特表 2024-540193 制御可能な電磁アレイ素子、及びインテリジェンスサーフェス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-31

(54)【発明の名称】制御可能な電磁アレイ素子、及びインテリジェンスサーフェス

(51)【国際特許分類】

   H01Q 15/14 20060101AFI20241024BHJP

   H01Q 3/46 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

H01Q15/14 Z

H01Q3/46

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024525744

(86)(22)【出願日】2022-11-07

(85)【翻訳文提出日】2024-04-30

(86)【国際出願番号】 CN2022130333

(87)【国際公開番号】W WO2023083140

(87)【国際公開日】2023-05-19

(31)【優先権主張番号】202111331397.9

(32)【優先日】2021-11-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】511151662

【氏名又は名称】中興通訊股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＺＴＥ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】ＺＴＥ Ｐｌａｚａ，Ｋｅｊｉ Ｒｏａｄ Ｓｏｕｔｈ，Ｈｉ－Ｔｅｃｈ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐａｒｋ，Ｎａｎｓｈａｎ Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１８０５７ Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100112656

【弁理士】

【氏名又は名称】宮田 英毅

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】傅随道

(72)【発明者】

【氏名】沈楠

(72)【発明者】

【氏名】呉建軍

(72)【発明者】

【氏名】毛胤電

(72)【発明者】

【氏名】李名定

【テーマコード（参考）】

5J020

5J021

【Ｆターム（参考）】

5J020AA03

5J020BA16

5J020BD04

5J020DA05

5J020DA06

5J020DA07

5J020DA10

5J021AA09

5J021BA02

5J021DB04

5J021JA05

5J021JA06

(57)【要約】

本願の実施例は、制御可能な電磁アレイ素子及びインテリジェンスサーフェスを提供する。制御可能な電磁アレイ素子は、反射ユニットと寄生ユニットを含み、反射ユニットは、少なくとも１つの反射金属片と、反射金属片に電気的に接続され、制御信号に応じて電磁アレイ素子の電磁パラメータを制御するように構成された少なくとも１つの制御可能な素子と、を含み、寄生ユニットは、反射金属片の周囲に設けられ、反射金属片に結合接続される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御可能な電磁アレイ素子であって、
反射ユニットと寄生ユニットを含み、
前記反射ユニットは、
少なくとも１つの反射金属片と、
前記反射金属片に電気的に接続され、制御信号に応じて前記電磁アレイ素子の電磁パラメータを制御するように構成された少なくとも１つの制御可能な素子と、を含み、
前記寄生ユニットは、前記反射金属片の周囲に設けられ、前記反射金属片に結合接続される、
制御可能な電磁アレイ素子。

【請求項2】

前記寄生ユニットは、前記反射ユニットに結合接続されるために、前記反射ユニットと同一層に設けられ、あるいは、
前記寄生ユニットは、前記反射ユニットに結合接続されるために、前記反射ユニットの上層に設けられ、あるいは、
前記寄生ユニットは、前記反射ユニットに結合接続されるために、前記反射ユニットの下層に設けられる、
請求項１に記載の電磁アレイ素子。

【請求項3】

前記寄生ユニットと前記反射ユニットとの間に結合スロットが形成されて、前記寄生ユニットと前記反射ユニットとが電界によって結合接続され、あるいは、
前記寄生ユニットと前記反射ユニットは素子によって結合接続される、
請求項１に記載の電磁アレイ素子。

【請求項4】

前記反射ユニットは、前記制御可能な電磁アレイ素子の中央位置に設けられ、前記寄生ユニットは、前記制御可能な電磁アレイ素子の外周に設けられ、前記反射ユニットに結合接続されるために、前記反射ユニットの偏波方向に配置される、
請求項１に記載の電磁アレイ素子。

【請求項5】

前記反射金属片は、
グランドに電気的に接続されるように構成された第１金属片と、
前記制御可能な素子によって前記第１金属片に電気的に接続され、制御信号を受信して、制御信号を前記制御可能な素子に伝送するように構成されたバイアス電圧片と、を含む、
請求項１～４のいずれか１項に記載の電磁アレイ素子。

【請求項6】

前記第１金属片は多角形金属片であり、前記寄生ユニットは、前記寄生ユニットの少なくとも１つの辺が前記多角形金属片の少なくとも１つの辺とストリップ状の結合スロットを形成するように、前記多角形金属片の辺に沿って対応して設けられ、あるいは、
前記第１金属片は円形金属片であり、前記寄生ユニットは、前記寄生ユニットの縁が前記多角形金属片の縁と環状の結合スロットを形成するように、前記円形金属片の円周に沿って対応して設けられる、
請求項５に記載の電磁アレイ素子。

【請求項7】

前記第１金属片と前記バイアス電圧片との間には第２金属片がさらに設けられ、前記バイアス電圧片は前記第２金属片に電気的に接続され、前記第２金属片は、前記制御可能な素子によって前記第１金属片に電気的に接続され、
前記寄生ユニットは、前記寄生ユニットの少なくとも１つの辺が前記第２金属片の少なくとも１つの辺と結合スロットを形成するように、前記第２金属片の辺に沿って対応して設けられる、
請求項５に記載の電磁アレイ素子。

【請求項8】

前記反射ユニットはインダクタンス素子をさらに含み、前記バイアス電圧片は、前記インダクタンス素子によって前記第２金属片に電気的に接続される、
請求項７に記載の電磁アレイ素子。

【請求項9】

前記寄生ユニットが前記反射ユニットと同一層に設けられる場合、前記寄生ユニットには、前記バイアス電圧片に対応する位置に、前記バイアス電圧片を収容するように構成されたＵ字形溝が設けられている、
請求項５に記載の電磁アレイ素子。

【請求項10】

前記反射ユニットは線状であり、その場合、前記電磁アレイ素子は単一偏波電磁アレイ素子であり、あるいは、
前記反射ユニットは十字形であり、その場合、前記電磁アレイ素子は二重偏波電磁アレイ素子であり、あるいは、
前記反射ユニットは円形であり、その場合、前記電磁アレイ素子は円偏波電磁アレイ素子である、
請求項１、２、３、４、６、７、８又は９に記載の電磁アレイ素子。

【請求項11】

前記制御可能な素子は、バラクタダイオード、ＰＩＮダイオード、又は液晶である、
請求項１、２、３、４、６、７、８又は９に記載の電磁アレイ素子。

【請求項12】

前記電磁アレイ素子は多層構造であり、
前記反射ユニットを設けるように構成された反射回路層と、
前記反射回路層に電気的に接続された少なくとも１つの金属ビアが設けられた前記反射回路層の下に設けられた第１誘電体板と、
前記制御信号を受信するように構成されたバイアスラインとバイアス接点を含み、前記バイアスラインが前記バイアス接点に電気的に接続され、前記バイアス接点が前記金属ビアを介して前記制御可能な素子に電気的に接続されるバイアス回路層と、を含む、
請求項１、２、３、４、６、７、８、又は９に記載の電磁アレイ素子。

【請求項13】

前記バイアス回路層の下に設けられ、及び／又は前記バイアス回路層の上に設けられ、金属ビアを介して前記反射ユニットに電気的に接続される少なくとも１つのベース層をさらに含む、
請求項１２に記載の電磁アレイ素子。

【請求項14】

前記バイアス回路層は、
前記バイアス接点に電気的に接続され、前記ベース層とフィルタコンデンサを形成するように構成されたシート状分岐をさらに含む、
請求項１３に記載の電磁アレイ素子。

【請求項15】

前記バイアスラインは屈曲配線であり、フィルタインダクタを形成するように構成されている、
請求項１２に記載の電磁アレイ素子。

【請求項16】

請求項１～１５のいずれか１項に記載の複数の制御可能な電磁アレイ素子を含む、
インテリジェンスサーフェス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、出願番号が２０２１１１３３１３９７．９、出願日が２０２１年１１月１１日の中国特許出願に基づいて提出され、当該中国特許出願の優先権を主張しており、当該中国特許出願の全ての内容はここで参照として本願に組み込まれている。

【0002】

本願の実施例は、無線通信の技術分野に関し、特に、制御可能な電磁アレイ素子、及びインテリジェンスサーフェスに関する。

【背景技術】

【0003】

再構成可能インテリジェンスサーフェスＲＩＳ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ）は、無線通信の重要技術の１つとして業界で重要視されている。ＲＩＳは、電磁アレイ素子の電気的パラメータを制御することにより、特定のビーム指向性を形成し、所望の領域のブラインド信号の充填又は増強を実現することができる。反射型ＲＩＳは、基地局の目に見えない視界距離の信号をカバーすることができ、そのため、応用の将来性が期待できる。反射型ＲＩＳは、反射電磁波の位相状態の数によって１ビットとマルチビットに分けられ、反射波の偏波特性によって単一偏波と多重偏波に分けられ、反射ビームを電子制御で切り替えることができるかどうかによって、静的なものと動的なものに分けられる。

【0004】

現在、ＲＩＳスキームは、一般的に性能が劣っており、例えば、ＲＩＳはまだ、マルチビット多重偏波の性能の要件を満たすことができない。また、現在、ＲＩＳの性能は、アレイ素子のレイアウト及び誘電体基材などの要素により制限されており、製造コストと製造難度が高いという問題に直面している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

以下は、本明細書で詳細に説明されている主題の概要である。本概要は、特許請求の範囲の保護範囲を限定するものではない。

【0006】

本願の実施例は、制御可能な電磁アレイ素子、及びインテリジェンスサーフェスを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１態様では、本願の実施例は、
制御可能な電磁アレイ素子であって、
反射ユニットと寄生ユニットを含み、
前記反射ユニットは、
少なくとも１つの反射金属片と、
前記反射金属片に電気的に接続され、制御信号に応じて前記電磁アレイ素子の電磁パラメータを制御するように構成された少なくとも１つの制御可能な素子と、を含み、
前記寄生ユニットは、前記反射金属片の周囲に設けられ、前記反射金属片に結合接続される、制御可能な電磁アレイ素子を提供する。

【0008】

第２態様では、本願の実施例は、第１態様に記載の制御可能な電磁アレイ素子を複数含むインテリジェンスサーフェスを提供する。

【0009】

本願の実施例における技術案をより明確に説明するために、以下、実施例又は関連する技術的説明において使用する必要がある図面を簡単に説明する。以下の説明における図面は、本願の実施例の一部の実施例にすぎず、当業者が創造的な労力を払うことなく、これらの図面から他の図面を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本願の一実施例による制御可能な電磁アレイ素子の反射回路層の構造模式図である。

【図2】本願の一実施例による制御可能な電磁アレイ素子のバイアス回路層の構造模式図である。

【図3】本願の一実施例による制御可能な電磁アレイ素子の層構造の模式図である。

【図4】本願の別の実施例による制御可能な電磁アレイ素子の反射回路層の構造模式図である。

【図5】本願の別の実施例による制御可能な電磁アレイ素子のバイアス回路層の構造模式図である。

【図6】本願の別の実施例による従来型ＲＩＳの構造模式図である。

【図7】本願の別の実施例による寄生メタサーフェスの構造模式図である。

【図8】本願の別の実施例によるＲＩＳの位相応答波形図である。

【図9】本願の別の実施例によるＲＩＳの振幅応答波形図である。

【図10】本願の別の実施例によるＲＩＳの交差偏波抑圧波形図である。

【図11】本願の一実施例によるＲＩＳのマルチアングルビーム指向振幅に対応する波形図である。

【図12】本願の別の実施例によるＲＩＳのマルチアングルビーム指向振幅に対応する波形図である。

【図13】本願の別の実施例によるＲＩＳのマルチアングルビーム指向振幅に対応する波形図である。

【図14】本願の別の実施例による制御可能な電磁アレイ素子の反射回路層の構造模式図である。

【図15】本願の別の実施例による制御可能な電磁アレイ素子の寄生回路層の構造模式図である。

【図16】本願の別の実施例による寄生メタサーフェスの正面構造の模式図である。

【図17】本願の別の実施例による寄生メタサーフェスの背面構造の模式図である。

【図18】本願の別の実施例による制御可能な電磁アレイ素子の反射回路層の構造模式図である。

【図19】本願の別の実施例による寄生ハイパー表面の正面構造の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下の説明では、特定のシステム構成、技術などの特定の詳細が、本願の実施例を完全に理解するために、限定のためではなく説明のために提供される。しかしながら、本願の実施例は、これらの具体的な詳細を有しない他の実施例においても実施され得る。他の場合には、不必要な詳細が本願の実施例の説明を妨げないように、周知のシステム、装置、回路、及び方法の詳細な説明を省略する。

【0012】

なお、論理的順序はフローチャートに示されているが、示された又は説明されたステップは、場合によっては、フローチャートに示された順序とは異なる順序で実行されてもよい。明細書及び特許請求の範囲、並びに上記の図面における「第１」、「第２」等の用語は、特定の順序又は優先順位を説明するために使用されるのではなく、類似の対象を区別するために使用される。

【0013】

また、本願の実施例の明細書に記載された「一実施例」又は「いくつかの実施例」などの参照は、その実施例を参照して記載された特定の特徴、構造、又は特性が本願の実施例の１つ又は複数の実施例に含まれることを意味する。したがって、他の方式で特に記載されない限り、本明細書の異なる箇所に現れる「一実施例において」、「いくつかの実施例において」、「他のいくつかの実施例において」、「別のいくつかの実施例において」などの句は、必ずしもすべてが同じ実施例を参照するのではなく、「１つ又は複数の実施例であるが、すべてではない」ことを意味する。用語「含む」、「含んでいる」、「有する」、及びそれらの変形は、他の方式で特に記載されない限り、「含むが、これに限定されない」ことを意味する。

【0014】

インテリジェンスサーフェスは、多数の受動的な電磁アレイ素子からなる２次元平面アレイで、これらの電磁アレイ素子は、一定の規則に従って配列され、その厚さは無視できる。特殊に設計されたこれらの電磁アレイ素子は、自然界の材料にはない物理特性を示すため、これらの人工電磁アレイ素子からなる二次元アレイはメタサーフェス（Ｍｅｔａ－Ｓｕｒｆａｃｅ）とも呼ばれる。各電磁アレイ素子は、特定の形状の金属又は誘電体材料で構成され、そして電子素子（制御可能な素子）に接続され、電子素子は、パネルにおけるインテリジェントコントローラで制御され、電磁アレイ素子の電磁属性（例えば平均透磁率、平均誘電率）の個別の調整を実現することができる。電磁アレイ素子の電磁特性を制御することによって、電磁アレイ素子の表面に入射する電磁信号は、様々な振幅、位相、偏波方向などで反射又は透過することができ、それによって、基地局とユーザ端末の間に仮想直接放射パスを構築することができ、空間電磁環境をインテリジェントに制御する目的を達成することができる。インテリジェンスサーフェスは、インテリジェントコントローラによって各電磁アレイ素子に独立した制御指令を同時に送信し、電磁アレイ素子の表面に入射した電磁波を反射又は透過する際に、振幅、位相又は偏波方向に対応した変化を生じさせ、全ての電磁アレイ素子によって反射又は透過された電磁波は、空間的に重ね合わせられてビームフォーミングの効果を生じさせ、最後に、特定の端末機器に受信される。無線通信システムにインテリジェンスサーフェスを導入することで、空間資源の拡張と効率的な利用を実現でき、無線通信システムのチャネル容量の向上、通信の信頼性の向上、カバー範囲の拡張、送信電力消費の低減、コストの節約などに役立つ。

【0015】

再構成可能インテリジェンスサーフェスＲＩＳは、未来のモバイル通信（例えば６Ｇ）の重要な潜在的な技術の１つとして業界で重要視されている。ＲＩＳは、電磁アレイ素子の電気的パラメータを制御することにより、特定のビーム指向性を形成し、所望の領域のブラインド信号の充填又は増強を実現することができる。ＲＩＳは、機能によって透過型と反射型に分けられる。透過型は、到来波方向にビーム指向性を形成することであり、反射型は、到来波方向の他方側にビーム指向性を形成することである。反射型ＲＩＳは、建築物の壁体の表面に吊り下げられて、基地局の目に見えない視界距離の信号をカバーすることができるため、応用の将来性が期待できる。

【0016】

反射型ＲＩＳは、反射電磁波の位相状態の数によって１Ｂｉｔとマルチビットに分けられ、反射波の偏波特性によって単一偏波と多重偏波に分けられ、反射ビームを電子制御で切り替えることができるかどうかによって、静的なものと動的なものに分けられる。明らかに、マルチビット、二重偏波、動的機能をサポートする反射型ＲＩＳは、機能が最も全面的で、応用価値が最も高い。

【0017】

現在、ＲＩＳに対する研究は、１＋１（１Ｂｉｔ＋単一偏波）、２＋１（２Ｂｉｔ＋単一偏波）や１＋２（１Ｂｉｔ＋二重偏波）スキームに焦点を当てている。しかし、現在のＲＩＳスキームの性能は理想的ではない。出願人は、この状況が次の技術的課題のために発生したことを発見した。

【0018】

１）マルチビットは、より多くのスイッチング素子を必要とするため、制御回路の複雑さと消費電力を増加させるだけでなく、電磁アレイ素子の電磁特性を変化させ、ＲＩＳと空間波インピーダンスの不整合を引き起こして、反射効率を低下させる。
２）多重偏波には偏波間結合効果があり、単一偏波の位相状態が悪化し、異なる偏波間の独立した電気的調整能力に影響を及ぼし、その結果、多重偏波によってもたらされるダイバーシティ利得が失われる。
３）メタサーフェスの電磁特性は、電磁アレイ素子の配列形態、アレイ素子間の間隔に密接に関連している。ＲＩＳ偏波方式、アレイのレイアウトが変更されると、電磁アレイ素子の空間的疎さによってＲＩＳの構成パラメータ（等価透磁率、等価誘電率）が変化し、性能低下の原因となる。
４）同様に、ＲＩＳの損失は、誘電体基材と密接に関係している。一般に、誘電体基材が厚く、誘電率が低いほど、反射損失は小さくなる。例えば、Ｓｕｂ－６Ｇ帯域のＲＩＳの場合、周波数が低いほど厚い基板が必要となり、その結果として、コストと製造の難易度が増加する。

【0019】

そのため、現在、ＲＩＳスキームは、一般的に性能が劣っており、しかも、ＲＩＳの性能は、アレイ素子のレイアウト及び誘導体基材などの要素により制限されており、製造コストと製造難度が高いという問題に直面している。

【0020】

これに基づいて、本願の実施例は、制御可能な電磁アレイ素子、及びインテリジェンスサーフェスを提供する。制御可能な電磁アレイ素子は、反射ユニット１１０と寄生ユニット１２０を含み、反射ユニット１１０は、少なくとも１つの反射金属片と、反射金属片に電気的に接続され、制御信号に応じて電磁アレイ素子の電磁パラメータを制御するように構成された少なくとも１つの制御可能な素子１１２と、を含み、寄生ユニット１２０は、反射金属片の周囲に設けられ、反射金属片に結合接続される。本願の実施例において、制御可能な電磁アレイ素子の反射ユニット１１０の周囲に寄生ユニット１２０を設けて、寄生インテリジェンスサーフェスを構成し、寄生ユニット１２０と電磁アレイ素子との間の結合効果を利用してインテリジェンスサーフェスの構成パラメータを変更することにより、インテリジェンスサーフェスの反射損失を低減し、インテリジェンスサーフェスの位相応答の安定性を高め、アレイ素子のレイアウト及び誘電体基材のインテリジェンスサーフェスに対する性能制限を突破し、マルチビット多重偏波ＲＩＳスキームの信頼性を高めるのに有利である。

【0021】

例えば、本願のいくつかの実施例において、寄生メタサーフェスの多重偏波マルチビットＲＩＳ技術が提供され、この寄生メタサーフェス技術を利用して、直交格子状レイアウトを採用した格子状寄生メタサーフェスに基づく動的２＋２（２Ｂｉｔ＋二重偏波）反射型ＲＩＳが設計され、それによって、交差偏波反射波を抑制しながら損失を低減し、±４５°二重偏波２Ｂｉｔで独立に電気的に調整されたＲＩＳが実現される。この技術及び設計スキームは、動的多重偏波マルチビット反射型ＲＩＳ設計における多くの重要な技術的難点を解決し、このタイプの製品の空白を埋めた。

【0022】

なお、以下のＲＩＳは、特に断らない限り、動的反射型ＲＩＳを意味する。本例は、屋内外の無線通信、信号中継などの場面に適用可能であり、具体的には、基地局、小型局、電磁反射機器、中継機器に適用される。本願は、屋内外の無線信号の増強及びブラインド充填のために使用することができ、また、局間のパッシブ中継のために使用することができる。以下では、インテリジェンスサーフェスは、複数の制御可能な電磁アレイ素子から構成され得る。複数の制御可能な電磁アレイ素子は、Ｍ＊Ｎマトリクス状に配列されてもよいし、他の配列方式を採用してもよいが、本願はこれを限定しない。寄生ユニット１２０は、周期寄生ユニット１２０であってもよく、すなわち、マクロ的には、インテリジェンスサーフェスの各アレイ素子の寄生ユニット１２０の周期的な拡張であってもよい。

【0023】

図１及び図４を参照すると、制御可能な電磁アレイ素子は、
反射ユニット１１０と寄生ユニット１２０を含み、
反射ユニット１１０は、
少なくとも１つの反射金属片と、
反射金属片に電気的に接続され、制御信号に応じて電磁アレイ素子の電磁パラメータを制御するように構成された少なくとも１つの制御可能な素子１１２と、を含み、
寄生ユニット１２０は、反射金属片の周囲に設けられ、反射金属片に結合接続される。

【0024】

いくつかの実施例において、本願は、寄生メタサーフェスに基づく多重偏波マルチビット反射型再構成可能インテリジェンスサーフェスの技術を提案する。この技術は、従来の電磁散乱ユニットの周囲に周期寄生ユニット１２０を入れ子にして寄生メタサーフェスを構成し、反射ユニット１１０と周期寄生ユニット１２０との容量結合効果を利用して進行波電流を構成してメタサーフェスの構成パラメータを変更し、それによって、反射型メタサーフェスと空間波インピーダンスの整合特性を変化させ、反射効率の向上と位相応答の改善を実現する。この技術は、電磁アレイ素子のサイズ、空間レイアウト（ピッチ、方向、位置）、スイッチング素子及び誘電体基材の変化がメタサーフェスの電磁応答特性に与える影響を改善し、低コスト、低断面、高安定な多重偏波マルチビットＲＩＳの基礎を築く。

【0025】

いくつかの実施例において、本願は、寄生メタサーフェス（Ｍｅｔａ－ｓｕｒｆａｃｅ、周期的金属ユニット構造を周期的に配列したサーフェス材料）技術を利用して、格子状寄生メタサーフェスに基づくマルチビット多重偏波反射型ＲＩＳを設計した。格子状寄生メタサーフェス内の周期寄生ユニット１２０を反射ユニット１１０の偏波方向に沿って配置することにより、反射効率を向上させて位相応答性を向上させると同時に、偏波方向の電流を強化し、交差偏波電流を抑制することができ、多重偏波反射波長間の独立した電気的調整能力を確保することができる。例えば、一部の実施例において、反射型ＲＩＳは、±４５°二重偏波２Ｂｉｔ独立制御をサポートすることができる。交差する材質を採用しても、反射面の断面の高さ（厚さ）は０．０５波長まで設計でき、中心周波数の反射損失は３．４ｄＢより小さく、交差偏波反射波は５２ｄＢより大きく抑制され、動作帯域幅は６％以上に達し、各指標は、現在のＲＩＳスキームに比べてより優れている。つまり、現在のＲＩＳスキームに対して、本願の技術を採用することで、ＲＩＳの断面の高さ（厚さ）をより小さくし、損失をより低くし、交差偏波反射波の抑制をより良くし、動作帯域幅をより大きくすることができ、それによって、コストを節約し、製作の難易度を下げると同時に、ＲＩＳ性能を向上させることができる。より良い材料であれば、本願の効果をより高めることができる。

【0026】

いくつかの実施例において、制御可能な電磁アレイ素子の長さ及び幅の寸法は、必要に応じて、例えば、０．２～１個の中心波長分、又は０．７～０．８個の中心波長分に設計してもよいが、本願はこれを限定しない。

【0027】

いくつかの実施例において、寄生ユニット１２０の形状は限定されず、反射ユニット１１０を結合接続し、適切な結合強度を提供する寄生ユニット１２０であれば、有効なものである。

【0028】

本願の実施例は、制御可能な電磁アレイ素子の反射ユニット１１０の周囲に寄生ユニット１２０を設けて、寄生インテリジェンスサーフェスを構成し、寄生ユニット１２０と電磁アレイ素子との間の結合効果を利用してインテリジェンスサーフェスの構成パラメータを変更することにより、インテリジェンスサーフェスの反射損失を低減し、インテリジェンスサーフェスの位相応答の安定性を高め、アレイ素子のレイアウト及び誘電体基材のインテリジェンスサーフェスに対する性能制限を突破し、マルチビット多重偏波ＲＩＳスキームの信頼性を高めるのに有利である。

【0029】

いくつかの実施例において、寄生ユニット１２０は、反射ユニット１１０に結合接続されるために、反射ユニット１１０と同一層に設けられ、
あるいは、寄生ユニット１２０は、反射ユニット１１０に結合接続されるために、反射ユニット１１０の上層に設けられ、
あるいは、寄生ユニット１２０は、反射ユニット１１０に結合接続されるために、反射ユニット１１０の下層に設けられる。

【0030】

いくつかの実施例において、本願の寄生インテリジェンスサーフェスの技術は、関連技術の電磁アレイ素子の反射ユニット１１０の周囲に周期寄生ユニット１２０を入れ子にするものであり、寄生ユニット１２０の実装位置は、同一層搭載、上位層搭載、下位層搭載としてもよい。以下では、電磁アレイ素子が多層構造であり、反射ユニット１１０の位置する層が反射回路層１００である場合について説明する。

【0031】

いくつかの実施例において、同一層搭載とは、寄生ユニット１２０及び反射ユニット１１０の両方が反射回路層１００に設けられることを意味する。例えば、寄生ユニット１２０及び反射ユニット１１０は、誘電体板の同一面に設けられ、寄生ユニット１２０及び反射ユニット１１０は、水平方向に結合スロットを形成して結合接続され、あるいは、寄生ユニット１２０及び反射ユニット１１０は、素子（抵抗など）によって結合接続される。ここで、寄生ユニット１２０及び反射ユニット１１０は、いずれも金属片を含んでいてもよく、金属片は、誘電体板上に貼り付けられた金属片であってもよく、誘電体板上にメッキ又はコーティングされた金属片であってもよく、本願はこれを限定しない。

【0032】

いくつかの実施例において、上層搭載とは、寄生ユニット１２０が反射ユニット１１０の上層に設けられることを意味する。例えば、寄生ユニット１２０は、反射ユニット１１０が位置する反射回路層１００の上に、ブラケット又は誘電体板によって立設されてもよい。寄生ユニット１２０が、反射ユニット１１０が位置する反射回路層１００の上に、ブラケットによって立設される場合、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０との間に空気層が形成され、寄生ユニット１２０が、反射ユニット１１０が位置する反射回路層１００の上に、誘電体板によって立設される場合、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０との間に誘電体板が設けられている。寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０は垂直方向に結合スロットを形成して結合接続され、あるいは、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０は素子（抵抗など）によって結合接続される。

【0033】

いくつかの実施例において、下層搭載とは、寄生ユニット１２０が反射ユニット１１０の下層に設けられることを意味する。例えば、寄生ユニット１２０は、反射ユニット１１０が位置する反射回路層１００の下に設けられてもよく、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０との間に誘電体板が設けられる。寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０は、垂直方向に結合スロットを形成して結合接続され、あるいは、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０は素子（抵抗など）によって結合接続される。

【0034】

実際の設計では、寄生ユニット１２０の同一層搭載、上層搭載、又は下層搭載を必要に応じて選択して、より良好な反射波振幅及び位相応答を達成することができる。

【0035】

いくつかの実施例において、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０との間に結合スロットが形成され、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０は電界結合によって接続され、あるいは、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０は素子によって結合接続される。

【0036】

いくつかの実施例において、本願による寄生メタサーフェスは、結合方式から見て、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０との電界結合、及び寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０との素子結合を含む。

【0037】

いくつかの実施例において、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０との電界結合は、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０との間に結合スロットを形成すること、すなわち結合スロットが寄生ユニット１２０を反射ユニット１１０から分離することを意味する。回路的には、直流の場合、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０との間は切断されており、高周波ＲＦ信号の場合、直流寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０との間には１つの結合、すなわち電界結合が存在する。

【0038】

いくつかの実施例において、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０との素子結合は、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０が素子（抵抗など）によって接続されること、すなわち、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０とを直流的に接続し、素子結合を実現することを意味する。

【0039】

いくつかの実施例において、反射ユニット１１０は、制御可能な電磁アレイ素子の中央位置に設けられ、寄生ユニット１２０は、制御可能な電磁アレイ素子の外周に設けられ、反射ユニット１１０に結合接続されるために、反射ユニット１１０の偏波方向に設けられる。

【0040】

いくつかの実施例において、反射ユニット１１０は、制御可能な電磁アレイ素子の表面、すなわち反射回路層１００の中央部に設けられることによって、信号反射を行うように設けられてもよい。

【0041】

いくつかの実施例において、寄生ユニット１２０は、反射ユニット１１０の偏波方向に配置される。例えば、図１のように、十字形の二重偏波反射ユニット１１０の場合、寄生ユニット１２０は、十字形の反射ユニット１１０の４方向に延在して設けられ、反射ユニット１１０に結合接続される。

【0042】

いくつかの実施例において、反射金属片は、
グランドに電気的に接続されるように構成された第１金属片１１１と、
制御可能な素子１１２によって第１金属片１１１に電気的に接続され、制御信号を受信して、制御信号を制御可能な素子１１２に伝送するように構成されたバイアス電圧片１１３と、を含む。

【0043】

いくつかの実施例において、図３を参照すると、電磁アレイ素子は、反射回路層１００、ベース層、及びバイアス回路層２００を含む多層構造であり、反射回路層１００とベース層は第１誘電体板５１０によって分離され、ベース層とバイアス回路層２００は第２誘電体板５２０によって分離される。反射回路層１００上の第１金属片１１１は、反射ユニット１１０の中心に位置し、第１金属片１１１は、第１誘電体板５１０を貫通する金属ビアを介してベース層に電気的に接続され、接地を実現することができる。

【0044】

いくつかの実施例において、バイアス電圧片１１３の数は、制御可能な素子１１２の数に対応する。バイアス電圧片１１３は、第１誘電体板５１０及び第２誘電体板５２０を順次貫通する金属ビアを介してバイアス回路層２００に電気的に接続され、バイアス回路層２００から制御信号を受信することができる。

【0045】

いくつかの実施例において、第１金属片１１１の形状は限定されない。例えば、第１金属片１１１は、多角形金属片であってもよいし、円形金属片であってもよい。多角形金属片は、方形金属片であってもよく、矩形金属片であってもよく、台形金属片であってもよいが、本願はこれを限定しない。

【0046】

いくつかの実施例において、第１金属片１１１は、多角形金属片であり、寄生ユニット１２０は、寄生ユニット１２０の少なくとも１つの辺が多角形金属片の少なくとも１つの辺とストリップ状の結合スロットを形成するように、多角形金属片の辺に沿って対応して設けられ、
あるいは、
第１金属片は、円形金属片であり、寄生ユニット１２０は、寄生ユニット１２０の縁が多角形金属片の縁と環状の結合スロットを形成するように、円形金属片の円周に沿って対応して設けられる。

【0047】

いくつかの実施例において、第１金属片１１１が多角形金属片である場合、寄生ユニット１２０の１つの辺が、第１金属片１１１の１つの辺とストリップ状の結合スロットを形成する。別の実施例において、寄生ユニット１２０のＮ個の辺は、第１金属片１１１のＮ個の辺とＮ個のストリップ状の結合スロットを形成してもよいが、本願はこれを限定しない。

【0048】

いくつかの実施例において、第１金属片１１１とバイアス電圧片１１３との間には第２金属片１１４がさらに設けられ、バイアス電圧片１１３は、第２金属片１１４に電気的に接続され、第２金属片１１４は、制御可能な素子１１２によって第１金属片１１１に電気的に接続され、
寄生ユニット１２０は、寄生ユニット１２０の少なくとも１つの辺が第２金属片１１４の少なくとも１つの辺と結合スロットを形成するように、第２金属片１１４の辺に沿って対応して設けられる。

【0049】

いくつかの実施例において、第２金属片１１４は多角形金属片である。寄生ユニット１２０の１つの辺が、第２金属片１１４の１つの辺とストリップ状の結合スロットを形成する。別の実施例において、寄生ユニット１２０のＮ個の辺が、第２金属片１１４のＮ個の辺とＮ個のストリップ状の結合スロットを形成してもよいが、本願はこれを限定しない。

【0050】

いくつかの実施例において、図１及び図４を参照すると、第１金属片１１１は、全体として略方形の金属片であり、第１金属片１１１の四辺の中央部には、それぞれ、制御可能な素子１１２の一端を収容するように構成された溝構造が４つ形成されている。方形の第１金属片１１１の４辺に対応して４枚の第２金属片１１４が延在して設けられ、４枚の第２金属片１１４は、いずれも長尺の多角形金属片であり、第２金属片１１４は、第１金属片１１１に近い辺の両端に面取りされた辺を形成しており、第１金属片１１１の周囲に４枚の第２金属片１１４を配置可能である。第２金属片１１４は、第１金属片１１１に近い長辺に、制御可能な素子１１２の一端を収容するように構成された溝が形成されている。第２金属片１１４は、第１金属片１１１から離れた長辺に、インダクタンス素子１１５の一端を収容するように構成された溝が形成されている。４枚の第２金属片１１４の外側には、４枚のバイアス電圧片１１３が対応して設けられ、４枚の第２金属片１１４の外辺に沿って４つの寄生ユニット１２０が設けられ、すなわち、寄生ユニット１２０は反射ユニット１１０の偏波方向に設けられ、十字形の二重偏波反射電磁アレイ素子を形成する。バイアス電圧片１１３は、第２金属片１１４に電気的に接続され、第２金属片１１４は、制御可能な素子１１２によって第１金属片１１１に電気的に接続され、バイアス電圧片１１３が制御信号を制御可能な素子１１２に電気的に伝送することを可能にする。

【0051】

いくつかの実施例において、反射ユニット１１０は、バイアス電圧片１１３を第２金属片１１４に電気的に接続するインダクタンス素子１１５をさらに含む。

【0052】

いくつかの実施例において、第１金属片１１１及び第２金属片１１４のＲＦ電流は、制御可能な素子１１２の制御信号と干渉することがあり、この場合、制御信号の線路にインダクタンス素子１１５を追加することにより、交流絶縁が実現され、第１金属片１１１及び第２金属片１１４のＲＦ電流がバイアス回路層２００に流れることが回避され、制御信号回路を保護し、制御信号を正確で効果的かつ高信頼性で制御することを実現するのに有利である。

【0053】

いくつかの実施例において、寄生ユニット１２０が反射ユニット１１０と同一層に設けられる場合、寄生ユニット１２０は、バイアス電圧片１１３に対応する位置に、バイアス電圧片１１３を収容するように構成されたＵ字形溝が設けられている。

【0054】

いくつかの実施例において、図１及び図４を参照すると、寄生ユニット１２０の矩形金属パッチは、反射ユニット１１０に面する側にＵ字形溝がエッチングされており、それにより、寄生ユニット１２０とバイアス電圧片１１３との間に結合が形成されるのを回避して、エネルギーがインダクタンス素子１１５をバイパスしてバイアス回路層２００に流れるのを回避することができる。

【0055】

いくつかの実施例において、電磁アレイ素子は、単一偏波電磁アレイ素子であってもよく、この場合、形成されたインテリジェンスサーフェスは、単一偏波インテリジェンスサーフェスであり、電磁アレイ素子は、多重偏波電磁アレイ素子であってもよく、この場合、形成されたインテリジェンスサーフェスは、多重偏波インテリジェンスサーフェスであり、本願はこれを限定しない。

【0056】

例えば、反射ユニット１１０は、線状であってもよく、この場合、電磁アレイ素子は、単一偏波電磁アレイ素子である。図１４及び図１５を参照すると、反射ユニット１１０は、反射回路層１００の中央に位置する方形金属片である第１金属片１１１と、第４金属片３１１２と、第５金属片３１１３とを含む。第４金属片３１１２は、短辺が第１金属片１１１に近接して設けられ、長辺が第１金属片１１１から離れて設けられた台形部３１１２Ｂと、台形部３１１２Ｂの長辺が接続された矩形部３１１２Ａとを含む。第５金属片３１１３は、第４金属片３１１２に対向して設けられる。第５金属片３１１３は、短辺が第１金属片１１１に近接して設けられ、長辺が第１金属片１１１から離れて設けられた台形部３１１３Ｂと、台形部３１１３Ｂの長辺が接続された矩形部３１１３Ａとを含む。第４金属片３１１２と第５金属片３１１３は、反射ユニット１１０が線状となるように第１金属片１１１の上下に分布する。第１金属片１１１と第４金属片３１１２は、第１制御可能な素子３１１４によって電気的に接続され、第１金属片１１１と第５金属片３１１３は、第２制御可能な素子３１１５によって電気的に接続される。

【0057】

また、例えば、反射ユニット１１０は、十字形であり、その場合、電磁アレイ素子は二重偏波電磁アレイ素子である。図１又は図４を参照すると、反射回路層１００は、金属パッチで構成される十字形の反射体であり、反射ユニット１１０と寄生ユニット１２０を含む。反射ユニット１１０は、図４に示すように十字形をなし、中央に位置する全体として略方形の第１金属片１１１、制御可能な素子１１２、４枚の第２金属片１１４、インダクタンス素子１１５、及びバイアス電圧片１１３を内側から外側に向けて含み、±４５度の二重偏波電磁ユニットを形成する。

【0058】

また、例えば、反射ユニット１１０は、円形であり、その場合、電磁アレイ素子は円偏波電磁アレイ素子である。図１８を参照すると、反射部の本体である反射回路層１００は、反射ユニット１１０と寄生ユニット１２０を含む。反射ユニット１１０と寄生ユニット１２０は同一層に位置している。反射ユニット１１０は、第１金属片１１１と、２つのバイアス電圧片１１３と、２つの制御可能な素子４１１３とを含む。制御可能な素子４１１３は、第１金属片１１１とバイアス電圧片１１３との間に位置する。２つの制御可能な素子４１１３は互いに直交して設けられ、制御可能な素子４１１３の電気的パラメータを制御することにより、様々な反射波振幅位相応答が得られる。寄生ユニット１２０は八角形をなし、反射ユニット１１０の外側に嵌められ、反射ユニット１１０の第１金属片１１１からの寄生ユニット１２０の内側の距離を制御することにより、最適な結合が得られる。

【0059】

また、反射ユニット１１０の構造を調整することにより、多重偏波を実現することも可能であり、本願はこれを限定しない。例えば、反射ユニット１１０の金属パッチを交差角６０度の形状とすることにより、三重偏波電磁アレイ素子を形成することができる。

【0060】

いくつかの実施例において、制御可能な素子１１２は、バラクタダイオード、ＰＩＮダイオード、液晶、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）などであってもよい。

【0061】

いくつかの実施例において、制御可能な素子１１２はバラクタダイオードであってもよく、制御可能な素子１１２の容量値を制御することによって、様々な反射波振幅位相応答が得られる。バラクタダイオードは、電圧を連続的に調整することができるデバイスであり、異なる電圧により、バラクタダイオードの容量値をＮ種類の状態にすることができ、Ｎは２以上の正の整数であり、この場合、マルチビット電磁アレイ素子を実現することができる。バラクタダイオードをＰＩＮダイオード、液晶などの素子に置き換えると、本願の寄生メタサーフェスは類似の作用と効果を有する。

【0062】

いくつかの実施例において、本願の技術は、２＋２（２Ｂｉｔ＋二重偏波）のＲＩＳに適用されるだけでなく、１＋１（１Ｂｉｔ＋単一偏波）、２＋１（２Ｂｉｔ＋単一偏波）、１＋２（１Ｂｉｔ＋二重偏波）、及び他のマルチビット多重偏波のＲＩＳにも同様の作用及び効果を有する。

【0063】

いくつかの実施例において、電磁アレイ素子は多層構造であり、
反射ユニット１１０を設けるように構成された反射回路層１００と、
反射回路層１００に電気的に接続された少なくとも１つの金属ビアが設けられた反射回路層１００の下に設けられた第１誘電体板５１０と、
制御信号を受信するように構成されたバイアスライン２１０とバイアス接点２２０を含み、バイアスライン２１０がバイアス接点２２０に電気的に接続され、バイアス接点２２０が金属ビアを介して制御可能な素子１１２に電気的に接続されるバイアス回路層２００と、を含む。

【0064】

いくつかの実施例において、制御可能な電磁アレイ素子は、
バイアス回路層２００の下に設けられ、及び／又はバイアス回路層２００の上に設けられ、金属ビアを介して反射ユニット１１０に電気的に接続される少なくとも１つのベース層をさらに含む。

【0065】

いくつかの実施例において、図３を参照すると、電磁アレイ素子は多層構造であり、反射回路層１００、第１誘電体板５１０、第１ベース層３００、第２誘電体板５２０、バイアス回路層２００、第３誘電体板５３０、及び第２ベース層４００を上から順に含む。反射回路層１００は、第１金属ビア６１０を介して第１ベース層３００に電気的に接続され、反射回路層１００は、２つの第２金属ビア６２０を介してバイアス回路層２００にそれぞれ電気的に接続される。

【0066】

いくつかの実施例において、バイアス回路層２００内のバイアスライン２１０は、外部コントローラに電気的に接続され、外部コントローラからの制御信号を受信するように構成された外部インタフェースを有する。

【0067】

いくつかの実施例において、バイアス回路層２００は、
バイアス接点２２０に電気的に接続され、ベース層とフィルタコンデンサを形成するように構成されたシート状分岐２３０をさらに含む。

【0068】

いくつかの実施例において、図２及び図５を参照すると、シート状分岐２３０は、扇形分岐であってもよいし、他の形状の分岐であってもよいが、本願はこれを限定しない。シート状分岐２３０は、短絡コンデンサとして機能する。すなわち、シート状分岐２３０は、第１ベース層３００又は第２ベース層４００との間にコンデンサを形成し、交流をフィルタリングすることができる。実際の動作過程において、反射回路層１００のＲＦ信号（交流）の一部は、金属ビアとバイアス接点２２０を通ってバイアス回路層２００に流れ、シート状分岐２３０とベース層との間に形成された等価コンデンサによってＲＦ電流と直流（制御信号電流）との分離を実現することができる。複数のシート状分岐２３０とベース層（金属グランド）は並列コンデンサを構成して、直流遮断、交流短絡の役割を果たす。

【0069】

いくつかの実施例において、バイアスライン２１０は屈曲配線であり、フィルタインダクタを形成するように構成される。図２及び図５を参照すると、バイアス回路層２００では、バイアスライン２１０を屈曲細線状にすることにより、フィルタインダクタが形成され、シート状分岐２３０によって形成されるコンデンサとともにＬＣフィルタ回路が構成され、ＲＦ電流と直流（制御信号の電流）との分離がより良好に実現されている。いくつかの実施例において、バイアス回路層２００のフィルタインダクタ、シート状分岐２３０によって形成されたコンデンサ、及び反射回路層１００内に設けられたインダクタンス素子１１５は、ＲＦ電流と直流（制御信号の電流）とのより良好な分離を達成するために、ＬＣフィルタ回路を構成する。

【0070】

本願の実施例において、制御可能な電磁アレイ素子の反射ユニット１１０の周囲に寄生ユニット１２０を設けて、寄生インテリジェンスサーフェスを構成し、寄生ユニット１２０と電磁アレイ素子との間の結合効果を利用してインテリジェンスサーフェスの構成パラメータを変更することにより、インテリジェンスサーフェスの反射損失を低減し、インテリジェンスサーフェスの位相応答の安定性を高め、アレイ素子のレイアウト及び誘電体基材のインテリジェンスサーフェスに対する性能制限を突破し、マルチビット多重偏波ＲＩＳスキームの信頼性を高めるのに有利である。

【0071】

また、本願は、前述のような制御可能な電磁アレイ素子を複数含むインテリジェンスサーフェスをさらに提供する。インテリジェンスサーフェスは、複数の制御可能な電磁アレイ素子がＭ＊Ｎマトリクス状に配列されたものであってもよいし、他の配列方式を採用してもよいが、本願はこれを限定しない。寄生ユニット１２０は、周期寄生ユニット１２０であってもよく、すなわち、マクロ的には、インテリジェンスサーフェスの各アレイ素子の寄生ユニット１２０の周期的な拡張であってもよい。

【0072】

以下、３つの例を参照して、本願のさらなる実施例を説明する。

【0073】

（例１）
図１～図７を参照すると、例１は、４．９ＧＨｚ動的２＋２（２Ｂｉｔ＋二重偏波）反射型ＲＩＳ１０００の具体的な実施例（以下、本例と称する）を示している。図６及び図７を参照すると、図６は、１０×１０の従来型メタサーフェス２０００（関連技術のメタサーフェス）であり、図７は、本例による１０×１０寄生メタサーフェス１０００である。寄生メタサーフェス１０００は、従来型メタサーフェス２０００に寄生ユニット１２０を入れ子状に搭載して構成されていることが分かった。寄生メタサーフェス１０００は、１０×１０個の電磁アレイ素子１１００を含む。

【0074】

本例の電磁アレイ素子１１００は、マイクロストリップ構造の反射部とストリップライン構造のバイアス部の２つの部分を含む。

【0075】

反射部は、反射回路層１００、第１誘電体板５１０、第１ベース層３００を上から順に含み、バイアス部は、第１ベース層３００、第２誘電体板５２０、バイアス回路層２００、第３誘電体板５３０、及び第２ベース層４００を上から順に含み、第１ベース層３００は反射部とバイアス部との境界面として共通に使用される。

【0076】

図１及び図４を参照すると、反射回路層１００は、金属パッチで構成される十字形の反射ユニット１１０であり、反射ユニット１１０と寄生ユニット１２０を含む。

【0077】

本例では、図１及び図４を参照すると、電磁アレイ素子の反射ユニット１１０は、図４に示すように十字形をなし、中央に位置する全体として略方形の第１金属片１１１、バラクタダイオード（制御可能な素子１１２）、４枚の第２金属片１１４、インダクタンス素子１１５、及びバイアス電圧片１１３を内側から外側に向けて含む。全体として略方形の第１金属片１１１の中央には、第１ベース層３００に接続されてゼロ電位を確保するための第１金属ビア６１０が設けられており、全体として略方形の第１金属片１１１の４辺に対応して４枚の第２金属片１１４が延在して設けられ、全体として略方形の第１金属片１１１の４辺と４枚の第２金属片１１４は、それぞれ４個のバラクタダイオード（制御可能な素子１１２）によって接続されており、４枚の第２金属片１１４の外側には、４枚のバイアス電圧片１１３がそれぞれ対応して設けられ、４枚の第２金属片１１４は、それぞれインダクタンス素子１１５によってバイアス電圧片１１３に接続され、直列インダクタとして機能する。バイアス電圧片１１３は、第２金属ビア６２０を介してバイアス回路層２００に接続され、順方向バイアス電圧を供給して、バラクタダイオード（制御可能な素子１１２）の容量値の調整を可能にする。インダクタンス素子１１５は、反射ユニット１１０上のＲＦ電流がバイアス回路層２００に流れるのを阻止するアイソレーションとして機能する。４つのバイアス電圧片１１３は、２本のバイアスライン２１０によって制御され、バイアスライン２１０は、それぞれ２つのバイアス電圧片１１３を制御し、後述するバイアス部で詳細に説明する。

【0078】

４つの寄生ユニット１２０は、十字形の反射ユニット１１０の４方向に延在して設けられ、反射ユニット１１０に結合接続される。すなわち、４つの寄生ユニット１２０は、反射回路層１００の四隅に設けられ、４つの第２金属片１１４に対応して結合を形成する。各寄生ユニット１２０は、角型寄生パッチ１２２と矩形寄生パッチ１２１の２つの部分を含み、角型寄生パッチ１２２は、矩形寄生パッチ１２１に沿って外側に延在して設けられ、矩形寄生パッチ１２１との間に結合スロットを形成する。寄生ユニット１２０の第２金属片１１４と反射ユニット１１０の第２金属片１１４とのピッチ、サイズを調整することにより、隣接する２つの反射ユニット１１０に最適な近接結合を与えることができ、それによって、ＲＩＳの波インピーダンスを変化させ、反射損失が少なく安定した位相応答を得ることができる。

【0079】

寄生ユニット１２０の第２金属片１１４は、反射ユニット１１０に面する側にＵ字形溝がエッチングされており、これは、寄生ユニット１２０とバイアス電圧片１１３との間に結合が形成されることを回避し、それによって、エネルギー（例えば、ＲＦ電流エネルギー）がインダクタンス素子１１５をバイパスしてバイアス回路層２００に流れることを回避するためである。

【0080】

図２及び図５を参照すると、バイアス回路層２００は、２本のバイアスライン２１０と、４つのバイアス接点２２０と、４つのシート状分岐２３０とを含んで構成されている。シート状分岐２３０は扇形分岐であり、４つのシート状分岐２３０は、４つのバイアス接点２２０から外側に向かって広がり、扇形を形成する。４つのシート状分岐２３０は、それぞれ４つのバイアス接点２２０に電気的に接続され、４つのバイアス接点２２０は、第１ベース層３００及び／又は第２ベース層４００にそれぞれ結合コンデンサを形成する４つの第２金属ビア６２０に接続され、ＲＦ電流に対する並列短絡の役割を果たす。１本のバイアス線２１０は、単一偏波の２つのバイアス接点２２０（対角線の２つのバイアス接点２２０）を接続して電圧同期制御を実現する。バイアスライン２１０を屈曲細線状にすることによって、フィルタインダクタが形成され、シート状分岐２３０によって形成される結合コンデンサとともにＬＣフィルタ回路が構成され、ＲＦ電流と直流（制御信号の電流）との分離がより良好に実現されている。より具体的には、バイアス回路層２００のフィルタインダクタと、シート状分岐２３０によって形成されるコンデンサと、反射回路層１００内に設けられたインダクタンス素子１１５とは共同してＬＣフィルタ回路を構成し、ＲＦ電流と直流（制御信号の電流）との分離をより良好にする。

【0081】

本例のインテリジェンスサーフェスでは、良好な振幅位相応答特性が得られる。図８、図９、及び図１０には、４つの状態での位相応答、振幅応答、及び交差偏波抑圧がそれぞれ示されている。

【0082】

図８には位相応答図が示されている。２Ｂｉｔのインテリジェンスサーフェスには、００状態、０１状態、１０状態、及び１１状態の４つの状態があり、インテリジェンスサーフェスの４種類の反射波の異なる位相、すなわち４種類の異なる位相状態を表し、波形図の横軸は周波数、縦軸は角度を表す。理想的には、４つの位相状態には９０度の差がある。図８を参照すると、図における曲線から、４つの位相状態をそれぞれ表す４本の線のうち、周波数４．９ＧＨｚのとき、隣り合う２本の線ごとに差がほぼ９０度であり、これは理想的な状況であることが分かった。

【0083】

図９には振幅応答図が示されている。２Ｂｉｔのインテリジェンスサーフェスには、００状態、０１状態、１０状態、及び１１状態の４つの状態があり、インテリジェンスサーフェスの４種類の反射波の異なる位相、すなわち４種類の異なる位相状態を表し、波形図の横軸は周波数、縦軸は反射損失を表す。図には、４つの位相状態は４本の曲線に対応しており、４つの位相状態における反射損失を示している。一般に、反射損失は０に近いほど良い。本例では、通常の基材を使用し、帯域内の最悪の値で評価しても、比較的に理想的な反射損失を達成することができる。例えば、図においては、００状態と０１状態の反射損失はいずれも－１ｄＢより大きく、非常に理想的な反射損失であり、０１状態及び１０状態は、４．９ＧＨｚでは、反射損失が－３．３ｄＢ程度であり、それも理想的な反射損失である。

【0084】

図１０には±４５度交差偏波抑圧図が示されている。２Ｂｉｔのインテリジェンスサーフェスは、００状態、０１状態、１０状態、及び１１状態の４つの状態があり、インテリジェンスサーフェスの４種類の反射波の異なる位相、すなわち４種類の異なる位相状態を表し、波形図の横軸は周波数、縦軸は交差偏波抑圧値を表す。図において、４つの位相状態は４本の曲線に対応しており、４つの位相状態での交差偏波抑圧の状況を示している。２つの偏波が互いに影響を及ぼさないことが望ましいが、交差偏波抑圧値の指標は±４５度の２つの偏波方向間の影響の程度を評価するために用いられ、交差偏波抑圧値が小さいほど、２つの偏波間の影響も小さいことを示している。図における４本の曲線は、４．９ＧＨｚのとき、交差偏波抑圧値がいずれも－５５ｄＢ以下に抑えられ、理想的である。

【0085】

本例は、二重偏波電磁波の独立した電気的制御をサポートすることができる。表１は二重偏波反射波位相差マトリクスを示しており、００、０１、１０、１１はそれぞれ４つの反射波位相状態を表す。

【0086】

【表1】

【0087】

表１より、４つの位相状態は±４５度の２つの偏波方向にあり、２つずつの位相状態間の位相差はほぼ９０度であり、これは理想的な状況であることが分かった。

【0088】

本例のインテリジェンスサーフェスは、±６０°のビーム指向性をサポートする。図１１は、１０×１０アレイが０°入射（すなわち、インテリジェンスサーフェスの面に垂直に入射し、以下の各角度は０°を基準とする）したときの反射波の０°、１５°、３０°、４５°、及び６０°の指向性パターンを示している。ここで、横軸は反射波の角度、縦軸は振幅（波の強さとも呼ばれ、単位はｄＢ）を示している。図から分かるように、各角度の振幅はいずれも－１０ｄＢ以上に達し、反射波は０°のビーム指向振幅応答波形が最も良い。

【0089】

図１１に示すように、入射波がすべて０°から入射した場合、ＲＩＳごとに電磁アレイ素子の電磁特性を調整することで、様々な反射波のビーム指向性を実現し、最大ビームはそれぞれ０°、１５°、３０°、４５°、６０°の指向性を実現している。

【0090】

本例では、±４５°以内の入射反射波ビーム相反性をサポートしている。図１２は、同じコードブックを使用した０°及び３０°の入射での１０×１０アレイの反射波パターンを示している。横軸は反射波の角度、縦軸は振幅を表している。この図から、０°と３０°の入射の両方で良好な振幅応答が達成できることがわかった。

【0091】

本例は、二重偏波反射波の独立したビーム指向性をサポートしている。図１３は、１０×１０アレイ＋４５°偏波反射波＋３０°指向性パターン、－４５°偏波反射波－３０°指向性パターンを示している。横軸は反射波の角度、縦軸は振幅を表している。この図から、＋４５°偏波反射波＋３０°指向方向と－４５°偏波反射波－３０°指向方向の両方で良好な振幅応答が得られることが分かった。

【0092】

（例２）
例２は、図１４から図１７に示すように、ストリップ状単一偏波動的２＋１（２Ｂｉｔ＋単一偏波）反射型ＲＩＳ３０００の具体的な実施例を示しており、本例の電磁アレイ素子は単一偏波電磁アレイ素子３１００である。図１６と図１７にストリップ状寄生メタサーフェスに基づく１０×１０単一偏波動的２＋１反射型ＲＩＳ３０００の表裏構造の模式図を示す。寄生メタサーフェスは、１０×１０個の単一偏波電磁アレイ素子３１００を含む。

【0093】

本例の電磁アレイ素子は、反射部とバイアス部を含む単一偏波電磁アレイ素子３１００である。反射部の本体である反射回路層は、反射ユニット１１０と寄生ユニット１２０とを含む。反射ユニット１１０及び寄生ユニット１２０は、誘電体板の両側に位置する。すなわち、寄生ユニット１２０は、下層搭載により設けられ、寄生ユニット１２０は、反射ユニット１１０が位置する反射回路層の下に設けられてもよく、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０との間に誘電体板が設けられてもよい。具体的な層構造は、例１の図３を参照してもよいが、反射回路層と第１ベース層との間に、寄生ユニット１２０を担持するように構成された寄生回路層が追加されてもよい。

【0094】

反射ユニット１１０は、第１金属片１１１と、制御可能な素子と、第４金属片３１１２と、第５金属片３１１３とを含み、制御可能な素子は、第１ＰＩＮダイオード３１１４と第２ＰＩＮダイオード３１１５を含む。第１ＰＩＮダイオード３１１４は、第１金属片１１１と第５金属片３１１３との間に位置し、第２ＰＩＮダイオード３１１５は、第１金属片１１１と第４金属片３１１２との間に位置する。第１ＰＩＮダイオード３１１４、第２ＰＩＮダイオード３１１５の導通状態を制御することにより、第１金属片１１１、第４金属片３１１２、第５金属片３１１３の様々な組み合わせ状態が得られ、様々な反射振幅位相応答が実現される。寄生ユニット１２０は、第１寄生パッチ３１２１と第２寄生パッチ３１２２とを含む。第１寄生パッチ３１２１、第２寄生パッチ３１２２の長さを調整することにより、寄生ユニット１２０と反射ユニット１１０との間の結合強度を高め、ＲＩＳ３０００の反射損失を低減する。

【0095】

例２のバイアス部は、例１を参照してバイアス回路層に設けられてもよく、バイアス部は、２本のバイアスラインと、２つのバイアス接点と、２つの扇形分岐とを含んでもよく、バイアスラインとバイアス接点は対応して電気的に接続され、バイアス接点と扇形分岐は対応して電気的に接続され、具体的な構造設計及び機能、効果は例１と類似であり、ここではこれ以上言及しない。

【0096】

（例３）
例３は、図１８及び図１９に示すように、円偏波動的２Ｂｉｔ反射型ＲＩＳ４０００の具体的な実施例を示しており、本例の電磁アレイ素子は円偏波電磁アレイ素子４１００である。図１９は、ハニカム寄生メタサーフェスに基づく１０×１０円偏波動的２Ｂｉｔ反射型ＲＩＳ４０００構造の模式図を示している。寄生メタサーフェスは、１０×１０個の円偏波電磁アレイ素子４１００を含む。

【0097】

本例の電磁アレイ素子は円偏波電磁アレイ素子４１００であり、円偏波電磁アレイ素子４１００も反射部とバイアス部を含む。

【0098】

図１８を参照すると、反射部の本体である反射回路層は、反射ユニット１１０と寄生ユニット１２０を含む。反射ユニット１１０と寄生ユニット１２０は、誘電体板の同一層に位置している。反射ユニット１１０は、第１金属片１１１と、２つのバイアス電圧片１１３と、２つの制御可能な素子１１２とを含む。ここで、第１金属片１１１は円形金属パッチであり、制御可能な素子１１２は、第１金属片１１１とバイアス電圧片１１３との間に位置するバラクタダイオードである。２つの制御可能な素子１１２は互いに直交して設けられ、制御可能な素子１１２の容量値を制御することにより、様々な反射波振幅位相応答が得られる。寄生ユニット１２０は八角形をなし、反射ユニット１１０の外側に嵌められ、反射ユニット１１０の第１金属片１１１からの寄生ユニット１２０の内側の距離を制御することにより、最適な結合が得られる。

【0099】

円偏波電磁アレイ素子４１００の層構造とバイアス部の回路設計は、例１の対応する設計例を参照してもよく、ここではこれ以上言及しない。

【0100】

本願の実施例の第１態様は、制御可能な電磁アレイ素子であって、反射ユニットと寄生ユニットを含み、前記反射ユニットは、少なくとも１つの反射金属片と、前記反射金属片に電気的に接続され、制御信号に応じて前記電磁アレイ素子の電磁パラメータを制御するように構成された少なくとも１つの制御可能な素子と、を含み、前記寄生ユニットは前記反射金属片の周囲に設けられ、反射金属片に結合接続される、制御可能な電磁アレイ素子を提供する。本願の実施例は、制御可能な電磁アレイ素子の反射ユニットの周囲に寄生ユニットを設けて、寄生インテリジェンスサーフェスを構成し、寄生ユニットと電磁アレイ素子との間の結合効果を利用してインテリジェンスサーフェスの構成パラメータを変更することにより、インテリジェンスサーフェスの反射損失を低減し、インテリジェンスサーフェスの位相応答の安定性を高め、アレイ素子のレイアウト及び誘電体基材のインテリジェンスサーフェスに対する性能制限を突破し、マルチビット多重偏波ＲＩＳスキームの信頼性を高めるのに有利である。ＲＩＳの性能を効果的に向上させることができ、製造コストを削減することができる。

【0101】

関連技術と比較して上記第２態様の有益な効果は、関連技術と比較して上記第１態様の有益な効果と同じであり、上記第１態様の関連する説明を参照してもよく、ここではこれ以上言及しない。

【0102】

本願の実施例には、関連技術と比較して以下のような進歩がある。
１）周期寄生ユニットの概念及び周期寄生ユニットによる寄生メタサーフェス技術を提案する。この技術は、従来の反射型メタサーフェスに周期寄生ユニットを入れ子状に搭載して寄生メタサーフェスを構成することで、反射型メタサーフェスと空間波インピーダンスの整合特性を変化させることにより、反射効率の向上と位相応答の改善を実現する。この技術は、電磁散乱ユニットのサイズ、レイアウト、スイッチング素子及び誘電体基材がメタサーフェスの電磁応答特性に与える影響を改善して、反射効率を向上させ、位相調整範囲を広げることができ、偏波マルチビット反射型ＲＩＳ開発の基礎を築く。
２）格子状寄生メタサーフェスに基づく動的マルチビット多重偏波反射型メタサーフェスを設計した。この反射型メタサーフェスは、格子状寄生メタサーフェスアーキテクチャ設計を採用しており、反射効率を向上させ、位相調整範囲を広げながら、直交偏波方向電流を抑制し、メタサーフェスの多重偏波反射波長間の交差結合を回避し、多重偏波ＲＩＳにおける様々な偏波の独立した電気調整能力を確保する。

【0103】

本願の実施例は、制御可能な電磁アレイ素子の反射ユニットの周囲に寄生ユニットを設けて、寄生インテリジェンスサーフェスを構成し、寄生ユニットと電磁アレイ素子との間の結合効果を利用してインテリジェンスサーフェスの構成パラメータを変更することにより、インテリジェンスサーフェスの反射損失を低減し、インテリジェンスサーフェスの位相応答の安定性を高め、アレイ素子のレイアウト及び誘電体基材のインテリジェンスサーフェスに対する性能制限を突破し、マルチビット多重偏波ＲＩＳスキームの信頼性を高めるのに有利である。

【0104】

以上は、本願の実施例のいくつかの実施を具体的に説明したが、本願の実施例は、上記の実施形態に限定されるものではなく、当業者は、本願の実施例の精神に反することなく、様々な均等な変形又は置換を行うことができ、これらの均等な変形又は置換は、本願の実施例の特許請求の範囲によって定められる範囲内に含まれるものとする。

【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】

【図17】

【図18】

【図19】

【手続補正書】

【提出日】2024-04-30

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御可能な電磁アレイ素子であって、
反射ユニットと寄生ユニットを含み、
前記反射ユニットは、
少なくとも１つの反射金属片と、
前記反射金属片に電気的に接続され、制御信号に応じて前記電磁アレイ素子の電磁パラメータを制御するように構成された少なくとも１つの制御可能な素子と、を含み、
前記寄生ユニットは、前記反射金属片の周囲に設けられ、前記反射金属片に結合接続される、制御可能な電磁アレイ素子。

【請求項2】

前記寄生ユニットは、前記反射ユニットに結合接続されるために、前記反射ユニットと同一層に設けられ、あるいは、
前記寄生ユニットは、前記反射ユニットに結合接続されるために、前記反射ユニットの上層に設けられ、あるいは、
前記寄生ユニットは、前記反射ユニットに結合接続されるために、前記反射ユニットの下層に設けられる、
請求項１に記載の電磁アレイ素子。

【請求項3】

前記寄生ユニットと前記反射ユニットとの間に結合スロットが形成されて、前記寄生ユニットと前記反射ユニットとが電界によって結合接続され、あるいは、
前記寄生ユニットと前記反射ユニットは素子によって結合接続される、
請求項１に記載の電磁アレイ素子。

【請求項4】

前記反射ユニットは、前記制御可能な電磁アレイ素子の中央位置に設けられ、前記寄生ユニットは、前記制御可能な電磁アレイ素子の外周に設けられ、前記反射ユニットに結合接続されるために、前記反射ユニットの偏波方向に配置される、
請求項１に記載の電磁アレイ素子。

【請求項5】

前記反射金属片は、
グランドに電気的に接続されるように構成された第１金属片と、
前記制御可能な素子によって前記第１金属片に電気的に接続され、制御信号を受信して、制御信号を前記制御可能な素子に伝送するように構成されたバイアス電圧片と、を含む、
請求項１に記載の電磁アレイ素子。

【請求項6】

前記第１金属片は多角形金属片であり、前記寄生ユニットは、前記寄生ユニットの少なくとも１つの辺が前記多角形金属片の少なくとも１つの辺とストリップ状の結合スロットを形成するように、前記多角形金属片の辺に沿って対応して設けられ、あるいは、
前記第１金属片は円形金属片であり、前記寄生ユニットは、前記寄生ユニットの縁が前記多角形金属片の縁と環状の結合スロットを形成するように、前記円形金属片の円周に沿って対応して設けられる、
請求項５に記載の電磁アレイ素子。

【請求項7】

前記第１金属片と前記バイアス電圧片との間には第２金属片がさらに設けられ、前記バイアス電圧片は前記第２金属片に電気的に接続され、前記第２金属片は、前記制御可能な素子によって前記第１金属片に電気的に接続され、
前記寄生ユニットは、前記寄生ユニットの少なくとも１つの辺が前記第２金属片の少なくとも１つの辺と結合スロットを形成するように、前記第２金属片の辺に沿って対応して設けられる、
請求項５に記載の電磁アレイ素子。

【請求項8】

前記反射ユニットはインダクタンス素子をさらに含み、前記バイアス電圧片は、前記インダクタンス素子によって前記第２金属片に電気的に接続される、
請求項７に記載の電磁アレイ素子。

【請求項9】

前記寄生ユニットが前記反射ユニットと同一層に設けられる場合、前記寄生ユニットには、前記バイアス電圧片に対応する位置に、前記バイアス電圧片を収容するように構成されたＵ字形溝が設けられている、
請求項５に記載の電磁アレイ素子。

【請求項10】

前記反射ユニットは線状であり、その場合、前記電磁アレイ素子は単一偏波電磁アレイ素子であり、あるいは、
前記反射ユニットは十字形であり、その場合、前記電磁アレイ素子は二重偏波電磁アレイ素子であり、あるいは、
前記反射ユニットは円形であり、その場合、前記電磁アレイ素子は円偏波電磁アレイ素子である、
請求項１に記載の電磁アレイ素子。

【請求項11】

前記制御可能な素子は、バラクタダイオード、ＰＩＮダイオード、又は液晶である、
請求項１に記載の電磁アレイ素子。

【請求項12】

前記電磁アレイ素子は多層構造であり、
前記反射ユニットを設けるように構成された反射回路層と、
前記反射回路層に電気的に接続された少なくとも１つの金属ビアが設けられた前記反射回路層の下に設けられた第１誘電体板と、
前記制御信号を受信するように構成されたバイアスラインとバイアス接点を含み、前記バイアスラインが前記バイアス接点に電気的に接続され、前記バイアス接点が前記金属ビアを介して前記制御可能な素子に電気的に接続されるバイアス回路層と、を含む、
請求項１に記載の電磁アレイ素子。

【請求項13】

前記バイアス回路層の下に設けられ、及び／又は前記バイアス回路層の上に設けられ、金属ビアを介して前記反射ユニットに電気的に接続される少なくとも１つのベース層をさらに含む、
請求項１２に記載の電磁アレイ素子。

【請求項14】

前記バイアス回路層は、
前記バイアス接点に電気的に接続され、前記ベース層とフィルタコンデンサを形成するように構成されたシート状分岐をさらに含む、
請求項１３に記載の電磁アレイ素子。

【請求項15】

前記バイアスラインは屈曲配線であり、フィルタインダクタを形成するように構成されている、
請求項１２に記載の電磁アレイ素子。

【請求項16】

請求項１～１５のいずれか１項に記載の複数の制御可能な電磁アレイ素子を含む、
インテリジェンスサーフェス。

【国際調査報告】