補足資料メタマテリアルを応用し、無線モジュールの通信性能を向上する世界最小クラスのアンテナを開発 NEC システム実装研究所－NECエンジニアリング資料より－今回開発した技術の位置付け家庭向けエネルギーマネジメントシステム（HEMS）新開発！無線モジュール適用事例無線モジュール向けアンテナワイヤレス照明コントロール無線モジュール無線モジュール見守り支援サービス無線モジュールお客様の機器、基板 Page 2 © NEC Corporation 2012 成果概要 ▌近距離無線モジュール向けの世界最小クラスのアンテナを開発 •メタマテリアルの構成要素であるスプリットリング共振器（SRR）*をアンテナ素子として採用 •プリント基板にSRRを複数積層した新構造により、小型化と高い放射効率を確保 ▌組み込み型無線モジュールにおいて従来を凌ぐアンテナ性能を実現 •機器に組み込んだ際のアンテナ特性の変動を抑制 •全方向に高い感度を有するアンテナを実現 z本アンテナを活用したZigBee無線モジュール製品の発売を、ＮＥＣエンジニアリングより2012年度上期に予定 *スプリットリング共振器：Sprit Ring Resonator (SRR) Page 3 © NEC Corporation 2012 メタマテリアルとは？金属、超伝導体などの小片からなる「単位素子」を波長に比べて十分小さい間隔で並べた構造体は実効的な「媒質」として振舞う。このような構造体をメタマテリアル（または、人工媒質）と呼び、通常の媒質とは異なる電波的な振る舞いを示し、・小型アンテナ・無線機器内部の電磁干渉の抑制・電波レンズ・ステルス技術（透明マント）などの応用が検討されている。（メタマテリアルの例）単位素子ノイズの伝搬をカットするEBG構造 (EBG: Electromagnetic Band Gap) Page 4 © NEC Corporation 2012 スプリットリング共振器（SRR）を配列スプリットリング共振器を用いた世界最小級アンテナを開発（従来）スプリットリング共振器を周期的に配列し、特異な媒質として利用スプリットリング共振器（SRR）ループ電流（今回）・ＳＲＲをアンテナエレメントとして利用・多層構造で小型化を実現 SRRを用いたアンテナ（従来） 2.4GHz帯グラウンドプレーン給電線スプリットリング共振器アンテナ 9mm×3.5mm Page 5 © NEC Corporation 2012 実用化に向けた取り組み（無線モジュールへの適用）スプリットリング共振器アンテナ無線モジュール ▌従来の無線モジュールアンテナの課題 ①お客様のさまざまな製品に組み込まれた際のアンテナ特性の変動 ②特定方向の受信感度が不足素子に流れる電流の分布に着目した最適なアンテナ構造を提案し、上記の課題を解決－アンテナ設計技術－ Page 6 © NEC Corporation 2012 素子に電流を集中させ、機器組み込み時の特性変動を抑制従来の線状アンテナスプリットリング共振器アンテナ無線モジュール無線モジュールグラウンド側に電流が漏洩アンテナ素子に電流が集中組み込んだ機器の基板に流れる電流が減少組み込んだ機器の基板に大きな電流が流れるお客様の基板上の電流分布お客様の基板上の電流分布 InvertF_S11 SRR_S11 ANSOFT 0.00 ANSOFT 0.00 Curve Info -5.00 X without_MB Imported with_MB(10x10) Setup1 : Sweep4 Y m1 2.3730 -15.2644 m2 2.3570 -15.4380 モジュール単体モジュール単体 -10.00 S11 (dB) -5.00 -10.00 S11 (dB) Name 基板に装着時変動大 m2 -15.00 m2m1 -15.00 m1 変動小基板に装着時 -20.00 -20.00 Curve Info Name X with_MB Setup1 : Sweep2 Ly='25mm' without_MB Imported feed_x='4.3mm' Ly='25mm' Y m1 2.4000 -10.8509 m2 2.3100 -15.1853 -25.00 2.00 Page 7 2.20 2.40 2.60 Frequency (GHz) 2.80 3.00 -25.00 2.00 © NEC Corporation 2012 2.20 2.40 2.60 Frequency (GHz) 2.80 3.00 二つの電流の組み合わせにより等方的な指向特性を実現水平方向に一様な電波を放射させる電流磁気的アンテナ垂直方向に一様な電波を放射させる電流電気的アンテナ＋水平方向に一様な放射指向性垂直方向に一様な放射指向性等方的な指向特性 ZX Total Gain_2 ＜SRRアンテナ＞ -30 0 0 30 -30 -5.00 -60 -5.00 60 -10.00 -60 -15.00 90 -120 120 -150 Page 8 -90 90 -120 －指向性の比較－ -150 120 150 -180 60 -10.00 -15.00 -90 ほぼ等方的な指向性＜従来アンテナ（逆Ｆ型）＞ 30 © NEC Corporation 2012 150 -180 この方向で無線通信性能劣化本アンテナを活用したZigBee無線モジュール製品の発売を、ＮＥＣエンジニアリングより2012年度上期に予定ＮＥＣでは今後も、本アンテナの研究開発を進め、安定した無線接続による信頼性の高いM2Mネットワークの実現を目指します Page 9 © NEC Corporation 2012 Page 11 © NEC Corporation 2012