Study of 3d measurement of radio wave distribution

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高周波（GHz帯）電磁波の3次元分布を立体的に計測・評価する手法を開発するために、まず入射波に垂直な平面での電磁界2次元分布を計測するための2次元メタサーフェスを設計した。電磁波の3次元空間分布を計測するためには、センサとして用いる2次元メタサーフェスができるだけ入射波を乱さない（反射せずにそのまま透過させる）ことが必要である。そこで入射波を透過させる周波数選択板（FSS）の構造に着目し、複数のFSSを組み合わせることで、入射波をほぼ透過させながら同時に2次元平面上の電界分布を計測できる「透過型電磁波センサ」の構造を電磁界シミュレーションにより検討した。その結果、異なる形状（インダクタンス型とキャパシタンス型）のFSSを誘電体基板の表面と裏面に配置することにより、特定の周波数（共振周波数）において反射率を抑え、同時に透過率を大きくすることができることが分かった。FSSの単位セルサイズを変化させることで共振周波数を調整することが可能であり、例えばセルサイズを21 mm、基板厚を1.6 mmに設定した場合、1.5 GHzにおいて約70%の電力を透過させると同時に、入射波の電界2成分（水平・垂直偏波）の分布を計測できる2次元メタサーフェス構造（単位セル構造）を得ることができた。得られた単位セル構造を30 cm×30 cmの2次元状に配列し、透過型電磁波センサ基板を設計した。FSS面上の複数個所に電圧計測部を設けて入射波の電界2次元分布を計測できる回路を設計して基板に組み込み、透過型電磁波センサを試作した。