Exploring mantle cloak technologies for 6G applications

まず、円筒座標系におけるマクスウェル方程式の境界条件から、平面波をTE入射させた場合の散乱抑制に必要な円筒マントルクローク表面の実効表面インピーダンスを解析的に求めた。次に、このマントルクロークに平面波入射させた場合の散乱波を計算し、本マントルクロークが散乱波を完全に抑制可能なことを解析的に示した。この表面インピーダンスは非零の正負の実部を持つため受動素子による実装は原理的には不可能であるため、表面インピーダンスの実部を零とした受動素子による実装の場合でも散乱波の抑制が最大となるよう誘電体基板の厚さと誘電率を数値的に最適化した。その結果、金属円筒の直径が2波長としても本受動マントルクロークが十分な抑制効果が得られることがわかった。次に、数値シミュレーションによりマントルクロークのエレメント構造を決定した。設計では、誘電体基板としてCOP基板および伸縮性基板を想定し、数値シミュレーションにより単位エレメント構造と表面インピーダンスの関係を与えるデータベースを構築し、試作上の制限を考慮して試作構造を決定した。続いて、設計した円筒クロークの散乱特性を数値的に求めた。先に示した単位エレメント構造パラメータを与えた場合、理論で予想した以上の散乱波が発生することがわかった。さらに、より高い散乱抑制性能の実現のため、得られた単位エレメント構造パラメータの値を初期値として表面構造の数値的最適化を検討した。その結果、後方散乱において10dB程度の散乱抑制効果が得られた。本原因を理論的・数値的に解明しその物理的解釈を与えるとともに、前方への散乱波の抑制について現在検討中である。

まず、円筒座標系におけるマクスウェル方程式の境界条件から、平面波をTE入射させた場合の散乱抑制に必要な円筒マントルクローク表面の実効表面インピーダンスを解析的に求めた。次に、このマントルクロークに平面波入射させた場合の散乱波を計算し、本マントルクロークが散乱波を完全に抑制可能なことを解析的に示した。この表面インピーダンスは非零の正負の実部を持つため受動素子による実装は原理的には不可能であるため、表面インピーダンスの実部を零とした受動素子による実装の場合でも散乱波の抑制が最大となるよう誘電体基板の厚さと誘電率を数値的に最適化した。その結果、金属円筒の直径が2波長としても本受動マントルクロークが十分な抑制効果が得られることがわかった。次に、数値シミュレーションによりマントルクロークのエレメント構造を決定した。設計では、誘電体基板としてCOP基板および伸縮性基板を想定し、数値シミュレーションにより単位エレメント構造と表面インピーダンスの関係を与えるデータベースを構築し、試作上の制限を考慮して試作構造を決定した。続いて、設計した円筒クロークの散乱特性を数値的に求めた。先に示した単位エレメント構造パラメータを与えた場合、理論で予想した以上の散乱波が発生することがわかった。さらに、より高い散乱抑制性能の実現のため、得られた単位エレメント構造パラメータの値を初期値として表面構造の数値的最適化を検討した。その結果、後方散乱において10dB程度の散乱抑制効果が得られた。本原因を理論的・数値的に解明しその物理的解釈を与えるとともに、前方への散乱波の抑制について現在検討中である。