Development of an array antenna system for beyond-5G mobile base stations using flexible aperiodic metasurfaces

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14798
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Kato Yuto 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (70635820)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: メタ表面 / ポスト5G / ビームフォーミング / アレイアンテナ / メタマテリアル

Outline of Final Research Achievements

The 5th generation wireless communication (5G) uses beamforming technology using millimeter waves. The conventional beamforming technology requires a complicated structural design of antennas and uses active elements such as amplifiers that accompanies heat dissipation, which results in a limitation in terms of function, performance, and efficiency. In this research, I proposed a novel configuration that combines an ultra-thin aperiodic metasurface and an array antenna, aiming to realize the beamforming technology required for 5G and beyond-5G communications. Specifically, I envisioned a configuration in which a curved metasurface using a flexible substrate was attached to the curved surface of the dielectric radome of a base station antenna.

Free Research Field

電磁波計測

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

メタ表面によるアレイアンテナのビームフォーミングとして、メタ表面によるアレイアンテナの開口面効率の増大を実証した。具体的には、Xバンドレーダー用のアレイアンテナの開口面に開口面の位相分布を均一にする大面積メタ表面を取り付けた構成により、アレイアンテナの透過利得が3 dB増大することを実験的に確認した。本成果はメタ表面とアレイアンテナの組み合わせという提案構成の実現可能性を確認したもので、5Gやポスト5G無線通信の基地局システムにおける活用が期待される。