space | gap is formed in the outer side of the center part of the cross section orthogonal to the longitudinal direction of a dielectric material, the fall of the front back ratio of the reflecting plate of this metamaterial structure can be prevented.
本発明の実施の第一の形態に関して図１および図２を参照して以下に説明する。なお、本実施の形態では図示するように前後左右上下の方向を規定して説明する。しかしながら、これは構成要素の相対関係を簡単に説明するために便宜的に規定するものである。したがって、本発明を実施する製品の製造時や使用時の方向を限定するものではない。本実施の形態のアンテナ装置１００は、図１に示すように、一個のアンテナ素子１１０と、メタマテリアル構造の複数の反射板である第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０と、金属製の一個の反射板である金属反射板１４０と、板配置手段である板配置部材（図示せず）と、を有している。
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1 and FIG. In the present embodiment, description will be made by defining the front-rear, left-right, up-down directions as shown. However, this is provided for the sake of convenience in order to briefly explain the relative relationship between the components. Therefore, the direction at the time of manufacture and use of the product which implements the present invention is not limited. As shown in FIG. 1,
アンテナ素子１１０は、多周波数共用型または広帯域型に形成されており、特定の複数の波長帯域の電磁波である電波の通信として送信および受信を実行する。第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０は、細長形状の直方体状のセラミックスなどの誘電体１２１，１３１を井桁格子状に周期配列させたメタマテリアル構造に形成されており、三つの波長帯域の電波の一つを個々に反射する。金属反射板１４０は、銅などの金属製の平板で形成されており、三つの波長帯域の電波の一つを反射する。板配置手段である板配置部材（図示せず）は、たとえば、電波や導通に影響しない透磁性で絶縁性の樹脂などにより形成されており、アンテナ素子１１０に対して第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０および金属反射板１４０を、電波の複数の波長帯域の比率と同一の比率の位置に配置している。
The
なお、本実施の形態のアンテナ装置１００では、上述のように電波の複数の波長帯域の比率と同一の比率の位置に、第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０および金属反射板１４０が、アンテナ素子１１０に対して配置されている。このため、第一のメタマテリアル反射板１２０は、アンテナ素子１１０に対し、反射する電波の波長帯域の中心周波数４ＧＨｚの波長(≒７５ｍｍ)の数分の一である、たとえば、四分の一の、１９(≒７５／４)ｍｍなどの位置に配置されている。第二のメタマテリアル反射板１３０は、アンテナ素子１１０に対し、反射する電波の波長帯域の中心周波数２ＧＨｚの波長(≒１５０ｍｍ)の数分の一である、たとえば、四分の一の、３７．５(≒１５０／４)ｍｍなどの位置に配置されている。金属反射板１４０は、アンテナ素子１１０に対し、反射する電波の波長帯域の中心周波数８００ＭＨｚの波長(≒３７５ｍｍ)の数分の一である、たとえば、四分の一の、９４(≒３７５／４)ｍｍなどの位置に配置されている。
In
また、第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０および金属反射板１４０は、その表面が電波の方向と直交しており、電波の複数の波長帯域の比率と相互のサイズの比率が同一の相似形状である正方形に形成されている。このため、第一のメタマテリアル反射板１２０は、一辺が周波数４ＧＨｚの電波の波長の定数倍である、たとえば、等倍の７５ｍｍの正方形に形成されており、４ＧＨｚを中心周波数の波長とする所定の波長帯域の電波を反射する。また、第二のメタマテリアル反射板１３０は、一辺が周波数２ＧＨｚの電波の波長の定数倍である、たとえば、等倍の１５０ｍｍの正方形に形成されており、２ＧＨｚを中心周波数の波長とする所定の波長帯域の電波を反射する。そして、金属反射板１４０は、一辺が周波数８００ＭＨｚの電波の波長の定数倍である、たとえば、等倍の３７５ｍｍの正方形に形成されており、８００ＭＨｚを中心周波数の波長とする所定の波長帯域の電波を反射する。
Further, the surfaces of the first and
そして、本実施の形態のアンテナ装置１００では、図１および図２に示すように、メタマテリアル反射板１２０，１３０の直方体状の誘電体１２１，１３１の各々に、長手方向と直交する正方形の断面形状の中心部１２２，１３２以外となる四隅の位置の各々に、断面形状が正方形の空隙１２３，１３３が長手方向に貫通されている。より具体的には、誘電体１２１は、上述のように９．３８ｍｍ×９．３８ｍｍの正方形の断面形状に形成されており、その四隅に形成されている空隙１２３は、２．３４ｍｍ×２．３４ｍｍの正方形の断面形状に形成されている。誘電体１３１は、上述のように１８．７５ｍｍ×１８．７５ｍｍの正方形の断面形状に形成されており、その四隅に形成されている空隙１３３は、４．６８ｍｍ×４．６８ｍｍの正方形の断面形状に形成されている。このように空隙１２３，１３３が貫通された誘電体１２１，１３１は、たとえば、中実の７５％以上の体積である約７５％に形成されている。
In
上述のような構成において、本実施の形態のアンテナ装置１００では、アンテナ素子１１０は、８００ＭＨｚおよび２ＧＨｚおよび４ＧＨｚを中心波長とする三つの波長帯域の電波を送信および受信する。第一のメタマテリアル反射板１２０は、送信および受信される４ＧＨｚを中心波長とする所定の波長帯域の電波を反射し、第二のメタマテリアル反射板１３０は、２ＧＨｚを中心波長とする所定の波長帯域の電波を反射する。金属反射板は、８００ＭＨｚを中心波長とする所定の波長帯域の電波を反射する。
In the configuration as described above, in
そして、板配置部材は、上述のような８００ＭＨｚおよび２ＧＨｚおよび４ＧＨｚを中心波長とする三つの波長帯域の比率と同一の比率で、第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０および一個の金属反射板１４０を、アンテナ素子１１０に対して配置している。このため、本実施の形態のアンテナ装置１００では、８００ＭＨｚおよび２ＧＨｚおよび４ＧＨｚを中心波長とする三つの波長帯域の電波を、良好に送信および受信することができる。
The plate arrangement member is composed of the first and
そして、本実施の形態のアンテナ装置１００では、メタマテリアル反射板１２０，１３０の誘電体１２１，１３１は、長手方向と直交する正方形の断面の中心部１２２，１３２の外側に正方形の断面の空隙１２３，１３３が長手方向に貫通されている。このため、本発明のアンテナ装置１００では、誘電体１２１，１３１の長手方向に貫通されている空隙１２３，１３３により、第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０を軽量化することができる。
In the
さらには、本実施の形態のアンテナ装置１００では、利用する電波の三つ波長帯域の比率と同一の比率の位置に、アンテナ素子１１０に対して第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０および金属反射板１４０が配置されている。このため、第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０の各々が、三つの波長帯域の電波の二つを個々に良好に反射することができるとともに、一個の金属反射板１４０が、三つの波長帯域の電波の一つを良好に反射することができる。
Furthermore, in
しかも、本実施の形態のアンテナ装置１００では、金属反射板１４０および第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０は、その表面が電波の方向と直交しており、電波の三つの波長帯域の比率と相互のサイズの比率が同一の正方形に形成されている。したがって、このアンテナ装置１００では、電波の方向と表面が直交している三つの正方形のメタマテリアル反射板および一つの金属反射板１４０の相互のサイズの比率が、電波の三つの波長帯域の比率と一致している。このため、第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０の各々が、三つの波長帯域の電波の二つの各々を良好に反射することができるとともに、一個の金属反射板１４０が、三つの波長帯域の電波の一つを良好に反射することができる。
In addition, in the
つぎに、本発明の実施の第二の形態に関して図３および図４を参照して以下に説明する。なお、これより以下に例示する複数の実施の形態および複数の変形例に関して、上述した実施の第一の形態と同一の部分は、同一の名称および符号を使用し、詳細な説明は省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In addition, regarding the plurality of embodiments and the plurality of modifications exemplified below, the same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same names and reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施の形態のアンテナ装置２００も、実施の第一の形態として前述したアンテナ装置１００と同様に、図３に示すように、一個のアンテナ素子１１０と、メタマテリアル構造の複数の反射板である第一および第二のメタマテリアル反射板２２０，２３０と、金属製の一個の反射板である金属反射板１４０と、板配置手段である板配置部材（図示せず）と、を有している。そして、第一および第二のメタマテリアル反射板２２０，２３０は、細長形状の直方体状の誘電体２２１，２３１を井桁格子状に周期配列させたメタマテリアル構造に形成されている。
Similarly to the
ただし、本実施の形態のアンテナ装置２００では、実施の第一の形態として前述したアンテナ装置１００とは相違して、図３および図４に示すように、第一および第二のメタマテリアル反射板２２０，２３０の直方体状の誘電体２２１，２３１の各々には、長手方向と直交する正方形の断面形状の中心に、断面形状が正方形の空隙２２３，２３３が長手方向に貫通されている。より具体的には、誘電体２２１は、９．３８ｍｍ×９．３８ｍｍの正方形の断面形状に形成されており、その中心に形成されている空隙２２３は、４．６８ｍｍ×４．６８ｍｍの正方形の断面形状に形成されている。誘電体２３１は、上述のように１８．７５ｍｍ×１８．７５ｍｍの正方形の断面形状に形成されており、その中心に形成されている空隙２３３は、９．３８ｍｍ×９．３８ｍｍの正方形の断面形状に形成されている。このように空隙２２３，２３３が貫通された誘電体２２１，２３１は、たとえば、中実の約７５％に形成されている。なお、たとえば、上述のように空隙２２１が形成された誘電体２２１は、直方体上の誘電体２２１を縦に割った形状（９．３８×４．６９×長さ）の誘電体（図示せず）を作成し、その割面に４．６８×２．３４×長さの溝を彫り、二つを接合することで形成することができる。
However, in the
上述のような構成において、本実施の形態のアンテナ装置２００も、実施の第一の形態として前述したアンテナ装置１００と同様に、三つの波長帯域の電波を送信および受信する。そして、本実施の形態のアンテナ装置２００では、メタマテリアル反射板２２０，２３０の誘電体２２１，２３１は、長手方向と直交する正方形の断面の中心に正方形の断面の空隙２２３，２３３が長手方向に貫通されている。このため、本発明のアンテナ装置２００では、誘電体２２１，２３１の長手方向に貫通されている空隙２２３，２３３により、第一および第二のメタマテリアル反射板２２０，２３０を軽量化することができる。
In the configuration as described above, the
つぎに、本発明の実施の第三の形態に関して図５および図６を参照して以下に説明する。本実施の形態のアンテナ装置３００も、実施の第一の形態として前述したアンテナ装置１００などと同様に、図５に示すように、一個のアンテナ素子１１０と、メタマテリアル構造の複数の反射板である第一および第二のメタマテリアル反射板３２０，３３０と、金属製の一個の反射板である金属反射板１４０と、板配置手段である板配置部材（図示せず）と、を有しており、第一および第二のメタマテリアル反射板３２０，３３０は、細長形状の直方体状の誘電体３２１，３３１を井桁格子状に周期配列させたメタマテリアル構造に形成されている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. As in the
ただし、本実施の形態のアンテナ装置３００では、実施の第一の形態として前述したアンテナ装置１００などとは相違して、図５および図６に示すように、第一および第二のメタマテリアル反射板３２０，３３０の直方体状の誘電体３２１，３３１の各々には、長手方向と直交する正方形の断面形状の中心に、断面形状が正円形の空隙３２３，３３３が長手方向に貫通されている。より具体的には、誘電体３２１は、９．３８ｍｍ×９．３８ｍｍの正方形の断面形状に形成されており、その中心に形成されている空隙３２３は、直径５．２５ｍｍの正円形の断面形状に形成されている。誘電体３３１は、上述のように１８．７５ｍｍ×１８．７５ｍｍの正方形の断面形状に形成されており、その中心に形成されている空隙３３３は、直径１０．５ｍｍの正円形の断面形状に形成されている。このように空隙２２３，２３３が貫通された誘電体３２１，３３１は、たとえば、中実の約７５％に形成されている。
However, in the
上述のような構成において、本実施の形態のアンテナ装置３００も、実施の第一の形態として前述したアンテナ装置１００などと同様に、三つの波長帯域の電波を送信および受信する。そして、本実施の形態のアンテナ装置３００では、メタマテリアル反射板３２０，３３０の誘電体３２１，３３１は、長手方向と直交する正方形の断面の中心に正円形の断面の空隙３２３，３３３が長手方向に貫通されている。このため、本発明のアンテナ装置３００では、誘電体３２１，３３１の長手方向に貫通されている空隙３２３，３３３により、第一および第二のメタマテリアル反射板３２０，３３０を軽量化することができる。
In the configuration as described above, the
ここで、上述した実施の第一ないし第三の形態のアンテナ装置１００，２００，３００に関し、本発明の実験結果を図７および図８に例示して説明する。なお、図７および図８に例示する実験結果は、シミュレーションによるものである。まず、本発明者は第一ないし第三の形態のアンテナ装置１００，２００，３００の第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０，２２０，２３０，３２０，３３０の誘電体１２１，１３１，２２１，２３１，３２１，３３１に関し、その長手方向と直交する空隙１３３，２３３，３３３の断面積を変化させることにより、誘電体１２１，１３１，２２１，２３１，３２１，３３１の体積を中実の０．６〜１．０（６０％〜１００％）に変化させた。
Here, with respect to the
そして、このように誘電体１２１，１３１，２２１，２３１，３２１，３３１の体積を中実の０．６〜１．０（６０％〜１００％）に変化させたときの、第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０，２２０，２３０，３２０，３３０の半値ビーム幅を測定した。すると、その半値ビーム幅は、図７に示すように、体積が中実の０．７５（７５％）以上ならば中実の場合と大差ないが、０．７５（７５％）未満だと大幅に上昇して悪化することを突き止めた。
And when the volume of the
これは、誘電体１２１，１３１，２２１，２３１，３２１，３３１内の比誘電率の低下により、電磁波を十分に反射しなくなることが原因であると推測される。そこで、第一ないし第三の形態のアンテナ装置１００，２００，３００では、誘電体１２１，１３１，２２１，２３１，３２１，３３１の体積を中実の０．７５（７５％）以上である約７５％とすることにより、第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０，２２０，２３０，３２０，３３０を軽量化しながらも、ビーム幅を中実の場合と同等に維持することとした。
This is presumed to be caused by the fact that the electromagnetic waves are not sufficiently reflected due to a decrease in the relative permittivity in the
つぎに、本発明者は第一ないし第三の形態のアンテナ装置１００，２００，３００の誘電体１２１，１３１，２２１，２３１，３２１，３３１に関し、上述のように体積を中実の０．６〜１．０（６０％〜１００％）に変化させたときの、第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０，２２０，２３０，３２０，３３０のフロントバック比を測定した。すると、そのフロントバック比は、その長手方向と直交する断面の中心部１２２，１３２の外側に空隙１３３がある誘電体１２１，１３１は、中心に空隙２３３，３３３がある誘電体２２１，２３１，３２１，３３１に比較して、図８に示すように、約１ｄＢほど上昇して改善されることを突き止めた。
Next, regarding the
そこで、第一形態のアンテナ装置１００では、誘電体１２１，１３１の長手方向と直交する断面の中心部１２２，１３２を残存させて外側に空隙１３３を形成することにより、第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０を軽量化しながらも、フロントバック比を改善することとした。これは、フロントバック比は、後方への電波の透過量により決定されるため、誘電体１２１，１３１の電波の進行方向が十分に残っている方が、後方へ電磁波が透過しないためである。また、第二および第三のアンテナ装置２００，３００でも、誘電体２２１，２３１，３２１，３３１の体積を中実の０．８５（８５％）以上とすることにより、そのメタマテリアル反射板２２０，２３０，３２０，３３０のフロントバック比の低下を最小限とすることができる。上述のフロントバック比は体積１．０(１００％)では空隙がなく中実であるため、第一ないし第三の形態のアンテナ装置１００，２００，３００のグラフは一つに収束する。換言すると、体積が低下するほどアンテナ装置１００のグラフとアンテナ装置２００，３００のグラフとは解離するはずであるが、図８に示すように、０．８５(８５％)以上では収束して差分が減少しているが、０．８５(８５％)未満ではアンテナ装置１００のグラフとアンテナ装置２００，３００のグラフとは略平行になっている。
Therefore, in the
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。たとえば、上記形態ではアンテナ装置１００がアンテナ素子１１０により、電波の通信として送信および受信を実行することを例示した。しかしながら、アンテナ装置１００がアンテナ素子１１０により、電波の送信のみ実行してもよく、受信のみ実行してもよい。
The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications are allowed without departing from the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the
また、上記形態では長手方向と直交する断面形状が正方形の誘電体１２１，１３１の四隅に正方形の空隙１３３，２３３が形成されていること、正方形の誘電体２２１，２３１，３２１，３３１の中心に正方形の空隙２３３が形成されていること、正方形の誘電体３２１，３３１の中心に正円形の空隙３３３が形成されていること、を例示した。しかしながら、図９に例示するメタマテリアル反射板４００のように、長手方向と直交する断面形状が正方形の誘電体４１０の中心部４１１が一つの支持部４１２で支持されており、これら以外の部分は正方形の空隙４１３が形成されていることによりもよい。この場合も、誘電体４１０の長手方向と直交する断面の中心部４１１を残存させて外側に空隙４１３が形成されているので、メタマテリアル反射板４００を軽量化しながらも、このメタマテリアル反射板４００を使用したアンテナ装置（図示せず）のフロントバック比を改善することができる。
Further, in the above embodiment, the
さらには、図１０に例示するメタマテリアル反射板５００のように、長手方向と直交する断面形状が正円形の誘電体５１０の中心部５１１が一対の支持部５１２で両側から支持されており、これら以外の部分は正円形の空隙５１３が形成されていることによりもよい。この場合も、誘電体５１０の長手方向と直交する断面の中心部５１１を残存させて外側に空隙５１３が形成されているので、メタマテリアル反射板５００を軽量化しながらも、このメタマテリアル反射板５００を使用したアンテナ装置（図示せず）のフロントバック比を改善することができる。
Furthermore, as in the
また、図１１に例示するメタマテリアル反射板６００のように、長手方向と直交する断面形状が正方形の誘電体６１０の中心部６１１の、外側である四隅の位置の各々に、正円形の空隙６１３が形成されていることによりもよい。この場合も、誘電体６１０の長手方向と直交する断面の中心部６１１を残存させて外側に空隙６１３が形成されているので、メタマテリアル反射板６００を軽量化しながらも、このメタマテリアル反射板６００を使用したアンテナ装置（図示せず）のフロントバック比を改善することができる。
Further, as in the
さらには、図１２に例示するメタマテリアル反射板７００のように、長手方向と直交する断面形状が正六角形の誘電体７１０の中心部７１１の外側に、六つの正三角形の空隙７１３が形成されていることによりもよい。この場合も、誘電体７１０の長手方向と直交する断面の中心部７１１を残存させて外側に空隙７１３が形成されているので、メタマテリアル反射板７００を軽量化しながらも、このメタマテリアル反射板７００を使用したアンテナ装置（図示せず）のフロントバック比を改善することができる。
Further, as in the
また、上記形態ではアンテナ装置１００などが二個のメタマテリアル反射板１２０，１３０などを有していることを例示した。しかしながら、当然ながら、このようなメタマテリアル反射板の個数は任意に設定することができる。また、上記形態ではアンテナ装置１００などが金属反射板１４０を有していることを例示した。しかしながら、このような金属反射板１４０を有することなく複数のメタマテリアル反射板のみでアンテナ装置を実現してもよい（図示せず）。
Moreover, in the said form, it illustrated that the
さらには、上記形態では第一および第二のメタマテリアル反射板１２０，１３０および金属反射板１４０などが、相似形状である正方形に各々形成されていることを例示した。しかしながら、このような複数のメタマテリアル反射板および金属反射板が、相似形状である円形や六角形などの正面形状に形成されていることによりもよい（図示せず）。
Furthermore, in the said form, it illustrated that the 1st and 2nd metamaterial reflector 120,130, the
なお、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。 Needless to say, the above-described embodiment and a plurality of modifications can be combined within a range in which the contents do not conflict with each other. Further, in the above-described embodiments and modifications, the structure of each part has been specifically described, but the structure and the like can be changed in various ways within a range that satisfies the present invention.
１００，２００，３００ アンテナ装置
１１０ アンテナ素子
１２０，１３０，２２０，２３０，３２０，３３０，４００，５００，６００，７００ メタマテリアル反射板
１２１，４１１，５１１，６１１，７１１ 中心部
１２３，１３３，２２３，２３３，３２３，３３３，４１３，５１３，６１３，７１３ 空隙
１４０ 金属反射板
100, 200, 300
Claims (6)
前記誘電体は、空隙が形成されていることにより中実の場合の体積の７５％以上１００％未満の体積とされている、
反射板。 It is formed in a metamaterial structure in which a plurality of elongated dielectrics are periodically arranged, and reflects an electromagnetic wave in a wavelength band corresponding to the metamaterial structure.
The dielectric has a volume of 75% or more and less than 100% of the volume in the case of a solid due to the formation of voids,
reflector.
前記誘電体は、長手方向と直交する断面の中心部の外側に空隙が形成されている、
反射板。 It is formed in a metamaterial structure in which a plurality of elongated dielectrics are periodically arranged, and reflects an electromagnetic wave in a wavelength band corresponding to the metamaterial structure.
The dielectric has an air gap formed outside the center of the cross section perpendicular to the longitudinal direction.
reflector.
複数の前記波長帯域のうち少なくとも一の電磁波を各々反射する複数の反射板と、
前記アンテナ素子に対して複数の前記反射板を複数の前記波長帯域の比率と同一の比率の位置に配置している板配置手段と、を有しており、
少なくとも一の前記反射板は、複数の細長形状の誘電体を周期配列させたメタマテリアル構造に形成されており、
メタマテリアル構造の前記反射板の誘電体は、空隙が形成されていることにより中実の場合の体積の７５％以上１００％未満の体積とされている、
アンテナ装置。 An antenna element for communicating electromagnetic waves in a plurality of wavelength bands;
A plurality of reflectors each reflecting at least one electromagnetic wave of the plurality of wavelength bands;
Plate arrangement means for arranging the plurality of reflectors at the same ratio as the ratio of the plurality of wavelength bands with respect to the antenna element;
At least one of the reflectors is formed in a metamaterial structure in which a plurality of elongated dielectrics are periodically arranged,
The dielectric of the reflector of the metamaterial structure has a volume of 75% or more and less than 100% of the solid volume due to the formation of voids.
Antenna device.
複数の前記波長帯域のうち少なくとも一の電磁波を各々反射する複数の反射板と、
前記アンテナ素子に対して複数の前記反射板を前記電磁波の方向に配置している板配置手段と、を有しており、
少なくとも一の前記反射板は、複数の細長形状の誘電体を周期配列させたメタマテリアル構造に形成されており、
メタマテリアル構造の前記反射板の誘電体は、長手方向と直交する断面の中心部の外側に空隙が形成されている、
アンテナ装置。 An antenna element for communicating electromagnetic waves in a plurality of wavelength bands;
A plurality of reflectors each reflecting at least one electromagnetic wave of the plurality of wavelength bands;
Plate arrangement means for arranging a plurality of the reflection plates in the direction of the electromagnetic waves with respect to the antenna element,
At least one of the reflectors is formed in a metamaterial structure in which a plurality of elongated dielectrics are periodically arranged,
The dielectric of the reflector of the metamaterial structure has a gap formed outside the center of the cross section perpendicular to the longitudinal direction.
Antenna device.
請求項４に記載の、アンテナ装置。 The dielectric of the reflector of the metamaterial structure has a volume of 75% or more and less than 100% of the solid volume due to the formation of the gap.
The antenna device according to claim 4.
請求項３ないし５の何れか一項に記載の、アンテナ装置。 The dielectric of the reflection plate of the metamaterial structure, the gap is penetrated in the longitudinal direction,
The antenna device according to any one of claims 3 to 5.
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