移動体通信は第5世代(5G)の時代を迎えている。導入が進む前から新しい世代を強調してシステムが導入されるのは、5Gが始めてといっても過言ではない。自動車電話から始まる移動体通信システムは、アナログ(1G)、デジタル化(2G)、世界共通規格(3G)と現在では分類されているが、2000年以降に導入されたシステムはIMT-2000(International Mobile Telecommunication 2000)と称された。現在のシステムは4Gともよばれるが、System Beyond IMT-2000が当初の呼び方で、その後、LTE(Long Term Evolution)とも称され現在に至っている。5Gでは低遅延や高速性、超多重接続が新たな技術として着目され、産業への幅広い展開も期待されている。
第5世代とそれ以降のシステムでは、利用する周波数帯がミリ波帯からテラヘルツ、光といった高い周波数に移行することが不可欠で、利得の高いビーム走査型アンテナへの展開が進んでいくと予想される。しかし、5Gは既存のシステムを基盤として立脚しているため、これまで使われてきたマイクロ波帯の活用も不可欠であり、特に端末側のアンテナでは、小型化、広帯域化というアンテナの理論的限界と矛盾する用途に立ち向かうことが望まれている。
本書では、5G システムの概要から、アンテナ小型化の最善技術、ミリ波・テラヘルツ波領域に 挑戦するアンテナ、低遅延・超多元接続を実現するマッシブMIMO、そして、新たな材料を用いたアンテナ開発への取り組みまでを網羅している。
目次
【第1編 アンテナ設計の現状と応用】
序文
第1章 5Gアンテナの要求特性と性能評価技術
1 はじめに
2 基地局アンテナ
3 5G端末アンテナ
4 アンテナの測定方法
4.1 VSWRの測定
4.2 利得の測定
4.3 放射パターンの測定
5 まとめ
第2章 超多数接続と低遅延を実現する無線アクセス技術
1 まえがき
2 要素技術
3 システム構成
3.1 無線フレーム
3.2 信号処理
3.3 回線設計とハードウェア実装
4 フィールド実験
【第2編 小型化】
序文
第3章 端末用アンテナの小型化に向けた設計概念と将来展望
1 はじめに
2 小形アンテナの定義と分類
3 アンテナの小型化
3.1 小型化の手法
3.2 小型化による影響と限界
4 小形アンテナの実例
4.1 モノポールアンテナの小型化
4.2 板状アンテナの小型化
4.3 小形アンテナの実例
5 端末用小形アンテナの設計概念
5.1 設計概念
5.2 端末用小形アンテナの実例
6 端末用小形アンテナの将来展望
第4章 マイクロ波平面アンテナの設計技術
1 マイクロ波平面アンテナ
2 マイクロストリップアンテナ(MSA)の基本特性
2.1 MSAの動作原理
2.2 MSAの特性
3 MSAのマルチバンド設計
3.1 二層構造マルチバンドMSA
3.2 一層構造マルチバンドMSA
4 MSAの広帯域設計
4.1 単周波広帯域リング形MSA
4.2 2周波広帯域多リング形MSA
第5章 ワイヤレスIoT化に向けたアンテナ設計
1 はじめに
2 アンテナの種類と小型化の技法
3 アンテナ設計のツール
4 アンテナの設計手順とポイント
5 PCBアンテナ設計の実際?
5.1 逆Lアンテナ
5.2 逆Fアンテナ
6 PCBアンテナ設計の実際?
6.1 メアンダ・アンテナ
6.2 基板の誘電体の影響
第6章 アンテナの小型化と通信性能に与えるインパクト
1 まえがき
2 アンテナの小型化手法
3 小形アンテナの実例
4 小形化の評価指標
5 アンテナの小型化と放射効率
6 アンテナの小型化とシステム設計
7 結論
第7章 AMC装荷アンテナチップの開発
1 AMCとアンテナ
2 キャパシタンスグリッドを用いたAMC基板
3 AMC基板とダイポール素子を組み合わせた小型アンテナMACKEY基本型
4 AMC基板中のダイポール素子で給電したMACKEY ?
5 短絡板を用いて小型化したMACKEY S型
6 ダイポール素子の位置をオフセットして広帯域化したMACKEY O型
7 むすび
第8章 金属上で動作する小形アンテナ「Amcenna」の開発と用途展開の可能性
1 はじめに
2 Amcenna
2.1 Amcennaの構造と特性
2.2 IoTセンサーモジュール用アンテナの設計と試作・評価
3 コーナーショートAmcenna
3.1 コーナーショートAmcennaの構造と特性
3.2 小形マルチバンドアンテナ
第9章 折返し構造を有するアンテナの小型化率の解明
1 はじめに
2 折返し構造を有する小形アンテナ
3 FILAの小型化
4 スリット付無短絡FILAの特性
5 小型化の評価
6 むすび
第10章 円偏波アンテナとその広帯域化技術
1 はじめに
2 円偏波について
3 軸比の広帯域化の例
4 メタ表面を用いた広帯域化
5 まとめ
【第3編 ミリ波・テラヘルツ化】
序文
第11章 積層薄板拡散接合中空導波管並列給電スロットアレーアンテナ
1 はじめに
2 基本アンテナ
2.1 構造と動作
2.2 設計
2.3 製作
2.4 試作例
3. 高機能化
3.1 素子数の可変化
3.2 偏波
3.3 広帯域化
3.4 高周波化
3.5 回路との一体化(フィルタ回路,モノパルス回路)
第12章 機能性誘電体層集積導波管スロットアレーアンテナとその近接テラヘルツ無線応用の研究
1 はじめに
2 機能性誘電体層集積導波管スロットアレーアンテナ
3 送信アンテナ・受信アンテナの接触による透過性の制御
4 近傍界伝送での伝送効率の改善
5 近接アンテナ間での多重反射抑制
第13章 Beyond 5Gに向けたテラヘルツ帯域ピンポイント無線の研究
1 はじめに
2 300GHz帯CMOSシングルチップトランシーバ
3 テラヘルツ帯フロントエンド設計及び課題
4 おわりに
第14章 共振電極光変調器と融合させた高性能ミリ波アンテナ
1 はじめに
2 ミリ波アンテナと光変調器の融合
3 アンテナ電極の設計
4 試作・評価実験
5 むすび
第15章 ミリ波・テラヘルツ波帯アンテナ測定技術
1 はじめに
2 ベクトルネットワークアナライザ(VNA)を用いたアンテナ計測
2.1 VNAの装置構成
2.2 アンテナ利得の計測
2.3 アンテナ放射パターンの測定
3 まとめ
第16 章 ミリ波帯誘電体基板材料定数測定技術
1 アンテナ構成用誘電体基板材料
2 各測定手法の測定公式
2.1 円筒空洞共振器法
2.2 遮断円筒導波管法
2.3 平衡形円板共振器法
2.4 2誘電体円柱共振器法
【第4編 大容量化】
序文
第17 章 CSI 推定を排除したマルチビームMassive MIMO の研究
1 マルチビームMassive MIMO の原理と基本特性
2 屋内実環境における効果
第18章 Massive MIMO 空間多重における符号化および変調技術
1 はじめに
2 システムモデル
3 線形検出法
4 Matched Filter法の無符号化時の理論特性
5 符号化MIMOシステムへのMF法の適用効果
6 符号化MIMOシステムの計算機シミュレーション
7 むすび
第19章 MIMOアンテナによる伝送容量の向上と評価
1 はじめに
2 MIMOシステムとアンテナ
3 MIMOアンテナの評価法
3.1 MIMOアンテナのシミュレーション評価
4 MIMOアンテナにおける伝送容量向上法
4.1 整合による伝送容量向上法
4.2 偏波・指向性による伝送容量向上法
4.3 LOS-MIMO
5 まとめ
第20章 多素子アンテナを活用した適応ピーク電力制御技術
1 背景
2 送信ピーク電力制御および歪み補償のための空間信号処理技術
3 特性評価
4 まとめ
第21章 5G の大容量化を実現する低SHF 帯Massive MIMO 用アクティブアンテナシステム
1 はじめに
2 DPD 搭載4.65 GHz 帯超多素子アクティブアンテナの特徴
3 4.65 GHz 帯超多素子アンテナ基地局システムの特徴
4 キャリブレーション併用によるDPD 搭載AAS 性能安定化
5 希望波S と非線形歪による干渉波I の放射特性
6 高出力域での非線形歪放射とNull が空間多重性能に及ぼす影響とAAS への改善施策
7 DPD によるDL SINR 改善と空間多重数増加時の特徴
8 屋外環境におけるDL MU-MIMO 伝送特性
9 屋内環境におけるDL MU-MIMO 伝送特性
10 AP 間協調制御適用時のDL セルエッジ特性
11 まとめ
第22章 5G向け同時複数通信の実現に向けた小型アンテナパネルの開発
1 はじめに
2 ミリ波ビームフォーミング方式
2.1 ビームフォーミング技術の比較
2.2 サブアレイ間符号化インターリーブ方式の動作原理
3 セルスループット性能評価
4 むすび
第23章 超多素子アンテナシステム向けRFFE技術
1 まえがき
2 超多素子アンテナのRFFE構成
2.1 ビーム制御方式の選定
2.2 RFFEモジュール実装法
3 RFFEの開発事例
3.1 全体構成
3.2 RFFEの構成要素と評価結果
3.3 RFFE全体の評価結果
4 むすび
【第5編 材料】
序文
第24章 電磁メタマテリアルのアンテナ応用
1 はじめに
2 メタスリーブアンテナ
3 マントルクロークアンテナ
4 負誘電率殻で覆われた小形アンテナ
5 メタレドーム
第25章 高性能フェライトを活用した小型広帯域UHFアンテナの開発
1 はじめに
2 アンテナの目標仕様と装荷するフェライト磁性材料の概要
2.1 アンテナの目標仕様
2.2 使用したフェライト磁性材料
3 スマートフォンに内蔵する小型広帯域UHFアンテナ
3.1 アンテナの基本構造
3.2 アンテナの試作と性能評価
3.3 複共振の発現による広帯域化の実現
4 おわりに
第26章 次世代通信用高周波材料の特徴と技術動向
1 はじめに
2 次世代通信用高周波材料
3 透明アンテナ材料
4 おわりに
第27章 Post5G/6Gのアンテナ設計への材料研究者からの提言 ―次世代高Q / 低εr材料はセラミックスである!―
1 はじめに
2 マイクロ波/ミリ波誘電体に求められる条件は何か?
2.1 常誘電体:対称中心iをもつ
2.2 対称性の高い結晶構造が高Qである!
2.3 高純度/粒成長/欠陥フリーが高Qをもたらす!
3 マイクロ波誘電体特性
4 どんな高Q / 低εrセラミックス材料があるか?
4.1 5Gで大もての液晶ポリマーLCPとセラミックス
4.2 セラミックス材料各論
5 どんな高Q / 低εr基板があるか?
5.1 高周波回路用高Q / 低εrセラミックス基板
5.2 ダイレクトキャスティング結晶化ガラスセラミックス基板
5.3 LTCC/ULTCC基板
6 マイクロ波誘電体を使ったデバイス
6.1 共振器
6.2 フィルター/ストリップライン/高周波平面回路
6.3 プロトタイプパッチアンテナ設計
7 まとめ
第28章 自動車用窓ガラスとアンテナ機能
1 はじめに
2 自動車用窓ガラスの基礎
2.1 自動車用窓ガラスの種類と製造方法
2.2 自動車用窓ガラスに求められる基本的特性
2.3 自動車用窓ガラスの変遷
3 窓ガラスの高機能化
3.1 安全性
3.2 快適性
3.3 その他の機能
4 自動車用窓ガラスアンテナ
4.1 窓ガラスと自動車用アンテナ
4.2 自動車窓用アンテナの種類と製法
4.3 自動車用アンテナの今後
5 まとめ
第29章 ミリ波の伝搬特性とガラスアンテナの検討例
1 はじめに
2 28GHz帯の車両侵入損失
3 28GHz帯ガラスアンテナ
3.1 28GHz帯ガラスアンテナの開発
3.2 自動車ガラスへの実装
4 実証実験
4.1 実験概要
4.2 実験結果
第30章 超微細配線フィルムを用いた透明アンテナ
1 まえがき
1.1 開発の背景
1.2 5G対応製品向け透明アンテナフィルム
2 透明アンテナのメッシュパターン設計
2.1 従来の微細配線技術
2.2 超微細配線技術
3 透明アンテナの電磁界シミュレーション
3.1 透明導電性材料の比較
3.2 電磁界シミュレーション
4 透明アンテナの実測評価結果
4.1 超微細配線フィルムのVSWRの結果
4.2 放射効率のシミュレーションと実測評価の比較
4.3 透明アンテナの広幅化によるVSWRの結果
5 おわりに
第31章 透明導電性フィルムを使用した基地局アンテナ
1 はじめに
2 透明導電性フィルム
3 アンテナの設計
3.1 素子検討
3.2 シミュレーション
3.3 機械的構造
4 電気的特性
5 室内仕切り壁としての応用
6 まとめ
