2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of broadband high power millimeter wave fast switching device using natural vibrations
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19K03789
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
三枝 幹雄 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (10292476)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 大電力 / ミリ波帯 / 高速スイッチ / 固有振動 / リング共振器 / 積層圧電アクチュエータ / アルミナ分散強化銅 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
国際熱核融合実験炉(ITER)で想定されているプラズマのエネルギー閉じ込めに有害な新古典ティアリングモード(NTM)の周波数は3-5 kHzであるが、従来のミリ波帯高速スイッチでは100 Hzまでしか切り替えが行えなかったため、ミリ波源であるジャイロトロンの高圧電源をデューティー50%でon/off制御することで、NTMの安定化を行ってきた。本研究ではリング共振器の反射板を高速で振動させて大電力ミリ波の高速切り替えを行うことで、ミリ波源のデューティー100%運転でのNTMの安定化を目指す。
2019年度は3角形型リング共振器型高速スイッチを用いて、小型振動発生器による反射板の振動で切り替えが可能であることを確認した。2020年度は、電力反射率0.9付近の0.98 mm厚のC面カットサファイアハーフミラーの固定方法を見直し、周波数特性による共振のQ値向上の確認、小型振動発生器を用いた300 Hzまでの切替え、及び２個の積層圧電アクチュエータによる直径200 mm、厚さ2mmのSUS304製の反射鏡の固有振動を利用した1.35 kHz帯までの切替えを確認した。
2021年度は、駆動部を真空封止可能で固定方法を改善した４個の積層圧電アクチュエータで直径108mm厚さ2 mmの反射鏡（アルミナ分散強化銅製）を固有振動周波数付近で振動させることにより、170 GHz帯の低電力ミリ波の3.4 kHzでの高速切替え試験を行なった。また、直径50 mmの円形コルゲート導波管用のマイターベンド型方向性結合器について、有限時間差分領域法によりシミュレーションを行なった。
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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
国際熱核融合実験炉(ITER)で想定されている新古典ティアリングモード(NTM)の周波数は3-5 kHzであるが、従来のミリ波帯高速スイッチでは100 Hzまでしか切り替えが行えなかったため、ミリ波源であるジャイロトロンの高圧電源をデューティー50%でon/off制御することで、NTMの安定化を行う予定であった。本研究ではリング共振器の反射板を高速で振動させ大電力ミリ波の高速切り替えを実現することで、ミリ波源をデューティー100%で運転しながらNTMの安定化を目指した。2019年度は小型振動発生器による反射板の振動で切り替えが可能であることを確認し、2020年度には固有振動と積層圧電アクチュエータによる反射板の振動で1 kHz以上で切り替えが可能であることを確認した。そして2021年度には、反射板の固定方法を見直し、真空封止が可能な小型の反射板を従来の２倍の４個の積層圧電アクチュエータにより駆動することで、想定されるNTMの周波数帯である3.4 kHzでミリ波を高速に切り替えることに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度までに低電力での高速切り替え実験に成功したので、2022年度は大電力ミリ波の高速切り替えを目指し、振動反射板を駆動する４本の積層圧電アクチュエータの接触圧の個別調整機能を加え、反射板の水冷構造を改良した後、量研那珂研究所との共同研究で、100 kW以上で10-100 ms程度の単パルス大電力試験を行う。
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| Causes of Carryover |
積層圧電アクチュエータの価格が、前回2019年度購入時の税込69552円から税込125890円と想定（３万円上昇）より約2.5万円上昇したが、ピエゾドライバ（メステック社製M-26107）の価格を、交渉により定価65万円＋消費税から、60万円+消費税に減額してもらったため、約３万円程度予算が余ることになった。
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