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Development of advanced wireless-optical signal conversion devices for 5G mobile systems

Research Project

Project/Area Number 20H02205
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
Research InstitutionMie University

Principal Investigator

Murata Hiroshi  三重大学, 工学研究科, 教授 (20239528)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 塩見 英久  大阪大学, 量子情報・量子生命研究センター, 特任准教授(常勤) (00324822)
大田垣 祐衣  三重大学, 工学研究科, 助教 (10909914)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2020: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
Keywords5G無線 / 光変調 / 光ファイバ無線 / アンテナ / 5G / 無線・光融合 / 光変調器 / 3次元アンテナ / 無線 / たたみ込み / 3次元アンテナ / 5G 無線
Outline of Research at the Start

本研究は、研究代表者がかねてから開発を進めてきた「アンテナ電極光変調器」の性能を格段に向上させて、次世代(5G)無線システムにおける多数端末同時接続用パッシブアンテナモジュールのための『無線-光信号変換デバイス』を開発することを目的とする。
これまでに開発した「アンテナ電極光変調器」をベースとして、これに八木アンテナに対比させることができる3次元アンテナ構造を導入することで、アンテナの利得を格段に向上させて高い信号変換効率を得ることを狙う。

Outline of Final Research Achievements

A new wireless electro-optic (EO) modulator utilizing multi-layered stacked patch-antennas with a narrow gap was studied in detail. This device uses a structure of vertically stacked patch antennas like the Yagi-Uda antenna, with an EO crystal and low-dielectric-constant material hybrid substrate. The electric field for optical modulation can be considerably increased by using the multi-layered antenna stacked structure. With detailed analysis using HFSS, a new design to have a field enhancement factor over 1200 times is obtained. Basic experiments for the designed device fabrication were carried out to prove the usefulness of the proposed modulator. New trials for wireless signal conversion/detection utilizing the proposed EO modulator, mulit-wavelength DFB lasers for WDM, and optical fiber dispersion effect were also carried out. As a result, the basic characteristics for wireless signal detection (auto-correlation) were successfully demonstrated.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

当初想定していた構造を改良した新デバイス構造を用いることで、無線信号変換効率を決める電界増強係数として1200倍もの特性を得る条件を見出した。これは、重要な成果であると考えている(学会において優秀論文発表賞を受賞)。光変調器とアンテナとを融合させた「アンテナ電極光変調器」の研究は、2次元平面構造を用いたものがほとんどであるが、本研究により3次元立体構造の有用性を実証した。また、無線信号を復調・検波するための新技術も考案し、基礎実験によりその有効性を確かめた。これらは、世界的にも例を見ないものであり、独創性が高いと考えている。第5世代(5G)・第6世代(6G)無線への応用展開が期待できる。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022 2020

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] 5G無線のための高性能無線-光信号変換デバイスの開発2022

    • Author(s)
      村田博司
    • Journal Title

      レーザー研究

      Volume: 50 Pages: 233-237

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 5G無線通信のための多段構成溝付きパッチアンテナ電気光学変調器2023

    • Author(s)
      山田健人,大田垣祐衣,村田博司
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第43回年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 強誘電性光学結晶を用いたアンテナ集積光変調デバイスと5G無線への応用2022

    • Author(s)
      村田博司
    • Organizer
      令和4年度名産研主催講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 5G光ファイバ無線に向けたミリ波・光変換素子2022

    • Author(s)
      村田博司
    • Organizer
      電子情報通信学会 マイクロ波研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Antenna-Coupled-Electrode Electro-Optic Modulator for Converting 5G-Band Wireless Signal with Two Orthogonal-Polarization Field Components2022

    • Author(s)
      Shunsuke Nakamori, Hiroto Yokohashi, Yui Otagaki, Sayaka Matsukawa, Masahiro Sato, Masatoshi Onizawa, Satoru Kurokawa, and Hiroshi Murata
    • Organizer
      OECC/PSC 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電気光学位相変調器と光ファイバー分散を用いたマイクロ波・ミリ波信号制御2022

    • Author(s)
      高羽謙汰, 村田博司
    • Organizer
      電子情報通信学会 マイクロ波・ミリ波フォトニクス研究会(MWP)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 5G無線通信のための多段積層構造パッチアンテナを用いた電気光学変調器2022

    • Author(s)
      山田健人, 大田垣祐衣, 村田博司
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第42回年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Beyond 5G 無線のための光・無線融合デバイスと信号処理技術2022

    • Author(s)
      村田博司
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 高速光変調器と光ファイバー分散を用いた無線信号制御技術の提案2020

    • Author(s)
      高羽謙汰,村田博司
    • Organizer
      OPJ2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Proposal of new wireless signal control technique using high-speed optical modulation and temporal delay caused by optical fiber dispersion2020

    • Author(s)
      Kenta Takaba and Hiroshi Murata
    • Organizer
      IWRIS 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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