テラヘルツ通信デバイスの機械的チューニング手法を開発~異種機能集積で、モジュール性能と製造歩留まりの向上に寄与~

2025-08-19 東京科学大学

東京科学大学と広島大学の共同研究チームは、テラヘルツ帯通信デバイスの性能劣化を補償する新しい「機械的チューニング技術」を開発しました。テラヘルツ帯(100GHz超)はBeyond 5G/6G通信やセンシングに有望ですが、波長が短いため製造誤差(±50μm程度)が大きな性能低下を引き起こす課題がありました。本研究では、1μm精度で位置制御可能なマイクロアクチュエータと導電性フレキシブルメンブレンを組み込んだ導波管変換器を構築。反射鏡の位置を微調整することで、250GHz帯において反射・透過特性を高精度に制御できることを実証しました。これにより、製造誤差の影響を低減し、デバイス性能と歩留まりの改善が可能となります。今後、通信だけでなくセンシングや分光など幅広い応用が期待され、Beyond 5G/6G時代の高性能・高信頼なテラヘルツシステム実現に貢献するとされています。成果は IEEE Access に掲載されました。

テラヘルツ通信デバイスの機械的チューニング手法を開発~異種機能集積で、モジュール性能と製造歩留まりの向上に寄与~図1. (a) 提案するフレキシブル導電性メンブレン・マイクロアクチュエータを用いたインピーダンス可変型変換部の概略図と(b) 3Dモデル。(c) 1ポート(ショートパターン)測定のためのベクトルネットワークアナライザ(VNA)およびWR3.4周波数拡張器を用いた反射特性測定システムの構成とそのスナップショット。(d) ショートパターンに対してギャップ(g)を変化させながら測定したフランジ部(レファレンス面)での反射特性(S11)。

<関連情報>

マイクロアクチュエーターと柔軟な導電性膜を用いた249 GHzインピーダンス調整可能波導管移行 A 249-GHz Impedance-Tunable Waveguide Transition Using a Microactuator and Flexible Conductive Membrane

Chao Qi; Sangyeop Lee; Takeshi Yoshida; Tadahiko Shinshi
IEEE Access  Published:26 June 2025
DOI:https://doi.org/10.1109/ACCESS.2025.3583279

Abstract

A terahertz band (e.g., 150 GHz/300 GHz), with its broad bandwidth and potential for improved angular and distance resolution, is attracting attention for Beyond 5G/6G communication and sensing applications (radar, imager, etc.). However, as frequencies increase and wavelengths shorten, mechanical tolerances during integration can significantly impact performance (reflection, transmission, etc.), necessitating effective compensation mechanisms. In this paper, we verify the performance variations caused by mechanical tolerances in transmission-line-to-waveguide transitions, which integrate chips, substrates, and waveguides to transmit signals generated by the chip or receive signals from external sources. To overcome these challenges, a tunable-membrane microactuator is proposed, which adjusts the position of the back-short in the transition by using a flexible conductive membrane and a microactuator (dimension: ϕ10 mm ×16 mm, maximum stroke of the membrane: 707.7 μ m, accuracy<1 μ m). The proposed waveguide transition comprises a transmission line and a probe integrated on the multi-layer substrate, along with waveguide flanges and the tunable membrane microactuator. Based on simulation and measurement results, this paper demonstrates the capability of the proposed technology to tune the reflection/transmission losses and frequency bandwidth characteristics of a 249-GHz waveguide transition.

0404情報通信
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