2019 Fiscal Year Research-status Report
Realization of an extremely small high performance antenna using origami structure
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18K13760
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| Research Institution | Maebashi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
藤田 佳祐 前橋工科大学, 工学部, 助教 (90804857)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 放射効率 / 小形アンテナ / 折りたたみ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の課題は，遭難者の救助等を目的とした従来にない小型携帯ビーコンの実現へ向けた小型アンテナを実現することである．ビーコンを実現するためにはアンテナは小さいだけでなく，高性能でなければならない．そのため，小型と高性能なアンテナの両立を目指して，折りたたみ可能なアンテナの開発を目指してきた．これまで，アンテナの形状をさまざまに変形させ，円筒形とすることで折りたたみが可能で放射効率も高くなることを示してきた．
本年度は，研究の中心とした円筒形のアンテナを折りたたんだ際の性能変化を解明することを中心に研究を行った．まず，アンテナの理論的な側面から共振について検討し，その条件を明らかにした．次に，折りたたみ時に放射特性がどのような挙動をするのかについてシミュレーションを用いた解析を通じて明らかにした．折りたたみはアンテナのサイズを小さくするので，それに伴って放射効率が低下してしまう．折りたたみによって低姿勢化していくと電流が周辺部に集中するので多数巻きのループアンテナに近い動作となることが明らかになった．そこで，ループアンテナの放射効率理論値と比較することにより放射効率の低下の下限が存在する可能性を示唆する結果を得た．これらの結果を学会発表で報告した．
これまで得られた結果を踏まえ，次のステップとして海面や物体にアンテナが近い場合の性能変化について考慮することを目指していく．単独の折りたたみアンテナの特性については円筒形が折りたたみに優れ，折りたたみ結果の性能限界をある程度解明することができた．以上から，円筒形のアンテナを用いて小型で高効率な折り畳みアンテナを実現できるであろうことが期待される．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は，アンテナの折りたたみによって変化する放射特性を解明することが目標であった．そこで当初の想定通り，理想的な球面アンテナに近い形状である円柱形のアンテナを考案し，シミュレーションによって折りたたみ時の放射特性変化を明らかにすることができた．
アンテナの折りたたみ途中段階のモデルを複数製作し，数値シミュレーションを行った．その結果，折りたたみをしていくに従って，放射効率が低下することが明らかになった．これはアンテナの体積が小さくなり，放射へ寄与する電流成分が小さくなったからであると想定できる．さらに，アンテナの高さを小さくしていくと，電流が円筒の側面部分に集中し放射効率の低下は顕著になった．これらの結果から，放射効率の低下はループアンテナに近いものになると考えられることがわかった．
このような結果から，研究は計画通りに遂行され，今年度も概ね順調に研究が進んでいることがわかる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後取り組みたい直近の課題として，アンテナの折りたたみを実現する方法が挙げられる．アンテナを折りたたみによる性能変化の程度が明らかになったので，実際にアンテナを製作する方策の提案を行う．例えば，円筒形のアンテナを折り紙のように折って作ったプラスティックの板に設置することや，提灯のようにリング状の絶縁体を重ねてワイヤの支持を行うものが考えられる．折りたたみの機構としては，支持する構造部分だけでなく，折りたたみの動力についても検討を行っていきたい．
次の課題として，アンテナと機器，海面との相互作用の解明が挙げられる．本研究の対象である球形及び円筒形のヘリカルアンテナで，アンテナ単体での性能を解明してきた．アンテナが利用される場面では，アンテナの近傍に送信機や使用者といった物体が存在することが想定される．アンテナから放射した電磁波はこれらの物体から影響をうけるので，その程度を見積もる必要がある．簡易な検討として，アンテナが導体板の近傍にある場合の計算を行い，放射効率やＱ値といった性能パラメータがどうなるか検討していく．
さらに，アンテナの実現へ向けた実験についても行っていきたい．
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