创新背景

近年来，移动通信的高频化不断推进，在5G/6G后，毫米波频率超过100GHz 被利用。在毫米波通信中，由于障碍物的屏蔽效应而限制通信区域是一个问题，使用元表面反射器的通信区域的扩展引起了人们的关注，该反射器能够将高效反射设置为特定方向。 然而，在100 GHz以上的毫米波段，由于难以高精度地测量高效设计所需的材料参数，因此目前还没有开发和验证元表面反射器的例子。

创新过程

AIST致力于使用平衡圆盘谐振器方法进行介电常数和电导率测量的研究，作为高精度毫米波段材料测量方法，与传统自由空间方法相比，不确定性为十分之一或更少，并实现了世界最高精度。此外，与大阪大学合作，研究了6G元表面对电磁波的高级传播控制。利用毫米波段高精度材料测量技术，研究人员开发和验证了140 GHz频段元表面反射器。

研究人员开发的元表面反射器具有在电介质基板表面周期性排列亚毫米级金属贴片的结构，背面覆盖着金属。在介电基板上，选择在毫米波段低损耗环烯烃聚合物表面形成镀铜金属层的基板。为了进行金属贴片的结构设计，采用平衡型圆板谐振器法，测量了介电基板的复杂介电常数和表面金属层的电导率。通过外推材料参数高达121 GHz的频率依赖性的测量结果，估计了元表面反射器设计频率为140 GHz的值。

研究人员对设计的元表面反射器进行了试制，并对其性能进行了评价。从发射天线垂直照射电磁波到反射器，在改变接收天线的角度时获得反射率。异常反射方向设计（α = =R），镜面反射方向（± = 0°）和对称方向（α = = =R）可能发生不必要的反射，显示了反射率频率依赖性的测量结果。在140 GHz附近，对特定μR方向的反射较大，并且抑制了0°和-μR方向的不需要的反射，确认了设计的异常反射特性。在这两个方向的不需要反射的总和是最小的工作频率中，与异常反射相比，两个方向的不需要的反射很少且被充分抑制，实现了对特定μR方向的高效反射。通过基于高精度材料参数的设计，工作频率与设计吻合良好，并证明了异常反射行为几乎与设计一致。

对于每个反射器，研究人员测量了工作频率下反射率的角度依赖性。在实验系统中，天线和反射器之间的距离较小，入射波的波束直径较小。 结果中校正了这种实验系统的影响，估计了实际使用环境下的效率，假定电磁波从远基站天线进入大面积元表面反射器的整个表面，总反射效率，包括元表面反射器的材料损耗为84%，确认高效操作。同样，μR = 45 Ω，对于设计为 75 Ω 的反射器，分别确认了 88% 和 82% 的高反射效率。

创新价值

此次开发的140 GHz频段元表面反射器，在不损害景观的情况下和高安装自由度下，可实现基站和终端的高效中继，有望为5G/6G后通信的低功耗和灵活区域扩展做出贡献。

创新关键点

研究人员开发的这个在5G/6G后140 GHz频段上自由设置反射方向的反射器，基于高精度毫米波段材料测量的优化设计可提供高达 88% 的高效反射。