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 2021年以降、第5世代移動通信サービス(5G)において、いわゆるミリ波帯(日本では28GHz)を使ったサービスが世界各国で本格化する*1

*1 現在の5Gサービスは主に6GHz以下のSub6と呼ばれる周波数帯でサービスが提供されている。ミリ波でのサービスを既に広く商用展開しているのは米国のみだ。韓国やロシアでは2021年にサービスが開始される模様。日本では現在スタジアムなどでスポット的に用いられており、今後、広域エリアにも対応する方針。

 しかし、ミリ波は電波が遠くまで届きにくいという課題がある。直進性が高く、遮へい物で減衰しやすいためだ。例えば、屋外の基地局と屋内の端末がミリ波で通信すると、通信環境が不安定になる。

 そこでAGCは、「メタサーフェスレンズ」を開発した。メタサーフェスレンズは、その名の通り、ミリ波を一点に集めるレンズとして機能する。メタサーフェスレンズの機能を持つシートを窓ガラスの内側に貼って使用する。

窓ガラスの室内側に貼り、ミリ波を焦点に集める
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窓ガラスの室内側に貼り、ミリ波を焦点に集める
メタサーフェスレンズの透明化前の外観を示した。透明化処理を施すと、「うっすらと同心円状の模様が見えるが、窓の景観を損ねない」(AGC)という。(出所:AGC)

 この集めたミリ波を、電波を狙った位置に拡散させる性質を持つアクティブリフレクターを介して部屋中に拡散することで、窓ガラスでの減衰の影響を抑える。将来的には、増幅機能を持つリピーターを併用する。本技術はNTTドコモと共同開発し、2021年1月に発表した。ミリ波の国内商用網の本格化が見込まれる2023年までに、商用化可能な段階まで研究開発を仕上げるのが目標である。

メタサーフェスで電波を一点に

 メタサーフェスは、「ユニットセル」という立体構造を周期的に配置して、入射した電波の位相をコントロールする技術である。

 メタサーフェスレンズは、厚さ数μmとフィルムのように薄く、表面には、低抵抗の導体で作られた数mmサイズのユニットセルが数mm置きに同心円状に配置されている。このメタサーフェスが特定の周波数の電波の位相を変化させ、通過した電波を焦点に集める。窓ガラスに入射する電波の総量はレンズの有無によらず不変だが、それを1箇所に集められるのが、この技術の特徴である。ユニットセルの寸法や配置によって、対応する周波数や焦点を一定の範囲内で調整できるという。

電波を拡散して室内をエリア化する
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電波を拡散して室内をエリア化する
メタサーフェスレンズの主な利用シーンを示した。屋外から受信したミリ波を天井などの一点に集める。アクティブリフレクターが拡散し、室内の広い範囲に届ける。焦点の位置はユニットセルの寸法や配置により、一定の範囲内で調整可能。(図:AGCの資料を基に日経クロステックが作成)