Ultra-low power consumption MEMS antenna with automatic trace function

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H02347
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 鈴木 健一郎 立命館大学, 理工学部, 教授 (70388122)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: MEMS / アンテナ / 移送器 / ミリ波 / PAA / フェーズドアレイ / MEMSスイッチ / 周波数可変

Outline of Annual Research Achievements

今日、IoT無線通信やRF電力送信の分野で使われるRF信号がミリ波の領域に達するようになり、無線ビームを電気的に走査することができるフェイズドアレイアンテナ(PAA)に大きな注目が集まるようになった。PAAは、高速動作が可能であるが、高周波駆動回路が複雑であるという課題があった。我々は、低損失MEMSスイッチを利用してこの高周波移相器回路の簡略化を図ることに挑戦した。
アンテナ作成において大きな課題の一つが移相器表面パターンと裏面グランド板を導通するviaがMEMSスイッチプロセスの途中に溶け出して移相器の高周波特性が劣化するという問題が発生することである。我々は、viaを永久レジストを用いて保護することによってこの問題を解決することに成功した。この結果、PAAを構成するアンテナ要素、移相器、分配器の作製評価を順調に進めることができ、これら三つのコンポーネントをハイブリッド接続したアンテナをアルミワイヤを用いて作製し、アルミワイヤ接続を最適化することによってビーム走査を実証することができた。これは国内最初のPAA-MEMSアンテナの実証となるものである。
一方、PAAに代わる新規アンテナとして研究を開始した機械振動式アンテナ（高速(約1 kHz)で広角度 (> 10°)に走査可能）において、シリコンアンテナ要素を搭載したアクチュエータの設計作製を行った。アンテナ要素を搭載する質量が増大するため、構造全体の設計改良を行い、先行研究とほぼ同等の機械特性でアンテナを動作させることができることを実証した。また、水を利用した周波数可変アンテナの研究は、誘電率の大きい水を搬送させることによって大きな静電容量可変率を実現するというもので、この周波数可変アンテナが複数の広い周波数帯に対応することができること、シリコン基板を使用するとアンテナを大幅に小型化できることを実証することに成功した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。