| 研究課題/領域番号 |
17K05150
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| 研究機関 | 沼津工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
芹澤 弘秀 沼津工業高等専門学校, 制御情報工学科, 教授 (70226687)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 小林ポテンシャル / 厳密解 / 方形開口 / 電磁波回折 / 異種媒質 / エッジ特性 / 二重無限積分 / 有限要素法 |
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| 研究実績の概要 |
完全導体スクリーン内の方形開口（板厚を考慮）による平面電磁波回折の研究については、小林ポテンシャル法（KP法）による厳密式を用いて様々な構造パラメータに対して有限要素法（FEM）の計算精度を評価した。特に、エッジ近傍でのメッシュの細分化方法に対する計算精度の依存性について詳しく調査し、開口上の電界分布が最も急激に変化する方向に関してメッシュを細分化すれば計算精度が向上することを確認した。また、KP法による厳密式を用いて、様々な開口アスペクト比と幾つかの入射角に対して透過係数を計算し、開口形状と板厚、および入射波の偏波が透過特性に与える影響についても調べた。
誘電体や磁性体を考慮した方形開口（板厚を無視）とフランジ付き方形導波管の研究については計算コードのさらなる改良を行い、厚い開口の問題と同様にFEMの計算精度を開口電界分布に基づいて評価した。さらに開口でのエネルギー透過量等を様々な媒質パラメータ（誘電率および透磁率）に対して計算した。特に、薄い開口の問題では、様々な入射角に対して透過特性を調査した。フランジ付き導波管の問題については、これまで不十分であった開口近傍界を様々な媒質パラメータに対して計算し、開口分布については解の収束性も詳しく調べた。その結果、Meixnerの理論の解釈について再検討が必要であることが分かった。
方形開口の結合問題（媒質を真空と仮定）については４個のベッセル関数と２個の三角関数を被積分関数に含む二重無限積分の計算コードを開発するための準備をさらに進展させ、積分の一部に漸近展開を適用して導出した簡単な表示式の計算コード開発に着手した。それと並行して方形導波管アレーの結合問題についてはKP法による厳密な定式化を開始し、境界条件の一部を適用するところまで求めた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
厚さを無視した方形開口とフランジ付き方形導波管の研究では、透磁率に未対応であった部分の計算コードの改良と、それを用いたデータ収集は順調に進んだが、有限要素法による結果とのずれが大きい部分があり、その原因究明に多くの時間を費やしてしまった。この状況は厚い開口の問題でも同様であり、有限要素法による結果が厳密解と良い一致を示す構造パラメータがある反面、そうでないパラメータも存在したため、KP法による計算コードの再確認に膨大な時間を費やした（この問題は有限要素法の運用法にも密接に関係していることが明らかとなり、今後の課題となった）。さらに、平成31年度に実施する予定であった方形導波管アレーの結合問題の厳密な定式化を前倒しで実施したことも当初予定していた研究が遅れた理由となっている。
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| 今後の研究の推進方策 |
板厚を考慮した方形開口（ただし媒質を真空と仮定）の研究については、昨年度実施できなかった構造パラメータの違いによって透過電力量が増減する仕組みを解明する（斜め入射も検討する）。誘電体と磁性体を考慮した薄い開口（板厚を無視）とフランジ付き方形導波管の問題については、計算コードの更なる確認を行った後、解の収束性について再度調査を行い、Meixnerの理論の解釈についての再検討を行う。汎用数値解法の一つである有限要素法の精度評価についてはメッシュの細分化だけなく解析空間の寸法の影響についても詳しく調査する。開口の結合問題については二重無限積分の計算コード開発をさらに進める予定である。方形導波管アレーの結合問題に対しては厳密な定式化をさらに進展させ、本問題に対する厳密な表示式を導出する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当該年度内に研究成果の一部を整理して論文を執筆し、学術論文誌に投稿する予定であったが、結果の再確認が必要となったことから実現には至らなかった。その結果、予定していた論文掲載料を支払う必要がなくなり、次年度使用額が発生してしまった。本経費は、現在執筆中の論文の掲載料の一部として使用する計画である。
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