オンチップ低消費電力注入同期型アクティブセルを用いた150GHzアレーアンテナ

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04171
• Research Institution: Shizuoka Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 本良 瑞樹 静岡理工科大学, 理工学部, 准教授 (40736906)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 短ミリ波 / 低消費電力 / アクティブアレーアンテナ / 発振器 / 注入同期

Outline of Annual Research Achievements

研究目的である，150GHz帯におけるアクティブアンテナユニットを実現し，これをアレー化することでアンテナアレーとしての動作を検証するための検討を行った．これを実現するには，(1)低消費電力な発振器，(2)小型なアクティブアンテナ，(3)外部からの同期が可能なアクティブアンテナユニットが必要になる．本研究では，課題(1)の解決を研究項目①とし，課題(2), (3)の解決をそれぞれ研究項目②－１，②－２としている．
今年度は研究項目①を達成するため，150GHz帯での発振器を設計，試作した．シミュレーションにおいて電源電圧0.6Vで消費電力1mWであった．本発振器を米国Global Foundaryの45nm SOI-CMOSを用いて試作を行った．更に，研究項目②－２を達成するため，試作発振器の差動出力端子間に並列にスイッチを挿入し，同期の確認を行えるようにした．スイッチを並列型とした理由は発振器に対して直列スイッチを用いると，低電圧環境下では発振開始がスムーズに行かない現象が確認されたためである．提案スイッチにより，低消費電力化のための低電圧動作，および，アクティブユニットが同期できることをシミュレーションで確認している．
試作ICについては年度内に評価を行い，基板実装によるアレー化を行う予定であったが，昨今の半導体不足によるファウンダリー生産ラインの混雑により，当初12月納品であったICが3月納品と非常に遅れたため，年度が改まってから評価を開始している．今年度6月末までには評価を完了させ，実装作業を行う予定である．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ICの試作は予定通り実施できたが，昨今の半導体不足によるファウンダリー生産ラインの混雑により，当初12月納品であったICが3月納品と非常に遅れたため，年度が改まってから評価を開始している．今年度6月末までには評価を完了させ，実装作業を行う予定である．
研究項目②－１については昨年度予定を上回るペースで検討が行えており，トータルでは影響は少ないと考えられる．

Strategy for Future Research Activity

今年度は本研究課題の最終年度であり，研究目的である「150GHz帯におけるアクティブアンテナユニットを実現し，これをアレー化することでアンテナアレーとしての動作検証」を行う．そのために必要な，①：低消費電力発振器，②-1：高効率アンテナ，②－2：ユニット同期スイッチの検討について，②－1については昨年度，①および②－2の試作については本年度行っている．今後試作ICの評価およびアレー構成での特性評価を行う．更に②－1のアンテナと組み合わせることで，研究目的であるアクティブアレーを実現する．

Causes of Carryover

ICの試作は予定通り実施できたが，昨今の半導体不足によるファウンダリー生産ラインの混雑により，当初12月納品であったICが3月納品と非常に遅れたため，年度が改まってから評価を開始している．そのため，昨年度実施予定であったIC評価，アレー実装に掛かる経費については次年度に繰り越している．IC評価が完了し次第，次年度使用を行い当初予定通り研究を遂行していく．