JP5177708B2

JP5177708B2 - リフレクトアレイ

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Publication number: JP5177708B2
Application number: JP2010191568A
Authority: JP
Inventors: 珠美丸山; 智之大矢; 辰男古野; 邦男澤谷; 陳　　強; 建峰李; 世偉屈; 巧微袁
Original assignee: Tohoku University NUC; NTT Docomo Inc
Current assignee: Tohoku University NUC; NTT Docomo Inc
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2030-08-27
Also published as: JP2012049931A; US20120050127A1; US8836583B2; CN102437434A; EP2424038A1; EP2424038B1; CN102437434B

Description

本発明は、リフレクトアレイに関する。

移動通信において、電波の経路に建物等の障害物が存在すると、受信レベルが劣化してしまう。このため、その建物と同程度以上の高所に反射板（リフレクタ）を設け、電波が届きにくい場所に反射波を送る技術がある。反射板により電波を反射する際、垂直面内における電波の入射角が比較的小さかった場合、反射板は電波を所望方向に向けることが困難になってしまう。一般に、電波の入射角と反射角は等しいからである。

この問題に対処するため、地面を覗き込むように反射板を傾斜させることが考えられる。そのようにすると、反射板に対する入射角及び反射角を大きくすることができ、到来波を所望方向に向けることができる。しかしながら、電波を遮るような建物と同程度に高い場所の反射板を、地面側に傾けて設置することは、安全性の観点からは好ましくない。このような観点から、電波の入射角が比較的小さかったとしても、所望方向に反射波を向けることが可能なリフレクタが望まれている。

そのようなリフレクタとして、リフレクトアレイの応用が報告されている（例えば、非特許文献１、２参照）。

リフレクトアレイは、反射波の位相差を所望方向にビームが向くようにそろえることで設計でき、図１に示すようにスタブを使う方法、サイズを変える方法などの技術が紹介されている（例えば、非特許文献３参照）

L. Li et al., "Microstrip reflectarray using crossed-dipole with frequency selective surface of loops," ISAP2008, TP-C05, 1645278. T. Maruyama, T. Furuno, and S. Uebayashi, "Experiment and analysis of reflect beam direction control using a reflector having periodic tapered mushroom-like structure," ISAP2008, MO-IS1, 1644929, p. 9. J. Huang and J. A. Encinar, Reflectarray antennas. Piscataway, N.J.Hoboken: IEEE Press; Wiley-Interscience, 2008.

しかしながら図１(a)に示された従来のスタブを用いる方法では、スタブによる損失や、スタブからの不要な放射が問題となり、また、図１(b)のパッチサイズを変える方法では、位相差をつけるためにパッチの大きさまで変化してしまうという問題が生じていた。このため、サイズの異なるパッチは、位相差を変化させるだけでなく、放射に対しても影響を与えてしまうという問題があった。さらに、これらの方法は通常、反射位相の変化の範囲は360度よりも小さいという問題があった。

図２に、従来のリフレクトアレイの一例を示す。

該リフレクトアレイ１は、マイクロストリップアンテナの形状をアレイ素子１０とし、地板２０を金属平板としている。図２には、アレイ素子１０が方形の例を示す。アレイ素子１０のサイズａ，ｂは、位相差により決定される。

多数の素子を用いて所望の方向に電波を向けるリフレクトアレイを実現するには、所定の反射係数の位相（反射位相）を与える素子を整列させる必要がある。理想的には、パッチサイズのような何らかの構造パラメータの所定のレンジに対して、反射位相が、−πラジアンから＋πラジアンまでの全範囲（２πラジアン＝360度）を網羅できることが望ましい。

しかしながら、マイクロストリップアンテナによりアレイ素子を構成した場合、所与の周波数における反射係数の位相は広範囲にわたるものではない、という問題がある。

そこで、本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射係数の位相範囲を広くできるとともに、リフレクトアレイを構成する素子のサイズを変えないで位相差を変えることの可能な、リフレクトアレイを提供することである。

本リフレクトアレイは、
基板と、
該基板上の一主面を複数に分割した各領域に一つずつ形成された複数のアレイ素子と
を有し、
前記アレイ素子は、複数のパッチと、該複数のパッチ間の間隙によって構成され、
前記複数のアレイ素子のうち、少なくとも一部のアレイ素子を構成する複数のパッチ間の間隙は、他のアレイ素子を構成する複数のパッチ間の間隙とは異なる。
本リフレクトアレイは、
基板と、
該基板上の一主面を複数に分割した各領域に一つずつ形成された複数のアレイ素子と
を有し、
前記アレイ素子は、複数のパッチと、該複数のパッチ間の間隙によって構成され、
前記間隙は、所望の反射係数の位相に応じて調整される。

開示のリフレクトアレイによれば、反射係数の位相範囲を広くできる。また、開示のリフレクトアレイによれば、リフレクトアレイを構成する素子のサイズを変えないで位相差を変えることが可能となり、放射の劣化を防ぐことができる。

従来の問題点を示す図である。従来のマイクロストリップリフレクトアレイを示す図である。本実施例に従ったリフレクトアレイを示す模式図である。本実施例に従ったアレイ素子を示す模式図（その１）である。本実施例に従ったアレイ素子を示す模式図（その２）である。本実施例に従ったアレイ素子の寸法の一例(24GHz)を示す図である。本実施例に従ったアレイ素子の寸法の一例(12GHz)を示す図である。本実施例に従ったアレイ素子の寸法の一例(3GHz)を示す図である。本実施例に従ったアレイ素子の反射係数の位相特性（その１）(24GHz)を示す特性図である。本実施例に従ったアレイ素子の反射係数の位相特性（その１）(3GHz)を示す特性図である。本実施例に従ったアレイ素子の反射係数の位相特性（その１）(12GHz)を示す特性図である。本実施例に従ったアレイ素子の反射係数の位相特性（その２）を示す特性図である。本実施例に従ったアレイ素子の反射係数の位相特性（その３）(24GHz)を示す特性図である。本実施例に従ったリフレクトアレイ（その１）を示す模式図である。本実施例に従ったリフレクトアレイ（その１）の寸法の一例を示す図である。本実施例に従ったリフレクトアレイ（その１）の放射パターンの一例を示す図である。本実施例に従ったリフレクトアレイ（その２）を示す模式図である。本実施例に従ったリフレクトアレイ（その２）の寸法の一例を示す図である。本実施例に従ったリフレクトアレイ（その３）を示す模式図である。本実施例に従ったリフレクトアレイ（その３）の寸法の一例を示す図である。本実施例に従ったリフレクトアレイ（その３）の放射パターンの一例を示す図である。本変形例に従ったアレイ素子を示す模式図である。本変形例に従ったアレイ素子を示す模式図である。本変形例に従ったアレイ素子を示す模式図である。本実施例に従ったアレイ素子（反射板を設置しない例）を示す模式図である。

次に、本発明を実施するための形態を、以下の実施例に基づき図面を参照しつつ説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。

＜実施例＞
以下本発明の第一の実施例を図３と図４を用いて説明する。図3はリフレクトアレイの全体構造を示しており図４はリフレクトアレイを構成するアレイ素子を示している。

＜リフレクトアレイ＞
本実施例に従ったリフレクトアレイについて説明する。

図３は、本実施例に従ったリフレクトアレイ１００を示す。本リフレクトアレイ１００では、基板上の一主面を複数に分割した各領域にアレイ素子が形成されている。該アレイ素子は、複数のパッチにより構成される。アレイ素子の複数のパッチは所定の間隔隔てて配置される。以下、アレイ素子が形成された基板上の各領域をエレメントセル(element cell)２００と呼ぶ。該エレメントセル２００は、periodic cellとも呼ばれる。各アレイ素子のサイズ、すなわち図４のldとWdはそれぞれ全て同じ値である。

図３に示されるリフレクトアレイ１００では、Ｘ方向に７個、Ｙ方向に４個と、アレイ素子が２次元に配置されている例が示されるが、１次元であってもよい。また、配置されるアレイ素子の数は問わず、何個配置されていてもよい。詳細については後述する。

＜エレメントセル＞
本実施例に従ったエレメントセル２００について説明する。

図４は、本実施例に従ったエレメントセル２００を示す。図４（ａ）は上面図（Ｚ方向からの図）を示し、図４（ｂ）は断面図（図４（ａ）の一点鎖線部分の断面をＡ方向から見たもの）を示す。

エレメントセル２００は一辺がLの正方形をなす、比誘電率εrの基板２０２の一主面に、導体によりパッチ２０４ａ、２０４ｂが形成される。パッチ２０４ａ、２０４ｂによりダイポールが形成される。基板２０２のパッチ２０４ａ、２０４ｂが形成された面の反対の面には金属反射板２０６が形成される。基板２０２の一辺の長さはＬにより表される。該Ｌは、エレメントセル２００の一辺の長さであってもよい。また、別の実施例では、アレイ素子は長方形であってもよい。

例えば、基板２０２の厚さはｔにより表される。

図４に示される例では、アレイ素子は、縦の長さがl_d、横の長さ（幅）がw_dである。２つの隣接するパッチ間には、所定の間隙２０５(gap)が形成される。該間隙２０５により、隣接するパッチ間に、端容量(fringe capacitor)が形成される。

本実施例では、２つのパッチの隣接する部分の形状を櫛歯形（櫛形）（２０７ａ、２０７ｂ）に形成し、該２つのパッチを所定の間隔隔てて噛み合うように配置する例について説明する。該櫛歯形はメアンダと呼ばれることもある。該２つのパッチを所定の間隔隔てて噛み合うように配置することにより略矩形波形状の間隙が形成される。２つのパッチ間に間隙が形成されていれば、該間隙の形状はどのような形状であってもよい。例えば、直線形状であってもよいし、任意の曲線、例えば、正弦波の形状であってもよいし、のこぎり波の形状であってもよい。

図４に示される例では、櫛歯形の歯の部分(finger)２０７ａ、２０７ｂの縦の長さがl_s、横の長さ（幅）がw_sにより表される。また、間隙２０５は、本実施例では,２つのパッチの隣接する歯の部分間の間隔、sにより表される。従って、１つのパッチにおける櫛歯形のピッチは2(w_s+s)により表される。ここで、ピッチは、隣接する歯の部分間の間隔と、櫛歯形の歯の部分の幅との和を示す。また、w_s={w_d-(N-1)s}/Nである。ここで、Nは櫛歯形の歯の数(the number of the fingers)であり、図４に示されるエレメントセル２００では、パッチ２０４ａについて６、パッチ２０４ｂについて５の合計１１である。

図５は、図４とはNの値が異なるアレイ素子の例を示す。図５に示されるエレメントセル２００では、櫛歯形の歯の部分２０７ａ、２０７ｂの数Nの値がパッチ２０４ａについて４、パッチ２０４ｂについて３の合計７である。

図６、図７Ａ、及び図７Ｂは、本エレメントセル２００におけるパッチの寸法の一例を示す。

図６は図４に示されるエレメントセル２００の寸法の一例が示される。入射波の周波数は24GHzである。図６に示されるように、入射波が24GHzである場合のエレメントセル２００の設計例として、Lは5.0[mm]、l_dは4.0[mm]、w_dは1.2[mm]、sは0.05[mm]、tは0.75[mm]、ε_rは2.5である。

図７Ａは図５に示されるエレメントセル２００の寸法の一例が示される。入射波の周波数は12GHzである。図７Ａに示されるように、入射波が12GHzである場合のエレメントセル２００の設計例として、Lは10.0[mm]、l_dは8.0[mm]、w_dは2.6[mm]、sは0.2[mm]、tは1.6[mm]、ε_rは2.5である。

図７Ｂは図５に示されるエレメントセル２００の寸法の一例が示される。入射波の周波数は3GHzである。図７Ｂに示されるように、入射波が3GHzである場合のエレメントセル２００の設計例として、Lは40.0[mm]、l_dは32.0[mm]、w_dは9.6[mm]、sは0.4[mm]、tは6.0[mm]、ε_rは2.5である。

図８−図１０は、反射係数の位相(Reflection Phase(Deg.))と、パッチの櫛歯形の歯の部分２０７ａ、２０７ｂの縦の長さl_sとの間の関係を示す。図８−図１０では、パッチの櫛歯形の歯の部分２０７ａ、２０７ｂの縦の長さl_sが「Length of fingers(l_s, mm)」により表される。図８−図１０は、アレイ素子２００の表面に垂直に平面波が入射した場合を示す。入射波は、図８が24GHzであり、図９が3GHzであり、図１０が12GHzである。櫛歯形の歯の部分２０７ａ、２０７ｂの数Nは、図８が11であり、図９が11であり、図１０が7である。w_sは、図８が0.06[mm]であり、図９が0.5[mm]であり、図１０が0.2[mm]である。ｔは、図８が0.75mmであり、図９が6mmであり、図１０が1.6mmである。

パッチの櫛歯形の歯の部分２０７ａ、２０７ｂの縦の長さl_sが長くなる程、２つのパッチの隣接する略矩形波形状の間隙の長さが長くなる。換言すれば、l_sが長くなる程、パッチの隣接する部分の表面積が広くなる。

櫛歯形の歯の長さl_sを変化させることにより隣接するパッチの間に形成される間隙を形成する各パッチの表面積を変化させることができる。該間隙は、散乱素子の装荷負荷に該当する。該間隙は、櫛歯形の歯の部分２０７ａ、２０７ｂの横の長さ（幅）w_sによっても変化させることができる。

本エレメントセル２００では、パッチの櫛歯形の歯の部分２０７ａ、２０７ｂの縦の長さl_s及び／又は櫛歯形の歯の部分２０７ａ、２０７ｂの横の長さ（幅）w_sを広範囲に変更できるため、負荷インピーダンスを広範囲に調整できる。負荷インピーダンスを広範囲に調整できるため、反射係数の位相を調節できる範囲を広くできる。

本エレメントセル２００では、２つのパッチの隣接する部分の形状を櫛歯形（櫛形）に形成する例について示した。櫛歯形に形成することにより、櫛歯形の歯の長さl_sを変化させることにより、容易に隣接するパッチの間に形成される間隙を形成する各パッチの表面積を変化させることができる。また、加工が容易である。

図８−図１０によれば、縦の長さl_sを調整することにより、広い反射係数の位相範囲が得られることが示される。具体的には、反射係数の位相範囲が1000度以上得られることもある。

反射係数の位相は、使用する周波数や、入射角によっても異なる。

図１１は、入射波の周波数が異なる場合の反射係数の位相と、パッチの櫛歯形の歯の部分２０７ａ、２０７ｂの縦の長さl_s(Length of fingers(l_s, mm))との間の関係を示す。図１１には、入射波の周波数が23GHz、24GHz、25GHzの場合を示す。

図１１によれば、23GHz、24GHz、25GHzのいずれの場合も、反射係数の位相範囲が1000度以上得られており、本リフレクトアレイが帯域を考慮して設計することにより、広い帯域で動作できることを示している。

図１２は、入射角が異なる場合の反射係数の位相と、パッチの櫛歯形の歯の部分の縦の長さl_s(Length of fingers(l_s, mm))との間の関係を示す。図１２には、垂直入射の場合、X-Z平面において、入射角が30度、45度、60度の場合について示す。入射波は24GHzである。

図１２によれば、斜め入射(oblique incidence)の影響は大きくはないため、リフレクトアレイのサイズによっては無視できることが分かる。ただし、リフレクトアレイのサイズがある程度大きくなった場合には、考慮した方が好ましい。

＜リフレクトアレイ（その１）＞
図１３は、リフレクトアレイの設計例（その１）を示す。

図１３に示されるリフレクトアレイは、図３に示されるリフレクトアレイと同様に、Ｘ方向に７個、Ｙ方向に４個のアレイ素子が配置される。入射波は24GHzである。該リフレクトアレイのサイズは、Ｘ方向が35[mm]、Ｙ方向が20[mm]である。tは0.75mmである。各アレイ素子のサイズは略同一である。

図１３に示されるリフレクトアレイにおいて、縦の列、換言すればＸ方向に配置されたアレイ素子において、隣接するアレイ素子の櫛歯形の歯の部分の縦の長さl_sは異なる。図１３に示されるリフレクトアレイの左側に付されている数値は、アレイ素子における櫛歯形の歯の部分の縦の長さl_s[mm]を示す。

また、横の列、換言すればＹ方向に配置されたアレイ素子において、隣接するアレイ素子の櫛歯形の歯の部分の縦の長さl_s[mm]は同じである。

櫛歯形の歯の部分の縦の長さは一例であり、適宜変更可能である。例えば、Ｘ方向で隣接するアレイ素子の櫛歯形の歯の部分の縦の長さl_sが同じで、Ｙ方向で隣接するアレイ素子の櫛歯形の歯の部分の縦の長さl_sが異なるようにしてもよい。また、少なくとも一部のアレイ素子における長さが異なっていてもよい。また、全てのアレイ素子における長さが同じであってもよい。

メインビームは、X-Z平面で走査されるため、Ｘ方向に配置された隣接するアレイ素子の櫛歯形の歯の部分の縦の長さl_sは異なり、Ｙ方向に配置された隣接するアレイ素子の櫛歯形の歯の部分の縦の長さl_sは同じにされる。

図１４は、図１３に示されるリフレクトアレイ１００の設計寸法の一例と、補償される位相(Compensation Phase(Deg.))を示す。

図１４によれば、Ｘ方向に隣接するアレイ素子間で補償される位相は、約120度であることが分かる。

図１５は、本リフレクトアレイ１００の放射パターンの一例を示す。入射波が3GHzである場合に、指向性が最大となった。該指向性は、14.1[dBi]である。指向性が最大となる方向は設計値の60度に対して、58度である。該58度は、設計値からのずれが小さいことを示している。

＜リフレクトアレイ（その２）＞
図１６は、リフレクトアレイの設計例（その２）を示す。

図１６に示されるリフレクトアレイは、図３に示されるリフレクトアレイと同様に、Ｘ方向に７個、Ｙ方向に４個のアレイ素子が配置される。入射波は3GHzである。該リフレクトアレイのサイズは、Ｘ方向が280[mm]、Ｙ方向が160[mm]である。tは6mmである。各アレイ素子のサイズは略同一である。

図１６に示されるリフレクトアレイにおいて、縦の列、換言すればＸ方向に配置されたアレイ素子において、隣接するアレイ素子の櫛歯形の歯の部分の縦の長さl_sは異なる。図１６に示されるリフレクトアレイの左側に付されている数値は、アレイ素子における櫛歯形の歯の部分の縦の長さl_s[mm]を示す。

図１７は、図１６に示されるリフレクトアレイの設計寸法の一例と、補償される位相(Compensation Phase(Deg.))を示す。

図１７によれば、Ｘ方向に隣接するアレイ素子間で補償される位相は、約120度であることが分かる。

＜リフレクトアレイ（その３）＞
図１８は、リフレクトアレイの設計例（その３）を示す。

図１８に示されるリフレクトアレイは、図３に示されるリフレクトアレイとは異なり、Ｘ方向に１１個、Ｙ方向に６個のアレイ素子が配置される。入射波は12GHzである。該リフレクトアレイのサイズは、Ｘ方向が110[mm]、Ｙ方向が60[mm]である。tは1.6mmである。各アレイ素子のサイズは略同一である。

図１８に示されるリフレクトアレイにおいて、縦の列、換言すればＸ方向に配置されたアレイ素子において、隣接するアレイ素子の櫛歯形の歯の部分の縦の長さl_sは異なる。図１８に示されるリフレクトアレイの左側に付されている数値は、アレイ素子における櫛歯形の歯の部分の縦の長さl_s[mm]を示す。

図１９は、図１８に示されるリフレクトアレイの設計寸法の一例と、補償される位相(Compensation Phase(Deg.))を示す。

図１９によれば、Ｘ方向に隣接するアレイ素子間で補償される位相は、約120度であることが分かる。

図２０は、本リフレクトアレイ１００の放射パターンの一例を示す。入射波の周波数は12GHzであり、指向性利得は17[dBi]である。指向利得が最大となる方向は設計値の60度に対して、58度である。該58度は、設計値からのずれが小さいことを示している。

本エレメントセルによれば、隣接するパッチの間に形成される間隙を調整することにより、負荷インピーダンスを広範囲に調整できる。負荷インピーダンスを広範囲に調整できるため、反射係数の位相を調節できる範囲を広くできる。エレメントセルにおいて反射係数の位相を調節できる範囲を広くできるため、該エレメントセルを複数配置したリフレクトアレイにおいても反射係数の位相を調節できる範囲を広くできる。具体的には、パッチの櫛歯形の歯の部分の縦の長さl_s及び／又は櫛歯形の歯の部分(finger)の横の長さ（幅）w_sを変更することにより、負荷インピーダンスを広範囲に調整できる。負荷インピーダンスを広範囲に調整できるため、反射係数の位相を調節できる範囲を広くできる。

本エレメントセルによれば、隣接するパッチの間に形成される間隙を調整することにより、反射係数の位相を調節できる範囲を広くできる。このため、該エレメントセルを複数配置したリフレクトアレイにおいて、アレイ素子の大きさを変化させることなく、反射係数の位相を調節できる範囲を広くできる。アレイ素子の大きさを変化させる必要がないため、隣接するアレイ素子間の間隔が異なることによる、リフレクトアレイの特性劣化を低減できる。

＜変形例（その１）＞
＜リフレクトアレイ＞
本変形例に従ったリフレクトアレイは、図３、及び図１３と同様である。

＜エレメントセル＞
本変形例に従ったエレメントセルについて説明する。

図２１は、本変形例に従ったエレメントセル２００を示す。図２１（ａ）は上面図（Z方向からの図）を示し、図２１（ｂ）は断面図（図２１（ａ）の一点鎖線部分の断面をＡ方向から見たもの）を示す。

エレメントセル２００は、基板２０２の一主面に、導体によりパッチ２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃが形成される。基板２０２のパッチ２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃが形成された面の反対の面には、金属反射板２０６が形成される。エレメントセル２００の一辺の長さはＬにより表される。

例えば、基板２０２は、誘電体により構成される。該基板２０２の比誘電率はε_rにより表される。該基板２０２の厚さはｔにより表される。

図２１に示される例では、アレイ素子は、縦の長さがl_d、横の長さ（幅）がw_dである。２つの隣接するパッチ間には、所定の間隙(gap)が形成される。該間隙により、２つの隣接するパッチ間に、端容量(fringe capacitor)が形成される。

本エレメントセル２００では、２つのパッチの隣接する部分の形状を櫛歯形（櫛形）（２０７ｃ、２０７ｄ、２０７ｅ、２０７ｆ）に形成し、該２つのパッチを所定の間隔隔てて噛み合うように配置する。該２つのパッチを所定の間隔隔てて噛み合うように配置することにより略矩形波形状の間隙が形成される。２つのパッチ間に間隙が形成されていれば、該間隙の形状はどのような形状であってもよい。例えば、直線形状であってもよいし、任意の曲線、例えば、正弦波の形状であってもよいし、のこぎり波の形状であってもよい。

図２１に示される例では、パッチ２０４ａと、該パッチ２０４ａに隣接するパッチ２０４ｂにおいて、櫛歯形の歯の部分(finger) ２０７ｃ、２０７ｄの縦の長さがl_s1、横の長さ（幅）がw_s1により表される。該２つのパッチの隣接する歯の部分間の間隙２０５_１は、s₁により表される。従って、１つのパッチにおける櫛歯形のピッチは2(w_s1+s₁)により表される。ここで、ピッチは、隣接する歯の部分間の間隔と、櫛歯形の歯の部分の幅との和を示す。また、w_s1={w_d-(N-1)s₁}/Nである。ここで、Nは櫛歯形の歯の数であり、図２１に示されるアレイ素子２００では、パッチ２０４ａについて６、該パッチ２０４ａに隣接するパッチ２０４ｂについて５の合計１１である。s₁は隣接する歯の間の間隔である。

また、パッチ２０４ｂと、該パッチ２０４ｂに隣接するパッチ２０４ｃにおいて、櫛歯形の歯の部分２０７ｅ、２０７ｆの縦の長さがl_s2、横の長さ（幅）がw_s2により表される。該２つのパッチの隣接する歯の部分間の間隙２０５_２はs₂により表される。従って、１つのパッチにおける櫛歯形のピッチは2(w_s2+s₂)により表される。ここで、ピッチは、隣接する歯の部分間の間隔と、櫛歯形の歯の部分の幅との和を示す。また、w_s2={w_d-( N-1)s₂}/N₂である。ここで、N₂は櫛歯形の歯の数であり、図２１に示されるエレメントセル２００では、パッチ２０４ｂについて６、該パッチ２０４ｂに隣接するパッチ２０４ｃについて５の合計１１である。s_２は隣接する歯の間の間隔である。NとN₂は等しくてもよいし異なってもよい。

櫛歯形の歯の部分(finger)の縦の長さl_s1と、l_s2は等しくてもよいし異なってもよい。また、横の長さ（幅）w_s1と、w_s2は等しくてもよいし異なってもよい。また、２つのパッチの隣接する歯の部分間の間隔s₁と、s₂は等しくてもよいし異なってもよい。

本変形例では、エレメントセル２００に形成されるパッチ間の間隙の数が２である場合について説明したが、３以上であってもよい。パッチ間の間隙の数が３以上である場合でも、各間隙の形状は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

＜変形例（その２）＞
＜リフレクトアレイ＞
本変形例に従ったリフレクトアレイは、図３、及び図１３と同様である。

＜エレメントセル＞
本変形例に従ったエレメントセル２００について説明する。

図２２は、本変形例に従ったエレメントセル２００を示す。図２２（ａ）は上面図（Ｚ方向からの図）を示し、図２２（ｂ）は断面図（図２２（ａ）の一点鎖線部分の断面をＡ方向から見たもの）を示す。上述した実施例、変形例において、ダイポールに形状は、矩形に限られない。矩形以外の形状の一例として、ダイポールの形状を十字とした場合について示す。

エレメントセル２００は、基板２０２の一主面に、導体によりパッチ２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃが形成される。基板２０２のパッチ２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃが形成された面の反対の面には、金属反射板２０６が形成されるエレメントセル２００の一辺の長さはＬにより表される。

例えば、基板２０２は、誘電体により構成される。該基板２０２の比誘電率はε_rにより表される。該地板２０２の厚さはｔにより表される。

図２２に示される例では、ダイポールは、縦の長さがl_d、横の長さ（幅）がw_dである２つのパッチの一部分を重ね合わせた形状である。２つの隣接するパッチ間には、所定の間隙(gap)が形成される。該間隙により、２つの隣接するパッチ間に、端容量(fringe capacitor)が形成される。

本エレメントセル２００では、２つのパッチの隣接する部分の形状を櫛歯形（櫛形）（２０７ｇ、２０７ｈ、２０７ｉ、２０７ｊ）に形成し、該２つのパッチを所定の間隔隔てて噛み合うように配置する例について説明する。該２つのパッチを所定の間隔隔てて噛み合うように配置することにより略矩形波形状の間隙が形成される。２つのパッチ間に間隙が形成されていれば、該間隙の形状はどのような形状であってもよい。例えば、直線形状であってもよいし、任意の曲線、例えば、正弦波の形状であってもよいし、のこぎり波の形状であってもよい。

図２２に示される例では、パッチ２０４ａと、該パッチ２０４ａに隣接するパッチ２０４ｂにおいて、櫛歯形の歯の部分２０７ｇ、２０７ｈの縦の長さがl_s3、横の長さ（幅）がw_s3により表される。該２つのパッチの隣接する歯の部分間の間隙２０５_３は、s₃により表される。従って、１つのパッチにおける櫛歯形のピッチは2(w_s3+s₁₃)により表される。ここで、ピッチは、隣接する歯の部分間の間隔と、櫛歯形の歯の部分の幅との和を示す。また、w_s3={w_d-(N-1)s₃}/N₂である。ここで、Nは櫛歯形の歯の数であり、図２２に示されるエレメントセル２００では、パッチ２０４ａについて５、該パッチ２０４ａに隣接するパッチ２０４ｂについて６の合計１１である。s₃は隣接する歯の間の間隔である。NとN₂は等しくてもよいし異なってもよい。

また、パッチ２０４ｂと、該パッチ２０４ｂに隣接するパッチ２０４ｃにおいて、櫛歯形の歯の部分２０７ｉ、２０７ｊの縦の長さがl_s4、横の長さ（幅）がw_s4により表される。該２つのパッチの隣接する歯の部分間の間隙２０５_４はs₄により表される。従って、１つのパッチにおける櫛歯形のピッチは2(w_s4+s₄)により表される。ここで、ピッチは、隣接する歯の部分間の間隔と、櫛歯形の歯の部分の幅との和を示す。また、w_s4={w_d-(N-1)s₄}//N₂である。ここで、Nは櫛歯形の歯の数であり、図２２に示されるエレメントセル２００では、パッチ２０４ｂについて６、該パッチ２０４ｂに隣接するパッチ２０４ｃについて５の合計１１である。s₄は隣接する歯の間の間隔である。NとN₂は等しくてもよいし異なってもよい。

櫛歯形の歯の部分の縦の長さl_s3と、l_s4は等しくてもよいし異なってもよい。また、横の長さ（幅）w_s3と、w_s4は等しくてもよいし異なってもよい。また、２つのパッチの隣接する歯の部分間の間隔s₃と、s₄は等しくてもよいし異なってもよい。

本変形例では、パッチ間の間隙の数が２である場合について説明したが、３以上であってもよい。パッチ間の間隙の数が３以上である場合でも、該間隙の形状は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

図２３は、本変形例に従ったエレメントセル２００であり、３つの導体層と、２つの誘電体層を用いて、多層構成にする。さらに、第1層と第2層の導体層のダイポールの向きをクロス（交差）させることによって、多層クロスダイポールリフレクトアレーを構成している。本アレイ素子によれば、パッチの大きさを変えずに位相を変化することの可能なクロスダイポールリフレクトアレーを構成できる。

図２４は、本実施例に従ったアレイ素子であり、金属反射板を使用しない場合のリフレクトアレイの例である。

本実施例及び変形例によれば、リフレクトアレイが実現される。

本リフレクトアレイは、
基板と、
該基板上の一主面を複数に分割した各領域に形成された複数のパッチと
を有し、
前記複数のパッチは、所定の間隙を介して形成される。

隣接するパッチの間に形成される間隙を調整することにより、負荷インピーダンスを広範囲に調整できる。負荷インピーダンスを広範囲に調整できるため、反射係数の位相を調節できる範囲を広くできる。

さらに、
前記複数のパッチは、他のパッチに隣接する一端面の形状が櫛歯形である。

２つのパッチの隣接する部分の形状を櫛歯形に形成することにより、櫛歯形の歯の長さl_sを変化させることにより、隣接するパッチの間に形成される間隙を形成する各パッチの表面積を容易に変化させることができる。また、加工が容易である。

さらに、
前記複数のパッチのうち、少なくとも一部のパッチの櫛歯形の歯の高さ及び／又は幅が異なる。

隣接するパッチの間に形成される間隙を調整することにより、さらに負荷インピーダンスを広範囲に調整できる。負荷インピーダンスを広範囲に調整できるため、さらに反射係数の位相を調節できる範囲を広くできる。

さらに、
前記各領域に形成された複数のパッチのうち、少なくとも一部の領域に形成された複数のパッチ間の間隙のサイズ、間隙の形状、間隙の長さ、間隙の幅、及び間隙の長さと幅との比の少なくとも１つが、他の領域に形成された複数のパッチ間のサイズが異なる。

エレメントセル間で、反射係数の位相を異ならせることができる。

さらに、
前記各領域に形成された複数のパッチのサイズは等しい。

隣接するアレイ素子間のサイズが異なることによる、リフレクトアレイの特性劣化を低減できる。

さらに、
前記一主面の反対の面に形成され、反射板として作用する金属板
を有する。

以上、本発明は特定の実施例を参照しながら説明されてきたが、各実施例は単なる例示に過ぎず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。説明の便宜上、本発明の実施例に係る装置は模式図を用いて説明されたが、そのような装置はハードウエアで、ソフトウエアで又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。本発明は上記実施例に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形例、修正例、代替例、置換例等が包含される。

１リフレクトアレイ
１０アレイ素子
２０地板
１００リフレクトアレイ
２００エレメントセル
２０２基板
２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃパッチ
２０５（２０５_１−２０５_６）間隙
２０６金属反射板
２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ、２０７ｄ、２０７ｅ、２０７ｆ、２０７ｇ、２０７ｆ、２０７ｉ、２０７ｊ櫛歯形の歯の部分

Claims

基板と、
該基板上の一主面を複数に分割した各領域に一つずつ形成された複数のアレイ素子と
を有し、
前記アレイ素子は、複数のパッチと、該複数のパッチ間の間隙によって構成され、
前記複数のアレイ素子のうち、少なくとも一部のアレイ素子を構成する複数のパッチ間の間隙は、他のアレイ素子を構成する複数のパッチ間の間隙とは異なることを特徴とするリフレクトアレイ。
基板と、
該基板上の一主面を複数に分割した各領域に一つずつ形成された複数のアレイ素子と
を有し、
前記アレイ素子は、複数のパッチと、該複数のパッチ間の間隙によって構成され、
前記間隙は、所望の反射係数の位相に応じて調整されることを特徴とするリフレクトアレイ。
請求項１又は２に記載のリフレクトアレイにおいて、
前記複数のアレイ素子の外形寸法は略同一であることを特徴とするリフレクトアレイ。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のリフレクトアレイにおいて、
前記間隙が櫛歯形であることを特徴とするリフレクトアレイ。
請求項４に記載のリフレクトアレイにおいて、
前記複数のアレイ素子の間隙のうち、少なくとも一部のアレイ素子の間隙の櫛歯形の歯の高さ及び／又は幅は、他のアレイ素子の間隙とは異なる、リフレクトアレイ。
請求項１ないし３に記載のリフレクトアレイにおいて、
前記アレイ素子の有する複数のパッチのうち、少なくとも一部のアレイ素子の有する複数のパッチ間の間隙のサイズ、間隙の形状、間隙の長さ、間隙の幅、及び間隙の長さと幅との比の少なくとも１つが、他のアレイ素子の有する複数のパッチ間と異なる、リフレクトアレイ。
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のリフレクトアレイにおいて、
前記一主面の反対の面に形成され、反射板として作用する金属板
を有する、リフレクトアレイ。