メタマテリアルアンテナの基礎

メタマテリアルの工学的応用に関する研究は，特にマイクロ波デバイスやアンテナなどの分野で急速に進みつつある。このような背景から，電子情報通信学会アンテナ・伝播研究専門委員会において，著者の一人を講師とするメタマテリアルのアンテナおよび関連分野への応用に関するワークショップが開催された。本書はワークショップのテキストを整理し，いくつかの話題を追加したもので，メタマテリアルの特徴を理解するとともに，初心者でもメタマテリアルアンテナの設計ができるようになることを目的に書かれている。

1章「アンテナとメタマテリアル」では，電磁気学と電気回路の初歩的知識だけを前提として，メタマテリアルあるいはアンテナを初めて学ぶ読者を対象に，それらの基本的な性質と考え方をできるだけ簡単に説明する。
2章「電磁界およびアンテナの基礎」では，メタマテリアルアンテナを理解するうえで必要最小限と思われる電磁界とアンテナに関する基礎的事項をまとめた。メタマテリアルアンテナの設計には，メタマテリアル内の電波伝搬や電磁波散乱などの電磁現象を正確に理解することが必要不可欠である。また，本書で用いる記号や内容に慣れるために，アンテナと電磁界理論に習熟している読者も復習を兼ねて一読をお願いしたい。
3章「CRLH伝送線路」は本書を理解するうえで欠かせない章である。メタマテリアルアンテナの放射特性を正しく理解するためには，電磁界とアンテナに関する知識が不可欠で，アンテナ構造の具体的な設計のためには，それに加えてメタマテリアル素材の構造パラメータと実効誘電率および透磁率の関係を知る必要がある。このためには，電磁現象を等価的な回路パラメータに置き換えて考察するのが有効で，これによって物理現象を定性的に捉えることが容易になる。本章では，メタマテリアルアンテナ設計に不可欠なCRLH伝送線路理論を中心に解説するとともに，具体的なメタマテリアルアンテナの構造決定法を紹介する。
4章「メタマテリアルベースアンテナの設計」では，メタマテリアル構造が組み込まれたメタマテリアルベースアンテナの設計法を詳細に解説する。最初にアンテナに求められる一般的な性能をまとめ，従来の右手系アンテナとメタマテリアルアンテナおける小形化と広帯域化手法の違いを比較する。つぎにメタマテリアル特有の原理を利用したアンテナ設計法とそれを利用したアンテナの実現例を紹介する。同時に広帯域化だけではなく，偏波の制御にも応用できることを示す。最後に，周波数によってビーム走査可能な漏れ波アンテナへ応用した例をいくつか紹介する。
5章「メタサーフェス」では，平面構造のメタマテリアルであるメタサーフェスとその応用例を紹介している。メタマテリアルの一形態ではあるが平面構造特有の原理と特徴があることから，章を改めることにした。本章ではメタサーフェス固有の原理とその関連技術を解説するが，これがアンテナに応用されれば，全体システムとしてはメタマテリアル融合アンテナの一種と解釈できる。本章では，これをメタサーフェス融合アンテナと呼ん