| Project/Area Number |
22K04100
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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 21020:Communication and network engineering-related
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
有馬 卓司 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20361743)
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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: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 波長無限大理論 / メタマテリアルに対する電磁界解析技術 / 等価回路モデルの作製 / FDTD法 / 低周波数帯に対する電磁界解析技術 / ラゾーバの開発 / メタマテリアル / 電磁界シミュレーション / 波長無限大 |
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| Outline of Research at the Start |
電磁波の制御は1/2波長（半波長）程度の長さの構造を用いて共振させ，放射などを制御するしている．一方，波長λはλ=λ0/√(εrμr)（λ0:自由空間中の波長 εr：比誘電率，μr：比透磁率）の関係より，誘電率および透磁率を0 付近にすると波長は非常に長くなり，言い換えればどこでも同相となり共振と同様の状態になる．この状態を操ることが出来れば，従来とは異なる原理での電磁波制御が可能となる．本研究ではこの状態を波長無限大と名付ける．本研究では，比透磁率μrおよび比誘電率εrが同時に0付近になる構造を波長無限大構造と呼びその構築活用することで，電波の波長無限大状態による制御方法の学理を構築する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
3年計画の2年目にあたる，2023年度は電磁界解析を用いたシミュレーションによりいくつかの有効な構造を開発した．下記に研究実績の概要を示す．
・有効なシミュレーション方法の実装を行った．昨年度から引き続き，電磁界解析手法として，時間領域差分法（FDTD法）を用いた．特に後述する，今年度の成果ではコンデンサやコイルなどの電気素子を，構造に組み込むことを検討しているが，これらをシミュレーションできるFDTD法の開発を行った．また，シミュレーションの妥当性および有効性を確認するために，結果を有効に可視化できるプログラムのかいつも行った．
・コイルおよびコンデンサを組み込んだアンテナの開発を行った．これまでは，構造自体を工夫してコイルおよびコンデンサを構成していたが，2023年度は一段進化させて，構造＋電気素子という考え方を実装すれば，より効率的に波長無限大を周波数に関係なく実現できると考えた．そして，上述した開発した電気素子を有効に解析できるFDTD法を用いて，構造を開発した．開発には過去の論文を参考にしている．構造は梯子型にコイルとコンデンサを配置している．また，素子を用いると多くの場合では，一つの周波数でのみ動作するので動作帯域は狭くなってします．本研究では，超広帯域で波長無限大を実現させるために素子を組み合わせている．
・コイルおよびコンデンサを組み込んだアンテナの有効性をシミュレーションにより確認した．上述した二つの成果を組み合わせることにより，開発した構造の有効性を確認した．まず，アンテナの動作帯域は現在注目されてる5GHz帯とした．従来の波長無限大理論ではその動作周波数はある周波数周辺でのみ動作するものであった．本研究課題で開発を行っているものはシミュレーション段階であるが，近接する周波数で動作する事で見た目上は通常の構造の倍近い帯域を示した．
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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
本研究課題では波長無限大理論（誘電率透磁率を0付近として，透過的な波長を無限大にすることでどこでも共振を実現する事）の理論構築とその応用を目指している．2022年度および2023年度は応用に向けた理論構築および基本的な構造の開発であったが，両方とも開発に成功した．以上より，現段階では概ね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は計画最終年度である．下記3項目について研究を推進する．また研究の総括も行う．
・さらなる広帯域化の実施を行う．現在隣接する2周波で波長無限大を実現しその周波数帯はくっついているために，見かけ上広帯域を実現した．この技術は3周波および4周波とさらに広帯域化が可能と考えるので，さらなる広帯域化を実現する．開発には引き続き開発しているシミュレーション手法を用いる．
・実験を行いその実用性を確かめる．実験を行うには，電波暗室が必要であるが，電波暗室は研究代表者が所属している組織が所有している電波暗室を用いる．この電波暗室は研究代表者が自由に使える環境にある．また，アンテナ作成についてはこれまでも実績があるので比較的スムーズに進むと考える．もしうまくいかない際は，国内でアンテナ分野で最大の電子情報通信学会の研究者と相談を行い，確実に研究を実施する予定である．
・研究総括を行う．本研究で何が解明でき，何に使えるかなど研究総括を行い今後の研究に生かせる知見をまとめる．
また，以上より得られた成果は国内外で積極的に発表する．発表学会は国内では電子情報通信学会，海外では米国IEEEを予定している．
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