【研究領域課題番号】18K13754 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アンテナ / ミリ波 / 導波管 / 周波数選択 / 低干渉 / 導波管スロットアレーアンテナ / 放射量周波数選択

【研究成果の概要】

本研究課題では放射量周波数選択特性を有する高効率・高利得なミリ波帯導波管スロットアレーアンテナの実現を目指し，アンテナ設計法の確立，構造の簡素化を研究した．
設計法として最適化不要な一意的設計法を検討した．反射特性は所望の特性を実現したが，利得の周波数特性は解析値より低下していることが判明した．2種の空洞共振器を用いる測定法を構築し，導電率を評価した結果，側壁面の導電率が大幅に低下していることが判明した．製造誤差に強い構造として，金属ブロックを誘電体基板で置き換える構造を検討した．幅広スロット層やスリット層を2層設けることで，金属ブロックと同様の特性が得られることを確認した．

【研究の社会的意義】

電波は有限な資源であり，効率良く使用することが求められる．通常，アンテナは使用する周波数帯の両側に不必要な電波を放射するため，隣接するシステム間に隙間を設けて周波数を設定する．この隙間は互いの不要な電波が混信し使用するのが不可能である．本研究課題の研究成果を用いることで，システムをより密に配置することが可能になり，電波の有効利用が可能になる．
本設計手法は最適化が不要な一意的設計法であり，効率的なアンテナ設計が可能になる．また設計したアンテナのコンポーネントごとの特性を知ることができ，ボトルネックとなっているコンポーネントを抽出することも可能である．

【研究種目】若手研究

【研究期間】2018-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】通信・ネットワーク工学

【研究領域課題番号】15F15366 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アンテナ / ミリ波 / テラヘルツ波 / サブミリ波 / 漏れ波

【研究成果の概要】

H27年度に試作した300GHz帯16x16素子平面アンテナの特性を測定した。シリコンウエハ表面に形成した金膜の実効導電率は1.6×10の7乗S/mと見積もられた。1㎝あたりの直線導波路の損失は1.1dBとなった。設計周波数350GHzにおける実現利得の実測値は29.5dBiとなった。測定装置の都合上，340GHzになったが，損失の定量的評価を行った。その結果，放射素子が0.3dB，並列給電回路が1.2dB，入力部給電損が0.3dB，反射損が0.2dBの合計2.0dBとなった。残りの0.8dBの差については現時点では原因がわかっていない。利得3dB低下帯域幅は，計算値で50.8GHz，測定値で44.6GHzとなった。アンテナの利得の広帯域性を測定により初めて実証できた。
また，H27年度に検討を行った120GHz帯システム用ビーム機械的走査平面アンテナの設計を行った。120GHz帯アンテナの物理寸法はかなり細かいため，固定給電部分の平面波励振用並列給電回路，可動放射部のスリットアンテナアレー，可動部周囲からの電磁波の漏れを防ぐため固定部に先端開放のピンを密に配置した構造の製作法の検討を行った。その結果，製造法がかなり難しかったため，まずは60GHz帯で試作を行った。計算値と測定値では良好な一致を得た。正面方向から±60度の範囲までビーム走査が可能であることを確認した。また，電圧定在波比が2以下の比帯域は13％であった。アンテナ利得は正面方向で29.3dBi，42度方向で25.0dBiとなった。アンテナ構造内での導体損失は0.5dBと少ないことが分かった。アンテナ効率は約90%と高い。

【研究種目】特別研究員奨励費

【研究期間】2015-11-09 - 2018-03-31

【配分額】2,300千円 (直接経費: 2,300千円)

【研究分野】通信・ネットワーク工学

【研究領域課題番号】25249055 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アンテナ / ミリ波

【研究成果の概要】

平行二線給電構造のシリコンチップ厚膜絶縁体上パッチアンテナを60GHz帯で試作し，200umの厚い誘電体層を用いて79％の高い放射効率を実験で確認した。4x3mm四方の60GHz帯発振器チップに埋め込む構造として，セミリジット同軸ケーブルを用いたモノポールアンテナを検討した。シリコンチップ上に2x2素子円偏波パッチアレーアンテナを設け別体の発振器チップと接続し，60GHz帯での発振動作を得た。60GHz帯電波で変調された光をファイバで光検出器付きパッチアンテナへ送り，放射したミリ波の指向性を測定するシステムを構築した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】44,200千円 (直接経費: 34,000千円、間接経費: 10,200千円)

【研究分野】通信・ネットワーク工学

【研究領域課題番号】24760291 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

CMOS / ミリ波 / オンチップアンテナ / 放射効率 / シリコン基板 / イオン照射 / 電磁界シミュレーション / オンチップ / アンテナ / シリコン / 導電率 / 低損失化 / シミュレーション

【研究成果の概要】

本研究はミリ帯オンチップアンテナの高効率化に関するものである。ミリ波帯オンチップアンテナは放射効率の低さが問題となっているが、それはシリコン基板の表面および、シリコン基板の導電率が大きいことが原因である。本課題では、最初に電磁界解析モデルの高精度化を試みた。また、アンテナ付近にウェル生成禁止レイヤを用いる方法およびHe-3イオンビームを照射して導電率を下げる方法で放射効率を改善する手法を試みた。40%程度の放射効率が得られた。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】通信・ネットワーク工学

【研究領域課題番号】23656251 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アンテナ / ミリ波 / テラヘルツ / 先端的通信 / 情報通信工学

【研究成果の概要】

下層に並列給電回路,上層に放射スロットアレーを有する2層構造の導波管型平面アンテナを300GHz帯で検討した。エッチング銅薄板積層拡散接合を用いて16x16素子アレーを試作した。形状値を10um減少させたアンテナにおいて損失を含めたアンテナ効率のピーク値が約75%と高い値が得られた。光技術を用いた送信機を接続して,送受間距離50cm,送信電力20uWでビット誤り率が10E-10以下となる中心周波数範囲が10GHzあり,最大可能伝送速度は約17Gbpsと見積もられた。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】社会システム工学・安全システム

【研究領域課題番号】22651062 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

テーパ・スロット・アンテナ / マイクロ波 / 超高帯域(UWB) / イメージング / アレイアンテナ / 地中レーダ / 直接結合 / アンテナ / ミリ波 / 超広帯域(UWB) / アレイ・アンテナ / セキュリティ

【研究成果の概要】

以前にわれわれが提案したWalled LTSAはその開口面での壁面が、導波管を単純に切断したものと同等であった。そこに、次の2つの新構造を導入した。(a)開口端の方形終端形状を自由な曲線とし、特に漸近的な開口として等価的な開口面積の増大を図る。(b)金属壁に溝(トレンチ)をつけ曲線開口と滑らかにつなぐ。これらの構造によって、8-12GHzの広い帯域にわたって5dB程度以上の直接結合の低減を実現した。またアンテナのスケーリングによって、同様の構造がさまざまな周波数帯における直接結合低減に役立つことも示した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2010 - 2011

【配分額】3,550千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 450千円)

【研究分野】通信・ネットワーク工学

【研究領域課題番号】22246052 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アンテナ / ミリ波 / シリコンチップ / 放射効率 / 指向性

【研究成果の概要】

厚さ2umの銅膜で覆った5mm四方のシリコンチップ上に厚さ200umの絶縁体層を設け,その上に円偏波パッチ素子を形成し,基板に開けた貫通孔より同軸構造で給電するアンテナを60GHz帯で設計,試作した。そのアンテナの放射効率を電波撹拌金属箱を用いて,測定の不確かさ±3%で実測し,治具も含めて75%と設計値と良い一致を得た。長さ320umの同軸構造での損失は0.2dBと確認できた。また,50GHz帯で光ファイバを用いた指向性測定システムを構築した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】47,580千円 (直接経費: 36,600千円、間接経費: 10,980千円)

【研究分野】感性情報学・ソフトコンピューティング

【研究領域課題番号】21300089 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ミリ波セキュリティ・イメージング / ニューラルネットワーク / 複素自己組織化マップ / アレイ・アンテナ / ミリ波 / セキュリティ / イメージング / センサ / 画像処理 / アンテナ / 複素ニューラルネットワーク / テロ対策 / ミリ波イメージング / 自己組織化マップ

【研究成果の概要】

本研究によって、次の成果を得た。(1)複数の複素自己組織化マップ間で相互情報量を観測し、それによって自己組織化ダイナミクスを変調することにより、空間テクスチャと周波数テクスチャという異質な情報を有機的に統合できることを明らかにした。われわれは、この相互情報量(mutual information)に基づくCSOM処理方式をμCSOM(ミューCSOM)と名づけた。(2)実時間情報取得のため8直線テーパスロットアンテナ(LTSA)素子の1次元アレイを構築し、そこに包絡位相検波(envelope phase detection : EPD)を行うフロントエンド回路を直結し空間並列化を実現した。(3)そして(2)のシステムで得られるデータを対象に、(1)の複素ニューラルネットワークによってその処理の有効性の評価を行った。移動物体に対し、背景が単純な状況では、観測生データがかなりランダムな振幅・位相値を含むにもかかわらず、CSOMは良好な可視化結果を示すことを確認し、本方式の基本的な有効性を示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【研究分野】情報通信工学

【研究領域課題番号】08405029 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アンテナ / 導波管 / スロットアンテナ / ミリ波 / 平面アンテナ / 一層構造給電回路 / 同相給電 / 逆相給電 / 逆相給電T分岐回路 / 反射抑圧スロットペア / 相互結合 / 一層構造アンテナ / ホログラフ処理 / 近傍界測定 / 基本モード / 一層構造

【研究成果の概要】

一層構造導波管スロットアレーの高機能化と高精度化を行った。放射導波管への入射方向を切り替えることで複数のビームを実現する方法を検討した。片側から給電したときにビーム方向が正面方向よりビーム幅の半分程度の角度だけ傾くようにスロット間隔を決めることで、導波管の左端と右端のそれぞれへの出力により左右の方向に2ビーム、さらに左端と右端への出力の和で正面方向に1ビーム、合計3ビームを実現した。12GHz帯での実験を行い、両側の出力の和を取った場合の利得は、片側の出力の場合のものに比べて約1dBの低下で抑えられたことを確認した。さらに、左端と右端への出力を適当な振幅差で加えることでビーム方向をビーム幅程度の範囲で走査できた。また、逆相給電型アンテナについて、放射導波管部だけでなく給電導波管部も含めた完全非接合を実現するために、給電導波管の側壁の両側にチョークを装荷した構造を検討した。波長に対して無視できないチョークの幅に対して、漏れ損失が最小となるチョークの深さと位置をモードマッチング法により電磁界解析した。40GHz帯での検討を行い、解析上でも実験上でも、チョーク装荷による漏れ損失の低減効果を確認した。さらに逆相給電を行った場合のスロット励振の周期性を考慮したモデルを用いて解析精度の向上を図り、22GHz帯の試作で35.5dBiの高利得を67%の高効率で実現した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1996 - 1998

【配分額】23,100千円 (直接経費: 23,100千円)