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公開番号2023076893
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-06-05
出願番号2021189918
出願日2021-11-24
発明の名称電磁波送信・受信システム
出願人個人
代理人個人
主分類H01Q 13/28 20060101AFI20230529BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】導波路を含む送信・受信システムを提供する。
【解決手段】送信・受信システムは、電磁波を導波路外部に送信する送信装置及び外部からの電磁波を導波路で受信する受信装置からなる。送信装置及び受信装置は両側外方よりも大きい屈折率nの誘電体材料の導波路を含む。導波路は、導波路最大横幅が、tan(電磁波低速度領域の伝搬定数×導波路の横幅/2)=電磁波高速度領域の伝搬定数/電磁波低速度領域の伝搬定数、によって特定される寸法に形成され、電磁波が導波路両側の境界面で全反射されながら進行方向Zに正弦分布又は余弦分布の形式で導波される。導波路内部又は表面には、横幅方向に延びる複数の電極が電磁波進行方向に等間隔に配列され、導波路の電磁波進行方向には1つ又は2つの開放端面が形成される。開放端面は、導波路横幅方向の直線に平行、かつ、電磁波進行方向の直線に垂直な面をなすか又は電磁波進行方向の直線に傾斜した面をなす。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電磁波を発生させて導波路外部に放出して送信する送信装置と、外部から送信されてきた電磁波を導波路で受信して信号を取り出すようにした受信装置とから構成され、
上記送信装置及び受信装置は屈折率ｎが導波路横幅方向における導波路両側外方の屈折率より大きい誘電体材料によって構成される導波路を含み、該導波路は導波路最大横幅ａが下記の数式１によって特定される寸法に形成されることによって電磁波が導波路横幅方向における導波路両側の境界面で全反射されながら進行方向Ｚに正弦分布又は余弦分布の形式で導波される一方、
上記送信装置及び受信装置の導波路内部又は表面には導波路横幅方向に延びる複数の電極が電磁波進行方向Ｚに等間隔に配列され、
上記送信装置及び受信装置の導波路の電磁波進行Ｚ方向には１つ又は２つの開放端面が形成され、該開放端面は導波路横幅方向に延びる直線に対して平行でかつ電磁波進行方向Ｚに延びる直線に対して垂直な面をなすか、又は電磁波進行方向に延びる直線に対して傾斜した面をなしており、上記開放端面から外部に電磁波が放出されて送信され、外部から送信されてきた電磁波が上記開放端面から入力されて受信するようになっていることを特徴とする電磁波送信・受信システム。
（数１）
ｔａｎ（ｋ
ｓ
ａ／２）＝ｋ
ｆ
／ｋ
ｓ
又は
ｔａｎ（ｋ
ｓ
ａ／２）＝－ｋ
ｓ
／ｋ
ｆ
ここで、前式は余弦（ｃｏｓ）分布、後式は正弦（ｓｉｎ）分布のときの式であり、
ｋ
ｓ
：電磁波低速度領域の伝搬定数
ｋ
ｆ
：電磁波高速度領域の伝搬定数
ａ: 導波路の横幅
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
上記傾斜した開放端面は上記導波路横幅方向及び電磁波運行方向Ｚの両方向に対して垂直な方向に延びる直線に対して平行か、又は上記導波路横幅方向に延びる直線及び上記導波路横幅方向に延びる直線の両直線に対して傾斜している請求項１記載の電磁波送信・受信システム。
【請求項３】
電磁波を発生させて導波路外部に放出して送信する送信装置であって、
屈折率ｎが導波路横幅方向における導波路両側外方の屈折率より大きい誘電体材料によって構成される導波路を含み、該導波路は導波路最大横幅ａが下記の数式１によって特定される寸法に形成されることによって電磁波が導波路横幅方向における導波路両側の境界面で全反射されながら進行方向Ｚに正弦分布又は余弦分布の形式で導波される一方、
上記導波路内部又は表面には導波路横幅方向に延びる複数の電極が電磁波進行方向Ｚに等間隔に配列され、
上記導波路の電磁波進行Ｚ方向には１つ又は２つの開放端面が形成され、該開放端面は導波路横幅方向に延びる直線に対して平行でかつ電磁波進行方向Ｚに延びる直線に対して垂直な面をなすか、又は電磁波進行方向に延びる直線に対して傾斜した面をなしており、上記開放端面から外部に電磁波が放出されて送信されるようになっていることを特徴とする電磁波送信装置。
（数１）
ｔａｎ（ｋ
ｓ
ａ／２）＝ｋ
ｆ
／ｋ
ｓ
又は
ｔａｎ（ｋ
ｓ
ａ／２）＝－ｋ
ｓ
／ｋ
ｆ
ここで、前式は余弦（ｃｏｓ）分布、後式は正弦（ｓｉｎ）分布のときの式であり、
ｋ
ｓ
：電磁波低速度領域の伝搬定数
ｋ
ｆ
：電磁波高速度領域の伝搬定数
ａ: 導波路の横幅
【請求項４】
上記傾斜した開放端面は上記導波路横幅方向及び電磁波運行方向Ｚの両方向に対して垂直な方向に延びる直線に対して平行か、又は上記導波路横幅方向に延びる直線及び上記導波路横幅方向に延びる直線の両直線に対して傾斜している請求項３記載の電磁波送信装置。
【請求項５】
外部から送信されてきた電磁波を導波路で受信して信号を取り出すようにした受信装置とから構成され、
屈折率ｎが導波路横幅方向における導波路両側外方の屈折率より大きい誘電体材料によって構成される導波路を含み、該導波路は導波路最大横幅ａが下記の数式１によって特定される寸法に形成されることによって電磁波が導波路横幅方向における導波路両側の境界面で全反射されながら進行方向Ｚに正弦分布又は余弦分布の形式で導波される一方、
上記導波路内部又は表面には導波路横幅方向に延びる複数の電極が電磁波進行方向Ｚに等間隔に配列され、
上記導波路の電磁波進行Ｚ方向には１つ又は２つの開放端面が形成され、該開放端面は導波路横幅方向に延びる直線に対して平行でかつ電磁波進行方向Ｚに延びる直線に対して垂直な面をなすか、又は電磁波進行方向に延びる直線に対して傾斜した面をなしており、外部から送信されてきた電磁波が上記開放端面から入力されて受信するようになっていることを特徴とする電磁波受信装置。
（数１）
ｔａｎ（ｋ
ｓ
ａ／２）＝ｋ
ｆ
／ｋ
ｓ
又は
ｔａｎ（ｋ
ｓ
ａ／２）＝－ｋ
ｓ
／ｋ
ｆ
ここで、前式は余弦（ｃｏｓ）分布、後式は正弦（ｓｉｎ）分布のときの式であり、
ｋ
ｓ
：電磁波低速度領域の伝搬定数
ｋ
ｆ
：電磁波高速度領域の伝搬定数
ａ: 導波路の横幅
【請求項６】
上記傾斜した開放端面は上記導波路横幅方向及び電磁波運行方向Ｚの両方向に対して垂直な方向に延びる直線に対して平行か、又は上記導波路横幅方向に延びる直線及び上記導波路横幅方向に延びる直線の両直線に対して傾斜している請求項５記載の電磁波受信装置。
【請求項７】
上記導波路の電磁波進行方向に１つの開放端面が１つ設けられるとともに、反対側に反射器が設けられている請求項１記載の電磁波送信・受信システム。
【請求項８】
上記導波路の電磁波進行方向に１つの開放端面が１つ設けられるとともに、反対側に反射器が設けられている請求項３記載の電磁波送信装置。
【請求項９】
上記導波路の電磁波進行方向に１つの開放端面が１つ設けられるとともに、反対側に反射器が設けられている請求項５記載の電磁波受信装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は電磁波送信・受信システムに関し、特に両側外方の材料よりも大きい屈折率ｎの誘電体材料によって構成される導波路に、導波路を電磁波進行方向と垂直に切断し、あるいは角度をもって斜めに切断し、その断面の開口部から電磁波を放出し、入射するようにしたシステムに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
導波路の横モードは導波路側面で全反射を満足し、進行方向ｚ方向に対して角度をもって伝搬している。導波路断面の開口部端面では電磁波は屈折して空中に放出されるが、空中への放出の場合、その角度は伝搬して来た角度よりやや大きくして導波路外部に放出される。
この放出角度は導波路を構成する誘電体の屈折率、導波路幅ａ、モード次数によって変えられ、広範囲に送受波できる、従来にはない送受信装置である。また導波路に内在するモードを利用するため、多数の周波数を同時に送受信できる。
【０００３】
マイクロ波やミリ波を用いた衛星通信や情報通信などの分野において導波技術は重要な要素である。
【０００４】
例えば、本件発明者は、導波路の中に入力電極及び／又は出力電極を備え、導波路に電磁波を入力して導波し、あるいは導波路を伝搬してきた電磁波から電気信号を出力するようにした導波路装置において、入力電極及び／又は出力電極を、導波路幅方向に延びる形状の２つ以上の電極を電磁波進行方向に並べて構成し、２つ以上の入力電極のうちの隣接する電極の間に高周波電流を印加し、２つ以上の出力電極のうちの隣接する電極の間から電気信号を出力する一方、入力電極及び／又は出力電極を、その電極配列の外周形状が導波路に内在し、所定の数式によって特定される形状の一部又は全部に対応した形状に配置することによって、電磁波を導波路内に精度よく効率よく、しかも雑音少なく発生させて導波でき、導波路を伝搬してきた電磁波から所望の周波数の信号を精度よく効率よく、しかも雑音少なく出力できる導波路装置を提案するに至った（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１７－１０８３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、特許文献１記載の導波路装置は導波路内に電磁波を発生させて導波し、導波路を伝搬して来た電磁波の信号を出力するものであり、導波路から外部空間に電磁波を放出し、あるいは外部空間から導波路に電磁波を入射するというものではなかった。
つまり、導波路内に電磁波を閉じ込めて電磁波を導波し、電磁波信号を取り出すことについては有効な技術ではあるものの、導波路の外部に電磁波を送信し、あるいは外部から電磁波を導波路で受信することについてはどのように設計してよいか不明であった。
【０００７】
本発明はかかる状況において、導波路で電磁波を発生させて導波路外部に放出して送信し、外部から送信されてきた電磁波を導波路で受信して信号を取り出すようにした電磁波送信・受信システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明に係る電磁波送信・受信システムは、電磁波を発生させて導波路外部に放出して送信する送信装置と、外部から送信されてきた電磁波を導波路で受信して信号を取り出すようにした受信装置とから構成され、上記送信装置及び受信装置は屈折率ｎが導波路横幅方向における導波路両側外方の屈折率より大きい誘電体材料によって構成される導波路を含み、該導波路は導波路最大横幅ａが下記の数式１によって特定される寸法に形成されることによって電磁波が導波路横幅方向における導波路両側の境界面で全反射されながら進行方向Ｚに正弦分布又は余弦分布の形式で導波される一方、上記送信装置及び受信装置の導波路内部又は表面には導波路横幅方向に延びる複数の電極が電磁波進行方向Ｚに等間隔に配列され、上記送信装置及び受信装置の導波路の電磁波進行Ｚ方向には１つ又は２つの開放端面が形成され、該開放端面は導波路横幅方向に延びる直線に対して平行でかつ電磁波進行方向Ｚに延びる直線に対して垂直な面をなすか、又は電磁波進行方向に延びる直線に対して傾斜した面をなしており、上記開放端面から外部に電磁波が放出されて送信され、外部から送信されてきた電磁波が上記開放端面から入力されて受信するようになっていることを特徴とする。
（数１）
ｔａｎ（ｋ
ｓ
ａ／２）＝ｋ
ｆ
／ｋ
ｓ
又は
ｔａｎ（ｋ
ｓ
ａ／２）＝－ｋ
ｓ
／ｋ
ｆ
ここで、前式は余弦（ｃｏｓ）分布、後式は正弦（ｓｉｎ）分布のときの式であり、
ｋ
ｓ
：電磁波低速度領域の伝搬定数
ｋ
ｆ
：電磁波高速度領域の伝搬定数
ａ: 導波路の横幅
【０００９】
本件発明者は誘電体導波路における電磁波の導波路外部への放出及び導波路外部からの入射に関して鋭意研究を行ったところ、導波路横幅方向に延びる直線に平行にかつ電磁波進行方向に延びる直線に対して垂直に切断した開放端面を形成することにより、電磁波は開放端面から外部に出力できることを知見するに至った。
【００１０】
誘電体導波路を伝搬する電磁波は導波路の側方境界面でモード次数によって異なる角度で全反射を繰り返しながら導波される。導波路横幅方向に延びる直線に対して平行でかつ電磁波進行方向に延びる直線に対して垂直に切断した面（開放端面）は、導波路側方境界面に対して直交し、導波路側方境界面と全反射を繰り返しながら進行する基本モードの電磁波との角度θは一般的に小さいので、導波路横幅方向に延びる直線に対して平行でかつ電磁波進行方向に延びる直線に対して垂直に切断した導波路開放端面と電磁波のなす角度は大きくなり、反射をすることなく屈折し、導波路開放端面から外部に放出される。
（【００１１】以降は省略されています）

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