• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

電磁ノイズ定量化技術を用いたメタマテリアルアンテナの低ノイズ・高効率化

研究課題

研究課題/領域番号 19J14259
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関大阪大学

研究代表者

神野 崇馬  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード電磁ノイズ / 電磁回路 / メタマテリアル / 遅延時間 / 伝送線路 / 平面回路
研究開始時の研究の概要

近年、電子・電気機器の高速化・低電力化に伴い、電磁ノイズが生じない回路設計技術がますます重要になってきている。しかし、電磁ノイズ対策は熟練の技術者の経験を必要とするため、それらの多くは対症療法的な手法となっている。そこで本研究では、電気回路内に発生する電磁ノイズ現象を電磁気学現象の基本方程式であるマクスウェル方程式を用いて定量化し、電磁ノイズ現象の発生メカニズムを解明することで、電磁ノイズを根本的に削減する手法の開発を目指す。その手法を次世代回路素子として着目されているメタマテリアルアンテナの回路設計へと応用することで、それらの低ノイズ・高効率化の実現を目指す。

研究実績の概要

本年度は、アンテナ回路を構成する導体内で発生する電磁気学現象である、伝導と外部への放射現象を同時に考慮した電磁回路シミュレーターの開発を目的とし、以下の2つを実現した。
(1)外部放射を考慮した3次元回路計算のより厳密な定式化を実現
アンテナ導体内の電磁気学現象を厳密に記述するためには、導体内を伝導する現象と、導体外部へと放射する現象を同時に取り扱う必要がある。外部放射を考慮した計算を実現するためには、遠方からの影響が伝搬時間だけ遅れる遅延時間を考慮した空間積分の計算が必要になる。時間領域における従来手法である部分要素等価回路(PEEC)法では、遅延時間を考慮する際に発散する問題がある。その原因は、ガラーキン法を用いた空間の離散化の際に遅延時間を定数と近似することで、場所に依存しない値として取り扱っていることが考えられる。
そこで本研究では、これまで別々に行っていた空間と時間の離散化を同時に離散化するために、コロケーション法という手法を用いた。その結果、遅延時間を変数とする空間の積分範囲を導入することができ、遅延時間による時間のずれを考慮したより厳密な定式化を実現した。
(2)集中定数回路が接続された境界条件の数値計算の安定化を実現
回路計算を行うためには、導体の境界に集中定数回路を接続することが重要である。集中定数回路は主に常微分方程式で表され、本研究で用いる導体内の電磁気学現象は偏微分方程式や遅延積分方程式で表される。これらの方程式を同時に解くためのアルゴリズムを開発した。従来法であるPEEC法と同じ数値計算パラメーターを用いて比較すると、PEEC法では集中定数回路を接続した数値計算は発散したが、本研究手法では安定した結果を得ることができた。また、TDR(時間領域反射)法を用いた実験結果と比較しても回路の形状を良好に再現した結果が得られた。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] The time domain numerical method of three-dimensional conductors including radiation with lumped parameter circuit2021

    • 著者名/発表者名
      Jinno Souma、Kitora Shuji、Toki Hiroshi、Abe Masayuki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-021-83916-4

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Relation of Integro-Partial Differential Equations with Delay Effect Based on the Maxwell Equations to the Heaviside and Pocklington Equations2020

    • 著者名/発表者名
      S. Kitora, S. Jinno, H. Toki, and M. Abe
    • 雑誌名

      IEEE Transactions of Electromagnetic Compatibility

      巻: 1 号: 4 ページ: 8-8

    • DOI

      10.1109/temc.2020.3032788

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Time-Domain Ringing Noise Analysis Induced in Transmission Lines using the Common and Normal Mode Concepts2020

    • 著者名/発表者名
      S. Jinno, S. Kitora, H. Toki, and M. Abe
    • 雑誌名

      International Journal of Circuit Theory and Applications

      巻: 48 号: 9 ページ: 1426-1426

    • DOI

      10.1002/cta.2841

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Origin of common-mode noise in two-dimensional finite-size circuit and reduction of the noise using a symmetric three-line circuit2020

    • 著者名/発表者名
      Jinno Souma、Kitora Shuji、Toki Hiroshi、Abe Masayuki
    • 雑誌名

      International Journal of Circuit Theory and Applications

      巻: 48 号: 9 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1002/cta.2788

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time-domain Formulation of a Multi-layer Plane Circuit Coupled with Lumped-parameter Circuits using Maxwell Equations2019

    • 著者名/発表者名
      Jinno Souma、Kitora Shuji、Toki Hiroshi、Abe Masayuki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1038/s41598-019-53288-x

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mechanism of Common-mode Noise Generation in Multi-conductor Transmission Lines2019

    • 著者名/発表者名
      Jinno Souma、Kitora Shuji、Toki Hiroshi、Abe Masayuki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1038/s41598-019-51259-w

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 放射効果を含む3次元伝送方程式の時間領域数値計算手法2021

    • 著者名/発表者名
      神野崇馬、木虎秀二、土岐博、阿部真之
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 放射を考慮したグランド平面内の電位変動の時間領域解析2020

    • 著者名/発表者名
      神野崇馬、木虎秀二、土岐博、阿部真之
    • 学会等名
      電子情報通信学会ソサエティ大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 平衡線路と非平衡線路の接続によるノーマルモード・コモンモードカップリングの時間領域解析2020

    • 著者名/発表者名
      神野崇馬、木虎秀二、土岐博、阿部真之
    • 学会等名
      電子情報通信学会2020年総合大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] マクスウェル方程式と集中定数回路理論に基づく多層平面回路内の時間領域解析手法2019

    • 著者名/発表者名
      神野崇馬、木虎秀二、土岐博、阿部真之
    • 学会等名
      超高速・高周波エレクトロニクス実装研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 平面回路の不連続によって生じる反射特性の時間領域解析2019

    • 著者名/発表者名
      神野崇馬、木虎秀二、土岐博、阿部真之
    • 学会等名
      電子情報通信学会2019年ソサエティ大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 次世代回路設計への応用に向けた高精度電磁ノイズシミュレーターの開発2019

    • 著者名/発表者名
      神野崇馬、木虎秀二、土岐博、阿部真之
    • 学会等名
      応用物理学会関西支部2019年度第2回講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] A mechanism of simultaneous switching noise in multiple plane conductors using two dimensional transport theory2019

    • 著者名/発表者名
      S. Jinno, S. Kitora, H. Toki, and M. Abe
    • 学会等名
      Progress in Electromagnetics Research Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 超高精度3次元回路シミュレーターの開発に成功

    • URL

      https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2019/20191210_1

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 電気回路内の電磁ノイズの起源を物理的に解明し、電磁ノイズレス回路設計が可能に

    • URL

      https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2019/20191031_1

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [産業財産権] 電気回路の シミュレーション方法、及びプログラム2020

    • 発明者名
      阿部真之、土岐博、神野崇馬、木虎秀二
    • 権利者名
      阿部真之、土岐博、神野崇馬、木虎秀二
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi