マイクロ波デバイスの設計と学生実験への応用

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1. 目的本研究は、フィルタやアンテナ等の電波を用いた通信などに必要な受動デバイスの設計をコンピュータ上で行い、それを実際にプリント基板上に作成して測定を行うことにより、マイクロ波ミリ波工学やマルチメディア光学の授業で得られた知識を実験で実際に試し、更に、シミュレーションを通して、目に見えない電波の世界をビジュアルに確認すると共に、波動の物理現象を応用しつつ設計し、モノを作成して測定し動作を確認するという一連の設計プロセスを実践し学生実験に応用することを目的とする。2. 実験方法(1) マイクロ波回路の設計(シミュレーション)技術の習得PC上で電磁界解析ソフトSonnet lite(フリーのマイクロ波シミュレータ)を使用してプリント基板上でのマイクロストリップ線路の設計を行った。対称は、スタブを使った帯域遮断フィルタの設計やアンテナ、カップラ、コンデンサ、インダクタ等いろいろなデバイスを検討した。設計後、周波数特性、電流分布などを表示させ動作原理を検討し設計技術の習得を行った。(2) ものづくり技術の習得(回路パターンの作成)シミュレーション後、基板上に作成する平面型の伝送線路であるマイクロストリップ線路技術を基礎とするアンテナ、フィルダ、共振器の作成をする。金属線路の作成は、銅箔テープを使用し回路パターンを基板上に作成した。(3) 実験と測定実験は、発振器、アイソレータ、方向性結合器、検波器、デジタルマルチメータを使用する。方向性結合器の向きを入れ替えることにより、進行(S21)波と、反射(S11)波を測定し、同一周波数における、進行波と反射波の比で反射特性を測定した。3. 期待される効果マイクロ波の現象を応用したデバイス設計から一連のプロセスを学生実験に応用することにより、ものづく教育として学部教育に求められている設計教育が実践できた。ものづくりのプロセスにおける、その困難を克服した後の達成感が期待できる。