JP7525030B1 - Reflect Array Unit - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、反射角を自由に設計でき、空間の広い範囲に電波を届けること(広域化)が可能で良品率の高いリフレクトアレイユニットを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のリフレクトアレイユニットは、素子パターン、誘電体層、およびグランド層を含むリフレクトアレイが平面内に複数配置され、リフレクトアレイの間にはユニットスペースが存在し、リフレクトアレイは少なくとも1つの反射制御領域を含み、反射制御領域は全ての前記リフレクトアレイで同一であることを特徴とする。ユニットスペースの長さは、反射制御領域の長さの1/3以上でよく、反射制御領域の長さの自然数倍であることが好ましい。正方配置する四隅のリフレクトアレイに加え、中央にリフレクトアレイを配置する構成も含まれる。【選択図】図1[Problem] The present invention aims to provide a reflectarray unit that can freely design the reflection angle, can deliver radio waves over a wide range in space (widening), and has a high yield rate. [Solution] The reflectarray unit of the present invention is characterized in that a plurality of reflectarrays, each including an element pattern, a dielectric layer, and a ground layer, are arranged on a plane, a unit space exists between the reflectarrays, the reflectarrays include at least one reflection control area, and the reflection control area is the same for all of the reflectarrays. The length of the unit space may be at least 1/3 of the length of the reflection control area, and is preferably a natural number multiple of the length of the reflection control area. In addition to reflectarrays arranged at the four corners of a square, a configuration in which a reflectarray is arranged in the center is also included. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、リフレクトアレイユニットに関する。 The present invention relates to a reflect array unit.
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、十字型の反射素子を用いた反射板が開発されている。特許文献1には、以下の点が開示されている。
メタサーフェス反射板は、誘電体基板、誘電体基板の底面に設けられ、全ての向きの偏波に対しメタサーフェス反射板を透過させない金属グラウンド層、および、アーム長の異なる2種以上の十字型の金属共振器を有する複数のスーパーセルを備える。金属共振器を有するスーパーセルは、誘電体基板の上面に形成され、入射波の垂直偏波および水平偏波を反射させ、所定周波数での電磁波を要求される位相で異常波反射させる回折格子の周期で配列されている。
Among these techniques, a reflector using a cross-shaped reflecting element has been developed.
The metasurface reflector includes a dielectric substrate, a metal ground plane provided on the bottom surface of the dielectric substrate that does not transmit any polarized waves in any direction through the metasurface reflector, and a plurality of supercells having two or more types of cross-shaped metal resonators with different arm lengths. The supercells having the metal resonators are formed on the top surface of the dielectric substrate and are arranged with a period of a diffraction grating that reflects vertically polarized waves and horizontally polarized waves of an incident wave and reflects an extraordinary wave of an electromagnetic wave at a specified frequency with a required phase.
特許文献2には、第1及び第2の配列群を含むマルチビームリフレクトアレイが開発されている。
第1の配列群は第1の素子配列を複数個含み、第2の配列群は第2の素子配列を複数個含み、 前記第1及び第2の素子配列の各々は、所定の方向に整列した複数の素子を含み、該複数の素子の内の2つの素子各々が反射する電波の位相差は、該2つの素子の間隔と該素子による反射角に対する三角関数の値との積に比例するよう設計することで、 所定の波長の電波が前記第1の配列群により反射される場合の反射角が、前記所定の波長の電波が前記第2の配列群により反射される場合の反射角と異なり、マルチビームリフレクトアレイとすることができる。
In
The first array group includes a plurality of first element arrays, and the second array group includes a plurality of second element arrays, each of the first and second element arrays includes a plurality of elements aligned in a predetermined direction, and the phase difference of radio waves reflected by each of two of the plurality of elements is designed to be proportional to the product of the distance between the two elements and the value of a trigonometric function for the reflection angle by the elements, so that the reflection angle when radio waves of a predetermined wavelength are reflected by the first array group differs from the reflection angle when radio waves of the predetermined wavelength are reflected by the second array group, resulting in a multi-beam reflect array.
特許文献3には、電波反射体を有する構造体が開発されている。
入射波が正反射したときの反射波の強度が、反射面に曲率を設け、入射波に対して-30dB以上となる構造体とすることで、空間の広い範囲に電波を届けることができる。
In
By providing a curvature to the reflecting surface and creating a structure in which the intensity of the reflected wave when the incident wave is specularly reflected is -30 dB or more compared to the incident wave, radio waves can be transmitted over a wide range of space.
特許文献4には、1GHz~170GHzの周波数帯から選択される所望の帯域の電波を反射する反射面を有するパネルとパネルを支持する支持体とを備える電磁波反射装置が開発されている。
支持体が導電性のフレームとパネルの端部を受けるスリットからなり、スリットにパネルを設置し電磁波反射装置により、屋内外で移動体通信の電波伝搬が改善される。
In
The support is made of a conductive frame and a slit that receives the edge of the panel. The panel is placed in the slit and an electromagnetic wave reflector is used to improve radio wave propagation for mobile communications both indoors and outdoors.
金属反射板は、正反射の為、基地局の電波を反射させ不感地帯(通信ができない領域)に電波を届ける際の設置位置は限定的であるのに対し、通常のリフレクトアレイ(メタサーフェス反射板)は、素子のパターンを調整することで正反射とは異なる方向に反射(非対称反射)させることが可能で、不感地帯に電波を届ける際の設置位置や角度に自由度がある。 Metal reflectors are specular reflectors, so there are limitations to where they can be installed to reflect radio waves from a base station and deliver them to dead zones (areas where communication is not possible). By contrast, a normal reflectarray (metasurface reflector) can be made to reflect radio waves in a direction different from specular reflection (asymmetric reflection) by adjusting the element pattern, allowing freedom in the installation position and angle when delivering radio waves to dead zones.
ところがリフレクトアレイ(メタサーフェス反射板)は連結して面積を増加させる程、反射強度を増加させることが可能だが、反射波の指向性が高まり反射領域は狭域化するので不感地帯に対し広範囲に電波を届けることができないという問題がある。特許文献1、3、4にはこの点の課題認識がそもそも開示されていない。
However, while it is possible to increase the reflection strength by connecting reflectarrays (metasurface reflectors) and increasing their area, there is a problem in that the directionality of the reflected waves increases and the reflection area becomes narrower, making it impossible to deliver radio waves over a wide area to blind zones.
更に、素子パターンを備えるリフレクトアレイは、素子パターンに寸法誤差が生じると、各領域における反射位相が設計値から大きく変化する傾向があり、所望方向の反射強度が低下することがある。また、複数の配列群からなると設計が煩雑になる上、製造時の良品率低下の原因になってしまう。特許文献2は狭域化の問題に対して反射角の異なる2種類のリフレクタを併用することが開示されているが、設計が複雑になり良品率低下のリスクがある。
Furthermore, in reflectarrays with element patterns, if dimensional errors occur in the element patterns, the reflection phase in each region tends to vary significantly from the design value, and the reflection intensity in the desired direction may decrease. In addition, if the reflectarray is made up of multiple array groups, the design becomes complicated and causes a decrease in the yield rate during manufacturing.
そこで、本発明は、反射角を自由に設計でき、空間の広い範囲に電波を届けること(広域化)が可能で良品率の高いリフレクトアレイユニットを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a reflectarray unit that can freely design the reflection angle, can deliver radio waves over a wide area of space (wide area), and has a high yield rate.
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ユニットの一つは、素子パターン、誘電体層、およびグランド層を含むリフレクトアレイが平面内に複数配置され、前記リフレクトアレイの間にはユニットスペースが存在し、前記リフレクトアレイは少なくとも1つの反射制御領域を含み、前記反射制御領域は全ての前記リフレクトアレイで同一であることを特徴とするものである。 To solve the above problems, one representative reflectarray unit of the present invention is characterized in that multiple reflectarrays each including an element pattern, a dielectric layer, and a ground layer are arranged in a plane, a unit space exists between the reflectarrays, the reflectarrays include at least one reflection control area, and the reflection control area is the same for all the reflectarrays.
本発明によれば、反射角を自由に設計でき、空間の広い範囲に電波を届けること(広域化)が可能で良品率の高いリフレクトアレイユニットを提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施をするための形態における説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to provide a reflectarray unit that can freely design the reflection angle, can deliver radio waves to a wide range in space (wide area), and has a high yield rate.
Problems, configurations and effects other than those described above will become apparent from the description of the following embodiments.
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)
本開示において、「リフレクトアレイ(電磁波反射板)」とは、電磁波を反射させる部材であり、入射角度と反射角度が異なる非対称反射が可能な部材である。
「リフレクトアレイユニット(電磁波反射板集合体)」とは、複数のリフレクトアレイの集合体であって、電磁波の反射波のうち入射角度と反射角度が異なる非対称反射を主な成分とし、複数の方向に電磁波を反射させる部材である。
以下の説明において、xyz座標系を適用し、xy平面(単に「平面」ということもある。)上にリフレクトアレイが配置されるとする。
(Explanation of terms)
In this disclosure, a "reflectarray (electromagnetic wave reflector)" is a component that reflects electromagnetic waves and is capable of asymmetric reflection in which the angle of incidence and the angle of reflection are different.
A "reflector array unit (electromagnetic wave reflector assembly)" is an assembly of multiple reflector arrays, and is a component that reflects electromagnetic waves in multiple directions, with the main component being asymmetric reflection, in which the angle of incidence and the angle of reflection differ.
In the following description, it is assumed that an xyz coordinate system is applied and the reflect array is disposed on an xy plane (sometimes simply referred to as a "plane").
「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。
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つの素子パターンが含まれる。
A "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. The reflection control area includes not only a two-dimensional area in which the electromagnetic waves are incident in a direction parallel to the area, but also a layer structure formed in a direction perpendicular to the area.
Moreover, the term "unit cell" refers to an area obtained by dividing the reflection control area, and includes one element pattern.
「θi」は入射波の入射角度を示す。x軸方向の入射角度をθix、y軸方向の入射角度をθiyとする。また、「θr」は反射波の反射角度を示す。x軸方向の反射角度をθrx、y軸方向の反射角度をθryとする。
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。
"θi" indicates the angle of incidence of the incident wave. The angle of incidence in the x-axis direction is θix, and the angle of incidence in the y-axis direction is θiy. Furthermore, "θr" indicates the angle of reflection of the reflected wave. The angle of reflection in the x-axis direction is θrx, and the angle of reflection in the y-axis direction is θry.
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.
素子パターン(素子)の素子長については、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。 Regarding the element length of an element pattern (element), 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. In addition, 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.
[第一実施形態]
(リフレクトアレイユニットの構成)
図1、2を参照して、第一実施形態に係るリフレクトアレイユニット30の構成を説明する。図1は、第一実施形態に係るリフレクトアレイユニット30の構成の一例を示す平面図である。また図2は、第一実施形態に係るリフレクトアレイユニット30の構成の一例を示す断面図である。リフレクトアレイユニット30は、複数のリフレクトアレイ20を平面に配置し、隣り合うリフレクトアレイの間にユニットスペースを有する集合体である。隣り合うリフレクトアレイ20の間にユニットスペース6を有することで非対称反射を主な成分とし、それ以外の複数の方向に電磁波を反射させることができる。
[First embodiment]
(Reflectarray unit configuration)
The configuration of the
より詳しくは、基準非対称反射(後述)の±1度の範囲を除くいずれか2つ以上の角度に、レーダー散乱断面積RCSが-15dBsm以上の反射を得ることができ、かつ、RCSが最大値となるピーク角度と別のピーク角度に生じる反射のRCSは、最大値の10dBsm以内となる。これにより、不感地帯の領域が大きい場合でも、領域全体に電磁波を届けることができ、通信接続や通信速度を安定させることができる。 More specifically, a reflection with a radar scattering cross section RCS of -15 dBsm or more can be obtained at two or more angles excluding the range of ±1 degree of the reference asymmetric reflection (described below), and the RCS of the reflection occurring at a peak angle other than the peak angle at which the RCS is maximum is within 10 dBsm of the maximum value. This makes it possible to deliver electromagnetic waves to the entire area even if the blind zone is large, stabilizing communication connections and communication speeds.
ユニットスペース6は、空気層、または誘電率1以上1.5以下の樹脂層であることが好ましい。ユニットスペース6が導電材料であると、非対称反射に加え、正反射が混在し不要なマルチパス反射を引き起こす原因となる。
The
(リフレクトアレイの構成)
リフレクトアレイ20は、複数の素子パターン1を平面に周期的に配置してなる1または複数の反射制御領域5からなり、非対称反射の方向を所望の値にすることができる(所望の値に設定した非対称反射を「基準非対称反射」ということもある。)。リフレクトアレイ20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。リフレクトアレイ20に含まれる反射制御領域5の数は所望の反射強度によって適宜設定すればよく、図1は3つの反射制御領域5からなるリフレクトアレイ20の例が記載されている。本開示において特に断りのない限り3つの反射制御領域5からなるリフレクトアレイ20を用いて説明するが、リフレクトアレイ20の構成はこれに限られるものではない。
(Reflectarray configuration)
The
次に図3を参照して、リフレクトアレイ20の構成をより詳細に説明する。図3は、リフレクトアレイ20の構成を示す斜視図である。図3のリフレクトアレイ20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。図3のリフレクトアレイ20は反射制御領域5と同一の反射制御領域がx軸方向およびy軸方向に複数並べられた構成を有しているところ、図3において、リフレクトアレイ20に含まれる反射制御領域を代表して反射制御領域5を実線で示している。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のx軸方向のサイズ(長さ)をsx、y軸方向のサイズをsyとし、反射制御領域5のx軸方向のサイズをLx、y軸方向のサイズをLyとする場合、sx=Lx/n、sy=Lyである。なお、図3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20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。
Next, the configuration of 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。
また、反射制御領域の領域内および同一の反射制御領域が隣接する領域間において、素子パターンは均等な間隔をおいて配置される。具体的には、反射制御領域5の領域内の各素子パターンについて、x軸方向において隣り合う素子パターン同士の最近接間隔の大きさ(以下、「ギャップ」ともいう。)をgxとする場合、反射制御領域5の領域内において、素子パターン11から1nは、gxが等間隔に配置される。また、反射制御領域5の素子パターン1nとx軸方向において反射制御領域5に隣接する反射制御領域5x(破線表示、素子パターン1x
1が形成された単位セル4x
1、素子パターン1x
2が形成された単位セル4x
2、…素子パターン1x
nが形成された単位セル4x
nを含む。)の素子パターン1x
1の間のギャップをGxとする場合、図3においてはGxとgxは等しい。
なお、反射制御領域5の素子パターンとy軸方向において反射制御領域5に隣接する反射制御領域5y(破線表示、素子パターン1y
1が形成された単位セル4y
1、素子パターン1y
2が形成された単位セル4y
2、…素子パターン1y
nが形成された単位セル4y
nを含む。)の素子パターンの間のギャップは、図3においては均一でGyとして示される。
(Configuration of element pattern)
An element pattern is formed on the surface of the
In addition, the element patterns are arranged at equal intervals in the reflection control region and between adjacent regions of the same reflection control region. Specifically, when the size of the closest interval (hereinafter also referred to as "gap") between adjacent element patterns in the x-axis direction for each element pattern in the
In addition, the gap between the element pattern of
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。素子長および素子幅の設定方法については後述する。
In the reflection control region, 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4および図5を参照して、リフレクトアレイ20の層構成を説明する。図4および図5は、リフレクトアレイ20の層構成の一例を示す図である。リフレクトアレイ20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20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20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20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20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20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 take into consideration the scenery of the area where the
図4は、機能層7の配置の一例を示す図である。素子パターン1側への積層方式は、リフレクトアレイ20aのように複数の素子パターン1同士の間の空隙を埋めるよう機能層7を積層してもよいし(図4(a))、リフレクトアレイ20bのように複数の素子パターン1同士の間の空隙を維持したまま素子パターン1の上面に接するよう機能層7を積層してもよいし(図4(b))、リフレクトアレイ20cのように素子パターン1の上面と接しないよう機能層7を積層してもよい(図4(c))。なお、リフレクトアレイ20aから20cにおいて機能層7を除いた構成を共通とした場合、リフレクトアレイ20aから20cはそれぞれ異なる反射特性を有する。このため、機能層7の積層方式を変更することによって、リフレクトアレイの特性を変更することも可能である。
Figure 4 is a diagram showing an example of the arrangement of the
図5は、機能層の配置の他の例を示す図である。図5においては、機能層として保護層8、接着層9、意匠層10、設置層11の配置例を示す。図5(a)は、素子パターン1およびグランド層3を覆うように保護層8が積層され、さらに素子パターン1側には接着層9を介して意匠層10を、グランド層側には接着層9を介して設置層11を備えるリフレクトアレイ20dを示す。図5(b)は、グランド層側に接着層9を介して設置層11を備え、素子パターン1側には空隙を隔てて意匠層10を備えるリフレクトアレイ20eを示す。
Figure 5 shows another example of the arrangement of functional layers. In Figure 5, an example of the arrangement of functional layers is shown, which is a
(反射制御領域)
リフレクトアレイ20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(1)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(2)によって決定される。
(単位セルと反射位相の関係)
図6から図8を参照して、単位セルと反射位相の関係を説明する。図6から図8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6(a)はリフレクトアレイ20f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20f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20f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20f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6(b)はリフレクトアレイ20fをz軸方向から見た平面図を示す。図7および図8における(a)および(b)も、図6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. 6 to 8. Figs. 6 to 8 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20f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6(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6(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Lxは式(1)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。この例に代表されるような、反射角のy軸成分が対称反射(θiy=-θry)の場合、Lyは式(2)によって決定される必要がなく、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n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、Ly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20g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7(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7(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(2)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、Lxは式(1)によって決定される必要はなく、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、LxはLy/3と等しくされる。
Similarly, when it is desired to make the
図8(a)はリフレクトアレイと電磁波の関係を示し、図8(a1)は電磁波をzx面に射影した場合を示し、図8(a2)は電磁波をzy面に射影した場合を示す。リフレクトアレイ20hに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場合(図8(a1)に示されるようにθix≠-θrxかつ図8(a2)に示されるようにθiy≠-θry)には、反射制御領域5c内において、x軸方向には反射位相が異なる単位セルを配置し、また、y軸方向においても反射位相が異なる単位セルを配置する(図8(b))。反射制御領域5cは、x軸方向に3つの単位セルを配置しy軸方向に3つの単位セルを配置した9つの単位セルを含む。反射制御領域5cにおける分割数は、x軸方向の分割数n=3とy軸方向の分割数m=3を用いて、3×3=9と表すことも可能である。反射制御領域5cのx軸方向のサイズLxは式(1)によって決定され、y軸方向のサイズLyは式(2)によって決定される。単位セルのx軸方向のサイズは、Lxとnから決定され、Lx/3である。単位セルのy軸方向のサイズは、Lyとmから決定され、Ly/3である。入射波のx軸方向成分およびy軸方向成分のいずれも非対称反射する。このため、反射波面の進行方向のx軸方向成分は入射波面の進行方向のx軸方向成分は異なり、かつ反射波面の進行方向のy軸方向成分は入射波面の進行方向のy軸方向成分と異なる(図8(a))。
なお、gxは、反射制御領域5cの領域内における素子パターン間のx軸方向のギャップを示す。gyは、反射制御領域5cの領域内における素子パターン間のy軸方向のギャップを示す。x軸方向において素子パターン間の間隔gxは等しく、また、y軸方向において素子パターン間の間隔gyは等しい。gxとgyは異なる場合が示されているが、gxとgyは等しくともよい。
また、Gxは、反射制御領域5cの素子パターンとx軸方向において反射制御領域5cに隣接する反射制御領域の素子パターンの間のギャップを示す。Gyは、反射制御領域5cの素子パターンとy軸方向において反射制御領域5cに隣接する反射制御領域の素子パターンの間のギャップを示す。反射制御領域5cと同一の反射制御領域がx軸方向(またはy軸方向)の位置を変えずにy軸方向(またはx軸方向)に隣接する場合、gxとGxは等しく、またgyとGyは等しい。
FIG. 8(a) shows the relationship between the reflect array and the electromagnetic wave, FIG. 8(a1) shows the case where the electromagnetic wave is projected onto the zx plane, and FIG. 8(a2) shows the case where the electromagnetic wave is projected onto the zy plane. When it is desired to make the
Note that gx indicates the gap in the x-axis direction between the element patterns in the
Furthermore, Gx indicates the gap between the element pattern of
(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(3)、(4)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(3)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(4)を満たしていることが好ましい。また、反射制御領域が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場合、式(3)および式(4)のいずれをも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, formulas (3) and (4). 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 the 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 (3) is satisfied, and when the reflection control area is to perform asymmetric reflection along the y-axis direction, it is preferable that formula (4) is satisfied. Furthermore, when it is intended that the reflection control region perform asymmetric reflection in both the x-axis direction and the y-axis direction, it is preferable that the region satisfy both formula (3) and formula (4).
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(5)、および式(6)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(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。また、反射制御領域が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場合、式(5)および式(6)のいずれをも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.
Moreover, 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 (5) is satisfied, and when the reflection control area is to perform asymmetric reflection along the y-axis direction, it is preferable that the formula (6) is satisfied. When the reflection control area is to perform asymmetric reflection in both the x-axis direction and the y-axis direction, it is preferable that both the formula (5) and the formula (6) are 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(7)、および式(8)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(7)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(8)を満たしていることが好ましい。また、反射制御領域が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場合、式(7)、式(8)を同時に満たしていることが好ましい。
なお、上述の式(3)から式(8)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(3)から式(8)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 (3) to (8) 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 (3) to (8), and other design formulas can be selected as appropriate.
[第二実施形態]
図9、10を参照して、第二実施形態に係るリフレクトアレイユニット30の構成を説明する。図9は、第二実施形態に係るリフレクトアレイユニット30の構成の一例を示す平面図である。また図10は、第二実施形態に係るリフレクトアレイユニット30の構成の一例を示す断面図である。複数のリフレクトアレイ20がユニットスペース6を挟んで支持体12上に配置されてリフレクトアレイユニット30を形成する点で第一実施形態と異なる他は同様の構成であるので詳細な説明は省略する。
支持体12は樹脂などの誘電体で構成され、空気の誘電率(誘電率1)に近い誘電率を持つ媒質が好ましい。そしてリフレクトアレイユニットを設置する場所に応じて支持体の硬さを適宜調整してもよい。支持体を所定の大きさの規格サイズに設定すれば屋内外の建築材や道路、通信機材など幅広い部材に対し容易に運搬、装着が可能になる。
[Second embodiment]
The configuration of the
The
<実施例>
図11は、従来技術におけるリフレクトアレイの設置例を示す模式図である。そして図12は、本発明の実施形態におけるリフレクトアレイの設置例を示す模式図である。基地局31から送信される入射波はリフレクトアレイユニット30で非対称反射され電波遮蔽物32により生ずる不感地帯33の中の電波領域34に電波を届けることができる。従来技術では電波領域34が狭域化してしまうのに対し(図11)、本発明の実施形態に係るリフレクトアレイユニット30を用いると電波領域34が広域化することができ従来技術に比べより広い範囲の不感地帯に電波を届けることができる。
<Example>
Fig. 11 is a schematic diagram showing an example of installation of a reflectarray in the prior art. Fig. 12 is a schematic diagram showing an example of installation of a reflectarray in an embodiment of the present invention. An incident wave transmitted from a
実施例、比較例におけるシミュレーションは有限要素法で行い、リフレクトアレイユニットには、平面波が照射されているものとして計算を行った。
実環境においては、リフレクトアレイユニットに平面波が照射されるよう基地局とリフレクトアレイユニットの距離を加味して各々を適宜設置すれば良い。リフレクトアレイユニットと不感地帯の距離も同様に、リフレクトアレイユニットの反射波が平面波になるよう、各々を適宜設置すれば良い。
平面波となる距離は遠方界距離を目安とすれば良い。例えば、リフレクトアレイユニットが正方形の場合、基地局の入射波とリフレクトアレイユニットの法線となす面と平行なリフレクトアレイユニットの1辺の長さd、波長λに対し、遠方界距離x=2d2/λとなる。具体的な例として、d=0.3mのリフレクトアレイユニット、周波数4.6GHzの基地局の場合、リフレクトアレイユニットと基地局、不感地帯の間を2.76m以上、離せば良い。ただし上述した例は目安であり、リフレクトアレイユニットと基地局または不感地帯との距離が遠方界距離より短いからといって本発明の効果が得られないわけではない。
Simulations in the examples and comparative examples were performed using the finite element method, and calculations were performed assuming that a plane wave was irradiated onto the reflect array unit.
In a real environment, the base station and the reflectarray unit can be appropriately installed taking into account the distance between them so that the reflectarray unit is irradiated with a plane wave. Similarly, the distance between the reflectarray unit and the blind zone can also be appropriately determined so that the reflected wave from the reflectarray unit is a plane wave.
The distance at which a plane wave is generated may be determined based on the far-field distance. For example, when the reflectarray unit is square, the far-field distance x is 2d2 /λ, where d is the length of one side of the reflectarray unit parallel to the plane formed by the incident wave of the base station and the normal line of the reflectarray unit, and λ is the wavelength. As a specific example, when the reflectarray unit has d=0.3 m and the base station has a frequency of 4.6 GHz, the reflectarray unit and the base station or the blind zone may be separated by 2.76 m or more. However, the above example is a guideline, and the effect of the present invention may not be obtained even if the distance between the reflectarray unit and the base station or the blind zone is shorter than the far-field distance.
以下に実施例、比較例について説明する。
(比較例1)
まず実施例の対象となるリフレクトアレイユニットを構成し、離間配置する際の単位となるリフレクトアレイ(以下、「単位リフレクトアレイ」という。)に関する比較例1を説明する。表1は、比較例1に係る単位リフレクトアレイの構成データである。また図13は、比較例1に係る単位リフレクトアレイの平面図と反射特性を示す図である。図13(a)は平面図で、図13(b)は反射特性である。なお比較例1に係る単位リフレクトアレイの断面は図2におけるリフレクトアレイ20の断面図と同様である。以下の説明において同一部分の符号は省略する。
(Comparative Example 1)
First, comparative example 1 will be described regarding a reflectarray (hereinafter referred to as a "unit reflectarray") that constitutes the reflectarray unit that is the subject of the embodiment and serves as a unit when arranging them at a distance. Table 1 shows configuration data of the unit reflectarray according to comparative example 1. FIG. 13 is a diagram showing a plan view and reflection characteristics of the unit reflectarray according to comparative example 1. FIG. 13(a) is the plan view, and FIG. 13(b) shows the reflection characteristics. The cross section of the unit reflectarray according to comparative example 1 is similar to the cross section of the
動作周波数を27.2GHzとし、狙いの反射特性(目的とする反射特性)をθix=33°、θrx=0°、θiy=0°、θry=0°に設定し、式(1)を使用して反射制御領域5のx軸方向のサイズLxを20.238mmに決定した。
The operating frequency was set to 27.2 GHz, the target reflection characteristics (target reflection characteristics) were set to θix = 33°, θrx = 0°, θiy = 0°, and 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6.746mm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幅のみが異なるとし、具体的には素子長はlx1=lx2=lx3=ly1=ly2=ly3=3.25mmとし、同一素子パターン内の素子幅はwx1=wy1、wx2=wy2、wx3=wy3とした。素子幅wに対する単位セルの反射位相をHFSSを使用して解析した。
なお単位セル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を省略ことがある。
The number of divisions of the
In unit cell p, the element length in the x-axis direction is lxp, the element length in the y-axis direction is lyp, the element width in the x-axis direction is wxp, and the element width in the y-axis direction is wyp. However, when lxp and lyp are equal, the subscripts x and y are omitted, when wxp and wyp are equal, the subscripts x and y are omitted, and when the unit cell is not specified, the subscript p may be omitted.
次に、単位セルの解析結果を踏まえ、式(8)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幅wを決定した。素子幅wはそれぞれwl=1.582mm、w2=2.955mm、w3=0.319mmとした。 Next, based on the analysis results of the unit cells, the element width w in each unit cell was determined so as to conform to the impedance distribution of equation (8). The element widths w were set to wl = 1.582 mm, w2 = 2.955 mm, and w3 = 0.319 mm.
リフレクトアレイ20は、図13(a)に示すように、同一の反射制御領域5がx軸方向およびy軸方向に1個×3個(その結果単位セルがx軸方向およびy軸方向に3個×3個)並ぶことでxy平面におけるサイズは20.238mm角となった。x軸と平行の偏波をθix=33゜、θiy=0゜でリフレクトアレイ20に照射した際の反射特性について、HFSSを用いて解析した。
As shown in FIG. 13(a), the
図13(b)は、比較例1に係る単位リフレクトアレイ20の反射特性を示す図である。横軸は反射角度θry、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。θix=33゜で入射した電磁波が所望のθrx=0゜方向(基準非対称反射方向)に最大値で反射し、そのRCSは-19.12dBsmであった。
Figure 13 (b) is a diagram showing the reflection characteristics of the
以下実施例、比較例の反射特性を評価するにあたり、上述したように基準非対称反射の±1度の範囲を除くいずれか2つ以上の角度に、レーダー散乱断面積RCSが-15dBsm以上の反射を得ることができ、かつ、RCSが最大値となるピーク角度と別のピーク角度に生じる反射のRCSは、最大値の10dBsm以内となる場合に合格と判断することとする。合格基準を満たす反射特性であれば、基準非対称反射方向以外の方向にも所定強度のピークを有する反射光が発生し、全体として十分な強度で電波領域34を広域化することが可能となる。
比較例1ではRCSが最大となる基準非対称反射方向のピーク強度の値がそもそも-15dBsmに達していないので不合格となる。
In evaluating the reflection characteristics of the following examples and comparative examples, as described above, a reflection with a radar scattering cross section RCS of -15 dBsm or more can be obtained at any two or more angles excluding the range of ±1 degree of the reference asymmetric reflection, and the RCS of the reflection occurring at a peak angle other than the peak angle at which the RCS is maximum is determined to be within 10 dBsm of the maximum value. If the reflection characteristics satisfy the pass criteria, reflected light having a peak of a predetermined intensity is generated in directions other than the reference asymmetric reflection direction, making it possible to widen the
In Comparative Example 1, the value of the peak intensity in the reference asymmetric reflection direction where the RCS is maximum does not even reach -15 dBsm, and so the sample is rejected.
(比較例2)
図14は、比較例2に係るリフレクトアレイの平面図と反射特性を示す図である。図14(a)は平面図であり、図14(b)は反射特性である。
図14(a)に示すように、比較例2は単位リフレクトアレイ20を2個×2個敷き詰めた構成をとるリフレクトアレイである以外は比較例1と同様である。
またHFSSを用いて解析したところ、図14(b)に示すように、θix=33゜で入射した電磁波が所望のθrx=0゜方向(基準非対称反射方向)に最大値で反射し、そのRCSは-6.97dBsmであった。
比較例2では基準非対称反射方向と別の角度にピークをもつ反射光が発生するが(-25°で-18.01dBsm)、最大値との差が10dBsmより大きいことから不合格となる。
(Comparative Example 2)
14A and 14B are diagrams showing a plan view and reflection characteristics of the reflect array according to Comparative Example 2. Fig. 14A is the plan view, and Fig. 14B is the reflection characteristics.
As shown in FIG. 14A, Comparative Example 2 is similar to Comparative Example 1 except that the reflectarray has a configuration in which 2×2 unit reflectarrays 20 are arranged closely together.
In addition, when the analysis was performed using the HFSS, as shown in FIG. 14(b), the electromagnetic wave incident at θix=33° was reflected with a maximum value in the desired direction of θrx=0° (reference asymmetric reflection direction), and the RCS was −6.97 dBsm.
In Comparative Example 2, reflected light having a peak at an angle different from the reference asymmetric reflection direction (-18.01 dBsm at -25°) is generated, but since the difference with the maximum value is greater than 10 dBsm, it is rejected.
(比較例3)
図15は、比較例3に係るリフレクトアレイの平面図と反射特性を示す図である。図15(a)は平面図であり、図15(b)は反射特性である。
図15(a)に示すように、比較例3は単位リフレクトアレイ20を3個×3個敷き詰めた構成をとるリフレクトアレイである以外は比較例1と同様である。
またHFSSを用いて解析したところ、図15(b)に示すように、θix=33゜で入射した電磁波が所望のθrx=0゜方向(基準非対称反射方向)に最大値で反射し、そのRCSは0.26dBsmであった。
比較例3では基準非対称反射方向と別の角度にピークをもつ反射光が発生するが(―15°でー12.26dBsm、15°でー13.01dBsm)、いずれも最大値との差が10dBsmより大きいことから不合格となる。
(Comparative Example 3)
15A and 15B are diagrams showing a plan view and reflection characteristics of the reflect array according to Comparative Example 3. Fig. 15A is the plan view, and Fig. 15B is the reflection characteristics.
As shown in FIG. 15A, Comparative Example 3 is similar to Comparative Example 1 except that the reflectarray has a configuration in which 3×3 unit reflectarrays 20 are arranged closely together.
In addition, when the analysis was performed using the HFSS, as shown in FIG. 15(b), the electromagnetic wave incident at θix=33° was reflected with a maximum value in the desired direction of θrx=0° (reference asymmetric reflection direction), and the RCS was 0.26 dBsm.
In Comparative Example 3, reflected light having peaks at angles other than the reference asymmetric reflection direction (-12.26 dBsm at -15°, -13.01 dBsm at 15°) is generated, but in either case the difference from the maximum value is greater than 10 dBsm, so it is rejected.
次にリフレクトアレイユニットに関する実施例について説明する。
以下の説明において、リフレクトアレイの間のユニットスペースの長さというときは、離間配置された隣り合うリフレクトアレイの間に生ずる隙間の平均距離を意味する。
(実施例1)
図16は、実施例1に係るリフレクトアレイユニットの平面図と反射特性を示す図である。図16(a)は平面図であり、図16(b)は反射特性である。
図16(a)に示すように、実施例1に係るリフレクトアレイユニット30は、2個×2個の単位リフレクトアレイ20を敷き詰めた比較例2のリフレクトアレイに対し、単位リフレクトアレイ0.5個分のユニットスペースをあけて配置した単位リフレクトアレイの集合体から構成される。各単位リフレクトアレイ20の間のユニットスペースの長さは10.119mmで、リフレクトアレイユニット30の外形の一辺の長さは50.595mmとなる。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分で透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図16(b)に示すように、θix=33゜で入射した電磁波が基準非対称反射方向であるθrx=0゜の反射光から2つの反射光に分かれる反射特性を示した。
Next, an embodiment of the reflect array unit will be described.
In the following description, the length of the unit space between reflectarrays refers to the average distance of the gap between adjacent reflectarrays that are spaced apart.
Example 1
16A and 16B are diagrams illustrating a plan view and reflection characteristics of the reflect array unit according to Example 1. Fig. 16A is the plan view, and Fig. 16B is the reflection characteristics.
16A, the
Some of the incident light irradiated to the
図16(b)に示すように前記2つの反射光のピークは-9°のRCS-8.39dBsm、9°の-8.59dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 16 (b), the peaks of the two reflected lights are seen at RCS -8.39 dBsm at -9° and -8.59 dBsm at 9°. Therefore, since there are two or more reflected lights with peak intensity of RCS of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(実施例2)
図17は、実施例2に係るリフレクトアレイユニットの平面図と反射特性を示す図である。図17(a)は平面図であり、図17(b)は反射特性である。
図17(a)に示すように、実施例2に係るリフレクトアレイユニット30は、2個×2個の単位リフレクトアレイ20を敷き詰めた比較例2のリフレクトアレイに対し、単位リフレクトアレイ0.75個分のユニットスペースをあけて配置した単位リフレクトアレイの集合体から構成される。各単位リフレクトアレイ20の間のユニットスペースの長さは15.1785mmで、リフレクトアレイユニット30の外形の一辺の長さは55.6545mmとなる。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分で透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図17(b)に示すように、θix=33゜で入射した電磁波が基準非対称反射方向であるθrx=0゜の反射光から3つの反射光に分かれる反射特性を示した。なお特性としては実施例1の反射特性(図16(b))と後述する実施例3の反射特性(図18(b))の間の振る舞いが見られる。
Example 2
17A and 17B are diagrams illustrating a plan view and reflection characteristics of the reflect array unit according to Example 2. Fig. 17A is the plan view, and Fig. 17B is the reflection characteristics.
17A, the
Some of the incident light irradiated to the
図17(b)に示すように前記3つの反射光のピークは-12°のRCS-9.14dBsm、4°の-7.26dBsm、20°の-14.63dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 17(b), the three reflected light peaks are seen at RCS-9.14 dBsm at -12°, -7.26 dBsm at 4°, and -14.63 dBsm at 20°. Therefore, since there are two or more reflected lights with peak intensity of RCS of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(実施例3)
図18は、実施例3に係るリフレクトアレイユニットの平面図と反射特性を示す図である。図18(a)は平面図であり、図18(b)は反射特性である。
図18(a)に示すように、実施例3に係るリフレクトアレイユニット30は、2個×2個の単位リフレクトアレイ20を敷き詰めた比較例2のリフレクトアレイに対し、単位リフレクトアレイ1個分のユニットスペースをあけて配置した単位リフレクトアレイの集合体から構成される。各単位リフレクトアレイ20の間のユニットスペースの長さは20.238mmで、リフレクトアレイユニット30の外形の一辺の長さは60.714mmとなる。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分で透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図18(b)に示すように、θix=33゜で入射した電磁波が基準非対称反射方向であるθrx=0゜の反射光から3つの反射光に分かれる反射特性を示した。特に外形の一辺の長さが同じでユニットスペースのない比較例3と比べるとユニットスペースの存在が反射特性の広域化に与える影響が顕著に示された。
Example 3
18A and 18B are diagrams illustrating a plan view and reflection characteristics of a reflect array unit according to Example 3. Fig. 18A is a plan view, and Fig. 18B is a diagram illustrating reflection characteristics.
18A, the
Some of the incident light irradiated to the
図18(b)に示すように前記3つの反射光のピークは-15°のRCS-9.81dBsm、0°の-6.80dBsm、14°の-10.58dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 18 (b), the three reflected light peaks are seen at RCS-9.81 dBsm at -15°, -6.80 dBsm at 0°, and -10.58 dBsm at 14°. Therefore, since there are two or more reflected lights with an RCS peak intensity of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(実施例4)
図19は、実施例4に係るリフレクトアレイユニットの平面図と反射特性を示す図である。図19(a)は平面図であり、図19(b)は反射特性である。
図19(a)に示すように、実施例4に係るリフレクトアレイユニット30は、2個×2個の単位リフレクトアレイ20を敷き詰めた比較例2のリフレクトアレイに対し、単位リフレクトアレイ1.5個分のユニットスペースをあけて配置した単位リフレクトアレイの集合体から構成される。各単位リフレクトアレイ20の間のユニットスペースの長さは30.357mmで、リフレクトアレイユニット30の外形の一辺の長さは70.833mmとなる。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分で透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図19(b)に示すように、θix=33゜で入射した電磁波が基準非対称反射方向であるθrx=0゜の反射光から4つの反射光に分かれる反射特性を示した。なお特性としては実施例3の反射特性(図18(b))と後述する実施例5の反射特性(図20(b))の間の振る舞いが見られる。
Example 4
19A and 19B are diagrams illustrating a plan view and reflection characteristics of a reflect array unit according to Example 4. Fig. 19A is a plan view, and Fig. 19B is a diagram illustrating reflection characteristics.
19A, the
Some of the incident light irradiated to the
図19(b)に示すように前記4つの反射光のピークは-18°のRCS-11.43dBsm、―6°の-7.49dBsm、6°の-7.59dBsm、18°の-12.53dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 19 (b), the peaks of the four reflected lights are seen at RCS-11.43 dBsm at -18°, -7.49 dBsm at -6°, -7.59 dBsm at 6°, and -12.53 dBsm at 18°. Therefore, since there are two or more reflected lights with peak intensity of RCS of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(実施例5)
図20は、実施例5に係るリフレクトアレイユニットの平面図と反射特性を示す図である。図20(a)は平面図であり、図20(b)は反射特性である。
図20(a)に示すように、実施例5に係るリフレクトアレイユニット30は、2個×2個の単位リフレクトアレイ20を敷き詰めた比較例2のリフレクトアレイに対し、単位リフレクトアレイ2個分のユニットスペースをあけて配置した単位リフレクトアレイの集合体から構成される。各単位リフレクトアレイ20の間のユニットスペースの長さは40.476mmで、リフレクトアレイユニット30の外形の一辺の長さは80.952mmとなる。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分で透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図20(b)に示すように、θix=33゜で入射した電磁波が基準非対称反射方向であるθrx=0゜の反射光から5つの反射光に分かれる反射特性を示した。
Example 5
20A and 20B are diagrams illustrating a plan view and reflection characteristics of the reflect array unit according to Example 5. Fig. 20A is a plan view, and Fig. 20B is a diagram illustrating reflection characteristics.
20A, the
Some of the incident light irradiated to the
図20(b)に示すように前記5つの反射光のピークは-21°のRCS-13.04dBsm、―10°の-8.48dBsm、0°の-7.00dBsm、10°の-8.59dBsm、20°の-14.21dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 20 (b), the five reflected light peaks are seen at RCS-13.04 dBsm at -21°, -8.48 dBsm at -10°, -7.00 dBsm at 0°, -8.59 dBsm at 10°, and -14.21 dBsm at 20°. Therefore, since there are two or more reflected lights with an RCS peak intensity of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(実施例6)
図21は、実施例6に係るリフレクトアレイユニットの平面図と反射特性を示す図である。図21(a)は平面図であり、図21(b)は反射特性である。
図21(a)に示すように、実施例6に係るリフレクトアレイユニット30は、単位リフレクトアレイ1個分のユニットスペースをあけて構成された実施例3に係るリフレクトアレイユニットの中央に単位リフレクトアレイを追加した構成をとる。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分で透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図21(b)に示すように、3つに分かれる反射光のピーク強度を示す反射方向(ピーク角度)は実施例3の場合とほぼ変わらなかった。一方0°のRCSは実施例3の値よりも大きく、中央の単位リフレクトアレイからの反射が寄与しているものと推察される。
Example 6
21A and 21B are diagrams illustrating a plan view and reflection characteristics of a reflect array unit according to Example 6. Fig. 21A is a plan view, and Fig. 21B is a diagram illustrating reflection characteristics.
As shown in FIG. 21A, the
Some of the incident light irradiated to the
図21(b)に示すように前記3つの反射光のピークは-15°のRCS-12.35dBsm、0°の-4.87dBsm、15°の-13.11dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 21 (b), the three reflected light peaks are seen at RCS-12.35 dBsm at -15°, -4.87 dBsm at 0°, and -13.11 dBsm at 15°. Therefore, since there are two or more reflected lights with peak intensity of RCS of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(実施例7)
図22は、実施例7に係るリフレクトアレイユニットの平面図と反射特性を示す図である。図22(a)は平面図であり、図22(b)は反射特性である。
図22(a)に示すように、実施例7に係るリフレクトアレイユニット30は、単位リフレクトアレイ1.5個分のユニットスペースをあけて構成された実施例4に係るリフレクトアレイユニットの中央に単位リフレクトアレイを追加した構成をとる。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分で透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図22(b)に示すように、4つに分かれる反射光のピーク強度を示す反射方向(ピーク角度)は実施例4の場合とほぼ変わらなかった。一方―15°未満の角度のRCSは実施例4の値よりも減少し、15°より大きい角度のRCSは実施例4の値よりも増加する傾向を示した。
(Example 7)
22A and 22B are diagrams illustrating a plan view and reflection characteristics of a reflect array unit according to Example 7. Fig. 22A is a plan view, and Fig. 22B is a diagram illustrating reflection characteristics.
As shown in FIG. 22A, the
Some of the incident light irradiated to the
図22(b)に示すように前記4つの反射光のピークは-18°のRCS-14.11dBsm、―6°の-5.53dBsm、6°の-10.15dBsm、18°の-10.55dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 22 (b), the peaks of the four reflected lights are seen at RCS-14.11 dBsm at -18°, -5.53 dBsm at -6°, -10.15 dBsm at 6°, and -10.55 dBsm at 18°. Therefore, since there are two or more reflected lights with an RCS peak intensity of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(実施例8)
図23は、実施例8に係るリフレクトアレイユニットの平面図と反射特性を示す図である。図23(a)は平面図であり、図23(b)は反射特性である。
図23(a)に示すように、実施例8に係るリフレクトアレイユニット30は、単位リフレクトアレイ2個分のユニットスペースをあけて構成された実施例5に係るリフレクトアレイユニットの中央に単位リフレクトアレイを追加した構成をとる。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分で透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図23(b)に示すように、5つに分かれる反射光のピーク強度を示す反射方向(ピーク角度)は実施例5の場合とほぼ変わらなかった。一方0°、±20°付近のRCSは実施例5の値より減少し、±10°付近のRCSは実施例5の値より増加する傾向を示した。
(Example 8)
23A and 23B are diagrams illustrating a plan view and reflection characteristics of a reflect array unit according to Example 8. Fig. 23A is a plan view, and Fig. 23B is a diagram illustrating reflection characteristics.
As shown in Figure 23 (a), the
Some of the incident light irradiated to the
図23(b)に示すように前記5つの反射光のピークは-21°のRCS-15.68dBsm、―10°の-6.46dBsm、0°の-9.56dBsm、10°の-6.1dBsm、21°の-16.82dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 23(b), the peaks of the five reflected lights are seen at RCS-15.68 dBsm at -21°, -6.46 dBsm at -10°, -9.56 dBsm at 0°, -6.1 dBsm at 10°, and -16.82 dBsm at 21°. Therefore, since there are two or more reflected lights with an RCS peak intensity of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(実施例9)
図24は、実施例9に係るリフレクトアレイユニットの平面図と反射特性を示す図である。図24(a)は平面図であり、図24(b)は反射特性である。
図24(a)に示すように、実施例9に係るリフレクトアレイユニット30は、単位リフレクトアレイ1個分のユニットスペースをあけつつリフレクトアレイの数を増加させたもので、単位リフレクトアレイ1個分のユニットスペースをあけてなる実施例3に係るリフレクトアレイユニットを中央に配置し、さらに対角線にそって単位リフレクトアレイ1個分あけて延長した四隅にリフレクトアレイを配置した構成をとる。本実施例のリフレクトアレイユニット30の外形の一辺の長さは141.666mmとなる。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分で透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図24(b)に示すように、3つに分かれる反射光のピーク強度を示す反射方向(ピーク角度)は実施例3の場合とほぼ変わらなかった。一方各ピーク角度のRCSは実施例3の値よりも増加する傾向を示した。
Example 9
24A and 24B are diagrams illustrating a plan view and reflection characteristics of a reflect array unit according to Example 9. Fig. 24A is a plan view, and Fig. 24B is a diagram illustrating reflection characteristics.
24A, the
Some of the incident light irradiated to the
図24(b)に示すように前記3つの反射光のピークは-16°のRCS-4.18dBsm、0°の-0.78dBsm、16°の-5.00dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 24 (b), the three reflected light peaks are seen at RCS-4.18 dBsm at -16°, -0.78 dBsm at 0°, and -5.00 dBsm at 16°. Therefore, since there are two or more reflected lights with peak intensity of RCS of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(実施例10)
図25は、実施例10に係るリフレクトアレイユニットの平面図と反射特性を示す図である。図25(a)は平面図であり、図25(b)は反射特性である。
図25(a)に示すように、実施例10に係るリフレクトアレイユニット30は、実施例9と同様に単位リフレクトアレイ1個分のユニットスペースをあけつつリフレクトアレイの数を増加させたもので、実施例9に係るリフレクトアレイユニットに対し、外形の4つの各辺に単位リフレクトアレイを1個分のユニットスペースをあけて2個ずつ追加した構成をとる。本実施例のリフレクトアレイユニット30の外径の一辺の長さは141.666mmとなる。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分で透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図24(b)に示すように、3つに分かれる反射光のピーク強度を示す反射方向(ピーク角度)は実施例3、9の場合とほぼ変わらなかった。一方各ピーク角度のRCSは実施例3、9の値よりも増加する傾向を示した。
Example 10
25A and 25B are diagrams illustrating a plan view and reflection characteristics of a reflect array unit according to Example 10. Fig. 25A is the plan view, and Fig. 25B is the reflection characteristics.
25A, the
Some of the incident light irradiated to the
図24(b)に示すように前記3つの反射光のピークは-16°のRCS2.03dBsm、0°の5.33dBsm、16°の0.99dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 24 (b), the three reflected light peaks are seen at RCS 2.03 dBsm at -16°, 5.33 dBsm at 0°, and 0.99 dBsm at 16°. Therefore, since there are two or more reflected lights with peak intensity of RCS of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(実施例11)
図26は、実施例11に係るリフレクトアレイユニットの平面図と反射特性を示す図である。図26(a)は平面図であり、図26(b)は反射特性である。
図26(a)に示すように、実施例11に係るリフレクトアレイユニット30は、実施例9に係るリフレクトアレイユニットから中央に配置した実施例3に係るリフレクトアレイユニットを取り除いた構成をとる。各単位リフレクトアレイ20の間のユニットスペースの長さは101.19mmで、リフレクトアレイユニット30の外形の一辺の長さは141.666mmとなる。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分で透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図26(b)に示すように、実施例3、9、10のように顕著なピーク強度をもつ反射光に分かれるというよりも、ほぼ同じピーク強度を有する反射光が多数発生する傾向を示した。
(Example 11)
26A and 26B are diagrams illustrating a plan view and reflection characteristics of a reflect array unit according to Example 11. Fig. 26A is a plan view, and Fig. 26B is a diagram illustrating reflection characteristics.
26A, the
Some of the incident light irradiated to the
図26(b)に示すように実施例3、9、10に対応する3つの反射光のピークは-16°のRCS-10.29dBsm、0°の-6.90dBsm、16°の-11.05dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 26 (b), the three reflected light peaks corresponding to Examples 3, 9, and 10 are seen at RCS-10.29 dBsm at -16°, -6.90 dBsm at 0°, and -11.05 dBsm at 16°. Therefore, since there are two or more reflected lights with an RCS peak intensity of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(実施例12)
図27は、実施例12に係るリフレクトアレイユニットの平面図と反射特性を示す図である。図27(a)は平面図であり、図27(b)は反射特性である。
図27(a)に示すように、実施例12に係るリフレクトアレイユニット30は、単位リフレクトアレイ0.5個分のユニットスペースをあけてなる実施例1のリフレクトアレイユニット2個をxy平面の第二、第四象限に、また単位リフレクトアレイ1個分のユニットスペースをあけてなる実施例3のリフレクトアレイユニット2個をxy平面の第一、第三象限に、互いに単位リフレクトアレイ1個分のユニットスペースを有するように組み合わせて配置した構成をとる。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分で透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図27(b)に示すように、反射特性は実施例1と実施例3の反射特性の重ね合わせになる様子がみられた。
Example 12
27A and 27B are diagrams illustrating a plan view and reflection characteristics of a reflect array unit according to Example 12. Fig. 27A is the plan view, and Fig. 27B is the reflection characteristics.
As shown in Figure 27 (a), the
Some of the incident light irradiated to the
図27(b)に示すように実施例3、9、10に対応する3つの反射光のピークは-15°のRCS0.52dBsm、0°の-0.68dBsm、14°の-0.14dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 27(b), the three reflected light peaks corresponding to Examples 3, 9, and 10 are seen at RCS 0.52 dBsm at -15°, -0.68 dBsm at 0°, and -0.14 dBsm at 14°. Therefore, since there are two or more reflected lights with an RCS peak intensity of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
支持体12を備えた第二実施形態の実施例について以下に説明する。
(実施例13)
図28は、実施例13に係るリフレクトアレイユニットの平面図、断面図および反射特性を示す図である。図28(a―1)は平面図であり、図28(a―2)は断面図であり、図28(b)は反射特性である。
図28(a―1)(a-2)に示すように、実施例13に係るリフレクトアレイユニット30は、単位リフレクトアレイ1個分のユニットスペースをあけてなる実施例3のリフレクトアレイユニットが支持体12上に配置した構成をとる。支持体12はポリスチレンを材料とするスタイロフォームで、厚さ30mm、誘電率ε‘=1.02、tanδ=0で構成される。支持体以外の構成は実施例3と同様である。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分や支持体を透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図28(b)に示すように、3つに分かれる反射光のピーク強度を示す反射方向(ピーク角度)やRCSなど反射特性は実施例3の場合とほぼ変わらなかった。
An example of the second embodiment including the
(Example 13)
Fig. 28 is a diagram showing a plan view, a cross-sectional view, and reflection characteristics of a reflect array unit according to Example 13. Fig. 28(a-1) is a plan view, Fig. 28(a-2) is a cross-sectional view, and Fig. 28(b) is the reflection characteristics.
28(a-1) and (a-2), the
Some of the incident light irradiated to the
図28(b)に示すように前記3つの反射光のピークは-15°のRCS-9.71dBsm、0°の-6.41dBsm、14°の-10.39dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 28 (b), the three reflected light peaks are seen at RCS-9.71 dBsm at -15°, -6.41 dBsm at 0°, and -10.39 dBsm at 14°. Therefore, since there are two or more reflected lights with peak intensity of RCS of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(実施例14)
図29は、実施例14に係るリフレクトアレイユニットの平面図、断面図および反射特性を示す図である。図29(a―1)は平面図であり、図29(a―2)は断面図であり、図29(b)は反射特性である。
図29(a―1)(a-2)に示すように、実施例14に係るリフレクトアレイユニット30は、単位リフレクトアレイ1個分のユニットスペースをあけてなる実施例3のリフレクトアレイユニットが支持体12上に配置した構成をとる。支持体12はアクリルを材料とするアクリル板で、厚さ30mm、誘電率ε‘=3.3、tanδ=0で構成される。支持体以外の構成は実施例3と同様である。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分や支持体を透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図29(b)に示すように、3つに分かれる反射光のピーク強度を示す反射方向(ピーク角度)は実施例3の場合とほぼ変わらなかったが、基準非対称反射方向(0°)のピーク強度は減少し正反射方向(33°)のRCSが増加するなど全体的に反射が散逸する傾向がみられた。
(Example 14)
Fig. 29 is a plan view, a cross-sectional view, and a diagram showing reflection characteristics of a reflect array unit according to Example 14. Fig. 29(a-1) is a plan view, Fig. 29(a-2) is a cross-sectional view, and Fig. 29(b) is the reflection characteristics.
29(a-1) and (a-2), the
Some of the incident light irradiated to the
図29(b)に示すように前記3つの反射光のピークは-15°のRCS-6.91dBsm、―1°の-7.42dBsm、14°の-11.51dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 29 (b), the three reflected light peaks are seen at RCS-6.91 dBsm at -15°, -7.42 dBsm at -1°, and -11.51 dBsm at 14°. Therefore, since there are two or more reflected lights with peak intensity of RCS of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(実施例15)
図30は、実施例15に係るリフレクトアレイユニットの平面図、断面図および反射特性を示す図である。図30(a―1)は平面図であり、図30(a―2)は断面図であり、図30(b)は反射特性である。
図30(a―1)(a-2)に示すように、実施例15に係るリフレクトアレイユニット30は、単位リフレクトアレイ1個分のユニットスペースをあけてなる実施例3のリフレクトアレイユニットが支持体12上に配置した構成をとる。支持体12はポリスチレンを材料とするスタイロフォームで、厚さ5mm、誘電率ε‘=1.02、tanδ=0で構成される。支持体以外の構成は実施例3と同様である。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分や支持体を透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図30(b)に示すように、3つに分かれる反射光のピーク強度を示す反射方向(ピーク角度)やRCSなど反射特性は実施例3の場合とほぼ変わらなかった。
(Example 15)
30A and 30B are diagrams showing a plan view, a cross-sectional view, and reflection characteristics of a reflect array unit according to Example 15. Fig. 30(a-1) is a plan view, Fig. 30(a-2) is a cross-sectional view, and Fig. 30(b) is the reflection characteristics.
30(a-1) and (a-2), the
Some of the incident light irradiated to the
図30(b)に示すように前記3つの反射光のピークは-15°のRCS-9.48dBsm、0°の-6.39dBsm、14°の-10.57dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 30 (b), the three reflected light peaks are seen at RCS-9.48 dBsm at -15°, -6.39 dBsm at 0°, and -10.57 dBsm at 14°. Therefore, since there are two or more reflected lights with peak intensity of RCS of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(実施例16)
図31は、実施例16に係るリフレクトアレイユニットの平面図、断面図および反射特性を示す図である。図31(a―1)は平面図であり、図31(a―2)は断面図であり、図31(b)は反射特性である。
図31(a―1)(a-2)に示すように、実施例16に係るリフレクトアレイユニット30は、単位リフレクトアレイ1個分のユニットスペースをあけてなる実施例3のリフレクトアレイユニットが支持体12上に配置した構成をとる。支持体12はアクリルを材料とするアクリル板で、厚さ5mm、誘電率ε‘=3.3、tanδ=0で構成される。支持体以外の構成は実施例3と同様である。
平面波でリフレクトアレイユニット30に照射される入射光はユニットスペース部分や支持体を透過するものもあるが、HFSSを用いて解析したところ、図31(b)に示すように、3つに分かれる反射光のピーク強度を示す反射方向(ピーク角度)は実施例3の場合とほぼ変わらなかったが、基準非対称反射方向(0°)のピーク強度は減少し正反射方向(33°)のRCSが増加するなど全体的に反射が散逸する傾向がみられた。
(Example 16)
31 is a diagram showing a plan view, a cross-sectional view, and reflection characteristics of a reflect array unit according to Example 16. Fig. 31(a-1) is a plan view, Fig. 31(a-2) is a cross-sectional view, and Fig. 31(b) is the reflection characteristics.
31(a-1) and (a-2), the
Some of the incident light irradiated to the
図31(b)に示すように前記3つの反射光のピークは-15°のRCS-9.49dBsm、―1°の-5.99dBsm、14°の-9.91dBsmにみられる。したがって基準非対称反射方向の±1度の範囲を除く角度に、RCSがー15dBsm以上のピーク強度を有する2以上の反射光を有し、最大値とそれ以外のRCSの差が10dBsm以内であることから合格となる。 As shown in Figure 31 (b), the three reflected light peaks are seen at RCS-9.49 dBsm at -15°, -5.99 dBsm at -1°, and -9.91 dBsm at 14°. Therefore, since there are two or more reflected lights with peak intensity of RCS of -15 dBsm or more at angles excluding the range of ±1 degree from the reference asymmetric reflection direction, and the difference between the maximum value and the other RCS is within 10 dBsm, it passes.
(考察)
以上の実施例において、リフレクトアレイp個分のユニットスペースというときは、実際にはリフレクトアレイに含まれる反射制御領域の長さのp倍を意味する(ただし反射制御領域の長さは、反射制御領域に含まれる複数の単位セルが並ぶ方向の長さ(Lx)を意味する。)。したがって実施例の結果によると、ユニットスペースの長さが反射制御領域の長さの0.75(3/4)であるリフレクトアレイユニットに対し、基準非対称反射方向の反射角度の前後に十分なピーク強度を有する反射光が分裂するように発生し広域化が実現されることから、少なくとも反射制御領域の長さの1/3以上であれば同様の効果が実現可能である。そしてユニットスペースの長さが増加するに従い、基準非対称反射方向の前後に分裂する反射光の数が増加する傾向がみられ、より広域に反射波を届けることが可能となる。
(Discussion)
In the above examples, when a unit space for p reflectarrays is mentioned, it actually means p times the length of the reflection control area included in the reflectarray (however, the length of the reflection control area means the length (Lx) in the direction in which the multiple unit cells included in the reflection control area are arranged). Therefore, according to the results of the examples, for a reflectarray unit in which the length of the unit space is 0.75 (3/4) of the length of the reflection control area, reflected light with sufficient peak intensity is generated so as to split before and after the reflection angle in the reference asymmetric reflection direction, realizing a wide area, so that a similar effect can be achieved if it is at least 1/3 or more of the length of the reflection control area. And as the length of the unit space increases, there is a tendency for the number of reflected lights split before and after the reference asymmetric reflection direction to increase, making it possible to deliver reflected waves over a wider area.
特にユニットスペースの長さが反射制御領域の長さのn倍(nは自然数)の場合、基準非対称反射方向と同様の方向にもピーク強度を有する反射光が発生することから、設計が容易となり好ましい(実施例3、5)。
これに対し、ユニットスペースの長さが反射制御領域の長さの(n+1/2)倍(nは0または自然数)の場合、基準非対称反射方向にピーク強度を有する反射光は発生せず、その前後の角度でほぼ同じピーク強度を有する反射光が発生する傾向がみられた(実施例1、4)。
In particular, when the length of the unit space is n times (n is a natural number) the length of the reflection control area, reflected light having a peak intensity is generated in a direction similar to the reference asymmetric reflection direction, which makes design easier and is preferable (Examples 3 and 5).
In contrast, when the length of the unit space is (n+1/2) times (n is 0 or a natural number) the length of the reflection control area, reflected light having a peak intensity in the reference asymmetric reflection direction does not occur, and reflected light having approximately the same peak intensity tends to occur at angles before and after that (Examples 1 and 4).
ユニットスペースの長さが反射制御領域の長さのn倍(nは自然数)で、かつ 正方配置する四隅のリフレクトアレイに加えリフレクトアレイユニットの中央にリフレクトアレイを配置する場合、基準非対称反射方向のピーク強度が増加する場合がある(実施例6)。 When the length of the unit space is n times (n is a natural number) the length of the reflection control area, and a reflectarray is placed at the center of the reflectarray unit in addition to the reflectarrays at the four corners of a square arrangement, the peak intensity in the reference asymmetric reflection direction may increase (Example 6).
ユニットスペースの長さを一定にして配置するリフレクトアレイの数を増加させた場合、リフレクトアレイの数が多くなるほど反射のピーク強度は増加する傾向がみられた(実施例9、10)。 When the number of reflectarrays arranged was increased while keeping the length of the unit space constant, the peak reflection intensity tended to increase as the number of reflectarrays increased (Examples 9 and 10).
ユニットスペースの長さが異なるリフレクトアレイユニットを混在させて配置した構成のリフレクトアレイユニットの反射特性は、構成要素となるそれぞれのリフレクトアレイの反射特性の重ね合わせになる(実施例12)。 The reflection characteristics of a reflectarray unit configured by mixing and arranging reflectarray units with different unit space lengths is a superposition of the reflection characteristics of each of the constituent reflectarrays (Example 12).
支持体を備えるリフレクトアレイユニットの場合、支持体の誘電率が3.3程度の高い値をとると反射特性において、基準非対称反射方向のピーク強度が減少し正反射方向のRCSが増加するなど全体的に反射が散逸する傾向がみられることから、誘電率は1以上1.5以下であることが望ましい(実施例13~16)。また当該数値範囲の誘電率の樹脂などの誘電体であればユニットスペースに充填する材料として用いることができる。 For reflectarray units equipped with supports, if the dielectric constant of the support is a high value of around 3.3, the reflection characteristics show a tendency for the peak intensity in the reference asymmetric reflection direction to decrease and the RCS in the regular reflection direction to increase, resulting in an overall tendency for reflection to dissipate, so it is desirable for the dielectric constant to be between 1 and 1.5 (Examples 13 to 16). Furthermore, any dielectric material such as a resin with a dielectric constant within this numerical range can be used as the material to fill the unit space.
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。例えば、単位リフレクトアレイの構成は比較例1で説明した素子パターン、単位セル、反射制御領域などの例に限られるものではない。またリフレクトアレイユニットは必ずしも複数のリフレクトアレイを平面に配置することに限定されず、本発明の趣旨の範囲内で曲面に配置することも可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications are possible within the scope of the present invention. For example, the configuration of the unit reflectarray is not limited to the examples of the element pattern, unit cell, reflection control region, etc. described in Comparative Example 1. Furthermore, the reflectarray unit is not necessarily limited to arranging multiple reflectarrays on a plane, and it is also possible to arrange them on a curved surface within the scope of the spirit of the present invention.
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)
素子パターン、誘電体層、およびグランド層を含むリフレクトアレイが平面内に複数配置され、
前記リフレクトアレイの間にはユニットスペースが存在し、
前記リフレクトアレイは少なくとも1つの反射制御領域を含み、
前記反射制御領域は全ての前記リフレクトアレイで同一であることを特徴とするリフレクトアレイユニット。
(態様2)
前記ユニットスペースの長さが、前記反射制御領域の長さの1/3以上であることを特徴とする、態様1に記載のリフレクトアレイユニット。
(態様3)
前記ユニットスペースの長さが、前記反射制御領域の長さの自然数倍であることを特徴とする、態様1に記載のリフレクトアレイユニット。
(態様4)
前記ユニットスペースの長さがいずれも同一であることを特徴とする、態様1~3のいずれか一つに記載のリフレクトアレイユニット。
(態様5)
正方配置する四隅の前記リフレクトアレイに加え、中央に配置する前記リフレクトアレイを含むことを特徴とする、態様1~4のいずれか一つに記載のリフレクトアレイユニット。
(態様6)
前記リフレクトアレイが、支持体上に配置されていることを特徴とする、態様1~5のいずれか一つに記載のリフレクトアレイユニット。
(態様7)
前記支持体の比誘電率が1以上1.5以下であることを特徴とする、態様6に記載のリフレクトアレイユニット。
(態様8)
前記素子パターンの形状はクロスパッチを含み、
前記反射制御領域内において、前記素子パターンのx軸方向の幅である第一素子幅wxまたは/かつy軸方向の幅である第二素子幅wyは、少なくとも2つの単位セルそれぞれに配置される素子パターン毎に異なることを特徴とする、態様1~7のいずれか一つに記載のリフレクトアレイユニット。
The following are some possible embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these.
(Aspect 1)
A plurality of reflect arrays each including an element pattern, a dielectric layer, and a ground layer are arranged on a plane;
There is a unit space between the reflectarrays,
The reflect array includes at least one reflection control area,
The reflection control area is the same for all of the reflectarrays.
(Aspect 2)
2. The reflect array unit according to
(Aspect 3)
2. The reflect array unit according to
(Aspect 4)
The reflect array unit according to any one of
(Aspect 5)
The reflectarray unit according to any one of
(Aspect 6)
The reflect array unit according to any one of
(Aspect 7)
The reflect array unit according to
(Aspect 8)
the shape of the element pattern includes a cross patch;
The reflect array unit according to any one of
1、11―1n、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、4x
1-4x
n、4y
1-4y
n…単位セル、
5、5a―5c、5x、5y…反射制御領域、
6…ユニットスペース
7 機能層、
8 保護層、
9 接着層、
10 意匠層、
11 設置層、
12…支持体
20、20a-20h…リフレクトアレイ
30…リフレクトアレイユニット
31…基地局
32…電波遮蔽物
33…不感地帯
34…電波領域
1 , 1 1 -1 n , 1 x 1 -1 x n , 1 y 1 -1 yn ... element pattern,
2...Dielectric layer,
3...Ground layer,
4 , 4 1 -4 n , 4 x 1 -4 x n , 4 y 1 -4 yn ... unit cell,
5, 5a-5c, 5x, 5y...reflection control area,
6...
8 protective layer,
9 adhesive layer,
10 Design layer,
11 Installation layer,
12...
Claims (6)
前記リフレクトアレイの間にはユニットスペースが存在し、
前記リフレクトアレイは少なくとも1つの反射制御領域を含み、
前記反射制御領域は全ての前記リフレクトアレイで同一であり、
前記ユニットスペースの長さが、前記反射制御領域の複数の単位セルが並ぶ方向のサイズの1/3以上または自然数倍であることを特徴とするリフレクトアレイユニット。 A plurality of reflect arrays each including an element pattern, a dielectric layer, and a ground layer are arranged on a plane;
There is a unit space between the reflectarrays,
The reflect array includes at least one reflection control area,
The reflection control area is the same for all of the reflectarrays,
A reflect array unit , wherein the length of the unit space is equal to or greater than 1/3 or a natural number multiple of a size of the reflection control area in a direction in which a plurality of unit cells are arranged .
前記反射制御領域内において、前記素子パターンのx軸方向の幅である第一素子幅wxまたは/かつy軸方向の幅である第二素子幅wyは、少なくとも2つの単位セルそれぞれに配置される素子パターン毎に異なることを特徴とする、請求項1に記載のリフレクトアレイユニット。 the shape of the element pattern includes a cross patch;
2. The reflect array unit according to claim 1, wherein, in the reflection control region, a first element width wx that is a width in the x-axis direction of the element pattern and/or a second element width wy that is a width in the y-axis direction of the element pattern differs for each of the element patterns arranged in at least two unit cells.
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