2021 Fiscal Year Annual Research Report
空間固有モードを活用した通信、センサー用デバイスの研究
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19K04387
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
斉藤 昭 電気通信大学, 先端ワイヤレス・コミュニケーション研究センター, 客員教授 (80536920)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 情報通信工学 / アンテナ理論 / MIMO / 軌道角運動量 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
波動方程式を満たす空間固有モードは、TM波とTE波に関して各々磁気量子数(ｍ)と軌道角運動量量子数(l)の自由度で記述される。従って多重化可能な見通し内通信路数の上限は、l≧|m|を考慮すると2l(l+1)通信路となる。本研究では、このすべての自由度を活用することで、飛躍的な通信多重度、センサー情報の超高密度化を目指した。昨年度は、球面アレイを用い、一般フーリエ級数展開した電流分布と固有モード展開した放射電磁界の展開係数間の関係を表す行列を導出し、この逆行列を用いることで (l,m)固有モードを生成する2次元電流分布の解析式を導出した。この固有モードは伝搬とともに極座標系のθ方向に広がってしまうが、パラボロイドを用いてビームを平行にコリメートし、受信点で再度パラボロイドを用いることで、送信側電磁界並びに電流分布と進行方向のみ異なる、受信側の電界並びに受信電流が得られる。その結果、信号処理を行わなくても、MIMO多重通信が可能になる。今年度は、解析式の数値計算を行い、ｎ種類の電流分布を用いることで、ｎ種類の固有モードが同時に生成できることを検証し、MIMO通信における良好な信号波と干渉波の比（SIR）を得る定量的な条件を論文にまとめた（2022年10月掲載決定）。併せて、所望の固有モード数より電流の種類を大きくすることで、生成される固有モードがいくらでも高精度に実現するできることを明らかにした。
またパラボロイドを用いたビーム集束特性の基礎検討として、OAM通信用のループアンテナアレイと反射板を一体化集積した通信モジュールを試作し、それを用いて放物面より若干曲率が外周で大きくなる(y∝x2.2)疑似パラボロイドの方が、SIRが実測値で約3dB向上することを実験で示した。
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