2015 Fiscal Year Research-status Report
金属フォトニック結晶サブミリ波電磁波回路の合理的設計と３Dプリンタによる作製
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15K06037
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
穴田 哲夫 神奈川大学, 工学研究所, 客員教授 (20260987)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
陳 春平 神奈川大学, 工学部, 助教 (20440266)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | １． 金属フォトニック結晶 / 点欠陥共振器 / ３． 狭帯域バンドパスフィルタ / サブミリ波 / ６． 有限差分時間領域法 / 平面波展解法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，ミリ波からサブミリ波領域において，金属フォトニック結晶構造を用いた超小型電磁波回路の開発を通して周波数の利用効率を上げ，将来の光とのシームレスな無線通信用の電磁波回路を開発することである．先ず，金属PhCによる電磁波の強い閉じ込め機能と超広帯域バンドギャップに着目し，金属円柱正方格子フォトニック結晶を用いた点欠陥共振器による２重縮退共振モードを用いた狭帯域バンドパスフィルタ，微小誘電体摂動によるT字，Y字型電力分配回路を提案すると共に実際に作製・測定した．今回は，マイクロ波帯で，正方格子点欠陥共振器を数値解析・作製し，共振特性の計算と測定結果の比較を行った．1）理論計算で予測した共振モードがほぼ同じ周波数のところに実験で観測されたため，理論計算の有効性が確かめられた． 2）回路の良さの指数Qの測定値は理論計算値より小さく，共振器表面の粗さなどの影響と考えられる． 3）同じ共振周波数を持つ方形導波管共振器の基本モードの理論Q値と比較し，共振器は方形導波管共振器と同程度のQ値をもつことが分かった．
研究成果の一部は，電子情報通信学会論文誌C, Vol.J99-C, No.2, pp.37-41にて報告した．なお，金属PhCのバンドギャップの計算は平面波展開法，各種電磁波回路の波動伝搬特性は有限差分時間領域法を用いて計算するために64ビットの計算機を購入したことにより，研究がより加速するものと考えている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
マイクロ波帯での点欠陥共振器の実験を通して，数値解析との良い一致をみたので，ミリ波・サブミリ波帯における実際的な多段且つ急峻なスカート特性を持つ減衰極を有する狭帯域バンドパスフィルタの設計の見通しを得ることができた．なお、サブミリ波帯におけるバンドパスフィルタを実現するための考え方の一部は，ヨーロッパ・マイクロ波国際会議(EuMW2016)でのオーラル発表として採録され，10月に発表予定である．従って，擬似楕円関数特性を持つ狭帯域バンドパスフィルタの研究成果は、発振器の関係でサブミリ波帯では実験できないので，スケーリング則を用いて，準ミリ波帯で実験を行うことを計画している．実際にマイクロストリップ線による励振を含めて実験準備中である．
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| Strategy for Future Research Activity |
ミリ波・サブミリ波帯の金属フォトニック結晶超小型電磁波回路の解析と実験を通して，合理的設計手法の確立と実装・応用の両面から研究を推進する．
即ち、マイクロ波帯において必要な伝送回路素子であるウィルキンソン形電力合成・分配器，方向性結合器および90度（ブランチライン形）／180度（ラットレース，位相反転形）ハイブリッド回路，信号の合成・分配器，移相器などの基本回路構成に幅広く適用でき,能動素子と受動素子をシリコン半導体基板上に一体化して構成できるという特徴を有している．このように短ミリ波帯においても必要な回路素子をフォトニック結晶のプラットフォーム上に実現することを目指す．
なお，最終年度は研究成果のまとめと成果報告とする．また電子情報通信学会のマイクロ波研究会，シミュレータ研究会等での研究発表を含めて，IEEE IMS，EuMWのマイクロ波・ミリ波国際会議での発表，企業との連携による実装技術の確立、さらに合理的設計理論などを公開する．
ところで，120GHz帯において，ミリ波固有の問題としてメタル使用の回路（伝送線路を含む）の細線化による損失低減と発熱の抑圧，工作精度，設計精度，測定確度の向上は不可避である．この部分を周期構造の微細構造回路に作製可能なEBG(フォトニックバンドギャップ)を採用することで，従来の内部全反射による閉じ込めでは実現できなかったPBGによる電磁波の自由な制御を可能とする回路構造を提案し，国際会議などにて発表し，大きな反響を得ている．
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| Causes of Carryover |
本研究の主な億歳会議 USA-IEEE-IMS2015での海外発表の旅費、国内学会の発表旅費等にパック旅行を利用したので，格安となり，残金は翌年度に請求することにした．なお，EuMW2015の国際会議は、神奈川大学の費用を利用したことも残金の生じた理由である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度は、以下の２点に集中して研究を推進する． １．金属フォトニック結晶によるバンドパスフィルタを実現したので，実際に、フィルタ回路を作製し，実験による検証を行うための作製費用． ２．本科研費による研究成果を国際会議（EuMW2016，イギリス，10月4日発表予定）で発表のための旅費．
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[Presentation] 金属ポスト壁による表面波平面回路の提案と適用例2016
Author(s)
穴田哲夫, 陳 春平（神奈川大）, 武田重喜（アンテナ技研）, 中山明芳（神奈川大）, 馬 哲旺（埼玉大）
Organizer
2016年電子情報通信学会総合大会講演論文集, エレクトロニクス
Place of Presentation
九州大学伊都キャンパス
Year and Date
2016-03-15 – 2016-03-18
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