(57)【要約】  ユニットセルのアレイを有するメタマテリアルが開示され、ユニットセルの各々は少なくとも1つの導電性トラックにより形成される。ユニットセルの少なくとも1つにおける少なくとも1つの導電性トラックは、他のユニットセルにおける少なくとも1つの導電性トラックと異なる長さ又は幅又は厚みを有する。2つ以上のアンテナの間にメタマテリアルを配置し、アンテナ間のアイソレーションを改善することができる。
2014527366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユニットセルのアレイを有するメタマテリアルであって、前記ユニットセルの各々は少なくとも１つの導電性トラックにより形成され、前記ユニットセルのうちの少なくとも１つにおける少なくとも１つの導電性トラックは、他のユニットセルにおける少なくとも１つの導電性トラックとは異なる長さ又は幅又は厚みを有する、メタマテリアル。
【請求項２】
誘電体基板の上又は中に形成されたユニットセルの二次元アレイを有する、請求項１に記載のメタマテリアル。
【請求項３】
当該メタマテリアルは、ユニットセルの二次元アレイのスタックを有し、前記ユニットセルの二次元アレイの各々は各自の誘電体基板の上又は中に形成されている、請求項１に記載のメタマテリアル。
【請求項４】
前記スタック内の前記誘電体基板のうちの少なくとも１つは、前記スタック内の前記誘電体基板のうちの他の少なくとも１つとは異なる誘電定数を有する材料により形成されている、請求項３に記載のメタマテリアル。
【請求項５】
誘電体基板の第１の表面にあるユニットセルの第１の二次元アレイと前記誘電体基板の反対側の第２の表面にあるユニットセルの第２の二次元アレイとを有する請求項１に記載のメタマテリアル。
【請求項６】
ユニットセルのうち少なくとも１つの別の二次元アレイが、前記第１及び第２の二次元アレイの間における前記誘電体基板内の介在層に形成されている、請求項５に記載のメタマテリアル。
【請求項７】
少なくとも１つの二次元アレイにおける前記ユニットセルの各々は少なくとも１つの導電性トラックにより形成され、該少なくとも１つの導電性トラックは、少なくとも１つの他の二次元アレイのユニットセルにおける少なくとも１つの導電性トラックとは異なる長さ又は幅又は厚みを有する、請求項３ないし６の何れか１項に記載のメタマテリアル。
【請求項８】
少なくとも１つのユニットセルが、スプリットリング共振器として形成される少なくとも１つの導電性トラックを有する、請求項１ないし７の何れか１項に記載のメタマテリアル。
【請求項９】
ユニットセルの各々が、スプリットリング共振器として形成される少なくとも１つの導電性トラックを有する、請求項１ないし８の何れか１項に記載のメタマテリアル。
【請求項１０】
少なくとも１つのユニットセルは、或る平面内で或る隙間を空けて背中合わせに配置されかつ周囲の導電性トラックにより互いに接続された第１及び第２のＬ字状の導電性部材を有し、前記周囲の導電性トラックは、前記平面内で前記第１及び第２のＬ字状の導電性部材を実質的に包囲するように、前記第１のＬ字状の導電性部材のアーム部から前記第２のＬ字状の導電性部材のアーム部へ延びる、請求項１ないし９の何れか１項に記載のメタマテリアル。
【請求項１１】
少なくとも１つのユニットセルの前記周囲の導電性トラックは略四角形の外周をなす、請求項１０に記載のメタマテリアル。
【請求項１２】
少なくとも１つのユニットセルの前記周囲の導電性トラックは、略円形、略楕円形又は略多角形の外周をなす、請求項１０に記載のメタマテリアル。
【請求項１３】
少なくとも１つのユニットセルに関し、背中合わせに配置された前記第１及び第２のＬ字状の導電性部材の間のギャップに対応して、前記周囲の導電性トラックにギャップが形成されている、請求項１０ないし１２の何れか１項に記載のメタマテリアル。
【請求項１４】
少なくとも１つの素子に関し、前記周囲の導電性トラックは、２つのＬ字状の導電性部材の間に切れ目がなく連続した外周を形成している、請求項１０ないし１３の何れか１項に記載のメタマテリアル。
【請求項１５】
前記ユニットセルの少なくとも１つにおける前記第１及び第２のＬ字状の導電性部材が、互いに異なるサイズ及び/又は形状に形成されている、請求項１０ないし１４の何れか１項に記載のメタマテリアル。
【請求項１６】
少なくとも１つのスプリットリング共振器が非対称に形成されている、請求項８又は９に記載のメタマテリアル。
【請求項１７】
複数のユニットセルが異なる周波数で共振するように、１つ以上のユニットセルが異なるサイズ又は形状を有する、請求項１ないし１６の何れか１項に記載のメタマテリアル。
【請求項１８】
前記ユニットセルのアレイが、１つ以上の要素が間引かれたアレイをなす、請求項１ないし１７の何れか１項に記載のメタマテリアル。
【請求項１９】
基板に設けられた少なくとも２つのアンテナと、前記少なくとも２つのアンテナの間に設けられた請求項１ないし１８の何れか１項に記載のメタマテリアルの領域と、を有するアンテナシステム。
【請求項２０】
添付図面のうち第３図ないし第１３図に示されているメタマテリアル。
【請求項２１】
添付図面のうち第３図ないし第１３図に示されているアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタマテリアルを利用することでアンテナ間のアイソレーションを改善する技術、メタマテリアル自体、及びそのようなメタマテリアルを有するアンテナ装置等に関連する。
【背景技術】
【０００２】
メタマテリアル又はメタ材料(metamaterial)は自然界では見られない特性を有するように人工的に形成された材料(artificial  material)である。自然に存在する材料は、材料中の原子及び分子の構造により決定される電磁的な振る舞い(電磁特性)を示す。メタマテリアルの場合、材料中を伝播する電磁波の波長より小さな構造的特徴を材料に導入することにより、電磁特性が修正される。一般にこれらの構造的特徴はλ/10ないしλ/20のサイズを有する。それらの構造的特徴のうち簡易な形態のものは、FR4(印刷回路基板(PCB)に一般的に使用されている)のような誘電体基板に形成された分布容量及び誘導素子(distributed  capacitive  and  inductive  elements)である。より複雑な構造も可能であり、市販のキャパシタのような個別素子の用途も研究されている。
【０００３】
アンテナ設計の観点から言えば、メタマテリアルの潜在的に最も有用な特性の1つは、負の屈折率(negative  refractive  index)を有する構造を開発できることである。負の屈折率を有する材料は自然には存在しない。自然に存在する全ての材料は誘電率ε及び透磁率μの双方について正の値を有するからである。負の屈折率の材料には多くの興味深い性質があり、例えば、幾何学的な屈折の法則に反する性質、逆方向のドップラシフト(逆ドップラ効果)等である。無線及びアンテナ工学にとって一般に重要な性質は、負のε又は負のμの(双方ではなく)何れかを有する材料は電磁放射に関して不透明(opaque)なことである。透明な材料(transparent  material)の電磁特性はパラメータε及びμにより充分に説明されるが、n=±√(εμ)により決定される屈折率nに言及することが一般的なやり方である。nが負になる場合、(マイクロ波無線周波数において本来は半透明(translucent)である)FR4のような通常の誘電体基板は無線電波に対して不透明になり得る。これは、アンテナを近辺の導電性表面から遮蔽したり、アンテナ間のアイソレーションを改善する用途をもたらす。
【０００４】
負の屈折率のメタマテリアルは、マイクロ波周波数において、適切なキャパシタンスC及びインダクタンスLを有するように設計された導電性素子のアレイを利用することにより形成できる。早くから一般に使用されている素子の1つはスプリットリング共振器(Split  Ring  Resonator：SRR)である(例えば、非特許文献1参照)。SRR素子は2つ以上の同心状リングを有し、それぞれがスプリット又は裂け目を有する。各々の素子のキャパシタンスは同心状リング間の狭い隙間から生じ、インダクタンスはリングを形成するのに使用される薄い印刷トレースから生じる。
【０００５】
二重L字状共振器を組み込んだ左手系メタマテリアルも知られている(例えば、非特許文献2参照)。その場合、L字状共振器はFR基板上の銅配線により形成され、各々のユニットセルは、一方を他方に対して180度回転させて配置したL字状共振器のペアを有する。
【０００６】
周囲トラックにより囲まれた背中合わせのL字状導電性部材をメタマテリアルに設けることも知られている(例えば、非特許文献3参照)。メタマテリアルはMIMOアンテナペアの間に設けられてアイソレーションを改善する。
【０００７】
スプリットリング共振器ユニットセルを有する他のメタマテリアルも知られている(例えば、非特許文献4参照)。
【０００８】
一般に使用されているマイクロ波周波数は2.4GHzであり、これはブルートゥース(登録商標)リンク、ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)等に使用されている。2.4GHzの波長は約120mmであるので、アレイ中のLC素子各々は典型的には6-12mm程度のサイズを有することが予想される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Pendry,  J  B.;  AJ  Holden,  DJ  Robbins,  and  WF  Stewart.,  “Magnetism  from  Conductors  and  Enhanced  Nonlinear  Phenomena”,  IEEE  Trans.  Microwave  Theory  Tech  47(11):  2075-2084,  1999
【非特許文献２】J.  H.  Lv,  X.  W.  Hu,  M.H.  Liu,  B.  R.  Yan  and  L.  H.  Kong.:  “Negative  refraction  of  a  double  L-shaped  metamaterial”,  J.  Opt.  A:  Pure  Appl.  Opt.  11  085101,  2009
【非特許文献３】Hsu,  C-C  et  al.,  “Design  of  MIMO  Antennas  with  Strong  Isolation  for  Portable  Applications”;  IEEE  Antennas  and  Propagation  Society  International  Symposium,  2009,  pp  1-4
【非特許文献４】Moser,  H  O  et  al.,  “Electromagnetic  metamaterials  over  the  whole  THz  range  -  achievements  and  perspectives”;  ELECTROMAGNETIC  MATERIALS  Proceedings  of  the  Symposium  R,  ICMAT  2005  (World  Scientific  Publishing  Co.):18
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
最近の無線通信システムは、アンテナダイバーシチ又はMIMO(複数入力複数出力)アンテナ技術をしばしたば利用している。ダイバーシチ及びMIMOシステムは何れも同時に同じ周波数で動作する1つより多いアンテナを必要とするので、アンテナ間でアイソレーション特性が良好であること(例えば、アンテナ同士が互いに独立していること)が重要である。アイソレーションが貧弱である場合アンテナ効率の劣化(損失、ロス)を招く。なぜなら、あるアンテナからの電力が放射されずに結局は他のアンテナに洩れてしまうからである。また、アンテナ手段同士のカップリング(結合)に起因してアンテナ手段は無線マルチパス環境の中で充分に独立したサンプルを受信しなくなるので、貧弱なアイソレーションはダイバーシチ及びMIMOのパフォーマンスの劣化も招くことになる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一観点によるメタマテリアルは、
ユニットセルのアレイを有するメタマテリアルであって、前記ユニットセルの各々は少なくとも１つの導電性トラックにより形成され、前記ユニットセルのうちの少なくとも１つにおける少なくとも１つの導電性トラックは、他のユニットセルにおける少なくとも１つの導電性トラックとは異なる長さ又は幅又は厚みを有する、メタマテリアルである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明の実施の形態は添付図面を参照しながら詳細に説明される。
【図１】PCBにおいて近接して設けられたデュアルバンドWLANアンテナのペアを有する従来の装置を示す図。
【図２】図1に示す装置の2つのWLANアンテナのアイソレーションをプロットしたグラフを示す図。
【図３】PCBにおけるメタマテリアルを有する第1の形態を示す図。
【図４】PCBにおけるメタマテリアルを有する第2の形態を示す図。
【図５】図3に示す形態による第1の層と図4に示す形態による第2の層とが含まれるデュアルバンド複合メタマテリアルを有する第3の形態を示す図。
【図６】図1に示す例に類似するWLANアンテナペアの間に図5に示すメタマテリアルを配置した例を示す図。
【図７】図6に示す形態に関する2つのWLANアンテナのアイソレーションをプロットしたグラフを示す図。
【図８】メタマテリアルの1つの層における中央要素を動かすことで図5に示す形態のメタマテリアルをどのように調整できるかを示す図。
【図９】メタマテリアルの1つの層における中央要素が動かされた場合における図6に示す装置の2つのWLANアンテナのアイソレーションをプロットしたグラフを示す図。
【図１０】誘電体基板に設けられたスプリットリング共振器の2Dアレイを有するメタマテリアルを示す図(2Dアレイは互いにサイズが異なる1つ以上のスプリットリング共振器を有する)。
【図１１】誘電体基板に設けられたスプリットリング共振器の2Dアレイを有するメタマテリアルを示す図(2Dアレイは互いに形状が異なる1つ以上のスプリットリング共振器を有する)。
【図１２】誘電体基板の一方の面において第1の配置構成を有するスプリットリング共振器の2Dアレイと、誘電体基板の他方の面において別の第2の配置構成を有するスプリットリング共振器の2Dアレイと、を有するメタマテリアルを示す図。
【図１３】誘電体基板の一方の面において第1の配置構成を有するスプリットリング共振器の2Dアレイと、誘電体基板の他方の面において別の第2の配置構成を有するスプリットリング共振器の2Dアレイと、誘電体基板の表裏面の間において別の第3の配置構成を有するスプリットリング共振器の介在2Dアレイと、を有するメタマテリアルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施の形態の概要＞
第1の形態の観点により提供されるメタマテリアルは、
ユニットセルのアレイを有するメタマテリアルであって、前記ユニットセルの各々は少なくとも1つの導電性トラックにより形成され、前記ユニットセルのうちの少なくとも1つにおける少なくとも１つの導電性トラックは、他のユニットセルにおける少なくとも1つの導電性トラックとは異なる長さ又は幅又は厚みを有する、メタマテリアルである。
【００１４】
メタマテリアルは、誘電体基板の上又は中に形成されたユニットセルの二次元(2D)アレイ(又は二次元配列又は2Dアレイ)を有してもよい。
【００１５】
一実施形態において、メタマテリアルは、ユニットセルの2Dアレイのスタックを有し、複数のユニットセルの二次元アレイの各々は各自の誘電体基板の上又は中に形成されている。前記スタック内の前記誘電体基板のうちの少なくとも1つは、前記スタック内の前記誘電体基板のうちの他の少なくとも1つとは異なる誘電定数を有する材料により形成されてもよい。これは、メタマテリアルが2つ以上のアンテナ間を分離できる(アイソレーションをもたらす)帯域幅を改善(又は拡大)することに寄与する。
【００１６】
メタマテリアルは、誘電体基板の第1の表面上のユニットセルの第1の2Dアレイと前記誘電体基板の反対側の第2の表面上のユニットセルの第2の2Dアレイとを有してもよい。ユニットセルのうち少なくとも１つの別の2Dアレイが、前記第１及び第２の2Dアレイの間における前記誘電体基板内の介在層(interstitial  layer)に形成されてもよい。
【００１７】
少なくとも1つの2Dアレイにおける前記ユニットセルの各々は少なくとも1つの導電性トラックにより形成されてもよく、該少なくとも1つの導電性トラックは、少なくとも1つの他の2Dアレイのユニットセルにおける少なくとも1つの導電性トラックとは異なる長さ又は幅又は厚みを有する。これは、メタマテリアルが2つ以上のアンテナ間を分離できる帯域幅を改善することに寄与する。
【００１８】
少なくとも１つのユニットセル及び一般的にはユニットセルの各々は、スプリットリング共振器(split-ring  resonator)として形成される少なくとも1つの導電性トラックを有してもよい。スプリットリング共振器は鏡面に関して対称的であってもよいし、非対称的であってもよい。この場合において、「非対称的(asymmetrical)」は、導電性トラックの平面に垂直な鏡像対称面を有していないスプリットリング共振器を意味する。非対称的な配置は、対称的な配置の場合よりも広い帯域幅にわたるアイソレーションをもたらす。
【００１９】
少なくとも１つのユニットセルは、第1及び第2のL字状の導電性部材を有し、第1及び第2のL字状の導電性部材は、或る平面内において、導電性部材間に或る隙間を空けて背中合わせに配置されかつ周囲の導電性トラック(perimetral  conductive  track)により互いに接続され、前記周囲の導電性トラックは、前記平面内で前記第1及び第2のL字状の導電性部材を実質的に包囲するように、前記第1のL字状の導電性部材のアーム部から前記第2のL字状の導電性部材のアーム部へ延びている。
【００２０】
好ましくは、L字状の導電性部材、スプリットリング共振器及び/又は周囲の導電性トラックは、例えば、デュロイド(Duroid)(登録商標)又はFR4のような印刷回路基板(PCB)等のような誘電体基板上に形成されてもよいし、或いは柔軟性のある回路に使用されるようなフレキシブルプラスチック基板上に形成されてもよい。一実施形態において、L字状の導電性部材、スプリットリング共振器及び/又は周囲の導電性トラックは、接着テープの形式で誘電体基板に印刷又は形成され、その後に必要に応じてPCBに適用されてもよい。
【００２１】
一実施形態において、周囲の導電性トラックは略四角形の外周又は輪郭をなしていてもよい。代替的に、略円形、略楕円形又は略多角形の外周が使用されてもよい。
【００２２】
背中合わせに配置されたL字状の導電性部材の間のギャップに対応して、周囲の導電性トラックにギャップが形成されてもよい。言い換えれば、周囲の導電性トラックは2つのL字状の部材の間に切れ目(又は裂け目)があってもよい(分離されていてもよい)。
【００２３】
代替的に、周囲の導電性トラックは、2つのL字状の導電性部材の間に切れ目が無く連続した外周を形成していてもよい。
【００２４】
要素のアレイは、一般に二次元(2D)の形式を有するn×m型のアレイ(又は配列又は行列)として形成されてもよい。代替的に、要素のアレイは、一般に三次元(3D)の形式を有するl×n×m型のアレイとして形成されてもよい。更に別の実施形態では、複数のメタマテリアル層が積み重ねられ(又はスタックされ)、各々の層は、そこに形成された同一の又は異なる2D要素アレイを有する。
【００２５】
所与の何れのアレイに属する要素も一般に同一の形状及びサイズであってよい。代替的に、所与の任意のアレイに属する1つ以上の要素が僅かに異なるサイズ又は形状を有し、それらの要素が僅かに異なる周波数で共振してもよい。代替的又は追加的に、少なくとも1つの要素における何れかのL字状の導電性部材は、他のL字状の導電性部材とは異なるサイズ及び/又は形状であってもよい。これらの配置又は構成は帯域幅を改善することに寄与するかもしれない。
【００２６】
要素のアレイ各々に関し、アレイが要素で一杯であること(filled  array)は必須ではない。すなわち、1つ以上の要素がアレイから省略されてもよく(間引かれてもよく)、これは幅広い帯域幅にわたって分離度を改善することになる。更に、アレイを要素で埋め尽くさずにスペース(余地)を利用可能にする場合、1つ以上の要素の位置を変更する調整の自由度をもたらすことができる。例えば、(要素で)完全には満たされていないアレイは、2つの要素による左列と、2つの要素による右列と、1つの要素のみの中央列とを有してもよい。中央列に属する要素を上に動かす又は列を下に動かすことで、メタマテリアルの帯域幅を必要に応じて微調整することができる。
【００２７】
メタマテリアルは2つ以上のアンテナ間のアイソレーションを向上させるために使用されてもよい。これはアンテナダイバーシチ又はMIMO技術を利用するアンテナシステムに特に有益である。なぜならこれらの技術は小さな領域の中で同時に動作する複数のアンテナを使用するからである。
【００２８】
本発明の第2の形態により提供されるアンテナシステムは、
基板に設けられた少なくとも2つのアンテナと、前記少なくとも2つのアンテナの間に設けられた第1の形態によるメタマテリアルの領域と、を有するアンテナシステムである。
【００２９】
第1及び第2の対向する表面を有する誘電体基板を有するメタマテリアルを利用することも可能であり、第1の表面には要素の第1のパターンが形成され、第2の表面には要素の第2のパターンが形成される。要素の第1及び第2のパターンは異なる周波数又は周波数バンドに調整されてもよく、デュアルバンドアンテナのペアの間に設けられる場合に、両面メタマテリアル(dual  surface  metamaterial)は双方のバンドに関するアンテナアイソレーションを改善することができる。
【００３０】
要素の第1のパターンを有する誘電体基板を有する第1のメタマテリアルを形成し、要素の第2のパターンを有する誘電体基板を有する第2のメタマテリアルを形成し、アンテナのペアの間において第1のメタマテリアルの上に第2のメタマテリアルを配置することにより、同様な結果に到達してもよい。
【００３１】
この原理は、複数のメタマテリアル層又は表面に拡張され、複数のバンドにおける2アンテナ間のアイソレーションを改善してもよい。
【００３２】
メタマテリアルは(2つより多い)複数のアンテナ間のアイソレーションを改善するために使用することも可能であり、その場合のアンテナはコプレナ形式(co-planar  fashion)で配置されてもよいしコプレナ以外の形式で配置されてもよい。
【００３３】
一実施形態において、メタマテリアルの導電性構造は、例えばFR4のような誘電体基板材料の両面又は片面に印刷又は形成される。別の実施形態において、導電性構造は例えばFR4のような誘電体基板材料の介在層又は内層(interstitial  layer)に印刷又は形成される。デュロイドのような他の一般的なPCB基板材料が使用されてもよいことが理解されるであろう。同一又は相違する誘電定数を有する複数の誘電体基板が使用されてもよい。
【００３４】
その他の値が低い又は高い誘電定数の材料(一般的には1ないし90の範囲内にある)が、メタマテリアルの基板として使用されてもよい。
【００３５】
ある実施形態による新規なメタマテリアルの構造は、狭い場所で接近したアンテナペアのアイソレーション又は分離度を増やすように使用することが可能である。一実施形態によるメタマテリアルの構造は低コストである。なぜなら、それはFR4の層等に印刷できることに加えて、無線の技術分野では低コストの基板材料がしばしば使用されるからである。一実施形態は、デュアルバンドアンテナ及びアンテナシステムに関し、メタマテリアルは双方のバンド間でアイソレーションを改善するように設計できるという別の利点を有する。これは、第1の層の上又は下において、LC要素の別のアレイを印刷した追加的な層を誘電体基板に導入することで達成できる。多くの層を導入することにより、多くのバンドのアイソレーションが可能になる。
【００３６】
＜実施の形態の詳細な説明＞
図1は、誘電体基板4を有するPCB3においてほぼ並行に近接して配置された2つのコプレナ2.4/5GHzデュアルバンド4分の1波長モノポールアンテナ1、2を示し、誘電体基板4の一部分上には導電性グランドプレーン5があり、誘電体基板4のうちアンテナ1、2が設けられる場所である領域6には、グランドプレーン5が形成されていない領域がある。これは単なる一例の装置であるに過ぎず、メタマテリアル設計に関する適切な装置により、他のタイプのアンテナ及び他の周波数バンドが本願の実施形態と共に使用されてよいことが、理解されるであろう。図1において、PCB3の幅は20mmであり、グランドプレーン5が除去されているアンテナ領域6は15mmの長さを有する。アンテナのうち下位の長い部分7は2.4GHzの電波を送受信することに主に関連し、上位の部分1、2は5GHzの電波の送受信に主に関連する。アンテナの高さは最高の部分で3.2mmである。
【００３７】
2.40-2.48GHzのWLANバンドの場合、モノポールアンテナ1、2は約λ/6しか離れていないことになるので、それらのアイソレーションは図2に示すように約-6dBのように劣化した値である。4.9-5.9GHzのWLANバンドの場合、モノポールアンテナ1、2は電気的に遠く隔たっているが、それでも最悪の場合のアイソレーションは約-8dBという劣化した値のままである。
【００３８】
図3には、本発明の実施の形態によるメタマテリアルの構造が示されている。複数の導電性LC(誘導性及び容量性)要素8が、FR4基板9の単一表面に印刷されており、グランドに孔(又はホール又はビア(via))を要しない(あるメタマテリアルの構造では使用されるかもしれない)。図示の形態では、要素8は互いに導通するようには接続されていない。各々の要素8のインダクタンスは細い導電性トラック10(又は細い導電性経路10)により生じ、キャパシタンスは近接して背中合わせに隔てられたL字状要素(closely  spaced  back-to-back  L-shaped  elements)11により主に生じる。二重のL字状のメタマテリアルを利用することは非特許文献2に関連しているが、その文献では一方のL字が他方に関して反転されており、本願に示されているような仕方で背中合わせになってはいない。図3に示されているように、場所12に要素8は設けられておらず、要素8により完全には占められていないアレイを利用することは有益であることが判明した。要素を除去すると帯域幅を改善できることが判明し、(図示の例では)残りの中央要素13を上下に動かすことで帯域幅を特定の用途に合わせてもよい。図3のメタマテリアルの構造は約2.4GHzにおいて優れた電磁アイソレーション特性を示す。
【００３９】
図4には代替的なメタマテリアルの設計例が示されており、これは5GHzバンドに合わせられている。図3に示す形態と同様に、複数の導電性LC要素8’がFR4基板9の単一表面に印刷されているが、図4に示す形態では、(複数の)要素8’は導電するように互いに連結され、密集した列のペア(一群の列)として形成されている。他の形態も可能である。
【００４０】
実際のデュアルバンド装置を実現するために、2つの異なるメタマテリアル基板を組み合わせることが可能である。例えば、図5に示されているように、図4の形態の5GHz要の面が、図3の形態の2.4GHz用の面より上位において適切に適合又は整合するように設けられ、デュアルバンドメタマテリアル14を提供することが可能である。
【００４１】
図6は、PCB3においてモノポールアンテナ1、2のペアの完全な構造を示し、図5に示すデュアルバンド組み合わせメタマテリアル14がモノポールアンテナ1、2の間に配置されている。
【００４２】
図7に示されているように、デュアルバンドメタマテリアル14の場合、アンテナ1、2間のアイソレーションは双方のバンドで改善されている。低い側の2.4GHzバンドの場合、アイソレーションは非常に深いヌルを有し、バンドの末端でさえ約-12dBであるにすぎない。これは、ヌルがバンドの中央に配置するようにメタマテリアル14を注意深く調整することで更に改善できる。高い周波数バンドにおいて、約5GHzに関するアイソレーションは-20dBである。メタマテリアル14を調整し直すことで、このノッチは4.9-5.9GHzバンドの範囲内の任意の場所に移動させることができる。
【００４３】
デュアルバンドメタマテリアル14の下位の層は、(要素で)完全には占められていないアレイを有し、中央列のうちの1つの要素が欠けている(図3)。図8に示すように、この列の中で要素の位置を動かすことにより、2.4GHzのアイソレーション周波数に大きな影響を与えることなく、5GHzバンドの中でアイソレーションをもたらす帯域幅を変更することが可能である。その効果が図9に示されている。
【００４４】
この装置例では、2.4GHzメタマテリアルが3×2の要素アレイとして示されており、5GHzメタマテリアルは2×3のアレイとして示されている。より多い又はより少ない要素数による他のアレイ構成も可能であることが理解されるであろう。1つより多いアレイ要素が、アイソレーション効果をもたらす帯域幅を調整するために除去されてもよいことが、認められるであろう。
【００４５】
上記の例示的な実施形態において、基板の材料としてFR4が使用されている。低い及び高い誘電率の材料を含む他の多くのタイプの基板材料が使用されてもよい。一般に、メタマテリアルの有益な特性は、アレイをなす要素数を増やすことにより向上する。所与のプラットフォームサイズにおいて、高い誘電率の基板を使用すると、要素のサイズは小さくなり、より多くの要素をアレイ内で使用できる(包含できる)ようになる。
【００４６】
上記の例示的な装置は2つの層を有するデュアルバンドメタマテリアルを示す。一般に、n個の層の基板を利用して、n個のバンドのメタマテリアルを形成することが可能である。
【００４７】
2つのアンテナ間のアイソレーションが上記の装置例で説明されてきたが、全ての(アンテナ)ペアの間にメタマテリアル要素を適切に配置することにより、より多数のアンテナ間のアイソレーションを改善することが可能である。
【００４８】
上記の装置例は2つのコプレナアンテナを示しているが、説明されるメタマテリアルを利用して、他の幾何学的形態を利用して設けられるアンテナ間のアイソレーションを改善してもよい。
【００４９】
図10は誘電体基板9におけるスプリットリング共振器8の2Dアレイを有するメタマテリアルを示し、2Dアレイにおける1つ以上のスプリットリング共振器は他のものと異なるサイズを有している。これは、より広い帯域幅にわたるアイソレーションをもたらすことに寄与するであろう。
【００５０】
図11は誘電体基板9におけるスプリットリング共振器8の2Dアレイを有するメタマテリアルを示し、2Dアレイにおける1つ以上のスプリットリング共振器は他のものと異なる形状を有している。これは、より広い帯域幅にわたるアイソレーションをもたらすことに寄与するであろう。
【００５１】
図12は、誘電体基板9の一方の面において第1の配置構成を有するスプリットリング共振器8の2Dアレイと、誘電体基板9の他方の面において別の第2の配置構成を有するスプリットリング共振器8’の2Dアレイと、を有するメタマテリアルを示す。これは、より広い帯域幅にわたるアイソレーションをもたらすことに寄与するであろう。
【００５２】
図13は、誘電体基板9の一方の面において第1の配置構成を有するスプリットリング共振器8の2Dアレイと、誘電体基板9の他方の面において別の第2の配置構成を有するスプリットリング共振器8’の2Dアレイと、誘電体基板9の表裏面の間において別の第3の配置構成を有するスプリットリング共振器8”の介在2Dアレイ(内層に形成された2Dアレイ)と、を有するメタマテリアルを示す。これは、より広い帯域幅にわたるアイソレーションをもたらすことに寄与するであろう。
【００５３】
明細書及び特許請求の範囲を通じて、「〜を有する」及び「〜を含む」という用語及びそれらの活用形は、「〜を含んでいるが、〜に限定されない」ことを意味し、他の部分、付加、コンポーネント、要素、全体又はステップを排除するようには意図されていない(及び排除しない)。明細書及び特許請求の範囲を通じて、単数形の用語は、文脈上断りのない限り複数個存在することを包含する。特に、不定冠詞的な用語が使用される場合、本明細書では、文脈上断りのない限り単数だけでなく複数をも考慮するように理解されるべきである。
【００５４】
本発明の特定の形態、実施形態又は具体例に関して説明された特徴、全体、性質、化合物、化学的な部分又は群は、互いに矛盾しない限り、本願で説明された形態、実施形態又は具体例のうちの他の任意のものに適用可能であるように理解されるべきである。明細書等(明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書)で説明されている全ての特徴、及び/又は開示されている任意の方法又はプロセスの全てのステップは、そのような特徴及び/又はステップの少なくとも一部が互いに排他的になるような組み合わせを除いて、任意の組み合わせ方で組み合わせられてよい。本発明は上記の何れの実施形態の詳細な事項にも限定されない。本発明は、明細書等(明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書)で説明されている全ての特徴のうちの任意の新規なもの又は任意の新規な組み合わせ、或いは開示される任意の方法又はプロセスのうちの任意の新規なもの又は任意の新規な組み合わせにまで及ぶ。
【００５５】
読者の関心が向けられている全ての文書及び書類は、本願の明細書等に関して提出されかつ明細書等の調査のために公開されており、それら全ての文書及び書類の内容は本願のリファレンスに組み入れられる。
【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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【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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【国際調査報告】
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