Photonic Edge 株式会社フォトニック・エッジ EN
TOOL DEMO / METASURFACE DESIGN

メタサーフェス設計ツール

誘電体基材の上に導電性パッチ(既定形状:正方形、サイズのみ可変)を印刷して、狙った角度へ電波を反射させるメタサーフェス(リフレクトアレイ型・金属裏打ち)を設計するデモです。目標角度を選ぶと、必要な位相勾配から各パッチのサイズ配列を自動設計して印刷配置を表示し、散乱パターンで実際にその角度へビームが飛ぶことを確認できます。パッチサイズの種類を数種類に絞った場合(量子化設計)に何が起きるかも試せます。計算は一瞬です。

本ページはデモ(設計事例)です。素子形状の変更(リング・十字等)、透過型メタサーフェス、斜入射・2次元配列、RCWAによる厳密検証など、様々なメタサーフェス設計に対応できますので、お気軽にご相談ください。

条件(プリセット選択)

目安: 製造・管理を簡単にするためサイズの種類を絞ると、位相が粗くなりビームの質が下がります(量子化ローブの発生)。どこまで絞れるかが実務的な設計判断です。

垂直入射・素子ピッチλ/2固定(周波数に連動)。基材は高周波基板(εr=3.5相当)+金属裏打ちを想定。デモのため条件はプリセットからの選択です。

設計結果:パッチの印刷配置(上面図)

金色=導電パッチ(印刷)。サイズで反射位相を制御し、位置とともに位相が勾配を持つように並べます。サイズが周期的に繰り返す縞が「位相の巻き戻し(2π周期)」に対応します。

散乱パターン(反射ビームの方向)

橙破線=目標角。何も設計しなければ電波は0°(正面)へ鏡面反射しますが、設計した配置により狙いの角度へビームが移ります。サイズ種類を絞ると量子化ローブ(不要な方向への飛び)が現れます。

実現ビーム角
ビーム効率(理想連続比)
最大サイドローブ

このデモについて

各パッチの反射位相を簡易共振モデル(パッチ寸法→共振周波数→位相のS字カーブ)で見積もり、目標角に必要な位相勾配 dφ/dx=−k₀sinθt を満たすサイズ配列を逆設計しています。散乱パターンは素子位相を含むアレイ合成で計算しています。

  • デモ版の簡略化:1次元配列・垂直入射・簡易位相モデル(位相カバー範囲約300°)。数値は参考値であり精度保証はありません。
  • 単セルの反射位相・回折の厳密計算にはRCWA(当社エンジン保有)を用います。RCWAは周期構造と電磁界をフーリエ級数(回折次数)に展開してマクスウェル方程式を厳密に解く手法で、形状付与構造も薄い層に分割して扱えるため、回折を含む透過・反射を次数ごとに評価できます。設計フローは本デモと同じで、位相テーブルをRCWA厳密値に置き換えるだけです。
  • 解析エンジンは揃っており、あとは組み合わせと仕立てです。素子形状(リング・十字・ジグザグ等)、透過型、斜入射・2次元配列、周波数特性評価など、御社の設計ニーズに合わせてカスタマイズします。
  • 設計したメタサーフェスが実際にどの方向へ・どれだけ飛ぶかは、電場可視化評価で実測確認できます(28GHz帯メタサーフェス反射板の実測事例あり)。

高周波関連に関するお困り事は、ぜひ当社にご相談ください。

受託研究・開発(業務委託)、計測装置の開発・製造、ソフトウェア開発、共同研究など、形態を問わず対応します。

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