2023 Fiscal Year Research-status Report

発見的最適化手法を用いた第5世代移動通信システム用ミリ波高性能素子の開発

Research Project

Project/Area Number	22K04234
Research Institution	Kitami Institute of Technology
Principal Investigator	柏達也北見工業大学, 工学部, 教授 (30211155)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	辻寧英室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (70285518) 井口亜希人室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 助教 (00872996)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords	発見的最適化手法 / トポロジー最適化 / 第5世代通信システム / ミリ波 / テラヘルツ波
Outline of Annual Research Achievements	５G大容量高速通信システムにおいてはミリ波の利用がキーテクノロジーになる。従って、ミリ波回路素子の小型化、軽量化、高性能化、多機能化は非常に重要な技術となる。本研究の目的は、従来の解析的設計では不可能であった性能を持つミリ波素子のトポロジー最適設計技術による新素子の開発である。さて、本研究では発見的人工知能型最適化設計手法についてミリ波回路設計時における性能評価及び新技術の導入を行った。ミリ波回路としては最も損失の少ない線路であるＮＲＤ線路（非放射型誘電体線路）の設計に注目した。最適化手法としてはベイズ最適化法や共分散行列適応進化型手法を元にした手法を用いた。結果として、分岐導波路、フィルターなどについてトポロジー最適化手法を用いた解析を行い、その性能を調べるとともに手法に改良を加え、より高性能な設計手法と従来の設計では不可能であった特性を持つＮＲＤ線路素子の実現が可能となった。その他、他の進化型最適設計手法の特性把握も行い、将来へ向けたミリ波集積回路のトポロジー最適化手法の有効性を示した。また、ミリ波のみならず６Gで使われるテラヘルツ波回路及び光回路のトポロジー最適設計の応用にも既に着手している。特にテラヘルツ波になると金属部分表面にプラズモンというプラズマ状の媒質が生成され、この事を考慮した解析がミリ波回路解析とは異なり更に複雑になってくる。現在、この部分の定式化とその事を考慮したトポロジー最適化に関する研究を進めている。今年度は論文一編、国際会議2件の発表を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究では発見的人工知能型最適化設計手法について様々な研究を行いミリ波回路設計時における性能評価及び新技術の導入を行った。ミリ波回路としては最も損失の少ない線路であるＮＲＤ線路（非放射型誘電体線路）の設計に注目した。結果として、分岐導波路、フィルターなどについてトポロジー最適化手法を用いた解析を行い、その性能を調べるとともに手法に改良を加え、より高性能な設計手法と従来の設計では不可能であった特性を持つＮＲＤ線路素子の実現が可能となった。上記の内容はほぼ研究計画通りである。
Strategy for Future Research Activity	今後の研究計画としては研究計画調書に書かれているように、他の新しい機能を持ったミリ波回路の実現を設計面から提案する。また、この技術を同じく電磁波であり、６Gで使われるテラヘルツ波回路及び光回路のトポロジー最適設計に応用して行く予定である。なお、その一部の結果は既に出ており近日中に発表予定である。
Causes of Carryover	本研究における計算では大規模計算になる可能性が有り有料の大型計算機を使用する予定であったが、研究室内のワークステーションで計算が可能になる効率的な計算が可能なアルゴリズムを考案し実用化したので、その分予算が多少余った。次年度はその余った予算を更なる成果発表の為の論文誌代および成果発表旅費に使用する予定である。