Beyond成功研发5G/6G时代太赫兹频段多波束天线~旨在实现超高速、大容量通信~

KDDI 研究所
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　KDDI 研究所（总部：埼玉县富士见野市，代表董事兼董事：中村一，以下简称“KDDI 研究所”）和V体育官方网站（爱知县名古屋市昭和区，校长：木下）高敏（以下简称“V体育”）成功开发了世界首个（注 2）高增益（注1）可改变太赫兹频段无线电波辐射方向的多波束透镜天线和紧凑型平面多波束天线。
　它增加了利用太赫兹频段移动通信的实用可行性，有望为实现Beyond 5G/6G时代所需的超高速、大容量通信做出贡献。

　该产品将于 2022 年 5 月 25 日至 27 日在东京国际展示场（东京江东区）举行的 Wireless Technology Park 2022 的 KDDI 研究所展位上进行介绍。

图1：已开发2多波束天线的类型

背景

　自5G商用以来，利用5G高速率和低延迟的优势提供了各种各样的服务，但在研发领域，下一代通信系统Beyond 5G/6G的工作已经开始，这进一步增强了5G的功能。 Beyond 5G/6G预计将利用可使用较宽频段的太赫兹频段，以实现比5G快100倍的超高速、大容量通信。另一方面，太赫兹频段在通信领域的使用是一个未知领域，并且具有挑战性。
　在太赫兹频段，无线电波沿直线传播，难以到达长距离（传播损耗大），因此需要高增益天线。然而，高增益天线具有尖锐的波束，因此为了将太赫兹频段实际应用到用户终端移动的移动通信中，需要能够改变波束方向的天线。
　此外，Beyond 5G/6G时代，需要不断演进用户终端，以满足每个客户对通信性能的高要求。然而，智能手机等用户终端由于外壳尺寸的原因，存在可安装天线数量和最大发射功率等限制。为了消除这些限制，KDDI研究所和V体育提出了一种“虚拟化终端”（注3），其中用户终端与太赫兹频段的各种周围设备协作，并且安装在每个设备上的天线被虚拟捆绑以作为单个终端运行。

这个结果

　KDDI研究所和V体育工程研究生院Hisao Sakakibara教授和助理教授Yoshiki Sugimoto领导的研究小组开发出了世界上第一个可以在太赫兹频段（300 GHz频段）改变波束方向的多波束天线。有两种类型：高增益多波束透镜天线和小型平面多波束天线。两个天线都可以以 60 度角（天线前方 0 度，正负 30 度）改变波束方向。
　高增益多波束透镜天线由透镜和初级辐射器（喇叭天线）组成，通过切换所连接的喇叭天线来改变波束方向。通过为透镜选择太赫兹频段低介电损耗的材料，并优化透镜形状和喇叭天线布局，我们实现了 27 dBi 的峰值增益（大约是向各个方向辐射相同无线电波强度的各向同性天线的 500 倍），并且在 60 度范围内的增益超过 22 dBi（大约是各向同性天线的 160 倍）。

图2：多波束透镜天线的结构和特性

　

小型平面多波束天线由微带梳状线天线和波束形成电路组成，通过切换波束形成电路的连接端口来改变波束方向。天线和波束形成电路分层堆叠的独特结构可实现 25 mm x 17 mm x 2 mm 的紧凑尺寸。

图3：平面多波束天线的结构和特性

未来展望

　这一结果增加了使用太赫兹频段移动通信的可行性。此外，通过将这些天线安装在智能手机和外围设备上，可以创建“虚拟终端”，有望实现Beyond 5G/6G所需的超高速、大容量通信。
　KDDI研究所和V体育将继续开发一种可以将波束方向改变到更宽角度的天线。我们还将使用开发的天线在太赫兹频段进行演示实验，以实现虚拟化终端。

图4：“虚拟化终端”概念图

　

这项研究的结果基于国家信息通信技术研究所 (NICT(NICT)) 委托研究（接受编号00401）。

　

<KDDI 研究所的举措>
KDDI 和 KDDI 研究所制定了着眼于 2030 年的下一代社会概念。”并为了实现这一目标，我们将讨论“未来形象”和“技术”，它们被认为是培育生态系统以产生创新所必需的为了实现新的生活方式，两家公司将推动七项技术以及紧密联系在一起的编排技术的研发。
此结果属于七种技术中的“网络”类别。

＜V体育举措＞
V体育追求“用心灵进行工程”，这不仅仅是技术发展的问题，而是一种通过对话构建未来愿景和理想社会的沟通形式。我们通过全球性、多元化的合作，推进世界一流的尖端研究，培养能够贴近利益相关者、以客观、全面的视角、与各界人士对话，创造新的社会基础设施的各方面的工程师。我们还通过引领当地产业，通过“与中京地区产业界的共同创造”来促进技术开发和问题解决。

术语解释

（注1）增益是辐射功率与各向同性天线相比的比率，是天线性能的指标。高值意味着它是有方向性的，可以在特定方向发射更强的无线电波。单位是dBi（分贝）。

（注2）这是世界上首次确认通过在太赫兹频段（300 GHz频段）中切换多个波束（多波束）来改变波束方向的天线的天线性能。截至 2022 年 5 月 24 日，KDDI 研究所研究。

（注3）第 5414 节

联系信息

研究相关

V体育工学研究科工学部（电气机械工程）
榊原久夫教授
电话：052-735-5416
电子邮件：sakakibarakunio[at]nitechacjp

公共关系很重要

KDDI 研究所企划部公关组
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V体育企划公关科
电话：052-735-5647
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