(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面あるいは平面状の誘電体と、該誘電体の面上に配置された複数個の金属箔でなる共振素子が周期的に配置されてなる周波数選択鏡面において、
上記共振素子は、異なる開形状の複数種類が多数配列して設けられ、その配置周期は、同種間で同一且つ異種間で異なるものとされていることを特徴とする周波数選択鏡面。
【請求項２】
曲面あるいは平面状の金属膜と、該金属膜に開設された複数個の穴でなる共振素子が周期的に配置されてなる周波数選択鏡面において、
上記共振素子は、異なる開形状の複数種類が多数配列して設けられ、またその配置周期は、同種間で同一且つ異種間で異なるものとされていることを特徴とする周波数選択鏡面。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の所定周波数帯の電波のうち、特定の周波数帯の電波を反射すると共にその他の周波数帯の電波を透過する周波数選択鏡面、あるいは特定の周波数帯の電波を透過すると共にその他の周波数帯の電波を反射する周波数選択鏡面に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘電体と該誘電体の面上に配置された複数個の金属箔からなる共振素子とにより構成された周波数選択鏡面として、例えば、V.D.Agraval et.al.,“Design of a Dichroic Cassegrain Subreflector,”IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol.AP-27, No.4, pp.466-473, July 1979.に示されたものがある。図８は上述の文献に示された従来の周波数選択鏡面を示す正面図である。また、図９は図８のIX-IX線に沿う矢視断面図である。図において、１１は平面状の誘電体、１２は金属箔、１３は金属箔１２からなる共振素子である。
【０００３】
平面状の誘電体１１上に、同一寸法のクロスダイポール形の金属箔１２からなる共振素子３が周期的に且つ格子状に配置されており、共振素子３は所定周波数帯Ｆ1で共振するようにその形状、寸法、配置周期ＤxおよびＤyが決められている。
【０００４】
次に動作について説明する。共振周波数帯Ｆ1の電波が入射した場合、金属箔１２からなる共振素子１３は共振し、共振素子１３上には電流が流れ、共振素子１３は反射方向と透過方向とへ電波を再放射する。この際、透過方向へ再放射された電波は入射波と打ち消し合い、反射方向へ再放射された電波だけが残る。
【０００５】
また、周波数帯Ｆ1以外の電波、例えば周波数帯Ｆ2の電波が入射した場合、共振素子１３上には電流が流れず、入射波はそのまま誘電体１１を通過する。従って、例えば２つの周波数帯Ｆ1およびＦ2の電波が入射した場合、周波数帯Ｆ1の電波は周波数選択鏡面により反射され、かつ周波数帯Ｆ2の電波は周波数選択鏡面を透過し、周波数選択鏡面はこれらの周波数帯Ｆ1とＦ2の電波を分波する帯域反射型フィルタとして動作する。
【０００６】
また、金属膜と該金属膜に開設された複数個の穴からなる共振素子とにより構成された周波数選択鏡面として、C.C.Chen,“Transmission of Microwave Through Perforated Flat Platesof Finite Thickness,”IEEE Trans. Microwave Theory and tech. Vol.MTT-21, No.1, pp.1-6, Jan. 1973.に示されたものがある。図１０は上述の文献に示された従来の周波数選択鏡面を示す正面図である。また、図１１は図１０のXI-XI線に沿う矢視断面図である。図において、２１は平面状の誘電体、２４は金属膜、２５は穴、２３は穴２５からなる共振素子である。
【０００７】
誘電体２１に接着された平面状の金属膜２４に、同一寸法の円形の穴２５からなる共振素子２３が周期的に配置されており、共振素子２３は所定周波数帯Ｆ1で共振するように、その形状、寸法、配置周期ＤxおよびＤyが決められている。
【０００８】
次に動作について説明する。共振周波数帯Ｆ1の電波が入射した場合、穴２５からなる共振素子２３は共振し、共振素子２３上には電界が誘起され、共振素子２３は反射方向と透過方向とへ電波を再放射する。この際、反射方向へ再放射された電波は、金属膜２４による反射波と打ち消し合い、透過方向へ再放射された電波だけが残る。
【０００９】
また、周波数帯Ｆ1以外の電波、例えば周波数帯Ｆ2の電波が入射した場合、共振素子２３上には電界が誘起されず、入射波はそのまま金属膜２４により反射される。従って、例えば２つの周波数帯Ｆ1およびＦ2の電波が入射した場合、周波数帯Ｆ1の電波は周波数選択鏡面を透過し、かつ周波数帯Ｆ2の電波は周波数選択鏡面に反射され、周波数選択鏡面はこれらの周波数帯Ｆ1とＦ2の電波を分波する帯域通過型フィルタとして動作する。
【００１０】
以上の従来例の変形例として、T.K.Wu “Frequency selective surface and grid array”,chap.4, Wiley, New York, 1995.に示されたものがある。図１２は上述の文献に示された従来の周波数選択鏡面を示す正面図である。また、図１３は図１２のXIII-XIII線に沿う矢視断面図である。
【００１１】
平面状の誘電体３１上に、同一寸法の円形二重リング形の金属箔３２からなる共振素子３３が周期的に格子状に配置されており、外側のリング３２ａは所定周波数帯Ｆ1で、内側のリング３２ｂは所定周波数帯Ｆ2(Ｆ1＜Ｆ2)で共振するようにその形状、寸法、配置周期ＤxおよびＤyが決められている。
【００１２】
次に動作について説明する。共振周波数帯Ｆ1、Ｆ2の電波が入射した場合、金属箔３２からなる共振素子３３は共振し、共振素子３３上には電流が流れ、共振素子３３は反射方向と透過方向とへ電波を再放射する。この際、透過方向へ再放射された電波は入射波と打ち消し合い、反射方向へ再放射された電波だけが残る。
【００１３】
また、周波数帯Ｆ1、Ｆ2以外の電波、例えば周波数帯Ｆ3の電波が入射した場合、共振素子３３上には電流が流れず、入射波はそのまま誘電体３１を通過する。従って、例えば３つの周波数帯Ｆ1、Ｆ2およびＦ3の電波が入射した場合、周波数帯Ｆ1、Ｆ2の電波は周波数選択鏡面により反射され、かつ周波数帯Ｆ3の電波は周波数選択鏡面を透過し、周波数選択鏡面はこれらの周波数帯Ｆ1、Ｆ2とＦ3の電波を分波する帯域反射型フィルタとして動作する。
【００１４】
尚、以上のような複数の共振周波数帯を有する多重共振素子としては、図３に示す共振素子の形状例のうち、矩形多重リング形(c)、円形多重リング形(f)、エルサレムクロス形(h)などがある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の周波数選択鏡面は以上のように構成されているので、共振素子の形状が多重リング形やエルサレムクロス形などの多重共振素子以外の場合には、共振周波数帯は基本的にはある任意の単一周波数帯のみであり、広帯域な共振周波数帯あるいは複数の共振周波数帯を得るためには、この周波数選択鏡面を多層に重ねて使うことが必要となってしまい、これにより厚みや重量が増してしまうなどの問題点があった。
【００１６】
また、共振素子の形状が多重共振素子の場合でも、複数の共振周波数帯のうち、最も高い共振周波数帯と最も低い共振周波数帯の比が極端に大きい場合には、最も高い共振周波数帯について、その配置間隔が波長に対して大きすぎることにより、反射波が所定の角度以外の方向に反射するグレーティング・ローブを発生してしまう問題が発生した。また、そのため所望の帯域幅を十分に確保できない問題が生じていた。
【００１７】
このグレーティング・ローブ発生の問題に関して具体的すると、図１２及び図１３の従来例の場合、高い共振周波数帯Ｆ2を得るために、内側のリング３２ｂを極端に小さくすると、その配置間隔が反射させたい所定の波長λに対して大きくなってしまいグレーティング・ローブが発生してしまう。そして、グレーティング・ローブを発生させない為には、その配置間隔を反射させたい所定の波長λに対してλ／２以下にすることが必要である。そのため、図１２及び図１３の従来例においては、最も高い共振周波数帯と最も低い共振周波数帯の幅を広げることが困難であった。
【００１８】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、１層の周波数選択鏡面で、グレーティング・ローブを生じることなく、広帯域な共振周波数帯あるいは複数の共振周波数帯を有する周波数選択鏡面を得ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る周波数選択鏡面は、曲面あるいは平面状の誘電体と、該誘電体の面上に配置された複数個の金属箔でなる共振素子が周期的に配置されてなる周波数選択鏡面において、共振素子は、異なる開形状の複数種類が多数配列して設けられ、その配置周期は、同種間で同一且つ異種間で異なるものとされていることを特徴とする。
【００２０】
また、この発明に係る他の周波数選択鏡面は、曲面あるいは平面状の金属膜と、該金属膜に開設された複数個の穴でなる共振素子が周期的に配置されてなる周波数選択鏡面において、共振素子は、異なる開形状の複数種類が多数配列して設けられ、またその配置周期は、同種間で同一且つ異種間で異なるものとされていることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の周波数選択鏡面の正面図である。また、図２は図１のII-II線に沿う矢視断面図である。図において、１は平面状の誘電体、２ａ，２ｂは金属箔、３は金属箔２ａ，２ｂからなる共振素子である。平面状の誘電体１上には、２種類の直径の異なるリング形の金属箔２ａ，２ｂが、それぞれ異なる周期で複数個配置されている。金属箔２ａの半径はＲ1であり、また金属箔２ｂの半径はＲ2である。
【００２２】
このリング形の金属箔２ａ，２ｂは各々共振素子３として働くが、金属箔２ａ，２ｂは、それぞれ周波数帯Ｆ1、Ｆ2(Ｆ1＜Ｆ2)で共振する。金属箔２ａ，２ｂの配置周期Ｄx1、Ｄy1とＤx2、Ｄy2は、それぞれの共振周波数で、グレーティング・ローブを生じない範囲の寸法に与えられている。すなわち、高い共振周波数帯Ｆ2側の金属箔２ｂの半径Ｒ2を小さくしても、その配置間隔Ｄx2、Ｄy2が反射させたい所定の波長λに対して大きくなってしまうことがなく、グレーティング・ローブが発生してしまうことがない。
【００２３】
次に、動作について説明する。共振周波数帯Ｆ1の電波が入射した場合、半径Ｒ1を有するリング形の金属箔２ａからなる共振素子３が共振し、共振素子３上には電流が流れ、共振素子３は反射方向と透過方向とへ電波を再放射する。この際、透過方向へ再放射された電波は入射波と打ち消し合い、反射方向へ再放射された電波だけが残る。
【００２４】
また、共振周波数帯Ｆ2の電波が入射した場合には、半径Ｒ2を有するリング形の金属箔２ｂからなる共振素子３が共振し、上述と同様の原理により、反射方向へ再放射された電波だけが残る。
【００２５】
この周波数帯Ｆ1、Ｆ2以外の電波、例えば周波数帯Ｆ3の電波が入射した場合、いずれの共振素子３上にも電流が流れず、入射波はそのまま誘電体１を通過する。従って、例えば３つの周波数帯Ｆ1、Ｆ2およびＦ3の電波が入射した場合、周波数帯Ｆ1、Ｆ2の電波は周波数選択鏡面により反射され、かつ周波数帯Ｆ3の電波は周波数選択鏡面を透過し、周波数選択鏡面はこれらの周波数帯Ｆ1、Ｆ2とＦ3の電波を分波する帯域反射型フィルタとして動作する。
【００２６】
つまり、共振周波数帯Ｆ1、Ｆ2を各々独立に設定することができるため、複数の共振周波数帯を有する周波数選択鏡面が実現できる。また、共振周波数帯Ｆ1、Ｆ2を隣接して与えることにより、広帯域な共振周波数域を有する周波数選択鏡面が実現できる。
【００２７】
なお、本実施の形態においては、金属箔２ａ，２ｂからなる２種類の共振素子３は、直径のみが異なり、形は同一の円形であったが、それぞれの共振素子３が物理的に干渉しない形状、寸法、配置周期であれば必ずしも形状が一致している必要はない。
【００２８】
図３に共振素子３の形状の例を示す。また、共振素子３の異なる形状の組合せの数においては、必ずしも２種類である必要はなく、必要に応じて多種の共振素子３を配置して良い。さらに、共振素子３の配置においては、図４に示す四角形状、または図５に示す三角形状のいずれで有っても良い。
【００２９】
実施の形態２．
図６は本発明の周波数選択鏡面の他の例を示す正面図である。また、図７は図６のVII-VII線に沿う矢視断面図である。図において、１は平面状の誘電体、４は誘電体１を全面的に覆った金属膜、５ａ，５ｂは金属膜４に穿孔された所定の形状の穴、６は穴５ａ，５ｂからなる共振素子である。
【００３０】
誘電体１に接着された平面状の金属膜４には、２種類の寸法の異なる矩形の穴５ａ，５ｂが、それぞれ異なる周期で、複数個開設されている。この矩形の穴５ａ，５ｂは、共振素子６として働くが、寸法Ｌx1×Ｌy1の穴５ａと、寸法Ｌx2×Ｌy2の穴５ｂは、それぞれ周波数帯Ｆ1、Ｆ2(Ｆ1＜Ｆ2)で共振し、各々の配置周期Ｄx1、Ｄy1とＤx2、Ｄy2はそれぞれの共振周波数で、グレーティング・ローブを生じない範囲の寸法に与えられている。
【００３１】
次に、動作について説明する。共振周波数帯Ｆ1の電波が入射した場合、寸法Ｌx1×Ｌy1を有する矩形の穴５ａからなる共振素子６が共振し、共振素子６上には電界が誘起され、共振素子６は反射方向と透過方向とへ電波を再放射する。この際、反射方向へ再放射された電波は、金属膜４による反射波と打ち消し合い、透過方向へ再放射された電波だけが残る。また、共振周波数帯Ｆ2の電波が入射した場合には、寸法Ｌx2×Ｌy2を有する矩形の穴５ｂからなる共振素子６が共振し、上述と同様の原理により、透過方向へ再放射された電波だけが残る。
【００３２】
この周波数帯Ｆ1、Ｆ2以外の電波、例えば周波数帯Ｆ3の電波が入射した場合、いずれの共振素子６上にも電界は誘起されず、入射波はそのまま金属膜４を反射する。従って、例えば３つの周波数帯Ｆ1、Ｆ2およびＦ3の電波が入射した場合、周波数帯Ｆ1、Ｆ2の電波は周波数選択鏡面を透過し、かつ周波数帯Ｆ3の電波は周波数選択鏡面により反射され、周波数選択鏡面はこれらの周波数帯Ｆ1、Ｆ2とＦ3の電波を分波する帯域通過型フィルタとして動作する。
【００３３】
つまり、共振周波数帯Ｆ1、Ｆ2を各々独立に設定することができるため、複数の共振周波数帯を有する周波数選択鏡面が実現できる。また、共振周波数帯Ｆ1、Ｆ2を隣接して与えることにより、広帯域な共振周波数域を有する周波数選択鏡面が実現できる。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、穴５ａ、５ｂからなる２種類の共振素子６は寸法のみが異なり、形状は相似形であったが、それぞれの共振素子６が物理的に干渉しない形状、寸法、配置周期であれば、必ずしも形状が一致している必要はない。
【００３５】
図３に共振素子６の形状の例を示す。また、共振素子６の異なる形状の組合せの数においては、必ずしも２種類である必要はなく、必要に応じて多種の共振素子６を配置して良い。さらに、共振素子６の配置においては、図４に示す四角形状、または図５に示す三角形状のいずれで有っても良い。
【００３６】
【発明の効果】
この発明に係る周波数選択鏡面は、曲面あるいは平面状の誘電体と、誘電体の面上に配置された複数個の金属箔でなる共振素子が周期的に配置されてなる周波数選択鏡面において、共振素子は、異なる開形状の複数種類が多数配列して設けられ、その配置周期は、同種間で同一且つ異種間で異なるものとされていることを特徴とする。そのため、１層の周波数選択鏡面で、グレーティング・ローブを生じることなく、広帯域な共振周波数帯あるいは複数の共振周波数帯を有する周波数選択鏡面を得ることができる。
【００３７】
また、この発明に係る他の周波数選択鏡面は、曲面あるいは平面状の金属膜と、金属膜に開設された複数個の穴でなる共振素子が周期的に配置されてなる周波数選択鏡面において、共振素子は、異なる開形状の複数種類が多数配列して設けられ、またその配置周期は、同種間で同一且つ異種間で異なるものとされていることを特徴とする。そのため、１層の周波数選択鏡面で、グレーティング・ローブを生じることなく、広帯域な共振周波数帯あるいは複数の共振周波数帯を有する周波数選択鏡面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の周波数選択鏡面の正面図である。
【図２】  図１のII-II線に沿う矢視断面図である。
【図３】  共振素子の形状の例を示す図である。
【図４】  共振素子の四角配列を示す図である。
【図５】  共振素子の三角配列を示す図である。
【図６】  本発明の周波数選択鏡面の他の例を示す正面図である。
【図７】  図６のVII-VII線に沿う矢視断面図である。
【図８】  従来の周波数選択鏡面を示す正面図である。
【図９】  図８のIX-IX線に沿う矢視断面図である。
【図１０】  従来の他の周波数選択鏡面を示す正面図である。
【図１１】  図１０のXI-XI線に沿う矢視断面図である。
【図１２】  従来の他の周波数選択鏡面を示す正面図である。
【図１３】  図１２のXIII-XIII線に沿う矢視断面図である。
【符号の説明】
１  誘電体、２ａ，２ｂ  金属箔、３，６  共振素子、４  金属膜、５  穴。
【図１】
0003839606.tif 000002
【図２】
0003839606.tif 000003
【図３】
0003839606.tif 000004
【図４】
0003839606.tif 000005
【図５】
0003839606.tif 000006
【図６】
0003839606.tif 000007
【図７】
0003839606.tif 000008
【図８】
0003839606.tif 000009
【図９】
0003839606.tif 000010
【図１０】
0003839606.tif 000011
【図１１】
0003839606.tif 000012
【図１２】
0003839606.tif 000013
【図１３】
0003839606.tif 000014