WO2018008105A1

WO2018008105A1 - 反射構造体

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Publication number: WO2018008105A1
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Inventors: 真悟山浦; 深沢　徹; 西澤　一史; 慶博澤山; 野村　忠宏
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Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2018-01-11
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Abstract

反射板（１）に対して、設定された間隔を有して、第一のスイッチ素子（３）で接続された導体パターン（２）を設ける。一方のモードでは、第一の電源（４）によって、導体パターン（２）に第一の周波数で電力供給を行い、かつ、第一のスイッチ素子（３）のオンオフを切り替える。他方のモードでは、第二の電源（７）によって導体パターン（２）に第二の周波数の電力供給を行う。

Description

反射構造体

　本発明は、低被観測機能とアンテナ機能を電気的に切り替え可能な反射構造体に関するものである。

　従来、低被観測機能を有する反射構造体としては、例えば非特許文献１に記載されているものがあった。この反射構造体は、誘電体基板上にスイッチで接続された導体パターンを設け、かつ、誘電体基板の背面側に反射板を設けて、スイッチをオンオフすることにより入射波の周波数に対して低被観測性を得るものである。

"The Phase-Switched Screen,"IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 46, No.6, pp.23-37, Dec. 2004.

　低被観測性の高い効果を得るためには、広い領域にわたって本構造を設ける必要がある。しかし、これにより、例えばアンテナといったその他の機能の搭載スペースが制約を受けることになる。従って、搭載スペースの制約がある中で、高い低被観測性の効果を有しつつ、従来通りのその他の機能を満足することは困難である。そこで、低被観測機能を有する反射構造とアンテナ機能とを同一構造で実現することが考えられ、この同一構造を実現できれば、それぞれ単独で搭載する場合と比較して省スペース化を実現することができる。しかしながら、従来ではこのような両機能を同一構造で実現する反射構造体は実現されていなかった。

　この発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、低被観測性機能の構造とアンテナ機能の構造とを、それぞれ単独で搭載する場合と比べて省スペース化を実現することのできる反射構造体を提供することを目的とする。

　この発明に係る反射構造体は、入射波を反射する反射板と、反射板に対し設定された間隔を有して設けられた二つの導体パターンと、二つの導体パターン間を接続する第一のスイッチ素子と、第一のスイッチ素子のオンオフを切り替えると共に、二つの導体パターンに第一の周波数の電力供給を行う第一の電源と、二つの導体パターンに第二の周波数の電力供給を行う第二の電源とを備え、第一の電源によって電力供給を行うと共に、第一のスイッチ素子をオンオフする一方のモードと、第二の電源によって電力供給を行う他方のモードとを有するものである。

　この発明に係る反射構造体は、二つの導体パターンに第二の周波数の電力供給を行う第二の電源を設け、二つの導体パターンに第一の電源によって電源供給を行うと共に第一のスイッチ素子をオンオフする一方のモードと、二つの導体パターンに第二の電源によって電源供給を行う他方のモードとを有するものである。これにより、低被観測性機能の構造とアンテナ機能の構造とを、それぞれ単独で搭載する場合と比較して省スペース化を実現することができる。

この発明の実施の形態１の反射構造体の構成図である。この発明の実施の形態１の反射構造体の他の例の構成図である。この発明の実施の形態１の反射構造体における周期配列した場合の構成図である。この発明の実施の形態１の反射構造体における周期配列した場合の他の例の構成図である。この発明の実施の形態２の反射構造体の構成図である。この発明の実施の形態３の反射構造体の構成図である。この発明の実施の形態４の反射構造体の構成図である。この発明の実施の形態５の反射構造体の構成図である。この発明の実施の形態６の反射構造体の構成図である。この発明の実施の形態７の反射構造体の構成図である。この発明の実施の形態７の反射構造体の他の例の構成図である。この発明の実施の形態７の反射構造体のさらに他の例の構成図である。この発明の実施の形態８の反射構造体の構成図である。この発明の実施の形態９の反射構造体の構成図である。この発明の実施の形態１０の反射構造体の構成図である。

　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。なお、以下の実施の形態では、反射構造体の動作周波数及びその波長をｆ_０，λ_０として説明する。
実施の形態１．
　図１は、本実施の形態による反射構造体の構成図である。
　図示の反射構造体は、反射板１、導体パターン２、第一のスイッチ素子３、第一の電源４、第一の電力線５、給電線路６、第二の電源７を備える。これらを備えた反射構造体は以下のように構成されている。
　反射板１から＋ｚ軸方向へ約０．１λ_０離した位置に導体パターン２を一直線上に二つ設ける。ここで、それぞれの導体パターン２の長さは動作周波数の約０．１λ_０とする。導体パターン２間には第一のスイッチ素子３（例えばダイオードスイッチ、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）スイッチ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スイッチなど）を設け、両端をそれぞれの導体パターン２に接続する。尚、電気的な通過及び遮断を切り替え可能なスイッチであればどのようなスイッチであってもよい。二つの導体パターン２には給電線路６（例えば平行二線）を接続し、これら導体パターン２に対して第二の周波数の電力供給を行う高周波電源としての第二の電源７を接続する。ここまでの構造を１セル（図１に示す構造）とし、Ｙ軸方向には隙間なしで、また、Ｘ軸方向には約０．１λ_０の間隔で周期配列させる。さらに、反射板１は、全ての導体パターン２を覆う一枚板とする。周期配列後、Ｙ軸方向に並んだ全導体パターン２の両端に第一の電力線５を接続する。このとき、Ｘ軸方向に配列された導体パターン２を並列接続の関係とみなし、Ｘ軸方向の各導体パターン２の列の両端にも第一の電力線５でそれぞれ接続する。但し、周期配列する際の第一のスイッチ素子３の向きは同一とし、第一の電源４で同時に動作を切り替え可能にする必要がある。また、図２に示すように、導体パターン２の一端を反射板１と接続し、反射板１を介して導体パターン２に第一の電源４からの電力を供給する構成でも良い。

　次に、実施の形態１の反射構造体の動作について説明する。
　本実施の形態１の反射構造体は、低被観測モード（一方のモード）とアンテナモード（他方のモード）で動作する。先ず、低被観測モードの動作原理を説明する。ここでは、＋Ｚ軸方向から反射板１に向かってある平面波が入射される場合を想定し、この平面波の周波数ｆ_０に対して、低被観測性を得ることを目的とする。
　第一の電源４がオフ（第一のスイッチ素子３がオフ）のとき、入射波は反射板１で反射する。一方、第一の電源４がオン（第一のスイッチ素子３がオン）のとき、電気的には導体パターン２を有する面が主反射面となり、この面で入射波が反射する。尚、この二つの反射面での位相差は、主に反射板１と導体パターン２との距離で調整可能であり、寸法の調整によって周波数ｆ_０での位相差を１８０°にする。例えば、本実施の形態では、反射板１と導体パターン２との距離を０．１λ_０としている。解析には、市販の電磁界シミュレータを用いることが可能である。
　位相差が１８０°になる寸法に設定した後は、第一の電源４の切替周波数を選択することで、入射波に対して任意の周波数で位相変調をかけることができる。切替周波数に応じて入射波の周波数の一部の電力は周波数シフトするため、本反射構造によって入射波の周波数ｆ_０に対して低被観測性を得ることが可能となる。

　次にアンテナモードの動作原理を説明する。アンテナモードでは導体パターン２を励振素子として使用する。アンテナモード時は第一の電源４をオフ（第一のスイッチ素子３をオフ）にし、第二の電源７をオンにする。第二の電源７からの高周波電流は平行二線の給電線路６を介して導体パターン２に流れる。第一のスイッチ素子３の両端の導体には逆相で電流が流れるため、導体パターン２がダイポールアンテナとして動作する。導体パターン２の片側には反射板１があるため、反射板付きダイポールアンテナとなる。尚、図３にあるように、周期配列によってダイポールアンテナが複数並ぶ構成（アレーアンテナ）となるため、それぞれの第二の電源７の励振振幅及び位相を適切に調整することで、任意の放射パターンを得ることも可能である。

　また、図４に示すように、給電線路６及び第二の電源７を間引いて設けた構成であってもアンテナモードと低被観測モードとの両立が実現可能である。ここでは、１セルの導体パターン２の長さをλ_０／８とする。例えば、Ｙ軸方向に１セルずつ間引いて給電線路６及び第二の電源７を設けることにより、給電点両端の各放射素子の長さが０．２５λ_０となり、半波長ダイポールとしてアンテナ動作する。また、アンテナモード時に第二の電源７同士が導体パターンを介して直接導通しないため、第二の電源７間の結合量を低下させ、結合損失を減らすことができる。Ｘ軸方向についても同様で、給電線路６及び第二の電源７を間引いて設けることで、任意のアレー間隔にすることが可能である。

　このように、実施の形態１では、第一の電源４を切り替えることで入射波の周波数に対して低被観測モードとなり、第一の電源４をオフにして第二の電源７をオンにすることでアンテナモードとして動作する。

　以上説明したように、実施の形態１の反射構造体によれば、入射波を反射する反射板と、反射板に対し設定された間隔を有して設けられた二つの導体パターンと、二つの導体パターン間を接続する第一のスイッチ素子と、第一のスイッチ素子のオンオフを切り替えると共に、二つの導体パターンに第一の周波数の電力供給を行う第一の電源と、二つの導体パターンに第二の周波数の電力供給を行う第二の電源とを備え、第一の電源によって電力供給を行うと共に、第一のスイッチ素子をオンオフする一方のモードと、第二の電源によって電力供給を行う他方のモードとを有するので、低被観測性機能の構造とアンテナ機能の構造とを、それぞれ単独で搭載する場合と比較して省スペース化を実現することができる。

　また、実施の形態１の反射構造体によれば、二つの導体パターンと第一のスイッチ素子は同一平面上に複数配列されているので、低被観測性の機能とアンテナ機能とを向上させることができる。例えば、特定の偏波への特性を良好にすることができる。

実施の形態２．
　図５は、実施の形態２の反射構造体の構成図である。実施の形態２の基本的構成は、図１に示した実施の形態１と同様であるため、実施の形態１とは異なる部分についてのみ説明する。
　実施の形態２では、実施の形態１では自由空間中に設けられていた給電線路６、導体パターン２及び第一のスイッチ素子３の実構造配置を可能にする。先ず、構造について、次に動作原理について説明する。

　先ず、実施の形態２の構造について説明する。反射板１に対して垂直に立てた誘電体基板８上に、給電線路６及び導体パターン２を設ける。設置方法としては、基板のエッチング加工で所望の導体パターン形状を作成する方法が挙げられる。第一のスイッチ素子３は、誘電体基板８の表面に這わせ、両端は導体パターン２に接続する。これにより、これら三つの要素が実構造で配置可能となる。
　動作原理については実施の形態１と同様であり、誘電体基板８が低被観測モード及びアンテナモードに与える影響は小さいと言える。

　このように、実施の形態２では、反射板１と垂直に誘電体基板８を設けることで、給電線路６及び導体パターン２、第一のスイッチ素子３の実構造配置が可能となる。実施の形態２のポイントは、構成要素を配置するために誘電体基板８を設けた点にある。

　以上説明したように、実施の形態２の反射構造体によれば、反射板と二つの導体パターンは誘電体基板を介して設けられ、かつ、誘電体基板上に二つの導体パターンと第一のスイッチ素子が設けられているようにしたので、二つの導体パターンと第一のスイッチ素子の実構造配置を可能とすることができる。

実施の形態３．
　図６は、実施の形態３の反射構造体の構成図である。実施の形態３の基本的構成は図５に示した実施の形態２と同様であるため、実施の形態２とは異なる部分についてのみ説明する。
　実施の形態３では実施の形態２の構成において、平行二線である給電線路６と導体パターン２の間にそれぞれ第二のスイッチ素子９を設ける。第二のスイッチ素子９は、第一のスイッチ素子３と同様にダイオードスイッチ等からなり、その向きは二つの第二のスイッチ素子９で同一とする。また、第二のスイッチ素子９と導体パターン２の間にはそれぞれ第一のキャパシタ１２を設ける。第二のスイッチ素子９の両端には、第二の電力線１１を接続し、第二の電力線１１端には第三の電源１０を備える。このとき、二つの第二のスイッチ素子９が並列接続になるように第二の電力線１１を接続し、同時にオンオフ動作を切替可能にする。第一のキャパシタ１２の値は、第二の電源７からの高周波電流を通過させ、第一の電源４及び第三の電源１０からの電流を遮断させるものに設定する。尚、この条件を満足すれば、キャパシタンス以外の素子を用いても良い。その他の構成は図５に示した実施の形態２と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

　次に動作原理について、先ず低被観測モードから説明する。
　低被観測モードでは第三の電源１０をオフ（第二のスイッチ素子９をオフ）にして、実施の形態２と同様に動作させる。給電線路６端に第二のスイッチ素子９が設けられたことで、導体パターン２と給電線路６は電気的に非導通となる。実施の形態１，２では導体パターン２と給電線路６が導通しており、導体パターン２に励起された電流が給電線路６に流れるため、低被観測モードの性能が給電線路６に依存する。このため、給電線路６の設計が変更になった場合、同時に低被観測モードの設計も行う必要が生じる。ここでの設計とは、第一のスイッチ素子３をオンオフにした時の反射波の位相が逆相になるように、導体パターン２と反射板１との距離等を調整することをいう。このため、導体パターン２に励起される電流と給電線路６を第二のスイッチ素子９で電気的に分離することで、低被観測モード設計の煩雑さが軽減される。
　第一のキャパシタ１２は、第一のスイッチ素子３と第二のスイッチ素子９の制御を独立にするために設けている。仮に第一のキャパシタ１２がない場合、第一の電力線５に流れる電流が第一のスイッチ素子３に十分に供給されず、第二の電力線１１に供給されるため、第一のスイッチ素子３の動作切り替えが困難になる。よって、低被観測モードが実現できなくなる。

　アンテナモード時は、第三の電源１０はオンにして、給電線路６と導体パターン２とを導通させることで、実施の形態２と同様のアンテナ動作を実現する。尚、第一のキャパシタ１２は高周波的に導通するため、アンテナ動作に影響しない。

　このように、実施の形態３では、給電線路６と導体パターン２との間に第二のスイッチ素子９を設け、低被観測モード時にはオフにすることで、給電線路６に依存しない低被観測モードの設計が可能になる。実施の形態２のポイントは、給電線路６と導体パターン２との間に第二のスイッチ素子９を設け、低被観測モード時に給電線路６と導体パターン２を非導通にした点にある。

　以上説明したように、実施の形態３の反射構造体によれば、第二の電源から二つの導体パターンへの給電路に設けられた第二のスイッチ素子と、一方のモードでは、第二のスイッチ素子をオフ状態とする第三の電源とを備えたので、一方のモードにおける設計の煩雑さを軽減することができる。

実施の形態４．
　図７は、実施の形態４の反射構造体の構成図である。
　実施の形態４の反射構造体は、図６に示した実施の形態３の反射構造体の構成において、給電線路６と第二の電力線１１の接続点から第三の電源１０に向かって、λ_０／１００以内の距離に第一のインダクタ１３を設けたものである。第一のインダクタ１３は、第二の電源７からの高周波電流を遮断し、第三の電源１０からの電流を通過させる値に設定する。この条件を満足すれば、インダクタの代わりに抵抗等を用いても良い。その他の構成については、実施の形態３と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

　次に、実施の形態４の反射構造体の動作について説明する。
　先ず、低被観測モードでは、入射波によって導体パターン２上に高周波電流が励起され、給電線路６にも電流が流れる。これを抑制するために第二のスイッチ素子９を設けたが、加えて第二の電力線１１も接続したことで、電流が第二の電力線１１に流れる。このため、低被観測モードの動作が電力線の長さなどに依存し、設計が複雑化する。よって、第二の電力線１１に依存しない低被観測モードの設計を行うために、第一のインダクタ１３を設ける。これにより、導体パターン２に励起された高周波電流は第一のインダクタ１３で遮断されるため、第二の電力線１１に依存せず、低被観測モードを設計することができる。
　本実施の形態では、第一のインダクタ１３を設ける位置の例として、給電線路６と第二の電力線１１の接続点から第三の電源１０に向かって、λ_０／１００以内の距離と記載したが、この距離はこれより短くてもよい。この長さが短い程、上述した設計の複雑さの度合いが小さくなる。

　アンテナモード時も同様で、第一のインダクタ１３がない場合は、第二の電源７からの高周波電流が第二の電力線１１に流れ、第二の電力線１１からの不要放射が発生する。これを抑制するために、第一のインダクタ１３を第二の電力線１１に設けて、第二の電力線１１に高周波電流が流れないようにする。これにより、電波が導体パターン２だけから放射するようになり、不要放射による放射パターン変動が抑圧される。

　このように、実施の形態４では、第二の電力線１１上に第一のインダクタ１３を設けることで、第二の電力線１１に依存しない低被観測モードの設計が可能になり、また、アンテナモード時の不要放射抑圧も可能となる。実施の形態３のポイントは、高周波電流を遮断する第一のインダクタ１３を第二の電力線１１に設けた点である。

　以上説明したように、実施の形態４の反射構造体によれば、第三の電源から第二のスイッチ素子への給電路に第一のインダクタを設けたので、一方のモードにおける設計の煩雑さを軽減することができると共に、他方のモードにおける不要放射抑圧も可能となる。

実施の形態５．
　図８は、実施の形態５の反射構造体の構成図である。
　実施の形態５の反射構造体は、図７に示した実施の形態４の反射構造体の構成において、導体パターン２間に、第一のスイッチ素子３と並列関係になるよう第二のインダクタ１４を設けたものである。第二のインダクタ１４の値は、周波数ｆ_０の電流を遮断し、第一の電源４の電流を通過させるものに設定する。また、この条件を満足すれば、インダクタの代わりに抵抗などを用いてよい。その他の構成については、実施の形態４と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

　次に、実施の形態５の反射構造体の動作について説明する。
　先ず、低被観測モードでは、第一の電源４を切り替えて入射波に対し位相変調をかける。しかし、高速（例えば１ＭＨｚ以上）に第一の電源４のオンオフを切り替えると、第一のスイッチ素子３を通過する信号波形は、第一の電源４からの入力波形に追従できなくなる。これは、Ｙ軸方向にセルを周期配列する場合に生じる。原因は、第一の電源４からの電力がＹ軸方向に周期配列した時の内側（両端以外）の第一のスイッチ素子３に対して、十分に供給されないためである。そのため、高速に第一のスイッチ素子３を切り替えることが出来ない。そこで、周期配列したセルの全ての第一のスイッチ素子３に対して並列に第二のインダクタ１４を接続する。これにより、周期配列したときの全ての第一のスイッチ素子３に第一の電源４からの電力が供給され、高速に第一のスイッチ素子３を切り替えることができる。よって、入射波に対してかける変調度の自由度が高くなり、大きな低被観測性の効果を得ることが出来ると共に、チューニング可能な幅が広がる。
　第二のインダクタ１４は、入射波によって導体パターン２に励起される高周波電流に対しては開放素子になるため、実施の形態３，４と同様に低被観測モードが動作する。

　アンテナモード時も、第二のインダクタ１４は開放素子と見なせ、第二のインダクタ１４に第二の電源７からの高周波電流は流れないため、実施の形態３，４と同様に動作する。

　このように、第一のスイッチ素子３と並列に第二のインダクタ１４を接続することで、低被観測モード時に入射波にかける位相変調の変調度の自由度を高め、高い低被観測性を得ることが可能になる。実施の形態５のポイントは、第一のスイッチ素子３に対して並列に第二のインダクタ１４を設けた点である。
　なお、第二のインダクタ１４の構成は実施の形態４の構成に適用したが、実施の形態１～３のうち、いずれかの実施の形態の構成に対して適用してもよい。

　以上説明したように、実施の形態５の反射構造体によれば、二つの導体パターン間に、第一のスイッチ素子と並列の第二のインダクタを接続したので、一方のモードにおける性能向上を図ることができる。

実施の形態６．
　図９は、実施の形態６の反射構造体の構成図である。
　実施の形態６の反射構造体は、実施の形態１及び実施の形態２における給電線路６を不平衡線路とし、給電線路上に高周波電流に対する不平衡－平衡変換（バラン）機能を有する給電回路１５を設けたものである。実施の形態６では、給電線路として不平衡線路、例えばマイクロストリップ線路を用いる。図９では、誘電体基板８の片面に正電位線路６ａ、もう片面にグランド導体６ｂを設けている。すなわち、誘電体基板８を介して正電位線路６ａとグランド導体６ｂが対向設置されている。尚、このグランド導体６ｂと反射板１とは導通している。不平衡－平衡変換機能を有する給電回路１５の入力端には正電位線路６ａとグランド導体６ｂを、二つの出力端にはそれぞれ導体パターン２を接続する。その他の構成は図２に示した実施の形態１または図５に示した実施の形態２と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

　次に、実施の形態６の反射構造体の動作について説明する。
　先ず、低被観測モードでは実施の形態１及び実施の形態２と同様に動作する。一方、アンテナモードは、第二の電源７からの不平衡電流が、正電位線路６ａ及びグランド導体６ｂを介して給電回路１５を通過する。これにより、互いに逆相の平衡電流になる。これらが導体パターン２にそれぞれ給電され、実施の形態１及び実施の形態２と同様に導体パターン２がダイポールアンテナとして動作する。

　このように、実施の形態６では、給電線路に不平衡－平衡変換機能を有する給電回路１５を設けることにより、出力端が不平衡型で広く使用されている第二の電源７との接続が可能になる。実施の形態６のポイントは、給電線路に不平衡－平衡変換機能を有する給電回路１５を設けた点である。

　以上説明したように、実施の形態６の反射構造体によれば、第二の電源から二つの導体パターンへの給電路を不平衡線路とし、かつ、不平衡線路上に、高周波電流に対する不平衡と平衡との変換機能を有する給電回路を設けたので、第二の電源として不平衡型を用いることができる。

実施の形態７．
　図１０～図１２は、実施の形態７の反射構造体の構成図である。
　実施の形態７の反射構造体は、実施の形態６の反射構造体の構成を実施の形態５の反射構造体の構成に対して適用した例である。先ず、図１０の構成について説明する。
　図１０に示す構成は、図８に示した実施の形態５の構成における給電線路６を、図９に示した実施の形態６における正電位線路６ａとグランド導体６ｂからなる不平衡線路としたものである。また、図１１に示す構成では、図１０の構成における第二の電力線１１の一端側を反射板１と導通させ、二つの第二のスイッチ素子９の向きを逆方向としている。さらに、図１２に示す構成では、図１１における給電回路１５を、第三のインダクタ１５ａと第二のキャパシタ１５ｂで構成した例である。給電回路１５の入力インピーダンス（不平衡）をＺ_ｉｎ、出力インピーダンス（平衡）をＺ_０、第三のインダクタ１５ａの値をＬ_０、第二のキャパシタ１５ｂの値をＣ_０、周波数をｆ_０とした場合、これらの定数の関係式は以下の通りとなる。
　　Ｌ_０＝√（Ｚ_ｉｎ×Ｚ_ｏｕｔ）／（２×π×ｆ_０）
　　Ｃ_０＝１／（２×π×ｆ_０×√（Ｚ_ｉｎ×Ｚ_ｏｕｔ））
　この関係式をもとに、第三のインダクタ１５ａ及び第二のキャパシタ１５ｂの値を決定する。尚、第四のインダクタ１５ｃは、第三のインダクタ１５ａ同様、周波数ｆ_０の電流を遮断し、第三の電源１０の電流を通過させるものに設定する。また、この条件を満足すれば、インダクタの代わりに抵抗などを用いてよい。
　なお、図１０～図１２において、図８及び図９に示す構成と同一部分には同一符号を付してその他の構成の説明は省略する。

　次に、実施の形態７の反射構造体の動作について説明する。
　先ず、低被観測モードでは給電回路１５は無関係であるため、実施の形態５と同様に動作する。一方、アンテナモードでは、図１０に示す構成の場合、第二の電源７からの電流経路が、正電位線路６ａ（グランド導体６ｂ）－給電回路１５－第二のスイッチ素子９－第一のキャパシタ１２の順となる。また、図１１に示す構成の場合、正電位線路６ａ（グランド導体６ｂ）－第二のスイッチ素子９－給電回路１５－第一のキャパシタ１２の順となっている。いずれの構成でも、導体パターン２が高周波電流によって逆相励振されるため、アンテナモードとして動作する。なお、第二の電源７から導体パターン２までが、上述した四つの要素（給電線路（正電位線路６ａとグランド導体６ｂ）、第二のスイッチ素子９、給電回路１５、第一のキャパシタ１２）で構成され、導体パターン２が逆相励振されるのであれば、電流経路における構成要素の順序は問わない。

　以上のように、実施の形態７では、給電線路として不平衡線路を用いたので、誘電体基板８上に設ける電力線を一本のみにすることができる。すなわち、給電線路が不平衡線路であるため、電力線の片側をグランド導体６ｂ（反射板１）に接続した場合でも、第二のスイッチ素子９の動作を切り替え可能となる。誘電体基板８上に複数の電力線がある場合、低被観測モード及びアンテナモード時の干渉源となる。このため、図１０～図１２に示した構成にすることが好ましい。

　このように、実施の形態７では、給電線路に不平衡－平衡変換機能（バラン）を有する給電回路１５を設けることで、出力端が不平衡型で広く使用されている高周波電源である第二の電源７との接続を容易になるだけでなく、電力線の構成を変更することで、低被観測モード及びアンテナモード時の電力線による干渉の影響を軽減することが可能になる。実施の形態７のポイントは、給電線路に不平衡－平衡変換機能を有する給電回路１５を設け、第二の電力線１１の構成を変更した点にある。

　以上説明したように、実施の形態７の反射構造体によれば、二つの導体パターン間に、第一のスイッチ素子と並列の第二のインダクタを接続すると共に、第二の電源から二つの導体パターンへの給電路を不平衡線路とし、かつ、不平衡線路上に、高周波電流に対する不平衡と平衡との変換機能を有する給電回路を設けたので、第二の電源として不平衡型を用いることができる。

実施の形態８．
　図１３は、実施の形態８の反射構造体の構成図である。
　実施の形態８の反射構造体は、図９に示した実施の形態６の反射構造体の構成における導体パターン２の形状を、例えばボウタイ形といった、第一のスイッチ素子３からの距離に応じて外形寸法が漸増する形状の導体パターン２０としたものである。その他の構成については、実施の形態６と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

　次に、実施の形態８のアンテナモードについて説明する。導体パターンが細長い方形の場合、高周波電流によって励振された導体パターンは、共振型のダイポールアンテナとして動作するため、アンテナの動作帯域（高周波電源である第二の電源７との整合が良好な帯域）は一般的に狭帯域になる。そこで、導体パターン形状をボウタイ形にして進行波型のアンテナにすることで、広帯域アンテナになることが知られている。尚、ボウタイ形状に限らず、テーパ形状など、広帯域アンテナとして広く知られている形状にすることでも同様の効果が得られる。
　また、低被観測モードにおいても、導体パターン２０がボウタイ形状であることにより、第一の電源４をオン（第一のスイッチ素子３がオン）にしたときの反射波の位相変化の周波数特性を緩やかにすることができる。よって、低被観測の効果が得られる周波数帯を広げることが可能となる。

　なお、上記例は、実施の形態６の構成に適用したが、実施の形態１～実施の形態７のうち、いずれかの実施の形態の構成に対して適用してもよい。

　このように、実施の形態８では、導体パターン２０の形状をボウタイ形にすることで、アンテナモード及び低被観測モードの広帯域化を実現できる。実施の形態８のポイントは、導体パターン２０を広帯域形状にした点である。

　以上説明したように、実施の形態８の反射構造体によれば、二つの導体パターンは、第一のスイッチ素子からの距離に応じて外形寸法が漸増する形状としたので、一方のモード及び他方のモードの広帯域化を実現することができる。

実施の形態９．
　図１４は、実施の形態９の反射構造体の構成図である。
　実施の形態９の反射構造体は、図９に示した実施の形態６の反射構造体の構成において、反射板１と導体パターン２との間に、アンテナモードでは電波を透過させ、低被観測モードでは電波を反射させる周波数選択板１６を設けたものである。その他の構成については、実施の形態６と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
　周波数選択板１６は、例えば、同一サイズのスロットが周期的に設けられた金属板で構成されている。周波数選択板１６は、大きく分けて、金属板（ワイヤやパッチ）と、金属板上に設けられたスロットの２つに大別される。金属板では、動作周波数で透過波が打ち消し合い、反射波のみが残る。一方、スロットでは、動作周波数で反射波が打ち消し合い、透過波のみが残る。このため、金属板はバンドストップフィルタ、スロットはバンドパスフィルタとして動作する。実施の形態８ではこの性質は利用する。尚、周波数選択板１６の単位素子の形状には、広く知られているクロスダイポール型、トリポール型、円形リング型、正方形ループ型、方形パッチ型など使用可能である。また、周波数選択板１６の動作周波数は、単位素子の寸法及び周期配列間隔に依存する。

　次に、実施の形態９の動作原理を説明する。実施の形態８までの設計では、導体パターン２と反射板１との距離が約０．１λ_０と近接しているため、アンテナモード時にアンテナ動作が狭帯域になったり、放射効率が低下したりと、アンテナ性能が劣化する恐れがある。これを改善するためには、導体パターン２と反射板１との距離を離す必要がある。理想的には、この距離を０．２５λ_０とすることで、アンテナからの直接波と反射板１からの反射波を同位相で合成させ、高い利得を得ることが好ましい。しかし、約０．１λ_０の距離は低被観測モードの設計値であり、距離を変更すると、第一のスイッチ素子３をオンオフにした時の入射波に対する反射波の位相が所望の周波数で逆相にならない。このため、低被観測の効果が低減する。

　この問題は、低被観測モードの動作周波数とアンテナモードの動作周波数を分離することで解決する。しかし、同一の反射板１を電波の反射面として共用する以上、二つの動作周波数選択の自由度は低い。そこで、実施の形態９では周波数選択板１６を使用することにより、片方のモードでは電波を通過させ、もう一方のモードでは電波を反射させる。これにより、それぞれのモードで最適な反射面を設定することができ、設計の自由度が上がる。

　なお、上記例は、実施の形態６の構成に適用したが、実施の形態１～実施の形態８のうち、いずれかの実施の形態の構成に対して適用してもよい。

　このように、実施の形態９では、周波数選択板１６を追加して、低被観測モード（第一の電源４オフ時）とアンテナモードの反射面を分離させることで、アンテナモード時の性能を向上させることができる。また、両モードに適した反射面を構成可能になる。実施の形態９のポイントは、周波数選択板１６を用いて両モードの反射面を変えた点にある。

　以上説明したように、実施の形態９の反射構造体によれば、二つの導体パターンと反射板との間に、一方のモードでは電波を透過させ、他方のモードでは電波を反射させる周波数選択板を設けたので、一方のモードと他方のモードにおける性能を向上させることができる。

実施の形態１０．
　図１５は、実施の形態１０の反射構造体の構成図である。
　実施の形態１０の反射構造体の基本的な構成は、図９に示した実施の形態６の反射構造体と同様である。実施の形態６と異なる点は、導体パターン２を基準として反射板１とは反対側にレドーム１７を設けたものである。その他の構成については、実施の形態６と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

　反射構造体を屋外で使用する場合に、雨雪などが構成要素に付着すると、電気特性をもつ雨雪の影響で、例えば次に述べる影響が生じる。
・低被観測モード及びアンテナモードの動作周波数シフト
・低被観測モードの効果低減
・アンテナモード時の放射効率低下
　そこで、実施の形態１０では、これら影響を抑制するために、構成要素に直接雨雪が付着しないようレドーム１７を設けたものである。これにより、雨雪などの気象状況による性能劣化を軽減することが可能となる。

　なお、低被観測モード及びアンテナモードの動作については、実施の形態６と同様であるため、ここでの説明は省略する。
　また、上記例は、実施の形態６の構成に適用したが、実施の形態１～実施の形態９のうち、いずれかの実施の形態の構成に対して適用してもよい。

　このように、実施の形態１０では、レドーム１７を追加して、気象状況による性能劣化を軽減することができる。実施の形態１０のポイントは、構成要素を保護するレドーム１７を設けた点にある。

　以上説明したように、実施の形態１０の反射構造体によれば、二つの導体パターンを基準として反射板とは反対側に、二つの導体パターンを覆うレドームを設けたので、気象状況による性能劣化を軽減することができる

　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

　以上のように、この発明に係る反射構造体は、低被観測機能とアンテナ機能を電気的に切り替え可能な構成に関するものであり、低被観測性機能の構造とアンテナ機能の構造とを両方搭載する装置に用いるのに適している。

　１　反射板、２，２０　導体パターン、３　第一のスイッチ素子、４　第一の電源、５　第一の電力線、６　給電線路、６ａ　正電位線路　６ｂ　グランド導体、７　第二の電源、８　誘電体基板、９　第二のスイッチ素子、１０　第三の電源、１１　第二の電力線、１２　第一のキャパシタ、１３　第一のインダクタ、１４　第二のインダクタ、１５　給電回路、１５ａ　第三のインダクタ、１５ｂ　第二のキャパシタ、１５ｃ　第四のインダクタ、１６　周波数選択板、１７　レドーム。

Claims

　入射波を反射する反射板と、
　前記反射板に対し設定された間隔を有して設けられた二つの導体パターンと、
　前記二つの導体パターン間を接続する第一のスイッチ素子と、
　前記第一のスイッチ素子のオンオフを切り替えると共に、前記二つの導体パターンに第一の周波数の電力供給を行う第一の電源と、
　前記二つの導体パターンに第二の周波数の電力供給を行う第二の電源とを備え、
　前記第一の電源によって電力供給を行うと共に、前記第一のスイッチ素子をオンオフする一方のモードと、前記第二の電源によって電力供給を行う他方のモードとを有することを特徴とする反射構造体。
　前記二つの導体パターンと前記第一のスイッチ素子は同一平面上に複数配列されていることを特徴とする請求項１記載の反射構造体。
　前記反射板と前記二つの導体パターンは誘電体基板を介して設けられ、かつ、当該誘電体基板上に前記二つの導体パターンと前記第一のスイッチ素子が設けられていることを特徴とする請求項１記載の反射構造体。
　前記第二の電源から前記二つの導体パターンへの給電路に設けられた第二のスイッチ素子と、
　前記一方のモードでは、前記第二のスイッチ素子をオフ状態とする第三の電源とを備えたことを特徴とする請求項１記載の反射構造体。
　前記第三の電源から前記第二のスイッチ素子への給電路に第一のインダクタを設けたことを特徴とする請求項４記載の反射構造体。
　前記二つの導体パターン間に、前記第一のスイッチ素子と並列の第二のインダクタを接続したことを特徴とする請求項１記載の反射構造体。
　前記第二の電源から前記二つの導体パターンへの給電路を不平衡線路とし、かつ、当該不平衡線路上に、高周波電流に対する不平衡と平衡との変換機能を有する給電回路を設けたことを特徴とする請求項１記載の反射構造体。
　前記二つの導体パターン間に、前記第一のスイッチ素子と並列の第二のインダクタを接続すると共に、
　前記第二の電源から前記二つの導体パターンへの給電路を不平衡線路とし、かつ、当該不平衡線路上に、高周波電流に対する不平衡と平衡との変換機能を有する給電回路を設けたことを特徴とする請求項５記載の反射構造体。
　前記二つの導体パターンは、前記第一のスイッチ素子からの距離に応じて外形寸法が漸増する形状であることを特徴とする請求項１記載の反射構造体。
　前記二つの導体パターンと前記反射板との間に、一方のモードでは電波を透過させ、他方のモードでは電波を反射させる周波数選択板を設けたことを特徴とする請求項１記載の反射構造体。
　前記二つの導体パターンを基準として前記反射板とは反対側に、前記二つの導体パターンを覆うレドームを設けたことを特徴とする請求項１記載の反射構造体。