次世代を切り拓く 「ミリ波」 を使いこなそう

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なんでも探検隊

次世代を切り拓く「ミリ波」を使いこなそう

2023年3月9日
宇都宮大学　工学部
基盤工学科・情報電子オプティクスコース

「ミリ波」と呼ばれる電波を知っていますか？

　スマートフォンやWiFiなどで使われるマイクロ波と呼ばれる電波よりも、周波数が高く、波長が短い電波です。専門的な定義では、周波数が30-300GHz、波長が10mm-1mmの電磁波がミリ波と呼ばれます。また、「ミリ波」は直進性が強く、大気や壁による減衰が大きいため、電波到達距離がマイクロ波と比較して短いという特長があります。ちなみに、マイクロ波は、周波数が0.3-30GHz、波長が100cm-1cmの電磁波です。マイクロ波は、様々な無線通信に利用されているため、電波資源は余裕がなくなってきました。そこで、新たな電波資源として、注目を集めているのが「ミリ波」です。

周波数利用状況のイメージ図

「ミリ波」は、2020年春に商用サービスを開始した第5世代移動体通信(5G)で利用され始めました。さらに、2030年サービス開始予定の第6世代移動体通信(6G)では、より高性能な無線通信を実現するべく、「ミリ波」をより活用することが検討されています。

「ミリ波」は、無線通信技術だけでなく、センシング技術にも応用できます。例えば、完全自動運転を目指した衝突防止用ミリ波レーダ技術、空港など金属探知機に代わるセキュリティ技術、生体や血液などを非侵襲で計測する医療技術、農作物や乳飲料などの出来栄えを評価する農業IoT技術などへの応用も期待されています。

　しかし、「ミリ波」は、マイクロ波よりも周波数が数倍から数十倍以上高く、波長も短くなります。このため、回路寸法は非常に小さくなり、損失も増加するので、ミリ波を使いこなすのは、一筋縄ではいきません。

開発した低損失ミリ波フィルタとその特性

　ミリ波を使いこなすには、高性能なミリ波回路だけなく、電気特性が優れた低損失なミリ波材料も必要になってきます。

　私たちは、ミリ波材料開発をサポートするために、各種材料の評価手法や低損失受動回路の研究開発を行っています。材料評価法開発では、プラスチックやセラミックなどの誘電体材料の比誘電率や誘電損失を高精度かつ高能率に測定するために、共振現象を活用した様々な評価方法を開発しています。さらに、開発した評価法を活用した低損失なミリ波伝送線路や超電導フィルタなどの受動回路の開発を行っています。

　これらの研究成果は、優れたミリ波向け誘電体材料や導体材料、さらには次世代ミリ波無線システムの開発に活かされ、皆さんが日々使用するスマートフォンの発展に寄与し、持続可能な豊かな社会の形成にも役立っていきます。