JP2023100365A - ミリ波反射板 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドリング性に優れ、設置面への追従性の高いミリ波反射板を提供する。【解決手段】ミリ波反射板１は、面状の誘電体２０と、誘電体２０の第一面２０ａ上に設けられ、形状の異なる複数の金属パターンを有するスーパーセル１０と、誘電体２０において、第一面２０ａと反対側の第二面２０ｂ上に設けられた金属層３０とを備える。誘電体２０は、金属パターンに接しない部位に第一面２０ａ側から設けられた切込み２５を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、ミリ波反射板に関する。

ミリ波に対応した各種無線機器の実用化に際し、電波の不感地帯の発生が問題となっている。ミリ波帯の電波は、普及が進んでいるＶＨＦ波、ＵＨＦ波と比較して著しく減衰しやすく、直進性も高いという特徴がある。この為、ミリ波帯の電波は、回折による障害物背後への回り込みが難しい。

ミリ波帯の電波の不感地帯を解消するものとして、ミリ波帯の電波を反射する反射板（以下、「ミリ波反射板」と称する。）が提案されている。

特許文献１に記載のマルチビームリフレクトアレイは、上記ミリ波反射板として機能し得る。このマルチビームリフレクトアレイは、面状の誘電体の一方の面に所定の角度にミリ波を反射する反射単位を多数有し、他方の面にグランドとして機能とする金属層を有する。各反射単位は、形状の異なる複数の金属パターンで構成される。

反射単位が設けられた側の面に入射したミリ波は、各金属パターンと、金属層との両方で反射される。この反射波どうしが干渉することにより、ミリ波は入射時と異なる位相に反射される。
さらに、異なる金属パターンに基づく干渉波は、位相が異なるため、二次干渉を生じる。したがって、反射単位を構成する複数の金属パターンの形状を適宜設定することにより、入射したミリ波の反射方向を所望の向きに設定できる。

国際公開第２０１３／０３１５３９号

ミリ波反射板は、その機能上、大面積であることが好ましいが、金属パターンにおける反射波と、金属層における反射波との位相差の観点からは、一定の厚みが必要となる。そのため、構成的に折り曲げ等が困難となりやすい。
その結果、輸送、曲面設置における追従性等において改善の余地がある。特許文献１には、マルチビームリフレクトアレイの原理や反射方向の制御について記載されているのみであり、このような問題に対する知見はない。

本発明は、ハンドリング性に優れ、設置面への追従性の高いミリ波反射板を提供することを目的とする。

本発明は、面状の誘電体と、誘電体の第一面上に設けられ、形状の異なる複数の金属パターンを有するスーパーセルと、誘電体において、第一面と反対側の第二面上に設けられた金属層とを備えるミリ波反射板である。
このミリ波反射板において、誘電体は、金属パターンに接しない部位に第一面側から設けられた切込みを有する。

本発明に係るミリ波反射板は、ハンドリング性に優れ、設置面への追従性が高い。

本発明の一実施形態に係るミリ波反射板の模式平面図である。 同ミリ波反射板の部分拡大図である。 図２のＩ－Ｉ線における模式断面図である。 同ミリ波反射板の変形例を示す部分拡大図である。 実施例の概略構成を示す図である。 本発明の変形例に係るミリ波反射板の模式断面図である。

本発明の一実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るミリ波反射板１を示す模式平面図である。図１に示すように、ミリ波反射板１は、上面（一方の面）に、ミリ波を所定の方向に反射するスーパーセル１０を複数有する。

図２に拡大して示すように、各スーパーセル１０は、形状の異なる複数の金属パターンを有する。本実施形態において、スーパーセル１０は、大きさの異なる十字型の金属パターン１１、１２、１３の三つの金属パターンを有しており、金属パターン１１、１２、１３が一方向に並べて配置されている。金属パターンの形状や数、配置等は、図２に示した態様に限られず適宜設定でき、環状や、特許文献１に記載されたマッシュルーム構造のような立体形状等であってもよい。
複数のスーパーセル１０は、平面視四角形のミリ波反射板１において、辺に沿った二次元マトリクス状に整列して配置されている。

図３は、図２のＩ－Ｉ線における模式断面図である。スーパーセル１０は、シート状の誘電体２０の第一面２０ａ上に形成されている。
誘電体２０の材質は、誘電体であれば特に制限はない。誘電体２０の好適な例として、ガラスクロスに合成樹脂を含浸させたものや、各種合成樹脂からなるフィルム等を挙げることができる。中でも、低損失な電気特性を有する誘電体がより好適であり、高純度ガラス（石英ガラス）、フッ素系樹脂、液晶ポリマー、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリオレフィン、等が例示できる。これらは単体で使用してもよく複数種類を混合したり積層したりして使用してもよい。

誘電体２０において、第一面２０ａと反対側の第二面２０ｂには、全面を覆う金属層３０が設けられている。
このような構成のミリ波反射板１は、誘電体の両面に金属箔が接合された材料を用いて、金属箔をエッチング等でパターニングして複数のスーパーセルを形成することにより、比較的簡便に製造できる。

本実施形態において、スーパーセル１０および金属層３０は、銅からなるが、材質は銅には限られず、金や銀、アルミニウム等も使用できる。さらに、本実施形態における金属層は、金属を主成分としていればよく、抵抗値として１０^-６Ω・ｍ以下程度の導電性を保持する範囲で金属以外の物質を含んでもよい。例えば、銀混入ペースト、銅混入ペースト、ＩＴＯ等の導電性金属酸化物等も用途に応じて適用可能である。

誘電体２０には、第一面２０ａ側から複数の切込み２５が設けられている。切込み２５は、図２に示すように、スーパーセル１０間において、複数の金属パターン１１、１２、１３が並ぶ方向に延びている。ミリ波反射板１の上面側は、複数の切込み２５により、複数の金属パターンが並ぶ方向に延びる複数の細長い領域に分割されている。各領域には、複数のスーパーセル１０が、複数の金属パターンが並ぶ方向に複数並んで配置されている。

図３に示すように、各切込み２５は、第二面２０ｂに達しない程度であり、ミリ波反射板を厚さ方向に貫通していない。これにより、ミリ波反射板は、１枚のシート状の状態を保持している。

上記のように構成された本実施形態に係るミリ波反射板１の使用時の動作について説明する。
ミリ波反射板１は、大面積である等の場合であっても、筒状に巻くことで、容易に運搬できる。筒状に巻く際は、形成される筒形状の軸線が切込み２５と概ね同一方向に延びるように巻いていく。

第一面２０ａ側を外側にしてミリ波反射板１を巻いていくと、誘電体２０に曲げ応力が作用する。しかし、本実施形態の誘電体２０には、切込み２５が設けられているため、誘電体２０が切込みに沿って折れ曲がることにより、曲げ応力は消失し、誘電体２０には蓄積されにくい。その結果、ミリ波反射板１全体としては巻くことができる一方、切込み２５間の領域は、巻かれた状態でも過度に湾曲せずに平坦に近い状態を保持する。したがって、切込み２５間に位置する金属パターン１１、１２、１３や、それらの集合としてのスーパーセル１０に曲げ応力が作用しにくく、巻いた際に著しく折れ曲がって損傷したり、断裂したりすることを好適に抑制できる。

また、ミリ波反射板１は、切込み２５に沿って容易に曲がることができるため、凹凸を有する設置面や、凹状あるいは凸状に湾曲した設置面であっても、折れ曲がることにより良好に追従できる。したがって、様々な態様の設置面に好適に追従させて取り付けることができ、設置後の浮きや剥がれ等も生じにくい。

以上説明したように、本実施形態に係るミリ波反射板１は、ハンドリング性に優れ、設置面への追従性が高い。したがって、建材、壁面、什器、車両等の多種多様な物品に取り付け、周囲の空間にミリ波を充溢させることに寄与できる。

本実施形態において、切込みは、金属パターンに接しないように設けられれば良く、延びる方向に特に制限はない。したがって、図４に示す変形例のように、スーパーセルの金属パターンが並ぶ方向と交差する方向に延びる切込み２５Ａが設けられてもよい。さらには、切込み２５と切込み２５Ａの両方が設けられてもよい。このようにすると、ミリ波反射板を二方向に巻くことができ、ハンドリング性および設置面への追従性を向上できる。
誘電体２０が高純度ガラス（石英ガラス）である場合は、金属層３０を厚くし、誘電体２０のみ貫通または金属層３０までわずかに延びる切込みを設けることにより、上述のような巻き取りを可能とできる。

本実施形態に係るミリ波反射板について、実施例を用いてさらに説明する。本発明に係る技術的思想は、実施例の具体的な内容のみによって何ら限定されない。

（実施例１）
誘電体の両面に銅箔が設けられた４００ｍｍ×３００ｍｍの銅張積層板（中興化成工業社製ＣＧＰ－５００）を準備した。誘電体はフッ素樹脂含浸ガラスクロス（厚さ７６４μｍ）であり、銅箔の厚さはいずれも１８μｍ、総厚は０．８ｍｍである。

銅張積層板の一方の面にエッチングを施し、二次元マトリクス状に配列されたスーパーセルを複数形成した。スーパーセルは、十字型の３つの金属パターンで構成される。小パターンは、幅１．１ｍｍ、縦横寸法１．４ｍｍである。中パターンは、幅１．４ｍｍ、縦横寸法３．０ｍｍである。大パターンは、幅１．４ｍｍ、縦横寸法３．７ｍｍである。３つのパターンを小、中、大の順に等ピッチで５ｍｍ×１５ｍｍの区画内に配置し、これをスーパーセルの単位とした。このスーパーセルは、垂直に入射した２８ＧＨｚ帯のミリ波を、小パターンから大パターンに向かう方向に４５°傾けて反射するよう設計されている。
上記構成のスーパーセルを、８０行２０列の二次元マトリクス状に形成した。

続いて、スーパーセル４行ごとに、銅張積層板の短辺と平行に延びる切込み２５を形成した。切込みは、０．７ｍｍトムソン刃を用い、銅箔が除去されて露出した誘電体２０の第一面から７８０μｍの深さで形成した。
すなわち、切込み２５は、誘電体２０を厚さ方向に貫通し、かつ第二面側の金属層３０を貫通しない程度とされており、金属層３０により１枚のシート状の状態が保持されている。
以上により、実施例１に係るミリ波反射板を得た。このミリ波反射板においては、隣り合う切込み２５間に、４行２０列に配列された８０個のスーパーセルが配置されている。実施例１の概略態様を、図５に示す。

（実施例２）
実施例２は、実施例１に対して、切込みの態様のみが異なる。
実施例２では、スーパーセル２列ごとに、銅張積層板の長辺と平行に延びる切込み２５を形成した。切込みの形成態様や深さは、実施例１と同様である。
以上により、実施例２に係るミリ波反射板を得た。このミリ波反射板においては、隣り合う切込み２５間に、８０行２列に配列された１６０個のスーパーセルが配置されている。

（実施例３）
実施例３も、実施例１に対して、切込みの態様のみが異なる。
実施例３では、実施例１と同様の切込みに加え、５ｍｍごとに、銅張積層板の長辺と平行に延びる切込み２５を形成した。すなわち、実施例３は、長辺方向（第一の方向）に延びる切込みと、長辺方向と交差する短辺方向（第二の方向）に延びる切込みとの２種類の切込みを有する。切込みの形成態様や深さは、いずれも実施例１と同様である。
以上により、実施例３に係るミリ波反射板を得た。このミリ波反射板においては、短辺方向に延びる切込み２５間に、４行２０列に配列された８０個のスーパーセルが配置され、かつ各スーパーセルの金属パターン間にも切込みが形成されている。

（実施例４）
切込みの深さを５００μｍとした点を除き、実施例１と同様の手順で実施例４に係るミリ波反射板を得た。

各例に係るミリ波反射板に対して、以下の評価を行った。
（ハンドリング性評価）
各例のミリ波反射板を、スーパーセルを外側にして巻くことを試みた。いずれの実施例も、軸線が切込みと概ね平行に延びる筒状に、抵抗なく巻くことができた。実施例３については、２方向に抵抗なく巻くことができた。具体的には、実施例１は直径２５～３５ｍｍの円筒形（略８角形）に、実施例２は直径６０～７０ｍｍの円筒状（略１０角形）に、実施例３は長辺方向に巻いた場合、直径２５～３５ｍｍの円筒形（略８角形）、短辺方向に巻いた場合、直径２５～３５ｍｍの円筒形（略１４角形）とすることができ、いずれもハンドリング性が良好であった。

（反射特性評価）
各例のミリ波反射板を、巻かれた状態から展延し、金属層３０が接するように平坦な木の板に取り付け、電波暗室環境内に固定した。
ホーンアンテナからの送信波を曲面形状の反射鏡で反射して２８ＧＨｚの平面波を生成し、ミリ波反射板に対して垂直に照射した。
ミリ波反射板に対して遠方界となる位置に設置した受信アンテナで、ミリ波反射板からの反射波を計測した。この受信アンテナは、ロボット上に設置され、ミリ波反射板から一定の遠方界距離を保ったまま周回できるよう構成されており、広い角度範囲で反射波を計測できる。この評価では、設計内容である、法線に対して４５°方向のＲＣＳ（レーダー反射断面積）を評価値とした。
計測の結果、４５°方向のＲＣＳは、実施例１から４において、それぞれ３０．２ｄＢｓｍ（デシベル・スクエアメーター）、３０ｄＢｓｍ、３０．２ｄＢｓｍ、３０．２ｄＢｓｍであり、一度巻かれた後でも概ね設計通りの反射特性を示した。

巻いた後に再び展延し、スーパーセルの状態を目視にて確認した。いずれの実施例においても、金属パターンの折れ曲がりや断裂等は認められなかった。

（設置面追従性評価）
各例のミリ波反射板の金属層上に接着剤を塗布し、凹凸を有する設置面上に貼り付けた。設置面は、一辺３００ｍｍの板状部材の一辺に沿って、底面が８０ｍｍ×６０ｍｍの長方形かつ長さ３００ｍｍの四角柱状のモールを取り付けたパーティションとした。このパーティションのモールが取り付けられた面に、モールの外周面および板状部材に沿って、金属層上に接着剤を塗布した各例のミリ波反射板を貼り合わせた。
接着剤の乾燥後に、ミリ波反射板と設置面との間に４０ｍｍ以上の浮きを認めた場合を不合格と定義したが、いずれの実施例も設置面に良好に追従し、合格であった。実施例３に係るミリ波反射板は、浮きの量が最も少なく、追従性に特に優れていた。

ただし、同一のスーパーセルに属する金属パターン間に切込みがあると、設置面の形状によっては、スーパーセル内における金属パターン間の位置関係が大きく変化する結果、反射波の干渉態様も変化して、反射特性に影響を与える可能性がある。したがって、想定される設置面の態様に応じて、同一のスーパーセルに属する金属パターン間に切込みを設ける態様と、同一のスーパーセルに属する金属パターン間を避けて切込みを設ける態様とを使い分けることが好ましい。

比較対象として、切込みを設けない点を除き実施例１と同様の手順で作製したものも評価した。反射特性評価においては、実施例との間に差は認められず良好であったものの、誘電体の剛性が高いため、全く巻くことはできなかった。また、設置面にも追従しないため、貼り付けること自体ができなかった。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせなども含まれる。以下にいくつか変更を例示するが、これらはすべてではなく、それ以外の変更も可能である。これらの変更は自由に組み合わせることができる。

・本発明に係るミリ波反射板において、金属層は、必ずしも第二面上に隙間なく設けられなくてもよい。たとえば、小さな開口を有するメッシュ状であったり、スーパーセルの区画に対応した線状の欠損部位などを有したりしてもよい。ただし、金属層のない部分においては、入射したミリ波が反射されずに透過するため、金属層のない部分が多すぎると反射性能に影響する可能性があるため、金属層のない部分の最大連続長を、反射対象周波数の１／４λ未満とすることが好ましい。メッシュ状とする場合は、開口の寸法を調節することで、所定波長の電波を反射せずに透過させることも可能である。

・切込みの深さは、上記実施形態や実施例で示した態様に限られず、例えば誘電体を完全に貫通し、かつ金属層に達しない程度であってもよい。また、ミリ波反射板が複数に分割されない程度であれば、切込みの一部が、金属層も含めてミリ波反射板を厚さ方向に貫通していても問題ない。
また、切込みの断面形状も、適宜変更できる。図６に示す断面形状Ｖ字状の切込み２５Ｂのように、上部が開いた断面形状の切込みを形成すると、スーパーセル１０を内側にして巻くことが容易になり、スーパーセルを保護した状態で輸送等を行える。切込み２５Ｂのような形状は、一定値以上の厚さのトムソン刃を用いる等により、比較的簡便に形成でき、誘電体が比較的硬い等の場合に特に有効である。

・切込みは、ミリ波反射板の平面視において完全な直線状である必要は必ずしもなく、わずかに湾曲したり、屈曲したりしていてもよい。

・切込みを設ける数に特に制限はない。例えば、切込みを一本のみ有する場合でも、ミリ波反射板を切込みに沿って二つ折りにできるため、ハンドリング性は向上する。

１ ミリ波反射板
１０ スーパーセル
１１、１２、１３ 金属パターン
２０ 誘電体
２０ａ 第一面
２０ｂ 第二面
２５、２５Ａ、２５Ｂ 切込み
３０ 金属層

Claims (4)

1. 面状の誘電体と、
   前記誘電体の第一面上に設けられ、形状の異なる複数の金属パターンを有するスーパーセルと、
   前記誘電体において、前記第一面と反対側の第二面上に設けられた金属層と、
   を備え、
   前記誘電体は、前記金属パターンに接しない部位に前記第一面側から設けられた切込みを有する、
   ミリ波反射板。
2. 前記切込みは、同一の前記スーパーセルに属する前記金属パターン間を避けて形成されている、
   請求項１に記載のミリ波反射板。
3. 前記切込みとして、第一の方向に延びる切込みと、前記第一の方向と交差する第二の方向に延びる切込みとを有する、
   請求項１に記載のミリ波反射板。
4. 前記切込みは、上部が開いた断面形状を有する、
   請求項１に記載のミリ波反射板。

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