2015 Fiscal Year Research-status Report
管軸と平行な偏波を放射する導波管広壁面上の平面アレーアンテナの研究
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15K06051
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
木村 雄一 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (90334151)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 平面アンテナ / 導波管スロットアレーアンテナ / マイクロストリップアンテナ / 素子アンテナ / グレーティングローブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、方形導波管とマイクロストリップアンテナを組み合わせた新しい平面アレーアンテナを開発することである。具体的には、方形導波管の広壁面上に配列されるスロットアレーアンテナで管軸に平行な偏波を実現しようとすると、一般にグレーティングローブの発生が問題となる。そこで、本研究では、方形導波管広壁面上のスロットアレーの上部にマイクロストリップアンテナを配列した平面アレーアンテナを提案し、管軸に平行な偏波を放射する導波管広壁面の平面アレーアンテナを実現する。
平成２７年度の研究計画は、アレーの構成要素となる素子アンテナをモデル化し、電磁界シミュレーションによりその放射特性を明らかにすることである。また、素子アンテナの解析モデルの妥当性を実験により検証することである。
検討した素子アンテナは、方形導波管の広壁中央に管軸に対して垂直なスロットが切られ、その上に２素子直列給電アレーのマイクロストリップアンテナが加工された誘電体基板を載せた構造である。この素子アンテナをモデル化し、電磁界シミュレータを用いて放射特性及び反射・透過特性を解析した。その結果、マイクロストリップアンテナとスロットの寸法や間隔を適切に設定すると、素子アンテナは11.2GHzで共振し、素子アンテナとして良好な放射特性を示すことに明らかにされた。また、この素子アンテナを試作し、実験により検証したところ、シミュレーション結果は実験結果とよく一致し、素子アンテナの解析モデルの妥当性が確認された。さらに、電磁界シミュレーションを用いた素子アンテナの検討を進めたところ、マイクロストリップアンテナとスロットの寸法を適宜調整することにより、共振周波数を一定に保ちつつ放射量が変化することが確認された。現在、放射量を制御することができる素子アンテナの素子寸法を明らかにしつつ状況にある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成２７年度の研究計画は、アレーの構成要素となる素子アンテナをモデル化し、電磁界シミュレーションによりその放射特性を明らかにすること及び素子アンテナの解析モデルの妥当性を実験により検証することであった。本年度はこの目標を達成し、さらに次年度の計画である素子アンテナの放射量の制御についても研究を着手し、成果が得られつつある状況である。以上のことから、研究の進捗状況は当初の計画以上に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究方策は、はじめに電磁界解析シミュレータを用いて素子アンテナの放射量（導波管内の入射電力に対する外部空間への放射電力の割合）の制御方法を確立することである。具体的には、素子アンテナの共振周波数を一定に保ちつつ放射量を変化させることのできる素子寸法を明らかにすることである。アレーアンテナを設計するには、素子アンテナの共振周波数を一定に保ちつつ、放射量を制御することが重要な課題である。提案する素子アンテナはマイクロストリップアンテナと導波管スロットアンテナの結合により動作する。これらの2つのアンテナの共振状態を適切に組み合わせることにより、放射量を柔軟に制御可能となることが期待される。また、放射量を異なる場合でも素子アンテナの指向性がほぼ同一となるようにすることにも注意が必要である。目標とする放射量の制御範囲は、アレーアンテナの設計に必要となる数%～50%程度である。
次いで、素子アンテナを複数配列した平面アレーアンテナを設計する。目標とする励振分布は利得が最大となる一様励振分布とする。平面アレーアンテナの構成法として、定在波励振アレーと進行波励振アレーがあるが、はじめに定在波励振アレーを設計する。定在波励振アレーは同一の素子形状を配列すればよいため、設計が容易である。配列する素子アンテナ数は３素子程度とする。次に、進行波励振アレーを設計する。一様励振分布となる進行波励振アレーは各素子の放射量が同一でないため、設計はやや煩雑となる。配列する素子アンテナ数は８素子程度とする。設計されたアレーの解析には電磁界解析シミュレータを使用し、最終的な寸法の微調整を行う。設計周波数は10 GHz帯とする。最後に、設計されたアレーアンテナを試作し、実験により検証を行う。
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| Causes of Carryover |
当初は電磁界解析シミュレータAnsys HFSSを新規に導入する予定であったが、既存の電磁界解析シミュレータを用いて研究を遂行することができたため、代わりにアンテナを試作するためのカッティングプロッタを導入した。そのために経費に残額が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
素子アンテナ及びアレーアンテナの試作材料費および加工費、また、実験を行うための部品費等に使用する予定である。
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Research Products
(7 results)
