市販半導体を用いてデータ電力同時伝送可能なミリ波帯フェーズドアレイ無線機の開発に成功：白根篤史准教授（量子ナノエレクトロニクス研究コア）

東京工業大学 工学院 電気電子系の井出倫滉大学院生、科学技術創成研究院 未来産業技術研究所の白根篤史准教授と工学院 電気電子系の岡田健一教授は、市販の個別半導体を用いてデータ電力同時伝送が可能なミリ波帯フェーズドアレイ無線機を開発した。

ミリ波帯5G通信では障害物による遮蔽（しゃへい）効果が大きいため、中継機のきめ細かな設置が求められる。しかし従来のミリ波帯無線機は、無線電力伝送による生成電力が小さいため、電源が不要な中継機として用いる場合、増幅器やデジタル制御部に利用可能な電力量が制限され、中継距離の長距離化が困難であった。

本研究では、電力変換効率が高いGaAsダイオードに注目し、通信に必要なミキサや移相器といった回路要素も個別半導体で構成することで、無線電力伝送時の生成電力量の改善と5G通信時のビームステアリング機能を同時に実現した。

開発した無線機は、無線電力伝送による給電のみで動作し、同時にビームステアリングによって5G信号の送信および受信が可能である。256素子という大規模な素子数により、無線電力伝送による従来よりも大きな電力生成と、5Gによる高速通信の両立を実現している。

試作した256素子のフェーズドアレイ無線機は、従来のカスタム設計したICではなく、市販の個別半導体を6層構成のプリント基板に実装することで実現しており、24 GHz帯無線電力伝送と28 GHz帯5G準拠の無線通信に同時に成功した。本無線機は電源の有無に依存しない中継機を構成できるため、あらゆる場所に柔軟に設置でき、ミリ波帯5Gの通信エリアの拡大に貢献する。

研究成果の詳細は、2024年6月16日（現地時間）から米国ワシントンD.C.で開催される国際会議「2024 IEEE MTT-S International Microwave Symposium <IMS>」で発表する。