技術寄稿プロフィール

IoT×ワイヤレス
前山 利幸
拓殖大学工学部電子システム工学科准教授
拓殖大学産学連携研究センター副センター長

はじめにさまざまなものにコンピュータと通信機能す。VSWRはアンテナの評価指標の１つでことを示しています。
このように小型モジュー

VSWRの値が1に近いほどアンテナに入力さルの実装時にプリント基板が影響してしまうが搭載されネットワークに接続し、我々の生活れた信号は電波として空間に放射されます。 可能性があることを、簡単なモデルで説明しまに大きな変革を起こしてくれると期待されて今回の電磁解析では、VSWRは設計周波数でいるIoT(Internet of Things)。
この言葉は、ユアンテナの形状など条件はもっと複ある920MHzで概ね1.2となりました。
これは、 体の材質、ビキタス社会、ユビキタスコンピューティング、 アンテナに入力された信号のほとんどのエネした。実際には、基板のグランド面の大きさ、筐雑になるため、前述のとおり、実装とアンテナに職人技が必要となるのです。

M2Mという時代とともに変遷がありました。
しルギーが電波として空間に放射されているこかし、現在のIoTはそれらの言葉と大きな違いとを示します。それを確認するために電波のまた、もう一つの実装の課題を示します。例があると筆者は考えます。
それは、時代的な背放射特性を図3に示します。
きれいなリンゴのえばBLE（Bluetooth Low Energy）
モジュール

景です。
ユビキタスと言われていた時代にLTE形に見えるかと思います。暖色系から寒色系の小さなものは10mm角程度です[1]。
これをネットワーク、小型無線モジュール、低電力マへ色が変化していますが、電波の強度が大き用いると小さな製品のワイヤレス化が可能とイコンそしてエネルギーハーベストという技い状態から小さな状態へ変化していると考えなります。
しかし、ここで注意すべき点がいくつ術はあったでしょうか。現在は、IoTを推進するてください。
これを実装に置き換えて考えてみかあります。例えば、EMC（Electric Magnetic

うえで技術的な背景とそれを求める社会的なましょう。実装基板の一辺の長さは使う周波Compatibility）です。高クロックのマイコンの環境は十分に整いつつあると考えます。
しか数に合わせて設計することは可能でしょうか。 そばに十分な対策もなくBLEを実装すると途し、IoTの具現化を考えると残念ながらいくつ

図4と図5には、アンテナの長さは図1と同じで端に感度や伝送速度が劣化する可能性があかの課題があります。
ここでは、ワイヤレス技

すが、プリント基板の大きさをそれぞれ2倍とります。
これは、基板のグランド部を介してまた術とセンサ技術そして電源技術について着目2分の1にしてみました。電磁解析の結果としは空間を介してマイコンが出すノイズがBLEして話を進めてみたいと思います。てVSWRを図6と図7に示します。設計周波数に結合し発生する問題です。電波の伝搬距離のときのVSWRはそれぞれ概ね2.5と5.0となが短かくなるという問題にもつながります。

ワイヤレス技術りました。
この値は、アンテナに入力された信アンテナ技術についても同様です。サブギ

ワイヤレス技術は、小型無線モジュールの号が反射損失により失われ電波として空間にガ（IoTでは920MHz帯特定小電力無線のこと

出現により様々な装置への実装の敷居は大き放射されるエネルギーが減ってしまっているを呼ぶ）
モジュールを使っているのに関わらずく下がりました。無線の世界は、職人的技術を要求されてる領域でしたが、この無線モジュールを利用することでディジタルエンジニアでも容易に無線を使うことが可能となりました。
し

図1

かし、職人的技術がまったく必要とされなくなった訳ではありません。具体的には、実装技術とアンテナ技術がそれにあたります。
図1は920MHzで動作するモノポールアンテナをプリント基板に実装した状況を電磁解析のモデルとしてまとめたものです。四角部分をプリント基板として考えてください。周波数は920MHzとしたので、アンテナの長さは1/4λ必要でその長さはおよそ8.2cmです。
プリン
ト基板の一辺の長さについてもアンテナの長さと同じとしました。図2はこのときのVSWR（Voltage Standing Wave Ratio）を示していま16

平3拓殖大・工・電子工卒．平5同大大学院修士課程了．平8同大学大学院博士後期課程
了．博士（工学）．同年DDI東京ポケット電話（株）入社．
同年（株）京セラDDI未来通信研究所．平10第二電電（株）．平13（株）KDDI研究所．現在，拓殖大・工・電子システム工・准教授，同・産学連携研究センター・副センター長．第16回電波産業会電波功績賞受賞．
アン
テナ，電波伝搬，通信方式，IoTの研究・開発に従事．

Bulletin JASA 2016 Nov. vol.60

図3

図2

数十mしか電波が飛ばないというケースもあ場所の情報を定期的に得ることができるようのセンサと通信モジュールを組み合わせるこります。モジュールの仕様上は10mWの出力になります。
アプリケーションとしては、建造物とで、非常に手軽にIoTが実現できると考えてが得られるとあるが、実測してみると半分程度の構造モニタなどに有用と考えています。
しかいます。すでに、小さなソーラーセルと低電力の出力しか得られていないという現象です。
こし、センシング対象に対して適切なセンサがな無線技術を組み合わせたワイヤレスセンサ

れは適切にアンテナを設計しないと図1等を無い、センシング項目によってはセンサの消ノードが実用化されています[2]。例えば、ドア使って説明したことと同様な現象が起こること費電力が大きいという問題もあります。
センサの開閉をマグネットスイッチで検出し、その情を示しています。例えば、アンテナ利得の3dBについては詳しい説明は行いませんが、小型報を即座に無線で伝送するアプリケーションの差は、100m電波が届くものが概ね75m以無線モジュールと組み合わせてIoTのワイヤも実現されています。
また、レクテナという技術下となってしまうことを示します。実際の電波レス化が図れたとしても、後述する電源の問は、空間にある電磁波、例えばスカイツリーかの伝搬環境は設置環境に依存してさらに複雑題は大きな課題の一つです。

ら放射される地上波テレビジョンの放送電波なので、劣化量はもっと大きいと考えられます。

将来は、人の周囲に100以上のセンサが配や携帯電話基地局から送信される電波を受筆者は、スマートフォンの無線性能評価や置されさまざまなものがセンシングされると言信し、IoT機器向けのエネルギーに変えること

アンテナ・伝搬技術を専門としているため、上われています。省電力なセンサの種類の拡充ができる技術です[3]。電波は交流なのでマイ述のような状態になった無線製品が持ち込まがIoT普及のために必要な要素の１つと考えコンなどで使うためには整流する必要がありれることが多いのです。今回は、その経験をもています。

ますが、そのときに使うダイオードなどの半導とに説明させて頂きました。

体デバイスの効率が改善されることで、現実エネルギーセンサ的に利用が可能となる電力が得られると言わ近年、エネルギーハーベストという言葉がれています。
この様に、現状のエネルギーハーIoTの具現化の１つにワイヤレスセンサ使われはじめました。環境からエネルギーをベスト技術ではIoTの具現化のために利用すノードがあります。
これは、センシングした情報得てIoTに活用できないかという研究開発もるためには、もう少し技術の革新が必要なのを無線で伝送することで、人の手の届きにくい進んでいます。
この技術が実現できると、前述かもしれません。
一方、ワイヤレス給電技術も注目されています。
これは、電動シェーバーや電動歯ブラシ

図6などの無接点型の充電システムが有名です。
近年では、スマートフォンなどを置くだけで充電できるシステムも実用化されました。
この技

図4術の応用は、数m離れた場所にあるIoT機器に対して空間的にエネルギーが伝送できることです。
この伝送効率がさらに改善されると、IoT機器の電源問題は大幅に改善し、IoTの応用範囲はさらに広がることが期待できます。

あとがき
最近のニュースで植物工場の倒産記事を目にしました。農業にIoT技術を投入したIoT
図5の代表的な取り組みでしたが、残念ながらビ

図7

ジネス的には成り立たなかったのでしょう。確
かに、露地栽培の野菜と同程度のコストで、植物工場で野菜が育てられるとは考え難いです。
初期投資も大きいことも影響したのかもしれません。
しかし、露地栽培野菜に対してIoTの力でなんらかの差別化をはかることは出来なかったのでしょうか。筆者は、IoTは奥の深い技術と考えています。植物工場がなぜ上手く進まなかったのか、IoTの研究に携わる者として、詳細な状況分析が報告されることを期待するとともに、IoTに対する負のイメージがつかないことを願わずにはいられません。

文献[1] http://www.lapis-semi.com/jp/semicon/telecom/landing/mk71050-03.html[2] https://www.enocean.com/jp/[3] http://www.den-gyo.com/solution/solution01̲d.html

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