電磁界解析によるミリ波電波吸収体の設計事例

目的

背景

  • ミリ波電波吸収体は、ミリ波帯の第5世代移動通信システム(5G)や車載レーダー等に影響を及ぼす電波ノイズの対策に有用である。

目的

  • ミリ波電波吸収体において金属裏打ちあり/なしの場合で電磁界シミュレーションを実施し、吸収性能を比較した。

使用する解析ソフト

  • 3次元電磁界シミュレータ XFdtd を使用する。

解析条件

  • 図1に解析モデルを示す。厚み280μmの吸収体に対して直上より平面波を入射する。吸収体モデルは金属裏打ちあり/なしの2パターン作成する。
  • 図2のように吸収体上下に反射波用センサおよび透過波用センサをそれぞれ配置する。

 

xf_mmwave_absorber_model
図1:解析モデル
xf_mmwave_absorber_sensor
図2:センサ配置

 

  • 表1に金属および吸収体の物性値を示す。

 

表1:物性値
材質名 設定値詳細
金属 PEC
吸収体 複素比誘電率:9 – 0.2i、複素比透磁率:0.9 – 0.7i

 

  • 平面波には図3のような広帯域の成分を含むパルス波形を使用する。

 

xf_mmwave_absorber_waveform
図3:波形

解析結果

  • 図4に金属裏打ちあり/なしのS11を示す。金属を裏打ちすることにより吸収体内での反射が増え、結果的に損失が大きくなり吸収性向上に貢献することが分かる。

 

xf_mmwave_absorber_s11
図4:S11(左:金属裏打ちあり、右:金属裏打ちなし)

 

  • 図5に金属裏打ちあり/なしの場合の反射波・透過波用センサーにおける電界強度を示す。また、図6に電界強度分布を示す。金属を裏打ちすることにより反射波が減衰することが分かる。
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    xf_mmwave_absorber_e-field
    図5:反射波・透過波用センサーにおける電界強度(左:金属裏打ちあり、右:金属裏打ちなし)

     

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    xf_mmwave_absorber_total-e-field
    図6:電界強度分布(左:金属裏打ちあり、右:金属裏打ちなし)

    まとめ

    • ミリ波電波吸収体に対してFDTD法による電磁界シミュレーションを実施して、吸収性能を比較した。
    • 3次元電磁界シミュレータ XFdtd を用いた。

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