超高速テラヘルツ通信のためのダイナミック漏れ波アンテナの研究

本研究は、共鳴トンネルダイオード（RTD）室温テラヘルツ光源に平面微細アンテナを集積することにより、高指向性を持ちビーム制御が可能なコンパクトな高機能半導体テラヘルツ光源を実現すること、さらに、それを用いた超高速テラヘルツ無線通信の可能性を示すことを目的として行い、以下の成果を得た。まず、RTD発振素子と同一基板上に形成可能な平面集積アンテナについて、マイクロストリップ線路上に円形パッチアンテナをアレイ状に集積した構造を提案し、電磁界シミュレーションにより、集積性や放射ビームの指向性、出力などの特性の観点で優れた構造であり、また、バラクタの集積によりビームステアリングの機能が付加できることを示した。続いて、このアンテナ構造に集積するRTD共振器として低損失誘電体COC（シクロオレフィンコポリマー）薄膜とマイクロストリップ線路による微細構造を提案した。さらに、この集積発振素子構造の作製プロセスについても考案し、誘電体膜の形成、パターニングおよびエッチングの条件を実験により把握し、素子全体の作製プロセスを確立した。また、RTD光源をテラヘルツ無線通信に用いた場合の、受信器までの通信経路からの部分反射による戻り光が、周波数や出力の変動など光源の特性に影響を及ぼすことを理論的に明らかにした。詳細な理論解析により、反射点の距離や反射率と周波数及び出力の変動量との関係を明らかにするとともに、RTD発振器の直流電流が戻り光によって変化することを理論的に予測した。この特性は、反射光の検出に有効である。これらの戻り光による特性変化を測定する実験系を構築し、理論とほぼ一致する測定結果を得た。

本研究は、共鳴トンネルダイオード（RTD）室温テラヘルツ光源に平面微細アンテナを集積することにより、高指向性を持ちビーム制御が可能なコンパクトな高機能半導体テラヘルツ光源を実現すること、さらに、それを用いた超高速テラヘルツ無線通信の可能性を示すことを目的として行い、以下の成果を得た。まず、RTD発振素子と同一基板上に形成可能な平面集積アンテナについて、マイクロストリップ線路上に円形パッチアンテナをアレイ状に集積した構造を提案し、電磁界シミュレーションにより、集積性や放射ビームの指向性、出力などの特性の観点で優れた構造であり、また、バラクタの集積によりビームステアリングの機能が付加できることを示した。続いて、このアンテナ構造に集積するRTD共振器として低損失誘電体COC（シクロオレフィンコポリマー）薄膜とマイクロストリップ線路による微細構造を提案した。さらに、この集積発振素子構造の作製プロセスについても考案し、誘電体膜の形成、パターニングおよびエッチングの条件を実験により把握し、素子全体の作製プロセスを確立した。また、RTD光源をテラヘルツ無線通信に用いた場合の、受信器までの通信経路からの部分反射による戻り光が、周波数や出力の変動など光源の特性に影響を及ぼすことを理論的に明らかにした。詳細な理論解析により、反射点の距離や反射率と周波数及び出力の変動量との関係を明らかにするとともに、RTD発振器の直流電流が戻り光によって変化することを理論的に予測した。この特性は、反射光の検出に有効である。これらの戻り光による特性変化を測定する実験系を構築し、理論とほぼ一致する測定結果を得た。