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本文1410字，阅读约需4分钟

摘要：研究小组着眼于在电机领域中使用的磁力齿轮，利用其实现了一种非接触式驱动型模式可重构八木·宇田天线，可以360°全方位扫描波束，同时保持几乎相同的强度，显示出作为模式可重构天线的理想性能。

关键词：下一代通信、磁力齿轮、模式可重构天线、非机械连接、3D打印

要点

聚焦Beyond 5G等下一代无线通信，开发出一种采用磁力齿轮^（注1）的非接触式驱动型、模式可重构^（注2）八木·宇田天线^（注3）。
可以360°全方位扫描电磁波辐射方向（波束方向），并能保持几乎相同的强度。
由于可变机构不进行机械连接的结构，可避免以往高频特性劣化和结构复杂等问题。
其结构简单，可使用廉价材料制造，有望应用于下一代无线系统，快速实用化。

概要

在Beyond 5G等下一代无线通信中，为了利用高频电磁波实现高速、高容量的通信，亟需一种能够灵活控制电磁波辐射方向（波束方向）的天线技术。

研究小组通过应用电机领域中使用的磁力齿轮，开发出一种非接触式驱动型模式可重构八木·宇田天线。这种天线可以360°全方位以几乎相同的强度进行波束扫描。其结构简单，可以抑制传统可调天线中存在的结构复杂和电磁波衰减的问题，并且由于该天线可使用廉价材料制造，因此有望发展成为一项基础技术，以期在下一代无线技术中得到实际应用。

研究背景

在Beyond 5G等下一代无线通信中，为了实现高速、高容量的通信，人们正在推进高频电磁波的利用。然而，高频电磁波具有难以绕过障碍物背面的特性，这使得将电磁波精确地传递到移动用户手中的设备成为一个重大挑战。

作为解决这一挑战的手段，可自由控制电磁波辐射方向（波束方向）的模式可重构天线（Pattern Reconfigurable Antenna）正引起人们的关注。由于这种天线能够灵活地将电磁波定向到移动终端，因此近年来，为了实现下一代无线通信系统，人们积极开展针对此项技术的研究。

然而，在目前提出的许多模式可重构天线中，都需要将二极管、电机等可变机构机械地连接到天线上。这种方法不仅使得用于将可变机构机械连接到天线的结构和加工变得复杂，还存在可变机构中的零件和线路会吸收或散射电磁波，从而容易导致高频特性劣化的问题，这成为实际应用的一大障碍（图1）。

图1. 传统光束扫描系统与本研究所提出系统的区别

研究内容

研究小组着眼于在电机领域中使用的磁力齿轮，实现了一种非接触式驱动型模式可重构八木·宇田天线。本研究中开发的天线可以360°全方位扫描波束，同时保持几乎相同的强度，显示出作为模式可重构天线的理想性能。

具体而言，研究小组提出了一种通过磁力齿轮非接触地旋转八木·宇田天线的反射器和波导的新型驱动系统，并使用3D打印实现了该系统。通过这一非接触式驱动，使天线本体与驱动系统可以机械分离，从而可以抑制以往存在的结构及加工复杂，以及可变机构造成的高频特性劣化等问题。此外，由于该驱动系统不会产生摩擦和磨损，因此无需维护，并且仅由电机、磁铁、树脂等廉价材料即可制造。因此，有望成为目前为止使用的昂贵的光束扫描设备的替代技术。

图2. 采用磁力齿轮的模式可重构八木·宇田天线

未来展望

研究小组目前正在申请本研究成果的专利，以便将其应用于实际应用。今后，关于利用磁力齿轮的天线的非接触式驱动系统，研究小组计划完善设计指南，并验证运行条件，以实现更小的尺寸、更高的频率和更强的功能。通过此举，研究小组将继续推进研究，旨在建立完善的技术基础，以期应用于下一代无线通信系统。

术语解释

注1.磁力齿轮：利用磁铁的磁力（吸引力·排斥力），以非接触方式机械传递动力的齿轮。

注2. 模式可重构天线:一种用于发射和接收电磁波的天线，可切换电磁波辐射方向（波束方向）。

注3.八木·宇田天线：由东北大学的名誉教授八木秀次和宇田新太郎于20世纪20年代中期发明的天线，广泛用于电视广播的接收。

https://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-press20260216_04web_Gear.pdf

https://ieeexplore.ieee.org/document/11395461

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