| 研究課題/領域番号 |
21K04058
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
久我 宣裕 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80318906)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | passive intermodulation / アンテナ測定 / antenna measurement / 移動体通信 / 雑音測定 / 相互変調ひずみ / PIM |
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| 研究実績の概要 |
【平衡系PIM測定用の非接触コネクタ】本研究では、既定形状のサンプルに対する非接触接続を実現する必要があるため、非接触コネクタの形状のみで良好な接続状態を実現する必要がある。そのため、被接触回路の形状変更が必要な従来の非接触コネクタ技術が利用できない。またPIM測定に用いられる回路には、送受信周波数を良好にカバーできる広帯域性も求められる。これらの要求を満足する非接触コネクタの設計方法を考案し、平衡系PIM測定に適用して、伝送損失や感度の面から性能を評価した。この結果については、電子情報通信学会の研究速報として採録・公開されている。
【低PIM整合終端の開発】可変ノイズ源を用いたアクティブ終端器について検討し、終端器で発生するPIMを電子制御でキャンセルする機能や、それを用いた超小型終端器を実現した。またこれを応用した校正機能付き終端器を実現した。本検討結果については、その一部を電子情報通信学会大会にて報告している。
【整合法と無終端法で共通利用できるサンプルの選定】本研究の対象とする平衡系測定では、無終端法も整合法も、共に伝送線路としてのPIM性能を評価できる。これら2つの異なる測定法の性能比較のための共通試料が求められている。ここでは、共通試料に適した構成や材料選定に関する検討を実施した。その結果、高強度のIMを発生するダイオードをプリント線路上に1つないし複数配置した離散用いたPIM源型試料が共通試料として適することを確認した。その結果、波源毎の分離検討や回路シミュレーションが可能なダイオード離散波源モデルが利用しやすいという結論を得た。この離散波源モデルによる共通試料を利用し、次年度以降、無終端法および終端法のレベル換算方法等について検討していく。これらの結果については、一部を電子情報通信学会大会にて報告している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度は概ね計画以上の進捗が得られている。非接触コネクタと低PIM終端の開発は計画以上、終端法と無終端法の共通サンプル開発については概ね計画通りの進捗が得られている。
「非接触コネクタの開発」では、2つのλ/4変成器を中間伝送線路で接続する構成を新たに考案した。この構成では被接続線路の形状変更が完全に不要となった。この点が従来の被接触コネクタ技術に対する大きな進展と言える。この構造で本PIM測定系の要求仕様を満足する特性（反射係数-20ｄB以下の比帯域14.6％）を実現した。また考案された設計法は、中間伝送線路の幅のみを実質的設計パラメータとする簡素なものであり、次年度以降の検討にも極めて利用価値の高いものとなっている。このように、被接触コネクタについて計画以上の良い進捗が得られたと言える。
低PIM終端の開発についてはパッシブ型終端器開発が当初計画であったが、結果としてアクティブ素子および制御を導入した手法が開発された。これによりPIM終端の高性能化のみならず、終端器や測定系のPIM性能定量化が可能となったため、計画以上の良好な進捗が得られたと判断する。
終端法と無終端法のための共通サンプルについては、ダイオードをプリント線路上に配置した離散IM源型試料を考案した。当初計画したニッケル材料を用いる構成に比べると、高強度のIMを発生し、かつ、調波平均法によるシミュレーション手法の適用も可能となった。このように、次年度に計画される終端法と無終端法の測定値換算という観点からは、極めて有用な結果が得られたと言える。この点では計画以上の進展が得られている。一方で、ダイオードを用いて分布定数モデルを作成することは難しい。ニッケルを用いたサンプルは、機械強度の観点からメッキ製作することが望ましいが、予算的制限から現時点では困難である。この問題の解決が今後の課題と言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度は、無終端法と終端法に関する測定値の換算手法について研究を進める。これら測定法において、共通サンプルの「長さ（サンプル長）による測定結果の変化」は、IM源の分布定数的性質に起因する特徴である。よって終端法と無終端法では数値的影響は異なるが、共通に観測される現象である。一方で集中定数IM源を用いた場合、終端法ではサンプル長への依存性が消失する。また無終端法でも、開放端からのIM源までの電気的距離を一定にすれば、サンプル長への依存性を除去した測定結果が得られる。このような集中定数IM源のもつ性質を利用して、2測定法の換算手法を確立する。なお、ここでは共通サンプルの被接触コネクタを除く部分を（電気的）半波長として検討し、その周波数特性への依存性を評価する。
なお申請当初の計画では、2022年度実施事項として、マイクロストリップ線路における電流分布偏在がPIM特性に与える影響の分析をあげていた。しかし初年度で被接触コネクタの形状が決定し、「非接触コネクタ部分で発生するPIMが測定結果に与える影響の評価ないし除去」が、本研究の第1目標である「実運用時の電磁界分布を考慮した被接触PIM測定の実現」という観点からは優先すべき状況となった。よって2022年度は、下記のとおり計画を変更することとする。
「被接触コネクタ領域で発生するPIMの影響」は、本測定法固有の問題である。終端法ではサンプル両端に被接触コネクタが接続される。一方で無終端法では、サンプルの一端のみに被接触コネクタが接続され、他方は被測定線路のみが開放状態で延長された状態となる。このような差違がPIM測定結果に与える影響を考察する。前述の集中定数的動作をするIM源を利用した考察をはじめ、非接触コネクタ部分で発生するPIMのキャンセリング等についても検討をする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本課題では初年度に導体材料のPIMを非接触測定するために用いるテーパ同軸管を2本、計約100万円（税込）程度で製作予定であった。これは微弱PIM測定では、テーパ同軸管の表面処理（メッキ等）の損失が測定感度に大きく影響するためである。
一方、測定器内部で発生するPIMが増加かつ不安定になると言う問題が発生していた。このPIM測定器の特性劣化問題に対して、2021年度は、ダイオードを強力な参照信号源として利用する手法を新たに実現して対応した。これは元々計画になかった事項であるが、永らく問題となっていたダイオード装荷時のインピーダンス整合問題を解決したことで、実用した技術である。これにより、PIM測定器の性能が劣化した状態でも原理検証のための実験ができる様になった。また申請当初、テーパ同軸管が使用される予定であった「マイクロストリップ線路における電流分布偏在がPIM特性に与える影響の分析」も、現時点では他の課題に変更となった。
以上のように、「テーパ同軸管による微弱PIM測定」は本研究では必須であるが、現状、実施は最終年度の見込みである。そのため、経時劣化の著しいテーパ同軸管の制作を延期することとした。2021年度に延期したテーパ同軸管2本の制作は、現時点では2023年度までに実施予定であり、そのため，予算繰り越しを実施した。
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