| 研究課題/領域番号 |
26289120
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| 研究機関 | 京都工芸繊維大学 |
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研究代表者 |
上田 哲也 京都工芸繊維大学, その他部局等, 准教授 (90293985)
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| 研究分担者 |
澤田 桂 国立研究開発法人理化学研究所, その他部局等, 研究員 (40462692)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | メタマテリアル / 負屈折率 / 非相反回路 / 円偏波 / ビーム走査 / アンテナ |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、電磁メタマテリアルの次世代無線通信技術、センシング技術への応用を目的として、偏波回転機能を併せ持つビーム走査アンテナの構成法の確立および実験による動作実証を目指す。
順方向と逆方向で伝搬特性が大きく異なる「非相反性」と、特異な波動伝搬を可能とする人工構造体「メタマテリアル」とを融合させた非相反メタマテリアルを用いることにより、伝搬方向を変えるだけで、実効屈折率を正から負へと切り替えることができる。この非相反メタマテリアルからなる伝送線路共振器は従来の半波長共振などとは異なり、共振周波数が共振器サイズによらないので、共振器の形状、サイズが自由に変更可能で、さらに見かけの電磁界分布は特定の方向に伝搬する進行波と同じ特徴を持つ。この線路上の位相勾配を利用したビーム走査アンテナに関して実施期間内に得られた研究成果を以下に示す。１）前年度に設計したスプリットリング型の非相反メタマテリアル線路による擬似進行波共振アンテナを試作し，円偏波放射特性を示すこと，ならびに直流磁界を逆向きに加えることにより，偏波の回転方向が切り替わることを実験的に実証した．２）メタマテリアルの非相反性を大きくすることにより非放射（導波）領域で動作する擬似進行波共振器からなるアンテナが，従来の漏れ波アンテナと比べてビーム方向が広角に設定できること、ならびに水平方向にビーム幅を狭められることを数値計算により確認した．また，同線路構造を複数個並べて回転対称となるように配置すると，水平面内に無指向性のビームを形成する低姿勢アンテナが構成できることが分かった。３）従来の漏れ波アンテナで問題となる周波数によりビーム方向が変化するビームスクイントを解決する手段として，移相非相反性周波数分散を抑制する新しい非相反メタマテリアル線路構造を提案し，非相反性の周波数分散が従来よりも広帯域で抑制されることを実験的に実証した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
非相反メタマテリアル線路の応用例として、これまではビーム走査アンテナに限定されていたが、本研究では、新しい応用の可能性として円偏波アンテナを提案し、直流磁界の向きを逆にすることにより、偏波回転方向が切り替えられることを、試作回路を用いて実験的に実証した。このことから、非相反メタマテリアルの円偏波アンテナへの応用の可能性を開拓した。
また、擬似進行波共振を用いた漏れ波アンテナのビームスクイント抑制方法として，位相に現れる非相反性の周波数分散を抑制する新しい非相反メタマテリアル線路構造を提案し，広帯域に亘り非相反性の周波数分散がほぼ０となることを実験的に実証した．また、擬似進行波共振器が漏れ波領域だけでなく、導波領域においても動作可能となるよう、線路の非相反性をさらに増加させるCRLH線路構造の提案を行い、数値計算によって導波領域でも動作可能であることを示した。また、このとき点対称構造なるように配置すると、水平面内に無指向で幅の狭いビームを放射する低姿勢アンテナが構成できることも分かった．
このように、新しい動作原理、特性改善のための新しい線路構造の提案、実験による動作実証を行っていることから、おおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究成果により得られた知見を元に、以下の研究を推進する予定である。
１）非相反メタマテリアルを漏れ波領域だけでなく、導波領域で動作させ、
実験で動作検証を行う。
２）非相反性を増大させる方法として、スタブ挿入以外の方法を提案する。
３）非相反性の周波数分散が抑制されたメタマテリアルを、ビーム走査アンテナに適用し、ビームスクイントが低減することを実験的に検証する。
４）これまでに行った研究は主に遠方場の電磁波ビーム制御に関するものであるが、近接場の電磁波ビーム操作についても検討を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
アンテナの放射パターン測定に関して、現状では所属外の電波暗室を利用しているが、頻繁に測定を行うには身近に使えることが望ましい。電波暗室の設置は予算的に難しいので、現在、簡易の電波暗箱の購入を検討しているが、それでも予算が不足するため、次年度の追加予算と併せて購入することを計画している。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成28年度に電波暗箱を購入する予定である
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