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研究者情報:研究・産学連携

研究室紹介OPAL-RING
本城 研究室

電磁界・半導体3次元同時解析技術のマイクロ波デバイス・回路・モジュール応用

所属 大学院情報理工学研究科 情報・通信工学専攻、先端ワイヤレスコミュニケーション研究センター
メンバー 本城 和彦 教授
高山 洋一郎 客員教授
石川 亮 准教授
住谷 修 先任技術専門職員
所属学会 IEEE(米国電気電子学会)、
電子情報通信学会、電気学会、応用物理学会
研究室HP http://www.mwsys.cei.uec.ac.jp/
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掲載情報は2015年8月現在

本城 和彦
Kazuhiko HONJO
キーワード

UWB(超広帯域無線)、FDTD法、CAD、低歪み、高効率、広帯域、超広帯域アンテナ、フィルタ、バラン、群遅延補償器、量子細線、ナノ構造、HBT

研究概要

次世代ワイヤレス情報通信のハードウェア技術を研究開発

4G(第4世代)携帯電話やUWB(超広帯域無線)などの次世代ワイヤレス情報通信を実現するために、当研究室では、RFフロントエンドモジュールの高効率化、低歪み化、超広帯域化を極限まで追究し、新技術を開発している。
これらの研究開発のベースとなるデバイス回路解析技術として、FDTD(有限差分時間領域)法を用いた3次元・電磁界/半導体デバイス統合解析技術の確立を目指している。この技術を用いこれまでに、長フィンガーHBT(ヘテロ接合バイポーラトランジスタ)のマイクロ波特性の統合シミュレーションならびに実験的検証を行い両者がよく一致していることを確認している。また非定常熱解析も併せて実施し、熱的メモリー効果を精密に再現できる多段熱等価回路を提案した。これにより熱等価回路がマイクロ波歪み特性へ与える影響を定量的に把握できるようになった。

高調波を制御できる回路形式

一方、当研究室ではこれまでに理論的に無限次までの高調波を個別に制御できる回路形式を提案しており、これによりマイクロ波増幅器の電力効率を90%以上に高めることができることをシミュレーションにより示している。AlGaN/GaN HEMTに対して本回路技術を適用し、1・9GHz帯で85%のドレーン効率、5・8GHz帯で80%のドレーン効率を実現しており、今後一層の高効率化を目指す。 低歪み化に関しては、 隣接チャネル漏洩電力の発生の原因を、奇数次非線形伝達関数の影響、電気的メモリー効果、熱的メモリー効果に分類し、ボルテラ級数展開法とハーモニックバランス法を駆使して最適解を導いた。
一例としては、W‐CDMA用HBT増幅器の隣接チャネル漏洩電力比の非対称性を改善する方法を提案し、従来12・6dBあった非対象性を3・57 dBまで低減し、隣接チャネル漏洩電力の絶対値自体も5・31 dB低減することに成功した。また熱メモリー効果歪みを電気的に補償する新方法を提案し実験で実証した。

UWBへの応用

UWB応用に関しては、インパルス方式信号発生InGaP/GaAs HBT MMIC、超広帯域送信用および受信用MMIC、復調回路、ブロードサイド4結合線路を用いた小型超広帯域帯域通過フィルタ、小型平面自己補対アンテナを提案し、3・1〜10・6GHz帯を用いたUWBへの応用が可能であることを示した。また、このようなUWB用部品が有する群遅延特性を補償する方法として、右手・左手系回路を用いた補償方法と、負性群遅延(NGD)回路を用いた補償方法とを提案し、MMICによる試作実証に成功している。

アドバンテージ

最新の設備が研究を支える

FDTD法による電磁界・半導体統合3次元解析CADシステムを中核に、マイクロ波半導体回路設計・レイアウト、無線システム設計などの最新鋭のCADと、それらの結果を検証する自動計測システムを備えている。これらのCADツールにはシュレーディンガー方程式の組み込みも可能で、量子効果のマイクロ波応用の検証も行える。

マイクロ波デバイス・回路・モジュール自動評価システム
右手・左手系群遅延補償回路付きUWB用InGaP/GaAs HBT MMIC超広帯域増幅器
UWBインパルス発生送信・復調モジュール
研究・産学連携