NRD waveguide type terahertz wave phase shifter using liquid crystal

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04572
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
• Principal Investigator: Moritake Hiroshi 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 教授 (90531799)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 液晶 / 可変移相器 / テラヘルツ波 / ミリ波 / 配向マイクロファイバー / フェーズドアレイアンテナ / 非放射性誘電体線路 / NRDガイド

Outline of Final Research Achievements

To improve the response time when using liquid crystal in an NRD waveguide type terahertz wave phase shifter, aligned microfiber / liquid crystal composite was used. By increasing the solution concentration when producing the microfiber by electrospinning, it became possible to increase the fiber diameter. By increasing the fiber diameter, it was possible to suppress the increase in threshold voltage and maintain dielectric anisotropy close to that of the pure liquid crystal, while suppressing the decay response time of the composite element when the voltage was removed below 300 ms.
Using this composite, four-element phased array antenna operating at 100 GHz was fabricated. It was confirmed that the fabricated antenna has a maximum scan angle of ±41 degrees, and the response time of scan angle switching was 250 ms.

Free Research Field

電気電子工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

液晶を配向マイクロファイバーと複合化することにより、厚い液晶層を必要とする応用時に問題となる電圧を除去した際の応答時間の改善を明らかにでき、液晶応用の新たな可能性を開いた。また、液晶を用いた100 GHz帯の可変移相器を実現し、この移相器を用いたフェーズドアレイアンテナを実際に作製し、電波の放射方向を操作できることを明らかにした。この成果は今後通信への応用が期待されるテラヘルツ波の利用に必要な技術の実現の可能性を示すものである。