JP7388593B2 - 周波数選択反射板および反射構造体 - Google Patents
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Description
y=ax (1)
の回帰直線を求めたとき、上記回帰直線の傾きaが0.7以上1.2以下であり、上記回帰直線の決定係数が0.9以上であり、上記誘電体層が、上記単位構造として、厚さの異なる3つ以上の上記セル領域を有する第1の単位構造を少なくとも有する、周波数選択反射板を提供する。
本開示における周波数選択反射板は、3つの実施態様を有する。以下、各実施態様に分けて説明する。
本実施態様の周波数選択反射板は、24GHz以上の特定の周波数帯の電磁波を正反射方向とは異なる方向に反射する周波数選択反射板であって、上記電磁波を反射する反射部材と、上記反射部材に対して上記電磁波の入射側に配置され、所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有し、上記電磁波を透過する誘電体層と、を有し、上記誘電体層の上記単位構造は、厚さの異なる複数のセル領域を有し、上記誘電体層の各単位構造では、上記単位構造の上記所定の方向の長さを横軸とし、上記電磁波が上記誘電体層を透過し上記反射部材で反射され上記誘電体層を再度透過して上記電磁波の入射側に放出される際の相対反射位相を縦軸とし、上記電磁波の相対反射位相の値が-360度超0度以下であるグラフに、各セル領域の上記所定の方向の中心位置および各セル領域での上記電磁波の相対反射位相に対応する点をプロットし、最小厚さを有する最小厚さセル領域に対応する点を通る直線を引いたとき、各点が同一直線上にあり、上記誘電体層が、上記単位構造として、厚さの異なる3つ以上の上記セル領域を有する第1の単位構造を少なくとも有し、上記誘電体層の厚さ分布によって上記電磁波の相対反射位相分布を制御することにより、上記電磁波の反射方向を制御するものである。
本実施態様における誘電体層は、反射部材に対して電磁波の入射側に配置され、所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有し、特定の周波数帯の電磁波を透過する部材である。また、誘電体層の単位構造は、厚さの異なる複数のセル領域を有しており、誘電体層の各単位構造では、単位構造の所定の方向の長さを横軸とし、電磁波が誘電体層を透過し反射部材で反射され誘電体層を再度透過して電磁波の入射側に放出される際の相対反射位相を縦軸とし、電磁波の相対反射位相の値が-360度超0度以下であるグラフに、各セル領域の所定の方向の中心位置および各セル領域での電磁波の相対反射位相に対応する点をプロットし、最小厚さを有する最小厚さセル領域に対応する点を通る直線を引いたとき、各点が同一直線上にある。また、誘電体層は、単位構造として、厚さの異なる3つ以上のセル領域を有する第1の単位構造を少なくとも有する。
誘電体層は、所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有する。
p×j×(sinθout×sinφout-sinθin×sinφin)}/λ
ここで、上記式において、
δi,j:位相中心(0,0)に対して(i,j)位置にあるセル領域の反射位相
λ:反射波の波長[m]
p:セル領域の大きさ[m]
θin:入射波のθ傾き
φin:入射波のφ傾き
θout:反射波のθ傾き
φout:反射波のφ傾き
を示す。
誘電体層は、特定の周波数帯の電磁波を透過すればよく、他の周波数帯の電磁波を透過してもよく、しなくてもよい。
誘電体層の材料としては、所定の電磁波を透過することができる誘電体であれば特に限定されるものではなく、例えば樹脂、ガラス、石英、セラミックス等を用いることができる。中でも、凹凸構造の形成の容易さを考慮すると、樹脂が好適である。
誘電体層の形成方法としては、所定の凹凸構造を形成することが可能な方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、樹脂シートの切削、レーザー加工、金型を用いた賦型や真空注型、3Dプリンタによる造形、小片パーツの接合等を挙げることができる。切削、レーザー加工や3Dプリンタ等の、金型を用いない形成方法の場合、目的の反射角に応じたカスタマイズが容易であるため、特殊な設置のシチュエーションや、シミュレーションが困難であるような大規模な波長選択反射板を設計、開発する場合の設計のチューニングにも好適に用いることができる。金型を用いた賦型の場合には、誘電体からなる基材の上に賦型してもよく、この場合の基材および賦型樹脂は所定の電磁波を透過する材料であれば互いに異なる材料を使用してもよい。また、例えば、反射部材および誘電体層を別々に設計し作製する場合において、所定の入射角および反射角となる反射特性を有する誘電体層を予め複数種類準備し、シチュエーションに合わせて誘電体層の種類を選択し、反射部材に対して誘電体層を、法線方向を軸として面内で回転させることで、電磁波の反射方向の微調整を行う場合には、同じ仕様の誘電体層をまとめて作製するほうがコスト的に有利になることがあり、その場合は金型を用いた賦型の手法が好適である。
本実施態様における反射部材は、特定の周波数帯の電磁波を反射する部材である。
本実施態様の周波数選択反射板においては、誘電体層の単位構造の各セル領域の厚さを変えることで、セル領域毎に誘電体層での往復光路長を変化させ、電磁波の相対反射位相を制御することができる。これにより、誘電体層の単位構造のサイズおよび平面視パターン、ならびに、誘電体層の単位構造のセル領域の数および厚さを調整することで、所定の方向から入射した電磁波の反射方向を制御することができる。
本実施態様の周波数選択反射板は、上記の反射部材および誘電体層の他に、必要に応じて他の構成を有していてもよい。
本開示の周波数選択反射板は、上記反射部材と上記誘電体層との間に接着層を有していてもよい。接着層によって、反射部材および誘電体層を接着することができる。また、反射部材が複数の反射素子が配列された部材である場合には、接着層によって、反射素子による凹凸を平坦化することができ、反射部材上に誘電体層を積層する際の反射素子による凹凸の影響を抑えることができる。例えば、図1(b)において、反射部材2と誘電体層5との間には接着層6が配置されている。
本開示の周波数選択反射板は、上記反射部材と上記誘電体層との間に空間を有していてもよい。例えば、図14において、反射部材2と誘電体層5との間には空間8が配置されている。
本開示の周波数選択反射板は、上記誘電体層の上記反射部材とは反対側の面にカバー部材を有していてもよい。カバー部材によって、誘電体層を保護することができる。また、カバー部材によって、意匠性を付与することもできる。
本開示の周波数選択反射板は、上記反射部材の上記誘電体層とは反対側の面にグラウンド層を有していてもよい。グラウンド層によって、周波数選択反射板の裏面に存在する物体との干渉を遮断し、ノイズの発生を抑えることができる。また、グラウンド層は、波長選択性を有しない反射部材の一部にもなり得る。グラウンド層としては、導電性を有していればよく、例えば、金属板、金属層、金属メッシュ、カーボン、ITO膜等の一般的な導電層を用いることができる。
本開示の周波数選択反射板は、上記反射部材と上記誘電体層との間に平坦化層を有していてもよい。反射部材が複数の反射素子が配列された部材である場合には、平坦化層によって、反射素子による凹凸を平坦化することができ、反射部材上に誘電体層を積層する際の反射素子による凹凸の影響を抑えることができる。なお、ここでいう平坦化層は、接着層とは別に配置するものをいい、反射素子を包埋する状態で配置された電離放射線硬化樹脂層を例示することができる。また、反射部材と誘電体層との間に空間を設ける形態の場合は、平坦化層に反射素子を保護する機能を持たせてもよい。
本開示の周波数選択反射板を、例えば壁等に取り付けて使用する場合には、上記反射部材の上記誘電体層とは反対側の面に、周波数選択反射板を取り付けるための機構を有する固定層を配置してもよい。また、固定層と、反射部材および誘電体層との干渉を抑えるために、固定層と反射部材との間に金属層を配置してもよく、固定層が金属層を兼ねてもよい。また、本開示の周波数選択反射板を壁等に取り付ける場合に、設計した電磁波の入射方向および反射方向と、実際の電磁波の入射方向および反射方向とのずれを補正できるように、固定層は周波数選択反射板の法線方向の角度を可変にする機構を有していてもよい。
高周波の場合には誘電体層界面での反射の影響も考えられるため、本開示の周波数選択反射板においては、必要に応じて、誘電体層と空気との界面に反射防止層を配置してもよい。反射防止層は、例えば、誘電率の異なる多層構造を有していてもよく、電磁波の波長よりも小さい凹凸構造を有していてもよい。
本開示の周波数選択反射板は、24GHz以上の特定の周波数帯の電磁波を正反射方向とは異なる方向に反射する。電磁波の周波数帯としては、24GHz以上であれば特に限定されないが、中でも、24GHz以上300GHz以下の範囲内であることが好ましい。電磁波の周波数帯が上記範囲であれば、本開示の周波数選択反射板を第5世代移動通信システム、いわゆる5Gに利用することができる。
本実施態様の周波数選択反射板は、24GHz以上の特定の周波数帯の電磁波を正反射方向とは異なる方向に反射する周波数選択反射板であって、上記電磁波を反射する反射部材と、上記反射部材に対して上記電磁波の入射側に配置され、所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有し、上記電磁波を透過する誘電体層と、を有し、上記誘電体層の上記単位構造は、厚さの異なる複数のセル領域を有し、上記誘電体層の各単位構造では、最小厚さを有する最小厚さセル領域における上記所定の方向の中心位置を0とし、最大厚さを有する最大厚さセル領域の上記所定の方向の中心位置を1としたときの、相対位置を横軸とし、上記最小厚さセル領域の厚さを0とし、上記最大厚さセル領域の厚さを1としたときの、上記最大厚さセル領域の厚さに対する各セル領域の厚さの比を縦軸とするグラフに、各セル領域の上記所定の方向の中心位置および上記最大厚さセル領域の厚さに対する各セル領域の厚さの比に対応する点をプロットし、下記式(1):
y=ax (1)
の回帰直線を求めたとき、上記回帰直線の傾きaが0.7以上1.2以下であり、上記回帰直線の決定係数が0.9以上であり、上記誘電体層が、上記単位構造として、厚さの異なる3つ以上の上記セル領域を有する第1の単位構造を少なくとも有する。本実施態様の周波数選択反射板は、上記第1実施態様の周波数選択反射板と同様に、上記誘電体層の厚さ分布によって上記電磁波の相対反射位相分布を制御することにより、上記電磁波の反射方向を制御する。
y=ax (1)
の回帰直線を求めたとき、回帰直線の傾きaが所定の範囲内であり、回帰直線の決定係数R2が所定の範囲である。
Px=(所定の方向のPxおよびP0間の距離)/(所定の方向のP1およびP0間の距離) (2)
厚さの比=(Tn-Tmin)/(Tmax-Tmin) (3)
y=ax (1)
の回帰直線RLを求めたとき、回帰直線RLの傾きaが所定の範囲内であり、回帰直線RLの決定係数R2が所定の範囲である。
本実施態様における誘電体層は、反射部材に対して電磁波の入射側に配置され、所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有し、特定の周波数帯の電磁波を透過する部材である。また、誘電体層の単位構造は、厚さの異なる複数のセル領域を有しており、誘電体層の各単位構造では、最小厚さを有する最小厚さセル領域の所定の方向の中心位置を0とし、最大厚さを有する最大厚さセル領域の所定の方向の中心位置を1としたときの、相対位置を横軸とし、最小厚さセル領域の厚さを0とし、最大厚さセル領域の厚さを1としたときの、最大厚さセル領域の厚さに対する各セル領域の厚さの比を縦軸とするグラフに、各セル領域の所定の方向の中心位置および最大厚さセル領域の厚さに対する各セル領域の厚さの比に対応する点をプロットし、下記式(1):
y=ax (1)
の回帰直線を求めたとき、回帰直線の傾きaが0.7以上1.2以下であり、回帰直線の決定係数が0.9以上である。また、誘電体層は、単位構造として、厚さの異なる3つ以上のセル領域を有する第1の単位構造を少なくとも有する。
誘電体層は、所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有する。
y=ax (1)
の回帰直線を求めたとき、回帰直線の傾きaが0.7以上1.2以下であり、回帰直線の決定係数が0.9以上である。
誘電体層の特性については、上記第1実施態様と同様である。
誘電体層の材料については、上記第1実施態様と同様である。
誘電体層の形成方法については、上記第1実施態様と同様である。
本実施態様における反射部材は、特定の周波数帯の電磁波を反射する部材である。反射部材については、上記第1実施態様と同様である。
本実施態様において、電磁波の反射方向の制御については、上記第1実施態様と同様である。
本実施態様の周波数選択反射板は、上記の反射部材および誘電体層の他に、必要に応じて他の構成を有していてもよい。他の構成については、上記第1実施態様と同様である。
本実施態様において、電磁波の周波数帯および用途については、上記第1実施態様と同様である。
本実施態様の周波数選択反射板は、24GHz以上の特定の周波数帯の電磁波を正反射方向とは異なる方向に反射する周波数選択反射板であって、上記電磁波を反射する反射部材と、上記反射部材に対して上記電磁波の入射側に配置され、所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有し、上記電磁波を透過する誘電体層と、を有し、上記誘電体層の上記単位構造は、厚さの異なる複数のセル領域を有し、上記誘電体層の各単位構造では、最小厚さと最大厚さとの差が、0.2mm以上15mm以下であり、上記誘電体層が、上記単位構造として、厚さの異なる3つ以上の上記セル領域を有する第1の単位構造を少なくとも有する。本実施態様の周波数選択反射板は、上記第1実施態様の周波数選択反射板と同様に、上記誘電体層の厚さ分布によって上記電磁波の相対反射位相分布を制御することにより、上記電磁波の反射方向を制御する。
本実施態様における誘電体層は、反射部材に対して電磁波の入射側に配置され、所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有し、特定の周波数帯の電磁波を透過する部材である。また、誘電体層の単位構造は、厚さの異なる複数のセル領域を有しており、誘電体層の各単位構造では、最小厚さと最大厚さとの差が所定の範囲内である。
誘電体層は、所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有する。
誘電体層の特性については、上記第1実施態様と同様である。
誘電体層の材料については、上記第1実施態様と同様である。
誘電体層の形成方法については、上記第1実施態様と同様である。
本実施態様における反射部材は、特定の周波数帯の電磁波を反射する部材である。反射部材については、上記第1実施態様と同様である。
本実施態様において、電磁波の反射方向の制御については、上記第1実施態様と同様である。
本実施態様の周波数選択反射板は、上記の反射部材および誘電体層の他に、必要に応じて他の構成を有していてもよい。他の構成については、上記第1実施態様と同様である。
本実施態様において、電磁波の周波数帯および用途については、上記第1実施態様と同様である。
本開示における誘電体層は、上述の周波数選択反射板に用いられる部材である。
本開示の反射構造体は、特定の周波数帯の電磁波を正反射方向とは異なる方向に反射する周波数選択反射板と、上記周波数選択反射板の上方に配置された保護部材と、を有する反射構造体であって、上記保護部材の厚さが、上記保護部材内を伝搬する上記電磁波の実効波長の1/4未満である。
本開示における保護部材は、周波数選択反射板の上方に配置され、所定の厚さを有する。
保護部材の厚さとしては、保護部材内を伝搬する特定の周波数帯の電磁波の実効波長の1/4未満であり、中でも、上記実効波長の1/6以下であることが好ましく、上記実効波長の1/15以下であることがより好ましい。保護部材の厚さが上記範囲のように薄いことにより、保護部材による電磁波の減衰を抑制することができる。また、保護部材の厚さが上記実効波長の1/15以下である場合には、保護部材による電磁波の減衰を著しく抑制することができる。後述するように、電磁波の周波数帯は24GHz以上であることが好ましく、すなわち電磁波の空気中での波長は12.49mm以下であることが好ましい。この場合において、保護部材に電磁波の実効波長が空気中での波長に近い材料を用いた場合には、保護部材の厚さは3.1mm程度になる。そのため、保護部材の厚さは、具体的には、3.1mm程度以下とすることができる。また、保護部材の厚さは、電磁波の減衰の抑制の観点からは薄いほど好ましいが、周波数選択反射板の保護や保護部材の強度、剛性等の観点から、例えば、5μm以上であることが好ましく、50μm以上であることがより好ましく、100μm以上であることがさらに好ましい。
保護部材は、一つの層で構成される単層構造を有していてもよく、複数の層を有する多層構造を有していてもよい。
本開示における保護部材を構成する保護シートは、周波数選択反射板を保護する部材である。
保護シートは、特定の周波数帯の電磁波を透過すればよく、他の周波数帯の電磁波を透過してもよく、しなくてもよい。
保護シートの材料としては、例えば、特定の周波数帯の電磁波を透過することができる非導電性材料であれば特に限定されるものではなく、具体的には、樹脂、ガラス、石英、セラミックス等を用いることができる。
保護シートは、一つの層で構成される単層構造を有していてもよく、複数の層を有する多層構造を有していてもよい。
保護シートが、樹脂層および意匠層を少なくとも有する場合、例えば、樹脂基材である樹脂層と意匠層とを有していてもよく、紙基材と意匠層とコート層である樹脂層とを有していてもよい。
保護シートが、樹脂基材である樹脂層と意匠層とを有する場合、保護シートの層構成は特に限定されるものではない。保護シートは、例えば、周波数選択反射板側から順に、樹脂層、意匠層、表面保護層を有していてもよく、樹脂層、意匠層、プライマー層、表面保護層を有していてもよく、第1の樹脂層、意匠層、接着剤層、第2の樹脂層、表面保護層を有していてもよく、第1の樹脂層、意匠層、接着剤層、第2の樹脂層、プライマー層、表面保護層を有していてもよく、意匠層、樹脂層、表面保護層を有していてもよく、意匠層、接着剤層、樹脂層、プライマー層、表面保護層を有していてもよい。また、保護機能を有する樹脂層上に意匠層が配置されている場合、意匠層のみを変更可能なように、樹脂層と意匠層とを分離可能にする、あるいは樹脂層と意匠層および表面保護層とを分離可能にしてもよい。この場合、各層の間に再剥離性を有する粘着層や接着層を配置してもよく、あるいは各層を構造的に密着させるような構成にしてもよい。
保護シートが、紙基材と意匠層とコート層である樹脂層とを有する場合、保護シートの層構成は特に限定されるものではなく、保護シートは、例えば、周波数選択反射板側から順に、紙基材、意匠層、樹脂層を有することができる。
保護シートが、意匠層を兼ねる樹脂層を少なくとも有する場合、樹脂層としては、例えば、印刷が施された紙基材に樹脂を含浸させた樹脂含浸紙を挙げることができる。
本開示における保護部材21は、例えば図18(a)に示すように、周波数選択反射板1側から順に、接着層23と、保護シート22とを有することができる。接着層は、保護部材を周波数選択反射板に直接的または間接的に接着させるための層である。
本開示において、保護部材は、周波数選択反射板の上方に配置されていればよく、周波数選択反射板に接するように配置されていてもよく、周波数選択反射板に接しないように配置されていてもよい。保護部材が周波数選択反射板に接するように配置されている場合には、保護部材を周波数選択反射板によって支持することができ、保護部材の厚さが薄い場合においても保護部材のたわみを抑制することができる。
本開示における周波数選択反射板は、特定の周波数帯の電磁波を正反射方向とは異なる方向に反射する部材である。
本開示における周波数選択反射板の第1態様は、上記電磁波を反射する反射部材を有し、この反射部材が、上記電磁波の反射位相を制御する反射位相制御機能を有する。
本態様における反射部材は、特定の周波数帯の電磁波を反射し、電磁波の反射位相を制御する反射位相制御機能を有する部材である。
本態様の周波数選択反射板は、上記の反射部材の他に、必要に応じて他の構成を有していてもよい。
本態様の周波数選択反射板は、上記反射部材の上記保護部材とは反対側の面にグラウンド層を有していてもよい。グラウンド層については、上述の「A.周波数選択反射板」の項に記載した内容と同様である。
本態様の周波数選択反射板は、上記反射部材の上記保護部材側の面に平坦化層を有していてもよい。平坦化層については、上述の「A.周波数選択反射板」の項に記載した内容と同様である。
本開示における周波数選択反射板の第2態様は、上記保護部材側から順に、所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有し、上記電磁波を透過する誘電体層と、上記電磁波を反射する反射部材と、を有し、上記誘電体層の上記単位構造は、厚さの異なる複数のセル領域を有し、上記誘電体層が、上記単位構造として、厚さの異なる3つ以上の上記セル領域を有する第1の単位構造を少なくとも有し、上記誘電体層の厚さ分布によって上記電磁波の相対反射位相分布を制御することにより、上記電磁波の反射方向を制御するものである。
本開示における周波数選択反射板は、特定の周波数帯の電磁波を正反射方向とは異なる方向に反射する。電磁波の周波数帯については、上述の「A.周波数選択反射板」の項に記載した内容と同様である。一方、電磁波の周波数帯が高すぎると、保護部材の厚さをかなり薄くする必要があり、保護に必要な機械強度等を考慮した場合、電磁波の減衰を十分に抑制することができない可能性がある。
本開示の反射構造体は、上記の周波数選択反射板および保護部材の他に、必要に応じて他の構成を有していてもよい。
本開示の反射構造体においては、例えば図19(a)、(b)に示すように、周波数選択反射板1の外周に支持部材24が配置されており、保護部材21が支持部材24によって支持されていてもよい。すなわち、保護部材は、支持部材に接するように配置されていてもよい。保護部材が支持部材に支持されていることにより、保護部材の厚さが薄い場合においても保護部材のたわみを抑制することができる。また、保護部材および支持部材によって、周波数選択反射板を封止することができ、周波数選択反射板への異物の付着を抑制することができる。
本開示の反射構造体を、例えば壁等に取り付けて使用する場合には、上記周波数選択反射板の上記保護部材とは反対側の面に、反射構造体を取り付けるための機構を有する固定部材を配置してもよい。また、壁等の設置面と、周波数選択反射板との干渉を抑えるために、固定部材は、設置面と周波数選択反射板との距離を所定の間隔離す構造を有していてもよく、空気に近い誘電率を持つ所定の厚さの層を有していてもよい。また、固定部材と、周波数選択反射板との干渉を抑えるために、固定部材と周波数選択反射板との間に金属層を配置してもよく、固定部材が金属層を兼ねてもよい。また、本開示の反射構造体を壁等に取り付ける場合に、設計した電磁波の入射方向および反射方向と、実際の電磁波の入射方向および反射方向とのずれを補正できるように、固定部材は周波数選択反射板の法線方向の角度を可変にする機構を有していてもよい。
本開示においては、反射構造体の外周に封止部材が配置されていてもよい。周波数選択反射板の外周の全部に支持部材が配置されていない場合、具体的には、第1態様の周波数選択反射板の場合であって、保護部材が周波数選択反射板に接して配置されている場合や、第2態様の周波数選択反射板の場合であって、誘電体層が、個々のセル領域が別々に形成されており、ブロック状のセル領域が配列されたものである場合等において、反射構造体の外周に封止部材が配置されていることにより、反射構造体の外周からの異物や水分等の侵入を抑制することができる。
周波数選択反射板の反射特性のシミュレーションを行った。シミュレーションでは、誘電体層の単位構造は、図20(a)に示すように、一方向に厚さが増加する厚さ分布を有し、厚さの異なる6個のセル領域を有しており、誘電体層は、単位構造が一方向に繰り返し配置された周期構造を有するモデルを用いた。また、シミュレーションでは、反射部材は、リング状の反射素子が規則的に配列されており、入射波の周波数で共振し、その周波数の電磁波を反射するモデルとした。また、シミュレーションでは下記のパラメータを用いた。
入射波の入射角:0度、-10度
反射波の所望反射角:27度、37度
隣接するセル領域での相対反射位相の差:60度
周波数選択反射板の反射特性のシミュレーションを行った。シミュレーションでは、誘電体層の単位構造は、図21(a)に示すように、一方向に厚さが増加する厚さ分布を有し、厚さの異なる10個のセル領域を有しており、誘電体層は、単位構造が一方向に繰り返し配置された周期構造を有するモデルを用いた。また、シミュレーションでは、反射部材は、リング状の反射素子が規則的に配列されており、入射波の周波数で共振し、その周波数の電磁波を反射するモデルとした。また、シミュレーションでは下記のパラメータを用いた。
入射波の入射角:0度
反射波の所望反射角:16度
隣接するセル領域での相対反射位相の差:36度
まず、実施例1の反射部材のモデルに合わせて、銅箔付きPETフィルムをエッチングして、リング状の反射素子が規則的に配列された反射部材を作製した。また、実施例1の誘電体層のモデルに合わせて、3Dプリンタで誘電体層を成形した。次に、反射部材上に誘電体層を貼り付けて、周波数選択反射板を作製した。
リフレクトアレイの解析で、図22に示すような、一般的な伝送線路等価回路を用いて、FSSを有する反射部材と誘電体層とを有する周波数選択反射板について反射位相を算定した。なお、図22における記号は下記の通りである。
ZVAC:空気の特性インピーダンスを持つ伝送線路を示す。線路長は、誘電体層の最上面より遠くの任意の距離に設定された位相観測面から、誘電体層の厚さを減じた長さである。
ZPC:誘電体層の特性インピーダンスをもつ伝送線路を示す。線路長は誘電体層hの厚さである。
r:FSSのリング状の反射素子の抵抗を示す。
L:FSSのリング状の反射素子のインダクタンスを示す。
C:FSSのリング状の反射素子の容量を示す。
ZPET:FSSのリング状の反射素子を配置する誘電体基板の誘電率を持つ伝送線路を示す。線路長は誘電体基板の厚さである。
ZL:誘電体基板の裏面の空間の特性インピーダンスを示す。この空間は、空気で満たされている。
反射構造体の反射特性のシミュレーションを行った。シミュレーションでは、周波数選択反射板の誘電体層の単位構造は、図23(a)に示すように、一方向に厚さが増加する厚さ分布を有し、厚さの異なる6個のセル領域を有しており、誘電体層は、単位構造が一方向に繰り返し配置された周期構造を有するモデルを用いた。また、シミュレーションでは、反射部材は、リング状の反射素子が規則的に配列されており、入射波の周波数で共振し、その周波数の電磁波を反射するモデルとした。また、シミュレーションでは、周波数選択反射板について、下記のパラメータを用いた。また、シミュレーションでは、保護部部材の厚さは、上記電磁波の実効波長λgの1/3~1/15とした。
入射波の入射角:0度
反射波の所望反射角:27度
隣接するセル領域での相対反射位相の差:60度
周波数選択反射板の反射特性のシミュレーションを行った。シミュレーションでは、誘電体層の単位構造は、一方向に厚さが増加する厚さ分布を有し、厚さの異なる3個、5個または8個のセル領域を有しており、誘電体層は、単位構造が一方向に繰り返し配置された周期構造を有するモデルを用いた。また、シミュレーションでは、反射部材は、リング状の反射素子が規則的に配列されており、入射波の周波数で共振し、その周波数の電磁波を反射するモデルとした。そして、誘電体層の単位構造において、各セル領域での電磁波の相対反射位相が所定の設定になるように設計を行った。
2 … 反射部材
3 … 反射素子
4 … 誘電体基板
5 … 誘電体層
6 … 接着層
7 … 反射層
8 … 空間
10、10a、10b … 単位構造
11a~11g、12a~12f、13a~13e … セル領域
20 … 反射構造体
21 … 保護部材
22 … 保護シート
23 … 接着層
24 … 支持部材
D1 … 所定の方向
L … 厚さが増加する所定の方向における単位構造の長さ
t1、t2、t3、t4、t5、t6 … セル領域の厚さ
T … 保護部材の厚さ
Claims (29)
- 24GHz以上の特定の周波数帯の電磁波を正反射方向とは異なる方向に反射する周波数選択反射板であって、
前記電磁波を反射する反射部材と、
前記反射部材に対して前記電磁波の入射側に配置され、所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有し、前記電磁波を透過する誘電体層と、
を有し、前記誘電体層の前記単位構造は、厚さの異なる複数のセル領域を有し、
前記誘電体層の各単位構造では、前記単位構造の前記所定の方向の長さを横軸とし、前記電磁波が前記誘電体層を透過し前記反射部材で反射され前記誘電体層を再度透過して前記電磁波の入射側に放出される際の相対反射位相を縦軸とし、前記電磁波の相対反射位相の値が-360度超0度以下であるグラフに、各セル領域の前記所定の方向の中心位置および各セル領域での前記電磁波の相対反射位相に対応する点をプロットし、最小厚さを有する最小厚さセル領域に対応する点を通る直線を引いたとき、各点が同一直線上にあり、
前記誘電体層が、前記単位構造として、厚さの異なる3つ以上の前記セル領域を有する第1の単位構造を少なくとも有し、
前記誘電体層の厚さ分布によって前記電磁波の相対反射位相分布を制御することにより、前記電磁波の反射方向を制御する、周波数選択反射板。 - 前記誘電体層の前記単位構造では、隣接する前記セル領域での前記電磁波の相対反射位相の差の絶対値が0度超180度未満である、請求項1に記載の周波数選択反射板。
- 前記誘電体層の前記単位構造では、隣接する前記セル領域での前記電磁波の相対反射位相の差が等しい、請求項1または請求項2に記載の周波数選択反射板。
- 前記誘電体層の前記単位構造では、最小厚さを有する最小厚さセル領域での前記電磁波の相対反射位相と、最大厚さを有する最大厚さセル領域での前記電磁波の相対反射位相との差の絶対値が、360度未満である、請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の周波数選択反射板。
- 24GHz以上の特定の周波数帯の電磁波を正反射方向とは異なる方向に反射する周波数選択反射板であって、
前記電磁波を反射する反射部材と、
前記反射部材に対して前記電磁波の入射側に配置され、所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有し、前記電磁波を透過する誘電体層と、
を有し、前記誘電体層の前記単位構造は、厚さの異なる複数のセル領域を有し、
前記誘電体層の各単位構造では、最小厚さを有する最小厚さセル領域の前記所定の方向の中心位置を0とし、最大厚さを有する最大厚さセル領域の前記所定の方向の中心位置を1としたときの、相対位置を横軸とし、前記最小厚さセル領域の厚さを0とし、前記最大厚さセル領域の厚さを1としたときの、前記最大厚さセル領域の厚さに対する各セル領域の厚さの比を縦軸とするグラフに、各セル領域の前記所定の方向の中心位置および前記最大厚さセル領域の厚さに対する各セル領域の厚さの比に対応する点をプロットし、下記式(1):
y=ax (1)
の回帰直線を求めたとき、前記回帰直線の傾きaが0.7以上1.2以下であり、前記回帰直線の決定係数が0.9以上であり、
前記誘電体層が、前記単位構造として、厚さの異なる3つ以上の前記セル領域を有する第1の単位構造を少なくとも有する、周波数選択反射板。 - 24GHz以上の特定の周波数帯の電磁波を正反射方向とは異なる方向に反射する周波数選択反射板であって、
前記電磁波を反射する反射部材と、
前記反射部材に対して前記電磁波の入射側に配置され、所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有し、前記電磁波を透過する誘電体層と、
を有し、前記誘電体層の前記単位構造は、厚さの異なる複数のセル領域を有し、
前記誘電体層の各単位構造では、最小厚さと最大厚さとの差が、0.2mm以上15mm以下であり、
前記誘電体層が、前記単位構造として、厚さの異なる3つ以上の前記セル領域を有する第1の単位構造を少なくとも有する、周波数選択反射板。 - 前記誘電体層の各単位構造では、最小厚さと最大厚さとの差が、0.2mm以上15mm以下である、請求項1から請求項5までのいずれかの請求項に記載の周波数選択反射板。
- 前記反射部材が、前記電磁波のみを反射する周波数選択板である、請求項1から請求項7までのいずれかの請求項に記載の周波数選択反射板。
- 前記反射部材が、前記電磁波の反射位相を制御する反射位相制御機能を有する、請求項8に記載の周波数選択反射板。
- 前記誘電体層が、前記単位構造が繰り返し配置された周期構造を有する、請求項1から請求項9までのいずれかの請求項に記載の周波数選択反射板。
- 前記誘電体層が、前記単位構造として、前記第1の単位構造とは異なる第2の単位構造を有する、請求項1から請求項10までのいずれかの請求項に記載の周波数選択反射板。
- 前記誘電体層が樹脂を含有する、請求項1から請求項11までのいずれかの請求項に記載の周波数選択反射板。
- 前記誘電体層がフィラーを含有する、請求項12に記載の周波数選択反射板。
- 前記反射部材の前記誘電体層とは反対側の面にグラウンド層を有する、請求項1から請求項13までのいずれかの請求項に記載の周波数選択反射板。
- 前記反射部材と前記誘電体層との間に接着層を有する、請求項1から請求項14までのいずれかの請求項に記載の周波数選択反射板。
- 前記反射部材と前記誘電体層との間に空間を有する、請求項1から請求項14までのいずれかの請求項に記載の周波数選択反射板。
- 前記誘電体層の前記反射部材とは反対側の面にカバー部材を有する、請求項1から請求項16までのいずれかの請求項に記載の周波数選択反射板。
- 前記電磁波の周波数が300GHz以下である、請求項1から請求項17までのいずれかの請求項に記載の周波数選択反射板。
- 請求項1から請求項18までのいずれかの請求項に記載の周波数選択反射板に用いられる、誘電体層。
- 特定の周波数帯の電磁波を正反射方向とは異なる方向に反射する周波数選択反射板と、
前記周波数選択反射板の上方に配置された保護部材と、
を有する反射構造体であって、
前記保護部材の厚さが、前記保護部材内を伝搬する前記電磁波の実効波長の1/4未満である、反射構造体。 - 前記周波数選択反射板が、前記保護部材側から順に、
所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有し、前記電磁波を透過する誘電体層と、
前記電磁波を反射する反射部材と、
を有し、前記誘電体層の前記単位構造は、厚さの異なる複数のセル領域を有し、
前記誘電体層の各単位構造では、前記単位構造の前記所定の方向の長さを横軸とし、前記電磁波が前記誘電体層を透過し前記反射部材で反射され前記誘電体層を再度透過して前記保護部材側に放出される際の相対反射位相を縦軸とし、前記電磁波の相対反射位相の値が-360度超0度以下であるグラフに、各セル領域の前記所定の方向の中心位置および各セル領域での前記電磁波の相対反射位相に対応する点をプロットし、最小厚さを有する最小厚さセル領域に対応する点を通る直線を引いたとき、各点が同一直線上にあり、
前記誘電体層が、前記単位構造として、厚さの異なる3つ以上の前記セル領域を有する第1の単位構造を少なくとも有し、
前記誘電体層の厚さ分布によって前記電磁波の相対反射位相分布を制御することにより、前記電磁波の反射方向を制御する、請求項20に記載の反射構造体。 - 前記周波数選択反射板が、前記保護部材側から順に、
所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有し、前記電磁波を透過する誘電体層と、
前記電磁波を反射する反射部材と、
を有し、前記誘電体層の前記単位構造は、厚さの異なる複数のセル領域を有し、
前記誘電体層の各単位構造では、最小厚さを有する最小厚さセル領域の前記所定の方向の中心位置を0とし、最大厚さを有する最大厚さセル領域の前記所定の方向の中心位置を1としたときの、相対位置を横軸とし、前記最小厚さセル領域の厚さを0とし、前記最大厚さセル領域の厚さを1としたときの、前記最大厚さセル領域の厚さに対する各セル領域の厚さの比を縦軸とするグラフに、各セル領域の前記所定の方向の中心位置および前記最大厚さセル領域の厚さに対する各セル領域の厚さの比に対応する点をプロットし、下記式(1):
y=ax (1)
の回帰直線を求めたとき、前記回帰直線の傾きaが0.7以上1.2以下であり、前記回帰直線の決定係数が0.9以上であり、
前記誘電体層が、前記単位構造として、厚さの異なる3つ以上の前記セル領域を有する第1の単位構造を少なくとも有する、請求項20に記載の反射構造体。 - 前記周波数選択反射板が、前記保護部材側から順に、
所定の方向に厚さが増加する厚さ分布を有する単位構造が複数配置された凹凸構造を有し、前記電磁波を透過する誘電体層と、
前記電磁波を反射する反射部材と、
を有し、前記誘電体層の前記単位構造は、厚さの異なる複数のセル領域を有し、
前記誘電体層の各単位構造では、最小厚さと最大厚さとの差が、0.2mm以上15mm以下であり、
前記誘電体層が、前記単位構造として、厚さの異なる3つ以上の前記セル領域を有する第1の単位構造を少なくとも有する、請求項20に記載の反射構造体。 - 前記反射部材が、前記電磁波のみを反射する周波数選択板である、請求項21から請求項23までのいずれかの請求項に記載の反射構造体。
- 前記反射部材が、前記電磁波の反射位相を制御する反射位相制御機能を有する、請求項24に記載の反射構造体。
- 前記周波数選択反射板が、前記電磁波を反射する反射部材を有し、
前記反射部材が、前記電磁波の反射位相を制御する反射位相制御機能を有する、請求項20に記載の反射構造体。 - 前記保護部材が、前記周波数選択反射板に支持されている、請求項20から請求項26までのいずれかの請求項に記載の反射構造体。
- 前記周波数選択反射板の外周に支持部材が配置されており、前記保護部材が、前記支持部材に支持されている、請求項20から請求項27までのいずれかの請求項に記載の反射構造体。
- 前記保護部材が、前記周波数選択反射板側から順に、接着層と、保護シートと、を有する、請求項20から請求項28までのいずれかの請求項に記載の反射構造体。
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