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

2023 Fiscal Year Annual Research 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．
研究項目①を達成するため，150GHz帯での発振器を設計，試作評価した．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を用いて試作を行い，消費電力1.3mWで動作することを確認した．
研究項目②－２については，発振器の差動出力端子間に並列にスイッチを挿入し注入同期を行う回路を設計試作し，入力信号に応じて位相がロックされることを確認した．提案スイッチにより消費電力が増加することが無いことを確認しており，提案回路による低消費電力化のための低電圧動作の位相同期発振器が実現できることを確認した．
また，IC上で複数のアンテナ付き発振器を動作させ，また，提案回路により外部信号と同期動作させることにより，電波の放射方向が制御できることを確認した．全ての発振器が同期している場合はIC鉛直方向に，発振器の位相をずらすことで鉛直方向からずれた方向に電波が出ることが確認できた．
提案システムにより，アンテナ直下に発振器があるアクティブアンテナユニットを実現し，各ユニットは高周波のLO信号ではなく，低周波信号を用いた注入同期により位相制御が可能になると考えられる．