(57)【要約】      （修正有）【課題】必要な周波数だけを選択し、かつ該選択周波数波を透過途中で同時に増幅して透過させる機能を有する構造体を提供する。【解決手段】伝送希望周波数を選択し、周波数選択と選択波の増幅を同時に出来るように構成したメタマテリアル構造体に、選択周波数を増幅するという機能を追加した新しい内部透過型構造体を形成する。尚、本構造体を構成するメタマテリアルを光透過性媒質で構成すれば、ビルの窓等に応用できるという効果も有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
到来電磁波を反射および吸収両原理に基づき、必要な周波数だけを選択して、かつ該選択周波数が所定の構造体を透過する時に同時に増幅される機能を有する構造体で構成されたことを特徴とする選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体。
【請求項２】
請求項１記載の選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体において、能動素子を主回路素子とする自律制御型メタマテリアルの電波吸収原理に基づき、到来電波周波数を選択的に制御して吸収および反射できる電波吸収体を一機能要素として応用した請求項１記載の選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体。
【請求項３】
請求項１，２記載の選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体において、周波数選択の一手段として光照射によって回路素子を励起し電波を吸収できるように構成した機能を備えたことを特徴とする省電力型、簡易構造を特徴とする請求項１，２記載の選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は，到来電磁波を反射したり、吸収したりする原理に基づき、必要な周波数だけを選択して、かつ同時に該選択周波数を増幅する手段で増幅し、その増幅波を直接透過させる機能を有する人工材料で構成されたことを特徴とする簡易な選択周波数増幅機能を備えた電波透過型構造体に関する。すなわち、到来電磁波を反射および吸収両原理に基づき、必要な周波数だけを選択して、かつ該選択周波数を透過途中で同時に増幅して透過させる機能を有することを特徴とする選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、この種の構造体として、周波数選択性を利用した遮蔽体（ＦＳＳ）などが考案されている。これらは、磁性材料カーボン系材料、金属材料などを組み合わせ、周波数選択性をもたせたものである。これに対して、本発明は、周波数選択と選択波増幅を同時に電気的に出来るよう構成したメタマテリアル概念に基づくことを特徴とする選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体である。なお、メタマテリアルとは、いわゆる学術上呼ばれている定義に基づくもので、透磁率、誘電率が共に負となる左手系、それ以外の、自然界に存在し得ない材料として右手系と呼ばれるものに分類されている人工材料のことである。また、選択周波数増幅には、勿論信号波増幅も含まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  従来、この種の周波数選択機能を持つものとしては、電波を中継する中継器装置等がある。しかし、これらは、通常の高周波回路で構成され錯綜する回路結線で構成されたいわゆる電子回路からなる構成装置であって極めて複雑で高価なシステムとなるという難点がある。これらは、いわゆる、左手系、右手系と称されるメタマテリアル（人工材料）概念による構造体ではなかった。本発明は、周波数選択とこの選択周波数を同時に増幅するために、メタマテリアルの構成要素を取り入れたことを特徴とする選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体であって、従来の電波中継器を簡易な構造で実現し、低消費電力型の選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体を構成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  従来の、いわゆる周波数を選択し増幅して再放射する電波中継器は、アンテナで電波を受信し、この信号波を中継器で選択増幅し、アンテナを介して再び電波放射する構成で、特に中継器は大掛かりな装置からなり、消費電力も大きなものであった。この課題を解決するために、本発明は、電波を選択する傍ら、直接能動素子や受動素子で構成されたメタマテリアルの構造体で増幅し、電波または信号波が、この構造体を透過する際、増幅される構造体であって、通常、平板状に構成する手段で、上記問題を解決している。すなわち、電子装置ではなく、能動素子を含むメタマテリアル、すなわち特殊な構造の人工材料を用いて、この目的を達成している。このように、従来、大掛かりな中継装置を使った電波通信方式をメタマテリアアルという比較的簡易な構成材料を用いるという手段に着目し、これによって低電力駆動を実現し、新時代の通信技術を開拓することが本発明の主な課題である。【０００５】  上記課題を解決するために、本発明では、外部からの到来電磁波を選択的に吸収したり、反射させたりする機能を有するように構成されたメタマテリアルを用いて、電波を捕捉する手段で電波を取り込み、増幅作用を持たせたメタマテリアルを前記入射波が透過することによって増幅されように構成された材料から再び放射させる手段で電波伝搬の減衰を防ぎ電波伝搬状態を常に一定の電力レベルに維持することを可能にしている。【０００６】  請求項１は、到来電磁波を反射および吸収両原理に基づき、必要な周波数だけを選択して、かつ該選択周波数の電波が構造体を透過途中で同時に増幅して透過させる機能を有するようにメタマテリアルを構成したことを特徴とする選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体であって、本発明の基本構成概念を示している。なお、周波数選択手段は、従来の方式であっても良い。【０００７】  請求項２は、請求項１記載の選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体において、能動素子を主回路素子とする公知の自律制御型メタマテリアルの電波吸収原理（Ｙ．Ｋｏｔｓｕｋａ，Ｃ．Ｋａｗａｍｕｒａ，Ｎｏｖｅｌ  ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｃｏｎｃｅｐｔ  ｏｆ  ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｙｓｔｅｍ  ｏｆ  ｌｉｖｉｎｇ  ｃｅｌｌ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ＥＭＣ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｉｎ  ２００７  ＩＥＥＥ  ＥＭＣ−Ｓ  Ｉｎｔ．ＥＭＣ  Ｓｙｍｐ．Ｄｉｇ．，Ｊｕｌｙ，２００７．）に基づき、到来電波周波数を選択的に制御して吸収および反射できる電波吸収体を、電波取り込みのための一機能要素として応用した請求項１記載の選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体に関する発明である。すなわち、電波吸収体の終端短絡板を除外した構成で電波吸収周波数を電気的に制御し、周波数選択性を持たせる手段で電波を取り込み、かつ電波増幅層を透過させて増幅波を放射する手段を講じた選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体である。【０００８】  請求項３は，請求項１、２記載の選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体において、周波数選択の一手段として公知の光照射によって回路素子を励起し電波を吸収、選択できるように構成した構造体層（天野，小塚：“光制御型高周波機能��料を用いた電波吸収体に関する基礎的検討”電子情報通信学会大会講演論文集，Ｂ−４−２８，ｐｐ．３９５，Ｍａｒ．２００４）を用いることを特徴とする省電力型、簡易構造を特徴とする請求項１，２記載の選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体である。光照射によって素子入力インピーダンスが変わる性質を有する受動、または能動素子を用いて、到来電波を選択的に取り込むことができる。このインピーダンス変化の特徴を利用して、他の共振回路などと組み合わせる手段によって周波数選択と増幅が可能となる。【０００９】  なお、本発明の構造体において、選択した電波が本構造体を透過する間に増幅する手段は、各種が考えられ、直接能動素子を利用し、複数の単位回路素子からなる増幅回路の性質を持たせた構造体を用いる方法の他、非線形素子を用いる手段等で対応している。また、光を照射で本構造体の一部、または全体システムを構成できることは、トンネル内等の照明が有効利用でき、環境保全の立場からも好適である。本発明の構造体は、平板状や曲面構造でも構成でき軽量で空間配置性に優れレーダドーム等に応用できる。
【発明の実施形態】
【００１０】  図１は、本発明の請求項１記載の基本概念を図示したもので、電気的制御可能な周波数選択層の構造体（１）と選択周波数増幅層の構造体（２）からなっている。同図では、これら構造体は、メタマテリアル（３）で構成されている。入射到来電波（４）がこの構造体に入射すると、入射電波は増幅され、選択された周波数波が増幅され、選択された周波数波のみが放射波（５）として放射される。この結果、伝送路を一定の電力レベルに維持することが出来る。図１は、本発明の選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体の一実施例である。
【００１１】  図２は、電気的に制御できるメタマテリアルから成る電波反射、電波吸収板（６）を、現状のパラボラ状アンテナ反射鏡部（７）に装荷し、必要な到来周波数を選択受信し、支柱に支えられた反射鏡（８）を介して、一次放射器と称されるアンテナ（９）で受信した電波を、本実施例では、従来の高周波回路からなる増幅器（１０）で電波を増幅し、再放射する構成の選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体の一実施である。
【００１２】  図３は、光電素子等を用いた光（１１）照射によって入力インピーダンス値を変更するメタマテリアル電波吸収体の原理に基づき、この電波吸収体の終端短絡導体板を除去した光電素子で構成された構造体（１２）で、到来電波の周波数選択を行い、非線形素子を含む能動素子からなるメタマテリアル（１３）で到来電波を増幅し、この構造体を到来電波が透過することによって増幅波を再放射できる本発明請求項３に関連する構造体の一実施例である。
【発明の効果】
【００１３】  従来、この種の構造体として、周波数選択性を利用した遮蔽体などが考案されている。これらは、磁性材料カーボン系材料、金属材料などを組み合わせ、既存の材料で周波数選択性をもたせたものである。
【００１４】  これに対して、本発明は、周波数選択と選択波増幅を同時に電気的に制御出来るよう構成したメタマテリアル概念に基づくことを特徴とする選択周波数増幅機能を持つ電磁波透過構造体に関する。電気的に制御できることは、コンピュータシステムと連動でき自律制御が可能となり、電磁波環境の保全に寄与できる。また、従来の電波伝搬路の中継器のように、大掛かりで複雑な増幅器を必要とせず、基本的にはメタマテリアル層の構造体を電波が透過する際に増幅されるため、簡易な構成となる。とくに、光照射で制御できる構成は、トンネル内などの通信環境制御に有効となり、また省電力化等と結びつき実施してその効果はきわめて大である。なお、本発明は、種々の変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】  本発明の基本構成を示す斜視図。
【００１６】
【図２】  電気的に制御できるメタマテリアルを応用した本発明の一実施例の断面図。
【００１７】
【図３】  光照射駆動型メタマテリアルを用いた本名発明の一実施例の斜視図。
【符号の説明】
【００１８】１．電気的制御可能な周波数選択層の構造体。
２．選択周波数増幅層の構造体選択周波数増幅層。
３．メタマテリアル。
４．入射到来電波。
５．放射波。
６．メタマテリアルから成る電波反射、電波吸収板。
７．パラボラ状アンテナ反射鏡部。
８ａ．反射鏡。
８ｂ．支柱。
９．アンテナ。
１０．高周波回路からなる増幅器。
１１．光。
１２．光電素子で構成された構造体。
１３．非線形素子を含む能動素子からなるメタマテリアル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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