| 研究課題/領域番号 |
20H02154
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
門内 靖明 東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (90726770)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | テラヘルツ波 / 導波路 |
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| 研究実績の概要 |
２次元空間中に形成されたテラヘルツ波面を漏れ波ビームとして外部空間に放射させ、周波数掃引および導体板勾配を制御することで、２自由度テラヘルツビームステアリングを原理実証した。まず、上側平板をメッシュ層で置き換えて波動の漏れが生じるようにした。そして、周波数を掃引することでビームを垂直方向に走査できること、および平板間の相対的な傾斜を制御することで実効屈折率分布の空間勾配によりビームを水平方向に走査できることを示した。これらを組み合わせることで、ビームを２自由度走査可能なことを実証した。その実測のために、漏れ波ビームの放射パターンを電波暗室内で実測するための実験系を構築した。具体的には、作製されたデバイスを回転ステージ上に設置して送受信点間の位置合わせを行うことで、２点間の複素透過係数を測定できるようにした。形成されるビーム指向性、およびその走査可能な角度範囲を実験的に明らかにし、理論計算と比較した。
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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
表面にメッシュ構造を有する導体板間を伝搬するTEモードのテラヘルツ波に対して、周波数掃引および導体板勾配を制御することで300GHz帯の２自由度テラヘルツビームステアリングを当初予定通り原理実証した。さらに、円対称な構造を用いて全方位的なビーム走査を実現できるように構造の拡張にも取り組んだ。なお、TE1モードの実効屈折率は周波数に依存するため、ある中心周波数に対して形成された凹面に対するレンズの動作帯域幅は有限となる。そこで、広帯域化に向けた検討として、評価関数に基づいて最適な凹面を設計する方法も試みた。その結果、広帯域化の目途が数値的に得られている。現時点で達成されている走査範囲・伝送帯域はいずれも限定的ではあるものの、２自由度走査の基盤となる成果が得られている。よって、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、入力ポートからの点励振を２次元空間中の平面波に変換するためのレンズ構造を大口径化することで、より大面積の２次元放射開口を実現する。通常の漏れ波アンテナにおいて形成される１次元的な開口と異なり、２次元的な開口を形成することで、ファンビームではなくペンシルビームのようにコリメートされた波面の生成を目指す。並行して、より広帯域な動作を目指して、導体板間の距離分布をトポロジー最適化等の数値最適化手法に基づいて設計する。多周波数にわたって均一な２次元波面が形成されるよう凹凸分布を最適化することで広帯域化を目指し、実験的な検証を行う。また、構造に対して送信器だけでなく受信器も接続して外部からの到来波を検波できるようにし、計測・通信への応用を原理実証する。
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