(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物として、誘電率及び透磁率の少なくとも一方が負の値を有するメタマテリアルが存在する環境において、送信点から放射されて受信点に到達する電波の伝搬特性を推定する伝搬特性推定方法であって、
前記メタマテリアルが存在しないと仮定して、イメージング法によって、前記送信点と前記受信点との間の電波の伝搬経路を探索する工程Ａと、
前記工程Ａにおいて検出された前記伝搬経路から、前記メタマテリアルを経由する伝搬経路を削除することによって、第１伝搬経路を取得する工程Ｂと、
イメージング法によって、前記送信点と前記メタマテリアルとの間の電波の伝搬経路を探索する工程Ｃと、
イメージング法によって、前記メタマテリアルと前記受信点との間の電波の伝搬経路を探索する工程Ｄと、
前記工程Ｃにおいて検出された前記伝搬経路の各々と前記工程Ｄにおいて検出された前記伝搬経路の各々とを組み合わせることによって、第２伝搬経路を取得する工程Ｅと、
前記第１伝搬経路の各々と前記第２伝搬経路の各々との組み合わせからなる伝搬経路の距離と、該伝搬経路上に存在する前記構造物における電波の損失レベルとを考慮して、該伝搬経路を経由して前記受信点に到達する各電波の電界強度の和を算出する工程Ｆとを有し、
前記工程Ｄにおいて、前記メタマテリアルが複数存在する場合、イメージング法によって、該メタマテリアル間の電波の伝搬経路及び該メタマテリアルの各々と前記受信点との間の電波の伝搬経路を探索し、
前記工程Ｆにおいて、前記メタマテリアルにおける各電波の損失レベルは、前記工程Ｃにおいて検出された前記伝搬経路を経由して該メタマテリアルへ入射される電波の入射角及び前記工程Ｄにおいて検出された前記伝搬経路を経由して該メタマテリアルから二次放射される電波の二次放射角に基づいて決定されることを特徴とする伝搬特性推定方法。
【請求項２】
構造物として、誘電率及び透磁率の少なくとも一方が負の値を有するメタマテリアルが存在する環境において、送信点から放射されて受信点に到達する電波の伝搬特性を推定する伝搬特性推定方法であって、
前記メタマテリアルが存在しないと仮定して、イメージング法によって、前記送信点と前記受信点との間の電波の伝搬経路を探索する工程Ａと、
前記工程Ａにおいて検出された前記伝搬経路から、前記メタマテリアルを経由する伝搬経路を削除することによって、第１伝搬経路を取得する工程Ｂと、
前記送信点から一定角度ごとに離散的に電波を放射した場合に、放射された各電波についての前記構造物における進行方向を逐次決定する工程Ｃと、
前記工程Ｃにおいて逐次決定された各電波についての各構造物における進行方向に基づいて、該送信点から前記受信点を含む受信エリアに到達する電波の伝搬経路を探索する工程Ｄと、
前記工程Ｄにおいて検出された前記伝搬経路の中から、第２伝搬経路として、前記メタマテリアルを経由する伝搬経路を探索する工程Ｅと、
前記第１伝搬経路の各々と前記第２伝搬経路の各々との組み合わせからなる伝搬経路の距離と、該伝搬経路上に存在する前記構造物における電波の損失レベルとを考慮して、該伝搬経路を経由して前記受信点に到達する各電波の電界強度の和を算出する工程Ｆとを有し、
前記工程Ｄにおいて、前記メタマテリアルにおける各電波の進行方向は、該メタマテリアルの誘電率及び透磁率によって決定され、
前記工程Ｅにおいて、前記メタマテリアルにおける各電波の損失レベルは、該メタマテリアルの誘電率及び透磁率によって決定されることを特徴とする伝搬特性推定方法。
【請求項３】
入射された電波の進行方向が正規反射の方向又は直進方向以外の所定方向となる少なくとも１つの第１構造物が存在する環境において、送信点から放射されて受信点に到達する電波の伝搬特性を推定する伝搬特性推定方法であって、
前記送信点から一定角度ごとに離散的に電波を放射した場合に、放射された各電波についての各構造物における進行方向を逐次決定する工程Ａと、
前記工程Ａにおいて逐次決定された各電波についての各構造物における進行方向に基づいて、該送信点から前記受信点を含む受信エリアに到達する電波の伝搬経路を探索する工程Ｂと、
前記工程Ｂにおいて検出された前記伝搬経路の距離と、該伝搬経路上に存在する前記構造物における各電波の損失レベルとを考慮して、該伝搬経路を経由して前記受信点に到達する各電波の電界強度の和を算出する工程Ｃとを有し、
前記工程Ａにおいて、前記第１構造物における各電波の進行方向は、該第１構造物の誘電率及び透磁率によって決定され、
前記工程Ｂにおいて、前記第１構造物における各電波の損失レベルは、該第１構造物の誘電率及び透磁率によって決定され、
前記工程Ａにおいて、前記第１の構造物以外の構造物である第２構造物における各電波の進行方向は、反射の場合に正規反射の方向となり、透過の場合に直進方向となり、
前記工程Ａにおいて、前記第１構造物における電波の進行方向は、該第１構造物において該電波が１層透過を２回繰り返すものとして決定され、
前記工程Ｂにおいて、前記第２構造物における電波の損失レベルは、電波が１層透過を２回繰り返す際の透過係数である２層透過係数を用いて決定され、該第１構造物における電波の損失レベルは、該第１構造物において該電波が１層透過を２回繰り返すものとして決定されることを特徴とする伝搬特性推定方法。
【請求項４】
構造物として、誘電率及び透磁率の少なくとも一方が負の値を有するメタマテリアルが存在する環境において、送信点から放射されて受信点に到達する電波の伝搬特性を推定する伝搬特性推定方法であって、
前記送信点から一定角度ごとに離散的に電波を放射した場合に、放射された各電波についての前記構造物における進行方向を逐次決定する工程Ａと、
前記工程Ａにおいて逐次決定された各電波についての各構造物における進行方向に基づいて、該送信点から前記受信点を含む受信エリアに到達する電波の伝搬経路を探索する工程Ｂと、
前記工程Ｂにおいて検出された前記伝搬経路の距離と、該伝搬経路上に存在する前記構造物における電波の損失レベルとを考慮して、該伝搬経路を経由して前記受信点に到達する各電波の電界強度の和を算出する工程Ｃとを有し、
前記工程Ｂにおいて、前記メタマテリアルにおける各電波の進行方向は、該メタマテリアルの構造を散乱体とした場合の電磁界解析方法を用いて決定され、
前記工程Ｃにおいて、前記メタマテリアルにおける各電波の損失レベルは、該メタマテリアルの構造を散乱体とした場合の電磁界解析方法を用いて算出された反射係数及び透過係数を用いて決定され、
前記反射係数は、前記メタマテリアルにおいて反射した電波のポインチングベクトルのフーリエ変換を、該メタマテリアルに入射する電波のポインチングベクトルのフーリエ変換で除算することによって計算され、
前記透過係数は、前記メタマテリアルを透過した電波のポインチングベクトルのフーリエ変換を、該メタマテリアルに入射する電波のポインチングベクトルのフーリエ変換で除算することによって算出されることを特徴とする伝搬特性推定方法。
【請求項５】
前記電磁界解析方法は、前記メタマテリアルを構成する人工誘電体の形状を詳細にモデル化し、該モデル化された人工誘電体の形状を周期的に配列することによって、前記散乱体における電磁界特性を解析する方法であることを特徴とする請求項４に記載の伝搬特性推定方法。
【請求項６】
前記電磁界解析方法は、前記メタマテリアルの全体構造に対して、いずれか一方が負の値を有する等価的な誘電率及び透磁率を与えることによって、前記散乱体における電磁界特性を解析する方法であることを特徴とする請求項４に記載の伝搬特性推定方法。
【請求項７】
前記工程Ｆにおいて、前記メタマテリアルにおける電波の損失レベルは、該メタマテリアルの構造を散乱体とした場合の電磁界解析方法を用いて決定されることを特徴とする請求項１に記載の伝搬特性推定方法。
【請求項８】
前記工程Ｄにおいて、前記メタマテリアルが複数存在する場合、前記電磁界解析方法において設定される遠方界を前記イメージング法の送信点とすることを特徴とする請求項７に記載の伝搬特性推定方法。
【請求項９】
前記工程Ｄにおいて、前記イメージング法の代わりに、レイラウンチング法を用いることを特徴とする請求項１に記載の伝搬特性推定方法。
【請求項１０】
前記工程Ｆにおいて、前記メタマテリアルにおける各電波の損失レベルは、該メタマテリアルの誘電率及び透磁率によって決定される反射係数及び透過係数を用いて決定されることを特徴とする請求項１に記載の伝搬特性推定方法。
【請求項１１】
前記メタマテリアルに入射される電波の入射方向と、該メタマテリアルから二次放射される電波の進行方向及び電界強度とを関連付けるテーブルを用いて、前記伝搬経路を経由して前記受信点に到達する各電波の電界強度の和を算出することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の伝搬特性推定方法。
【請求項１２】
コンピュータに、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の伝搬特性推定方法を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射された電波の進行方向が正規反射の方向又は直進方向以外の所定方向となる少なくとも１つの第１構造物が存在する環境において、送信点から放射されて受信点に到達する電波の伝搬特性を推定する伝搬特性推定方法、及び、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電波の伝搬特性を解析する手法として、幾何光学モデルを用いた解析手法が広く知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図２１に、従来のレイトレース法による電波の伝搬経路（パス）を求める手法について示す。
【０００４】
図２１に示すように、従来のレイトレース法では、第１に、送信点Ｔの壁面１に対するイメージ点であるＴ’を求め、次に、イメージ点Ｔ’の壁面２に対するイメージ点であるＴ’’を求める。
【０００５】
第２に、イメージ点であるＴ’’と受信点Ｒとを直線で結び、かかる直線と壁面２との交点を求める。かかる交点が、壁面２における反射位置となる。
【０００６】
また、図２２に、従来の透過波及び反射波についての伝搬経路（パス）を求める手法について示す（例えば、非特許文献２参照）。
【非特許文献１】細矢良雄監修、「電波伝搬ハンドブック」、２３４〜２４５頁、リアライズインク社
【非特許文献２】「ＥＥＭ-ＲＴＭ  理論説明書」、（株）情報数理研究所、1200054809812_0.pdf
【非特許文献３】ＮＡＤＥＲ  ＥＮＧＨＥＴＡ、ＲＩＣＨＡＲＤ  Ｗ．  ＺＩＯＬＫＯＷＳＫＩ  Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ，  ＷＩＬＥＲ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の手法では、図２１及び図２２に示すように、反射波の進行方向は、正規反射の方向に限られており、また、透過波の進行方向は、直進方向に限られており、媒体の屈折を考慮した伝搬特性の解析を行うことはできなかった。
【０００８】
一方、近年、インダクタンス及びキャパシタンスの周期構造で形成される人工誘電体を用いて、等価的に誘電率及び透磁率が負の値を有するように構成されているメタマテリアル（左手系材料）の研究が盛んになっている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００９】
メタマテリアルでは、電波が透過する際に負の屈折率が生じ、伝搬定数の方向が負の方向となり、ポインチングエネルギーの方向が正の方向となることが知られている。
【００１０】
かかるメタマテリアルが送信点と受信点との間の電波の伝搬経路（パス）の途中に存在している場合の電波の伝搬特性を解析することは興味あるテーマであるが、従来の手法では、これら負の屈折率を考慮した電波の伝播特性の解析を行うことはできなかった。
【００１１】
すなわち、構造物の形状が、例えば、図１に示すように、電波の入射境界面と電波の放射境界面とが平行でないときには（誘電率や透磁率の正負に関係なく）、図２１及び図２２に示す伝搬経路の推定方法を用いることができないという問題点があった。
【００１２】
また、電波の入射境界面と電波の放射境界面とが平行である構造物であっても、かかる構造物において電波が屈折した方向に二次放射されるような場合、例えば、図２１の構造物（壁面）の材質がＥＢＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｂａｎｄ  Ｇａｐ）構造で形成されている場合には、電波は、かかる構造物への入射方向と異なる方向に屈折して放射されるため、図２１及び図２２に示す伝搬経路の推定方法を用いることができないという問題点があった。
【００１３】
さらに、かかる構造物の一部に、直進方向と看做せない方向への電波の透過や正規反射とは異なる方向への電波の反射が存在する場合は、かかる構造物における入射及び放射だけでなく、全ての伝播経路に対して影響が与えられるため、鏡像を使って送信点及び受信点を直線で結ぶことによって伝播経路を探索することができなくなるという問題点があった。
【００１４】
また、電磁界解析手法の１つとして「ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）法」が知られているが、かかる電磁界解析手法では、屋外のような広いエリアにおける電波の伝搬特性を解析することが困難であり、また、メタマテリアルにおける電波の伝搬特性の解析を扱うには、計算が発散しないように処理が必要であった。
【００１５】
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、負の屈折率を生じさせるメタマテリアルが存在する環境における電波の伝搬特性を推定する伝搬特性推定方法及びプログラム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】
【００１６】
本発明の第１の特徴は、入射された電波の進行方向が正規反射の方向又は直進方向以外の所定方向となる少なくとも１つの第１構造物が存在する環境において、送信点から放射されて受信点に到達する電波の伝搬特性を推定する伝搬特性推定方法であって、前記送信点から一定角度ごとに離散的に電波を放射した場合に、放射された各電波についての各構造物における進行方向を逐次決定する工程Ａと、前記工程Ａにおいて逐次決定された各電波についての各構造物における進行方向に基づいて、該送信点から前記受信点を含む受信エリアに到達する電波の伝搬経路を探索する工程Ｂと、前記工程Ｂにおいて検出された前記伝搬経路の距離と、該伝搬経路上に存在する前記構造物における各電波の損失レベルとを考慮して、該伝搬経路を経由して前記受信点に到達する各電波の電界強度の和を算出する工程Ｃとを有し、前記工程Ａにおいて、前記第１構造物における各電波の進行方向は、該第１構造物の誘電率及び透磁率によって決定され、前記工程Ｂにおいて、前記第１構造物における各電波の損失レベルは、該第１構造物の誘電率及び透磁率によって決定されることを要旨とする。
【００１７】
本発明の第１の特徴において、前記工程Ａにおいて、前記第１の構造物以外の構造物である第２構造物における各電波の進行方向は、反射の場合に正規反射の方向となり、透過の場合に直進方向となってもよい。  本発明の第２の特徴は、構造物として、誘電率及び透磁率の少なくとも一方が負の値を有するメタマテリアルが存在する環境において、送信点から放射されて受信点に到達する電波の伝搬特性を推定する伝搬特性推定方法であって、前記メタマテリアルが存在しないと仮定して、イメージング法によって、前記送信点と前記受信点との間の電波の伝搬経路を探索する工程Ａと、前記工程Ａにおいて検出された前記伝搬経路から、前記メタマテリアルを経由する伝搬経路を削除することによって、第１伝搬経路を取得する工程Ｂと、イメージング法によって、前記送信点と前記メタマテリアルとの間の電波の伝搬経路を探索する工程Ｃと、イメージング法によって、前記メタマテリアルと前記受信点との間の電波の伝搬経路を探索する工程Ｄと、前記工程Ｃにおいて検出された前記伝搬経路の各々と前記工程Ｄにおいて検出された前記伝搬経路の各々とを組み合わせることによって、第２伝搬経路を取得する工程Ｅと、前記第１伝搬経路の各々と前記第２伝搬経路の各々との組み合わせからなる伝搬経路の距離と、該伝搬経路上に存在する前記構造物における各電波の損失レベルとを考慮して、該伝搬経路を経由して前記受信点に到達する各電波の電界強度の和を算出する工程Ｆとを有し、前記工程Ｄにおいて、前記メタマテリアルが複数存在する場合、イメージング法によって、該メタマテリアル間の電波の伝搬経路及び該メタマテリアルの各々と前記受信点との間の電波の伝搬経路を探索し、前記工程Ｆにおいて、前記メタマテリアルにおける電波の損失レベルは、前記工程Ｃにおいて検出された前記伝搬経路を経由して該メタマテリアルへ入射される電波の入射角及び前記工程Ｄにおいて検出された前記伝搬経路を経由して該メタマテリアルから二次放射される電波の二次放射角に基づいて決定されることを要旨とする。
【００１８】
本発明の第３の特徴は、構造物として、誘電率及び透磁率の少なくとも一方が負の値を有するメタマテリアルが存在する環境において、送信点から放射されて受信点に到達する電波の伝搬特性を推定する伝搬特性推定方法であって、前記メタマテリアルが存在しないと仮定して、イメージング法によって、前記送信点と前記受信点との間の電波の伝搬経路を探索する工程Ａと、前記工程Ａにおいて検出された前記伝搬経路から、前記メタマテリアルを経由する伝搬経路を削除することによって、第１伝搬経路を取得する工程Ｂと、前記送信点から一定角度ごとに離散的に電波を放射した場合に、放射された各電波についての前記構造物における進行方向を逐次決定する工程Ｃと、前記工程Ｃにおいて逐次決定された各電波についての各構造物における進行方向に基づいて、該送信点から前記受信点を含む受信エリアに到達する電波の伝搬経路を探索する工程Ｄと、前記工程Ｄにおいて検出された前記伝搬経路の中から、第２伝搬経路として、前記メタマテリアルを経由する伝搬経路を探索する工程Ｅと、前記第１伝搬経路の各々と前記第２伝搬経路の各々との組み合わせからなる伝搬経路の距離と、該伝搬経路上に存在する前記構造物における電波の損失レベルとを考慮して、該伝搬経路を経由して前記受信点に到達する各電波の電界強度の和を算出する工程Ｆとを有し、前記工程Ｄにおいて、前記メタマテリアルにおける各電波の進行方向は、該メタマテリアルの誘電率及び透磁率によって決定され、前記工程Ｅにおいて、前記メタマテリアルにおける各電波の損失レベルは、該メタマテリアルの誘電率及び透磁率によって決定されることを要旨とする。
【００１９】
本発明の第１の特徴において、前記工程Ａにおいて、前記第１構造物における電波の進行方向は、該第１構造物において該電波が１層透過を２回繰り返すものとして決定され、前記工程Ｂにおいて、前記第２構造物における電波の損失レベルは、２層透過係数を用いて決定され、該第１構造物における電波の損失レベルは、該第１構造物において該電波が１層透過を２回繰り返すものとして決定されていてもよい。
【００２０】
本発明の第４の特徴は、構造物として、誘電率及び透磁率の少なくとも一方が負の値を有するメタマテリアルが存在する環境において、送信点から放射されて受信点に到達する電波の伝搬特性を推定する伝搬特性推定方法であって、前記送信点から一定角度ごとに離散的に電波を放射した場合に、放射された各電波についての前記構造物における進行方向を逐次決定する工程Ａと、前記工程Ａにおいて逐次決定された各電波についての各構造物における進行方向に基づいて、該送信点から前記受信点を含む受信エリアに到達する電波の伝搬経路を探索する工程Ｂと、前記工程Ｂにおいて検出された前記伝搬経路の距離と、該伝搬経路上に存在する前記構造物における電波の損失レベルとを考慮して、該伝搬経路を経由して前記受信点に到達する各電波の電界強度の和を算出する工程Ｃとを有し、前記工程Ｂにおいて、前記メタマテリアルにおける各電波の進行方向は、該メタマテリアルの構造を散乱体とした場合の電磁界解析方法を用いて決定され、前記工程Ｃにおいて、前記メタマテリアルにおける各電波の損失レベルは、該メタマテリアルの構造を散乱体とした場合の電磁界解析方法を用いて算出された反射係数及び透過係数を用いて決定され、前記反射係数は、前記メタマテリアルにおいて反射した電波のポインチングベクトルのフーリエ変換を、該メタマテリアルに入射する電波のポインチングベクトルのフーリエ変換で除算することによって計算され、前記透過係数は、前記メタマテリアルを透過した電波のポインチングベクトルのフーリエ変換を、該メタマテリアルに入射する電波のポインチングベクトルのフーリエ変換で除算することによって算出されることを要旨とする。
【００２１】
本発明の第４の特徴において、前記電磁界解析方法は、前記メタマテリアルを構成する人工誘電体の形状を詳細にモデル化し、該モデル化された人工誘電体の形状を周期的に配列することによって、前記散乱体における電磁界特性を解析する方法であってもよい。
【００２２】
本発明の第４の特徴において、前記電磁界解析方法は、前記メタマテリアルの全体構造に対して、いずれか一方が負の値を有する等価的な誘電率及び透磁率を与えることによって、前記散乱体における電磁界特性を解析する方法であってもよい。
【００２３】
本発明の第２の特徴において、前記工程Ｆにおいて、前記メタマテリアルにおける電波の損失レベルは、該メタマテリアルの構造を散乱体とした場合の電磁界解析方法を用いて決定されてもよい。
【００２４】
本発明の第２の特徴において、前記工程Ｄにおいて、前記メタマテリアルが複数存在する場合、前記電磁界解析方法において設定される遠方界を前記イメージング法の送信点としてもよい。
【００２５】
本発明の第２の特徴において、前記工程Ｄにおいて、前記イメージング法の代わりに、レイラウンチング法を用いてもよい。
【００２６】
本発明の第２の特徴において、前記工程Ｆにおいて、前記メタマテリアルにおける各電波の損失レベルは、該メタマテリアルの誘電率及び透磁率によって決定される反射係数及び透過係数を用いて決定されてもよい。
【００２７】
本発明の第１乃至４の特徴において、前記メタマテリアルに入射される電波の入射方向と、該メタマテリアルから二次放射される電波の進行方向及び電界強度とを関連付けるテーブルを用いて、前記伝搬経路を経由して前記受信点に到達する各電波の電界強度の和を算出してもよい。
【００２８】
本発明の第５の特徴は、コンピュータに、上述の第１の特徴乃至第４の特徴に係る伝搬特性推定方法を実行させるプログラムであることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、負の屈折率を生じさせるメタマテリアルが存在する環境における電波の伝搬特性を推定する伝搬特性推定方法、及び、プログラムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
（本発明の第１の実施形態に係る伝搬特性推定方法）
図１乃至図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係る伝搬特性推定方法について説明する。
【００３１】
本実施形態に係る伝搬特性推定方法は、シミュレーションによって、図１に示すように、入射された電波の進行方向が正規反射の方向又は直進方向以外の所定方向となる少なくとも１つのが存在する環境において、送信点１０から放射されて受信点２０に到達する電波（レイ）の伝搬特性を推定するものである。
【００３２】
ここで、第１構造物には、誘電率ε及び透磁率μ（電気定数）の少なくとも一方が負の値を有するメタマテリアル（構造物）Ａや、電波の入射境界面と電波の放射境界面とが平行である構造物（図示せず）が含まれる。
【００３３】
図２に示すように、ステップＳ１０１において、送信点１０から一定角度Δθごとに離散的に電波を放射する。
【００３４】
ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１において放射された各電波についての各構造物Ａ乃至Ｃにおける進行方向（放射方向）を逐次決定する。
【００３５】
ここで、第１構造物における各電波の進行方向は、スネルの法則を用いて、かかる第１構造物の誘電率ε及び透磁率μによって決定される。
【００３６】
例えば、図３に示すように、送信点１０から放射された電波が、入射角θｉ１でメタマテリアルＡに入射された場合、かかるメタマテリアルＡの内部（散乱体）で、誘電率ε及び透磁率μによって決定される透過角θｔ２の方向に屈折し、また、かかる電波は、かかるメタマテリアルＡの内部から放射される際に、誘電率ε及び透磁率μによって決定される透過角θｔ３の方向に屈折する。
【００３７】
なお、第１構造物以外の第２構造物Ｂ、Ｃにおける各電波の進行方向は、正規反射の方向（反射の場合）又は直進方向（透過の場合）等である。
【００３８】
ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２において逐次決定された各構造物Ａ乃至Ｃにおける各電波の進行方向に基づいて、送信点１０から受信点２０を含む受信エリアΔＳに到達する電波の伝搬経路（パス）を探索する。
【００３９】
ステップＳ１０４において、ステップＳ１０３において検出された伝搬経路の距離と、かかる伝搬経路上に存在する構造物Ａ乃至Ｃにおける電波の損失レベル（構造物Ａ乃至Ｃにおける反射や透過や回折等による電波の損失レベル）とを考慮して、かかる伝搬経路を経由して受信点２０に到達する各電波の電界強度（又は、電力レベル）の和を算出する。
【００４０】
ここで、第１構造物における電波の損失レベルは、スネルの法則を用いて、第１構造物の誘電率ε及び透磁率μによって決定される。
【００４１】
本実施形態に係る伝搬特性推定方法によれば、従来の「レイラウンチング法」のように、送信点１０から一定角度Δθごとに離散的に電波を放射するものと仮定し、受信点２０に到達する電波の伝搬経路（パス）が減少するのを避けるために、受信点２０の周辺エリアである受信エリアΔＳに到達する電波を、受信点２０に到達すると看做す手法を用いるため、送信点１０から受信点２０までの全て電波の伝搬経路を考察することを回避し、計算時間を短縮することができる。
【００４２】
（本発明の第２の実施形態に係る伝搬特性推定方法）
図１、図４乃至図６を参照して、本発明の第２の実施形態に係る伝搬特性推定方法について説明する。
【００４３】
本実施形態に係る伝搬特性推定方法も、上述の第１の実施形態に係る伝搬特性推定方法と同様に、シミュレーションによって、図１に示すように、構造物として、誘電率ε及び透磁率μ（電気定数）の少なくとも一方が負の値を有するメタマテリアル（構造物）Ａが存在する環境において、送信点１０から放射されて受信点２０に到達する電波（レイ）の伝搬特性を推定するものである。
【００４４】
図４に示すように、ステップＳ２０１において、メタマテリアルＡが存在しないと仮定して、イメージング法によって、送信点１０と受信点２０との間の電波の伝搬経路（パス）を探索する。図５（ａ）の例では、かかる伝搬経路として、パス１及びパス２が検出されている。
【００４５】
ステップＳ２０２において、ステップＳ２０１において検出された伝搬経路（パス）から、メタマテリアルＡを経由する伝搬経路（例えば、メタマテリアルにおける反射や透過を含む伝搬経路）を削除することによって、第１伝搬経路を取得する。
【００４６】
図５（ｂ）の例では、ステップＳ２０１において検出されたパス１及びパス２の中から、メタマテリアルＡにおける透過を含む伝搬経路であるパス２が削除されているため、メタマテリアルＡを経由することなく受信点２０に到達するパス２が、第１伝搬経路として取得されている。
【００４７】
ステップＳ２０３において、イメージング法によって、送信点１０とメタマテリアルＡとの間の電波の伝搬経路を探索する。図５（ｃ）の例では、かかる伝搬経路として、パスａ及びパスｂが検出されている。
【００４８】
ステップＳ２０４において、イメージング法によって、メタマテリアルＡと受信点２０との間の電波の伝搬経路を探索する。図５（ｄ）の例では、かかる伝搬経路として、パスｃ、パスｄ及びパスｅが検出されている。
【００４９】
ステップＳ２０５において、ステップ２０３において検出された伝搬経路の各々とステップＳ２０４において検出された伝搬経路の各々とを組み合わせることによって、第２伝搬経路を取得する。
【００５０】
図５（ｅ）の例では、ステップ２０３において検出されたパスａ及びパスｂの各々と、ステップ２０４において検出されたパスｃ乃至パスｅの各々とを組み合わせることによって生成されたパス２Ａ乃至パス２Ｆが、第２伝搬経路として取得されている。
【００５１】
ここで、図６に示すように、複数のメタマテリアル１、２が存在する場合、ステップ２０４において、イメージング法によって、当該メタマテリアル１、２間の電波の伝搬経路及び当該メタマテリアル１、２の各々と受信点２０との間の電波の伝搬経路を探索する。
【００５２】
図６の例では、当該メタマテリアル１、２間の電波の伝搬経路として、パスｃパスｄ及びパスｅが検出されており、当該メタマテリアル２と受信点２０との間の電波の伝搬経路として、パスｆ及びパスｇが検出されている。
【００５３】
したがって、図６の例では、ステップ２０３において検出されたパスａ及びパスｂの各々と、ステップ２０４において検出されたパスｃ乃至パスｈの各々とを組み合わせることによって生成されたパスＡ乃至パスＬが、第２伝搬経路として取得されている。
【００５４】
ステップＳ２０６において、上述の第１伝搬経路の各々と上述の第２伝搬経路の各々との組み合わせからなる伝搬経路の距離と、かかる伝搬経路上に存在する構造物Ａ乃至Ｃにおける電波の損失レベルとを考慮して、かかる伝搬経路を経由して受信点２０に到達する各電波の電界強度の和を算出する。
【００５５】
ここで、メタマテリアルＡにおける電波の損失レベルは、ステップＳ２０３において検出された伝搬経路を経由してメタマテリアルＡへ入射される電波の入射角及びステップＳ２０４において検出された伝搬経路を経由してメタマテリアルＡから二次放射される電波の二次放射角に基づいて決定される。
【００５６】
具体的には、メタマテリアルＡにおける電波の損失レベル（二次放射角の方向の損失レベル）は、メタマテリアルＡの誘電率ε及び透磁率μによって決定される反射係数及び透過係数を用いて決定される。
【００５７】
（本発明の第３の実施形態に係る伝搬特性推定方法）
図１及び図７を参照して、本発明の第３の実施形態に係る伝搬特性推定方法について説明する。
【００５８】
本実施形態に係る伝搬特性推定方法も、上述の実施形態に係る伝搬特性推定方法と同様に、シミュレーションによって、図１に示すように、構造物として、誘電率ε及び透磁率μ（電気定数）の少なくとも一方が負の値を有するメタマテリアル（構造物）Ａが存在する環境において、送信点１０から放射されて受信点２０に到達する電波（レイ）の伝搬特性を推定するものである。
【００５９】
図７に示すように、ステップＳ３０１において、メタマテリアルＡが存在しないと仮定して、イメージング法によって、送信点１０と受信点２０との間の電波の伝搬経路（パス）を探索する。
【００６０】
ステップＳ３０２において、ステップＳ３０１において検出された伝搬経路（パス）から、メタマテリアルＡを経由する伝搬経路（例えば、メタマテリアルにおける反射や透過を含む伝搬経路）を削除することによって、第１伝搬経路を取得する。
【００６１】
ステップＳ３０３において、送信点１０から一定角度Δθごとに離散的に電波を放射する。
【００６２】
ステップＳ３０４において、ステップＳ３０３において放射された各電波についての各構造物Ａ乃至Ｃにおける進行方向を逐次決定する。ここで、上述の第１の実施形態に係る伝搬特性推定方法と同様に、第１構造物（メタマテリアルＡ）における各電波の進行方向は、スネルの法則を用いて、かかる第１構造物（メタマテリアルＡ）の誘電率ε及び透磁率μによって決定される。
【００６３】
ステップＳ３０５において、ステップＳ３０４において逐次決定された各構造物Ａ乃至Ｃにおける各電波の進行方向に基づいて、送信点１０から受信点２０を含む受信エリアΔＳに到達する電波の伝搬経路（パス）を探索し、検出された伝搬経路の中から、第２伝搬経路として、第１構造物（メタマテリアルＡ）を経由する伝搬経路を探索する。
【００６４】
ステップＳ３０６において、第１伝搬経路の各々と第２伝搬経路の各々との組み合わせからなる伝搬経路の距離と、かかる伝搬経路上に存在する構造物Ａ乃至Ｃにおける電波の損失レベルとを考慮して、かかる伝搬経路を経由して受信点２０に到達する各電波の電界強度の和を算出する。
【００６５】
また、上述の第１の実施形態に係る伝搬特性推定方法と同様に、第１構造物（メタマテリアルＡ）における電波の損失レベルは、第１構造物（メタマテリアルＡ）の誘電率ε及び透磁率μによって決定される。
【００６６】
（本発明の第４の実施形態に係る伝搬特性推定方法）
図８を参照して、本発明の第４の実施形態に係る伝搬特性推定方法について説明する。本実施形態に係る伝搬特性推定方法は、上述の第１の実施形態に係る伝搬特性推定方法に対して、以下の変更を加えたものである。
【００６７】
図２に示すステップＳ１０２において、第１構造物（メタマテリアルＡ）における各電波の進行方向は、第１構造物（メタマテリアルＡ）において電波が１層透過を２回繰り返すものとして決定される。
【００６８】
すなわち、第２構造物Ｂ、Ｃでは、図８（ａ）に示すように、第２構造物Ｂ、Ｃにおいて電波が入射する境界面である入射境界面Ｘと、構造物Ｂ、Ｃから電波が放射される境界面である放射境界面Ｙとが平行であると仮定すると、各電波の進行方向は、第２構造物Ｂ、Ｃへの入射時と第２構造物Ｂ、Ｃからの放射時とで、ほとんど変わらないため、図８（ｂ）に示すように、電波は、第２構造物Ｂ、Ｃにおいて直進方向に透過すると看做す。
【００６９】
一方、第１構造物（メタマテリアルＡ）では、図３に示すように、電波が１層透過を２回繰り返すものとして、かかる電波の進行方向を決定する。
【００７０】
したがって、図２に示すステップＳ１０４において、第２構造物Ｂ、Ｃにおける各電波の損失レベルは、２層透過係数を用いて決定され、第１構造物（メタマテリアルＡ）における各電波の損失レベルは、第１構造物（メタマテリアルＡ）において電波が１層透過を２回繰り返すものとして決定される。
【００７１】
（本発明の第５の実施形態に係る伝搬特性推定方法）
図９及び図１０を参照して、本発明の第５の実施形態に係る伝搬特性推定方法について説明する。本実施形態に係る伝搬特性推定方法は、上述の第１の実施形態に係る伝搬特性推定方法に対して、以下の変更を加えたものである。
【００７２】
図２に示すステップＳ１０２において、メタマテリアルＡにおける電波の進行方向は、メタマテリアルＡの構造を散乱体とした場合の電磁界解析方法を用いて決定される。
【００７３】
ここで、電磁界解析方法としては、ＦＤＴＤ法や有限要素法等の任意の解析方法を用いることができる。例えば、電磁界解析方法として、ＦＤＴＤ法を用いて、メタマテリアルＡに対して平面波を入射することによって、メタマテリアルＡの散乱界を求めてもよい。
【００７４】
また、図２のステップＳ１０４において、メタマテリアルＡにおける電波の損失レベルは、上述の電磁界解析方法を用いて算出された反射係数及び透過係数を用いて決定される。
【００７５】
ここで、かかる反射係数は、メタマテリアルＡにおいて反射した電波のポインチングベクトルのフーリエ変換を、メタマテリアルＡに入射する電波のポインチングベクトルのフーリエ変換で除算することによって計算される。
【００７６】
また、かかる透過係数は、メタマテリアルＡを透過した電波のポインチングベクトルのフーリエ変換を、メタマテリアルＡに入射する電波のポインチングベクトルのフーリエ変換で除算することによって算出される。
【００７７】
なお、メタマテリアルＡにおける透過角及び反射角も、同様の手法で算出することができる。
【００７８】
また、上述の電磁界解析方法は、メタマテリアルＡを構成する人工誘電体の形状を詳細にモデル化し、モデル化された人工誘電体の形状を周期的に配列することによって、上述の散乱体における電磁界特性を解析する方法であってもよい。
【００７９】
一般に、メタマテリアルは、インダクタンス及びキャパシタンスの周期構造で形成されるものであり、メタマテリアルとしては、図１０に示すようなスプリット共振リング等が有名である。
【００８０】
かかる場合、図１０（ａ）に示すように、インダクタンス及びキャパシタンスの形状を詳細にモデル化し、図１０（ｂ）に示すように、かかるモデル化された形状を周期的に配列することによって、等価的に電気定数が負となる人工誘電体を構成することができる。
【００８１】
また、上述の電磁界解析方法は、メタマテリアルＡの全体構造に対して、いずれか一方が負の値を有する等価的な誘電率及び透磁率を与えることによって、上述の散乱体における電磁界特性を解析する方法であってもよい。
【００８２】
例えば、メタマテリアルＡの全体構造を、直方体や三角柱等の形状とし、かかる形状全体の誘電率及び透磁率を、等価的に決められる負の値として、直接入力してもよい。ただし、かかる場合、電磁界解析方法が、負の値を有する電気定数を入力しても計算可能なように予め設定をしておく必要がある。
【００８３】
（本発明の第６の実施形態に係る伝搬特性推定方法）
図１１を参照して、本発明の第６の実施形態に係る伝搬特性推定方法について説明する。本実施形態に係る伝搬特性推定方法は、上述の第２の実施形態に係る伝搬特性推定方法に対して、以下の変更を加えたものである。
【００８４】
図４に示すステップＳ２０４において、複数のメタマテリアル１、２が存在する場合、上述の第５の実施形態に係る伝搬特性推定方法で用いられる電磁界解析方法において設定される遠方界を、イメージング法の送信点とする。
【００８５】
また、図４に示すステップＳ２０４において、イメージング法の代わりに、レイラウンチング法を用いてもよい。
【００８６】
すなわち、図１１に示すように、レイラウンチング法を用いて、メタマテリアルＡから、受信点２０を含む受信エリアΔＳに到達する電波の伝搬経路を探索してもよい。
【００８７】
かかる実施形態に係る伝搬特性推定方法によれば、メタマテリアルＡによる二次放射の影響を、広がった方向で解析することができる。
【００８８】
（本発明の第７の実施形態に係る伝搬特性推定方法）
本発明の第７の実施形態に係る伝搬特性推定方法は、上述の第２の実施形態に係る伝搬特性推定方法に対して、以下の変更を加えたものである。
【００８９】
図４に示すステップＳ２０６において、メタマテリアルＡにおける電波の損失レベルは、上述の第５の実施形態に係る伝搬特性推定方法で用いられる電磁界解析方法を用いて決定される。
【００９０】
また、上述の第１の実施形態に係る伝搬特性推定方法において、メタマテリアルＡにおける各電波の損失レベル及び進行方向は、上述の第５の実施形態に係る伝搬特性推定方法で用いられる電磁界解析方法を用いて決定されてもよい。
【００９１】
（本発明の第８の実施形態に係る伝搬特性推定方法）
図１２乃至図２０を参照して、本発明の第８の実施形態に係る伝搬特性推定方法について説明する。
【００９２】
本実施形態に係る伝搬特性推定方法は、上述の第１乃至第７の実施形態に係る伝搬特性推定方法において、メタマテリアルＡに入射される電波の入射方向と、メタマテリアルＡから二次放射される電波の進行方向及び電界強度とを関連付けるテーブルを用いて、上述の伝搬経路を経由して受信点２０に到達する各電波の電界強度の和を算出するものである。
【００９３】
例えば、本実施形態に係る伝搬特性推定方法では、上述のテーブルにおいて、上述の電磁界解析方法を用いて決定される散乱界は、メタマテリアルＡに入射される電波の入射方向に対応付けられて記憶されていてもよい。
【００９４】
本実施形態に係る伝搬特性推定方法によれば、かかるテーブルを参照するだけで、メタマテリアルＡの散乱界を決定することができるため、計算を早くすることが可能となる。
【００９５】
ここで、図１２は、メタマテリアルＡの一種であるＥＢＧ構造の例について示している。
【００９６】
かかるＥＢＧ構造は、Ｘ方向の長さが１５ｍｍであり、Ｙ方向の幅が０.７５ｍｍである金属片を、Ｘ方向に１８ｍｍ間隔で６個配列し、Ｙ方向に３.７５ｍｍ間隔で7個配列し、Ｚ軸方向に３ｍｍ間隔で５個配列した構造である。
【００９７】
かかるＥＢＧ構造に対して、図１２に示すように、球面座標θ、φを定める。
【００９８】
また、かかるＥＢＧ構造は、図１３に示すように、異なる周波数の電波に対して、透過（ｆ２）や反射（ｆ１）といった異なる働きを行うことが知られている。
【００９９】
ここで、かかるＥＢＧ構造に対する電波の入射方向及び周波数が変化すれば、かかるＥＢＧ構造からの散乱遠方界は、図１４乃至図１８に示すように変化する。
【０１００】
ここで、図１４は、ＥＢＧ構造に入射する電波の周波数を１６ＧＨｚとし、ＥＢＧ構造への電波の入射方向をθ＝０°及びφ＝９０°とした場合の散乱遠方界の例について示す。かかる例では、θ＝１８０°の方向に、強い電波が二次放射されていることが分かる。
【０１０１】
図１５は、ＥＢＧ構造に入射する電波の周波数を１６ＧＨｚとし、ＥＢＧ構造への電波の入射方向をθ＝１５°及びφ＝９０°とした場合の散乱遠方界の例について示す。かかる例では、Φ＝９０°及びθ＝１９２°の方向に、最も強く電波が二次放射されている。
【０１０２】
図１６は、ＥＢＧ構造に入射する電波の周波数を１６ＧＨｚとし、ＥＢＧ構造への電波の入射方向をθ＝−１５°及びφ＝９０°とした場合の散乱遠方界の例について示す。かかる例では、Φ＝９０°及びθ＝１６６°の方向に、最も強く電波が二次放射されている。
【０１０３】
図１７は、ＥＢＧ構造に入射する電波の周波数を４ＧＨｚとし、ＥＢＧ構造への電波の入射方向をθ＝１５°及びφ＝９０°とした場合の散乱遠方界の例について示す。
【０１０４】
図１８は、ＥＢＧ構造に入射する電波の周波数を４ＧＨｚとし、ＥＢＧ構造への電波の入射方向をθ＝−１５°及びφ＝９０°とした場合の散乱遠方界の例について示す。
【０１０５】
図１９及び図２０は、これらの散乱遠方界の値を格納するテーブルについて示す。
【０１０６】
（変更例）
なお、上述の第１乃至第８の実施形態に係る伝搬特性推定方法は、コンピュータによって実行可能なプログラムによって実現されていてもよい。
【０１０７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の第１乃至第９の実施形態に係る移動通信システムの全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る伝搬特性推定方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る伝搬特性推定方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る伝搬特性推定方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図１２】本発明の第８の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図１３】本発明の第８の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図１４】本発明の第８の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図１５】本発明の第８の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図１６】本発明の第８の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図１７】本発明の第８の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図１８】本発明の第８の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図１９】本発明の第８の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図２０】本発明の第８の実施形態に係る伝搬特性推定方法を説明するための図である。
【図２１】従来のレイトレース法について説明するための図である。
【図２２】従来の透過波及び反射波のパスの求め方について説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０…送信点
２０…受信点
Ａ…構造物（メタマテリアル）
Ｂ、Ｃ…構造物
【図１】
0005249589.tif 000002
【図２】
0005249589.tif 000003
【図３】
0005249589.tif 000004
【図４】
0005249589.tif 000005
【図５】
0005249589.tif 000006
【図６】
0005249589.tif 000007
【図７】
0005249589.tif 000008
【図８】
0005249589.tif 000009
【図９】
0005249589.tif 000010
【図１０】
0005249589.tif 000011
【図１１】
0005249589.tif 000012
【図１２】
0005249589.tif 000013
【図１３】
0005249589.tif 000014
【図１４】
0005249589.tif 000015
【図１５】
0005249589.tif 000016
【図１６】
0005249589.tif 000017
【図１７】
0005249589.tif 000018
【図１８】
0005249589.tif 000019
【図１９】
0005249589.tif 000020
【図２０】
0005249589.tif 000021
【図２１】
0005249589.tif 000022
【図２２】
0005249589.tif 000023