2019 Fiscal Year Annual Research Report
機能性誘電体層集積導波管スロットアレーアンテナとその近接テラヘルツ無線応用の研究
| Project/Area Number |
17H03268
|
|---|
| Research Institution | Chiba Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
枚田 明彦 千葉工業大学, 工学部, 教授 (40500674)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣川 二郎 東京工業大学, 工学院, 教授 (00228826)
永妻 忠夫 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (00452417)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 近接無線 / テラヘルツ / アレーアンテナ / 電波吸収体 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、アレーアンテナ上に周期的な金属パタンを配置した機能性誘電体層を一体形成したアンテナ構造の設計論を確立し、新奇材料集積平面アレーアンテナという新学術分野の開拓とともに、本アンテナのテラヘルツ帯超高速近接無線への適用性を実証することである。
本年度は、送信機単体では電波は外部に漏れないが、送信機のSplit Ring resonator (SRR)と受信機の格子パタンを接触させると、送信機と受信機が接触したエリアのみ電波が透過する125GHz帯近接無線システムの実現に向けて、接触時の通過帯域の広帯域化を実現するための新たな格子パタンを設計した。この格子パタンを試作し、共振ピーク間隔が従来の25GHzから40GHzに拡張することを確認し、10Gbpsエラーフリー伝送に必要な送信電力を 3 dB 低下することに成功した。また、SRRと格子パタンのアライメントを不要にする格子パタンを設計・試作し、アライメントフリーで10Gbpsエラーフリー伝送を達成した。また、平面スロットアンテナに集積可能なSRRを設計・試作し、125GHzにおいて30dB以上の電波吸収を実現した。
また、機能性誘電体層への受信アンテナの接触により、電波の受信が可能になる機能性誘電体層のエリアが平面スロットアレーアンテナ面積の２倍以上となる125GHz帯アンテナの基礎検討として、導波管から機能性誘電体層へ電波を伝送するトランジションの設計・試作を実施し、誘電体基板の長さが最大40cmで10Gbpsデータ伝送に成功した。
平面スロットアレー間の多重反射抑制に向けて、スロットアレーアンテナに誘電体基板を装荷して相互結合を抑圧した。隣接する2x2単位素子間の相互結合は，設計周波数において10dB以上改善した。また、アンテナ間距離1.0～3.0mmにおいて、S11は最大4dB、S21は2.9dB改善した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
SRRと格子パタンを対向した場合の透過帯域の拡大に向けて、配線幅が偏波方向ごとに異なる格子パタンを試作した。共振ピーク間隔が従来格子パタンの25GHzから40GHzに拡張し、120～130GHzにおいて透過損失が3dB以下となった。本格子パタンを使用した125GHz帯データ伝送実験で10Gbpsエラーフリー伝送に必要な送信電力を従来格子パタンと比較して3dB低下することに成功した。これらの格子パタンの課題は近接時に100um以下の位置合わせ精度が必要となることである。SRRと格子パタンの位置合わせを不要にするため、素子間隔周期がSRRと異なる格子パタンを設計・試作した。本格子パタンで、位置合せ無しで接触時に30dB以上の透過特性向上、10 Gbpsエラーフリー伝送を達成した。また、平面スロットアンテナに集積可能な反射型の電波吸収体となるSRRを設計・試作し、125GHzで30dB以上の電波吸収を実現した。
また、近接無線における接触エリア拡大の基礎検討として、導波管から機能性誘電体層へ電波を伝送するトランジションの設計・試作を実施した。誘電体基板はRT/Duroidを使用した。本トランジションを使用して40cmの距離での125GHzにおける損失14dBを達成した。また、本トランジションと40cm長の誘電体基板を用いた125GHz無線データ伝送を行い、10Gbpsデータ伝送に成功した。
平面スロットアレー間の多重反射抑制に向けて、一様励振を実現する4x4素子並列給電導波管スロットアレーアンテナに誘電体基板を装荷して相互結合を抑圧した。隣接する2x2単位素子間の相互結合は，設計周波数において-18.4dBから-29.1dBに改善した。アンテナ間距離1.0～3.0 mmにおいて、S11は最大-8.2dBから-12.5dB以下に，S21は-4.0dB以下から-1.1dB以下に改善した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和１年度は、二つの機能性誘電体層を接触させた場合の通過帯域拡大、および、誘電体層間のアライメントフリーを実現する機能性誘電体層を試作し、10Gbpsデータ伝送に成功した。また、平面スロットアンテナに集積可能な SRR 電波吸収体の試作に成功した。また、接触エリア拡大に向けた導波管―誘電体層のトランジションの設計・試作に成功した。
令和2年度は、テラヘルツ帯でのアンテナ‐機能性誘電体層一体構造の設計論の確立に向けて、送信機が放射する電波を誘電体層内に拡散させ、受信アンテナが接触した部分で電波を受信する機能性誘電体層の設計指針を確立する。
また、誘電体層形成による平面スロットアレーアンテナの高機能化に向けて、機能性誘電体層への受信アンテナの接触により、電波の受信が可能になる機能性誘電体層のエリアが平面スロットアレーアンテナ面積の２倍以上となるアンテナの試作を実施する。
更に、平面スロットアレーアンテナを使用した超高速近接データ伝送を実現するため、受信エリアを拡大したアンテナを使用したデータ伝送実験系を構築し、データ伝送が可能なエリアの評価を行い、受信エリアが2倍以上となることを確認する。
|
