(57)【要約】【課題】  小型で、高利得で高指向性のアンテナを提供する。【解決手段】  実施形態の超伝導アンテナ装置は、短波帯域からミリ波帯域において低損失な誘電基板上に、超伝導材料からなる１以上のアンテナとグランドパターンを有する平面アンテナを積層したアレイアンテナと、アレイアンテナを収容する真空断熱槽と、アレイアンテナを冷却する冷凍機と、真空断熱槽のアレイアンテナの指向性方向に短波帯域からミリ波帯域の電磁波を透過する真空断熱窓と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
2015089110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
短波帯域からミリ波帯域において低損失な誘電基板上に、超伝導材料からなる１以上のアンテナとグランドパターンを有する平面アンテナを積層したアレイアンテナと、
前記アレイアンテナを収容する真空断熱槽と、
前記アレイアンテナを冷却する冷凍機と、
前記真空断熱槽のアレイアンテナの指向性方向に短波帯域からミリ波帯域の電磁波を透過する真空断熱窓と、
を有することを特徴とする超伝導アンテナ装置。
【請求項２】
前記超伝導材料からなるアンテナは、２以上であり、
隣り合う前記超伝導材料からなるアンテナ間の距離は、前記超伝導材料からなるアンテナの共振周波数の１／１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の超伝導アンテナ装置。
【請求項３】
前記超伝導材料からなるアンテナは、給電経路と接続し、
前記給電経路には、遅延回路が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超伝導アンテナ装置。
【請求項４】
前記超伝導材料からなるアンテナは、給電経路と接続し、
前記給電経路には、抵抗体が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超伝導アンテナ装置。
【請求項５】
前記超伝導材料からなるアンテナは、モノポール型、ダイポール型、逆Ｆ型、クランク型とスパイラル型、ＣＰＷ型、スロット型のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超伝導アンテナ装置。
【請求項６】
前記超伝導材料からなるアンテナは、スパイラル型であって、
前記超伝導材料からなるアンテナの最長辺は、前記超伝導材料からなるアンテナの配線長の１／１０以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超伝導アンテナ装置。
【請求項７】
前記アレイアンテナの表面の指向性方向に、赤外反射膜を設けることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超伝導アンテナ装置。
【請求項８】
前記超伝導材料からなるアンテナは、振幅制限器、バンドパスフィルター、低雑音増幅器と位相器と接続することを特徴とする請求項１、２と５乃至７のいずれか１項に記載の超伝導アンテナ装置。
【請求項９】
前記振幅制限器、バンドパスフィルターと低雑音増幅器は、前記冷凍機によって冷却されていることを特徴とする請求項８に記載の超伝導アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、超伝導アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線機器に用いられるアンテナは小型で高感度が要求されている。アンテナを小型化するには、線幅を狭くする必要がある。銅や銀などの配線材料を用いた場合、特に高周波アンテナでは、その配線長が長いため、配線による損失が大きく、効率が低下する。また、アンテナはその面積が小さくなるとアンテナの利得が低下しやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−２４６８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
小型で、高利得で高指向性のアンテナを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の超伝導アンテナ装置は、短波帯域からミリ波帯域において低損失な誘電基板上に、超伝導材料からなる１以上のアンテナとグランドパターンを有するアンテナを積層したアレイアンテナと、アレイアンテナを収容する真空断熱槽と、アレイアンテナを冷却する冷凍機と、真空断熱槽のアレイアンテナの指向性方向に短波帯域からミリ波帯域の電磁波を透過する真空断熱窓と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、実施形態の平面アンテナの概念図である。
【図２】図２は、実施形態の平面アンテナの概念図である。
【図３】図３は、実施形態の積層した平面アンテナの概念図である。
【図４】図４は、実施形態の積層した平面アンテナの概念図である。
【図５】図５は、実施形態のアンテナ装置の概念図である。
【図６】図６は、実施形態のアンテナ装置の回路のブロック図である。
【図７】図７は、実施形態のセキュリティ装置の概略図である。
【図８】図８は、実施形態のセキュリティ装置の高周波部のブロック図である。
【図９】図９は、筐体内部に受信用アンテナを有する実施形態の磁気共鳴イメージング装置の断面概念図である。
【図１０】図１０は、実施形態の検査装置の概略図である。
【図１１】図１１は、実施形態の検査装置の送受信機の構成概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
（第１実施形態）
第１実施形態の超伝導アンテナは、短波帯からミリ波帯において低損失な誘電基板上に、超伝導材料からなる１以上のアンテナとグランドパターンを有する平面アンテナである。複数のアンテナパターンのうち、隣り合うアンテナパターン間の距離は、アンテナの共振器周波数をλとする時にλ／１０以下である。
【０００８】
図１に実施形態の平面アンテナ１００の概念図を示す。図１の概念図に示す。図１の平面アンテナは、低損失誘電体基板４上に、超伝導アンテナ１と、給電経路２と、グランドパターン３とを有する。超伝導アンテナ１は基板の片面又は両面に形成されている。
【０００９】
超伝導アンテナ１は、超伝導材料からなる。超伝導アンテナ１は、低損失誘電体基板４上に１以上存在する。超伝導アンテナ１は、Ｙ，Ｂａ，Ｃｕ、Ｌａ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｐｂなどの元素を１種以上含む酸化物超伝導体膜を所望のアンテナパターン形状に加工したものである。形状加工は、例えば、公知のリソグラフィー技術を採用することができる。超伝導アンテナ１のパターン形状は、モノポール型、ダイポール形、クランク型や矩形、円形、楕円形などのスパイラル型、Ｌ型、逆Ｆ型などが挙げられる。更に、グランドと信号線を同じ面にもつＣＰＷ型で構成され、１／４波長の整数倍の長さで構成されるアンテナや、グランドの一部にスロットを設けたスロット型アンテナがあげられる。図１では、４つのアンテナを有するが、アンテナ数や位置方向は、目的に応じて好適な配置を適宜選択することができる。
【００１０】
超伝導アンテナ１は、酸化物超伝導体膜からなるマイクロストリップラインである。線幅は、数百μｍ以下であるが、超伝導材料を用いるため、アンテナ１による損失は少ない。複数の超伝導アンテナ１は、共通の共振周波数を有する。
【００１１】
超伝導アンテナ１は、アンテナの動作時には、超伝導状態に冷却されている。冷却温度は、用いる超伝導膜によって所要の温度以下にすればよい。超伝導アンテナ１は、給電経路２とグランドパターン３の両方と接続される。
【００１２】
超伝導アンテナ１は、給電経路２により給電される。給電経路２を介してアンテナ信号が入出力される。給電経路２は、超伝導アンテナ１と同じ材料で構成されることが、製造プロセスの観点から好ましい。
【００１３】
超伝導アンテナ１を用いる場合、隣り合う超伝導アンテナ１の間隔は、超伝導アンテナ１の共振周波数をλとした時に、λ／１０以下に小型化することができる。従来用いられていた銅などの常伝導帯の金属パターンを加工したアンテナの場合、アンテナサイズを小型化するとその損失により利得が低下してしまう問題がある。特に実施形態では、短波からミリ波の電磁波のアンテナに関するものであって、このような波長に対するアンテナは、長いアンテナの配線長が必要である。配線の長さが長いほど、アンテナの小型化に伴う損失の影響が顕著になるため、ナノメートルオーダーなどの波長に対応するアンテナでは存在しないような問題が、実施形態のアンテナには存在する。そのため、アンテナ部における利得低下が許容できないようなシステムの場合、常伝導部材と用いたアンテナを小型化するため、アンテナのパターンが占有する面積の最長辺のサイズをλ／５以下とするのは望ましくない。一方、超伝導アンテナ１を用いる場合、その損失はほぼ無視できるほど小さいため、アンテナの小型化による利得低下は十分小さい。そのため、アンテナサイズをλ／１０以下に小型化することができる。
【００１４】
また、配線長が長いため、アンテナ面積が大きくなりやすい。常伝導部材を用いた従来のアンテナでは、例えばマイクロ波に対して、そのアンテナの指向性が詳細な検査目的で使用できる程度ではなかった。超伝導配線をアンテナに採用して、同一面上の超伝導アンテナ１間の間隔を、λ／１０以下に十分狭めて複数のアンテナを配置することで、従来アンテナの単素子のサイズ程度の中に、複数のアンテナを配置することでアレイ化が可能となり、高指向性を実現することができる。ここで、超伝導アンテナ１の間隔とは、隣り合う超伝導アンテナ１同士の最短距離である。なお、基板の一方の面の超伝導アンテナ１と他方の面の超伝導アンテナの間隔も同様の理由によりλ／１０以下を満たすことが好ましい。
【００１５】
超伝導アンテナ１がスパイラルパターンである場合、パターン形状の最長辺は超伝導アンテナ１の配線長の１／１０以下であることが好ましい。この条件を満たすと、小型化の観点から好ましい。
【００１６】
給電経路２は、超伝導アンテナ１への給電を行う。給電経路２の配線回路中には、遅延線路や抵抗膜が設けられる場合がある。遅延線路や抵抗膜を設けると、アンテナ間の信号に位相差を設けることができる。アンテナ間の信号に位相差を設けると、アンテナ間の信号の分離が可能になる。遅延線路としては、例えば、信号経路を変えるもの、信号のインダクタンスを変えるものや超伝導線路の温度を変えるものなどが挙げられる。
【００１７】
グランドパターン３は、各超伝導アンテナ３と接続する。グランドパターン３は導電性膜であれば良いが、超伝導アンテナ１と同じ超伝導材料で構成されることが、製造プロセスの観点から好ましい。
【００１８】
超伝導アンテナ１の基板には、短波帯域からミリ波帯域において損失の小さい低損失誘電体基板４が好ましい。損失の小さい材料としては、サファイヤやＭｇＯなどを例示することができる。
【００１９】
平面アンテナ１００は、例えば、次の方法で製造することができる。サファイヤなどの低損失誘電体基板４上に、超伝導酸化膜をレーザー蒸着法、スパッタ法、蒸着法、化学気相成長法などで蒸着する。蒸着した酸化膜をアンテナ、給電経路２とグランドパターン３のパターンが形成されたマスクを用いて、リソグラフィー技術によって、加工することができる。なお、超伝導アンテナ１は線幅が狭くかつ配線長が長いため、超伝導酸化膜を用いる。リソグラフィーによってアンテナ１とグランド３のパターンを形成するため、アンテナ１の間隔を狭くλ／１０以下にすることができる。
【００２０】
図２に、電波反射用の金属板６を設けた形態の超伝導アンテナ装置１０１の概念図を示す。超伝導アンテナ１を実装する際には、金属板６上に、誘電体５を挟んで実装すると、金属板６からの反射波を利用して、指向性を向上させることができる。ここで、誘電体の厚さは、アンテナの共振周波数をλとした場合、その実効波長がλ／８以上λ／４以下となる厚さにすることが望ましい。また、用いる誘電体は、できるだけ送受信する電磁波の損失の小さいものが望ましい。
【００２１】
（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態の平面アンテナが積層したアレイアンテナである。実施形態のアレイアンテナは図示しない冷凍機によって冷却され、アンテナは超伝導状態になる。指向性及び利得向上の観点から、平面アンテナ１００は積層されて用いられることが好ましい。
【００２２】
平面アンテナの積層形態を図３と図４の概念図に例示する。図３と図４の平面アンテナは、基板上に２つの超伝導アンテナを有する形態のアンテナである。給電経路の部位が張り出した形態のアンテナを例示している。給電経路の端部が張り出した形態のアンテナは、アンテナ後段の回路との接続する観点から好ましい。
【００２３】
図３の断面概念図に示すアレイアンテナ２００は、超伝導アンテナパターンをずらさずに平面アンテナが積層された形態である。図３に示すように４層のアンテナ層が積層される。４層のアンテナ層は、各誘電体の１表面に超伝導アンテナを配置した形態でも良いし、両面に超伝導アンテナ１を配置した誘電体４Ａと超伝導アンテナを配置しない誘電体４Ｂを順に積層した形態でもよい。後者の形態では、誘電体４Ａの両面にアンテナを形成しているため、製造時の基板の反りがあったとしても、誘電体４Ａの両面に配置された超伝導アンテナ１は、共有する誘電体基板の厚さを等しくすることができ、複数の超伝導アンテナ１の個体差を小さくすることができる。図３の形態のアレイアンテナは、複数のアンテナを用いアンテナの指向性を向上させる観点から好ましい形態である。
【００２４】
図４の上面概念図に示すアレイアンテナ３００は、超伝導アンテナパターンが９０°ずれて積層された形態である。図４のアレイアンテナでは、Ａの符号で表したアンテナ層Ａと、Ｂの符号で表したアンテナ層Ｂと、Ｃの符号で表したアンテナ層Ｃと、Ｄの符号で表したアンテナ層Ｄは、積層順に９０°ずつずれている。図４の形態のアレイアンテナ３００は、積層されたすべての平面アンテナの給電経路の端部２Ａ，２Ｂ，２Ｃと２Ｄが又は直上及び直下の積層された平面アンテナの給電経路の端部が別方向に配向している。図３の形態のアレイアンテナは、アンテナ間の相互結合抑制の観点から好ましい形状である。
【００２５】
（第３実施形態）
第３実施形態は、アレイアンテナを真空断熱槽に配置させた形態のアンテナ装置である。実施形態の超伝導アンテナ装置は、短波帯域からミリ波帯域において低損失な誘電基板上に、超伝導材料からなるアンテナとグランドパターンを有する平面アンテナを積層したアレイアンテナと、アレイアンテナを収容する真空断熱槽と、アレイアンテナを冷却する冷凍機と、真空断熱槽のアレイアンテナの指向性方向に短波帯域からミリ波帯域の電磁波を透過する真空断熱窓と、を有することが好ましい。
【００２６】
図５の概念図に実施形態のアンテナ装置４００を示す。アンテナ装置４００は、第１の超伝導アンテナ層４０１と、第１の基板４０２と、第２の超伝導アンテナ層４０３と、第２の基板４０４と、第３の超伝導アンテナ層４０５と、第３の基板４０６と、超伝導グランド層４０７と、赤外反射膜４０８と、真空断熱槽４０９と、コールドヘッド４１０と、冷凍機４１１と、真空断熱窓４１２とを有する。
【００２７】
実施形態のアレイアンテナは、第１の超伝導アンテナ層４０１、第１の基板４０２、第２の超伝導アンテナ層４０３、第２の基板４０４、第３の超伝導アンテナ層４０５、第３の基板４０６、超伝導グランド層４０７の順に積層している。アンテナ層には図示しない給電経路が設けられている。また、各超伝導アンテナ層は、給電経路とグランド層と接続する。超電導アンテナ層と基板は、第１実施形態、平面アンテナ１００に相当する
【００２８】
赤外反射膜４０８は、アンテナを加熱する赤外線がアンテナに入射することを防ぐ膜である。赤外線反射膜４０８は、赤外線が入射する真空断熱窓４１２と対向するアンテナの表面（第１の超伝導アンテナ層４０１）に設けられ、超伝導アンテナ層を温める赤外線の入射を防ぐ。赤外反射膜４０８は、例えば、金属酸化物の多層膜である。赤外線源がない場合などは、赤外反射膜４０８を省略することができる。
【００２９】
真空断熱槽４０９は、アンテナが配置された空間内の温度と減圧状態を保つための容器である。真空断熱槽４０９のアンテナの指向性の最も高い方向に開口部を有する。開口部には真空断熱窓４１２を有する。真空断熱槽４０９は、例えば、ステンレス鋼などの金属で構成される。なお、図示はしていないが、真空断熱槽４０９には、真空断熱槽４０９内を減圧するポンプが設けられている。なお、低温環境に超伝導アンテナを配置する場合は、真空断熱層４０８等の内部の超伝導アンテナを冷却するための構成は、その低温環境の装置のものを採用することができる。
【００３０】
コールドヘッドは４１０、アレイアンテナを保持し冷却する部材である。コールドヘッドは４１０、冷凍機４１１と熱的に接続し、冷凍機４１１によって冷却される。冷却温度は、アレイアンテナの超伝導酸化物膜によって、異なり、例えば７７Ｋ以下である。
【００３１】
冷凍機４１１は、アレイアンテナを冷却するコールドヘッド４１０を冷却する部材である。アレイアンテナ用の冷凍機でも良いし、アンテナ装置を組み込む機器に冷凍機が用いられている場合は、その冷凍機を併用することができる。なお、冷凍機４１１は、広義に解釈され、アレイアンテナを超伝導状態とするための冷却冷媒や冷却冷媒を収容した冷媒容器も含まれる。冷却冷媒としては、寒剤（液体ヘリウム、液体窒素）が含まれる。
【００３２】
真空断熱窓４１２は、真空断熱槽４０９のアレイアンテナの指向性の最も高い方向に設けられた窓である。真空断熱窓４１２は、アンテナが送受信する電磁波を透過させる部材が用いられ、例えば、セラミックスやガラス、アクリルなどが用いられる。真空断熱窓４１２の面積は、アレイアンテナの面積と同程度以上であると、信号の送受信を阻害しにくいという観点から好ましい。
【００３３】
ここで、図６に実施形態のアンテナ装置の回路のブロック図を示す。図６のブロック図では、アンテナ（ＡＮＴ）、送信系電力分配器（ＣＩＲ）、振幅制限器（ＬＩＭ）、バンドパスフィルター（ＢＰＦ）、低雑音増幅器（ＬＮＡ）と位相器（Φ）を有する。ＡＴＮ１からＡＴＮｎは積層したアレイアンテナを示している。アンテナは、振幅制限器、バンドパスフィルター、低雑音増幅器と位相器と接続する。図６では、アンテナを複数有するブロック図を示している。
【００３４】
アンテナから送信する電波は、送信系電力分配器を介して、アンテナ側へ電力を供給して、電波を出力する。アンテナで受信した電波は、送信系電力分配器を通った信号は、振幅制限器で閾値を超える振幅を有する信号が制限される。振幅の大きな信号は、回路を破損させる可能性があるため、信号を増幅する前に、振幅制限を行うことが好ましい。振幅制限器は、送信系電力分配器と低雑音増幅器の間の任意の順番に配置される。振幅制限器を通過した信号は、バンドパスフィルターを通り、アンテナの共振周波数以外の波長帯の信号が除去される。バンドパスフィルターを通過した信号は、低雑音増幅器で信号が増幅される。低雑音増幅器を通過した信号は、位相器で、各アンテナからの信号の位相を同期させる。アンテナに、遅延線路が設けられている場合は、移相器を省略することができる。位相器を通過した信号は、合成される。また、移送器にて通過位相を可変することでアレイアンテナのビームを走査することもできる。
【００３５】
実施形態では、アンテナに超伝導部材を採用し、超伝導状態とするために、冷却を行なっている。この冷却は、アンテナだけでなく、送信系電力分配器、振幅制限器、バンドパスフィルターと低雑音増幅器に対しても行うことが、信号のＳＮ比（信号対雑音比）向上の観点から好ましい。例えば、コールドヘッド上にこれらの回路部材を配置することで、回路部材の冷却と超伝導材料の冷却を共通の冷凍機で行うことができる。
【００３６】
（第４実施形態）
第４の実施形態は、超伝導アンテナ装置を受信機のアンテナに用いたセキュリティ装置の実施例である。図７に第４の実施形態のセキュリティ装置の概略図（測定対象は装置には含まれない）を示す。本装置は、マイクロ波を用いた検査装置であり、人体などの測定対象を透過する微弱な電波から測定対象が保持する危険物等を検知する。
【００３７】
図７の検査装置は、受信機７０１と、送信機７０３と、電磁波吸収体７０４と、金属壁７０５と、計算機７０６と、表示装置７０７とを有する。測定対象７０２は、受信機７０１と送信機７０３の間にあることが好ましい。
【００３８】
受信機７０１は、上述の超伝導アンテナ装置を有する。受信機において、受信信号を処理することができる。測定対象７０２は、人間や動物と荷物等が含まれ、特に限定されるものではない。送信機７０３は、受信機７０１が受信可能は電磁波を送信する。送信する電磁波は、例えば、マイクロ波である。電磁波吸収体７０４は、散乱した電磁波が金属壁７０５で反射しないように電磁波を吸収するために設けられたものである。金属壁７０５は、外部から、ノイズとなる電磁波の侵入を防ぐために設けられる。計算機７０６は、受信機７０１で受信した信号をさらに処理して画像データを作製するなどする。計算機７０６では、図示しないカメラで撮影された画像から認識された測定対象７０２の種類や大きさもしくは設定された測定対象７０２の情報を基に得られた基準データと測定した受信データとを比較して、危険物の有無や異常を検知することもできる。計算機７０６で計算された結果は、表示装置７０７に表示することができる。なお、計算機７０６もノイズの発生源となりうるため、金属壁７０５の外部に設けられることが好ましい。
【００３９】
図８にセキュリティ装置の高周波部のブロック図を示す。送信機７０３では、信号源（ＳＧ）から送信された信号は、増幅器（ＰＡ）にて増幅され各送信アンテナ（ＴＸ  ＡＮＴ）から放射される。ここで、送信アンテナは１つでも良いし、複数用いても良い。測定対象を透過した信号は、受信機７０１にて受信される。ここで、受信機７０１は、少なくとも１つ以上の受信アンテナ（ＲＸ  ＡＮＴ）を持ち、外部から入ってくる不要な周波数成分をカットするための帯域制限用の帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）と、受信感度を上げるための低雑音増幅器（ＬＮＡ）と、ビーム走査をコントロールするための移相器（Φ）と信号を合成する合成器からなる。本装置では、測定対象を透過した信号は、信号レベルが大幅に減衰するため、信号を検出するためには高感度な受信機が必要となる。そこで、受信機に用いる低雑音増幅器は低温に冷却されても良い。受信信号の処理は、他にも、受信信号をデジタル変換して、デジタル信号を処理するなどしてもよい。合成された信号は、メタル配線又は光配線によって計算機７０６へ送られる。図８では、送信機７０３と受信機７０１が複数であるブロック図を示している。
【００４０】
マイクロ波を用いることで、被測定対象の誘電率から金属だけでなく、水分の位置とその量等を測定することができる。検査時間を短縮するため、受信機７０１にはフェイズドアレイアンテナを用い、ビームを走査することで高速にスキャンが可能となる。図７中には、楕円で受信機７０１のビーム走査を表している。受信機７０１で受信された信号は、計算機に送られ解析され、モニタに検出結果が表示される。
【００４１】
また、セキュリティ検査のためには高分解能が求められる。ここで、分解能を上げるために本装置の受信機７０１では複数の受信アンテナからなるアレイアンテナの構造を持つ。アンテナの素子数を増やすことで指向性を上げ、ビームを絞ることで分解能を上げることが可能となる。一方、測定対象で減衰する信号レベルは、一般に高い周波数になるほど大きくなるため、できるだけ低い周波数を用いることが望まれる。例えば０．５〜５ＧＨｚ程度の電磁波がセキュリティ検査において好適である。しかしながら、常伝導配線材を用いたアンテナの場合、周波数を低くするとアンテナサイズが大型化してしまうため、アレイ化すると検査装置内に収まらない問題がある。そこで、本装置では受信アンテナに複数の実施形態の超伝導小型アンテナを用いたアレイアンテナ構造を用いる。これにより、低周波化によるアンテナサイズの増大を抑え、小型で高感度なセキュリティ装置を実現することができる。
【００４２】
検査で得られたデータを処理して画像データを得ることができる。画像データは、基準となる画像データと比較して、被測定対象の異物の位置、形状や量等を知ることができる。これにより、被測定対象に含まれる危険物を含めた異物の検知が可能となる。なお、マイクロ波による検査は、Ｘ線による検査と比較して、低被曝であるという利点を有する。また、実施形態の測定は、測定対象の表面を測定するミリ波とは異なり、測定対象に含まれる異物を検知するため、プライバシー性の観点からも好ましい。
【００４３】
（第５実施形態）
第５の実施形態について、図９に受信用コイル９０４を筐体９０２内部に有する磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置の断面概念図を示す。図９の概念図の磁気共鳴イメージング装置は、筐体９０２内に、静磁場源９０１と、受信アンテナ９０４と、冷却媒体９０６と、そして、寝台９０３と、受信部９０５を有する。静磁場源９０１よりも内側（寝台側）に受信アンテナ９０４が配置される。各受信アンテナ９０４の図示しない出力部と受信部９０７は、配線で接続され、受信アンテナ９０４で受信した信号は、配線を通り受信部９０７へ伝えられる。図９では、２０個の受信アンテナ９０４で構成されている。超伝導を用いることとで、アンテナを超小型化し、多数のアンテナを筐体内に配置することができる。
【００４４】
筐体９０２の中空開口部（測定対象領域）の直径が７０ｃｍで、外部磁場強度が１．５Ｔの磁気共鳴イメージング装置であれば、例えば、１列に５０個の６４ＭＨｚの受信アンテナ９０４を静磁場源である超伝導コイル９０１の内側に配置することができる。更に１列５０個の受信アンテナ９０４を数十列といった複数列に配置することができる。非常に多くの受信アンテナ９０４を用いて撮像することができるため、外付け型の受信アンテナでは実現できなかった高解像度な撮像が可能となる。これらは、従来の受信コイルでは、損失が大きくなるためサイズを小型化することが困難であったことと、感度を上げるためには測定対象にほぼ接触させる必要があった。外付け型の受信アンテナは、その大きさや感度特性の制限から超伝導コイル９０１の内側の筐体９０２内にアンテナを置こうとしても置けない。実用性は無いが、超伝導コイル９０１の内側の筐体内に外付け型のアンテナを置いたとしても、その大きさから１０個程度を配置することが限界である。実施形態では、受信アンテナ９０４に小型超伝導アンテナを用いることで、アンテナの小型化による損失増大を抑え、更に、複数の超伝導小型アンテナをアレイ化することで高感度化してあるため、測定対象から離しても特性が得られ、かつ、小型であるため超伝導コイル９０１の内側に数十個アンテナを配置することが可能となり従来と比べ高感度に測定が可能となる。また、１つのアンテナ素子が得る情報が、高指向性化に伴い挟小領域からの情報となり、さらに、ＳＮ比の高いものとなる。このような情報をデジタルデータ化することで、従来よりも高速にデータ処理することができる。また、アンテナ素子が得た情報をＡＤ（アナログからデジタル）変換する回路にもアンテナに行う冷却を行うことで、ＡＤ変換時の熱的なゆらぎの影響をなくし、ＡＤ変換に伴うデータロスを軽減することができる。
【００４５】
（第６実施形態）
第６の実施形態は、超伝導アンテナ装置を用いた検査装置に関する。図１０に第６の実施形態である検査装置１００１の概略図を示す。本装置は、例えばインフラ等の老朽化や災害時の探査用に用いられる非破壊検査の装置であり、マイクロ波を照射しその反射波を検出する検査装置である。本装置１００１は、送信機１００２（ＡＢ）と受信機１００３およびそれらを可搬する装置１００４からなる。また、受信機１００３はフェイズドアレイアンテナを持ち、電気的にビームを走査することで、所望の箇所を高速かつ高感度に検査が可能となる。また、送受信機を車両などに搭載し移動しながら検査することで、膨大な時間がかかるインフラ等の検査を高速に行うことができる。
【００４６】
図１１に本装置の送受信機の構成概念図を示す。図１１は、受信機１００３が複数ある構成概念図である。送信機１００２は、信号源（ＳＧ）と電力増幅器（ＰＡ）と送信アンテナ（Ｔｘ  ＡＮＴ）から構成される。なお、送信信号にはＣＷ波（無変調連続波）以外に変調波を用いても良い。また、送信信号に帯域制限をかける場合には、低域通過フィルタや帯域通過フィルタを増幅器の後段に用いても良い。送信機１００２から送信された信号は検査対象１００５（ＡＢ）に照射され反射される。次に、検査対象１００５（ＡＢ）で反射された信号は、受信機１００３にて受信される。ここで、受信感度をあげるため本装置の受信機には複数のアンテナを用いたアレイアンテナの構造を用いる。受信機１００３の受信アンテナ（Ｒｘ  ＡＮＴ）から入力された信号は帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）で帯域制限され、低雑音増幅器（ＬＮＡ）に入力される。低雑音増幅器にて増幅した信号は移相器（Φ）で位相を調整し、信号合成器に入力され信号を合成する。合成した信号に信号処理を行うことでたとえば老朽化所などの検出を行う。ここで、各アンテナ間の位相を走査することで特定の方向にビームを走査し、ビーム方向において高感度に信号を検出することが可能となる。図１０中では、楕円で、ビーム走査を表している。また、アンテナ素子数が増えるほどアンテナ利得が増大するため、アンテナ素子数は多い方が望ましい。
【００４７】
ここで、本装置で用いる周波数は、検査対象のどの程度の深さまで検査するか、どんなものを検査対象にするかなどにより決定される。検査対象に照射され、反射する信号の減衰レベルは、一般に高い周波数になるほど大きくなるため、深い位置まで検査するためには、できるだけ低い周波数を用いることが望まれる。しかしながら、周波数を低くするとアンテナサイズが大型化してしまうため、アレイ化すると装置内に収まらない問題がある。例えば、１ＧＨｚの信号を用いる場合、８×８のアレイアンテナを構成しようとするとそのサイズは、１辺が１ｍを超えてしまい、アンテナが大型化してしまう。そこで、本装置では受信アンテナに実施形態の複数の超伝導小型アンテナを用いたアレイアンテナ構造を用いる。これにより、例えば８×８のアレイアンテナの１辺が数十ｃｍ程度となり、小型なアレイアンテナ装置を実現できるため、検査装置にフェイズドアレイアンテナの構造を用いることが可能となる。また、より高精細な検査を行う際には用いる周波数帯を、マイクロ波帯より高い周波数となる例えば50GHz帯のミリ波帯を用いても良い。ミリ波帯を用いる場合、マイクロ波帯を使い場合に比べて減衰が大きいため検査できる深さ方向は短くなってしまうが、短い波長を用いることでより微細な破損個所等を検知することが可能となる。ミリ波帯を用いる場合には、アンテナの大きさがマイクロ波帯と比べて小さくなるため、アレイアンテナをより多素子化することが可能となり非常に指向性の高いビームを形成することが可能となる。これにより、アンテナの感度を上げることが可能となる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限られず、特許請求の範囲に記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。
【符号の説明】
【００４９】
１…超伝導アンテナ、２…給電経路、３…グランド、４…基板、５…誘電体、６…金属板、１００…平面アンテナ、１０１…平面アンテナ、２００…アレイアンテナ、３００…アレイアンテナ、４００…アンテナ装置、７０１…受信機、７０２…測定対象、７０３…送信機、７０４…電磁波吸収体、７０５…金属壁、７０６…計算機、７０７…表示装置、９０１…静磁場源、９０２…筐体、９０３…寝台、９０４…受信アンテナ、９０５…受信部、９０６…冷却媒体、１００１…検査装置、１００２…送信機、１００３…受信機、１００４…可搬装置、１００５…検査対象
【図９】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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