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公開番号2025013328
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2024114133,2023114298
出願日2024-07-17,2023-07-12
発明の名称リフレクトアレイ、電磁波反射システムおよびリフレクトアレイの設置方法
出願人TOPPANホールディングス株式会社
代理人弁理士法人第一国際特許事務所
主分類H01Q 15/14 20060101AFI20250117BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本発明では、広い角度範囲から入射する電磁波を特定の反射角度に反射させることのできるリフレクトアレイ、電磁波反射システムおよびリフレクトアレイの設置方法を提供する。
【解決手段】リフレクトアレイは、位相を制御する反射制御領域を有し、前記反射制御領域は長辺の長さをL、反射する電磁波の波長をλ、入射角度をθi、反射角度をθrとした時に、下記の式(1)を満たし、前記入射角度|θi|は45°以上70°以下の範囲であり、かつ、前記入射角度θiと前記反射角度θrは下記の式(2)の関係を満たし、入射許容角度範囲Δθiが5.5°より大きく16°以下の範囲であることを特徴とする。
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【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
発信器から入射しリフレクトアレイで反射した電磁波を受信器で受信するする電磁波反射システムにおける発信器または受信器の設置方法であって、
前記リフレクトアレイは、位相を制御する反射制御領域を有し、
前記反射制御領域は、長辺の長さをＬ、反射する電磁波の波長をλ、入射角度をθｉ、反射角度をθｒとした時に、下記の式（１）を満たし、
前記入射角度｜θｉ｜は４５°以上７０°以下の範囲であり、かつ前記入射角度θｉと前記反射角度θｒは下記の式（２）の関係を満たすように、前記発信器または前記受信器を設置する、発信器または受信器の設置方法。
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続きを表示（約 150 文字）【請求項２】
前記リフレクトアレイの入射許容角度範囲Δθｉが５．５°より大きく１６°以下の範囲である、請求項１に記載の発信器または受信器の設置方法。
【請求項３】
前記リフレクトアレイは３ＧＨｚ～６０ＧＨｚの電磁波を反射させる、請求項１または２に記載の発信器または受信器の設置方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフレクトアレイ、電磁波反射システムおよびリフレクトアレイの設置方法に関する。
続きを表示（約 4,100 文字）【背景技術】
【０００２】
社会におけるデジタル化の進展により、無線通信におけるデータ通信速度が飛躍的に向上し、それに伴う電磁波の高周波化が進んでいる。しかし、電磁波は周波数が高くなるにつれて直進性が高くなるため、建物の影等に電磁波が回り込まず、通信ができない領域である不感地帯が生じやすい。
これらの理由から、広範囲における５Ｇ・６Ｇ通信を実現するためには、基地局数を増やす必要がある。しかし、基地局を増やすためには多額のコストを要するため、基地局の数を早急に増やすのは難しい状況にある。近年これらの課題を解決すべく、電磁波の方向を制御する技術が注目を集めている。
【０００３】
このような技術のなかで、電磁波の反射角度を自在に制御するメタマテリアル反射板またはメタサーフェス反射板の開発が盛んに行われている。
メタマテリアル反射板には、電気的制御により入射する電磁波と反射する電磁波の方向を制御するアクティブ反射板と（例えば、特許文献１）、電気的制御機構がなく、設計段階で入射する電磁波と反射する電磁波の方向を決めて、それに基づいて素子の寸法や材料物性の設計を行うパッシブ反射板がある（例えば、特許文献２）。
【０００４】
特許文献１では、メタマテリアル構造体とメタマテリアル構造体に接続された可変コンデンサによって構成され、メタマテリアル構造体の固定容量と可変コンデンサによる可変容量によって位相が制御される。可変コンデンサの動作は位相制御信号（バイアス電圧）により制御される。これにより、電磁波源から放射された電磁波を任意の方向に反射／散乱させることが可能である。
【０００５】
また、特許文献２では、誘電体基板の底面に設けられ、全ての向きの偏波に対しメタサーフェス反射板を透過させない金属グラウンド層、および、アーム長の異なる２種以上の十字型の金属共振器を有する複数のスーパーセルを備えたメタサーフェス反射板が紹介されている。このメタサーフェス反射板は金属共振器の構造によって位相を制御することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第６４３８８５７号
特開２０２１－４８４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アクティブ反射板は、入射する電磁波と反射する電磁波の角度を電圧などの変更により制御できるため、発信器と受信器の角度によって適宜角度の調整ができ、実用上の自由度が高い。しかし、位相を制御するための位相制御信号が必要であるため、高価になるという課題がある。
また、パッシブ反射板は、電気的制御機構が無いため安価に作製可能である。しかし、入射する電磁波と反射する電磁波の角度が決まっているため、実用上の自由度が小さいという課題がある。
そこで、本発明では、安価に作製できるパッシブ反射板であり、広い範囲の角度から入射した電磁波を所定の角度に反射させることが出来るリフレクトアレイ、電磁波反射システムおよびリフレクトアレイの設置方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、代表的な本発明のリフレクトアレイは、電磁波を反射させるリフレクトアレイであって、前記リフレクトアレイは、位相を制御する反射制御領域を有し、前記反射制御領域は、長辺の長さをＬ、反射する電磁波の波長をλ、入射角度をθｉ、反射角度をθｒとした時に、式（１）（後述）を満たし、前記入射角度｜θｉ｜は４５°以上７０°以下の範囲であり、かつ前記入射角度θｉと前記反射角度θｒは式（２）（後述）の関係を満たし、入射許容角度範囲Δθｉが５．５°より大きく１６°以下の範囲である、リフレクトアレイであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、広い角度範囲から入射した電磁波を所定の角度に反射させることが出来るリフレクトアレイを提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態における説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１ａは、リフレクトアレイ全体の構成を示す図である。
図１ｂは、反射制御領域部分を拡大して示した図である。
図２は、ｘｙ平面上にリフレクトアレイが配置した場合の入射角度と反射角度を表す図である。
図３は、リフレクトアレイ６の層構成の一例を示す図である。
図４は、非対称反射を発生させる方向に応じた、単位セルの配置の一例を示す図である。
図５は、非対称反射を発生させる方向に応じた、単位セルの配置の一例を示す図である。
図６は、素子パターンの構成を示す図である。
図７は、エッチング後の素子パターンの形状の一例を示す図である。
図８は、リフレクトアレイを用いた電磁波反射システムの一例を示す図である。
図９は、支持体に設置したリフレクトアレイの一例を示す図である。
図１０は、実施例１において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝－４５゜、θｒｘ＝０゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図１１は、比較例１において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝０゜、θｒｘ＝－４５゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図１２は、実施例１と比較例１それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θｒｘで受信できる電力変化量の比較結果を示す図である。
図１３は、実施例２において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝－５０゜、θｒｘ＝０゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図１４は、比較例２において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝０゜、θｉｘ＝－５０゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図１５は、実施例２と比較例２それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θｒｘで受信できる電力変化量の比較結果を示す図である。
図１６は、実施例３において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝－６０゜、θｒｘ＝０゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図１７は、比較例３において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝０゜、θｒｘ＝－６０゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図１８は、実施例３と比較例３それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θｒｘで受信できる電力変化量の比較結果を示す図である。
図１９は、実施例４において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝－７０゜、θｒｘ＝０゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図２０は、比較例４において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝０゜、θｒｘ＝－７０゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図２１は、実施例４と比較例４それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θｒｘで受信できる電力変化量の比較結果を示す図である。
図２２は、実施例１－４の入射角度と入射許容角度範囲の関係及び比較例１－４と入射許容角度範囲の関係を示す図である。
図２３は、実施例５において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝－７０゜、θｒｘ＝０゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図２４は、比較例５において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝０゜、θｒｘ＝－７０゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図２５は、実施例５と比較例５それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θｒｘで受信できる電力変化量の比較結果を示す図である。
図２６は、実施例６において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝－４５゜、θｒｘ＝０゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図２７は、比較例６において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝０゜、θｒｘ＝－４５゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図２８は、実施例６と比較例６それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θｒｘで受信できる電力変化量の比較結果を示す図である。
図２９は、実施例７において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝－７０゜、θｒｘ＝０゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図３０は、比較例７において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝０゜、θｒｘ＝－７０゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図３１は、実施例７と比較例７それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θｒｘで受信できる電力変化量の比較結果を示す図である。
図３２は、実施例８において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝７０゜、θｒｘ＝－３０゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図３３は、比較例８において得られたリフレクトアレイの解析結果であり、θｉｘ＝－３０゜、θｒｘ＝７０゜のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図３４は、実施例８と比較例８それぞれの入射角度を変化させた時における特定の反射角度θｒｘで受信できる電力変化量の比較結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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