メタマテリアルのアンテナ - Kymeta

CST S U C C E S S S T O R Y
メタマテリアルのアンテナ
Kymeta Corporation
発想：広帯域衛星通信用アンテナ
課題：数千素子におよぶアレイのチューニングと
プロトタイピング
広帯域衛星通信は地上のあらゆる場所でインターネ
ット常時接続を可能にする技術です。衛星通信業者
MSAT は数千個ものサブ波長共振器で構成されます。
は高いデータ処理能力を備える次世代衛星システム
共振器はそれぞれがビームを形成し方向付けます
の配備をすでに進めています。このシステムにアク
（図 2）
。つまり、メタマテリアルをベースとする実
セスするには、現在はまだ高価で大型の高出力装置
用的なアンテナの設計では、互いに独立した膨大な
が必要です。新しいシステムのデータリンクを十分
数の変数を最適化する必要がありました。Kymeta は
に活用するためにも、通信用アンテナには衛星の追
MW STUDIO（CST MWS）の周波数領域ソルバーを
尾機能だけでなく自動車への載置や屋外への持ち出
使用して設計仕様間の複雑な相互関係を迅速に正確
しができるような可搬性が求められます。
にモデリングし、プロトタイピングや開発にかかる
労力の削減に成功しました。CST MWS の組み込み
Kymeta は広帯域衛星通信のなかでも特に移動体応
マクロによるモデル作成機能はアレイ設計に最適で
用技術に注力し、MSAT（Metamaterials Surface Antenna
す。手間のかかるアンテナ素子の作成をマクロによ
Technology）と呼ばれる再構成可能な新しいアンテナ
り自動化し、工程の進行を大いに早めることができ
技術を用いた移動体衛星通信端末の開発と販売に取
ます。
り組んでいます。その一例を図 1 に示します。この
アンテナは一般的なフェーズドアレイに匹敵するビ
ーム指向性を示しながら、それよりもはるかに低電
力です。機械的アレイやフェーズドアレイ製品にか
かる製造コストを大幅に削減し、また、従来技術が
抱える大きさや重量、出力などの問題を軽減します。
素子よりも大きな範囲やアレイ全体のシミュレーシ
ョンには時間領域ソルバーが使用されました。数千、
数万の素子からなる MSAT アレイの大きさは 60 波
長四方にもおよびます。このように電気的サイズが
大きく複雑なアレイを解析するために、Kymeta は 4
基の Nvidia Tesla K40 により計算の高速化を図りまし
た。この GPU 計算により、アレイの大領域の計算を
1 日で終了しています。
Kymeta Corporation について
Kymeta はメタマテリアルベースの衛星通信用ビーム形
成アンテナを商品化しています。2013 年には MIT
Technology Review と CNBC による恒例の「最も革新的
な企業 50（50 Most Disruptive Companies）」に選ばれま
した。Kymeta はワシントン州 Redmond を拠点とし、世
界各地で事業を展開しています。
www.kymetacorp.com
図 1 MSAT アンテナアレイと給電網のプロトタイプ
ｗｗｗ.aetjapan.com
CST S U C C E S S S T O R Y
図 2: MW STUDIO による近傍界シミュレーションの結果: MSAT のビーム形成
実現可能な設計であることが確かめられたら、次に
それを初期設計として最適化を行います。CST MWS
内蔵の最適化アルゴリズムのなかから、感度情報を
使用して最適化過程をスピードアップする高機能の
Trust Region Framework アルゴリズムが選択されまし
た。アンテナ特性を改善するために最適化を複数の
媒介変数について行い、時には 1 回の計算で 40 の
変数を最適化しました。アレイの励起を表現する変
数についても同じアルゴリズムで最適化を行い、高
性能のビームステアリングを達成しました。
図 3: Kymeta Poartable Satllite Terminal の実物大模型
結果：実用的な衛星通信用小型端末
バーチャルプロトタイピングは、設計過程に欠かせ
ないプロトタイピングの費用圧縮に寄与します。ま
た、意図通りの事柄とそうでない事柄を明らかにし、
意思決定に役立つ情報を提供します。Gerber や DXF
»CST MICROWAVE STUDIO provided a necessary
component of our RF design flow at Kymeta.
などの CAD フォーマットのインポート／エクスポ
Without it, the challenge of designing numerous
ート機能により、CST ソフトウェア上で開発を始め
interrelated antenna features would have been
やすく、他のプラットフォームやベンダーに宛てて
nearly insurmountable.«
結果を送ることも容易です。
Kymeta は会社設立の当初から CST STUDIO SUITE
Adam Bily
を使用しています。Kymeta は CST STUDIO SUITE
Lead RF Design Engineer
の使用を通じてコストと消費電力を抑制しながら、
Kymeta Corporation
広範囲にわたる小型で軽量なアンテナの開発を実現
Redmond, Washington
しました。
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