WO2024029448A1 - 電波伝送システム、及び、反射器 - Google Patents

電波伝送システム、及び、反射器 Download PDF

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WO2024029448A1
WO2024029448A1 PCT/JP2023/027565 JP2023027565W WO2024029448A1 WO 2024029448 A1 WO2024029448 A1 WO 2024029448A1 JP 2023027565 W JP2023027565 W JP 2023027565W WO 2024029448 A1 WO2024029448 A1 WO 2024029448A1
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WO
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reflection
reflector
radio wave
angle
plate
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PCT/JP2023/027565
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English (en)
French (fr)
Inventor
翔 熊谷
修 加賀谷
瑞貴 片岡
裕 宇井
Original Assignee
Ａｇｃ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures

Definitions

  • the present disclosure relates to a radio wave transmission system and a reflector.
  • a metasurface reflector array is constructed by arranging N metasurface reflectors (N is an integer of 2 or more), and each of the N metasurface reflectors reflects a radio wave with a wavelength ⁇ at a predetermined wavelength.
  • N is an integer of 2 or more
  • the directional characteristics of the radio wave intensities of the reflected radio waves when incident at the incident angle are the same, and the phase difference between the radio waves reflected by the two adjacent metasurface reflectors is a predetermined value ⁇ different from 0,
  • ⁇ a metasurface reflector array.
  • each metasurface reflector is a passive reflector with a fixed radio wave reflection angle (for example, see Patent Document 1).
  • a tunable impedance surface for reflecting a radio frequency beam comprising: (a) a ground plane; and (b) a plurality of elements disposed in an array a predetermined distance from the ground plane. , a plurality of elements in which the predetermined distance is shorter than a wavelength of the radio frequency beam; and (c) a capacitor arrangement for controllably varying capacitance between at least selected adjacent elements of the plurality of elements.
  • a tunable impedance surface functions as an active reflector that can control the reflection angle of the radio wave beam reflected by each element by actively switching the direction in which each of the plurality of elements reflects radio waves (for example, (See Patent Document 2).
  • the beam intensity can be increased.
  • Passive reflectors have a fixed radio wave reflection angle, so to increase the number of superimposed beams, the number of passive reflectors increases and the size increases.
  • the reflection angle of the beam can be controlled by the multiple active reflectors, and by controlling the reflection angle so that the beams overlap in the same phase, the beam intensity can be increased.
  • the beam intensity can be reduced. That is, the beam intensity can be adjusted by setting the reflection angle so that the beams overlap each other in the same phase or in opposite phases. If such beam intensity adjustment is performed using only a plurality of passive reflectors, the reflector becomes large in size, and if it is performed only using a plurality of active reflectors, an increase in power consumption and cost is unavoidable.
  • a radio wave transmission system includes a first reflection plate having a fixed reflection angle, a second reflection plate capable of scanning the reflection angle, and a control unit configured to scan the reflection angle of the second reflection plate.
  • the control unit scans a second beam of radio waves reflected by the second reflecting plate in a direction in which the first beam of radio waves is reflected by the first reflecting plate.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a radio wave transmission system 10.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a state in which the radio wave transmission system 10 is attached to a wall 6.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a reflector 100.
  • FIG. It is a figure showing an example of arrangement of a plurality of cells 110 of reflecting plate 100B.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the principle of adjusting the reflection angle at a reflection plate 100B included in the reflector 100.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the principle of adjusting the reflection angle at a reflection plate 100B included in the reflector 100.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the on/off distribution of each cell 110 when controlling the phase change amount of the reflector 100B using binary values.
  • FIG. 3 is a diagram showing a polar coordinate system used when calculating the radar reflection cross section ⁇ ( ⁇ , ⁇ ). It is a figure which shows how to take angle (alpha) (horizontal angle). 3 is a diagram illustrating the operation of the reflector 100.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a simulation model of the reflector 100.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of simulation 1 using a simulation model of the reflector 100.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of simulation 1 using a simulation model of the reflector 100.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of simulation 1 using a simulation model of the reflector 100.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of simulation 1 using a simulation model of the reflector 100.
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing calculation results of the distribution of received power at observation points at angles ⁇ of 15 degrees and 45 degrees for a simulation model of the reflector 100 in a table format.
  • 3 is a diagram showing the results of simulation 1 using a simulation model of the reflector 100.
  • FIG. 3 is a diagram showing the results of simulation 1 using a simulation model of the reflector 100.
  • FIG. 4 is a diagram showing calculation results of the distribution of received power at observation points at angles ⁇ of 15 degrees and 45 degrees for a simulation model of the reflector 100 in a table format. It is a figure which shows an example of the simulation model of reflector 100M. It is a figure which shows the calculation result of the distribution of received power at the observation point of angle (alpha) of 15 degrees and 45 degrees about the simulation model of reflector 100M in a table format.
  • the direction parallel to the X axis (X direction), the direction parallel to the Y axis (Y direction), and the direction parallel to the Z axis (Z direction) are orthogonal to each other.
  • the X direction is an example of a first axis direction
  • the Y direction is an example of a second axis direction
  • the Z direction is an example of a third axis direction.
  • the ⁇ Z direction side may be referred to as the lower side or lower side
  • the +Z direction side may be referred to as the upper side or upper side.
  • planear view refers to viewing in the XY plane.
  • radio wave is a type of electromagnetic wave, and generally, electromagnetic waves of 3 THz or less are called radio waves.
  • electromagnetic waves emitted from outdoor base stations or relay stations will be referred to as “radio waves,” and when referring to electromagnetic waves in general, they will be referred to as “electromagnetic waves.”
  • millimeter wave or millimeter wave band includes not only the frequency band of 30 GHz to 300 GHz, but also the quasi-millimeter wave band of 24 GHz to 30 GHz.
  • the radio waves reflected by the reflector of the embodiment are preferably radio waves in the millimeter wave band of the fifth generation mobile communication system (5G), or in the frequency band of 1 GHz to 40 GHz, including Sub-6. Further, the radio waves reflected by the reflector of the embodiment may be LTE (Long Term Evolution), LTE-A (LTE-Advanced), or UMB (Ultra Mobile Broadband). In addition, the radio waves reflected by the reflector of the embodiment include IEEE802.11 (Wi-Fi (registered trademark)), IEEE802.16 (WiMAX (registered trademark)), IEEE802.20, UWB (Ultra-Wideband), Bluetooth ( (registered trademark) or LPWA (Low Power Wide Area). As the frequency of radio waves increases, propagation loss due to reflection and diffraction increases, and dead zones are more likely to occur. Therefore, the reflector of the embodiment is more suitable for communications that handle relatively high frequencies.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the operation of the radio wave transmission system 10 in the embodiment.
  • the radio wave transmission system 10 is placed, for example, on a wall or window of an outdoor building BD.
  • the radio wave transmission system 10 includes a reflector 100 (see FIG. 2).
  • the reflector 100 includes a first reflecting plate having a fixed reflection angle and a second reflecting plate capable of scanning the reflection angle, and directs the second beam of radio waves reflected by the second reflecting plate to the first reflecting plate.
  • the beam intensity in the reflection direction of the first beam can be adjusted. Adjusting the beam intensity means increasing or decreasing the beam intensity.
  • the reflector 100 can be made smaller than when adjusting the beam intensity using only a plurality of first reflectors.
  • the second reflector is a reflector called RIS (Reconfigurable Intelligent Surface), which is a directivity control array that can adjust the directivity of the beam.
  • the type of building BD in which the radio wave transmission system 10 is placed is arbitrary, it is, for example, a building in an area where there are many high-rise buildings. In areas where there are many high-rise buildings, dead zones (areas or spaces with poor communication environment, also known as ⁇ dead zones'') where radio waves do not reach properly are likely to occur.
  • the radio wave transmission system 10 transmits radio waves to insensitive areas by controlling the direction of the reflected radio wave beam.
  • a wireless base station RB may be provided to perform wireless communication.
  • the radio base station RB converts a signal from a network (not shown) such as the Internet into a radio signal, and transmits radio waves R, so that a receiving terminal receives the radio waves R. Further, by receiving radio waves R transmitted by the receiving terminal at the radio base station RB, the receiving terminal can access a network such as the Internet.
  • the radio base station RB may be provided close to the radio wave transmission system 10 by several tens of centimeters to several meters, or may be provided several tens of meters to several kilometers away from the radio wave transmission system 10. Good too.
  • the radio wave transmission system 10 changes the direction of the incident radio wave R beam and reflects it in a specific direction or makes it into a multi-beam, thereby delivering the radio wave to the dead zone blocked by the building BD.
  • radio waves are plane waves unless otherwise specified.
  • the radio wave transmission system 10 it is possible to select an outdoor user terminal U1 and an outdoor user terminal U2 to communicate over the Internet. Specifically, for example, a radio wave R transmitted from the wireless base station RB at a certain time is reflected by the radio wave transmission system 10 and received by the user terminal U1 outdoors, thereby establishing wireless communication of the user terminal U1. can. The radio waves R transmitted from the radio base station RB at different times are reflected by the radio wave transmission system 10 and received by the user terminal U2 outdoors, thereby making it possible to establish radio communication with the user terminal U2.
  • FIG. 1 shows an example in which a wireless base station RB is provided in addition to the radio wave transmission system 10, even if the radio waves coming from a wireless relay station etc. are reflected by the reflector 100 of the radio wave transmission system 10, good.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the radio wave transmission system 10.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a state in which the radio wave transmission system 10 is attached to the wall 6.
  • FIG. 2 shows a state in which the reflector 100 directly reflects radio waves arriving from the wireless base station RB.
  • the radio wave transmission system 10 includes a reflector 100 and a control unit 5.
  • the control unit 5 is realized by, for example, an MCU (Micro Controller Unit), and includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an input/output interface, and Including internal buses, etc.
  • MCU Micro Controller Unit
  • CPU Central Processing Unit
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • the control unit 5 receives an input wave source position (including the arrival direction of the plane wave by setting it to infinity) and a reflection direction instruction (directivity instruction) from the outside, and controls the reflection angles of the plurality of cells of the reflector 100, respectively. Control. Inputs from outside the control unit 5 are input from, for example, a management computer (not shown) that manages the building BD, a wireless base station RB, and the like. Note that the control unit 5 operates based on a power supply voltage generated by a power generation unit (not shown).
  • the radio wave transmission system 10 (reflector 100 and control unit 5) is provided on the wall 6.
  • the height from the ground is preferably 1 m to 14 m, particularly preferably 2 m to 10 m, from the viewpoint of radio wave efficiency.
  • FIG. 3 shows an example in which the radio wave transmission system 10 is placed on the wall 6, the reflector 100 in the radio wave transmission system 10 may be placed on a window glass.
  • the substrate of the reflecting plate and the resonant element included in the reflector 100 are made of a transparent member having a visible light transmittance of 50% or more.
  • the control unit 5 may be placed at another location apart from the reflector 100, such as a wall adjacent to the window glass or a frame of the window glass. Good too.
  • the radio wave transmission system 10 of the present disclosure may be installed on an indoor wall or window glass. In that case, it contributes to reducing the dead zone indoors.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of the reflector 100.
  • the reflector 100 includes, for example, eight reflecting plates 100A and one reflecting plate 100B.
  • Each reflection plate 100A is an example of a first reflection plate with a fixed reflection angle.
  • the reflection plate 100B is an example of a second reflection plate capable of scanning the reflection angle, and is an RIS.
  • the reflection angle of the reflection plate 100B is controlled by the control section 5 (see FIG. 3).
  • the sizes (lengths in the X direction and the Y direction) of the reflecting plate 100A and the reflecting plate 100B in plan view are, for example, equal. Numbers 1 to 8 are written on the eight reflecting plates 100A, and number 0 is written on one reflecting plate 100B. As an example, the eight reflectors 100A surround one reflector 100B placed in the center in the same plane parallel to the XY plane, and close the distance between the reflectors 100B and the reflector 100B. is located adjacent to.
  • the eight reflection plates 100A and the eight reflection plates 100B do not necessarily need to be arranged in the same plane.
  • the eight reflecting plates 100A and the eight reflecting plates 100B may be arranged on separate planes. Further, the eight reflecting plates 100A may be arranged on two or more planes. Further, the plurality of planes on which the eight reflecting plates 100A and the reflecting plates 100B are arranged may not be parallel.
  • the reflector 100B does not need to be provided at the center of the eight reflectors 100A in plan view, and may be located at the end of the eight reflectors 100A, or between the reflectors 100A. It may be located. Further, at least a portion of the eight reflecting plates 100A and the reflecting plate 100B may be spaced apart to some extent without narrowing the space.
  • the reflector 100 may include at least one reflector 100A and at least one reflector 100B, but here, as an example, a configuration including a plurality of reflectors 100A will be described. Note that when the reflector 100 includes a plurality of reflectors 100A for one reflector 100B, the number of reflectors 100A may be any number as long as it is 2 or more. Further, the sizes of the reflecting plate 100A and the reflecting plate 100B in plan view (the lengths in the X direction and the Y direction) may not be equal, and either one may be larger.
  • Each reflector 100A has a plurality of cells.
  • the number of cells included in each reflecting plate 100A is, for example, 1600, and for example, 40 cells are arranged in an array in each of the X direction and the Y direction. Since the reflector 100A is a passive reflector with a fixed reflection angle, the amount by which the phase is changed (phase change amount) when each cell of the reflector 100A reflects a radio wave is a fixed value.
  • the reflection angle of the reflector 100A is determined by the amount of phase change set in the reflector 100A, and more specifically, determined by the amount of phase change (fixed value) set in each cell of the reflector 100A.
  • Examples of the reflector 100A include a metasurface reflector in which the phase change amount of each cell is set to a fixed value, or a metasurface reflector in which each cell is composed of mushroom-shaped elements, and the phase change can be made by changing the spacing between the mushroom-shaped elements.
  • a mushroom reflect array or the like with a set amount can be used.
  • a reflector using an element that utilizes interfacial (surface) plasmon as a cell may be used as the reflector 100A.
  • the phase change amount of each cell corresponds to the reflection angle of each cell.
  • the reflection angle of each cell may be set according to the reflection angle at which the reflection plate 100A reflects the beam and the position of each cell in the reflection plate 100A.
  • the reflection angle of each cell included in each reflection plate 100A is a fixed value that varies depending on the position of each cell in the reflection plate 100A.
  • the amount of phase change (fixed value) set for each cell can be set to a binary value or a multivalued value that is more than two values.
  • a multivalued value is a stepwise value with more values than a binary value, and includes one or more values between a first value and a second value in the case of a binary value.
  • the first value is 0 degrees and the second value is 180 degrees
  • one or more values between the first value and the second value are between 0 degrees and 180 degrees.
  • each cell reflects the radio wave at a preset reflection angle, so that the beam of radio waves reflected by each reflector 100A propagates in a predetermined reflection direction.
  • the radio wave beam reflected by the reflection plate 100A is an example of the first beam.
  • the reflective surface of the reflective plate 100A is an example of a first reflective surface.
  • the reflection plate 100A has, for example, 1600 cells arranged in 40 cells each in the X direction and the Y direction. This is because if 40 cells are arranged in each of the X direction and the Y direction, the reflection angle of the reflected wave can be adjusted.
  • the arrangement of the plurality of cells is not limited to an array, and may be arranged randomly (irregularly) without regularity, for example. It is sufficient that ten or more cells are arranged in the X direction and the Y direction, and the reflection angle of the reflected wave can be adjusted.
  • the number of cells arranged in the X direction and the Y direction is preferably 200 or less, more preferably 100 or less.
  • the reflection plate 100B can adjust the reflection angle of the radio wave to an angle other than specular reflection or to an angle of specular reflection by controlling the amount by which the phase is changed (phase change amount) when reflecting the radio wave.
  • the amount of phase change of the reflection plate 100B can be controlled binary or multivalued.
  • the radio wave beam reflected by the reflection plate 100B is an example of the second beam.
  • the reflective surface of the reflective plate 100B is an example of a second reflective surface.
  • the reflecting plate 100B reflects the radio wave in a predetermined reflection direction, which is a predetermined reflection direction, by controlling the amount of phase change and adjusting the reflection angle.
  • the reflector 100B has 1600 cells arranged in each direction in the X direction and 40 in the Y direction, and the amount of phase change in each cell can be controlled in a binary or multivalued manner. , details of the cell configuration, etc. will be described later using FIGS. 5, 7, etc.
  • the beam intensity in the reflection direction of the first beam can be increased or can be reduced.
  • the beam intensity increases, and when they weaken each other, the beam intensity decreases.
  • the ratio of the area of the second reflective surface of the reflective plate 100B to the first reflective surface of the reflective plate 100A is preferably 0.4 to 2.5. In this case, the beam intensity in the reflection direction of the first beam can be reliably changed.
  • the reflection intensity in the reflection direction of the first beam changes by 3 dB or more. Therefore, the beam intensity in the reflection direction of the first beam can be reliably changed.
  • the distance D between the reflector 100A and the reflector 100B is 0 ⁇ D, where Ld is the longer length of the reflector 100A and the reflector 100B in the direction in which the distance D is obtained. ⁇ 10Ld.
  • the reflecting plate 100A and the reflecting plate 100B have four sides parallel to the X direction and the Y direction, and are equal in size to each other, so the lengths of the reflecting plate 100A and the reflecting plate 100B in the X direction and the Y direction are respectively Lx and Ly. do. Further, the distances in the X direction and the Y direction between the reflecting plate 100A and the reflecting plate 100B are respectively Dx and Dy. Note that the length Ld is the shorter of the lengths of the reflector 100A and the reflector 100B in the direction in which the distance D is obtained, and the distance D between the reflector 100A and the reflector 100B. Good too.
  • the distances Dx and Dy in the X direction and Y direction between the reflecting plate 100A and the reflecting plate 100B may be set as follows, for example.
  • the distances Dx and Dy in the X direction and the Y direction between the reflective plate 100A and the reflective plate 100B are the distances between the outer edges of the reflective plate 100A and the reflective plate 100B.
  • the distances Dx and Dy in the X direction and the Y direction between the reflective plate 100A and the reflective plate 100B may be 10Lx and 10Ly or less, respectively, More preferably, 0 ⁇ Dx ⁇ 4Lx and 0 ⁇ Dy ⁇ 4Ly.
  • the distances Dx and Dy between the reflector 100A and the reflector 100B may be 0 ⁇ Dx ⁇ 10Lx and 0 ⁇ Dy ⁇ 10Ly, and 0 ⁇ Dx ⁇ 4Lx and 0 ⁇ Dy ⁇ 4Ly. It is more preferable that there be.
  • the distances Dx and Dy between the reflector 100A and the reflector 100B may be 0 ⁇ Dx ⁇ 10Lx and 0 ⁇ Dy ⁇ 10Ly, and 0 ⁇ Dx ⁇ 4Lx and 0 ⁇ Dy ⁇ 4Ly. It is more preferable that there be.
  • the reflecting plate 100B has a size defined by 5 ⁇ L ⁇ 100 ⁇ , where L is the length of one side of the outer edge of the reflecting plate 100B. ⁇ is the wavelength at the frequency of the radio waves reflected by the reflecting plates 100A and 100B.
  • the reflecting plate 100A and the reflecting plate 100B have four sides parallel to the X direction and the Y direction, and are equal in size to each other, so the lengths of the reflecting plate 100A and the reflecting plate 100B in the X direction and the Y direction are respectively Lx and Ly. do.
  • the size of the reflecting plate 100B (lengths Lx and Ly in the X direction and the Y direction) may be, for example, 5 ⁇ or more and 100 ⁇ or less.
  • the lower limit value of 5 ⁇ is the minimum length considered to be necessary for controlling the reflection direction of the second beam.
  • the upper limit value of 100 ⁇ is a realistically possible upper limit length. That is, the lengths Lx and Ly of the reflection plate 100B in the X direction and the Y direction may be, for example, 5 ⁇ Lx and Ly ⁇ 100 ⁇ , with an optimal value of about 50 ⁇ .
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the arrangement of a plurality of cells 110 of the reflector 100B.
  • FIG. 5 describes a case in which vertically polarized radio waves are reflected, the same applies to horizontally polarized waves.
  • a case will be described in which the phase of radio waves is controlled in a binary manner.
  • the reflecting plate 100B has a plurality of regularly arranged cells 110.
  • the cells 110 are configured as repeating units, and in FIG. 5, for example, 40 cells 110 are arranged in each of the X direction and the Y direction. This is because if 40 cells 110 are arranged in each of the X direction and the Y direction, the reflection angle of the reflected wave can be adjusted.
  • the arrangement of the plurality of cells 110 is not limited to the array shown in FIG. 5, but may be arranged randomly (irregularly) without regularity, for example. It is sufficient that ten or more cells 110 are arranged in the X direction and the Y direction, and the reflection angle of the reflected wave can be adjusted.
  • the number of cells 110 arranged in the X and Y directions is preferably 130 or less, more preferably 100 or less.
  • each cell 110 has resonant elements 111 and 112.
  • the cell 110 is an example of a reflective section
  • the resonant element 111 is an example of a first resonant element
  • the resonant element 112 is an example of a second resonant element.
  • the resonant element 111 is a resonant element that can resonate independently at a predetermined resonant frequency.
  • the resonant element 112 includes a switching element that can switch the resonant frequency to the first resonant frequency or the second resonant frequency by electrical control, but this is omitted in FIG. 5. Details of the cell 110 will be described later using FIG. 7.
  • the reflection plate 100B can set the reflection angle at which the incident radio waves are reflected to a desired set reflection direction. Details of turning on and off the cell 110 will be described later using FIGS. 7 and 8, but a switching element that can switch the resonant frequency of the resonant element 112 to the first resonant frequency or the second resonant frequency by electrical control is used.
  • a state in which the cell 110 is turned on is a state in which the cell 110 is turned on
  • a state in which the switching element is turned off is a state in which the cell 110 is turned off.
  • cells 110 that are on are shown in white, and cells that are off are shown as filled dots.
  • the cell 110 is an active cell whose ON/OFF state is controlled by the control unit 5 . Therefore, the reflector 100B is an active reflector.
  • phase shifter is an example of a phase adjustment section.
  • phase shifter it is preferable to use liquid crystal, ferroelectric material, or the like.
  • a phase shifter can change the phase of a radio wave to any continuous value, and is therefore suitable for multi-level control.
  • FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating an example of the principle of adjusting the reflection angle on the reflection plate 100B included in the reflector 100.
  • the reflector 100B is an array called RIS (Reconfigurable Intelligent Surface: reconfigurable reflector) whose beam directionality can be adjusted.
  • RIS Reconfigurable Intelligent Surface: reconfigurable reflector
  • d is the pitch between adjacent cells 110 in the X direction.
  • FIGS. 6A and 6B in order to make it easier to understand how radio waves are incident and reflected in adjacent cells 110 on the XZ plane, the positions where the radio waves are incident on the reflective surface (surface on the +Z direction side) of the reflector plate 100B, The position where the light is emitted from the reflective surface is shown separately, shifted in the X direction.
  • the reflecting plate 100B adjusts the propagation direction of the beam, which is the reflected wave, by changing the phase of the radio wave when reflecting the radio wave in each of the plurality of cells 110 arranged in an array.
  • the radio waves are By setting the amount by which the phase is changed (phase change amount) when reflecting radio waves for each cell 110, it is possible to adjust the direction in which radio waves are reflected by all the cells 110 included in one reflecting plate 100B.
  • the reflection direction is changed by adding a phase to each cell 110. That is, by controlling the phase of the radio wave to one of two values depending on the position of each cell 110 of the reflecting plate 100B, the direction of reflection of the radio wave can be changed.
  • a radio wave emitted from a point F at coordinates (Xf, Yf, Zf) is incident on a point at coordinates (X, Y, 0) on the reflective surface of the reflector plate 100B, and is reflected.
  • the amount of phase change ⁇ (X, Y) applied to the radio wave at the reflecting surface of the reflecting plate 100B when reaching the point P of (Xp, Yp, Zp) can be expressed by the following equation (1).
  • the constant k is 2 ⁇ / ⁇
  • ⁇ is the wavelength of radio waves in free space.
  • the coordinates (Xp, Yp, Zp) are called a focal point in the sense of a point where radio waves are collected in order to receive them.
  • Equation (1) the distribution of the amount of phase change is nonlinear with respect to the position X. If point F and point P are sufficiently far apart, equation (1) can be approximated to a linear equation with respect to the coordinates X and Y on the reflecting surface.
  • FIG. 6B also shows radio waves that are incident on adjacent cells 110 at a pitch d in the X and Y directions at a zenith angle ⁇ in and an azimuth angle ⁇ in, and are reflected by the reflector 100B in the direction of a zenith angle ⁇ out and an azimuth angle ⁇ out.
  • This shows how the radio waves seen in the XZ plane.
  • the zenith angle and the azimuth angle are represented by the zenith angle ⁇ and the azimuth angle ⁇ in FIG. 10A, which will be described later.
  • the radio waves incident on adjacent cells 110 at pitch d are parallel, and the incident angles are both zenith angle ⁇ in and azimuth angle ⁇ in
  • the radio waves reflected by the reflective surface of the reflector plate 100B are also parallel, and the reflection angles are both the zenith angle ⁇ out and the azimuth angle ⁇ out.
  • the phase difference between radio waves incident on adjacent cells 110 at pitch d is, for example, d ⁇ sin ⁇ in ⁇ cos ⁇ in in the X direction
  • the phase difference between radio waves reflected by adjacent cells 110 at pitch d is d ⁇ sin ⁇ out. ⁇ cos ⁇ out.
  • the phase difference between radio waves incident on adjacent cells 110 at pitch d is, for example, d ⁇ sin ⁇ in ⁇ sin ⁇ in in the Y direction
  • the phase difference between radio waves reflected by adjacent cells 110 at pitch d is, for example, d ⁇ sin ⁇ in ⁇ sin ⁇ in.
  • the phase difference is d ⁇ sin ⁇ out ⁇ sin ⁇ out.
  • equation (2) is obtained by approximating equation (1) using the zenith angle ⁇ in and azimuth angle ⁇ in of incidence and the zenith angle ⁇ out and azimuth angle ⁇ out of reflection, and ignoring constant terms that do not depend on X and Y. .
  • the cell 110 is controlled to approximately realize the phase difference within the reflector 100B, so that the incident light enters the reflector 100. It is possible to reflect the received radio waves in a desired direction. Note that when controlling the cells 110, the same result can be obtained even if the same value is added to all cells 110 for the phase change amount ⁇ (X, Y) expressed by equation (1). .
  • the cell 110 that can continuously control the amount of phase change during reflection using a voltage, it is possible to realize the amount of phase change ⁇ (X, Y) without errors, and the direction of reflection can be controlled by the reflection plate 100B. It can be changed.
  • the cell 110 that can control the amount of phase change during reflection with binary values depending on on and off voltages, it is possible to approximately realize the amount of phase change ⁇ (X, Y), and in the reflector 100B. The direction of reflection can be changed.
  • ⁇ (X, Y) In order to realize the amount of phase change ⁇ (X, Y) in each cell 110 that can switch between the on state and the off state, if the phase difference during reflection between the on state and the off state can be ensured by approximately 180 degrees, the amount of phase change If ⁇ (X, Y) is between -90° and 90°, it is in the off state, and when it is between -180° and -90° or between 90° and 180°, it is in the on state, thereby changing the amount of phase change. ⁇ (X,Y) can be approximately realized, so that the reflection direction can be changed in each cell 110. This holds true in both equations (1) and (2).
  • Selecting the on state and off state from the above-mentioned phase change amount ⁇ (X, Y) is one example, and it is sufficient to select the on state and off state within a range of 180° that does not overlap with each other. For example, from 20° to 180° or from -180° to -160° may be an off state, and from -160° to 20° may be an on state.
  • the radio wave transmission system 10 can change the direction of the radio waves emitted from a 5G base station, etc., direct the beams in various directions or any desired direction, or make them into multi-beams. You can also.
  • FIGS. 6A and 6B show radio waves reflected within the XZ plane, as described above, the reflector 100 can reflect radio waves within the YZ plane, or Radio waves can be similarly reflected when reflected within a plane having an angle to the YZ plane. Therefore, the reflector 100 becomes a reflector whose reflection angle can be set to an angle other than specular reflection.
  • the on or off state of all the cells 110 changes in the X direction within each row, and is arranged in the Y direction within each column.
  • a state in which 40 cells 110 are uniformly turned on or off is shown. This corresponds to the case where the on state and off state are determined based on equation (2).
  • the arrangement of the cells 110 in the reflector 100B shown in FIG. 5 is one example, and the number of cells 110 provided in an array may be approximately several tens to several thousand.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of the vertically polarized cell 110.
  • the cell 110 is a cell that controls the phase change amount with binary values of on and off, and includes one resonant element 111 and one resonant element 112 adjacent to the one resonant element 111.
  • FIG. 7 shows a substrate 101.
  • the substrate 101 is the substrate 101 of a reflector 100B (see FIG. 4), and one reflector 100B includes one substrate 101.
  • the size of the substrate 101 in plan view is the size shown in FIG. 4 as a reflection plate 100B.
  • a ground layer is provided on the surface of the substrate 101 on the ⁇ Z direction side.
  • Reflector 100B includes a plurality of cells 110.
  • FIG. 7 shows a portion of the entire substrate 101 that corresponds to one cell 110.
  • the cell 110 for horizontal polarization has a configuration obtained by rotating the cell 110 shown in FIG. 7 by 90 degrees clockwise or counterclockwise.
  • one reflecting plate 100B includes one substrate 101
  • a configuration in which one reflecting plate 100B includes a plurality of substrates 101 may be used. That is, one substrate 101 may be provided for one or more cells 110 in one reflecting plate 100B.
  • the substrate 101 is, for example, a rectangular substrate in plan view.
  • the substrate 101 is, for example, a flexible resin-made thin film-like flexible substrate, or a non-flexible rigid substrate. Flexibility is the property of an object to bend without breaking, as can be seen from its appearance.
  • a flexible substrate for example, fluorine, COP (Cyclo-Olefin Polymer), PET (Polyethylene terephthalate), PEN (Polyethylene Naphthalate), polyimide, Peek (Polyether ether Ketone), LCP (Liquid Crystal Polymer) It can be formed from a flexible resin material such as , or other composite materials.
  • a rigid substrate for example, a substrate made of a core material and a prepreg made of glass cloth impregnated with an epoxy resin or the like can be used.
  • the substrate 101 may be made of any material that is transparent to visible light. “Transparent” means that the luminous transmittance is at least 40%, preferably 60% or more, more preferably 70% or more, even more preferably 80% or more.
  • a transparent resin base material is used for the substrate 101.
  • acrylic resins such as polymethyl methacrylate, cycloolefin resins, polycarbonate resins, polyethylene terephthalate (PET), etc. can be used.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the substrate 101 may be a glass plate.
  • Resonant elements 111 and 112 are formed of metal layers.
  • the metal layer can be formed of a metal thin film such as copper, nickel, or gold, if the substrate 101 is not formed of any material transparent to radio waves.
  • the metal layer may be made of, for example, zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), tin-doped indium oxide (ITO), or It is formed of a transparent conductive film such as indium tin oxide (IZO), a metal nitride such as titanium nitride (TiN) or chromium nitride (CrN), or a low-e film for low emissivity glass. is desirable.
  • the metal layer may be made of a mesh-like metal thin film of copper, nickel, gold, or the like, for example.
  • the resonant element 111 is a square conductor in plan view.
  • the resonant element 111 has an end side 111A extending along the X direction on the +Y direction side.
  • a resonant element 112 is parasitic to the resonant element 111 . Since the resonant element 112 is coupled to and parasitic to the resonant element 111 by electromagnetic coupling, the resonant element 111 may be regarded as a main resonant element and the resonant element 112 as a parasitic resonant element.
  • the resonant element 112 includes linear elements 112A and 112B and a PIN (p-intrinsic-n) diode 112C.
  • the PIN diode 112C is an example of a switching element.
  • Linear elements 112A and 112B extend parallel to the X direction.
  • the linear element 112A is arranged on the +Y direction side of the end side 111A of the resonant element 111, and the linear element 112B is arranged on the +Y direction side of the linear element 112A.
  • a PIN diode 112C is provided between the linear elements 112A and 112B.
  • a cathode of a PIN diode is connected to the linear element 112A
  • an anode of a PIN diode 112C is connected to the linear element 112B.
  • RF chokes 113 and 114 are provided at the ends of the linear elements 112A and 112B on the ⁇ X direction side.
  • the RF choke 113 is connected to a ground layer of a ground potential (GND) on the back surface of the substrate 101, and the RF choke 114 is connected to a control terminal to which a control voltage BV is applied.
  • the control voltage BV is applied from the control section 5 (see FIG. 2).
  • the distance between the end side 111A of the resonant element 111 and the linear element 112A is preferably ⁇ e/10 or less, for example. ⁇ e/30 is more preferable. ⁇ e is the electrical length of the wavelength at the frequency of the radio wave reflected by the reflecting plate 100B.
  • the length of the region in which the resonant elements 111 and 112 are provided in one cell 110 in the X direction and the Y direction in plan view is 2 ⁇ or less.
  • a square resonant element 111 is shown in FIG. 7, if the dimensions in the X and Y directions are not constant, such as when the resonant element 111 is elliptical, the The maximum length in the X direction and the maximum length in the Y direction in plan view of the region where the resonant elements 111 and 112 are provided need only be 2 ⁇ or less.
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams showing the states of the resonant element 112 in the on state and off state of the PIN diode 112C.
  • the linear element 112B is connected to the linear element 112A, so as shown in FIG. 8A, the resonant element 111 Then, the linear elements 112A and 112B of the resonant element 112 are in a coupled state.
  • the state in which the linear elements 112A and 112B of the resonant element 112 are coupled to the resonant element 111 as shown in FIG. 8A has a higher resonance than the state in which only the linear element 112A is coupled to the resonant element 111 as shown in FIG. 8B.
  • the length of the element 112 increases and the shape changes. Therefore, when the PIN diode 112C is turned on as shown in FIG. 8A, the resonant frequency of the resonant element 112 is lowered to the first resonant frequency than when the PIN diode 112C is turned off. On the contrary, when the PIN diode 112C is turned off as shown in FIG.
  • the resonant frequency of the resonant element 112 increases to the second resonant frequency compared to when the PIN diode 112C is on. It is known that when two resonant elements having approximately the same resonant frequency are placed close to each other, their reflection characteristics change due to interaction. When the resonant frequency of the resonant element 111 is approximately the same as either the first resonant frequency or the second resonant frequency of the resonant element 112, the resonant elements 111 and 112 are switched on and off by switching the PIN diode 112C on and off. By changing the overall shape (or length), the reflective properties of the cell 110 change.
  • the size of the resonant elements 111 and 112 is set so that the absolute value of the amount of phase change given to the radio wave as an incident wave is approximately 180 degrees when the PIN diode 112C is off and on.
  • linear elements 112A and 112B of the resonant element 112 are set.
  • About 180 degrees means, for example, a value within the range of 180 degrees ⁇ 45 degrees. Since the resonant elements 111 and 112 are made of conductors, there may be errors in the amount of phase change due to manufacturing errors, etc. However, by switching the PIN diode 112C on and off, the amount of phase change can be adjusted to approximately 180 degrees (180 degrees ⁇ 45 degrees).
  • Specular reflection refers to regular reflection, and refers to reflection in a direction in which an equal phase plane is generated by reflection by ordinary metal reflection.
  • the reflection plate 100B can switch the reflection angle (reflection direction) of the incident wave on the reflection plate 100B as a set of all cells 110 by turning on and off the PIN diode 112C of each cell 110. That is, in the reflector plate 100B, the amount of phase change can be binary controlled by the controller 5 switching on and off the PIN diode 112C of each cell 110, and the reflection angle can be changed to an angle other than specular reflection. Adjustable. Specular reflection refers to regular reflection, and refers to reflection in a direction in which an equal phase plane is generated by reflection by ordinary metal reflection. Note that the reflection angle of the reflection plate 100B can also be adjusted to the angle of specular reflection.
  • the phase change amount of the cell 110 is 30 degrees when the PIN diode 112C is turned off, and the phase change amount of the cell 110 is 210 degrees when the PIN diode 112C is turned on. It can be controlled in a binary manner.
  • the phase change amount of 30 degrees is an example of the first value
  • the phase change amount of 210 degrees is an example of the second value.
  • the difference between the amount of phase change when the PIN diode 112C is off and the amount of phase change when it is on is approximately 180 degrees (180 ⁇ 45 degrees) in absolute value. That is, the difference between the first value and the second value of the amount of phase change is 180 ⁇ 45 degrees in absolute value.
  • the difference in phase change amount of all cells 110 is 0 degrees. In reality, there is some variation, so the difference in the amount of phase change is about 0 degrees. This also applies when the PIN diodes 112C of all the cells 110 are turned on.
  • the amount of phase change of all the cells 110 (for example, 30 degrees and 210 degrees) The difference is 180 degrees. In reality, since there is some variation, the difference in the amount of phase change is about 180 degrees.
  • the resonant element 111 has a square shape and the resonant element 112 has a PIN diode 112C between two linear elements 112A and 112B.
  • the shape of the resonant element 111 is not limited to a square shape, and may have any planar shape as long as it can reflect radio waves.
  • the resonant element 112 may have any configuration as long as its shape and length can be changed by being switched by the control unit 5.
  • the diode 112C is not limited to the PIN diode 112C, and may be a transistor such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) switch, a varactor, or a FET (Field Effect Transistor).
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the on/off distribution of each cell 110 in the case where the amount of phase change of the reflection plate 100B is controlled using binary values.
  • FIG. 9 shows, as an example, the on/off distribution in the reflection plate 100B including 40 cells 110 in the X direction and the Y direction, for a total of 1,600 cells 110.
  • FIG. 9 shows the distribution of ON and OFF states in a linear arrangement, and in FIG. 9, ON is shown in white and OFF is shown in black for simplification.
  • the amount of phase change that the cell 110 that is on adds to the reflected wave is 180 degrees
  • the amount of phase change that the cell 110 that is off adds to the reflected wave is 0 degrees.
  • the reflective plate 100B used in the simulation was arranged so that the reflective surface of the cell 110 was in the XY plane.
  • the cells 110 of the reflector 100B have a length of dX in the X direction and dY in the Y direction.
  • NX cells 110 are arranged at equal intervals of dX in the X direction
  • NY cells 110 are arranged at equal intervals of dY in the Y direction. That is, the number of cells 110 is NX ⁇ NY, the length of the reflecting plate 100B in the X direction is NX ⁇ dX, and the length in the Y direction is NY ⁇ dY.
  • the row number of the cell 110 in the X direction as n
  • the column number of the cell 110 in the Y direction as m
  • the number of the cell 110 can be specified by n and m.
  • the radar reflection cross section ⁇ ( ⁇ , ⁇ ) can be determined using the following equation (3).
  • a polar coordinate system shown in FIG. 10A is used.
  • FIG. 10A is a diagram showing a polar coordinate system used when calculating the radar reflection cross section ⁇ ( ⁇ , ⁇ ).
  • the reflecting plate 100B is located at the origin of the XYZ coordinates.
  • the zenith angle ⁇ is an angle with respect to the +Z direction, and the angle downward from the +Z direction as shown by the arrow is positive.
  • the azimuth angle ⁇ is an azimuth angle with respect to the +X direction in the XY plane, and the angle from the +X direction to the +Y direction as shown by the arrow is positive.
  • r is the radius vector.
  • a receiving point G is shown in FIG. 10A.
  • a receiving point G represents the position of a receiving terminal that receives radio waves from the reflector 100B.
  • the receiving terminal is a user terminal or the like.
  • r is the distance (m) from the reflection plate 100B to the reception point G, and is the vector radius in the polar coordinate system.
  • P0 is the power density (W/m 2 ) of the radio wave (incident wave) that is incident on the reflection plate 100B.
  • Pr is the power density (W/m 2 ) at the receiving point G.
  • the electric field E at the point (X, Y) of the radius vector r can be calculated using the following equation (4).
  • A is the distribution of the complex electric field immediately after being reflected from the RIS
  • s is the distance between the position on the reflection plate 100B and the reception point
  • Q is the electric field reflection intensity distribution for each reflection direction of the cell. Note that RIS means that integration is performed over the entire reflection plate 100B.
  • Equation (4) the size of the cell 110 is used for discretization, and the position of the cell 110 is specified using n and m.
  • ⁇ the power density
  • the radar reflection cross section ⁇ ( ⁇ , ⁇ ) expressed by equation (3) can be determined.
  • ⁇ ( ⁇ , ⁇ ) as shown in FIGS.
  • FIG. 10B is a diagram showing how to take the angle ⁇ (horizontal angle).
  • the angle ⁇ is an angle with respect to the +Z direction in the Represents direction as a negative angle. Note that the method of determining the vector radius r is the same as the method of determining the vector radius r in FIG. 10A.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the operation of the reflector 100.
  • FIG. 11 shows a state in which radio waves are simultaneously reflected by eight reflecting plates 100A and one reflecting plate 100B, and a beam of the reflected radio waves is radiated.
  • the beam reflected by any one of the eight reflecting plates 100A is scanned so that the beam reflected by the reflecting plate 100B is overlapped in the same phase. The case where the beam intensity is increased by this will be explained.
  • the eight reflectors 100A when the eight reflectors 100A are to be distinguished, they will be referred to as reflectors 100A No. 1 to No. 8. Further, the reflecting plate 100B may be referred to as the No. 0 reflecting plate 100B.
  • numbers 1 to 8 are written on the radio wave beams reflected by the reflectors 100A numbered 1 to 8.
  • the eight beams are all emitted in different directions, for example.
  • the number 0 is written on the radio wave beam reflected by the reflection plate 100B.
  • the radio wave beams reflected by the No. 1 to 8 reflectors 100A are referred to as the No. 1 to 8 beams
  • the radio wave beams reflected by the No. 0 reflector 100B are referred to as the No. 0 beam. There are cases.
  • the beam of radio waves reflected by the No. 0 reflector 100B is scanned so as to overlap in the same phase with the radio wave beam reflected by the No. 1 reflector 100A; does not overlap with the reflected radio beam.
  • the expression that the beams overlap with each other in the same phase means that the tips of the beams overlap each other and the phases of the beams on the tip side are the same. This is because the user terminal U1 or U2 (see FIG. 1) exists at the tip of the beam.
  • the beams being in the same phase means that the beams are in a relationship that strengthens each other's intensities, and as an example, the absolute value of the phase difference is 45 degrees or less, preferably 30 degrees or less. say.
  • the expression that the beams have the same phase on the front end side means, for example, that the beams have the same phase on the far field side of the boundary between the near field and the far field of the reflectors 100A and 100B.
  • scanning the beam No. 0 so as to overlap the beam No. 1 means scanning the beam No. 0 in the direction of reflection of the beam No. 1. This also applies to each of the beams No. 2 to 8 and the beam No. 0.
  • the number 1 beam strengthens each other with the number 0 beam, so the beam intensity increases.
  • Beams No. 2 to No. 8 do not overlap beam No. 0, so their intensity does not change.
  • control unit 5 scans the beam of the No. 0 reflector 100B so that the radio wave beam reflected by the No. 0 reflector 100B overlaps the radio wave beam reflected by the No. 2 reflector 100A in the same phase. Then, the intensity of the second beam increases. Similarly, the intensity of each of the beams No. 3 to No. 8 can be increased by the control unit 5 scanning the beam of the No. 0 reflecting plate 100B.
  • the power of the radio waves reflected by each of the reflectors 100A and 100B is proportional to RCS. Since the RCS is expressed as the square of the area of each reflective surface of the reflectors 100A and 100B, if the area of each reflective surface is doubled, the power of the reflected radio wave will be quadrupled.
  • the areas of the reflective surfaces of the reflective plates 100A numbered 1 to 8 are all equal and equal to the area of the reflective surface of the reflective plate 100B, the power of the beam overlapping with the beam numbered 0 will be quadrupled. Become.
  • the reflector 100A in order to increase the intensity of each of the beams No. 1 to 8 by further increasing the number of reflection plates 100A with fixed reflection angles instead of using the No. 0 reflector 100B, eight reflectors 100A are used to utilize eight beams that overlap the beams Nos. 1 to 8, respectively, increasing the overall size of the reflector.
  • a reflector in which 16 reflectors 100A are used so that two of the 16 beams overlap each other is referred to as a first reflector for comparison. Since the first reflector for comparison includes 16 reflectors 100A, the overall size is increased.
  • the reflector 100 Compared to the first reflector for comparison, the reflector 100 has a configuration that can increase the intensity of one beam selected from among the beams No. 1 to No. 8; Since the size of the reflector 100A and the reflector 100B of No. 0 is the same as nine pieces, the reflector can be made smaller than the first reflector for comparison.
  • another reflector 100B may be used to control the reflection angle of the two reflectors 100B. Accordingly, the two beams can be scanned so as to reach the same position as one of the beams numbered 1 to 8 shown in FIG. In this way, using two reflectors 100B, a reflector that scans two beams so that they reach the same position as one of the beams No. 1 to No. 8 shown in FIG. It is called a 2-reflector.
  • the reflector 100 has a configuration including one reflection plate 100B that can scan the reflection angle.
  • the reflector 100B requires electric power to scan the reflection angle of the radio waves and is expensive, so the reflector 100 is different from Nos. 1 to 8 shown in FIG. 11 compared to the second reflector for comparison. This allows the intensity of one of the beams to be increased, while saving power and reducing costs.
  • the reflector 100 and the radio wave transmission system 10 can also reduce the beam intensity by overlapping the beams with opposite phases. That is, the reflector 100 and the radio wave transmission system 10 can adjust the beam intensity by overlapping the beams in the same phase or in opposite phases.
  • the present embodiment provides a reflector 100 and a radio wave transmission system 10 that can achieve both miniaturization and beam intensity adjustment. Further, the reflector 100 and the radio wave transmission system 10 can realize power saving and cost reduction. Note that the opposite phase will be described later using FIGS. 15A, 15B, and 16.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of a simulation model of the reflector 100.
  • FIG. 12 shows a simulation model of the reflector 100 in an XZ plane view.
  • the simulation model of the reflector 100 has a configuration including two reflectors 100A and one reflector 100B.
  • the two reflecting plates 100A are the first and second reflecting plates 100A, and are arranged at close intervals so as to sandwich both sides of the reflecting plate 100B.
  • the conditions for the simulation are as follows, as an example.
  • the size of the reflecting surface of the reflecting plate 100A is 20 cm (X direction) x 20 cm (Y direction), and the reflection angle of the radio wave beam reflected by the first reflecting plate 100A is the angle ⁇ in the polar coordinate system shown in FIG. 10B. It is 15 degrees.
  • the reflection angle of the radio wave beam reflected by the second reflecting plate 100A is 45 degrees at angle ⁇ in the polar coordinate system shown in FIG. 10B.
  • the reflector 100A includes a plurality of cells arranged in an array, and the amount of phase change in each cell is, for example, multi-valued depending on the position of each cell.
  • the size of the reflective surface of the reflective plate 100B is 20 cm (X direction) x 20 cm (Y direction), which is equal to the size of the reflective surface of the reflective plate 100A.
  • the reflecting plate 100B has, for example, 1600 cells 110 arranged in 40 cells each in the X direction and the Y direction.
  • the phase change amount of each cell 110 is controlled in a binary manner, for example.
  • 13A to 13C are diagrams showing the results of simulation 1 using a simulation model of reflector 100.
  • 13A to 13C show an example of calculation results of the distribution of received power at the observation point of the radio wave beam reflected by the No. 0 reflector 100B and the No. 1 and No. 2 reflectors 100A.
  • the horizontal axis indicates the angle ⁇ of the observation point
  • the vertical axis indicates the received power (dBm).
  • the observation point is located at an angle ⁇ of 90 degrees to ⁇ 90 degrees on the circumference of a semicircle with a radius of 10 m shown in FIG.
  • An example of the calculation result of the distribution of received power when the amount of phase change of each cell 110 of the reflection plate 100B is set is shown.
  • An example of the calculation result of the distribution of received power when the amount of phase change of each cell 110 of the reflection plate 100B is set is shown.
  • the peak at angle ⁇ of 15 degrees is the peak of the received power of the beam reflected by the No. 1 reflector 100A alone.
  • the peak at the angle ⁇ of 45 degrees is the peak of the received power of the beam reflected solely by the second reflecting plate 100A.
  • the peak at which the angle ⁇ is 0 degrees is the peak of the received power of the beam that is reflected solely by the No. 0 reflecting plate 100B.
  • the peak at angle ⁇ of 15 degrees in FIG. 13A is larger than the peak at angle ⁇ of 15 degrees in FIG. 13C, and the peak at angle ⁇ of 45 degrees in FIG. 13B is larger than the peak at angle ⁇ of 45 degrees in FIG. 13C. big. Therefore, it has been found that the beam intensity (received power) can be increased by superimposing the beam number 0 in the same phase.
  • FIG. 14 is a table showing calculation results of the distribution of received power at observation points where the angle ⁇ is 15 degrees and 45 degrees for the simulation model of the reflector 100.
  • FIG. 14 shows the received power at the observation point of the radio wave beam reflected by the No. 0 reflector 100B and the No. 1 and No. 2 reflectors 100A, as shown in FIGS. 13A to 13C.
  • FIG. 14 shows the calculation results of the distribution of received power at the observation points where the angle ⁇ is 15 degrees and 45 degrees when the reflection angles of number 0 are 15 degrees, 45 degrees, and 0 degrees.
  • the reflection angle of No. 0 is 15 degrees
  • when the reflection angle of No. 0 is 45 degrees it corresponds to FIG. 13B
  • when the reflection angle of No. 0 is 0 degrees it corresponds to FIG. 13C.
  • the received power at the observation points where the angle ⁇ is 15 degrees and 45 degrees is the received power of the beam reflected independently by the No. 1 and No. 2 reflectors 100A.
  • the received power at the observation point where the angle ⁇ is 15 degrees is -59.3 dBm at 0 degrees, and -55 dBm at 15 degrees when comparing the cases where the reflection angle of No. 0 is 0 degrees and 15 degrees. It increases by 3.9dBm to .2dBm. It was confirmed that by superimposing the 0 degree beam on the No. 1 beam in the same phase, the beam intensity in the direction where the angle ⁇ was 15 degrees could be increased.
  • the received power at the observation point where the angle ⁇ is 45 degrees is -62.1 dBm in the case of 0 degrees, and -62.1 dBm in the case of 45 degrees. It increases by 4.3 dBm to -57.8 dBm. It was confirmed that by superimposing the 0 degree beam on the second beam in the same phase, the beam intensity in the direction where the angle ⁇ was 45 degrees could be increased.
  • the beam intensity could be increased by superimposing the 0 degree beams in the same phase. Additionally, it was confirmed that the received power (reflection intensity) changed by 3 dB or more.
  • An increase in received power of 3 dB is synonymous with doubling of received power, and may be determined to be effective as a guideline.
  • ⁇ Simulation 2 (opposite phase)> 15A and 15B are diagrams showing the results of simulation 1 using a simulation model of reflector 100.
  • the lower characteristics in FIGS. 15A and 15B are enlarged portions of the upper characteristics surrounded by the dashed circle.
  • the amount of phase change was set to multiple values also for the reflection plate 100B.
  • FIGS. 13A and 13C indicate that the results shown in FIGS. 15A and 15B were obtained when beam No. 0 was overlapped with beam No. 1 and No. 2 in opposite phases, respectively. different from. That is, in simulation 2, the superimposed beams have opposite phases.
  • the expression that the beams overlap with each other in opposite phases means that the tips of the beams overlap and the phases on the tip side of the beams are opposite.
  • Beams having opposite phases means that the beams have a relationship that weakens each other's intensities.
  • the absolute value of the phase difference is 135 degrees or more and 225 degrees or less, preferably 150 degrees or more and 210 degrees. It means that it is below 30 degrees.
  • the phrase "the phase of the beam is opposite on the tip side” means, for example, that the phase is opposite on the far field side from the boundary between the near field and far field of the reflectors 100A and 100B.
  • the number 0 beam When the number 0 beam is superimposed on the number 1 beam with an opposite phase, the number 1 beam and the number 0 beam weaken each other, so the beam intensity in the reflection direction where the angle ⁇ is 15 degrees decreases. Furthermore, when the beam No. 0 is superimposed on the beam No. 2 with an opposite phase, the beam No. 2 and the beam No. 0 weaken each other, so that the beam intensity in the reflection direction where the angle ⁇ is 45 degrees decreases.
  • An example of the calculation result of the distribution of received power when the amount of phase change of each cell 110 of the reflection plate 100B is set is shown.
  • An example of the calculation result of the distribution of received power when the amount of phase change of each cell 110 of the reflection plate 100B is set is shown.
  • FIG. 16 is a table showing calculation results of the distribution of received power at observation points where the angle ⁇ is 15 degrees and 45 degrees for the simulation model of the reflector 100.
  • FIG. 16 shows the received power in a state where beam No. 0 is not superimposed on beams No. 1 and No. 2, the angular width of the beam with a peak drop of 6 dB, and the beam width with a peak drop of 6 dB.
  • the angular width of a beam with a peak drop of 6 dB means that when beams with opposite phases are overlapped, a received power that is 6 dB lower than the peak is obtained in the valley between the peaks (maximum values) of the received power.
  • the width of the beam is expressed in angle.
  • the beam width with a peak drop of 6 dB is the valley-shaped part between the peaks (maximum values) of the received power, where beams with opposite phases are overlapped, and the received power is 6 dB lower than the peak. is the width of the beam.
  • the angular width of the 6 dB beam is 0.5 degrees with respect to the peak received power at the observation point where the angle ⁇ is 15 degrees, and the peak received power at the observation point where the angle ⁇ is 45 degrees.
  • the angular width of the beam with a drop of 6 dB was 0.6 degrees.
  • the beam width with a drop of 6 dB for the peak received power at the observation point where the angle ⁇ is 15 degrees is 8.8 cm, and the beam width is 6 dB lower than the peak received power at the observation point where the angle ⁇ is 45 degrees.
  • the falling beam width was 10 cm.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of a simulation model of the reflector 100M.
  • FIG. 17 shows a simulation model of the reflector 100M in an XZ plane view.
  • the simulation model of the reflector 100M is obtained by changing the arrangement of the first and second reflecting plates 100A and 100B in the simulation model of the reflector 100 shown in FIG. 12.
  • the first and second reflectors 100A are arranged adjacent to each other with an interval of 200 mm in the X direction. Further, the reflecting plate 100B is placed adjacent to the second reflecting plate 100A on the +X direction side with an interval of 400 mm.
  • the conditions for simulation 3 are similar to those for simulation 1, so the differences will be explained here.
  • the reflection angle of the beam No. 0 was scanned so that it overlapped with the beam No. 1 in the same phase as shown in FIG.
  • the center C of a semicircle with a radius of 10 m on which the observation point is located on the circumference was set as the center point between the first and second reflecting plates 100A.
  • the center point between the first and second reflecting plates 100A is the midpoint of the distance (200 mm) between the first and second reflecting plates 100A.
  • FIG. 18 is a table showing calculation results of the received power distribution at observation points where the angle ⁇ is 15 degrees and 45 degrees for the simulation model of the reflector 100M.
  • the reflection angle of beam No. 0 was scanned so that it overlapped with the beam No. 1 in the same phase, and the received power at the observation point where the angle ⁇ was 15 degrees was -53.4 dB.
  • the received power at the observation point where the angle ⁇ was 45 degrees was -61.8 dB. Comparing the received power at the observation point where the angle ⁇ is 15 degrees and the observation point where the angle ⁇ is 45 degrees, the received power at the observation point (15 degrees) where the No. 1 beam superimposed on the No. 0 beam reaches. It was confirmed that the received power was higher than the received power at the observation point (45 degrees) where beam No. 2, which was not overlapped with beam No. 0, reached.
  • the radio wave transmission system 10 includes a reflection plate 100A having a fixed reflection angle, a reflection plate 100B capable of scanning the reflection angle, and a control unit 5 configured to scan the reflection angle of the reflection plate 100B.
  • the second beam of radio waves reflected by the plate 100B is scanned in the direction of reflection of the first beam of radio waves reflected by the reflection plate 100A. Therefore, by using the reflector 100A with a fixed reflection angle and the reflector 100B that can scan the reflection angle, it is possible to downsize the reflector 100. Furthermore, by superimposing the second beam on the first beam, the beam intensity can be adjusted.
  • the reflector 100A since the reflector 100A reflects radio waves at angles other than specular reflection, the reflector 100A can function as a passive abnormal reflector for radio wave transmission that can reflect the first beam at a fixed reflection angle other than specular reflection.
  • a system 10 and reflector 100 can be provided.
  • the radio wave transmission system 10 and the reflector 100 are provided that can reflect the first beams in a plurality of reflection directions. can do. Since the first beam can be reflected in a plurality of reflection directions, the beam can be supplied to dead zones located in various directions, and the beam intensity can be adjusted.
  • control unit 5 scans so that the direction of reflection of the second beam reflected by the reflection plate 100B is directed to the direction of reflection of the first beam reflected by the plurality of reflection plates 100A. Therefore, the beam intensity in a plurality of reflection directions in which the first beam is reflected can be adjusted, and the beam intensity supplied to dead zones etc. located in various directions can be adjusted.
  • control unit 5 further scans so that the direction of reflection of the second beam reflected by the reflection plate 100B is different from the direction of reflection of the first beam reflected by the plurality of reflection plates 100A. Therefore, the second beam can be reflected in a direction in which the first beam is not reflected, and the second beam can be supplied to a position where the first beam whose reflection direction is fixed is not supplied. If there is a dead zone at a position where the first beam is not supplied, the second beam can be supplied to such a dead zone.
  • control unit 5 scans the second beam so that the second beam reflected by the reflecting plate 100B strengthens the first beam reflected by the reflecting plate 100A. Therefore, the beam intensity in the reflection direction of the first beam can be increased. For example, when the beam intensity is insufficient in the reflection direction of the first beam, by supplying the second beam, Beam intensity can be supplemented.
  • the control unit 5 scans the second beam so that the second beam reflected by the reflecting plate 100B weakens the first beam reflected by the reflecting plate 100A. Therefore, the beam intensity in the reflection direction of the first beam can be reduced. For example, when it is desired to reduce the beam intensity in the reflection direction of the first beam, the beam intensity can be reduced by supplying the second beam with an opposite phase. can be reduced. Since the beam intensity in the reflection direction of the first beam can be reduced, if it is desired to reduce the beam intensity for some reason, the beam intensity in the reflection direction of the first beam can be reduced as needed.
  • the area ratio of the second reflecting surface of the reflecting plate 100B to the first reflecting surface of the reflecting plate 100A is 0.4 to 2.5, the beam intensity in the reflection direction of the first beam can be changed reliably. be able to.
  • the reflection intensity in the reflection direction of the first beam changes by 3 dB or more. Therefore, the beam intensity in the reflection direction of the first beam can be reliably changed.
  • the distance D between the reflector 100A and the reflector 100B is 0 ⁇ D ⁇ , where Ld is the longer length of the reflector 100A and the reflector 100B in the direction in which the distance D is obtained. 10Ld, the beam intensity in the reflection direction of the first beam can be reliably increased or decreased by the second beam.
  • the reflecting plate 100B has a size defined by 5 ⁇ L ⁇ 100 ⁇ , where L is the length of one side of the outer edge of the reflecting plate 100B.
  • the control unit 5 electrically controls the amount of phase change that changes the phase of the radio wave in each of the plurality of cells 110, the phase change in the reflector 100B The amount can be changed to any value among continuous values, and the amount of phase change can be controlled in a multivalued manner.
  • the reflection plate 100B has a plurality of cells 110, and the control unit 5 sets the reflection phase of each of the plurality of cells 110 to one of two values that differ by 180 degrees. Therefore, by controlling the amount of phase change in a binary manner, the reflection angle can be adjusted to an angle other than specular reflection.
  • the radio waves are Sub-6 or millimeter wave band radio waves, so when reflecting radio waves in the 5th generation mobile communication system (5G) or Sub-6 frequency bands, it is possible to efficiently transmit power to the receiving terminal. It is possible to provide a radio wave transmission system 10 that can supply the following.
  • the reflector 100 includes a reflector 100A with a fixed reflection angle and a reflector 100B that can scan the reflection angle, and the second beam of radio waves reflected by the reflector 100B is reflected by the reflector 100A. Scanning is performed in the direction in which the first beam of radio waves is reflected. Therefore, by using the reflector 100A with a fixed reflection angle and the reflector 100B that can scan the reflection angle, it is possible to downsize the reflector 100. Furthermore, by superimposing the second beam on the first beam, the beam intensity can be adjusted.
  • Radio wave transmission system 100 Reflector 100A Reflector plate (an example of the first reflector plate) 100B Reflector (an example of a second reflector) 110 cell (an example of a reflective part) 111 Resonance element 112 Resonance element 112A, 112B Linear element 112C PIN diode

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Abstract

小型化とビーム強度の調節との両立が可能な電波伝送システム、及び、反射器を提供する。　電波伝送システムは、反射角度が固定された第１反射板と、反射角度を走査可能な第２反射板と、前記第２反射板の反射角度を走査する制御部とを含み、前記制御部は、前記第２反射板によって反射される電波の第２ビームを、前記第１反射板によって反射される電波の第１ビームの反射方向に走査する。

Description

電波伝送システム、及び、反射器
　本開示は、電波伝送システム、及び、反射器に関する。
　従来より、Ｎ枚（Ｎは２以上の整数）のメタサーフェス反射板を並べて構成されるメタサーフェス反射板アレイであって、前記Ｎ枚のメタサーフェス反射板はそれぞれ、波長λの電波を所定の入射角で入射したときの反射電波の電波強度の方向特性が同一であり、互いに隣り合う２つの前記メタサーフェス反射板が反射する電波の位相差が、０とは異なる所定の値φである、メタサーフェス反射板アレイがある。このメタサーフェス反射板アレイにおいて、各メタサーフェス反射板は、電波の反射角度が固定されたパッシブ反射板である（例えば、特許文献１参照）。
　また、無線周波数ビームを反射するための同調可能インピーダンス面であって、（ａ）接地平面と、（ｂ）前記接地平面から所定の距離だけ離れてアレイ内に配置された複数の素子であって、前記所定の距離が無線周波数ビームの波長より短い複数の素子と、（ｃ）前記複数の素子のうちの少なくとも選択された隣接素子間のキャパシタンスを制御可能に変化させるためのコンデンサ装置とを備える同調可能インピーダンス面がある。この同調可能インピーダンス面は、複数の素子の各々が電波を反射する方向をアクティブに切り替えることで、各素子で反射された電波のビームの反射角度を制御可能なアクティブ反射板として機能する（例えば、特許文献２参照）。
特開２０２１－１７５０５４号公報 特表２００３－５２９２６１号公報
　ところで、複数のパッシブ反射板を用い、反射されたビーム同士が同位相で重なるように反射角度を設定すると、ビーム強度を増大させることができる。パッシブ反射板は、電波の反射角度が固定されているため、重ね合わされるビームの数を増やすには、パッシブ反射板の数が多くなり、大型化する。
　また、アクティブ反射板を複数用いると、複数のアクティブ反射板でビームの反射角度を制御可能であり、ビーム同士が同位相で重なるように反射角度を制御すると、ビーム強度を増大させることができる。
　例えば、幾つかの反射方向において、ビーム強度を増大させるような場合には、複数のアクティブ反射板を用いることで、複数のパッシブ反射板を用いる場合に比べて小型化が可能であるが、アクティブ反射板の数が増えると、反射角度を制御するための消費電力の増大や、コストの増大等が避けられない。
　また、ビーム同士が逆位相で重なるように反射角度を設定すると、ビーム強度を低減できる。すなわち、ビーム同士が同位相又は逆位相で重なるように反射角度を設定することで、ビーム強度を調節できる。このようなビーム強度の調節を複数のパッシブ反射板だけで行うと、反射器が大型化し、複数のアクティブ反射板だけで行うと、消費電力の増大や、コストの増大等が避けられない。
　そこで、小型化とビーム強度の調節との両立が可能な電波伝送システム、及び、反射器を提供することを目的とする。
　本開示の実施形態の電波伝送システムは、反射角度が固定された第１反射板と、反射角度を走査可能な第２反射板と、前記第２反射板の反射角度を走査する制御部とを含み、前記制御部は、前記第２反射板によって反射される電波の第２ビームを、前記第１反射板によって反射される電波の第１ビームの反射方向に走査する。
　小型化とビーム強度の調節との両立が可能な電波伝送システム、及び、反射器を提供できる。
実施形態における電波伝送システム１０の動作の一例を説明する図である。 電波伝送システム１０の構成の一例を示すブロック図である。 電波伝送システム１０を壁６に取り付けた状態の一例を示す図である。 反射器１００の構成の一例を示す図である。 反射板１００Ｂの複数のセル１１０の配列の一例を示す図である。 反射器１００に含まれる反射板１００Ｂでの反射角度の調整の原理の一例を説明する図である。 反射器１００に含まれる反射板１００Ｂでの反射角度の調整の原理の一例を説明する図である。 垂直偏波用のセル１１０の構成の一例を示す図である。 ＰＩＮダイオード１１２Ｃのオン状態とオフ状態とにおける共振素子１１２の状態を示す図である。 ＰＩＮダイオード１１２Ｃのオン状態とオフ状態とにおける共振素子１１２の状態を示す図である。 反射板１００Ｂの位相変化量を２値で制御する場合における各セル１１０のオンとオフの分布の一例を示す図である。 レーダ反射断面積σ（θ，φ）を求める際に用いた極座標系を示す図である。 角度α（水平角度）の取り方を示す図である。 反射器１００の動作を説明する図である。 反射器１００のシミュレーションモデルの一例を示す図である。 反射器１００のシミュレーションモデルを用いたシミュレーション１の結果を示す図である。 反射器１００のシミュレーションモデルを用いたシミュレーション１の結果を示す図である。 反射器１００のシミュレーションモデルを用いたシミュレーション１の結果を示す図である。 反射器１００のシミュレーションモデルについての角度αが１５度及び４５度の観測点における受電電力の分布の計算結果を表形式で示す図である。 反射器１００のシミュレーションモデルを用いたシミュレーション１の結果を示す図である。 反射器１００のシミュレーションモデルを用いたシミュレーション１の結果を示す図である。 反射器１００のシミュレーションモデルについての角度αが１５度及び４５度の観測点における受電電力の分布の計算結果を表形式で示す図である。 反射器１００Ｍのシミュレーションモデルの一例を示す図である。 反射器１００Ｍのシミュレーションモデルについての角度αが１５度及び４５度の観測点における受電電力の分布の計算結果を表形式で示す図である。
　以下、本開示の電波伝送システム、及び、反射器を適用した実施形態について説明する。以下では、同一の要素に同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。
　以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。Ｘ軸に平行な方向（Ｘ方向）、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）、Ｚ軸に平行な方向（Ｚ方向）は、互いに直交する。Ｘ方向は第１軸方向の一例であり、Ｙ方向は第２軸方向の一例であり、Ｚ方向は第３軸方向の一例である。また、以下では、説明の便宜上、－Ｚ方向側を下側又は下、＋Ｚ方向側を上側又は上と称す場合がある。また、平面視とはＸＹ面視することをいう。また、以下では構成が分かりやすくなるように各部の長さ、太さ、厚さ等を誇張して示す場合がある。また、平行、直角、直交、水平、垂直、上下等の文言は、実施形態の効果を損なわない程度のずれを許容するものとする。
　また、以下の説明で、「電波」とは電磁波の一種であり、一般的に、３ＴＨｚ以下の電磁波は電波と呼ばれている。以下では、屋外の基地局又は中継局から放射された電磁波を「電波」と呼び、電磁波一般について言及するときは「電磁波」と呼ぶ。また、以下では、「ミリ波」又は「ミリ波帯」というときは、３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚの周波数帯域に加えて、２４ＧＨｚ～３０ＧＨｚの準ミリ波帯も含むものとする。
　実施形態の反射器が反射する電波は、第五世代移動通信システム（５Ｇ）等のミリ波帯や、Ｓｕｂ－６を含む１ＧＨｚ～４０ＧＨｚの周波数帯域の電波であると好適である。また、実施形態の反射器が反射する電波は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＬＴＥ－Ａ（LTE-Advanced）、又はＵＭＢ（Ultra Mobile Broadband）であってもよい。また、実施形態の反射器が反射する電波は、ＩＥＥＥ８０２．１１（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標））、ＩＥＥＥ８０２．１６（ＷｉＭＡＸ（登録商標））、ＩＥＥＥ８０２．２０、ＵＷＢ（Ultra-Wideband）、Bluetooth（登録商標）、又はＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）等であってもよい。電波の周波数が高くなるにつれて、反射や回折による伝搬損失が大きくなり、不感地帯が発生しやすくなる。このため、実施形態の反射器は、比較的高い周波数を扱う通信に、より好適である。
　＜実施形態＞
　＜電波伝送システム１０＞
　図１は、実施形態における電波伝送システム１０の動作の一例を説明する図である。
　電波伝送システム１０は、例えば、屋外の建物ＢＤの壁や窓に配置される。電波伝送システム１０は、反射器１００（図２参照）を有する。反射器１００は、反射角度が固定された第１反射板と、反射角度を走査可能な第２反射板とを含み、第２反射板によって反射される電波の第２ビームを、第１反射板によって反射される電波の第１ビームの反射方向に走査することで、第１ビームの反射方向におけるビーム強度を調節できる。ビーム強度を調節するとは、ビーム強度を増大又は低減することである。また、このような第２反射板を用いることで、複数の第１反射板だけを用いてビーム強度を調節する場合に比べて、反射器１００の小型化が可能である。第２反射板は、ＲＩＳ（Reconfigurable Intelligent Surface：再構成可能なリフレクタ）と呼ばれる、ビームの指向性を調整可能な指向性制御アレイとしての反射器である。
　電波伝送システム１０が配置される建物ＢＤの種類は、任意であるが、例えば高層な建物が林立するような地域での建物である。高層な建物が林立する地域では、電波が正常に届かない不感地（通信環境が良好でない地域ないし空間、「不感地帯」とも称される）が発生しやすい。電波伝送システム１０は、反射する電波のビームの向きを制御することで、不感地に対して電波を届ける。
　ここで、図１では、無線基地局ＲＢから発信された電波、及び電波伝送システム１０から反射された電波Ｒの放射態様が模式的に示されている。図１に示すように、無線通信を行うために無線基地局ＲＢが設けられていることがある。無線基地局ＲＢは、インターネットのようなネットワーク（不図示）からの信号を無線信号にして、電波Ｒを発信することで、電波Ｒを受信端末が受信する。また、受信端末が発信した電波Ｒを無線基地局ＲＢで受信することで、受信端末がインターネットのようなネットワークへのアクセスすることが行われる。無線基地局ＲＢは、電波伝送システム１０に対して数１０ｃｍ～数ｍ程度の近傍に設けられていてもよく、あるいは、電波伝送システム１０に対して数１０ｍ～数ｋｍ程度離れて設けられていてもよい。
　電波伝送システム１０は、入射された電波Ｒのビームの向きを変えて特定の方向に向けて反射したり、マルチビームにしたりすることで、建物ＢＤに遮られていた不感地帯へ電波を届ける。以下では、特に断らない限り、電波は平面波であるものとして説明する。
　図１に示すように、電波伝送システム１０を用いることで屋外のユーザ端末Ｕ１と屋外のユーザ端末Ｕ２を選択してインターネット通信が可能となる。具体的には、例えばある時刻で無線基地局ＲＢから送信される電波Ｒは、電波伝送システム１０で反射されて屋外のユーザ端末Ｕ１へ受信させることでユーザ端末Ｕ１の無線通信を成立させることができる。別の時刻で無線基地局ＲＢから送信される電波Ｒは、電波伝送システム１０で反射されて屋外のユーザ端末Ｕ２へ受信させることでユーザ端末Ｕ２の無線通信を成立させることができる。なお、ここではユーザ端末Ｕ１及びＵ２が電波Ｒを受信する場合について説明するが、ユーザ端末Ｕ１及びＵ２が電波Ｒを送信する際には、電波伝送システム１０で反射された電波Ｒを無線基地局ＲＢが受信することになる。
　なお、図１では、電波伝送システム１０に加えて、無線基地局ＲＢを設ける例を示しているが、無線中継局等から飛来した電波を、電波伝送システム１０の反射器１００で反射してもよい。
　図２は、電波伝送システム１０の構成の一例を示すブロック図である。図３は、電波伝送システム１０を壁６に取り付けた状態の一例を示す図である。図２には、反射器１００が無線基地局ＲＢから到来した電波を直接反射している状態を示す。
　電波伝送システム１０は、反射器１００及び制御部５を含む。図２に示すように、制御部５は、例えば、ＭＣＵ(Micro Controller Unit)よって実現され、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、入出力インターフェース、及び内部バス等を含む。
　制御部５は、外部から入射波源位置（無限遠に設定することで平面波の到来方向を含む）と反射方向指示（指向性指示）が入力され、反射器１００の複数のセルの反射角度をそれぞれ制御する。制御部５の外部からの入力は、例えば建物ＢＤを管理する管理コンピュータ（不図示）や無線基地局ＲＢ等から入力される。なお、制御部５は、不図示の電源生成部で生成された電源電圧に基づいて動作する。
　また、図３に示すように、電波伝送システム１０（反射器１００及び制御部５）は、壁６に設けられている。ここで、建物ＢＤの壁６において、電波伝送システム１０が設けられる場合の地上からの高さは、電波の効率性の点で、１ｍ～１４ｍが好ましく、２ｍ～１０ｍが特に好ましい。
　なお、図３では電波伝送システム１０は、壁６上に配置される例を示しているが、電波伝送システム１０における反射器１００は、窓ガラス上に設けられていてもよい。反射器１００が窓ガラスに設けられる場合は、反射器１００に含まれる反射板の基板や共振素子は、可視光の透過率が５０％以上である透明部材で構成されると好適である。なお、反射器１００が窓ガラスに設けられる場合は、制御部５は、反射器１００から離間して、窓ガラスに隣接する壁部や窓ガラスの枠部のような他の箇所に配置されてもよい。
　さらに、本開示の電波伝送システム１０は、屋内の壁や窓ガラスに設置してもよい。その場合、屋内での不感地帯の低減に寄与する。
　＜反射器１００＞
　図４は、反射器１００の構成の一例を示す図である。反射器１００は、一例として、８個の反射板１００Ａと、１個の反射板１００Ｂとを含む。各反射板１００Ａは、反射角度が固定された第１反射板の一例である。反射板１００Ｂは、反射角度を走査可能な第２反射板の一例であり、ＲＩＳである。反射板１００Ｂの反射角度は、制御部５（図３参照）によって制御される。
　反射板１００Ａ及び反射板１００Ｂの平面視におけるサイズ（Ｘ方向及びＹ方向の長さ）は、一例として等しい。８個の反射板１００Ａには数字の１～８を記し、１個の反射板１００Ｂには数字の０を記す。８個の反射板１００Ａは、一例として、ＸＹ平面に平行な同一平面内において、中央に配置される１個の反射板１００Ｂを囲み、反射板１００Ｂとの間の間隔を詰めて、反射板１００Ｂに隣接した状態で配置されている。
　なお、８個の反射板１００Ａと、反射板１００Ｂとは、必ずしも同一平面内に配置される必要はない。８個の反射板１００Ａと、反射板１００Ｂとは、別々の平面に配置されていてもよい。また、８個の反射板１００Ａは、２以上の複数の平面上に配置されていてもよい。また、８個の反射板１００Ａと、反射板１００Ｂとが配置される複数の平面は、平行ではなくてもよい。
　また、反射板１００Ｂは、平面視で８個の反射板１００Ａの中央に設けられていなくてもよく、８個の反射板１００Ａの端に位置していてもよく、反射板１００Ａ同士の間に位置していてもよい。また、８個の反射板１００Ａと、反射板１００Ｂとの間の少なくとも一部は、間隔を詰めずに、ある程度の間隔が設けられていてもよい。
　反射器１００は、少なくとも１個の反射板１００Ａと、少なくとも１個の反射板１００Ｂとを含めばよいが、ここでは一例として、複数の反射板１００Ａを含む構成について説明する。なお、反射器１００が、１個の反射板１００Ｂに対して複数の反射板１００Ａを含む場合に、反射板１００Ａの数は、２以上であれば幾つであってもよい。また、反射板１００Ａ及び反射板１００Ｂの平面視におけるサイズ（Ｘ方向及びＹ方向の長さ）は、等しくなくてもよく、どちらが大きくてもよい。
　＜反射板１００Ａの構成＞
　各反射板１００Ａは、複数のセルを有する。各反射板１００Ａに含まれるセルは、一例として、１６００個であり、一例として、Ｘ方向及びＹ方向に４０個ずつアレイ状に配列されている。反射板１００Ａは、反射角度が固定されているパッシブ型の反射板であるため、反射板１００Ａの各セルが電波を反射する際に位相を変化させる量（位相変化量）は固定値である。反射板１００Ａの反射角度は、反射板１００Ａに設定される位相変化量によって決まり、より具体的には、反射板１００Ａの各セルに設定される位相変化量（固定値）によって決まる。
　反射板１００Ａとしては、例えば、各セルの位相変化量が固定値に設定されたメタサーフェス反射板や、各セルがマッシュルーム型素子で構成され、マッシュルーム型素子同士の間隔を変えることで、位相変化量を設定したマッシュルームリフレクトアレー等を用いることができる。また、界面（表面）プラズモンを利用した素子をセルとして用いた反射板を反射板１００Ａとして用いてもよい。各セルの位相変化量は、各セルの反射角度に対応する。
　各セルの反射角度は、反射板１００Ａがビームを反射する反射角と、反射板１００Ａの中における各セルの位置とに応じて設定すればよい。各反射板１００Ａに含まれる各セルの反射角度は、反射板１００Ａの中における各セルの位置に応じて異なる固定値になる。各セルに設定される位相変化量（固定値）は、２値的、又は、２値よりも多い多値的な値に設定することができる。多値的な値とは、２値よりも多くの段階的な値であり、２値の場合の第１値と第２値との間の１又は複数の値を含む。ここで、例えば、第１値が０度で、第２値が１８０度である場合には、第１値と第２値との間の１又は複数の値は、０度から１８０度の間の１又は複数の値であってもよく、１８０度から３６０度の間の１又は複数の値であってもよい。
　各反射板１００Ａにおいて、各セルが予め設定された反射角度で電波を反射することで、各反射板１００Ａによって反射される電波のビームが所定の反射方向に伝搬する。反射板１００Ａによって反射される電波のビームは、第１ビームの一例である。また、反射板１００Ａの反射面は、第１反射面の一例である。ここでは、各反射板１００Ａが反射する電波のビームの反射角度が、鏡面反射以外の角度である形態について説明するが、各反射板１００Ａが反射する電波のビームの反射角度は、鏡面反射の角度であってもよい。
　なお、ここでは、反射板１００Ａは、一例としてＸ方向及びＹ方向に４０個ずつ配列される１６００個のセルを有する。セルがＸ方向及びＹ方向に４０個ずつ配列されていれば、反射波の反射角度を調整できるからである。複数のセルの配列は、アレイ状に限らず、例えば、規則性を持たせずにランダム（不規則的）に配列してもよい。セルは、Ｘ方向及びＹ方向に１０個以上配列されていればよく、反射波の反射角度を調整可能である。セルのＸ方向及びＹ方向における配列数は、２００個以下であることが好ましく、１００個以下であることがさらに好ましい。
　＜反射板１００Ｂの構成＞
　反射板１００Ｂは、電波を反射する際に位相を変化させる量（位相変化量）を制御することで、電波の反射角度を鏡面反射以外の角度、又は、鏡面反射の角度に調整可能である。反射板１００Ｂの位相変化量は２値的、又は、多値的に制御可能である。反射板１００Ｂによって反射される電波のビームは、第２ビームの一例である。また、反射板１００Ｂの反射面は、第２反射面の一例である。
　反射板１００Ｂは、位相変化量を制御して反射角度を調整することにより、予め設定した所定の反射方向である設定反射方向に電波を反射する。反射板１００Ｂは、一例として、Ｘ方向及びＹ方向に４０個ずつ配列される１６００個のセルを有し、各セルにおける位相変化量を２値的、又は、多値的に制御可能であるが、セルの構成等の詳細については、図５及び図７等を用いて後述する。
　このような反射板１００Ｂによって反射される電波の第２ビームを、反射板１００Ａによって反射される電波の第１ビームの反射方向に走査することで、第１ビームの反射方向におけるビーム強度を増大又は減少させることができる。第１ビームと第２ビームが強め合う場合はビーム強度が増大し、弱め合う場合はビーム強度が低下する。
　また、反射板１００Ｂの第２反射面の反射板１００Ａの第１反射面に対する面積の比は、０．４～２．５であることが好ましい。この場合、第１ビームの反射方向におけるビーム強度を確実に変化させることができる。
　また、反射板１００Ｂが反射する第２ビームの反射方向が、反射板１００Ａが反射する第１ビームの反射方向を向くことで、第１ビームの反射方向における反射強度が３ｄＢ以上変化する。このため、第１ビームの反射方向におけるビーム強度を確実に変化させることができる。
　また、反射板１００Ａと反射板１００Ｂとの間の距離Ｄは、距離Ｄが得られる方向における反射板１００Ａ及び反射板１００Ｂの長さのうち、長い方の長さをＬｄとすると、０≦Ｄ≦１０Ｌｄである。反射板１００Ａと反射板１００Ｂは、Ｘ方向及びＹ方向に平行な四辺を有し、互いにサイズが等しいため、反射板１００Ａ及び反射板１００ＢのＸ方向及びＹ方向の長さをそれぞれＬｘ及びＬｙとする。また、反射板１００Ａ及び反射板１００Ｂの間のＸ方向及びＹ方向の距離をそれぞれＤｘ及びＤｙとする。なお、長さＬｄは、反射板１００Ａと反射板１００Ｂとの間の距離Ｄは、距離Ｄが得られる方向における反射板１００Ａ及び反射板１００Ｂの長さのうち、短い方の長さであってもよい。
　反射板１００Ａ及び反射板１００Ｂの間のＸ方向及びＹ方向の距離Ｄｘ及びＤｙは、一例として、次のように設定すればよい。ここで、反射板１００Ａ及び反射板１００Ｂの間のＸ方向及びＹ方向の距離Ｄｘ及びＤｙは、反射板１００Ａ及び反射板１００Ｂの外縁同士の間の距離である。反射板１００Ａと、反射板１００Ｂとを離して配置する場合には、反射板１００Ａ及び反射板１００Ｂの間のＸ方向及びＹ方向の距離Ｄｘ及びＤｙは、それぞれ１０Ｌｘ及び１０Ｌｙ以下であればよく、０≦Ｄｘ≦４Ｌｘ、及び、０≦Ｄｙ≦４Ｌｙであることが、より好ましい。
　すなわち、反射板１００Ａ及び反射板１００Ｂの間の距離Ｄｘ及びＤｙは、０≦Ｄｘ≦１０Ｌｘ、及び、０≦Ｄｙ≦１０Ｌｙであればよく、０≦Ｄｘ≦４Ｌｘ、及び、０≦Ｄｙ≦４Ｌｙであることが、より好ましい。反射板１００Ａ及び反射板１００Ｂの間の距離Ｄｘ及びＤｙをこのような範囲の距離に設定することで、第１ビームの反射方向におけるビーム強度を第２ビームで確実に増大又は減少させることができる。なお、反射板１００Ａ及び反射板１００Ｂの間の距離Ｄｘ及びＤｙが上述の上限（１０Ｌｘ及び１０Ｌｙ）を超えて長すぎると、第１ビームの反射方向におけるビーム強度を増大又は減少させることが困難になる。
　また、反射板１００Ｂは、反射板１００Ｂの外縁のうちの１辺の長さをＬとすると、５λ≦Ｌ≦１００λで規定されるサイズを有する。λは、反射板１００Ａ及び１００Ｂが反射する電波の周波数における波長である。反射板１００Ａと反射板１００Ｂは、Ｘ方向及びＹ方向に平行な四辺を有し、互いにサイズが等しいため、反射板１００Ａ及び反射板１００ＢのＸ方向及びＹ方向の長さをそれぞれＬｘ及びＬｙとする。
　反射板１００Ｂのサイズ（Ｘ方向及びＹ方向の長さＬｘ及びＬｙ）は、一例として、５λ以上で、１００λ以下であればよい。下限値である５λは、第２ビームの反射方向を制御する上で、最低限必要と考えられる長さである。また、上限値である１００λは、現実的に考えられる上限の長さである。すなわち、反射板１００ＢのＸ方向及びＹ方向の長さＬｘ及びＬｙは、一例として、５λ≦Ｌｘ、Ｌｙ≦１００λであればよく、５０λ程度が最適値である。反射板１００Ｂのサイズをこのようなサイズに設定することで、第１ビームの反射方向におけるビーム強度を第２ビームで確実に増大又は減少させることができる。
　＜反射板１００Ｂの複数のセル１１０の配列＞
　図５は、反射板１００Ｂの複数のセル１１０の配列の一例を示す図である。図５では、垂直偏波の電波を反射する場合について説明するが、水平偏波についても同様である。ここでは、電波の位相を２値的に制御する場合について説明する。
　図５に示すように、反射板１００Ｂは、規則的に配列された複数のセル１１０を有する。セル１１０は繰り返し単位となる構成であって、例えば、図５では、一例としてセル１１０がＸ方向及びＹ方向に４０個ずつ配列されている。セル１１０がＸ方向及びＹ方向に４０個ずつ配列されていれば、反射波の反射角度を調整できるからである。なお、複数のセル１１０の配列は、図５に示すようなアレイ状に限らず、例えば、規則性を持たせずにランダム（不規則的）に配列してもよい。セル１１０は、Ｘ方向及びＹ方向に１０個以上配列されていればよく、反射波の反射角度を調整可能である。セル１１０のＸ方向及びＹ方向における配列数は、１３０個以下であることが好ましく、１００個以下であることがさらに好ましい。
　また、各セル１１０は、共振素子１１１及び１１２を有する。セル１１０は、反射部の一例であり、共振素子１１１は第１共振素子の一例であり、共振素子１１２は第２共振素子の一例である。共振素子１１１は、単独で所定の共振周波数で共振可能な共振素子である。共振素子１１２は、電気的な制御で共振周波数を第１共振周波数又は第２共振周波数に切替可能な切替素子を有するが、図５では省略する。セル１１０の詳細については、図７を用いて後述する。
　このように配列されたセル１１０のオン、オフを制御することで、反射板１００Ｂは、入射した電波を反射する反射角度を、所望の設定反射方向に設定可能となる。セル１１０のオン、オフの詳細については図７及び図８を用いて後述するが、電気的な制御で共振素子１１２の共振周波数を第１共振周波数又は第２共振周波数に切替可能な切替素子をオンにした状態がセル１１０をオンにした状態であり、切替素子をオフにした状態がセル１１０をオフにした状態である。図５では、オンのセル１１０を白く示し、オフのセルをドットの塗り潰しで示す。セル１１０は、オン、オフが制御部５によって制御されるアクティブなセルである。このため、反射板１００Ｂは、アクティブ反射板である。
　なお、２値よりも多い多値で制御する場合は、電気的に制御する移相器を各セル１１０に設けることが好ましい。移相器は、位相調整部の一例である。移相器としては、液晶や強誘電体などを用いることが好ましい。移相器は、電波の位相を連続的な値のうちの任意の値に変化させることができるので、多値での制御に好適である。
　図６Ａ及び図６Ｂは、反射器１００に含まれる反射板１００Ｂでの反射角度の調整の原理の一例を説明する図である。反射板１００Ｂは、ＲＩＳ（Reconfigurable Intelligent Surface：再構成可能なリフレクタ）と呼ばれる、ビームの指向性を調整可能なアレイである。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、ｄは、隣り合うセル１１０のＸ方向におけるピッチである。図６Ａ及び図６Ｂでは、ＸＺ平面において、隣同士のセル１１０における電波の入射と反射の様子を分かり易くするために、反射板１００Ｂの反射面（＋Ｚ方向側の表面）に入射する位置と、反射面から出射する位置とをＸ方向にずらして別々に示す。
　反射板１００Ｂは、アレイ状に並べられた複数のセル１１０の各々において、電波を反射する際に電波の位相を変更することで、反射波であるビームの伝搬方向を調整する。
　具体的には、図６Ａに示すように、反射板１００Ｂの反射面（＋Ｚ方向側の表面）に入射する電波に対して、Ｘ方向及びＹ方向におけるセル１１０同士の間隔を考慮して、電波を反射する際に位相を変化させる量（位相変化量）をセル１１０毎に設定することで、１つの反射板１００Ｂに含まれるすべてのセル１１０で電波を反射する方向を調整することができる。
　例えば、Ｚ軸に沿って入射される電波をＸＺ平面内で反射する時に、セル１１０毎に位相を加えることで反射方向を変える。すなわち、反射板１００Ｂの各セル１１０が位置に応じて、電波の位相を２値のうちのいずれかに制御することで電波の反射方向を変えることができる。
　図６Ａに示すように、座標（Ｘｆ，Ｙｆ，Ｚｆ）の点Ｆから出射された電波が反射板１００Ｂの反射面上の座標（Ｘ，Ｙ，０）の点に入射して反射され、座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）の点Ｐに到達する際に、反射板１００Ｂの反射面で電波に対して加えられる位相変化量Ψ（Ｘ，Ｙ）は、次式（１）で表すことができる。なお、定数ｋは２π／λであり、λは自由空間における電波の波長である。
　座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）は電波を受信するために集める点という意味で焦点と称す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）では、位相変化量の分布は、位置Ｘに対して非線形である。点Ｆと点Ｐが十分に遠ければ、式（１）を反射面上の座標Ｘ，Ｙに対して線形な式に近似される。
　また、図６Ｂには、Ｘ方向及びＹ方向においてピッチｄで隣り合うセル１１０に天頂角θｉｎ及び方位角φｉｎで入射する電波と、反射板１００Ｂによって天頂角θｏｕｔ及び方位角φｏｕｔの方向に反射される電波をＸＺ平面で見た様子を示す。天頂角及び方位角は、後述する図１０Ａにおける天頂角θ及び方位角φで表される。
　点Ｆと点Ｐが十分に遠い場合には、図６Ｂに示すように、ピッチｄで隣り合うセル１１０に入射する電波は平行であって入射角はともに天頂角θｉｎ、方位角φｉｎであり、反射板１００Ｂの反射面で反射される電波も平行であって反射角はともに天頂角θｏｕｔ、方位角φｏｕｔであると考えることができる。この場合に、ピッチｄで隣り合うセル１１０に入射する電波の位相差は例えばＸ方向についてｄ×ｓｉｎθｉｎ×ｃｏｓφｉｎであり、ピッチｄで隣り合うセル１１０で反射される電波の位相差はｄ×ｓｉｎθｏｕｔ×ｃｏｓφｏｕｔである。また、図６Ｂには示さないが、ピッチｄで隣り合うセル１１０に入射する電波の位相差は例えばＹ方向についてｄ×ｓｉｎθｉｎ×ｓｉｎφｉｎであり、ピッチｄで隣り合うセル１１０で反射される電波の位相差はｄ×ｓｉｎθｏｕｔ×ｓｉｎφｏｕｔである。入射の天頂角θｉｎと方位角φｉｎ及び反射の天頂角θｏｕｔと方位角φｏｕｔを用いて式（１）を近似し、Ｘ、Ｙに依存しない定数項を無視することで次式（２）を得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　このようにして得られた位相変化量Ψ（Ｘ，Ｙ）を実現するよう、反射板１００Ｂ内の位相差を近似的に実現するようなセル１１０の制御を行うことで、反射器１００に入射してきた電波を所望の方向に反射させることができる。なお、セル１１０を制御するときに、式（１）で表される位相変化量Ψ（Ｘ，Ｙ）に対してすべてのセル１１０に同じ値を加算しても、同じ結果を得ることができる。
　例えば、電圧によって連続的に反射時の位相変化量を制御できるセル１１０を用いることで、誤差を除いて位相変化量Ψ（Ｘ，Ｙ）を実現することができ、反射板１００Ｂにおいて反射方向を変えることができる。
　また、電圧のオンとオフによる２値で反射時の位相変化量を制御できるセル１１０を用いることで、近似的に位相変化量Ψ（Ｘ，Ｙ）を実現することができ、反射板１００Ｂにおいて反射方向を変えることができる。
　位相変化量Ψ（Ｘ，Ｙ）を、オン状態とオフ状態を切り替えできる各セル１１０で実現するために、オン状態とオフ状態での反射時の位相差を約１８０度確保できれば、位相変化量Ψ（Ｘ，Ｙ）が－９０°から９０°の間であればオフ状態を取り、－１８０°から－９０°又は９０°から１８０°の間であればオン状態を取ることで位相変化量Ψ（Ｘ，Ｙ）をおおよそ実現することができ、その結果各セル１１０において反射方向を変えることができる。これは式（１）及び式（２）のいずれの場合でも成立する。
　上述の位相変化量Ψ（Ｘ，Ｙ）からオン状態とオフ状態を選択することは一例であり、互いに被らない１８０°の範囲でオン状態とオフ状態を選択すればよい。例として、２０°から１８０°又は－１８０°から－１６０°をオフ状態、－１６０°から２０°をオン状態などとしても良い。
　このようにすることで、電波伝送システム１０は、５Ｇの基地局等から出射された電波を、ビームの向きを変えて色々な方向や好きな方向へビームを向けて出したり、マルチビームにしたりすることもできる。
　なお、図６Ａ及び図６Ｂでは、ＸＺ平面内で反射される電波を示したが、上述のように、反射器１００は、ＹＺ平面内で電波が反射させる場合や、Ｚ軸を含みＸＺ平面及びＹＺ平面に対して角度を有する平面内で反射される場合も同様に電波を反射可能である。このため、反射器１００は、鏡面反射以外の角度に反射角度を設定可能なリフレクタとなる。
　図５には、垂直偏波の電波を反射する場合において、一例として、すべてのセル１１０のオン又はオフの状態が、各行内でＸ方向において変化し、各列内でＹ方向に配列される４０個のセル１１０がオン又はオフに統一されている状態を示す。これは式（２）を元にオン状態とオフ状態を決めた場合に相当する。
　なお、図５に示す反射板１００Ｂにおけるセル１１０の配列は一例であって、アレイ状に設けられるセル１１０の数は、数十個～数千個程度であってもよい。
　＜オンとオフによる２値で位相変化量を制御するセル１１０の構成＞
　図７は、垂直偏波用のセル１１０の構成の一例を示す図である。セル１１０は、オンとオフによる２値で位相変化量を制御するセルであり、一つの共振素子１１１と、一つの共振素子１１１に隣接する一つの共振素子１１２を有する。また、図７には、基板１０１を示す。基板１０１は、反射板１００Ｂ（図４参照）の基板１０１であり、１つの反射板１００Ｂが１つの基板１０１を含む。基板１０１の平面視でのサイズは、図４に反射板１００Ｂとして示すサイズである。また、基板１０１の－Ｚ方向側の表面にはグランド層が設けられている。反射板１００Ｂは複数のセル１１０を含む。図７には、基板１０１の全体のうちの１つのセル１１０に相当する部分を示す。なお、水平偏波用のセル１１０は、図７に示すセル１１０を時計回り又は反時計回りに９０度回転させた構成である。また、１つの反射板１００Ｂが１つの基板１０１を含む形態について説明するが、１つの反射板１００Ｂが複数の基板１０１を含む構成であってもよい。すなわち、１つの反射板１００Ｂの中で、１又は複数のセル１１０に対して１つの基板１０１が設けられていてもよい。
　基板１０１は、一例として、平面視で矩形状の基板である。基板１０１は、例えば、可撓性を有する、樹脂製で薄いフィルム状のフレキシブル基板、又は、可撓性を有しないリジッド基板である。可撓性とは、外観で分かる程度に物体が折れずに曲がる性質である。基板１０１は、フレキシブル基板である場合は、例えば、フッ素、ＣＯＰ（Cyclo-Olefin Polymer）、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）、ＰＥＮ（polyethylene naphthalate）、ポリイミド、Ｐｅｅｋ（polyether ether ketone）、ＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）、その他の複合材等の、可撓性を有する樹脂素材で形成可能である。また、基板１０１は、リジッド基板である場合には、例えば、ガラス布にエポキシ樹脂等を含浸させたプリプレグとコア材とを貼り合わせた基板等を用いることができる。
　また、基板１０１は、可視光に対して透明な任意の材料で形成されていてもよい。「透明」とは、視感透過率が少なくとも４０％以上、好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上、さらに好ましくは８０％以上であることをいう。一例として、基板１０１に透明な樹脂基材を用いる。上記の条件を満たす樹脂材料として、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等を用いることができる。また、基板１０１は、ガラス板であってもよい。
　共振素子１１１及び１１２は、金属層で形成される。金属層は、基板１０１が電波に対して透明な任意の材料で形成されていない場合には、例えば、銅、ニッケル、又は金等の金属薄膜で形成可能である。また、金属層は、基板１０１が電波に対して透明な任意の材料で形成されている場合には、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化インジウム・酸化スズ（ＩＺＯ）等の透明導電膜、窒化チタン（ＴｉＮ）や窒化クロム（ＣｒＮ）等の金属窒化物、又はＬｏｗ－ｅ(low emissivity)ガラス用のＬｏｗ－ｅ膜で形成されるのが望ましい。また、金属層は、基板１０１が電波に対して透明な任意の材料で形成されている場合には、例えば、銅、ニッケル、又は金等のメッシュ状の金属薄膜で形成されていてもよい。
　共振素子１１１は、平面視で正方形状の導体である。共振素子１１１は、＋Ｙ方向側においてＸ方向に沿って延びる端辺１１１Ａを有する。共振素子１１１には、共振素子１１２が寄生する。共振素子１１２は、共振素子１１１に電磁界結合によって結合して寄生するため、共振素子１１１が主共振素子であって、共振素子１１２が寄生共振素子であることとして捉えてもよい。
　共振素子１１２は、線状エレメント１１２Ａ及び１１２ＢとＰＩＮ(p-intrinsic-n)ダイオード１１２Ｃとを有する。ＰＩＮダイオード１１２Ｃは、切替素子の一例である。線状エレメント１１２Ａ及び１１２Ｂは、Ｘ方向に平行に延びている。線状エレメント１１２Ａは、共振素子１１１の端辺１１１Ａの＋Ｙ方向側に配置されており、線状エレメント１１２Ｂは、線状エレメント１１２Ａの＋Ｙ方向側に配置されている。線状エレメント１１２Ａ及び１１２Ｂの間には、ＰＩＮダイオード１１２Ｃが設けられている。一例として、線状エレメント１１２ＡにＰＩＮダイオードのカソードが接続され、線状エレメント１１２ＢにＰＩＮダイオード１１２Ｃのアノードが接続されている。
　また、線状エレメント１１２Ａ及び１１２Ｂの－Ｘ方向側の端部には、ＲＦチョーク１１３、１１４が設けられている。ＲＦチョーク１１３は、基板１０１の裏面のグランド電位（ＧＮＤ）のグランド層に接続され、ＲＦチョーク１１４は、制御用端子に接続されて制御用電圧ＢＶが印加される。制御用電圧ＢＶは、制御部５（図２参照）から印加される。
　共振素子１１１と線状エレメント１１２Ａとの電磁界結合を得るために、共振素子１１１の端辺１１１Ａと、線状エレメント１１２Ａとの間の間隔は、一例として、λｅ／１０以下であると好適であり、λｅ／３０程度であるとさらに好適である。λｅは、反射板１００Ｂが反射する電波の周波数における波長の電気長である。
　なお、１つのセル１１０内で共振素子１１１及び１１２が設けられる領域の平面視でのＸ方向及びＹ方向の長さは、２λ以下である。図７には、正方形状の共振素子１１１を示すが、例えば、共振素子１１１が楕円形である場合のようにＸ方向及びＹ方向の寸法が一定ではない場合には、１つのセル１１０内で共振素子１１１及び１１２が設けられる領域の平面視での最大のＸ方向の長さと、最大のＹ方向の長さとが、２λ以下であればよい。
　図８Ａ及び図８Ｂは、ＰＩＮダイオード１１２Ｃのオン状態とオフ状態とにおける共振素子１１２の状態を示す図である。制御部５（図２参照）から印加される制御用電圧ＢＶによってＰＩＮダイオード１１２Ｃがオンになると、線状エレメント１１２Ａに線状エレメント１１２Ｂが接続されるため、図８Ａに示すように、共振素子１１１に、共振素子１１２の線状エレメント１１２Ａ及び１１２Ｂが結合した状態になる。
　一方、制御部５（図２参照）から印加される制御用電圧ＢＶによってＰＩＮダイオード１１２Ｃがオフになると、線状エレメント１１２Ａに線状エレメント１１２Ｂが接続されないため、図８Ｂに示すように、共振素子１１１に、共振素子１１２のうちの線状エレメント１１２Ａのみが結合した状態になる。
　図８Ａに示すように共振素子１１１に共振素子１１２の線状エレメント１１２Ａ及び１１２Ｂが結合した状態は、図８Ｂに示すように共振素子１１１に線状エレメント１１２Ａのみが結合した状態に比べると、共振素子１１２の長さが長くなり、形状が変化する。このため、図８Ａに示すようにＰＩＮダイオード１１２Ｃをオンにすると、ＰＩＮダイオード１１２Ｃがオフである状態よりも共振素子１１２の共振周波数が低下して第１共振周波数になる。これとは逆に、図８Ｂに示すようにＰＩＮダイオード１１２Ｃをオフにすると、ＰＩＮダイオード１１２Ｃがオンである状態よりも共振素子１１２の共振周波数が上昇して第２共振周波数になる。２つのほぼ同じ共振周波数を持つ共振素子が近くに置かれると相互作用により反射特性が変わることが知られている。共振素子１１１の共振周波数が、共振素子１１２の第１共振周波数又は第２共振周波数のいずれかとほぼ同じ共振周波数を持つ場合、ＰＩＮダイオード１１２Ｃのオンとオフを切り換えることにより、共振素子１１１及び１１２の全体の形状（又は長さ）が変化することにより、セル１１０の反射特性が変化する。
　共振素子１１１及び１１２は、ＰＩＮダイオード１１２Ｃがオフのときとオンのときとで、入射波としての電波に与える位相変化量の絶対値が約１８０度になるように、共振素子１１１のサイズ、及び、共振素子１１２の線状エレメント１１２Ａ及び１１２Ｂが設定されている。約１８０度とは、一例として１８０度±４５度の範囲内の値であることを意味する。共振素子１１１及び１１２は、導体で作製されるため、製造誤差等によって位相変化量に誤差が生じる場合が有り得るが、ＰＩＮダイオード１１２Ｃのオンとオフを切り換えることによって、約１８０度（１８０度±４５度）の位相変化量を入射波に与えることができれば、反射板１００Ｂの全体としての反射角度を鏡面反射以外の角度に調整可能である。鏡面反射とは、正反射のことであり、通常の金属反射等による反射によって等位相面が生じる方向に反射することをいう。
　反射板１００Ｂは、各セル１１０のＰＩＮダイオード１１２Ｃのオンとオフを切り換えることによって、すべてのセル１１０の集合としての反射板１００Ｂでの入射波の反射角度（反射方向）を切り換えることができる。すなわち、反射板１００Ｂは、制御部５が各セル１１０のＰＩＮダイオード１１２Ｃのオンとオフを切り換えることによって、位相変化量を２値的に制御することができ、反射角度を鏡面反射以外の角度に調整可能である。鏡面反射とは、正反射のことであり、通常の金属反射等による反射によって等位相面が生じる方向に反射することをいう。なお、反射板１００Ｂは、反射角度を鏡面反射の角度にも調整可能である。
　例えば、ＰＩＮダイオード１１２Ｃをオフにしたときのセル１１０の位相変化量が３０度であり、ＰＩＮダイオード１１２Ｃをオンにしたときのセル１１０の位相変化量が２１０度であるように、位相変化量を２値的に制御することができる。この場合に、位相変化量の３０度は第１値の一例であり、位相変化量の２１０度は第２値の一例である。ＰＩＮダイオード１１２Ｃがオフのときの位相変化量と、オンのときの位相変化量との差は、絶対値で約１８０度（１８０±４５度）である。すなわち、位相変化量の第１値と第２値との差は、絶対値で１８０±４５度である。
　このため、すべてのセル１１０のＰＩＮダイオード１１２Ｃをオフにしているときは、すべてのセル１１０の位相変化量の差は０度である。実際には多少のばらつきがあるため、位相変化量の差は約０度になる。また、これは、すべてのセル１１０のＰＩＮダイオード１１２Ｃをオンにしている場合も同様である。
　また、すべてのセル１１０について、ＰＩＮダイオード１１２Ｃがオフのセル１１０と、ＰＩＮダイオード１１２Ｃがオンのセル１１０とがある場合には、すべてのセル１１０の位相変化量（例えば、３０度と２１０度）の差は、１８０度である。実際には多少のばらつきがあるため、位相変化量の差は約１８０度になる。
　なお、ここでは一例として、共振素子１１１が正方形状であり、共振素子１１２が２本の線状エレメント１１２Ａ及び１１２Ｂの間にＰＩＮダイオード１１２Ｃを有する形態について説明した。しかしながら、共振素子１１１の形状は正方形状に限られず、電波を反射可能であれば、どのような平面形状であってもよい。また、共振素子１１２は、制御部５によって切り換えられることによって形状や長さを変更可能であれば、どのような構成であってもよい。また、ＰＩＮダイオード１１２Ｃに限らず、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)スイッチ、バラクタ、又は、ＦＥＴ(Field effect transistor)のようなトランジスタであってもよい。
　＜反射板１００Ｂの位相変化量を２値で制御する場合の各セル１１０のオンとオフの分布の一例＞
　図９は、反射板１００Ｂの位相変化量を２値で制御する場合における各セル１１０のオンとオフの分布の一例を示す図である。図９には、一例として、Ｘ方向及びＹ方向に４０個の合計１６００個のセル１１０を含む反射板１００Ｂにおけるオンとオフの分布を示す。
　図９は、図５と同様に、線形的な並びによるオンとオフの分布を示しており、図９では簡略化して、オンを白、オフを黒で示す。一例として、オンのセル１１０が反射波に加える位相変化量は１８０度であり、オフのセル１１０が反射波に加える位相変化量は０度である。
　＜ＲＣＳ（レーダ反射断面積）の計算の仕方＞
　反射波の強度について、ＲＣＳを用いて評価する場合があるため、ここではＲＣＳの求め方について説明する。
　シミュレーションで用いた反射板１００Ｂは、セル１１０の反射表面がＸＹ平面になるよう配置した。反射板１００Ｂのセル１１０は、Ｘ方向にｄＸ、Ｙ方向にｄＹの長さを有する。セル１１０は、Ｘ方向にｄＸの等間隔でＮＸ個配置されるとともに、Ｙ方向にｄＹの等間隔でＮＹ個配置されている。すなわち、セル１１０の数はＮＸ×ＮＹで、反射板１００ＢのＸ方向の長さはＮＸ×ｄＸ、Ｙ方向の長さはＮＹ×ｄＹである。Ｘ方向のセル１１０の行の番号をｎ、Ｙ方向のセル１１０の列の番号をｍと定義することで、セル１１０の番号をｎとｍで指定することができる。
　次式（３）を用いて、レーダ反射断面積σ（θ，φ）を求めることができる。レーダ反射断面積σ（θ，φ）を求めるにあたっては、図１０Ａに示す極座標系を用いる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　図１０Ａは、レーダ反射断面積σ（θ，φ）を求める際に用いた極座標系を示す図である。反射板１００Ｂは、ＸＹＺ座標の原点に位置する。天頂角θは、＋Ｚ方向に対する角度であり、矢印で示すように＋Ｚ方向から下ろした角度を正とする。方位角φは、ＸＹ平面内での＋Ｘ方向に対する方位角であり、矢印で示すように＋Ｘ方向から＋Ｙ方向に向かう角度を正とする。ｒは動径である。図１０Ａには受信点Ｇを示す。
　このような天頂角θ（度）、方位角φ（度）、及び十分遠方の動径ｒ（ｍ）で特定される受信点Ｇにおけるレーダ反射断面積σ（θ，φ）は、式（３）で求めることができる。受信点Ｇは、反射板１００Ｂから電波を受信する受信端末の位置を表す。受信端末は、ユーザ端末等である。式（３）において、ｒは、反射板１００Ｂから受信点Ｇまでの距離（ｍ）であり、極座標系における動径である。また、Ｐ０は、反射板１００Ｂに入射する電波（入射波）の電力密度（Ｗ／ｍ２）である。また、Ｐｒは、受信点Ｇにおける電力密度（Ｗ／ｍ２）である。
　ここで、ホイヘンスの原理によれば、動径ｒの点（Ｘ，Ｙ）における電界Ｅは、次式（４）を用いて計算することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　ＡはＲＩＳから反射された直後の複素電界の分布、ｓは反射板１００Ｂ上の位置と受信点の距離であり、Ｑはセルの反射方向ごとの電界反射強度分布である。なお、ＲＩＳは、反射板１００Ｂの全体で積分を行うことを意味する。
　ここで、式（４）において、セル１１０のサイズで離散化し、ｎとｍでセル１１０の位置を指定する。各セル（ｎ，ｍ）の出射電界Ａｎｍは反射板１００Ｂの各セル１１０の反射係数Γｎｍ＝ｅｘｐ（ｊΨｎｍ）と各セル１１０に入射する複素電界Ｅｎｍを用いて、Ａｎｍ＝Γｎｍ×Ｅｎｍ×Ｑ（θｉｎ＿ｎｍ，φｉｎ＿ｎｍ）と表すことができ、反射板１００Ｂ上の位置と受信点の距離ｓは、セル１１０の位置ごとに異なる値をとることから離散化の影響でｓｎｍと置き換えることで次式（５）で反射後の電界Ｅを表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　セル１１０の反射方向ごとの電界反射分布強度は典型例としてＱ（θｉｎ＿ｎｍ、φｉｎ＿ｎｍ）＝ｃｏｓθｉｎ、Ｑ（θｏｕｔ＿ｎｍ、φｏｕｔ＿ｎｍ）＝ｃｏｓθｏｕｔと置き換えた上で、式（５）で求まる電界Ｅを二乗した値を電力密度として用いれば、式（３）で表されるレーダ反射断面積σ（θ，φ）を求めることができる。また、レーダ反射断面積σ（θ，φ）を後述する図１２Ａ、図１２Ｂ、図１４、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、及び図１６Ｂに示すように表示するにあたっては、一例としてＸＺ面内での電波の入射と出射を考えることとし、図１０Ｂに示す極座標系における角度αを用いる。ここで、ｒを無限大の極限を取ることが手順上できないため、反射板１００Ｂのサイズに対して非常に大きなｒ（この例では１０００ｍ）の距離で計算を行っている。
　図１０Ｂは、角度α（水平角度）の取り方を示す図である。角度αは、ＸＺ平面内における＋Ｚ方向に対する角度であり、＋Ｙ方向側から見て＋Ｚ方向よりも反時計回りの方向を正の角度で表し、＋Ｙ方向側から見て＋Ｚ方向よりも時計回りの方向を負の角度で表す。なお、動径ｒの取り方は図１０Ａにおける動径ｒの取り方と同一である。
　＜反射器１００の動作＞
　図１１は、反射器１００の動作を説明する図である。図１１には、８個の反射板１００Ａと、１個の反射板１００Ｂとで同時に電波を反射して、反射した電波のビームを放射している状態を示す。ここでは、一例として、反射器１００において、８個の反射板１００Ａのうちのいずれか１個によって反射されるビームに対して、反射板１００Ｂで反射されるビームを同位相で重なり合うように走査することで、ビーム強度を増大させる場合について説明する。
　以下では、８個の反射板１００Ａを区別する場合には、１番～８番の反射板１００Ａと称す。また、反射板１００Ｂを０番の反射板１００Ｂと称す場合がある。
　図１１では、一例として、１番～８番の反射板１００Ａが反射した電波のビームに数字の１～８を記す。８本のビームは、一例として、すべて異なる方向に放射されている。また、反射板１００Ｂが反射した電波のビームに数字の０を記す。また、以下では、１番～８番の反射板１００Ａが反射した電波のビームを１番～８番のビームと称し、０番の反射板１００Ｂが反射した電波のビームを０番のビームと称す場合がある。
　０番の反射板１００Ｂが反射した電波のビームは、一例として、１番の反射板１００Ａが反射した電波のビームと同位相で重なるように走査されており、２番～８番の反射板１００Ａが反射した電波のビームとは重なっていない。ここで、ビーム同士が同位相で重なるとは、ビームの先端同士が重なり、かつ、ビームの先端側における位相が同一であることを意味する。ビームの先端に、ユーザ端末Ｕ１又はＵ２（図１参照）等が存在するためである。
　また、ビーム同士が同位相であるとは、ビーム同士が強度を強め合う関係にあることであり、一例として、位相差の絶対値が４５度以下であり、好ましくは３０度以下であることをいう。また、ビームの先端側における位相が同一であるとは、例えば、反射板１００Ａ及び１００Ｂの近傍界及び遠方界の境界よりも遠方界側において、同位相であることをいう。
　また、１番のビームと重なるように、０番のビームを走査することは、１番のビームの反射方向に０番のビームを走査することである。これは、２番～８番のビームの各々と、０番のビームとの間においても同様である。
　このような場合に、１番のビームは、０番のビームと強め合うため、ビーム強度が増大する。２番～８番のビームは、０番のビームと重ならないため、強度は変化しない。
　また、０番の反射板１００Ｂが反射した電波のビームが、２番の反射板１００Ａが反射した電波のビームと同位相で重なるように、制御部５が０番の反射板１００Ｂのビームを走査すれば、２番のビーム強度が増大する。同様に、３番～８番のビームの各々についても、制御部５が０番の反射板１００Ｂのビームを走査することで、強度を増大させることができる。
　ここで、反射板１００Ａ及び１００Ｂの各々によって反射される電波の電力は、ＲＣＳに比例する。ＲＣＳは、反射板１００Ａ及び１００Ｂの各々の反射面の面積の二乗で表されるので、各反射面の面積が２倍になれば、反射される電波の電力は４倍になる。
　一例として、１番～８番の反射板１００Ａの反射面の面積がすべて等しく、かつ、反射板１００Ｂの反射面の面積と等しい場合には、０番のビームと重なるビームの電力は４倍になる。
　ところで、０番の反射板１００Ｂを用いる代わりに、反射角度が固定された反射板１００Ａをさらに増やすことによって、１番～８番のビームの各々の強度を増大させるには、１番～８番の反射板１００Ａに加えて８個の反射板１００Ａを用いて、１番～８番のビームにそれぞれ重なる８本のビームを利用することになり、反射器の全体のサイズが大型化する。このように、１６個の反射板１００Ａを用いて、１６本のビームのうちの２本ずつが重なり合うようにした反射器を比較用の第１反射器と称す。比較用の第１反射器は、１６個の反射板１００Ａを含むため、全体のサイズが大型化する。
　このような比較用の第１反射器に比べると、反射器１００は、１番～８番のビームのうちから選択した１つのビーム強度を増大可能な構成であるが、１番～８番の反射板１００Ａと、０番の反射板１００Ｂとの９個分のサイズで済むため、比較用の第１反射器に比べて小型化を図ることができる。
　また、１番～８番の反射板１００Ａを用いる代わりに、１個の反射板１００Ｂに加えて、もう１個の反射板１００Ｂを用いて、２個の反射板１００Ｂの反射角度を制御することによって、図１１に示す１番～８番のビームのうちの１つと同じ位置に届くように２本のビームを走査できる。このように、２個の反射板１００Ｂを用いて、図１１に示す１番～８番のビームのうちの１つと同じ位置に届くように２本のビームを走査する反射器を比較用の第２反射器と称す。
　このような比較用の第２反射器に比べると、反射器１００は、反射角度を走査可能な反射板１００Ｂを１個含む構成である。反射板１００Ｂは、電波の反射角度を走査するために電力が必要であり、コストも嵩むため、反射器１００は、比較用の第２反射器に比べると、図１１に示す１番～８番のビームのうちの１つの強度を増大可能にしつつ、省電力化及びコスト削減を達成している。
　なお、図１１では、ビーム同士を同位相で重ね合わせてビーム強度を増大させる場合について説明した。しかしながら、反射器１００及び電波伝送システム１０は、ビーム同士を逆位相で重ね合わせてビーム強度を低減することもできる。すなわち、反射器１００及び電波伝送システム１０は、ビーム同士を同位相又は逆位相で重ね合わせてビーム強度を調節できる。
　本実施形態は、小型化とビーム強度の調節との両立が可能な反射器１００、及び、電波伝送システム１０を提供する。また、反射器１００、及び、電波伝送システム１０は、省電力化及びコスト削減を実現可能である。なお、逆位相については、図１５Ａ、図１５Ｂ、及び図１６を用いて後述する。
　＜反射器１００のシミュレーションモデル＞
　図１２は、反射器１００のシミュレーションモデルの一例を示す図である。図１２には、ＸＺ面視における反射器１００のシミュレーションモデルを示す。ここでは、説明を簡単にするために、反射器１００のシミュレーションモデルは、２個の反射板１００Ａと、１個の反射板１００Ｂとを含む構成である。２個の反射板１００Ａは、１番及び２番の反射板１００Ａであり、反射板１００Ｂの両側を挟むように、間隔を詰めて配置されている。
　シミュレーションの条件は、一例として、次の通りである。反射板１００Ａの反射面のサイズは、２０ｃｍ（Ｘ方向）×２０ｃｍ（Ｙ方向）であり、１番の反射板１００Ａが反射する電波のビームの反射角度は、図１０Ｂに示す極座標系における角度αで１５度である。２番の反射板１００Ａが反射する電波のビームの反射角度は、図１０Ｂに示す極座標系における角度αで４５度である。反射板１００Ａは、アレイ状に配置される複数のセルを含み、各セルにおける位相変化量は、一例として、各セルの位置に応じて多値的に設定されている。
　反射板１００Ｂの反射面のサイズは、２０ｃｍ（Ｘ方向）×２０ｃｍ（Ｙ方向）であって、反射板１００Ａの反射面のサイズと等しい。反射板１００Ｂは、一例としてＸ方向及びＹ方向に４０個ずつ配列された１６００個のセル１１０を有する。各セル１１０の位相変化量は、一例として２値的に制御される。
　このような反射器１００のシミュレーションモデルに、仰角が０度、方位角が０度の方向（角度α＝０度の方向）から、電力密度が１ｍＷ／ｍ２の電波が入射したという条件で、０番の反射板１００Ｂの反射面の中心Ｃからの距離が１０ｍで、角度αが９０度から－９０度の位置を観測点として、観測点における受電電力を計算した。観測点は、図１２に示す半径が１０ｍの半円の円周上に位置する。
　＜シミュレーション１（同位相）＞
　図１３Ａ乃至図１３Ｃは、反射器１００のシミュレーションモデルを用いたシミュレーション１の結果を示す図である。図１３Ａ乃至図１３Ｃは、０番の反射板１００Ｂと１番及び２番の反射板１００Ａとで反射した電波のビームの観測点における受電電力の分布の計算結果の一例を示す。図１３Ａ乃至図１３Ｃにおいて、横軸は、観測点の角度αを示し、縦軸は、受電電力（ｄＢｍ）を示す。観測点は、図１２に示す半径が１０ｍの半円の円周上において、角度αが９０度から－９０度の位置にある。
　図１３Ａには、０番の反射板１００Ｂが反射する電波のビームの反射角度を角度α＝１５度の方向に走査し、０番のビームと１番のビームとが同位相になるように、反射板１００Ｂの各セル１１０の位相変化量を設定したときの受電電力の分布の計算結果の一例を示す。この場合は、０番のビームが、１番のビームと同位相で重なるように走査されているため、角度α＝１５度におけるピークが、α＝４５度におけるピークよりも大きくなっている。なお、反射板１００Ｂの位相変化量を２値的に制御しているため、角度αが－１５度の方向に不要反射が生じているが、反射板１００Ｂの位相変化量を多値的に制御すれば、このような不要反射を低減可能である。
　図１３Ｂには、０番の反射板１００Ｂが反射する電波のビームの反射角度を角度α＝４５度の方向に走査し、０番のビームと２番のビームとが同位相になるように、反射板１００Ｂの各セル１１０の位相変化量を設定したときの受電電力の分布の計算結果の一例を示す。この場合は、０番のビームが、２番のビームと同位相で重なるように走査されているため、角度α＝４５度におけるピークが、α＝１５度におけるピークよりも大きくなっている。なお、反射板１００Ｂの位相変化量を２値的に制御しているため、角度αが－４５度の方向に不要反射が生じているが、反射板１００Ｂの位相変化量を多値的に制御すれば、このような不要反射を低減可能である。
　図１３Ｃには、０番の反射板１００Ｂが反射する電波のビームの反射角度を角度α＝０度の方向に走査したときの受電電力の分布の計算結果の一例を示す。この場合は、０番のビームが、１番及び２番のビームと重ならないため、角度αが１５度のピークは、１番の反射板１００Ａが単独で反射したビームの受電電力のピークであり、角度αが４５度のピークは、２番の反射板１００Ａが単独で反射したビームの受電電力のピークである。また、角度αが０度のピークは、０番の反射板１００Ｂが単独で反射したビームの受電電力のピークである。
　図１３Ａにおける角度αが１５度のピークは、図１３Ｃにおける角度αが１５度のピークよりも大きく、図１３Ｂにおける角度αが４５度のピークは、図１３Ｃにおける角度αが４５度のピークよりも大きい。このため、０番のビームを同位相で重ね合わせることで、ビーム強度（受電電力）を増大可能であることが分かった。
　図１４は、反射器１００のシミュレーションモデルについての角度αが１５度及び４５度の観測点における受電電力の分布の計算結果を表形式で示す図である。図１４には、図１３Ａ乃至図１３Ｃに示すように、０番の反射板１００Ｂと１番及び２番の反射板１００Ａとで反射した電波のビームの観測点における受電電力を示す。
　図１４には、０番の反射角度が１５度、４５度、及び０度の場合における、角度αが１５度及び４５度の観測点における受電電力の分布の計算結果を示す。０番の反射角度が１５度の場合は、図１３Ａに相当し、０番の反射角度が４５度の場合は、図１３Ｂに相当し、０番の反射角度が０度の場合は、図１３Ｃに相当する。０番の反射角度が０度の場合における角度αが１５度及び４５度の観測点における受電電力は、１番及び２番の反射板１００Ａが単独で反射したビームの受電電力である。
　角度αが１５度の観測点における受電電力は、０番の反射角度が０度の場合と１５度の場合を比べると、０度の場合の－５９．３ｄＢｍから、１５度の場合の－５５．２ｄＢｍまで３．９ｄＢｍ増大している。０度のビームを１番のビームに同位相で重ね合わせることによって、角度αが１５度の方向のビーム強度を増大できたことを確認できた。
　また、角度αが４５度の観測点における受電電力は、０番の反射角度が０度の場合と４５度の場合を比べると、０度の場合の－６２．１ｄＢｍから、４５度の場合の－５７．８ｄＢｍまで４．３ｄＢｍ増大している。０度のビームを２番のビームに同位相で重ね合わせることによって、角度αが４５度の方向のビーム強度を増大できたことを確認できた。
　以上のように、０度のビームを同位相で重ね合わせることによって、ビーム強度を増大できたことを確認できた。また、受電電力（反射強度）が３ｄＢ以上変化することを確認できた。受信電力が３ｄＢ増加することは受信電力が倍となることと同義であり、一つの目安として効果があると判断されることがある。
　＜シミュレーション２（逆位相）＞
　図１５Ａ及び図１５Ｂは、反射器１００のシミュレーションモデルを用いたシミュレーション１の結果を示す図である。図１５Ａ及び図１５Ｂにおける下側の特性は、上側の特性における破線の円で囲んだ部分を拡大したものである。なお、シミュレーション２では、反射板１００Ｂについても、位相変化量を多値で設定した。
　図１５Ａ及び図１５Ｂに示す結果は、それぞれ、１番及び２番のビームに対して０番のビームを逆位相で重ねた状態で得た結果であることが、図１３Ａ乃至図１３Ｃに示す結果と異なる。すなわち、シミュレーション２では、重ね合わされるビーム同士が逆位相である。
　ビーム同士が逆位相で重なるとは、ビームの先端同士が重なり、かつ、ビームの先端側における位相が逆であることを意味する。ビーム同士が逆位相であるとは、ビーム同士が強度を弱め合う関係にあることであり、一例として、位相差の絶対値が１３５度以上で２２５度以下であり、好ましくは１５０度以上で２１０度以下であることをいう。
　また、ビームの先端側における位相が逆であるとは、例えば、反射板１００Ａ及び１００Ｂの近傍界及び遠方界の境界よりも遠方界側において、逆位相であることをいう。
　１番のビームに対して０番のビームを逆位相で重ねると、１番のビームと０番のビームとが弱め合うため、角度αが１５度の反射方向におけるビーム強度が低下する。また、２番のビームに対して０番のビームを逆位相で重ねると、２番のビームと０番のビームとが弱め合うため、角度αが４５度の反射方向におけるビーム強度が低下する。
　図１５Ａには、０番の反射板１００Ｂが反射する電波のビームの反射角度を角度α＝１５度の方向に走査し、０番のビームと１番のビームとが逆位相になるように、反射板１００Ｂの各セル１１０の位相変化量を設定したときの受電電力の分布の計算結果の一例を示す。この場合は、０番のビームが、１番のビームと逆位相で重なるように走査されている。このため、角度α＝１５度において０番のビームと１番のビームとが打ち消し合い、下側に拡大して示すように、受電電力が角度α＝１５度において谷状に低下している。
　図１５Ｂには、０番の反射板１００Ｂが反射する電波のビームの反射角度を角度α＝４５度の方向に走査し、０番のビームと２番のビームとが逆位相になるように、反射板１００Ｂの各セル１１０の位相変化量を設定したときの受電電力の分布の計算結果の一例を示す。この場合は、０番のビームが、２番のビームと逆位相で重なるように走査されている。このため、角度α＝４５度において０番のビームと２番のビームとが打ち消し合い、下側に拡大して示すように、受電電力が角度α＝４５度において谷状に低下している。
　図１６は、反射器１００のシミュレーションモデルについての角度αが１５度及び４５度の観測点における受電電力の分布の計算結果を表形式で示す図である。図１６には、０番のビームを１番及び２番のビームに重ね合わせていない状態での受電電力、ピークの６ｄＢ落ちのビームの角度幅、及び、ピークの６ｄＢ落ちのビーム幅を示す。
　ピークの６ｄＢ落ちのビームの角度幅とは、逆位相のビーム同士が重ねられることによって、受電電力のピーク（最大値）に挟まれた谷状の部分で、ピークよりも６ｄＢ低い受電電力が得られる部分のビームの幅を角度で表したものである。ピークの６ｄＢ落ちのビーム幅とは、逆位相のビーム同士が重ねられることによって、受電電力のピーク（最大値）に挟まれた谷状の部分で、ピークよりも６ｄＢ低い受電電力が得られる部分のビームの幅である。
　０番のビームを１番及び２番のビームに重ね合わせていない状態における、角度αが１５度及び４５度の観測点での受電電力は、それぞれ、－５９ｄＢｍ及び－６２ｄＢｍであった。
　また、角度αが１５度の観測点でのピークの受電電力に対して、６ｄＢ落ちのビームの角度幅は、０．５度であり、角度αが４５度の観測点でのピークの受電電力に対して、６ｄＢ落ちのビームの角度幅は、０．６度であった。角度αが１５度の観測点でのピークの受電電力に対して、６ｄＢ落ちのビーム幅は、８．８ｃｍであり、角度αが４５度の観測点でのピークの受電電力に対して、６ｄＢ落ちのビーム幅は、１０ｃｍであった。
　以上のように、０度のビームを逆位相で重ね合わせると、ビーム強度を低減できることを確認できた。
　＜シミュレーション３＞
　図１７は、反射器１００Ｍのシミュレーションモデルの一例を示す図である。図１７には、ＸＺ面視における反射器１００Ｍのシミュレーションモデルを示す。反射器１００Ｍのシミュレーションモデルは、図１２に示す反射器１００の示すシミュレーションモデルの１番及び２番の反射板１００Ａと反射板１００Ｂとの配置を変更したものである。
　反射器１００Ｍのシミュレーションモデルでは、１番及び２番の反射板１００Ａは、Ｘ方向において２００ｍｍの間隔を開けて隣り合うように配置されている。また、反射板１００Ｂは、２番の反射板１００Ａの＋Ｘ方向側の隣りに４００ｍｍの間隔を開けて配置されている。
　シミュレーション３の条件は、シミュレーション１の条件と同様であるため、ここでは相違点について説明する。反射器１００Ｍのシミュレーションモデルでは、０番のビームの反射角を図１７に示すように、１番のビームと同位相で重なるように走査した。また、観測点が円周上に位置する半径が１０ｍの半円の中心Ｃは、１番と２番の反射板１００Ａの間の中央の点とした。１番と２番の反射板１００Ａの間の中央の点は、１番及び２番の反射板１００Ａの間の間隔（２００ｍｍ）の中点である。
　図１８は、反射器１００Ｍのシミュレーションモデルについての角度αが１５度及び４５度の観測点における受電電力の分布の計算結果を表形式で示す図である。０番のビームの反射角を図１７に示すように、１番のビームと同位相で重なるように走査したところ、角度αが１５度の観測点における受電電力は、－５３．４ｄＢであり、角度αが４５度の観測点における受電電力は、－６１．８ｄＢであった。角度αが１５度の観測点と、角度αが４５度の観測点とにおける受電電力を比較すると、０番のビームと重ねられた１番のビームが到達する観測点（１５度）における受電電力が、０番のビームと重ねられなかった２番のビームが到達する観測点（４５度）における受電電力よりも高くなっていることを確認できた。
　反射器１００Ｍのシミュレーションモデルを用いた計算結果から、図１７に示す反射器１００Ｍのように、２個の反射板１００Ａと反射板１００Ｂとの間に間隔を設けるとともに、配置の順番を変えても、略同様の結果が得られ、０度のビームを同位相で重ね合わせることによって、ビーム強度を増大できたことを確認できた。
　＜効果＞
　電波伝送システム１０は、反射角度が固定された反射板１００Ａと、反射角度を走査可能な反射板１００Ｂと、反射板１００Ｂの反射角度を走査する制御部５とを含み、制御部５は、反射板１００Ｂによって反射される電波の第２ビームを、反射板１００Ａによって反射される電波の第１ビームの反射方向に走査する。このため、反射角度が固定された反射板１００Ａと、反射角度を走査可能な反射板１００Ｂとを用いることで、反射器１００の小型化が可能である。また、第２ビームを第１ビームに重ねることで、ビーム強度の調節が可能である。
　したがって、小型化とビーム強度の調節との両立が可能な電波伝送システム１０を提供することができる。
　また、反射板１００Ａは、電波を鏡面反射以外の角度に反射するので、反射板１００Ａをパッシブ異常反射板として機能させて、鏡面反射以外の固定的な反射角度に第１ビームを反射できる電波伝送システム１０及び反射器１００を提供することができる。
　また、反射板１００Ａを複数含み、複数の反射板１００Ａが反射する第１ビームの反射方向は、互いに異なるので、複数の反射方向に第１ビームを反射できる電波伝送システム１０及び反射器１００を提供することができる。複数の反射方向に第１ビームを反射できるため、様々な方向に位置する不感地帯等にビームを供給できるとともに、ビーム強度を調節可能である。
　また、制御部５は、反射板１００Ｂが反射する第２ビームの反射方向が、複数の反射板１００Ａが反射する第１ビームの反射方向の各々を向くように走査する。このため、第１ビームが反射される複数の反射方向におけるビーム強度を調節可能であり、様々な方向に位置する不感地帯等に供給するビーム強度を調節可能である。
　また、制御部５は、さらに、反射板１００Ｂが反射する第２ビームの反射方向が、複数の反射板１００Ａが反射する第１ビームの反射方向とは異なる方向を向くように走査する。このため、第１ビームが反射されない方向に第２ビームを反射させることができ、反射方向が固定されている第１ビームが供給されない位置に、第２ビームを供給できる。第１ビームが供給されない位置に不感地帯があれば、そのような不感地帯に第２ビームを供給できる。
　また、制御部５は、反射板１００Ｂが反射する第２ビームが、反射板１００Ａが反射する第１ビームと強め合うように、第２ビームを走査する。このため、第１ビームの反射方向におけるビーム強度を増大させることができ、例えば、第１ビームの反射方向において、ビーム強度が不足しているような場合に、第２ビームを供給することで、ビーム強度を補うことができる。
　制御部５は、反射板１００Ｂが反射する第２ビームが、反射板１００Ａが反射する第１ビームと弱め合うように、第２ビームを走査する。このため、第１ビームの反射方向におけるビーム強度を低減でき、例えば、第１ビームの反射方向において、ビーム強度を低下させたいような場合に、第２ビームを逆位相で供給することで、ビーム強度を低減できる。第１ビームの反射方向におけるビーム強度を低減できるため、何らかの理由でビーム強度を低減したい場合に、臨機応変に第１ビームの反射方向におけるビーム強度を低減できる。
　また、反射板１００Ｂの第２反射面の反射板１００Ａの第１反射面に対する面積の比は、０．４～２．５であるため、第１ビームの反射方向におけるビーム強度を確実に変化させることができる。
　また、反射板１００Ｂが反射する第２ビームの反射方向が、反射板１００Ａが反射する第１ビームの反射方向を向くことで、第１ビームの反射方向における反射強度が３ｄＢ以上変化する。このため、第１ビームの反射方向におけるビーム強度を確実に変化させることができる。
　また、反射板１００Ａと、反射板１００Ｂとの距離Ｄは、距離Ｄが得られる方向における反射板１００Ａ及び反射板１００Ｂの長さのうち、長い方の長さをＬｄとすると、０≦Ｄ≦１０Ｌｄであるため、第１ビームの反射方向におけるビーム強度を第２ビームで確実に増大又は減少させることができる。
　また、反射板１００Ｂは、反射板１００Ｂの外縁のうちの１辺の長さをＬとすると、５λ≦Ｌ≦１００λで規定されるサイズを有する。反射板１００Ｂのサイズをこのようなサイズに設定することで、第１ビームの反射方向におけるビーム強度を第２ビームで確実に増大又は減少させることができる。
　また、反射板１００Ｂは、複数のセル１１０を有し、制御部５は、複数のセル１１０の各々において電波の位相を変化させる位相変化量を電気的に制御するので、反射板１００Ｂにおける位相変化量を連続的な値のうちの任意の値に変化させることができ、位相変化量を多値的に制御可能である。
　また、反射板１００Ｂは、複数のセル１１０を有し、制御部５は、複数のセル１１０の各々の反射位相が１８０度異なる２値のいずれかに設定する。このため、位相変化量を２値的に制御することで、反射角度を鏡面反射以外の角度に調整可能である。
　電波は、Ｓｕｂ－６、又は、ミリ波帯の電波であるので、第五世代移動通信システム（５Ｇ）やＳｕｂ－６等の周波数帯域の電波を反射する際に、受信端末に効率的に電力を供給可能な電波伝送システム１０を提供できる。
　反射器１００は、反射角度が固定された反射板１００Ａと、反射角度を走査可能な反射板１００Ｂとを含み、反射板１００Ｂによって反射される電波の第２ビームが、反射板１００Ａによって反射される電波の第１ビームの反射方向に走査される。このため、反射角度が固定された反射板１００Ａと、反射角度を走査可能な反射板１００Ｂとを用いることで、反射器１００の小型化が可能である。また、第２ビームを第１ビームに重ねることで、ビーム強度の調節が可能である。
　したがって、小型化とビーム強度の調節との両立が可能な反射器１００を提供することができる。
　以上、本開示の例示的な電波伝送システム、及び、反射器について説明したが、本開示は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
　なお、本国際出願は、２０２２年８月３日に出願した日本国特許出願２０２２－１２４２９２に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。
５　制御部
１０　電波伝送システム
１００　反射器
１００Ａ　反射板（第１反射板の一例）
１００Ｂ　反射板（第２反射板の一例）
１１０　セル（反射部の一例）
１１１　共振素子
１１２　共振素子
１１２Ａ、１１２Ｂ　線状エレメント
１１２Ｃ　ＰＩＮダイオード

Claims (15)

  1. 　反射角度が固定された第１反射板と、
    　反射角度を走査可能な第２反射板と、
    　前記第２反射板の反射角度を走査する制御部と
    　を含み、
    　前記制御部は、前記第２反射板によって反射される電波の第２ビームを、前記第１反射板によって反射される電波の第１ビームの反射方向に走査する、電波伝送システム。
  2. 　前記第１反射板は、前記電波を鏡面反射以外の角度に反射する、請求項１に記載の電波伝送システム。
  3. 　前記第１反射板を複数含み、
    　前記複数の前記第１反射板が反射する前記第１ビームの反射方向は、互いに異なる、請求項１又は２に記載の電波伝送システム。
  4. 　前記制御部は、前記第２反射板が反射する前記第２ビームの反射方向が、前記複数の前記第１反射板が反射する前記第１ビームの反射方向の各々を向くように走査する、請求項３に記載の電波伝送システム。
  5. 　前記制御部は、さらに、前記第２反射板が反射する前記第２ビームの反射方向が、前記複数の前記第１反射板が反射する前記第１ビームの反射方向とは異なる方向を向くように走査する、請求項４に記載の電波伝送システム。
  6. 　前記制御部は、前記第２反射板が反射する前記第２ビームが、前記第１反射板が反射する前記第１ビームと強め合うように、前記第２ビームを走査する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電波伝送システム。
  7. 　前記制御部は、前記第２反射板が反射する前記第２ビームが、前記第１反射板が反射する前記第１ビームと弱め合うように、前記第２ビームを走査する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電波伝送システム。
  8. 　前記第２反射板の第２反射面の前記第１反射板の第１反射面に対する面積の比は、０．４～２．５である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電波伝送システム。
  9. 　前記第２反射板が反射する前記第２ビームの反射方向が、前記第１反射板が反射する前記第１ビームの反射方向を向くことで、前記第１ビームの反射方向における反射強度が３ｄＢ以上変化する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電波伝送システム。
  10. 　前記第１反射板と、前記第１反射板と、前記第２反射板との間の距離Ｄは、前記距離Ｄが得られる方向における前記第１反射板又は前記第２反射板の長さのうち、長い方の長さをＬｄとすると、０≦Ｄ≦１０Ｌｄであるである、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電波伝送システム。
  11. 　前記第２反射板は、前記第２反射板の外縁のうちの１辺の長さをＬとすると、５λ≦Ｌ≦１００λで規定されるサイズを有する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電波伝送システム。
  12. 　前記第２反射板は、複数の反射部を有し、
    　前記制御部は、前記複数の反射部の各々において前記電波の位相を変化させる位相変化量を電気的に制御する、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の電波伝送システム。
  13. 　前記第２反射板は、複数の反射部を有し、
    　前記制御部は、前記複数の反射部の各々の反射位相が１８０度異なる２値のいずれかに設定する、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の電波伝送システム。
  14. 　前記電波は、Ｓｕｂ－６、又は、ミリ波帯の電波である、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の電波伝送システム。
  15. 　反射角度が固定された第１反射板と、
    　反射角度を走査可能な第２反射板と
    　を含み、
    　前記第２反射板によって反射される電波の第２ビームが、前記第１反射板によって反射される電波の第１ビームの反射方向に走査される、反射器。
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