NTTドコモとAGC、28GHz帯5G電波の透過・反射を動的制御する透明メタサーフェス技術の実証実験を実施

5G以降の世代で利用される高い周波数帯は、直進性が高く、基地局から見通せる範囲外は電波の反射を活用してエリア構築することが効果的である。そのため、株式会社NTTドコモ(以下、ドコモ)では、反射波の方向やビーム形状を任意に設計することが可能なメタマテリアル反射板を検討してきた。

しかし、メタマテリアル反射板はエリア拡大には有効だが、設置場所に合せた設計が必要であり、反射板の裏には電波が届かなくなる、景観に影響を与えるなどの課題がある。

エリア拡大を進めていくためにはより柔軟に電波伝搬を制御する必要があるため、ドコモは、AGC株式会社の協力により、高い透明性を維持しながら電波の反射・透過を制御する「透明動的メタサーフェス」のプロトタイプを開発した。メタサーフェスとは、波長に対して小さい構造体を周期配置して任意の誘電率・透磁率を実現する人工媒質(メタマテリアル)の一種で、構造体の周期配置を2次元とした人工表面である。

今回、両社が開発した透明動的メタサーフェスは、小さな構造体を規則的に多数配置したメタサーフェス基板を透明化したものに透明なガラス基板を重ね、重ねたガラス基板を微小に可動させて、以下の3パターンを動的に制御することができる。

  • 入射電波を透過するモード
  • 電波の一部を透過し一部を反射するモード
  • すべての電波を反射するモード

このメタサーフェス動的化手法は、半導体を用いたこれまでの手法と比べて、透明性を維持したまま動的制御が可能であり、基板の大面積化が容易である。また、景観や既存のデザインを損わないため、建築物や看板、広告、車両などへの設置の可能性が広がる。

設置場所の環境に合わせて動的に電波伝搬を制御するため、基地局の設置が難しい建物が密集したオフィス街や、電波の透過・反射を制御する需要があるような屋内環境などで、よりきめ細やかな5Gエリアの構築が可能となる。

NTTドコモとAGC、28GHz帯5G電波の透過・反射を動的制御する透明メタサーフェス技術の実証実験を実施
NTTドコモとAGC、28GHz帯5G電波の透過・反射を動的制御する透明メタサーフェス技術の実証実験を実施

両社は、透明動的メタサーフェスを用いた原理実験を、ドコモR&Dセンタで1月8日~1月10日に行った。同実験では、透明動的メタサーフェスを透過するモード・反射するモードの2パターンで、入射電波の透過特性を測定し、28GHz帯で、透過モードの時は電波が減衰することなく基板を透過し、反射モードの時は電波が減衰することなく反射することを確認した。

なお、同実験に使用した透明動的メタサーフェスは、ドコモが原理提案・設計をし、AGCが材料・微細加工技術の検討および製造を行った。

同技術は5Gよりもさらに高い周波数帯への適用も可能である。ドコモは、今後も5Gエリアの効率的かつ柔軟なエリア構築手法の確立をめざし、同時に5Gとその先の無線環境制御技術の研究・開発に取り組むとした。

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