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HOMEエレクトロニクス機器無線の行方はアンテナが決める > 第2回:MIMO時代の到来に向け,アンテナ技術が大きく飛躍(1)

無線の行方はアンテナが決める

第2回:MIMO時代の到来に向け,アンテナ技術が大きく飛躍(1)

  • 野澤 哲生=日経エレクトロニクス
  • 2009/03/03 00:00
  • 1/5ページ

出典:日経エレクトロニクス、2008年6月16日号、pp.57-61(記事は執筆時の情報に基づいており、現在では異なる場合があります)

複数の無線方式がそれぞれMIMOを利用する時代を間近にして
アンテナ素子を超小型にする技術が開花し始めた。
歴史は長いが応用が限られていたスマート・アンテナ技術も
一気に実用化されそうだ。
小型アンテナ素子の特性を適応的,自律的に変えることで
その限界を補完する手法が,今後は標準的になりそうだ。

 MIMOが標準となった無線通信時代に携帯電話機が「アンテナの林」になるのを防ぐには,アンテナ素子を非常に小さくするか,あるいは1組のアンテナ素子で複数の無線方式に対応するほかない。ところが,これは容易ではない。移動体通信に限っても,利用されている無線周波数は470M~6GHz,波長にして約5~64cmと非常に幅広いためだ(図1)。

図1 幅広い周波数に対応できない
各種の無線方式が利用する周波数帯とその波長を示した。470M~6GHzの移動体通信用途に限ったとしても,1/4波長は1.25~15.95cmと大きな幅がある。こうしたアンテナを共通化しないと端末の設計は困難になる。

 アンテナ素子に金属を利用する場合,性能を落とさずにアンテナ素子を1/4波長より小さくするのは,かなりの工夫が必要である。しかも,MIMO向けアンテナとして利用するには一般に,アンテナ素子間を1/2波長以上離して設置する必要があるなど設計上の制約が多い(図2)。例えば,800MHz帯では1/2波長が18cm前後になる。これでは,従来のアンテナはもう利用できない。

図2 戦略は小型化とスマート化
多数の無線方式の1端末への搭載に伴うアンテナの統合を実現するには,アンテナ素子の大幅な小型化や高密度な配置の実現,超広帯域への対応,空間多重による周波数資源の有効利用などが必要になる。これを同時に解決するには,アンテナ素子の小型化とスマート・アンテナ化を同時に進める必要がある。
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 メーカーなどがこうした問題に対応するために採り得る戦略は,大きく三つに分かれる。(1)メタマテリアルの採用,(2)極細幅素子の採用,(3)特性可変型アンテナと制御技術の組み合わせ,である。(1)はアンテナ素子の構造を変え,小型化かつ放射界の分布を設計可能にする。(2)は素子を透明に近くして数十本使っても目立たなくする。(3)は特性やビームの方向を周波数や利用状況に応じて切り替えて,実効的な性能を引き上げることを狙う。

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