研究スタッフ
教 授：陳助 教：

佐藤

強弘康

今野 佳祐

研究目的
本研究室では，近年その利用分野がますます多様化・高度化している電磁波工学に関する研究を行っている．研究対象は，電磁理論，通信，計測，電磁環境等の幅広い分野に亘っており，基礎から応用まで一貫した研究を理論的・実験的に進めている．
現在は，以下に示す課題について，精力的に研究を進めている．

主な研究テーマ
変調散乱素子を用いた電磁界の同時測定

無線通信不感地帯解消用広帯域リフレクトアレー
Top View
l1l2

yzd・・・・・・

l1

NθsIncident wave

0o

ダイバーシティを用いたスマートシェルシステムの開発
 Smart-Shelf System

 2D Transmission
Communication sheet

LPDAを用いたリフレクトアレー
s1  5.2 mm,   0.85 , d  4 mm
d x  20 mm, ( in , in )  ( 0, 90 ) deg .

3GHz
4GHz
5GHz

周波数の異なる多数の変調散乱素子から再放射された電磁界を同時に観測することにより，瞬時に変化する電磁界をリアルタイムに測定する方法を提案している．

Scatteringwave

0.45mm

DipoleDipole elementelement
対数周期ダイポールアレー(LPDA)素子
リアルタイム測定装置

Incident
wave

LPDA

yx

sN-x・・・・・・・・・

s1

Side View

z90o-40-3090o-20 [dBsm]

Fig. RCS pattern of reflectarray

リフレクトアレーの利得の広帯域化を実現するため，超広帯域な動作帯域を持つと知られている対数周期ダイポール（LPDA）をリフレクトアレーの素子として用いることを提案している.

ガスメーター無線検針システム用ダイバーシチアンテナ

 Variation of electric field distribution
-50

Feed

Dipole antenna

diodes-60-650.8 V

メーターにアンテナを実装-701.2 V-75

0.4 V
Bias Voltage = 0 V

-80
0100

200

300

400

500

600

700

800

集合住宅x [mm]250

 Diversity reception
Successful read: 100%xooxoo x o oooooo o ooo
O: Success

X: Failw/ diversity reception
200

Books with tags

Waveguide sheet

Recieving Power [dBm]

Successful read: 70%

Response Times Objective

150

w/o diversity reception
10050






受信レベルの落ち込む場所が存在

CDF[%]

RFID Read Antenna

ReaderReceived Power [dBm]-55

Waveguide sheet

S 10S 20Sd      Location [m]






|S|[dB]

0051015202530

No. of Books

本棚の底面に配置するRFIDリーダアンテナを提案している．リーダアンテナの終端負荷の切替ダイバーシティによりタグでの受信電力を大幅に改善した．

陳研究室

ガスメータの従来の検針作業の無線通信による自動化を検討している．金属製Box内のガスメータに2本のアンテナを配置しダイバーシティ技術を用いることにより受信電力が6dB改善されることを示している．

www.chenq.ecei.tohoku.ac.jp

移動通信基地局用多周波共用アンテナの研究

Array antenna with N elements

Radome(×2500)

d……

……

……

AntiPodal Tapered Slot Antenna; APTSA

2l……

#1 #2 …… #K #1 #2 …… #K#1 #2 …… #K……
#1#2#N/K( l 1)

 I  it(l 1 )

  I (0)i

HN/K( l 1)(l )  i 1  Z     Z   I    Z   I   ,jiiijjijj  i 1 j 1


1



(l)

  I  i    I t  I i(l 1 )(l)102

 Self and mutual impedanceof the segments between
groups i and ji  1, 2 , , N/K; l  0 ,1, ,L.

RadomeTop layer

Bottom layer

Inverse matrix is evaluated byusing the direct method such as
the Gauss-Jordan method

101

10Negative  metamaterialN
MoMを用いた大規模アレーアンテナの電磁界解析を可能にするために，Gauss-Seidel 法に基づいた高速行列演算手法を提案している．
10100-5多帯域化する基地局の省スペース化を実現するため,複数の周波数帯を1つでカバーできる多周波共用アンテナを提案している.

 =1
=0.8-2

1000-10-15-200500

1000

1500

2000

2500

3000

Frequency [MHz]ミリ波帯スイッチングアンテナの基礎検討

10080

η [%]

屋内ミリ波帯無線LAN用ビーム方向切替漏れ波アンテナを提案している．平行二本線路の近傍に置かれたダイポール素子のアレー間隔を機械的に切り替えることでビーム方向を切り替える．線路にインダクタを装荷することでグレーティングローブを抑圧可能である．

Radiation

Standing wave

Frequency=30 MHz
60 Unit:[cm]N=5, R=20, r=10,a=2, l=4, h=50, d=240w/ Optimum Loadw/ Switching
w/o Switching

20

Wireless Power Transfer (WPT) System
05Two-wire parallel

10 15 20 25 30 35 40 45 50∆y [cm]Δy0ozhx
N turns

送信アンテナの近傍に設置された無給電素子の終端条件を切り替えることで，システムのインピーダンスを変化させ，送受信アンテナが位置ずれした際も高効率な無線電力伝送が可能となる．

yral
Helical Coil Array
TxdZSE transmission line

Dipole array

Power transmission efficiency versus positionaldeviation

RxZl

指向性の3Dパターン

反射係数の周波数特性

無給電素子を用いた近傍界無線電力伝送の高効率化)

0(6-sector)

=0.2r  1Paper (1 mmthickness,

Inside of Radome

Base Station

 =1.210010-1

Initial value is evaluated without mutual
coupling between the groups.
(0) I   V inc  /  Z  , i   ii
 ixzGauss-Jordan  I  i ,iReflector

M=9, K=1, d=/2

CPU Time [sec]Dipole array antennay103

Novel Iterative Stepsz

 0 0o z

d  0.6E

0d  0.8
90 o90o90o90ox

10 [dBi]-10 0R-10 0x

10 [dBi]

Side view of proposed WPT system

屋内における地上デジタルテレビジョン放送波の測定とダイバーシティ受信の検討A3a5A1aBroadcastin
gwaveayb1x10 m

10view b4b b3

10
10.5

00.5

y10

1 1

00.50.5

d= 5 myfV =2448MHz

10.50.5

110
10.5

035°

0.5

600

10.5

0

1 10.510.5

1x10

受信アンテナ.

H

V-pol.

H-pol.

1000

受信電力のスペクトログラム
2444

2446

2448 2450 2452
Frequency [MHz]

2454

2456

-80
[dBm]

11 dB-20-25-80-75-70-65-60-55-50

Received Power [dBm]

偏波ダイバーシティの有無に対する受信電力の累積確率分布

マルチパス伝搬環境における人体貼り付け型センサーの通信品質向上を目的として
偏波選択ダイバーシティの効果を実験的に評価しダイバーシティ利得11 dBを得た．

ミリ波パッシブイメージング装置の開発

l2R

ミリ波パッシブ撮像装置（ミリ波サーモグラフィー）

30カプセルアンテナ.
d = 5mm
カプセルアンテナの伝送特性
0-10Deionizedwater-20

Deionized water:-20dB@780MHz.
HBTL:-33dB@1GHz

衣服下の液体の検知-30-40-50

HBTL-60-70-80

シミュレーション見取り図

012Frequency [GHz]3

飲み込み型カプセル内視鏡用アンテナと人体外部に置かれたアンテナを設計している．人体等価ファントムを用いた場合の伝送特性を解析と実験により求めた結果，約-30 dBの減衰が得られた．

陳研究室

300

With polarization
diversity

-15

金属探知機

食道

カプセルを排出35°-10[mm]

人体ファントム.
d

大腸
小腸-50-55 [dB -25m]

飲み込み型カプセル内視鏡用アンテナの設計胃

Received power

400

unit [m]z-55 [dB -25m] 受信電力分布

送信カプセルアンテナ.

Without polarization diversity-51

屋内における地上デジタル放送の受信電力を測定し，指向性ダイバーシティの効果を明らかにしている．空間ダイバーシティ利得3～7.3 dBを得た．

カプセル
内視鏡

0fV =2.446.5MHz

2000

飲み込み型カプセル内視鏡

マルチパスフェージングの実験環境

Real-time Spectrum Analyzer(Tektronix RSA3308A)

Tx.V

500
0.5

0.5

unit [m]1

randomly moving
scatterers

0.5

11

1.4 m

1.4 m

y

Tx.H

yxz

正面配置
zxx

00.50.5

aTop

b20.5

10.5°Broadcasting wavea40.5

2A415 mzPy

10.5

a35

Sinkz

Px

3

背面配置

Measurement room

環境流体研究20
1.5 km
棟m
地上デジタル放送波の測定環境

a1

Window
A2

A5200m

受信アンテナ

マルチパス環境
人体貼り付け型センサー

Cumulative Probabillity [dB]

a4

Door

Broadcasting
tower

人体貼り付けセンサ用ダイバーシティアンテナの研究

Time [s]Site 2 Measureme 東北大学片東北大学
nt building 平キャンパ
青葉山
ス Site 1
キャンパス3.4 km 広瀬
1.5川km八木山
仙台
動物公
Broadcasting市野園
tower
草園

|S21| [dB]z

大規模アレーアンテナのMoM解析

空港、港湾等の水際において，金属探知機で検出できない液体，ペットボトル，プラスチック爆弾等の誘電体を，非接触・非侵襲で検知可能なミリ波パッシブ撮像装置を開発し，産学連携のもとに製品化している．

www.chenq.ecei.tohoku.ac.jp