WO2024009618A1 - 電波反射装置の駆動方法 - Google Patents

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WO2024009618A1
WO2024009618A1 PCT/JP2023/018325 JP2023018325W WO2024009618A1 WO 2024009618 A1 WO2024009618 A1 WO 2024009618A1 JP 2023018325 W JP2023018325 W JP 2023018325W WO 2024009618 A1 WO2024009618 A1 WO 2024009618A1
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voltage
region
radio wave
reflective elements
reflection
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PCT/JP2023/018325
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French (fr)
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光隆 沖田
真一郎 岡
大一 鈴木
宏己 松野
琢也 大戸
良晃 天野
Original Assignee
株式会社ジャパンディスプレイ
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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
    • 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 method for driving 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).
  • a radio wave reflecting device that uses a radio wave reflecting plate that can control the reflection direction using a liquid crystal, such as a phased array antenna device, needs to have a wide variable range of the reflection phase to control the reflection direction in all directions. There is a problem that the variable range of the reflection phase is narrow.
  • one of the objects of an embodiment of the present invention is to provide a driving method that widens the variable range of the reflection phase of a radio wave reflection device.
  • a method for driving a radio wave reflecting device has a plurality of reflecting elements arranged in row and column directions, and controls the amount of phase change of reflected waves by voltage applied to the plurality of reflecting elements.
  • a method for driving a radio wave reflecting device comprising: arranging a plurality of reflecting elements in a column direction; A plurality of reflective elements are divided into a second region in which the amount of phase change is controlled for every two adjacent rows, and the plurality of reflective elements belonging to each of the first region and the second region are simultaneously driven.
  • 1 is a plan view of a reflection element used in a radio wave reflection device according to an embodiment of the present invention.
  • 1 shows a cross-sectional structure along A1-A2 shown in a plan view of a reflecting element used in a radio wave reflecting device according to an embodiment of the present invention.
  • 2 shows two states in which no voltage is applied between the patch electrode and the common electrode when the reflecting element used in the radio wave reflecting device according to the embodiment of the present invention operates.
  • 2A and 2B illustrate states in which a voltage is applied between a patch electrode and a common electrode in two states when a reflecting element used in a radio wave reflecting device according to an embodiment of the present invention operates;
  • 1 shows a configuration of a radio wave reflecting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 schematically shows that the traveling direction of reflected waves changes by the radio wave reflecting device according to an embodiment of the present invention.
  • 1 shows a configuration of a radio wave reflecting device according to an embodiment of the present invention.
  • An example of the address of each reflecting element of the radio wave reflecting device shown in FIGS. 3 and 5 is shown.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating voltages applied to a plurality of reflecting elements in a method for driving a radio wave reflecting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating voltages applied to a plurality of reflecting elements in a method for driving a radio wave reflecting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating voltages applied to a plurality of reflecting elements in a method for driving a radio wave reflecting 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. .
  • FIGS. 1A and 1B show a reflection element 102 used in a radio wave reflection device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A shows a plan view of the reflective element 102 viewed from above (the side where radio waves are incident), and
  • FIG. 1B shows a cross-sectional view along A1-A2 shown in the plan view.
  • the reflective element 102 includes a dielectric substrate 104, a counter substrate 106, a patch electrode 108, a common electrode 110, a liquid crystal layer 114, a first alignment film 112a, and a second alignment film 112b.
  • the dielectric substrate 104 in the reflective element 102 can also be considered as a dielectric layer, forming one layer.
  • Patch electrode 108 is provided on dielectric substrate (dielectric layer) 104
  • common electrode 110 is provided on counter substrate 106.
  • a first alignment film 112a is provided on the dielectric substrate (dielectric layer) 104 so as to cover the patch electrode 108
  • a second alignment film 112b is provided on the counter substrate 106 so as to cover the common electrode 110.
  • Patch electrode 108 and common 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 electrode 108 and the liquid crystal layer 114, and a second alignment film 112b is interposed between the common electrode 110 and the liquid crystal layer 114.
  • the patch electrode 108 preferably has a shape that is symmetrical with respect to vertically polarized waves and horizontally polarized waves of incident radio waves, and has a square or circular shape in plan view.
  • FIG. 1A shows a case where the patch electrode 108 is square in plan view.
  • the shape of the common 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 (dielectric layer) 104. First wiring 118 is connected to patch electrode 108 . The first wiring 118 can be used when applying a control signal to the patch electrode 108. Furthermore, when a plurality of reflective elements are arranged, the first wiring 118 can be used to connect one patch electrode to an adjacent patch electrode.
  • the dielectric substrate (dielectric layer) 104 and the counter substrate 106 are bonded together using a sealing material.
  • the dielectric substrate (dielectric layer) 104 and the counter substrate 106 are arranged to face each other with a gap therebetween, and the liquid crystal layer 114 is provided in a region surrounded by a sealant.
  • the liquid crystal layer 114 is provided so as to fill the gap between the dielectric substrate (dielectric layer) 104 and the counter substrate 106 .
  • the distance between the dielectric substrate (dielectric layer) 104 and the counter substrate 106 is 20 to 100 ⁇ m, for example, 50 ⁇ m.
  • a patch electrode 108, a common electrode 110, a first alignment film 112a, and a second alignment film 112b are provided between the dielectric substrate (dielectric layer) 104 and the counter substrate 106, so to be more precise, the dielectric substrate 104
  • the thickness of the liquid crystal layer 114 is the distance between the first alignment film 112a and the second alignment film 112b provided on each of the opposing substrates 106 and 106.
  • a spacer may be provided between the dielectric substrate (dielectric layer) 104 and the counter substrate 106 in order to keep the distance constant.
  • a control signal for controlling 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.
  • the common electrode 110 is applied with a voltage at an intermediate level of ground or a polarity inverted signal.
  • 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, cholesteric liquid crystal, or discotic liquid crystal can be 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 reflective element 102 can change the dielectric constant of the liquid crystal layer 114 according to a control signal applied to the patch electrode 108, thereby delaying the phase of the reflected wave when reflecting the radio wave.
  • the frequency bands of the radio waves reflected by the reflective element 102 include the very high frequency (VHF) band, the ultra-high frequency (UHF) band, the microwave (SHF: super high frequency) band, and the submillimeter wave (THF) band. This is the millimeter wave (EHF: Extra High Frequency) band.
  • VHF very high frequency
  • UHF ultra-high frequency
  • SHF super high frequency
  • THF submillimeter wave
  • EHF Extra High Frequency
  • FIG. 2A shows a state in which no voltage is applied between the patch electrode 108 and the common 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 common 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 long axes of the liquid crystal molecules 116 are aligned perpendicular to the surfaces of the patch electrode 108 and the common electrode 110 under the action of the electric field.
  • the angle at which the long axes of the liquid crystal molecules 116 are oriented is determined by the magnitude of the control signal applied to the patch electrode 108 (the magnitude of the voltage between the counter electrode and the patch electrode), so that the liquid crystal molecules 116 are oriented in a direction intermediate between the horizontal direction and the vertical direction. You can also do that.
  • the dielectric constant is larger in the second state than in the first state. Further, when the liquid crystal molecules 116 have negative dielectric anisotropy, the apparent dielectric constant in the second state is smaller than that in the first state.
  • the liquid crystal layer 114 having dielectric anisotropy can also be regarded as a variable dielectric layer.
  • the reflective element 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.
  • the reflecting element 102 is used as a radio wave reflecting plate that reflects radio waves in a predetermined direction. It is preferable that the reflection element 102 attenuates the amplitude of 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 reflecting element 102, the radio wave passes through the dielectric substrate (dielectric layer) 104 twice.
  • the dielectric substrate (dielectric layer) 104 is made of, for example, a dielectric material such as glass or resin.
  • Radio Wave Reflector Next, the configuration of a radio wave reflector in which reflective elements are integrated will be shown.
  • FIG. 3 shows the configuration of a radio wave reflecting device 100a according to an embodiment of the present invention.
  • the radio wave reflection device 100 has a radio wave reflection plate 120.
  • the radio wave reflecting plate 120 is composed of a plurality of reflecting elements 102.
  • the plurality of reflective elements 102 are arranged, for example, in a column direction (X-axis direction shown in FIG. 3) and a row direction (Y-axis direction shown in FIG. 3) intersecting the column direction.
  • the reflective element 102 is arranged so that the patch electrode 108 faces the radio wave incident surface.
  • the radio wave reflecting plate 120 has a flat plate shape, and a plurality of patch electrodes 108 are arranged in a matrix within the plane of this flat plate.
  • the radio wave reflecting device 100a has a structure in which a plurality of reflecting elements 102 are integrated on one dielectric substrate (dielectric layer) 104.
  • the radio wave reflection device 100 includes a dielectric substrate (dielectric layer) 104 on which a plurality of patch electrodes 108 are arranged, and a counter substrate 106 on which a common electrode 110 is provided, which are arranged one on top of the other. It has a structure in which a liquid crystal layer (not shown) is provided between two substrates.
  • the radio wave reflecting plate 120 is formed in a region where the plurality of patch electrodes 108 and the common electrode 110 overlap.
  • the cross-sectional structure of the radio wave reflecting plate 120 is the same as the structure of the reflecting element 102 shown in FIG.
  • the dielectric substrate (dielectric layer) 104 and the counter substrate 106 are bonded together with a sealant 128, and a liquid crystal layer (not shown) is provided in an area inside the sealant 128.
  • the dielectric substrate (dielectric layer) 104 has a peripheral region 122 extending outward from the counter substrate 106.
  • a first drive circuit 124 and a terminal section 126 are provided in the peripheral region 122 .
  • the first drive circuit 124 outputs a control signal to the patch electrode 108.
  • the terminal portion 126 is a region for forming a connection with an external circuit, and is connected to, for example, a flexible printed circuit board (not shown).
  • a signal for controlling the first drive circuit 124 is input to the terminal section 126 .
  • a plurality of patch electrodes 108 are arranged on the dielectric substrate (dielectric layer) 104 in the column direction (X-axis direction) and the row direction (Y-axis direction). Further, a plurality of first wirings 118 extending in the row direction (Y-axis direction) are arranged on the dielectric substrate (dielectric layer) 104. Each of the plurality of first wirings 118 is electrically connected to the plurality of patch electrodes 108 arranged in the row direction (Y-axis direction). In other words, the plurality of patch electrodes 108 arranged in the row direction (Y-axis direction) are connected by the first wiring 118.
  • the radio wave reflecting plate 120 has a configuration in which a plurality of patch electrode arrays are arranged in a column direction (X-axis direction) and connected by first wiring 118.
  • a plurality of first wirings 118 arranged on the radio wave reflecting plate 120 extend to the peripheral region 122 and are connected to the first drive circuit 124.
  • 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 each patch electrode 108).
  • a control signal is applied to each set of a plurality of patch electrodes 108 arranged in the row direction (Y-axis direction), thereby controlling the direction of reflection of the reflected radio waves incident on the radio wave reflection plate 120.
  • the radio wave reflecting device 100a can control the propagation direction of the reflected waves in the left-right direction of the drawing with the reflection axis VR parallel to the row direction (Y-axis direction) as the center of the radio waves irradiated to the radio wave reflection plate 120. can.
  • FIG. 4 schematically shows that the traveling direction of the reflected wave changes due to the two reflecting elements 102.
  • V1 ⁇ V2 different control signals
  • the reflection direction can be controlled in a uniaxial direction.
  • Radio wave reflection device B (two-axis reflection control) Since the radio wave reflection device 100a shown in FIG. 3 has a single reflection axis VR, it is possible to control the reflection angle in a direction with the reflection axis VR as the rotation axis. In contrast, this embodiment shows an example of a radio wave reflection device 100b that can perform biaxial reflection control. In the following description, the explanation will focus on parts that are different from the radio wave reflecting device 100a.
  • the radio wave reflection device 100b has a plurality of second wirings 132 extending in the column 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 second drive circuit 130 outputs a scanning signal.
  • FIG. 5 shows an enlarged inset view of the arrangement of the four patch electrodes 108, the two first wirings 118, and the second wirings 132.
  • Each of the four patch electrodes 108 is provided with a switching element 134. 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 108 arranged in the column direction (X-axis direction) can be selected for each row, and control signals of different voltage levels can be applied to each row.
  • the radio wave reflecting device 100b shown in FIG. 5 controls the propagation direction of the reflected waves in the horizontal direction of the drawing with the radio waves irradiated on the radio wave reflecting plate 120 centered on the reflection axis VR parallel to the row direction (Y-axis direction). In addition to this, it is also possible to control the traveling direction of reflected waves in the vertical direction of the drawing centering on the reflection axis HR parallel to the row direction (X-axis direction).
  • the radio wave reflection device 100 has a reflection axis VR parallel to the row direction (Y-axis direction) and a reflection axis HR parallel to the column direction (X-axis direction), the direction in which the reflection axis VR is the rotation axis,
  • the reflection angle can be controlled in the direction with the reflection axis HR as the rotation axis.
  • the reflection direction can be changed to uniaxial and biaxial directions. can be controlled.
  • FIG. 6 shows the arrangement of the reflecting elements 102 in the radio wave reflecting device 100 shown in FIGS. 3 and 5.
  • the reflective elements 102 are arranged in the column direction (X-axis direction) from the 1st row (R1) to the 10th row (R10), and are arranged in the column direction (X-axis direction) from the 1st row (C1) to the 11th row (C11). ) in the row direction (Y-axis direction).
  • Reflection direction control-1 A method of driving the radio wave reflection device 100a that controls the reflection direction in the column direction (X-axis direction) will be described with reference to FIG. 6.
  • the arrangement of the plurality of reflecting elements 102 of the radio wave reflecting device 100a is divided into a first region 136 and a second region 138, as shown in FIG.
  • the first region 136 and the second region 138 are arranged adjacent to each other and are repeatedly arranged in at least one direction of the column direction (X-axis direction) or the row direction (Y-axis direction).
  • the plurality of reflective elements 102 divided into the first region 136 are arranged in the column direction, and the amount of phase change is controlled for each column.
  • the plurality of reflective elements 102 divided into the second region 138 are arranged in the column direction, and the amount of phase change is controlled for every two adjacent columns. Further, the plurality of reflective elements 102 belonging to the first region 136 and the second region 138 are driven simultaneously. The amount of phase change controlled by the reflective elements 102 belonging to these second regions 138 is larger than the amount of phase change controlled by the reflective elements 102 belonging to the first region 136.
  • FIG. 7 shows the amount of phase change (phase setting) of the reflected waves set in the plurality of reflection elements 102 shown in FIG. 6 and the voltage (voltage setting) applied to the reflection element 102 corresponding to each amount of phase change. .
  • radio wave reflection device used in the driving method shown in FIG. 7 as shown in FIG. 5, which controls the amount of phase change by the reflection element independently in both columns and rows.
  • the same voltage is applied to the plurality of reflective elements 102 arranged in the same row, and different voltages are applied to the plurality of reflective elements 102 arranged in the same row.
  • the phase change amount is set.
  • a voltage V0 is applied to the reflective element 102 arranged at C1 where the phase change amount is set to 0°.
  • Voltages V1, V2, V3, and V4 are applied to each column of the reflective elements 102 arranged in columns C2 to C5, respectively.
  • the absolute value of the voltage applied to the reflective elements 102 arranged in columns C1 to C5 among the reflective elements 102 belonging to the first region 136 varies from voltage V0 to voltage V4, similar to the magnitude relationship of the phase change amount. Largest in order of The change from the voltage V0 to the voltage V4 is appropriately set in consideration of the change in the dielectric constant of the liquid crystal with respect to the applied voltage, rather than the voltage increasing linearly.
  • the amount of phase change is set for each column, similarly to the reflective elements 102 arranged in columns C1 to C5. Voltages V1 to V4 corresponding to the amount of phase change are respectively applied.
  • the reflective elements 102 belonging to the second region 138 are arranged in columns C6 and C7, respectively, and a phase change amount of 330°, which is a high phase difference, is set in the two columns C6 and C7, for example.
  • the phase difference set in the second region 138 is preferably 270° or more and 360° or less.
  • voltage V5 is applied to the reflective elements 102 arranged in column C6, and voltage V6 is applied to reflective elements 102 arranged in column C7.
  • the absolute value of the voltage V5 is smaller than the absolute value of the voltage V6, and also smaller than the absolute value of the voltage V4 applied to the reflective elements 102 arranged in the column C5 of the first region 136.
  • the absolute value of the voltage applied to the reflective elements 102 arranged in column C6 is smaller than the absolute value of the voltage applied to the reflective elements 102 arranged in adjacent columns C5 and C6.
  • FIG. 6 and 7 show examples of columns C1 to C5 in which a plurality of reflective elements 102 belonging to the first region 136 are arranged and columns C6 and C7 in which a plurality of reflective elements 102 belonging to the second region 138 are arranged.
  • voltages V0 to Vn are applied to each column of the reflective elements 102 arranged in columns C1 to Cn.
  • the plurality of reflective elements 102 belonging to the second region 138 are arranged in adjacent columns Cn+1 and Cn+2.
  • a phase change amount larger than the phase change amount set for the reflection elements 102 in the first region 136 is set for the plurality of reflective elements 102 arranged in two adjacent rows.
  • a combination of voltages Va and Vb is applied to the reflective elements 102 arranged in columns Cn+1 and Cn+2, respectively.
  • the absolute value of voltage Va is smaller than the absolute value of voltage Vb and the absolute value of voltage Vn.
  • the absolute value of voltage Vb and voltage Vn is larger than the absolute value of voltage Va.
  • the combination of voltage Va and voltage Vb has a phase change such that a composite wave of the reflected wave from the reflective element to which the voltage Va is applied and the reflected wave from the reflective element to which the voltage Vb is applied is set in the first region 136. What is necessary is to set a voltage that is larger than the amount.
  • the reflective element 102 that belongs to the first region 136 to which the voltage Vn is applied the reflective element 102 that belongs to the second region 138 to which the voltage Va is applied, and the reflective element 102 that belongs to the second region 138 to which the voltage Vb is applied. It can be lined up with the reflective element 102 in the row direction.
  • the voltage applied to the reflective element 102 is applied to the patch electrode 108 that constitutes the reflective element 102, as described above. Therefore, the patch electrode 108 of the reflective element 102 belonging to the first region 136 to which the voltage Vn is applied is different from the patch electrode 108 of the reflective element 102 belonging to the second region 138 to which the voltage Va is applied, and the patch electrode 108 of the reflective element 102 to which the voltage Vb is applied is The patch electrodes 108 of the reflective elements 102 belonging to the second region 138 can be aligned in the row direction.
  • the phase change amount is set for each row and the corresponding voltage is applied to the first region, while the phase change amount is larger than the first region.
  • region 2 by forming a set of two adjacent rows and applying a predetermined voltage within the row, it is possible to widen the variable range of the reflection phase within the reflection surface of the radio wave reflection device.
  • Reflection direction control-2 A method of driving the radio wave reflection device 100 that controls the reflection direction in the column direction (X-axis direction) will be described with reference to FIG. 8. The difference from the driving method shown in FIG. 7 is that different voltages are applied to the reflective elements 102 arranged in the same row among the plurality of reflective elements 102 belonging to the second region 138. Note that explanations may be omitted for configurations that are the same as or similar to the driving method shown in FIG. 7.
  • the plurality of reflective elements 102 belonging to the second region 138 are arranged along the column direction. Specifically, as shown in FIG. 8, they are arranged along column C6 and column C7. Further, as described above, the voltage Va and the voltage Vb are respectively applied to the plurality of reflective elements 102 belonging to the second region 138, and the plurality of reflective elements 102 belonging to the second region 138 are lined up along the row direction. Specifically, as shown in FIG. 8, voltage V5 or voltage V6 is applied to a plurality of reflective elements arranged along columns C6 and C7.
  • the plurality of patch electrodes 108 of the plurality of reflective elements 102 belonging to the second region 138 are arranged along the column direction, specifically, as shown in FIG. line up. Furthermore, a voltage Va and a voltage Vb are respectively applied to the plurality of patch electrodes 108, and the plurality of patch electrodes 108 are arranged along the row direction. Specifically, as shown in FIG. 8, voltage V5 or voltage V6 is applied to a plurality of patch electrodes lined up along column C6 and column C7.
  • the voltage Vb is applied to the reflective element 102 adjacent in the column direction to the reflective element 102 to which the voltage Va is applied. Further, in the second region 138, a voltage Va is applied to the reflective element 102 adjacent in the column direction to the reflective element 102 to which the voltage Vb is applied. Further, in the second region 138, the plurality of reflective elements 102 to which the voltage Va is applied are arranged diagonally to each other. Furthermore, in the second region 138, the plurality of reflective elements 102 to which the voltage Vb is applied are arranged diagonally to each other.
  • the second region 138 is arranged in columns C6 and C7, and voltage V5 is applied to the reflective elements arranged in row R1 of column C6.
  • a voltage V6 is applied to the reflective elements adjacent in the column direction to the reflective elements arranged in row R1 of column C6, and to the reflective elements arranged in row R2 of column C6. Further, voltage V6 is applied to the reflective elements arranged in row R1 of column C7.
  • a voltage V5 is applied to the reflective elements adjacent in the column direction to the reflective elements arranged in row R1 of column C7, and to the reflective elements arranged in row R2 of column C7.
  • the reflective elements arranged in row R1 of column C6 to which voltage V5 is applied and the reflective elements arranged in row R2 of column C7 to which voltage V5 is applied are arranged diagonally to each other. Furthermore, the reflective elements arranged in row R2 of column C6 to which voltage V6 is applied and the reflective elements arranged in row R1 of column C7 to which voltage V6 is applied are arranged diagonally to each other.
  • the reflective elements arranged diagonally with each other show a combination of four reflective elements, but there is no limit to the number of combined reflective elements.
  • the reflective elements to which voltage V5 is applied are set to four reflective elements in rows R1 and R2 of columns C6 and C7, and four reflective elements in rows R3 and R4 of columns C8 and C9 located diagonally thereto.
  • the reflective elements to which the voltage V6 is applied are connected to the four reflective elements in rows R1 and R2 of columns C8 and C9 and the four reflective elements in rows R3 and R4 of columns C6 and C7 located diagonally thereto. Can be set.
  • the four reflective elements described above which are arranged diagonally with each other, can also be further arranged in the row direction and the column direction.
  • the voltage settings for the reflective elements in columns C6 and C7 shown in FIG. 8 can be further set in columns C8 and C9.
  • voltage V5 is applied to rows R1, R3, . , and can be applied to odd-numbered rows and even-numbered rows of rows R2 and R4 of column C8.
  • a voltage is similarly applied to the patch electrodes 108 constituting the above-mentioned reflective element 102 and arranged.
  • Reflection direction control-3 With reference to FIG. 9, a method of driving the radio wave reflecting device 100 that controls the reflection direction in a direction (diagonal direction) spanning the column direction (X-axis direction) and the row direction (Y-axis direction) will be described.
  • the difference from the driving method shown in FIG. 7 is that the arrangement of the plurality of reflective elements 102 belonging to the second region 138 differs by one column for each row. Note that explanations may be omitted for configurations that are the same as or similar to the driving method shown in FIG. 7.
  • the plurality of second regions 138 provided in each row are arranged in a different column from the second regions 138 provided in the next row.
  • the plurality of reflective elements 102 to which voltage Va is applied are arranged diagonally.
  • the plurality of reflective elements 102 to which the voltage Vb is applied are arranged diagonally.
  • the plurality of reflective elements 102 to which voltage Va or voltage Vb is applied can be arranged in the same column.
  • the second region 138 provided in row R1 is arranged in columns C6 and C7, and the second region 138 provided in row R2 adjacent to row R1 is It is arranged in column C7 and column C8.
  • Voltage V5 is applied to the reflective elements arranged in column C6 among the plurality of reflective elements in the second region 138 arranged in row R1, and the plurality of reflective elements in the second region 138 arranged in row R2 are Voltage V5 is applied to the reflective elements arranged in column C7. Therefore, the reflective elements arranged in column C6 of row R1 and the reflective elements arranged in column C7 of row R2 are arranged diagonally.
  • the second region 138 is shown with a reflective element surrounded by a broken line.
  • the reflective elements arranged in column C7 are applied with voltage V6, and the second reflective elements arranged in row R2 are Voltage V6 is applied to the reflective elements arranged in column C8 among the plurality of reflective elements in region 138. Therefore, the reflective elements arranged in column C7 of row R1 and the reflective elements arranged in column C8 of row R2 are arranged diagonally.
  • a voltage is similarly applied to the patch electrodes 108 that constitute the above-mentioned reflective element 102, and the patch electrodes 108 are arranged.
  • the reflection direction can be controlled diagonally with respect to the row and column directions along which the reflective elements are arranged. can do. Furthermore, by arranging the plurality of reflection elements 102 diagonally to which the same voltage of the plurality of reflection elements belonging to the second region 138 is applied, the radio wave reflection device 100 can set a high phase difference. .
  • the method for driving the radio wave reflection device 100 includes the first region 136 that controls the phase difference for each column and the second region 136 that controls the phase difference for every two columns. 138, and by applying a voltage Va and a voltage Vb larger than the absolute value of the voltage Va to the plurality of reflective elements 102 belonging to the second region 138, a high phase difference can be set, and radio wave reflection The variable range of the reflection phase of the device 100 can be widened. Furthermore, by applying the same voltage Va or Vb to the reflective elements 102 arranged diagonally in the plurality of reflective elements 102 belonging to the second region 138 provided in the same row, the radio wave reflecting device 100 can be horizontally It can exhibit equal reflection characteristics for vertically polarized waves.
  • the driving methods of the radio wave reflecting device 100 illustrated as an embodiment of the present invention can be combined as appropriate as long as they do not contradict each other. Furthermore, based on the method for driving the radio wave reflecting device 100 disclosed in this specification and drawings, a person 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.
  • 100 Radio wave reflection device, 100a: Radio wave reflection device, 100b: Radio wave reflection device, 102: Reflection element, 102a: First reflection element, 102b: Second reflection element, 104: Dielectric substrate (dielectric layer), 106: Counter substrate, 108: patch electrode, 110: common electrode, 112a: first alignment film, 112b: second alignment film, 114: liquid crystal layer, 116: liquid crystal molecule, 118: first wiring, 120: radio wave reflecting plate, 122 : peripheral region, 124: first drive circuit, 126: terminal section, 128: sealing material, 130: second drive circuit, 132: second wiring, 134: switching element, 136: first region, 138: second area of

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Abstract

電波反射装置の駆動方法は、行方向及び列方向に配列された複数の反射素子を有し、複数の反射素子に印加する電圧によって反射波の位相変化量を制御する電波反射装置の駆動方法であって、複数の反射素子の配列を、列方向に配列する複数の反射素子を１列ごとに位相変化量を制御する第１の領域と、列方向に配列する複数の反射素子を隣り合う２列ごとに位相変化量を制御する第２の領域と、に区分けして、第１の領域及び前記第２の領域に属するそれぞれの複数の反射素子を同時に駆動することを特徴とする

Description

電波反射装置の駆動方法
　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の駆動方法に関する。
　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）。
特開平１１－１０３２０１号公報
　フェーズドアレイアンテナ装置のように、液晶を利用して反射方向を制御できる電波反射板を用いた電波反射装置は、反射方向をあらゆる方向に制御する反射位相の可変範囲を広くする必要があるが、反射位相の可変範囲が狭いという問題がある。
　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位相の可変範囲を広くする駆動方法を提供す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の駆動方法は、行方向及び列方向に配列された複数の反射素子を有し、複数の反射素子に印加する電圧によって反射波の位相変化量を制御する電波反射装置の駆動方法であって、複数の反射素子の配列を、列方向に配列する複数の反射素子を１列ごとに位相変化量を制御する第１の領域と、列方向に配列する複数の反射素子を隣り合う２列ごとに位相変化量を制御する第２の領域と、に区分けして、第１の領域及び第２の領域に属するそれぞれの複数の反射素子を同時に駆動する。
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素子の平面図を示す。 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素子の平面図に示すＡ１－Ａ２間の断面構造を示す。 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素子が動作するときの２つの状態のパッチ電極とコモン電極との間に電圧が印加されない状態を示す。 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素子が動作するときの２つの状態のパッチ電極とコモン電極との間に電圧が印加された状態を示す。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置の構成を示す。 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。 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３および図５で示した電波反射装置の各反射素子のアドレスの一例を示す。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置の駆動方法において、複数の反射素子に印加される電圧を説明する図を示す。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置の駆動方法において、複数の反射素子に印加される電圧を説明する図を示す。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置の駆動方法において、複数の反射素子に印加される電圧を説明する図を示す。
　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。
１．反射素子
　図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る電波反射装置１００に用いられる反射素子１０２を示す。図１Ａは、反射素子１０２を上方（電波が入射する側）からみたときの平面図を示し、図１Ｂは、平面図に示すＡ１－Ａ２間の断面図を示す。
　図１Ａ及び図１Ｂに示すように、反射素子１０２は、誘電体基板１０４、対向基板１０６、パッチ電極１０８、コモン電極１１０、液晶層１１４、第１配向膜１１２ａ、第２配向膜１１２ｂを含む。反射素子１０２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。パッチ電極１０８は誘電体基板（誘電体層）１０４に設けられ、コモン電極１１０は対向基板１０６に設けられる。誘電体基板（誘電体層）１０４にはパッチ電極１０８を覆うように第１配向膜１１２ａが設けられ、対向基板１０６にはコモン電極１１０を覆うように第２配向膜１１２ｂが設けられる。パッチ電極１０８とコモン電極１１０とは対向するように配置され、両者の間に液晶層１１４が設けられる。パッチ電極１０８と液晶層１１４との間には第１配向膜１１２ａが介在し、コモン電極１１０と液晶層１１４との間には第２配向膜１１２ｂが介在する。
　パッチ電極１０８は、入射する電波の垂直偏波及び水平偏波に対して対称となる形状を有していることが好ましく、平面視で正方形又は円形の形状を有する。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。コモン電極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及びコモン電極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（誘電体層）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１０８に接続される。第１配線１１８はパッチ電極１０８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、複数の反射素子が配列する場合、あるパッチ電極とそれに隣接するパッチ電極とを接続するときに用いることができる。
　図１Ａ及び図１Ｂには示されないが、誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６とは、シール材により貼り合わされる。誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６とは間隙を有するように対向配置され、液晶層１１４はシール材で囲まれる領域内に設けられる。液晶層１１４は誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６との間隙を充填するように設けられる。誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６との間隔は２０～１００μｍであり、例えば、５０μｍの間隔を有する。誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６との間には、パッチ電極１０８、コモン電極１１０、第１配向膜１１２ａ、第２配向膜１１２ｂが設けられるため、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及び第２配向膜１１２ｂの間の間隔が液晶層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（誘電体層）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が交互に反転する極性反転信号である。コモン電極１１０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、コレステリック液晶、ディスコティック液晶を用いることができる。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。反射素子１０２は、パッチ電極１０８に印加す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、それによって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。
　反射素子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。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に照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、反射素子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とコモン電極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及びコモン電極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及びコモン電極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（対向電極とパッチ電極間の電圧の大きさ）によって、水平方向と垂直方向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。反射素子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。
　反射素子１０２は、電波を所定の方向に反射する電波反射板に用いられる。反射素子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、空中を伝搬する電波が反射素子１０２で反射されるとき電波は誘電体基板（誘電体層）１０４を２回通過する。誘電体基板（誘電体層）１０４は、例えば、ガラス、樹脂などの誘電体材料で形成される。
２．電波反射装置
　次に、反射素子が集積された電波反射装置の構成を示す。
２－１．電波反射装置Ａ（一軸反射制御）
　図３は、本発明の一実施形態に係る電波反射装置１００ａの構成を示す。電波反射装置１００は電波反射板１２０を有する。電波反射板１２０は複数の反射素子１０２により構成される。複数の反射素子１０２は、例えば、列方向（図３に示すＸ軸方向）及び列方向に交差する行方向（図３に示すＹ軸方向）に配列される。反射素子１０２は、パッチ電極１０８が電波の入射面に向くように配置される。電波反射板１２０は平板状であり、この平板状の面内に複数のパッチ電極１０８がマトリクス状に配列される。
　電波反射装置１００ａは、一つの誘電体基板（誘電体層）１０４に複数の反射素子１０２が集積化された構造を有する。図３に示すように、電波反射装置１００は、複数のパッチ電極１０８が配列された誘電体基板（誘電体層）１０４と、コモン電極１１０が設けられた対向基板１０６とが重ねて配置され、２つの基板間に液晶層（図示されず）が設けられた構造を有する。電波反射板１２０は、複数のパッチ電極１０８とコモン電極１１０とが重畳する領域に形成される。電波反射板１２０の断面構造は、個々のパッチ電極１０８について見れば、図１Ｂに示す反射素子１０２の構造と同じである。誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６とはシール材１２８で貼り合わされており、図示されない液晶層はシール材１２８の内側の領域に設けられる。
　誘電体基板（誘電体層）１０４は対向基板１０６と対向する領域に加え、対向基板１０６より外側に広がる周辺領域１２２を有する。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。第１駆動回路１２４はパッチ電極１０８に制御信号を出力する。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、図示されないフレキシブルプリント回路基板が接続される。端子部１２６には第１駆動回路１２４を制御する信号が入力される。
　上記のように、誘電体基板（誘電体層）１０４には複数のパッチ電極１０８が列方向（Ｘ軸方向）及び行方向（Ｙ軸方向）に配列される。また、誘電体基板（誘電体層）１０４には行方向（Ｙ軸方向）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、行方向（Ｙ軸方向）に配列する複数のパッチ電極１０８と電気的に接続される。別言すれば、行方向（Ｙ軸方向）に配列する複数のパッチ電極１０８は第１配線１１８により連結される。電波反射板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列方向（Ｘ軸方向）に複数個配列された構成を有する。
　電波反射板１２０に配設された複数の第１配線１１８は周辺領域１２２に伸びて第１駆動回路１２４と接続される。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可能である。これにより、電波反射板１２０では、列方向（Ｘ軸方向）及び行方向（Ｙ軸方向）に配列された複数のパッチ電極１０８に対し、列ごと（行方向（Ｙ軸方向）に配列されたパッチ電極１０８ごと）に制御信号が印加される。
　電波反射装置１００ａは行方向（Ｙ軸方向）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、それにより電波反射板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、電波反射板１２０に照射された電波を、行方向（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。
　図４は、２つの反射素子１０２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。第１反射素子１０２ａと第２反射素子１０２ｂに同じ位相で電波が入射した場合において、第１反射素子１０２ａと第２反射素子１０２ｂに異なる制御信号（Ｖ１≠Ｖ２）が印加されているために、第１反射素子１０２ａに比べ第２反射素子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、第１反射素子１０２ａで反射した反射波Ｒ１の位相と、第２反射素子１０２ｂで反射した反射波Ｒ２の位相が異なり（図４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。
　このような原理を図３に示す電波反射装置１００ａに適用し、例えば、反射素子による位相変化量の制御を列ごとに制御することにより、反射方向を一軸方向に制御することができる。
２－２．電波反射装置Ｂ（二軸反射制御）
　図３に示す電波反射装置１００ａは反射軸ＶＲが一軸であるため、反射軸ＶＲ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電波反射装置１００ａと異なる部分を中心に説明を行う。
　電波反射装置１００ｂは、列方向（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２駆動回路１３０は走査信号を出力する。
　図５は、４つのパッチ電極１０８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。４つのパッチ電極１０８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、列方向（Ｘ軸方向）に配列する複数のパッチ電極１０８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５に示す電波反射装置１００ｂは、電波反射板１２０に照射された電波を、行方向（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、列方向（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１００は、行方向（Ｙ軸方向）に平行な反射軸ＶＲと、列方向（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。
　このような原理を図５に示す電波反射装置１００ｂに適用し、例えば、反射素子による位相変化量の制御を列、行ともに独立して制御することにより、反射方向を一軸方向および二軸方向に制御することができる。
３．駆動方法
　次に、電波反射装置１００の駆動方法を説明する。
　図６は、図３および図５に示す電波反射装置１００における反射素子１０２の配列を示す。図６に示すように、反射素子１０２は、１行目（Ｒ１）から１０行目（Ｒ１０）までの列方向（Ｘ軸方向）に配列し、１列目（Ｃ１）から１１列目（Ｃ１１）までの行方向（Ｙ軸方向）に配列する。
３－１．反射方向制御－１
　図６を参照し、列方向（Ｘ軸方向）に反射方向を制御する電波反射装置１００ａの駆動方法を説明する。
　電波反射装置１００ａの複数の反射素子１０２の配列は、図６に示すように、第１の領域１３６および第２の領域１３８に区分けされる。第１の領域１３６と第２の領域１３８は隣り合って配置され、少なくとも列方向（Ｘ軸方向）または行方向（Ｙ軸方向）の一方向に繰り返し配置される。
　第１の領域１３６に区分けされる複数の反射素子１０２は、列方向に配列し、１列ごとに位相変化量が制御される。第２の領域１３８に区分けされる複数の反射素子１０２は、列方向に配列し、隣り合う２列ごとに位相変化量が制御される。さらに、第１の領域１３６および第２の領域１３８に属するそれぞれの複数の反射素子１０２は、同時に駆動される。これら第２の領域１３８に属する反射素子１０２により制御される位相変化量は、第１の領域１３６に属する反射素子１０２により制御される位相変化量より大きい。
　図７を参照し、具体的に図６に示した電波反射装置１００の駆動方法を説明する。図７に示す電圧設定は、一次元方向に反射制御をするときの一例を示す。図７は、図６に示す複数の反射素子１０２に設定される反射波の位相変化量（位相設定）とそれぞれの位相変化量に対応する反射素子１０２に印加される電圧（電圧設定）を示す。
　なお、図７に示す駆動方法に用いる電波反射装置は、図５に示す、反射素子による位相変化量の制御を列、行ともに独立して制御する電波反射装置を用いることが好ましい。
　図７に示すように、同列に配列する複数の反射素子１０２は、同じ電圧が印加され、同行に配置される複数の反射素子１０２は、異なる電圧が印加される。
　図６で示される第１の領域１３６の列Ｃ１からＣ５に配列する反射素子１０２は、図７に示すように、それぞれ１列ごとに０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°の位相変化量が設定される。位相変化量０°が設定されるＣ１に配列する反射素子１０２は、電圧Ｖ０が印加される。列Ｃ２からＣ５に配列する反射素子１０２も、それぞれ１列ごとに電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４が印加される。このとき、第１の領域１３６に属する反射素子１０２のうち列Ｃ１からＣ５に配列する反射素子１０２に印加される電圧の絶対値は、位相変化量の大小関係と同様に、電圧Ｖ０から電圧Ｖ４の順に大きい。電圧Ｖ０から電圧Ｖ４の変化は、電圧が直線的に増加するのではなく、液晶の印加電圧に対する誘電率の変化を考慮して適宜設定される。
　さらに、第１の領域１３６における列Ｃ８からＣ１１に配列する反射素子１０２に関しても、列Ｃ１からＣ５に配列する反射素子１０２と同様に、１列ごとに位相変化量が設定され、１列ごとに位相変化量に対応する電圧Ｖ１からＶ４がそれぞれ印加される。
　第２の領域１３８に属する反射素子１０２は列Ｃ６とＣ７にそれぞれ配列し、列Ｃ６およびＣ７の２列で、例えば、高位相差とされる３３０°の位相変化量が設定される。ここで、第２の領域１３８に設定される位相差は、２７０°以上３６０°以下であることが好ましい。このとき列Ｃ６に配列する反射素子１０２は、電圧Ｖ５が印加され、列Ｃ７に配列する反射素子１０２は、電圧Ｖ６が印加される。電圧Ｖ５の絶対値は、電圧Ｖ６の絶対値より小さく、また第１の領域１３６の列Ｃ５に配列する反射素子１０２に印加される電圧Ｖ４の絶対値より小さい。別言すると、列Ｃ６に配列する反射素子１０２は、隣り合う列Ｃ５およびＣ６に配列する反射素子１０２に印加される電圧の絶対値より小さい。
　図６および図７では、第１の領域１３６に属する複数の反射素子１０２が配列する列Ｃ１からＣ５および第２の領域１３８に属する複数の反射素子１０２が配列する列Ｃ６とＣ７の例を示したが、第１の領域１３６に属する複数の反射素子１０２の列の数に制限はない。例えば、第１の領域１３６に属する複数の反射素子１０２が配列する列Ｃ１からＣｎ（ｎは３以上の自然数）まであり、それぞれ１列ごとに列Ｃ１からＣｎに配列する複数の反射素子１０２に位相変化量を設定する。さらに、列Ｃ１からＣｎに配列する反射素子１０２に、それぞれ１列ごとに電圧Ｖ０からＶｎを印加する。
　次に、第２の領域１３８に属する複数の反射素子１０２が、隣り合う列Ｃｎ+１およびＣｎ+２に配列する。この隣り合う２列に配列する複数の反射素子１０２に、第１の領域１３６の反射素子１０２に設定される位相変化量より大きい位相変化量を設定する。さらに、列Ｃｎ+１およびＣｎ+２に配列する反射素子１０２に、電圧ＶａとＶｂの組み合わせの電圧をそれぞれ印加する。ここで、電圧Ｖａの絶対値は電圧Ｖｂの絶対値および電圧Ｖｎの絶対値より小さく、別言すると、電圧Ｖｂおよび電圧Ｖｎの絶対値は、電圧Ｖａの絶対値より大きい。また、電圧Ｖａと電圧Ｖｂの組み合わせは、電圧Ｖａが印加された反射素子による反射波と電圧Ｖｂが印加された反射素子による反射波との合成波が第１の領域１３６に設定される位相変化量より大きくなる電圧を設定すればよい。
　また、電圧Ｖｎが印加される第１の領域１３６に属する反射素子１０２は、電圧Ｖａが印加される第２の領域１３８に属する反射素子１０２および電圧Ｖｂが印加される第２の領域１３８に属する反射素子１０２と行方向に並ぶことができる。
　さらに、反射素子１０２に印加される電圧は、上述したように、反射素子１０２を構成するパッチ電極１０８に印加される。したがって、電圧Ｖｎが印加される第１の領域１３６に属する反射素子１０２のパッチ電極１０８は、電圧Ｖａが印加される第２の領域１３８に属する反射素子１０２のパッチ電極１０８および電圧Ｖｂが印加される第２の領域１３８に属する反射素子１０２のパッチ電極１０８と行方向に並ぶことができる。
　このように、電波反射装置の面内において、１列ごとに位相変化量を設定しそれに対応する電圧を印加する第１の領域に対し、位相変化量の設定値が第１の領域より大きい第２の領域においては、隣り合う２列を一組として、その列内で所定の電圧を印加することで、電波反射装置の反射面内において反射位相の可変範囲を広げることができる。
３－２．反射方向制御－２
　図８を参照し、列方向（Ｘ軸方向）に反射方向を制御する電波反射装置１００の駆動方法を説明する。図７に示す駆動方法と異なる点は、第２の領域１３８に属する複数の反射素子１０２のうち同列に配列する反射素子１０２に異なる電圧が印加される点である。なお、図７に示す駆動方法と同一、または、類似する構成については、説明を割愛することがある。
　第２の領域１３８に属する複数の反射素子１０２は、列方向に沿って並ぶ。具体的には、図８に示すように、列Ｃ６および列Ｃ７に沿って並ぶ。また、上述したように、電圧Ｖａと電圧Ｖｂがそれぞれ第２の領域１３８に属する複数の反射素子１０２に印加され、第２の領域１３８に属する複数の反射素子１０２は行方向に沿って並ぶ。具体的には、図８に示すように、列Ｃ６および列Ｃ７に沿って並ぶ複数の反射素子に電圧Ｖ５または電圧Ｖ６が印加される。
　同様に、第２の領域１３８に属する複数の反射素子１０２の複数のパッチ電極１０８は、列方向に沿って並び、具体的には、図８に示すように、列Ｃ６および列Ｃ７に沿って並ぶ。また、電圧Ｖａと電圧Ｖｂがそれぞれそれら複数のパッチ電極１０８に印加され、それら複数のパッチ電極１０８は行方向に沿って並ぶ。具体的には、図８に示すように、列Ｃ６および列Ｃ７に沿って並ぶ複数のパッチ電極に電圧Ｖ５または電圧Ｖ６が印加される。
　第２の領域１３８において、電圧Ｖａが印加される反射素子１０２と列方向に隣り合う反射素子１０２は電圧Ｖｂが印加される。また、第２の領域１３８において、電圧Ｖｂが印加される反射素子１０２と列方向に隣り合う反射素子１０２は電圧Ｖａが印加される。また、第２の領域１３８において、電圧Ｖａが印加される複数の反射素子１０２は、互いに対角に配置される。さらに、第２の領域１３８において、電圧Ｖｂが印加される複数の反射素子１０２は、互いに対角に配置される。
　具体的には、図８に示すように、第２の領域１３８は列Ｃ６およびＣ７に配置され、列Ｃ６の行Ｒ１に配列する反射素子に電圧Ｖ５が印加される。列Ｃ６の行Ｒ１に配列する反射素子の列方向に隣り合う反射素子、列Ｃ６の行Ｒ２に配列する反射素子は電圧Ｖ６が印加される。また、列Ｃ７の行Ｒ１に配列する反射素子に電圧Ｖ６が印加される。列Ｃ７の行Ｒ１に配列する反射素子の列方向に隣り合う反射素子、列Ｃ７の行Ｒ２に配列する反射素子は電圧Ｖ５が印加される。
　上述した電圧Ｖ５が印加される列Ｃ６の行Ｒ１に配列する反射素子と電圧Ｖ５が印加される列Ｃ７の行Ｒ２に配列する反射素子は、互いに対角に配置される。また、上述した電圧Ｖ６が印加される列Ｃ６の行Ｒ２に配列する反射素子と電圧Ｖ６が印加される列Ｃ７の行Ｒ１に配列する反射素子は、互いに対角に配置される。
　図８では、互いに対角に配置される反射素子は、４つの反射素子の組み合わせを示したが、組み合わせた反射素子の数に制限はない。例えば、電圧Ｖ５が印加される反射素子を列Ｃ６およびＣ７の行Ｒ１およびＲ２の４つの反射素子およびそれらの対角に位置する列Ｃ８およびＣ９の行Ｒ３およびＲ４の４つの反射素子に設定し、次に、電圧Ｖ６が印加される反射素子を列Ｃ８およびＣ９の行Ｒ１およびＲ２の４つの反射素子およびそれらの対角に位置する列Ｃ６およびＣ７の行Ｒ３およびＲ４の４つの反射素子に設定することができる。
　また、上述した反射素子の数だけでなく、上述した互いに対角に配置される４つの反射素子をさらに、行方向および列方向に配置することもできる。例えば、図８に示した列Ｃ６およびＣ７の反射素子の電圧設定を、さらに、列Ｃ８およびＣ９に設定することができる。具体的には、電圧Ｖ５を列Ｃ８の行Ｒ１、Ｒ３、、、と奇数行目および列Ｃ９の行Ｒ２、Ｒ４の偶数行目に印加し、電圧Ｖ６を列Ｃ９の行Ｒ１、Ｒ３、、、と奇数行目および列Ｃ８の行Ｒ２、Ｒ４の偶数行目に印加することができる。
　上述した反射素子１０２を構成するパッチ電極１０８についても、同様に電圧が印加され、配置される。
　このように４つの反射素子のうち対角に位置する反射素子またはそれらのパッチ電極に印加する電圧を等しく制御することで、行方向、列方向ともに電圧Ｖａと電圧Ｖｂの組み合わせの電圧が印加され、電波反射装置１００の水平、垂直偏波に対する反射特性は等しくなりやすく、さらに印加する電圧を電圧Ｖｚと電圧Ｖｂの組み合わせにすることで、電波反射装置１００に高位相差を設定することができる。
３－３．反射方向制御－３
　図９を参照し、列方向（Ｘ軸方向）と行方向（Ｙ軸方向）に跨る方向（斜め方向）に反射方向を制御する電波反射装置１００の駆動方法を説明する。図７に示す駆動方法と異なる点は、第２の領域１３８に属する複数の反射素子１０２の配置が、行ごとに１列ずつ異なる点である。なお、図７に示す駆動方法と同一、または、類似する構成については、説明を割愛することがある。
　各行に設けられる複数の第２の領域１３８は、次行に設けられる第２の領域１３８と異なる列に配置される。隣り合う行に配置される複数の第２の領域１３８において、電圧Ｖａが印加される複数の反射素子１０２は、対角線上に配置される。また、隣り合う行に配置される複数の第２の領域１３８において、電圧Ｖｂが印加される複数の反射素子１０２は、対角線上に配置される。隣り合う行に配置される複数の第２の領域１３８において、電圧Ｖａまたは電圧Ｖｂが印加される複数の反射素子１０２は、同じ列に配置することができる。
　具体的には、図９に示すように、行Ｒ１に設けられる第２の領域１３８は、列Ｃ６および列Ｃ７に配置され、行Ｒ１と隣り合う行Ｒ２に設けられる第２の領域１３８は、列Ｃ７および列Ｃ８に配置される。行Ｒ１に配置される第２の領域１３８の複数の反射素子のうち列Ｃ６に配列する反射素子は、電圧Ｖ５が印加され、行Ｒ２に配置される第２の領域１３８の複数の反射素子のうち列Ｃ７に配列する反射素子は、電圧Ｖ５が印加される。したがって、上述した行Ｒ１の列Ｃ６に配列する反射素子と行Ｒ２の列Ｃ７に配列する反射素子は、対角線上に配置される。なお、図９では、第２の領域１３８は、破線で囲む反射素子を示される。
　また、図９に示すように、行Ｒ１に配置される第２の領域１３８の複数の反射素子のうち列Ｃ７に配列する反射素子は、電圧Ｖ６が印加され、行Ｒ２に配置される第２の領域１３８の複数の反射素子のうち列Ｃ８に配列する反射素子は、電圧Ｖ６が印加される。したがって、上述した行Ｒ１の列Ｃ７に配列する反射素子と行Ｒ２の列Ｃ８に配列する反射素子は、対角線上に配置される。
　また、上述した反射素子１０２を構成するパッチ電極１０８についても、同様に電圧が印加され、配置される。
　このように、第２の領域１３８に属する複数の反射素子１０２の配置が行ごとに１列ずつ異なることで、反射素子の沿って並べられる行方向と列方向に対し斜め方向に反射方向を制御することができる。さらに、第２の領域１３８に属する複数の反射素子の同電圧が印加される複数の反射素子１０２が対角線上に配置されることで、電波反射装置１００は、高位相差の設定をすることができる。
　以上のように、本発明の一実施形態に係る電波反射装置１００の駆動方法は、１列ごとに位相差を制御する第１の領域１３６と２列ごとに位相差を制御する第２の領域１３８とを有し、第２の領域１３８に属する複数の反射素子１０２に、電圧Ｖａと電圧Ｖａの絶対値より大きい電圧Ｖｂをそれぞれ印加することで、高位相差を設定することができ、電波反射装置１００の反射位相の可変範囲を広くすることができる。また、同列に設けられる第２の領域１３８に属する複数の反射素子１０２において、対角に配列する反射素子１０２に電圧ＶａまたはＶｂの同電圧を印加することで、電波反射装置１００は、水平、垂直偏波に対して等しい反射特性を示すことができる。
　本発明の一実施形態として例示した電波反射装置１００の駆動方法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１００の駆動方法を基にして、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。
１００：電波反射装置、１００ａ：電波反射装置、１００ｂ：電波反射装置、１０２：反射素子、１０２ａ：第１反射素子、１０２ｂ：第２反射素子、１０４：誘電体基板（誘電体層）、１０６：対向基板、１０８：パッチ電極、１１０：コモン電極、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：電波反射板、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：第１の領域、１３８：第２の領域

Claims (6)

  1. 　行方向及び列方向に配列された複数の反射素子を有し、前記複数の反射素子に印加する電圧によって反射波の位相変化量を制御する電波反射装置の駆動方法であって、
    　前記複数の反射素子の配列を、
    　　前記列方向に配列する複数の反射素子を１列ごとに位相変化量を制御する第１の領域と、
    　　前記列方向に配列する複数の反射素子を隣り合う２列ごとに位相変化量を制御する第２の領域と、に区分けして、
    　前記第１の領域及び前記第２の領域に属するそれぞれの前記複数の反射素子を同時に駆動することを特徴とする電波反射装置の駆動方法。
  2. 　前記第２の領域に属する複数の反射素子により制御される位相変化量が、前記第１の領域に属する複数の反射素子により制御される位相変化量より大きい、請求項１に記載の電波反射装置の駆動方法。
  3. 　前記第１の領域および第２の領域に属する複数の反射素子は、それぞれパッチ電極と、前記パッチ電極の背面側に重なるコモン電極と、前記パッチ電極と前記コモン電極との間の液晶層と、を有し、前記第１の領域に属する複数の反射素子の複数のパッチ電極に、それぞれＶ０からＶｎの電圧をそれぞれ印加し、
    　前記第２の領域に属する複数の反射素子の複数のパッチ電極に、それぞれＶａとＶｂの組み合わせの電圧をそれぞれ印加し、
    　前記ｎは、３以上の自然数であり、
    　前記Ｖｂの電圧の絶対値は、前記Ｖａの電圧の絶対値より大きく、
    　前記Ｖｎの電圧の絶対値は、前記Ｖａの電圧の絶対値より大きい、
    　請求項１に記載の電波反射装置の駆動方法。
  4. 　前記複数のパッチ電極のうち、前記Ｖｎの電圧が印加される第１パッチ電極と前記Ｖａの電圧が印加される第２パッチ電極は、行方向に沿って並び、
    　前記複数のパッチ電極のうち、前記Ｖｂの電圧が印加される第３パッチ電極と前記第２パッチ電極は、行方向に沿って並ぶ、
    　請求項３に記載の電波反射装置の駆動方法。
  5. 　前記Ｖａの電圧を印加される前記複数のパッチ電極は、互いに対角に配置される、
    　請求項３に記載の電波反射装置の駆動方法。
  6. 　前記Ｖａの電圧を印加される前記複数のパッチ電極は、対角線上に配置される、
    　請求項３に記載の電波反射装置の駆動方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019530387A (ja) * 2016-09-22 2019-10-17 華為技術有限公司Ｈｕａｗｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． ビーム・ステアリング・アンテナのための液晶調整可能メタサーフェス

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DOYLE D. T.; WOEHRLE C. D.; CHRISTODOULOU C. G.: "Development of liquid crystal reflectarrays utilizing a passive matrix control scheme", 2013 IEEE ANTENNAS AND PROPAGATION SOCIETY INTERNATIONAL SYMPOSIUM (APSURSI), IEEE, 6 July 2014 (2014-07-06), pages 1031 - 1032, XP032644994, ISSN: 1522-3965, ISBN: 978-1-4799-3538-3, DOI: 10.1109/APS.2014.6904842 *

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