Study of 3d measurement of radio wave distribution

无线电波分布的三维测量研究

• 批准号: 21H01338
• 负责人: 八木谷 聡
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01338/
• 关键词: 高周波電磁波; 3次元空間分布; メタマテリアル; センサアレイ; 電磁環境計測

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。

Three-dimensional measurement, evaluation and design of three-dimensional distribution of high-frequency (GHz) electromagnetic waves The three-dimensional spatial distribution of electromagnetic waves is measured in two dimensions. Therefore, the structure of a frequency selector plate (FSS) that allows incident waves to pass through is of great interest. By combining multiple FSS plates, the structure of a "transmissive electromagnetic wave base" that allows incident waves to pass through while measuring the electrical distribution on a two-dimensional plane is discussed in the electromagnetic world system. As a result, the FSS has a different shape from that of the dielectric substrate, a specific frequency (resonance frequency), a high reflectivity, and a high transmittance. For example, when the frequency of the FSS is set to 21 mm and the substrate thickness is set to 1.6 mm, about 70% of the power is transmitted at 1.5 GHz. At the same time, the distribution of the two components of the incident wave (horizontal and vertical polarization) is measured. A 30 cm×30 cm, 2-dimensional array and a transmissive electromagnetic wave substrate were designed. A plurality of voltage measurement units on the FSS surface are designed to measure the two-dimensional distribution of incident waves, and the circuit is designed to test the transmission of electromagnetic waves.

项目成果

・金沢大学研究者情報（八木谷聡）

・金泽大学研究员信息（八木谷聪）

視えない電磁界を可視化する

可视化不可见的电磁场

• 发表时间: 2021
• 作者: Sae Ishihara;Yusuke Hattori;Makoto Otsuka;Tetsuo Sasaki;奥宏史，山本茂，西川仁希斗，外村知也;八木谷聡
• 通讯作者: 八木谷聡

Measurement of Electric Field Vector Distribution with a Metasurface Structure

超表面结构电场矢量分布的测量

• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of the XXXIV URSI General Assembly and Scientific Symposium
• 作者: Satoshi Yagitani;Kensuke Shimizu;Shinjiro Nishi;Atsuya Sakano;Hirofumi Segawa;Takuya Tsubota;Tomohiko Imachi;and Mitsunori Ozaki
• 通讯作者: and Mitsunori Ozaki