School News 母校だより先端研究紹介自然界に無い新たな反射面：メタ・サーフェス情報･メディア工学専攻教授　堀俊和 ▪メタ･サーフェスとは？メタマテリアルと呼ばれる自然界に存在しない新たな人工媒質構造の研究が進められています。理論的に検討されたのは 1960 年代にさかのぼりますが、 2001 年になって「左手系媒質」と呼ばれる構造が実現され、一躍、注目されることとなりました。＜完全磁気導体特性＞通常の媒質が「右手系媒質」と呼ばれ、電磁波のポインティングベクトルと波数ベクトルが同じ方向を向板に電磁波が入射すると位相が 180°回転して反射さくのに対して、「左手系媒質」は誘電率と透磁率が同れるのに対し、AMC はある周波数において、入射す時に負の値を持ち、加えて屈折率も負の値となる媒質る電磁波を位相回転 0°で反射する完全磁気導体（Per- で、波数ベクトルが反対方向を向くという性質を有し fect Magnetic Conductor：PMC）特性を持つ人ています。工媒質です。これに対して、反射係数や表面波の伝搬振幅を制御これらの人工媒質の構造および材料の電気定数を制できる平面構造を「メタ・サーフェス」と呼んでおり、御することにより、電磁波の伝搬特性を制御することメタマテリアルのひとつに分類されています。メタ・ができることから、各用途への応用研究開発が盛んにサーフェスには、電磁バンドギャップ構造、人工磁気なってきています。また、AMC については、完全磁導体、等が含まれます。気導体特性だけではなく、反射波の位相を自由に制御電磁バンドギャップ構造は、EBG（Electromag- できることから、任意の反射位相を持つメタ・サーフ netic Band Gap）と呼ばれており、下図に示すようェスの実現が可能となっています。に、ある周波数の電磁波を通さない性質を持つ人工媒質です。他方、人工磁気導体は、AMC（Artiﬁcial Magnetic Conductor）と呼ばれ、1999 年に Sievenpiper により提案されています。通常の金属反射 ▪メタ･サーフェスは、どんな構造？メタ・サーフェスとして、いろいろな構造が提案されていますが、実用の際の簡便さを考慮して、周波数選択板（Frequency Selective Surface: FSS）と地板（Ground plane）からなる簡易な構造のメタ・サーフェスの設計法を提案しました。FSS は、ある周波数の電磁波を透過あるいは反射する空間フィルタであり、低域通過特性、高域通過特性、帯域通過特性、帯域阻止特性を持つ FSS に分類されます。次図に示したものは帯域阻止特性を持つ FSS を用いた例を示し＜電磁バンドギャップ特性＞ 20　福井大学先端研究紹介ています。これらのフィルタ特性をもつ FSS を所望の特性に応じて選択し、所望の特性を持つようにパラメータを選ぶことにより、任意の反射位相を持つ簡易なメタ・サーフェスの実現が可能になりました。 ▪メタ･サーフェスは何に使える？ AMC は、入射する電磁波を位相回転 0°で反射するため、反射板として用いるとき、従来の金属反射板点を有しています。このことから、アンテナをはじめとして、AMC を反射板として用いることが検討されています。また、任意の反射位相を持つメタ・サーフェスの実現により、所望の特性を持つメタ・サーフェスを組み合わせた特異な反射面の構成が可能となりました。こ＜周波数選択板の構造例＞れにより、メタ・スペース（meta-space：超伝搬空間）を構成することができ、下図に示すように、電磁波の反射方向を制御して、対象とする空間での電波伝搬環境の改善が可能となりました。さらに、メタ・サーフェスを用いて、円偏波－直線偏波変換反射板などの特異な反射面の構成が可能であり、新たな適用領域の拡大が期待されています。＜任意の方向に反射可能＞＜電磁波の反射方向を制御して、伝搬環境の改善が可能＞＜直線偏波の入射波を円偏波に変換して反射可能＞福井大学先端研究紹介　21 母校だよりに比べてコンパクトかつ低姿勢な構成が可能となる利