高周波電波の究極的低損失伝送回路を実現 ～超伝導体で Beyond 5G/6G 通信システム実現に寄与～

2023-10-10

気象大気研究部中島 拓 助教、鈴木 和司 技術補佐員（研究支援推進員）、自然科学研究機構国立天文台、株式会社川島製作所、及び国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT エヌアイシーティー）は、共同で、超伝導金属であるニオブを材料に用いたミリ波電波用の導波管を開発し、超伝導状態にある導波管の伝送損失が他の一般的な金属材料の導波管に比べて、桁違いに小さいことを発見しました。
超伝導体を材料とする電波の伝送路は、同軸ケーブルや平面ストリップ線路などでは実用化されていますが、これらは比較的周波数の低い電波の伝送に限られています。次世代の通信規格である Beyond 5G/6Gで利用が見込まれる 100 GHz を超えるようなミリ波・サブミリ波・テラヘルツ波帯では、導波管と呼ばれる金属管による立体伝送路が使われますが、「超伝導導波管」の研究はこれまでほとんど行われていませんでした。理論的な先行研究では、超伝導による効果が逆に伝送損失を大きくしてしまい、実用的なものにはならないという予想もありましたが、本研究において実際に超伝導導波管を製作して伝送損失を測定した結果は、その予想を大きく覆すものでした。
本研究の成果を応用すると、既に導波管回路が利用されている宇宙観測用の電波望遠鏡や地球大気の環境計測装置などで、これまでにない超高感度な受信システムが実現できます。さらに、１００ ＧＨｚを超える周波数帯を用いる Beyond 5G/6G 通信システムでも導波管が使用される可能性が高く、高効率な高周波情報通信の実現が期待されます。
本研究成果は、2023 年 8 月 8 日付 Journal of Physics 誌「ConferenceSeries Volume 2545」に掲載されました。

【論文情報】
雑誌名： Journal of Physics: Conference Series
論文タイトル ： Propagation in Superconducting Niobium Rectangular Waveguide in the 100 GHz band
著者： Taku Nakajima, Kazuji Suzuki, Takafumi Kojima, Yoshinori Uzawa, Masayuki Ishino and Issei Watanabe
DOI： 10.1088/1742-6596/2545/1/012021
URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/2545/1/012021

名大プレスリリース
https://www.nagoya-u.ac.jp/researchinfo/result/2023/10/-beyond-5g6g.html