【研究分野】情報通信工学

【研究領域課題番号】12555108 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ミリ波 / ポスト / スロットアンテナ / 平面アンテナ / バトラーマトリックス / 導波管

【研究成果の概要】

76GHzポスト壁導波路給電平行平板スロットアレーアンテナにおいて、大きさを変えて設計、試作した。大きさが26mm×24mmから104mm×100mmの5種類のアンテナにおいて40%から50%の効率が得られた。また、サイドローブ抑圧設計を行った。測定されたサイドローブレベルは、E面あるいはH面の一方で抑圧した場合は-22dB、両面で抑圧した場合には-18dBであった。さらに、入射TEM平面波面に対して45度傾いた直線偏波を放射する、3本のスロットからなる構成を新たに提案した。正面方向で-25dB以下の良好な交差偏波抑圧が実現できた。
オーバーサイズ方形導波管スロットアレーの内部電磁界および開口分布を検討した。反射抑圧放射単位を反映した進行波動作の原理に基づき、各放射単位への入射界を、列ごとに入射側から終端側へ順番に計算する方法を提案している。スロットが存在しない場合のオーバーサイズ導波管電磁界とスロット散乱界の和で各放射単位への入射界を求め、これを周期構造1次元アレーモデルで求められる放射単位への入射界と比較して摂動比と素子励振係数を簡易に計算する方法を提案した。開口分布を計算した結果、計算結果は、実験結果とよく一致し、オーバーサイズ方形導波管スロットアレーの開口分布の評価を行えた。
ポスト壁導波路を用いて4分岐バトラーマトリックスをスロットアレーと同一の誘電体基板上に一体化した構造を検討した。入射ポートを変えて隣接する放射導波管間に異なった位相差を与え、主ビーム方向を変化させた。バトラーマトリックスには線路が交差する部分があり平面一体化の妨げになっていたが、ショートスロット方向性結合器(交差結合器)で実現した。26GHz帯で試作・実験を行い、主ビーム方向が所望どおりに切り替わることを確認した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】13,400千円 (直接経費: 13,400千円)

【研究分野】情報通信工学

【研究領域課題番号】11750307 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ミリ波 / ポスト / 平行平板導波路 / スロットアンテナ / 平面アンテナ / サイドローブ / 直線偏波

【研究成果の概要】

76GHzポスト壁導波路給電平行平板スロットアレーアンテナにおいて、大きさを変えて設計、試作した。大きさが26mm×24mmから104mm×100mmの5種類のアンテナにおいて40%から50%の効率が得られた。また、サイドローブ抑圧設計を行った。測定されたサイドローブレベルは、E面あるいはH面の一方で抑圧した場合は-22dB、両面で抑圧した場合には-18dBであった。さらに、入射TEM平面波面に対して45度傾いた直線偏波を放射する、3本のスロットからなる構成を新たに提案した。正面方向で-25dB以下の良好な交差偏波抑圧が実現できた。
60GHz帯において、給電窓の間隔を変えたものを3種類試作したところ、給電窓の間隔を広げるにつれて給電点での反射が少なくなることを実験的に確認した。反射が-15dB以下の帯域が1GHz程度得られ、41mm×46mmの大きさのアンテナにおいて利得27.3dBiを効率58.3%で実現できた。効率を10%以上改善することができた。
また、平行平板導波路の側壁を考慮してオーバーサイズ方形導波管とみなし、スロットによる内部散乱界をイメージ波源を用いて解析した。導波管内部で電磁波が伝搬するにつれ、両端の金属短絡板の影響により導波管端部にリップルが生じ、中央付近まで生じているのが分かった。散乱界は終端側に行くほど大きくなり、終端付近では入射波と同程度のレベルになることが分かった。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1999 - 2000

【配分額】2,300千円 (直接経費: 2,300千円)

【研究分野】情報通信工学

【研究領域課題番号】09750398 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スロットアンテナ / 平行平板導波路 / ミリ波 / 誘電体 / 給電回路

【研究成果の概要】

昨年度本研究において提案したポスト壁導波管給電平行平板スロットアレーを76GHz帯で試作した。0.8mmのガラスファイバー入りテフロン基板に、直径0.3mmのスルーホールを中心間距離0.6mmの間隔で密に開け、その壁面に銅メッキを施してポスト壁給電導波路を構成した。給電導波路の中央にあるT分岐の背面に開口を設け給電を行った。基板上部銅箔面には幅0.2mmの放射スロットをエッチングに作成した。76.5GHzで等振幅等位相の2次元開口分布が得られるように、ポスト壁給電導波路と放射スロットアレーを設計した。設計通りに、ポスト壁給電導波路と放射スロットアレーが等振幅等位相を実現する周波数が初めて一致した。ほぼ開口面全体で振幅は4dB以内、位相は20度以内の電磁界分布の一様性を実現した。76.75GHzにおいて、給電点での反射が-6.33dBとあまり良くないにもかかわらず、利得29.7dBを45%の効率で実現した。給電点での反射が改善されれば58%程度の高効率が実現できる可能性を示した。また、反射を抑圧し任意方向の直線偏波を実現する4本のスロットからなるセットの構成法を検討した。一様振幅を実現し入射TEM平面波の波面に対して90度および45度方向の直線偏波を放射する方形平行平板スロットアレーを設計した。38GHz帯で試作し、良好な偏波特性を実験により確認した。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1997 - 1998

【配分額】2,500千円 (直接経費: 2,500千円)

【研究分野】情報通信工学

【研究領域課題番号】08750416 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スロットアンテナ / 導波管 / ミリ波 / 漏れ波 / 平面アンテナ / モーメント法

【研究成果の概要】

ミリ波帯においては波長に比べて無視できないスロット幅やスロット板の板厚の影響をモーメント法解析に組み込んだ。具体的には、モーメント法での基底関数として、クロススロットを断面とする導波管のモード関数を用いることを提案した。4GHz帯での基礎実験を行った。スロットの放射量の周波数特性を本解析法により正しく定量的に評価することに成功した。また、密に配置されたスロットの外部領域での相互作用の影響を正しく評価する方法として、周期境界壁を有する方形導波管で置き換えることを提案した。具体的には、約50度のビームチルトに相当する波数のモードで展開した。この手法による評価は、スペクトル領域法での結果と一致した。
ミリ波帯1層構造導波管アレーにおける溝構造給電回路とスロット板の電気的接着法として、導電性接着剤、レーザ溶着、ロウ付けの3種類を検討した。22GHz帯での試作を行ったところ、ロウ付け、レーザ溶着、接着剤の順で高効率の特性が得られた。レーザ溶着では、スロット板のみが熱せられるため、スロット板だけが伸び、スロットの励振分布に周期的な変動が見られた。わずか0.25mmのスロット板の伸びで-12dBの高いサイドローブが発生することが分かった。また、ロウ付けでは、給電回路とスロット板の両方が暖められるため、両者が若干伸びても励振分布の一様性には影響を与えないことが分かった。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1996

【配分額】1,000千円 (直接経費: 1,000千円)

【研究分野】情報通信工学

【研究領域課題番号】08405029 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アンテナ / 導波管 / スロットアンテナ / ミリ波 / 平面アンテナ / 一層構造給電回路 / 同相給電 / 逆相給電 / 逆相給電T分岐回路 / 反射抑圧スロットペア / 相互結合 / 一層構造アンテナ / ホログラフ処理 / 近傍界測定 / 基本モード / 一層構造

【研究成果の概要】

一層構造導波管スロットアレーの高機能化と高精度化を行った。放射導波管への入射方向を切り替えることで複数のビームを実現する方法を検討した。片側から給電したときにビーム方向が正面方向よりビーム幅の半分程度の角度だけ傾くようにスロット間隔を決めることで、導波管の左端と右端のそれぞれへの出力により左右の方向に2ビーム、さらに左端と右端への出力の和で正面方向に1ビーム、合計3ビームを実現した。12GHz帯での実験を行い、両側の出力の和を取った場合の利得は、片側の出力の場合のものに比べて約1dBの低下で抑えられたことを確認した。さらに、左端と右端への出力を適当な振幅差で加えることでビーム方向をビーム幅程度の範囲で走査できた。また、逆相給電型アンテナについて、放射導波管部だけでなく給電導波管部も含めた完全非接合を実現するために、給電導波管の側壁の両側にチョークを装荷した構造を検討した。波長に対して無視できないチョークの幅に対して、漏れ損失が最小となるチョークの深さと位置をモードマッチング法により電磁界解析した。40GHz帯での検討を行い、解析上でも実験上でも、チョーク装荷による漏れ損失の低減効果を確認した。さらに逆相給電を行った場合のスロット励振の周期性を考慮したモデルを用いて解析精度の向上を図り、22GHz帯の試作で35.5dBiの高利得を67%の高効率で実現した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1996 - 1998

【配分額】23,100千円 (直接経費: 23,100千円)

【研究分野】情報通信工学

【研究領域課題番号】07305052 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

平面アンテナ / スロットアンテナ / TEMモード / 平行平板導波路 / NRDガイド / 漏れ波 / ミリ波 / TEM導波路 / 誘電体導波路 / スロットアレー / 高能率アンテナ / ラジアルラインスロットアンテナ / スロット結合

【研究成果の概要】

円形の平行平板導波路を用いたスロトアレーであるラジアルラインスロットアンテナについて、自動車衝突防止レーダや無線LANなどへのミリ波応用を目的として、60GHz帯での試作を行なった。スロットアレーを安定に動作させるには、導波路の厚さを一定に保つ必要がある。厚い下部導体板や高誘電率の硬い誘電体を用いることで、60GHz帯での基本動作を確認した。また、発振回路等のミリ波平面回路との整合性を高めるため、リングスロットを介してラジアル導波路にTEM円筒波を励振する方法を検討し、4GHz帯での実験により動作を確認した。
方形平行平板内に一様なTEM平面波を励振する新しい構造として、誘電体基板を用いた1層構造導波管給電回路を提案した。誘電体基板にスルーホールを密に配列し、その壁面にメッキ等により金属を付着させて導波路(ポスト壁導波管)を構成している。プリント基板加工技術を基に比較的簡易にアンテナを安価に製作できると考えられる。設計周波数において、給電導波路の結合窓が等振幅同位相の分配を実現したことを実験により確認した。
また、NRDガイドによりTEM波を励振した平行平板スリットアレーを60GHz帯で試作し、その基本動作を確認した。NRDガイドを用いて反射型ASK変調器を製作し良好な特性を得た。さらに、そのASK変調器を搭載した高速PCMレシ-バを試作した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1995 - 1997

【配分額】7,400千円 (直接経費: 7,400千円)