(57)【要約】  本発明は、周波数選択性表面ＦＳＳを開示する。ＦＳＳは、均一に配置された複数のＦＳＳユニットを含み、各ＦＳＳユニットは誘電体スラブ、十字型金属パッチ及びＮ個の正方形リング金属パッチを含む。十字型金属パッチは誘電体スラブの第１の表面上に積層され、誘電体スラブの第１の表面を等しい面積を有する４個の部分に分割し、各部分は同じ数の正方形リング金属パッチを有する。Ｎ個の正方形リング金属パッチは誘電体スラブの第１の表面上に積層され、整列して配置され、Ｎは４の正の整数乗である。２つの互いに垂直な方向における十字型金属パッチの長さは等しく、各方向における長さ及び隣接するパッチ間のギャップの幅はともに、特定の条件に合致する必要がある。本発明に開示されたＦＳＳは、より高い低周波数透過帯域幅及び高周波数反射帯域幅を有し、単純な構造を有する。したがって、従来の印刷回路基板技術が、実装のために使用可能であり、コストは相対的に低い。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数選択性表面ＦＳＳであって、前記ＦＳＳが、均一に配置された複数のＦＳＳユニットを含み、各ＦＳＳユニットが誘電体スラブ及びＮ個の正方形リング金属パッチを含み、前記Ｎ個の正方形リング金属パッチが、前記誘電体スラブの第１の表面上に積層され、前記ＦＳＳユニットがさらに、十字型金属パッチを含み、
前記十字型金属パッチが前記誘電体スラブの前記第１の表面上に積層され、前記誘電体スラブの前記第１の表面を等しい面積を有する４個の部分に分割し、各部分が同じ数の前記正方形リング金属パッチを有し、前記Ｎ個の正方形リング金属パッチが整列して配置され、Ｎが４の正の整数乗であり、
２つの互いに垂直な方向における前記十字型金属パッチの長さが等しく、各方向における長さが第１の波長の０．２５から０．７５倍であり、隣接するパッチ間のギャップの幅が第２の波長の０．０２から０．０６倍であり、前記第１の波長が、前記ＦＳＳの透過帯域中心周波数に対応する、前記誘電体スラブ内の波長であり、前記第２の波長が、前記ＦＳＳの反射帯域中心周波数に対応する、真空内の波長である、ＦＳＳ。
【請求項２】
前記正方形リング金属パッチの中心線の周長が前記第２の波長の０．５から１．５倍であり、前記中心線が、前記正方形リング金属パッチの外側リングと内側リングとの間の中間に配置された、請求項１に記載のＦＳＳ。
【請求項３】
前記誘電体スラブの厚さが、前記第１の波長の半分である、請求項１に記載のＦＳＳ。
【請求項４】
前記ＦＳＳユニット内の前記誘電体スラブがＮ個の穴を有し、前記Ｎ個の穴の位置が、前記Ｎ個の正方形リング金属パッチの位置と一対一対応し、前記穴の面積が、前記正方形リング金属パッチの前記内側リングの面積よりも小さい、請求項１から３のいずれか一項に記載のＦＳＳ。
【請求項５】
前記Ｎ個の穴の中心が、前記Ｎ個の正方形リング金属パッチによって覆われた前記誘電体スラブの中心位置にそれぞれ配置された、請求項４に記載のＦＳＳ。
【請求項６】
Ｎが４に等しく、各方向における前記十字型金属パッチの長さが前記第１の波長の０．３から０．６倍であり、
前記正方形リング金属パッチの中心線の周長が前記第２の波長の１．０から１．５倍であり、前記中心線が、前記正方形リング金属パッチの前記外側リングと前記内側リングとの間の中間に配置された、請求項１から３のいずれか一項に記載のＦＳＳ。
【請求項７】
Ｎが１６に等しく、各方向における前記十字型金属パッチの長さが前記第１の波長の０．４から０．７倍であり、
前記正方形リング金属パッチの中心線の周長が、前記第２の波長の０．７から１．３倍であり、前記中心線が、前記正方形リング金属パッチの前記外側リングと前記内側リングとの中間に配置された、請求項１から３のいずれか一項に記載のＦＳＳ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信技術の分野、特に単一層二重共振周波数選択性表面ＦＳＳに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信技術の急速な発展に伴い、マイクロ波点間通信における送信能力は増加を続けており、Ｅバンド（７１から７６ＧＨｚ、８１から８６ＧＨｚ）周波数帯域のマイクロ波デバイスは、基地局バックホールネットワークにおいてますます重要な役割を果たしている。しかし、Ｅバンド周波数帯域の電磁波における「レインフェード」は極めて深刻であるため、Ｅバンドマイクロ波の単一ホップ距離は、通常３キロメートル未満である。Ｅバンドマイクロ波の単一ホップの距離を増大し、サイト設置コストを低減するために、Ｅバンド周波数帯域マイクロ波デバイス及び別の低周波数マイクロ波デバイスが協働して使用されるという解決手段が提供される。比較的強い雨が降っているとき、Ｅバンドマイクロ波デバイスが通常通り働くことができないような場合であっても、低周波数マイクロ波デバイスは依然として通常通り働くことができる。
【０００３】
デュアルバンドパラボラアンテナがこの解決手段において使用され、構造は図１に示されている。デュアルバンドパラボラアンテナは、一次反射体及び二次反射体を含む。低周波数フィード及び高周波数フィードは、一次反射体を共有する。周波数選択性表面（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ，ＦＳＳ）は、二次反射体として使用される。二次反射体は、双曲面として設計され、双曲面の虚焦点及び一次反射体の実焦点は重複し、異なる周波数のフィードは、それぞれ双曲面の虚焦点及び実焦点に配置される。ＦＳＳは、虚焦点に配置された低周波数フィードによって送信される電磁波を透過し、実焦点に位置する高周波数フィードによって送信される電磁波を反射し、それによってデュアルバンド多重機能を実現する。
【０００４】
ＦＳＳは、２次元周期配置構造を有し、入射電磁波の送信及び反射を効率的に制御することができる。一般に２種類のＦＳＳが存在する。１つの種類のＦＳＳは、共振の場合に入射波を完全に透過し、別の種類のＦＳＳは共振の場合に入射波を完全に反射する。デュアルバンドパラボラアンテナは、ＦＳＳが比較的良好な低周波数透過特性及び、比較的良好な高周波数反射特性の両方を有し、すなわち二重共振特性を有する必要がある。したがって、２種類のＦＳＳが協働して使用される必要がある。
【０００５】
２層ＦＳＳを含むデュアルバンド平板が、既存の解決手段において使用される。デュアルバンド平板は、２つの互いに垂直な方向に沿って順に周期的に配置されたデュアルバンド平板ユニットを含む。各デュアルバンド平板ユニットは、第１のＦＳＳユニットと、第２のＦＳＳユニットと、誘電体スラブと、を含み、デュアルバンド平板ユニットの構造は図２に示されている。第１のＦＳＳユニットは４つのリングパッチを含み、誘電体スラブの一方の側において表面を覆い、主に高周波数反射の機能を提供する。第２のＦＳＳユニットは、掘られた円形の溝を有する正方形のパッチと、車輪形状のパッチと、を含み、誘電体スラブの反対側の表面を覆い、主に低周波数透過の機能を提供する。しかし、デュアルバンド平板の低周波数帯域透過についての相対帯域幅はわずか９％である。さらに、デュアルバンド平板は、二重層ＦＳＳ構造を使用し、これは加工の困難さ及びコストを増大させる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、既存のデュアルバンド平板での低周波数透過において相対帯域幅がわずか９％であり、二重層構造の加工の困難さが大きく、コストが高いという課題を解決するために、単一層二重共振ＦＳＳを提供する。
【０００７】
第１の態様によれば、周波数選択性表面ＦＳＳが提供され、ＦＳＳが、均一に配置された複数のＦＳＳユニットを含み、各ＦＳＳユニットが誘電体スラブ及びＮ個の正方形リング金属パッチを含み、Ｎ個の正方形リング金属パッチが、誘電体スラブの第１の表面上に積層され、ＦＳＳユニットがさらに、十字型金属パッチを含み、十字型金属パッチが誘電体スラブの第１の表面上に積層され、誘電体スラブの第１の表面を等しい面積を有する４個の部分に分割し、各部分が同じ数の正方形リング金属パッチを有し、Ｎ個の正方形リング金属パッチが整列して配置され、Ｎが４の正の整数乗であり、２つの互いに垂直な方向における十字型金属パッチの長さが等しく、各方向における長さが第１の波長の０．２５から０．７５倍であり、隣接するパッチ間のギャップの幅が第２の波長の０．０２から０．０６倍であり、第１の波長が、ＦＳＳの透過帯域中心波長に対応する、誘電体スラブ内の波長であり、第２の波長が、ＦＳＳの反射帯域中心波長に対応する、真空内の波長である。
【０００８】
低周波数透過帯域幅は、本発明の実施形態ではより大きい。さらに、単一層構造が使用され、構造は単純である。したがって、従来の印刷回路基板技術が、実装のために使用可能であり、加工の困難さ及びコストが低減される。
【０００９】
第１の態様を参照して、第１の態様の第１の可能な実装例において、正方形リング金属パッチの中心線の周長が第２の波長の０．５から１．５倍であり、中心線が、正方形リング金属パッチの外側リングと内側リングとの間の中間に配置される。
【００１０】
第１の態様を参照して、第１の態様の第２の可能な実装例において、誘電体スラブの厚さが、第１の波長の半分である。本発明の実施形態において、誘電体スラブの前面ファセットからの透過電磁波の反射は、誘電体スラブの背面ファセットからの反射と互いにオフセットされ、そのため、低周波数帯域透過帯域幅が増大する。
【００１１】
第１の態様、または第１の態様の第１もしくは第２の可能な実装例を参照して、第１の態様の第３の可能な実装例において、ＦＳＳユニット内の誘電体スラブがＮ個の穴を有し、Ｎ個の穴の位置が、Ｎ個の正方形リング金属パッチの位置と一対一対応し、穴の面積が、正方形リング金属パッチの内側リングの面積よりも小さい。本発明の実施形態において、低周波数バンドパス等価回路の等価Ｑ値が低減可能であり、そのため低周波数帯域透過帯域幅をさらに増大させることができる。
【００１２】
第１の態様の第３の可能な実装例を参照して、第１の態様の第４の可能な実装例において、Ｎ個の穴の中心が、Ｎ個の正方形リング金属パッチによって覆われた誘電体スラブの中心位置にそれぞれ配置される。したがって、低周波数帯域透過帯域幅の増大の効果がより良好になる。
【００１３】
第１の態様、または第１の態様の第１もしくは第２の可能な実装例を参照して、第１の態様の第５の可能な実装例において、Ｎが４に等しく、各方向における十字型金属パッチの長さが第１の波長の０．３から０．６倍であり、正方形リング金属パッチの中心線の周長が第２の波長の１．０から１．５倍であり、中心線が、正方形リング金属パッチの外側リングと内側リングとの間の中間に配置される。パッチの大きさは、本実施形態ではさらに制限され、ＦＳＳユニットが４個の正方形リング金属パッチを含む具体的な場合により良好に適合できる。このようにすると、本実施形態におけるＦＳＳユニットは、より大きな低周波数透過帯域幅を得ることができる。
【００１４】
第１の態様、または第１の態様の第１もしくは第２の可能な実装例を参照して、第１の態様の第６の可能な実装例において、Ｎが１６に等しく、各方向における十字型金属パッチの長さが第１の波長の０．４から０．７倍であり、正方形リング金属パッチの中心線の周長が、第２の波長の０．７から１．３倍であり、中心線が、正方形リング金属パッチの外側リングと内側リングとの中間に配置される。パッチの大きさは、本実施形態ではさらに制限され、ＦＳＳユニットが１６個の正方形リング金属パッチを含む具体的な場合により良好に適合できる。このようにすると、本実施形態におけるＦＳＳユニットは、より大きな低周波数透過帯域幅を得ることができる。
【００１５】
より大きな低周波数透過帯域幅が、本発明の実施形態において提供可能である。さらに、単一層構造が使用され、構造が単純である。したがって、従来の印刷回路基板技術が実装のために使用可能であり、低い加工困難性及び低い加工コストを含む利点が存在する。
【００１６】
本発明の実施形態または従来技術の技術的解決手段をより明確に説明するために、以下に、本実施形態または従来技術を説明するために必要な添付図面を簡単に説明する。明らかに、以下の説明における添付図面は、本発明のいくつかの実施形態を単に示すのみであり、当業者は、創造的な努力なしに、これらの添付図面から他の図面を依然として導きうる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】デュアルバンドパラボラアンテナの概略的な構造図である。
【図２】既存のデュアルバンド平板ユニットの３次元構造の図である。
【図３（ａ）】本発明に従うＦＳＳユニットの３次元構造の概略図である。
【図３（ｂ）】本発明に従うＦＳＳユニットの平面構造の概略図である。
【図４】本発明に従うＦＳＳの３次元構造の概略図である。
【図５】図３（ｂ）が拡張された後に形成された平面構造の概略図である。
【図６】単一の正方形リング金属パッチの平面構造の図である。
【図７（ａ）】本発明の実施形態に従う低周波数帯域の反射係数のシミュレーションの図である。
【図７（ｂ）】本発明の実施形態に従う高周波数帯域の透過係数のシミュレーションの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態における技術的解決手段を、本発明の実施形態において添付した図面を参照して明確かつ完全に説明する。明らかに、説明される実施形態は、本発明のすべての実施形態ではなくむしろ一部である。本発明の実施形態に基づいて、創造的な努力なしに当業者によって得られるその他全ての実施形態は、本発明の保護範囲内に含まれるものである。
【００１９】
以下の説明において、限定ではなくむしろ例示として、特定のシステム構造、インターフェース及び技術などの具体的な詳細が、本発明の完全な理解のために提供される。しかし、当業者であれば、本発明はこれらの具体的な詳細を有さないその他の実施形態において実施されうることを知るべきである。別の場合には、本発明が不要な詳細によって曖昧にならないように説明されるように、周知の装置、回路及び方法の詳細な説明が省略される。
【００２０】
「第１」及び「第２」などの通常の数字は、本発明の実施形態の中で言及される場合、それら通常の数字が文脈により間違いなく順序を表しているのでなければ、識別のために使用されるだけである。
【００２１】
当業者の理解を助けるために、以下の実施形態は、本発明において提供される技術的解決手段を説明するために、本発明において使用される。
【００２２】
図１は、デュアルバンドパラボラアンテナの構造図を示す。デュアルバンドパラボラアンテナは、一次反射体と、二次反射体とを含み、低周波数フィード及び高周波数フィードが一次反射体を共有することが、図から見て取れる。本発明の実施形態において提供されたＦＳＳは、二次反射体として使用されうる。二次反射体は双曲線として設計され、双曲線の虚焦点及び一次反射体の実焦点は重複し、異なる周波数のフィードはそれぞれ双曲線の虚焦点及び実焦点に配置される。ＦＳＳは、虚焦点に位置する低周波数フィードによって送信された電磁波を透過し、実焦点に位置する高周波数フィードによって送信された電磁波を反射し、それによってデュアルバンド多重機能を実現する。
【００２３】
本発明の実施形態はＦＳＳを提供し、ＦＳＳは、均一に配置された複数のＦＳＳユニットを含む。各ＦＳＳユニットは、誘電体スラブ及びＮ個の正方形リング金属パッチを含み、Ｎ個の正方形リング金属パッチは、誘電体スラブの第１の表面に積層される。図３（ａ）及び３（ｂ）はそれぞれ、ＦＳＳユニットの可能な３次元構造の図及び可能な平面構造の図を示す。ＦＳＳユニット３００はさらに、十字型金属パッチ３０２を含む。
【００２４】
十字型金属パッチ３０２は、誘電体スラブ３０１の第１の表面上に積層され、誘電体スラブ３０１の第１の表面を等しい面積を有する４つの部分に分割し、各部分は、同じ量の正方形リング金属パッチ３０３を有し、Ｎ個の正方形リング金属パッチ３０３は整然と配列され、Ｎは４の正の整数乗である。２つの互いに垂直な方向の十字型金属パッチ３０２の長さは等しく、各方向の長さは第１の波長の０．２５から０．７５倍であり、隣接するパッチ間のギャップの幅は第２の波長の０．０２から０．０６倍であり、第１の波長はＦＳＳの透過帯域の中心周波数に対応する、誘電体スラブ３０１中の波長であり、第２の波長はＦＳＳの反射帯域の中心周波数に対応し、真空中の波長である。
【００２５】
具体的に、周波数（ｆ）と波長（λ）との間の関係は、ｖ＝ｆ×λであり、ｖは誘電体中の光の速さを表す。真空中では、ｖは光速に等しく、すなわち３×１０８ｍ／ｓである。誘電体中では、ｖは誘電体の屈折率に関連する。誘電体スラブ３０１の屈折率がｎである場合、ｖ＝光速／ｎである。
【００２６】
ＦＳＳの全体の構造が図４に示されている。ＦＳＳは、ｘ軸に沿ってまず周期的に配置され、次いでｙ軸に沿って周期的に配置された、またはｙ軸に沿ってまず周期的に配置され、次いでｘ軸に沿って周期的に配置されたＦＳＳユニット３００を含むことが、図４から見て取れる。
【００２７】
１６個の正方形リング金属パッチ３０３を含むＦＳＳユニット３００が、図３（ａ）及び図３（ｂ）の例において使用されているが、正方形リング金属パッチ３０３の具体的な数は限定されない。実際には、各ＦＳＳユニット３００に含まれる正方形リング金属パッチ３０３の数は、４、１６、６４などでありえ、具体的な場合に従って設定される必要がある。
【００２８】
図５は、図３（ａ）に示されたＦＳＳユニットがｘ軸及びｙ軸に沿って順に周期的に配置された後に得られる部分的な概略図である。図５において、中央部の１６個の正方形リング金属パッチ３０３及び十字型金属パッチが配置される部分は、図３（ｂ）に示されたＦＳＳユニット３００である。
【００２９】
具体的に、正方形リング金属パッチ３０３は金属であり、周期的に配置されている。したがって、正方形リング金属パッチ３０３はインダクタと等価でありえ、正方形リング金属パッチ３０３の間のギャップはキャパシタと等価でありうる。周期的配置の後、ＦＳＳ構造は、直列に接続されたキャパシタ及びインダクタと等価でありうる。正方形リング金属パッチ３０３の大きさが小さいため、正方形リング金属パッチ３０３の等価回路は、高周波数帯域（例えば、約８０ＧＨｚの周波数帯域）の直列共振を発生させる。ＦＳＳ構造全体は壁と等価であり、そのため、良好な反射特性を呈する。十字型金属パッチ３０２と正方形リング金属パッチ３０３との間のギャップは、「２×２グリッド」ギャップを形成することができる（図５の右下隅における２×２グリッドにおいて実線で示されている）。「２×２グリッド」ギャップはキャパシタと等価でありえ、「２×２グリッド」ギャップ間の金属はインダクタと等価でありうる。周期的な配置の後、ＦＳＳ構造は、並列に接続されたキャパシタ及びインダクタと等価でありうる。「２×２グリッド」ギャップの大きさが大きいため、ギャップの等価回路は低周波数帯域（例えば、約２０ＧＨｚの周波数帯域）の並列共振を発生させる。ＦＳＳ構造全体は存在しないものとして考えられ、そのため、良好な透過特性を呈する。
【００３０】
さらに、本発明のこの実施形態において、各ＦＳＳユニット３００に含まれる正方形リング金属パッチ３０３の数は、４の正の整数乗である。これにより、正方形リング金属パッチ３０３は、確実に、分割によって十字型金属パッチによって得られ、誘電体スラブ３０１の第１の表面上にある４つの領域内で均一に積層されることができ、確実に、共振が低周波数帯域及び高周波数帯域の両方で発生可能であるように全てのギャップの幅が設計範囲内にあることができる。このようにすると、本発明のこの実施形態において提供されるＦＳＳは、高周波数反射特性及び低周波数透過特性を有する。
【００３１】
任意選択的に、誘電体スラブ３０１の厚さは第１の波長の半分であり、第１の波長はＦＳＳの透過帯域の中心周波数に対応する、誘電体スラブ３０１内の波長である。第１の波長の半分である厚さを有する誘電体スラブ３０１が使用される場合、前面ファセット反射及び背面ファセット反射は同じ強度及び逆位相を有し、そのため、透過電磁波の前面ファセットからの反射は、背面ファセットからの反射と互いにオフセットされ、ＦＳＳの透過帯域幅を増大させる。
【００３２】
さらに、Ｎ個の穴３０４が、誘電体スラブ３０１に設計されうる。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、Ｎ個の穴３０４は、Ｎ個の正方形リング金属パッチ３０３と一対一対応しており、低周波数帯域におけるバンドパス等価回路（直列共振）のＱ値を減少させることができる。その結果、ＦＳＳの透過帯域幅がさらに増大される。Ｎ個の穴３０４の中心はそれぞれ、Ｎ個の正方形リング金属パッチ３０３によって覆われた誘電体スラブ３０１の中心位置に配置される。誘電体スラブ３０１の第１の表面に対して垂直な方向に沿って観察すると、穴３０４の中心及び正方形リング金属パッチ３０３の中心が重複することが示される。
【００３３】
最も単純な実装例に関して、穴３０４は円形であることは理解されるべきである。しかし、別の形状も、ＦＳＳの透過帯域幅を増大させうる。したがって、穴３０４の形状は本発明のこの実施形態に限定されない。
【００３４】
任意選択的に、デュアルバンドアンテナが通常動作する高周波数帯域（約８０ＧＨｚ）及び低周波数帯域（約１８ＧＨｚ）におけるより良好な高周波数反射性能及び低周波数透過性能を達成するために、正方形リング金属パッチ３０３及び十字型金属パッチ３０２の大きさ並びにそれらの間の位置関係はさらに、ＦＳＳユニット３００が別個に４個及び１６個の正方形リング金属パッチ３０３を含む２つの典型例において定義される。
【００３５】
（１）ＦＳＳユニット３００が４個の正方形リング金属パッチ３０３を含む場合、２つの互いに垂直な方向における十字型金属パッチ３０２の長さは等しく、各方向の長さは第１の波長の０．３から０．６倍である。正方形リング金属パッチ３０３の中心線の周長は、第２の波長の１．０から１．５倍であり、隣接するパッチ間のギャップの幅は、第２の波長の０．０２から０．０６倍である。
【００３６】
（２）ＦＳＳユニット３００が１６個の正方形リング金属パッチ３０３を含む場合、２つの互いに垂直な方向における十字型金属パッチ３０２の長さは等しく、各方向における長さは第１の波長の０．４から０．７倍である。正方形リング金属パッチ３０３の中心線の周長は、第２の波長の０．７から１．３倍であり、隣接するパッチ間のギャップの幅は第２の波長の０．０２から０．０６倍である。
【００３７】
第１の波長は、ＦＳＳの透過帯域の中心周波数に対応する、誘電体スラブ３０１内の波長であり、第２の波長は、ＦＳＳの反射帯域の中心周波数に対応する、真空中の波長であることに注意すべきである。正方形リング金属パッチ３０３の中心線は、図６内に点線で示されており、正方形リング金属パッチ３０３の外側リングと内側リングとの間の中間に配置される。
【００３８】
さらに、特定の反射帯域中心周波数及び特定の透過帯域中心周波数は、４つのパラメータ、すなわち正方形リング金属パッチ３０３の中心線の周長、隣接する正方形リング金属パッチ３０３間の中心距離（すなわち、正方形リング金属パッチ３０３の辺の長さと隣接するパッチ間のギャップの幅の和）、十字型金属パッチ３０２の長さの合計（２つの互いに垂直な方向における長さの和）、および隣接するパッチ間のギャップの幅を調整することによってより良好に適合されうる。例えば、ＦＳＳユニット３００は、１６個の正方形リング金属パッチ３０３を含み、８０ＧＨｚの反射帯域中心周波数及び１８ＧＨｚの透過帯域中心周波数で動作する。この場合、効果は以下の設定方法においてより良好になる。正方形リング金属パッチ３０３の中心線の周長は０．９６λ１に設定され、隣接する正方形リング金属パッチ３０３の間の中心距離は０．３３λ１に設定され、十字型金属パッチ３０２の長さの合計は１．０９λ２に設定され、隣接するパッチ間のギャップの幅は０．０１５λ２に設定される。λ１は８０ＧＨｚに対応する真空での波長であり、具体的には３．７５ｍｍである。λ２は１８ＧＨｚに対応する誘電体での波長である。誘電体スラブ３０１の比誘電率が２．８であれば、λ２の具体的な値は９．６９ｍｍである。
【００３９】
同じ条件において、反射帯域中心周波数が変化しないが、透過帯域中心周波数が１５ＧＨｚに変化する場合、効果は以下の設定方法においてより良好になる。正方形リング金属パッチ３０３の中心線の周長が１．２８λ１に設定され、隣接する正方形リング金属パッチ３０３間の中心距離が０．４１λ１に設定され、十字型金属パッチ３０２の長さの合計が１．０９λ２に設定され、隣接するパッチ間のギャップの幅が０．０１３λ２に設定される。この場合、λ１は依然として３．７５ｍｍである。誘電体スラブ３０１の比誘電率が依然として２．８であるならば、λ２の具体的な値は１１．９５ｍｍに変化する。
【００４０】
さらに、ＦＳＳユニット３００が１６個の正方形リング金属パッチ３０３を含む例において、誘電体スラブ３０１の厚さは第１の波長の半分であり、Ｎ個の穴３０４が誘電体スラブ３０１上に設計され、Ｎ個の穴３０４の位置がそれぞれＮ個の正方形リング金属パッチ３０３に対応し、Ｎ個の穴３０４の中心がそれぞれ、Ｎ個の正方形リング金属パッチ３０３によって覆われた誘電体スラブ３０１の中心位置に配置される。この場合、ＦＳＳの低周波数透過性能及び高周波数反射性能がそれぞれ図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されている。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明のこの実施形態におけるシミュレーション結果を示している。反射係数が−１０ｄＢ未満である場合、動作帯域は１６．２２ＧＨｚから２１．２６ＧＨｚであり、絶対帯域幅は２１．２６−１６．２２＝５．０４ＧＨｚであり、中心周波数は１８．７４ＧＨｚであることが、図７（ａ）から見て取れる。したがって、相対帯域幅は２６．９％（５．０４／１８．７４）に達することができ、従来技術の低周波数帯域透過についての相対帯域幅よりもはるかに大きい。透過係数が−１５ｄＢよりも小さい場合、動作帯域は６０ＧＨｚから１１０ＧＨｚであり、絶対帯域幅は１１０−６０＝５０ＧＨｚであり、中心周波数は８５ＧＨｚであることが、図７（ｂ）から見て取れる。したがって、相対帯域幅は５８．８％（５０／８５）に達することができ、これも、従来技術の高周波数帯域反射についての相対帯域幅よりも大きい。
【００４１】
結論として、本発明のこの実施形態において、より大きな低周波数透過帯域幅及び高周波数反射帯域幅を提供することができ、性能は既存のデュアルバンド平板の解決手段におけるものよりも良好である。さらに、ＦＳＳは、誘電体スラブ３０１の単一の表面に設計され、構造は単純である。したがって、従来の印刷回路基板技術を実装に使用することができ、低い加工の困難さ及び低い加工コストを含む利点が存在する。
【００４２】
前述の説明は、本発明の具体的な実装例に過ぎないが、本発明の保護範囲を限定することを意図されるものではない。本発明において開示された技術的範囲内で、当業者によって容易に理解される任意の変形または置換は、本発明の保護範囲内に含まれるものである。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲にあるものである。
【符号の説明】
【００４３】
３００  ＦＳＳユニット
３０１  誘電体スラブ
３０２  十字型金属パッチ
３０３  正方形リング金属パッチ
３０４  穴
【図１】
2019525656.tif 000003
【図２】
2019525656.tif 000004
【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
2019525656.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
2019525656.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月12日(2019.2.12)
【手続補正１】
【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】
周波数選択性表面（ＦＳＳ）であって、前記ＦＳＳが、均一に配置された複数のＦＳＳユニットを含み、各ＦＳＳユニットが誘電体スラブ及びＮ個の正方形リング金属パッチを含み、前記Ｎ個の正方形リング金属パッチが、前記誘電体スラブの第１の表面上に積層され、前記ＦＳＳユニットがさらに、十字型金属パッチを含み、
前記十字型金属パッチが前記誘電体スラブの前記第１の表面上に積層され、前記誘電体スラブの前記第１の表面を等しい面積を有する４個の部分に分割し、各部分が同じ数の前記正方形リング金属パッチを有し、前記Ｎ個の正方形リング金属パッチが整列して配置され、Ｎが４の正の整数乗であり、
２つの互いに垂直な方向における前記十字型金属パッチの長さが等しく、各方向における長さが第１の波長の０．２５から０．７５倍であり、隣接するパッチ間のギャップの幅が第２の波長の０．０２から０．０６倍であり、前記第１の波長が、前記ＦＳＳの透過帯域中心周波数に対応する、前記誘電体スラブ内の波長であり、前記第２の波長が、前記ＦＳＳの反射帯域中心周波数に対応する、真空内の波長である、ＦＳＳ。
【請求項２】
前記正方形リング金属パッチの中心線の周長が前記第２の波長の０．５から１．５倍であり、前記中心線が、前記正方形リング金属パッチの外側の縁と内側の縁との間の中間に配置された、請求項１に記載のＦＳＳ。
【請求項３】
前記誘電体スラブの厚さが、前記第１の波長の半分である、請求項１に記載のＦＳＳ。
【請求項４】
前記ＦＳＳユニット内の前記誘電体スラブがＮ個の穴を有し、前記Ｎ個の穴の位置が、前記Ｎ個の正方形リング金属パッチの位置と一対一対応し、前記穴の面積が、前記正方形リング金属パッチの内側の縁によって囲まれる領域の面積よりも小さい、請求項１から３のいずれか一項に記載のＦＳＳ。
【請求項５】
前記Ｎ個の穴の中心が、前記Ｎ個の正方形リング金属パッチによって覆われた前記誘電体スラブの中心位置にそれぞれ配置された、請求項４に記載のＦＳＳ。
【請求項６】
Ｎが４に等しく、各方向における前記十字型金属パッチの長さが前記第１の波長の０．３から０．６倍であり、
前記正方形リング金属パッチの中心線の周長が前記第２の波長の１．０から１．５倍であり、前記中心線が、前記正方形リング金属パッチの外側の縁と内側の縁との間の中間に配置された、請求項１から３のいずれか一項に記載のＦＳＳ。
【請求項７】
Ｎが１６に等しく、各方向における前記十字型金属パッチの長さが前記第１の波長の０．４から０．７倍であり、
前記正方形リング金属パッチの中心線の周長が、前記第２の波長の０．７から１．３倍であり、前記中心線が、前記正方形リング金属パッチの外側の縁と内側の縁との中間に配置された、請求項１から３のいずれか一項に記載のＦＳＳ。
【請求項８】
アンテナであって、前記アンテナが一次反射体と周波数選択性表面（ＦＳＳ）とを含み、低周波数フィード及び高周波数フィードが前記一次反射体を共有し、前記ＦＳＳが、均一に配置された複数のＦＳＳユニットを含み、各ＦＳＳユニットが誘電体スラブ及びＮ個の正方形リング金属パッチを含み、前記Ｎ個の正方形リング金属パッチが、前記誘電体スラブの第１の表面上に積層され、前記ＦＳＳユニットがさらに、十字型金属パッチを含み、
前記十字型金属パッチが前記誘電体スラブの前記第１の表面上に積層され、前記誘電体スラブの前記第１の表面を等しい面積を有する４個の部分に分割し、各部分が同じ数の前記正方形リング金属パッチを有し、前記Ｎ個の正方形リング金属パッチが整列して配置され、Ｎが４の正の整数乗であり、
２つの互いに垂直な方向における前記十字型金属パッチの長さが等しく、各方向における長さが第１の波長の０．２５から０．７５倍であり、隣接するパッチ間のギャップの幅が第２の波長の０．０２から０．０６倍であり、前記第１の波長が、前記ＦＳＳの透過帯域中心周波数に対応する、前記誘電体スラブ内の波長であり、前記第２の波長が、前記ＦＳＳの反射帯域中心周波数に対応する、真空内の波長である、アンテナ。
【請求項９】
前記正方形リング金属パッチの中心線の周長が前記第２の波長の０．５から１．５倍であり、前記中心線が、前記正方形リング金属パッチの外側の縁と内側の縁との間の中間に配置された、請求項８に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記誘電体スラブの厚さが、前記第１の波長の半分である、請求項８に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記ＦＳＳユニット内の前記誘電体スラブがＮ個の穴を有し、前記Ｎ個の穴の位置が、前記Ｎ個の正方形リング金属パッチの位置と一対一対応し、前記穴の面積が、前記正方形リング金属パッチの内側の縁によって囲まれる領域の面積よりも小さい、請求項８から１０のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記Ｎ個の穴の中心が、前記Ｎ個の正方形リング金属パッチによって覆われた前記誘電体スラブの中心位置にそれぞれ配置された、請求項１１に記載のアンテナ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、無線通信技術の分野、特に単一層二重共振周波数選択性表面（ＦＳＳ）に関する。
【手続補正３】
【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】
第１の態様によれば、周波数選択性表面（ＦＳＳ）が提供され、ＦＳＳが、均一に配置された複数のＦＳＳユニットを含み、各ＦＳＳユニットが誘電体スラブ及びＮ個の正方形リング金属パッチを含み、Ｎ個の正方形リング金属パッチが、誘電体スラブの第１の表面上に積層され、ＦＳＳユニットがさらに、十字型金属パッチを含み、十字型金属パッチが誘電体スラブの第１の表面上に積層され、誘電体スラブの第１の表面を等しい面積を有する４個の部分に分割し、各部分が同じ数の正方形リング金属パッチを有し、Ｎ個の正方形リング金属パッチが整列して配置され、Ｎが４の正の整数乗であり、２つの互いに垂直な方向における十字型金属パッチの長さが等しく、各方向における長さが第１の波長の０．２５から０．７５倍であり、隣接するパッチ間のギャップの幅が第２の波長の０．０２から０．０６倍であり、第１の波長が、ＦＳＳの透過帯域中心波長に対応する、誘電体スラブ内の波長であり、第２の波長が、ＦＳＳの反射帯域中心波長に対応する、真空内の波長である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
第１の態様を参照して、第１の態様の第１の可能な実装例において、正方形リング金属パッチの中心線の周長が第２の波長の０．５から１．５倍であり、中心線が、正方形リング金属パッチの外側の縁と内側の縁との間の中間に配置される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
第１の態様、または第１の態様の第１もしくは第２の可能な実装例を参照して、第１の態様の第３の可能な実装例において、ＦＳＳユニット内の誘電体スラブがＮ個の穴を有し、Ｎ個の穴の位置が、Ｎ個の正方形リング金属パッチの位置と一対一対応し、穴の面積が、正方形リング金属パッチの内側の縁によって囲まれる領域の面積よりも小さい。本発明の実施形態において、低周波数バンドパス等価回路の等価Ｑ値が低減可能であり、そのため低周波数帯域透過帯域幅をさらに増大させることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
第１の態様、または第１の態様の第１もしくは第２の可能な実装例を参照して、第１の態様の第５の可能な実装例において、Ｎが４に等しく、各方向における十字型金属パッチの長さが第１の波長の０．３から０．６倍であり、正方形リング金属パッチの中心線の周長が第２の波長の１．０から１．５倍であり、中心線が、正方形リング金属パッチの外側の縁と内側の縁との間の中間に配置される。パッチの大きさは、本実施形態ではさらに制限され、ＦＳＳユニットが４個の正方形リング金属パッチを含む具体的な場合により良好に適合できる。このようにすると、本実施形態におけるＦＳＳユニットは、より大きな低周波数透過帯域幅を得ることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
第１の態様、または第１の態様の第１もしくは第２の可能な実装例を参照して、第１の態様の第６の可能な実装例において、Ｎが１６に等しく、各方向における十字型金属パッチの長さが第１の波長の０．４から０．７倍であり、正方形リング金属パッチの中心線の周長が、第２の波長の０．７から１．３倍であり、中心線が、正方形リング金属パッチの外側の縁と内側の縁との中間に配置される。パッチの大きさは、本実施形態ではさらに制限され、ＦＳＳユニットが１６個の正方形リング金属パッチを含む具体的な場合により良好に適合できる。このようにすると、本実施形態におけるＦＳＳユニットは、より大きな低周波数透過帯域幅を得ることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
第１の波長は、ＦＳＳの透過帯域の中心周波数に対応する、誘電体スラブ３０１内の波長であり、第２の波長は、ＦＳＳの反射帯域の中心周波数に対応する、真空中の波長であることに注意すべきである。正方形リング金属パッチ３０３の中心線は、図６内に点線で示されており、正方形リング金属パッチ３０３の外側の縁と内側の縁との間の中間に配置される。
【国際調査報告】
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