特開 2024-121905 電波散乱装置および電波散乱装置用モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024121905

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】電波散乱装置および電波散乱装置用モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01Q 15/14 20060101AFI20240902BHJP

   H01Q 3/44 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

H01Q15/14 Z

H01Q3/44

H01Q15/14 B

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023029136

(22)【出願日】2023-02-28

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和４年度、総務省、「アクティブ空間無線リソース制御技術に関する研究開発」委託事業、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000232287

【氏名又は名称】日本電業工作株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104880

【弁理士】

【氏名又は名称】古部 次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100149113

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 謹矢

(72)【発明者】

【氏名】丸山 央

(72)【発明者】

【氏名】萩原 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】陸田 裕子

【テーマコード（参考）】

5J020

5J021

【Ｆターム（参考）】

5J020AA03

5J020BA01

5J020BA06

5J020CA02

5J021AA05

5J021AA09

5J021AB06

5J021BA01

5J021DA01

5J021DA07

5J021GA02

5J021HA10

(57)【要約】

【課題】メタサーフェスによる電波散乱部において電波の散乱角度を調整可能な電波散乱装置を提供する。
【解決手段】複数の表面電極１０２が配列されメタサーフェスの電波散乱部１００を形成する基板１０１と、１または複数の表面電極１０２ごとに設けられ、表面電極１０２に対応する接地電極を有する複数のモジュール１１０と、を備える。この複数のモジュール１１０は、１または複数の表面電極１０２に対応する１または複数の接地電極１０３が設けられた台座と、この台座を基板に対して進退させる進退機構としてのモータおよび伝達ギアと、を備える。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の表面電極が配列されメタサーフェスの電波散乱部を形成する基板と、
１または複数の前記表面電極ごとに設けられ、当該表面電極に対応する接地電極を有する複数のモジュールと、を備え、
前記複数のモジュールは、個別に、前記接地電極と前記表面電極との間の距離を変更可能であることを特徴とする、電波散乱装置。

【請求項2】

前記モジュールは、
前記基板に対向するように前記接地電極が設けられた台座と、
前記台座を前記基板に対して進退させる進退機構と、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の電波散乱装置。

【請求項3】

前記複数のモジュールは、格子状に配列されて、それぞれ前記基板に取り付けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の電波散乱装置。

【請求項4】

複数の表面電極が配列されメタサーフェスの電波散乱部を形成する基板に取り付けられる複数のモジュールのうちの一つのモジュールであって、
１または複数の前記表面電極に対応する１または複数の接地電極が設けられた台座と、
前記台座を前記基板に対して進退させる進退機構と、
を備えることを特徴とする、電波散乱装置用モジュール。

【請求項5】

前記台座は、前記基板に対向し、当該基板の前記表面電極が配列された面と平行な面を有し、前記接地電極が当該面に設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の電波散乱装置用モジュール。

【請求項6】

前記台座には、複数の表面電極に対応する一つの接地電極が設けられていることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の電波散乱装置用モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電波散乱装置および電波散乱装置用モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

準ミリ波帯やミリ波帯の電波のように波長が短くなると、電波の直進性が強くなる。このため、ビルなどの電波の透過に対して障壁となる障壁物があると、障壁物で遮られた部分は、電波が届きにくい不感地帯になる。不感地帯の解消には、入射した電波を散乱して電波を不感地帯に照射する電波散乱装置を用いることが有効である。電波散乱装置の一例として、メタサーフェス反射板を用いたものがある。

【0003】

特許文献１には、メタサーフェス基板と、メタサーフェス基板に対向して配置される誘電体基板と、メタサーフェス基板と誘電体基板との間の距離を調整する調整部と、を有する電波散乱装置が開示されている。また、特許文献１には、誘電体基板を、メタサーフェス基板に対して傾けた状態とすることにより反射波を偏向させることについて記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１１４６４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電波散乱装置の設置場所と不感地帯の位置や広さによっては、装置を設置する位置や向きが特定された状態で電波の散乱角度を調整可能とすることが求められる場合がある。また、電波の送受信が行われる環境によっては、不感地帯の位置や広さが時間の経過や様々な条件に応じて変化する場合があり、このような場合、電波散乱装置による電波の照射位置を不感地帯の変化に対応して制御することが求められる。

【0006】

本発明は、メタサーフェスによる電波散乱部において電波の散乱角度を調整可能な電波散乱装置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】

【0007】

上記の目的を達成する本発明は、複数の表面電極が配列されメタサーフェスの電波散乱部を形成する基板と、１または複数の表面電極ごとに設けられ、表面電極に対応する接地電極を有する複数のモジュールと、を備え、この複数のモジュールは、個別に、接地電極と表面電極との間の距離を変更可能であることを特徴とする、電波散乱装置である。
より詳細には、モジュールは、基板に対向するように接地電極が設けられた台座と、台座を基板に対して進退させる進退機構と、を備える構成としても良い。
また、複数のモジュールは、格子状に配列されて、それぞれ基板に取り付けられる構成としても良い。
また、上記の目的を達成する他の本発明は、複数の表面電極が配列されメタサーフェスの電波散乱部を形成する基板に取り付けられる複数のモジュールのうちの一つのモジュールであって、１または複数の表面電極に対応する１または複数の接地電極が設けられた台座と、この台座を基板に対して進退させる進退機構と、を備えることを特徴とする、電波散乱装置用モジュールである。
より詳細には、台座は、基板に対向し、この基板の表面電極が配列された面と平行な面を有し、接地電極が当該面に設けられる構成としても良い。
また、台座には、複数の表面電極に対応する一つの接地電極が設けられる構成としても良い。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、メタサーフェスによる電波散乱部において電波の散乱角度を調整可能な電波散乱装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】電波散乱装置により不感地帯を解消する概念を説明する図であり、図１（Ａ）は、障壁物により生じる不感地帯を電波散乱装置により解消する様子を説明する図、図１（Ｂ）は、電波散乱装置による散乱方向を説明する図である。

【図2】電波散乱装置で散乱させた散乱ビームの一例を示す図であり、図２（Ａ）は、Ｖ（垂直）偏波を示す図、図２（Ｂ）は、Ｈ（水平）偏波を示す図、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）、（Ｂ）の電波散乱装置を４倍の面積にした電波散乱装置でのＶ偏波を示す図である。

【図3】電波散乱装置の電波散乱部を構成するセルの一例を説明する図であり、図３（Ａ）は、平面図、図３（Ｂ）は、断面図、図３（Ｃ）は、パラメータとその値を示す図である。

【図4】電波散乱部の散乱角θを設定する方法を説明する図である。

【図5】電波散乱装置における基板と接地電極との間の距離の可変構造を示す図であり、図５（Ａ）は基板と接地電極との間の距離を一定にした状態を示す図、図５（Ｂ）は基板と接地電極との間の距離を段階的に変化させた状態を示す図、図５（Ｃ）は基板と接地電極との間の距離を、図５（Ｂ）とは反対の態様で段階的に変化させた状態を示す図である。

【図6】図６は、図５（Ｂ）の部分Ｖの拡大図である。

【図7】電波散乱装置における基板と接地電極との距離と反射波位相との関係を示す図である。

【図8】電波散乱装置を表側から見た斜視図である。

【図9】電波散乱装置を裏側から見た斜視図である。

【図10】図８および図９に示す電波散乱装置の基板における表面電極の配置例を示す図である。

【図11】モジュールを前側から見た斜視図である。

【図12】モジュールを後側から見た斜視図である。

【図13】基板と接地電極との間の距離による電波の散乱パターンへの影響を示す図であり、図１３（Ａ）は各ブロックにおける基板と接地電極との間の距離を一定とした状態を示す図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）の状態の電波散乱部による散乱パターンを示す図である。

【図14】基板と接地電極との間の距離による電波の散乱パターンへの影響を示す図であり、図１４（Ａ）は各ブロックにおける基板と接地電極との間の距離を変動させた状態を示す図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の状態の電波散乱部による散乱パターンを示す図である。

【図15】１個の表面電極を一つのブロックとした場合の電波散乱装置の外観を示す図であり、電波散乱装置を表側から見た斜視図である。

【図16】１個の表面電極を一つのブロックとした場合の電波散乱装置の外観を示す図であり、電波散乱装置を裏側から見た斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜電波散乱装置の概要＞
図１は、電波散乱装置により不感地帯を解消する概念を説明する図である。図１（Ａ）は、障壁物により生じる不感地帯を電波散乱装置により解消する様子を説明する図、図１（Ｂ）は、電波散乱装置による散乱方向を説明する図である。

【0011】

図１（Ａ）に示すように、地表１上に３つのビル３（区別する場合は、ビル３ａ、３ｂ、３ｃ）が並列して設けられている場合を考える。ビル３ａの屋上に電波を送受信する基地局アンテナ２が設けられている。図１（Ａ）では、基地局アンテナ２は、地表１に垂直に配置された複数のアンテナ（放射素子）で構成されたアレイアンテナとして図示されている。そして、ビル３ｃの屋上に電波散乱装置１０（区別する場合には、電波散乱装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）が設けられている。電波散乱装置１０は、基地局アンテナ２が見通せる位置に設けられている。つまり、基地局アンテナ２が、準ミリ波帯やミリ波帯のように波長が短い電波を送受信する場合であっても、基地局アンテナ２からの電波は、直接電波散乱装置１０に入射する。

【0012】

まず、ビル３ｃの屋上に電波散乱装置１０が設けられていないとする。基地局アンテナ２が、準ミリ波帯やミリ波帯のように波長が短い電波を送受信する場合、ビル３ｂが電波の透過に対する障壁物となる。このため、基地局アンテナ２から送信された電波は、直接には、ビル３ｂとビル３ｃとの間の地表１上に届かない。つまり、地表１におけるビル３ｂとビル３ｃとの間の部分は、不感地帯となる。

【0013】

ここで、図１（Ａ）のようにビル３ｃの屋上に電波散乱装置１０を設けると、基地局アンテナ２からの電波は、電波散乱装置１０により散乱され、散乱ビームがビル３ｂとビル３ｃとの間の不感地帯に照射される。電波散乱装置１０を設けることで、電波散乱装置１０が設けられない場合に発生するビル３ｂとビル３ｃとの間の不感地帯が解消される。

【0014】

図１（Ｂ）では、基地局アンテナ２は、放射素子がマトリクス状に配列されたアレイアンテナとして示されている。ここでは、基地局アンテナ２と携帯端末４との間で電波を送受信する。図１（Ｂ）に示すように、基地局アンテナ２と携帯端末４との間には、電波の透過に対して障壁となるビル３が存在する。このため、基地局アンテナ２から携帯端末４の方向に直線的に入射するように進む入射ビーム１１ａは、ビル３が障壁物となって、携帯端末４に届かない（図では、届かないことをバツ印「×」で示している）。

【0015】

一方、基地局アンテナ２から入射する入射ビーム１１ｂが電波散乱装置１０で散乱されると、散乱によって生成された散乱ビーム１２ａが携帯端末４に届く。ここでは、電波散乱装置１０には入射ビーム１１ｂが入射角αで入射し、入射角αと異なる散乱角θで散乱ビーム１２ａが出射する（α≠θ）。なお、電波散乱装置１０が鏡面反射する場合には、散乱ビーム１２ｂは、散乱角αで出射する。図１（Ｂ）に示す例において、電波散乱装置１０が鏡面反射すると、図中の破線の矢印で示す方向に散乱ビーム１２ｂが生じる。このため、電波は、携帯端末４に届かない。このように、電波散乱装置１０が入射角αと異なる散乱角θで電波を散乱するように設定すると、電波散乱装置１０の設計が容易になる。

【0016】

本明細書では、電波を散乱させて出射することから、電波散乱装置と表記するが、電波を反射させて出射するとして、電波反射装置としても良い。また、電波散乱装置により散乱されることから散乱ビームと表記するが、反射ビームとしても良い。また、電波散乱装置の垂線方向に対する散乱ビームが出射する角度を散乱角、又は散乱角度と表記するが、反射角、又は反射角度としても良い。

【0017】

図２は、電波散乱装置１０で散乱させた散乱ビーム１２の一例を示す図である。図２（Ａ）は、Ｖ（垂直）偏波を示す図、図２（Ｂ）は、Ｈ（水平）偏波を示す図、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）、（Ｂ）の電波散乱装置１０を４倍の面積にした電波散乱装置１０′でのＶ偏波を示す図である。なお、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、紙面の上側に斜視図を示し、紙面の下側に散乱ビーム１２の強度を極座標で示す。斜視図において、図示するようにｘ方向、ｙ方向およびｚ方向を設定する。極座標において、紙面に対して、右方向が－ｘ方向、左方向が＋ｘ方向、上方向が＋ｚ方向である。なお、散乱ビームの強度は、シミュレーションによって求めた。

【0018】

ここでは、電波散乱装置１０は、平面形状が長手方向と短手方向とを有する四角形であって、後述するセル＃がマトリクス状に配列されたメタサーフェスである。ここで、四角形の長手方向をｘ方向とし、短手方向をｙ方向とし、四角形の面に垂直な方向をｚ方向とする。図示するように、ｚ軸からｘ軸に向かう角度をη、ｚ軸からｙ軸に向かう角度をζとする。ここでは、電波散乱装置１０に入射する入射ビーム（図１（Ｂ）における入射ビーム１１ｂに相当）は、角度ηを０度、角度ζを２０度に設定されている。つまり、入射ビームは、ｙｚ面にあって、ｚ軸からｙ軸側に２０度傾いている。一方、散乱ビーム１２は、角度ηを４５度、角度ζを０度に設定に設定されている。つまり、散乱ビーム１２は、ｘｚ面において、ｚ軸からｘ軸側に４５度傾いている。また、電波は、２８ＧＨｚである。なお、Ｖ偏波は、ｙ方向に電界が振動する偏波であり、Ｈ偏波は、ｘ方向に電界が振動する偏波である。

【0019】

図２（Ａ）に示すように、Ｖ偏波は、ｘｚ面において４５度（角度η＝４５度、角度ζ＝０度）方向に散乱ビーム１２が発生している。そして、散乱ビーム幅は、８度である。同様に、図２（Ｂ）に示すように、Ｈ偏波は、ｘｚ面において４５度（角度η＝４５度、角度ζ＝０度）方向に散乱ビーム１２が発生している。そして、散乱ビーム幅は、８度である。つまり、電波散乱装置１０は、Ｖ偏波とＨ偏波とに対して同様な散乱特性を有している。ここでの散乱ビーム幅は、－３ｄＢにおける幅である。

【0020】

図２（Ｃ）に示す電波散乱装置１０′は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示した電波散乱装置１０を４個配列して構成されている。つまり、面積が４倍となっている。なお、電波散乱装置１０′を構成する４個の電波散乱装置１０間においては、後述する位相の補正を行っていない。図２（Ｃ）に示す電波散乱装置１０′では、散乱ビーム１２′におけるＶ偏波のピーク強度は、図２（Ａ）に示した電波散乱装置１０の散乱ビーム１２のピーク強度より大きい。しかし、散乱ビーム１２′の散乱ビーム幅は、４度であって、図２（Ａ）に示した電波散乱装置１０の散乱ビーム１２の散乱ビーム幅（８度）に比べ狭くなっている。つまり、電波散乱装置１０の面積を大きくすると、散乱ビーム幅は逆に狭くなる。

【0021】

以上説明したように、電波散乱装置１０は、電波散乱装置１０′のように面積を広げても、散乱ビーム幅は広くならない。よって、より広く不感地帯を解消しようとすると、図１（Ａ）に示したように、散乱ビーム幅が狭くならない間隔で複数の電波散乱装置１０を配置されている。

【0022】

＜電波散乱部の構成＞
次に、電波散乱装置１０に設けられる電波散乱部の構成について説明する。電波散乱装置１０は、入射した電波を散乱させ、入射角とは異なる散乱角で出射する電波散乱部を有する。電波散乱部は、セル＃がマトリクス状に配列されたメタサーフェスにより構成される。

【0023】

図３は、電波散乱装置１０の電波散乱部を構成するセル＃の一例を説明する図である。図３（Ａ）は、平面図、図３（Ｂ）は、断面図、図３（Ｃ）は、パラメータとその値である。図３（Ａ）において、紙面の右方向をｘ方向、紙面の上方向をｙ方向、紙面の表方向をｚ方向とする。図３（Ｂ）において、紙面の右方向をｘ方向、紙面の上方向をｚ方向、紙面の裏方向をｙ方向とする。

【0024】

図３（Ａ）に示す例において、セル＃は、平面形状が一辺長Ｄの正方形である。セル＃は、一辺長Ｄをピッチとしてｘ方向およびｙ方向に配列されている。以下では、セル＃は、ピッチＤで配列されているとして説明する。例えば、図３（Ｃ）に示すように、周波数２．４５ＧＨｚにおいて、一辺長Ｄ（ピッチＤ）は、５０ｍｍに設定されている。５０ｍｍは、周波数２．４５ＧＨｚの波長λの０．４０８倍に対応する（０．４０８λ）。なお、一辺長Ｄ（ピッチＤ）の具体的な値は、周波数などに応じて設定されれば良く、他の値であっても良い。一例として、図３に示す例では、Ｄの選択基準を、
Ｄ／λ＜１／（１＋sinθ）
としている。ここで、θは散乱角度である。

【0025】

図３（Ｂ）に示すように、セル＃は、基板１０１と、基板１０１の表面側（＋ｚ方向側）に設けられた十字ダイポールの表面電極１０２と、基板１０１の裏面側（－ｚ方向側）に配置された接地電極１０３とを備えている。接地電極１０３は、基板１０１の裏面から距離ｈを離隔させて設けられており、接地電位（ＧＮＤ）に設定される。

【0026】

基板１０１は、誘電体基板である。図３（Ｃ）に示す例では、比誘電率ε_r1が３．３、厚さｔが１．５３ｍｍ（周波数２．４５ＧＨｚの場合で０．０１２λ）である。比誘電率ε_r1および厚さｔは、他の値であっても良い。表面電極１０２および接地電極１０３は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などの導電性材料で構成されても良い。

【0027】

本実施形態において、セル＃は、基板１０１と接地電極１０３との間の距離ｈを変動可能に構成される。図３（Ｃ）に示す例では、距離ｈは、０ｍｍ（基板１０１と接地電極１０３とが接触）～１５ｍｍ（周波数２．４５ＧＨｚの場合で０λ～０．１２３λ）の範囲で、２．５ｍｍ（０．０２λ）ごとに可変となっている。基板１０１と接地電極１０３との間には空気（Ａｉｒ）が介在するので、比誘電率ε_r2は１である。なお、距離ｈの変動範囲および変動単位は、周波数などに応じて設定されれば良く、他の値であっても良い。

【0028】

表面電極１０２は、Ｖ偏波およびＨ偏波にそれぞれ対応する十字ダイポールである。この十字ダイポールは、全体の長さがｌ、十字部分の幅がｗである。図３（Ｃ）に示す例では、幅ｗは、１０ｍｍ（周波数２．４５ＧＨｚの場合で０．０８２λ）である。なお、長さｌおよび幅ｗの具体的な値は、周波数などに応じて設定されれば良く、他の値であっても良い。十字ダイポールにおいて、長さｌや幅ｗを変更することにより、散乱角に影響を及ぼす位相差φを制御することができる。以下の説明において、位相差を位相と表記することがある。図３に示す例では、セル＃の表面電極１０２を十字ダイポールであるとして説明したが、他の形状であっても良い。セル＃の表面電極１０２の平面形状は、例えば、四角形、円形、リング状などの他の形状であっても良い。

【0029】

図４は、電波散乱部の散乱角θを設定する方法を説明する図である。図４において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｚ方向である。図４では、マトリクス状に並ぶセル＃の配列における１列分（ｘ方向）のセル＃を示している。

【0030】

セル＃（１，１～ｊ）は、ｘ方向にピッチＤで配列されている。そして、セル＃の配列に対して垂直方向（－ｚ方向）から電波が入射し、ｘｚ面内において散乱ビーム２２がｚ軸からｘ軸側に向かって角度θ傾いた方向に散乱されるとする。図２（Ａ）に示したｚ軸からｘ軸に向かう角度ηが角度θの場合に相当する。なお、散乱ビーム２２の角度θを散乱角θと表記する。この場合、各セル＃間の位相差がφになるように設定すれば良い。つまり、セル＃（１，１）の位相が０、セル＃（１，２）の位相が－φ、セル＃（１，３）の位相が－２φ、セル＃（１，４）の位相が－３φ、セル＃（１，ｊ）の位相が－（ｊ－１）φとなるようにすれば良い。

【0031】

散乱角θを得るために設定される各セル＃間の位相差φは、
φ＝ｋ・Ｄ・ｓｉｎθ （１）
で表される。なお、ｋは、波数で２π／λである。ここで、λは、波長である。つまり、隣接するセル＃間において、式（１）で設定される位相差φが生じるようにセル＃を設定する。

【0032】

なお、図４では、ｘ方向に配列されたセル＃で説明したが、ｙ方向に配列されたセル＃に対しても同様にして位相差を設定することができる。また、ｘ方向とｙ方向とでセル＃間の位相差を設定すると、ｘｚ面以外の方向に散乱角θを設定できる。ここでは、セル＃の配列に対して、垂直に電波が入射する場合を説明したが、セル＃の配列に斜めに電波が入射する場合についても、同様な方法により位相差φを設定すれば良い。このように、予め設定された位相差でセル＃を配列して散乱角θを設定した電波散乱部は、リフレクトアレイと呼ばれることがある。

【0033】

＜散乱角の制御＞
次に、基板１０１と接地電極１０３との間の距離ｈを変更することによる散乱角の制御について説明する。電波散乱装置１０の電波散乱部は、上述したセル＃がマトリクス状に配列されて構成されている。電波散乱部の形状や大きさは、操作対象の電波の周波数や装置の設置環境等に応じて様々に設定し得る。詳しくは後述するが、電波散乱装置１０は、電波散乱部を１または複数のセル＃を含むブロックに分け、このブロックごとに、基板１０１と接地電極１０３との間の距離ｈを変動可能としている。電波散乱装置１０は、ブロックごとに基板１０１と接地電極１０３との間の距離ｈを個別に設定することにより、各ブロックにおける位相差φを調整し、これにより電波散乱部の散乱角を制御する。

【0034】

図５は、電波散乱部における基板１０１と接地電極１０３との間の距離ｈの可変構造を示す図である。図５（Ａ）は基板１０１と接地電極１０３との間の距離ｈを一定にした状態を示す図、図５（Ｂ）は基板１０１と接地電極１０３との間の距離ｈを段階的に変化させた状態を示す図、図５（Ｃ）は基板１０１と接地電極１０３との間の距離ｈを、図５（Ｂ）とは反対の態様で段階的に変化させた状態を示す図である。

【0035】

図５（Ａ）～（Ｃ）において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｚ方向である。図５（Ａ）～（Ｃ）では、電波散乱部１００においてマトリクス状に並ぶセル＃の配列における１列分（ｘ方向）のセル＃を示している。また、図５（Ａ）～（Ｃ）に示す例では、ｘ方向に並ぶ２個のセル＃（ｙ方向を考慮すると２列分のセル＃）を１ブロックとして基板１０１と接地電極１０３との距離ｈを制御する。図５（Ａ）～（Ｃ）において、セル＃の配列に対して垂直方向（－ｚ方向）から電波が入射し、ｘｚ面内において散乱ビームがｚ軸からｘ軸側に向かって傾いた方向に散乱されるとする。なお、図５（Ａ）～（Ｃ）では、接地電極１０３に対してブロックを識別する符号Ｕ１～Ｕ７を付しているが、ブロックには、各符号Ｕ１～Ｕ７を付した接地電極１０３と、この接地電極１０３に対応する位置の基板１０１および表面電極１０２とが含まれる（図６参照）。

【0036】

図５（Ａ）に示す例では、各ブロック（Ｕ１～Ｕ７）において基板１０１と接地電極１０３との距離ｈが一定となっている。各セル＃は、この状態で散乱角がθとなるように設定されているものとする。図５（Ｂ）に示す例では、セル＃が配列された電波散乱部１００の一端から他端まで、ｘ方向に沿って紙面の右方へ向かうにしたがって、ブロックごとに基板１０１と接地電極１０３との距離ｈが段階的に小さくなっている。すなわち、ブロックＵ１→Ｕ２→Ｕ３→Ｕ４→Ｕ５→Ｕ６→Ｕ７の順に、距離ｈが小さくなっている。この状態では、散乱角は、図５（Ａ）の場合よりも小さい角度（θ－α）となる。図５（Ｃ）に示す例では、ｘ方向に沿って紙面の右方へ向かうにしたがって、ブロックごとに基板１０１と接地電極１０３との距離ｈが段階的に大きくなっている。すなわち、ブロックＵ１→Ｕ２→Ｕ３→Ｕ４→Ｕ５→Ｕ６→Ｕ７の順に、距離ｈが大きくなっている。この状態では、散乱角は、図５（Ａ）の場合よりも大きい角度（θ＋α）となる。

【0037】

図６は、図５（Ｂ）の部分Ｖの拡大図である。図６に示すように、各ブロック（図６では、ブロックＵ１とブロックＵ２）における基板１０１と接地電極１０３との距離ｈを異ならせることにより、ブロックごとの散乱ビームにおける波（以下、「反射波」と呼ぶ）の位相が異なることとなる。具体的には、基板１０１と接地電極１０３との距離ｈが大きい方が、反射波の位相が遅れる。このため、基板１０１と接地電極１０３との距離ｈを設定した場合、セル＃自身の設定により特定される散乱角θ（図５（Ａ）参照）に対し、紙面における左側のブロックほど反射波の位相が遅れることとなり、散乱角がθよりも小さくなる。

【0038】

なお、図５および図６に示す例では、１列（ｘ方向）に２個のセル＃を含んで１ブロックとする構成について説明したが、１ブロックに含むセル＃の数や電波散乱装置１０におけるブロックの分割方法は、後述するモジュールの構成により特定され、上記の例には限定されない。

【0039】

＜基板と接地電極との距離と、反射波位相との関係＞
図７は、電波散乱装置１０における基板１０１と接地電極１０３との距離ｈと反射波位相との関係を示す図である。図７に示す例では、表面電極１０２の十字ダイポール（図３参照）における長さｌ＝１０～５０のセル＃を配列した電波散乱装置１０において、基板１０１と接地電極１０３との距離ｈを０ｍｍから１５ｍｍまで２．５ｍｍごとに段階的に変化させた場合の反射波位相が示されている。図７では、表面電極１０２を構成する十字ダイポールの長さｌ（図では、「Length l of Crossed-Dipole」と記載）を横軸にとり、反射波位相（図では「Reflection Phase」と記載）を縦軸にとり、各距離ｈの場合の特性を異なる線種で示している。

【0040】

一例として、長さｌ＝１５ｍｍの場合における各距離ｈでの反射波位相を参照すると、距離ｈ＝０ｍｍのときの反射波位相が約１７０度、距離ｈ＝１５ｍｍのときの反射波位相が約６０度であり、距離ｈが２．５ｍｍ変わるごとに反射波位相が２０度ほど変化している。このようにして、ブロックごとに、基板１０１と接地電極１０３との間の距離ｈを段階的に変化させることにより、反射波位相を段階的に変化させ、電波散乱装置１０における散乱角を制御することができる。

【0041】

＜電波散乱装置の構成＞
次に、電波散乱装置１０の構成を説明する。電波散乱装置１０の電波散乱部１００は、１または複数のセル＃を含むブロックに分けられており、このブロックごとに、基板１０１と接地電極１０３との間の距離ｈを変動可能とする機構が設けられている。

【0042】

図８および図９は、電波散乱装置１０の外観を示す図である。電波散乱装置１０において、基板１０１の表面電極１０２が配置された側を表側とし、反対側を裏側とする。この場合、図８は、電波散乱装置１０を表側から見た斜視図である。図９は、電波散乱装置１０を裏側から見た斜視図である。図８および図９に示す電波散乱装置１０は、５ＧＨｚ帯や６ＧＨｚ帯の電波に対応する電波散乱装置１０の構成例である。

【0043】

図８および図９に示すように、電波散乱装置１０は、複数の表面電極１０２が配列され基板１０１と、基板１０１の裏側に取り付けられた複数のモジュール１１０とを備える。図８および図９に示す例では、１６個（４行×４列）のモジュール１１０が格子状に並べて基板１０１に取り付けられている。図８および図９には示されていないが、各モジュール１１０には、表面電極１０２に対応する接地電極１０３が設けられている。また、各モジュール１１０は、接地電極１０３を基板１０１に対して進退させる進退機構を備えている。

【0044】

図１０は、図８および図９に示す電波散乱装置１０の基板１０１における表面電極１０２の配置例を示す図である。図１０に示す例では、略正方形の基板１０１の表側の面に、６４個（８行×８列）の表面電極１０２が格子状に並べて配置されている。ここで、電波散乱部１００において所望の散乱角（例えば、図５を参照して説明した散乱角θ）を得るために、個々の表面電極１０２の反射波の位相（以下、「反射位相」と呼ぶ）が個別に設定される。各表面電極１０２の反射位相は、図３を参照して説明した表面電極１０２におけるＶ偏波方向およびＨ偏波方向における各々の長さｌおよび幅ｗを個別に設定することにより、特定される。このため、図１０に示す例では、個々の表面電極１０２の十字ダイポールの形状は、各偏波方向の長さｌおよび幅ｗがそれぞれ異なっている。

【0045】

図１０において、基板１０１には、破線でブロックが示されている。図示の例では、基板１０１が１６（４行×４列）のブロックに分けられており、各ブロックには４個（２行×２列）の表面電極１０２が割り当てられている。図８乃至図１０を対比すると、基板１０１に取り付けられた複数のモジュール１１０における個々のモジュール１１０が、図１０に示す各ブロックに対応している。

【0046】

図１１および図１２は、モジュール１１０の外観を示す図である。モジュール１１０において、基板１０１に取り付けられた際に基板１０１に対向する側を前側とし、反対側を後側とする。この場合、図１１は、モジュール１１０を前側から見た斜視図である。図１２は、モジュール１１０を後側から見た斜視図である。

【0047】

モジュール１１０は、台座１１１と、フレーム１１２と、スペーサ１１３と、モータ１１４と、伝達ギア１１５とを備える。台座１１１は、接地電極１０３を支持する部材である。台座１１１は、基板１０１の表面電極１０２が設けられた面と平行な面を有し、この面に、接地電極１０３が設けられている。図１１に示す例では、台座１１１に一つの接地電極１０３が設けられている。したがって、この構成では、一つのブロックに含まれる４個の表面電極１０２に対し、モジュール１１０の台座１１１に設けられた一つの接地電極１０３が対応している。これに対し、一つの台座１１１に、複数の表面電極１０２にそれぞれ対応する複数の接地電極１０３を設ける構成としても良い。

【0048】

フレーム１１２は、モジュール１１０の各部材が取り付けられる枠体である。スペーサ１１３は、フレーム１１２が基板１０１との間に一定の距離を保つようにフレーム１１２を位置決めする部材である。モジュール１１０は、例えば、スペーサ１１３の先端を基板１０１の裏側面に接触させ、基板１０１の表側面からスペーサ１１３をビス止めすることにより、基板１０１に対して固定される。

【0049】

モータ１１４は、台座１１１を基板１０１に対して進退させるための駆動力を与える動力源である。伝達ギア１１５は、モータ１１４の回転動作を、基板１０１に対して直角な直線方向の動作に変換して台座１１１に伝達する部材である。伝達ギア１１５としては、例えば、ラック・アンド・ピニオン等が用いられる。モータ１１４および伝達ギア１１５は、進退機構の一例である。

【0050】

上記のように、電波散乱装置１０は、個々のモジュール１１０が、それぞれ個別に進退機構としてのモータ１１４および伝達ギア１１５を備える。これにより、電波散乱装置１０は、ブロックごとに、表面電極１０２が配置された基板１０１と接地電極１０３との間の距離を変更することが可能となる。そして、電波散乱装置１０は、ブロックごとの反射位相を動的に制御することが可能となる。

【0051】

＜基板と接地電極との距離の制御と、電波の散乱パターンとの関係＞
図１３および図１４は、基板１０１と接地電極１０３との間の距離による電波の散乱パターンへの影響を示す図である。図１３（Ａ）は各ブロックにおける基板１０１と接地電極１０３との間の距離を一定とした状態を示す図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）の状態の電波散乱部１００による散乱パターンを示す図である。図１４（Ａ）は各ブロックにおける基板１０１と接地電極１０３との間の距離を変動させた状態を示す図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の状態の電波散乱部１００による散乱パターンを示す図である。

【0052】

図１３および図１４に示す例では、図１０を参照して説明したように、電波散乱部１００に対してブロックが設定されている。ここで、各ブロックを、番号を付して区別する。番号は、二つの数字とし、表側から見た基板１０１において、左から数えた列数を左の数字、上から数えた行数を右の数字とする。図１３（Ａ）、１４（Ａ）に示す例では、左上隅のブロックをブロック１１とし、１行目（最上段）の各ブロックを左から右へ順に１１、２１、３１、４１、２行目の各ブロックを左から右へ順に１２、２２、３２、４２、３行目の各ブロックを左から右へ順に１３、２３、３３、４３、４行目の各ブロックを左から右へ順に１４、２４、３４、４４としている。

【0053】

図１３（Ａ）では、全てのブロックにおいて、基板１０１と接地電極１０３との間の距離を３．５ｍｍとしている。一方、図１４（Ａ）では、ブロックごとに基板１０１と接地電極１０３との間の距離が異なっている。具体的には、
ブロック１１が３．５ｍｍ、
ブロック２１および１２が４．５ｍｍ、
ブロック３１、２２および１３が５．５ｍｍ、
ブロック４１、３２、２３および１４が６．５ｍｍ、
ブロック４２、３３および２４が７．５ｍｍ、
ブロック４３および３４が８．５ｍｍ、
ブロック４４が９．５ｍｍ
となっている。すなわち、図１４（Ａ）では、左上のブロックから右下のブロックへ向かって斜めに、次第に基板１０１と接地電極１０３との間の距離が大きくなるように設定されている。

【0054】

図１３（Ｂ）と図１４（Ｂ）とを比較すると、基板１０１と接地電極１０３との間の距離が一定である図１３（Ａ）の場合と、上記のようにブロックごとにおける基板１０１と接地電極１０３との間の距離が設定された図１４（Ａ）の場合とで、電波散乱部１００の散乱パターンが異なっていることがわかる。このように、ブロックごとに基板１０１と接地電極１０３との間の距離を変動させることにより、電波散乱部１００の特性を動的に変更することができる。

【0055】

＜電波散乱装置の他の構成例＞
図８～１０、１３、１４を参照して説明した構成例では、電波散乱部１００を、４個（２行×２列）の表面電極１０２を含むブロックに分けた。ここで、基板１０１と接地電極１０３との距離ｈを変動させて電波散乱装置１０の散乱角を制御する観点では、１ブロックのセル＃の個数が少ないほど散乱角の制御における精度を向上させ得る。そこで、１個の表面電極１０２を一つのブロックとして、基板１０１と接地電極１０３との間の距離を制御しても良い。

【0056】

図８～１０、１３、１４を参照して説明した構成例では、５ＧＨｚ帯や６ＧＨｚ帯の電波に対応する電波散乱装置１０を想定した。これに対し、例えば、２．４ＧＨｚ帯の電波に対応する電波散乱装置１０を想定する。この場合、電波の波長に応じて表面電極１０２の十字ダイポールのサイズ（長さｌおよび幅ｗ）が大きくなるので、基板１０１に対し、１個の表面電極１０２ごとにモジュール１１０を取り付けることが実現しやすくなる。

【0057】

図１５および図１６は、１個の表面電極１０２を一つのブロックとした場合の電波散乱装置１０の外観を示す図である。図１５は、電波散乱装置１０を表側から見た斜視図である。図１６は、電波散乱装置１０を裏側から見た斜視図である。図１５および図１６に示す電波散乱装置１０は、２．４ＧＨｚ帯の電波に対応する電波散乱装置１０の構成例である。図１５において、適用対象となる電波の周波数が異なるため、基板１０１に配置される各表面電極１０２の十字ダイポールの形状が、図８に示した電波散乱装置１０における対応する位置の各表面電極１０２の十字ダイポールの形状と異なっている。

【0058】

図１５および図１６に示す例では、表面電極１０２に対して１対１で対応する６４個（８行×８列）のモジュール１１０が格子状に並べて基板１０１に取り付けられている。図１５および図１６には示されていないが、各モジュール１１０には、表面電極１０２に１対１で対応する接地電極１０３が設けられている。また、各モジュール１１０は、接地電極１０３を基板１０１に対して進退させる進退機構を備えている。したがって、図１５および図１６に示す電波散乱装置１０は、個々の表面電極１０２ごとに、表面電極１０２が配置された基板１０１と接地電極１０３との間の距離を変更することが可能となる。そして、電波散乱装置１０は、個々の表面電極１０２ごとの反射位相を動的に制御することが可能となる。

【0059】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態には限定されない。例えば、上記の実施形態では、基板１０１に配列される表面電極１０２の数を６４個（８行×８列）としたが、これに限定しない。各表面電極１０２の十字ダイポールの形状は、基板１０１に配列される表面電極１０２の数や配置、求める散乱角などに応じて個別に設定される。また、上記の実施形態では、各ブロックを同じ大きさとしたが、設定しようとする散乱角や反射波特性によっては、ブロックごとに異なる大きさとしても良い。この場合、ブロックの大きさに対応して異なるサイズのモジュール１１０が設けられる。その他、本発明の技術思想の範囲から逸脱しない様々な変更や構成の代替は、本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0060】

１０…電波散乱装置、１００…電波散乱部、１０１…基板、１０２…表面電極、１０３…接地電極、１１０…モジュール、１１１…台座、１１２…フレーム、１１３…スペーサ、１１４…モータ、１１５…伝達ギア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】