(57)【要約】  根元（１１ａ）〜（１３ａ）が中心部分（１０）に接続され、先端（１１ｂ）〜（１３ｂ）が同一平面又は同一曲面上で互いに異なる方向に伸びているポール（１１）〜（１３）を備えており、そのポール（１１）〜（１３）における根元（１１ａ）〜（１３ａ）と先端（１１ｂ）〜（１３ｂ）の間を結ぶ線分と同一平面又は同一曲面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、根元（１１ａ）〜（１３ａ）におけるポール幅が、根元（１１ａ）〜（１３ａ）と先端（１１ｂ）〜（１３ｂ）の間におけるポール幅よりも狭くなっているように構成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
根元が中心部分に接続され、先端が同一平面又は同一曲面上で互いに異なる方向に伸びている複数のポールを備えており、
前記ポールにおける前記根元と前記先端の間を結ぶ線分と同一平面又は同一曲面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、前記根元におけるポール幅が、前記根元と前記先端の間におけるポール幅よりも狭くなっていることを特徴とする周波数選択板の共振素子。
【請求項２】
前記先端におけるポール幅が、前記根元と前記先端の間におけるポール幅よりも狭くなっていることを特徴とする請求項１記載の周波数選択板の共振素子。
【請求項３】
前記複数のポールとして、３つのポールを備えていることを特徴とする請求項１記載の周波数選択板の共振素子。
【請求項４】
根元が中心部分に接続され、先端が同一平面又は同一曲面上で互いに異なる方向に伸びている複数のポールを備える複数の共振素子が配列されており、
前記複数の共振素子は、
前記ポールにおける前記根元と前記先端の間を結ぶ線分と同一平面又は同一曲面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、前記根元におけるポール幅が、前記根元と前記先端の間におけるポール幅よりも狭くなっており、
前記複数の共振素子が配列されている配列パターンは、前記複数の共振素子のうち、隣り合う位置に配置される２つの共振素子に着目すると、一方の共振素子における１つのポールの先端が、他方の共振素子と接触しない範囲で、他方の共振素子の中心部分に近づけられているパターンであることを特徴とする周波数選択板。
【請求項５】
前記複数の共振素子は、
前記先端におけるポール幅が、前記根元と前記先端の間におけるポール幅よりも狭くなっていることを特徴とする請求項４記載の周波数選択板。
【請求項６】
前記複数の共振素子は、
前記複数のポールとして、３つのポールを備えていることを特徴とする請求項４記載の周波数選択板。
【請求項７】
電波と共振する複数の共振素子が配列されている周波数選択板を備え、
前記複数の共振素子は、
根元が中心部分に接続され、先端が同一平面又は同一曲面上で互いに異なる方向に伸びている複数のポールを備え、
前記ポールにおける前記根元と前記先端の間を結ぶ線分と同一平面又は同一曲面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、前記根元におけるポール幅が、前記根元と前記先端の間におけるポール幅よりも狭くなっており、
前記複数の共振素子が配列されている配列パターンは、前記複数の共振素子のうち、隣り合う位置に配置される２つの共振素子に着目すると、一方の共振素子における１つのポールの先端が、他方の共振素子と接触しない範囲で、他方の共振素子の中心部分に近づけられているパターンであることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
電波を反射する反射鏡を備え、
前記周波数選択板は、前記反射鏡により反射された電波、あるいは、前記反射鏡に向けて放射する電波と共振する複数の共振素子が配列されていることを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
【請求項９】
電波を送信又は受信するアンテナを備え、
前記周波数選択板は、前記アンテナの一部又は全体を覆う位置に設置されていることを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空間フィルタとして用いられる周波数選択板と、その周波数選択板に用いられる共振素子と、その周波数選択板を実装しているアンテナ装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周波数選択板は、例えば、到来してきた電波のうち、所望の周波数の電波だけを透過させる帯域通過フィルタや、所望の周波数の電波だけを反射させる帯域阻止フィルタなどの空間フィルタとして用いられる。
このため、周波数選択板は、電波の干渉対策などの用途で、例えば、多周波共用反射鏡アンテナ、通信システムやレーダシステムなどに適用されることがある。周波数選択板は、主にパッチ型周波数選択板とホール型周波数選択板とに分類される。
パッチ型周波数選択板は、金属で構成されている複数の共振素子が周期的に配列されている構造を有する周波数選択板である。
ホール型周波数選択板は、複数の穴が周期的に施されている金属板で構成されており、その穴が共振素子の役割を担う周波数選択板である。【０００３】
以下の非特許文献１には、３つのポールの根元が中心部分に接続され、３つのポールの先端が伸びている方向が１２０度ずつずれている共振素子が開示されており、この共振素子における３つのポールの形状は長方形である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｊ．Ｄ．Ｋｒａｕｓ，“Ａｎｔｅｎｎａｓ”，ｐｐ６４７−６４９，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，２００２．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、周波数選択板が反射鏡アンテナに適用される場合、周波数選択板に対する電波の入射方向が、周波数選択板の正面方向であるとは限らず、周波数選択板に対する電波の入射角が大きくなることがある。ここでは、電波の入射方向が周波数選択板の正面方向である場合、電波の入射角が０度であり、電波の入射方向が正面方向からずれると、電波の入射角が０度より大きくなるものを想定している。
周波数選択板の特性を評価する指標として入射角特性が挙げられ、電波の入射角が大きくなっても、広帯域な透過特性や反射特性が得られる周波数選択板が望ましい。
入射角特性を向上させるには、中心部分の間隔が狭くなるように、複数の共振素子を密に配置する必要がある。
また、共振素子の広帯域化を図るには、ポールの面積を大きくする必要があるため、ポールの形状が長方形である場合、長方形の長手方向の長さであるポール長を一定とする条件下では、長方形の短手方向の長さであるポール幅を広げる必要がある。ポール長を変えると、共振素子の共振周波数が変化するため、ここでは、ポール長が一定であるものとしている。
長方形のポールのポール幅が広い場合、複数の共振素子を近づけると、各共振素子におけるポールの先端が他の共振素子と接触し易くなるため、複数の共振素子を密に配置することができず、入射角特性を向上させることが困難であるという課題があった。【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、他の共振素子と接触しない範囲で、他の共振素子に近づけて配置することが可能な周波数選択板の共振素子を得ることを目的とする。
また、この発明は、電波の入射角が大きくなっても、広帯域な透過特性や反射特性を得ることができる周波数選択板を得ることを目的とする。
また、この発明は、電波の入射角が大きくなっても、広帯域な透過特性や反射特性を得ることができる周波数選択板を実装しているアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る周波数選択板の共振素子は、根元が中心部分に接続され、先端が同一平面又は同一曲面上で互いに異なる方向に伸びている複数のポールを備えており、そのポールにおける根元と先端の間を結ぶ線分と同一平面又は同一曲面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、根元におけるポール幅が、根元と先端の間におけるポール幅よりも狭くなっているようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ポールにおける根元と先端の間を結ぶ線分と同一平面又は同一曲面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、根元におけるポール幅が、根元と先端の間におけるポール幅よりも狭くなっているように構成したので、他の共振素子と接触しない範囲で、他の共振素子に近づけて配置することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による周波数選択板の共振素子を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による周波数選択板を示す構成図である。
【図３】ホール型周波数選択板における透過特性及び反射特性を示す説明図である。
【図４】図４Ａはポール１１，１２，１３の先端が尖っている共振素子１を示す説明図、図４Ｂはポール１１，１２，１３における根元と先端の間に平行部がある共振素子１を示す説明図、図４Ｃはポール１１，１２，１３における根元及び先端が滑らかな曲線状の形状になっている共振素子１を示す説明図である。
【図５】複数の共振素子１の配列パターンが四角配列である例を示す説明図である。
【図６】パッチ型周波数選択板における透過特性及び反射特性を示す説明図である。
【図７】図７Ａはこの発明の実施の形態３による周波数選択板を示す上面図、図７Ｂはこの発明の実施の形態３による周波数選択板を示す側面図である。
【図８】図８Ａはこの発明の実施の形態３による周波数選択板を示す上面図、図８Ｂはこの発明の実施の形態３による周波数選択板を示す側面図である。
【図９】この発明の実施の形態４による周波数選択板が組み込まれているアンテナ装置を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態４による周波数選択板が組み込まれているアンテナ装置を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による周波数選択板が組み込まれているアンテナ装置を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態５による周波数選択板が組み込まれているアンテナ装置を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態５による周波数選択板が組み込まれているアンテナ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による周波数選択板の共振素子を示す構成図であり、図２はこの発明の実施の形態１による周波数選択板を示す構成図である。
この実施の形態１では、周波数選択板が、ホール型周波数選択板である例を説明する。
ホール型周波数選択板は、複数の穴が周期的に施されている金属板２で構成されている周波数選択板である。
ホール型周波数選択板では、金属板２に施されている穴が共振素子の役割を担うため、この実施の形態１では、金属板２に施されている穴が共振素子であるものとして説明する。
この実施の形態１では、ホール型周波数選択板における穴の形状が図１の共振素子１と一致している。
【００１２】
図１及び図２において、中心軸１ａ，１ｂ，１ｃは１２０度の間隔で配置されている共振素子１の軸である。
中心部分１０は共振素子１の中心に位置する部分である。
図１の例では、３つのポール１１，１２，１３が中心部分１０に接続されているので、中心部分１０の形状が三角形になっており、中心部分１０の中心点で３つの中心軸１ａ，１ｂ，１ｃが交差している。
図１では、説明の便宜上、紙面上方を基準として、中心部分１０から紙面上方の方向を０度、紙面左下の方向を１２０度、紙面右下の方向を２４０度としている。
Ａ〜Ｕは共振素子１における各点の位置を示す符号である。
【００１３】
金属板２は表面が平らな平板であり、図１の共振素子１である穴が周期的に配列されている。
複数の共振素子１が配列される配列パターンは、複数の共振素子１のうち、隣り合う位置に配置される２つの共振素子１に着目すると、図２に示すように、一方の共振素子１における１つのポールの先端が、他方の共振素子１と接触しない範囲で、他方の共振素子１の中心部分１０に近づけられているパターンである。
【００１４】
ポール１１は根元１１ａが中心部分１０に接続され、先端１１ｂが０度の方向に伸びている。
ポール１１は中心軸１ａの上に配置されており、中心軸１ａを対称軸として、線対称な形状になっている。
ポール１２は根元１２ａが中心部分１０に接続され、先端１２ｂが１２０度の方向に伸びている。
ポール１２は中心軸１ｂの上に配置されており、中心軸１ｂを対称軸として、線対称な形状になっている。
ポール１３は根元１３ａが中心部分１０に接続され、先端１３ｂが２４０度の方向に伸びている。
ポール１３は中心軸１ｃの上に配置されており、中心軸１ｃを対称軸として、線対称な形状になっている。
図２では、金属板２が平板であるため、ポール１１，１２，１３の先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは同一平面上で互いに異なる方向に伸びている。即ち、ポール１１，１２，１３の先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは伸びている方向が１２０度ずつずれている。
【００１５】
図１では、共振素子１が３つのポール１１，１２，１３を備えている例を示しているが、共振素子１が４つ以上のポールを備えているものであってもよい。
例えば、共振素子１が４つのポールを備えている場合、共振素子１は、４つのポールの先端が伸びている方向が９０度ずつずれている形状となる。また、共振素子１が５つのポールを備えている場合、共振素子１は、５つのポールの先端が伸びている方向が７２度ずつずれている形状となる。
【００１６】
ポール１１における根元１１ａと先端１１ｂの間を結ぶ線分と同一平面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、根元１１ａにおけるポール幅が、根元１１ａと先端１１ｂの間におけるポール幅よりも狭くなっている。また、先端１１ｂにおけるポール幅が、根元１１ａと先端１１ｂの間におけるポール幅よりも狭くなっている。
具体的には、点Ｒと点Ｓの間を結ぶ線分（以下、「線分ＲＳ」と称する）は、ポール１１における根元１１ａと先端１１ｂの間を結ぶ線分に対応する。
例えば、点Ａと点Ｑの間を結ぶ線分（以下、「線分ＡＱ」と称する）と、点Ｃと点Ｏの間を結ぶ線分（以下、「線分ＣＯ」と称する）と、点Ｂと点Ｐの間を結ぶ線分（以下、「線分ＢＰ」と称する）とは、線分ＲＳと垂直な方向の線分に対応する。
そして、線分ＣＯの長さは、根元１１ａにおけるポール幅に対応し、線分ＡＱの長さは、先端１１ｂにおけるポール幅に対応し、線分ＢＰの長さは、根元１１ａと先端１１ｂの間におけるポール幅に対応する。以下、線分ＢＰの長さをポール１１の中央部分のポール幅と称する。
線分ＣＯの長さ及び線分ＡＱの長さは、線分ＢＰの長さより短くなっている。
【００１７】
ポール１２における根元１２ａと先端１２ｂの間を結ぶ線分と同一平面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、根元１２ａにおけるポール幅が、根元１２ａと先端１２ｂの間におけるポール幅よりも狭くなっている。また、先端１２ｂにおけるポール幅が、根元１２ａと先端１２ｂの間におけるポール幅よりも狭くなっている。
具体的には、点Ｆと点Ｔの間を結ぶ線分（以下、「線分ＦＴ」と称する）は、ポール１２における根元１２ａと先端１２ｂの間を結ぶ線分に対応する。
例えば、点Ｅと点Ｇの間を結ぶ線分（以下、「線分ＥＧ」と称する）と、点Ｃと点Ｉの間を結ぶ線分（以下、「線分ＣＩ」と称する）と、点Ｄと点Ｈの間を結ぶ線分（以下、「線分ＤＨ」と称する）とは、線分ＦＴと垂直な方向の線分に対応する。
そして、線分ＣＩの長さは、根元１２ａにおけるポール幅に対応し、線分ＥＧの長さは、先端１２ｂにおけるポール幅に対応し、線分ＤＨの長さは、根元１２ａと先端１２ｂの間におけるポール幅に対応する。以下、線分ＤＨの長さをポール１２の中央部分のポール幅と称する。
線分ＣＩの長さ及び線分ＥＧの長さは、線分ＤＨの長さより短くなっている。
【００１８】
ポール１３における根元１３ａと先端１３ｂの間を結ぶ線分と同一平面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、根元１３ａにおけるポール幅が、根元１３ａと先端１３ｂの間におけるポール幅よりも狭くなっている。また、先端１３ｂにおけるポール幅が、根元１３ａと先端１３ｂの間におけるポール幅よりも狭くなっている。
具体的には、点Ｌと点Ｕの間を結ぶ線分（以下、「線分ＬＵ」と称する）は、ポール１３における根元１３ａと先端１３ｂの間を結ぶ線分に対応する。
例えば、点Ｋと点Ｍの間を結ぶ線分（以下、「線分ＫＭ」と称する）と、点Ｉと点Ｏの間を結ぶ線分（以下、「線分ＩＯ」と称する）と、点Ｊと点Ｎの間を結ぶ線分（以下、「線分ＪＮ」と称する）とは、線分ＬＵと垂直な方向の線分に対応する。
そして、線分ＩＯの長さは、根元１３ａにおけるポール幅に対応し、線分ＫＭの長さは、先端１３ｂにおけるポール幅に対応し、線分ＪＮの長さは、根元１３ａと先端１３ｂの間におけるポール幅に対応する。以下、線分ＪＮの長さをポール１３の中央部分のポール幅と称する。
線分ＩＯの長さ及び線分ＫＭの長さは、線分ＪＮの長さより短くなっている。
【００１９】
これにより、図１の共振素子１におけるポール１１，１２，１３は、根元１１ａ，１２ａ，１３ａにおけるポール幅が、中央部分のポール幅より狭くなっている。また、先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂにおけるポール幅が、中央部分のポール幅より狭くなっている。
このため、共振素子１の形状は、中心部分１０がくびれている楔形状となっており、また、ポール１１，１２，１３の先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂが先細っている。
ただし、中央部分のポール幅が広くなっているため、根元１１ａ，１２ａ，１３ａにおけるポール幅や先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂにおけるポール幅が狭くなっていても、ポール１１，１２，１３の全体では、大きな面積を確保することができる。
【００２０】
次に動作について説明する。
ホール型周波数選択板の動作原理を簡単に説明する。
共振素子１の役割を担う穴が施されていない金属板に電波が入射された場合、この電波は金属板に完全に反射される。このため、入射された電波は、反射係数が−１、透過係数が０となる。反射係数“−１”は入射された電波の全てが反射することを意味し、透過係数“０”は透過する電波がないことを意味する。
これに対して、共振素子１である穴が施されているホール型周波数選択板に電波が入射された場合、この電波が共振素子１である穴に電界を発生させるため、磁流が共振素子１に誘起される。
【００２１】
磁流が誘起されることで、ホール型周波数選択板における電波の入射側と透過側の両方に散乱波が伝搬される。
伝搬される散乱波の大きさは、共振素子１に誘起される磁流の大きさに依存するが、共振素子１が完全に共振する場合には、その散乱係数が１となる。散乱係数“１”は入射された電波の反射波と方向が逆向きで同じ大きさの電波を意味する。
その結果、入射側においては、入射側に伝搬された散乱波と、ホール型周波数選択板の金属部分で反射された電波である反射波とが打ち消し合って、反射成分が０となる。これにより、ホール型周波数選択板に入射された電波は、透過係数が１で透過することになる。透過係数“１”は入射された電波の全てが透過することを意味する。
即ち、ホール型周波数選択板は、共振素子１が完全に共振する場合、透過係数が１となる帯域通過フィルタとして動作する。
【００２２】
ここで、周波数選択板の入射角特性を向上させるには、共振素子１の中心部分１０の間隔が狭くなるように、複数の共振素子１を密に配置する必要がある。
図２では、複数の共振素子１が三角配列と呼ばれる配列パターンで配列されている例を示している。
三角配列は、正三角形の各頂点に共振素子１が配置され、各頂点に共振素子１が配置されている正三角形が周期的に配列されるものである。
図２では、正三角形を破線で表しており、複数の正三角形が入り混じるように配列されている。図２では、図面の簡単化のため、４つの正三角形だけを破線で表している。
複数の共振素子１が三角配列される場合、或る共振素子１に着目すると、当該共振素子１におけるポールの先端が、隣りの共振素子１の中心部分１０におけるくびれ部分の近くに配置される。
【００２３】
この実施の形態１の共振素子１における中心部分１０の形状は、くびれ部分がある楔形状である。
この実施の形態１では、ポールの形状が長方形である共振素子よりも、くびれ部分が有る分だけ、隣りの共振素子１と接触することなく、ポールの先端を隣りの共振素子１における中心部分１０に近づけることができる。
これにより、電波の入射角が大きくなっても、広帯域な透過特性や反射特性が得られるようになる。
【００２４】
図３はホール型周波数選択板における透過特性及び反射特性を示す説明図である。
図３では、この実施の形態１のホール型周波数選択板として、図２の周波数選択板が２枚重ねられている２層構成の例を示しており、電波の入射角が４０度であるときの透過特性及び反射特性を示している。
また、図３では、この実施の形態１のホール型周波数選択板との比較対象として、長方形のポールを備える共振素子としての穴が周期的に施されているホール型周波数選択板（以下、「従来のホール型周波数選択板」と称する）の透過特性及び反射特性も示している。
【００２５】
ただし、従来のホール型周波数選択板は、入射角が０度であるときの透過特性及び反射特性が、この実施の形態１のホール型周波数選択板と同じになるように、寸法が最適化されている。
また、従来のホール型周波数選択板についても、この実施の形態１のホール型周波数選択板と同様に、２層構成であるものとして、電波の入射角が４０度であるときの透過特性及び反射特性を示している。
図３において、Ｘ１はこの実施の形態１のホール型周波数選択板の透過特性を示し、Ｘ２はこの実施の形態１のホール型周波数選択板の反射特性を示している。
また、Ｙ１は従来のホール型周波数選択板の透過特性を示し、Ｙ２は従来のホール型周波数選択板の反射特性を示している。
【００２６】
透過特性に着目すると、電波の周波数が約３ＧＨｚ〜４．３ＧＨｚでは、この実施の形態１のホール型周波数選択板の透過特性Ｘ１と、従来のホール型周波数選択板の透過特性Ｙ１とは概ね同じである。
しかし、電波の周波数が約４．３ＧＨｚ以上では、従来のホール型周波数選択板よりも、この実施の形態１のホール型周波数選択板の方が、透過損失が小さくなっている。例えば、電波の周波数が約５．５ＧＨｚでは、この実施の形態１のホール型周波数選択板の透過損失が約−２２ｄＢであるのに対して、従来のホール型周波数選択板の透過損失が約−３０ｄＢである。
したがって、従来のホール型周波数選択板よりも、この実施の形態１のホール型周波数選択板の方が、透過特性の広帯域化が図られている。
【００２７】
また、反射特性に着目すると、電波の周波数が約３．６ＧＨｚ〜３．９ＧＨｚと、約４．１ＧＨｚ〜４．２ＧＨｚとでは、従来のホール型周波数選択板よりも、この実施の形態１のホール型周波数選択板の方が、僅かに反射損失が小さくなっているが、電波の周波数が約３．９〜４．１ＧＨｚと、約４．２〜５ＧＨｚとでは、従来のホール型周波数選択板よりも、この実施の形態１のホール型周波数選択板の方が、かなり反射損失が大きくなっている。
したがって、従来のホール型周波数選択板よりも、この実施の形態１のホール型周波数選択板の方が、反射特性の広帯域化が図られている。
図３では、ホール型周波数選択板が２枚重ねられている２層構成の例を示しているが、３枚以上重ねて使用される多層構成の場合や、１枚だけで使用される１層構成の場合でも、２層構成の場合と同様に、広帯域な透過特性及び反射特性が得られる。
【００２８】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、根元１１ａ，１２ａ，１３ａが中心部分１０に接続され、先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂが同一平面上で互いに異なる方向に伸びているポール１１，１２，１３を備えており、そのポール１１，１２，１３における根元１１ａ，１２ａ，１３ａと先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの間を結ぶ線分と同一平面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、根元１１ａ，１２ａ，１３ａにおけるポール幅が、根元１１ａ，１２ａ，１３ａと先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの間におけるポール幅よりも狭くなっているように構成したので、他の共振素子１と接触しない範囲で、他の共振素子１に近づけて配置することが可能な共振素子１を得ることができる。
したがって、電波の入射角が大きくなっても、広帯域な透過特性や反射特性が得られる周波数選択板を得ることができる。
【００２９】
この実施の形態１では、共振素子１の形状が、図１に示すような形状である例を示しているが、共振素子１における中心部分１０の形状が、くびれ部分がある楔形状であればよく、変形が可能である。
【００３０】
図４は図１に示している共振素子１の変形例を示す説明図である。
図４Ａはポール１１，１２，１３の先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂが尖っている共振素子１を示している。
図４Ｂはポール１１，１２，１３における根元１１ａ，１２ａ，１３ａと先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの間に平行部がある共振素子１を示している。
即ち、図１に示している共振素子１では、例えば、点Ｂや点Ｐが角になっているが、図４Ｂに示している共振素子１では、点Ｂに対応する部分と、点Ｐに対応する部分とが平行になっている。
図４Ｃはポール１１，１２，１３における根元及び先端が滑らかな曲線状の形状になっている共振素子１を示している。
【００３１】
この実施の形態１では、複数の共振素子１の配列パターンが三角配列である例を示したが、共振素子１の中心部分１０の間隔が狭くなるように、複数の共振素子１を密に配置することができればよく、例えば、複数の共振素子１の配列パターンが四角配列であってもよい。
【００３２】
図５は複数の共振素子１の配列パターンが四角配列である例を示す説明図である。
四角配列は、四角形の各頂点に共振素子１が配置され、各頂点に共振素子１が配置されている四角形が周期的に配列されるものである。
図５では、四角形を破線で表しており、複数の四角形が配列されている。図５では、図面の簡単化のため、４つの四角形だけを破線で表している。
複数の共振素子１が四角配列される場合、或る共振素子１に着目すると、当該共振素子１における１つのポールの先端が、隣りの共振素子１の中心部分１０におけるくびれ部分の近くに配置される。
これにより、複数の共振素子１が密に配置されるため、電波の入射角が大きくなっても、広帯域な透過特性や反射特性が得られるようになる。
【００３３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、図２の周波数選択板がホール型周波数選択板である例を示したが、この実施の形態２では、図２の周波数選択板がパッチ型周波数選択板であるものについて説明する。
図２の周波数選択板がパッチ型周波数選択板である場合、金属部分と穴の部分が反対になっている。
即ち、図２の穴の部分に、金属で構成されている図１の共振素子１が配置され、図２の金属部分が空になっている。
【００３４】
以下、パッチ型周波数選択板の動作原理を簡単に説明する。
パッチ型周波数選択板が存在していない空間では、電波がそのまま透過するため、反射係数が０、透過係数が１となる。反射係数“０”は反射する電波がないことを意味する。
これに対して、共振素子１が配列されているパッチ型周波数選択板に電波が入射された場合、この電波によって電流が共振素子１に誘起される。
【００３５】
電流が誘起されることで、パッチ型周波数選択板における電波の入射側と透過側の両方に散乱波が伝搬される。
伝搬される散乱波の大きさは、共振素子１に誘起される電流の大きさに依存するが、共振素子１が完全に共振する場合には、その散乱係数が−１となる。散乱係数“−１”は入射された電波の透過波と方向が逆向きで同じ大きさの電波を意味する。
その結果、透過側においては、透過側に伝搬された散乱波と、パッチ型周波数選択板における複数の共振素子１の間の空間を透過した電波である透過波とが打ち消し合って、透過成分が０となる。これにより、パッチ型周波数選択板に入射された電波は、反射係数が−１で反射することになる。
即ち、パッチ型周波数選択板は、共振素子１が完全に共振する場合、反射係数が−１となる帯域阻止フィルタとして動作する。
【００３６】
図６はパッチ型周波数選択板における透過特性及び反射特性を示す説明図である。
図６では、この実施の形態２のパッチ型周波数選択板として、図２の周波数選択板が２枚重ねられている２層構成の例を示しており、電波の入射角が４０度であるときの透過特性及び反射特性を示している。
また、図６では、この実施の形態２のパッチ型周波数選択板との比較対象として、長方形のポールを備える共振素子が周期的に配列されているパッチ型周波数選択板（以下、「従来のパッチ型周波数選択板」と称する）の透過特性及び反射特性も示している。
【００３７】
ただし、従来のパッチ型周波数選択板は、入射角が０度であるときの透過特性及び反射特性が、この実施の形態２のパッチ型周波数選択板と同じになるように、寸法が最適化されている。
また、従来のパッチ型周波数選択板についても、この実施の形態２のパッチ型周波数選択板と同様に、２層構成であるものとして、電波の入射角が４０度であるときの透過特性及び反射特性を示している。
図６において、Ｘ３はこの実施の形態２のパッチ型周波数選択板の反射特性を示し、Ｘ４はこの実施の形態２のパッチ型周波数選択板の透過特性を示している。
また、Ｙ３は従来のパッチ型周波数選択板の反射特性を示し、Ｙ４は従来のパッチ型周波数選択板の透過特性を示している。
【００３８】
反射特性に着目すると、電波の周波数が約３ＧＨｚ〜４．３ＧＨｚでは、この実施の形態２のパッチ型周波数選択板の反射特性Ｘ３と、従来のパッチ型周波数選択板の反射特性Ｙ３とは概ね同じである。
しかし、電波の周波数が約４．３ＧＨｚ以上では、従来のパッチ型周波数選択板よりも、この実施の形態２のパッチ型周波数選択板の方が、反射損失が小さくなっている。例えば、電波の周波数が約５．５ＧＨｚでは、この実施の形態２のパッチ型周波数選択板の反射損失が約−２２ｄＢであるのに対して、従来のパッチ型周波数選択板の反射損失が約−３０ｄＢである。
したがって、従来のパッチ型周波数選択板よりも、この実施の形態２のパッチ型周波数選択板の方が、反射特性の広帯域化が図られている。
【００３９】
また、透過特性に着目すると、電波の周波数が約３．６ＧＨｚ〜３．９ＧＨｚと、約４．１ＧＨｚ〜４．２ＧＨｚでは、従来のパッチ型周波数選択板よりも、この実施の形態２のパッチ型周波数選択板の方が、僅かに透過損失が小さくなっているが、電波の周波数が約３．９〜４．１ＧＨｚと、約４．２〜５ＧＨｚとでは、従来のパッチ型周波数選択板よりも、この実施の形態２のパッチ型周波数選択板の方が、かなり透過損失が大きくなっている。
したがって、従来のパッチ型周波数選択板よりも、この実施の形態２のパッチ型周波数選択板の方が、透過特性の広帯域化が図られている。
図６では、パッチ型周波数選択板が２枚重ねられている２層構成の例を示しているが、３枚以上重ねて使用される多層構成の場合や、１枚だけで使用される１層構成の場合でも、２層構成の場合と同様に、広帯域な透過特性及び反射特性が得られる。
【００４０】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、根元１１ａ，１２ａ，１３ａが中心部分１０に接続され、先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂが同一平面上で互いに異なる方向に伸びているポール１１，１２，１３を備えており、そのポール１１，１２，１３における根元１１ａ，１２ａ，１３ａと先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの間を結ぶ線分と同一平面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、根元１１ａ，１２ａ，１３ａにおけるポール幅が、根元１１ａ，１２ａ，１３ａと先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの間におけるポール幅よりも狭くなっているように構成したので、他の共振素子１と接触しない範囲で、他の共振素子１に近づけて配置することが可能な共振素子１を得ることができる。
したがって、電波の入射角が大きくなっても、広帯域な透過特性や反射特性が得られる周波数選択板を得ることができる。
【００４１】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、平板である金属板２に複数の共振素子１が配列されている周波数選択板について示したが、この実施の形態３では、表面が湾曲している曲板である金属板２に複数の共振素子１が配列されている周波数選択板について説明する。
【００４２】
図７はこの発明の実施の形態３による周波数選択板を示す構成図である。
図７Ａはこの発明の実施の形態３による周波数選択板を示す上面図、図７Ｂはこの発明の実施の形態３による周波数選択板を示す側面図である。
図７に示す周波数選択板は、ホール型周波数選択板であってもよいし、パッチ型周波数選択板であってもよい。
【００４３】
図７では、金属板２が曲板であり、複数の共振素子１が同一曲面上に配置されている。
金属板２が曲板である場合、ポール１１，１２，１３の先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは同一曲面上で互いに異なる方向に伸びている。即ち、ポール１１，１２，１３の先端１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは伸びている方向が１２０度ずつずれている。
ただし、図７が示す金属板２の曲面形状は、あくまでも一例であり、曲面の曲率や離心率などを限定するものではない。
したがって、例えば、図８に示すような曲面形状の金属板２に複数の共振素子１が配列されているものであってもよく、図８Ａはこの発明の実施の形態３による周波数選択板を示す上面図、図８Ｂはこの発明の実施の形態３による周波数選択板を示す側面図である。図８Ｂは図８Ａに示すＡの方向から見た側面図である。
【００４４】
複数の共振素子１が同一曲面上に配置される場合でも、共振素子１の形状が、図１に示すように、中心部分１０がくびれている楔形状であるため、上記実施の形態１，２と同様に、中心部分１０の間隔が狭くなるように、複数の共振素子１を密に配置することができる。
したがって、電波の入射角が大きくなっても、広帯域な透過特性や反射特性が得られる周波数選択板を得ることができる。
【００４５】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、複数の共振素子１が周期的に配列されている周波数選択板について説明したが、この実施の形態４では、複数の共振素子１が周期的に配列されている図２、図７又は図８の周波数選択板がアンテナ装置に組み込まれているものについて説明する。
【００４６】
図９はこの発明の実施の形態４による周波数選択板が組み込まれているアンテナ装置を示す構成図である。
図９のアンテナ装置は、周波数選択板が組み込まれているオフセットパラボラアンテナの例を示している。
図９において、一次放射器２１は主反射鏡２４における焦点の位置に配置され、周波数帯域ｆ１の電波を放射する電波発振源である。
一次放射器２２は周波数選択板２３における前記焦点の鏡像の位置に配置され、周波数帯域ｆ２の電波を放射する電波発振源である。
周波数選択板２３は図２の周波数選択板であり、一次放射器２１から放射された周波数帯域ｆ１の電波を透過するとともに、一次放射器２２から放射された周波数帯域ｆ２の電波を反射する。周波数選択板２３は、ホール型周波数選択板でもよいし、パッチ型周波数選択板でもよい。
主反射鏡２４は周波数選択板２３を透過してきた周波数帯域ｆ１の電波を反射するとともに、周波数選択板２３により反射された周波数帯域ｆ２の電波を反射する反射鏡である。
【００４７】
次に動作について説明する。
例えば、周波数選択板２３がホール型周波数選択板である場合、周波数選択板２３における複数の共振素子１は、一次放射器２１から放射された周波数帯域ｆ１の電波と共振するように、ポール１１，１２，１３の長さが設計されている。即ち、線分ＲＳ，線分ＦＴ，線分ＬＵの長さが設計されている。共振素子１の共振周波数は、ポール１１，１２，１３の長さで決定される。
また、周波数選択板２３における複数の共振素子１は、一次放射器２２から放射された周波数帯域ｆ２の電波とは共振しないように、ポール１１，１２，１３の長さが設計されている。
これにより、一次放射器２１から放射された周波数帯域ｆ１の電波は、周波数選択板２３を透過したのち、主反射鏡２４に反射される。
また、一次放射器２２から放射された周波数帯域ｆ２の電波は、周波数選択板２３によって主反射鏡２４が存在する方向に反射されたのち、主反射鏡２４に反射される。
なお、周波数選択板２３がパッチ型周波数選択板である場合、周波数選択板２３における複数の共振素子１は、一次放射器２２から放射された周波数帯域ｆ２の電波と共振して、一次放射器２１から放射された周波数帯域ｆ１の電波と共振しないように、ポール１１，１２，１３の長さが設計されている。
【００４８】
ここでは、電波を放射するアンテナ装置について示したが、電波を受信するアンテナ装置であってもよい。
電波を受信するアンテナ装置の場合、主反射鏡２４により反射された周波数帯域ｆ１の電波が、周波数選択板２３を透過したのち、一次放射器２１に受信される。
また、主反射鏡２４により反射された周波数帯域ｆ２の電波が、周波数選択板２３によって一次放射器２２が存在する方向に反射されたのち、一次放射器２２に受信される。
この場合、一次放射器２１，２２は、受信機としての役割を担う。
【００４９】
この実施の形態４によれば、周波数帯域ｆ１と周波数帯域ｆ２の共用が可能なアンテナ装置を得ることができる。
なお、周波数選択板２３は、電波の入射角が大きくなっても、広帯域な透過特性や反射特性が得られる図２の周波数選択板であるため、電波の入射角が大きい場合でも、帯域内での利得の低下を抑えることが可能である。
【００５０】
図９では、周波数選択板２３が組み込まれているオフセットパラボラアンテナの例を示しているが、図１０に示すように、大型地上局用の反射鏡アンテナなどのアンテナ装置に多く用いられる集束ビーム給電系の一部に周波数選択板２３が組み込まれているものであってもよい。
図１０はこの発明の実施の形態４による周波数選択板が組み込まれているアンテナ装置を示す構成図である。図１０において、図９と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
二次曲面鏡２５は一次放射器２２から放射された周波数帯域ｆ２の電波を反射する反射鏡であり、二次曲面鏡２５における焦点の位置に一次放射器２２が配置されている。
副反射鏡２６は周波数選択板２３を透過してきた周波数帯域ｆ１の電波を主反射鏡２４に向けて反射するとともに、周波数選択板２３により反射された周波数帯域ｆ２の電波を主反射鏡２４に向けて反射する反射鏡である。副反射鏡２６における焦点の位置に一次放射器２１が配置されている。
【００５１】
図１０のアンテナ装置の場合も、図９のアンテナ装置と同様に、周波数帯域ｆ１と周波数帯域ｆ２の共用が可能なアンテナ装置を得ることができる。
図１０のアンテナ装置の場合、周波数選択板２３は、電波の入射角が大きくなっても、広帯域な透過特性や反射特性が得られる図２の周波数選択板であるため、電波の入射角が大きい場合でも、帯域内での利得の低下を抑えることが可能である。
図１０のアンテナ装置の場合も、図９のアンテナ装置と同様に、電波を放射するアンテナ装置に限るものではなく、電波を受信するアンテナ装置であってもよい。
【００５２】
図９では、平板である金属板２に複数の共振素子１が配列されている周波数選択板２３を適用しているアンテナ装置を示しているが、図１１に示すように、曲板である金属板２に複数の共振素子１が配列されている周波数選択板２７を適用しているアンテナ装置であってもよい。
図１１はこの発明の実施の形態４による周波数選択板が組み込まれているアンテナ装置を示す構成図である。図１１において、図９と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
周波数選択板２７は図７又は図８の周波数選択板であり、一次放射器２１から放射された周波数帯域ｆ１の電波を透過するとともに、一次放射器２２から放射された周波数帯域ｆ２の電波を反射する。周波数選択板２７は、ホール型周波数選択板でもよいし、パッチ型周波数選択板でもよい。
【００５３】
これにより、一次放射器２１から放射された周波数帯域ｆ１の電波は、周波数選択板２７を透過したのち、主反射鏡２４に反射される。
また、一次放射器２２から放射された周波数帯域ｆ２の電波は、周波数選択板２７によって主反射鏡２４が存在する方向に反射されたのち、主反射鏡２４に反射される。
【００５４】
図１１のアンテナ装置の場合も、図９のアンテナ装置と同様に、周波数帯域ｆ１と周波数帯域ｆ２の共用が可能なアンテナ装置を得ることができる。
図１１のアンテナ装置の場合、周波数選択板２７は、電波の入射角が大きくなっても、広帯域な透過特性や反射特性が得られる図７又は図８の周波数選択板であるため、電波の入射角が大きい場合でも、帯域内での利得の低下を抑えることが可能である。
図１１のアンテナ装置の場合も、図９のアンテナ装置と同様に、電波を放射するアンテナ装置に限るものではなく、電波を受信するアンテナ装置であってもよい。
【００５５】
実施の形態５．
上記実施の形態４では、複数の共振素子１が周期的に配列されている周波数選択板２３，２７がアンテナ装置に組み込まれているものについて説明したが、この実施の形態５では、複数の共振素子１が周期的に配列されている周波数選択板２３，２７がアンテナの一部又は全体を覆うように配置されているものについて説明する。
【００５６】
図１２はこの発明の実施の形態５による周波数選択板が組み込まれているアンテナ装置を示す構成図である。図１２において、図９と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
アンテナ３１はアンテナ支持台３２の上に設置されており、電波を送信又は受信する。
アンテナ３１は例えばアレーアンテナや反射鏡アンテナが該当する。ただし、アンテナ３１の種類は、アレーアンテナや反射鏡アンテナに限定するものではなく、どのようなアンテナでもよい。
アンテナ支持台３２はアンテナ３１を支持する台である。
【００５７】
図１２の例では、アンテナ３１の一部である前面を覆うように周波数選択板２３が配置されている。
周波数選択板２３は、電波の入射角が大きくなっても、広帯域な透過特性や反射特性が得られる図２の周波数選択板であるため、アンテナ３１により受信される電波の入射角が大きい場合、あるいは、アンテナ３１から放射される電波の出射角が大きい場合でも、帯域内での利得の低下を抑えることが可能である。
【００５８】
ここでは、アンテナ３１の前面を覆うように周波数選択板２３が配置されているものを示したが、図１３に示すように、アンテナ３１の全体を覆うように周波数選択板２７が配置されているものであってもよい。
図１３はこの発明の実施の形態５による周波数選択板が組み込まれているアンテナ装置を示す構成図である。図１３において、図１１及び図１２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
周波数選択板２７は、電波の入射角が大きくなっても、広帯域な透過特性や反射特性が得られる図７又は図８の周波数選択板であるため、アンテナ３１により受信される電波の入射角が大きい場合、あるいは、アンテナ３１から放射される電波の出射角が大きい場合でも、帯域内での利得の低下を抑えることが可能である。
【００５９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
この発明は、空間フィルタとして用いられる周波数選択板や、その周波数選択板に用いられる共振素子に適している。
【符号の説明】
【００６１】
１  共振素子、１ａ，１ｂ，１ｃ  中心軸、２  金属板、１０  共振素子の中心部分、１１  ポール、１１ａ  根元、１１ｂ  先端、１２  ポール、１２ａ  根元、１２ｂ  先端、１３  ポール、１３ａ  根元、１３ｂ  先端、２１，２２  一次放射器、２３  周波数選択板、２４  主反射鏡、２５  二次曲面鏡、２６  副反射鏡、２７  周波数選択板、３１  アンテナ、３２  アンテナ支持台。
【図１】
2017175386.tif 000003
【図２】
2017175386.tif 000004
【図３】
2017175386.tif 000005
【図４】
2017175386.tif 000006
【図５】
2017175386.tif 000007
【図６】
2017175386.tif 000008
【図７】
2017175386.tif 000009
【図８】
2017175386.tif 000010
【図９】
2017175386.tif 000011
【図１０】
2017175386.tif 000012
【図１１】
2017175386.tif 000013
【図１２】
2017175386.tif 000014
【図１３】
2017175386.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成28年8月1日(2016.8.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係る周波数選択板の共振素子は、根元が中心部分に接続され、先端が同一平面又は同一曲面上で互いに異なる方向に伸びている複数のポールを備えており、そのポールにおける根元と先端の間を結ぶ線分と同一平面又は同一曲面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、根元におけるポール幅が、根元と先端の間におけるポール幅よりも狭くなっており、かつ、前記先端におけるポール幅が、前記根元と前記先端の間におけるポール幅よりも狭くなっているようにしたものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明によれば、ポールにおける根元と先端の間を結ぶ線分と同一平面又は同一曲面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、根元におけるポール幅が、根元と先端の間におけるポール幅よりも狭くなっており、かつ、前記先端におけるポール幅が、前記根元と前記先端の間におけるポール幅よりも狭くなっているように構成したので、他の共振素子と接触しない範囲で、他の共振素子に近づけて配置することができる効果がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
根元が中心部分に接続され、先端が同一平面又は同一曲面上で互いに異なる方向に伸びている複数のポールを備えており、
前記ポールにおける前記根元と前記先端の間を結ぶ線分と同一平面又は同一曲面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、前記根元におけるポール幅が、前記根元と前記先端の間におけるポール幅よりも狭くなっており、かつ、前記先端におけるポール幅が、前記根元と前記先端の間におけるポール幅よりも狭くなっていることを特徴とする周波数選択板の共振素子。
【請求項２】
前記複数のポールとして、３つのポールを備えていることを特徴とする請求項１記載の周波数選択板の共振素子。
【請求項３】
根元が中心部分に接続され、先端が同一平面又は同一曲面上で互いに異なる方向に伸びている複数のポールを備える複数の共振素子が配列されており、
前記複数の共振素子は、
前記ポールにおける前記根元と前記先端の間を結ぶ線分と同一平面又は同一曲面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、前記根元におけるポール幅が、前記根元と前記先端の間におけるポール幅よりも狭くなっており、かつ、前記先端におけるポール幅が、前記根元と前記先端の間におけるポール幅よりも狭くなっており、
前記複数の共振素子が配列されている配列パターンは、前記複数の共振素子のうち、隣り合う位置に配置される２つの共振素子に着目すると、一方の共振素子における１つのポールの先端が、他方の共振素子と接触しない範囲で、他方の共振素子の中心部分に近づけられているパターンであることを特徴とする周波数選択板。
【請求項４】
前記複数の共振素子は、
前記複数のポールとして、３つのポールを備えていることを特徴とする請求項３記載の周波数選択板。
【請求項５】
電波と共振する複数の共振素子が配列されている周波数選択板を備え、
前記複数の共振素子は、
根元が中心部分に接続され、先端が同一平面又は同一曲面上で互いに異なる方向に伸びている複数のポールを備え、
前記ポールにおける前記根元と前記先端の間を結ぶ線分と同一平面又は同一曲面上で垂直な方向の線分の長さであるポール幅のうち、前記根元におけるポール幅が、前記根元と前記先端の間におけるポール幅よりも狭くなっており、かつ、前記先端におけるポール幅が、前記根元と前記先端の間におけるポール幅よりも狭くなっており、
前記複数の共振素子が配列されている配列パターンは、前記複数の共振素子のうち、隣り合う位置に配置される２つの共振素子に着目すると、一方の共振素子における１つのポールの先端が、他方の共振素子と接触しない範囲で、他方の共振素子の中心部分に近づけられているパターンであることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
電波を反射する反射鏡を備え、
前記周波数選択板は、前記反射鏡により反射された電波、あるいは、前記反射鏡に向けて放射する電波と共振する複数の共振素子が配列されていることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
【請求項７】
電波を送信又は受信するアンテナを備え、
前記周波数選択板は、前記アンテナの一部又は全体を覆う位置に設置されていることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
【国際調査報告】
2017175386.tif 000016
2017175386.tif 000017
2017175386.tif 000018
2017175386.tif 000019