• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Development of broadband high power millimeter wave fast switching device using natural vibrations

Research Project

Project/Area Number 19K03789
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
Research InstitutionIbaraki University

Principal Investigator

Saigusa Mikio  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (10292476)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords核融合 / 新古典ティアリングモード / 電子サイクロトロン電流駆動 / ジャイロトロン / 高速スイッチ / ミリ波 / トカマク / 大電力 / ミリ波帯 / ピエゾ素子 / リング共振器 / 固有振動 / 積層圧電アクチュエータ / アルミナ分散強化銅 / 大電力ミリ波 / ミリ波帯高速スイッチ / 小型振動発生器 / 反射鏡 / ピエゾアクチュエータ / 核融合炉
Outline of Research at the Start

本研究では170 GHz帯MW級ミリ波の数kHzでの高速切替えを目指し、世界で初めての固有振動を用いた広帯域大電力ミリ波帯高速スイッチの開発を目指す。具体的には、円形コルゲート導波管で構成されたリング共振器のマイターベンドの反射板を、小型振動発生器により高速に振動させることでリング共振器の周長を変化させ切り替えを行う。その際、kHzオーダーの高周波数振動には非常に大きな加速度を必要とするため、振動鏡の固有振動を利用した高速振動反射鏡を開発する。そして最終的に、真空封止と水冷却が可能な固有振動反射鏡を用いた広帯域大電力ミリ波帯高速スイッチを開発する。

Outline of Final Research Achievements

An electron cyclotron current drive (ECCD) is useful tool for controlling MHD instabilities with pulse modulated gyrotron operations. Several types of fast directional switch (FADIS) using frequency modulation were proposed for improving a stabilizing efficiency of MHD instabilities. However, the optimized operation of high power gyrotron demands the specified start-up scenario for suppressing mode competitions, so that the pulse modulated operation and the frequency modulation should be avoided.
A new fast directional switch for high power millimeter waves using a natural vibration of a reflector was proposed for an electron cyclotron current drive system of a fusion experimental reactor. The principle is the triangle ring resonator of circular corrugated waveguides with a vibration reflector driven by four piezoelectric actuators around the natural frequencies. The switching frequency was obtained up to 3.4 kHz at a millimeter wave frequency of 170 GHz in low power test.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

トカマク型核融合炉の閉じ込め性能を劣化させる不安定性の一つに新古典ティアリングモードがある。モードの抑制には、磁気島中心への局所的な電子サイクロトロン電流駆動が有効であるが、磁気島は数kHzで高速回転しており、従来はこれに同期してミリ波源であるジャイロトロンをデューティ50%でon/offすることでモードを抑制してきた。しかしジャイロトロンの立ち上げ時に磁場と高圧電源のヒステリシスを利用したモード競合の抑制が高効率運転には有効であり、高速のon/off制御は適さない。今回開発した固定周波数の高速スイッチがあれば、2アンテナ間を高速切替することで従来の2倍の安定化効果が期待できる。

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Development of new triangle fast directional switch for high power millimeter wave2021

    • Author(s)
      Mikio Saigusa, Hiroki Shozu, Fumiaki Inoue, Kana Yokoyama, Daichi Handa, Ken Kajiwara, Yasuhisa Oda, Ryosuke Ikeda, and Koji Takahashi
    • Journal Title

      Fusion Engineering and Design

      Volume: 17 Pages: 112937-112937

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2021.112937

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 固有振動を利用した大電力ミリ波帯高速スイッチの開発2023

    • Author(s)
      三枝幹雄、飯田大智、村山 岬、鈴木拓実、工藤遼太、矢嶋悟、池田亮介、中井拓、梶原健
    • Organizer
      2022年度核融合科学研究所一般共同研究「ギガヘルツ・テラヘルツ帯電磁波の生成と計測、およびプラズマ加熱への適用」研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 固有振動を用いた大電力ミリ波帯高速スイッチの開発2022

    • Author(s)
      村山 岬、矢口友雅、中島大貴、三枝幹雄、梶原健、池田亮介、中井拓、矢嶋悟
    • Organizer
      2022年電気学会東京支部茨城支所研究発表会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 固有振動を利用した大電力ミリ波帯高速スイッチの開発2021

    • Author(s)
      村山岬、飯田大智、鈴木拓実、工藤遼太、三枝幹雄、梶原健、池田亮介、中井拓、矢嶋悟
    • Organizer
      2021年プラズマ・核融合学会 年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 固有振動を利用した大電力ミリ波帯高速スイッチの開発2021

    • Author(s)
      村山岬、飯田大智、鈴木拓実、工藤遼太、三枝幹雄、梶原健、池田亮介、中井拓、矢嶋悟
    • Organizer
      2021年電気学会東京支部茨城支所研究発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 周波数変調が必要ない170 GHz帯大電力高速スイッチの開発2020

    • Author(s)
      飯田大智、横山花奈、村山岬、前中拓夢、三枝幹雄、 梶原健、池田亮介、中井拓、 矢嶋悟、新屋貴浩、高橋幸司
    • Organizer
      第37回プラズマ・核融合学会年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Development of Fast Switching Device of High-Power Millimeter Wave2020

    • Author(s)
      K. Yokoyama, M. Murayama, D. Handa, M. Saigusa, K. Takahashi, K. Kajiwara, R. Ikeda, T. Nakai, S. Yajima, T. Shinya
    • Organizer
      The 16th International Student Conference in Ibaraki
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 周波数変調の必要ない電子サイクロトロン電流駆動用大電力ミリ波帯高速スイッチの開発研究2019

    • Author(s)
      横山花奈、井上史章、飯田大智、三枝幹雄、中井拓、池田亮介、梶原健、高橋幸司
    • Organizer
      第36回プラズマ・核融合学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 固有振動を利用した大電力ミリ波帯高速スイッチの開発研究2019

    • Author(s)
      井上史章、飯田大智, 横山花奈, 下野晃大, 三枝幹雄, 中井拓, 池田亮介, 梶原健, 高橋幸司
    • Organizer
      第27回電気学会東京支部茨城支所研究発表会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 大電力ミリ波帯高速スイッチの開発2019

    • Author(s)
      飯田大智、井上史章、横山花奈、下野晃大、三枝幹雄、中井拓、池田亮介、梶原健、高橋幸司
    • Organizer
      第27回電気学会東京支部茨城支所研究発表会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Research and Development of High Power Millimeter Wave Fast Switching Device Using Natural Vibration2019

    • Author(s)
      Fumiaki Inoue, Daichi Handa, Kana Yokoyama, Akihiro Shimono, Mikio Saigusa, Ken Kajiwara, Ryosuke Ikeda, Koji Takahashi
    • Organizer
      The 15th International Student Conference in Ibaraki, Ibaraki, Japan
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi