研究課題
本研究の意義は早期乳ガン検出をめざすため、中心周波数が3-10GHz帯域のウルトラワイドバンド(UWB)インパルス電磁波をUWBアンテナアレーから生体内へ放射し、誘電率と導電率が生体組織と異なる腫瘍界面で反射したインパルス電磁波をアンテナアレーで受信し合成画像化することであるが、今年度はUWBアンテナアレーを設計試作し、UWB-CMOS送信回路・受信回路・サンプリング回路のチップセットを開発し、アンテナ設計上やCMOS回路設計上の課題を抽出した。1.乳がん検出用のアンテナアレーの開発シリコン基板上に複数のボウタイアンテナを形成し、共焦点画像処理アルゴリズムによって、乳がんファントムの画像化に成功した。放射信号は中心周波数15GHzのガウシアンモノサイクルパルス(GMP)を用い、ボウタイアンテナのサイズは7.16mm、フレア角は53°が最適であった。GMPは誘電率7の基板を透過して、誘電率30のターゲットで反射した。最小ターゲットサイズは3mm×3mmで深さ20mmの位置で検出できた。2.GMPのデジタル信号処理回路設計65nmCMOSテクノロジーで試作し、等価時間サンプリング回路により32GbS/sの超高速サンプリングレートを実現した。内部クロック発生回路は8段の2GHzフェーズロックループ(PLL)、16対1のマルチプレクサからなり、20mWの低消費電力を実現した。450MHz中心周波数のGMPをデジタル化することに成功した。3.等価時間サンプリングによる共焦点画像処理中心周波数3GHzのGMPを等価時間サンプリング回路でデジタル化し、1.53-4.8GHz帯域を持つスロットアンテナでターゲットの共焦点画像をとらえることに成功した。回路性能はサンプリングレート28.2GS/s、回路の入力帯域幅は3.3GHz、PLLのジッターは3.44ps、消費電力は50.7mWであった。
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