2020 Fiscal Year Annual Research Report
Frequency downconversion and high-sensitivity measurement of millimeter-wave band RF signals with an assistance of optical two-tone signals
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20H02141
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
千葉 明人 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (30435789)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂本 高秀 東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (70392727)
呂 国偉 会津大学, コンピュータ理工学部, 上級准教授 (30599709)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | RFフォトニクス / 光２トーン信号 / RF信号 / 周波数下方変換 / マイクロ波・ミリ波フォトニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光波に対する変調や検出を利用してミリ波帯高周波（ＲＦ）信号を計測する手法となる「光波アシストＲＦ計測」を提案する。光波に対する高速変調を具現化する「進行波型電極構造」の特長を研究代表者が独自に開発した「光２トーン信号源」の特長と融合させ、ミリ波帯デバイスの高周波特性による限界から脱却した高確度の信号計測が可能となることを、実験・モデル解析の両面から実証することを目指す。
今年度はまず、光波アシストＲＦ計測のモデルを構築して解析を進めた。具体的には被測定ＲＦ信号の振幅や位相が光干渉信号に与える影響を定量的に把握した。その結果、被測定ＲＦ信号の振幅や位相を引数として含む次数ゼロの第一種ベッセル関数に依存する出力信号振幅が得られるとともに、被測定ＲＦ信号の位相が第二・第三象限に属する場合は出力信号の極性が反転するという知見も得られた。また被測定ＲＦ信号の振幅が比較的高めになると、被測定ＲＦ信号の位相が所定の範囲内であればＲＦ位相変化に対して急峻な出力信号振幅変化を示すことも確認された。
モデル解析に対応する実験的検討も行った。テストベッドとする実験系を構築して信号を取得し、その評価結果に基づいてモデル解析の妥当性を裏付けた。更に、検出した光干渉信号からＲＦパラメータを抽出する信号処理の検討を進めるとともに、次年度以降に予定している光波の増幅を検討する際に必要となる物品の選定や調達も進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本申請における提案のひとつは「光波の変調と検出を媒介とする信号評価の手法」で、高周波デバイスや高周波帯信号処理を回避し信号評価における確度の向上を図るものである。今年度はこの定式化を進め、提案手法の理論的実証に留まらず最適条件の示唆も行うことができた。また実験的検討も進め、モデル解析結果により得られた予測を忠実に反映する実験結果を得ることができ、実験的裏付けにも成功した。更に、検出した光干渉信号からＲＦパラメータを抽出する信号処理の手法を提示し、取得した実験データにその手法を適用して妥当性を示すこともできた。そして本提案手法において、光源のコヒーレンス（線幅）に対する要求も厳しいものではなく有用性は損なわれないことも確認できた。
これらの結果をまとめた原著論文は当該分野において著名な学術雑誌に採択され、2020年6月に出版された。本研究課題に関する一連のプロセスを鑑みると、申請当時の趣旨に沿って「計画通りで」かつ「短期間で」実証に成功したため「当初の計画以上に進展している」という評価が最も妥当であると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず今年度実証に成功した手法の洗練を検討する。測定誤差や基準RF信号周波数の低減・基準RF信号源フリーなどを実現する提案手法の改良を検討し、実利用に於いてより好適となるよう本手法の発展形を探索する。またRF信号パラメータの実時間推定の実現に取り組む。現状は、推定アルゴリズムの試作や検討を進める観点からオフライン動作に留まっており、実用上の支障となるためその対策をとる。具体的には、本手法の特長となる周波数下方変換を活かすアプローチとして低速電子回路やマイコン等による実装を検討する。被測定ＲＦ信号周波数帯の拡張に向けて、光波に対する高周波変調デバイスの選定も進め、計測に利用する基準ＲＦ信号周波数の低減についても検討する。更に光サイドバンドの増幅についても数値解析に立脚して検討し、媒質とする高非線形光ファイバの選定なども進める。
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