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(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】P2023122969
(43)【公開日】2023-09-05
(54)【発明の名称】メタツインおよびメタサーフェス板
(51)【国際特許分類】
H01Q 15/02 20060101AFI20230829BHJP
【ＦＩ】
H01Q15/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022026756
(22)【出願日】2022-02-24
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ▲１▼掲載年月日 ２０２１年１２月２３日 ▲２▼掲載アドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｉｅｅｅｘｐｌｏｒｅ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｄｏｃｕｍｅｎｔ／９６６１３８２
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ▲１▼掲載年月日 ２０２１年１２月２３日 ▲２▼掲載アドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｉｅｅｅｘｐｌｏｒｅ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｄｏｃｕｍｅｎｔ／９６６１３８２
(71)【出願人】
【識別番号】502340996
【氏名又は名称】学校法人法政大学
(74)【代理人】
【識別番号】100102635
【弁理士】
【氏名又は名称】浅見 保男
(74)【代理人】
【識別番号】110002767
【氏名又は名称】弁理士法人ひのき国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中野 久松
(72)【発明者】
【氏名】阿部 智希
【テーマコード（参考）】
5J020
【Ｆターム（参考）】
5J020AA02
5J020BB03
5J020BD03
5J020CA04
5J020DA04
(57)【要約】 （修正有）
【課題】透過位相の大きな位相変化量を得ることができるメタツイン及び全体の体積と製造コストを増加させることなく小さな偏向角から６０度以上の大きな偏向角までを実現できるメタサーフェス板を提供する。
【解決手段】メタツインＭ１は、誘電体基板１０の中心点Ｏに対して点対称に、基本導体パターンを半截した同形状の第１導体パターン１１と第２導体パターン１２とを、誘電体基板１０の上面と下面に形成して構成されている。また、メタサーフェス板は、メタツインＭ１を誘電体基板のｘ方向及びｙ方向に周期配列して多数形成される。第１導体パターン１１は、誘電体基板の上面に周期配列されて形成される。第２導体パターン１２は、誘電体基板の下面に周期配列されて第１導体パターン１１に対応するよう形成されている。
【選択図】図１
【解決手段】メタツインＭ１は、誘電体基板１０の中心点Ｏに対して点対称に、基本導体パターンを半截した同形状の第１導体パターン１１と第２導体パターン１２とを、誘電体基板１０の上面と下面に形成して構成されている。また、メタサーフェス板は、メタツインＭ１を誘電体基板のｘ方向及びｙ方向に周期配列して多数形成される。第１導体パターン１１は、誘電体基板の上面に周期配列されて形成される。第２導体パターン１２は、誘電体基板の下面に周期配列されて第１導体パターン１１に対応するよう形成されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定幅の線状で構成された形状の基本導体パターンを半截してなる第１導体パターンと第２導体パターンとを有し、
該第１導体パターンと該第２導体パターンとは、互いの面の平行を維持しつつ当該面に垂直な方向に所定間隔だけ離隔して配置されていることを特徴とするメタツイン。
該第１導体パターンと該第２導体パターンとは、互いの面の平行を維持しつつ当該面に垂直な方向に所定間隔だけ離隔して配置されていることを特徴とするメタツイン。
【請求項2】
前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは、誘電体基板の一方の面上と他方の面上とにそれぞれ形成可能とされると共に、前記誘電体基板の中心点に対して点対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のメタツイン。
【請求項3】
前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとにおいて、前記誘電体基板を介して先端が対向するパートの長さが設定可能とされていることを特徴とする請求項２に記載のメタツイン。
【請求項4】
前記基本導体パターンは、所定幅の外側ループと内側ループとからなる２重ループの形状とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のメタツイン。
【請求項5】
前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとにおいて、前記外側ループの中央部と前記内側ループの中央部との間を接続する所定幅の接続片がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項４に記載のメタツイン。
【請求項6】
前記外側ループおよび前記内側ループと前記接続片とが、該接続片の連結方向の中心線に対して線対称に分離配置されていることを特徴とする請求項５に記載のメタツイン。
【請求項7】
前記外側ループと前記内側ループとは、同心で配置された矩形ループとされていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載のメタツイン。
【請求項8】
前記外側ループは、矩形ループとされ、
前記内側ループは、同心で配置されると共に約４５度回転した形状の矩形ループとされていることを特徴とする請求項４または５に記載のメタツイン。
前記内側ループは、同心で配置されると共に約４５度回転した形状の矩形ループとされていることを特徴とする請求項４または５に記載のメタツイン。
【請求項9】
前記第１導体パターンおよび前記第２導体パターンは、Ｔ字状の形状とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のメタツイン。
【請求項10】
第２誘電体基板と、
該第２誘電体基板のｘ方向およびｙ方向に周期配列して多数形成されている請求項１ないし９のいずれかに記載のメタツインとを備え、
前記メタツインにおける前記第１導体パターンは、前記第２誘電体基板の上面に周期配列されて形成され、
前記メタツインにおける前記第２導体パターンは、前記第２誘電体基板の下面に周期配列されて前記第１導体パターンに対応するよう形成されていることを特徴とするメタサーフェス板。
該第２誘電体基板のｘ方向およびｙ方向に周期配列して多数形成されている請求項１ないし９のいずれかに記載のメタツインとを備え、
前記メタツインにおける前記第１導体パターンは、前記第２誘電体基板の上面に周期配列されて形成され、
前記メタツインにおける前記第２導体パターンは、前記第２誘電体基板の下面に周期配列されて前記第１導体パターンに対応するよう形成されていることを特徴とするメタサーフェス板。
【請求項11】
前記第２誘電体基板のｘ方向およびｙ方向に周期配列して多数形成された前記メタツインにおいて、前記各メタツインの透過位相が所定の透過位相とされて、所定の透過位相の分布が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のメタサーフェス板。
【請求項12】
前記各メタツインにおける透過位相が所定の方向に向かって次第に遅れていく透過位相の分布とされて、前記第２誘電体基板の一面から入射された入射波が、所定の方向に偏向された透過波として放射されることを特徴とする請求項１１に記載のメタサーフェス板。
【請求項13】
局所的な波源から放射されて前記第２誘電体基板の一面からの入射波の位相が、前記波源と前記第２誘電体基板の入射位置との間隔に応じた位相とされており、前記メタツインの各々における透過位相が前記間隔に応じて設定されていることを特徴とする請求項１１に記載のメタサーフェス板。
【請求項14】
前記第２誘電体基板の面上に、前記各メタツインにおける透過位相を調整する電子素子が装着されて、該電子素子により透過波の偏向角やパターンが調節されることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載のメタサーフェス板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、透過位相の大きな位相変化量を得られるメタツイン、および、放射源の前方に配置して所望の方向に透過波を偏向できるメタサーフェス板に関する。
【背景技術】
【0002】
メタサーフェスの特性を利用した新しい機能を有する電磁波通信機器が国内外で開発されつつある。メタサーフェスは、自然界には存在しない反射特性をもつ人工表面（超表面）のことであり、入射された電磁波の位相を制御できる特徴を有している。動作波長に比べて小さな金属素子を平面板上に周期的にならべると、通常とは異なる電磁界現象が現れる。このような平面板は、通常、金属板からなる接地板によって裏打ちされている。この接地板のついた人工表面板は反射型のメタサーフェス板とよばれる。
これに対し、接地板をもたない人工表面薄板は透過型のメタサーフェス板とよばれる。従来の透過型のメタサーフェス板をアンテナの前方に配置すると、透過波の放射パターンをフォーミング可能なことが明らかになっている。
これに対し、接地板をもたない人工表面薄板は透過型のメタサーフェス板とよばれる。従来の透過型のメタサーフェス板をアンテナの前方に配置すると、透過波の放射パターンをフォーミング可能なことが明らかになっている。
【0003】
従来の透過型のメタサーフェス板１１０を使用する構成を図２８に示す。図２８に示すように、メタサーフェス板１１０をパッチアンテナ１３０の前方（ｚ方向）に配置することで、パッチアンテナ１３０からの入射波はメタサーフェス板１１０を透過して、所定の放射パターンの透過波となる。パッチアンテナ１３０は矩形状の導体とされ、厚みの薄い直方体状の誘電体板からなるアンテナ基板１３１の上面に形成されている。アンテナ基板１３１は矩形状のグランド板１４０の上面に配置されており、グランド板１４０は、パッチアンテナ１３０のグランドプレーンとして機能する。なお、パッチアンテナ１３０とメタサーフェス板１１０との間隔は使用周波数ｆの自由空間波長をλとすると、約１／２λとされている。
【0004】
図２９にメタサーフェス板１１０の詳細構成が示されている。メタサーフェス板１１０は、金属製のループ素子１１２が、誘電体基板１２０の一表面のｘ方向及びｙ方向に周期的に複数形成されて構成されている。１つのループ素子１１２が誘電体基板１２０に形成されている領域が単位素子１１１を構成している。単位素子１１１を構成するループ素子１１２の形状は正方形の形状とされ、ループ素子１１２の一辺の長さがＳｔとされ、線幅がＷｔとされている。誘電体基板１２０の一表面に形成された複数のループ素子１１２の全ては一辺の長さＳｔと線幅Ｗｔとが同じ寸法とされて、同形状とされている。
【0005】
ここで、一辺Ｓｔの長さが固定され、線幅Ｗｔのみが異なるループ素子１１２を周期配列したメタサーフェス板１１０を解析すると、ループ素子１１２の線幅Ｗｔを狭くするにつれて、ループ素子１１２を備える単位素子１１１の透過位相が遅れていくことが分かった。この事実を元に、メタサーフェス板１１０の透過波を１方向または２方向や４方向へ向けた放射パターンとすることができる。
透過波を所望の１方向に向ける放射パターンとすることができる従来のメタサーフェス板１１０－１の構成を図３０に示す。図３０に示すメタサーフェス板１１０－１は、誘電体基板１２０の一表面に金属製のループ素子１１２ａが、ｘ方向及びｙ方向に周期的に複数形成されて構成されている。そして、正方形の形状のループ素子１１２ａの一辺の長さＳｔの長さは固定されて、線幅Ｗａをｘ方向へ向かって次第に太くなるよう形成されている。ｙ方向においては、隣接するループ素子１１２ａの一辺の長さＳｔの長さおよび線幅Ｗａの線幅は固定されて形成されている。この場合、１つのループ素子１１２ａが誘電体基板１２０に形成されている領域が単位素子１１１ａを構成している。
透過波を所望の１方向に向ける放射パターンとすることができる従来のメタサーフェス板１１０－１の構成を図３０に示す。図３０に示すメタサーフェス板１１０－１は、誘電体基板１２０の一表面に金属製のループ素子１１２ａが、ｘ方向及びｙ方向に周期的に複数形成されて構成されている。そして、正方形の形状のループ素子１１２ａの一辺の長さＳｔの長さは固定されて、線幅Ｗａをｘ方向へ向かって次第に太くなるよう形成されている。ｙ方向においては、隣接するループ素子１１２ａの一辺の長さＳｔの長さおよび線幅Ｗａの線幅は固定されて形成されている。この場合、１つのループ素子１１２ａが誘電体基板１２０に形成されている領域が単位素子１１１ａを構成している。
【0006】
図２８において、メタサーフェス板１１０に替えて図３０に示すメタサーフェス板１１０－１とした際に、メタサーフェス板１１０－１における透過波の放射パターンを図３１に示す。この場合、パッチアンテナ１３０とメタサーフェス板１１０－１との間隔は使用周波数の自由空間波長をλとすると、約１／２λとされている。そして、ループ素子１１２ａの線幅Ｗａが細くなるほど、ループ素子１１２ａを備える単位素子１１１ａの透過移相が遅れることから、メタサーフェス板１１０－１の透過波の透過移相は－ｘ方向に行くにつれて遅れていくようになる。すなわち、メタサーフェス板１１０－１における透過波は－ｘ方向に偏向される。図３１に示す放射パターンを参照すると、メタサーフェス板１１０－１における透過波は－ｘ方向に約－３０°偏向された放射パターンとされ、約３０°の偏向角θが得られている。この場合、透過波の振幅はほぼ減衰することなく、メタサーフェス板１１０－１を透過する。
【0007】
ここで、図２８に破線で示すように、従来のメタサーフェス板１１０を電磁波の進行方向に所定間隔でｚ方向に２枚あるいは３枚重ねて配置することができる。２枚目と３枚目のメタサーフェス板１１０ｂ、１１０ｃの構成はメタサーフェス板１１０と同じ構成とされている。例えば、図２８に示す３枚積層したメタサーフェス板１１０，１１０ｂ，１１０ｃを図３０に示す構成のメタサーフェス板１１０－１とした際の透過波の放射パターンを図３２に示す。この場合、使用周波数の自由空間波長をλとすると、パッチアンテナ１３０と１段目のメタサーフェス板１１０との間隔は約１／２λとされ、３枚のメタサーフェス板１１０－１の相互の間隔は約１／４λとされている。この場合、３枚積層したメタサーフェス板１１０－１における透過波は－ｘ方向にさらに偏向される。図３２に示す放射パターンを参照すると、３枚積層したメタサーフェス板１１０－１における透過波は－ｘ方向に約－６０°偏向された放射パターンとされ、約６０°の偏向角θが得られるようになる。また、透過波の振幅はほぼ減衰することなく、３枚積層したメタサーフェス板１１０－１を透過する。
なお、メタサーフェス板１１０，１１０ｂの２枚を積層した場合は、図示しないが約５０°の偏向角θが得られるようになる。
なお、メタサーフェス板１１０，１１０ｂの２枚を積層した場合は、図示しないが約５０°の偏向角θが得られるようになる。
【0008】
次に、従来のメタサーフェス板１１０において、透過波を２方向に向けた放射パターンとすることができる他の構成を図３３に示す。図３３に示す他の構成のメタサーフェス板１１０－２は、誘電体基板１２０の一表面に金属製のループ素子１１２ｂからなる単位素子１１１ｂが、ｘ方向及びｙ方向に周期的に複数形成されて構成されている。そして、正方形の形状のループ素子１１２ｂの一辺の長さＳｔの長さは固定されて、線幅Ｗｂをｘ方向の中央から±ｘ方向へ向かって次第に細くなるよう形成されている。ｙ方向においては、隣接するループ素子１１２ｂの一辺の長さＳｔの長さおよび線幅Ｗｂの線幅は固定されて形成されている。この場合、１つのループ素子１１２ｂが誘電体基板１２０に形成されている領域が単位素子１１１ｂを構成している。
【0009】
図２８に示すメタサーフェス板１１０を図３３に示す他の構成のメタサーフェス板１１０－２とした際に、メタサーフェス板１１０－２における透過波の放射パターンを図３４に示す。この場合、使用周波数の自由空間波長をλとすると、パッチアンテナ１３０とメタサーフェス板１１０－２との間隔は約１／２λとされる。そして、ループ素子１１２ｂの線幅Ｗｂが細くなるほど、ループ素子１１２ｂを備える単位素子１１１ｂの透過移相が遅れることから、メタサーフェス板１１０－２の透過波の透過移相は＋ｘ方向及び－ｘ方向に行くにつれて遅れていくようになる。すなわち、メタサーフェス板１１０－２における透過波は＋ｘ方向および－ｘ方向に偏向されて２方向に向けた放射パターンが得られる。図３４に示す放射パターンを参照すると、メタサーフェス板１１０－２における透過波は±ｘ方向に約±４５度偏向された２方向に向けた放射パターンとされ、約４５度の偏向角θが得られている。
なお、図２８に示す３枚積層したメタサーフェス板１１０，１１０ｂ，１１０ｃを図３３に示す他の構成のメタサーフェス板１１０－２とすることができる。２枚あるいは３枚積層したメタサーフェス板１１０－２における透過波の２方向に向けた放射パターンは、偏向角θが大きくなる。
なお、図２８に示す３枚積層したメタサーフェス板１１０，１１０ｂ，１１０ｃを図３３に示す他の構成のメタサーフェス板１１０－２とすることができる。２枚あるいは３枚積層したメタサーフェス板１１０－２における透過波の２方向に向けた放射パターンは、偏向角θが大きくなる。
【0010】
次に、従来のメタサーフェス板１１０において、透過波を４方向に向けた放射パターンとすることができるさらに他の構成を図３５に示す。図３５に示すさらに他のメタサーフェス板１１０－３は、誘電体基板１２０の一表面に金属製のループ素子１１２ｃからなる単位素子１１１ｃが、ｘ方向及びｙ方向に周期的に複数形成されて構成されている。そして、正方形の形状のループ素子１１２ｃの一辺の長さＳｔの長さは固定されて、線幅Ｗｃが誘電体基板１２０の中心から±ｘ方向へ向かって次第に細くなると共に、線幅Ｗｃを誘電体基板１２０の中心から±ｙ方向へ向かって次第に細くなるよう形成されている。この場合、１つのループ素子１１２ｃが誘電体基板１２０に形成されている領域が単位素子１１１ｃを構成している。
【0011】
図２８に示すメタサーフェス板１１０を図３５に示すさらに他の構成のメタサーフェス板１１０－３とする。この場合、使用周波数の自由空間波長をλとすると、パッチアンテナ１３０とメタサーフェス板１１０－３との間隔は約１／２λとされる。そして、ループ素子１１２ｃの線幅Ｗｃが細くなるほど、ループ素子１１２ｃを備える単位素子１１１ｃの透過移相が遅れることから、メタサーフェス板１１０－３の透過波の透過移相は中心から±ｘ方向及び±ｙ方向に行くにつれて遅れていくようになる。すなわち、メタサーフェス板１１０－２における透過波は±ｘ方向および±ｙ方向に偏向されて４方向に向けた放射パターンが得られる。
なお、図２８に示す３枚積層したメタサーフェス板１１０，１１０ｂ，１１０ｃを図３５に示すさらに他の構成のメタサーフェス板１１０－３とすることができる。２枚あるいは３枚積層したメタサーフェス板１１０－３における透過波の４方向に向けた放射パターンは、偏向角θが大きくなる。
なお、図２８に示す３枚積層したメタサーフェス板１１０，１１０ｂ，１１０ｃを図３５に示すさらに他の構成のメタサーフェス板１１０－３とすることができる。２枚あるいは３枚積層したメタサーフェス板１１０－３における透過波の４方向に向けた放射パターンは、偏向角θが大きくなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0012】
【非特許文献1】科学研究費助成事業 研究成果報告書 機関番号：３２６７５ 課題番号：１５Ｋ０６０８７ 研究課題名：透過型メタサーフェス板を前置した低姿勢アンテナ構造体による多偏向ビーム形成 研究代表者：中野 久松［online］, ［令和３年 １２月１４日検索］，インターネット<https://kaken.nii.ac.jp/ja/file/KAKENHI-PROJECT-15K06087/15K06087seika.pdf>
【非特許文献2】H. Nakano, S. Mitsui, and J. Yamauchi, “Tilted-beam high gain antenna system composed of a patch antenna and periodically arrayed loops,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 54, no. 1, pp. 2917-2925, June 2014.
【非特許文献3】H. Nakano, M. Toida, S. Okabe, and J. Yamauchi, “Tilted beam formation using parasitic loop-based plates,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 66, pp. 1475-1478, 2016.
【非特許文献4】H. Nakano, Y. Kameta, and J. Yamauchi, “Increased beam tilt angle from a patch antenna with three inhomogeneous loop-based plates,” IET Electronics Letters, vol. 53, no. 24, pp. 1562-1564, Nov. 2017.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
ビル妨害等による通信劣化を避けるために電磁波の放射ビームを特定方向に偏向して放射する必要が生じている。非特許文献１－４に開示された従来のメタサーフェス板は、透過波を特定方向に偏向することができる。非特許文献１，２を参照すると、１枚のメタサーフェス板では、約３０度までの偏向角とすることができる。さらに、偏向角を大きくするためには、もう１枚あるいは２枚のメタサーフェス板を１枚目のメタサーフェス板の上に追加することが、非特許文献１，３，４に示されている。２枚積層されたメタサーフェス板とすると約５０度の偏向角を得ることができ、３枚積層されたメタサーフェス板を用いると偏向角を約６０度にすることが可能である。
このように、従来のメタサーフェス板は、３０度以上の偏向角を実現するために、２枚以上のメタサーフェス板を用いていた。このことは、大きな偏向角が必要となる場合は、使用するメタサーフェス板の枚数を増加させる必要があることから、メタサーフェス板の全体の体積の増加および製造コストの増加を招いてしまうという問題点があった。
このように、従来のメタサーフェス板は、３０度以上の偏向角を実現するために、２枚以上のメタサーフェス板を用いていた。このことは、大きな偏向角が必要となる場合は、使用するメタサーフェス板の枚数を増加させる必要があることから、メタサーフェス板の全体の体積の増加および製造コストの増加を招いてしまうという問題点があった。
【0014】
そこで、本発明は、透過位相の大きな位相変化量を得ることができるメタツインを提供することを目的としている。また、本発明は、全体の体積および製造コストを増加させることなく小さな偏向角から６０度以上の大きな偏向角までを実現できるメタサーフェス板を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記目的を達成するために、本発明のメタツインは、所定の形状の基本導体パターンを半截して第１導体パターンと第２導体パターンとを形成し、該第１導体パターンの面と該第２導体パターンの面とを平行を維持して当該面に垂直な方向に所定間隔だけ離隔することで、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとが所定間隔離隔して配置されていることを最も主要な特徴としている。
【0016】
また、本発明のメタツインにおいて、前記基本導体パターンは、所定幅の線状で構成された形状とされて、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは所定幅の線状からなる形状とされていてもよい。
さらに、本発明のメタツインにおいて、前記第１導体パターンは、誘電体基板の一面上に形成可能とされ、前記第２導体パターンは、前記誘電体基板の前記一面に対面する他面上に形成可能とされ、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは、前記誘電体基板の中心点に対して点対称に配置されている。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは、ｘ－ｙ平面に配置された前記基本導体パターンを半截して形成され、同形状とされている前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは、ｘ方向のｘ方向部位とｙ方向のｙ方向部位とから構成されている。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとにおいて、少なくとも１つの前記ｘ方向の同じパートの長さが設定可能とされ、同形状とされている前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとにおける前記同じパートの先端同士が前記所定間隔を隔てて重なるまたは重ならない構成とされている。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記同じパートの長さに応じた透過位相とされている。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記基本導体パターンが所定幅の外側ループと内側ループとからなる２重ループの形状とされていてもよい。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとにおいて、前記外側ループの中央部と前記内側ループの中央部との間を接続する所定幅の接続片がそれぞれ形成されている。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記接続片で接続された前記外側ループおよび前記内側ループと前記接続片とのｘ方向の中央が切り欠かれていてもよい。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記外側ループと前記内側ループとが、同心で配置された矩形ループとされていてもよい。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記外側ループが矩形ループとされ、前記内側ループが同心で配置されると共に約４５度回転した形状の矩形ループとされていてもよい。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記第１導体パターンおよび前記第２導体パターンがＴ字状の形状とされていてもよい。
さらに、本発明のメタツインにおいて、前記第１導体パターンは、誘電体基板の一面上に形成可能とされ、前記第２導体パターンは、前記誘電体基板の前記一面に対面する他面上に形成可能とされ、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは、前記誘電体基板の中心点に対して点対称に配置されている。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは、ｘ－ｙ平面に配置された前記基本導体パターンを半截して形成され、同形状とされている前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとは、ｘ方向のｘ方向部位とｙ方向のｙ方向部位とから構成されている。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとにおいて、少なくとも１つの前記ｘ方向の同じパートの長さが設定可能とされ、同形状とされている前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとにおける前記同じパートの先端同士が前記所定間隔を隔てて重なるまたは重ならない構成とされている。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記同じパートの長さに応じた透過位相とされている。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記基本導体パターンが所定幅の外側ループと内側ループとからなる２重ループの形状とされていてもよい。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとにおいて、前記外側ループの中央部と前記内側ループの中央部との間を接続する所定幅の接続片がそれぞれ形成されている。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記接続片で接続された前記外側ループおよび前記内側ループと前記接続片とのｘ方向の中央が切り欠かれていてもよい。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記外側ループと前記内側ループとが、同心で配置された矩形ループとされていてもよい。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記外側ループが矩形ループとされ、前記内側ループが同心で配置されると共に約４５度回転した形状の矩形ループとされていてもよい。
さらにまた、本発明のメタツインにおいて、前記第１導体パターンおよび前記第２導体パターンがＴ字状の形状とされていてもよい。
【0017】
上記目的を達成するために、本発明のメタサーフェス板は、第２誘電体基板と、前記第２誘電体基板のｘ方向およびｙ方向に周期配列して多数形成されている請求項１ないし１２のいずれかに記載のメタツインとを備え、前記メタツインにおける前記第１導体パターンが、前記第２誘電体基板の上面に周期配列されて形成され、前記メタツインにおける前記第２導体パターンが、前記第２誘電体基板の下面に周期配列されて前記第１導体パターンに対応するよう形成されていることを最も主要な特徴としている。
本発明のメタサーフェス板において、前記第２誘電体基板のｘ方向およびｙ方向に周期配列して多数形成された前記メタツインにおいて、前記各メタツインの透過位相が所定の透過位相とされて、所定の透過位相の分布が形成されている。
また、本発明のメタサーフェス板において、前記各メタツインにおける透過位相が所定の方向に向かって次第に遅れていく透過位相の分布とされて、前記第２誘電体基板の一面から入射された入射波が、所定の方向に偏向された透過波として放射されている。
さらに、本発明のメタサーフェス板において、局所的な波源から放射されて前記第２誘電体基板の一面からの入射波の位相が、前記波源と前記第２誘電体基板の入射位置との間隔に応じた位相とされており、前記メタツインの各々における透過位相が前記間隔に応じて設定されている。
さらにまた、本発明のメタサーフェス板において、前記第２誘電体基板の面上に、前記各メタツインにおける透過位相を調整する電子素子が装着されて、前記電子素子により透過波の偏向角やパターンを調節するようにしてもよい。
本発明のメタサーフェス板において、前記第２誘電体基板のｘ方向およびｙ方向に周期配列して多数形成された前記メタツインにおいて、前記各メタツインの透過位相が所定の透過位相とされて、所定の透過位相の分布が形成されている。
また、本発明のメタサーフェス板において、前記各メタツインにおける透過位相が所定の方向に向かって次第に遅れていく透過位相の分布とされて、前記第２誘電体基板の一面から入射された入射波が、所定の方向に偏向された透過波として放射されている。
さらに、本発明のメタサーフェス板において、局所的な波源から放射されて前記第２誘電体基板の一面からの入射波の位相が、前記波源と前記第２誘電体基板の入射位置との間隔に応じた位相とされており、前記メタツインの各々における透過位相が前記間隔に応じて設定されている。
さらにまた、本発明のメタサーフェス板において、前記第２誘電体基板の面上に、前記各メタツインにおける透過位相を調整する電子素子が装着されて、前記電子素子により透過波の偏向角やパターンを調節するようにしてもよい。
【発明の効果】
【0018】
本発明のメタツインは、所定の形状の基本導体パターンを半截して形成した第１導体パターンと第２導体パターンとを、離隔して配置するように構成している。この本発明のメタツインは、透過位相の大きな位相変化量を得ることができる。また、本発明のメタサーフェス板は、本発明にかかるメタツインを用いることにより、透過波を放射する偏向の角度を小さな角度から６０度以上の大きな角度まで１枚で実現することができるようになる。そして、本発明のメタサーフェス板は１枚で必要な角度の偏向を行えることから、全体の体積を減少できると共に、製造コストを低廉とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の第１実施例のメタツインを備える第１実施例の単位素子の構成を示す斜視図、上面図、側面図である。
【図2】本発明の第１実施例のメタツインの構成を説明する斜視図である。
【図3】本発明の第１実施例のメタツインにおいて、長さＬｉｎに対する透過波の振幅特性を示す図である。
【図4】本発明の第１実施例のメタツインにおいて、長さＬｉｎを調整した際の形状を示す図である。
【図5】本発明の第１実施例のメタツインにおいて、長さＬｉｎに対する透過位相特性を示す図である。
【図6】本発明の第１実施例のメタサーフェス板の構成を示すと共に、一部を拡大して示す平面図である。
【図7】本発明の第１実施例のメタサーフェス板における平面波の屈折の様子を示す図である。
【図8】本発明の第１実施例のメタサーフェス板における平面波の屈折の様子を電界分布で示す図である。
【図9】本発明の第１実施例のメタサーフェス板における変形例の構成を示すと共に、一部を拡大して示す平面図である。
【図10】本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板における波源がパッチアンテナの場合の屈折の様子を示す図である。
【図11】本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板における波源がパッチアンテナの場合の屈折の様子を電界分布で示す図である。
【図12】本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板において所定の使用周波数波とされた場合の放射パターンを示す図である。
【図13】本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板において他の使用周波数波とされた場合の放射パターンを示す図である。
【図14】本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板においてさらに他の使用周波数波とされた場合の放射パターンを示す図である。
【図15】本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板の最大放射方向における利得の周波数特性を示す図である。
【図16】本発明の第２実施例のメタツインを備える第２実施例の単位素子の構成を示す斜視図、上面図、側面図である。
【図17】本発明の第２実施例のメタツインの構成を説明する斜視図である。
【図18】本発明の第２実施例のメタツインにおいて、長さＬｉｎに対する透過波の振幅特性を示す図である。
【図19】本発明の第２実施例のメタツインにおいて、長さＬｉｎに対する透過位相特性を示す図である。
【図20】本発明の第３実施例のメタツインを備える第３実施例の単位素子の構成を示す斜視図、上面図、側面図である。
【図21】本発明の第３実施例のメタツインの構成を説明する斜視図である。
【図22】本発明の第３実施例のメタツインにおいて、長さＬｉｎに対する透過波の振幅特性を示す図である。
【図23】本発明の第３実施例のメタツインにおいて、長さＬｉｎに対する透過位相特性を示す図である。
【図24】本発明の第４実施例のメタツインを備える第４実施例の単位素子の構成を示す斜視図、上面図、側面図である。
【図25】本発明の第４実施例のメタツインの構成を説明する斜視図である。
【図26】本発明の第４実施例のメタツインにおいて、長さＬｉｎに対する透過波の振幅特性を示す図である。
【図27】本発明の第４実施例のメタツインにおいて、長さＬｉｎに対する透過位相特性を示す図である。
【図28】従来のメタサーフェス板を使用する構成を示す斜視図である。
【図29】従来のメタサーフェス板の構成を示すと共に、一部を拡大して示す平面図である。
【図30】従来のメタサーフェス板の構成の一例を示す平面図である。
【図31】従来のメタサーフェス板を一例の構成とした場合の放射パターンを示す図である。
【図32】従来のメタサーフェス板を複数枚重ねた場合の放射パターンを示す図である。
【図33】従来のメタサーフェス板の他の構成を示す平面図である。
【図34】従来のメタサーフェス板を他の構成とした場合の放射パターンを示す図である。
【図35】従来のメタサーフェス板のさらに他の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
＜第１実施例のメタツインを備える第１実施例の単位素子＞
本発明の第１実施例のメタツインＭ１を備える第１実施例の単位素子１の構成を図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図１（ａ）は第１実施例の単位素子１の構成を示す斜視図、図１（ｂ）は第１実施例の単位素子１の構成を示す上面図、図１（ｃ）は第１実施例の単位素子１の構成を示す側面図である。また、本発明の第１実施例のメタツインＭ１の構成を説明する図を図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に斜視図で示す。
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、第１実施例の単位素子１は、誘電体基板１０と、誘電体基板１０の上面および下面に形成された第１実施例のメタツインＭ１とから構成されている。第１実施例のメタツインＭ１は、誘電体基板１０の上面に形成された第１導体パターン１１および誘電体基板１０の下面に形成された第２導体パターン１２とから構成されている。
本発明の第１実施例のメタツインＭ１を備える第１実施例の単位素子１の構成を図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図１（ａ）は第１実施例の単位素子１の構成を示す斜視図、図１（ｂ）は第１実施例の単位素子１の構成を示す上面図、図１（ｃ）は第１実施例の単位素子１の構成を示す側面図である。また、本発明の第１実施例のメタツインＭ１の構成を説明する図を図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に斜視図で示す。
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、第１実施例の単位素子１は、誘電体基板１０と、誘電体基板１０の上面および下面に形成された第１実施例のメタツインＭ１とから構成されている。第１実施例のメタツインＭ１は、誘電体基板１０の上面に形成された第１導体パターン１１および誘電体基板１０の下面に形成された第２導体パターン１２とから構成されている。
【0021】
そこで、第１実施例のメタツインＭ１について図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を参照して説明する。図２（ａ）（ｂ）（ｃ）にはメタツインＭ１を構成する過程が示されている。メタツインＭ１の基本導体パターンは図２（ａ）に示す二重ループ素子Ｌｐ１とされている。二重ループ素子Ｌｐ１は、所定幅の線状の正方形状とされた外側ループＬＰｏｕｔと、同心に配置された所定幅の線状の正方形状とされた内側ループＬＰｉｎとから構成され、外側ループｏｕｔと内側ループＬＰｉｎとのｘ方向で対向する２辺における中央部同士が接続されている。基本導体パターンとされる二重ループ素子Ｌｐ１を、図２（ｂ）に示すようにｙ方向の中心線ＣＬｙで半截して、線対称の同形状の第１導体パターンＭ１１と第２導体パターンＭ１２とに分離する。そして、第１導体パターンＭ１１を上に配置すると共に第２導体パターンＭ１２を下に配置して両者の面を平行を維持して面に垂直な方向に所定間隔だけ離隔する。この場合、第１導体パターンＭ１１と第２導体パターンＭ１２とをｚ方向において所定間隔Ｗｂだけ離隔して配置する。これにより、離隔して配置された第１導体パターンＭ１１と第２導体パターンＭ１２とで形成される空間の中心に対して第１導体パターンＭ１１と第２導体パターンＭ１２とが点対称の形状とされたメタツインＭ１’が形成される。ここで、図２（ｃ）に示すように第１導体パターンＭ１１の半截された先端を－ｘ方向に延伸して第１導体パターン１１を形成すると共に、第２導体パターンＭ１２の半截された先端をｘ方向に同じ長さだけ延伸して第２導体パターン１２を形成する。これにより、同形状とされていると共に、ｚ方向から透視して先端同士が重なった第１導体パターン１１と第２導体パターン１２とからなるメタツインＭ１が形成される。そして、図２（ｄ）に示すように厚さがＷｂとされた誘電体基板１０を用意すると、メタツインＭ１を容易に作成することができる。すなわち、誘電体基板１０の中心に対して第１導体パターン１１と第２導体パターン１２とが点対称の形状となるように、誘電体基板１０の上面に第１導体パターン１１を形成し、下面に破線で示す第２導体パターン１２を形成する。これにより、誘電体基板１０の上面および下面に第１実施例のメタツインＭ１が形成された図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第１実施例の単位素子１を得ることができる。
【0022】
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に戻り誘電体基板１０の上面および下面に形成されたメタツインＭ１を構成する第１導体パターン１１と破線で示す第２導体パターン１２とは、二重のコ字状とされ誘電体基板１０の中心Ｏに対して点対称の形状とされ、ｚ方向から透視すると基本導体パターンとされる正方形状の二重ループ素子ＬＰ１が形成されている。第１導体パターン１１は、ｘ方向の５つのパートとｙ方向の２つのパートとから構成されている。ｘ方向の５つのパートは、図１（ｂ）に示すように外側ループを構成するパート１１－ｘ－１およびパート１１－ｘ－３と、内側ループを構成するパート１１－ｘ－２およびパート１１－ｘ－４と、外側ループと内側ループとの中央部同士を接続するパート１１－ｘ－５で構成され、ｙ方向の２つのパートは、図１（ａ）に示すようにパート１１－ｙ－１およびパート１１－ｙ－２とで構成される。また、破線で示す第２導体パターン１２も、ｘ方向の５つのパートとｙ方向の２つのパートから構成されている。ｘ方向の５つのパートは、図１（ｂ）に示すように外側ループを構成するパート１２－ｘ－１およびパート１２－ｘ－３と、内側ループを構成するパート１２－ｘ－２およびパート１２－ｘ－４と、外側ループと内側ループとを接続するパート１２－ｘ－５で構成され、ｙ方向の２つのパートは、図１（ａ）に示すようにパート１２－ｙ－１およびパート１２－ｙ－２とで構成される。
【0023】
第１実施例のメタツインＭ１の寸法が図１（ｂ）に示されている。第１導体パターン１１の横幅は長さＬｓとされ、外側ループを構成するパート１１－ｘ－１およびパート１１－ｘ－３の先端からパート１１－ｙ－１の中央までは長さＬｏｕｔとされ、内側ループを構成するパート１１－ｘ－２およびパート１１－ｘ－４の先端からパート１１－ｙ－２の中央までは長さＬｉｎとされ、パート１１－ｘ－１とパート１１－ｙ－１とパート１１－ｘ－３とで構成されるコ字状の外側ループと、パート１１－ｘ－２とパート１１－ｙ－２とパート１１－ｘ－４とで構成されるコ字状の内側ループとは間隔ｇで配置され、第１導体パターン１１における外側ループと内側ループとは幅Ｗの線状の導体パターンとされている。第２導体パターン１２の各部の寸法は、第１導体パターン１１と第２導体パターン１２とが同形状であることから、同じ寸法とされている。すなわち、パート１２－ｘ－１およびパート１２－ｘ－３の先端からパート１２－ｙ－１の中央までは長さＬｏｕｔとされ、パート１２－ｘ－２およびパート１２－ｘ－４の先端からパート１２－ｙ－２の中央までは長さＬｉｎとされ、パート１２－ｘ－１とパート１２－ｙ－１とパート１２－ｘ－３とで構成されるコ字状の外側ループと、パート１２－ｘ－２とパート１２－ｙ－２とパート１２－ｘ－４とで構成されるコ字状の内側ループとは間隔ｇで配置され、第２導体パターン１２における外側ループと内側ループとは幅Ｗの線状の導体パターンとされている。
また、第１実施例の単位素子１を構成する誘電体基板１０の厚さは図１（ｃ）に示すように厚さＷｂで比誘電率εｓとされ、第１導体パターン１１と第２導体パターン１２とは厚さＷｂで離隔されていると共に、誘電体基板１０の中心点Ｏに対して点対称に配置されて、ｚ方向から透視すると正方形状の二重ループ素子ＬＰ１を形成している。
また、第１実施例の単位素子１を構成する誘電体基板１０の厚さは図１（ｃ）に示すように厚さＷｂで比誘電率εｓとされ、第１導体パターン１１と第２導体パターン１２とは厚さＷｂで離隔されていると共に、誘電体基板１０の中心点Ｏに対して点対称に配置されて、ｚ方向から透視すると正方形状の二重ループ素子ＬＰ１を形成している。
【0024】
ここで、寸法の具体的な一例を挙げると、第１導体パターン１１および第２導体パターン１２において、長さＬｓの物理長は約８ｍｍ、長さＬｏｕｔの物理長は約９．４ｍｍ、とされ、間隔ｇの物理長は約０．４ｍｍ、幅Ｗの物理長は約０．４ｍｍとされ、長さＬｉｎは後述する設定された長さとされる。誘電体基板１０の厚さＷｂの物理長は約３．２ｍｍとされ、比誘電率εｓは約２．６とされる。比誘電率εｓが約２．６の誘電体基板１０は、例えばテフロン（登録商標）製とされ、比誘電率εｓが約２．６の場合は波長短縮率が約０．６２となる。上記した各部の物理長の寸法を使用周波数が１１．５ＧＨｚの自由空間波長をλ（≒２６．０８７ｍｍ）とした電気長で表すと、第１導体パターン１１および第２導体パターン１２において、長さＬｓの電気長は約０．３０７λ、誘電体基板１０の厚さＷｂの電気長は約０．１２３λ、長さＬｏｕｔの電気長は約０．３６０λとされ、間隔ｇの電気長は約０．０１５λ、幅Ｗの電気長は約０．０１５λとされる。
【0025】
第１導体パターン１１および第２導体パターン１２は、誘電体基板１０の面上に金属インクを塗布したり、金属を蒸着して所定の厚さになるよう成膜し、所望の形状になるようエッチング加工することにより形成されている。ただし、第１導体パターン１１および第２導体パターン１２の形成方法は、上記形成方法に限定されるものではなく、他の形成方法を採用してもよい。第１導体パターン１１および第２導体パターン１２を形成する金属材料としては、金、銀、銅、アルミニウム等の良好な導電率を示す金属が用いられる。また、誘電体基板１０は、マイクロ波帯での吸収がない素材を用いるのが好適であり、その素材としては、例えばテフロン（登録商標）が用いられる。ただし、テフロン（登録商標）に限るものではなく、マイクロ波帯での吸収がない他の素材を用いてもよい。
【0026】
上記説明した第１実施例のメタツインＭ１においては、例えば長さＬｏｕｔの長さを固定にして長さＬｉｎを所定の長さに設定できるようにしている。長さＬｉｎを所定の長さに設定した第１実施例のメタツインＭ１においては、長さＬｉｎの設定された長さが長い場合の透過位相が、長さＬｉｎの設定された長さが短い場合の透過位相より遅れることが分かった。
ここで、本発明の第１実施例のメタツインＭ１において、各部の寸法を上記一例で上げた寸法として使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の設定された長さＬｉｎに対する透過波の振幅特性を図３に示す。図３においては、長さＬｉｎに設定される長さとして０．０ｍｍから９．６ｍｍが横軸に示され、縦軸にはＳパラメータのＳ２１の絶対値［ｄＢ］で表された透過波の振幅が示されている。図３を参照すると、長さＬｉｎが０．０ｍｍに設定された時の透過波の振幅は約－１ｄＢとなり、長さＬｉｎが０．０ｍｍから約１．６ｍｍまで長く設定されるに従い透過波の振幅は上昇していき、長さＬｉｎが約１．６ｍｍに設定された時の振幅はほぼ－０．１ｄＢとなる。長さＬｉｎが１．６ｍｍに設定された場合の第１実施例のメタツインＭ１の形状を図４（ａ）に示す。長さＬｉｎが１．６ｍｍを超えて設定されると、透過波の振幅は下降していき約２．２ｍｍに設定された時の振幅は約－２ｄＢとなり、長さＬｉｎが約２．２ｍｍを超えるに従い透過波の振幅は上昇していき長さＬｉｎが約２．６ｍｍに設定された時の振幅はほぼ－０．１ｄＢとなる。長さＬｉｎが約２．６ｍｍを超えて設定されていくと徐々に透過波の振幅が下降していくが、長さＬｉｎが約５．８ｍｍに設定された時の振幅が約－１．４ｄＢの谷となり、その後は長さＬｉｎが長くなるに従い徐々に透過波の振幅は上昇していく。長さＬｉｎが４．８ｍｍに設定された場合の第１実施例のメタツインＭ１の形状を図４（ｂ）に示し、長さＬｉｎが８．０ｍｍに設定された場合の第１実施例のメタツインＭ１の形状を図４（ｃ）に示す。透過波の振幅は長さＬｉｎが約８．８ｍｍに設定された時にほぼ０．０ｄＢとなり、長さＬｉｎの設定された長さが９．６ｍｍになるに従い振幅が減少して長さＬｉｎが９．６ｍｍに設定された時の振幅は約－３．１ｄＢとなる。このように、第１実施例のメタツインＭ１では、長さＬｉｎが０．０ｍｍから９．６ｍｍまでの長さに設定されても入射された電力をほとんど透過させることができるようになる。なお、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、第１実施例のメタツインＭ１をｚ方向から透視した図とされている。
ここで、本発明の第１実施例のメタツインＭ１において、各部の寸法を上記一例で上げた寸法として使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の設定された長さＬｉｎに対する透過波の振幅特性を図３に示す。図３においては、長さＬｉｎに設定される長さとして０．０ｍｍから９．６ｍｍが横軸に示され、縦軸にはＳパラメータのＳ２１の絶対値［ｄＢ］で表された透過波の振幅が示されている。図３を参照すると、長さＬｉｎが０．０ｍｍに設定された時の透過波の振幅は約－１ｄＢとなり、長さＬｉｎが０．０ｍｍから約１．６ｍｍまで長く設定されるに従い透過波の振幅は上昇していき、長さＬｉｎが約１．６ｍｍに設定された時の振幅はほぼ－０．１ｄＢとなる。長さＬｉｎが１．６ｍｍに設定された場合の第１実施例のメタツインＭ１の形状を図４（ａ）に示す。長さＬｉｎが１．６ｍｍを超えて設定されると、透過波の振幅は下降していき約２．２ｍｍに設定された時の振幅は約－２ｄＢとなり、長さＬｉｎが約２．２ｍｍを超えるに従い透過波の振幅は上昇していき長さＬｉｎが約２．６ｍｍに設定された時の振幅はほぼ－０．１ｄＢとなる。長さＬｉｎが約２．６ｍｍを超えて設定されていくと徐々に透過波の振幅が下降していくが、長さＬｉｎが約５．８ｍｍに設定された時の振幅が約－１．４ｄＢの谷となり、その後は長さＬｉｎが長くなるに従い徐々に透過波の振幅は上昇していく。長さＬｉｎが４．８ｍｍに設定された場合の第１実施例のメタツインＭ１の形状を図４（ｂ）に示し、長さＬｉｎが８．０ｍｍに設定された場合の第１実施例のメタツインＭ１の形状を図４（ｃ）に示す。透過波の振幅は長さＬｉｎが約８．８ｍｍに設定された時にほぼ０．０ｄＢとなり、長さＬｉｎの設定された長さが９．６ｍｍになるに従い振幅が減少して長さＬｉｎが９．６ｍｍに設定された時の振幅は約－３．１ｄＢとなる。このように、第１実施例のメタツインＭ１では、長さＬｉｎが０．０ｍｍから９．６ｍｍまでの長さに設定されても入射された電力をほとんど透過させることができるようになる。なお、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、第１実施例のメタツインＭ１をｚ方向から透視した図とされている。
【0027】
次に、本発明の第１実施例のメタツインＭ１において、各部の寸法を上記一例で上げた寸法として使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の設定された長さＬｉｎに対する透過位相特性を図５に示す。図５においては、長さＬｉｎに設定される長さとして０．０ｍｍから９．６ｍｍが横軸に示され、縦軸にはＳパラメータのＳ２１の位相［ｄｅｇ（＝度）］で表された透過位相が示されている。長さＬｉｎに１．６ｍｍ、４．８ｍｍ、８．０ｍｍが設定された場合の第１実施例のメタツインＭ１の形状が図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示されている。図５を参照すると、長さＬｉｎが０．０ｍｍに設定された時の透過位相は約－４５度であり、長さＬｉｎに設定された長さが１．６ｍｍまで長くなるに従い透過位相は遅れていき、長さＬｉｎが１．６ｍｍに設定された時の透過位相は約－１００度となる。長さＬｉｎに設定された長さが１．６ｍｍを超えていくに従い、透過位相は急激に遅れるようになって、長さＬｉｎが約３ｍｍに設定された時に約－３３０度の透過位相となる。長さＬｉｎに設定された長さが３ｍｍを超えていくと透過位相は徐々にさらに遅れて行くようになり、長さＬｉｎが約８ｍｍに設定された時に約－４００度の透過位相となる。長さＬｉｎに設定された長さが８ｍｍを超えて９．６ｍｍまで長くなるに従い透過位相はさらに遅れていき、長さＬｉｎが９．６ｍｍに設定された時に約－４７５度の透過位相となる。このように、第１実施例のメタツインＭ１では、長さＬｉｎに設定された長さが０．０ｍｍで約－４５度、９．６ｍｍで約－４７５度の透過位相となるから、長さＬｉｎに設定された長さを０．０ｍｍから９．６ｍｍまで長くしていくと３６０度を超える約４３０度（＝－４５度－（－４７５度）＝４３０度）の透過位相の位相変化量を得ることができる。そして、この場合において上記したように入射された電力をほとんど透過させることができるようになる。
【0028】
＜第１実施例のメタサーフェス板＞
本発明の第１実施例のメタサーフェス板１－１の構成を示す平面図を図６に示す。図６では、一部の構成を拡大して示している。
本発明の第１実施例のメタサーフェス板１－１は透過型のメタサーフェス板とされており、図６に示すように、高さ方向の断面が正方形状とされた誘電体基板１０－１と、誘電体基板１０－１の上面および下面に周期配列して形成された多数の第１実施例のメタツインＭ１とから構成されている。第１実施例のメタツインＭ１は、ｘ方向とｙ方向に同数ずつ配列されている。ただし、図６には誘電体基板１０－１の上面に周期配列して形成された多数の第１実施例のメタツインＭ１における第１導体パターン１１しか示されていないが、一部拡大図に示すように誘電体基板１０－１の上面に形成された第１導体パターン１１および誘電体基板１０－１の下面に形成された第２導体パターン１２とから第１実施例のメタツインＭ１が構成されている。一部拡大図では、誘電体基板１０－１と、誘電体基板１０－１の上面および下面に形成された第１導体パターン１１および前記第２導体パターン１２からなる第１実施例のメタツインＭ１とを備える単位素子１が示されている。すなわち、第１実施例のメタサーフェス板１－１は、一部拡大図に示す単位素子１をｘ方向およびｙ方向に周期的に配列した構成となり、単位素子１は第１実施例のメタサーフェス板１－１を構成する構成単位とされている。
本発明の第１実施例のメタサーフェス板１－１の構成を示す平面図を図６に示す。図６では、一部の構成を拡大して示している。
本発明の第１実施例のメタサーフェス板１－１は透過型のメタサーフェス板とされており、図６に示すように、高さ方向の断面が正方形状とされた誘電体基板１０－１と、誘電体基板１０－１の上面および下面に周期配列して形成された多数の第１実施例のメタツインＭ１とから構成されている。第１実施例のメタツインＭ１は、ｘ方向とｙ方向に同数ずつ配列されている。ただし、図６には誘電体基板１０－１の上面に周期配列して形成された多数の第１実施例のメタツインＭ１における第１導体パターン１１しか示されていないが、一部拡大図に示すように誘電体基板１０－１の上面に形成された第１導体パターン１１および誘電体基板１０－１の下面に形成された第２導体パターン１２とから第１実施例のメタツインＭ１が構成されている。一部拡大図では、誘電体基板１０－１と、誘電体基板１０－１の上面および下面に形成された第１導体パターン１１および前記第２導体パターン１２からなる第１実施例のメタツインＭ１とを備える単位素子１が示されている。すなわち、第１実施例のメタサーフェス板１－１は、一部拡大図に示す単位素子１をｘ方向およびｙ方向に周期的に配列した構成となり、単位素子１は第１実施例のメタサーフェス板１－１を構成する構成単位とされている。
【0029】
図６に示す第１実施例のメタサーフェス板１－１では、一例として誘電体基板１０－１に周期配列して形成されている第１実施例のメタツインＭ１における長さＬｏｕｔの長さは固定され、長さＬｉｎがｘ方向に行くに従い短くなるように設定されており、ｙ方向における長さＬｉｎの長さは固定の長さとされている。図６に示されている第１導体パターン１１の形状に見られるように図６における最上段の列の第１実施例のメタツインＭ１における長さＬｉｎが最も長くされ、ｘ方向である下段の列に向かうに従って長さＬｉｎが短くされている。これにより、最上段の列の第１実施例のメタツインＭ１における透過位相は最も遅れ、最下段の列の第１実施例のメタツインＭ１における透過位相は最も進み、最下段の列から最上段の列に向かって第１実施例のメタツインＭ１における透過位相は徐々に遅れていく透過位相分布とされている。この透過位相分布の作用により、第１実施例のメタサーフェス板１－１における透過波は－ｘ方向に偏向されるようになる。なお、誘電体基板１０－１のｘ方向の物理的な縦寸法とｙ方向の物理的な横寸法とは同じ長さＬ１ａとされ、その一例を挙げると長さＬ１ａの物理的寸法は約１１０ｍｍとされる。
【0030】
本発明の第１実施例のメタサーフェス板１－１における平面波の屈折の様子を図７に示す。図７において、平面波は第１実施例のメタサーフェス板１－１の一面から入射する。入射した平面波は、第１実施例のメタサーフェス板１－１に形成されている各メタツインＭ１を透過していくが、透過波は各メタツインＭ１の作用を受けた透過位相とされる。第１実施例の各メタツインＭ１では透過位相の程度は上述したように、最下段の列から最上段の列に向かって透過位相は徐々に遅れていくようにされている。この透過位相分布に基づいて、第１実施例のメタサーフェス板１－１から放射される透過波は－ｘ方向に角度θ２だけ屈折されて偏向して放射されるようになる。角度θ２は、誘電体基板１０－１の上面および下面に周期配列して形成された第１実施例の各メタツインＭ１における長さＬｉｎをそれぞれ所定の長さに設定することにより、偏向させる所望の角度θ２が得られるようになる。所望の角度θ２は、一般的には３０度ないし６０度とされるが、６０度を超えて偏向させる角度に設定することができる。このように、第１実施例のメタサーフェス板１－１では６０度を超える偏向を行うことができる。
【0031】
本発明の第１実施例のメタサーフェス板１－１における平面波の屈折の様子を電界分布で図８に示す。使用周波数ｆは１１．５ＧＨｚとされている。図８を参照すると、平面波は第１実施例のメタサーフェス板１－１に０度の角度θ１で入射する。そして、メタサーフェス板１－１から放射される透過波は屈折して放射されており、その角度θ２は約６５度となっている。
このように、本発明の第１実施例のメタサーフェス板１－１では、１枚のメタサーフェス板１－１を用いるだけで６０度を超える偏向の角度を得ることができるようになり、全体の体積を減少できると共に、製造コストを低廉とすることができる。なお、平面波は第１実施例のメタサーフェス板１－１の下面から入射されても上面から入射されても、同様に偏向された透過波が放射されるようになる。すなわち、第１実施例のメタサーフェス板１－１は可逆性があることから、送信する際に所望の方向に放射できると共に、所望の方向からの受信を行うことができるメタサーフェス板として用いることができる。
このように、本発明の第１実施例のメタサーフェス板１－１では、１枚のメタサーフェス板１－１を用いるだけで６０度を超える偏向の角度を得ることができるようになり、全体の体積を減少できると共に、製造コストを低廉とすることができる。なお、平面波は第１実施例のメタサーフェス板１－１の下面から入射されても上面から入射されても、同様に偏向された透過波が放射されるようになる。すなわち、第１実施例のメタサーフェス板１－１は可逆性があることから、送信する際に所望の方向に放射できると共に、所望の方向からの受信を行うことができるメタサーフェス板として用いることができる。
【0032】
＜第１実施例のメタサーフェス板の変形例＞
次に、本発明の第１実施例のメタサーフェス板１－１の変形例とされる第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２の構成を、一部を拡大して示す平面図を図９に示す。
本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２は透過型のメタサーフェス板とされており、図９に示すように、第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２は、第１実施例のメタサーフェス板１－１とほぼ同様の構成とされている。第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２は、高さ方向の断面が正方形状とされた誘電体基板１０－２と、誘電体基板１０－２の上面および下面に周期配列して形成された多数の第１実施例のメタツインＭ１とから構成されている。ただし、多数の第１実施例のメタツインＭ１の各メタツインＭ１における長さＬｉｎの長さの設定の分布が、第１実施例のメタサーフェス板１－１とは異なっている。第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２は、入射波を放射する波源が局所的な波源とされている場合に、透過波を所定の方向に偏向することができるようにされている。このことを、図１０を参照して説明する。図１０では第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２と金属製のグランド板Ｇとが間隔ｄで離隔されて平行に中心軸をほぼ合わせて配置されている。グランド板Ｇの上面の中央にはアンテナ基板ＢＰ上に形成されたパッチアンテナＡＮが中央に配置されている。すると、パッチアンテナＡＮと第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２の下面との距離は、当該メタサーフェス板１－２の中央において最も短くなり、中央から周辺に向かうに従って長くなることが分かる。そして、パッチアンテナＡＮから放射されて、第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２の下面から入射する入射波の位相は、当該メタサーフェス板１－２とパッチアンテナＡＮとの距離に応じた位相となる。すなわち、当該メタサーフェス板１－２の中央に入射する入射波の位相に対して、当該メタサーフェス板１－２の周辺に入射する入射波の位相は、中央から周辺に向かうに従って遅れていくようになる。このように、第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２の下面に入射する入射波の位相が平面波と異なるように分布されても、当該メタサーフェス板１－２の透過波が所定の方向に偏向されるように、当該メタサーフェス板１－２における第１実施例のメタツインＭ１の各々における透過位相がパッチアンテナＡＮとの距離に応じた位相に応じて設定されている。ここでは、パッチアンテナＡＮのように局所的な放射源からなる波源を局所的な波源ということにする。なお、誘電体基板１０－２のｘ方向の物理的な縦寸法とｙ方向の物理的な横寸法とは同じ長さＬ１ａとされ、その一例を挙げると物理的な長さＬ１ａは約１１０ｍｍとされる。そして、グランド板Ｇの寸法は誘電体基板１０－２の寸法と同様の寸法とされ、使用周波数ｆの自由空間波長をλとすると、間隔ｄは、約０．２５λ、約０．５λ、約０．７５λと、約０．２５λの整数倍とすることができる。ただし、間隔ｄはこれらの間隔に限られることはなく、他の間隔としてもよい。
次に、本発明の第１実施例のメタサーフェス板１－１の変形例とされる第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２の構成を、一部を拡大して示す平面図を図９に示す。
本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２は透過型のメタサーフェス板とされており、図９に示すように、第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２は、第１実施例のメタサーフェス板１－１とほぼ同様の構成とされている。第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２は、高さ方向の断面が正方形状とされた誘電体基板１０－２と、誘電体基板１０－２の上面および下面に周期配列して形成された多数の第１実施例のメタツインＭ１とから構成されている。ただし、多数の第１実施例のメタツインＭ１の各メタツインＭ１における長さＬｉｎの長さの設定の分布が、第１実施例のメタサーフェス板１－１とは異なっている。第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２は、入射波を放射する波源が局所的な波源とされている場合に、透過波を所定の方向に偏向することができるようにされている。このことを、図１０を参照して説明する。図１０では第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２と金属製のグランド板Ｇとが間隔ｄで離隔されて平行に中心軸をほぼ合わせて配置されている。グランド板Ｇの上面の中央にはアンテナ基板ＢＰ上に形成されたパッチアンテナＡＮが中央に配置されている。すると、パッチアンテナＡＮと第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２の下面との距離は、当該メタサーフェス板１－２の中央において最も短くなり、中央から周辺に向かうに従って長くなることが分かる。そして、パッチアンテナＡＮから放射されて、第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２の下面から入射する入射波の位相は、当該メタサーフェス板１－２とパッチアンテナＡＮとの距離に応じた位相となる。すなわち、当該メタサーフェス板１－２の中央に入射する入射波の位相に対して、当該メタサーフェス板１－２の周辺に入射する入射波の位相は、中央から周辺に向かうに従って遅れていくようになる。このように、第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２の下面に入射する入射波の位相が平面波と異なるように分布されても、当該メタサーフェス板１－２の透過波が所定の方向に偏向されるように、当該メタサーフェス板１－２における第１実施例のメタツインＭ１の各々における透過位相がパッチアンテナＡＮとの距離に応じた位相に応じて設定されている。ここでは、パッチアンテナＡＮのように局所的な放射源からなる波源を局所的な波源ということにする。なお、誘電体基板１０－２のｘ方向の物理的な縦寸法とｙ方向の物理的な横寸法とは同じ長さＬ１ａとされ、その一例を挙げると物理的な長さＬ１ａは約１１０ｍｍとされる。そして、グランド板Ｇの寸法は誘電体基板１０－２の寸法と同様の寸法とされ、使用周波数ｆの自由空間波長をλとすると、間隔ｄは、約０．２５λ、約０．５λ、約０．７５λと、約０．２５λの整数倍とすることができる。ただし、間隔ｄはこれらの間隔に限られることはなく、他の間隔としてもよい。
【0033】
上述した図１０は、本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２における波源が局所的な波源であるパッチアンテナＡＮの場合の屈折の様子を示す図である。重複する説明は省くが図１０に示すように、パッチアンテナＡＮからの放射波は第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２の一面から入射する。パッチアンテナＡＮからの放射波は、第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２に形成されている各メタツインＭ１を透過していくが、透過波は各メタツインＭ１の作用を受けた透過位相とされる。この場合、第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２の下面に入射する放射波の位相が平面波と異なるように分布されていても、当該メタサーフェス板１－２の透過波が所定の方向に偏向される透過位相分布になるように、各メタツインＭ１の透過位相が設定されている。これにより、第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２から放射される透過波はｘ方向に所定の角度だけ屈折されて偏向されるようになる。角度は、誘電体基板１０－２の上面および下面に周期配列して形成された多数の第１実施例のメタツインＭ１における長さＬｉｎを所定の長さに設定することにより、所望の角度が得られるようになる。所望の角度は、一般的には３０度ないし６０度とされるが、６０度を超える角度に設定することができる。このように、第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２においても６０度を超える偏向を行うことができる。
【0034】
次に、本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２における波源がパッチアンテナＡＮとされた場合の屈折の様子を電界分布で図１１に示す。使用周波数ｆは１１．５ＧＨｚとされている。図１１を参照すると、パッチアンテナＡＮから放射状に放射される入射波が第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２の一面に入射する。そして、変形例のメタサーフェス板１－２から放射される透過波は屈折して放射されており、偏向された角度θ２は約６５度となっている。
このように、本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２においても、１枚の変形例のメタサーフェス板１－２を用いるだけで６０度を超える偏向の角度を得ることができるようになり、全体の体積を減少できると共に、製造コストを低廉とすることができる。なお、放射状の入射波は第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２の下面から入射されても上面から入射されても、同様に偏向された透過波が放射されるようになる。すなわち、第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２も可逆性があることから、送信する際に所望の方向に放射できると共に、所望の方向からの受信を行うことができるメタサーフェス板として用いることができる。
このように、本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２においても、１枚の変形例のメタサーフェス板１－２を用いるだけで６０度を超える偏向の角度を得ることができるようになり、全体の体積を減少できると共に、製造コストを低廉とすることができる。なお、放射状の入射波は第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２の下面から入射されても上面から入射されても、同様に偏向された透過波が放射されるようになる。すなわち、第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２も可逆性があることから、送信する際に所望の方向に放射できると共に、所望の方向からの受信を行うことができるメタサーフェス板として用いることができる。
【0035】
次に、本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２を１枚だけ用いた場合に使用周波数ｆを１１．１ＧＨｚとした際の放射パターンを図１２に示す。図１２に示すように、変形例のメタサーフェス板１－２の透過波は約６５度に偏向された角度に集束されたビームとして放射されている。この場合の透過波の振幅は約－２ｄＢのわずかな減衰を受けた振幅となる。また、－１０ｄＢ以下に減衰された振幅のビームが約３０度から－９０度の方向に放射されている。
また、本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２を１枚だけ用いた場合に使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の放射パターンを図１３に示す。図１３に示すように、変形例のメタサーフェス板１－２の透過波は約６５度に偏向された角度に集束されたビームとして放射されている。この場合の透過波の振幅はほぼ０ｄＢの減衰を受けない振幅とされる。また、－１５ｄＢ以下に減衰された振幅のビームが約５度の方向および約－６０°の方向に放射されている。
さらに、本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２を１枚だけ用いた場合に使用周波数ｆを１１．９ＧＨｚとした際の放射パターンを図１４に示す。図１４に示すように、変形例のメタサーフェス板１－２の透過波は約６５度に偏向された角度に集束されたビームとして放射されている。この場合の透過波の振幅は約－２ｄＢのわずかな減衰を受けた振幅となる。また、－１０ｄＢ以下に減衰された振幅のビームが約－１０度から－４５度の方向に放射されている。
図１２ないし図１４に示す放射パターンは設計周波数Ｆを１１．５ＧＨｚとして、各メタツインＭ１における長さＬｉｎの長さを設定しているため、使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の放射パターンが最も良好となる。ただし、使用周波数ｆを１１．１ＧＨｚ～１１．９ＧＨｚとしても十分に実用的な放射パターンを得ることができる。
また、本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２を１枚だけ用いた場合に使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の放射パターンを図１３に示す。図１３に示すように、変形例のメタサーフェス板１－２の透過波は約６５度に偏向された角度に集束されたビームとして放射されている。この場合の透過波の振幅はほぼ０ｄＢの減衰を受けない振幅とされる。また、－１５ｄＢ以下に減衰された振幅のビームが約５度の方向および約－６０°の方向に放射されている。
さらに、本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２を１枚だけ用いた場合に使用周波数ｆを１１．９ＧＨｚとした際の放射パターンを図１４に示す。図１４に示すように、変形例のメタサーフェス板１－２の透過波は約６５度に偏向された角度に集束されたビームとして放射されている。この場合の透過波の振幅は約－２ｄＢのわずかな減衰を受けた振幅となる。また、－１０ｄＢ以下に減衰された振幅のビームが約－１０度から－４５度の方向に放射されている。
図１２ないし図１４に示す放射パターンは設計周波数Ｆを１１．５ＧＨｚとして、各メタツインＭ１における長さＬｉｎの長さを設定しているため、使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の放射パターンが最も良好となる。ただし、使用周波数ｆを１１．１ＧＨｚ～１１．９ＧＨｚとしても十分に実用的な放射パターンを得ることができる。
【0036】
次に、本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２を用いた時と、メタサーフェス板を用いない時を対比して最大放射方向における利得の周波数特性を図１５に示す。図１５において、横軸は１０．５ＧＨｚ～１２．５ＧＨｚの周波数を示し、縦軸は最大放射方向における利得（Gain(θ=θmax)[dBi]）を示している。図１５では第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２を用いた時の最大放射方向における利得をＧａｉｎＡで表し、メタサーフェス板を用いない時の最大放射方向における利得をＧａｉｎＢで表している。図１５を参照すると、変形例のメタサーフェス板１－２を用いたＧａｉｎＡでは、１０．５ＧＨｚ～１２．５ＧＨｚの周波数範囲において、約９ｄＢｉ以上の最大放射方向における利得が得られ、１１．３ＧＨｚ～１１．８ＧＨｚの周波数範囲において、約１６ｄＢｉの最大放射方向における大きな利得が得られている。これに対して、メタサーフェス板を用いない時のＧａｉｎＢでは、１０．５ＧＨｚ～１２．５ＧＨｚの周波数範囲における最大放射方向における最大の利得でも約６．５ｄＢｉの利得しか得られていない。このように、本発明の第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２を用いると、最大放射方向において大きな利得を得ることができる。
【0037】
＜第２実施例のメタツインを備える第２実施例の単位素子＞
本発明の第２実施例のメタツインＭ２を備える第２実施例の単位素子２の構成を図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図１６（ａ）は第２実施例の単位素子２の構成を示す斜視図、図１６（ｂ）は第２実施例の単位素子２の構成を示す上面図、図１６（ｃ）は第２実施例の単位素子２の構成を示す側面図である。また、本発明の第２実施例のメタツインＭ２の構成を説明する図を図１７に斜視図で示す。
図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、第２実施例の単位素子２は、誘電体基板２０と、誘電体基板２０の上面および下面に形成された第２実施例のメタツインＭ２とから構成されている。第２実施例のメタツインＭ２は、誘電体基板２０の上面に形成された第１導体パターン２１および誘電体基板２０の下面に形成された第２導体パターン２２とから構成されている。第１導体パターン２１と第２導体パターン２２とは同形状とされると共に、図１６（ｃ）に示す誘電体基板２０の中心Ｏに対して点対称の形状とされている。また、第１導体パターン２１は線対称の形状の第１導体パターン２１ａと第１導体パターン２１ｂとの２つの導体パターンから構成され、第２導体パターン２２は線対称の形状の第２導体パターン２２ａと第２導体パターン２２ｂとの２つの導体パターンから構成されている。
本発明の第２実施例のメタツインＭ２を備える第２実施例の単位素子２の構成を図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図１６（ａ）は第２実施例の単位素子２の構成を示す斜視図、図１６（ｂ）は第２実施例の単位素子２の構成を示す上面図、図１６（ｃ）は第２実施例の単位素子２の構成を示す側面図である。また、本発明の第２実施例のメタツインＭ２の構成を説明する図を図１７に斜視図で示す。
図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、第２実施例の単位素子２は、誘電体基板２０と、誘電体基板２０の上面および下面に形成された第２実施例のメタツインＭ２とから構成されている。第２実施例のメタツインＭ２は、誘電体基板２０の上面に形成された第１導体パターン２１および誘電体基板２０の下面に形成された第２導体パターン２２とから構成されている。第１導体パターン２１と第２導体パターン２２とは同形状とされると共に、図１６（ｃ）に示す誘電体基板２０の中心Ｏに対して点対称の形状とされている。また、第１導体パターン２１は線対称の形状の第１導体パターン２１ａと第１導体パターン２１ｂとの２つの導体パターンから構成され、第２導体パターン２２は線対称の形状の第２導体パターン２２ａと第２導体パターン２２ｂとの２つの導体パターンから構成されている。
【0038】
第２実施例のメタツインＭ２について図１７を参照して説明する。図１７には第２実施例のメタツインＭ２の構成が示されており、第１導体パターン２１ａ，２１ｂからなる導体パターン２１が上に配置され、第１導体パターン２１と点対称かつ同形状の第２導体パターン２２ａ，２２ｂからなる導体パターン２２が下に配置されて両者は所定間隔Ｗｂ２だけｚ方向に離隔されて配置されている。これにより、離隔して配置された第１導体パターン２１と第２導体パターン２２とで形成される空間の中心に対して第１導体パターン２１と第２導体パターン２２とが点対称の形状とされたメタツインＭ２が形成されている。第１導体パターン２１と第２導体パターン２２とをｚ方向から透視すると、所定幅の線状の正方形状とされた外側ループと、同心に配置された所定幅の線状の正方形状とされた内側ループとから構成された基本導体パターンとされる二重ループ素子が形成されている。第２実施例のメタツインＭ２を構成する過程は、前述した第１実施例のメタツインＭ１を構成する過程と同様とされている。メタツインＭ２を構成する二重ループ素子においては、外側ループと内側ループとのｘ方向で対向する２辺における中央部同士を接続する接続片の中央に溝が設けられて切断されている。基本導体パターンとされた二重ループ素子を、ｙ方向の中心線で半截して、線対称かつ同形状の第１導体パターン２１と第２導体パターン２２とに分離する。これにより、第１導体パターン２１は線対称の形状の第１導体パターン２１ａと第１導体パターン２１ｂとから構成され、第２導体パターン２２は線対称の形状の第２導体パターン２２ａと第２導体パターン２２ｂとから構成される。
【0039】
そして、第１導体パターン２１を上に配置すると共に第２導体パターン２２を下に配置して両者の面を平行を維持して面に垂直な方向であるｚ方向に所定間隔Ｗｂ２だけ離隔して配置する。これにより、離隔して配置された第１導体パターン２１と第２導体パターン２２とで形成される空間の中心に対して第１導体パターン２１と第２導体パターン２２とが点対称の形状とされた第２実施例のメタツインＭ２が形成される。ここで、第１導体パターン２１の半截された先端を－ｘ方向に延伸して第１導体パターン２１を形成することができると共に、第２導体パターン２２の半截された先端をｘ方向に同じ長さだけ延伸して第２導体パターン２２を形成することができる。このように延伸すると、同形状とされていると共に、ｚ方向から透視して先端同士が重なった第１導体パターン２１と第２導体パターン２２とからなる第２実施例のメタツインＭ２が形成される。
上記説明した第２実施例のメタツインＭ２を誘電体基板２０の上面および下面に形成することにより、第２実施例の単位素子２が構成されている。すなわち、厚さがＷｂ２とされた誘電体基板２０を用意して、誘電体基板２０の中心Ｏに対して第１導体パターン２１ａと第１導体パターン２１ｂとからなる第１導体パターン２１と、第２導体パターン２２ａと第２導体パターン２２ｂとからなる第２導体パターン２２とが点対称の形状となるように、誘電体基板２０の上面に第１導体パターン２１を形成し、下面に第２導体パターン２２を形成する。これにより、誘電体基板２０の上面および下面に第２実施例のメタツインＭ２が形成された図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第２実施例の単位素子２を得ることができる。
上記説明した第２実施例のメタツインＭ２を誘電体基板２０の上面および下面に形成することにより、第２実施例の単位素子２が構成されている。すなわち、厚さがＷｂ２とされた誘電体基板２０を用意して、誘電体基板２０の中心Ｏに対して第１導体パターン２１ａと第１導体パターン２１ｂとからなる第１導体パターン２１と、第２導体パターン２２ａと第２導体パターン２２ｂとからなる第２導体パターン２２とが点対称の形状となるように、誘電体基板２０の上面に第１導体パターン２１を形成し、下面に第２導体パターン２２を形成する。これにより、誘電体基板２０の上面および下面に第２実施例のメタツインＭ２が形成された図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第２実施例の単位素子２を得ることができる。
【0040】
図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に戻り誘電体基板２０の上面および下面に形成されたメタツインＭ２を構成する第１導体パターン２１と破線で示す第２導体パターン２２とは、二重のコ字状とされ誘電体基板２０の中心Ｏに対して点対称の形状とされ、ｚ方向から透視すると基本導体パターンとされる正方形状の二重ループ素子を形成している。第１導体パターン２１は、線対称の形状の第１導体パターン２１ａと第１導体パターン２１ｂとから構成され、第１導体パターン２１ａおよび第１導体パターン２１ｂは、それぞれｘ方向の３つのパートとｙ方向の２つのパートとから構成されている。第１導体パターン２１ａにおけるｘ方向の３つのパートは、図１６（ｂ）に示すように外側ループを構成するパート２１ａ－ｘ－１と、内側ループを構成するパート２１ａ－ｘ－２と、外側ループと内側ループとを接続するパート２１ａ－ｘ－５で構成され、ｙ方向の２つのパートは、図１６（ａ）に示すようにパート２１ａ－ｙ－１およびパート２１ａ－ｙ－２とで構成される。また、第１導体パターン２１ｂにおけるｘ方向の３つのパートは、図１６（ｂ）に示すように外側ループを構成するパート２１ｂ－ｘ－１と、内側ループを構成するパート２１ｂ－ｘ－２と、外側ループと内側ループとを接続するパート２１ｂ－ｘ－５で構成され、ｙ方向の２つのパートは、図１６（ａ）に示すようにパート２１ｂ－ｙ－１およびパート２１ｂ－ｙ－２とで構成される。
【0041】
さらに、破線で示す第２導体パターン２２は、線対称の形状の第２導体パターン２２ａと第２導体パターン２２ｂとから構成され、第２導体パターン２２ａおよび第２導体パターン２２ｂは、それぞれｘ方向の３つのパートとｙ方向の２つのパートとから構成されている。第２導体パターン２２ａにおけるｘ方向の３つのパートは、図１６（ｂ）に示すように外側ループを構成するパート２２ａ－ｘ－１と、内側ループを構成するパート２２ａ－ｘ－２と、外側ループと内側ループとを接続するパート２２ａ－ｘ－５で構成され、ｙ方向の２つのパートは、図１６（ａ）に示すようにパート２２ａ－ｙ－１およびパート２２ａ－ｙ－２とで構成される。さらにまた、第２導体パターン２２ｂにおけるｘ方向の３つのパートは、図１６（ｂ）に示すように外側ループを構成するパート２２ｂ－ｘ－１と、内側ループを構成するパート２２ｂ－ｘ－２と、外側ループと内側ループとを接続するパート２２ｂ－ｘ－５で構成され、ｙ方向の２つのパートは、図１６（ａ）に示すようにパート２２ｂ－ｙ－１およびパート２２ｂ－ｙ－２とで構成される。
【0042】
第２実施例のメタツインＭ２の各部の寸法は、第１実施例のメタツインＭ１と同様とされている。なお、第１導体パターン２１および導体パターン２２の横幅は長さＬｓ２とされ、第１導体パターン２１において、外側ループを構成するパート２１ａ－ｘ－１およびパート２１ｂ－ｘ－３の先端から第１導体パターン２１の中央までは長さＬｏｕｔとされ、内側ループを構成するパート２１ａ－ｘ－２およびパート２１ｂ－ｘ－４の先端から第１導体パターン２１の中央までは長さＬｉｎとされている。また、第２導体パターン２２において、外側ループを構成するパート２２ａ－ｘ－１およびパート２２ｂ－ｘ－３の先端から第２導体パターン２２の中央までは長さＬｏｕｔとされ、内側ループを構成するパート２２ａ－ｘ－２およびパート２２ｂ－ｘ－４の先端から第２導体パターン２２の中央までは長さＬｉｎとされている。
また、第２実施例の単位素子２を構成する誘電体基板２０の厚さは図１６（ｃ）に示すように厚さＷｂ２で比誘電率εｓとされ、第１導体パターン２１と第２導体パターン２２とは厚さＷｂ２で離隔されていると共に、誘電体基板２０の中心点Ｏに対して点対称に配置されて、ｚ方向から透視すると正方形状の二重ループ素子が形成されている。
また、第２実施例の単位素子２を構成する誘電体基板２０の厚さは図１６（ｃ）に示すように厚さＷｂ２で比誘電率εｓとされ、第１導体パターン２１と第２導体パターン２２とは厚さＷｂ２で離隔されていると共に、誘電体基板２０の中心点Ｏに対して点対称に配置されて、ｚ方向から透視すると正方形状の二重ループ素子が形成されている。
【0043】
ここで、第２実施例の単位素子２における各部の寸法の一例を使用周波数を１１．５ＧＨｚの自由空間波長をλ（≒２６．０８７ｍｍ）とした電気長で表すと、第１導体パターン２１および第２導体パターン２２において、長さＬｓ２の電気長は約０．３０７λ、長さＬｏｕｔの電気長は約０．３６０λとされ、間隔ｇの電気長は約０．０１５λ、幅Ｗの電気長は約０．０１５λとされる。なお、長さＬｉｎは後述する設定された長さとされる。また、誘電体基板２０の厚さＷｂ２の電気長は約０．１２３λとされる。なお、誘電体基板２０は、例えばテフロン（登録商標）製とされ、比誘電率εｓは約２．６とされている。比誘電率εｓに応じて波長が短縮され、比誘電率εｓが２．６の場合は、約０．６２の波長短縮率となる。
【0044】
第１導体パターン２１および第２導体パターン２２は、誘電体基板２０の面上に金属インクを塗布したり、金属を蒸着して所定の厚さになるよう成膜し、所望の形状になるようエッチング加工することにより形成されている。ただし、第１導体パターン２１および第２導体パターン２２の形成方法は、上記形成方法に限定されるものではなく、他の形成方法を採用してもよい。第１導体パターン２１および第２導体パターン２２を形成する金属材料としては、金、銀、銅、アルミニウム等の良好な導電率を示す金属が用いられる。また、誘電体基板２０は、マイクロ波帯での吸収がない素材を用いるのが好適であり、その素材としては、例えばテフロン（登録商標）が用いられる。ただし、テフロン（登録商標）に限るものではなく、マイクロ波帯での吸収がない他の素材を用いてもよい。
【0045】
上記説明した第２実施例のメタツインＭ２においては、例えば長さＬｏｕｔの長さを固定にして長さＬｉｎを所定の長さに設定できるようにしている。長さＬｉｎを所定の長さに設定した第２実施例のメタツインＭ２においても、長さＬｉｎの設定された長さが長い場合の透過位相が、長さＬｉｎの設定された長さが短い場合の透過位相より遅れることが分かった。
ここで、本発明の第２実施例のメタツインＭ２において、各部の寸法を上記一例で上げた寸法として使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の設定された長さＬｉｎに対する透過波の振幅特性を図１８に示す。図１８においては、長さＬｉｎに設定される長さとして０．０ｍｍから９．６ｍｍが横軸に示され、縦軸にはＳパラメータのＳ２１の絶対値［ｄＢ］で表された透過波の振幅が示されている。図１８を参照すると、長さＬｉｎが約０．４ｍｍに設定された時の透過波の振幅は約－０．９ｄＢとなり、長さＬｉｎが約１．７ｍｍまで長く設定されるに従い透過波の振幅は上昇していき、長さＬｉｎが約１．７ｍｍに設定された時の振幅はほぼ－０．１ｄＢとなる。長さＬｉｎが１．７ｍｍを超えて設定されると、透過波の振幅は下降していき、長さＬｉｎが約２．４ｍｍに設定された時の振幅は約－２．１ｄＢとなり、長さＬｉｎが約２．４ｍｍを超えるに従い透過波の振幅は上昇していき長さＬｉｎが約３．０ｍｍに設定された時の振幅はほぼ－０．１ｄＢとなる。長さＬｉｎが約３．０ｍｍを超えて設定されていくと徐々に透過波の振幅が下降していくが、長さＬｉｎが約５．１ｍｍに設定された時の振幅が約－１．２ｄＢの谷となり、その後は設定された長さが長くなるに従い徐々に透過波の振幅は上昇していく。透過波の振幅は長さＬｉｎが約８．３ｍｍに設定された時にほぼ０．０ｄＢとなり、長さＬｉｎの設定された長さが約９．０ｍｍになるに従い振幅が下降して長さＬｉｎが約９．０ｍｍに設定された時の振幅は約－２．８ｄＢとなる。このように、第２実施例のメタツインＭ２では、長さＬｉｎが０．４ｍｍから９．０ｍｍまでの長さに設定されても入射された電力をほとんど透過させることができるようになる。
ここで、本発明の第２実施例のメタツインＭ２において、各部の寸法を上記一例で上げた寸法として使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の設定された長さＬｉｎに対する透過波の振幅特性を図１８に示す。図１８においては、長さＬｉｎに設定される長さとして０．０ｍｍから９．６ｍｍが横軸に示され、縦軸にはＳパラメータのＳ２１の絶対値［ｄＢ］で表された透過波の振幅が示されている。図１８を参照すると、長さＬｉｎが約０．４ｍｍに設定された時の透過波の振幅は約－０．９ｄＢとなり、長さＬｉｎが約１．７ｍｍまで長く設定されるに従い透過波の振幅は上昇していき、長さＬｉｎが約１．７ｍｍに設定された時の振幅はほぼ－０．１ｄＢとなる。長さＬｉｎが１．７ｍｍを超えて設定されると、透過波の振幅は下降していき、長さＬｉｎが約２．４ｍｍに設定された時の振幅は約－２．１ｄＢとなり、長さＬｉｎが約２．４ｍｍを超えるに従い透過波の振幅は上昇していき長さＬｉｎが約３．０ｍｍに設定された時の振幅はほぼ－０．１ｄＢとなる。長さＬｉｎが約３．０ｍｍを超えて設定されていくと徐々に透過波の振幅が下降していくが、長さＬｉｎが約５．１ｍｍに設定された時の振幅が約－１．２ｄＢの谷となり、その後は設定された長さが長くなるに従い徐々に透過波の振幅は上昇していく。透過波の振幅は長さＬｉｎが約８．３ｍｍに設定された時にほぼ０．０ｄＢとなり、長さＬｉｎの設定された長さが約９．０ｍｍになるに従い振幅が下降して長さＬｉｎが約９．０ｍｍに設定された時の振幅は約－２．８ｄＢとなる。このように、第２実施例のメタツインＭ２では、長さＬｉｎが０．４ｍｍから９．０ｍｍまでの長さに設定されても入射された電力をほとんど透過させることができるようになる。
【0046】
次に、本発明の第２実施例のメタツインＭ２において、各部の寸法を上記一例で上げた寸法として使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の設定された長さＬｉｎに対する透過位相特性を図１９に示す。図１９においては、長さＬｉｎに設定される長さとして０．０ｍｍから９．６ｍｍが横軸に示され、縦軸にはＳパラメータのＳ２１の位相［ｄｅｇ（＝度）］で表された透過位相が示されている。図１９を参照すると、長さＬｉｎが約０．４ｍｍに設定された時の透過位相は約－５０度であり、長さＬｉｎに設定された長さが約１．６ｍｍまで長くなるに従い透過位相は遅れていき、長さＬｉｎが約１．６ｍｍに設定された時の透過位相はほぼ－９０度となる。長さＬｉｎに設定された長さが１．６ｍｍを超えていくに従い、透過位相は急激に遅れるようになって、長さＬｉｎが約３ｍｍに設定された時に約－３１０度の透過位相となる。長さＬｉｎに設定された長さが３ｍｍを超えていくと透過位相は徐々にさらに遅れて行くようになり、長さＬｉｎが約８ｍｍに設定された時に約－４０５度の透過位相となる。長さＬｉｎに設定された長さが８ｍｍを超えて約９．０ｍｍまで長くなるに従い透過位相はさらに遅れていき、長さＬｉｎが約９．０ｍｍに設定された時に－４６５度の透過位相となる。このように、第２実施例のメタツインＭ２では、長さＬｉｎに設定された長さが約０．４ｍｍで約－５０度、約９．０ｍｍで約－４６５度の透過位相となるから、長さＬｉｎに設定された長さを約０．４ｍｍから約９．０ｍｍまで長くしていくと３６０度を超える約４１５度（＝－５０度－（－４６５度）＝４１５度）の透過位相の位相変化量を得ることができる。そして、この場合において上記したように入射された電力をほとんど透過させることができるようになる。
【0047】
＜第２実施例のメタサーフェス板＞
本発明の第２実施例のメタツインＭ２を、第１実施例のメタツインＭ１と同様にメタサーフェス板に適用することができる。第２実施例のメタツインＭ２を適用したメタサーフェス板を第２実施例のメタサーフェス板という。本発明の第２実施例のメタサーフェス板は透過型のメタサーフェス板とされている。本発明の第２実施例のメタツインＭ２を、高さ方向の断面が正方形状とされた誘電体基板１０と同様の誘電体基板の上面および下面に周期配列して形成すると、図示しない第２実施例のメタサーフェス板を構成することができる。このように構成された第２実施例のメタサーフェス板は、第１実施例のメタサーフェス板１－１における第１実施例のメタツインＭ１を第２実施例のメタツインＭ２に置き換えた構成とされる。すなわち、第２実施例のメタサーフェス板は、誘電体基板と、誘電体基板の上面および下面に周期配列して形成された多数の第２実施例のメタツインＭ２とから構成されている。この場合、第２実施例のメタツインＭ２は、第１実施例のメタサーフェス板１－１と同様に誘電体基板のｘ方向とｙ方向に同数ずつ配列されて誘電体基板に形成されている。なお、第２実施例のメタサーフェス板は、図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第２実施例の単位素子２をｘ方向およびｙ方向に周期的に配列した構成となり、単位素子２は第２実施例のメタサーフェス板を構成する構成単位とされている。
また、第２実施例のメタサーフェス板における誘電体基板は正方形状とされ、一辺の長さの一例を挙げると約１１０ｍｍの物理的な寸法とされる。
本発明の第２実施例のメタツインＭ２を、第１実施例のメタツインＭ１と同様にメタサーフェス板に適用することができる。第２実施例のメタツインＭ２を適用したメタサーフェス板を第２実施例のメタサーフェス板という。本発明の第２実施例のメタサーフェス板は透過型のメタサーフェス板とされている。本発明の第２実施例のメタツインＭ２を、高さ方向の断面が正方形状とされた誘電体基板１０と同様の誘電体基板の上面および下面に周期配列して形成すると、図示しない第２実施例のメタサーフェス板を構成することができる。このように構成された第２実施例のメタサーフェス板は、第１実施例のメタサーフェス板１－１における第１実施例のメタツインＭ１を第２実施例のメタツインＭ２に置き換えた構成とされる。すなわち、第２実施例のメタサーフェス板は、誘電体基板と、誘電体基板の上面および下面に周期配列して形成された多数の第２実施例のメタツインＭ２とから構成されている。この場合、第２実施例のメタツインＭ２は、第１実施例のメタサーフェス板１－１と同様に誘電体基板のｘ方向とｙ方向に同数ずつ配列されて誘電体基板に形成されている。なお、第２実施例のメタサーフェス板は、図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第２実施例の単位素子２をｘ方向およびｙ方向に周期的に配列した構成となり、単位素子２は第２実施例のメタサーフェス板を構成する構成単位とされている。
また、第２実施例のメタサーフェス板における誘電体基板は正方形状とされ、一辺の長さの一例を挙げると約１１０ｍｍの物理的な寸法とされる。
【0048】
第２実施例のメタサーフェス板においては、多数の第２実施例のメタツインＭ２の各メタツインＭ２における長さＬｉｎの長さが所定の長さに設定されている。長さＬｉｎの長さが、平面波の入射波に対応するよう所定の長さに設定されている場合は、透過位相は徐々に遅れていく透過位相分布とされて、図７および図８に示されている第１実施例のメタサーフェス板１－１における平面波の屈折の様子と同様に、透過波を所定の方向に、例えば６５度偏向することができるようになる。また、長さＬｉｎの長さが、局所的な波源からの入射波に対応するよう所定の長さに設定されている場合は、透過波が所定の方向に偏向される透過位相分布とされて、図１０および図１１に示されている第１実施例のメタサーフェス板１－１における局所的な波源の場合の屈折の様子と同様に、透過波を所定の方向に、例えば６５度偏向することができるようになる。この際に第２実施例のメタサーフェス板を１枚だけ用いた場合の放射パターンは、図１２、図１３および図１４に示す第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２における放射パターンとほぼ同様となる。このように、第２実施例のメタサーフェス板では、１枚の第２実施例のメタサーフェス板を用いるだけで３０度ないし６０度を超える所望の偏向の角度を得ることができるようになり、全体の体積を減少できると共に、製造コストを低廉とすることができる。
また、本発明の第２実施例のメタサーフェス板２を用いた時と、メタサーフェス板を用いない時を対比して最大放射方向における利得の周波数特性は、図１５に示す第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２における最大放射方向における利得の周波数特性とほぼ同様となり、本発明の第２実施例のメタサーフェス板を用いると、最大放射方向において大きな利得を得ることができる。
また、本発明の第２実施例のメタサーフェス板２を用いた時と、メタサーフェス板を用いない時を対比して最大放射方向における利得の周波数特性は、図１５に示す第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２における最大放射方向における利得の周波数特性とほぼ同様となり、本発明の第２実施例のメタサーフェス板を用いると、最大放射方向において大きな利得を得ることができる。
【0049】
＜第３実施例のメタツインを備える第３実施例の単位素子＞
本発明の第３実施例のメタツインＭ３を備える第３実施例の単位素子３の構成を図２０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図２０（ａ）は第３実施例の単位素子３の構成を示す斜視図、図２０（ｂ）は第３実施例の単位素子３の構成を示す上面図、図２０（ｃ）は第３実施例の単位素子３の構成を示す側面図である。また、本発明の第３実施例のメタツインＭ３の構成を説明する図を図２１に斜視図で示す。
図２０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、第３実施例の単位素子３は、誘電体基板３０と、誘電体基板３０の上面および下面に形成された第３実施例のメタツインＭ３とから構成されている。第３実施例のメタツインＭ３は、誘電体基板３０の上面に形成された第１導体パターン３１および誘電体基板３０の下面に形成された第２導体パターン３２とから構成されている。第１導体パターン３１と第２導体パターン３２とは同形状とされると共に、図２０（ｃ）に示す誘電体基板３０の中心Ｏに対して点対称の形状とされている。
本発明の第３実施例のメタツインＭ３を備える第３実施例の単位素子３の構成を図２０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図２０（ａ）は第３実施例の単位素子３の構成を示す斜視図、図２０（ｂ）は第３実施例の単位素子３の構成を示す上面図、図２０（ｃ）は第３実施例の単位素子３の構成を示す側面図である。また、本発明の第３実施例のメタツインＭ３の構成を説明する図を図２１に斜視図で示す。
図２０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、第３実施例の単位素子３は、誘電体基板３０と、誘電体基板３０の上面および下面に形成された第３実施例のメタツインＭ３とから構成されている。第３実施例のメタツインＭ３は、誘電体基板３０の上面に形成された第１導体パターン３１および誘電体基板３０の下面に形成された第２導体パターン３２とから構成されている。第１導体パターン３１と第２導体パターン３２とは同形状とされると共に、図２０（ｃ）に示す誘電体基板３０の中心Ｏに対して点対称の形状とされている。
【0050】
第３実施例のメタツインＭ３について図２１を参照して説明する。図２１には第３実施例のメタツインＭ３の構成が示されており、第１導体パターン３１が上に配置され、第１導体パターン３１と点対称かつ同形状の第２導体パターン３２が下に配置されて両者は所定間隔Ｗｂ３だけｚ方向に離隔されて配置されている。これにより、離隔して配置された第１導体パターン３１と第２導体パターン３２とで形成される空間の中心に対して第１導体パターン３１と第２導体パターン３２とが点対称の形状とされたメタツインＭ３が形成されている。第１導体パターン３１と第２導体パターン３２とは所定幅の線状のＴ字状の形状とされている。
上記した第３実施例のメタツインＭ３を誘電体基板３０の上面および下面に形成することにより、第３実施例の単位素子３が構成されている。すなわち、厚さがＷｂ３とされた誘電体基板３０を用意して、誘電体基板３０の中心に対して第１導体パターン３１と、第２導体パターン３２とが点対称の形状となるように、誘電体基板３０の上面に第１導体パターン３１を形成し、下面に第２導体パターン３２を形成する。これにより、誘電体基板３０の上面および下面に第３実施例のメタツインＭ３が形成された図２０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第３実施例の単位素子３を得ることができる。
上記した第３実施例のメタツインＭ３を誘電体基板３０の上面および下面に形成することにより、第３実施例の単位素子３が構成されている。すなわち、厚さがＷｂ３とされた誘電体基板３０を用意して、誘電体基板３０の中心に対して第１導体パターン３１と、第２導体パターン３２とが点対称の形状となるように、誘電体基板３０の上面に第１導体パターン３１を形成し、下面に第２導体パターン３２を形成する。これにより、誘電体基板３０の上面および下面に第３実施例のメタツインＭ３が形成された図２０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第３実施例の単位素子３を得ることができる。
【0051】
図２０（ａ）（ｂ）（ｃ）に戻り誘電体基板３０の上面および下面に形成されたメタツインＭ３を構成する第１導体パターン３１と破線で示す第２導体パターン３２とは、Ｔ字状とされ誘電体基板３０の中心Ｏに対して点対称の形状とされている。第１導体パターン３１は、ｘ方向の３つのパートとｙ方向の１つのパートとから構成されている。第１導体パターン３１におけるｘ方向の３つのパートは、図２０（ｂ）に示すように両外側に位置するパート３１－ｘ－１およびパート３１－ｘ－３と、中央に位置するパート３１－ｘ－２とで構成され、ｙ方向の１つのパートは、図２０（ａ）に示すようにパート３１－ｙ－１で構成される。また、破線で示す第２導体パターン３２は、ｘ方向の３つのパートとｙ方向の１つのパートとから構成されている。第２導体パターン３２におけるｘ方向の３つのパートは、図２０（ｂ）に示すように両外側に位置するパート３２－ｘ－１およびパート３２－ｘ－３と、中央に位置するパート３２－ｘ－２とで構成され、ｙ方向の１つのパートは、図２０（ａ）に示すようにパート３２－ｙ－１で構成される。
【0052】
なお、第３実施例の単位素子３において、ｚ方向から誘電体基板３０を透視すると第１導体パターン３１のパート３１－ｘ－２と第２導体パターン３２のパート３２－ｘ－２との先端同士が重なっている。また、ｚ方向から誘電体基板３０を透視すると第１導体パターン３１のパート３１－ｘ－１およびパート３１－ｘ－３とパート３１－ｙ－１、第２導体パターン３２のパート３２－ｘ－１およびパート３２－ｘ－３とパート３２－ｙ－１とが、所定幅の線状の正方形状とされたループ素子上に位置するようになる。すなわち、第１導体パターン３１と第２導体パターン３２とにおけるｙ方向の長さＬｓ３と、第１導体パターン３１のパート３１－ｙ－１の外縁から第２導体パターン３２のパート３２－ｙ－１外縁までの長さは長さＬｓ３と等しくなる。
ここで、補足説明すると、上述したようにｚ方向から透視した際に誘電体基板３０に形成されている透視した導体パターンが基本導体パターンとされて、基本導体パターンを、ｙ方向の中心線で半截して、線対称かつ同形状の第１導体パターン３１と第２導体パターン３２とに分離する。第１導体パターン３１を上に配置すると共に第２導体パターン３２を下に配置して両者の面を平行を維持して面に垂直な方向であるｚ方向に所定間隔Ｗｂ３だけ離隔して配置する。これにより、第３実施例のメタツインＭ３が構成されるということができる。なお、メタツインＭ３においては、第１導体パターン３１のパート３１－ｘ－２の先端と第２導体パターン３２のパート３２－ｘ－２の先端とがｘ方向に延伸されている。
ここで、補足説明すると、上述したようにｚ方向から透視した際に誘電体基板３０に形成されている透視した導体パターンが基本導体パターンとされて、基本導体パターンを、ｙ方向の中心線で半截して、線対称かつ同形状の第１導体パターン３１と第２導体パターン３２とに分離する。第１導体パターン３１を上に配置すると共に第２導体パターン３２を下に配置して両者の面を平行を維持して面に垂直な方向であるｚ方向に所定間隔Ｗｂ３だけ離隔して配置する。これにより、第３実施例のメタツインＭ３が構成されるということができる。なお、メタツインＭ３においては、第１導体パターン３１のパート３１－ｘ－２の先端と第２導体パターン３２のパート３２－ｘ－２の先端とがｘ方向に延伸されている。
【0053】
第３実施例のメタツインＭ３の各部の寸法が図２０（ｂ）に示されている。第１導体パターン３１の横幅は長さＬｓ３とされ、パート３１－ｘ－１およびパート３１－ｘ－３の先端からパート３１－ｙ－１の中央までは長さＬｉｎとされ、パート３１－ｘ－２の先端からパート３１－ｙ－１の中央までは長さＬｏｕｔとされ、第１導体パターン３１における各パートは幅Ｗの線状の導体パターンとされている。第２導体パターン３２の各部の寸法は、第１導体パターン３１と第２導体パターン３２とが同形状であることから、同じ寸法とされている。すなわち、パート３２－ｘ－１およびパート３２－ｘ－３の先端からパート３２－ｙ－１の中央までは長さＬｉｎとされ、パート３２－ｘ－２の先端からパート３２－ｙ－１の中央までは長さＬｏｕｔとされ、第２導体パターン３２における各パートは幅Ｗの線状の導体パターンとされている。
また、第３実施例の単位素子３を構成する誘電体基板３０の厚さは図２０（ｃ）に示すように厚さＷｂ３で比誘電率εｓとされ、第１導体パターン３１と第２導体パターン３２とは厚さＷｂ３で離隔されていると共に、誘電体基板３０の中心点Ｏに対して点対称に配置されている。
また、第３実施例の単位素子３を構成する誘電体基板３０の厚さは図２０（ｃ）に示すように厚さＷｂ３で比誘電率εｓとされ、第１導体パターン３１と第２導体パターン３２とは厚さＷｂ３で離隔されていると共に、誘電体基板３０の中心点Ｏに対して点対称に配置されている。
【0054】
ここで、第３実施例の単位素子３における各部の寸法の一例を使用周波数を１１．５ＧＨｚの自由空間波長をλ（≒２６．０８７ｍｍ）とした電気長で表すと、第１導体パターン３１および第２導体パターン３２において、長さＬｓ３の電気長は約０．３０７λ、長さＬｏｕｔの電気長は約０．２１５λとされ、幅Ｗの電気長は約０．０１５λとされる。なお、長さＬｉｎは設定された長さとされる。また、誘電体基板３０の厚さＷｂ３の電気長は約０．１２３λとされる。なお、誘電体基板３０は、例えばテフロン（登録商標）製とされ、比誘電率εｓは約２．６とされ、比誘電率εｓが２．６の場合は、約０．６２の波長短縮率となる。
【0055】
第１導体パターン３１および第２導体パターン３２は、誘電体基板３０の面上に金属インクを塗布したり、金属を蒸着して所定の厚さになるよう成膜し、所望の形状になるようエッチング加工することにより形成されている。ただし、第１導体パターン３１および第２導体パターン３２の形成方法は、上記形成方法に限定されるものではなく、他の形成方法を採用してもよい。第１導体パターン３１および第２導体パターン３２を形成する金属材料としては、金、銀、銅、アルミニウム等の良好な導電率を示す金属が用いられる。また、誘電体基板３０は、マイクロ波帯での吸収がない素材を用いるのが好適であり、その素材としては、例えばテフロン（登録商標）が用いられる。ただし、テフロン（登録商標）に限るものではなく、マイクロ波帯での吸収がない他の素材を用いてもよい。
【0056】
上記説明した第３実施例のメタツインＭ３においては、例えば長さＬｏｕｔの長さを固定にして長さＬｉｎを所定の長さに設定できるようにしている。長さＬｉｎを所定の長さに設定した第３実施例のメタツインＭ３においては、長さＬｉｎの設定された長さが長い場合の透過位相が、長さＬｉｎの設定された長さが短い場合の透過位相より遅れることが分かった。
ここで、本発明の第３実施例のメタツインＭ３において、各部の寸法を上記一例で上げた寸法として使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の設定された長さＬｉｎに対する透過波の振幅特性を図２２に示す。図２２においては、長さＬｉｎに設定される長さとして０ｍｍから１２ｍｍが横軸に示され、縦軸にはＳパラメータのＳ２１の絶対値［ｄＢ］で表された透過波の振幅が示されている。図２２を参照すると、長さＬｉｎが約０．４ｍｍに設定された時の透過波の振幅は約－１．１ｄＢとなり、長さＬｉｎが約２．３ｍｍまで長く設定されるに従い透過波の振幅は下降していき、長さＬｉｎが約２．３ｍｍに設定された時の振幅は約－１．５ｄＢとなる。長さＬｉｎが約２．３ｍｍを超えて設定されると、透過波の振幅は上昇していき、長さＬｉｎが約４．２ｍｍに設定された時の振幅は約－０．２ｄＢとなり、長さＬｉｎが約４．２ｍｍを超えるに従い透過波の振幅は下降していき長さＬｉｎが約５．０ｍｍに設定された時の振幅はほぼ－１．０ｄＢとなる。長さＬｉｎが約５．０ｍｍを超えて設定されていくと透過波の振幅は上昇していき、長さＬｉｎが約５．６ｍｍに設定された時の振幅は約－０．１ｄＢとなる。さらに、長さＬｉｎが約７．６ｍｍまで長く設定されるに従い透過波の振幅は下降していき、長さＬｉｎが約７．６ｍｍに設定された時の振幅は約－１．４ｄＢとなり、長さＬｉｎが約７．６ｍｍを超えるに従い透過波の振幅は上昇していき長さＬｉｎが約１０．８ｍｍに設定された時の振幅はほぼ－０．０ｄＢとなる。その後は設定された長さＬｉｎが長くなるに従い透過波の振幅は下降していき、長さＬｉｎが約１１．６ｍｍに設定された時に透過波の振幅は約－１．９ｄＢとなる。このように、第３実施例のメタツインＭ３では、長さＬｉｎが約０．４ｍｍから約１１．６ｍｍまでの長さに設定されても入射された電力をほとんど透過させることができるようになる。
ここで、本発明の第３実施例のメタツインＭ３において、各部の寸法を上記一例で上げた寸法として使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の設定された長さＬｉｎに対する透過波の振幅特性を図２２に示す。図２２においては、長さＬｉｎに設定される長さとして０ｍｍから１２ｍｍが横軸に示され、縦軸にはＳパラメータのＳ２１の絶対値［ｄＢ］で表された透過波の振幅が示されている。図２２を参照すると、長さＬｉｎが約０．４ｍｍに設定された時の透過波の振幅は約－１．１ｄＢとなり、長さＬｉｎが約２．３ｍｍまで長く設定されるに従い透過波の振幅は下降していき、長さＬｉｎが約２．３ｍｍに設定された時の振幅は約－１．５ｄＢとなる。長さＬｉｎが約２．３ｍｍを超えて設定されると、透過波の振幅は上昇していき、長さＬｉｎが約４．２ｍｍに設定された時の振幅は約－０．２ｄＢとなり、長さＬｉｎが約４．２ｍｍを超えるに従い透過波の振幅は下降していき長さＬｉｎが約５．０ｍｍに設定された時の振幅はほぼ－１．０ｄＢとなる。長さＬｉｎが約５．０ｍｍを超えて設定されていくと透過波の振幅は上昇していき、長さＬｉｎが約５．６ｍｍに設定された時の振幅は約－０．１ｄＢとなる。さらに、長さＬｉｎが約７．６ｍｍまで長く設定されるに従い透過波の振幅は下降していき、長さＬｉｎが約７．６ｍｍに設定された時の振幅は約－１．４ｄＢとなり、長さＬｉｎが約７．６ｍｍを超えるに従い透過波の振幅は上昇していき長さＬｉｎが約１０．８ｍｍに設定された時の振幅はほぼ－０．０ｄＢとなる。その後は設定された長さＬｉｎが長くなるに従い透過波の振幅は下降していき、長さＬｉｎが約１１．６ｍｍに設定された時に透過波の振幅は約－１．９ｄＢとなる。このように、第３実施例のメタツインＭ３では、長さＬｉｎが約０．４ｍｍから約１１．６ｍｍまでの長さに設定されても入射された電力をほとんど透過させることができるようになる。
【0057】
次に、本発明の第３実施例のメタツインＭ３において、各部の寸法を上記一例で上げた寸法として使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の設定された長さＬｉｎに対する透過位相特性を図２３に示す。図２３においては、長さＬｉｎに設定される長さとして０ｍｍから１２ｍｍが横軸に示され、縦軸にはＳパラメータのＳ２１の位相［ｄｅｇ（＝度）］で表された透過位相が示されている。図２３を参照すると、長さＬｉｎが約０．４ｍｍに設定された時の透過位相は約０度となり、長さＬｉｎに設定された長さが約３．５ｍｍまで長くなるに従い透過位相は遅れていき、長さＬｉｎが約３．５ｍｍに設定された時の透過位相は約－６０度となる。長さＬｉｎに設定された長さが３．５ｍｍを超えていくに従い、透過位相は急激に遅れるようになって、長さＬｉｎが約５．８ｍｍに設定された時に約－３００度の透過位相となる。長さＬｉｎに設定された長さが約５．８ｍｍを超えていくと透過位相は徐々にさらに遅れて行くようになり、長さＬｉｎが約９．５ｍｍに設定された時に約－３９０度の透過位相となる。長さＬｉｎに設定された長さが９．５ｍｍを超えて約１１．６ｍｍまで長くなるに従い透過位相はさらに遅れていき、長さＬｉｎが約１１．６ｍｍに設定された時に－４６０度の透過位相となる。このように、第３実施例のメタツインＭ３では、長さＬｉｎに設定された長さが約０．４ｍｍで約０度、約１１．６ｍｍで約－４６０度の透過位相となるから、長さＬｉｎに設定された長さを約０．４ｍｍから約１１．６ｍｍまで長くしていくと３６０度を超える約４６０度（＝０度－（－４６０度）＝４６０度）の透過位相の位相変化量を得ることができる。そして、この場合において上記したように入射された電力をほとんど透過させることができるようになる。
【0058】
＜第３実施例のメタサーフェス板＞
本発明の第３実施例のメタツインＭ３を、第１実施例のメタツインＭ１と同様にメタサーフェス板に適用することができる。第３実施例のメタツインＭ３を適用したメタサーフェス板を第３実施例のメタサーフェス板という。本発明の第３実施例のメタサーフェス板は透過型のメタサーフェス板とされている。本発明の第３実施例のメタツインＭ３を、高さ方向の断面が正方形状とされた誘電体基板１０と同様の誘電体基板の上面および下面に周期配列して形成すると、図示しない第３実施例のメタサーフェス板を構成することができる。このように構成された第３実施例のメタサーフェス板は、第１実施例のメタサーフェス板１－１における第１実施例のメタツインＭ１を第３実施例のメタツインＭ３に置き換えた構成とされる。すなわち、第３実施例のメタサーフェス板は、誘電体基板と、誘電体基板の上面および下面に周期配列して形成された多数の第３実施例のメタツインＭ３とから構成されている。この場合、第３実施例のメタツインＭ３は、第１実施例のメタサーフェス板１－１と同様に誘電体基板のｘ方向とｙ方向に同数ずつ配列されて誘電体基板に形成されている。なお、第３実施例のメタサーフェス板は、図２０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第３実施例の単位素子３をｘ方向およびｙ方向に周期的に配列した構成となり、単位素子３は第３実施例のメタサーフェス板を構成する構成単位とされている。
また、第３実施例のメタサーフェス板における誘電体基板は正方形状とされ、一辺の長さの一例を挙げると約１１０ｍｍの物理的な寸法とされる。
本発明の第３実施例のメタツインＭ３を、第１実施例のメタツインＭ１と同様にメタサーフェス板に適用することができる。第３実施例のメタツインＭ３を適用したメタサーフェス板を第３実施例のメタサーフェス板という。本発明の第３実施例のメタサーフェス板は透過型のメタサーフェス板とされている。本発明の第３実施例のメタツインＭ３を、高さ方向の断面が正方形状とされた誘電体基板１０と同様の誘電体基板の上面および下面に周期配列して形成すると、図示しない第３実施例のメタサーフェス板を構成することができる。このように構成された第３実施例のメタサーフェス板は、第１実施例のメタサーフェス板１－１における第１実施例のメタツインＭ１を第３実施例のメタツインＭ３に置き換えた構成とされる。すなわち、第３実施例のメタサーフェス板は、誘電体基板と、誘電体基板の上面および下面に周期配列して形成された多数の第３実施例のメタツインＭ３とから構成されている。この場合、第３実施例のメタツインＭ３は、第１実施例のメタサーフェス板１－１と同様に誘電体基板のｘ方向とｙ方向に同数ずつ配列されて誘電体基板に形成されている。なお、第３実施例のメタサーフェス板は、図２０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第３実施例の単位素子３をｘ方向およびｙ方向に周期的に配列した構成となり、単位素子３は第３実施例のメタサーフェス板を構成する構成単位とされている。
また、第３実施例のメタサーフェス板における誘電体基板は正方形状とされ、一辺の長さの一例を挙げると約１１０ｍｍの物理的な寸法とされる。
【0059】
第３実施例のメタサーフェス板においては、多数の第３実施例のメタツインＭ３の各メタツインＭ３における長さＬｉｎの長さが所定の長さに設定されている。長さＬｉｎの長さが、平面波の入射波に対応するよう所定の長さに設定されている場合は、透過位相は徐々に遅れていく透過位相分布とされて、図７および図８に示されている第１実施例のメタサーフェス板１－１における平面波の屈折の様子と同様に、透過波を所定の方向に、例えば６５度偏向することができるようになる。また、長さＬｉｎの長さが、局所的な波源からの入射波に対応するよう所定の長さに設定されている場合は、透過波が所定の方向に偏向される透過位相分布とされて、図１０および図１１に示されている第１実施例のメタサーフェス板１－１における局所的な波源の場合の屈折の様子と同様に、透過波を所定の方向に、例えば６５度偏向することができるようになる。この際に第３実施例のメタサーフェス板を１枚だけ用いた場合の放射パターンは、図１２、図１３および図１４に示す第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２における放射パターンとほぼ同様となる。このように、第３実施例のメタサーフェス板では、１枚の第３実施例のメタサーフェス板を用いるだけで０度ないし６０度を超える所望の偏向の角度を得ることができるようになり、全体の体積を減少できると共に、製造コストを低廉とすることができる。
また、本発明の第３実施例のメタサーフェス板を用いた時と、メタサーフェス板を用いない時を対比して最大放射方向における利得の周波数特性は、図１５に示す第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２における最大放射方向における利得の周波数特性とほぼ同様となり、本発明の第３実施例のメタサーフェス板を用いると、最大放射方向において大きな利得を得ることができる。
また、本発明の第３実施例のメタサーフェス板を用いた時と、メタサーフェス板を用いない時を対比して最大放射方向における利得の周波数特性は、図１５に示す第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２における最大放射方向における利得の周波数特性とほぼ同様となり、本発明の第３実施例のメタサーフェス板を用いると、最大放射方向において大きな利得を得ることができる。
【0060】
＜第４実施例のメタツインを備える第４実施例の単位素子＞
本発明の第４実施例のメタツインＭ４を備える第４実施例の単位素子４の構成を図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図２４（ａ）は第４実施例の単位素子４の構成を示す斜視図、図２４（ｂ）は第４実施例の単位素子４の構成を示す上面図、図２４（ｃ）は第４実施例の単位素子４の構成を示す側面図である。また、本発明の第４実施例のメタツインＭ４の構成を説明する図を図２５に斜視図で示す。
図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、第４実施例の単位素子４は、誘電体基板４０と、誘電体基板４０の上面および下面に形成された第４実施例のメタツインＭ４とから構成されている。第４実施例のメタツインＭ４は、誘電体基板４０の上面に形成された第１導体パターン４１および誘電体基板４０の下面に形成された第２導体パターン４２とから構成されている。第１導体パターン４１と第２導体パターン４２とは同形状とされると共に、図２４（ｃ）に示す誘電体基板４０の中心Ｏに対して点対称の形状とされている。
本発明の第４実施例のメタツインＭ４を備える第４実施例の単位素子４の構成を図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図２４（ａ）は第４実施例の単位素子４の構成を示す斜視図、図２４（ｂ）は第４実施例の単位素子４の構成を示す上面図、図２４（ｃ）は第４実施例の単位素子４の構成を示す側面図である。また、本発明の第４実施例のメタツインＭ４の構成を説明する図を図２５に斜視図で示す。
図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、第４実施例の単位素子４は、誘電体基板４０と、誘電体基板４０の上面および下面に形成された第４実施例のメタツインＭ４とから構成されている。第４実施例のメタツインＭ４は、誘電体基板４０の上面に形成された第１導体パターン４１および誘電体基板４０の下面に形成された第２導体パターン４２とから構成されている。第１導体パターン４１と第２導体パターン４２とは同形状とされると共に、図２４（ｃ）に示す誘電体基板４０の中心Ｏに対して点対称の形状とされている。
【0061】
第４実施例のメタツインＭ４について図２５を参照して説明する。図２５には第４実施例のメタツインＭ４の構成が示されており、第１導体パターン４１が上に配置され、第１導体パターン４１と点対称かつ同形状の第２導体パターン４２が下に配置されて両者は所定間隔Ｗｂ４だけｚ方向に離隔されて配置されている。これにより、離隔して配置された第１導体パターン４１と第２導体パターン４２とで形成される空間の中心に対して第１導体パターン４１と第２導体パターン４２とが点対称の形状とされたメタツインＭ４が形成されている。
【0062】
第４実施例のメタツインＭ４をｚ方向から透視すると、第１導体パターン４１と第２導体パターン４２とにより、図２４（ｂ）に示すように所定幅の線状の正方形状とされた外側ループと所定幅の線状の約４５度回転された正方形状とされた内側ループとが同心とされて構成された二重ループ素子が形成されている。この二重ループ素子が基本導体パターンとされる。メタツインＭ４の基本導体パターンを構成する二重ループ素子においては、内側ループのｘ方向の対角と外側ループの中央部とがそれぞれ接続片で接続されている。基本導体パターンとされる二重ループ素子を、ｙ方向の中心線で半截して、線対称かつ同形状の第１導体パターン４１と第２導体パターン４２とに分離して、第１導体パターン４１を上に配置すると共に第２導体パターン４２を下に配置して両者の面を平行を維持して面に垂直な方向であるｚ方向に所定間隔Ｗｂ４だけ離隔して配置する。これにより、第４実施例のメタツインＭ４が構成される。
上記のように構成された第４実施例のメタツインＭ４を誘電体基板４０の上面および下面に形成することにより、第４実施例の単位素子４が構成されている。すなわち、厚さがＷｂ４とされた誘電体基板４０を用意して、誘電体基板４０の中心に対して第１導体パターン４１と、第２導体パターン４２とが点対称の形状となるように、誘電体基板４０の上面に第１導体パターン４１を形成し、下面に第２導体パターン４２を形成する。これにより、誘電体基板４０の上面および下面に第４実施例のメタツインＭ４が形成された図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第４実施例の単位素子４を得ることができる。
上記のように構成された第４実施例のメタツインＭ４を誘電体基板４０の上面および下面に形成することにより、第４実施例の単位素子４が構成されている。すなわち、厚さがＷｂ４とされた誘電体基板４０を用意して、誘電体基板４０の中心に対して第１導体パターン４１と、第２導体パターン４２とが点対称の形状となるように、誘電体基板４０の上面に第１導体パターン４１を形成し、下面に第２導体パターン４２を形成する。これにより、誘電体基板４０の上面および下面に第４実施例のメタツインＭ４が形成された図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第４実施例の単位素子４を得ることができる。
【0063】
図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）に戻り誘電体基板４０の上面および下面に形成されたメタツインＭ４を構成する第１導体パターン４１と破線で示す第２導体パターン４２とは、コ字状の導体パターンの内側にＹ字状の導体パターンが配置された同形状とされ誘電体基板４０の中心Ｏに対して点対称に配置されている。第１導体パターン４１は、ｘ方向の３つのパートとｙ方向および傾斜したｙ方向の３つのパートとから構成されている。第１導体パターン４１におけるｘ方向の３つのパートは、図２４（ｂ）に示すように両外側に位置するパート４１－ｘ－１およびパート４１－ｘ－３と、中央に位置してＹ字状の導体パターンと接続するパート４１－ｘ－２とで構成され、ｙ方向および傾斜したｙ方向の３つのパートは、図２４（ａ）に示すようにパート４１－ｙ－１とＹ字状導体パターンを形成するパート４１－ｙ－２およびパート４１－ｙ－３とで構成される。また、破線で示す第２導体パターン４２は、ｘ方向の３つのパートとｙ方向および傾斜したｙ方向の３つのパートとから構成されている。第２導体パターン４２におけるｘ方向の３つのパートは、図２４（ｂ）に示すように両外側に位置するパート４２－ｘ－１およびパート４２－ｘ－３と、中央に位置してＹ字状の導体パターンと接続するパート４２－ｘ－２とで構成され、ｙ方向および傾斜したｙ方向の３つのパートは、図２４（ａ）に示すようにパート４２－ｙ－１とＹ字状導体パターンを形成するパート４２－ｙ－２およびパート４２－ｙ－３とで構成される。
【0064】
なお、第４実施例の単位素子４において、ｚ方向から誘電体基板４０を透視すると図２４（ｂ）に示すように第１導体パターン４１のパート４１－ｘ－１およびパート４１－ｘ－３と第２導体パターン４２のパート４２－ｘ－１およびパート４２－ｘ－３との先端同士と、第１導体パターン４１のパート４１－ｙ－２およびパート４１－ｙ－３と第２導体パターン４２のパート４２－ｙ－２およびパート４２－ｙ－３との先端同士が重なっている。また、ｚ方向から誘電体基板４０を透視すると図２４（ｂ）に示すように第１導体パターン４１のパート４１－ｘ－１およびパート４１－ｘ－３とパート４１－ｙ－１と、第２導体パターン４２のパート４２－ｘ－１およびパート４２－ｘ－３とパート４２－ｙ－１とで、所定幅の線状の正方形状とされた外側ループを形成するようになる。これにより、第１導体パターン４１と第２導体パターン４２とにおけるｙ方向の長さＬｓ４と、第１導体パターン４１のパート４１－ｙ－１の外縁から第２導体パターン４２のパート４２－ｙ－１外縁までの長さは長さＬｓ４と等しくなる。さらに、ｚ方向から誘電体基板４０を透視すると図２４（ｂ）に示すように第１導体パターン４１のパート４１－ｙ－２およびパート４１－ｙ－３と、第２導体パターン４２のパート４２－ｙ－２およびパート４２－ｙ－３とパート４２－ｙ－１とで、所定幅の線状の約４５度回転された正方形状とされた内側ループを形成するようになる。
【0065】
第４実施例のメタツインＭ４の各部の寸法が図２４（ｂ）に示されている。第１導体パターン４１の横幅は長さＬｓ４とされ、パート４１－ｘ－１およびパート４１－ｘ－３の先端からパート４１－ｙ－１の中央までは長さＬｏｕｔとされ、パート４１－ｙ－２およびパート４１－ｙ－３の先端からパート４１－ｙ－１の中央までは長さＬｉｎとされ、第１導体パターン４１における各パートは幅Ｗの線状の導体パターンとされている。第２導体パターン４２の各部の寸法は、第１導体パターン４１と第２導体パターン４２とが同形状であることから、同じ寸法とされている。すなわち、パート４２－ｘ－１およびパート４２－ｘ－３の先端からパート４２－ｙ－１の中央までは長さＬｏｕｔとされ、パート４２－ｙ－２およびパート４２－ｙ－３の先端からパート４２－ｙ－１の中央までは長さＬｉｎとされ、第２導体パターン４２における各パートは幅Ｗの線状の導体パターンとされている。
また、第４実施例の単位素子４を構成する誘電体基板４０の厚さは図２４（ｃ）に示すように厚さＷｂ４で比誘電率εｓとされ、第１導体パターン４１と第２導体パターン４２とは厚さＷｂ４で離隔されていると共に、誘電体基板４０の中心点Ｏに対して点対称に配置されている。
また、第４実施例の単位素子４を構成する誘電体基板４０の厚さは図２４（ｃ）に示すように厚さＷｂ４で比誘電率εｓとされ、第１導体パターン４１と第２導体パターン４２とは厚さＷｂ４で離隔されていると共に、誘電体基板４０の中心点Ｏに対して点対称に配置されている。
【0066】
ここで、第４実施例の単位素子４における各部の寸法の一例を使用周波数を１１．５ＧＨｚの自由空間波長をλ（≒２６．０８７ｍｍ）とした電気長で表すと、第１導体パターン４１および第２導体パターン４２において、長さＬｓ４の電気長は約０．３０７λ、長さＬｏｕｔの電気長は約０．３６０λとされ、幅Ｗの電気長は約０．０１５λとされる。なお、長さＬｉｎは設定された長さとされる。また、誘電体基板４０の厚さＷｂ４の電気長は約０．１２３λとされる。なお、誘電体基板４０は、例えばテフロン（登録商標）製とされ、比誘電率εｓは約２．６とされ、比誘電率εｓが２．６の場合は、約０．６２の波長短縮率となる。
【0067】
第１導体パターン４１および第２導体パターン４２は、誘電体基板４０の面上に金属インクを塗布したり、金属を蒸着して所定の厚さになるよう成膜し、所望の形状になるようエッチング加工することにより形成されている。ただし、第１導体パターン４１および第２導体パターン４２の形成方法は、上記形成方法に限定されるものではなく、他の形成方法を採用してもよい。第１導体パターン４１および第２導体パターン４２を形成する金属材料としては、金、銀、銅、アルミニウム等の良好な導電率を示す金属が用いられる。また、誘電体基板４０は、マイクロ波帯での吸収がない素材を用いるのが好適であり、その素材としては、例えばテフロン（登録商標）が用いられる。ただし、テフロン（登録商標）に限るものではなく、マイクロ波帯での吸収がない他の素材を用いてもよい。
【0068】
上記説明した第４実施例のメタツインＭ４においては、例えば長さＬｏｕｔの長さを固定にして長さＬｉｎを所定の長さに設定できるようにしている。長さＬｉｎを所定の長さに設定した第４実施例のメタツインＭ４においては、長さＬｉｎの設定された長さが長い場合の透過位相が、長さＬｉｎの設定された長さが短い場合の透過位相より遅れることが分かった。
ここで、本発明の第４実施例のメタツインＭ４において、各部の寸法を上記一例で上げた寸法として使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の設定された長さＬｉｎに対する透過波の振幅特性を図２６に示す。図２６においては、長さＬｉｎに設定される長さとして０ｍｍから９ｍｍが横軸に示され、縦軸にはＳパラメータのＳ２１の絶対値［ｄＢ］で表された透過波の振幅が示されている。図２６を参照すると、長さＬｉｎが約０．０ｍｍに設定された時の透過波の振幅は約－１．１ｄＢとなり、長さＬｉｎが約１．３ｍｍまで長く設定されるに従い透過波の振幅は上昇していき、長さＬｉｎが約１．３ｍｍに設定された時の振幅は約－０．１ｄＢとなる。長さＬｉｎが約１．３ｍｍを超えて設定されると、透過波の振幅は下降していき、長さＬｉｎが約１．６ｍｍに設定された時の振幅は約－０．７ｄＢとなり、長さＬｉｎが約１．６ｍｍを超えるに従い透過波の振幅は上昇していき長さＬｉｎが約１．９ｍｍに設定された時の振幅は約－０．１ｄＢとなる。長さＬｉｎが約１．９ｍｍを超えて設定されていくと透過波の振幅は下降していき、長さＬｉｎが約３．０ｍｍないし約４．４ｍｍまでに設定された時の振幅は約－１．３ｄＢとなる。さらに、長さＬｉｎが約７．９ｍｍまで長く設定されるに従い透過波の振幅は上昇していき、長さＬｉｎが約７．９ｍｍに設定された時の振幅はほぼ０．０ｄＢとなり、長さＬｉｎが約７．９ｍｍを超えるに従い透過波の振幅は下降していき長さＬｉｎが約８．５ｍｍに設定された時の振幅は約－１．０ｄＢとなる。このように、第４実施例のメタツインＭ４では、長さＬｉｎが約０．０ｍｍから約８．５ｍｍまでの長さに設定されても入射された電力をほとんど透過させることができるようになる。
ここで、本発明の第４実施例のメタツインＭ４において、各部の寸法を上記一例で上げた寸法として使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の設定された長さＬｉｎに対する透過波の振幅特性を図２６に示す。図２６においては、長さＬｉｎに設定される長さとして０ｍｍから９ｍｍが横軸に示され、縦軸にはＳパラメータのＳ２１の絶対値［ｄＢ］で表された透過波の振幅が示されている。図２６を参照すると、長さＬｉｎが約０．０ｍｍに設定された時の透過波の振幅は約－１．１ｄＢとなり、長さＬｉｎが約１．３ｍｍまで長く設定されるに従い透過波の振幅は上昇していき、長さＬｉｎが約１．３ｍｍに設定された時の振幅は約－０．１ｄＢとなる。長さＬｉｎが約１．３ｍｍを超えて設定されると、透過波の振幅は下降していき、長さＬｉｎが約１．６ｍｍに設定された時の振幅は約－０．７ｄＢとなり、長さＬｉｎが約１．６ｍｍを超えるに従い透過波の振幅は上昇していき長さＬｉｎが約１．９ｍｍに設定された時の振幅は約－０．１ｄＢとなる。長さＬｉｎが約１．９ｍｍを超えて設定されていくと透過波の振幅は下降していき、長さＬｉｎが約３．０ｍｍないし約４．４ｍｍまでに設定された時の振幅は約－１．３ｄＢとなる。さらに、長さＬｉｎが約７．９ｍｍまで長く設定されるに従い透過波の振幅は上昇していき、長さＬｉｎが約７．９ｍｍに設定された時の振幅はほぼ０．０ｄＢとなり、長さＬｉｎが約７．９ｍｍを超えるに従い透過波の振幅は下降していき長さＬｉｎが約８．５ｍｍに設定された時の振幅は約－１．０ｄＢとなる。このように、第４実施例のメタツインＭ４では、長さＬｉｎが約０．０ｍｍから約８．５ｍｍまでの長さに設定されても入射された電力をほとんど透過させることができるようになる。
【0069】
次に、本発明の第４実施例のメタツインＭ４において、各部の寸法を上記一例で上げた寸法として使用周波数ｆを１１．５ＧＨｚとした際の設定された長さＬｉｎに対する透過位相特性を図２７に示す。図２７においては、長さＬｉｎに設定される長さとして０ｍｍから９ｍｍが横軸に示され、縦軸にはＳパラメータのＳ２１の位相［ｄｅｇ（＝度）］で表された透過位相が示されている。図２７を参照すると、長さＬｉｎが約０．０ｍｍに設定された時の透過位相は約１７５度となり、長さＬｉｎに設定された長さが約１．０ｍｍまで長くなるに従い透過位相は遅れていき、長さＬｉｎが約１．０ｍｍに設定された時の透過位相は約１５０度となる。長さＬｉｎに設定された長さが１．０ｍｍを超えていくに従い、透過位相は急激に遅れるようになって、長さＬｉｎが約２．２ｍｍに設定された時に約－１０５度の透過位相となる。長さＬｉｎに設定された長さが約２．２ｍｍを超えていくと透過位相は徐々にさらに遅れて行くようになり、長さＬｉｎが約６．５ｍｍに設定された時に約－１７０度の透過位相となる。長さＬｉｎに設定された長さが６．５ｍｍを超えて約８．５ｍｍまで長くなるに従い透過位相はさらに遅れていき、長さＬｉｎが約８．５ｍｍに設定された時に－２２５度の透過位相となる。このように、第４実施例のメタツインＭ４では、長さＬｉｎに設定された長さが約０．０ｍｍで約１７５度、約８．５ｍｍで約－２２５度の透過位相となるから、長さＬｉｎに設定された長さを約０．０ｍｍから約８．５ｍｍまで長くしていくと３６０度を超える約４００度（＝１７５度－（－２２５度）＝４００度）の透過位相の位相変化量を得ることができる。そして、この場合において上記したように入射された電力をほとんど透過させることができるようになる。
【0070】
＜第４実施例のメタサーフェス板＞
本発明の第４実施例のメタツインＭ４を、第１実施例のメタツインＭ１と同様にメタサーフェス板に適用することができる。第４実施例のメタツインＭ４を適用したメタサーフェス板を第４実施例のメタサーフェス板という。本発明の第４実施例のメタサーフェス板は透過型のメタサーフェス板とされている。本発明の第４実施例のメタツインＭ４を、高さ方向の断面が正方形状とされた誘電体基板１０と同様の誘電体基板の上面および下面に周期配列して形成すると、図示しない第４実施例のメタサーフェス板を構成することができる。このように構成された第４実施例のメタサーフェス板は、第１実施例のメタサーフェス板１－１における第１実施例のメタツインＭ１を第４実施例のメタツインＭ４に置き換えた構成とされる。すなわち、第４実施例のメタサーフェス板は、誘電体基板と、誘電体基板の上面および下面に周期配列して形成された多数の第４実施例のメタツインＭ４とから構成されている。この場合、第４実施例のメタツインＭ４は、第１実施例のメタサーフェス板１－１と同様に誘電体基板のｘ方向とｙ方向に同数ずつ配列されて誘電体基板に形成されている。なお、第４実施例のメタサーフェス板は、図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第４実施例の単位素子４をｘ方向およびｙ方向に周期的に配列した構成となり、単位素子４は第４実施例のメタサーフェス板を構成する構成単位とされている。
また、第４実施例のメタサーフェス板における誘電体基板は正方形状とされ、一辺の長さの一例を挙げると約１１０ｍｍの物理的な寸法とされる。
本発明の第４実施例のメタツインＭ４を、第１実施例のメタツインＭ１と同様にメタサーフェス板に適用することができる。第４実施例のメタツインＭ４を適用したメタサーフェス板を第４実施例のメタサーフェス板という。本発明の第４実施例のメタサーフェス板は透過型のメタサーフェス板とされている。本発明の第４実施例のメタツインＭ４を、高さ方向の断面が正方形状とされた誘電体基板１０と同様の誘電体基板の上面および下面に周期配列して形成すると、図示しない第４実施例のメタサーフェス板を構成することができる。このように構成された第４実施例のメタサーフェス板は、第１実施例のメタサーフェス板１－１における第１実施例のメタツインＭ１を第４実施例のメタツインＭ４に置き換えた構成とされる。すなわち、第４実施例のメタサーフェス板は、誘電体基板と、誘電体基板の上面および下面に周期配列して形成された多数の第４実施例のメタツインＭ４とから構成されている。この場合、第４実施例のメタツインＭ４は、第１実施例のメタサーフェス板１－１と同様に誘電体基板のｘ方向とｙ方向に同数ずつ配列されて誘電体基板に形成されている。なお、第４実施例のメタサーフェス板は、図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す第４実施例の単位素子４をｘ方向およびｙ方向に周期的に配列した構成となり、単位素子４は第４実施例のメタサーフェス板を構成する構成単位とされている。
また、第４実施例のメタサーフェス板における誘電体基板は正方形状とされ、一辺の長さの一例を挙げると約１１０ｍｍの物理的な寸法とされる。
【0071】
第４実施例のメタサーフェス板においては、多数の第４実施例のメタツインＭ４の各メタツインＭ４における長さＬｉｎの長さが所定の長さに設定されている。長さＬｉｎの長さが、平面波の入射波に対応するよう所定の長さに設定されている場合は、透過位相は徐々に遅れていく透過位相分布とされて、図７および図８に示されている第１実施例のメタサーフェス板１－１における平面波の屈折の様子と同様に、透過波を所定の方向に、例えば６５度偏向することができるようになる。また、長さＬｉｎの長さが、局所的な波源からの入射波に対応するよう所定の長さに設定されている場合は、透過波が所定の方向に偏向される透過位相分布とされて、図１０および図１１に示されている第１実施例のメタサーフェス板１－１における局所的な波源の場合の屈折の様子と同様に、透過波を所定の方向に、例えば６５度偏向することができるようになる。この際に第４実施例のメタサーフェス板を１枚だけ用いた場合の放射パターンは、図１２、図１３および図１４に示す第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２における放射パターンとほぼ同様となる。このように、第４実施例のメタサーフェス板では、１枚の第４実施例のメタサーフェス板を用いるだけで０度ないし６０度を超える所望の偏向の角度を得ることができるようになり、全体の体積を減少できると共に、製造コストを低廉とすることができる。
また、本発明の第４実施例のメタサーフェス板を用いた時と、メタサーフェス板を用いない時を対比して最大放射方向における利得の周波数特性は、図１５に示す第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２における最大放射方向における利得の周波数特性とほぼ同様となり、本発明の第４実施例のメタサーフェス板を用いると、最大放射方向において大きな利得を得ることができる。
また、本発明の第４実施例のメタサーフェス板を用いた時と、メタサーフェス板を用いない時を対比して最大放射方向における利得の周波数特性は、図１５に示す第１実施例の変形例のメタサーフェス板１－２における最大放射方向における利得の周波数特性とほぼ同様となり、本発明の第４実施例のメタサーフェス板を用いると、最大放射方向において大きな利得を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0072】
以上説明した本発明の実施例のメタツインにおいては、寸法の一例を挙げたが実施例のメタツインにおける各部の寸法は上記した一例に限るものではなく、一例に挙げた寸法の１／２倍ないし２倍の寸法とされても、前述した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。また、本発明の実施例のメタツインにおいては、長さＬｏｕｔを固定の長さにして長さＬｉｎを設定した長さとしたが、これに限ることはなく、長さＬｏｕｔを設定した長さとしてもよい。この場合、本発明の実施例のメタツインにおいて、長さＬｏｕｔを設定した長さとすると、実施例のメタツインの透過位相を長さＬｏｕｔの長さに応じた透過位相となる。そこで、本発明の実施例のメタツインにおいて、長さＬｏｕｔを設定した長さとして、長さＬｉｎを固定の長さとする変形例、長さＬｏｕｔおよび長さＬｉｎを設定した長さとする変形例としてもよい。この変形例においても、前述した本発明の実施例のメタツインが奏することのできる作用効果と同様の透過位相の大きな位相変化量を得ることができる。なお、長さＬｉｎまたは長さＬｏｕｔの設定された長さによっては、第１導体パターンと第２導体パターンとの少なくとも１つの先端同士が重なるメタツインとされたり、先端同士が重ならないメタツインとされる。
また、以上説明した本発明の実施例のメタツインにおいては、ループの形状を正方形状としたが、これに限ることはなく長方形、多角形、円形、楕円形等の形状としてもよい。
また、以上説明した本発明の実施例のメタツインにおいては、ループの形状を正方形状としたが、これに限ることはなく長方形、多角形、円形、楕円形等の形状としてもよい。
【0073】
以上説明した本発明の実施例のメタサーフェス板における縦寸法および横寸法は、一例を挙げたが上記した一例の寸法に限るものではなく、放射波のパターンとして所望のパターンが得られれば、どのような寸法であってもよい。また、本発明の実施例のメタサーフェス板においては、誘電体基板の形状を正方形状としたが、これに限ることはなく長方形、多角形、円形、楕円形等の形状としてもよい。
また、以上説明した本発明の実施例のメタサーフェス板において、メタサーフェス板に形成された本発明の実施例の各メタツインにおける透過位相を調整する電子素子、例えばバリキャップなどをメタサーフェス板の面上に装着するようにしてもよい。このように、各メタツインの透過位相を調整する電子素子を本発明の実施例のメタサーフェス板に装着すると、透過波の偏向角やパターンを調節することができるようになる。
さらに、以上説明した本発明の実施例のメタサーフェス板をパッチアンテナのような局所的な波源が設けられたグランド板上に載置する場合において、グランド板と実施例のメタサーフェス板との間隔ｄを、使用周波数ｆの自由空間波長をλとすると約０．２５λの整数倍の間隔とすることができる。ただし、間隔ｄはこれらの間隔に限られることはなく、他の間隔としてもよい。
さらにまた、以上説明した本発明の実施例のメタサーフェス板では、透過波を所定の１方向に偏向して放射するようにしたが、透過波を２方向あるいは４方向に偏向して放射することもできる。透過波を２方向、例えばｘ方向と－ｘ方向とに偏向して放射する場合は、図３３に示す場合と同様にｙ方向の中心線からｘ方向、および、ｙ方向の中心線から－ｘ方向に向かって各メタツインの透過位相が次第に遅れる透過位相分布とすることにより、図３４に示す場合と同様の透過波がｘ方向と－ｘ方向との２方向に放射される放射パターンを得ることができる。また、透過波を４方向、例えば±ｘ方向と±ｙ方向とに偏向して放射する場合は、図３５に示す場合と同様に中心から±ｘ方向、および、中心から±ｙ方向にそれぞれ向かって各メタツインの透過位相が次第に遅れる透過位相分布とすることにより、透過波が±ｘ方向と±ｙ方向との４方向に放射される放射パターンを得ることができる。
さらにまた、本発明の実施例のメタサーフェス板においては、入射波は実施例のメタサーフェス板の下面から入射されても上面から入射されても、同様に偏向された透過波が放射されるようになる。すなわち、本発明の実施例のメタサーフェス板は可逆性があることから、送信する際に所望の方向に放射できると共に、所望の方向からの受信を行うことができるメタサーフェス板として用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施例のメタサーフェス板において、メタサーフェス板に形成された本発明の実施例の各メタツインにおける透過位相を調整する電子素子、例えばバリキャップなどをメタサーフェス板の面上に装着するようにしてもよい。このように、各メタツインの透過位相を調整する電子素子を本発明の実施例のメタサーフェス板に装着すると、透過波の偏向角やパターンを調節することができるようになる。
さらに、以上説明した本発明の実施例のメタサーフェス板をパッチアンテナのような局所的な波源が設けられたグランド板上に載置する場合において、グランド板と実施例のメタサーフェス板との間隔ｄを、使用周波数ｆの自由空間波長をλとすると約０．２５λの整数倍の間隔とすることができる。ただし、間隔ｄはこれらの間隔に限られることはなく、他の間隔としてもよい。
さらにまた、以上説明した本発明の実施例のメタサーフェス板では、透過波を所定の１方向に偏向して放射するようにしたが、透過波を２方向あるいは４方向に偏向して放射することもできる。透過波を２方向、例えばｘ方向と－ｘ方向とに偏向して放射する場合は、図３３に示す場合と同様にｙ方向の中心線からｘ方向、および、ｙ方向の中心線から－ｘ方向に向かって各メタツインの透過位相が次第に遅れる透過位相分布とすることにより、図３４に示す場合と同様の透過波がｘ方向と－ｘ方向との２方向に放射される放射パターンを得ることができる。また、透過波を４方向、例えば±ｘ方向と±ｙ方向とに偏向して放射する場合は、図３５に示す場合と同様に中心から±ｘ方向、および、中心から±ｙ方向にそれぞれ向かって各メタツインの透過位相が次第に遅れる透過位相分布とすることにより、透過波が±ｘ方向と±ｙ方向との４方向に放射される放射パターンを得ることができる。
さらにまた、本発明の実施例のメタサーフェス板においては、入射波は実施例のメタサーフェス板の下面から入射されても上面から入射されても、同様に偏向された透過波が放射されるようになる。すなわち、本発明の実施例のメタサーフェス板は可逆性があることから、送信する際に所望の方向に放射できると共に、所望の方向からの受信を行うことができるメタサーフェス板として用いることができる。
【符号の説明】
【0074】
１，２，３，４ 単位素子、１－１，１－２ メタサーフェス板、１０ 誘電体基板、１１ 第１導体パターン、１２ 第２導体パターン、２０ 誘電体基板、２１ 第１導体パターン、２１ａ，２１ｂ 第１導体パターン、２２ 第２導体パターン、２２ａ，２２ｂ 第２導体パターン、３０ 誘電体基板、３１ 第１導体パターン、３２ 第２導体パターン、４０ 誘電体基板、４１ 第１導体パターン、４２ 第２導体パターン、１１０，１１０ｂ，１１０ｃ メタサーフェス板、１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ 単位素子、１１２，１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ ループ素子、１２０ 誘電体基板、１３０ パッチアンテナ、１３１ アンテナ基板、１４０ グランド板、ＡＮ パッチアンテナ、ＢＰ アンテナ基板、Ｇ グランド板、ＬＰ１ 二重ループ素子、ＬＰｉｎ 内側ループ、ＬＰｏｕｔ 外側ループ、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４ メタツイン、Ｍ１１ 第１導体パターン、Ｍ１２ 第２導体パターン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】