発見的最適化手法を用いた第5世代移動通信システム用ミリ波高性能素子の開発

使用启发式优化技术开发第五代移动通信系统的高性能毫米波器件

• 批准号: 22K04234
• 负责人: 柏 達也
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Kitami Institute 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: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04234/
• 关键词: 発見的最適化手法; トポロジー最適化; 第5世代通信システム; ミリ波; テラヘルツ波

５G大容量高速通信システムにおいてはミリ波の利用がキーテクノロジーになる。従って、ミリ波回路素子の小型化、軽量化、高性能化、多機能化は非常に重要な技術となる。本研究の目的は、従来の解析的設計では不可能であった性能を持つミリ波素子のトポロジー最適設計技術による新素子の開発である。さて、本研究では発見的人工知能型最適化設計手法である進化型手法の一つである遺伝的アルゴリズムについてミリ波回路設計時における性能評価及び新技術の導入を行った。ミリ波回路としては最も損失の少ない線路であるＮＲＤ線路（非放射型誘電体線路）の設計に注目した。結果として、交差導波路、分岐導波路などについてトポロジー最適化手法を用いた解析を行い、その性能を調べるとともに手法に改良を加え、より高性能な設計手法と従来の設計では不可能であった特性を持つＮＲＤ線路素子の実現が可能となった。特に基本となる交差線路においては従来2本の線路を交差させると２本の独立した線路としての特性を得ることは不可能であったが、本研究で開発したトポロジー最適化手法を用いると、2本の独立した線路として動作させることが可能となった。これは例えば、Ｎ本の交差線路の最適構造設計を行えば、Ｎ層の回路が1層の回路で実現出来ることを示しており、回路の超小型化実現に画期的な解析手法を見出した事になる。その他、分配器の最適設計や他の進化型最適設計法の特性把握も行い、将来へ向けたミリ波集積回路のトポロジー最適化手法の有効性を示した。

5G high-capacity high-speed communication system The miniaturization, quantization, high performance and versatility of the circuit elements are very important technologies. The purpose of this study is to analyze the development of new elements in the field of optimal design techniques for optical communication. In this study, we have discovered artificial knowledge optimization design methods, such as evolutionary methods, performance evaluation and introduction of new technologies. The design of NRD lines (non-radiating dielectric lines) is of great concern. Results: Cross-waveguide, branch waveguide, optimization method, analysis method, performance method, improvement method, high performance design method, design method, impossibility method, characteristic method, NRD line element, possibility method. 2. The basic line crossing is impossible. This study develops the optimization method of the basic line crossing. 2. The independent line crossing is impossible. For example, the optimal structure design of N original intersection lines is carried out, and the analysis method of N layer circuits and 1 layer circuits is realized. The optimal design of the distributor and the characteristic of the evolutionary optimal design method are presented.

项目成果

Topology optimization of millimeter-wave to optical devices using two-dimensional full-vectorial finite element method

二维全矢量有限元法毫米波光器件拓扑优化

• 发表时间: 2022
• 作者: N. Hieda;A. Iguchi;Y. Tsuji;T. Kashiwa
• 通讯作者: T. Kashiwa

Topology optimization of millimeter-wave band devices using hybrid scheme of gradient method and evolutionary algorithm

梯度法与进化算法混合方案的毫米波器件拓扑优化

• 发表时间: 2022
• 作者: Naoya Hieda;Akito Iguchi;Yasuhide Tsuji;Keita Morimoto;Tatsuya Kashiwa
• 通讯作者: Tatsuya Kashiwa

Topology optimization of optical devices using CMA-ES

使用 CMA-ES 的光学器件拓扑优化

• 发表时间: 2022
• 作者: Hiroki Maruyama;Akito Iguchi;Yasuhide Tsuji;Keita Morimoto;Tatsuya Kashiwa
• 通讯作者: Tatsuya Kashiwa

Mosaic Based Optimization of NRD Guide Devices Using Binary Evolutionary Approaches and 2D-FVFEM

• DOI: 10.1109/access.2022.3180732
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Access
• 影响因子: 3.9
• 作者: Tahir Bashir;K. Morimoto;A. Iguchi;Y. Tsuji;T. Kashiwa