テラヘルツ無線通信用の超小型アンテナを開発：Beyond 5G／6Gに向けて

岐阜大学やソフトバンク、情報通信研究機構（NICT）らによる研究グループは、「Beyond 5G／6G」に向けたテラヘルツ無線通信用の超小型アンテナを開発した。スマートフォンへの実装が可能な小ささである。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

アンテナ利得を維持し、1.36×1.36×1.72mmサイズを実現

　岐阜大学やソフトバンク、情報通信研究機構（NICT）および、National Research Tomsk State UniversityとTomsk Polytechnic Universityの研究グループは2020年6月、「Beyond 5G／6G」に向けたテラヘルツ無線通信用の超小型アンテナを開発したと発表した。形状は無線信号波長と同等の大きさで、スマートフォンへの実装を可能とした。

　Beyond 5G／6G時代に向けて、100Gビット/秒以上の伝送速度を可能にするテラヘルツ無線通信技術の研究が始まっている。テラヘルツ無線は、5G（第5世代移動通信）システムで利用されるミリ波帯に比べ、より広い周波数帯域が利用できるため、無線通信の高速・大容量化に適している。一方で、伝搬損失が大きいため、利得の高いアンテナが必要となる。スマートフォンへ実装するには形状の小型化も不可欠である。

　研究グループは今回、フォトニックジェットを発生させる直方体誘電材料を用いて小型アンテナ（DCA：Dielectric Cuboid Antenna）を開発した。このテラヘルツ無線アンテナは、形状が1.36×1.36×1.72mm（開口面積は1.8mm²）で、無線信号波長と同等のサイズである。しかも、アンテナ利得は約15dBi（シミュレーション値）を確保している。

スマートフォン上に配置した超小型アンテナのイメージ 出典：NICT他

アンテナ開口面積とアンテナ利得との関係 出典：NICT他

　同等のアンテナ利得を持つホーンアンテナに比べると、体積は約40％と小さい。寸法が同じホーンアンテナと比べると、3dBビーム幅（FWHM）はE面で約80％、H面では約70％も狭くなったという。

　開発したアンテナを用いて300GHzのテラヘルツ電磁波を放射し、アンテナ開口面での電界分布を測定した。実験結果から、放射された電磁波の位相分布はアンテナ開口面で一様になることを確認した。

開発したアンテナの近傍界（実測） 出典：NICT他

　DCAの放射パターン（E面）について、実測による推定放射パターンと、シミュレーションによる数値計算結果を比較した。これによると、3dBビーム幅（FWHM）の実測値はE面で23度となり、両者は極めて一致していることが分かった。

開発したアンテナ（DCA）の遠方界（E面） 出典：NICT他

　研究グループは今後、開発した小型アンテナをテラヘルツ無線伝送システムに適用し、無線送受信機の実現可能性を調査することにしている。