特開 2022-165135 複合共振器および集合体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022165135

(43)【公開日】2022-10-31

(54)【発明の名称】複合共振器および集合体

(51)【国際特許分類】

   H01Q 15/24 20060101AFI20221024BHJP

   H01Q 15/14 20060101ALI20221024BHJP

【ＦＩ】

H01Q15/24

H01Q15/14 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021070368

(22)【出願日】2021-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉川 博道

【テーマコード（参考）】

5J020

【Ｆターム（参考）】

5J020AA06

5J020AA07

5J020AA08

5J020BA01

5J020DA07

(57)【要約】

【課題】設計自由度の高い集合体を構成することができる複合共振器および集合体を提供すること。
【解決手段】複合共振器は、第１面方向に広がる第１共振器と、第１共振器と第１方向に離れており、前記第１面方向に広がる第２共振器と、第１方向において第１共振器および第２共振器の間に位置し、第１共振器および第２共振器の各々に、磁気的もしくは容量的に接続するように構成され、または電気的に接続する第３共振器と、第１面方向に広がり、第１方向において第１共振器および第２共振器の間に位置し、第１共振器および第２共振器の電位基準となる基準導体と、を含む。第３共振器は、第１共振器と第２共振器とを直結し、かつ基準導体に接触しておらず、第１共振器と、第２共振器とは、第１共振器の中心と、第２共振器の中心とが第１方向においてずれて並んでいる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面方向に広がる第１共振器と、
前記第１共振器と第１方向に離れており、前記第１面方向に広がる第２共振器と、
前記第１方向において前記第１共振器および前記第２共振器の間に位置し、前記第１共振器および前記第２共振器の各々に、磁気的もしくは容量的に接続するように構成され、または電気的に接続する第３共振器と、
前記第１面方向に広がり、前記第１方向において前記第１共振器および前記第２共振器の間に位置し、前記第１共振器および前記第２共振器の電位基準となる基準導体と、を含み、
前記第３共振器は、前記第１共振器と前記第２共振器とを直結し、かつ前記基準導体に接触しておらず、
前記第１共振器と、前記第２共振器とは、前記第１共振器の中心と、前記第２共振器の中心とが前記第１方向においてずれて並んでいる、
複合共振器。

【請求項2】

前記第３共振器は、前記第１共振器の前記第１面方向内の第２方向に平行な辺に接続され、前記第２共振器の前記第１面方向内の前記第２方向とは異なる第３方向に平行な辺に接続されている、
請求項１に記載の複合共振器。

【請求項3】

前記第１共振器および前記第２共振器は矩形に構成されており、
前記第２共振器は、少なくとの一つの頂点部を欠いた構造を有している、
請求項１に記載の複合共振器。

【請求項4】

前記第１共振器は、第１方向の順方向からの電磁波の受信によって共振するように構成されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の複合共振器。

【請求項5】

前記第２共振器は、共振する際に、電磁波を放射するように構成されている、
請求項１から４のいずれか１項に記載の複合共振器。

【請求項6】

前記第２共振器は、共振する際に、電磁波を前記第１方向の逆方向に放射するように構成されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の複合共振器。

【請求項7】

前記第２共振器は、前記第１方向の逆方向からの電磁波の受信によって共振するように構成されている、
請求項１から６のいずれか１項に記載の複合共振器。

【請求項8】

前記第１共振器は、共振する際に、電磁波を放射するように構成されている、
請求項１から７のいずれか１項に記載の複合共振器。

【請求項9】

前記第１共振器は、共振する際に、電磁波を前記第１方向の順方向に放射するように構成されている、
請求項８に記載の複合共振器。

【請求項10】

前記第２共振器は、前記第１共振器と異なる位相で共振するように構成されている、
請求項７から９のいずれか１項に記載の複合共振器。

【請求項11】

前記第２共振器は、前記第１面方向において、前記第１共振器と異なる面内方向に共振するように構成されている、
請求項７から１０のいずれか１項に記載の複合共振器。

【請求項12】

前記第２共振器の共振方向は、前記第１面方向において、前記第１共振器の共振方向に対して経時変化するように構成されている
請求項７から１１のいずれか１項に記載の複合共振器。

【請求項13】

前記第２共振器は、前記第１共振器が受信した電磁波を、第１周波数帯を減衰させて放射するように構成されている、
請求項７から１２のいずれか１項に記載の複合共振器。

【請求項14】

請求項１から１３のいずれか１項に記載の複合共振器を複数含み、
複数の前記複合共振器は、前記第１面方向に並んでいる、
集合体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、複合共振器および集合体に関する。

【背景技術】

【0002】

誘電体レンズを用いずに、電磁波を制御する技術が知られている。例えば、特許文献１には、共振器素子を配列した構造において、各素子のパラメータを変化させることで、電波の偏波を変化させる技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００３－５２６９７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のような共振器素子は、反射させた際に偏波を変更させており、透過に関しては記載がない。

【0005】

本開示は、設計自由度の高い集合体を構成することのできる複合共振器および集合体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る複合共振器は、第１面方向に広がる第１共振器と、前記第１共振器と第１方向に離れており、前記第１面方向に広がる第２共振器と、前記第１方向において前記第１共振器および前記第２共振器の間に位置し、前記第１共振器および前記第２共振器の各々に、磁気的もしくは容量的に接続するように構成され、または電気的に接続する第３共振器と、前記第１面方向に広がり、前記第１方向において前記第１共振器および前記第２共振器の間に位置し、前記第１共振器および前記第２共振器の電位基準となる基準導体と、を含み、前記第３共振器は、前記第１共振器と前記第２共振器とを直結し、かつ前記基準導体に接触しておらず、前記第１共振器と、前記第２共振器とは、前記第１共振器の中心と、前記第２共振器の中心とが前記第１方向においてずれて並んでいる。

【0007】

本開示に係る集合体は、本開示に係る複合共振器を複数含み、複数の前記複合共振器は、前記第１面方向に並んでいる。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、設計自由度の高い集合体を構成することができる複合共振器および集合体を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、各実施形態に係る電波屈折板の概要を説明するための図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る単位構造の構成例を模式的に示す図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る単位構造の周波数特性を示すグラフである。

【図4】図４は、第１実施形態に係る単位構造の周波数特性を示すグラフである。

【図5】図５は、第１実施形態に係る単位構造の構成例を模式的に示す図である。

【図6】図６は、第２実施形態に係る単位構造の周波数特性を示すグラフである。

【図7】図７は、第２実施形態に係る単位構造の周波数特性を示すグラフである。

【図8】図８は、第３実施形態に係る単位構造の構成例を模式的に示す図である。

【図9】図９は、第３実施形態に係る単位構造の周波数特性を示すグラフである。

【図10】図１０は、第３実施形態に係る単位構造の周波数特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下に説明する実施形態により本開示が限定されるものではない。

【0011】

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸と直交する水平面内のＹ軸と平行な方向をＹ軸方向とし、水平面と直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸およびＹ軸を含む平面を適宜ＸＹ平面と称し、Ｘ軸およびＺ軸を含む平面を適宜ＸＺ平面と称し、Ｙ軸およびＺ軸を含む平面を適宜ＹＺ平面と称する。ＸＹ平面は、水平面と平行である。ＸＹ平面とＸＺ平面とＹＺ平面とは直交する。

【0012】

［概要］
図１は、複数の複合共振器が周期的に並ぶ集合体を示す。集合体は、周期的に並ぶ複数の複合共振器が集合として機能を有している。

【0013】

図１に示すように、集合体１は、複数の単位構造１０と、基板１２と、を含む。

【0014】

複数の単位構造１０は、ＸＹ面方向に並んでいる。ＸＹ面方向は、第１面方向とも呼ばれ得る。すなわち、複数の単位構造１０は、２次元的に並んでいる。複数の単位構造１０は、それぞれ、共振構造を有する。単位構造１０の構造については、後述する。単位構造１０は、複合共振器とも呼ばれ得る。基板１２は、例えば、誘電体で形成された誘電体基板であり得る。集合体１は、誘電体から構成された基板１２に、共振構造を有する複数の単位構造１０を２次元的に並ぶことで構成されている。

【0015】

本開示では、以下の各実施形態の複合共振器を図１に示すように配列することで、集合体を構成することができる。

【0016】

［第１実施形態］
［単位構造の構成］
図２を用いて、第１実施形態に係る単位構造の構成例について説明する。図２は、第１実施形態に係る単位構造の構成例を模式的に示す図である。この構造は、水平偏波を水平偏波で放射される構造である。

【0017】

第１共振器１４は、基板１２において、ＸＹ平面に広がるように並び得る。第１共振器１４は、導体で形成され得る。第１共振器１４は、例えば、矩形に形成されたパッチ導体であり得る。図２に示す例では、第１共振器１４は、矩形のパッチ導体として示しているが、本開示はこれに限定されない。第１共振器１４の形状は、例えば、線状、円状、ループ形状、矩形を除く多角形状であってもよい。すなわち、第１共振器１４の形状は、設計に応じて、任意に変更し得る。第１共振器１４は、＋Ｚ軸方向から受信した電磁波によって共振するように構成されている。

【0018】

第１共振器１４は、共振する際に、電磁波を放射するように構成されている。第１共振器１４は、共振する際に、電磁波を＋Ｚ軸方向側に放射するように構成されている。

【0019】

第２共振器１６は、基板１２において、第１共振器１４からＺ軸方向の離れた位置で、ＸＹ平面に広がるように並び得る。第２共振器１６は、例えば、矩形に形成されたパッチ導体であり得る。図２に示す例では、第２共振器１６は、矩形のパッチ導体として示しているが、本開示はこれに限定されない。第２共振器１６の形状は、例えば、線状、円状、ループ形状、矩形を除く多角形状であってもよい。すなわち、第２共振器１６の形状は、設計に応じて、任意に変更し得る。第２共振器１６の形状は、第１共振器１４の形状と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第２共振器１６の面積は、第１共振器１４と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0020】

第２共振器１６は、共振する際に、電磁波を放射するように構成されている。第２共振器１６は、例えば、－Ｚ軸方向側に電磁波を放射するように構成されている。第２共振器１６は、共振する際に、電磁波を－Ｚ軸方向に放射するように構成されている。第２共振器１６は、－Ｚ軸方向からの電磁波の受信によって共振するように構成されている。

【0021】

第２共振器１６は、第１共振器１４と異なる位相で共振するように構成されてもよい。第２共振器１６は、ＸＹ平面方向において、第１共振器１４と異なる方向に共振するように構成されてもよい。第２共振器１６は、例えば、第１共振器１４がＸ軸方向に共振するように構成されている場合には、Ｙ軸方向に共振するように構成されてもよい。第２共振器１６の共振方向は、ＸＹ平面方向において、第１共振器１４の共振方向の経時変化に対応して経時変化するように構成されてもよい。第２共振器１６は、第１共振器１４が受信した電磁波を、第１周波数帯が減衰した電磁波を放射するように構成されてもよい。

【0022】

基準導体１８は、基板１２において、第１共振器１４と、第２共振器１６との間に並び得る。基準導体１８は、例えば、基板１２において、第１共振器１４と、第２共振器１６との中心にあり得るが、本開示はこれに限定されない。基準導体１８は、例えば、第１共振器１４との距離と、第２共振器１６との距離が異なる位置にあってよい。基準導体１８は、接続線路２０が通過するスルーホール１８ａを有する。基準導体１８は、接続線路２０の少なくとも一部を囲うように構成されている。

【0023】

接続線路２０は、導体で形成され得る。接続線路２０は、Ｚ軸方向において、第１共振器１４と、第２共振器１６との間に位置する。Ｚ軸方向は、例えば、第１方向とも呼ばれ得る。接続線路２０は、第１共振器１４と、第２共振器１６との各々に接続され得る。接続線路２０は、スルーホール１８ａを通過するが、基準導体１８には接触していない。接続線路２０は、例えば、第１共振器１４および第２共振器１６の各々に磁気的もしくは容量的に接続するように構成され得る。接続線路２０は、例えば、第１共振器１４および第２共振器１６の各々に電気的に接続するように構成されてもよい。接続線路２０は、第１共振器１４のＸ軸方向に平行な辺に接続され、第２共振器１６のＸ軸方向に平行な辺に接続される。接続線路２０は、Ｚ軸方向に平行な経路であり得る。接続線路２０は、第３共振器とし得る。

【0024】

単位構造１０は、第１共振器１４および第２共振器１６を、磁気的もしくは容量的に接続、または電気的に接続されて複合するように構成されている。３つの共振器が複合化することで、単位構造１０は、第１共振器１４に入射した電磁波によって励振された高周波が複合共振器を伝送するように構成されている。単位構造１０は、単位構造の伝送特性によって位相シフト、バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ、およびロウパスフィルタのいずれか１つ、または複数の機能を奏しうる。

【0025】

単位構造１０は、第１共振器１４に入射した電磁波の位相を変化させて、第２共振器１６から出射するように構成されている。位相変化量は、接続線路２０の長さによって変化する。位相変化量は、第１共振器１４または第２共振器１６の面積によっても変化する。

【0026】

図２に示すように、単位構造１０は、基板１２の上面に配置された第１共振器１４と、基板１２の下面に配置された第２共振器１６とは対向した状態からずれて並んでいる。具体的には、第２共振器１６は、基板１２の下面の中心と、第２共振器１６の中心とをずらして並んでいる。第１共振器１４と、第２共振器１６とは、第１共振器１４にＸ軸方向から入射した電磁波を第２共振器１６からＹ軸方向に平行な方向に出射するように並んでいる。すなわち、単位構造１０は、垂直方向の電磁波を水平方向に変換するように構成されている。言い換えれば、第２共振器１６は、ＸＹ平面方向において、第１共振器１４と異なる面内方向に共振するように構成されている。接続線路２０は、第１共振器１４と、第２共振器１６とにおいて、Ｙ軸方向に平行な辺に接続されている。

【0027】

図３と、図４とを用いて、第１実施形態に係る単位構造の周波数特性について説明する。図３と、図４とは、第１実施形態に係る単位構造の周波数特性を示すグラフである。

【0028】

図３において、横軸は周波数［ＧＨｚ（Giga Hertz）］、縦軸は利得［ｄＢ（deci Bel）］を示す。図３には、グラフＧ１と、グラフＧ２とが示されている。グラフＧ１は、Ｘ軸方向から入射した電磁波のＸ軸方向へ出射するときの透過係数を示す。グラフＧ２は、反射係数を示す。グラフＧ１は、２１.００ＧＨｚ近傍から２８.００Ｈｚ近傍の領域の挿入損失が－３ｄＢ程度以上であり、良好な透過特性を示している。グラフＧ２は、２１.００ＧＨｚ近傍から２８．００ＧＨｚ近傍の領域の反射係数が低いことを示している。すなわち、図２に示す単位構造１０は、２１.００ＧＨｚ近傍から２８.００ＧＨｚ近傍のように幅広い良好な透過特性を有している。すなわち、単位構造１０は、電磁波の位相を変化させる空間フィルタとして使用することができる。

【0029】

図４において、横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は利得［ｄＢ］を示す。図４には、グラフＧ３が示されている。グラフＧ３は、Ｘ軸方向から入射した電磁波のＹ軸方向へ出射するときの透過係数を示す。グラフＧ３に示すように、Ｘ軸方向から入射した電磁波のＸ軸方向へ出射するときの透過係数は、最大で－６０ｄＢである。すなわち、単位構造１０は、第１共振器１４にＸ軸方向から入射した電磁波を第２共振器１６のＸ軸方向から出射しないように構成されている。

【0030】

［第２実施形態］
［単位構造の構成］
図５を用いて、第２実施形態に係る単位構造の構成例について説明する。図５は、第２実施形態に係る単位構造の構成例を模式的に示す図である。この構造は、水平偏波を垂直偏波で放射される構造である。

【0031】

図５に示すように、単位構造１０Ａは、基板１２の上面に配置された第１共振器１４と、基板１２の下面に配置された第２共振器１６とは対向した状態からずれて並んでいる。具体的には、第２共振器１６は、基板１２の下面の中心と、第２共振器１６の中心とがずれるように、Ｙ軸方向にシフトした状態で並んでいる。第１共振器１４と、第２共振器１６とは、第１共振器１４にＸ軸方向から入射した電磁波を第２共振器１６から円偏波して出射するように並んでいる。第２実施形態では、接続線路２０は、第１共振器１４ではＹ軸方向に平行な辺に接続され、第２共振器１６ではＸ軸方向に平行な辺に接続されている。

【0032】

図６と、図７とを用いて、第２実施形態に係る単位構造の周波数特性について説明する。図６と、図７とは、第２実施形態に係る単位構造の周波数特性を示すグラフである。

【0033】

図６において、横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は利得［ｄＢ］を示す。図６には、グラフＧ４と、グラフＧ５とが示されている。グラフＧ４は、Ｘ軸方向から入射した電磁波のＸ軸方向へ出射するときの透過係数を示す。グラフＧ５は、反射係数を示す。グラフＧ５は、各周波数帯域において挿入損失が－４０ｄＢであることを意味している。これは、単位構造１０Ａは、Ｘ軸方向に入射した電磁波はＸ軸方向から出射され難いことを示す。グラフＧ５は、各周波数帯域において反射係数が低いことを示している。

【0034】

図７において、横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は利得［ｄＢ］を示す。図７には、グラフＧ６が示されている。グラフＧ６は、Ｘ軸方向から入射した電磁波のＹ軸方向へ出射するときの透過係数を示す。グラフＧ６に示すように、２１.００ＧＨｚ近傍から２９.００Ｈｚ近傍の領域の挿入損失が－３ｄＢ程度以上であり、良好な透過特性を示している。単位構造１０Ａでは、第１共振器１４ではＹ軸方向に平行な辺に接続され、第２共振器１６ではＸ軸方向に平行な辺に接続されている。

【0035】

［第３実施形態］
［単位構造の構成］
図８を用いて、第３実施形態に係る単位構造の構成例について説明する。図８は、第３実施形態に係る単位構造の構成例を模式的に示す図である。この構造は、直線偏波を水円偏波で放射される構造である。

【0036】

図８に示すように、単位構造１０Ｂは、基板１２の下面に配置されている第２共振器１６の形状が異なっている点で、図２に示す単位構造１０と異なっている。具体的には、単位構造１０Ｂの第２共振器１６は、矩形の共振器の一つの頂点部を切り落としたような形状を有している。第５実施形態では、第２共振器１６の共振方向は、ＸＹ平面方向において、第１共振器１４の共振方向に対して経時変化するように構成されている。

【0037】

図９と、図１０とを用いて、第３実施形態に係る単位構造の周波数特性について説明する。図９と、図１０は、第３実施形態に係る単位構造の周波数特性を示すグラフである。

【0038】

図９において、横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は利得［ｄＢ］を示す。図９には、グラフＧ７と、グラフＧ８とが示されている。グラフＧ７は、Ｘ軸方向から入射した電磁波のＸ軸方向へ出射するときの透過係数を示す。グラフＧ８は、反射係数を示す。グラフＧ７は、２１.００ＧＨｚ近傍から２８.００Ｈｚ近傍の領域の挿入損失が－５ｄＢ程度以上であり、良好な透過特性を示している。グラフＧ８は、２１.００ＧＨｚ近傍から２８．００ＧＨｚ近傍の領域の反射係数が低いことを示している。すなわち、図８に示す単位構造１０Ｂは、２１.００ＧＨｚ近傍から２８．００ＧＨｚ近傍のように幅広い良好な透過特性を有している。

【0039】

図１０において、横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸は利得［ｄＢ］を示す。図１０には、グラフＧ９が示されている。グラフＧ９は、Ｘ軸方向から入射した電磁波のＹ軸方向へ出射するときの透過係数を示す。グラフＧ９に示すように、Ｘ軸方向から入射した電磁波のＹ軸方向へ出射するときの透過係数は、２１.００ＧＨｚ近傍から２８.００Ｈｚ近傍の領域の挿入損失が－５ｄＢ程度以上であり、良好な透過特性を示している。

【0040】

単位構造１０Ｂは、第１共振器１４にＸ軸方向から入射した電磁波を第２共振器１６のＸ軸方向およびＹ軸方向から出射するように構成されている。すなわち、単位構造１０Ｄは、Ｘ軸方向から入射した電磁波を円偏波して出射するように構成されている。

【0041】

以上、本開示の実施形態を説明したが、これら実施形態の内容により本開示が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

【符号の説明】

【0042】

１ 集合体
１０ 単位構造
１２ 基板
１４ 第１共振器
１６ 第２共振器
１８ 基準導体
２０ 接続線路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】