JP7525011B1 - Reflectarray, electromagnetic wave reflection system, and reflectarray installation method - Google Patents
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Abstract
【課題】広い角度範囲から入射する電磁波を特定の反射角度に反射させることのできるリフレクトアレイ、電磁波反射システムおよびリフレクトアレイの設置方法を提供する。【解決手段】電磁波を反射させるリフレクトアレイ61、62であって、リフレクトアレイは、位相を制御する反射制御領域を有し、反射制御領域は長辺の長さをL、反射する電磁波の波長をλ、入射角度をθi、反射角度をθrとした時に、下式(1)を満たし、入射角度|θi|は45°以上70°以下の範囲であり、かつ、入射角度θiと反射角度θrは下式(2)の関係を満たし、入射許容角度範囲Δθiが5.5°より大きく16°以下の範囲である、リフレクトアレイである。TIFF0007525011000026.tif13170TIFF0007525011000027.tif13170【選択図】図8[Problem] To provide a reflectarray, an electromagnetic wave reflection system, and a method for installing a reflectarray that can reflect electromagnetic waves incident from a wide angle range at a specific reflection angle. [Solution] A reflectarray 61, 62 that reflects electromagnetic waves has a reflection control area that controls the phase, and the reflection control area satisfies the following formula (1) when the length of the long side is L, the wavelength of the reflected electromagnetic wave is λ, the incident angle is θi, and the reflection angle is θr, and the incident angle |θi| is in the range of 45° to 70°, and the incident angle θi and the reflection angle θr satisfy the relationship of the following formula (2), and the incident allowable angle range Δθi is in the range of more than 5.5° to 16°. TIFF0007525011000026.tif13170TIFF0007525011000027.tif13170[Selected Figure] Figure 8
Description
本発明は、リフレクトアレイ、電磁波反射システムおよびリフレクトアレイの設置方法に関する。 The present invention relates to a reflectarray, an electromagnetic wave reflection system, and a method for installing a reflectarray.
社会におけるデジタル化の進展により、無線通信におけるデータ通信速度が飛躍的に向上し、それに伴う電磁波の高周波化が進んでいる。しかし、電磁波は周波数が高くなるにつれて直進性が高くなるため、建物の影等に電磁波が回り込まず、通信ができない領域である不感地帯が生じやすい。
これらの理由から、広範囲における5G・6G通信を実現するためには、基地局数を増やす必要がある。しかし、基地局を増やすためには多額のコストを要するため、基地局の数を早急に増やすのは難しい状況にある。近年これらの課題を解決すべく、電磁波の方向を制御する技術が注目を集めている。
With the advancement of digitalization in society, data communication speeds in wireless communication have increased dramatically, and the frequency of electromagnetic waves has also increased accordingly. However, as the frequency of electromagnetic waves increases, they tend to travel in a more directional direction, meaning that electromagnetic waves cannot bend around buildings and other obstacles, which can easily result in blind zones where communication is not possible.
For these reasons, in order to realize 5G and 6G communications over a wide area, it is necessary to increase the number of base stations. However, since increasing the number of base stations requires a large amount of cost, it is difficult to increase the number of base stations quickly. In recent years, technology that controls the direction of electromagnetic waves has been attracting attention as a solution to these problems.
このような技術のなかで、電磁波の反射角度を自在に制御するメタマテリアル反射板またはメタサーフェス反射板の開発が盛んに行われている。
メタマテリアル反射板には、電気的制御により入射する電磁波と反射する電磁波の方向を制御するアクティブ反射板と(例えば、特許文献1)、電気的制御機構がなく、設計段階で入射する電磁波と反射する電磁波の方向を決めて、それに基づいて素子の寸法や材料物性の設計を行うパッシブ反射板がある(例えば、特許文献2)。
Among these technologies, metamaterial or metasurface reflectors that can freely control the reflection angle of electromagnetic waves are being actively developed.
There are two types of metamaterial reflectors: active reflectors that use electrical control to control the direction of incident and reflected electromagnetic waves (e.g., Patent Document 1), and passive reflectors that have no electrical control mechanism and in which the directions of incident and reflected electromagnetic waves are determined at the design stage, and the dimensions and material properties of the element are designed based on that (e.g., Patent Document 2).
特許文献1では、メタマテリアル構造体とメタマテリアル構造体に接続された可変コンデンサによって構成され、メタマテリアル構造体の固定容量と可変コンデンサによる可変容量によって位相が制御される。可変コンデンサの動作は位相制御信号(バイアス電圧)により制御される。これにより、電磁波源から放射された電磁波を任意の方向に反射/散乱させることが可能である。
In
また、特許文献2では、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たメタサーフェス反射板が紹介されている。このメタサーフェス反射板は金属共振器の構造によって位相を制御することが出来る。
アクティブ反射板は、入射する電磁波と反射する電磁波の角度を電圧などの変更により制御できるため、発信器と受信器の角度によって適宜角度の調整ができ、実用上の自由度が高い。しかし、位相を制御するための位相制御信号が必要であるため、高価になるという課題がある。
また、パッシブ反射板は、電気的制御機構が無いため安価に作製可能である。しかし、入射する電磁波と反射する電磁波の角度が決まっているため、実用上の自由度が小さいという課題がある。
そこで、本発明では、安価に作製できるパッシブ反射板であり、広い範囲の角度から入射した電磁波を所定の角度に反射させることが出来るリフレクトアレイ、電磁波反射システムおよびリフレクトアレイの設置方法を提供することを目的とする。
Since the angle between the incident electromagnetic wave and the reflected electromagnetic wave can be controlled by changing the voltage, etc., the angle can be adjusted appropriately by changing the angle between the transmitter and receiver, giving a high degree of freedom in practical use. However, a problem arises in that a phase control signal is required to control the phase, making it expensive.
In addition, passive reflectors can be manufactured inexpensively because they do not have an electrical control mechanism, but they have a problem in that the angles between the incident electromagnetic wave and the reflected electromagnetic wave are fixed, so there is little flexibility in practical use.
Therefore, the present invention aims to provide a reflectarray, an electromagnetic wave reflection system, and a method for installing a reflectarray, which is a passive reflector that can be manufactured inexpensively and can reflect electromagnetic waves incident from a wide range of angles to a specified angle.
上記の課題を解決するために、代表的な本発明のリフレクトアレイは、 電磁波を反射させるリフレクトアレイであって、前記リフレクトアレイは、位相を制御する反射制御領域を有し、前記反射制御領域は、長辺の長さをL、反射する電磁波の波長をλ、入射角度をθi、反射角度をθrとした時に、式(1)(後述)を満たし、前記入射角度|θi|は45°以上70°以下の範囲であり、かつ前記入射角度θiと前記反射角度θrは式(2)(後述)の関係を満たし、入射許容角度範囲Δθiが5.5°より大きく16°以下の範囲である、リフレクトアレイであることを特徴とする。 To solve the above problem, a representative reflectarray of the present invention is a reflectarray that reflects electromagnetic waves, and has a reflection control area that controls the phase, and the reflection control area satisfies formula (1) (described below) when the length of the long side is L, the wavelength of the reflected electromagnetic wave is λ, the incident angle is θi, and the reflection angle is θr, the incident angle |θi| is in the range of 45° to 70°, and the incident angle θi and the reflection angle θr satisfy the relationship of formula (2) (described below), and the allowable incident angle range Δθi is in the range of more than 5.5° to 16°.
本発明によれば、広い角度範囲から入射した電磁波を所定の角度に反射させることが出来るリフレクトアレイを提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態における説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to provide a reflectarray that can reflect electromagnetic waves incident from a wide angle range at a predetermined angle.
Problems, configurations and effects other than those described above will become apparent from the following description of the preferred embodiment of the invention.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
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。
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本開示は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiment. In addition, in the description of the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals.
When there are multiple components having the same or similar functions, they may be described by using the same reference numerals with different subscripts, or when there is no need to distinguish between these multiple components, the subscripts may be omitted.
In order to facilitate understanding of the invention, the position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc. Therefore, the present disclosure is not necessarily limited to the position, size, shape, range, etc. disclosed in the drawings.
(用語の説明)
図1は、リフレクトアレイの構成を示す図である。図1aはリフレクトアレイ全体の構成を示す図であり、図1bは反射制御領域部分を拡大して示した図である。図を参照して本開示のリフレクトアレイの構成に関する用語を説明する。
本開示において、「リフレクトアレイ(電磁波反射板)」とは、位相を制御する反射制御領域を1つ以上有する電磁波を反射させる部材であり、外部からの動力により位相制御を行わない反射板である。入射角度と反射角度が異なる非対称反射をさせるものや、複数の方向に電磁波を散乱させるものや、特定の箇所に電磁波を集めるものを含む。以下の説明において、xyz座標系を適用し、xy平面上にリフレクトアレイが配置されるとする。
外部からの動力による位相制御とは、外部電源が存在し、電圧等を制御することにより位相を制御できるアクティブ反射板のことである。
(Terminology explanation)
Fig. 1 is a diagram showing the configuration of a reflectarray. Fig. 1a is a diagram showing the configuration of the entire reflectarray, and Fig. 1b is a diagram showing an enlarged reflection control area. The terms related to the configuration of the reflectarray of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
In this disclosure, a "reflector array (electromagnetic wave reflector)" is a member that reflects electromagnetic waves and has one or more reflection control regions that control the phase, and is a reflector that does not perform phase control by external power. It includes reflectors that perform asymmetric reflection with different angles of incidence and reflection, reflectors that scatter electromagnetic waves in multiple directions, and reflectors that collect electromagnetic waves at a specific location. In the following description, an xyz coordinate system is applied, and the reflector array is placed on the xy plane.
Phase control using external power refers to an active reflector that has an external power source and can control the phase by controlling the voltage, etc.
また、「反射制御領域」とは、リフレクトアレイを構成する領域の一部を指す。反射制御領域は、その領域に入射した電磁波を所定の方向へ反射させることができる最小の領域である。そして、リフレクトアレイは、反射制御領域を1つ以上組み合わせて構成される。反射制御領域という場合、電磁波が入射領域に平行な方向にある2次元の領域に加えて、領域に垂直な方向に形成される層構造をも含むものとする。1つの反射制御領域内において、複数の単位セルが並んでいる反射制御領域の辺のサイズ(長辺)をL、1つの単位セルのみが並んでいる反射制御領域の辺のサイズ(短辺)をMと定義する。 The term "reflection control area" refers to a part of the area that constitutes the reflectarray. The reflection control area is the smallest area that can reflect electromagnetic waves incident on that area in a specified direction. The reflectarray is composed of one or more reflection control areas combined. The reflection control area includes not only a two-dimensional area in which the electromagnetic waves are parallel to the incident area, but also a layer structure formed in a direction perpendicular to the area. Within one reflection control area, the size of a side (long side) of a reflection control area in which multiple unit cells are lined up is defined as L, and the size of a side (short side) of a reflection control area in which only one unit cell is lined up is defined as M.
また、「単位セル」とは、反射制御領域を区分した領域を指す。単位セルには1つの素子パターン(素子)が含まれる。単位セルは、1つの反射制御領域内に2つ以上存在する。 In addition, a "unit cell" refers to an area divided from the reflection control area. A unit cell contains one element pattern (element). Two or more unit cells exist within one reflection control area.
また、素子長については、x軸方向の素子長はlxと表記され、y軸方向の素子長はlyと表記される。また、素子幅については、x軸方向の素子幅はwx、y軸方向の素子幅はwyと表記される。 The element length in the x-axis direction is denoted as lx, and the element length in the y-axis direction is denoted as ly. The element width in the x-axis direction is denoted as wx, and the element width in the y-axis direction is denoted as wy.
図2は、xy平面上にリフレクトアレイが配置した場合の入射角度と反射角度を表す図である。図2を参照して本開示における角度の定義に関する用語を説明する。
また、x軸方向の角度θxは、+z軸方向から+x軸方向に向かう方向に広がる場合を正の角度(0°から180°)によって表し、+z軸方向から-x軸方向に向かう方向に広がる場合を負の角度(0°から-180°)によって表す。同様に、y軸方向の角度θyは、+z軸方向から+y軸方向に向かう方向に広がる場合を正の角度(0°から180°)によって表し、+z軸方向から-y軸方向に向かう方向に広がる場合を負の角度(0°から-180°)によって表す。
2 is a diagram showing an incident angle and a reflection angle when a reflect array is arranged on an xy plane. Terms related to the definition of angles in this disclosure will be described with reference to FIG.
The angle θx in the x-axis direction is expressed as a positive angle (0° to 180°) when it spreads from the +z-axis direction toward the +x-axis direction, and as a negative angle (0° to -180°) when it spreads from the +z-axis direction toward the -x-axis direction. Similarly, the angle θy in the y-axis direction is expressed as a positive angle (0° to 180°) when it spreads from the +z-axis direction toward the +y-axis direction, and as a negative angle (0° to -180°) when it spreads from the +z-axis direction toward the -y-axis direction.
本開示において、「入射角度」とは、反射制御領域に入射する電磁波の入射角度θi、「反射角度」とは、反射制御領域から反射する電磁波の反射角度θrである。反射制御領域から反射する電磁波の波長をλとした時に反射制御領域は下記の式(1)を満たすように設計される。
「入射ずれ角度」とは、式(1)を満たす入射角度を基準(=0°)として、そこからの入射角度のずれが生じた時のずれの角度を示す。「入射ずれ角度」における角度表現は式(1)を満たす入射角度を基準(=0°)として、+z軸方向に向かう方向を正の角度(0°から-180°)、-z軸方向に向かう方向を負の角度(0°から-180°)として表す。
また、「入射許容角度範囲」Δθiとは、反射制御領域が式(1)を満たす入射角度から入射した電磁波を式(1)を満たす反射角度に反射させる電磁波の反射強度を基準(=0dB)として、反射制御領域が入射ずれ角度から入射した電磁波を反射角度に反射させる電磁波の反射強度が、-3dB以内である入射ずれ角度の角度幅を表す。本開示における「入射許容角度範囲」は反射制御領域を8個用意して、1辺の長さが8Lとなるように並べたリフレクトアレイの性能と定義する。しかし、本請求の範囲のリフレクトアレイが「反射制御領域を8個用意して、1辺の長さが8Lとなるように並べたリフレクトアレイ」に限定されるものではない。
In the present disclosure, the "incident angle" refers to the incident angle θi of an electromagnetic wave incident on the reflection control area, and the "reflection angle" refers to the reflection angle θr of an electromagnetic wave reflected from the reflection control area. When the wavelength of the electromagnetic wave reflected from the reflection control area is λ, the reflection control area is designed to satisfy the following formula (1).
The "incident deviation angle" refers to the angle of deviation when the incident angle deviates from the reference angle (=0°) that satisfies formula (1). The angle expression for the "incident deviation angle" is expressed by taking the incident angle that satisfies formula (1) as the reference angle (=0°) and expressing the direction toward the +z axis direction as a positive angle (0° to -180°) and the direction toward the -z axis direction as a negative angle (0° to -180°).
In addition, the "allowable incident angle range" Δθi represents the angle width of the incident deviation angle within -3 dB, where the reflection intensity of the electromagnetic wave that the reflection control area reflects the electromagnetic wave that is incident from the incident angle that satisfies the formula (1) to the reflection angle that satisfies the formula (1) is taken as the reference (=0 dB). The "allowable incident angle range" in the present disclosure is defined as the performance of a reflectarray in which eight reflection control areas are prepared and arranged so that the length of one side is 8L. However, the reflectarray in the present claims is not limited to "a reflectarray in which eight reflection control areas are prepared and arranged so that the length of one side is 8L".
本開示において、「電磁波反射システム」とは、発信器、リフレクトアレイ、受信器の3つで構成されている。「発信器」とは、電磁波を発するものまたは電磁波を発するものからきた電磁波を反射させるものを指す。具体的には、無線基地局、移動局、中継器、移動体、通信端末、反射板などがある。
また、「受信器」とは、電磁波を受信するものであり、具体的には、無線基地局、移動局、中継器、移動体、通信端末、反射板などがある。
本開示において、「一次放射」とは、電磁波反射システムにおける発信器から放射される電磁波である。また、「二次放射」とは、電磁波反射システムにおけるリフレクトアレイから放射される電磁波であって、発信器から一次放射された電磁波がリフレクトアレイに入射したことにより生じた電磁波の放射のことを指す。
In this disclosure, an "electromagnetic wave reflection system" is composed of three components: a transmitter, a reflect array, and a receiver. A "transmitter" refers to a device that emits electromagnetic waves or a device that reflects electromagnetic waves from a device that emits electromagnetic waves. Specifically, there are wireless base stations, mobile stations, repeaters, mobile bodies, communication terminals, reflectors, etc.
Moreover, a "receiver" is something that receives electromagnetic waves, and specific examples thereof include a wireless base station, a mobile station, a repeater, a mobile body, a communication terminal, and a reflector.
In this disclosure, "primary radiation" refers to electromagnetic waves emitted from a transmitter in an electromagnetic wave reflecting system, and "secondary radiation" refers to electromagnetic waves emitted from a reflectarray in an electromagnetic wave reflecting system, which are generated when the electromagnetic waves primarily emitted from the transmitter are incident on the reflectarray.
[第1実施形態]
(リフレクトアレイの構成)
図1、図3を参照して、リフレクトアレイの構成および素子パターンの構成を説明する。図3は、リフレクトアレイ6の層構成の一例を示す図である。図3のリフレクトアレイ6は、複数の素子パターンを平面に周期的に配置し、反射波の方向を所望の値にすることができる。リフレクトアレイ6は、素子パターン(素子)1、誘電体層2、グランド層(地板)3を少なくとも含む。以下の説明において、xyz座標系を適用し、xy平面上にリフレクトアレイ6が配置される。
[First embodiment]
(Reflectarray configuration)
The configuration of the reflectarray and the configuration of the element pattern will be described with reference to Figures 1 and 3. Figure 3 is a diagram showing an example of the layer configuration of the
図1bのリフレクトアレイ6は、x軸に沿って電磁波の所定の非対称反射を生じさせるものである。リフレクトアレイ6は少なくとも1つ以上の反射制御領域5を持っている。反射制御領域5には、単位セル41、42、43、…4n(以下、単位セルを特定せずに言う場合には「単位セル4」ともいう。nは2以上の正の整数。)が含まれる。単位セル4は、反射制御領域5をx軸方向に沿って等間隔に分割した部分である。nは、x軸方向において反射制御領域を単位セルに分割する場合の分割数である。単位セル4は正方形であり、単位セル4のサイズ(長さ)をsとし、反射制御領域5のx軸方向のサイズ(長辺)をLx、y軸方向のサイズ(短辺)をMyとする場合、s=Lx/n=Myである。
また、リフレクトアレイ6のサイズは反射制御領域5のサイズと個数により決定される。例えばx軸方向に非対称反射させるリフレクトアレイであって、x軸方向に反射制御領域5が8個、y軸方向に6個並ぶ場合、リフレクトアレイ6のx軸方向のサイズは8Lx、y軸方向のサイズは6Myとなる。リフレクトアレイ6は、非対称反射させる方向に並ぶ反射制御領域の個数によって反射パターンが変化する。つまり図1bにおいては、x軸方向に並ぶ反射制御領域の個数によって反射パターンが変わるが、y軸方向に並ぶ反射制御領域の個数は反射パターンに影響しない。x軸方向に並ぶ反射制御領域の個数が多くなるほど、リフレクトアレイの反射パターンは細くなる。y軸方向に並ぶ反射制御領域の個数は反射強度に影響を与え、y軸方向に並ぶ反射制御領域の個数が多くなるほど、反射強度が大きくなる。
なお、図1において、反射制御領域5はx軸方向に並んだn個の単位セル4によって構成され、リフレクトアレイ6には複数の反射制御領域5が含まれる構成が示されているが、本開示はこのような構成に限定されない。反射制御領域はy軸に並ぶ単位セルによって構成されてもよいし、x軸およびy軸に並ぶ単位セルを含む構成であってもよい。反射制御領域の構成については後述する。
The
The size of the
1, the
(素子パターンの構成)
単位セル4の+z軸方向を向く面には、素子パターンが形成されている。分割数nを用いて、単位セル41、単位セル42、…単位セル4nと表す。単位セル41には素子パターン11が形成される。単位セル42には素子パターン12が形成される。単位セル43には素子パターン13が形成される。単位セル4nには素子パターン1nが形成される。
(Configuration of element pattern)
An element pattern is formed on the surface of the
図1の反射制御領域内において、各素子パターンは、ほかの素子パターンとはわずかずつ異なる形状を有している。ここで、素子パターン11から素子パターン1nに示された素子パターンの形状を、クロスパッチということがある。クロスパッチとは、xy平面において、2つの方形パッチが直交した形状を指す。素子パターン11は、x軸方向のサイズである素子長lx1とy軸方向のサイズである素子幅wy1を有する方形パッチと、y軸方向のサイズである素子長ly1とx軸方向のサイズである素子幅wx1を有する方形パッチが、重心の位置を共通として直交した形状を有する。同様に、素子パターン1nは、素子長lxnと素子幅wynを有する方形パッチと、素子長lynと素子幅wxnを有する方形パッチが、重心の位置を共通として直交した形状を有する。
In the reflection control area of FIG. 1, each element pattern has a shape slightly different from the other element patterns. Here, the shapes of the element patterns shown in
(各構成の説明、設計方法)
(層の構成)
図3を参照して、リフレクトアレイ6の層構成を説明する。リフレクトアレイ6は、少なくとも素子パターン1、誘電体層2、グランド層3が+z軸方向から-z軸方向に向かう向きに積層された構成を有している。以下の説明において、素子パターン1、誘電体層2、グランド層3の3層からなる構成を「基本構成」という。実用上、リフレクトアレイ6は基本構成の素子パターン1側あるいはグランド層3側、もしくは両方に各種機能性を有する層(以下、「機能層」ともいう)を単数あるいは複数積層させることが好ましい。以下の説明において、素子パターン1と誘電体層2とグランド層3以外のリフレクトアレイに含まれる層について、層の種類を特定せずに示す場合、「機能層」ということがある。
(Explanation of each configuration, design method)
(Layer configuration)
The layer structure of the
必要に応じて、素子パターン1と誘電体層2の間、またはグランド層3と誘電体層2の間に、それぞれの密着力を向上させるための層が形成されていてもよい。また、密着力を向上させる用途の他の用途に用いられる層が形成されていてもよい。なお、リフレクトアレイ6の製造過程において生じた中間生成物が層状に形成され、リフレクトアレイ6に残る場合もある。
If necessary, a layer for improving the adhesion between the
機能層としては例えば、リフレクトアレイ6が設置される場所の景観に配慮した意匠を施した意匠層や、リフレクトアレイ6を壁や天井等の支持体に容易に設置できるようにするための設置層や、基本構成を保護するための保護層や、各層を積層させるための接着層が挙げられる。
Examples of functional layers include a design layer that is designed to blend in with the scenery of the area where the
(反射制御領域)
リフレクトアレイ6は少なくとも1つの反射制御領域を含む。反射制御領域の配置の仕方によって、リフレクトアレイの性質を変更することが可能である。例えば、ある波長の電磁波がある入射角度で入射した場合に、反射方向が共通である反射制御領域を周期的に配置することにより、リフレクトアレイに、単一方向への反射を行う特性を付与することが可能である。また、ある波長の電磁波がある入射角度で入射した場合に、反射方向がそれぞれ異なる反射制御領域を含むリフレクトアレイを構成することにより、複数の方向へ電磁波を散乱させる特性を付与することも可能である。また、反射制御領域ごとに反射方向を所定の角度ずつずらす構成とすることによって、特定の箇所へ電磁波を集める特性を付与することも可能である。設計時に、リフレクトアレイに適用が予定される周波数を、以下「動作周波数」とする。
(Reflection Control Area)
The
反射制御領域のx軸方向のサイズLxは、動作周波数の波長をλ、反射制御領域に入射する電磁波の入射角度のx軸成分をθix、反射制御領域から反射する電磁波の反射角度のx軸成分をθrxとし、θix≠-θrxの場合、例えば式(3)によって決定される。
また、反射制御領域のy軸方向のサイズLyは、反射制御領域に入射する電磁波の入射角度のy軸成分をθiy、反射制御領域から反射する電磁波の反射角度のy軸成分をθryとし、θiy≠-θryの場合、例えば式(4)によって決定される。
特に式(3)と式(4)のxy軸成分の区別をしない場合には、上述した式(1)のように表す。
(単位セルと反射位相の関係)
図4、図5を参照して、単位セルと反射位相の関係を説明する。図4、図5は、非対称反射を発生させる方向に応じた、単位セルの配置の一例を示す図である。反射制御領域5は少なくとも2つの単位セルを有する。ここで、図4(a)はリフレクトアレイ6fに入射する電磁波(入射波)の方向およびリフレクトアレイ6fから反射する電磁波(反射波)の方向を示す。別の言い方をすると、太い実線で描かれた矢印が波面の進行方向を示しており、リフレクトアレイ6に向かう矢印が入射波の波面の進行方向を示し、リフレクトアレイ6fから離れる方向の矢印が反射波の波面の進行方向を示す。また、図4(b)はリフレクトアレイ6fをz軸方向から見た平面図を示す。図5における(a)および(b)も、図4における(a)および(b)の関係と同様である。
(Relationship between unit cell and reflection phase)
The relationship between the unit cell and the reflection phase will be described with reference to Figs. 4 and 5. Figs. 4 and 5 are diagrams showing an example of the arrangement of unit cells according to the direction in which asymmetric reflection is generated. The
単位セルは、入射した電磁波を所定の位相差で反射させる作用を有する。反射制御領域内において、それぞれの単位セルが異なる反射位相を示すことから、反射制御領域から発生する反射波の波面である反射波面が入射角度と反射角度が等しくなる場合の反射角度から傾き、入射角度と反射角度が等しくなる対称反射とは異なる反射である非対称反射が実現する。 The unit cells have the effect of reflecting incident electromagnetic waves with a predetermined phase difference. Within the reflection control area, each unit cell exhibits a different reflection phase, so the reflected wavefront, which is the wavefront of the reflected wave generated from the reflection control area, is tilted from the reflection angle when the angle of incidence and the angle of reflection are equal, resulting in asymmetric reflection, which is different from symmetric reflection when the angle of incidence and the angle of reflection are equal.
リフレクトアレイ6fにx軸方向に沿ってのみ非対称反射を行わせようとする場合(図4(a)に示されるようにθix≠-θrx)には、反射制御領域5a内のx軸方向に沿って異なる反射位相を示す単位セルが配置される(図4(b))。反射制御領域5aは、分割数n=3とし、x軸方向に配置された3つの単位セルを有している。反射制御領域5aのx軸方向のサイズ(長辺)Lxは式(3)によって決定され、単位セルのx軸方向のサイズはLx/3である。反射角度のy軸成分は対称反射であるため、反射制御領域の短辺のサイズMyは任意の値をとり得る。しかし、設計のしやすさから、便宜的にLxおよび分割数mからサイズが決定された正方形の単位セルを用いることとし、MyはLx/3と等しくされる。
When it is desired to make the
同様に、リフレクトアレイ6gにy軸方向に沿ってのみ非対称反射を行わせようとする場合(図5(a)に示されるようにθiy≠-θry)には、反射制御領域5b内のy軸方向に沿って異なる反射位相を示す単位セルを配置する(図5(b))。ここで、m(mは2以上の正の整数)は、y軸方向において反射制御領域を単位セルに分割する場合の分割数とする。反射制御領域5bは、分割数m=3とし、y軸方向に配置された3つの単位セルを有している。反射制御領域5bのy軸方向のサイズLyは式(4)によって決定され、単位セルのy軸方向のサイズはLy/3である。反射角度のx軸成分は対称反射であるため、反射制御領域の短辺のサイズMxは任意の値をとり得る。しかし、設計のしやすさから、便宜的にLyおよび分割数mからサイズが決定された正方形の単位セルを用いることとし、MxはLy/3と等しくされる。
Similarly, when it is desired to make the reflect array 6g perform asymmetric reflection only along the y-axis direction (θiy ≠ -θry as shown in FIG. 5(a)), unit cells exhibiting different reflection phases are arranged along the y-axis direction in the
(反射制御領域内の反射位相の分布、表面インピーダンスの分布)
反射制御領域内における反射位相の分布は、例えば式(5)に従うように決定される。ここで、動作周波数の波長をλ(m)、反射制御領域に入射する電磁波の入射角度のx軸成分をθix、y軸成分をθiy、反射制御領域から反射する電磁波の反射角度のx軸成分をθrx、y軸成分をθry、反射制御領域内のx軸と平行な任意の座標x1、x2における反射位相をそれぞれφx1、φx2とし、座標x1、x2の距離をdx、Φx1、Φx2の反射位相差をΔΦxとする。また、y軸と平行な任意の座標y1、y2における反射位相をそれぞれφy1、φy2とする。反射制御領域にx軸方向に沿って非対称反射を行わせようとする場合、式(5)を満たしていることが好ましく、反射制御領域にy軸方向に沿って非対称反射を行わせようとする場合、式(6)を満たしていることが好ましい。
The distribution of the reflection phase in the reflection control area is determined to follow, for example, formula (5). Here, the wavelength of the operating frequency is λ (m), the x-axis component of the incident angle of the electromagnetic wave incident on the reflection control area is θix, the y-axis component is θiy, the x-axis component of the reflection angle of the electromagnetic wave reflected from the reflection control area is θrx, the y-axis component is θry, the reflection phases at arbitrary coordinates x1 and x2 parallel to the x-axis in the reflection control area are φx1 and φx2, respectively, the distance between coordinates x1 and x2 is dx, and the reflection phase difference between Φx1 and Φx2 is ΔΦx. In addition, the reflection phases at arbitrary coordinates y1 and y2 parallel to the y-axis are φy1 and φy2, respectively. When the reflection control area is to perform asymmetric reflection along the x-axis direction, it is preferable that formula (5) is satisfied, and when the reflection control area is to perform asymmetric reflection along the y-axis direction, it is preferable that formula (6) is satisfied.
また、反射位相ではなく、表面インピーダンスの分布を反射制御領域内に適用することもできる。その場合、表面インピーダンスの分布は例えば式(7)、および式(8)により表される。ここで、Zsxは反射制御領域のx軸方向と平行な表面インピーダンス分布、Zsyは反射制御領域のy軸方向と平行な表面インピーダンス分布、η1は入射波のインピーダンスとする。また、反射制御領域に入射する電磁波の入射角度のx軸成分をθix、y軸成分をθiy、反射制御領域から反射する電磁波の反射角度のx軸成分をθrx、y軸成分をθryとする。
なお、x1およびx2は反射制御領域内の相対座標としてのx座標を示し、反射制御領域における任意の座標において基準x=0をとり得る。同様に、y1およびy2は反射制御領域内の相対座標としてのy座標を示し、反射制御領域における任意の座標において基準y=0をとり得る。
また、k1は反射波の波数である。jは虚数単位を示す。反射制御領域にx軸方向に沿って非対称反射を行わせようとする場合、式(7)を満たしていることが好ましく、反射制御領域にy軸方向に沿って非対称反射を行わせようとする場合、式(8)を満たしていることが好ましい。
Note that x1 and x2 indicate x coordinates as relative coordinates within the reflection control area, and any coordinates within the reflection control area can have a reference x = 0. Similarly, y1 and y2 indicate y coordinates as relative coordinates within the reflection control area, and any coordinates within the reflection control area can have a reference y = 0.
Furthermore, k1 is the wave number of the reflected wave. j indicates an imaginary unit. When the reflection control area is to perform asymmetric reflection along the x-axis direction, it is preferable that the formula (7) is satisfied, and when the reflection control area is to perform asymmetric reflection along the y-axis direction, it is preferable that the formula (8) is satisfied.
その他の表面インピーダンスの分布としては、例えば式(9)、および式(10)により表される。反射制御領域がx軸方向に沿ってのみ非対称反射を行わせようとする場合、式(9)を満たしていることが好ましく、反射制御領域がy軸方向に沿ってのみ非対称反射を行わせようとする場合、式(10)を満たしていることが好ましい。
なお、上述の式(5)から式(10)は、反射位相の分布および表面インピーダンスの分布を設計する場合に用いられる設計式の一例を示すものである。本開示はこれら式(5)から式(10)を用いる場合に限定されるものではなく、他の設計式を適宜選択することが可能である。 The above formulas (5) to (10) are examples of design formulas used when designing the distribution of the reflection phase and the distribution of the surface impedance. The present disclosure is not limited to the use of formulas (5) to (10), and other design formulas can be selected as appropriate.
(リフレクトアレイの設計方法)
リフレクトアレイの設計方法について説明する。ここで一例として説明するのは、同一の反射制御領域がx軸方向に複数並べられたリフレクトアレイの設計方法である。同一の反射制御領域がy軸方向に複数並べられたリフレクトアレイやx軸方向およびy軸方向のいずれの方向にも非対称反射を行わせようとするリフレクトアレイについても同様の方法で設計可能である。
(Reflectarray design method)
A method for designing a reflectarray will be described. As an example, a method for designing a reflectarray in which a plurality of identical reflection control regions are arranged in the x-axis direction will be described. A reflectarray in which a plurality of identical reflection control regions are arranged in the y-axis direction and a reflectarray that is intended to perform asymmetric reflection in both the x-axis direction and the y-axis direction can also be designed in a similar manner.
(設計方法1)
設計方法1では、素子長と素子パターン間のギャップを固定して、素子幅を変化させることで素子パターンの位相を制御する設計方法である。この方法では、後述する設計方法2、3と比較して素子幅の変化に伴う位相の変化がなだらかであるため、製造工程の中で素子形状に変化が生じても製品の性能を確保しやすいメリットがある。
(ステップ1)まず、狙いとする反射特性(動作周波数、入射角度および反射角度)を設定する。
(ステップ2)続いて、式(3)を用いて、反射制御領域のサイズLxを決定する。
(ステップ3)続いて、反射制御領域のサイズLxをn分割する。単位セルのサイズが決定する。
(ステップ4)続いて、単位セルに収まる範囲で、素子パターンの素子長lxを決定する。素子パターンは単位セル内に偏りなく均等に配置されるため、結果として、素子パターンの間のギャップgxも決定される。
(ステップ5)続いて、素子幅wxを設計パラメータとして単位セルの反射位相を解析する。素子パターンの素子幅wxを設計パラメータとして反射位相を導出し、単位セルにおける素子幅と反射位相の間の関係を示す解析結果を取得する。
(ステップ6)続いて、狙いとする反射制御領域の反射特性を実現するための理想的な反射位相またはインピーダンスを式(5)から式(10)を用いて算出し、上記解析結果に基づいて所望の反射位相またはインピーダンスを実現する素子幅wxを選択する。
(ステップ7)続いて、反射制御領域を少なくとも1つ含むよう、リフレクトアレイを形成する。リフレクトアレイについて反射特性を解析する。
(ステップ8)なお、ステップ7の解析結果を踏まえ、目的の反射角度のRCSがさらに高まるように、また、目的角度以外のRCSが小さくなるよう、最適化手法を用いて素子幅wxをさらに微調整することも可能である。
(Design method 1)
(Step 1) First, the target reflection characteristics (operating frequency, incident angle, and reflection angle) are set.
(Step 2) Next, the size Lx of the reflection control area is determined using equation (3).
(Step 3) Next, the size Lx of the reflection control area is divided into n to determine the size of the unit cell.
(Step 4) Next, the element length lx of the element pattern is determined within the range that fits within the unit cell. Since the element patterns are evenly arranged within the unit cell, the gap gx between the element patterns is also determined as a result.
(Step 5) Next, the reflection phase of the unit cell is analyzed using the element width wx as a design parameter. The reflection phase is derived using the element width wx of the element pattern as a design parameter, and an analysis result showing the relationship between the element width and the reflection phase in the unit cell is obtained.
(Step 6) Next, the ideal reflection phase or impedance for realizing the reflection characteristics of the targeted reflection control region is calculated using equations (5) to (10), and the element width wx for realizing the desired reflection phase or impedance is selected based on the above analysis results.
(Step 7) Next, a reflectarray is formed so as to include at least one reflection control region. The reflection characteristics of the reflectarray are analyzed.
(Step 8) Note that, based on the analysis results of step 7, it is also possible to further fine-tune the element width wx using an optimization method so as to further increase the RCS at the target reflection angle and to reduce the RCS at angles other than the target angle.
(設計方法2)
設計方法2では、素子幅を固定して、素子長を変化させることで素子パターンの位相を制御する設計方法である。
(ステップ1)まず、狙いとする反射特性(動作周波数、入射角度および反射角度)を設定する。
(ステップ2)続いて、式(3)を用いて、反射制御領域のサイズLxを決定する。
(ステップ3)続いて、反射制御領域のサイズLxをn分割する。単位セルのサイズが決定する。
(ステップ4)続いて、単位セルに収まる範囲で、素子パターンの素子幅wxを決定する。
(ステップ5)続いて、素子長lxを設計パラメータとして単位セルの反射位相を解析する。素子パターンの素子長lxを設計パラメータとして反射位相を導出し、単位セルにおける素子長と反射位相の間の関係を示す解析結果を取得する。
(ステップ6)続いて、狙いとする反射制御領域の反射特性を実現するための理想的な反射位相またはインピーダンスを式(5)から式(10)を用いて算出し、上記解析結果に基づいて所望の反射位相またはインピーダンスを実現する素子長lxを選択する。
(ステップ7)続いて、反射制御領域を少なくとも1つ含むよう、リフレクトアレイを形成する。リフレクトアレイについて反射特性を解析する。
(ステップ8)なお、ステップ7の解析結果を踏まえ、目的の反射角度のRCSがさらに高まるように、また、目的角度以外のRCSが小さくなるよう、最適化手法を用いて素子長lxをさらに微調整することも可能である。
(Design method 2)
(Step 1) First, the target reflection characteristics (operating frequency, incident angle, and reflection angle) are set.
(Step 2) Next, the size Lx of the reflection control area is determined using equation (3).
(Step 3) Next, the size Lx of the reflection control area is divided into n to determine the size of the unit cell.
(Step 4) Next, the element width wx of the element pattern is determined within the range that fits in the unit cell.
(Step 5) Next, the reflection phase of the unit cell is analyzed using the element length lx as a design parameter. The reflection phase is derived using the element length lx of the element pattern as a design parameter, and an analysis result showing the relationship between the element length and the reflection phase in the unit cell is obtained.
(Step 6) Next, the ideal reflection phase or impedance for realizing the reflection characteristics of the targeted reflection control region is calculated using equations (5) to (10), and the element length lx for realizing the desired reflection phase or impedance is selected based on the above analysis results.
(Step 7) Next, a reflectarray is formed so as to include at least one reflection control region. The reflection characteristics of the reflectarray are analyzed.
(Step 8) It is also possible to further fine-tune the element length lx using an optimization method based on the analysis results of step 7 so as to further increase the RCS at the target reflection angle and to reduce the RCS at angles other than the target angle.
(設計方法3)
設計方法3では、素子幅と素子長の両方を変化させることで素子パターンの位相を制御する設計方法である。この設計方法は、設計方法1、2で行うと十分な反射位相変化幅が十分に確保できない時に有効である。
(ステップ1)まず、狙いとする反射特性(動作周波数、入射角度および反射角度)を設定する。
(ステップ2)続いて、式(3)を用いて、反射制御領域のサイズLxを決定する。
(ステップ3)続いて、反射制御領域のサイズLxをn分割する。単位セルのサイズが決定する。
(ステップ4)続いて、素子幅wxと素子長lxを設計パラメータとして単位セルの反射位相を解析する。素子パターンの素子幅wxと素子長lxを設計パラメータとして反射位相を導出し、単位セルにおける素子幅wxと素子長lxと反射位相の間の関係を示す解析結果を取得する。
(ステップ5)続いて、狙いとする反射制御領域の反射特性を実現するための理想的な反射位相またはインピーダンスを式(5)から式(10)を用いて算出し、上記解析結果に基づいて所望の反射位相またはインピーダンスを実現する素子幅wxと素子長lxを選択する。
(ステップ6)続いて、反射制御領域を少なくとも1つ含むよう、リフレクトアレイを形成する。リフレクトアレイについて反射特性を解析する。
(ステップ7)なお、ステップ7の解析結果を踏まえ、目的の反射角度のRCSがさらに高まるように、また、目的角度以外のRCSが小さくなるよう、最適化手法を用いて素子幅wxと素子長lxをさらに微調整することも可能である。
(Design method 3)
(Step 1) First, the target reflection characteristics (operating frequency, incident angle, and reflection angle) are set.
(Step 2) Next, the size Lx of the reflection control area is determined using equation (3).
(Step 3) Next, the size Lx of the reflection control area is divided into n to determine the size of the unit cell.
(Step 4) Next, the reflection phase of the unit cell is analyzed using the element width wx and element length lx as design parameters. The reflection phase is derived using the element width wx and element length lx of the element pattern as design parameters, and an analysis result is obtained that shows the relationship between the element width wx, element length lx, and reflection phase in the unit cell.
(Step 5) Next, the ideal reflection phase or impedance for realizing the reflection characteristics of the targeted reflection control region is calculated using equations (5) to (10), and the element width wx and element length lx for realizing the desired reflection phase or impedance are selected based on the above analysis results.
(Step 6) Next, a reflectarray is formed so as to include at least one reflection control region. The reflection characteristics of the reflectarray are analyzed.
(Step 7) Note that, based on the analysis results of step 7, it is also possible to further fine-tune the element width wx and element length lx using an optimization method so as to further increase the RCS at the target reflection angle and to reduce the RCS at angles other than the target angle.
(素子パターン)
図1、図6、図7を参照して、素子パターンの詳細を説明する。ここでは、クロスパッチ形状に関する詳細な説明を行うが、素子パターン形状はこれに限定されない。例えば、円形形状や、長方形形状、正方形形状であってもよい。
一般的にリフレクトアレイは、素子パターンによる共振を利用して反射特性を変化させる。ここで、線状または長方形の素子パターン(方形パッチ)は、その長軸に沿った方向の偏波を主に共振させるため、これらを直交させた形状の素子パターンを用いた場合、TE、TM両偏波に対応できることが知られている。
(Element Pattern)
The element pattern will be described in detail with reference to Fig. 1, Fig. 6, and Fig. 7. Here, a detailed description will be given of the cross patch shape, but the element pattern shape is not limited to this. For example, it may be a circular shape, a rectangular shape, or a square shape.
In general, reflectarrays change the reflection characteristics by utilizing the resonance of the element pattern. Here, since a linear or rectangular element pattern (square patch) mainly resonates the polarized wave in the direction along its long axis, it is known that when an element pattern with a shape perpendicular to these is used, it can handle both TE and TM polarized waves.
本開示のリフレクトアレイにおいて、反射制御領域の分割数n、mを増加させるにつれて各単位セルのサイズおよび素子パターンのサイズは小さくなる。共振は、周波数に対して一定の素子パターンのサイズが満たされた場合にのみ生じるため、n、mを一定以上増加させた場合、動作周波数における非対称反射の実現が困難になる。一方、n、mを増加させるほど、より微小な領域ごとに反射特性を制御できるため、リフレクトアレイの反射特性は理論的な特性に近づく。 In the reflectarray of the present disclosure, the size of each unit cell and the size of the element pattern become smaller as the division numbers n and m of the reflection control area are increased. Since resonance occurs only when a certain element pattern size is satisfied for the frequency, if n and m are increased beyond a certain value, it becomes difficult to achieve asymmetric reflection at the operating frequency. On the other hand, as n and m are increased, the reflection characteristics can be controlled for each smaller area, and the reflection characteristics of the reflectarray approach the theoretical characteristics.
本開示のリフレクトアレイにおける素子パターンは、xy平面において、2つの方形パッチが直交した形状のクロスパッチをその形状に含む。ここで、図1bに示されるように、クロスパッチを構成するx軸方向に長辺を有する方形パッチは長辺のサイズである素子長lxと短辺のサイズである素子幅wyを有し、y軸方向に長辺を有する方形パッチは長辺のサイズである素子長lyおよび短辺のサイズである素子幅wxを有する。したがって、単位セル4nにおける素子パターンは、素子長としてlxn、lynを有し、素子幅としてwxn、wynを有する、と表示することが可能である。 The element pattern in the reflect array of the present disclosure includes a cross patch in the xy plane, in which two square patches are perpendicular to each other. Here, as shown in FIG. 1b, the square patch having a long side in the x-axis direction that constitutes the cross patch has an element length lx, which is the size of the long side, and an element width wy, which is the size of the short side, and the square patch having a long side in the y-axis direction has an element length ly, which is the size of the long side, and an element width wx, which is the size of the short side. Therefore, the element pattern in unit cell 4n can be expressed as having element lengths lxn and lyn, and element widths wxn and wyn.
図6は、素子パターンの構成を示す図である。単位セルには素子パターンが1つ配置される。単位セル4の素子パターンを構成するクロスパッチは、2つの方形パッチが交差する位置が単位セルの重心と同じであっても良いし(図6(a)の単位セル4a)、異なっていても良い(図6(b)の単位セル4b、図6(c)の単位セル4c)。これらのクロスパッチの変形は適宜選択することが可能であり、設計の柔軟性や拡張性を高めることができる。
Figure 6 shows the configuration of an element pattern. One element pattern is placed in a unit cell. The cross patch that constitutes the element pattern of
本開示では、素子幅wx、wyを設計パラメータとして取り扱うこととし、反射制御領域に含まれる各素子パターンは互いに異なる素子幅を有するように設計する。素子幅wxは、最大で素子長lxと等しい値をとるまでの範囲内で変化し、素子幅wyは、最大で素子長lyと等しい値をとるまでの範囲内で変化させることができる。同一素子パターン内の素子幅wxと素子幅wyは、等しい値であっても異なる値であってもよい。異なる値とする場合、TE、TM偏波に対する特性をそれぞれ個別に制御することができる。 In this disclosure, the element widths wx and wy are treated as design parameters, and each element pattern included in the reflection control region is designed to have a different element width. The element width wx can be changed within a range up to a value equal to the element length lx, and the element width wy can be changed within a range up to a value equal to the element length ly. The element width wx and element width wy in the same element pattern may be equal or different values. When they are different values, the characteristics for TE and TM polarization can be controlled separately.
これまで説明してきた反射制御領域において、x軸方向の素子長lxは素子パターン毎に等しく、また、y軸方向の素子長lyは素子パターン毎に等しいものであった。ここで、lxとlyは等しいものあっても異なっていてもよい。lxとlyが異なる場合には、TE、TM偏波に対する特性を、素子パターンそれぞれ個別に付与することができる。 In the reflection control regions described so far, the element length lx in the x-axis direction is equal for each element pattern, and the element length ly in the y-axis direction is equal for each element pattern. Here, lx and ly may be equal or different. When lx and ly are different, characteristics for TE and TM polarization can be given to each element pattern individually.
素子パターンは、表面抵抗値が100Ω/□以下であることが好ましい。素子パターンに用いる材料としては、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。例えば、無機酸化物材料および金属材料としては、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム・酸化亜鉛(IZO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、Ag、Al、Au、Pt、Pd、Cu、Co、Cr、In、Ag-Cu、Cu-AuおよびNiなどが用いられる。また、これらの材料のうちの少なくとも1つを含むナノ粒子、またはナノワイヤーを用いてもよい。導電性を有する有機材料としては、ポリチオフェン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリピロール誘導体、カーボンナノチューブ、グラフェンなどが挙げられる。特に材料コスト、導電性、製膜性の観点から、CuやAlが好ましい。また、ITOやポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸(PSS)との混合物(PEDOT/PSS)などを用いることにより、透明性を有するリフレクトアレイを作製することもできる。素子パターンの厚みは、例えば、10nm以上18μm以下である。柔軟性、成膜性、安定性、シート抵抗値および低コストの観点から、蒸着法により成膜されたものを素子パターンとして用いることが好ましい。 The element pattern preferably has a surface resistance of 100 Ω/□ or less. The material used for the element pattern is a conductive material such as an inorganic oxide material, a metal material, or a conductive organic material. For example, the inorganic oxide material and the metal material may be indium tin oxide (ITO), indium oxide-zinc oxide (IZO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), gallium-doped zinc oxide (GZO), antimony-doped tin oxide (ATO), Ag, Al, Au, Pt, Pd, Cu, Co, Cr, In, Ag-Cu, Cu-Au, or Ni. Nanoparticles or nanowires containing at least one of these materials may also be used. Examples of conductive organic materials include polythiophene derivatives, polyacetylene derivatives, polyaniline derivatives, polypyrrole derivatives, carbon nanotubes, and graphene. In particular, Cu and Al are preferred from the viewpoints of material cost, conductivity, and film formation. In addition, a transparent reflect array can be produced by using ITO or a mixture of polyethylenedioxythiophene (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid (PSS) (PEDOT/PSS). The thickness of the element pattern is, for example, 10 nm to 18 μm. From the viewpoints of flexibility, film-forming properties, stability, sheet resistance, and low cost, it is preferable to use a film formed by vapor deposition as the element pattern.
素子パターンの材料は、後述するグランド層と同一のものを用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。なお、例えば、グランド層または素子パターン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こととすることも可能である。Cuは導電性に優れるため、導体損失を低減することができる。Alは密度が小さく軽量であり、またコストが低いため、軽量かつ安価なリフレクトアレイを形成できる。また、少なくとも一方の層の厚みは1μm以下とすることができる。1μm以下とすることによって可撓性が向上し、リフレクトアレイの曲面等への設置がしやすくなり、また軽量化を実現することが可能となる。
The material of the element pattern may be the same as that of the ground layer described below, or a different material may be used. For example, at least one of the layers of the ground layer or the element pattern may be formed from Cu or Al. Cu has excellent conductivity and can reduce conductor loss. Al has low density, is lightweight, and is low cost, making it possible to form a lightweight and inexpensive reflect array. The thickness of at least one of the layers may be 1 μm or less. By making the
上記材料を用いる形態としては連続膜、メッシュ状、パンチング形状が挙げられる。 The above materials can be used in a continuous film, mesh, or punched shape.
ここで、メッシュとは、導体の平面に網目状の透孔(開口)が空いた状態をいう。導体がメッシュ状に形成される場合、メッシュの目は方形であってもよく、菱形であってもよい。メッシュの目を方形に形成する場合、メッシュの目は正方形であることが好ましい。メッシュの目が正方形であれば、意匠性が良い。また、自己組織化法によるランダム形状でもよい。ランダム形状にすることでモアレを防ぐことができる。金属をメッシュ状に加工する場合、金属板のパンチング加工、金属板のエッチング等の方法を採用することが可能である。 Here, mesh refers to a state in which a conductor has a mesh-like opening (hole) on its plane. When the conductor is formed in a mesh shape, the mesh may be rectangular or rhombic. When the mesh is formed in a rectangular shape, it is preferable that the mesh be square. Square meshes provide good design. They may also be randomly shaped by a self-organizing method. Making the mesh random can prevent moire. When processing metal into a mesh shape, methods such as punching a metal plate or etching a metal plate can be used.
素子パターンがメッシュ状である場合や、透明導電材料を使用した場合、リフレクトアレイが可視光透過性を示し、設置後の景観を保つことを可能にする。 When the element pattern is mesh-shaped or when a transparent conductive material is used, the reflect array is transparent to visible light, making it possible to maintain the appearance after installation.
素子パターンがメッシュ状である場合、メッシュの線幅は、5μm以上30μm以下が好ましく、6μm以上15μm以下がより好ましい。メッシュの線間隔は、50μm以上500μm以下が好ましく、100μm以上300μm以下がより好ましい。また、メッシュの線間隔は、動作周波数における波長をλとしたとき、0.5×λ以下であることが好ましく、0.1×λ以下であることがより好ましく、0.01×λ以下であることがさらに好ましい。メッシュの線間隔が0.5×λ以下であれば性能を担保することができる。また、メッシュの線間隔は、0.001×λ以上であってもよい。 When the element pattern is mesh-shaped, the line width of the mesh is preferably 5 μm to 30 μm, more preferably 6 μm to 15 μm. The line spacing of the mesh is preferably 50 μm to 500 μm, more preferably 100 μm to 300 μm. Furthermore, when the wavelength at the operating frequency is λ, the line spacing of the mesh is preferably 0.5×λ or less, more preferably 0.1×λ or less, and even more preferably 0.01×λ or less. If the line spacing of the mesh is 0.5×λ or less, performance can be guaranteed. Furthermore, the line spacing of the mesh may be 0.001×λ or more.
素子パターンがメッシュ状である場合や、透明導電材料を使用した場合、リフレクトアレイが可視光透過性を示し、設置後の景観を保つことを可能にする。 When the element pattern is mesh-shaped or when a transparent conductive material is used, the reflect array is transparent to visible light, making it possible to maintain the appearance after installation.
素子パターンの形態が薄膜の場合、リフレクトアレイの可撓性を向上させることが可能であり、それにより曲面での使用やロールtoロールでの生産プロセスを実施することが可能となる When the element pattern is in the form of a thin film, it is possible to improve the flexibility of the reflectarray, making it possible to use it on curved surfaces and to carry out a roll-to-roll production process.
素子パターンの形態が薄膜を用いて形成する場合、その厚みは式(11)から算出される表皮深さの2倍よりも大きいことが好ましい。ただし、dは表皮深さ、ωは角周波数、μは材料の透磁率、σは材料の導電率である。式(11)から算出される表皮深さの2倍よりも薄い場合には導体に入射した電磁波の一部が透過し、反射効率が悪くなる。
また、より好ましくは式(11)から算出される表皮深さの2倍よりも大きく、かつそれに近しい厚みであることが好ましい。式(11)から算出される表皮深さの2倍より十分に大きい厚みをもつ素子パターンは、表皮効果により導体の表面部分に電流が集中し、中心部分はほとんど電流が流れていない状態になる。そのため、式(11)の表皮深さの2倍より大きい厚みを持っていても電力伝送特性は大きく変わらない。式(11)から算出される表皮深さの2倍に近い値であるほど、十分な電力伝送特性を備えることができ、かつ材料費を抑えて作製できる。
More preferably, the thickness is greater than or close to twice the skin depth calculated from formula (11). In an element pattern having a thickness sufficiently greater than twice the skin depth calculated from formula (11), the current is concentrated on the surface of the conductor due to the skin effect, and almost no current flows in the center. Therefore, even if the thickness is greater than twice the skin depth of formula (11), the power transmission characteristics do not change significantly. The closer the value is to twice the skin depth calculated from formula (11), the more sufficient the power transmission characteristics can be provided and the lower the material costs can be produced.
また、電磁波の反射効率を高めるため、素子パターンによる損失を低減させることが挙げられる。そのため、素子パターンの表面粗さは小さいほうが好ましい。高い周波数では、表皮効果の影響で導体の表面部分に電流が集中し、導体表面の電流密度が高くなっている。そのため、表面粗さの影響を受けやすく、表面粗さが大きいと導体損失が大きくなる。特に、表皮深さより大きい表面粗さを持つ場合に、導体損失は著しく大きくなる。したがって、導体損失を抑えるために表面粗さは小さい方が好ましい。 In addition, in order to increase the reflection efficiency of electromagnetic waves, it is also possible to reduce losses due to the element pattern. For this reason, it is preferable for the surface roughness of the element pattern to be small. At high frequencies, the skin effect causes current to concentrate on the surface portion of the conductor, and the current density on the conductor surface becomes high. For this reason, it is easily affected by surface roughness, and the greater the surface roughness, the greater the conductor loss. In particular, when the surface roughness is greater than the skin depth, the conductor loss becomes significantly large. Therefore, it is preferable for the surface roughness to be small in order to suppress conductor loss.
(誘電体層)
誘電体層には、単体の樹脂の他に、紙やガラス繊維や炭素繊維などに樹脂を含侵させた複合材料の使用が挙げられる。
(Dielectric Layer)
For the dielectric layer, in addition to a simple resin, a composite material in which paper, glass fiber, carbon fiber, etc. are impregnated with resin can be used.
誘電体層の比誘電率は、1以上20以下の範囲にあることが好ましく、1以上10以下の範囲にあることがより好ましく、2以上4以下の範囲にあることがさらに好ましい。比誘電率が上記範囲内であると、リフレクトアレイ1において所望の反射位相特性を得やすい傾向にある。また、誘電正接は0.00005以上0.01以下の範囲にあることが好ましく、0.00005以上0.001以下の範囲にあることが好ましい。上記範囲内であると、誘電損失の少ないリフレクトアレイ1を作製できる。
The relative dielectric constant of the dielectric layer is preferably in the range of 1 to 20, more preferably in the range of 1 to 10, and even more preferably in the range of 2 to 4. If the relative dielectric constant is within the above range, it tends to be easier to obtain the desired reflection phase characteristics in the
単体の樹脂には例えば、ポリエチレン(εr=2.2~2.4)、ポリプロピレン(εr=2.0~2.6)、ポリスチレン(εr=2.4~2.6)、ポリ塩化ビニル(εr=2.8~8.0)、AS樹脂(εr=2.6~3.1)、ABS樹脂(εr=2.4~4.1)、ポリエチレンテレフタレート(εr=2.9~3.0)、アクリル樹脂(εr=2.7~4.5)、ウレタン樹脂(εr=4.0~7.1)、エポキシ樹脂(εr=2.5~6.0)、ナイロン(εr=3.0~5.0)、ポリイミド(εr=2.4~2.7)、フッ素樹脂(εr=2.0~2.6)、ポリカーボネート(εr=2.9~8.9)、ポリフェニレンエーテル(εr=2.8~8.2)、ポリフェニレンサルファイド(εr=3.2~4.6)、ポリフッ化ビニリデン(εr=6.4~10.0)、ポリエチレンナフタレート(εr=2.9)、フェノール樹脂(εr=3.0~12.0)、シクロオレフィンポリマー(εr=2.3~2.5)等が挙げられる。ここで、εrは比誘電率を示す。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。また、誘電体層は、単層あるいは複層とすることもできる。また、誘電体層は、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。 Examples of single resins include polyethylene (εr = 2.2 to 2.4), polypropylene (εr = 2.0 to 2.6), polystyrene (εr = 2.4 to 2.6), polyvinyl chloride (εr = 2.8 to 8.0), AS resin (εr = 2.6 to 3.1), ABS resin (εr = 2.4 to 4.1), polyethylene terephthalate (εr = 2.9 to 3.0), acrylic resin (εr = 2.7 to 4.5), urethane resin (εr = 4.0 to 7.1), epoxy resin (εr = 2.5 to 6.0), nylon (εr = 3.0 to 5.0), polyimide (εr = 2.4 to 2.7), fluororesin (εr = 2.0 to 2.6), polycarbonate (εr = 2.9 to 8.9), polyphenylene ether (εr = 2.8 to 8.2), polyphenylene sulfide (εr = 3.2 to 4.6), polyvinylidene fluoride (εr = 6.4 to 10.0), polyethylene naphthalate (εr = 2.9), phenolic resin (εr = 3.0 to 12.0), cycloolefin polymer (εr = 2.3 to 2.5), etc. are listed. Here, εr indicates the relative dielectric constant. In particular, it is preferable to use polyethylene terephthalate (PET) because it is inexpensive and has excellent versatility. The dielectric layer can be a single layer or multiple layers. The dielectric layer may be a foam obtained by foaming the above materials. As the foam, a foam with high flexibility is preferably used.
複合材料には例えば、紙/フェノール樹脂、紙/エポキシ樹脂、ガラス/エポキシ樹脂、ガラス/フッ素樹脂の複合材料等が挙げられる。 Examples of composite materials include paper/phenolic resin, paper/epoxy resin, glass/epoxy resin, and glass/fluororesin composite materials.
誘電率調整の観点から、樹脂成分同士、あるいは誘電性化合物と樹脂成分とを含有する混合物の使用が挙げられる。混合物における比誘電率は誘電性化合物の選択およびその含有量に応じて調整可能である。 From the viewpoint of adjusting the dielectric constant, a mixture containing resin components or a dielectric compound and a resin component can be used. The relative dielectric constant of the mixture can be adjusted depending on the selection of the dielectric compound and its content.
混合物の比誘電率は例えば、Maxwell-Garnett則を用いて予測可能である。比誘電率εaの誘電体Aと、比誘電率εbの誘電体Bの混合物において、Aの体積分率がδaである場合、混合物の比誘電率εmは式(12)の関係式によって示される。
誘電性化合物としては、例えばチタン酸バリウム(εr=250~20000)、酸化チタン(εr=83~183)、ジルコン酸チタン酸鉛、タンタル酸ビスマス酸ストロンチウム、ビスマスフェライト等が挙げられる。 Examples of dielectric compounds include barium titanate (εr = 250 to 20,000), titanium oxide (εr = 83 to 183), lead zirconate titanate, strontium tantalate bismuthate, and bismuth ferrite.
透明性を有する誘電体を使用した場合、リフレクトアレイが可視光透過性を示し、設置後の景観を保つことを可能にする。 When a transparent dielectric is used, the reflectarray exhibits visible light transparency, allowing the appearance to be maintained after installation.
誘電体層の厚みは、設計周波数により適宜選択される。設計周波数を28GHzとした場合、40μm以上250μm以下であることが好ましく、50μm以上200μm以下であることがより好ましい。薄すぎると反射位相の確保が困難となり、リフレクトアレイ1の設計が難しくなる。一方で、厚すぎても、反射位相の確保が困難となる、可撓性がなくなる、リフレクトアレイの総厚が厚くなるなどの傾向があり、省スペース化が難しくなる。このため、誘電体層の厚みは、250μm以下が好ましい。設計周波数を60GHzとした場合、誘電体層の厚みは10μm以上250μm以下であることが好ましい。設計周波数が100GHz以上になる場合、誘電体層の厚みを数μm以上100μm以下程度にすると、リフレクトアレイを設計しやすい。
The thickness of the dielectric layer is appropriately selected depending on the design frequency. When the design frequency is 28 GHz, it is preferably 40 μm or more and 250 μm or less, and more preferably 50 μm or more and 200 μm or less. If it is too thin, it becomes difficult to ensure the reflection phase, and the design of the
誘電体層は、例えば、ダイコーティングやコンマコーティング、グラビアコーティングなどのウェットコーティング、Tダイ法やインフレーション法などの溶融押出法、カレンダー製膜法、溶液流延法、熱プレス法などを用いて形成することができる。また、複数の樹脂を多層に押し出してフィルムを製膜する共押出法を用いてもよい。 The dielectric layer can be formed, for example, by wet coating such as die coating, comma coating, or gravure coating, melt extrusion methods such as the T-die method or inflation method, calendar film formation, solution casting, or heat pressing. A co-extrusion method in which multiple resins are extruded in multiple layers to form a film may also be used.
(グランド層)
グランド層は、リフレクトアレイに到達する電磁波を反射させるために設けられる。グランド層の材料として、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。
(Ground layer)
The ground layer is provided to reflect electromagnetic waves that reach the reflect array. As the material of the ground layer, a conductive material such as an inorganic oxide material, a metal material, or a conductive organic material is used.
例えば、無機酸化物材料および金属材料としては、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム・酸化亜鉛(IZO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、Ag、Al、Au、Pt、Pd、Cu、Co、Cr、In、Ag-Cu、Cu-AuおよびNiなどが用いられる。また、これらの材料のうちの少なくとも1つを含むナノ粒子、またはナノワイヤーを用いてもよい。導電性を有する有機材料としては、ポリチオフェン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリピロール誘導体、カーボンナノチューブ、グラフェン等が挙げられる。特に材料コスト、導電性、製膜性の観点から、CuやAlが好ましい。また、電磁波を反射させるためにはグランド層の表面抵抗値が100Ω/□以下であることが望ましく、この条件を満たすことができればITOやポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸(PSS)との混合物(PEDOT/PSS)などを用いることによって、透明性を有するリフレクトアレイを作製することもできる。 For example, inorganic oxide materials and metal materials include indium tin oxide (ITO), indium oxide-zinc oxide (IZO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), gallium-doped zinc oxide (GZO), antimony-doped tin oxide (ATO), Ag, Al, Au, Pt, Pd, Cu, Co, Cr, In, Ag-Cu, Cu-Au, and Ni. Nanoparticles or nanowires containing at least one of these materials may also be used. Organic materials having electrical conductivity include polythiophene derivatives, polyacetylene derivatives, polyaniline derivatives, polypyrrole derivatives, carbon nanotubes, and graphene. In particular, Cu and Al are preferred from the viewpoints of material cost, electrical conductivity, and film-forming properties. In addition, to reflect electromagnetic waves, it is desirable for the surface resistance of the ground layer to be 100 Ω/□ or less. If this condition can be met, a transparent reflect array can be produced by using ITO or a mixture of polyethylenedioxythiophene (PEDOT) and polystyrene sulfonate (PSS) (PEDOT/PSS).
上記材料を用いる形態としては連続膜、メッシュ状、パンチング形状、周期性構造が挙げられる。 The above materials can be used in a continuous film, mesh, punched shape, or periodic structure.
ここで、メッシュとは、導体の平面に網目状の透孔(開口)が空いた状態をいう。導体がメッシュ状に形成される場合、メッシュの目は方形であってもよく、菱形であってもよい。メッシュの目を方形に形成する場合、メッシュの目は正方形であることが好ましい。メッシュの目が正方形であれば、意匠性が良い。また、自己組織化法によるランダム形状でもよい。ランダム形状にすることでモアレを防ぐことができる。金属をメッシュ状に加工する場合、金属板のパンチング加工、金属板のエッチング等の方法を採用することが可能である。 Here, mesh refers to a state in which a conductor has a mesh-like opening (hole) on its plane. When the conductor is formed in a mesh shape, the mesh may be rectangular or rhombic. When the mesh is formed in a rectangular shape, it is preferable that the mesh be square. Square meshes provide good design. They may also be randomly shaped by a self-organizing method. Making the mesh random can prevent moire. When processing metal into a mesh shape, methods such as punching a metal plate or etching a metal plate can be used.
グランド層がメッシュ状である場合や、透明導電材料を使用した場合、リフレクトアレイが可視光透過性を示し、設置後の景観を保つことを可能にする。 When the ground layer is mesh-like or a transparent conductive material is used, the reflect array is transparent to visible light, making it possible to maintain the appearance after installation.
グランド層がメッシュ状である場合、メッシュの線幅は、5μm以上30μm以下が好ましく、6μm以上15μm以下がより好ましい。メッシュの線間隔は、50μm以上500μm以下が好ましく、100μm以上300μm以下がより好ましい。また、メッシュの線間隔は、動作周波数における波長をλとしたとき、0.5×λ以下であることが好ましく、0.1×λ以下であることがより好ましく、0.01×λ以下であることがさらに好ましい。メッシュの線間隔が0.5×λ以下であれば性能を担保することができる。また、メッシュの線間隔は、0.001×λ以上であってもよい。 When the ground layer is mesh-shaped, the line width of the mesh is preferably 5 μm to 30 μm, more preferably 6 μm to 15 μm. The line spacing of the mesh is preferably 50 μm to 500 μm, more preferably 100 μm to 300 μm. Furthermore, when the wavelength at the operating frequency is λ, the line spacing of the mesh is preferably 0.5×λ or less, more preferably 0.1×λ or less, and even more preferably 0.01×λ or less. If the line spacing of the mesh is 0.5×λ or less, performance can be guaranteed. Furthermore, the line spacing of the mesh may be 0.001×λ or more.
グランド層の形成方法として、金属材料を用いる場合であれば、スパッタ法や蒸着法などのドライコーティング、金属材料をインキ化することによりグラビアコーティング、ダイコーティングなどのウェットコーティング、めっき処理などの表面処理、等から選択することが可能である。または、グランド層として、金属板を圧延したものを用いてもよい。無機酸化物材料を用いる場合であれば、グランド層11の形成方法として、ドライコーティングを選択することができる。有機材料を用いる場合であれば、グランド層11の形成方法として、ウェットコーティングを選択することができる。また、塗装やスプレー法で形成してもよい。 When a metal material is used as a method for forming the ground layer, it is possible to select from dry coating such as sputtering or vapor deposition, wet coating such as gravure coating or die coating by turning the metal material into ink, surface treatment such as plating, etc. Alternatively, a rolled metal plate may be used as the ground layer. When an inorganic oxide material is used, dry coating may be selected as a method for forming the ground layer 11. When an organic material is used, wet coating may be selected as a method for forming the ground layer 11. It may also be formed by painting or spraying.
グランド層の形態がめっき処理や蒸着法等で形成された薄膜の場合、リフレクトアレイの可撓性を向上させることが可能であり、それにより曲面での使用やロールtoロールでの生産プロセスを実施することが可能となる。 When the ground layer is in the form of a thin film formed by plating or vapor deposition, it is possible to improve the flexibility of the reflect array, making it possible to use it on curved surfaces and to implement a roll-to-roll production process.
グランド層の形態が薄膜の場合、その厚みは素子パターンと同様に式(11)から算出される表皮深さよりも大きいことが好ましい。 If the ground layer is in the form of a thin film, its thickness is preferably greater than the skin depth calculated from equation (11), similar to the element pattern.
また、電磁波の反射効率を高めるため、グランド層による損失を低減させることが挙げられる。そのため、グランド層の表面粗さは小さいほうが好ましい。 In addition, in order to increase the reflection efficiency of electromagnetic waves, it is necessary to reduce losses due to the ground layer. For this reason, it is preferable for the surface roughness of the ground layer to be small.
グランド層の形態が周期性構造である場合、特定の周波数を選択的に反射または透過させる機能が発現し得る。例えば、パッチ状の導電パターンが周期的に配置された構造をグランド層として使用した場合、特定の周波数のみを反射させることが可能となるため、動作周波数以外の周波数を透過させる機能を付与することができる。また、導電材料が存在しない箇所をホールとして周期的に設けた構造を使用した場合、動作周波数を非対称反射させつつ、特定の周波数のみを透過させるリフレクトアレイを設計することが可能である。 When the ground layer has a periodic structure, it can exhibit the function of selectively reflecting or transmitting specific frequencies. For example, when a structure in which patch-like conductive patterns are periodically arranged is used as the ground layer, it becomes possible to reflect only specific frequencies, and it is possible to impart the function of transmitting frequencies other than the operating frequency. In addition, when a structure in which holes are periodically arranged where there is no conductive material is used, it is possible to design a reflect array that asymmetrically reflects the operating frequency while transmitting only specific frequencies.
(製造方法)
リフレクトアレイの基本構成の主な製造方法としては、プリント基板等に用いられる銅張積層板または、誘電体層の片面もしくは両面に蒸着法やスパッタ法のドライコーティング、めっき処理やウェットコーティング等により金属膜を形成した誘電体層に対し、切削またはエッチング等を施すことにより素子パターンを形成する。
具体的には、銅張積層板は、例えば、エポキシ等の樹脂をガラスクロス等の基材に含侵させた絶縁体に銅箔を張り合わせたものである。銅張積層板は板状の形状を有しており、板状の形状の絶縁体の両面に銅箔が張り合わされている。一方の面の銅箔を素子パターン1とし、他方の面の銅箔はグランド層3に適用する。絶縁体は誘電体層2に該当する。
誘電体の両面に金属膜を形成する場合、一方の金属膜から素子パターン1を形成し、他方の金属膜はグランド層3に適用する。誘電体は、誘電体層2となる。
(Production method)
The main manufacturing method for the basic structure of a reflectarray is to form an element pattern by cutting or etching a copper-clad laminate used in printed circuit boards, or a dielectric layer having a metal film formed on one or both sides of the dielectric layer by dry coating using a vapor deposition or sputtering method, plating process, wet coating, etc.
Specifically, a copper-clad laminate is, for example, a copper foil laminated onto an insulator, such as a glass cloth base material impregnated with a resin such as epoxy. The copper-clad laminate has a plate shape, and copper foil is laminated onto both sides of the plate-shaped insulator. The copper foil on one side is used as the
When metal films are formed on both sides of a dielectric, the
図7は、エッチング後の素子パターンの形状の一例を示す図である。図7(a)は素子パターン1の平面図を示し、図7(b)から図7(d)は素子パターン1の断面図を示す。図7(a)に示されるように、素子パターン1は、素子長lxと素子幅wyを有する方形パッチと、素子長lyと素子幅wxを有する方形パッチが直交して形成される。エッチング法には、ドライエッチングやウェットエッチングのいずれの方式を用いてよい。エッチング法を用いた場合、素子パターン1にコーナーラウンディング(図7(a))や、ピンホールが生じることがある。また、素子パターン1の断面視において順テーパー(図7(b))や逆テーパー(図7(c))、ラウンディング(図7(d))が形成されることが想定される。図7中において素子パターン1の厚みをtとする。エッチング法を用いた場合、素子パターンの断面形状は、-z軸方向に裾が広がるような形状である順テーパー形状であることが好ましい。順テーパー形状であることにより、素子パターンの表面積が大きくなり、後述する機能層の積層時に機能層との密着力を大きくすることが可能となる。
7 is a diagram showing an example of the shape of the element pattern after etching. FIG. 7(a) shows a plan view of the
なお、一般的に切削の場合、素子パターンの寸法誤差は±100μm程度であり、エッチングの場合、素子パターンの寸法誤差は±50μm程度である。 Generally, the dimensional error of the element pattern when cutting is about ±100 μm, and when etching is about ±50 μm.
その他の製造方法としては、誘電体層上に素子パターンやグランド層を直接形成する方法があげられる。凸版印刷、平版印刷、凹版印刷、孔版印刷、転写印刷などを用いて印刷する方法や、誘電体層にマスキングテープやマスキング剤等で素子パターン部分以外をマスキング処理し、素子パターンをドライコーティングやめっき処理、塗装やスプレー法を用いることで、形成することもできる。 Other manufacturing methods include forming the element pattern and ground layer directly on the dielectric layer. They can also be printed using letterpress printing, lithographic printing, intaglio printing, stencil printing, transfer printing, etc., or by masking the dielectric layer with masking tape or a masking agent, etc., except for the element pattern area, and then forming the element pattern using dry coating, plating, painting, or spraying.
基本構成への他層(保護層、接着層、意匠層、設置層等の機能層)の積層では、貼り合わせや印刷・コーティング、押出成型が挙げられ、貼り合わせには例えば、ドライラミネートやウェットラミネート、熱ラミネート、押出ラミネートを用いることが挙げられるが、これに限定されるものではない。 Laying other layers (functional layers such as protective layers, adhesive layers, design layers, installation layers, etc.) onto the basic structure can be done by laminating, printing/coating, or extrusion molding. Lamination can be done by, for example, dry lamination, wet lamination, thermal lamination, or extrusion lamination, but is not limited to these.
(入射角度と反射角度の関係)
入射角度とは、反射制御領域に入射する電磁波の入射角度θi、反射角度とは、反射制御領域から反射する電磁波の反射角度θrである。反射制御領域から反射する電磁波の波長をλとした時に反射制御領域は下記の式(1)を満たすように設計される。
The incident angle is the incident angle θi of the electromagnetic wave incident on the reflection control area, and the reflection angle is the reflection angle θr of the electromagnetic wave reflected from the reflection control area. When the wavelength of the electromagnetic wave reflected from the reflection control area is λ, the reflection control area is designed to satisfy the following formula (1).
リフレクトアレイにおける反射角度は、式(2)を満たす必要がある。
(入射許容角度範囲)
入射ずれ角度は、式(1)を満たす入射角度を基準(=0°)として、そこからの入射角度のずれが生じた時の入射角度を示す。入射ずれ角度における角度表現は式(1)を満たす入射角度を基準(=0°)として、+z軸方向に向かう方向を正の角度(0°から-180°)、-z軸方向に向かう方向を負の角度(0°から-180°)として表す。
また、入射許容角度範囲は、反射制御領域が式(1)を満たす入射角度から入射した電磁波を式(1)を満たす反射角度に反射させる電磁波の反射強度を基準(=0dB)として、反射制御領域が入射ずれ角度から入射した電磁波を反射角度に反射させる電磁波の反射強度が、-3dB以内である入射ずれ角度の角度幅を表す。-3dBは電力が基準に対して半分になることを示している。-3dBの基準は、アンテナの業界では指向性を示す基準として用いられ、その範囲では十分に通信可能とされている。
リフレクトアレイは、入射角度の絶対値|θi|が大きくなるほど入射許容角度範囲を大きくすることができる。また、入射角度の絶対値|θi|が大きい範囲では、入射ずれ角度が正の値であるほうが入射許容角度範囲は大きくなり、より広い入射許容角度範囲を確保することができる。これは、発信器からリフレクトアレイを見たリフレクトアレイの見かけ上の面積が小さくなるため、リフレクトアレイに当たるエネルギー量が少なく、それに伴う反射電力が小さくなると考えられる。
入射許容角度範囲Δθiは、5.5°より大きく16°以下であることが好ましい。5.5°よりも小さい入射許容角度範囲の場合には、発信器から放射される電磁波の方向を正確に把握する必要がある。また、発信器にビームフォーミングを有するアンテナを使用する場合にも、ビームフォーミングの角度精度を高くするためにはより多くのアンテナ素子を配置する必要があり、発信器の大面積化及び高コスト化につながる。また、16°以上の入射許容角度範囲だと、発信器以外からの電波源を反射させてしまい、それが位相を乱す原因になることがある。
(Acceptable incident angle range)
The incidence deviation angle indicates the incidence angle at which a deviation occurs from the incidence angle (=0°) that satisfies the formula (1). The incidence deviation angle is expressed as an angle in which the incidence angle that satisfies the formula (1) is the reference (=0°), and the direction toward the +z axis direction is expressed as a positive angle (0° to −180°), and the direction toward the −z axis direction is expressed as a negative angle (0° to −180°).
The allowable incidence angle range indicates the angle width of the incidence deviation angle within which the reflection intensity of the electromagnetic wave that the reflection control area reflects, to a reflection angle that satisfies the formula (1), the electromagnetic wave that is incident from the incidence deviation angle to which the reflection control area reflects the electromagnetic wave to a reflection angle that satisfies the formula (1) is within -3 dB, with the reflection intensity of the electromagnetic wave being taken as the reference (=0 dB). -3 dB indicates that the power is half of the reference. The -3 dB reference is used in the antenna industry as a reference for directivity, and is considered to be sufficient for communication within that range.
The reflectarray can increase the allowable incident angle range as the absolute value |θi| of the incident angle increases. Also, in the range where the absolute value |θi| of the incident angle is large, the allowable incident angle range is larger when the incident deviation angle is a positive value, and a wider allowable incident angle range can be secured. This is because the apparent area of the reflectarray when viewed from the transmitter becomes smaller, so the amount of energy that hits the reflectarray is smaller, and the reflected power is therefore smaller.
The allowable incident angle range Δθi is preferably greater than 5.5° and less than 16°. When the allowable incident angle range is less than 5.5°, it is necessary to accurately grasp the direction of the electromagnetic wave emitted from the transmitter. Also, when an antenna with beamforming is used for the transmitter, it is necessary to arrange more antenna elements in order to increase the angular accuracy of the beamforming, which leads to a larger area and higher cost of the transmitter. Also, when the allowable incident angle range is 16° or more, radio wave sources other than the transmitter are reflected, which may cause phase disturbance.
(電磁波反射システム)
図8を参照して、電磁波反射システムおよびリフレクトアレイの設置方法の例を説明する。図8は、リフレクトアレイを用いた電磁波反射システムの一例を示す図である。説明のしやすさから、図8を例に説明しているが、電磁波反射システムの使用環境はこれに限定されない。
図8の例に示すように、発信器から放射される電磁波は、遮蔽物500があった場合に、遮蔽物などにより遮断され、直接受信器まで電磁波を届けることが出来ない。高い周波数であるほど電磁波は直進性が高いため、遮蔽物の裏側に回り込んで電磁波を届けることが難しくなる。ここで、リフレクトアレイを用いることで、発信器から一次放射された電磁波がリフレクトアレイに当たり、リフレクトアレイから二次放射された電磁波が受信器に当たることにより、発信器から受信器まで電磁波を届けることが出来る。
一般的に、パッシブ反射板を用いる場合において、電磁波反射システムを構築する際は、事前に使用環境を確認して、パッシブ反射板の設置場所と入射角度と反射角度を計算し、それをもとにパッシブ反射板の設計を行う。この場合、事前の確認が正確でなければ、最大効果を発揮することができない。また、パッシブ反射板の設置の際に、正確な角度調整が必要である。
ここで、本開示のリフレクトアレイを用いることで、式(2)を満たす入射角度と反射角度の範囲内において、入射ずれ角度が発生してもリフレクトアレイに入射する電磁波を反射角度方向に反射させることができ、入射許容角度範囲を広く取ることができるので、電磁波反射システムの構築が容易になる。
(Electromagnetic Wave Reflection System)
An example of an installation method of an electromagnetic wave reflection system and a reflectarray will be described with reference to Fig. 8. Fig. 8 is a diagram showing an example of an electromagnetic wave reflection system using a reflectarray. For ease of explanation, Fig. 8 is used as an example for explanation, but the environment in which the electromagnetic wave reflection system is used is not limited to this.
As shown in the example of Fig. 8, if there is a
Generally, when using a passive reflector, when constructing an electromagnetic wave reflection system, the usage environment is checked in advance, the installation location of the passive reflector and the angle of incidence and reflection are calculated, and the passive reflector is designed based on that. In this case, if the confirmation in advance is not accurate, the maximum effect cannot be achieved. In addition, accurate angle adjustment is required when installing the passive reflector.
Here, by using the reflect array of the present disclosure, within the range of incident angles and reflection angles that satisfy formula (2), electromagnetic waves incident on the reflect array can be reflected in the reflection angle direction even if an incident deviation angle occurs, and the allowable incident angle range can be made wide, making it easy to construct an electromagnetic wave reflection system.
(リフレクトアレイの設置方法)
リフレクトアレイの設置場所は、設置スペースを取らない点から、リフレクトアレイは壁等に沿って設置されることが好ましい。具体的には、図8において、壁200と壁201への設置が想定される。壁200に設置されるリフレクトアレイを61、壁201に設置されるリフレクトアレイを62とする。リフレクトアレイ61は、式(2)を満たす設置方法であり、リフレクトアレイ62は、式(2)を満たさない設置方法である。リフレクトアレイ62の設置方法は、発信器とリフレクトアレイ62の位置関係を決定するために高い精度が必要になり、設置位置にずれが生じた場合、受信器が受信できる電力は大幅に変わってしまう。壁200にリフレクトアレイ61を設置することにより、入射許容角度範囲が広くなり、この角度範囲から入射する電磁波を安定した反射強度で受信器の方向へ反射することができる。実用上を考慮すると、例えば、施工時におけるリフレクトアレイの設置位置精度が緩和され、施工が容易になる。また、発信器にビームフォーミングを有するアンテナを使用する場合、ビームフォーミングの精度も緩和することができる効果が期待できる。
(How to install a reflectarray)
The reflectarray is preferably installed along a wall or the like in order to save installation space. Specifically, in FIG. 8, installation on a
(支持体)
リフレクトアレイは支持体に設置される。図9は支持体に設置したリフレクトアレイの一例を示す図である。支持体としては、既存の看板や壁、天井、窓ガラス等を用いても構わないし、新規にパネルやポールを設置しても構わない。設置スペースを取らない点から、図9(a)のように、既存の看板や壁、天井、窓ガラス等に張り付けて使用することが好ましい。さらに、空間との調和をとるために意匠層を設けたり、素子やグランド層をメッシュにすることで透明性を付与することもできる。また、図9(b)のように、新規にパネルやポールを設置する場合には、リフレクトアレイの角度を上下あるいは左右方向に調節することができる機構を有することが好ましく、さらに、リフレクトアレイの位置を上下左右に動かす機構を有することがより好ましい。支持体にリフレクトアレイを設置し、リフレクトアレイ装置として用いられる。
(Support)
The reflectarray is installed on a support. FIG. 9 is a diagram showing an example of a reflectarray installed on a support. As the support, an existing signboard, wall, ceiling, window glass, etc. may be used, or a new panel or pole may be installed. In order to save installation space, it is preferable to use it by attaching it to an existing signboard, wall, ceiling, window glass, etc. as shown in FIG. 9(a). Furthermore, in order to harmonize with the space, a design layer may be provided, or the element or ground layer may be made into a mesh to provide transparency. In addition, when a new panel or pole is installed as shown in FIG. 9(b), it is preferable to have a mechanism that can adjust the angle of the reflectarray in the vertical or horizontal direction, and more preferably to have a mechanism that moves the position of the reflectarray up, down, left, and right. The reflectarray is installed on a support and used as a reflectarray device.
(設置層)
設置層はリフレクトアレイを支持体と固定するための層である。例えば、接着層や粘着層、支持体が金属製の場合マグネットの使用が挙げられる。
(Installation layer)
The mounting layer is a layer for fixing the reflectarray to the support. For example, an adhesive layer, a sticky layer, or a magnet can be used when the support is made of metal.
(意匠層)
意匠層は、リフレクトアレイの表面に意匠性を付与するための層である。例えば、壁紙等の建装材に使用する場合では、空間との調和をとるためにさらに意匠層を設けても良い。また、ホワイトボードとして用いる場合には、機能性フィルムを意匠層として使用しても良い。後述の保護層の機能を意匠層に付与しても構わないとする。
(Design layer)
The design layer is a layer for imparting design to the surface of the reflectarray. For example, when used as a building material such as wallpaper, a design layer may be further provided to harmonize with the space. When used as a whiteboard, a functional film may be used as the design layer. The design layer may be given the function of the protective layer described below.
(保護層)
保護層には、素子パターンやグランド層の酸化劣化や物理的な傷や剥がれを防ぐため、ガスバリア性や水蒸気バリア性、耐水性、耐摩耗性、耐擦傷性を有するフィルムまたはシートの使用が挙げられる。
(Protective Layer)
For the protective layer, a film or sheet having gas barrier properties, water vapor barrier properties, water resistance, abrasion resistance, and scratch resistance may be used to prevent oxidation deterioration, physical damage, and peeling of the element pattern and ground layer.
リフレクトアレイの屋内での使用を想定した場合、抗菌性、抗ウイルス性、耐汚染性等を有する保護層の使用が好ましい。また、リフレクトアレイの屋外での使用を想定した場合、耐候性が求められるため、UVA(紫外線吸収剤)やHALS(光安定剤)を含む層を使用しても良い。 When the reflectarray is intended for indoor use, it is preferable to use a protective layer that has antibacterial, antiviral, and contamination resistance properties. Furthermore, when the reflectarray is intended for outdoor use, weather resistance is required, so a layer containing UVA (ultraviolet absorber) and HALS (light stabilizer) may be used.
[評価結果(実施例・比較例)]
実施例1-4、比較例1-4については表1、また、実施例5-10、比較例5-10については、表2に結果をまとめた。ここで使用する比較例は、本開示のリフレクトアレイが特定の入射角度において広い入射許容角度範囲を持つことを示すために、同じリフレクトアレイで式(2)を満たす場合と満たさない場合を比較している。
表1、表2の設置容易性は、リフレクトアレイの設置誤差がどの程度許容されるかを示す指標である。発信器とリフレクトアレイの距離が5mあるときに、リフレクトアレイを45cm動かしても受信電力の低下が-3dB以内である場合を〇、-3dBより大きく受信電力が低下する場合を×とする。リフレクトアレイを動かす方向は、x軸方向に非対称反射させる反射板である場合、x軸に沿って平行移動させることとする。
受信安定性は、発信器を動かした時における式(1)を満たす反射角度における受信電力の安定性を示す指標である。発信器を入射ずれ角度が変化するように動かし、反射角度における受信電力が-3dBとなるときの角度幅(すなわち入射許容角度範囲)が5.5°以下の場合を受信電力が安定しない状態として×と判断し、5.5°より大きく16°以下の場合を受信電力が安定する状態として〇と判断する。
The results of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-4 are summarized in Table 1, and the results of Examples 5-10 and Comparative Examples 5-10 are summarized in Table 2. The comparative examples used here compare the cases where the same reflectarray satisfies and does not satisfy Equation (2) in order to show that the reflectarray of the present disclosure has a wide incident angle range at a specific incident angle.
The ease of installation in Tables 1 and 2 is an index showing the tolerance of installation error of the reflectarray. When the distance between the transmitter and the reflectarray is 5 m, if the reduction in received power is within -3 dB even if the reflectarray is moved 45 cm, it is marked as ◯, and if the reduction in received power is greater than -3 dB, it is marked as ×. When the reflector has an asymmetric reflection in the x-axis direction, the direction in which the reflectarray is moved is parallel to the x-axis.
The reception stability is an index showing the stability of the received power at the reflection angle that satisfies the formula (1) when the transmitter is moved. The transmitter is moved so that the incident deviation angle changes, and if the angle width (i.e., the incident allowable angle range) at which the received power at the reflection angle becomes -3 dB is 5.5° or less, it is judged as an X, which means that the received power is unstable, and if it is greater than 5.5° and less than 16°, it is judged as an O, which means that the received power is stable.
(実施例1)
素子パターン1およびグランド層3に厚み0.018mmの銅を、誘電体層2に厚み0.764mmのガラス/フッ素樹脂の複合材料を用いた基本構成のリフレクトアレイ6を構成した。ただし、銅の導電率は5.8×10^7siemens/mとし、誘電体層2の比誘電率の実部は2.6、tanδは0.0025とした。
Example 1
A
動作周波数を28GHzとし、狙いの反射特性(目的とする反射特性)をθix=-45°、θrx=0°、θiy=θry=0°に設定し、式(3)を使用して反射制御領域5のx軸方向のサイズLxを15.142mmに決定した。
The operating frequency was set to 28 GHz, the target reflection characteristics (target reflection characteristics) were set to θix = -45°, θrx = 0°, θiy = θry = 0°, and the size Lx of the
反射制御領域5の分割数を3とし、単位セルのx軸方向およびy軸方向のサイズは3.785mmとした。素子パターンの形状は、xy平面において、2つの方形パッチが直交したクロスパッチとした。ここで、反射制御領域5内の各素子パターンにおいては素子長及び素子幅が異なり、同じ素子パターン内においてはx軸方向とy軸方向の素子長と素子幅が同じとし、具体的には素子長はlx1=ly1、lx2=ly2、lx3=ly3とし、素子幅はwx1=wy1、wx2=wy2、wx3=wy3とした。
なお、表1および表2、以降の説明における図および文章において、反射制御領域5内に含まれる単位セルを、単位セル1、単位セル2、…単位セルp(pは1以上分割数n以下の整数)と表し、単位セルpにおいて、x軸方向の素子長をlxp、y軸方向の素子長をlyp、x軸方向の素子幅をwxp、y軸方向の素子幅をwypとする。ただし、lxpとlypが等しい場合には添え字x、yを省略し、wxpとwypが等しい場合には添え字x、yを省略し、単位セルを特定しない場合には添え字pを省略することがある。
The number of divisions of the
In Tables 1 and 2 and in the figures and text in the following description, the unit cells included in
素子幅wと素子長lそれぞれに対する単位セルの反射位相を、Ansys製の有限要素法解析ソフトウェア(HFSS)を用いて解析した。素子幅wまたは素子長lが1.400mmの場合において素子幅wまたは素子長lが変化するにつれて反射位相が変化することを確認した。 The reflection phase of the unit cell for each element width w and element length l was analyzed using finite element analysis software (HFSS) made by Ansys. It was confirmed that when the element width w or element length l was 1.400 mm, the reflection phase changed as the element width w or element length l changed.
次に、前記で得られた単位セルの反射位相の解析結果を踏まえ、式(9)のインピーダンス分布に従うよう各単位セルにおける素子長lを決定した。素子長lはそれぞれlx1=ly1=3.800mm、lx2=ly2=3.000mm、lx3=ly3=1.400mm、素子幅はそれぞれwx1=wy1=1.400mm、wx2=wy2=1.400mm、wx3=wy3=1.100mmとした。 Next, based on the analysis results of the reflection phase of the unit cells obtained above, the element length l of each unit cell was determined to follow the impedance distribution of equation (9). The element lengths l were lx1 = ly1 = 3.800 mm, lx2 = ly2 = 3.000 mm, and lx3 = ly3 = 1.400 mm, and the element widths were wx1 = wy1 = 1.400 mm, wx2 = wy2 = 1.400 mm, and wx3 = wy3 = 1.100 mm, respectively.
リフレクトアレイ6は、反射制御領域をx軸方向およびy軸方向に8個×6個で配置しxy平面におけるサイズは121.12mm×90.840mmとした。y軸と平行の偏波をθix=-45゜、θrx=0゜でリフレクトアレイ6に照射した際の反射特性について、HFSSを用いて解析した。
入射許容角度範囲を把握するために、-65°≦θix≦-25°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° increments in the range -65°≦θix≦-25°.
図10は、実施例1において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。ただし、図10の横軸は反射角度θrx、縦軸はRCS(レーダー反射断面積)とした。RCSは実質的に反射波の強度に対応する値である。実施例1のリフレクトアレイ6では、θix=-45゜で入射した電磁波が所望のθrx=0゜方向に反射し、そのRCSは-0.02dBsmであった。
Figure 10 shows the analysis results of the
(比較例1)
入射角度θixと反射角度θrx以外実施例1に記載のリフレクトアレイと同様であるリフレクトアレイを用意した。入射角度θixと反射角度θrxはそれぞれθix=0°、θrx=-45°とした。リフレクトアレイ6の反射特性をHFSSを使用して解析した。
(Comparative Example 1)
A reflectarray similar to the reflectarray described in Example 1 was prepared except for the incident angle θix and the reflection angle θrx. The incident angle θix and the reflection angle θrx were set to θix=0° and θrx=−45°, respectively. The reflection characteristics of the
入射許容角度範囲を把握するために、-20°≦θix≦20°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° intervals in the range of -20°≦θix≦20°.
図11は、比較例1において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。実施例1のリフレクトアレイ6では、θix=0゜で入射した電磁波が所望のθrx=-45゜方向に反射し、そのRCSは-0.28dBsmであった。
Figure 11 shows the analysis results of the
図12は、実施例1と比較例1それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θrxで受信できる電力変化量の比較結果である。図12の横軸は入射ずれ角度、縦軸は入射ずれ角度=0°であるときのRCSを0dBとした時のRCSの変化量とした。
具体的には、実施例1において、入射ずれ角度=0°の時はθix=-45°であり、-65°≦θix≦-25°変化させた時の角度を図12の横軸に-20°≦入射ずれ角度≦20°で示している。縦軸はθrx=0°におけるRCS(-0.02dBsm)を0dBとして、入射ずれ角度=0°と比較してどの程度RCSが変化しているかを示す。これは、反射角度地点での受信電力がどの程度変化したかを示していることと同義である。また、比較例1において、入射ずれ角度=0°の時はθix=0°であり、-20°≦θix≦20°変化させた時の角度を図12の横軸に-20°≦入射ずれ角度≦20°で示している。縦軸はθrx=-45°におけるRCS(-0.28dBsm)を0dBとして、入射ずれ角度=0°と比較してどの程度RCSが変化しているかを示す。また、-3dBの点線は入射許容角度範囲の規定を示す線である。
12 shows a comparison result of the amount of change in power that can be received at a specific reflection angle θrx when the incidence angle is changed in each of Example 1 and Comparative Example 1. The horizontal axis of Fig. 12 shows the incidence deviation angle, and the vertical axis shows the amount of change in RCS when the RCS when the incidence deviation angle = 0° is set to 0 dB.
Specifically, in the first embodiment, when the incident deviation angle is 0°, θix=-45°, and the angle when the incident deviation angle is changed by -65°≦θix≦-25° is shown on the horizontal axis of FIG. 12 as -20°≦incident deviation angle≦20°. The vertical axis shows how much the RCS has changed compared to the incident deviation angle=0°, with the RCS (-0.02 dBsm) at θrx=0° being set to 0 dB. This is synonymous with showing how much the received power at the reflection angle point has changed. In addition, in the first comparative example, when the incident deviation angle is 0°, θix=0°, and the angle when the incident deviation angle is changed by -20°≦θix≦20° is shown on the horizontal axis of FIG. 12 as -20°≦incident deviation angle≦20°. The vertical axis shows how much the RCS has changed compared to the incident deviation angle=0°, with the RCS (-0.28 dBsm) at θrx=-45° being set to 0 dB. The dotted line at -3 dB indicates the range of allowable incident angles.
図12の結果から、入射許容角度範囲は実施例1が6.2°、比較例1が4.2°であった。設置容易性を確認した結果、実施例1ではリフレクトアレイが45cm動いても式(1)を満たす受信角度の方向では受信電力の変化が-3dB以内だったのに対し、比較例1では-3dBより大きく変化した。また、受信安定性を確認した結果、実施例1では入射許容角度範囲が5.5°より大きい範囲で受信電力が安定しているのに対し、比較例1では入射許容角度範囲が5.5°以下の範囲で受信電力が安定しなかった。 From the results in Figure 12, the allowable incident angle range was 6.2° in Example 1 and 4.2° in Comparative Example 1. As a result of checking the ease of installation, in Example 1, even when the reflect array was moved 45 cm, the change in received power was within -3 dB in the direction of the receiving angle that satisfied formula (1), whereas in Comparative Example 1, the change was greater than -3 dB. Furthermore, as a result of checking the reception stability, in Example 1, the received power was stable in a range of allowable incident angles greater than 5.5°, whereas in Comparative Example 1, the received power was unstable in a range of allowable incident angles of 5.5° or less.
(実施例2)
素子パターン1およびグランド層3に厚み0.018mmの銅を、誘電体層2に厚み0.764mmのガラス/フッ素樹脂の複合材料を用いた基本構成のリフレクトアレイ6を構成した。ただし、銅の導電率は5.8×10^7siemens/mとし、誘電体層2の比誘電率の実部は2.6、tanδは0.0025とした。
Example 2
A
動作周波数を28GHzとし、狙いの反射特性(目的とする反射特性)をθix=-50°、θrx=0°、θiy=θry=0°に設定し、式(3)を使用して反射制御領域5のx軸方向のサイズLxを13.977mmに決定した。
The operating frequency was set to 28 GHz, the target reflection characteristics (target reflection characteristics) were set to θix = -50°, θrx = 0°, θiy = θry = 0°, and the size Lx of the
反射制御領域5の分割数を3とし、単位セルのx軸方向およびy軸方向のサイズは4.659mmとした。素子パターンの形状は、xy平面において、2つの方形パッチが直交したクロスパッチとした。ここで、反射制御領域5内の各素子パターンにおいては素子長及び素子幅が異なり、同じ素子パターン内においてはx軸方向とy軸方向の素子長と素子幅が同じとし、具体的には素子長はlx1=ly1、lx2=ly2、lx3=ly3とし、素子幅はwx1=wy1、wx2=wy2、wx3=wy3とした。
The number of divisions in the
素子幅wと素子長lそれぞれに対する単位セルの反射位相を、Ansys製の有限要素法解析ソフトウェア(HFSS)を用いて解析した。素子幅wまたは素子長lが変化するにつれて反射位相が変化することを確認した。 The reflection phase of the unit cell for each element width w and element length l was analyzed using finite element analysis software (HFSS) made by Ansys. It was confirmed that the reflection phase changes as the element width w or element length l changes.
次に、前記で得られた単位セルの反射位相の解析結果を踏まえ、、式(9)のインピーダンス分布に従うよう各単位セルにおける素子長lを決定した。素子長lはそれぞれlx1=ly1=3.790mm、lx2=ly2=2.775mm、lx3=ly3=2.065mm、素子幅はそれぞれwx1=wy1=2.303mm、wx2=wy2=2.217mm、wx3=wy3=2.024mmとした。 Next, based on the analysis results of the reflection phase of the unit cells obtained above, the element length l of each unit cell was determined to follow the impedance distribution of equation (9). The element lengths l were set to lx1 = ly1 = 3.790 mm, lx2 = ly2 = 2.775 mm, and lx3 = ly3 = 2.065 mm, and the element widths were set to wx1 = wy1 = 2.303 mm, wx2 = wy2 = 2.217 mm, and wx3 = wy3 = 2.024 mm, respectively.
リフレクトアレイ6は、反射制御領域をx軸方向およびy軸方向に8個×6個で配置しxy平面におけるサイズは111.816mm×27.954mmとした。y軸と平行の偏波をθix=-50゜、θrx=0゜でリフレクトアレイ6に照射した際の反射特性について、HFSSを用いて解析した。
入射許容角度範囲を把握するために、-70°≦θix≦-30°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° intervals in the range -70°≦θix≦-30°.
図13は、実施例2において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。ただし、図13の横軸は反射角度θrx、縦軸はRCSとした。実施例2のリフレクトアレイ6では、θix=-50゜で入射した電磁波が所望のθrx=0゜方向に反射し、そのRCSは-1.82dBsmであった。
Figure 13 shows the analysis results of the
(比較例2)
入射角度θixと反射角度θrx以外実施例2に記載のリフレクトアレイと同様であるリフレクトアレイを用意した。入射角度θixと反射角度θrxはそれぞれθix=0°、θrx=-50°とした。リフレクトアレイ6の反射特性をHFSSを使用して解析した。
(Comparative Example 2)
A reflectarray similar to the reflectarray described in Example 2 was prepared except for the incident angle θix and the reflection angle θrx. The incident angle θix and the reflection angle θrx were set to θix=0° and θrx=−50°, respectively. The reflection characteristics of the
入射許容角度範囲を把握するために、-20°≦θix≦20°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° intervals in the range of -20°≦θix≦20°.
図14は、比較例2において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。実施例2のリフレクトアレイ6では、θix=0゜で入射した電磁波が所望のθrx=-50゜方向に反射し、そのRCSは-1.89dBsmであった。
Figure 14 shows the analysis results of the
図15は、実施例2と比較例2それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θrxで受信できる電力変化量の比較結果である。 Figure 15 shows the comparison results of the amount of change in power that can be received at a specific reflection angle θrx when the incident angle is changed in Example 2 and Comparative Example 2.
図15の結果から、入射許容角度範囲は実施例2が7.4°、比較例2が4.5°であった。設置容易性を確認した結果、実施例2ではリフレクトアレイが45cm動いても式(1)を満たす受信角度の方向では受信電力の変化が-3dB以内だったのに対し、比較例2では-3dBより大きく変化した。また、受信安定性を確認した結果、実施例2では入射許容角度範囲が5.5°より大きい範囲で受信電力が安定しているのに対し、比較例2では入射許容角度範囲が5.5°以下の範囲で受信電力が安定しなかった。 From the results in Figure 15, the allowable incident angle range was 7.4° in Example 2 and 4.5° in Comparative Example 2. As a result of checking the ease of installation, in Example 2, even when the reflect array was moved 45 cm, the change in received power was within -3 dB in the direction of the receiving angle that satisfied formula (1), whereas in Comparative Example 2, the change was greater than -3 dB. Furthermore, as a result of checking the reception stability, in Example 2, the received power was stable in a range of allowable incident angles greater than 5.5°, whereas in Comparative Example 2, the received power was unstable in a range of allowable incident angles of 5.5° or less.
(実施例3)
素子パターン1およびグランド層3に厚み0.018mmの銅を、誘電体層2に厚み0.764mmのガラス/フッ素樹脂の複合材料を用いた基本構成のリフレクトアレイ6を構成した。ただし、銅の導電率は5.8×10^7siemens/mとし、誘電体層2の比誘電率の実部は2.6、tanδは0.0025とした。
Example 3
A
動作周波数を28GHzとし、狙いの反射特性(目的とする反射特性)をθix=-60°、θrx=0°、θiy=θry=0°に設定し、式(3)を使用して反射制御領域5のx軸方向のサイズLxを12.363mmに決定した。
The operating frequency was set to 28 GHz, the target reflection characteristics (target reflection characteristics) were set to θix = -60°, θrx = 0°, θiy = θry = 0°, and the size Lx of the
反射制御領域5の分割数を3とし、単位セルのx軸方向およびy軸方向のサイズは4.121mmとした。素子パターンの形状は、xy平面において、2つの方形パッチが直交したクロスパッチとした。ここで、反射制御領域5内の各素子パターンにおいては素子長及び素子幅が異なり、同じ素子パターン内においてはx軸方向とy軸方向の素子長と素子幅が同じとし、具体的には素子長はlx1=ly1、lx2=ly2、lx3=ly3とし、素子幅はwx1=wy1、wx2=wy2、wx3=wy3とした。
The number of divisions in the
素子幅wと素子長lそれぞれに対する単位セルの反射位相を、Ansys製の有限要素法解析ソフトウェア(HFSS)を用いて解析した。素子幅wまたは素子長lが変化するにつれて反射位相が変化することを確認した。 The reflection phase of the unit cell for each element width w and element length l was analyzed using finite element analysis software (HFSS) made by Ansys. It was confirmed that the reflection phase changes as the element width w or element length l changes.
次に、前記で得られた単位セルの反射位相の解析結果を踏まえ、、式(9)のインピーダンス分布に従うよう各単位セルにおける素子長lを決定した。素子長lはそれぞれlx1=ly1=2.051mm、lx2=ly2=3.614mm、lx3=ly3=2.815mm、素子幅はそれぞれwx1=wy1=1.427mm、wx2=wy2=1.521mm、wx3=wy3=1.699mmとした。 Next, based on the analysis results of the reflection phase of the unit cells obtained above, the element length l of each unit cell was determined to follow the impedance distribution of equation (9). The element lengths l were lx1 = ly1 = 2.051 mm, lx2 = ly2 = 3.614 mm, and lx3 = ly3 = 2.815 mm, and the element widths were wx1 = wy1 = 1.427 mm, wx2 = wy2 = 1.521 mm, and wx3 = wy3 = 1.699 mm, respectively.
リフレクトアレイ6は、反射制御領域をx軸方向およびy軸方向に8個×6個で配置しxy平面におけるサイズは98.904mm×24.726mmとした。y軸と平行の偏波をθix=-60゜、θrx=0゜でリフレクトアレイ6に照射した際の反射特性について、HFSSを用いて解析した。
入射許容角度範囲を把握するために、-80°≦θix≦-40°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° increments in the range -80°≦θix≦-40°.
図16は、実施例3において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。ただし、図16の横軸は反射角度θrx、縦軸はRCSとした。実施例3のリフレクトアレイ6では、θix=-60゜で入射した電磁波が所望のθrx=0゜方向に反射し、そのRCSは-6.14dBsmであった。
Figure 16 shows the analysis results of the
(比較例3)
入射角度θixと反射角度θrx以外実施例3に記載のリフレクトアレイと同様であるリフレクトアレイを用意した。入射角度θixと反射角度θrxはそれぞれθix=0°、θrx=-60°とした。リフレクトアレイ6の反射特性をHFSSを使用して解析した。
(Comparative Example 3)
A reflectarray similar to the reflectarray described in Example 3 was prepared except for the incident angle θix and the reflection angle θrx. The incident angle θix and the reflection angle θrx were set to θix=0° and θrx=−60°, respectively. The reflection characteristics of the
入射許容角度範囲を把握するために、-20°≦θix≦20°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° intervals in the range of -20°≦θix≦20°.
図16は、比較例3において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。実施例3のリフレクトアレイ6では、θix=0゜で入射した電磁波が所望のθrx=-60゜方向に反射し、そのRCSは-6.22dBsmであった。
Figure 16 shows the analysis results of the
図17は、実施例3と比較例3それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θrxで受信できる電力変化量の比較結果である。 Figure 17 shows the comparison results of the amount of change in power that can be received at a specific reflection angle θrx when the angle of incidence is changed in Example 3 and Comparative Example 3.
図18の結果から、入射許容角度範囲は実施例3が10.8°、比較例3が5.1°であった。設置容易性を確認した結果、実施例3ではリフレクトアレイが45cm動いても式(1)を満たす受信角度の方向では受信電力の変化が-3dB以内だったのに対し、比較例3では-3dBより大きく変化した。また、受信安定性を確認した結果、実施例3では入射許容角度範囲が5.5°より大きい範囲で受信電力が安定しているのに対し、比較例3では入射許容角度範囲が5.5°以下の範囲で受信電力が安定しなかった。 From the results in Figure 18, the allowable incident angle range was 10.8° in Example 3 and 5.1° in Comparative Example 3. As a result of checking the ease of installation, in Example 3, even when the reflect array was moved 45 cm, the change in received power was within -3 dB in the direction of the receiving angle that satisfied formula (1), whereas in Comparative Example 3, the change was greater than -3 dB. Furthermore, as a result of checking the reception stability, in Example 3, the received power was stable in a range of allowable incident angles greater than 5.5°, whereas in Comparative Example 3, the received power was unstable in a range of allowable incident angles of 5.5° or less.
(実施例4)
素子パターン1およびグランド層3に厚み0.018mmの銅を、誘電体層2に厚み0.764mmのガラス/フッ素樹脂の複合材料を用いた基本構成のリフレクトアレイ6を構成した。ただし、銅の導電率は5.8×10^7siemens/mとし、誘電体層2の比誘電率の実部は2.6、tanδは0.0025とした。
Example 4
A
動作周波数を28GHzとし、狙いの反射特性(目的とする反射特性)をθix=-70°、θrx=0°、θiy=θry=0°に設定し、式(3)を使用して反射制御領域5のx軸方向のサイズLxを11.394mmに決定した。
The operating frequency was set to 28 GHz, the target reflection characteristics (target reflection characteristics) were set to θix = -70°, θrx = 0°, θiy = θry = 0°, and the size Lx of the
反射制御領域5の分割数を3とし、単位セルのx軸方向およびy軸方向のサイズは3.798mmとした。素子パターンの形状は、xy平面において、2つの方形パッチが直交したクロスパッチとした。ここで、反射制御領域5内の各素子パターンにおいては素子長及び素子幅が異なり、同じ素子パターン内においてはx軸方向とy軸方向の素子長と素子幅が同じとし、具体的には素子長はlx1=ly1、lx2=ly2、lx3=ly3とし、素子幅はwx1=wy1、wx2=wy2、wx3=wy3とした。
The number of divisions in the
素子幅wと素子長lそれぞれに対する単位セルの反射位相を、Ansys製の有限要素法解析ソフトウェア(HFSS)を用いて解析した。素子幅wまたは素子長lが変化するにつれて反射位相が変化することを確認した。 The reflection phase of the unit cell for each element width w and element length l was analyzed using finite element analysis software (HFSS) made by Ansys. It was confirmed that the reflection phase changes as the element width w or element length l changes.
次に、前記で得られた単位セルの反射位相の解析結果を踏まえ、、式(9)のインピーダンス分布に従うよう各単位セルにおける素子長lを決定した。素子長lはそれぞれlx1=ly1=2.353mm、lx2=ly2=3.308mm、lx3=ly3=2.786mm、素子幅はそれぞれwx1=wy1=1.500mm、wx2=wy2=1.500mm、wx3=wy3=1.500mmとした。 Next, based on the analysis results of the reflection phase of the unit cells obtained above, the element length l of each unit cell was determined to follow the impedance distribution of equation (9). The element lengths l were lx1 = ly1 = 2.353 mm, lx2 = ly2 = 3.308 mm, and lx3 = ly3 = 2.786 mm, and the element widths were wx1 = wy1 = 1.500 mm, wx2 = wy2 = 1.500 mm, and wx3 = wy3 = 1.500 mm, respectively.
リフレクトアレイ6は、反射制御領域をx軸方向およびy軸方向に8個×6個で配置しxy平面におけるサイズは91.152mm×22.788mmとした。y軸と平行の偏波をθix=-70゜、θrx=0゜でリフレクトアレイ6に照射した際の反射特性について、HFSSを用いて解析した。
入射許容角度範囲を把握するために、-90°≦θix≦-50°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° intervals in the range -90°≦θix≦-50°.
図19は、実施例4において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。ただし、図19の横軸は反射角度θrx、縦軸はRCSとした。実施例4のリフレクトアレイ6では、θix=-70゜で入射した電磁波が所望のθrx=0゜方向に反射し、そのRCSは-15.56dBsmであった。
Figure 19 shows the analysis results of the
(比較例4)
入射角度θixと反射角度θrx以外実施例4に記載のリフレクトアレイと同様であるリフレクトアレイを用意した。入射角度θixと反射角度θrxはそれぞれθix=0°、θrx=-70°とした。リフレクトアレイ6の反射特性をHFSSを使用して解析した。
(Comparative Example 4)
A reflectarray similar to the reflectarray described in Example 4 was prepared except for the incident angle θix and the reflection angle θrx. The incident angle θix and the reflection angle θrx were set to θix=0° and θrx=−70°, respectively. The reflection characteristics of the
入射許容角度範囲を把握するために、-20°≦θix≦20°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° intervals in the range of -20°≦θix≦20°.
図20は、比較例4において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。実施例4のリフレクトアレイ6では、θix=0゜で入射した電磁波が所望のθrx=-70゜方向に反射し、そのRCSは-15.56dBsmであった。
Figure 20 shows the analysis results of the
図21は、実施例4と比較例4それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θrxで受信できる電力変化量の比較結果である。 Figure 21 shows the comparison results of the amount of change in power that can be received at a specific reflection angle θrx when the incident angle is changed in Example 4 and Comparative Example 4.
図21の結果から、入射許容角度範囲は実施例4が15.3°、比較例4が5.5°であった。設置容易性を確認した結果、実施例4ではリフレクトアレイが45cm動いても式(1)を満たす受信角度の方向では受信電力の変化が-3dB以内だったのに対し、比較例4では-3dBより大きく変化した。また、受信安定性を確認した結果、実施例4では入射許容角度範囲が5.5°より大きい範囲で受信電力が安定しているのに対し、比較例4では入射許容角度範囲が5.5°以下の範囲で受信電力が安定しなかった。 From the results in Figure 21, the allowable incident angle range was 15.3° in Example 4 and 5.5° in Comparative Example 4. As a result of checking the ease of installation, in Example 4, even when the reflect array was moved 45 cm, the change in received power was within -3 dB in the direction of the receiving angle that satisfied formula (1), whereas in Comparative Example 4, the change was greater than -3 dB. Furthermore, as a result of checking the reception stability, in Example 4, the received power was stable in a range of allowable incident angles greater than 5.5°, whereas in Comparative Example 4, the received power was unstable in a range of allowable incident angles of 5.5° or less.
実施例1-4、比較例1-4の結果から、式(2)を満たす範囲において、大きな入射許容角度範囲になることが分かった。図22に実施例の場合、式(1)を満たす入射角度の絶対値と入射許容角度範囲の関係図、比較例の場合、式(1)を満たす反射角度の絶対値と入射許容角度範囲の関係図を示す。図22の結果から、本実施例において、入射許容角度範囲は|θi|が大きくなるにつれて入射許容角度範囲が大きくなることが分かった。 From the results of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-4, it was found that the range of acceptable incident angles is large in the range that satisfies formula (2). Figure 22 shows a relationship diagram between the absolute value of the incident angle that satisfies formula (1) and the acceptable incident angle range in the case of the Examples, and a relationship diagram between the absolute value of the reflection angle that satisfies formula (1) and the acceptable incident angle range in the case of the Comparative Example. From the results of Figure 22, it was found that in this example, the acceptable incident angle range becomes larger as |θi| becomes larger.
実施例5-7及び比較例5-7を用いて、周波数による依存性を確認する。
(実施例5)
素子パターン1およびグランド層3に厚み0.018mmの銅を、誘電体層2に厚み1.564mmのガラス/エポキシ樹脂の複合材料を用いた基本構成のリフレクトアレイ6を構成した。ただし、銅の導電率は5.8×10^7siemens/mとし、誘電体層2の比誘電率の実部は4.5、tanδは0.014とした。
Using Examples 5-7 and Comparative Examples 5-7, frequency dependence is confirmed.
Example 5
A
動作周波数を4.85GHzとし、狙いの反射特性(目的とする反射特性)をθix=-70°、θrx=0°、θiy=θry=0°に設定し、式(3)を使用して反射制御領域5のx軸方向のサイズLxを65.780mmに決定した。
The operating frequency was set to 4.85 GHz, the target reflection characteristics (target reflection characteristics) were set to θix = -70°, θrx = 0°, θiy = θry = 0°, and the size Lx of the
反射制御領域5の分割数を4とし、単位セルのx軸方向およびy軸方向のサイズは16.445mmとした。素子パターンの形状は、xy平面において、2つの方形パッチが直交したクロスパッチとした。ここで、反射制御領域5内の各素子パターンにおいては素子長及び素子幅が異なり、同じ素子パターン内においてはx軸方向とy軸方向の素子長と素子幅が同じとし、具体的には素子長はlx1=ly1、lx2=ly2、lx3=ly3、lx4=ly4とし、素子幅はwx1=wy1、wx2=wy2、wx3=wy3、wx4=wy4とした。
The number of divisions in the
素子幅wと素子長lそれぞれに対する単位セルの反射位相を、Ansys製の有限要素法解析ソフトウェア(HFSS)を用いて解析した。素子幅wまたは素子長lが変化するにつれて反射位相が変化することを確認した。 The reflection phase of the unit cell for each element width w and element length l was analyzed using finite element analysis software (HFSS) made by Ansys. It was confirmed that the reflection phase changes as the element width w or element length l changes.
次に、前記で得られた単位セルの反射位相の解析結果を踏まえ、、式(9)のインピーダンス分布に従うよう各単位セルにおける素子長lを決定した。素子長lはそれぞれlx1=ly1=14.000mm、lx2=ly2=14.000mm、lx3=ly3=14.000mm、lx4=ly4=14.000mm素子幅はそれぞれwx1=wy1=8.303mm、wx2=wy2=5.887mm、wx3=wy3=11.538mm、wx4=wy4=9.400mmとした。 Next, based on the analysis results of the reflection phase of the unit cells obtained above, the element length l of each unit cell was determined to follow the impedance distribution of formula (9). The element lengths l were lx1 = ly1 = 14.000 mm, lx2 = ly2 = 14.000 mm, lx3 = ly3 = 14.000 mm, and lx4 = ly4 = 14.000 mm, and the element widths were wx1 = wy1 = 8.303 mm, wx2 = wy2 = 5.887 mm, wx3 = wy3 = 11.538 mm, and wx4 = wy4 = 9.400 mm, respectively.
リフレクトアレイ6は、反射制御領域をx軸方向およびy軸方向に8個×6個で配置しxy平面におけるサイズは206.240mm×38.670mmとした。y軸と平行の偏波をθix=-70゜、θrx=0゜でリフレクトアレイ6に照射した際の反射特性について、HFSSを用いて解析した。
入射許容角度範囲を把握するために、-90°≦θix≦-50°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° intervals in the range -90°≦θix≦-50°.
図23は、実施例5において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。ただし、図23の横軸は反射角度θrx、縦軸はRCSとした。実施例5のリフレクトアレイ6では、θix=-70゜で入射した電磁波が所望のθrx=0゜方向に反射し、そのRCSは2.13dBsmであった。
Figure 23 shows the analysis results of the
(比較例5)
入射角度θixと反射角度θrx以外実施例5に記載のリフレクトアレイと同様であるリフレクトアレイを用意した。入射角度θixと反射角度θrxはそれぞれθix=0°、θrx=-70°とした。リフレクトアレイ6の反射特性をHFSSを使用して解析した。
(Comparative Example 5)
A reflectarray similar to the reflectarray described in Example 5 was prepared except for the incident angle θix and the reflection angle θrx. The incident angle θix and the reflection angle θrx were set to θix=0° and θrx=−70°, respectively. The reflection characteristics of the
入射許容角度範囲を把握するために、-20°≦θix≦20°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° intervals in the range of -20°≦θix≦20°.
図24は、比較例5において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。実施例5のリフレクトアレイ6では、θix=0゜で入射した電磁波が所望のθrx=-70゜方向に反射し、そのRCSは2.07dBsmであった。
Figure 24 shows the analysis results of the
図25は、実施例5と比較例5それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θrxで受信できる電力変化量の比較結果である。 Figure 25 shows the comparison results of the amount of change in power that can be received at a specific reflection angle θrx when the incident angle is changed for each of Example 5 and Comparative Example 5.
図25の結果から、入射許容角度範囲は実施例5が15.4°、比較例5が5.5°であった。設置容易性を確認した結果、実施例5ではリフレクトアレイが45cm動いても式(1)を満たす受信角度の方向では受信電力の変化が-3dB以内だったのに対し、比較例5では-3dBより大きく変化した。また、受信安定性を確認した結果、実施例5では入射許容角度範囲が5.5°より大きい範囲で受信電力が安定しているのに対し、比較例5では入射許容角度範囲が5.5°以下の範囲で受信電力が安定しなかった。 From the results in Figure 25, the allowable incident angle range was 15.4° in Example 5 and 5.5° in Comparative Example 5. As a result of checking the ease of installation, in Example 5, even when the reflect array was moved 45 cm, the change in received power was within -3 dB in the direction of the receiving angle that satisfied formula (1), whereas in Comparative Example 5, the change was greater than -3 dB. Furthermore, as a result of checking the reception stability, in Example 5, the received power was stable in a range of allowable incident angles greater than 5.5°, whereas in Comparative Example 5, the received power was unstable in a range of allowable incident angles of 5.5° or less.
(実施例6)
素子パターン1およびグランド層3に厚み0.018mmの銅を、誘電体層2に厚み0.200mmのフッ素樹脂の材料を用いた基本構成のリフレクトアレイ6を構成した。ただし、銅の導電率は5.8×10^7siemens/mとし、誘電体層2の比誘電率の実部は2.06、tanδは0.0007とした。
Example 6
A
動作周波数を60GHzとし、狙いの反射特性(目的とする反射特性)をθix=-45°、θrx=0°、θiy=θry=0°に設定し、式(3)を使用して反射制御領域5のx軸方向のサイズLxを7.065mmに決定した。
The operating frequency was set to 60 GHz, the target reflection characteristics (target reflection characteristics) were set to θix = -45°, θrx = 0°, θiy = θry = 0°, and the size Lx of the
反射制御領域5の分割数を3とし、単位セルのx軸方向およびy軸方向のサイズは2.355mmとした。素子パターンの形状は、xy平面において、2つの方形パッチが直交したクロスパッチとした。ここで、反射制御領域5内の各素子パターンにおいては素子長及び素子幅が異なり、同じ素子パターン内においてはx軸方向とy軸方向の素子長と素子幅が同じとし、具体的には素子長はlx1=ly1、lx2=ly2、lx3=ly3とし、素子幅はwx1=wy1、wx2=wy2、wx3=wy3とした。
The number of divisions in the
素子幅wと素子長lそれぞれに対する単位セルの反射位相を、Ansys製の有限要素法解析ソフトウェア(HFSS)を用いて解析した。素子幅wまたは素子長lが変化するにつれて反射位相が変化することを確認した。 The reflection phase of the unit cell for each element width w and element length l was analyzed using finite element analysis software (HFSS) made by Ansys. It was confirmed that the reflection phase changes as the element width w or element length l changes.
次に、前記で得られた単位セルの反射位相の解析結果を踏まえ、、式(9)のインピーダンス分布に従うよう各単位セルにおける素子長lを決定した。素子長lはそれぞれlx1=ly1=1.700mm、lx2=ly2=1.700mm、lx3=ly3=1.700mm、lx4=ly4=14.000mm素子幅はそれぞれwx1=wy1=1.362mm、wx2=wy2=1.741mm、wx3=wy3=1.538mmとした。 Next, based on the analysis results of the reflection phase of the unit cells obtained above, the element length l of each unit cell was determined to follow the impedance distribution of equation (9). The element lengths l were lx1 = ly1 = 1.700 mm, lx2 = ly2 = 1.700 mm, lx3 = ly3 = 1.700 mm, and lx4 = ly4 = 14.000 mm, and the element widths were wx1 = wy1 = 1.362 mm, wx2 = wy2 = 1.741 mm, and wx3 = wy3 = 1.538 mm, respectively.
リフレクトアレイ6は、反射制御領域をx軸方向およびy軸方向に8個×6個で配置しxy平面におけるサイズは62.184mm×15.546mmとした。y軸と平行の偏波をθix=-45゜、θrx=0゜でリフレクトアレイ6に照射した際の反射特性について、HFSSを用いて解析した。
入射許容角度範囲を把握するために、-65°≦θix≦-25°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° increments in the range -65°≦θix≦-25°.
図26は、実施例6において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。ただし、図26の横軸は反射角度θrx、縦軸はRCSとした。実施例6のリフレクトアレイ6では、θix=-45゜で入射した電磁波が所望のθrx=0゜方向に反射し、そのRCSは-6.86dBsmであった。
Figure 26 shows the analysis results of the
(比較例6)
入射角度θixと反射角度θrx以外実施例6に記載のリフレクトアレイと同様であるリフレクトアレイを用意した。入射角度θixと反射角度θrxはそれぞれθix=0°、θrx=-45°とした。リフレクトアレイ6の反射特性をHFSSを使用して解析した。
(Comparative Example 6)
A reflectarray similar to the reflectarray described in Example 6 was prepared except for the incident angle θix and the reflection angle θrx. The incident angle θix and the reflection angle θrx were set to θix=0° and θrx=−45°, respectively. The reflection characteristics of the
入射許容角度範囲を把握するために、-20°≦θix≦20°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° intervals in the range of -20°≦θix≦20°.
図27は、比較例6において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。比較例6のリフレクトアレイ6では、θix=0゜で入射した電磁波が所望のθrx=-45゜方向に反射し、そのRCSは-6.94dBsmであった。
Figure 27 shows the analysis results of the
図28は、実施例6と比較例6それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θrxで受信できる電力変化量の比較結果である。 Figure 28 shows the comparison results of the amount of change in power that can be received at a specific reflection angle θrx when the incident angle is changed for Example 6 and Comparative Example 6.
図28の結果から、入射許容角度範囲は実施例6が6.1°、比較例6が4.2°であった。設置容易性を確認した結果、実施例6ではリフレクトアレイが45cm動いても式(1)を満たす受信角度の方向では受信電力の変化が-3dB以内だったのに対し、比較例6では-3dBより大きく変化した。また、受信安定性を確認した結果、実施例6では入射許容角度範囲が5.5°より大きい範囲で受信電力が安定しているのに対し、比較例6では入射許容角度範囲が5.5°以下の範囲で受信電力が安定しなかった。 From the results in Figure 28, the allowable incident angle range was 6.1° in Example 6 and 4.2° in Comparative Example 6. As a result of checking the ease of installation, in Example 6, even when the reflect array was moved 45 cm, the change in received power was within -3 dB in the direction of the receiving angle that satisfied formula (1), whereas in Comparative Example 6, the change was greater than -3 dB. Furthermore, as a result of checking the reception stability, in Example 6, the received power was stable in a range of allowable incident angles greater than 5.5°, whereas in Comparative Example 6, the received power was unstable in a range of allowable incident angles of 5.5° or less.
(実施例7)
素子パターン1およびグランド層3に厚み0.018mmの銅を、誘電体層2に厚み0.200mmのフッ素樹脂の材料を用いた基本構成のリフレクトアレイ6を構成した。ただし、銅の導電率は5.8×10^7siemens/mとし、誘電体層2の比誘電率の実部は2.06、tanδは0.0007とした。
(Example 7)
A
動作周波数を60GHzとし、狙いの反射特性(目的とする反射特性)をθix=-70°、θrx=0°、θiy=θry=0°に設定し、式(3)を使用して反射制御領域5のx軸方向のサイズLxを5.316mmに決定した。
The operating frequency was set to 60 GHz, the target reflection characteristics (target reflection characteristics) were set to θix = -70°, θrx = 0°, θiy = θry = 0°, and the size Lx of the
反射制御領域5の分割数を3とし、単位セルのx軸方向およびy軸方向のサイズは1.772mmとした。素子パターンの形状は、xy平面において、2つの方形パッチが直交したクロスパッチとした。ここで、反射制御領域5内の各素子パターンにおいては素子長及び素子幅が異なり、同じ素子パターン内においてはx軸方向とy軸方向の素子長と素子幅が同じとし、具体的には素子長はlx1=ly1、lx2=ly2、lx3=ly3とし、素子幅はwx1=wy1、wx2=wy2、wx3=wy3とした。
The number of divisions in the
素子幅wと素子長lそれぞれに対する単位セルの反射位相を、Ansys製の有限要素法解析ソフトウェア(HFSS)を用いて解析した。素子幅wまたは素子長lが変化するにつれて反射位相が変化することを確認した。 The reflection phase of the unit cell for each element width w and element length l was analyzed using finite element analysis software (HFSS) made by Ansys. It was confirmed that the reflection phase changes as the element width w or element length l changes.
次に、前記で得られた単位セルの反射位相の解析結果を踏まえ、、式(9)のインピーダンス分布に従うよう各単位セルにおける素子長lを決定した。素子長lはそれぞれlx1=ly1=1.310mm、lx2=ly2=1.570mm、lx3=ly3=1.459mm、素子幅はそれぞれwx1=wy1=1.100mm、wx2=wy2=1.100mm、wx3=wy3=1.100mmとした。 Next, based on the analysis results of the reflection phase of the unit cells obtained above, the element length l of each unit cell was determined to follow the impedance distribution of equation (9). The element lengths l were set to lx1 = ly1 = 1.310 mm, lx2 = ly2 = 1.570 mm, and lx3 = ly3 = 1.459 mm, and the element widths were set to wx1 = wy1 = 1.100 mm, wx2 = wy2 = 1.100 mm, and wx3 = wy3 = 1.100 mm.
リフレクトアレイ6は、反射制御領域をx軸方向およびy軸方向に8個×6個で配置しxy平面におけるサイズは42.528mm×10.632mmとした。y軸と平行の偏波をθix=-70゜、θrx=0゜でリフレクトアレイ6に照射した際の反射特性について、HFSSを用いて解析した。
入射許容角度範囲を把握するために、-90°≦θix≦-50°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° intervals in the range -90°≦θix≦-50°.
図29は、実施例7において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。ただし、図29の横軸は反射角度θrx、縦軸はRCSとした。実施例7のリフレクトアレイ6では、θix=-70゜で入射した電磁波が所望のθrx=0゜方向に反射し、そのRCSは-8.84dBsmであった。
Figure 29 shows the analysis results of the
(比較例7)
入射角度θixと反射角度θrx以外実施例7に記載のリフレクトアレイと同様であるリフレクトアレイを用意した。入射角度θixと反射角度θrxはそれぞれθix=0°、θrx=-70°とした。リフレクトアレイ6の反射特性をHFSSを使用して解析した。
(Comparative Example 7)
A reflectarray similar to the reflectarray described in Example 7 was prepared except for the incident angle θix and the reflection angle θrx. The incident angle θix and the reflection angle θrx were set to θix=0° and θrx=−70°, respectively. The reflection characteristics of the
入射許容角度範囲を把握するために、-20°≦θix≦20°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° intervals in the range of -20°≦θix≦20°.
図30は、比較例7において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。比較例7のリフレクトアレイ6では、θix=0゜で入射した電磁波が所望のθrx=-70゜方向に反射し、そのRCSは-8.89dBsmであった。
Figure 30 shows the analysis results of the
図31は、実施例7と比較例7それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θrxで受信できる電力変化量の比較結果である。 Figure 31 shows the comparison results of the amount of change in power that can be received at a specific reflection angle θrx when the angle of incidence is changed for Example 7 and Comparative Example 7.
図31の結果から、入射許容角度範囲は実施例7が15.1°、比較例7が5.4°であった。設置容易性を確認した結果、実施例7ではリフレクトアレイが45cm動いても式(1)を満たす受信角度の方向では受信電力の変化が-3dB以内だったのに対し、比較例7では-3dBより大きく変化した。また、受信安定性を確認した結果、実施例7では入射許容角度範囲が5.5°より大きい範囲で受信電力が安定しているのに対し、比較例7では入射許容角度範囲が5.5°以下の範囲で受信電力が安定しなかった。 From the results in Figure 31, the allowable incident angle range was 15.1° for Example 7 and 5.4° for Comparative Example 7. As a result of checking the ease of installation, in Example 7, even when the reflect array was moved 45 cm, the change in received power was within -3 dB in the direction of the receiving angle that satisfied formula (1), whereas in Comparative Example 7, the change was greater than -3 dB. Furthermore, as a result of checking the reception stability, in Example 7, the received power was stable in a range of allowable incident angles greater than 5.5°, whereas in Comparative Example 7, the received power was unstable in a range of allowable incident angles of 5.5° or less.
実施例1(比較例1)と実施例6(比較例6)、及び実施例4(比較例4)と実施例5(比較例5)、実施例7(比較例7)との比較から、周波数によって入射許容角度範囲に大きな違いは無いことが分かった。 Comparisons between Example 1 (Comparative Example 1) and Example 6 (Comparative Example 6), and between Example 4 (Comparative Example 4) and Example 5 (Comparative Example 5) and Example 7 (Comparative Example 7) revealed that there was no significant difference in the allowable incident angle range depending on the frequency.
実施例8と比較例8を用いて、反射角度による影響を確認する。
(実施例8)
素子パターン1およびグランド層3に厚み0.018mmの銅を、誘電体層2に厚み0.764mmのガラス/フッ素樹脂の複合材料を用いた基本構成のリフレクトアレイ6を構成した。ただし、銅の導電率は5.8×10^7siemens/mとし、誘電体層2の比誘電率の実部は2.6、tanδは0.0025とした。
Using Example 8 and Comparative Example 8, the influence of the reflection angle is confirmed.
(Example 8)
A
動作周波数を28GHzとし、狙いの反射特性(目的とする反射特性)をθix=70°、θrx=―30°、θiy=θry=0°に設定し、式(3)を使用して反射制御領域5のx軸方向のサイズLxを24.348mmに決定した。
The operating frequency was set to 28 GHz, the target reflection characteristics (target reflection characteristics) were set to θix = 70°, θrx = -30°, and θiy = θry = 0°, and the size Lx of the
反射制御領域5の分割数を6とし、単位セルのx軸方向およびy軸方向のサイズは4.058mmとした。素子パターンの形状は、xy平面において、2つの方形パッチが直交したクロスパッチとした。ここで、反射制御領域5内の各素子パターンにおいては素子長及び素子幅が異なり、同じ素子パターン内においてはx軸方向とy軸方向の素子長と素子幅が同じとし、具体的には素子長はlx1=ly1、lx2=ly2、lx3=ly3、lx4=ly4、lx5=ly5、lx6=ly6とし、素子幅はwx1=wy1、wx2=wy2、wx3=wy3、wx4=wy4、wx5=wy5、wx6=wy6とした。
The number of divisions of the
素子幅wと素子長lそれぞれに対する単位セルの反射位相を、Ansys製の有限要素法解析ソフトウェア(HFSS)を用いて解析した。素子幅wまたは素子長lが変化するにつれて反射位相が変化することを確認した。 The reflection phase of the unit cell for each element width w and element length l was analyzed using finite element analysis software (HFSS) made by Ansys. It was confirmed that the reflection phase changes as the element width w or element length l changes.
次に、前記で得られた単位セルの反射位相の解析結果を踏まえ、、式(9)のインピーダンス分布に従うよう各単位セルにおける素子長lを決定した。素子長lはそれぞれlx1=ly1=2.897mm、lx2=ly2=3.079mm、lx3=ly3=3.621mm、lx4=ly4=1.885mm、lx5=ly5=2.530mm、lx6=ly6=2.743mm、素子幅はそれぞれwx1=wy1=1.500mm、wx2=wy2=1.500mm、wx3=wy3=1.500mm、wx1=wy1=1.500mm、wx2=wy2=1.500mm、wx3=wy3=1.500mmとした。 Next, based on the analysis results of the reflection phase of the unit cells obtained above, the element length l of each unit cell was determined to follow the impedance distribution of formula (9). The element lengths l were lx1 = ly1 = 2.897 mm, lx2 = ly2 = 3.079 mm, lx3 = ly3 = 3.621 mm, lx4 = ly4 = 1.885 mm, lx5 = ly5 = 2.530 mm, and lx6 = ly6 = 2.743 mm, and the element widths were wx1 = wy1 = 1.500 mm, wx2 = wy2 = 1.500 mm, wx3 = wy3 = 1.500 mm, wx1 = wy1 = 1.500 mm, wx2 = wy2 = 1.500 mm, and wx3 = wy3 = 1.500 mm.
リフレクトアレイ6は、反射制御領域をx軸方向およびy軸方向に8個×6個で配置しxy平面におけるサイズは194.784mm×146.008mmとした。y軸と平行の偏波をθix=70゜、θrx=-30゜でリフレクトアレイ6に照射した際の反射特性について、HFSSを用いて解析した。
入射許容角度範囲を把握するために、50°≦θix≦90°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。
To grasp the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° intervals in the
図32は、実施例8において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。ただし、図32の横軸は反射角度θrx、縦軸はRCSとした。実施例8のリフレクトアレイ6では、θix=70゜で入射した電磁波が所望のθrx=-30゜方向に反射し、そのRCSは-1.19dBsmであった。
Figure 32 shows the analysis results of the
(比較例8)
入射角度θixと反射角度θrx以外実施例8に記載のリフレクトアレイと同様であるリフレクトアレイを用意した。入射角度θixと反射角度θrxはそれぞれθix=-30°、θrx=70°とした。リフレクトアレイ6の反射特性をHFSSを使用して解析した。
(Comparative Example 8)
A reflectarray similar to the reflectarray described in Example 8 was prepared except for the incident angle θix and the reflection angle θrx. The incident angle θix and the reflection angle θrx were set to θix=−30° and θrx=70°, respectively. The reflection characteristics of the
入射許容角度範囲を把握するために、-20°≦θix≦20°の範囲で2°間隔ずつ変化させた場合についても同様に解析を行った。 To understand the acceptable range of incident angles, a similar analysis was performed when the angle was changed in 2° intervals in the range of -20°≦θix≦20°.
図33は、比較例8において得られたリフレクトアレイ6の解析結果である。比較例8のリフレクトアレイ6では、θix=-30゜で入射した電磁波が所望のθrx=70゜方向に反射し、そのRCSはー1.86dBsmであった。
Figure 33 shows the analysis results of the
図34は、実施例8と比較例8それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θrxで受信できる電力変化量の比較結果である。 Figure 34 shows the comparison results of the amount of change in power that can be received at a specific reflection angle θrx when the incident angle is changed for Example 8 and Comparative Example 8.
図34の結果から、入射許容角度範囲は実施例8が8.3°、比較例8が2.5°であった。設置容易性を確認した結果、実施例8ではリフレクトアレイが45cm動いても式(1)を満たす受信角度の方向では受信電力の変化が-3dB以内だったのに対し、比較例8では-3dBより大きく変化した。また、受信安定性を確認した結果、実施例8では入射許容角度範囲が5.5°より大きい範囲で受信電力が安定しているのに対し、比較例8では入射許容角度範囲が5.5°以下の範囲で受信電力が安定しなかった。 From the results in Figure 34, the allowable incident angle range was 8.3° in Example 8 and 2.5° in Comparative Example 8. As a result of checking the ease of installation, in Example 8, even when the reflect array was moved 45 cm, the change in received power was within -3 dB in the direction of the receiving angle that satisfied formula (1), whereas in Comparative Example 8, the change was greater than -3 dB. Furthermore, as a result of checking the reception stability, in Example 8, the received power was stable in a range of allowable incident angles greater than 5.5°, whereas in Comparative Example 8, the received power was unstable in a range of allowable incident angles of 5.5° or less.
[その他の実施形態]
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。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)
電磁波を反射させるリフレクトアレイであって、前記リフレクトアレイは、位相を制御する反射制御領域を有し、前記反射制御領域は、長辺の長さをL、反射する電磁波の波長をλ、入射角度をθi、反射角度をθrとした時に、下記の式(1)を満たし、
前記入射角度|θi|は45°以上70°以下の範囲であり、かつ前記入射角度θiと前記反射角度θrは下記の式(2)の関係を満たし、入射許容角度範囲Δθi が5.5°より大きく16°以下の範囲である、リフレクトアレイ。
前記リフレクトアレイは誘電体層の片面に素子があり、誘電体層の素子とは反対側の面にグランド層を有している態様1に記載のリフレクトアレイ。
(態様3)
前記素子がクロスパッチ構造である態様2に記載のリフレクトアレイ。
(態様4)
前記リフレクトアレイは3GHz~60GHzの電磁波を反射させる態様1から3のいずれか一つに記載のリフレクトアレイ。
(態様5)
発信器から一次放射された電磁波が前記リフレクトアレイに当たり、前記リフレクトアレイから二次放射された電磁波を受信器に届ける電磁波反射システムであって、前記リフレクトアレイが態様1~4のいずれか一つに記載のリフレクトアレイである、電磁波反射システム。
(態様6)
電磁波を反射させるリフレクトアレイの設置方法であって、
前記リフレクトアレイは、位相を制御する反射制御領域を有し、
前記反射制御領域は、長辺の長さをL、反射する電磁波の波長をλ、入射角度をθi、反射角度をθrとした時に、下記の式(1)を満たし、
前記入射角度θiは45°以上70°以下の範囲であり、かつ前記入射角度θiと前記反射角度θrは下記の式(2)の関係を満たすように、前記リフレクトアレイを支持体に固定する、前記リフレクトアレイの設置方法。
態様6に記載の前記リフレクトアレイは、態様1から4のいずれか一つに記載のリフレクトアレイである、リフレクトアレイの設置方法。
[Other embodiments]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment and examples, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention. The following describes possible aspects of the present invention, but the present invention is not limited to these.
(Aspect 1)
A reflectarray that reflects electromagnetic waves, the reflectarray having a reflection control region that controls a phase, the reflection control region satisfying the following formula (1) when a length of a long side is L, a wavelength of a reflected electromagnetic wave is λ, an incident angle is θi, and a reflection angle is θr:
The incident angle |θi| is in the range of 45° or more and 70° or less, and the incident angle θi and the reflection angle θr satisfy the relationship of the following formula (2), and an incident allowable angle range Δθi is in the range of more than 5.5° and 16° or less.
2. The reflectarray according to
(Aspect 3)
The reflect array according to
(Aspect 4)
The reflectarray according to any one of
(Aspect 5)
An electromagnetic wave reflection system in which an electromagnetic wave primarily radiated from a transmitter hits the reflectarray and an electromagnetic wave secondarily radiated from the reflectarray is delivered to a receiver, the reflectarray being the reflectarray according to any one of
(Aspect 6)
A method for installing a reflect array that reflects electromagnetic waves, comprising:
The reflect array has a reflection control region that controls a phase,
The reflection control area satisfies the following formula (1), where L is the length of the long side, λ is the wavelength of the reflected electromagnetic wave, θi is the angle of incidence, and θr is the angle of reflection:
The method for installing the reflectarray includes fixing the reflectarray to a support so that the incident angle θi is in the range of 45° or more and 70° or less, and the incident angle θi and the reflection angle θr satisfy the relationship of the following formula (2).
A method for installing a reflectarray, wherein the reflectarray according to
1、11―1n、1d1―1d3、1e1―1e3、1a―1c、1x
1―1x
n、1y
1―1y
n 素子パターン、
2 誘電体層、
3 グランド層、
4、41-4n、4a―4c、4x
1-4x
n、4y
1-4y
n 単位セル、
5 反射制御領域、
6、61―62 リフレクトアレイ、
200、201 壁、
300 発信器、
400 受信器、
500 遮蔽物、
501 ビル(遮蔽物)、
600 支持体
601 支持体位置調整治具
1, 1 1 -1 n , 1d 1 -1d 3 , 1e 1 -1e 3 , 1a-1c, 1 x 1 -1 x n , 1 y
1-1 y n element pattern,
2 dielectric layer,
3. Ground layer,
4 , 4 1 -4 n , 4 a - 4 c, 4 x 1 -4 x n , 4 y 1 -4 yn unit cells;
5 reflection control area,
6, 6 1 - 6 2 reflect array,
200, 201 Wall,
300 transmitter,
400 receiver,
500 Cover,
501 Building (shield),
600
Claims (7)
前記リフレクトアレイは、位相を制御する反射制御領域を有し、
前記反射制御領域は、長辺の長さをL、反射する電磁波の波長をλ、入射角度をθi、反射角度をθrとした時に、下記の式(1)を満たし、
前記入射角度|θi|は45°以上70°以下の範囲であり、かつ前記入射角度θiと前記反射角度θrは下記の式(2)の関係を満たし、入射許容角度範囲Δθiが5.5°より大きく16°以下の範囲である、リフレクトアレイ。
The reflect array has a reflection control region that controls a phase,
The reflection control area satisfies the following formula (1), where L is the length of the long side, λ is the wavelength of the reflected electromagnetic wave, θi is the angle of incidence, and θr is the angle of reflection:
The incident angle |θi| is in the range of 45° or more and 70° or less, and the incident angle θi and the reflection angle θr satisfy the relationship of the following formula (2), and an incident allowable angle range Δθi is in the range of more than 5.5° and 16° or less.
前記リフレクトアレイは、位相を制御する反射制御領域を有し、
前記反射制御領域は、長辺の長さをL、反射する電磁波の波長をλ、入射角度をθi、反射角度をθrとした時に、下記の式(1)を満たし、
前記入射角度θiは45°以上70°以下の範囲であり、かつ前記入射角度θiと前記反射角度θrは下記の式(2)の関係を満たすように、前記リフレクトアレイを支持体に固定する、リフレクトアレイの設置方法。
The reflect array has a reflection control region that controls a phase,
The reflection control area satisfies the following formula (1), where L is the length of the long side, λ is the wavelength of the reflected electromagnetic wave, θi is the angle of incidence, and θr is the angle of reflection:
A method for installing a reflectarray, comprising fixing the reflectarray to a support so that the incident angle θi is in the range of 45° or more and 70° or less, and the incident angle θi and the reflection angle θr satisfy the relationship of the following formula (2).
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