(57)【要約】  本発明は、活性フォトニックバンドギャップアンテナに関する。この場合、フォトニックバンドギャップ構造は金属ロッド（２、３）により構成される。金属ロッドのいくつかは不連続（３）であり、つまりＰＩＮダイオードのようなスイッチング素子により接続されるロッドのセクションを有する。  本発明によると、放射源（１）から見てロッドの行の中の１つのロッドのみが不連続である。アンテナ指向性図は、低コストで制御され得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性フォトニックバンドギャップアンテナ（ＰＢＧ）であって、方向ｘ、ｙの平面に従い、放射源及び前記平面に垂直な並列金属ロッドにより構成されるフォトニックバンドギャップ構造、を有し、直径ｄの前記ロッドは方向ｘに周期ａｘでｎｘ回及び方向ｙに周期ａｙでｎｙ回繰り返し、前記ロッドは前記ロッドを連続又は不連続にするスイッチング素子により接続された少なくとも２個のセクションにより形成された連続ロッド及び不連続ロッドにより構成され、前記放射源から見て少なくとも１行のロッドの１つのロッドは、不連続ロッドである、活性フォトニックバンドギャップアンテナ。
【請求項２】
前記不連続ロッドはｔ≧２のような複数のセクションｔを有する、請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
セクションの長さＬはλ０／２に等しく、λ０は前記アンテナの動作周波数における波長である、請求項１又は２の何れか１項記載のアンテナ。  
【請求項４】
不連続ロッドの高さの合計は式Ｈ＝（ｎｅ＋１）×Ｌ＋ｎｅ×ｅにより与えられ、ここでｎｅは不連続の数に対応し、Ｌはセクションの長さに対応し、及びｅはスイッチング素子の大きさに対応する、請求項１乃至３の何れか１項記載のアンテナ。
【請求項５】
前記不連続ロッドは前記線源から見てロッドの行の外部のロッドに対応する、請求項１乃至４の何れか１項記載のアンテナ。
【請求項６】
前記線源は、ロッドもまた取り付けられるグランド平面に取り付けられたモノポール、グランド平面に取り付けられたＤＲＡ（誘電体共振器アンテナ）、ダイポール等である、請求項１乃至５の何れか１項記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性フォトニックバンドギャップアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトニックバンドギャップ構造（ＰＢＧ）は、特定の周波数帯域幅に対し波動伝搬を禁止する周期構造である。当該構造は、最初に光学分野で用いられたが、近年は、当該構造の用途は他の周波数範囲に拡張されている。フォトニックバンドギャップ構造は、特に、フィルター、アンテナ又は同様の装置のようなマイクロ波装置に使用される。
【０００３】
フォトニックバンドギャップ構造の中には、金属素子の周期的分配、その他の誘電素子の周期的分配を使用する金属構造だけでなく、金属誘電構造もある。
【０００４】
本発明は、金属素子を用いたフォトニックバンドギャップ構造に関し、より詳細には、完全に導電性であり及び周期的に配置された周期的に並列なロッドに関する。当該ロッドのいくつかは、スイッチング素子の状態に依存してロッドに連続又は不連続を提供するスイッチング素子により接続されたセクションの形状を成す。
【０００５】
金属ロッドのような金属素子を用いるフォトニックバンドギャップアンテナは、既に研究されている。従って、非特許文献１で出版された論文は、方向Ｚに従い無限長並列金属ロッドにより形成される金属フォトニックバンドギャップ共振構造を研究している。
【０００６】
非特許文献２にも、連続状態から不連続状態への遷移を可能にするＰＩＮダイオードにより相互接続されたロッドのセクションにより形成されたフォトニックバンドギャップ構造の中央に配置された線源により構成されるアンテナが記載されている。次に、活性フォトニックバンドギャップアンテナについて述べる。
【非特許文献１】リン・キエン他（Ｌｉｎ  Ｑｉｅｎ，ＦＵ−Ｊｉａｎ，ＨＥ  Ｓａｉ−Ｌｉｎｇ，Ｚｈａｎｇ  Ｊｉａｎ−Ｗｕ）、メタル・フォトニック・バンド・ギャップ・レゾナント・アンテナ・ウィズ・ハイ・ディレクチビティ・アンド・ハイ・ラディエーション・レジスタンス（Ｍｅｔａｌ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｂａｎｄ  Ｇａｐ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ａｎｔｅｎｎａ  ｗｉｔｈ  Ｈｉｇｈ  Ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ  ａｎｄ  Ｈｉｇｈ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、中国物理会報（Ｃｈｉｎ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）、２００２年、ｖｏｌ．１９、ｎｏ．６、ｐ．８０４
【非特許文献２】ピー・ラタジクザク他（Ｐ．Ｒａｔａｊｃｚａｋ，Ｐ．Ｙ．Ｇａｒｅｌ，Ｐ．Ｂｒａｃｈａｔ）、ア・ビーム・ステアリング・アンテナ・コントロールド・ウィズ・ア・イービージー・マテリアル（Ａ  Ｂｅａｍ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｗｉｔｈ  ａ  ＥＢＧ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）、ＩＥＥＥ  ＡＰ−Ｓ、２００４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、有限長の金属ロッドで生成される活性フォトニックバンドギャップアンテナ（ＰＢＧ）の改良に関する。複数の当該金属ロッドは、ロッドに連続又は不連続を提供可能にするスイッチング素子により相互接続されたセクションにより形成される。従って、不連続ロッドの位置に従い異なるアンテナ指向性図が得られる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、活性フォトニックバンドギャップアンテナ（ＰＢＧ）に関し、前記活性フォトニックバンドギャップアンテナは、方向ｘ、ｙの平面に従い、放射源及び前記平面に垂直な並列金属ロッドにより構成されるフォトニックバンドギャップ構造、を有し、直径ｄの前記ロッドは方向ｘに周期ａｘでｎｘ回及び方向ｙに周期ａｙでｎｙ回繰り返し、前記ロッドは前記ロッドを連続又は不連続にするスイッチング素子により接続された少なくとも２個のセクションにより形成された連続ロッド及び不連続ロッドにより構成され、前記放射源から見て少なくとも１行のロッドの１つのロッドは、不連続ロッドである。
【０００９】
ある実施例によると、不連続ロッドはｔ≧２のような複数のセクションｔを有する。望ましくは、セクションの長さＬはλ０／２に等しく、λ０はアンテナの動作周波数における波長である。従って、不連続ロッドの高さの合計は式Ｈ＝（ｎｅ＋１）Ｌ＋ｎｅｅにより与えられる。ここでｎｅは不連続の数に対応し、Ｌはセクションの長さに対応し、及びｅはスイッチング素子の大きさに対応する。
【００１０】
本発明の別の特長によると、不連続ロッドは線源から見てロッドの行の外部のロッドに対応する。
【００１１】
ある実施例によると、線源は、ロッドもまた取り付けられるグランド平面に取り付けられたモノポール、グランド平面に取り付けられたＤＲＡ（誘電体共振器アンテナ）、ダイポール等である。ロッドは、銅、銀、アルミニウム等のような金属材料製である。スイッチング素子は、ＰＩＮダイオード又はＭＥＭから選択される。ＭＥＭは微小電気機械システムの略である。
【００１２】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照した以下の説明を読むことにより明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の概念を説明するため、先ず図１の従来技術によるフォトニックバンドギャップアンテナを参照して説明する。このアンテナは、ダイポール１により形成される放射源により構成される。ダイポール１は、周波数ｆ０＝５．２５ＧＨｚで動作する大きさであり、及び金属フォトニックバンドギャップ構造又は６×６金属ロッド２を有する正方形のＭＰＢＧの中心に位置付けられる。ＭＰＢＧの周期ａは、平面波特性が前述の周波数において第一の伝搬ピークを示すような周期である。図１に示されたこのアンテナ指向性図は、従って方向（０°、９０°、１８０°、及び２７０°）に４個の主要ローブを有するロゼット形である。このアンテナは、この方向で交差するＭＰＢＧ構造が導電性である場合、優位放射方位を有する。反対に、このアンテナは、交差するＭＰＢＧ構造が遮断されている場合、最小の放射を有する。この遮断又は導通状態は、当業者により知られている平面波特性と称される関連シミュレーションから推定される。平面波特性は、平面波ｚ軸に従う無限大の照射金属ロッドを有する。
【００１４】
従って、周期ａ＝１７．５ｍｍの６×６ロッドのＭＰＢＧ構造の中心にｆ＝５．２５ＧＨｚにおいて大きさを決定された線源（ワイヤーダイポール）は、（０°、９０°、１８０°、及び２７０°）に対しΘ＝９０°の平面内の優位放射方向を有するロゼットの形式のパターンを有する。これは、平面波で特徴付けられたＭＰＢＧ構造が当該周波数における帯域幅を有するという事実により説明される。対照的に、（４５°、１３５°、２２５°、及び３１５°）方向では、ａ’＝ａ√２＝２４．８ｍｍから見た周期に対し当該周波数において平面波特性がバンドギャップを示すので、アンテナのアンテナ指向性図は最小放射を有する。これは、ロゼット形状のアンテナ指向性図を説明する。更に、この動作は、金属ロッドの高さがＨ＞１．５λ０である場合に得られる。
【００１５】
図２では、本発明による活性ＭＰＢＧアンテナが示される。この場合、線源１から見て２つの連続する金属ロッドの第１の金属ロッド３は、以下の重要な説明によると不連続ロッド、つまりＰＩＮダイオード又はＭＥＭＳに基づくスイッチ（微小電気機械システム）のような、導通又は開路可能なスイッチング素子により接続された少なくとも２個のセクションにより形成されたロッドである。活性ＭＰＢＧ構造の中央で線源１により放射されたエネルギーは、２個の不連続ロッドが見える、ＭＰＢＧ構造は遮断されている方向に伝搬しない。及び図２に示されるような放射図が得られる。図２は、不連続ロッドが見られる方向と反対の優位放射方向を有する。この連続及び不連続ロッドの間の二重動作は、不連続ロッドを形成する金属ロッドのセクションの長さＬが半波長程度である場合に得られる。従って、動作周波数ｆ０＝５．２５ＧＨｚに対し、Ｌ＝２８．６ｍｍである。
【００１６】
不連続ロッドの大きさの説明は、図３を参照して以下に与えられる。より詳細には、図３は、不連続ロッドを有し、及び不連続ロッドの高さの合計であるＨを不連続ロッドの幾何学的パラメータと関連付ける。これらのパラメータは、金属セクションの長さ「Ｌ」、不連続の数「ｎｅ」、不連続の大きさ「ｅ」である。従って次式を得る。
Ｈ＝（ｎｅ＋１）×Ｌ＋ｎｅ×ｅ
従って、例として示されたアンテナ形状では、ｎｅ＝２（ロッド当たり２個の不連続）、ｅ＝２ｍｍ（ダイオードの大きさに対応する）及びＬ＝２８．６ｃｍ（上述のように５．２５ＧＨｚで動作の場合）の場合、金属ロッドの高さはＨ＝８．９８ｃｍに等しい。
【００１７】
次に本発明の別の実施例である図４及び図６を参照して説明する。従って図４では、２個の不連続ロッド３は、それぞれ線源１の周囲の４方向に従い位置付けられる。この場合、アンテナ指向性図の得られる４個の可能な構成は、図に示される。図５では、不連続ロッド３は、同一方向に対し３個の異なる配置、つまりそれぞれ線源１から見て第１の線、第２の線、及び第３の線又は外側の線に従い位置付けられる。ＰＩＮダイオードのようなスイッチング素子の制御はＭＰＢＧ構造の外側に実現されることにより容易になるので、最後の解決法はアンテナを生成することを容易にする。比較のため、解決法はまた不連続ロッド３の２個の完全な行を有し示される。図に示されるように、関連するアンテナ指向性図は、エネルギーの考えられる方向への伝搬の阻止を同様に可能にする。従って、スイッチング素子の使用により、構造がより高価な不連続ロッドが行当たり１つのロッドだけなので、本発明の解決法はアンテナ指向性図を最小のコストで制御可能にする。図６は、３方向に線源１の周囲に３個の不連続ロッドを有し、他のロッドは連続ロッド２であるＭＰＢＧアンテナを示す。この構造では、図６に示されたアンテナ指向性図は、１２ｄＢの指向性を有し得られる。従って、活性フォトニックバンドギャップアンテナのアンテナ指向性図は、限られた数の不連続ロッドを使用するのみで制御され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術によるフォトニックバンドギャップアンテナの３Ｄアンテナ指向性図を有する詳細な図である。
【図２】本発明のある実施例によるフォトニックバンドギャップアンテナの３Ｄアンテナ指向性図を有する詳細な図である。
【図３】本発明で用いられる不連続ロッドの斜視図である。
【図４】不連続ロッドの４個の可能な方向、及び対応するアンテナ指向性図を図示する。
【図５】所与の方向による不連続ロッドの別の可能な方向、及び対応するアンテナ指向性図を図示する。
【図６】本発明の実施例の変形を図示する。
【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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【国際調査報告】
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