2018 Fiscal Year Research-status Report
2Dフォトニックレフレクタによる超高利得マルチビーム光アンテナ
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18K04128
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
新井 宏之 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (00193053)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光アンテナ / マルチビームアンテナ / 走査ビームアンテナ / ワッフル導波路 / フォトニックレフレクタ / ワッフルアイロン導波路 / シリコンフォトニクス / 超高利得アンテナ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では第6世代の移動体通信として期待される超高速通信を実現するために，多数のビーム形成可能なマルチビームと，簡単な給電回路による走査ビームアンテナ双方の利点を取り入れ，超高利得科研でマルチビーム走査を可能とする新たな光アンテナ構造を見出すことである．
これまでの基礎的な研究成果によってワッフル導波路のパラメータ設定によってビーム走査角を広範囲に設計できることを明らかにしている．そこで，アンテナ利得を最大化するためには導波路の幅方向の励振分布を一様にする必要があるので，導波路の給電系をどう実現するかが大きな課題であったので，本研究では，世界で初めてフォトニック結晶で構成されたオフセット二次元構造レフレクタを提案し設計・試作を行った．この給電構造はパラボラアンテナの技術を光領域に展開し，金属材料によらない反射体をシリコンフォトニクスに適したフォトニック結晶技術を応用することで実現した全く新しい構造の超高利得走査ビームアンテナ用給電系である．
当該年度はフォトニックレフレクタの最適設計と試作を行い，新たに開発した開口面分布測定法を用いることで，アンテナの利得を正確に測定し，46dBiの非常に高利得なビーム走査が光の入力波長を変化させて実現できることを実証した．また，利得を向上させために，新たな導波路構造であるワッフルアイロン導波路を提案し，従来構造に比べて指向性利得を10dB以上増加できることを明らかにした．
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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
本研究で最も重要なフォトニックレフレクタを実現していることは高く評価できる．また，46dBiの超高利得な指向性を有する走査ビームアンテナを設計し，試作によってその性能を確認している．
数値的な目標として掲げた開口効率50％については，導波路の構造上，表面と裏面の双方に放射しているため実現には至っていない．裏面への放射を抑制する反射構造などを製作上容易なもので実現することが課題として残っている．
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| Strategy for Future Research Activity |
さらに利得の向上が見込める新たに提案したワッフルアイロン導波路の試作・実験を実施するとともに，通信用途として，基地局アンテナのカバーエリアを考慮した走査ビームとマルチビームの組み合わせによる手法を確立し，実現可能な基地局構成法を見出す．特に，ビームのカバー領域を拡大するためにフォトニックレフレクタを利用したビーム形成法についてより詳細な検討を今後実施していく．
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