2016 年電子情報通信学会通信ソ サイ エ テ ィ 大会 B-1-70 リング型共振素子を用いたリフレクトアレーにおける広帯域化 Broadband in the Reflectarray Using a Ring Resonator Element 牧野滋 1 Shigeru Makino 竹島健飛 1 Kento Takeshima 廣田哲夫 1 野口啓介 1 Tetsuo Hirota Keisuke Noguchi 瀧川道生 2 Michio Takikawa 金沢工業大学 1 Kanazawa Institute of Technology まえがき 本論文では，リフレクトアレーアンテナの狭帯域とな る理由が，共振素子と金属板の間を伝搬する Floquet の 高次モードの影響と考え，エバネッセントモードである 高次モードが十分に減衰するように，誘電体基板厚を選 ぶことで広帯域化を実現できることを示す． の収差解析と一致しているが，∆ϕ1 の影響により，リッ プルが生じている．これらのことより，使用周波数帯域 によって，誘電体基板厚 t を適当に決定する必要がある． むすび 誘電体基板厚 t を厚くすることにより高次モードが十 分に減衰し，広帯域化を実現できることを定量的に確認 した．今後，高能率広帯域化を目指すには，∆ϕ1 が小さ い共振素子の形状を検討する必要がある． 4 高次モードの減衰量 高次モードが L[dB] 減衰するための誘電体の厚さ t は 式 (1) より求まる [1]． 2 λL 1 110[(sin θ − λd )2 − ϵr ] 2 [mm] 塩出剛士 2 Takeshi Shiode 三菱電機株式会社情報技術総合研究所 2 Mitsubishi Electric Corpration 1 t= 伊東健治 1 Kenji Itoh (1) λ は使用する周波数における自由空間の波長，ϵr は誘電 体の比誘電率，θ は最大入射角，d は共振素子の間隔で ある．式 (1) より誘電体基板厚 t と減衰量 L は比例関係 であると分かる． 図1 解析結果 評価関数として，∆ϕ1 は実現できない反射位相，∆ϕ2 はリング径が微小に変化したときの位相誤差，∆ϕ3 は TE 波と TM 波の位相誤差，∆ϕ4 は周波数が 0.2[GHz] 変化したときの反射位相差の最大値と定義する [2]．こ の内の ∆ϕ1 ，∆ϕ2 は中心周波数における位相誤差，∆ϕ3 は交差偏波発生量，∆ϕ4 は位相誤差における周波数特性 に対応している． d を 9.2[mm] で固定し、L を 5.0∼15.0[dB] 変化させ たときの t を式 (1) によって決定する．そのときの評価 関数を図 1 に示す．図 1 より t が厚い場合には，∆ϕ4 が 小さくなるために広帯域となるが，∆ϕ1 が大きいため設 計周波数における能率が低くなると考えられる．一方， t が薄い場合には，設計周波数における能率は高いが狭 帯域となる．図 2 に，t を変化させたときの能率周波数 特性を示す．図より能率は，図 1 の評価関数に対応して いることが分かる．次に開口上の位相分布により，図 1 の妥当性を確認する．波面で生じる二次の残留収差の理 論値は収差解析により求めることができる [3]．図 3 に 開口上位相分布の周波数特性を示す．(a) は t が薄い場 合で，(b) は t が厚い場合である．図 3 より，L が小さ い (a) のときは，周波数が変化すると，二次の残留収差 の上に大きなリップルが生じている．これは，高次モー ドが十分に減衰していないためである．一方，L が大き い (b) のときは，高次モードがほぼ減衰して，概ね二次 誘電体基板厚 t に対する評価関数 3 図2 誘電体基板厚変化時の能率周波数特性 図 3 開口上の位相分布 参考文献 [1] J P.Montgomery,IEEE,vol.AP-23,No1,1975. [2] 藤井他, 信学技報,vol.AP2014-183,pp.127-132,2014. [3] 吉本他, 信学技報,vol.AP2015-118,pp.47-52,2015. 70 2016/9/20 〜 23 札幌市 （ 通信講演論文集 1 ） Copyright © 2016 IEICE
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