“世界最高出力“の小型テラヘルツデバイスを開発、キヤノン：6Gや非接触セキュリティ対策に活用

キヤノンは2023年1月16日、11.8mWの高出力と従来比20倍の高指向性を両立した小型テラヘルツデバイスを開発したと発表した。同社は、450GHz出力のテラヘルツデバイスとして「世界最高出力」を実現したとしている。

[半田翔希，EE Times Japan]

　キヤノンは2023年1月16日、11.8mWの高出力と従来比20倍の高指向性を両立した小型テラヘルツデバイスを開発したと発表した。同社によると、450GHz出力のテラヘルツデバイスとして「世界最高出力」だという。またスマートフォンにも搭載可能な小型化も実現、「さまざまな用途でテラヘルツ波を活用できる可能性を拡大した」としている。

キヤノンが開発したテラヘルツデバイス［クリックで拡大］ 出所：キヤノン

従来比の約1000分の1の小型化

　今回、キヤノンが開発したデバイスは、36個のアクティブアンテナと、１つのアンテナに対し2個ずつの計72個の共鳴トンネルダイオード（Resonant-Tunneling Diode：以下、RTD）を集積した3.2mm角のICを10×8mmのモジュールに搭載したものだ。

　同デバイスはRTDを用いた方式で、半導体とアンテナを一体集積したアクティブアンテナからテラヘルツ波を放射することで、従来方式で使用されていた逓倍（ていばい）器やホーンアンテナ、レンズが不要となり、約1000分の1の小型化を実現。小型化によってカメラやスマートフォンなどの電子機器への搭載も可能となり、幅広い用途でのテラヘルツ波の活用が期待できるという。

逓倍器やホーンアンテナを用いた従来方式と発表デバイスの比較［クリックで拡大］ 出所：キヤノン

450GHzのテラヘルツ波を、11.8mW の高出力で放射

　RTDを用いた方式では出力が低いことが課題となる。そこで同社は、1チップに36個のアクティブアンテナを集積したアクティブアンテナアレイを開発。全てのアンテナの出力を合成することで、450GHzのテラヘルツ波を、従来比で約10倍となる11.8mWという高出力で放射することが可能となった。この高出力化により、撮影する画像をより鮮明に映すことや、通信においてより正確な信号を送ることが可能になるという。

従来のアクティブアンテナを用いた半導体デバイスに比べ、約10倍の高出力が可能になった［クリックで拡大］ 出所：キヤノン

36個のアクティブアンテナを1ピコ秒オーダーの精度で同期

　さらに、独自のアンテナ設計技術によって全36個のアクティブアンテナを1ピコ秒（1兆分の1秒）オーダーの精度で同期させることで、レンズやホーンアンテナなどの光学部品を使うことなく、正面方向の指向性を非同期のアンテナアレイと比べて約20倍改善することに成功した。これにより、コンパクトなサイズのデバイスでも数メートル離れた対象物の撮影や遠距離の通信ができるとしている。

　また、アクティブアンテナの数が増えることで増加するノイズに対しても、独自の高周波フィルター設計によってノイズを抑制し、電力効率において従来比約1.4倍を実現している。

非同期のアンテナアレイと発表デバイスの比較［クリックで拡大］ 出所：キヤノン

　テラヘルツ波は電波と光の中間の周波数帯にあり、電波の透過性と光の直進性を併せ持つ電磁波だ。また、レントゲンなどに使われるX線と異なり被ばくすることなく物体を透過させることができる。この性質を生かし、遊園地やイベント会場など多くの人が通る場所において、人流を止めることなく非接触でセキュリティ対策を行うことが期待される。また、次世代の通信方式とされる「6G（第6世代移動通信）」の実現に向けても活用が検討されており、高速・大容量通信の実現に貢献できることが見込まれる。

テラヘルツデバイスの社会実装イメージ［クリックで拡大］ 出所：キヤノン