ミリ波帯超高速無線通信に向けた高効率アンテナ一体型チップに関する研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24760291
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 平野 拓一 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (60345361)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: CMOS / オンチップ / アンテナ / シリコン / 導電率 / 電磁界シミュレーション / 低損失化 / イオン照射

研究実績の概要

本研究課題では、ミリ波帯超高速無線通信に向けた高効率アンテナ一体型チップに関する研究を行った。従来、ミリ波帯オンチップアンテナは導電性シリコン(Si)基板の損失のために放射効率（アンテナへの入力エネルギーのうち、放射に寄与するエネルギーの割合。他は熱損失となって消えるエネルギー）が非常に低いことが知られていた。本課題は放射効率低下の問題点を追及して原因を調べ、改善して高効率なオンチップアンテナの実現を目指すことを目的とするものである。
本研究課題で得られた成果は次のようである。Heイオン照射により、Si基板が高抵抗化されることが知られている。Si基板へのHeイオン照射によって抵抗率10Ωcmの基板を1kΩcm以上にすることができることを実験で確認し、スパイラルインダクタの特性(Q値)が向上することを実測およびシミュレーションで確認した。また、オンチップダイポールアンテナの利得は3～4dB程度改善して60GHz帯において-2～-4dBi程度の利得のアンテナが実現できることを実験で確認した。今後、近接無線通信およびチップ間通信のアンテナとして実用化することが期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] A 60-GHz CMOS Transmitter with Gain-Enhanced On-Chip Antenna for Short-Range Wireless Interconnections (2015)
  • 著者名/発表者名: Rui WU, Wei DENG, Shinji SATO, Takuichi HIRANO, Ning LI, Takeshi INOUE, Hitoshi SAKANE, Kenichi OKADA, Akira MATSUZAWA
  • 雑誌名: IEICE Trans. Electronics 巻: E98-C ページ: 304-314
  • 査読あり
• [雑誌論文] Errors in Shortened Far-Field Gain Measurement Due to Mutual Coupling (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hirano, J. Hirokawa, M. Ando
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Antennas and Propagation 巻: 62 ページ: 5386-5388
  • DOI: 10.1109/TAP.2014.2342757
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 距離を短縮した利得測定における最小二乗カーブフィッティングを用いた誤差の低減手法に関する検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 飯田雄貴・平野拓一・広川二郎・安藤真
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会, B-1-211
  • 発表場所: 立命館大
  • 年月日: 2015-03-10 – 2015-03-13
• [学会発表] Gain Measurement of a Horn Antenna by Shortened Far-Field Technique with Averaging (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuichi Hirano, Yuki Iida, Jiro Hirokawa, and Makoto Ando
  • 学会等名: The 2014 IEEE International Conference on Antenna Measurements and Applications (CAMA)
  • 発表場所: Juan-Les-Pins, France
  • 年月日: 2014-11-16 – 2014-11-19
• [学会発表] 5GHz 帯CMOS オンチップスパイラルインダクタの電磁界解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平野拓一・李 寧・岡田健一・松澤 昭・広川二郎・安藤 真・井上 剛・坂根 仁
  • 学会等名: 電子情報通信学会ソサイエティ大会, C-15-9
  • 発表場所: 徳島大
  • 年月日: 2014-09-23 – 2014-09-26
• [学会発表] 透過係数の距離特性の最小二乗近似曲線を用いた短縮距離における遠方界利得測定の誤差の低減 (2014)
  • 著者名/発表者名: 飯田雄貴・平野拓一・安藤 真・広川二郎
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告, vol. 114, no. 218, AP2014-96, pp. 23-26
  • 発表場所: 東工大 大岡山キャンパス
  • 年月日: 2014-09-18 – 2014-09-19
• [学会発表] 損失性媒質中におけるアンテナの利得計算に関する一検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平野拓一, 広川二郎, 安藤真
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告, vol. 114, no. 143, EST2014-29, pp. 113-116
  • 発表場所: 室蘭工業大学
  • 年月日: 2014-07-17 – 2014-07-18
• [学会発表] High-Q Inductors on Locally Semi-Insulated Si Substrate by Helium-3 Bombardment for RF CMOS Integrated Circuits (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Li, K. Okada, T. Inoue, T. Hirano, Q. Bu, A.T. Narayanan, T. Siriburanon, H. Sakane, A. Matsuzawa
  • 学会等名: IEEE Symposium on VLSI Technology (VLSI Technology)
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, US
  • 年月日: 2014-07-09 – 2014-07-13
• [学会発表] Measurement Technique for Gain and Distance and Numerical Simulation with a Dipole Antenna (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuichi Hirano, Jiro Hirokawa, and Makoto Ando
  • 学会等名: IEEE AP-S International Symposium, Session: 116.3
  • 発表場所: Memphis, TN, USA
  • 年月日: 2014-07-06 – 2014-07-11
• [学会発表] A 17-mW 5-Gb/s 60-GHz CMOS Transmitter with Efficiency-Enhanced On-Chip Antenna (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Wu, W. Deng, S. Sato, T. Hirano, N. Li, T. Inoue, H. Sakane, K. Okada, A. Matsuzawa
  • 学会等名: IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC)
  • 発表場所: Tampa, FL, USA
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-04
• [備考] 研究紹介
  • URL: http://www-antenna.ee.titech.ac.jp/~hira/research/
• [備考] 業績リスト (List of Papers)
  • URL: http://www-antenna.ee.titech.ac.jp/~hira/profile/papers.html