(57)【要約】  本発明の構造体は、第１導体エレメント（１１）と、第１導体エレメント（１１）に対向する導体パターン（１９）と、を備える。導体パターン（１９）において第１導体エレメント（１１）に対向する部分は、開放端（１４１）を有する線路部（１４）と、線路部（１４）を部分的に包囲している開口（１３）と、開口（１３）を包囲しており線路部（１４）と連続している第２導体エレメント（１２）と、を含み、第１導体エレメント（１１）と線路部（１４）はマイクロストリップ線路（１６）を構成する。
2011068238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つ以上の第１導体エレメントと、前記第１導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第２導体エレメントを有する導体パターンと、前記第１導体エレメントと前記第２導体エレメントとの間に容量を生じさせる第１媒体と、を備え、
前記第１導体エレメントと前記導体パターンは、前記第１媒体を介して対向し、
前記第２導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第２導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第２導体エレメントに包囲されており、
前記第１導体エレメントと前記線路部は、マイクロストリップラインを構成する、
ことを特徴とする構造体。
【請求項２】
前記導体パターンは、周期的に配置された複数の前記第２導体エレメントを有し、
前記第１導体エレメントは、それぞれ隣り合う前記第１導体エレメントと連続して配置され、
前記第２導体エレメントは、それぞれ隣り合う前記第２導体エレメントと離間して配置され、前記開口と前記線路部を前記第１導体エレメントに対応して備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記導体パターンは、周期的に配置された複数の前記第２導体エレメントを有し、
前記第１導体エレメントは、それぞれ隣り合う前記第１導体エレメントと離間して配置され、
前記第２導体エレメントは、それぞれ隣り合う前記第２導体エレメントと連続しており、前記開口と前記線路部を前記第１導体エレメントに対応して備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
少なくとも一つ以上の第３導体エレメントと、前記第２導体エレメントと前記第３導体エレメントとの間に容量を生じさせる第２媒体と、を更に備え、
前記第３導体エレメントは、前記第２媒体を介し、少なくとも２以上の前記第２導体エレメントにわたって対向する、
ことを特徴とする請求項２に記載の構造体。
【請求項５】
少なくとも一つ以上の第３導体エレメントと、前記第１導体エレメントと前記第３導体エレメントとの間に容量を生じさせる第３媒体と、を更に備え、
前記第３導体エレメントは、前記第３媒体を介し、少なくとも２以上の前記第１導体エレメントにわたって対向する、
ことを特徴とする請求項３に記載の構造体。
【請求項６】
前記線路部と、前記開口と、前記第２導体エレメントと、該線路部又は該第２導体エレメントと対向する部分の前記第１導体エレメントとを有する単位セルが、一次元配列されている、
ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項７】
前記線路部と、前記開口と、前記第２導体エレメントと、該線路部又は該第２導体エレメントと対向する部分の前記第１導体エレメントとを有する単位セルが、二次元配列されている、
ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項８】
前記線路部の線路長が、複数の前記線路部で略同一である、
ことを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項９】
前記線路部が前記第２導体エレメントと接続する接続部は、前記導体パターンにおいて周期的に配置されている、
ことを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１０】
前記線路部の形状及び寸法が複数の前記線路部で略同一であり、前記開口の形状及び寸法が前記導体パターン内で略同一である
ことを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１１】
前記線路部が、前記第２導体エレメントと同一材料からなり、該第２導体エレメントと一体のものである、
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１２】
前記線路部は、幅が略均一な帯形状である、
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１３】
前記線路部の形状が、略直線形状である、
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１４】
前記線路部の形状が、略折れ線形状である、
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１５】
前記線路部の形状が、ミアンダ形状、ループ形状、又はスパイラル形状である、
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１６】
前記線路部は、互いに長さが異なる複数の分岐線を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１７】
前記開口における前記第２導体エレメント側の周形状が略多角形である、
ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１８】
構造体と、給電部と、を備えるアンテナであって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第１導体エレメントと、前記第１導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第２導体エレメントを有する導体パターンと、前記第１導体エレメントと前記第２導体エレメントとの間に容量を生じさせる第１媒体と、を備え、
前記第１導体エレメントと前記導体パターンは、前記第１媒体を介して対向し、
前記第２導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第２導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第２導体エレメントに包囲されており、
前記給電部は、該構造体の前記第１導体エレメント又は前記導体パターンと電気的に接続する、
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項１９】
前記構造体の前記第１導体エレメント又は前記導体パターンに近接し対向して配置された電磁波放射面を有するアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントと電気的に接続する給電部と、を更に備え、
前記構造体により反射板が構成されている、
ことを特徴とする請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２０】
構造体を備えるプリント基板であって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第１導体エレメントと、前記第１導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第２導体エレメントを有する導体パターンと、前記第１導体エレメントと前記第２導体エレメントとの間に容量を生じさせる第１媒体と、を備え、
前記第１導体エレメントと前記導体パターンは、前記第１媒体を介して対向し、
前記第２導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第２導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第２導体エレメントに包囲されており、
前記第１導体エレメントと前記線路部は、マイクロストリップラインを構成する、
ことを特徴とするプリント基板。
【請求項２１】
前記構造体により反射板が構成される、
ことを特徴とする請求項２０に記載のプリント基板。
【請求項２２】
前記プリント基板に複数のデバイスが設けられており、前記デバイス間における電磁波の伝播経路の少なくとも１つを遮って、前記構造体が設けられている、
ことを特徴とする請求項２１に記載のプリント基板。
【請求項２３】
構造体を備える伝送線路導波管変換器であって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第１導体エレメントと、前記第１導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第２導体エレメントを有する導体パターンと、前記第１導体エレメントと前記第２導体エレメントとの間に容量を生じさせる第１媒体と、を備え、
前記第１導体エレメントと前記導体パターンは、前記第１媒体を介して対向し、
前記第２導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第２導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第２導体エレメントに包囲されており、
前記第１導体エレメントと前記線路部は、マイクロストリップラインを構成する、
ことを特徴とする伝送線路導波管変換器。
【請求項２４】
構造体と、給電部と、を備えるアンテナをアレイ要素として、複数のアレイ要素を同一平面に配置して構成されるアレイアンテナであって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第１導体エレメントと、前記第１導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第２導体エレメントを有する導体パターンと、前記第１導体エレメントと前記第２導体エレメントとの間に容量を生じさせる第１媒体と、を備え、
前記第１導体エレメントと前記導体パターンは、前記第１媒体を介して対向し、
前記第２導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第２導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第２導体エレメントに包囲されており、
前記給電部は、該構造体の前記第１導体エレメント又は前記導体パターンと電気的に接続する、
ことを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項２５】
構造体と給電部とを有するアンテナと、該アンテナと接続する送信機又は受信機の少なくとも一方と、を備え、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第１導体エレメントと、前記第１導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第２導体エレメントを有する導体パターンと、前記第１導体エレメントと前記第２導体エレメントとの間に容量を生じさせる第１媒体と、を備え、
前記第１導体エレメントと前記導体パターンは、前記第１媒体を介して対向し、
前記第２導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第２導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第２導体エレメントに包囲されており、
前記給電部は、該構造体の前記第１導体エレメント又は前記導体パターンと電気的に接続する、
ことを特徴とする電子装置。
【請求項２６】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の構造体、請求項１８又は１９に記載のアンテナ、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載のプリント基板、請求項２３に記載の伝送線路導波管変換器、及び請求項２４に記載のアレイアンテナの少なくとも１つを備えることを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造体、プリント基板、アンテナ、伝送線路導波管変換器、アレイアンテナ、および電子装置に関する。詳しくは、右手左手系複合媒質を含んで構成されて電磁波に対する分散関係が制御された構造体、及びこの構造体を含んだ、プリント基板、アンテナ、伝送線路導波管変換器、アレイアンテナ、電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線機器等の電子装置において、アンテナの小型化・薄型化が望まれている。これは、高密度実装によるスペース確保が困難であることや、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）の導入によりアンテナ数が増加すること等に起因する。特に小型・軽量・薄型が求められるモバイル用途では、アンテナの小型化・薄型化が重要視されている。【０００３】
構造中を伝播する電磁波の分散関係を人工的に制御する技術として、メタマテリアル技術が提案されている。また、メタマテリアルの一形態として、アンテナを小型化することができる右手/左手複合（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｒｉｇｈｔ  ａｎｄ  Ｌｅｆｔ  Ｈａｎｄｅｄ：ＣＲＬＨ）線路が知られている。ＣＲＬＨ線路の分散関係は、右手系媒質の電磁波の伝送特性を示す周波数帯（右手系バンド）と左手系媒質の伝送特性を示す周波数帯（左手系バンド）に分類される。【０００４】
特許文献１は、導体プレーン、導体パッチ、導体ビアを含む単位セルが周期的に配置された構成を有するアンテナを開示している。特許文献１が開示するアンテナは、単位セルが周期的に配置された構造を有し、ＣＲＬＨ線路として動作する。また、特許文献１が開示するアンテナは、ＣＲＬＨ線路の左手系周波数領域における線路長共振を利用して構成されている。【０００５】
通常の媒質は、右手系媒質である。右手系媒質は、媒質中を伝播する電磁波の周波数が低いほど波長が長くなる。したがって、通常の媒質によるアンテナは、動作周波数が低くなるほど大型になる。これに対して、左手系媒質は、媒質中を伝播する電磁波の周波数が低いほど電磁波の波長が短くなる。特許文献１が開示するように、左手系媒質によりアンテナを構成すれば、共振器サイズを小さくすることができ、アンテナの小型化を実現することができる。【０００６】
特許文献１が開示するアンテナは、導体プレーンと導体パッチとの間に導体エレメントを備える。これにより、特許文献１が開示するアンテナは、互いに隣接する導体パッチ間の容量を増加させることができ、動作周波数帯を低周波化することができる。また、特許文献１が開示するアンテナは、導体プレーンの導体ビアとの接続部付近にスリットを備え、コプレナーラインを形成している。これにより、特許文献１が開示するアンテナは、導体プレーンと導体パッチ間のインダクタンスを増加させることができ、動作周波数帯を低周波化することができる。【０００７】
また、左手系バンドと右手系バンドとの間にバンドギャップを有する構造体を設計することも可能である。このようなバンドギャップを有する構造体は、電磁バンドギャップ構造（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ＢａｎｄＧａｐ、ＥＢＧ構造）と呼ばれる。ＥＢＧ構造は、バンドギャップの付近で、入射電磁波を同相で反射する磁気壁として機能する。ＥＢＧ構造をアンテナ背面に設置すると、放射効率を落とすことなく、アンテナの低背化を実現することができる。また、ＥＢＧ構造を用いて、電磁波によるノイズの対策を行うことも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１７６８２７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１が開示するＣＲＬＨ線路は、導体プレーンと導体パッチとを接続するために導体ビアを備える必要があるため、シンプルな構成にすることができないという問題がある。【００１０】
上述のようにＣＲＬＨ線路は、左手系媒質あるいはＥＢＧ構造として、電子装置の小型化やノイズ対策等に有効な構造体である。このような構造体は、電子装置を小型化するために、シンプルで信頼性の高い構成であることが求められる。【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み成されたものであり、ＣＲＬＨ線路として機能するシンプルな構成の構造体、低コストで高信頼性のプリント基板、アンテナ、伝送線路導波管変換器、アレイアンテナ、電子装置、を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る構造体は、
少なくとも一つ以上の第１導体エレメントと、前記第１導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第２導体エレメントを有する導体パターンと、前記第１導体エレメントと前記第２導体エレメントとの間に容量を生じさせる第１媒体と、を備え、
前記第１導体エレメントと前記導体パターンは、前記第１媒体を介して対向し、
前記第２導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第２導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第２導体エレメントに包囲されており、
前記第１導体エレメントと前記線路部は、マイクロストリップラインを構成する、
ことを特徴とする。【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係るアンテナは、
構造体と、給電部と、を備えるアンテナであって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第１導体エレメントと、前記第１導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第２導体エレメントを有する導体パターンと、前記第１導体エレメントと前記第２導体エレメントとの間に容量を生じさせる第１媒体と、を備え、
前記第１導体エレメントと前記導体パターンは、前記第１媒体を介して対向し、
前記第２導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第２導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第２導体エレメントに包囲されており、
前記給電部は、該構造体の前記第１導体エレメント又は前記導体パターンと電気的に接続する、
ことを特徴とする。【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係るプリント基板は、
構造体を備えるプリント基板であって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第１導体エレメントと、前記第１導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第２導体エレメントを有する導体パターンと、前記第１導体エレメントと前記第２導体エレメントとの間に容量を生じさせる第１媒体と、を備え、
前記第１導体エレメントと前記導体パターンは、前記第１媒体を介して対向し、
前記第２導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第２導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第２導体エレメントに包囲されており、
前記第１導体エレメントと前記線路部は、マイクロストリップラインを構成する、
ことを特徴とする。【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の第４の観点に係る伝送線路導波管変換器は、
構造体を備える伝送線路導波管変換器であって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第１導体エレメントと、前記第１導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第２導体エレメントを有する導体パターンと、前記第１導体エレメントと前記第２導体エレメントとの間に容量を生じさせる第１媒体と、を備え、
前記第１導体エレメントと前記導体パターンは、前記第１媒体を介して対向し、
前記第２導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第２導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第２導体エレメントに包囲されており、
前記第１導体エレメントと前記線路部は、マイクロストリップラインを構成する、
ことを特徴とする。【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の第５の観点に係るアレイアンテナは、
構造体と、給電部と、を備えるアンテナをアレイ要素として、複数のアレイ要素を同一平面に配置して構成されるアレイアンテナであって、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第１導体エレメントと、前記第１導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第２導体エレメントを有する導体パターンと、前記第１導体エレメントと前記第２導体エレメントとの間に容量を生じさせる第１媒体と、を備え、
前記第１導体エレメントと前記導体パターンは、前記第１媒体を介して対向し、
前記第２導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第２導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第２導体エレメントに包囲されており、
前記給電部は、該構造体の前記第１導体エレメント又は前記導体パターンと電気的に接続する、
ことを特徴とする。【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の第６の観点に係る電子装置は、
構造体と給電部とを有するアンテナと、該アンテナと接続する送信機又は受信機の少なくとも一方と、を備え、
前記構造体は、
少なくとも一つ以上の第１導体エレメントと、前記第１導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第２導体エレメントを有する導体パターンと、前記第１導体エレメントと前記第２導体エレメントとの間に容量を生じさせる第１媒体と、を備え、
前記第１導体エレメントと前記導体パターンは、前記第１媒体を介して対向し、
前記第２導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第２導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第２導体エレメントに包囲されており、
前記給電部は、該構造体の前記第１導体エレメント又は前記導体パターンと電気的に接続する、
ことを特徴とする。【００１８】
上記目的を達成するため、本発明の第７の観点に係る電子装置は、
前記の本発明の第１の観点に係る構造体、前記の本発明の第２の観点に係るアンテナ、前記の本発明の第３の観点に係るプリント基板、前記の本発明の第４の観点に係る伝送線路導波管変換器、及び前記の本発明の第５の観点に係るアレイアンテナの少なくとも１つを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＣＲＬＨ線路として機能するシンプルな構成の構造体、低コストで高信頼性のプリント基板、アンテナ、伝送線路導波管変換器、アレイアンテナ、電子装置、を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態の構造体の（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図である。
【図２】一次元配列された単位セルの平面図である。
【図３】一次元配列された単位セルの等価回路図である。
【図４】図２と異なる位置の単位セルの平面図である。
【図５】図２と異なる位置の単位セルの等価回路図である。
【図６】本発明に係る構造体の分散関係を示すグラフである。
【図７】第１実施形態の他の構造体の平面図である。
【図８】第１実施形態の他の構造体の平面図である。
【図９】第１実施形態の他の構造体の平面図である。
【図１０】第１実施形態の他の構造体の平面図である。
【図１１】第１実施形態の他の構造体の平面図である。
【図１２】第１実施形態の他の構造体の平面図である。
【図１３】第１実施形態の他の構造体の平面図である。
【図１４】第１実施形態の他の構造体の平面図である。
【図１５】第２実施形態の構造体の（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図である。
【図１６】第２実施形態の導体パッチの平面図である。
【図１７】第２実施形態の導体プレーンの平面図である。
【図１８】一次元配列された単位セルの平面図である。
【図１９】第２実施形態の他の構造体の平面図である。
【図２０】第２実施形態の他の構造体の平面図である。
【図２１】第２実施形態の他の構造体の平面図である。
【図２２】第３実施形態の構造体の（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２３】第３実施形態の導体パッチ間の容量部の概念図である。
【図２４】第３実施形態の導体パッチ間の容量部の等価回路図である。
【図２５】第３実施形態の他の構造体の断面図である。
【図２６】第３実施形態の他の構造体の平面図である。
【図２７】第３実施形態の他の構造体の平面図である。
【図２８】第３実施形態の他の構造体の平面図である。
【図２９】第４実施形態の構造体の（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３０】第４実施形態の構造体の（ａ）は補助パッチの平面図、（ｂ）は導体パッチの平面図、（ｃ）は導体パターンの平面図である。
【図３１】第５実施形態のアンテナの（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図である。
【図３２】第５実施形態の構造体の分散関係を示すグラフである。
【図３３】第５実施形態の他のアンテナの（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３４】第５実施形態の他のアンテナの（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図３５】第５実施形態の他のアンテナの平面図である。
【図３６】第５実施形態の他のアンテナの斜視図である。
【図３７】第５実施形態の他のアンテナの平面図である。
【図３８】第６実施形態のアンテナを示す断面図である。
【図３９】第７実施形態のプリント基板の（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４０】第８実施形態の伝送線路導波管変換器の（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図４１】第９実施形態のアレイアンテナの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係るアンテナとして機能する構造体について説明する。なお、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺が実際の構造と異なることがある。また、構成要素間の位置関係等について、ｘｙｚ座標系に基づいて説明する。このｘｙｚ座標系は、第１導体エレメント（ｆｉｒｓｔ  ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｅｌｅｍｅｎｔ）の面方向において互いに直交する２方向をｘ軸方向、ｙ軸方向としており、第１導体エレメントの法線方向をｚ軸方向としている。
【００２２】
［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る構造体１について説明する。図１（ａ）に示すように、構造体１は、第１導体エレメントとしての導体プレーン１１と、導体プレーン１１に対向する導体パターン１９とを備える。導体パターン１９は、導体プレーン１１から離間して配置されており、離間した方向に導体プレーン１１と重なり合っている。
【００２３】
導体パターン１９は、第２導体エレメント（ｓｅｃｏｎｄ  ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｅｌｅｍｅｎｔ）としての導体パッチ１２と、線路部としての配線１４を含んでいる。導体プレーン１１、導体パッチ１２は、例えば導体薄板や導体薄膜から構成される。導体プレーン１１は、例えば誘電体基板１０の一方の面に設けられ、導体パッチ１２は、例えば誘電体基板１０の他方の面に設けられる。誘電体基板１０は、例えばエポキシ樹脂基板、セラミック基板である。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように、導体パターン１９は、複数の導体パッチ１２を含んでいる。各導体パッチ１２は、開口１３を有し、配線１４を備える。導体パッチ１２は、ｘ方向とｙ方向に沿って略等ピッチで並んでおり、またｙ方向に略等ピッチで並んでいる。各導体パッチ１２は、いずれも導体プレーン１１と対向して配置されている。複数の導体パッチ１２は、互いに離間して配置されている。導体パッチ１２の平面形状は、特に限定されないが、例えば外形が略正方形の略枠形状である。
【００２５】
配線１４は、１以上の開放端１４１を有し、接続部１４２にて導体パッチ１２と連続しており、導体パッチ１２の枠形状内側に延在して配置されている。配線１４の平面形状は、特に限定されないが、例えば略直線帯状である。配線１４の幅は略均一である。本実施形態では、配線１４は、導体パッチ１２と一体に形成されるが、これに限らず、導体パッチ１２と独立して形成されていてもよい。また、図１（ｃ）に示すように、配線１４と配線１４に対向する部分の導体プレーン１１は、マイクロストリップ線路１６を構成している。
【００２６】
導体パッチ１２と配線１４との間は、開口１３になっている。開口１３は、接続部１４２を除いた部分の配線１４を取り囲んでいる。つまり、導体パッチ１２は、開口１３を有し、配線１４が開口１３の内部に設けられた構造である。導体パッチ１２、開口１３、配線１４は、同一平面上に形成されている。開口１３の平面形状は、特に限定されないが、例えば導体パッチ１２側の周（以下、開口の外周と称する）の形状と同様に、略正方形である。
【００２７】
配線１４は、導体パッチ１２と同一材料から構成される。例えば、導体薄板を母材として、この母材に略Ｕ字型の開口１３を形成する。これにより、配線１４は、導体パッチ１２と一体の構成になる。配線１４を導体パッチ１２と一体に形成すれば、導体パッチ１２と配線１４とを独立して形成するよりも、工数が少なくなる。また、配線１４と導体パッチ１２とを一体にすることにより、配線１４と導体パッチ１２との間の接触抵抗をなくすこともできる。
【００２８】
構造体１は、複数の単位セル１５を備えている。単位セル１５は、導体パッチ１２のピッチと同じピッチで区画される領域を有する部分である。例えば、導体パッチ１２のｘ方向のピッチがＰａであり、導体パッチ１２のｙ方向のピッチがＰａであるとすると、単位セル１５は、ｘ方向の寸法をＰａ、ｙ方向の寸法をＰａとする正方形領域を有する。
【００２９】
すなわち、単位セル１５は、１つの導体パッチ１２と、この導体パッチ１２に対向する部分の導体プレーン１１と、この導体パッチ１２と導通する配線１４を有している。構造体１は、単位セル１５が二次元配列された構成になっている。単位セル１５が有する導体パッチ１２、開口１３、配線１４は、それぞれの寸法及び形状が、複数の単位セル１５で略同一である。このように、複数の単位セル１５で構成要素の形状及び寸法を揃えることで、構造体１の設計は容易になる。
【００３０】
単位セル１５は、一元的に配列されると、図２に示すような構成となる。このとき、１つの単位セル１５の等価回路は、図３に示すような回路となる。単位セル１５が二次元的に配置されている場合の単位セル１５あたりの等価回路図は、単位セル１５が配列される１方向の回路構成に着目すると、単位セル１５が一次元的に配置されている場合の単位セル１５あたりの等価回路図と同様である。
【００３１】
図３に示す等価回路において、容量ＣＲは導体パッチ１２と導体プレーン１１との間に生じる単位セル１５あたりの容量を意味し、インダクタンスＬＲは導体パッチ１２と導体プレーン１１との間に生じる単位セル１５あたりのインダクタンスを意味する。容量ＣＬは隣接する２つの導体パッチ１２間の容量を意味する。マイクロストリップ線路１６が容量ＣＲと並列にシャントされていることは、配線１４が一部（接続部１４２）のみで導体パッチ１２と連続していることを意味する。配線１４が開放端１４１を含んでいるので、マイクロストリップ線路１６の終端は開放となる。上述のように、配線１４の幅が略均一になっていれば、配線１４の部分ごとのインダクタンス及び容量の分布は、配線１４で均一になり、後述するＥＢＧ構造としての特性や左手系媒質としての特性は良好になる。
【００３２】
図４に示すような領域である単位セル１５ｂの等価回路は、図５に示すような回路となる。図２に示した単位セル１５は配線１４を中心とする領域であるのに対して、図４に示した単位セル１５ｂは、配線１４を端とする領域である。単位セル１５ｂの位置は、単位１５の位置からｘ方向にずれている。
【００３３】
図３に示す等価回路と図５に示す等価回路を比較すると、単位セルの取り方の違いにより、単位セルあたりの等価回路が異なる。しかしながら、単位セルが周期配列されている場合には、構造体１の面方向を伝播する電磁波の特性は、単位セルの取り方に依存しない。すなわち、構造体１を伝播する電磁波の特性は、図５に示した等価回路図におけるインピーダンスＺとアドミタンスＹの周波数特性により定まる。
【００３４】
構造体１の電磁波伝播特性は、図６に示すようなグラフで表される。図６において、縦軸は周波数ｆを表し、横軸は波数β（＝２π／λ）を表している。実線は、構造体１において単位セル１５が周期配列しているとみなした場合の本実施形態の分散関係（分散曲線）を表す。二点鎖線は、比較例の分散関係であり、導体パッチ１２及び配線１４に代えて導体プレーン１１を配置したもの、すなわち２枚の導体板が互いに平行に配置された平行平板導波路の分散関係を表す。
【００３５】
比較例の平行平板導波路の分散関係において、波数βと周波数ｆは比例関係が成り立つ。比較例において、波数βに対する周波数ｆの傾きｆ／βは、光速ｃを用いて以下の式（１）で表される。
ｆ／β＝ｃ／（２π・（εｒ・μｒ）１／２）  ・・・（１）
このように波数βが大きくなるにつれて周波数ｆが高くなる分散関係を示す媒質は、右手系媒質と呼ばれる。一方、波数βが大きくなるにつれて周波数ｆが低くなる分散関係を示す媒質は、左手系媒質と呼ばれる。
【００３６】
実線で示す構造体１の分散特性は、波数βが大きくなるにつれて周波数ｆが高くなる右手系バンドと、波数βが大きくなるにつれて周波数ｆが低くなる左手系バンドとを含んでいる。右手系バンドと左手系バンドとの間は、電磁波の伝播が禁制されるバンドギャップになる。
【００３７】
媒質の分散関係において、所定の周波数ｆに対応する波数βが大きくなるほど、この媒質を伝播する電磁波の波長λ（λ＝２π／β）は短くなる。電磁波の波長λが小さくなるほど、共振器を小型にすることができ、例えば共振器アンテナを小型化することができる。すなわち、周波数ｆに対する波数βが、比較例よりも大きくなる条件を満たすことにより、共振器の小型化が可能となる。また、実施例の構造体は、バンドギャップに対応する周波数帯の電磁波を同相で反射する磁気壁となっており、例えば所定の電磁波を反射させる反射板として機能させることもできる。
【００３８】
左手系バンドは、図５に示すインピーダンスＺが容量性（インピーダンスＺの虚部が負）、かつアドミタンスＹが誘導性（アドミタンスＹの虚部が負）となる周波数帯である。アドミタンスＹは、マイクロストリップ線路１６の入力アドミタンスと、容量ＣＲとにより定まる。マイクロストリップ線路１６の入力アドミタンスは、マイクロストリップ線路１６の線路長および実効誘電率により定まる。ある周波数におけるマイクロストリップ線路１６の入力アドミタンスは、線路長および実効誘電率により容量性もしくは誘導性となる。マイクロストリップ線路１６の実効誘電率は、導体プレーン１１と配線１４との間を満たす物質、例えば誘電体基板１０の材質により決まる。
【００３９】
以上のような構成の構造体１において、マイクロストリップ線路１６の線路長は配線１４の形状や寸法により定まるので、マイクロストリップ線路１６の線路長として選択可能な数値範囲は格段に広くなる。マイクロストリップ線路１６の線路長の設計自由度が高いため、アドミタンスＹの設計自由度も高くなり、構造体の分散関係を容易に制御することができる。これにより、例えばバンドギャップを所望の周波数帯に設定することが容易になり、構造体１を所望の帯域においてＥＢＧ構造や左手系媒質として動作させることが容易になる。
【００４０】
このように本発明に係る構造体１は、導体プレーン１１を含む導体層、導体パターン１９を含む導体層の導体２層構造でＣＲＬＨ線路を実現することができる。したがって、導体プレーン１１と導体パターン１９とを導通させるための導体ビアを備える必要がなくなり、シンプルな構成のＣＲＬＨ線路にすることができる。さらに、導体ビアを備えないことにより、構造体１の製造コストを下げることができる。また、導体ビアを備えないことにより、導体ビアの接続不良による信頼性低下や、経時劣化等による導体ビアの接続抵抗の変化による構造体１の特性変化を回避することもできる。
【００４１】
構造体１において、マイクロストリップ線路１６の線路長を長くするほど、バンドギャップは低周波化される。線路長を長くすることが容易であるので、バンドギャップを容易に低周波化することができる。したがって、バンドギャップを低周波化する観点で、マイクロストリップ線路１６の実効誘電率を高くする必要性は低くなる。このため、導体プレーン１１と配線１４との間を満たす物質の選択自由度は高くなり、構造体１を低コストにすることが可能になる。
【００４２】
構造体１は、バンドギャップの帯域を制御することが容易であるので、電磁波を同相で反射する磁気壁として振舞う帯域や、左手系媒質として振舞う帯域を容易に制御することができる。これにより、構造体１を所望の周波数帯で反射板やアンテナの共振器として利用することができる。
また、本実施形態のようにすれば、第１導体エレメントと線路部から伝送線路（マイクロストリップ線路）が構成され、かつこの伝送線路の一方の端部が開放端をなしているため、もう一方の端部から見たときの入力インピーダンスが誘導性の振る舞いと示す周波数帯域においてＣＲＬＨ線路として機能する。
開放端を有する伝送線路の入力インピーダンスが誘導性を示す帯域は、線路部の線路長と第１導体エレメントと導体パターンとの間の物質に依存するが、線路部の線路長と第１導体エレメントと導体パターンとの間の物質の誘電率に応じて線路部の線路長を調整することにより、ＣＲＬＨ線路の特性を設計可能である。したがって、第１導体エレメントと導体パターンとの間の物質の選択自由度が高くなり、所望の特性の左手系媒質あるいはＥＢＧ構造として振舞う構造体を低コストで実現することができる。
第１導体エレメントと導体パターンとを導通させる導体ビアが不要であり、導体ビアを省く分だけ構成をシンプルにすることができる。
【００４３】
［変形例］
なお、本発明の技術範囲は第１実施形態に限定されるものではない。本発明の構造体は、発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。以下、本発明の構造体の変形例について説明する。
【００４４】
第１実施形態では、複数の単位セル１５で各種要素の形状や寸法が揃っている構成を例示したが、図７に示す構造体１Ｂのように、複数の配線の形状は互いに異なってもよい。構造体１Ｂは、複数の導体パッチ１２を含み、導体パッチ１２ごとに配線を備えている。複数の配線１４、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、形状や延在方向が互いに異なっている。複数の配線１４、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、各々の線路長が略同一であり、対応する導体パッチ１２との接続部がピッチＰａで周期的に配置されている。
【００４５】
このように、配線の線路長が複数の配線で略同一であって、接続部の位置が略周期的になっていれば、この構成に対応する等価回路は、図３や図５に示す等価回路と同じになる。つまり、配線の線路長が等しければ、その形状は電磁波伝播特性に影響をほとんど及ぼさない。配線の平面形状は、略直線形状の他に、折れ線形状や曲線形状、これらを組み合わせた形状であってもよい。ただし、ＥＢＧ構造あるいは左手系媒質としての特性を良好にする観点で、配線の幅を配線の延在方向で略均一にすることが好ましい。
【００４６】
単位セルの寸法を大きくすることなく線路長を長く設定したい場合には、図８に示す構造体１Ｃのように、ミアンダ形状の配線１４ｅを採用してもよい。
【００４７】
また、ミアンダ形状の配線１４ｅに代えて、図９に示す構造体１Ｄのように、ループ形状の配線１４ｆを採用してもよい。
【００４８】
さらに、図１０に示す構造体１Ｅのように、スパイラル形状の配線１４ｇを採用してもよい。
【００４９】
配線がいずれの形状である場合でも、線路長を調整することにより等価回路図におけるマイクロストリップ線路１６の入力アドミタンスを調整することができる。線路長を長くすると、マイクロストリップ線路１６の入力アドミタンスが誘導性から容量性に変わる周波数を低くすることができ、左手系バンドの上限周波数を低くすることができる。すなわち、配線の線路長を設計することにより、左手系バンドを設計することができ、例えば左手系バンドを低周波化することができる。
【００５０】
第１実施形態では、分岐していない配線１４を線路部としていたが、図１１に示す構造体１Ｆのように、複数の分岐線を含んだ配線１４ｈを線路部として採用してもよい。配線１４ｈは、導体パッチ１２と接続部１４５で連続しており、接続部１４５以外の部分で導体パッチ１２の内周から離れている。配線１４ｈは、分岐部１４６を含んでおり、さらに分岐部１４６を起点とする分岐線１４３、１４４を含んでいる。分岐線１４３、１４４において、分岐部１４６と反対側の端部は、それぞれ開放端である。分岐部１４６から分岐線１４３に沿って分岐線１４３の開放端に至る長さ、すなわち分岐線１４３の線路長は、分岐線１４４の線路長と異なっている。このように、互いに線路長が異なる分岐線を含む線路部を構成すれば、マイクロストリップ線路１６のアドミタンスＹが容量性から誘導性に変わる周波数を調整することができ、自由度の高い帯域設計が可能となる。
【００５１】
また、分岐線を用いる代わりに、図１２に示す構造体１Ｇのように、互いに独立した複数の配線１４ｉ、１４ｊからなる線路部を設けてもよい。配線１４ｉは、接続部１４５にて導体パッチ１２と連続している。配線１４ｊは、接続部１４５と異なる位置の接続部１４７にて導体パッチ１２と連続している。配線１４ｉの線路長は、配線１４ｊの線路長と異なっている。このような構成を採用しても、自由度の高い帯域設計が可能となる。
【００５２】
第１実施形態では、外形が略正方形の導体パッチ１２を、互いに直交する２方向に正方格子状に２次元周期配列する例を示したが、導体パッチ１２の形状及び配列については適宜変更可能である。また、開口１３の外周形状についても適宜変更可能である。
【００５３】
例えば、図１３に示す構造体１Ｈのように、導体パッチ１２ｂの外形が略長方形であって、開口１３ｂの外周形状が略長方形であってもよい。
【００５４】
また、図１４に示す構造体１Ｉのように、導体パッチ１２ｃの外形が略正６角形であって、開口１３ｃの外周形状が略正６角形であってもよい。
【００５５】
導体パッチの外形、開口の外周形状は、略三角形や略正六角形のような多角形であってもよいし、また円形や楕円、角を丸めた多角形等であってもよい。ただし、正三角形や矩形、正６角形のように平面的、周期的に理論上無限に敷きつめることが可能な形状は、円形や楕円のように、周期的に敷き詰めた場合に無駄な領域が多くなる形状に比べて、単位セルの集積度を高める上で有利である。導体パッチ、開口の配列は、正方格子状であってもよいし、三角格子状であってもよい。
【００５６】
導体プレーン１１、導体パッチ１２間の物質は、導体プレーン１１と導体パッチ１２との間に容量が生じるものであればよく、例えば空気等のガスや液状体であってもよい。導体プレーン１１、導体パッチ１２間をガスあるいは液状体で満たすには、例えば、導体プレーン１１を第１の基板の表面に設けるとともに、導体パッチ１２を第２の基板の表面に設ける。導体プレーン１１と導体パッチ１２とが向かい合うように、第１の基板と第２の基板とをギャップをもって対向させて固定する。そして、第１の基板と第２の基板との間に、雰囲気ガスや適宜選択されるガスあるいは液状体等を満たせばよい。
【００５７】
また、第２の基板に設けられた導体パッチ１２に対して導体プレーン１１がギャップを有するように、導体プレーン１１を第２の基板に取り付けてもよい。例えば、第２の基板に設けられた導体パターンとスペーサーを介して、導体プレーン１１を第２の基板に誘電性の接着剤等により接着してもよい。
【００５８】
導体プレーン１１と導体パッチ１２とが向かい合う方向の反対側、すなわち導体プレーン１１と導体パッチ１２との外側に、導体プレーン１１あるいは導体パッチ１２を覆って誘電体膜等の各種機能膜や各種基板を設けてもよい。
【００５９】
また、構造体１は、ガラス基板やシリコン基板を基体として、基体上に半導体技術等を応用して形成することも可能である。例えば、構造体１は、基体上に、導体プレーン１１、誘電体膜、導体パターン１９を順次形成することにより作製することも可能である。構造体１は、基体上に導体パターン１９、誘電体膜、導体プレーン１１を順次形成して、導体パターン１９が基体側（下地側）に配置される構成にしてもよい。各層の形成には、各種成膜法、フォトリソグラフィー法、エッチング法等を適宜用いることが可能である。導体材料は、例えば銅やアルミニウムなどの金属を用いることができる。誘電体膜は、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。
【００６０】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る構造体２について説明する。図１５（ａ）に示すように、構造体２は、導体パターンとしての導体プレーン２１と、第１導体エレメントとしての導体パッチ２２とを備える。複数の導体パッチ２２は、導体プレーン２１に対向して設けられている。
【００６１】
導体プレーン２１は、例えば誘電体基板２０を挟んで複数の導体パッチ２２と対向して配置されている。図１５（ｂ）に示すように、導体プレーン２１は、開口２３を有し、線路部としての配線２４を備えている。
【００６２】
導体パッチ２２は、図１６に示すように、ｘ方向のピッチがＰａでありｙ方向のピッチがＰａの正方格子状に配列されている。複数の導体パッチ２２は、互いに離間して配置されている。
【００６３】
配線２４は、導体プレーン２１において、導体パッチ２２と対向する部分ごとに設けられている。開口２３の外側の部分は、導体パッチ２２と対向する部分の導体プレーン２１において、第２導体エレメントに相当する。すなわち、第２実施形態に係る構造体２は、図１７に示すように、隣り合う第２導体エレメントが連続して一体になる構造である。
【００６４】
開口２３は、配線２４の起点（配線２４の一部分）を除いて、配線２４を取り囲んでいる。つまり、導体プレーン２１は開口２３を有し、配線２４は開口２３の内部に設けられた構造である。導体プレーン２１、開口２３、配線２４は、同一平面上に形成されている。配線２４は、配線２４以外の部分の導体プレーン２１と同一の形成材料からなり、導体プレーン２１と一体のものである。例えば、導体薄板に複数の開口２３を周期的に形成することにより、配線２４と一体になった導体プレーン２１が形成される。
【００６５】
図１５（ｃ）に示すように、マイクロストリップ線路２６は、配線２４と、配線２４に対向する部分の導体パッチ２２とにより構成されている。構造体２は、ｘ方向の寸法がＰａであってｙ方向の寸法がＰａである正方形領域有する部分を単位セル２５とし、単位セル２５が周期的に二次元配列された構成である。第１実施形態で説明したように、単位セル２５の位置は任意の取り方が可能である。単位セル２５は、１つの導体パッチ２２と、この導体パッチ２２と対向する部分の導体プレーン２１、開口２３、配線２４を有している。なお、図１８に示すように、単位セル２５が一次元的に配列されている構成を採用してもよい。
【００６６】
構造体２の単位セル２５あたりの等価回路図は、図５に示す第１実施形態の構造体１と同様である。構造体２の導体プレーン２１と導体パッチ２２との間を伝播する電磁波の特性は、図６に示す構造体１における電磁波伝播特性と同様である。マイクロストリップ線路２６の線路長は、配線２４の形状や寸法により定まる。マイクロストリップ線路２６の線路長の設計自由度が高いため、構造体の分散関係を容易に制御することができる。これにより、例えばバンドギャップを所望の周波数帯に設定することが容易になり、構造体２を所望の帯域においてＥＢＧ構造や左手系媒質として動作させることが容易になる。
【００６７】
以上のような構成の構造体２は、第１実施形態と同様に、導体プレーン２１を含む導体層、複数の導体パッチ２２からなる導電層の導体２層構造でＣＲＬＨ線路を実現することができる。したがって、導体プレーン２１と導体パッチ２２とを導通させるための導体ビアを設ける必要がなくなり、シンプルな構成のＣＲＬＨ線路にすることができる。これにより、構造体２は、低コストかつ高信頼性のものになる。
【００６８】
構造体２において、マイクロストリップ線路２６の線路長を長くするほど、バンドギャップは低周波化される。線路長を長くすることが容易であるので、バンドギャップを容易に低周波化することができる。したがって、バンドギャップを低周波化する観点で、開口２３を広げる必要性や、マイクロストリップ線路２６の実効誘電率を高くする必要性は低くなる。また、構造体２は、開口２３を広げる必要性が低いので、単位セルを小面積化することが可能になる。また、構造体２は、マイクロストリップ線路２６の実効誘電率を高くする必要性が低いので、導体パッチ２２と配線２４との間を満たす物質の選択自由度が高くなり、低コストにすることが可能になる。
【００６９】
構造体２は、バンドギャップの帯域を制御することが容易であるので、電磁波を同相で反射する磁気壁として振舞う帯域や、左手系媒質として振舞う帯域を容易に制御することができる。これにより、構造体２を所望の周波数帯で反射板やアンテナの共振器として利用することができる。
【００７０】
［変形例］
なお、第２実施形態の構造体２に対しても第１実施形態と同様に、各種変形が可能である。
【００７１】
図１９に示すように、構造体２Ｂは、導体パターンとしての導体プレーン２１を備える。導体プレーン２１はそれぞれ開口２３を有している。線路部は、開口２３ごとに設けられている。配線２４、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは、線路部として設けられ、形状や延在方向が互いに異なるが、線路長が略同一である。配線２４、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの起点（接続部）は、ピッチＰａで周期的に配置されている。
【００７２】
このように、配線の線路長が複数の配線で略同一であって、接続部の位置が略周期的になっていれば、この構成に対応する等価回路は、図３や図５に示す等価回路と同じになる。つまり、配線の線路長が等しければ、その形状は電磁波伝播特性にほとんど影響を及ぼさない。配線の平面形状は、略直線形状の他に、折れ線形状や曲線形状、これらを組み合わせた形状であってもよい。
【００７３】
また、図２０に示す構造体２Ｃのように、複数の分岐線を含んだ配線２４ｅを線路部として採用してもよい。配線２４ｅは、接続部２４１を起点として、開口２３に囲まれる部分に延在している。配線２４ｅは、分岐部２４２を含んでおり、さらに分岐部２４２を起点とする分岐線２４３、２４４を含んでいる。分岐線２４３、２４４において分岐部２４２と反対側の端部は、それぞれ開放端である。分岐部２４２から分岐線２４３に沿って分岐線２４３の開放端に至る長さ、すなわち分岐線２４３の線路長は、分岐線２４４の線路長と異なる。このように、互いに線路長が異なる分岐線を含んで線路部を構成すれば、マイクロストリップ線路２６のアドミタンスＹが容量性から誘導性に変わる周波数を調整することができ、自由度の高い帯域設計が可能となる。
【００７４】
また、分岐線を用いる代わりに、図２１に示す構造体２Ｄのように、互いに独立した複数の配線２４ｉ、２４ｇからなる線路部を設けてもよい。配線２４ｉは、接続部２４５を起点としている。配線２４ｇは、接続部２４５と異なる位置の接続部２４６を起点にしている。配線２４ｉの線路長は、配線２４ｇの線路長と異なる。このような構成を採用しても、自由度の高い帯域設計が可能となる。
【００７５】
また、第１実施形態の変形例として説明したように、単位セルの寸法を大きくすることなく線路長を長く設定したい場合には、線路部の形状としてミアンダ形状やループ形状、スパイラル形状等を採用するとよい。線路長を長くすることにより図３もしくは図５に示す等価回路図におけるアドミタンスＹの周波数特性を調整することができ、左手系バンドを低周波化すること等ができる。
【００７６】
導体パッチ２２の平面形状や開口２３の外周形状は、正方形の他に、３角形、矩形、６角形等の多角形、円形や楕円形、これらを組み合わせた形状のいずれでもよい。単位セルの配列は、１次元周期配列、２次元周期配列のいずれでもよく、２次元周期配列を採用する場合には、三角格子状の配列や正方格子状の配列等を適宜選択して採用可能である。
【００７７】
導体パッチ２２は、誘電体基板２０を挟んで導体プレーン２１と対向していてもよいし、第１実施形態で説明したように、ガスや液状体、接着剤等を挟んで対向していてもよい。また、導体プレーン２１と導体パッチ２２とが向かい合う方向の反対側、すなわち導体プレーン２１と導体パッチ２２との外側に、導体プレーン２１あるいは導体パッチ２２を覆って誘電体膜等の各種機能膜や各種基板を設けてもよい。
【００７８】
また、構造体２は、ガラス基板やシリコン基板を基体として、基体上に半導体技術等を応用して形成することも可能である。例えば、構造体２は、基体上に、導体プレーン２１、誘電体膜、導体パッチ２２を順次形成することにより作製することも可能である。構造体２は、基体上に導体パッチ２２、誘電体膜、導体プレーン２１を順次形成して、導体パッチ２２が基体側に配置される構成にしてもよい。各層の形成には、各種成膜法、フォトリソグラフィー法、エッチング法等を適宜用いることが可能である。導体材料は、例えば銅やアルミニウムなどの金属を用いることができる。誘電体膜は、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。
【００７９】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る構造体を説明する。第３実施形態の構造体が第１実施形態と異なる点は、隣り合う２以上の第２導体エレメントにわたり、これら第２導体エレメントと対向して第３導体エレメント（ｔｈｉｒｄ  ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｅｌｅｍｅｎｔ）が設けられている点である。
【００８０】
図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、構造体３は、第１導体エレメントとしての導体プレーン３１、第２導体エレメントとしての導体パッチ３２、開口３３、線路部としての配線３４を備える。導体パターン３５は、導体パッチ３２、開口３３、及び配線３４を含んで構成されている。導体パターン３５は、例えば誘電体基板３０を挟んで導体プレーン３１と対向して配置されている。補助導体パッチ３８は、導体パッチ３２に対して導体プレーン３１の反対側に、第３導体エレメントとして設けられている。補助導体パッチ３８は、互いに隣接する２以上の導体パッチ３２と重なり合うように配置されている。補助導体パッチ３８は、例えば誘電体層３７を挟んで導体パッチ３２と対向して配置されている。
【００８１】
補助導体パッチ３８は、ｘ方向に隣接する２つの導体パッチ３２にわたって設けられており、また、ｙ方向に隣接する２つの導体パッチ３２にわたって設けられている。補助導体パッチ３８の平面形状は、導体パッチ３２が互いに離間する方向を短辺とする略長方形である。補助導体パッチ３８は、この補助導体パッチ３８に重なり合う２つの導体パッチ３２の各々との間で容量を発生し、導体パッチ３２付近に容量部３９が構成される。
【００８２】
容量部３９は、図２３に示すように、概念的に、導体パッチ３２間の容量Ｃ１、隣接する２つの導体パッチ３２の一方と補助導体パッチ３８との間の容量Ｃ２、隣接する２つの導体パッチ３２の他方と補助導体パッチ３８との間の容量Ｃ３、を有する。
【００８３】
図２４に示すように、容量Ｃ２は容量Ｃ３と直列に接続し、容量Ｃ２、Ｃ３が直列接続することで発生する容量は、容量Ｃ１と並列接続している。つまり、補助導体パッチ３８を備えることにより、容量ＣＬは第１実施形態と比較して、直列接続する容量Ｃ２、Ｃ３により形成される容量の分だけ大きくなる。
【００８４】
図３や図５に示す等価回路図において、容量ＣＬとインダクタンスＬＲからなる直列共振回路の共振周波数ｆｓｅは、図６に示した分散曲線におけるバンドギャップの下端もしくは上端のいずれかに相当する。左手系バンドを低周波側にずらしたいときに、共振周波数ｆｓｅがバンドギャップの下端に相当する場合には、共振周波数ｆｓｅを低くすればよい。バンドギャップを狭くしたいときに、共振周波数ｆｓｅがバンドギャップの上端に相当する場合には、共振周波数ｆｓｅを低くしてバンドギャップの上端を下端に近づけるとよい。特に、バンドギャップをなくすには、共振周波数ｆｓｅを低くしてバンドギャップの上端と下端の周波数を同じにすればよい。
【００８５】
共振周波数ｆｓｅを低くするには、容量ＣＬもしくはインダクタンスＬＲを大きくすればよい。構造体３のように、補助導体パッチ３８を設けると、導体パッチ３２、開口３３、配線３４の寸法を変えなくとも容量ＣＬの値を大きくすることが可能となる。また、導体パッチ３２と補助導体パッチ３８の間隔や、導体パッチ３２と重なる部分の補助導体パッチ３８の面積を調整することにより、容量Ｃ２、Ｃ３の値を調整することができ、容量ＣＬを容易に調整することができる。
【００８６】
以上のような構成の構造体３は、第１、第２実施形態と同様に、導体プレーン３１と導体パターン３５とを導通させるための導体ビアが不要であり、シンプルな構成でありながらＥＢＧ構造や左手系媒質として振舞うＣＲＬＨ線路にすることができる。
【００８７】
また、構造体３は、導体パッチ３２、開口３３、配線３４の寸法を大きくしなくとも容量ＣＬの値を大きくすることができる。したがって、単位セルを大型にすることなく、バンドギャップを低周波化することや、狭くすることや、なくすこと、ができる。よって、単位セルを高集積化することができるとともに、構造体３を所望の特性のＣＲＬＨ線路として機能させることが容易になる。
【００８８】
構造体３は、マイクロストリップ線路の線路長を長くすることが容易であるので、バンドギャップを容易に低周波化することができる。したがって、バンドギャップを低周波化する観点で、開口３３を広げる必要性や、マイクロストリップ線路の実効誘電率を高くする必要性は低くなる。これにより、構造体３は、単位セルを高集積化することや、低コストにすることが可能になる。
【００８９】
さらに、構造体３は、バンドギャップの帯域を制御することが容易であるので、電磁波を同相で反射する磁気壁として振舞う帯域や、左手系媒質として振舞う帯域を容易に制御することができる。これにより、構造体３を所望の周波数帯で反射板やアンテナの共振器として利用することができる。
【００９０】
［変形例］
なお、構造体３は、第１、第２実施形態の構造体、あるいは変形例の構造体のいずれであっても、第３導体エレメントを備えることにより容量ＣＬの値を大きくすることができ、電磁波伝播特性を容易に調整することができる。構造体３は、導体プレーン３１や補助導体パッチ３８を覆って、誘電体膜や保護膜、各種基板等を備えてもよい。第３導体エレメントの配置や形状は、例えば次に説明する変形例のように、適宜可能である。
【００９１】
図２５に示すように、構造体３Ｂは、第３実施形態の構造体３と異なり、補助導体パッチ３８が、導体パッチ３２に対して導体プレーン３１と同じ側に配置されている。補助導体パッチ３８は、誘電体基板３０を挟んで導体プレーン３１と対向して配置されている。誘電体層３７は、補助導体パッチ３８に対して、導体プレーン３１と反対側に設けられている。導体パターン３５は、導体プレーン３１と、誘電体基板３０及び誘電体層３７を挟んで配置される。このような構成であっても、構造体３Ｂは、補助導体パッチ３８により容量ＣＬの値を容易にかつ高い自由度で調整することができる。また、第３導体エレメントは、導体パッチ３２に対して、導体プレーン３１と同じ側及び反対側に、それぞれ設けられていてもよい。また、導体パターン３５を覆って誘電体膜や保護膜、各種基板等を設けてもよい。
【００９２】
また、第３実施形態では、補助導体パッチ３８の平面形状は長方形であるが、特に限定されない。補助導体パッチ３８を設計する上で重要なのは、補助導体パッチ３８において導体パッチ３２と対向する部分の面積であり、補助導体パッチ３８の平面形状は適宜変更可能である。例えば、図２６に示す構造体３Ｃのように、補助導体パッチ３８ｂの平面形状がひし形でもよい。
【００９３】
第３実施形態では、補助導体パッチ３８は、隣接する２つの導体パッチ３２と重なるように配置されているが、補助導体パッチ３８と重なる導体パッチ３２の数は複数であればよく、３以上であってもよい。例えば、図２７に示す構造体３Ｄのように、補助導体パッチ３８ｃを二次元配列された導体パッチ３２における２列２行の４つの導体パッチ３２に重なる構成にしてもよい。
【００９４】
さらに、図２８に示す構造体３Ｅのように、図１４に示した構造体１Ｉに対して、第３導体エレメントを設けることも可能である。構造体３Ｅは、導体パッチ３２ｂの外形が略正６角形であって、開口３３の外周形状が略正６角形である。導体パッチ３２ｂは、三角格子状に配列されている。補助導体パッチ３８ｄの外形は、特に限定されないが、例えば外形が略正６角形である。補助導体パッチ３８ｄは、３つの隣接する導体パッチ３２ｂの頂点が集まる位置付近に配置されており、これら３つの導体パッチ３２ｂと重なるように配置されている。
【００９５】
第３実施形態では、ｘ方向の導体パッチ３２間とｙ方向の導体パッチ３２間との双方に補助導体パッチ３８が配置されているが、ｘ方向の導体パッチ３２間、ｙ方向の導体パッチ３２間の一方のみに補助導体パッチ３８が配置される構成にしてもよい。このような構成にすれば、ＣＲＬＨ伝送線路の分散関係は、ｘ方向とｙ方向とで異方性を示す。すなわち、ｘ方向とｙ方向とで対称的に単位構造が配列されているが、ｘ方向とｙ方向で１／２波長共振が生じる周波数が異なる。
【００９６】
これにより、例えばデュアルバンドアンテナやマルチバンドアンテナを構成することが可能になる。また、ｘ方向の導体パッチ３２間に第１の補助導体パッチを配置するとともに、ｙ方向の導体パッチ３２間に第２の補助導体パッチを配置し、導体パッチと重なる部分の面積が第１、第２の補助導体パッチで異なる構成にしてもよい。この構成においても、ＣＲＬＨ伝送線路の分散関係は、ｘ方向とｙ方向とで異方性を示すようになる。
【００９７】
また、構造体３は、ガラス基板やシリコン基板を基体として、基体上に半導体技術等を応用して形成することも可能である。例えば、構造体３は、基体上に、導体プレーン３１、第１の誘電体膜、導体パッチ３２、第２の誘電体膜（誘電体層３７）、補助導体パッチ３８を順次形成することにより作製することも可能である。各層の形成には、各種成膜法、フォトリソグラフィー法、エッチング法等を適宜用いることが可能である。導体材料は、例えば銅やアルミニウムなどの金属を用いることができる。第１、第２の誘電体膜は、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。
【００９８】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係る構造体を説明する。第４実施形態の構造体が第３実施形態と異なる点は、第２実施形態の構造体に対して第３導体エレメントを設ける点である。
【００９９】
図２９（ａ）、（ｂ）に示すように、構造体４は、導体パターンとしての導体プレーン４１と、第１導体エレメントとしての導体パッチ４２とを備える。導体パッチ４２は、導体プレーン４１に対向して複数設けられている。導体パッチ４２は、例えば誘電体基板４０を挟んで導体プレーン４１と対向して配置されている。図３０（ｃ）に示すように、導体プレーン４１は、開口４３を有し、線路部としての配線４４を備えている。配線４４は、導体プレーン４１において、導体パッチ４２と対向する部分ごとに設けられている。補助導体パッチ４８は、導体パッチ４２に対して、導体プレーン４１と反対側に第３導体エレメントとして設けられている。補助導体パッチ４８は、互いに隣接する２以上の導体パッチ４２と重なり合うように配置されている。補助導体パッチ４８は、例えば誘電体層４７等を挟んで導体パッチ４２と対向して配置されている。
【０１００】
以上のような構成の構造体４は、第１、第２実施形態と同様に、導体プレーン４１と導体パッチ４２とを導通させるための導体ビアが不要であり、シンプルな構成でありながらＥＢＧ構造や左手系媒質として振舞うＣＲＬＨ線路にすることができる。
【０１０１】
また、構造体４は、第３実施形態と同様に、単位セルを大型にすることなく容量ＣＬを容易に調整することができる。これにより、単位セルを高集積化することができるとともに、構造体４を所望の特性のＣＲＬＨ線路として機能させることが容易になる。
【０１０２】
構造体４は、マイクロストリップ線路の線路長を長くすることが容易であるので、バンドギャップを容易に低周波化することができる。したがって、バンドギャップを低周波化する観点で、開口４３を広げる必要性や、マイクロストリップ線路の実効誘電率を高くする必要性は低くなる。これにより、構造体４は、単位セルを高集積化することや、低コストにすることが可能になる。
【０１０３】
さらに、構造体４は、バンドギャップの帯域を制御することが容易であるので、電磁波を同相で反射する磁気壁として振舞う帯域や、左手系媒質として振舞う帯域を容易に制御することができる。これにより、構造体４を反射板やアンテナの共振器として、所望の周波数帯で利用することができる。
【０１０４】
［変形例］
なお、構造体４も、第３実施形態と同様の変形や変更が可能である。例えば、補助導体パッチ４８は、導体パッチ４２に対して導体プレーン４１と同じ側に設けられていてもよい。また、第３導体エレメントは、導体パッチ４２に対して導体プレーン４１と同じ側及び反対側にそれぞれ設けられていてもよい。
【０１０５】
補助導体パッチ４８の平面形状は、ひし形や６角形等の多角形、円形や楕円、これらを組み合わせた形状のいずれの形状でもよい。
【０１０６】
また、補助導体パッチ４８は、導体パッチ４２間の容量ＣＬが異方性を有するように、ｘ方向、ｙ方向における配置を異ならせてもよく、形状等を異ならせてもよい。
【０１０７】
また、構造体４は、導体プレーン４１あるいは補助導体パッチ４８を覆って、誘電体膜や保護膜、各種基板等を設けてもよい。
【０１０８】
また、構造体４は、ガラス基板やシリコン基板を基体として、基体上に半導体技術等を応用して形成することも可能である。例えば、構造体４は、基体上に、導体プレーン４１、第１の誘電体膜、導体パッチ４２、第２の誘電体膜（誘電体層４７）、補助導体パッチ４８を順次形成することにより作製することも可能である。各層の形成には、各種成膜法、フォトリソグラフィー法、エッチング法等を適宜用いることが可能である。導体材料は、例えば銅やアルミニウムなどの金属を用いることができる。第１、第２の誘電体膜は、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。
【０１０９】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態に係るアンテナを説明する。本発明のアンテナは、本発明に係る構造体を備えて構成されている。
【０１１０】
図３１（ａ）に示すように、アンテナ５は、本発明に係る構造体５５、給電部５６を備える。構造体５５は、第１導体エレメントとしての導体プレーン５１と、導体パターン５９とを備えている。図３１（ｃ）に示すように、導体パターン５９は、例えば誘電体基板５０を挟んで導体プレーン５１と対向して配置されている。図３１（ｂ）に示すように、導体パターン５９は、第２導体エレメントとしての導体パッチ５２、開口５３、開放端５４１を有する線路部としての配線５４を含んでいる。導体パターン５９は、複数の導体パッチ５２を含んでいる。開口５３及び配線５４は、導体パッチ５２ごとに設けられている。
【０１１１】
構造体５５は、アンテナ５において共振器を構成している。構造体５５の分散関係は、アンテナ５の動作周波数の設計値に基づいて、設計値の電磁波に対して構造体５５が左手系媒質として振舞うように設計されている。
【０１１２】
本実施形態では、給電部５６は、導体パッチ５２の１つに接続している。構造体５５は、ｘ方向及びｙ方向に３つの単位セルが二次元配置された９つの単位セルにより構成されている。単位セルのピッチをＰａとすると、共振器の平面形状は、ｘ方向の寸法を３Ｐａとし、ｙ方向の寸法を３Ｐａとする略正方形である。
【０１１３】
ところで、一辺の長さＮ×Ｐａの正方形導体、誘電体板、および導体プレーンにより構成される共振器は、分散曲線上の波数β＝ｎπ／（Ｎ×Ｐａ）（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ−１）における周波数が共振周波数に相当することが知られている。構造体５５についても同様であり、格子定数（ピッチ）Ｐａの単位セルをＮ×Ｎ個２次元配列することにより一辺の長さがＮ×Ｐａの共振器を構成した場合、分散曲線上の波数β＝ｎπ／（Ｎ×Ｐａ）、（ただし、ｎ＝１、２、・・・、Ｎ−１）における周波数は、共振周波数に相当する。特に、β＝π／（Ｎ×Ｐａ）における周波数は、半波長共振周波数に相当する。
【０１１４】
アンテナ５の共振周波数と電磁波伝播の分散関係は、図３２に示すような対応関係になる。実線は、実施例２の分散関係であり、構造体５５における分散関係（分散曲線）を意味する。鎖線は、比較例２の分散関係であり、導体パッチ５２及び配線５４に代えて正方形導体を配置したもの、すなわち２枚の導体板が互いに平行に配置された平行平板における分散関係を意味する。
【０１１５】
例えば、Ｎ＝３、つまり共振器一辺の長さを３Ｐａとすると、分散のβ＝π／（３Ｐａ）における周波数は、半波長共振周波数に相当する。比較例２の共振器における半波長共振周波数ｆ０Ｃは、実施例２の共振器における半波長共振周波数ｆ０Ｍに比べて大きいことが分かる。比較例２の構成において、半波長共振周波数をｆ０Ｍにするには、共振器の寸法（一辺の長さ）をｆ０Ｃ／ｆ０Ｍ倍にしなければならない。換言すると、本発明に係る構造体により構成される共振器は、従来型に比べて共振器の寸法をｆ０Ｍ／ｆ０Ｃにすることができ、格段に小型化が可能である。
【０１１６】
ところで、ＣＲＬＨ線路の分散関係にバンドギャップが存在する場合に、ＣＲＬＨ線路のブロッホインピーダンスは、急峻な周波数依存性を持つことが知られている。そのため、ＣＲＬＨ線路は、バンドギャップを有する場合、給電部との広帯域なインピーダンス整合をとることが難しいことがある。このような理由により、アンテナの共振器として動作させるＣＲＬＨ線路は、アドミタンスＹとインピーダンスＺとで共振周波数を一致させてバンドギャップを消失させる条件を満たすように設計することが好ましい。共振周波数を調整するには、特に第３、第４実施形態で説明した第３導体エレメントを設ける構成が有効である。
【０１１７】
以上のような構成のアンテナ５は、左手系媒質として振舞う構造体５５により共振器を構成する。したがって、アンテナ５は、右手系媒質により構成された従来型の共振器よりも共振器を格段に小型にすることができ、アンテナ全体を格段に小型化することができる。また、アンテナ５は、共振器を本発明に係る構造体５５により構成されるので、共振器の構成がシンプルになり、低コストかつ高信頼性にすることができる。
【０１１８】
［変形例］
なお、アンテナ５の共振器は、第１〜第４実施形態の構造体、変形例の構造体のいずれを採用してもよい。例えば、単位セルが二次元周期配列されている構造体（図１（ｂ）、図１５（ｂ）参照）を採用してもよいし、単位セルが一次元周期配列されている構造体（図２、図１８参照）を採用してもよい。以下、いくつかの変形例のアンテナについて説明する。
【０１１９】
図３３（ａ）、（ｂ）に示すような変形例のアンテナ６を採用しても良い。アンテナ６は、１つの単位セルにより共振器が構成されている点で、第５実施形態のアンテナ５と異なる。
【０１２０】
アンテナ６は、構造体６５と給電部６６とを備えている。構造体６５は、第１導体エレメントとしての導体プレーン６１、第２導体エレメントとしての導体パッチ６２、開口６３、線路部としての配線６４を備えている。導体パッチ６２、開口６３、配線６４を含む導体パターンは、誘電体基板６０を挟んで導体プレーン６１と対向して配置されている。
【０１２１】
また、図３４（ａ）、（ｂ）に示すような変形例のアンテナ７を採用しても良い。アンテナ７は、第１導体エレメントと給電部が電気的に接続している点で、第５実施形態のアンテナ５と異なる。
【０１２２】
アンテナ７は、構造体７５と給電部７６とを備えている。構造体７５は、第１導体エレメントとしての導体プレーン７１、第２導体エレメントとしての導体パッチ７２、開口７３、線路部としての配線７４を備えている。給電部７６は、導体プレーン７１と導通している。導体パッチ７２、開口７３、配線７４を含んだ導体パターンは、導体プレーン７１と対向して配置されている。この導体パターンは、例えば導体薄板を母材としており、母材のｘ方向、ｙ方向にそれぞれ溝を形成して、溝に囲まれる部分を導体パッチ７２にしたものである。導体パッチ７２と一体の配線７４は、溝形成と同じ加工あるいは別の加工にて、開口７３を形成することにより形成されている。
【０１２３】
また、アンテナの共振器への給電方法は、公知のマイクロストリップアンテナ等の給電方法を適宜選択することができる。
【０１２４】
また、図３５に示すような変形例のアンテナ７Ｂを採用しても良い。に、アンテナ７Ｂは、構造体７５Ｂと給電部７６とを備えている。構造体７５Ｂは８つの単位セルを備えている。構造体７５Ｂは、３行３列の正方格子状の配列に対して、中心部を除いた８つの外周部の格子点のうちの１つに単位セルを配置しない構成である。給電部７６は、単位セルが配置されていない部分に延設され、中心部に配置された単位セルの導体パッチ７２と電気的に接続している。
【０１２５】
このような構成のアンテナ７Ｂは、マイクロストリップ線路の特性インピーダンスをアンテナ７Ｂの入力インピーダンスに近づけることが可能となり、結果として放射効率を向上させることができる。
【０１２６】
また、図３６に示すような変形例のアンテナ７Ｃを採用しても良い。アンテナ７Ｃは、構造体５５と、給電部としての同軸ケーブル７７とを備えている。同軸ケーブル７７は、信号線（例えば内導体）とグランド線（外導体）とを備えている。信号線は、導体パッチ７２の１つと、例えば導体ビアと電気的に接続している。グランド線は、導体プレーン７１と電気的に接続している。このような構成のアンテナ７Ｃは、給電用に導体ビアを備えているが、導体プレーン７１と導体パッチ７２とを接続するための導体ビアは不要である。仮に、導体プレーンと導体パッチとを接続する導体ビアを備えるとすると、アンテナ７Ｃは、導体パッチごとに導体ビアを備える必要があり、単位セルの数が増すほど製造コストの高騰や接続信頼性の低下等の不都合を招いてしまう。アンテナ７Ｃは、本発明に係る構造体を用いているので、このような不都合を回避することができる。
【０１２７】
また、図３７に示すような変形例のアンテナ７Ｄを採用しても良い。アンテナ７Ｄは、構造体７５Ｄと給電部７６とを備えている。構造体７５Ｄは、３行３列の正方格子状に配列された９つの単位セルを備えている。給電部７６は、外周に配置された単位セルとの容量結合により、この単位セルに給電するようになっている。本変形例では、給電部７６は略Ｔ字状になっており、単位セルに非接触で接近する先端部と、先端部に連続した配線部とを備えている。先端部は、構造体の外周の中央に配置される１つの単位セルに沿って設けられている。この単位セルの導体パッチ７２と先端部とが容量を介して結合しており、この単位セルに給電可能になっている。
【０１２８】
［第６実施形態］
次に、第６実施形態に係るアンテナについて説明する。第６実施形態のアンテナが第５実施形態と異なる点は、本発明に係る構造体を反射板として採用している点である。ここでは、本発明に係る構造体を逆Ｌ字型のアンテナに適用した構成例について説明する。なお、本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付して示し、その詳細な説明を省略する。
【０１２９】
図３８に示すように、アンテナ８は、本発明に係る構造体としての第１実施形態の構造体１と、同軸ケーブル８１と、アンテナエレメント８２とを備える。アンテナ８は、概略板状の誘電体基板１０を主体として構成されている。
【０１３０】
導体パターン１９は、誘電体基板１０の一方の面に設けられており、導体プレーン１１は、他方の面に設けられている。本発明の構造体１は、導体プレーン１１と導体パターン１９とを備えて構成されている。構造体１の分散関係は、アンテナ８の使用周波数に対応する周波数帯の全体がバンドギャップに含まれるように設計されている。
【０１３１】
アンテナエレメント８２は、誘電体基板１０の一方の面からこの面の法線方向に突出し、基板から離れた位置で折れ曲がり基板の面方向に延在している。折れ曲がった先の部分は、電波放射面を含んでおり、導体パターン１９と近接して配置されている。
【０１３２】
同軸ケーブル８１は、信号線とグランド線を備えている。同軸ケーブル８１は、誘電体基板１０の一方の面に接続している。同軸ケーブル８１のグランド線は、導体プレーン１１と電気的に接続している。同軸ケーブル８１の信号線は、誘電体基板１０を貫通してアンテナエレメント８２と電気的に接続している。
【０１３３】
このような構成のアンテナ８では、本発明に係る構造体１はＥＢＧ構造、すなわち磁気壁として機能する。これにより、アンテナエレメント８２から放射される電磁波を同相反射させる反射板は、構造体１により構成されることとなる。この反射板は電磁波を同相反射させるので、アンテナエレメント８２を反射板に近接して配置することが可能になる。これにより、従来と比べて大幅に薄型のアンテナ８を実現することが可能となる。また、反射板が本発明に係る構造体により構成されているので、低コストかつ高信頼性のアンテナ８にすることができる。
【０１３４】
なお、第５、第６実施形態では本発明に係る構造体を用いたアンテナについて説明したが、本発明に係るアンテナと接続する送信機、受信機の少なくとも一方を採用することにより、通信装置等の本発明に係る電子装置を構成することができる。
【０１３５】
［第７実施形態］
次に、第７実施形態に係るプリント基板について説明する。図３９（ａ）、（ｂ）に示すように、プリント基板９は、基板９０と、デバイス９１、９２と、デバイス９１、９２の間に配置された構造体９３とを備える。基板９０は、グランドパターン９４と、グランドパターン９４上に設けられた誘電体層を含んでいる。グランドパターン９４は、構造体９３の第１導体エレメント（ここでは、導体プレーン）と電気的に接続している。デバイス９１、９２プレーンは、誘電体層の表層に設けられており、グランドパターン９４と電気的に接続している。デバイス９１はノイズ源となるデバイスであり、デバイス９２はノイズの影響を受けやすいデバイスである。
【０１３６】
デバイス９１にて生じたノイズは、基板９０を経由してデバイス９２に伝播すると、デバイス９２に誤動作等を引き起こす要因となる。このため、プリント基板９は、デバイス９１、９２間においてノイズの伝播経路となりうる部分を遮って、構造体９３を配置している。
【０１３７】
構造体９３は、デバイス９１からデバイス９２に向かう方向と交わる方向において、プリント基板９の一端から他端まで連続して帯状に配置されている。構造体９３は、本発明の構造体により構成されており、分散関係にバンドギャップを含んでいる。バンドギャップは、デバイス９１にて生じるノイズの周波数帯を含んだ周波数帯に設定されている。
【０１３８】
このような構成のプリント基板９では、デバイス９１にて生じたノイズは、構造体９３により遮断される。したがって、プリント基板９は、ノイズがデバイス９２に到達することが格段に低減され、デバイス９２の誤動作を抑制することができる。構造体９３は本発明を適用したものであるので、プリント基板９を低コストかつ高信頼性のものにすることができる。また、プリント基板９は、構造体９３のバンドギャップを容易に制御することができるので、幅広い周波数帯のノイズに対応可能である。
【０１３９】
なお、第７実施形態では、帯状の構造体９３を備えた構成を例示したが、構造体９３がノイズの伝播経路を遮断するように配置されていればよく、構造体９３の平面形状や配置については適宜変形可能である。例えば、ノイズの影響を受けやすいデバイス９２を囲むように構造体を設けてもよい。
【０１４０】
また、第７実施形態では、本発明に係る構造体をプリント基板に搭載した構成を例示したが、本発明に係る構造をプリント基板以外の電子部品に搭載した場合にも、本発明の効果を得ることができる。例えば、デバイスのパッケージ基板等に本発明に係る構造体を設けることや、シリコンをはじめとする半導体デバイスに微細配線プロセスを用いて本発明の構造体を設けることも当然可能である。
【０１４１】
また、ここではデバイス間のノイズ伝播抑制を例に説明したが、例えば近接して設置されたアンテナ間の不要な結合を抑制する場合にも、前記デバイスの場合と全く同様に、本発明に係る構造体を用いることができる。
【０１４２】
［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態に係る伝送線路導波管変換器について説明する。図４０（ａ）、（ｂ）に示すように、伝送線路導波管変換器１０００は、反射板としての構造体１０１０、伝送線路１０２０、及び導波管１０３０を備える。構造体１０１０のバンドギャップは、伝送する電磁波の周波数帯に対応させて設計されている。
【０１４３】
このような構成の伝送線路導波管変換器１０００は、構造体１０１０で電磁波が同相反射するので、伝送線路１０２０を構造体１０１０の表面に近接して配置することができる。これにより、薄型の伝送線路導波管変換器１０００を実現することが可能となる。また、構造体１０１０が本発明を適用したものであるので、伝送線路導波管変換器１０００を低コストかつ高信頼性のものにすることができる。
【０１４４】
［第９実施形態］
次に、本発明の第９実施形態に係るアレイアンテナについて説明する。図４１に示すように、第９実施形態のアレイアンテナは、本発明に係るアンテナをアレイ要素１１１０として、プリント基板１１００に複数のアレイ要素１１１０が配列された構成を有する。アレイ要素１１１０は、本発明に係る構造体１１２０を備えている。ここでは、アレイ要素１１１０として第５実施形態で説明したアンテナを採用しており、４つのアレイ要素１１１０が１次元的に配列されている。アレイ要素１１１０は、マイクロストリップライン１１３０により並列に接続している。
【０１４５】
第９実施形態のアレイアンテナは、指向性がビーム状となり、ビーム方向のアンテナ利得を増大させることができる。なお、アレイ要素１１１０として本発明の他の実施形態のアンテナを用いることも当然可能である。また、アレイ要素１１１０の数を増やすことでさらにビームを鋭くし、ビーム方向の利得を増大することができる。
【０１４６】
なお、本出願は、２００９年１２月４日に出願された、日本国特許出願２００９−２７６５３３号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２００９−２７６５３３号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【符号の説明】
【０１４７】
１、１Ｂ〜１Ｉ、２、２Ｂ〜２Ｄ、３、３Ｂ〜３Ｅ、４、５５、６５、７５、７５Ｂ、９３、１１２０  構造体
５〜７、７Ｂ、７Ｃ、８  アンテナ
９  プリント基板
１０、２０、３０、４０、５０、６０  誘電体基板（第１媒体）
１１、３１、５１、６１、７１  導体プレーン（第１導体エレメント）
１２、１２ｂ、１２ｃ、３２、３２ｂ、５２、６２、７２  導体パッチ（第２導体エレメント）
１３、１３ｂ、１３ｃ、２３、３３、４３、５３、６３、７３  開口
１４、１４ｂ〜１４ｊ、２４、２４ｂ〜２４ｇ、２４ｉ、３４、４４、５４、６４、７４  配線（線路部）
１５、１５ｂ、２５  単位セル
１６、２６          マイクロストリップ線路
１９、３５、５９    導体パターン
２１、４１          導体プレーン（第２導体エレメント）
２２、４２          導体パッチ（第１導体エレメント）
３７、４７          誘電体層（第２媒体）
３８、３８ｂ〜３８ｄ、４８  補助導体パッチ（第３導体エレメント）
３９                容量部
５６、６６、７６    給電部
７７、８１          同軸ケーブル（給電部）
８２                アンテナエレメント
９０                基板
９１、９２          デバイス
９４                グランドパターン
１４１              開放端
１４２、１４５、１４７、２４１、２４５、２４６  接続部
１４３、１４４、２４３、２４４  分岐線
１４６、２４２      分岐部
１１００            プリント基板
１１１０            アレイ要素
Ｐａ                ピッチ（格子定数）
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、ＣＬ、ＣＲ  容量
ｆ                  周波数
ｆ０Ｃ、ｆ０Ｍ      半波長共振周波数
ｆｓｅ              共振周波数
ＬＲ                インダクタンス
Ｙ                  アドミタンス
Ｚ                  インピーダンス
β                  波数
λ                  波長
【図１】
2011068238.tif 000003
【図２】
2011068238.tif 000004
【図３】
2011068238.tif 000005
【図４】
2011068238.tif 000006
【図５】
2011068238.tif 000007
【図６】
2011068238.tif 000008
【図７】
2011068238.tif 000009
【図８】
2011068238.tif 000010
【図９】
2011068238.tif 000011
【図１０】
2011068238.tif 000012
【図１１】
2011068238.tif 000013
【図１２】
2011068238.tif 000014
【図１３】
2011068238.tif 000015
【図１４】
2011068238.tif 000016
【図１５】
2011068238.tif 000017
【図１６】
2011068238.tif 000018
【図１７】
2011068238.tif 000019
【図１８】
2011068238.tif 000020
【図１９】
2011068238.tif 000021
【図２０】
2011068238.tif 000022
【図２１】
2011068238.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2011068238.tif 000028
【図２７】
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【図２８】
2011068238.tif 000030
【図２９】
2011068238.tif 000031
【図３０】
2011068238.tif 000032
【図３１】
2011068238.tif 000033
【図３２】
2011068238.tif 000034
【図３３】
2011068238.tif 000035
【図３４】
2011068238.tif 000036
【図３５】
2011068238.tif 000037
【図３６】
2011068238.tif 000038
【図３７】
2011068238.tif 000039
【図３８】
2011068238.tif 000040
【図３９】
2011068238.tif 000041
【図４０】
2011068238.tif 000042
【図４１】
2011068238.tif 000043
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月4日(2012.6.4)
【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、構造体に関する。詳しくは、右手左手系複合媒質を含んで構成されて電磁波に対する分散関係が制御された構造体に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み成されたものであり、ＣＲＬＨ線路として機能するシンプルな構成の構造体を提供することを目的とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明によれば、ＣＲＬＨ線路として機能するシンプルな構成の構造体を提供することができる。
【手続補正１１】
【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】
少なくとも一つ以上の第１導体エレメントと、前記第１導体エレメントに対向する少なくとも一つ以上の第２導体エレメントを有する導体パターンと、前記第１導体エレメントと前記第２導体エレメントとの間に容量を生じさせる第１媒体と、を備え、
前記第１導体エレメントと前記導体パターンは、前記第１媒体を介して対向し、
前記第２導体エレメントは、開放端を有する線路部を備え、前記線路部を部分的に囲む開口を有し、
前記線路部は、前記第２導体エレメントと連続しており、
前記開口は、前記第２導体エレメントに包囲されており、
前記第１導体エレメントと前記線路部は、マイクロストリップラインを構成する、
ことを特徴とする構造体。
【請求項２】
前記導体パターンは、周期的に配置された複数の前記第２導体エレメントを有し、
前記第１導体エレメントは、それぞれ隣り合う前記第１導体エレメントと連続して配置され、
前記第２導体エレメントは、それぞれ隣り合う前記第２導体エレメントと離間して配置され、前記開口と前記線路部を前記第１導体エレメントに対応して備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記導体パターンは、周期的に配置された複数の前記第２導体エレメントを有し、
前記第１導体エレメントは、それぞれ隣り合う前記第１導体エレメントと離間して配置され、
前記第２導体エレメントは、それぞれ隣り合う前記第２導体エレメントと連続しており、前記開口と前記線路部を前記第１導体エレメントに対応して備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
少なくとも一つ以上の第３導体エレメントと、前記第２導体エレメントと前記第３導体エレメントとの間に容量を生じさせる第２媒体と、を更に備え、
前記第３導体エレメントは、前記第２媒体を介し、少なくとも２以上の前記第２導体エレメントにわたって対向する、
ことを特徴とする請求項２に記載の構造体。
【請求項５】
少なくとも一つ以上の第３導体エレメントと、前記第１導体エレメントと前記第３導体エレメントとの間に容量を生じさせる第３媒体と、を更に備え、
前記第３導体エレメントは、前記第３媒体を介し、少なくとも２以上の前記第１導体エレメントにわたって対向する、
ことを特徴とする請求項３に記載の構造体。
【請求項６】
前記線路部と、前記開口と、前記第２導体エレメントと、該線路部又は該第２導体エレメントと対向する部分の前記第１導体エレメントとを有する単位セルが、一次元配列されている、
ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項７】
前記線路部と、前記開口と、前記第２導体エレメントと、該線路部又は該第２導体エレメントと対向する部分の前記第１導体エレメントとを有する単位セルが、二次元配列されている、
ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項８】
前記線路部の線路長が、複数の前記線路部で略同一である、
ことを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項９】
前記線路部が前記第２導体エレメントと接続する接続部は、前記導体パターンにおいて周期的に配置されている、
ことを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１０】
前記線路部の形状及び寸法が複数の前記線路部で略同一であり、前記開口の形状及び寸法が前記導体パターン内で略同一である
ことを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載の構造体。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2011068238.tif 000044
【国際調査報告】
2011068238.tif 000045
2011068238.tif 000046
2011068238.tif 000047
2011068238.tif 000048