2020 Fiscal Year Research-status Report
Study on development of high performance thin dielectric lens for next generation millimeter wave antenna using high permittivity materials
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19K04383
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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, 教授 (20290702)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 友之 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (90553090)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ミリ波アンテナ / 誘電体レンズ / トポロジー最適化 / FDTD法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今後の需要が見込まれる79 GHz帯ミリ波センサのアンテナユニットを高性能化するために薄型誘電体レンズの開発を行う。誘電体レンズの開発に必要となる設計法の確立とその試作方法について検討した。ミリ波導波管スロットアンテナを設計対象として正規化ガウス関数ネットワーク(NGnet)を用いたトポロジー最適化を用いて誘電体レンズおよびカバーの設計を行った。
まずは導波管スロットアンテナをアレー化した場合の誘電体カバーの設計において，スロット開口面にトポロジー最適化の設計領域を導入し，それ以外は誘電体板で覆う構造を提案した。3Dプリンタで試作することを想定して材料定数を与えて設計したところ，トポロジー設計領域が空洞化またはチェッカーボード上になる問題が生じたが，乱数シードをかけて計算を繰り返すことにより試作可能な形状が得られることが分かった。
次に，1スロットの場合について79GHzを想定して高誘電率材料を用いた誘電体レンズの設計を行った。設計領域の厚さを変えて設計を行い，スロット開口面を誘電体で覆うと減衰が大きいこと，レンズ設計はアンテナの設計条件に大きく依存することが分かった。また，薄型レンズを設計するためには立体的なレンズ設計ではなく，薄板をそれぞれ形状最適化し，それを積層する方法も考えられ，本研究では薄板のトポロジー最適化としてFSS（周波数選択膜）を対象として解析を行っており，発展的にテラヘルツ領域におけるメタ構造の最適化も検討している。
アンテナおよびレンズまたはカバーの試作方法として3Dプリンタを用いており，導波管スロットアンテナ用誘電体カバーの設計結果は試作し，測定によって設計結果の妥当性を示すことができた。3Dプリンタによる試作についてはメッキによるアンテナとの一体設計の可能性についても検討している。
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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
ミリ波導波管スロットアレーアンテナの誘電体カバーについては小型軽量でありながら利得を改善できることを試作を含めて示すことができた。高誘電率材料を用いた誘電体レンズ設計はアンテナの設計条件を見直しており，利得が改善する条件を明らかにする予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
薄型レンズが機能する条件について解析しており，明らかになった条件下での再設計を行う予定である。また，79GHz帯発振器を組み込んだミリ波測定系の構築と薄型誘電体レンズの試作方法について検討する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの感染拡大を受け，参加予定の学会がほぼ中止となり，旅費が未使用だったため次年度使用額が生じた。
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