| 研究課題/領域番号 |
23K03834
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21020:通信工学関連
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| 研究機関 | 秋田大学 |
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研究代表者 |
淀川 信一 秋田大学, 理工学研究科, 講師 (90282160)
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| 研究分担者 |
倉林 徹 放送大学, 秋田学習センター, 特任教授 (90195537)
河村 希典 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (90312694)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2025年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | サブミリ波 / 固体プラズマ / アレイアンテナ / ビームフォーミング / FDTD解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
サブミリ波帯の放射ビームを走査するフェーズドアレイ・アンテナの動作には各アンテナに対する複数の位相制御器が必要である。本研究は，サブミリ波帯で動作する位相制御器として固体プラズマ線路を提案し，複数のプラズマ線路をアレイ上に配置することで，放射ビームの方向および集束点を制御するビームフォーミングアンテナの実現に向け，理論解析，シミュレーション解析および実験により検討する。
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は，サブミリ波帯の素子として誘電率に異方性を持つ固体プラズマとして動作する高移動度半導体材料（n-InSb）を利用すること，またそれを移相器として利用することで放射パターンが制御可能なアンテナとして動作することに特徴を持つ。また，それにより通常のフェーズドアレイ・アンテナで必要となる移相器とそれを制御する制御装置の必要がなく，印加する電流または磁界のみにより特性が可変となるところに大きな意義が有る。
はじめに，古典的な理論解析（マクスウェルの方程式から導出した分散関係式を解く方法）により，アンテナアレイを構成する真空とn-InSb の二層構造導波管のパラメータ（各層の厚みとn-InSbの電子密度など）について検討し，アレイアンテナの移相器として利用できるようなある程度の位相定数の変化を生じさせるプラズマパラメータが見いだされた。
次いで，FDTD（Finite-Difference Time-Domain）シミュレーション解析により，サブミリ波の放射方向および焦点距離を電気的に制御が可能なプラズマ導波管の構造および各部の配置などについて詳細に検討した。その結果，複数のn-InSbの電子密度をそれぞれ適切な値に設定することでビームの放射方向を±60°程度で走査可能であること，および焦点距離を数mm～数十mmの範囲で制御可能であることが示された。また，積層した二層構造導波管に挿入するn-InSbの長さをレンズ状に設定した場合，印加静磁界により焦点距離を数十mm～100 mm程度の範囲での制御が可能であることが示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
理論解析およびシミュレーション解析では，適切な構造およびプラズマパラメータの詳細な検討が進んでいる。シミュレーション解析結果から，サブミリ波の放射方向の制御は，目標としていた±60度を達成することができた。一方で，焦点距離の制御範囲は小さい領域にとどまった。
また，実験に関しては，予定していた部品（サブミリ波検出器：VDI社製）が円相場と物価上昇の影響で，大幅に値上がりし，初年度の購入ができなかった。こちらは，本年度の予算と合計して購入する予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
理論解析及びシミュレーション解析は順調に進んでおり，今後は解析結果を確認するために実験を進めていく。そのため，昨年度購入を見送ったサブミリ波の検出器を購入し，実験環境を整備する。サブミリ波発振器（光励起サブミリ波レーザを利用）や，測定装置（導波管や放射パターンを測定する可動プローブ装置など）は準備ができており，今後は実験を繰り返しながら実験装置の改良を進める予定である。
理論解析により，初期に検討していた構造より簡単な構造で，放射方向をさらに大きく変化させることが可能なパラメータが見いだされており，今後はFDTDシミュレーション解析により理論解析結果の妥当性を確認する。また，焦点距離の変化に関しては，解析領域の拡大や，解析手法の改良を予定している。
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