低損失高速伝送のための負透磁率材料を用いた伝送線路設計理論の確立

建立使用负磁导率材料实现低损耗、高速传输的传输线设计理论

• 批准号: 19K04521
• 负责人: 中山 英俊
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Nagano National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K04521/
• 关键词: 表皮効果; 高周波伝送線路; 低損失; 負透磁率材料; Cu導体; NiFe磁性体; 円形多層伝送線路; 異方性磁界; バンドパスフィルタ; 表面粗化; 電子デバイス・機器; 磁性; 省エネルギー; 電子・電気材料

本研究の目的は、強磁性共鳴周波数を超えた超高周波領域の透磁率応用分野を新たに開拓する研究として、負透磁率特性を活用した表皮効果抑制線路を提案するものであり、高速伝送線路の低損失化・低遅延化を目的としている。表皮効果損失抑制の有効性を示すため、負透磁率材料を用いた多層構造伝送線路の設計理論を確立し、特に、プリント配線における銅箔表面粗化に対する有効性の検証を進めている。当研究で確立した円形多層構造および矩形多層構造の電磁界理論を用いることにより、種々の材料の積層構造に対して最も低損失となる膜厚を設計することができる。令和4年度は、円形多層伝送線路に関する研究を進め、円形多層伝送線路の電磁界理論を発展させ、導体損失、磁性体損失および誘電体損失を加味した理論を拡張し、伝送線路全体の損失を評価できるようになり、同理論に基づいた低損失設計の検討を進めた。この理論を逆算することにより、使用する磁性材料の膜厚、導電率および飽和磁化を別途計測しておけば、磁性材料の透磁率および異方性磁界を推定することができる。また、磁性材料の開発において、現時点で所望の異方性磁界を得ることが難しい場合でも、後付けのソレノイドコイルにより直流の外部磁場を与えることにより、仮想的に異方性磁界を付与することができ、高速伝送線路の低損失化を実験的に確認することができるようになる。このため、伝送線路に均一な直流外部磁場を印加するためのソレノイドコイルの設計を実施した。研究実績として、国内学会で関連する研究発表1件を実施することができた。

The purpose of this study is to explore new ways to reduce the loss and delay of high-speed transmission lines by using the characteristics of negative magnetic permeability. Effective demonstration of skin loss suppression and design theory for multilayer transmission lines using negative permeability materials was established, and effective demonstration of copper foil surface coarsening was further developed. When the electromagnetic theory of rectangular multilayer structures is established, the design of multilayer structures with minimum loss is discussed. In 2005 and 2004, the research on circular multilayer transmission lines was carried out. The electromagnetic theory of circular multilayer transmission lines was developed. The conductor loss, magnetic loss and inductor loss were modified. The overall loss of transmission lines was evaluated. The design of low loss based on the same theory was discussed. This theory is used to calculate the film thickness, conductivity and saturation magnetization of magnetic materials. The permeability and anisotropy of magnetic materials are estimated. In the development of magnetic materials, the desired anisotropic magnetic field is obtained at the present time, and the external magnetic field of DC is applied to the magnetic field after the magnetic field is applied to the magnetic field. The low loss of high-speed transmission lines is confirmed. The design of the transmission line is implemented in a uniform DC external magnetic field. A research report on the relationship between the research achievements and the domestic society has been carried out.

项目成果

Consideration on Lowering Loss Design of Skin Effect Suppressed Multi-Layer Transmission Line With Positive/Negative (Cu/NiFe) Permeability Materials for High Data-Rate and Low Delay-Time I/O Interface Board

高数据率低延迟I/O接口板正负(Cu/NiFe)导磁材料集肤效应抑制多层传输线低损耗设计的思考

• 发表时间: 2020
• 作者: K. Kubomura;Y. Aizawa;H. Nakayama;R. Hara;H. Tanaka
• 通讯作者: H. Tanaka

Researchmap

研究地图

負の透磁率材料を用いた伝送線路の表皮効果損失抑制に対する異方性磁界の影響

各向异性磁场对使用负磁导率材料的传输线中集肤效应损耗抑制的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Yoshinobu Kono;Kentaro Kojima;Kento Kubo and Masatoshi Kotera;Masakazu Arai,Yuki Imamura,Takeshi Fujisawa,Koji Maeda;中山英俊，大谷圭亮，田中隼，田中秀登
• 通讯作者: 中山英俊，大谷圭亮，田中隼，田中秀登

左手系伝送線路デバイスおよびそれを応用したデバイスの開発状況

左手传输线装置及其应用装置的发展现状

• 发表时间: 2022
• 作者: Inoue Junichi;Kusuura Toshiki;Ueda Ryohei;Kintaka Kenji;Ura Shogo;中山英俊
• 通讯作者: 中山英俊

Theoretical study on lowering loss of skin effect suppressed multi-layer transmission line with positive/negative (Cu/NiFe) permeability materials for high data-rate and low delay-time I/O interface board

高数据速率、低延迟时间I/O接口板正/负(Cu/NiFe)导磁材料降低集肤效应抑制多层传输线的理论研究

• DOI: 10.1063/1.5130003
• 发表时间: 2020
• 期刊: AIP Advances
• 影响因子: 1.6
• 作者: Y. Aizawa;H. Nakayama;K. Kubomura;R. Nakamura;H. Tanaka
• 通讯作者: H. Tanaka