2014 Fiscal Year Research-status Report
フレキシブル・フェーズドアレイ・アンテナ要素技術の研究
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25420316
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
佐藤 史郎 山形大学, 理工学研究科, 産学連携教授 (80511980)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横山 道央 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (40261573)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | フェーズドアレイアンテナ / 移相器 / マイクロストリップ線路 / 可変容量デバイス / 可変インダクタンスデバイス / 電磁界シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H26年度は、基本的にはH25年度に策定した計画に沿って研究を進めた。（１）可変容量デバイスについては、電磁界シミュレーションによるデバイス構造設計を進化させるとともに、関連のデバイスの試作・評価を行った。しかし、現状のデバイスでの容量可変域は小さく、基板への実装効率が低い難点があることが判明した。選択した材料は塗布法による作製は可能である。今後も容量可変範囲の拡大、低損失化、省電力化等の機能・性能の改善は継続する。（２）H25年度に原案を考案した新しい可変移相器方式は、基本となるマイクロ波の分配回路と位相制御機構の組み合わせによるものである。前者の回路については従来の設計手法による精度が不十分で、所定の周波数特性の実現が困難であることがわかった。このため、電磁界シミュレーション用いて新しい設計手法を考案した。これにより、高精度な周波数特性を実現できることが明らかになった。位相制御機構については、これまで実現されていない新しい機構で、その具体的デバイス試作に向けて、デバイス構造、材料の選定とその組み合わせ、印刷法による作製技術等の検討を進め、プロトタイプデバイスの試作とその動作実証実験に成功した。これらにより、新しい可変移相器方式の実現に見通しをつけることができた。（３）個々のアンテナ素子と新しい可変移相器を組み合わせたフェーズドアレイアンテナユニットについては、その基本構造の設計を行った。（４）これらのアンテナユニットをアレイ化した小規模なプロトタイプ・フレキシブル・フェーズドアレイ・アンテナのパネル構造についても考案・設計を行った。（５）計画した可変コンダクタンスデバイスの開発については、シミュレーションでデバイス構造の最適化を進めたが、有望な構造を得ることができなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
H26年度までに実施した（１）可変容量デバイスの開発では、フレキシブルで印刷製造可能なポリマーの可変誘電率デバイス構造の考案と関連デバイスの試作を進めた。誘電率可変は外部からの電圧印加によるもので、液晶とほぼ同程度の電圧で誘電率が変化する機能を認めたが、試作したデバイスは可変範囲が狭く、挿入損失も大きい難点があることが判明した。（２）新しい可変移相器方式では、基本となるマイクロ波分配回路の精密な高周波特性が実現できる新しい設計手法を電磁界シミュレーションで考案した。これにより可変移相器として設計できる高周波域が明らかになった。また、この回路と組み合わせて用いる位相制御機構デバイスについては、デバイス構造、用いる有機材料の選定とその組み合わせ、および作製技術を検討してその試作及び動作原理実証実験に成功した。この可変移相可変方式は当初計画の可変容量デバイス方式に比べて、一層の低挿入損失、フレキシビリティ、印刷可能などのメリットを有するものと期待できる。ただし、まだ動作の安定性、高速化、低消費電力化などの課題が残されている。従って個々の可変移相器はその実現に向けて順調に進捗している。（３）個々のパッチアンテナと（２）の新しい可変移相器を組み合わせたフレキシブル・フェーズドアレイ・アンテナユニットについて検討を進め第一次設計を行った。（４）上記アンテナユニットをアレイ化した小規模なフェーズドアレイアンテナについてもシミュレーションによる検討を行い、各アンテナユニットからの出力の合成において、一層高効率な合成方法が必要であることがわかった。（５）これまでは基本回路の作製法としてスクリーン印刷法を用いてきたが、より高導電度が期待できる他の印刷法、たとえばインクジェット法などを用いた試作については次年度の課題となった。以上、全体として概ね順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
H26年度の成果を踏まえ、今後は以下のように研究を進める。（１）可変容量デバイス方式については、有機デバイスの高速化の検討に注力することとして、デバイス設計試作は中断する。（２）新しい可変移相器方式で、位相制御デバイスについて、有機材料種の選定・組み合わせ、デバイス構造、作製技術の改良・最適化等をさらに進めてその性能向上を図る。これにより、このデバイスの技術課題を整理し、実用化に向けた見通しを明らかにする。（３）個々のパッチアンテナ素子と（１）の新しい可変移相器方式を組み合わせたフレキシブル・フェーズドアレイ・アンテナユニットの第２次設計・試作を行い、受信特性を測定する。（４）作製法については、スクリーン印刷以外の他の高精細印刷法によるデバイスの高精細化と一層の高機能化を検討する。（５）個々のアンテナユニットからの出力の高効率な電力合成方法を検討し、少数のアンテナユニットから成る小規模なフレキシブル・フェーズドアレイ・アンテナの設計試作および特性評価を行う。これにより、本件申請課題のフレキシブル・フェーズドアレイ・アンテナの実用化に向けた技術課題を明らかにする。（６）本件課題研究の総括を行う。
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| Causes of Carryover |
新しい可変移相器方式について、その基本となるマイクロ波分配回路の周波数特性を高精度に設計できる手法がそれまでになかった。H26年度は電磁界シミュレーションを駆使して新しい高精度設計手法の考案に注力した。その結果、設計した回路の作製が遅れ、作製費（スクリーン印刷費、関連材料費）の支出が減額となった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
H27年度は、新しい可変移相器方式の基本マイクロ波分配回路と位相制御デバイスの高性能化を目指した試作改善、個々のパッチアンテナ素子と上記の可変移相器を組み合わせたフレキシブルフェーズドアレイアンテナユニットの試作、さらに小規模なフェーズドアレイアンテナの試作に使用させて戴く予定である。
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Research Products
(2 results)
