JP2022115046A - 電磁波透過構造、電磁波透過構造アレイ及び電磁波透過オフセット方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波透過構造を提供する。【解決手段】電磁波の収束に適用される電磁波透過構造であって、基板と、前記基板に設けられ、１つの金属リングシートを含む透過ユニットと、を備え、前記金属リングシートの内径の加重平均及び外径の加重平均は、それぞれ前記電磁波の波長、前記電磁波透過構造と焦点に収束する前記電磁波との間の焦点距離、及び前記電磁波の発生源から前記焦点までの入射距離に関連し、前記金属リングシートの円周上の複数の内径及び複数の外径の変化傾向は同様であり、前記内径にそれぞれ対応する複数の重みは基準軸と前記内径との間の複数の参照夾角に関連し、前記外径にそれぞれ対応する複数の重みは前記基準軸と前記外径との間の前記参照夾角に関連する電磁波透過構造。【選択図】図１

Description

本発明は、構造、アレイ及び方法に関し、特に電磁波透過構造、電磁波透過構造アレイ及び電磁波透過オフセット方法に関する。

移動通信システムでは、電磁波の短波長と高損失、及び建物、樹木、家具、看板などの遮蔽のため、通信の死角、暗い領域、または信号の弱い領域が発生する場合が多い。従来の解決方法には、基地局または強波装置を増設する手段が使用されるため、基地局を構築する場合、数千や数万の小型基地局または強波装置を緊密に構築することは、莫大なコストと多くの人件費を要する大規模なプロジェクトになり、しかも、かなりの電力を消耗し、後続の保守作業は時間と手間がかかり、ひいては、基地局の付近に住む住民を心理的圧力を与えることになる。

これを鑑みて、本発明者は、伝送経路で電磁波のエネルギーを高めたり、電磁波の放射方向を変えたりして、当該電磁波を通信の死角にスムーズに入るようにするために、電磁波透過構造、電磁波透過オフセット方法及電磁波透過構造アレイを提供する。

前記電磁波透過構造は、電磁波の収束に適用され、基板と、前記基板に設けられ、１つの金属リングシートを含む透過ユニットと、を備え、前記金属リングシートの内径の加重平均及び外径の加重平均は、それぞれ前記電磁波の波長、前記電磁波透過構造と焦点に収束する前記電磁波との間の焦点距離、及び前記電磁波の発生源から前記焦点までの入射距離に関連し、前記金属リングシートの円周上の複数の内径及び複数の外径の変化傾向は同様であり、前記内径にそれぞれ対応する複数の重みは前記金属リングシートの中心を通過する基準軸と前記内径との間の複数の参照夾角に関連し、前記外径にそれぞれ対応する複数の重みは前記基準軸と前記外径との間の前記参照夾角に関連する。

さらに、前記金属リングシートは、円形、楕円形、多角形のいずれかから選ばれ、前記内径の加重平均及び前記外径の加重平均はそれぞれ以下の内径関数の関数値及び外径関数の関数値に相当できる。

ただし、ｈ_iは前記内径関数であり、ｈ_oは前記外径関数であり、ｃは前記入射距離の半分であり、ｄは前記焦点距離であり、λは前記波長である。

さらに、前記基板は、硬質板、軟質板のいずれかから選ばれる。

さらに、前記透過ユニットは、透明なものと不透明なもののいずれかである。

さらに、前記基板は、前記軟質板である場合、円柱状に巻き取られる。

さらに、前記電磁波透過構造は、前記基板に設けられるとともに、前記金属リングシート内に位置する複数の偏波ユニットをさらに備え、各偏波ユニットは前記電磁波の偏波を変更させる。

前記電磁波透過構造は、電磁波の収束に適用され、基板と、前記基板に設けられ、複数の金属リングシートを含む透過ユニットと、を備え、前記金属リングシートの内径の加重平均はいずれも異なり、同じ中心で間隔をあけて配列され、各金属リングシートの前記内径の加重平均及び外径の加重平均は、それぞれ各金属リングシートの前記中心に対して配列される順序、前記電磁波の波長、前記電磁波透過構造と焦点に収束する前記電磁波との間の焦点距離、及び前記電磁波の発生源から前記焦点までの入射距離に関連し、各金属リングシートの円周上の複数の内径及び複数の外径の変化傾向は同様であり、前記内径にそれぞれ対応する複数の重みは前記金属リングシートの中心を通過する基準軸と前記内径との間の複数の参照夾角に関連し、前記外径にそれぞれ対応する複数の重みは前記基準軸と前記外径との間の前記参照夾角に関連する。

さらに、各金属リングシートは、円形、楕円形、多角形のいずれかから選ばれ、各金属リングシートの前記内径の加重平均及び前記外径の加重平均はそれぞれ以下の内径関数の関数値及び外径関数の関数値に相当できる。

ただし、ｎは前記中心に対して内側から外側の順序でｎ番目の金属リングシートであり、ｈ_niはｎ番目の金属リングシートの前記内径関数であり、ｈ_noはｎ番目の金属リングシートの前記外径関数であり、ｃは前記入射距離の半分であり、ｄは前記焦点距離であり、λは前記波長である。

前記電磁波透過オフセット方法は、以下の工程を含む。

電磁波を上記の電磁波透過構造に入射させ、前記電磁波は前記電磁波透過構造に入射した後、－２５度～２５度である角度でオフセットして射出し、前記電磁波の入射方向が前記電磁波透過構造の法線ベクトルと平行する場合、前記電磁波は前記電磁波透過構造に入射した後前記法線ベクトルと前記角度をなすようにオフセットして射出し、前記電磁波の前記入射方向と前記電磁波透過構造の前記法線ベクトルとが前記角度をなす場合、前記電磁波は前記電磁波透過構造に入射した後前記法線ベクトルと平行するようにオフセットして射出する。

前記電磁波透過構造アレイは、複数の上記電磁波透過構造を備え、上記の各電磁波透過構造の前記基板は円柱状に巻き取られ、前記電磁波透過構造は、基準点を円心とし、前記波長に関連する距離を半径とする基準円に配列され、前記電磁波透過構造は、それぞれ参照座標軸と夾角をなす。

上記の技術的特徴に従って以下の効果を達成することができる。

１．前記電磁波透過構造により、前記電磁波の入射後、前記電磁波エネルギーを収束する効果を達成し、受信方向のゲインを強化することができ、また、前記電磁波が前記電磁波透過構造に入射した後、－２５度～２５度の前記角度でオフセットして射出することができ、このため、前記電磁波透過構造を設けることによって、前記電磁波が入射した後にオフセットして通信の死角に到達することができる。

２．前記電磁波透過構造は、実際の配置要求に応じて、前記基板を前記硬質板や前記軟質板に調整し、又は、前記透過ユニットへ透明や不透明などの様々な変化を付与することにより、いずれも前記電磁波エネルギーを収束する効果を達成することができる。

３．前記基板が前記円柱状に巻き取られること、及び設けられた位置により、前記電磁波は前記電磁波透過構造を透過する際に主波束方向を変えることができる。

４．前記偏波ユニットにより、前記電磁波は前記電磁波透過構造を透過する際に偏波を変更させることができる。

５．前記電磁波透過構造アレイにより、前記電磁波は前記電磁波透過構造アレイを透過する際に、複数の主波束に同時に収束されることができる。

本発明の第１の実施例を示す斜視図である。 前記第１の実施例による透過ユニットを示す上面図である。 電磁波が前記第１の実施例に入射して焦点に収束する模式図である。 前記電磁波が前記第１の実施例に入射して前記焦点に収束する模式図である。 前記電磁波透過構造をそれぞれ負方向のＸ軸方向に向かって０ミリメートル、２０ミリメートル及び４０ミリメートルオフセットする場合、受信アンテナは前記電磁波透過構造を介して射出された前記電磁波を受信するシミュレーション図である。 前記電磁波透過構造をそれぞれ負方向のＸ軸方向に向かって０ミリメートル、２０ミリメートル及び４０ミリメートルオフセットする場合、ＸＺ断面では、送信アンテナ及び前記電磁波透過構造の主波束方向のゲイン及び角度の変化を示すシミュレーション図である。 前記電磁波透過構造をそれぞれ負方向のＹ軸方向に向かって０ミリメートル、２０ミリメートル及び４０ミリメートルオフセットする場合、前記受信アンテナは前記電磁波透過構造を介して射出された前記電磁波を受信するシミュレーション図である。 前記電磁波透過構造をそれぞれ負方向の前記Ｙ軸方向に向かって０ミリメートル、２０ミリメートル及び４０ミリメートルオフセットする場合、ＹＺ断面では、前記送信アンテナ及び前記電磁波透過構造の主波束方向の前記ゲイン及び前記角度の変化を示すシミュレーション図である。 電磁無響室内の前記電磁波透過構造のＸＺ平面フィールドパターンを示す測定図である。 前記電磁無響室内の前記電磁波透過構造のＹＺ平面フィールドパターンを示す測定図である。 前記電磁波透過構造をそれぞれ正方向の前記Ｘ軸の方向に向かって０ミリメートル、１０ミリメートル、２０ミリメートル、３０ミリメートル、４０ミリメートル、５０ミリメートル及び６０ミリメートルオフセットする場合、前記受信アンテナは前記電磁波透過構造を介して射出された前記電磁波を受信するシミュレーション図である。 前記電磁波透過構造をそれぞれ正方向の前記Ｘ軸の方向に向かって０ミリメートル、１０ミリメートル、２０ミリメートル、３０ミリメートル、４０ミリメートル、５０ミリメートル及び６０ミリメートルオフセットする場合、前記送信アンテナ及び前記電磁波透過構造の主波束方向の前記ゲイン及び前記角度の変化を示すシミュレーション図である。 前記電磁波透過構造をそれぞれ負方向の前記Ｙ軸方向に向かって０ミリメートル、１０ミリメートル、２０ミリメートル、３０ミリメートル、４０ミリメートル、５０ミリメートル及び６０ミリメートルオフセットする場合、前記受信アンテナは前記電磁波透過構造を介して射出された前記電磁波を受信するシミュレーション図である。 前記電磁波透過構造をそれぞれ負方向の前記Ｙ軸方向に向かって０ミリメートル、１０ミリメートル、２０ミリメートル、３０ミリメートル、４０ミリメートル、５０ミリメートル及び６０ミリメートルオフセットする場合、前記送信アンテナ及び前記電磁波透過構造の主波束方向の前記ゲイン及び前記角度の変化を示すシミュレーション図である。 本発明の第２の実施例を示す上面図である。 前記第２の実施例が曲がった状態にある模式図である。 前記電磁無響室内の前記第２の実施例の前記ＸＺ平面フィールドパターンを示す測定図である。 前記電磁無響室内の前記第２の実施例の前記ＹＺ平面フィールドパターンを示す測定図である。 本発明の第３の実施例を示す上面図である。 前記電磁無響室内の前記第３の実施例の前記ＸＺ平面フィールドパターンを示す測定図である。 前記電磁無響室の前記第３の実施例の前記ＹＺ平面フィールドパターンを示す測定図である。 本発明の第４の実施例を示す模式図である。 前記第４の実施例のＸＹ平面フィールドパターンを示す測定及びシミュレーション図である。 本発明の第５の実施例を示す模式図である。 本発明の第６の実施例を示す模式図である。 前記第６の実施例の前記ＸＹ平面フィールドパターンを示す測定及びシミュレーション図である。 本発明の第７の実施例を示す模式図である。 前記第７の実施例の前記ＸＺ平面フィールドパターンを示す測定及びシミュレーション図である。 本発明の第８の実施例を示す模式図である。 本発明の第９の実施例を示す模式図である。 各金属リングシートがそれぞれ十二角形、十角形、八角形である場合、前記電磁波透過構造はＸＺ断面では、前記送信アンテナ及び前記電磁波透過構造の主波束方向のゲイン及び角度の変化を示すシミュレーション図である。 本発明の第１０の実施例を示す模式図である。

上記技術的特徴に基づいて、本発明の電磁波透過構造、電磁波透過構造アレイ、及び電磁波透過オフセット方法の主な効果は、以下の実施例において明確に示される。

図１～図３を参照されたく、本発明の第１の実施例であり、前記第１の実施例は、基板１と透過ユニット２を備える電磁波透過構造１０である。

前記透過ユニット２は前記基板１に設けられる。前記基板１は概ね長方形を呈し、硬質板であり、前記硬質板は、ガラス強化炭化水素とセラミック層のプレス板、繊維強化エポキシ樹脂板、ガラス板などから選ばれることができ、本例では、前記基板１は高周波マイクロ波板の前記ガラス強化炭化水素とセラミック層のプレス板であり、且つ厚さが０．５０８ｍｍである。前記透過ユニット２は複数の金属リングシート２１を備え、各金属リングシート２１は、円形、楕円形、多角形のいずれかから選ばれ、本例では、前記金属リングシート２１の形状は円形であり、前記金属リングシート２１のそれぞれの内径の加重平均はいずれも異なり、前記金属リングシート２１は同じ中心で間隔をあけて配列され、各金属リングシート２１の前記内径の加重平均及び外径の加重平均は、それぞれ各金属リングシート２１の前記中心に対して配列する順序、前記電磁波の波長、前記電磁波透過構造１０と焦点Ｆに収束する前記電磁波との焦点距離、及び前記電磁波の発生源Ｓから前記焦点Ｆまでの入射距離に関連する。また、各金属リングシート２１の円周上の複数の内径及び複数の外径の変化傾向は同様であり、前記内径にそれぞれ対応する複数の重みは前記外径にそれぞれ対応する複数の重みと同様であり、前記内径の重みが前記中心を通過する基準軸Ｄと前記内径との間の複数の参照夾角βに関連し、前記基準軸Ｄに近いほど、前記重みが重くなることを予め設定すると、前記内径の前記重みは前記参照夾角βの余弦関数の絶対値にすることができ、逆に、前記基準軸Ｄから離れるほど、前記重みが重くなることを予め設定すると、前記内径の前記重みは前記参照夾角βの正弦関数の絶対値にすることができ、なお、前記重みは、前記参照夾角βのオイラーの公式の絶対値も使用することができる。

前記電磁波透過構造１０を使用することで電磁波透過オフセット方法を実行することができ、前記電磁波透過オフセット方法を実行する前に、まず、前記電磁波の前記発生源Ｓの発生源位置、前記電磁波透過構造１０を設けるための設置位置、及び前記電磁波が前記電磁波透過構造１０に入射した後前記焦点Ｆに収束するフォーカス位置を予め設定し、前記発生源位置、前記設置位置及び前記フォーカス位置に基づき前記焦点距離及び前記入射距離を求め、各金属リングシート２１の内径関数及び外径関数は前記波長、前記焦点距離及び前記入射距離に関連する。なお、前記電磁波透過構造１０に必要なサイズに応じて、いくつの前記金属リングシート２１を前記基板１に設けるかを予め設定し、本例では、２つの金属リングシート２１を例として説明する。

各金属リングシート２１の前記内径の加重平均及び前記外径の加重平均は、それぞれ以下の前記内径関数の関数値及び前記外径関数の関数値に相当できる。

ただし、ｈ_niはｎ番目の金属リングシート２１の前記内径関数であり、ｈ_noはｎ番目の金属リングシート２１の前記外径関数であり、ｎは前記中心に対して内側から外側の順序でｎ番目の金属リングシート２１であり、ｃは前記入射距離の半分であり、ｄは前記焦点距離であり、λは前記波長である。このため、前記内径関数、前記外径関数、及び予め設定された前記波長、前記焦点距離、前記入射距離に基づき各金属リングシート２１の前記内径の加重平均及び前記外径の加重平均にそれぞれ対応する前記関数値を求めることができる。各金属リングシート２１の前記内径の加重平均及び前記外径の加重平均から各金属リングシート２１の前記内径及び前記外径の関係式を導き出し、さらに、各金属リングシート２１の形態を導き出すことができる。

本例の各金属リングシート２１は円形であり、例えば１番目の前記金属リングシート２１の前記内径の関係式を計算する場合、前記基準軸ＤをＹＺ断面として予め設定し、且つ前記基準軸Ｄから離れるほど、前記重みが重くなり、前記内径の前記重みは前記参照夾角βの正弦関数の絶対値である。

下記は、１番目の前記金属リングシート２１の内縁を形成する関数である。

（ｘ、ｙ）は、１番目の前記金属リングシート２１の内縁がＸＹ平面での座標を示し、ｒ₁は、１番目の前記金属リングシート２１の内径を示す。

１番目の前記金属リングシート２１の内径ｒ₁は本例では求められるパラメータであり、１番目の前記金属リングシート２１の前記内径関数の関数値ｈ_1iは前記内径の加重平均に相当し、１番目の前記金属リングシート２１の前記内径関数の関数値ｈ_1iは本例では予め設定された後の既知のパラメータである。

上式から１番目の前記金属リングシート２１のいずれかの内径ｒ１が前記内径の加重平均に等しいことを求める。つまり、各金属リングシート２１が円形である場合、各金属リングシート２１の前記内径の加重平均及び前記外径の加重平均はそれぞれいずれかの内径及びいずれかの外径に等しい。同樣にして、１番目の前記金属リングシート２１のいずれかの外径Ｒ₁、２番目の前記金属リングシート２１のいずれかの内径ｒ₂及びいずれかの外径Ｒ₂を導き出すことができる。

図１、図３及び図４を参照されたく、前記電磁波は前記電磁波透過構造１０に垂直に入射し、即ち、前記電磁波の入射方向は前記電磁波透過構造１０の法線ベクトルと平行し、一部の前記電磁波は前記電磁波透過構造１０の前記金属リングシート２１の間に入射する場合に透過できるが、一部の前記電磁波は前記電磁波透過構造１０の前記金属リングシート２１に入射する時に反射され、このため、前記電磁波が前記電磁波透過構造１０に入射した後、位相が近い前記電磁波を透過させ、逆位相の前記電磁波を反射させ、つまり、位相差が建設的干渉である前記電磁波を透過させ、位相差が破壊的干渉である前記電磁波を反射させ、これにより、前記電磁波エネルギーを収束する効果を達成し、前記電磁波が前記電磁波透過構造１０に入射した後ゲインを強化することができ、また、前記電磁波が入射した後に前記法線ベクトルと角度θをなすようにオフセットして射出し、前記角度θが－２５度～２５度であり、注意する必要があるのは、オフセットされた前記角度θ範囲内で射出した前記電磁波の前記ゲイン減衰は３ｄＢｉより小さく、ｄＢｉはゲインの単位を示す。さらに追加する必要があるのは、前記電磁波の伝達は相反性があるため、前記電磁波の前記入射方向と前記電磁波透過構造１０の前記法線ベクトルとが前記角度θをなす場合、前記電磁波は前記電磁波透過構造１０に入射した後に前記法線ベクトルと平行にオフセットして射出する。このため、前記電磁波透過構造１０は、前記電磁波がある位置でオフセットすることによって通信の死角に入るように設定されることができ、通信の死角が存在するという従来の問題を改善することができ、非常に便利である。

図５及び図６を参照されたく、シミュレーション例では、蝶ネクタイアンテナを送信アンテナ３として使用し、前記電磁波透過構造１０と前記送信アンテナ３はいずれもＸＹ平面に平行に設けられ、且つＺ軸の方向において間隔をあけて、前記電磁波の周波数は２８ＧＨｚであり、前記波長λが前記電磁波の周波数から換算され、前記電磁波透過構造１０と前記送信アンテナ３の距離は５倍の前記波長λとして設定され、前記焦点距離は１００倍の前記波長λとして設定され、これらのパラメータから前記金属リングシート２１のそれぞれの前記内径、前記外径を取得し、このようなサイズに従って前記電磁波透過構造１０をシミュレートする。

前記電磁波は前記電磁波透過構造１０に垂直に入射し、前記電磁波透過構造１０を負方向のＸ軸方向に向かってオフセットさせ、０ミリメートルオフセットする場合、前記角度θが０度であり、主波束方向における前記蝶ネクタイアンテナ及び前記電磁波透過構造１０によって形成されたシステムの前記ゲインが１７．３ｄＢｉであり、２０ミリメートルオフセットする場合、前記角度θが１６度であり、前記システムの前記主波束方向が１６度に変わって、且つ前記主波束方向における前記システムの前記ゲイン減衰が１６ｄＢｉであり、２８ミリメートルオフセットする場合、前記角度θが２２度であり、前記システムの前記主波束方向が２２度に変わって、且つ前記主波束方向における前記システムの前記ゲイン減衰が１４．４５ｄＢｉであり、３ｄＢｉより小さい範囲内にある。前記電磁波透過構造１０は対称的な構造であるため、前記電磁波透過構造１０が正方向の前記Ｘ軸方向に向かってオフセットする結果は負方向の前記Ｘ軸方向に向かってオフセットする結果と同様である。

図７及び図８を参照されたく、前記電磁波透過構造１０が負方向のＹ軸方向に向かってオフセットし、０ミリメートルオフセットする場合、前記角度θが０度であり、前記主波束方向における前記システムの前記ゲインは１７．３ｄＢｉであり、２０ミリメートルオフセットする場合、前記角度θが１６度であり、前記システムの主波束方向が１６度に変わって、且つ前記主波束方向における前記システムの前記ゲインレートが１６．２ｄＢｉに減少し、３０ミリメートルオフセットする場合、前記角度θが２５度であり、前記システムの主波束方向が２５度に変わって、且つ前記主波束方向における前記システムの前記ゲイン減衰が１４．５ｄＢｉであり、３ｄＢｉより小さい範囲内にある。前記電磁波透過構造１０は対称的な構造であるため、前記電磁波透過構造１０が正方向の前記Ｙ軸方向に向かってオフセットする結果は負方向の前記Ｙ軸方向に向かってオフセットする結果と類似する。前記システムの前記ゲインの図から分かるように、前記電磁波透過構造１０がオフセットする距離は大きくなるほど、前記システムの波束走査の範囲が大きくなるが、前記ゲインが減衰する。

さらに追加する必要があるのは、前記透過ユニット２は、１つの前記金属リングシート２１のみを備えてもよく、前記透過ユニット２に必要な面積が小さいため、前記電磁波透過構造１０は、必要に応じて全体の体積を縮小することができるが、前記電磁波が１つの前記金属リングシート２１に入射する前記ゲインは低い。

図９、図１０及び図１１を参照されたく、本発明の電磁波透過構造１０の他の実践であり、前記基板１は前記繊維強化エポキシ樹脂板であり、且つ厚さが０．２５４ｍｍであり、前記電磁波の周波数が２８ＧＨｚであり、前記電磁波透過構造１０と前記送信アンテナ３との距離が３倍の前記波長λであり、前記電磁波透過構造１０を電磁無響室に置いて測定し、図９はＸＺ平面フィールドパターンであり、図１０はＹＺ平面フィールドパターンであり、測定図から分かるように、前記電磁波透過構造１０と前記送信アンテナ３（システム）のゲインが１１．２ｄＢｉ増加し、半出力波束幅（３ｄＢｉ帯域幅）も１０度に減少する。

図１１及び図１２を参照されたく、本実践をシミュレートすると、前記電磁波透過構造１０と前記送信アンテナ３はいずれも前記Ｚ軸の方向に間隔をあけて前記ＸＹ平面に平行に設けられ、前記電磁波透過構造１０は正方向の前記Ｘ軸方向に向かってオフセットすると、前記電磁波透過構造１０がオフセットする距離は大きいほど、前記システムのフィールドタイプの変化も明らかになり、前記システムのゲインは、前記電磁波透過構造１０と受信アンテナの中心との距離が大きくなるにつれて、低下し始め、前記電磁波透過構造１０はオフセットしない場合、前記システムのゲインは１４．６ｄＢｉであり、前記システムの主波束方向は０度であり、前記電磁波透過構造１０は６０ｍｍオフセットする場合、前記システムのゲインが１１．１ｄＢｉであり、前記システムの主波束方向は０度から２９度に変わって、前記電磁波透過構造１０がオフセットする距離は大きくなる場合、前記システムの波束走査の範囲が広くなるが、前記ゲイン會が減衰するようになることが明らかである。

図１３及び図１４を参照されたく、前記電磁波透過構造１０は、対称的な構造であるため、負方向の前記Ｙ軸方向に向かってオフセットする結果と正方向の前記Ｘ軸方向に向かってオフセットする結果は類似し、前記電磁波透過構造１０が６０ｍｍオフセットする場合、前記システムのゲインは１２ｄＢｉであり、前記システムの主波束方向は０度から２６度に変わる。

図１５及び図１６を参照されたく、本発明の第２の実施例であり、前記第１の実施例と類似し、相違点は、前記基板１が軟質板であり、前記軟質板は使用の状態に応じて曲がることができ、前記電磁波透過構造１０は、実際の配置には、自由度がより多く、環境適応性がより高いことであり、本例では、前記基板１はシリカゲルであり、厚さが０．１ｍｍであり、前記電磁波の周波数は２８ＧＨｚであり、前記電磁波透過構造１０と前記送信アンテナ３との距離は３倍の前記波長であり、前記電磁波透過構造１０も前記電磁無響室に置いて測定し、図１７はＸＺ平面フィールドパターンであり、図１８はＹＺ平面フィールドパターンであり、測定図から分かるように、前記電磁波透過構造１０と前記送信アンテナ３（システム）のゲインは１１．３ｄＢｉ増加し、半出力波束幅（３ｄＢｉ帯域幅）も１０．５度に減少し、実際の測定後、前記基板１が前記軟質板であっても前記電磁波を収束する効果を有することが検証される。

図１９を参照されたく、本発明の第３の実施例であり、前記第１の実施例と類似し、相違点は、前記透過ユニット２が透明であることであり、本例では、前記透過ユニット２の材質は酸化インジウムスズであり、前記酸化インジウムスズは、フィルム状の場合、透明で導電性があり、前記透過ユニット２も同じく透明な前記基板１に設けられ、このため、前記第３の実施例は例えば窓に配置されることができ、前記電磁波透過構造１０に配置上でより高い柔軟性及び適用性を持たせ、本例では、前記基板１の厚さが０．７ｍｍであり、前記透過ユニット２の厚さが２６１ｎｍであり、前記透過ユニット２の抵抗率が１．３０５×１０⁶Ωｍであり、前記透過ユニットの導電率が７．６×１０⁵Ｓｍ^-1であり、前記電磁波の周波数が２８ＧＨｚであり、前記電磁波透過構造１０と前記送信アンテナ３との距離は３倍の前記波長であり、前記電磁波透過構造１０も前記電磁無響室に置いて測定し、図２０はＸＺ平面フィールドパターンであり、図２１はＹＺ平面フィールドパターンであり、測定図から分かるように、前記電磁波透過構造１０と前記送信アンテナ（システム）のゲインは１１．１ｄＢｉ増加し、半出力波束幅も１０度に減少し、実際の測定後、前記透過ユニット２も透明で前記電磁波を収束する効果を有することが検証される。

図２２及び図２３を参照されたく、本発明の第４の実施例であり、前記第２の実施例との類似点は、図１６に示すように、前記基板１が円柱状に巻き取られることであり、前記第２の実施例との相違点は、前記透過ユニット２が透明であることであり、前記電磁波透過構造１０は、前記送信アンテナ３から５倍の前記波長距離に設定され、前記送信アンテナ３は不非対称ストリップコリニアアンテナであり、前記送信アンテナ３から送信された前記電磁波は前記電磁波透過構造１０を透過した後、前記電磁波のゲインが増加し、半出力波束幅も減少し、その後、前記電磁波透過構造１０を、前記送信アンテナ３を円心として、５倍の前記波長を半径とする基準円に取り囲むように設け、前記電磁波透過構造１０が３０度に回転する時の位置を測定し、前記電磁波透過構造１０を透過する前記電磁波も前記電磁波透過構造１０の位置に追従して主波束方向を変えることが分かる。

図２４を参照されたく、本発明の第５の実施例であり、前記第３の実施例と類似し、相違点は、前記電磁波透過構造１０は複数の偏波ユニット４をさらに備えることであり、前記偏波ユニット４は前記基板１に設けられ、注意すべきなのは、前記偏波ユニット４が前記中心に最も近い前記金属リングシート２１内、前記金属リングシート２１の間、及び前記中心から最も離れる前記金属リングシート２１の外周のうちの少なくとも１つに位置し、前記偏波ユニット４を設けるカバレッジが広いほど、偏波を変える能力が強くなり、本例では、前記偏波ユニット４は前記中心に最も近い前記金属リングシート２１内及び前記金属リングシート２１の間に位置する。各偏波ユニット４は、前記電磁波の偏波を変えさせる。本例では、各偏波ユニット４はリングシート４１及び長方形シート４２を備え、前記長方形シート４２は前記リングシート４１内に位置し、且つ水平線と傾斜角度をなし、前記傾斜角度が４５度であり、前記リングシート４１及び前記長方形シート４２の材質は金属であり、各偏波ユニット４は直線偏波円形偏波ユニットである。前記第２の実施例の前記電磁波透過構造１０は透過する前記電磁波の偏波を変えなく、前記電磁波を収束する利点のみを有するが、前記第５の実施例では、前記電磁波透過構造１０は、透過する前記電磁波の－７度～６度のアンテナ軸比を３ｄＢ以下にさせ、即ち、－７度～６度の前記電磁波は前記偏波ユニット４の影響を受けて円偏波に近づき、前記電磁波透過構造１０の半出力波束幅は－３度～３度であり、前記アンテナ軸比が３ｄＢより小さい範囲内にある。このため、前記電磁波透過構造１０は前記偏波ユニット４とともに前記電磁波の偏波を変えらせる。各偏波ユニット４が直線偏波ユニットである場合、前記電磁波透過構造１０は前記電磁波を直線偏波に変え、各偏波ユニット４が楕円偏波ユニットである場合、前記電磁波透過構造１０は前記電磁波を楕円偏波に変えらせる。

図２５及び図２６を参照されたく、本発明の第６の実施例であり、前記第６の実施例は電磁波透過構造アレイであり、前記電磁波透過構造アレイは複数の前記電磁波透過構造１０を備え、各電磁波透過構造１０は、前記第４の実施例の前記基板１のように、前記円柱状に巻き取られ、前記電磁波透過構造１０は、基準点を円心として、前記波長に関連する距離を半径とする基準円に配列され、前記電磁波透過構造１０はそれぞれ参照座標軸Ｌと夾角をなし、前記参照座標軸Ｌは前記基準点を通過する。本例では、２つの前記電磁波透過構造１０を使用し、前記半径は５倍の前記波長であり、前記送信アンテナ３を前記基準点に設け、説明の便宜上で、前記電磁波透過構造１０を異なる符号で示し、そのうちの一方の前記電磁波透過構造１０ａは前記参照座標軸Ｌに沿って９０度回転し、他方の前記電磁波透過構造１０ｂは前記参照座標軸Ｌに沿って－９０度回転し、前記電磁波透過構造１０ａが前記電磁波透過構造１０ｂに重なり、前記送信アンテナ３により近く、前記電磁波透過構造１０ｂが前記送信アンテナ３から離れ、図２６から分かるように、前記送信アンテナ３から送信された前記電磁波は前記電磁波透過構造アレイを透過した後、９０度及び－９０度で２つの主波束がある。このため、前記電磁波透過構造アレイにより、前記電磁波を透過した後複数の主波束に同時に収束する。

図２７及び図２８を参照されたく、本発明の第７の実施例であり、前記第６の実施例と類似し、相違点は、そのうちの一方の前記電磁波透過構造１０ａは前記参照座標軸Ｌと０度をなし、他方の前記電磁波透過構造１０ｂは前記参照座標軸Ｌに沿って９０度回転することであり、前記電磁波透過構造１０ａは前記電磁波透過構造１０ｂと重なり、前記電磁波透過構造１０ａが前記送信アンテナ３により近く、前記電磁波透過構造１０ｂは前記送信アンテナ３から離れ、図２８から分かるように、前記送信アンテナ３から送信された前記電磁波は前記電磁波透過構造アレイを透過した後、０度及び９０度でそれぞれ主波束が発生する。

図２９を参照されたく、本発明の電磁波透過構造アレイの第８の実施例であり、前記第６の実施例と類似し、相違点は、そのうちの一方の前記電磁波透過構造１０ａは前記参照座標軸Ｌに沿って５度回転し、他の前記電磁波透過構造１０ｂは前記参照座標軸Ｌに沿って－５度回転することであり、前記電磁波透過構造１０ａが前記電磁波透過構造１０ｂに重なり、前記電磁波透過構造１０ａが前記送信アンテナ３により近く、前記電磁波透過構造１０ｂが前記送信アンテナ３から離れ、前記送信アンテナ３から送信された前記電磁波は前記電磁波透過構造アレイを透過した後、広い主波束が発生して、波束整形の効果を達成する。

図３０及び図３１を参照されたく、本発明の第９の実施例であり、前記第１の実施例と類似し、相違点は、各金属リングシート２１が十二角形であることである。前記基準軸ＤをＸＺ断面として予め設定し、且つ前記基準軸Ｄに近いほど、前記重みが重くなると、前記内径の前記重みは前記参照夾角βの余弦関数の絶対値であり、各金属リングシート２１の前記内径は前記十二角形関数により得られることができ、ｎ番目の金属リングシート２１の前記内径の加重平均の計算は前述の前記内径関数ｈ_niの前記関数値に符合する必要があり、同様に、各金属リングシート２１の前記外径も前記十二角形関数により得られ、ｎ番目の金属リングシート２１の前記外径の加重平均の計算は前述の前記外径関数ｈ_noの前記関数値に符合する必要がある。図３１から分かるように、各金属リングシート２１は前記十二角形、十角形である場合、前記主波束方向における前記システムの前記ゲインは１７ｄＢに近づき、各金属リングシート２１は八角形である場合、前記主波束方向における前記システムの前記ゲインは１５ｄＢ～１６ｄＢである。

図３２を参照されたく、本発明の第１０の実施例であり、前記第９の実施例と類似し、相違点は、各金属リングシート２１が楕円形であることであり、前記基準軸Ｄを前記ＸＺ断面として予め設定すると、前記内径の前記重みは前記参照夾角βの余弦関数の絶対値である。

下記は、１番目の前記金属リングシート２１の内縁を形成する関数である。

（ｘ、ｙ）は、１番目の前記金属リングシート２１の内縁がＸＹ平面での座標を示し、ａは前記楕円形の長軸の半分を示し、ｂは前記楕円形の短軸の半分を示す。

以上の式子から１番目の前記金属リングシート２１の内縁と前記楕円形の前記長軸及び前記短軸との関係式を求めることができ、適切な１番目の前記金属リングシート２１を推定することができる。

このため、いずれかの金属リングシート２１は、関数により形状を示すことができる任意の閉鎖的なリングシートとして設計することができる。

以上のように、前記電磁波透過構造１０により、前記電磁波が入射した後前記電磁波エネルギーを収束する効果を達成し、受信方向の前記ゲインを強化することができ、より好ましくは、前記電磁波が前記電磁波透過構造１０に入射した後に前記角度θでオフセットして射出することができ、且つ前記角度θが－２５度～２５度であり、前記ゲイン減衰は３ｄＢｉより小さい範囲内にあり、このため、前記電磁波透過構造１０を設けることによって、前記電磁波が入射した後にオフセットして、通信の死角に入ることができ、通信の死角での受信不良の問題を解決し、非常に便利であり、なお、前記電磁波透過構造１０は、実際の配置要求に応じて、前記基板１を前記硬質板や前記軟質板に調整し、または前記透過ユニット２へ透明などの様々な変化を付与することができ、いずれも前記電磁波エネルギーを収束する効果を達成することができ、また、前記基板１を前記円柱状に巻き取ってその位置を設定することにより、前記電磁波は前記電磁波透過構造１０を透過する際に主波束方向を変えることができ、さらに、前記偏波ユニット４により、前記電磁波が前記電磁波透過構造１０を透過する際に偏波を変えることができ、なお、さらに、前記電磁波透過構造アレイにより、前記電磁波は前記電磁波透過構造アレイを透過する時に、複数の主波束に同時に収束することができる。

上記実施例の説明に基づいて、本発明の操作、使用及び本発明の発生する効果を十分に理解することができ、以上の前記実施例は本発明の好ましい実施例にすぎず、これによって本発明の実施範囲を限定すべきではなく、即ち、本発明の特許請求の範囲及び発明の説明内容に従って行った簡単な同等変化や修飾は、いずれも本発明に含まれる範囲内に属する。

１０ 電磁波透過構造
１０ａ 電磁波透過構造
１０ｂ 電磁波透過構造
１ 基板
２ 透過ユニット
２１ 金属リングシート
３ 送信アンテナ
４ 偏波ユニット
４１ リングシート
４２ 長方形シート
Ｘ Ｘ軸
Ｙ Ｙ軸
Ｚ Ｚ軸
Ｄ 基準軸
ｒ１ １番目の金属リングシートの内径
ｒ２ ２番目の金属リングシートの内径
Ｒ１ １番目の金属リングシートの外径
Ｒ２ ２番目の金属リングシートの外径
β 参照夾角
Ｆ 焦点
Ｓ 発生源
ｃ 入射距離の半分
ｄ 焦点距離
Ｓ 電磁波の発生源
Ｆ 焦点
θ 角度
Ｌ 参照座標軸
ａ 楕円形長軸の半分
ｂ 楕円形短軸の半分

Claims (14)

1. 電磁波の収束に適用される電磁波透過構造であって、
   基板と、
   前記基板に設けられ、１つの金属リングシートを含む透過ユニットと、
   を備え、
   前記金属リングシートの内径の加重平均及び外径の加重平均は、それぞれ前記電磁波の波長、前記電磁波透過構造と焦点に収束する前記電磁波との間の焦点距離、及び前記電磁波の発生源から前記焦点までの入射距離に関連し、前記金属リングシートの円周上の複数の内径及び複数の外径の変化傾向は同様であり、前記内径にそれぞれ対応する複数の重みは前記金属リングシートの中心を通過する基準軸と前記内径との間の複数の参照夾角に関連し、前記外径にそれぞれ対応する複数の重みは前記基準軸と前記外径との間の前記参照夾角に関連する電磁波透過構造。
2. 前記金属リングシートは、円形、楕円形、多角形のいずれかから選ばれ、前記内径の加重平均及び前記外径の加重平均はそれぞれ以下の内径関数の関数値及び外径関数の関数値に相当でき、
   

   

   

   ただし、ｈ_iは前記内径関数であり、ｈ_oは前記外径関数であり、ｃは前記入射距離の半分であり、ｄは前記焦点距離であり、λは前記波長である請求項１に記載の電磁波透過構造。
3. 前記基板は、硬質板、軟質板のいずれかから選ばれる請求項１に記載の電磁波透過構造。
4. 前記透過ユニットは、透明なものと不透明なもののいずれかである請求項１に記載の電磁波透過構造。
5. 前記基板は、前記軟質板である場合、円柱状に巻き取られる請求項３に記載の電磁波透過構造。
6. 前記基板に設けられるとともに、前記金属リングシート内に位置する複数の偏波ユニットをさらに備え、各偏波ユニットは前記電磁波の偏波を変更させる請求項１に記載の電磁波透過構造。
7. 電磁波の収束に適用される電磁波透過構造であって、
   基板と、
   前記基板に設けられ、複数の金属リングシートを含む透過ユニットと、
   を備え、
   前記金属リングシートの内径の加重平均はいずれも異なり、同じ中心で間隔をあけて配列され、各金属リングシートの前記内径の加重平均及び外径の加重平均は、それぞれ各金属リングシートの前記中心に対して配列される順序、前記電磁波の波長、前記電磁波透過構造と焦点に収束する前記電磁波との間の焦点距離、及び前記電磁波の発生源から前記焦点までの入射距離に関連し、各金属リングシートの円周上の複数の内径及び複数の外径の変化傾向は同様であり、前記内径にそれぞれ対応する複数の重みは前記金属リングシートの中心を通過する基準軸と前記内径との間の複数の参照夾角に関連し、前記外径にそれぞれ対応する複数の重みは前記基準軸と前記外径との間の前記参照夾角に関連する電磁波透過構造。
8. 各金属リングシートは、円形、楕円形、多角形のいずれかから選ばれ、各金属リングシートの前記内径の加重平均及び前記外径の加重平均はそれぞれ以下の内径関数の関数値及び外径関数の関数値に相当でき、
   

   

   

   ただし、ｎは前記中心に対して内側から外側の順序でｎ番目の金属リングシートであり、ｈ_niはｎ番目の金属リングシートの前記内径関数であり、ｈ_noはｎ番目の金属リングシートの前記外径関数であり、ｃは前記入射距離の半分であり、ｄは前記焦点距離であり、λは前記波長である請求項７に記載の電磁波透過構造。
9. 前記基板は、硬質板、軟質板のいずれかから選ばれる請求項７に記載の電磁波透過構造。
10. 前記透過ユニットは、透明なものと不透明なもののいずれかである請求項７に記載の電磁波透過構造。
11. 前記基板は、前記軟質板である場合、円柱状に巻き取られる請求項９に記載の電磁波透過構造。
12. 前記基板に設けられるとともに、前記中心に最も近い前記金属リングシート内、前記金属リングシートの間、及び前記中心から最も離れる前記金属リングシートの外周のうちの少なくとも１つに位置する複数の偏波ユニットをさらに備え、各偏波ユニットは前記電磁波の偏波を変更させる請求項７に記載の電磁波透過構造。
13. 電磁波を請求項１～１２のいずれか１項に記載の電磁波透過構造に入射させ、前記電磁波は前記電磁波透過構造に入射した後、－２５度～２５度である角度でオフセットして射出する工程と、
    前記電磁波の入射方向が前記電磁波透過構造の法線ベクトルと平行する場合、前記電磁波は前記電磁波透過構造に入射した後前記法線ベクトルと前記角度をなすようにオフセットして射出する工程と、
    前記電磁波の前記入射方向と前記電磁波透過構造の前記法線ベクトルとが前記角度をなす場合、前記電磁波は前記電磁波透過構造に入射した後前記法線ベクトルと平行するようにオフセットして射出する工程と、
    を含む電磁波透過オフセット方法。
14. 複数の請求項１～１２のいずれか１項に記載の電磁波透過構造を備え、
    前記電磁波透過構造は、基準点を円心とし、前記波長に関連する距離を半径とする基準円に配列され、前記電磁波透過構造は、それぞれ参照座標軸と夾角をなす電磁波透過構造アレイ。

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