Phased-array lader with variable-frequency liquid antenna

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04005
• Research Institution: Toyama Prefectural University
• Principal Investigator: 野田 堅太郎 富山県立大学, 工学部, 講師 (00547482)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: MEMS / フェイズドアレイ / ロボットセンサ / 液体アクチュエータ

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、誘電体材料として液体を使用した可変周波数アンテナアレイを実現する。各アンテナの形状を動的に変形することで位相差を連続的に変化することで、ミリ波を空間上の任意位置に出力することが可能なフェイズドアレイの実現を目指す。
2020年度は、フェイズドアレイアンテナの共振点を計測・制御する方法を確立するため、アンテナの試作・評価設備の新規セッティングを行うとともに、フェイズドアレイアンテナの形状変化を印加電圧・アンテナ静電容量を元に算出する方法を実現し、また、アンテナの共振周波数との関係を求めることで、静電容量値を元に共振周波数変化を制御する方法を実現した。
アンテナの変形量はレーザ変位計を用いてアンテナ中央部の高さの変化量を測定することで計測し、200 V の直流電圧を印加することで初期高さ120 μm から 157.6 μmまで最大 37.6 μm 形状が変位させることができることを確認した。このとき、スペクトルアナライザによって各形状の時のアンテナのリターンロスを計測したところ、電圧を印加することによる変形により、アンテナ周波数を23.5～23.8 MHzまで、300 MHz 程度にわたって変化・制御可能であることを確認した。この時のQ値は26であり、十分な信号の発信が可能であることを確認した。
2021年度は実現した制御方法を利用して、当初2020年度中の目標であったアンテナ素子のアレイ構造の試作とアレイアンテナの制御を実現し、当初本研究課題の目標である、連続的な波面形状の制御方法を実現することを目標として研究・開発を行う。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初計画では、アンテナアレイの試作評価を行う予定であったが、在籍大学の異動に伴い、研究設備の移動、新規構築をする必要があったため、試作作業に遅れが生じた。当初予定にはなかったものの、2020年度作業として従来と同様のデバイス試作・評価設備を新規研究実施場所に構築し、今後、構築した研究設備を用いることで当初予定通りの研究成果を導くことが可能になると考えている。

Strategy for Future Research Activity

昨年度予定を完了するため、アンテナのアレイ化ならびに制御方法について研究・開発を進め、昨年度目標を完了する。また、当初予定の通りに波面形状を 3 次元的に計測するための計測装置の試作、ならびにフェイズドアレイアンテナの波面形状・制御特性の計測・評価を進め、連続周波数変化を利用したフェイズドアレイアンテナの試作・評価を行うこととする。

Causes of Carryover

今年度中は異動に伴う設備の移設のための移設費用・装置のセットアップ費用を支出しており、消耗品や旅費に関して当初予定よりも支出額が少なくなった。このために当初使用額から使用金額が少なくなった原因である。今年度はセットアップが完了した設備を運用するために消耗品に多くの金額を割く予定である。