非相反メタマテリアルの分散設計とビーム走査アンテナへの応用

マルチバンドにおいて、ビーム方向が同一方向を向き、かつビームスクイント（周波数変動によるビーム方向のふらつき）の低減機能を有する漏れ波ビーム走査アンテナの実現を目的として、デュアルバンド動作可能で非相反移相特性が周波数に比例する右手/左手系複合（CRLH）線路を提案し、所望の伝送特性が得られていることを数値計算および実験により実証した。従来の非相反メタマテリアルからなるビーム走査アンテナにおいては、走査角を広角化するために、線路の非相反性増強が必要となっている。これまでに、コルゲーション構造を装荷したメタマテリアル線路が非相反性の増強効果を有することが提案されているが、今年度の研究成果として、コルゲーション構造と線路の曲率を組み合わせることにより、非相反性がさらに増強することを数値計算により明らかにした。非相反性増強効果を獲得する新しい構造探索のため、昨年度に続き2本の非相反CRLH線路からなる結合線路の伝送特性を調べている。昨年度提案した等価回路モデルでは、数値計算結果との間に大きな差異が見られることが問題となっていたが、結合係数の非相反性を考慮することにより、大幅に特性が改善し、数値計算とよく一致した結果が得られることを明らかにした。従来の磁性体を用いた非相反メタマテリアルにおいては、外部印加磁界の変化により、非相反性を変化させていたが、永久磁石の機械的変位操作、電磁石による電流制御のどちらにおいてもサイズが大型、消費電力が大きく、応答速度が小さく、動作周波数が変動する問題があった。本研究では、印加磁界変化ではなく電子制御により非相反性を操作可能な新しい非相反CRLH線路の構成法を提案した。

マルチバンドにおいて、ビーム方向が同一方向を向き、かつビームスクイント（周波数変動によるビーム方向のふらつき）の低減機能を有する漏れ波ビーム走査アンテナの実現を目的として、デュアルバンド動作可能で非相反移相特性が周波数に比例する右手/左手系複合（CRLH）線路を提案し、所望の伝送特性が得られていることを数値計算および実験により実証した。従来の非相反メタマテリアルからなるビーム走査アンテナにおいては、走査角を広角化するために、線路の非相反性増強が必要となっている。これまでに、コルゲーション構造を装荷したメタマテリアル線路が非相反性の増強効果を有することが提案されているが、今年度の研究成果として、コルゲーション構造と線路の曲率を組み合わせることにより、非相反性がさらに増強することを数値計算により明らかにした。非相反性増強効果を獲得する新しい構造探索のため、昨年度に続き2本の非相反CRLH線路からなる結合線路の伝送特性を調べている。昨年度提案した等価回路モデルでは、数値計算結果との間に大きな差異が見られることが問題となっていたが、結合係数の非相反性を考慮することにより、大幅に特性が改善し、数値計算とよく一致した結果が得られることを明らかにした。従来の磁性体を用いた非相反メタマテリアルにおいては、外部印加磁界の変化により、非相反性を変化させていたが、永久磁石の機械的変位操作、電磁石による電流制御のどちらにおいてもサイズが大型、消費電力が大きく、応答速度が小さく、動作周波数が変動する問題があった。本研究では、印加磁界変化ではなく電子制御により非相反性を操作可能な新しい非相反CRLH線路の構成法を提案した。