| 研究課題/領域番号 |
15K06090
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| 研究機関 | 同志社大学 |
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研究代表者 |
出口 博之 同志社大学, 理工学部, 教授 (80329953)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | アンテナ / 最適化 / 開口面分布 / 放射パターン |
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| 研究実績の概要 |
電波特異伝搬現象を巧みに利用した導波・放射素子について，電磁界解析ならびに形状最適化によって特性の向上を図り，得られた素子を応用して反射型および透過型の開口面アンテナの設計を行い，周波数特性の広帯域化ならびに新たな偏波変換に関する検討を行った．
まず，反射波の波面ならびに偏波を制御する人工表面媒質として，２共振特性による広帯域化，鏡像による交差偏波成分の消去，直交偏波の制御を容易に行える反射型素子の単位セル形状を提案し，周期構造の設計を行った．そして，得られた素子を基にしてリフレクトアレーを構成し，周波数特性の広帯域化が行えることを検証した．このような反射型素子は，電波カーペット・クローキング素子への応用が期待できる．また，素子の電流分布の電磁界解析による評価から素子形状の修整を行い，円偏波変換における軸比特性の向上を図った．さらに広範囲な反射位相の制御も可能であり，直交偏波で異なる特性をもつイリュージョン・クローキング素子への応用が期待される．
また，透過波の波面ならびに偏波を制御する人工媒質として，任意形状素子を周期配列した多層積層構造を提案し，その遺伝的アルゴリズムを用いた最適化設計について検討を行った．そして，得られた素子を基にしてトランスミットアレーを構成する方法についても提案し，開口面分布および放射特性の電磁界解析ならびに実験によって提案する方法の有効性を検証している．このような透過型素子によって構成した積層構造の設計法は，電波クローキング媒質への応用が期待される．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
反射型の電波特異伝搬素子について，単一偏波に対して動作する二重共振素子を鏡像配置した単位セルを考え，主偏波および交差偏波成分の周波数特性について，周期境界条件を用いたスペクトル領域モーメント法による厳密な解析を行い，ストリップ導体素子に誘起される電流分布の振舞いについて検討を加えた．同様にして，直交する偏波に対して動作するマイクロストリップ素子を考え，両者を重ねて一つの単位セルを構成することによって，ほぼ独立に直交する偏波特性を制御でき，鏡像配列による交差偏波成分の低減，二重共振素子による広帯域特性も併せ持つ優れた特性が達成された．そして，基本素子形状を順次適切に変形すれば任意の反射位相量を実現でき，直線偏波の一次放射器を用いて，その位相パターンを考慮して単位セルを２次元配列すれば直線偏波を円偏波に反射変換するアンテナを構成することができる．設計したアンテナの放射特性の詳細な評価より，優れた円偏波変換性能であることを検証した．
また，透過型の素子について，素子を２次元配列して多層化する人工媒質を考え，遺伝的アルゴリズム（GA）による設計を行った．まず，スロットを設けた導体板を一定間隔で周期的に積層して素子を構成し，スペクトル領域モーメント法を用いた無限周期アレー解析を用いてGAによる最適化を行った．そして，導体形状を相似変形すると動作周波数帯域がシフトするため，透過波の移相特性を狭帯域に制御できる．中心周波数を変化させてこのような設計を行えば，整合層を用いない構成でも挿入損を十分小さくでき，全体として広帯域に動作する透過型素子を得ることができる．提案する素子を２次元配列した４層構造の媒質を基にアンテナを設計し，放射特性の評価によって提案する方法の有効性を検証した．
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| 今後の研究の推進方策 |
電波特異伝搬素子の基本構造となる単位セルを任意形状素子によって構成するための設計法として，遺伝的アルゴリズムとは異なる超広帯域化を目的とした新たなアルゴリズムについて検討を行う．その際，波面制御のための素子形状の効率的な設計法についても検討していく．新しい単位セルの動作原理がわかれば，単位セルを構成する電磁流素子を基にして，より高性能な特性を実現する素子を開発していく．
素子の応用については，直交する偏波における反射位相をこれまでよりも広範囲に制御し，直交偏波変換を行う新たな素子を設計し，得られた素子を２次元配列して，直交する偏波で異なる焦点をもつこれまでにないリフレクトアレーアンテナを提案していく．そして，開発した反射型素子を電波カーペット・クローキング，イリュージョン・クローキングに応用し，不要散乱波の低減，入射角特性の改善，周波数特性の広帯域化について検討を加えていく．また，直交偏波複数共振素子による透過波の広帯域化を行い，得られた素子を基にして高性能なトランスミットアレーアンテナを設計していく．透過型素子の電波クローキングへの応用については，不要散乱波の扱いが反射型に比べて複雑になるため，トランスミットアレーの設計で得られた知見を基に検討を加えるとともに，大規模電磁界シミュレーションによって特性評価ならびに形状最適化も行い，不要散乱波抑圧の方法について明らかにしていく．さらにネットワークアナライザーによる伝送特性の実測評価，電波暗室での遠方放射パターンおよび利得の測定を行うことで妥当性を検証していく．
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