2021 Fiscal Year Research-status Report
A Theoretical Model of Radiation Mechanism of Small Antenna for Improving Reliability of IoT Devices
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21K14158
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| Research Institution | Maebashi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
藤田 佳祐 前橋工科大学, 工学部, 助教 (90804857)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 小形アンテナ / IoT / アンテナ理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２０２１年度の研究では，小形アンテナの物体近接の原理解明に向けた基礎段階として位置づけられるアンテナ単体の動作について検討を行った．まず，アンテナに流れる電流と性能の間にある関係について，球ヘリカルアンテナを対象として明らかにした．次に，アンテナに流れる電流の電流分布決定法を，数値計算とは異なる解析的な手法で検討した．最後に，球ヘリカルアンテナに非常に近い近傍界領域に作られる電界の振る舞いについて検討した．
小形アンテナの代表として選んだ球ヘリカルアンテナに流れる電流が性能に与える影響について明らかにした．来の線状アンテナのような非常に単純な電流を仮定し，その電流が作る電磁界について球面波展開を使って計算した．その結果，球ヘリカルアンテナのパラメータが性能に及ぼす影響の詳細が明らかになった．
球ヘリカルアンテナの電流分布について，物体の近接時の応用を目指した解析方法を提案した．この方法は変分原理を用いたICT法の応用であり，従来は八木アンテナなどのワイヤ物体が近接した状況に適用されてきた．従来の線状アンテナのような簡単な電流分布と，それを補正する電流分布の重ね合わせでアンテナの電流分布を表現した．その結果，電流分布と数値シミュレーションという正確さと物理的解釈の両面についての検討を行うことができた．
従来の単純化したアンテナの動作モデルでは理解ができないアンテナに非常に近い近傍界領域での振る舞いについて，解析的な方法で球ヘリカルアンテナの動作解明を行った．近傍界を理解するためには，球面波高次モードが必要であり近接物体との相互作用の解明のためにも必要であることがわかった．
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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
進捗状況を判断した理由は，本年度の研究内容は物体に近接した球ヘリカルアンテナについて理解するための基準となる結果が得られたからである．この結果は，近接物体のある場合についてのアンテナ性能を解析するための基礎となることが想定される．また，アンテナが物体に近接したときの電流分布を決定する方法になる．さらに，近傍界の解析から，従来考えられていたよりも複雑な現象が起きることを示唆する結果が得られたことが理由である．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究は，アンテナ近傍に物体を置いた際の理論モデルを構築することである．アンテナ単体の場合の理解を通じて，小形アンテナ上の電流分布とその放射についての理解は深まったといえるので，同じ考え方で物体が存在する場合に拡張する．
アンテナの近傍に存在する物体の影響を定式化する方針として，性能の変化量を取り上げる．アンテナにとって，周囲物体の存在はアンテナの拡張と区別がつかない．したがってアンテナを複雑化した時の性能変化を記述する摂動法などの手法を用いて定式化する．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響により，大学で実施する実験に影響が出たため実験を後回しとすることにした．当初は実験と解析を同時並行で行う予定であったが，はじめに解析を行い，後に実験によって検証する．
このために，数値シミュレーションを利用し解析結果を検証した．数値シミュレーションにはモーメント法を利用し，結果が正しいことを確かめている．
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Research Products
(6 results)
