メタマテリアルアンテナの基礎 [単行本]

メタマテリアルアンテナの基礎 [単行本] の 商品概要

• 目次

  1．メタマテリアルとアンテナ
  1.1　物質の巨視的電磁特性とメタマテリアル
  　1.1.1　構成方程式
  　1.1.2　メタマテリアル
  1.2　メタマテリアル素材とその特性
  　1.2.1　実効誘電率・実効透磁率と等価回路
  　1.2.2　細線導体とスプリットリング共振器
  　1.2.3　格子構造体
  　1.2.4　誘電体共振器アレー
  　1.2.5　セラミックコンデンサ
  　1.2.6　電磁界解析とメタアトム
  1.3　アンテナと基本定数
  　1.3.1　入力インピーダンス
  　1.3.2　指向性
  　1.3.3　利得
  　1.3.4　受信アンテナ
  　1.3.5　アンテナの回路論的取り扱い
  1.4　メタマテリアルのアンテナ応用
  　1.4.1　レンズアンテナ
  　1.4.2　小形アンテナの限界
  2．電磁界およびアンテナの基礎
  2.1　基本電磁法則
  　2.1.1　マクスウェルの方程式
  　2.1.2　境界条件
  　2.1.3　エネルギー保存則とポインティングベクトル
  　2.1.4　波動方程式と放射条件
  　2.1.5　電磁ポテンシャル
  　2.1.6　電磁界の双対性
  　2.1.7　相反定理
  　2.1.8　相似の理
  2.2　平面波
  　2.2.1　平面波の伝搬
  　2.2.2　偏波
  　2.2.3　平面波の反射と屈折
  　2.2.4　位相速度と群速度
  2.3　表面波
  　2.3.1　境界に捕捉された表面波と漏れ波
  　2.3.2　ツェーネック波と表面プラズモンポラリトン
  2.4　左手系媒質
  　2.4.1　ポインティングベクトル
  　2.4.2　分散性媒質のエントロピー条件
  　2.4.3　平板レンズ
  　2.4.4　漏れ波アンテナ
  2.5　電磁波の放射と散乱
  　2.5.1　波動方程式の解
  　2.5.2　波動方程式の解表現と等価定理
  　2.5.3　遠方界
  　2.5.4　散乱と断面積
  2.6　アンテナの基本特性
  　2.6.1　微小ダイポールアンテナ
  　2.6.2　微小ループアンテナ
  　2.6.3　アンテナのインピーダンス
  　2.6.4　指向性と指向性利得
  　2.6.5　アンテナの利得
  　2.6.6　放射効率
  2.7　基本アンテナ
  　2.7.1　ダイポールアンテナ
  　2.7.2　モノポールアンテナ
  　2.7.3　ループアンテナ
  　2.7.4　マイクロストリップアンテナ
  　2.7.5　進行波形アンテナ
  3．CRLH伝送線路
  3.1　右手系伝送線路
  　3.1.1　伝送線路の種類とその特徴
  　3.1.2　TEM線路の電磁界と伝送線路方程式
  　3.1.3　回路論的伝送線路方程式
  　3.1.4　伝送線路と平面波のアナロジー
  　3.1.5　無損失伝送線路と基本定数
  3.2　CRLH伝送線路
  　3.2.1　理想左手系伝送線路
  　3.2.2　右手左手系複合伝送線路
  　3.2.3　バランス型CRLH伝送線路
  3.3　CRLH伝送線路と1次元メタマテリアル
  　3.3.1　周期回路網の分散関係式
  　3.3.2　T形CRLH等価回路
  3.4　左手系素子の実装とその特性解析
  　3.4.1　回路素子の実装
  　3.4.2　回路パラメータの抽出
  3.5　CRLH伝送線路の設計
  　3.5.1　準回路理論的設計
  　3.5.2　準電磁界理論的設計
  　3.5.3　設計フローチャート
  3.6　2次元CRLH伝送線路
  　3.6.1　分散関係式
  　3.6.2　ブリルアンゾーンと分散特性
  　3.6.3　マッシュルーム構造の分散特性
  4．メタマテリアルベースアンテナの設計
  4.1　分散特性とアンテナ
  4.2　アンテナの小形化とその設計事例
  　4.2.1　基本設計法
  　4.2.2　同軸モノポールアンテナ
  　4.2.3　平行2線型ダイポールアンテナ
  　4.2.4　マイクロストリップアンテナ
  4.3　偏波制御とその設計事例
  　4.3.1　ループアンテナ
  　4.3.2　スパイラルアンテナ
  4.4　ビーム走査と漏れ波アンテナの設計事例
  　4.4.1　漏れ波と右手・左手系放射
  　4.4.2　基本設計法
  　4.4.3　導波管スロットアレー漏れ波アンテナ
  　4.4.4　マイクロストリップ型漏れ波アンテナ
  　4.4.5　はしご型漏れ波アンテナ
  　4.4.6　マッシュルーム型漏れ波アンテナ
  　4.4.7　コプレーナストリップ漏れ波アンテナ
  5．メタサーフェス
  5.1　周波数選択板
  　5.1.1　動作原理
  　5.1.2　設計手順
  5.2　自己補対メタサーフェス
  5.3　リフレクトアレー
  5.4　クローキング
  　5.4.1　リフレクトアレーによるイリュージョンクローキング
  　5.4.2　変換電磁気学
  5.5　電波吸収板
  　5.5.1　FSS型ソールズベリー電波吸収体
  　5.5.2　マッシュルーム型電波吸収体
  5.6　メタレドーム
  5.7　人工磁気導体
  　5.7.1　AMCの実現例と設計法
  　5.7.2　アンテナの低姿勢化
  5.8　メタサーフェス融合アンテナ
  　5.8.1　EBG特性を利用した表面波の低減
  　5.8.2　マイクロストリップアンテナの高利得化
  　5.8.3　アンテナ相互結合の低減
  5.9　メタサーフェスの設計
  付録A　物理定数と物質の電気定数
  A.1　基本定数
  A.2　物質の電気定数
  付録B　導体ストリップと細線導体
  B.1　無限長ストリップ導体の静電容量
  　B.1.1　無限長導体スリットの静電ポテンシャル
  　B.1.2　ストリップ導体間の静電容量
  B.2　周期細線導体のインダクタンス
  　B.2.1　無限長導体アレー
  　B.2.2　有限長細線導体
  B.3　マッシュルーム型EBG
  付録C　2端子対回路網
  C.1　集中定数回路
  　C.1.1　インピーダンス行列とアドミタンス行列
  　C.1.2　縦続行列
  　C.1.3　行列間の関係
  　C.1.4　等価回路変換
  　C.1.5　散乱行列
  C.2　分布定数線路
  　C.2.1　Z行列
  　C.2.2　F行列
  　C.2.3　S行列
  付録D　ベクトル公式
  D.1　座標系と単位ベクトル
  D.2　ベクトルの積
  D.3　微分公式
  D.4　積分公式
  　D.4.1　体積積分と面積分
  　D.4.2　面積分と線積分
  　D.4.3　グリーンの定理
  付録E　数値積分
  引用･参考文献
  索引

• 出版社からのコメント

  メタマテリアルの構造や特性を理解し，初心者でもメタマテリアルアンテナが設計できる内容となっている。

• 内容紹介

  メタマテリアルの工学的応用に関する研究は，特にマイクロ波デバイスやアンテナなどの分野で急速に進みつつある。このような背景から，電子情報通信学会アンテナ・伝播研究専門委員会において，著者の一人を講師とするメタマテリアルのアンテナおよび関連分野への応用に関するワークショップが開催された。本書はワークショップのテキストを整理し，いくつかの話題を追加したもので，メタマテリアルの特徴を理解するとともに，初心者でもメタマテリアルアンテナの設計ができるようになることを目的に書かれている。
  
  1章「アンテナとメタマテリアル」では，電磁気学と電気回路の初歩的知識だけを前提として，メタマテリアルあるいはアンテナを初めて学ぶ読者を対象に，それらの基本的な性質と考え方をできるだけ簡単に説明する。
  2章「電磁界およびアンテナの基礎」では，メタマテリアルアンテナを理解するうえで必要最小限と思われる電磁界とアンテナに関する基礎的事項をまとめた。メタマテリアルアンテナの設計には，メタマテリアル内の電波伝搬や電磁波散乱などの電磁現象を正確に理解することが必要不可欠である。また，本書で用いる記号や内容に慣れるために，アンテナと電磁界理論に習熟している読者も復習を兼ねて一読をお願いしたい。
  3章「CRLH伝送線路」は本書を理解するうえで欠かせない章である。メタマテリアルアンテナの放射特性を正しく理解するためには，電磁界とアンテナに関する知識が不可欠で，アンテナ構造の具体的な設計のためには，それに加えてメタマテリアル素材の構造パラメータと実効誘電率および透磁率の関係を知る必要がある。このためには，電磁現象を等価的な回路パラメータに置き換えて考察するのが有効で，これによって物理現象を定性的に捉えることが容易になる。本章では，メタマテリアルアンテナ設計に不可欠なCRLH伝送線路理論を中心に解説するとともに，具体的なメタマテリアルアンテナの構造決定法を紹介する。
  4章「メタマテリアルベースアンテナの設計」では，メタマテリアル構造が組み込まれたメタマテリアルベースアンテナの設計法を詳細に解説する。最初にアンテナに求められる一般的な性能をまとめ，従来の右手系アンテナとメタマテリアルアンテナおける小形化と広帯域化手法の違いを比較する。つぎにメタマテリアル特有の原理を利用したアンテナ設計法とそれを利用したアンテナの実現例を紹介する。同時に広帯域化だけではなく，偏波の制御にも応用できることを示す。最後に，周波数によってビーム走査可能な漏れ波アンテナへ応用した例をいくつか紹介する。
  5章「メタサーフェス」では，平面構造のメタマテリアルであるメタサーフェスとその応用例を紹介している。メタマテリアルの一形態ではあるが平面構造特有の原理と特徴があることから，章を改めることにした。本章ではメタサーフェス固有の原理とその関連技術を解説するが，これがアンテナに応用されれば，全体システムとしてはメタマテリアル融合アンテナの一種と解釈できる。本章では，これをメタサーフェス融合アンテナと呼んで簡単に紹介する。
  
  図書館選書
  電磁界の性質やアンテナの基礎知識，およびメタマテリアルの構造や特性を理解し，初心者でもメタマテリアルアンテナの設計ができる内容となっている。また，メタサーフェスについては別途章を設け，その特徴と応用例を紹介。

• 著者紹介（「BOOK著者紹介情報」より）（本データはこの書籍が刊行された当時に掲載されていたものです）

  宇野 亨(ウノ トオル)
  １９８０年東京農工大学工学部電気工学科卒業。１９８５年東北大学大学院博士課程修了（電気及通信工学専攻）。工学博士。１９８５年東北大学助手。１９９１年東北大学助教授。１９９４年東京農工大学助教授。１９９８年東京農工大学教授
  
  道下 尚文(ミチシタ ナオブミ)
  １９９９年横浜国立大学工学部電子情報工学科卒業。２００４年横浜国立大学大学院博士課程修了（物理情報工学専攻）。博士（工学）。２００４年防衛大学校助手。２００７年防衛大学校助教。２０１２年防衛大学校講師。２０１４年防衛大学校准教授。２０２１年防衛大学校教授

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