A Theoretical Model of Radiation Mechanism of Small Antenna for Improving Reliability of IoT Devices
| Project/Area Number |
21K14158
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
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| Research Institution | Maebashi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
藤田 佳祐 前橋工科大学, 工学部, 助教 (90804857)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 小形アンテナ / 複共振 / 帯域幅 / 近傍界 / Q値 / 放射効率 / 球ヘリカルアンテナ / IoT / アンテナ理論 / 電磁波 / 解析的手法 / 理論モデル |
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| Outline of Research at the Start |
IoT機器の小型化のためにはアンテナの大きさを通信に用いる波長に比べて小さくする必要がある．しかし，アンテナを小型化していくと「性能が著しく低下し，近接物体の影響を受けやすくなる」という問題が生じるため，対策が必要である．
本研究では，この問題を解決するため小形アンテナと物体の双方をモデル化し，物体近接によってアンテナが受ける影響に関する理論モデルを構築する．さらに，物体に近接したアンテナがなぜ性能低下し，どのようにすれば性能低下を防げるのかについて解明し検証する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では小形アンテナの近傍に存在する物体が与える影響に関する原因と対策について検討している．２０２２年度の研究では，小形アンテナの近傍にある物体を積極的に利用することによって性能を向上させる方法を中心に研究を行った．
これまでに行ってきた研究では，小形アンテナにおいて帯域幅の低下を引き起こす原因である非常に強い近傍界の分布について，理論的な解明へ向けた一歩を踏み出すことができた．この近傍界は，アンテナの帯域幅を減少させるだけでなく，等価的な整合回路として帯域幅の増大にも複共振として利用できることが知られている．したがって，本課題で小形アンテナの典型モデルとして用いてきた球ヘリカルアンテナについて，近接物体の影響に伴う近傍界を積極的に利用して複共振を実現するための検討を行った．
球ヘリカルアンテナの近傍界を利用した複共振アンテナを実現し，従来アンテナよりも大きな帯域幅が得られた．シミュレーションにおける電界分布によって，複共振を実現している近傍界は伝送線路内の電界分布として解釈が可能であることを示した．その結果，このアンテナの帯域幅はシミュレーション及び実験による結果はよく一致し，球ヘリカルアンテナに対する複共振の適用可能性を示すことができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
進捗状況を判断した理由は，2022年度の研究として物体を近接させた球ヘリカルアンテナの高性能化について一つの具体例を実現することができ，物体の影響を積極的に利用する小形アンテナの可能性を示すことができたからである．本課題において提案したアンテナは，従来アンテナよりも大きな帯域幅を実現することでき，シミュレーションによる設計が実測結果とよく一致するものであった．以上から，研究計画で想定していた小形アンテナに近接する物体の影響を対策したいという部分の目的に寄与する結果となったと考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究は，近接物体がアンテナに与える影響について精密化及び一般化を進める方向で推進したい．精密化については，アンテナと物体を含むシステムに流れる電流を正確に把握にし，物体の影響を細かく観察することである．具体的にはアンテナと物体の双方について電流分布を近似によって精度高く求める解析的な方法を利用し，定性的及び定量的な影響の評価を続けたい．一般化については，本研究で提案したアンテナがより広い帯域幅や安定した放射効率の周波数特性を持つように改良し，物体の影響をどのように利用することで小形アンテナを高性能化できるかについて検討を続けたい．
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Report
(2 results)
Research Products
(14 results)
