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2017 年度 実施状況報告書

マイクロ波・ミリ波帯アダプティブデバイス応用に向けた強誘電体薄膜移相器の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K14677
研究機関防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)

研究代表者

島 宏美  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 講師 (10610967)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワードマイクロ波・ミリ波 / 強誘電体薄膜 / 移相器 / 材料定数
研究実績の概要

本研究は、マイクロ波・ミリ波帯におけるアダプティブデバイスの開発を目指し、液晶装荷移相器の液晶層を強誘電体薄膜に置き換えた強誘電体薄膜移相器の開発を行うものである。今年度に行った研究は以下の通りである。
強誘電体薄膜材料として ペロブスカイト(ABO3)構造を有するチタン酸バリウムのBサイトにジルコニウムを置換したチタン酸ジルコン酸バリウム(BZT)を選択した。薄膜の組成比や、成膜条件を確立するため、成膜方法として化学溶液堆積法を選択した。化学溶液堆積法により組成比及び結晶化温度の異なるBZT膜を作製した。前駆体溶液の熱分析の結果より、成膜時の熱分解温度を2段階に設定し、有機物の残存量が少ない良質な膜を得ることに成功した。結晶化温度依存性の観点からは、構造解析や膜質、誘電特性の結果から、より高い結晶化温度で熱処理することで結晶粒の成長が促され、高い比誘電率およびチューナビリティ特性が得られることを確認した。ジルコニウム組成比依存性の観点からは、ジルコニウム置換量が0.1~0.2重量パーセント付近で比誘電率のチューナビリティ特性が最大となることを確認した。
また、マイクロ波・ミリ波領域での材料定数の評価手法として、誘電体レンズを利用した自由空間タイムドメイン法によるSパラメータの測定方法について検討を行い、標準サンプルである石英基板、及びサファイア基板における比誘電率が文献値と概ね一致することを確認した。

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

今年度は強誘電体チタン酸ジルコン酸バリウム薄膜の作製、MSL構造・CPW構造移相器の試作など素子の作製を中心に行った。
薄膜作製は化学溶液堆積法により行い、成膜条件の最適化を行った。
また、材料定数の評価については、誘電率の評価については75-110GHzの高周波帯領域で、電圧印加に伴う誘電率の評価については数百MHz帯における周波数帯域においての評価技術を確立した。

今後の研究の推進方策

高周波特性の評価を中心に行う。高周波特性の結果にあわせて、素子設計、薄膜の作製条件の再検討を互いにフィードバックしながら研究を行う。
さらに、強誘電体薄膜移相器を用いたリニアアレイアンテナの動作解析を電磁界シミュレータにより行い、アダプティブデバイスの形にした際のビームチルト角などを求め実用化の検討を行う。

次年度使用額が生じた理由

最も大きな理由は、導入を予定していた設備備品費である高周波測定プローブ用マイクロポジショナーが予定していた価格より安価であったことによる。また、一部機材が別予算で購入した機材で転用できる可能性があった為、助成金の効率的運用を図る為、転用による実装を試験している。海外旅費の繰越も1つの理由として挙げられる。研究成果を発表する場として計画していた国際会議が本年度は6月と早い時期の開催であった為、翌年度に開催される次回の会議を成果発表の場とする事にした。その為、渡航費用及び会議参加費用の未使用分が発生し、それを次年度へと繰り越すこととなった。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2018 2017

すべて 学会発表 (4件)

  • [学会発表] コプレーナ線路給電4素子リニアアレーアンテナの背面放射抑制に関する検討2018

    • 著者名/発表者名
      福田 翔太郎、亀井 利久、河野 徹、島 宏美
    • 学会等名
      電子情報通信学会2018年総合大会
  • [学会発表] プレーナ線路端部スロット給電4素子リニアアレーアンテナの給電線路に関する検討2017

    • 著者名/発表者名
      福田 翔太郎、亀井 利久、河野 徹、島 宏美
    • 学会等名
      電子情報通信学会2017年ソサイエティ大会
  • [学会発表] マイクロ波・ミリ波帯移相器の開発に向けた強誘電体膜材料の検討~成膜条件の最適化~2017

    • 著者名/発表者名
      島 宏美、内田 寛、中嶋 宇史、岡村 総一郎、福田 翔太郎、亀井 利久
    • 学会等名
      電子情報通信学会マイクロ波研究会
  • [学会発表] コプレーナ線路端部スロット給電4素子リニアアレーアンテナの給電線路に関する検討その22017

    • 著者名/発表者名
      福田 翔太郎、亀井 利久、河野 徹、島 宏美
    • 学会等名
      電子情報通信学会マイクロ波研究会

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公開日: 2018-12-17  

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