(57)【要約】【課題】電磁波変換プレートを単層で構成する技術を提供すること。【解決手段】入射電磁波の波長を一辺の長さとする正方形に内包される導体物質で形成された同じ大きさの導体構造を非導電性物質の基板のおもて面と裏面にのみ有する単位セルが、前記導体構造が有する形状に関する構造パラメータの値が単位セルごとに変化されて１次元的に複数個配置されている単位周期構造を、２次元的に複数個配置した電磁波変換プレートであって、前記電磁波変換プレートに入射された電磁波の透過電磁波の屈折角が電磁波変換プレートの平均屈折率に基づいて算出される屈折角とは異なるように、前記透過電磁波が制御されて放射される、電磁波変換プレート。【選択図】図１
2018148431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射電磁波の波長を一辺の長さとする正方形に内包される形状を有する導体物質で形成された同じ大きさの導体構造を非導電性物質の基板のおもて面と裏面にのみ有する単位セルが、前記導体構造が有する形状に関する構造パラメータの値が単位セルごとに変化されて１次元的に複数個配置されている単位周期構造を、２次元的に複数個配置した電磁波変換プレートであって、
前記電磁波変換プレートに入射された電磁波の透過電磁波の屈折角が電磁波変換プレートの平均屈折率に基づいて算出される屈折角とは異なるように、前記透過電磁波が制御されて放射される、
電磁波変換プレート。
【請求項２】
複数の前記単位セルが、基板側面同士が接して存在し、
前記単位セルは、
電磁波が入射する面のうち最も広い平面を裏面とする非導電性物質の基板と、
前記基板の裏面に導体物質で形成された第一のパッチ状導体素子と、
前記基板の裏面に導体物質で形成された第二のパッチ状導体素子と、
前記基板の裏面に導体物質で形成され、前記第一のパッチ状導体素子と、前記第二のパッチ状導体素子との幅以下の長さの線幅を有する直線形状の第一の直線状導体素子と、
前記基板のおもて面に導体物質で形成された第三のパッチ状導体素子と、
前記基板のおもて面に導体物質で形成された第四のパッチ状導体素子と、
前記基板のおもて面に導体物質で形成され、前記第三のパッチ状導体素子と、前記第四のパッチ状導体素子との幅以下の長さの線幅を有する直線形状の第二の直線状導体素子と、
を有し、
前記第一のパッチ状導体素子と、前記第二のパッチ状導体素子と、前記第三のパッチ状導体素子と、前記第四のパッチ状導体素子と、前記第一の直線状導体素子と、前記第二の直線状導体素子とが、前記単位セルの前記基板の表面の内側に内包されていて、
前記第一のパッチ状導体素子と前記第二のパッチ状導体素子とが、第一の直線状導体素子によって接続されていて、
前記第三のパッチ状導体素子と前記第四のパッチ状導体素子とが、第二の直線状導体素子によって接続されている、
請求項１に記載の電磁波変換プレート。
【請求項３】
複数の前記単位セルが、基板側面同士が接して存在し、
前記単位セルは、
電磁波が入射する面のうち最も広い平面を裏面とする非導電性物質の基板と、
前記基板の裏面に導体物質で形成された第一のパッチ状導体素子と、
前記基板の裏面に導体物質で形成された第二のパッチ状導体素子と、
前記基板の裏面に導体物質で形成され、前記第一のパッチ状導体素子と、前記第二のパッチ状導体素子との幅以下の長さの線幅を有する直線形状の第一の直線状導体素子と、
前記基板のおもて面に導体物質で形成された第三のパッチ状導体素子と、
前記基板のおもて面に導体物質で形成された第四のパッチ状導体素子と、
前記基板のおもて面に導体物質で形成され、前記第三のパッチ状導体素子と前記第四のパッチ状導体素子との幅以下の長さの線幅を有する直線形状の第二の直線状導体素子と、
を有し、
前記第一の直線状導体素子と、前記第二の直線状導体素子とが、前記単位セルの前記基板の表面の内側に内包されていて、
前記第一のパッチ状導体素子と、前記第二のパッチ状導体素子と、前記第三のパッチ状導体素子と、前記第四のパッチ状導体素子の一部が前記単位セルの前記基板の端に接していて、
前記第一のパッチ状導体素子と前記第二のパッチ状導体素子とが、第一の直線状導体素子によって接続されていて、
前記第三のパッチ状導体素子と前記第四のパッチ状導体素子とが、第二の直線状導体素子によって接続されている、
請求項１に記載の電磁波変換プレート。
【請求項４】
電気的又は機械的に前記単位セルの構造の一部を変化させる機構を備え、
前記機構によってビームの特性を変更する、
請求項２に記載の電磁波変換プレート。
【請求項５】
前記ビームの特性として屈折角を含む、
請求項４に記載の電磁波変換プレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波変換プレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、メタマテリアルを用いた電磁波変換の構造として、サブ波長構造を持つメタマテリアル・ホイヘンス表面をプレート表面とすることで任意の方向への指向性を形成するプレート構造が提案されている。メタマテリアル・ホイヘンス表面は、波長に比べて小さい金属のパッチやスロットなどの構造体を単位セルとして、単位セルを周期的に配列する構造を持つ。メタマテリアル・ホイヘンス表面に入射した電磁波は、この構造との相互作用によって、任意の方向への指向性を形成するなどの電磁波変換をすることができる。電磁波変換プレートは、メタマテリアル・ホイヘンス表面を用いて入射電磁波を変換するプレート型の構造のことである。
【０００３】
これまでに、上記の電磁波変換プレートとして、電界と相互作用する構造体と磁界と相互作用する構造体とが、プレート状の基盤のおもて面と裏面にそれぞれ平行に周期的に配置された構造（以下「単位電磁波プレート」という。）と、その単位セル構造が提案されている。
【０００４】
図１６は非特許文献１に述べられている、メタマテリアル・ホイヘンス表面の単位セルを示す模式図である。図１６において、９１は誘電体基板、９２はストリップ導体素子、９３はリング状導体素子であり、ストリップ導体素子９２とリング状導体素子線９３は其々誘電体基板の上面と下面に配置されている。このとき、ストリップ導体素子９２の長手方向に電気ダイポールモーメントPeが形成され、リング状導体素子９３に鎖交する方向（Ｚ方向）に磁気ダイポールモーメントPmが形成される。両モーメントは互いに直交しており、入射する電界と磁界の振動方向を其々のダイポールモーメントの方向と一致させた時、入射電磁波は、効率良く変換される。
【０００５】
図１７は、図１６に示したメタマテリアルの単位セルを周期的に配列した単位周期構造を示すものであり、単位セルの寸法を配列方向（ｙ方向）に対して変化させることにより、入射電磁波を所望の方向に透過させることができる。
【０００６】
図1８は図１７に示したメタマテリアルの単位周期構造を、Ｚ方向に積層することによって、すなわち、複数の誘電体基板をＺ方向に重ね合わせて配置することによりメタマテリアル・ホイヘンス表面を実現したものである。
【０００７】
図１９は、図１８のメタマテリアル・ホイヘンス表面へ入射波する電磁波の伝搬の様子を表す。９４は入射電磁波を表し、９５はメタマテリアル・ホイヘンス表面を透過後の透過電磁波である。図１９に示すように、メタマテリアル・ホイヘンス表面により、メタマテリアル・ホイヘンス表面への入射電磁波は、透過後に所望の角度へ伝搬する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】小路将希、松本隆、真田篤志、宗秀哉、安藤篤也、杉山隆利、“ニアフィールドプレートによる２次元サブ波長フォーカシングについて”２０１５年電子情報通信学会総合大会、Ｃ−２−４５、２０１５年３月
【非特許文献２】Carl Pfeiffer and Anthony Grbic, “Metamaterial Huygens’Surfaces: Tailoring Wave Fronts with Reflectionless Sheets”Physical Review Letters 110 197401 (2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、電磁波の電界成分と磁界成分とは直交していることから、上記の技術で電磁波変換を行うには、単位電磁波変換プレートをプレート平面に垂直な方向に積層する必要があり部品の増加や多層構成となる等、複雑化する問題があった。
【００１０】
上記事情に鑑み、本発明は、電磁波変換プレートを単層で構成する技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、入射電磁波の波長を一辺の長さとする正方形に内包される形状を有する導体物質で形成された同じ大きさの導体構造を非導電性物質の基板のおもて面と裏面にのみ有する単位セルが、前記導体構造が有する形状に関する構造パラメータの値が単位セルごとに変化されて１次元的に複数個配置されている単位周期構造を、２次元的に複数個配置した電磁波変換プレートであって、前記電磁波変換プレートに入射された電磁波の透過電磁波の屈折角が電磁波変換プレートの平均屈折率に基づいて算出される屈折角とは異なるように、前記透過電磁波が制御されて放射される電磁波変換プレートである。
【００１２】
本発明の一態様は、上記の電磁波変換プレートであって、複数の前記単位セルが、基板側面同士が接して存在し、前記単位セルは、電磁波が入射する面のうち最も広い平面を裏面とする非導電性物質の基板と、前記基板の裏面に導体物質で形成された第一のパッチ状導体素子と、前記基板の裏面に導体物質で形成された第二のパッチ状導体素子と、前記基板の裏面に導体物質で形成され、前記第一のパッチ状導体素子と、前記第二のパッチ状導体素子との幅以下の長さの線幅を有する直線形状の第一の直線状導体素子と、前記基板のおもて面に導体物質で形成された第三のパッチ状導体素子と、前記基板のおもて面に導体物質で形成された第四のパッチ状導体素子と、前記基板のおもて面に導体物質で形成され、前記第三のパッチ状導体素子と、前記第四のパッチ状導体素子との幅以下の長さの線幅を有する直線形状の第二の直線状導体素子と、を有し、前記第一のパッチ状導体素子と、前記第二のパッチ状導体素子と、前記第三のパッチ状導体素子と、前記第四のパッチ状導体素子と、前記第一の直線状導体素子と、前記第二の直線状導体素子とが、前記単位セルの前記基板の表面の内側に内包されていて、前記第一のパッチ状導体素子と前記第二のパッチ状導体素子とが、第一の直線状導体素子によって接続されていて、前記第三のパッチ状導体素子と前記第四のパッチ状導体素子とが、第二の直線状導体素子によって接続されている。
【００１３】
本発明の一態様は、上記の電磁波変換プレートであって、複数の前記単位セルが、基板側面同士が接して存在し、前記単位セルは、電磁波が入射する面のうち最も広い平面を裏面とする非導電性物質の基板と、前記基板の裏面に導体物質で形成された第一のパッチ状導体素子と、前記基板の裏面に導体物質で形成された第二のパッチ状導体素子と、前記基板の裏面に導体物質で形成され、前記第一のパッチ状導体素子と、前記第二のパッチ状導体素子との幅以下の長さの線幅を有する直線形状の第一の直線状導体素子と、前記基板のおもて面に導体物質で形成された第三のパッチ状導体素子と、前記基板のおもて面に導体物質で形成された第四のパッチ状導体素子と、前記基板のおもて面に導体物質で形成され、前記第三のパッチ状導体素子と前記第四のパッチ状導体素子との幅以下の長さの線幅を有する直線形状の第二の直線状導体素子と、を有し、前記第一の直線状導体素子と、前記第二の直線状導体素子とが、前記単位セルの前記基板の表面の内側に内包されていて、前記第一のパッチ状導体素子と、前記第二のパッチ状導体素子と、前記第三のパッチ状導体素子と、前記第四のパッチ状導体素子の一部が前記単位セルの前記基板の端に接していて、前記第一のパッチ状導体素子と前記第二のパッチ状導体素子とが、第一の直線状導体素子によって接続されていて、前記第三のパッチ状導体素子と前記第四のパッチ状導体素子とが、第二の直線状導体素子によって接続されている。
【００１４】
本発明の一態様は、上記の電磁波変換プレートであって、電気的又は機械的に前記単位セルの構造の一部を変化させる機構を備え、前記機構によってビームの特性を変更する。
【００１５】
本発明の一態様は、上記の電磁波変換プレートであって、前記ビームの特性として屈折角を含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、電磁波変換プレートを単層で構成する技術を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本願発明の第１の実施形態による電磁波変換プレート構造１の構成例１を示す図。
【図２】単位周期構造１１の構成の第一例を示す図。
【図３】単位セル構造１００の構成例を示した単位セル構造１００の鳥瞰図。
【図４】単位セル構造１００に生じる電気ダイポールモーメント及び磁気ダイポールモーメントを示した単位セル構造１００の鳥瞰図。
【図５】電磁波変換プレート構造１が、電磁波変換プレート構造１に垂直に入射する入射電磁波２の透過方向を変化させ、出射電磁波３として放射する電磁波変換の例を示す図。
【図６】単位周期構造１１の構成の第二例を示す図。
【図７】本願発明の電磁波変換プレート構造１の構成例２を示す図。
【図８】本願発明の第２の実施形態による電磁波変換プレート構造１の電磁波変換を示す図。
【図９】本願発明の第３の実施形態による単位セル構造１００に与えられた構造パラメータを示した単位セル構造１００の鳥瞰図。
【図１０】本願発明の第３の実施形態による単位セル構造１００の一つ目の等価回路。
【図１１】本願発明の第３の実施形態による単位セル構造１００の二つ目の等価回路。
【図１２】本願発明の第３の実施形態による単位セル構造１００の等価回路のＬｓｈ及びＣｓｅのｌ依存性。
【図１３】本願発明の第３の実施形態による単位セル構造１００の等価回路のＬｓｈ及びＣｓｅのｗｘ依存性。
【図１４】本願発明の第３の実施形態による単位セル構造１００の等価回路のＬｓｈ及びＣｓｅのｗｙ依存性。
【図１５】本願発明の第３の実施形態による単位セル構造１００の等価回路のＣｓｈ及びＬｓｅのｙ依存性。
【図１６】従来提案されているメタマテリアル・ホイヘンス表面の単位セルの模式図。
【図１７】図１６に示したメタマテリアルの単位セルを周期的に配列した従来提案されている単位周期構造。
【図１８】図１７に示したメタマテリアルの単位周期構造を、Ｚ方向に積層した従来提案されているメタマテリアル・ホイヘンス表面。
【図１９】図１８に示したメタマテリアル・ホイヘンス表面による入射電磁波の伝搬の様子。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における電磁波変換プレート構造１の構成例を示す図である。なお、電磁波変換プレート構造１は、電磁波変換プレートの一例である。
図１においては、第１の実施形態による電磁波変換プレート構造１のおもて面を示す平面視の図であり、電磁波変換プレート構造１の表面パターンの構成例が示されている。図１において、点線で囲まれた部分を単位周期構造１１としてｘ軸方向及びｙ軸方向に周期的に並べることで本実施形態の電磁波変換プレート構造１が構成される。単位周期構造１１は、図１において太線で囲まれた部分が表す単位セル構造１００を配置することで構成される。それぞれの単位セル構造１００内に形成された構造は、構造パラメータがそれぞれ異なっているものの同じ構成を有している。なお、単位セル構造１００は、単位セルの一例である。
【００１９】
図２は、単位周期構造１１の具体例を表す。図中太線で囲まれた部分が単位セル構造１００を表す。図２で表される単位周期構造１１は、単位セル構造１００を１２個、１次元的に配列している。図２に示すｘ軸及びｙ軸はそれぞれ図１のｘ軸及びｙ軸と一致する。
【００２０】
図３は、単位セル構造１００の鳥瞰図である。図３に示すｘｙｚ座標において、ｘ軸及びｙ軸はそれぞれ図１のｘ軸及びｙ軸と一致する。
【００２１】
単位セル構造１００は、セル基板１１１と、第１のダンベル状導体構造１２０と、第２のダンベル状導体構造１３０とを備える。
【００２２】
セル基板１１１は誘電体で構成される。
【００２３】
第１のダンベル状導体構造１２０はセル基板１１１のおもて面に導体物質で形成される導体構造で、入射電磁波の波長を一辺の長さとする正方形に内包される形状を有する、第１のパッチ状導体素子１２０１と、第２のパッチ状導体素子１２０２と、第１の直線状導体素子１２０３とを備える。第１のダンベル状導体構造１２０は、第１のパッチ状導体素子１２０１と、第２のパッチ状導体素子１２０２とが、第１の直線状導体素子１２０３によって接続された構造を有する。第１の直線状導体素子１２０３の線幅は、第１のパッチ状導体素子１２０１の幅(図３のｘ軸方向の長さ)より狭い。第１の直線状導体素子１２０３の線幅は、第２のパッチ状導体素子１２０２の幅(図３のｘ軸方向の長さ)よりも狭い。第１のパッチ状導体素子１２０１と、第２のパッチ状導体素子１２０２とは、同じ形と大きさとである。図３では、第１のダンベル状導体構造１２０の端がセル基板１１１の端に接続した状態を表しているが、第１のダンベル状導体構造１２０の端は、セル基板１１１の端に非接続でもよい。
【００２４】
第２のダンベル状導体構造１３０は、セル基板１１１の裏面に導体物質で形成される導体構造で、入射電磁波の波長を一辺の長さとする正方形に内包される形状を有する、第３のパッチ状導体素子１３０１と、第４のパッチ状導体素子１３０２と、第２の直線状導体素子１３０３とを備える。第２のダンベル状導体構造１３０は、第３のパッチ状導体素子１３０１と、第４のパッチ状導体素子１３０２とが、第２の直線状導体素子１３０３によって接続された構造を有する。第２の直線状導体素子１３０３の線幅は、第３のパッチ状導体素子１３０１の幅(図３のｘ軸方向の長さ)より狭い。第２の直線状導体素子１３０３の線幅は、第４のパッチ状導体素子１３０２の幅(図３のｘ軸方向の長さ)よりも狭い。第３のパッチ状導体素子１３０１と、第４のパッチ状導体素子１３０２とは同じ形と大きさとである。図３では、第２のダンベル状導体構造１３０の端がセル基板１１１の端に接続した状態を表しているが、第２のダンベル状導体構造１３０の端は、セル基板１１１の端に非接続でもよい。
【００２５】
第１のダンベル状導体構造１２０と第２のダンベル状導体構造１３０とは、第１のパッチ状導体素子１２０１の中心点と第２のパッチ状導体素子１２０２の中心点とを結ぶ線と、第３のパッチ状導体素子１３０１の中心点と第４のパッチ状導体素子１３０２の中心点とを結ぶ線とがねじれの位置になく平行である、ように配置される。
第２のダンベル状導体構造１３０は、第１のダンベル状導体構造１２０と同じ形と大きさとである。
【００２６】
図４は、図３に示される単位セル構造１００において、第１のダンベル状導体構造１２０と、第２のダンベル状導体構造１３０とから形成される磁気ダイポールモーメントＰｍと、電気ダイポールモーメントｐｅ１及びｐｅ２を示している。
【００２７】
電気ダイポールモーメンｐｅ１は、第１のダンベル状導体構造１２０に形成される。
【００２８】
電気ダイポールモーメンｐｅ２は、第２のダンベル状導体構造１３０に形成される。
【００２９】
磁気ダイポールモーメントｐｍは、第１のダンベル状導体構造１２０と、第２のダンベル状導体構造１３０とによって図中ｚｙ平面に生じる環状電流によって生じる。第１のダンベル状導体構造１２０と、第２のダンベル状導体構造１３０とによって図中ｚｙ平面に生じる環状電流によって生じる。第１のダンベル状導体構造１２０と、第２のダンベル状導体構造１３０とは、第１のダンベル状導体構造１２０と第２のダンベル状導体構造１３０を接続する導体構造を有しない。しかしながら、第１のダンベル状導体構造１２０と、第２のダンベル状導体構造１３０とは、高周波理論によって説明されるリアクタンスやキャパシタンスを互いの構造間のセル基板１１１に有する。そのため、図４に示される、第１のダンベル状導体構造１２０と 第２のダンベル状導体構造１３０及び両ダンベル状導体構造に挟まれる空間によって等価的に閉回路を形成し、環状電流を生じる。したがって、磁気ダイポールモーメントは、前述の電気ダイポールモーメントに直交するように生じる。
【００３０】
前述の単位周期構造１１は、第１のダンベル状導体構造１２０及び第２のダンベル状導体構造１３０の構造パラメータを変えた複数の単位セル構造１００を、セルの側面同士が互いに接するように１次元的に配置したものである。
【００３１】
前述の単位周期構造１１は、第１のダンベル状導体構造１２０及び第２のダンベル状導体構造１３０の構造パラメータを変えた複数の単位セル構造１００を、セル基板１１１の側面同士が互いに接するように１次元的に配置したものである。構造パラメータの異なる複数の単位セル構造１００が並列されることで、大きさの異なる電気ダイポールモーメント及び磁気ダイポールモーメントが生じる。そのため、所望の方向に入射電磁波は透過させられる。
【００３２】
電磁波変換プレート構造１は、前述の単位周期構造１１を平面内で２次元的に配置したものであり、単位周期構造１１よりも大きな電気ダイポールモーメント及び磁気ダイポールモーメントを有する。
図５は、前述の電磁波変換プレート構造１が、電磁波変換プレート構造１に垂直に入射する入射電磁波２の透過方向を変化させ、出射電磁波３として放射する電磁波変換を例を示す図である。ｘ軸及びｚ軸は、それぞれ図３のｘ軸及びｚ軸と同じ方向である。図５のｋは入射電磁波の波数ベクトルを表す。波数ベクトルｋは、ｚ軸方向に平行である。図５のＥｙは、入射電磁波の電界成分を表し、図５のＨｘは入射電磁波の磁界成分を表す。
【００３３】
図５の結果は、本実施形態の電磁波変換プレート構造１は、従来の電磁波変換プレートのようにプレート面に垂直に単位セルを配置せずとも、一つ又は複数の単位セルを平面内に一次元的に配置した構造で電磁波を変換することを示す。
【００３４】
従来の電磁波変換プレートでは、単位セルを平面内に並べることで大きな電気ダイポールモーメントと大きな磁気ダイポールモーメントを得るには、単位セルの表面に垂直な方向に並べる必要があった。そのため、従来の電磁波の変換プレートは複雑な構造を有していた。
一方、本願発明の電磁波変換プレート構造１は、図３に示される単位セル構造１００を有する。そのため、複数の単位セル構造１００のそれぞれの電気ダイポールモーメントが互いに直列に存在し大きな電気ダイポールを形成するように配置した状態において、磁気ダイポールモーメントもまた直列に配置されて大きな磁気ダイポールを形成する。
したがって、本実施形態の電磁波変換プレート構造１は、図１８に示される従来の電磁波変換プレートのようにプレート面に垂直に電磁波変換プレートを配置せずとも、単層の電磁波変換プレートで電磁波変換を可能とする。
【００３５】
（変形例）
本実施形態の電磁波変換プレート構造１は、第１のダンベル状導体構造１２０の端と、第２のダンベル状導体構造１３０の端とが、セル基板１１１の端に非接続の単位セル構造１００（以下「非接続の単位セル構造１００Ａ」という。）を備えてもよい。
図６は、複数個の非接続の単位セル構造１００Ａが、それぞれ構造パラメータをさまざまに変化させて一次元的に配置された構造を表す（以下「非接続の単位周期構造１１Ａ」という。）。
図７は、非接続の単位周期構造１１Ａを平面内（図中ＸＹ面内）で２次元的に配列した電磁波変換プレートである。
【００３６】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の電磁波変換プレート構造１が、電磁波変換プレート構造１を挟んで光源と対称の位置に電磁波を集光する場合のシミュレーション結果を示す。電磁波変換プレート構造１は、ｚ＝１００のｘｙ面内に形成されている。電磁波は、図中（ｘ、ｚ）＝（１００、０）に存在する光源から、ｚ軸負の方向に向かって放射される。電磁波変換プレート構造１を透過した電磁波は、電磁波変換プレート構造１が有する単位セル構造１００の電気ダイポールモーメントと磁気ダイポールモーメントと相互作用する。そのため、透過電磁波の屈折角が、電磁波変換プレートの平均屈折率から算出される屈折角とは異なり、図中（ｘ、ｚ）＝（１００、２００）の焦点に集められる。
【００３７】
（第３の実施形態）
図９は、図３に示される単位セル構造１００に与えられた構造パラメータの具体例を示している。構造パラメータは、セル基板１１１のｘ軸方向長さＬｘと、ｙ軸方向長さＬｙと、ｚ軸方向長さＬｚと、単位セル構造１００の第１のパッチ状導体素子１２０１のｘ軸方向の長さｗｘと、第１のパッチ状導体素子１２０１のｙ軸方向の長さｗｙと、第１の直線状導体素子１２０３のｙ軸方向の長さｌと、第１の直線状導体素子１２０３のｘ軸方向の長さｑとが与えられている。
【００３８】
単位セル構造１００は、図１０又は図１１に示される等価回路よって表される。
図１０は、直列接続のキャパシタンスＣｓｅと、並列接続のインダクタンスＬｓｈとを備える単位セル構造１００の等価回路を示す。
図１１は、直列接続のインダクタンスＬｓｅと、並列接続のキャパシタンスＣｓｈとを備える単位セル構造１００の等価回路を示す。
【００３９】
図１２は、単位セル構造１００の構造パラメータｌを１．０ｍｍから２．０ｍｍまで、０．０５ｍｍ刻みで変化させたときの、電磁界解析から求められたLshとCseの値の変化を示している。ここで、ｗｙはｌに依存し、ｗｙ＝８．０−ｌ／２とした。ｌ及びｗｙ以外の構造パラメータは、固定値であり、Ｌｘ＝８ｍｍ、Ｌｙ＝１６ｍｍ、Ｌｚ＝１．５２４ｍｍ、ｑ＝０．２ｍｍ、ｗｘ＝６ｍｍとした。セル基板１１１の比誘電率εｒを３とし、比透磁率μｒを１とし、誘電正接tanδを０とした。Ｌｓｈ及びＣｓｅがｌに依存して変化していることがわかる。
【００４０】
図１３は、単位セル構造１００の構造パラメータｗｘを５．８ｍｍから８．０ｍｍまで、０．１ｍｍ刻みで変化させたときの、電磁界解析から求められたLshとCseの値の変化を示している。ここで、ｗｘ以外の構造パラメータは、固定値であり、Ｌｘ＝８ｍｍ、Ｌｙ＝１６ｍｍ、Ｌｚ＝１．５２４ｍｍ、ｑ＝０．２ｍｍ、ｗｙ＝７．５ｍｍとした。セル基板１１１の比誘電率εｒを３とし、比透磁率μｒを１とし、誘電正接tanδを０とした。Ｌｓｈ及びＣｓｅがｗｘに依存して変化していることがわかる。
【００４１】
図１４は、単位セル構造１００の構造パラメータｗｙを５．４ｍｍから７．４ｍｍまで、０．１ｍｍ刻みで変化させたときの、電磁界解析から求められたLshとCseの値の変化を示している。ここで、ｗｙ以外の構造パラメータは、固定値であり、Ｌｘ＝８ｍｍ、Ｌｙ＝１６ｍｍ、Ｌｚ＝１．５２４ｍｍ、ｑ＝０．２ｍｍ、ｗｘ＝６．０ｍｍとした。セル基板１１１の比誘電率εｒを３とし、比透磁率μｒを１とし、誘電正接tanδを０とした。Ｌｓｈ及びＣｓｅがｗｙに依存して変化していることがわかる。
【００４２】
図１５は、単位セル構造１００の構造パラメータｗｙを３．５ｍｍから５．３ｍｍまで、０．１ｍｍ刻みで変化させたときの、電磁界解析から求められたLseとCshの値の変化を示している。ここで、ｗｙ以外の構造パラメータは、固定値であり、Ｌｘ＝８ｍｍ、Ｌｙ＝１６ｍｍ、Ｌｚ＝１．５２４ｍｍ、ｑ＝０．２ｍｍ、ｗｘ＝６．０ｍｍとした。セル基板１１１の比誘電率εｒを３とし、比透磁率μｒを１とし、tanδを０とした。Ｌｓｅ及びＣｓｈがｗｙに依存して変化していることがわかる。
【００４３】
図１２から図１５までの結果は、本実施形態の単位セル構造１００の等価回路の並列又は直列接続のキャパシタンス又はインダクタンスが、構造パラメータの値によって制御されることを示している。
【００４４】
また、電気的又は機械的に単位セル構造１００の構造の一部を変化させる機構を、本実施形態の単位セル構造１００に付加することで、前述の構造パラメータの値は制御され、単位セル構造１００を有する電磁波変換プレートは、この機構によって、電気的又は機械的に制御された電磁波の変換を行うことができる。なお、電磁波はビームの一例である。電磁波の変換は、ビームの特性を変更することの一例である。電磁波の変換とは、伝搬方向の変化や偏光特性の変化を表す。
【００４５】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、電磁波変換プレートの作成において、電磁波変換プレートのプレート面に垂直な方向に前述の電磁波変換プレートを重ねる必要のない、電磁波変換プレートの複雑化を抑制する技術の提供が可能となる。
【００４６】
また、プレート面に垂直な方向に重ねる必要がないために、電磁波プレート作成のためのリソグラフィの工程を減らすことができる。
【００４７】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１…電磁波変換プレート構造，  ２…入射電磁波、  ３…出射電磁波、  １１…単位周期構造，  １１Ａ…非接続の単位周期構造、  １００…単位セル構造，  １００Ａ…非接続の単位セル構造、  １１１…セル基板，  １２０…第１のダンベル状導体構造，  １３０…第２のダンベル状導体構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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