アンテナ設計の最適化ソリューション

三菱マテリアルは、独自のチューニング技術とこれまでの豊富な経験とノウハウを活かして、お客様のアンテナ設計課題に対する最適なソリューションを提供いたします。

 

 

お客様のお悩み事例

 

 

 

 

 

三菱マテリアルが提供する最適化ソリューション事例集

 

キーワード:アンテナ設計、マッチング、チューニング、立会試験、ダイバーシチ、920MHz、MIMO、相関係数、M2M、IoT

 

 標準的なアンテナ設計提案

 

弊社チップアンテナ製品をご採用いただくことにより、お客様セットの上でアンテナがベストパフォーマンスを発揮できるよう、最適設計のご提案をさせていただきます。
お客様セットを弊社でお預かりして、セットの影響を考慮したアンテナのマッチング調整(=チューニング)を行い、併せてアンテナ性能に関する様々な評価結果もご提供することが可能です。
チューニングは、弊社チップアンテナと所有の※特許である推奨レイアウトを用いることで、短時間での実施が可能となり、お客様の急なご要望に速やかにお答えできます。
※特許4089680号

 

適用周波数帯と対応製品型名

 

 

基本設計条件の確認

お客様セットの受領

アンテナ設計(マッチング)と最適化チューニングの実施

お客様立ち会いによるアンテナ性能評価試験(ご希望により実施可能)

アンテナ設計・性能評価報告書の提出

試作品、実機を用いたアンテナ性能評価試験(ご希望により実施可能)

 

 

推奨マッチング回路

 

 

 

推奨レイアウト ダイバーシチ構成の推奨レイアウト

 

 

特性例(入力特性)

 

 

特性例(放射効率特性)

 

 

相関係数例

 

 

 

特性例(放射パターン)

 

 

 

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キーワード:相関係数、ダイバーシチ、MIMO、M2M、IoT、3G、LTE、マルチバンド

 

 3G通信方式からLTE通信方式へ変更した事例

 

IoT:Internet of Things(モノのインターネット)の普及によるデータ通信量の増大と通信スピード向上の要望が高まっております。
3G通信方式を使用していた従来のM2M機器のモデルチェンジやバージョンアップの際に、より高速なLTE通信方式へ変更する事例が増加しています。LTE通信方式は複数のバンドを使用するため、小さな領域から複数の周波数を送受信することになり、相互干渉を考慮した難易度が高いアンテナ設計が必要になります。
三菱マテリアルは、独自のチューニング技術と設計実績により積み重ねた豊富なノウハウを活かして、お客様の課題をすみやかに解決いたします。

 

<設計前(現行品):3G通信方式アンテナ>

 

Band 放射効率
Band19 -3.8dB
Band1 -4.6dB

 

<設計後:LTE通信方式アンテナ>

 

Band 周波数帯 放射効率
メイン サブ
Band19 800MHz -3.8dB -5.4dB
Band1 2.1GHz -2.9dB -4.4dB


 

 

推奨レイアウト ダイバーシチ構成の推奨レイアウト

 

 

 

キーワード:通信試験、通信距離、ウェアラブル、人体影響、ヘッドセット、Bluetooth®

 

 Bluetooth®通信機器の通信性能を改善した事例

 

無線通信機器の設計は機器単体での通信性能向上では十分ではありません。三菱マテリアルのアンテナ設計サービスでは、使用環境を想定したチューニングを提案いたします。
例えば、スマートフォンなどで使われるBluetooth®ヘッドセットでは、装着する人体の影響を考慮したチューニングによりアンテナ性能を最適化することで、飛躍的な通信距離アップを実現します。

 

人体ファントムを用いたアンテナ設計と最適化チューニングの実施

試作品、実機を用いたフィールド通信試験(ご希望により実施可能)

 

 

<人体を考慮した最適化設計>

 

ウェアラブル機器は人体に装着して使用する為、アンテナ特性が変化します。
弊社は疑似人体(人体ファントム)を用いてアンテナ性能を最適化することで、飛躍的な通信距離アップを実現します。

 

 

耳付人体ファントム(ヘッドセット、ヘッドフォン等のウェアラブル機器を装着可能)

 

 

<Bluetooth®ヘッドセットのアンテナ性能試験>

 

お客様ご指定の試験条件(通信距離)にて通信試験を実施いたします。

 

 

<Bluetooth®ヘッドセットの通信距離改善>

 

無線通信は人体の影響等により通信感度が低下してしまいます。
Bluetooth®ヘッドセットを装着する人体が遮蔽物となるため、スマートフォンの位置によって通信性能が変化してしまいます。
下の図の場合には、右耳に装着したヘッドセットに対する通信感度はスマートフォンを右手に持つことで良好な通信状態が成り立ちます。実際にヘッドセットとスマートフォンを使用する環境では、右耳にヘッドセットを装着し、左手にスマートフォンを持つ場合や手元のバッグ類にスマートフォンを入れている場合もあるでしょう。
このような実使用を想定したフィールド試験を行い、アンテナ設計の最適化チューニングによる性能向上を実現することで、最終的に製品を使用するお客様の満足度を向上させることが期待できます。

 

 

 

 

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キーワード:電磁界シミュレーション、CAD、筐体影響、金属影響

 

 電磁界シミュレーションを利用した設計支援事例

 

スマートフォン、デジタルカメラ、カーナビゲーションシステム等の筐体内部にアンテナを搭載する場合には、周囲の金属部品やバッテリー等がアンテナ性能に大きな影響を与えます。
三菱マテリアルは、3D CADを使用した電磁界シミュレーションと実験の併用解析を行うことにより、設計の初期段階でアンテナ性能に影響する構造物を事前に推定することが可能です。

 

 

<シミュレーションによる改善実施例>

 

「カーナビゲーションシステム向け2.4GHz帯アンテナの事例」
   ・Bluetooth® ハンズフリー用
   ・Wi-Fi®用 等

 

 

 

改善実施例

 

改善前の設計では、アンテナ領域内のチップアンテナが金属製の製品筐体に近い場所に設計されています。この配置では、アンテナと金属筐体が近接しているため、金属筐体の影響で十分なアンテナ性能が得られません。
三菱マテリアルは、独自のチューニング技術と設計実績により積み重ねた豊富なノウハウを基に二つの改善案を提案いたしました。


改善案1 : チップアンテナの配置をアンテナ領域の中央に変更する。
改善案2 : 金属筐体の形状を変更する。

 

 

このように設計原案を変更する場合には、お客様の製品形状の変更が必要となり、設計期間の延長やコストが必要となってしまう可能性があります。
三菱マテリアルの電磁界シミュレーション設計を活用することによって、実際の製品の試作前段階での設計課題とその改善提案が可能となり、設計期間の短縮と、コストの低減ができます

 

 

シミュレーション結果 (近傍界)

 

 

このシミュレーション結果から、以下のことが、推定できます。

<改善前>
  ・チップアンテナ周辺で電界強度が強く赤色となっている。
    ⇒ チップアンテナと金属が強く結合している。 
    ⇒ 筐体外の空間への放射 : 弱い。

<改善後>
  ・アンテナ配置及び板金形状の変更を実施。
    ⇒ 金属との結合が低減されている。
    ⇒ 筐体外の空間への放射 : 強い。

 

アンテナ特性の向上が期待できる!

 

 

 

 

シミュレーション結果 (遠方界)

 

上記のシミュレーションモデルをカーナビゲーション製品全体で確認することが可能です。

 

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 アンテナ評価設備

 

三菱マテリアルでは、お客様のご要望に迅速に対応できるよう電波暗室による試験を実施しております。

 

 

セルラー帯アクティブ測定評価

リバブレーション・チャンバ+無線機テスタ(アンリツ 製 MT8821C)の測定システムによるOTA評価が可能。
3GPP(3rd Generation Partnership Project) 各種通信方式のRF送受信試験に準拠。
最新の通信方式: キャリア アグリゲーション対応 ⇒ 2CA / 2x2 MIMO 測定可能。


測定項目
TRP (総放射電力)
TIS (総等方性受信感度)
通信方式
  3GPP test specification TS 34.114 に適合
   ・LTE FDD / LTE-Advanced
   ・LTE TDD / LTE-Advanced
   ・GSM / GPRS / EGPRS
   ・W-CDMA / HSPA+
   ・TD-SCDMA / HSPA
   ・2x2 SIMO / MIMO
測定時間(公称)
TRP測定 5分/channel
TIS測定 15分/channel

測定システム

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リバブレーション試験装置

リバブレーション・チャンバは、W-CDMA、GSM、 LTE 、Bluetooth®、無線LAN、などのマルチパス環境下での動作で設計された、小型アンテナの放射効率測定が非常に短時間で可能です。


電波暗室での3次元放射パターンデータの積分によって求めていた、従来の小型アンテナ評価法に代わるものです。
人体の影響を評価するために、ヘッドファントムの近傍の通話位置での端末の測定に、特に適しております。

 

測定項目 アンテナ放射効率
ダイバーシチ
マルチアンテナ相関係数
測定周波数範囲 650MHz~6GHz
RFシールド > 100dB
測定偏差 0.3dB (STD)
再現性 0.1dB (STD)
測定時間(公称) アンテナ放射効率 1分
ダイバーシチ・ゲイン 1分
MIMOキャパシティ 1分

リバブレーション・チャンバ

疑似人体モデル(頭部)

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電波暗室アンテナ測定装置

三次元(球面)測定システムによりスマートフォン、フィーチャーフォン、LTEデバイスに代表される放射性効率の全球面測定が可能です。
アンテナ技術サポートのより一層の充実を図って参ります。


構造 内壁6面を2層フェライトタイル+発泡スチロール電波吸収体で構成
寸法 3m法電波暗室
室内寸法:6.1m(W)x3.1m(D)x2.5m(高さ)
シールド面寸法:7.0m(W)x4.0m(D)x3.0m(高さ)
電気的性能 クワイエットゾーン φ50cm(球形)、中心高さ1.05m
アンテナ測定 300MHz〜18GHz
EMI測定 30MHz〜1GHz
電磁シールド特性 150kHz〜18GHz
電源線遮蔽特性 150kHz〜18GHz
付帯設備 アンテナポジショナー
ターンテーブル
ITVシステム
三次元(球面)測定システム(二次元→三次元測定の切り替え可能)
測定機器 アンテナ ダイポール、バイコニカル、ログペリ、ホーン
信号発生器
スペクトラムアナライザ
ネットワークアナライザ

電波暗室

三次元(球面)測定システム

 

 

「Wi-Fi®」はWi-Fi Allianceの登録商標です。
「Bluetooth®」は、Bluetooth SIG, Inc. USAの商標または登録商標です。

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