研究テーマ

約20年前，負の屈折率・透磁率をもつ媒質（メタマテリアル）が作り出されました。私たちの身の周りの光や電波は右手系の電磁波ですが，この人工媒質の中を通過すると，通常の電磁波とは全く性質の異なる左手系の電磁波に変わります。それは，ワイヤレスの分野において革新的な無線回路が実現できる可能性があることを意味します。

左手系メタマテリアルは，本来は物理学のテーマです。ただ幸いなことに，CRLH線路（注）という概念を使って回路的に扱うことができます。そのため，電気回路と電磁気学の基礎知識をもつ電気電子情報系の学生なら，誰でもその奥深さに触れることができます。

本研究室ではCRLH線路の独自の設計方法を提案しており、これらのアイデアを通して次世代無線システムに貢献することを目指しています。

注）CRLH（Composite Right-/Left-Handed）線路：右手／左手系複合線路

地球温暖化の対策を妨げる要因の一つが，大電力を消費するITインフラです。携帯電話のアンテナ基地局もその内に含まれ，アンテナ直前の電力増幅器（PA）の電力効率を向上させること求められています。

PAに高効率化が求められるのは，環境対策のためだけではありません。5G以降では小型の基地局が多数使われます。基地局の小型化のためには，PAの高効率化を実現して冷却装置を簡素化する必要があるわけです。

また，PAはスマホから電波を送信するためにも使われます。PAの高効率化はスマホの電池の長持ちにも繋がります。

私たちは、左手系メタマテリアルを実用的な方法で高効率PAにつなげる世界初の技術の開発に成功しています。

参考資料１（大学のGoogleアカウントでログインしてください）

参考資料２（大学のGoogleアカウントでログインしてください）

注）PA：Power Amplifierの略

電波は，無線通信では「情報」を運びますが，昨今のエネルギーへの関心の高まりを背景に「電力」を運ぶ手段として注目されています。無線電力伝送の代表的な応用例としては、宇宙で太陽光発電したエネルギーを電波で地上に送電する技術が知られています。

また最近は，RFエネルギーハーベスティング*技術により，IoTセンサやウェラブル端末などが環境電波からエネルギーを得ることができるようになると，電池不要で動作するようになると期待されています。

本研究室では，無線電力伝送の様々な応用に対応できる整流回路の研究に取り組んでいます。

* Harvestは「収穫する」という意味です。環境電波の微弱でも広い集めると大きな収穫になります。

私たちの身の周りにはTV，携帯電話などの電波で溢れていますが，これらの環境電波は信号強度として微弱なため，整流器が応答しにくいことが大きな課題の一つです。

この問題の要因の一つは，ダイオード特性の閾値電圧（Vth）が零でないため，電波の電圧振幅がVthを超えない限りダイオードが動作しないということです。

研究室では，共振コイルを用いることで，受電した電波がダイオードのVthを超えるまで増幅する方法を提案しています。また，FETを用いることでゼロVthの擬似的なダイオードが実現できることもシミュレーションで示しています。

私たちは，これらの原理を応用した各種のRFエネルギーハーベスティング整流器を研究しています。

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