メタマテリアル測定空間からなる高周波電磁気特性測定系の実現
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20K04512
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21030:Measurement engineering-related
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
伊藤 盛通 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 主任研究員 (50712931)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上田 哲也 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (90293985)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | メタマテリアル / 電磁気特性測定 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、右手左手系複合メタマテリアルを用いた新規の高周波電磁気特性測定系（メタマテリアル測定空間）を構築することで、従来の測定系における課題の原因となっていた機器・試料の寸法と周波数の関係性を解決する。高周波損失の大小に依存せず、広帯域の電磁気特性を、任意形態の試料で測定できるシステムを実現し、高周波電子機器に向けた材料開発の迅速化と、電磁ノイズ対策へ貢献できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和４年度は、誘電体共振器をカットオフ導波路中に配置したCRLHメタマテリアルについて①シミュレーションによる単セルモデルと複数セルモデルの比較と、②単セルにおける試料挿入構造の検討、ならびに③CRLHメタマテリアルの基本構造試作を行った。シミュレータには前年度に引き続きAnsys HFSSを用いた。
①前年度までに計算していた単セルモデルに加えて、2～7セルを１次元配列するモデルを作製し、計算を行った。これは、単セルモデルにおける伝送線路の影響の有無を見ることを目的としている。複数セルの計算結果から単セルあたりのブロッホインピーダンスや伝搬定数を導出した結果、複数セルにした方が伝送線路の影響を小さくできることが確認できた。
②単セルモデルについて、試料を挿入できる構造を検討した。基本モデルの誘電体共振器に対してa)中央部に試料挿入孔を形成、b)上下に2分割してその間に挿入部分を形成、の２通りで検討した。どちらについても中央部分に磁界が集中するTE01δモードでゼロ次共振が生じる寸法条件を求めた。そのうえで、③の試作時の加工性を踏まえてb)の上下2分割モデルを採用することとした。次に、透磁率を持った試料を挿入することで位相定数β=0となるゼロ次共振条件が崩れ、右手系と左手系の２つの共振周波数に分離することが確認できた。
③試作するにあたり、誘電体共振器の試作業者と仕様を検討した。その結果、誘電率が異なるがQ値の高い材料をご提案いただいたので、それに合わせて寸法を変更し、試作を行った。併せて、銅片を切削加工して同軸挿入部と電磁界を測定するためのウインドウ、および共振周波数調整機構とを備えた導波管を、単セルと３セル1次元配列の2通りで試作した。PTFEによる共振器の支持部分を試作したうえでゼロ次共振を測定し、シミュレーションモデルとの差異を検討する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2022年度においては誘電体共振器を用いたCRLHメタマテリアルについて試作および検証を完了する予定であったが、現状では共振器と導波路の試作が完了した段階である。遅延が発生した理由としては以下の４点が挙げられる。
①前年度から新規に開始した、誘電体共振器を導波路中に配置したCRLHメタマテリアルの計算モデル構築について、詳細な電磁界強度分布、Sパラメータ、位相定数の計算を行い、TE01δモードが発生する寸法条件を導出したこと。
②試作において誘電率が異なるがQ値の高い材料を試作業者にご提案いただいたので寸法を変更して再設計を行ったこと。
③共同研究者である京都工芸繊維大学の上田哲也教授に協力をいただきながら進めているが、新型コロナウイルス感染拡大防止のためにミーティングが断片的になり、メール主体の確認を行った結果、シミュレーションモデルの改善に遅延が生じたこと。
④新型コロナウイルス感染拡大防止の動きに伴い、公設試験所職員としての業務（依頼試験など）が膨大になり、研究時間がひっ迫したこと。
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| Strategy for Future Research Activity |
高誘電率の誘電体共振器を用いたメタマテリアルについて、以下の流れで試作および検証を行う。測定には既存設備であるネットワークアナライザを接続して用いる。
①現在までに試作が完了している銅片を加工して試作した導波管、誘電体共振器、共振器支持部分とを組み合わせてCRLHの単セルメタマテリアルを試作する。給電は同軸で行い、給電部については同軸の位置や内軸導体の長さを調整するなどして整合をとる。
②まず、単セルにおけるTE01δモードでの共振を発生させ、Sパラメータがシミュレーションモデルと同様な変化を示すか確認する。ゼロ次共振が生じる条件ウインドウは狭いので、誘電体共振器付近に微調ネジを設けることでゼロ次共振状態にする。
③複数セルの一次元配列構造においても、同様にゼロ次共振状態ができる条件を確認する。複数セルにした方が伝送線路の影響を小さくできるが、ゼロ次共振へ調整する手間も増えることになるため、その度合によってセル数を決定する。
④上下の分割した誘電体共振器と、その間に試料片を挿入できるようにしたPTFE支持部とを試作し、単セル、および複数セルにおける試料挿抜の影響について検討する。
⑤上記②～④において、2021年度に整備したスキャンシステムおよびループアンテナを用いて電磁界分布を測定し、シミュレーションモデルとの差異を調べる。
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Report
(3 results)
Research Products
(1 results)
