2018 Fiscal Year Annual Research Report
高周波電磁波のポインティングベクトル分布計測に関する研究
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17H03263
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
八木谷 聡 金沢大学, 電子情報通信学系, 教授 (30251937)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾崎 光紀 金沢大学, 電子情報通信学系, 准教授 (70422649)
井町 智彦 金沢大学, 総合メディア基盤センター, 准教授 (60372489)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ポインティングベクトル計測 / 高周波電磁界センサ / メタサーフェス / 電磁界エネルギー / 電磁環境計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. メタサーフェスによる電界ベクトル分布検出手法の検討
従来の裏面にグランド層を持つ誘電体基板の表面に方形金属パッチを配列したメタサーフェスでは、パッチ間に縦横に挿入した抵抗に生じる電圧を計測することで、表面に平行な電界2成分の検出が可能であった。ここでは、パッチとグランド層を接続するビアの根元に抵抗を挿入することで、表面に垂直な電界成分を検出する新たな構造を考案した。電磁界シミュレーションにより、効果的に電界3成分（ベクトル）を検出できるパラメータを検討し、電界ベクトル分布検出メタサーフェス板を設計・試作した。30cm×30cmの誘電体基板上に30×30個の方形パッチを2次元配列し、そのうち8×8箇所（64点）に計測点を設け、それぞれの計測点で3方向の電界成分を計測することで、電界ベクトル分布を検出できるようにした。
2. ポインティングベクトル計測装置の検討
ポインティングベクトルを計測するために、電界ベクトル3成分、及び磁界ベクトル3成分の振幅・位相を計測する装置の検討を行った。メタサーフェス板上の各計測点において検出された電磁界6成分信号（電圧）をRFスイッチで高速に選択し、2ch入力を有するソフトウェア無線機を利用して、Ch.1には順次計測信号を、Ch.2にはメタサーフェス上の基準点で計測された位相基準信号を入力することで、数GHzの高周波信号に対する電磁界6成分の振幅・位相情報を計測できるようにした。
3. 有限サイズ波源周辺におけるポインティングベクトルの解析
半波長ダイポールアンテナ及び1波長ループアンテナ近傍のポインティングベクトル（電磁界エネルギーの流れ）を理論及び電磁界シミュレーションにより解析した。波源周辺の3次元空間におけるポインティングベクトルの時間平均（放射電力）及び電磁波の2倍周波数で振動する成分（リアクティブ電力）の振る舞いを詳細に評価した。
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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
現在までに、直交3軸ループを誘電体基板上に2次元配列することで高周波磁界ベクトルを検出できるメタサーフェスの構造を新たに考案するとともに、従来の表面電界2成分検出メタサーフェスに新たに垂直電界1成分を検出できる構造を追加した。両者を組み合わせることで、電磁界6成分を検出するメタサーフェスを構成できる目処が得られた。また様々なアンテナ周辺の3次元空間における電磁界及びポインティングベクトルの分布を、リアクティブ近傍界を含め詳細に解析・可視化し、その振る舞いを定量的に評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
磁界3成分検出メタサーフェス板と、電界3成分検出メタサーフェス板を組み合わせ、電磁界ベクトル6成分を同時に検出できるメタサーフェス板の構成を検討する。それにより、ポインティングベクトルの分布を計測できるシステムを構築する。
併せて、様々な波源（アンテナ）近傍に生じるポインティングベクトルをさらに詳細に解析する。特に周辺の物体（導電体、誘電体、磁性体）との間に生じるポインティングベクトル分布を評価することで、波源と周辺物体との電磁的結合をエネルギーの流れの観点から理解する。
以上により、電磁波エネルギーの発生、蓄積、伝搬を包括的に評価する電磁環境計測手法を確立することを目指す。
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| Remarks |
・金沢大学研究者情報（八木谷聡）：http://ridb.kanazawa-u.ac.jp/public/detail.php?id=2281
・展示会に出展：「電波可視化シート～その場の電波が見える～」
(1) CEATEC Japan 2018、幕張メッセ（平成30年10月16～19日）；(2) マイクロウェーブ展（MWE 2018）、パシフィコ横浜（平成30年11月28～30日）
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Research Products
(10 results)
