(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体板と、
前記誘電体板の一方の面に設けられた第１の金属膜と、
前記誘電体板の他方の面に設けられた第２の金属膜と
を備え、
前記第２の金属膜は、所定周期および所定幅で周期的に設けられたスリットを有し、
前記スリットの方向に直交する入射電界に対して、特定の周波数範囲において磁気壁として動作する磁気壁基板であって、
前記所定周期と前記所定幅とで決まるサセプタンスが０よりも大きい
ことを特徴とする磁気壁基板。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気壁基板と、
前記スリットの近傍、あるいは前記スリットが設けられた前記第２の金属膜と同一平面上に設けられた線状アンテナと
を備え、
前記スリットは、前記線状アンテナと直交する方向に設けられていることを特徴とする磁気壁基板を用いたアンテナシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気壁基板を用いたアンテナシステムにおいて、
前記スリットは、前記線状アンテナからの距離が所定範囲内において、前記所定周期および前記所定幅で周期的に設けられることを特徴とする磁気壁基板を用いたアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の周波数範囲において磁気壁として動作する磁気壁基板、および磁気壁基板を用いたアンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１は、従来の磁気壁基板の概略構成図である。この従来の磁気壁基板は、誘電体板１、金属膜２、３、および金属線６で構成されている。ここで、金属膜２は、誘電体板１の一方の面に設けられており、第１の金属膜に相当する。また、金属膜３は、誘電体板１の他方の面に周期的、かつ、二次元的に配列され、金属からなる素子を構成しており、第２の金属膜に相当する。そして、金属膜３は、金属線６により金属膜２に接地されている。
【０００３】
このように、従来の磁気壁基板は、板状の誘電体板１の片面を金属膜２、もう一方の面に金属膜３よりなる素子を周期的に配置し、この素子を金属線６によって裏側の金属膜２と接地した、いわゆるマッシュルーム型と呼ばれるＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）基板により構成されている。
【０００４】
誘電体板１の比誘電率と厚さ、および金属膜３の形状と大きさを適当に選ぶことにより、特定の周波数範囲において、この基板に垂直に入射する任意の偏波を有する電磁波の反射位相を０とすることができ、磁気壁として動作することが知られている。
【０００５】
図１２は、従来の磁気壁基板を用いたアンテナ装置の例示図である。図１２においては、金属膜３に近接して、直線状アンテナであるアンテナ５が配置された状態を示している。磁気壁として動作する周波数帯域においては、基板（磁気壁基板）とアンテナ素子（アンテナ５）との間隔を近接させることができるため、この図１２に示すように、アンテナシステムを薄型化することが可能である（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Fan Yang, and Yahya Rahmat-Samii, “Reflection Phase Characterizations of the EBG Ground Plane for Low Profile Wire Antenna Applications”, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 51, NO. 10, OCTOBER, p.2691 2003.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来の磁気壁基板は、マッシュルーム構造により磁気壁を実現していた。このため、誘電体板の片側に周期的に配置した素子と、誘電体板の裏側の金属膜とを金属線によって接地する必要があり、製作コストが高いという問題点があった。
【０００８】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、金属線を不要とし、安価で製作可能な磁気壁基板および磁気壁基板を用いたアンテナシステムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る磁気壁基板は、誘電体板と、誘電体板の一方の面に設けられた第１の金属膜と、誘電体板の他方の面に設けられた第２の金属膜とを備え、第２の金属膜は、所定周期および所定幅で周期的に設けられたスリットを有し、スリットの方向に直交する入射電界に対して、特定の周波数範囲において磁気壁として動作する磁気壁基板であって、所定周期と所定幅とで決まるサセプタンスが０よりも大きいものである。
【００１０】
また、本発明に係る磁気壁基板を用いたアンテナシステムは、磁気壁基板と、スリットの近傍、あるいはスリットが設けられた第２の金属膜と同一平面上に設けられた線状アンテナとを備え、スリットは、線状アンテナと直交する方向に設けられているものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る磁気壁基板および磁気壁基板を用いたアンテナシステムによれば、誘電体板の他方の面に設けられた第２の金属膜を、所定周期および所定幅で周期的にストライプ状に分離するスリットを有しており、所定周期および所定幅を適当に選ぶことによって第１の金属膜と第２の金属膜とを接地する金属線を用いることなく誘電体板の厚さを薄くした上で大きなサセプタンスを実現することができ、金属線を不要とし、安価で製作可能な磁気壁基板および磁気壁基板を用いたアンテナシステムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における磁気壁基板の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における磁気壁基板の反射位相計算値の設計例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の例示図である。
【図４】本発明の実施の形態３におけるアンテナ装置の例示図である。
【図５】本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の例示図である。
【図６】本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の例示図である。
【図７】本発明の実施の形態５におけるアンテナ装置の例示図である。
【図８】本発明の実施の形態５におけるアンテナ装置の例示図である。
【図９】本発明の実施の形態６におけるアンテナ装置の例示図である。
【図１０】本発明の実施の形態６におけるアンテナ装置の例示図である。
【図１１】従来の磁気壁基板の概略構成図である。
【図１２】従来の磁気壁基板を用いたアンテナ装置の例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の磁気壁基板および磁気壁基板を用いたアンテナシステムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、以下の説明における線状アンテナとは、直線状アンテナあるいは曲線状アンテナを含むものである。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における磁気壁基板の概略構成図である。本実施の形態１の磁気壁基板は、誘電体板１、金属膜２、３、およびスリット４で構成されている。ここで、金属膜２は、誘電体板１の一方の面に設けられており、第１の金属膜に相当する。一方、金属膜３は、誘電体板１の他方の面に設けられており、周期ｔ、幅ｗで周期的に設けられたスリット４により、ストライプ状に分離された構成となっており、第２の金属膜に相当する。
【００１５】
次に、本実施の形態１における磁気壁基板の動作について説明する。
図１の磁気壁基板に垂直に入射した、スリット４に直交する偏波の電磁波から見ると、金属膜３に設けられたスリット４は、等価的にキャパシタンス、すなわち、正のサセプタンスに見える。従って、スリット４の周期ｔと幅ｗとを適当に選ぶことにより、サセプタンスＢを大きな値にすることができる。
【００１６】
一方、このスリット４に伝搬定数β、厚さＬの誘電体板１を介して金属膜２を配置したときの電磁波の反射係数Γは、下式（１）（２）のように表わされる。
【００１７】
【数１】
0005398426.tif 000002
【００１８】
これより、電磁波の反射位相を０とする条件、すなわち、磁気壁を実現する条件は、下式（３）となる。
【００１９】
【数２】
0005398426.tif 000003
【００２０】
すなわち、誘電体板１の厚さＬを薄くするための条件は、大きなサセプタンスＢを実現することと等価である。上述したように、周期的に設けられたスリット４によって大きなサセプタンスＢを実現することができる。このため、図１１の従来例に示したマッシュルーム型ＥＢＧのような、金属膜３と金属膜２とを接地する金属線６を用いることなく、誘電体板１の厚さＬを薄くすることが可能になる。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態１における磁気壁基板の反射位相計算値の設計例を示す図である。この設計例に用いた磁気壁基板は、比誘電率２１、厚さ１．６８２ｍｍの誘電体板１の一方の面に金属膜２を、他方の面に金属膜３に周期１１ｍｍ、幅０．１ｍｍのスリット４を配置したものである。図２に示すように、８３９ＭＨｚ付近で反射位相は０となっており、この周波数付近で磁気壁として動作していることがわかる。
【００２２】
なお、厚さ１．６８２ｍｍは、８３９ＭＨｚの自由空間波長２００分の１以下、比誘電率２１で決まる誘電体内波長の約５０分の１であり、極めて薄い磁気壁を実現していることがわかる。
【００２３】
以上のように、実施の形態１によれば、誘電体板の他方の面に設けられた第２の金属膜を、所定周期および所定幅で周期的にストライプ状に分離するスリットを有しており、このスリットの周期と幅とを適当に選ぶことによって大きなサセプタンスを実現することができる。この結果、従来必要とされた表裏の金属膜を接地する金属線を用いることなく、薄型の磁気壁を実現することができる。
【００２４】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、スリットを備えた磁気壁基板単体について説明した。これに対して、本実施の形態２以降では、このようなスリットを備えた磁気壁基板をアンテナシステムに適用する場合について説明する。
【００２５】
図３は、本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の例示図であり、先の実施の形態１における磁気壁基板の近傍に、直線状アンテナであるアンテナ５が配置された構成を示している。本実施の形態２の磁気壁基板は、スリット４に直交する偏波の電磁波のみに対して磁気壁として動作する。このため、アンテナ５は、スリットの方向と直交する方向に線状の形状としている。
【００２６】
以上のように、実施の形態２によれば、先の実施の形態１で説明した磁気壁基板と線状アンテナを組み合わせることで、スリットに直交する偏波の電磁波のみに対して磁気壁として動作するアンテナ装置を容易に実現できる。
【００２７】
実施の形態３．
先の実施の形態２では、スリット４を設けた金属膜３の近傍にアンテナ５を配置したアンテナシステムについて説明した。これに対して、本実施の形態３では、スリット４を設けた金属膜３と同一面内にアンテナ５を配置したアンテナシステムについて説明する。
【００２８】
図４は、本発明の実施の形態３におけるアンテナ装置の例示図であり、先の実施の形態１における磁気壁基板上の金属膜３と同一面内に、直線状アンテナであるアンテナ５が配置された構成を示している。磁気壁上では、入射電界と反射電界とが同相である。このため、図４に示すように、スリット４を設けた金属膜３と同一面内にアンテナ５を配置しても、先の実施の形態２のアンテナシステムと同等の効果を得ることができる。
【００２９】
図４に示す構成を用いることにより、スリット４を設けた金属膜３とアンテナ５とを一体として製作でき、さらなる低コスト化が実現できる。
【００３０】
以上のように、実施の形態３によれば、磁気壁基板上の第２の金属膜と同一面内に、線状アンテナを配置した構成とすることで、先の実施の形態２と同様の効果を得るとともに、製造コストのさらなる低減を図ることができる。
【００３１】
実施の形態４．
本実施の形態４では、スリット４を設ける位置を限定し、金属膜３とスリット４によりストライプ状に構成された部分を、アンテナ５の近傍に限定して配置する場合について説明する。
【００３２】
図５、図６は、本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の例示図である。これら図５、図６では、スリット４を備えた磁気壁基板上の金属膜３と同一面内に、アンテナ５が配置されている点では、先の実施の形態３と同様である。ただし、先の実施の形態３では、磁気壁基板全体にスリット４を設けた金属膜３を配置した構成となっている（図４参照）が、本実施の形態４では、アンテナ５の近傍にのみ、金属膜３とスリット４によりストライプ状に構成された部分が配置された構成となっている。なお、図５では、金属膜３は、アンテナ近傍のみならず上下左右に続いているが、図６では、金属膜３は、アンテナ５の近傍のみに形成されている。
【００３３】
アンテナ５によって放射される電磁界は、アンテナ５の近傍のみに存在する。このため、図５、図６に示すように、アンテナ５の近傍のみに、金属膜３とスリット４によりストライプ状に構成された部分を配置している。すなわち、所定周期ｔおよび所定幅ｗで周期的に設けられたスリット４を、アンテナ５からの距離が所定範囲内にのみ配置することでも、全面にスリット４を配置した場合と同等の効果を得ることができる。これにより、基板の空いた部分を他の目的に有効に利用できる。
【００３４】
なお、上述の説明では、先の実施の形態３の構成に対してスリット４を設ける位置を変更した場合について説明したが、先の実施の形態２の構成に対してスリット４を設ける位置を変更した場合についても、同様の効果を得ることができる。
【００３５】
以上のように、実施の形態４によれば、アンテナからの距離が所定範囲内にのみ、金属膜とスリットによりストライプ状に構成された部分を配置した構成とすることで、先の実施の形態２、３と同様の効果を得るとともに、基板の空いた部分を他の目的に有効に利用できる。
【００３６】
実施の形態５．
先の実施の形態４では、アンテナ５が一次元の直線状アンテナである場合に対して、アンテナ５からの距離が所定範囲内にのみ、金属膜３とスリット４によりストライプ状に構成された部分を配置する場合について説明した。これに対して、本実施の形態５では、アンテナ５を折り曲げて配置する場合について説明する。
【００３７】
図７、図８は、本発明の実施の形態５におけるアンテナ装置の例示図である。これら図７、図８では、アンテナシステムを小型化するために、アンテナ５が折り曲げて配置されている。このように、アンテナ５が折り曲げて配置されている場合にも、金属膜３とスリット４によりストライプ状に構成された部分を、アンテナ５からの距離が所定範囲内であり、かつアンテナ５を構成する線の方向と直交する方向に配置することで、先の実施の形態４と同等の効果を得ることができる。なお、図７では、金属膜３は、アンテナ近傍のみならず上下左右に続いているが、図８では、金属膜３は、アンテナ５の近傍のみに形成されている。
【００３８】
以上のように、実施の形態５によれば、アンテナが折り曲げて配置されている場合にも、アンテナからの距離が所定範囲内であり、かつアンテナを構成する線の方向と直交する方向に、金属膜とスリットによりストライプ状に構成された部分を配置した構成とすることで、先の実施の形態４と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
実施の形態６．
先の実施の形態２〜５では、アンテナ５が１本の直線状アンテナ、あるいは直線状アンテナを折り曲げて構成されている場合のアンテナシステムについて説明した。これに対して、本実施の形態６では、アンテナ５が曲線として構成される場合のアンテナシステムについて説明する。なお、以下では、曲線の一例として、アンテナ５が円状に構成されている場合について説明する。
【００４０】
図９、図１０は、本発明の実施の形態６におけるアンテナ装置の例示図である。これら図９、図１０では、アンテナ５が曲線形状として配置されている。このように、アンテナ５が曲線形状として配置されている場合にも、金属膜３とスリット４によりストライプ状に構成された部分を、アンテナ５からの距離が所定範囲内であり、かつアンテナ５を構成する曲線の方向と直交する方向に配置することで、先の実施の形態４、５と同等の効果を得ることができる。なお、図９では、金属膜３は、アンテナ近傍のみならず上下左右に続いているが、図１０では、金属膜３は、アンテナ５の近傍のみに形成されている。
【００４１】
以上のように、実施の形態６によれば、アンテナが曲線形状で配置されている場合にも、アンテナからの距離が所定範囲内であり、かつアンテナを構成する曲線の方向と直交する方向に、金属膜とスリットによりストライプ状に構成された部分を配置した構成とすることで、先の実施の形態４、５と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  誘電体板、２  金属膜（第１の金属膜）、３  金属膜（第２の金属膜）、４  スリット、５  アンテナ（線状アンテナ）。
【図１】
0005398426.tif 000004
【図２】
0005398426.tif 000005
【図３】
0005398426.tif 000006
【図４】
0005398426.tif 000007
【図５】
0005398426.tif 000008
【図６】
0005398426.tif 000009
【図７】
0005398426.tif 000010
【図８】
0005398426.tif 000011
【図９】
0005398426.tif 000012
【図１０】
0005398426.tif 000013
【図１１】
0005398426.tif 000014
【図１２】
0005398426.tif 000015