| 研究課題/領域番号 |
19K04383
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21020:通信工学関連
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| 研究機関 | 秋田工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
伊藤 桂一 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (20290702)
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| 研究分担者 |
佐々木 友之 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (90553090)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | トポロジー最適化 / 誘電体レンズ / ミリ波アンテナ / FDTD法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は従来のカバー以下の薄さでも収束効果が得られるミリ波アンテナ用誘電体レンズを開発するための新規設計法を提案する。トポロジー最適化による平坦なレンズ形状を実現する設計技術と，高誘電率の樹脂系基板材料による波長短縮効果を組み合わせ，波長の1/3程度の厚さでも収束効果が得られる薄型誘電体レンズの開発が本研究の目的である。誘電体材料の微細な空間的分布を最適化する手法として正規化ガウス関数ネットワーク（NGnet）を用いたトポロジー最適化を導入し，さらに誘電体層とメタ構造金属膜の複層化によるフィルタ特性などの機能も追加し，次世代ミリ波センサ向けの高機能薄型レンズの開発を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究の目的は，高誘電率材料とトポロジー最適化を組合せ，従来のレンズアンテナと同等以上の収束性能を持つ薄型レンズアンテナの新しい設計方法を確立することである。次世代ミリ波センサ用カバーとして利用可能な薄さと高い収束効果を併せ持った誘電体レンズを開発する。
薄型レンズの収束効果のメカニズムの解析および設計にはFDTD法（時間領域差分法）とトポロジー最適化を用いる。本研究では高誘電率材料の空間的な分布を高精細に設計するために正規化ガウス関数ネットワーク（NGnet）を用いたトポロジー最適化を行い，従来型のレンズの1/4程度の厚さのレンズでも収束効果が得られることを確認した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
NGnetを用いた構造設計はガウス関数を局所的に用いるため微細な形状も表現可能であり，一般的な密度法と比較しても局所解に陥ることはない。本研究成果により，NGnetを用いた設計能力の高さを示すことができただけでなく，既存の光学的なアプローチ以外でも誘電体レンズの形状設計ができることを示した。
ミリ波デバイスは今後ますます高周波化が進むことが予想されるが，提案手法を応用することにより誘電体レンズのみならず誘電体線路や分岐などの微細な設計にも適用可能であり，極めて汎用性の高い設計法を提案することができた。
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