2019 Fiscal Year Research-status Report
電磁波エネルギーハーベスティングに向けた新しい電波整流器技術の研究
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18K04267
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田中 愼一 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (00556243)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 整流器 / 整流回路 / エネルギーハーベスティング / GaN / マイクロ波 / ダイオード / FET / 時間反転双対性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度に引き続き，ダイオード型整流器とFET型整流器を並行して検討した．
１）ダイオード型整流器
直列共振インダクタを装架した整流器は，共振電流によりインダクタの誘導起電力が増大する結果，ダイオードの有限の閾値電圧にも関わらず微弱電波の入力に対し高い感度で応答するという特徴がある．それに加えて本整流器は広い入力電力領域にわたって反射がゼロに抑えられるという特徴がある．そこで反射抑制のメカニズムを明らかにするため，理論解析を行った．その結果，インダクタの共振に伴いダイオードの小信号インピーダンスが純粋な実数になるためインピーダンス整合がし易くなるだけでなく，その実数インピーダンスが外部容量によって制御できることを明らかにした．さらに本整流器の狭帯域という課題を克服するため，異なる共振モードを有するダイオードを複数組み合わせる手法を検討した．その結果，国内地上デジタルテレビ放送の電波帯（470-700MHz）をカバーする高感度整流器を実現することに成功した．
２）FET型整流器
前年度は右手左手系複合（CRLH）線路のみを使ってFETのゲート制御回路を超小型化することに成功した．今年度は同じ手法を使って，ドレイン側の高調波処理回路をCRLH線路のみで構成する検討を行った．高調波処理回路としての機能を確認するため，GaN FET R級増幅器を試作評価した結果，ドレイン効率76%の良好な結果を得ることができた（国際会議EuMC 2020にて報告する予定）．一方，FET整流器の動作原理の理解を深める研究も進めた．時間反転双対原理に基づくFET型整流器には，２つのスイッチングモードがあることを明らかにし，これらの動作モードを活かすための課題と方策について考察した．
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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
筆頭研究者が提案したダイオード型の高感度整流器に関しては，理論解析によりその原理が明らかになり，本整流器の利点を広く活用する上で研究が大きく進展した．たとえば，2019年度はまだ着手できていないが，単一ダイオード構成の整流器の弱点である出力電力の不足を補うべく，本整流器の動作原理を複数ダイオードのチャージポンプ型整流器に展開する上で，今年度の理論解析は大きく役に立つと考えられる．また，本整流器のもう一つ弱点であった狭帯域特性を克服する手段に道筋をつけた点も今後の応用展開を図る上で大きな成果であると言える．FET整流器に関しては，前年度に続きドレイン側の回路も独自のCRLH線路を用いて超小型化を実現する道を開いた．
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| Strategy for Future Research Activity |
ダイオード整流器に関しては，チャージポンプ型の整流回路を検討し，これまでの高い入力感度に加えて，1V以上の高出力電圧（現状100mV程度）の実現を目指す．FET整流器に関しては，2018年度に開発した超小型のゲート回路に加えて，ドレイン回路の超小型化も目指す予定．ドレイン回路はゲート回路と同じく右手左手系複合線路を用いて小型化を実現し，整流器全体としての超小型化の実証を行う．
コロナ感染症の拡大に伴い，研究の遂行に支障を来たしているが，研究プロセスの効率化を図って極力プロジェクトの計画に影響を及ぼさないようにする．
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| Causes of Carryover |
約５万円の未使用額が生じたが，最終年度の次年度に数多くの実験資材を購入する必要があるため，未使用分を次年度で有効活用する方が合理的と判断した．
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