5G / 6G に求められる電磁波対策用シールドおよび吸収材料の開発のコツ

第五世代移動通信 (5G) の電磁波シールド・吸収材料の選定が佳境に入っている。本講義では5Gから6Gへと通信が高周波化するトレンドに対応する電磁波ノイズ対策として、新事業展開への提言と位置付けて、電磁波シールドおよび吸収用材料の開発を提案する。 　前半に5Gの最近の動向および電磁波シールドおよび吸収の原理について初学者にも分かり易く述べる。高校レベルのベクトルについての知識があると理解が深まる。後半は講演者の経験に基づく、実験計画法等の技法で陥りやすい失敗を事例に挙げながら、導電材料・磁性材料・誘電材料の特性を活かしながらシールド・吸収材料を開発する方法について経験を交えながら解説する。 　2020年4月から5Gが本格稼働した。最新動向に注目すると、NTT白書によればビヨンド5G (B5G) を5Gエボリューションと位置付けている。また、NOKIAは高速通信に対してシャノン限界を超える目標を立てている。つまり、まったく新しいサイバー構想が描かれている。その構想を短時間だが読み解いてゆきたい。新事業を目的として製造される新素材は開発者泣かせである。電磁波遮蔽・吸収性能評価結果は、開発した本人でも理解しづらいことが多い。また、電磁波シールド・吸収材料・メタマテリアルを作る必要性についての明確な市場ニーズがなければならない。したがって、新規提案するときの事業化形態についても考えてゆく。

1. 第五世代移動通信 (5G) の動向
   1. 5Gの位置づけ
   2. 5Gの三つの目標およびキーコンセプト
   3. 周波数に対応した電磁波吸収材料の選択のコツと可能性
   4. B5Gとは何か (シャノン限界に応える電磁波遮蔽・吸収材とは何か)
   5. B5Gおよび6G (300GHz以上) の動向
2. 電磁波の基礎
   1. 電磁波とは何か (電磁波の回り込みと透過する特性[波の特性])
      1. 電磁波の周波数マップ
      2. ヤングの光干渉
      3. 電磁波の発生原理
   2. 金属の電磁波反射原理 (渦電流発生による電磁波遮蔽[シールド効果])
      1. 原理の解説
      2. 透磁率・誘電率による屈折
      3. フレネル反射
   3. 電磁波を吸収する原理 (電磁波吸収のメカニズム[熱変換])
      1. シールドと吸収の違い
      2. 電磁波吸収の原理
   4. 電磁波吸収のシミュレーション原理
      1. 誘電率と誘電正接
      2. 電磁波吸収体機能性向上のコツ
      3. シミュレーション実施の原理原則
      4. シミュレーションで得られる情報
3. 電磁波シールド・吸収材料・メタマテリアル
   1. シールド材料の紹介
      • 材料の構造
      • 求められている材料特性
      • 代表的な材料の紹介
   2. 吸収材料の紹介
      • 材料の構造
      • 求められている材料特性
      • 代表的な材料の紹介
   3. メタマテリアルの紹介
      • 材料の構造
      • 求められている材料特性
      • 代表的な材料の紹介
4. 電磁波シールド・吸収材料設計のコツ
   1. 電磁波シールド材料設計のコツ
      1. 帯域をベースにした考え方
         • 狭帯域
         • 広帯域
         • ミリ波帯
      2. ノイズ加害・被害をベースにした考え方
   2. 電磁波吸収材料設計のコツ (遠方界の伝送線路)
      1. 電磁波吸収シートの構成例
      2. 放射ノイズと表皮効果
5. 電磁波シールド・吸収材料の評価法
   1. インピーダンスアナライザー (スペアナ) を用いる評価法
   2. ベクトル・ネットワークアナライザーを用いる評価法
      1. 導波管法
      2. 共振法
   3. 自由空間法について
   4. その他の評価法
      1. 近傍次回強度分布表示法
      2. 反射・伝搬法
      3. 空間定在波法
      4. TDR法
      5. 大型導波菅法
      6. マイクロストリップ線路法
      7. KEC法
      8. 容量法
      9. トロイダルコア法
      10. 電波暗室・電波暗箱用吸収体
      11. Sパロメータ法の計算モデル
6. ノイズ抑制材料の商品化
   1. 電磁波ノイズの発生原因と分類
      1. 発生原因と分類
      2. 伝達経路
      3. ノイズ対策の基本
      4. 高周波におけるノイズ対策
   2. ビジネスモデルの構築
      1. ターゲットの明確化
      2. 電波吸収体選定のポイント
      3. SWOT分析
   3. 商品化事例
      1. 磁性材料の粉末ビジネス
         1. 狙い
         2. フィラーの開発
         3. ナノコンポジット粉末の樹脂複合化事例
            • 熱可塑性樹脂
            • 熱硬化性樹脂など
      2. 誘電材料のシート売りビジネス
         1. 狙い
         2. シートの開発
      3. 5G向けシートの製品化検討
         1. 複合アラミドペーパーの事例
         2. ノイズ抑制効果と周波数帯域
         3. 150℃伝送減衰率のその場評価
7. まとめ