(57)【要約】【課題】従来のリフレクトアレイの課題を解決する。【解決手段】本発明に係るリフレクトアレイ１０は、散乱波の位相を制御することにより、反射波（散乱波）の方向を制御するアレイを構成する複数のアレイ素子１０と、地板３０とによって構成されており、地板３０は、周波数選択性機能を有する構造である。【選択図】図１
2010226695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
散乱波の位相を制御することにより、反射波（散乱波）の方向を制御するアレイを構成する複数のアレイ素子と、地板とによって構成されるリフレクトアレイであって、
前記地板は、周波数選択性機能を有する構造であることを特徴とするリフレクトアレイ。
【請求項２】
散乱波の位相を制御することにより、反射波の方向を制御するアレイを構成する複数のアレイ素子と、地板とによって構成されるリフレクトアレイであって、
前記アレイ素子は、ＴＥ波入射に対して位相を揃える構造と、ＴＭ波入射に対して位相を揃える構造とを有することを特徴とするリフレクトアレイ。
【請求項３】
散乱波の位相を制御することにより、反射波の方向を制御するアレイを構成する複数のアレイ素子と、地板とによって構成されるリフレクトアレイであって、
前記アレイ素子は、偏波共用素子であり、水平方向、垂直方向、双方の偏波で到来する入射波に対して共用して使用できる機能を有することを特徴とするリフレクトアレイ。
【請求項４】
前記リフレクトアレイは、周波数選択性構造を有することを特徴とする請求項２又は３に記載のリフレクトアレイ。
【請求項５】
前記アレイ素子は、水平方向のロッド及び垂直方向のロッドを有するクロスダイポールによって構成されており、
前記クロスダイポールの水平方向及び垂直方向それぞれの大きさは、前記アレイ素子毎に異なり、
ＴＥ波入射に対してもＴＭ波入射に対しても、前記クロスダイポールの水平方向及び垂直方向のいずれかが作用して、前記散乱波の位相を制御し、前記反射波の方向を、ＴＥ波及びＴＭ波の両方を同時に制御することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のリフレクトアレイ。
【請求項６】
前記周波数選択構造は、周期構造ループであることを特徴とする請求項１、４又は５に記載のリフレクトアレイ。
【請求項７】
前記周波数選択構造は、選択周波数では電波を反射（散乱）させ、該選択周波数以外の周波数では電波を透過させることを特徴とする請求項１、４、５又は６に記載のリフレクトアレイ。
【請求項８】
Ｘ方向及びＹ方向の両方に位相差を付けることによって、Ｘ方向からの入射に対しても、Ｙ方向からの入射に対しても、ＸＹ方向の任意の入射に対しても、所望方向に反射波を傾けることを可能な構造であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のリフレクトアレイ。
【請求項９】
前記周期構造ループは、所望周波数を１λとし、該周期構造ループのピッチを０.４λ〜０.６λとすることを特徴とする請求項６又は８に記載のリフレクトアレイ。
【請求項１０】
前記アレイ素子は、水平方向から見ても垂直方向から見ても同じ構造及び同じ大きさとなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のリフレクトアレイ。
【請求項１１】
前記地板は、水平方向から見ても垂直方向から見ても同じ構造及び同じ大きさとなるように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のリフレクトアレイ。
【請求項１２】
複数のアレイ素子と、地板とによって構成されるリフレクトアレイであって、
前記アレイ素子は、水平方向のロッド及び垂直方向のロッドを有するクロスダイポールによって構成されており、
垂直偏波の入射方向及び水平偏波の入射方向がそれぞれ異なる場合に、該垂直偏波の入射に対しては各垂直方向のロッドが動作し、各垂直方向のロッドの電流分布の位相によって決まる方向に散乱波が放射し、該水平偏波に対しては各水平方向のロッドが動作し、各水平方向のロッドの電流分布の位相によって決まる方向に散乱波が放射することによって、該垂直偏波の散乱波の放射方向と該水平偏波の散乱波の放射方向とをそれぞれ独立に決定することができるように構成されていることを特徴とするリフレクトアレイ。
【請求項１３】
前記水平方向のロッドの動作周波数と前記垂直方向のロッドの動作周波数とが異なるように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載のリフレクトアレイ。
【請求項１４】
前記地板は、周波数選択板によって構成されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のリフレクトアレイ。
【請求項１５】
前記周波数選択板は、ループアレイによって構成されていることを特徴とする請求項１４に記載のリフレクトアレイ。
【請求項１６】
前記地板は、２周波共用周波数選択板によって構成されていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載のリフレクトアレイ。
【請求項１７】
前記地板は、広帯域周波数選択板によって構成されていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載のリフレクトアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフレクトアレイに関する。
【０００２】
特に、本発明は、（１）反射板に入射するＴＥ波（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｗａｖｅ）を正規反射（鏡面反射）とは異なる方向に散乱する技術、（２）ＴＥ波入射及びＴＭ波（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗａｖｅ）入射を共に同じ所望方向に散乱する技術、（３）所望の周波数に対してのみ反射させ、他の周波数に対しては透過する技術、（４）どんな方向からの入射に対しても所望方向にビームを向けることの可能な技術を具備する偏波共用リフレクトアレイ及び周波数選択板型リフレクトアレイに関する。
【０００３】
また、本発明は、それぞれ独立に定まる方向から入射する水平偏波及び垂直偏波を１つのリフレクトアレイで受けて、それぞれ独立に決定できる所望方向へ各偏波を散乱させる偏波独立制御リフレクトアレイに関する。
【０００４】
また、本発明は、異なる周波数で到来する水平偏波及び垂直偏波に対して、それぞれのアレイ素子が作用して制御する周波数共用偏波独立制御リフレクトアレイに関する。
【０００５】
また、本発明は、所望周波数以外の波にとっては見えない存在となり、電波を透過するため、他のシステムへ影響を与えないリフレクトアレイに関する。
【０００６】
さらに、本発明は、偏波制御ＭＩＭＯ、偏波ダイバーシチ或いは放送と通信の共用等、水平偏波と垂直偏波の２つの偏波を独立に制御するシステムで用いられるリフレクトアレイに関する。
【背景技術】
【０００７】
非特許文献１に、従来のリフレクトアレイの例が示されている。かかるリフレクトアレイは、図１に示すように、マイクロストリップアンテナの形状をアレイ素子とし、地板を金属平板としている。かかるアレイ素子のサイズａ及びｂは、図２に示すように位相差によって決められている。
【０００８】
しかし、図１及び図２に示すような従来のリフレクトアレイでは、裏面に金属平板が用いられているために、他の周波数の電波が透過することができず、ＴＭ波及びＴＥ波の偏波を共用することができず、さらに、任意の方角から到来する電波を所望の方向に放射することができないという欠点があった。
【０００９】
また、リフレクトアレイでは、裏面に金属平板が用いられているために、他の周波数の電波が透過することができず、水平偏波及び垂直偏波を独立に制御する機能も持っていないため、任意の方向から独立に入射する偏波を予め別々に定められた任意の方角に放射できないという欠点があった。
【００１０】
また、非特許文献２に、従来の周波数選択板の例が示されている。かかる周波数選択板は、周波数選択性を持たせる周期構造のための素子として、クロスダイポールを用いている。
【００１１】
さらに、かかる周波数選択板は、位相差を付けるような構造を持っていないため、所望方向にビームを曲げて散乱させることはできないという欠点があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｆ.  Ｖｅｎｎｅｒｉ、Ｇ.  Ａｎｇｉｕｌｌｉ及びＧ.  Ｄｉ  Ｍａｓｓａ、「Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ  ｒｅｆｌｅｃｔ  ａｒｒａｙ  ｕｓｉｎｇ  ｄａｔａ  ｆｒｏｍ  ｉｓｏｌａｔｅｄ」、ＩＥＥＥ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ３４、Ｎｏ.６、２００２年９月２０日
【非特許文献２】浅田順之、「周波数選択板を用いた電波吸収体に関する基礎的検討」、電子情報通信学会論文誌、Ｖｏｌ.Ｊ９０-Ｂ  Ｎｏ.１、５６〜６２頁、２００７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来のリフレクトアレイ及び周波数選択板では、
（１）鏡面反射とは異なる方向に放射する機能、
（２）ＴＥ波入射及びＴＭ波入射を共に同じ所望方向に放射する機能、
（３）所望の周波数に対してのみ反射させ、他の周波数に対しては透過する機能、
（４）どんな方向からの入射に対しても所望方向にビームを向ける機能、
のいずれか２つ以上を同時に実現することは困難であった。
【００１４】
また、従来のリフレクトアレイは、非特許文献１に記載されているような反射鏡アンテナの反射鏡として用いられており、入射する波の到来方向及び偏波は、一次放射器によって決められるため、予め分かっているものが想定されていた。
【００１５】
したがって、特願２００７-３１１６４９号に記載されたような屋外伝搬環境において、マルチパスが、回転により任意の偏波で任意の方向から反射板に入射する場合に対して、所望方向へ散乱する技術については何ら検討されていなかった。
【００１６】
また、従来の金属反射板は、水平偏波及び垂直偏波というそれぞれ異なる偏波で到来してきた入射波に対して、鏡面反射の方向に反射するだけであったため、水平偏波及び垂直偏波をそれぞれ独立に制御する機能はなかった。
【００１７】
また、従来のリフレクトアレイ及び周波数選択板では、複数の偏波を独立に制御する機能はなかった。
【００１８】
さらに、２つの異なる周波数で到来する水平偏波及び垂直偏波に対してそれぞれ独立に制御する周波数共用偏波独立制御機能は存在しなかった。
【００１９】
そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、以下の点を実現することができるリフレクトアレイを提供することを目的とする。
【００２０】
（１）反射板から散乱する電波を、所望の周波数では鏡面反射とは異なる所望方向に散乱させ、それ以外の周波数では透過させること。
【００２１】
（２）ＴＥ波入射の場合及びＴＭ波入射のどちらの場合も、リフレクトアレイから散乱する電波を所望方向に反射させること。
【００２２】
（３）どんな方向から来た入射に対しても、リフレクトアレイの散乱方向を傾ける機能が働くこと。
【００２３】
（４）（２）及び（３）の機能を有する散乱が所望の周波数において起こり、それ以外の周波数では電波が透過すること。
【００２４】
また、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、以下の点を実現することができるリフレクトアレイを提供することを目的とする。
【００２５】
（５）水平偏波及び垂直偏波という２つの異なる偏波による独立した入射に対してそれぞれ独立に異なる方向へ放射方向を制御すること。
【００２６】
（６）複数の異なる周波数で入射する水平偏波及び垂直偏波に対して、それぞれ独立に異なる方向へ放射方向を制御すること。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の第１の特徴は、散乱波の位相を制御することにより、反射波（散乱波）の方向を制御するアレイを構成する複数のアレイ素子と、地板とによって構成されるリフレクトアレイであって、前記地板は、周波数選択性機能を有する構造であることを要旨とする。
【００２８】
本発明の第２の特徴は、散乱波の位相を制御することにより、反射波の方向を制御するアレイを構成する複数のアレイ素子と、地板とによって構成されるリフレクトアレイであって、前記アレイ素子は、ＴＥ波入射に対して位相を揃える構造と、ＴＭ波入射に対して位相を揃える構造とを有することを要旨とする。
【００２９】
本発明の第３の特徴は、散乱波の位相を制御することにより、反射波の方向を制御するアレイを構成する複数のアレイ素子と、地板とによって構成されるリフレクトアレイであって、前記アレイ素子は、偏波共用素子であり、水平方向、垂直方向、双方の偏波で到来する入射波に対して共用して使用できる機能を有することを要旨とする。
【００３０】
本発明の第２及び第３の特徴において、前記リフレクトアレイは、周波数選択性構造を有していてもよい。
【００３１】
本発明の第２及び第３の特徴において、前記アレイ素子は、水平方向のロッド及び垂直方向のロッドを有するクロスダイポールによって構成されており、前記クロスダイポールの水平方向及び垂直方向それぞれの大きさは、前記アレイ素子毎に異なり、ＴＥ波入射に対してもＴＭ波入射に対しても、前記クロスダイポールの水平方向及び垂直方向のいずれかが作用して、前記散乱波の位相を制御し、前記反射波の方向を、ＴＥ波及びＴＭ波の両方を同時に制御してもよい。
【００３２】
本発明の第１乃至第３の特徴において、前記周波数選択構造は、周期構造ループであってもよい。
【００３３】
本発明の第１乃至第３の特徴において、前記周波数選択構造は、選択周波数では電波を反射（散乱）させ、該選択周波数以外の周波数では電波を透過させてもよい。
【００３４】
本発明の第１乃至第３の特徴において、Ｘ方向及びＹ方向の両方に位相差を付けることによって、Ｘ方向からの入射に対しても、Ｙ方向からの入射に対しても、ＸＹ方向の任意の入射に対しても、所望方向に反射波を傾けることを可能な構造であってもよい。
【００３５】
本発明の第１乃至第３の特徴において、前記周期構造ループは、所望周波数を１λとし、該周期構造ループのピッチを０.４λ〜０.６λとしてもよい。
【００３６】
本発明の第１乃至第３の特徴において、前記アレイ素子は、水平方向から見ても垂直方向から見ても同じ構造及び同じ大きさとなるように構成されていてもよい。
【００３７】
本発明の第１乃至第３の特徴において、前記地板は、水平方向から見ても垂直方向から見ても同じ構造及び同じ大きさとなるように構成されていてもよい。
【００３８】
かかる特徴によれば、任意の偏波及び角度からの入射波に対しても、反射波の影響を同様に出すことができる。
【００３９】
本発明の第４の特徴は、複数のアレイ素子と、地板とによって構成されるリフレクトアレイであって、前記アレイ素子は、水平方向のロッド及び垂直方向のロッドを有するクロスダイポールによって構成されており、垂直偏波の入射方向及び水平偏波の入射方向がそれぞれ異なる場合に、該垂直偏波の入射に対しては各垂直方向のロッドが動作し、各垂直方向のロッドの電流分布の位相によって決まる方向に散乱波が放射し、該水平偏波に対しては各水平方向のロッドが動作し、各水平方向のロッドの電流分布の位相によって決まる方向に散乱波が放射することによって、該垂直偏波の散乱波の放射方向と該水平偏波の散乱波の放射方向とをそれぞれ独立に決定することができるように構成されていることを要旨とする。
【００４０】
本発明の第４の特徴において、前記水平方向のロッドの動作周波数と前記垂直方向のロッドの動作周波数とが異なるように構成されていてもよい。
【００４１】
本発明の第４の特徴において、前記地板は、周波数選択板によって構成されていてもよい。
【００４２】
本発明の第４の特徴において、前記周波数選択板は、ループアレイによって構成されていてもよい。
【００４３】
本発明の第４の特徴において、前記地板は、２周波共用周波数選択板によって構成されていてもよい。
【００４４】
本発明の第４の特徴において、前記地板は、広帯域周波数選択板によって構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００４５】
以上説明したように、本発明によれば、以下の点を実現することができるリフレクトアレイを提供することができる。
【００４６】
（１）反射板から散乱する電波を、所望の周波数では鏡面反射とは異なる所望方向に散乱させ、それ以外の周波数では透過させること。
【００４７】
（２）ＴＥ波入射の場合及びＴＭ波入射のどちらの場合も、リフレクトアレイから散乱する電波を所望方向に反射させること。
【００４８】
（３）どんな方向から来た入射に対しても、リフレクトアレイの散乱方向を傾ける機能が働くこと、
（４）（２）及び（３）の機能を有する散乱が所望の周波数において起こり、それ以外の周波数では電波が透過すること。
【００４９】
また、本発明によれば、以下の点を実現することができるリフレクトアレイを提供することができる。
【００５０】
（５）水平偏波及び垂直偏波という２つの異なる偏波による独立した入射に対してそれぞれ独立に異なる方向へ放射方向を制御すること。
【００５１】
（６）複数の異なる周波数で入射する水平偏波及び垂直偏波に対して、それぞれ独立に異なる方向へ放射方向を制御すること。
【００５２】
また、（５）及び（６）の機能を用いて、偏波共用ＭＩＭＯによる容量増加及び偏波ダイバーシチを用いたシステムに、本発明に係るリフレクトアレイを適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】従来のマイクロストリップリフレクトアレイを示す図である。
【図２】図１に示す従来のリフレクトアレイのアレイ素子のサイズと位相との関係を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る周波数選択型リフレクトアレイを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る周波数選択型リフレクトアレイを示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るリフレクトアレイを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るリフレクトアレイに配置された方形ループＦＳＳにおける反射係数及び透過係数の特性を説明するための図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るリフレクトアレイに配置された方形ループＦＳＳにおける反射係数及び透過係数の特性を説明するための図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るリフレクトアレイに配置された方形ループＦＳＳにおける反射係数及び透過係数の特性を説明するための図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るリフレクトアレイに配置された２４ＧＨｚのクロスダイポールの長さに対する反射係数の変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係るリフレクトアレイにおいて、地板が金属平板である場合におけるクロスダイポールの反射波の位相の変化、及び、地板が方形ループＦＳＳである場合におけるクロスダイポールの反射波の位相の変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係るマイクロストリップリフレクトアレイの構造を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係るリフレクトアレイにおけるクロスダイポールの長さ及び幅を示す表である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る周波数選択型リフレクトアレイにおけるクロスダイポールの放射パターン（ＸＺ面）を示す図である。
【図１４】従来の金属平板を地板としたリフレクトアレイにおける所望方向（３５°方向）の利得と、本発明の第１の実施形態に係るリフレクトアレイにおける所望方向（３５°方向）の利得とを比較するためのグラフである。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係るリフレクトアレイを示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係るリフレクトアレイにおけるクロスダイポールの長さ及び幅を示す表である。
【図１７】本発明の第２の実施形態に係る周波数選択型リフレクトアレイにおけるクロスダイポールの放射パターンを示す図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態に係るリフレクトアレイを示す図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態に係るリフレクトアレイにおけるクロスダイポールの長さ及び幅を示す表である。
【図２０】本発明の第３の実施形態に係る周波数選択型リフレクトアレイにおけるクロスダイポールの放射パターンを示す図である。
【図２１】本発明の第４の実施形態に係るリフレクトアレイを示す図である。
【図２２】本発明の第４の実施形態に係るリフレクトアレイにおけるクロスダイポールの長さ及び幅を示す表である。
【図２３】本発明の第４の実施形態に係る周波数選択型リフレクトアレイにおけるクロスダイポールの放射パターンを示す図である。
【図２４】本発明の第５の実施形態に係るリフレクトアレイを示す図である。
【図２５】本発明の第５の実施形態に係るリフレクトアレイにおける設計条件を示す図である。
【図２６】本発明の第５の実施形態に係るリフレクトアレイの素子番号を示す図である。
【図２７】本発明の第５の実施形態に係るリフレクトアレイの各素子の長さの一例を示す図である。
【図２８】本発明の第５の実施形態に係るリフレクトアレイにおいて、クロスダイポールの長さを横軸に取り、リフレクションフェーズ（反射波の位相）の値を縦軸に取ったグラフである。
【図２９】本発明の第５の実施形態に係るリフレクトアレイの設計パラメータについて説明するための図である。
【図３０】本発明の第５の実施形態に係るリフレクトアレイにおいて、Ｘ軸方向の偏波で角度（θｉ１，φｉ１）＝（２０°，−９０°）から入射するときのリフレクトアレイからの遠方散乱界について示す図である。
【図３１】本発明の第５の実施形態に係るリフレクトアレイにおいて、Ｙ軸方向の偏波で角度θｉ２，Φｉ２）＝（３０°，−１８０°）から入射するときのリフレクトアレイからの遠方散乱界について示す図である。
【図３２】本発明の第５の実施形態に係るリフレクトアレイの裏面の構造を示す図である。
【図３３】本発明の第５の実施形態に係るリフレクトアレイにおける透過係数について示す図である。
【図３４】本発明の第７の実施形態に係るリフレクトアレイを示す図である。
【図３５】本発明の第７の実施形態に係るリフレクトアレイにおける設計条件を示す図である。
【図３６】本発明の第７の実施形態に係るリフレクトアレイにおいて、クロスダイポールの長さを横軸に取り、リフレクションフェーズ（反射波の位相）の値を縦軸に取ったグラフである。
【図３７】本発明の第７の実施形態に係るリフレクトアレイにおける遠方散乱界について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳しく説明する。
【００５５】
（本発明の第１の実施形態）
図３乃至図５に、本発明の第１の実施形態に係る周波数選択型リフレクトアレイを示す。本実施形態に係る周波数選択型リフレクトアレイでは、誘電体基板上において、図３及び図５に示すように、表面にクロスダイポールのアレイ素子が配置されており、図４及び図５に示すように、裏面にループのアレイ素子が配置されている。
【００５６】
ここで、図３乃至図５に示す周波数選択型リフレクトアレイでは、表面のクロスダイポールは、反射波の位相差が所望の放射方向に揃うように長さを変えている。
【００５７】
また、かかる周波数選択型リフレクトアレイでは、裏面のループは、誘電体基板の誘電率及びループ幅を考慮した電磁界シミュレーションを行って、反射係数が０ｄＢとなる長さにしており、動作周波数の約１波長である。
【００５８】
まず、地板として動作させるために裏面に配置された方形ループの周波数選択性について説明する。図６及び図７は、方形ループの上面（Ｚ軸の正の方向）から平面波を与えた場合の解析モデルについて示す図であり、図８は、反射係数及び透過係数の特性を表すグラフである。
【００５９】
ここで、方形ループの構造は、周長１２ｍｍ、基板の厚さは１.５ｍｍｔ、方形ループ間のピッチＤ＝７ｍｍとした。解析には、周期境界条件を用いており、方形ループが無限周期となることを想定している。
【００６０】
図８から分かるように、反射係数は、２４ＧＨｚにおいて０ｄＢとなり、全反射となる。これに対して、他の周波数では、透過係数が０ｄＢに近づいている。すなわち、方形ループの周期構造に周波数選択性があることが確認できる。
【００６１】
次に、図６及び図７に示す方形ループの上面にクロスダイポールを設置したときの反射係数について調べる。
【００６２】
図９は、方形ループの上面にクロスダイポールを設置したときの解析モデル及び反射係数のグラフを示す。
【００６３】
具体的には、図９は、反射板の法線方向から入射波を与えた場合、進行方向に直交する面上の電界の向きを変えてＴＭ波を２０°度傾けて入射した場合、進行方向に直交する面上の電界の向きを変えてＴＭ波を２０°度傾けて入射した場合のそれぞれについての反射係数を、クロスダイポールの長さを変化させて示している。
【００６４】
０.５ｍｍ（０.０４λａｔ２４ＧＨｚ）から６.５ｍｍ（０.５２λａｔ２４ＧＨｚ）までクロスダイポールの長さを変化させたときの反射係数の変化量は、たかだか２ｄＢ以下であり、反射係数が周期構造方形ループに対して周波数選択性を持つのに比べて小さいと考えられる。
【００６５】
これは、本実施形態に係る周波数選択型リフレクトアレイの裏面に方形ループを配置し、表面にクロスダイポールを配置した構造の選択周波数は、裏面の方形ループの形状及び大きさで、ほぼ決定できることを表している。
【００６６】
なお、ここで、クロスダイポールは、Ｘ方向及びＹ方向に対して同じ長さで、対称構造をなしている。したがって、ＴＥ入射の場合もＴＭ入射の場合も法線方向から入射される場合の反射係数の値は、ほぼ同じになる。
【００６７】
次に、本実施形態に係る周波数選択型リフレクトアレイのクロスダイポールの長さを、図９のときと同様に、０.５ｍｍ（０.０４λａｔ２４ＧＨｚ）から６.５ｍｍ（０.５２λａｔ２４ＧＨｚ）まで変化させたときの位相の変化について図１０に示す。このときに用いられたクロスダイポールの長さ及び幅は、図１１の通りである。
【００６８】
図１０において、実線は、方形ループを地板とした場合におけるクロスダイポールの反射位相の変化を示し、破線は、比較のため、地板を金属平板とした場合におけるクロスダイポールの反射位相の変化を示している。
【００６９】
図１０から、クロスダイポールの長さを変えることにより反射波の位相を変えられることが分かる。図９及び図１０から、かかる反射板は、ループの周長で選択周波数を決定し、クロスダイポールの長さで反射波の位相を変えることが可能であることが分かる。
【００７０】
次に、かかる反射板を用いて所望方向に反射波を向ける方法について説明する。リフレクアレイの設計技術とは、所望方向にビームを向けるために、必要となる位相差で、入射波を散乱させるように（反射させるように）、各アレイ素子を設計することである。
【００７１】
この手法について説明するために、図１１に、標準的なプリントアレーを素子としたリフレクトアレイの原理を示す。所望方向へ位相をそろえるためのアレイ開口分布条件を（式１）に示す。
【数１】
2010226695.tif 000003
【００７２】
ここで、（式１）において、Ｒｍｎは、波源からｍｎ番目の素子までの距離であり、Φｍｎは、ｍｎ番目の素子からの散乱界の位相であり、
【数２】
2010226695.tif 000004
【００７３】
は、アレイ中心からｍｎ番目の素子までの位置ベクトルであり、
【数３】
2010226695.tif 000005
【００７４】
は、リフレクトアレイのメインビームの方向に対する単位ベクトルである。
【００７５】
従来のマイクロストリップリフレクトアレイでは、地板が金属平板であるのに対して、本発明の第１の実施形態に係るマイクロストリップリフレクトアレイでは、地板が周期構造のループで構成されているが、設計方法は同様である。
【００７６】
マイクロストリップリフレクトアレイの設計では、一般に、要求された位相を得るために、反射素子の形や大きさを変化させる。
【００７７】
本発明の第１の実施形態では、図１０に示す位相及びクロスダイポールの素子の長さのグラフから、（式１）を満たす長さをそれぞれ決めている。
【００７８】
図３乃至図５に示す本実施形態に係るリフレクトアレイの例では、２４ＧＨzで、Ｘ軸の方向に３５°傾けて散乱させるよう設計している。図１０に対応させて求めた図３における＃１から＃１５までのクロスダイポールの長さを図１２に示す。
【００７９】
次に、本発明の効果を見るために、図１３に、本実施形態に係るリフレクトアレイにおけるクロスダイポールの遠方散乱界を示す。
【００８０】
ここで、波源が、（θｉ，φｉ）＝（２０°，−９０°）から来ると仮定しているが、本発明の場合は、４０°以下でビームを曲げる場合は、波源は、どこからきても構わない。本発明の場合は、クロスダイポールを採用しているため、波源は、ＴＭ波でもＴＥ波のどちらでも構わない。
【００８１】
図１３（ａ）は、ＴＭ波入射の場合の放射パターンを示し、図１３（ｂ）は、ＴＥ波入射の場合の放射パターンを示す。どちらの場合も、所望方向の３５°に放射されていることが分かる。
【００８２】
次に、本実施形態における周波数選択性に対する効果について、図１４を用いて説明する。
【００８３】
図１４（ａ）は、ＴＭ波入射のときの３５°方向の利得を示し、図１４（ｂ）は、ＴＥ波入射のときの３５°方向の利得を示す。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）では、従来の金属平板を地板とした場合の３５°方向の利得を破線で示し、本発明に係る周波数選択型方形ループを地板とした場合の３５°方向の利得を実線で示す。
【００８４】
ここで、利得は、メインビーム方向の電界の大きさを、全ての方向の放射の大きさを平均と比較して表している。図１４から、方形ループを地板とした場合は、設計周波数２４ＧＨｚ以下の周波数でレベルが小さくなっており、周波数選択性があることが確認できる。
【００８５】
（本発明の第２の実施形態）
図１５に、本発明の第２の実施形態に係るリフレクトアレイの一例を示す。
【００８６】
図１５に示すように、本実施形態に係るリフレクトアレイは、表面がクロスダイポールで構成され、裏面がループで構成される偏波共用リフレクトアレイである。本実施形態に係るリフレクトアレイは、Ｙ方向とＸ方向に同じ長さを有するクロスダイポールを用いている。
【００８７】
一般の鏡面反射の場合は、入射波が、（θｉ，φｉ）＝（０°，０°）の場合は、反射波は、（θｓ，φｓ）＝（０°，０°）となる。
【００８８】
これに対して、図１５は、（θｉ，φｉ）＝（０°，０°）、すなわち、図１５に示すＺ軸の正の方向から入射波した波が、どんな偏波に対しても、（θｓ，φｓ）＝（３０°，０°）の方向へ反射するように設計した例を示している。
【００８９】
平面波の電界は、電波の進行方向に垂直な面にのみ存在する。したがって、Ｚ成分を持たず、電界ベクトルは、Ｅｙ成分とＥｘ成分とに分離して考えることができる。
【００９０】
したがって、Ｅｘ成分に平行な波とＥｙ成分に平行な波が、どちらも（θｓ，φｓ）＝（３０°，０°）の方向に放射すれば、（θｉ，φｉ）＝（０°，０°）から入射する波は、どんな偏波の場合も、（θｓ，φｓ）＝（−３０°，０°）の方向に放射する。
【００９１】
図１５に示す上面のクロスダイポールは、これを実現するため、Ｘ方向もＹ方向も同じ長さとされている。
【００９２】
図１６に、本実施形態に係るリフレクトアレイにおけるクロスダイポールの長さを示す。ここで、図１６における番号は、図１５における番号と対応している。本実施形態に係るリフレクトアレイでは、Ｙ軸方向の構造は、全て対称である。これは、入射がＺ軸方向でビームをＸＺ平面において制御することによる。
【００９３】
図１７に、本実施形態に係るリフレクトアレイにおけるクロスダイポールの遠方界を示す。
【００９４】
図１７（ａ）に示すＥｘ偏波の場合も、図１７（ｂ）に示すＥｙ編波の場合も、メインビームは、θ＝−３０°と所望方向を向いていることが確認できる。なお、裏面のループは、本発明の第１の実施形態に係るリフレクトアレイと同様に、周波数選択性を有する。
【００９５】
（本発明の第３の実施形態）
図１８に、本発明の第３の実施形態に係るリフレクトアレイの一例を示す。
【００９６】
本実施形態に係るリフレクトアレイは、地板を金属とし、素子をクロスダイポールとすることによって、進行方向に鉛直な面上のどんな偏波に対しても反射波を所望方向に曲げる例を示している。
【００９７】
図１８（ａ）は、本実施形態に係るリフレクトアレイの表面を示し、図１８（ｂ）は、本実施形態に係るリフレクトアレイの裏面を示す。
【００９８】
本実施形態に係るリフレクトアレイの表面の表面は、クロスダイポールによって構成されており、本実施形態に係るリフレクトアレイの裏面は、金属平板によって構成されている。
【００９９】
本実施形態に係るリフレクトアレイでは、２４ＧＨｚにおいて、入射波の方向を（θｉ，φｉ）＝（２０°，−９０°）と設計し、反射波の方向を（θｓ，φｓ）＝（３５°，１８０°）と設定した。
【０１００】
図１９に、本実施形態に係るリフレクトアレイの各素子の設計値を示す。また、図２０に、本実施形態に係るリフレクトアレイにおけるクロスダイポールの遠方界を示す。
【０１０１】
図２０によれば、ＴＭ波入射のときのＥφ成分及びＴＥ波入射のときのＥθ成分も共に、所望の３５°方向に反射していることが分かる。
【０１０２】
（本発明の第４の実施形態）
図２１に、本発明の第４の実施形態に係るリフレクトアレイの一例を示す。
【０１０３】
図２１は、素子数を増やして反射板のサイズを大きくした場合の例である。設計は、入射波の方向を（θｉ，φｉ）＝（２０°，−９０°）とし、反射波の方向を（θｓ，φｓ）＝（３０°，１８０°）とした。
【０１０４】
図２２に、本実施形態に係るリフレクトアレイの各素子の設計値を示す。また、図２３に、本実施形態に係るリフレクトアレイにおけるクロスダイポールの遠方界を示す。
【０１０５】
図２３によれば、ＴＭ波入射のときもＴＥ波入射のときも共に、所望の３０°方向に反射していることが分かる。
【０１０６】
（本発明の第５の実施形態）
図２４に、本発明の第５の実施形態に係るリフレクトアレイの構造を示す。
【０１０７】
図２４は、本実施形態に係る偏波独立クロスダイポールリフレクトアレイを、素子の側から見た上面図である。
【０１０８】
ここで、座標を、図２４に示すように、平面に沿ってＸ軸Ｙ軸とし、平面に直交する方向をＺ軸と置いている。
【０１０９】
本実施形態では、図２５に示すように、設計条件を定めた。すなわち、Ｘ軸方向の偏波に対しては入射角（θｉ１，Φｉ１）＝（２０°，−９０°）とし、Ｙ軸方向の偏波に対しては入射角（θｉ２，Φｉ２）＝（３０°，−１８０°）となるように、それぞれ異なる方向からの入射を仮定したとき、Ｘ軸方向の偏波に対しては反射角（θｒ１，Φｒ１）＝（４０°，０°）とし、Ｙ軸方向の偏波に対しては反射角（θｒ２，Φｒ２）＝（０°，０°）となるように、それぞれ異なる方向に散乱波が放射するように設計している。ここで、周波数は、１２ＧＨｚとした。
【０１１０】
図２６に、本実施形態に係るリフレクトアレイの素子番号を示す。また、図２７に、各素子の長さの一覧を示す。
【０１１１】
次に、各素子のＸ方向及びＹ方向の長さの決め方について述べる。
【０１１２】
図２８に、クロスダイポールの長さを横軸に取り、リフレクションフェーズ（反射波の位相）の値を縦軸に取ったグラフを示す。
【０１１３】
図２８において、破線は、地板を金属板とした場合の例を示し、実線は、地板を周波数選択板とした場合の例を示す。
【０１１４】
地板の違いにより、長さに対するリフレクションフェーズの傾きは異なるが、どちらの場合もクロスダイポールの長さを、０ｍｍから１４ｍｍと変えることにより、リフレクションフェーズの値を、約５０°から-２５０°まで変化させることができることが分かる。
【０１１５】
ここで、クロスダイポールは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両偏波に対して対称であるから、どちらの偏波の場合も、図２８を用いることができる。
【０１１６】
図２８より、アレーアンテナの理論から、放射方向は、反射位相を用いて制御することができる。すなわち、各パラメータを、図２９のように表すとき、アレイ素子の位相αｍｎは、（式２）によって表現される。
【数４】
2010226695.tif 000006
【０１１７】
図２７に示すパラメータは、図２８に基づいて、裏面が方形ループの場合のときの長さを決めたものである。
【０１１８】
次に、設計したリフレクトアレイの特性について示す。
【０１１９】
図３０に、Ｘ軸方向の偏波で角度（θｉ１，Φｉ１）＝（２０°，−９０°）から入射するときのリフレクトアレイからの遠方散乱界について示す。
【０１２０】
図３０において、実線は、電界のＥθ成分を表し、破線は、ＥΦ成分を表している。図３０の場合の散乱波は、Ｅθ成分が支配的であり、所望の角度（θｒ１，Φｒ１）＝（４０°，０°）の方向に放射している様子が分かる。
【０１２１】
次に、図３１に、Ｙ軸方向の偏波で角度θｉ２，Φｉ２）＝（３０°，−１８０°）から入射するときのリフレクトアレイからの遠方散乱界について示す。
【０１２２】
図３１において、実線は、電界のＥΦ成分を表し、破線は、電界のＥθ成分を表している。図３１の場合の散乱波は、ＥΦ成分が支配的であり、所望の角度（θｒ２，Φｒ２）＝（０°，０°）の方向に放射している様子がわかる。
【０１２３】
以上示したように、本実施形態では、２つの偏波に対する独立した入射方向に対して、それぞれ異なる独立した反射方向に散乱波を制御して向けることができることが分かる。
【０１２４】
図３２に、本実施形態に係るリフレクトアレイの裏面の構造を示す。図３２に示すように、本実施形態に係るリフレクトアレイの裏面は、周囲長が約１λの方形ループのアレイで構成されている。
【０１２５】
次に、図３３に、本実施形態に係るリフレクトアレイにおける透過係数について示す。
【０１２６】
図３３は、本実施形態に係るリフレクトアレイにおける透過係数及び金属反射板における透過係数の周波数特性を比較して示している。ここで、実線Ａは、シミュレーションの値であり、実線Ｂは、測定値である。
【０１２７】
図３３に示すように、金属反射板の場合は、いずれの周波数の場合も、透過係数の値が低いのに対して、本実施形態に係るリフレクトアレイの場合は、設計周波数の１２ＧＨｚ付近では、透過係数の値が低くなるのに対して、他の周波数では透過係数の値が大きくなっている。
【０１２８】
すなわち、本実施形態に係るリフレクトアレイは、使用周波数以外の帯域では、金属反射板に比べて電波を通しやすいことが分かる。
【０１２９】
（本発明の第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態に係るリフレクトアレイでは、水平方向及び垂直方向の２つの素子長を、周波数を変えて、（式２）式から決定することができる。
【０１３０】
（本発明の第７の実施形態）
図３４乃至図３７を参照して、本発明の第７の実施形態に係るリフレクトアレイについて説明する。
【０１３１】
本実施形態に係るリフレクトアレイは、水平方向の素子を用いて第１の周波数ｆ１における散乱波の向きを制御し、垂直方向の素子を用いて第２の周波数ｆ２における散乱波の向きを制御することができる。
【０１３２】
図３４に、２周波共用偏波独立制御のための１２×６素子のクロスダイポールアレイについて示す。ここで、水平素子が、水平偏波の入射波に対して動作し、垂直素子が、垂直偏波の入射波に対して動作する。
【０１３３】
図３５に、かかるクロスダイポールアレイの設計条件を示す。水平方向の素子を用いる場合は、動作周波数を６ＧＨｚとし、垂直方向の素子を用いる場合は、動作周波数を１２ＧＨｚとした、
設計条件として、６ＧＨｚにおいては、球面座標のφが０°で一定となるＸＺ面において反射方向を３０°ステアリングし、１２ＧＨｚにおいては、球面座標のφが９０°で一定となるＹＺ面において反射方向を３０°ステアリングすることとする。
【０１３４】
かかる設計条件を満たすリフレクトアレイの素子を設計するために、無限周期構造のクロスダイポールアレイに平面波が入射したときの反射波の位相を求めた。ただし、素子間隔を１４ｍｍとした。
【０１３５】
図３６に、６ＧＨｚ及び１２ＧＨｚにおけるクロスダイポール（素子）の長さと位相との関係を示す。
【０１３６】
１２ＧＨｚのときは、クロスダイポールの長さの変化に応じて、位相が変化するのに対して、６ＧＨｚのときは、クロスダイポールの長さが１３ｍｍから１４ｍｍの狭い範囲で位相が大きく変化しており、２つの周波数で反射波の位相の性質が異なる様子が分かる。
【０１３７】
図３６に示すクロスダイポールの長さと位相との関係を用いて、図３５に示す入射方向及び散乱方向を満たす位相差となる各素子の寸法を求めて、図３４に示すリフレクトアレイを設計した。
【０１３８】
図３７に、本実施形態に係るリフレクトアレイの遠方散乱界を示す。２つの周波数共に、鏡面反射から、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの方向に、ビームを３０°傾けて放射していることが確認できる。
【０１３９】
以上、上述の実施形態を用いて本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。
【符号の説明】
【０１４０】
１…リフレクトアレイ
１０…アレイ素子
２０…地板
【図１】
2010226695.tif 000007
【図２】
2010226695.tif 000008
【図３】
2010226695.tif 000009
【図４】
2010226695.tif 000010
【図５】
2010226695.tif 000011
【図６】
2010226695.tif 000012
【図７】
2010226695.tif 000013
【図８】
2010226695.tif 000014
【図９】
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【図１０】
2010226695.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2010226695.tif 000021
【図１６】
2010226695.tif 000022
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2010226695.tif 000026
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
2010226695.tif 000030
【図２５】
2010226695.tif 000031
【図２６】
2010226695.tif 000032
【図２７】
2010226695.tif 000033
【図２８】
2010226695.tif 000034
【図２９】
2010226695.tif 000035
【図３０】
2010226695.tif 000036
【図３１】
2010226695.tif 000037
【図３２】
2010226695.tif 000038
【図３３】
2010226695.tif 000039
【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
2010226695.tif 000042
【図３７】
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