| Project/Area Number |
24K07518
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21030:Measurement engineering-related
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平山 浩一 北見工業大学, 工学部, 教授 (30218820)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2026: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 複素誘電率測定 / ミリ波 |
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| Outline of Research at the Start |
高周波デバイスの設計等において、高周波材料の誘電率や損失の大きさは必須の基本的な定数として、要求される精度で測定されなければならない。ファブリ・ペロー共振器を用いた誘電率測定法は、ミリ波からサブテラヘルツ波においても高精度な誘電率の推定が期待されるが、先行研究では、約50年前の論文の計算式が用いられていて、Beyond 5Gに係るデバイスの設計等に際し、試料の誘電率と損失が、要求される精度で求められているとはいえない。本研究では、ファブリ・ペロー共振器を用いた誘電率測定法で、Beyond 5Gに係るデバイスの設計等に際し、要求される精度で試料の誘電率と損失が推定される測定法の構築を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ミリ波からサブテラヘルツ波において、共振器法の一つであるファブリ・ペロー共振器を用いた誘電率測定法が試料の誘電率や損失を精度よく推定する能力がある測定法であると考えられることから、理論計算及び電磁界シミュレーションを用いてファブリ・ペロー共振器法の実際の測定系を詳細に検討し、現状の測定系でのファブリ・ペロー共振器法に対する材料定数測定法としての理論的な精度を明らかにする。
ファブリ・ペロー共振器を用いた誘電率測定は、対向させた金属製の凹面鏡の中央に置いたシート状試料に垂直に電波を入射させ、基本モード（TEM00qモード、qは縦モードの次数）の共振周波数とQ値から、試料の誘電率と損失を推定する方法である。試料の加工が不要で、ミリ波からサブテラヘルツ波（80～300GHz）においても高精度な誘電率の推定が期待される。通常の共振器法と異なり、縦モード共振（対向させた凹面鏡間に立つ定在波）は、ミリ波帯であれば数GHzの等間隔で多数存在するので、それぞれの共振で誘電率推定を行うことで、数GHzごとのとびとびの周波数にはなるものの、試料の誘電率の周波数特性も測定可能である。
令和6年度では、誘電体材料に接着された粗面を有する銅箔の導電率測定法及び石英ガラスを容器として液体の誘電率測定法を提案することができた。誘電体単体の誘電率測定に対して従来よく用いられている近似的な計算式を拡張し、試料の導電率、誘電率や厚さに対する近似的な推定法の精度を図に表して「見える化」し、測定精度を明らかにすることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ファブリ・ペロー共振器を用いた、新たな電気的な材料定数測定法として、誘電体材料に接着された粗面を有する銅箔の導電率測定法及び石英ガラスを容器として液体の誘電率測定法を提案できた。どちらの測定法でも、先行研究とは異なる理論的な計算式を導出することができ、実測データを用いた導電率あるいは誘電率測定で、良好な測定結果を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
十分なメモリを有する新たなワークステーションを導入し、３次元解析による共振モードの解析を行える環境を整えることができたので、電磁界シミュレーションを駆使して、ファブリ・ペロー共振器内部に発生するガウシアンビームの共振モードの振舞を詳細に調べる。次に、電磁界シミュレーションを基本とした材料定数測定法を構築する。申請者は以前に、電磁界シミュレーションを基本として空洞共振器を用いた測定法に対して試料の誘電率と損失を推定する方法を構築しているので、それと同様な考え方で、ファブリ・ペロー共振器を用いた測定法に対しても試料の誘電率や損失を推定する方法を構築できるものと考えている。しかしながら、電磁界シミュレーションを基本とした材料定数測定法は精密である一方で計算時間が長くなることも想定され、実際に測定をしながら試料の誘電率や損失を決定するには不都合が生じるかもしれない。その場合には、従来よく用いられている近似的な計算式による推定法の値に対して、「補正」をするようなデータを提供して、誘電率や損失の推定時間を短縮することも考えるものとする。
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