3Dプリンタを利用した高機能誘電体カバー装着簡易レーダーアンテナの試作

使用 3D 打印机制作带有高性能电介质盖的简单雷达天线的原型

基本信息

批准号：
16H00373
负责人：
松田英昭
金额：
$ 0.34万
依托单位：
Akita National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16H00373/
关键词：
3Dプリンタ誘電体レンズミリ波アンテナ

项目摘要

天候に左右されないミリ波レーダーは自動車に採用され, 普及が進んでいる。一般的にレーダー用アンテナは用途によって所望する放射パターンが異なるため, 目的に応じて複数のアンテナを設計する必要がある。これに対して, 基本となるアンテナに誘電体レンズを装着するだけでアンテナの放射特性を制御することができれば, 安価でカスタマイズ性に優れたレーダー用アンテナの開発が期待される。本研究では76GHz帯ミリ波アンテナ用誘電体レンズの試作方法について検討し, 今回はレンズ装荷時の放射特性の比較を行った。レンズを試作するにあたり, 高精度な工作機械のマシニングセンタ(以後, MC)製のレンズと3Dプリンタ製のレンズの比較を行った。レンズの形状を決定するために, まずはミリ波用ホーンアンテナの形状を3次元測定器で採寸し, 得られた寸法を3DCADで図面化した。得られた図面を基にH面方向に主ビームが広角化するようにホーンアンテナ用レンズを設計し, 試作した。MCでの加工時間は準備も含め4時間程度であった。これに対して3Dプリンタは熱溶解積層方式(FDM法)と光造形方式(STL法)の2種類使用したが, どちらも比較的簡単な準備で印刷することができ, 1時間半程度で完成した。全てのレンズで主ビームは広角化し, 3Dプリンタ製でもMC製と同等の性能が得られた。次に, 主ビームの更なる広角化を狙い, レンズの内部に空洞を設けることとした。事前にFDTD法によるシミュレーションを行って形状を決定し, FDM法により試作した。測定結果より, 提案レンズではさらに広角化できることを確認した。空洞あり誘電体レンズはMCで製作する場合1ピースでは製作できない。3Dプリンタの特徴を活かせば高性能かつ複雑なレンズ形状の加工も期待できると考えている。

不受天气影响的毫米波雷达已在汽车中采用，并且变得越来越受欢迎。通常，雷达天线具有不同的辐射模式，根据应用的不同，因此需要根据目的设计多个天线。相反，如果可以通过将介电晶状体连接到基本天线来控制天线的辐射特性，则可以预计将开发出廉价且高度可定制的雷达天线的发展。在这项研究中，我们研究了一种76GHz带毫米波天线的介电晶状体的原型方法，这次我们比较了加载镜头时的辐射特性。创建原型镜头时，我们比较了由高精度机床（以下称为MC）和由3D打印机制成的镜头制成的镜头。为了确定镜头的形状，首先使用3D测量仪器测量毫米波角天线的形状，并使用3DCAD绘制所获得的尺寸。根据获得的图纸，设计了喇叭天线的透镜，以使主梁在H平面方向上宽宽，并在原型中制造。 MC的处理时间约为4小时，包括准备。相比之下，使用了两种类型的3D打印机：热融化层压板（FDM）和光学建模（STL）方法，但两者都相对较简单，并且在大约一个半小时内完成。所有镜头在主梁中具有较大的角度，即使使用3D打印机也达到了相当于MC的镜头。接下来，为了进一步扩大主梁，镜头内建立了一个空腔。形状是通过使用FDTD方法的模拟确定的，该原型是通过FDM方法制成的。从测量结果中可以证实，可以使所提出的镜头更宽。当使用MC制造空心介电透镜时，它们不能使用一块制造。我们认为，通过利用3D打印机的特性，我们可以期望处理高性能和复杂的镜头形状。