アンテナの大きさと CRB との関係

まず，マイクロストリップ線路給電の板状スリーブアンテナにおいて，スリーブ部の大 きさとCRBの関係をFDTD法により検討する．図3.1に板状スリーブアンテナの構成を示 す．ここでは，モデルを簡略化するため，マイクロストリップ線路の地導体を細長い導体 板（図3.1のGND）でモデル化し，モノポール導体とGNDの間に給電点を設置する．実 際にマイクロストリップ線路で給電した場合については，5章で検討する．また，スリー ブ導体をGNDの両側に設置し，スリーブ導体とGNDを給電点直下で接続する．更に，モ ノポール，スリーブ導体の長さは，設計の中心周波数620MHzにおいて約4分の1波長と する．FDTD法の吸収境界条件はPML4層とする．

w

d w

w

x y z

図 3.1: 板状スリーブアンテナの構成 ( c⃝2010 IEICE[11])

470MHz

620MHz

770MHz

0dB

-40dB A

A' B' B

図 3.2: z方向の電流分布計算結果（d=4mm, w_s=8mm, c⃝2010 IEICE[11]）

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

300 400 500 600 700 800 900 frequency [MHz]

｜Il /If｜[dB] d=4mm

d=8mm d=12mm d=16mm

d=20mm

d=24mm d=28mm d=32mm

図 3.3: |Il/If|の計算結果（ws= 8mm, c⃝2010 IEICE[11]）

まず，スリーブ導体の幅w_sを8mmとし，スリーブ導体とGNDの間隔dを変化させる 場合を考える．GNDのBB’に流れる漏れ電流をI_l，給電点電流をI_f とし，|I_l/I_f|を計算 する．I_lは，GNDを囲みGNDから0.5セル（0.5mm）離れた閉曲線に沿って，閉曲線に 平行な磁界を積分して求める．また，図3.2にd=4mm,w_s=8mmの時の電流分布計算結果 を示すが，AA’〜BB’では電流が急峻に変化していないことが確認できる．図3.3に|Il/If| の計算結果を示す．dを小さくするにつれ，CRBが狭くなることが分かる．また，dを大き くするにつれCRBが低周波数側へシフトしている．これは，dを大きくすると，スリーブ 導体とGNDの接続部が長くなることと，スリーブ先端部での漏れ電磁界の影響が大きく なることにより，等価的にスリーブ長が長くなるためと考えられる．次に，w_s+d= 28mm とし，dを変化させた場合の|Il/If|の計算結果を図3.4に示す．図3.4から，ws+dが一定 であれば，dを変化させてもCRBの広さはほとんど変化しないことが分かる．以上より，

w_s+d，すなわちアンテナ横幅w_aを小さくするほど，CRBが狭くなることが分かる．

また，d=4mm, w_s=8mmの時のzx面の放射パターン計算結果を図3.5に示す．図3.5 は，図3.1においてGNDをAA’から右側に340mm延ばした場合の放射パターンである．

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

300 400 500 600 700 800 900 frequency [MHz]

｜Il /If｜[dB]

d=8mm d=16mm d=24mm

図 3.4: |I_l/I_f|の計算結果（w_s+d= 28mm, c⃝2010 IEICE[11]）

470MHz 620MHz 770MHz

10[dB/div]

z 0

x 90

180 0dBi

270

E_θ

図 3.5: d=4mm, w_s=8mmの時のzx面の放射パターン計算結果 ( c⃝2010 IEICE[11])

620MHzでは半波長ダイポールアンテナとほぼ同じ放射パターンが得られているが，470,

770MHzでは放射パターンが乱れていることが分かる．ここで，図3.2に示した電流分布を見

ると，620MHzではAA’から右側に流れる漏れ電流を十分低減できているが，470, 770MHz

ではGND上の漏れ電流を阻止できていないことが分かる．また，周波数を変化させても モノポール上の電流分布の変化は小さいことが確認できる．したがって，470, 770MHzで 放射パターンが乱れているのは，漏れ電流を阻止できていないためと考えられる．

図3.3から，470〜770MHzにおいて，|I_l/I_f|を−10dB以下とし，漏れ電流をほぼ阻止す るには，最小で，アンテナ横幅w_aを56mmとする必要がある（d=16mm, w_s=8mm）．ま た，スリーブ長を短縮するほどCRBが狭くなることが報告されているので[7]，図3.1より スリーブ長を短くすることはできない．そこで，本章では，スリーブアンテナのスリーブ 部の小形化のために，スリーブ導体の途中に可変容量素子を設置し，そのキャパシタンス を変化させることでCRBを調整するスリーブアンテナを提案する．

l

l

C

C

図 3.6: 可変容量装荷スリーブアンテナ( c⃝2010 IEICE[11])