| 研究課題/領域番号 |
20K04475
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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) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 多周波数共用 / リフレクトアレー / トランスミットアレー / 最適化 / 直交偏波共用 |
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| 研究実績の概要 |
反射鏡アンテナの１次ホーンの多周波数共用化の検討として、多段同軸グルーブホーンを取り上げ、放射パターンの交差偏波成分の低減に加えて、主偏波成分の周波数帯毎の制御を試みている。多段同軸グルーブにリングを装荷した構造のホーンを最適化した結果、パラボラアンテナの開口能率が全ての周波数帯で65%以上が達成され、交差偏波成分も低く抑えた良好な放射特性が得られ、提案する４帯域共用同軸グルーブ１次ホーンの有効性を検証している。
また、任意形状素子を用いた単層リフレクトアレーの多周波数帯共用化の検討として、周波数帯に応じてストリップ素子を単位セル内に配置し、かつ、直交する偏波を制御する新たな素子を提案している。このとき、低域側では、直交する偏波を独立に制御することによって直交偏波マルチビームを可能とし、高域側では、直交偏波共用のシングルビームを実現している。設計したアンテナの放射特性の評価によって提案する方法の妥当性を検証している。
さらに、レンズの多周波数帯共用化の検討として、スタブ装荷リング素子とアスタリスク素子によって単位セルを構成し、直交偏波で共用できるトランスミットアレーを提案している。スタブ装荷リング素子のリングの線路幅、スタブ形状を最適化して、２周波数帯の両方でレンズ設計が行えるアレー素子を開発し、 8/16 GHz帯直交偏波共用トランスミットアレーを設計、評価した結果、良好な放射特性が得られることを検証している。
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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
反射鏡アンテナの１次ホーンについては，設計周波数として12/14/20/30GHz帯を考え、低域側の12/14 GHzでは通常のデュアルモードホーンのように動作させ、高域側の20/30 GHz帯では多段の同軸グルーブ全体の励振振幅・位相を制御して主ビームを成形でき，周波数共用化の一つの方法を開発することができた。
また，リフレクトアレー素子ならびにリフレクトアレーアンテナについては、設計周波数帯を15/30 GHzとするとき、従来の周波数共用リフレクトアレー素子では、最適化などで任意形状素子が設計されているが、隣接する素子の間で生じる相互結合によって著しく特性劣化することが問題であったが，低域側の素子は直交する偏波に対応させるため９０度回転させた別々のストリップ素子を用い、高域側の周波数帯への影響が生じないように高調波特性を考慮して素子形状を設計することによって課題の解決を図っている。
さらに、トランスミットアレー素子ならびにトランスミットアレーアンテナについては、１次放射器からの入射波をアレーアンテナで受信し、電磁結合した他方の面のアレーアンテナで放射させ、アレー素子の位相の周波数特性の変化に着目して透過波の開口面の位相を所定の分布に設計することが２帯域共できるようになり、周波数共用化がこの種のアンテナについても可能であることを示すことができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
反射鏡アンテナの１次ホーンについては，焦点から位相中心がずれると反射鏡の開口面において球面収差が生じ、利得低下を招くため、これを抑えることを検討し，高性能化を図っていく．この種の一次放射器は，リフレクトアレーアンテナやトランスミットアレーアンテナにおいても不可欠であり，各々，周波数共用化を図っていくための１次ホーンの検討にも着手する．
また、リフレクトアレー素子ならびにリフレクトアレーアンテナについては，高域側の素子についても、低域側の素子のように２つの偏波で別々の素子によって構成し、両周波数帯ともに偏波独立制御を図っていく．そのため，まず高域側の素子はクロスダイポールを基にした形状を考え、直交偏波で容易に動作させることを検討し，単一周波数帯のアンテナと同等の性能を多周波数共用した場合も実現できるように設計していく．特に，リフレクトアレー素子については，周波数共用化をさらに進めるために，低域，高域だけでなく，さらに別の周波数帯域を設けるための検討も行っていく．
さらに，トランスミットアレー素子ならびにトランスミットアレーアンテナについては，リフレクトアレーとは異なり，反射波の影響を抑えることが重要でかつ困難な課題であり，これについてはフィルタ合成理論，最適化設計などによって，トランスミットアレー素子の周波数応答の高性能化，ならびにトランスミットアレーアンテナの高能率化を検討していく．
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