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RF信号処理による入力振幅比制御型2軸指向性可変アレーアンテナ

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(1)

RF

信号処理による入力振幅比制御型

2

軸指向性可変アレーアンテナ

豊田

一彦

a)

田中

裕喜

西山

英輔

田中

高行

A Dual-Axis Beam Steering Array Antenna with Input Amplitude Control

Based on RF Signal Processing

Ichihiko TOYODA

†a)

, Yuki TANAKA

, Eisuke NISHIYAMA

, and Takayuki TANAKA

あらまし 本論文では,平面型マジックT を用いた RF 信号処理による入力振幅比制御型の 2 軸指向性可変 アレーアンテナを提案し,その特性について理論,シミュレーション及び試作アンテナの測定により検討した結 果を報告する.提案するアンテナは,2 種類の平面型マジック T とマイクロストリップアンテナを組み合わせた 同相/逆相 3 給電アレーアンテナを用いたものであり,三つの入力端子に入力する信号の振幅比を制御すること によりアンテナの指向性を変えるものである.5.8 GHz 帯の試作アンテナにより E 面,H 面とも約 30 度の指向 性制御が実現できることを確認した.マイクロ波回路とアンテナを一体複合化することで,RF 信号処理の機能 をアンテナに組み込み,簡易な構成で指向性可変アレーアンテナを実現している. キーワード マジックT,3 給電アンテナ,指向性可変,位相誤差

1.

ま え が き

携帯電話や無線LANなどのコンシューマ向け無線 システムが広く使われるようになり,今や我々の生活 になくてはならないものとなった.そして,更なる利 便性の向上のために通信速度やシステム容量,周波数 利用効率などの向上が強く求められており,これに合 わせて通信機器の高性能化・高機能化が必要となって いる. これまでの無線システムでは主に,電波をスカラー の電気信号として扱い,振幅や周波数,位相等のパラ メータを使って情報を伝送している.しかしながら, 空間を伝搬する電磁波はベクトル量であり,偏波や伝 搬方向といった空間領域のパラメータももっている. これまでも偏波ダイバーシチやポラリメトリックレー ダなどでこれらの空間領域パラメータが用いられてき たが,次世代の高度無線システムを実現するためには その一層の活用が必要である.第5世代移動通信シス テム(5G)では,多数のビームを形成し空間を分割す ることで大容量システムを実現するmassive MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)が有力な技術とし 佐賀大学,佐賀市

Saga University, 1 Honjo-machi, Saga-shi, 840–8502 Japan a) E-mail: [email protected] て期待されているが,これも一種の空間領域パラメー タの活用である.また,周波数帯の逼迫に伴って,5G ではミリ波帯などの高周波帯の利用が検討されている. ミリ波帯では,伝搬による減衰が大きいため利得の高 い指向性アンテナの利用が必須となるが,移動通信の 場合には指向性の制御が必要となる. 指向性可変機能をもつアンテナとしては,複数のア ンテナ素子への給電位相を制御するフェーズドアレー アンテナや周波数により放射方向を変えることのでき る漏れ波アンテナが一般的である.その他に,可変リ アクタンスを装荷した無給電素子により指向性を切り 替えるマイクロストリップアンテナ[1]やスイッチン グ用ダイオードを装荷した無給電素子により指向性を 切り替えるモノポールアンテナ[2],放射素子にU字 形のスロットを設け,スイッチング素子により給電を 切り替えるマイクロストリップアンテナ[3],バラン の電気長をPINダイオードで切り替えて,左右の放 射素子の位相を変える準八木ダイポールアンテナ[4], チューナブルなインピーダンスサーフェスを用いて2 軸の指向性可変を実現したアンテナ[5]∼[8]等が報告 されている. 一方我々は,時間領域で直交する励振モードを利用 した指向性可変アレーアンテナを提案してきた[9].こ のアンテナでは,二つの入力信号をマジックTで和信

(2)

号と差信号に変換し,この和信号と差信号により二つ のアンテナ素子を励振する.これによりアンテナ素子 間に位相差が生じ,この位相差によりアンテナの指向 性を変えようとするものである.マジックTを用いる ことにより,アンテナ素子間の位相差は入力信号の振 幅比で制御できるため,入力信号の振幅比を変えるこ とで指向性を自由に変えることができる. 本論文では,まず,空間領域パラメータの活用に適 したRF信号処理について概説し,続いてRF信号処 理による入力振幅比制御指向性可変の原理について述 べる.次に,2種類の平面型マジックTを用いた3給 電アレーアンテナの構成について説明し,これを用い た入力振幅比制御型2軸指向性可変アレーアンテナを 提案するとともに,理論,シミュレーション及び試作 アンテナによりその特性を検討した結果を示す.最後 に,このアンテナでは二つの入力信号に90度の位相 差を与えることが必要となるが,振幅比を制御した場 合に位相差も変わってしまうことが懸念されるため, アレーアンテナへの給電に位相誤差が生じた場合の特 性変動について検討した結果を示す.

2. RF

信号処理

従来の無線通信では,搬送波の振幅や周波数あるい は位相を情報信号で変調することにより通信を行って いる.この場合,信号を式(1)で示すようなスカラー 信号として取り扱っていることになる. s(t) = A sin(2πf t + θ) (1) しかしながら,実際の電波はベクトル量であり,例え ば電界は式(2)のように表すことができる. E(r, t) = E0sin(2πf t − k · r + θ) (2) ここでE0は電界のベクトル振幅であり,振幅の大き さと電界の向き(すなわち偏波)という2種類のパラ メータをもっている.また,kは波数ベクトルであり, 電波の伝搬方向を表す.古典的な無線通信ではこれら のベクトル量すなわち空間領域パラメータが積極的に 用いられてきたとは言い難いが,将来の無線通信の高 度化に向けてこれらを活用することは必須である.こ のような空間領域パラメータを活用した無線通信シス テムを実現するためには,電波をRF帯で直接演算す るRF信号処理の技術が有効である.例えば,偏波は 空間的に直交する二つの信号のベクトル合成として取 り扱うことができる.また,アンテナから放射される 電波の伝搬方向は後述するとおり二つのRF信号の和 と差を用いて制御することができる.したがって,ベ クトル量である空間領域パラメータを取り扱うために は,それを構成する複数のスカラー信号の位相をいか に制御するかが鍵となる.RF信号処理を実現する代 表的なマイクロ波回路としては,同相分配合成を実現 するウィルキンソンディバイダ,90の分配合成を実 現する90ハイブリッド,0◦/180◦の分配合成を実現 するラットレースハイブリッドやマジックTがあり, これらの回路によりRF信号の加算や減算を行うこと ができる.また,90ハイブリッドに可変抵抗素子や 可変容量素子を接続した可変減衰器や可変移相器を用 いることでRF信号の振幅や位相を変えることができ る.更に,ダイオードの非線形性を利用した乗算器に よりRF信号どうしの乗算を行うことができる. 我々の研究室ではこれまで,このようなRF信号処 理回路を用いて1軸の入力振幅比制御型指向性可変ア ンテナ[9]やビーム追尾アンテナ[10],偏波切替アン テナ[11],到来角推定アンテナ[12], [13],乗算器を用 いた例としては,推定角度を広角化した到来角推定ア ンテナ[14]や偏波識別アンテナ[15],単一の制御電源 で垂直・水平・右旋・左旋の四つの偏波を切り替える アンテナ[16]などの高機能アンテナを提案してきた. 本論文では,同相/逆相分配合成回路であるマジック Tを用いてRF帯で二つの信号の振幅比により位相差 を制御する方法を紹介し,これを適用した2軸指向性 可変アンテナを提案する.本論文で提案する指向性可 変アンテナは,既報告の到来角推定アンテナ[12]と本 質的に同じ構造であり,受信アンテナとして用いるこ とにより電波の到来方向を知ることができる.このよ うに本構造では,電波の到来方向に基づいて放射方向 を変えるというような制御が可能となり,従来の各素 子への給電位相を直接制御するフェーズドアレーでは 実現することが難しい機能をアンテナシステムに容易 に組み込むことができる.

3.

入力振幅比制御型指向性可変アンテナ

3. 1 指向性可変の原理 図1に本論文で提案する入力振幅比制御による指 向性可変アレーアンテナの動作原理を説明するための ブロック図を示す.間隔dで配置された二つのアンテ ナがマジックTのポートM1,M2に接続されている. ポートH及びEはそれぞれマジックTの同相分配入 力及び逆相分配入力であり,それぞれ導波管マジック

(3)

図 1 入力振幅比制御による指向性可変の原理 TのH面分岐入力,E面分岐入力に相当する.この ポートH及びEに入力する二つの信号の振幅比を制 御することによってアンテナの指向性を制御する. ポートH及びEはそれぞれマジックTの同相分配 入力端子,逆相分配入力端子のため,ポートHに入力 された信号はポートM1,M2へ同相分配され,ポー トEに入力された信号はポートM1,M2へ逆相分配 される.またポートEとHは互いにアイソレーション ポートとなる.したがって,ポートH及びEに二つの 信号を入力すると,ポートM1へは二つの信号の和が 出力され,ポートM2へは二つの信号の差が出力され ることになる.今,この二つの入力端子に振幅Aの信 号と振幅1− A2の二つの信号を入力する場合を考 え,二つの信号はアンテナで90度の位相差をもって 合成されるようにする.このとき,図1のベクトル図 に示すとおり,ポートM1に現れる和信号(Σ)はポー トHに入力した信号(赤矢印)よりも位相がϕだけ 進み,ポートM2に現れる差信号(Δ)は位相がϕだ け遅れる.したがって,二つのアンテナに給電される 信号ΣとΔにはの位相差がつくことになる.こ こで,位相差は次式で与えられる. 2ϕ = 2 tan−1 1− A2 A (3) 二つのアンテナに位相差がある場合には,式(4) で与えられる角度θの方向で二つアンテナから放射さ れた信号の位相が揃い,アンテナの指向性はθの方向 に形成される. 2ϕ = k0d sin θ (4) ここで,k0は波数である.したがって,二つの入力端 子に入力する信号の振幅比を変えることにより指向性 を制御することができる. 本原理に基づいて,アンテナの指向性を計算する. 図 2 理論式より求めた指向性可変特性 和信号Σと差信号Δは式(5),(6)で与えられる. Σ =1 2{A + 1− A2e2} (5) Δ = 1 2{A − 1− A2e2} (6) このとき,二つのアンテナによるアレーファクタf (θ) は式(7)となる. f (θ) = Σ + Δejk0d sin θ (7) 本論文では,マイクロストリップアンテナを用いた アレーアンテナについて検討するため,アレーアンテ ナの指向性はマイクロストリップアンテナの素子指向 性をD0(θ)として式(8)で与えられる. D(θ) = f (θ)D0(θ) (8) マイクロストリップアンテナの指向性D0(θ)はE面, H面のそれぞれで式(9),式(10)で与えられる[17]. D0(θ) = cos  πL λ0 sin θ  (9) D0(θ) = cos θ sin(πL λ0 sin θ) πL λ0 sin θ  (10) ここで,λ0及びLはそれぞれ波長及びマイクロスト リップアンテナの長さである. 3. 2 理論式から求めた指向性可変特性 図2に,前節で述べた理論式より求めた入力振幅比 に対する主ビームの角度を示す.後述する試作アンテナ の設計に合わせて,アンテナ素子の間隔はd = 0.8λ0, マイクロストリップアンテナの一辺の長さL = 0.33λ0 としている.ポートHのみに入力した場合が振幅比0 であり,このときビームは正面方向(θ = 0◦)を向く.

(4)

また,ポートEのみに入力した場合には,二つのアン テナの位相差は180度となり,このときビームの方向 は式(4)より無指向性アンテナの場合で約38度とな る.E面の場合には,振幅比を0.1∼10まで変化させ ることによって30度の指向性可変を実現することが できる.また,H面の場合には28度となる.アンテ ナ間隔dを小さくすることによって指向性可変幅を広 げることができるが,この場合にはアレーアンテナの 利得が低下するなどのトレードオフが生じる.

4. 2

軸指向性可変アンテナ

4. 1 アンテナ構成と動作原理 図3に本論文で提案する2軸指向性可変アレーア ンテナの構成を示す.本アンテナは,同相/逆相3給 電アレーアンテナ[18]を用いている.四つのアンテナ 素子#1∼#4が四角形の頂点に配置されており,アン テナ素子#1と#4はそれぞれ位相反転回路を通して マジックT1とT2に接続されている.一方,アンテ ナ素子#2と#3はそれぞれマジックT1とT2に直接 接続されている.マジックT1,T2のポートHはア レーアンテナの入力端子2につながっており,ポート EはマジックT3に接続されている.更に,マジック T3のポートH,Eはそれぞれアレーアンテナの入力 端子1及び3につながっている. 図において,アンテナ素子の横に示した赤,青,緑 の矢印はそれぞれ,端子1,2,3から入力した信号の アンテナ素子での位相関係を示している.端子1か ら入力された信号はマジックT3で同相分配され,更 にマジックT1,T2で逆相分配される.逆相分配され た信号の片方は位相反転回路を通るため,最終的には 図 3 提案する入力振幅比制御型 2 軸指向性可変アレーア ンテナの構成 赤色の矢印で示したように四つのアンテナ素子は全て 同相で励振されることになる.これに対して,端子2 から入力された信号は同相分配されたのち,マジック T1,T2で更に同相分配される.このため,位相反転 回路の効果によりアンテナ素子#1と#2は逆相で励 振され,同様にアンテナ素子#3と#4も逆相で励振 される.一方,アンテナ素子#1と#4,#2と#3は それぞれ同相励振となる.したがって,アンテナ素子 での位相関係は青色の矢印のようになる.このような 構成とすることで,3.に示した原理を用いてアンテナ の端子1,2に入力する二つの信号の振幅を制御する ことにより,アンテナ素子間の位相差を変え,y–z面 で指向性を制御することができる. また,端子3から入力した信号はまずマジックT3 で逆相分配され,次にマジックT1,T2で逆相分配さ れるが,位相反転回路の効果によりアンテナ素子#1 と#2,#3と#4はそれぞれ同相で励振される.一方, アンテナ素子#1,#2と#3,#4は逆相で励振される ため,端子1及び3から入力した信号の振幅比を制 御することによりx–z面の指向性を変えることがで きる. 4. 2 アンテナ設計 図4に本論文で提案する入力振幅比制御による2軸 図 4 提案する入力振幅比制御 2 軸指向性可変アレーアン テナの構造

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指向性可変アレーアンテナの構造を示す.アンテナ素 子にはマイクロストリップアンテナを用い,アンテナ 素子とマイクロストリップ線路の信号線は基板表面, スロット線路は基板裏面に配置している.そして,2 種類の平面型マジックTを用いることで簡易な構造で 提案原理のアンテナを実現している.付録に示すとお り,マジックT1,T2はマイクロストリップ線路T分 岐とスロット–マイクロストリップ線路T分岐を組み 合わせることで実現しており,マジックT3はスロッ ト線路T分岐とマイクロストリップ–スロット線路T 分岐を用いている.位相反転はマイクロストリップア ンテナの給電点の位置を上下逆にすることにより実現 することができ,位相反転回路を挿入する必要はない. 設計はKeysight Technologies社のMomentumを用 いて行った.基板はテフロン基板(εr = 2.15,厚さ 0.8 mm)であり,アンテナ素子は設計周波数5.8 GHz において共振するように設計している.また,各入 力端子のインピーダンスは50 Ωとし,給電回路は端 子1∼3より入力した信号がアンテナ素子で適切な位 相関係をもつように設計した.アンテナ素子の大き さは17.0 × 17.0 mm,素子の中心間距離は41.4 mm (0.8λ0)である.このように本アンテナでは,2種類の 平面型マジックTを用いることにより非常に簡易な構 成で入力振幅比制御による2軸指向性可変アンテナを 実現している. 4. 3 測 定 結 果 図5に5.8 GHz帯の試作アンテナの写真を示す.ア ンテナの大きさは130 mm× 125 mmである.端子3 のスロット線路は同軸コネクタを接続するためにマイ クロストリップ線路に変換し,ビアを介して裏面のコ ネクタと接続している. 図 5 5.8 GHz 帯試作アンテナの写真(130 mm × 125 mm)(a) 表面,(b) 裏面 図6に入力端子1∼3の反射特性を示す.赤線が端 子1,青線が端子2,緑線が端子3の反射係数であり, 実線が測定値,破線がシミュレーション値である.設 計周波数である5.8 GHz付近でS11,S22,S33のい ずれも−10 dB以下になっており,良好な反射特性が 得られている.また,シミュレーション結果ともよく 一致している. 図7に各入力端子から入力した場合のE面指向性 図 6 反 射 特 性 図 7 放射パターンの測定値 (a) E 面,(b) H 面

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y–z面)とH面指向性(x–z面)の測定結果を示す. 赤線が端子1,青線が端子2,緑線が端子3から入力 した場合の特性である.端子1から入力した場合には, E面,H面とも正面方向に指向性をもっており,全て のアンテナ素子が同相で励振されていることが確認で きる.また,端子2から入力した場合には,E面で正 面方向でヌルとなっており,上下のアンテナ,すなわ ちアンテナ素子#1と#2,#3と#4がそれぞれ逆相 で励振されていることが分かる.更に,端子3から入 力した場合には,H面で正面方向にヌルが形成されて おり,左右のアンテナ,すなわち#1,#2と#3,#4 が逆相で励振されていることが分かり,設計どおりの 特性を有していることを確認した. 図8にE面の指向性可変特性とH面の指向性可変 特性を示す.赤線が測定値であり,青線がシミュレー ション値である.E面指向性の測定では,アンテナの 入力端子1及び2から信号を入力し,端子3は終端し ている.端子1からの入力振幅A1と端子2からの入 力振幅A2の比を0から10まで変えることにより約 30度の指向性可変特性が得られた.また,H面指向性 図 8 入力振幅比に対するビーム角 (a) E 面,(b) H 面 の測定では,アンテナの入力端子1及び3から信号を 入力し,端子2は終端している.H面の場合にも振幅 比を0から10まで変えることにより約28度の指向 性可変が実現できている.いずれの特性もシミュレー ション値とほぼ一致しているとともに,図2に示した 理論値ともおおむね一致している.

5.

給電位相誤差に対する特性変動

5. 1 理論式による検討 図1に示したように,本アンテナは二つの入力信号 に90度の位相差をもたせることで入力振幅比のみで 指向性を変えることができる.しかしながら,入力振 幅を変えた場合,位相差も変わってしまうことが懸念 される.そこで,入力信号に図9に示すような位相誤 差ϕeが生じた場合の特性について検討した[19].位 相誤差ϕeを考慮した場合の和信号Σと差信号Δは それぞれ式(11)と式(12)で与えられる. Σ =1 2  A +√1− A2ej(π2+ϕe) (11) Δ = 1 2  A −√1− A2ej(π2+ϕe) (12) これらを式(7)に代入し,式(8)を計算することで入 力位相誤差がある場合のアンテナの指向性を求めるこ とができる. 図10に位相誤差ϕeが生じた場合の入力振幅比に 対する主ビームの方向を示す.ここでA1A2A3は それぞれアンテナの入力端子1∼3の入力振幅である. 位相誤差ϕeが大きくなるにつれてビーム方向のずれ も大きくなるが,位相誤差が45度の場合でもその差 は1∼2度である. 5. 2 シミュレーション結果 図11 に入力振幅比1の場合の位相誤差に対する ビーム角と利得のシミュレーション結果を示す.それ 図 9 入力信号に位相誤差のある場合

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図 10 入力位相誤差がある場合の指向性可変特性 (a) E 面,(b) H 面 ぞれ赤線が主ビーム角,青線が利得を示している.位 相誤差ϕeが増加しても,ビーム角はほとんど変わらな いが,利得が徐々に低下していくことが分かる.図11 ではビーム角が不連続に変化しているように見えるが, これは1度単位でプロットしているためであり,実際 には滑らかに変化する.

6.

む す び

本論文では,マジックTを用いたRF信号処理につ いて紹介し,これを用いた2軸指向性可変アレーアン テナを提案した.試作アンテナによりその特性を評価 し,ほぼ設計どおりの特性が得られていることを確認 した.また,給電信号に位相誤差が生じた場合の特性 変動について理論及びシミュレーションにより検討し た.位相誤差が生じた場合,主ビームが広がり,利得 は低下するが主ビームの方向はほとんど変わらないこ とが明らかとなった.本アンテナは,マイクロ波回路 とアンテナを一体複合化した構成であり,信号をRF 帯で直接信号処理することにより簡易な構成で2軸 図 11 入力位相誤差に対するビーム角と利得のシミュレー ション結果 (a) E 面,(b) H 面 指向性可変アンテナを実現している.試作アンテナは 5.8 GHz帯で設計しているが,本アンテナは受動回路 のみで構成されているため,提案したコンセプトはマ イクロ波帯からミリ波帯などの広い周波数帯で利用可 能であり,様々な用途への適用が期待できる. 謝辞 本研究の一部はJSPS科研費JP17K06429 の助成を受けて実施したものです. 文 献

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平面型マジックT ここでは,本論文で提案する2軸指向性可変アレー アンテナを実現するための鍵となる平面型マジックT について説明する. マジックTは同相/逆相分配合成回路であり,同相分 配合成を実現する並列分岐回路と逆相分配合成を実現す る直列分岐回路を組み合わせて構成することができる. 図A· 1に,マイクロストリップ線路とスロット線 路で構成することのできる分岐回路の平面図を示す. 図において,マイクロストリップ線路のストリップ導 体は基板の上面に配置されており,スロット線路は 基板の下面,すなわち接地導体面に形成されている. 図A· 1 (a)はマイクロストリップ線路T分岐であり, 並列分配合成回路である.また,図A· 1 (b)はスロッ ト線路T分岐であり,直列分配合成回路,図A· 1 (c) はマイクロストリップ–スロット線路T分岐であり,並 列分配合成回路である.最後に,図A· 1 (d)はスロッ ト–マイクロストリップ線路T分岐であり,直列分配 合成回路である.これらのうち,並列分配合成回路で ある図 A· 1 (a)のマイクロストリップ線路T分岐と 直列分配合成回路である図A· 1 (d)のスロット–マイ クロストリップ線路T分岐をマイクロストリップ線路 を共有するように組み合わせると,提案アンテナのマ ジックT1,T2として用いているマジックTを構成 することができる.同様に,図A· 1 (b)のスロット線 路T分岐と図A· 1 (c)マイクロストリップ–スロット 線路T分岐をスロット線路を共有するように組み合わ

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図 A· 1 マイクロストリップ線路とスロット線路で構成で きる分岐回路 (a) マイクロストリップ線路 T 分 岐,(b) スロット線路 T 分岐,(c) マイクロスト リップ–スロット線路 T 分岐,(d) スロット–マ イクロストリップ線路 T 分岐 せるとマジックT3として用いているマジックTを構 成することができる. (平成 30 年 6 月 3 日受付,8 月 5 日再受付, 11月 12 日公開) 豊田 一彦 (正員:シニア会員) 1985年 3 月大阪大学工学部通信工学科 卒,1990 年 3 月同大大学院工学研究科通信 工学専攻博士後期課程修了.工学博士.同 年 4 月日本電信電話 (株) 入社.1990 年∼ 2001年 NTT 研究所及び NTT エレクト ロニクス (株) にて,3 次元 MMIC の研究 及び事業化に従事.2001 年より NTT 研究所にて,ミリ波ワイ ヤレスシステムの研究開発及び標準化並びに研究所のインキュ ベーション業務に従事.2004 年∼2007 年新潟大学客員助教授, 2007年∼2011 年東京電機大学非常勤講師,2011 年 4 月より 佐賀大学教授.2017 年 4 月∼2018 年 3 月工学系研究科副研究 科長,10 月より学長補佐.2018 年 4 月より副理工学系長,副 理工学部長,現在に至る.電磁波の波動的性質を活用したマイ クロ波回路とアンテナを融合したマイクロ波信号処理技術の研 究に従事.本会東京支部評議員,九州支部運営委員,英文論文誌 編集委員,和文論文誌特集号編集委員会委員長,マイクロ波研究 専門委員会幹事,短距離無線通信研究専門委員会委員,無線電力 伝送研究専門委員会委員,電気学会電子デバイス技術委員会委 員長・副委員長・幹事,EuMA GA メンバー,ミリ波実用化コ ンソーシアム Vice Chair 等を歴任.1993 年度本会学術奨励賞, Japan Microwave Prize (APMC’94),第 18 回電気通信普及 財団テレコムシステム技術賞,2004 年度本会エレソ賞,2010 年,2016 年本会論文賞,2017 年度佐賀大学教育功績者等表彰, NTT社内表彰など受賞.電気学会,IEEE,EuMA 各会員. 田中 裕喜 2015年 3 月佐賀大学理工学部電気電子 工学科卒,2017 年 3 月同大大学院工学系 研究科電気電子工学専攻博士前期課程修了. 在学中は RF 信号処理用平面型マジック T 及びこれを用いた指向性可変アンテナの研 究に従事.現在電機メーカに勤務. 西山 英輔 (正員:シニア会員) 1987年佐賀大学理工学部電子工学科卒, 1989年同大大学院修士課程修了.同年佐 賀大学理工学部技官,助手,助教.現在同 大理工学部准教授.2007 年∼2008 年米国 カリフォルニア大学ロサンゼルス校訪問研 究員.平面アンテナの研究に従事.2013 年∼2014 年 IEEE AP-S Fukuoka Chapter Chair.博士 (工 学).IEEE 会員. 田中 高行 (正員) 1986年佐賀大学理工学部電子工学科卒. 1988年同大大学院修士課程了.同年同大 理工学部助手.現在,同大理工学部准教授. 博士(工学).マイクロ波回路の研究に従 事.IEEE,映像情報メディア学会各会員.

図 1 入力振幅比制御による指向性可変の原理 T の H 面分岐入力, E 面分岐入力に相当する.この ポート H 及び E に入力する二つの信号の振幅比を制 御することによってアンテナの指向性を制御する. ポート H 及び E はそれぞれマジック T の同相分配 入力端子,逆相分配入力端子のため,ポート H に入力 された信号はポート M1 , M2 へ同相分配され,ポー ト E に入力された信号はポート M1 , M2 へ逆相分配 される.またポート E と H は互いにアイソレーション ポートとなる.
図 10 入力位相誤差がある場合の指向性可変特性 (a) E 面,(b) H 面 ぞれ赤線が主ビーム角,青線が利得を示している.位 相誤差 ϕ e が増加しても,ビーム角はほとんど変わらな いが,利得が徐々に低下していくことが分かる.図 11 ではビーム角が不連続に変化しているように見えるが, これは 1 度単位でプロットしているためであり,実際 には滑らかに変化する. 6
図 A · 1 マイクロストリップ線路とスロット線路で構成で きる分岐回路 (a) マイクロストリップ線路 T 分 岐,(b) スロット線路 T 分岐,(c) マイクロスト リップ–スロット線路 T 分岐,(d) スロット–マ イクロストリップ線路 T 分岐 せるとマジック T3 として用いているマジック T を構 成することができる. (平成 30 年 6 月 3 日受付,8 月 5 日再受付, 11 月 12 日公開) 豊田 一彦 (正員:シニア会員) 1985 年 3 月大阪大学工学部通信工学科 卒,

参照

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