(57)【要約】【課題】予め定められた周期内で素子の構造を変化させたときの反射波の位相の変化する範囲を大きくし、設計の自由度を高くする。【解決手段】本発明に係るリフレクトアレイは、複数のアレイ素子と地板とによって構成されており、複数のアレイ素子は、散乱波の位相を制御することにより、散乱波の方向を制御するように構成されており、アレイ素子は、メインの素子と、メインの素子に近接する１つ又は複数のサブの素子によって構成されている。【選択図】図４
2011019021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記複数のアレイ素子は、散乱波の位相を制御することにより、該散乱波の方向を制御するように構成されており、
前記アレイ素子は、メインの素子と、該メインの素子に近接する１つ又は複数のサブの素子によって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２】
前記メインの素子は、ダイポール素子であり、
前記サブの素子は、パラシティック素子であ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。
【請求項３】
前記サブの素子の長さは、前記メインの素子の長さの０.６倍乃至０.９５倍の範囲内の長さであることを特徴とする請求項１又は２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。具体的には、本発明は、「電波環境の改善のための反射波の応用」や「ＭＩＭＯ無線通信を利用した伝送容量増加を目的とする独立なパスの確保」や「反射鏡アンテナの反射鏡又は一次放射器」として用いるためのリフレクトアレイにおいて、アレイ素子における散乱波の位相が変化する範囲を広くすることの可能な広帯域リフレクトアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリフレクトアレイの例は、非特許文献１及び非特許文献２に開示されている。
【０００３】
図１は、非特許文献１から引用した従来のリフレクトアレイを構成する素子の構造を示す。図１に示すように、比誘電率εｒの誘電体基板の裏面に金属地板が設けられており、かかる素子は、かかる誘電体基板の表面に設けられた幅ｗ及び長さｌの短冊素子によって構成されている。
【０００４】
図２は、非特許文献１から引用した図１の素子を、横方向に周期Ｄで配列し、縦方向に周期Ｌで配列したときの素子の長さｌに対する反射波の位相（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｐｈａｓｅ）を示すグラフである。
【０００５】
ここで、素子の幅ｗを「１.５ｍｍ」とし、基板の厚さｈを「０.７６ｍｍ」とし、比誘電率εγを「２.５」とし、周期Ｌを「５ｍｍ」とし、周期Ｄを「５ｍｍ」とし、設計周波数ｆを「２４ＧＨｚ」としている。
【０００６】
図２から、素子の長さを「１ｍｍ」から「４.８ｍｍ」まで変化させることにより、反射波の位相の値を「１４０度」から「−１８０度」まで変化できる様子を確認できる。
【０００７】
図２より、素子の長さを「１ｍｍ」より小さくしても、反射波の位相の値の変化が小さくなり、「１４０度」より大きくするのが困難であることが分かる。
【０００８】
また、周期Ｄ及び周期Ｌを共に「５ｍｍ」としているため、素子の長さを「５ｍｍ」以上にすることはできない。このため、図２に示すリフレクトアレイは、かかる周期内で、素子長を変化させたときに、反射波の位相の変化を「−１８０度」から「１８０度」までのように「３６０度」分だけ変化させることが困難であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｄ．Ｐｉｌｚ及びＷ．Ｍｅｎｚｅｌ、「Ｆｕｌｌ  ｗａｖｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ａ  ｐｌａｎａｒ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  ａｎｔｅｎｎａ」、Ｐｒｏｃ．Ａｓｉａ-Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、２２５-２２７頁、１９９７年１２月２-５日
【非特許文献２】Ｆ．Ｖｅｎｎｅｒｉ、Ｇ．Ａｎｇｉｕｌｌｉ及びＤｉ  Ｍａｓｓａ、「Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ  ｒｅｆｌｅｃｔ  ａｒｒａｙ  ｕｓｉｎｇ  ｄａｔａ  ｆｒｏｍ  ｉｓｏｌａｔｅｄ  ｐａｔｃｈ  ａｎａｌｙｓｉｓ」、ＩＥＥＥ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．６、２００２年９月２０日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上示したように、従来のリフレクトアレイでは、予め決められた周期内で構造の寸法を変化させたときの反射波の位相の変化を「１８０度」から「−１８０度」までのように「３６０度」分だけ変化させることが困難であった。
【００１１】
一方、リフレクトアレイは、一般に、図３に定める構造パラメータ及び（式１）を用いて設計される。
【００１２】
【数１】
2011019021.tif 000003
【００１３】
ここで、Ｒｍｎは、波源からｍｎ番目の素子までの距離であり、Φｍｎは、ｍｎ番目の素子からの反射波の位相であり、
【００１４】
【数２】
2011019021.tif 000004
は、リフレクトアレイの中心からｍｎ番目の素子までの位置ベクトルであり、
【００１５】
【数３】
2011019021.tif 000005
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。
【００１６】
各素子の長さは、（式１）で決まる反射波の位相の値から、図２を用いて決定することができる。
【００１７】
したがって、例えば、図２の「１５０度」のように、反射波の位相の値が、どの素子長でも求めることができない場合は、理論に沿った位相となるリフレクトアレイを構成することができないという課題があった。
【００１８】
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、予め定められた周期内で素子の構造を変化させたときの反射波の位相の変化する範囲を大きくし、設計の自由度を高く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。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第１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、前記複数のアレイ素子は、散乱波の位相を制御することにより、該散乱波の方向を制御するように構成されており、前記アレイ素子は、メインの素子と、該メインの素子に近接する１つ又は複数のサブの素子によって構成されていることを要旨とする。
【００２０】
本発明の第１の特徴において、前記メインの素子は、ダイポール素子であり、前記サブの素子は、パラシティック素子であってもよい。
【００２１】
本発明の第１の特徴において、前記サブの素子の長さは、前記メインの素子の長さの０.６倍乃至０.９５倍の範囲内の長さであってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、予め定められた周期内で素子の構造を変化させたときの反射波の位相の変化する範囲を大きくし、設計の自由度を高く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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来のリフレクトアレイを構成する素子の構造を示す図である。
【図２】従来のリフレクトアレイを構成する素子の長さに対する反射波の位相を示すグラフである。
【図３】従来の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４】本発明の第１の実施形態に係るリフレクトアレイを構成する素子の構造を示す図である。
【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構成する素子の長さに対する反射波の位相を示すグラフである。
【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おける反射波の位相の特性を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るリフレクトアレイを構成する素子の長さに対する反射波の位相を示すグラフである。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るリフレクトアレイの構造を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るリフレクトアレイを構成する各素子の寸法を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るリフレクトアレイの遠方散乱界を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（本発明の第１の実施形態）
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るリフレクトアレイを構成する素子（アレイ素子）の形状を示している。
【００２６】
図１に示すように、従来のリフレクトアレイを構成する素子が、１つの短冊素子（ダイポール素子）によって構成されていたのに対して、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、本実施形態に係るリフレクトアレイを構成する素子では、メインの素子である短冊素子（ダイポール素子）１の両側に、サブの素子である無給電素子２を近接させている。
【００２７】
ここで、本実施形態に係るリフレクトアレイは、複数のアレイ素子と地板とによって構成されており、複数のアレイ素子は、散乱波（反射波）の位相を制御することにより、かかる散乱波の方向を制御するように構成されている。
【００２８】
なお、サブの素子である無給電素子２は、１つであってもよいし、複数であってもよい。また、サブの素子である無給電素子２は、パラシティック（Ｐａｒａｓｉｔｉｃ）素子（或いは、無給電素子）であってもよい。
【００２９】
一般に、半波長程度のダイポール素子に、かかるダイポール素子よりもやや短い素子を近接させると、八木宇田アンテナのように、近接させた素子に電流が誘導され、広帯域特性や二共振特性が得られることが知られており、反射位相の特性も変化する。
【００３０】
図５に、リフレクトアレイを構成するダイポール素子の長さｌｍに対する反射波の位相を示す。
【００３１】
ここで、ダイポール素子の幅ｗを「１.５ｍｍ」とし、比誘電率εγを「２.５」とし、周期Ｌを「５ｍｍ」とし、周期Ｄを「５ｍｍ」とし、設計周波数ｆを「２４ＧＨｚ」としている。
【００３２】
また、無給電素子２の長さは、ダイポール素子１の長さｌｍの０.８５倍とする。なお、無給電素子２の長さは、ダイポール素子１の長さｌｍの０.６倍乃至０.９５倍の範囲内の長さであってもよい。
【００３３】
図５において、線Ｃ及び線Ｄは、本実施形態に係るリフレクトアレイの結果について示しており、線Ａ及び線Ｂは、比較のために、ダイポール素子に無給電素子を近接させていないケースの計算結果について示している。
【００３４】
ここで、線Ｃは、基板の厚さｈが「０.７６ｍｍ」のケースの特性について示し、線Ｄは、基板の厚さｈが「１.５ｍｍ」のケースの特性について示している。なお、線Ａ及び線Ｂのケースでは、基板の厚さｈを「０.７６ｍｍ」としている。
【００３５】
図５から、ダイポール素子１の長さｌｍが「４.５ｍｍ」以下の部分に着目すると、基板を厚くしたときの反射波の位相の傾きが緩やかになっていることが分かる。
【００３６】
また、従来のダイポール素子だけのケースでは、「４.５ｍｍ」を超えて素子の長さを大きくしても、反射波の位相の値は、ほとんど変化しないのに対して、本実施形態のケースでは、「−３６０度」から「−５４０度」まで「１８０度」以上、反射波の位相の値を変化させることができている。
【００３７】
すなわち、本実施形態に係るリフレクトアレイは、ダイポール素子１の長さｌｍを、「１ｍｍ」から、予め定められた周期である「５ｍｍ」までの範囲で変化させることにより、反射波の位相の変化する範囲を「０度」から「−５４０度」まで大きくとることができる。
【００３８】
反射波の位相の値は、ダイポール素子１の長さｌｍに対する近接する無給電素子２の長さｌｐの比ｒ、及び、ダイポール素子１と無給電素子２との間の距離ｄの値によって変化する。
【００３９】
図６では、横軸をｄとし、縦軸を「ｒ（＝ｌｐ/ｌｍ）」としたときの反射波の位相の値を、等高線で示している。図６において、ダイポール素子１の幅ｗｍは「１.０ｍｍ」であり、無給電素子２の幅ｗｍは「０.５ｍｍ」であり、基板の厚さｈは「０.７６ｍｍ」であり、比誘電率εγは「２.５」であり、設計周波数ｆは「２４ＧＨｚ」である。
【００４０】
本実施形態に係るリフレクトアレイによれば、メインの素子（ダイポール素子１）にサブの素子（無給電素子２）を近接させることによって、アレイ素子における散乱波の位相の変化する範囲を広くすることができる。
【００４１】
（本発明の第２の実施形態）
図７に、本実施形態に係るリフレクトアレイを構成するダイポール素子１の長さｌｍに対する反射波の位相を示す。
【００４２】
図７において、周期Ｌ及び周期Ｄは共に「６０ｍｍ（約０.４１λ）」であり、ダイポール素子１の幅ｗｍは「１２ｍｍ」であり、無給電素子２の幅ｗｍは「６ｍｍ」であり、基板の厚さｈは「１０ｍｍ」であり、比誘電率εｒは「２.５」であり、ダイポール素子１と無給電素子２との間の距離ｄは「３ｍｍ」であり、設計周波数ｆは「２.０５ＧＨｚ」である。
【００４３】
図７から、本実施形態に係るリフレクトアレイのケースも、ダイポール素子１の長さｌｍを「５ｍｍ」から「５５ｍｍ」まで、与えられた周期内で変化させることにより、反射波の位相の変化する範囲を「３６０度」以上とすることができることが分かる。
【００４４】
（本発明の第３の実施形態）
図８乃至図１０を参照して、本発明の第３の実施形態に係るリフレクトアレイについて説明する。
【００４５】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るリフレクトアレイの反射波の位相に基づいて設計した無給電素子２を近接したダイポール素子１を用いたリフレクトアレイである。
【００４６】
ここで、第２の実施形態のケースと同様に、設計周波数ｆを「２.０５ＧＨｚ」としており、（式１）で決まる素子ごとの位相及び図７に示す反射波の位相に基づいて、各素子の長さを決定した。
【００４７】
従来のダイポール素子だけで構成したリフレクトアレイの場合、ダイポール素子１の長さｌｍが、約「３ｍｍ」から約「４.５ｍｍ」までの間で変化する際に、反射波の位相の値が「１８０度」以上変化している。なお、入射方向を（θｉ，φｊ）＝（０°，０°）とし、反射方向を（θｉ，φｊ）＝（６０°，０°）とした。
【００４８】
図９に、各素子の寸法の値を示す。図１０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。
【００４９】
図１０に示すように、入射方向（θｉ，φｊ）＝（０°，０°）から入射された波は、所望の反射方向（θｉ，φｊ）＝（６０°，０°）に放射し、入射方向（θｉ，φｊ）＝（６０°，０°）から入射された波は、所望の反射方向（θｉ，φｊ）＝（０°，０°）に放射し、通信の可逆性が保たれていることが確認できる。
【００５０】
なお、本明細書では、八木宇田アンテナの動作原理に基づく慣例に従って、中央の短冊素子に「ダイポール素子」という名称を使用し、近接している短冊素子に「無給電素子」という名称を使用した。
【００５１】
図１に示すようなリフレクトアレイを「ダイポールアレイ」と呼ぶ論文が多く発表されているが、実際には、かかる素子は、給電されているわけない。
【００５２】
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】
【００５３】
１…ダイポール素子
２…無給電素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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