パルス分割多重化：電磁材料に基づいた通信デバイスの創生と通信特性の解明

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01324
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 若土 弘樹 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00725278)
• 研究分担者: 杉浦 慎哉 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (30394927)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: メタマテリアル / メタサーフェス / 知的反射面 / IRS / 電波 / 電磁波 / パルス / 多重化

研究実績の概要

無線通信における通信端末数やデータ流通量は急速に増加しており、伝送レートの更なる向上が必要である。一方、近年研究代表者は同一周波数でも波形（パルス幅）に応じて電磁応答を変化させる電磁材料メタサーフェスを開発した。本研究では同材料から構成されるパルス分割多重通信デバイスを実現し、新次元「パルス幅」に基づく多重化によって、伝送レートの飛躍的な向上を目指す。2022年度までは、まず提案デバイスの基礎となるメタサーフェスを数値解析によって設計・評価した。本研究ではAnsys社製Electronics Desktopにて利用可能な電磁界解析シミュレータHFSSに回路シミュレータCircuitを統合した協調解析手法をベースとした評価手法を用いた。本手法は一般的な電磁界解析手法のみと比較して、高速計算が可能であることから、メタサーフェスの物理的な寸法、回路パラメータを調整して電磁特性を向上することに適している。本手法を用いることで、提案手法は同時に到来する同一周波数の短パルスと長パルスを分離できることが分かった。また、本手法の実証実験を実施するため、本予算を用いてメタサーフェスを製作するとともに、カスタマイズされた方形導波管を新たに導入して評価した。任意波形発生器から生成された信号をオシロスコープとともに観測した結果、測定においても短パルスと長パルスを分離できることが分かった。本成果は国際学術論文誌へと投稿予定である（2023年度上半期に投稿予定）。

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

当初予定していた数値解析・実証実験を実施することができた。

今後の研究の推進方策

提案された基本メカニズムは数値解析ならびに実証実験で検証を完了できたものの、提案手法では多重化を達成できないことが分かった。そこで、今後は新たな多重化手法を模索する一方、メタサーフェスを知的反射面として利用することで、空間的な電波の利用効率を向上させることを計画の一部として取り入れる方針である。

研究成果

• [国際共同研究] The University of Nottigham(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: The University of Nottigham
• [国際共同研究] Roma Tre University(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: Roma Tre University
• [雑誌論文] Pulse-driven self-reconfigurable meta-antennas (2023)
  • 著者名/発表者名: Daiju Ushikoshi, Riku Higashiura, Kaito Tachi, Ashif Aminulloh Fathnan, Suhair Mahmood, Hiroki Takeshita, Haruki Homma, Muhammad Rizwan Akram, Stefano Vellucci, Jiyeon Lee, Alessandro Toscano, Filiberto Bilotti, Christos Christopoulos, and Hiroki Wakatsuchi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 633
  • DOI: 10.1038/s41467-023-36342-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Method for extracting the equivalent admittance from time-varying metasurfaces and its application to self-tuned spatiotemporal wave manipulation (2022)
  • 著者名/発表者名: Ashif Aminulloh Fathnan, Haruki Homma, Shinya Sugiura, and Hiroki Wakatsuchi
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 56 ページ: 015304
  • DOI: 10.1088/1361-6463/ac9b67
  • 査読あり
• [学会発表] 波形選択メタサーフェスに基づいたパルス分割多重通信システムに関する基礎検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 瀧本海里，竹下紘基，杉浦慎哉，若土弘樹
  • 学会等名: 電子情報通信学会，ソサイエティ大会