CN116918181A - 频率选择反射板和反射结构体 - Google Patents
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Abstract
一种频率选择反射板,其将特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射,其中,所述频率选择反射板具有:反射部件,其反射所述电磁波;以及使所述电磁波透过的电介质层,其相对于所述反射部件配置于所述电磁波的入射侧,具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布,所述电介质层的所述单位结构具有厚度不同的多个单元区域,所述电介质层至少具有第1单位结构作为所述单位结构,该第1单位结构具有厚度不同的3个以上的所述单元区域,通过利用所述电介质层的厚度分布控制所述电磁波的相对反射相位分布,由此对所述电磁波的反射方向进行控制。
Description
技术领域
本公开涉及将特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射的频率选择反射板、以及具有频率选择反射板和用于保护该频率选择反射板的保护部件的反射结构体。
背景技术
在移动通信系统中,为了改善传播环境及传播区域,正在探讨反射阵列的技术。反射阵列的技术例如记载于专利文献1及专利文献2、以及非专利文献1及非专利文献2。特别是,在第5代通信系统中使用的那样的高频的电波的直进性较强,因此覆盖盲区的消除是重要的课题。第5代通信系统也被称为5G通信系统。覆盖盲区是指电波无法到达的区域。
所期望的是,对于从规定的方向的基站入射的特定频率的电磁波,反射阵列能够将电磁波向期望的方向反射。在这样的反射阵列中例如排列有多个反射元件。通过改变反射元件的尺寸或形状,由此改变每个反射元件的共振频率,从而对电磁波的反射相位进行控制。开发有这样的技术:通过控制电磁波的反射相位,由此控制电磁波的入射方向和反射方向。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特许第5371633号公报
专利文献2:日本特许第5162677号公报
专利文献3:国际公开第2016/002832号
非专利文献
非专利文献1:松野宏己等、“可见光透射超颖表面反射板的开发”、电子信息通信学会技术研究报告(IEICE Technical Report)、2020、Vol.120、No.9、pp.13-17
非专利文献2:芳野真弓等、“基于超颖表面反射板的、L字型走廊视野外环境的接收电力的改善”、信学技报(IEICE Technical Report)、A·P 2020-5(2020-04)
发明内容
发明所要解决的课题
在上述反射阵列中,已知反射元件的图案例如是通过使用光刻技术对金属层进行蚀刻而形成的。
在此,在移动通信系统中,关于基站的位置、覆盖盲区的位置、以及反射阵列的设置位置之间的关系,设想了各种各样的状况。因此,需要根据状况使用这样的反射阵列:其具有成为目标入射角及目标反射角的反射特性。
然而,如果要根据各种状况来定制反射特性,则反射阵列的制造成本会增大。这是因为需要定制用于金属层的光刻加工的光掩模。因此,根据状况定制反射阵列的反射特性是不现实的。实际上,不得不使用具有不适合于该状况的反射特性的反射阵列。
另外,在上述反射阵列中,例如,通过缩窄反射元件的间距,能够增大反射角。但是,在反射元件的平面排列中,反射元件的间距的狭小化存在极限,因此难以增大反射角。进而,为了根据状况得到具有成为目标反射角的反射特性的反射阵列,需要在反射阵列面内精细地控制反射相位。但是,金属层的光刻加工在加工精度上存在极限,因此,在波长短且要求加工精度的高频下,难以精细地控制反射相位。
本公开是鉴于上述实际情况而完成的,其第1目的在于提供容易定制反射特性的频率选择反射板。
然而,需要保护反射阵列免受外部环境破坏。但是,若在反射阵列上配置保护部件,则存在电磁波因保护部件而衰减的问题。
在此,不是反射阵列,而是天线的技术,但已知这样的技术:在具备用于保护天线主体的天线罩的天线装置中,对天线罩引起的电磁波的衰减进行抑制,从而对天线的指向性的紊乱进行抑制。例如,已知天线罩的厚度为电磁波的有效波长的1/2或其整数倍、或者为电磁波的有效波长的1/4或其整数倍。例如,已知天线与天线罩之间的距离为电磁波的有效波长的1/2或其整数倍。这些技术例如记载于专利文献3。
可以想到:即使在反射阵列上配置保护部件的情况下,通过将保护部件的厚度、以及反射阵列与保护部件间的距离设为上述那样的特定的值,也能够抑制由保护部件引起的电磁波的衰减。但是,在反射阵列和保护部件的设计中会产生制约。
另外,在反射阵列中,在电磁波的入射角和反射角不同的情况下,在入射波和反射波中,保护部件的入射侧表面与反射阵列表面之间的路径长度不同。因此,在反射阵列上配置保护部件的情况下,即使将保护部件的厚度、以及反射阵列与保护部件间的距离如上述那样设定为特定的值,也无法充分抑制由保护部件引起的电磁波的衰减。
本公开是鉴于上述实际情况而完成的,其第2目的在于提供一种反射结构体,该反射结构体具有将特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射的频率选择反射板、和用于保护该频率选择反射板的保护部件,其中,该反射结构体能够在不对设计造成制约的情况下抑制由保护部件引起的电磁波的衰减。
用于解决课题的手段
本公开的第一目的在于提供一种容易定制反射特性的频率选择反射板。第一目的通过下述的本公开实施方式实现:
本公开的一个实施方式提供一种频率选择反射板,其将24GHz以上的特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射,其中,所述频率选择反射板具有:反射部件,其反射所述电磁波;和使所述电磁波透过的电介质层,其相对于所述反射部件配置于所述电磁波的入射侧,并且具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布,所述电介质层的所述单位结构具有厚度不同的多个单元区域,关于所述电介质层的各单位结构,在将所述单位结构在所述规定的方向上的长度作为横轴,将所述电磁波透过所述电介质层被所述反射部件反射而再次透过所述电介质层并向所述电磁波的入射侧放出时的相对反射相位作为纵轴,并且所述电磁波的相对反射相位的值超过-360度且为0度以下的曲线图中,描绘与各单元区域在所述规定的方向上的中心位置和各单元区域中的所述电磁波的相对反射相位对应的点,并引出通过与具有最小厚度的最小厚度单元区域对应的点的直线,此时,各点处于同一直线上,所述电介质层至少具有第1单位结构作为所述单位结构,所述第1单位结构具有厚度不同的3个以上的所述单元区域,通过利用所述电介质层的厚度分布来控制所述电磁波的相对反射相位分布,由此控制所述电磁波的反射方向。
本公开的另一实施方式提供一种频率选择反射板,其将24GHz以上的特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射,其中,所述频率选择反射板具有:反射部件,其反射所述电磁波;和使所述电磁波透过的电介质层,其相对于所述反射部件配置于所述电磁波的入射侧,并且具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布,所述电介质层的所述单位结构具有厚度不同的多个单元区域,关于所述电介质层的各单位结构,在将具有最小厚度的最小厚度单元区域在所述规定的方向上的中心位置作为0、将具有最大厚度的最大厚度单元区域在所述规定的方向上的中心位置作为1时的相对位置为横轴,将所述最小厚度单元区域的厚度作为0、将所述最大厚度单元区域的厚度作为1时的各单元区域的厚度与所述最大厚度单元区域的厚度之比为纵轴的曲线图中,描绘与各单元区域在所述规定的方向上的中心位置和各单元区域的厚度相对于所述最大厚度单元区域的厚度之比对应的点,并求出下述式(1):
y=ax (1)
的回归直线,此时,所述回归直线的斜率a为0.7以上且1.2以下,所述回归直线的决定系数为0.9以上,所述电介质层至少具有第1单位结构作为所述单位结构,所述第1单位结构具有厚度不同的3个以上的所述单元区域。
本公开的另一实施方式提供一种频率选择反射板,其将24GHz以上的特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射,其中,所述频率选择反射板具有:反射部件,其反射所述电磁波;和使所述电磁波透过的电介质层,其相对于所述反射部件配置于所述电磁波的入射侧,并且具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布,所述电介质层的所述单位结构具有厚度不同的多个单元区域,在所述电介质层的各单位结构中,最小厚度与最大厚度之差为0.2mm以上且15mm以下,所述电介质层至少具有第1单位结构作为所述单位结构,所述第1单位结构具有厚度不同的3个以上的所述单元区域。
本公开的另一实施方式提供一种用于上述频率选择反射板的电介质层。
本公开的第二目的在于提供一种反射结构体,该反射结构体具有:将特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射的频率选择反射板;和用于保护该频率选择反射板的保护部件,其中,该反射结构体能够在不对设计造成制约的情况下抑制由保护部件引起的电磁波的衰减。第二目的通过下述的本公开的实施方式实现:
本公开的另一实施方式提供一种反射结构体,所述反射结构体具有:频率选择反射板,其将特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射;和保护部件,其配置于所述频率选择反射板的上方,其中,所述保护部件的厚度小于在所述保护部件内传播的所述电磁波的有效波长的1/4。
发明的效果
本公开的频率选择反射板起到了容易定制反射特性的效果。另外,本公开的频率选择反射板起到了能够扩大反射特性的控制中的加工精度的余量的效果。
本公开的反射结构体起到了能够在不对设计造成制约的情况下抑制由保护部件引起的电磁波的衰减的效果。
附图说明
图1是例示本公开的频率选择反射板的概略俯视图和剖视图、以及用于说明本公开的频率选择反射板的电介质层的单位结构的各单元区域中的电磁波的相对反射相位的示意图。
图2是例示本公开的频率选择反射板的反射特性的示意图。
图3是例示本公开的频率选择反射板的电介质层的单位结构的概略立体图及俯视图。
图4是例示本公开的频率选择反射板的电介质层的单位结构的概略俯视图。
图5是例示本公开的频率选择反射板的概略剖视图。
图6是例示本公开的频率选择反射板的概略剖视图、和用于说明本公开的频率选择反射板的电介质层的单位结构的各单元区域中的电磁波的相对反射相位的示意图。
图7是例示本公开的频率选择反射板的反射特性的示意图。
图8是例示本公开的频率选择反射板的电介质层的单位结构的概略俯视图。
图9是例示本公开的频率选择反射板的概略剖视图、和用于说明本公开的频率选择反射板的电介质层的单位结构的各单元区域中的电磁波的相对反射相位的示意图。
图10是例示本公开的频率选择反射板的电介质层的单位结构的构成的示意图。
图11是例示本公开的频率选择反射板的概略剖视图。
图12是例示本公开的频率选择反射板中的反射部件的概略俯视图、和例示本公开的频率选择反射板的概略剖视图。
图13是例示本公开的频率选择反射板中的反射部件的概略俯视图、和例示本公开的频率选择反射板的概略剖视图。
图14是例示本公开的频率选择反射板的概略剖视图。
图15是例示本公开的频率选择反射板的概略俯视图和剖视图、以及例示本公开的频率选择反射板的电介质层的单位结构的各单元区域的相对位置和厚度之比的关系的曲线图。
图16是例示本公开的频率选择反射板的电介质层的单位结构的各单元区域的相对位置和厚度之比的关系的曲线图。
图17是例示本公开的反射结构体的概略剖视图、和例示本公开的反射结构体中的频率选择反射板的概略俯视图。
图18是例示本公开的反射结构体的概略剖视图、和例示本公开的反射结构体中的频率选择反射板的概略俯视图。
图19是例示本公开的反射结构体的概略俯视图和剖视图。
图20是示出实施例1的模拟模型的概略立体图、和示出模拟结果的曲线图。
图21是示出实施例2的模拟模型的概略立体图、和示出模拟结果的曲线图。
图22是例示传输线路等效电路的示意图。
图23是示出实施例5的模拟模型的概略立体图、和示出模拟结果的曲线图。
图24是例示实施例6的频率选择反射板中的电介质层的单位结构的各单元区域的相对位置和厚度之比的关系的曲线图。
具体实施方式
下面,参照附图等说明本公开的实施方式。但是,本公开能够以多种不同的方式来实施,并不限定于在下面例示的实施方式的记载内容来解释。另外,为了使说明更明确,与实际的方式相比,附图有时示意性地表示各部分的宽度、厚度、形状等,但这只不过是一例,并不对本公开的解释进行限定。另外,在本说明书和各图中,关于已经出现的图,对与上述要素相同的要素标注相同的标号,有时适当省略详细的说明。
在本说明书中,在表述在某个部件上配置其他部件的形态时,在简单表述为“(在…)上”或者“(在…)下”的情况下,只要没有特别说明,则包含如下两种情况:以与某个部件相接的方式在正上方或者正下方配置其他部件;以及,在某个部件的上方或者下方进一步隔着另一部件配置其他部件。在表述在某个部件的上方配置其他部件的形态时,在简单表述为“(在…)上方”或者“(在…)下方”的情况下,只要没有特别说明,则包含如下情况中的任意一种:以与某部件相接的方式在正上方或者正下方配置其他部件;在某部件的上方或者下方进一步隔着另一部件配置其他部件;以及在某部件的上方或者下方隔着空间配置其他部件。另外,在本说明书中,在表述在某部件的面上配置其他部件的形态时,在简单表述为“(在…)面上”的情况下,只要没有特别说明,则包含如下两种情况:以与某个部件相接的方式在正上方或者正下方配置其他部件;以及在某部件的上方或者下方进一步隔着另一部件配置其他部件。
以下,对本公开的频率选择反射板、用于该频率选择反射板的电介质层以及反射结构体进行详细说明。
A.频率选择反射板
本公开的频率选择反射板具有3个实施方式。以下,分开为各实施方式进行说明。
I.频率选择反射板的第1实施方式
本实施方式的频率选择反射板是将24GHz以上的特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射的频率选择反射板,其中,
所述频率选择反射板具有:
反射部件,其反射所述电磁波;和
使所述电磁波透过的电介质层,其相对于所述反射部件配置于所述电磁波的入射侧,并且具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布,
所述电介质层的所述单位结构具有厚度不同的多个单元区域,
在所述电介质层的各单位结构中,将所述单位结构在所述规定的方向上的长度作为横轴,将所述电磁波透过所述电介质层并被所述反射部件反射而再次透过所述电介质层并向所述电磁波的入射侧放出时的相对反射相位作为纵轴,并且所述电磁波的相对反射相位的值超过-360度且在0度以下,在这样的曲线图中,描绘与各单元区域在所述规定的方向上的中心位置和各单元区域中的所述电磁波的相对反射相位对应的点,并引出通过与具有最小厚度的最小厚度单元区域对应的点的直线,此时,各点处于同一直线上,
所述电介质层至少具有第1单位结构作为所述单位结构,所述第1单位结构具有厚度不同的3个以上的所述单元区域,
通过利用所述电介质层的厚度分布来控制所述电磁波的相对反射相位分布,由此控制所述电磁波的反射方向。
参照附图对本实施方式的频率选择反射板进行说明。图1的(a)、(b)是示出本实施方式的频率选择反射板的一例的概略俯视图及剖视图,图1的(b)是图1的(a)的A-A线剖视图。如图1的(a)、(b)所示,频率选择反射板1具有:反射部件2,其反射特定的电磁波;和使特定的电磁波透过的电介质层5,其相对于反射部件2配置于电磁波的入射侧,具有配置有多个单位结构10的凹凸结构,所述单位结构10具有在规定的方向D1上厚度t1~t6增加的厚度分布。另外,频率选择反射板1可以在反射部件2和电介质层5之间具有粘接层6。电介质层5的单位结构10具有厚度t1~t6不同的多个单元区域11a~11f。例如在图1的(b)中,电介质层5的单位结构10具有在规定的方向D1上厚度t1~t6阶段性地增加的阶梯形状,阶梯形状的级数为6级,电介质层5的单位结构10具有6个单元区域11a~11f。在电介质层5的单位结构10的各单元区域11a~11f中,由于厚度t1~t6不同,因此,电磁波透过电介质层5被反射部件2反射、并再次透过电介质层5向电磁波的入射侧放出时的往复的光路长度不同,这些电介质层中的往复光路长度之差、即光路差会产生相对反射相位之差。
在此,在本说明书中,使用了“光路长度”这一术语,这是因为,在本公开中,作为对象的频带的波长与以往的LTE以前的频带相比更接近光,且直进性也变高,因此,说成类似于光的举动更容易进行说明,实际上意味着电磁波在电介质层中通过时的有效距离。
而且,在电介质层5的单位结构10中,在将单位结构10在规定的方向D1上的长度L作为横轴,将电磁波透过电介质层5被反射部件2反射并再次透过电介质层5而向电磁波的入射侧放出时的相对反射相位作为纵轴,并且电磁波的相对反射相位的值超过-360度且为0度以下的曲线图中,描绘与各单元区域在规定的方向D1上的中心位置和各单元区域中的电磁波的相对反射相位对应的点,在引出通过与具有最小厚度的最小厚度单元区域对应的点的直线时,各点处于同一直线上。
图1的(c)是以电介质层5的单位结构10在规定的方向D1上的长度L为横轴、以电磁波透过电介质层5被反射部件2反射并再次透过电介质层5而向电磁波的入射侧放出时的相对反射相位为纵轴、电磁波的相对反射相位的值超过-360度且在0度以下的曲线图,并且是图1的(a)、(b)所示的频率选择反射板中的电介质层的单位结构的各单元区域中的电磁波的相对反射相位的例子。如图1的(c)所示,电介质层5的单位结构10的各单元区域11a~11f中的电磁波的相对反射相位分别为0度、-60度、-120度、-180度、-240度、-300度,相邻的单元区域中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值为60度。在该情况下,电介质层5的单位结构10的6个单元区域11a~11f的厚度t1~t6被设计成:相邻的单元区域中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值成为360度除以6的值、即60度。而且,如图1的(c)所示,描绘与电介质层5的单位结构10的各单元区域11a~11f在规定的方向D1上的中心位置、和各单元区域11a~11f中的电磁波的相对反射相位对应的点,在引出通过与各单元区域11a~11f中的具有最小厚度t1的最小厚度单元区域11a对应的点的直线时,各点处于同一直线上。即,各点处于图1的(c)所示的曲线图中的实线上。
在此,在本说明书中,“反射相位”是指相对于入射到某个表面的入射波的相位来说的、反射波的相位的变化量。在具有本公开的反射部件和电介质层的频率选择反射板中,是指相对于入射波的相位来说的、入射波透过电介质层被反射部件反射并再次透过电介质层而放出时的反射波的相位的变化量。
另外,在本说明书中,“相对反射相位”是指:在电介质层的一个单位结构中,以反射相位的延迟最少的单元区域中的反射相位为基准,以负号表示某个单元区域中的反射相位相对于该基准的反射相位的延迟。例如,在电介质层的一个单位结构中,在反射相位的延迟最少的单元区域中的反射相位为-10度的情况下,反射相位为-40度的单元区域中的相对反射相位成为-30度。
此外,如后所述,在反射部件具有反射相位控制功能的情况下,单元区域中的电磁波的相对反射相位是也合成了反射部件处的反射相位而成的值。
另外,在本说明书中,“单元区域”是指在电介质层的单位结构中、电磁波的相对反射相位相同的区域。
另外,只要没有特别说明,则反射相位处于超过-360度且小于+360度的范围内,-360度和+360度返回0度。另外,只要没有特别说明,则相对反射相位处于超过-360度且在0度以下的范围内,-360度返回0度。
在以往那样的排列有多个反射元件的反射阵列中,例如,通过调整反射元件的尺寸、形状,也能够使反射相位延迟,也能够使反射相位提前。在本公开的频率选择反射板中,通过调整电介质层的单位结构的各单元区域的厚度,由此,反射相位基本上延迟。因此,关于相对反射相位,以反射相位的延迟最少的单元区域中的反射相位为基准。
另外,通常,在电介质层的一个单位结构中,反射相位的延迟最少的单元区域成为在厚度增加的规定的方向上具有最小厚度的最小厚度单元区域。因此,在上述曲线图中,引出通过与具有最小厚度的最小厚度单元区域对应的点的直线。
如上所述,在电介质层5的单位结构10的各单元区域11a~11f中,厚度t1~t6发生变化,由此电介质层5中的往复光路长度发生变化,电磁波的相对反射相位发生变化。因此,如图2所例示的那样,能够使电磁波的入射波W1向与正反射方向即镜面反射方向不同的方向反射。在该情况下,电磁波的入射波W1的入射角θ1与电磁波的反射波W2的反射角θ2不同。
因此,本实施方式的频率选择反射板通过使电介质层的单位结构的各单元区域的厚度变化,由此能够针对每个单元区域使电介质层中的往复光路长度变化,从而控制电磁波的反射相位。由此,能够将电磁波的相对于规定的入射方向的反射方向控制为任意的方向。
另外,本实施方式中的电介质层的凹凸结构例如可以通过切削、激光加工、使用了模具的赋型、3D打印机、小片零件的接合等各种方法来形成。因此,不需要以往的反射阵列中的金属层的光刻加工所需的光掩模。因此,在根据状况以具有成为目标入射角及反射角的反射特性的方式来设计电介质层的单位结构的各单元区域的厚度、从而形成电介质层的情况下,能够比较廉价且短期地形成期望的电介质层,从而能够容易地应对少量多品种的需求。另外,关于对反射特性的控制产生影响的电介质层的厚度、电介质层的单位结构的尺寸,能够加工的范围比较宽泛。因此,例如能够增大电磁波的入射角及反射角,能够扩大反射特性的控制区域。进而,关于电介质层的厚度、电介质层的单位结构的单元区域的间距,用于实现期望的反射相位的尺寸加工精度的余量比较宽。因此,容易得到期望的反射特性,也能够减轻尺寸偏差的影响。因此,容易定制频率选择反射板的反射特性。
另外,在本实施方式的频率选择反射板中,反射部件可以是仅反射特定的电磁波的频率选择板。例如如图1的(a)、(b)所示,反射部件2是排列有多个环状的反射元件3的部件,具有电介质基板4、和配置于电介质基板4的电介质层5侧的面上的多个反射元件3。
并且,在本实施方式的频率选择反射板中,反射部件是仅反射特定的电磁波的频率选择板,并且能够设为具有对电磁波的反射相位进行控制的反射相位控制功能的部件。这样的反射部件通过使反射元件的尺寸、形状变化,能够针对每个反射元件使共振频率变化,从而对作为对象的电磁波的反射相位进行控制。在该情况下,不仅能够通过电介质层的厚度、还能够通过反射元件的尺寸或形状来控制电磁波的反射相位,能够提高与反射特性的控制相关的设计自由度。
因此,在本实施方式的频率选择反射板中,在使用上述那样的反射部件的情况下,通过与上述电介质层组合,能够扩大反射特性的控制的自由度。因此,能够更容易地定制频率选择反射板的反射特性。例如,存在这样的应用:通过反射部件预先准备多种上下方向的反射特性,并与对水平方向的反射特性进行调整的电介质层进行组合。
另外,在具有本公开的反射部件和电介质层的频率选择反射板中、将反射部件设为具有仅反射特定电磁波的反射元件的频率选择板的情况下,本公开的发明人进行了特定频带的电磁波的反射特性的模拟。通过该模拟发现:与因电介质层接近反射部件即频率选择板而引起的反射元件中的反射相位的偏移相比,使电介质层的单位结构的单元区域的厚度变化从而针对每个单元区域使电介质层中的往复光路长度变化时的反射相位的偏移更大。即,发现:对于实质的反射特性的设计,能够通过电介质层的凹凸结构的设计来大致决定。此时,反射元件的共振频率根据所接近的电介质层的有无而变动,但如果在存在电介质层的前提下进行设计,则实用上的问题被消除。进而发现:关于实现频率选择反射板中的反射相位的面内分布设计的、电介质层的凹凸结构的面内配置,不需要相对于反射部件的反射元件的面内配置为固定的位置关系,即使将电介质层的凹凸结构相对于反射元件的面内配置错开配置,也不会对反射特性造成大的影响。
因此,在本实施方式的频率选择反射板中,在将上述电介质层与上述那样的反射部件组合的情况下,能够分别独立地设计电介质层和反射部件并将他们组合。在该情况下,可以每次制作实现与使用环境对应的反射特性的电介质层,也可以事先准备多个规格。因此,能够更简便地定制对应于使用环境而变化的频率选择反射板的反射方向设计,从而容易应用于多种状况。此外,如上所述,在通过反射部件和电介质层各自的反射相位分布的组合来调整频率选择反射板整体的反射特性的情况下,根据要求规格来要求反射部件和电介质层的配置偏移的精度。另一方面,在仅通过电介质层的反射相位分布来调整频率选择反射板的反射特性的情况下,不太要求反射部件和电介质层的配置便宜的精度。
以下,对本实施方式的频率选择反射板的各结构进行说明。
1.电介质层
本实施方式中的电介质层是这样的部件:其相对于反射部件配置于电磁波的入射侧,具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布,所述电介质层使特定频带的电磁波透过。另外,电介质层的单位结构具有厚度不同的多个单元区域,在电介质层的各单位结构中,在将单位结构在规定的方向上的长度作为横轴、将电磁波透过电介质层被反射部件反射并再次透过电介质层而向电磁波的入射侧放出时的相对反射相位作为纵轴、并且电磁波的相对反射相位的值超过-360度且在0度以下的曲线图中,描绘与各单元区域在规定的方向上的中心位置和各单元区域中的电磁波的相对反射相位对应的点,在引出通过与具有最小厚度的最小厚度单元区域对应的点的直线时,各点处于同一直线上。另外,作为单位结构,电介质层至少具有第1单位结构,该第1单位结构具有厚度不同的3个以上的单元区域。
(1)电介质层的结构
电介质层具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布。
电介质层的单位结构具有厚度不同的多个单元区域,在电介质层的各单位结构中,在将单位结构在上述规定的方向上的长度作为横轴、将电磁波透过电介质层被反射部件反射并再次透过电介质层而向电磁波的入射侧放出时的相对反射相位作为纵轴、并且电磁波的相对反射相位的值超过-360度且在0度以下的曲线图中,描绘与各单元区域在上述规定的方向上的中心位置和各单元区域中的电磁波的相对反射相位对应的点,在引出通过与具有最小厚度的最小厚度单元区域对应的点的直线时,各点处于同一直线上。
另外,各点处于同一直线上是指各点相对于该直线在纵轴方向上的差为±72度以内。各点相对于上述直线在纵轴方向上的差优选为±54度以内,更优选为±36度以内,进一步优选为±18度以内。此外,在各点相对于上述直线在纵轴方向上包含偏移的情况、且难以引出通过各点的直线的情况下,可以考虑“将与具有最小厚度的最小厚度单元区域对应的点、和与相邻于该单位结构的单位结构中的具有最小厚度的最小厚度单元区域对应的点连结而成的直线”。与具有最小厚度的最小厚度单元区域对应的点是指相对反射相位为0度的点。与相邻于该单位结构的单位结构中的具有最小厚度的最小厚度单元区域对应的点是指被视为相对反射相位为-360度的点。
电介质层的单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布。电介质层的单位结构例如也可以具有仅在一个方向上厚度增加的厚度分布。或者,电介质层的单位结构也可以具有在第一方向和与第一方向垂直的第二方向这两个方向上厚度增加的厚度分布。例如,图3的(a)是电介质层的单位结构10具有仅在第一方向D1上厚度增加的厚度分布的例子,图3的(c)、(e)、图4的(a)是电介质层的单位结构10具有在第一方向D1和第二方向D2上厚度增加的厚度分布的例子。
在电介质层的单位结构具有仅在一个方向上厚度增加的厚度分布的情况下,在将上述点描绘在以该一个方向上的单位结构的长度为横轴的上述曲线图上时,各点处于同一直线上。另外,在电介质层的单位结构具有在相互垂直的两个方向上厚度增加的厚度分布的情况下,在将上述点分别描绘在以该两个方向上的单位结构的长度为横轴的上述曲线图上时,在各曲线图中,各点处于同一直线上。
在电介质层的一个单位结构中,相邻的单元区域中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值小于180度,优选为120度以下,更优选为60度以下。相邻的单元区域中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值越小,越能够使反射波的波面平滑。另外,相邻的单元区域中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值超过0度。
另外,在相邻的单位结构中,在一方的单位结构中的具有最大厚度的最大厚度单元区域与另一方的单位结构中的具有最小厚度的最小厚度单元区域相邻的情况下,在以一方的单位结构中的反射相位的延迟最少的单元区域中的反射相位为基准,将另一方的单位结构中的具有最小厚度的最小厚度单元区域中的电磁波的相对反射相位以偏移一个周期量的超过-720度且在-360度以下的范围表示时,一方的单位结构中的具有最大厚度的最大厚度单元区域中的电磁波的相对反射相位与另一方的单位结构中的具有最小厚度的最小厚度单元区域中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值小于180度,优选为120度以下,更优选为60度以下。这些相邻的单元区域中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值越小,越能够使反射波的波面平滑。另外,这些相邻的单元区域中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值超过0度。例如,在图1的(c)中,在相邻的单位结构10a、10b中,一个单位结构10a的具有最大厚度t6的最大厚度单元区域11f中的电磁波的相对反射相位为-300度,另一个单位结构10b的具有最小厚度t1的最小厚度单元区域11a中的电磁波的相对反射相位为-360度。因此,一个单位结构10a的具有最大厚度t6的最大厚度单元区域11f中的电磁波的相对反射相位与另一个单位结构10b的具有最小厚度t1的最小厚度单元区域11a中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值为60度。
另外,在电介质层的一个单位结构中,优选的是,相邻的单元区域中的电磁波的相对反射相位之差相等。例如,如图1的(b)所示,在电介质层5的单位结构10具有6个单元区域的情况下,优选的是,相邻的单元区域11a、11b中的电磁波的相对反射相位之差、相邻的单元区域11b、11c中的电磁波的相对反射相位之差、相邻的单元区域11c、11d中的电磁波的相对反射相位之差、相邻的单元区域11d、11e中的电磁波的相对反射相位之差、以及相邻的单元区域11e、11f中的电磁波的相对反射相位之差分别相等。例如,在图1的(c)中,相邻的单元区域中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值均为60度而相等。
另外,在相邻的单位结构中,在一方的单位结构中的具有最大厚度的最大厚度单元区域与另一方的单位结构中的具有最小厚度的最小厚度单元区域相邻的情况下,在以一方的单位结构中的反射相位的延迟最少的单元区域中的反射相位为基准,将另一方的单位结构中的具有最小厚度的最小厚度单元区域中的电磁波的相对反射相位以偏移一个周期的量的超过-720度且在-360度以下的范围表示时,优选的是,不仅包含一方的单位结构中的全部的单元区域,还包含另一方的单位结构中的具有最小厚度的最小厚度单元区域在内,相邻的单元区域中的电磁波的相对反射相位之差相等。例如,在图1的(c)中,在相邻的单位结构10a、10b中,一方的单位结构10a的各单元区域11a~11f中的电磁波的相对反射相位分别为0度、-60度、-120度、-180度、-240度、-300度,另一方的单位结构10b的具有最小厚度t1的最小厚度单元区域11a中的电磁波的相对反射相位为-360度。因此,包含一方的单位结构10a中的全部的单元区域11a~11f、以及另一方的单位结构10b中的具有最小厚度t1的最小厚度单元区域11a在内,相邻的单元区域中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值均为60度而相等。
另外,在电介质层的一个单位结构中,具有最小厚度的最小厚度单元区域中的电磁波的相对反射相位与具有最大厚度的最大厚度单元区域中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值小于360度。另外,在电介质层的一个单位结构中,具有最小厚度的最小厚度单元区域中的电磁波的相对反射相位与具有最大厚度的最大厚度单元区域中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值需要大于180度,更优选为300度以上且小于360度。例如,如图1的(b)所示,在电介质层5的单位结构10具有6个单元区域的情况下,在一个单位结构10中,具有最小厚度t1的最小厚度单元区域11a中的电磁波的相对反射相位与具有最大厚度t6的最大厚度单元区域11f中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值优选小于360度。例如,在图1的(c)中,在电介质层5的一个单位结构10中,具有最小厚度t1的最小厚度单元区域11a中的电磁波的相对反射相位为0度,具有最大厚度t6的最大厚度单元区域11f中的电磁波的相对反射相位为-300度,具有最小厚度t1的最小厚度单元区域11a中的电磁波的相对反射相位与具有最大厚度t6的最大厚度单元区域11f中的电磁波的相对反射相位之差的绝对值为300度。
关于电介质层的单位结构的尺寸,具体而言,关于单位结构在厚度增加的规定的方向上的长度,根据目标反射特性而适当设定。根据单位结构在厚度增加的规定的方向上的长度,1个波长的量即相位偏移360度,因此能够调整反射角。例如,通过缩短单位结构在厚度增加的规定的方向上的长度,能够增大反射角相对于正反射角的差。另一方面,通过增加单位结构在厚度增加的规定的方向上的长度,能够减小反射角相对于正反射角的差。
另外,作为电介质层的单位结构的截面形状,例如可以是在规定的方向上厚度阶段性地增加的阶梯形状,或者也可以是在规定的方向上厚度逐渐增加的锥形形状。例如,图1的(b)是电介质层5的单位结构10具有阶梯形状的例子,图5是电介质层5的单位结构10具有锥形形状的例子。
另外,电介质层的单位结构具有厚度不同的多个单元区域,但在电介质层的单位结构的截面形状具有锥形形状的情况下,能够视为使单位结构中的单元区域的数量无限地增多。在该情况下,单位结构所具有的厚度分布也以各单元区域中的电磁波的相对反射相位成为上述的设定的方式来设定。
另外,由于在电介质层配置有多个具有厚度分布的单位结构,因此单位结构的俯视时的图案形状只要是能够无间隙地排列的形状即可,例如能够列举出矩形状、正六边形状等。例如,图3的(a)~(f)、图4的(a)是电介质层的单位结构10的俯视时的图案形状为矩形的例子。
在电介质层的单位结构中,以如下方式来设计相邻的单元区域中的往复光路长度之差:各单元区域中的电磁波的相对反射相位成为上述的设定。以如下方式来设定各单元区域的厚度:相邻的单元区域的厚度之差成为上述的相邻的单元区域中的往复光路长度之差。对于各单元区域的厚度,根据电磁波的波长、电介质层的材料的介电常数以及目标反射特性来适当设定。例如,在将通过电介质的电磁波的有效波长设为λg、将基底的厚度设为α的情况下,各单元区域的厚度优选为α+0λg以上且α+2λg以下的程度。关于基底的厚度α,在电介质层的一个单位结构中能够与具有最小厚度的最小厚度单元区域的最小厚度相同。关于基底的厚度α,考虑整体的强度、形成的容易性等而适当设定,但若考虑对电磁波的影响,则通常优选为0.1λg以下左右。具体而言,在电磁波在空气中的波长λ0为10mm、电介质层的相对介电常数为2.57的情况下,各单元区域的厚度优选为0mm以上且8.6mm以下。此外,单元区域的厚度为0mm的情况是指在位于反射部件上的该单元区域未形成电介质层的方式。
另外,在电介质层的单位结构中,最小厚度与最大厚度之差例如优选为0.2mm以上且15mm以下,更优选为2.1mm以上且10.4mm以下。
在此,若将与特定的电磁波的频率f对应的自由空间中的波长设为λ0、将电介质层的相对介电常数设为ε,则在电介质层内传播的电磁波的有效波长λg由λg=λ0/√ε表示。因此,如上所述,在各单元区域的厚度例如为α+0λg以上且α+2λg以下的程度的情况下,若电介质层的介电常数较低,则各单元区域的厚度变厚,若电介质层的介电常数较高,则各单元区域的厚度变薄。因此,存在如下倾向:若电介质层的介电常数较低,则最小厚度与最大厚度之差变大,若电介质层的介电常数较高,则最小厚度与最大厚度之差变小。
若最小厚度与最大厚度之差过大,则频率选择反射板整体的厚度变厚,因此存在对设置产生制约的可能性,操作性有可能变差。另外,制造成本也有可能增大。另一方面,为了减小最小厚度与最大厚度之差,如上所述,需要提高电介质层的介电常数。但是,电介质层的介电常数越高,则越存在介电损耗大的倾向,另外,电介质界面处的反射越大。其结果是,朝向设计方向的反射减少。因此,若最小厚度与最大厚度之差过小,则包含介电损耗和界面反射在内的损耗有可能变大。
需要说明的是,电介质层的单位结构中的最小厚度和最大厚度是指电介质层的一个单位结构整体的最小厚度和最大厚度。例如,如图1的(b)所示,在电介质层5的单位结构10具有6个单元区域11a~11f的情况下,最小厚度为t1,最大厚度为t6。另外,例如如图5所示,在电介质层5的单位结构10具有锥形形状的情况下,最小厚度为ta,最大厚度为tb。
电介质层的单位结构中的最小厚度与最大厚度之差例如是使用厚度分辨率为1μm左右的厚度测量方法测量出的值。另外,对于最小厚度和最大厚度之差,例如也可以使用利用光学显微镜观察电介质层的单位结构在厚度方向上的截面并进行测长而得到的值。
在电介质层的单位结构中,适当设定单元区域的间距、宽度。
另外,在反射部件是排列有多个反射元件的部件的情况下,电介质层的单位结构的单元区域的间距可以与反射部件的反射元件的间距相同,也可以不同。在电介质层的单位结构的单元区域的间距与反射部件的反射元件的间距相同的情况下,设计变得容易。另外,例如,通过使电介质层的单位结构的单元区域的间距在保持着相邻的单元区域中的电磁波的相对反射相位之差的状态下变窄,由此能够与反射部件的反射元件的间距无关地扩大反射特性的控制域。
另外,在电介质层的一个单位结构中,优选使单元区域的间距相等。
此外,单元区域的间距是指从一个单元区域的中心到相邻的单元区域的中心的距离。
另外,在电介质层的一个单位结构中,优选的是,单元区域在厚度增加的规定的方向上的宽度相等。
在电介质层的单位结构中,作为单元区域的俯视时的图案形状,例如可以列举出条纹状、将同心正方形以与边平行且相互垂直的直线四等分时的一个形状、微阵列状、将同心圆以相互垂直的直径四等分时的一个形状即同心四分圆状、曲线阶梯状等。图3的(b)是条纹状的例子。图3的(d)是将同心正方形以与边平行且相互垂直的直线四等分时的一个形状的例子。图3的(f)、图4的(a)是微阵列状的例子。图4(b)是同心四分圆状的例子。图4(c)是曲线阶梯状的例子。图3的(b)是图3的(a)的俯视图。图3的(d)是图3的(c)的俯视图。图3的(f)是图3的(e)的俯视图。另外,在无间隙地配置这些例示的单位结构的情况下,对于排列的方向没有特别限制,例如也能够使矩形的单位结构在俯视时顺时针旋转30度的状态下排列于整个面,只要根据需要的反射特性设计选择适当的角度、适当的排列方向来配置单位结构即可。
电介质层的单位结构具有多个单元区域。在电介质层的一个单位结构中,单元区域的数量例如为3以上,也可以为6以上。电介质层的一个单位结构中的单元区域的数量越多,越能够减小相邻的单元区域中的电磁波的相对反射相位之差,越能够使反射波的波面光滑。另外,对于电介质层的一个单位结构中的单元区域的数量,上限没有特别限定。此外,在单位结构的截面形状为阶梯形状的情况下,单元区域的数量与阶梯形状的级数相当。另外,在单位结构的截面形状为锥形形状的情况下,如上所述,对于锥形形状,能够视为使单元区域的数量无限大。
电介质层至少具有第1单位结构,该第1单位结构具有厚度不同的3个以上的单元区域作为单位结构。
另外,作为单位结构,电介质层可以仅具有第1单位结构,也可以还具有与第1单位结构不同的第2单位结构。即,作为单位结构,电介质层可以仅具有相同的单位结构,也可以具有互不相同的单位结构。在电介质层配置有多个相互不同的单位结构的情况下,能够对频率选择反射板的整体的反射特性产生影响。具体而言,例示出偏振特性的调整、对波束轮廓的影响等。对波束分布的影响例如是指设为高指向性的波束、设为扩散性的波束、设为多波束等。
第1单位结构和第2单位结构可以具有互相不同的反射特性。例如,单位结构在厚度增加的方向上的长度、厚度分布、单元区域的数量、宽度、间距、单位结构的俯视时的图案形状、以及单元区域的俯视时的图案形状中的至少任一个也可以不同。
另外,在电介质层具有相互不同的单位结构来作为单位结构的情况下,单位结构的种类的数量没有特别限定。
在电介质层中,以使相对于以规定的入射角入射的入射波的、反射波的同一相位面的法线向量成为期望的反射方向的方式适当选择电介质层的厚度分布,并配置多个单位结构。例如,在将入射波作为向单一的方向反射的所谓平面波进行反射的情况下,电介质层优选仅配置有多个相同的单位结构,更优选的是,单位结构在厚度增加的方向上的长度相同,并且单元区域的俯视时的图案形状为条纹状。例如,在图1的(a)~(c)中,是这样的例子:电介质层5仅具有多个相同的单位结构,单位结构10a、10b在规定的方向D1上的长度L相同,并且单元区域11a~11f的俯视时的图案形状为条纹状。在该情况下,如图2所例示的那样,能够使以规定的入射角θ1入射的入射波W1以单一的反射角θ2反射,能够使反射波W2成为没有扩展的平面波。另外,在图1的(a)中示出了单元区域的条纹的长边方向与波长选择反射板的短边方向平行的配置,但并不限定于此,在实际的波长选择反射板中,能够对应于反射特性的设计来任意地设定单元区域的条纹的长边方向和短边方向。
另外,例如,在使电磁波扩散、即作为圆柱状的波反射的情况下,电介质层优选配置有多个相互不同的单位结构,能够列举出这样的形态:单位结构在厚度增加的方向上的长度不同,并且单元区域的俯视时的图案形状为条纹状。例如,在图6的(a)中,电介质层5具有相互不同的3种单位结构10a、单位结构10b、10c、以及单位结构10d,在这些单位结构10a、单位结构10b、10c、以及单位结构10d中,单位结构在规定的方向D1上的长度L1、L2、L3互不相同,单元区域11a~11g、12a~12f、13a~13e的数量互不相同。由此,如图6的(b)所示,单位结构10a的各单元区域11a~11g中的电磁波的相对反射相位分别为0度、-51.4度、-103度、-154度、-206度、-257度、-309度,单位结构10b、10c的各单元区域12a~12f中的电磁波的相对反射相位分别为0度、-60度、-120度、-180度、-240度、-300度,单位结构10d的各单元区域13a~13e中的电磁波的相对反射相位分别为0度、-72度、-144度、-216度、-288度,单位结构10a、单位结构10b、10c、以及单位结构10d的反射特性互不不同。另外,虽未图示,但单元区域11a~11g、12a~12f、13a~13e的俯视时的图案形状为条纹状。在该情况下,如图7所例示的那样,能够使以规定的入射角θ1入射的入射波W1根据单位结构以反射角θ2、θ2’、θ2”反射,并且具有扩展地反射,从而能够扩大反射波W2的波面。
另外,作为单位结构,在电介质层具有相互不同的单位结构的情况下,也可以使用反射特性互不相同的多种单位结构,按每个种类配置多个单位结构,将配置有多个相同种类的单位结构的区域作为平面排列。例如,在图8中,使用反射特性互不相同的两种单位结构10a、10b,从而形成这样的电介质层5:其是将配置有多个一种单位结构10a的第1区域5a、和配置有多个另一种单位结构10b的第2区域5b平面排列而成的。在这样的形态中,能够应对多个覆盖盲区。
另外,例如,在后述的反射部件是频率选择板、且具有选择性地反射相互不同的频带的电磁波的多种频率选择性表面的情况下,也可以根据这些频率选择性表面的频率选择性分别设计单位结构的反射特性,从而使电介质层形成为:作为单位结构,其具有反射特性互不相同的单位结构。在该情况下,也能够设为例如图8所示那样的配置。在这样的形态中,能够应对双带或这以上的频带数。
另外,在电介质层具有相互不同的单位结构来作为单位结构的情况下,例如也可以设定n个单位结构的各单元区域中的电磁波的相对反射相位,以利用n个单位结构偏移n个波长的量。在该情况下,相位差为n×360度。另外,n为2以上的整数。例如,图9的(a)~(c)是这样的例子:电介质层5具有互不相同的两种单位结构10a、10b,以利用两个单位结构10a、10b偏移两个波长的量的方式设定两个单位结构10a、10b的各单元区域11a~11c、12a~12b中的电磁波的相对反射相位。在该情况下,相位差为720度。此外,图9的(b)是将电磁波的相对反射相位的范围标记为超过-360度且在0度以下的曲线图,图9的(c)是将电磁波的相对反射相位的范围设为超过-720度且在0度以下、并且将相对反射相位偏移了360度的实质上相同相位的点补全的曲线图。在这些单位结构10a、10b中,单位结构在规定的方向D1上的长度L1、L2互不相同,单元区域11a~11c、12a~12b的数量互不相同。
在上述的情况下,一方的单位结构10a具有3个单元区域11a~11c,但另一方的单位结构10b具有2个单元区域12a、12b。这样,在电介质层具有相互不同的单位结构作为单位结构的情况下,只要至少一种单位结构具有厚度不同的3个以上的单元区域即可,在其他种类的单位结构中,单元区域的数量不限于三个以上,也可以是两个。
另外,在将入射波和反射波设为平面波的情况下,电介质层具有单位结构被重复配置的周期构造。另外,“周期结构”是指单位结构被周期性地反复配置的结构。在周期构造中的单位结构中,在反射特性相同的单位结构中,能够使单位结构在厚度增加的方向上的长度、厚度分布、单元区域的数量、宽度、间距、单位结构的俯视时的图案形状、单元区域的俯视时的图案形状等相同。另外,在电介质层具有周期结构的情况下,如上所述,也能够将反射特性不同的单位结构组合在一起。在该情况下,组合的单位结构的反射特性根据目标的反射特性来适当设计,具体而言,组合的单位结构中的单位结构在厚度增加的方向上的长度、厚度分布、单元区域的数量、宽度、间距、单位结构的俯视时的图案形状、单元区域的俯视时的图案形状等根据目标的反射特性来适当设定。
一般而言,在将平面波作为平面波向与正反射方向不同的方向反射的反射特性设计中,例如在分解成反射板的面内x方向和面内y方向的入射/反射特性之后,转换为x方向、y方向的反射相位分布,并将其作为单位结构的厚度分布进行组合,由此能够进行设计。例如,如图10所示,以配置有10×10(i=10、j=10)的同一尺寸的单元区域的频率选择反射板的一部分为例进行说明,其中,所述单元区域能够单独调整反射相位。此时,需要留意下述情况:单元区域的10×10的大小并非单位结构的尺寸。在将从入射角(θin、φin)的方向入射的平面波以平面波向反射角(θout、φout)的方向反射的情况下的(i,j)位置的单元区域所求出的反射相位δi,j由下式给出。
δi,j=2π{p×i×(sinθout×cosφout-sinθin×cosφin)+
p×j×(sinθout×sinφout-sinθin×sinφin)}/λ
这里,在上式中,
δi,j:相对于相位中心(0,0)位于(i,j)位置的单元区域的反射相位
λ:反射波的波长[m]
p:单元区域的大小[m]
θin:入射波的θ斜率
φin:入射波的φ斜率
θout:反射波的θ斜率
φout:反射波的φ斜率。
电介质层例如可以是单层,也可以是多层。另外,电介质层可以具有成为基底的基材部、和配置于基材部上的凹凸部。另外,电介质层例如可以是所有的单元区域一体地形成的单一部件,也可以是各个单元区域分别形成而排列有块状的单元区域的部件。
(2)电介质层的特性
关于电介质层,只要使特定频带的电磁波透过即可,也可以使其他频带的电磁波透过,也可以使其他频带的电磁波不透过。
电介质层的介电损耗角正切优选较小。通过使电介质层的介电损耗角正切较小,由此,能够减小介电损耗,从而能够降低高频损耗。具体而言,电介质层的相对于对象频率的电磁波的介电损耗角正切优选为0.01以下。另外,电介质层的介电损耗角正切越小越优选,下限值没有特别限定。
另外,电介质层的介电常数优选比较高。通过使电介质层的介电常数较高,由此能够期待可减薄电介质层的厚度的效果。具体而言,电介质层在对象频率的电磁波中的介电常数优选为2以上,更优选为2.5以上,在要增大反射角相对于正反射角的差的情况下,进一步优选为3以上。
在此,对于电介质层的介电损耗角正切和介电常数,能够通过谐振器法来测量。
(3)电介质层的材料
作为电介质层的材料,只要是能够使规定的电磁波透过的电介质即可,没有特别限定,例如能够使用树脂、玻璃、石英、陶瓷等。其中,若考虑凹凸结构的形成的容易性,则树脂是优选的。
关于树脂,只要能够使规定的电磁波透过即可,没有特别限定,但优选是上述电磁波的吸收较少、上述电磁波的透过率较高的树脂。另外,树脂优选满足上述的介电损耗角正切,更优选的是满足上述的介电常数。作为这样的树脂,例如可以列举出聚碳酸酯、丙烯酸树脂、ABS树脂、PLA树脂、烯烃系树脂、或者它们的共聚物等。其中,聚碳酸酯在尺寸稳定性上优异,高频损耗也少,是优选的。
另外,电介质层可以进一步含有填料。通过使电介质层含有填料,能够调整电介质层的介电常数和机械强度。填料的介电常数优选高于树脂的介电常数。由此,能够提高电介质层的介电常数,能够减薄必要的电介质层的厚度。作为高介电常数填料,没有特别限定,例如可以列举出玻璃、二氧化硅、钛酸钡等的无机颗粒或微细纤维等。
关于填料的材质、形状、尺寸、含量,可以根据目标的介电常数、机械强度、分散性的难易度等适当选定。关于填料的尺寸,需要比作为对象的电磁波的波长足够小,在将电磁波的有效波长设为λg的情况下,填料的球相当的直径例如优选为0.01λg以下。但是,若填料的尺寸接近纳米级,则存在难以均匀分散的倾向,因此加工工艺的负荷有可能增大。另外,电介质层中的填料的含量根据电介质和填料的材质的组合、填料的形状、填料的尺寸等而不同,可以适当调整。
另外,在通过使用了模具的赋型等形成电介质层的凹凸结构的情况下,也可以在电介质层中添加例如脱模剂、抗静电剂等。对于这些添加剂,可以适当选择使用通常的添加剂。另外,电介质层优选不含有例如炭黑、金属颗粒等赋予导电性那样的添加剂或填料。
(4)电介质层的形成方法
作为电介质层的形成方法,只要是能够形成规定的凹凸结构的方法,就没有特别限定,例如可以列举出树脂片的切削、激光加工、使用了模具的赋型或真空成型、利用3D打印机的造型、小片部件的接合等。在切削、激光加工或3D打印机等不使用模具的形成方法的情况下,容易进行与目标反射角相应的定制,因此也能够适当地用于设计、开发特殊设置的状况、或者难以进行模拟那样的大规模的波长选择反射板的情况下的设计的调谐。在使用了模具的赋型的情况下,可以在由电介质构成的基材上赋型,关于该情况下的基材和赋型树脂,只要是使规定的电磁波透过的材料,则可以使用相互不同的材料。另外,例如,在分别设计并制作反射部件和电介质层的情况下,预先准备多种具有成为规定的入射角及反射角的反射特性的电介质层,与状况匹配地选择电介质层的种类,使电介质层相对于反射部件以法线方向为轴在面内旋转,由此进行电磁波的反射方向的微调,在该情况下,将相同规格的电介质层集中制作,这在成本上有利,在该情况下,优选使用了模具的赋型的方法。
2.反射部件
本实施方式中的反射部件是反射特定频带的电磁波的部件。
作为反射部件,只要是反射特定频带的电磁波的部件即可,没有特别限定,例如,可以仅反射特定频带的电磁波,或者也可以是:不仅反射特定频带的电磁波,还反射其他频带的电磁波。其中,反射部件优选具有仅反射特定频带的电磁波的波长选择功能。
作为不仅反射特定频带的电磁波也反射其他频带的电磁波的反射部件,例如可列举出配置于频率选择反射板的整个面上的反射层。例如,图11是反射部件2为反射层7的例子。在图11中,反射层7配置于频率选择反射板1的整个面上。
作为反射层的材料,只要是能够反射特定频带的电磁波的材料就没有特别限定,例如可以列举出金属材料、碳、ITO等导电性材料。
作为反射层的厚度,只要是能够反射特定频带的电磁波的厚度就没有特别限定,可以适当设定。
另外,作为仅反射特定频带的反射部件,只要具有仅反射特定频带的电磁波的波长选择功能即可。反射部件也可以是频率选择板。
频率选择板具有对特定频带的电磁波控制反射、透射的频率选择性表面。频率选择性表面也称为FSS或Frequency Selective Surface。在作为针对特定频带的电磁波的反射板发挥功能的情况下,频率选择板也可以在面内排列有多个反射元件或散射元件。频率选择板例如可以具有电介质基板、和排列在电介质基板的电介质层侧的面上的多个反射元件。图1的(b)是反射部件2为频率选择板的例子,反射部件2具有电介质基板4、和排列在电介质基板4的电介质层5侧的面上的多个反射元件3。关于频率选择板,可以从公知的频率选择板中适当选择使用。
作为形成频率选择性表面的反射元件的形状,可以列举出任意的形状。形成频率选择性表面的反射元件的形状也可以是平面图案形状。平面图案形状例如可以是环状、十字状、正方形状、长方形状、圆形状、椭圆形状、棒状、分割为接近的多个区域的图案形状等。另外,形成频率选择性表面的反射元件的形状也可以是三维形状。三维形状也可以是通孔、过孔等。
另外,反射元件例如可以是单层,也可以是多层。在反射元件为单层的情况下,频率选择板例如也可以在电介质基板的单面排列有多个反射元件。在反射元件为多层的情况下,频率选择板例如也可以是:在电介质基板的两面排列有多个反射元件的结构;依次配置有电介质基板、多个反射元件、电介质基板以及多个反射元件的结构;在距电磁波的入射侧的面最远的面的一面上配置有导体的结构等。
另外,优选的是,频率选择板、即反射部件具有对电磁波的反射相位进行控制的反射相位控制功能。反射部件也可以具有使尺寸及形状的一方或者双方变化而成的反射元件。反射元件的尺寸的变化可以是逐渐缩小或扩大。通过使反射元件的尺寸或形状变化,由此能够针对每个反射元件使共振频率变化,从而对电磁波的反射相位进行控制。因此,在频率选择板具有反射相位控制功能的情况下,通过根据电介质层的厚度和反射元件的尺寸、形状来控制电磁波的反射相位分布,由此能够控制电磁波的反射特性。因此,例如能够利用频率选择板和电介质层单独地设计频率选择反射板的面内的正交的两个方向的反射特性,另外,能够一边抑制电介质层的厚度、一边得到期望的电磁波的反射特性。正交的两个方向例如可以是x轴方向和y轴方向。
作为具有反射相位控制功能的频率选择板,能够应用一般的频率选择性表面。它们在设计上有利有弊,但都能够通过使反射元件的尺寸或形状变化来使电磁波的反射相位变化。
作为反射元件的不同的尺寸,根据反射元件的形状来适当选择。
3.电磁波的反射方向的控制
在本实施方式的频率选择反射板中,通过改变电介质层的单位结构的各单元区域的厚度,能够针对每个单元区域使电介质层中的往复光路长度变化,从而控制电磁波的相对反射相位。由此,通过调整电介质层的单位结构的尺寸和俯视图案、以及电介质层的单位结构的单元区域的数量及厚度,能够控制从规定的方向入射的电磁波的反射方向。
另外,在反射部件为频率选择板且为具有反射相位控制功能的部件的情况下,不仅能够通过使电介质层的单位结构的各单元区域的厚度变化来针对每个单元区域使电介质层中的往复光路长度变化,而且能够通过使反射部件的反射元件的尺寸或形状变化来使每个反射元件的共振频率变化、从而控制电磁波的反射相位,由此,能够扩大与反射特性控制相关的设计的自由度。
在该情况下,也能够将反射部件中的反射控制方向和电介质层中的反射控制方向分开,通过频率选择反射板的整体进行二维的反射方向控制。另外,在使反射部件和电介质层中的反射控制方向重叠的情况下,例如,也能够通过反射部件实现在一定程度上向决定了的方向反射的反射相位分布,进而通过电介质层进行微调。在该情况下,具有能够减薄电介质层的厚度的优点。
作为电介质层的厚度分布及反射部件的反射元件的尺寸分布的配置,例如,如图12所示,能够以随着反射部件2的反射元件3的尺寸变大而使电介质层5的单位结构10的单元区域11a~11f的厚度变厚的方式配置电介质层5和反射部件2。在这样的形态中,能够抑制电介质层的厚度。由此,电介质层变薄,因此能够实现频率选择反射板的轻量化和低成本化,另外,即使在反射角变大的情况下,反射波也难以碰到电介质层。
另外,作为电介质层的厚度分布及反射部件的反射元件的尺寸分布的配置,例如,如图13所示,也可以以反射部件2的反射元件3的尺寸沿着方向D2变大、电介质层5的单位结构10的单元区域11a~11f的厚度沿着与方向D2垂直的方向D1变厚的方式配置电介质层5和反射部件2。
此外,在图13中,在一个单元区域中,反射元件的尺寸不同,因此,根据反射元件的尺寸,一个单元区域中的电磁波的相对反射相位局部不同。在这样的情况下,在厚度增加的规定的方向D1上切取的情况下,在上述的曲线图中,各点处于同一直线上。
另外,在将反射部件和电介质层分别设计并进行组合的规格的情况下,通过使电介质层相对于反射部件以法线方向为轴在面内旋转、来调整电介质层的单位结构的单元区域的排列方向的相对于反射部件的朝向,由此也能够对电磁波的反射方向进行微调整。
另外,如上所述,在电介质层的单位结构中,通过调整单位结构在厚度增加的规定的方向上的长度,能够控制反射特性。例如,通过缩短单位结构在厚度增加的规定的方向上的长度,能够增大电磁波的反射角,另一方面,通过增长单位结构在厚度增加的规定的方向上的长度,能够减小电磁波的反射角。
此外,在电介质层的单位结构中,单位结构在厚度增加的规定的方向上的长度是指在电介质层的单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布的情况下、单位结构在该规定的方向上的长度。例如在图11中,在电介质层5的单位结构10中,在规定的方向D1上厚度增加,单位结构10在该规定的方向D1上的长度为L。
此外,如上所述,实现频率选择反射板中的反射相位的面内分布设计的、电介质层的凹凸结构的面内配置不需要相对于反射部件的反射元件的面内配置为固定的位置关系,即使将电介质层的凹凸结构相对于反射元件的面内配置错开地配置,也不会对反射特性造成大的影响。因此,在反射部件是频率选择板并且是具有反射相位控制功能的部件的情况下,能够分别独立地设计电介质层和反射部件。
4.其他结构
关于本实施方式的频率选择反射板,除了上述的反射部件及电介质层以外,也可以根据需要具有其他结构。
(1)粘接层
本公开的频率选择反射板可以在上述反射部件与上述电介质层之间具有粘接层。通过粘接层,能够粘接反射部件和电介质层。另外,在反射部件是排列有多个反射元件的部件的情况下,通过粘接层,能够使反射元件引起的凹凸平坦化,能够抑制在反射部件上层叠电介质层时的、由反射元件引起的凹凸的影响。例如,在图1的(b)中,在反射部件2与电介质层5之间配置有粘接层6。
对于粘接层,例如可以使用粘接剂或粘着剂,可以从公知的粘接剂和粘着剂中适当选择使用。在该情况下,粘接剂或粘着剂需要为非导体。另外,在粘接剂或粘着剂为液状的情况下,优选的是,能够均匀地涂抹,并且具有能够将气泡的咬入除去的程度的流动性。另外,在粘接剂或粘着剂为片状的情况下,优选使厚度均匀,并且,优选的是,具有能够追随贴合界面的凹凸、从而抑制气泡的咬入的程度的柔软性。
作为粘接层的厚度,优选的是,是能够得到所期望的粘接力的厚度,并且均匀。另外,在反射部件是排列有多个反射元件的部件的情况下,从平坦化的观点出发,粘接层的厚度优选为与反射元件的厚度同等的程度以上。此时,在粘接层比反射元件的厚度厚的情况下,成为反射元件埋入粘接层中的状态。另外,关于粘接层的厚度,优选充分小于作为对象的电磁波的有效波长,在将电磁波的有效波长设为λg的情况下,具体而言优选为0.01λg以下。
(2)空间
本公开的频率选择反射板也可以在上述反射部件与上述电介质层之间具有空间。例如,在图14中,在反射部件2与电介质层5之间配置有空间8。
在反射部件与电介质层之间配置有空间的情况下,优选的是,反射部件与电介质层的距离固定。由此,能够使空间中的光路长度一致。
(3)罩部件
本公开的频率选择反射板也可以在上述电介质层的与上述反射部件相反一侧的面上具有罩部件。通过罩部件,能够保护电介质层。另外,也能够通过罩部件赋予设计性。
(4)接地层
本公开的频率选择反射板也可以在上述反射部件的与上述电介质层相反一侧的面上具有接地层。通过接地层,能够遮断与存在于频率选择反射板的背面上的物体之间的干涉,从而抑制噪声的产生。另外,接地层可以是不具有波长选择性的反射部件的一部分。作为接地层,只要具有导电性即可,例如可以使用金属板、金属层、金属网、碳、ITO膜等一般的导电层。
(5)平坦化层
本公开的频率选择反射板可以在上述反射部件与上述电介质层之间具有平坦化层。在反射部件是排列有多个反射元件的部件的情况下,通过平坦化层,能够使反射元件引起的凹凸平坦化,能够抑制在反射部件上层叠电介质层时的、由反射元件引起的凹凸的影响。需要说明的是,这里所说的平坦化层是指与粘接层分开配置的层,可以例示出以包埋反射元件的状态配置的电离放射线固化树脂层。另外,在反射部件与电介质层之间设置空间的形态的情况下,也可以使平坦化层具有保护反射元件的功能。
(6)固定层
在将本公开的频率选择反射板安装于例如墙壁等来使用的情况下,也可以在上述反射部件的与上述电介质层相反一侧的面上配置固定层,其中,该固定层具有用于安装频率选择反射板的机构。另外,为了抑制固定层与反射部件及电介质层的干涉,可以在固定层与反射部件之间配置金属层,固定层也可以兼作金属层。另外,在将本公开的频率选择反射板安装于墙壁等的情况下,固定层也可以具有使频率选择反射板的法线方向的角度可变的机构,以便能够对所设计的电磁波的入射方向及反射方向、和实际的电磁波的入射方向及反射方向的偏差进行校正。
(7)防反射层
在高频的情况下,也考虑电介质层界面处的反射的影响,因此,在本公开的频率选择反射板中,可以根据需要在电介质层与空气的界面处配置防反射层。防反射层例如可以具有介电常数不同的多层结构,也可以具有比电磁波的波长小的凹凸结构。
5.频率选择反射板的其他点
本公开的频率选择反射板将24GHz以上的特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射。作为电磁波的频带,只要是24GHz以上就没有特别限定,其中,优选在24GHz以上且300GHz以下的范围内。若电磁波的频带为上述范围,则能够将本公开的频率选择反射板用于第5代移动通信系统、即所谓的5G。
本公开的频率选择反射板例如能够用作通信用的频率选择反射板,其中,适合作为移动通信用的频率选择反射板。
II.频率选择反射板的第2实施方式
本实施方式的频率选择反射板是将24GHz以上的特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射的频率选择反射板,其中,所述频率选择反射板具有:反射部件,其反射所述电磁波;和使所述电磁波透过的电介质层,其相对于所述反射部件配置于所述电磁波的入射侧,并且具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布,所述电介质层的所述单位结构具有厚度不同的多个单元区域,在所述电介质层的各单位结构中,将具有最小厚度的最小厚度单元区域在所述规定的方向上的中心位置作为0、将具有最大厚度的最大厚度单元区域在所述规定的方向上的中心位置作为1时的相对位置为横轴,将所述最小厚度单元区域的厚度作为0、将所述最大厚度单元区域的厚度作为1时的各单元区域的厚度与所述最大厚度单元区域的厚度之比为纵轴,在这样的曲线图中,描绘与各单元区域在所述规定的方向上的中心位置、和各单元区域的厚度相对于所述最大厚度单元区域的厚度之比对应的点,并求出下述式(1):
y=ax (1)
的回归直线,此时,所述回归直线的斜率a为0.7以上且1.2以下,所述回归直线的决定系数为0.9以上,所述电介质层至少具有第1单位结构作为所述单位结构,所述第1单位结构具有厚度不同的3个以上的所述单元区域。本实施方式的频率选择反射板与上述第1实施方式的频率选择反射板相同地通过利用上述电介质层的厚度分布控制上述电磁波的相对反射相位分布,由此来控制上述电磁波的反射方向。
图15的(a)、(b)是示出本实施方式的频率选择反射板的一例的概略俯视图及剖视图,图15的(b)是图15的(a)的A-A线剖视图。如图15的(a)、(b)所示,频率选择反射板1具有:反射部件2,其反射特定的电磁波;以及使特定的电磁波透过的电介质层5,其相对于反射部件2配置于电磁波的入射侧,具有配置有多个单位结构10的凹凸结构,所述单位结构10具有在规定的方向D1上厚度t1~t4增加的厚度分布。另外,频率选择反射板1可以在反射部件2和电介质层5之间具有粘接层6。电介质层5的单位结构10具有厚度t1~t4不同的多个单元区域11a~11d。例如,在图15的(b)中,电介质层5的单位结构10具有在规定的方向D1上厚度t1~t4阶段性地增加的阶梯形状,阶梯形状的级数为4级,电介质层5的单位结构10具有4个单元区域11a~11d。在电介质层5的单位结构10的各单元区域11a~11d中,由于厚度t1~t4不同,因此,电磁波透过电介质层5被反射部件2反射、并再次透过电介质层5而向电磁波的入射侧放出时的往复的光路长度不同,这些电介质层中的往复光路长度之差、即光路差会产生相对反射相位的差。
这样,在电介质层5的单位结构10的各单元区域11a~11d中,厚度t1~t4发生变化,由此,电介质层5中的往复光路长度发生变化,电磁波的相对反射相位发生变化,因此如图2所例示的那样,能够使电磁波的入射波W1向与正反射(镜面反射)方向不同的方向反射。在该情况下,电磁波的入射波W1的入射角θ1与电磁波的反射波W2的反射角θ2不同。
而且,在电介质层5的单位结构10中,将具有最小厚度t1的最小厚度单元区域11a在规定的方向D1上的中心位置P0设为0、将具有最大厚度t4的最大厚度单元区域11d在规定的方向D1上的中心位置P1设为1时的、在规定的方向D1上的相对位置为横轴,将最小厚度单元区域11a的厚度t1设为0、将最大厚度单元区域11d的厚度t4设为1时的、各单元区域11a~11d的厚度t1~t4相对于最大厚度单元区域11d的厚度t4的比为纵轴,在这样的曲线图中,描绘与各单元区域11a~11d在规定的方向D1上的中心位置、和各单元区域11a~11d的厚度t1~t4相对于最大厚度单元区域11d的厚度t4的比对应的点,并求出下述式(1):
y=ax (1)
的回归直线,此时,回归直线的斜率a在规定的范围内,回归直线的决定系数R2为规定的范围。
图15的(c)是这样的曲线图:将最小厚度单元区域11a在规定的方向D1上的中心位置P0设为0、将最大厚度单元区域11d在规定的方向D1上的中心位置P1设为1时的相对位置为横轴,并且,将最小厚度单元区域11a的厚度t1设为0、将最大厚度单元区域11d的厚度t4设为1时的、各单元区域11a~11d的厚度t1~t4相对于最大厚度单元区域11d的厚度t4的比为纵轴,图15的(c)是图15的(a)、(b)所示的频率选择反射板中的电介质层的单位结构的各单元区域的相对位置、以及厚度之比的例子。
另外,将最小厚度单元区域在规定的方向上的中心位置设为0、将最大厚度单元区域在规定的方向上的中心位置设为1时的相对位置通过下述方式求出。具体而言,在电介质层的单位结构具有N个(N≥3)单元区域的情况下,对于从单元区域的厚度薄的一方起的第n个(n=1~N的整数)单元区域,将最小厚度单元区域在规定的方向上的中心位置P0设为0、将最大厚度单元区域在规定的方向上的中心位置P1设为1时的第n个单元区域在规定的方向上的中心位置Px通过下述式(2)求出。
Px=(Px与P0之间在规定的方向上的距离)/(P1与P0之间在规定的方向上的距离)(2)
例如在图15的(a)、(b)中,在各单元区域11a~11d的宽度相等的情况下,电介质层5的单位结构10的各单元区域11a~11d在规定的方向D1上的中心位置的相对位置分别为0、0.33、0.67、1。
另外,将最小厚度单元区域的厚度设为0、将最大厚度单元区域的厚度设为1时的各单元区域的厚度与最大厚度单元区域的厚度之比通过下述方式求出。具体而言,在电介质层的单位结构具有N个(N≥3)单元区域的情况下,对于从单元区域的厚度薄的一方起的第n个(n=1~N的整数)单元区域,将最小厚度单元区域的厚度Tmin设为0、将最大厚度单元区域的厚度Tmax设为1时的第n个单元区域的厚度Tn与最大厚度单元区域的厚度Tmax之比通过下述式(3)求出。
厚度之比=(Tn-Tmin)/(Tmax-Tmin) (3)
例如,在图15的(a)、(b)中,关于单元区域(最小厚度单元区域)11a,厚度之比=(T1-T1)/(T4-T1)=0。另外,关于单元区域11b,厚度之比=(T2-T1)/(T4-T1)。另外,关于单元区域11c,厚度之比=(T3-T1)/(T4-T1)。另外,关于单元区域(最大厚度单元区域)11a,厚度之比=(T4-T1)/(T4-T1)=1。
然后,如图15的(c)所示,描绘与电介质层5的单位结构10的各单元区域11a~11d在规定的方向D1上的中心位置、和各单元区域11a~11d的厚度t1~t4相对于最大厚度单元区域11d的厚度t4的比对应的点,在求出下述式(1):
y=ax (1)
的回归直线RL时,回归直线RL的斜率a在规定的范围内,回归直线RL的决定系数R2为规定的范围。
此外,如通过上述式(3)求出的那样,将最小厚度单元区域的厚度Tmin设为0、将最大厚度单元区域的厚度Tmax设为1时的最小单元区域的厚度Tmin与最大厚度单元区域的厚度Tmax之比为(Tmin-Tmin)/(Tmax-Tmin)=0。因此,上述式(1)的回归直线中的y截距为0。
图16的纵轴和横轴与图15的(c)相同,是在电介质层的单位结构中以各单元区域中的电磁波的相对反射相位成为规定的设定的方式进行设计的情况下的设计值DV的例子。设计值DV通常由曲线表示。在电介质层的单位结构中,实测值优选与设计值DV良好地一致。因此,可以考虑根据实测值导出回归曲线。然而,设计值DV的曲线根据电磁波的波长、电介质层的介电常数、作为目标的反射特性等而被适当设定。因此,从实测值导出回归曲线本身也比较困难,并且,从实测值导出回归曲线并评价与设计值之差也比较困难。因此,在本实施方式中,根据实测值求出回归直线。
另外,在电介质层的单位结构中,即使实测值与设计值稍有不同,也能够将电磁波向与正反射方向不同的方向反射。因此,在将回归直线的决定系数R2设为0.9以上的基础上,将回归直线的斜率a设为0.7以上且1.2以下。如果回归直线的决定系数R2为规定的值以上、并且回归直线的斜率a在规定的范围内,则能够使实测值与设计值之差收敛于规定的范围内。
因此,在本实施方式的频率选择反射板中,通过使电介质层的单位结构的各单元区域的厚度变化,能够针对每个单元区域使电介质层中的往复光路长度变化,从而对电磁波的反射相位进行控制。另外,通过将如上述那样求出的回归直线的斜率和决定系数设为规定的范围,由此能够得到期望的反射相位。由此,能够将电磁波的相对于规定的入射方向的反射方向控制为任意的方向。
另外,本实施方式的频率选择反射板能够起到与上述第1实施方式的频率选择反射板相同的效果。
以下,对本实施方式的频率选择反射板的各结构进行说明。
1.电介质层
本实施方式中的电介质层是这样的使特定频带的电磁波透过的部件:其相对于反射部件配置于电磁波的入射侧,具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布。另外,电介质层的单位结构具有厚度不同的多个单元区域,在电介质层的各单位结构中,将具有最小厚度的最小厚度单元区域在规定的方向上的中心位置设为0、将具有最大厚度的最大厚度单元区域在规定的方向上的中心位置设为1时的相对位置为横轴,将最小厚度单元区域的厚度设为0、将最大厚度单元区域的厚度设为1时的、各单元区域的厚度与最大厚度单元区域的厚度之比为纵轴,在这样的曲线图中,描绘与各单元区域在规定的方向上的中心位置、和各单元区域的厚度相对于最大厚度单元区域的厚度之比对应的点,并求出下述式(1):
y=ax (1)
的回归直线,此时,回归直线的斜率a为0.7以上且1.2以下,回归直线的决定系数为0.9以上。另外,作为单位结构,电介质层至少具有第1单位结构,该第1单位结构具有厚度不同的3个以上的单元区域。
(1)电介质层的结构
电介质层具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布。
电介质层的单位结构具有厚度不同的多个单元区域,在电介质层的各单位结构中,将具有最小厚度的最小厚度单元区域在规定的方向上的中心位置设为0、将具有最大厚度的最大厚度单元区域在规定的方向上的中心位置设为1时的相对位置为横轴,将最小厚度单元区域的厚度设为0、将最大厚度单元区域的厚度设为1时的、各单元区域的厚度与最大厚度单元区域的厚度之比为纵轴,在这样的曲线图中,描绘与各单元区域在规定的方向上的中心位置和、各单元区域的厚度相对于最大厚度单元区域的厚度之比对应的点,并求出下述式(1):
y=ax (1)
的回归直线,此时,回归直线的斜率a为0.7以上且1.2以下,回归直线的决定系数为0.9以上。
回归直线的斜率a为0.7以上且1.2以下,优选为0.75以上且1.15以下,进一步优选为0.8以上且1.1以下。
另外,回归直线的决定系数R2为0.9以上,优选为0.92以上且0.99以下,进一步优选为0.94以上且0.98以下。
在此,回归直线通过最小二乘法求出。
另外,在上述曲线图中,横轴是将具有最小厚度的最小厚度单元区域在规定的方向上的中心位置设为0、将具有最大厚度的最大厚度单元区域在规定的方向上的中心位置设为1时的相对位置。规定的方向为在电介质层的单位结构的厚度分布中、厚度从最小厚度单元区域起增加的方向。关于相对位置,描绘与各单元区域在规定的方向上的中心位置对应的点。
此外,在电介质层的单位结构具有锥形形状的情况下,视为使单元区域的数量无限地增多,因此有时难以确定单元区域。因此,在电介质层的单位结构具有锥形形状的情况下,在反射部件具有电介质基板和反射元件的情况下,能够将配置有一个反射元件的区域视为单元区域,并决定各单元区域在规定的方向上的中心位置。另外,在电介质层的单位结构具有锥形形状的情况下,在反射部件具有反射层的情况下,例如,能够将电介质层的单位结构在规定的方向上以小于反射电磁波在空气中的波长的一半的长度进行等分,将被等分出的各区域视为单元区域,并决定各单元区域在规定的方向上的中心位置。将电介质层的单位结构在规定的方向上等分的数量例如为3以上,优选为6以上。
另外,将具有最小厚度的最小厚度单元区域在规定的方向上的中心位置设为0、将具有最大厚度的最大厚度单元区域在规定的方向上的中心位置设为1时的各单元区域在规定的方向上的中心位置的相对位置如上述那样通过上述式(2)求出。
例如在图15的(a)~(c)中,在电介质层5的单位结构10的各单元区域11a~11d的宽度相等的情况下,电介质层5的单位结构10的各单元区域11a~11d在规定的方向上的中心位置的相对位置分别为0、0.33、0.67、1。
另外,在上述曲线图中,纵轴是将最小厚度单元区域的厚度设为0、将最大厚度单元区域的厚度设为1时的各单元区域的厚度与最大厚度单元区域的厚度之比。最小厚度单元区域的厚度为最小厚度单元区域在规定的方向上的中心位置处的厚度。另外,最大厚度单元区域的厚度为最大厚度单元区域在规定的方向上的中心位置处的厚度。另外,单元区域的厚度为单元区域在规定的方向上的中心位置处的厚度。单元区域在规定的方向上的中心位置如上所述。
另外,在将最小厚度单元区域的厚度设为0、将最大厚度单元区域的厚度设为1时的各单元区域的厚度与最大厚度单元区域的厚度之比由上述式(3)求出。
例如,在图15的(a)、(b)中,关于单元区域(最小厚度单元区域)11a,厚度之比=(T1-T1)/(T4-T1)=0。另外,关于单元区域11b,厚度之比=(T2-T1)/(T4-T1)。另外,关于单元区域11c,厚度之比=(T3-T1)/(T4-T1)。另外,关于单元区域(最大厚度单元区域)11a,厚度之比=(T4-T1)/(T4-T1)=1。
各单元区域的厚度例如是使用厚度分辨率为1μm左右的厚度测量方法测量出的值。另外,例如,关于各单元区域的厚度,也可以使用用光学显微镜观察单位结构在厚度方向上的截面并进行测长而得到的值。
另外,最小厚度单元区域在规定的方向上的中心位置与任意的单元区域在规定的方向上的中心位置之间的距离、以及、最大厚度单元区域在规定的方向上的中心位置与任意的单元区域在规定的方向上的中心位置之间的距离例如是使用分辨率至少为0.01mm左右的测量方法测量出的值。关于计测方法,能够从三维测量仪等各种测长仪中适当地选择使用。另外,在测量上述的各单元区域的厚度时,在测量电介质层表面的凹凸形状分布的情况下,也可以同时计算上述的距离。
电介质层的单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布。电介质层的单位结构例如可以具有仅在一个方向上厚度增加的厚度分布,或者也可以具有在第一方向和与第一方向垂直的第二方向这两个方向上厚度增加的厚度分布。
在电介质层的单位结构具有仅在一个方向上厚度增加的厚度分布的情况下,在以该一个方向上的相对位置为横轴的上述曲线图中描绘上述点,并求出回归直线。另外,在电介质层的单位结构具有在相互垂直的两个方向上厚度增加的厚度分布的情况下,在将该两个方向上的相对位置分别设为横轴的上述曲线图中分别描绘上述点,并在各曲线图中求出回归直线。
此外,关于电介质层的构造的其他方面,能够与上述第1实施方式相同。
(2)电介质层的特性
电介质层的特性与上述第1实施方式相同。
(3)电介质层的材料
电介质层的材料与上述第1实施方式相同。
(4)电介质层的形成方法
关于电介质层的形成方法,与上述第1实施方式相同。
2.反射部件
本实施方式中的反射部件是反射特定频带的电磁波的部件。反射部件与上述第1实施方式相同。
3.电磁波的反射方向的控制
在本实施方式中,电磁波的反射方向的控制与上述第1实施方式相同。
4.其他结构
关于本实施方式的频率选择反射板,除了上述的反射部件及电介质层以外,也可以根据需要具有其他结构。其他结构与上述第1实施方式相同。
5.频率选择反射板的其他点
在本实施方式中,电磁波的频带及用途与上述第1实施方式相同。
III.频率选择反射板的第3实施方式
本实施方式的频率选择反射板是将24GHz以上的特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射的频率选择反射板,其中,所述频率选择反射板具有:反射部件,其反射所述电磁波;和使所述电磁波透过的电介质层,其相对于所述反射部件配置于所述电磁波的入射侧,并且具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布,所述电介质层的所述单位结构具有厚度不同的多个单元区域,在所述电介质层的各单位结构中,最小厚度与最大厚度之差为0.2mm以上且15mm以下,所述电介质层至少具有第1单位结构作为所述单位结构,所述第1单位结构具有厚度不同的3个以上的所述单元区域。本实施方式的频率选择反射板与上述第1实施方式的频率选择反射板同样地通过利用上述电介质层的厚度分布控制上述电磁波的相对反射相位分布、由此来控制上述电磁波的反射方向。
参照附图对本实施方式的频率选择反射板进行说明。图1的(a)、(b)是示出本实施方式的频率选择反射板的一例的概略俯视图及剖视图,图1的(b)是图1的(a)的A-A线剖视图。如图1的(a)、(b)所示,频率选择反射板1具有:反射部件2,其反射特定的电磁波;以及使特定的电磁波透过的电介质层5,其相对于反射部件2配置于电磁波的入射侧,具有配置有多个单位结构10的凹凸结构,所述单位结构10具有在规定的方向D1上厚度t1~t6增加的厚度分布。另外,频率选择反射板1可以在反射部件2和电介质层5之间具有粘接层6。电介质层5的单位结构10具有厚度t1~t6不同的多个单元区域11a~11f。例如在图1的(b)中,电介质层5的单位结构10具有在规定的方向D1上厚度t1~t6阶段性地增加的阶梯形状,阶梯形状的级数为6级,电介质层5的单位结构10具有6个单元区域11a~11f。在电介质层5的单位结构10的各单元区域11a~11f中,由于厚度t1~t6不同,因此电磁波透过电介质层5被反射部件2反射而再次透过电介质层5向电磁波的入射侧放出时的往复的光路长度不同。因此,这些电介质层中的往复光路长度之差、即光路差会产生相对反射相位的差。
这样,在电介质层5的单位结构10的各单元区域11a~11f中,厚度t1~t6发生变化,由此电介质层5中的往复光路长度发生变化,电磁波的相对反射相位发生变化。因此,如图2所例示的那样,能够使电磁波的入射波W1向与正反射(镜面反射)方向不同的方向反射。在该情况下,电磁波的入射波W1的入射角θ1与电磁波的反射波W2的反射角θ2不同。
因此,在本实施方式的频率选择反射板中,通过使电介质层的单位结构的各单元区域的厚度变化,由此,能够针对每个单元区域使电介质层中的往复光路长度变化,从而对电磁波的反射相位进行控制。由此,能够将电磁波的相对于规定的入射方向的反射方向控制为任意的方向。
另外,在电介质层5的单位结构10中,最小厚度t1与最大厚度t6之差在规定的范围内。
在此,若将与特定的电磁波的频率f对应的自由空间中的波长设为λ0、将电介质层的相对介电常数设为ε,则在电介质层内传播的电磁波的有效波长λg由λg=λ0/√ε表示。因此,如在上述第1实施方式中记载的,在各单元区域的厚度例如为α+0λg以上且α+2λg以下的程度的情况下,若电介质层的介电常数低,则各单元区域的厚度变厚,若电介质层的介电常数高,则各单元区域的厚度变薄。因此,存在如下倾向:若电介质层的介电常数较低,最小厚度与最大厚度之差变小,若电介质层的介电常数较高,则最小厚度与最大厚度之差变小。
在电介质层的单位结构中,若最小厚度与最大厚度之差过大,则频率选择反射板整体的厚度变厚,因此存在对设置产生制约的可能性,操作性有可能变差。另外,制造成本也有可能增大。另一方面,为了减小最小厚度与最大厚度之差,如上所述,需要提高电介质层的介电常数。但是,电介质层的介电常数越高,则存在介电损耗越大的倾向,另外,电介质界面处的反射越大。其结果是,朝向设计方向的反射减少。因此,若最小厚度与最大厚度之差过小,则包含介电损耗和界面反射在内的损耗有可能变大。
与此相对,在本实施方式中,由于电介质层的单位结构中的最小厚度与最大厚度之差为规定的值以下,因此能够减薄频率选择反射板整体的厚度。因此,能够减少设置时的制约,使操作性良好。另外,由于电介质层的单位结构中的最小厚度与最大厚度之差为规定的值以上,因此无需为了减小最小厚度与最大厚度之差而提高电介质层的介电常数。因此,能够降低包含介电损耗和界面反射在内的损耗。
另外,本实施方式的频率选择反射板能够起到与上述第1实施方式的频率选择反射板相同的效果。
以下,对本实施方式的频率选择反射板的各结构进行说明。
1.电介质层
本实施方式中的电介质层是如下这样的、使特定频带的电磁波透过的部件:其相对于反射部件配置于电磁波的入射侧,具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布,。另外,电介质层的单位结构具有厚度不同的多个单元区域,在电介质层的各单位结构中,最小厚度与最大厚度之差在规定的范围内。
(1)电介质层的结构
电介质层具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布。
电介质层的单位结构具有厚度不同的多个单元区域,在电介质层的各单位结构中,最小厚度与最大厚度之差在规定的范围内。
另外,关于电介质层的单位结构中的最小厚度与最大厚度之差,与上述第1实施方式相同。
另外,关于电介质层的结构的其他方面,可以与上述第1实施方式相同。
(2)电介质层的特性
电介质层的特性与上述第1实施方式相同。
(3)电介质层的材料
电介质层的材料与上述第1实施方式相同。
(4)电介质层的形成方法
电介质层的形成方法与上述第1实施方式相同。
2.反射部件
本实施方式中的反射部件是反射特定频带的电磁波的部件。反射部件与上述第1实施方式相同。
3.电磁波的反射方向的控制
在本实施方式中,电磁波的反射方向的控制与上述第1实施方式相同。
4.其他结构
关于本实施方式的频率选择反射板,除了上述的反射部件及电介质层以外,也可以根据需要具有其他结构。其他结构与上述第1实施方式相同。
5.频率选择反射板的其他点
在本实施方式中,电磁波的频带及用途与上述第1实施方式相同。
B.电介质层
本公开的电介质层是用于上述频率选择反射板的部件。
另外,关于电介质层,与在上述的“A.频率选择反射板”这一项中记载的情况相同,因此省略此处的说明。
C.反射结构体
本公开的反射结构体具有:频率选择反射板,其将特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射;和保护部件,其配置于所述频率选择反射板的上方,其中,所述保护部件的厚度小于在所述保护部件内传播的所述电磁波的有效波长的1/4。
图17的(a)是示出本公开的反射结构体的一例的概略剖视图,图17的(b)是示出本公开的反射结构体中的频率选择反射板的一例的概略俯视图。如图17的(a)所示,反射结构体20具有:频率选择反射板1,其将特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射;以及保护部件21,其配置在频率选择反射板1的上方。
如图17的(a)、(b)所示,频率选择反射板1具有反射特定频带的电磁波的反射部件2,反射部件2排列有多个环状的反射元件3,并且具有电介质基板4、和配置在电介质基板4的保护部件21侧的面上的多个反射元件3。反射部件2具有对电磁波的反射相位进行控制的反射相位控制功能,例如在图17的(b)所示的反射部件2中,通过使反射元件3的尺寸变化,由此能够针对每个反射元件3使共振频率变化、从而对作为对象的电磁波的反射相位进行控制。由此,能够将电磁波的相对于规定的入射方向的反射方向控制为任意的方向。另外,关于图17的(a)、(b)所示的反射部件,图17的(a)相当于图17的(b)的A-A线剖视图。
另外,如图17的(a)所示,保护部件21的厚度T小于在保护部件21内传播的特定频带的电磁波的有效波长的1/4。
在本公开的反射结构体中,保护部件的厚度小于上述电磁波的有效波长的1/4,从而相对于上述电磁波的有效波长足够薄,由此,能够抑制由保护部件引起的电磁波的衰减。因此,也不需要将频率选择反射板与保护部件之间的距离设为特定的值。因此,在本公开中,能够在不对设计造成制约的情况下抑制由保护部件引起的电磁波的衰减。
在此,电磁波的有效波长是指电磁波在保护部件等空气以外的材质中通过时的波长。另外,在简称为波长的情况下,是指空气中的波长。
以下,对本公开的反射结构体的各结构进行说明。
1.保护部件
本公开的保护部件配置在频率选择反射板的上方,具有规定的厚度。
(1)保护部件的厚度
作为保护部件的厚度,小于在保护部件内传播的特定频带的电磁波的有效波长的1/4,其中,优选为上述有效波长的1/6以下,更优选为上述有效波长的1/15以下。通过使保护部件的厚度如上述范围那样薄,能够抑制由保护部件引起的电磁波的衰减。另外,在保护部件的厚度为上述有效波长的1/15以下的情况下,能够显著抑制由保护部件引起的电磁波的衰减。如后所述,电磁波的频带优选为24GHz以上,即电磁波在空气中的波长优选为12.49mm以下。在该情况下,在对保护部件使用使电磁波的有效波长接近空气中的波长的材料的情况下,保护部件的厚度成为3.1mm左右。因此,具体而言,保护部件的厚度能够设为3.1mm左右以下。另外,从抑制电磁波衰减的观点出发,保护部件的厚度越薄越优选,但从频率选择反射板的保护、或保护部件的强度、刚性等观点出发,例如优选为5μm以上,更优选为50μm以上,进一步优选为100μm以上。
需要说明的是,关于保护部件的厚度,例如在如后述那样保护部件具有多个层的多层结构的情况下,是指保护部件的总厚度。
在此,若将与特定的电磁波的频率f对应的自由空间中的波长设为λ0、将保护部件的相对介电常数设为ε,则在保护部件内传播的上述电磁波的有效波长λg由λg=λ0/√ε表示。因此,保护部件的厚度小于λg/4。此外,如上所述,在保护部件具有由n个层构成的多层构造的情况下,若将从电磁波入射的一侧起的第i(i=1~n的整数)层的厚度设为Ti、将在层内传播的电磁波的有效波长设为λgi、将层的厚度是电磁波的有效波长的多少波长量设为Ni=Ti/λgi,则N1~Nn的合计小于1/4。
(2)保护部件的结构
保护部件可以具有由一个层构成的单层结构,也可以具有包含多个层的多层结构。
保护部件例如可以至少具有保护片。另外,保护部件例如也可以从频率选择反射板侧起依次具有粘接层和保护片。
(a)保护片
构成本公开的保护部件的保护片是保护频率选择反射板的部件。
(i)保护片的特性
保护片只要使特定频带的电磁波透过即可,也可以使其他频带的电磁波透过,也可以使其他频带的电磁波不透过。
保护片的相对于特定的电磁波的介电损耗角正切优选较小。通过使保护片的介电损耗角正切较小,能够减小介电损耗,从而能够降低高频损耗。具体而言,保护片的相对于对象频率的电磁波的介电损耗角正切优选为0.05以下,可以为0.01以下,也可以为0.001以下。另外,保护片的介电损耗角正切越小则越优选,下限值没有特别限定。
另外,为了降低损耗,保护片在对象频率的电磁波中的介电常数优选较低,但在本公开中,由于通过使保护部件的厚度变薄而能够降低损耗,因此例如为10以下即可。
在此,保护片的介电损耗角正切和介电常数可以通过谐振器法来测量。
(ii)保护片的材料
作为保护片的材料,例如只要是能够使特定频带的电磁波透过的非导电性材料就没有特别限定,具体而言,能够使用树脂、玻璃、石英、陶瓷等。
另外,非导电性材料是指体积电阻率为1012Ω·cm以上的材料。保护片的体积电阻率可以依据JIS C2151进行测量。
其中,作为保护片的材料,从成型性、成本等观点出发,优选树脂。
作为树脂,只要能够使特定频带的电磁波透过,则没有特别限定,但优选是这样的树脂:上述电磁波的吸收较少、且上述电磁波的透过率较高。另外,树脂更优选满足上述介电损耗角正切及介电常数。进而,特别优选的是,树脂的强度、刚性、耐候性等比较高。作为这样的树脂,例如可以列举出通用塑料、工程塑料等。另外,作为树脂,也可以列举出热固化型树脂或电离放射线固化型树脂等固化型树脂。作为电离放射线,有可见光线、紫外线、X射线、电子射线、离子射线等。另外,作为树脂,也可以使用三聚氰胺树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂。
另外,在保护片含有树脂的情况下,根据需要,例如可以含有紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂等添加剂。
(iii)保护片的结构
保护片可以具有由一个层构成的单层结构,也可以具有多个层的多层结构。
在保护片的材料为树脂、即保护片为树脂片的情况下,保护片至少具有树脂层。
另外,在保护片为树脂片的情况下,也可以通过保护片赋予设计性。在该情况下,保护片例如可以至少具有树脂层和设计层,或者也可以至少具有兼作设计层的树脂层。
(iii-1)保护片至少具有树脂层和设计层的情况
在保护片至少具有树脂层和设计层的情况下,例如可以具有作为树脂基材的树脂层、和设计层,也可以具有纸基材、设计层以及作为涂层的树脂层。
(iii-1-1)保护片具有作为树脂基材的树脂层、和设计层的情况
在保护片具有作为树脂基材的树脂层和设计层的情况下,保护片的层构成没有特别限定。保护片例如可以从频率选择反射板侧起依次具有树脂层、设计层、表面保护层,也可以具有树脂层、设计层、底涂层、表面保护层,也可以具有第1树脂层、设计层、粘接剂层、第2树脂层、表面保护层,也可以具有设计层、树脂层、表面保护层,也可以具有设计层、粘接剂层、树脂层、底涂层、表面保护层。另外,在具有保护功能的树脂层上配置有设计层的情况下,也可以以仅能够变更设计层的方式使树脂层与设计层分离、或者使树脂层与设计层及表面保护层分离。在该情况下,可以在各层之间配置具有再剥离性的粘合层或粘接层,或者也可以构成为使各层在结构上紧密贴合。
在上述情况下,作为树脂层的材料,只要是能够得到树脂基材的材料即可,可以从上述树脂中适当选择来使用。作为树脂层的厚度,只要能够使保护部件的厚度为规定的范围即可,没有特别限定,例如可以为数十μm至数百μm左右。树脂层可以根据需要而被着色。另外,为了提高与相邻的层的紧密贴合性,可以对树脂层实施例如电晕处理、等离子处理、臭氧处理等表面处理,也可以配置底涂层。
另外,在上述的情况下,设计层是对保护部件赋予设计性的层,例如可以列举出着色层、图案花纹层、图案层等。设计层例如可以通过印刷法或转印法形成。作为设计层的厚度,只要能够使保护部件的厚度为规定的范围即可,没有特别限定,例如可以为数百nm至数十μm左右。
另外,在上述的情况下,表面保护层是用于对保护部件赋予耐擦伤性、耐磨损性、耐水性、耐污染性等表面物性的层。作为表面保护层的材料,可以使用热固化型树脂或电离放射线固化型树脂等固化型树脂。其中,优选电离放射线固化型树脂,更优选紫外线固化型树脂或电子射线固化型树脂,进一步优选电子射线固化型树脂。作为电离放射线,有可见光线、紫外线、X射线、电子射线、离子射线等,其中优选紫外线、电子射线,更优选电子射线。
另外,表面保护层优选具有疏水性。能够抑制如下情况:由于在保护部件的表面附着有水,因此反射结构体的反射特性降低。作为表面保护层的疏水性,例如,优选的是,表面保护层的表面上的与水的接触角为90°以上。需要说明的是,水的接触角可以通过θ/2法测量。
为了对表面保护层赋予疏水性,例如可以添加有机硅系疏水剂、氟系疏水剂等疏水剂、或者在主链或侧链导入硅氧烷键或氟。
作为表面保护层的厚度,只要能够使保护部件的厚度为规定的范围即可,没有特别限定,例如可以为数μm至数十μm左右。
另外,在上述的情况下,对于粘接剂层,例如可以使用一般的干式层压用粘接剂。作为粘接剂层的厚度,只要能够使保护部件的厚度为规定的范围即可,没有特别限定,例如可以为数百nm至数十μm左右。
另外,在上述的情况下,对于底涂层,例如可以使用一般的底涂剂。作为底涂层的厚度,只要能够使保护部件的厚度为规定的范围即可,没有特别限定,例如可以为数百nm至数十μm左右。
(iii-1-2)保护片具有纸基材、设计层以及作为涂层的树脂层的情况
在保护片具有纸基材、设计层、以及作为涂层的树脂层的情况下,保护片的层结构没有特别限定,保护片例如可以从频率选择反射板侧起依次具有纸基材、设计层、树脂层。
在上述情况下,作为树脂层的材料,只要是能够涂覆的材料即可,可以使用上述的固化型树脂。
树脂层优选具有疏水性。能够防止如下情况:由于在保护部件的表面附着水,因此反射结构体的反射特性降低。作为树脂层的疏水性,可以与上述(iii-1-1)的表面保护层的疏水性相同。
为了对树脂层赋予疏水性,例如可以添加硅酮系疏水剂或氟系疏水剂等疏水剂,或者在主链或侧链导入硅氧烷键或氟。
作为树脂层的厚度,只要能够使保护部件的厚度为规定的范围即可,没有特别限定,例如可以为数μm至数十μm左右。
另外,在上述的情况下,设计层是对保护部件赋予设计性的层,例如可以列举出着色层或图案花纹层等。设计层例如能够通过在纸基材上进行印刷而形成。
另外,在上述情况下,作为纸基材,例如可以列举出薄页纸、钛纸等。作为纸基材的厚度,只要能够使保护部件的厚度为规定的范围即可,没有特别限定,例如可以设为25μm以上且135μm以下左右。
(iii-2)保护片至少具有兼作设计层的树脂层的情况
在保护片至少具有兼作设计层的树脂层的情况下,作为树脂层,例如可以列举出使树脂含浸于实施了印刷的纸基材中而成的树脂含浸纸。
作为构成树脂含浸纸的树脂,例如可列举出三聚氰胺树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂等。
构成树脂含浸纸的纸基材只要是例如能够含浸上述树脂的纸基材,就没有特别限定。作为构成树脂含浸纸的纸基材,例如可列举出钛纸、薄页纸、牛皮纸、铜版纸、涂敷纸、硫酸纸、玻璃纸、渗纸、石蜡纸、日本纸等。
作为树脂层的厚度,只要能够使保护部件的厚度为规定的范围即可,没有特别限定,例如可以设为25μm以上且250μm以下左右。
在上述的情况下,作为保护片的层结构,没有特别限定,保护片例如可以从频率选择反射板侧起依次具有树脂层、表面保护层,也可以具有基材层、树脂层、表面保护层。
在上述情况下,作为表面保护层,例如可以列举出在纸基材中含浸有树脂的树脂含浸纸。作为构成用于表面保护层的树脂含浸纸的树脂,例如可列举出三聚氰胺树脂。另外,作为构成用于表面保护层的树脂含浸纸的纸基材,可以与构成用于上述树脂层的树脂含浸纸的纸基材相同。作为表面保护层的厚度,只要能够使保护部件的厚度为规定的范围即可,没有特别限定,例如可以设为25μm以上且250μm以下左右。
另外,在上述的情况下,作为基材层,例如可以列举出在纸基材中含浸有树脂而成的树脂含浸纸。作为构成用于基材层的树脂含浸纸的树脂,例如可举出酚醛树脂层的热固化型树脂。另外,作为构成用于基材层的树脂含浸纸的纸基材,例如可列举牛皮纸等。作为基材层,可以将多片含浸有树脂的牛皮纸层叠起来使用。作为基材层的厚度,只要能够使保护部件的厚度为规定的范围即可,没有特别限定。牛皮纸的厚度例如可以设为50μm以上且200μm以下左右。
(b)粘接层
例如如图18的(a)所示,本公开的保护部件21能够从频率选择反射板1侧起依次具有粘接层23和保护片22。粘接层是用于使保护部件直接或间接地粘接于频率选择反射板的层。
作为用于粘接层的粘接剂,没有特别限定,例如可以列举出环氧系粘接剂、聚氨酯系粘接剂、丙烯酸系粘接剂、乳液系粘接剂等。另外,粘接剂也可以是压敏粘接剂、光学透明粘接剂。另外,关于粘接剂,可以使用液状的粘接剂,也可以使用片状的粘接剂。压敏粘接剂也被称为PSA。光学透明粘接剂也被称为OCA。
另外,粘接层可以具有再剥离性,也可以不具有再剥离性。在粘接层具有再剥离性的情况下,在将保护部件配置于频率选择反射板的上方时能够重新粘贴,另外,在更换保护部件的情况下,能够在不产生残胶的情况下将保护部件剥离。
需要说明的是,“再剥离性”是指这样的性质:在将保护部件贴附于频率选择反射板或后述的支承部件的表面后,能够在不破坏频率选择反射板或支承部件、且不在频率选择反射板或后述的支承部件的表面上残留粘合剂的情况下容易地剥离。
作为粘接层的厚度,只要能够使保护部件的厚度为规定的范围即可,没有特别限定,例如可以为数百nm至数百μm左右。
(3)保护部件的配置
在本公开中,保护部件只要配置于频率选择反射板的上方即可,可以配置为与频率选择反射板相接,也可以配置为不与频率选择反射板相接。在保护部件以与频率选择反射板相接的方式配置的情况下,能够利用频率选择反射板支承保护部件,即使在保护部件的厚度较薄的情况下,也能够抑制保护部件的挠曲。
例如,如后所述,在频率选择反射板具有反射特定的电磁波的反射部件、且该反射部件具有控制上述电磁波的反射相位的反射相位控制功能的情况下,优选的是,保护部件配置成不与频率选择反射板的反射部件相接。如果保护部件与频率选择反射板的反射部件接触,则有可能导致反射部件的反射特性发生变化。此外,在从刚性等观点出发需要将保护部件配置为与频率选择反射板的反射部件相接的情况下,只要考虑由保护部件引起的反射特性变化来重新设计反射部件的反射特性即可。
另外,例如,如后所述,频率选择反射板从保护部件侧起依次具有:使特定的电磁波透过的电介质层,其具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布;和反射特定的电磁波的反射部件,在这样的情况下,优选的是,保护部件以与频率选择反射板相接的方式配置。如上所述,能够利用频率选择反射板支承保护部件,即使在保护部件的厚度较薄的情况下,也能够抑制保护部件的挠曲。
另外,保护部件优选被频率选择反射板和后述的支承部件中的至少任意一个支承,更优选被频率选择反射板和支承部件这两者支承。通过对保护部件进行支承,由此,即使在保护部件的厚度较薄的情况下,也能够抑制保护部件的挠曲。另外,在保护部件由频率选择板和支承部件双方支承的情况下,能够可靠地支承保护部件,即使在保护部件的厚度较薄的情况下,也能够有效地抑制保护部件的挠曲。在该情况下,能够使保护部件的厚度更薄。
在保护部件以与频率选择反射板相接的方式配置的情况、且为频率选择反射板从保护部件侧依次具有如下部件的情况下:使特定的电磁波透过的电介质层,其具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布;和反射特定的电磁波的反射部件,优选的是,保护部件被配置成与电介质层中的具有最大厚度的最大厚度部相接。具体而言,如后所述,例如如图18的(a)、(b)所示,频率选择反射板1从保护部件21侧起依次具有:使特定的电磁波透过的电介质层5,其具有配置有多个单位结构10的凹凸结构,所述单位结构10具有在规定的方向D1上厚度增加的厚度分布;和反射特定的电磁波的反射部件2,电介质层5的单位结构10具有厚度t1~t6不同的多个单元区域11a~11f,在这样的情况下,保护部件21被配置成与电介质层5的单位结构10中的具有最大厚度t6的最大厚度单元区域11f相接。由于电介质层中的最大厚度部(具体而言是电介质层的单位结构中的最大厚度单元区域)在电介质层中存在有多个,因此通过如上述那样配置保护部件,能够可靠地支承保护部件。因此,即使在保护部件的厚度较薄的情况下,也能够有效地抑制保护部件的挠曲。因此,在保护部件如上述那样配置的情况下,能够使保护部件的厚度更薄。另外,关于图18的(a)、(b)所示的频率选择反射板,图18的(a)相当于图18的(b)的A-A线剖视图。
另外,在保护部件以不与频率选择反射板相接的方式配置的情况下,频率选择反射板与保护部件之间的距离没有特别限定。
2.频率选择反射板
本公开的频率选择反射板是将特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射的部件。
频率选择反射板只要是将特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射的部件即可,没有特别限定。频率选择反射板例如也可以具有反射上述电磁波的反射部件,该反射部件具有控制上述电磁波的反射相位的反射相位控制功能。或者,频率选择反射板例如也可以从保护部件侧起依次具有:使上述电磁波透过的电介质层,其具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布;和反射上述电磁波的反射部件。
以下,将频率选择反射板分为如下两种方式进行说明:第1方式,频率选择反射板具有反射上述电磁波的反射部件,该反射部件具有控制上述电磁波的反射相位的反射相位控制功能;以及第2方式,频率选择反射板从保护部件侧起依次具有使上述电磁波透过的电介质层、和反射上述电磁波的反射部件,其中,所述电介质层具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布。
(1)频率选择反射板的第1方式
本公开的频率选择反射板的第1方式具有反射上述电磁波的反射部件,该反射部件具有控制上述电磁波的反射相位的反射相位控制功能。
(a)反射部件
本方式中的反射部件是反射特定频带的电磁波、并具有对电磁波的反射相位进行控制的反射相位控制功能的部件。
在本方式中,反射部件通常具有仅反射特定频带的电磁波的波长选择功能。作为这样的反射部件,例如可以列举出频率选择板。
另外,关于频率选择反射板,与在上述的“A.频率选择反射板”这一项中记载的内容相同。例如,图17的(b)是反射部件2为频率选择板的例子,反射部件2具有:电介质基板4;和排列在电介质基板4的电磁波入射侧的面上的多个反射元件3。
另外,关于反射元件的形状、结构,也与在上述的“A.频率选择反射板”这一项中记载的内容相同。
在本方式中,反射部件具有对电磁波的反射相位进行控制的反射相位控制功能。在这样的反射部件中,通过使反射元件的尺寸、形状变化,由此能够针对每个反射元件使共振频率变化,从而能够控制电磁波的反射相位,由此,能够对从规定的方向入射的电磁波的反射方向进行控制。
作为具有反射相位控制功能的反射部件,能够应用一般的频率选择性表面。它们在设计上有利有弊,但都能够通过使反射元件的尺寸或形状变化来使电磁波的反射相位变化。
作为反射元件的不同尺寸,根据反射元件的形状来适当选择。
(b)其他结构
除了上述反射部件以外,本方式的频率选择反射板也可以根据需要具有其他结构。
(i)接地层
本方式的频率选择反射板也可以在上述反射部件的与上述保护部件相反一侧的面上具有接地层。关于接地层,与在上述的“A.频率选择反射板”这一项中记载的内容相同。
(ii)平坦化层
本方式的频率选择反射板可以在上述反射部件的上述保护部件侧的面上具有平坦化层。关于平坦化层,与在上述的“A.频率选择反射板”这一项中记载的内容相同。
(2)频率选择反射板的第2方式
本公开的频率选择反射板的第2方式从上述保护部件侧起依次具有:使上述电磁波透过的电介质层,其具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布;和反射部件,其反射上述电磁波,上述电介质层的上述单位结构具有厚度不同的多个单元区域,作为上述单元结构,上述电介质层至少具有第1单元结构,该第1单元结构具有厚度不同的3个以上的上述单元区域,通过利用上述电介质层的厚度分布控制上述电磁波的相对反射相位分布,由此来控制上述电磁波的反射方向。
本公开的频率选择反射板的第2方式具有3个实施方式。各实施方式的频率选择反射板与在上述的“A.频率选择反射板”这一项中记载的3个实施方式相同。
另外,各单元区域的厚度不需要是电磁波的有效波长的1/2或其整数倍。
(3)频率选择反射板的其他点
本公开的频率选择反射板将特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射。关于电磁波的频带,与在上述的“A.频率选择反射板”这一项中记载的内容相同。另一方面,若电磁波的频带过高,则需要使保护部件的厚度相当薄,在考虑了保护所需的机械强度等的情况下,有可能无法充分抑制电磁波的衰减。
本公开的频率选择反射板例如能够用作通信用的频率选择反射板,其中,适合作为移动通信用的频率选择反射板。
3.其他结构
关于本公开的反射结构体,除了上述的频率选择反射板和保护部件以外,也可以根据需要具有其他结构。
(1)支承部件
在本公开的反射结构体中,例如如图19的(a)、(b)所示,也可以在频率选择反射板1的外周配置支承部件24,保护部件21被支承部件24支承。即,保护部件也可以配置为与支承部件相接。通过使保护部件被支承部件支承,由此,即使在保护部件的厚度较薄的情况下,也能够抑制保护部件的挠曲。另外,能够通过保护部件和支承部件密封频率选择反射板,从而能够抑制异物附着于频率选择反射板。
作为支承部件,只要具有非导电性且能够支承保护部件即可,没有特别限定。
支承部件的材料优选为非导电性材料。作为非导电性材料,例如可以列举出对上述保护部件的保护片使用的材料、或用于上述电介质层的材料。
支承部件的介电常数优选接近空气。另外,支承部件的介电损耗角正切优选较小。在该情况下,能够大致消除支承部件对频率选择反射板的反射特性的影响。
作为支承部件的厚度,只要是能够支承保护部件的厚度就没有特别限定。
其中,在频率选择反射板从保护部件侧起依次具有上述的电介质层和保护部件的情况下,优选的是,支承部件的距频率选择反射板的底面的高度与电介质层中的最大厚度部的距频率选择反射板的底面的高度相等。具体而言,在电介质层的单位结构具有厚度不同的多个单元区域的情况下,支承部件的距频率选择反射板的底面的高度优选与电介质层的单位结构中的最大厚度单元区域的距底面的高度相等。例如,在图19的(b)中,支承部件24的距频率选择反射板1的底面的高度h1与电介质层5的单位结构中的最大厚度单元区域的距底面的高度h2相等。另外,例如如图19的(b)所示,在支承部件24与电介质层5配置在同一平面上的情况下,支承部件的厚度优选与电介质层的单位结构中的最大厚度单元区域的厚度、即最大厚度相等。通过使支承部件的距频率选择反射板的底面的高度为上述那样的高度,能够利用支承部件和频率选择反射板这两者可靠地支承保护部件,即使在保护部件的厚度较薄的情况下,也能够有效地抑制保护部件的挠曲。
作为支承部件的宽度,只要是能够支承保护部件且能够将支承部件配置于频率选择反射板的外周的宽度即可,没有特别限定,例如能够设为小于上述电磁波的波长。
支承部件只要配置于频率选择反射板的外周即可,例如,可以配置于频率选择反射板的外周的一部分,也可以配置于频率选择反射板的外周的全部,但优选配置于频率选择反射板的外周的全部。通过在频率选择反射板的整个外周部配置支承部件,由此,即使在保护部件的厚度较薄的情况下,也能够进一步抑制保护部件的挠曲。另外,能够通过保护部件和支承部件密封频率选择反射板,从而能够抑制异物向频率选择反射板的附着、水分向频率选择反射板的侵入等。
另外,为了有效地支承保护部件,可以是:不仅在频率选择反射板的外周,在频率选择反射板的外周以外的区域也配置支承部件。
在频率选择反射板的外周以外的区域也配置有支承部件的情况下,在第1方式的频率选择反射板的情况、即在将保护部件配置为不与频率选择反射板相接的情况下,在能够确保必要的反射特性的范围内,能够在频率选择反射板的外周以外的区域配置支承部件。
另外,在频率选择反射板的外周以外的区域也配置有支承部件的情况下,在第2方式的频率选择反射板的情况下,电介质层中的最大厚度部能够兼作配置于频率选择反射板的外周以外的区域中的支承部件。另外,在第2方式的频率选择反射板的情况下,也可以一并形成电介质层、和配置于频率选择反射板的外周的支承部件。此时,在电介质层中,通过设置成这样的配置、即、以电介质层中的最大厚度部包围电介质层的外周,能够一并形成电介质层、和配置于频率选择反射板的外周的支承部件。另外,此时,如上所述,在电介质层中分别形成有各个单元区域,在排列有块状的单元区域的情况下,只要适当调整电介质层中的最大厚度部的布局、以使反射结构体整体的外周部作为支承部件发挥功能即可。
(2)固定部件
在将本公开的反射结构体安装于例如墙壁等来使用的情况下,也可以在上述频率选择反射板的与上述保护部件相反一侧的面上配置固定部件,该固定部件具有用于安装反射结构体的机构。另外,为了抑制墙壁等设置面与频率选择反射板的干涉,固定部件可以具有使设置面与频率选择反射板的距离隔开规定的间隔的结构,固定部件也可以具有这样的规定厚度的层:该层具有接近空气的介电常数。另外,为了抑制固定部件与频率选择反射板的干涉,也可以在固定部件与频率选择反射板之间配置金属层,固定部件也可以兼作金属层。另外,在将本公开的反射结构体安装于墙壁等的情况下,固定部件也可以具有使频率选择反射板的法线方向的角度可变的机构,以能够对所设计的电磁波的入射方向及反射方向、以及实际的电磁波的入射方向及反射方向的偏差进行校正。
(3)密封部件
在本公开中,也可以在反射结构体的外周配置密封部件。在频率选择反射板的外周的全部未配置支承部件的情况下,具体而言,在第1方式的频率选择反射板的情况(即保护部件与频率选择反射板相接地配置的情况)下、或者在第2方式的频率选择反射板的情况(即电介质层分别形成有各个单元区域且排列有块状的单元区域的情况)等下,通过在反射结构体的外周配置密封部件,能够抑制异物、水分等从反射结构体的外周侵入。
作为密封部件,例如能够应用一般的填缝材料或阻隔带等,但优选具有非导电性。
此外,本公开不限定于上述实施方式。上述实施方式是示例,具有与本公开的权利要求书所记载的技术思想实质上相同的结构、且能够起到相同的作用效果的实施方式是任意的,都包含于本公开的技术范围中。
实施例
以下,列举实施例对本公开进行具体说明。
[实施例1]
进行了频率选择反射板的反射特性的模拟。在模拟中,如图20的(a)所示,电介质层的单位结构具有在一个方向上厚度增加的厚度分布,且具有厚度不同的6个单元区域,关于电介质层,使用了这样的模型:其具有在一个方向上重复配置的周期结构。另外,在模拟中,将反射部件设为这样的模型:环状的反射元件规则地排列,以入射波的频率共振,并反射该频率的电磁波。另外,在模拟中使用了下述的参数。
入射波的频率:28GHz
入射波的入射角:0度、-10度
反射波的期望反射角:27度、37度
相邻的单元区域中的相对反射相位之差:60度
图20的(b)示出模拟结果。在入射角为0度的情况下,即相对于来自正面方向31的入射的反射由标号32所示的实线表示。另外,在入射角为-10度的情况下,即相对于来自-10度方向33的入射的反射由标号34所示的实线表示。可知:在入射角为0度的情况下,向相对于正反射方向为+27度的方向反射,在入射角为-10度的情况下,向相对于正反射方向为+37度的方向反射。
[实施例2]
进行了频率选择反射板的反射特性的模拟。在模拟中,如图21的(a)所示,电介质层的单位结构具有在一个方向上厚度增加的厚度分布,具有厚度不同的10个单元区域,关于电介质层,使用了这样的模型:其具有单位结构在一个方向上重复配置的周期结构。另外,在模拟中,将反射部件设为这样的模型:环状的反射元件规则地排列,以入射波的频率共振,并反射该频率的电磁波的模型。另外,在模拟中使用了下述的参数。
入射波的频率:28GHz
入射波的入射角:0度
反射波的期望反射角:16度
相邻的单元区域中的相对反射相位之差:36度
图21的(b)示出模拟结果。在入射角为0度的情况下,即相对于来自正面方向35的入射的反射由标号36所示的实线表示。可知:在入射角为0度的情况下,向相对于正反射方向为+16度的方向反射。另外,在图21的(b)中,与图20的(b)相比,反射方向接近正反射方向。这是因为,相对于电介质层的单位结构在图20的(a)中具有6个单元区域,在图21的(a)中具有10个单元区域,单位结构在厚度增加的规定的方向上的长度较长。
[实施例3]
首先,按照实施例1的反射部件的模型,对带铜箔的PET膜进行蚀刻,制作出规则地排列有环状的反射元件的反射部件。另外,根据实施例1的电介质层的模型,用3D打印机成型出电介质层。接着,在反射部件上粘贴电介质层,制作出频率选择反射板。
使用紧凑动态范围测量系统和网络分析仪,测量频率选择反射板的反射特性。实施例3的频率选择反射板的反射特性与实施例1的模拟结果大致一致。
[实施例4]
在反射阵列的解析中,使用了图22所示那样的一般的传输线路等效电路,针对如下这样的频率选择反射板计算了反射相位,所述频率选择反射板具有:具有FSS的反射部件;和电介质层。另外,图22中的记号如下所述。
ZVAC:表示具有空气的特性阻抗的传输线路。线路长度是从被设定为距电介质层的最上表面较远的任意距离的相位观测面减去电介质层的厚度而得到的长度。
ZPC:表示具有电介质层的特性阻抗的传输线路。线路长度是电介质层h的厚度。
r:表示FSS的环状的反射元件的电阻。
L:表示FSS的环状的反射元件的电感。
C:表示FSS的环状的反射元件的电容。
ZPET:表示具有如下的电介质基板的介电常数的传输线路,该电介质基板配置有FSS的环状的反射元件。线路长度是电介质基板的厚度。
ZL:表示电介质基板的背面的空间的特性阻抗。该空间被空气充满。
其结果是,在反射相位中,由因重叠了不同厚度的电介质层而产生的共振频率偏移所引起的反射相位变化最多为几十度,这是最大反射相位360度的25%左右,除此以外的反射相位变化被计算为是由电介质层内的波长缩短而引起的。进而,即使具有频率选择性表面的反射部件与电介质层的位置偏移,该偏移也通过整个频率选择反射板而变得均等,但若考虑这样的情况:为了使反射波成为平面波,只要与相邻的单元区域的反射相位均等即可,则能够得出几乎没有对反射方向造成影响的结论。
[实施例5]
进行反射结构体的反射特性的模拟。在模拟中,如图23的(a)所示,频率选择反射板的电介质层的单位结构具有在一个方向上厚度增加的厚度分布,且具有厚度不同的6个单元区域,关于电介质层,使用了这样的模型:其具有单位结构在一个方向上重复配置的周期结构。另外,在模拟中,将反射部件设为这样的模型:环状的反射元件规则地排列,以入射波的频率共振,并反射该频率的电磁波。另外,在模拟中,对于频率选择反射板,使用了下述的参数。另外,在模拟中,保护部部件的厚度为上述电磁波的有效波长λg的1/3~1/15。
入射波的频率:28GHz
入射波的入射角:0度
反射波的期望反射角:27度
相邻的单元区域中的相对反射相位之差:60度
图23的(b)示出模拟结果。另外,在图23的(c)中示出了保护部件的厚度、与将未配置保护部件的情况下的反射波的强度设为1时的反射波的强度比之间的关系。在保护部件的厚度小于λg/4的情况下,随着保护部件的厚度变薄,反射波的强度比变高。进而,若保护部件的厚度成为λg/15以下,则反射波的强度比大致恒定。由此,暗示了如下情况:即,通过使保护部件的厚度变薄为小于λg/4,能够抑制电磁波的衰减。
[实施例6]
进行了频率选择反射板的反射特性的模拟。在模拟中,电介质层的单位结构具有在一个方向上厚度增加的厚度分布,且具有厚度不同的3个、5个或8个单元区域,关于电介质层,使用了这样的模型:其具有单位结构在一个方向上重复配置的周期结构。另外,在模拟中,将反射部件设为这样的模型:环状的反射元件规则地排列,以入射波的频率共振,并反射该频率的电磁波。而且,在电介质层的单位结构中,以各单元区域中的电磁波的相对反射相位成为规定的设定的方式进行了设计。
接着,基于上述的设计值,按照电介质层的模型用3D打印机成型出电介质层。
关于所得到的电介质层,在图24的(a)~(c)中示出了这样的曲线图:将最小厚度单元区域的在规定的方向上的中心位置设为0、将最大厚度单元区域在规定的方向上的中心位置设为1时的相对位置为横轴,将最小厚度单元区域的厚度设为0、将最大厚度单元区域的厚度设为1时的、各单元区域的厚度与最大厚度单元区域的厚度之比为纵轴,在该曲线图中,描绘与各单元区域在规定的方向上的中心位置、和各单元区域的厚度相对于最大厚度单元区域的厚度之比对应的点。图24的(a)~(c)分别是构成电介质层的单位结构的单元区域的数量为3个、5个、8个的情况下的曲线图。然后,根据上述曲线图求出回归直线。
如图24的(a)~(c)所示,在任一情况下,回归直线的斜率a和决定系数R2均为规定的范围。
另外,使用紧凑动态范围测量系统和网络分析仪,测量了频率选择反射板的反射特性。频率选择反射板的反射特性均与模拟结果大致一致。
因此,暗示了:在回归直线的斜率a和决定系数R2为规定的范围的情况下,满足所期望的反射特性。
标号说明
1:频率选择反射板;
2:反射部件;
3:反射元件;
4:电介质基板;
5:电介质层;
6:粘接层;
7:反射层;
8:空间;
10、10a、10b:单位结构;
11a~11g、12a~12f、13a~13e:单元区域;
20:反射结构体;
21:保护部件;
22:保护片;
23:粘接层;
24:支承部件;
D1:规定的方向;
L:单位结构在厚度增加的规定的方向上的长度;
t1、t2、t3、t4、t5、t6:单元区域的厚度;
T:保护部件的厚度。
Claims (29)
1.一种频率选择反射板,其将24GHz以上的特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射,其中,
所述频率选择反射板具有:
反射部件,其反射所述电磁波;和
使所述电磁波透过的电介质层,其相对于所述反射部件配置于所述电磁波的入射侧,并且具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布,
所述电介质层的所述单位结构具有厚度不同的多个单元区域,
关于所述电介质层的各单位结构,在将所述单位结构在所述规定的方向上的长度作为横轴,将所述电磁波透过所述电介质层被所述反射部件反射而再次透过所述电介质层并向所述电磁波的入射侧放出时的相对反射相位作为纵轴,并且所述电磁波的相对反射相位的值超过-360度且为0度以下的曲线图中,描绘与各单元区域在所述规定的方向上的中心位置和各单元区域中的所述电磁波的相对反射相位对应的点,并引出通过与具有最小厚度的最小厚度单元区域对应的点的直线,此时,各点处于同一直线上,
所述电介质层至少具有第1单位结构作为所述单位结构,所述第1单位结构具有厚度不同的3个以上的所述单元区域,
通过利用所述电介质层的厚度分布来控制所述电磁波的相对反射相位分布,由此控制所述电磁波的反射方向。
2.根据权利要求1所述的频率选择反射板,其中,
在所述电介质层的所述单位结构中,相邻的所述单元区域中的所述电磁波的相对反射相位之差的绝对值超过0度且小于180度。
3.根据权利要求1或2所述的频率选择反射板,其中,
在所述电介质层的所述单位结构中,相邻的所述单元区域中的所述电磁波的相对反射相位之差相等。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的频率选择反射板,其中,
在所述电介质层的所述单位结构中,具有最小厚度的最小厚度单元区域中的所述电磁波的相对反射相位与具有最大厚度的最大厚度单元区域中的所述电磁波的相对反射相位之差的绝对值小于360度。
5.一种频率选择反射板,其将24GHz以上的特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射,其中,
所述频率选择反射板具有:
反射部件,其反射所述电磁波;和
使所述电磁波透过的电介质层,其相对于所述反射部件配置于所述电磁波的入射侧,并且具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布,
所述电介质层的所述单位结构具有厚度不同的多个单元区域,
关于所述电介质层的各单位结构,在将具有最小厚度的最小厚度单元区域在所述规定的方向上的中心位置作为0、将具有最大厚度的最大厚度单元区域在所述规定的方向上的中心位置作为1时的相对位置为横轴,将所述最小厚度单元区域的厚度作为0、将所述最大厚度单元区域的厚度作为1时的各单元区域的厚度与所述最大厚度单元区域的厚度之比为纵轴的曲线图中,描绘与各单元区域在所述规定的方向上的中心位置和各单元区域的厚度相对于所述最大厚度单元区域的厚度之比对应的点,并求出下述式(1):
y=ax (1)
的回归直线,此时,所述回归直线的斜率a为0.7以上且1.2以下,所述回归直线的决定系数为0.9以上,
所述电介质层至少具有第1单位结构作为所述单位结构,所述第1单位结构具有厚度不同的3个以上的所述单元区域。
6.一种频率选择反射板,其将24GHz以上的特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射,其中,
所述频率选择反射板具有:
反射部件,其反射所述电磁波;和
使所述电磁波透过的电介质层,其相对于所述反射部件配置于所述电磁波的入射侧,并且具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布,
所述电介质层的所述单位结构具有厚度不同的多个单元区域,
在所述电介质层的各单位结构中,最小厚度与最大厚度之差为0.2mm以上且15mm以下,
所述电介质层至少具有第1单位结构作为所述单位结构,所述第1单位结构具有厚度不同的3个以上的所述单元区域。
7.根据权利要求1至5中的任意一项所述的频率选择反射板,其中,
在所述电介质层的各单位结构中,最小厚度与最大厚度之差为0.2mm以上且15mm以下。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的频率选择反射板,其中,
所述反射部件是仅反射所述电磁波的频率选择板。
9.根据权利要求8所述的频率选择反射板,其中,
所述反射部件具有对所述电磁波的反射相位进行控制的反射相位控制功能。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的频率选择反射板,其中,
所述电介质层具有所述单位结构重复配置的周期结构。
11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的频率选择反射板,其中,
所述电介质层具有与所述第1单位结构不同的第2单位结构作为所述单位结构。
12.根据权利要求1至11中的任意一项所述的频率选择反射板,其中,
所述电介质层含有树脂。
13.根据权利要求12所述的频率选择反射板,其中,
所述电介质层含有填料。
14.根据权利要求1至13中的任意一项所述的频率选择反射板,其中,
在所述反射部件的与所述电介质层相反一侧的面上具有接地层。
15.根据权利要求1至14中的任意一项所述的频率选择反射板,其中,
在所述反射部件与所述电介质层之间具有粘接层。
16.根据权利要求1至14中的任意一项所述的频率选择反射板,其中,
在所述反射部件与所述电介质层之间具有空间。
17.根据权利要求1至16中的任意一项所述的频率选择反射板,其中,
在所述电介质层的与所述反射部件相反一侧的面上具有罩部件。
18.根据权利要求1至17中的任意一项所述的频率选择反射板,其中,
所述电磁波的频率为300GHz以下。
19.一种电介质层,其中,
所述电介质层用于权利要求1至18中的任意一项所述的频率选择反射板。
20.一种反射结构体,其具有:
频率选择反射板,其将特定频带的电磁波向与正反射方向不同的方向反射;和
保护部件,其配置于所述频率选择反射板的上方,
其中,
所述保护部件的厚度小于在所述保护部件内传播的所述电磁波的有效波长的1/4。
21.根据权利要求20所述的反射结构体,其中,
所述频率选择反射板从所述保护部件侧起依次具有:
使所述电磁波透过的电介质层,其具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布;和
反射部件,其反射所述电磁波,
所述电介质层的所述单位结构具有厚度不同的多个单元区域,
关于所述电介质层的各单位结构,在将所述单位结构在所述规定的方向上的长度作为横轴,将所述电磁波透过所述电介质层被所述反射部件反射而再次透过所述电介质层并向所述保护部件侧放出时的相对反射相位作为纵轴,并且所述电磁波的相对反射相位的值超过-360度且为0度以下的曲线图中,描绘与各单元区域在所述规定的方向上的中心位置和各单元区域中的所述电磁波的相对反射相位对应的点,并引出通过与具有最小厚度的最小厚度单元区域对应的点的直线,此时,各点处于同一直线上,
所述电介质层至少具有第1单位结构作为所述单位结构,所述第1单位结构具有厚度不同的3个以上的所述单元区域,
通过利用所述电介质层的厚度分布来控制所述电磁波的相对反射相位分布,由此控制所述电磁波的反射方向。
22.根据权利要求20所述的反射结构体,其中,
所述频率选择反射板从所述保护部件侧起依次具有:
使所述电磁波透过的电介质层,其具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布;和
反射部件,其反射所述电磁波,
所述电介质层的所述单位结构具有厚度不同的多个单元区域,
关于所述电介质层的各单位结构,在将具有最小厚度的最小厚度单元区域在所述规定的方向上的中心位置作为0、将具有最大厚度的最大厚度单元区域在所述规定的方向上的中心位置作为1时的相对位置为横轴,将所述最小厚度单元区域的厚度作为0、将所述最大厚度单元区域的厚度作为1时的各单元区域的厚度与所述最大厚度单元区域的厚度之比为纵轴的曲线图中,描绘与各单元区域在所述规定的方向上的中心位置和各单元区域的厚度相对于所述最大厚度单元区域的厚度之比对应的点,并求出下述式(1):
y=ax (1)
的回归直线,此时,所述回归直线的斜率a为0.7以上且1.2以下,所述回归直线的决定系数为0.9以上,
所述电介质层至少具有第1单位结构作为所述单位结构,所述第1单位结构具有厚度不同的3个以上的所述单元区域。
23.根据权利要求20所述的反射结构体,其中,
所述频率选择反射板从所述保护部件侧起依次具有:
使所述电磁波透过的电介质层,其具有配置有多个单位结构的凹凸结构,所述单位结构具有在规定的方向上厚度增加的厚度分布;和
反射部件,其反射所述电磁波,
所述电介质层的所述单位结构具有厚度不同的多个单元区域,
在所述电介质层的各单位结构中,最小厚度与最大厚度之差为0.2mm以上且15mm以下,
所述电介质层至少具有第1单位结构作为所述单位结构,所述第1单位结构具有厚度不同的3个以上的所述单元区域。
24.根据权利要求21至23中的任意一项所述的反射结构体,其中,
所述反射部件是仅反射所述电磁波的频率选择板。
25.根据权利要求24所述的反射结构体,其中,
所述反射部件具有对所述电磁波的反射相位进行控制的反射相位控制功能。
26.根据权利要求20所述的反射结构体,其中,
所述频率选择反射板具有反射所述电磁波的反射部件,
所述反射部件具有对所述电磁波的反射相位进行控制的反射相位控制功能。
27.根据权利要求20至26中的任意一项所述的反射结构体,其中,
所述保护部件被所述频率选择反射板支承。
28.根据权利要求20至27中的任意一项所述的反射结构体,其中,
在所述频率选择反射板的外周配置有支承部件,所述保护部件被所述支承部件支承。
29.根据权利要求20至28中的任意一项所述的反射结构体,其中,
所述保护部件从所述频率选择反射板侧起依次具有粘接层和保护片。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117769235A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-03-26 | 江苏赛博空间科学技术有限公司 | 一种用于实现电磁波衰减的金属图案功能层结构 |
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- 2022-03-04 CN CN202280018454.4A patent/CN116918181A/zh active Pending
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