JP4990188B2 - 反射板 - Google Patents

Description

この発明は、特定の周波数帯の電磁波を反射させる周波数選択板として使用する反射板に関するものである。

従来、特定の周波数帯の電磁波を反射または透過させる特性を有する周波数選択板が知られている（例えば特許文献１参照）。この周波数選択板は、ダイポール形、トリポール形、円形リング形、または正方形ループ形などのある一定の単純形状からなる導体パッチ、または導体スロットの素子パターンを一定の間隔で複数配列した構成を持っている。導体パッチで構成された周波数選択板は、例えば、特定周波数の電波を反射するバンドパスフィルタとして使用される。一方、導体スロットで構成された周波数選択板は、例えば、特定周波数の電波のみを透過するバンドパスフィルタとして使用される。しかしながら、上記のような周波数選択板は、素子パターンのもつ共振特性を利用することで、特定周波数の電磁波のみを反射または透過させるため、素子パターンサイズが共振周波数に依存している。例えば、共振周波数を低く設定する場合には、素子パターンサイズを大きくする必要がある。そのため、低い周波数で動作する周波数選択板は面積が大きくなってしまうという問題がある。この問題を解決する方法として、基本素子パターンに対して、自己相似なフラクタル形状にした素子パターンを形成し、これにより素子パターンを高密度化することで面積を一定にしたままで共振周波数を低下させる技術がある（例えば特許文献２参照）。

特開平６−１７７６３９号公報 特開２００５−１４２２９８号公報

特許文献２に示されるような従来の周波数選択板は、共振周波数を低く設定するために、自己相似なフラクタル形状の素子パターンを高密度化することで面積の大型化を抑えるようにしているが、反面、基本素子パターンをフラクタル化するため、パターン形状が複雑化して製造を困難にするという問題を生じる。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、低い周波数で動作させる場合にも、面積の大型化を抑え、かつ製造が容易な反射板を得ることを目的とする。

この発明に係る反射板は、一定の厚みを持つ誘電体の基板の一方の面上に地板を形成し、地板と対向する基板の他方の面上に、同じ寸法の複数の矩形の導体パッチを所定の間隔を有して一次元的または二次元的に配列し、前記導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って、前記基板の誘電率を導体パッチの位置ごとに増加または減少させて隣接する導体パッチ間で形成されるキャパシタンス成分および／もしくは導体パッチに電流が流れることにより形成されるインダクタンス成分を導体パッチごとに変化させた領域を形成したものである。

この発明によれば、導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って、基板の誘電率を導体パッチの位置ごとに増加または減少させて隣接する導体パッチ間で形成されるキャパシタンス成分および／もしくは導体パッチに電流が流れることにより形成されるインダクタンス成分を導体パッチごとに変化させるように構成したので、各導体パッチにおける反射位相を変化させて反射方向を制御し、入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射板を得ることが可能となる。また、小さな簡単な形状の導体パッチを使用することで、共振周波数を低周波数に設定することができ、かつ製造が容易な反射板を実現することが可能となる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による反射板の構造を示す平面図であり、図２は同反射板の構造を示す側面図である。
この反射板は、地板１、基板２および導体パッチ３から構成されている。基板２は誘電体等の一定の厚みを持つ板であり、基板２の一方の面上には、地板１が形成されている。また、地板１と対向する基板２の他方の面上には、少なくとも動作周波数において１波長以下の寸法を有する複数の矩形の導体パッチ３が、所定の間隔を有して一次元的または二次元的（この例では、二次元的）に配列されている。さらに、導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って、導体パッチごとの前記方向に沿った辺の長さが増加または減少（この例では、増加）するように配列されている。図１および図２の例では、導体パッチ３の横方向の辺の長さが、導体パッチ３ａ，３ｂ，３ｃの順に徐々に増加するように形成されている。
ここで、導体パッチ３は矩形であるが、この発明の場合の「矩形」には正方形も含むものとする。また、導体パッチ３の辺の長さの増減は、順次一定の値ずつ変化してもよいし、ランダムに変化してもよいものとする。

次に、反射板の動作について説明する。
反射板に電磁波が入射した場合、隣接する導体パッチ３間でキャパシタンス成分Ｃが形成される。また、導体パッチ３上に流れる電流により、インダクタンス成分Ｌが形成される。これらのキャパシタンス成分Ｃとインダクタンス成分ＬによってＬＣ共振回路が形成される。この反射板は、複数の導体パッチ３が一次元的または二次元的に配列されているため、上記ＬＣ共振回路が複数形成される。各ＬＣ共振回路は、共振周波数において高インピーダンス特性を示すようになる。このように、隣接する導体パッチ３間のキャパシタンス成分Ｃを利用して、ＬＣ共振回路は形成されるため、小さな導体パッチを使用した場合でも、共振周波数を低周波数に設定することができる。

上述のように導体パッチ３を構成した面に、電磁波が入射する場合、その反射位相は電磁波の周波数に依存する。電磁波の反射位相が−１８０度から＋１８０度の範囲で変化する場合、電磁波の周波数がＬＣ共振回路の共振周波数に近い場合には電磁波の反射位相は０度となり、導体パッチ３を構成した面は磁気壁として動作する。電磁波の周波数がＬＣ共振回路の共振周波数より低周波となるに従い、反射位相は＋１８０度へと漸近していく。また、ＬＣ共振回路の共振周波数よりも高周波数となるに従い、−１８０度へと漸近していく特性を有する。なお、このことについては、“High-Impedance Electromagnetic Surfaces with a Forbidden Frequency Band", D． Sievenpiper, L． Zhang, R. F. Broas, N. G. Alexopolous, and E. Yablonovitch, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 47, No. 11, Nov 1999に記載されている。

ここで、隣接する導体パッチ３間で形成されるキャパシタンス成分Ｃは、導体パッチ３の面積によって変化する。また、導体パッチ３上に電流が流れることにより形成されるインダクタンス成分Ｌは、電流の経路長によって変化するため、導体パッチ３の面積に対して変化する。したがって、キャパシタンス成分Ｃおよびインダクタンス成分Ｌによって決定されるＬＣ共振回路の共振周波数は、導体パッチ３の面積によって変化する。よって、入射する電磁波の反射位相特性も導体パッチ３の面積によって変化することになる。

導体パッチ３の面積により変化する電磁波の反射位相特性のシミュレーションを図３に示す。この計算では、同じ大きさの導体パッチ３を無限周期配列した面に平面波が垂直入射した場合を想定している。導体パッチ３は、６ｍｍ×６ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍ、１３ｍｍ×１３ｍｍの正方形の３種類とした。３種類の場合の全てにおいて、基板２の厚みは１ｍｍ、基板２の誘電率は３．９、隣接する導体パッチ３間の距離は１ｍｍとした。図３において、曲線４は導体パッチ３を６ｍｍ×６ｍｍとした場合の反射位相特性、曲線５は１０ｍｍ×１０ｍｍとした場合の反射位相特性、また、曲線６は１３ｍｍ×１３ｍｍとした場合の反射位相特性を表す。ここで分かるように、導体パッチ３の面積が大きくなるに従って、反射位相が０度となる周波数は、低周波数側へシフトしており、反射位相特性は変化している。したがって、ある特定周波数の電磁波が異なる面積の導体パッチ３に入射した場合、導体パッチ３の面上での反射位相は、各導体パッチ３の面積に応じた反射位相となる。

図１および図２の反射板において、複数の導体パッチ３が二次元的に所定の間隔で配列されており、導体パッチ３の配列の少なくとも一方向に沿って、複数の導体パッチ３の上記一方向に沿った辺の長さが増加するため、導体パッチ３の面積は上記一方向に沿って増加している。したがって、ある特定周波数の電磁波が入射した場合、各導体パッチ３における反射位相は、それぞれ異なる。

通常、電磁波は均一な面で反射した場合、反射位相は場所によらず同位相となるため、入射角と反射角が等しくなるという反射の法則に従った反射が起こる。一方、この実施の形態１の反射板の場合は、各導体パッチ３における反射位相がそれぞれ異なるため、反射板で反射された電磁波は、反射位相が場所によって異なる。したがって、反射波の波面が揃わない。よって、入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射となる。

以上のように、この実施の形態１によれば、一定の厚みを持つ誘電体の基板２の一方の面上に地板１を形成し、地板１と対向する基板２の他方の面上に、少なくとも動作周波数における１波長以下の寸法を有する複数の矩形の導体パッチ３を所定の間隔を有して一次元的または二次元的に配列し、導体パッチ３の配列の少なくとも一方向に沿って、導体パッチ３ごとの前記一方向に沿った辺の長さを増加または減少させた領域を有するようにしている。すなわち、導体パッチ３の配列の少なくとも一方向に沿って、隣接する導体パッチ３間で形成されるキャパシタンス成分Ｃおよび導体パッチ３に電流が流れることにより形成されるインダクタンス成分Ｌを導体パッチ３ごとに変化させる構成としている。したがって、入射したある特定の周波数帯の電磁波に対して、各導体パッチ３は異なる反射位相特性を持つことができるため、反射板の場所によって反射位相が異なり、入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射板として機能することができる。
また、隣接する導体パッチ３間のキャパシタンス成分Ｃを利用して、ＬＣ共振回路を形成するため、特許文献１の従来の周波数選択板のように導体パッチ単体で共振特性を得るよりも、小さな導体パッチを使用した場合でも、共振周波数を低周波数に設定することができる。また、導体パッチには、特許文献２のような複雑な素子パターンを用いず、矩形という簡単な形状を用いているため、製造が容易であり、コスト面においても有利である。

なお、上記例では、基板２の一方の面上に地板１を形成し、地板１と対向する基板２の他方の面上に導体パッチ３を配列した構造について示したが、これに限るものではなく、地板１と導体パッチ３とを、ビアホール等の導体で接続したマッシュルーム形と呼ばれる構造としても同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による反射板の構造を示す平面図であり、図５は同反射板の側面図である。
この実施の形態２の反射板は、一定の厚みを持つ誘電体等の基板２の一方の面上に地板１を形成し、地板１と対向する基板２の他方の面上に、複数の矩形の導体パッチ３を一次元的または二次元的（この例では、二次元的）に配列し、導体パッチ３が、少なくとも動作周波数における１波長以下の寸法を有しているという点までは実施の形態１と同様である。この実施の形態２の場合は、複数の導体パッチ３は、いずれも同じ寸法であり、かつ導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って、隣接する導体パッチ３の間隔を増加または減少（この例では、増加）させるように配列した構成としている点が実施の形態１と異なる。
ここで、隣接する導体パッチ３の間隔の増減は、順次一定の値ずつ変化してもよいし、ランダムに変化してもよいものとする。

次に、反射板の動作について説明する。基本的な動作は、実施の形態１の反射板と同様であるので、ここでは省略し、実施の形態１の反射板と異なる部分について主に説明する。なお、以下の各実施の形態においても、同様に、原則として異なる部分を中心に説明するものとする。
基板２の他方の面上に複数の導体パッチ３を配列することにより、隣接する導体パッチ３間でキャパシタンス成分Ｃが形成される。また、導体パッチ３上に流れる電流により、インダクタンス成分Ｌが形成される。これらのキャパシタンス成分Ｃとインダクタンス成分ＬによりＬＣ共振回路が形成される。上記キャパシタンス成分Ｃは、隣接する導体パッチ３間の距離によって変化するため、上記ＬＣ共振回路の共振周波数も、隣接する導体パッチ３間の距離によって変化する。したがって、反射位相特性は、隣接する導体パッチ３間の距離により変化する。

隣接する導体パッチ３間の距離により変化する電磁波の反射位相特性のシミュレーションを図６に示す。この計算では、同じ大きさの導体パッチ３を無限周期配列した面に平面波が垂直入射した場合を想定しており、隣接する導体パッチ３間の距離は、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍの３種類とした。３種類の場合の全てにおいて、導体パッチ３は、１３ｍｍ×１３ｍｍの正方形とし、基板２の厚みは１ｍｍ、基板２の誘電率は３．９とした。図６において、曲線７は隣接する導体パッチ３間の距離を０．２ｍｍとした場合の反射位相特性、曲線８は隣接する導体パッチ３間の距離を０．５ｍｍとした場合の反射位相特性、また、曲線９は隣接する導体パッチ３間の距離を１ｍｍとした場合の反射位相特性を表す。隣接する導体パッチ３間の距離（図６ではgapと表記）が大きくなるに従って、反射位相が０度となる周波数は、高周波数側へシフトしており、反射位相特性は変化している。したがって、ある特定周波数の電磁波が導体パッチ３を配列した面に入射した場合、各導体パッチ３面上での反射位相は、各隣接する導体パッチ３間の距離に応じた反射位相となる。

図４および図５の反射板において、複数の導体パッチ３が二次元的に配列されており、導体パッチ３の配列の少なくとも一方向に沿って、隣接する導体パッチ３間の距離を増加させるようにしているので、ある特定周波数の電磁波が入射した場合、各導体パッチ３における反射位相はそれぞれ異なる。したがって、上記反射板で反射された電磁波は、反射位相が場所によって異なるため、反射波の波面が揃わない。よって、入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射となる。

以上のように、この実施の形態２によれば、一定の厚みを持つ誘電体等の基板２の一方の面上に地板１を形成し、地板１と対向する基板２の他方の面上に、少なくとも動作周波数における１波長以下の寸法を有する同じ寸法の複数の導体パッチ３を一次元的または二次元的に配列し、かつ配列の少なくとも一方向に沿って隣接する導体パッチ３間の距離を増加または減少させた領域を有するようにしている。すなわち、導体パッチ３の配列の少なくとも一方向に沿って、隣接する導体パッチ３間で形成されるキャパシタンス成分Ｃを変化させる構成としている。したがって、入射したある特定の周波数帯の電磁波に対して、各導体パッチ３は異なる反射位相特性を持つことができるため、場所によって反射位相が異なり、入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射板として機能する。また、隣接する導体パッチ３間のキャパシタンス成分Ｃを利用してＬＣ共振回路を形成するため、小さな導体パッチを使用した場合でも、共振周波数を低周波数に設定することができる。また、導体パッチには、複雑な素子パターンを用いず、矩形という簡単な形状を用いているため、製造が容易であり、コスト面においても有利である。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３による反射板の構造を示す平面図であり、図８は同反射板の側面図である。
この実施の形態３の反射板は、一定の厚みを持つ誘電体等の基板２の一方の面上に地板１を形成し、地板１と対向する基板２の他方の面上に、複数の矩形の導体パッチ３を所定の間隔を有して一次元的または二次元的（この例では、二次元的）に配列し、導体パッチ３が、少なくとも動作周波数における１波長以下の寸法を有しているという点までは実施の形態１と同様である。この実施の形態３の場合は、基板２の誘電率が導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って導体パッチの位置ごとに増加または減少（この例では、増加とする）するように構成した点が実施の形態１と異なる。すなわち、図７および図８に示すように、基板２は、誘電率が基板２ａ，２ｂ，２ｃの順に徐々に変化した構成としている。
ここで、基板２の誘電率の増減は、順次一定の値ずつ変化してもよいし、ランダムに変化してもよいものとする。

次に、反射板の動作について説明する。
基板２の他方の面上に複数の導体パッチ３を配列することにより、隣接する導体パッチ３間でキャパシタンス成分Ｃが形成される。また、導体パッチ３上に流れる電流により、インダクタンス成分Ｌが形成される。これらのキャパシタンス成分Ｃとインダクタンス成分ＬによりＬＣ共振回路が形成される。これらキャパシタンス成分Ｃとインダクタンス成分Ｌは、基板２の誘電率によって変化するため、上記ＬＣ共振回路の共振周波数も基板２の誘電率によって変化する。これにより、反射位相特性は、基板２の誘電率によって変化する。

基板２の誘電率により変化する電磁波の反射位相特性のシミュレーションを図９に示す。この計算では、同じ大きさの導体パッチ３を無限周期配列した面に平面波が垂直入射した場合を想定しており、基板の誘電率は、１．０、２．２、３．９の３種類とした。３種類の場合の全てにおいて、導体パッチ３は、１３ｍｍ×１３ｍｍの正方形とし、基板２の厚みは１ｍｍ、隣接する導体パッチ間の距離は１ｍｍとした。図９において、曲線１０は基板２の誘電率を１．０とした場合の反射位相特性、曲線１１は誘電率を２．２とした場合の反射位相特性、また、曲線１２は誘電率を３．９とした場合の反射位相特性を表す。基板２の誘電率が大きくなるに従って反射位相が０度となる周波数は、低周波数側へシフトしており、反射位相特性は変化している。したがって、ある特定周波数の電磁波が入射した場合、各導体パッチ３面上での反射位相は、基板２の誘電率に応じた反射位相となる。

図7および図８の反射板において、基板２の一表面上に複数の導体パッチ３が二次元的に配列されており、導体パッチ３の配列の少なくとも一方向に沿って基板２の誘電率が導体パッチ３の位置ごとに増加するように構成されているので、ある特定周波数の電磁波が入射した場合、各導体パッチ３における反射位相は、それぞれ異なるようになる。したがって、上記反射板で反射された電磁波は、反射位相が場所によって異なるため、反射波の波面が揃わない。よって、入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射となる。

以上のように、実施の形態３によれば、一定の厚みを持つ誘電体等の基板２の一方の面上に地板１を形成し、地板１と対向する基板２の他方の面上に、少なくとも動作周波数における１波長以下の寸法を有する同じ寸法の複数の導体パッチ３を所定の間隔を有して一次元的または二次元的に配列し、導体パッチ３の配列の少なくとも一方向に沿って、基板２の誘電率を導体パッチの位置ごとに増加または減少させた領域を有するようにしている。すなわち、導体パッチ３の配列の少なくとも一方向に沿って、隣接する導体パッチ３間で形成されるキャパシタンス成分Ｃおよび導体パッチ３に電流が流れることにより形成されるインダクタンス成分Ｌを導体パッチ３ごとに変化させる構成としている。したがって、入射したある特定周波数帯の電磁波に対して、各導体パッチ３は異なる反射位相特性を持つことができるため、場所によって反射位相が異なり、入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射板として機能することができる。また、隣接する導体パッチ３間のキャパシタンス成分Ｃを利用してＬＣ共振回路を形成するため、小さな導体パッチを使用した場合でも、共振周波数を低周波数に設定することができる。また、導体パッチには、複雑な素子パターンを用いず、矩形という簡単な形状を用いているため、製造が容易であり、コスト面においても有利である。

実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態４による反射板の構造を示す平面図であり、図１１は同反射板の構造を示す側面図である。
この実施の形態４の反射板は、誘電体等の基板２の一方の面上に地板１を形成し、地板１と対向する基板２の他方の面上に複数の矩形の導体パッチ３を所定の間隔を有して一次元的または二次元的（この例では、二次元的）に配列し、導体パッチ３が、少なくとも動作周波数における１波長以下の寸法を有しているという点までは実施の形態１と同様である。この実施の形態４の場合は、基板２が導体パッチ３の配列の少なくとも一方向に沿って、その厚みを導体パッチの位置ごとに段階的に増加または減少させるように配列した構成としている点が実施の形態１と異なる。すなわち、図１１に示すように、基板２は、厚みが、基板２ａ，２ｂ，２ｃの順に徐々に変化した構成としている。なお、基板２ａ，２ｂ，２ｃは同質誘電体とするが、異なる誘電率の誘電体で構成してもよい。
ここで、基板２の厚みの増減は、順次一定の値ずつ変化してもよいし、ランダムに変化してもよいものとする。

次に、反射板の動作について説明する。
基板２の他方の面上に複数の導体パッチ３を配列することにより、隣接する導体パッチ３間でキャパシタンス成分Ｃが形成される。また、導体パッチ３上に流れる電流により、インダクタンス成分Ｌが形成される。これらのキャパシタンス成分Ｃとインダクタンス成分ＬによりＬＣ共振回路が形成される。これらキャパシタンス成分Ｃとインダクタンス成分Ｌは、基板２の誘電率によって変化する。基板が同質の場合、誘電率は基板２の厚みによって変化するため、キャパシタンス成分Ｃとインダクタンス成分Ｌは、基板２の厚みによって変化する。したがって、上記ＬＣ共振回路の共振周波数も基板２の厚みによって変化する。これにより、反射位相特性は基板２の厚みにより変化する。

基板２の厚みにより変化する電磁波の反射位相特性のシミュレーションを図１２に示す。この計算では、同じ大きさの導体パッチ３を無限周期配列した面に平面波が垂直入射した場合を想定しており、基板２の厚みは、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍの３種類とした。３種類の場合の全てにおいて、導体パッチ３は、１３ｍｍ×１３ｍｍの正方形とし、隣接する導体パッチ間の距離は１ｍｍとし、基板２の誘電率は３．９とした。図１２において、曲線１３は基板２の厚みを１ｍｍとした場合の反射位相特性、曲線１４は基板２の厚みを２ｍｍとした場合の反射位相特性、また、曲線１５は基板２の厚みを４ｍｍとした場合の反射位相特性を表す。ここで分かるように、基板２の厚みが大きくなるに従って、反射位相が０度となる周波数は、低周波数側へシフトしており、反射位相特性は変化している。したがって、ある特定周波数の電磁波が、厚みが異なる面に入射した場合、各導体パッチ３面上での反射位相は、基板２の厚みに応じた反射位相となる。

図１０および図１１の反射板において、基板２の一表面上に複数の導体パッチ３が二次元的に配列されており、導体パッチ３の配列の少なくとも一方向に沿って基板２の厚みが導体パッチ３の位置ごとに増加するように構成されているので、ある特定周波数の電磁波が入射した場合、各導体パッチ３における反射位相は、それぞれ異なるようになる。したがって、上記反射板で反射された電磁波は、反射位相が場所によって異なるため、反射波の波面が揃わない。よって、入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射となる。

以上のように、実施の形態４によれば、誘電体の基板２の一方の面上に地板１を形成し、地板１と対向する基板２の他方の面上に、少なくとも動作周波数における１波長以下の寸法を有する同じ寸法の複数の導体パッチ３を所定の間隔を有して一次元的または二次元的に配列し、導体パッチ３の配列の少なくとも一方向に沿って、基板２の厚みを導体パッチ３の位置ごとに増加または減少させた領域を有するようにしている。すなわち、導体パッチ３の配列の少なくとも一方向に沿って、隣接する導体パッチ３間で形成されるキャパシタンス成分Ｃおよび導体パッチ３に電流が流れることにより形成されるインダクタンス成分Ｌを導体パッチ３ごとに変化させる構成としている。したがって、入射したある特定の周波数帯の電磁波に対して、各導体パッチ３は異なる反射位相特性を持つことできるため、場所によって反射位相が異なり、入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射板として機能することができる。また、隣接する導体パッチ３間のキャパシタンス成分Ｃを利用してＬＣ共振回路を形成するため、小さな導体パッチを使用した場合でも、共振周波数を低周波数に設定することができる。また、導体パッチには、複雑な素子パターンを用いず、矩形という簡単な形状を用いているため、製造が容易であり、コスト面においても有利である。
なお、基板２としては、一体成型した厚みを異なる一枚の板を使用してもよいし、あるいは厚みの異なる板を順次結合したものでもよい。

実施の形態５．
図１３は、この発明の実施の形態５による反射板の構造を示す平面図であり、図１４は同反射板の構造を示す側面図である。
この実施の形態５では、上記実施の形態１で説明した、地板１、誘電体等の基板２、複数の導体パッチ３から構成された種類の反射板１６を、複数個一次元的または二次元的に周期配列して一つの反射板を構成している。ここでは、各反射板において導体パッチ３ａ、３ｂ、３ｃの順に導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿った辺の長さが増加または減少（この例では、増加）している。また、この場合、各反射板１６において、対応する導体パッチ３の配列の少なくとも一方向に沿った辺の長さの増減の値は一定としている。

次に、反射板の動作について説明する。
図１３および図１４で用いている反射板１６は、実施の形態１の反射板と同じである。したがって、反射板１６に入射したある特定の周波数帯の電磁波は、各導体パッチ３で異なる反射位相特性を呈するため、反射板の場所によって反射位相が異なり、入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射板となる。この実施の形態５の反射板は、この反射板１６の複数個を一次元的または二次元的に周期配列して構成しているため、さらに広い範囲で入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射板を構成することになる。

図１３および図１４の例では、実施の形態１で説明した種類の反射板を複数個組み合わせた反射板の例について説明したが、これに限るものではない。例えば、実施の形態２で説明した種類の反射板、すなわち導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って隣接する導体パッチの間隔が増加または減少するように構成した反射板を組み合わせてもよい。また、実施の形態３で説明した種類の反射板、すなわち導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って、基板の誘電率が増加または減少するように構成した反射板を組み合わせてもよい。さらに、実施の形態４で説明した種類の反射板、すなわち導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って基板の厚みが増加または減少するように構成した反射板を組み合わせてもよい。

以上のように、この実施の形態５によれば、実施の形態１から実施の形態４の反射板のうちのいずれか1種類の反射板の複数個を一次元的または二次元的に周期的に配列し、配列した全ての反射板において、当該反射板の種類に対応した、導体パッチの辺の長さの増減の値、隣接する導体パッチの間隔の増減の値、基板の誘電率の増減の値または基板の厚みの増減の値を一定になるようにして組み合わせ反射板を形成している。したがって、個別の反射板１個よりも、さらに広い範囲で入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射板を構成することができる。

実施の形態６．
上記実施の形態５では、実施の形態１から実施の形態４の反射板のうちのいずれか1種類の反射板の複数個を一次元的または二次元的に周期的に配列して組み合わせ反射板とした例について説明したが、次のようにして組み合わせ反射板を構成してもよい。
すなわち、実施の形態１から実施の形態４で説明した種類の反射板のうちから、少なくとも２種類を用い、この２種類の反射板を含んだ複数個を一次元的または二次元的に周期的に配列し、配列した全ての反射板において、反射板の種類に対応した、導体パッチの辺の長さの増減の値、隣接する導体パッチの間隔の増減の値、基板の誘電率の増減の値または基板の厚みの増減の値を一定になるようにして組み合わせ反射板を形成する。このことにより、実施の形態５と同様の効果を奏することができる。

実施の形態７．
図１５は、この発明の実施の形態７による反射板の構造を示す平面図であり、図１６は同反射板の構造を示す側面図である。
この実施の形態７の反射板は、実施の形態１で説明した種類の反射板１６の複数個を一次元的または二次元的（この例では、一次元的）に配列した構成としている。ここでは、１個の反射板１６の構成は、導体パッチ３が、導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って、同方向に沿った辺の長さが増加または減少するように配列されているが、組み合わせた全ての反射板１６では、導体パッチの辺の長さが同じように変化するのではなく、導体パッチの辺の長さの増減の値がランダムとなるように設定されている。すなわち、図１５および図１６を見ると、左側に位置する反射板は、図１および図２の反射板のように、導体パッチの配列の一方向に沿って導体パッチの辺が３ａ、３ｂ、３ｃと順次増加する配列となっているが、中間に位置する反射板は、導体パッチの辺が３ｃ、３ｂ、３ａと順次減少する配置となっている。また、右側に位置する反射板は、導体パッチの辺が３ｂ、３ａ、３ｃと減少、増加といった配置となっている。

次に、反射板の動作について説明する。
この実施の形態７の反射板を構成している各反射板１６は、実施の形態１で説明したものと同じであり、入射したある特定の周波数帯の電磁波に対して、各導体パッチ３は異なる反射位相特性を持つことできるため、反射板の場所によって反射位相が異なり、入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射板となる。さらに、上述のような種類の反射板の複数個を一次元的または二次元的に配列し、隣り合う個別の反射板１６で、導体パッチの辺の長さの増加減の仕方を異なるようにしている。そのため、広い範囲で入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射板となる。

なお、図１５および図１６では、実施の形態１で説明した種類の反射板を複数個組み合わせた反射板の例について説明したが、これに限るものではない。例えば、実施の形態２で説明した種類の反射板、すなわち導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って、隣接する導体パッチの間隔が増加または減少するように構成した反射板を用い、かつ隣り合う各組の反射板で、隣接する導体パッチ間隔の増加または減少の仕方を異なるようにしたものとしてもよい。また、実施の形態３で説明した種類の反射板、すなわち導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って、基板の誘電率が増加または減少するように構成した反射板を用い、かつ隣り合う各組の反射板で、基板の誘電率の増加または減少の仕方を異なるようにしたものとしてもよい。さらに、実施の形態４で説明した種類の反射板、すなわち導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って、基板の厚みが増加または減少するように構成した反射板を用い、かつ隣り合う各組の反射板で、基板の厚みの増加または減少の仕方が異なるようにしたものとしてもよい。

以上のように、この実施の形態７によれば、実施の形態１から実施の形態２のうちのいずれか1種類の反射板の複数個を一次元的または二次元的に配列し、配列した全ての反射板において、当該反射板の種類に対応した、導体パッチの辺の長さの増減の値、隣接する導体パッチの間隔の増減の値、基板の誘電率の増減の値または基板の厚みの増減の値をランダムになるようにして組み合わせによる反射板を形成している。したがって、個別の反射板１個よりも、さらに広い範囲で入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射板を構成することができる。

実施の形態８．
上記実施の形態７では、実施の形態１から実施の形態４の反射板のうちのいずれか1種類の反射板の複数個を一次元的または二次元的に周期的に配列して組み合わせ反射板とした例について説明したが、次のようにして組み合わせ反射板を構成してもよい。
すなわち、実施の形態１から実施の形態４で説明した種類の反射板のうちから、少なくとも２種類を用い、この２種類の反射板を含んだ複数個を一次元的または二次元的に周期的に配列し、配列した全ての反射板において、当該反射板の種類に対応した、導体パッチの辺の長さの増減の値、隣接する導体パッチの間隔の増減の値、基板の誘電率の増減の値または基板の厚みの増減の値をランダムになるようにして組み合わせ反射板を形成する。このことにより、実施の形態７と同様の効果を奏することができる。

実施の形態９．
図１７は、この発明の実施の形態９による反射板の構造を示す平面図であり、図１８は同反射板の構造を示す側面図である。
図１７および図１８の反射板は、上記実施の形態５の図１３および図１４で説明したものと同様な、地板１、誘電体等の基板２、複数の導体パッチ３から構成されている反射板１６を、複数個一次元的または二次元的（この例では、一次元的）に配列して、組み合わせの反射板を構成している。また、個別の反射板１６で見た場合、対応する導体パッチ１７，１８，１９の辺の長さがそれぞれ一定の値で増加または減少（この例では、増加）する関係を持っている。しかし、この実施の形態９の反射板の場合、配列された各反射板１６ａ、１６ｂ、１６ｃで、互いに対応した位置にある、増加または減少の対象となる導体パッチの辺の長さに、予め一定の差を持たせている。すなわち、対応する導体パッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、横の辺の長さに少し差（増加）を与えた関係となっている。加えて、導体パッチの辺の長さは、配列の少なくとも一方向に一定の値で増加するようにしているから、導体パッチ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ、また１９ａ，１９ｂ，１９ｃも同じように横の辺の長さに少し差（増加または減少）を与えた関係となっている。
したがって、反射板に入射したある特定の周波数帯の電磁波は、各導体パッチで異なる反射位相特性を持つことできるため、広い範囲で、場所によって反射位相が異なり、入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射板として機能する。

実施の形態９の組み合わせの反射板は、次のように構成してもよい。
例えば図１９および図２０に示すように、個別の反射板１６の種類として、実施の形態２で説明したような、導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って、隣接する導体パッチの間隔が増加または減少（この例では、増加）するように配列した構成の反射板を用い、かつ配列した各反射板１６ａ，１６ｂ，１６ｃで、互いに対応した位置にある、増加または減少の対象となる隣接する導体パッチの間隔２０ａ，２０ｂ，２０ｃ（同様２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）に、予め一定の差を持たせておく。

また、図２１および図２２に示すように、個別の反射板１６の種類として、実施の形態３で説明したような、導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って、基板の誘電率が増加または減少（この例では、増加）するように配列した構成の反射板を用い、かつ配列した各反射板１６ａ，１６ｂ，１６ｃで、互いに対応した位置にある、増加または減少の対象となる基板２２ａ，２２ｂ，２２ｃ（同様２３ａ，２３ｂ，２３ｃおよび２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）の誘電率に、予め一定の差を持たせておく。

さらに、図２３および図２４に示すように、個別の反射板１６の種類として、実施の形態４で説明したような、導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って、基板の厚みが増加または減少（この例では、増加）するように配列した構成の反射板を用い、かつ配列した各反射板１６ａ，１６ｂ，１６ｃで、互いに対応した位置にある、増加または減少の対象となる基板２５ａ，２５ｂ，２５ｃ（同様２６ａ，２６ｂ，２６ｃおよび２７ａ，２７ｂ，２７ｃ）の厚みに、予め一定の差を持たせておく。

以上のように、この実施の形態９によれば、実施の形態１から実施の形態４のうちのいずれか1種類の反射板の複数個を一次元的または二次元的に周期的に配列し、配列した全ての反射板において、当該反射板の種類に対応した、導体パッチの辺の長さの増減の値、隣接する導体パッチの間隔の増減の値、基板の誘電率の増減の値または基板の厚みの増減の値を一定になるようにし、かつ配列した各反射板で互いに対応した位置にある、増加または減少の対象となる導体パッチの辺の長さ、隣接する導体パッチの間隔、基板の誘電率または基板の厚みに、予め一定の差を持たせている。したがって、実施の形態５の組み合わせの反射板よりも、さらに広い範囲で入射角と反射角が等しくならず、反射の法則に従わない反射板を構成することができる。

この発明の実施の形態１による反射板の構造を示す平面図である。 図１に係る反射板の側面図である。 同実施の形態１に係る反射板の電磁波の反射位相特性のシミュレーションを示す説明図である。 この発明の実施の形態２による反射板の構造を示す平面図である。 図４に係る反射板の側面図である。 同実施の形態２に係る反射板の電磁波の反射位相特性のシミュレーションを示す説明図である。 この発明の実施の形態３による反射板の構造を示す平面図である。 図７に係る反射板の側面図である。 同実施の形態３に係る反射板の電磁波の反射位相特性のシミュレーションを示す説明図である。 この発明の実施の形態４による反射板の構造を示す平面図である。 図１０に係る反射板の側面図である。 同実施の形態４に係る反射板の電磁波の反射位相特性のシミュレーションを示す説明図である。 この発明の実施の形態５による反射板の構造を示す平面図である。 図１３に係る反射板の側面図である。 この発明の実施の形態７による反射板の構造を示す平面図である。 図１５に係る反射板の構造を示す側面図である。 この発明の実施の形態9による反射板の構造を示す平面図である。 図１７に係る反射板の側面図である。 この発明の実施の形態９による反射板の２番目の例の構造を示す平面図である。 図１９に係る反射板の側面図である。 この発明の実施の形態９による反射板の３番目の例の構造を示す平面図である。 図２１に係る反射板の側面図である。 この発明の実施の形態９による反射板の４番目の例の構造を示す平面図である。 図２３に係る反射板の側面図である。

符号の説明

１ 地板、２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ 基板、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１９，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ 導体パッチ、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 導体パッチの間隔。

Claims (6)

1. 一定の厚みを持つ誘電体の基板の一方の面上に地板を形成し、地板と対向する基板の他方の面上に、同じ寸法の複数の矩形の導体パッチを所定の間隔を有して一次元的または二次元的に配列し、
   前記導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って、前記基板の誘電率を導体パッチの位置ごとに増加または減少させて隣接する導体パッチ間で形成されるキャパシタンス成分および／もしくは導体パッチに電流が流れることにより形成されるインダクタンス成分を導体パッチごとに変化させた領域を形成したことを特徴とする反射板。
2. 誘電体の基板の一方の面上に地板を形成し、地板と対向する基板の他方の面上に、同じ寸法の複数の矩形の導体パッチを所定の間隔を有して一次元的または二次元的に配列し、
   前記導体パッチの配列の少なくとも一方向に沿って、基板の厚みを導体パッチの位置ごとに増加または減少させて隣接する導体パッチ間で形成されるキャパシタンス成分および／もしくは導体パッチに電流が流れることにより形成されるインダクタンス成分を変化させた領域を形成したことを特徴とする反射板。
3. 請求項１または請求項２のうちのいずれかの反射板の複数個を一次元的または二次元的に周期的に配列し、
   配列した全ての反射板において、当該反射板の種類に対応した、導体パッチの辺の長さの増減の値、隣接する導体パッチの間隔の増減の値、基板の誘電率の増減の値または基板の厚みの増減の値を一定にしたことを特徴とする反射板。
4. 請求項１および請求項２の反射板の複数個を一次元的または二次元的に周期的に配列し、
   配列した全ての反射板において、当該反射板の種類に対応した、導体パッチの辺の長さの増減の値、隣接する導体パッチの間隔の増減の値、基板の誘電率の増減の値または基板の厚みの増減の値を一定にしたことを特徴とする反射板。
5. 請求項１または請求項２の反射板の複数個を一次元的または二次元的に配列し、
   配列した全ての反射板において、当該反射板の種類に対応した、導体パッチの辺の長さの増減の値、隣接する導体パッチの間隔の増減の値、基板の誘電率の増減の値または基板の厚みの増減の値をランダムにしたことを特徴とする反射板。
6. 請求項１および請求項２の反射板の複数個を一次元的または二次元的に周期的に配列し、
   配列した全ての反射板において、当該反射板の種類に対応した、導体パッチの辺の長さの増減の値、隣接する導体パッチの間隔の増減の値、基板の誘電率の増減の値または基板の厚みの増減の値をランダムにしたことを特徴とする反射板。

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