ミリ波帯における逆相給電一層構造導波管平面アンテナの研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14750277
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 木村 雄一 埼玉大学, 工学部, 助手 (90334151)
• キーワード: ミリ波アンテナ / 平面アンテナ / 導波管スロットアンテナ / 高利得・高能率 / 量産可能 / 低サイドローブ / モーメント法 / 電磁界解析

研究概要

平成15年度においては、ミリ波帯において高利得・高能率が期待され、かつ、大量生産可能な簡素な構造である逆相給電一層構造導波管スロットアレーアンテナについて、76GHz帯においてサイドローブ抑圧設計を行った。はじめに、E面指向性のサイドローブ抑圧を目的として、本アンテナの電力分配回路の設計を行った。電力分配回路はT分岐回路を縦続接続した構造である。このT分岐回路の散乱行列をモーメント法を用いた電磁界解析により導出した。この結果から結合窓の幅により分配電力が、また、その位置により分配位相がほぼ独立して制御可能であることが明らかにされた。そこで、目標とするサイドローブレベルを-25dBとしてテイラー分布設計を行った。試作アンテナは29個のスロットを有する放射導波管24本で構成され、アンテナの大きさは約80mm四方である。近傍界測定により、設計周波数の76.5GHzにおいてアンテナ中央から端部にかけて約-8dBのテーパを有する振幅分布と一様な位相分布が観測された。また、遠方界測定によりサイドローブレベルは-25dB以下に抑圧され、所望の特性が得られた。一方、利得は31.7dB(効率28%)となり、一様励振時に比較して効率の低下は6%にとどまった。これにより、設計手法の有効性が確認された一方で、利得および効率の更なる向上については課題が残った。なお、遠方界特性を測定する際、本研究費で購入したマイクロ波増幅器が威力を発揮した。次に、H面指向性のサイドローブ抑圧を目的として、スロットアレーにサイドローブレベル-25dBのテイラー分布設計を行った。設計手法としては、一様励振設計のために開発されたスロットの外部領域に周期境界条件および電気壁条件を仮定した解析モデルを拡張して利用した。設計の結果、所望のレベルよりわずかながらサイドローブが上昇したがほぼ所望の指向性が得られる見通しを得た。

研究成果

• [文献書誌] Kimura Y, Takahashi M., Hirokawa J., Ando M., Haneishi M.: "76GHz alternating-phase fed single-layer slotted waveguide arrays with suppressed sidelobes in the E-plane"2003 IEEE Antennas Propagation Society International Symposium Digest. Vol.3. 1042-1045 (2003)
• [文献書誌] Miura Y., Shirosaki T., Taniguchi T., Kazama Y., Kimura Y., Hirokawa J., Ando M.: "A low-cost and very small wireless terminal integrated on the back of a flat panel array for 26GHz band fixed wireless access systems"2003 IEEE Topical Conference on Wireless Communication Technology Digest. (CD-ROM). s21p8.pdf
• [文献書誌] 清水良子, 木村雄一, 羽石 操: "スロットを直線状に配列した逆相給電一層構造導波管スロットアレーの壁構造によるスロットの励振"2004年電子情報通信学会総合大会. B-1-B-171 (2004)
• [文献書誌] Kimura Y., Shmizu R., Haneishi M.: "Alternating-phase fed single-layer slotted waveguide arrays for grating lobe suppression"2004 IEEE Antennas Propagation Society International Symposium Digest. (発表予定). 2004