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活動報告(公募計画コース) 第204号

台湾・国立台北科学技術大学との共同研究で大きな成果
沖縄工業高等専門学校からの報告

沖縄工業高等専門学校

 沖縄高専では、平成28年2月25日~3月9日の12日間、国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)のさくらサイエンスプランのプログラム(B.共同研究活動コース)を実施しました。本プログラムは、アジアの青少年が日本の最先端の科学技術への関心を高め、日本の大学・研究機関・企業で学び、将来的にアジアの科学技術の発展に貢献することを目的としています。

 沖縄高専のプログラムでは、国立台北科学技術大学(NTUT)において選抜された2名の学生(電子・コンピュータ学部 電子工学科専攻の修士課程)を招聘し、台北科技大の高周波集積回路設計技術と沖縄高専・情報通信システム工学科の高周波回路設計・実装・評価技術を用いた共同研究を中心に、沖縄高専の研究室見学、沖縄科学技術大学院大学(OIST)における先端研究活動見学、国立海洋博記念公園、首里城の施設見学などを通して、アジアのゲートウェイである沖縄における様々な科学技術、文化活動の先進的な取り組みを学びました。

 プログラムにおける共同研究の具体的な内容は、情報通信システム工学科教員と連携しながら、2.4GHz帯の低雑音増幅器(LNA)、平面アンテナ、バンドパスフィルターの設計・製作・評価の一連の作業をおこなうものでした。

 回路は高周波回路シミュレータADSを使って設計しました。使用するトランジスタは台北科技大が指定したバイポーラトランジスを使用。特にS11、S22を整合する回路の設計に時間を費やしました。(写真1)


回路は高周波回路シミュレータADSを使って設計しました。使用するトランジスタは台北科技大が指定したバイポーラトランジスを使用。特にS11、S22を整合する回路の設計に時間を費やしました。(写真1)

 伝送路はグランド付のコプラーナーマイクロストライプラインを用いて寸法を決定し、設計した回路を実装するPCBレイアウトをCADで設計しました。その後、レイアウト図を回路基板加工機に転送し、実装基板を作成しました。作成したFR-4回路基板にトランジスタ、抵抗、コンデンサ、インダクタなどの1608サイズのチップ素子を実装しました。(写真2)


伝送路はグランド付のコプラーナーマイクロストライプラインを用いて寸法を決定し、設計した回路を実装するPCBレイアウトをCADで設計しました。その後、レイアウト図を回路基板加工機に転送し、実装基板を作成しました。作成したFR-4回路基板にトランジスタ、抵抗、コンデンサ、インダクタなどの1608サイズのチップ素子を実装しました。(写真2)

 実装したLNA回路をスペクトルアナライザとノイズソースを使用して利得と雑音指数を測定し、ほぼ設計どおりの値が得られていることが分かりました。しかし、ネットワークアナライザで測定したS11, S22の値が不十分なため、設計を見直し、整合回路のインダクタ、コンデンサを調整しながらチューニングを行うことで所望の値が得られました。 (写真3)


実装したLNA回路をスペクトルアナライザとノイズソースを使用して利得と雑音指数を測定し、ほぼ設計どおりの値が得られていることが分かりました。しかし、ネットワークアナライザで測定したS11, S22の値が不十分なため、設計を見直し、整合回路のインダクタ、コンデンサを調整しながらチューニングを行うことで所望の値が得られました。(写真3)

 沖縄高専・情報通信システム工学科の教員・学生とともに、沖縄科学術大学院大学(OIST)を訪問し、先端的な研究施設を見学しました。フェムト秒分光法ユニットでは、フェムト秒のレーザ光で高出力の光パルスを発生させ、半導体などの材料に照射し、物質の電子・正孔プラズマの光学特性を調べる最先端研究概要を教えていただきました。研究機器が防塵・温度などにおいて非常に精度の高い環境で管理・制御されていることに驚きました。(写真4)


沖縄高専・情報通信システム工学科の教員・学生とともに、沖縄科学術大学院大学(OIST)を訪問し、先端的な研究施設を見学しました。フェムト秒分光法ユニットでは、フェムト秒のレーザ光で高出力の光パルスを発生させ、半導体などの材料に照射し、物質の電子・正孔プラズマの光学特性を調べる最先端研究概要を教えていただきました。研究機器が防塵・温度などにおいて非常に精度の高い環境で管理・制御されていることに驚きました。(写真4)

 有機物半導体を用いた非常に薄いフレキシブルに変形できる新しい太陽電池を研究している「エネルギー材料と表面科学ユニット」を見学しました。性能や信頼性において多層半導体構造の界面特性が重要な鍵を握るため、有機エレクトロニクス材料の表面及び界面の特性を蒸着装置・光電子分光・走査プローブ顕微鏡などが組み込まれた最先端の超高真空成膜・分析機器で行い基礎研究を重視していることに感心しました。(写真5)


有機物半導体を用いた非常に薄いフレキシブルに変形できる新しい太陽電池を研究している「エネルギー材料と表面科学ユニット」を見学しました。性能や信頼性において多層半導体構造の界面特性が重要な鍵を握るため、有機エレクトロニクス材料の表面及び界面の特性を蒸着装置・光電子分光・走査プローブ顕微鏡などが組み込まれた最先端の超高真空成膜・分析機器で行い基礎研究を重視していることに感心しました。(写真5)

 量子波光学顕微鏡ユニットを見学しました。DNAやウィルスなどの生体に影響を与えないように低エネルギー電子ビームを照射し、透過・散乱した電子を2次元電子検出器で受け、逆フーリエ変換などのコンピュータ解析により顕微鏡像を得る全く新しいホログラフィー電子顕微鏡を開発していました。ここでも、やはり装置開発などの「ものづくり」が重要な研究テーマであることに感銘しました。(写真6)


量子波光学顕微鏡ユニットを見学しました。DNAやウィルスなどの生体に影響を与えないように低エネルギー電子ビームを照射し、透過・散乱した電子を2次元電子検出器で受け、逆フーリエ変換などのコンピュータ解析により顕微鏡像を得る全く新しいホログラフィー電子顕微鏡を開発していました。ここでも、やはり装置開発などの「ものづくり」が重要な研究テーマであることに感銘しました。(写真6)

 ADS,AWR、HFSSなどの高周波回路・電磁界設計ツールを用いて設計し、作製した2.4GHz帯平面アンテナの反射・利得特性を測り、シミュレーション通りの中心周波数とSパラメータの値が得られていることを確認しました。また、2つのアンテナを使用して、2.4GHz正弦波キャリア信号の無線空間伝送実験を行い、フリスの公式に合う電力分配特性が得られました。(写真7)


量子波光学顕微鏡ユニットを見学しました。DNAやウィルスなどの生体に影響を与えないように低エネルギー電子ビームを照射し、透過・散乱した電子を2次元電子検出器で受け、逆フーリエ変換などのコンピュータ解析により顕微鏡像を得る全く新しいホログラフィー電子顕微鏡を開発していました。ここでも、やはり装置開発などの「ものづくり」が重要な研究テーマであることに感銘しました。(写真7)

 作製した2.4GHz帯平面アンテナの電磁界放射強度の周波数・角度分布を電波暗室内で測定しました。平面アンテナの前面/裏面比と垂直/水平の利得比は20dB以上有り、前面においては、ほぼ楕円形の放射角度分布があることが分かりました。さらに、マイクロストリップラインによるBPFと2段トランジスタ構成のLNAの設計・製作を終え、沖縄高専における共同研究を予定通り完了しました。本研究の用途は人体の鼓動をリモートで計測することです。(写真8)


作製した2.4GHz帯平面アンテナの電磁界放射強度の周波数・角度分布を電波暗室内で測定しました。平面アンテナの前面/裏面比と垂直/水平の利得比は20dB以上有り、前面においては、ほぼ楕円形の放射角度分布があることが分かりました。さらに、マイクロストリップラインによるBPFと2段トランジスタ構成のLNAの設計・製作を終え、沖縄高専における共同研究を予定通り完了しました。本研究の用途は人体の鼓動をリモートで計測することです。(写真8)

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