無線電力伝送のための非回折波生成用アンテナシステムの開発

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25630164
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 藤本 孝文 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (40264204)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 無線電力伝送 / ミリ波 / 非回折波

Outline of Annual Research Achievements

提案する非回折波生成システムは、1次放射器（ミリ波アンテナ）、円環スリット付導板、薄肉誘電体レンズおよび各素子のエッジ部で生じる回り込み波（回折波）を抑圧するための電波吸収材から構成される。昨年度に引き続き，各素子の最適化設計を行った．また平成26年度ではこれらを組み合わせたシステムの設計を行い、非回折波の伝搬特性についてシミュレーションによりその特性を明らかにした。
①アンテナの設計：平成26年度は，同軸型円錐ホーンアンテナを提案しその設計を行った．提案するアンテナは放射状に一様な電界ベクトルを持ち，円環状に電界の最大強度分布を有することを数値シミュレーションにより明らかにした。提案するアンテナは非回折波生成システムの1次放射器として最適な放射特性を有する。
②電波吸収帯の設計：電波吸収材はエポキシ変性ウレタンゴムにカーボンブラックを混入した ゴムシートの複素比誘電率および誘電正接を用いて設計した．本年度は電波吸収帯の厚みと吸収率との関係を明らかにした。設計した電波吸収帯の厚みが5cmのとき，吸収率90%以上となる．このため，本システムでは5cm厚の電波吸収帯を使用することに決定した.
③レンズの設計：幾何光学理論に基づき薄肉誘電体レンズの設計を行い，シミュレーションによりその特性解析を行った．曲率半径と波長との関係を調査した結果，レンズの半径は少なくとも10cm以上とする必要がある．計算機のメモリーの関係上，本研究ではレンズ半径を10cmに決定した．
④システムの設計および非回折波の伝搬特性：上記設計に基づき，システムの構築を行い，非回折波の有無および特性を調査した．理論上，通常の電磁波は距離に比例して減衰する。本システムでは，通常の電磁波に比べ強い強度で伝搬することが数値シミュレーションにより確認できた。