JP5337432B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、送信側装置から一次放射された電波を、反射、屈折或いは透過によって所望エリアに対して二次放射するように構成されている散乱体を具備する無線通信システムに関する。

図１５に示すように、無線通信システムにおいて、無線基地局ＢＳと移動局ＵＥとの間の通信品質を向上するために、無線基地局ＢＳ（送信側装置）から一次放射された電波を反射させることによって二次反射するように構成されている反射板２を使用する方法が提案されている（特許文献１参照）。

具体的には、図１５に示すように、無線基地局ＢＳから一次放射された電波は、建物等の障害物４に遮られるため、不感地域３に位置する移動局ＵＥは、無線基地局ＢＳからの見通し伝搬路を確保することができず、所望の通信品質を確保することができない。

そこで、上述の特許文献１に記載されている無線通信システムによれば、無線基地局ＢＳからの見通し伝搬路を確保できる位置に反射板２を設置し、当該反射板２で反射した電波によって障害物４の後方から不感地域３を照射することによって、不感地域３における通信品質を向上させることができる。
特開平８-２８８９０１号公開公報

一般に、反射板２の設置場所及び設置角度に応じて、無線基地局ＢＳから一次放射されて反射板２に入射された電波の進み得る方向は決まっている。

具体的には、図１６に示すように、屈折率ｎ１の媒質１（空中）を介して反射板２に入射された電波（入射波）は、反射板２の表面で反射した後、電波の正規反射（例えば、鏡面反射）における反射角度方向に進んで行く。

ここで、電波の入射角を「θ_ｉ１」とし、電波の反射角を「θ_ｒ１」とすると、平面波で電波が入射される場合、反射板の表面を境界面として境界条件を解くことによって、（式１）が成立することが知られている。

θ_ｉ１＝θ_ｒ１ … （式１）
すなわち、反射板２の表面（境界面）で反射した電波（反射波）は、当該電波（入射波）の入射角θ_ｉ１と同じ角度θ_ｒ１の方向（正規反射の方向）に進む。

すなわち、上述の無線通信システムでは、無線基地局ＢＳ（送信側装置）から一次放射された電波を、反射によって所望エリアに対して二次放射するように構成されている反射板２が用いられている。

しかしながら、上述の無線通信システムでは、無線基地局ＢＳから一次放射されて反射板２に入射された電波は、上述の正規反射における反射角度方向にしか進み得ないため、反射板２の設置角度を十分調整することができない環境では、所望エリア（不感地域３）に対して電波を二次放射することができない可能性があるという問題点があった。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、送信側装置によって一次放射された電波を、正規反射における反射角度方向以外の方向にも二次放射するように構成されている散乱体を用いる無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、送信側装置から一次放射された電波を、反射、屈折或いは透過によって所望エリアに対して二次放射するように構成されている散乱体を具備する無線通信システムであって、前記散乱体に、メタマテリアル材料を用いることを要旨とする。

本発明の第１の特徴において、前記散乱体は、正規反射の場合の反射角度と異なる方向に前記電波を二次放射する構造を有してもよい。

本発明の第１の特徴において、前記散乱体は、所定の１又は複数の周波数帯域の電波のみを二次放射させる構造を有してもよい。

本発明の第１の特徴において、前記散乱体は、入射された前記電波の伝搬方向を集中させるように構成されている構造を有してもよい。

本発明の第１の特徴において、前記散乱体は、ＥＢＧ構造によって構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記送信側装置は、無線基地局或いは移動局であってもよい。

本発明の第１の特徴において、前記ＥＢＧ構造は、前記散乱体に入射された前記電波を、ブロッホ波とする周期構造によって構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記メタマテリアル材料の背面に金属反射板を配置するように構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記メタマテリアル材料を通過した電波が、前記金属反射板に到達し、該金属反射板で反射した該電波が、該メタマテリアル材料を通過することなく二次放射されるように構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記メタマテリアル材料を通過することなく前記金属反射板に到達した電波が、該金属反射板で反射した後、該メタマテリアル材料を通過して二次放射されるように構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記メタマテリアル材料は、第１周波数帯域及び第２周波数帯域で動作するように構成されており、前記メタマテリアル材料は、前記無線基地局から前記第１周波数帯域で一次放射された電波を前記移動局に対して二次放射し、前記移動局から前記第２周波数帯域で一次放射された電波を前記無線基地局に対して二次放射するように構成されていてもよい。ここで、メタマテリアル材料として、周波数選択板（ＦＳＳ）を用いてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記メタマテリアル材料の形状を、多面体で構成し、前記メタマテリアル材料に対して第１の入射角度で入射した電波が、第１の境界面によって第２の屈折角度の方向に屈折するように構成されており、前記屈折した電波が、該メタマテリアル材料の内部から空中へ出て行く第２の境界面が、前記第１の境界面と平行とならないように構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記メタマテリアル材料において、誘電率及び透磁率の少なくとも一方の電気定数を負とし、伝搬定数を負とすることにより、エバネセント波が該メタマテリアル材料の内部で増幅する構造としてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記メタマテリアル材料は、前記散乱体に入射された前記電波を、ブロッホ波とする周期構造によって構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記散乱体は、前記送信側装置から一次放射された電波の反射波の位相を制御する反射板によって構成されており、前記反射板は、前記送信側装置から一次放射された電波を、正規反射の場合の反射角度と異なる方向に向かう等位相の平面波として反射させるように反射特性が設定されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記反射板は、周波数選択性反射板によって構成されており、前記反射板は、前記送信側装置から一次放射された電波のうち、所定の１又は複数の周波数帯域の電波のみを、正規反射の場合の反射角度と異なる方向に向かう等位相の平面波として反射させるように反射特性が設定されていてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、送信側装置によって一次放射された電波を、正規反射における反射角度方向以外の方向にも二次放射するように構成されている散乱体を用いる無線通信システムを提供することができる。

（本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム）
図１乃至図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムについて説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る無線通信システムは、無線基地局ＢＳ（送信側装置）から一次放射された電波を、反射、屈折或いは透過によって、不感地域３（所望エリア）に位置する移動局（受信側装置）に対して二次放射するように構成されている散乱体２を具備する。

なお、本実施形態において、送信側装置が、移動局ＵＥであって、受信側装置が、無線基地局ＢＳであってもよい。

本実施形態では、散乱体２として、メタマテリアル材料を用いるように構成されている。本実施形態において、「メタマテリアル材料」とは、予め決められた構造を配列することで形成される材料であって、人工的に表面インピーダンスや構造全体の等価誘電率や等価透磁率を決定する材料を示す。

例えば、かかるメタマテリアル材料は、以下のいずれかであってもよい。
（１） 負の屈折率を有する材料（左手系材料）
（２） 誘電率及び透磁率の両方が負である材料
（３） 誘電率が負である材料（透磁率は負でも正でも構わない）
（４） 透磁率が負である材料（誘電率は負でも正でも構わない）
（５） 誘電率又は透磁率が負である材料
（６） 強磁性体
（７） プラズマ
（８） ＨＩＳ（Ｈｉｇｈ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｓｕｒｆａｃｅ）を有する構造
（９） ＦＳＳ周波数選択板に基づくＥＢＧ構造（ＦＳＳ-Ｂａｓｅｄ ＥＢＧ Ｓｕｒｆａｃｅ）
（１０） バンドギャップ構造
（１１） マッシュルーム構造
（１２） 人工結晶構造
（１３） ＳＲＲ構造（スプリット共振リング゛構造）
（１４） Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｒｉｇｈｔ/Ｌｅｆｔ-Ｈａｎｄｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ
（１５） ポインチングベクトルの向きと群速度の向きが逆になる構造

また、本実施形態では、かかる散乱体２を構成するメタマテリアル材料を、ＥＢＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｂａｎｄ Ｇａｐ）構造によって構成してもよい。

ここで、「ＥＢＧ構造」は、電磁波の伝搬方向を自由に操って制御できる人工構造、例えば、光ではなく電波の周波数帯においてバンドギャップ構造が存在する構造を示す。

例えば、かかる「ＥＢＧ構造」の主な機能として、「伝搬阻止機能」や「特定の方向にのみへの伝搬を許す機能」や「特定のエリアに集中させる機能」等が想定される。

また、かかる散乱体２は、入射された電波（入射波）を、正規反射における反射角度方向Ａだけでなく、正規反射における反射角度方向Ａ以外の方向にも二次放射する構造を有する。

すなわち、本実施形態に係る無線通信システムでは、送信側装置から一次放射された電波を不感地帯３に到達させるために、正規反射における反射角度方向Ａに二次放射された電波だけではなく、正規反射における反射角度方向Ａ以外の方向に二次放射された電波を用いるように構成されている。

なお、従来の無線通信システムで用いられていた反射板は、入射された電波（入射波）を、正規反射における反射角度方向Ａだけに二次放射する構造を有していた。

すなわち、従来の無線通信システムでは、送信側装置から一次放射された電波を不感地帯３に到達させるために、正規反射における反射角度方向Ａに二次放射された電波だけを用いるように構成されていた。従来の無線通信システムでは、送信側装置から一次放射された電波を不感地帯３に到達させるために、反射板を透過した透過波や正規反射における反射角度方向Ａ以外の方向に反射された反射波等については用いていなかった。

図２に示すように、本実施形態に係る散乱体２において、電波の反射角度θ_ｒｅｆ１は、電波の入射角度θ_ｉｎｃに等しい。

また、本実施形態に係る散乱体２を構成するＥＢＧ構造内における電波の屈折角度θ_ｔｒａｎは、以下の（式２）によって決定される。

ここで、境界面の境界条件より、スネルの法則（式２-１）が成立している。

ｎ１×ｓｉｎθ_ｉ１ ＝ ｎ２×ｓｉｎθ_ｔ２ … （式２-１）

すなわち、本実施形態に係る散乱体２内における電波の屈折角度θ_ｔｒａｎは、媒質１（空中）の屈折率ｎ１及び媒質２（ＥＢＧ構造）の屈折率ｎ２に応じて決定される。

ここで、屈折率ｎの値は、媒質１及び媒質２の電気定数、すなわち、誘電率ε及び透磁率μを用いて、以下の（式３）によって決定される。

また、（式３）において、誘電率ε及び透磁率μの値が負となるときは、それぞれ、以下の（式４）及び（式５）で示される。

したがって、本実施形態に係る無線通信システムで用いられる散乱体２によれば、ＥＢＧ構造を介して、無線基地局ＢＳによって一次放射された電波を、負の屈折率によって屈折させ、従来の反射板では有り得なかった方向（図２の誘電率及び透磁率が負の場合の屈折方向）に二次放射することができる。

また、誘電率及び透磁率がともに正のときには、無線基地局ＢＳによって一次放射された電波を、正の場合の屈折方向に二次放射する。

なお、一般に、透過波は、媒質２によって屈折しても、次に媒質２から元の媒質１に戻るときに、もう一度屈折することによって、入射波と同じ向きに戻ってしまうことが考えられる。本明細書では、これを避ける方法として、以下の第２及び第３の実施形態に示す手法を発明している。

（本発明の第２の実施形態に係る無線通信システム）
本実施形態に係る無線通信システムでは、第１の実施形態において用いられるメタマテリアル材料によって構成される散乱体２の形状を、多面体とし、かかるメタマテリアル材料に対して第１の入射角度で入射した電波が、第１の境界面によって第２の屈折角度の方向に屈折し、該屈折した電波が、該メタマテリアル材料の内部から空中へ出て行く第２の境界面において、該第１の入射角度とは異なる角度で二次放射されるように構成する。

例えば、図３及び図４に示すように、入射角度θ_ｉｎｃで入射された電波（入射波）を第１の境界面において屈折角度θ_ｔｒａｎの方向に屈折させ、媒質１（空中）と媒質２（メタマテリアル材料）との間の第２の境界面が当該屈折角度θ_ｔｒａｎの方向と垂直に配置されるように、散乱体２を構成することによって、当該屈折角度θ_ｔｒａｎの方向にそのまま透過波を二次放射することができる。

また、第１の境界面と第２の境界面とを平行にならないように設定すれば、透過による屈折を考慮して、入射波の入射角度と異なる方向に二次放射することができる。

なお、本実施形態に示すように、多面体によって構成し、電波が入射する第１の境界面と電波が出射する第２の境界面とを平行とならないようにすることによって二次放射の方向を制御するように散乱体２を構成する技術は、メタマテリアル材料によって構成されている散乱体２の場合に限る必要はなく、任意の媒質に対して実施可能な技術であることはいうまでもない。

図５は、様々な値の誘電率ε及び透磁率μ（負の値を含む）のＥＢＧ構造が用いられた場合の屈折角度θ_ｔｒａｎの方向について示す図である。図５から、誘電率ε及び透磁率μの値に応じて、電波の屈折方向が変化している様子が分かる。

本実施形態に係る無線通信システムによれば、散乱体２の設置環境に応じて、散乱体２を構成するＥＢＧ構造の誘電率ε及び透磁率μの値を設定することによって、所望の方向に電波を二次放射することができ、従来の反射板による二次放射では届かなかった範囲にまで電波を到達させることができる。

（本発明の第３の実施形態に係る無線通信システム）
本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムとして、上述の屈折角度θ_ｔｒａｎを、散乱体２を構成するＥＢＧ構造におけるキャパシタ及びインダクタンスのいずれかの周期構造による配置によって決定する手法、及び、スーパープリズム効果によって電界強度を集中させる手法を示す。

本実施形態に係る無線通信システムでは、散乱体２は、ＥＢＧ構造によって構成されており、かかるＥＢＧ構造を有する散乱体２に入射された電波の伝搬方向を集中させる構造を有する。

図１１に示すように、本実施形態に係る無線通信システムで用いられる散乱体２は、入射された電波を、ＥＢＧ構造内の周期構造によって重ね合わせることによって１つの伝搬方向に集中させて二次放射するように構成されている。

具体的には、かかる散乱体２は、かかるＥＢＧ構造内で、入射された電波（平面波）をブロッホ波とする周期構造によって構成されている。

具体的には、本実施形態に係る無線通信システムでは、図１２に示すように、かかるＥＢＧ構造に入射された電波は、各個体の幅を「ｗ」とし、各個体の間隔を「α」として形成した周期構造における回折によって、平面波からブロッホ波に変更されて、かかる周期構造によって決められた方向にのみ二次放射されるように構成されている。

例えば、図１２に示すように、ＥＢＧ構造における各個体の配列を、ａｒｃｔａｎｃ（３.９/６）となるように傾けておくことによって、かかるＥＢＧ構造に入射された電波を、３３度傾いた方向に二次放射することができる。

本実施形態に係る無線通信システムによれば、図１３に示すように、ＥＢＧ構造によるスーパープリズム効果によって、送信側装置によって一次放射された電波（平面波）をブロッホ波として、電波の伝搬方向（二次放射方向）を所望の方向に集中させることによって、不感地域３（所望エリア）における電界強度を大きくすることができる。

（本発明の第４の実施形態に係る無線通信システム）
本発明の第４の実施形態に係る無線通信システムでは、散乱体２は、所定の１又は複数の周波数帯域の電波のみを通過させる構造を有するメタマテリアル材料によって構成されている。

具体的には、図６に示すように、本実施形態に係る無線通信システムでは、散乱体２は、所望の周波数帯域ｆ１の電波についてのみ反射させ、その他の周波数帯域の電波については透過させるように構成されている。

例えば、本実施形態に係る無線通信システムでは、散乱体２は、周波数帯域阻止型のメタマテリアル材料によって構成されている。なお、かかるメタマテリアル材料は、ロッドやリングの周期構造等を含む様々な方法によって実現することができる。

かかる散乱体２を用いた無線通信システムによれば、図７に示すように、散乱体２が、所望の周波数帯域ｆ１の電波を、正規反射における反射角度方向以外の方向に反射させることによって、無線基地局ＢＳからの直接波が届かない不感地域３に当該電波を到達させることができるようになる。

また、かかる散乱体２を用いた無線通信システムによれば、図７に示すように、散乱体２が、所望の周波数帯域ｆ１以外の周波数帯域の電波については、透過（屈折）させるため、使用する周波数帯域の異なる他のシステムに影響を与えたり、所望のエリアに対して不要な干渉を与えたりするといった不具合を回避することができる。

（本発明の第５の実施形態に係る無線通信システム）
本発明の第５の実施形態に係る無線通信システムでは、散乱体２は、所定の１又は複数の周波数帯域の電波のみを二次放射させる構造を有するメタマテリアル材料によって構成されている。

具体的には、図８に示すように、本実施形態に係る無線通信システムでは、散乱体２は、所望の周波数帯域ｆ２の電波についてのみ透過させ、その他の周波数帯域の電波については反射させるように構成されている。

例えば、本実施形態に係る無線通信システムでは、散乱体２は、周波数帯域通過型のメタマテリアル材料によって構成されている。

かかる散乱体２を用いた無線通信システムによれば、図９に示すように、散乱体２が、所望の周波数帯域ｆ２の電波を、透過（屈折）させることによって、無線基地局ＢＳからの直接波が届かない不感地域３に当該電波を到達させることができるようになる。

また、かかる散乱体２を用いた無線通信システムによれば、図９に示すように、散乱体２が、所望の周波数帯域ｆ２以外の周波数帯域の電波については反射させるため、使用する周波数帯域の異なる他のシステムに影響を与えたり、所望のエリアに対して不要な干渉を与えたりするといった不具合を回避することができる。

（本発明の第６の実施形態に係る無線通信システム）
本発明の第６の実施形態に係る無線通信システムでは、散乱体２は、第１周波数帯域及び第２周波数帯域で動作するメタマテリアル材料によって構成されている。

例えば、散乱体２は、複数の周波数を共用するＥＢＧ構造或いはＦＳＳ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ）構造によって構成されている。

例えば、図１０に示すように、２周波共用周波数帯域通過型のＥＢＧ構造を有する散乱体２は、無線基地局ＢＳから第１周波数帯域ｆ２で一次放射された電波を、透過（屈折）によって、不感地域３（所望エリア）に位置する移動局ＵＥに対して二次放射し、移動局ＵＥから第２周波数帯域ｆ１で一次放射された電波を、透過（屈折）によって、無線基地局ＢＳに対して二次放射するように構成されている。

ここで、散乱体２は、無線基地局ＢＳから第１周波数帯域ｆ２以外の周波数帯域で一次放射された電波については反射させるように構成されている。

本実施形態に係る無線通信システムによれば、上り通信と下り通信とで異なる周波数帯域が用いられている場合であっても、１つの散乱体２で、不感地域３の通信品質の向上を実現することができる。

（本発明の第７の実施形態に係る無線通信システム）
本発明の第７の実施形態に係る無線通信システムでは、散乱体２は、メタマテリアル材料の背面に金属反射板を配置することによって構成されている。

例えば、図１４（ａ）に示すように、散乱体２では、メタマテリアル材料を通過することなく金属反射板に到達した電波が、かかる金属反射板で反射した後に、かかるメタマテリアル材料を通過して二次放射されるように構成されていてもよい。

また、図１４（ｂ）に示すように、散乱体２では、かかる散乱体２に入射された電波が、メタマテリアル材料を通過して金属反射板に到達し、かかる金属反射板で反射した電波が、かかるメタマテリアル材料を通過することなく二次放射されるように構成されていてもよい。

本実施形態に係る無線通信システムによれば、金属反射板によって二次放射する電波の電界強度を大きくすると共に、電波を二次放射する方向を柔軟に変更することができるため、従来の反射板による二次放射では届かなかった範囲にまで電波を到達させることができる。

（本発明の第８の実施形態に係る無線通信システム）
本発明の第８の実施形態に係る無線通信システムでは、メタマテリアル材料において、誘電率及び透磁率の少なくとも一方の電気定数を負とし、伝搬定数（波動ベクトルｋ）を負とすることにより、エバネセント波が、当該メタマテリアル材料の内部で増幅する構造とする。

すなわち、本実施形態に係る無線通信システムでは、散乱体は２、エバネセント波の増幅効果によって、当該散乱体２から二次放射される電波の電界強度が大きくなるように構成されている構造を有する。

なお、従来は、エバネセント波は、正の伝搬定数を有する媒質内を伝搬するにつれて指数関数的に電界強度が減衰するので、上述の散乱体に用いることができないと考えられていた。

これに対して、負の伝搬定数を有する媒質内においては、エバネセント波は、伝搬するにつれて電界強度が増幅される。かかる現象を「スーパーレンズ効果」と呼ぶ。

そのため、本実施形態に係る無線通信システムでは、かかるスーパーレンズ効果を考慮して、散乱体２に、エバネセント波がメタマテリアル材料の内部で増幅する構造を用いている。

（変更例）
なお、上述の散乱体２は、電波が入射される面と電波が二次放射される面とが平行でない構造を有するものであってもよいし、ＦＳＳ構造を有する周波数選択板によって構成されていてもよい。

また、上述の散乱体２は、メタマテリアル材料として、誘電率ε及び透磁率μの少なくとも一方が負である材料（人工誘電体や人工磁性体）によって構成されていてもよい。

ここで、誘電率εが負となる人工誘電体は、周期構造を有するロッドの配列によって実現され得る。また、透磁率μが負となる人工磁性体は、周期構造を有する共振リングによって実現され得る。

さらに、誘電率ε及び透磁率μが共に負となる材料（左手系材料）は、周期構造を有するロッドの配列及び周期構造を有する共振リングの組み合わせによって実現され得る。

このような散乱体２を用いることによっても、上述のような周波数選択や負の屈折率（第３象限の方向への屈折）やスーパープリズム効果による電界強度の向上を実現することができる。

なお、上述の散乱体２は、ＥＢＧ構造を有するメタマテリアル材料であってもよいし、ＥＢＧ構造を有しないメタマテリアル材料であってもよい。

また、散乱体２は、送信側装置から一次放射された電波の反射波の位相を制御する反射板によって構成されており、かかる反射板は、送信側装置から一次放射された電波を、正規反射の場合の反射角度と異なる方向に向かう等位相の平面波として反射させるように反射特性が設定されていてもよい。

さらに、かかる反射板は、周波数選択性反射板によって構成されており、送信側装置から一次放射された電波のうち、所定の１又は複数の周波数帯域の電波のみを、正規反射の場合の反射角度と異なる方向に向かう等位相の平面波として反射させるように反射特性が設定されていてもよい。

例えば、散乱体２は、メタマテリアル材料によって構成されたリフレクトアレイによって構成されていてもよい。ここで、「リフレクトアレイ」とは、反射係数の位相差が特定の方向に揃うように配列された素子を総称するものとする。

以上、上述の実施形態を用いて本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。

本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの全体構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムで用いられている散乱体を介して電波の進む方向を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムの全体構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムで用いられている散乱体を介して電波の進む方向を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムで用いられている散乱体を介して電波の進む方向を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態に係る無線通信システムで用いられている散乱体について説明するための図である。 本発明の第４の実施形態に係る無線通信システムの全体構成図である。 本発明の第５の実施形態に係る無線通信システムで用いられている散乱体について説明するための図である。 本発明の第５の実施形態に係る無線通信システムの全体構成図である。 本発明の第６の実施形態に係る無線通信システムの全体構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムで用いられている散乱体について説明するための図である。 本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムで用いられている散乱体を介して電波の進む方向を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムの全体構成図である。 本発明の第７の実施形態に係る無線通信システムで用いられている散乱体について説明するための図である。 従来の無線通信システムの全体構成図である。 従来の無線通信システムで用いられている散乱体を介して電波の進む方向を説明するための図である。

符号の説明

ＢＳ…無線基地局
ＵＥ…移動局
１…送信アンテナ
２…散乱体、反射板
３…不感地域

Claims (11)

1. 送信アンテナを有する無線基地局と、移動局と、前記無線基地局の送信アンテナから一次放射された電波を、反射、屈折或いは透過によって前記移動局に対して二次放射するように構成されている散乱体とを具備する無線通信システムであって、
   前記散乱体は、メタマテリアル材料で構成される多面体であり、
   前記散乱体は、第１の境界面及び第２の境界面を有しており、
   前記無線基地局の送信アンテナから一次放射された電波が、前記第１の境界面を介して、該散乱体に入射する入射角に対して、正規反射の場合の反射角度と異なる方向に散乱し、
   前記正規反射の場合の反射角度と異なる方向に散乱する角度は、空中の屈折率ｎ１及び前記ＥＢＧ構造からなる散乱体の屈折率ｎ２に応じて決定され、
   前記正規反射の場合の反射角度と異なる方向に散乱する角度は、前記第２の境界面を介することにより前記入射角度とは異なり、
   前記散乱体は、前記無線基地局の送信アンテナに対して、前記無線基地局の送信アンテナから一次放射された電波を等位相の平面波として受信することができる遠方界に配置され、
   前記メタマテリアル材料の背面に、反射波と透過波とを制御する金属反射板を配置するように構成されていることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記散乱体は、所定の１又は複数の周波数帯域の電波のみを二次放射させる構造を有することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記散乱体は、ＥＢＧ構造によって構成されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の無線通信システム。
4. 前記散乱体は、入射された前記電波の伝搬方向を集中させるように構成されている構造を有しており、
   前記ＥＢＧ構造は、前記散乱体に入射された前記電波を、ブロッホ波とする周期構造によって構成されていることを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
5. 前記メタマテリアル材料を通過した電波が、前記金属反射板に到達し、該金属反射板で反射した該電波が、該メタマテリアル材料を通過することなく二次放射されるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
6. 前記メタマテリアル材料を通過することなく前記金属反射板に到達した電波が、該金属反射板で反射した後、該メタマテリアル材料を通過して二次放射されるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
7. 前記メタマテリアル材料は、第１周波数帯域及び第２周波数帯域で動作するように構成されており、
   前記メタマテリアル材料は、前記無線基地局から前記第１周波数帯域で一次放射された電波を前記移動局に対して二次放射し、前記移動局から前記第２周波数帯域で一次放射された電波を前記無線基地局に対して二次放射するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無線通信システム。
8. 前記メタマテリアル材料の形状を、多面体で構成し、
   前記メタマテリアル材料に対して第１の入射角度で入射した電波が、第１の境界面によって第２の屈折角度の方向に屈折するように構成されており、
   前記屈折した電波が、該メタマテリアル材料の内部から空中へ出て行く第２の境界面が、
   前記第１の境界面と平行とならないように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の無線通信システム。
9. 前記メタマテリアル材料において、誘電率及び透磁率の少なくとも一方の電気定数を負とし、伝搬定数を負とすることにより、エバネセント波が該メタマテリアル材料の内部で増幅する構造とすることを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
10. 前記散乱体は、前記送信側装置から一次放射された電波の反射波の位相を制御する反射板によって構成されており、
    前記反射板は、前記送信側装置から一次放射された電波を、正規反射の場合の反射角度と異なる方向に向かう等位相の平面波として反射させるように反射特性が設定されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の無線通信システム。
11. 前記反射板は、周波数選択性反射板によって構成されており、
    前記反射板は、前記送信側装置から一次放射された電波のうち、所定の１又は複数の周波数帯域の電波のみを、正規反射の場合の反射角度と異なる方向に向かう等位相の平面波として反射させるように反射特性が設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の無線通信システム。

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