Research on millimeter-wave band one-chip radio devices for IoT
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22K04093
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
平野 拓一 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (60345361)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | ミリ波 / テラヘルツ波 / 5G / アンテナ / フリップチップ / アレー / 給電 / プローブ / 複素誘電率 / テラヘルツ時間領域分光測定 / ボンディングワイヤ / オンチップ |
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| Outline of Research at the Start |
IoT (Internet of Things)のためのミリ波帯・テラヘルツ帯のワンチップ無線機の研究を行う。ミリ波帯以上の高周波では、アンテナの長さは1mm以下の小形サイズで実現できる。そのためアンテナをチップ内に納めて（オンチップアンテナ）ワンチップ化することが可能となる。ディジタルおよび無線回路が搭載されたシリコンCMOSチップは低い抵抗率のため、オンチップアンテナが放射する電波の多くは熱になってしまい、電力効率の低下が問題となっている。本研究では、高効率なオンチップアンテナを搭載した高効率ワンチップ無線機の開発を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度は昨年度に続き、チップ実装の検討として高周波のミリ波帯で使用できるフリップチップ実装の特性のシミュレーションを進めた。シミュレーションによる計算結果を検証するために低周波帯でスケールモデルを試作して測定評価を行った。マイクロストリップ線路のシグナルライン同士を対向させたフリップチップ実装を想定したモデルの計算値と実験値を比較し、反射係数および透過係数の傾向はよく一致しており、シミュレーションによる計算結果の信頼性を検証した。
高周波プローブを用いてミリ波帯アンテナを実測評価する際に、下面の金属板は利得測定に大きな影響を与える。そのため、300GHz帯で測定する際の金属板の影響をシミュレーションで評価した。また、金属板の影響を低減するためのアンテナの固定方法について検討し、ガラス支柱および吸収材料を用いる方法について提案した。
ミリ波帯では空間減衰を補償するために高い利得が必要となり、アレーアンテナを用いることが解決法の１つである。複数のアンテナ素子にRFフロントエンドから給電するためには、位相差を考慮した給電が必要となる。RFフロントエンドとアンテナの間隔を自由に設計するための配線方法を検討した。複数のアンテナに対して等長配線となるように内側のアンテナの線路はジグザグに配線する方法を提案した。また、マイクロストリップ線路を曲げる際の形状について、反射を抑圧し、透過が大きくなるような構造を設計するための近似計算を行った。
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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
アンテナ、線路のシミュレーション技術の検討は順調に進んだ。他の無線回路素子の検討は少し遅れているが挽回可能であり、進捗はおおむね順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画どおり、アンテナを含む無線回路（インダクタ、キャパシタ、FET、線路）をすべて電磁界シミュレーションで設計する技術を確立する。また、EMC,シグナルインテグリティーを考慮した各無線回路ブロックの配置を最適化（出力S/N比を最大化）する手法を検討する。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
