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

基本信息

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

项目摘要

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。

毫米波的使用将是5G大容量、高速通信系统的关键技术。因此，毫米波电路元件的小型化、轻量化、性能提高、多功能化是极其重要的技术。本研究的目的是利用毫米波器件的拓扑优化设计技术开发一种新器件，其性能是传统分析设计无法实现的。在本研究中，我们评估了遗传算法（启发式人工智能优化设计方法的进化方法之一）在毫米波电路设计过程中的性能，并引入了新技术。我们重点设计了NRD线（非辐射介质线），它是毫米波电路损耗最低的线。结果，我们使用拓扑优化方法分析了交叉波导、分支波导等，研究了它们的性能，并改进了方法，创造了传统设计不可能实现的更高性能的设计方法，使得实现NRD线路成为可能。具有这些特征的元素。特别是，在基本相交线的情况下，以前不可能通过相交来获得两条独立线的特性，但利用本研究开发的拓扑优化方法，可以将其作为两条独立线进行操作。这表明，例如，通过优化设计N条交叉线的结构，可以用单层电路实现N层电路，我们发现了一种实现超小型化电路的创新分析方法。。此外，我们还研究了分配器优化设计的特点和其他进化优化设计方法，并论证了未来毫米波集成电路拓扑优化方法的有效性。