任意形状マイクロストリップアンテナのキャビティモデルによる解析

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本研究では、任意形状マイクロストリップアンテナ(MSA)のキャビティモデルによる解析法を提案している。任意形状MSAの例として、一点給電型円偏波用MSAである楕円リングMSA、縮退分離素子を付けた円形および矩形MSAについて解析を行った。キャビティモデルの解析では、開口での表面アドミタンスが必要となる。ここで提案する任意形状MSAの表面アドミタンスの導出法は、スペクトル領域法を用いているため誘電体基板の影響を考慮できる。数値計算により、誘電体基板中の表面波は共振周波数付近で大きく生じており、誘電体基板の厚さ、誘電率が大きくなるほど、表面波の影響も大きくなることを明らかにした。また、表面アドミタンスは開口上の等価磁流分布に依存しており、個々の形状に合った表面アドミタンスの導出が必要であることを明らかにした。特に楕円リングMSAでは、内、外開口での相互アドミタンスは主要モードで20%程度生じており、リング状MSAでは開口間の相互影響を考慮する必要がある。縮退分離素子を付けた円形および矩形MSAでは、開口上の等価磁流の微分が不連続となるため表面サセプタンスが特異性を示した。表面サセプタンスの特異性が出ないようにするため、パッチの角の部分を円弧の一部で近似を行った。この近似法は、パッチに角をもつ場合に有効である。楕円リングMSAの解析において、キャビティ内部の電磁界を楕円開口でのインピーダンス境界条件を最小自乗の意味で満足するように決定した。この手法はパッチの形状が変数分離可能な座標系からずれた場合に有効であり,キャビティモデルの適用範囲を拡張することができる。得られた内部電磁界を用いて計算した楕円リング、縮退分離素子を付けた円形MSAの入力インピーダンスと軸比の偏波特性は測定値と良く一致しており、提案する手法が有効であることを確かめている。