電磁波デバイスを対象としたマルチスケールトポロジー最適化

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22360041
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 西脇 眞二 京都大学, 工学研究科, 教授 (10346041)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 泉井 一浩 京都大学, 工学研究科, 助教 (90314228) ; 野村 壮史 株式会社豊田中央研究所, 電磁波応用研究室, 研究員 (80394823) ; 寺田 賢二郎 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40282678)
• Keywords: 最適設計 / トポロジー最適化 / レベルセット法 / メタマテリアル / 負の誘電率 / 負の透磁率

Research Abstract

本研究では,新しい機能をもつ,あるいは高機能をもつ革新的な電磁波デバイスの構造創成を目的に,デバイスを構成する材料構造であるミクロ構造と,デバイス自身の構造であるマクロ構造の構造設計を同時に,かつ有機的に実施することが可能な,両スケールの構造創成設計を統合化したマルチスケールにおける構造創成設計法を,トポロジー最適化に基づき構築する.この方法が確立されれば,数学的および力学的見地に基づき高機能なリモートセンシングデバイスやフェーズドアレーアンテナなどの構造設計が可能となる.本年度では,透磁率の数値計算法についてこの基礎的検討を行った.透磁率の数値計算法には2つの方法がある.1つ目の方法は,Sパラメータから推定するS parameter Retrieval法であり,2つ目の方法は,透磁率がDrudeモデルに従うとして求める方法である.これらの方法の比較検討を行った.しかしながら,数値計算的に不安定であることから,特にロバストに推定する方法としてChenら2004が提案しているS parameter Retrieval法を用いることの有用性について検討を行った.また,誘電率と透磁率が同時に負となるようなメタマテリアル設計について調査を行い,2種類以上の大きさの立方体を適切に配置すると同じ周波数で両者を同時に実現できることがわかった.さらに,金属を用いたメタマテリアル設計についても同時に検討を進めた.その結果,メタマテリアル特性の形状に対する感度が非常に大きいことを確認した