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特表2024-540379非見通し線（ＮＬＯＳ）信号を増強するためにパッシブ反射体を使用するシステム及び方法
(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】非見通し線（ＮＬＯＳ）信号を増強するためにパッシブ反射体を使用するシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
H01Q 15/14 20060101AFI20241024BHJP
【ＦＩ】
H01Q15/14 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024526900
(86)(22)【出願日】2022-10-26
(85)【翻訳文提出日】2024-05-07
(86)【国際出願番号】 IB2022060306
(87)【国際公開番号】W WO2023084347
(87)【国際公開日】2023-05-19
(31)【優先権主張番号】63/263,775
(32)【優先日】2021-11-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】505005049
【氏名又は名称】スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100130339
【弁理士】
【氏名又は名称】藤井 憲
(74)【代理人】
【識別番号】100135909
【弁理士】
【氏名又は名称】野村 和歌子
(74)【代理人】
【識別番号】100133042
【弁理士】
【氏名又は名称】佃 誠玄
(74)【代理人】
【識別番号】100171701
【弁理士】
【氏名又は名称】浅村 敬一
(72)【発明者】
【氏名】レメシュ，イヴァン
(72)【発明者】
【氏名】グラフ，マイケル エス．
(72)【発明者】
【氏名】マニュイロフ，セルゲイ アー．
(72)【発明者】
【氏名】サリバン，ジョン ジェイ．
【テーマコード（参考）】
5J020
【Ｆターム（参考）】
5J020AA03
5J020BA06
5J020BA17
5J020BD04
5J020DA03
(57)【要約】
非見通し線（ＮＬＯＳ）無線信号を増強するために、パッシブ反射体又はリフレクトアレイを使用するシステム及び方法が提供される。複数のリフレクトアレイが組み合わされて、広範囲のユーザ位置／ビーム角をカバーするように配置される。パッシブリフレクトアレイは、入射ビームを分割するように構成された第１のリフレクトアレイと、入射ビームを入射面外でステアリングするように構成された第２のリフレクトアレイとのうちの少なくとも１つを含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
無線通信用の非見通し線（ＮＬＯＳ）信号を増強する方法であって、第１のリフレクトアレイと第２のリフレクトアレイとを含む複数のパッシブリフレクトアレイであって、前記リフレクトアレイのうちの少なくとも１つが、約１．０ｍｍ～約１０．０ｃｍの範囲の波長λの入射無線周波数（ＲＦ）電磁波を反射するように構成された共振要素の繰り返し単位セルのパターンを備え、前記第１のリフレクトアレイが、その第１の長手方向に沿って第１の位相勾配を有し、前記第２のリフレクトアレイが、その第２の長手方向に沿って第２の位相勾配を有する、複数のパッシブリフレクトアレイを提供することと、
前記入射ＲＦ電磁波が少なくとも３ｄＢの信号改善を伴って前記第１のパッシブリフレクトアレイ及び前記第２のパッシブリフレクトアレイによって反射されるように、前記第１のパッシブリフレクトアレイ及び前記第２のパッシブリフレクトアレイのうちの少なくとも１つを前記入射ＲＦ電磁波に面するように配置することと、を含む、方法。
【請求項2】
前記第１のリフレクトアレイ及び前記第２のリフレクトアレイのうちの少なくとも１つが、非線形ステアリング性能を提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１のリフレクトアレイ及び前記第２のリフレクトアレイのうちの少なくとも１つが、角度－空間分離を提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記第１のリフレクトアレイ及び前記第２のリフレクトアレイのうちの前記少なくとも１つが、ビーム分割性能を提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記複数のパッシブリフレクトアレイのうちの少なくとも１つが、Ｔ接合部、Ｌ接合部、又は４方向接合部において天井又は床に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記複数のパッシブリフレクトアレイのうちの前記少なくとも１つが、入射面外ステアリングを提供する、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記入射ＲＦ電磁波が、送信端又は受信端上の適応ビーム形成を特徴とするネットワークからのものである、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
無線通信用の非見通し線（ＮＬＯＳ）信号を増強するシステムであって、１つ以上のパッシブリフレクトアレイであって、前記リフレクトアレイのうちの少なくとも１つが、約１．０ｍｍ～約１０．０ｃｍの範囲内の波長λの入射無線周波数（ＲＦ）電磁波を反射するように構成された共振要素の繰り返し単位セルのパターンを備える、１つ以上のパッシブリフレクトアレイを備え、
前記１つ以上のパッシブリフレクトアレイが、入射ビームを分割するように構成された第１のリフレクトアレイと、前記入射ビームを入射面外でステアリングするように構成された第２のリフレクトアレイとのうちの少なくとも１つを備える、システム。
【請求項9】
第１のリフレクトアレイ列の前記共振要素が、列方向が交互になるように配置されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項10】
前記第１のリフレクトアレイ列の前記共振要素が、市松模様に配置されている、請求項８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
ブロードバンドセルラーネットワークのための第５世代技術規格（５Ｇ）は、これまでマイクロ波又はミリ波、あるいはｍｍＷａｖｅと呼ばれてきた、６ＧＨｚから３００ＧＨｚのスペクトル領域の高周波数電波を使用する。周波数電波が高いほど、有用な物理的範囲が短くなり、必要な地理的セルが小さくなる。高利得の高指向性アンテナを使用する見通し線（ＬＯＳ）リンクは、集束ビームをモバイルユーザに直接提供する。このＬＯＳ接続を使用して、ｍｍＷａｖｅ周波数での高い経路損失及び信号劣化が補償される。ＬＯＳ接続のための無線周波数（ＲＦ）波のビームステアリングは、現在、モバイルネットワークプロバイダの周波数がｍｍＷａｖｅレジームに入りつつある現代の無線通信の不可欠な部分になりつつある。より高い周波数では、伝搬損失は典型的には増加するが、（例えば、建物の壁、窓ガラス、金属表面からの）反射によって生成される経路構成成分は、（例えば、損失、散漫散乱、又はマルチパス干渉に起因して）非効率的になり、様々なデッドゾーンをもたらす。この問題は、通常、基地局及び中継器のはるかに高密度のネットワークを導入することによって解決される。しかしながら、多数のアクティブ位相アレイアンテナ（アクティブビーム形成及び多入力多出力（ＭＩＭＯ）機能を必要とするので、ミリ波スペクトルでは更に複雑になる）、中継器、並びに関連する設置及びライセンシングを含む企業のコストは膨大である。
【発明の概要】
【0002】
無線通信における無線周波数（ＲＦ）波のビームステアリングのための費用効果の高い解決策を提供することが望まれている。一態様では、本開示は、無線通信用の非見通し線（ＮＬＯＳ）信号を増強する方法を提供する。本方法は、第１のリフレクトアレイと第２のリフレクトアレイとを含む複数のパッシブリフレクトアレイであって、リフレクトアレイの少なくとも１つが、約１．０ｍｍ～約１０．０ｃｍの範囲の波長λの入射無線周波数（ＲＦ）電磁波を反射するように構成された共振要素の繰り返し単位セルのパターンを備え、第１のリフレクトアレイが、その第１の長手方向に沿って第１の位相勾配を有し、第２のリフレクトアレイが、その第２の長手方向に沿って第２の位相勾配を有する、複数のパッシブリフレクトアレイを提供することと、入射ＲＦ電磁波が少なくとも３ｄＢの信号改善で第１のパッシブリフレクトアレイ及び第２のパッシブリフレクトアレイによって反射されるように、第１のパッシブリフレクトアレイ及び第２のパッシブリフレクトアレイの少なくとも１つを入射ＲＦ電磁波に面するように配置することとを含み、信号改善は、複数のパッシブリフレクトアレイの恩恵なく測定されたベースライン信号強度に対する少なくとも１つのＮＬＯＳ方向における信号強度の増加として定義される。
【0003】
別の態様では、本開示は、無線通信用の非見通し線（ＮＬＯＳ）信号を増強するシステムを提供する。システムは、１つ以上のパッシブリフレクトアレイを含み、リフレクトアレイの少なくとも１つは、約１．０ｍｍ～約１０．０ｃｍの範囲内の波長λの入射無線周波数（ＲＦ）電磁波を反射するように構成された共振要素の繰り返し単位セルのパターンを含む。１つ以上のパッシブリフレクトアレイは、入射ビームを分割するように構成された第１のリフレクトアレイと、入射ビームを入射面外でステアリングするように構成された第２のリフレクトアレイとのうちの少なくとも１つを含む。
【図面の簡単な説明】
【0004】
【図1】いくつかの実施形態による、リフレクトアレイの幾何学的パターンの概略上面図である。
【図1A】リフレクトアレイの反射挙動の概略図である。
【図2A】例示的なリフレクトアレイの概略断面図及び上面図である。
【図2C】鏡面反射体の反射挙動の概略図である。
【図2D】一定の位相勾配構造に対する反射挙動の概略図である。
【図3A】一実施形態による、Ｌ接合部におけるリフレクトアレイの基本セットを有する屋内用途の概略図である。
【図3B】一実施形態による、Ｌ接合部におけるリフレクトアレイの基本セットを有する屋内用途の概略図である。
【図3C】一実施形態による、Ｌ接合部におけるリフレクトアレイの基本セットを有する屋内用途の概略図である。
【図3D】一実施形態による、Ｌ接合部におけるリフレクトアレイの基本セットを有する屋内用途の概略図である。
【図3E】一実施形態による、Ｌ接合部におけるリフレクトアレイの基本セットを有する屋内用途の概略図である。
【図4A】一実施形態による、Ｔ接合部におけるリフレクトアレイの基本セットを有する屋内用途の概略図である。
【図4B】一実施形態による、Ｔ接合部におけるリフレクトアレイの基本セットを有する屋内用途の概略図である。
【図4C】一実施形態による、Ｔ接合部におけるリフレクトアレイの基本セットを有する屋内用途の概略図である。
【図4D】一実施形態による、Ｔ接合部におけるリフレクトアレイの基本セットを有する屋内用途の概略図である。
【図5A】一実施形態による、４方向接合部におけるリフレクトアレイの基本セットを有する屋内用途の概略図である。
【図5B】一実施形態による、４方向接合部におけるリフレクトアレイの基本セットを有する屋内用途の概略図である。
【図6A】ビーム分割反射挙動の概略図である。
【図6B】入射面外ステアリングについての反射挙動の概略図である。
【図6C】一実施形態による、天井及び床上のリフレクトアレイの組み合わせを有する屋内用途の概略図である。
【図7A】一実施形態による、Ｌ接合部におけるリフレクトアレイの組み合わせを有する屋内用途の概略図である。
【図7B】一実施形態による、Ｔ接合部におけるリフレクトアレイの組み合わせを有する屋内用途の概略図である。
【図7C】一実施形態による、Ｌ接合部におけるリフレクトアレイの組み合わせを有する屋内用途の概略図である。
【図7D】一実施形態による、Ｔ接合部におけるリフレクトアレイの組み合わせを有する屋内用途の概略図である。
【図7E】一実施形態による、Ｌ接合部におけるリフレクトアレイの組み合わせを有する屋内用途の概略図である。
【図7F】一実施形態による、Ｌ接合部におけるリフレクトアレイの組み合わせを有する屋内用途の概略図である。
【図7G】一実施形態による、Ｌ接合部におけるリフレクトアレイの組み合わせを有する屋内用途の概略図である。
【図7H】一実施形態による、Ｔ接合部におけるリフレクトアレイの組み合わせを有する屋内用途の概略図である。
【図7I】一実施形態による、Ｔ接合部におけるリフレクトアレイの組み合わせを有する屋内用途の概略図である。
【図7J】一実施形態による、４方向接合部におけるリフレクトアレイの組み合わせを有する屋内用途の概略図である。
【図8A】特性決定設定の概略図である。
【図8B】実施例０、１、及び２の上平面図である。
【図8C】実施例０、１、及び２の反射対周波数曲線のプロットである。
【図8D】実施例０、１、及び２の選択された０度→θ１幾何形状の最良性能に対応する周波数での散乱曲線のプロットである。
【図8F】実施例０、１、及び２の信号強度対入射角のプロットである。
【図8G】実施例１のリフレクトアレイフィルムの概略断面図である。
【図8H】実施例２のリフレクトアレイフィルムの概略断面図である。
【図9A】実施例３の上平面図である。
【図9B】実施例４の上平面図である。
【図9C】実施例５の上平面図である。
【図9D】実施例４の特性決定設定の概略図である。
【図9E】実施例５の特性決定設定の概略図である。
【図9F】実施例０、３、４、及び５の反射スペクトルのプロットである。
【図9G】実施例０、３、及び４の散乱曲線のプロットである。
【図9H】実施例３～５のリフレクトアレイフィルムの概略断面図である。
【図10A】実施例６のＬ接合部における試験環境の概略図である。
【図10B】実施例６のアレイ１及びアレイ２のリフレクトアレイ組み合わせについての出力角対入射角のプロットである。
【図10C】実施例６の出力角対周波数のプロットである。
【図10D】実施例６の測定された全反射対周波数のプロットである。
【図10E】Ｌ接合部における実施例６の試験設定の概略図である。
【図10F】３１．１ＧＨｚにおけるリフレクトアレイの全反射対全経路長のプロットである。
【0005】
以下の例示された実施形態の説明においては、本開示を実施することが可能な様々な実施形態を実例として示す添付の図面を参照する。本開示の範囲から逸脱することなく実施形態を利用することが可能であり、構造上の変更が行われ得る点は理解されるべきである。これらの図は、必ずしも一定の比率の縮尺ではない。図面で使用されている同様の番号は、同様の構成要素を示す。しかし、所与の図における構成要素を示すための番号の使用は、同じ番号で示されている別の図内の構成要素を限定することを意図していないことが理解されよう。
【発明を実施するための形態】
【0006】
本開示は、Ｔ接合部、Ｌ接合部、及び４方向接合部などにおける非見通し線（ＮＬＯＳ）信号の増強を提供する。いくつかの実施形態では、通信ネットワークの一部分を別の部分に接続するために、パッシブ反射体又はリフレクトアレイ及びそれらの組み合わせ、例えば、金属化又は導電性フィルム、パッシブ中継器アンテナ、リフレクトアレイなどが提供され、ネットワークの各部分は、最終ユーザ、中継器、基地局、又は通信信号を再分配する別のアクティブ構成要素とすることができ、このネットワークの各構成要素又は単一の構成要素は、アクティブビームステアリングが可能である。ここで、非見通し線（「ＮＬＯＳ」）は、デバイスのユーザが無線アクセスを有しないか、著しく低減された有効範囲を有するか、又は何らかの種類の損なわれた有効範囲を有し得るゾーンを指す。本明細書で説明される実施形態は、例えば、航空路、廊下、オフィス空間の廊下又は地下階、倉庫、流通センター、工場の階などの屋内、通りの交差点、建物の妨害物、都市の谷間などの屋外の様々なシナリオに適合され得る一般的な解決策を提供する。
【0007】
本明細書で使用される場合、用語「リフレクトアレイ」は、給電アンテナ（近くにあっても遠くにあってもよく、静止していても移動していてもよい）によって照射されたときに、そのＲＦ放射を特定の方向に反射する（又は複数の方向に再分配する）、接地面によって支持された位相シフト素子の平面アレイを指す。
【0008】
本明細書で使用される場合、用語「共振要素」又は「位相シフト素子」語は、無線周波数（ＲＦ）放射の存在下で共振するリフレクトアレイの基本構成要素を指し、それらの位相特性はそれらの寸法（幾何形状）に依存する。共振要素は、金属材料又は高誘電率若しくは高ｋ誘電体材料で作ることができる、あるいは導電性平面又はメッシュ内の開放空間とすることができる。
【0009】
本明細書で使用される場合、用語「ビームステアリング」は、入射ＲＦ放射を特定の所望の量だけ（すなわち、動的な同調性なしに）再指向するリフレクトアレイの静的特性を指す。
【0010】
様々な実施形態では、１つ以上のリフレクトアレイ物品が、無線周波数（ＲＦ）波のビームステアリングのために提供される。リフレクトアレイ物品は各々、約１．０ｍｍ～約１０．０ｃｍの範囲内の自由空間波長λで入射無線周波数（ＲＦ）電磁波を反射するように構成された共振要素のパターンを含む周波数選択性表面（ＦＳＳ）層を含んでもよい。いくつかの実施形態では、各共振要素は、ワイヤ状、パッチ状構造、又は導電性メッシュ内の空の空間を含んでもよい。リフレクトアレイ物品は、その主表面上に配置された連続金属メッシュのセルを画定する金属トレースによって形成されたパターン化導体を含む接地面層を更に含んでもよい。１つ以上の誘電体層が、共振要素と接地面層との間に挟まれるように、又はパターン化された層若しくは接地面層の両側に設けられ得る。
【0011】
図１は、いくつかの実施形態による、様々なリフレクトアレイの幾何学的パターンの概略上面図である。リフレクトアレイは各々、破線のそれぞれの矩形ボックスに示されるような繰り返し単位セルの２次元アレイを含むメタ構造であり得る共振要素のパターンを含む。メタ構造の幾何学的パターンは、様々なリフレクトアレイ角を提供するように設計することができる。ここで、リフレクトアレイ角θａｒｒａｙ（複数のリフレクトアレイｎについては、θａｒｒａｙ，ｎ又はθｎとしても示される）は、垂直に入射するＲＦ波に対するその応答、すなわち、面法線に対する対応する反射角を記述するリフレクトアレイの固有の（周波数依存）特性を指す。図１Ａは、特定の入射ベクトル（ｚ軸に沿った面法線に対する入射角θｉ、及びｘ軸に対する投影角φｉを有する）を、特定の出射ベクトル（ｚ軸に沿った面法線に対する反射角θｒ、及びｘ軸に対する投影角φｒを有する）へ選択的に反射するように構成されたメタ構造又はメタ表面の表現を示す。入射ベクトル及び出射ベクトルは、互いに一般化された幾何学的関係を有する。入射角θｉ＝０の場合、反射角θｒはリフレクトアレイ角θａｒｒａｙに対応する。
【0012】
ベンチマークとして、金属ミラーフィルムは、鏡面反射ステアリング性能を提供し、リフレクトアレイ角θａｒｒａｙは約０度である。負のリフレクトアレイ角（θａｒｒａｙ＜０）は、正のリフレクトアレイ角｜θａｒｒａｙ｜を有するリフレクトアレイが、がそのフィルム面（例えば、図１ＡのＸＹ面）において１８０度回転された場合を指す。図１の実施形態では、パッシブリフレクトアレイ１１０は、約５度～約２０度のリフレクトアレイ角θａｒｒａｙを有する。パッシブリフレクトアレイ１２０は、約３０度～約６０度のリフレクトアレイ角θａｒｒａｙを有する。パッシブリフレクトアレイ１３０は、約６０度～約９０度のリフレクトアレイ角θａｒｒａｙを有する。パッシブリフレクトアレイ１４２、１４４はそれぞれ、約３０度～約６０度又は約－３０度～約－６０度のリフレクトアレイ角θａｒｒａｙを有する。パッシブリフレクトアレイ１５２、１５４はそれぞれ、約６０度～約９０度又は約－６０度～約－９０度のリフレクトアレイ角θａｒｒａｙを有する。パッシブリフレクトアレイ１６２、１６４は、それぞれ約１５度～約９０度のリフレクトアレイ角θａｒｒａｙを有する。
【0013】
構造１１０、１２０、１３０（ＳＫＵ１～３）は、一定の位相勾配条件を実質的に満たす一般的なリフレクトアレイを表す。構造１１０（ＳＫＵ１）は、小さいリフレクトアレイ角（５度＜θａｒｒａｙ＜２０度）を有し、例えば、Ｌ接合部（例えば、図３Ｂを参照）、Ｔ接合部（例えば、図４Ｂを参照）、及び４方向接合部（例えば、図５Ｂを参照）、並びにＬ接合部（例えば、図３Ｃのような１２０構造と結合される）及びＴ接合部（例えば、図４Ｄのような１４２／１４４構造と結合される）のための補助構造に配置された２つ以上のリフレクトアレイパネル（例えば、ダブレット又は一対のリフレクトアレイ）を含むビーム経路において、ビームのわずかな再指向が好ましい（鏡面応答と比較して）場合に使用することができる。構造１２０（ＳＫＵ２）は、中間値のリフレクトアレイ角θ（３０度＜θａｒｒａｙ＜６０度）を有し、前述の補助構造を補完するために（例えば、図３Ｃを参照）、又は独立型ダブレットとして（例えば、図３Ｄを参照）使用することができる。後者の場合、最適性能は、両方のアレイがθａｒｒａｙ＝４５度である、又は、それらのリフレクトアレイ角の合計がおよそ９０度、すなわち、８０度＜｜θａｒｒａｙ,１｜＋｜θａｒｒａｙ,２｜＜１００度であるときに提供される。構造１３０（ＳＫＵ３）は、大きなリフレクトアレイ角（６０度＜θａｒｒａｙ＜９０度）を有し、最も一般的に適用されるシナリオを表し、典型的には独立型として適用される。一実施形態では、構造１３０をダブレットとして適用することができ、その結果、図３Ｅに示されるように２つの別個の信号経路構成要素が得られる。
【0014】
構造１４２、１４４は、リフレクトアレイ角の中間値３０度＜｜θａｒｒａｙ｜＜６０度に対してビーム分割挙動を示し、Ｔ接合のための補助構造として使用することができる（例えば、図４Ｄを参照）。この挙動を実施する１つの方法は、図６Ａに視覚化されるように、上下の列が反対の順序で積み重ねられた２倍大きい単位セル（１４２）を製造することである。あるいは、反対向きのパッチ（１４４）の積層体を製造することができる。構造１５２、１５４は、１４２、１４４と同等であるが、より大きなリフレクトアレイ角３０度＜｜θａｒｒａｙ｜＜６０度を使用しており、これは、Ｔ接合部における単一構造に使用することができる（例えば、図４Ｃを参照）。
【0015】
構造１６２は、入射面外ビーム再指向を実行することによって、Ｌ接合部の床及び天井を利用することができる（例えば、図６Ｃを参照）。その単位セルは、正方形のｎ×ｎの形状を有し、ｎは構成要素の数である。全ての列は、同じ勾配方向を有する（規則的な一定位相勾配構造の場合、１５度＜θａｒｒａｙ＜９０度性能に変換される）。対応する構造が、そのビーム再指向性能（θｉ＝θａｒｒａｙ
＊，φｉ＝０度、θｒ＝θａｒｒａｙ
＊，φｒ＝９０度）と共に図６Ｂに示されている。構造１６４は、反対向きのパッチ（１６２）の積層体を表し、Ｔ接合部の床及び天井に適用することができる（図６Ｃ）。構造１６２及び１６４は各々、信号を廊下の床及び天井にわたって案内するために、鏡面反射体（３２）並びに小角度リフレクトアレイ（１１０）及び中間角度リフレクトアレイ（１２０）と組み合わせて使用され得る。
【0016】
図１の破線ボックス内に示される構造等の反復単位セルは、任意の好適な数の交互位相シフト素子を含んでもよい。繰り返し単位セルは、例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、又はそれ以上の位相シフト素子を含んでもよい。単位セルはｘ軸に寸法ｄｘを有し、ｙ軸に寸法ｄｙを有し、要素はｘ－ｙ平面にアレイとして配置される。共振要素は、ｘ軸などの少なくとも１つの軸において周期的であるように配置され得る。単位セル内の位相シフト素子の数が１である場合、リフレクトアレイの性能は、鏡のような性能（鏡面反射）に低下する可能性がある。単位セル内の位相シフト素子の数が２つ又は３つである場合、リフレクトアレイが入射ＲＦビームを適切にステアリングすることは困難である可能性があり、１つの反射ビームを得る代わりに、位相シフト素子のパターンが異なる方向に多くの散乱を生成する場合がある。リフレクトアレイのＲＦ反射性能は、寸法ｄｘ／ｍ及びｄｙ／ｎに依存する場合があり、ｍはｘ軸における単位セル内の位相シフト素子の数であり、ｎはｙ軸における単位セル内の位相シフト素子の数である。本開示では、適切な寸法ｄｘ／ｍ及びｄｙ／ｎは、λ／１０＜ｄｙ／ｍ＜λ及びλ／１０＜ｄｘ／ｎ＜λとなるように選択され得、λは動作周波数の自由空間波長、すなわち、リフレクトアレイフィルムに入射する波の自由空間波長である。
【0017】
位相シフト素子として作用するために、共振要素は、適切な形状の周期的メタ構造のアレイを含んでもよい。図１に示す実施形態では、位相シフト素子は各々、「十字」形状を有する。位相シフト素子は、例えば、リング形状、「十字」又は「プラス記号」形状構造、リングの中心領域に配置された「十字」構造、三角形形状などの他の形状構造を含んでもよいと理解されたい。
【0018】
各共振要素は、ワイヤ状又はパッチ状の構造を有することができ、これは、誘電体層１３０の第１の主面１３２上に１つ以上の金属材料又は高ｋ誘電体材料を設けることによって形成され得る。共振要素は各々、λ以下の横方向寸法を有する２次元幾何学的構造を有することができ、λは、動作周波数の自由空間波長、すなわち、リフレクトアレイフィルムに入射する波の自由空間波長である。共振要素は各々、例えば約１０～約５０，０００マイクロメートルの範囲の横方向寸法を有してもよい。ワイヤ状共振要素は各々、例えば、約１．０～約５０，０００マイクロメートルの範囲の線幅と、動作周波数範囲内の選択された金属の表皮厚さの少なくとも５%の厚さとを有してもよい。金属共振要素の厚さは、例えば、約０．０２～約１００マイクロメートルの範囲であってもよい。ワイヤ状共振要素の線幅対厚さのアスペクト比は、例えば０．１～２５００の範囲である。高ｋ誘電体共振要素の厚さは、例えば、約１．０～約１００,０００マイクロメートルの範囲であってもよい。
【0019】
パッシブリフレクトアレイ１４２、１４４、１５２、１５４は各々、ビーム分割を実行する。ビーム分割挙動の概略図を図６Ａに示す。例えば、垂直入射ビームは、２つの反射方向θｒ＝±θ１に偏向させることができる。図４Ｃ～図４Ｄに示されるように、局からの入射ビームは、Ｔ接合部の対向アームにおいてユーザに偏向される。ビーム分割を実行するパッシブリフレクトアレイは、交互の列方向を有する共振要素の列を含むことができる。図１に示されるように、リフレクトアレイ１４２、１４４、１５２、１５４の共振要素は、リフレクトアレイの列方向を交互にすることによって配置される。例えば、共振要素がｘ軸において周期的であるように配置される場合、単位セルの最大要素（複数可）は、ｙ軸において隣接する単位セルの最小要素（複数可）に直接隣接して位置する。
【0020】
パッシブリフレクトアレイ１６２、１６４は各々、入射面外でビームステアリングを実行する。入射面外でのビームステアリングの概略図を図６Ｂに示す。構造１６２は、ｎ個の別個の要素からなるｎ×ｎ格子単位セルを特徴とし、その各列は、その下の列に対して右（左）に１つの要素だけシフトされる。この構造は、固有の特性θａｒｒａｙ
＊によって特徴付けることができ、これは（θｉ＝θａｒｒａｙ＊，φｉ＝０度）を有する入射波及び（θｒ＝θａｒｒａｙ＊，φｒ＝９０度）を有する反射波が最大の信号伝送をもたらすパラメータを指す（例えば、図６Ａ参照）。同じ要素から構成される一般的なリフレクトアレイ（すなわち、構造１１０、１２０、１３０）は、θａｒｒａｙ＝θａｒｒａｙ＊のリフレクトアレイ角をもたらすことに留意されたい。ビーム分割性能に１６２を追加する構造１６４は、構造１６２を特徴とする多数のパッチからなり、任意の２つの隣接するものの位相勾配が反対に配向されるように、「市松模様」パターンを形成して共に積層される。
【0021】
図２Ａは、図１のリフレクトアレイ１２０の概略断面図及び上面図を、導入されたビーム角度規則とともに示す。リフレクトアレイ１２０は、誘電体層１２４上に配置された共振金属（又は高ｋ誘電体）素子１２２のパターンを含む。図２Ｂは、異なる位相勾配∇φを有するリフレクトアレイ１２０の反射曲線のプロットを示す。ここで、位相勾配とは、垂直入射電磁波が２つの隣接する共振要素からの反射時に示す（最大位相変化の方向、すなわち、図２のｘ方向に沿っているが、一般的には、任意の方向に沿っていてもよい）、それらの中心間の距離（図２のｐｘ）によって除算された位相進みの最大差を表す一定位相勾配リフレクトアレイの固有の特性を指す。位相勾配は、関係θｃｒ＝ｓｉｎ－１（｜λ∇φ／２π｜）によりリフレクトアレイ角に関連する。構造体１２０などのいくつかの構造では、ｙ方向に沿った位相勾配は０であり、位相勾配パラメータは、表記∇φ及びｄφ／ｄｘとして互換的に言及することができる。リフレクトアレイ角に従って、位相勾配は、最大位相増加の方向（例えば、ｘ軸に沿った要素のサイズの増加又は減少）に応じて、正又は負のいずれかであり得る。図２Ｃ及び図２Ｄは、典型的な鏡面反射体（例えば、位相勾配ｄφ／ｄｘ＝０）及び一定の位相勾配構造（例えば、位相勾配ｄφ／ｄｘ＝一定）の反射挙動を示す。図２Ｃの概略図（ｃ１）、（ｃ２）、（ｃ３）は、それぞれ図２Ｂの点（ｃ１）、（ｃ２）、（ｃ３）に対応する。図２Ｄの概略図（ｄ１）、（ｄ２）、（ｄ３）は、それぞれ図２Ｂの点（ｄ１）、（ｄ２）、（ｄ３）に対応する。図２Ｃの（ｃ１）及び図２Ｄの（ｄ１）の概略図は、臨界角θｂａｃｋ＝ｓｉｎ－１（ｓｉｎθａｒｒａｙ）／２）＝ｓｉｎ－１（｜λ∇φ／４π｜）に対応する後方散乱条件（θｉ＝θｒ＝θｂａｃｋ）を示し、式中、θａｒｒａｙはリフレクトアレイ角であり、∇φはリフレクトアレイの位相勾配であり、λは入射無線周波数（ＲＦ）電磁波の自由空間波長である。図２Ｄの概略図（ｄ２）は、（θｉ＝０度、θｒ＝θａｒｒａｙ）のリフレクトアレイシナリオについての特性、すなわち、面法線から離れる反射角θａｒｒａｙだけ（リフレクトアレイフィルムの面法線に対して約０度の入射角で）垂直入射ビームをステアリングすることを示す。図２Ｄの概略図（ｄ３）は、臨界条件がθｃｒ＝ｓｉｎ－１（１－ｓｉｎθａｒｒａｙ）＝ｓｉｎ－１（１－｜λ∇φ／２π｜）である、浅い角度（θｉ＝θｃｒ、θｒ＝９０度）に接近する反射ビームのシナリオを示す。
【0022】
図２Ｂは、より高い反射角θｒでは、十分に大きな位相勾配を有するリフレクトアレイは、ビーム掃引の範囲を大幅に拡張することができること（すなわち、非線形レジームが引き継ぐ場合、θｃｒに近づく入射角についてｄθｒ／ｄθｉ＞＞１）を示す。例えば、位相勾配∇φ＝３１２度／ｃｍ（３０ＧＨｚの周波数でθａｒｒａｙ＝６０度に対応する）を有するリフレクトアレイの場合、入射角ｄθｉの小さな変化は、反射角ｄθｒのより大きな変化、例えば、図２Ｂの点ｄ２から点ｄ３への変化をもたらす。鏡面反射体（すなわち、位相勾配∇φ＝０度／ｃｍを有する）の場合、変化しないままである（ｄθｒ＝ｄθｉ）。
【0023】
いくつかの実施形態では、相互ビーム伝搬解決策の様々な基本セットが、屋内Ｌ接合部、Ｔ接合部、４方向接合部などの非見通し線（「ＮＬＯＳ」）ゾーンにおける信号を増強するために提供される。これらの解決策は、金属化フィルム（鏡面性能を伴う）並びに図１の１１０、１２０、１３０、１４２、及び１４４などの様々なリフレクトアレイに基づく。様々なミラーフィルム及びリフレクトアレイは、接合部の壁に配置することができる。最適化性能は、所与の状況及びアクティブネットワーク配置に対して最適化された特性を有する適切なリフレクトアレイを選択することによって達成することができる。そのようなセット構成は、それらの典型的な単一のポイントツーポイント使用事例と比較して、いくつかの技術的利点をもたらし得る。そのような利点の１つは、より良好な全体的ＮＬＯＳ有効範囲である。セットの別の利点は、一般性の向上、すなわち、対象の様々な角度にサービスを提供することができることであり、その結果、様々なユーザ要求を有限数の在庫管理ユニット（ＳＫＵ）で満たすことができ、それにより、設置が単純化され、ユーザ依存のカスタマイズの必要性が最小化される。このようなリフレクトアレイの組み合わせはまた、相互関係の改善（すなわち、信号品質を損なうことなく移動ユーザと固定基地局との位置を交換することができる）、及び利用可能なマルチパス信号成分の数の増加（したがって、物理的障壁が存在するときの接続低下の可能性がより低い）を特徴とする。しかしながら、複数のリフレクトアレイを組み合わせることはまた、破壊的自己干渉（マルチパス歪みとして知られる）、自由空間経路損失の増加、及び基板損失などの付加的な損失を生成する場合がある。
【0024】
図３Ａ～図３Ｅ、図４Ａ～図４Ｄ、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６Ｃは、それぞれ、Ｌ接合部、Ｔ接合部、及び４方向接合部におけるリフレクトアレイフィルム又はパネルの基本セットを用いた様々な屋内用途の概略図である。いくつかの解決策について、逆のデータ受信（ＲＸ）シナリオ及びデータ送信（ＴＸ）シナリオも示されている。概略的に描かれた基地局２及びユーザ４の位置は、それぞれＴＸ側又はＲＸ側の焦点位置に対応する。図３Ａに示されるように、金属ミラーフィルム３２が設けられて、Ｌ接合部において基地局２からの信号を反射してユーザ４に向ける。図３Ｂに示されるように、図１の２つのパッシブリフレクトアレイ１１０が設けられて、Ｌ接合部において基地局２からの信号を反射してユーザ４に向ける。図３Ｃに示されるように、図１のパッシブリフレクトアレイ１１０及びパッシブリフレクトアレイ１２０が設けられて、ＲＸ及びＴＸシナリオのためにＬ接合部において基地局２からの信号を反射してユーザ４に向ける。図３Ｄに示されるように、図１の２つのパッシブリフレクトアレイ１２０が設けられて、Ｌ接合部において基地局２からの信号を反射してユーザ４に向ける。図３Ｅに示されるように、図１の２つのパッシブリフレクトアレイ１３０が設けられて、Ｌ接合部において基地局２からの信号を反射してユーザ４に向ける。図４Ａに示されるように、金属ミラーフィルム３２が設けられて、Ｔ接合部において基地局２からの信号を反射してユーザ４に向ける。図４Ｂに示されるように、図１の４つのパッシブリフレクトアレイ１１０が設けられて、Ｔ接合部において基地局２からの信号を反射してユーザ４に向ける。図４Ｃに示されるように、図１のパッシブリフレクトアレイ１５２が設けられて、ＲＸ及びＴＸシナリオのためにＴ接合部において基地局２からの信号を反射してユーザ４に向ける。図４Ｄに示されるように、図１のパッシブリフレクトアレイ１１０及び１４２が設けられて、ＲＸ及びＴＸシナリオのためにＴ接合部において基地局２からの信号を反射してユーザ４に向ける。図５Ａに示されるように、金属ミラーフィルム３２が設けられて、４方向接合部において基地局２からの信号を反射してユーザ４に向ける。図５Ｂに示されるように、図１の４つのパッシブリフレクトアレイ１１０が設けられて、基地局２からの信号を反射して４方向接合部でユーザ４に向ける。
【0025】
いくつかの実施形態では、様々な金属化フィルム、リフレクトアレイ、及びそれらの組み合わせを、Ｌ接合部、Ｔ接合部、及び４方向接合部において、壁に加えて天井、床に適用することができる。リフレクトアレイは、任意の所望のサイズを有する任意の適切な形状であり得る。例えば、屋内用途では、リフレクトアレイは、１ｃｍ～５００ｃｍの長さ／幅、及び０．０１ｍｍ～５０ｍｍの厚さを有するパネルの形態であり得る。本明細書に記載のリフレクトアレイは、グラフィックフィルム、接着フィルム、フレキシブル回路フィルムなどの他の機能性フィルム又はデバイスにも適用することができる。
【0026】
図６に示されるように、金属化フィルム、リフレクトアレイ（図１の１１０、１２０など）、及び入射面外のリフレクトアレイは、天井３及び床５上に配置される。入射面外の図１のリフレクトアレイ１６２は、ビームを一方向（例えば、図６Ｃの右方向）にのみ再指向させるので、Ｌ接合部により適している場合がある。入射面外の図１のリフレクトアレイ１６４は、追加のビーム分割挙動を有し、したがってビームを両方向に（たとえば、図６Ｃの反対の左方向及び右方向に）再指向することができるので、４方向接合部及びＴ接合部により適している場合がある。構造１６４は、追加されたビームスプリッタを有し、それは、左方向及び右方向の両方に役立つことができる（両方は、Ｔ接合部及び４方向接合部に存在する）。対照的に、構造１６２は、一方向にのみ反射することができる（Ｌ接合部のように、あらゆる方向に単一の方向転換のみを有する）。
【0027】
図３Ａ～図３Ｄ、図４Ａ～図４Ｄ、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６に示すリフレクトアレイの様々な基本セットを組み合わせて、追加のマルチパス成分を生成する相補的なパッシブ信号エンハンサを形成することができる。図７Ａ～図７Ｊは、図３Ａ～図３Ｄ、図４Ａ～図４Ｄ、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６に記載された基本セットからの機能要素の様々な組み合わせを示す。図７Ａ～図７Ｅのシステムは、リフレクトアレイの重なり合わない組み合わせを含む。図７Ｆ～図７Ｊのシステムは、金属化フィルムとの組み合わせを更に含む。システムは、図６Ｃに示される実施形態などの天井及び床の解決策と更に組み合わせることができることを理解されたい。
【0028】
リフレクトアレイフィルム、リフレクトアレイフィルムの一部、リフレクトアレイフィルムの少なくとも一部を製造する方法、及びリフレクトアレイフィルムを使用する方法などの様々な実施形態が提供される。
【0029】
いくつかの実施形態では、パッシブ信号増強システムは、例えば、図１、図３Ａ～図３Ｅ、図４Ａ～図４Ｄ、図５Ａ、図５Ｂ、及び図７Ａ～図７Ｊなどの本明細書に示されるリフレクトアレイから選択することができる第１のリフレクトアレイ及び第２のリフレクトアレイを含んでもよい。リフレクトアレイの少なくとも１つは、約１．０ｍｍ～約１０．０ｃｍの範囲内の波長λの入射無線周波数（ＲＦ）電磁波を反射するように構成された共振要素の繰り返し単位セルのパターンを含む。各共振要素は、ワイヤ状又はパッチ状の構造を含む。第１のリフレクトアレイは、その第１の長手方向に沿って第１の位相勾配を有する。第２のリフレクトアレイは、その第２の長手方向に沿って第２の位相勾配を有する。それぞれの位相勾配は、所望の用途に適した範囲とすることができる。例えば、第１の位相勾配は、５度／ｃｍ～５０００度／ｃｍの範囲内であり得る。第２の位相勾配は、５度／ｃｍ～５０００度／ｃｍの範囲内であり得る。第１のパッシブリフレクトアレイ及び第２のパッシブリフレクトアレイは、それぞれ第１の入射角及び第２の入射角で入射ＲＦ電磁波に向くように配置することができる。
【0030】
いくつかの実施形態では、第１のリフレクトアレイ及び第２のリフレクトアレイのうちの少なくとも１つが、非線形ステアリング性能を提供する。一定位相勾配メタ表面に基づくリフレクトアレイは、反射角が限界角θｃｒ（先に定義）に近づくときに、１＜｜ｄθｒ／ｄθｉ｜＜無限大の範囲の導関数となるように非線形挙動を示し得る。
【0031】
いくつかの実施形態では、少なくとも２つのリフレクトアレイの組み合わせは、線形ステアリング性能を提供する。線形性は、基礎となるリフレクトアレイの各々に存在する非線形性の反対の正味の補償効果を介して達成することができる。図３Ｄに示された実施形態は、Ｌ接合部に２つのリフレクトアレイを含み、それらのリフレクトアレイ角の合計が８０度＜｜θａｒｒａｙ，１｜＋｜θａｒｒａｙ，２｜＜１００度の範囲にあるような例示的な構造である。
【0032】
いくつかの実施形態では、第１のリフレクトアレイ及び第２のリフレクトアレイのうちの少なくとも１つが、鏡面ステアリング性能を提供する。鏡面ステアリング性能は、例えば、単位セルが単一の共振要素から構成される場合、金属ミラーフィルム、又は均一に配置された同一の共振要素を有する任意のリフレクトアレイ若しくはメタ表面を介して達成することができる。
【0033】
いくつかの実施形態では、第１のリフレクトアレイ及び第２のリフレクトアレイのうちの少なくとも１つが、ビーム分割性能を提供する。ビーム分割性能は、リフレクトアレイが、ある位相勾配を有し、（共振要素の寸法に関して、又はそれらの基礎となる位相進みに関してのいずれかで）２つの反対向きの副格子を含む単位セルを有するときに達成することができる。所望の性能は、最小の位相進みを生成する第１の副格子の要素が、最大の位相進みを生成する第２の副格子の要素のすぐ隣に位置するときに達成することができる（例えば、図１の構造１４２、１５２を参照）。ビーム分割挙動に到達するための代替アプローチは、規則的なリフレクトアレイのパッチを組み合わせることである（例えば、図１の構造１４４、１５４を参照）。
【0034】
いくつかの実施形態では、複数のパッシブリフレクトアレイのうちの少なくとも１つは、Ｔ接合部、Ｌ接合部、又は４方向接合部の垂直壁に配置される。複数のパッシブリフレクトアレイのうちの少なくとも１つが、Ｔ接合部、Ｌ接合部、又は４方向接合部において天井又は床に配置される。
【0035】
いくつかの実施形態では、複数のパッシブリフレクトアレイのうちの少なくとも１つが、入射面外ステアリングを提供する。入射面外ステアリング（より具体的には、入射面の９０度回転）は、（例えば、一定の位相勾配構造に基づく）リフレクトアレイの単位セルが、次に最も近い列に対して（素子の寸法に対して、又はその下にある位相進みに対してのいずれかで）左（右）にシフトされた共振要素の列を含むときに達成することができる。例えば、第２のリフレクトアレイは、入射ビームを入射面外でステアリングするように設計することができ、この場合、第２のリフレクトアレイの共振要素は、パターンの後続のすべての列が、下にある列に対して素子の固定された数だけ左（右）にシフトされるように配置することができる。図１の構造１６２、１６４は、入射面外ビーム再指向を実行するための例示的な構造である。
【0036】
いくつかの実施形態では、入射ＲＦ電磁波は、（「単入力単出力」又はＳＩＳＯ、「多入力単出力」又はＭＩＳＯ、「単入力多出力」又はＳＩＭＯ、「多入力多出力」又はＭＩＭＯ、「マルチユーザ多入力多出力」又はＭＵ－ＭＩＭＯ通信ネットワーク内の）送信端及び／又は受信端での適応ビーム形成を特徴とするネットワークからのものである。ネットワークのノードの少なくとも１つは、適応ビーム形成（すなわち、空間フィルタリング）が可能である。以前に提案された全てのリフレクトアレイ方式は、通常のブロードキャスト型ネットワークと同様に機能することができる。
【0037】
いくつかの実施形態では、無線通信用の非見通し線（ＮＬＯＳ）信号を増強するシステムは、１つ以上のパッシブリフレクトアレイを含んでもよい。リフレクトアレイのうちの少なくとも１つは、約１．０ｍｍ～約１０．０ｃｍの範囲内の波長λの入射無線周波数（ＲＦ）電磁波を反射するように構成された共振要素の繰り返し単位セルのパターンを含み、各共振要素は、ワイヤ状又はパッチ状の構造を含む。１つ以上のパッシブリフレクトアレイは、入射ビームを分割するように構成された第１のリフレクトアレイと、入射ビームを入射面外でステアリングするように構成された第２のリフレクトアレイとのうちの少なくとも１つを含む。第１のリフレクトアレイ及び第２のリフレクトアレイは、例えば、図１、図３Ａ～図３Ｅ、図４Ａ～図４Ｄ、図５Ａ、図５Ｂ、及び図７Ａ～図７Ｊなどの本明細書に示される任意の適切なリフレクトアレイから選択することができる。いくつかの実施形態では、第１のリフレクトアレイ列の共振要素は、列方向が交互になるように配置される。いくつかの実施形態では、第１のリフレクトアレイ列の共振要素は、市松模様に配置される。いくつかの実施形態では、第２のリフレクトアレイの共振要素は、パターンのすべての後続の列が、下にある列に対して素子の固定された数だけシフトされるように配置される。
【実施例】
【0038】
これらの実施例は単に例示を目的としたものであり、添付の特許請求の範囲を限定することを意味するものではない。
【0039】
モデル化プロセス
（ｉ）ＣＳＴ Ｓｔｕｄｉｏ Ｓｕｉｔｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ（Ｄａｓｓａｕｌｔ Ｓｙｓｔｅｍｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ（ＷＡＬＴＨＡＭ，ＭＡ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）から市販されている）を用いた予備電磁シミュレーションの実行、（ｉｉ）光線光学近似理論（Ｏｚｇｅｃａｎ ｅｔ ａｌ．、ＩＥＥＥ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９．５、（２０１９）を参照）、及び（ｉｉｉ）リフレクトアレイ理論を使用する遠距離性能の検証（Ｊ．Ｈｕａｎｇ、「Ｒｅｆｌｅｃｔａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａｓ」、ＩＥＥＥ（２００７）を参照）を含むモデル化プロセスを利用して、リフレクトアレイ物品をモデル化した。
（ｉ）ＣＳＴ Ｓｔｕｄｉｏ Ｓｕｉｔｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ（Ｄａｓｓａｕｌｔ Ｓｙｓｔｅｍｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ（ＷＡＬＴＨＡＭ，ＭＡ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）から市販されている）を用いた予備電磁シミュレーションの実行、（ｉｉ）光線光学近似理論（Ｏｚｇｅｃａｎ ｅｔ ａｌ．、ＩＥＥＥ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９．５、（２０１９）を参照）、及び（ｉｉｉ）リフレクトアレイ理論を使用する遠距離性能の検証（Ｊ．Ｈｕａｎｇ、「Ｒｅｆｌｅｃｔａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａｓ」、ＩＥＥＥ（２００７）を参照）を含むモデル化プロセスを利用して、リフレクトアレイ物品をモデル化した。
【0040】
特性決定
様々な実施例の各種リフレクトアレイフィルムのビームステアリング性能を、図８Ａに示すような特注の円弧設定を使用して特性決定した。ＲＦミラーは、厚さ５マイクロメートルの発泡体の上に接着された厚さ３８マイクロメートルのアルミニウム箔である。図８Ａに示されるように、円弧９２は、０．８メートルの半径を有する半円からなる。反射ビーム強度を周波数の関数として記録するために、送信器ホーンアンテナ９４及び受信器ホーンアンテナ９６を、円弧９２に沿って様々な角度で独立して配置した。送信機ホーン９４及び受信機ホーン９６は、ＥＲＡＶＡＮＴ ＷＲ－２８標準利得ホーンアンテナであった。それらを、ベクトルネットワークアナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｅ８３６Ｃ）の２つのポートに接続した。
様々な実施例の各種リフレクトアレイフィルムのビームステアリング性能を、図８Ａに示すような特注の円弧設定を使用して特性決定した。ＲＦミラーは、厚さ５マイクロメートルの発泡体の上に接着された厚さ３８マイクロメートルのアルミニウム箔である。図８Ａに示されるように、円弧９２は、０．８メートルの半径を有する半円からなる。反射ビーム強度を周波数の関数として記録するために、送信器ホーンアンテナ９４及び受信器ホーンアンテナ９６を、円弧９２に沿って様々な角度で独立して配置した。送信機ホーン９４及び受信機ホーン９６は、ＥＲＡＶＡＮＴ ＷＲ－２８標準利得ホーンアンテナであった。それらを、ベクトルネットワークアナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｅ８３６Ｃ）の２つのポートに接続した。
【0041】
実施例０、１、及び２
鏡面反射体（ベンチマークとして実施例０）及びリフレクトアレイ（実施例１及び２）を含む実施例を用意した。基準の実施例０は、１２．７ｃｍ×１２．７ｃｍ、厚さ３８マイクロメートルの平坦なアルミニウムミラーである。実施例１及び２は、実施例１ではｄφ／ｄｘ＝２３７度／ｃｍ（実施例２では３１２度／ｃｍ）の位相勾配を有する一定位相勾配メタ表面と、実施例１では１．９０ｍｍ（実施例２では１．９３ｍｍ）の格子周期とに基づくリフレクトアレイである。以下の表１は、実施例０、１、及び２の説明を要約する。
鏡面反射体（ベンチマークとして実施例０）及びリフレクトアレイ（実施例１及び２）を含む実施例を用意した。基準の実施例０は、１２．７ｃｍ×１２．７ｃｍ、厚さ３８マイクロメートルの平坦なアルミニウムミラーである。実施例１及び２は、実施例１ではｄφ／ｄｘ＝２３７度／ｃｍ（実施例２では３１２度／ｃｍ）の位相勾配を有する一定位相勾配メタ表面と、実施例１では１．９０ｍｍ（実施例２では１．９３ｍｍ）の格子周期とに基づくリフレクトアレイである。以下の表１は、実施例０、１、及び２の説明を要約する。
【0042】
実施例０、１、及び２の上面図を図８Ｂに示す。実施例０を厚さ５マイクロメートルの発泡体の上に接着した。実施例１（「０～３９度アレイ」）の積層フィルム（laminated film）断面を図８Ｇに示す。実施例２（「０～６０度アレイ」）の積層フィルム断面を図８Ｈに示す。実施例１は、０．６８ｍｍの総厚を有し、１２５マイクロメートル厚のＰＥＴ層の上にパターン化された接地層及びＦＳＳ層からなり、これらは内側に向けられ、１つの１２８マイクロメートル厚のＰＥＴ層及び２つの光学的に透明な接着剤（ＯＣＡ）層から製造された誘電体積層体クによって分離される。接地及びパターンの外側保護のために、追加の５０マイクロメートル厚のＰＥＴ及び５０マイクロメートル厚のＯＣＡ層が、スタックの両側に追加される。実施例２は、０．７６ｍｍの総厚を有し、誘電体積層体によって分離された１２５マイクロメートル厚のＰＥＴ層（外側保護層としても機能する）の上にパターン化された接地層及びＦＳＳ層からなり、誘電体積層体は、２つの１２９マイクロメートル厚のＰＥＴフィルム及び１つの５０μｍのＰＥＴフィルムから製造され、これらの全ては、５０マイクロメートル厚のＯＣＡの４つの層によって分離される。
【0043】
【表1】
【0044】
製造工程
以下の製造工程を使用して、実施例１及び２を作製した。図１に示すリフレクトアレイのような様々なリフレクトアレイを製造するために同様の工程を使用できることを理解すべきである。各サンプルは、２つの銅パターン層、すなわち、リングパターンの形態の共振器構造と、均一なグリッドパターンの形態の接地面とを有していた。フィルム基板は、光学グレードの熱安定化ＰＥＴフィルム上に結合層及び銅シード層をスパッタコーティングすることによって調製した。スパッタリング／シードされたフィルム基板を５ミクロンの銅で電気めっきすることによって、パターン化された共振器構造及び接地面グリッドパターンを調製した。次に、露出した銅にフォトレジスト層を真空積層した。フォトレジストをレーザーダイレクトイメージングによって露光し、次いで未露光領域を現像した。パターン化されたフォトレジストは、塩化第二銅エッチング剤を使用する銅エッチング工程においてマスクとして機能し、続いて無電解スズ仕上げめっきを行った。
以下の製造工程を使用して、実施例１及び２を作製した。図１に示すリフレクトアレイのような様々なリフレクトアレイを製造するために同様の工程を使用できることを理解すべきである。各サンプルは、２つの銅パターン層、すなわち、リングパターンの形態の共振器構造と、均一なグリッドパターンの形態の接地面とを有していた。フィルム基板は、光学グレードの熱安定化ＰＥＴフィルム上に結合層及び銅シード層をスパッタコーティングすることによって調製した。スパッタリング／シードされたフィルム基板を５ミクロンの銅で電気めっきすることによって、パターン化された共振器構造及び接地面グリッドパターンを調製した。次に、露出した銅にフォトレジスト層を真空積層した。フォトレジストをレーザーダイレクトイメージングによって露光し、次いで未露光領域を現像した。パターン化されたフォトレジストは、塩化第二銅エッチング剤を使用する銅エッチング工程においてマスクとして機能し、続いて無電解スズ仕上げめっきを行った。
【0045】
機能性リフレクトアレイフィルムは、光学的に透明な接着剤（ＯＣＡ）を使用して、パターン化共振器フィルムと接地面フィルムとの間にフィルム層を介在させてロール積層することによって調製した。６０度及び３９度のサンプルの接地面メッシュパターンは同一であった。メッシュ層は、１９２ミクロンの周期及び４０ミクロンのトレース幅を有する正方形の繰り返し単位を有していた。実施例２（「０～６０度アレイ」）の共振リング（「ａ」～「ｆ」とラベル付けされている）、及び実施例１（「０～３９度アレイ」）の共振リング（「ａ」～「ｈ」とラベル付けされている）の寸法を、以下の表２に示す。両方のサンプルにおいて、全てのリングは４０ミクロンのトレース幅を有する。ポリエステルテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムは、ＭＥＬＩＮＥＸ ＳＴ－５０４の商品名でＴｅｋｒａ（Ｎｅｗ Ｂｅｒｌｉｎ，ＷＩ）から市販されている。光学的に透明な接着剤（optically clear adhesive：ＯＣＡ）は、光学的に透明な接着剤の商品名３Ｍ８２１２で３Ｍ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｓｙｓｍｔｅｍｓ（Ｏａｋｄａｌｅ，ＭＮ）から市販されている。
【0046】
【表2】
【0047】
リフレクトアレイ単位セル内の各リングには、（任意の加法定数まで定義されるように）単位セルの第１のリングの３６０／ｎ度（サンプル２では３６０／６＝６０度であり、サンプル１では３６０／８＝４５度である）から単位セルの最後のリングの３６０度まで増分的に増加する位相応答を生成するように、特定の直径（実施例１及び２について表２に列挙される）が割り当てられており、ここでｎは単位セル内の各列のリングの数である。これは、サンプル２については３１１．７度／ｃｍ、サンプル１については２３７．１度／ｃｍの位相勾配に相当する（これは、サンプル２についてはｄｘ＝６ｄｙ、ｄｙ＝１．９２５ｍｍ、サンプル１についてはｄｘ＝８ｄｙ、ｄｙ＝１．８９８ｍｍの格子周期に相当する）。最後に、一般化されたスネルの法則ｓｉｎ（θｒ）＝ｓｉｎ（θｉ）＋ｇｒａｄ（φ）＊λ／２π（式中、ｇｒａｄ（φ）は位相勾配である）を使用して、３０ＧＨｚ（実施例２）及び３１．１ＧＨｚ（実施例１）の動作周波数の場合、これは０～６０度（実施例２）及び０～３９度（実施例１）のビームステアリング性能をもたらす。
【0048】
特性決定
実施例１及び２の様々なリフレクトアレイフィルム、並びに１２．７ｃｍのＲＦミラーのビームステアリング性能を、図８Ａに示すような特注の円弧設定を使用して特性決定した。図８Ｃは、実施例０、１、及び２の反射対周波数曲線のプロットを示す。サンプルを弧の中心に置いた。中心とホーンとの間の距離は０．８ｍであり、これは、Ｋａバンドホーンの測定に使用される遠距離場測定に対応する。そのような距離はまた、サンプルが１２．７ｃｍ以下である限り、十分に平坦な波面をもたらす。実線は０度→θ１に対応し、θ１は、約３０ＧＨｚで最大信号を生じた事前モデル化パラメータの近傍で選択された。破線は、エンドファイア角の組み合わせに対応し、これらは、対応する０度→θ１点（それらが最大に達した周波数における）からより浅い反射角に一般化スネルの法則を拡張することによって選択された。図８Ｄは、選択された０度→θ１幾何形状の最良性能に対応する周波数でプロットされた散乱曲線を示す。図８Ｅは、反射角θｒ対入射角θｉのプロットを示し、θｉ、θｒの組み合わせは（図８Ｃで選択された周波数に対して）最大反射信号をもたらす。対応する信号強度対プロットされた入射角が図８Ｆにプロットされている。図８Ｃ～図８Ｆでは、共通の６つのデータ点が強調されており、（「ｉ」ｎ）－は、垂直入射の場合（すなわち、０度→θ１）を示し、（「ｉ」ｓ）－は、実施例ｉの浅い反射角の場合を示す。
実施例１及び２の様々なリフレクトアレイフィルム、並びに１２．７ｃｍのＲＦミラーのビームステアリング性能を、図８Ａに示すような特注の円弧設定を使用して特性決定した。図８Ｃは、実施例０、１、及び２の反射対周波数曲線のプロットを示す。サンプルを弧の中心に置いた。中心とホーンとの間の距離は０．８ｍであり、これは、Ｋａバンドホーンの測定に使用される遠距離場測定に対応する。そのような距離はまた、サンプルが１２．７ｃｍ以下である限り、十分に平坦な波面をもたらす。実線は０度→θ１に対応し、θ１は、約３０ＧＨｚで最大信号を生じた事前モデル化パラメータの近傍で選択された。破線は、エンドファイア角の組み合わせに対応し、これらは、対応する０度→θ１点（それらが最大に達した周波数における）からより浅い反射角に一般化スネルの法則を拡張することによって選択された。図８Ｄは、選択された０度→θ１幾何形状の最良性能に対応する周波数でプロットされた散乱曲線を示す。図８Ｅは、反射角θｒ対入射角θｉのプロットを示し、θｉ、θｒの組み合わせは（図８Ｃで選択された周波数に対して）最大反射信号をもたらす。対応する信号強度対プロットされた入射角が図８Ｆにプロットされている。図８Ｃ～図８Ｆでは、共通の６つのデータ点が強調されており、（「ｉ」ｎ）－は、垂直入射の場合（すなわち、０度→θ１）を示し、（「ｉ」ｓ）－は、実施例ｉの浅い反射角の場合を示す。
【0049】
図８Ｄ～図８Ｆのプロットを以下に更に説明する。まず、実施例１及び２のリフレクトアレイの最適特性を求めた。製造前のモデル化結果は、ＣＳＴによって得られたものであり、これにより、それぞれ実施例１及び２について０度→４５度＠２７．９ＧＨｚ及び０度→６０度＠３０ＧＨｚが得られた。０度→θ走査を実行した後、対象の周波数付近で最大の反射率をもたらした最適θ１が求められた。この手順により、図８Ｃに実線でプロットされた対応する曲線を用いて、それぞれ実施例１及び２について０度→４０度＠３０．９ＧＨｚ及び０度→６０度＠３０ＧＨｚの最適値を求めた。約－１６ｄＢの最良性能は、鏡面幾何形状の実施例０のＡｌミラーによって達成され、一方、実施例１及び２は、それぞれ約－１７ｄＢ及び約－１８ｄＢをもたらした。また、比較的平坦なスペクトルを有する実施例０とは異なり、実施例１及び２は、それぞれ１２．３％及び９％の有限（約３ｄＢ）帯域幅を有する。これらの値は、現在の５Ｇ規格の仕様、例えば、ｎ２６１及びｎ２６０帯域（それぞれの周波数において３％及び７．８％の帯域幅を有する）内である。
【0050】
次に、選択された０度→θ１リフレクトアレイ幾何形状について、他の回析次数に失われる信号の量を求めた。このために、垂直配向に対する入射ビームの角度を固定して、０度～８０度の範囲内で反射角度の走査を行った。得られた散乱曲線は、実験データを表す点と、見やすくするための破線を用いて図８Ｄにプロットされている。－９ｄＢ（実施例２）及び－１７ｄＢ（実施例１）の最大の信号漏れが、鏡面反射方向（０度→０度）に発生し、その後、－１７ｄＢの漏れが（両サンプルで）０度→－θ１方向に発生する。実際に、実施例１及び２のようなサブ波長リフレクトアレイの場合（例えば、格子間隔はλ／５未満である）、唯一の可能な散乱の選択肢は、０次の鏡面反射（０度→０度）又は－１次の非鏡面反射（０度→－θ１）のいずれかである。実施例１及び２について、そのような損失は比較的小さいことが判明したので、選択された０度→θ１幾何形状は実際に最適に近い。
【0051】
最適な０度→θ１構成が確立されると、製作された実施例は、広い範囲の入射角に対していわゆる一般化スネルの法則に従うことが検証された。これを行うために、選択された全ての入射角に対して、周波数が一定に保たれる場合に最大反射が達成される反射角を決定する必要がある。図８Ｅにおいてドットでプロットされた得られたデータ点は、実線でプロットされた理論的なスネルの法則（周波数及び位相勾配値は、製造されたサンプルの仕様によって与えられると仮定する）と非常に厳密に一致する。入射角の関数として対応するＳ２１パラメータをプロットする図８Ｆから明らかなように（反射角は図８Ｅのスネルの法則に従って選択される）、図８Ｅの曲線の異なる部分は、異なる量の伝達されたパワーをもたらす。最大量のパワーは、後方散乱方向において常に達成され（例えば、図２Ｃの（ｃ１）及び（ｄ１）を参照）、反射角が浅くなるにつれて着実に低下し、θｒ約８０度で約１０ｄＢの低下に達することが分かる。浅い反射角での帯域幅もいくらか低下し、図８Ｃで破線で示されているように、θｒ約８０度で約８%に低下する。
【0052】
製造されたリフレクトアレイ（例えば、実施例１及び２）は、効率的に動作し、一般化されたスネルの法則と完全に一致する。このため、それらは、図３Ａ～図３Ｄ、図４Ａ～図４Ｄ、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６で提案されたものなど、より複雑な設計を構築するための有効な機能ブロックと見なすことができる。
【0053】
実施例３、４、及び５
実施例３～５は、ビーム分割（図１のリフレクトアレイ１４２、１４４、１５２及び１５４など）及び入射面外でのビームステアリング（図１のリフレクトアレイ１６２及び１６４など）を実行するリフレクトアレイを実証するために製造された。通常のリフレクトアレイにビーム分割機能を追加するための１つの簡単な方法（すなわち、２つの方向への通常のビーム偏向を伴うθｒ＝±θ１）は、全ての隣接するシートが反対の向きを有するように、リフレクトアレイを複数のシートに積層することである。このアプローチは、各シートのサイズが適切であることを必要とし、小さすぎても（隣接するシートからの破壊的干渉による信号劣化につながるため）、大きすぎても（ビーム分割ではなく単一反射の支配につながるため）よくない。
実施例３～５は、ビーム分割（図１のリフレクトアレイ１４２、１４４、１５２及び１５４など）及び入射面外でのビームステアリング（図１のリフレクトアレイ１６２及び１６４など）を実行するリフレクトアレイを実証するために製造された。通常のリフレクトアレイにビーム分割機能を追加するための１つの簡単な方法（すなわち、２つの方向への通常のビーム偏向を伴うθｒ＝±θ１）は、全ての隣接するシートが反対の向きを有するように、リフレクトアレイを複数のシートに積層することである。このアプローチは、各シートのサイズが適切であることを必要とし、小さすぎても（隣接するシートからの破壊的干渉による信号劣化につながるため）、大きすぎても（ビーム分割ではなく単一反射の支配につながるため）よくない。
【0054】
数値リフレクトアレイ理論（Ｈｕａｎｇ ＆ Ｅｎｃｉｎａｒ、２００８）から、本開示では、破壊的干渉効果を排除するために、図１のリフレクトアレイ１４２、１４４、１５２、及び１５４に示されるように、すべての最大要素が最小要素のすぐ下に位置するように列を配向しなければならないことが分かる。実施例４は、θ：０→±６０度機能を有するビームスプリッタの実施例であり（図９Ｂ及び図９Ｄを参照）、その特性は図９Ｆ及び図９Ｇに黄色で示されている。参考のために、実施例４の性能を、同じ単位セル要素から構成された典型的な０度→＋６０度構造を有する実施例３の性能と比較する（図９Ａ、並びに図９Ｆ及び図９Ｇの紫色の線を参照）。ビームスプリッタは、典型的なリフレクトアレイよりも約２～３ｄＢ劣ることに留意されたい。これは、ビームスプリッタが効果的に電力分割器であるという事実と一致する。
【0055】
接合部の床／天井における入射面外ステアリングを達成するために（図６で緑色の矢印で示される）、より一般的なリフレクトアレイ式を使用することができ（Ｈｕａｎｇ ＆ Ｅｎｃｉｎａｒ、２００８）、φｉ＝０度、φｒ＝９０度の条件の適用後、以下の位相分布がもたらされる。
同一の入射角及び反射角θｉ＝θｒ＝θ１
＊の場合（本明細書に説明される接合部に依然として関連する）、これは、図１のリフレクトアレイ１６２として概略的に視覚化される単純格子に縮小される。このタイプのリフレクトアレイの唯一の欠点は、ＴＥ偏光されたＲＦビームを部分偏光されたＴＭビームに（及びその逆に）変換することであり、これはいくらか効率の低い信号転送につながる。しかしながら、現代の携帯電話は、典型的には、２つのビーム偏波に敏感なアンテナを有しているので、少なくともいくらかの量の現在の信号が常に存在する。実施例５は、θ：６０度→６０度、φ：０度→９０度機能を有する入射面外のリフレクトアレイの実施例であり（図９Ｃ及び図９Ｅを参照）、このスペクトルは、図９Ｆに赤色で示された最適な角度構成に対応する。実施例５のリフレクトアレイは、図１に示されるパターン１６２を有する（しかし、単位セル内に４×４素子を有する）。
【数1】
【0056】
実施例３～５の積層フィルムの断面を図９Ｈに示す。各サンプルは、層厚０．７７ｍｍを有し、２つの５０マイクロメートル厚のＯＣＡ層の間に挟まれた５０８マイクロメートル厚のポリカーボネート（ＰＣ）フィルムによって分離された１２７マイクロメートル厚のＰＥＴ層（外側保護層としても機能する）の上にパターン化された３８マイクロメートル厚のＣｕ下地及びＦＳＳ層からなる。実施例３、４、及び５の結果を下の表３に示す。ＰＣフィルムは、#３８－２０Ｆ－ＧＧの商品名でＣＳ Ｈｙｄｅ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｌａｋｅ Ｖｉｌｌａ，ＩＬ）から市販されている。
【0057】
【表3】
【0058】
製造工程
以下の製造工程は実施例３～５について同じであった。各実施例は、正方形パッチの形態の共振器構造を有する薄いＡｌパターン層と、３８マイクロメートル厚の銅の形態の接地面とを有していた。
以下の製造工程は実施例３～５について同じであった。各実施例は、正方形パッチの形態の共振器構造を有する薄いＡｌパターン層と、３８マイクロメートル厚の銅の形態の接地面とを有していた。
【0059】
光学グレードの熱安定化ＰＥＴフィルム上にＴｉ（５ｎｍ）シード層を蒸着コーティングすることによって、フィルム基板を調製した。蒸着／シードフィルム基板に１５０ｎｍのアルミニウムを堆積させることによって、パターン化された共振器構造を調製した。パターニングプロセスは、約０．１ｍｍ未満の特徴解像度を有する独自の技術に基づく。
【0060】
機能性リフレクトアレイフィルムは、ＯＣＡを使用して、パターン化共振器フィルムと接地面フィルムとの間にフィルム層を介在させてロール積層することによって調製した。全てのサンプルの接地面メッシュパターンは同一であり、１オンスの銅（単層ＦＲ－４基板から）に基づいていた。実施例３～５の共振正方形パッチ（「ａ」から「ｄ」とラベル付けされている）の寸法を以下の表４に記載する。
【0061】
【表4】
【0062】
単位セルの最初のリングに対する３６０／ｎ度（３６０／４＝９０度である）から単位セルの最後のリングに対する３６０度まで増分的に増加する（任意の加法定数まで定義される）位相応答を生成するように、リフレクトアレイ単位セル内の各正方形には特定のサイズ（表４に列挙）が割り当てられており、ここでｎは単位セル内のリングの数である。これは、３１１．７度／ｃｍの位相勾配に変換される（これは次に、ｄｘ＝４ｄｙ、ｄｙ＝２．８８７ｍｍの格子周期に変換される）。最後に、一般化されたスネルの法則ｓｉｎ（θｒ）＝ｓｉｎ（θｉ）＋ｇｒａｄ（φ）＊λ／２πを使用して、３０ＧＨｚの動作周波数の場合、これは、０～６０度のビームステアリング性能をもたらす。実施例３、４及び５は、図１の格子パターン１２０、１４２、及び１６２に対応するそれぞれのパターンを有する。実施例３～５の違いは、図９Ａ～図９Ｃに示されるように、ｙ方向に沿った格子配列のみである。
【0063】
実施例６：Ｌ接合部におけるリフレクトアレイの基本セット
実施例６では、図３Ｄに示される構成に従って、複数のリフレクトアレイがＬ接合部に配置される。複数のリフレクトアレイの性能は、それらがビームステアリング構成に組み合わされたときに試験された。ここで、図１０Ａに示される試験環境として、建物内部のＬ角部を選択した。実施例１の複数のリフレクトアレイを組み合わせて、２つの大きな７６．８ｃｍ×４０．１ｃｍの積層体（アレイ（Assay）１及びアレイ２）にし、次いでこれらをＬ接合部の両方の壁に配置した。巻き上げられたそのような構造は０度→４５度ビーム再指向性能ではなく０度→４０度で最適であるが、構造は、全体として、及び８０度＜｜θ１｜＋｜θ２｜＜１００度に対する規定された以前のリフレクトアレイ角範囲内で、依然として良好に機能する（θ１、θ２角定義については図３Ｄの挿入図を参照）。これらのアレイの性能を、９６．８ｃｍ×９６．８ｃｍのサイズを有する平坦なアルミニウムシート（すなわち、基準例０）の鏡面性能と比較する（４５度投影はアレイ１又は２の寸法に匹敵する）。
実施例６では、図３Ｄに示される構成に従って、複数のリフレクトアレイがＬ接合部に配置される。複数のリフレクトアレイの性能は、それらがビームステアリング構成に組み合わされたときに試験された。ここで、図１０Ａに示される試験環境として、建物内部のＬ角部を選択した。実施例１の複数のリフレクトアレイを組み合わせて、２つの大きな７６．８ｃｍ×４０．１ｃｍの積層体（アレイ（Assay）１及びアレイ２）にし、次いでこれらをＬ接合部の両方の壁に配置した。巻き上げられたそのような構造は０度→４５度ビーム再指向性能ではなく０度→４０度で最適であるが、構造は、全体として、及び８０度＜｜θ１｜＋｜θ２｜＜１００度に対する規定された以前のリフレクトアレイ角範囲内で、依然として良好に機能する（θ１、θ２角定義については図３Ｄの挿入図を参照）。これらのアレイの性能を、９６．８ｃｍ×９６．８ｃｍのサイズを有する平坦なアルミニウムシート（すなわち、基準例０）の鏡面性能と比較する（４５度投影はアレイ１又は２の寸法に匹敵する）。
【0064】
第１に、図３Ｄに示されるような理想化された構成／システムに対する予想されるビームステアリング性能を求めた。基本的な光線光学理論を使用して、このシステムの出力角δは、（図１０Ｂの挿入図に視覚化されるように）以下の式（２）において垂直から外れた入力角θに依存することが分かる。
式中、δは、（リフレクトアレイ角θ１を有するリフレクトアレイ１に関する）角度θでの入射ビームに応答する、（特性リフレクトアレイ角θａｒｒａｙ＝θ２を有するリフレクトアレイ２に関する）反射角である。アレイ１及びアレイ２のビームステアリング角度は、図３Ｄに示されるようにおおよそθ２＝９０度－θ１として関連する。結果として得られる、様々なθ１、θ２の組み合わせについて得られる曲線が図１０Ｂに示されており、異なるリフレクトアレイの組み合わせについての出力角対入射角が、光線光学理論で予測されるように示されている。図１０Ｂに示されるように、垂直（水平）線は、アレイ１（アレイ２）において到達される浅い角度閾値条件に対応する。対称θ１、２＝４５度の組み合わせはユニタリ応答δ～θ＋Ｏ（θ２）を示し（図１０Ｂでは青色で示される）、非対称のものは線形であるδ～θｔａｎ（θ１）＋Ｏ（θ２）（θ１＝６０度、θ２＝６０度の場合、図１０Ｂにおいて黒色で示される）。シミュレーション結果が示すように、δ及びθの実際の範囲は、アレイ２に入射するビームの大きな偏心変位と結合された後方散乱又は浅い角度条件によってではなく、システムの幾何学的制約によって制限される。このため、アレイ１の有効作業領域は、典型的には、近い距離（例えば、廊下の幅の約２倍の距離）で約５０%であり、ＴＸ／ＲＸ側がそれから更に離れているとき、より効率的になる。
【数2】
【0065】
アレイ１又は２におけるリフレクトアレイの最適角度は、４５度ではなく４０度であり（図３Ｄに示されたように、合計して９０度にはならない）、実施例６の実際の出力角は、（図３Ｄに視覚化されるように、ｘ＝０の場合を考慮して、すなわち、θ１＝θ２＝４５度を考慮に入れて）入力ビームが垂直に入射するときの周波数の関数として評価した。このために、光線光学及びリフレクトアレイ理論を使用して、図１０Ｃにプロットされた曲線に到達し、これは、入射ビームが厳密に垂直である、複数の実施例１から構成される実施例６の出力角度対周波数のプロットを示す。余分のｘ軸（緑色）は、θ１＝θ２＝θ１、２で得られる（（０→θ１），（０→θ２））システムについての有効なリフレクトアレイパラメータを示す。実施例６のリフレクトアレイは、元々、２７．９ＧＨｚ用に設計されており、この周波数では、出力角はδ＝０度である。図８Ｃの単一リフレクトアレイスペクトルによって示されるように、この周波数で実際に転送することのできる信号の量は非常に小さい。対照的に、約３１ＧＨｚの最適性能周波数では、予想されるステアリング角がδ＝－８度にシフトすることが観察された。このシミュレーション結果は、（ａ）の実際のデータ点δ＝－６．５度とほぼ一致しており、これは、２つのホーンアンテナ（ネットワークアナライザに接続されている）がリフレクトアレイから約１０フィート（３．０５ｍ）離れて配置されたときに見出され、その結果、入射角はθ＝０度に固定されたが、受信機は、信号最大値が（３１．１ＧＨｚで）達成されるまで偏心して移動した。
【0066】
図１０Ｄは、ネットワークアナライザを使用して記録されたリフレクトアレイの全反射スペクトルを示す。特に、実施例６のシステムの帯域中心は、実施例１の単一リフレクトアレイの帯域中心と比較して、約０．５ＧＨｚだけ右に移動する（図８Ｃの青色の実線を参照）。３ｄＢ帯域幅もまた、単一のリフレクトアレイによって到達される１２．３%から約５．４%に低下し、これは、より大きなリフレクトアレイ面積（Ｈｕａｎｇ ＆ Ｅｎｃｉｎａｒ、２００８）並びにそれらの相互近接場相互作用の結果である可能性が高い。サンプルを除去することは、（黄色で示されるように）約５０ｄＢの信号降下をもたらすこと、すなわち、Ｌ接合部は、ｍｍ波信号に対してほとんど貫通不可能であることが観察された。対照的に、鏡面幾何形状のアルミニウムミラーの配置は、直接見通し線（ＤＬＯＳ）の場合（２つのホーンが互いに面しているときに測定されたように、赤色で示される）に匹敵する信号（緑色で示される）をもたらす。全体として、最適な３１．１ＧＨｚ周波数では、リフレクトアレイはミラーよりも約９ｄＢ劣り、うち約４ｄＢはより大きな累積光路に由来する。残りの約５ｄＢの損失は、サンプル当たり約２．５ｄＢとなり、これは図８Ｃで得られた値に匹敵する。小さな余分な損失が、積層されたリフレクトアレイを構成する素子の格子不整合に起因する破壊的干渉、並びに本発明者らが取り付けたサンプルの非平坦性によって生じる場合がある。
【0067】
最後に、送信機ホーン及び受信機ホーンをリフレクトアレイから７．６２ｍ（２５フィート）及び１０．７ｍ（３５フィート）離して配置して、より長い距離で相補的測定を行った（図１０Ｅ）。この場合、ＴＸ側の信号発生器とＲＸ側の電圧計を有する増幅器からなる異なる設定が使用された。３１．１ＧＨｚの最適性能で得られた測定値は、リフレクトアレイについては青色で示し、鏡面Ａｌミラーについては緑色で示す。Ａｌミラーについては、（自由空間と等価である）合計距離経路損失モデルＰｒ～（ｄ１＋ｄ２）－２に対応する理論曲線がプロットされ、ｄ１（ｄ２）は送信機（受信機）からの距離である（Ｗｕ、２０２１）。全体として、より長い距離では、実施例６はＡｌミラーよりも約１７ｄＢ劣ることが観察された。先の約９ｄＢの数字と比較して２倍大きい値は、より長い距離での不十分なサンプル及びホーン整列の結果である可能性が高い。
【0068】
実施例６の結果から、リフレクトアレイは、一緒に組み合わされた後であっても（それらのリフレクトアレイ角がわずかに規格外であっても）、非常に良好に機能することが分かった。結果として得られる性能は、Ａｌミラーの性能よりも幾分劣るが、Ｌ接合部の壁に何も存在しない場合と比較して少なくとも約５０ｄＢ良好である。リフレクトアレイは、いったん適切に事前にモデル化され、一緒に配置されると、廊下の接合部などの問題のあるＮＬＯＳエリアにおけるミリ波信号伝搬を実質的に改善することができることが予想され得る。
【図1】
【図1A】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図7G】
【図7H】
【図7I】
【図7J】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図8G】
【図8H】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図9E】
【図9F】
【図9G】
【図9H】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図10F】
【国際調査報告】