アンテナの電磁界解析と最適化設計

顔写真

氏名
伊藤桂一
E-mail
itok@akita-nct.ac.jp
職名
准教授
学位
博士(工学)
所属学会・協会
電子情報通信学会,日本AEM学会
キーワード
導波管スロットアンテナ,誘電体レンズ,電磁界解析,最適化設計
技術相談
提供可能技術
・アンテナの電磁界解析
・アンテナの最適化設計
・電波暗室を利用した測定環境

研究内容

誘電体レンズ装荷導波管スロットアンテナの開発

 一般にレンズアンテナとはレンズの収束性を利用したアンテナを指します。アンテナ開口面を大きな誘電体レンズ(レドームとしての役割もある)で覆うため,重くかさばることが特徴です。レンズの収束性という長所は活かしながら,小型軽量化することにより可搬性の高い小型指向性アンテナを開発することが本研究の目的です。

 本研究では図1に示すような小型球形の誘電体レンズをアンテナの開口面に装荷することを提案しています。同レンズの直径は波長の0.8倍であり,波長より小さいことが特徴です。主にマイクロ波帯以上の高周波で利用される導波管スロットアンテナに提案しているレンズを装荷して,放射特性の改善を目指しました。

 波長よりも小さいレンズでも放射特性が改善されるのか。また,どの程度改善されるのか明らかにするために時間領域有限差分(FDTD)法による電磁界解析を行いました。FDTD法とは時間領域のシミュレーションであり,数値解析だけではなく図2のような電波伝搬の可視化でも大きな効果を発揮します。最近ではパソコンの性能向上に伴い,研究室レベルでもある程度規模の大きい計算ができるようになりました。また,並列化計算をすることにより計算時間の大幅な短縮が可能です。

 図1のように1スロットの導波管スロットアンテナに誘電体レンズを装荷した場合についてFDTD法による計算を行い,レンズの収束効果について検討しました。図2より,誘電体レンズの収束効果により正面にビームが集中している様子が分かります。また,解析的に検討した結果,提案している小型球形レンズの収束効果により利得を約5 dB改善できることが明らかになりました。

 現在は同レンズを装荷したアレーアンテナの最適化設計やミリ波領域への応用について研究を進めています。

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図1 誘電体レンズ装荷導波管スロットアンテナ

 

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図2 電磁界解析結果

(左)誘電体レンズ装荷 (右)従来型(レンズなし)

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