2014 Fiscal Year Research-status Report
導電性織物を用いた柔らかい構造をもつウェアラブルアンテナの開発
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26420356
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
島崎 仁司 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 准教授 (20226202)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | スロットアンテナ / 導電性織物 / ウェアラブルデバイス / マイクロ波 / キャビティ / 非接触給電 / インピーダンス整合 / 等価回路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
導電性織物を使った柔らかい構造のアンテナとして、キャビティ付きスロットアンテナを取り扱い、設計・作製・測定を行った。このアンテナは本研究課題に取り組む以前より取り扱っているもので、基本的な特性については把握できているものの、曲げに対する詳細な特性の変化、給電線の設計等に関してなど、明らかにするべき点は多く残されていた。
まずアンテナへの給電線路をより柔らかい素材で構成するため、給電のためのマイクロストリップ線路の基板としてポリエステル製の織物を使ったものを作製した。その結果、従来のフィルム状PTFEを素材に用いる場合に比べて、平面状から球面状に沿って曲げた際の特性の変化が軽減され、柔らかいアンテナへの給電線路として適していることが判った。
次に、等価回路モデルに関する検討を行った。非接触給電を行っている本アンテナの給電線路位置ならびに形状に関して、従来、3次元電磁界解析によって計算していたが、本研究においては2013年に提案した簡易な等価回路モデルをさらに精度の高いものとし、また、複素インピーダンスをもつ回路との整合を取る応用例を提示し、その有用性を示した。
また、キャビティ付きスロットアンテナのキャビティの変形に関する検討を行った。アンテナを曲げた際に、キャビティが球面に沿って単純に曲がる場合と変形を伴って曲がる場合とを比較した。変形はキャビティの中心部が厚くなること、ならびに底面に織物の伸縮が起きることをモデル化し、シミュレーション計算により特性の変化を示した。放射特性については測定結果におけるような放射パターンの変化を説明できなかったが、反射特性における周波数シフトについては、単純なモデルよりも新しく提案した変形モデルのほうが測定における変化を説明できるものであった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
アンテナの電磁波放射特性、ならびに給電線路との整合に関して、アンテナを曲げた場合の特性変化を明らかにすることは本研究の目的の一つであった。給電線路として従来のような樹脂フィルムを基板とする線路の代わりに、アンテナ本体と同様に織物を使うことにより、より曲げやすいものを作ることができた。それによる整合特性の変化が懸念されたが、却って整合範囲の広いものが得られ、帯域においても改善することができた。また、曲げた際の特性変化をシミュレーションにより計算できることは設計において重要であるが、実験においては曲げによって動作周波数が低くなるのに対し、単純な曲げのモデルによるシミュレーションでは高くなっていた。本研究で提案した変形を含む曲げのモデルにより、計算において定性的な一致を見た。これらの点についてはおおむね順調に進展している。
給電線路を含めた等価回路を構築し、簡略で計算時間の短い設計に役立てることも本研究の目的であった。非接触給電を行っている給電線路とアンテナとの電磁結合を電磁界解析により計算して相互インダクタンスを求めることができ、等価回路の精度を上げることができた。しかしながら、アンテナ部分を分布定数回路で表した場合の回路定数（位相定数、減衰定数）は実験結果からパラメータ抽出しており、有用な等価回路と言えない。この点についてはやや遅れている。
水分を多く含む物体の近傍にある場合の特性については、研究目標を絞って研究計画を具体化するための予備実験をまだ行っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も柔らかい構造のアンテナとしてキャビティ付きスロットアンテナを取り扱う。曲げた場合の特性変化に関して、シミュレーションにおけるモデルはキャビティの変形を伴う曲げであるとして1年目の研究をそのまま進展させる。また、以前に報告した円柱面に沿った曲げについてもモデルを作り直して計算を試みる。
給電線路は織物を基板素材とするマイクロストリップ線路を用い、改めてアンテナを曲げた際の放射パターンの変化等を測定する。また、給電線路を含めた等価回路モデルは、アンテナ部分の等価回路表現における回路パラメータの抽出に重点を置く。なお、当初は曲げた場合の等価回路も検討することになっていたが、2年目は平面状の場合のみに専念する。
水分を多く含む物体の近傍にある場合の特性については、水道水を入れたPETボトル、ならびに生理的食塩水を含ませたジェルによるファントムを用いて、まずは予備実験を行い、解決するべき課題を絞ることにする。
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