金属パターン周期配列構造を利用するマイクロ波・ミリ波帯用電波吸収体の開発
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22K04049
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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 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
山本 真一郎 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (10514391)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 金属パターン周期配列構造 / 電波吸収体 / マイクロ波帯 / ミリ波帯 / 電波吸収特性 / マイクロ波 / ミリ波 / 反射特性 |
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| Outline of Research at the Start |
不要電磁波を除去する電波吸収体は、電磁環境を改善するための材料として種々の箇所で利用されている。本研究では、通常の電波吸収体に代わる新たな機能材料として、金属パターンを周期的に配列した構造と誘電体を用いる電波吸収体を開発する。本吸収体の電波吸収性能は、金属パターン寸法・形状、誘電体の材質・厚み等により制御でき、斜め入射の環境下でも電磁波最大吸収周波数がほとんど変化しない特徴をもつ。
本研究では、マイクロ波からミリ波帯における超広帯域における電波吸収体設計法を確立する。次に、実用を想定した斜め入射時におけるTE波・TM波反射特性の評価を実験・理論解析により実施する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
さらなる高度情報化社会の発展を支えるためには、ある特定周波数の電磁波のみを吸収する周波数選択性電波吸収機能に加えて、薄型・軽量で尚且つ安価な電波吸収体の実現が求められている。本研究では、人工材料である金属パターン周期配列シートと誘電体、金属板で構成する新たな電波吸収体を提案し、それらの反射特性を実験的に評価した。具体的な研究実施内容を以下に示す。
【①金属パターン周期配列シートと誘電体を用いる薄型電波吸収体の設計】 本研究で用いる金属パターン周期配列シートの金属パターン形状として、正方形に加えて新たに円形や十字型パターンを採用したシートを提案した。それらの等価比誘電率は、共鳴型の周波数分散特性を示し、金属パターンのサイズや配列密度に依存することを確認した。この特性を利用することにより、共鳴周波数付近で整合条件を満たす周波数選択型電波吸収体が設計可能であることを示した。次に、誘電体として一般的な材質の試料（アクリル板、ガラス等）を数種類用意し、金属パターン周期配列シートと積層することにより通常の損失材（フェライト混合ゴム材等）を用いない電波吸収体が構成できることを確認した。
【②垂直入射時における電波吸収特性評価】 本研究で設計した電波吸収体の垂直入射時における反射特性を3GHzから13GHzのマイクロ波帯、さらには40GHzから58GHzのミリ波帯で測定した。以上の研究により、金属パターンのサイズや配列間隔、誘電体の材質や厚みを調整することにより、マイクロ波からミリ波帯において整合条件を満たす電波吸収体が設計可能であることを確認した。
【③斜め入射時における電波吸収特性評価】 実用での利用を想定した斜め入射時における反射特性評価をマイクロ波帯において実施した。本電波吸収体の電磁波最大吸収周波数は入射角度にほとんど依存しないことを実験的に確認した。
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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
マイクロ波・ミリ波帯に対応した電波吸収体を設計するため、金属パターン周期配列シートの新たな金属パターン形状、金属パターン配列密度と電波吸収特性の関係を詳細に調べた。さらに、電波吸収体の母材に用いる誘電体の材質や厚みを変更した場合の反射特性を実験的に評価した。以上の研究により、マイクロ波帯からミリ波帯における薄型電波吸収体が設計可能であることを示した。また、マイクロ波帯における電波吸収体の斜め入射反射特性についても検討した。
以上により得られた研究成果は、当初の研究計画通りにおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度はさらに高周波のミリ波帯に対応した電波吸収体を新たに設計し、電波吸収特性を評価する。具体的には、マイクロ波帯用電波吸収体設計時と同様に、金属パターン周期配列シートの最適な金属パターン形状の確立に加え、構造パラメータ（金属パターンの寸法、配列密度等）を調整し、垂直入射時における反射特性を実験により詳細に検証する。
次に、マイクロ波・ミリ波帯用電波吸収体について、斜め入射時における反射特性を詳細に評価し、実用化に向けた評価を実施する。さらに、伝送線路理論による反射特性計算値、FDTD法による電磁界解析値と実験値を比較することにより、設計する電波吸収体の有効性を確認する。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
