(57)【要約】【課題】装置構成を薄型化かつ小型化しつつ電波を再帰反射させることができる電波再帰反射体、電波再帰反射方法を提供すること。【解決手段】本発明は、発信された電波を再帰反射させる電波再帰反射体１であって、規則的に配列してアンテナ配列を構成する複数のアンテナ素子２と、複数のアンテナ素子２から選択される複数の一対のアンテナ素子２のそれぞれを接続する複数の伝送線路３と、を有し、一対のアンテナ素子２は、アンテナ配列の中心Ｏから点対称の位置に配置されたものであり、伝送線路３は、一対のアンテナ素子２を等長の電気長Ｄで接続する、電波再帰反射体である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発信された電波を再帰反射させる電波再帰反射体であって、
規則的に配列されてアンテナ配列を構成する複数のアンテナ素子と、
複数の前記アンテナ素子から選択される複数の一対の前記アンテナ素子のそれぞれを接続する複数の伝送線路と、を有し、
一対の前記アンテナ素子は、前記アンテナ配列の中心から点対称の位置に配置されたものであり、
前記伝送線路は、一対の前記アンテナ素子を等長の電気長で接続する、
電波再帰反射体。
【請求項２】
設置対象物の形状に合わせて前記伝送線路の前記電気長が調整されることにより、再帰反射される電波の波面が調整される、
請求項１に記載の電波再帰反射体。
【請求項３】
前記伝送線路の配線方法が変更されることにより、再帰反射される電波の反射方向が調整される、
請求項１又は２に記載の電波再帰反射体。
【請求項４】
一対の前記アンテナ素子を接続する前記伝送線路の給電点の接続を変更することにより、再帰反射される電波の偏波が変換される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の電波再帰反射体。
【請求項５】
前記アンテナ素子に接続されたＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）を有し、個体識別される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の電波再帰反射体。
【請求項６】
前記アンテナ素子と前記伝送線路とはパッチアンテナとマイクロストリップ線路である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の電波再帰反射体。
【請求項７】
複数のアンテナ素子を規則的に配列してアンテナ配列を構成し、
複数の前記アンテナ素子から選択される複数の一対の前記アンテナ素子のそれぞれを複数の伝送線路で接続し、
一対の前記アンテナ素子は、前記アンテナ配列の中心から点対称の位置に配置されたものを選択し、
一対の前記アンテナ素子を等長の電気長の前記伝送線路で接続し、発信された電波を再帰反射させる、
電波再帰反射方法。
【請求項８】
請求項１から６に記載の前記電波再帰反射体をプリントによって形成する、
電波再帰反射体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発信された電波を再帰反射させる電波再帰反射体、電波再帰反射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両を自動運転させる研究が行われている。車両を安全に自動走行させるためにレーダ波等の電波を用いて人や障害物を検出し、自動的に回避することが重要である。車両の自動運転では、レーダにより探索されやすいマーカとして、電波の到来方向へ電波を反射する材料が必要とされている。人が運転する場合には、目視による安全向上策として光を到来方向に反射させる再帰反射テープ等の再帰反射材を用いることが行われている。一方、電波を再帰反射させる装置として、コーナーリフレクタやルーネベルグレンズが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、車両に電磁波を照射してその反射波を検出すると共に移動体情報を収集するための再帰反射装置が記載されている。この再帰反射装置は、入射波に対して入射波が到来した方向（発信源方向）に反射波を再帰反射させる。そして、この再帰反射装置には、正方形又は直角二等辺三角形の反射板３枚を互いに直角をなすようにつなぎ合わせたコーナーリフレクタ又はレンズリフレクタが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９３４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
自動運転に用いられるレーダ波を再帰反射させる再帰反射材には、人体等に装着できる程度の大きさと軽さであることが求められている。特許文献１に記載されたコーナーリフレクタやレンズリフレクタをレーダ波の再帰反射に用いようとすると人体に対しては装置に厚みがあり大型となる。
本発明は、装置構成を薄型かつ小型化しつつ電波を再帰反射させることができる電波再帰反射体、電波再帰反射方法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】
【０００６】
本発明は、発信された電波を再帰反射させる電波再帰反射体であって、
規則的に配列されたアンテナ配列を構成する複数のアンテナ素子と、
複数の前記アンテナ素子から選択される複数の一対の前記アンテナ素子のそれぞれを接続する複数の伝送線路と、を有し、
一対の前記アンテナ素子は、前記アンテナ配列の中心から点対称の位置に配置されたものであり、
前記伝送線路は、一対の前記アンテナ素子を等長の電気長で接続する、
電波再帰反射体である。
【０００７】
本発明は、上記構成により、一方のアンテナ素子に入射された電波は、一対をなす他方のアンテナ素子から放射される。一対のアンテナ素子は、点対称に配置されていることから、他方のアンテナ素子のそれぞれからは、入射される電波のタイミングに一定の遅延が施されてから電波が放射される。これにより、本発明は電波の発信源の方向に反射波を再帰反射させることができる。
【０００８】
本発明は更に、設置対象物の形状に合わせて前記伝送線路の前記電気長が調整されることにより、再帰反射される電波が調整されてもよい。これにより、本発明は曲面に取り付けた場合でも反射波を平面波として再帰反射させることができる。
【０００９】
本発明は更に、前記伝送線路の配線方法が変更されることにより、反射される電波の反射方向が調整されてもよい。
【００１０】
本発明は更に、一対の前記アンテナ素子を接続する前記伝送線路の給電点の接続を変更することにより、再帰反射される電波の偏波方向が調整されてもよい。
【００１１】
本発明は更に、前記アンテナ素子に接続されたＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）を有し、個体識別されてもよい。
【００１２】
本発明は更に、前記アンテナ素子と前記伝送線路とはパッチアンテナとマイクロストリップ線路でであってもよい。
【００１３】
本発明は、複数のアンテナ素子を規則的に配列したアンテナ配列を構成し、
複数の前記アンテナ素子から選択される一対の前記アンテナ素子のそれぞれを伝送線路で接続し、
一対の前記アンテナ素子は、前記アンテナ配列の中心から点対称の位置に配置されたものを選択し、
一対の前記アンテナ素子を等長の電気長の前記伝送線路で接続し、発信された電波を再帰反射させる、
電波再帰反射方法である。
【００１４】
本発明は更に、前記電波再帰反射体をプリントによって形成する製造方法により製造されてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる電波再帰反射体、電波再帰反射方法によると、装置構成を薄型化かつ小型化しつつ電波を再帰反射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる電波再帰反射体の構成を示す平面図である。
【図２】電波再帰反射体による電波再帰反射の原理を説明する図である。
【図３】電波再帰反射体による電波再帰反射の実験結果を示す図である。
【図４】電波再帰反射体による電波再帰反射の異なる条件下での実験結果を示す図である。
【図５】電波再帰反射体による電波再帰反射の異なる条件下での実験結果を示す図である。
【図６】比較例による電波反射の状態を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる電波再帰反射体を曲面に取り付ける場合を示す斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態にかかる電波再帰反射体の構成を示す平面図である。
【図９】本発明の第４実施形態にかかるアンテナ素子の配線方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１実施形態］
以下、図面を参照しつつ、本発明にかかる電波再帰反射体の実施形態について説明する。
【００１８】
図１に示されるように、電波再帰反射体１は、矩形の基板Ｐ上にマトリクス状に配列された複数のアンテナ素子２と、複数の１対のアンテナ素子２をそれぞれ接続する複数の伝送線路３とを有する。基板Ｐは、例えば可撓性を有するシート状の樹脂で形成される。アンテナ素子２は、基板Ｐ上に例えばプリントによって形成される。アンテナ素子２は、例えばパッチアンテナであり、電波を送受信する金属素材によって矩形（例えば正方形）に形成される。複数のアンテナ素子２は、基板Ｐ上にＭ行Ｎ列（Ｍ、Ｎ：自然数かつ積が偶数）のマトリクス状に規則的に配列されてアンテナ配列を構成する。
【００１９】
基板Ｐは、例えば１５ｃｍ程度の矩形で形成される。アンテナ素子２をどれだけ配置するかは、伝送線路の伝搬損失と反射波の受信電力を勘案して設計される。伝送線路の損失が無視できる場合、アンテナ素子２を増加させた場合の反射波の受信電力は基板Ｐの面積の２乗に比例して増加する。また、小型の電波再帰反射体１を単に複数配列した場合の反射波の受信電力は基板Ｐの面積に比例する。伝送線路の伝搬損失が無視できない場合は、受信電力は伝送線路の長さに対して指数関数的に減少することも考慮する必要がある。
【００２０】
アンテナ素子２は、隣接するアンテナ素子２に対して受信するレーダ波の波長λの半分よりも短い間隔で基板Ｐ上に敷き詰められる。レーダ波は、例えば１０ＧＨｚである。マトリクスの中心Ｏを基準点とした場合に、中心Ｏに関して点対称の位置にある１対のアンテナ素子２同士でペアを形成する。１対のアンテナ素子２のそれぞれは、複数の伝送線路３によってそれぞれ電気的に接続される。複数の伝送線路３は、それぞれ等長の電気長Ｄで接続される（図１では説明のため、必ずしも等長に図示されていない）。複数の伝送線路３は、なるべく多重に積層されないように配置される。
【００２１】
例えば、Ａ１の位置にあるアンテナ素子２は、Ａ’１の位置にあるアンテナ素子２とペアとなり、伝送線路３で接続される。同様にＡ２とＡ’２、、、Ｂ４とＢ’４がそれぞれペアとなって伝送線路３でそれぞれ接続される。伝送線路３は、例えばストリップ線路で形成される。伝送線路３は平面導波路であってもよい。伝送線路３は、交差する場所においてそれぞれのストリップ導体の間が絶縁される。伝送線路３は、ビアを用いて基板Ｐの表裏を切り替えながら形成されるマイクロストリップ線路でもよい。
【００２２】
Ａ１の位置から入射された電波は、遅延時間τ（＝Ｄ／ｃ；ｃは光速）秒経過後にＡ’１の位置から出射される。即ち、Ａ１の位置から入射された電波は、一定の遅延が施されてからＡ’１の位置から出射される。また、同様にＡ’１の位置から入射された電波も、τ秒経過後にＡ１の位置から出射される。これにより、各アンテナ素子２に入射された電波は、中心Ｏに対して点対称のペアとなる各アンテナ素子２から出射される。
【００２３】
次に、電波再帰反射体１における電波を再帰反射する原理について説明する。
【００２４】
図２では、簡略化のために２次元で説明する。発信源方向から到来した電波Ｒが角度を持ってＡ１及びＢ２に位置するアンテナ素子２に入射する。Ａ１の位置から入射された電波Ｒａ１は、Ａ’１の位置からＲａ１’として放射状に出射される。同様に、電波Ｒａ１に遅延してＢ２の位置から入射された電波Ｒｂ２は、Ｂ’２の位置から電波Ｒａ１’に遅延して電波Ｒｂ２’と放射状に出射される。このとき、電波Ｒａ１’で放射される半径ｒ１の同心円Ｃ１と電波Ｒｂ２’で放射される半径ｒ２の同心円Ｃ２との包絡線Ｌの直交方向に反射波Ｒ’１が進行する。
【００２５】
電波Ｒは、Ｂ’２及びＡ’１に位置するアンテナ素子２にもそれぞれ入射して、Ｂ２及びＡ１に位置するアンテナ素子２のそれぞれからも出射され、出射される電波の包絡線も包絡線Ｌ上にある。これは、３次元の場合も同様であり、各アンテナ素子２から出射される電波の包絡面が反射波Ｒ’の波面となる。このように、電波再帰反射体１によると、発信源から出射された電波を発信源の方向に再帰反射させることができる。
【００２６】
次に、上記要素によって構成される電波再帰反射体１による電波を再帰反射する実験結果を示す。
【００２７】
図３には、電波再帰反射体１の実験１の結果が示されている。
実験条件は、
・２次元ＦＤＴＤ法による電磁界シミュレーション
・ｚ方向に一様な２次元モデル、Ｅｚ，Ｈｘ，Ｈｙはゼロ（ＴＭ波），ｘｙ面内のＨｚを表示
・計算領域  ３ｍ×３ｍ
・線磁流波源を周波数３．５ＧＨｚの正弦関数２周期分で駆動し、円筒波パルスを励振
・周波数３．５ＧＨｚより、波長８．５ｃｍ
・散乱体の開口部の長さ４０ｃｍ（＝４．７波長）
・アンテナ間隔１ｃｍ、アンテナ数４０個
である（同様に、アンテナ間隔４ｃｍ、アンテナ数１０個としても同等の結果が得られる）。即ち、実験１では、電波の発信源Ｑに対して電波再帰反射体１を斜め方向に配置している。
【００２８】
実験結果１に示されるように、発信源Ｑから発信された電波Ｒは、同心円状に放射されて電波再帰反射体１に到達する（図３（ａ）〜図（ｂ）参照）。電波再帰反射体１に斜めに入射された電波は、発信源Ｑ方向に反射波Ｒ’として再帰反射される（図３（ｃ）〜図（ｄ）参照）。反射波Ｒ’は、発信源Ｑに到達する（図３（ｅ）参照）。
【００２９】
図４には、電波再帰反射体１の実験２の結果が示されている。ここでは、実験１で配置される電波再帰反射体１の位置を変更している。実験２では、電波再帰反射体１に入射される電波Ｒの角度が実験１と比してより大きくなるように電波再帰反射体１が配置される。図４（ａ）〜図４（ｄ）に示されるように、ここでも発信源Ｑに対して電波再帰反射体１により電波Ｒが再帰反射される。
【００３０】
図５には、電波再帰反射体１の実験３の結果が示されている。実験３では、電波再帰反射体１に入射される電波Ｒの入射角度が電波再帰反射体１に対して直角方向になるように配置される。図５（ａ）〜図５（ｄ）に示されるように、ここでも発信源Ｑに対して電波再帰反射体１により電波Ｒが再帰反射される。
【００３１】
図６には、比較例として金属などの単なる電波反射体（金属反射体）１０による反射の状態が示される。比較例では、実験１,２のように電波反射体１０に対して電波Ｒが斜めに入射される。図６（ａ）〜図５（ｄ）に示されるように、ここでは、発信源Ｑに対して電波反射体１０によって電波Ｒが再帰反射されずに電波反射体１０によって単なる反射が生じる。即ち、反射波Ｒ’は、入射波＝電波Ｒの入射角と同じ角度の反射角の方向に進行し、発信源Ｑ方向に反射波Ｒ’が届きにくくなる。
【００３２】
上記実験で用いた周波数は１例であり、電磁気学の相似性を考慮すれば寸法と周波数の積が一定という条件で同様の結果が得られる。従って、波長をＸバンドの３ｃｍとすれば、次の条件に読み替えることができる。
・計算領域  １．０５ｍ×１．０５ｍ
・線磁流波源を周波数１０ＧＨｚの正弦関数２周期分で駆動し、円筒波パルスを励振
・周波数１０ＧＨｚより、波長３ｃｍ
・散乱体の開口部の長さ１４ｃｍ（＝４．７波長）
・アンテナ間隔０．３５ｃｍ、アンテナ数４０個。
同様に、アンテナ間隔１．４ｃｍアンテナ間隔１０個としても同等の結果が得られる。
【００３３】
上述したように電波再帰反射体１によると、発信源Ｑから発信された電波Ｒを発信源Ｑの位置に再帰反射させることができる。電波再帰反射体１は、アンテナ素子２を配線しているだけの構成を有することから、電源装置を用いること無く装置構成を簡略化することができる。そして、電波再帰反射体１は、可撓性を有するシート状の基板Ｐにプリント等でアンテナ素子２及び伝送線路３を形成することで、薄型化かつ小型化することができ衣服等に装着することができる。
【００３４】
［第２実施形態］
上述したように電波再帰反射体１は、可撓性を有するため、取り付け対象物の取り付け面が曲面であってもよい。以下の説明では、上記構成要素と同一のものは同一の名称及び符号を用い、重複する説明は適宜省略する。
【００３５】
図７に示されるように、電波再帰反射体１が取り付け対象物Ｗに取り付けられている。取り付け対象物Ｗの取り付け面は、凹状の曲率を持って形成されている。この場合、伝送線路３の電気長Ｄは等長ではなく、取り付け位置によって長さが調整される。伝送線路３の電気長Ｄを調整することによって再帰反射される反射波Ｒ’の波面を平面とすることができる。即ち、伝送線路３の電気長Ｄを調整することによって再帰反射される反射波Ｒ’の波面が調整される。
【００３６】
例えば、上下の列に配置される一対のアンテナ素子２の伝送線路３の電気長Ｄは、その列より内側の列に配置される一対のアンテナ素子２の伝送線路３の電気長Ｄより長く形成される。具体的な電気長Ｄは、取り付け面の曲率や形状によって反射波Ｒ’の波面を平面とするように計算される。
【００３７】
これは、取り付け対象物Ｗの取り付け面が凸状の曲率を持って形成されている場合にも適用され、この場合の電気長Ｄの調整は、凹状の場合の逆である。また、取り付け対象物Ｗが球面等の曲面であってもよい。この場合は、取り付け対象物Ｗの曲面形状に合わせて電気長Ｄが反射波Ｒ’の波面を平面とするように長くあるいは短く調整される。
【００３８】
［第３実施形態］
図８に示されるように、電波再帰反射体１において、伝送線路３の配線方法を変更することにより、反射波Ｒ’の反射方向を入射方向に対して面対称に反射させることができる。具体的には、基準点Ｏに関して点対称の関係にあるアンテナ対を接続する代わりに、基準点Ｏを通りアンテナ配列面と直交する基準面Ｔ２に関して面対称にアンテナ対を接続すればよい。例えば、Ａ１の位置に配置されたアンテナ素子２は、基準点Ｏに関して面対称の位置にある同じ行のＡ’１の位置に配置されたアンテナ素子２と伝送線路３で接続される。
【００３９】
同様にＡ２とＡ’２、、、Ｂ４とＢ’４がそれぞれペアとなって伝送線路３でそれぞれ接続される。このようにアンテナ対を定めて接続することで、入射波の波源点を基準点Ｏを通りアンテナ配列面と直交する基準面Ｔ１に関して鏡面対称に変換した点の方向に反射することができる。
【００４０】
［第４実施形態］
電波再帰反射体１において、一対のアンテナ素子２,２’を接続する一対の伝送線路３ａ,３ｂの給電点を変更することにより特定の偏波で送信される電波Ｒの反射波Ｒ’の偏波方向を変更することができる。図９に示されるように、特定の偏波で送信される電波Ｒを受信するために１対のアンテナ素子２が２本の伝送線路３ａ,３ｂで接続されている。伝送線路３ａ,３ｂは、それぞれ０°と９０°の位置関係によって給電点４にそれぞれ給電されている。
【００４１】
これにより、アンテナ素子２,２’は、水平及び垂直偏波に対応する。この場合において、給電点４に接続されている２本の伝送線路３の一端をそれぞれクロスして配線する。これにより、電波再帰反射体１は、垂直偏波を水平偏波に変換することができ、また逆に水平偏波を垂直偏波に変換することができる。
【００４２】
また、電波再帰反射体１は、円偏波の反射波の回転方向を逆に変換することができる。即ち、電波再帰反射体１によると、再帰反射される円偏波の回転方向を変えずに反射することができる。電波再帰反射体１において、反射波の偏波が変換されることにより、単なる反射波と再帰反射波とを識別することができる。
【００４３】
［第４実施形態］
電波再帰反射体１は、個体識別に用いられるＩＤ情報が埋め込まれたＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）と組み合わせて構成されてもよい。例えば、各アンテナ素子２に同一のＲＦＩＤを内蔵させる形態が考えられる。これにより、電波再帰反射体１によって取り付け対象物を個別に識別させることができる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、アンテナ素子２は、パッチアンテナ以外のアンテナ素子を用いてもよく、伝送線路３は、導線や同軸ケーブルや導波管を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１            電波再帰反射体
２,２’          アンテナ素子
３,３ａ,３ｂ        伝送線路
４            給電点
Ｄ            電気長
Ｌ            包絡線
Ｏ            中心点
Ｐ            基板
Ｑ            発信源
Ｒ            電波
Ｒ’            反射波
Ｒａ１            電波
Ｒｂ２            電波
Ｗ            取り付け対象物
【図１】
2017204681.tif 000003
【図２】
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【図３】
2017204681.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2017204681.tif 000008
【図７】
2017204681.tif 000009
【図８】
2017204681.tif 000010
【図９】
2017204681.tif 000011