(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元的に配置された複数個の反射素子を有するリフレクトアレイであって、
前記複数個の反射素子の各々は、
ｘｙ面内に設けられた接地プレートと、
前記接地プレートにビアを介して接続され、前記接地プレートに対して平行に距離を隔てて設けられた第１パッチと、
前記接地プレート及び前記第１パッチ間の距離とは異なる距離を隔てて前記接地プレートに対して平行に設けられた第２パッチと
を有するマッシュルーム構造により形成され、前記第２パッチは、少なくとも前記第１パッチと容量結合する無給電素子であり、
或る反射素子の第１パッチと前記或る反射素子に隣接する別の反射素子の第１パッチとの間の第１ギャップにより第１キャパシタンスが形成され、前記或る反射素子の第２パッチと前記別の反射素子の第２パッチとの間の第２ギャップにより第２キャパシタンスが形成され、
前記第２ギャップは前記第１ギャップの上方又は下方に位置し、
ｘ軸方向又はｙ軸方向に並ぶ複数の所定数の反射素子各々による反射波の反射位相が、実質的に３６０度の範囲にわたって変化するように、前記第１及び第２ギャップがｘ軸方向又はｙ軸方向に沿って徐々に変化している、リフレクトアレイ。
【請求項２】
前記複数個の反射素子のうち所定数個の反射素子が、ある線に沿って並べられ、
前記複数個の反射素子のうち所定数個の別の反射素子が、前記ある線に平行な別の線に沿って並べられ、
前記ある線に沿って並ぶ反射素子の第１パッチと、前記別の線に沿って並ぶ反射素子の第１パッチとの間の隙間が、前記ある線及び別の線に沿って徐々に変化している、請求項１記載のリフレクトアレイ。
【請求項３】
ある線に沿って並べられている所定数個の反射素子のうち、隣接する反射素子の第１パッチ同士の間の隙間が、前記ある線に沿って徐々に変化している、請求項１記載のリフレクトアレイ。
【請求項４】
前記隙間を決める隣接する第１パッチの内の一方の端から、該一方の第１パッチの基準線までの距離が、隣接する他方の第１パッチの端から、該他方の第１パッチの基準線までの距離に等しく、複数の反射素子に対する基準線間の距離が一定に保たれている、請求項３記載のリフレクトアレイ。
【請求項５】
前記ある線に沿って順に並んでいる第１、第２及び第３の反射素子各々の第１パッチは、互いに等しいサイズであり、前記第１及び第２の反射素子の第１パッチ同士の中心間距離は、前記第２及び第３の反射素子の第１パッチ同士の中心間距離と異なる、請求項３記載のリフレクトアレイ。
【請求項６】
前記ある線に沿って隣接している第１及び第２の反射素子の第１パッチ同士の隙間を二分する中心線と、前記ある線に沿って隣接している第２及び第３の反射素子の第１パッチ同士の隙間を二分する中心線との間の距離が、前記ある線に沿って並んでいる複数の反射素子に対して一定に保たれている、請求項３記載のリフレクトアレイ。
【請求項７】
前記ある線に沿って順に並んでいる第１、第２及び第３の反射素子のうち、前記第１及び第２の反射素子の各々から反射される電波の位相差が、前記第２及び第３の反射素子の各々から反射される電波の位相差に等しい、請求項２ないし６の何れか１項に記載のリフレクトアレイ。
【請求項８】
少なくとも前記ある線に沿って並べられた前記複数個の反射素子を含むアレイが、ｘｙ平面内に複数個反復的に並べられている、請求項１ないし７の何れか１項に記載のリフレクトアレイ。
【請求項９】
前記接地プレート、前記第１パッチ及び前記第２パッチに対して平行に距離を隔てて設けられ、無給電素子として機能する１つ以上のパッチをさらに有する、請求項１ないし８の何れか１項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、マッシュルーム構造を有する装置に関連する。このような装置は、電波を特定の方向に反射させるリフレクタだけでなく、電波を送受信する際のアンテナや、特定の周波数を減衰させるフィルタ等にも使用可能である。
【背景技術】
【０００２】
移動通信において、電波の経路に建物等の障害物が存在すると、受信レベルが劣化してしまう。このため、その建物と同程度以上の高所に反射板（リフレクタ）を設け、電波が届きにくい場所に反射波を送る技術がある。反射板により電波を反射する際、垂直面内における電波の入射角が比較的小さかった場合、反射板は電波を所望方向に向けることが困難になってしまう（図１）。一般に、電波の入射角と反射角は等しいからである。この問題に対処するため、地面を覗き込むように反射板を傾斜させることが考えられる。そのようにすると、反射板に対する入射角及び反射角を大きくすることができ、到来波を所望方向に向けることができる。しかしながら、電波を遮るような建物と同程度に高い場所の反射板を、地面側に傾けて設置することは、安全性の観点からは好ましくない。このような観点から、電波の入射角が比較的小さかったとしても、所望方向に反射波を向けることが可能なリフレクタが望まれている。
【０００３】
そのようなリフレクタとして、半波長程度の素子を周期的に並べた構造が存在するが、そのような構造は、かなり大型になってしまう。これに対して、半波長よりも小さな素子を多数並べたリフレクトアレイが近年注目されている。そのようなリフレクトアレイの一例は、マッシュルーム構造を有するリフレクトアレイである。
【０００４】
マッシュルーム構造を用いたリフレクトアレイは、等価回路におけるインダクタンスＬとキャパシタンスＣとを調整して共振周波数を調整することで、反射位相を制御し、電波が反射する方向を制御する。共振周波数を調整する方法としては、ビアの位置をパッチの中心からずらす方法（これについては、非特許文献１参照。）、パッチのサイズを変える方法（これについては、非特許文献２参照。）、バラクタダイオードを用いて電圧を変更する方法（これについては、非特許文献３参照。）等がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】F.  Yang  and  Y.  Rahmat-Samii,  "Polarization  dependent  electromagnetic  band  gap  (PDEBG)  structures:  Design  and  applications,"  Microwave  Opt.  Technol.  Lett.,  Vol.  41,  No.  6,  pp.  439-444,  July  2004
【非特許文献２】K.  Chang,  J.  Ahn,  and  Y.  J.  Yoon,  "Artificial  surface  having  frequency  dependent  reflection  angle,"  ISAP  2008
【非特許文献３】D.  Sievenpiper,  J.  H.  Schaffner,  H.  J.  Song,  R.  Y.  Loo,  and  G.  Tangonan,  "Two-dimensional  beam  steering  using  an  electrically  tunable  impedance  surface,"  IEEE  Trans.  Antennas  Propagat.,  Vol.  51,  No.  10,  pp.  2713-2722,  Oct.  2003
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多数の素子を用いて所望の方向に電波を向けるリフレクトアレイを実現するには、所定の反射位相を与える素子を整列させる必要がある。理想的には、パッチサイズのような何らかの構造パラメータの所定のレンジに対して、反射位相が、−πラジアンから＋πラジアンまでの全範囲（２πラジアン＝３６０度）にわたって変化することが望ましい。
【０００７】
しかしながら、上記の何れの方法を用いたとしても、所与の周波数における反射位相のレンジは広範囲にわたるものではない、という問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、多数のマッシュルーム構造を有する装置に利用可能な構造であって、パッチサイズのような構造パラメータの所定のレンジに対して、反射位相のレンジが広い構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
開示される発明の一形態は、
複数個のマッシュルーム構造を有する装置であって、前記複数個のマッシュルーム構造の各々は、
接地プレートと、
前記接地プレートに対して平行に距離を隔てて設けられた第１パッチと、
前記接地プレートに対して平行に、前記第１パッチに至る距離とは異なる距離を隔てて設けられた第２パッチと
を有し、前記第２パッチは、少なくとも前記第１パッチと容量結合する無給電素子である、装置である。
【発明の効果】
【００１０】
開示される発明によれば、多数のマッシュルーム構造を有する装置に利用可能な構造であって、パッチサイズのような構造パラメータの所定のレンジに対して、反射位相のレンジが広い構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の問題点を説明するための図。
【図２Ａ】本実施例において使用可能なマッシュルーム構造を示す図。
【図２Ｂ】より一般的な多層マッシュルーム構造を示す図。
【図２Ｃ】多層マッシュルーム構造の概念図及び等価回路図。
【図２Ｄ】レイヤ数が異なるマッシュルーム構造の比較例を示す図。
【図３】マッシュルーム構造を二次元的に並べた場合の概略平面図。
【図４】図３の個々のマッシュルーム構造の並び方を説明するための図。
【図５】ｘ軸方向に並んだマッシュルーム構造Ｍ１〜ＭＮに対して、ｚ軸∞方向から電波が到来し、反射される様子を模式的に示す図。
【図６】マッシュルーム構造の等価回路図。
【図７】マッシュルーム構造として従来構造を使用した場合におけるパッチサイズWyと反射位相との関係を示す図。
【図８】本実施例の第１構造に使用されるマッシュルーム構造のパッチサイズWyと反射位相の関係を示す図。
【図９】第１構造を利用したリフレクトアレイの部分断面図。
【図１０】リフレクトアレイにおけるＬ１層、Ｌ２層及びＬ３層の平面図（Ｈ４５）。
【図１１】Ｌ２層におけるＡ部の詳細図（Ｈ４５）。
【図１２】パッチサイズと反射位相の数値例を示す図（Ｈ４５）。
【図１３】マッシュルーム構造に関する数値例を示す図。
【図１４】マッシュルーム構造として従来構造を使用した場合のリフレクトアレイと、本実施例の第１構造を使用した場合のリフレクトアレイとの特性比較例を示す図。
【図１５】本実施例の第１構造によるリフレクトアレイに関する遠方放射界を示す図。
【図１６】本実施例の第１構造によるリフレクトアレイによる反射波の等位相面を示す図。
【図１７】リフレクトアレイにおけるＬ１層、Ｌ２層及びＬ３層の平面図（Ｈ７０）。
【図１８】Ｌ２層におけるＡ部の詳細図（Ｈ７０）。
【図１９】パッチサイズと反射位相の数値例を示す図（Ｈ７０）。
【図２０】第１構造のマッシュルーム構造に関する数値例を示す図。
【図２１】第１構造のマッシュルーム構造に関するシミュレーション結果を示す図。
【図２２】第１構造のマッシュルーム構造に関するシミュレーション結果を示す図。
【図２３】第１構造のマッシュルーム構造に関するシミュレーション結果を示す図。
【図２４】本実施例の第２構造において使用可能なマッシュルーム構造を示す図。
【図２５】ｘ軸方向に並んだマッシュルーム構造Ｍ１〜ＭＮに対して、ｚ軸に沿って電波が到来し、反射される様子を模式的に示す図
【図２６】マッシュルーム構造の等価回路図。
【図２７】様々なパッチ高さについてパッチサイズと反射位相の関係を示す図。
【図２８】本実施例の第２構造を使用したリフレクトアレイの一例を示す図。
【図２９】本実施例の第２構造を使用したリフレクトアレイの別の例を示す図。
【図３０】本実施例の第２構造を使用したリフレクトアレイのさらに別の例を示す図。
【図３１】マッシュルーム構造のキャパシタンスと反射位相の関係を示す図。
【図３２】本実施例の第３構造を示す概念図。
【図３３】第３構造におけるパッチの位置関係示す図。
【図３４Ａ】パッチサイズ及びギャップの別の設定例を示す図。
【図３４Ｂ】パッチの別の並べ方を示す図。
【図３４Ｃ】パッチの別の並べ方を示す図。
【図３４Ｄ】パッチの別の並べ方を示す図。
【図３５】垂直制御用のリフレクトアレイの平面図。
【図３６】第１構造を利用したリフレクトアレイの部分断面図（Ｖ４５）。
【図３７】リフレクトアレイにおけるＬ１層、Ｌ２層及びＬ３層の平面図（Ｖ４５）。
【図３８】Ｌ２層におけるＡ部の詳細図（Ｖ４５）。
【図３９】ｚ軸に対して４５度の方向に電波を反射させるリフレクトアレイにおけるパッチサイズ及びギャップの数値例を示す図。
【図４０】リフレクトアレイにおけるＬ１層、Ｌ２層及びＬ３層の平面図（Ｖ７０）。
【図４１】Ｌ２層におけるＡ部の詳細図（Ｖ７０）。
【図４２】ｚ軸に対して７０度の方向に電波を反射させるリフレクトアレイにおけるパッチサイズ及びギャップの数値例を示す図。
【図４３】パッチ高さが４種類存在するリフレクトアレイの概略斜視図。
【図４４】層構造を示す断面図。
【図４５Ａ】Ｌ１層ないしＬ５層における導電層の位置を示す図。
【図４５Ｂ】改良された第２構造を用いて垂直制御を行う場合の構造を示す図。
【図４６Ａ】Ｌ１層におけるパッチサイズを示す図（Ｖ４５）。
【図４６Ｂ】第１構造の変形例を示す図。
【図４６Ｃ】第２構造の変形例を示す図。
【図４６Ｄ】第３構造の変形例を示す図。
【図４６Ｅ】パッチサイズを変化させた場合の変形例を示す図。
【図４７】アレイ内の複数の領域を示す図。
【図４８】第１構造と第２構造を組み合わせた構造を示す図。
【図４９Ａ】第１構造と第３構造を組み合わせた構造を示す図。
【図４９Ｂ】第１構造と第２構造を組み合わせた構造を示す図（ビアなし）。
【図４９Ｃ】第２構造と第３構造を組み合わせた構造を示す図（ビアなし）。
【図５０】第２構造と第３構造とを組み合わせた構造を示す図。
【図５１】基板厚０．１ｍｍの場合におけるパッチサイズ及び反射位相の関係を示す図。
【図５２】基板厚０．２ｍｍの場合におけるパッチサイズ及び反射位相の関係を示す図。
【図５３】基板厚１．６ｍｍの場合におけるパッチサイズ及び反射位相の関係を示す図。
【図５４】基板厚２．４ｍｍの場合におけるパッチサイズ及び反射位相の関係を示す図。
【図５５】様々な基板厚についてパッチサイズと反射位相の関係を示す図。
【図５６】様々な基板厚についてパッチサイズと反射位相の関係を示す図。
【図５７】第３構造のシミュレーションモデルを示す図。
【図５８】第２及び第３構造を組み合わせたリフレクトアレイの平面図を示す図（その１）。
【図５９】図５８のリフレクトアレイに使用されている素子に対する数値例を示す図（Ｈ４５）。
【図６０】ｘ軸方向に並ぶ各素子の反射位相を示す図。
【図６１】図５８のリフレクトアレイのシミュレーションモデルを示す図。
【図６２】様々な基板厚についてパッチサイズと反射位相の関係を示す図
【図６３】図５８のリフレクトアレイに関する遠方放射界を示す図（Ｈ４５）。
【図６４】図５８のリフレクトアレイによる反射波の等位相面を示す図（Ｈ４５）。
【図６５】第２構造の領域と第３構造の領域とを含むリフレクトアレイの層構造を示す図。
【図６６】Ｌ１層及びＬ２層を概略的に示す平面図。
【図６７】Ｌ３層、Ｌ４層及びＬ５層を概略的に示す平面図。
【図６８】Ｌ１層において「Ａ部」として示されている領域を詳細に示す図。
【図６９】Ｌ１層において「Ａ部」及び「Ａ'部」として示されている領域を詳細に示す図。
【図７０】Ｌ２層において「Ｂ部」及び「Ｂ'部」として示されている領域を詳細に示す図。
【図７１】Ｌ３層において「Ｃ部」として示されている領域を詳細に示す図。
【図７２】Ｌ４層において「Ｄ部」として示されている領域を詳細に示す図。
【図７３】Ｌ５層において「Ｅ部」として示されている領域を詳細に示す図。
【図７４】第２及び第３構造を組み合わせたリフレクトアレイの平面図を示す図（その２）。
【図７５】図７４のリフレクトアレイに使用されている素子に対する数値例を示す図（Ｈ４５）。
【図７６】様々な基板厚についてパッチサイズと反射位相の関係を示す図。
【図７７】図７４のリフレクトアレイに関する遠方放射界を示す図（Ｈ４５）。
【図７８】図７４のリフレクトアレイによる反射波の等位相面を示す図（Ｈ４５）。
【図７９】第２構造の領域と第３構造の領域とを含むリフレクトアレイの層構造を示す図。
【図８０】Ｌ１層及びＬ２層を概略的に示す平面図。
【図８１】Ｌ３層、Ｌ４層及びＬ５層を概略的に示す平面図。
【図８２】Ｌ１層において「Ａ部」として示されている領域を詳細に示す図。
【図８３】Ｌ１層において「Ａ部」及び「Ａ'部」として示されている領域を詳細に示す図。
【図８４】Ｌ２層において「Ｂ部」及び「Ｂ'部」として示されている領域を詳細に示す図。
【図８５】Ｌ３層において「Ｃ部」として示されている領域を詳細に示す図。
【図８６】Ｌ４層において「Ｄ部」として示されている領域を詳細に示す図。
【図８７】Ｌ５層において「Ｅ部」として示されている領域を詳細に示す図。
【図８８】パッチ高さが４種類存在する第２構造とパッチの重なりを許容する第３構造とを有するリフレクトアレイの概略斜視図（Ｖ４５）。
【図８９】層構造を示す断面図。
【図９０】Ｌ１層ないしＬ５層における導電層の位置を示す図。
【図９１】Ｌ１層におけるパッチサイズを示す図（Ｖ４５）。
【図９２】図８８のリフレクトアレイに関する遠方放射界を示す図（Ｖ４５）。
【図９３】改良された第２構造の領域と第３構造の領域とを含むリフレクトアレイの層構造を示す図。
【図９４Ａ】図９３に示すＬ１層の平面図。
【図９４Ｂ】図９４Ａに示すＬ１層の「Ａ部」を詳細に示す図。
【図９５Ａ】図９３に示すＬ２層の平面図。
【図９５Ｂ】図９５Ａに示すＬ２層の「Ｂ部」を詳細に示す図。
【図９６Ａ】図９３に示すＬ３層の平面図。
【図９６Ｂ】図９６Ａに示すＬ３層の「Ｃ部」を詳細に示す図。
【図９７Ａ】図９３に示すＬ４層の平面図。
【図９７Ｂ】図９７Ａに示すＬ４層の「Ｄ部」を詳細に示す図。
【図９８Ａ】図９３に示すＬ５層の平面図。
【図９８Ｂ】図９８Ａに示すＬ５層の「Ｅ部」を詳細に示す図。
【図９９Ａ】シミュレーションに使用された垂直制御を行うための構造（パッチはビアに対して非対称）を示す図。
【図９９Ｂ】シミュレーションに使用された垂直制御を行うための構造（パッチはビアに対して対称）を示す図。
【図９９Ｃ】２つの構造各々の遠方放射界のシミュレーション結果を示す図。
【図１００Ａ】第２構造を含む構造により垂直制御を行う構造を示す図。
【図１００Ｂ】第２構造を含む構造により水平制御を行う構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の観点から、本発明を説明する。
【００１３】
１．概  要
２．第１構造
２．１  マッシュルーム構造
２．２  リフレクトアレイ
２．２．１  反射角４５度のリフレクトアレイ
２．２．２  反射角７０度のリフレクトアレイ
２．３  第１パッチ及び第２パッチの相互関係
２．４  より一般的な多層マッシュルーム構造
３．第２構造
４．第３構造
５．変形例
５．１  パッチ配列
５．２  垂直制御
５．３  第１構造を利用した場合（反射角４５度）
５．４  第１構造を利用した場合（反射角７０度）
５．５  第２構造を利用した場合（反射角４５度）
５．６  改良された第２構造による垂直制御
５．７  ビアなし構造
６．製造方法
７．組み合わせ構造
７．１  組み合わせ方
７．２  第２構造と第３構造の組み合わせ
７．３  水平制御４５度（その１）
７．４  水平制御４５度（その２）
７．５  垂直制御４５度
７．６  改良された第２構造と第３構造の組み合わせ
【実施例１】
【００１４】
＜１．概要＞
リフレクトアレイの反射位相は、共振周波数において０になり、共振周波数は等価回路におけるインダクタンスＬ及びキャパシタンスＣにより調整できる。したがって、所与の周波数における反射位相は、インダクタンスＬ及び／又はキャパシタンスＣを調整することで制御できる。後述の実施例による第１構造は、キャパシタンスに着目している。
【００１５】
第１構造によるリフレクトアレイは、１つの地板（接地プレート）と、該地板に配列された複数のマッシュルーム構造と、該マッシュルーム構造の上に配列された無給電アレイによって形成される。無給電アレイの働きにより、マッシュルーム構造を近似する並列共振モデルのキャパシタンスの値を例えば２倍にすることができる。すなわち、隣接するマッシュルーム構造間のギャップ（第１パッチ同士の隙間）によるキャパシタンスに加えて、第２パッチ同士の隙間に生じるキャパシタンスにより、全体のキャパシタンスを増やすことができる。キャパシタンスは、隣接する第１パッチ同士の隙間及び／又は隣接する第２パッチ同士の隙間のサイズを変えることにより制御できる。したがって、第１及び第２パッチのサイズ（すなわち、ギャップのサイズ）を変化させることで、キャパシタンスを制御できる範囲が広くなり、ひいては反射位相が変化する範囲を広くすることができる。
【００１６】
後述の実施例による第２構造は、インダクタンスに着目している。マッシュルーム構造のインダクタンスＬは、接地プレートからパッチまでの距離（ビアホールの長さ）ｔに近似的に比例する。したがって、接地プレート及びパッチ間の距離が異なるマッシュルーム構造は、反射位相に対しても異なる動作を行う。接地プレート及びパッチ間の距離ｔが異なるマッシュルームを組み合わせることで、ある距離又は厚みの場合には実現できなかった反射位相を実現できるようになる。
【００１７】
後述の実施例による第３構造は、第１構造と同様にキャパシタンスに着目しているが、第１構造とは異なり、複数のパッチが並列には配置されていない。その代わり、より大きなキャパシタンスを得るため、隣接するマッシュルーム構造のパッチ同士は、同一平面内で隙間を空けるだけでなく、互いに異なる平面に存在することが許容される（距離を隔てて重なることが許容される）。これにより、製造限界等に起因して実現できなかったキャパシタンスを達成できるようになり、ひいては反射位相のレンジを拡大できる。
【００１８】
＜２．第１構造＞
＜＜２．１  マッシュルーム構造＞＞
図２Ａは、本実施例において使用可能なマッシュルーム構造を示す。図２Ａには２つのマッシュルーム構造が示されている。このようなマッシュルーム構造の素子を多数並べることで、リフレクトアレイを形成することができる。ただし、本発明はリフレクトアレイに限定されず、アンテナやフィルタ等のような他の用途にも使用可能である。
【００１９】
図２Ａには、接地プレート２１、ビアホール２２、第１パッチ２３及び第２パッチ２４が示されている。
【００２０】
接地プレート２１は、多数のマッシュルーム構造に対して共通の電位を供給する導体である。図２ＡにおけるΔｘ及びΔｙは、隣接するマッシュルーム構造におけるビアホール間のｘ軸方向の間隔及びｙ軸方向の間隔に等しい。Δｘ及びΔｙは、マッシュルーム構造１つ分に対応する接地プレート２１のサイズを表す。一般に、接地プレート２１は、多数のマッシュルーム構造が並んだアレイと同程度に大きい。
【００２１】
ビアホール２２は、接地プレート２１と第１パッチ２３とを電気的に短絡するために設けられる。第１パッチ２３は、ｘ軸方向にＷｘの長さを有し、ｙ軸方向にＷｙの長さを有する。第１パッチ２３は、接地プレート２１に対して平行に距離ｔを隔てて設けられ、ビアホール２２を介して接地プレート２１に短絡される。
【００２２】
第２パッチ２４も接地プレート２１に対して平行に設けられるが、第１パッチ２３よりもさらに距離を隔てて設けられる。第１パッチ２３は接地プレート２１に電気的に結合されている。しかしながら、第２パッチ２４は接地プレート２１に電気的には接続されていない無給電素子である。左側の第１パッチ２３及び右側の第１パッチ２３は容量結合している。同様に、左側の第２パッチ２４及び右側の第２パッチ２４も容量結合している。さらに、並列的に配置された第１パッチ２３及び第２パッチ２４も容量結合している。後述するように、第２パッチ２４は、第１パッチ２３と接地プレート２１との間に設けられてもよい。
【００２３】
一例として、第１パッチ２３は、接地プレート２１から１．６ｍｍ隔てて設けられ、第１パッチ２３及び第２パッチ２４の間には、誘電率が４．４であり、厚みが０．８ｍｍであり、ｔａｎδが０．０１８の誘電体層が設けられている。
【００２４】
なお、図示の例においてパッチは、第１及び第２の２つしか示されていないが、３つ以上のパッチが用意されてもよい。例えば、第２パッチ２４に対してさらに距離を隔てた無給電素子である第３パッチが用意されてもよい。
【００２５】
図３は、図２Ａに示したマッシュルーム構造を二次元的に並べた場合の概略平面図を示す。このように、マッシュルーム構造を一定の規則にしたがって多数並べることで、例えばリフレクトアレイを形成することができる。リフレクトアレイの場合、紙面に垂直な方向（ｚ軸）から電波が到来し、ｘｚ面内でｚ軸に対して角度αを有する方向に電波が反射する。
【００２６】
図４は、図３の個々のマッシュルーム構造の配置を説明するための図を示す。線ｐに沿って一列に並んだ４つの第１パッチ２３と、その列に隣接して線ｑに沿って並んだ４つの第１パッチ２３とが右側に示されている。左側は、第１パッチ２３上に距離を隔てて設けられる第２パッチ２４を示す。パッチの数は任意である。図２Ａ、図３、図４に示す例において、第１パッチ２３及び第２パッチ２４は、同じサイズを有するが、このことは本発明に必須でなく、異なるサイズが使用されてもよい。しかしながら、マッシュルーム構造の容量を約２倍にすること等の観点からは、第１パッチ２３及び第２パッチ２４は、同じサイズであることが望ましい。
【００２７】
本実施例では、線ｐに沿っているマッシュルーム構造の第１パッチ２３と、別の線ｑに沿っているマッシュルーム構造の第１パッチ２３との間の隙間（ギャップ）が、線ｐ及びｑに沿って徐々に変化している。
【００２８】
図３及び図４に示す例の場合、紙面の上下方向（例えば、図４における線ｐ）に沿って並んでいる或る素子（マッシュルーム構造）による反射波と、その線に沿ってその素子に隣接する素子による反射波は、互いに所定の量だけ位相がずれている。そのような性質を有する素子を多数並べることで、リフレクトアレイを形成することができる。
【００２９】
図５は、ｘ軸方向に並んだマッシュルーム構造Ｍ１〜ＭＮに対して、ｚ軸∞方向から電波が到来し、反射される様子を模式的に示す。反射波は、入射方向（ｚ軸方向）に対して角度αをなすとする。ビアホール間の間隔がΔｘであったとすると、隣接する素子による反射波の位相差Δφ及び反射角αは次式を満たす。
【００３０】
Δφ＝ｋ・Δｘ・ｓｉｎα
α＝ｓｉｎ-1［（λΔφ）／（２πΔｘ）］
ただし、ｋは波数であり、２π／λに等しい。λは電波の波長である。波長に比べて十分大きなリフレクトアレイを構成するには、Ｎ個のマッシュルーム構造Ｍ１〜ＭＮの全体による反射位相差Ｎ・Δφが、３６０度（２πラジアン）になるように、隣接する素子同士の位相差Δφを設定したものを繰り返し並べるとよい。例えば、Ｎ＝２０  の場合、Δφ＝３６０／２０＝１８度  である。したがって、隣接する素子との反射位相差が１８度であるように素子を設計し、それらを２０個並べたものを繰り返し並べることにより、角度αの方向に電波を反射するリフレクトアレイを実現することができる。
【００３１】
図６は、図２Ａ、図３、図４に示すマッシュルーム構造の等価回路を示す。図６左側に示されるように、線ｐに沿って並ぶマッシュルーム構造の第１パッチ２３と、線ｑに沿って並ぶマッシュルーム構造の第１パッチ２３との間のギャップに起因して、キャパシタンスＣが存在する。同様に、マッシュルーム構造の第２パッチ２４に起因して、キャパシタンスＣ'が存在する。さらに、線ｐに沿って並ぶマッシュルーム構造のビアホール２２、及び線ｑに沿って並ぶマッシュルーム構造のビアホール２２に起因して、インダクタンスＬが存在する。したがって、隣接するマッシュルーム構造の等価回路は、図６右側に示されるような回路になる。すなわち、等価回路において、インダクタンスＬと、キャパシタンスＣと、別のキャパシタンスＣ'とは、並列に接続されている。キャパシタンスＣ、インダクタンスＬ、表面インピーダンスＺｓ及び反射係数Γは、次のように表すことができる。
【００３２】
【数１】
0005650172.tif 000002
数式（１）において、ε0は真空の誘電率を表し、εrは第１パッチ同士の間に介在する材料の比誘電率を表す。Δｙはｙ軸方向のビアホール間隔を表す。Ｗｙはｙ軸方向の第１パッチの長さを表す。したがって、Δｙ−Ｗｙは、隣接する第１パッチ同士の隙間（ギャップ）の大きさを表す。このため、arccosh関数の引数は、ビアホール間隔Δｙとギャップとの比率を表す。数式（２）において、μはビアホール同士の間に介在する材料の透磁率を表し、ｔは第１パッチ２３の高さ（接地プレート２１から第１パッチ２３までの距離）を表す。数式（３）において、ωは角周波数を表し、ｊは虚数単位を表す。簡明化のためＣ'＝Ｃとしているが、このことは必須ではない。数式（４）において、ηは自由空間インピーダンスを表し、Φは位相差を表す。
【００３３】
図７は、マッシュルーム構造の第１パッチのサイズＷｙと反射位相との関係を示す。ただし、この場合のマッシュルーム構造は、図２Ａの構造とは異なり、第２パッチ２４が設けられていない従来のマッシュルーム構造である。すなわち、接地プレートに対して第１パッチが距離ｔを隔てて設けられているだけの構造である。図７には、３種類の距離ｔの各々について、第１パッチのサイズＷｙと反射位相との関係を表すグラフが示されている。ｔ16は、距離ｔが１．６ｍｍである場合のグラフを表す。ｔ24は、距離ｔが２．４ｍｍである場合のグラフを表す。ｔ32は、距離ｔが３．２ｍｍである場合のグラフを表す。なお、隣接するビアホール同士の間隔Δｙは２．４ｍｍである。
【００３４】
グラフｔ16の場合、第１パッチのサイズＷｙが０．５ｍｍから１．９ｍｍに変化する場合、反射位相は１４０度から１２０度に緩慢にしか減少していないが、サイズＷｙが１．９ｍｍより大きくなると、反射位相は急激に減少し、サイズＷｙが２．３ｍｍの場合に、反射位相は、０度程度になる。
【００３５】
グラフｔ24の場合も同様に、第１パッチのサイズＷｙが０．５ｍｍから１．６ｍｍに変化する場合、反射位相は１２０度から９０に緩慢にしか減少していないが、サイズＷｙが１．６ｍｍより大きくなると、反射位相は急激に減少し、サイズＷｙが２．３ｍｍの場合に、反射位相は、−９０度程度に達する。
【００３６】
グラフｔ32の場合、第１パッチのサイズＷｙが０．５ｍｍから２．３ｍｍに変化する場合、反射位相は１００度から−１２０度に徐々に減少している。
【００３７】
このように、従来構造の場合、第１パッチＷｙを０．５ｍｍから２．３ｍｍまで変化させたとしても、反射位相の調整可能な範囲は、最も大きなt32の場合でさえ、＋１００度〜−１２０度の高々２２０度程度でしかない。
【００３８】
図８は、図２Ａに示されるようなマッシュルーム構造の第１パッチのサイズＷｙと反射位相との関係を示す。接地プレート２１に対して第１パッチ２３が距離ｔを隔てて設けられ、さらに第２パッチ２４も設けられている。図８には、３種類の距離ｔの各々について、第１パッチのサイズＷｙと反射位相との関係を表すグラフが示されている。ｔ08は、距離ｔが０．８ｍｍである場合のグラフを表す。ｔ16は、距離ｔが１．６ｍｍである場合のグラフを表す。ｔ24は、距離ｔが２．４ｍｍである場合のグラフを表す。なお、隣接するビアホール同士の間隔Δｙは２．４ｍｍである。
【００３９】
グラフｔ08の場合、第１パッチのサイズＷｙが０．５ｍｍから１．８ｍｍに変化する場合、反射位相は１６０度から１５０度に僅かにしか減少していないが、サイズＷｙが１．８ｍｍより大きくなると、反射位相は急激に減少し、サイズＷｙが２．３ｍｍの場合に、反射位相は、１０度程度になる。
【００４０】
グラフｔ16の場合、第１パッチのサイズＷｙが０．５ｍｍから１．７ｍｍに変化する場合、反射位相は１３５度から６０に緩慢にしか減少していないが、サイズＷｙが１．７ｍｍより大きくなると、反射位相は急激に減少し、サイズＷｙが２．３ｍｍの場合に、反射位相は、−１５０度程度に達する。
【００４１】
グラフｔ24の場合、第１パッチのサイズＷｙが０．５ｍｍから２．３ｍｍに変化する場合、反射位相は１００度から−１５０に徐々に減少している。
【００４２】
このように、本実施例の第１構造において、第１パッチＷｙを０．５ｍｍから２．３ｍｍまで変化させた場合、反射位相の調整可能な範囲は、最も大きなt16の場合、＋１３５度〜−１５０度のように２８５度にも及ぶ。本実施例によれば、図２Ａに示されるように第１パッチ２３に加えて第２パッチ２４を設けることで、反射位相の調整可能な範囲を拡大することができる。
【００４３】
＜＜２．２  リフレクトアレイ＞＞
図５を参照しながら説明したように、隣接する素子との反射位相差が所定値であるように素子を設計し、それらを並べることで、角度αの方向に電波を反射するリフレクトアレイを実現することができる。例えば、１８度ずつ反射位相差が異なる２０個の素子を並べることで、リフレクトアレイが形成されてもよい。このようなリフレクトアレイを形成する場合、図７や図８のようなパッチサイズと反射位相差の相互関係に基づいて、素子のサイズが決定される。
【００４４】
従来構造でリフレクトアレイを設計する場合、図７のグラフt32を参照しながら設計が行われる。例えば、反射位相０度の素子のパッチサイズＷｙは、１．９ｍｍであり、反射位相＋１８度の素子のパッチサイズＷｙは１．８ｍｍであり、反射位相＋３６度の素子のパッチサイズＷｙは１．７ｍｍであること等が判明する。第１パッチの高さｔとして、３．２ｍｍの場合を選んだのは、それが最も広い反射位相のレンジを示したからである。このようにして割り出されたサイズのパッチを並べることで、リフレクトアレイを実現することができる。この場合、第１パッチＷｙを０．５ｍｍから２．３ｍｍまで変化させたとしても、位相差の最大値は高々２２０度である。位相差の最大値は理想的には３６０度（＝２πラジアン）である。その結果、所望の位相差を実現する素子全てをリフレクトアレイに設けることはできず、リフレクトアレイの特性は、理想的なものから幾分逸脱したものになる。
【００４５】
本実施例の第１構造によりリフレクトアレイを設計する場合、図８のグラフt16を参照しながら設計が行われる。例えば、反射位相０度の素子のパッチサイズＷｙは、１．９ｍｍであり、反射位相＋１８度の素子のパッチサイズＷｙは１．７５ｍｍであり、反射位相＋３６度の素子のパッチサイズＷｙは１．７ｍｍであること等が判明する。第１パッチの高さｔとして、１．６ｍｍの場合を選んだのは、それが最も広い反射位相のレンジを示したからである。このようにして割り出されたパッチサイズのパッチを並べることで、リフレクトアレイを実現することができる。この場合、第１パッチＷｙを０．５ｍｍから２．３ｍｍまで変化させた場合、位相差の最大値は２８５度にも及び、理想的な３６０度（＝２πラジアン）に近づく。その結果、所望の位相差を実現する素子を、より多くリフレクトアレイに設けることができ、リフレクトアレイの特性は、理想的なものに近づく。後述するように、所定の条件の下で４５度の方向に反射するリフレクトアレイを実現する際、反射位相差が１８度ずつ異なる素子が、理想的には２０個必要になる。本実施例の場合、実際にこのうち１４個（２０個の７割）も作成できた。これに対して従来構造の場合、位相差の最大値が高々２２０度であるため、理論的には２２０度÷１８度≒１２．２から最大でも１２個しか作成することができず、実用的に作成できるのは４個程度にとどまる。
【００４６】
＜＜２．２．１  反射角４５度のリフレクトアレイ＞＞
図９は、第１構造を利用したリフレクトアレイの部分断面図を示す。リフレクトアレイは、Ｌ１層、Ｌ２層及びＬ３層の３つの導電層と、各導電層間の誘電体層とを有する。一例として、導電層は例えば銅を含む材料で構成されている。また、誘電体層は、比誘電率が４．４であり、ｔａｎδが０．０１８である材料で構成されている。Ｌ１層及びＬ２層間には０．８ｍｍの厚さの誘電体層が介在している。Ｌ２層及びＬ３層間には１．６ｍｍの厚さの誘電体層が介在している。Ｌ１層は図２Ａにおける第２パッチ２４に対応する。Ｌ２層は図２Ａにおける第１パッチ２３に対応する。Ｌ３層は接地プレート２１に対応する。したがって、Ｌ２層及びＬ３層間の貫通孔はビアホール２２に対応する。
【００４７】
図１０は、Ｌ１層、Ｌ２層及びＬ３層の平面図を概略的に示す。図２Ａに示されるようなマッシュルーム構造により１つの素子が形成され、その素子が行列形式に配置されている。図示の例の場合、ｙ軸方向に伸びる７列の帯の１つは、１４×１３０個の素子を含んでいる。素子間の間隔は２．４ｍｍである。図示のリフレクトアレイは、電波を入射方向に対して４５度の角度で反射させるように設計されており、隣接する素子同士の反射位相差は１８度であるように設計されている。すなわち、ｙ軸方向に伸びる１つの帯（列）は、ｘ軸方向の両端で反射位相が２π変化するように設計されている。理想的には２０個の素子により、反射位相が２π変化することが望ましいが、製造上の制約等の理由により１４個の素子が使用されている。このため、ｘ軸方向の１周期４８ｍｍ（＝２．４×２０）の中で、素子が形成されていない領域が存在する。このような帯又は列を複数個反復的に並べることで、より大きなサイズのリフレクトアレイを実現できる。なお、図１０及び図１１において、具体的な寸法の詳細は本発明に本質的ではないので伏せている。帯又は列を複数個並べてサイズを適宜調整できることは、水平方向（x軸方向）に電波を反射させる用途だけでなく、後述するような垂直方向に電波を反射させる用途にも応用可能である。第１構造だけでなく、後述の第２構造、第３構造さらには組み合わせ構造にも応用可能である。
【００４８】
図１１は図１０のＬ２層において「Ａ部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。１つの行に関し、ｘ軸方向に１４個の素子が並んでいる。Ａ部はＬ２層の一部なので、１４個の矩形の１つ１つは、Ｗｘ及びＷｙのサイズを有する第１パッチ２３（図２Ａ）に対応する。これらｘ軸方向に並んでいる１４個の素子の各々は、隣接する素子と所定の位相差（１８度＝３６０度／２０）を有するように設計されている。
【００４９】
図１２は、それら１４個の素子の寸法（パッチサイズＷｙ）と反射位相の具体的な数値例を示す。図中、「設計位相」は、理想的な設計値を示し、「実際の位相」は、実現できた実際の位相を示す。図１３は、ＦＲ４基板を用いて作成されたマッシュルーム構造の素子に関する具体的な数値例を示す。図１２及び図１３に示される数値例は、電界が図１０のy軸方向を向いて、Z軸方向から入射する電波を、偏波面に対して横方向、すなわち図１０のx軸の方向に、４５度の角度で反射させる、水平制御の観点から決定されている。
【００５０】
図１４は、従来構造及び本実施例の第１構造によるリフレクトアレイ（グラフＡ、Ｂ）各々に対する特性比較例（水平制御の遠方散乱界の比較例）を示す。いずれのリフレクトアレイも、電波の到来方向に対して、水平−４５度の方向に電波を反射するように設計されている。この場合において、電波の周波数は８．８GHz（＝ｃ／λ）であり、隣接する素子同士の反射位相差Δφは１８度（＝３６０／２０）であり、素子間の寸法Δｘは２．４ｍｍであるとする。この場合、反射角αは、図５を参照しながら説明したように、
α＝ａｒｃｓｉｎ［（λΔφ）／（２πΔｘ）］
＝ａｒｃｓｉｎ（λ8.8GHz・１８度／（２π・２．４mm））
≒４５．２１度
となる。このため、グラフＡもＢも−４５度において大きなピークを示している。−４５度以外の方向に反射する電波は、不要反射波である。グラフＡにより示されているように、従来構造の場合、−４５度だけでなく、０度、＋４５度、６０度等の方向にも大きな反射が生じている。さらに、＋７０度ないし＋１５０度にかけて比較的高いレベルの反射も観測されている。これに対して、グラフＢに示されるように、本実施例の第１構造の場合、０度、＋４５度、＋６０度、＋７０度ないし＋１５０度等における不要反射波は、かなり抑制されていることが分かる。
【００５１】
図１５は、図１４のグラフＢ（本実施例の場合のグラフ）に関する遠方放射界を極座標形式で示す。
【００５２】
図１６は、本実施例の第１構造を使用したリフレクトアレイによる反射波の等位相面を示す。ｘ軸に沿って１４個の素子（第１構造のマッシュルーム構造）が並んでおり、ｚ軸方向から電波が到来し、ｚ軸に対して、ZX面上にθ＝−４５度の方向に電波が反射している。等位相面の法線は、ｚ軸に対して−４５度の方向を向いており、この方向に反射波が適切に進んでいることが分かる。
【００５３】
＜＜２．２．２  反射角７０度のリフレクトアレイ＞＞
図１０〜図１６（図１３を除く）に示した数値例は、入射方向に対して水平４５度の方向に反射させる観点から選ばれていた。本実施例は、４５度に限定されず、任意の方向に電波を反射するリフレクトアレイを形成できる。
【００５４】
図１７は、入射方向に対して水平７０度の方向に反射させるリフレクトアレイにおける導電層Ｌ１層〜Ｌ３層を示す。Ｌ１層、Ｌ２層及びＬ３層の層構造は、図９に示したものと同じである。この例の場合、ｙ軸方向に伸びる９列の帯の１つは、１１×１２８個の素子を含んでいる。素子間の間隔は２．４ｍｍである。隣接する素子同士の反射位相差は、２４度であるように設計されている。すなわち、ｙ軸方向に伸びる１つの帯（列）は、ｘ軸方向における両端で反射位相が２π変化するように設計されている。理想的には１５個の素子により、反射位相が２π変化することが望ましいが、設計上の制約などの理由により１１個の素子が使用されている。このため、ｘ軸方向の１周期３６ｍｍ（＝２．４×１５）の中で、素子が形成されていない領域が存在する。このような帯又は列を複数個反復的に並べることで、より大きなサイズのリフレクトアレイを実現できる。なお、図１７及び図１８において、具体的な寸法の詳細は本発明に本質的ではないので伏せている。
【００５５】
図１８は図１７のＬ２層において「Ａ部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。１つの行に関し、ｘ軸方向に１１個の素子が並んでいる。１１個の矩形の１つ１つは、Ｗｘ及びＷｙのサイズを有する第１パッチ２３（図２Ａ）に対応する。これらｘ軸方向に並ぶ１１個の素子の各々は、隣接する素子と所定の位相差（２４度＝３６０度／１５）を有する。
【００５６】
図１９は、それら１１個の素子の寸法（パッチサイズＷｙ）と反射位相の具体的な数値例を示す。図中、「設計位相」は、理想的な設計値を示し、「使用パッチの位相」は、実現できた実際の位相を示す。なお、この設計例においても図１３に示される数値が使用されている（ただし、ｘ軸方向の１サイクル長は３６ｍｍである。）。
【００５７】
＜＜２．３  第１及び第２パッチの相互関係＞＞
ところで、図２Ａでは説明の簡明化のために第１パッチ２３と、無給電素子の第２パッチ２４のｘ方向及びｙ方向の寸法は同じであることを前提とした。しかしながら、このことは本実施例に必須ではなく、第１パッチ２３の寸法と、無給電素子の第２パッチ２４の寸法は異なってもよい。
【００５８】
図２０は、図２Ａと同様に、第１パッチ２３の上に第２パッチが設けられているマッシュルーム構造を、具体的な数値例とともに示す。図２０には、第１及び第２パッチ間の寸法を変化させた場合、並びに第２パッチの面積を変化させた場合に、反射位相を従来よりもどの程度拡大できたかを示す表も示されている。表において、第１及び第２パッチ間の間隔が、０．４ｍｍの場合と０．８ｍｍの場合とが比較されている。また、第２パッチが第１パッチと同じサイズの場合（サイズ１倍）と、第２パッチが第１パッチを９５％に縮小したものである場合（サイズ０．９５倍）とが比較されている。表に示されているように、間隔を０．８ｍｍとし、第２パッチを縮小しなかった場合（サイズ１倍）に、反射位相の拡大効果は最も大きくなった（＋３９．３度）。なお、反射位相の拡大効果は、基準となるマッシュルーム構造に対するものである。基準マッシュルーム構造とは、パッチが多層化されていない従来構造である。
【００５９】
図２Ａでは第１パッチ２３よりも第２パッチ２４の方が、接地プレート２１から遠く隔たっていたが、このことも本実施例に必須ではない。第１パッチ２３よりも第２パッチ２４の方が接地プレート２１に近くてもよい。
【００６０】
図２１は、図２Ａと同様に、第１パッチ２３よりも第２パッチ２４の方が、接地プレート２１から遠く隔たっている場合の構造と、その構造に対するシミュレーション結果を示す。第１及び第２パッチの位置関係が逆の場合については、図２２を参照しながら説明される。図２１のシミュレーション結果は、パッチサイズＷｙが１．０ｍｍ、１．６ｍｍ、２．３ｍｍである場合の各々について、基準マッシュルーム構造による反射位相と、本実施例の多層マッシュルーム構造による反射位相との比較例を示す。基準マッシュルーム構造の場合、パッチサイズＷｙが２．３ｍｍの場合に、約１６７．４度の範囲にわたって反射位相を変えることができる。これに対して、本実施例による多層マッシュルーム構造の場合、パッチサイズＷｙが１．６ｍｍの場合に、約１７９．７度の範囲にわたって反射位相を変えることができ、反射位相のレンジを約１２．３度拡大できている。図２１においてDSPAGで示される値（パッチの高さ又はビアの高さ）を３．２ｍｍとし、第１及び第２パッチ間の距離Dsb−2の値を０．４ｍｍとした場合において、無給電素子の第２パッチを第１パッチと同じサイズにした場合、ギャップを介して隣接する第１パッチ同士の間と、第１及び第２パッチ間との双方でキャパシタンスを増やす効果が認められた。これに対して、無給電素子の第２パッチを第１パッチの０．５倍のサイズにした場合、第１及び第２パッチ間でのみキャパシタンスを増やす効果が認められた。
【００６１】
図２２は、図２Ａとは異なり、第１パッチ２３よりも第２パッチ２４の方が、接地プレート２１に近い場合の構造と、その構造に対するシミュレーション結果を示す。図において、ビアホールが第２パッチを貫通しているが、電気的な接続はされておらず、給電はされていない。シミュレーション結果は、パッチサイズＷｙが１．０ｍｍ、１．６ｍｍ、２．３ｍｍである場合の各々について、基準マッシュルーム構造による反射位相と、本実施例の多層マッシュルーム構造による反射位相との比較例を示す。このような構造で図示の寸法の場合、基準マッシュルーム構造による反射位相のレンジの方が、多層マッシュルーム構造の場合よりも広いことが分かった。図２２においてDsとして示される値（第１及び第２パッチ間の距離）を０．４ｍｍとし、第２パッチの面積が第１パッチの面積の何倍であるかを示す量SCを０．５とした場合、主に、第１及び第２パッチ間において、キャパシタンスを増やす効果が認められた。Dsの値を３．２ｍｍとし、SCを１．０とした場合、主に、ギャップを介して隣接するパッチ間において、キャパシタンスを増やす効果が認められた。Dsの値を０．４ｍｍとし、SＣを１．０とした場合、ギャップを介して隣接する第１パッチ間と、第１及び第２パッチ間との双方でキャパシタンスを増やす効果が認められた。
【００６２】
図２３も、図２Ａとは異なり、第１パッチ２３よりも第２パッチ２４の方が、接地プレート２１に近い場合の構造と、その構造に対するシミュレーション結果を示す。シミュレーション結果は、パッチサイズＷｙが１．０ｍｍ、１．６ｍｍ、２．３ｍｍである場合の各々について、基準マッシュルーム構造による反射位相と、本実施例の多層マッシュルーム構造による反射位相との比較例示す。基準マッシュルーム構造の場合、パッチサイズＷｙが２．３ｍｍの場合に、約１６７．４度の範囲にわたって反射位相を変えることができる。これに対して、本実施例による多層マッシュルーム構造の場合、パッチサイズＷｙが１．６ｍｍの場合に、約１７８．６度の範囲にわたって反射位相を変えることができ、反射位相のレンジを約１１．２度拡大できた。図２３においてDsとして示される値（第１及び第２パッチ間の距離）を０．４ｍｍとし、第２パッチの面積が第１パッチの面積の何倍であるかを示す量SCを０．５とした場合、主に、第１及び第２パッチ間において、キャパシタンスを増やす効果が認められた。Dsの値を３．２ｍｍとし、SCを１．０とした場合、主に、ギャップを介して隣接するパッチ間において、キャパシタンスを増やす効果が認められた。Dsの値を０．４ｍｍとし、SCを１．０とした場合、ギャップを介して隣接するパッチ間と、第１及び第２パッチ間との双方でキャパシタンスを増やす効果が認められた。
【００６３】
＜２．４  より一般的な多層マッシュルーム構造＞
図２Ａ等に示されているマッシュルーム構造のパッチは、第１及び第２の２つしか備えていないが、上述したように、このことは本発明に必須ではない。接地プレート上に３つ以上のパッチが多層化されていてもよい。
【００６４】
図２Ｂは、接地プレート上にｎ個のパッチL1、L2、L3、...Lnが並列的に多層化されているマッシュルーム構造を示す。最下位の層L0は接地プレートに対応する。図２Ｂに示されている構造は、図２Ａに示されているマッシュルーム構造の代わりに使用可能である。後述する多の構造におけるマッシュルーム構造として使用されてもよい。図示の例では、各パッチのｘ軸方向及びｙ軸方向の寸法は、それぞれWx及びWyであるとして揃っているが、このことも必須ではない。適切な如何なるサイズが使用されてもよい。また、多層化されているパッチ間の間隔t、t1、t2、...も一律に揃っている必要はない。説明の便宜上、接地プレート上のパッチL1〜Lnは全て同じサイズWx及びWyを有し、多層化されているパッチ間の間隔は互いに等しいものとする。したがって、同一平面内で隣接するパッチ同士の隙間（ギャップ）は、どの層においても等しい。
【００６５】
図２Ｃは図２Ｂに示されるマッシュルーム構造の概略構造（左）及び等価回路図（右）を示す。同一平面内で互いにギャップを隔てて隣接するパッチによりキャパシタンスが生じる。この点は図２Ａの構造と同じであり、そのようなキャパシタンスが、多層化されている層毎に得られる。図２Ｂの構造の場合、L1〜Lnのｎ個の平面すなわちｎ個の層において、キャパシタンスが層毎に発生する。このため、等価回路は、図２Ｃ右側に示すような回路図になる。この場合、表面インピーダンスZsは、（jωL）／（1−nω2LC）として、近似的に取り扱うことができる。
【００６６】
図２Ｄは、マッシュルーム構造のパッチ数（レイヤ数）が異なる様々な構造各々について、パッチサイズWy及び反射位相の関係をシミュレーションした結果を示す。図中、「1−Layer」とあるのは、接地プレート上に１層のパッチしか存在しない従来構造に対するシミュレーション結果を示す。従来構造の場合、表面インピーダンスZsは、（jωL）／（1−ω2LC）として、近似的に取り扱うことができる。この表面インピーダンスZsに基づいて、反射位相を計算した場合のグラフが、図中、実線で表現されている。これに対して、そのような数式によらず、接地プレート上に１層のパッチしか存在しない構造を、有限要素法でシミュレーションした場合の結果が、丸印でプロットされている。  
図中、「2−Layer」は、接地プレート上に2層のパッチが存在する図２Ａの構造に対するシミュレーション結果を示す。上述したように、この場合、表面インピーダンスZsは、（jωL）／（1−2ω2LC）として、近似的に取り扱うことができる。この表面インピーダンスZsに基づいて、反射位相を計算した場合のグラフが、図中、実線で表現されている。これに対して、そのような数式によらず、接地プレート上に２層のパッチが存在する構造を、有限要素法でシミュレーションした場合の結果が、四角印でプロットされている。
【００６７】
「3−Layer」は、接地プレート上に3層のパッチが存在する図２Ｂの構造に対するシミュレーション結果を示す。この場合、表面インピーダンスZsは、（jωL）／（1−3ω2LC）として、近似的に取り扱うことができる。この表面インピーダンスZsに基づいて、反射位相を計算した場合のグラフが、図中、実線で表現されている。これに対して、そのような数式によらず、接地プレート上に３層のパッチが存在する構造を、有限要素法でシミュレーションした場合の結果が、逆三角印でプロットされている。
【００６８】
「4−Layer」は、接地プレート上に4層のパッチが存在する図２Ｂの構造に対するシミュレーション結果を示す。この場合、表面インピーダンスZsは、（jωL）／（1−4ω2LC）として、近似的に取り扱うことができる。この表面インピーダンスZsに基づいて、反射位相を計算した場合のグラフが、図中、実線で表現されている。これに対して、そのような数式によらず、接地プレート上に４層のパッチが存在する構造を、有限要素法でシミュレーションした場合の結果が、三角印でプロットされている。
【００６９】
各グラフを参照するに、Zs＝（jωL）／（1−nω2LC）に基づく実線と、有限要素法による計算結果は、比較的一致していることがわかる。これは、マッシュルーム構造のパッチをｎ層に多層化することで、容量が近似的にｎ倍に増えることを意味する。したがって、マッシュルーム構造のパッチを多層化することで、容量を制御することができる。
【００７０】
図示の例によれば、多層化する層数（レイヤ数）が増えた場合、パッチサイズが大きくなるにつれて、Zsの計算式と有限要素法のシミュレーション結果との間のずれが大きくなっている。これは、マッシュルーム構造のレイヤ数が増えるにつれて、マッシュルーム構造全体を１つの集中素子として取り扱うことが妥当でなくなることを示す。したがって、レイヤ数が多い場合、及びパッチサイズが大きくい場合、Zsの理論式（Zs＝（jωL）／（1−nω2LC））よりも、有限要素法等による実際のシミュレーション結果に基づいて設計することが好ましい。
【００７１】
＜３．第２構造＞
上記の第１構造は、無給電素子のパッチを付加してパッチを多層化することで、キャパシタンスＣを増やしていた。本実施例の第２構造は、キャパシタンスＣではなくインダクタンスＬに着目する。
【００７２】
図２４は、第２構造で使用可能なマッシュルーム構造を示す。図２４には、接地プレート１２１、ビアホール１２２、パッチ１２３が示されている。
【００７３】
接地プレート１２１は、多数のマッシュルーム構造に対して共通の電位を供給する導体である。Δｘ及びΔｙは、隣接するマッシュルーム構造におけるビアホール間のｘ軸方向の間隔及びｙ軸方向の間隔を示す。Δｘ及びΔｙは、マッシュルーム構造１つ分に対応する接地プレート１２１のサイズを表す。一般に、接地プレート１２１は、多数のマッシュルーム構造が並んだアレイと同程度に大きい。
【００７４】
ビアホール１２２は、接地プレート１２１とパッチ１２３とを電気的に短絡するために設けられる。パッチ１２３は、ｘ軸方向にＷｘの長さを有し、ｙ軸方向にＷｙの長さを有する。パッチ１２３は、接地プレート１２１に対して平行に距離ｔを隔てて設けられ、ビアホール１２２を介して接地プレート１２１に短絡される。一例として、パッチ１２３は、接地プレート１２１から１．６ｍｍ隔てて設けられている。
【００７５】
図２５は、ｘ軸方向に並んだマッシュルーム構造Ｍ１〜ＭＮに対して、ｚ軸∞方向から電波が到来し、反射される様子を模式的に示す。反射波は、入射方向（ｚ軸方向）に対して角度αをなすとする。ビアホール間の間隔がΔｘであったとすると、隣接するマッシュルーム構造（素子）による反射波の位相差Δφ及び反射角αは次式を満たす。
【００７６】
Δφ＝ｋ・Δｘ・ｓｉｎα
α＝ａｒｃｓｉｎ［（λΔφ）／（２πΔｘ）］
ただし、ｋは波数であり、２π／λに等しい。λは電波の波長である。Ｎ個のマッシュルーム構造Ｍ１〜ＭＮの全体による反射位相差Ｎ・Δφが、３６０度（２πラジアン）になるように、隣接する素子同士の位相差Δφが設定される。例えば、Ｎ＝２０  の場合、Δφ＝３６０／２０＝１８度  である。したがって、隣接する素子との反射位相差が１８度であるように素子を設計し、それらを２０個並べることで、角度αの方向に電波を反射するリフレクトアレイを実現することができる。
【００７７】
図２６は、図２４に示すマッシュルーム構造の等価回路を示す。図２６左側に示されるように、あるマッシュルーム構造のパッチ１２３と、ｙ軸方向に隣接するマッシュルーム構造のパッチ１２３との間のギャップに起因して、キャパシタンスＣが存在する。さらに、あるマッシュルーム構造のビアホール１２２及びｙ軸方向に隣接するマッシュルーム構造のビアホール１２２に起因して、インダクタンスＬが存在する。したがって、隣接するマッシュルーム構造の等価回路は、図２６右側に示されるような回路になる。すなわち、等価回路において、インダクタンスＬとキャパシタンスＣは、並列に接続されている。キャパシタンスＣ、インダクタンスＬ、表面インピーダンスZs及び反射係数Γは、次のように表すことができる。
【００７８】
【数２】
0005650172.tif 000003
数式（５）において、ε0は真空の誘電率を表し、εrはパッチ同士の間に介在する材料の比誘電率を表す。Δｙはビアホール間の間隔を表す。Ｗｙはパッチのサイズを表す。したがって、Δｙ−Ｗｙは、ギャップの大きさを表す。数式（６）において、μはビアホール同士の間に介在する材料の透磁率を表し、ｔはビアホール１２２の高さ（接地プレート１２１からパッチ１２３までの距離）を表す。数式（７）において、ωは角周波数を表し、ｊは虚数単位を表す。数式（８）において、ηは自由空間インピーダンスを表し、Φは位相差を表す。
【００７９】
上記の数式（５）を参照するに、インダクタンスＬは、パッチ１２３の高さ（接地プレート１２１及びパッチ１２３間の距離）に比例している。したがって、図２４に示されるようなマッシュルーム構造において、パッチ１２３の高さｔを変えることで、インダクタンスＬ、すなわち共振周波数を変えることができる。
【００８０】
図２７は、図２４に示すようなマッシュルーム構造のパッチのサイズＷｙと反射位相との関係を示す。図中、実線は理論値を示し、丸印でプロットされているものは有限要素法解析によるシミュレーション値を示す。図２７には、４種類の高さｔの各々について、パッチのサイズＷｙと反射位相との関係を表すグラフが示されている。ｔ02は距離ｔが０．２ｍｍである場合のグラフを表す。ｔ08は距離ｔが０．８ｍｍである場合のグラフを表す。ｔ16は距離ｔが１．６ｍｍである場合のグラフを表す。ｔ24は距離ｔが２．４ｍｍである場合のグラフを表す。ビアホール間隔Δｙは、一例として２．４ｍｍである。
【００８１】
グラフｔ02の場合、パッチのサイズＷｙが０．５ｍｍから２．３ｍｍまで変化しても、反射位相は１８０度のままである。
【００８２】
グラフｔ08の場合も、パッチのサイズＷｙが０．５ｍｍから２．３ｍｍまで変化しても、反射位相は１６２度のままである。
【００８３】
グラフｔ16の場合、パッチのサイズＷｙが０．５ｍｍから２．１ｍｍに変化する場合、反射位相は１４４度から１２６度に緩慢にしか減少していないが、サイズＷｙが２．１ｍｍより大きくなると、反射位相は急激に減少し、サイズＷｙが２．３ｍｍの場合に、反射位相は、シミュレーション値（丸印）で５４度及び理論値（実線）で０度に達する。
【００８４】
グラフｔ24の場合、パッチのサイズＷｙが０．５ｍｍから１．７ｍｍに変化する場合、反射位相は１１７度から９０度に緩慢にしか減少していないが、サイズＷｙが１．７ｍｍより大きくなると、反射位相は急激に減少し、サイズＷｙが２．３ｍｍの場合に、反射位相は、−９０度に達する。
【００８５】
このように、マッシュルーム構造におけるパッチの高さｔが異なる場合、パッチのサイズを変えることで実現できる反射位相の範囲も変わる。したがって、マッシュルーム構造の素子を並べてリフレクトアレイを実現する場合、パッチ高さｔが異なる構造を組み合わせることで、反射位相が適切に変化するマッシュルーム構造の列を実現でき、反射特性が優れたリフレクトアレイを実現することができる。
【００８６】
本実施例の第２構造によるリフレクトアレイを設計する場合、図２７のグラフt02、ｔ08、t16、t24を参照し、所望の反射位相を実現するパッチサイズを決定する。例えば、t＝２．４ｍｍのグラフｔ24においてパッチサイズＷｙを２．２ｍｍにすることで、反射位相０度の素子を実現し、ｔ＝２．４ｍｍのグラフｔ24においてパッチサイズＷｙを２ｍｍにすることで反射位相７２度を実現し、ｔ＝１．６ｍｍにおいてパッチサイズＷｙを１ｍｍにすることで、反射位相１４４度を実現することができる。このようにして割り出されたパッチサイズのパッチを並べることで、リフレクトアレイを実現することができる。
【００８７】
図２８は、パッチ高さが異なるマッシュルーム構造が並んでいる様子を模試的に示す。図示の例では、パッチ高さとしてｔ１、ｔ２及びｔ３の３種類がある。例えばｔ＝ｔ１のような特定のパッチ高さだけであった場合、反射位相が徐々に変化するマッシュルーム構造を十分な数だけ用意することができないかもしれない。しかしながら、ｔ＝ｔ２及びｔ３のパッチ高さの構造も併用することで、設計の自由度が広がり、適切な反射位相の素子を実現しやすくなる。
【００８８】
図２８に示す例では、接地プレートからの高さが異なる複数のパッチが、同一平面に存在するように形成されている。しかしながら、このことは本発明に必須でなく、接地プレートからの高さが異なる複数のパッチは、同一平面に存在しなくてもよい。
【００８９】
図２９は、接地プレートからパッチまでの高さが異なる複数のマッシュルーム構造について、接地プレート１２１が共通に設けられている様子を示す。その代わり、全てのパッチ１２３が同一平面には存在していない。
【００９０】
図３０は、さらに別の例を示す。図２８に示す例と同様に、接地プレートからの高さが異なる複数のパッチが、同一平面に存在するように形成されている。図２８では接地プレートが多層に形成されていたのに対して、図３０では、接地プレートは多層には形成されていない。言い換えれば、ある接地プレートの下側に、別の接地プレートが存在しないように、接地プレートが適宜除去されている。このような構造は、接地プレートに起因する不要な反射を抑制する観点から好ましい。
【００９１】
＜４．第３構造＞
上記の第１構造は、無給電パッチを付加して複数のパッチを互いに並列的に多層化することで、キャパシタンスＣを増やしていた。本実施例の第３構造は、ギャップを規定するパッチ同士の位置関係を工夫することで、キャパシタンスＣを増やす。第３構造においても図２４に示されるようなマッシュルーム構造が使用されてよい。すなわち、接地プレート１２１に対して、距離ｔを隔ててパッチ１２３が設けられ、パッチ１２３はビアホール１２２を介して接地プレート１２１に短絡されている。隣接するマッシュルーム構造におけるビアホール間のｘ軸方向の間隔及びｙ軸方向の間隔は、それぞれΔｘ及びΔｙである。パッチ１２３は、ｘ軸方向にＷｘの長さを有し、ｙ軸方向にＷｙの長さを有する。あるいは、第３構造において、図２Ａや図２Ｂに示すようなマッシュルーム構造が使用されてもよい。その場合、パッチ１２３に加えて、第２パッチ２４が設けられる。説明の簡明化のため、第３構造は、図２４に示されるようなマッシュルーム構造を使用するものとする。
【００９２】
図２５を参照しながら説明したように、マッシュルーム構造の素子Ｍ１〜ＭＮをｘ軸方向に並べ、各素子による反射波の位相差が、ある関係を満たすようにすることで、反射波を所望の方向に向けることができる。
【００９３】
図２４に示すようなマッシュルーム構造の場合、等価回路は図２６に示されるような回路であった。したがって、等価回路のキャパシタンスＣ、インダクタンスＬ、表面インピーダンスZs及び反射係数Γは、次のように表すことができる。
【００９４】
【数３】
0005650172.tif 000004
各数式における記号は第２構造において説明したとおりである。
【００９５】
数式（５）を参照するに、Δｙ−Ｗｙは、隣接するパッチ同士の隙間（ギャップ）の大きさを表す。したがって、arccosh関数の引数は、ビアホール間隔Δｙと、ギャップとの比率を表す。
【００９６】
図３１は、図２４に示されるようなマッシュルーム構造に対するキャパシタンスＣと反射位相の関係を示すシミュレーション結果である。シミュレーションは、キャパシタンスとインダクタンスは独立に変化することを仮定して行われた。図示の例では、パッチ高さｔの値が、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、２．４ｍｍ及び３．２ｍｍである場合の各々について、キャパシタンスＣと反射位相との関係のシミュレーション結果が示されている。図３１から分かるように、＋１８０度ないし−１８０度の全範囲にわたって反射位相を実現するには、キャパシタンスのレンジが広くなければならないことが分かる。
【００９７】
上記の数式（５）によれば、マッシュルーム構造におけるキャパシタンスＣは、ギャップ（Δｙ−Ｗｙ）が狭くなるにつれて、より大きな値になる。逆に言えば、キャパシタンスＣを大きくするには、ギャップを狭くする必要がある。しかしながら、主に製造工程上の制約に起因して、非常に狭いギャップを高精度に製造することは容易ではない。例えば、０．１ｍｍ未満のギャップを高精度に製造することは容易でない。このため、このマッシュルーム構造を使用する従来技術の場合、大きなキャパシタンスの値を実現できない、という問題があった。
【００９８】
図３２は、本実施例の第３構造の概念図を示す。３つの平行な線ｐ１〜ｐ３の各々に沿ってマッシュルーム構造が整列している。説明の便宜上、列数及びマッシュルーム構造数をそれぞれ３つにしているが、列数やマッシュルーム構造数が、実際にはさらに大きな値になることは当業者にとって明らかである。便宜上、線ｐｉに沿って整列しているパッチをpijと書くことにする。パッチp13及びp23は、最も広いギャップを隔てて隣接している。同様に、パッチp23及びp33も最も広いギャップを隔てて隣接している。このため、これらのパッチpi3（i＝１〜３）により形成されるキャパシタンスＣ3は、小さな値になる。パッチp12及びp22は、より狭いギャップを隔てて隣接している。同様に、パッチp22及びp32も狭いギャップを隔てて隣接している。このため、これらのパッチpi2（i＝１〜３）により形成されるキャパシタンスＣ2は、Ｃ3より大きな値になる。パッチpi1及びpi2（i＝１〜３）の各々は、同一平面内に設けられている。これに対して、パッチp11及びp21は、同一平面内ではなく、異なる平面内に位置し、距離を隔てて互いに一部重なっている。同様に、パッチp21及びp31も、同一平面内ではなく、異なる平面内に位置し、距離を隔てて互いに一部重なっている（パッチp11及びp31は同一平面内にある）。このため、これらのパッチpi1により形成されるキャパシタンスＣ1は、Ｃ2より大きな値になる。このように第３構造では、隣接する少なくとも一部のパッチ同士が距離を隔てて互いに重なることで、単に同一平面でギャップを形成していた場合よりも、大きなキャパシタンスを実現できるようにする。
【００９９】
図３３は、第３構造におけるパッチの位置関係を平面図（左側）及び断面図（右側）により示している。便宜上、７行３列の形式にパッチが並んでいるが、行数及び列数は任意である。従来の構造と同様に、第４行ないし第７行のパッチの場合、隣接する列のパッチ同士が同一平面内で隙間（ギャップ）を形成している。従来は、同一平面内におけるギャップを狭く形成する際の製造限界に起因して、例えば第４行ないし第７行のような位置関係のマッシュルーム構造のみを利用して、リフレクトアレイを形成せざるを得なかった。このため、さらに大きな容量に対応する反射位相が必要であったとしても、そのような反射位相をもたらすマッシュルーム構造を得ることはできなかった。例えば、図２７において、パッチ長さＷｙは、２．３ｍｍが上限になっている。パッチ同士の間隔Δｙは、２．４ｍｍであるので、パッチ長さＷｙが２．３ｍｍの場合、ギャップは、Δｙ−Ｗｙ＝０．１ｍｍとなり、パッチ長さの上限は、実現可能なギャップの長さに対応する。
【０１００】
これに対して、第１行ないし第３行のパッチの場合、隣接する列のパッチ同士は、同一平面にはない。図示の例の場合、第１行から第３行に属するパッチの内、第２列に属するパッチの高さは、第１列及び第３列に属するパッチの高さより高い。これにより、隣接する列のパッチ同士が、より大きな容量を形成することができる。隣接する列のパッチ同士は重なることが許容されるので、パッチ長さＷｙは、２Δｙ未満であれば、Δｙ以上でもよい。代替例として、第２列のパッチの高さが、第１及び第３列のパッチの高さより低くなっていてもよい。
【０１０１】
図２７の右下側に示されているグラフOVは、重なりを許容することでパッチ長さＷｙを２．３ｍｍ以上に延長した場合のシミュレーション結果を示す。隣接するパッチに対して重なりを許容することで、従来の限界であった−９０度を超えて、ほぼ−１８０度に達する反射位相を実現できることが分かる。このように第３構造によれば、達成可能な反射位相のレンジを拡大することができる。
【０１０２】
ところで、図３２や図３３に示されているように、隣接する列のパッチ同士の重なりを許容する場合、隣接するパッチの接地プレートからの距離（高さ）ｔは、厳密には同一でない。上記の数式（６）によれば、パッチの高さｔは、インダクタンスＬに影響する（Ｌ＝μｔ）。したがって、あるパッチ高さｔに関するパッチ長さＷｙと反射位相の関係を示すグラフ（例えば、t24）と、重なりを許容した場合のパッチ長さＷｙと反射位相の関係を示すグラフ（OV）は、厳密には連続的にならない。前提とするパッチ高さが厳密には異なり、それに応じて共振周波数が変わるからである。しかしながら、第３構造において、重なっているパッチ同士のパッチ高さの相違が、比較的小さい場合、図２７に示されるように、グラフt24とグラフOVは、連続的になる。ただし、これらのグラフを連続的にすること（すなわち、隣接するパッチ高さの相違が無視できる程度に小さいこと）は、本実施例において必須ではない。グラフOVとして示されるグラフが、グラフt24から離れた位置にあったとしても、適切な反射位相が設計可能であればよいからである。
【０１０３】
＜５．変形例＞
＜＜５．１  パッチ配列＞＞
第１ないし第３構造における上記のパッチは、ビアが並んでいる線（図４のｐ、ｑ、図３３の列）に対して対称的に形成されていた。そして、ｙ軸方向のパッチサイズＷｙをその線に沿って徐々に変えることで、広狭様々なギャップが形成されていた。しかしながら、このようなパッチの並べ方は本発明に必須ではなく、様々なパッチ配列が考えられる。
【０１０４】
例えば、図３４Ａに示すようにして、パッチ及びギャップが形成されてもよい。ｘ軸方向にＷｘの長さを有するパッチp11、p12、p13、p14が、y軸方向に間隔Δｙを隔てて並んでいる。第１のパッチp11は、ｙ軸方向に2Wy1の長さを有する。第２のパッチp12は、ｙ軸方向にWy1＋Wy2の長さを有する。第３のパッチp13は、ｙ軸方向にWy2＋Wy3の長さを有する。第４のパッチp14は、ｙ軸方向にWy3＋Wy4の長さを有する。したがって、第１及び第２のパッチ間の隙間（ギャップ）は、Δｙ−2Wy1＝gy1  である。同様に、第２及び第３のパッチ間のギャップは、Δｙ−2Wy2＝gy2  である。第３及び第４のパッチ間のギャップは、Δｙ−2Wy3＝gy3  である。４つのパッチp11、p12、p13、p14は、それぞれ異なる寸法を有するが、パッチ同士の間の中心間距離は、全て等しい（Δｙ）。これらのパッチを用いてリフレクタアレイを作成する場合、図５及び図２５において説明したように、隣接するパッチとの間で所定の位相差ΔΦを実現する必要がある。この位相差ΔΦは、電波の反射角α及びパッチの中心間距離Δｙに対して次式を満たす必要がある。
【０１０５】
ΔΦ＝k・Δy・sinα
ここで、ｋは波数を表す（ｋ＝2π／λ）。
【０１０６】
図３５は、図３４Ａに示されるようなパッチ及びギャップを形成することで、リフレクトアレイを形成した場合の概念的な平面図を示す。図３５に示されているパッチは、不図示のビアホールを介して接地プレートに接続されている。
【０１０７】
＜＜５．２  垂直制御＞＞
図３、図４、図１１、図１８及び図３３の構造では、電界がy軸方向を向いてZ軸方向から入射する波は、電界の方向に対して横方向、すなわちx軸方向に反射する（水平制御）。これに対して、図３４Ａ、Ｂ及び図３５の構造においては、電界がy軸方向を向いてZ軸方向から入射する波は、電界と同じ方向すなわちy軸方向に反射する（垂直制御）。言い換えれば、電波を反射させたい方向に沿って、素子同士の間の位相差を変化させることで（例えば、キャパシタンスC及び／又はインダクタンスLを変化させることで）、入射する電波を所望の方向に反射させることができる。説明の便宜上、ｚ軸から入射した電波を、ｘ軸方向に反射させる場合が水平制御と言及され、ｙ軸方向に反射させる場合が垂直制御と言及されているが、水平及び垂直は便宜的な相対的な概念である。
【０１０８】
＜＜５．３  第１構造を利用した場合（反射角４５度）＞＞
図３６は、電波を反射するリフレクトアレイを形成する際、第１構造が使用されている様子を示す部分断面図を示す。図示の層構造は、図９において説明したものと同じである。ただし、図３４Ａ、Ｂ及び図３５に示されるようなパッチ及びギャップの形成法が使用されている点が異なる。リフレクトアレイは、Ｌ１層、Ｌ２層及びＬ３層の３つの導電層と、各導電層間の誘電体層とを有する。一例として、導電層は例えば銅を含む材料で構成されている。また、誘電体層は、比誘電率が４．４であり、ｔａｎδが０．０１８である材料で構成されている。Ｌ１層及びＬ２層間には０．８ｍｍの厚さの誘電体層が介在している。Ｌ２層及びＬ３層間には１．６ｍｍの厚さの誘電体層が介在している。Ｌ１層は図２Ａにおける第２パッチ２４に対応する。Ｌ２層は図２Ａにおける第１パッチ２３に対応する。Ｌ３層は接地プレート２１に対応する。したがって、Ｌ２層及びＬ３層間の貫通孔はビアホール２２に対応する。
【０１０９】
図３７は、Ｌ１層、Ｌ２層及びＬ３層の平面図を概略的に示す。図２Ａに示されるようなマッシュルーム構造により１つの素子が形成され、その素子が行列形式に配置されている。この点は、図１０と同じである。図示の例の場合、ｘ軸方向に伸びる７列の帯の１つは、１５×１３１個の素子を含んでいる。素子間の間隔は２．４ｍｍである。図示のリフレクトアレイは、電界がy軸方向を向いてZ軸から入射する波をy軸方向、すなわち垂直方向に入射方向に対して４５度の角度で反射させるように設計されており、隣接する素子同士の反射位相差は１８度であるように設計されている。すなわち、ｘ軸方向に伸びる１つの帯（列）は、帯のｙ軸方向における両端で反射位相が２π変化するように設計されている。理想的には２０個の素子により、反射位相が２π変化することが望ましいが、製造上の制約等の理由により１５個の素子が使用されている。このため、ｙ軸方向の１周期４８ｍｍ（＝２．４×２０）の中で、素子が形成されていない領域が存在する。このような帯又は列を複数個反復的に並べることで、より大きなサイズのリフレクトアレイを実現できる。なお、図３７及び図３８において、具体的な寸法の詳細は本発明に本質的ではないので伏せている。
【０１１０】
図３８は図３７のＬ２層において「Ａ部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。１つの列（ｙ軸方向）に関し、１５個の素子が並んでいる。１５個の矩形の１つ１つは、Ｗｘ及びＷｙのサイズを有する第１パッチ２３（図２Ａ）に対応する。これら１５個の素子の各々は、隣接する素子と所定の位相差（１８度＝３６０度／２０）を有する。
【０１１１】
図３９は、ｙ軸方向に用意する素子数を１２個にした場合の数値例を示す。図３９に示す数値例も、電波の入射方向に対して４５度の角度で反射波を形成するためのものである。
【０１１２】
＜＜５．４  第１構造を利用した場合（反射角７０度）＞＞
図３７〜図３９に示した数値例は、電波を入射方向に対して４５度の方向に反射させる観点から決定されていた。本実施例は、４５度に限定されず、任意の方向に電波を反射するリフレクトアレイを形成できる。
【０１１３】
図４０は、電波を入射方向に対して７０度の方向に反射させるリフレクトアレイにおけるＬ１層、Ｌ２層及びＬ３層を示す。Ｌ１層、Ｌ２層及びＬ３層の層構造は、図９及び図３６に示したものと同じである。この例の場合、ｘ軸方向に伸びる９列の帯の１つは、１２×１２９個の素子を含んでいる。素子間の間隔は２．４ｍｍである。隣接する素子同士の反射位相差は、２４度であるように設計されている。すなわち、ｘ軸方向に伸びる１つの帯（列）は、ｙ軸方向における両端で反射位相が２π変化するように設計されている。理想的には１５個の素子により、反射位相が２π変化することが望ましいが、製造上の制約などの理由により１２個の素子が使用されている。このため、ｙ軸方向の１周期３６ｍｍ（＝２．４×１５）の中で、素子が形成されていない領域が存在する。このような帯又は列を複数個反復的に並べることで、より大きなサイズのリフレクトアレイを実現できる。なお、図４０及び図４１において、具体的な寸法の詳細は本発明に本質的ではないので伏せている。
【０１１４】
図４１は図４０のＬ２層において「Ａ部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。１つの列（ｙ軸方向）に関し、１２個の素子が並んでいる。１２個の矩形の１つ１つは、Ｗｘ及びＷｙのサイズを有する第１パッチ２３（図２Ａ）に対応する。これら１２個の素子の各々は、隣接する素子と所定の位相差（２４度＝３６０度／１５）を有する。
【０１１５】
図４２に示す数値例も、電波の入射方向に対して７０度の角度で反射波を形成するためのものである。ただし、１つの列（ｙ軸方向）に関して１２個ではなく、１１個の素子を並べることで、リフレクトアレイを形成した場合の数値例である。
【０１１６】
＜＜５．５  第２構造を利用した場合（反射角４５度）＞＞
図３６ないし図４２に示した数値例は、電波を反射するリフレクトアレイが第１構造を用いて形成された場合の例である。以下、第２構造を用いて、電波を反射するリフレクトアレイを形成する例を説明する。
【０１１７】
図４３は、マッシュルーム構造のパッチ高さｔが４種類存在するリフレクトアレイの概略斜視図を示す。多数の素子の一部分しか描かれていないことに留意を要する。リフレクトアレイの全体的な平面図は、図３５に示したものと同様である。
【０１１８】
図４４は、層構造を示す断面図である。図示されているように、１層目ないし５層目の５つの層が、少なくとも一部に導電層を含む層として使用され、それらの間には誘電体層が介在している。一例として、誘電体層は、比誘電率が４．４であり、ｔａｎδが０．０１８であるＦＲ４基板である。１層目と２層目は０．２ｍｍ隔たっている。１層目と３層目は０．８ｍｍ隔たっている。１層目と４層目は１．６ｍｍ隔たっている。１層目と５層目は２．４ｍｍ隔たっている。
【０１１９】
図４５Ａは、１層目ないし５層目における導電層の位置（影の付いた部分）を示す。１層目の場合、第１ないし第１３の素子各々に対応する１３個のパッチが示されている。図中、ｙ軸方向に並ぶ１３個の丸印はビアホールに対応する。便宜上、右から順に第１、第２、...第１３の素子と言及する。図４６Ａは、１層目における１３個のパッチのサイズを示す。２層目の場合、第１の素子に対応する場所に、長さPy1を有する導電層が設けられ、他の場所において導電層は設けられていない。一例としてPy1は２．４ｍｍである。３層目の場合、第１及び第２の素子に対応する場所に、長さPy2を有する導電層が設けられ、他の場所において導電層は設けられていない。一例としてPy2は４．８ｍｍである。４層目の場合、第１ないし第５の素子に対応する場所に、長さPy3を有する導電層が設けられ、他の場所において導電層は設けられていない。一例としてPy3は１２ｍｍである。５層目の場合、第１ないし第１３の全素子に対応する場所に、長さPy4を有する導電層が設けられている。一例としてPy4は３１．２ｍｍである。
【０１２０】
＜＜５．６  改良された第２構造による垂直制御＞＞
第２構造の等価回路を示す図２６を参照しながら説明したように、隣接するマッシュルーム構造同士の間には、近似的にL＝μtの大きさのインダクタンスが発生する。Lはインダクタンスを示し、μは材料の透磁率を示し、tはビアの高さを示す。この場合、隣接するマッシュルーム構造のビアの高さはともに等しい。図２８にはビアの高さが異なるマッシュルーム構造が並べられている。実線の左回りの矢印で示されているインダクタンスL1、L3、L5については、それぞれμ×t1、μ×t2、μ×t3の大きさの値になることが予想される。しかしながら、破線の左回りの矢印で示されているインダクタンスL2、L4の場合、接地プレートに段差があり、隣接するビアの高さが相違している。このため、この付近で発生するインダクタンスを、透磁率μとビアの高さｔの積により近似することは適切でなくなってしまう。同様なことは、図29及び図30におけるL2、L4についても当てはまる。インダクタンスを透磁率とビアの高さの積で近似できないことは、マッシュルーム構造を多数並べてリフレクタ等を作成する際に、設計を困難にしてしまう。ビアの高さが複数種類存在する第２構造により、垂直制御（図３４Ａ−Ｄ）を行う場合、この不都合は特に顕著になる。
【０１２１】
図４５Ｂは、上記の問題に対処するように改良された第２構造を用いて垂直制御を行う場合の平面図及び断面図を示す。図３４Ａに示されるようなパッチ配列が使用されているが、他の配列法が使用されてもよい。１層目ないし５層目に示されている太い線分は、その部分が導電性の材料であることを示す。１層目における導電性の材料は、パッチを構成する。２層目ないし５層目は接地プレートを構成する。各層を横切るように、５つのビアがパッチ各々に対して存在している。ビアと接地プレートが交わっている部分は、電気的に接続されている。図中、C1、C2、C3、C4はパッチ同士の間に発生するキャパシタンスを示す。図２８においては「ＥＸ」で示されているように、接地プレートの端（又は縁）は、ビアを超えて延在し、隣接する素子同士の中間に位置している。これに対して、図４５Ｂに示す例の場合、接地プレートの端は、ビアを超えて延在しておらず、ビアの位置において終端されている。これにより、L1、L2、L3、L4のどのインダクタンスについても、隣接するビアの高さは等しく、発生するインダクタンスは、透磁率とビアの高さの積により適切に近似できる。なお、接地プレートの端はビアの位置において実質的に終端されていればよく、製造工程等の都合により接地プレートの端がビアを僅かに超えていてもよい。
【０１２２】
＜５．６  ビアなし構造＞
上記の様々なマッシュルーム構造やパッチ配列において、１つ以上のパッチの内の１つと、接地プレートは、ビアホールを介して電気的に接続又は短絡されていた。しかしながら、このことは、リフレクトアレイを実現する場合には必須ではない。マッシュルーム構造がリフレクタアレイとして使用され、入射波を所望の方向に反射させる際、ビアホールは、直接的には作用していないからである。ただし、ビアホールの高さ（パッチ高さ）tは、インダクタンスL（＝μt）に関連し、インダクタンスLはマッシュルーム構造の共振周波数ωに影響するので、ビアホールの有無は、パッチの寸法やギャップ等を設計する際には必ず考慮しなければならない。逆に、ビアホールを設けないこととし、接地プレート及び１つ以上のパッチ同士の容量等に基づいて、パッチ及びリフレクタアレイを設計することも可能である。
【０１２３】
例えば、第１構造によるマッシュルーム構造は、パッチを多層化することで容量を制御できるので（C→nC）、ビアホールが存在しなかったとしても、入射波を適切に反射させることはできる（図４６Ｂ）。
【０１２４】
第２構造によるマッシュルーム構造の場合、パッチ及び接地プレート間の距離を変えるとインダクタンスLが変化することに着目していた（L＝μt）。したがって、ビアホールが存在しなかった場合、上記の議論のようなインダクタンスは得られない。しかしながら、第２構造においてビアホールが存在しなかった場合に、パッチ及び接地プレート間の容量をさらに考慮して設計することが考えられる（図４６Ｃ）。パッチ及び接地プレート間の容量は、近似的にそれらの間の距離に反比例する。したがって、隣接するパッチ同士の隙間に起因する容量に加えて、パッチ及び接地プレート間の距離に依存する容量をも考慮することで、隣接するパッチ同士の反射位相差に相応しいパッチを設計することができる。
【０１２５】
第３構造によるマッシュルーム構造は、パッチ同士の重なりを許容することで容量を制御しているので、第１構造の場合と同様に、ビアホールが存在しなかったとしても、入射波を適切に反射させることができる（図４６Ｄ）。
【０１２６】
図４６Ｂ−Ｄにおいて、隣接するパッチ同士の間隔は、図示の便宜上等間隔であるように描かれているが、このことは本発明に必須ではなく、パッチ同士の間隔は、具体的な製品用途に応じて様々に設定される。図４６Ｅは、上記の第２構造において、ビアがなく、パッチ同士の間隔が均等ではない様子を強調して示している。パッチ同士の間隔が均等であってもなくてもよいことは、第２構造だけでなく、第１及び第３構造についても当てはまる。
【０１２７】
さらに、水平制御（ｘ方向に反射させる制御）及び垂直制御（ｙ方向に反射させる制御）を行う際にも、ビアがないマッシュルーム構造を使用することができる。
【０１２８】
図３４Ｂは、ビアがないマッシュルーム構造を用いて垂直制御を行う場合のパッチ配列例を示す。ただし、図３４Ｂに示すパッチ配列法は、ビアがあるマッシュルーム構造についても適用可能である。図示の例場合、４つのパッチp11、p12、p13、p14は、すべて同じ寸法を有する。すなわち、ｘ軸方向にWx及びｙ軸方向に2Wyのサイズをそれぞれが有する。この点、隣接するパッチのサイズが異なっている図３４Ａに示される配列法と異なる。ただし、図３４Ｂに示すパッチ配列法の場合、隣接するパッチ同士の中心間距離は、同一ではない。第１のパッチp11と第２のパッチp12との間の中心間距離Δy1は、Δy1＝Wy＋gy1＋Wy＝2Wy＋gy1  である。第２のパッチp12と第３のパッチp13との間の中心間距離Δy2は、Δy2＝Wy＋gy2＋Wy＝2Wy＋gy2  である。第３のパッチp13と第４のパッチp14との間の中心間距離Δy3は、Δy3＝Wy＋gy3＋Wy＝2Wy＋gy3  である。パッチ同士の間の隙間は、図３４Ａのパッチ配列と同様に、gy1、gy2、gy3、...のように変化している。
【０１２９】
図３４Ｂに示すパッチ配列例の場合、４つのパッチp11、p12、p13、p14は、すべて同じ寸法を有するが、パッチ同士の中心間距離は、場所によって異なる。これらのパッチを用いてリフレクタアレイを作成する場合も、図５及び図２５において説明したように、隣接するパッチとの間で所定の位相差ΔΦを実現する必要がある。この位相差ΔΦは、電波の反射角α及びパッチの中心間距離Δyiに対して次式を満たす必要がある。
【０１３０】
ΔΦ＝k・Δyi・sinα
ここで、ｋは波数を表し（ｋ＝2π／λ）、Δyiは、場所によって異なるパッチの中心間距離を表す（i＝1，2，...）。
【０１３１】
図３４Ｃは、ビアがないマッシュルーム構造を用いて垂直制御を行う場合の別のパッチ配列例を示す。図３４Ａと同様に、４つのパッチp12、p13、p14、p15は、それぞれ異なる寸法を有するが、パッチ同士の間の中心間距離は、全て等しい（Δｙ）。図３４Ａに示す例とは異なり、ビアは設けられていない。これらのパッチは、ｘ軸方向にＷｘの長さを有する。第１のパッチp12は、ｙ軸方向にWy1＋Wy2の長さを有する。第２のパッチp13は、ｙ軸方向にWy2＋Wy3の長さを有する。第３のパッチp14は、ｙ軸方向にWy3＋Wy4の長さを有する。第４のパッチp15は、ｙ軸方向にWy4＋Wy5の長さを有する。したがって、第１及び第２のパッチ間の隙間（ギャップ）は、Δｙ−2Wy2＝gy2  である。同様に、第２及び第３のパッチ間のギャップは、Δｙ−2Wy3＝gy3  である。第３及び第４のパッチ間のギャップは、Δｙ−2Wy4＝gy4  である。したがって、基準線同士の間の距離は、Δyに等しく、一定に保たれる。基準線の位置は、図３４Ａにおけるビアが設けられていた点（点を通る直線）に対応する。これらのパッチを用いてリフレクタアレイを作成する場合、図５及び図２５において説明したように、隣接するパッチとの間で所定の位相差ΔΦを実現する必要がある。この位相差ΔΦは、電波の反射角α及びパッチ間隔Δｙに対して次式を満たす必要がある。
【０１３２】
ΔΦ＝k・Δy・sinα
ここで、ｋは波数を表す（ｋ＝2π／λ）。
【０１３３】
ところで、マッシュルーム構造にビアが有る場合、パッチの寸法を決める基点としてビアの位置を使用することができる。しかしながら、ビアが無いマッシュルーム構造の場合、そのような基点はない。
【０１３４】
図３４Ｄは、ビアがないマッシュルーム構造を用いて垂直制御を行う場合の別のパッチ配列例を示す。図３４Ｃと同様に、４つのパッチp12、p13、p14、p15は、それぞれ異なる寸法を有する。図示の例の場合、第１のパッチと隣接する第２のパッチと間のギャップ（隙間）を二等分した中心線と、第２のパッチと隣接する第３のパッチとの間のギャップを二等分した中心線との間の距離が、全て等しく設定されている（Δｙ）。一般に、ｉ番目のパッチと（ｉ＋１）番目のパッチとの間のギャップは、gyiとして表現され、ギャップを二等分した中心は、Giとして表現される。ｉ番目のパッチのｙ軸方向の寸法Wyiは、Δy−（gyi−1）／2−gyi／2  として算出される。例えば、Wy2＝Δy−gy1／2−gy2／2  として算出される。このようにギャップの中心を基点とすることで、ビアが無い場合のパッチの寸法を簡易に算出することができる。  
＜６．製造方法＞
第１ないし第３構造及び変形例の構造は、当該技術分野で既知の適切な如何なる方法で製造されてもよい。何れの構造を製造する場合にも、金属層と誘電体層とが積層された構造が基礎になる。例えば、表裏に銅の導電層が形成されているプリント基板（例えば、誘電率が４．４であるガラスエポキシ基板（FR4））を２枚重ねてプレスすることで、金属層が３層存在する構造が得られる。この場合において、プリプレグのような樹脂基板を複数枚重ねることで、所望の厚みの誘電体層を形成することができる。
【０１３５】
例えば、最下位の金属層を接地プレートとし、中間の金属層を第１パッチとし、最上位の金属層を第２パッチとすることで、図２Ａに示されるような第１構造のマッシュルーム構造を製造してもよい。
【０１３６】
また、最下位の金属層及び最上位の金属層を第１のマッシュルーム構造に使用し、中間の金属層及び最上位の金属層を第２のマッシュルーム構造に使用することで、図２８及び図３０に示すような第２構造を製造してもよい。最上位の金属層及び最下位の金属層を第１のマッシュルーム構造に使用し、中間の金属層及び最下位の金属層を第２のマッシュルーム構造に使用することで、図２９に示すような第２構造を製造してもよい。
【０１３７】
また、隣接するパッチが重ならないマッシュルーム構造について、最上位及び中間（又は中間及び最下位）の金属層を使用する一方、隣接するパッチが重なるマッシュルーム構造について、最上位、中間及び最下位の金属層を使用することで、図３２及び図３３に示すような第３構造を製造してもよい。
【０１３８】
＜７．組み合わせ構造＞
＜＜７．１  組み合わせ方＞＞
上記の第１ないし第３構造及び変形例の構造は、単独で使用されてもよいし、組み合わせて使用されてもよい。第１構造、第２構造、第３構造及び変形例等の項目の区分けは本発明に本質的ではなく、２以上の項目に記載された事項が必要に応じて組み合わせて使用されてよいし、ある項目に記載された事項が、別の項目に記載された事項に（矛盾しない限り）適用されてよい。概して、第１構造は、無給電素子を付加して複数のパッチを並列的に多層化することでキャパシタンスを増やしている。第２構造はパッチ高さを複数種類用意することでインダクタンスを調整している。第３構造は隣接するパッチが重なることを許容することでキャパシタンスを増やしている。したがって、第１構造、第２構造及び第３構造のうち２つ以上を組み合わせることで、キャパシタンス及び／又はインダクタンスをさらに変化させ、反射位相のレンジをさらに拡大できるようになる。
【０１３９】
例えば、図４７の上側に示されるように、１つのアレイが２つの領域Ｒ１、Ｒ２に区分けされ、領域Ｒ１及びＲ２のそれぞれにおいて異なる構造が使用されてもよい。アレイは、ｘ軸方向にＮｘ個及びｙ軸方向にＮｙ個のマッシュルーム構造を含む。マッシュルーム構造は、図２Ａの構造でもよいし、図２４の構造でもよい。アレイをｘ軸方向及び／又はｙ軸方向に反復することで、所望の大きさのリフレクトアレイを実現できる。
【０１４０】
図４７においてＲ１及びＲ２を形成する構造として、第１構造と第２構造、第１構造と第３構造、第２構造と第３構造の組み合わせ、及び第１−３構造全ての組み合わせが考えられる。さらには、図４７の下側に示されるように、１つのアレイが３つの領域Ｒ１、Ｒ２及びＲ３に区分けされ、これらの領域の少なくとも２つが異なる構造を使用してもよい。３つの領域が全て異なる構造を使用してもよい。アレイ内における領域の分け方は、図示のものに限定されず、適切な如何なる仕方で分けられてもよい。
【０１４１】
さらに、図４７に示したように領域毎に異なる構造を使用するだけでなく、１つのマッシュルーム構造における組み合わせも考えられる。
【０１４２】
図４８は、パッチを多層化する第１構造と、パッチ高さが異なるものを併用する第２構造との組み合わせを示す。これは、キャパシタンス及びインダクタンスの双方を調整する観点から好ましい。
【０１４３】
図４９Ａは、パッチを多層化する第１構造と、隣接するパッチの重なりを許容する第３構造との組み合わせを示す。これは、キャパシタンスをさらに大きくする観点から好ましい。第２構造と第３構造を組み合わせることや、第１ないし第３構造全てを組み合わせることも可能である。
【０１４４】
一例として、図４９Ｂは、ビアがない第１構造と第２構造を組み合わせた構造を示す。また、図４９Ｃは、ビアがない第２構造と第３構造を組み合わせた構造を示す。このように様々な構造が可能である。  
＜＜７．２  第２構造と第３構造の組み合わせ＞＞
第２構造と第３構造の組み合わせについて、説明する。
【０１４５】
図５０は、１つのアレイの中で、紙面右側の第２構造の領域と紙面左側の第３構造の領域とを組み合わせた場合の様子を示す。第２構造におけるパッチ高さ又はビア高さｔについては、２．４ｍｍ、１．６ｍｍ及び０．１（又は０．２）ｍｍの選択肢がある。第３構造におけるパッチ高さは、２．３ｍｍ及び２．４ｍｍ（又は２．２ｍｍ及び２．４ｍｍ）である。したがって、図示の構造は、以下の構造に分解して考えることができる。
【０１４６】
（Ａ）基板の厚みｔが０．１ｍｍのマッシュルーム構造、
（Ｂ）基板の厚みｔが０．２ｍｍのマッシュルーム構造、
（Ｃ）基板の厚みｔが１．６ｍｍのマッシュルーム構造、
（Ｄ）基板の厚みｔが２．４ｍｍのマッシュルーム構造、
（Ｅ）基板の厚みｔが２．３ｍｍ及び２．４ｍｍで重なりを許容したマッシュルーム構造及び
（Ｆ）基板の厚みｔが２．２ｍｍ及び２．４ｍｍで重なりを許容したマッシュルーム構造。
【０１４７】
図５１ないし図５４は、上記の（Ａ）ないし（Ｄ）の各構造に対するシミュレーション結果を示す。図５５は、（Ａ）ないし（Ｄ）に加えて、（Ｅ）及び（Ｆ）の各構造に対するシミュレーション結果を示す。概してこれらは図２７を参照しながら説明したものに対応する。図５６は、（Ａ）ないし（Ｆ）に加えて、基板の厚みｔが０．８ｍｍのマッシュルーム構造についてのシミュレーション結果も示している。図５７は、図５５及び図５６に関し、（Ｅ）及び（Ｆ）の構造をシミュレーションする場合のモデルを示す。
【０１４８】
＜＜７．３  水平制御４５度（その１）＞＞
図５８は、第２構造及び第３構造の組み合わせによるリフレクトアレイの平面図を示す。このリフレクトアレイは、図５６に示されるようなパッチサイズＷｙ、反射位相及び基板厚みｔの相互関係にしたがって、作成されたものである。構造の詳細については、後述する。概して、ｘ軸方向に沿って左から７つのマッシュルーム構造により第３構造が形成されている。第３構造は、パッチ高さが２．４ｍｍのマッシュルーム構造と、パッチ高さが２．３ｍｍのマッシュルーム構造との重なりを許容することで形成されている。パッチ高さが２．４ｍｍの８つのマッシュルーム構造と、パッチ高さが１．６ｍｍの３つのマッシュルーム構造と、パッチ高さが０．８ｍｍのマッシュルーム構造とで第２構造が形成されている。そして、図中右端の位置に２．４ｍｍ幅の金属板が設けられている。この金属板とパッチの隙間は０．０５ｍｍである。金属板は、０．１ｍｍの厚みのマッシュルーム構造の代わりに使用されている。図５１に示されるように、基板の厚みが０．１ｍｍのマッシュルーム構造は、パッチサイズＷｙによらず、ほぼ１８０度の反射位相をもたらすので、金属板で代用できる。また、パッチ間のｘ方向における隙間は０．１ｍｍである。
【０１４９】
図５９は、図５８に示される各素子の具体的な寸法を示す。「設計位相」とは設計上求められる理想的な位相であり、「位相」の欄に示される数値が実際に実現される位相である。これらの数値は、リフレクトアレイが、入射波に対して、−４５度の方向に反射を形成するように設計されている。
【０１５０】
図６０は、ｘ軸方向に沿って並ぶ素子各々による反射位相の値を示す。これらの値はｚ＝λ／２（半波長）における値である。概して、−３００度から＋６０度に至るほぼ３６０度の全範囲にわたって、各素子に反射位相を適切に設定できていることが分かる。
【０１５１】
図６１は、シミュレーションにおける解析モデルを示し、このモデルをｚ軸方向から見たものが、図５８に相当する。
【０１５２】
図６２は、図５６に示されるグラフの内、図５８及び図６１のシミュレーションのモデルに使用された基板（ｔ＝０．８ｍｍ、１．６ｍｍ、２．４ｍｍ、２．３＆２．４ｍｍ）に関するグラフを示す。さらに、図６２には、金属板に対応する点も示されている。
【０１５３】
図６３は、上記のようにして形成されたリフレクトアレイの遠方放射界を示す。リフレクトアレイは、入射波に対して、−４５度の方向に反射を形成するように、上記の数値を利用して設計されている。図６３に示されているように、約−４５度の方向に反射波が適切に向いていることが分かる。さらに、２層マッシュルーム構造だけによる場合の指向性（図１５）と比較して、不要方向への放射がかなり抑制されていることが分かる。
【０１５４】
図６４は、第２構造及び第３構造を組み合わせたリフレクトアレイによる反射波の等位相面を示す。ｘ軸に沿って約２０個の素子（第２又は第３構造のマッシュルーム構造）が並んでおり、電波の到来方向であるｚ軸に対して−４５度の方向に電波が反射している。等位相面の法線は、ｚ軸に対して−４５度の方向を向いており、この方向に反射波が適切に進んでいることが分かる。
【０１５５】
図５８に部分的に示されているリフレクトアレイの構造を詳細に説明する。
【０１５６】
図６５は、第２構造の領域と第３構造の領域とを含むリフレクトアレイの層構造を示す。紙面の左右方向に１９個のビアホールが並び、便宜的な番号が右から順に付けられている。ビアホールの各々は１つの素子（マッシュルーム構造）に対応する。５つの導電層が誘電体層を介して積層され、最上位層から順にＬ１層、Ｌ２層、Ｌ３層、Ｌ４層及びＬ５層として示されている。導電層は例えば銅を含む材料で形成されてもよい。誘電体層は、FR4基板やガラスエポキシ樹脂基板等により形成されてもよい。一例として、ビアホールの直径は、０．５ｍｍである。
【０１５７】
１番目の素子は、マッシュルーム構造ではなく、金属板により形成されている。１番目の素子をマッシュルーム構造で構成する場合、基板の厚み（ビアホールの高さ）が０．１ｍｍであることを要する。しかしながら、このように薄い基板を用いて形成されるマッシュルーム構造の反射位相は、図５１に示されているように、パッチサイズによらずほぼ１８０度であるので、１番目の素子は金属板で代用できる。２番目の素子は、Ｌ１層をパッチとし、Ｌ３層を接地プレートとしている。３番目ないし５番目の素子は、Ｌ１層をパッチとし、Ｌ４層を接地プレートとしている。６番目ないし１３番目の素子は、Ｌ１層をパッチとし、Ｌ５層を接地プレートとしている。１４番目ないし２０番目の素子は、第３構造によるものである。この場合、Ｌ１層及びＬ２層が、一部重なっている２つのパッチに対応する。Ｌ５層は、これら１３番目ないし２０番目の素子における接地プレートである。一例として、Ｌ１層及びＬ２層間の距離は０．１ｍｍであり、Ｌ１層及びＬ３層間、Ｌ３層及びＬ４層、そしてＬ４層及びＬ５層間は、それぞれ０．８ｍｍである。また、ビアの直径は０．５ｍｍである。
【０１５８】
図６６は、Ｌ１層及びＬ２層の平面図を概略的に示す。図６７は、Ｌ３層、Ｌ４層及びＬ５層の平面図を概略的に示す。図２４に示されるようなマッシュルーム構造により１つの素子が形成され、その素子が行列形式に配置されている。図示の例の場合、ｙ軸方向に伸びる７列の帯の１つは、２０×１３０個の素子を含んでいる。図中の数字は寸法（ミリメートル）の一例であり、素子間の間隔は２．４ｍｍである。図示のリフレクトアレイは、電界がy軸方向の偏波をx軸方向（水平方向）に入射方向に対して４５度の角度で反射させるように設計されており、隣接する素子同士の反射位相差は１８度であるように設計されている。すなわち、ｙ軸方向に伸びる１つの帯（列）は、ｘ軸方向における両端で反射位相が２π変化するように設計されている。このような帯又は列を複数個反復的に並べることで、より大きなサイズのリフレクトアレイを実現できる。なお、図６６ないし図７３において、具体的な寸法の詳細は本発明に本質的ではないので伏せている。
【０１５９】
図６８は図６６のＬ１層において「Ａ部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。１つの行（ｘ軸方向）に関し、２０個の素子に対応する部分が示されている。２０個の素子に対応する部分の内、第２ないし第２０の素子に対応する部分の矩形の１つ１つは、Ｗｘ及びＷｙのサイズを有するパッチ１２３（図２４）に対応する。１番目の素子（右側）は金属板で代用されている。これらｘ軸方向に並ぶ素子の各々は、隣接する素子同士との間で所定の位相差（１８度＝３６０度／２０）を有する。図示のパッチサイズの数値は、図５９に示しているものに対応する。
【０１６０】
図６９は図６６のＬ１層において「Ａ部」及び「Ａ'部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。
【０１６１】
図７０は図６６のＬ２層において「Ｂ部」及び「Ｂ'部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。ｘ軸方向に沿う１つの行に着目すると、左から７つのパッチが並んでいる。これらは、パッチ同士の重なりが許容される第３構造において、Ｌ１層のパッチと重なるＬ２層のパッチに対応する。
【０１６２】
図７１は図６７のＬ３層において「Ｃ部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。図６５に示されているように、Ｌ３層は、１番目及び２番目の素子に対する接地プレートを提供する。この接地プレートが、図７１の右側に示されている。
【０１６３】
図７２は図６７のＬ４層において「Ｄ部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。図６５に示されているように、Ｌ４層は、３番目ないし５番目の素子に対する接地プレートを提供する。この接地プレートが、図７２の右側に示されている。
【０１６４】
図７３は図６７のＬ５層において「Ｅ部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。図６５に示されているように、Ｌ５層は、６番目ないし２０番目の素子に対する接地プレートを提供する。この接地プレートが、図７３に示されている。
【０１６５】
＜＜７．４  水平制御４５度（その２）＞＞
図７４も、図５８と同様に、第２構造及び第３構造の組み合わせを含むリフレクトアレイの構成例を示す。ただし、図中左側の第３構造におけるビアの高さが２．４ｍｍと２．２ｍｍの組み合わせである点、及び右側の第２構造において、金属板ではなく厚みが０．２ｍｍの基板を使用している点が主に異なる。これに応じて、各素子の寸法は、図７５に示されるように、図５９におけるものと若干異なる。
【０１６６】
図７６は、図５６に示されるグラフの内、図７４のシミュレーションのモデルに使用された基板（ｔ＝０．８ｍｍ、１．６ｍｍ、２．４ｍｍ、２．２＆２．４ｍｍ）に関するグラフを示す。
【０１６７】
図７７は、上記のようにして形成されたリフレクトアレイの遠方放射界を示す。リフレクトアレイは、入射波に対して、−４５度の方向に反射を形成するように、上記の数値を利用して設計されている。図７７に示されているように、約−４５度の方向に反射波が適切に向いていることが分かる。さらに、２層マッシュルーム構造だけによる場合の指向性（図１５）と比較して、不要方向への放射がかなり抑制されていることが分かる。
【０１６８】
図７８は、第２構造及び第３構造を組み合わせたリフレクトアレイによる反射波の等位相面を示す。ｘ軸に沿って約２０個の素子（第２又は第３構造のマッシュルーム構造）が並んでおり、電波の到来方向であるｚ軸に対して−４５度の方向に電波が反射している。等位相面の法線は、ｚ軸に対して−４５度の方向を向いており、この方向に反射波が適切に進んでいることが分かる。
【０１６９】
図７４に部分的に示されているリフレクトアレイの構造を詳細に説明する。
【０１７０】
図７９は、第２構造の領域と第３構造の領域とを含むリフレクトアレイの層構造を示す。概して図６５と同様であるが、１番目の素子がマッシュルーム構造として設けられている点、及びＬ１層及びＬ２層が、１番目の素子と、１４番目ないし２０番目の素子とで共通している点、Ｌ１層及びＬ２層間の距離が０．２ｍｍである点が、主に異なる。
【０１７１】
１番目の素子は、Ｌ１層をパッチとし、Ｌ２層を接地プレートとしている。２番目の素子は、Ｌ１層をパッチとし、Ｌ３層を接地プレートとしている。３番目ないし５番目の素子は、Ｌ１層をパッチとし、Ｌ４層を接地プレートとしている。６番目ないし１３番目の素子は、Ｌ１層をパッチとし、Ｌ５層を接地プレートとしている。１４番目ないし２０番目の素子は、第３構造によるものである。この場合、Ｌ１層及びＬ２層が、一部重なっている２つのパッチに対応する。Ｌ５層は、これら１３番目ないし２０番目の素子における接地プレートである。一例として、Ｌ１層及びＬ２層間の距離は０．２ｍｍであり、Ｌ１層及びＬ３層間、Ｌ３層及びＬ４層、そしてＬ４層及びＬ５層間は、それぞれ０．８ｍｍである。また、ビアの直径は０．５ｍｍである。
【０１７２】
上述したように、Ｌ１層及びＬ２層は、１番目の素子と、１４番目ないし２０番目の素子とで共通している。これは、１番目の素子のＬ１層と１４番目ないし２０番目の素子のＬ１層とが、同じ基板上に形成できることを意味する。さらに、１番目の素子のＬ２層と１４番目ないし２０番目の素子のＬ２層も、同じ基板上に形成できる。これにより、リフレクトアレイの構造の簡易化及び製造工程の簡易化等を図ることができる。図示の例では、Ｌ１層及びＬ２層が双方の構造で共通しているが、第２構造及び第３構造において、Ｌ１層ないしＬ５層のうち、（可能であるならば）どの層が共通していてもよい。このように、異なる構造を組み合わせる場合において、複数の導電層のうちの１つ以上を共通にすることは、第２及び第３構造間だけでなく、他の構造間で行われてもよい。例えば、第１構造と第２構造を組み合わせた構造、第１構造と第３構造を組み合わせた構造において、Ｌ１層ないしＬ５層の内の１つ以上が共通していてもよい。
【０１７３】
図８０は、Ｌ１層及びＬ２層の平面図を概略的に示す。図８１は、Ｌ３層、Ｌ４層及びＬ５層の平面図を概略的に示す。図２４に示されるようなマッシュルーム構造により１つの素子が形成され、その素子が行列形式に配置されている。図示の例の場合、ｙ軸方向に伸びる７列の帯の１つは、２０×１３０個の素子を含んでいる。図中の数字は寸法（ミリメートル）の一例であり、素子間の間隔は２．４ｍｍである。図示のリフレクトアレイは、電界がx軸方向の偏波をｘ軸方向（垂直方向）に入射方向に対して４５度の角度で反射させるように設計されており、隣接する素子同士の反射位相差は１８度であるように設計されている。すなわち、Y軸方向に伸びる20個分の素子間隔（２．４ｍｍ×20）は、20個分の素子間隔の両端で反射位相が２π変化するように設計されている。このような帯又は列を複数個反復的に並べることで、より大きなサイズのリフレクトアレイを実現できる。なお、図８０ないし図８７において、具体的な寸法の詳細は本発明に本質的ではないので伏せている。
【０１７４】
図８２は図８０のＬ１層において「Ａ部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。１つの行（ｘ軸方向）に関し、２０個の素子に対応する部分が示されている。２０個の素子に対応する部分に含まれている矩形の１つ１つは、Ｗｘ及びＷｙのサイズを有するパッチ１２３（図２４）に対応する。これらの素子の各々は、隣接する素子同士との間で所定の位相差（１８度＝３６０度／２０）を有する。図示のパッチサイズの数値は、図７５に示しているものに対応する。
【０１７５】
図８３は図８０のＬ１層において「Ａ部」及び「Ａ'部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。
【０１７６】
図８４は図８０のＬ２層において「Ｂ部」及び「Ｂ'部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。ｘ軸方向に沿う１つの行に着目すると、左から７つのパッチが並んでいる。これらは、パッチ同士の重なりが許容される第３構造において、Ｌ１層のパッチと重なるＬ２層のパッチに対応する。
【０１７７】
図８５は図８１のＬ３層において「Ｃ部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。図７９に示されているように、Ｌ３層は、１番目及び２番目の素子に対する接地プレートを提供する。この接地プレートが、図８５の右側に示されている。
【０１７８】
図８６は図８１のＬ４層において「Ｄ部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。図７９に示されているように、Ｌ４層は、３番目ないし５番目の素子に対する接地プレートを提供する。この接地プレートが、図８６の右側に示されている。
【０１７９】
図８７は図８１のＬ５層において「Ｅ部」として示されている領域（帯又は列の一部）を詳細に示す。図７９に示されているように、Ｌ５層は、６番目ないし２０番目の素子に対する接地プレートを提供する。この接地プレートが、図８７に示されている。
【０１８０】
＜＜７．５  垂直制御４５度＞＞
図５８ないし図８７では、電界に対して水平方向に反射させる観点から、リフレクトアレイの構造及びシミュレーション例が説明されてきた。しかしながら、第２構造及び第３構造を組み合わせたリフレクトアレイは、電界に対して垂直方向に反射させるように設計することもできる。
【０１８１】
図８８は、マッシュルーム構造のパッチ高さｔが４種類存在する第２構造と、隣接するパッチ同士の重なりを許容する第３構造とを有するリフレクトアレイの概略斜視図を示す。多数の素子の一部分しか描かれていないことに留意を要する。
【０１８２】
図８９は、層構造を示す断面図である。図示されているように、１層目ないし５層目の５つの層が、少なくとも一部に導電層を含む層として使用され、それらの間には誘電体層が介在している。一例として、誘電体層は、比誘電率が４．４であり、tanδが０．０１８であるＦＲ４基板である。１層目と２層目は０．２ｍｍ隔たっている。１層目と３層目は０．８ｍｍ隔たっている。１層目と４層目は１．６ｍｍ隔たっている。１層目と５層目は２．４ｍｍ隔たっている。
【０１８３】
図９０は、１層目ないし５層目における導電層の位置（影の付いた部分）を示す。図中、ｙ軸方向に並ぶ２０個の丸印はビアホールに対応する。便宜上、右から順に第１、第２、...第２０の素子と言及する。１層目の場合、第１ないし第２０の素子各々に対応するパッチが示されている。第１３ないし第２０の素子は、パッチ同士の重なりを許容しているので、パッチ高さが異なるもの（第１４、第１６、第１８、第２０）は１層目には現れていない。２層目の場合、第１の素子に対応する場所に、長さPy1を有する導電層が設けられ、かつ第１４、第１６、第１８及び第２０の素子のパッチが設けられている。他の場所において導電層は設けられていない。一例としてPy1は２．４ｍｍである。図９１は、１層目及び２層目における２０個のパッチのサイズを示す。３層目の場合、第１及び第２の素子に対応する場所に、長さPy2を有する導電層が設けられ、他の場所において導電層は設けられていない。一例としてPy2は４．８ｍｍである。４層目の場合、第１ないし第５の素子に対応する場所に、長さPy3を有する導電層が設けられ、他の場所において導電層は設けられていない。一例としてPy3は１２ｍｍである。５層目の場合、第１ないし第１３の全素子に対応する場所に、長さPy4を有する導電層が設けられている。一例としてPy4は３１．２ｍｍである。
【０１８４】
図９２は、上記のようにして形成されたリフレクトアレイの遠方放射界を示す。リフレクトアレイは、入射波に対して、−４５度の方向に反射を形成するように、上記の数値を利用して設計されている。図９２に示されているように、約−４５度の方向に反射波が適切に向いていることが分かる（図示の例の場合、−４３度の方向に１８．５５ｄＢの反射波が得られている。）。
【０１８５】
＜＜７．６  改良された第２構造と第３構造の組み合わせ＞＞
「５．６  改良された第２構造による垂直制御」のセクションにおいて説明したように、第２構造において発生するインダクタンスを正確に規定する観点からは、接地プレートがビアの位置において実質的に終端していることが好ましい。以下の説明において、具体的な寸法の詳細は本発明に本質的ではないので伏せている。
【０１８６】
図９３は、改良された第２構造の領域と第３構造の領域とを含むリフレクトアレイの層構造を示す。図示されているように、１層目ないし５層目の５つの層が、少なくとも一部に導電層を含む層として使用され、それらの間には誘電体層が介在している。一例として、誘電体層は、比誘電率が４．４であり、tanδが０．０１８であるＦＲ４基板である。図示の層構造は、概して、図７９、図８９等の構造と同様であるが、３層目及び４層目において「EX'」として示されているように、接地プレートがビアの位置で実質的に終端している点が大きく異なる。図７９、図８９等の構造の場合、接地プレートの端がビアの位置で実質的に終端しておらず、隣接する素子同士の間に接地プレートの端が存在し、接地プレートの段差が形成されている。なお、製造工程上の理由により、「EX'」で示されている部分において、接地プレートの端がビアを少しだけ超えて延在しているが、これは、素子同士の間で発生するインダクタンスに実質的な影響を及ぼすものではない。
【０１８７】
図９４Ａは、図９３に示すＬ１層の平面図を示す。図示の構造の場合、図９３に示す２０個の素子が並んでいる構造（約４８ｍｍ）が、ｙ軸方向に２回反復され、ｘ軸方向に４０回反復されているが、素子（ビア）の数、ｙ軸方向の反復数及びｘ軸方向の反復数は単なる一例に過ぎず、適切な如何なる数値が使用されてもよい。図９４Ｂは、図９４Ａに示すＬ１層の「Ａ部」を詳細に示す。
【０１８８】
図９５Ａは、図９３に示すＬ２層の平面図を示す。図９５Ｂは、図９５Ａに示すＬ２層の「Ｂ部」を詳細に示す。「Ｂ部」は「Ａ部」の下側に位置する。Ｌ２層ないしＬ５層は接地プレートを構成する。図９５Ａ、図９５Ｂに示されているように、接地プレートの端又は縁は、ビアの位置において終端されている。
【０１８９】
図９６Ａは、図９３に示すＬ３層の平面図を示す。図９６Ｂは、図９６Ａに示すＬ３層の「Ｃ部」を詳細に示す。「Ｃ部」は「Ａ部」及び「Ｂ部」の下側に位置する。図９６Ａ、図９６Ｂに示されているように、接地プレートの端又は縁は、ビアの位置において終端されている。
【０１９０】
図９７Ａは、図９３に示すＬ４層の平面図を示す。図９７Ｂは、図９７Ａに示すＬ４層の「Ｄ部」を詳細に示す。「Ｄ部」は「Ａ部」、「Ｂ部」及び「Ｃ部」の下側に位置する。図９７Ａ、図９７Ｂに示されているように、接地プレートの端又は縁は、ビアの位置において終端されている。
【０１９１】
図９８Ａは、図９３に示すＬ５層の平面図を示す。図９８Ｂは、図９８Ａに示すＬ５層の「Ｅ部」を詳細に示す。「Ｅ部」は「Ａ部」、「Ｂ部」、「Ｃ部」及び「Ｄ部」の下側に位置する。
【０１９２】
次に、改良された第２構造と第３構造の組み合わせについてのシミュレーション結果を示す。シミュレーションでは、図９９Ａ及び図９９Ｂに示されるような垂直制御を行う２つの構造が比較された。何れの構造も、改良された第２構造を使用し、接地プレートはビアの位置において終端している。しかしながら、パッチの設計が異なっている。図９９Ａの構造は、図３４Ａに示されるように、隣接するパッチが同じサイズを有する。これに対して、図９９Ｂの構造は、図３４Ｂに示されるように、ビアを中心として対称的なパッチが使用されている。
【０１９３】
図９９Ｃは、２つの構造各々の遠方放射界のシミュレーション結果を示す。電場がｙ軸方向を向いている電波がｚ軸∞方向から到来し、−４５度の方向に反射されるように、図９９Ａ、Ｂの構造は設計されている。ビームの大きさ又は強度は、所望方向（−４５度）における値により規格化されている。何れの構造も、所望方向に大きな反射ビームを形成している。＋４５度付近において、図９９Ｂの構造は、比較的大きな不要反射ビームを形成している。これに対して、図９９Ａの構造は、そのような不要反射ビームを適切に抑制できている。さらに、０度方向の鏡面反射ビームについても、図９９Ａの構造は、図９９Ｂの構造よりも不要反射ビームを小さく抑制できる。したがって、垂直制御の場合、図９９Ｂの構造よりも、図９９Ａの構造の方が好ましい。
【０１９４】
次に、接地プレートがビアの位置で終端していることが、ビアの高さが異なる構造を使用して垂直制御及び水平制御を行う場合にどのように影響するかを説明する。
【０１９５】
図１００Ａは、第２構造を含む構造により垂直制御を行う構造を示す。パッチの長さを図１００Ａに示すように、所望のLC共振の得られるLとCの対をｙ軸方向に配列することが可能である。上述のように、値の異なるLとCの組み合わせを配列する場合、接地プレートはビアの位置において終端していることが望ましい。図１００Ａには、概略平面図と、ｘ軸方向の断面図及びｙ軸方向の断面図が示されている。ｙ軸方向に沿って、パッチの層である１層目と、４つの接地プレート（２層目ないし５層目）とが存在し、「EX」として示されているように、接地プレートの２層目、３層目及び４層目の端は、隣接する素子同士の間にある。このため、ｙ軸方向に並ぶ素子において、適切な値のインダクタンスを発生させることが困難になってしまう。ｘ軸方向に並ぶ素子同士の間にもインダクタンスは発生する。しかしながら、電場がｙ軸方向を向いている電波を所望方向に反射させる場合、ｙ軸方向に並ぶ素子同士により発生するインダクタンスの方が重要である。このため、上述したように、接地プレートの端がビアの位置において終端するように、改善すべきである。
【０１９６】
図１００Ｂは、第２構造を含む構造により水平制御を行う構造を示す。水平制御の場合、図１００Ｂのように、所望のLC共振の得られるLとCの対をｘ軸方向に配列することが可能である。図１００Ｂにも、概略平面図と、ｘ軸方向の断面図及びｙ軸方向の断面図が示されている。水平制御の場合、ｘ軸方向の断面に複数の接地プレートが現れる。ｘ軸方向に沿って、パッチの層である１層目と、３つの接地プレート（２層目ないし４層目）とが存在し、「EX」として示されているように、２層目及び３層目の接地プレートの端は、隣接する素子同士の間にある。このため、ｘ軸方向において、適切な値のインダクタンスを発生させることは困難になってしまう。しかしながら、上述したように、電場がｙ軸方向の電波を反射させる場合、ｙ軸方向に並ぶ素子同士により発生するインダクタンスの方が重要である。ｙ軸方向沿って並ぶ素子の場合、隣接する素子のビアの高さは同じなので、発生するインダクタンスＬは、透磁率μとビアの高さtの積（L＝μt）により想定される値になる。このため、水平制御の場合は、垂直制御の場合よりも、接地プレートの段差の影響は深刻ではない。すなわち、ｘ軸方向の断面図に示されているように、接地プレートがビアの位置において終端していなくても、ｙ軸方向の断面図に示されているように、ギャップをはさむビアどうしの地板はつながっているため、所望のインダクタンスL1、L2、L3を得ることができる。ただし、当然ではあるが、図１００Ｂの構造においても、ｘ軸方向に延びる接地プレートが、ビアの位置において終端するようにすることで、設計どおりの動作をさらに期待することができる。
【０１９７】
以上本発明は特定の実施例を参照しながら説明されてきたが、それらは単なる例示に過ぎず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。発明の理解を促すため具体的な数値例を用いて説明がなされたが、特に断りのない限り、それらの数値は単なる一例に過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよい。発明の理解を促すため具体的な数式を用いて説明がなされたが、特に断りのない限り、それらの数式は単なる一例に過ぎず適切な如何なる数式が使用されてもよい。実施例又は項目の区分けは本発明に本質的ではなく、２以上の項目に記載された事項が必要に応じて組み合わせて使用されてよいし、ある項目に記載された事項が、別の実施例又は項目に記載された事項に（矛盾しない限り）適用されてよい。本発明は上記実施例に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形例、修正例、代替例、置換例等が本発明に包含される。
【０１９８】
以下、本発明により教示される手段を例示的に列挙する。
【０１９９】
（Ｍ１）
複数個のマッシュルーム構造を有する装置であって、前記複数個のマッシュルーム構造の各々は、
接地プレートと、
前記接地プレートに対して平行に距離を隔てて設けられた第１パッチと、
前記接地プレートに対して平行に、前記第１パッチに至る距離とは異なる距離を隔てて設けられた第２パッチと
を有し、前記第２パッチは、少なくとも前記第１パッチと容量結合する無給電素子である、装置。
【０２００】
（Ｍ２）
前記複数個のうち所定数個のマッシュルーム構造が、ある線に沿って並べられ、
前記複数個のうち別の所定数個のマッシュルーム構造が、別の線に沿って並べられ、
前記ある線に沿っているマッシュルーム構造の第１パッチと、前記別の線に沿っているマッシュルーム構造の第１パッチとの間の隙間が、前記ある線及び別の線に沿って徐々に変化している、Ｍ１記載の装置。
【０２０１】
（Ｍ３）
ある線に沿って並べられている所定数個のマッシュルーム構造のうち、隣接するマッシュルーム構造の第１パッチ同士の間の隙間が、前記ある線に沿って徐々に変化している、Ｍ１記載の装置。
【０２０２】
（Ｍ４）
前記隙間を決める隣接する第１パッチの内の一方の端から、該一方の第１パッチの基準線までの距離が、隣接する他方の第１パッチの端から、該他方の第１パッチの基準線までの距離に等しく、複数のマッシュルーム構造に対する基準線間の距離が一定に保たれている、Ｍ３記載の装置。
【０２０３】
（Ｍ５）
前記ある線に沿って順に並んでいる第１、第２及び第３のマッシュルーム構造各々の第１パッチは、互いに等しいサイズであり、前記第１及び第２のマッシュルーム構造の第１パッチ同士の中心間距離は、前記第２及び第３のマッシュルーム構造の第１パッチ同士の中心間距離と異なる、Ｍ３記載の装置。
【０２０４】
（Ｍ６）
前記ある線に沿って隣接している第１及び第２のマッシュルーム構造の第１パッチ同士の隙間を二分する中心線と、前記ある線に沿って隣接している第２及び第３のマッシュルーム構造の第１パッチ同士の隙間を二分する中心線との間の距離が、前記ある線に沿って並んでいる複数のマッシュルーム構造に対して一定に保たれている、Ｍ３記載の装置。
【０２０５】
（Ｍ７）
前記ある線に沿って順に並んでいる第１、第２及び第３のマッシュルーム構造のうち、前記第１及び第２のマッシュルーム構造の各々から反射される電波の位相差が、前記第２及び第３のマッシュルーム構造の各々から反射される電波の位相差に等しい、Ｍ２ないしＭ６の何れか１項に記載の装置。
【０２０６】
（Ｍ８）
少なくとも前記ある線に沿って並べられた前記所定数個のマッシュルーム構造を含むアレイが、同一平面内に複数個反復的に並べられている、Ｍ１ないしＭ７の何れか１項に記載の装置。
【０２０７】
（Ｍ９）
前記接地プレート、前記第１パッチ及び前記第２パッチに対して平行に距離を隔てて設けられ、無給電素子として機能する１つ以上のパッチをさらに有する、Ｍ１ないしＭ８の何れか１項に記載の装置。
【０２０８】
（Ａ１）
複数個のマッシュルーム構造を有する装置であって、前記複数個のマッシュルーム構造の各々は、
接地プレートと、
前記接地プレートに対して平行に距離を隔てて設けられたパッチと
を有し、あるマッシュルーム構造における接地プレート及びパッチ間の距離は、別のマッシュルーム構造における接地プレート及びパッチ間の距離と異なる、装置。
【０２０９】
（Ａ２）
前記あるマッシュルーム構造におけるパッチと、前記別のマッシュルーム構造におけるパッチとが、同一平面内に設けられている、Ａ１記載の装置。
【０２１０】
（Ａ３）
前記あるマッシュルーム構造における接地プレートと、前記別のマッシュルーム構造における接地プレートは、多層構造には形成されていない、Ａ２記載の装置。  
（Ａ４）
前記あるマッシュルーム構造における接地プレートと、前記別のマッシュルーム構造における接地プレートとが、同一平面内に設けられている、Ａ１記載の装置。
【０２１１】
（Ａ５）
（Ａ１）の装置において、（Ｍ２）〜（Ｍ９）の特徴を備えた装置。
【０２１２】
（Ｂ１）
複数個のマッシュルーム構造を有する装置であって、前記複数個のマッシュルーム構造の各々は、
接地プレートと、
前記接地プレートに対して平行に距離を隔てて設けられたパッチと
を有し、隣接するマッシュルーム構造双方のパッチは、同一平面内で互いに隙間を形成し、隣接する別のマッシュルーム構造双方のパッチは、少なくとも一部が多層に重なる位置関係でそれぞれ異なる平面に設けられる、装置。
【０２１３】
（Ｂ２）
（Ｂ１）の装置において、（Ｍ２）〜（Ｍ９）の特徴を備えた装置。
【０２１４】
（Ｃ１）Ｍ＋Ａ
第１群及び第２群の複数のマッシュルーム構造を有する装置であって、
前記第１群の複数のマッシュルーム構造の各々は、
接地プレートと、
前記接地プレートに対して平行に距離を隔てて設けられた第１パッチと、
前記接地プレートに対して平行に、前記第１パッチに至る距離とは異なる距離を隔てて設けられた第２パッチと
を有し、前記第２パッチは、少なくとも前記第１パッチと容量結合する無給電素子であり、
前記第２群の複数のマッシュルーム構造の各々は、
接地プレートと、
前記接地プレートに対して平行に距離を隔てて設けられたパッチと
を有し、前記第２群に属するあるマッシュルーム構造における接地プレート及びパッチ間の距離は、前記第２群に属する別のマッシュルーム構造における接地プレート及びパッチ間の距離と異なる、装置。
【０２１５】
（Ｃ２）Ｍ＋Ａ＋Ｂ
当該装置がさらに第３群の複数のマッシュルーム構造を有し、前記第３群に属する隣接するマッシュルーム構造双方のパッチは、同一平面内で互いに隙間を形成し、隣接する別のマッシュルーム構造双方のパッチは、少なくとも一部が多層に重なる位置関係でそれぞれ異なる平面に設けられる、Ｃ１記載の装置。
【０２１６】
（Ｃ３）
前記第１群のマッシュルーム構造における接地プレート、第１パッチ及び第２パッチをなす３層の内の１層が、前記第２群のマッシュルーム構造における接地プレート及びパッチをなす２層の内の１層と同一平面に設けられ、
前記３層の内の別の１層が、前記２層の内の別の１層と同一平面に設けられている、Ｃ１又はＣ２に記載の装置。
【０２１７】
（Ｃ４）Ｍ＋Ｂ
第１群及び第２群の複数のマッシュルーム構造を有する装置であって、
前記第１群の複数のマッシュルーム構造の各々は、
接地プレートと、
前記接地プレートに対して平行に距離を隔てて設けられた第１パッチと、
前記接地プレートに対して平行に、前記第１パッチに至る距離とは異なる距離を隔てて設けられた第２パッチと
を有し、前記第２パッチは、少なくとも前記第１パッチと容量結合する無給電素子であり、前記第２群の複数のマッシュルーム構造の各々は、
接地プレートと、
前記接地プレートに対して平行に距離を隔てて設けられたパッチと
を有し、前記第２群に属する隣接するマッシュルーム構造双方のパッチは、同一平面内で互いに隙間を形成し、隣接する別のマッシュルーム構造双方のパッチは、少なくとも一部が多層に重なる位置関係でそれぞれ異なる平面に設けられる、装置。
【０２１８】
（Ｃ５）
前記第１群のマッシュルーム構造における接地プレート、第１パッチ及び第２パッチをなす３層の内の１層が、前記第２群のマッシュルーム構造における接地プレート及び前記異なる平面に設けられるパッチをなす３層の内の１層と同一平面に設けられ、
前記第１群のマッシュルーム構造における接地プレート、第１パッチ及び第２パッチをなす３層の内の別の１層が、前記第２群のマッシュルーム構造における接地プレート及び前記異なる平面に設けられるパッチをなす３層の内の別の１層と同一平面に設けられている、Ｃ４記載の装置。
【０２１９】
（Ｃ６）Ａ＋Ｂ
第１群及び第２群の複数のマッシュルーム構造を有する装置であって、
前記マッシュルーム構造の各々は、
接地プレートと、
前記接地プレートに対して平行に距離を隔てて設けられたパッチと
を有し、前記第１群に属するあるマッシュルーム構造における接地プレート及びパッチ間の距離は、前記第１群に属する別のマッシュルーム構造における接地プレート及びパッチ間の距離と異なり、
前記第２群に属する隣接するマッシュルーム構造双方のパッチは、同一平面内で互いに隙間を形成し、隣接する別のマッシュルーム構造双方のパッチは、少なくとも一部が多層に重なる位置関係でそれぞれ異なる平面に設けられる、装置。
【０２２０】
（Ｃ７）
前記第１群のマッシュルーム構造における接地プレート及びパッチをなす２層の内の１層が、前記２群のマッシュルーム構造における接地プレート及び前記異なる平面に設けられるパッチをなす３層の内の１層と同一平面に設けられ、
前記２層の内の別の１層が、前記３層の内の別の１層と同一平面に設けられている、Ｃ６記載の装置。
【符号の説明】
【０２２１】
２１  接地プレート
２２  ビアホール
２３  第１パッチ
２４  第２パッチ
１２１  接地プレート
１２２  ビアホール
１２３  パッチ
【図１】
0005650172.tif 000005
【図２Ａ】
0005650172.tif 000006
【図２Ｂ】
0005650172.tif 000007
【図２Ｃ】
0005650172.tif 000008
【図２Ｄ】
0005650172.tif 000009
【図３】
0005650172.tif 000010
【図４】
0005650172.tif 000011
【図５】
0005650172.tif 000012
【図６】
0005650172.tif 000013
【図７】
0005650172.tif 000014
【図８】
0005650172.tif 000015
【図９】
0005650172.tif 000016
【図１０】
0005650172.tif 000017
【図１１】
0005650172.tif 000018
【図１２】
0005650172.tif 000019
【図１３】
0005650172.tif 000020
【図１４】
0005650172.tif 000021
【図１５】
0005650172.tif 000022
【図１６】
0005650172.tif 000023
【図１７】
0005650172.tif 000024
【図１８】
0005650172.tif 000025
【図１９】
0005650172.tif 000026
【図２０】
0005650172.tif 000027
【図２１】
0005650172.tif 000028
【図２２】
0005650172.tif 000029
【図２３】
0005650172.tif 000030
【図２４】
0005650172.tif 000031
【図２５】
0005650172.tif 000032
【図２６】
0005650172.tif 000033
【図２７】
0005650172.tif 000034
【図２８】
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【図２９】
0005650172.tif 000036
【図３０】
0005650172.tif 000037
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３４Ｃ】
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【図３４Ｄ】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５Ａ】
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【図４５Ｂ】
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【図４６Ａ】
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【図４６Ｂ】
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【図４６Ｃ】
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【図４６Ｄ】
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【図４６Ｅ】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９Ａ】
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【図４９Ｂ】
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【図４９Ｃ】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４Ａ】
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【図９４Ｂ】
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【図９５Ａ】
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【図９５Ｂ】
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【図９６Ａ】
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【図９６Ｂ】
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【図９７Ａ】
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【図９７Ｂ】
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【図９８Ａ】
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【図９８Ｂ】
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【図９９Ａ】
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【図９９Ｂ】
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【図９９Ｃ】
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【図１００Ａ】
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【図１００Ｂ】
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