| 研究概要 |
弾性表面波(SAW)デバイスは圧電体の表面近くにエネルギーを集中しながら伝搬するSAWを信号処理に用いたエレクトロメカニカル機能素子であり,携帯電話や通信衛星など,移動体通信機器のキーデバイスとして広く利用されている.今年度は,共振器型SAWフィルタを実例として,櫛形電極(IDT)の等価回路モデルに含まれる定数パラメータ(等価回路パラメータ)のバラツキがシミュレーションの解析結果に及ぼす影響を考慮したロバスト最適設計を最適化問題として定式化し,最適化手法を構築して有用性を検証した.
まず,等価回路パラメータは圧電体基板の材質やIDTの加工誤差などの影響を受け,実験値との比較から厳密に求めることは容易でない.そこで,等価回路パラメータの変動範囲と周波数特性の許容誤差を規定することで,ロバスト性を考慮したSAWフィルタの最適設計を,制約条件付き最適化問題として定式化した.
つぎに,上記の制約条件付き最適化問題の実行可能領域と目的関数空間の景観を鑑みて,ペナルティ関数法と可変近傍探索法を組み合せた最適化手法を構築した.ペナルティ関数法により良質の実行可能解を得るためにはペナルティ係数の適切な調整が重要となるが,ペナルティ係数を周期的に増減させることで,局所的最適解からの脱出を容易とした技法を考案した.また,シミュレーションによるSAWフィルタの周波数特性の評価には計算時間を要するため,探索性能を落とさず探索回数を制限した可変近傍探索法の高速化手法を提案した.
さらに,大規模なSAWフィルタのロバスト最適設計問題に対して良質の解を得るため,可変近傍探索法と遺伝的アルゴリズムを組み合せた遺伝的局所探索法を構築し,幾つかのSAWフィルタの構造設計に適用して得られた解を比較分析することで,等価回路パラメータのバラツキと周波数特性の変動との関係を調べた.
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