2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on development and design method of millimeter wave radar antenna with high performance dielectric radome
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15K06093
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| Research Institution | Akita National College of Technology |
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Principal Investigator |
伊藤 桂一 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (20290702)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 誘電体レンズ / トポロジー最適化 / 最適化設計 / 3Dプリンタ / FDTD法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アンテナに装荷する小型誘電体レンズの3次元トポロジー最適化手法の開発を行った。トポロジー最適化において設計形状がチェッカーボード状になり，試作困難となることが課題となる。提案手法ではレンズの形状がチェッカーボード状になることを防ぐために正規化ガウス関数ネットワーク（NGnet）を導入した。所望のアンテナの放射特性を得ることを目的に，提案手法の設計性能について評価し，実際に試作を行うための環境を構築した。
まずはマイクロ波帯導波管スロットアンテナに誘電体レンズを装荷した場合の主ビームの狭角化を設計例として提案手法の設計性能を検証した。NGnetを用いた3Dトポロジー最適化を用いることにより，従来型レンズよりも指向性を狭角化するレンズの開発が可能であることを示した。提案手法は十分な設計性能があるだけでなく，対称性のある試作可能な形状を設計することができる。
次に設計結果の妥当性と有効性を検証するために，3Dプリンタを用いたレンズの試作を行った。設計結果であるボクセルデータをSTL形式に変換するプログラムを作成し，汎用の3Dプリンタを用いて試作を行った。試作したレンズを装荷したときのアンテナの放射パターンは設計値をよく一致しており，提案手法の有効性を確認した。
また，ホーンアンテナ用誘電体レンズのトポロジー最適化を行い，境界が滑らかなレンズ形状が得られることも確認した。この他，ミリ波帯への応用についても検討し，76GHz帯ミリ波導波管スロットアレーアンテナの設計，試作も行った。同アンテナ用誘電体カバーとして誘電体板上に半球レンズが付加された形状を提案し，レンズによる収束効果が得られることを示すとともに，最適なカバー厚さについても解析的に明らかにした。
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