5G通信の普及を促進する非回折波用アンテナシステムの研究開発
| Project/Area Number |
23K22759
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| Project/Area Number (Other) |
22H01489 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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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 | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
藤本 孝文 長崎大学, 総合生産科学研究科(工学系), 准教授 (40264204)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
GUAN ChaiEu 長崎大学, 総合生産科学研究科(工学系), 助教 (10824584)
田中 俊幸 長崎大学, 総合生産科学研究科(工学系), 教授 (50202172)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
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| Keywords | 非回折波 / 5G / 電波吸収体 / 誘電体レンズ / アンテナ / ５G / ５G用アンテナ |
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| Outline of Research at the Start |
理論上減衰せずに無限遠方まで伝搬する非回折波に着目し，遠距離通信が可能な28GHz帯における非回折波用のアンテナの開発を行う。提案アンテナは光工学での非回折波生成装置を参考にし，ホーンアンテナ，円環スリット付き電波吸収体，誘電体レンズで構成される。本研究では，これらの素子の形状パラメータおよび電気パラメータ（比誘電率，導電率）と非回折波特性（リターンロス，利得，放射指向性，伝搬距離）の関係をシミュレーションにより明らかにする。さらに試作・測定実験によりシミュレーション結果の評価および試作アンテナの性能評価を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
提案するシステムは、1次放射器のホーンアンテナ、円環スリット付き電波吸収体、誘電体レンズで構成される。設計周波数は28GHz帯である。ホーンアンテナは既存のアンテナを使用する。円環スリット付き電波吸収体、誘電体レンズについてシミュレーションによる設計および特性解明を行った。研究実績は以下の通りである。
円環スリット付き電波吸収体は、出射面の円環スリット部で一様な強度かつ同一方向のベクトルを持つ電界分布を生成する必要がある。電波吸収体には、シリコン系とウレタン系のものを使用する予定である。所有するワークステーションのRAMの大きさにより、シミュレーション可能な電波吸収体の大きさに制限がある。このため、最初にシリコン系電波吸収体の、大きさが100mm×100㎜×50mm，150mm×150㎜×40mm, 175mm×175㎜×15mmについてスリット部の透過率、スリット部以外の吸収率について検討を行った。横軸方向と縦軸方向で同程度の電界強度を達成するには厚みが40mm必要であり、電波吸収体の外側からの回折をスリット部での電界強度と同程度に抑えるには電波吸収体の一辺が150mm必要であることがわかった。またウレタン製電波吸収体の場合、厚みが50㎜で横軸方向と縦軸方向で同程度の電界強度が得られるが、円環スリットの中心部でも大きな透過が観測された。ウレタン製電波吸収体を使用する場合、中心部の厚みを大きくする必要があることがわかった。今後、スリット部の透過率を上げ、スリット部以外での吸収率を上げる形状を検討する必要がある。
シミュレーションにより焦点距離10cmの誘電体レンズの設計を行った。レンズ周りからの回折を防ぐため、ウレタン製の電波吸収体で囲うことを提案した。シミュレーションの結果、電波吸収体で囲うことにより回折を抑え、約7dB程度の電界強度増加が見込めることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
電波吸収体の外側からの回折を抑え、円環スリット部に一様な分布の電界を得るには、電波吸収体の大きさが当初予定していた以上に必要であることが分かった。シミュレーション用ワークステーションのRAMの大きさにより、計算できる電波吸収体の大きさに制限がある。このため、シミュレーションのみで電波吸収体の最終形状、媒質定数を決定することができず、研究の進捗がやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は取扱いが容易なウレタン製電波吸収体を用いて、円環スリットの遮蔽率が0.7、0.8、0.9について設計を行い、シミュレーションと測定実験の両方により研究を進める。円環スリットの外径が大きいと、同じ遮蔽率でも円環スリットの透過量が大きくなると予想される。したがって、円環スリットの外径と円環スリット部の電界強度分布の関係を明らかにする。また、電波吸収体の回り込みを抑圧するための最適形状について検討する。円環スリット部付近の電波吸収体の厚みを大きくすると、円環スリット部の透過量が小さくなる。このため、円環スリット部付近とそれ以外の電波吸収体の厚みを変えるなど、形状により回折波抑圧法について検討し、円環スリット付き電波吸収体の最適設計を行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
