特許 7589985 電磁波反射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-18

(45)【発行日】2024-11-26

(54)【発明の名称】電磁波反射装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 15/14 20060101AFI20241119BHJP

【ＦＩ】

H01Q15/14 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021002451

(22)【出願日】2021-01-08

(65)【公開番号】P2022107474

(43)【公開日】2022-07-21

【審査請求日】2023-12-18

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ・集 会 名：第６１４回 伝送工学研究会 開 催 日：２０２０年（令和２）１月１６日 ・配布場所 ：東北大学 青葉山 電気・情報系１号館２階大会議室「第６１４回 伝送工学研究会」 配 布 日：２０２０年（令和２年）１月１６日

【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２年度、国立研究開発法人 科学技術振興機構、産学共創プラットフォーム共同研究推進プログラム（ＯＰＥＲＡ）、自律分散協調型直流マイクログリッドの全体最適化を実現する電力・通信融合ネットワーク基盤技術の創出、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】100143834

【弁理士】

【氏名又は名称】楠 修二

(72)【発明者】

【氏名】今野 佳祐

(72)【発明者】

【氏名】小林 頌

(72)【発明者】

【氏名】陳 強

【審査官】岸田 伸太郎

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許出願公開第６８８０６２（ＥＰ，Ａ２）

【文献】国際公開第２０２０／１８３１８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０１－２５５３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第３０２１４１９（ＥＰ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第３６４８２４９（ＥＰ，Ａ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁波を反射可能な反射面を有し、前記反射面に平行な面に沿って並べて配置された複数の反射体と、
各反射体の前記反射面とは反対側に配置され、電気的に接地された接地部材と、
各反射体に対応して複数設けられ、対応する反射体を前記接地部材に対して前記反射面の垂直方向に移動可能に、弾性的に支持する支持部材と、
各反射体に対応して複数設けられ、対応する反射体との間に前記接地部材を挟むよう配置された電磁石とを有し、
各反射体は、対応する電磁石の磁界を受けて、前記反射面の垂直方向に移動可能に設けられていることを
特徴とする電磁波反射装置。

【請求項2】

各反射体は、互いに一定の間隔をあけて、一列または面状に並べて配置されていることを特徴とする請求項１記載の電磁波反射装置。

【請求項3】

各支持部材は、弾性を有し、対応する反射体と前記接地部材との間に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の電磁波反射装置。

【請求項4】

各支持部材は、可撓性の板から成り、一方の表面に、対応する反射体が取り付けられていることを特徴とする請求項１または２記載の電磁波反射装置。

【請求項5】

各反射体は、一方の表面が前記反射面から成る板状の強磁性体から成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電磁波反射装置。

【請求項6】

各反射体は、一方の表面が前記反射面から成る板材と、前記板材の他方の表面に設けられた磁石または強磁性体とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電磁波反射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁波反射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

次世代通信システムである５Ｇや車載レーダなど、電磁波の利用分野の多様化や高度化に伴い、電磁波を所望の方向に反射させることにより、アンテナの性能を動的に制御する電磁波反射装置が開発されている。従来の電磁波反射装置として、基板の表面に、所定の間隔で配列された複数の板状の導体パッチと、隣接する導体パッチ同士を電気的に接続する容量素子を有する移相器とを有し、移相器により各容量素子の容量を制御することにより、電磁波を所定の位相で反射させるフェーズドアレイ型の反射装置がある（例えば、特許文献１参照）。しかし、特許文献１に記載のようなフェーズドアレイ型の反射装置は、移相器の構造が複雑で高価であるという問題があった。

【0003】

そこで、この問題を解決するために、比較的簡単な構造を有する反射装置として、電気的制御を行うものや機械的制御を行うものが開発されている。電気的制御を行う反射装置は、所定の間隔で配列された複数の板状のパッチに、それぞれダイオードを接続して成り、各ダイオードで各パッチに流れる電流を阻止または通過させることにより、電流分布や位相を変化させて、電磁波の反射方向を制御するよう構成されている（例えば、非特許文献１参照）。この電気的制御を行う反射装置は、電流の阻止と通過の２パターンの制御しかできないが、応答性が良く、信頼性が高いという特徴を有している。

【0004】

また、機械的制御を行う反射装置は、所定の間隔で配列された複数の反射素子にそれぞれマイクロモータ等を接続して成り、各反射素子やその一部を各マイクロモータ等で機械的に動かすことにより、電磁波の反射方向を制御するよう構成されている（例えば、非特許文献２参照）。この機械的制御を行う反射装置は、電気的制御を行うものと比べると、応答性には劣るが、連続的な制御を行うことができるという特徴を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１１－１９３３４５号公報

【非特許文献】

【0006】

【文献】H. Kamoda, T. Iwasaki, J. Tsumochi, T. Kuki and O. Hashimoto, “60-GHz Electronically Reconfigurable Large Reflectarray Using Single-Bit Phase Shifters”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, July 2011, vol. 59, no. 7, p. 2524-2531

【文献】X. Yang et al., “A Broadband High-Efficiency Reconfigurable Reflectarray Antenna Using Mechanically Rotational Elements”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Aug. 2017, vol. 65, no. 8, p. 3959-3966

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

非特許文献１および２に記載の反射装置は、それぞれ応答性や制御性に特徴を有しているが、ダイオードのバイアス回路やマイクロモータ等により、各パッチや反射素子に入射する電磁波が散乱し、反射波のパターンが乱れてしまうため、精確な反射波パターンを実現することが難しくなり、電磁波の反射性能が低下してしまうという課題があった。

【0008】

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、電磁波の反射性能の低下を抑えることができる電磁波反射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】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明に係る電磁波反射装置は、電磁波を反射可能な反射面を有し、前記反射面に平行な面に沿って並べて配置された複数の反射体と、各反射体の前記反射面とは反対側に配置され、電気的に接地された接地部材と、各反射体に対応して複数設けられ、対応する反射体を前記接地部材に対して前記反射面の垂直方向に往復移動可能に、弾性的に支持する支持部材と、各反射体に対応して複数設けられ、対応する反射体との間に前記接地部材を挟むよう配置された電磁石とを有し、各反射体は、対応する電磁石の磁界を受けて、前記反射面の垂直方向に移動可能に設けられていることを特徴とする。

【0010】

本発明に係る電磁波反射装置は、並べて配置された複数の反射体を、対応する電磁石の磁界により、各反射体の反射面の垂直方向に移動させることができる。このため、各電磁石により対応する反射体の移動距離を制御することにより、各反射体の反射面に入射される電磁波を、所望の方向に反射させることができる。

【0011】

本発明に係る電磁波反射装置は、電気的に接地された接地部材を挟んで、各反射体と各電磁石とが配置されているため、電磁石および電磁石に電圧を印加する電源回路が、各反射体に入射する電磁波に影響を与えるのを抑えることができる。また、各反射体を、磁界により非接触で移動させるため、各反射体に入射する電磁波が、機械的な動きによる影響を受けない。このため、本発明に係る電磁波反射装置は、各反射体の動きを制御する際に、各反射体に入射する電磁波が散乱するのを抑制することができ、電磁波の反射性能の低下を抑えることができる。

【0012】

本発明に係る電磁波反射装置は、各反射体が、対応する支持部材により弾性的に支持されているため、電磁石で反射体を移動させた後、電磁石に流す電流を小さくすることにより、反射体を元の位置の方向に戻すことができる。また、支持部材の弾性定数により、応答性を制御することができる。

【0013】

本発明に係る電磁波反射装置は、各反射体の移動距離を、複数段階に制御してもよく、連続的に制御してもよい。例えば、各反射体の移動距離を、対応する電磁石に流す電流がゼロのときの位置と、対応する電磁石に、１または複数の大きさの電流を流したときの位置とに制御することにより、複数段階で制御することができる。また、電磁石による磁界の大きさは、電磁石に流す電流に比例するため、各電磁石に流す電流を連続的に制御することにより、各反射体の移動距離を連続的かつ比較的容易に制御することができる。

【0014】

本発明に係る電磁波反射装置で、各反射体は、互いに一定の間隔をあけて、一列または面状に並べて配置されていることが好ましい。この場合、電磁波の反射方向を比較的容易に制御することができる。

【0015】

本発明に係る電磁波反射装置で、各支持部材は、対応する反射体を反射面の垂直方向に往復移動可能に、弾性的に支持するものであれば、いかなる構成を有していてもよい。各支持部材は、例えば、弾性を有し、対応する反射体と前記接地部材との間に配置されていてもよい。この場合、各支持部材は、例えば、バネであってもよい。また、各支持部材は、可撓性の板から成り、一方の表面に、対応する反射体が取り付けられていてもよい。このとき、各支持部材は、接地部材に対して撓むよう配置され、その撓む位置に反射体が取り付けられていることが好ましい。また、各支持部材は、両持ち梁状や片持ち梁状など、いかなる構成で設けられていてもよい。また、各支持部材は、可撓性であればよく、網状であってもよい。各支持部材は、耐久性や制御性などを考慮すると、可撓性の板から成る方が好ましい。

【0016】

本発明に係る電磁波反射装置で、各反射体は、対応する電磁石の磁界により引力または斥力を受けるものであれば、いかなる構成を有していてもよい。各反射体は、例えば、一方の表面が前記反射面から成る板状の強磁性体から成っていてもよい。また、各反射体は、一方の表面が前記反射面から成る板材と、前記板材の他方の表面に設けられた磁石または強磁性体とを有していてもよい。また、各反射体は、対応する電磁石の磁界により、反射面全体が移動可能であっても、反射面の一部のみが移動可能であってもよい。また、各反射体の反射面は、正方形、矩形、円形など、いかなる形状を成していてもよい。

【0017】

本発明に係る電磁波反射装置で、接地部材は、各電磁石の磁界を妨げない、銅やアルミニウムなどの金属製の導体から成ることが好ましい。接地部材は、各反射体と各電磁石との間の距離を短くして、各電磁石による各反射体の制御性を高めるために、薄い板状を成していることが好ましい。また、接地部材は、１つから成り、全ての反射体と電磁石との間に配置されていてもよく、各反射体または複数の反射体に対応して複数設けられていてもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、電磁波の反射性能の低下を抑えることができる電磁波反射装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施の形態の電磁波反射装置を示す正面図である。

【図2】本発明の実施の形態の電磁波反射装置の第１の変形例を示す（ａ）斜視図、（ｂ）正面図、（ｃ）電磁石により反射体を移動させたときの正面図である。

【図3】本発明の実施の形態の電磁波反射装置の第２の変形例を示す（ａ）平面図、（ｂ）斜視図である。

【図4】図２に示す電磁波反射装置の、電磁石に印加した電圧（Voltage）に対する反射体の移動量（Displacement）を示すグラフである。

【図5】図２に示す電磁波反射装置の、シミュレーションに用いた（ａ）各反射体の配置を示す斜視図、（ｂ）反射体および接地部材のモデルを示す斜視図である。

【図6】図５に示す電磁波反射装置のモデルを用いたシミュレーション結果の、反射材の板材と接地部材との間隔ｈに対する（ａ）反射波の位相変化、（ｂ）振幅の大きさの変化を示すグラフである。

【図7】図２に示す電磁波反射装置の、（ａ）電磁波の反射実験に用いた各反射体の配置を示す斜視図、（ｂ）電磁波の反射実験の方法を示す側面図である。

【図8】図７に示す電磁波反射装置の電磁波の反射実験の、反射材の板材と接地部材との間隔ｈを、１７．５ｍｍとしたときの反射波、および、７．０ｍｍとしたときの反射波の（ａ）位相差、（ｂ）振幅の大きさを示すグラフである。

【図9】図３に示す電磁波反射装置１０の、（ａ）支持部材の板材の長さＬ、（ｂ）板材の幅ｄ、（ｃ）板材の厚みｔ、（ｄ）支持部材のアクリル棒の高さｈを変えたときの、電磁石に印加した電圧に対する反射体の移動量を示すグラフである。

【図10】図３に示す電磁波反射装置１０の、性能の評価実験に用いた各反射体の配置を示す平面図である。

【図11】図１０に示す電磁波反射装置１０の性能の評価実験の、全ての反射体をＯＮにしたときの反射波、および、全ての反射体をＯＦＦにしたときの反射波の（ａ）位相差（Phase difference）の変化、（ｂ）振幅比（Amplitude difference）の変化を示すグラフである。

【図12】図１０に示す電磁波反射装置１０の、電磁波の反射波の振幅パターンの計算から求められた、反射波の主ビームが、電磁波の入射方向に対して０°（θ＝０°）に向くとき、および、１０°（θ＝１０°）に向くときの、（ａ）各反射体のＯＮ／ＯＦＦの状態を示すパターン図、（ｂ）反射波の散乱パターン（Relative Array factor）を示すグラフである。

【図13】図１０に示す電磁波反射装置１０の、各反射体が図１２（ａ）に示す各状態での反射波の測定により得られた、ＢＲＣＳ（レーダ散乱断面積）パターンである。

【図14】図３に示す電磁波反射装置の変形例を示す（ａ）平面図、（ｂ）斜視図である。

【図15】図１４に示す電磁波反射装置の、電磁石に印加した電圧に対する、各電圧を印加して０．２秒後および１７秒後の反射体の移動量を示すグラフである。

【図16】図１４に示す電磁波反射装置の、各反射体を面状に並べて配置した状態を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図１６は、本発明の実施の形態の電磁波反射装置を示している。
図１に示すように、電磁波反射装置１０は、複数の反射体１１と接地部材１２と複数の支持部材１３と複数の電磁石１４とを有している。

【0021】

各反射体１１は、電磁波を反射可能な反射面１１ａを有し、磁界により引力または斥力を受けるよう構成されている。図１に示す具体的な一例では、各反射体１１は、板状を成し、一方の表面が反射面１１ａを成している。各反射体１１は、反射面１１ａに平行な面に沿って、互いに一定の間隔をあけて、一列または面状に並べて配置されている。

【0022】

接地部材１２は、薄い金属板から成り、各反射体１１の反射面１１ａとは反対側に、各反射体１１との間に間隔をあけて配置されている。接地部材１２は、電気的に接地されている。接地部材１２は、１つから成り、全ての反射体１１と電磁石１４との間に配置されている。なお、接地部材１２は、銅製に限らず、各電磁石１４の磁界を妨げない材料であれば、いかなる材料から成っていてもよい。また、接地部材１２は、１つに限らず、各反射体１１または複数の反射体１１に対応して複数設けられていてもよい。

【0023】

各支持部材１３は、それぞれ各反射体１１に対応して設けられている。各支持部材１３は、対応する反射体１１を、接地部材１２に対して反射面１１ａの垂直方向に往復移動可能に、弾性的に支持している。図１に示す具体的な一例では、各支持部材１３は、可撓性の板から成り、対応する反射体１１の接地部材１２の側に配置され、反射体１１に向いた側の表面に、対応する反射体１１の反射面１１ａとは反対側の面が貼り付けられている。

【0024】

各電磁石１４は、それぞれ各反射体１１に対応して設けられている。各電磁石１４は、対応する反射体１１との間に接地部材１２を挟むよう、接地部材１２の反射体１１とは反対側に配置されている。これにより、電磁波反射装置１０は、各反射体１１が、対応する電磁石１４の磁界を受けて、反射面１１ａの垂直方向に移動可能になっている。このとき、図１に示す具体的な一例では、各支持部材１３が撓むことにより、各反射体１１が移動可能になっている。

【0025】

より具体的には、電磁波反射装置１０は、図２や図３に示す構成を有していてもよい。図２に示す構成では、各反射体１１は、一方の表面が反射面１１ａから成る、銅製の正方形の板材２１と、板材２１の反射面１１ａとは反対側の面に取り付けられた永久磁石２２とを有している。支持部材１３は、弾性を有するコイルバネから成り、対応する反射体１１と接地部材１２との間に配置されている。

【0026】

また、図３に示す構成では、各反射体１１は、一方の表面が反射面１１ａから成る、鉄製の正方形の板から成っている。各支持部材１３は、スチロール樹脂製の可撓性の板材２３と、板材２３を両持ち梁状に支持するよう、板材２３の両端部と接地部材１２との間に設けられた１対のアクリル棒２４とを有している。各反射体１１は、板材２３の接地部材１２とは反対側の表面の中央部に、反射面１１ａとは反対側の表面が貼り付けられている。

【0027】

次に、作用について説明する。
電磁波反射装置１０は、並べて配置された複数の反射体１１を、対応する電磁石１４の磁界により、各反射体１１の反射面１１ａの垂直方向に移動させることができる。このため、各電磁石１４により対応する反射体１１の移動距離を制御することにより、各反射体１１の反射面１１ａに入射される電磁波を、所望の方向に反射させることができる。

【0028】

電磁波反射装置１０は、電気的に接地された接地部材１２を挟んで、各反射体１１と各電磁石１４とが配置されているため、電磁石１４および電磁石１４に電圧を印加する電源回路が、各反射体１１に入射する電磁波に影響を与えるのを抑えることができる。また、各反射体１１を、磁界により非接触で移動させるため、各反射体１１に入射する電磁波が、機械的な動きによる影響を受けない。このため、電磁波反射装置１０は、各反射体１１の動きを制御する際に、各反射体１１に入射する電磁波が散乱するのを抑制することができ、電磁波の反射性能の低下を抑えることができる。

【0029】

電磁波反射装置１０は、各反射体１１が、対応する支持部材１３により弾性的に支持されているため、電磁石１４で反射体１１を移動させた後、電磁石１４に流す電流を小さくすることにより、反射体１１を元の位置の方向に戻すことができる。また、支持部材１３の弾性定数により、応答性を制御することができる。電磁波反射装置１０では、各電磁石１４による磁界の大きさは、各電磁石１４に流す電流に比例するため、各電磁石１４に流す電流を連続的に制御することにより、各反射体１１の移動距離を連続的かつ比較的容易に制御することができる。

【実施例1】

【0030】

図２に示す電磁波反射装置１０を製造し、各種の実験およびシミュレーションを行った。まず、反射体１１を１つとして実験を行った。実験では、入射する電磁波の周波数を７．５ＧＨｚ（波長λ＝４０ｍｍ）と仮定して、反射体１１の板材２１の一辺の長さａ、ｂを２０ｍｍ（λ／２）とした。また、コイルバネから成る支持部材１３により、板材２１と接地部材１２との間隔ｈを１７．５ｍｍとした。なお、接地部材１２は、薄い銅製の板である。実験では、直流電源を用いて電磁石１４に電流を流し、磁界を発生させて、永久磁石２２に引力や斥力を作用させることにより、反射体１１を反射面１１ａの垂直方向に往復移動させた。

【0031】

電磁石１４に印加する電圧（Voltage）を１０Ｖ刻みで変化させ、反射体１１の移動量（Displacement）を測定した。その結果を、図４に示す。図４では、電圧の符号として、電圧を印加して磁界を発生させたときに、電磁石１４と磁石との間に引力が発生する向きを正、電磁石１４と磁石との間に斥力が発生する向きを負としている。図４に示すように、反射体１１の板材２１を、接地部材１２からの定常高さ１７．５ｍｍから、－３ｍｍ～＋１．４ｍｍの範囲で連続的に動かすことができることが確認された。また、その移動量は、電圧に対して、ほぼ線形に近い挙動を示すことも確認された。また、印加する電圧が４５Ｖ以上になると、反射体１１の板材２１が、コイルバネが縮む限界の位置である－１０．５ｍｍの位置まで急激に移動することが確認された。なお、電磁石１４に印加する電圧を０Ｖから５０Ｖに瞬時に切り替えたとき、反射体１１の板材２１が－１０．５ｍｍの位置までに移動する時間を測定したところ、０．０７秒であった。

【0032】

次に、シミュレーションにより、図２に示す電磁波反射装置１０に電磁波を入射したときの、反射体１１の移動による反射波の位相変化等を調べた。図５に示すように、シミュレーションでは、無限個の反射体１１が、反射面１１ａに平行な面に沿って、縦方向および横方向に互いに一定の間隔をあけて面状に並べて配置されているものとした。また、入射する電磁波の周波数を７．５ＧＨｚ（波長λ＝４０ｍｍ）と仮定して、各反射体１１の板材２１の一辺の長さａ、ｂを２０ｍｍ（λ／２）、縦方向および横方向の各反射体１１の配置周期ａ，ｂを４０ｍｍ、縦方向および横方向の各反射体１１の板材２１の間隔を２０ｍｍとした。シミュレーションは、有限要素法（ＦＥＭ）を利用した市販の電磁界解析ソフト「ＨＦＳＳ」（ＡＮＳＹＳ社製）を用いて行った。

【0033】

反射体１１の板材２１を、接地部材１２との間隔ｈが１～２０ｍｍの範囲で、０．５ｍｍ刻みで移動させたときの、反射波の位相変化および振幅の大きさの変化のシミュレーション結果を、それぞれ図６（ａ）および（ｂ）に示す。図６（ａ）に示すように、反射体１１を移動させることにより、約－１８０°～約＋１８０°の範囲で、位相（Phase）が変化していることが確認された。また、図６（ｂ）に示すように、反射体１１を移動させても、反射波の振幅の大きさの変動は、－０．００２５ｄＢ以下であり、非常に小さいことが確認された。

【0034】

次に、図７（ａ）に示すように、図２に示す電磁波反射装置１０を用い、８組の反射体１１および支持部材１３を、縦方向に４列、横方向に２列で面状に並べて配置して電磁波の反射実験を行った。実験では、入射する電磁波の周波数を７．５ＧＨｚ（波長λ＝４０ｍｍ）と仮定し、各反射体１１の板材２１の一辺の長さａ、ｂを２０ｍｍ（λ／２）、縦方向および横方向の各反射体１１の板材２１の間隔を２０ｍｍ（λ／２）とした。また、図７（ｂ）に示すように、実験では、ホーンアンテナ１を用いて反射体１１の反射面１１ａに電磁波を入射し、その反射波をネットワークアナライザ（キーサイト・テクノロジー社製「Ｎ５２２４Ａ」）２で測定した。ホーンアンテナ１と反射面１１ａとの距離は、８０ｃｍとした。

【0035】

各反射体１１の板材２１と接地部材１２との間隔ｈを、１７．５ｍｍとしたときの反射波、および、７．０ｍｍとしたときの反射波の測定を行った。各反射波の位相差を求め、図８（ａ）に示す。また、各反射波の振幅の大きさを、図８（ｂ）に示す。なお、図８（ｂ）は、ホーンアンテナ１に入射した電磁波の振幅の大きさに対する、反射波の振幅の大きさを示している。図８（ａ）に示すように、電磁波の周波数が７．５ＧＨｚのとき、－１３７°の位相差が得られることが確認された。また、図８（ｂ）に示すように、電磁波の周波数が７．５ＧＨｚのとき、各反射波の振幅の大きさは、ほぼ同じであることが確認された。また、電磁波の周波数が７．５ＧＨｚではないときには、広い周波数範囲で、各反射波の振幅の大きさが異なってることが確認された。

【実施例2】

【0036】

図３に示す電磁波反射装置１０を製造し、各種の実験を行った。まず、反射体１１を１つとして、反射体１１の寸法や構造に関する実験を行った。実験では、基準寸法として、鉄製の板から成る反射体１１の一辺の長さａを１５ｍｍ、支持部材１３のスチロール樹脂製の板材２１の長さＬを４７．５ｍｍ、板材２１の幅ｄを１７．５ｍｍ、板材２１の厚みｔを０．２１ｍｍ、支持部材１３のアクリル棒２４の高さｈを５ｍｍとした。なお、接地部材１２は、薄い銅製の板である。実験では、直流電源を用いて電磁石１４に電流を流し、磁界を発生させて、永久磁石２２に引力を作用させることにより、反射体１１を反射面１１ａの垂直方向に移動させた。

【0037】

電磁石１４に印加する電圧を連続的に変化させ、支持部材１３のスチロール樹脂製の板材２３の長さＬ、板材２３の幅ｄ、板材２３の厚みｔ、支持部材１３のアクリル棒２４の高さｈを、それぞれ基準寸法から変えたときの反射体１１の移動量を測定した。それぞれの結果を、図９（ａ）～（ｄ）に示す。図９では、電圧の符号として、電圧を印加して磁界を発生させたときに、電磁石１４と反射体１１との間に引力が発生する向きを正としている。図９に示すように、小さい電圧で反射体１１の移動量を大きくするためには、Ｌを大きく、ｄを小さく、ｔを小さく、ｈを小さく（電磁石１４と反射体１１との間隔を短く）すればよいことが確認された。逆に、反射体１１の移動量の制御性を高めるためには、Ｌを小さく、ｄを大きく、ｔを大きく、ｈを大きくすればよいことが確認された。

【0038】

次に、図１０に示すように、２０組の反射体１１を有する図３に示す電磁波反射装置１０を用い、各反射体１１および各支持部材１３を、支持部材１３の板材２３の幅方向に一列にアレー状に並べて配置して、性能を評価する実験を行った。実験では、反射体１１等を上記の基準寸法とし、各反射体１１の間隔を１５ｍｍとした。各反射体１１の位置を、反射体１１と接地部材１２との間隔が５ｍｍ（反射体１１の移動なし；以下では「ＯＦＦ」とする）、０ｍｍ（反射体１１の移動距離５ｍｍ；以下では「ＯＮ」とする）の２段階のみとした。また、実験では、２つのホーンアンテナを用い、一方のホーンアンテナから反射体１１の反射面１１ａに電磁波を入射し、他方のホーンアンテナでその反射波を受信して、ネットワークアナライザ（キーサイト・テクノロジー社製「Ｅ８７２２ＥＴ」）で測定した。各ホーンアンテナと反射面１１ａとの距離は、それぞれ８０ｃｍおよび２４０ｃｍとした。

【0039】

各反射体１１の反射面１１ａに電磁波を入射し、全ての反射体１１をＯＮにしたときの反射波の位相および振幅、ならびに、全ての反射体１１をＯＦＦにしたときの反射波の位相および振幅を測定した。入射する電磁波の周波数を７．５ＧＨｚ～１０ＧＨｚの範囲で変化させて測定を行い、ＯＦＦのときを基準にして、ＯＮのときの位相差および振幅比を求めた。入射した電磁波の周波数に対する位相差（Phase difference）および振幅比（Amplitude difference）の変化を、それぞれ図１１（ａ）および（ｂ）に示す。図１１（ａ）に示すように、位相差は－５０°～－１７０°の範囲で変化することが確認された。また、図１１（ｂ）に示すように、振幅比は＋１ｄＢ～＋９ｄＢの範囲で変化することが確認された。例えば、電磁波の周波数が８ＧＨｚのとき、位相差が－１４４°、振幅比が＋７．５ｄＢであることが確認された。

【0040】

次に、図１０に示すアレー状の配置で、各反射体１１のＯＮ／ＯＦＦを切り替えたときの電磁波の反射波の振幅パターンを、電磁界の数値解析法であるモーメント法により計算した。その計算の結果、各反射体１１のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、ほぼ連続的に所望の方向に反射波の主ビーム（最も電力密度が大きい方向のビーム）を向けることができることが確認された。

【0041】

その計算結果から、反射波の主ビームが、電磁波の入射方向に対して０°に向くときの、各反射体１１のＯＮ／ＯＦＦの状態（第１の状態）、および、１０°に向くときの、各反射体１１のＯＮ／ＯＦＦの状態（第２の状態）、ならびに、各状態での反射波の散乱パターン（Relative Array factor）を、それぞれ図１２（ａ）および（ｂ）に示す。なお、電磁波の周波数は、８ＧＨｚとした。また、電磁波の入射方向に対する反射角度をθとしている。また、図１２（ｂ）は、第１の状態での、θ＝０°のときの反射波の振幅を基準にしている。

【0042】

図１０に示すアレー状の配置で、図１２（ａ）に示す第１の状態および第２の状態での反射波の測定を行った。測定条件および測定方法は、図１１の測定時と同じである。また、電磁波の周波数は、８ＧＨｚとした。測定で得られた各状態でのＢＲＣＳ（レーダ散乱断面積）パターンを、図１３に示す。図１３では、各パターンを、それぞれの最大値で規格化している。図１３に示すように、第１の状態のパターン（図中の破線）および第２の状態のパターンとも、図１２（ｂ）と同様のパターンを示しており、第１の状態のパターンではθ＝０°で、第２の状態のパターンではθ＝１２°で最大値になっていることが確認された。この結果から、反射波の主ビームはほぼ狙った方向に向いており、電磁波の反射方向を制御可能であるといえる。

【実施例3】

【0043】

図３に示す電磁波反射装置１０を変形した、図１４に示す電磁波反射装置１０を製造し、変位特性を調べる実験を行った。図１４に示す電磁波反射装置１０は、図３に示す電磁波反射装置１０と同じ部材から成っており、図３の鉄製の反射体１１を、その反射面１１ａの中心線周りに、４５度回転させたものである。図１４に示す電磁波反射装置１０は、入射する電磁波の周波数ｆを１０ＧＨｚ（波長λ＝３０ｍｍ）と仮定して、各寸法を表１のように設定している。

【0044】

【表1】

【0045】

実験では、反射体１１を１つとして、直流電源を用いて電磁石１４に電流を流し、磁界を発生させて、鉄製の反射体１１に引力を作用させることにより、反射体１１を反射面１１ａの垂直方向に移動させた。実験では、電磁石１４に印加する電圧を２Ｖ刻みで変化させ、各電圧を印加して０．２秒後および１７秒後の反射体１１の移動量を測定した。その結果を、図１５に示す。図１５では、電圧の符号として、電圧を印加して磁界を発生させたときに、電磁石１４と磁石との間に引力が発生する向きを正としている。図１５に示すように、反射体１１の移動量が、０ｍｍから約－１．７ｍｍまでは、反射体１１を連続的に動かすことができ、０．２秒後の移動量と１７秒後の移動量もほぼ同じであることが確認された。また、その移動量は、電圧の大きさに対して、ほぼ線形に近い挙動を示すことも確認された。また、反射体１１の移動量が約－１．７ｍｍより大きくなると、反射体１１が接地部材１２と接触する位置まで急激に移動することが確認された。

【0046】

図１４に示す電磁波反射装置１０で、複数の反射体１１を、反射面１１ａに平行な面に沿って、縦方向および横方向に互いに一定の間隔をあけて面状に並べて配置したものを、図１６に示す。図１６では、各反射体１１を、反射体１１の各辺の長さ方向に沿って並べ、隣り合う反射体１１の間隔がλ／２より短くなるよう配置されている。この図１６に示す配置では、各反射体１１の移動量を制御することにより、電磁波の反射方向をほぼ連続的に制御可能であると考えられる。

【符号の説明】

【0047】

１０ 電磁波反射装置
１１ 反射体
１１ａ 反射面
１２ 接地部材
１３ 支持部材
１４ 電磁石

２１ 板材
２２ 永久磁石
２３ 板材
２４ アクリル棒

１ ホーンアンテナ
２ ネットワークアナライザ

【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】