2015 Fiscal Year Annual Research Report
超低コストプラスチック成型高性能ミリ波導波管スロットアレー平面アンテナの開発
| Project/Area Number |
15H04005
|
|---|
| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
榊原 久二男 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50359759)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | アンテナ / ミリ波アンテナ / 導波管スロットアンテナ / プラスチック導波管 / 軽量化 / 低コスト |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに開発してきた、金属の切削加工に対して、プラスチック成型で製造する場合の新たな構造基本寸法（導波管の最小壁厚、最小管幅、最小スロット幅等）とその制約条件について、成型加工メーカーと議論し、机上検討した結果、導波管の壁厚は0.5mm以上必要であること、導波管狭壁幅は設計値の0.9mm、スロット幅も設計値の0.4mmで製作可能であることが分かった。
プラスチック成型品に金属メッキを施した導波管について、導波管の張り合わせ方によって損失がどのように変化するかを測定した。その結果、従来のように狭壁で貼り合わせた場合は損失が3.4dB/cmである一方、提案のように広壁で貼り合わせた場合には0.4dB/cmと著しく伝送損失を低減でき、プラスチック成型でも低損失に導波管を構成できることが分かった。
金属切削加工用の制約条件の下で設計した導波管スロットアンテナについて、アルミ切削加工とプラスチック成型で試作し、特性を測定した結果、アルミ切削加工品は21.6dBiなのに対し、プラスチック成型品は、銅メッキのみで20.6dBi、ニッケルメッキを加えたものは21.2dBiであった、プラスチック成型品でも遜色ない特性が得られ、実現可能性を確認できた。一方で、0.4dBから1.0dBの低下が見られたことから、測定を複数回実施することで測定の精度を高めつつ、利得低下の度合いを正確に把握する。
次年度は、広帯域アレーアンテナを実現するために、4配列部分並列給電方式を取り入れて、アレー設計する。ところが、アンテナ素子の帯域が狭いために、アレーの給電方式による広帯域化の効果が十分生かし切れない問題があった。そこで、広帯域放射素子を考案し、その実現可能性を素子単体の電磁界解析で確認することができた。次年度は、この放射素子を用いてアレー設計することにより、広帯域なアレーアンテナを開発する。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画に対しては、さらなる詳細な測定を継続する必要があるものの、概ね計画通りの成果を得ることができた。さらに、本アンテナの課題であった、広い周波数帯域幅を有する放射素子の実現については、今年度中に考案し、その実現のめどを電磁界解析で確認することができたため、次年度はすぐにアレー設計に取りかかることができ、計画以上に研究を進めることができたと言える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
・極小狭壁幅導波管を用いた導波管スロットアンテナの開発
デジタル指向性形成方式を用いた方位角方向電波到来方向検出システムに適用可能なアンテナ構成とするため、縦長の短冊形状のアンテナについて、送信アンテナ１つと受信アンテナ6つのアンテナから構成する。このとき、検出角度範囲を広くするために、制約条件・設計自由度の下で、受信チャンネル間隔が小さくなるよう、非常に小さい狭壁幅の導波管を用いてスロットアンテナを設計する。今年度の調査で0.9mmの狭い狭壁幅で製作が可能であることが分かったので、この幅で設計する。
・4配列部分並列給電導波管スロットアンテナの開発
次世代ミリ波レーダはUWB（Ultra Wide Band）レーダと呼ばれ、77～81GHzの4GHzという広帯域特性が必要とされている。そこで、進行波アレーとトーナメント並列給電方式の両者の長所を取り入れた、4配列部分並列給電方式を用いる。この開発には、スロットアレーアンテナ、左右非対称構造の4分岐給電回路、給電導波管の設計が必要である。応募者はこれまでに4配列部分並列給電方式の導波管スロットアンテナを開発し、その有効性を、アルミニウムの切削加工品の実験で確認している。この開発実績を生かして、さらにここでも、プラスチック成型ならではの構造条件を取り入れることにより、より高性能な両側3素子アレー×2列×縦方向2配列の導波管アレーアンテナを開発する。放射素子には、今年度考案し電磁界解析で特性を確認した新規の放射素子を用いることで、広帯域なアレーアンテナの実現を試みる。
|
