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公開番号2025016702
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-04
出願番号2024193617,2024115434
出願日2024-11-05,2023-03-03
発明の名称リフレクトアレイ、リフレクトアレイ装置およびリフレクトアレイの設計方法
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 20060101AFI20250128BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本発明では、良品率を向上させる技術を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のリフレクトアレイの設計方法は、反射制御領域を含むリフレクトアレイの設計方法であって、前記反射制御領域の反射特性を設定するステップと、前記反射制御領域のサイズを決定するステップと、前記反射制御領域を分割して単位セルのサイズを決定するステップと、前記単位セルに配置される素子パターンの素子長を決定するステップと、前記素子パターンの素子幅を設計パラメータとして反射位相を導出し、素子幅と反射位相の間の関係を示す解析結果を取得するステップと、前記解析結果に基づいて、所望の反射位相またはインピーダンスを実現する素子幅を選択するステップと、を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
反射制御領域を含むリフレクトアレイの設計方法であって、
前記反射制御領域の反射特性を設定するステップと、
前記反射制御領域のサイズを決定するステップと、
前記反射制御領域を分割して単位セルのサイズを決定するステップと、
前記単位セルに配置される素子パターンの素子長を決定するステップと、
前記素子パターンの素子幅を設計パラメータとして反射位相を導出し、素子幅と反射位相の間の関係を示す解析結果を取得するステップと、
前記解析結果に基づいて、所望の反射位相またはインピーダンスを実現する素子幅を選択するステップと、を含む
ことを特徴とするリフレクトアレイの設計方法。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記選択するステップにおいて、複数個の素子幅が選択され、
前記単位セルのサイズを決定するステップにおいて、前記反射制御領域は前記複数個に分割される、
ことを特徴とする請求項１に記載のリフレクトアレイの設計方法。
【請求項３】
前記リフレクトアレイを形成し、前記形成されたリフレクトアレイの反射特性を解析するステップと、
前記解析結果を踏まえて、前記素子幅を微調整するステップと、をさらに含む
ことを特徴とする請求項２に記載のリフレクトアレイの設計方法。
【請求項４】
前記反射制御領域のサイズを決定するステップにおいて、
前記反射制御領域のｘ軸方向のサイズＬｘは、動作周波数の波長をλ、前記反射制御領域に入射する電磁波の入射角度のｘ軸成分をθｉｘ、前記反射制御領域から反射する電磁波の反射角度のｘ軸成分をθｒｘとし、θｉｘ≠－θｒｘの場合、式（１）によって決定され、
また、前記反射制御領域のｙ軸方向のサイズＬｙは、前記反射制御領域に入射する電磁波の入射角度のｙ軸成分をθｉｙ、前記反射制御領域から反射する電磁波の反射角度のｙ軸成分をθｒｙとし、θｉｙ≠－θｒｙの場合、式（２）によって決定される
ことを特徴とする請求項１に記載のリフレクトアレイの設計方法。
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【請求項５】
前記単位セルのサイズを決定するステップにおいて、
前記単位セルのサイズは、前記Ｌｘをｎ（ｎは２以上の正の整数。）分割、前記Ｌｙをｍ（ｍは２以上の正の整数）分割して決定される
ことを特徴とする請求項４に記載のリフレクトアレイの設計方法。
【請求項６】
前記素子幅を選択するステップにおいて、
動作周波数の波長をλ（ｍ）、前記反射制御領域に入射する電磁波の入射角度のｘ軸成分をθｉｘ、ｙ軸成分をθｉｙ、前記反射制御領域から反射する電磁波の反射角度のｘ軸成分をθｒｘ、ｙ軸成分をθｒｙとし、
前記反射制御領域内のｘ軸と平行な任意の座標ｘ１、ｘ２における反射位相をそれぞれφｘ１、φｘ２とし、座標ｘ１、ｘ２の距離をｄｘ、φｘ１、φｘ２の反射位相差をΔφｘとし、ｙ軸と平行な任意の座標ｙ１、ｙ２における反射位相をそれぞれφｙ１、φｙ２とし、座標ｙ１、ｙ２の距離をｄｙ、φｙ１、φｙ２の反射位相差をΔφｙとする場合、
式（３）または式（４）を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載のリフレクトアレイの設計方法。
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【請求項７】
前記素子幅を選択するステップにおいて、
Ｚｓｘは前記反射制御領域のｘ軸方向と平行な表面インピーダンス分布、Ｚｓｙは前記反射制御領域のｙ軸方向と平行な表面インピーダンス分布、η１は入射波のインピーダンスとし、
前記反射制御領域に入射する電磁波の入射角度のｘ軸成分をθｉｘ、ｙ軸成分をθｉｙ、前記反射制御領域から反射する電磁波の反射角度のｘ軸成分をθｒｘ、ｙ軸成分をθｒｙとし、
ｋ１は反射波の波数とし、ｊは虚数単位をとする場合、
式（５）または式（６）を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載のリフレクトアレイの設計方法。
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【請求項８】
前記素子幅を選択するステップにおいて、
Ｚｓｘは前記反射制御領域のｘ軸方向と平行な表面インピーダンス分布、Ｚｓｙは前記反射制御領域のｙ軸方向と平行な表面インピーダンス分布、η１は入射波のインピーダンスとし、
前記反射制御領域に入射する電磁波の入射角度のｘ軸成分をθｉｘ、ｙ軸成分をθｉｙ、前記反射制御領域から反射する電磁波の反射角度のｘ軸成分をθｒｘ、ｙ軸成分をθｒｙとし、
ｋ１は反射波の波数とし、ｊは虚数単位をとする場合、
式（７）または式（８）を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載のリフレクトアレイの設計方法。
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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、リフレクトアレイ装置およびリフレクトアレイの設計方法に関する。
続きを表示（約 4,000 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、十字型の反射素子を用いた反射板が開発されている。特許文献１には、以下の点が開示されている。
メタサーフェス反射板は、誘電体基板、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る。金属共振器を有するスーパーセルは、誘電体基板の上面に形成され、入射波の垂直偏波および水平偏波を反射させ、所定周波数での電磁波を要求される位相で異常波反射させる回折格子の周期で配列されている。
【０００４】
また、特許文献２には、以下の点が開示されている。
複数の反射素子が基板上に配置され、基板の表面に平行な電界成分を有する第１の偏波及び前記表面に垂直な電界成分を有する第２の偏波を、第１及び第２の所望方向にそれぞれ反射するリフレクトアレーは、複数の反射素子の各々は地板から隔てて設けられたパッチを有し、第１の軸方向に隣接する反射素子のパッチ間のギャップは、第１の偏波が所定の反射位相で反射されるようにギャップの場所に応じた値に設定され、第１の軸に垂直な第２の軸方向に隣接する反射素子のパッチ間のギャップは、第２の偏波が所定の反射位相で反射されるようにギャップの場所に応じた値に設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２１－４８４６５号公報
特許第５４６９７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
十字形状を含む素子パターンを備えるリフレクトアレイは、素子パターンに寸法誤差が生じると、各領域における反射位相が設計値から大きく変化する傾向があり、所望方向の反射強度が低下することがある。
このため、リフレクトアレイについて良品率を高めることが難しいといった課題がある。
また、特許文献１および２のいずれにおいても、設計パラメータの設定方法については十分な検討が行われていない。
そこで、本発明では、リフレクトアレイの良品率を向上させる技術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】
【０００７】
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の一つは、反射制御領域を含むリフレクトアレイの設計方法であって、前記反射制御領域の反射特性を設定するステップと、前記反射制御領域のサイズを決定するステップと、前記反射制御領域を分割して単位セルのサイズを決定するステップと、前記単位セルに配置される素子パターンの素子長を決定するステップと、前記素子パターンの素子幅を設計パラメータとして反射位相を導出し、素子幅と反射位相の間の関係を示す解析結果を取得するステップと、前記解析結果に基づいて、所望の反射位相またはインピーダンスを実現する素子幅を選択するステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、リフレクトアレイの良品率を向上させる技術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】
【０００９】
図１は、リフレクトアレイの構成を示す図である。
図２は、機能層の配置の一例を示す図である。
図３は、機能層の配置の他の例を示す図である。
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、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７は、素子パターンの構成を示す図である。
図８は、反射制御領域の一例を示す図である。
図９は、反射制御領域内においてｘ軸方向の素子長およびｙ軸方向の素子長を変更した場合を示す図である。
図１０は、素子パターン形状の例および各素子パターンの幅を示す図である。
図１１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１２は、実施例１に記載のリフレクトアレイのｘｙ平面における構造を示す図である。
図１３は、比較例１の設計過程における単位セルの解析結果であり、素子パターンの素子幅をｗｘ＝ｗｙ＝９．０００ｍｍとし素子長ｌを変化させた場合の反射位相を示す図である。
図１４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、ｘｚ平面における、寸法誤差有／無のリフレクトアレイの反射特性を示す図である。
図１５は、実施例１の設計過程における単位セルの解析結果であり、素子パターンの素子長をｌｘ＝ｌｙ＝１５．０００ｍｍとし素子幅ｗを変化させた場合の反射位相を示す図である。
図１６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、ｘｚ平面における、寸法誤差有／無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２の設計過程における単位セルの解析結果であり、素子パターンの素子幅をｗｘ＝ｗｙ＝１．０００ｍｍとし素子長ｌを変化させた場合の反射位相を示す図である。
図１８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、ｘｚ平面における、寸法誤差有／無のリフレクトアレイの反射特性を示す図である。
図１９は、実施例２の設計過程における単位セルの解析結果であり、素子パターンの素子長をｌｘ＝ｌｙ＝３．２５０ｍｍとし素子幅ｗを変化させた場合の反射位相を示す図である。
図２０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、ｘｚ平面における、寸法誤差有／無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、比較例３の設計過程における単位セルの解析結果であり、素子パターンの素子幅をｗｘ＝ｗｙ＝０．５００ｍｍとし素子長ｌを変化させた場合の反射位相を示す図である。
図２２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、ｘｚ平面における、寸法誤差有／無のリフレクトアレイの反射特性を示す図である。
図２３は、実施例３の設計過程における単位セルの解析結果であり、素子パターンの素子長をｌｘ＝ｌｙ＝１．７００ｍｍとし素子幅ｗを変化させた場合の反射位相を示す図である。
図２４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、ｘｚ平面における、寸法誤差有／無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、比較例４の設計過程のおける単位セルの解析結果であり、素子パターンの素子幅をｗｘ＝ｗｙ＝０．４００ｍｍとし素子幅ｌを変化させた場合の反射位相を示す図である。
図２６は、比較例４において得られたリフレクトアレイ６の解析結果であり、ｘｚ平面における、寸法誤差有／無のリフレクトアレイの反射特性を示す図である。
図２７は、実施例４の設計過程における単位セルの解析結果であり、素子パターンの素子長をｌｘ＝ｌｙ＝０．９００ｍｍとし素子幅ｗを変化させた場合の反射位相を示す図である。
図２８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、ｘｚ平面における、寸法誤差有／無のリフレクトアレイの反射パターンを示す図である。
図２９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、ｘｚ平面における、リフレクトアレイの反射特性を示す図である。
図３０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、ｘｚ平面における、リフレクトアレイの反射特性を示す図である。
図３１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、ｘｚ平面における、リフレクトアレイの反射特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
同一あるいは同様の機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。また、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本開示は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
（【００１１】以降は省略されています）

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