Smart radio environments: artificial electromagnetic materials for passive spatiotemporal control

電磁材料・メタサーフェスはその周期構造を巧みに調節することで、たとえ自然界からは得ることのできない特性であっても人工的に作り出すことができる。このため、同電磁材料は到来する電波信号を任意の角度へと反射・透過することができる。なお、一般的にメタサーフェスの電磁特性は静的であるものの、バラクタなどの回路素子を取り込みFPGAによって制御することで、周囲の電波環境に応じてアクティブに変化させることができる。しかしながら、このようなアクティブ制御手法では常に外部電源を必要とするため、移動・再設置などの観点から応用可能性を限定することになる。そこで本研究では自己チューニング可能かつ時空間的に振る舞いを変化させるメタサーフェスを開発し、無線通信環境の改善に貢献する。2022年度は上記メタサーフェスの設計を数値解析に基づいて実施した。まず、本研究ではAnsys社製Electronics Desktopにて利用可能な電磁界解析シミュレータHFSSに回路シミュレータCircuitを統合した協調解析手法をベースとした評価手法を用いた。本手法によるメタサーフェスの評価・設計では、特に損失成分の影響によって散乱特性が大きく影響を受けることが明らかとなり、誘電損失・導電損失をともに抑制できる設計法を考案した。ここでは放射成分に関与するQ値と吸収作用に関するQ値との関係性に着目することで、メタサーフェスの散乱特性性能を向上させることに至った。関連成果は学術論文として取りまとめ、IEEE Transactions Vehicular Technology誌（IF=6.2）などで現在査読中である。

電磁材料・メタサーフェスはその周期構造を巧みに調節することで、たとえ自然界からは得ることのできない特性であっても人工的に作り出すことができる。このため、同電磁材料は到来する電波信号を任意の角度へと反射・透過することができる。なお、一般的にメタサーフェスの電磁特性は静的であるものの、バラクタなどの回路素子を取り込みFPGAによって制御することで、周囲の電波環境に応じてアクティブに変化させることができる。しかしながら、このようなアクティブ制御手法では常に外部電源を必要とするため、移動・再設置などの観点から応用可能性を限定することになる。そこで本研究では自己チューニング可能かつ時空間的に振る舞いを変化させるメタサーフェスを開発し、無線通信環境の改善に貢献する。2022年度は上記メタサーフェスの設計を数値解析に基づいて実施した。まず、本研究ではAnsys社製Electronics Desktopにて利用可能な電磁界解析シミュレータHFSSに回路シミュレータCircuitを統合した協調解析手法をベースとした評価手法を用いた。本手法によるメタサーフェスの評価・設計では、特に損失成分の影響によって散乱特性が大きく影響を受けることが明らかとなり、誘電損失・導電損失をともに抑制できる設計法を考案した。ここでは放射成分に関与するQ値と吸収作用に関するQ値との関係性に着目することで、メタサーフェスの散乱特性性能を向上させることに至った。関連成果は学術論文として取りまとめ、IEEE Transactions Vehicular Technology誌（IF=6.2）などで現在査読中である。