金属粉末レーザ積層技術によるミリ波帯給電回路一体型導波管スロットアンテナの実現

利用金属粉末激光层压技术实现集成毫米波段馈电电路的波导缝隙天线

• 批准号: 26820140
• 负责人: Zhang Miao
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-26820140/
• 关键词: 金属粉末のレーザ積層; 等価導電率; 二次元ビーム切り替え; バトラーマトリックス; ショートスロット結合器; 導波管; 空洞共振器; 表面粗さ

昨年度に引き続き、容易に利用できる金属粉末のレーザ積層装置を用いて導波管形状を作製した際、表面粗さと材質が等価導電率に及ぼす影響を分析した。材料にSiを混ぜたアルミニウム合金を使用し、直径30μmの粉末で造形した場合、60GHz以上の高周波での応用はまだ損失が大きく、40GHz帯以下の周波数領域では十分に適用できると判明した。二次元ビーム切り替えは5G（次世代移動通信システム）の実現に不可欠な重要技術となっている。受動型で低損失かつ低コストの二次元ビーム切り替えを実現するために、ショートスロット2平面結合器を用いた2次元バトラーマトリックスを提案した。従来の単一E面またはH面ショートスロット結合器を使用したものに比べ、更なる小型化と低損失性を可能とした。4x4ポート入力2次元バトラーマトリックスを22GHz帯で設計し、レーザ積層技術による試作を行った。材料として当初アルミニウム合金を考えたが、体積が大きいため、試作費に数百万円がかかるため断念せざるを得なかった。代替案としてABS系樹脂材料を使用し、造形後に1.5μmの銅メッキを施した。また比較として、黄銅を用いた切削による加工も行った。ベクトルネットワークアナライザによる測定を行った結果、挿入損失を除いて、ほぼ設計通りに振幅と位相の分配特性を実現できた。また金属切削加工に比べて、レーザ積層品は約1～1.4dB 材料損失が大きいことも測定で判明した。その原因は組み立て精度の他に主に表面粗さとメッキの不完全性にあると判明した。今後はメッキの改善または金属粉末の使用で十分性能が改善すると期待できる。

Analysis of the influence of the shape, surface roughness and material of the waveguide on the conductivity of the multilayer device made of metal powder The material Si is mixed with silicon alloy, and the powder with diameter of 30 μ m is used in the case of high frequency wave above 60 GHz, and the loss of high frequency wave below 40 GHz is very suitable. 5G (next generation mobile communication system) is an important technology for the realization of mobile communication. The passive type has a low loss and a low loss. The passive type has a low loss and a high loss. In the past, the use of a single E-plane or H-plane connector has been reduced to a smaller size and a lower loss. 4x4 Multilayer Technology Trial Implementation in 22 GHz Band The material is very large, and the trial cost is several million yuan. In the case of ABS resin material, the copper layer of 1.5 μ m is applied after molding. For comparison, brass is used for machining. The results of the measurement, the division of the input loss, and the realization of the amplitude and phase distribution characteristics of the design are presented in this paper. The material loss of metal cutting products is about 1~1.4dB. The reason for this is that the accuracy of the composition is different from that of the surface roughness. We look forward to improving the quality of our products and improving the performance of our metal powder in the future.

项目成果

Design of a Novel 2-D Beam-switching Waveguide Butler Matrix

新型二维光束切换波导巴特勒矩阵的设计

• 发表时间: 2016
• 作者: Dong-Hun Kim,Jiro Hirokawa;Miao Zhang; Makoto Ando.
• 通讯作者: Makoto Ando.