(57)【要約】【課題】平行平板を用いた電磁界分布測定装置の利便性を向上させる。【解決手段】電磁界分布測定装置１０は、平行平板間の２次元電磁界分布を測定する。第１の平板１２は、地面Ｇに対して垂直方向に立設し、一方の面１２０２に電磁界プローブ１６が埋設されている。第２の平板１４は、地面Ｇに対して垂直方向に立設し、一方の面１４０２に測定領域Ｄが形成されている。電磁波供給部２０は、第１の平板１２の一方の面１２０２と、第２の平板１４の一方の面１４０２とを所定の間隔を開けて平行に対向させた際に生じる空間内に保持された供試体Ｓに向けて電磁波を供給する。移動部２２は、電磁界プローブ１６の測定範囲が第２の平板１４に形成された測定領域Ｄの全域を走査するよう第１の平板１２を地面Ｇと直交する平面上で移動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置された２枚の平板間の２次元電磁界分布を測定する電磁界分布測定装置であって、
地面に対して垂直方向に立設し、一方の面に電磁界プローブが埋設された第１の平板と、
前記地面に対して垂直方向に立設し、一方の面に測定領域が形成された第２の平板と、
前記第１の平板の前記一方の面と、前記第２の平板の前記一方の面とを所定の間隔を開けて平行に対向させた際に生じる空間内に保持された供試体に向けて電磁波を供給する電磁波供給部と、
前記電磁界プローブの測定範囲が前記第２の平板に形成された前記測定領域の全域を走査するよう前記第１の平板または前記第２の平板を前記地面と直交する平面上で移動させる移動部と、
を備えることを特徴とする電磁界分布測定装置。
【請求項２】
前記第２の平板は、前記地面に対して静止するよう配置されており、
前記移動部は、前記第１の平板を前記地面と直交する平面上で移動させる、
ことを特徴とする請求項１記載の電磁界分布測定装置。
【請求項３】
前記移動部は、前記第１の平板を支持する支持部材と、前記支持部材を前記垂直方向および前記平行方向に移動させる移動機構と、を備え、
前記電磁界プローブは、前記第１の平板の略中央部に配置されており、
前記支持部材は、前記電磁界プローブが配置された前記第１の平板の位置の裏面で前記第１の平板を支持する、
ことを特徴とする請求項２記載の電磁界分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平行平板間の２次元電磁界分布を測定する電磁界分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を含む電磁波に対して、自然界の物質にはない振る舞いをする人工物質であるメタマテリアルの研究が進んでいる。メタマテリアルの研究においては、メタマテリアル通過前後の電磁波の計測、すなわち現象の可視化が重要な課題のひとつとなっている（例えば、下記非特許文献１参照）
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】B. J. Justice, J. J. Mock, L. Guo, A. Degiron, D. Schurig, D. R. Smith, "Spatial mapping of the internal and external electromagnetic fields of negative index metamaterials", OSA Publishing, Optics Express Vol. 14, Issue 19, pp. 8694-8705, 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図７は、従来技術（非特許文献１）にかかる電磁界分布測定装置７０の構成を示す図である。図７では、地面Ｇの延在方向に沿ってＸ軸およびＹ軸を取り、地面Ｇに対して垂直方向（高さ方向）にＺ軸を取っている。
従来技術にかかる電磁界分布測定装置７０は、互いに平行かつ地面Ｇに対して平行に配置された矩形状の第１の平板７２および第２の平板７４を備える。
第２の平板７４は、第１の平板７２よりも地面Ｇに近接して（より低い高さに）配置される。第２の平板７４が第１の平板７２に対向する上面には、中央部に円形の開口７５Ａを有する電波吸収体（RAM : Radar absorbent material）７５が積層されている。なお、開口７５Ａの縁部は、鋸刃状にカットされている。第２の平板７４のうち、開口７５Ａから露出している部分が、後述する電磁界プローブ７８の測定領域Ｄとなる。
また、第２の平板７４の一辺の縁部の中間部には電磁波供給部７６が取り付けられている。電磁波供給部７６から測定領域Ｄまでは、電波吸収体７５が直線状に切り欠かれており、電磁波供給部７６から供給される電磁波を測定領域Ｄに導くようになっている。
また、第２の平板７４は、図示しない移動機構（ＸＹステージ）によって、地面Ｇに沿って（ＸＹ平面上を）移動可能である。
【０００５】
第１の平板７２は、４本の柱８０によって支持されることにより、第２の平板７４に対して高さ方向（Ｚ軸方向）に間隔を置いて配置されている。なお、図７では視認性の観点から第１の平板７２と第２の平板７４との距離を大きくしているが、測定時には第１の平板７２が第２の平板７４に近づき、２枚の平板間の距離はごく小さくなる。また、第１の平板７２の大きさは、第２の平板７４よりも大きく形成されている。これは、後述するように、第２の平板７４は地面Ｇに沿って移動するため、その移動領域を確保する必要があるためである。
第１の平板７２は、中央部に電磁界プローブ７８が埋め込まれている。電磁界プローブ７８は、第２の平板７４側に測定方向が向くように配置されており、測定方向側の所定領域内の電磁波を測定する。
【０００６】
電磁界分布測定装置７０による測定を行う際は、まず第２の平板７４の測定領域Ｄ内に供試体（サンプル）Ｓを配置する。つぎに、電磁波供給部７６から供試体Ｓに向けて電磁波を送波するとともに、電磁界プローブ７８での測定を開始する。
ここで、電磁界プローブ７８の測定範囲は、測定領域Ｄ全体をカバーすることはできないため、電磁界プローブ７８に対して測定領域Ｄ（第２の平板７４）を動かす必要がある。電磁界分布測定装置７０では、図示しない移動機構で第２の平板７４を地面Ｇに沿って（ＸＹ平面上を）移動させることにより、測定領域Ｄの全域を電磁界プローブ７８で走査する。
【０００７】
このように、従来技術にかかる電磁界分布測定装置７０では、２枚の平板を地面Ｇに対して平行に配置し、更に第２の平板７４を地面Ｇに沿って移動させる必要があるため、装置の設置面積が大きくなり、設置場所の自由度が低いという課題がある。
また、２枚の平板の延在方向が重力方向と直交するので、特に第１の平板７２の中央部など、支持点（柱８０）から遠い箇所において、たわみが生じやすくなる。このようなたわみが生じると、第１の平板７２と第２の平板７４との距離が場所によって異なることになり、測定精度が低下する可能性がある。
平板の剛性を高める（例えば板厚を厚くするなど）ことによりたわみを低減することも考えられるが、平板の質量が増加し、装置の取り回しの面で不便が生じる。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、平行平板を用いた電磁界分布測定装置の利便性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかる電磁界分布測定装置は、平行に配置された２枚の平板間の２次元電磁界分布を測定する電磁界分布測定装置であって、地面に対して垂直方向に立設し、一方の面に電磁界プローブが埋設された第１の平板と、前記地面に対して垂直方向に立設し、一方の面に測定領域が形成された第２の平板と、前記第１の平板の前記一方の面と、前記第２の平板の前記一方の面とを所定の間隔を開けて平行に対向させた際に生じる空間内に保持された供試体に向けて電磁波を供給する電磁波供給部と、前記電磁界プローブの測定範囲が前記第２の平板に形成された前記測定領域の全域を走査するよう前記第１の平板または前記第２の平板を前記地面と直交する平面上で移動させる移動部と、を備えることを特徴とする。
請求項２の発明にかかる電磁界分布測定装置は、前記第２の平板は、前記地面に対して静止するよう配置されており、前記移動部は、前記第１の平板を前記地面と直交する平面上で移動させる、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる電磁界分布測定装置は、前記移動部は、前記第１の平板を支持する支持部材と、前記支持部材を前記垂直方向および前記平行方向に移動させる移動機構と、を備え、前記電磁界プローブは、前記第１の平板の略中央部に配置されており、前記支持部材は、前記電磁界プローブが配置された前記第１の平板の位置の裏面で前記第１の平板を支持する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、２枚の平板を地面に対して垂直方向に立設した状態で平行に配置し、かつ平板の移動方向が地面と直交する平面上であるので、装置の接地面積を小さくすることができ、装置の設置場所の自由度を向上させる上で有利となる。また、２枚の平板の延在方向が重力方向に沿っているので、重力の影響によるたわみが生じにくく、たわみによる測定精度の低下を防止する上で有利となる。
請求項２の発明によれば、第２の平板を静止させ、電磁界プローブが配置された第１の平板を動かすので、供試体や電磁波供給装置の位置が安定し、測定の安定性を向上させる上で有利となる。
請求項３の発明によれば、電磁界プローブの位置を剛性が高い平板固定位置と合せることによって、電磁界プローブの位置（特に第２の平板の表面からの距離）が変動しにくくなり、電磁界分布測定装置の測定精度を向上させる上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態にかかる電磁界分布測定装置１０の構成を示す図である。
【図２】第２の平板１４の正面図である。
【図３】第１の平板１２の正面図である。
【図４】第１の平板１２の後面斜視図である。
【図５】電磁界分布測定装置１０による測定結果の一例を示す図である。
【図６】電磁界分布測定装置１０による測定結果の一例を示す図である。
【図７】従来技術にかかる電磁界分布測定装置７０の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる電磁界分布測定装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１は、実施の形態にかかる電磁界分布測定装置１０の構成を示す図である。
図１では、地面Ｇと垂直方向にＸ軸を、地面Ｇと平行にＹ軸およびＺ軸を取っている。よって、Ｙ軸およびＺ軸に沿ったＹＺ平面は地面と平行する平面となり、Ｘ軸およびＹ軸に沿ったＸＹ平面と、Ｘ軸およびＺ軸に沿ったＸＺ平面とは、それぞれ地面Ｇと直交する平面となる。
電磁界分布測定装置１０は、主に２枚の矩形状の平板（第１の平板１２および第２の平板１４）によって構成され、これら平行平板間の２次元電磁界分布を測定する。
第１の平板１２および第２の平板１４は、互いに４辺を平行させると共に、間隔をおいて平行した状態で対向して配置される。また、第１の平板１２および第２の平板１４は、対向する２辺と残りの２辺のうちの何れか一方を地面Ｇと平行させている。
ここで、第１の平板１２が第２の平板１４に対向する面を一方の面１２０２、その反対面を他方の面１２０４とし、第２の平板１４が第１の平板１２に対向する面を一方の面１４０２、その反対面を他方の面１４０４とする。
図１〜図４では、第１の平板１２および第２の平板１４の延在方向に沿ってＸ軸およびＹ軸を取り、第１の平板１２および第２の平板１４の離間方向をＺ軸とする。
なお、図１では視認性の観点から第１の平板１２と第２の平板１４との距離を大きくしているが、測定時には２枚の平板間の距離がごく小さくなるようにする。
【００１２】
まず、図１および図２を用いて、第２の平板１４について説明する。図２は、第２の平板１４の正面図である。
第２の平板１４は、地面Ｇに対して垂直方向に立設し、一方の面に測定領域Ｄが形成されている。
第２の平板１４は、例えば１０００ｍｍ四方のアルミニウム板で形成されており、一方の面１４０２に第２の平板１４と同形同大の輪郭の矩形状の平板型の電波吸収体２４が貼付されている。電波吸収体２４は、例えば厚さ１０ｍｍ、対応帯域はＸバンドである。電波吸収体２４は、中央部に円形の開口部（円形開口部）２４Ａが形成されており、円形開口部２４Ａから第２の平板１４が露出している。
円形開口部２４Ａの縁部２４Ｂは鋸刃状にカットされている。この電波吸収体２４により、放射境界条件が再現されている。第２の平板１４のうち、円形開口部２４Ａから露出している部分が、後述する電磁界プローブ１６の測定領域Ｄとなる。
【００１３】
また、第２の平板１４の下辺中央部には、電磁波供給部２０が取り付けられている。電磁波供給部２０から測定領域Ｄまでは、電波吸収体２４が略直線状に切り欠かれることで、電磁波供給部２０から供給される電磁波を測定領域Ｄに導く直線状開口部２４Ｄが形成されている。
また、電波吸収体２４の縁部２４Ｂのうち、直線状開口部２４Ｄの幅方向の両端の部分は、それぞれ円形開口部２４Ａの縁部２４Ｂよりも上方に突出した一対の凸部２４Ｅとなっており、それら一対の凸部２４Ｅの上端面２４０２は同じ高さに位置している。測定時には、それら一対の凸部２４Ｅの上端面２４０２に供試体Ｓを載せて測定を行う。
すなわち、一対の凸部２４Ｅは、第１の平板１２の一方の面１２０２と、第２の平板１４の一方の面１４０２とを所定の間隔を開けて平行に対向させた際に生じる空間内で供試体Ｓを保持する供試体保持部として機能する。なお、供試体Ｓの保持方法はこれに限らず、例えばボルトや両面テープなどを用いて第２の平板１４（またはその周辺の構成部）に支持、固定するなど、従来公知の様々な方法を適用可能である。
【００１４】
電磁波供給部２０は、第１の平板１２の一方の面１２０２と、第２の平板１４の一方の面１４０２とを所定の間隔を開けて平行に対向させた際に生じる空間内に保持された供試体Ｓに向けて電磁波を供給する。本実施の形態では、電磁波供給部２０は、凸部２４Ｅ（供試体保持部）に保持された状態の供試体Ｓに向けて電磁波を供給する。
より詳細には、電磁波供給部２０には、ベクトルネットワークアナライザ４０の送信ポートＰ１側が増幅器４２を介して接続されている。ベクトルネットワークアナライザ４０の受信ポートＰ２は、後述する電磁界プローブ１６と接続されている。ベクトルネットワークアナライザ４０は、電磁波の強度と位相を同時に測定する。
なお、電磁波供給部２０から供給する電磁波の周波数や供給のオンオフ等は、後述するコンピュータ３０で制御される。
【００１５】
第２の平板１４は、フレーム２６（支持部）によって地面Ｇに対して垂直方向に立設した状態で支持されている。
フレーム２６は、第２の平板１４の他方の面１４０４に直接取着され、地面Ｇに対して垂直に立設する左右の前脚２６Ａと、前脚２６Ａの上端部に接続され、上端部から第２の平板１４の斜め後方へと延びる左右の後脚２６Ｂと、前脚２６Ａと後脚２６Ｂとをつなぐ第１連結部２６Ｃと、左右の前脚２６Ａ同士を接続する第２連結部２６Ｄとを備える。
なお、上述したフレーム２６の構造は一例であり、他にも従来公知の様々な構造を適用可能である。
【００１６】
つぎに、図１、図３、図４を用いて、第１の平板１２について説明する。図３は、第１の平板１２の正面図、図４は、第１の平板１２の後面斜視図である。
第１の平板１２は、地面Ｇに対して垂直方向に立設し、一方の面１２０２に電磁界プローブ１６が埋設されている。
第１の平板１２は、例えば１２００ｍｍ四方のアルミニウム板で形成されており、第２の平板１４よりも大きな面積を有する。第１の平板１２は、電磁界プローブ１６の測定方向が第２の平板１４側に向くように配置されている。電磁界プローブ１６は、測定方向側の所定領域内（プローブ測定範囲）の電磁波（例えば電場の振幅および位相）を測定する。電磁界プローブ１６の測定値は、ベクトルネットワークアナライザ４０に出力され、その後コンピュータ３０に出力される。
【００１７】
ここで、第１の平板１２は、移動部２２によりＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に構成されている。移動部２２は、電磁界プローブ１６の測定範囲が第１の平板１２に形成された測定領域Ｄの全域を走査するよう第１の平板１２を地面Ｇと直交する平面上（ＸＹ平面上）で移動させる。
より詳細には、移動部２２は、第１の平板１２を地面Ｇに対して垂直方向（Ｘ軸方向）に移動させる縦移動機構２５と、第１の平板１２を地面Ｇに対して平行方向（Ｙ軸方向）に移動させる横移動機構２７とを備える。
【００１８】
縦移動機構２５は、地面Ｇに対して垂直方向（Ｘ軸方向）に延びる中空状の縦シャフト２５０と、縦シャフト２５０に対してその長手方向に移動可能に連結された支持部材２５２と、支持部材２５２を縦シャフト２５０に沿って往復移動させる縦駆動部（不図示）とを含んで構成されている。
縦駆動部は、例えば、縦シャフト２５０の内部に縦シャフト２５０の長手方向に沿って延在するボールねじと、ボールねじに螺合し縦シャフト２５０の内部に回転不能に結合されボールねじの正逆転により縦シャフト２５０内を昇降する雌ねじ部材と、ボールねじを回転させるモータとを備え、雌ねじ部材に支持部材２５２が取り付けられている。
したがって、モータが正逆回転することでボールねじが正逆回転し雌ねじ部材を介して支持部材２５２がＸ軸方向に往復移動される。
なお、このような縦駆動部として従来公知の様々な駆動機構が使用可能であり、上述の構造に限定されない。
第１の平板１２は、他方の面１２０４（裏面）に設けられた固定具２５４を介して支持部材２５２に支持されている。
支持部材２５２が第１の平板１２を支持した状態で縦シャフト２５０上を移動することにより、第１の平板１２が地面Ｇに対して垂直方向（Ｘ軸方向）に移動可能となる。
【００１９】
また、横移動機構２７は、地面Ｇに対して平行方向（Ｙ軸方向）に延びる横ガイド部材２７０と、横ガイド部材２７０にその長手方向に直線移動可能に結合されると共に縦シャフト２５０の下端を支持する支持部材２７２と、横駆動部（不図示）とを含んで構成されている。
横駆動部は、例えば、横ガイド部材２７０の内部に横ガイド部材２７０の長手方向に沿って延在するボールねじと、ボールねじに螺合し横ガイド部材２７０の内部に回転不能に結合されボールねじの正逆転により横ガイド部材２７０内を移動する雌ねじ部材と、ボールねじを回転させるモータとを備え、雌ねじ部材に支持部材２７２が取り付けられている。
したがって、モータが正逆回転することでボールねじが正逆回転し雌ねじ部材を介して支持部材２７２を介して縦シャフト２５０がＹ軸方向に往復移動される。
なお、このような横駆動部として従来公知の様々な駆動機構が使用可能であり、上述の構造に限定されない。
支持部材２７２が縦シャフト２５０を支持した状態で横ガイド部材２７０上を移動することにより、第１の平板１２が地面Ｇに対して平行方向（Ｙ軸方向）に移動可能となる。
縦移動機構２５および横移動機構２７の駆動状態（支持部材２５２，２７２の移動量、移動速度等）は、コンピュータ３０によって制御される。
【００２０】
ここで、図３に示すように、電磁界プローブ１６は、第１の平板１２の略中央部に配置されている。また、支持部材２５２は、電磁界プローブ１６が配置された第１の平板１２の位置の裏面で第１の平板１２を支持している。
このように、電磁界プローブ１６の位置を剛性が高い平板固定位置と合せることによって、電磁界プローブ１６の位置（特に第２の平板１４の表面からの距離）が変動しにくくなり、電磁界分布測定装置１０における測定精度を向上させることができる。
【００２１】
コンピュータ（制御装置）３０は、ＣＰＵ、複数の制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
コンピュータ３０は、電磁波供給部２０から供給する電磁波の周波数や供給のオンオフを制御する電磁波供給制御プログラム、電磁界プローブ１６やベクトルネットワークアナライザ４０による測定のオンオフや測定値の解析を行う測定値解析プログラム、移動部２２による第１の平板１２の移動状態を制御する移動制御プログラム等を実行する。
【００２２】
つぎに、電磁界分布測定装置１０による測定方法について説明する。
まず、第２の平板１４の凸部２４Ｅに供試体Ｓを配置し、第１の平板１２と第２の平板１４とを平行かつ近接した位置へと接近させる。
つぎに、電磁波供給部２０から供試体Ｓに向けて電磁波を送波するとともに、電磁界プローブ１６での測定を開始する。平行平板により、測定領域Ｄ内の電磁界は２次元に拘束される。電磁波を平行平板内で伝播させることで、電磁界を平面（二次元）に縮退させることができ、Ｚ軸方向の変化は無視することができる。
つづいて、第２の平板１４を静止させたまま、第１の平板１２を移動部２２によりＸ軸方向およびＹ軸方向へと移動させて、電磁界プローブ１６で測定領域Ｄの全域を走査する。コンピュータ３０は、移動部２２による第１の平板１２の移動量に基づいて、各時刻における電磁界プローブ１６の測定位置（測定領域Ｄ内の座標）を算出し、同時刻における電磁界プローブ１６の測定値と対応付ける。
電磁界プローブ１６が測定領域Ｄの全域を走査し終えると測定を終了し、コンピュータ３０は、測定結果を出力する。
【００２３】
図５および図６は、電磁界分布測定装置１０による測定結果の一例を示す図である。
図５および図６では、図中実線で示すくさび型の供試体Ｓを用い、紙面下方から電磁波を送波している。図５は、供試体Ｓとしてプラスチック素材を用いた測定結果であり、図６は、供試体Ｓとしてメタマテリアル素材を用いた測定結果である。
特に、図６の１１ＧＨｚおよび１２ＧＨｚ測定時において、紙面左側に向かう回折波が、すなわち負の屈折率が観測されており、供試体Ｓの特性を可視化できていることがわかる。
【００２４】
以上説明したように、実施の形態にかかる電磁界分布測定装置１０によれば、２枚の平板１２，１４を地面Ｇに対して垂直方向（Ｘ軸方向）に立設した状態で平行に配置し、かつ平板１２，１４の移動方向を地面Ｇと直交する平面上（ＸＹ平面上）としたので、装置の接地面積を小さくすることができ、装置の設置場所の自由度を向上させる上で有利となる。
また、２枚の平板１２，１４の延在方向が重力方向に沿っているので、重力の影響によるたわみが生じにくく、たわみによる測定精度の低下を防止する上で有利となる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、第２の平板１４を静止させ、第１の平板１２を第２の平板１４に対して移動させるようにしたが、これに限らず、第１の平板１２を静止させ、第２の平板１４を第１の平板１２に対して移動させるようにしてもよい。この場合、第２の平板１４側に移動部２２が設けられることになる。
一方、本実施の形態のように第２の平板１４を静止させ、電磁界プローブが配置された第１の平板１２を動かすことにより、供試体Ｓや電磁波供給部２０の位置が安定し、測定の安定性を向上させる上で有利となる。
【符号の説明】
【００２６】
１０  電磁界分布測定装置
１２  第１の平板
１２０２  一方の面
１２０４  他方の面（裏面）
１４  第２の平板
１４０２  一方の面
１６  電磁界プローブ
２０  電磁波供給部
２２  移動部
２４  電波吸収体
２４Ａ  円形開口部
２４Ｂ  縁部
２４Ｄ  直線状開口部
２４Ｅ  凸部
２５  縦移動機構
２５０  縦シャフト
２５２  支持部材
２５４  固定具
２６  フレーム
２７  横移動機構
２７０  横ガイド部材
２７２  支持部材
３０  コンピュータ
４０  ベクトルネットワークアナライザ
Ｄ  測定領域
Ｇ  地面
Ｓ  供試体
【図１】
2020056675.tif 000003
【図２】
2020056675.tif 000004
【図３】
2020056675.tif 000005
【図４】
2020056675.tif 000006
【図５】
2020056675.tif 000007
【図６】
2020056675.tif 000008
【図７】
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