2019 年度研究成果報告書

メタマテリアルを利用したミリ波ドップラーレーダ用フェーズドアレイアンテナの開発

研究課題

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研究課題/領域番号	17K18773
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
研究分野	プラズマ学およびその関連分野
研究機関	核融合科学研究所
研究代表者	徳沢季彦核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (90311208)
研究期間 (年度)	2017-06-30 – 2020-03-31
キーワード	メタマテリアル / ドップラーレーダ / フェーズドアレイ / 周波数コム / プラズマ計測
研究成果の概要	核融合を目指す高温プラズマ中の電子密度揺動や流速を計測することが可能なミリ波帯ドップラーレーダを高性能化して、流速の多次元ベクトル測定ができるようにするため、照射ミリ波ビームを同時に任意の方向へ放射できる革新的なアンテナを開発することを目的として、以下の2つの課題に取り組んだ。(1)走査時間の無いフェーズドアレイシステム：同時に複数の周波数を用いることで、ビームを多方向へ同時に照射できることを実証した。(2)メタマテリアルを用いた広帯域位相器：アンテナ素子毎に正確な位相差を広帯域に付与するためメタマテリアルを反射型メタサーフェース移相器として適用することを検討・評価し、その広帯域性を確認した。
自由記述の分野	プラズマ理工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	核融合発電炉の早期実現による安定した電力供給は社会に良い影響を与えることが期待できるが、性能の良い核融合炉実現のためには高温プラズマの物理を理解し制御する必要がある。特に乱流の特性を理解する上で、本研究によりドップラーレーダの同時多方向照射が広帯域性をもって実現できることを示したこと、これによって多次元ベクトル計測が可能となることは、核融合プラズマ閉じ込め研究において非常に高い意義を持つ。また、新しい領域の研究素材であるメタマテリアルの応用事例の一つとして、核融合プラズマ分野が新たに加わったことはその広い可能性を示したこととして意義がある。