JP5482915B2 - メタマテリアル、電気装置、および、メタマテリアルを備えた電気装置 - Google Patents

Description

この発明は、メタマテリアル、電気装置、および、メタマテリアルを備えた電気装置に関する。

アンテナの歴史は古く、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、および、逆Ｆアンテナなど数多くの公知技術がある。通常のアンテナは、λ／４の長さの線路を、棒または板状にしたり、フィルム上またはプリント基板上に導電体で形成したりすることで、構成される。また、小型化のために、ミアンダ状に折り曲げて形成したり、誘電体を使って波長短縮したり、多層構造で立体的に形成したりする方法もある。

さらに、セラミックス用いたチップタイプのアンテナもある（たとえば、特開平９−１６２６２５号公報（以下「特許文献１」という））。メタマテリアルを用いたものでは、マッシュルーム構造と呼ばれる、表面にスリットを入れた構造が提案されている（たとえば、特表２００９−５３５９４２号公報（以下「特許文献２」という）および特表２０１０−５０２１３１号公報（以下「特許文献３」という））。

特開平９−１６２６２５号公報 特表２００９−５３５９４２号公報 特表２０１０−５０２１３１号公報

たとえば、携帯電話・移動体端末向けの１セグメント部分受信サービス、いわゆる、ワンセグ放送を受信するためのモノポールアンテナは、機器の外側に、伸縮可能なロッドタイプとして設けられる。また、携帯電話のアンテナは、プリント基板上に構成されることも多い。チップアンテナは、基板上にマウントされる。

図７５は、ケース３００１が樹脂で形成される場合の従来のアンテナ３０００の配置を示す図である。図７５を参照して、携帯電話などの基板３３００の上にアンテナ３０００が形成される場合、携帯電話の外側のケース３００１が樹脂であれば、電波を通すため問題はない。

図７６は、ケース４００１が金属で形成される場合を示す図である。図７６を参照して、ケース４００１が金属であったり、導電性の樹脂であったりすると、電波を通さないため、内部の基板４３００の上にアンテナ４０００を形成したとしても、アンテナ４０００として機能させることができない。

また、上述の特許文献１から特許文献３までで示したアンテナについても、電波を通さないケースの内部に形成された場合、アンテナとして機能させることができない。

図７７は、金属のケース４００１の一部のケース４００２が樹脂で形成される場合を示す図である。ケース４００１が電波を通さない場合、第１の方法として、金属のケース４００１の一部分のケース４００２の部分だけ電波を通す樹脂にして、電波が遮断されないようにする。たとえば、最近のノートＰＣ（Personal Computer）では、金属の天板の一部を樹脂にして、そこにアンテナを形成している。

図７８は、金属のケース４００１の外部にアンテナ４１００を配置する場合を示す図である。図７８を参照して、ケース４００１が電波を通さない場合、第２の方法として、アンテナ４１００を機器の外側に設けるようにする。

アンテナ４１００を機器の外側に付ければ、アンテナ４１００の機能的には問題はない。しかし、その場合、アンテナ４１００が邪魔となったり、アンテナ４１００を出すのが面倒であったりといったこともあるため、消費者のニーズに合わないといった問題があった。このため、やはり、内蔵アンテナが望まれる。

上述したように、金属のケース４００１の一部を樹脂にした場合、強度および放熱の性能が落ちたり、部分的に質感が変わるため、デザイン上、好まれなかったりといった問題がある。

また、樹脂に置き換える部分は、必要最小限に抑えられるので、狭いスペースにアンテナを搭載しなければならず、小型のアンテナが必要になり、利得を犠牲にすることもある。さらに、数多くの無線規格が乱立する中、アンテナの必要本数も増えてきており、アンテナの搭載位置が不足してきている。

金属のケースの一部を電磁気的に分離できれば、この分離された部分をアンテナとして機能させることができるので、上述のような問題は解決される。

この発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、この発明の目的の１つは、特定領域を他の領域と電磁気的に分離することが可能なメタマテリアルおよび電気装置を提供することである。

上述の目的を達成するために、この発明のある局面によれば、メタマテリアルは、電磁界の所定の共振波長に対して絶対値が１未満の誘電率および絶対値が１を超える透磁率を発現可能であり、深さ方向の一定の範囲に導電層を有する部品（たとえば、金属層のみ、表皮深さ未満の金属層＋絶縁体層）の導電層を流れる電流の共振波長近傍の成分を遮断させる遮断領域（たとえば、高インピーダンス領域、反射領域）を、導電層の特定領域を他の領域と区画する区画領域に形成するように配置され、特定領域の少なくとも一部は、電磁波を放射可能である。

部品の深さ方向の一定の範囲とは、部品の一方の面からの深さがたとえばａ〜ｂ（部品の厚さをｔとすると、０≦ａ＜ｂ≦ｔ）の範囲をいう。たとえば、ａ＝０、ｂ＝ｔの場合、導電層が、部品の厚さの全ての範囲を占める。ａ＝０、ｂ＜ｔの場合、導電層が、部品の一方の面から深さｂまでの範囲を占める。ａ＞０、ｂ＜ｔの場合、導電層が、部品の一方の面から深さａまでの層と他方の面から深さｔ−ｂまでの層とに挟まれた範囲を占める。ａ＞０、ｂ＝ｔの場合、導電層が、部品の他方の面から深さｔ−ａまでの範囲を占める。

好ましくは、導電層は、導電層の材料に応じた表皮深さ未満の厚さである。特定領域の電磁波を放射可能な部分は、特定領域の導電層の表面に形成される。

特定領域は、部品の輪郭（部品の端部、スリットが設けられている場合、スリットの輪郭）に接する。特定領域の電磁波を放射可能な部分は、部品の輪郭に接した部分の特定領域の導電層の端面（たとえば、特定領域に接して設けられるスリット部に露出する導電層の端面、部品の端部に設けられた特定領域の導電層の端面）に形成される。

この発明の他の局面によれば、電気装置は、深さ方向の一定の範囲に導電層を有する部品（たとえば、金属層のみ、表皮深さ未満の金属層＋絶縁体層）を備える。導電層は、導電層の特定領域を他の領域と電磁気的に遮断する領域を含む。

好ましくは、電気装置は、電磁界の所定の共振波長に対して絶対値が１未満の誘電率および絶対値が１を超える透磁率を発現可能なメタマテリアルをさらに備える。メタマテリアルは、導電層を流れる電流の共振波長近傍の成分を遮断させる遮断領域（たとえば、高インピーダンス領域、反射領域）を、特定領域を他の領域と区画する区画領域に形成するように配置される。特定領域の少なくとも一部は、電磁波を放射可能である。

部品の深さ方向の一定の範囲とは、部品の一方の面からの深さがたとえばａ〜ｂ（部品の厚さをｔとすると、０≦ａ＜ｂ≦ｔ）の範囲をいう。たとえば、ａ＝０、ｂ＝ｔの場合、導電層が、部品の厚さの全ての範囲を占める。ａ＝０、ｂ＜ｔの場合、導電層が、部品の一方の面から深さｂまでの範囲を占める。ａ＞０、ｂ＜ｔの場合、導電層が、部品の一方の面から深さａまでの層と他方の面から深さｔ−ｂまでの層とに挟まれた範囲を占める。ａ＞０、ｂ＝ｔの場合、導電層が、部品の他方の面から深さｔ−ａまでの範囲を占める。

好ましくは、導電層は、導電層の材料に応じた表皮深さ未満の厚さである。特定領域の電磁波を放射可能な部分は、特定領域の導電層の表面に形成される。

好ましくは、特定領域は、部品の輪郭（部品の端部、スリットが設けられている場合、スリットの輪郭）に接する。特定領域の電磁波を放射可能な部分は、部品の輪郭に接した部分の特定領域の導電層の端面（たとえば、特定領域に接して設けられるスリット部に露出する導電層の端面、部品の端部に設けられた特定領域の導電層の端面）に形成される。

好ましくは、特定領域には、給電点が設けられる。導電層を流れる電流は、給電点から給電された電流である。特定領域は、給電点から給電されるアンテナである。

さらに好ましくは、部品は、外部に対して内部を遮蔽するように成型された筐体の一部を構成する。メタマテリアルは、筐体の内部に設けられる。筐体の内部に設けられ、給電点に給電するとともに特定領域で共振した共振波長近傍の電磁波を処理する回路（たとえば、同調回路、増幅回路、出力回路など）をさらに備える。

好ましくは、電気装置は、メタマテリアルを挟んで特定領域と反対側に配置される接地部品をさらに備える。

好ましくは、電気装置は、区画領域の給電点の近くの一部に、メタマテリアルに替えて設けられる接地部をさらに備える。

好ましくは、電気装置は、所定の機能（カメラ機能など）を有する所定機能部（カメラユニットなど）をさらに備える。メタマテリアルは、所定機能部が所定位置に取り付けられることによって、メタマテリアルが遮断領域を区画領域に形成するような位置に配置されるように、所定機能部に予め組み込まれる。

好ましくは、特定領域の一方の面には、電磁波が入射される。導電層を流れる電流は、特定領域の一方の面に入射された電磁波により生じる電流である。特定領域は、入射された電磁波の波長の電磁波を他方の面から放射する。

好ましくは、メタマテリアルは、積層セラミックコンデンサまたはチップコイルで構成される。

好ましくは、特定領域は、部品の一部がスリットおよび接地部の少なくともいずれかによって区画された領域である。特定領域の少なくとも一部は、電磁波を放射可能である。

この発明に従えば、部品の特定領域がアンテナとして機能する。その結果、導電層を有する部品の一部をアンテナとして機能させることができる。

さらに好ましくは、スリットによる部品の開口部が絶縁部品で塞がれる。この発明に従えば、絶縁部品によって、開口部が補強される。その結果、部品にスリットを設けたとしても強度を確保することができる。

さらに好ましくは、絶縁部品に、接地部が設けられる。この発明に従えば、絶縁部品の一部として接地部が設けられる。その結果、接地部を効率よく形成することができる。

さらに好ましくは、接地部の位置によって、特定領域の共振周波数が調整可能である。スリットは、打ち抜き加工で形成すると、コストを安く製造することができる。しかし、この場合、スリットのサイズで共振周波数を調整できない。この発明に従えば、スリットを形成した後であっても、後で設ける接地部の位置によって共振周波数を調整することができる。その結果、コストを上げることなく、共振周波数を調整可能とすることができる。

さらに好ましくは、スリットは、コの字形であり、特定領域は、コの字の内側の領域である。

好ましくは、電気装置は、携帯端末、ＰＣ、ビデオ、テレビ、冷蔵庫もしくはエアコン等の電気機器、自動車もしくは電車等の輸送機器、または、電気錠付住宅用ドア等の建築設備機器である。

この発明に従えば、特定領域が、他の領域と電磁気的に遮断される。このため、特定領域を他の領域と電磁気的に分離することが可能なメタマテリアルおよび電気装置を提供することができる。

また、特定領域が、電磁界の共振波長の成分との共振において、区画領域の外と分離される。このため、部品の特定領域を他の領域と電磁気的に分離することが可能なメタマテリアルおよび電気装置を提供することができる。

また、特定領域が、給電点から給電されたときに、区画領域の外と電磁気的に分離されて、電磁界の共振波長近傍の成分と共振するアンテナとして機能する。このため、部品の一部をアンテナとして機能させることができる。

また、一方の面からの電磁波を他方の面に通過させる電気窓としての特定領域を、導電層を有する平面に形成することができる。

コンデンサ型共振器３００の概略の外観図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面図である。 共振周波数においてコンデンサ型共振器３００で形成される共振回路を説明するための図である。 コンデンサ型共振器３００で生じる比透磁率の周波数特性の一例を示す図である。 コイル型共振器１００を用いた負の誘電率を持つメタマテリアルを示す図である。 図５に示すメタマテリアルの比透磁率を示す図である。 図５に示すメタマテリアルの比誘電率を示す図である。 コイル型共振器１００を用いた負の透磁率を持つメタマテリアルを示す図である。 図８に示すメタマテリアルの比透磁率を示す図である。 図８に示すメタマテリアルの比誘電率を示す図である。 最外部の内部電極が直接接続されているコンデンサ型共振器とコイル型共振器とを示す図である。 図１１に示す共振器群の比誘電率を示す図である。 図１１に示す共振器群の比透磁率を示す図である。 第１の実施の形態に係るメタマテリアルを示す図である。 図１４に示す共振器群の比誘電率を示す図である。 図１４に示す共振器群の比透磁率を示す図である。 第２の実施の形態のメタマテリアルにおいて、コンデンサ型共振器の構成を変えた構成を示す図である。 第２の実施の形態のメタマテリアルの概略図である。 第２の実施の形態に係るメタマテリアルの構成を示す図である。 ユニット６００の斜視図である。 ユニット６００をｙ方向から見た側面図である。 ユニット７００の斜視図である。 ユニット７００の側面図である。 ユニット８００の斜視図である。 ユニット８００の側面図である。 ユニット８００の上面図である。 ユニット９００の斜視図である。 ユニット９００の正面図である。 ユニット９００の側面図である。 第５の実施の形態に係るユニット９００の作成方法を説明するための図である。 第６の実施の形態に係るユニット１０００の構造を示す図である。 スプリットリング型共振器１２１０および半波長共振器１２２０を組み合わせたメタマテリアルと、信号線路２００と、グランド２２０との位置関係を模式的に示した図である。 図３２に示すメタマテリアルが、負の誘電率を示すときの、電荷および電界の様子を模式的に示す図である。 図３２に示すメタマテリアルが、負の透磁率を示すときの、磁界の様子を模式的に示す図である。 図３４のメタマテリアルとは共振器の配置が異なるメタマテリアルと、信号線路２００と、グランド２２０との位置関係を模式的に示した図である。 図３５に示すメタマテリアルが、負の誘電率を示すときの電界の集中する領域を説明するための図である。 図３５に示すメタマテリアルが、負の透磁率を示すときの磁界の集中する領域を説明するための図である。 透磁率μおよび誘電率εの値の範囲ごとの伝送線路上の電磁波の伝達を示す図である。 第７の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを示す図である。 第７の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナをより詳しく示す図である。 第７の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを形成する構造の例を示す図である。 メタマテリアルを用いない場合の金属平板での電磁波の共振のシミュレーションの構造を示す図である。 メタマテリアルを用いない場合の金属平板での電磁波の共振のシミュレーションの結果を示す図である。 メタマテリアルを用いた場合の金属平板での電磁波の共振のシミュレーションの構造を示す図である。 メタマテリアルを用いた場合の金属平板での電磁波の共振のシミュレーションの結果を示す図である。 第９の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを製品に適用する場合の例を示す図である。 第１０の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを形成する構造の例を示す図である。 第１０の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを形成する構造の一部を詳細に示す図である。 第１０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｃを用いたアンテナのシミュレーションの結果を示す図である。 第７の実施の形態から第９の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。 第１１の実施の形態に係るメタマテリアを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。 第１２の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。 第１３の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。 第１４の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。 第１５の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナの構造を説明するための図である。 第１６の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを製品に適用する場合の例を示す図である。 第１７の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを製品に適用する場合の例を示す図である。 第１８の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナの構造を説明するための図である。 第１９の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナの構造を説明するための図である。 第２０の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナをスマートフォンに適用する場合の例を示す第１の図である。 第２０の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナをスマートフォンに適用する場合の例を示す第２の図である。 第２０の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナをスマートフォンに適用する場合の例を示す第３の図である。 第２０の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナをスマートフォンに適用する場合の例を示す第４の図である。 第２１の実施の形態に係るメタマテリアルを用いた電気窓の構造を説明するための図である。 第２１の実施の形態に係るメタマテリアルを用いた電気窓の機能を説明するための図である。 第２２の実施の形態に係るメタマテリアルを用いた電気窓を製品に適用する場合の例を示す図である。 第２３の実施の形態に係るスリットを用いたアンテナの構造を説明するための図である。 第２４の実施の形態に係るスリットを用いたアンテナの構造を説明するための図である。 第２５の実施の形態に係るスリットを用いたアンテナの構造を説明するための図である。 第２６の実施の形態に係るスリット２９００Ｕを用いたアンテナの構造を説明するための図である。 図７０の矢視Ａ−Ａを示す図である。 第２６の実施の形態に係るスリットを用いたアンテナの構造の斜視図である。 従来のスロットアンテナを同じ金属平板に複数設ける場合を説明するための図である。 第２７の実施の形態に係るスリットを用いたアンテナを同じ金属平板に複数設ける場合を説明するための図である。 ケースが樹脂で形成される場合の従来のアンテナの配置を示す図である。 ケースが金属で形成される場合を示す図である。 金属のケースの一部のケースが樹脂で形成される場合を示す図である。 金属のケースの外部にアンテナを配置する場合を示す図である。 第２８の実施の形態に係るメタマテリアルを用いて金属線路を電気的に遮断するための構造を説明するための図である。 第２８の実施の形態に係るメタマテリアルを用いて金属線路を電気的に遮断するための構造の側面図である。 第２８の実施の形態に係るメタマテリアルを用いて金属線路を電気的に遮断するための構造の正面図である。 第２８の実施の形態に係るメタマテリアルを用いて金属線路を電気的に遮断するための構造の上段部の詳細を示す三面図である。 第２８の実施の形態に係るメタマテリアルを用いて金属線路を電気的に遮断するための構造の下段部の詳細を示す三面図である。 第２９の実施の形態に係るメタマテリアルの構造を説明するための図である。 第２９の実施の形態に係るメタマテリアルの三面図である。 第２９の実施の形態に係るメタマテリアルをスマートフォンに搭載した状態の概略を示す平面図である。 第２９の実施の形態に係るメタマテリアルをスマートフォンに搭載した状態の概略を示す斜視図である。

［左手系メタマテリアルを実現する上での課題］
近年、メタマテリアル（metamaterial）と称されるデバイスが注目されている。このメタマテリアルとは、自然界に存在する物質が有さないような電磁気的あるいは光学的な特性をもつ人工物質である。このようなメタマテリアルの代表的な特性として、負の透磁率（μ＜０）、負の誘電率（ε＜０）、あるいは負の屈折率（透磁率および誘電率がいずれも負の場合）が挙げられる。なお、μ＜０かつε＞０の領域、またはμ＞０かつε＜０の領域は「エバネッセント解領域」とも称され、μ＜０かつε＜０の領域は「左手系領域」とも称される。

μ＜０かつε＜０である左手系メタマテリアルは、負の誘電率と負の透磁率を同時に実現するため、負の誘電率を持つ素子と、負の透磁率を持つ素子とを周期配置して作られる。

左手系メタマテリアルには、大きく分けて、回路系と共振系とがある。共振系において、負のμを実現する手段としては、例えば、スプリットリング共振器（ＳＲＲ：Split Ring Resonator）がある（例えば、「左手系メタマテリアル」（日経エレクトロニクス１月２日号、日経ＢＰ社、２００６年１月２日、ｐ．７５−８１）参照）。

一方、負のεを実現する手段としては、電磁波の波長に対して十分長い金属細線がある。この金属細線によれば、プラズマ周波数が下がり、負のεが実現される。"Low Frequency Plasmons in thin-wire structures"（J B Pendry他, J. Phys.: Condens. Matter Vol.10 （1998）4785-4809）には、金属細線のアレイにより負のεを実現できることが記載されている。また、特表２００８−５０７７３３号公報には、周期格子のワイヤが負の誘電率となるとの記述がある。

また、電磁波の波長λの半分の長さの金属細線が、電磁波との共振によって負の誘電率を発生することも知られている。

負のεの実現のために電磁波の波長に対して十分長い金属細線を用いる方法では、メタマテリアルを小型化できない。そこで、電磁波の波長λの半分の長さの金属線を用いることが考えられる。

しかしながら、λ／２長の金属線を負のμを実現するための共振器と組み合わせて左手系メタマテリアルを実現しようとした場合、λ／２長の金属線は、一種の共振器であるので、負のμを実現するための共振器との間で干渉を起こすおそれがある。そして、その結果、金属線と共振器との組み合わせは、負のεおよび負のμを同時に発現しないおそれがある。

上述した課題を解決するための、負の誘電率および負の透磁率を同時に発現することが可能なメタマテリアルの実施の形態を以下に記載する。

［共振器について］
本発明に係る左手系メタマテリアルは、共振器を組み合わせた共振系のものである。そこで、まず、本発明の左手系メタマテリアルを構成する共振器について説明する。

（多層コンデンサ型共振器）
本実施の形態において用いられる共振器の１つに、複数の電極を含む多層コンデンサ型共振器がある。この共振器には、当該電極間に生じる静電容量（キャパシタンス）を主体とした共振回路が形成される。この共振回路は、共振器の周辺に配置された信号線路に交流電流が流れることで発生する電磁波の特定の周波数成分に感受性をもち、この周波数成分の電磁波を受けて電気的な共振現象を生じ得る。この共振現象によって、負の透磁率が発現する。

ここで、メタマテリアルとしての機能である透磁率の共振を生じさせるためには、各共振器の電流の伝搬方向における長さが、対象とすべき周波数における電磁波の波長λに対して、少なくともλ／４より短い必要がある。さらに、各共振器の電流の伝搬方向における長さは、λ／２０以下であることが好ましい。

共振器としては、複数の平板電極を絶縁物（誘電体）を積層して形成された積層コンデンサなどを用いることができる。以下では、積層コンデンサを用いて共振器を実現する構成について例示する。この構成によれば、市販されている積層セラミックコンデンサなどの積層コンデンサを用いて、容易に共振器を構成できる。ただし、本発明に係る共振器を構成するための専用に設計された電極部材を用いてもよい。

図１は、コンデンサ型共振器３００の概略の外観図である。図１を参照して、コンデンサ型共振器３００は、非磁性体である外装部１０により覆われている。なお、外装部１０としては、テフロン（登録商標）などの樹脂材料が適している。このコンデンサ型共振器３００は、所定の周波数成分を含む電流が流れる信号線路２００に近接して配置されることで、当該電流が発生する電磁波の特定の周波数成分（共振周波数）を受けて共振を生じる。また、コンデンサ型共振器３００の信号線路２００に接する面とは反対側の面には、グランド２２０が配置される。

コンデンサ型共振器３００内での共振によって、コンデンサ型共振器３００に磁束が発生し、負の透磁率が発現する。

なお、コンデンサ型共振器３００が負の透磁率を発現する、すなわちメタマテリアルとしての機能である負の透磁率を発揮するためには、コンデンサ型共振器３００の信号線路２００における電流の伝搬方向における長さｌ’が、共振周波数における電磁波の波長λに対して、少なくともλ／４より短い必要がある。さらに、コンデンサ型共振器３００の長さｌは、λ／２０以下であることが好ましい。

以下では、コンデンサ型共振器３００の一例として、長さｌ’＝１．６ｍｍ、幅Ｗ＝０．８ｍｍ、高さＨ＝１．２ｍｍの８層の内部電極を有する積層コンデンサを用いる場合について例示する。なお、信号線路２００と積層コンデンサとの距離ｈ＝０．２ｍｍ、積層コンデンサとグランドの距離ｈ’＝０．２ｍｍとする。

ここで、λ／４＝長さｌ’＝１．６ｍｍとすると、λ＝６．４ｍｍとなり、これは、空気中では周波数ｆｍａｘ＝４６．８７５ＧＨｚに相当する。従って、このコンデンサ型共振器３００をλ／４以下のピッチで並べると、ギガヘルツ帯においてメタマテリアルとして用いることができる。当然のことながら、適用すべき周波数領域に応じて、共振器の長さｌを適宜設計することができる。

次に、図１および図２を参照して、コンデンサ型共振器３００の構造について説明する。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面図である。

図１を参照して、信号線路２００に電流が流れることによって、信号線路２００を中心とした円周方向に交流の磁界が発生する。すなわち、磁界の磁力線は、信号線路２００を中心とする同心円となる。また、信号線路２００には電流が流れる際に電位が発生するので、信号線路２００とグランド２２０との間には交流の電界が発生する。

図２を参照して、コンデンサ型共振器３００は、各々が比誘電率の高い絶縁物であるスペーサ６を介して互いに対向する第１内部電極４および第２内部電極５をそれぞれ複数含む。複数の第１内部電極４は、第１外部電極２と電気的に接続されており、複数の第２内部電極５は、第２外部電極３と電気的に接続されている。このように、コンデンサ型共振器３００では、平板状の複数の内部電極４，５が積層されており、隣接する第１内部電極４と第２内部電極５との間には、その電極の面積、電極間の距離、スペーサ６の比誘電率などによってその値が定まる静電容量（キャパシタンス）が生じる。

コンデンサ型共振器３００を構成する第１内部電極４および第２内部電極５の各電極面は、磁界の磁力線に対して実質的に平行となるように配置される。それとともに、第１外部電極２および第２外部電極３の各電極面が、第１外部電極２および第２外部電極３の各電極面とは異なる面において、磁界の磁力線に対して実質的に平行となるように配置される。すなわち、図２に示すように、信号線路２００を流れる電流によって生じる磁界の磁力線が紙面前後方向に発生している場合において、コンデンサ型共振器３００は、第１内部電極４および第２内部電極５の電極断面長手方向が紙面左右方向と一致し、かつ第１外部電極２および第２外部電極３の電極断面長手方向が紙面上下方向と一致するように配置される。

コンデンサ型共振器３００が図２に示すような位置関係を保って配置されることで、所定の周波数成分に対して図３に示すような共振回路が形成され、この共振回路によって、負の透磁率が発現する。

図３は、共振周波数においてコンデンサ型共振器３００で形成される共振回路を説明するための図である。

図３を参照して、その電極面が磁界の磁力線に対して実質的に平行となるように配置される第１内部電極４および第２内部電極５、ならびに第１外部電極２および第２外部電極３は、その経路長さに応じたコイル（インダクタ）として作用する。

コンデンサ型共振器３００では、第１内部電極のうち最上層の電極４ａと、第１外部電極２と、第１内部電極のうち最下層の電極４ｂとは互いに電気的に接続されており、これらを含む電流経路が形成される。同様に、第２内部電極のうち最上層の電極５ａと、第２外部電極３と、第２内部電極のうち最下層の電極５ｂとも互いに電気的に接続されており、これらを含む電流経路が形成される。ここで、電極４ａと電極５ａとの間の静電容量（キャパシタンスＣ１）と、電極４ｂと電極５ｂとの間の静電容量（キャパシタンスＣ２）とを介して、両電流経路は互いに電気的に接続され、キャパシタンスＣ１，Ｃ２と各電極によって生じるインダクタンスＬ１〜Ｌ６とを含む共振回路が形成される。したがって、本実施の形態に従うコンデンサ型共振器３００は、キャパシタンス（Ｃ１＋Ｃ２）と、インダクタンス（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６）とによって定まる共振周波数をもち、この共振周波数の電磁波が入射することで、透磁率共振が発現する。

なお、コンデンサ型共振器３００では、隣接する内部電極の間の各々で静電容量が発生するが、最上位の静電容量および最下位の静電容量を除いた他の静電容量は、この共振回路の形成への影響は小さい。これは、共振を起こす循環経路の最外層に電流が集中するためである。

図４は、コンデンサ型共振器３００で生じる比透磁率の周波数特性の一例を示す図である。なお、図４に示す変化特性は、シミュレーションによって算出されたものである。ここで、比透磁率とは、真空の透磁率に対する透磁率の比を表す。

図４を参照して、コンデンサ型共振器３００は、その１つの共振周波数として約４．９ＧＨｚをもち、その前後で比透磁率が大きく変動し、負の透磁率が生じることが分かる。

上述の説明では、第１内部電極４および第２内部電極５、ならびに第１外部電極２および第２外部電極３の各電極面が磁界の磁力線に対して実質的に平行となるように配置されることで、メタマテリアルとしての機能である負の透磁率を発現させることができることについて述べた。ここで、「実質的に平行」とは、各電極面が磁界の磁力線と直交する状態を除外する意味であり、各電極面が磁界の磁力線とまったく平行である状態以外にも、磁力線に対して所定角度をもつ状態をも含む。実用上は、コンデンサ型共振器３００で発現する負の透磁率の大きさが適用アプリケーションなどの要求を満足できる値であれば、「実質的に平行」とみなすことができる。

（コイル型共振器）
次に、本実施の形態のメタマテリアルに用いられるもう１つの種類の共振器である、コイル型共振器について説明する。コンデンサ型共振器が負の透磁率を発現するものであったのに対し、コイル型共振器は、中心軸が電界方向に対して平行（磁界に対して直角）になるように配置されたとき、負の誘電率を実現できる。また、中心軸が電界方向に対し直角（磁界方向に対して平行）になるように配置されたコイル型共振器は、負の透磁率を実現できる。

まず、コイル型共振器を用いて負の誘電率を発現するメタマテリアルの構成を図５を参照して説明する。図５は、コイル型共振器を用いて負の誘電率を発現するメタマテリアルの構成を説明するための図である。

図５を参照して、メタマテリアルは、コイル型共振器１００と外装部１０とを備える。コイル型共振器１００は、非磁性体である外装部１０により覆われている。コイル型共振器１００は、信号線路２００と、グランド２２０との間に配置されている。グランド２２０は、コイル型共振器１００の信号線路２００に接する面とは反対側の面にある外装部１０の面に配置される。

信号線路２００には、所定の周波数成分を含む電流が流れる。本実施の形態においては、信号線路２００は、ストリップラインであるとする。ただし、信号線路２００は、電流を流す導体の一例であって、導体の形態はこれに限られるものではない。

コイル型共振器１００は、金属線を周回したものである。コイル型共振器１００の全長（金属線の全長）は、信号線路２００を流れる電流の波長の半分程度である。ここでは、信号線路２００を流れる電流の周波数はＧＨｚ帯であり、コイル型共振器１００の長さは、２８ｍｍである。

図５では、コイル型共振器１００として、中心軸１１０を中心に巻かれている、すなわち、ばね形状を有するものを示した。ただし、コイル型共振器１００の形状は、図５に示した、円筒面に沿うように巻かれたものに限られない。例えば、コイル型共振器１００は、四角柱に沿って巻かれたような形状であってもよい。あるいは、コイル型共振器１００は、球面に沿って巻かれたような形状であってもよい。

コイル型共振器１００は、上述のような長さおよび形状を有していればよい。コイル型共振器１００としては、金属線を巻いたコイルなどを利用できる。コイル型共振器１００としては、既成のもの（例えば、既成のコイル）を用いてもよいし、専用に作成したものを用いてもよい。

外装部１０は、コイル型共振器１００の位置を固定する。外装部１０としては、テフロン（登録商標）などの樹脂材料が適している。ただし、外装部１０は、コイル型共振器１００の位置を固定する支持部材の一例であり、コイル型共振器１００は、他の部材により固定されていてもよい。

コイル型共振器１００の中心軸１１０は、信号線路２００を流れる電流が作る電界、より詳しくは、信号線路２００とグランド２２０との間に生じる電界に対して平行である。すなわち、外装部１０は、中心軸１１０が電界に平行になるように、コイル型共振器１００を固定する。言い換えると、コイル型共振器１００は、電界の勾配に沿って、コイルの両端の電位に差があるように、配置される。

図５に示す例では、中心軸１１０を、信号線路２００からグランド２２０に向かう方向にとっている。すなわち、中心軸１１０は、グランド２２０面に直交し、かつ、信号線路２００を貫通する。この配置により、中心軸１１０は、信号線路２００を流れる電流が作る電界に平行（信号線路２００を流れる電流が作る磁界に垂直）になっている。

信号線路２００に対して、コイル型共振器１００は、信号線路２００を流れる電流が発生する電場の特定の周波数（共振周波数）成分を受けて、共振を生じる。

コイル型共振器１００の電磁的性質を図６および図７に示す。図５に示すメタマテリアルが示す比透磁率および比誘電率をそれぞれ図６、図７に示す。ここで、比誘電率とは真空の誘電率に対する誘電率の比を表し、比透磁率とは真空の透磁率に対する透磁率の比を表わす。図７に示すように、図５のメタマテリアルは、２．６ＧＨｚ付近で負の誘電率を示す。一方、比透磁率は、図６に示すように、常に正である。

以上のとおり、波長の１／２の長さのコイル状の金属線によって、負の誘電率が発現することが分かる。このようにコイル状の金属線を用いたメタマテリアルは、直線状の金属線を用いて負の誘電率を実現するメタマテリアルに比べ、小型にできる。

次に、ばね状の金属線を用いて負の透磁率（μ）を持つメタマテリアルを実現する例について説明する。負のμを持つメタマテリアルは、図５に示したコイル型共振器１００と同様の長さおよび形状のコイル型共振器１００を、その中心軸１１０が磁界に平行になるように置くことで実現される。このように配置されたコイル型共振器１００が、負の透磁率を示すことを、図８から図１０を参照して、以下、説明する。

図８は、コイル型共振器を用いて負の誘電率を発現するメタマテリアルの構成を説明するための図である。図８に示すメタマテリアルは、図６に示すコイル型共振器１００をＹ軸周りに９０度回転して、コイル型共振器１００の中心軸が、信号線路２００を流れる電流により生じる磁界と平行（信号線路２００を流れる電流が作る電界に垂直）になるように配置したものである。

図８に示すメタマテリアルが示す比透磁率および比誘電率をそれぞれ図９、図１０に示す。図９に示すように、図８のメタマテリアルは、２．６ＧＨｚ付近で負の透磁率を示す。一方、図１０に示すように、比誘電率は常に正である。

このように中心軸方向を変えることにより、同じ構造のコイル型共振器１００が、負の誘電率を示す場合も、負の透磁率を示す場合もあることが分かる。なお、中心軸方向が磁界方向および電界方向に対して非直交になるように配置されたコイル型共振器１００は、負の誘電率および透磁率を同時に示す。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係るメタマテリアルとして、コイル型共振器と、コンデンサ型共振器とを並べて配置したものを説明する。

これらの共振器の組み合わせが、左手系メタマテリアルとなる、すなわち、負の透磁率および負の誘電率を同時に発現するためには、各共振器の配置および構造が重要となる。まず、コイル型共振器が負の誘電率を発現し、コンデンサ型共振器が負の透磁率を発現するよう、各共振器を配置しなければならない。さらに、共振器同士が不適切な干渉を起こさないように、共振器の構造にも配慮する必要がある。

コイル型共振器が負の誘電率を発現するためには、コイル型共振器を、その軸が電界方向（ｚ方向とする）に平行となるように配置すればよい。一方、コンデンサ型共振器については、コンデンサ型共振器が負の透磁率を発現するように、その内部極板が、磁界方向に平行、すなわち、ｚ方向を法線とする平面（ｘ−ｙ平面）に平行となるように配置すればよい。

以上の配置の条件に加えて、コンデンサ型共振器は、最外部の２枚の内部電極が逆相、すなわち、それぞれの内部電極に蓄えられる電荷の符号が逆、という条件を満たすことが好ましい。これは、コンデンサ型共振器とコイル型共振器とが干渉することを避けるためである。以下、図１１から図１６を参照して、このことについて、さらに詳しく説明する。

図１１は、最外部の内部電極が直接接続されているコンデンサ型共振器とコイル型共振器とを示す図である。これらの共振器は、近接して配置されている。ただし、コイル型共振器およびコンデンサ型共振器はお互いに電気的に接触していない。コイル型共振器は、電界中に置かれているので、両端に異なる符号の電荷が現れる。図１１においては、上端に正の電荷（図１１の＋）を、下端に負の電荷（図１１の−）が現れている状況を示している。反共振の周波数では、両端の電荷の符号が反転し、逆向きの電界ベクトルが発生し、負の誘電率が発現する。

一方、コンデンサ型共振器の図１１における最上面の電極と最下面の電極とは、外部電極によって最上面の電極により電気的に直接接続されているので、同符号の電荷を蓄えることになる。図１１では、最上面の電極および最下面の電極が、負の電荷を帯びている場合を示している。

図１１に示した状況では、近接する最下面の電極とコイル型共振器の下端とに蓄えられた負の電荷同士が干渉する。そのため、負の誘電率と負の透磁率とが、同時に発生しない。すなわち、負の誘電率の反共振周波数と、負の透磁率の反共振周波数とが、一致することがない。

このことを図１２および図１３を用いて具体的に説明する。図１２は、図１１に示す共振器群の比誘電率を示す図である。図１３は、図１１に示す共振器群の比透磁率を示す図である。

図１２には、コイル型共振器の形状（長さなど）を変化させたときの、共振器群全体の比誘電率特性を示している。コイル型共振器の形状変化にしたがい、誘電率の共振周波数が変化し、したがって、負の誘電率が生じる周波数が変化する。

図１３には、コイル型共振器の形状（長さなど）を変化させたときの、共振器群全体の比透磁率特性を示している。コイル型共振器の形状変化にしたがい、透磁率の共振周波数が変化し、したがって、負の透磁率が生じる周波数が変化する。コンデンサ型共振器の形状を変化させていないのにもかかわらず透磁率の共振周波数が変化するのは、各共振器の端部の電荷の干渉によるものである。

このようにコイル型共振器の形状を変化させると、負の誘電率が生じる帯域と、負の透磁率が生じる帯域との双方が変化する。そのために、負の誘電率および負の透磁率を同じ周波数で発現させることができない。負の誘電率（透磁率）を示す周波数を増加させていくと、負の透磁率（誘電率）を示す周波数も増加してしまう。逆に、負の誘電率（透磁率）を示す周波数を減少させていくと、負の透磁率（誘電率）を示す周波数も減少してしまう。このように、透磁率（誘電率）の共振周波数が、誘電率（透磁率）の共振周波数から離れてしまう現象が生じるので、負の誘電率および負の透磁率を同じ周波数で発現するように共振器を設計することが難しい。

そこで、本実施の形態に係るメタマテリアルにおいては、図１４のように２種類の共振器を配置する。本実施の形態に係るメタマテリアルは、コイル型共振器１００とコンデンサ型共振器３００と外装部１０（図１４には図示せず）とを備える。図１１に示す場合と同様、外装部１０は、コンデンサ型共振器とコイル型共振器とを、近接する位置に固定する。なお、先の説明と同様、外装部１０のかわりに他の支持部材を用いてもかまわない。

コイル型共振器は、図１１の場合と同様、電界中に置かれているので、両端に異なる符号の電荷が現れる。図１４においても、図１１と同様、上端に正の電荷（図１４の＋）を、下端に負の電荷（図１４の−）が現れている状況を示している。反共振の周波数では、両端の電荷の符号が反転し、逆向きの電界ベクトルが発生し、負の誘電率が発現する。

一方、コンデンサ型共振器は、図１１に示すものと異なる。コンデンサ型共振器の図１４における最上面の電極と最下面の電極とは、外部電極によって電気的に直接接続されておらず、電気容量を介して接続されている。そのため、最上面の電極と最下面の電極とは、逆相になる（逆符号の電荷を蓄える）。図１４では、最上面の電極が負の電荷を、最下面の電極が正の電荷を帯びている場合を示している。

図１４に示した状況では、図１１に示した状況と異なり、近接する最下面（あるいは最上面）の電極とコイル型共振器の下端（あるいは上端）とに蓄えられた電荷の干渉を抑えることができる。したがって、負の誘電率と負の透磁率とを、同時に発生することができる。すなわち、負の誘電率の反共振周波数と、負の透磁率の反共振周波数とを一致させることができる。

このことを図１５および図１６を参照して説明する。図１５には、コイル型共振器の形状を変化させたときの、共振器群全体の比誘電率特性を示している。コイル型共振器の形状変化にしたがい、誘電率の共振周波数が変化し、したがって、負の誘電率が生じる周波数が変化する。

図１６には、コイル型共振器の形状を変化させたときの、共振器群全体の比透磁率特性を示している。コイル型共振器の形状を変化させても、透磁率の共振周波数はほぼ変化しない。これは、各共振器の端部の電荷の干渉が抑えられており、コンデンサ型共振器の共振特性が変化しないためである。

以上のように、本実施の形態に係るメタマテリアルは、負の誘電率と負の透磁率とを同時に発生でき、左手系となる。

なお、図１４では、１つのコイル型共振器と１つのコンデンサ型共振器とのセットを示したが、メタマテリアルは、このセットを複数備えていてもよい。この場合、例えば、セットを１次元的あるいは２次元的に連続する位置に、支持部材で固定する。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、負のεをもつ共振器としてコイル型共振器を用いる例を示した。しかしながら、本発明においては、負のεをもつ共振器として、コイル型共振器に限られず、電磁波に共振する略λ／２の長さの線路を含む共振器を用いることができる。

また、負のεをもつ共振器と負のμを持つ共振器（第１の実施の形態ではコンデンサ型共振器）は、第１の実施の形態で説明したように、必ずしも横に並べる必要はない。

第２の実施の形態では、負のεをもつ共振器として、λ／２長の線路と線路の両端に接続した２枚の導電板とを含む共振器を用い、負のεを持つ共振器と、負のμをもつコンデンサ型共振器とを共通の空間に組み合わせる構成について説明する。

第２の実施の形態に係るメタマテリアルの構成の概略を図１７および図１８を用いて説明する。図１８が、第２の実施の形態のメタマテリアルの概略図である。図１７は、第２の実施の形態のメタマテリアルにおいて、コンデンサ型共振器の構成を変えたものである。

図１７、図１８のいずれにおいても、コンデンサ型共振器の２つの最外電極の外部に、それぞれの最外電極と対向するように、２つの導電板が配置される。また、導電板は、巻かれた線路で接続されている。線路は、その長さが共振波長の略λ／２になるように設計される。

線路は、巻かれているため、小型のスペースでその長さを確保することができる。ただし、共振波長によっては、あるいは、小型化が必要ない場合には、線路は巻かれていなくてもよい。また、図１７、図１８では、コイル状に巻かれた線路を示したが、小型化は、線路を巻く方法に限られず、線路を屈曲させることにより実現される。例えば、ミアンダ線路などを用いてもよい。

各導電板は、線路との間の容量を大きくし、共振周波数における負の誘電率の絶対値を大きくする。また、容量による波長短縮効果により、実質的なλ／２の長さを短かくできる。なお、求められる負の誘電率の値によっては、各導電板は設置しなくてもよい。また、設計上の理由等により、線路の一方の端部のみに導電板を接続してもよい。

図１７と図１８の差異は、図１７では、コンデンサ型共振器の２つの最外電極が直接接続されているのに対し、図１８では、２つの最外電極が直接接続されず、逆相である点にある。図１８に示す本実施の形態に係るメタマテリアルは、第１の実施の形態に係るメタマテリアルと同様、電荷の干渉を抑えられるので、負の誘電率と負の透磁率とを同時に発現することができる。図１７に示す構造では、負の誘電率と負の透磁率とを同時に発現することが困難である。

図１８で概略を示した本実施の形態に係るメタマテリアルの具体的な構成を図１９に示す。図１９を参照して、本実施の形態に係るメタマテリアルは、負の誘電率用の共振器および負の透磁率用の共振器を基板材料内に作りこんだユニット６００を複数備える。このユニットは、多層基板のような技術を使って、１チップ内に、負の誘電率用の共振器および負の透磁率用の共振器を作りこんだものである。この構成では、基板材料が支持部材に相当する。

各ユニット６００は、信号線路２００の直下に、かつ、信号線路２００とグランド２２０との間に配置されている。また、各ユニット６００は、空間的に連続的に配置される。図１９では、４つのユニット６００を、信号線路２００に沿った方向で配置した例を示しているが、ユニット６００の配置はこれに限られるものではない。１次元状に配置された共振器を、同一平面内に並べて、平面状のメタマテリアルを構成することも可能である。さらに、平面状のメタマテリアルを重ねて、立体的なメタマテリアルを構成することも可能である。

ユニット６００の構造を図２０および図２１を参照して説明する。図２０は、ユニット６００の斜視図である。図２１は、ユニット６００をｙ方向から見た側面図である。

図２０に示すように、ユニット６００は、最上部電極６１０ａと、最下部電極６１０ｂと、第１の内部電極６２２と、第２の内部電極６２４と、第３の内部電極６３２と、第４の内部電極６３４と、線路６４０とを備える。また、図２１に示すように、ユニット６００は、さらに、第１の外部電極６５０と、第２の外部電極６６０とを備える。

最上部電極６１０ａは、第１の内部電極６２２、第２の内部電極６２４、第３の内部電極６３２、第４の内部電極６３４よりも上に（ｚ座標が大きな位置に）配置される。最下部電極６１０ｂは、第１の内部電極６２２、第２の内部電極６２４、第３の内部電極６３２、第４の内部電極６３４よりも下に（ｚ座標が小さな位置に）配置される。最上部電極６１０ａは、−ｚ方向に伸びた側面部分を有する。最下部電極６１０ｂは、＋ｚ方向に伸びた側面部分を有する。また、最上部電極６１０ａは、信号線路２００の真下に配置される。

線路６４０は、最上部電極６１０ａの−ｚ方向に伸びた側面部分と、最下部電極６１０ｂの＋ｚ方向に伸びた側面部分とを接続する。線路６４０は、最上部電極６１０ａおよび最下部電極６１０ｂと、各側面部分とをつなぐことで、負の誘電率を実現するλ／２線路の一部として機能する。

線路６４０と各側面部分により構成される線路の長さは、共振周波数に応じて設計される。ここでは、λ／２の長さをとるため、線路６４０を、中央層に引いたミアンダ線路としている。ただし、線路６４０の形状はこれに限られるわけではなく、例えば、ヘリカルでもスパイラルでも構わない。

なお、最上部電極６１０ａおよび最下部電極６１０ｂは、負の誘電率の絶対値を大きくするとともに、共振波長を短縮するために備えられているものである。共振波長が短縮されるのは、最上部電極６１０ａと信号線路との容量による波長短縮効果による。最上部電極６１０ａおよび最下部電極６１０ｂは、要求される負の誘電率や共振波長により省略することも可能である。

第１の内部電極６２２および第２の内部電極６２４は、近接して対向して配置される。また、第３の内部電極６３２および第４の内部電極６３４は、近接して対向して配置される。第１の内部電極６２２および第２の内部電極６２４の対（上部電極対とよぶ）は、最上部電極６１０ａの側に配置される。第３の内部電極６３２および第４の内部電極６３４の対（下部電極対とよぶ）は、最下部電極６１０ｂの側に配置される。各々の内部電極面は、信号線路２００を流れる電流により生じる磁界方向と平行（電界方向と垂直）に配置される。

第１の外部電極６５０は、図２１に示すとおり、第１の内部電極６２２と第３の内部電極６３２とを接続する。第２の外部電極６６０は、図２１に示すとおり、第２の内部電極６２４と第４の内部電極６３４とを接続する。各々の外部電極面は、信号線路２００を流れる電流により生じる磁界方向と平行（電界方向と垂直）に配置される。

上述の線路６４０と最上部電極６１０ａと最下部電極６１０ｂとは、負の誘電率を実現する。第１〜第４の内部電極６２２，６２４，６３２，６３４、ならびに第１の外部電極６５０および第２の外部電極６６０は、上下２枚ずつの電極をもつコンデンサ型共振器を形成し、負の透磁率を実現する。負の誘電率を実現するλ／２線路および負の透磁率を実現するコンデンサ型共振器は、当然ながら、互いに電気的に直接接続されていない。また、λ／２線路およびコンデンサ型共振器は、信号線路２００、グランド２２０に対しても電気的に接続されておらず、浮いた状態となっている。また、各ユニット６００も、お互いに接触していない。

以上説明したようなユニット６００を空間的に連続に配置することにより、本実施の形態に係るメタマテリアルは、左手系メタマテリアルとして機能する。なお、ユニット６００の配置の仕方は、上述のものに限られない。例えば、平面内に２次元状に配置してもよい。

本実施の形態に係るメタマテリアルは、負の誘電率用の共振器および負の透磁率用の共振器をユニット内に作りこむことで作成されるため、工業的な製造が容易である。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、第２の実施の形態におけるコンデンサ型共振器のかわりにスプリットリング型の共振器を用いたメタマテリアルについて説明する。

第３の実施の形態に係るメタマテリアルの１つのユニット７００の構造を図２２および図２３に示す。図２２は、ユニット７００の斜視図である。図２３は、ユニット７００の側面図である。

図２２を参照して、ユニット７００は、最上部電極７１０ａと、最下部電極７１０ｂと、第１の内部電極７２２と、第２の内部電極７２４ａと、第３の内部電極７２４ｂと、第４の内部電極７３０と、線路７４０を備える。図２３を参照して、ユニット７００は、さらに、第１の外部電極７５０および第２の外部電極７６０を備える。

最上部電極７１０ａおよび最下部電極７１０ｂは、第２の実施の形態に係る最上部電極６１０ａおよび最下部電極６１０ｂと同様の構造をもち、各内部電極よりも外部に配置される。

線路７４０は、最上部電極７１０ａおよび最下部電極７１０ｂを接続する。線路７４０は、第２の実施の形態の線路６４０と同様、λ／２線路の一部として機能し、負の誘電率を実現する。なお、本実施の形態では、線路７４０として、水平面内を１周半するヘリカル構造のものを用いている。

第２の内部電極７２４ａおよび第３の内部電極７２４ｂは、同一面内で、離して配置される。第１の外部電極７５０は、第２の内部電極７２４ａと第４の内部電極７３０とを接続する。第２の外部電極７６０は、第３の内部電極７２４ｂと第４の内部電極７３０とを接続する。つまり、第２の内部電極７２４ａ、第１の外部電極７５０、第３の内部電極７２４ｂ、第２の外部電極７６０、第４の内部電極７３０は、スプリットリング型の共振器と同様の構造を有する。したがって、これらの電極は、負の透磁率を発現する。

第１の内部電極７２２は、第２の内部電極７２４ａおよび第３の内部電極７２４ｂと対向して、第２の内部電極７２４ａおよび第３の内部電極７２４ｂとは電気的に接触しないように配置される。第１の内部電極７２２は、第２の内部電極７２４ａと第３の内部電極７２４ｂとの間の切れ目部分の静電容量を補い、共振周波数を下げる役割を果たす。

［第４の実施の形態］
１チップ内に、負の誘電率用の共振器および負の透磁率用の共振器を作りこむメタマテリアルの他の例として、周辺に配置したコイルの中に負の透磁率用の共振器を配置したものを作ることもできる。第４の実施の形態では、そのようなメタマテリアルの一例を示す。

第４の実施の形態に係るメタマテリアルの１つのユニット８００の構造を図２４、図２５、図２６を参照しつつ説明する。図２４は、ユニット８００の斜視図である。図２５は、ユニット８００の側面図である。図２６は、ユニット８００の上面図である。

ユニット８００は、コイル状導体８１０と、第１の電極８２２と、第２の電極８２４と、第３の電極８３２と、第４の電極８３４と、第１のビア８４２と、第２のビア８４４とを備える。

コイル状導体８１０は、ユニット８００の表面に近い領域を複数（ここに示す例では、８回）周回する。コイル状導体８１０は、第１の電極８２２、第２の電極８２４、第３の電極８３２、第４の電極８３４、第１のビア８４２、第２のビア８４４を囲むように配置される。

第１の電極８２２および第２の電極８２４は、近接して対向して配置される。また、第１の電極８２２および第２の電極８２４は、それぞれの水平面内の位置を互いにずらして配置される。

第３の電極８３２および第４の電極８３４は、近接して対向して配置される。また、第３の電極８３２および第４の電極８３４は、それぞれの水平面内の位置を互いにずらして配置される。

第１の電極８２２と第２の電極８２４の対は、ユニット８００内の上部に形成される。第３の電極８３２と第４の電極８３４の対は、ユニット８００内の下部に形成される。なお、ここでの上部、下部とは、図２４および図２５に即したものである。

第１のビア８４２は、第１の電極８２２と第３の電極８３２とを接続する。また、第２のビア８４４は、第２の電極８２４と第４の電極８３４とを接続する。

以上の構造により、第１〜第４の電極８２２，８２４，８３２，８３４ならびに第１のビア８４２および第２のビア８４４は、コンデンサ型の共振器として機能し、負の透磁率を発現する。

本実施の形態の構成によれば、第２および第３の実施の形態に比べ、ユニットの大きさを保ちつつ、線路（コイル）の長さを長く取れる。そのため、低い共振周波数を得ることができる。

［第５の実施の形態］
第３の実施の形態や、第４の実施の形態に係るメタマテリアルを作成するためのユニット（メタマテリアルユニット）では、負の透磁率用の共振器は、内部電極を接続するための外部電極を有していた。これに対し、本実施の形態に係る負の透磁率用の共振器では、内部電極を接続するための導電部が、ビアにより実現される。

第５の実施の形態に係るメタマテリアルの１つのユニット９００の構造を図２７から図２９に示す。図２７は、ユニット９００の斜視図である。図２８は、ユニット９００の正面図である。図２９は、ユニット９００の側面図である。

図２７から図２９を参照して、ユニット９００は、最上部電極９１０ａと、第１のビア９１２ａと、第２のビア９１２ｂと、最下部電極９１０ｂと、第１の内部電極９２２と、第２の内部電極９２４ａと、第３の内部電極９２４ｂと、第４の内部電極９３０と、線路９４０と、第３のビア９５０と、第４のビア９６０とを備える。

第１のビア９１２ａ、線路９４０および第２のビア９１２ｂは、最上部電極９１０ａおよび最下部電極９１０ｂを接続する。

第１のビア９１２ａ、線路９４０および第２のビア９１２ｂの全長は、共振波長の略１／２の長さである。第１のビア９１２ａ、線路９４０および第２のビア９１２ｂは、λ／２線路の一部として機能し、負の誘電率を実現する。なお、線路９４０の形状は、図示したミアンダ線路に限られず、例えば、ヘリカルでもスパイラルでも構わない。

最上部電極９１０ａおよび最下部電極９１０ｂは、図２１に示す最上部電極６１０ａおよび最下部電極６１０ｂと同様に、負の誘電率の絶対値を大きくするとともに、共振波長を短縮する機能を発揮する。ただし、最上部電極９１０ａおよび最下部電極９１０ｂは、省略することも可能である。

なお、第１のビア９１２ａの外部端部（線路９４０に接続されていないほうの端部）および第２のビア９１２ｂの外部端部（線路９４０に接続されていないほうの端部）は、最上部電極９１０ａおよび最下部電極９１０ｂの有無にかかわらず、λ／２線路の両端に電荷がたまるように、負の透磁率用の共振器の外部にあることが好ましい。

第３のビア９５０は、第２の内部電極９２４ａと第４の内部電極９３０とを接続する。第４のビア９６０は、第３の内部電極９２４ｂと第４の内部電極９３０とを接続する。第２の内部電極９２４ａ、第３のビア９５０、第３の内部電極９２４ｂ、第４のビア９６０、第４の内部電極９３０は、スプリットリング型の共振器と同様の構造を有し、負の透磁率を発現する共振器として機能する。第１の内部電極９２２は、第４の実施の形態の第１の内部電極７２２と同様、第２の内部電極９２４ａと第３の内部電極９２４ｂとの間の切れ目部分の静電容量を補い、共振周波数を下げる役割を果たす。

本実施の形態に係るユニット９００は、外部電極を必要としない。したがって、このユニットは、製造が容易である。外部電極を備えるユニットを作成する場合、通常、外部電極以外の部分を積層形成したあと、外部電極を積層形成した部品に貼り付ける。一方、本実施の形態に係るユニット９００は、積層形成のみで、作成することができる。

また、ユニット９００は、複数のユニットを並べたメタマテリアルの作成に好適である。外部電極をもつユニット同士が接触してしまうと、一方のユニットの外部電極に流れる電流が、他方のユニットの外部電極にも流れることになり、適切に電磁波の共振が起きなくなる。したがって、ユニット同士を離して配置する、あるいは、外部電極を絶縁体で覆うなどのユニット加工を行なう必要があった。本実施の形態に係るユニット９００は、互いに隣接させて配置できるので、メタマテリアルをさらに小さくできる。また、加工が不要なため、ユニット９００を用いたメタマテリアルの作成は、容易である。

ユニット９００の作成方法を、図３０を参照して説明しておく。図３０は、第６の実施の形態に係るユニット９００の作成方法を説明するための図である。

図３０を参照して、ユニット９００は、複数の層を順次重ねて作成される。図３０には、ユニット９００の主要な構成要素を含む層Ｌ１〜Ｌ６を示している。各層の材料（基板材料）は、樹脂などの絶縁性材料である。いくつかの層の基板材料上には金属部品が形成されている。また、いくつかの層の基板材料には、基板材料を貫通するようにビアが形成されている。なお、図３０に示しているのは、層Ｌ１〜Ｌ６の一部である。実際には、層Ｌ１〜Ｌ６は、図３０における横方向にさらにのびている。

層Ｌ１〜Ｌ６には、それぞれ、周期的に配置された複数の（図３０では３×３の）ユニットの構成部品が配置されている。層Ｌ１は、複数の最下部電極９１０ｂを含む。層Ｌ２は、複数の第４の内部電極９３０を含む。層Ｌ３は、複数の線路９４０を含む。層Ｌ４は、第２の内部電極９２４ａと第３の内部電極９２４ｂとの対を複数含む。層Ｌ５は、複数の第１の内部電極９２２を含む。層Ｌ６は、複数の最上部電極９１０ａを含む。

また、各層のうち、第１のビア９１２ａ、第２のビア９１２ｂ、第３のビア９５０、および、第４のビア９６０に相当する領域には、ビアが形成されている。図３０中では、ビアを垂直方向の細線にて示している。

各層を積み重ねて積層体を作った後、積層体を切断して、ユニット９００を作成する。図３０に示す部分からは、９つのユニット９００ができる。なお、積層体を１つ１つのユニット９００にばらすのではなく、いくつかのユニット９００をひとまとまりにして積層体から切り出してもよい。

なお、本実施の形態では、第３の実施の形態で示したスプリット型共振器の導電部をビアとする構造を示したが、他のタイプの共振器の導電部をビアとすることもできる。例えば、第２の実施の形態で示した多層コンデンサ型共振器の外部電極をビアにしてもよい。

［第６の実施の形態］
第２、第３、第５の実施の形態に係るメタマテリアルユニットでは、負の誘電率を発現するための線路を、ＬＣ共振器（具体的には、多層コンデンサ型共振器およびスプリット型共振器）の中に形成していた。しかしながら、線路は、必ずしも、ＬＣ共振器の内部になくてもよい。第６の実施の形態では、λ／２線路を、ＬＣ共振器の外部に配置したユニット１０００について説明する。

第６の実施の形態に係るユニット１０００の構造を図３１に示す。図３１は、第６の実施の形態に係るユニット１０００の構造を示す図である。

図３１を参照して、ユニット１０００は、最上部電極１０１０ａと、第１のビア１０１２と、最下部電極１０１０ｂと、第１の内部電極１０２２と、第２の内部電極１０２４ａと、第３の内部電極１０２４ｂと、第４の内部電極１０３０と、第２のビア１０５０と、第３のビア１０６０とを備える。

第１のビア１０１２は、最上部電極１０１０ａおよび最下部電極１０１０ｂを接続する。第１のビア１０１２の長さは、共振波長の略１／２である。したがって、第１のビア１０１２は、共振波長の電磁波に対して負の誘電率を発現する。

なお、本実施の形態では、最上部電極１０１０ａおよび最下部電極１０１０ｂが、直線の第１のビア１０１２で接続されている。しかしながら、図２７に示す構造のように、複数のビアと、水平面内の線路とを組み合わせて、λ／２線路を実現してもよい。ユニットの小型化のためには、この場合の線路は、他の実施の形態で説明したように、ミアンダ線路など屈曲したものであることが好ましい。

最上部電極１０１０ａおよび最下部電極１０１０ｂは、第５の実施の形態における最上部電極９１０ａおよび最下部電極９１０ｂと同様に、負の誘電率の絶対値を大きくするとともに共振周波数を短縮する機能を発揮する。

第２の内部電極１０２４ａ、第２のビア１０５０、第３の内部電極１０２４ｂ、第４の内部電極１０３０、第３のビア１０６０、および、第３の内部電極１０２４ｂは、スプリットリング型の共振器と同様の構造を有し、負の透磁率を発現する共振器として機能する。第１の内部電極１０２２は、第４の実施の形態の第１の内部電極７２２と同様、第２の内部電極１０２４ａと第３の内部電極１０２４ｂとの間の切れ目部分の静電容量を補い、共振周波数を下げる役割を果たす。

第１の内部電極１０２２、第２の内部電極１０２４ａ、第２のビア１０５０、第３の内部電極１０２４ｂ、第３のビア１０６０、および、第４の内部電極１０３０は、最上部電極１０１０ａおよび最下部電極１０１０ｂに挟まれる空間内に配置される。つまり、本実施の形態に係るユニットでは、負の誘電率を発現する共振器の中に、負の透磁率を発現する共振器が形成されている。

本実施の形態に係るユニット１０００は、第５の実施の形態に係るユニット９００と同様に、ビアによって、内部電極を接続しているため、容易に作成できる。また、ユニット１０００は、ユニットの表面に電極を有さないため、メタマテリアルの作成に好適である。

［補足］
メタマテリアルが、ある共振周波数において、負の誘電率と負の透磁率とを同時に発現するための、共振器の位置関係について、まとめておく。ここでは、第５の実施の形態で説明したような、スプリットリング型共振器と、半波長共振器とを組み合わせたメタマテリアル（あるいはメタマテリアルユニット）を例にとって、説明する。

図３２は、スプリットリング型共振器１２１０および半波長共振器１２２０を組み合わせたメタマテリアルと、信号線路２００と、グランド２２０との位置関係を模式的に示した図である。このメタマテリアルは、第５の実施の形態で説明したとおり、負の透磁率と負の誘電率とを同時に発現する。これは、メタマテリアルが電磁界に共振する際に電界が集中する領域と、磁界が集中する領域とが重複しないためである。

電界が集中する領域について図３３を参照して説明する。図３３は、図３２に示すメタマテリアルが、負の誘電率を示すときの、電荷および電界の様子を模式的に示す図である。図３３を参照して、半波長共振器１２２０は、第１の最外電極１２２２と、第２の最外電極１２２４と、線路１２２６とを含む。第１の最外電極１２２２は、信号線路２００側に配置されている。第２の最外電極１２４４は、グランド２２０側に配置されている。

図３３には、信号線路２００に電流が流れ、信号線路２００からグランド２２０に向かう電界が発生している状況を示している。共振周波数をもつ電流が流れると、第１の最外電極１２２２には負電荷がたまり、第２の最外電極１２２４には、正電荷がたまる。そして、第１の最外電極１２２２と信号線路２００との間の領域１２３０、ならびに、第２の最外電極１２２４とグランド２２０との間の領域１２４０に大きな電界が発生する。

つまり、半波長共振により電荷がたまる半波長共振器１２２０の端部と、信号線路２００あるいはグランドとに挟まれる領域が、共振による電界が集中する領域である。なお、ここでは、半波長線路の両端に接続された電極が、半波長共振器１２２０の端部に相当する。しかし、半波長共振器１２２０が電極を含まない場合、半波長線路の両端が半波長共振器１２２０の端部に相当する。

磁界が集中する領域について図３４を参照して説明する。図３４は、図３２に示すメタマテリアルが、負の透磁率を示すときの、磁界の様子を模式的に示す図である。図３４を参照して、スプリットリング型共振器１２１０は、第１の導体１２１２と、第２の導体１２１４とを含む。

図３４には、信号線路２００に電流が流れ、スプリットリング型共振器１２１０から磁界が発生している状況を示している。共振周波数をもつ電流が流れると、電流とスプリットリング型共振器１２１０がＬＣ共振し、第２の導体１２１４の内部の領域１２５０に、信号線路２００を流れる電流により発生する磁界を打ち消す、大きな磁界が発生する。発生する磁界は、主に紙面に直交する。

つまり、ＬＣ共振の生じるループの内部領域が、共振による磁界が集中する領域である。言い換えると、キャパシタンスを形成する電極対と、インダクタンスを形成する導電部とに囲まれた空間が、共振による磁界が集中する領域である。

図３３と図３４とを比較して、電界が集中する領域（領域１２３０および領域１２４０）と、磁界が集中する領域（領域１２５０）とは互いに離れている。そのため、半波長共振器１２２０の共振により発生する電界は、スプリットリング型共振器１２１０の共振に影響をほぼ及ぼさない。逆もまた同様である。したがって、図３２に示したメタマテリアルは、負の誘電率と負の透磁率とを同時に発現することができる。図３２に示す構造をもつメタマテリアルは、誘電率共振により発生する電界が集中する領域とは異なる領域に、透磁率共振により発生する磁界が集中する。

比較のため、スプリットリング型共振器と、半波長共振器との位置関係を変更したメタマテリアルについて、図３５から図３７を参照して説明する。

図３５は、図３４のメタマテリアルとは共振器の配置が異なるメタマテリアルと、信号線路２００と、グランド２２０との位置関係を模式的に示した図である。

図３５に示すメタマテリアルは、スプリットリング型共振器１３１０および半波長共振器１３２０を備える。スプリットリング型共振器１３１０は、第１の導体１３１２および第２の導体１３１４を含む。半波長共振器１３２０は、全体が、第２の導体１３１４の中に配置されている。

このメタマテリアルでは、メタマテリアルが電磁界に共振する際に電界が集中する領域と、磁界が集中する領域とに重なりがある。そのため、負の透磁率と負の誘電率とを同時に安定に発現することがやや難しくなる。

電界が集中する領域を図３６に示す。図３６は、図３５に示すメタマテリアルが、負の誘電率を示すときの電界の集中する領域を説明するための図である。図３６を参照して、半波長共振器１３２０は、第１の最外電極１３２２と、第２の最外電極１３２４と、線路１３２６とを含む。第１の最外電極１３２２は、信号線路２００側に配置されている。第２の最外電極１３４４は、グランド２２０側に配置されている。

負の誘電率の発生時には、第１の最外電極１３２２と信号線路２００との間の領域１３３０、ならびに、第２の最外電極１３２４とグランド２２０との間の領域１３４０に大きな電界が発生する。

磁界が集中する領域について図３７を参照して説明する。図３７は、図３５に示すメタマテリアルが、負の透磁率を示すときの磁界の集中する領域を説明するための図である。負の透磁率の発現時には、第２の導体１３１４の内部の領域１３５０に、信号線路２００を流れる電流により発生する磁界を打ち消す方向の大きな磁界が発生する。

図３６と図３７とを比較して、電界が集中する領域（領域１３３０および領域１３４０）の一部と、磁界が集中する領域（領域１３５０）の一部とは重複する。そのため、半波長共振器１２２０の共振により発生する電界が、スプリットリング型共振器１２１０の共振に影響を及ぼす。逆もまた同様である。したがって、図３５に示したメタマテリアルは、負の誘電率と負の透磁率とを同時に発現することがやや難しくなる。

なお、以上の説明は、他の種類の共振器をもつメタマテリアルにもあてはまる。例えば、スプリット型共振器を多層コンデンサ型共振器に替えたメタマテリアルについても、以上の説明はあてはまる。

ただし、多層コンデンサ型共振器を用いる場合には、第１の実施の形態や第２の実施の形態で説明したように、同極性の電荷が、不干渉であることが好ましい。つまり、同極性の電荷が、互いの発現に影響しない程度に離れて発生するように、共振器が構成されていることが好ましい。具体的には、静電容量を形成する複数の電極のうち、最も外部にある２つの最外電極の極性が逆であることが好ましい。

［第７の実施の形態］
第１の実施の形態から第６の実施の形態までにおいては、メタマテリアル単体について説明した。第７の実施の形態では、メタマテリアルを用いたアンテナについて説明する。

図３８は、透磁率μおよび誘電率εの値の範囲ごとの伝送線路上の電磁波の伝達を示す図である。図３８を参照して、μ＞１かつε＞１の領域、および、μ＜０かつε＜０の領域（前述した左手系領域）では、電磁波は減衰せずに伝達される。

μ＞１かつε＞１の領域において、εを１に近付けて、μを無限大に近付ければ、インピーダンスを十分に大きくすることができるので、電磁波を遮断することができる。ただし、μ＞１かつε＞１の領域の自然界の材料では、実際にはμを無限大に近付けることは不可能であるため、実現することはできない。

しかし、メタマテリアルでは、μ＜０かつε＜０が可能なだけでなく、自然界の材料では不可能な０＜ε＜１の値を取ることもできる。そこで、εを０に近づけることでインピーダンスを理論的に無限大に近づけることが可能となる。これにより、電磁波を遮断することができる。

また、εまたはμのいずれか一方が負の「エバネッセント解領域」を使うことでも電磁界を遮断することができる。さらに、これらを組合わせて、ε＝０かつμ＜０とすることで、さらに遮断効果を高めることができる。このような領域のメタマテリアルを用いれば、高インピーダンス領域を形成することができる。

このようなメタマテリアルとしては、第１の実施の形態で説明した負の透磁率を発現可能なＭＬＣＣ（multi-layer ceramic capacitor、積層セラミックコンデンサ）を用いてもよいし、スプリットリング共振器を用いるようにしてもよい。また、第１の実施の形態で説明した負の誘電率を発現可能なヘリカルコイルを用いてもよいし、チップコイルを用いてもよいし、金属細線樹脂を用いてもよい。

また、ＬＣ共振器、半波長共振器、および、左手系メタマテリアルチップを用いてもよい。また、半波長共振器として、特に成型していないλ／２の長さの金属線でもよい。また、後述する図４０で示すように、金属筐体２００１の領域２０００のメタマテリアルを挟んで反対側にグランドを設けるようにすれば、λ／４の長さの共振器であってもよい。

図３９は、第７の実施の形態に係るメタマテリアル２１００を用いたアンテナを示す図である。図３９を参照して、上述したようなメタマテリアル２１００を、アンテナとして機能させたい領域２０００を他の領域と区画する領域の金属筐体２００１の内側に、複数、貼り付ける。

これにより、メタマテリアル２１００が貼り付けられた金属筐体２００１の部分が、メタマテリアル２１００の共振波長の近傍の電磁波の成分に対して高インピーダンス領域と等価的な当該電磁波の成分を大きく遮断させる領域、または、当該電磁波の成分をほぼ遮断させる領域となる。このため、領域２０００が、電磁界の共振波長の成分との共振において、他の領域と分離される。

このため、回路基板２３００から給電線２２００を介して、領域２０００に給電すると、領域２０００が、他の領域と電磁気的に分離されて、電磁界のメタマテリアル２１００の共振波長の近傍の成分の電磁波と共振するアンテナとして機能する。その結果、金属筐体２００１の一部をアンテナとして機能させることができる。つまり、金属筐体２００１の全面が金属であったとしても、外部にアンテナを設けたり、筐体の一部を開放したり絶縁体としたりする必要がない。このため、コストを低くすることができたり、デザインに自由度を持たせたり、強度を低下させないようにしたりすることができる。

なお、回路基板には、給電線２２００を介してアンテナとして機能する領域２０００の給電点に給電するための回路、および、アンテナとして機能する領域２０００で共振した共振波長の近傍の電磁波を処理する回路（たとえば、同調回路、増幅回路、出力回路）などが搭載される。

また、領域２０００は、アンテナとして機能するので、図３９に示したような長辺の長さがλ／４で、短辺の長さがλ／４未満の長方形の形状のアンテナに限定されず、長さがλ／４の短冊状のアンテナであってもよいし、ミアンダ形状に折り曲げて省スペースとしたものであってもよいし、逆Ｆ形状であってもよいし、折り返しダイポール形状であってもよいし、その他の形状であってもよい。

また、メタマテリアルによるＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）の帯域は狭いので、メタマテリアル２１００として、少しずつ共振周波数（共振波長）の異なるメタマテリアルを混在させると、領域２０００によって構成されるアンテナの帯域を広げることができる。

前述した特許文献２および特許文献３のマッシュルーム構造のＣＲＬＨ（Composite Right/Left-Handed）のＥＢＧは、信号が流れる面に静電容量を形成する必要があり、マッシュルーム構造のような切れ目を入れなければならないので、金属筐体の表面をそのままとすることはできない。

一方、本実施の形態のように、共振型のメタマテリアルを用いると、金属筐体の表面はそのままで、裏面にメタマテリアルを付けることで、特定の領域２０００を電磁気的に分離することができる。このため、金属筐体の強度やデザインの上でメリットがある。

また、従来のように、ノートＰＣにおいて金属筐体のうちの一部を樹脂化して、その部分にアンテナを搭載する場合、樹脂化する部分が狭いため、アンテナの搭載位置が限られる。

しかし、本実施の形態のようにアンテナを構成すれば、ノートＰＣ等の天板などの電気装置の金属筐体をすべて金属のまま、アンテナとして機能させることができるので、アンテナとして使える面積が広く取れる。このため、複数のアンテナを搭載することができる。また、同じ金属筐体に複数のアンテナを設けたとしても、各アンテナ部分は、ＥＢＧで分離されているので、電磁気的に結合することはない。

また、広い面積を使えるので、誘電体などによる波長短縮を使わなくてもよい。このため、誘電体などを用いている小型アンテナと比較して、本実施の形態のアンテナは、利得および帯域の面で有利である。

メタマテリアルのＥＢＧを使ったアンテナは、帯域および利得の点で、同サイズの金属アンテナよりも不利となる。しかし、前述したように、アンテナの面積が制約されないメリットにより、そのような不利な点を補える。

図４０は、第７の実施の形態に係るメタマテリアル２１００を用いたアンテナをより詳しく示す図である。図４０を参照して、メタマテリアルを挟んで金属筐体２００１の領域２０００の反対側に、グランド２４００を設けるようにしてもよい。また、グランド２４００の周囲を、金属筐体２００１に接続するようにしてもよい。これにより、シールドとして機能する部分は残り、アンテナの放射面は、主に、金属筐体２００１の外側となるので、ノイズの問題も無くすることができる。

図４１は、第７の実施の形態に係るメタマテリアル２１００を用いたアンテナを形成する構造の例を示す図である。図４１を参照して、本実施の形態では、メタマテリアル２１００としてチップコイルが用いられる。

このようにチップコイルのメタマテリアル２１００が配置され貼り付けられて、メタマテリアル２１００が貼り付けられた領域の内側に金属筐体２００１に領域２０００が形成される。このため、金属筐体２００１で覆われた装置であっても、アンテナ機能を追加することができる。

［第８の実施の形態］
第８の実施の形態においては、第７の実施の形態で説明したようなメタマテリアルを用いたアンテナのシミュレーションについて説明する。

図４２は、メタマテリアルを用いない場合の金属平板４００１Ａでの電磁波の共振のシミュレーションの構造を示す図である。図４２を参照して、金属平板４００１Ａの中心部の裏面に給電線４２００Ａが接続される。また、金属平板４００１Ａの裏面から微小距離離れてグランド平板４４００Ａが配置される。

図４３は、メタマテリアルを用いない場合の金属平板４００１Ａでの電磁波の共振のシミュレーションの結果を示す図である。図４３を参照して、図４２で説明した給電線４２００Ａから給電すると、電磁界の様々な周波数の電磁波と共振することによって、図４３（Ａ）、図４３（Ｂ）および図４３（Ｃ）で示すように、金属平板４００１Ａの全体で、様々な共振を示す電界強度分布のシミュレーション結果が得られる。

図４４は、メタマテリアルを用いた場合の金属平板での電磁波の共振のシミュレーションの構造を示す図である。図４４を参照して、金属平板２００１Ａの中心部の裏面に給電線２２００Ａが接続される。また、金属平板２００１Ａの裏面から微小距離離れてグランド平板２４００Ａが配置される。

さらに、金属平板２００１Ａの給電線２２００Ａが接続される給電点を含む領域を、他の領域と区画する領域にメタマテリアル２１００Ａが貼り付けられる。これにより、金属平板２００１Ａとグランド平板２４００Ａとの間にメタマテリアル２１００Ａが配置される。

また、金属平板２００１Ａとグランド平板２４００Ａとが、メタマテリアル２１００Ａが貼り付けられる領域よりも外で、電気的に接続される。

本実施の形態のシミュレーションにおいては、メタマテリアル２１００Ａの誘電率はε＝０．０１であり、透磁率はμ＝−１００であることとする。

図４５は、メタマテリアルを用いた場合の金属平板での電磁波の共振のシミュレーションの結果を示す図である。図４５を参照して、図４４で説明した給電線２２００Ａから給電すると、電磁界の様々な周波数の電磁波と共振することによって、図４５（Ａ）および図４５（Ｂ）で示すように、メタマテリアル２１００Ａが貼り付けられる領域の内側でのみ様々な共振を示し、メタマテリアル２１００Ａが貼り付けられる領域の外側では共振を示さない電界強度分布のシミュレーション結果が得られる。このように、金属平板２００１Ａの一部を切り取ったような状態となる。

［第９の実施の形態］
第９の実施の形態においては、第７の実施の形態で示したメタマテリアルを用いたアンテナを製品に適用する場合の例について説明する。

図４６は、第９の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｂを用いたアンテナを製品に適用する場合の例を示す図である。図４６を参照して、メタマテリアル２１００Ｂを用いたアンテナを、スマートフォンなどの携帯端末に適用する場合について説明する。中央の図は、携帯端末の表面の液晶ディスプレイを備えた面を開けた状態の金属筐体２００１Ｂを示す。

図４６の中央の図で示すように、金属筐体２００１Ｂの内側の中央部付近に、メタマテリアル２１００Ｂを用いたアンテナが形成される。図４６の右上の図は、中央の図の金属筐体２００１Ｂを裏返した状態を示す。このように、金属筐体２００１Ｂの領域２０００Ｂにアンテナが形成される。そして、メタマテリアル２１００Ｂ等のアンテナを形成するための部品は、金属筐体２００１Ｂの内側に設けられるため、外側からは視認することができない。このため、金属筐体２００１Ｂの筐体のデザインおよび質感に影響を与えることもない。

図４６の右下の図は、図４６の中央の図のアンテナが形成される部分を拡大した図である。この状態では、給電線２２００Ｂおよびグランド平面２４００Ｂが視認できる。

図４６の左下の図は、アンテナを形成するための部品を金属筐体２００１Ｂから外して、金属筐体２００１Ｂとの貼り付け面側から見た状態を示す。また、図４６の左上の図は、図４６の左下の図の給電線２２００Ｂを含む部分を拡大した図である。このように、グランド平面２４００Ｂの金属筐体２００１Ｂの側の、給電線２２００Ｂを含む領域の外に、メタマテリアル２１００Ｂが配列される。

［第１０の実施の形態］
第１０の実施の形態においては、第７の実施の形態で説明したメタマテリアルを用いたアンテナの変形例について説明する。

図４７は、第１０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｃを用いたアンテナを形成する構造の例を示す図である。図４７を参照して、本実施の形態においては、ヘリカルコイルで構成されるメタマテリアル２１００Ｃが、直接、金属平板２００１Ｃに貼り付けられるのではなく、メタマテリアル２１００Ｃと金属平板２００１Ｃとの間に透磁率μ＝３０の磁性体２７００が設けられるようにする。

また、給電線２２００Ｃを含む矩形状の領域２０００Ｃのうち一辺は、矩形状の金属平板２００１Ｃの一辺の一部であり、他の３辺は、メタマテリアル２１００Ｃおよび磁性体２７００が設けられる領域に接する。

給電線２２００Ｃが接続される給電点は、金属平板２００１Ｃの一辺の一部である領域２０００Ｃの辺の近傍に設けられる。

図４８は、第１０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｃを用いたアンテナを形成する構造の一部を詳細に示す図である。図４８を参照して、ヘリカルコイルで構成されるメタマテリアル２１００Ｃの金属平板２００１Ｃの側に、磁性体２７００が設けられる。

図４９は、第１０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｃを用いたアンテナのシミュレーションの結果を示す図である。図４９（Ａ）は、金属平板２００１Ｃの電界分布を示す。図４９（Ｂ）は、金属平板２００１Ｃの電流分布を示す。

図４９（Ａ）おおび図４９（Ｂ）で示すように、メタマテリアル２１００Ｃおよび磁性体２７００が設けられている金属平板２００１Ｃの領域の内側でのみ様々な共振を示し、メタマテリアル２１００Ｃおよび磁性体２７００が設けられている金属平板２００１Ｃの領域の外側では、共振を示さないシミュレーションの結果が得られる。このように、金属平板２００１Ｃの一部を切り取ったような状態となる。

［第１１の実施の形態］
第７の実施の形態から第９の実施の形態においては、金属筐体２００１の特定の領域２０００の全周を取囲むことによって区画する領域に、メタマテリアル２１００が貼り付けられることで、領域２０００がアンテナとして機能するものについて説明した。

図５０は、第７の実施の形態から第９の実施の形態に係るメタマテリアル２１００を用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。図５０を参照して、第７の実施の形態から第９の実施の形態においては、特定の領域２０００の全周を取囲むように、メタマテリアル２１００が貼り付けられる領域があるものについて説明した。

第１１の実施の形態においては、金属平板２００１Ｄの特定の領域２０００Ｄの全周を、メタマテリアル２１００Ｄの貼り付けられる領域が取囲まないものについて説明する。

図５１は、第１１の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｄを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。図５１を参照して、第１１の実施の形態におけるメタマテリアル２１００Ｄを用いたアンテナの構造においては、矩形の特定の領域２０００Ｄの２つの長辺および１つの短辺は、メタマテリアル２１００が貼り付けられた領域と接するが、領域２０００Ｄの給電線２２００が接続される給電点の近傍の残りの１つの短辺は、接地面２５００と接続される。接地面２５００は、グランド２４００Ｄと接続される。このような構成であっても、領域２０００Ｄは、アンテナとして機能する。

λ／４のモノポールアンテナでは、先端が開放で電圧最大かつ電流最小、他方が電圧最小かつ電流最大となるので、給電点の付近は接地してもよい。アンテナとして機能する領域２０００を、メタマテリアル２１００が貼り付けられた領域ですべて囲む場合と比較して、本実施の形態の場合、少なくとも１面を接地面２５００とするので、メタマテリアル２１００Ｄの量が少なくて済み、コストを削減できる。

また、メタマテリアルのＥＢＧといっても、電磁波の伝達を完全に遮断して、電磁気的に分離することができるわけではないので、グランドに落とした方が、遮断効率が高く、領域２０００Ｄに形成されるアンテナの特性的にも有利である。

また、１面をグランドに落とさない場合には、アンテナ長がλ／２必要であるが、１面をグランドに落とした場合には、アンテナ長をλ／４とすることができるので、小型化することができる。

なお、インピーダンスが低くなるが、逆Ｆアンテナのように、給電点を接地面から少し離してもよい。また、折り返しモノポールアンテナのような構造にして、インピーダンスを高くするようにしてもよい。

［第１２の実施の形態］
第１２の実施の形態においては、第１１の実施の形態と同様、金属平板２００１Ｅの特定の領域２０００Ｅの全周を、メタマテリアル２１００Ｅの貼り付けられている領域が取囲まないものについて説明する。

図５２は、第１２の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｅを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。図５２を参照して、第１２の実施の形態におけるメタマテリアル２１００Ｅを用いたアンテナの構造においては、矩形の特定の領域２０００Ｄの２つの長辺は、それぞれ、金属平板２００１Ｅの辺の一部で構成される。また、特定の領域２０００Ｄの２つの短辺は、それぞれ、メタマテリアル２１００Ｅが貼り付けられた領域と接する。このような構成であっても、領域２０００Ｅは、アンテナとして機能する。

このように波長と同程度の大きさの金属平板２００１Ｅの場合は、一部分だけをメタマテリアル２１００Ｅで、電磁気的に分離して、分離した領域２０００Ｅをアンテナとして機能させることができる。

［第１３の実施の形態］
第１３の実施の形態においては、第１１の実施の形態および第１２の実施の形態と同様、金属平板２００１Ｆの特定の領域２０００Ｆの全周を、メタマテリアル２１００Ｆの貼り付けられている領域が取囲まないものについて説明する。

図５３は、第１３の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｆを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。図５３を参照して、第１３の実施の形態におけるメタマテリアル２１００Ｅを用いたアンテナの構造においては、金属平板２００１Ｆの特定の領域２０００Ｆがミアンダ形状のように屈曲した形状となるように、メタマテリアル２１００Ｆの貼り付けられた領域が設けられる。これにより、領域２０００Ｆは、金属平板２００１Ｆをそのままアンテナとして用いる場合よりも長い共振波長（短い共振周波数）のアンテナとして機能する。

［第１４の実施の形態］
第１４の実施の形態においては、第１１の実施の形態から第１３の実施の形態と同様、金属平板２００１Ｇの特定の領域２０００Ｇの全周を、メタマテリアル２１００Ｇの貼り付けられている領域が取囲まないものについて説明する。

図５４は、第１４の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｇを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。図５４を参照して、第１４の実施の形態におけるメタマテリアル２１００Ｇを用いたアンテナの構造においては、矩形の特定の領域２０００Ｄの１つの長辺および１つの短辺は、それぞれ、金属平板２００１Ｇの辺の一部で構成される。また、特定の領域２０００Ｄの残りの長辺および短辺は、それぞれ、メタマテリアル２１００Ｅが貼り付けられた領域と接する。このような構成であっても、領域２０００Ｇは、アンテナとして機能する。

このように、金属筐体の端または角に給電点を設けることができる状況であれば、アンテナとして機能させる領域の全周のうちの一部は、メタマテリアルの貼り付けられた領域でなくても構わない。

［第１５の実施の形態］
第７の実施の形態から第１４の実施の形態においては、１つの共振波長のメタマテリアルを用いたアンテナについて説明した。第１５の実施の形態においては、複数の共振波長のメタマテリアルを用いたアンテナについて説明する。

図５５は、第１５の実施の形態に係るメタマテリアル２１００ＨＡ，２１００ＨＢを用いたアンテナの構造を説明するための図である。図５５を参照して、金属平板２００１Ｈにおいて、共振周波数がｆ1（共振波長がλ₁）であるメタマテリアル２１００ＨＡの貼り付けられた領域で、特定の領域２０００Ｈを取囲むようにする。

また、共振周波数がｆ2（共振波長がλ₂）であるメタマテリアル２１００ＨＢの貼り付けられた領域で、メタマテリアル２１００ＨＡの貼り付けられた領域を取囲むようにする。そして、給電線２２００Ｈが接続される給電点を特定の領域２０００Ｈの短辺の近傍に設ける。

さらに、特定の領域２０００Ｈの長辺の長さをλ₁／４とし、メタマテリアル２１００ＨＡの貼り付けられた領域の長辺の長さをλ₂／４とする。

このように構成することによって、領域２０００Ｈを、共振波長λ1，λ2の両方で共振するアンテナとして機能させることができる。このように、特定の領域２０００Ｈを２重で囲むことに限定されず、もっと多くの共振波長のメタマテリアルの貼り付けられた領域で囲むようにしてもよい。

また、複数の種類のメタマテリアルの共振波長の差を狭く取れば、特定の領域２０００Ｈに形成されるアンテナの帯域を広く取ることができる。

［第１６の実施の形態］
第１６の実施の形態においては、第１２の実施の形態で説明したメタマテリアル２１００Ｅを用いたアンテナを製品に適用する場合の例について説明する。

図５６は、第１６の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを製品に適用する場合の例を示す図である。図５６を参照して、メタマテリアル２１００ＫＡ，２１００ＫＢを用いたアンテナを、スマートフォンなどの携帯端末に適用する場合について説明する。

この図は、携帯端末の表面の液晶ディスプレイを備えた面を開けた状態の金属筐体２００１Ｋおよび非金属筐体２００２Ｋを示す。なお、液晶ディスプレイを備えた面の筐体の金属筐体２００１Ｋと接する部分についても、非金属で形成される。ここでは、非金属の材質は、たとえば、樹脂であることとする。

金属筐体２００１Ｋの全周の領域を２つの領域に分けるように、メタマテリアル２１００ＫＡ，２１００ＫＢの貼り付けられた領域が設けられる。これにより、給電線２２００Ｋが接続される給電点を含む特定の領域２０００Ｋの２つの短辺がそれぞれ、メタマテリアル２１００ＫＡ，２１００ＫＢの貼り付けられた領域と接し、２つの長辺がそれぞれ、非金属の筐体と接する。これにより、特定の領域２０００Ｋは、アンテナとして機能する。

［第１７の実施の形態］
第１６の実施の形態においては、金属筐体２００１Ｋの全周の領域を２つの領域に分けるようにした。第１７の実施の形態においては、金属筐体２００１Ｊの全周を２つの領域に分けずにアンテナとして機能させる例について説明する。

図５７は、第１７の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを製品に適用する場合の例を示す図である。図５７を参照して、金属筐体２００１Ｊおよび非金属筐体２００２Ｊは、第１６の実施の形態の金属筐体２００１Ｋおよび非金属筐体２００２Ｋと同様である。

第１６の実施の形態と異なり、金属筐体２００１Ｊの全周の領域のうち、１箇所に、メタマテリアル２１００Ｊの貼り付けられた領域が設けられる。これにより、給電線２２００Ｊが接続される給電点を含む特定の領域２０００Ｊの２つの短辺がそれぞれ、メタマテリアル２１００Ｊの貼り付けられた領域と接し、２つの長辺がそれぞれ、非金属の筐体と接する。これにより、特定の領域２０００Ｊは、アンテナとして機能する。

［第１８の実施の形態］
図５０を再び参照して、第７の実施の形態から第９の実施の形態における金属筐体２００１は、金属筐体２００１の材料に応じた表皮深さ未満の厚さであることが望ましい。これは、表皮深さよりも厚いと給電線２２００から給電された電流が、領域２０００の金属筐体２００１の内側のみに流れ、領域２０００の金属筐体２００１の外側には流れないため、領域２０００がアンテナとして機能し難いからである。

このため、金属筐体２００１は、表皮深さ未満の厚さの金属層と金属筐体２００１の強度を保つための絶縁体層とで構成されるようにする。たとえば、樹脂などの絶縁体層に金属めっきを施すことによって表皮深さ未満の厚さの金属層が形成される。

表皮深さの値は、導電体の金属の中でも、比較的、小さい値となる銀の場合、１ＧＨｚの周波数の電磁波に対して約２μｍであり、周波数が低くなるほど大きくなり、銅、金、アルミおよび鉄などの他の金属では銀と比較して大きくなる。

なお、金属層は、表皮深さ未満の厚さであることが好ましいが、領域２０００がアンテナとして機能するのに必要な電磁波を放射可能な厚さであれば、表皮深さよりも厚くてもよい。

また、第１２の実施の形態から第１４の実施の形態まで、および、第１６の実施の形態から第１７の実施の形態までで説明したように、特定の領域２０００Ｅ〜２０００Ｇ，２０００Ｊ，２０００Ｋの端面が、金属平板２００１Ｅ〜２００１Ｇ，金属筐体２００１Ｊ，２００１Ｋの端面でもあれば、その端面から電磁波が放射可能であるので、金属層の厚さは、表皮深さ以上であってもよい。このため、強度を保つことが可能な厚さの金属層のみで筐体を構成しても、特定の領域２０００Ｅ〜２０００Ｇ，２０００Ｊ，２０００Ｋをアンテナとして機能させることができる。

しかし、第１８の実施の形態で説明するように、特定の領域２０００Ｍの端面が、金属平板２００１Ｍに設けられたスリット２９００Ｍの内面に露出するようにしても、その端面から電磁波が放射可能となるので、金属層の厚さが、表皮深さ以上であっても、特定の領域２０００Ｍをアンテナとして機能させることができる。

図５８は、第１８の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｍを用いたアンテナの構造を説明するための図である。図５８を参照して、第１８の実施の形態におけるメタマテリアル２１００Ｍを用いたアンテナの構造においては、矩形の特定の領域２０００Ｍの２つの長辺は、それぞれ、メタマテリアル２１００Ｍが貼り付けられた領域と接する。また、特定の領域２０００Ｍの短辺の１つは、スリット２９００Ｍに接する。また、特定の領域２０００Ｍの給電線２２００Ｍが接続される給電点の近傍のもう１つの短辺は、接地面２５００Ｍと接続される。接地面２５００Ｍは、第１１の実施の形態の図５１の接地面２５００と同様、グランドと接続される。このような構成であっても、領域２０００Ｍは、アンテナとして機能する。

このように、金属層の厚さが表皮深さ以上であっても、特定の領域２０００Ｍの端面が、金属平板２００１Ｍに設けられたスリット２９００Ｍの内面に露出するようにしているので、その端面から電磁波が放射可能となるので、特定の領域２０００Ｍをアンテナとして機能させることができる。

また、アンテナとして機能する領域２０００Ｍを、メタマテリアルが貼り付けられた領域ですべて囲む場合と比較して、本実施の形態の場合、少なくとも１面を接地面２５００Ｍとするだけでなく、他の１面もスリットにするので、メタマテリアル２１００Ｍの量が少なくて済み、コストを削減できる。

なお、接地面２５００Ｍを設けないようにしてもよい。この場合は、λ／４のアンテナ長をλ／２とする必要がある。

［第１９の実施の形態］
第１８の実施の形態においては、スリットを領域２０００Ｍの短辺側に接して設けるようにした。第１９の実施の形態においては、スリットを領域２０００Ｎの長辺側に接して設けるようにする。

図５９は、第１９の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｎを用いたアンテナの構造を説明するための図である。図５９を参照して、第１９の実施の形態におけるメタマテリアル２１００Ｎを用いたアンテナの構造においては、矩形の特定の領域２０００Ｎの２つの長辺は、スリット２９００Ｎに接する。また、領域２０００Ｎの短辺の１つは、メタマテリアル２１００Ｎが貼り付けられた領域と接する。また、特定の領域２０００Ｎの給電線２２００Ｎが接続される給電点の近傍のもう１つの短辺は、接地面２５００Ｎと接続される。接地面２５００Ｎは、第１１の実施の形態の図５１の接地面２５００と同様、グランドと接続される。このような構成であっても、領域２０００Ｎは、アンテナとして機能する。

このように、金属層の厚さが表皮深さ以上であっても、特定の領域２０００Ｎの端面が、金属平板２００１Ｎに設けられたスリット２９００Ｎの内面に露出するようにしているので、その端面から電磁波が放射可能となるので、特定の領域２０００Ｎをアンテナとして機能させることができる。

また、アンテナとして機能する領域２０００Ｎを、メタマテリアルが貼り付けられた領域ですべて囲む場合と比較して、本実施の形態の場合、少なくとも１面を接地面２５００Ｎとするだけでなく、他の２面もスリットにするので、メタマテリアル２１００Ｎの量が、第１８の実施の形態と比較して、さらに少なくて済み、コストを削減できる。

ただし、第１８の実施の形態と比較して、スリットが多くなるので、強度的に不利である。第１８の実施の形態および第１９の実施の形態のように、スリットを設ける場合は、絶縁体でスリット部を補強するなどして、強度を担保することが好ましい。また、製品に用いる場合、内部は、電気部品であるため、スリット部を防水するための構造を設けることが好ましい。

なお、接地面２５００Ｎを設けないようにしてもよい。この場合は、λ／４のアンテナ長をλ／２とする必要がある。

［第２０の実施の形態］
第２０の実施の形態においては、アンテナとして用いる領域をメタマテリアルだけでなくスリットで区画するようにした、第１８の実施の形態および第１９の実施の形態で説明したアンテナを製品に適用する場合の例について説明する。

また、第２０の実施の形態においては、カメラユニット２８００のような部品ユニットにメタマテリアル２１００Ｌを予め組み込んでおく。そして、部品ユニットがスマートフォン２０１０などの電気装置の所定位置に取り付けられることによって、メタマテリアル２１００Ｌが、当該メタマテリアル２１００Ｌの共振波長の近傍の電磁波の成分を減衰させる領域を、特定の領域２０００Ｌを他の領域と区画する領域に形成するような位置に配置されるようにする。

図６０は、第２０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｌを用いたアンテナをスマートフォン２０１０に適用する場合の例を示す第１の図である。図６０を参照して、スマートフォン２０１０は、カメラユニット２８００を備える。カメラユニット２８００が金属筐体２００１Ｌに取り付けられた状態では、カメラユニット２８００のレンズ部のみが、金属筐体２００１Ｌの外部に出ている。

図６１は、第２０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｌを用いたアンテナをスマートフォン２０１０に適用する場合の例を示す第２の図である。図６１を参照して、カメラユニット２８００の金属筐体２００１Ｌと接する部分には、メタマテリアル２１００Ｌが、カメラユニット２８００の生産時に埋め込まれる。

図６２は、第２０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｌを用いたアンテナをスマートフォン２０１０に適用する場合の例を示す第３の図である。図６２を参照して、カメラユニット２８００を金属筐体２００１Ｌに取り付けた状態を示す。

図６３は、第２０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｌを用いたアンテナをスマートフォン２０１０に適用する場合の例を示す第４の図である。図６３を参照して、上述のようにカメラユニット２８００が金属筐体２００１Ｌに取り付けられると、メタマテリアル２１００Ｌが接する金属筐体２００１Ｌの領域、および、カメラユニット２８００のレンズが貫通する金属筐体２００１Ｌの穴に囲まれた特定の領域２０００Ｌが電磁気的に分離される。なお、特定の領域２０００Ｌの図面において下端付近に給電線が接続される。また、特定の領域２０００Ｌの図面において下端部に接地部が設けられるようにしてもよい。これにより、分離された特定の領域２０００Ｌが、アンテナとして機能する。

このように、金属筐体２００１Ｌのカメラユニット２８００を取り付ける部分には、元々、穴が開けられており、この穴と、カメラユニット２８００に予め組み込んでおいたメタマテリアル２１００Ｌとによって、特定の領域２０００Ｌを電磁気的に分離することができ、アンテナとして機能させることができる。このため、スマートフォン２０１０などの携帯端末のカメラユニット２８００などのデバイスを取り付けるための穴またはスリットなどを利用して、容易に、金属筐体２００１Ｌの一部に、アンテナを形成することができる。

また、穴のない金属筐体に所定の機能を有する部品ユニットを近接させて配置させる場合であっても、当該部品ユニットに予めメタマテリアルを組み込んでおいてもよい。これにより、当該部品ユニットが所定位置に取り付けられることによって、メタマテリアルが、特定の領域を他の領域と区画する領域に、メタマテリアルの共振波長の近傍の電磁波の成分を遮断させる領域を形成するような位置に配置されるようにすれば、特定の領域をアンテナとして機能させることができる。

また、電気装置の金属筐体に新たにメタマテリアルを取り付けるための設計をするよりも、すでに電気装置に取り付けられることになっている部品ユニットにメタマテリアルを組み込んでおくほうが、電気装置の部品を配置するための設計を大きく変更する必要がないので、開発コストを抑えることができる。

［第２１の実施の形態］
第７の実施の形態から第２０の実施の形態まででは、メタマテリアルまたは平板の輪郭によって区画された特定の領域に給電線を接続してアンテナとして機能させるようにした。第２１の実施の形態においては、メタマテリアルまたは平板の輪郭によって区画された特定の領域に給電線を接続せず電気窓として機能させるようにする。

図６４は、第２１の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｐを用いた電気窓の構造を説明するための図である。図６４（Ａ）は、平面図である。図６４（Ｂ）は、側面図である。図６４（Ａ），（Ｂ）を参照して、電気窓として機能させたい領域２０００Ｐを他の領域と区画する領域の金属筐体２００１Ｐの内側の面に、メタマテリアル２１００Ｐが、複数、貼り付けられる。

これにより、メタマテリアル２１００Ｐが貼り付けられた金属筐体２００１Ｐの部分が、メタマテリアル２１００Ｐの共振波長の近傍の電磁波の成分に対して高インピーダンス領域と等価的な当該電磁波の成分を大きく遮断させる領域、または、当該電磁波の成分をほぼ遮断させる領域となる。このため、領域２０００Ｐが、電磁界の共振波長の成分との共振において、他の領域と分離される。

このため、回路基板２３００Ｐに設けられたアンテナから内側の面に電磁波を入射させると、領域２０００が、他の領域と電磁的に分離されて、電磁界のメタマテリアル２１００Ｐの共振波長の近傍の成分の電磁波と共振し、内側の面から入射された電磁波の波長の電磁波を外側の面から放射する電気窓として機能する。その結果、金属筐体２００１Ｐの一部を電気窓として機能させることができる。つまり、金属筐体２００１Ｐの全面が金属であったとしても、金属筐体２００１Ｐの内側にアンテナを搭載することができる。

図６５は、第２１の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｐを用いた電気窓の機能を説明するための図である。図６５（Ａ）は、従来の金属筐体５００１の場合の電磁波の進行状況を示す。図６５（Ｂ）は、本実施の形態の電気窓の場合の電磁波の進行状況を示す。

図６５（Ａ）を参照して、従来の金属筐体５００１の場合、電磁波は、金属筐体５００１を通過することができない。図６５（Ｂ）を参照して、本実施の形態の電気窓の場合、金属筐体２００１Ｐの領域２０００Ｐの電気窓の部分を、電磁波が通過することができる。

［第２２の実施の形態］
第２２の実施の形態においては、第２１の実施の形態で説明した電気窓を製品に適用する場合について説明する。

図６６は、第２２の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｑを用いた電気窓を製品に適用する場合の例を示す図である。図６６を参照して、金属筐体２００１Ｑの内側にメタマテリアル２１００Ｑが貼り付けられることによって、電気窓として機能する領域２０００Ｑが形成される。内部の回路基板２３００Ｑには、アンテナ２６００が複数設けられる。

これらの複数のアンテナ２６００から放射された電磁波は、それぞれ、領域２０００Ｑの電気窓を通過する。なお、電磁波は、領域２０００Ｑの電気窓の部分以外の金属筐体２００１Ｑを通過できない。

このように、電気窓を設けることによって、金属筐体２００１Ｑの内部に、複数のアンテナを設けることができる。これにより、アンテナ２６００としては、たとえば、チップアンテナおよびプリント基板上の配線によるアンテナを用いることができる。このため、アンテナを複数設ける場合に、省スペースを図ることができ、製造コストを下げることができる。

［第２３の実施の形態］
アンテナの歴史は古く、モノポール、ダイポール、ヘリカル、および、逆Ｆなど、数多くの公知技術がある。また、セラミックスを用いたチップタイプのアンテナもある（特開平９−１６２５２５号公報参照）。

また、携帯電話、スマートフォンおよびＷ−ＬＡＮ（Wireless Local Area Network）ルータなどの無線機器では、小型化、放熱性およびデザイン上の理由により、アンテナを筐体内部に設置している。そのため、筐体には、電波を通す樹脂を採用している。

一方、ノートＰＣ（Personal Computer）およびタブレットＰＣなどの場合、サイズが大きく、薄型化されているので、筐体の強度を確保する必要性があるため、金属筐体を採用するケースが増えている。

この場合、金属は電波を通さないので、従来のような方法で内部にアンテナを設置することができない。外部にロッドアンテナを出せば問題ないが、サイズおよびデザイン上、好まれないので、最近はほとんど採用されていない。

そこで、たとえば、ノートＰＣであれば、液晶ディスプレイ側の筐体の上端部だけを樹脂にして、そこにアンテナを設置するなど、工夫をしている。これにより、全体を樹脂にした場合よりも、強度を確保できるので、薄型化することもできる。

たとえば、携帯電話・移動体端末向けの１セグメント部分受信サービス、いわゆる、ワンセグ放送を受信するためのモノポールアンテナは、機器の外側に、伸縮可能なロッドタイプとして設けられる。また、携帯電話のアンテナは、プリント基板上に構成されることも多い。チップアンテナは、基板上にマウントされる。

図７５は、ケース３００１が樹脂で形成される場合の従来のアンテナ３０００の配置を示す図である。図７５を参照して、携帯電話などの基板３３００の上にアンテナ３０００が形成される場合、携帯電話の外側のケース３００１が樹脂であれば、電波を通すため問題はない。

図７６は、ケース４００１が金属で形成される場合を示す図である。図７６を参照して、ケース４００１が金属であったり、導電性の樹脂であったりすると、電波を通さないため、内部の基板４３００の上にアンテナ４０００を形成したとしても、アンテナ４０００として機能させることができない。

また、上述の特開平９−１６２５２５号公報で示したアンテナについても、電波を通さないケースの内部に形成された場合、アンテナとして機能させることができない。

図７７は、金属のケース４００１の一部のケース４００２が樹脂で形成される場合を示す図である。ケース４００１が電波を通さない場合、第１の方法として、金属のケース４００１の一部分のケース４００２の部分だけ電波を通す樹脂にして、電波が遮断されないようにする。たとえば、最近のノートＰＣ（Personal Computer）では、金属の天板の一部を樹脂にして、そこにアンテナを形成している。

図７８は、金属のケース４００１の外部にアンテナ４１００を配置する場合を示す図である。図７８を参照して、ケース４００１が電波を通さない場合、第２の方法として、アンテナ４１００を機器の外側に設けるようにする。

アンテナ４１００を機器の外側に付ければ、アンテナ４１００の機能的には問題はない。しかし、その場合、アンテナ４１００が邪魔となったり、アンテナ４１００を出すのが面倒であったりといったこともあるため、消費者のニーズに合わないといった問題があった。このため、やはり、内蔵アンテナが望まれる。

上述したように、金属のケース４００１の一部を樹脂にした場合、強度および放熱の性能が落ちたり、部分的に質感が変わるため、デザイン上、好まれなかったりといった問題がある。

また、樹脂に置き換える部分は、必要最小限に抑えられるので、狭いスペースにアンテナを搭載しなければならず、小型のアンテナが必要になり、利得を犠牲にすることもある。

しかし、無線通信規格は、Ｗ−ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、および、ＷｉＭＡＸ（登録商標）（Worldwide Interoperability for Microwave Access）など増えてきており、無線機器に搭載しなければならないアンテナの本数は増え続けている。

さらに、今年より本格的に導入されるＬＴＥ（Long Term Evolution）は、複数のアンテナを使って通信を高速化する無線通信規格である。しかし、上述したような金属筐体のノートＰＣなどでは、これ以上、アンテナを搭載するスペースが確保できないといった問題がある。

第２３の実施の形態におけるアンテナによれば、上述の問題点を解決して、導電層を有する平板の一部をアンテナとして機能させることができる。

第７の実施の形態から第２０の実施の形態まででは、メタマテリアルまたは平板の輪郭によって区画された特定の領域に給電線を接続してアンテナとして機能させるようにした。特に、第１８の実施の形態から第２０の実施の形態まででは、メタマテリアルおよびスリットによって区画された特定領域に給電線を接続してアンテナとして機能させるようにした。第２３の実施の形態においては、スリットによって区画された特定領域に給電線を接続してアンテナとして機能させるようにする。

図６７は、第２３の実施の形態に係るスリット２９００Ｒを用いたアンテナの構造を説明するための図である。図６７を参照して、金属平板２００１Ｒに、コの字形のスリット２９００Ｒを設ける。これにより、コの字の内側に特定の領域２０００Ｒが区画される。この特定の領域２０００Ｒの形状は、この特定の領域２０００Ｒに給電することによって、特定の領域２０００Ｒがアンテナとして機能する形状（本実施の形態においては、矩形のモノポールアンテナの形状）である。

なお、特定の領域２０００Ｒの金属平板２００１Ｒの他の領域と繋がっている側の辺りには、グランドが設けられる。また、特定の領域２０００Ｒの形状は、矩形のモノポールアンテナの形状に限定されず、アンテナとして機能する形状であれば、ダイポールアンテナの形状など他のアンテナの形状であってもよい。

これにより、当該金属平板２００１Ｒを電気製品の筐体に用いることで、電気製品の筐体の一部の特定の領域２０００Ｒをそのままアンテナとすることができる。このため、既存の外部アンテナおよび金属筐体の一部を樹脂にしてその内部に設けるアンテナは不要となる。

金属筐体の一部を樹脂にする場合のように金属と樹脂を貼り合わせる工程を必要とせず、金属筐体のスリットの打ち抜きおよび成型でアンテナを形成することができる。このため、製造が簡単になるだけでなく、製造コストを下げることができる。

スリットは、アンテナ形状に全周くりぬく必要はなく、一面はグランドでよいので、本実施の形態のように、コの字形でよい。コの字形であれば、特定の領域２０００Ｒの強度をある程度確保することができる。また、コの字形のスリットは、アンテナとして用いないダミーも含めて、周期的な模様となるようにするなどうまく配置すれば、アンテナとしての機能だけでなくデザイン性も兼ねたものとすることができ、スリットを設けることによる外観上の美観も損なわない。

スリット加工により、特定の領域２０００Ｒの外側のグランドとしての金属平板２００１Ｒがスリット２９００Ｒを挟んで特定の領域２０００Ｒと近距離で相対しているので、同一サイズで比較すれば、放射効率は、近くにグランドの無い通常のアンテナよりは低くなる。しかし、たとえば、ノートＰＣに適用する場合、ディスプレイ側の筐体の先端部の樹脂筐体部分にアンテナが組み込まれていたが、これと比較して、スリットを用いたアンテナを金属面に形成すれば、大きな面積を使えるので、アンテナサイズを大きくすることができる。その結果、放射効率が良くなるメリットがある。

また、筐体からアンテナが飛び出す従来の方法に比べ、アンテナとして機能する特定の領域２０００Ｒの近傍に、金属平板２００１Ｒがあるので、アンテナとしての利得は落ちるが、筐体と同一面にアンテナを形成することができるので、大幅な省スペースを図ることができる。

また、スリット２９００Ｒを設けても、基本的には金属筐体であるので、従来の樹脂筐体よりは、強度が高くなり製品の薄型化が可能となる。

［第２４の実施の形態］
第２３の実施の形態においては、スリットによって区画された特定領域に給電線を接続してアンテナとして機能させるようにした。第２４の実施の形態においては、スリットおよび金属平板の輪郭によって区画された特定領域に給電線を接続してアンテナとして機能させるようにする。

図６８は、第２４の実施の形態に係るスリット２９００Ｓを用いたアンテナの構造を説明するための図である。図６８を参照して、金属平板２００１Ｓに、金属平板２００１Ｓの端部と繋がるＬ字形のスリット２９００Ｓを設ける。これにより、Ｌ字形のスリット２９００Ｓと金属平板２００１Ｓの端部により特定の領域２０００Ｓが区画される。この特定の領域２０００Ｓの形状は、この特定の領域２０００Ｓに給電することによって、特定の領域２０００Ｓがアンテナとして機能する形状（本実施の形態においては、矩形のモノポールアンテナの形状）である。

なお、特定の領域２０００Ｓの金属平板２００１Ｓの他の領域と繋がっている側の辺りには、グランドが設けられる。また、特定の領域２０００Ｓの形状は、矩形のモノポールアンテナの形状に限定されず、アンテナとして機能する形状であれば、ダイポールアンテナの形状など他のアンテナの形状であってもよい。

これにより、第２３の実施の形態で説明した効果に加えて、以下のような効果を奏する。金属平板２００１Ｓの端部を用いるため、金属平板２００１Ｒの全面を用いることができる第２３の実施の形態の場合と比較して、アンテナとして機能させることができる箇所は減るが、同じ大きさのアンテナを形成するときのスリットが短くて済み、機械的強度を大きくすることができる。

なお、第２３の実施の形態においては、金属平板２００１Ｒの面を用いてアンテナを形成し、第２４の実施の形態においては、金属平板２００１Ｓの辺を用いてアンテナを形成するようにした。同様に、金属平板の角を用いてアンテナを形成するようにしてもよい。

［第２５の実施の形態］
第２５の実施の形態においては、第２３の実施の形態および第２４の実施の形態で説明したアンテナを製品に適用する場合の例について説明する。

図６９は、第２５の実施の形態に係るスリット２９００Ｔを用いたアンテナの構造を説明するための図である。図６９を参照して、金属筐体２００１Ｔに、金属筐体２００１Ｔのカメラユニット２８００Ｔの取付け穴と繋がるスリット２９００Ｔを設ける。これは、第２４の実施の形態の金属平板２００１Ｓの辺が、金属筐体２００１Ｔの面内の穴の周りにあることに相当する。これにより、スリット２９００Ｔとカメラユニット２８００Ｔの取付け穴により特定の領域２０００Ｔが区画される。この特定の領域２０００Ｔの形状は、この特定の領域２０００Ｔに給電することによって、特定の領域２０００Ｔがアンテナとして機能する形状（本実施の形態においては、モノポールアンテナの形状）である。

なお、特定の領域２０００Ｔの金属筐体２００１Ｔの他の領域と繋がっている側の辺りには、グランドが設けられる。また、特定の領域２０００Ｔの形状は、モノポールアンテナの形状に限定されず、アンテナとして機能する形状であれば、ダイポールアンテナの形状など他のアンテナの形状であってもよい。

これにより、第２３の実施の形態および第２４の実施の形態で説明した効果に加えて、以下のような効果を奏する。カメラユニット２８００Ｔの取付け穴の形状により、アンテナとして機能する特定の領域２０００Ｔの形状が、円弧状であり、アンテナとして理想的な形状とすることができる。

また、カメラユニット２８００Ｔが特定の領域２０００Ｔと接着されたりすることで密着することで、裏側から特定の領域２０００Ｔを支持する構造とすることによって、特定の領域２０００Ｔの機械的強度を向上させることができる。

［第２６の実施の形態］
第２６の実施の形態においては、第２３の実施の形態および第２４の実施の形態で説明したスリットの裏面側に補強を設ける例について説明する。

図７０は、第２６の実施の形態に係るスリット２９００Ｕを用いたアンテナの構造を説明するための図である。図７１は、図７０の矢視Ａ−Ａを示す図である。図７２は、第２６の実施の形態に係るスリット２９００Ｕを用いたアンテナの構造の斜視図である。

図７０から図７２を参照して、第２３の実施の形態の図６７で説明したのと同様に、金属平板２００１Ｕに、コの字形のスリット２９００Ｕを設ける。これにより、コの字の内側に特定の領域２０００Ｕが区画される。この特定の領域２０００Ｕの形状は、この特定の領域２０００Ｕに給電することによって、特定の領域２０００Ｕがアンテナとして機能する形状（本実施の形態においては、矩形のモノポールアンテナの形状）である。

このスリット２９００Ｕを塞ぐように、金属平板２００１Ｕの裏側からプリント基板２７５０が貼り付けられる。このプリント基板２７５０には、特定の領域２０００Ｕに給電するための給電線２２００Ｕ、および、給電線２２００Ｕのグランドと接続されたグランド電極２４００Ｕが予め設けられる。

また、グランド電極２４００Ｕは、特定の領域２０００Ｕの金属平板２００１Ｕの他の領域と繋がっている側の辺りと電気的に接続される。給電線２２００Ｕが特定の領域２０００Ｕに接続される位置を変えると、特定の領域２０００Ｕのアンテナのインピーダンスマッチングを調整することができる。また、特定の領域２０００Ｕのグランド電極２４００Ｕと接続される位置を変えると、特定の領域２０００Ｕのアンテナの共振周波数を調整することができる。

なお、特定の領域２０００Ｕの形状は、矩形のモノポールアンテナの形状に限定されず、アンテナとして機能する形状であれば、ダイポールアンテナの形状など他のアンテナの形状であってもよい。

これにより、第２３の実施の形態から第２５の実施の形態までで説明した効果に加えて、以下のような効果を奏する。スリット２９００Ｕを打ち抜きで形成する場合、金型を用いて行なうために、スリット２９００Ｕの大きさを微調整することは困難である。

しかし、特定の領域２０００Ｕのアンテナは、同じスリット２９００Ｕの形状としても、内部の誘電率および金属の分布の影響を受けて、共振周波数が微妙に変わるので、通常、微調整が必要である。

ここで、本実施の形態では、給電線２２００Ｕの取付位置とグランド電極２４００Ｕの位置とを異ならせたプリント基板２７５０を複数用意しておくことによって、基板を変えることでインピーダンスのマッチングおよび共振周波数の調整が可能になる。

また、スリット２９００Ｕの裏側からスリット２９００Ｕを塞ぐようにプリント基板２７５０が貼り付けられるので、特定の領域２０００Ｕの機械的強度を補強することができる。

なお、スリット２９００Ｕを補強するためのプリント基板２７５０、グランド電極２４００Ｕ、および、給電線２２００Ｕは、本実施の形態のように一体として形成されてもよいし、別体として形成されてもよい。

また、スリット２９００Ｕの部分は、前述のプリント基板２７５０に変えて、または、プリント基板２７５０とともに、絶縁性の接着樹脂などで埋めてもよい。

［第２７の実施の形態］
第２７の実施の形態においては、第２３の実施の形態および第２４の実施の形態で説明したようなスリットを用いたアンテナを同じ金属平板に複数設ける場合の例について説明する。

図７３は、従来のスロットアンテナ５９００を同じ金属平板６００１に複数設ける場合を説明するための図である。図７３を参照して、スロットアンテナ５９００は、スロットの中に電磁界を発生させる。しかし、電流は、スロット周りに流れ、複数のスロットアンテナ５９００があると結合する。

図７４は、第２７の実施の形態に係るスリット２９００Ｖを用いたアンテナを同じ金属平板２００１Ｖに複数設ける場合を説明するための図である。図７４を参照して、複数のスリット２９００Ｖでそれぞれ分離したモノポールアンテナとして機能する特定の領域２０００Ｖでは、分離したそれぞれの特定の領域２０００Ｖに電流が集中するので、複数のアンテナがあっても結合しない。

これにより、第２３の実施の形態から第２６の実施の形態までで説明した効果に加えて、以下のような効果を奏する。金属筐体の一部を樹脂にしてアンテナを設置する場合に比べ、アンテナを設置可能な領域が増え、金属筐体を構成する金属平板２００１Ｖの全面に複数のアンテナを設けることができるので、アンテナの搭載本数を増やすことができる。

なお、第２３の実施の形態から第２７の実施の形態までにおいては、それぞれ、特定の領域に接してスリットが設けられ、スリット部から電磁波を放射可能であるので、金属平板および金属筐体の金属層の厚さは、表皮深さ以上であってもよい。

［第２８の実施の形態］
前述の第７の実施の形態から第２０の実施の形態においては、メタマテリアルとして、コイルを用いる方法（たとえば、図４１参照）、および、コイルと磁性体とを用いる方法（たとえば、図４７参照）を示した。

これらの方法は、金属平板の一部を高インピーダンスの領域で取囲むようにして、取囲まれた特定領域を他の領域と電気的に遮断する原理である。μ／εの平方根がインピーダンスＺとなるところ、コイルを用いる方法は、誘電率εを下げて、インピーダンスＺを上げることを目的としている。ε＝０であればＺは無限大となって、特定領域を他の領域と遮断することができる。しかし、その条件になるのは、特定の周波数の１点のみであり、帯域で考えると十分にインピーダンスを上げることは困難である。

また、コイルと磁性体とを用いる方法は、誘電率εを下げることに加えて、透磁率μを上げることでも、インピーダンスＺを上げることを目的としている。しかし、ＧＨｚ帯で使える磁性体が、ＹＩＧ（Yttrium Iron Garnet）以外に適当なものがないといった問題がある。しかも、ＹＩＧは、Ｑ値が高くなく、磁石が必要となるといった問題点もある。

第２８の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｗの構造によれば、コイルを用いる方法よりも、インピーダンスを上げることができる。また、コイルと磁性体とを用いる方法では、ＧＨｚ帯で使える適当な材料はないが、第２８の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｗの構造によれば、インピーダンスを上げることができる。

図７９は、第２８の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｗを用いて金属線路２００１Ｗを電気的に遮断するための構造を説明するための図である。図８０は、第２８の実施の形態に係るメタマテリアル２１０Ｗを用いて金属線路２００１Ｗを電気的に遮断するための構造の側面図である。図８１は、第２８の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｗを用いて金属線路２００１Ｗを電気的に遮断するための構造の正面図である。図８２は、第２８の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｗを用いて金属線路２００１Ｗを電気的に遮断するための構造の上段部の詳細を示す三面図である。図８３は、第２８の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｗを用いて金属線路２００１Ｗを電気的に遮断するための構造の下段部の詳細を示す三面図である。

第２８の実施の形態においては、上段部および下段部が、それぞれ、１を超える正の透磁率および絶対値が１未満の誘電率を発現するように構成されるか、または、−１未満の負の透磁率および絶対値が１未満の誘電率を発現するように構成される。このようにすることによって、金属線路２００１Ｗを電気的に遮断することができる。なお、ここでいう、絶対値が１未満の誘電率には、誘電率が零である場合も含まれる。

メタマテリアル２１００Ｗを挟んで、金属線路２００１Ｗの反対側には、グランド２４００Ｗが設けられる。

図８３を参照して、下段部２１０２Ｗは、最上部電極２１１０ａと、第１のビア２１１２ａと、第２のビア２１１２ｂと、最下部電極２１１０ｂと、線路２１４０とを備える。第１のビア２１１２ａ、線路２１４０および第２のビア２１１２ｂは、最上部電極２１１０ａおよび最下部電極２１１０ｂを接続する。

第１のビア２１１２ａ、線路２１４０および第２のビア２１１２ｂの全長は、共振波長の略１／４の長さである。第１のビア２１１２ａ、線路２１４０および第２のビア２１１２ｂは、λ／４線路の一部として機能し、絶対値が１未満の誘電率を実現する。なお、線路２１４０の形状は、図示したミアンダ線路に限られず、例えば、ヘリカルでもスパイラルでも構わない。

最上部電極２１１０ａおよび最下部電極２１１０ｂは、誘電率の絶対値を１未満とするとともに、共振波長を短縮する機能を発揮する。ただし、最上部電極２１１０ａおよび最下部電極２１１０ｂは、省略することも可能である。

また、最下部電極２１１０ｂは、グランド２４００Ｗと電気的に接続される。なお、ここでは、λ／４線路としてλ／４の共振を使うようにしたので、グランド２４００Ｗと電気的に接続するようにした。しかし、半波長共振を使うようにすると、コイルは長くなるが、グランド２４００Ｗと接続しなくてよくなるため、製造工程が簡略化される。

試作品では、下段部２１０２Ｗの大きさは、幅３．２ｍｍ、奥行き３．４ｍｍ、高さ１．５ｍｍである。下段部２１０２Ｗの構造は、この大きさの共振器が幅方向に５つ連なった構造である。下段部２１０２Ｗは、たとえば、樹脂基板で作成される。

図８２を参照して、上段部２１０１Ｗは、第１の内部電極２１２２と、第２の内部電極２１２４ａと、第３の内部電極２１２４ｂと、第４の内部電極２１３０と、第３のビア２１５０と、第４のビア２１６０とを備える。

第３のビア２１５０は、第２の内部電極２１２４ａと第４の内部電極２１３０とを接続する。第４のビア２１６０は、第３の内部電極２１２４ｂと第４の内部電極２１３０とを接続する。第２の内部電極２１２４ａ、第３のビア２１５０、第３の内部電極２１２４ｂ、第４のビア２１６０、第４の内部電極２１３０は、スプリットリング型の共振器と同様の構造を有し、負の透磁率または正の透磁率を発現する共振器として機能する。第１の内部電極２１２２は、第４の実施の形態の第１の内部電極７２２と同様、第２の内部電極２１２４ａと第３の内部電極２１２４ｂとの間の切れ目部分の静電容量を補い、共振周波数を下げる役割を果たす。

試作品では、上段部２１０１Ｗの大きさは、幅２．４ｍｍ、奥行き２．０ｍｍ、高さ１．８ｍｍである。この大きさの５つの共振器が、それぞれ、下段部２１０２Ｗの共振器の上に配置される。上段部２１０１Ｗは、たとえば、セラミック多層基板で作成される。

上段部２１０１Ｗの共振器は、ＬＣ共振器であり、その共振点において、人工磁性体として機能する。共振であるから、磁性体として使える周波数帯域が狭いというデメリットがあるが、ＧＨｚ帯でも使えるというメリットがある。

また、ＬＣ共振器は、一般的な構成では、異方性を持ち、特定の方向の磁界でのみ共振するというデメリットがある。このため、縦横比が比較的小さい平板に適用するのは難しいが、金属線路２００１Ｗのように、縦横比が比較的大きく幅の比較的狭い線路状の金属に使うのであれば問題がない。

上述したような構造とすることによって、金属線路２００１Ｗの一部を電気的に分離することができる。このため、金属線路２００１Ｗの長さに制限されず、金属線路２００１Ｗの一部を、所望の周波数で共振するアンテナとすることができる。

また、金属線路２００１Ｗが、λ／４、３λ／４、５λ／４、・・・に相当する周波数でのみ共振するマルチモードアンテナとして用いられている場合、メタマテリアル２１００Ｗを設けることで、元々、共振していた周波数にはあまり影響を与えずに、新しく任意の周波数での共振を加えることができる。このため、元々の共振周波数に加えて、任意の周波数に対応したアンテナとすることができる。

また、メタマテリアルのユニットを複数（ここでは、５つ）並べているのは、複数の位相をカバーするためである。複数の位相をカバーできるのであれば、ユニットの数は、５つに限定されない。

また、上述した実施の形態においては、上段部２１０１Ｗが分離された構造としたが、これに限定されず、一体化されていてもよい。さらに、上述した実施の形態においては、上段部２１０１Ｗおよび下段部２１０２Ｗが貼り合わされる構造となっているが、これに限定されず、上段部２１０１Ｗおよび下段部２１０２Ｗが一体的に製造されるようにしてもよい。

なお、図示はしていないが、アンテナとして用いるためには、給電線を設けることが必要であることはいうまでも無い。

［第２９の実施の形態］
第２９の実施の形態においては、第２８の実施の形態で説明したメタマテリアルをスマートフォンに適用する場合の一例を示す。

図８４は、第２９の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｘの構造を説明するための図である。図８５は、第２９の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｘの三面図である。

図８４および図８５を参照して、メタマテリアル２１００Ｘは、第２８の実施の形態のメタマテリアル２１００Ｗを５連から３連にしたものである。メタマテリアル２１００Ｘの各ユニットの上段部２１０１Ｘおよび下段部２１０２Ｘの構造、および、メタマテリアル２１００Ｘと金属フレーム２００１Ｘおよびグランド２４００Ｘそれぞれとの位置関係は、第２８の実施の形態と同様であるので、重複する説明は繰返さない。

図８６は、第２９の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｘをスマートフォンに搭載した状態の概略を示す平面図である。図８７は、第２９の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｘをスマートフォンに搭載した状態の概略を示す斜視図である。

図８６および図８７を参照して、スマートフォンは、金属フレーム２００１Ｘと、グランド基板２４１０Ｘとを含む。金属フレーム２００１Ｘとグランド基板２４１０Ｘは、電気的に接続される。

図８４および図８５で説明したメタマテリアル２１００Ｘは、金属フレーム２００１Ｘの側に上段部２１０１Ｘが近接させられて、金属フレーム２００１Ｘを流れる電流のメタマテリアル２１００Ｘの共振波長近傍の成分を遮断させるように搭載される。また、グランド２４００Ｘは、グランド基板２４１０Ｘに電気的に接続され、メタマテリアル２１００Ｘの下段部２１０２Ｘの側に近接させられて配置される。

グランド２４００Ｘは、メタマテリアル２１００Ｘよりも長い方が好ましい。電磁波の遮断は、メタマテリアル２１００Ｘによるインピーダンスの増加を利用する。このため、グランド２４００Ｘをメタマテリアル２１００Ｘよりも長くして、メタマテリアル２１００Ｘに近い部分のインピーダンスを下げておいた方が、インピーダンスの差が大きくなり、遮断効果も大きくなる。

また、金属フレーム２００１Ｘのメタマテリアル２１００Ｘが近接させられている領域から、グランド基板２４１０Ｘに接続されて接地されている箇所までの間の特定の領域２０００Ｘには、給電線２２００Ｘが接続される。

これにより、給電線２２００Ｘから特定の領域２０００Ｘに給電されることで、メタマテリアル２１００Ｘが近接させられている箇所で、金属フレーム２００１Ｘを流れる電流のメタマテリアル２１００Ｘの共振波長近傍の成分が電気的に遮断される。これにより、特定の領域２０００Ｘが、共振波長近傍に対応する周波数のアンテナとして機能する。

スマートフォンに限らず携帯電話およびＰＣなどのアンテナを搭載する機器の側面または表面に、主に、デザイン上の目的で、金属のフレームまたはバーが使われることがある。その場合、それらをアンテナとして使いたいといった要望が生じる。しかし、金属のフレームまたはバーの物理的な長さで共振周波数が決まってしまう。このため、商品としてのデザインを優先させる必要性があるので、金属のフレームまたはバーをアンテナとして用いることは難しい。

また、前述した実施の形態のように、金属フレームに物理的なスリットを入れてアンテナとして機能させることができる。しかし、この場合も、商品としてのデザインを優先させる必要性があるので、あまり多くのスリットを入れることはできない。

そこで、本実施の形態のように、金属フレーム２００１Ｘにメタマテリアル２１００Ｘを近接させて搭載することで、下段部２１０２Ｘによって、共振周波数で見掛け上の誘電率εを下げることができ、また、上段部２１０１Ｘによって、見掛け上の透磁率μを上げることができるため、インピーダンスを上げることができる。

これにより、金属フレーム２００１Ｘの一部分のインピーダンスを上げることができると、その部分で、不整合が起こり、電磁波が反射する。このため、その部分の両側を電気的に分離することができる。

なお、本実施の形態においては、金属フレーム２００１Ｘの１箇所のみを電気的に分離するようにしたが、これに限定されず、デザイン上の制約を気にすることなく、必要な位置に必要な数だけメタマテリアル２１００Ｘを設置して、複数の箇所を電気的に分離するようにしてもよい。これにより、１つの金属フレーム２００１Ｘに複数のアンテナを構成することができる。

［その他］
（１） 前述した実施の形態においては、メタマテリアルを用いたアンテナまたはメタマテリアルを用いずスリットを用いたアンテナを適用する装置の例として、スマートフォンなどの携帯端末を示した。しかし、これに限定されず、メタマテリアルを用いたアンテナまたはメタマテリアルを用いずスリットを用いたアンテナを適用する装置は、金属の外板（たとえば、筐体、ボディーなど）を持ちアンテナが搭載する必要のある電気装置であれば、どのような装置であってもよい。

たとえば、携帯端末、ＰＣ、ビデオ、テレビ、冷蔵庫もしくはエアコン等の電気機器、自動車もしくは電車等の輸送機器、または、電気錠付住宅用ドア等の建築設備機器であってもい。いずれの装置に適用しても、外部アンテナを無くすことができ、外板を全面金属のままとすることができるため、剛性および美しい質感を損ねることのない商品を実現することが可能である。

また、輸送機器に適用した場合、たとえば、車のルーフまたはボンネットの内側にメタマテリアルを用いたアンテナまたはメタマテリアルを用いずスリットを用いたアンテナを構成する部品を備える場合は、従来のアンテナのような外部部品がなくなることによって、空気抵抗およびデザイン面で有利になる。また、ガラス面に埋め込んだアンテナであれば、ユーザの視界に入るので、ユーザには好まれないが、本実施の形態のようにすれば、ガラス面にアンテナを埋め込む必要を無くすることができる。キーレスエントリーに適用することもできる。

なお、車のルーフまたはボンネットなどの外板が当該材料の表皮深さよりも厚い場合に、当該外板にメタマテリアルを用いたアンテナを構成する場合であっても、第１２の実施の形態から第１４の実施の形態まで、および、第１６の実施の形態から第１７の実施の形態までで説明したように、特定の領域の端面が金属平板または金属筐体の端面でもあるか、第１８の実施の形態から第２０の実施の形態まで、および、第２３の実施の形態から第２７の実施の形態までで説明したように、特定の領域の端面がスリットの内面に露出していれば、当該アンテナから電磁波を放射することができる。

携帯端末であれば、通信用のアンテナだけでなく、ＧＰＳ、ワンセグ放送およびＦＭ放送のアンテナにも適用可能である。ノートＰＣおよびスレートＰＣなど薄型のＰＣの裏側のパネルまたは液晶裏のパネルなど、デスクトップＰＣの側面パネルなど、および、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を搭載したＰＣなどにも適用可能である。

ビデオ、テレビ、冷蔵庫もしくはエアコン等の家電製品の外部金属パネルに、メタマテリアルを用いたアンテナまたはメタマテリアルを用いずスリットを用いたアンテナを適用して、無線でコントロールできるようにすることも可能である。この場合も、輸送機器の外板と同様、外板が当該材料の表皮深さよりも厚い場合に、当該外板にメタマテリアルを用いたアンテナまたはメタマテリアルを用いずスリットを用いたアンテナを構成する場合であっても、特定の領域の端面が金属平板または金属筐体の端面でもあるか、特定の領域の端面がスリットの内面に露出していれば、当該アンテナから電磁波を放射することができる。

また、金属フレームをマルチバンドアンテナ化する例を示した。しかし、配線に用いられるケーブルをアンテナとして使う事も可能である。ケーブルは、低コストでフレキシブルであるので、アンテナ線としては最適である。しかし、ケーブルは、モノポールアンテナとしてしか機能せず、マルチバンドに対応できない。このため、これまでアンテナとして使われた例が少なかった。しかし、メタマテリアルを用いれば、自由に共振周波数を加えることができる。その結果、ケーブルをマルチアンテナとして使うことができるようになる。

また、金属筐体で中にアンテナを搭載できなかった場合であっても、非金属化することなく、金属筐体を利用して、アンテナ機能を追加することができる。また、金属部分および非金属部分のいずれも有するが、前述したような自動車のガラス埋め込みアンテナのようなものは、見た目および機能を重視するため、金属部分に搭載することができる。

また、アンテナを内部に搭載するため現在は非金属筐体であるものについては、金属筐体化して、アンテナ機能は金属筐体に構成することによって、外観および強度的に有利とすることができる。

また、外付けアンテナを、アンテナ機能を金属筐体に構成することによって、アンテナの強度を高めたり、機器のサイズを小さくしたりできる。

（２） 筐体の金属部分を物理的に分離して、アンテナとして用いた例があったが、分離した部分を手で押さえると、ユーザの体がアンテナの一部となって、共振周波数が変わって、アンテナが正常に機能しなくなるといった問題が発生している。

本実施の形態におけるメタマテリアルを用いたアンテナでは、メタマテリアルの貼り付けられた領域で区画された、アンテナとして機能する特定の領域を、手で押さえたとしても、共振周波数（共振波長）が変動するといったことは起こらない。

（３） 前述した実施の形態においては、アンテナを構成するためのメタマテリアルとして様々なものを用いることができることについて説明した。しかし、メタマテリアルとして、積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）またはチップコイルなどを用いれば、小型にでき、市販のＭＬＣＣおよびチップコイルの製造工程で生産することができるので、安価に製造することができる。

（４） 前述した実施の形態においては、特定領域に、給電点を設け、給電点から給電された電流の共振波長の近傍の成分に対する高インピーダンス領域と等価的な当該電磁波の成分を大きく遮断させる領域、または、当該電磁波の成分をほぼ遮断させる領域を、金属平板の特定領域を他の領域と区画する区画領域に形成するように、金属平板にメタマテリアルを配置することによって、特定領域をアンテナとして機能させるようにした。

しかし、特定領域をアンテナとして機能させるものには限定されず、金属平板を流れる電流の共振波長の近傍の成分に対する高インピーダンス領域と等価的な当該電磁波の成分を大きく遮断させる領域、または、当該電磁波の成分をほぼ遮断させる領域を、金属平板の特定領域を他の領域と区画する区画領域に形成するように、メタマテリアルを配置するものであればよい。

（５） 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２ 外部電極、３ 外部電極、４ 内部電極、４ａ 電極、４ｂ 電極、５ 内部電極、５ａ 電極、５ｂ 電極、６ スペーサ、１０ 外装部、１００ コイル型共振器、１１０ 中心軸、２００ 信号線路、２２０ グランド、３００ コンデンサ型共振器、６００ ユニット、６１０ａ 最上部電極、６１０ｂ 最下部電極、６２２，６２４，６３２，６３４ 内部電極、６４０ 線路、６５０，６６０ 外部電極、７００ ユニット、７１０ａ 最上部電極、７１０ｂ 最下部電極、７２２，７２４ａ，７２４ｂ，７３０ 内部電極、７４０ 線路、７５０，７６０ 外部電極、８００ ユニット、８１０ コイル状導体、８２２，８２４，８３２，８３４ 電極、８４２，８４４ ビア、９１０ａ，２１１０ａ 最上部電極、９１０ｂ，２１１０ｂ 最下部電極、９１２ａ，２１１２ａ 第１のビア、９１２ｂ，２１１２ｂ 第２のビア、９２２，２１２２ 第１の内部電極、９２４ａ，２１２４ａ 第２の内部電極、９２４ｂ，２１２４ｂ 第３の内部電極、９３０，２１３０ 第４の内部電極、９４０，２１４０ 線路、９５０，２１５０ 第３のビア、９６０，２１６０ 第４のビア、２０００，２０００Ｂ〜２０００Ｈ，２０００Ｊ〜２０００Ｎ，２０００Ｐ，２０００Ｑ〜２０００Ｖ，２０００Ｘ 領域、２００１，２００１Ｂ，２００１Ｊ〜２００１Ｌ，２００１Ｐ，２００１Ｑ，２００１Ｔ，５００１ 金属筐体、２００１Ａ，２００１Ｃ〜２００１Ｈ，２００１Ｍ，２００１Ｎ，２００１Ｒ，２００１Ｓ，２００１Ｕ，２００１Ｖ，４００１Ａ，６００１ 金属平板、２００１Ｗ 金属線路、２００１Ｘ 金属フレーム、２００２Ｊ，２００２Ｋ 非金属筐体、２１００，２１００Ａ〜２１００Ｇ，２１００ＨＡ，２１００ＨＢ，２１００Ｊ，２１００ＫＡ，２１００ＫＢ，２１００Ｌ〜２１００Ｎ，２１００Ｐ，２１００Ｑ，２１００Ｗ，２１００Ｘ メタマテリアル、２１０１Ｗ，２１０１Ｘ 上段部、２１０２Ｗ，２１０２Ｘ 下段部、２０１０ スマートフォン、２２００，２２００Ａ〜２２００Ｃ，２２００Ｈ，２２００Ｊ，２２００Ｋ，２２００Ｍ，２２００Ｎ，２２００Ｕ，２２００Ｘ，４２００Ａ 給電線、２３００，２３００Ｐ，２３００Ｑ 回路基板、２４００Ａ，４４００Ａ グランド平板、２４００Ｂ グランド平面、２４００Ｕ グランド電極、２４００Ｗ，２４００Ｘ グランド、２４１０Ｘ グランド基板、２５００，２５００Ｍ，２５００Ｎ 接地面、２６００ アンテナ、２７００ 磁性体、２７５０Ｕ プリント基板、２８００ カメラユニット、２９００Ｍ，２９００Ｎ，２９００Ｒ〜２９００Ｖ スリット、３０００，４０００，４１００ アンテナ、３００１，４００１，４００２ ケース、３３００，４３００ 基板、５９００ スロットアンテナ。

Claims (16)

1. 電磁界の所定の共振波長に対して絶対値が１未満の誘電率および絶対値が１を超える透磁率を発現可能であり、
   深さ方向の一定の範囲に導電層を有する部品（２００１，２００１Ｂ，２００１Ｊ〜２００１Ｌ，２００１Ａ，２００１Ｃ〜２００１Ｈ，２００１Ｍ，２００１Ｎ，２００１Ｗ，２００１Ｘ）の前記導電層を流れる電流の前記共振波長近傍の成分を遮断させる遮断領域を、前記導電層の特定領域（２０００，２０００Ｂ〜２０００Ｈ，２０００Ｊ〜２０００Ｎ，２０００Ｘ）を他の領域と区画する区画領域に形成するように配置され、
   前記特定領域の少なくとも一部は、電磁波を放射可能である、メタマテリアル（２１００，２１００Ａ〜２１００Ｇ，２１００ＨＡ，２１００ＨＢ，２１００Ｊ，２１００ＫＡ，２１００ＫＢ，２１００Ｌ〜２１００Ｎ，２１００Ｗ，２１００Ｘ）。
2. 前記導電層は、前記導電層の材料に応じた表皮深さ未満の厚さであり、
   前記特定領域の電磁波を放射可能な部分は、前記特定領域の前記導電層の表面に形成される、請求項１に記載のメタマテリアル。
3. 前記特定領域は、前記部品の輪郭に接し、
   前記特定領域の電磁波を放射可能な部分は、前記部品の輪郭に接した部分の前記特定領域の前記導電層の端面に形成される、請求項１に記載のメタマテリアル。
4. 深さ方向の一定の範囲に導電層を有する部品（２００１，２００１Ｂ，２００１Ｊ〜２００１Ｌ，２００１Ｔ，２００１Ａ，２００１Ｃ〜２００１Ｈ，２００１Ｍ，２００１Ｎ，２００１Ｒ，２００１Ｓ，２００１Ｕ，２００１Ｖ，２００１Ｗ，２００１Ｘ）を備え、
   前記導電層は、前記導電層の特定領域（２０００，２０００Ｂ〜２０００Ｈ，２０００Ｊ〜２０００Ｎ，２０００Ｒ〜２０００Ｖ，２０００Ｘ）を他の領域と電磁気的に遮断する領域を含み、
   前記特定領域の少なくとも一部は、電磁波を放射可能である、電気装置。
5. 電磁界の所定の共振波長に対して絶対値が１未満の誘電率および絶対値が１を超える透磁率を発現可能なメタマテリアル（２１００，２１００Ａ〜２１００Ｇ，２１００ＨＡ，２１００ＨＢ，２１００Ｊ，２１００ＫＡ，２１００ＫＢ，２１００Ｌ〜２１００Ｎ，２１００Ｗ，２１００Ｘ）をさらに備え、
   前記メタマテリアルは、前記導電層を流れる電流の前記共振波長近傍の成分を遮断させる遮断領域を、前記特定領域を前記他の領域と区画する区画領域に形成するように配置される、請求項４に記載の電気装置。
6. 前記導電層は、前記導電層の材料に応じた表皮深さ未満の厚さであり、
   前記特定領域の電磁波を放射可能な部分は、前記特定領域の前記導電層の表面に形成される、請求項５に記載の電気装置。
7. 前記特定領域は、前記部品の輪郭に接し、
   前記特定領域の電磁波を放射可能な部分は、前記部品の輪郭に接した部分の前記特定領域の前記導電層の端面に形成される、請求項５に記載の電気装置。
8. 前記特定領域には、給電点（２２００，２２００Ａ〜２２００Ｃ，２２００Ｈ，２２００Ｊ，２２００Ｋ，２２００Ｍ，２２００Ｎ，２２００Ｕ，２２００Ｘ）が設けられ、
   前記導電層を流れる電流は、前記給電点から給電された電流であり、
   前記特定領域は、前記給電点から給電されるアンテナである、請求項６または請求項７に記載の電気装置。
9. 前記部品は、外部に対して内部を遮蔽するように成型された筐体（２００１，２００１Ｂ，２００１Ｊ〜２００１Ｌ，２００１Ｔ）の一部を構成し、
   前記メタマテリアルは、前記筐体の内部に設けられ、
   前記筐体の内部に設けられ、前記給電点に給電するとともに前記特定領域で共振した前記共振波長近傍の電磁波を処理する回路（２３００）をさらに備える、請求項８に記載の電気装置。
10. 所定の機能を有する所定機能部（２８００）をさらに備え、
    前記メタマテリアルは、前記所定機能部が所定位置に取り付けられることによって、前記メタマテリアルが前記遮断領域を前記区画領域に形成するような位置に配置されるように、前記所定機能部に予め組み込まれる、請求項８に記載の電気装置。
11. 前記特定領域は、前記部品の一部がスリット（２９００Ｍ，２９００Ｎ，２９００Ｒ〜２９００Ｖ）および接地部（２４００Ｕ）の少なくともいずれかによって区画された領域である、請求項４に記載の電気装置。
12. 前記スリットによる前記部品の開口部が絶縁部品で塞がれる、請求項１１に記載の電気装置。
13. 前記絶縁部品に、前記接地部が設けられる、請求項１２に記載の電気装置。
14. 前記接地部の位置によって、前記特定領域の共振周波数が調整可能である、請求項１１に記載の電気装置。
15. 前記スリットは、コの字形であり、
    前記特定領域は、コの字の内側の領域である、請求項１１に記載の電気装置。
16. 前記特定領域の長辺は、所定の共振波長の１／４の長さである、請求項４から請求項１５のいずれかに記載の電気装置。