JP2023058014A - 電磁波リフレクトアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波送受信方向および共振周波数を調整することのできる電磁波リフレクトアレイを提供する。
【解決手段】電磁波リフレクトアレイは、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に沿って第１基板および第２基板上にそれぞれ配列された第１導線ＷＲ１および第２導線と、第１方向に沿って第１基板および第２基板上の第１導線および第２導線に電気接続された第１電極列および第２電極列にそれぞれ配列されたアンテナ電極１１０およびチューニング電極１２０と、第１基板と第２基板の間に配置された液晶層ＬＣＬと、を含む。チューニング電極は、第２基板上のアンテナ電極の正投影を完全に覆う。
【選択図】図３

Description

本発明は、電磁波リフレクトアレイ（reflectarray）に関するものであり、特に、電磁波送受信方向および共振周波数を調整することのできる電磁波リフレクトアレイに関するものである。

モバイル通信において、伝送路における電磁波のエネルギー損失を減らすことが、最も重要な課題となっている。電磁波の使用頻度が増えるにつれて、電磁波が障害物（例えば、コンクリート壁、樹木、家具、看板等）に当たった時に発生するエネルギー損失が大きくなる。そのため、デッドスポット、暗領域、または信号カバレッジの悪いエリアが適用空間に発生しやすい。

これらの問題は、基地局やブースターを配置することによって対処することができるが、工事、エネルギー消費、またはその後のハードウェアメンテナンスによって、かなりの経費を負担することになる。そのため、これらの問題を解決するために、リフレクトアレイを幅広く使用して電磁波信号カバレッジを増やすが、反射アンテナアレイの固定されたアンテナサイズにより、工事環境に応じて電磁波送受信方向を調整することができず、使用上の不便が生じる。

本発明は、電磁波送受信方向および共振周波数を調整することのできる電磁波リフレクトアレイを提供する。

本発明の電磁波リフレクトアレイは、第１基板と、第２基板と、複数の第１導線と、複数の第２導線と、複数のアンテナ電極と、複数のチューニング電極（tuning electrode）と、液晶層とを含む。第２基板は、第１基板に対向して配置される。第１導線は、第１方向に沿って第１基板上に分離して配列され、第２方向に延伸する。第１方向は、第２方向と交差する。第２導線は、第２方向に沿って第２基板上に分離して配列され、第１方向に延伸する。アンテナ電極は、第１基板上に配置されるとともに、複数の第１導線にそれぞれ電気接続され、第２方向に沿って複数の第１電極列（electrode string）を形成する。チューニング電極は、第２基板上に配置されるとともに、第２基板上のアンテナ電極の正投影にそれぞれ重なり合って完全に覆う。チューニング電極は、複数の第２導線にそれぞれ電気接続され、第１方向に沿って複数の第２電極列を形成する。液晶層は、第１基板と第２基板の間に配置される。

本発明の１つの実施形態において、電磁波リフレクトアレイの第１導線は、第１電圧源に電気接続され、第１電圧を有する。第２導線は、第２電圧源に電気接続され、第２電圧を有する。

本発明の１つの実施形態において、電磁波リフレクトアレイの第１導線は、アンテナ電極間に位置する複数の第１抵抗器を有し、これらの第１抵抗器は、第１電極列における任意の２つのアンテナ電極にそれぞれ電気接続される。

本発明の１つの実施形態において、電磁波リフレクトアレイの第２導線は、アンテナ電極間に位置する複数の第２抵抗器を有し、これらの第２抵抗器は、第２電極列における任意の２つのチューニング電極にそれぞれ電気接続される。

本発明の１つの実施形態において、電磁波リフレクトアレイの第１導線または第２導線は、それぞれ異なる電圧を有する。

本発明の１つの実施形態において、電磁波リフレクトアレイは、さらに、第１Ｄ／Ａ変換器（digital-to-analog converter, DAC）アレイおよび第２ＤＡＣアレイを含み、第１導線は、第１ＤＡＣアレイに電気接続され、それぞれ異なる電圧を有し、第２導線は、第２ＤＡＣアレイに電気接続され、それぞれ異なる電圧を有する。

本発明の１つの実施形態において、電磁波リフレクトアレイにおいて、各第１導線の電圧は、第１導線の第１方向における一側から他側に向かって増加または減少し、各第２導線の電圧は、第２導線の第２方向における一側から他側に向かって増加または減少する。

本発明の１つの実施形態において、電磁波リフレクトアレイの各アンテナ電極は、第１方向および第２方向に沿ってそれぞれ第１幅および第２幅を有する。各アンテナ電極の第１幅は、同じであり、各アンテナ電極の第２幅は、同じである。

本発明の１つの実施形態において、第３方向に沿った電磁波リフレクトアレイの各アンテナ電極の幅は、アンテナ電極の第３方向における一側から他側に向かって増加または減少する。

本発明の１つの実施形態において、電磁波リフレクトアレイの第３方向は、第１方向および第２方向のうちの１つに対して平行である。

本発明の１つの実施形態において、第４方向に沿った電磁波リフレクトアレイの各アンテナ電極の幅は、アンテナ電極の第４方向における一側から他側に向かって増加または減少し、第４方向は、第１方向および第２方向に対して平行ではない。

本発明の１つの実施形態において、電磁波リフレクトアレイの各チューニング電極は、第３方向に沿って同じ幅を有する。

本発明の１つの実施形態において、電磁波リフレクトアレイの各チューニング電極は、第２基板に対して平行な底部、および底部から湾曲可能に延伸する側壁部を有する。液晶層は、互いに分離された複数の部分に分割され、各チューニング電極の側壁部は、液晶層の一部および１つのアンテナ電極を取り囲む。

本発明の１つの実施形態において、電磁波リフレクトアレイの各アンテナ電極は、少なくとも１つの導体パッチ（patch）を含み、第１基板上の少なくとも１つの導体パッチの正投影の輪郭は、円形、矩形、環状、Ｕ字型、またはＬ字型である。

本発明の１つの実施形態において、第２電極上の電磁波リフレクトアレイの各アンテナ電極の正投影は、第２電極上の１つのチューニング電極の正投影によって完全に覆われる。

本発明の１つの実施形態において、電磁波リフレクトアレイは、さらに、液晶層と第１電極および第２電極のうちの少なくとも１つの間に配置された少なくとも１つのアライメント層を含む。

本発明の１つの実施形態において、電磁波リフレクトアレイの少なくとも１つのアライメント層は、チューニング電極に対応して配置された複数のアライメントパターンであり、第１基板上の各アライメントパターンと各チューニング電極の正投影の輪郭は、同じである。

本発明の１つの実施形態において、電磁波リフレクトアレイの各アライメントパターンのアライメント方向は、放射状または同心円状である。

以上のように、本発明の実施形態の電磁波リフレクトアレイにおいて、１つのアレイに配列された各アンテナ構造は、アンテナ電極、チューニング電極、および２つの電極間に設置された液晶層を有する。これらのアンテナ電極における液晶層の有効誘電定数（effective dielectric constant）の分布を調整することにより、これらのアンテナ構造によって反射した後の電磁波リフレクトアレイの放射パターンまたは反射効率を変えることができる。

添付図面は、本発明の原理がさらに理解されるために含まれており、本明細書に組み込まれ、且つその一部を構成するものである。図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たしている。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。 図２Ａおよび図２Ｂは、図１の電磁波リフレクトアレイの概略的断面図である。 図３は、図１の電磁波リフレクトアレイの層の一部の概略的拡大図である。 図４Ａ～図４Ｆは、本発明のいくつかの変形実施形態に係るアンテナ電極の概略的平面図である。 図５Ａは、図２Ａのアライメント層のアライメント方向の概略図である。図５Ｂおよび図５Ｃは、本発明のいくつかの変形実施形態に係るアライメント層のアライメント方向の概略図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。 図７Ａおよび図７Ｂは、図６の電磁波リフレクトアレイの概略的断面図である。 図８は、本発明の第３実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。 図９Ａおよび図９Ｂは、図８の電磁波リフレクトアレイの概略的断面図である。 図１０は、本発明の第４実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。 図１１Ａおよび図１１Ｂは、図１０の電磁波リフレクトアレイの概略的断面図である。 図１２は、本発明の第５実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。 図１３は、本発明の第６実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。 図１４は、本発明の第７実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。 図１５Ａおよび図１５Ｂは、図１４の電磁波リフレクトアレイの概略的断面図である。 図１６は、本発明の第８実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。

本明細書に用いられる「約（approximately）」、「近似（similar to）」、「本質的（essentially）、または「実質的（substantially）」は、その値および当業者が確定する特定値の許容可能な偏差範囲内の平均値を含み、討論する計測および計測に関連する誤差の特定数（すなわち、計測システムの制限）を考慮する。例えば、「約」は、その値の1つまたは複数の標準偏差内、例えば、±３０％、±２０％、±１５％、±１０％、または±５％内であることを示す。さらに、本明細書に用いられる「約」、「近似」、「本質的」、または「実質的」は、1つの標準偏差を全ての性質に適用するものではなく、測定性、切断性、または他の性質に応じて、許容可能な偏差範囲または標準偏差を選択することができる。

図面を簡潔にするため、例えば、層、膜、プレート、および領域の厚さを拡大する。層、膜、領域、または基板が別の素子の「上にある」または別の素子「に接続される」と表現されている場合、該素子は、直接別の素子の上にあってもよく、または別の素子と接続してもよく、あるいは中間素子が存在してもよいことを理解すべきである。反対に、素子が「直接別の素子の上にある」または別の素子「に直接接続される」と表現されている場合、中間素子は存在しない。本明細書において使用されているように、「接続される」は、物理および／または電気接続を指すことができる。また、「電気接続される」は、２つの素子間にその他の素子が存在してもよいことを意味する。

ここで、本発明の例示的実施形態を詳細に参照し、例示的実施形態の実例を図面に示す。可能な限り、図面および説明において、同一の、または類似する部分には、同一の参照番号を使用する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれ断面線Ａ１－Ａ１’および断面線Ａ２－Ａ２’に沿った図１の電磁波リフレクトアレイの概略的断面図である。図３は、図１の電磁波リフレクトアレイの層の一部の概略的拡大図である。図４Ａ～図４Ｆは、本発明のいくつかの変形実施形態に係るアンテナ電極の概略的平面図である。図５Ａは、図２Ａのアライメント層のアライメント方向の概略図である。図５Ｂおよび図５Ｃは、本発明のいくつかの変形実施形態に係るアライメント層のアライメント方向の概略図である。簡潔にするため、図１において、図２Ａの第１基板ＳＵＢ１、液晶層ＬＣＬ、スペーサＳＰ、アライメント層ＡＬ１、およびアライメント層ＡＬ２を省略する。言及すべきこととして、図面に示したアンテナ電極１１０、チューニング電極１２０、第１導線ＷＲ１、および第２導線ＷＲ２の数は、単なる例示であり、本発明を限定するために使用されるものではない。

図１～図３を参照すると、電磁波リフレクトアレイ１０は、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、複数のアンテナ電極１１０と、複数のチューニング電極１２０と、複数の第１導線ＷＲ１と、複数の第２導線ＷＲ２とを含む。第１基板ＳＵＢ１は、第２基板ＳＵＢ２に対向して配置される。アンテナ電極１１０は、第１基板ＳＵＢ１上に配置され、第１基板ＳＵＢ１の第２基板ＳＵＢ２から離れた側に位置する。チューニング電極１２０は、第２基板ＳＵＢ２上に配置され、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２の間に位置する。

本実施形態において、アンテナ電極１１０は、方向Ｄ１および方向Ｄ２に沿って、それぞれ複数の行および複数の列に配列することができる。つまり、アンテナ電極１１０は、第１基板ＳＵＢ１上に配置され、反射アンテナアレイを形成することができる。例えば、本実施形態において、方向Ｄ１は、方向Ｄ２に対して選択的に垂直であってもよいが、本発明はこれに限定されない。チューニング電極１２０は、それぞれこれらのアンテナ電極１１０に対応して配置される。さらに具体的に説明すると、チューニング電極１２０は、第２基板ＳＵＢ２上のこれらのアンテナ電極１１０の正投影にそれぞれ重なり合って完全に覆う。

本実施形態において、アンテナ電極１１０は、１つのサイズのみを有するが、本発明はこれに限定されない。さらに具体的に説明すると、各アンテナ電極１１０は、方向Ｄ１および方向Ｄ２に沿って、それぞれ幅Ｗ１をおよび幅Ｗ２を有する。各アンテナ電極１１０の幅Ｗ１は、同じであり、各アンテナ電極１１０の幅Ｗ２も、同じである。同様に、チューニング電極１２０も１つのサイズのみを有し、各チューニング電極１２０のサイズは、対応するアンテナ電極１１０のサイズよりわずかに大きいが、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、チューニング電極のサイズおよびアンテナ電極のサイズは、ほぼ同じであってもよい。しかしながら、別の実施形態において、チューニング電極および液晶層は、電磁波リフレクトアレイのコストを下げるため、アンテナ電極を有する一部の領域にのみ配置することができる。つまり、チューニング電極のサイズは、アンテナ電極のサイズより小さくてもよい。

第１導線ＷＲ１も第１基板ＳＵＢ１上に配置される。これらの第１導線ＷＲ１は、方向Ｄ１に沿って配置され、方向Ｄ２に延伸する。第２導線ＷＲ２も第２基板ＳＵＢ２上に配置される。これらの第２導線ＷＲ２は、方向Ｄ２に沿って配置され、方向Ｄ１に延伸する。例えば、アンテナ電極１１０は、方向Ｄ２に沿って複数の第１電極列１１０Ｓに配列することができ、これらの電極列１１０Ｓは、それぞれ第１導線ＷＲ１に電気接続される。チューニング電極１２０は、方向Ｄ１に沿って複数の第２電極列１２０Ｓに配列することができ、これらの電極列１２０Ｓは、それぞれ第２導線ＷＲ２に電気接続される。

電磁波リフレクトアレイ１０は、さらに、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２の間に配置された液晶層ＬＣＬを含む。例えば、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２の間にスペーサＳＰを配置して、液晶層ＬＣＬに対して収容空間を形成することができる。さらに、液晶層ＬＣＬの少なくとも一側にアライメント層を配置して、電場の影響がない時に、その液晶分子をアライメント層のアライメント方向に沿って配列し、有効な光軸の指向性を維持する必要がある。

本実施形態において、電磁波リフレクトアレイ１０は、２つのアライメント層ＡＬ１およびアライメント層ＡＬ２を配置することができる。アライメント層ＡＬ１は、液晶層ＬＣＬに接触している第１基板ＳＵＢ１の表面に配置され、アライメント層ＡＬ２は、液晶層ＬＣＬに接触しているチューニング電極１２０の表面に配置されるが、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、電磁波リフレクトアレイの設計またはプロセス要求（例えば、液晶層ＬＣＬの厚さ）に応じて、アライメント層のうちの１つを省略し、配置しなくてもよい。例えば、本実施形態において、アライメント層ＡＬ１のアライメント方向ＡＤ１は、アライメント層ＡＬ２のアライメント方向ＡＤ２に対して逆平行（anti-parallel）であってもよい（図５Ａに示す）。そのため、印加される電場が存在しない時、液晶層ＬＣＬの複数の液晶分子（図示せず）は、２つの基板に対して実質的に平行なアライメント層のアライメント方向に沿って一列に並ぶ。

一方、本実施形態のアライメント層は、基板全体を覆ってもよいが、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、アライメント層は、複数のチューニング電極または複数のアンテナ電極に対応して配置された複数のアライメントパターンであってもよく、アライメントパターンは、基板上の対応するチューニング電極またはアンテナ電極の両方の正投影の輪郭と同じであってもよい。

言及すべきこととして、方向Ｄ３に沿って重なり合うアンテナ電極１１０とチューニング電極１２０、およびこれらの２つの電極間に位置する液晶層ＬＣＬの一部は、本実施形態の１つのアンテナ構造とみなすことができる。アンテナ電極１１０における電磁波の共振周波数は、液晶層ＬＣＬのその部分の有効誘電定数を変更することによって調整することができる。

液晶材料は、誘電異方性（dielectric anisotropy）を有する、つまり、液晶材料は、液晶分子の主軸（分子軸とも称す）に対して平行な方向および垂直な方向において、それぞれ異なる誘電定数（例えば、誘電定数ε_//および誘電定数ε_┴）を有するため、液晶材料を電気的に制御することができる。電磁波の電場方向において液晶層ＬＣＬの有効誘電定数を変更するために、アンテナ電極１１０およびチューニング電極１２０にそれぞれ異なる電圧を印加して、液晶層ＬＣＬ複数の液晶分子を駆動するために使用することのできる電場を生成し、２つの電極間で回転させることができる。異なる強度の電場は、これらの液晶分子を異なる方向（例えば、分子の主軸の方向）に配列し、電磁波の電場方向において異なる有効誘電定数を生成するため、有効誘電定数は、誘電定数ε_//と誘電定数ε_┴の間の範囲に入る。

例えば、本実施形態において、全てのアンテナ電極１１０は、同じ第１電圧Ｖ１を有し、全てのチューニング電極１２０は、同じ第２電圧Ｖ２を有する。第１電圧Ｖ１は、第２電圧Ｖ２とは異なる。詳しく説明すると、電極列１１０Ｓに電気接続された第１導線ＷＲ１は、第１電圧源２１０に選択的に電気接続され、第１電圧Ｖ１を有することができ、電極列１２０Ｓに電気接続された第２導線ＷＲ２は、第２電圧源２２０に選択的に電気接続され、第２電圧Ｖ２を有することができる。

つまり、本実施形態において、これらのアンテナ電極１１０およびこれらのチューニング電極１２０を駆動する上記の方法は、全てのアンテナが電磁波の共振周波数（すなわち、中心周波数）に対して同じ同調量(tuning amount)を生成できるようにすることができる。別の観点から見ると、このような駆動方法は、特定の周波数の電磁波に対してこれらのアンテナ構造の反射効率を調整することができる。

さらに、本実施形態のアンテナ電極１１０は、例えば、導体パッチであり、第１基板ＳＵＢ１上の正投影の輪郭は、正方形であるが、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、第１基板ＳＵＢ１上のアンテナ電極１１０Ａの正投影の輪郭は、円形であってもよい（図４Ａに示す）。アンテナ構造によって反射した後に電磁波が異なる特性（例えば、より優れた指向性）を有するよう、いくつかの実施形態において、アンテナ電極の構成は、別の態様であってもよい。例えば、アンテナ電極は、複数の導体パッチを含むことができ、第１基板ＳＵＢ１上の各導体パッチの正投影の輪郭は、矩形、円形、Ｕ字型、Ｌ字型、または反射信号の位相遅延と電極の物理サイズ／電気サイズ（例えば、電気長）の間で全単射（bijection）に導くことのできる他の形状を含むことができる。

例えば、アンテナ電極は、間隔を空けて配列された１つの正方形の導体パッチ１１１および２つの矩形の導体パッチ１１２で構成することができる（図４Ｂに示す）。アンテナ電極は、また、間隔を空けて同心円状に配列された２つの円形の導体パッチ１１１Ｃおよび１１２Ｃで構成されてもよい（図４Ｃに示す）。アンテナ電極は、また、１つの正方形の導体パッチ１１１Ｄが１つの正方形の環状の導体パッチ１１２Ｄによって取り囲まれた態様に実施されてもよい（図４Ｄに示す）。アンテナ電極は、また、１つの正方形の導体パッチ１１１Ｅが１つのＵ字型の導体パッチ１１２Ｅおよび２つのＬ字型の導体パッチ１１３Ｅによって取り囲まれた態様に実施されてもよい（図４Ｅに示す）。アンテナ電極は、また、アンテナ電極は、また、間隔を空けて配列された２つの矩形の導体パッチ１１１Ｆが２つのＵ字型の導体パッチ１１２Ｆによって取り囲まれた態様に実施されてもよい（図４Ｆに示す）。

一方、アンテナ構造を電磁波の様々な可能な偏光方向に提供するため、アンテナ電極の構成に基づいて、上述したアライメント層のアライメント方向をさらに調整することができる。例えば、図４Ａのアンテナ電極１１０Ａを使用する電磁波リフレクトアレイについては、アライメント層ＡＬ１－Ａのアライメント方向ＡＤ１－Ａおよびアライメント層ＡＬ２－Ａのアライメント方向ＡＤ２－Ａが放射状であってもよい（図５Ｂに示す）。図４Ｃのアンテナ電極１１０Ｃを使用する電磁波リフレクトアレイについては、アライメント層ＡＬ１－Ｂのアライメント方向ＡＤ１－Ｂおよびアライメント層ＡＬ２－Ｂのアライメント方向ＡＤ２－Ｂが同心円状であってもよい（図５Ｃに示す）。言及すべきこととして、図５Ｂおよび図５Ｃのアライメント層は、輪郭がチューニング電極またはアンテナ電極に類似する複数のアライメントパターンで構成することができるが、本発明はこれに限定されない。

具体的に説明すると、導電性を考慮して、導体パッチは、通常、金属材料で作られるが、本発明はこれに限定されない。異なる使用状況における要求を満たすため、導体パッチは、透明導電材料で作られてもよい。透明導電材料は、例えば、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、アルミニウム錫酸化物、アルミニウム亜鉛酸化物、他の適切な金属酸化物、またはこれらのうちの少なくとの２つのスタック層を含む。例えば、アンテナ電極が透明導電材料で作られた場合、本発明の電磁波リフレクトアレイは、ビルのガラス窓に直接統合することができる。つまり、第１基板ＳＵＢ１および第２基板ＳＵＢ２は、セラミックラミネートまたは低誘電損失基板（例えば、ロジャース（Rogers）基板）であってもよく、またはガラス基板であってもよい。

以下、別の実施形態を記載して、本発明を詳しく説明する。同一の参照番号は、同一の構成要素を示すものとし、同じ技術内容については、説明を省略する。省略した部分の詳細説明については、上述した実施形態を参照することができるため、以下の実施形態では繰り返し説明しない。

図６は、本発明の第２実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。図７Ａおよび図７Ｂは、それぞれ断面線Ｂ１－Ｂ１’および断面線Ｂ２－Ｂ２’に沿った図６の電磁波リフレクトアレイの概略的断面図である。簡潔にするため、図６において、図７Ａの第１基板ＳＵＢ１、液晶層ＬＣＬ、スペーサＳＰ、アライメント層ＡＬ１、およびアライメント層ＡＬ２を省略する。図６～図７Ｂを参照すると、図１の電磁波リフレクトアレイ１０とは異なり、本実施形態の電磁波リフレクトアレイ１０Ａのアンテナ電極１１０Ａおよびチューニング電極１２０Ａは、様々なサイズを有する。

詳しく説明すると、アンテナ電極１１０Ａは、第１導線ＷＲ１の配列方向（例えば、方向Ｄ１）に沿って、幅Ｗ３を有し、アンテナ電極１１０Ａの幅Ｗ３は、これらのアンテナ電極１１０Ａの配列方向における一側から他側に向かって減少または増加する。例えば、本実施形態において、方向Ｄ１において順番に配列された電極列１１０Ｓ１、電極列１１０Ｓ２、電極列１１０Ｓ３、および電極列１１０Ｓ４は、第２基板ＳＵＢ２上の電極列１１０Ｓ１が配置された一側から電極列１１０Ｓ４が配置された他側に向かって減少する。これに対応して、同じ電極列１２０Ｓの各チューニング電極１２０Ａのサイズも、第２基板ＳＵＢ２上の電極列１１０Ｓ１が配置された一側から電極列１１０Ｓ４が配置された他側に向かって減少する。

しかしながら、本発明はこれに限定されない。図示していない別の実施形態において、アンテナ電極のサイズおよびチューニング電極のサイズは、第２導線ＷＲ２の配列方向（例えば、方向Ｄ２）に沿って減少または増加してもよい。つまり、アンテナ電極のサイズおよびチューニング電極のサイズは、方向Ｄ１または方向Ｄ２に沿って変化してもよい。

本実施形態のアンテナ電極１１０Ａのサイズは、方向Ｄ１に沿って変化するため、異なるサイズのこれらのアンテナ電極１１０Ａによって反射した電磁波の位相も変化する。これは、サイズの設定によって、電磁波の主要出射方向が電磁波リフレクトアレイ１０Ａによって反射した後に変化することを意味する。また、液晶層ＬＣＬの有効誘電定数を調変させることにより、各アンテナ構造によって反射した電磁波の位相を個別に管理することができ、上述した主要出射方向付近でビーム走査を行って、電磁波信号カバレッジを増やすことができる。

図８は、本発明の第３実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。図９Ａおよび図９Ｂは、それぞれ断面線Ｃ１－Ｃ１’および断面線Ｃ２－Ｃ２’に沿った図８の電磁波リフレクトアレイの概略的断面図である。簡潔にするため、図８において、図９Ａの第１基板ＳＵＢ１、液晶層ＬＣＬ、スペーサＳＰ、アライメント層ＡＬ１、およびアライメント層ＡＬ２を省略する。図８～図９Ｂを参照すると、図６の電磁波リフレクトアレイ１０Ａとは異なり、本実施形態における電磁波リフレクトアレイ１０Ｂの各アンテナ電極１１０Ｂおよび各チューニング電極１２０Ｂは、複数の方向に沿って減少または増加してもよい。

本実施形態において、アンテナ電極１１０Ｂのサイズおよびチューニング電極１２０Ｂのサイズは、方向Ｄ１および方向Ｄ２に沿って変化することができる。例えば、方向Ｄ２において順番に配列された電極列１１０Ｓ１、電極列１１０Ｓ２、電極列１１０Ｓ３、および電極列１１０Ｓ４にそれぞれ重なり合う各アンテナ電極１１０Ｂのサイズは、第２基板ＳＵＢ２上の電極列１１０Ｓ１が配置された一側から電極列１１０Ｓ４が配置された他側に向かって減少する。そのため、本実施形態におけるチューニング電極１２０Ｂのサイズは、図６の電磁波リフレクトアレイ１０Ａよりも明らかに、方向Ｄ１および方向Ｄ２に対して平行ではない方向において変化する（例えば、アンテナ電極１１０Ｂの幅Ｗ４は、方向Ｄ４において変化する）。

本実施形態におけるアンテナ電極１１０Ａのサイズは、方向Ｄ１に沿って変化するため、異なるサイズのこれらのアンテナ電極１１０Ａによって反射した電磁波リフレクトアレイの位相も変化する。つまり、サイズの設定によって、電磁波の主要出射方向が電磁波リフレクトアレイ１０Ｂによって反射した後に変化することを意味する。一方、液晶層ＬＣＬの有効誘電定数を調変させることにより、各アンテナ構造によって反射した電磁波の位相を個別に管理することができるため、上述したプリセット出射方向付近の特定の角度範囲内で出射方向を調整することにより、電磁波信号カバレッジの調整を達成することができる。

図１０は、本発明の第４実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。図１１Ａおよび図１１Ｂは、それぞれ断面線Ｄ１－Ｄ１’および断面線Ｄ２－Ｄ２’に沿った図１０の電磁波リフレクトアレイの概略的断面図である。簡潔にするため、図１０において、図１１Ａの第１基板ＳＵＢ１、液晶層ＬＣＬ、スペーサＳＰ、アライメント層ＡＬ１、およびアライメント層ＡＬ２を省略する。図１０～図１１Ｂを参照すると、本実施形態の電磁波リフレクトアレイ１０Ｃと図１の電磁波リフレクトアレイ１０は、主に、チューニング電極の構成において異なる。

本実施形態において、アンテナ電極１１０Ｃおよび第１導線ＷＲ１－Ａは、第１基板ＳＵＢ１の第２基板ＳＵＢ２に面する外側面に配置され、液晶層ＬＣＬは、互いに分離された複数の部分に分割することができる。チューニング電極１２０Ｃは、第２基板ＳＵＢ２に対して平行な底部１２０ｂｐ、および底部１２０ｂｐから湾曲可能に延伸する側壁部１２０ｓｐを有し、側壁部１２０ｓｐは、アンテナ電極１１０Ｃおよび液晶層ＬＣＬの一部を取り囲む。

各チューニング電極１２０Ｃの側壁部１２０ｓｐは、アンテナ電極１１０Ｃおよびチューニング電極１２０Ｃによって生成された外部電場から、取り囲んだ液晶層ＬＣＬの一部に対する影響を有効に減らすことができるため、電磁波における各チューニング電極１２０Ｃの等価電子サイズを所望の方法で制御することができる。そのため、これらのアンテナ構造をより緊密に配列することができ、任意の２つの隣接するアンテナ電極１１０Ｃ間の等価電子サイズにおける差を大きくすることによって、反射した電磁波のマルチリップル（multiple ripples）の効果を達成することができる。

説明すべきこととして、プロセス考慮および液晶層ＬＣＬの厚さ設計に基づき、本実施形態の電磁波リフレクトアレイ１０Ｃは、液晶層ＬＣＬに接触している第１基板ＳＵＢ１の表面にのみアライメント層ＡＬ１を配置する。また、第１導線ＷＲ１－Ａとチューニング電極１２０Ｃの間の電気的分離を確実にするため、チューニング電極１２０Ｃと第１基板ＳＵＢ１の間に絶縁層ＩＮＳ１をさらに配置し、絶縁層ＩＮＳ１は、第１導線ＷＲ１－Ａを覆う。任意の２つの隣接するチューニング電極１２０Ｃ間に絶縁層ＩＮＳ２を配置して、互いに電気的分離してもよい。

言及すべきこととして、本実施形態の別の変形態様において、図２Ａのアンテナ電極１１０のように、第１基板ＳＵＢ１の第２基板ＳＵＢ２から離れた外側面にアンテナ電極１１０Ｃを配置してもよい。

図１２は、本発明の第５実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。図１２を参照すると、本実施形態の電磁波リフレクトアレイ１０Ｄと図１の電磁波リフレクトアレイ１０は、アンテナ電極とチューニング電極の駆動方法が異なるという点でのみ異なる。具体的に説明すると、リフレクトアレイ１０Ｄにおいて、各第１導線ＷＲ１－Ｂは、複数の第１抵抗器Ｒ１を有し、各第２導線ＷＲ２－Ｂは、複数の第２抵抗器Ｒ２を有する。

説明すべきこととして、各第１抵抗器Ｒ１は、対応する電極列における任意の２つのアンテナ電極１１０に電気接続され、各第２抵抗器Ｒ２は、対応する電極列における任意の２つのチューニング電極１２０に電気接続される。また、図１の電磁波リフレクトアレイ１０とは異なり、本実施形態の第１導線ＷＲ１－Ｂの対向する両端は、それぞれ第１電圧源２１０および第３電圧源２３０に電気接続され、第１電圧Ｖ１および第３電圧Ｖ３を有し、第２導線ＷＲ２－Ｂの対向する両端は、それぞれ第２電圧源２２０および第４電圧源２４０に電気接続され、第２電圧Ｖ２および第４電圧Ｖ４を有する。

同じ第１導線ＷＲ１－Ｂに電気接続されたアンテナ電極１１０は、第１抵抗器Ｒ１を配置することによって異なる電圧を有することができ、同じ第２導線ＷＲ２－Ｂに電気接続されたチューニング電極１２０は、第２抵抗器Ｒ２を配置することによって異なる電圧を有することができる。したがって、これらの電極の操作フレキシビリティを増やして、各アンテナ構造の電磁波の反射位相を個別に制御することができ、それにより、アンテナ構造によって反射した電磁波の出射方向を変更することができる。

例えば、第１電圧Ｖ１は、第３電圧Ｖ３より大きくてもよく、同じ第１導線ＷＲ１－Ｂに直列接続された第１抵抗器Ｒ１は、同じ抵抗値を有する。そのため、同じ電極列の各アンテナ電極１１０の電圧は、第１電圧源２１０の一側から第３電圧源２３０の一側に向かって減少し、任意の２つの隣接するアンテナ電極１１０間の電圧差は、（Ｖ３－Ｖ１）／Ｎであり、Ｎは、第１導線ＷＲ１－Ｂに直列接続された第１抵抗器Ｒ１の数（例えば、本実施形態では３つ）である。

同様に、第２電圧Ｖ２は、第４電圧Ｖ４より大きくてもよく、同じ第２導線ＷＲ２－Ｂに直列接続された第２抵抗器Ｒ２は、同じ抵抗値を有する。そのため、同じ電極列の各チューニング電極１２０の電圧は、第２電圧源２２０の一側から第４電圧源２４０の一側に向かって減少し、任意の２つの隣接するチューニング電極１２０間の電圧差は、（Ｖ４－Ｖ２）／Ｍであり、Ｍは、第２導線ＷＲ２－Ｂに直列接続された第２抵抗器Ｒ２の数（例えば、本実施形態では３つ）である。

本実施形態において、第１抵抗器Ｒ１および第２抵抗器Ｒ２は、固定された抵抗値を有する抵抗器であってもよいが、本発明はこれに限定されない。図示していない別の実施形態において、導線上の抵抗器は、調整可能な抵抗値を有する可変抵抗器であってもよく、複数の可変抵抗器を制御回路に電気的に結合してもよい。制御回路は、これらのアンテナ構造の必要な反射位相分布に基づいて、これらの可変抵抗器の抵抗値を決定することができる。

図１３は、本発明の第６実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。図１３を参照すると、本実施形態の電磁波リフレクトアレイ１０Ｅと図１の電磁波リフレクトアレイ１０は、アンテナ電極とチューニング電極の駆動方法が異なるという点で異なる。本実施形態において、電磁波リフレクトアレイ１０Ｅは、第１導線ＷＲ１および第２導線ＷＲ２の電圧を個別に制御することができる。さらに具体的に説明すると、各導線の電圧は、１つの対応するＤ／Ａ変換器によって制御することができる。そのため、これらの導線に電気接続されたアンテナ電極およびチューニング電極の操作フレキシビリティを増やして、各アンテナ構造の電磁波の反射位相を個別に制御することができ、それにより、アンテナ構造によって反射した電磁波の出射方向を変更することができる。

詳しく説明すると、第１導線ＷＲ１は、複数のＤ／Ａ変換器３１０によって形成された第１ＤＡＣアレイに電気接続することができ、各第１導線ＷＲ１の電圧は、第１導線ＷＲ１の配列方向（例えば、方向Ｄ１）における一側から他側に向かって増加または減少する。例えば、方向Ｄ１に沿って順番に配列された４つの第１導線ＷＲ１（または、４つの電極列１１０Ｓ１～１１０Ｓ４）は、複数のＤ／Ａ変換器３１０に電気接続され、それぞれ第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２、第３電圧Ｖ３、および第４電圧Ｖ４を有し、これらの電圧は、等差または不等差によって、方向Ｄ１に沿って一方向に増加（または減少）することができる。

同様に、第２導線ＷＲ２は、複数のＤ／Ａ変換器３２０によって形成された第２ＤＡＣアレイに電気接続することができ、各第２導線ＷＲ２の電圧は、第２導線ＷＲ２の配列方向（例えば、方向Ｄ２）における一側から他側に向かって増加または減少する。例えば、方向Ｄ２に沿って順番に配列された４つの第２導線ＷＲ２（または、４つの電極列１２０Ｓ１～１２０Ｓ４）は、複数のＤ／Ａ変換器３２０に電気接続され、それぞれ第５電圧Ｖ５、第６電圧Ｖ６、第７電圧Ｖ７、および第８電圧Ｖ８を有し、これらの電圧は、等差または不等差によって、方向Ｄ２に沿って一方向に増加（または減少）することができる。

説明すべきこととして、図１、図１２、および図１３において開示した電極の駆動方法は、いずれも別の態様における電磁波リフレクトアレイに応用することができる。そのため、本発明のいくつかの実施形態において、電圧源、抵抗器、またはＤ／Ａ変換器を示していない。

図１４は、本発明の第７実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。図１５Ａおよび図１５Ｂは、それぞれ断面線Ｅ１－Ｅ１’および断面線Ｅ２－Ｅ２’に沿った図１４の電磁波リフレクトアレイの概略的断面図である。図１４～図１５Ｂを参照すると、本実施形態の電磁波リフレクトアレイ１０Ｆと図１の電磁波リフレクトアレイ１０は、導線の構成が異なるという点でのみ異なる。本実施形態において、電磁波リフレクトアレイ１０Ｆの導線は、これらの電極に重なり合わずに、方向Ｄ３に沿って複数の電極間に配置される。

例えば、電極列１１０Ｓに電気接続された第１導線ＷＲ１－Ｂは、それぞれ電極列１１０Ｓの配列方向における一側（例えば、図１４の右側）に配置することができ、電極列１２０Ｓに電気接続された第２導線ＷＲ２－Ｂは、それぞれ電極列１２０Ｓの配列方向における一側（例えば、図１４の下側）に配置することができる。さらに具体的に説明すると、第１導線ＷＲ１－Ｂおよび電極列１１０Ｓは、第１方向Ｄ１に沿って交互に配列することができ、第２導線ＷＲ２－Ｂおよび電極列１２０Ｓは、第２方向Ｄ２に沿って交互に配列することができる。

図１６は、本発明の第８実施形態に係る電磁波リフレクトアレイの概略的平面図である。図１６を参照すると、本実施形態の電磁波リフレクトアレイ１０Ｇと図６の電磁波リフレクトアレイ１０Ａは、チューニング電極の構成が異なるという点で異なる。具体的に説明すると、アンテナ電極１１０Ａは、図６と同様に、アンテナ電極１１０Ａのサイズが漸変するように配列してもよいが、チューニング電極１２０のサイズは、異なるサイズのアンテナ電極１１０Ａに対応して調整されない。例えば、本実施形態において、これらのチューニング電極１２０は、１つのサイズのみを有し、いずれも各アンテナ電極１１０Ａのサイズよりも大きい。

以上のように、本発明の実施形態の電磁波リフレクトアレイにおいて、１つのアレイに配列された各アンテナ構造は、アンテナ電極、チューニング電極、および２つの電極間に設置された液晶層を有する。これらのアンテナ電極における液晶層の有効誘電定数の分布を調整することにより、これらのアンテナ構造によって反射した後の電磁波リフレクトアレイの放射パターンまたは反射効率を変えることができる。

電磁波送受信方向および共振周波数を調整することのできる電磁波リフレクトアレイは、電磁波リフレクトアレイに応用することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ 電磁波リフレクトアレイ
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ アンテナ電極
１１１、１１２、１１１Ｃ、１１２Ｃ、１１１Ｄ、１１２Ｄ、１１１Ｅ、１１２Ｅ、１１１Ｆ、１１２Ｆ 導体パッチ
１１０Ｓ、１２０Ｓ、１１０Ｓ１～１１０Ｓ４、１２０Ｓ１～１２０Ｓ４ 電極列
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ チューニング電極
１２０ｂｐ 底部
１２０ｓｐ 側壁部
２１０、２２０、２３０、２４０ 電圧源
３１０、３２０ Ｄ／Ａ変換器
ＡＤ１、ＡＤ２、ＡＤ１－Ａ、ＡＤ２－Ａ、ＡＤ１－Ｂ、ＡＤ２－Ｂ アライメント方向
ＡＬ、ＡＬ１、ＡＬ２、ＡＬ１－Ａ、ＡＬ２－Ａ、ＡＬ１－Ｂ、ＡＬ２－Ｂ アライメント層
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４ 方向
ＩＮＳ１、ＩＮＳ２ 絶縁層
ＬＣＬ 液晶層
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗器
ＳＰ スペーサ
ＳＵＢ１ 第１基板
ＳＵＢ２ 第２基板
Ｖ１～Ｖ８ 第１電圧～第８電圧
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４ 幅
ＷＲ１、ＷＲ１－Ａ、ＷＲ１－Ｂ、ＷＲ１－Ｃ 第１導線
ＷＲ２、ＷＲ２－Ｂ、ＷＲ２－Ｃ 第２導線
Ａ１－Ａ１’、Ａ２－Ａ２’、Ｂ１－Ｂ１’、Ｂ２－Ｂ２’、Ｃ１－Ｃ１’、Ｃ２－Ｃ２’、Ｄ１－Ｄ１’、Ｄ２－Ｄ２’、Ｅ１－Ｅ１’、Ｅ２－Ｅ２’ 断面線

Claims (18)

1. 第１基板と、
   前記第１基板に対向して配置された第２基板と、
   第１方向に沿って前記第１基板上に分離して配列され、前記第１方向と交差する第２方向に延伸する複数の第１導線と、
   前記第２方向に沿って前記第２基板上に分離して配列され、前記第１方向に延伸する複数の第２導線と、
   前記第１基板上に配置されるとともに、前記複数の第１導線にそれぞれ電気接続され、前記第２方向に沿って複数の第１電極列を形成する複数のアンテナ電極と、
   前記第２基板上に配置されるとともに、前記第２基板上の前記複数のアンテナ電極の正投影にそれぞれ重なり合って完全に覆い、且つ前記複数の第２導線にそれぞれ電気接続され、前記第１方向に沿って複数の第２電極列を形成する複数のチューニング電極と、
   前記第１基板と前記第２基板の間に配置された液晶層と、
   を含む電磁波リフレクトアレイ。
2. 前記複数の第１導線が、第１電圧源に電気接続され、第１電圧を有し、前記複数の第２導線が、第２電圧源に電気接続され、第２電圧を有する請求項１に記載の電磁波リフレクトアレイ。
3. 前記複数の第１導線のそれぞれが、前記複数のアンテナ電極間に位置する複数の第１抵抗器を有し、前記複数の第１抵抗器が、前記複数の第１電極列の１つにおける前記複数のアンテナ電極のうちの任意の２つにそれぞれ電気接続された請求項２に記載の電磁波リフレクトアレイ。
4. 前記複数の第２導線のそれぞれが、前記複数のアンテナ電極間に位置する複数の第２抵抗器を有し、前記複数の第２抵抗器が、前記複数の第２電極列の１つにおける前記複数のチューニング電極のうちの任意の２つにそれぞれ電気接続された請求項３に記載の電磁波リフレクトアレイ。
5. 前記複数の第１導線または前記複数の第２導線が、それぞれ異なる電圧を有する請求項１に記載の電磁波リフレクトアレイ。
6. 第１ＤＡＣアレイおよび第２ＤＡＣアレイをさらに含み、前記複数の第１導線が、前記第１ＤＡＣアレイに電気接続され、それぞれ異なる電圧を有し、前記複数の第２導線が、前記第２ＤＡＣアレイに電気接続され、それぞれ異なる電圧を有する請求項５に記載の電磁波リフレクトアレイ。
7. 前記複数の第１導線のそれぞれの電圧が、前記複数の第１導線の前記第１方向における一側から他側に向かって増加または減少し、前記複数の第２導線のそれぞれの電圧が、前記複数の第２導線の前記第２方向における一側から他側に向かって増加または減少する請求項６に記載の電磁波リフレクトアレイ。
8. 前記複数のアンテナ電極のそれぞれが、前記第１方向および前記第２方向に沿って、それぞれ第１幅および第２幅を有し、前記複数のアンテナ電極のそれぞれの前記第１幅が、同じであり、前記複数のアンテナ電極のそれぞれの前記第２幅が、同じである請求項１に記載の電磁波リフレクトアレイ。
9. 第３方向に沿った前記複数のアンテナ電極のそれぞれの幅が、前記複数のアンテナ電極の前記第３方向における一側から他側に向かって増加または減少する請求項１に記載の電磁波リフレクトアレイ。
10. 前記第３方向が、前記第１方向および前記第２方向のうちの１つに対して平行である請求項９に記載の電磁波リフレクトアレイ。
11. 第４方向に沿った前記複数のアンテナ電極のそれぞれの幅が、前記複数のアンテナ電極の前記第４方向における一側から他側に向かって増加または減少し、前記第４方向が、前記第１方向および前記第２方向に対して平行ではない請求項９に記載の電磁波リフレクトアレイ。
12. 前記第３方向に沿った前記複数のチューニング電極のそれぞれの幅が、同じである請求項９に記載の電磁波リフレクトアレイ。
13. 前記複数のチューニング電極のそれぞれが、前記第２基板に対して平行な底部、および前記底部から湾曲可能に延伸する側壁部を有し、前記液晶層が、互いに分離された複数の部分に分割され、前記複数のチューニング電極のそれぞれの前記側壁部が、前記液晶層の前記複数の部分および前記複数のアンテナ電極のうちの１つを取り囲む請求項１に記載の電磁波リフレクトアレイ。
14. 前記複数のアンテナ電極のそれぞれが、少なくとも１つの導体パッチを含み、前記第１基板上の前記少なくとも１つの導体パッチの正投影の輪郭が、円形、矩形、環状、Ｕ字型、またはＬ字型である請求項１に記載の電磁波リフレクトアレイ。
15. 前記第２電極上の前記複数のアンテナ電極のそれぞれの正投影が、前記第２電極上の前記複数のチューニング電極のうちの１つの正投影によって完全に覆われる請求項１に記載の電磁波リフレクトアレイ。
16. 前記液晶層と前記第１電極および前記第２電極のうちの少なくとも１つの間に配置された少なくとも１つのアライメント層をさらに含む請求項１に記載の電磁波リフレクトアレイ。
17. 前記少なくとも１つのアライメント層が、前記複数のチューニング電極に対応して配置された複数のアライメントパターンであり、前記第１基板上の前記複数のアライメントパターンのそれぞれと前記複数のチューニング電極のそれぞれの正投影の輪郭が、同じである請求項１６に記載の電磁波リフレクトアレイ。
18. 前記複数のアライメントパターンのそれぞれのアライメント方向が、放射状または同心円状である請求項１７に記載の電磁波リフレクトアレイ。

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