Development of Circular Polarized Antenna To Support High Speed Distributed Antenna System In Sub-6GHz band.
| Project/Area Number |
22K14261
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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 | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
GUAN ChaiEu 長崎大学, 工学研究科, 助教 (10824584)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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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 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
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| Keywords | サブ6G / 円偏波アンテナの広帯域化 / 偏波ダイバーシティ / 円偏波アンテナ / 広帯域特性 / サブ6GHz / 平面型アンテナ |
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| Outline of Research at the Start |
次世代移動通信の持続可能な開発目標を前提として5Gの通信速度の高速化に関する研究は既に始まっている．5Gの通信速度の高速化を実現するためには，アンテナの広帯域化が必須である．広帯域に右旋円偏波と左旋円偏波の切り替え機能をアンテナに持たせることにより，超多接続が要求される5Gの更なる通信の安定化，利便性の向上が可能である．本研究課題では，5Gサブ6GHz帯（6GHz以下の帯域）に対応した広帯域な偏波切り替えが可能な平面型円偏波用アンテナの開発を目的としている．本研究の成果は次世代6Gの分散型アンテナシステムを支える基盤技術と成り，今後の通信分野の発展に大きく貢献するものである．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はサブ6 GHz帯（3.7 GHz /4.5 GHz帯）で広帯域な偏波切り替えを可能にする平面型円偏波用アンテナの開発を目的としている．ダイポールアンテナ（dipole antenna, 以下DPAと記す）は広帯域な周波数特性を持ち、二つの半波長DPAを直交配置し、給電位相差を90度とすることにより円偏波を発生させることができる。通常、上記のクロスダイポールアンテナ（crossed dipole antenna, 以下CDPAと記す）では、90度位相差をつけるために2点給電式を採用し、移相器や円偏波変換器などが必要になる。本研究は、二つのDPAの間に波長が4分の１のリング線路を装荷し、1点給電式のCDPAを考案した。
初年度の研究進捗を以下に示す．
1．アンテナの形状と軸比の周波数特性の関係： DPAは複数のセグメントで構成されており、第1セグメントと第2セグメントの電気長は、それぞれ3.7 ＧＨzと4.5 GHzにおいて約4分の1の波長に設定されている。第1及び第2セグメントが放射部であるため、セグメントの長さを調整することで、CDPAの軸比の周波数範囲を拡大することができる。
2．アンテナの利得の向上：CDPAの指向性は、ダイポール素子を含む面（ダイポール面）に対し上下方向に放射する双方向放射型指向性である。指向性を単方向にするためにダイポール面から4分の１波長の距離に反射板を設ける。本設計では1点給電式CDPAの背面に円筒形キャビティを設置する。誘電体の外径とキャビティの高さを調整することで、ダイポール面からキャビティまでの距離を4分の1波長よりも短くすることが可能であり、CDPAの放射が単一指向性となる。
シミュレーションおよび試作品の実験により、本設計法でCDPAが良好な軸比特性が得られることを確認した。
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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
2022年度で広帯域な円偏波アンテナを設計した。この円偏波アンテナは複数のセグメントで構成されるクロスダイポールアンテナであり、2つの周波数で放射している。全てのセグメントの素子を垂直に配置し、90度の位相遅延で分離した後、提案したアンテナから2つの円偏波が生成される。円偏波発生の条件より、セグメントの電気長を調整することで、軸比帯域幅を3.25GHzから5.5GHzの範囲で円偏波を生成することができるようになった。
また、提案されたアンテナをベースに、右円偏波と左円偏波の切り替え機能について調査し、ダイポールアンテナの入射波の位相を0度もしくは180度反転させる移相器を設計している。
上記のように本研究進捗の状況はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
クロスダイポールアンテナと180度の移相器とを組み合わせた場合、円偏波が発生する周波数帯域幅は移相器の位相が180度となる周波数帯域幅に依存する。本年度設計した移相器は周波数帯域が狭いため、円偏波が生成可能な周波数帯域幅も狭い。そこで、円偏波周波数帯域幅を向上させるために、2つの設計手法を検討する。1つ目の手法では、移相器を独立した要素として評価し、移相器をクロスダイポールアンテナに装荷した後、アンテナとの相互結合と位相が180度となる周波数特性を詳細に調査する。
二つ目の設計手法は、クロスダイポールアンテナとリング線路の間にスイッチングダイオードを挿入し、180度位相切替器を設計する。位相切替器はダイオードの状態によって、2つの偏波成分間の位相差を-90度あるいは+90度に切り替えることができる。ただし、この手法では、円偏波が発生する周波数範囲が、スイッチングダイオードの減衰量によって決まる。そのため、数種類のダイオードを評価し、減衰量が少なく、かつアンテナの入力インピーダンスに適するダイオードを選定する必要がある。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
