WO2022259565A1 - 電波散乱装置及び電波散乱部材 - Google Patents

電波散乱装置及び電波散乱部材 Download PDF

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WO2022259565A1
WO2022259565A1 PCT/JP2021/034726 JP2021034726W WO2022259565A1 WO 2022259565 A1 WO2022259565 A1 WO 2022259565A1 JP 2021034726 W JP2021034726 W JP 2021034726W WO 2022259565 A1 WO2022259565 A1 WO 2022259565A1
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WO
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radio wave
scattering
wave scattering
angle
degrees
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Application number
PCT/JP2021/034726
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English (en)
French (fr)
Inventor
琳 王
弘樹 萩原
裕子 陸田
宏己 松野
雅之 中野
Original Assignee
日本電業工作株式会社
Kddi株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures

Definitions

  • the present invention relates to radio wave scattering devices and radio wave scattering members.
  • the straightness of the radio wave becomes stronger. This part becomes a dead zone for radio waves.
  • it is effective to use a radio wave scattering device that scatters incident radio waves and irradiates the dead zone with radio waves.
  • Patent Document 1 includes at least first and second array groups, the first array group includes a plurality of first element arrays, 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.
  • a multi-beam reflect array is described in which the angle of reflection by a first group of arrays is different from the angle of reflection by a second group of arrays.
  • a radio wave scattering device is required to cover a wider dead zone with a scattered beam.
  • the radio wave scattering device should preferably have a wide scattered beam width.
  • a radio wave scattering apparatus to which the present invention is applied comprises: a first radio wave scattering unit in which a plurality of cells for scattering an incident beam at a predetermined first scattering angle are arranged; a second radio wave scattering unit in which a plurality of cells that scatter at a scattering angle of are arranged, the first radio wave scattering unit and the second radio wave scattering unit are arranged adjacent to each other, and the first radio wave A phase difference is set between the scattering portion and the second radio wave scattering portion to set the incident beam to a predetermined scattering angle.
  • the first scattered beam scattered at the first scattering angle and the second scattered beam scattered at the second scattering angle are located on the side of the first radio wave scattering section or on the side of the second scattering section.
  • it can be characterized in that it intersects between the first radio wave scattering portion and the second radio wave scattering portion.
  • the first scattering angle and the second scattering angle are the same. It can also be characterized in that the first scattering angle and the second scattering angle are different.
  • Either the first scattering angle of the first radio wave scattering portion or the second scattering angle of the second radio wave scattering portion is provided between the first radio wave scattering portion and the second radio wave scattering portion.
  • the phase difference is set to be the scattering angle between the first scattering angle and the second scattering angle.
  • the radio wave scattering device to which the present invention is applied includes a third radio wave scattering unit in which a plurality of cells for scattering an incident beam at a predetermined third scattering angle are arranged, and the third radio wave scattering unit is provided adjacent to the second radio wave scattering section, and the phase difference between the second radio wave scattering section and the third radio wave scattering section is set to set the incident beam to a predetermined scattering angle.
  • a first scattered beam scattered at a first scattering angle, a second scattered beam scattered at a second scattering angle, and a third scattered beam scattered at a third scattering angle When projected on the first radio wave scattering part side, the second radio wave scattering part side, or the third radio wave scattering part, between the first radio wave scattering part and the second radio wave scattering part and between the second radio wave scattering part and the third radio wave scattering portion.
  • the first scattering angle of the first radio wave scattering portion, the second scattering angle of the second radio wave scattering portion, and the third scattering angle of the third radio wave scattering portion are larger or smaller in this order. It can be characterized in that it is set to be
  • the radio wave scattering member is a radio wave scattering member in which a plurality of cells that scatter an incident beam at a predetermined scattering angle are arranged, and the incident beam is scattered at another predetermined scattering angle.
  • a plurality of scattering cells are arranged, and the phase difference is set to a predetermined scattering angle between another radio wave scattering member used in combination with the radio wave scattering member.
  • the present invention it is possible to provide a radio wave scattering device that can widen the scattered beam width compared to the case where phases are not corrected between a plurality of radio wave scattering parts.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a scattered beam scattered by a radio wave scattering device;
  • (a) is a diagram showing V polarized wave,
  • (b) is a diagram showing H polarized wave, and
  • (c) is a radio wave scattering device with four times the area of the radio wave scattering device of (a) and (b).
  • FIG. 10 is a diagram showing V-polarized waves at .
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a radio wave scattering device to which the first embodiment is applied; FIG. It is a figure explaining an example of the cell which comprises a radio wave scattering part.
  • (a) is a plan view, (b) is a sectional view, and (c) is a parameter and its value.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method of setting a scattering angle in a radio wave scattering section; It is a figure explaining the Example of the radio wave scattering apparatus to which 1st Embodiment is applied.
  • (a) is the arrangement of the radio wave scattering units,
  • (b) is the phase set in the cell, and
  • (c) is the scattering characteristic.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a radio wave scattering device to which the second embodiment is applied; (a) is the arrangement of the radio wave scattering units, (b) is the phase set in the cell, and (c) is the scattering characteristic.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a radio wave scattering device to which the second embodiment is applied; (a) is the arrangement of the radio wave scattering units, (b) is the phase set in the cell, and (c) is the scattering characteristic.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a radio wave scattering device to which the second embodiment shown as a comparative example is not applied; (a) is the arrangement of the radio wave scattering units, (b) is the phase set in the cell, and (c) is the scattering characteristic. It is a figure explaining the radio wave scattering device which is a modification of the radio wave scattering device to which the second embodiment is applied. (a) is the arrangement of the radio wave scattering units, (b) is the phase set in the cell, and (c) is the scattering characteristic.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a radio wave scattering device that is another modification of the radio wave scattering device to which the second embodiment is applied; (a) is the arrangement of the radio wave scattering units, (b) is the phase set in the cell, and (c) is the scattering characteristic.
  • Shorter wavelengths such as radio waves in the quasi-millimeter wave band and millimeter wave band, increase the straightness of the radio waves. Therefore, if there is a barrier such as a building that blocks the transmission of radio waves, the area blocked by the barrier becomes a dead zone where radio waves cannot easily reach.
  • a radio wave scattering device is used to scatter radio waves and irradiate the dead zone with a scattered beam.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the concept of eliminating the dead zone by the radio wave scattering device 10.
  • FIG. 1(a) is a diagram for explaining a case where a dead zone caused by a building 3 as an obstacle is eliminated by a plurality of radio wave scattering devices 10
  • FIG. 1(b) is for explaining scattering directions by the radio wave scattering devices 10. It is a figure to do.
  • a base station antenna 2 for transmitting and receiving radio waves is provided on the roof of a building 3a.
  • the base station antenna 2 is shown as an array antenna composed of a plurality of antennas (radiation elements) arranged vertically on the surface 1 of the earth.
  • Radio wave scattering devices 10 are provided on the roof of the building 3c.
  • the radio wave scattering device 10 is provided at a position where the base station antenna 2 can be seen. That is, even when the base station antenna 2 transmits and receives short-wave radio waves such as those in the quasi-millimeter wave band or millimeter wave band, the radio waves from the base station antenna 2 directly enter the radio wave scattering device 10 .
  • the radio wave scattering device 10 is not installed on the roof of the building 3c.
  • the base station antenna 2 transmits and receives radio waves with short wavelengths such as those in the quasi-millimeter wave band or millimeter wave band
  • the building 3b acts as a barrier to radio wave transmission. Therefore, radio waves transmitted from the base station antenna 2 do not directly reach the ground surface 1 between the buildings 3b and 3c. That is, the portion of the ground surface 1 between the building 3b and the building 3c becomes a dead zone.
  • a radio wave scattering device 10 is provided on the roof of the building 3c, the radio waves from the base station antenna 2 are scattered by the radio wave scattering device 10, and the scattered beam is irradiated to the dead zone between the buildings 3b and 3c. be.
  • the dead zone between the building 3b and the building 3c that occurs when the radio wave scattering device 10 is not provided is eliminated.
  • the base station antenna 2 is shown as an array antenna in which radiating elements are arranged in a matrix.
  • radio waves are transmitted and received between the base station antenna 2 and the mobile terminal 4 .
  • a building 3 exists between the base station antenna 2 and the mobile terminal 4 as a barrier against transmission of radio waves. For this reason, the incident beam 11a traveling from the base station antenna 2 to the direction of the mobile terminal 4 in a straight line does not reach the mobile terminal 4 because the building 3 acts as an obstacle (not reaching the mobile terminal 4 is denoted by "X"). ).
  • the scattered beam 12 a generated by the scattering reaches the mobile terminal 4 .
  • the incident beam 11b is incident on the radio wave scattering device 10 at an incident angle ⁇
  • the scattered beam 12a is emitted at a scattering angle ⁇ different from the incident angle ⁇ ( ⁇ ).
  • the radio wave scattering device 10 performs specular reflection
  • the scattered beam 12b is emitted at a reflection angle ⁇ .
  • the radio wave scattering device 10 performs specular reflection
  • a scattered beam 12b is generated in the direction indicated by the dashed line in FIG. 1(b). Therefore, the radio waves do not reach the mobile terminal 4 . If the radio wave scattering device 10 is set to scatter radio waves at a scattering angle ⁇ different from the incident angle ⁇ , the radio wave scattering device 10 can be easily designed.
  • radio wave scattering device it scatters and emits radio waves.
  • the beam is scattered by the radio wave scattering device, it is referred to as a scattered beam, but it may be referred to as a reflected beam.
  • the angle at which the scattered beam is emitted with respect to the normal direction of the radio wave scattering device is referred to as the scattering angle or the scattering angle, but it may also be referred to as the reflection angle or the reflection angle.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the scattered beam 12 scattered by the radio wave scattering device 10.
  • FIG. FIG. 2(a) is a diagram showing V polarization
  • FIG. 2(b) is a diagram showing H polarization
  • FIG. 2(c) shows the radio wave scattering device 10 of FIGS.
  • FIG. 10 is a diagram showing V-polarized waves in a radio wave scattering device 10' with a quadrupled area.
  • 2A, 2B, and 2C a perspective view is shown on the upper side of the paper, and the intensity of the scattered beam 12 is shown on the lower side of the paper in polar coordinates.
  • the x, y and z directions are set as shown. This will be described later.
  • the right direction is the -x direction
  • the left direction is the +x direction
  • the upward direction is the +z direction.
  • the intensity of the scattered beam was obtained by simulation.
  • the radio wave scattering device 10 is a quadrangular planar shape having longitudinal and lateral directions, and is a metasurface in which cells # (see FIG. 4, which will be described later) are arranged in a matrix.
  • the longitudinal direction of the quadrangle is the x direction
  • the lateral direction is the y direction
  • the direction perpendicular to the quadrangle is the z direction.
  • the angle from the z-axis to the x-axis is ⁇
  • the angle from the z-axis to the y-axis is ⁇ .
  • the incident beam (corresponding to the incident beam 11b in FIG. 1B) incident on the radio wave scattering device 10 is set to have an angle ⁇ of 0 degrees and an angle ⁇ of 20 degrees.
  • the incident beam is in the yz plane and is tilted 20 degrees from the z axis toward the y axis.
  • the scattered beam 12 is set to have an angle ⁇ of 45 degrees and an angle ⁇ of 0 degrees. That is, the scattered beam 12 is inclined 45 degrees from the z-axis toward the x-axis in the xz-plane.
  • the radio wave is 28 GHz.
  • the V polarized wave is a polarized wave in which an electric field oscillates in the y direction
  • the H polarized wave is a polarized wave in which an electric field oscillates in the x direction.
  • the width of the scattered beam 12 is 8 degrees.
  • the radio wave scattering device 10 has similar scattering characteristics for V polarized waves and H polarized waves.
  • the width of the scattered beam 12 here is the width at -3 dB.
  • the radio wave scattering device 10 may have different scattering characteristics for the V polarized wave and the H polarized wave.
  • the radio wave scattering device 10' shown in FIG. 2(c) is configured by arranging four radio wave scattering devices 10 shown in FIGS. 2(a) and (b). That is, the area is quadrupled. Phase correction, which will be described later, is not performed between the four radio wave scattering devices 10 constituting the radio wave scattering device 10'.
  • the peak intensity of the V polarized wave in the scattered beam 12' is greater than the peak intensity of the scattered beam 12 in the radio wave scattering device 10 shown in FIG. 2(a).
  • the scattered beam width of the scattered beam 12' is 4 degrees, which is narrower than the scattered beam width (8 degrees) of the scattered beam 12 of the radio wave scattering device 10 shown in FIG. 2(a). In other words, when the area of the radio wave scattering device 10 is increased, the scattered beam width becomes narrower.
  • a plurality of radio wave scattering devices 10 are arranged at intervals that do not narrow the scattered beam width.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the radio wave scattering device 20 to which the first embodiment is applied.
  • the right direction of the paper is the x direction
  • the upward direction of the paper is the y direction
  • the surface direction of the paper is the z direction.
  • a radio wave scattering device 20 to which the first embodiment is applied includes a plurality of radio wave scattering units U.
  • the radio wave scattering device 20 has n radio wave scattering units U in the x direction and m radio wave scattering units U in the y direction.
  • m and n are integers (natural numbers) of 1 or more. That is, the radio wave scattering device 20 includes m ⁇ n radio wave scattering units U.
  • the array in the x direction is expressed as a row
  • the array in the y direction as a column.
  • the radio wave scattering device 10 has n pieces in the x direction and m pieces in the y direction, the number of the radio wave scattering units U arranged in the x direction may be different for each row. The number of arranged radio wave scattering units U may be different for each row.
  • the number of cells # included in each radio wave scattering unit U may be the same or different.
  • the radio wave scattering unit U mn has j cells in the x direction and i in the y direction. The number of cell #s arranged in a column may be different for each column.
  • a plurality of radio wave scattering units U constituting the radio wave scattering device 20 are arranged on one plane. Note that the plurality of radio wave scattering units U may be provided on planes that intersect with each other. Also, the plurality of radio wave scattering portions U may be provided on a curved surface. Each cell # of the radio wave scattering section U is arranged on one plane. Each cell # of the radio wave scattering section U may be provided on an intersecting plane or curved surface.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example of cells # that constitute the radio wave scattering unit U.
  • FIG. 4(a) is a plan view
  • FIG. 4(b) is a sectional view
  • FIG. 4(c) is parameters and their values.
  • the right direction of the paper is the x direction
  • the upper direction of the paper is the y direction
  • the front direction of the paper is the z direction
  • the right direction of the paper is the x direction
  • the upward direction of the paper is the z direction
  • the back direction of the paper is the y direction.
  • the x-direction, y-direction, and z-direction are the same directions as in FIG.
  • the cell # has a square planar shape with a side length of D.
  • the cells # are arranged in the x direction and the y direction with a pitch of one side length D.
  • the pitch D As shown in FIG. In the following description, it is assumed that the cells # are arranged at the pitch D.
  • FIG. 4C at a frequency of 28 GHz, the length of one side D (pitch D) is set to 5 mm. 5 mm corresponds to 0.467 of wavelength ⁇ at frequency 28 GHz (0.467 ⁇ ).
  • the length of one side D (pitch D) may be set according to the frequency or the like, and may be another value.
  • the cell # includes a substrate 101, a cross dipole surface electrode 102 provided on the front surface side (+z direction side) of the substrate 101, and a back surface side ( ⁇ z direction side) of the substrate 101. ) and a ground electrode 103 provided on the entire surface of the substrate.
  • the ground electrode 103 is set to ground potential (GND).
  • the substrate 101 is a dielectric substrate, and has a dielectric constant ⁇ r of 3.0 and a thickness t of 1.3 mm, for example, as shown in FIG. 4(c).
  • the dielectric constant ⁇ r and the thickness t may be other values.
  • the surface electrode 102 and the ground electrode 103 are preferably made of a conductive material such as copper (Cu), silver (Ag), gold (Au).
  • the cross dipole which is the surface electrode 102, has a total length l and a width W of the cross portion.
  • the width W is 1 mm.
  • Adjacent cross dipoles have different lengths l to provide a phase difference ⁇ , which will be described later with reference to FIG. 5 .
  • a phase difference ⁇ of 278 degrees is obtained when the length l is in the range of 1.0 mm to 5.0 mm.
  • the width W may be another value.
  • the width W is fixed and the length l is changed to obtain the phase difference ⁇ , but the length l may be fixed and the width W is changed to obtain the phase difference ⁇ .
  • a phase difference may be described as a phase.
  • the ground electrode 103 is continuous between adjacent cells #. That is, the radio wave scattering unit U uses a substrate 101 having conductor layers made of a conductive material on the front side and the back side, respectively. The electrodes 102 (cross-shaped dipoles) are processed.
  • the surface electrode 102 of cell # is described as being a cross dipole, but it may be of other shapes.
  • the planar shape of the surface electrode 102 of the cell # may be, for example, other shapes such as a square, a circle, and a ring. Also, a so-called mushroom structure in which the surface electrode 102 and the ground electrode 103 are connected via vias may be used.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of setting the scattering angle ⁇ in the radio wave scattering section U.
  • the right direction on the page is the x direction
  • the upward direction on the page is the z direction.
  • FIG. 5 shows the first row cell # in the radio wave scattering unit U shown in FIG. Note that the subscripts of mn for distinguishing the radio wave scattering parts U are omitted.
  • the set scattering angle ⁇ is the angle at which the intensity of the scattered beam is maximized.
  • the cells #(1, j) are arranged at a pitch D in the x direction. It is assumed that radio waves are incident from the direction perpendicular to the array of cells # (-z direction), and the scattered beam 22 is scattered in the xz plane in a direction inclined at an angle ⁇ from the z axis toward the x axis side. . This corresponds to the case where the angle ⁇ from the z-axis to the x-axis shown in FIG. 2A is the angle ⁇ .
  • the angle ⁇ of the scattered beam 22 is expressed as a scattering angle ⁇ . In this case, the phase difference between each cell # should be set to ⁇ .
  • phase of cell #(1,1) is 0, the phase of cell #(1,2) is - ⁇ , the phase of cell #(1,3) is -2 ⁇ , and the phase of cell #(1,4) is ⁇ 3 ⁇ , and the phase of cell #(1, j) should be ⁇ (j ⁇ 1) ⁇ .
  • the cell # arranged in the x direction was explained, but the phase difference can also be set for the cell # arranged in the y direction.
  • the scattering angle ⁇ can be set in a direction other than the xz plane.
  • the case where radio waves are incident perpendicularly to the array of cells # has been described, but the phase difference ⁇ can be set by the same method when radio waves are incident obliquely on the array of cells #. .
  • the radio wave scattering unit U in which the cells # are arranged with a preset phase difference and the scattering angle ⁇ is set is sometimes called a reflect array.
  • the radio wave scattering device 20 having a plurality of radio wave scattering units U may be called a reflect array.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the radio wave scattering device 20 to which the first embodiment is applied.
  • FIG. 6(a) shows the arrangement of the radio wave scattering units U
  • FIG. 6(b) shows the phase set in the cell #
  • FIG. 6(c) shows the scattering characteristics.
  • the horizontal axis is the cell # of the radio wave scattering unit U
  • the vertical axis is the phase set to the cell #.
  • the horizontal axis is the angle (degrees)
  • the vertical axis is the intensity (dB) of the scattered beam normalized by the peak intensity.
  • the scattering properties were determined by simulation. Other scattering properties are similar.
  • the example of the radio wave scattering device 20 shown in FIG. 6(a) is referred to as the radio wave scattering device 20 to which the first embodiment is applied.
  • the radio wave scattering device 20 is composed of three radio wave scattering units U arranged in a row. Therefore, the radio wave scattering units U 11 , U 12 and U 13 are denoted as radio wave scattering units U 1 , U 2 and U 3 .
  • the cell # of each radio wave scattering unit U is also written as #(i,j) 1 , #(i,j) 2 , and #(i,j) 3 .
  • the radio wave scattering unit U1 is an example of a first radio wave scattering unit
  • the radio wave scattering unit U2 is an example of a second radio wave scattering unit
  • the radio wave scattering unit U3 is an example of a third radio wave scattering unit.
  • the radio wave scattering units U 1 , U 2 and U 3 are examples of radio wave scattering members.
  • the radio wave scattering device 20 has a length L1 of 300 mm in the x direction and a length L2 of 50 mm in the y direction.
  • Radio waves are incident on the radio wave scattering unit U perpendicularly (-z direction) to the radio wave scattering device 20 .
  • the cell #(1,20) 2 positioned at the +x direction end of the radio wave scattering unit U 2 and the cell #(1,1) 2 positioned at the ⁇ x direction end of the radio wave scattering unit U 3 ) is set so that the scattering angle ⁇ is +45 degrees. That is, as shown in FIG. 6(b), the radio wave scattering device 20 is set so that the phase continuously changes in all the cells # of the radio wave scattering units U 1 to U 3 .
  • the scattering angle ⁇ is set to +45 degrees in the xz plane, it is not necessary to provide a phase difference between the cells # arranged in the y direction. , a phase difference between the cells # arranged in the y direction.
  • the scattering angle ⁇ of +45 degrees of the radio wave scattering unit U1 is an example of the first scattering angle
  • the scattered beam from the radio wave scattering unit U1 is an example of the first scattered beam
  • the radio wave scattering unit U2 The scattering angle ⁇ of +45 degrees is an example of the second scattering angle
  • the scattered beam from the radio wave scattering unit U2 is an example of the second scattered beam
  • the scattering angle ⁇ of +45 degrees of the radio wave scattering unit U3 is the third scattering.
  • An example of an angular, scattered beam from radio scattering unit U3 is an example of a second scattered beam.
  • the radio wave scattering device 20 to which the first embodiment is applied obtains a scattered beam with a peak at 43 degrees, which is close to the set scattering angle ⁇ of 45 degrees.
  • the scattered beam width at -10 dB intensity is 4.5 degrees.
  • the scattered beam width will be described as a value at an intensity of -10 dB for convenience. In addition, you may compare with other intensity
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a radio wave scattering device 20' to which the first embodiment shown as a comparative example is not applied.
  • FIG. 7(a) shows the arrangement of the radio wave scattering units U
  • FIG. 7(b) shows the phase set in the cell #
  • FIG. 7(c) shows the scattering characteristics.
  • the horizontal and vertical axes in FIGS. 7B and 7C are the same as in FIGS. 6B and 6C.
  • a radio wave scattering device 20' to which the first embodiment shown in FIG. 7(a) is not applied has x It is composed of three radio wave scattering units U (radio wave scattering units U 1 to U 3 ) arranged in a direction.
  • Other configurations of the radio wave scattering device 20 ′ are the same as those of the radio wave scattering device 20 .
  • Radio waves are incident on the radio wave scattering portion U perpendicularly to the radio wave scattering portion U (-z direction).
  • the phase is not corrected between the radio wave scattering parts U. Therefore, as shown in FIG.
  • the phase continuously changes between the cells #, but between the radio wave scattering units U, that is, the radio wave scattering
  • the phase changes discontinuously between the portion U1 and the radio wave scattering portion U2 and between the radio wave scattering portion U2 and the radio wave scattering portion U3.
  • the radio wave scattering device 20' to which the first embodiment is not applied produces scattered beams with peak angles of +42 degrees, +44 degrees, and +48 degrees, respectively.
  • the scattered beam of +44 degrees which is close to the set scattering angle ⁇ of +45 degrees, has a smaller intensity than the other scattered beams and a narrow beam width of 1.5 degrees at -10 dB of intensity. That is, by correcting the phase between the radio wave scattering units U as in the radio wave scattering device 20 to which the first embodiment is applied, the width of the scattered beam close to the set scattering angle ⁇ is widened.
  • the reflected beams from the radio wave scattering units U 1 , U 2 , and U 3 are assumed to be in the xz plane, but they do not necessarily have to be in the xz plane.
  • the reflected beams from the radio wave scattering units U 1 , U 2 , and U 3 may be in planes shifted in the ⁇ y directions from the xz plane. The same is true for other cases.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the radio wave scattering device 30 to which the second embodiment is applied.
  • FIG. 8(a) shows the arrangement of the radio wave scattering units U
  • FIG. 8(b) shows the phase set in the cell #
  • FIG. 8(c) shows the scattering characteristics.
  • the horizontal and vertical axes in FIGS. 8B and 8C are the same as in FIGS. 6B and 6C.
  • the radio wave scattering device 30 to which the second embodiment is applied is similar to the radio wave scattering device 20 to which the first embodiment is applied shown in FIG. radio wave scattering portions U (radio wave scattering portions U 1 to U 3 ) (FIG. 8(a)).
  • Other configurations of the radio wave scattering device 30 are the same as those of the radio wave scattering device 20 .
  • the example of the radio wave scattering device 30 shown in FIG. 8(a) will be referred to as the radio wave scattering device 30 to which the second embodiment is applied.
  • the cell #(1,20) 1 located at the +x direction end of the radio wave scattering unit U 1 and the cell #(1, 1) located at the ⁇ x direction end of the radio wave scattering unit U 2 2 is set so that the scattering angle ⁇ is +45 degrees.
  • the cell #(1,20) 2 positioned at the +x direction end of the radio wave scattering unit U 2 and the cell #(1,1) 2 positioned at the ⁇ x direction end of the radio wave scattering unit U 3 ) is set so that the scattering angle ⁇ is +45 degrees.
  • the cell # positioned at the +x direction end of the radio wave scattering portion U and the cell # positioned at the -x direction end of the radio wave scattering portion U adjacent to this radio wave scattering portion U is set so that the scattering angle ⁇ is +45 degrees. That is, as shown in FIG. 8(b), the radio wave scattering device 30 is set so that the phase continuously changes in all the cells # of the radio wave scattering units U 1 to U 3 .
  • the scattering angle ⁇ of +35 degrees of the radio wave scattering unit U1 is another example of the first scattering angle
  • the scattered beam from the radio wave scattering unit U1 is another example of the first scattered beam
  • the scattering angle ⁇ of +45 degrees of the unit U2 is another example of the second scattering angle
  • the scattered beam from the radio wave scattering unit U2 is an example of the second scattered beam
  • the scattering angle of +55 degrees of the radio wave scattering unit U3 ⁇ is another example of the third scattering angle
  • the scattered beam from the radio wave scattering unit U3 is another example of the third scattered beam.
  • the radio wave scattering device 30 to which the second embodiment is applied has the radio wave scattering unit U In the range of 58.5 degrees, which is greater than the scattering angle ⁇ of +55 degrees set at 3 , a scattered beam with high intensity is obtained. In this range, the scattered beam intensity varies little. That is, the scattered beams from the radio wave scattering portion U1 , the radio wave scattering portion U2 , and the radio wave scattering portion U3 are superimposed. This gives a scattered beam width of 29.5 degrees at -10 dB intensity. This scattered beam width is wider than the scattered beam width of the radio wave scattering device 20 to which the first embodiment shown in FIG. 6(c) is applied. Therefore, when the radio wave scattering device 30 is used, the area where radio waves reach is widened, and dead zones where radio waves cannot easily reach can be eliminated more easily.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a radio wave scattering device 30' to which the second embodiment shown as a comparative example is not applied.
  • FIG. 9(a) shows the arrangement of the radio wave scattering units U
  • FIG. 9(b) shows the phase set in the cell #
  • FIG. 9(c) shows the scattering characteristics.
  • the horizontal and vertical axes in FIGS. 9B and 9C are the same as in FIGS. 6B and 6C.
  • a radio wave scattering device 30' to which the second embodiment shown in FIG. 9(a) is not applied is similar to the radio wave scattering device 30 to which the second embodiment shown in FIG. It is composed of three radio wave scattering units U (radio wave scattering units U 1 to U 3 ) arranged in a direction.
  • Other configurations of the radio wave scattering device 30 ′ are the same as those of the radio wave scattering device 20 .
  • the phase continuously changes between the cells #, but between the radio wave scattering units U, that is, the radio wave scattering
  • the phase changes discontinuously between the portion U1 and the radio wave scattering portion U2 and between the radio wave scattering portion U2 and the radio wave scattering portion U3.
  • a radio wave scattering device 30' to which the second embodiment is not applied is similar to the radio wave scattering device 30 to which the second embodiment is applied shown in FIG. 8(c). Furthermore, a scattered beam is obtained in a range from 30 degrees, which is smaller than the scattering angle ⁇ of +35 degrees set in the radio wave scattering unit U1 , to 60 degrees, which is larger than the scattering angle ⁇ of +55 degrees set in the radio wave scattering unit U3.
  • the intensity of the scattered beam decreases from 30 degrees to 60 degrees, the intensity of the scattered beam decreases like a dip near 50 degrees. Therefore, the scattered beam width of the radio wave scattering device 30' to which the second embodiment is not applied is smaller than that of the radio wave scattering device 30 shown in FIG. 8(c) to which the second embodiment is applied.
  • the scattering angles ⁇ are made different between the plurality of radio wave scattering units U, and between the adjacent radio wave scattering units U Correcting the phase widens the scattered beam.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a radio wave scattering device 40 that is a modification of the radio wave scattering device 30 to which the second embodiment is applied.
  • FIG. 10(a) shows the arrangement of the radio wave scattering units U
  • FIG. 10(b) shows the phase set in the cell #
  • FIG. 10(c) shows the scattering characteristics.
  • the horizontal and vertical axes in FIGS. 10B and 10C are the same as in FIGS. 6B and 6C.
  • the radio wave scattering device 40 has three radio wave scattering units U (radio wave scattering units U 1 to U 3 ) (FIG. 10(a)). Other configurations of the radio wave scattering device 40 are the same as those of the radio wave scattering device 30 .
  • the modified example of the radio wave scattering device 30 shown in FIG. 10A is referred to as a radio wave scattering device 40 to which the second embodiment is applied.
  • the cell #(1,20) 1 located at the +x direction end of the radio wave scattering unit U 1 and the cell #(1, 1) located at the ⁇ x direction end of the radio wave scattering unit U 2 2 is set so that the scattering angle ⁇ is +25 degrees.
  • the cell #(1,20) 2 positioned at the +x direction end of the radio wave scattering unit U 2 and the cell #(1,1) 2 positioned at the ⁇ x direction end of the radio wave scattering unit U 3 ) is set so that the scattering angle ⁇ is +25 degrees.
  • the cell # positioned at the +x direction end of the radio wave scattering portion U and the cell # positioned at the -x direction end of the radio wave scattering portion U adjacent to this radio wave scattering portion U is set so that the scattering angle ⁇ is +25 degrees. That is, as shown in FIG. 10(b), the radio wave scattering device 40 is set so that the phase continuously changes in all the cells # of the radio wave scattering units U 1 to U 3 .
  • the radio wave scattering device 40 changes the scattering angle ⁇ from 14 degrees, which is smaller than the scattering angle ⁇ of +15 degrees set in the radio wave scattering unit U1 , to the scattering angle ⁇ of +35 degrees set in the radio wave scattering unit U3.
  • a scattered beam of greater intensity is obtained over a larger 39 degree range. That is, the scattered beams from the radio wave scattering portion U1 , the radio wave scattering portion U2 , and the radio wave scattering portion U3 are superimposed.
  • This scattered beam width is as wide as the radio wave scattering device 30 shown in FIG. 8(c). Therefore, when the radio wave scattering device 40 is used, the area where the radio waves reach is widened, and the dead zone where the radio waves hardly reach can be eliminated more easily.
  • FIG. 11 is a diagram explaining a radio wave scattering device 50 which is another modification of the radio wave scattering device 30 to which the second embodiment is applied.
  • FIG. 11(a) shows the arrangement of the radio wave scattering units U
  • FIG. 11(b) shows the phase set in the cell #
  • FIG. 11(c) shows the scattering characteristics.
  • the horizontal and vertical axes in FIGS. 11B and 11C are the same as in FIGS. 6B and 6C.
  • the radio wave scattering device 50 has three radio wave scattering units U (radio wave scattering units U 1 to U 3 ) (FIG. 11(a)). Other configurations of the radio wave scattering device 50 are the same as those of the radio wave scattering device 30 .
  • a radio wave scattering device 50 to which the second embodiment is applied is referred to as a radio wave scattering device 50 to which the second embodiment is applied.
  • the cell #(1,20) 1 located at the +x direction end of the radio wave scattering unit U 1 and the cell #(1, 1) located at the ⁇ x direction end of the radio wave scattering unit U 2 2 is set so that the scattering angle ⁇ is +35 degrees.
  • the cell #(1,20) 2 positioned at the +x direction end of the radio wave scattering unit U 2 and the cell #(1,1) 2 positioned at the ⁇ x direction end of the radio wave scattering unit U 3 ) is set so that the scattering angle ⁇ is +35 degrees.
  • the cell # positioned at the +x direction end of the radio wave scattering portion U and the cell # positioned at the -x direction end of the radio wave scattering portion U adjacent to this radio wave scattering portion U is set so that the scattering angle ⁇ is +35 degrees. That is, as shown in FIG. 11(b), the radio wave scattering device 50 is set so that the phase continuously changes in all the cells # of the radio wave scattering units U 1 to U 3 .
  • the radio wave scattering device 50 changes the scattering angle ⁇ from 21 degrees, which is smaller than the scattering angle ⁇ of +25 degrees set in the radio wave scattering unit U1 , to the scattering angle ⁇ of +45 degrees set in the radio wave scattering unit U3.
  • a scattered beam with greater intensity is obtained. That is, the scattered beams from the radio wave scattering portion U1 , the radio wave scattering portion U2 , and the radio wave scattering portion U3 are superimposed.
  • This scattered beam width is as wide as the radio wave scattering device 30 shown in FIG. 8(c). Therefore, when the radio wave scattering device 50 is used, the area where radio waves reach is widened, and dead zones where radio waves do not easily reach can be eliminated more easily.
  • the radio wave scattering units U constituting the radio wave scattering device are set to have different scattering angles ⁇ , The phase between the radio wave scattering parts U is corrected. Thereby, a wide scattered beam width can be obtained by the radio wave scattering device.
  • radio wave scattering devices radio wave scattering devices 30, 40, 50
  • three radio wave scattering units U are arranged in the x direction, but as shown in FIG. , may be more than three.
  • the scattering angle ⁇ of each radio wave scattering unit U is set differently, and the phase is corrected between adjacent radio wave scattering units U.
  • a scattered beam with greater intensity is obtained over a wider range of angles than in the case of three U's.
  • using more than three radio wave scattering units U increases the scattered beam width.
  • the scattering angle ⁇ of each radio wave scattering portion U of the radio wave scattering device is projected onto the radio wave scattering device. It was made different in the direction along the line (x direction).
  • the scattering angle ⁇ of each radio wave scattering portion U of the radio wave scattering device is preferably made different in the direction along the line on which the scattered beam is projected onto the radio wave scattering device. If the scattered beams are made different in the direction orthogonal to the direction along the line projected onto the radio wave scattering device, the direction of the scattered beam with the greater intensity will be different in the orthogonal direction, and the scattered beam width will not widen. Then, it is preferable to set the scattering angle so that it gradually increases or decreases gradually in the direction along the line along which the scattered beam is projected onto the radio wave scattering device.
  • the scattering angle ⁇ of adjacent radio wave scattering units U is 10 It was varied so that it gradually increased at intervals of degrees.
  • the phase difference ⁇ between adjacent radio wave scattering portions U is set to be the scattering angle ⁇ of the radio wave scattering portion U2 located in the center.
  • the phase difference ⁇ between the adjacent radio wave scattering portions U does not need to be set to the scattering angle ⁇ of the radio wave scattering portion U located in the center.
  • the phase difference ⁇ between the radio wave scattering portion U1 and the radio wave scattering portion U2 may be set to be the scattering angle ⁇ of the radio wave scattering portion U1 .
  • the phase difference ⁇ between the radio wave scattering portion U2 and the radio wave scattering portion U3 may be set to be the scattering angle ⁇ of the radio wave scattering portion U3 . That is, the phase difference ⁇ between the adjacent radio wave scattering portions U may be set to be the scattering angle ⁇ of one of the adjacent radio wave scattering portions U.
  • the phase difference ⁇ between the adjacent radio wave scattering portions U becomes the intermediate scattering angle ⁇ between the two scattering angles ⁇ of the adjacent radio wave scattering portions U, such as the scattering angle ⁇ of the average value of the adjacent radio wave scattering portions U.
  • the phase difference ⁇ between the radio wave scattering portions U is preferably set so that the phase between the radio wave scattering portions U does not change abruptly. If the phase difference ⁇ between the adjacent radio wave scattering portions U is set to a scattering angle ⁇ that is different from the middle scattering angle ⁇ between the two scattering angles ⁇ of the adjacent radio wave scattering portions U, as shown in FIG. , there is a risk that the phase will change abruptly between the radio wave scattering portions U and the scattered beam will be disturbed.
  • the interval of the scattering angle ⁇ between adjacent radio wave scattering units U was set to 10 degrees. occurs discretely with respect to the angle.
  • the interval of the scattering angles ⁇ it is preferable to set the interval of the scattering angles ⁇ to 18 degrees or less.
  • the interval of the scattering angle ⁇ depends on the configuration of the radio wave scattering device such as the distance between the radio wave scattering units U.
  • the interval of the scattering angles ⁇ may be set to a value exceeding 18 degrees.
  • the radio wave scattering device 20 to which the first embodiment is applied is the case where the interval of the scattering angles ⁇ is 0 degree.
  • the radio wave scattering device can be configured by combining a plurality of radio wave scattering units U. Therefore, the assembly and installation of the radio wave scattering device are easier than when a large radio wave scattering device is installed.
  • the required scattered beam width can be obtained.
  • a plurality of types of radio wave scattering portions U may be standardized and prepared in advance, and radio wave scattering portions U having different scattering angles ⁇ may be combined in accordance with the required scattered beam width. In other words, it is not necessary to create a radio wave scattering device according to demand.

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Abstract

電波散乱装置は、入射ビームを予め定められた第１の散乱角で散乱させる複数のセルが配列された第１の電波散乱部と、入射ビームを予め定められた第２の散乱角で散乱させる複数のセルが配列された第２の電波散乱部と、を備え、第１の電波散乱部と第２の電波散乱部とは、隣接して配置され、第１の電波散乱部と第２の電波散乱部との間は、入射ビームを予め定められた散乱角に設定する位相差に設定されている。

Description

電波散乱装置及び電波散乱部材
　本発明は、電波散乱装置及び電波散乱部材に関する。
　準ミリ波帯やミリ波帯の電波のように波長が短くなると、電波の直進性が強くなるため、電波の透過に対して障壁となるビルなどの障壁物が存在すると、障壁物で遮られた部分が電波の不感地帯となる。不感地帯の解消には、入射した電波を散乱して電波を不感地帯に照射する電波散乱装置を用いることが有効である。
　特許文献１には、少なくとも第１及び第２の配列群を含み、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、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、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、２つの素子の間隔と素子による反射角に対する三角関数の値との積に比例し、第１の配列群による反射角は第２の配列群による反射角と異なるマルチビームリフレクトアレイが記載されている。
特開２０１３－４８３４３号公報
　ところで、電波散乱装置には、散乱ビームにより不感地帯をより広く覆うことが求められる。つまり、電波散乱装置は、散乱ビーム幅が広いことがよい。
　本発明は、複数の電波散乱部を備える電波散乱装置において、複数の電波散乱部間において位相を補正しない場合に比べ、散乱ビーム幅を広くできる電波散乱装置などを提供することを目的とする。
　本発明が適用される電波散乱装置は、入射ビームを予め定められた第１の散乱角で散乱させる複数のセルが配列された第１の電波散乱部と、入射ビームを予め定められた第２の散乱角で散乱させる複数のセルが配列された第２の電波散乱部と、を備え、第１の電波散乱部と第２の電波散乱部とは、隣接して配置され、第１の電波散乱部と第２の電波散乱部との間は、入射ビームを予め定められた散乱角に設定する位相差に設定されている。
　このような電波散乱装置において、第１の散乱角で散乱される第１の散乱ビームと、第２の散乱角で散乱される第２の散乱ビームとは、第１の電波散乱部側又は第２の電波散乱部側に投影した場合、第１の電波散乱部と第２の電波散乱部との間と交差することを特徴とすることができる。
　ここで、第１の散乱角と第２の散乱角とは同じであることを特徴とすることができる。
　また、第１の散乱角と第２の散乱角とが異なることを特徴とすることができる。
　そして、第１の電波散乱部と第２の電波散乱部との間は、第１の電波散乱部の第１の散乱角と第２の電波散乱部の第２の散乱角とのいずれか一方、又は第１の散乱角と第２の散乱角との間の角度の散乱角となる位相差に設定されていることを特徴とすることができる。
　また、本発明が適用される電波散乱装置は、入射ビームを予め定められた第３の散乱角で散乱する複数のセルが配列された第３の電波散乱部を備え、第３の電波散乱部は、第２の電波散乱部に隣接して設けられ、第２の電波散乱部と第３の電波散乱部との間は、入射ビームを予め定められた散乱角に設定する位相差に設定され、第１の散乱角で散乱される第１の散乱ビームと、第２の散乱角で散乱される第２の散乱ビームと、第３の散乱角で散乱される第３の散乱ビームとは、第１の電波散乱部側、第２の電波散乱部側又は第３の電波散乱部に投影した場合、第１の電波散乱部と第２の電波散乱部との間及び第２の電波散乱部と第３の電波散乱部との間と交差することを特徴とすることができる。
　そして、第１の電波散乱部の第１の散乱角、第２の電波散乱部の第２の散乱角、及び第３の電波散乱部の第３の散乱角は、この順で大きく、又は小さくなるように設定されていることを特徴とすることができる。
　他の観点から捉えると、電波散乱部材は、入射ビームを予め定められた散乱角で散乱する複数のセルが配列された電波散乱部材であって、入射ビームを予め定められた他の散乱角で散乱する複数のセルが配列され、電波散乱部材と組み合わせて用いられる他の電波散乱部材との間が予め定められた散乱角に設定する位相差である。
　本発明によれば、複数の電波散乱部間において位相を補正しない場合に比べ、散乱ビーム幅を広くできる電波散乱装置が提供できる。
電波散乱装置により不感地帯を解消する概念を説明する図である。（ａ）は、ビルが障壁物となって生じる不感地帯を複数の電波散乱装置により解消する場合を説明する図、（ｂ）は、電波散乱装置による散乱方向を説明する図である。 電波散乱装置で散乱させた散乱ビームの一例を示す図である。（ａ）は、Ｖ偏波を示す図、（ｂ）は、Ｈ偏波を示す図、（ｃ）は、（ａ）、（ｂ）の電波散乱装置を４倍の面積にした電波散乱装置でのＶ偏波を示す図である。 第１の実施の形態が適用される電波散乱装置の一例を説明する図である。 電波散乱部を構成するセルの一例を説明する図である。（ａ）は、平面図、（ｂ）は、断面図、（ｃ）は、パラメータとその値である。 電波散乱部において、散乱角を設定する方法を説明する図である。 第１の実施の形態が適用される電波散乱装置の実施例を説明する図である。（ａ）は、電波散乱部の配列、（ｂ）は、セルに設定された位相、（ｃ）は、散乱特性である。 比較例として示す第１の実施の形態が適用されない電波散乱装置を説明する図である。（ａ）は、電波散乱部の配列、（ｂ）は、セルに設定された位相、（ｃ）は、散乱特性である。 第２の実施の形態が適用される電波散乱装置の実施例を説明する図である。（ａ）は、電波散乱部の配列、（ｂ）は、セルに設定された位相、（ｃ）は、散乱特性である。 比較例として示す第２の実施の形態が適用されない電波散乱装置を説明する図である。（ａ）は、電波散乱部の配列、（ｂ）は、セルに設定された位相、（ｃ）は、散乱特性である。 第２の実施の形態が適用される電波散乱装置の変形例である電波散乱装置を説明する図である。（ａ）は、電波散乱部の配列、（ｂ）は、セルに設定された位相、（ｃ）は、散乱特性である。 第２の実施の形態が適用される電波散乱装置の他の変形例である電波散乱装置を説明する図である。（ａ）は、電波散乱部の配列、（ｂ）は、セルに設定された位相、（ｃ）は、散乱特性である。
　以下に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
　準ミリ波帯やミリ波帯の電波のように波長が短くなると、電波の直進性が強くなる。このため、ビルなどの電波の透過に対して障壁となる障壁物があると、障壁物で遮られた部分は、電波が届きにくい不感地帯になる。不感地帯を解消するために、電波散乱装置により電波を散乱させて、散乱ビームを不感地帯に照射することが行われる。
（電波散乱装置１０）
　電波散乱装置１０の概要を説明する。
　図１は、電波散乱装置１０により不感地帯を解消する概念を説明する図である。図１（ａ）は、ビル３が障壁物となって生じる不感地帯を複数の電波散乱装置１０により解消する場合を説明する図、図１（ｂ）は、電波散乱装置１０による散乱方向を説明する図である。
　図１（ａ）に示すように、地表１上に３つのビル３（区別する場合は、ビル３ａ、３ｂ、３ｃ）が並列して設けられている。ビル３ａの屋上に電波を送受信する基地局アンテナ２が設けられている。図１（ａ）では、基地局アンテナ２は、地表１に垂直に配置された複数のアンテナ（放射素子）で構成されたアレイアンテナとして図示されている。そして、ビル３ｃの屋上に電波散乱装置１０（区別する場合には、電波散乱装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）が設けられている。電波散乱装置１０は、基地局アンテナ２が見通せる位置に設けられている。つまり、基地局アンテナ２が、準ミリ波帯やミリ波帯のように波長が短い電波を送受信する場合であっても、基地局アンテナ２からの電波は、直接電波散乱装置１０に入射する。
　まず、ビル３ｃの屋上に電波散乱装置１０が設けられていないとする。基地局アンテナ２が、準ミリ波帯やミリ波帯のように波長が短い電波を送受信する場合、ビル３ｂが電波の透過に対する障壁物となる。このため、基地局アンテナ２から送信された電波は、直接には、ビル３ｂとビル３ｃとの間の地表１上に届かない。つまり、ビル３ｂとビル３ｃとの間の地表１の部分は、不感地帯となる。
　ここで、ビル３ｃの屋上に電波散乱装置１０を設けると、基地局アンテナ２からの電波は、電波散乱装置１０により散乱され、散乱ビームがビル３ｂとビル３ｃとの間の不感地帯に照射される。電波散乱装置１０を設けることで、電波散乱装置１０が設けられない場合に発生するビル３ｂとビル３ｃとの間の不感地帯が解消される。
　図１（ｂ）では、基地局アンテナ２は、放射素子がマトリクス状に配列されたアレイアンテナとして示されている。ここでは、基地局アンテナ２と携帯端末４との間で電波を送受信する。図１（ｂ）に示すように、基地局アンテナ２と携帯端末４との間には、電波の透過に対して障壁となるビル３が存在する。このため、基地局アンテナ２から携帯端末４の方向に直線的に入射するように進む入射ビーム１１ａは、ビル３が障壁物となって、携帯端末４に届かない（届かないことを“Ｘ”で示す）。
　一方、基地局アンテナ２から入射する入射ビーム１１ｂが電波散乱装置１０で散乱されると、散乱によって生成された散乱ビーム１２ａが携帯端末４に届く。ここでは、電波散乱装置１０には入射ビーム１１ｂが入射角αで入射し、入射角αと異なる散乱角θで散乱ビーム１２ａが出射する（α≠θ）。なお、電波散乱装置１０が鏡面反射する場合には、散乱ビーム１２ｂは、反射角αで出射する。電波散乱装置１０が鏡面反射する場合には、図１（ｂ）に破線で示す方向に散乱ビーム１２ｂが生じる。このため、電波は、携帯端末４に届かない。このように、電波散乱装置１０が入射角αと異なる散乱角θで電波を散乱するように設定すると、電波散乱装置１０の設計が容易になる。
　本明細書では、電波を散乱させて出射することから、電波散乱装置と表記するが、電波を反射させて出射するとして、電波反射装置としてもよい。また、電波散乱装置により散乱されることから散乱ビームと表記するが、反射ビームとしてもよい。また、電波散乱装置の垂線方向に対する散乱ビームが出射する角度を散乱角、又は散乱角度と表記するが、反射角、又は反射角度としてもよい。
　図２は、電波散乱装置１０で散乱させた散乱ビーム１２の一例を示す図である。図２（ａ）は、Ｖ偏波を示す図、図２（ｂ）は、Ｈ偏波を示す図、図２（ｃ）は、図２（ａ）、（ｂ）の電波散乱装置１０を４倍の面積にした電波散乱装置１０′でのＶ偏波を示す図である。なお、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、紙面の上側に斜視図を示し、紙面の下側に散乱ビーム１２の強度を極座標で示す。斜視図において、図示するようにｘ方向、ｙ方向及びｚ方向を設定する。これについては、後述する。極座標において、紙面に対して、右方向が－ｘ方向、左方向が＋ｘ方向、上方向が＋ｚ方向である。なお、散乱ビームの強度は、シミュレーションによって求めた。
　ここでは、電波散乱装置１０は、平面形状が長手方向と短手方向とを有する四角形であって、後述するセル＃（後述する図４参照）がマトリクス状に配列されたメタサーフェスである。ここで、四角形の長手方向をｘ方向とし、短手方向をｙ方向とし、四角形に垂直な方向をｚ方向とする。図示するように、ｚ軸からｘ軸に向かう角度をη、ｚ軸からｙ軸に向かう角度をζとする。ここでは、電波散乱装置１０に入射する入射ビーム（図１（ｂ）における入射ビーム１１ｂに相当）は、角度ηを０度、角度ζを２０度に設定されている。つまり、入射ビームは、ｙｚ面にあって、ｚ軸からｙ軸側に２０度傾いている。一方、散乱ビーム１２は、角度ηを４５度、角度ζを０度に設定に設定されている。つまり、散乱ビーム１２は、ｘｚ面において、ｚ軸からｘ軸側に４５度傾いている。また、電波は、２８ＧＨｚである。なお、Ｖ偏波は、ｙ方向に電界が振動する偏波であり、Ｈ偏波は、ｘ方向に電界が振動する偏波である。
　図２（ａ）に示すように、Ｖ偏波は、ｘｚ面において４５度（角度η＝４５度、角度ζ＝０度）方向に散乱ビーム１２が発生している。そして、散乱ビーム幅は、８度である。同様に、図２（ｂ）に示すように、Ｈ偏波は、ｘｚ面において４５度（角度η＝４５度、角度ζ＝０度）方向に散乱ビーム１２が発生している。そして、散乱ビーム１２の幅は、８度である。つまり、電波散乱装置１０は、Ｖ偏波とＨ偏波とに対して同様な散乱特性を有している。ここでの散乱ビーム１２の幅は、－３ｄＢにおける幅である。なお、電波散乱装置１０は、Ｖ偏波とＨ偏波とに対して異なる散乱特性を有するようにしてもよい。
　図２（ｃ）に示す電波散乱装置１０′は、図２（ａ）、（ｂ）に示した電波散乱装置１０を４個配列して構成されている。つまり、面積が４倍となっている。なお、電波散乱装置１０′を構成する４個の電波散乱装置１０間においては、後述する位相の補正を行っていない。図２（ｃ）に示す電波散乱装置１０′では、散乱ビーム１２′におけるＶ偏波のピーク強度は、図２（ａ）に示した電波散乱装置１０の散乱ビーム１２のピーク強度より大きい。しかし、散乱ビーム１２′の散乱ビーム幅は、４度であって、図２（ａ）に示した電波散乱装置１０の散乱ビーム１２の散乱ビーム幅（８度）に比べ狭くなっている。つまり、電波散乱装置１０の面積を大きくすると、散乱ビーム幅は逆に狭くなる。
　以上説明したように、電波散乱装置１０は、電波散乱装置１０′のように面積を広げても、散乱ビーム幅は広くならない。よって、より広く不感地帯を解消しようとすると、図１（ａ）に示したように、散乱ビーム幅が狭くならない間隔で複数の電波散乱装置１０を配置されている。
［第１の実施の形態］
　次に、第１の実施の形態が適用される電波散乱装置２０を説明する。
　図３は、第１の実施の形態が適用される電波散乱装置２０の一例を説明する図である。図３において、紙面の右方向をｘ方向、紙面の上方向をｙ方向、紙面の表面方向をｚ方向とする。
　第１の実施の形態が適用される電波散乱装置２０は、複数の電波散乱部Ｕを備えている。ここでは、電波散乱装置２０は、電波散乱部Ｕをｘ方向にｎ個、ｙ方向にｍ個備えている。ｍ、ｎは、１以上の整数（自然数）である。つまり、電波散乱装置２０は、ｍ×ｎ個の電波散乱部Ｕを備えている。各電波散乱部Ｕを区別する場合には、Ｕｍｎと表記する（ｍ、ｎ＝１、２、３、…）。ここで、ｘ方向の配列を行、ｙ方向の配列を列と表記する。なお、電波散乱装置２０は、ｘ方向に複数の電波散乱部Ｕを一行備えていてもよく（ｍ＝１、ｎ＞１）、ｙ方向に複数の電波散乱部Ｕを一列備えていてもよい（ｍ＞１、ｎ＝１）。また、電波散乱装置１０はｘ方向にｎ個、ｙ方向にｍ個備えているとしたが、ｘ方向に配列された電波散乱部Ｕの数が行ごとに異なっていてもよく、ｙ方向に配列された電波散乱部Ｕの数が列ごとに異なっていてもよい。
　電波散乱部Ｕｍｎは、セル＃をｘ方向にｊ個、ｙ方向にｉ個備えている。ｉ、ｊは、１以上の整数（自然数）である。つまり、セル＃は、ｉ×ｊ個のセル＃を備えている。各セル＃を区別する場合には、セル＃（ｉ，ｊ）ｍｎ（ｉ、ｊ＝１、２、３、…、ｍ、ｎ＝１、２、３、…）と表記する。なお、各電波散乱部Ｕが備えるセル＃の数は、同じであってもよく、異なっていてもよい。また、電波散乱部Ｕは、ｘ方向に複数のセル＃を一行備えてもよく（（ｉ）ｍｎ＝１、（ｊ）ｍｎ＞１）、ｙ方向に複数のセル＃を一列備えてもよい（（ｉ）ｍｎ＞１、（ｊ）ｍｎ＝１）。ここでは、電波散乱部Ｕｍｎが備えるセル＃は、ｘ方向にｊ個、ｙ方向にｉ個としたが、ｘ方向に配列されたセル＃の数が行ごとに異なってもよく、ｙ方向に配列されたセル＃の数が列ごとに異なってもよい。
　電波散乱装置２０を構成する複数の電波散乱部Ｕは、一つの平面上に配置されている。なお、複数の電波散乱部Ｕは、互いに交差する平面上に設けられていてもよい。また、複数の電波散乱部Ｕは、曲面上に設けられていてもよい。
　また、電波散乱部Ｕの各セル＃は、一つの平面上に配置されている。なお、電波散乱部Ｕの各セル＃は、交差する平面上又は曲面上に設けられていてもよい。
（セル＃）
　図４は、電波散乱部Ｕを構成するセル＃の一例を説明する図である。図４（ａ）は、平面図、図４（ｂ）は、断面図、図４（ｃ）は、パラメータとその値である。図４（ａ）において、紙面の右方向をｘ方向、紙面の上方向をｙ方向、紙面の表方向をｚ方向とする。図４（ｂ）において、紙面の右方向をｘ方向、紙面の上方向をｚ方向、紙面の裏方向をｙ方向とする。ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は、図３と同じ方向である。
　図４（ａ）に示すように、セル＃は、平面形状が一辺長Ｄの正方形である。そして、電波散乱部Ｕにおいて、セル＃は、一辺長Ｄをピッチとしてｘ方向及びｙ方向に配列されている。以下では、セル＃は、ピッチＤで配列されているとして説明する。例えば、図４（ｃ）に示すように、周波数２８ＧＨｚにおいて、一辺長Ｄ（ピッチＤ）は、５ｍｍに設定されている。５ｍｍは、周波数２８ＧＨｚの波長λの０．４６７に対応する（０．４６７λ）。一辺長Ｄ（ピッチＤ）は、周波数などによって設定されればよく、他の値であってもよい。
　図４（ｂ）に示すように、セル＃は、基板１０１と、基板１０１の表面側（＋ｚ方向側）に設けられた十字ダイポールの表面電極１０２と、基板１０１の裏面側（－ｚ方向側）の全面に設けられた接地電極１０３とを備えている。接地電極１０３は、接地電位（ＧＮＤ）に設定される。
　基板１０１は、誘電体基板であって、例えば、図４（ｃ）に示すように、比誘電率εｒが３．０で厚さｔが１．３ｍｍである。比誘電率εｒ、厚さｔは、他の値であってもよい。表面電極１０２及び接地電極１０３は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などの導電性材料で構成されるとよい。
　表面電極１０２である十字ダイポールは、全体の長さがｌ、十字部分の幅がＷである。例えば、図４（ｃ）に示すように、幅Ｗは、１ｍｍである。隣接する十字ダイポールにおいて、長さｌを異ならせることにより、後述する図５で説明する位相差φを設けている。長さｌが１．０ｍｍから５．０ｍｍの範囲において、２７８度の位相差φが得られる。なお、幅Ｗは、他の値であってもよい。ここでは、幅Ｗを固定して、長さｌを異ならせて位相差φを得たが、長さｌを固定して、幅Ｗを異ならせて位相差φを得てもよい。位相差を位相と表記することがある。
　接地電極１０３は、隣接するセル＃間において連続している。つまり、電波散乱部Ｕは、表面側及び裏面側にそれぞれ導電性材料からなる導電体層が設けられた基板１０１を用い、表面側（＋ｚ方向側）の導電体層を形状の異なる複数の表面電極１０２（十字ダイポール）に加工して構成される。
　ここでは、セル＃の表面電極１０２は、十字ダイポールであるとして説明したが、他の形状であってもよい。セル＃の表面電極１０２の平面形状は、例えば、四角形、円形、リング状などの他の形状であってよい。また、表面電極１０２と接地電極１０３とがビアで接続された、所謂マッシュルーム構造であってもよい。
　図５は、電波散乱部Ｕにおいて、散乱角θを設定する方法を説明する図である。図５において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｚ方向である。図５では、図３に示した電波散乱部Ｕにおける１行目のセル＃を示している。なお、電波散乱部Ｕを区別するｍｎの添え字の記載を省略している。なお、設定する散乱角θは、散乱ビームの強度が最大となる角度である。
　セル＃（１，ｊ）は、ｘ方向にピッチＤで配列されている。そして、セル＃の配列に対して垂直方向（－ｚ方向）から電波が入射し、ｘｚ面内において散乱ビーム２２がｚ軸からｘ軸側に向かって角度θ傾いた方向に散乱されるとする。図２（ａ）に示したｚ軸からｘ軸に向かう角度ηが角度θの場合に相当する。なお、散乱ビーム２２の角度θを散乱角θと表記する。この場合、各セル＃間の位相差がφになるように設定すればよい。つまり、セル＃（１，１）の位相が０、セル＃（１，２）の位相が－φ、セル＃（１，３）の位相が－２φ、セル＃（１，４）の位相が－３φ、セル＃（１，ｊ）の位相が－（ｊ－１）φとすればよい。
　散乱角θを得るために設定される各セル＃間の位相差φは、
φ＝ｋ・Ｄ・ｓｉｎθ　　　　　　　　　　（１）
で表される。なお、ｋは、波数で２π／λである。ここで、λは、波長である。
　つまり、隣接するセル＃間において、式（１）で設定される位相差φが生じるようにセル＃を設定する。図４に示したセル＃では、表面電極１０２である十字ダイポールの長さｌを異ならせることで、隣接するセル＃間において位相差φが設定される。
　なお、図５では、ｘ方向に配列されたセル＃で説明したが、ｙ方向に配列されたセル＃に対しても位相差が設定できる。また、ｘ方向とｙ方向とでセル＃間の位相差を設定すると、ｘｚ面以外の方向に散乱角θを設定できる。ここでは、セル＃の配列に対して、垂直に電波が入射する場合を説明したが、セル＃の配列に斜めに電波が入射する場合についても、同様な方法により位相差φを設定すればよい。
　このように、予め設定された位相差でセル＃を配列して散乱角θを設定した電波散乱部Ｕは、リフレクトアレイと呼ばれることがある。また、複数の電波散乱部Ｕを備える電波散乱装置２０をリフレクトアレイと呼んでもよい。
　以下実施例に基づいて、第１の実施の形態が適用される電波散乱装置２０を説明する。
　図６は、第１の実施の形態が適用される電波散乱装置２０の実施例を説明する図である。図６（ａ）は、電波散乱部Ｕの配列、図６（ｂ）は、セル＃に設定された位相、図６（ｃ）は、散乱特性である。図６（ｂ）において、横軸は電波散乱部Ｕのセル＃、縦軸はセル＃に設定された位相である。図６（ｃ）において、横軸は角度（度）、縦軸はピーク強度で正規化された散乱ビームの強度（ｄＢ）である。なお、散乱特性は、シミュレーションによって求めた。他の散乱特性も同様である。以下では、図６（ａ）に示す電波散乱装置２０の実施例を第１の実施の形態が適用される電波散乱装置２０と表記する。
　電波散乱装置２０は、図３において、ｘ方向に配列された３個の電波散乱部Ｕ（電波散乱部Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３）で構成されている（図６（ａ））。つまり、図３において、ｍ＝１、ｎ＝３の場合である。電波散乱装置２０は、一行に配列された３個の電波散乱部Ｕで構成されている。そこで、電波散乱部Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３を、電波散乱部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３と表記する。また、各電波散乱部Ｕのセル＃についても、＃（ｉ，ｊ）１、＃（ｉ，ｊ）２、＃（ｉ，ｊ）３と表記する。そして、図６（ｃ）に示す角度（度）は、電波散乱装置２０に垂直な方向（ｚ軸）からｘ軸に対する角度であって、図２（ａ）に示した角度ηに対応する。電波散乱部Ｕ１が第１の電波散乱部の一例、電波散乱部Ｕ２が第２の電波散乱部の一例、電波散乱部Ｕ３が第３の電波散乱部の一例である。なお、電波散乱部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３は、電波散乱部材の一例である。
　各電波散乱部Ｕは、ｘ方向に２０個、ｙ方向に１０個配列されたセル＃を備えている。つまり、図３において、ｉ＝１０、ｊ＝２０である。そして、電波散乱装置２０は、ｘ方向の長さＬ１が３００ｍｍ、ｙ方向の長さＬ２が５０ｍｍである。
　電波散乱部Ｕには、電波散乱装置２０に対して垂直（－ｚ方向）に電波が入射する。そして、各電波散乱部Ｕは、図６（ｂ）に示すように、各セル＃の位相がｘｚ面において散乱角θが＋４５度（θ＝４５度）になるように設定されている（図５参照）。さらに、電波散乱部Ｕ間において散乱角θが＋４５度となるように、位相が設定されている。つまり、電波散乱部Ｕ１の＋ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，２０）１と、電波散乱部Ｕ２の－ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，１）２との間の位相差φが、散乱角θが４５度になるように設定されている。同様に、電波散乱部Ｕ２の＋ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，２０）２と、電波散乱部Ｕ３の－ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，１）３との間の位相差φが、散乱角θが＋４５度になるように設定されている。つまり、図６（ｂ）に示すように、電波散乱装置２０は、電波散乱部Ｕ１～Ｕ３のすべてのセル＃において位相が連続的に変化するように設定されている。なお、電波を垂直に入射させ、ｘｚ面において散乱角θを＋４５度に設定する場合には、ｙ方向に配列されたセル＃間において位相差を設けることを要しないが、他の場合には、ｙ方向に配列されたセル＃間において位相差を設ければよい。
　ここでは、電波散乱部Ｕ間において、位相差を設定することを、位相を補正すると表記する。ここで、電波散乱部Ｕ１の＋４５度の散乱角θが第１の散乱角の一例、電波散乱部Ｕ１からの散乱ビームが第１の散乱ビームの一例であり、電波散乱部Ｕ２の＋４５度の散乱角θが第２の散乱角の一例、電波散乱部Ｕ２からの散乱ビームが第２の散乱ビームの一例、電波散乱部Ｕ３の＋４５度の散乱角θが第３の散乱角の一例、電波散乱部Ｕ３からの散乱ビームが第２の散乱ビームの一例である。
　図６（ｃ）に示すように、第１の実施の形態が適用される電波散乱装置２０は、設定した４５度の散乱角θに近い４３度をピークとする散乱ビームが得られている。そして、強度－１０ｄＢでの散乱ビーム幅は、４．５度である。以下では、散乱ビーム幅は、便宜的に強度－１０ｄＢでの値で説明する。なお、他の強度で比較してもよい。
　図７は、比較例として示す第１の実施の形態が適用されない電波散乱装置２０′を説明する図である。図７（ａ）は、電波散乱部Ｕの配列、図７（ｂ）は、セル＃に設定された位相、図７（ｃ）は、散乱特性である。図７（ｂ）、図７（ｃ）における横軸、縦軸は、図６（ｂ）、（ｃ）と同様である。
　図７（ａ）に示す第１の実施の形態が適用されない電波散乱装置２０′は、図６（ａ）に示した第１の実施の形態が適用される電波散乱装置２０と同様に、ｘ方向に配列された３個の電波散乱部Ｕ（電波散乱部Ｕ１～Ｕ３）で構成されている。電波散乱装置２０′の他の構成は、電波散乱装置２０と同様である。
　電波散乱部Ｕには、電波散乱部Ｕに対して垂直（－ｚ方向）に電波が入射する。そして、各電波散乱部Ｕは、図７（ｂ）に示すように、各セル＃の位相がｘｚ面において散乱角θが＋４５度（θ＝４５度）になるように設定されている（図５参照）。しかし、電波散乱部Ｕ間において位相の補正を行っていない。したがって、図７（ｂ）に示すように、電波散乱部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の内部では、各セル＃間において位相が連続的に変化するが、電波散乱部Ｕ間、つまり電波散乱部Ｕ１と電波散乱部Ｕ２との間、及び電波散乱部Ｕ２と電波散乱部Ｕ３との間において、位相が不連続に変化する。
　図７（ｃ）に示すように、第１の実施の形態が適用されない電波散乱装置２０′は、角度＋４２度、＋４４度、＋４８度をそれぞれピークとする散乱ビームを生じる。なお、設定した＋４５度の散乱角θに近い＋４４度の散乱ビームは、強度が他の散乱ビームに比べ小さく、且つ強度－１０ｄＢでの散乱ビーム幅が１．５度と狭い。つまり、第１の実施の形態が適用される電波散乱装置２０のように、電波散乱部Ｕ間において位相を補正することにより、設定した散乱角θに近い散乱ビームの幅が広くなる。
　ここでは、電波散乱部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３からの反射ビームは、ｘｚ面内にあるとしたが、必ずしもｘｚ面内になくてもよい。電波散乱部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３からの反射ビームは、ｘｚ面から±ｙ方向にずれた面内にあってもよい。他の場合も同様である。
［第２の実施の形態］
　次に、第２の実施の形態が適用される電波散乱装置３０を説明する。なお、第２の実施の形態が適用される電波散乱装置３０は、図３に示したと同様の構成を有している。この部分の説明は省略する。
　図８は、第２の実施の形態が適用される電波散乱装置３０の実施例を説明する図である。図８（ａ）は、電波散乱部Ｕの配列、図８（ｂ）は、セル＃に設定された位相、図８（ｃ）は、散乱特性である。図８（ｂ）、（ｃ）における横軸、縦軸は、図６（ｂ）、（ｃ）と同様である。
　第２の実施の形態が適用される電波散乱装置３０は、図６（ａ）に示した第１の実施の形態が適用される電波散乱装置２０と同様に、ｘ方向に配列された３個の電波散乱部Ｕ（電波散乱部Ｕ１～Ｕ３）で構成されている（図８（ａ））。電波散乱装置３０の他の構成は、電波散乱装置２０と同様である。以下では、図８（ａ）に示す電波散乱装置３０の実施例を第２の実施の形態が適用される電波散乱装置３０と表記する。
　電波散乱部Ｕには、電波散乱部Ｕに対して垂直（－ｚ方向）に電波が入射する。そして、図８（ｂ）に示すように、電波散乱部Ｕ１は、各セル＃の位相がｘｚ面において散乱角θが＋３５度（θ＝３５度）になるように設定され、電波散乱部Ｕ２は、各セル＃の位相がｘｚ面において散乱角θが＋４５度（θ＝４５度）になるように設定され、電波散乱部Ｕ３は、各セル＃の位相がｘｚ面において散乱角θが＋５５度（θ＝５５度）になるように設定されている。さらに、電波散乱部Ｕ間における位相が、電波散乱部Ｕ２と同じく、散乱角θが＋４５度になるように設定されている。つまり、電波散乱部Ｕ１の＋ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，２０）１と、電波散乱部Ｕ２の－ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，１）２との間の位相差φが、散乱角θが＋４５度になるように設定されている。同様に、電波散乱部Ｕ２の＋ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，２０）２と、電波散乱部Ｕ３の－ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，１）３との間の位相差φが、散乱角θが＋４５度になるように設定されている。その他のセル＃についても、電波散乱部Ｕの＋ｘ方向側の端部に位置するセル＃と、この電波散乱部Ｕに隣接する電波散乱部Ｕの－ｘ方向側の端部に位置するセル＃との間の位相差φが、散乱角θが＋４５度になるように設定されている。つまり、図８（ｂ）に示すように、電波散乱装置３０は、電波散乱部Ｕ１～Ｕ３のすべてのセル＃において位相が連続的に変化するように設定されている。
　ここで、電波散乱部Ｕ１の＋３５度の散乱角θが第１の散乱角の他の一例、電波散乱部Ｕ１からの散乱ビームが第１の散乱ビームの他の一例であり、電波散乱部Ｕ２の＋４５度の散乱角θが第２の散乱角の他の一例、電波散乱部Ｕ２からの散乱ビームが第２の散乱ビームの一例、電波散乱部Ｕ３の＋５５度の散乱角θが第３の散乱角の他の一例、電波散乱部Ｕ３からの散乱ビームが第３の散乱ビームの他の一例である。
　図８（ｃ）に示すように、第２の実施の形態が適用される電波散乱装置３０は、電波散乱部Ｕ１に設定した＋３５度の散乱角θより小さい２９度から、電波散乱部Ｕ３に設定した＋５５度の散乱角θより大きい５８．５度の範囲において、強度が大きい散乱ビームが得られている。そして、この範囲において、散乱ビームの強度の変化が少ない。つまり、電波散乱部Ｕ１、電波散乱部Ｕ２、電波散乱部Ｕ３からの散乱ビームが重ね合わされている。これにより、強度－１０ｄＢでの散乱ビーム幅として、２９．５度が得られる。この散乱ビーム幅は、図６（ｃ）に示した第１の実施の形態が適用される電波散乱装置２０の散乱ビーム幅に比べ広い。よって、電波散乱装置３０を用いると、電波が届く領域が広がり、電波が届きにくい不感地帯がより解消されやすい。
　図９は、比較例として示す第２の実施の形態が適用されない電波散乱装置３０′を説明する図である。図９（ａ）は、電波散乱部Ｕの配列、図９（ｂ）は、セル＃に設定された位相、図９（ｃ）は、散乱特性である。図９（ｂ）、（ｃ）における横軸、縦軸は、図６（ｂ）、（ｃ）と同様である。
　図９（ａ）に示す第２の実施の形態が適用されない電波散乱装置３０′は、図８（ａ）に示した第２の実施の形態が適用される電波散乱装置３０と同様に、ｘ方向に配列された３個の電波散乱部Ｕ（電波散乱部Ｕ１～Ｕ３）で構成されている。電波散乱装置３０′の他の構成は、電波散乱装置２０と同様である。
　電波散乱部Ｕには、電波散乱部Ｕに対して垂直（－ｚ方向）に電波が入射する。そして、図９（ｂ）に示すように、電波散乱部Ｕ１は、各セル＃の位相がｘｚ面において散乱角θが＋３５度（θ＝３５度）になるように設定され、電波散乱部Ｕ２は、各セル＃の位相がｘｚ面において散乱角θが＋４５度（θ＝４５度）になるように設定され、電波散乱部Ｕ３は、各セル＃の位相がｘｚ面において散乱角θが＋５５度（θ＝５５度）になるように設定されている（図５参照）。しかし、電波散乱部Ｕ間において位相の補正を行っていない。したがって、図９（ｂ）に示すように、電波散乱部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の内部では、各セル＃間において位相が連続的に変化するが、電波散乱部Ｕ間、つまり電波散乱部Ｕ１と電波散乱部Ｕ２との間、及び電波散乱部Ｕ２と電波散乱部Ｕ３との間において、位相が不連続に変化する。
　図９（ｃ）に示すように、第２の実施の形態が適用されない電波散乱装置３０′は、図８（ｃ）に示した第２の実施の形態が適用される電波散乱装置３０と同様に、電波散乱部Ｕ１に設定した＋３５度の散乱角θより小さい３０度から、電波散乱部Ｕ３に設定した＋５５度の散乱角θより大きい６０度の範囲において、散乱ビームが得られている。しかし、３０度から６０度に向かって散乱ビームの強度が小さくなるとともに、５０度近傍では、散乱ビームの強度がディップ状に小さくなっている。したがって、第２の実施の形態が適用されない電波散乱装置３０′の散乱ビーム幅は、図８（ｃ）に示した第２の実施の形態が適用される電波散乱装置３０に比べ小さい。
　以上説明したように、第２の実施の形態が適用される電波散乱装置３０で説明したように、複数の電波散乱部Ｕ間において散乱角θを異ならせるとともに、隣接する電波散乱部Ｕ間において位相を補正することにより、散乱ビームの幅が広くなる。
　図１０は、第２の実施の形態が適用される電波散乱装置３０の変形例である電波散乱装置４０を説明する図である。図１０（ａ）は、電波散乱部Ｕの配列、図１０（ｂ）は、セル＃に設定された位相、図１０（ｃ）は、散乱特性である。図１０（ｂ）、（ｃ）における横軸、縦軸は、図６（ｂ）、（ｃ）と同様である。
　電波散乱装置４０は、図８（ａ）に示した第２の実施の形態が適用される電波散乱装置３０と同様に、ｘ方向に配列された３個の電波散乱部Ｕ（電波散乱部Ｕ１～Ｕ３）で構成されている（図１０（ａ））。電波散乱装置４０の他の構成は、電波散乱装置３０と同様である。以下では、図１０（ａ）に示す電波散乱装置３０の変形例を第２の実施の形態が適用される電波散乱装置４０と表記する。
　電波散乱部Ｕには、電波散乱部Ｕに対して垂直（－ｚ方向）に電波が入射する。そして、図１０（ｂ）に示すように、電波散乱部Ｕ１は、各セル＃の位相がｘｚ面において散乱角θが＋１５度（θ＝１５度）になるように設定され、電波散乱部Ｕ２は、各セル＃の位相がｘｚ面において散乱角θが＋２５度（θ＝２５度）になるように設定され、電波散乱部Ｕ３は、各セル＃の位相がｘｚ面において散乱角θが＋３５度（θ＝３５度）になるように設定されている。さらに、電波散乱部Ｕ間における位相が、電波散乱部Ｕ２と同じく、散乱角θが＋２５度になるように設定されている。つまり、電波散乱部Ｕ１の＋ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，２０）１と、電波散乱部Ｕ２の－ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，１）２との間の位相差φが、散乱角θが＋２５度になるように設定されている。同様に、電波散乱部Ｕ２の＋ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，２０）２と、電波散乱部Ｕ３の－ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，１）３との間の位相差φが、散乱角θが＋２５度になるように設定されている。その他のセル＃についても、電波散乱部Ｕの＋ｘ方向側の端部に位置するセル＃と、この電波散乱部Ｕに隣接する電波散乱部Ｕの－ｘ方向側の端部に位置するセル＃との間の位相差φが、散乱角θが＋２５度になるように設定されている。つまり、図１０（ｂ）に示すように、電波散乱装置４０は、電波散乱部Ｕ１～Ｕ３のすべてのセル＃において位相が連続的に変化するように設定されている。
　図１０（ｃ）に示すように、電波散乱装置４０は、電波散乱部Ｕ１に設定した＋１５度の散乱角θより小さい１４度から、電波散乱部Ｕ３に設定した＋３５度の散乱角θより大きい３９度の範囲において、強度が大きい散乱ビームが得られる。つまり、電波散乱部Ｕ１、電波散乱部Ｕ２、電波散乱部Ｕ３からの散乱ビームが重ね合わされている。これにより、強度－１０ｄＢでの散乱ビーム幅としては、２５度が得られる。この散乱ビーム幅は、図８（ｃ）に示した電波散乱装置３０と同様に広い。よって、電波散乱装置４０を用いると、電波が届く領域が広がり、電波が届きにくい不感地帯がより解消されやすい。
　図１１は、第２の実施の形態が適用される電波散乱装置３０の他の変形例である電波散乱装置５０を説明する図である。図１１（ａ）は、電波散乱部Ｕの配列、図１１（ｂ）は、セル＃に設定された位相、図１１（ｃ）は、散乱特性である。図１１（ｂ）、（ｃ）における横軸、縦軸は、図６（ｂ）、（ｃ）と同様である。
　電波散乱装置５０は、図８（ａ）に示した第２の実施の形態が適用される電波散乱装置３０と同様に、ｘ方向に配列された３個の電波散乱部Ｕ（電波散乱部Ｕ１～Ｕ３）で構成されている（図１１（ａ））。電波散乱装置５０の他の構成は、電波散乱装置３０と同様である。以下では、図１１（ａ）に示す電波散乱装置３０の他の変形例を第２の実施の形態が適用される電波散乱装置５０と表記する。
　電波散乱部Ｕには、電波散乱部Ｕに対して垂直（－ｚ方向）に電波が入射する。そして、図１１（ｂ）に示すように、電波散乱部Ｕ１は、各セル＃の位相がｘｚ面において散乱角θが＋２５度（θ＝２５度）になるように設定され、電波散乱部Ｕ２は、各セル＃の位相がｘｚ面において散乱角θが＋３５度（θ＝３５度）になるように設定され、電波散乱部Ｕ３は、各セル＃の位相がｘｚ面において散乱角θが＋４５度（θ＝４５度）になるように設定されている。さらに、電波散乱部Ｕ間における位相が、電波散乱部Ｕ２と同じく、散乱角θが＋３５度になるように設定されている。つまり、電波散乱部Ｕ１の＋ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，２０）１と、電波散乱部Ｕ２の－ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，１）２との間の位相差φが、散乱角θが＋３５度になるように設定されている。同様に、電波散乱部Ｕ２の＋ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，２０）２と、電波散乱部Ｕ３の－ｘ方向側の端部に位置するセル＃（１，１）３との間の位相差φが、散乱角θが＋３５度になるように設定されている。その他のセル＃についても、電波散乱部Ｕの＋ｘ方向側の端部に位置するセル＃と、この電波散乱部Ｕに隣接する電波散乱部Ｕの－ｘ方向側の端部に位置するセル＃との間の位相差φが、散乱角θが＋３５度になるように設定されている。つまり、図１１（ｂ）に示すように、電波散乱装置５０は、電波散乱部Ｕ１～Ｕ３のすべてのセル＃において位相が連続的に変化するように設定されている。
　図１１（ｃ）に示すように、電波散乱装置５０は、電波散乱部Ｕ１に設定した＋２５度の散乱角θより小さい２１度から、電波散乱部Ｕ３に設定した＋４５度の散乱角θより大きい４８度の範囲において、強度が大きい散乱ビームが得られる。つまり、電波散乱部Ｕ１、電波散乱部Ｕ２、電波散乱部Ｕ３からの散乱ビームが重ね合わされている。これにより、強度－１０ｄＢでの散乱ビーム幅として、２７度が得られる。この散乱ビーム幅は、図８（ｃ）に示した電波散乱装置３０と同様に広い。よって、電波散乱装置５０を用いると、電波が届く領域が広がり、電波が届きにくい不感地帯がより解消されやすい。
　第２の実施の形態が適用される電波散乱装置（電波散乱装置３０、４０、５０）では、電波散乱装置を構成する各電波散乱部Ｕが異なる散乱角θとなるように設定されるとともに、電波散乱部Ｕ間の位相が補正されている。これにより、電波散乱装置により、広い散乱ビーム幅が得られる。
　第２の実施の形態が適用される電波散乱装置（電波散乱装置３０、４０、５０）では、電波散乱部Ｕがｘ方向に３個配列されているとしたが、図３に示したように、３個を超える個数としてもよい。３個を超える個数の電波散乱部Ｕを用いる場合、各電波散乱部Ｕの散乱角θを異なるように設定するとともに、隣接する電波散乱部Ｕ間において位相の補正を行うことで、電波散乱部Ｕが３個の場合より、強度が大きい散乱ビームが広い角度範囲において得られる。つまり、３個を超える個数の電波散乱部Ｕを用いると、散乱ビーム幅が大きくなる。
　第２の実施の形態が適用される電波散乱装置（電波散乱装置３０、４０、５０）では、電波散乱装置の各電波散乱部Ｕの散乱角θを、散乱ビームが電波散乱装置に投影される線に沿う方向（ｘ方向）に異ならせた。電波散乱装置の各電波散乱部Ｕの散乱角θは、散乱ビームが電波散乱装置に投影される線に沿う方向に異ならせることがよい。もし、散乱ビームが電波散乱装置に投影される線に沿う方向に直交する方向に異ならせると、強度が大きい散乱ビームの方向が直交する方向において異なることになり、散乱ビーム幅は広がらない。そして、散乱ビームが電波散乱装置に投影される線に沿う方向において、徐々に散乱角が大きくなる、又は徐々に散乱角が小さくなるように設定することがよい。
　第２の実施の形態が適用される電波散乱装置（電波散乱装置３０、４０、５０）では、隣接する電波散乱部Ｕ（電波散乱部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）の散乱角θを１０度間隔で徐々に大きくなるように異ならせた。そして、隣接する電波散乱部Ｕ間における位相差φは、中央に位置する電波散乱部Ｕ２の散乱角θになるように設定されていた。隣接する電波散乱部Ｕ間における位相差φは、中央に位置する電波散乱部Ｕの散乱角θになるように設定されることを要しない。例えば、電波散乱部Ｕ１と電波散乱部Ｕ２との間における位相差φは、電波散乱部Ｕ１の散乱角θになるように設定されてもよい。そして、電波散乱部Ｕ２と電波散乱部Ｕ３との間における位相差φは、電波散乱部Ｕ３の散乱角θになるように設定されてもよい。つまり、隣接する電波散乱部Ｕ間における位相差φは、隣接する電波散乱部Ｕのいずれか一方の散乱角θになるように設定されてもよい。また、隣接する電波散乱部Ｕ間における位相差φは、隣接する電波散乱部Ｕの平均値の散乱角θなど、隣接する電波散乱部Ｕの２つの散乱角θの中間の散乱角θになるように設定されてもよい。つまり、電波散乱部Ｕ間の位相差φは、電波散乱部Ｕ間の位相の変化が急激に生じないように設定されるのがよい。もし、隣接する電波散乱部Ｕにおける位相差φが隣接する電波散乱部Ｕの２つの散乱角θの中間の散乱角θと異なる散乱角θに設定されると、図９（ｂ）に示したように、電波散乱部Ｕ間において位相が急激に変化し、散乱ビームが乱れるおそれがある。
　また、隣接する電波散乱部Ｕ（電波散乱部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）の散乱角θの間隔を１０度としたが、散乱角θの間隔を大きくしすぎると、強度の大きい散乱ビームが角度に対して離散的に生じてしまう。なお、第２の実施の形態が適用される電波散乱装置では、強度－１０ｄＢにおいて、隣接する電波散乱部Ｕの散乱角θの間隔を１８度としても、散乱ビームが離散的になりにくい。よって、散乱角θの間隔を１８度以下とすることがよい。ただし、散乱角θの間隔は、電波散乱部Ｕ間の距離など電波散乱装置の構成に依存する。よって、電波散乱装置の構成によっては、散乱角θの間隔が１８度を超える値に設定されてもよい。なお、散乱角θの間隔が０度の場合が、第１の実施の形態が適用される電波散乱装置２０である。
　第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、ｘｚ面において幅の広い（広角）の散乱ビームが得られることを説明した。各電波散乱部Ｕ間、及び／又は各電波散乱部Ｕ内のセル＃間の位相差を同じ設計方法を適用して設定すれば、どの入射方向に対しても、任意の散乱方向に広角の散乱ビームが実現できる。
　第１の実施の形態及び第２の実施の形態で示したように、電波散乱装置を複数の電波散乱部Ｕを組み合わせて構成できる。このため、大きな電波散乱装置を設置する場合に比べ、電波散乱装置の組み立て及び設置が容易になる。
　電波散乱装置を構成する電波散乱部Ｕを組み合わせることで、必要とする散乱ビーム幅が得られる。つまり、複数種類の電波散乱部Ｕを予め規格化して用意し、必要とする散乱ビーム幅に合わせて散乱角θが異なる電波散乱部Ｕを組み合わせればよい。つまり、要求に応じて電波散乱装置を作成することを要しない。
　さらに、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形を行っても構わない。
１…地表、２…基地局アンテナ、３、３ａ、３ｂ、３ｃ…ビル、４…携帯端末、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０′、２０、２０′、３０、３０′、４０、５０…電波散乱装置、１１、１１ａ、１１ｂ…入射ビーム、１２、１２′、１２ａ、１２ｂ、２２…散乱ビーム、１０１…基板、１０２…表面電極、１０３…接地電極、θ…散乱角、φ…位相差、Ｕ…電波散乱部、＃…セル

Claims (8)

  1. 　入射ビームを予め定められた第１の散乱角で散乱させる複数のセルが配列された第１の電波散乱部と、
    　前記入射ビームを予め定められた第２の散乱角で散乱させる複数のセルが配列された第２の電波散乱部と、を備え、
    　前記第１の電波散乱部と前記第２の電波散乱部とは、隣接して配置され、当該第１の電波散乱部と当該第２の電波散乱部との間は、前記入射ビームを予め定められた散乱角に設定する位相差に設定されている電波散乱装置。
  2. 　前記第１の散乱角で散乱される第１の散乱ビームと、前記第２の散乱角で散乱される第２の散乱ビームとは、前記第１の電波散乱部側又は前記第２の電波散乱部側に投影した場合、当該第１の電波散乱部と当該第２の電波散乱部との間と交差することを特徴とする請求項１に記載の電波散乱装置。
  3. 　前記第１の散乱角と前記第２の散乱角とは同じであることを特徴とする請求項２に記載の電波散乱装置。
  4. 　前記第１の散乱角と前記第２の散乱角とが異なることを特徴とする請求項２に記載の電波散乱装置。
  5. 　前記第１の電波散乱部と前記第２の電波散乱部との間は、当該第１の電波散乱部の前記第１の散乱角と当該第２の電波散乱部の前記第２の散乱角とのいずれか一方、又は当該第１の散乱角と当該第２の散乱角との間の角度の散乱角となる位相差に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の電波散乱装置。
  6. 　入射ビームを予め定められた第３の散乱角で散乱する複数のセルが配列された第３の電波散乱部を備え、
    　前記第３の電波散乱部は、前記第２の電波散乱部に隣接して設けられ、当該第２の電波散乱部と当該第３の電波散乱部との間は、前記入射ビームを予め定められた散乱角に設定する位相差に設定され、
    　前記第１の散乱角で散乱される第１の散乱ビームと、前記第２の散乱角で散乱される第２の散乱ビームと、前記第３の散乱角で散乱される第３の散乱ビームとは、前記第１の電波散乱部側、前記第２の電波散乱部側又は前記第３の電波散乱部に投影した場合、当該第１の電波散乱部と当該第２の電波散乱部との間及び当該第２の電波散乱部と当該第３の電波散乱部との間と交差することを特徴とする請求項１に記載の電波散乱装置。
  7. 　前記第１の電波散乱部の前記第１の散乱角、前記第２の電波散乱部の前記第２の散乱角、及び前記第３の電波散乱部の前記第３の散乱角は、この順で大きく、又は小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項６に記載の電波散乱装置。
  8. 　入射ビームを予め定められた散乱角で散乱する複数のセルが配列された電波散乱部材であって、
    　前記入射ビームを予め定められた他の散乱角で散乱する複数のセルが配列され、前記電波散乱部材と組み合わせて用いられる他の電波散乱部材との間が予め定められた散乱角に設定する位相差である
    電波散乱部材。
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