5/20 5G/6G・V2X・AI時代に求められる 電波吸収体・電波シールドの設計と特性評価

【専門】電子材料,通信材料,高周波材料,電波吸収体,電波シールド,強誘電体,圧電体,誘電体(MLCC)

 　5G/beyond5G(6G)の言葉が世の中に溢れている。生成AIが進展しADAS（先進運転支援システム）と結合しようとしている。使われる周波数は、30GHz～300GHzで”ミリ波” である。本講座では5G/beyond5Gを紹介し、まずデバイスに使用される高周波基板の変遷を広範囲に紹介する。これらの高周波基板の伝搬損失を詳細に述べる。次に誤動作を防ぐ“電波障害対策”に” そして5G/beyond5G 技術の完全な実現のために“電波吸収体・電波シールド”の技術を解説する。

　今までTVゴースト(～800MHz)や船舶レーダーの橋体による偽像(700MHz～26GHz)、無線LAN(2～60GHz)、携帯電話(800MHz～2GHz)、blue tooth (2.4GHz)、電力線通信(～2GHz)、ETC (自動料金支払いシステム、5.8GHz)やITS (高度道路交通システム、～76GHｚ)に主として”遠方界電波吸収体”が開発されてきた。一方スマホ・パソコンの電波障害対策には”近傍界電波シールド”が使用されてきた。メタマテリアル(古くはメタサーフェス)が、ミリ波からテラヘルツ波の電波吸収体・電波シールドにおける人工材料・人工表面として考えられ、研究・応用が盛んである。本報告では、電波伝搬の基礎から5G/beyond 5Gのデバイスと、電波吸収体の設計及び評価、メタサーフェスによる電波吸収体と電波シールドの設計及び評価をミリ波からテラヘルツ波(10GHz～1.5THz)まで中心に報告する。

１．６G(ミリ波)の世界とは
　1.1 移動システムの進化（1G～6G），6Gミリ波の特徴
　1.2 ｍｍWAVE通信運用周波数帯域，ミリ波応用例
　1.3 ５GとはSub6, NR化，ミリ波
　1.4 中国の５G事情，アフリカの５G事情
　1.5 ミリ波の空間伝搬，空間伝搬損失とアンテナサイズと伝搬距離
　1.6 ITSとは，衝突防止システム，ミリ波の応用
　1.7 ADAS(先進運転支援システム)とは，レベル１～レベル５
　1.8 ADAS搭載センサーとは，ADAS車載センサーと電波吸収体
　1.9 EMS，EMS対策，自家ノイズ

２．高周波基板の変遷
　2.１ 携帯構造, AiM構造のSubとミリ波の伝送損失の比較
　2.２ CASEトレンドにおける開口部（ガラス）の新たな技術(透明アンテナ)
　2.３ チップLCフィルター(バンドパスフィルタ), LCフィルタの構造(LTCC)
　2.４ 3種類の異誘電率LTCC材料，電気的特性，3種類の材料を使用した特性改善
　2.５ 低損失多層基板の比較(PTFC, PCB, LTCC, メタㇿサーク)
　2.６ ストリップライン線路の伝送損失の比較(誘電体基板損，銅箔損，放射損)
　2.７ 界面比導電率の周波数依存性,ミリ波領域でのLTCCの優位性
　2.８ プリント基板の伝送線路の損失，誘電体損失と導体損失の理論式
　2.９ 多変量解析による，誘電正接，銅箔粗度の周波数依存性
　2.1０ 携帯の筐体材料，ポリフェニレンエーテルと樹脂混合体の特性
　2.1１ ６Gの利用に必要な半導体候補，より低損失のLTCC材
　2.1２ ５Gの利用に必要なフィルター28GHz, SIWフィルタ―

３．高周波帯での材料定数の測定法
　3.1 集中定数と分布定数(周波数)，tanδの大小による測定法の分類
　3.2 複素誘電率(ε＊)，複素透磁率(μ＊)の測定法, 同軸Sパラ法，透過・反射法
　3.3 ε＊，μ＊の測定法理論，透過法・反射法によるε＊・μ＊の測定値の比較
　3.4 ミリ波でのε＊，μ＊の測定法，理論，試料厚みの重要性

４．電波吸収体設計と評価シールド効果
　4.1 単層電波吸収体設計・
　4.2 ２層電波吸収体設計
　4.3 TE波・TM波・円偏波の入射特性の理論と実際
　4.4 ミリ波帯での反射損失、吸収損失の導出と計算例　
　4.5 1.7GHzから110GHz波吸収体の作成と評価,
　4.6 75～110GHz電波吸収シートの評価

５．周波数選択(FSR,FSS)によるシールド特性
　5.1 ロッド(長金属線配列)，パッチ周期構造による電波シールド特性(実験)
　5.2  FSSの基礎, 基本的な計算式, 伝送線路解析とFDTD解析の一致
　5.3 グリッド構造，パッチ構造，ループ構造，ループスロット構造FSS
　5.4 メタマテリアルを用いた完全吸収体(2008年始めて), シミュレーション結果
　5.5 メタマテリアル吸収体GHｚからTHzへ，
　5.6 メタマテリアルを用いたETC用電波吸収体(2009年我々)，設計と特性評価

6．電波シールド特性評価法（遠方界と近傍界）
　6.1 ロッドアンテナ，ループアンテナから発生する電波，インピーダンス
　6.2 空間を伝搬する電波，電波の入射と反射
　6.3 シェルクノフのシールド理論
　6.4 シェルクノフの式の導出，波動インピーダンス，
　6.5 近傍界，遠方界のシールド式
　6.6 近傍界シールド効果を上げるには（巨大な比透磁率必要）

7．電波シールド特性評価法
　7.1 KEC法　
　7.2 ストリップライン法
　7.3 近傍界プローブ法

　　□質疑応答□

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