JP7383239B1 - リフレクトアレイ - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1においては、入射波を所望方向に反射するリフレクトアレイは、所定の軸に垂直な表面を有する基板と、基板に設けられた複数の素子とを含み、複数の素子の内の特定の素子は、複数の反射位相の内の特定の反射位相で前記入射波を反射し、複数の素子の各々は、パッチ及び地板を少なくとも有する素子構造を有し、第1の隣接する素子の素子間隔は第2の隣接する素子の素子間隔とは異なるが、第1の隣接する素子のパッチ間の隙間の長さは第2の隣接する素子のパッチ間の隙間の長さに等しい、ことが開示される。
特許文献2においては、中継装置は、金属製の位相シフト要素が交互に置かれた周期配列を備え、配列は、少なくとも1つの軸内において周期的であり、誘電体基材の第1の表面上に形成されており、誘電体基材の反対側の表面が、その上に形成された接地面を有し、それぞれの位相シフト要素は、マイクロ波周波数範囲において、0°~360°の位相シフトを提供する。この中継装置は、マイクロ波ネットワーク内で利用することができる、ことが開示される。
特許文献3においては、メタサーフェス反射板が、誘電体基板、誘電体基板の底面に設けられ、全ての向きの偏波に対しメタサーフェス反射板を透過させない金属グラウンド層、および、アーム長の異なる2種以上の十字型の金属共振器を有する複数のスーパーセルを備える、ことが開示される。金属共振器を有するスーパーセルは、誘電体基板の上面に形成され、入射波の垂直偏波および水平偏波を反射させ、所定周波数での電磁波を要求される位相で異常波反射させる回折格子の周期で配列されている、ことが開示される。
そこで、本発明は、薄膜化および軽量化を実現するリフレクトアレイを提供することを目的とする。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施をするための形態における説明により明らかにされる。
また、同一あるいは同様の機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。また、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。
また、「断面図」は、物の断面の一部または全部を示す場合がある。
また、「所望の反射位相特性を得る」とは、目的とする複数の反射位相を生じさせる特性があることをいう。たとえば、あるパラメータを所定の範囲で変化させた場合に反射位相の上限値と下限値の差を所望の位相差とすることができるとき、または、あるパラメータを所定の範囲内で変化させた場合に目的とする複数の反射位相を得ることができるとき、「所望の反射位相特性を得る」ことができるという。
図1は、第1実施形態に係るリフレクトアレイ1の断面図である。リフレクトアレイ1は、グランド層11と、誘電体層12と、素子パターン層13、を含む。素子パターン層13は、複数の素子パターン14を有する層である。なお、後述するように、素子パターン層13の厚みtpは、例えば、10nm以上18μm以下である。
グランド層11は、リフレクトアレイ1に到達する電磁波を反射させるために設けられる。また、後述する誘電体層12を支持および保護するために用いられる。グランド層11の材料として、無機酸化物材料、金属材料や導電性を有する有機材料など、導電性を有する材料が用いられる。
図1において、誘電体層12の厚みをtとする。誘電体層12としては、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)、塩化ビニル、ウレタン、アクリル、アクリルウレタン、ポリオレフイン、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコ一ン、ポリエチレンテレフタレ一卜、ポリエステル、ポリスチレン、ポリイミド、ポリカーボネー卜、ポリアミド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリテトラフルオロエチレン、シクロオレフィンポリマー、エポキシ等の合成樹脂や、ポリイソプレンゴム、ポリスチレンブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、クロロプレンゴ厶、アクリロニトリル-ブタジエンゴムブタジエンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴムおよびシリコ一ンゴム等の合成ゴム材料を樹脂成分として用いることができる。また、これら樹脂成分を、ガラス繊維や合成繊維、不織布、紙に含浸させたものを用いてもよい。とりわけ、安価で汎用性に優れている点から、ポリエチレンテレフタレ一卜(PET)を用いることが好ましい。なお、これら樹脂材料および合成ゴム材料は、単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。また、誘電体層12は、単層あるいは複層とすることもできる。また、誘電体層12は、上記材料を発泡化した発泡体を使用してもよい。また、発泡体としては、柔軟性の高い発泡体が好ましく用いられる。
素子パターン層13は、入射してきた電磁波を非対称反射させ、対称反射とは異なる方向へ反射させるために設けられる。素子パターン層13の厚みtpは、例えば、10nm以上18μm以下である。柔軟性、製膜性を考慮すると、電磁波を非対称反射させる機能に影響のない範囲内であれば、より薄いことが好ましい。
図2は、リフレクトアレイ1の一部を模式的に示す図である。図2は、反射制御領域10を示す。反射制御領域10は非対称な反射を実現し得る領域の単位である。リフレクトアレイ1は、xy平面において、複数の反射制御領域10を含む。素子パターン層13には、複数の素子パターン14a~14dが含まれる。
上記方法によって反射位相を求めた後、各単位セルにおける反射位相を満たすよう、素子パターン14の形状を変化させ、シミュレーションを行い、素子パターン14の形状の最適化を行う。素子パターンに電磁波が入射した場合に、素子パターン14の形状と反射位相との間の関係は、例えば電磁解析ツール(High Frequency Structure Simulator:HFSS)等を用いたシミュレーションにより求めることができる。素子パターン形状としては例えば、クロスパッチ(十字型)のもの(素子パターン14aおよび14c)、方形のもの(素子パターン14bおよび14d)があげられる。
上記設計に加え、誘電体層12の厚みt(mm)と素子長l(mm)の間の関係について検討を行った結果、次の式(6)の関係式を満たす場合に所望の反射位相特性を得ることができることを見出した。式(6)を満たすことによって、薄膜化したリフレクトアレイ1を得ることができる。ここで、l≧4.4×tである場合に所望の反射位相に得ることができ、一方、l<4.4×tとなると、良好な反射位相が得られないことが分かった。また、誘電体層12の厚みtが0.25mmよりも大きくなると可撓性を有するリフレクトアレイ1の作製が難しくなり、また誘電体層12の厚みtが0.001mmよりも小さくなると誘電体層12の形成が難しくなることが分かった。
図4を参照して、反射位相の性質を説明する。図4は、単位セルに関してシミュレーションをした場合の結果の一例を示す図である。
電磁界解析ツールHFSSにて素子長lを固定とし、素子幅wを変化させ、反射位相のシミュレーションを行う場合、一般的に、グラフA~Cに示されるような位相変化を検出することができる。なお、グラフA~Cは、グランド層11と誘電体層12と素子パターン層13の構成を共通であるが、誘電体層12の厚みtをグラフAは40μm、グラフBは200μm、グラフCは800μmとしてした。素子長lは3.00mmである。例えば破線で示す150°、50°、-100°の3点を反射位相の範囲に含めようとする場合に、グラフBでは3点すべてを含むことができている。このようにグラフBの反射位相特性においては、素子幅wを所定範囲内で変化させた場合、反射位相の上限値と下限値の差を所望の位相差とすることができることから、目的とする複数の所望の反射位相を得ることが可能となる。すなわち、グラフBにおいて「所望の反射位相特性を得る」ことができる。なお、ここで「所望の位相差」は360°に近い値をとるのが望ましいが、これに限定されるわけではない。また「目的とする複数の所望の反射位相」とは360°の中でほぼ均等に分散した複数の反射位相の値であることが望ましい。図4の場合においては、例えば、素子幅wは単位セルのサイズの上限があり、素子幅wに3mm以下の制限がある場合であっても、反射位相が150°となる素子パターンを含む単位セル、反射位相が50°となる素子パターンを含む単位セル、反射位相が-100°となる素子パターンを含む単位セルをそれぞれ形成することができる。これら単位セルを少なくとも含む反射制御領域10とすることによって、所望の動作周波数で機能するリフレクトアレイ1を形成することができる。なお、素子幅wの所定範囲はリフレクトアレイ1とした場合の大きさに基づいて決定される。また、目的とする複数の反射位相は、リフレクトアレイ1に要求される反射位相特性に基づいて決定される。図4では素子幅wを所定範囲内で変化させたが、素子長lを所定範囲内で変化させてもよい。その場合も素子長lが所定範囲内で変化した場合に「所望の反射位相特性を得る」ことができる構成が望ましい。
上述の設計方法においては、素子長lおよび素子幅wを決定して、素子パターンを設計したが、「所望の反射位相特性を得る」ような素子パターンの配置を調整するパラメータは素子長lや素子幅wに限られるものではなく、素子パターンに応じて適宜特定すればよい。
リフレクトアレイ1は、次のように製造することができる。
まず、誘電体層12を形成する。誘電体層12はフィルム状に形成する。
続いて、誘電体層12の一方の面上にグランド層11を形成する。また、誘電体層12の残りの面上に素子パターン層13を形成するための連続膜を形成する。グランド層11および連続膜の形成方法は、膜厚に応じて、スパッタ法、蒸着法、めっき処理などから適宜選択する。また、素子パターン層13の形成には、金属板を圧延したものを用いることも可能である。
次に、連続膜をエッチング法により、目的とする素子パターンの形状に加工し、素子パターン層13を形成する。これにより、グランド層11、誘電体層12、素子パターン層13の順に積層されたリフレクトアレイ1を得ることができる。
シミュレーションによって所望の反射位相が得られるかどうか評価を行い、得られる場合にはリフレクトアレイを設計および作製し、反射特性の評価を行う。反射特性の評価は送信機を固定(サンプルに対し、垂直に入射)し、リフレクトアレイを介し、設計角度に反射された電磁波を受信機を用いて受信するバイスタティック方式にて評価を行う。その後、反射特性の評価を行ったサンプルを内径6インチ、肉厚8mmのコアに巻き付け、1分間保持し、外観に異常がないか(折れや曲げ跡など)、形状がもとに戻るかなど曲げ評価を行う。その後、曲げ評価後特性として、再び反射特性の評価を行い、曲げ評価前後で反射特性に影響がないか確認を行う。なお、曲げ評価指標としてヤング率やコアへの巻き付けにて評価を行っているが、任意の曲率半径での屈曲性試験、曲げ剛性などの指標で評価することも可能である。
図5は、第1実施形態の変形例に係るリフレクトアレイ1aの断面図である。第1実施形態の変形例は、誘電体層12が複数ある。以下の説明において、上述の第1実施形態と同一または同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略または省略する。
なお、リフレクトアレイ1aは、誘電体層12と誘電体層12aの2層を含む構成であるが、構成はこれに限定されない。誘電体層は3層以上であってもよい。
このように、誘電体層の層数または厚みを変更することによって、反射位相特性および反射特性を変更することが可能となる。
第2実施形態は、密着向上層を設ける点で、第1実施形態と異なる。図6および図7は、第2実施形態に係るリフレクトアレイの断面図である。以下の説明において、上述の第1実施形態と同一または同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略または省略する。
なお、図6(3)に示される密着向上層16は、誘電体層12の一面を覆うように形成されている。誘電体層12が外の環境にさらされることを抑制できるため、誘電体層12の劣化を抑制する効果が期待される。このように、密着向上層の形成方法によって、層の保護をすることも可能である。
(構成の一例)
1, 誘電体層12とグランド層11の間および誘電体層12と素子パターン層13の間の両方に密着向上層がある場合(図6(1)、図7(2))
2, 誘電体層12とグランド層11の間のみに密着向上層がある場合(図6(2))
3, 誘電体層12と素子パターン層13の間のみに密着向上層がある場合(図6(3)、図7(1))
第3実施形態は、機能層を設ける点で、第1実施形態と異なる。図8から図14は、第3実施形態に係るリフレクトアレイの断面図である。以下の説明において、上述の第1実施形態と同一または同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略または省略する。
リフレクトアレイは、必要に応じて機能を付加することができる。付加される機能として、例えば、劣化防止性、意匠性、保護・耐擦傷性、防水性、ガス・水蒸気バリア性、難燃性、不燃性、自己消火性、耐候性、防汚、抗菌・抗ウィルス、耐薬品、消臭性、粘着・接着性などが挙げられる。これらの機能を1つ付加させてもよいし、複数を組み合わせてもよい。
〇耐候性
リフレクトアレイの劣化の原因として、大気中に曝したことによる酸化や水蒸気の吸収、太陽光などの光(紫外線)による変質、が考えられる。酸素や水蒸気による劣化を防ぐために、リフレクトアレイの表面にガスバリア性に優れた層を付与することが考えられる。また、特に酸素による劣化を防ぐには、機能層の酸素透過度が500cc/m2・atm・day以下であることが好ましい。この条件を満たすことができれば、フィルムを積層してもよいし、オーバーコート層をドライコーティングまたはウェットコーティングにより付与してもよい。またこれらの層は単層でもよいし、複数を組み合わせたり、積層したりしてもよい。
同様に水蒸気による劣化を防ぐ場合、水蒸気透過度が300g/m2・day以下である層を設けることが好ましい。
太陽光などからの光を防ぐ場合、はUVカット性を有するフィルムや遮光性を有する層を付与することが考えられる。また、紫外線散乱剤、紫外線吸収剤や光安定剤を添加してもよい。
リフレクトアレイを例えば建物の外装または内装に設置する場合、空間との調和を持たせるために、意匠性を付与することが考えられる。具体的には、意匠を施したシート状の素材を接着剤を用いてリフレクトアレイに貼り合せる、または、シート状の素材を熱・圧力をかけてリフレクトアレイに溶着させて貼り付ける、等によって意匠性を付与することができる。
保護・耐擦傷性とは、リフレクトアレイに傷がつくことを防止したり、リフレクトアレイそのものの劣化を防止したりする機能のことである。このような機能を付与する方法として、リフレクトアレイにコーティング加工を施して表面硬度を高めたり、ハードコートフィルムを積層したりすることができる。保護・耐擦傷性の評価として、JIS K5600-5-4にもとづく鉛筆硬度試験にて実施し、H以上であることが好ましい。また、スチールウール(#0000)を用いて荷重1,000gf/cm2で擦った時に、往復摺動回数が1000回を超えるまでは傷が生じないことが好ましい。
リフレクトアレイに難燃性、不燃性を付与する方法として、建築基準法に規定される防火認定が適用された不燃材料、準不燃材料、難燃材料を積層することにより付与できる。例えば難燃繊維や難燃プラスチック、不燃塗料、難燃塗料などがある。難燃繊維としてハロゲン系化合物、リン系化合物、ビニロン繊維、ポリエーテルイミド繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ビニロン繊維、などがある。難燃プラスチックとして、プラスチック材料にハロゲン系、リン系、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの無機系難燃剤を添加したものがある。
また、自己消火性を有する材料として、ナイロン、ポリカーボネート、塩化ビニルなどが挙げられる。
形成方法としては、これらの材料を用いたものを積層するほか、誘電体層12を形成する際にこれらの材料を混合させてもよい。また、難燃プラスチックや繊維であれば、そのまま誘電体層12の材料として用いることもできる。
リフレクトアレイに防汚性を付与する方法として、親水性や撥水性を有する基材を積層したりコーティングしたりすることが感がられる。親水性を有する材料として、光触媒材料やシリカ系材料などを用いることができる。撥水性を有する材料として、フッ素樹脂系、シリコーン系などの材料を用いることができる。抗菌、抗ウィルス性材料として光触媒材料、塩素系、カチオンポリマーを成分とする有機系、銀や亜鉛など金属担持系などが含まれた材料を用いることができる。形成方法としては、これら材料フィルムとして積層するまたはコーティング加工に用いる、誘電体層12の形成時に混合する、等の方法を採用することができる。
機能層の形成方法としては、様々なバリエーションが考えられる。例えば、図8および図9に示されるように、グランド層11およびパターン層13に機能を有する層を積層する、または、図10に示されるように、電体層12に付加機能を有する材料を含ませる構成とすることもできる。
また、図9(1)において、機能層17は、素子パターン14および誘電体層12を覆うように形成される。図9(2)において、機能層17は、素子パターン14の上面にのみ形成される。
また、図10(1)のリフレクトアレイ1lにおいて、誘電体層12に機能を有する材料である機能材料18が混合される。また、図10(2)のリフレクトアレイ1mにおいて、機能を発揮させるための材料を含有した誘電体層12aが用いられている。図10(3)においては、機能層17は誘電体層12上であり、かつ素子パターン14が形成されていない箇所に形成される。
また、図12(1)において、機能層17は+z軸を向く層上には形成されておらず、機能層17とグランド層11の間に密着向上層19が形成される。図12(2)において、機能層17は-z軸を向く層上には形成されておらず、機能層17と誘電体層12の間に密着向上層20が形成される。図12(3)において、密着向上層20は、素子パターン14の上面にのみ形成される。
また、図13において、機能層17は素子パターン14と同じ配置を持つように形成される。図13(2)および(3)において、機能層17は、リフレクトアレイ1vおよび1wの端部も覆うように形成される。
1, グランド層11と素子パターン層13の両方に機能層がある場合(図8、9)
2, グランド層11側のみに機能層がある場合(図12(1)
3, 素子パターン層13側のみに機能層がある場合(図12(2)、図12(3)、図13)
4, 誘電体層12のみに機能層がある場合(図10(3))
5, リフレクトアレイの端部にも機能層が形成される場合(図13(2)、図13(3))
6, グランド層11と素子パターン層13の両方に機能層があり、かつ、密着向上層がある場合(図11)
7, グランド層11のみに機能層があり、かつ、密着向上層がある場合(図12(1))
8, 素子パターン層13のみに機能層があり、かつ、密着向上層がある場合(図12(2)、図12(3)、図13(1))
9, 誘電体層12層内に機能材料18が混ぜ合わさった場合(図10(1))
動作周波数28GHzから100GHz、入射角0°、反射角45°とした場合に、リフレクトアレイの設計、作製を行った。第1実施形態のグランド層11と誘電体層12と素子パターン層13によって形成される構造に基づいて、実施例および比較例を作成し評価を行った。図15は、シミュレーションによって反射制御領域が所望の反射位相特性を得られるかどうかの評価結果を示す図である。図16は、リフレクトアレイを作成した場合の評価結果を示す図である。
評価項目として、「位相シフト確認」「反射特性」「曲げ評価後特性」「可撓性」がある。表1に、各項目について、評価基準は示す。「位相シフト確認」は、上記記載の設計にて「所望の反射位相特性を得る」ことが実現できること、を示す。「反射特性」は、設計した動作周波数、入射角、反射角において、電磁波の強度のピーク(例えば最大値)が得られること、を示す。「可撓性」は、内径6インチ、肉厚8mmのコアに巻きつけ、1分間保持し、目視にて外観にシワや折れ等の外観異常がないこと、を示す曲げ評価後特性」は、可撓性の評価後のサンプルに反射特性評価を行ったときと同じ条件で測定を行い、反射波の強度のピークの変化率が±3%以内であること、を示す。以下の評価基準を満たす場合には、図15および図16において「〇」を付し、満たさない場合には「×」を付す。
誘電体層12として200μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、2μm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は28GHz、λ0は10.7mm、誘電体層12の厚みtは200μm、総厚(すなわち、反射制御領域の厚み。リフレクトアレイを作成した場合にはリフレクトアレイの厚みと同じ)は204μm、単位セルサイズは5.047mm、素子長lは3.0mmである。式(6)および式(7)の条件を満たしており、また「位相シフト確認」に〇と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができた。
また、図16に示されるように、単位セルを3つ含むリフレクトアレイを形成し評価を行った。「反射特性」および「可撓性」のいずれも〇と示されるように、評価結果は要求される水準を満足していた。また、「曲げ後評価特性」に〇と示されるように、可撓性の評価を行った後でも、反射特性に影響が生じなかった。評価結果はいずれも良好であったため、〇と記載している。総合評価に〇と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足している。
誘電体層12として100μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、2μm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は28GHz、λ0は10.7mm、誘電体層12の厚みtは100μm、総厚は104μm、単位セルサイズは3.785mm、素子長lは3.0mmである。式(6)および式(7)の条件を満たしており、また「位相シフト確認」に〇と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができた。
また、図16に示されるように、単位セルを4つ含むリフレクトアレイを形成し評価を行った。「反射特性」および「可撓性」のいずれも〇と示されるように、評価結果は要求される水準を満足していた。また、「曲げ後評価特性」に〇と示されるように、可撓性の評価を行った後でも、反射特性に影響が生じなかった。評価結果はいずれも良好であったため、〇と記載している。総合評価に〇と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足している。
誘電体層12として200μm厚のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として2μm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPTFEの誘電率は2.06、誘電正接は0.0007であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は28GHz、λ0は10.7mm、誘電体層12の厚みtは200μm、総厚は204μm、単位セルサイズは3.785mm、素子長lは3.1mm以上3.6mm以下とした。式(6)および式(7)の条件を満たしており、また「位相シフト確認」に〇と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができた。
また、図16に示されるように、単位セルを4つ含むリフレクトアレイを形成し評価を行った。「反射特性」および「可撓性」のいずれも〇と示されるように、評価結果は要求される水準を満足していた。また、「曲げ後評価特性」に〇と示されるように、可撓性の評価を行った後でも、反射特性に影響が生じなかった。評価結果はいずれも良好であったため、〇と記載している。総合評価に〇と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足している。
誘電体層12として100μm厚のシクロオレフィンポリマーを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として2μm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層の一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたシクロオレフィンポリマーの誘電率は2.32、誘電正接は0.00039であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は28GHz、λ0は10.7mm、誘電体層12の厚みtは100μm、総厚は104μm、単位セルサイズは3.785mm、素子長lは3.24mm以上3.53mm以下とした。式(6)および式(7)の条件を満たしており、また「位相シフト確認」に〇と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができた。
また、図16に示されるように、単位セルを4つ含むリフレクトアレイを形成し評価を行った。「反射特性」および「可撓性」のいずれも〇と示されるように、評価結果は要求される水準を満足していた。また、「曲げ後評価特性」に〇と示されるように、可撓性の評価を行った後でも、反射特性に影響が生じなかった。評価結果はいずれも良好であったため、〇と記載している。総合評価に〇と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足している。
誘電体層12として50μm厚のポリスチレンを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として2μm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたポリスチレンの誘電率は2.32、誘電正接は0.00039であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は28GHz、λ0は10.7mm、誘電体層12の厚みtは50μm、総厚は54μm、単位セルサイズは3.785mm、素子長lは3.45mmとした。式(6)および式(7)の条件を満たしており、また「位相シフト確認」に〇と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができた。
また、図16に示されるように、単位セルを4つ含むリフレクトアレイを形成し評価を行った。「反射特性」および「可撓性」のいずれも〇と示されるように、評価結果は要求される水準を満足していた。また、「曲げ後評価特性」に〇と示されるように、可撓性の評価を行った後でも、反射特性に影響が生じなかった。評価結果はいずれも良好であったため、〇と記載している。総合評価に〇と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足している。
誘電体層12として100μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として300nm厚のCu層を蒸着法により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は28GHz、λ0は10.7mm、誘電体層12の厚みtは100μm、総厚は100.6μm、単位セルサイズは5.047mm、素子長lは3.0mmとした。式(6)および式(7)の条件を満たしており、また「位相シフト確認」に〇と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができた。
また、図16に示されるように、単位セルを4つ含むリフレクトアレイを形成し評価を行った。「反射特性」および「可撓性」のいずれも〇と示されるように、評価結果は要求される水準を満足していた。また、「曲げ後評価特性」に〇と示されるように、可撓性の評価を行った後でも、反射特性に影響が生じなかった。評価結果はいずれも良好でった。ため、〇と記載している。総合評価に〇と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足している。
誘電体層12として100μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として300nm厚のAl層を蒸着法により形成した。Al層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は28GHz、λ0は10.7mm、誘電体層12の厚みtは100μm、総厚は100.6μm、単位セルサイズは5.047mm、素子長lは3.0mmとした。式(6)および式(7)の条件を満たしており、また「位相シフト確認」に〇と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができた。
また、図16に示されるように、単位セルを3つ含むリフレクトアレイを形成し評価を行った。「反射特性」および「可撓性」のいずれも〇と示されるように、評価結果は要求される水準を満足していた。また、「曲げ後評価特性」に〇と示されるように、可撓性の評価を行った後でも、反射特性に影響が生じなかった。評価結果はいずれも良好であったため、〇と記載している。総合評価に〇と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足している。
誘電体層12として50μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、300nm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は60GHz、λ0は4.99mm、誘電体層12の厚みtは50μm、総厚は50.6μm、単位セルサイズは2.355mm、素子長lは1.40mmである。式(6)および式(7)の条件を満たしており、また「位相シフト確認」に〇と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができた。
また、図16に示されるように、単位セルを3つ含むリフレクトアレイを形成し評価を行った。「反射特性」および「可撓性」のいずれも〇と示されるように、評価結果は要求される水準を満足していた。また、「曲げ後評価特性」に〇と示されるように、可撓性の評価を行った後でも、反射特性に影響が生じなかった。評価結果はいずれも良好であったため、〇と記載している。総合評価に〇と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足している。
誘電体層12として200μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、300nm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は60GHz、λ0は4.99mm、誘電体層12の厚みtは200μm、総厚は200.6μm、単位セルサイズは2.355mm、素子長lは1.50mmである。式(6)および式(7)の条件を満たしており、また「位相シフト確認」に〇と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができた。
また、図16に示されるように、単位セルを3つ含むリフレクトアレイを形成し評価を行った。「反射特性」および「可撓性」のいずれも〇と示されるように、評価結果は要求される水準を満足していた。また、「曲げ後評価特性」に〇と示されるように、可撓性の評価を行った後でも、反射特性に影響が生じなかった。評価結果はいずれも良好であったため、〇と記載している。総合評価に〇と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足している。
誘電体層12として20μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、300nm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は100GHz、λ0は2.99mm、誘電体層12の厚みtは20μm、総厚は20.6μm、単位セルサイズは1.413mm、素子長lは0.90mmである。式(6)および式(7)の条件を満たしており、また「位相シフト確認」に〇と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができた。
また、図16に示されるように、単位セルを3つ含むリフレクトアレイを形成し評価を行った。「反射特性」および「可撓性」のいずれも〇と示されるように、評価結果は要求される水準を満足していた。また、「曲げ後評価特性」に〇と示されるように、可撓性の評価を行った後でも、反射特性に影響が生じなかった。評価結果はいずれも良好であったため、〇と記載している。総合評価に〇と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足している。
誘電体層12として50μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、300nm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は100GHz、λ0は2.99mm、誘電体層12の厚みtは50μm、総厚は50.6μm、単位セルサイズは1.413mm、素子長lは0.90mmである。式(6)および式(7)の条件を満たしており、また「位相シフト確認」に〇と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができた。
また、図16に示されるように、単位セルを3つ含むリフレクトアレイを形成し評価を行った。「反射特性」および「可撓性」のいずれも〇と示されるように、評価結果は要求される水準を満足していた。また、「曲げ後評価特性」に〇と示されるように、可撓性の評価を行った後でも、反射特性に影響が生じなかった。評価結果はいずれも良好であったため、〇と記載している。総合評価に〇と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足している。
誘電体層12として300μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、2μm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。ななお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は28GHz、λ0は10.7mm、誘電体層12の厚みtは300μm、総厚は304μm、単位セルサイズは5.047mm、素子長lは3.50mmである。式(6)に含まれる「l≧4.4を満たすか」の条件を満たしているが、式(7)の条件は満たしていない。また、「位相シフト確認」に×と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができなかった。
また、図16に示されるように、反射制御領域において所望の反射位相特性を得ることができなかったため、リフレクトアレイは形成していない。
誘電体層12として764μm厚のフッ素樹脂含侵ガラスクロスを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、18μm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いた誘電体層の誘電率は2.6、誘電正接は0.0025であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は28GHz、λ0は10.7mm、誘電体層12の厚みtは764μm、総厚は800μm、単位セルサイズは5.047mm、素子長lは2.21mm以上3.31mm以下である。式(6)および式(7)の条件のいずれをも満たしておらず、また「位相シフト確認」に×と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができない。
また、図16に示されるように、単位セルを3つ含むリフレクトアレイを形成し評価を行った。「反射特性」に〇と示されるように要求される水準を満足していた。しかし、「可撓性」および「曲げ後評価特性」に×と示されるように、良好な評価結果を得られなかった。総合評価に×と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足していない。
誘電体層12として600μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、2μm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は28GHz、λ0は10.7mm、誘電体層12の厚みtは600μm、総厚は604μm、単位セルサイズは5.047mm、素子長lは3.0mmである。式(6)の条件について、「l≧4.4を満たすか」は〇と示されるように満たしていたが、「0.001<t<0.25」は×と示されるように満たしていない。また、式(7)の条件を満たしており、「位相シフト確認」に〇と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができた。
また、図16に示されるように、単位セルを3つ含むリフレクトアレイを形成し評価を行った。「反射特性」に〇と示されるように要求される水準を満足していた。しかし、「可撓性」および「曲げ後評価特性」に×と示されるように、良好な評価結果を得られなかった。総合評価に×と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足していない。
誘電体層12として1000μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、2μm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は28GHz、λ0は10.7mm、誘電体層12の厚みtは1000μm、総厚は1004μm、単位セルサイズは5.047mm、素子長lは2.5mmである。式(6)の条件について、「l≧4.4を満たすか」は〇と示されるように満たしていたが、「0.001<t<0.25」は×と示されるように満たしていない。また、式(7)の条件を満たしておらず、「位相シフト確認」に×と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができなかった。
また、図16に示されるように、反射制御領域において所望の反射位相特性を得ることができなかったため、リフレクトアレイは形成していない。
誘電体層12として500μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、2μm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は60GHz、λ0は4.99mm、誘電体層12の厚みtは500μm、総厚は504μm、単位セルサイズは2.355mm、素子長lは0.2mmである。式(6)および式(7)の条件はいずれも満たしていない。また、「位相シフト確認」に×と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができなかった。
また、図16に示されるように、反射制御領域において所望の反射位相特性を得ることができなかったため、リフレクトアレイは形成していない。
誘電体層12として1000μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、2μm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は60GHz、λ0は4.99mm、誘電体層12の厚みtは1000μm、総厚は1004μm、単位セルサイズは2.355mm、素子長lは2mmである。式(6)の条件について、「l≧4.4を満たすか」は〇と示されるように満たしているが、「0.001<t<0.25」は×と示されるように満たしていない。また、式(7)の条件はたしていない。「位相シフト確認」に×と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができなかった。
また、図16に示されるように、反射制御領域において所望の反射位相特性を得ることができなかったため、リフレクトアレイは形成していない。
誘電体層12として250μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、2μm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は100GHz、λ0は2.99mm、誘電体層12の厚みtは250μm、総厚は254μm、単位セルサイズは1.413mm、素子長lは0.08mmである。式(6)および式(7)の条件はいずれも満たしていない。また、「位相シフト確認」に×と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができなかった。
また、図16に示されるように、リフレクトアレイは形成していない。「反射特性」に×と示されるように、要求される水準を満していない。なお、「可撓性」に△と示されるように、サンプルによっては許容される水準に到達する場合が見られた。総合評価に×と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足していない。
誘電体層12として200μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、2μm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は100GHz、λ0は2.99mm、誘電体層12の厚みtは200μm、総厚は204μm、単位セルサイズは1.413mm、素子長lは0.015mmである。式(6)の条件について、「l≧4.4を満たすか」は×と示されるように満たしていないが、「0.001<t<0.25」は〇と示されるように満たしている。また、式(7)の条件は満たしていない。「位相シフト確認」に×と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができなかった。
また、図16に示されるように、リフレクトアレイは形成していない。「反射特性」に×と示されるように、要求される水準を満していない。なお、「可撓性」に〇と示されるように、許容される水準を満たす。総合評価に×と示されるように、リフレクトアレイの要件を満足していない。
誘電体層12として400μm厚のPETを用いた。誘電体層12の両面に、グランド層11および素子パターン層13のもととなる層として、2μm厚のCu層をめっき処理により形成した。Cu層のうち一方にはエッチングを行い、素子パターン層13を形成した。なお、用いたPETの誘電率は3.03、誘電正接は0.00476であった。
図15に示されるように、シミュレーションにおいて、動作周波数は100GHz、λ0は2.99mm、誘電体層12の厚みtは400μm、総厚は404μm、単位セルサイズは1.413mm、素子長lは0.5mmである。式(6)および式(7)の条件はいずれも満たしていない。また、「位相シフト確認」に×と示されるように、所望の反射位相特性を得ることができない。
また、図16に示されるように、反射制御領域において所望の反射位相特性を得ることができなかったため、リフレクトアレイは形成していない。
本開示によれば、グランド層、誘電体層、素子パターン層の構造を有するリフレクトアレイを作成する場合、誘電体層の厚みは、式(6)または(7)によって規定される範囲とされる。このようにして製造のしやすさを確保しつつ、リフレクトアレイとした場合の反射特性および可撓性を獲得することができ、リフレクトアレイの薄膜化および軽量化を実現することができる。
また、本開示によれば、リフレクトアレイの可撓性を確保することができるため、リフレクトアレイの設置や交換の際の作業性、軽量性についても獲得することができる。
・ロールtoロールでの生産が可能となり、大面積の反射板が作製可能になる。また生産コスト、時間削減が可能。
・エッチング液、廃液処理用化学物質の使用量削減、エッチング時間の短縮、環境配慮。
・施工時、軽量化が可能で作業者負担を軽減できる。また曲面への貼りつけが可能になる。
・厚みが薄い分、省スペース化が可能。
第4実施形態は、素子パターン14としてクロスパッチ以外の形状が含まれる点で、第1実施形態とは異なる。図17および図18は、素子パターンの形状を示す図である。素子パターン層13には図17および図18に示される素子パターンを含めることが可能であるところ、設計時においてパラメータとして用いられる素子パターンの素子長lの設定についても併せて説明する。
なお、以下の説明において、上述の第1実施形態と同一または同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略または省略する。
また、素子パターン146-2は直角三角形である。辺の長さがそれぞれl6-3、l6-4、l6-5である。この場合、素子パターン146-2の素子長lとして、最も短いl6-3を用いることが可能である。
また、素子パターン147-2は六角形の形状を有しており、辺の長さのうち最も短い長さがl7である。この場合、素子パターン147-2の素子長lとして、l7を用いることが可能である。
このように多角形を素子パターンとしてする場合、辺の長さのうち最も短いものを素子パターンの素子長lとして用いることが可能です。
また、素子パターンの形状は、本開示のものに限定されない。例えば、本開示において示された素子パターンの形状を組み合わせて、所望の形状を持つ素子パターンとすることも可能である。
本発明の内容となり得る態様を以下に述べる、ただしこれに限られるものではない。
(態様1)
グランド層と、誘電体層と、複数の素子パターンを有する素子パターン層を含むリフレクトアレイであって、
前記誘電体層の厚みである厚みt(mm)と、前記複数の素子パターンの長さである素子長l(mm)が以下の関係式を満たすことを特徴とするリフレクトアレイ。
設計周波数における波長である波長λ0(mm)と、前記誘電体層の厚みである厚みt(mm)が以下の関係式を満たすことを特徴とする態様1に記載のリフレクトアレイ。
前記グランド層の表面抵抗値が100Ω/□以下である態様1または2に記載のリフレクトアレイ。
(態様4)
前記グランド層または前記素子パターン層の少なくとも一方の層がCuもしくはAlによって形成される態様1から3のいずれか1つに記載のリフレクトアレイ。
(態様5)
前記少なくとも一方の層の厚みが1μm以下であることを特徴とする、態様4に記載のリフレクトアレイ。
(態様6)
前記素子パターンの幅である素子幅wが3mm以下であることを特徴とする態様1から5のいずれか1つに記載のリフレクトアレイ。
(態様7)
前記素子パターンの幅である素子幅wを所定範囲内で変化させるときに所望の反射位相特性を得ることができる態様1から6のいずれか1つに記載のリフレクトアレイ。
(態様8)
密着向上層をさらに含むことを特徴とする態様1から7のいずれか1つに記載のリフレクトアレイ。
(態様9)
機能層をさらに含むことを特徴とする態様1から8のいずれかに記載のリフレクトアレイ。
10 反射制御領域
11 グランド層
12、12a 誘電体層
13 素子パターン層
14、14a~14d、141~145、146-1、146-2、147-1、147-2 素子パターン
15、16、19、20 密着向上層
17 機能層
18 機能材料
Claims (9)
- 前記グランド層の表面抵抗値が100Ω/□以下である請求項1に記載のリフレクトアレイ。
- 前記グランド層または前記素子パターン層の少なくとも一方の層がCuもしくはAlによって形成される請求項1に記載のリフレクトアレイ。
- 前記少なくとも一方の層の厚みが1μm以下であることを特徴とする、請求項4に記載のリフレクトアレイ。
- 前記素子パターンの幅である素子幅wが3mm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のリフレクトアレイ。
- 前記素子パターンの幅である素子幅wを所定範囲内で変化させるときに所望の反射位相特性を得ることができる請求項1または2に記載のリフレクトアレイ。
- 密着向上層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のリフレクトアレイ。
- 機能層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のリフレクトアレイ。
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