(57)【要約】  導体プレーン（１０１）と、周囲を導体プレーン（１０１）に囲まれて形成された９個のループスロット（１０２）と、ループスロット（１０２）を幅方向に跨ぐように配置され、かつ、導体プレーン（１０１）にループスロット（１０２）の近傍の位置で双方の端部が接続されるキャパシタンス部品（１０３）とを有する。導体プレーン（１０１）と、導体プレーン（１０１）に囲まれて形成されるループスロット（１０２）はユニットセル（１１０）をなしている。ユニットセル（１１０）は２次元状に周期的に配置されている。各ループスロット（１０２）を幅方向に跨ぐように配置されるキャパシタンス部品（１０３）は、各ループスロット（１０２）それぞれについて、１ないし複数個（図１の場合は４個）が設けてある。ユニットセルに接続された部品もしくは金属パターンの一部だけの調整によって、動作周波数を容易に変更することができる周波数選択表面を提供する。
2016121375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体プレーンと、
周囲を前記導体プレーンに囲まれて形成された１または複数個のスロットと、
前記スロットを幅方向に跨ぐように配置され、かつ、前記スロットの近傍の位置で一方の端部または双方の端部が前記導体プレーンに接続されたキャパシタンス要素と、を備え、
前記キャパシタンス要素は、前記スロットそれぞれに、１ないし複数個設けられることを特徴とする周波数選択表面。
【請求項２】
前記キャパシタンス要素は、キャパシタンス部品であり、前記キャパシタンス部品の一方の端部は、前記スロットの一方の縁の近傍の位置で前記導体プレーンに接続され、前記キャパシタンス部品の他方の端部は、前記スロットの他方の縁の近傍の位置で前記導体プレーンに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の周波数選択表面。
【請求項３】
前記キャパシタンス要素は、スタブ導体であり、前記スタブ導体の一方の端部は、前記スロットの一方の縁の近傍の位置で前記導体プレーンに接続され、前記スタブ導体の他方の端部は、前記スロットの他方の縁側の前記導体プレーンの領域と対向するように延伸して配置された開放端であることを特徴とする請求項１に記載の周波数選択表面。
【請求項４】
前記スタブ導体は、直線状または渦巻き状またはミアンダ状の形状からなり、かつ、前記導体プレーンを含む平面と異なる平面上に配置されており、前記スタブ導体の前記開放端を形成する他方の端部側の部材の表面が、前記スロットの他方の縁側の前記導体プレーンの領域の表面と対向するように延伸して配置されていることを特徴とする請求項３に記載の周波数選択表面。
【請求項５】
前記スタブ導体は、逆Ｌ字状またはＬ字状に屈折した形状からなり、かつ、前記導体プレーンを含む平面と同じ平面上に配置されており、前記スタブ導体の前記開放端を形成する他方の端部側の部材の側面が、前記スロットの他方の縁側の前記導体プレーンの領域の側面と対向するように、前記スロット内に延伸して配置されていることを特徴とする請求項３に記載の周波数選択表面。
【請求項６】
前記スロットは、回転対称性を有するループ型のループスロットであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の周波数選択表面。
【請求項７】
前記スロットは、直線形状の直線スロットであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の周波数選択表面。
【請求項８】
請求項１ないし７それぞれに記載の周波数選択表面のうち、任意に選択した複数の周波数選択表面をさらに互いに重ね合わせて配置して１組に組み合わせてなることを特徴とする周波数選択表面。
【請求項９】
無線通信を行う無線通信装置であって、請求項１ないし８のいずれかに記載の周波数選択表面を有するアンテナ装置またはアンテナアレイ装置が備えてあることを特徴とする無線通信装置。
【請求項１０】
レーダ信号を送受信するレーダ装置であって、請求項１ないし８のいずれかに記載の周波数選択表面を有するアンテナ装置またはアンテナアレイ装置が備えてあることを特徴とするレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数選択表面、無線通信装置およびレーダ装置に関し、特に、周波数選択表面、該周波数選択表面を用いたアンテナまたはアンテナアレイを備えた無線通信装置およびレーダ装置に関する。なお、場合によっては、本発明を、該周波数選択表面を用いたアンテナ装置またはアンテナアレイ装置単独で構成することも可能である。
【背景技術】
【０００２】
近年、特定の構造を有する導体パターンを周期的に配置することによって電磁波の伝播特性を制御する技術（「メタマテリアル」技術）が提案されている。特に、特定の導体パターンをユニットセルとして２次元状に周期的に配列した構成にすることによって、入射する電磁波の透過特性および反射特性を制御する技術に関しては、「周波数選択表面」と称されて、アンテナの反射板やレーダ装置のレドーム(Radome：レーダドーム)への応用が期待されている。【０００３】
特許文献１の特開２０１１−２１７２６９号公報「アンテナ装置」においては、アンテナの背面にリング状の導体パターンを周期的に配列した周波数選択表面を設けた構成が開示されている。該特許文献１に記載の周波数選択表面は、アンテナ動作周波数でのみ電磁波を反射し、他の周波数帯の電磁波を透過させることができるため、アンテナ動作周波数以外の帯域においてレーダ断面積を低減することを可能としている。【０００４】
また、特許文献２の特開２００３−６０４３０号公報「不要放射低減アンテナ」においては、アレイアンテナの前面に金属片を周期的に配列した周波数選択表面を設けた構成が開示されている。該特許文献２に記載の周波数選択表面は、アンテナ動作周波数でのみ電磁波を透過し、他の周波数帯の電磁波を反射させることができるため、アレイアンテナからの不要な周波数の放射を低減することを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２１７２６９号公報（第４−５頁）
【特許文献２】特開２００３−６０４３０号公報（第２−３頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記特許文献１および前記特許文献２に開示された周波数選択表面は、周期的に配列する金属パターン（ユニットセル）のサイズによって動作周波数が決定されるため、動作周波数を変更するためには、全ての金属パターンのサイズを変更する必要があり、設計後もしくは製造後の周波数調整が困難であるという課題があった。【０００７】
（本発明の目的）
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、ユニットセルに接続された部品もしくは金属パターンの一部だけを調整することによって、動作周波数を容易に変更することができる周波数選択表面、無線通信装置およびレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の課題を解決するため、本発明による周波数選択表面、無線通信装置およびレーダ装置は、主に、次のような特徴的な構成を採用している。【０００９】
（１）本発明による周波数選択表面は、導体プレーンと、周囲を該導体プレーンに囲まれて形成された１または複数のスロットと、該各スロットを幅方向に跨ぐように配置され、かつ、該スロットの近傍の位置で一方の端部または双方の端部が前記導体プレーンに接続されたキャパシタンス要素とを有する周波数選択表面であって、各前記スロットを幅方向に跨ぐようにそれぞれ配置される前記キャパシタンス要素は、各前記スロットそれぞれに、１ないし複数個が設けてあることを特徴とする。【００１０】
（２）本発明による無線通信装置は、無線通信を行う無線通信装置であって、少なくとも前記（１）に記載の周波数選択表面を有するアンテナ装置またはアンテナアレイ装置が備えてあることを特徴とする。【００１１】
（３）本発明によるレーダ装置は、レーダ信号を送受信するレーダ装置であって、少なくとも前記（１）に記載の周波数選択表面を有するアンテナ装置またはアンテナアレイ装置が備えてあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の周波数選択表面、無線通信装置およびレーダ装置によれば、以下のような効果を奏することができる。【００１３】
本発明の周波数選択表面、無線通信装置およびレーダ装置は、導体プレーン上に形成されたスロットを幅方向に跨ぐように配置されたキャパシタンス要素のキャパシタンス値を簡単に変更できることによって、動作周波数を容易に変更することが可能である。つまり、本発明の周波数選択表面、無線通信装置およびレーダ装置は、部品もしくは金属パターンの一部だけの簡単な交換または変更が可能であるため、設計後または製造後においても周波数調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る周波数選択表面の一例を示す平面図である。
【図２】図１の線分Ａにおける周波数選択表面の断面の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る周波数選択表面の変形例を示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る周波数選択表面の一例を示す平面図である。
【図５】図４の線分Ａにおける周波数選択表面の断面の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る周波数選択表面の変形例を示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る周波数選択表面の他の変形例を示す平面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る周波数選択表面の一例を示す平面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る周波数選択表面の一例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る周波数選択表面の変形例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る周波数選択表面の他の変形例を示す断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る周波数選択表面の一例を示す平面図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る周波数選択表面の変形例を示す平面図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る周波数選択表面の他の変形例を示す平面図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態に係る無線通信装置の一例を概念的に示す断面図である。
【図１６】図１５に示した本発明の第６の実施形態におけるマルチバンドアンテナ６１０を複数配列させ、アンテナアレイを設けるような構成した無線通信装置の一例を概念的に示す断面図である。
【図１７】本発明の第７の実施形態に係るレーダ装置の一例を概念的に示す断面図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態に係るレーダ装置の変形例を概念的に示す断面図である。
【００１５】
以下、本発明による周波数選択表面、無線通信装置およびレーダ装置の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。なお、以下の説明においては、本発明による周波数選択表面について説明するが、本発明を、かかる周波数選択表面を用いたアンテナ装置またはアンテナアレイ装置を単独で構成するようにしても良いし、また、かかる周波数選択表面を用いたアンテナ装置またはアンテナアレイ装置を少なくとも１つ備えた無線通信装置として実施するようにしても良いし、あるいは、かかる周波数選択表面を用いたアンテナ装置またはアンテナアレイ装置を少なくとも１つ備えたレーダ装置として実施するようにしても良いことは言うまでもない。また、以下の各図面に付した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではないことも言うまでもない。また、各図面に付した図面参照符号は、同様な構成要素には同様の符号を付しており、以降の説明においては適宜説明を省略している。【００１６】
（本発明の特徴）
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。本発明は、導体プレーンと、周囲を該導体プレーンに囲まれて形成された１または複数のスロットと、該各スロットを幅方向に跨ぐように配置され、かつ、該スロットの近傍の位置で一方の端部または双方の端部が前記導体プレーンに接続されたキャパシタンス要素とを有する周波数選択表面であって、各前記スロットを幅方向に跨ぐようにそれぞれ配置される前記キャパシタンス要素は、各前記スロットそれぞれに、１ないし複数個が設けてあることを主要な特徴としている。【００１７】
而して、２次元状に周期的に配置されたユニットセルを形成する各前記スロットのサイズを変更しなくても、各前記スロットに配置した前記キャパシタンス要素のキャパシタンス値だけを調整することによって、動作周波数を容易に変更することができるので、設計後もしくは製造後であっても、必要に応じて、動作周波数を容易に調整できる。【００１８】
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態に係る周波数選択表面の構成例について図１、図２を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る周波数選択表面の一例を示す平面図である。図２は、図１の線分Ａにおける周波数選択表面の断面の一例を示す断面図である。【００１９】
図２の断面図に示すように、周波数選択表面１００は、誘電体基板１２０と、誘電体基板１２０の表面側の層に配設された導体プレーン１０１と、導体プレーン１０１上に周期的に配列された１ないし複数のユニットセル１１０と、を少なくとも備えて構成されている。【００２０】
ここで、ユニットセル１１０は、図１の平面図に示すように、導体プレーン１０１上に１ないし複数個（図１に示す例においては９個）２次元状に周期的に配置されており、各ユニットセル１１０は、導体プレーン１０１を開口して設けられた（すなわち、周囲を導体プレーン１０１によって囲まれて形成された）四角形形状のループスロット１０２と、キャパシタンス要素として、ループスロット１０２の周上に配置され、かつ、ループスロット１０２をスロットの幅方向に跨ぐように配置されて、それぞれが、該ループスロット１０２の一方の縁と他方の縁との近傍の位置でそれぞれの端部が導体プレーン１０１と接続された１ないし複数（図１に示す例においては４個）のキャパシタンス部品１０３と、を備えて構成される。【００２１】
なお、周波数選択表面１００を構成する、導体プレーン１０１は、銅箔で形成される場合が一般的であるが、導電性を有する素材であれば他の素材で形成されても良い。また、導体プレーン１０１を支持する誘電体基板１２０は、どのような材料、プロセスのものであっても良い。例えば、ガラスエポキシ樹脂を用いたプリント基板であっても良いし、ＬＳＩ等のインターポーザ（Interposer)基板であっても良いし、ＬＴＣＣ(Low  Temperature  Co-fired  Ceramic)などのセラミック材料を用いたモジュール基板であっても良いし、当然、シリコンなどの半導体基板であっても良い。【００２２】
また、ここでは、周波数選択表面１００を誘電体基板１２０上に形成する場合を例に説明したが、各構成要素を前述の通りに配置、接続することができれば、誘電体基板１２０は必ずしも必要としない。例えば、導体プレーン１０１を板金によって製造して、導体プレーン１０１のループスロット１０２の内側の部分を誘電体の支持部材で部分的に支えるように構成するようにしても良い。かかる場合には、誘電体の支持部材以外の部分は中空となるため、図２のような誘電体基板１２０を使う場合よりも誘電損失を低減することが可能である。【００２３】
次に、図１、図２に示した本第１の実施形態に係る周波数選択表面１００の作用および効果について説明する。本第１の実施形態に係る周波数選択表面１００によれば、周波数選択表面１００に入射した電磁波の周波数とループスロット１０２の共振周波数とが近いときには、ループスロット１０２が励振されて再放射が生じるため、電磁波は、周波数選択表面１００の反対側に透過する。一方、周波数選択表面１００に入射した電磁波の周波数帯がループスロット１０２の共振周波数から離れたときには、ループスロット１０２が十分に励振されないため、電磁波は周波数選択表面１００によって反射される。【００２４】
従来技術のような通常のループスロットにおいては、ループの周の長さが電磁波の波長と一致するときに共振するため、ループのサイズを決めれば、該ループスロットの共振周波数が決定される。したがって、通常のループスロットを用いた従来の周波数選択表面においては、ループのサイズを変更しない限り、共振周波数を調整することができず、動作周波数を調整することが困難であった。【００２５】
これに対して、本第１の実施形態に係る周波数選択表面１００においては、図１の平面図に示したように、ループスロット１０２をスロットの幅方向に跨ぐように設けられたキャパシタンス部品１０３のキャパシタンスの値の大きさに応じて、ループスロット１０２の周上に分布する電磁波の波長を短縮することができる。このため、キャパシタンス部品１０３のキャパシタンスの値によってループスロット１０２の共振周波数を変更することが可能である。例えば、キャパシタンス部品１０３をキャパシタンス値のより大きいキャパシタンス部品に変更することによって、ループスロット１０２の共振周波数つまり周波数選択表面１００の動作周波数を低周波側にシフトさせることができる。【００２６】
而して、本第１の実施形態に係る周波数選択表面１００によれば、製造した周波数選択表面１００の動作周波数が設計値とずれていた場合には、ループスロット１０２上に配置したキャパシタンス部品１０３を、適切なキャパシタンス値を有するキャパシタンス部品に交換することによって容易に動作周波数の調整を行うことが可能となる。【００２７】
各ループスロット１０２上に配置されるキャパシタンス部品１０３の個数は、図１の平面図に示す４個の場合のみに限るものではなく、ループスロット１０２の周上に沿って４個以上配置されることが好ましい。例えば、図３に示すように、各ループスロット１０２上に８個のキャパシタンス部品１０３を備えるような構成であっても構わない。図３は、本発明の第１の実施形態に係る周波数選択表面１００の変形例を示す平面図であり、各ループスロット１０２の周上に沿って８個のキャパシタンス部品１０３を配置している場合を示している。【００２８】
ただし、各ループスロット１０２上に配置されるキャパシタンス部品１０３が４個よりも少ない場合であっても、本発明の本質的な効果に何ら影響を与えるものではない。【００２９】
また、図１の平面図においては、キャパシタンス部品１０３が、各ループスロット１０２の周上に沿って均一に配置された場合の構成例を示したが、必ずしも、各ループスロット１０２の周上に均一に配置されている必要はない。また、各ループスロット１０２の周上に配置された複数（図１の場合は４個）のキャパシタンス部品１０３のキャパシタンス値は必ずしも同一である必要はなく、互いに異なる値であっても良い。【００３０】
また、図１の平面図においては、各ループスロット１０２のループ形状が正方形の場合を例示しているが、各ループスロット１０２のループ形状は他の形状であっても良く、例えば、長方形や三角形、六角形、円形などであっても良い。なお、各ループスロット１０２のループ形状を、正方形や六角形や円形などの回転対称性の高い形状にすることによって、透過特性に対する偏波依存性を低減することが可能となる。【００３１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る周波数選択表面の構成例について図４、図５を参照して詳細に説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る周波数選択表面の一例を示す平面図である。図５は、図４の線分Ａにおける周波数選択表面の断面の一例を示す断面図である。【００３２】
図４、図５に図示しているように、本第２の実施形態に係る周波数選択表面２００は、以下の点を除いて、第１の実施形態に係る周波数選択表面１００の場合と同様である。すなわち、図５に示すように、本第２の実施形態に係る周波数選択表面２００においては、各ユニットセル２１０を構成するキャパシタンス要素として、第１の実施形態の図２に示したキャパシタンス部品１０３の代わりに、直線状の開放端スタブ２０３（直線状のスタブ導体）を備えており、かつ、開放端スタブ２０３は、ループスロット１０２を形成している導体プレーン１０１の層（平面）とは異なる誘電体基板１２０上の層（平面）に導体プレーン１０１と対向するように配置されて形成されている。【００３３】
また、開放端スタブ２０３は、図４の平面図に示すように、面垂直方向から見たときに、一部が、導体プレーン１０１に囲まれて形成されているループスロット１０２と交差するように配置されており、かつ、ループスロット１０２の外側方向の端部を形成する部材の表面側は、ループスロット１０２の外側に位置する導体プレーン１０１の領域の表面側と対向するように延伸して配置された開放端であり、一方、ループスロット１０２の内側方向の端部は、開放端ではなく、図５の断面図に示すように、対向している層に形成されている導体プレーン１０１と、ループスロット１０２の内側の縁の近傍の位置で、導体ビア２０５によって電気的に接続されている。【００３４】
本第２の実施形態に係る周波数選択表面２００によれば、開放端スタブ２０３が、特定の周波数帯においてループスロット１０２を跨ぐように装荷されたキャパシタンスとして動作するため、第１の実施形態に係る周波数選択表面１００の場合と同様に、ループスロット１０２の周上に分布する電磁波の波長を短縮することができる。【００３５】
開放端スタブ２０３の長さが、入射した電磁波の波長の大凡１/４よりも短いときに、開放端スタブ２０３はキャパシタンスとして動作し、開放端スタブ２０３の長さを変更することによって、キャパシタンス値を変更することができる。例えば、開放端スタブ２０３の長さを短くすれば、キャパシタンス値を小さくすることができ、ループスロット１０２の共振周波数つまり周波数選択表面２００の動作周波数を高周波側にシフトさせることができる。【００３６】
而して、本第２の実施形態に係る周波数選択表面２００によれば、製造した周波数選択表面２００の動作周波数が設計値とずれていた場合には、ループスロット１０２と交差するように対向側に配置した開放端スタブ２０３の開放端側の先端部を、適切なキャパシタンス値を有するように切り取ることによって容易に動作周波数の調整を行うことが可能となる。【００３７】
開放端スタブ２０３の形状は、図４、図５に示す例においては、直線形状の場合を例示したが、所望の周波数帯で動作するための長さを確保することができるならば、どのような形状であっても良い。例えば、図６に示すように、開放端スタブ２０３の形状として、渦巻き形状であっても構わないし、あるいは、ミアンダ形状などの形状であっても良い。図６は、本発明の第２の実施形態に係る周波数選択表面２００の変形例を示す平面図であり、渦巻き形状の開放端スタブ２０３が各ループスロット１０２の周と交差するように４個ずつ配置されている場合を示している。【００３８】
かくのごとき渦巻き形状あるいはミアンダ形状などの形状の開放端スタブ２０３を採用する場合、開放端スタブ２０３の長さを長くしても、開放端スタブ２０３が、隣接ユニットセル２１０との間で干渉し合うことがないため、ユニットセル２１０の配置間隔を小さくすることが可能になる。【００３９】
また、図４、図５に示す例においては、開放端スタブ２０３と導体プレーン１０１とがループスロット１０２の内側の端部で導体ビア２０５によって接続されている構成例を示したが、図７に示すように、開放端スタブ２０３と導体プレーン１０１とがループスロット１０２の外側の端部で導体ビア２０５によって接続されているような構成であっても良い。この場合、開放端スタブ２０３は、ループスロット１０２の内側方向の端部が開放端になる。図７は、本発明の第２の実施形態に係る周波数選択表面２００の他の変形例を示す平面図であり、開放端スタブ２０３と導体プレーン１０１とがループスロット１０２の外側で導体ビア２０５によって接続されている場合を示している。【００４０】
図７のような開放端スタブ２０３の接続例においては、図６に示した渦巻き形状やミアンダ形状の開放端スタブ２０３の場合と同様、開放端スタブ２０３の長さを長くしても、開放端スタブ２０３が、隣接ユニットセル２１０との間で干渉し合うことがないため、ユニットセル２１０の配置間隔を小さくすることが可能になる。【００４１】
また、導体ビア２０５は、ドリルによって誘電体基板１２０を穿孔することによって誘電体基板１２０内に形成した貫通孔に、めっき処理を施すことによって形成する場合が一般的であるが、かかる場合のみに限るものではなく、誘電体基板１２０の層間を電気的に接続することができればどのようなものであっても良い。例えば、レーザによって形成するレーザビア、あるいは、銅線などを用いて構成することも可能である。【００４２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る周波数選択表面の構成例について図８を参照して詳細に説明する。図８は、本発明の第３の実施形態に係る周波数選択表面の一例を示す平面図である。【００４３】
図８に図示しているように、本第３の実施形態に係る周波数選択表面３００は、以下の点を除いて、第２の実施形態に係る周波数選択表面２００の場合と同様である。すなわち、図８に示すように、本第３の実施形態に係る周波数選択表面３００においては、各ユニットセル３１０の構成要素となる開放端スタブ３０３（スタブ導体）が、導体プレーン１０１と同一の層（平面）に配置されており、導体プレーン１０１に囲まれて形成されているループスロット１０２の内部の領域に設けられている。【００４４】
開放端スタブ３０３は、逆Ｌ字形状に屈折した形状からなっており、導体プレーン１０１上に形成されたループスロット１０２の外周側に沿って配置される外側方向の端部が開放端となり、かつ、該開放端を形成する部材の側面側がループスロット１０２に対して外側の導体プレーン１０１の領域の側面側と対向するように、ループスロット１０２の内部の領域に延伸されて配置されている。一方、逆Ｌ字状に屈折した内側方向の端部は、ループスロット１０２に対して内側の導体プレーン１０１の領域と接続されている。なお、開放端スタブ３０３の形状は、逆Ｌ字形状ではなく、Ｌ字状に屈折した形状であっても構わない。【００４５】
本第３の実施形態に係る周波数選択表面３００によれば、開放端スタブ３０３が、特定の周波数帯においてループスロット１０２を跨ぐように装荷されたキャパシタンスとして動作するため、第２の実施形態に係る周波数選択表面２００の場合と同様に、ループスロット１０２の周上に分布する電磁波の波長を短縮することができる。【００４６】
開放端スタブ３０３の長さが、入射した電磁波の波長の大凡１/４よりも短いときに、開放端スタブ３０３はキャパシタンスとして動作し、開放端スタブ３０３の長さを変更することによって、キャパシタンス値を変更することができる。例えば、開放端スタブ３０３の長さを短くすれば、キャパシタンス値を小さくすることができ、ループスロット１０２の共振周波数つまり周波数選択表面３００の動作周波数を高周波側にシフトさせることができる。【００４７】
而して、本第３の実施形態に係る周波数選択表面３００によれば、製造した周波数選択表面３００の動作周波数が設計値とずれていた場合には、ループスロット１０２上に配置した開放端スタブ３０３の開放端側の先端部を、適切なキャパシタンス値を有するように切り取ることによって容易に動作周波数の調整を行うことが可能となる。【００４８】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る周波数選択表面の構成例について図９を参照して詳細に説明する。図９は、本発明の第４の実施形態に係る周波数選択表面の一例を示す断面図である。【００４９】
図９に図示しているように、本第４の実施形態に係る周波数選択表面４００は、図２に示した第１の実施形態に係る周波数選択表面１００を２つ組み合わせて、１つの周波数選択表面を形成するように構成されている。すなわち、本第４の実施形態に係る周波数選択表面４００は、２つの第１の実施形態に係る周波数選択表面１００それぞれの誘電体基板１２０について、導体プレーン１０１が配置されている層とは反対側の表面同士を互いに貼り合わせた構造からなっている。【００５０】
本第４の実施形態に係る周波数選択表面４００によれば、２つの周波数選択表面１００を重ね合わせた状態で配置されることによって、それぞれの導体プレーン１０１上に形成されたループスロット１０２同士も互いに重なり合う状態になって、互いに重なり合うループスロット１０２が結合共振器として動作することができるため、第１の実施形態に係る周波数選択表面１００のように、１つの周波数選択表面１００の場合と比べて、透過帯域を広帯域化させることが可能となる。なお、透過帯域の帯域幅は、互いに重なり合うループスロット１０２の結合係数によって決定されるため、誘電体基板１２０の厚さを適宜変更することによって、透過帯域の帯域幅を制御することができる。【００５１】
本第４の実施形態に係る周波数選択表面４００を構成する２つの周波数選択表面１００は、それぞれのループスロット１０２の位置が平面視で互いに重なり合うように貼り合わされることが好ましいが、ループスロット１０２の位置が互いにずれている状態になったとしても、本第４の実施形態の本質的な効果には何ら影響を与えない。【００５２】
また、図９に示す例においては、周波数選択表面４００の構成要素となる誘電体基板が、２つの誘電体基板１２０を貼り合わせて密着した状態で構成されている場合を例示したが、２つの導体プレーン１０１同士が、あらかじめ許容範囲内として定めた距離を隔てて重なるように配置されていれば、周波数選択表面４００の構成要素となる誘電体基板はどのような構成であっても良い。例えば、図１０に示すように、１つの誘電体基板４２０の表面および裏面のそれぞれに導体プレーン１０１が配置されるような構成であっても良いし、図１１に示すように、２つの周波数選択表面１００それぞれの導体プレーン１０１を支える基板間例えば誘電体基板１２０間を部分的に支持する誘電体部材４３０を備えるような構成であっても良い。【００５３】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る周波数選択表面４００の変形例を示す断面図であり、１つの誘電体基板４２０を用いて構成し、該誘電体基板４２０の表面および裏面のそれぞれに導体プレーン１０１が配置される場合を示している。また、図１１は、本発明の第４の実施形態に係る周波数選択表面４００の他の変形例を示す断面図であり、２つの周波数選択表面１００それぞれの導体プレーン１０１を支える基板間例えば誘電体基板１２０間を部分的に支持するための誘電体部材４３０をブリッジ状に配置している場合を示している。【００５４】
また、以上の第４の実施形態の説明においては、２つの周波数選択表面１００を互いに重ねて配置する構成例について説明したが、３つ以上の周波数選択表面１００を互いに重ねて配置しても良い。かくのごとく３つ以上の周波数選択表面１００を互いに重ねて配置する場合は、透過帯域をさらに広帯域化させることができる。なお、以上の第４の実施形態の説明においては、第１の実施形態に係る周波数選択表面１００を基本とする構成例について説明したが、第２、第３の実施形態に係る周波数選択表面２００、３００を基本として構成するようにしても勿論構わない。【００５５】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る周波数選択表面の構成例について図１２を参照して詳細に説明する。図１２は、本発明の第５の実施形態に係る周波数選択表面の一例を示す平面図である。【００５６】
図１２に図示しているように、本第５の実施形態に係る周波数選択表面５００は、以下の点を除いて、第１の実施形態に係る周波数選択表面１００の場合と同様である。すなわち、図１２に示すように、本第５の実施形態に係る周波数選択表面５００においては、各ユニットセル１１０の構成要素として、第１の実施形態として図１に示したループスロット１０２の代わりに、直線スロット５０２を備えており、かつ、各ユニットセル１１０の直線スロット５０２は、互いに平行に配列されており、また、キャパシタンス部品１０３それぞれは各直線スロット５０２のほぼ中央付近に配置されている。【００５７】
本第５の実施形態に係る周波数選択表面５００によれば、入射する電磁波の偏波が直線スロット５０２と直交する場合には、直線スロット５０２が励振されて、第１の実施形態の場合と同様に、電磁波は周波数選択表面５００の反対側に透過する。一方、入射する電磁波の偏波が直線スロット５０２と平行な場合には、直線スロット５０２は励振されず、電磁波は周波数選択表面５００によって反射される。而して、本第５の実施形態に係る周波数選択表面５００は、周波数に対する選択性に加えて、偏波に対する選択性も備えているため、不要な偏波を選択的に遮断することが可能となる。【００５８】
なお、キャパシタンス部品１０３の位置は、直線スロット５０２に生じる共振モードにおける、電界の腹となる位置の付近に配置することが好ましい。例えば、キャパシタンス部品１０３を、直線スロット５０２の第１共振モードにおける電界分布の節の近傍であって、第２共振モードの腹の近傍となる位置に設ければ、キャパシタンス部品１０３は、主に、第２共振モードにのみに作用するため、モード選択的に周波数を制御することが可能となる。ただし、キャパシタンス部品１０３は、必ずしも、かくのごとき位置でなくても良く、他の位置に配置するようにしても、本第５の実施形態の本質的な効果に何ら影響を与えない。【００５９】
また、図１２に示す例においては、直線スロット５０２の中央付近に１つのキャパシタンス部品１０３が設けられた場合を例示したが、キャパシタンス部品１０３の配置位置は、必ずしも、直線スロット５０２の中央付近である必要はないし、キャパシタンス部品１０３の個数も必ずしも１つである必要はない。例えば、図１３に示すように、直線スロット５０２の長さ方向に対して均等になるように２つのキャパシタンス部品１０３が設けられているような構成とすることもできる。図１３は、本発明の第５の実施形態に係る周波数選択表面５００の変形例を示す平面図であり、ユニットセル１１０の構成要素として、直線スロット５０２の長さ方向に対して均等な位置に、２つのキャパシタンス部品１０３が配置されている場合を示している。【００６０】
また、以上の第５の実施形態の説明においては、第１の実施形態に係る周波数選択表面１００を基本とする構成例について説明したが、第２、第３、第４の実施形態に係る周波数選択表面２００、３００、４００を基本として構成するようにしても勿論構わない。【００６１】
また、以上の第５の実施形態の説明においては、１つの偏波を選択的に透過する構成例について説明したが、例えば、図１４に示すように、各ユニットセル１１０の構成要素として、直線スロット５０２と該直線スロット５０２を９０度回転させた直線スロット５５０との２つの直線スロットを組み合わせて配置することによって、２つの偏波を透過可能とするような構成とすることも可能である。図１４は、本発明の第５の実施形態に係る周波数選択表面５００の他の変形例を示す平面図であり、各ユニットセル１１０の構成要素として、直線スロット５０２と該直線スロット５０２を９０度回転させた直線スロット５５０との２つの直線スロットを組み合わせて配置する場合を示している。【００６２】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態に係る無線通信装置の構成例について図１５を参照して詳細に説明する。図１５は、本発明の第６の実施形態に係る無線通信装置の一例を示す断面図である。【００６３】
図１５に図示するように、本第６の実施形態に係る無線通信装置６００は、図示せぬ無線回路と接続され、少なくとも第１の動作周波数ｆ１と第２の動作周波数ｆ２の無線信号を空間に放射することができるマルチバンドアンテナ６１０と、前記マルチバンドアンテナ６１０と間隔をあけて配置された第１の実施形態に係る周波数選択表面１００と、周波数選択表面１００に対してマルチバンドアンテナ６１０と反対側に周波数選択表面１００と対向するように配置された導体反射板６２０とを少なくとも備えて構成されている。【００６４】
前記周波数選択表面１００は、第１の動作周波数ｆ１の電磁波を透過し、第２の動作周波数ｆ２の電磁波を反射するように調整されている。これにより、無線通信装置６００は、第１の動作周波数ｆ１では導体反射板６２０を反射板とする指向性アンテナとして動作し、第２の動作周波数ｆ２では周波数選択表面１００を反射板とする指向性アンテナとして動作する。【００６５】
このとき、マルチバンドアンテナ６１０と導体反射板６２０との距離が、おおよそ第１の動作周波数ｆ１における自由空間波長の１／４となるように配置され、マルチバンドアンテナ６１０と周波数選択表面１００との距離が、おおよそ第２の動作周波数ｆ２における自由空間波長の１／４となるように配置されることで、ｆ１、ｆ２のいずれの周波数においても、アンテナから放射する電磁波と、反射板で反射した電磁波とが強め合う条件を満たすことができる。【００６６】
以上の構成により、本実施形態に係る無線通信装置６００は、反射板による指向性と、複数の周波数での良好な放射特性を両立させることが可能となる。【００６７】
なおここでは、マルチバンドアンテナ６１０が一つだけ設けられた構成を例に説明したが、図１６に示すように、マルチバンドアンテナ６１０を複数配列させたアンテナアレイを設けるような構成も当然考えることができる。【００６８】
またここでは、マルチバンドアンテナ６１０が２つの周波数で動作する場合を例に説明したが、３つ以上の動作周波数を持つような構成も当然考えることができる。この場合はマルチバンドアンテナ６１０と導体反射板６２０の間に、さらに周波数選択表面を追加して配置すればよい。【００６９】
またここでは、周波数選択表面として第１の実施形態に係る周波数選択表面１００を用いた場合を例に説明したが、他の実施形態に係る周波数選択表面を用いる構成も当然考えることができる。【００７０】
（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態に係るレーダ装置の構成例について図１７を参照して詳細に説明する。図１７は、本発明の第７の実施形態に係るレーダ装置の一例を示す断面図である。【００７１】
図１７に示すように、本第７の実施形態に係るレーダ装置７００は、探知対象物に向けてレーダ波を送信するアンテナアレイ７１０と導体反射板７２０を備えており、さらにアンテナアレイ７１０と探知対象物との間に、導体反射板７２０に対して角度を持って配置された周波数選択表面１００を備える。【００７２】
周波数選択表面１００は、第１の実施形態に係るものであり、アンテナアレイ７１０が放射する送信レーダ波の周波数ｆ１の電磁波を透過し、他者が送信した到来レーダ波の周波数ｆ２の電磁波を反射するように調整されている。【００７３】
以上の構成によって、レーダ装置７００は、正面から到来する他者のレーダ波を非正面方向に反射させることを可能とし、正面方向に対するレーダ断面積を大きく低減したレーダ装置を実現することが可能となる。【００７４】
なおここでは、周波数選択表面１００が平面形状の構成である例を挙げて説明したが、周波数選択表面としては、例えば図１８に示すように、２つの平面を組み合わせた形状や、円錐形状や角錐形状の構成の採用も当然考えることができる。このような形状を採用することでレドームを小型化することが可能となる。【００７５】
またここでは、周波数選択表面として第１の実施形態に係る周波数選択表面１００を用いた場合を例に説明したが、他の実施形態に係る周波数選択表面を用いる構成も当然考えることができる。【００７６】
以上、本発明の好適な実施形態の構成について説明した。なお、前述した各実施形態および各変形例は、当然のことであるが、その内容が互いに相反しない範囲で互いに組み合わせることが可能であり、例えば、各実施形態および各変形例のうち、いずれかの実施形態や変形例に係る周波数選択表面を複数任意に選択して、選択した周波数選択表面を複数互いに重ね合わせて配置することにより、１組の周波数選択表面として組み合わせた構成とするようにしても良い。また、かかる各実施形態および各変形例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることは、当業者には容易に理解できよう。【００７７】
この出願は、２０１５年１月２６日に出願された日本出願特願２０１５−０１２４５２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００７８】
１００      周波数選択表面
１０１      導体プレーン
１０２      ループスロット
１０３      キャパシタンス部品
１１０      ユニットセル
１２０      誘電体基板
２００      周波数選択表面
２０３      開放端スタブ
２０５      導体ビア
２１０      ユニットセル
３００      周波数選択表面
３１０      ユニットセル
３０３      開放端スタブ
４００      周波数選択表面
４２０      誘電体基板
４３０      誘電体部材
５００      周波数選択表面
５０２      直線スロット
５５０      直線スロット
６００      無線通信装置
６１０      マルチバンドアンテナ
６２０      導体反射板
７００      レーダ装置
７１０      アンテナアレイ
７２０      導体反射板
【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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【国際調査報告】
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2016121375.tif 000022
2016121375.tif 000023
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