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2018 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 – 2020-03-31
キーワードマイクロ波・ミリ波 / 材料定数 / 強誘電体薄膜 / 自由空間法 / 分光エリプソメトリ
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。昨年度に引き続き、最適化した成膜条件において強誘電体薄膜を作製した。
また、アダプティブデバイス開発をめざし、20 GHz帯マイクロストリップパッチアンテナを用いた4素子リニアアレーアンテナの給電線路の設計に関する検討を行った。従来の給電方法では設計周波数以外の帯域における不要共振が生じていたが、給電線路に段階的なインピーダンス共振器を装荷することで、放射特性を劣化させることなく不要共振を抑制することに成功した。
マイクロ波・ミリ波領域での材料定数の評価は昨年度に引き続き、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った。誘電率推定プログラムを作成し、標準サンプルでの測定、Sパラメータからの誘電率推定を試みた。
材料定数の評価に関しては、マイクロ波・ミリ波帯よりさらに高い周波数である光の周波数においても、分光エリプソメトリにより誘電率推定を試みた。

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及び、CPW構造を有するマイクロストリップパッチアンテナの設計、動作シミュレーションおよび試作を中心に行った。
薄膜作製は化学溶液堆積法及びスパッタ法により行い、高品質な薄膜作製に必要な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ミリ波帯および光の周波数領域で、実際の測定及びSパラメータから誘電率を算定するプログラムの作成、分光エリプソメトリによる誘電関数モデルを用いた屈折率推定を行った。

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。
次年度は、事業のまとめとして、研究結果についての学会発表や論文投稿を中心に行う。

次年度使用額が生じた理由

導入を予定していた設備備品費である高周波測定装置が予定していた価格より安価であった為。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り、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について業務の都合上参加を見送った為、翌年度に開催される別の国際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。
次年度はデバイス作製に必要な消耗品購入や、研究業績発表に必要な機器の備品購入及び、出張に必要な旅費、参加費、論文投稿費等で使用する予定である。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Thermooptic properties of epitaxial BiFeO3 films with different orientations2018

    • 著者名/発表者名
      Shima Hiromi、Tsutsumi Koichi、Suzuki Michio、Tadokoro Toshiyasu、Naganuma Hiroshi、Okamura Soichiro、Kamei Toshihisa
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 11UF10~11UF10

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/JJAP.57.11UF10

    • 査読あり
  • [雑誌論文] コプレーナ線路給電4素子リニアアレーアンテナの給電線路に関する検討2018

    • 著者名/発表者名
      福田 翔太郎、河野 徹、島 宏美、亀井 利久
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌C

      巻: J101-C ページ: 471~478

    • 査読あり
  • [学会発表] 屈曲部を有するコプレーナ線路の伝送特性に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      Nanchin Nandintugs、河野徹、宮田尚起、島宏美、亀井利久
    • 学会等名
      電子情報通信学会東京支部学生会「研究発表会」
  • [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不要共振抑制のための給電線路に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      福田翔太郎、ナンチン ナンデイィントゥグス、河野徹、宮田尚起、島宏美、亀井利久
    • 学会等名
      電子情報通信学会東京支部学生会「研究発表会」
  • [学会発表] Al2O3-ZrO2-SiO2系電鋳耐火物の電波吸収特性2019

    • 著者名/発表者名
      小野寛太、島宏美、亀井利久
    • 学会等名
      電子情報通信学会東京支部学生会「研究発表会」
  • [学会発表] 自動車塗装用金属皮膜におけるミリ波透過特性の評価2019

    • 著者名/発表者名
      池田龍介、島宏美、亀井利久
    • 学会等名
      電子情報通信学会東京支部学生会「研究発表会」
  • [学会発表] 多孔質炭素粉末含有ゴムシートの電波吸収に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      島田隼佑、島宏美、亀井利久
    • 学会等名
      電子情報通信学会東京支部学生会「研究発表会」
  • [学会発表] 屈曲させたコプレーナ線路の伝送特性の比較2019

    • 著者名/発表者名
      ナンチン ナンデイィントゥグス、河野徹、宮田尚起、島宏美、亀井利久
    • 学会等名
      電子情報通信学会東京支部学生会「研究発表会」
  • [学会発表] Optimization of Deposition Conditions of Dielectric Ba(Zr,Ti)O3 Films for the Development of Phase Shifter in Microwave and Millimeter Wave Band2018

    • 著者名/発表者名
      H. Shima, H. Uchida, T. Nakajima, S.Okamura, S. Fukuda, and T. Kamei
    • 学会等名
      2018 ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM Joint Conference (IFAAP2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] コプレーナ線路給電マイクロストリップパッチアンテナの等価回路に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      福田翔太郎、河野徹、宮田尚起、島宏美、亀井利久
    • 学会等名
      電子情報通信学会2019年ソサイエティ大会
  • [学会発表] 高品質BiFeO3薄膜の光学特性における酸素流量の影響2018

    • 著者名/発表者名
      島宏美、一ノ瀬智浩、永沼博、亀井利久
    • 学会等名
      2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 自由空間法を用いた電波吸収体の測定に関する一検討2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木仁哉、花澤理宏、島宏美、亀井利久
    • 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: 2019-12-27  

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