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メタサーフェスを用いた近傍界制御によるアレーアンテナの小型化及び高精度化

Research Project

Project/Area Number 22KJ1399
Project/Area Number (Other) 21J20684 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

田村 成  横浜国立大学, 理工学府, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywordsハイブリッド回路 / Magic-T / ヌル走査 / アレーアンテナ / メタサーフェスアンテナ / ビーム走査 / 方向推定 / 移相器 / メタサーフェス / 位置推定
Outline of Research at the Start

研究代表者はこれまでに、アンテナ動作周辺領域(近傍界)に金属細線を配置することによる電気的な変化を通してアンテナ特性が改善されることを示した。本研究では近傍界を制御する人工周期構造物-メタサーフェス-を応用し、その特異性に着目したアンテナの小型化と高精度化に関する研究を遂行する.更に、提案手法を幅広く適用するために、メタサーフェスの特性変化を明確にし、設計理論を一般化する。上記研究項目を通して無線通信の近い未来に要求される新しい高機能アンテナを創り出す。

Outline of Annual Research Achievements

小型アレーアンテナを方向探知向けに高精度化する際,電波を特定角度方向のみ放射しない「ヌル点」を活用することが有効である.これを実現するために,従来は振幅制御を伴うアンテナシステムが必要であった.本研究はこれを排除したアンテナシステムを提案している.メタサーフェスを用いたヌル形成精度の高精度化に成功した一方,ヌル走査精度の高精度化に必要な移相器に関する課題が残されていた.

当該年度前半は,前年度から継続して高精度移相器の開発に取り組んだ.マイクロ波回路基本素子であるMagic-Tが周波数に依存しない特性を得ることに着目し,高精度移相器の理論実証を進めた.その成果として,Magic-Tの既存設計手法を使わずに,新たな回路構成を提案することで,比帯域幅特性を29%から46%に拡大することに成功した.一連の研究成果は,IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniquesに昨年度末掲載された.

当該年度後半は,研究成果の取りまとめとして,ヌル点を走査する上で必要な高性能アレーアンテナと高精度移相器を組み合わせた方向探知アンテナを製作し,特性評価を行った.走査角度45度以内で,30 dBのヌルを形成することに成功し,その角度誤差は5度程度になった.これは,前年度に評価したヌルの理論特性と同様の傾向となり,計算結果と実測精度の一致を確認した.研究成果は,昨年度末に開催されたEuropean Conference on Antennas and Propagationにて発表済みである.以上の研究を通じて,アレーアンテナの小型化と高精度化を果たすアンテナ構成と移相器構成を新たに提案でき,十分な成果が得られた.

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] A Miniaturized Magic-T Using Microstrip-to-Coplanar Strips Transition and its Application to a Reflection-Type Phase Shifter2024

    • Author(s)
      Tamura Jo、Arai Hiroyuki
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques

      Volume: 72 Issue: 3 Pages: 1810-1821

    • DOI

      10.1109/tmtt.2023.3308158

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Simple and Accurate Received Signal Strength-Based Localization Using Compact Null-Steering Antennas2022

    • Author(s)
      Jo Tamura, Hiroyuki Arai
    • Journal Title

      IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters

      Volume: 2 Issue: 2 Pages: 417-421

    • DOI

      10.1109/lawp.2022.3214540

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-Impedance Surface-Based Null-Steering Antenna for Angle-of-Arrival Estimation2021

    • Author(s)
      Jo Tamura, Hiroyuki Arai, Tatsuo Itoh
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Antennas and Propagation

      Volume: 0 Issue: 5 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1109/tap.2021.3137469

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Parasitic Element Technique for Deep Null Synthesis and the Application to Received Signal Strength (RSS)-Based Localization2024

    • Author(s)
      Jo Tamura, Hiroyuki Arai
    • Organizer
      2024 European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] コプレーナ線路を利用した小型かつ広帯域なMagic-T2024

    • Author(s)
      田村成,新井宏之
    • Organizer
      2024年電子情報通信学会総合大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] A Planar Monopulse-Beam Steering Antenna With Wide Field-Of-View for Indoor Localization2023

    • Author(s)
      Jo Tamura, Hiroyuki Arai
    • Organizer
      2023 International Symposium on Antennas and Propagation
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Null Steering Antenna with Constant Accuracy and Wide Field-of-View for Use with Amplitude-Only Direction Finding2023

    • Author(s)
      Jo Tamura, Hiroyuki Arai
    • Organizer
      2023 URSI General Assembly and Scientific Symposium
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 広視野な位置推定を可能とするモノパルスビーム走査アンテナ2023

    • Author(s)
      田村成,新井宏之
    • Organizer
      2023年電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] A Broadband Reflection-Type Phase Shifter with Low Loss Variation Using Magic-T and Anti-Phase Reflection Loads2023

    • Author(s)
      Jo Tamura, Hiroyuki Arai
    • Organizer
      2023 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium (IMS)
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Low-Profile Direction-Finding Antenna with Deep Null Steering Using High-Impedance Surface2022

    • Author(s)
      Jo Tamura, Hiroyuki Arai
    • Organizer
      2022 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP)
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Magic-Tを用いた移相器の製作結果2022

    • Author(s)
      田村成・新井宏之
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Magic-Tを用いた広帯域移相器2022

    • Author(s)
      田村成・新井宏之
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ヌルステアリングアンテナを用いたAngle-of-Arrival推定における精度向上の検討2022

    • Author(s)
      田村成・新井宏之
    • Organizer
      電子情報通信学会 アンテナ・伝播研究会
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      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Magic-Tを用いた反射型移相器の広帯域化2022

    • Author(s)
      田村成・新井宏之
    • Organizer
      電子情報通信学会 アンテナ・伝播研究会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Magic-Tと逆相反射負荷を用いた反射型移相器2022

    • Author(s)
      田村成・新井宏之
    • Organizer
      電子情報通信学会 アンテナ・伝播研究会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 高インピーダンス表面を用いたヌルステアリングアンテナ2022

    • Author(s)
      田村成・新井宏之
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Angle-of-Arrival Estimation Using Null-Steering Antennas for Simplicity and Accuracy Enhancement2022

    • Author(s)
      Jo Tamura, Hiroyuki Arai
    • Organizer
      2022 IEEE AP-S Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting (AP-S/URSI2022)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 方向探知を目的としたヌルステアリングアンテナの高精度化2021

    • Author(s)
      田村成・新井宏之
    • Organizer
      電子情報通信学会 アンテナ・伝播研究会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] A Planar Direction-Finding Antenna with Reconfigurable Circuit for Scan Range Extension2021

    • Author(s)
      Jo Tamura, Hiroyuki Arai
    • Organizer
      International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP2021)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Reflector Backed Dipole Antenna Array Employing Side Reflectors for Null Depth Improvement2021

    • Author(s)
      Jo Tamura, Hiroyuki Arai
    • Organizer
      2021 IEEE AP-S Symposium on Antennas and Propagation and USNC-URSI Radio Science Meeting (AP-S/URSI2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 反射型移相器2023

    • Inventor(s)
      田村成・新井宏之
    • Industrial Property Rights Holder
      田村成・新井宏之
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2023-046812
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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