TW202410552A - 反射板、使用其之電磁波反射裝置、及電磁波反射柵 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種設計簡單、且對正交之2個極化波之至少一者具有較高感度之反射板。反射板具有介電層、與設置於上述介電層之表面之週期性導電圖案，上述週期性導電圖案包含將於上述介電層之面內之第1方向具有長軸之金屬元件以規定之間隔排列於與上述第1方向正交之第2方向的重複之單位圖案；將上述金屬元件分割成於上述第1方向延伸之2條以上之第1區段。

Description

反射板、使用其之電磁波反射裝置、及電磁波反射柵

本發明係關於一種反射板、使用其之電磁波反射裝置、及電磁波反射柵。

第五代(以下，稱為「5G(Generation：代)」移動通信規格中，期待高速大容量之通信，另一方面，因使用直進性較強之電波，故可能產生電波不易到達之場所。如工廠內般存在較多金屬機械之場所、或如高樓街道般壁面或街道樹木之反射較多之場所中，需要用以使電波到達目的之終端裝置或無線機器之機構。於醫療現場、活動會場、大型商業設施等產生盲點而看不到基地台天線(NLOS：Non-Line-Of-Sight：非視距)之場所中亦有同樣之要求。

近年，正開發具有稱為「超穎表面」之人工表面之反射面。超穎表面以較波長更小之週期性構造物或圖案形成，以朝期望之方向反射電波之方式設計。作為週期性圖案，已知有於面內重複配置「超級單元」之構成，該超級單元於短邊方向排列有不同長度之複數個長方形之金屬元件(例如參照非專利文獻1)。非專利文獻1所揭示之超穎表面相對於在與超級單元之長邊方向之中心軸正交之方向，即金屬元件之長邊方向振動之極化波之感度較高，但相對於在與長邊方向之中心軸平行之方向，即金屬元件之短邊方向振動之極化波之感度較低。另一方面，已知有使用十字型金屬圖案作為共振器之超穎表面(例如參照專利文獻2)。 [先前技術文獻] [非專利文獻]

非專利文獻1：Diaz-Rubio等人, Sci. Adv. 2017: 3: e1602714 1 [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開2021-048465號公報

[發明所欲解決之問題]

反射特定之極化波之超級單元中，藉由增加排列於超級單元之長邊方向之金屬元件之數量，可提高反射效率，但超級單元之尺寸根據設計之入射角度與反射角度而增減。例如，異常角愈大，超級單元之尺寸愈小。超級單元之尺寸愈小，愈不易增加金屬元件之數量。異常角意指假設相同入射角時之正規反射下之反射角度與超穎表面之異常反射角度之角度差。另一方面，使用正交之2個極化波之MIMO(Multiple Input Multiple Output：多輸入多輸出)天線、或交叉偶極天線以一個天線元件，且以水平、垂直之2個極化波進行收發。使用超級單元對應於水平、垂直之兩個極化波之情形時，考慮使用正方形之金屬元件作為構成超級單元之金屬元件。但，該構成中，尤其於超級單元之尺寸較小時無法增加金屬元件之數量，不易提高反射特性。

本發明之目的之一在於提供一種設計簡單，且對正交之2個極化波之至少一者具有較高感度之反射板。 [解決問題之技術手段]

一實施形態中，反射板具有介電層、與設置於上述介電層之表面之週期性導電圖案； 上述週期性導電圖案包含將於上述介電層之面內之第1方向具有長軸之金屬元件以規定之間隔排列於與上述第1方向正交之第2方向的重複之單位圖案； 將上述金屬元件分割成於上述第1方向延伸之2條以上之第1區段。 [發明之效果]

實現設計簡單，且對互相正交之2個極化波之至少一者具有較高感度之反射板。

提供一種不大幅改變成為單位圖案之超級單元之尺寸，而對互相正交之2個極化波之至少一者具有較高感度之反射板。將超級單元之尺寸維持與先前相同程度，且對正交之極化波之至少一者具有較高感度之構成係例如維持超級單元之基本排列，且包含： (a)對垂直極化波與水平極化波之任一者具有75%以上之反射效率之構成；或 (b)對於垂直極化波與水平極化波之兩者具有50%以上之反射效率之構成。

對垂直極化波與水平極化波之兩者具有感度之情形時，如上所述，考慮使用正方形之金屬元件。但，若欲將超級單元維持與先前相同程度之尺寸，則正方形之金屬元件中，於垂直方向及水平方向皆無法增加元件數，不易提高反射效率。實施形態中，不對超級單元之尺寸施加較大變更，而實現上述之構成(a)與(b)。

不對超級單元之排列施加較大變更，而對於垂直極化波與水平極化波之任一者具有75%以上之反射效率之構成(a)中，將與欲反射之極化波之振動方向平行之方向上具有長軸之金屬元件分割成於長軸方向延伸之複數條區段。

可反射垂直極化波與水平極化波之兩者之構成(b)中，以垂直方向之區段與水平方向之區段形成超級單元所含之金屬元件。具體而言，以在長方形之長邊方向延伸之至少2條區段、與在長方形之短邊方向延伸之至少2條區段形成一個金屬元件。

以下，參照圖式，說明可對應於互相正交之2個極化波、或相對於任一極化波具有較高反射效率之反射板之構成。以下所示之形態為用以將本發明之技術思想具體化之一例，並非限定本發明者。有為了容易理解發明而誇大描繪各圖式所示之各構件之大小、位置關係等之情形。以下之說明中，有對同一構成要件或功能標註同一名稱或符號，省略重複說明之情形。

＜電磁波反射裝置與電磁波反射柵＞ 圖1A係電磁波反射柵100之模式圖。電磁波反射柵100將具有反射板10-1、10-2及10-3(以下，有適當總稱為「反射板10」之情形)之電磁波反射裝置60-1、60-2及60-3於橫向上連結。圖1之座標系中，將反射板10之寬度或橫向設為X方向，將高度或垂直方向設為Y方向，將厚度方向設為Z方向。圖1中，連結3個電磁波反射裝置60-1、60-2及60-3(以下，有適當總稱為「電磁波反射裝置60」之情形)，構成電磁波反射柵100，但連結之電磁波反射裝置60之數量無特別限制。

電磁波反射裝置60-1、60-2及60-3所使用之反射板10-1、10-2及10-3反射選自1 GHz以上300 GHz以下，例如1 GHz以上170 GHz以下、或1 GHz以上100 GHz以下、或1 GHz以上80 GHz以下之波段之期望頻帶之電磁波。各反射板10具有包含導電圖案之層作為反射膜。導電圖案根據目的之反射角度、頻帶等設計。反射膜亦可以週期性圖案、網格圖案、幾何圖案、透明膜等形成。如後述，導電圖案以反射垂直極化波與水平極化波之兩者之方式設計。

反射板10-1、10-2、10-3之至少一部分亦可為電磁波之入射角與反射角不同之非鏡面反射面。非鏡面反射面除擴散面或散射面外，包含以朝期望之方向反射電波之方式設計之人工反射面即超穎表面。反射板10-1、10-2、10-3由保持反射電位之連續性之觀點而言，有期望互相電性連接之情形，但包含超穎表面之情形時，亦可於相鄰之反射板10間無電性連接。藉由以框架50保持相鄰之反射板10彼此，獲得於X方向上連結之電磁波反射柵100。

電磁波反射裝置60除反射板10與框架50外，亦可具有支持框架50之腳部56。如圖1A般，使電磁波反射裝置60或電磁波反射柵100自立於設置面時，期望設置腳部56，但腳部56並非必須。除框架50外，亦可使用保持反射板10之上端之頂部框架57、與保持下端之底部框架58。該情形時，以框架50、頂部框架57及底部框架58，構成保持反射板10整周之框架。

框架50根據相對於頂部框架57與底部框架58之位置關係，亦可稱為「側框架」。藉由設置頂部框架57與底部框架58，確保反射板10之搬送、組裝時之機械強度與安全性。根據用途，亦可不設置腳部56，而以框架50、頂部框架57及底部框架58保持反射板10，將電磁波反射裝置60設置於壁面或天花板。

圖1B係以與XZ面平行之剖視圖顯示沿圖1A之A-A線之框架50之構成例。框架50具有導電性本體500、及形成於本體500之寬度方向之兩側之縫隙51-1及51-2。反射板10-1與10-2之邊緣分別插入至縫隙51-1與51-2，保持於空間52內。空間52雖並非必須，但藉由設置空間52，可使框架50之本體500輕量化，且使反射板10之保持角度具有餘裕。

藉由反射板10-1與10-2之各者插入至縫隙51-1與51-2，可穩定地保持相鄰之反射板10-1與10-2。本體500之一部分亦可以非導電性材料形成。雖可於本體500之外表面設置樹脂等非導電性蓋501，但蓋501並非必須。設置蓋501之情形時，蓋501作為保護框架50之保護構件發揮功能。

圖2及圖3顯示反射板10之層構成之例。該等層構成為反射板10之厚度(z)方向之層構成。圖2中，反射板10A具有介電層14、設置於該介電層14之一表面之導電圖案15、設置於介電層14之相反側之表面之接地層13、及承載導電圖案15並與介電層14接合之接著層153。導電圖案15為在接著層153上以規定之配置受承載之包含複數個金屬元件151之週期性圖案。

介電層14為聚碳酸酯、環烯聚合物(COP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、氟樹脂等絕緣性聚合物薄膜，厚度為0.3 mm至1.0 mm左右。介電層14只要為具有適於實現目標之反射特性之介電常數與介電損耗因子之材料即可。

藉由包含複數個金屬元件151之導電圖案15，形成反射板10之反射面。形成導電圖案15之金屬元件151以Cu、Ni、Ag等良導體形成。由導電圖案15決定之反射面亦可包含人工控制反射特性之超穎表面。如後述，實施形態之導電圖案15包含以週期性圖案配置之複數個金屬元件151，將入射電磁波所含之垂直極化波與水平極化波之一者或兩者以高反射率朝期望之方向反射。

反射板10具有相對於特定之極化波具有高反射效率之構成(a)之情形時，使用與欲反射之極化波之振動方向平行之方向上具有長軸之金屬元件151，各金屬元件151分割成於長軸方向延伸之複數條區段。反射板10具有反射垂直極化波與水平極化波之兩者之構成(b)之情形時，構成週期性圖案之一個金屬元件151具有於XY面內在第1方向延伸之至少2條區段、及在與第1方向正交之第2方向延伸之至少2條區段。

為了保持反射面之平坦性，且作為反射面充分發揮功能，金屬元件151之厚度亦可設定為0.01 mm以上0.05 mm以下。由將對於可見光之透過率保持得較高，且提高電力反射效率之觀點而言，亦可將導電圖案15相對於介電層14之佔有率設定為5.0%以上30.0%以下。對於反射板不要求透明性之情形時，亦可將導電圖案15之佔有率設定為高於30.0%，進而提高電力反射效率。對於反射板10要求透明性之情形時，期望將對於可見光之透過率設定為55.0%以上。

接著層153亦可以醋酸乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、纖維素樹脂、苯胺樹脂、乙烯樹脂、矽樹脂、及其他樹脂材料形成。作為接著層153，可使用滿足規定之介電常數與介電損耗因子之組成之材料。接著層153之厚度為0.002 mm以上0.05 mm以下，由穩定地保持導電圖案15之觀點而言，期望為0.01 mm以上0.05 mm以下。

圖3顯示反射板10B之構成例。反射板10B除圖2之構成外，並具有覆蓋導電圖案15之中間層16、藉由中間層16而接合於導電圖案15側之介電質基板17、覆蓋接地層13之中間層12、及藉由中間層12而接合於接地層13側之介電質基板11。

中間層16保護導電圖案15之金屬元件151之表面，且接著並保持介電質基板17。中間層16期望具有耐久性與耐濕性，例如可使用乙烯-醋酸乙烯(EVA：ethylene-vinyl acetate)共聚物或環烯聚合物(COP)。中間層16之厚度為0.01 mm以上0.40 mm以下。介電質基板17作為反射板10C之最外層，期望以耐衝擊性、耐久性、透明度優異之材料形成。作為介電質基板17，可使用聚碳酸酯、丙烯酸樹脂、PET等。介電質基板17之厚度例如為1.0 mm至10.0 mm。

中間層12保護接地層13之表面，且接著並保持介電質基板11。中間層12期望具有耐久性與耐濕性，例如可使用乙烯-醋酸乙烯(EVA：ethylene-vinyl acetate)共聚物或環烯聚合物(COP)。中間層12之厚度為0.01 mm以上0.40 mm以下。介電質基板11作為反射板10C之最外層，期望以耐衝擊性、耐久性、透明度優異之材料形成。作為介電質基板11，可使用聚碳酸酯、丙烯酸樹脂、PET等。介電質基板11之厚度例如為1.0 mm至10.0 mm。

藉由以中間層16覆蓋導電圖案15，將介電質基板17接合，而抑制水分或空氣向金屬元件151之表面侵入，且抑制反射面之劣化。藉由以中間層12覆蓋接地層13，將介電質基板11接合，而抑制水分或空氣向接地層13之表面侵入，抑制接地層13之表面劣化。藉此，可將接地層13與各金屬元件151間之電容維持一定，且維持設計之相位延遲之大小。即，可維持電磁波向設計方向之電力反射效率。

＜反射板之導電圖案＞ 圖4顯示實施形態之導電圖案15之一例。導電圖案15作為週期性圖案形成，稱為「超級單元」之單位圖案210於X方向與Y方向上重複配置。圖4之X方向及Y方向與圖1A之反射板10之X方向及Y方向一致，X方向成為電磁波反射裝置60之橫向，Y方向成為高度方向。單位圖案210包含排列於X方向之複數個金屬元件151。單位圖案210之長軸與X方向平行。

圖5顯示單位圖案210所含之金屬元件151之例。圖5(A)為相對於任一極化波具有高反射效率之構成，圖5(B)為反射水平極化波與垂直極化波之兩者之構成。圖5中，單位圖案210A與210B以6個金屬元件151a、151b、151c、151d、151e及151f形成。金屬元件151a～151f之各者所佔之長方形區域之寬度W大致一定，長度L各不相同。6個金屬元件151a～151f之中心點在相同軸上，即單位圖案210之長邊方向之軸Lax上。因此，金屬元件151a～151f之中心點之Y座標一定。根據金屬元件151a～151f之形狀與尺寸，控制反射之相位，藉由反射波之重合，於期望之方向形成反射束。本例中，圖5所示之單位圖案210A及210B以垂直入射(入射角0°)之電磁波之反射波之峰值顯現於距法線50°之方向上之方式設計。

實施形態中，維持單位圖案210之排列作為基本排列。如後述，可將單位圖案210所含之金屬元件151之構成進行各種變更，但作為單位圖案210之基本排列相同。即，複數個金屬元件151沿單位圖案210之長邊方向(X方向)以一定間隔配置，各金屬元件151之中心點在軸Lax上。

圖5(A)中，金屬元件151a～151f之各者分割成於長邊即Y方向延伸之2條以上區段201。藉由將金屬元件151分割成於Y方向延伸之2條以上區段201，可不增大單位圖案210整體之大小或金屬之佔有率，提高相對於在與單位圖案210之長邊方向之軸Lax垂直之Y方向上振動之極化波之反射效率。

圖5(B)中，金屬元件151a～151f之各者具有於Y方向延伸之2條以上區段201、及於X方向延伸之2條以上區段202。Y方向之區段201選擇性反射在與單位圖案210之長邊方向之軸Lax垂直之方向上振動之垂直極化波。X方向之區段202選擇性反射在與單位圖案210之長邊方向之軸Lax平行之方向上振動之水平極化波。具有該構成之反射板10反射垂直極化波與水平極化波之兩者。

於Y方向延伸之區段201及於X方向延伸之區段202皆作為長度相對於寬度之縱橫比大於1之金屬線形成。各區段之長度相對於寬度之縱橫比例如為1.1以上26.5以下。以下，改變構成導電圖案15之單位圖案210之金屬元件151之形狀，評估對於垂直極化波與水平極化波之反射效率。

＜評估方法＞ 圖6係電磁波模擬之解析空間101，圖7係解析空間101之XY面之模式圖，圖8係解析空間101之XZ面之模式圖。於該解析空間101內，將單位圖案210之長邊方向、或單位圖案210所含之金屬元件151之短邊設為X方向，將金屬元件151之長邊方向設為Y方向，將導電圖案15之厚度方向設為Z方向。於解析空間101配置導電圖案15之模型20。模型20具有於X方向上重複配置8個單位圖案210，於Y方向上重複配置6個單位圖案210之8×6個單位圖案。邊界條件設計成於解析空間101周圍配置有電磁波吸收體102。將入射電磁波之頻率設定為28.0 GHz。單位圖案210以將28 GHz之垂直入射電磁波以50°之角度反射之方式設計。

評估方法於圖6、圖7及圖8所示之解析空間中，使用8×6個單位圖案210之模型20。將28.0 GHz之平面波以0°入射角入射至模型20，以通用之三維電磁場模擬軟體，對垂直極化波與水平極化波之各者解析反射波之散射剖面積。散射剖面積，即雷達反射剖面積(RCS：Rader Cross Section)作為顯示使入射電磁波反射之能力之指標使用。

以與入射角不同之反射角反射之超穎表面之情形時，需要修正算出之電力反射效率。理想之導電板完全鏡面反射，相對於垂直入射，朝相同方向反射電磁波，相對於此，超穎表面朝與入射角不同之方向反射電磁波。超穎表面之電力反射效率設為自增益值求得之電力反射效率除以修正值的值。

若將圖7之模擬用模型20所決定之無損耗之超穎表面之反射電場設為EMR，將理想之導電板下之反射電場設為EPEC，則將修正值εp設為｜EMR/EPEC｜ ²。｜EMR/EPEC｜以

[數1] 或者

[數2] 表示。此處，θ為向超穎表面之入射角，ϕ為相應之正規反射時之反射角。若將超穎表面之反射角設為θ=50°、或θr=50°，將入射角設為θi=0°，正規反射之反射角ϕ=25°，則修正值εp為0.7826。

圖9顯示模擬之垂直極化波與水平極化波。如圖9(A)所示，將於Y方向，即與構成單位圖案210之金屬元件151(參照圖5)之長邊平行之方向上振動之極化波設為垂直極化波。如圖9(B)所示，將於X方向，即與單位圖案210之長邊方向之軸Lax(參照圖5)、或金屬元件151之短邊平行之方向上振動之極化波設為水平極化波。

改變單位圖案210所含之金屬元件151之Y方向之區段201與X方向之區段202(參照圖5)之數量與線寬，計算對於垂直極化波及水平極化波之反射效率。圖10顯示單位圖案210所含之金屬元件之構成例、與相對於垂直極化波及水平極化波之反射效率。

圖10之構成中，例1～3與反射垂直極化波及水平極化波之兩者之構成(a)對應。將垂直極化波、水平極化波皆獲得50%以上反射效率之構成設為可對應於垂直極化波與水平極化波之兩者之構成。例4～7與垂直極化波及水平極化波之任一者具有高反射效率之構成(b)對應。將相對於垂直極化波與水平極化波之任一者具有75%以上反射效率之構成設為相對於任一極化波具有「高反射效率」之構成。

例1～3中，於金屬元件151之長邊方向與短邊方向之各者具有2條以上之線段，即2條以上Y方向之區段201與2條以上X方向之區段202。例4與例5以一個整體膜形成長方形金屬元件。例6與例7具有於長邊方向延伸之2條以上線段(Y方向之區段201)，但短邊方向之線段(X方向之區段202)之數量未達2條。以下，更詳細說明使用該等構成例之模擬結果。

作為例1至例7中共通之條件，對介電層14設定厚度0.7 mm之聚碳酸酯薄膜。於聚碳酸酯薄膜之一面，以厚度0.36 mm之Ag系多層膜設定接地層13。於聚碳酸酯薄膜之另一面，介隔接著層153配置包含以各不相同形狀之金屬元件151構成之單位圖案210之導電圖案15。金屬元件151之材料設為厚度0.03 mm之銅箔。接著層之厚度為0.01 mm，28.0 GHz之接著層153之介電常數為2.39，介電損耗因子為0.05。例1至例7中，構成單位圖案210之6個金屬元件之長度L分別略微不同，其依據用於以各例中之金屬元件151之形狀將作為單位圖案210之反射效率最佳化的調整。此種調整之長度L之微小差對垂直極化波之反射特性與水平極化波之反射特性間之關係不那麼有影響。

＜例1＞ 如上述般設定之層構造中，將構成單位圖案210之6個金屬元件151a～151f之長邊方向之長度分別設為2.8570 mm、2.9661 mm、3.6795 mm、1.4605 mm、2.3468 mm、2.4887 mm。一個金屬元件151具有3條Y方向之區段201、與2條X方向之區段202。Y方向之區段201之線寬w1y為0.2 mm。X方向之區段202之線寬w1x為0.1 mm，長度為1.6 mm。

金屬元件151a～151f中，Y方向之區段201之長度(長邊)相對於Y方向之寬度或短邊之縱橫比為11.7以上18.4以下。X方向之區段202之長度(長邊)相對於X方向之寬度或短邊之縱橫比為16.0。以下，稱為區段201或區段202之「縱橫比」時，設為構成各區段之線段之長邊相對於短邊之比。具有該單位圖案210之導電圖案15相對於介電層14之佔有率為14.3%，相對於可見光之透過率為60.9%。

以入射角0°入射之28.0 GHz之電磁波以50°反射角反射時之RCS曲線之50°之增益值於垂直極化波下為-1.1307 dB，以εp=0.7826修正後之垂直極化波之電力反射效率為84.6%。水平極化波之反射波之50°之增益值為-1.9314 dB，以εp=0.7826修正後之水平極化波之電力反射效率為72.1%。例1之構成中，保持較高透明度，且獲得垂直極化波與水平極化波之各者超出70%之高反射效率。該構成中，1個金屬元件151所佔之長方形區域之寬度W為1.6 mm。實現將單位圖案210整體之大小維持與非專利文獻1所揭示之超級單元相同程度，且可對應於垂直極化波與水平極化波之兩者的反射板。

＜例2＞ 如上述般設定之層構造中，將構成單位圖案210之6個金屬元件151a～151f之長邊方向之長度分別設為2.3612 mm、2.6314 mm、2.9527 mm、1.3072 mm、1.6430 mm、2.1470 mm。金屬元件151a～151f之各者以沿長方形區域之外周之框狀金屬圖案形成。以Y方向之區段201與X方向之區段202形成之框狀圖案之內側為空白。Y方向之區段201之線寬w2y為0.2 mm，X方向之區段202之線寬w2x為0.1 mm，長度為1.5 mm。

金屬元件151a～151f中，Y方向之區段201之長邊相對於短邊之縱橫比為8.2以上14.8以下。X方向之區段202之長邊相對於短邊之縱橫比為15.0。具有該單位圖案210之導電圖案15相對於介電層14之佔有率為8.8%，相對於可見光之透過率為64.8%。

以0°入射角入射之28.0 GHz之電磁波以50°反射角反射時之RCS曲線之50°之增益值於垂直極化波下為-1.5386 dB，以εp=0.7826修正後之垂直極化波之電力反射效率為77.0%。水平極化波之反射波之50°之增益值為-3.0414 dB，以εp=0.7826修正後之水平極化波之電力反射效率為55.8%。

例2之構成可保持較高反射板之透明度，且達成垂直極化波下為70%以上、水平極化波下為50%以上之反射效率。於上下之區段202之間設置有另一條X方向之區段202之情形時，認為不需要大為增加導電圖案15之佔有率，便可進一步提高水平極化波之反射效率。1個金屬元件151所佔之長方形區域之寬度W為1.5 mm。實現將單位圖案210整體之大小維持與非專利文獻1所揭示之超級單元相同程度、且可對應於垂直極化波與水平極化波兩者的反射板。

＜例3＞ 如上述般設定之層構造中，將構成單位圖案210之6個金屬元件151a～151f之長邊方向之長度分別設為2.7463 mm、2.8959 mm、4.0117 mm、1.5090 mm、2.2680 mm、2.3872 mm。一個金屬元件151具有3條Y方向之區段201與2條X方向之區段202。2條X方向之區段202連接以0.45 mm間隔配置之3條Y方向之區段201之上端與下端。Y方向之區段201之線寬w3y為0.2 mm。X方向之區段202之線寬w3x為0.1 mm，長度為1.5 mm。

金屬元件151a～151f中，Y方向之區段201之長邊相對於短邊之縱橫比為11.3以上20.1以下。X方向之區段202之長邊相對於短邊之縱橫比為15.0。具有該單位圖案210之導電圖案15相對於介電層14之佔有率為14.1%，相對於可見光之透過率為61.0%。

以0°入射角入射之28.0 GHz之電磁波以50°反射角反射時之RCS曲線之50°之增益值於垂直極化波下為-1.2722 dB，以εp=0.7826修正後之垂直極化波之電力反射效率為81.9%。水平極化波之反射波之50°之增益值為-2.6777 dB，以εp=0.7826修正後之水平極化波之電力反射效率為60.7%。例3之構成中，保持較高透明度，且獲得垂直極化波下超80%，水平極化波下超70%之高反射效率。該構成中，1個金屬元件151所佔之長方形區域之寬度W為1.5 mm。實現將單位圖案210整體之大小維持與非專利文獻1所揭示之超級單元相同程度，且可對應於垂直極化波與水平極化波之兩者的反射板。

＜例4＞ 例4為垂直極化波與水平極化波之任一者具有75%以上反射效率之構成(a)之一例。例4中，以於Y方向延伸之長方形整體膜形成構成單位圖案210之各金屬元件151。如上述般設定之層構造中，將6個金屬元件151a～151f之長邊方向之長度分別設為2.5563 mm、2.9113 mm、4.0717 mm、1.2521 mm、1.8975 mm、2.5357 mm。金屬元件151a～151f之寬度w4全部為1.6 mm。具有該單位圖案210之導電圖案15相對於介電層14之佔有率為32.6%，相對於可見光之透過率為47.9%。

以0°入射角入射之28.0 GHz之電磁波以50°反射角反射時之RCS曲線之50°之增益值於垂直極化波下為-1.1087 dB，以εp=0.7826修正後之垂直極化波之電力反射效率為85.1%。水平極化波之反射波之50°之增益值為-20.2199 dB，以εp=0.7826修正後之水平極化波之電力反射效率為0.5%。例4之構成中，由於以於Y方向延伸之長方形整體膜形成各金屬元件151，故獲得垂直極化波下超出85%之高反射效率，另一方面，對於水平極化波幾乎無應答。該圖案於使用交叉偶極天線、或處理垂直及水平極化波之MIMO天線之系統中，僅可反射一極化波，但於以單一極化波通信之系統中可有效使用。又，由於導電圖案15之佔有率超出30%，故相對於可見光之透過率未達50%，但於不對反射板要求透明性之適用領域有效使用。

＜例5＞ 例5中，以寬度較窄之長方形整體膜形成構成單位圖案210之各金屬元件151。如上述般設定之層構造中，將6個金屬元件151a～151f之長邊方向之長度分別設為3.03595 mm、3.1957 mm、4.5762 mm、1.8686 mm、2.5269 mm、2.7940 mm。金屬元件151a～151f之寬度w5全部為0.6 mm。具有該單位圖案210之導電圖案15相對於介電層14之佔有率為14.4%，相對於可見光之透過率為60.0%時，透明度較高。

以0°入射角入射之28.0 GHz之電磁波以50°反射角反射時之RCS曲線之50°之增益值於垂直極化波下為-1.4735 dB，以εp=0.7826修正後之垂直極化波之電力反射效率為78.2%。水平極化波之反射波之50°之增益值為-44.7820 dB，以εp=0.7826修正後之水平極化波之電力反射效率為0.0%。例5之構成中，由於以於Y方向延伸之寬度較窄之長方形整體膜形成各金屬元件151，故獲得垂直極化波下超出75%之高反射效率，另一方面，對於水平極化波無反應。與例4相比，X方向之寬度為一半以下，相對於可見光之透過率提高。該圖案於使用交叉偶極天線、或處理垂直及水平極化波之MIMO天線之系統中，僅可反射一極化波，但以單一極化波通信之系統中可有效使用。又，於要求反射板10之透明性之環境，例如活動會場或辦公室內有效使用。

＜例6＞ 例6中，構成單位圖案210之金屬元件151以3條Y方向之區段201形成，不具有X方向之區段。如上述般設定之層構造中，將構成單位圖案210之6個金屬元件151a～151f之長邊方向之長度分別設為2.8133 mm、3.0266 mm、4.1699 mm、1.4737 mm、2.4273 mm、2.6283 mm。Y方向之區段202之寬度w6為0.2 mm，相鄰區段201間之間隔為0.5 mm。

金屬元件151a～151f中，Y方向之區段201之長邊相對於短邊之縱橫比為7.4以上20.8以下。X方向之區段202之長邊相對於短邊之縱橫比為16.0。具有該單位圖案210之導電圖案15相對於介電層14之佔有率為13.3%，相對於可見光之透過率為61.6%。

以0°入射角入射之28.0 GHz之電磁波以50°反射角反射時之RCS曲線之50°之增益值於垂直極化波下為-1.0596 dB，以εp=0.7826修正後之垂直極化波之電力反射效率為86.0%。水平極化波之反射波之50°之增益值為-50.8738 dB，以εp=0.7826修正後之水平極化波之電力反射效率為0.0%。例6之構成與例4相比，將金屬元件151於X方向上分割成3個，設為3條Y方向之區段201，因而相對於可見光之透過率變高，且相對於垂直極化波具有超出例4之反射效率。該構成中，1個金屬元件151所佔之長方形區域之寬度W為1.6 mm。實現將單位圖案210整體之大小維持與非專利文獻1所揭示之超級單元相同程度，且相對於垂直極化波具有高反射效率與透明性之反射板。

＜例7＞ 例7中，構成單位圖案210之金屬元件151具有3條Y方向之區段201、與1條X方向之區段202。如上述般設定之層構造中，將構成單位圖案210之6個金屬元件151a～151f之長邊方向之長度分別設為2.8705 mm、3.1376 mm、5.0547 mm、1.7671 mm、2.3693 mm、2.6665 mm。Y方向之區段201之線寬w7y為0.2 mm。X方向之區段202之線寬w7x為0.1 mm，長度為1.6 mm。

金屬元件151a～151f中，Y方向之區段201之長邊相對於短邊之縱橫比為8.8以上25.3以下。X方向之區段202之長邊相對於短邊之縱橫比為16.0。具有該單位圖案210之導電圖案15相對於介電層14之佔有率為15.5%，相對於可見光之透過率為60.0%。

以0°入射角入射之28.0 GHz之電磁波以50°反射角反射時之RCS曲線之50°之增益值於垂直極化波下為-1.0491 dB，以εp=0.7826修正後之垂直極化波之電力反射效率為86.2%。水平極化波之反射波之50°之增益值為-12.0795 dB，以εp=0.7826修正後之水平極化波之電力反射效率為7.0%。

例7之構成中，保持較高透明度，且獲得對於垂直極化波超出85%之高反射效率。另一方面，僅具有1條X方向之區段202時，無法獲得對於水平極化波充分之反射效率。該構成中，1個金屬元件151所佔之長方形區域之寬度W為1.6 mm。實現將單位圖案210整體之大小維持與非專利文獻1所揭示之超級單元相同程度，且相對於垂直極化波具有高反射效率與透明性的反射板。

由例1～7之模擬結果導出以下結論。 (a)對於不改變單位圖案210之基本構成，而維持高透明性，且對垂直極化波與水平極化波之任一者具有高反射效率而言，將單位圖案210所含之金屬元件151分割成於規定方向延伸之2條以上區段較為有效。藉由將Y方向上具有長軸之一個金屬元件151於X方向上分割，設為於Y方向延伸之複數條區段201，而保持較高反射板10之透明性，且獲得對在與金屬元件151之長軸平行之方向上振動之極化波超出80%之反射效率。 (b)對於垂直極化波與水平極化波之兩者具有50%以上之反射效率而言，以2條以上Y方向之區段201、與2條以上X方向之區段202形成單位圖案210所含之金屬元件151較為有效。藉由增加金屬元件之分割數，即Y方向之區段201之數量、與X方向之區段202之數量，相對於垂直極化波與水平極化波之反射效率提高。期望兼顧反射板10所要求之透明性與反射效率，適當設計金屬元件之分割數。

如上所述，實施形態之反射板可以簡單設計維持單位圖案210之基本構成，且不大幅增大單位圖案210之尺寸，實現相對於垂直極化波與水平極化波之至少一者較高之反射效率。尤其，藉由於反射板10之XY面內，以2條以上Y方向之區段201與2條以上X方向之區段202形成構成單位圖案210之金屬元件151，可實現相對於垂直極化波與水平極化波之各者為50%以上之反射效率。

實施形態之反射板不限定於上述構成例。例1～例3之構成中，亦可於Y方向之中央，追加於X方向延伸之區段202，且使用3條區段202。該情形時，亦可相對於第3條X方向之區段202對稱地配置上側與下側之區段202。例7之構成中，亦可於X方向之區段202之上下追加2條區段202。亦可將例4或例5之整體膜於X方向上分割，形成於Y方向延伸之2條以上區段。亦可以2條以上X方向之區段連接分割後之區段。

藉由適當選擇單位圖案210所含之各金屬元件151之尺寸、數量、間距、介電層14之介電常數等，可以5°以上未達90°之範圍適當設計相對於垂直入射之反射角。反射板10之面內尺寸可於30 cm×30 cm至3 m×3 m之範圍內適當選擇。可將反射板10之整面設為超穎表面，亦可將一部分設為鏡面反射面。亦可藉由於反射板10之兩面，設置同時具有規定之介電常數及介電損耗因子、與機械強度之保護層，而於室外之環境下使用。不那麼需要透過率之適用場景下，亦可將導電圖案15相對於介電層14之面積佔有率設為高於45%，且使反射效率優先。

以上，已對本揭示之實施形態進行說明，但本揭示可包含以下之構成。 (項目1) 一種反射板，其具有： 介電層；及 設置於上述介電層之表面之週期性導電圖案； 上述週期性導電圖案包含將於上述介電層之面內之第1方向具有長軸之金屬元件以規定之間隔排列於與上述第1方向正交之第2方向上的重複之單位圖案； 將上述金屬元件以於上述第2方向上分割，於上述第1方向延伸之2條以上之第1區段形成。 (項目2) 如項目1所記載之反射板，其中 上述金屬元件具有2條以上之上述第1區段、及於上述第2方向延伸之2條以上之第2區段。 (項目3) 如項目2所記載之反射板，其中 上述第2區段連接2條以上之上述第1區段之端部。 (項目4) 如項目2所記載之反射板，其中 上述第2區段相對於2條以上之上述第1區段之長度方向之中心對稱地設置。 (項目5) 如項目1至4中任一項所記載之反射板，其中 上述第1區段之上述第1方向之長度相對於上述第1區段之寬度之縱橫比大於1，且在26.5以下。 (項目6) 如項目1至5中任一項所記載之反射板，其中 上述導電圖案相對於上述介電層之佔有率為5.0%以上30.0%以下。 (項目7) 如項目1至6中任一項所記載之反射板，其中 上述反射板相對於可見光之透過率為55.0%以上。 (項目8) 如項目1至7中任一項所記載之反射板，其中 上述週期性導電圖案介隔接著層於上述介電層上受承載。 (項目9) 一種電磁波反射裝置，其具備： 如項目1至8中任一項所記載之反射板，其反射選自1 GHz以上300 GHz以下波段之期望頻帶之電波；及 框架，其保持上述反射板。 (項目10) 一種電磁波反射柵，其具有2個以上之如項目9所記載之電磁波反射裝置，且將2個以上之上述反射板藉由上述框架連結。

本申請案基於2022年8月5日申請之日本專利申請案第2022-125798號而主張其優先權，包含該等日本專利申請案之全部內容。

10:反射板 10-1:反射板 10-2:反射板 10-3:反射板 10A:反射板 10B:反射板 11:介電質基板 12:中間層 13:接地層 14:介電層 15:導電圖案 16:中間層 17:介電質基板 20:模型 50:框架(側框架) 51-1:縫隙 51-2:縫隙 52:空間 56:腳部 57:頂部框架 58:底部框架 60:電磁波反射裝置 60-1:電磁波反射裝置 60-2:電磁波反射裝置 60-3:電磁波反射裝置 100:電磁波反射柵 101:解析空間 102:電磁波吸收體 151:金屬元件 151a～151f:金屬元件 153:接著層 201:Y方向之區段(第1區段) 202:X方向之區段(第2區段) 210:單位圖案 210A:單位圖案 210B:單位圖案 500:本體 501:蓋 L:長度 Lax:軸 W:寬度 w1x:線寬 w1y:線寬 w2x:線寬 w2y:線寬 w3x:線寬 w3y:線寬 w4:寬度 w5:寬度 w6:寬度 w7:線寬

圖1A係連結有複數個電磁波反射裝置之電磁波反射柵之模式圖。 圖1B係沿圖1A之A-A線之框架之水平剖視圖。 圖2係顯示反射板之層構成之一例之圖。 圖3係顯示反射板之層構成之另一例之圖。 圖4係包含單位圖案(超級單元)之導電圖案之圖。 圖5(A)、(B)係顯示單位圖案之例之圖。 圖6係顯示解析空間之圖。 圖7係解析空間之XY面之模式圖。 圖8係解析空間之XZ面之模式圖。 圖9(A)、(B)係顯示垂直極化波與水平極化波之圖。 圖10係顯示單位圖案所含之金屬元件之構成例、與相對於垂直極化波及水平極化波之反射效率之圖。

151a~151f:金屬元件

201:Y方向之區段(第1區段)

202:X方向之區段(第2區段)

210A:單位圖案

210B:單位圖案

L:長度

Lax:軸

W:寬度

Claims (10)

1. 一種反射板，其具有： 介電層；及 設置於上述介電層之表面之週期性導電圖案； 上述週期性導電圖案包含將於上述介電層之面內之第1方向具有長軸之金屬元件以規定之間隔排列於與上述第1方向正交之第2方向上的重複之單位圖案； 將上述金屬元件分割成於上述第1方向延伸之2條以上之第1區段。
2. 如請求項1之反射板，其中 上述金屬元件具有2條以上之上述第1區段、及於上述第2方向延伸之2條以上之第2區段。
3. 如請求項2之反射板，其中 上述第2區段連接2條以上之上述第1區段之端部。
4. 如請求項2之反射板，其中 上述第2區段相對於2條以上之上述第1區段之長度方向之中心對稱地設置。
5. 如請求項1之反射板，其中 上述第1區段之上述第1方向之長度相對於上述第1區段之寬度之縱橫比大於1，且在26.5以下。
6. 如請求項1之反射板，其中 上述導電圖案相對於上述介電層之佔有率為5.0%以上30.0%以下。
7. 如請求項1之反射板，其中 上述反射板相對於可見光之透過率為55.0%以上。
8. 如請求項1之反射板，其中 上述週期性導電圖案介隔接著層而被承載於上述介電層之上。
9. 一種電磁波反射裝置，其具備： 如請求項1至8中任一項之反射板，其反射選自1 GHz以上300 GHz以下波段之期望頻帶之電波；及 框架，其保持上述反射板。
10. 一種電磁波反射柵，其具有2個以上之如請求項9之電磁波反射裝置，藉由上述框架將2個以上之上述反射板連結。