JP2024034072A - 反射アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成を簡略化しつつ、２つの周波数帯の電磁波を任意の方向に反射可能な反射アンテナを提供する。【解決手段】誘電体基板の一面側において複数の第１反射方向制御素子が配列されて形成され、入射された第１周波数帯の垂直偏波または水平偏波の第１電磁波を入射方向と異なる所定方向に反射させる第１反射方向制御パターンと、誘電体基板の一面側の同一面上の第１反射方向制御パターンと異なる位置において複数の第２反射方向制御素子が配列されて形成され、入射された第２周波数帯の垂直偏波または水平偏波の第２電磁波を入射方向と異なる所定方向に反射させる第２反射方向制御パターンと、を備える反射アンテナである。【選択図】図１

Description

本発明は、入力した電磁波を所定方向に反射させる反射アンテナに関する。

近年、高速かつ大容量の移動通信を可能とする第５世代移動通信システム（5th Generation Mobile Communication System：５Ｇ）を利用した通信サービスが提供されている。５Ｇの通信サービスにおいては、ミリ波帯の高周波の電磁波が用いられている。電磁波は、高周波であるほど直進性が高まる。５Ｇにおいて利用される高周波の電磁波は、通信経路上に建物などの障害物が存在すると、電磁波が届き難いカバレッジホールと呼ばれる領域が発生する場合がある。

例えば、特許文献１には、入力した電磁波を所定方向に反射し、カバレッジホールを低減するための反射アンテナが記載されている。特許文献１に記載された反射アンテナは、一面側に複数の反射方向制御素子を備え、一面側において所定の入射角において入力された電磁波を、所定の反射角の方向に反射するように構成されている。特許文献１に記載された技術によれば、２８ＧＨｚ帯の電磁波を反射させる第１反射アンテナ層と、第１反射アンテナ層と異なる３９ＧＨｚ帯の電磁波を反射させる第２反射アンテナ層とを備えている。

特開２０２１－１４１３５９号公報

特許文献１に記載された技術によれば、第１反射アンテナ層と第２反射アンテナ層とが異なる層に形成されているため、装置構成が複雑化する。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり装置構成を簡略化しつつ、２つの周波数帯の電磁波を任意の方向に反射可能な反射アンテナを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、誘電体基板の一面側において複数の第１反射方向制御素子が配列されて形成され、入射された第１周波数帯の垂直偏波または水平偏波の第１電磁波を入射方向と異なる所定方向に反射させる第１反射方向制御パターンと、誘電体基板の一面側の同一面上の第１反射方向制御パターンと異なる位置において複数の第２反射方向制御素子が配列されて形成され、入射された第２周波数帯の垂直偏波または水平偏波の第２電磁波を入射方向と異なる所定方向に反射させる第２反射方向制御パターンと、を備える反射アンテナである。

本発明によれば、装置構成を簡略化しつつ、２つの周波数帯の電磁波を任意の方向に反射させることができる。

本発明の実施形態に係る反射アンテナの構成を示す側面図である。 反射アンテナの一面側の構成を示す平面図である。 反射アンテナの他面側の構成を示す平面図である。 第１反射方向制御素子の構成を示す平面図である。 第１反射方向制御パターンの構成を示す平面図である。 第１反射方向制御素子の位置に応じた寸法を示す図である。 第１周波数選択素子の構成を示す平面図である。 第１周波数選択パターンの構成を示す平面図である。 第２反射方向制御素子の構成を示す平面図である。 第２反射方向制御パターンの構成を示す平面図である。 第２反射方向制御素子の位置に応じた寸法を示す図である。 第２周波数選択素子の構成を示す図である。 第２周波数選択パターンの構成を示す平面図である。 第１周波数選択素子及び第２周波数選択素子の特性を示す図である。 反射アンテナの動作原理を示す側面図である。 第１反射方向制御素子及び第２反射方向制御素子の長さと反射位相との関係を示す図である。 反射アンテナの第１電磁波に対する反射特性を示す図である。 反射アンテナの第２電磁波に対する反射特性を示す図である。 反射アンテナの反射特性を示す図である。 変形例１に係る第１反射方向制御素子の構成を示す平面図である。 変形例１に係る第１反射方向制御素子及び第２反射方向制御素子の長さと反射位相との関係を示す図である。 変形例１に係る反射アンテナの反射特性を示す図である。 変形例２に係る反射アンテナの構成を示す平面図である。 変形例２に係る第１反射方向制御素子及び第２反射方向制御素子の長さと反射位相との関係を示す図である。 変形例２に係る反射アンテナの反射特性を示す図である。 変形例３に係る第１反射方向制御素子の構成を示す平面図である。

図１に示されるように、反射アンテナ１は、板状に形成された誘電体基板２と、誘電体基板２の一面２Ａ側に形成された第１反射方向制御パターン１０と、誘電体基板２の一面２Ａ側に形成された第２反射方向制御パターン２０と、を備えている。また、反射アンテナ１は、誘電体基板２の他面２Ｂ側に形成された第１周波数選択パターン１５と、誘電体基板２の他面２Ｂ側に形成された第２周波数選択パターン２５と、を備えている。反射アンテナ１は、上記構成に基づくメタマテリアルにより電磁波を反射するように形成されている。図示する反射アンテナ１は、１例であり、単独で用いられてもよいし、複数の反射アンテナ１を２次元的に配列して用いられてもよい。

誘電体基板２は、例えば、５Ｇ通信に影響を与えない、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等の誘電体材料を用いて矩形の板状体に形成されている。誘電体基板２の一面２Ａ側には、半導体製造技術に基づいて第１反射方向制御パターン１０及び第２反射方向制御パターン２０が形成されている。誘電体基板２の他面２Ｂ側には、同様に半導体製造技術に基づいて第１周波数選択パターン１５及び第２周波数選択パターン２５が形成されている。

反射アンテナ１において、第１反射方向制御パターン１０及び第２反射方向制御パターン２０を保護するために、表面保護層（不図示）を形成してもよい。反射アンテナ１は、表面保護層の形成後において、厚み方向の寸法を最小３ｍｍ程度に抑制することができる。

図２に示されるように、第１反射方向制御パターン１０は、例えば、誘電体基板２の一面２Ａにメタマテリアルにより形成されている。第１反射方向制御パターン１０は、誘電体基板２の一面２Ａ側の同一面上において複数の第１反射方向制御素子１１が配列されて形成されている。複数の第１反射方向制御素子１１は、誘電体基板２の一面２Ａ上に平面視して２次元的に配列されている。図示する第１反射方向制御素子１１の個数は１例であり、個数は適宜変更されてもよい。

第１反射方向制御素子１１は、金属素材により形成されている。第１反射方向制御素子１１は、例えば、エッチング処理に基づいて誘電体基板２の一面２Ａ上に形成されている。第１反射方向制御素子１１は、エッチング処理に限らず、プリント技術によって形成されてもよい。複数の第１反射方向制御素子１１は、例えば、第１方向（図のＸ方向）と、第１方向と直交する方向の第２方向（図のＹ方向）に対してマトリクス状に配置されている。第１反射方向制御パターン１０は、例えば、第２方向に沿って列状に配置された複数の第１反射方向制御素子１１を備えている。

複数の第１反射方向制御素子１１は、例えば、図示するように第１方向に沿った順に数えられる列のうち偶数列に配置されている。第１反射方向制御素子１１は、第２方向においては同じ形状に形成されている。第１反射方向制御素子１１は、第１方向においては列毎に異なる形状に形成されている。第１反射方向制御パターン１０は、誘電体基板２の一面２Ａ側に向かって入射された第１周波数帯の垂直偏波または水平偏波の第１電磁波を入射方向と異なる所定方向に反射させる。第１電磁波は、例えば、２８ＧＨｚ帯の第１周波数帯の電磁波である。第１電磁波は、２８ＧＨｚを含む所定の周波数帯の範囲の通信信号である。第１反射方向制御パターン１０の原理については、後述する。

第２反射方向制御パターン２０は、例えば、誘電体基板２の一面２Ａにメタマテリアルにより形成されている。第２反射方向制御パターン２０は、誘電体基板２の一面２Ａ側の同一面上において、第１反射方向制御パターン１０と異なる位置において、複数の第２反射方向制御素子２１が配列されて形成されている。複数の第２反射方向制御素子２１は、誘電体基板２の一面２Ａ上に平面視して２次元的に配列されている。図示する第２反射方向制御素子２１の個数は１例であり、個数は適宜変更されてもよい。

第２反射方向制御素子２１は、金属素材により形成されている。第２反射方向制御素子２１は、例えば、エッチング処理に基づいて誘電体基板２の一面２Ａ上に形成されている。第２反射方向制御素子２１は、エッチング処理に限らず、プリント技術によって形成されてもよい。複数の第２反射方向制御素子２１は、例えば、第１方向（図のＸ方向）と、第１方向と直交する方向の第２方向（図のＹ方向）に対してマトリクス状に配置されている。第２反射方向制御パターン２０は、例えば、第２方向に沿って列状に配置された複数の第２反射方向制御素子２１を備えている。

複数の第２反射方向制御素子２１は、例えば、図示するように第１方向に沿った順に数えられる列のうち奇数列に配置されている。第１方向において第２反射方向制御素子２１は、隣接する第１反射方向制御素子１１の間に配置されている。第２反射方向制御素子２１は、第２方向においては同じ形状に形成されている。第２反射方向制御素子２１は、第１方向においては列毎に異なる形状に形成されている。第２反射方向制御パターン２０は、誘電体基板２の一面２Ａ側に向かって入射された第２周波数帯の垂直偏波または水平偏波の第２電磁波を入射方向と異なる所定方向に反射させる。第２電磁波は、例えば、３９ＧＨｚ帯の第２周波数帯の電磁波である。第２電磁波は、３９ＧＨｚを含む所定の周波数帯の範囲の通信信号である。第２反射方向制御パターン２０の原理については、後述する。

図３に示されるように、第１周波数選択パターン１５は、例えば、誘電体基板２の他面２Ｂにメタマテリアルにより形成されている。第１周波数選択パターン１５は、誘電体基板２の他面２Ｂ側の同一面上において複数の第１周波数選択素子１６が配列されて形成されている。図３においては、誘電体基板２の他面２Ｂ側は、－Ｚ方向に平面視して示されている。複数の第１周波数選択素子１６は、誘電体基板２の他面２Ｂ上に平面視して２次元的に配列されている。図示する第１周波数選択素子１６の個数は１例であり、個数は適宜変更されてもよい。第１周波数選択素子１６は、金属素材により形成されている。第１周波数選択素子１６は、例えば、エッチング処理に基づいて誘電体基板２の一面２Ａ上に形成されている。第１周波数選択素子１６は、エッチング処理に限らず、プリント技術によって形成されてもよい。

複数の第１周波数選択素子１６は、例えば、第１方向と、第１方向と直交する方向の第２方向に対してマトリクス状に配置されている。第１周波数選択パターン１５は、例えば、第２方向に沿って列状に配置された複数の第１周波数選択素子１６を備えている。複数の第１周波数選択素子１６は、例えば、図示するように第１方向に沿った順に数えられる列のうち偶数列に配置されている。各列は、誘電体基板２の一面２Ａの列に対応して配置されている。各第１周波数選択素子１６は、誘電体基板２の他面２Ｂ側において、各第１反射方向制御素子１１に対応する位置に配列されて形成されている。第１周波数選択素子１６は、第１方向及び第２方向において同じ形状に形成されている。

複数の第１周波数選択素子１６が配列されて形成された第１周波数選択パターン１５は、誘電体基板２の一面２Ａ側に向かって入射し、誘電体基板２を透過した第１周波数帯以外の電磁波を他面２Ｂ側に透過する。第１周波数選択パターン１５は、誘電体基板２の一面２Ａ側に向かって入射し、誘電体基板２を透過した第１電磁波を一面２Ａ側の方向に反射する。第１周波数選択パターン１５の原理については、後述する。

第２周波数選択パターン２５は、例えば、誘電体基板２の他面２Ｂにメタマテリアルにより形成されている。第２周波数選択パターン２５は、誘電体基板２の他面２Ｂ側の同一面上において第１周波数選択パターン１５と異なる位置において、複数の第２周波数選択素子２６が配列されて形成されている。複数の第２周波数選択素子２６は、誘電体基板２の他面２Ｂ上に平面視して２次元的に配列されている。図示する第２周波数選択素子２６の個数は１例であり、個数は適宜変更されてもよい。第２周波数選択素子２６は、金属素材により形成されている。第２周波数選択素子２６は、例えば、エッチング処理に基づいて誘電体基板２の一面２Ａ上に形成されている。第２周波数選択素子２６は、エッチング処理に限らず、プリント技術によって形成されてもよい。

複数の第２周波数選択素子２６は、例えば、第１方向と、第１方向と直交する方向の第２方向に対してマトリクス状に配置されている。第２周波数選択パターン２５は、例えば、第２方向に沿って列状に配置された複数の第２周波数選択素子２６を備えている。数の第２周波数選択素子２６は、例えば、図示するように第１方向に沿った順に数えられる列のうち奇数列に配置されている。各列は、誘電体基板２の一面２Ａの列に対応して配置されている。各第２周波数選択素子２６は、誘電体基板２の他面２Ｂ側において、各第２反射方向制御素子２１に対応する位置に配列されて形成されている。第１方向において第２周波数選択素子２６は、隣接する第１周波数選択素子１６の間に配置されている。

第２周波数選択素子２６は、第１方向及び第２方向において同じ形状に形成されている。第２周波数選択パターン２５は、誘電体基板２の一面２Ａ側に向かって入射し、誘電体基板２を透過した第２周波数帯以外の電磁波を他面２Ｂ側に透過する。第２周波数選択パターン２５は、誘電体基板２の一面２Ａ側に向かって入射し、誘電体基板２を透過した第２電磁波を一面２Ａ側の方向に反射する。第２周波数選択パターン２５の原理については、後述する。

図４に示されるように、第１反射方向制御素子１１は、大きさが調整される第１調整部１２と、第１調整部１２に付加されアンテナ長が変更される１つ以上の第１付加部１３とを備えている。図４の例では、第１反射方向制御素子１１は、誘電体基板２の一面２Ａの法線方向から入射される２８ＧＨｚ帯の電磁波を第１方向において３０度方向に反射するものが例示されている。第１調整部１２は、例えば、第１方向に沿った棒状の第１方向素子１２Ａと、第２方向に沿った棒状の第２方向素子１２Ｂとを備えている。第１調整部１２は、第１方向素子１２Ａと第２方向素子１２Ｂとが交差してクロスダイポール構造に形成されたアンテナ素子である。第１調整部１２は、第１方向素子１２Ａと第２方向素子１２Ｂとの長さが同長に調整される。

第１付加部１３は、第１方向素子１２Ａ及び第２方向素子１２Ｂの各端部から延長されて形成されている。第１付加部１３は、所定長に達した第１方向素子１２Ａ及び第２方向素子１２Ｂを延長し、位相遅延特性を調整する必要がある場合に設けられる。第１調整部１２は、隣接する第１反射方向制御素子１１や第２反射方向制御素子２１と干渉しないように大きさに制限があるからである。第１付加部１３は、隣接する第１反射方向制御素子１１や第２反射方向制御素子２１と干渉しない方向に延長される。第１付加部１３は、第１方向素子１２Ａ及び第２方向素子１２Ｂが所定長以下の場合には設けられていなくてもよい。

第１付加部１３は、第１方向素子１２Ａ及び第２方向素子１２Ｂの各端部から同一面上において直交する方向に形成されている。第１付加部１３は、棒状のアンテナ素子である。第１付加部１３は、第１方向素子１２Ａの両端部から第２方向において互いに異なる向きに２個設けられている。第１付加部１３は、第２方向素子１２Ｂの両端部から第１方向において互いに異なる向きに２個設けられている。４個の第１付加部１３は、第１調整部１２に対して反時計回りの向きに配置されている。

図５には、第１反射方向制御パターン１０を構成する複数の第１反射方向制御素子１１のみの配置関係が示されている。図５の例では、複数の第１反射方向制御素子１１は、第１方向に沿った順に数えられる列に従って配置されている。第１方向及び第２方向に隣接する第１反射方向制御素子１１の中心間距離は、例えば、６ｍｍである。第１調整部１２は、第２方向において配列される他の第１調整部１２と同じ大きさに形成される。第１調整部１２は、第１方向において配列される他の第１調整部１２に比して相似形に形成される。第１方向素子１２Ａ及び第２方向素子１２Ｂの短手方向の幅は、例えば、０．５ｍｍ程度である。第１方向素子１２Ａ及び第２方向素子１２Ｂの長手方向の長さは、例えば、４ｍｍ以下である。

第１付加部１３は、第２方向において配列される他の第１付加部１３と同じ長さに形成される。第１付加部１３は、第１方向において配列される他の第１付加部１３に比して相似形に形成される。第１付加部１３の短手方向の幅は、例えば、第１調整部１２と同じ０．５ｍｍ程度である。第１付加部１３の長手方向の長さは、例えば、２ｍｍ以下である。第１反射方向制御パターン１０は、第１調整部１２のみ形成されている第１反射方向制御素子１１の列と、第１調整部１２と第１付加部１３とを有する第１反射方向制御素子１１の列とが混在している。第１調整部１２及び第１付加部１３の寸法は一例であり、反射性能に応じて適宜調整される。第１反射方向制御素子１１の大きさと配置位置との関係については後述する。

図６に示されるように、第１反射方向制御素子１１は、第１方向に沿った順に数えられる列に従って寸法が調整されている。図６の例では、各列における第１調整部１２の寸法と、第１調整部１２に付加される第１付加部１３の寸法が記載されている。

図７に示されるように、第１周波数選択素子１６は、第１方向に沿った枠状の第１方向素子１６Ａと、第２方向に沿った枠状の第２方向素子１６Ｂとを備えている。第１周波数選択素子１６は、第１方向素子１６Ａと第２方向素子１６Ｂとが交差した枠状に形成されたアンテナ素子である。第１周波数選択素子１６は、第１方向素子１６Ａと第２方向素子１６Ｂとの長さが同長に調整される。第１方向素子１６Ａ及び第２方向素子１６Ｂの長手方向の全長は、例えば、３．６２ｍｍである。第１方向素子１６Ａ及び第２方向素子１６Ｂの長手方向にくり抜かれる長さは、例えば、２．７ｍｍである。第１方向素子１６Ａ及び第２方向素子１６Ｂの短手方向の全幅は、例えば、０．６ｍｍである。第１方向素子１６Ａ及び第２方向素子１６Ｂの短手方向にくり抜かれる幅は、例えば、０．２ｍｍである。

図８には、第１周波数選択パターン１５を構成する複数の第１周波数選択素子１６のみの配置関係が示されている。図８の例では、複数の第１周波数選択素子１６は、第１方向に沿った順に数えられる列に従って配置されている。第１方向及び第２方向に隣接する第１周波数選択素子１６の中心間距離は、例えば、６ｍｍである。第１周波数選択パターン１５においては、第１方向に配列された第１周波数選択素子１６と、第２方向に配列された第１周波数選択素子１６とは同じ寸法に形成されている。各第１周波数選択素子１６は、平面視して各第１反射方向制御素子１１に対応する位置に配置されている。

図９に示されるように、第２反射方向制御素子２１は、誘電体基板２の一面２Ａの法線方向から入射される３９ＧＨｚ帯の電磁波を第１方向において３０度方向に反射するものが例示されている。第２反射方向制御素子２１は、例えば、第１方向に沿った棒状の第１方向素子２１Ａと、第２方向に沿った棒状の第２方向素子２１Ｂとを備えている。第２反射方向制御素子２１は、第１方向素子２１Ａと第２方向素子２１Ｂとが交差してクロスダイポール構造に形成されたアンテナ素子である。第２反射方向制御素子２１は、第１方向素子２１Ａと第２方向素子２１Ｂとの長さが同長に調整される。

図１０には、第２反射方向制御パターン２０を構成する複数の第２反射方向制御素子２１のみの配置関係が示されている。図１０の例では、複数の第２反射方向制御素子２１は、第１方向に沿った順に数えられる列に従って配置されている。第１方向及び第２方向に隣接する第２反射方向制御素子２１の中心間距離は、例えば、６ｍｍである。第２反射方向制御素子２１は、第２方向において配列される他の第２反射方向制御素子２１と同じ大きさに形成される。第２反射方向制御素子２１は、第１方向において配列される他の第２反射方向制御素子２１に比して相似形に形成される。第１方向素子２１Ａ及び第２方向素子２１Ｂの短手方向の幅は、例えば、０．５ｍｍ程度である。第１方向素子２１Ａ及び第２方向素子２１Ｂの長手方向の長さは、例えば、４.１ｍｍ以下である。

図１１に示されるように、第２反射方向制御素子２１は、第１方向に沿った順に数えられる列に従って第１方向素子２１Ａ及び第２方向素子２１Ｂの長手方向の長さが調整されている。第２反射方向制御素子２１の寸法は一例であり、反射性能に応じて適宜調整される。第２反射方向制御素子２１の大きさと配置位置との関係については後述する。

図１２に示されるように、第２周波数選択素子２６は、矩形の枠状に形成されている。第２周波数選択素子２６は、第１方向に沿った一対の第１方向素子２６Ａと、第２方向に沿った一対の第２方向素子２６Ｂとを備えている。第２周波数選択素子２６は、一対の第１方向素子２６Ａと一対の第２方向素子２６Ｂとにより枠状に形成されたアンテナ素子である。第２周波数選択素子２６は、第１方向素子２６Ａと第２方向素子２６Ｂとの長さが同長に調整される。第２周波数選択素子２６の一辺の長さは、例えば、１．８３ｍｍである。第２周波数選択素子２６の矩形にくり抜かれる一辺の長さは、例えば、１．６３ｍｍである。即ち、第１方向素子２６Ａ及び第２方向素子２６Ｂの短手方向の幅は、例えば、０．１ｍｍである。

図１３には、第２周波数選択パターン２５を構成する複数の第２周波数選択素子２６のみの配置関係が示されている。図１３の例では、複数の第２周波数選択素子２６は、第１方向に沿った順に数えられる列に従って配置されている。第１方向及び第２方向に隣接する第２周波数選択素子２６の中心間距離は、例えば、６ｍｍである。第２周波数選択パターン２５においては、第１方向に配列された第２周波数選択素子２６と、第２方向に配列された第２周波数選択素子２６とは同じ寸法に形成されている。各第２周波数選択素子２６は、平面視して各第２反射方向制御素子２１に対応する位置に配置されている。

図１４に示されるように、第１周波数選択素子１６は、第１周波数帯（２８ＧＨｚ帯）の第１電磁波の透過を防止しつつ、反射するという特性を有する。第１周波数選択素子１６は、第１周波数帯の第１電磁波以外の周波数帯の電磁波を透過するという特性を有する。また、第２周波数選択素子２６は、第２周波数帯の第２電磁波の透過を防止しつつ、反射するという特性を有する。第２周波数選択素子２６は、第２周波数帯（３９ＧＨｚ帯）の第２電磁波以外の周波数帯の電磁波を透過するという特性を有する。

反射アンテナ１によれば、第１電磁波及び第２電磁波以外の周波数帯域の電磁波が誘電体基板２の一面２Ａ側に反射しないため、第１電磁波及び第２電磁波を用いた通信に対する第１電磁波及び第２電磁波以外の周波数帯域の電磁波の影響を低減することができる。反射アンテナ１は、誘電体基板２の他面２Ｂ側を全面的に覆う金属膜により形成されたグラウンドプレーンを用いることなく、第１電磁波及び第２電磁波以外の周波数帯域の電磁波を透過する透過特性が高く形成されている。

図１５には、反射アンテナ１の原理が示されている。反射アンテナ１には、基地局（不図示）から出力された電磁波が入射される。反射アンテナ１は、入射された垂直偏波または水平偏波の電磁波を入射方向と異なる所定方向に反射させる。図１５の例では、電磁波Ｅは、第１電磁波であり、誘電体基板２の一面２Ａの法線方向（図のＺ方向）から入射され、複数の第１反射方向制御素子１１に同時に入射される状態が示されている。電磁波Ｅを誘電体基板２の一面２Ａの法線方向から任意の所定方向θ_ｂに反射させるためには、第１方向に沿って各素子から放射される反射波の位相が段階的に遅延するように各素子の形状を位置に応じて調整すればよい。

誘電体基板２の一面２Ａ側において第１方向に配列される複数の第１反射方向制御素子１１において、第１方向に隣接する第１反射方向制御素子１１は、列ごとに所定量の位相を遅延させる反射位相φ_ｎを生じるように調整される。同様に誘電体基板２の一面２Ａ側において第１方向に配列される複数の第２反射方向制御素子２１において、第１方向に隣接する第２反射方向制御素子２１は、列ごとに所定量の位相を遅延させる反射位相φ_ｎを生じるように調整される。

基地局と反射アンテナ１との間の距離は、電磁波Ｅの波長に比べて十分に遠い。従って、反射アンテナ１に入射される電磁波Ｅは、平面波に近似して取り扱われる。誘電体基板２の一面２Ａ側において第１反射方向制御パターン１０の第１方向に沿った列に配置される第１反射方向制御素子１１の寸法、及び第２反射方向制御パターン２０の第１方向に沿った列に配置される第２反射方向制御素子２１の寸法は、以下の式（１）に基づいて決定される。

但し、φ_ｎ：ｎ列目の素子の反射位相、ｎ：列番号、λ：対象の周波数の波長、ａ：素子間隔、θ_ｂ：所望の反射角度である。

即ち、誘電体基板２の一面２Ａ側において第１方向に配列される複数の第１反射方向制御素子１１は、第１方向に沿った位置に応じて異なる反射位相を生じさせるように、隣接する第１反射方向制御素子１１同士で異なる形状に形成されている（図５、６参照）。同様に、誘電体基板２の一面２Ａ側において第１方向に配列される複数の第２反射方向制御素子２１は、第１方向に沿った位置に応じて異なる反射位相を生じさせるように隣接する第２反射方向制御素子２１同士で異なる形状に形成されている（図１０、１１参照）。

上記構成により、反射アンテナ１は、入射された第１周波数帯の垂直偏波または水平偏波の第１電磁波を入射方向と異なる所定方向に反射させると共に、入射された第２周波数帯の垂直偏波または水平偏波の第２電磁波を前記入射方向と異なる所定方向に反射させることができる。所定方向には、反射波のメインローブの反射角だけでなく、反射波のサイドローブの反射角も含めてもよい。

図１６に示されるように、第１反射方向制御素子１１及び第２反射方向制御素子２１の形状と、反射位相との間には所定の関係性を有する。反射アンテナ１において、入射される電磁波の反射角を設定するためには、各素子において電磁波が入射するタイミングにおける電磁波の位相と、任意の反射角に設定された所定方向に電磁波を反射させるための位相の遅延量に基づいて第１反射方向制御素子１１及び第２反射方向制御素子２１の形状が設定される（図５、６、１０、１１参照）。

図１７に示されるように、第１電磁波に対する反射アンテナ１の反射特性（図１７（Ｂ））は、第１電磁波のみを反射するように構成された反射アンテナ１００の反射特性（図１７（Ａ））に比してほぼ同等の反射特性を有している。図示する特性は、反射アンテナ１のバイスタティック散乱断面積（ｂＲＣＳ）を対数軸（１０＊ｌｏｇ_１０（ｂＲＣＳ））で示したものである。反射アンテナ１によれば、入射された第１周波数帯（２８ＧＨｚ帯）の第１電磁波を入射方向（０度）と異なる所定方向（３０度）に反射させることができる。

図１８に示されるように、第２電磁波に対する反射アンテナ１の反射特性（図１８（Ｂ））は、第２電磁波のみを反射するように構成された反射アンテナ１００の反射特性（図１８（Ａ））に比してほぼ同等の反射特性を有している。図示する特性は、反射アンテナ１のバイスタティック散乱断面積（ｂＲＣＳ）を対数軸（１０＊ｌｏｇ_１０（ｂＲＣＳ））で示したものである。反射アンテナ１によれば、入射された第２周波数帯（３９ＧＨｚ帯）の第２電磁波を入射方向（０度）と異なる所定方向（３０度）に反射させることができる。

図１９に示されるように、反射アンテナ１は、入射された第１電磁波及び第２電磁波を入射方向と異なる所定方向（１０度、２０度、３０度、４０度）に反射させることができる。反射アンテナ１によれば、２つの周波数帯の第１電磁波及び第２電磁波を任意の方向に反射させることができる。反射アンテナ１によれば、２つの周波数帯の第１電磁波及び第２電磁波を任意の方向に反射させ、カバレッジホールを低減することができる。反射アンテナ１によれば、第１反射方向制御パターン１０及び第２反射方向制御パターン２０が同一面上に形成されているため、装置構成を簡略化することができる。

反射アンテナ１によれば、第１反射方向制御パターン１０及び第２反射方向制御パターン２０を同一面上に配置することで、製造工程を簡略化することができる。反射アンテナ１によれば、第１周波数選択パターン１５及び第２周波数選択パターン２５が第１反射方向制御パターン１０及び第２反射方向制御パターン２０に対応する位置に設けられていることにより、他の周波数帯の電磁波を透過しつつ、２つの周波数帯の第１電磁波及び第２電磁波の反射特性を向上させることができる。

以下、反射アンテナ１に係る変形例について説明する。以下の説明では、上記実施形態と同一の構成については同一の名称及び符号を用い、重複する説明については適宜省略する。

［変形例１］
図２０に示されるように、第１反射方向制御素子１１Ｘは、大きさが調整される第１調整部１２Ｘと、第１調整部１２Ｘに付加されアンテナ長が変更される１つ以上の第１付加部１３Ｘとを備えている。第１調整部１２は、第１方向素子１２ＸＡと第２方向素子１２ＸＢとが交差してクロスダイポール構造に形成されたアンテナ素子である。

第１付加部１３Ｘは、第１方向素子１２ＸＡ及び第２方向素子１２ＸＢの長手方向の位置の途中から延長されて形成されている。第１付加部１３Ｘは、第１方向素子１２ＸＡ及び第２方向素子１２ＸＢの同一面上において直交する方向に形成されている。第１付加部１３Ｘは、第１方向素子１２ＸＡから第２方向において互いに異なる向きに２個設けられている。第１付加部１３Ｘは、第２方向素子１２ＸＢから第１方向において互いに異なる向きに２個設けられている。４個の第１付加部１３Ｘは、第１調整部１２に対して反時計回りの向きに配置されている。

図２１には、第１反射方向制御素子１１Ｘ及び第２反射方向制御素子２１の形状と、反射位相との関係性が示されている。この関係に基づいて、誘電体基板２の一面２Ａ側において第１方向に配列される複数の第１反射方向制御素子１１Ｘは、第１方向に沿った位置に応じて異なる反射位相を生じさせるように、隣接する第１反射方向制御素子１１Ｘ同士で異なる形状に形成される（図５、６参照）。

図２２に示されるように、第１反射方向制御素子１１Ｘを有する反射アンテナ１Ｘは、入射された第１電磁波及び第２電磁波を入射方向と異なる所定方向（１０度、２０度、３０度、４０度）に反射させることができる。第１反射方向制御素子１１Ｘを有する反射アンテナ１Ｘによれば、２つの周波数帯の第１電磁波及び第２電磁波を任意の方向に反射させることができる。

［変形例２］
図２３に示されるように、第１反射方向制御素子１１Ｙは、大きさが調整される第１調整部１２Ｙと、第１調整部１２Ｙに付加されアンテナ長が変更される１つ以上の第１付加部１３Ｙとを備えている。第１調整部１２は、第１方向素子１２ＹＡと第２方向素子１２ＹＢとが交差してクロスダイポール構造に形成されたアンテナ素子である。

第１付加部１３Ｙは、第１方向素子１２ＹＡ及び第２方向素子１２ＹＢの端部から延長されて形成されている。第１付加部１３Ｙは、第１方向素子１２ＹＡ及び第２方向素子１２ＹＢの同一面上において直交する方向に形成されている。第１付加部１３Ｙは、第１方向素子１２ＹＡの端部から第２方向において等長となるように２個設けられている。第１付加部１３Ｙは、第２方向素子１２ＹＢから第１方向において等長となるように２個設けられている。個の第１付加部１３Ｙは、第１調整部１２に対して反時計回りの向きに配置されている。

図２４には、第１反射方向制御素子１１Ｙ及び第２反射方向制御素子２１の形状と、反射位相との関係性が示されている。

図２５に示されるように、第１反射方向制御素子１１Ｙを有する反射アンテナ１Ｙは、入射された第１電磁波及び第２電磁波を入射方向と異なる所定方向（１０度、２０度、３０度、４０度）に反射させることができる。第１反射方向制御素子１１Ｙを有する反射アンテナ１Ｙによれば、２つの周波数帯の第１電磁波及び第２電磁波を任意の方向に反射させることができる。

［変形例３］
図２６（Ａ）に示されるように、第１反射方向制御素子１１０において、第１調整部１２０に付加される第１付加部１３０は、第１付加部１３（図４参照）に比して湾曲して形成されていてもよい。

図２６（Ｂ）に示されるように、第１反射方向制御素子１１１において、第１調整部１２１に付加される第１付加部１３１の端部には、直交方向に屈曲する第２付加部１４０が付加されていてもよい。

図２６（Ｃ）に示されるように、第１反射方向制御素子１１２において、第１付加部１３２は、第１付加部１３Ｙ（図２３参照）に比して両端部に第２付加部１４１が付加されていてもよい。

図２６（Ｄ）に示されるように、第１反射方向制御素子１１３において、第１付加部１３３は、第１付加部１３Ｙ（図２３参照）に比して両端部が屈折して延長された第２付加部１４２が形成されていてもよい。

図２６（Ｅ）に示されるように、第１反射方向制御素子１１４において、第１付加部１３４は、第１付加部１３Ｙ（図２３参照）に比して両端部が屈折して延長された第２付加部１４３が形成されていてもよい。

図２６（Ｆ）に示されるように、第１反射方向制御素子１１５において、第１調整部１２０は、位置に応じて大きさが調整される矩形に形成されていてもよい。また、第１付加部１３５は、第１調整部１２０の各辺から外方に向かって突出して形成されていてもよい。各第１付加部１３５の端部には、屈曲方向に湾曲して付加された第２付加部１４４が形成されていてもよい。

図２６（Ｇ）に示されるように、第１反射方向制御素子１１６において、第１調整部１２１は、位置に応じて大きさが調整される矩形に形成されていてもよい。また、第１付加部１３６は、第１調整部１２１の各辺から外方に向かって突出して形成されていてもよい。各第１付加部１３６の端部には、屈曲方向に付加された第２付加部１４５が形成されていてもよい。

図２６（Ｈ）に示されるように、第１反射方向制御素子１１７において、第１調整部１２２は、位置に応じて大きさが調整される円形に形成されていてもよい。また、第１付加部１３６は、第１調整部１２０の第１方向及び第２方向において４方向に外方に向かって突出して形成されていてもよい。各第１付加部１３７の端部には、屈曲方向に湾曲して付加された第２付加部１４６が形成されていてもよい。

図２６（Ｉ）に示されるように、第１反射方向制御素子１１８において、第１調整部１２３は、位置に応じて大きさが調整される円形に形成されていてもよい。また、第１付加部１３８は、第１調整部１２３の第１方向及び第２方向において４方向に外方に向かって突出して形成されていてもよい。各第１付加部１３８の端部には、屈曲方向に付加された第２付加部１４７が形成されていてもよい。

上述したように、変形例３に係る各第１反射方向制御素子において第１調整部は、第１方向に延伸する部分と、第１方向とは異なる第２方向に延伸する部分とを備えていてもよい。第１方向に延伸する部分に付加される第１付加部は、第１方向と異なる方向に延伸する。第１方向と異なる方向に延伸する第１付加部には、更に第１付加部に対して異なる方向に延伸する第２付加部を備えていてもよい。第２方向に延伸する部分に付加される第１付加部は、第２方向と異なる方向に延伸する。第２方向と異なる方向に延伸する第１付加部には、更に第１付加部に対して異なる方向に延伸する第２付加部を備えていてもよい。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。上記実施形態において記載された各構成は、相互に置換されてもよい。例えば、反射アンテナの第１反射方向制御パターン及び第２反射方向制御パターンは、０度の入射角の電磁波を任意の反射角において反射させることを例示している。反射アンテナは、これに限らず任意の第１反射方向制御素子及び第２反射方向制御素子の形状及び寸法を調整することにより、任意の入射角の電磁波を任意の反射角において反射させるように構成してもよい。

反射アンテナは、第１反射方向制御素子及び第２反射方向制御素子の第１方向の形状を調整し、第１方向に対する反射角を調整することを例示している。反射アンテナは、これに限らず第２方向の第１反射方向制御素子及び第２反射方向制御素子の第１方向の形状を調整し、第２方向に対する反射角を調整し、任意の３次元方向の反射角を調整するものであってもよい。

１、１Ｘ、１Ｙ 反射アンテナ
２ 誘電体基板
２Ａ 一面
２Ｂ 他面
１０ 第１反射方向制御パターン
１１ 第１反射方向制御素子
１１Ｘ、１１Ｙ 第１反射方向制御素子
１２、１２Ｘ、１２Ｙ 第１調整部
１２Ａ、１２ＸＡ、１２ＹＡ 第１方向素子
１２Ｂ、１２ＸＢ、１２ＹＢ 第２方向素子
１３、 第１付加部
１３Ｘ、１３Ｙ 第１付加部
１５ 第１周波数選択パターン
１６ 第１周波数選択素子
１６Ａ 第１方向素子
１６Ｂ 第２方向素子
２０ 第２反射方向制御パターン
２１ 第２反射方向制御素子
２１Ａ 第１方向素子
２１Ｂ 第２方向素子
２５ 第２周波数選択パターン
２６ 第２周波数選択素子
２６Ａ 第１方向素子
２６Ｂ 第２方向素子
１００ 反射アンテナ
１１０－１１８ 第１反射方向制御素子
１２０－１２３ 第１調整部
１３０－１３８ 第１付加部
１４０－１４７第２付加部

Claims (7)

1. 誘電体基板の一面側において複数の第１反射方向制御素子が配列されて形成され、入射された第１周波数帯の垂直偏波または水平偏波の第１電磁波を入射方向と異なる所定方向に反射させる第１反射方向制御パターンと、
   前記誘電体基板の前記一面側の同一面上の前記第１反射方向制御パターンと異なる位置において複数の第２反射方向制御素子が配列されて形成され、入射された第２周波数帯の垂直偏波または水平偏波の第２電磁波を前記入射方向と異なる前記所定方向に反射させる第２反射方向制御パターンと、を備える、
   反射アンテナ。
2. 前記誘電体基板の他面側において、前記第１反射方向制御素子に対応する位置に複数の第１周波数選択素子が配列されて形成されている第１周波数選択パターンを備え、
   前記第１反射方向制御パターンは、前記第１周波数帯以外の電磁波を透過すると共に、前記第１電磁波を前記一面側の方向に反射する、
   請求項１に記載の反射アンテナ。
3. 前記誘電体基板の他面側において、前記第１周波数選択パターンと同一面に形成されると共に、前記第２反射方向制御素子に対応する位置に複数の第２周波数選択素子が配列されて形成されている第２周波数選択パターンを備え、
   前記第２反射方向制御パターンは、前記第２周波数帯以外の電磁波を透過すると共に、前記第２電磁波を前記一面側の方向に反射する、
   請求項２に記載の反射アンテナ。
4. 前記一面側において第１方向に配列される複数の前記第１反射方向制御素子は、位置に応じて異なる反射位相を生じさせるように隣接する前記第１反射方向制御素子同士で異なる形状に形成されており、
   前記一面側において前記第１方向に配列される複数の前記第２反射方向制御素子は、位置に応じて異なる反射位相を生じさせるように隣接する前記第２反射方向制御素子同士で異なる形状に形成されている、
   請求項３に記載の反射アンテナ。
5. 前記第１反射方向制御素子は、大きさが調整される第１調整部と、前記第１調整部に付加されアンテナ長が変更される１つ以上の第１付加部とを備える、
   請求項４に記載の反射アンテナ。
6. 前記第１調整部は前記第１方向に延伸する部分と、前記第１方向とは異なる第２方向に延伸する部分とを備え、前記第１方向に延伸する部分に付加される前記第１付加部は、前記第１方向と異なる方向に延伸し、前記第２方向に延伸する部分に付加される前記第１付加部は、前記第２方向と異なる方向に延伸する、
   請求項５に記載の反射アンテナ。
7. 前記第１付加部に付加され、前記第１付加部と異なる方向に延伸する第２付加部をさらに有する、
   請求項６に記載の反射アンテナ。

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