透過型偏向器を開発、テラヘルツ波を広角に制御：電波が遮られるエリアを回避

東北大学の研究グループは、テラヘルツ波において広がる方向を広角制御できる「透過型偏向器」を開発した。0.3〜0.5THzの周波数帯で74°という広角の偏向走査を実現した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

0.3〜0.5THzの周波数帯で34〜74°の偏向走査を実現

　東北大学大学院工学研究科の金森義明教授らによる研究グループは2023年8月、テラヘルツ波において広がる方向を広角制御できる「透過型偏向器」を開発したと発表した。0.3T〜0.5THzの周波数帯で74度という広角の偏向走査を実現した。

　6G（第6世代移動通信）システムでは、使用する電波として「テラヘルツ波」が予定されている。ただ、波長が短いため障害物によって電波が遮られやすいなど、課題もある。透過型偏向器は、こうした課題を解決するために開発した。

開発した透過型偏向器の利用イメージ［クリックで拡大］ 出所：東北大学

　研究グループは今回、低損失誘電体であるシリコン製のサブ波長構造が周期的に配列された透過型メタマテリアルを開発した。これを用い、実効屈折率分布制御に基づくテラヘルツ波偏向器を作製した。隣り合うサブ波長構造の寸法を変更すれば、透過波の向きを変えることができるという。

　透過型メタマテリアルの母材となるシリコンは、テラヘルツ波を吸収しない。このため、電力効率の高い偏向器を実現できるという。屈折率も大きく、厚さ525μmと薄くても広い偏向角度走査が可能となる。電磁界解析法を用いて設計した透過型メタマテリアルは、0.3T〜0.5THzの周波数帯で35〜72度の偏向走査、0.4THzのテラヘルツ波を70％以上の電力効率で偏向可能だという。

周波数0.4THzのテラヘルツ波を透過型メタマテリアルに垂直入射したときの電場分布（計算値）［クリックで拡大］ 出所：東北大学

　試作した透過型メタマテリアルに、周波数0.4THzのテラヘルツ波を垂直入射させたところ、46度の向きに広がることを確認した。0.3〜0.5THzの周波数帯においては、34〜74度の偏向走査を実現した。これらの値は、電磁界解析で得られた理論値と同等性能だという。

製作した透過型メタマテリアルの光学顕微鏡写真［クリックで拡大］ 出所：東北大学

偏向角度特性（計測値）［クリックで拡大］ 出所：東北大学

　今回の研究成果は金森教授の他、大学院生の千葉滉平氏、岡谷泰佑助教および、猪股直生准教授らによるものである。