Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

超小型衛星 / 無線通信 / フェーズドアレイ / CMOS / ミリ波

本研究は、超小型衛星による次世代の高速衛星通信の実現に向け、小型・軽量、そして姿勢制御不要な全方位通信が可能な球型フェーズドアレイ無線機を、折り畳み可能な多面体をフレキシブル基板で構成することによって実現を目指している。任意の球面に同相な多面体は、平坦に折り畳み可能であり、打ち上げ時には畳んでおき、軌道投入後に大きく開くことが可能な球面展開型フェーズドアレイ無線機の研究を行った。多面体を構成するために、折り曲げ可能かつ高周波特性に優れるLiquid Crystal Polymer (LCP)フレキシブル基板を用いて、アンテナおよび高周波回路の構成を検討した。折り曲げ可能なアンテナの設計、試作評価を行ったのち、LCP基板を用いてフェーズドアレイ無線機を作成した。作成した無線機は、折り曲げ可能かつ、無線通信信号の送受信やビームフォーミングといったフェーズドアレイの基本動作を確認することに成功した。また、フレキシブル基板上の折り曲げ線をまたいで配線することができないため、パッチアンテナとフェーズドアレイICの接続のワイヤレス化を検討した。球面の中心に無指向性のアンテナを配置し、オンチップアンテナを搭載したフェーズドアレイICを用いて電波の送受信を行うために、フェーズドアレイ型リレーICの設計、試作評価を行った。試作したリレーICは、無線電力伝送を用いた電源によって動作し、かつ無線通信信号のリレー機能を実現することに成功した。

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

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。

電子回路網 / ミリ波 / CMOS / 無線通信 / 高周波回路 / スケーラブル / Digital RF / RF / シリコン / テラヘルツ

将来1Tbps級の超高速無線システムを動作させるために必要不可欠なスケーラブルRFチップの基盤技術の研究を行った。スケーラブルRFチップ実現のための鍵は、ミリ波帯でのトランジスタの利得・線形性・雑音特性の向上と、その性能を製造上のばらつきがあっても維持する回路技術を実現することにある。本研究では提案するDigitalRF技術により、集積回路の自己校正を可能とした。実際に65nmCMOS集積回路として60GHz帯無線機を作成した。高周波化にともなう位相雑音劣化の問題を回避するため、注入同期現象を用いた発振器を考案し、従来より20dB位相雑音を改善することに成功した。これらの技術を組み合わせ、世界最速となる20GbpsのCMOS無線機を実現した。

【研究協力者】
安藤真	東京工業大学	大学院理工学研究科・電気電子工学専攻	教授	(Kakenデータベース)
広川二郎	東京工業大学	大学院理工学研究科・電気電子工学専攻	教授	(Kakenデータベース)
岡田健一	東京工業大学	大学院理工学研究科・電子物理工学専攻	准教授	(Kakenデータベース)
矢尾裕樹