WO2024004595A1 - 電波反射装置 - Google Patents

電波反射装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2024004595A1
WO2024004595A1 PCT/JP2023/021593 JP2023021593W WO2024004595A1 WO 2024004595 A1 WO2024004595 A1 WO 2024004595A1 JP 2023021593 W JP2023021593 W JP 2023021593W WO 2024004595 A1 WO2024004595 A1 WO 2024004595A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
patch
electrode
radio wave
electrodes
patch electrodes
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/021593
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大一 鈴木
真一郎 岡
光隆 沖田
Original Assignee
株式会社ジャパンディスプレイ
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社ジャパンディスプレイ filed Critical 株式会社ジャパンディスプレイ
Publication of WO2024004595A1 publication Critical patent/WO2024004595A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a radio wave reflecting device that can control the traveling direction of reflected radio waves.
  • a phased array antenna device controls the directivity of a fixed antenna by adjusting the amplitude and phase of a high-frequency signal applied to each of a plurality of antenna elements arranged in a planar manner. ing. Phased array antenna devices require a phase shifter. A phased array antenna device using a phase shifter that utilizes changes in dielectric constant depending on the alignment state of liquid crystal has been disclosed (see, for example, Patent Document 1).
  • the antenna element of the phased array antenna device in Patent Document 1 includes a plurality of strip wirings, a plane electrode facing the plurality of strip wirings, and a liquid crystal layer provided between the plurality of strip wirings and the plane electrode. . Different voltages are applied to a plurality of strip wirings in a plurality of antenna elements. Then, by adjusting the dielectric constant of the liquid crystal layer for each antenna element and superimposing the reflected waves, the phase can be changed. This allows the direction of radio wave reflection to be set to any direction.
  • 5G fifth generation communications standard
  • This communication standard uses frequencies in the millimeter wave band of 26 GHz to 28 GHz.
  • Communication based on the 5G standard can achieve extremely high throughput by using frequencies in the millimeter wave band, making it possible to transmit over a wide bandwidth.
  • radio waves with frequencies in the millimeter wave band tend to travel in a straight line, making it difficult for them to propagate around obstacles. As a result, the problem is that the communication area that can be covered by the 5G standard becomes narrower in urban areas.
  • one of the objects of an embodiment of the present invention is to improve the reflection gain of a radio wave reflection device.
  • a radio wave reflecting device includes: a plurality of first patch electrodes; a plurality of second patch electrodes having a different size from the plurality of first patch electrodes; a ground electrode facing the second patch electrode and spaced apart from the plurality of first patch electrodes and the plurality of second patch electrodes, the plurality of first patch electrodes and the plurality of second patch electrodes; a liquid crystal layer provided between the plurality of first patch electrodes and the plurality of second patch electrodes, the plurality of first patch electrodes and the plurality of second patch electrodes are arranged alternately in the first direction or a second direction intersecting the first direction, One patch electrode is adjacent to each second patch electrode in the first direction or the second direction.
  • FIG. 2 is a plan view of a reflector unit cell used in a radio wave reflecting device according to an embodiment of the present invention.
  • 1A is a diagram showing a cross-sectional structure along A1-A2 in the plan view shown in FIG. 1A.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing a state in which no voltage is applied between a patch electrode and a ground electrode in a reflector unit cell used in a radio wave reflection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a state in which a voltage is applied between a patch electrode and a ground electrode in a reflector unit cell used in a radio wave reflecting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a diagram showing a cross-sectional structure along A1-A2 in the plan view shown in FIG. 1A.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing a state in which no voltage is applied between a patch electrode and a ground electrode in a reflector unit cell used in a radio wave reflection
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing that the traveling direction of reflected waves changes by the radio wave reflecting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of simulating the relationship between frequency and amplitude when patch electrodes of two different sizes are used in the radio wave reflection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of simulating the relationship between frequency and phase when patch electrodes of two different sizes are used in the radio wave reflection device according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a diagram showing the configuration of a radio wave reflection device according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a diagram showing the configuration of a radio wave reflection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of a reflector unit cell in a radio wave reflecting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a radio wave reflecting device according to Modification 1.
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a radio wave reflection device according to a second modification.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram showing the results of simulating the relationship between frequency and amplitude when patch electrodes of one type of size are used in the radio wave reflection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of simulating the relationship between frequency and phase when patch electrodes of one type of size are used in the radio wave reflection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of simulating the relationship between frequency and amplitude when two types of patch electrodes with significantly different sizes are used in the radio wave reflection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of simulating the relationship between frequency and phase when two types of patch electrodes of greatly different sizes are used in the radio wave reflection device according to an embodiment of the present invention.
  • a member or region when a member or region is said to be “above (or below)" another member or region, it means that it is directly above (or directly below) the other member or region unless otherwise specified. This includes not only the case where the item is located above (or below) another member or area, that is, the case where another component is included in between above (or below) the other member or area. .
  • Reflector Unit Cell First, the reflector unit cells 102a and 102b used in the radio wave reflecting device will be described.
  • FIG. 1A is a plan view of reflector unit cells 102a and 102b used in a radio wave reflecting device according to an embodiment of the present invention, viewed from above (the side where radio waves are incident). Further, FIG. 1B is a sectional view taken along A1-A2 shown in FIG. 1A.
  • the reflector unit cell 102a includes a dielectric substrate 104, a counter substrate 106, a patch electrode 108a, a ground electrode 110, a liquid crystal layer 114, a first alignment film 112a, and a second alignment film 112b.
  • the reflector unit cell 102b includes a dielectric substrate 104, a counter substrate 106, a patch electrode 108b, a ground electrode 110, a liquid crystal layer 114, a first alignment film 112a, and a second alignment film 112b.
  • the dielectric substrate 104 can be considered as a dielectric layer as one layer.
  • the dielectric substrate 104 may be called a dielectric layer.
  • Patch electrodes 108a, 108b are provided on dielectric substrate 104, and ground electrode 110 is provided on counter substrate 106.
  • a first alignment film 112a is provided on the dielectric substrate 104 so as to cover the patch electrodes 108a and 108b.
  • a second alignment film 112b is provided on the counter substrate 106 so as to cover the ground electrode 110.
  • the patch electrode 108a and the ground electrode 110 are arranged to face each other, and a liquid crystal layer 114 is provided between them.
  • the patch electrode 108b and the ground electrode 110 are arranged to face each other, and a liquid crystal layer 114 is provided between them.
  • a first alignment film 112a is interposed between the patch electrodes 108a, 108b and the liquid crystal layer 114.
  • a second alignment film 112b is interposed between the ground electrode 110 and the liquid crystal layer 114.
  • the difference between the reflector unit cell 102a and the reflector unit cell 102b is the size (or area) of the patch electrode 108a and the patch electrode 108b.
  • FIG. 1A a case will be described in which the size of patch electrode 108a is larger than the size of patch electrode 108b.
  • the reflector unit cell 102a and the reflector unit cell 102b are not particularly distinguished, they will simply be referred to as the reflector unit cell 102. Note that if there is no need to particularly distinguish between the patch electrode 108a and the patch electrode 108b, they will simply be referred to as patch electrode 108.
  • the plurality of patch electrodes 108a and the plurality of patch electrodes 108b are arranged in a checked pattern. Specifically, the plurality of patch electrodes 108a and the plurality of patch electrodes 108b are arranged alternately in the first direction (X-axis direction) or the second direction (Y-axis direction) intersecting the first direction. Further, each patch electrode 108a is adjacent to each patch electrode 108b in the first direction or the second direction. Further, in the patch electrodes 108a and 108b arranged in the first direction, the center O1 of the patch electrode 108a and the center O2 of the patch electrode 108b are arranged in the first direction. In the patch electrodes 108a and 108b arranged in the second direction, the center O1 of the patch electrode 108a and the center O2 of the patch electrode 108b are arranged in the second direction.
  • the shape of the patch electrode 108 is preferably a shape that has rotational symmetry with respect to the center O of the patch electrode 108.
  • the shape of the patch electrode 108 may be four-fold rotationally symmetrical, and has a square or diamond shape in plan view.
  • the shape with four-fold rotational symmetry may be a quadrilateral with each vertex having a chamfer, or a quadrilateral with each vertex being rounded.
  • the shape of the patch electrode 108 may be circular.
  • FIG. 1A shows a case where the patch electrode 108 is square in plan view.
  • the shape of the patch electrode 108 has rotational symmetry with respect to the center of the patch electrode 108, it is possible to reduce anisotropy regarding reflection of radio waves with respect to vertically polarized waves and horizontally polarized waves of incident radio waves. That is, it is possible to suppress the polarization of vertically polarized waves and horizontally polarized waves in the XY plane in FIG. 1A, and to uniformly reflect the vertically polarized waves and horizontally polarized waves.
  • the shape of the ground electrode 110 is not particularly limited, and has a shape that extends over substantially the entire surface of the counter substrate 106 so as to have a larger area than the patch electrode 108.
  • a first wiring 118 may be provided on the dielectric substrate 104.
  • the first wiring 118 connects the patch electrode 108a and the patch electrode 108b.
  • the first wiring 118 can be used when applying a control signal to the patch electrode 108a and the patch electrode 108b. Further, the first wiring 118 can be used, for example, when connecting the patch electrode 108a and the patch electrode 108b when a plurality of reflector unit cells 102a and 102b are arranged.
  • the reflector unit cell 102 is used as a reflector 120 that reflects radio waves in a predetermined direction. Therefore, it is preferable that the reflector unit cell 102 attenuates the amplitude of the reflected radio waves as little as possible. As is clear from the structure shown in FIG. 1B, when a radio wave propagating in the air is reflected by the reflector unit cell 102, the radio wave passes through the dielectric substrate 104 twice.
  • the dielectric substrate 104 is preferably made of a dielectric material such as glass or resin.
  • the dielectric substrate 104 and the counter substrate 106 are bonded together using a sealing material 128 (see FIG. 6).
  • the dielectric substrate 104 and the counter substrate 106 are arranged to face each other with a gap therebetween.
  • the liquid crystal layer 114 is provided so as to fill the area surrounded by the sealant 128.
  • the gap between the dielectric substrate 104 and the counter substrate 106 is 20 ⁇ m to 100 ⁇ m, for example, 75 ⁇ m.
  • a patch electrode 108, a ground electrode 110, a first alignment film 112a, and a second alignment film 112b are provided between the dielectric substrate 104 and the counter substrate 106.
  • the thickness of the liquid crystal layer 114 is the gap between the first alignment film 112a and the second alignment film 112b provided on each of the dielectric substrate 104 and the counter substrate 106. Note that although not shown in FIG. 1B, a spacer may be provided between the dielectric substrate 104 and the counter substrate 106 to keep the distance constant.
  • a control signal that controls the orientation of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 114 is applied to the patch electrode 108.
  • the control signal is a DC voltage signal or a polarity inversion signal in which a positive DC voltage and a negative DC voltage are alternately inverted.
  • a voltage at an intermediate level of a ground or polarity inversion signal is applied to the ground electrode 110 .
  • a liquid crystal material having dielectric anisotropy is used for the liquid crystal layer 114.
  • the liquid crystal layer 114 nematic liquid crystal, smectic liquid crystal, cholestic liquid crystal, or discotic liquid crystal is used.
  • the dielectric constant of the liquid crystal layer 114 having dielectric anisotropy changes due to changes in the alignment state of liquid crystal molecules.
  • the reflector unit cell 102 can change the dielectric constant of the liquid crystal layer 114 according to a control signal applied to the patch electrode 108 . Thereby, when reflecting a radio wave, the phase of the reflected wave can be delayed.
  • the frequency bands of radio waves reflected by the reflector unit cell 102 include a very high frequency (VHF) band, an ultra-high frequency (UHF) band, and a microwave (SHF: super high frequency) band. band, submillimeter wave ( These are the THF (tremendously high frequency) and millimeter wave (EHF: extra high frequency) bands. Note that millimeter waves refer to a frequency band of 30 GHz to 300 GHz. Note that the fifth generation communication standard called 5G also includes the 26 GHz band to 29 GHz band, and frequencies above the 26 GHz band are sometimes collectively called millimeter waves.
  • the reflector unit cell 102 can control the phase of the reflected radio waves without being influenced by the radio waves.
  • FIG. 2A shows a state in which no voltage is applied between the patch electrode 108 and the ground electrode 110 (referred to as a "first state").
  • FIG. 2A shows a case where the first alignment film 112a and the second alignment film 112b are horizontal alignment films. The long axes of the liquid crystal molecules 116 in the first state are aligned horizontally with respect to the surfaces of the patch electrode 108 and the ground electrode 110 by the first alignment film 112a and the second alignment film 112b.
  • FIG. 2B shows a state in which a control signal (voltage signal) is applied to the patch electrode 108 (referred to as a "second state").
  • the liquid crystal molecules 116 are oriented with their long axes perpendicular to the surfaces of the patch electrode 108 and the ground electrode 110 under the action of the electric field.
  • the angle at which the long axes of the liquid crystal molecules 116 are oriented depends on the magnitude of the control signal applied to the patch electrode 108 (the magnitude of the voltage between the ground electrode and the patch electrode). It can also be oriented.
  • the liquid crystal layer 114 having dielectric anisotropy can also be regarded as a variable dielectric layer.
  • the reflector unit cell 102 can be controlled to delay (or not delay) the phase of the reflected wave by utilizing the dielectric anisotropy of the liquid crystal layer 114.
  • FIG. 3 schematically shows that the traveling direction of reflected waves changes depending on the reflector unit cell 102a and the reflector unit cell 102b.
  • the reflector unit cell 102a and the reflector unit cell 102b are adjacent to each other in the first direction (X-axis direction). That is, patch electrode 108a and patch electrode 108b are connected to different first wirings 118.
  • V1 ⁇ V2 different control signals
  • the phase of the reflected wave R1 reflected by the reflector unit cell 102a is different from the phase of the reflected wave R2 reflected by the reflector unit cell 102b (in FIG. 3, the phase of the reflected wave R2 is different from the phase of the reflected wave R1).
  • the traveling direction of the reflected wave appears to change diagonally.
  • the thickness of the liquid crystal layer 114 of the reflector unit cells 102a and 102b is 75 ⁇ m.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between frequency and reflection amplitude in a radio wave reflection device using patch electrodes of two different sizes.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between frequency and phase change amount in a radio wave reflecting device using patch electrodes of two different sizes. Note that this simulation was performed using CST Studio Suite (manufactured by Dassault Systèmes).
  • the results of simulating the amount of phase change (deg) and amplitude (dB) in a radio wave reflecting device using patch electrodes of one type of size will be described.
  • patch electrodes of one type of size are arranged in the first direction and the second direction, and it is assumed that the patch electrodes are a reflection plate of a radio wave reflection device.
  • the size of the patch electrode is 2.8 mm x 2.8 mm (7.84 mm 2 ).
  • the pitch of the patch electrodes is 3.7 mm.
  • the thickness of the liquid crystal layer 114 of the reflector unit cells 102a and 102b is 40 ⁇ m.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between frequency and reflection amplitude in a radio wave reflection device using patch electrodes of one type of size.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between frequency and phase change amount in a radio wave reflecting device using patch electrodes of one type of size. Note that this simulation was performed using CST Studio Suite (manufactured by Dassault Systèmes).
  • the reflection amplitude is insufficient due to material loss (dissipation tangent tan ⁇ of the liquid crystal material and conductor loss of the patch electrode material). Due to the limitation of dielectric anisotropy, the variable range of dielectric constant is insufficient. Therefore, as shown in FIG. 12, a problem arises in that the amount of phase change in a band near the target frequency is lower than the amount of phase change sought. Both are restricted by the physical properties of the material. Therefore, one embodiment of the present invention of using different sized patch electrodes in a radio wave reflecting device is effective.
  • the amount of phase change (deg) and amplitude (dB) will be calculated in a radio wave reflection device using patch electrodes of two different sizes.
  • the simulation results will be explained.
  • patch electrodes of one type of size are arranged in the first direction and the second direction, and it is assumed that the patch electrodes are a reflection plate of a radio wave reflection device.
  • the size of patch electrode 108a is 3.1 mm x 3.1 mm (9.61 mm 2 ), and the size of patch electrode 108b is 2.5 mm x 2.5 mm (6.25 mm 2 ).
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between frequency and reflection amplitude in a radio wave reflection device using patch electrodes of two different sizes.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between frequency and phase change amount in a radio wave reflecting device using patch electrodes of two different sizes. Note that this simulation was performed using CST Studio Suite (manufactured by Dassault Systèmes).
  • the size of the patch electrode 108a used in the simulation is 54% larger than the size of the patch electrode 108b.
  • the frequency to be resonated largely deviates from the target frequency band (28 GHz band). Resonance will occur in two widely different frequency bands, high and low. Therefore, as shown in FIG. 14, a problem arises in that the amount of phase change in a band near the target frequency is lower than the amount of phase change sought.
  • the size of patch electrode 108a is preferably 107% or more and 140% or less of the size of patch electrode 108b. Further, when the radio wave reflection device 100a is used in the 28 GHz band, for example, the size of each patch electrode 108a is 7.0 mm 2 or more and 9.3 mm 2 or less, and the size of each patch electrode 108b is 5.5 mm 2 or more. 2 or more and 7.0 mm and 2 or less.
  • the plurality of patch electrodes 108a and the plurality of patch electrodes 108b are arranged adjacent to each other.
  • the plurality of patch electrodes 108a and the plurality of patch electrodes 108b are two-fold rotationally symmetrical with respect to the center of the area where the plurality of patch electrodes 108a and the plurality of patch electrodes 108b are arranged in the first direction and the second direction.
  • the size of the patch electrode of the reflector unit cell is set to at least two types.
  • the peak of the resonance frequency in the millimeter wave band (the point where the reflectance is minimum) can be made two by the resonance occurring in the patch electrode 108a and the resonance occurring in the patch electrode 108b.
  • attenuation of the amplitude of the reflected wave can be suppressed, and the amount of phase change can be increased. Due to such characteristics, even when a plurality of radio wave reflecting devices are combined to form a transmission path in the air, attenuation of radio waves can be suppressed and communication equipment can perform good communication.
  • the radio wave reflecting device can be formed using a transparent conductive film as the patch electrode 108 and the ground electrode 110. Furthermore, the liquid crystal layer 114 also has translucency. Therefore, by attaching radio wave reflecting devices to the windows of high-rise buildings such as buildings and reflecting radio waves in a predetermined direction, it can be used to eliminate radio wave dead zones (places where radio waves cannot reach) in urban areas. Can be done.
  • the size of the patch electrode 108a is larger than the size of the patch electrode 108b, but the embodiment of the present invention is not limited to this.
  • the size of patch electrode 108a may be smaller than the size of patch electrode 108b.
  • the size of patch electrode 108a is preferably 70% or more and 93% or less of the size of patch electrode 108b.
  • the size of each patch electrode 108a is 5.5 mm 2 or more and 7.0 mm 2 or less
  • the size of each patch electrode 108b is 7.0 mm 2 or more and 9.3 mm 2 or less.
  • FIG. 6 shows the configuration of a radio wave reflection device 100a according to an embodiment of the present invention.
  • the radio wave reflection device 100a includes a reflection plate 120, a first drive circuit 124, and a terminal portion 126.
  • the reflective plate 120 is provided between the dielectric substrate 104 and the counter substrate 106.
  • the reflector 120 has a structure in which a plurality of reflector unit cells 102a and 102b are integrated.
  • the plurality of reflector unit cells 102a and 102b are arranged, for example, in a first direction (X-axis direction shown in FIG. 6) and a second direction (Y-axis direction shown in FIG. 6) intersecting the first direction.
  • the reflector unit cell 102a includes a ground electrode 110, a patch electrode 108a, and a liquid crystal layer (not shown) provided between the ground electrode 110 and the patch electrode 108a.
  • the reflector unit cell 102b includes a ground electrode 110, a patch electrode 108b, and a liquid crystal layer (not shown) provided between the ground electrode 110 and the patch electrode 108b.
  • Patch electrode 108a and patch electrode 108b are provided on dielectric substrate 104, and ground electrode 110 is provided on counter substrate 106. Further, the dielectric substrate 104 and the counter substrate 106 are bonded together with a sealant 128, and the liquid crystal layer is provided in an area inside the sealant 128.
  • patch electrodes 108a and 108b are arranged so as to face the radio wave incident surface.
  • the ground electrode 110 has a flat plate shape.
  • the plurality of patch electrodes 108a and 108b are arranged in a matrix within the plane of the flat ground electrode 110.
  • the plurality of patch electrodes 108a and the plurality of patch electrodes 108b are arranged in a checked pattern. Specifically, the plurality of patch electrodes 108a and the plurality of patch electrodes 108b are arranged alternately in the first direction (X-axis direction) or the second direction (Y-axis direction) intersecting the first direction. Further, each patch electrode 108a is adjacent to each patch electrode 108b in the first direction or the second direction.
  • a plurality of first wirings 118 extending in the second direction are arranged on the dielectric substrate 104.
  • Each of the plurality of first wirings 118 is electrically connected to the plurality of patch electrodes 108a and patch electrodes 108b arranged in the second direction.
  • the patch electrodes 108a and 108b arranged in the second direction are connected by the first wiring 118.
  • the reflective plate 120 has a configuration in which a plurality of patch electrode arrays are arranged in a row in the second direction and connected by the first wiring 118.
  • the area other than where the reflection plate 120 is provided is referred to as a peripheral area 122.
  • a first drive circuit 124 and a terminal section 126 are provided in the peripheral region 122.
  • the terminal portion 126 is a region that forms a connection with an external circuit.
  • a flexible printed circuit is connected to the terminal portion 126 (not shown).
  • a signal for controlling the first drive circuit 124 is inputted to the terminal section 126 from the flexible printed circuit.
  • a plurality of first wirings 118 arranged on the reflection plate 120 extend to the peripheral region 122 and are connected to the first drive circuit 124.
  • the first drive circuit 124 outputs a control signal to the patch electrodes 108a and 108b via the first wiring 118.
  • the first drive circuit 124 can output control signals of different voltage levels to each of the plurality of first wirings 118.
  • a control signal is applied to the patch electrodes 108a and 108b arranged in the first direction and the patch electrodes 108b arranged in the second direction. .
  • a control signal is applied to each set of a plurality of patch electrodes 108 arranged in the second direction, thereby controlling the reflection direction of the reflected radio waves incident on the reflection plate 120. That is, the radio wave reflecting device 100a can control the traveling direction of the reflected waves in the horizontal direction of the drawing centering on the reflection axis RY parallel to the second direction (Y-axis direction) of the radio waves incident on the reflection plate 120. .
  • the plurality of patch electrodes 108a and patch electrodes 108b arranged in the second direction are electrically connected by the first wiring 118 and have the same electrical potential. Therefore, instead of having a plurality of divided electrodes, it may be possible to replace the electrode with a band-shaped electrode that is continuous in the second direction (Y-axis direction).
  • the dimensions of the patch electrodes 108a and 108b have an appropriate range depending on the wavelength of the reflected radio waves, so if the electrodes are shaped like strips, the sensitivity to the target wavelength decreases, and the sensitivity to vertically polarized waves and horizontally polarized waves decreases. behavior will be different. Therefore, as shown in FIG.
  • the patch electrodes 108a and 108b are arranged in an array in a shape that is symmetrical with respect to vertically polarized waves and horizontally polarized waves (a square shape is shown in FIG. 6, but a circular shape may also be used).
  • the first wiring 118 connects the plurality of patch electrodes 108a and the plurality of patch electrodes 108b arranged parallel to the reflection axis RY.
  • Radio wave reflection device (two-axis reflection control) Since the radio wave reflection device 100a shown in the first embodiment has a single reflection axis RY, it is possible to control the reflection angle in a direction with the reflection axis RY as the rotation axis. In contrast, this embodiment shows an example of a radio wave reflection device 100b that can perform biaxial reflection control. The following description will focus on the differences from the second embodiment.
  • FIG. 7 shows the configuration of a radio wave reflection device 100b according to this embodiment. The following description will focus on the differences from the radio wave reflecting device 100a shown in FIG. 6.
  • the radio wave reflecting device 100b has a plurality of first wirings 118 extending in the second direction (Y-axis direction) on the reflecting plate 120, as well as a plurality of second wirings 132 extending in the first direction (X-axis direction).
  • the plurality of first wirings 118 and the plurality of second wirings 132 are arranged to intersect with each other with an insulating layer (not shown) in between.
  • the plurality of first wirings 118 are connected to the first drive circuit 124, and the plurality of second wirings 132 are connected to the second drive circuit 130.
  • the first drive circuit 124 outputs a control signal
  • the second drive circuit 130 outputs a scan signal.
  • FIG. 7 shows an enlarged insert view of the arrangement of two patch electrodes 108a and two patch electrodes 108b, and two first wirings 118 and second wirings 132.
  • a switching element 134 is provided in each of the two patch electrodes 108a and the two patch electrodes 108b. Switching (on and off) of the switching element 134 is controlled by a scanning signal applied to the second wiring 132.
  • the patch electrode 108 with the switching element 134 turned on is electrically connected to the first wiring 118 and a control signal is applied thereto.
  • the switching element 134 is formed of, for example, a thin film transistor. According to such a configuration, a plurality of patch electrodes 108a and 108b arranged in the first direction (X-axis direction) can be selected row by row, and control signals of different voltage levels can be applied to each row.
  • the radio wave reflecting device 100b shown in FIG. 7 controls the propagation direction of the reflected waves in the left-right direction in the drawing centering on the reflection axis VR parallel to the second direction (Y-axis direction) of the radio waves incident on the reflection plate 120.
  • the reflection angle can be controlled in the direction with the reflection axis HR as the rotation axis.
  • FIG. 8 shows an example of the cross-sectional structure of the reflector unit cell 102 in which the switching element 134 is connected to the patch electrode 108.
  • a switching element 134 is provided on the dielectric substrate 104.
  • the switching element 134 is a transistor and has a structure in which a first gate electrode 138, a second gate insulating layer 146, a semiconductor layer 142, a second gate insulating layer 146, and a second gate electrode 148 are stacked.
  • An undercoat layer 136 may be provided between the first gate electrode 138 and the dielectric substrate 104.
  • a first wiring 118 is provided between the first gate insulating layer 140 and the second gate insulating layer 146. The first wiring 118 is provided so as to be in contact with the semiconductor layer 142.
  • first connection wiring 144 is provided in the same layer as the conductive layer forming the first wiring 118.
  • the first connection wiring 144 is provided so as to be in contact with the semiconductor layer 142.
  • the connection structure of the first wiring 118 and the first connection wiring 144 to the semiconductor layer 142 shows a structure in which one wiring is connected to the source of the transistor and the other wiring is connected to the drain.
  • a first interlayer insulating layer 150 is provided to cover the switching element 134.
  • a second wiring 132 is provided on the first interlayer insulating layer 150.
  • the second wiring 132 is connected to the second gate electrode 148 through a contact hole formed in the first interlayer insulating layer 150.
  • the first gate electrode 138 and the second gate electrode 148 are electrically connected to each other in a region that does not overlap with the semiconductor layer 142.
  • a second connection wiring 152 is provided on the first interlayer insulating layer 150 using the same conductive layer as the second wiring 132 .
  • the second connection wiring 152 is connected to the first connection wiring 144 through a contact hole formed in the first interlayer insulating layer 150.
  • a second interlayer insulating layer 154 is provided to cover the second wiring 132 and the second connection wiring 152. Further, a flattening layer 156 is provided to fill the difference in level of the switching element 134. By providing the planarizing layer 156, the patch electrode 108 can be formed without being affected by the arrangement of the switching elements 134.
  • a passivation layer 158 is provided on the planar surface of planarization layer 156. Patch electrode 108 is provided on passivation layer 158. The patch electrode 108 is connected to the second connection wiring 152 through a contact hole penetrating the passivation layer 158, the planarization layer 156, and the second interlayer insulating layer 154.
  • a first alignment film 112a is provided on the patch electrode 108.
  • the counter substrate 106 is provided with a ground electrode 110 and a second alignment film 112b.
  • the surface of the dielectric substrate 104 on which the switching element 134 and the patch electrode 108 are provided is arranged to face the surface of the counter substrate on which the ground electrode 110 is provided, and the liquid crystal layer 114 is provided therebetween.
  • the thickness T of the dielectric substrate 104 can be the length from the surface of the patch electrode 108 on the liquid crystal layer 114 side to the surface of the dielectric substrate 104 opposite to the surface on which the patch electrode 108 is provided.
  • At least one insulating layer between the patch electrode 108 and the dielectric substrate 104 (undercoat layer 136, first gate insulating layer 140, second gate insulating layer 146, first interlayer insulating layer 150, The thickness of the interlayer dielectric layer 154, planarization layer 156, passivation layer 158) can be taken into account.
  • the undercoat layer 136 is formed of, for example, a silicon oxide film.
  • the first gate insulating layer 140 and the second gate insulating layer 146 are formed of, for example, a silicon oxide film or a laminated structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film.
  • the semiconductor layer is formed of a silicon semiconductor such as amorphous silicon or polycrystalline silicon, or an oxide semiconductor containing a metal oxide such as indium oxide, zinc oxide, gallium oxide, or IGZO.
  • the first gate electrode 138 and the second gate electrode 148 may be made of, for example, molybdenum (Mo), tungsten (W), or an alloy thereof.
  • the first wiring 118, the second wiring 132, the first connection wiring 144, and the second connection wiring 152 are formed using a metal material such as titanium (Ti), aluminum (Al), or molybdenum (Mo).
  • a metal material such as titanium (Ti), aluminum (Al), or molybdenum (Mo).
  • it may have a laminated structure of titanium (Ti)/aluminum (Al)/titanium (Ti) or a laminated structure of molybdenum (Mo)/aluminum (Al)/molybdenum (Mo).
  • the planarization layer 156 is made of a resin material such as acrylic or polyimide.
  • the passivation layer 158 is formed of, for example, a silicon nitride film.
  • the patch electrode 108 and the ground electrode 110 are formed of a metal film such as aluminum (Al) or copper (Cu), or a transparent conductive film such as indium tin oxide (ITO).
  • the second wiring 132 is connected to the gate of the transistor used as the switching element 134
  • the first wiring 118 is connected to one of the source and drain of the transistor
  • the patch electrode 108 is connected to the other of the source and drain.
  • a control signal can be applied to a predetermined patch electrode selected from among the plurality of patch electrodes 108 arranged in a matrix.
  • a control voltage can be applied to each patch electrode 108 arranged in a vertical line along the axial direction. can be controlled.
  • Modification 1 In the first and second embodiments, an example has been described in which one patch electrode 108a and one patch electrode 108b are arranged alternately in the first direction and the second direction, but one embodiment of the present invention It is not limited to this.
  • three patch electrodes 108a and three patch electrodes 108b may be arranged alternately in the first direction and the second direction.
  • FIG. 9 shows the configuration of a radio wave reflection device 100c according to Modification 1.
  • the radio wave reflecting device 100c three patch electrodes 108a and three patch electrodes 108b are arranged alternately in the first direction and the second direction.
  • the number of patch electrodes 108a and patch electrodes 108b that are consecutively arranged is not limited to three.
  • the number of patch electrodes 108a and patch electrodes 108b that are consecutively arranged may be two or four or more.
  • the number of patch electrodes 108a and patch electrodes 108b that are consecutively arranged is not particularly limited.
  • the plurality of patch electrodes 108a and the plurality of patch electrodes 108b are two-fold rotationally symmetrical or Preferably, they are arranged so as to have four-fold rotational symmetry.
  • the radio wave reflecting devices 100a, 100b, and 100c using two types of patch electrodes 108a and 108b of different sizes have been described, but an embodiment of the present invention is not limited thereto.
  • patch electrodes that are different in size from the patch electrodes 108a and 108b may be used.
  • FIG. 10 shows the configuration of a radio wave reflection device 100d according to Modification 2.
  • the size of patch electrode 108c may be smaller than that of patch electrode 108a and patch electrode 108b.
  • the size of patch electrode 108c may be larger than that of patch electrode 108a and patch electrode 108b.
  • the size of patch electrode 108c may be between the size of patch electrode 108a and the size of patch electrode 108b. In this way, by using three or more sizes of patch electrodes, the amount of phase change can be increased.
  • the plurality of patch electrodes 108c are arranged so as to have two-fold rotational symmetry or four-fold rotational symmetry.
  • the size of the patch electrode 108c may be determined as appropriate to ensure 360 degrees. At this time, the size of the patch electrode 108c is 6.5 mm 2 or more and 8.5 mm 2 or less.
  • Modifications 1 and 2 a radio wave reflection device with uniaxial reflection control was described, but Modifications 1 and 2 may be applied to a radio wave reflection device with biaxial reflection control.
  • radio wave reflection device and the reflection plate unit illustrated as an embodiment of the present invention can be appropriately combined as long as they do not contradict each other.
  • those skilled in the art may appropriately add, delete, or change the design, or add, omit, or condition a process. Modifications are also included within the scope of the present invention as long as they have the gist of the present invention.
  • 100a, 100b, 100c Radio wave reflector, 102: Reflector unit cell, 102a, 102b, Reflector unit cell, 104: Dielectric substrate, 106: Counter substrate, 108: Patch electrode, 108a, 108b: Patch electrode, 110 : ground electrode, 112a: first alignment film, 112b: second alignment film, 114: liquid crystal layer, 116: liquid crystal molecule, 118: first wiring, 120: reflection plate, 122: peripheral area, 124: first drive circuit , 126: terminal portion, 128: sealing material, 130: second drive circuit, 132: second wiring, 134: switching element, 136: undercoat layer, 138: first gate electrode, 140: first gate insulating layer, 142: semiconductor layer, 144: first connection wiring, 146: second gate insulating layer, 148: second gate electrode, 150: first interlayer insulation layer, 152: second connection wiring, 154: second interlayer insulation layer, 156: Planarization layer, 158: Passivation layer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

電波反射装置は、複数の第１パッチ電極と、複数の第１パッチ電極とは異なるサイズを有する複数の第２パッチ電極と、複数の第１パッチ電極及び複数の第２パッチ電極に対向し、かつ複数の第１パッチ電極及び複数の第２パッチ電極と離隔して設けられた接地電極と、複数の第１パッチ電極及び複数の第２パッチ電極と、接地電極との間に設けられた液晶層と、を含み、複数の第１パッチ電極及び複数の第２パッチ電極は、第１方向又は第１方向と交差する第２方向において交互に配置され、各第１パッチ電極は、各第２パッチ電極と第１方向又は第２方向において隣接する。

Description

電波反射装置
　本発明の一実施形態は、反射した電波の進行方向を制御することのできる電波反射装置に関する。
　フェーズドアレイアンテナ（Ｐｈａｓｅｄ　Ａｒｒａｙ　Ａｎｔｅｎｎａ）装置は、面状に配列された複数のアンテナ素子のそれぞれに対し、印加する高周波信号の振幅と位相を調整することでアンテナを固定した状態で指向性を制御している。フェーズドアレイアンテナ装置は移相器を必要とする。液晶の配向状態による誘電率の変化を利用した移相器を用いたフェーズドアレイアンテナ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１におけるフェーズドアレイアンテナ装置のアンテナ素子は、複数のストリップ配線と、複数のストリップ配線と対向する平面電極と、複数のストリップ配線と平面電極との間に設けられた液晶層と、を有する。複数のアンテナ素子において、複数のストリップ配線に異なる電圧を印加する。そして、アンテナ素子ごとの液晶層の誘電率を調整して、反射波を重ね合わせることで、位相を変化させることができる。これにより、電波の反射方向を任意の方向に設定できる。
特開平１１－１０３２０１号公報
　通信分野においては、５Ｇと呼ばれる第５世代の通信規格の導入が進んでいる。この通信規格では２６ＧＨｚ～２８ＧＨｚのミリ波帯の周波数が採用されている。５Ｇ規格による通信は、ミリ波帯の周波数の採用によって非常に高いスループットを達成することができ、広い帯域幅で伝送することが可能となる。しかし、ミリ波帯の周波数による電波は直進性が高く、障害物を回り込んで伝搬することが難しいという特性がある。そのため都市部などでは５Ｇ規格がカバーできる通信エリアが狭くなることが問題となっている。
　このような問題に対し、障害物を避けて通信エリアを広げるために反射板を用いて電波の伝送方向を変えることが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載のフェーズドアレイアンテナ装置では、位相変化量が十分でなく、狙いの方向に電波を反射することができない。
　このような問題に鑑み本発明の一実施形態は、電波反射装置の反射利得を向上させることを目的の一つとする。
　本発明の一実施形態に係る電波反射装置は、複数の第１パッチ電極と、複数の第１パッチ電極とは異なるサイズを有する複数の第２パッチ電極と、複数の第１パッチ電極及び複数の第２パッチ電極に対向し、かつ複数の第１パッチ電極及び複数の第２パッチ電極と離隔して設けられた接地電極と、複数の第１パッチ電極及び複数の第２パッチ電極と、接地電極との間に設けられた液晶層と、を含み、複数の第１パッチ電極及び複数の第２パッチ電極は、第１方向又は第１方向と交差する第２方向において交互に配置され、各第１パッチ電極は、各第２パッチ電極と第１方向又は第２方向において隣接する。
本発明の一実施形態に係る電波反射装置に用いられる反射板ユニットセルの平面図である。 図１Ａに示す平面図におけるＡ１－Ａ２間の断面構造を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置に用いられる反射板ユニットセルにおいて、パッチ電極と接地電極との間に電圧が印加されない状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置に用いられる反射板ユニットセルにおいて、パッチ電極と接地電極との間に電圧が印加された状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置によって反射波の進行方向が変化することを模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置において、２種類のサイズのパッチ電極を用いた場合、周波数と振幅との関係をシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置において、２種類のサイズのパッチ電極を用いた場合、周波数と位相との関係をシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置における反射板ユニットセルの断面構造を示す図である。 変形例１に係る電波反射装置の構成を示す図である。 変形例２に係る電波反射装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置において、１種類のサイズのパッチ電極を用いた場合、周波数と振幅との関係をシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置において、１種類のサイズのパッチ電極を用いた場合、周波数と位相との関係をシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置において、２種類のサイズが大きく異なるパッチ電極を用いた場合、周波数と振幅との関係をシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置において、２種類のサイズが大きく異なるパッチ電極を用いた場合、周波数と位相との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を、図面などを参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号（又は数字の後にａ、ｂなどを付した符号）を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第１」、「第２」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有しない。
　本明細書において、ある部材又は領域が他の部材又は領域の「上に（又は下に）」あるとする場合、特段の限定がない限りこれは他の部材又は領域の直上（又は直下）にある場合のみでなく他の部材又は領域の上方（又は下方）にある場合を含み、すなわち、他の部材又は領域の上方（又は下方）において間に別の構成要素が含まれている場合も含む。
（第１実施形態）
　本実施形態では、本発明の一実施形態に係る電波反射装置について、図１Ａ～図１０を参照して説明する。
１．反射板ユニットセル
　まず、電波反射装置に用いられる反射板ユニットセル１０２ａ、１０２ｂについて説明する。
　図１Ａは、本発明の一実施形態に係る電波反射装置に用いられる反射板ユニットセル１０２ａ、１０２ｂを上方（電波が入射する側）から見たときの平面図である。また、図１Ｂは、図１Ａに示すＡ１－Ａ２間の断面図である。
　図１Ａ及び図１Ｂに示すように、反射板ユニットセル１０２ａは、誘電体基板１０４、対向基板１０６、パッチ電極１０８ａ、接地電極１１０、液晶層１１４、第１配向膜１１２ａ、及び第２配向膜１１２ｂを含む。また、反射板ユニットセル１０２ｂは、誘電体基板１０４、対向基板１０６、パッチ電極１０８ｂ、接地電極１１０、液晶層１１４、第１配向膜１１２ａ、及び第２配向膜１１２ｂを含む。反射板ユニットセル１０２ａ、１０２ｂの中で、誘電体基板１０４は一つの層をなすものとして誘電体層とみなすこともできる。よって、誘電体基板１０４を誘電体層と呼ぶ場合がある。パッチ電極１０８ａ、１０８ｂは、誘電体基板１０４に設けられ、接地電極１１０は対向基板１０６に設けられる。誘電体基板１０４には、パッチ電極１０８ａ、１０８ｂを覆うように第１配向膜１１２ａが設けられる。対向基板１０６には、接地電極１１０を覆うように第２配向膜１１２ｂが設けられる。パッチ電極１０８ａと接地電極１１０とは、対向するように配置され、両者の間に液晶層１１４が設けられている。同様に、パッチ電極１０８ｂと接地電極１１０とは、対向するように配置され、両者の間に液晶層１１４が設けられている。パッチ電極１０８ａ、１０８ｂと液晶層１１４との間には、第１配向膜１１２ａが介在する。接地電極１１０と液晶層１１４との間には、第２配向膜１１２ｂが介在する。
　本発明の一実施形態において、反射板ユニットセル１０２ａと反射板ユニットセル１０２ｂとの異なる点は、パッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂのサイズ（又は面積）である。図１Ａでは、パッチ電極１０８ａのサイズは、パッチ電極１０８ｂのサイズよりも大きい場合について説明する。以降の説明において、反射板ユニットセル１０２ａと反射板ユニットセル１０２ｂとを特に区別しない場合には、単に反射板ユニットセル１０２と記載する。なお、パッチ電極１０８ａとパッチ電極１０８ｂとを特に区別する必要がない場合には、単にパッチ電極１０８と記載する。
　本実施形態では、反射板ユニットセル１０２ａ、１０２ｂを平面視したとき、複数のパッチ電極１０８ａと複数のパッチ電極１０８ｂとが千鳥状（Ｃｈｅｃｋｅｄ　ｐａｔｔｅｒｎ）に配置されている。具体的には、複数のパッチ電極１０８ａ及び複数のパッチ電極１０８ｂは、第１方向（Ｘ軸方向）又は第１方向と交差する第２方向（Ｙ軸方向）において交互に配置される。また、各パッチ電極１０８ａは、各パッチ電極１０８ｂと第１方向又は第２方向において隣接している。また、第１方向に並ぶパッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂにおいて、パッチ電極１０８ａの中心Ｏ１と、パッチ電極１０８ｂの中心Ｏ２とは、第１方向に並ぶように配置されている。第２方向に並ぶパッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂにおいて、パッチ電極１０８ａの中心Ｏ１と、パッチ電極１０８ｂの中心Ｏ２とは、第２方向に並ぶように配置されている。
　パッチ電極１０８の形状は、パッチ電極１０８の中心Ｏに対して回転対称性を有する形状であることが好ましい。例えば、パッチ電極１０８の形状は、４回回転対称な形状であってもよく、平面視で正方形又はひし形の形状を有する。また、４回回転対称な形状として、各頂点が面取りされた四角形であってもよいし、各頂点が丸みを帯びた四角形であってもよい。また、パッチ電極１０８の形状は、円形であってもよい。図１Ａは、パッチ電極１０８が平面視で正方形である場合を示す。パッチ電極１０８の形状が、パッチ電極１０８の中心に対して回転対称性を有することにより、入射する電波の垂直偏波及び水平偏波に対して電波の反射に関する異方性を小さくできる。すなわち、図１ＡにおけるＸＹ平面内に関する垂直偏波及び水平偏波の偏りを抑制して、垂直偏波及び水平偏波を均一に反射させることができる。接地電極１１０の形状には特段の限定はなく、パッチ電極１０８よりも広い面積を有するように対向基板１０６の略全面に広がる形状を有する。
　パッチ電極１０８及び接地電極１１０を形成する材料に限定はなく、導電性を有する金属、金属酸化物を用いて形成される。誘電体基板１０４には第１配線１１８が設けられていてもよい。第１配線１１８は、パッチ電極１０８ａとパッチ電極１０８ｂとを接続する。第１配線１１８は、パッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂに制御信号を印加するときに用いることができる。また、第１配線１１８は、複数の反射板ユニットセル１０２ａ、１０２ｂが配列する場合、例えば、パッチ電極１０８ａとパッチ電極１０８ｂとを接続するときに用いることができる。
　反射板ユニットセル１０２は、電波を所定の方向に反射する反射板１２０として用いられる。そのため、反射板ユニットセル１０２は、反射した電波の振幅がなるべく減衰しないことが好ましい。図１Ｂに示す構造から明らかなように、空中を伝播する電波が反射板ユニットセル１０２で反射されるとき、電波は誘電体基板１０４を２回通過する。誘電体基板１０４は、例えば、ガラス、樹脂などの誘電体材料で形成されることが好ましい。
　図１Ａ及び図１Ｂには示されないが、誘電体基板１０４と対向基板１０６とは、シール材１２８（図６参照）により貼り合わされている。誘電体基板１０４と対向基板１０６とは間隙を有するように対向配置されている。液晶層１１４は、シール材１２８で囲まれる領域内に充填するように設けられる。誘電体基板１０４と対向基板１０６との間隙は、２０μｍ～１００μｍであり、例えば、７５μｍの間隙を有する。誘電体基板１０４と対向基板１０６との間には、パッチ電極１０８、接地電極１１０、第１配向膜１１２ａ、及び第２配向膜１１２ｂが設けられる。正確には、誘電体基板１０４と対向基板１０６の各々に設けられた第１配向膜１１２ａと第２配向膜１１２ｂとの間隙が液晶層１１４の厚さとなる。なお、図１Ｂには図示されないが、誘電体基板１０４と対向基板１０６との間には、間隔を一定に保つためのスペーサが設けられていてもよい。
　パッチ電極１０８には、液晶層１１４の液晶分子の配向を制御する制御信号が印加される。制御信号は、直流電圧の信号、又は正の直流電圧と負の直流電圧とが交互に反転する極性反転信号である。接地電極１１０には、接地又は極性反転信号の中間レベルの電圧が印加される。パッチ電極１０８に、制御信号が印加されることで液晶層１１４に含まれる液晶分子の配向状態が変化する。液晶層１１４には、誘電異方性を有する液晶材料が用いられる。例えば、液晶層１１４として、ネマチック液晶、スメクチック液晶、コレスティック液晶、ディスコティック液晶を用いる。誘電異方性を有する液晶層１１４は、液晶分子の配向状態の変化により誘電率が変化する。反射板ユニットセル１０２は、パッチ電極１０８に印加される制御信号によって液晶層１１４の誘電率を変化させることができる。これにより、電波を反射するときに、反射波の位相を遅延させることができる。
　反射板ユニットセル１０２が反射する電波の周波数帯は、超短波（ＶＨＦ：Ｖｅｒｙ　Ｈｉｇｈ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯、極超短波（ＵＨＦ：Ｕｌｔｒａ－Ｈｉｇｈ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯、マイクロ波（ＳＨＦ：Ｓｕｐｅｒ　Ｈｉｇｈ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯、サブミリ波（ＴＨＦ：Ｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓｌｙ　ｈｉｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、ミリ波（ＥＨＦ：Ｅｘｔｒａ　Ｈｉｇｈ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯である。なお、ミリ波とは、３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚの周波数帯をいう。なお、５Ｇと呼ばれる第５世代の通信規格においては、２６ＧＨｚ帯～２９ＧＨｚ帯も含んでおり、２６ＧＨｚ帯以上の周波数をまとめてミリ波と呼ぶ場合がある。液晶層１１４の液晶分子は、パッチ電極１０８に印加される制御信号に応答して液晶分子の配向が変化するが、パッチ電極１０８に入射される電波の周波数にはほとんど追従しない。したがって、反射板ユニットセル１０２は、電波の影響を受けずに反射する電波の位相を制御することができる。
　図２Ａは、パッチ電極１０８と接地電極１１０との間に電圧が印加されない状態（「第１の状態」とする）を示す。図２Ａは、第１配向膜１１２ａ及び第２配向膜１１２ｂが水平配向膜である場合を示す。第１の状態における液晶分子１１６の長軸は、第１配向膜１１２ａ及び第２配向膜１１２ｂにより、パッチ電極１０８及び接地電極１１０の表面に対して水平に配向している。図２Ｂは、パッチ電極１０８に制御信号（電圧信号）が印加された状態（「第２の状態」とする）を示す。第２の状態において、液晶分子１１６は電界の作用を受けて長軸がパッチ電極１０８及び接地電極１１０の表面に対し垂直に配向する。液晶分子１１６の長軸が配向する角度は、パッチ電極１０８に印加する制御信号の大きさ（接地電極とパッチ電極との間の電圧の大きさ）によって、水平方向と垂直方向との中間の方向に配向させることもできる。
　液晶分子１１６が正の誘電異方性を有する場合、第１の状態に対して第２の状態の方が、誘電率が大きくなる。また、液晶分子１１６が負の誘電異方性を有する場合、第１の状態に対して第２の状態の方が見かけ上の誘電率が小さくなる。誘電異方性を有する液晶層１１４は、可変誘電体層とみなすこともできる。反射板ユニットセル１０２は、液晶層１１４の誘電異方性を利用して、反射波の位相を遅らせる（又は遅らせない）ように制御することができる。
　図３は、反射板ユニットセル１０２ａ及び反射板ユニットセル１０２ｂによって反射波の進行方向が変化することを模式的に示す。反射板ユニットセル１０２ａ及び反射板ユニットセル１０２ｂは、第１方向（Ｘ軸方向）において隣接している。つまり、パッチ電極１０８ａとパッチ電極１０８ｂとは、異なる第１配線１１８に接続されている。反射板ユニットセル１０２ａと反射板ユニットセル１０２ｂに同じ位相で電波が入射した場合において、反射板ユニットセル１０２ａと反射板ユニットセル１０２ｂに異なる制御信号（Ｖ１≠Ｖ２）が印加されているために、反射板ユニットセル１０２ａに比べ反射板ユニットセル１０２ｂによる反射波の位相変化が大きい場合を示す。その結果、反射板ユニットセル１０２ａで反射した反射波Ｒ１の位相と、反射板ユニットセル１０２ｂで反射した反射波Ｒ２の位相が異なり（図３では、反射波Ｒ２の位相が反射波Ｒ１の位相より進んでいる）、見かけ上、反射波の進行方向が斜め方向に変化する。
　次に、２種類のサイズのパッチ電極を用いた電波反射装置において、位相変化量（ｄｅｇ）及び振幅（ｄＢ）をシミュレーションした結果について説明する。シミュレーションには、図１Ａに示すように、２種類のサイズのパッチ電極が、第１方向及び第２方向に配列された状態であり、電波反射装置の反射板を想定している。パッチ電極１０８ａのサイズは、２．８ｍｍ×２．８ｍｍ（７．８４ｍｍ２）であり、パッチ電極１０８ｂのサイズは、２．５ｍｍ×２．５ｍｍ（６．２５ｍｍ２）である。パッチ電極１０８ａとパッチ電極１０８ｂとのピッチは、３．７ｍｍである。また、反射板ユニットセル１０２ａ、１０２ｂの液晶層１１４の厚さは７５μｍである。また、液晶層１１４の誘電率は、ε＝ａ、ｂ、ｃ（ａ＞ｂ＞ｃ）として、それぞれの誘電率に対して計算した。なお、誘電率ε＝ａは、液晶層１１４に電圧Ｖ１が印加された状態であり、誘電率ε＝ｃは、液晶層１１４に電圧が印加されていない状態である。また、誘電率ε＝ｂは、液晶層１１４に中間の電圧Ｖ２が印加されている状態である（Ｖ１＞Ｖ２＞０）。
　図４は、２種類のサイズのパッチ電極を用いた電波反射装置における周波数と反射振幅の関係を示す図である。図５は、２種類のサイズのパッチ電極を用いた電波反射装置における周波数と位相変化量との関係を示す図である。なお、このシミュレーションは、ＣＳＴ　Ｓｔｕｄｉｏ　Ｓｕｉｔｅ（ダッソー・システムズ株式会社製）により行った。
　図４によれば、２８ＧＨｚにおいて、ε＝ｃ（電圧が印加されていない状態）の場合の反射振幅は、－１．８ｄＢとなり、ε＝ａ（電圧が印加された状態）の場合の振幅は、－５．４ｄＢとなることが示された。図５によれば、２８ＧＨｚにおいてε＝ｃの場合の位相を基準とすると、ε＝ａの場合における位相変化量が－３３５．２となることが示された。
　シミュレーションにおいて使用したパッチ電極１０８ａのサイズ（面積）は、パッチ電極１０８ｂのサイズ（面積）に対して、２５％大きい。そのため、図５に示すように、２５ＧＨｚ～３５ＧＨｚにおいて、誘電率ε＝ａ、ｂ、ｃにおいて、共振周波数のピーク（反射振幅が最小となる点）が２つとなることが示されている。図５では、誘電率ε＝ａ、ｂ、ｃのそれぞれについて、パッチ電極１０８ａに起因する共振周波数のピーク及びパッチ電極１０８ｂに起因する共振周波数のピークを示している。
　次に、１種類のサイズのパッチ電極を用いた電波反射装置において、位相変化量（ｄｅｇ）及び振幅（ｄＢ）をシミュレーションした結果について説明する。シミュレーションには、１種類のサイズのパッチ電極が、第１方向及び第２方向に配列された状態であり、電波反射装置の反射板を想定している。パッチ電極のサイズは、２．８ｍｍ×２．８ｍｍ（７．８４ｍｍ２）である。パッチ電極のピッチは、３．７ｍｍである。また、反射板ユニットセル１０２ａ、１０２ｂの液晶層１１４の厚さは４０μｍである。また、液晶層１１４の誘電率は、ε＝ａ、ｂ、ｃ（ａ＞ｂ＞ｃ）として、それぞれの誘電率に対して計算した。なお、誘電率ε＝ａは、液晶層１１４に電圧Ｖ１が印加された状態であり、誘電率ε＝ｃは、液晶層１１４に電圧が印加されていない状態である。また、誘電率ε＝ｂは、液晶層１１４に中間の電圧Ｖ２が印加されている状態である（Ｖ１＞Ｖ２＞０）。
　図１１は、１種類のサイズのパッチ電極を用いた電波反射装置における周波数と反射振幅の関係を示す図である。図１２は、１種類のサイズのパッチ電極を用いた電波反射装置における周波数と位相変化量との関係を示す図である。なお、このシミュレーションは、ＣＳＴ　Ｓｔｕｄｉｏ　Ｓｕｉｔｅ（ダッソー・システムズ株式会社製）により行った。
　図１１において、いずれの誘電率ε＝ａ、ｂ、ｃにおいても、共振周波数のピークは１つとなる。１種類のサイズのパッチ電極を用いる場合（パッチ電極のサイズがすべて同じである場合）、材料損失（液晶材料の誘電正接ｔａｎδおよびパッチ電極材料の導体損失）により反射振幅不足が生じ、液晶材料の誘電異方性の制限により誘電率の可変範囲が不足する。そのため、図１２に示すように、狙いの周波数近傍帯での位相変化量が求める位相変化量より低くなってしまう問題が生じる。いずれも材料物性によって制約されるものである。したがって、電波反射装置において異なるサイズのパッチ電極を用いるという本発明の一実施形態は、有効である。
　次に、パッチ電極１０８ａのサイズが、パッチ電極１０８ｂのサイズに対して大きすぎる場合について、２種類のサイズのパッチ電極を用いた電波反射装置において、位相変化量（ｄｅｇ）及び振幅（ｄＢ）をシミュレーションした結果について説明する。シミュレーションには、１種類のサイズのパッチ電極が、第１方向及び第２方向に配列された状態であり、電波反射装置の反射板を想定している。パッチ電極１０８ａのサイズは、３．１ｍｍ×３．１ｍｍ（９．６１ｍｍ２）であり、パッチ電極１０８ｂのサイズは、２．５ｍｍ×２．５ｍｍ（６．２５ｍｍ２）である。パッチ電極１０８ａとパッチ電極１０８ｂとのピッチは、３．７ｍｍである。また、反射板ユニットセル１０２ａ、１０２ｂの液晶層１１４の厚さは５０μｍである。また、液晶層１１４の誘電率は、ε＝ａ、ｂ、ｃ（ａ＞ｂ＞ｃ）として、それぞれの誘電率に対して計算した。なお、誘電率ε＝ａは、液晶層１１４に電圧Ｖ１が印加された状態であり、誘電率ε＝ｃは、液晶層１１４に電圧が印加されていない状態である。また、誘電率ε＝ｂは、液晶層１１４に中間の電圧Ｖ２が印加されている状態である（Ｖ２＞Ｖ１＞０）。
　図１３は、２種類のサイズのパッチ電極を用いた電波反射装置における周波数と反射振幅の関係を示す図である。図１４は、２種類のサイズのパッチ電極を用いた電波反射装置における周波数と位相変化量との関係を示す図である。なお、このシミュレーションは、ＣＳＴ　Ｓｔｕｄｉｏ　Ｓｕｉｔｅ（ダッソー・システムズ株式会社製）により行った。
　シミュレーションにおいて使用したパッチ電極１０８ａのサイズは、パッチ電極１０８ｂのサイズに対して、５４％大きい。そのため、図１３に示すように、共振させる周波数が狙いの周波数近傍帯（２８ＧＨｚ帯）から大きく外れてしまう。高低２つの大きく外れた周波数帯で共振を生じることになる。そのため、図１４に示すように、狙いの周波数近傍帯での位相変化量が求める位相変化量より低くなってしまう問題が生じる。
　図４及び図５の結果から、パッチ電極１０８ａのサイズは、パッチ電極１０８ｂのサイズに対して、１０７％以上１４０％以下とすることが好ましいことが示唆される。また、電波反射装置１００ａを２８ＧＨｚ帯で使用する場合には、例えば、各パッチ電極１０８ａのサイズは、７．０ｍｍ２以上９．３ｍｍ２以下であり、各パッチ電極１０８ｂのサイズは、５．５ｍｍ２以上７．０ｍｍ２以下である。
　図１Ａにおいて、複数のパッチ電極１０８ａと複数のパッチ電極１０８ｂとは、互いに隣接するように配置されている。このとき、複数のパッチ電極１０８ａ及び複数のパッチ電極１０８ｂが第１方向及び第２方向に配列された領域の中心に対して、複数のパッチ電極１０８ａ及び複数のパッチ電極１０８ｂが、２回回転対称又は４回回転対称となるように配列されることが好ましい。複数のパッチ電極１０８ａ及び複数のパッチ電極１０８ｂの配列をこのように配置することで、垂直偏波及び水平偏波に対して対称とすることができる。
　以上のように、本発明の一実施形態に係る電波反射装置において、反射板ユニットセルのパッチ電極のサイズを少なくとも２種類とする。これにより、パッチ電極１０８ａで起こる共振と、パッチ電極１０８ｂで起こる共振により、ミリ波帯における共振周波数のピーク（反射率が最小となる点）を二つにすることができる。これにより、反射波の振幅の減衰を抑制できるとともに、位相変化量を大きくすることができる。このような特性により、複数の電波反射装置を組み合わせて空中に伝送経路を形成する場合でも、電波の減衰を抑制することができ通信機器が良好な通信を行うことができる。
　本発明の一実施形態に係る電波反射装置は、パッチ電極１０８及び接地電極１１０として透明導電膜を用いて形成することができる。また、液晶層１１４も透光性を有する。そのため、電波反射装置をビルディングのような高層建築物の窓に取り付けて電波を所定の方向に反射させることで、都市部において電波の不感地帯（電波の届かない場所）を解消するために用いることができる。
　本実施形態では、パッチ電極１０８ａのサイズが、パッチ電極１０８ｂのサイズよりも大きい場合について説明したが、本発明の一実施形態はこれに限定されない。パッチ電極１０８ａのサイズが、パッチ電極１０８ｂのサイズよりも小さくてもよい。この場合、パッチ電極１０８ａのサイズが、パッチ電極１０８ｂのサイズに対して、７０％以上９３％以下であるとよい。例えば、各パッチ電極１０８ａのサイズは、５．５ｍｍ２以上７．０ｍｍ２以下であり、各パッチ電極１０８ｂのサイズは、７．０ｍｍ２以上９．３ｍｍ２以下である。
２．電波反射装置
　次に、電波反射ユニットが集積された電波反射装置の構成について説明する。
２－１．電波反射装置（一軸反射制御）
　図６は、本発明の一実施形態に係る電波反射装置１００ａの構成である。電波反射装置１００ａは、反射板１２０と、第１駆動回路１２４と、端子部１２６と、を有する。
　反射板１２０は、誘電体基板１０４と対向基板１０６との間に設けられる。反射板１２０は複数の反射板ユニットセル１０２ａ、１０２ｂが集積化された構造を有する。複数の反射板ユニットセル１０２ａ、１０２ｂは、例えば、第１方向（図６に示すＸ軸方向）及び第１方向に交差する第２方向（図６に示すＹ軸方向）に配列される。反射板ユニットセル１０２ａは、接地電極１１０と、パッチ電極１０８ａと、接地電極１１０とパッチ電極１０８ａとの間に設けられた液晶層（図示せず）と、を含む。また、反射板ユニットセル１０２ｂは、接地電極１１０と、パッチ電極１０８ｂと、接地電極１１０とパッチ電極１０８ｂとの間に設けられた液晶層（図示せず）と、を含む。パッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂは、誘電体基板１０４に設けられており、接地電極１１０は、対向基板１０６に設けられている。また、誘電体基板１０４と対向基板１０６とはシール材１２８で貼り合わされており、液晶層はシール材１２８の内側の領域に設けられる。
　反射板ユニットセル１０２ａ、１０２ｂにおいて、パッチ電極１０８ａ、１０８ｂが電波の入射面に向くように配置される。接地電極１１０は平板状である。複数のパッチ電極１０８ａ、１０８ｂは、平板状の接地電極１１０の面内にマトリクス状に配列される。
　本実施形態では、反射板１２０を平面視したとき、複数のパッチ電極１０８ａと複数のパッチ電極１０８ｂとが千鳥状（Ｃｈｅｃｋｅｄ　ｐａｔｔｅｒｎ）に配置されている。具体的には、複数のパッチ電極１０８ａ及び複数のパッチ電極１０８ｂは、第１方向（Ｘ軸方向）又は第１方向と交差する第２方向（Ｙ軸方向）において交互に配置される。また、各パッチ電極１０８ａは、各パッチ電極１０８ｂと第１方向又は第２方向において隣接している。
　誘電体基板１０４には第２方向に伸びる複数の第１配線１１８が配設される。複数の第１配線１１８のそれぞれは、第２方向に配列する複数のパッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂと電気的に接続される。別言すれば、第２方向に配列するパッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂは第１配線１１８により連結される。反射板１２０は、第１配線１１８によって連結された一列のパッチ電極アレイが第２方向に複数個配列された構成を有する。
　誘電体基板１０４において、反射板１２０が設けられる以外の領域を周辺領域１２２という。周辺領域１２２には、第１駆動回路１２４及び端子部１２６が設けられる。端子部１２６は、外部回路との接続を形成する領域であり、例えば、図示されない端子部１２６には、フレキシブルプリント回路が接続される。端子部１２６には、フレキシブルプリント回路から第１駆動回路１２４を制御する信号が入力される。
　反射板１２０に配設された複数の第１配線１１８は、周辺領域１２２に延びて第１駆動回路１２４と接続される。第１駆動回路１２４は、第１配線１１８を介してパッチ電極１０８ａ、１０８ｂに制御信号を出力する。第１駆動回路１２４は、複数の第１配線１１８のそれぞれに異なる電圧レベルの制御信号を出力することができる。これにより、反射板１２０では、第１方向及び第２方向に配列されたパッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂに対し、第２方向に配列されたパッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂに制御信号が印加される。
　電波反射装置１００ａは、第２方向に配列された複数のパッチ電極１０８の組ごとに制御信号が印加され、それにより反射板１２０に入射した電波の反射波の反射方向を制御することができる。すなわち、電波反射装置１００ａは、反射板１２０に入射した電波を、第２方向（Ｙ軸方向）に平行な反射軸ＲＹを中心として図面の左右方向に反射波の進行方向を制御することができる。
　なお、図６において、第２方向に配列される複数のパッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂは、第１配線１１８により電気的に接続されて電気的に等電位となる。そのため、複数に分割された形状ではなく、第２方向（Ｙ軸方向）に連続する帯状の電極に置き換えることも考えられる。しかし、パッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂの寸法は反射する電波の波長によって適切な範囲があるため、帯状の電極形状にすると狙いの波長に対して感度が低下し、垂直偏波及び水平偏波に対する振る舞いが異なってしまう。そのため、図６に示すように、パッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂを垂直偏波及び水平偏波に対して対称となる形状（図６では正方形を示すが円形であってもよい）としてアレイ状に配置する。そして、反射軸ＲＹに平行に配列する複数のパッチ電極１０８ａ及び複数のパッチ電極１０８ｂを第１配線１１８で接続する構造とすることが好ましい。
２－２．電波反射装置（二軸反射制御）
　第１実施形態に示す電波反射装置１００ａは反射軸ＲＹが一軸であるため、反射軸ＲＹを回転軸とした方向に反射角を制御することができる。これに対し本実施形態は、二軸反射制御をすることができる電波反射装置１００ｂの一例を示す。以下の説明においては第２実施形態と相違する部分を中心に説明を行う。
　図７は、本実施形態に係る電波反射装置１００ｂの構成を示す。以下の説明では、図６に示す電波反射装置１００ａと相違する部分を中心に説明する。
　電波反射装置１００ｂは、反射板１２０に第２方向（Ｙ軸方向）に延伸する複数の第１配線１１８に加え、第１方向（Ｘ軸方向）に延伸する複数の第２配線１３２を有する。複数の第１配線１１８と複数の第２配線１３２は図示されない絶縁層を挟んで交差するように配置される。複数の第１配線１１８は第１駆動回路１２４に接続され、複数の第２配線１３２は第２駆動回路１３０に接続される。第１駆動回路１２４は制御信号を出力し、第２駆動回路１３０は走査信号を出力する。
　図７は、２つのパッチ電極１０８ａ及び２つのパッチ電極１０８ｂと、２つの第１配線１１８及び第２配線１３２の配置を拡大した挿入図を示す。２つのパッチ電極１０８ａ及び２つのパッチ電極１０８ｂのそれぞれにはスイッチング素子１３４が設けられる。スイッチング素子１３４のスイッチング（オン及びオフ）は第２配線１３２に印加される走査信号により制御される。スイッチング素子１３４がオンになったパッチ電極１０８は、第１配線１１８と導通し制御信号が印加される。スイッチング素子１３４は、例えば、薄膜トランジスタで形成される。このような構成によれば、第１方向（Ｘ軸方向）に配列する複数のパッチ電極１０８ａ、１０８ｂを行ごとに選択し、各行に異なる電圧レベルの制御信号を印加することができる。
　図７に示す電波反射装置１００ｂは、反射板１２０に入射された電波を、第２方向（Ｙ軸方向）に平行な反射軸ＶＲを中心として図面の左右方向に反射波の進行方向を制御することができることに加え、第１方向（Ｘ軸方向）に平行な反射軸ＨＲを中心として図面の上下方向へも反射波の進行方向を制御することができる。すなわち、電波反射装置１００ｂは、第２方向（Ｙ軸方向）に平行な反射軸ＶＲと、第１方向（Ｘ軸方向）に平行な反射軸ＨＲを有するため、反射軸ＶＲを回転軸とした方向、反射軸ＨＲを回転軸とした方向に反射角を制御することができる。
　図８は、パッチ電極１０８にスイッチング素子１３４が接続された反射板ユニットセル１０２の断面構造の一例を示す。スイッチング素子１３４が誘電体基板１０４に設けられる。スイッチング素子１３４はトランジスタであり、第１ゲート電極１３８、第２ゲート絶縁層１４６、半導体層１４２、第２ゲート絶縁層１４６、第２ゲート電極１４８が積層された構造を有する。第１ゲート電極１３８と誘電体基板１０４との間にはアンダーコート層１３６が設けられていてもよい。第１ゲート絶縁層１４０と第２ゲート絶縁層１４６との間に第１配線１１８が設けられる。第１配線１１８は半導体層１４２と接するように設けられる。また、第１配線１１８を形成する導電層と同じ層で第１接続配線１４４が設けられる。第１接続配線１４４は半導体層１４２と接するように設けられる。第１配線１１８及び第１接続配線１４４の半導体層１４２に対する接続構造は、一方の配線がトランジスタのソースに接続され、もう一方の配線がドレインに接続された構造を示す。
　スイッチング素子１３４を覆うように第１層間絶縁層１５０が設けられる。第１層間絶縁層１５０の上に第２配線１３２が設けられる。第２配線１３２は、第１層間絶縁層１５０に形成されたコンタクトホールを介して第２ゲート電極１４８と接続される。なお、図示されないが、第１ゲート電極１３８と第２ゲート電極１４８とは半導体層１４２と重ならない領域で相互に電気的に接続されている。第１層間絶縁層１５０の上には、第２配線１３２と同じ導電層で第２接続配線１５２が設けられる。第２接続配線１５２は、第１層間絶縁層１５０に形成されたコンタクトホールを介して第１接続配線１４４と接続される。
　第２配線１３２及び第２接続配線１５２を覆うように第２層間絶縁層１５４が設けられる。さらにスイッチング素子１３４の段差を埋めるように平坦化層１５６が設けられる。平坦化層１５６を設けることにより、スイッチング素子１３４の配置に影響を受けずにパッチ電極１０８を形成することができる。平坦化層１５６の平坦な表面の上にパッシベーション層１５８が設けられる。パッチ電極１０８はパッシベーション層１５８の上に設けられる。パッチ電極１０８は、パッシベーション層１５８、平坦化層１５６、及び第２層間絶縁層１５４を貫通するコンタクトホールを介して第２接続配線１５２と接続される。パッチ電極１０８の上に第１配向膜１１２ａが設けられる。
　対向基板１０６には、図１Ｂと同様に、接地電極１１０、第２配向膜１１２ｂが設けられる。誘電体基板１０４のスイッチング素子１３４及びパッチ電極１０８が設けられた面が、対向基板の接地電極１１０が設けられた面と対向するように配置され、その間に液晶層１１４が設けられる。誘電体基板１０４の厚さＴは、パッチ電極１０８の液晶層１１４側の表面から誘電体基板１０４のパッチ電極１０８が設けられる面とは反対側の面までの長さとすることができる。この場合、パッチ電極１０８と誘電体基板１０４との間にある少なくとも１層の絶縁層（アンダーコート層１３６、第１ゲート絶縁層１４０、第２ゲート絶縁層１４６、第１層間絶縁層１５０、第２層間絶縁層１５４、平坦化層１５６、パッシベーション層１５８）の厚さを考慮に入れることができる。
　誘電体基板１０４に形成される各層は以下のような材料を用いて形成される。アンダーコート層１３６は、例えば、シリコン酸化膜で形成される。第１ゲート絶縁層１４０、第２ゲート絶縁層１４６は、例えば、酸化シリコン膜、又は酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層構造で形成される。半導体層は、アモルファスシリコン、多結晶シリコンのようなシリコン半導体、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウム、ＩＧＺＯなどの金属酸化物を含む酸化物半導体で形成される。第１ゲート電極１３８及び第２ゲート電極１４８は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）又はこれらの合金で構成されてもよい。第１配線１１８、第２配線１３２、第１接続配線１４４、及び第２接続配線１５２は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属材料を用いて形成される。例えば、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／チタン（Ｔｉ）の積層構造、又はモリブデン（Ｍｏ）／アルミニウム（Ａｌ）／モリブデン（Ｍｏ）の積層構造で構成されてもよい。平坦化層１５６は、アクリル、ポリイミドなどの樹脂材料で形成される。パッシベーション層１５８は、例えば、窒化シリコン膜などで形成される。パッチ電極１０８及び接地電極１１０は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などの金属膜、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明導電膜で形成される。
　図８に示すように、第２配線１３２をスイッチング素子１３４として用いるトランジスタのゲートに接続し、第１配線１１８を当該トランジスタのソース及びドレインの一方に接続し、パッチ電極１０８をソース及びドレインの他方に接続することで、マトリクス状に配列された複数のパッチ電極１０８の中から所定のパッチ電極を選択して制御信号を印加することができる。そして、反射板１２０の中の個々のパッチ電極１０８にスイッチング素子１３４を設けることにより、第１方向（Ｘ軸方向）に沿って横一列に配列されるパッチ電極１０８ごと、又は第２方向（Ｙ軸方向）に沿って縦一列に配列されるパッチ電極１０８ごとに制御電圧を印加することができ、例えば、反射板１２０が直立しているとき、左右方向及び上下方向に反射波の反射方向を制御することができる。
（変形例１）
　第１及び第２実施形態では、１つのパッチ電極１０８ａと１つのパッチ電極１０８ｂとが、第１方向及び第２方向において、交互に配置される例について説明したが、本発明の一実施形態はこれに限定されない。例えば、３個並ぶパッチ電極１０８ａと、３個並ぶパッチ電極１０８ｂとが、第１方向及び第２方向において、交互に配置されてもよい。
　図９は、変形例１に係る電波反射装置１００ｃの構成である。図９に示すように、電波反射装置１００ｃでは、３個並ぶパッチ電極１０８ａと、３個並ぶパッチ電極１０８ｂとが、第１方向及び第２方向において、交互に配置されている。複数のパッチ電極１０８ａ及び複数のパッチ電極１０８ｂの配列をこのように配置することで、垂直偏波及び水平偏波に対して対称とすることができる。
　なお、連続して配置されるパッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂの数は、３個に限定されない。連続して配置されるパッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂの数は、２個であってもよいし、４個以上であってもよい。連続して配置されるパッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂの数は特に限定されない。ただし、複数のパッチ電極１０８ａ及び複数のパッチ電極１０８ｂが第１方向及び第２方向に配列された領域の中心に対して、複数のパッチ電極１０８ａ及び複数のパッチ電極１０８ｂが、２回回転対称又は４回回転対称となるように配列されることが好ましい。複数のパッチ電極１０８ａ及び複数のパッチ電極１０８ｂの配列をこのように配置することで、垂直偏波及び水平偏波に対して対称とすることができる。
（変形例２）
　第１及び第２実施形態では、サイズが異なる２種類のパッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂを用いた電波反射装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃについて説明したが、本発明の一実施形態はこれに限定されない。電波反射装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃにおいて、パッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂのサイズとは異なるパッチ電極を用いてもよい。
　図１０は、変形例２に係る電波反射装置１００ｄの構成である。図１０に示すように、パッチ電極１０８ｃのサイズは、パッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂよりも小さいサイズであってもよい。または、パッチ電極１０８ｃのサイズは、パッチ電極１０８ａ及びパッチ電極１０８ｂよりも大きいサイズであってもよい。または、パッチ電極１０８ｃのサイズは、パッチ電極１０８ａのサイズとパッチ電極１０８ｂのサイズとの間のサイズであってもよい。このように、パッチ電極のサイズを３種類以上とすることで、位相変化量を大きくすることができる。ただし、複数のパッチ電極１０８ａ、複数のパッチ電極１０８ｂ、及び複数のパッチ電極１０８ｃが第１方向及び第２方向に配列された領域の中心に対して、複数のパッチ電極１０８ａ複数のパッチ電極１０８ｂ、及び複数のパッチ電極１０８ｃが、２回回転対称又は４回回転対称となるように配列されることが好ましい。複数のパッチ電極１０８ａ、複数のパッチ電極１０８ｂ、及び複数のパッチ電極１０８ｃの配列をこのように配置することで、垂直偏波及び水平偏波に対して対称とすることができる。
　本発明の一実施形態に係る電波反射装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄにおいて、位相変化量が３６０°あれば十分である。そのため、パッチ電極１０８ｃのサイズは、３６０°を確保できる程度にパッチ電極１０８ｃのサイズを適宜決めてよい。このとき、パッチ電極１０８ｃのサイズは、６．５ｍｍ２以上８．５ｍｍ２以下である。
　また、変形例１及び２では、一軸反射制御の電波反射装置について説明したが、変形例１及び２を、二軸反射制御の電波反射装置に適用してもよい。
　本発明の一実施形態として例示した電波反射装置及び反射板ユニットの各種構成は相互に矛盾しない限り適宜組み合わせることができる。また、本明細書及び図面に開示された電波反射装置及び反射板ユニットを基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
　本明細書に開示された実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ：電波反射装置、１０２：反射板ユニットセル、１０２ａ、１０２ｂ、反射板ユニットセル、１０４：誘電体基板、１０６：対向基板、１０８：パッチ電極、１０８ａ、１０８ｂ：パッチ電極、１１０：接地電極、１１２ａ：第１配向膜、１１２ｂ：第２配向膜、１１４：液晶層、１１６：液晶分子、１１８：第１配線、１２０：反射板、１２２：周辺領域、１２４：第１駆動回路、１２６：端子部、１２８：シール材、１３０：第２駆動回路、１３２：第２配線、１３４：スイッチング素子、１３６：アンダーコート層、１３８：第１ゲート電極、１４０：第１ゲート絶縁層、１４２：半導体層、１４４：第１接続配線、１４６：第２ゲート絶縁層、１４８：第２ゲート電極、１５０：第１層間絶縁層、１５２：第２接続配線、１５４：第２層間絶縁層、１５６：平坦化層、１５８：パッシベーション層

 

Claims (10)

  1. 　複数の第１パッチ電極と、
    　前記複数の第１パッチ電極とは異なるサイズを有する複数の第２パッチ電極と、
    　前記複数の第１パッチ電極及び前記複数の第２パッチ電極に対向し、かつ前記複数の第１パッチ電極及び前記複数の第２パッチ電極と離隔して設けられた接地電極と、
    　前記複数の第１パッチ電極及び前記複数の第２パッチ電極と、前記接地電極との間に設けられた液晶層と、を含み、
    　前記複数の第１パッチ電極及び前記複数の第２パッチ電極は、第１方向又は前記第１方向と交差する第２方向において交互に配置され、
    　各第１パッチ電極は、各第２パッチ電極と前記第１方向又は前記第２方向において隣接する、電波反射装置。
  2. 　各第１パッチ電極の形状及び各第２パッチ電極の形状は、４回回転対称な形状である、請求項１に記載の電波反射装置。
  3. 　各第１パッチ電極の形状及び各第２パッチ電極の形状は、正方形、ひし形、各頂点が面取りされた四角形、各頂点が丸みを帯びた四角形、または円形である、請求項１に記載の電波反射装置。
  4. 　各第１パッチ電極のサイズは、各第２パッチ電極のサイズに対して、１０７％以上１４０％以下である、請求項１に記載の電波反射装置。
  5. 　各第１パッチ電極のサイズは、７．０ｍｍ２以上９．３ｍｍ２以下であり、各第２パッチ電極のサイズは、５．５ｍｍ２以上７．０ｍｍ２以下である、請求項１に記載の電波反射装置。
  6. 　各第１パッチ電極のサイズは、各第２パッチ電極のサイズに対して、７０％以上９３％以下である、請求項１に記載の電波反射装置。
  7. 　各第１パッチ電極のサイズは、５．５ｍｍ２以上７．０ｍｍ２以下であり、各第２パッチ電極のサイズは、７．０ｍｍ２以上９．３ｍｍ２以下である、請求項１に記載の電波反射装置。
  8. 　前記複数の第１パッチ電極及び前記複数の第２パッチ電極が前記第１方向及び前記第２方向に配列された領域の中心に対して、前記複数の第１パッチ電極及び前記複数の第２パッチ電極は、２回回転対称又は４回回転対称となるように配列される、請求項１に記載の電波反射装置。
  9. 　前記複数の第１パッチ電極及び前記複数の第２パッチ電極に入射される電波の周波数は、２８ＧＨｚである、請求項１に記載の電波反射装置。
  10. 　前記複数の第１パッチ電極及び前記複数の第２パッチ電極のそれぞれに、スイッチング素子が接続されている、請求項１に記載の電波反射装置。

     
PCT/JP2023/021593 2022-06-30 2023-06-09 電波反射装置 WO2024004595A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-106685 2022-06-30
JP2022106685 2022-06-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024004595A1 true WO2024004595A1 (ja) 2024-01-04

Family

ID=89382046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/021593 WO2024004595A1 (ja) 2022-06-30 2023-06-09 電波反射装置

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024004595A1 (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107394318A (zh) * 2017-07-14 2017-11-24 合肥工业大学 一种用于反射式可调移相器的液晶移相单元
JP2020150496A (ja) * 2019-03-15 2020-09-17 株式会社ジャパンディスプレイ アンテナ装置及びフェーズドアレイアンテナ装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107394318A (zh) * 2017-07-14 2017-11-24 合肥工业大学 一种用于反射式可调移相器的液晶移相单元
JP2020150496A (ja) * 2019-03-15 2020-09-17 株式会社ジャパンディスプレイ アンテナ装置及びフェーズドアレイアンテナ装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10637133B2 (en) Antenna structure, driving method thereof, and antenna system
CN106532200B (zh) 一种基于石墨烯电极的反射式液晶移相单元
CN106154603B (zh) 一种液晶移相单元及其构成的相控天线
US11837802B2 (en) Liquid crystal antenna unit and liquid crystal phased array antenna
US10312588B2 (en) Phased-array antenna and multi-face array antenna device
US7075610B2 (en) Liquid crystal display device and light emitting structure with photonic band gap transparent electrode structures
JP2020150496A (ja) アンテナ装置及びフェーズドアレイアンテナ装置
US11462826B2 (en) Signal conditioner, antenna device and manufacturing method
US20240085746A1 (en) Intelligent reflecting surface and intelligent reflecting device
JP2019087852A (ja) 走査アンテナおよび液晶装置
US11239370B2 (en) TFT substrate and scanning antenna provided with TFT substrate
CN111834755A (zh) 天线装置及显示面板
WO2023140243A1 (ja) リフレクトアレイ
CN110943300A (zh) 扫描天线及tft基板
WO2024004595A1 (ja) 電波反射装置
WO2023058399A1 (ja) 電波反射装置
WO2022259789A1 (ja) 電波反射板及びフェーズドアレイアンテナ
WO2023181614A1 (ja) リフレクトアレイ
WO2024070939A1 (ja) 電波反射装置
CN117203856A (zh) 电波反射板
WO2024070207A1 (ja) 電波反射装置
WO2023248584A1 (ja) 電波反射装置
WO2024100974A1 (ja) 電波反射装置
JP2019062090A (ja) Ｔｆｔ基板、ｔｆｔ基板を備えた走査アンテナ、およびｔｆｔ基板の製造方法
WO2023188734A1 (ja) 液晶材料を用いた電波の反射素子

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23831044

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1