(57)【要約】【課題】十分な受信感度を確保できるとともに、アレイ化したときに、隣接するアンテナとの干渉を十分に低減できるマイクロ波受信用アンテナを提供する。【解決手段】誘電体基板２０の両側面の前部にそれぞれダイポール２１，２２がプリントされてダイポールアンテナが形成されるとともに、一側面の後部に受信回路８０を有する。誘電体基板２０と、ダイポール２１，２２が形成された前部にそれぞれ積層された一対の誘電体３０，３４により、積層体４０が構成されている。積層体４０の四方周囲を導体シールドで覆って導波管１００を形成して、エヴァネッセント波を受信する。この構成により十分な受信感度を確保できるとともに、アレイ化したときに、隣接するアンテナとの干渉を十分に低減する。【選択図】図２
2015122700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両側面の前部にそれぞれアンテナ素子がプリントされてアンテナが形成されるとともに、一側面の後部に受信回路を有する誘電体基板と、前記誘電体基板の両側面の前記アンテナ素子が形成された前部にそれぞれ積層された一対の誘電体とにより、積層体を構成し、
前記積層体の四方周囲を導体シールドで覆って導波管を形成し、前記積層体の四方周囲を導体シールドで覆うことにより、隣接アンテナ間の相互誘導・干渉を低減する一方、前記導波管により、受信周波数がカットオフ周波数以下となっても、エヴァネッセント波を受信するマイクロ波受信用アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロ波受信用アンテナが、同一プリント基板上に電磁的に分離されながらも並列配置されることで直線状あるいは曲線状の１次元アンテナアレイが形成されてなるマイクロ波受信用アンテナアレイ。
【請求項３】
請求項２に記載の１次元アンテナアレイが積み重ねられて２次元アンテナアレイが形成されてなるマイクロ波受信用アンテナアレイ。
【請求項４】
請求項１に記載のマイクロ波受信用アンテナが、前記積層体の積層方向に複数連結されて直線状あるいは曲線状の１次元アンテナアレイが形成されてなるマイクロ波受信用アンテナアレイ。
【請求項５】
請求項２および請求項４の１次元アンテナアレイが組み合わされ積み重ねられて２次元アンテナアレイが形成されてなるマイクロ波受信用アンテナアレイ。
【請求項６】
請求項２の１次元アンテナアレイの受信側側面が凹状に形成されるとともに、前記積層体の積層方向に前記１次元アンテナアレイが複数個配置されて３次元アンテナアレイが形成されてなるマイクロ波受信用アンテナアレイ。
【請求項７】
請求項２および請求項４の１次元アンテナアレイが組み合わされ積み重ねられて、受信側側面が観測対象物体を取り囲むように配置されて３次元アンテナアレイが形成されてなるマイクロ波受信用アンテナアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波受信用アンテナ及びマイクロ波受信用アンテナアレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波アンテナアレイでは、非特許文献１〜非特許文献４が公知である。
非特許文献１は、平面八木−宇田（Yagi-Uda）アンテナを並べて２次元マイクロ波アンテナアレイが構成されて、プラズマのマイクロ波イメージング反射計測に応用されている（以下、従来技術１という）。
【０００３】
非特許文献２は、ホーンアンテナを並べて２次元マイクロ波アンテナアレイが構成されて、プラズマのマイクロ波イメージング反射計測に応用されている（以下、従来技術２という）。
【０００４】
非特許文献３では、誘電体と金属板で囲んだ双極子アンテナが提案されている（以下、従来技術３という）。
非特許文献４は、ロッドアンテナを使用したマイクロ波ＣＴ（コンピュータトモグラフィ）実験が行われている（以下、従来技術４という）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Y. Nagayama, S.Yamaguchi,et al,"Microwave Imaging Reflectometry Experiment in TPE-RX",Plasma and Fusion Research.p.053(2008)
【非特許文献２】Y. Nagayama, D.Kuwabara,T.Yoshinaga et al,"Development of 3D microwave imaging reflectometry in LHD",Review of Scientgific Instruments vol.83.p.10E305(2012)
【非特許文献３】Zhuowen Sun ,"A Dielectric-filled Cavity-backed Dipole Antenna for Microwave/Millmeter-wave Applications "Microwave Symposium Digest,2006,IEEE MTT-S International,pp.206-209
【非特許文献４】P.m. Meany, D.Goodwin, et al,"Clinical Microwave Tomographic Imaging of the Calcaneus:A First-in-Humann Case Study of Two Subjects" IEEE Trans. Biomedical Enfineering. vol.59,IEEE Trans.Biomedical Engineering,vol.59.pp3304-3313(2012)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術１の平面八木−宇田（Yagi-Uda）アンテナは、双極子アンテナの前に導波器を付けたものとしている。しかし、このアンテナをアレイ化した場合、アンテナ間の相互誘導・干渉が問題となる。
【０００７】
従来技術２のホーンアンテナアレイは、その大きさを導波管のカットオフ波長の１／２以下にはできないため、高密度実装ができない問題がある。
従来技術３の双極子アンテナは、プリント基板の面からマイクロ波を放射・受信するタイプであり、アレイ化は考慮されていない。仮にアレイ化しても１次元アンテナアレイは可能であるが、２次元、３次元の高密度のアレイ化は困難である。
【０００８】
従来技術４のロッドアンテナを使用したマイクロ波ＣＴ実験では、立体的に置くべきアンテナアレイが平面上に配置されており、実機にはほど遠い問題がある。
本発明の目的は、十分な受信感度を確保できるとともに、アレイ化したときに、隣接するアンテナとの干渉を十分に低減できるマイクロ波受信用アンテナを提供することを目的としている。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、プリント基板は十分な機械強度を持ちながらも厚さが波長の１／１０と高密度に実装できるマイクロ波受信用アンテナアレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載のマイクロ波受信用アンテナは、両側面の前部にそれぞれアンテナ素子がプリントされてアンテナが形成されるとともに、一側面の後部に受信回路を有する誘電体基板と、前記誘電体基板の両側面の前記アンテナ素子が形成された前部にそれぞれ積層された一対の誘電体とにより、積層体を構成し、前記積層体の四方周囲を導体シールドで覆って導波管を形成し、前記積層体の四方周囲を導体シールドで覆うことにより、隣接アンテナ間の相互誘導・干渉を低減する一方、前記導波管により、受信周波数がカットオフ周波数以下であっても、エヴァネッセント波を受信することを要旨としている。
【００１１】
請求項２のマイクロ波受信用アンテナアレイは、請求項１に記載のマイクロ波受信用アンテナが、同一プリント基板上に電磁的に分離されながらも並列配置されることで直線状あるいは曲線状の１次元アンテナアレイが形成されてなるものである。
【００１２】
請求項３のマイクロ波受信用アンテナアレイでは、前記１次元アンテナアレイが積み重ねられて２次元アンテナアレイが形成されてなるものである。
請求項４のマイクロ波受信用アンテナアレイでは、請求項１に記載のマイクロ波受信用アンテナが、前記積層体の積層方向に複数連結されて直線状あるいは曲線状の１次元アンテナアレイが形成されてなるものである。
【００１３】
請求項５のマイクロ波受信用アンテナアレイでは、請求項２および請求項４の１次元アンテナアレイが組み合わされ積み重ねられて２次元アンテナアレイが形成されてなるものである。
【００１４】
請求項６のマイクロ波受信用アンテナアレイでは、請求項２の１次元アンテナアレイの受信側側面が凹状に形成されるとともに、前記積層体の積層方向に前記１次元アンテナアレイが複数個配置されて３次元アンテナアレイが形成されてなるものである。
【００１５】
請求項７のマイクロ波受信用アンテナアレイでは、請求項２および請求項４の１次元アンテナアレイが組み合わされ積み重ねられて、受信側側面が観測対象物体を取り囲むように配置されて３次元アンテナアレイが形成されてなるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のマイクロ波受信用アンテナによれば、十分な受信感度を確保できるとともに、アレイ化したときに、隣接するアンテナとの干渉を十分に低減できる。
また、本発明のマイクロ波受信用アンテナアレイによれば、プリント基板は十分な機械強度を持ち、厚さを波長の１／１０と高密度に実装できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態のマイクロ波受信用アンテナの斜視図。
【図２】第１実施形態のマイクロ波受信用アンテナの分解斜視図。
【図３】（ａ）は第１実施形態の誘電体基板の裏面の斜視図、（ｂ）は第１実施形態の誘電体基板の表面の斜視図。
【図４】第１実施形態の受信回路のブロック図。
【図５】（ａ）は第２実施形態のマイクロ波受信用アンテナアレイの一部分解斜視図、（ｂ）はシールド部材の斜視図。
【図６】（ａ）は第３実施形態のマイクロ波受信用アンテナアレイの斜視図、（ｂ）は第３実施形態の誘電体基板の表面の斜視図、（ｃ）は第３実施形態の誘電体基板の裏面の斜視図、（ｄ）は第３実施形態のシールド部材の斜視図。
【図７】第２実施形態のマイクロ波受信用アンテナにおけるアンテナ間の誘導信号、及び他のアンテナから照射されたマイクロ波の受信信号の変化を示す特性図。
【図８】同じく、受信信号と誘導信号の比を示す特性図。
【図９】誘電体を挟んだ場合と、誘電体を挟まない場合の双極子アンテナの受信感度周波数特性図。
【図１０】マイクロ波受信用アンテナアレイ（２次元マイクロ波アンテナアレイ）を用いたマイクロ波カメラの模式図。
【図１１】マイクロ波受信用アンテナアレイ（１次元マイクロ波アンテナアレイ）を用いたマイクロ波ＣＴの検出部の模式図。
【図１２】マイクロ波受信用アンテナアレイ（３次元マイクロ波アンテナアレイ）を用いたマイクロ波ＣＴの検出部の断面の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化したマイクロ波受信用アンテナのユニット（以下、単にアンテナユニットという）を図１〜図４を参照して説明する。
【００１９】
図１に示すように、アンテナユニット１０は、フィルム状をなすプリント基板からなる誘電体基板２０と、誘電体基板２０の第１面Ｍ１、第２面Ｍ２の前部２０ａ，２０ｃを挟んで積層体４０を構成する一対の誘電体３０，３４と、積層体４０の四方周囲を覆う導体シールド５０を備えている。
【００２０】
また、図２に示すように、アンテナユニット１０は、誘電体基板２０の第１面Ｍ１、第２面Ｍ２の各後部２０ｂ，２０ｄをサンドイッチ状に挟むようにして積層された四角枠状の枠体６０及び四角ブロック状のベース７０を備えている。
【００２１】
図２に示す枠体６０、ベース７０は、全体が金属製であってもよく、或いは、全体が合成樹脂などの絶縁材で形成されている場合であっても、表面全体が金属層で覆われていればよい。また、金属層の形成は、例えば、メッキがあるが、メッキに限定されるものではなく、蒸着等の他の方法でもよい。
【００２２】
また、前記導体シールド５０は、前記ベース７０及び枠体６０を覆うように配置されている。前記誘電体基板２０は、マイクロストリップライン２３の線幅が後述する導波管１００に比べて十分狭くなるように、薄くなることから、フィルム状の誘電体により構成されている。このため、誘電体基板２０自体の機械的強度は強くない。誘電体基板２０は、アルミナ、エポキシ等にて構成されているが、この材質に限定されるものではない。なお、説明の便宜上、本明細書における本実施形態を含めた各実施形態では、誘電体基板２０の厚みは誇張して描かれている。
【００２３】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、誘電体基板２０の第１面Ｍ１及び第２面Ｍ２に、ダイポール２１，２２と、ダイポール２１，２２に給電する平行なマイクロストリップライン２３がプリントされている。ダイポール２１，２２は、アンテナ素子に相当する。また、マイクロストリップライン２３は給電線に相当する。また、ここで、第１面Ｍ１と第２面Ｍ２は、誘電体基板２０の表裏面に相当する面である。ダイポール２１，２２により、双極子アンテナ、すなわち、ダイポールアンテナが構成されている。ダイポール２１，２２の合計長さは、受信したい電磁波の波長λの約１／２に設定されている。
【００２４】
基板２０の第２面Ｍ２において、長手方向において中央から後部２０ｄ全面には地導体２５がプリントされている。前記第２面Ｍ２の前部２０ｃにおいて、ダイポール２２と地導体２５との間にはテーパ形バラン２６が設けられて、ダイポール２２は地導体２５に対してテーパ形バラン２６を介して電気的に接続されている。前記テーパ形バラン２６は、図３（ａ）に示すように、直線状に延びるマイクロストリップライン２３を基準として線対称状に形成されている。なお、前記マイクロストリップライン２３の長さは制限する必要がない。
【００２５】
誘電体基板２０上に形成するダイポール２１，２２、マイクロストリップライン２３、テーパ形バラン２６、地導体２５の金属箔パターンの形成は、例えば、誘電体基板２０上に導電性インクで印刷する方法で行われる。また、前記金属箔パターンの形成は、プリントする代わりに、金属薄膜を化学的に除去するエッチング、金属薄膜を機械的に除去するミーリング、或いは誘電体基板２０上に金属薄膜を気相或いは液相で成長させるなどの方法で行ってもよい。
【００２６】
図１、図２に示すように導体シールド５０は、積層体４０の誘電体３０、枠体６０を覆うシールド部材５２、及び誘電体３４、ベース７０を覆うシールド部材５４を有する。シールド部材５２，５４は板状に形成され、誘電体基板２０と平行に配置されている。また、図１、図２に示すように導体シールド５０は、シールド部材５２、積層体４０（誘電体３０、誘電体基板２０、及び誘電体３４）の幅方向の各端面を覆うシールド部材５６，５８を有する。シールド部材５６，５８は板状に形成されている。
【００２７】
図２に示すように誘電体３０，３４、及び誘電体基板２０の各幅方向の端縁には、相互に同軸に配置されたネジ挿通孔３０ａ、３４ａ，２０ｅを一組とする、複数組のネジ挿通孔が透設されている。
【００２８】
また、図２に示すように枠体６０、ベース７０及び誘電体基板２０の各幅方向の端縁には、相互に同軸に配置されたネジ挿通孔６０ａ、７０ａ，２０ｆを一組とする、複数組のネジ挿通孔が透設されている。
【００２９】
また、シールド部材５２，５４には、各組のネジ挿通孔３０ａ、３４ａ，２０ｅ、及び各組のネジ挿通孔６０ａ、７０ａ，２０ｆと同軸に配置されたザグリ孔５２ａ、５２ｂ及び雌ネジ孔５４ａ，５４ｂがそれぞれ透設されている。
【００３０】
図１に示すように、シールド部材５２，５４は、各組のザグリ孔５２ａ、５２ｂ、ネジ挿通孔３０ａ，６０ａ，２０ｅ，２０ｆ，３４ａ，７０ａにそれぞれ挿通されるとともに、各組の雌ネジ孔５４ａ，５４ｂに螺着された皿ネジ５２ｃ，５２ｄにより、締め付けされている。
【００３１】
なお、ザグリ孔５２ａ、５２ｂは、前記皿ネジ５２ｃ、５２ｄの頭がシールド部材５２から突出しないように形成されている。なお、皿ネジ以外のネジであってもよく、また、ネジ以外の他の連結手段、または締結手段であってもよい。
【００３２】
図２に示すように誘電体３０，３４の各幅方向の端面には、雌ネジ孔３０ｂ、３４ｂが形成されている。なお、図２では、説明の便宜上、誘電体３０，３４の上端面の雌ネジ孔３０ｂ、３４ｂのみが示されている。また、図２に示すように枠体６０、ベース７０の各幅方向の端面には、雌ネジ孔６０ｂ、７０ｂが形成されている。なお、図２では、説明の便宜上、枠体６０、ベース７０の上端面の雌ネジ孔６０ｂ、７０ｂのみが示されている。また、図２に示すように、シールド部材５６，５８には、前記雌ネジ孔３０ｂ，６０ｂ，３４ｂ，７０ｂと同軸に配置されたザグリ孔５６ａ，５６ｂ，５８ａ，５８ｂがそれぞれ透設されている。
【００３３】
図１に示すように、シールド部材５６，５８は、各ザグリ孔５６ａ，５６ｂ，５８ａ，５８ｂに挿通されるとともに、雌ネジ孔３０ｂ，６０ｂ，３４ｂ，７０ｂに螺着された皿ネジ５６ｃ，５６ｄにより、積層体４０に取付けられている。なお、ザグリ孔５６ａ，５６ｂ，５８ａ，５８ｂは、前記皿ネジ５６ｃ、５６ｄの頭がシールド部材５２から突出しないように形成されている。
【００３４】
図１に示すように、誘電体基板２０の前部２０ａ，２０ｃをシールド部材５２，５４，５６，５８により囲まれることにより、導波管１００が形成されている。シールド部材５２，５４，５６，５８は、全体が金属製であってもよく、或いは、全体が合成樹脂などの絶縁材で形成されている場合であっても、表面全体が金属層で覆われていればよい。また、金属層の形成は、例えば、メッキがあるが、メッキに限定されるものではなく、蒸着等の他の方法でもよい。さらに、金属層の表面はマイクロ波を透過する薄い絶縁膜で覆われていてもよい。
【００３５】
（受信回路８０について）
次に、誘電体基板２０が有する受信回路８０を図３（ｂ）及び図４を参照して説明する。図３（ｂ）に示すように誘電体基板２０の第１面Ｍ１の後部２０ｂにおいて、受信回路８０が、前記マイクロストリップライン２３に対して接続されている。また、受信回路８０は、図２に示す枠体６０内に位置するように配置されている。
【００３６】
前記受信回路８０は、例えば、図４に示す回路で構成されている。
本実施形態が受信対象とするマイクロ波は、マイクロストリップ回路で扱うことができる比較的低周波数である。このため、受信回路８０は受信波（マイクロ波）ＲＦを、マイクロストリップライン２３に接続されて増幅（高周波増幅）するＲＦアンプ８２を備えている。なお、ＲＦアンプ８２は、ミキサ８４の変換損失が大きいために混合前に増幅するためのものである。また、受信回路８０は、ＲＦアンプ８２で高周波増幅した受信波（マイクロ波）ＲＦを、局部発信波ＬＯで回路上で混合するミキサ８４及び前記局部発信波ＬＯを発生する発信器（図示しない）を備えている。
【００３７】
また、受信回路８０は、ミキサ８４で得られた中間周波数ＩＦを増幅するＩＦアンプ８６と、ＩＦアンプ８６で増幅した中間周波数ＩＦから狭帯域を選択するバンドパスフィルタ８８を備えている。ＩＦアンプ８６とバンドパスフィルタ８８とにより、ＩＦ選択回路９０が構成されている。このように受信回路８０により、高感度に望む周波数の信号のみが選択できる。
【００３８】
これらの回路素子はディスクリートのものでも、マイクロストリップラインだけで構成してもよい。又、必要に応じて半導体チップも使用することができる。
（実施形態の作用）
前記アンテナユニット１０は、積層体４０の四方周囲を覆う導体シールド５０により、アンテナ間の誘導や干渉を防止する。しかし、導体シールド５０は、受信感度にも影響を与える。
【００３９】
図１に示すようにダイポール２１，２２と直角方向のシールド部材５２，５４の距離をａ、ダイポール２１，２２と同一方向のシールド部材５６，５８間の距離をｂとする。また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、誘電体基板２０の第１面Ｍ１のダイポール２１の長さｑと第２面Ｍ２のダイポール２２の長さをｑとすると、合計長さは２ｑとなる。また、ダイポール２１，２２から誘電体基板２０の前端までの距離をｐとする。
【００４０】
ここで、アンテナユニット１０は、導体シールド５０により四方周囲を囲まれているため、導波管１００を構成する。
図３（ｂ）に示すＯをダイポール２１，２２のアンテナ中心としたとき、アンテナ中心Ｏを原点とする３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）により、各シールド部材のアンテナ中心Ｏからの距離をｘ，ｙ，ｚで下記のように表す。なお、ｘは、アンテナ中心Ｏからダイポール２２が延出する方向であり、ｙはｘに直交する方向であり、ｚは誘電体基板２０の前端から奥行き方向（後方）である。また、アンテナ中心Ｏは、正確には、誘電体基板２０の厚みの１／２の深さにあるが、説明の便宜上、図３（ｂ）では、ダイポール２１の表面に図示している。
【００４１】
シールド部材５６の距離  ｘ＝−ｂ／２
シールド部材５８の距離  ｘ＝ｂ／２
シールド部材５２の距離  ｙ＝ａ／２
シールド部材５４の距離  ｙ＝−ａ／２
また、ダイポールアンテナ（アンテナ中心Ｏ）の誘電体基板２０の前端からの距離は、下記の通りである。
【００４２】
ダイポールアンテナ（アンテナ中心Ｏ）の距離  ｚ＝ｐ
このｐは、ダイポールアンテナが導体シールド５０に潜る深さを表している。
アンテナユニット１０で受信できる最低次のモードの電場Ｅｘは、
【００４３】
【数１】
2015122700.tif 000003
ただし、
【００４４】
【数２】
2015122700.tif 000004
となる。
【００４５】
なお、式中、Ａは定数、ωは角周波数、ｃは光速である。
すなわち、波長（λ）について、λ＞２ｂとなる長波長のマイクロ波は導波管１００の入口から奥に行くほど減衰するもので、エヴァネッセント波である。
【００４６】
この場合、アンテナユニット間の誘導信号と受信信号のどちらがより減衰するかが問題となる。
この問題を検証するためにシールド開口部から測定対象のアンテナ先端までの距離ｐを変化させた場合において、隣接する他のアンテナユニット間の誘導信号と、測定対象のアンテナユニットの正面から離間した他のアンテナから照射されたマイクロ波（７．５ＧＨｚ）の受信信号を測定した。前記測定対象のアンテナユニットは、アンテナユニット１０の構成において、距離ｐのみ異ならせたアンテナユニットである。その結果を図７に示す。図７において、横軸は、ダイポールアンテナ（アンテナ中心Ｏ）の距離ｐ、縦軸は対数軸であって信号の強度を表す。
【００４７】
ここで、前記隣接する他のアンテナユニットは、測定対象のアンテナユニットと同じ構成のユニットである。
また、測定対象のアンテナユニットの正面において離間配置した他のユニットは、導体シールド５０を有しない以外は測定対象のアンテナユニットと同じ構成としたアンテナユニットと、Ｘバンドコルゲートホーンアンテナである。
【００４８】
前記測定では、測定対象のアンテナユニットを、具体的に製作した大きさで表すと、ａ＝４．２ｍｍ、ｂ＝２０ｍｍ、ｑ＝１５ｍｍとした。図７において、ＸＴａｌｋは、ｐを変化させた場合の測定対象のアンテナユニットが受信した隣接するアンテナユニット間の誘導信号である。ＨＬ１４３ｍｍは、正面の他のアンテナユニット（ＨＬ１４３ｍｍ）であって、測定対象のアンテナユニット正面から１４３ｍｍ離間するとともに導体シールド５０を有していない同形のアンテナユニット（ダイポールアンテナ）である。また、Ｘバンドコルゲートホーンアンテナ（Ｈｏｒｎ）は、測定対象のアンテナユニット正面から同じく３４３ｍｍ離間させた。
【００４９】
図７に示すように、前記距離ｐが＋値となって、ダイポールアンテナ（アンテナ中心Ｏ）が導体シールド５０内に深く潜ると、他のアンテナの誘導信号も減少するが、受信信号も減衰する。
【００５０】
しかし、図７に示すように誘導信号の減衰がより急激であるため、最適な距離ｐが存在することが分かる。
図８には、受信信号と、誘導信号の比を表したものであり、同図において横軸はｐであり、縦軸は前記比である。
【００５１】
図８において、「Ｈｏｒｎ  ７．５ＧＨｚ」及び「ＨＬ１４３ｍｍ  ７．５ＧＨｚ」は、図８の例から得られた比である。また、「ＨＬ１４３ｍｍ  ６ＧＨｚ」は、図８の例において、７．５ＧＨｚの代わりに、ＨＬ１４３ｍｍのユニットをマイクロ波６ＧＨｚで照射した場合の例である。
【００５２】
図８に示すように、この場合、いずれの例においても、導体シールド５０が無い場合（ｐ＜０の場合）でも、導体シールド５０内に深く潜っても（例えば、（ｐ＞６ｍｍの場合））受信信号が、誘導信号の１以下、或いは半分以下である。これに対して、例えば、いずれの例においても、ｐ＝２ｍｍでは、受信信号が誘導信号の約３倍または、３倍に近い値となることがわかる。
【００５３】
すなわち、適正なシールドを行うことで誘導信号の影響を大幅に減らすことがわかる。
（誘電体３０，３４について）
次に、誘電体３０，３４の作用について説明する。
【００５４】
本実施形態では、誘電体３０，３４の波長短縮作用を利用して受信感度の低周波数特性の向上を図っている。
図９は、誘電体３０，３４を有するアンテナユニット１０の場合と、アンテナユニット１０の構成から誘電体３０，３４を省いた場合のアンテナユニットの場合のそれぞれのダイポールアンテナ（ｑ＝１５ｍｍ）の受信感度の周波数特性を示している。横軸は周波数、縦軸は対数軸であって、受信感度を示している。ここで、誘電体の材料として、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック，比誘電率：約４）を使用した。なお、ａ，ｂの各値は、図７の例と同じである。
【００５５】
この測定では、測定対象のアンテナユニットの正面から離間した他のアンテナユニットから照射されるマイクロ波の周波数を変えたときのそれぞれの受信信号を測定した。他のアンテナユニットの測定対象のアンテナユニット正面からの距離を３４３ｍｍとした。
【００５６】
図９に示すように、誘電体（有）の場合の方が、誘電体（無）の場合よりも、約半分の周波数まで低周波数側の受信感度が伸びていることがわかる。
本実施形態のアンテナユニットによれば、下記の特徴がある。
【００５７】
（１）本実施形態のマイクロ波受信用アンテナは、両側面の前部にそれぞれダイポール２１，２２（アンテナ素子）がプリントされてダイポールアンテナ（双極子アンテナ）が形成されるとともに、一側面の後部に受信回路８０を有する誘電体基板２０を備える。また、誘電体基板２０の両側面のダイポール２１，２２が形成された前部にそれぞれ積層された一対の誘電体３０，３４とにより、積層体４０が構成されている。また、積層体４０の四方周囲を導体シールドで覆うと導波管１００が形成されるが、導波管のカットオフ周波数以下の周波数でも、エヴァネッセント波を受信する。また、前記積層体の四方周囲を導体シールドで覆うことにより、隣接アンテナ間の相互誘導・干渉を低減する。この結果、本実施形態によれば、十分な受信感度を確保できるとともに、アレイ化したときに、隣接するアンテナとの干渉を十分に低減できる。
【００５８】
（２）また、一般的に、フィルム状の誘電体基板は、機械的強度は強くなく、曲がりやすく、そのため基板上の電子部品がはがれたり、破壊しやすいが、本実施形態では、誘電体基板２０は、誘電体３０，３４、及びベース７０、枠体６０で挟まれて固定される。このため、曲がりにくく、基板上の電子部品が安定できる効果がある。
【００５９】
（３）また、枠体６０内に位置するように受信回路８０が設けられているため、受信回路８０は、外部から保護できる。
（４）また、受信回路８０の主要部品である誘電体基板２０の回路パターンはエッチングなどの方法で作成できる。また、誘電体３０，３４、導体シールド５０を構成するシールド部材５２，５４，５６，５８は切削などの方法で容易に製作できるため、これらの組立は、それらの部材を重ねるだけであるため、容易に作成することができる。
【００６０】
（５）また、誘電体基板２０に給電線（マイクロストリップライン２３）、ミキサ８４、ＲＦアンプ８２，ＩＦアンプ８６等を設置することができる。特に、受信波の増幅素子（アンプ）の設置も容易であるから、ヘテロダイ受信のための局部発信波ＬＯをマイクロストリップラインで供給し、受信波（マイクロ波）ＲＦをミキサで混合することで、大きなＩＦ信号を得ることができる良好な受信感度が期待できる。
【００６１】
（第２実施形態）
次に、マイクロ波受信用アンテナアレイを１次元アンテナアレイに具体化した第２実施形態を図５（ａ）、図５（ｂ）を参照して説明する。
【００６２】
本実施形態の１次元アンテナアレイは、第１実施形態のアンテナユニットの構成と同一または相当する構成を有するため、第１実施形態と同一構成、又は相当する構成については、第１実施形態と同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００６３】
図５（ａ）に示すように、１次元アンテナアレイ１１０は、複数のアンテナユニット１０が横方向、すなわち、積層体４０の積層方向と同じ方向に一列になるように直線状に連結されたものであり、互いに隣接するアンテナユニット１０は、シールド部材５２とシールド部材５４を兼用するようにしている。以下、この実施形態では、互いに隣接するアンテナユニット１０間のシールド部材には、説明の便宜上、符号５２（５４）を付す。
【００６４】
また、第１実施形態のアンテナユニット１０のシールド部材５６，５８の代わりに、前記複数のアンテナユニット１０を並べた長さを有する共通のシールド部材５６Ａ，５６Ｂが設けられている。
【００６５】
図５（ａ）に示すようにシールド部材５６Ａ，５６Ｂの長手方向の両端に配置されたシールド部材５２及びシールド部材５４は、板状に形成されるとともに前記実施形態よりも肉厚の板厚を有する。また、図５（ｂ）に示すようにシールド部材５２（５４）はダイポール２１，２２側の端部を除いた部分が、肉厚の板厚を有するとともにそのダイポール２１，２２側の端部が、肉薄の板厚を有している。
【００６６】
図５（ａ）に示すシールド部材５６Ａ，５６Ｂの長手方向の両端に配置されたシールド部材５２，５４、並びに図５（ｂ）に示すシールド部材５２（５４）の幅方向（図では上下方向）の端面には、雌ネジ孔４２，４４が形成されている。なお、図５（ａ）では、シールド部材５２，５４、並びに図５（ｂ）に示すシールド部材５２（５４）の下端面の雌ネジ孔４２，４４は図示されていない。
【００６７】
図５（ａ）に示すように、シールド部材５６Ａにはシールド部材５２，５４，５２（５４）の各雌ネジ孔４２，４４と相対するように配置されたザグリ孔５６ａ、５６ｂが形成されている。また、図示はしないが、シールド部材５８Ａにはシールド部材５２，５４，５２（５４）の各雌ネジ孔４２，４４と相対するように配置されたザグリ孔が形成されている。
【００６８】
シールド部材５６Ａは、ザグリ孔５６ａ、５６ｂに挿入された皿ネジ５６ｃ，５６ｄが、シールド部材５２，５４，５２（５４）の各雌ネジ孔４２，４４に対して螺合されることにより、シールド部材５２Ａ，５４，５２（５４）に対して締結されている。また、同様にシールド部材５８Ａはザグリ孔に挿入された皿ネジ（ともに図示しない）がシールド部材５２，５４，５２（５４）の図示しない各雌ネジ孔に対して螺合されて、シールド部材５２Ａ，５４，５２（５４）に対して締結されている。
【００６９】
なお、図５（ａ）では、ベース７０はシールド部材５６Ａに隠れて図示されていない。また、図５（ａ）では、向かって右端のシールド部材５２については、分解した状態で図示されている。
【００７０】
また、１次元アンテナアレイ１１０の一端（図５（ａ）では右端）のシールド部材５２の各組のザグリ孔５２ａ、５２ｂには、図示しないネジが挿通されている。そして、前記ネジが各積層体４０のネジ挿通孔３０ａ，６０ａ，２０ｅ，２０ｆ，３４ａ，７０ａ（図２参照）にそれぞれ挿通されて、図５（ｂ）の左端のシールド部材５４の図示しない雌ネジ孔に対して螺合されて締結されている。
【００７１】
前記締結により、シールド部材５２，５４が，それぞれシールド部材５６Ａ、５８Ａに電気的に接触する。この構成により、電磁的にシールドができる。
本実施形態の１次元アンテナアレイによれば、第１実施形態のアンテナユニット１０の効果（１）〜（５）の他に下記の特徴がある。
【００７２】
（１）本実施形態の１次元アンテナアレイ１１０は、アンテナユニット１０が、積層体４０の積層方向に複数個直線状に連結されて構成されている。この結果、１次元アンテナアレイ１１０として使用することができる。
【００７３】
（第３実施形態）
次に、マイクロ波受信用アンテナアレイを他の１次元アンテナアレイに具体化した第３実施形態を図６（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。本実施形態の１次元アンテナアレイ２２０は、第１実施形態のアンテナユニットの構成と同一または相当する構成を有する。このため、第１実施形態と同一構成、又は相当する構成については、第１実施形態と同一符号を付して、詳細な説明を省略して、異なる構成を中心に説明する。
【００７４】
前記第２実施形態が複数のアンテナユニット１０を積層体４０の積層方向に連結したのに対して、本実施形態の１次元アンテナアレイ２２０は、直線状をなし、すなわち、複数のアンテナユニット１０が積層体４０の積層方向とは直交する方向に延びるように連結されているところが異なっている。
【００７５】
具体的には、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように１次元アンテナアレイ２２０は、共通（同一）のプリント基板、すなわち誘電体基板２０Ａを備えている。誘電体基板２０Ａの第１面Ｍ１には、前記複数のアンテナユニット分のダイポール２１、マイクロストリップライン２３及び受信回路８０と、金属箔からなる複数の仕切パターン２３０が並設されている。
【００７６】
前記仕切パターン２３０は、誘電体基板２０Ａの第１面Ｍ１の両端にそれぞれ設けられたものと、相互に隣接する前記マイクロストリップライン２３、及び受信回路８０の組間に設けられたものを含む。
【００７７】
誘電体基板２０Ａの第１面Ｍ１の両端にそれぞれ設けられた仕切パターン２３０は、全体が長方形状に形成されている。相互に隣接する前記マイクロストリップライン２３、及び受信回路８０の組間に設けられた仕切パターン２３０は、マイクロストリップライン２３、及び受信回路８０の組同士を分離区画するためのものであって、ダイポール２１側の端部は、それ以外の部分の幅よりも幅狭く形成されている。これらの仕切パターン２３０の形成方法は、マイクロストリップライン２３と同様の方法でよく、限定されるものではない。
【００７８】
図６（ａ）に示すように、誘電体基板２０Ａの第１面Ｍ１の両端にそれぞれ設けられた仕切パターン２３０には、四角柱状のシールド部材５６Ｃ、５８Ｃが配置されている。
また、図６（ｂ）に示す、相互に隣接する前記マイクロストリップライン２３、及び受信回路８０の組間に設けられた仕切パターン２３０には、図６（ｄ）に示すシールド部材５６Ｃ、５８Ｃが配置されている。このシールド部材５６Ｃ、５８Ｃは、ダイポール２１側の端部を除いた部分が四角柱状に形成されるとともに、ダイポール２１側の端部が、それ以外の部分の幅よりも細長く形成されて、仕切パターン２３０の幅狭く形成された部分と合致して配置されている。
【００７９】
図６（ａ）、（ｄ）に示すようにシールド部材５６Ｃ、５８Ｃにはそれぞれ貫通孔６２，６４が形成されている。
図６（ｃ）に示すように、誘電体基板２０Ａの第２面Ｍ２には、前記複数のアンテナユニット分のダイポール２２、テーパ形バラン２６、及び地導体２５と、金属箔からなる複数の仕切パターン２４０が前記仕切パターン２３０と同ピッチで並設されている。また、各仕切パターン２４０は、仕切パターン２３０と誘電体基板２０Ａを挟んで合致するように配置されている。前記誘電体基板２０Ａの第２面Ｍ２の両端にそれぞれ設けられた仕切パターン２４０は、全体が長方形状に形成されている。
【００８０】
前記仕切パターン２４０は、誘電体基板２０Ａの第２面Ｍ２の両端にそれぞれ設けられたものと、相互に隣接するダイポール２２、テーパ形バラン２６の組を分離するためのものとを含む。図６（ｃ）に示すように各仕切パターン２４０は、地導体２５と電気的に接続されている。これらの仕切パターン２４０の形成方法は、マイクロストリップライン２３と同様の方法でよく、限定されるものではない。
【００８１】
また、相互に隣接する前記ダイポール２２及びテーパ形バラン２６の組間に設けられた仕切パターン２４０において、ダイポール２２側の端部は、それ以外の部分の幅よりも幅狭く形成されている。
【００８２】
図６（ａ）に示すように、誘電体基板２０Ａの第２面Ｍ２の両端にそれぞれ設けられた仕切パターン２４０には、四角柱状のシールド部材５６Ｂ、５８Ｂが配置されている。
また、図６（ｃ）に示すように相互に隣接する前記ダイポール２２、及びテーパ形バラン２６の組間に設けられた仕切パターン２４０には、図６（ｄ）に示すシールド部材５６Ｂ、５８Ｂが配置されている。このシールド部材５６Ｂ、５８Ｂは、ダイポール２２側の端部を除いた部分が四角柱状に形成されるとともに、ダイポール２２側の端部が、それ以外の部分の幅よりも細長く形成されて、仕切パターン２４０の幅狭く形成された部分と合致して配置されている。
【００８３】
図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、誘電体基板２０Ａにおいて、各仕切パターン２３０，２４０間には、複数の貫通孔７２が形成されている。
誘電体基板２０Ａに対して平行に配置されたシールド部材５２Ａ及びシールド部材５４Ａは、誘電体基板２０Ａと同一長、及び同一幅を有するように板状に形成されている。
【００８４】
前記シールド部材５２Ａには、図６（ａ）に示すように、誘電体基板２０Ａの各貫通孔７２と相対するように配置されたザグリ孔５２ａ、５２ｂが形成されている。
シールド部材５２Ａ，５４Ａは、ザグリ孔５２ａ、５２ｂ、シールド部材５６Ｃ，５８Ｃの貫通孔６２，６４、誘電体基板２０Ａの各貫通孔７２、シールド部材５６Ｂ，５８Ｂの貫通孔６２，６４を通した皿ネジ５２ｃ，５２ｄがシールド部材５４Ａの雌ネジ孔５４ａ，５４ｂに螺合されることにより、相互に締結されている。
【００８５】
前記締結により、シールド部材５６Ｃ，５８Ｃはそれぞれ仕切パターン２３０に電気的に接するとともに、シールド部材５６Ｂ，５８Ｂはそれぞれ仕切パターン２４０に電気的に接する。また、シールド部材５６Ｃ，５８Ｃはシールド部材５２Ａにそれぞれ電気的に接するとともに、シールド部材５６Ｂ，５８Ｂはシールド部材５４Ａにそれぞれ電気的に接する。この構成により、相互に隣接するアンテナユニット１０は電磁的に分離、すなわち、電磁的にシールドができる。
【００８６】
また、誘電体基板２０Ａの各アンテナユニット１０において、前部がシールド部材５２Ａ，５４Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，５８Ｂ，５８Ｃにより囲まれることにより、導波管１００が形成される。
【００８７】
本実施形態の１次元アンテナアレイ２２０によれば、第１実施形態のアンテナユニット１０の効果（１）〜（５）の他に下記の特徴がある。
（１）本実施形態では、第１実施形態におけるマイクロ波受信用アンテナが、その積層体４０の積層方向とは直交する方向に複数連結されて１次元アンテナアレイが形成されている。すなわち、マイクロ波受信用アンテナが、同一プリント基板上に電磁的に分離されながらも並列配置されている。この結果、１次元アンテナアレイ２２０として使用することができる。
【００８８】
（２）  本実施形態の１次元アンテナアレイ２２０では、複数の積層体４０を構成する誘電体基板２０Ａが、各積層体４０に共通（同一）のプリント基板としている。そして、前記基板に各積層体４０のダイポールアンテナ（双極子アンテナ）が形成されている。この結果、本実施形態によれば、複数の積層体４０が共通の誘電体基板２０Ａ上に設けられるため、１次元アンテナアレイを構成する部品点数を少なくすることができる。
【００８９】
（第４実施形態）
次に、１次元アンテナアレイを、マイクロ波受信用アンテナアレイとしての２次元アンテナアレイに構成するとともにこの２次元アンテナアレイ３００の使用例となる応用例の一実施形態を、図１０を参照して説明する。
【００９０】
本実施形態の２次元アンテナアレイ３００は、第３実施形態の１次元アンテナアレイ２２０を図１０に示すように積み重ねることにより構成されている。
本実施形態では、２次元アンテナアレイ３００をマイクロ波カメラとして使用するものである。具体的には、２次元アンテナアレイ３００に対して、マイクロ波ＲＦを結像させる結像光学系３１０が配設けられている。
【００９１】
結像光学系３１０は、マイクロ波照射器３２２が照射したマイクロ波ＲＦのビームを収束させるレンズ３１２と、前記収束したマイクロ波ＲＦを物体３２０へ反射させるミラー３１４と、物体３２０からのマイクロ波ＲＦを２次元アンテナアレイ３００の位置で結像させるレンズ３１６を備えている。
【００９２】
図１０に示すようにマイクロ波発信器３３０は、周波数ω１の信号を発信する発信器３３２と、周波数ω０の局部発信波ＬＯを発信する局部発信器３３４と、両信号を混合するミキサ３３６を備えている。ヘテロダイン受信のための局部発信波ＬＯは、同軸ケーブルにより、２次元アンテナアレイ３００に供給する。図４に示す２次元アンテナアレイ３００の各アンテナの受信回路８０は、ミキサ８４で受信したマイクロ波ＲＦと混合し、ＩＦ信号を取得する。このように、マイクロ波ＲＦには、局部発信波ＬＯの周波数ω０よりＩＦ信号の周波数ω１分だけ離れた周波数ω０＋ω１を用いる。
【００９３】
図１０に示すように２次元アンテナアレイ３００は信号処理装置３４０に接続されている。信号処理装置３４０は、検波器３４３、直交復調器３４２、デジダイザ３４４及びコンピュータ３４６を備えている。
【００９４】
２次元アンテナアレイ３００から前記ＩＦ信号は、信号処理装置３４０に入力される。前記検波器３４３は前記ＩＦ信号の振幅Ａを検波し、直交復調器３４２は、マイクロ波発信器３３０から入力された周波数ω１の信号（搬送波）を使用して、前記ＩＦ信号に含まれている搬送波と同相のＩ信号及びＩ信号と直交するＱ信号を検波する。検波器３４３は前記Ａ信号を、直交復調器３４２は、前記Ｉ信号、及びＱ信号を、デジダイザ３４４を介してコンピュータ３４６に入力する。コンピュータ３４６は、前記振幅Ａ、及び前記Ｉ信号、及びＱ信号に基づいて位相φ＝ｔａｎ−１（Ｑ／Ｉ）を取得する。
【００９５】
本実施形態では、このように得られた位相φを用いることにより、被写体である物体３２０のカメラ方向の運動量が測定できるだけでなく、照射したマイクロ波ＲＦの周波数をコンピュータ３４６が掃引することにより、被写体とカメラ（２次元アンテナアレイ３００）との距離測定が可能となる。
【００９６】
本実施形態の２次元アンテナアレイ３００によれば、下記の特徴がある。
（１）本実施形態の２次元アンテナアレイ３００では、第２実施形態の１次元アンテナアレイが積み重ねられて構成されている。この結果、本実施形態によれば、１次元アンテナアレイを積み重ねるだけで簡単に２次元アンテナアレイとすることができる。
【００９７】
また、マイクロ波カメラには、濃霧や煙幕などの視界不良状態での透視、非破壊検査、温度イメージングなどの幅広い応用分野で使用できる。なお、前記応用分野では、非特許文献２のホーンアンテナアレイが２次元検出器としては実現されている。しかしながら、本実施形態の２次元アンテナアレイ３００では、ホーンアンテナアレイと異なり、マイクロ波電界方向については、波長の１／３程度、磁界方向には波長の１／２程度と、ホーンアンテナアレイより小型化にできる。また、磁界方向に薄いことを利用すると、１次元アンテナアレイを電界方向に１チャンネルの１／４ずつずらして重ねた２次元アンテナアレイ３００として構成することにより、より高分解能にすることが可能である。
【００９８】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態を図４、図１１を参照して説明する。
第５実施形態は、第２実施形態の１次元アンテナアレイ１１０と第３実施形態の１次元アンテナアレイ２２０とを組み合わせて２次元断面マイクロ波ＣＴ（コンピュータトモグラフィ）の検出部４５０としたものである。なお、前記各実施形態と同一構成については同一符号を付す。検出部４５０は、マイクロ波受信用アンテナアレイに相当する。
【００９９】
図１１に示すように、検出部４５０は、直線状の１次元アンテナアレイ１１０及び１次元アンテナアレイ２２０のそれぞれの長手方向を一致させて互いに重ね合わされている。そして、検出部４５０は、両アンテナの前部を検査対象物４００に対して、マッチング媒体４１０を介して、配置されている。
【０１００】
前記マッチング媒体４１０は、観測対象物体である検査対象物４００の外表面の誘電率と同じものが好ましい。マッチング媒体４１０により、検査対象物４００の外表面でのマイクロ波の反射を低減する。なお、マッチング媒体４１０は、検査対象物４００と検出部４５０のそれぞれの相対面が合わない場合に配置されるものであって、相対面が合う場合には、省略してもよい。
【０１０１】
図１１に示すように、検出部４５０上には前記マッチング媒体４１０を介して接触するように垂直偏波マイクロ波照射器４２０及び水平偏波照射器４３０が図１０に示す矢印方向（すなわち、水平方向）に移動自在に配置される。
【０１０２】
物体は、誘電率及び形状によって特有のマイクロ波散乱を行う。そこで、図１１に示すように、検査対象物４００に垂直方向にほぼ一様な物体４０２が存在して垂直偏波を強く散乱することが予想される場合、垂直偏波マイクロ波照射器４２０と１次元アンテナアレイ１１０が主要な機器となる。さらに、水平偏波照射器４３０と１次元アンテナアレイ２２０を備えていることにより、検出精度の向上が期待できる。
【０１０３】
多方向からのマイクロ波散乱を測定するために、垂直偏波マイクロ波照射器４２０及び水平偏波照射器４３０を図１１に示すように水平方向にスキャンする。また、垂直方向、すなわち、検査対象物４００の深さ方向の距離測定のために、周波数スキャン或いはパルス照射を、垂直偏波マイクロ波照射器４２０及び水平偏波照射器４３０により行う。
【０１０４】
すなわち、１次元アンテナアレイ１１０，２２０は、誘電体３０，３４を備えた積層体４０を有することから、図９に示すように、誘電体を備えていないアンテナよりも２倍を越えて３倍近くまで広い周波数帯域で測定可能である。従って、深さ方向の距離測定に対応可能である。
【０１０５】
図１１の１次元アンテナアレイ１１０及び１次元アンテナアレイ２２０は、信号処理装置３４０に電気的に接続されている。
１次元アンテナアレイ１１０及び１次元アンテナアレイ２２０では、検出した信号を図４に示す各受信回路８０で増幅するとともに、図１０、図１１の信号処理装置３４０において、パワーＡ及びＩ信号、及びＱ信号に基づいて位相φを取得（検出）する。上記のようにして、パワーＡ及び位相φに基づいて、検査対象物４００の２次元断面の取得が可能となる。
【０１０６】
なお、本実施形態においても、垂直偏波マイクロ波照射器４２０及び水平偏波照射器４３０には、図１０のマイクロ波発信器３３０に相当する発振器が接続されているが、説明の便宜上省略されている。
【０１０７】
検出部４５０が備える受信回路８０、及び信号処理装置３４０が備えるミキサ、ＲＦアンプ、検波器、直交復調器等は、市販品のＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）で構成できる。このため、１次元アンテナアレイ１１０、２２０のように多チャンネルであっても、低コストで製造することが可能である。
【０１０８】
（第６実施形態）
次に、３次元断面マイクロ波ＣＴの検出部５００に具体化した一実施形態を、図１２を参照して説明する。検出部５００は、マイクロ波受信用アンテナアレイに相当する。なお、前記各実施形態の構成と同一または相当する構成については同一符号を付す。
【０１０９】
３次元断面マイクロ波ＣＴの検出部５００は、複数の１次元アンテナアレイ２２０を、積層体４０の積層方向において相互に積み重ねて配置し、或いは相互に適宜離間して配置されている。すなわち、前記複数の１次元アンテナアレイ２２０の前部側側面、すなわち、受信側側面が凹状に湾曲形成されており、これらを前記のように配置することにより、全体で略半球状又は半球状の凹部５０２が形成された３次元マイクロ波アンテナアレイとなっている。前記３次元マイクロ波アンテナアレイは、３次元アンテナアレイの一例である。
【０１１０】
図１２は検出部５００を構成している前記複数の１次元アンテナアレイ２２０のうち、１つの１次元アンテナアレイ２２０をその長手方向に沿うように切断したときの断面の模式図である。
【０１１１】
図１２に示すように本実施形態の１次元アンテナアレイ２２０では、マイクロ波照射器５１０が設けられている。図１２に示すマイクロ波照射器５１０の１次元アンテナアレイ２２０における配置順序は一例である。図示されていない他の１次元アンテナアレイ２２０においては、多方向から検査対象物にマイクロ波を照射して、その検査対象物内での散乱を測定するために、１次元アンテナアレイ２２０の長手方向における一端からの配置順序は、マイクロ波照射器５１０の配置順序は異ならせることが好ましい。なお、マイクロ波照射器５１０が、共通の誘電体基板２０Ａ上に設けることができない形式の照射器の場合は、複数の１次元アンテナアレイ２２０の間に配置してもよい。或いは、マイクロ波照射器５１０と、１次元アンテナアレイ２２０と第１実施形態のアンテナユニット１０と組み合わせて配置してもよい。前記マイクロ波照射器５１０は、検査対象物の深さ方向の距離を測定するために、周波数スキャン或いはパルス照射が行われる。
【０１１２】
上記のように構成された検出部５００は、図１２に示すように信号処理装置３４０に接続される。
検出部５００は、例えば、図１２に示すように人の乳癌検診に使用できる。マイクロ波帯での乳房６００の脂肪組織の比誘電率が約４に対し、乳癌組織の比誘電率が約５０と大きく異なる。このため、３次元断面マイクロ波ＣＴは乳癌検診に使用できると期待される。この場合、例えば周波数１０ＧＨｚ以下のマイクロ波を使用すると、大きさ５ｍｍの乳癌６１０（図１２参照）の検出が可能となる。
【０１１３】
なお、脂肪組織における約２倍の波長短縮を考慮しても、波長の半分以下の空間分解能が要求される。そのために、本実施形態では、複数の１次元アンテナアレイ２２０及び複数のマイクロ波照射器５１０を略半球状又は半球状の凹部５０２に内面に沿って配置されることで、高分解能が図られている。
【０１１４】
３次元断面マイクロ波ＣＴではＦＤＴＤ法（Finite-difference time-domain method）などの数値計算によってマイクロ波電磁界を計算し、受信信号の計算と実測が一致するように物体内の誘電率や、導電率、透磁率などの電気的パラメータの空間分布を決定する。この場合、検出部５００の受信アンテナも前記数値計算時の計算メッシュに組み込まれるが、本実施形態では、双極子アンテナ及びシールド部材、誘電体３０，３４も線状及び面状で構成されており、３次元断面マイクロ波ＣＴ計算にとって好都合である。
【０１１５】
なお、乳房６００の検査時には、検出部５００の凹部５０２と乳房６００との間に両者に密接するマッチング媒体４８０を介在させて乳房６００を取り囲むように３次元的に単数または複数配置する。前記マッチング媒体４８０は、乳房６００の誘電率と同じものが好ましい。マッチング媒体４８０により、乳房６００の面でのマイクロ波の反射を低減する。
【０１１６】
本実施形態の３次元マイクロ波アンテナアレイは、誘電体３０，３４を備えた積層体４０を有することから、図９に示すように、誘電体を備えていないアンテナよりも２倍を越えて３倍近くまで広い周波数帯域で測定可能である。従って、深さ方向の距離測定に対応可能である。
【０１１７】
また、本実施形態によれば、検出部５００が１次元アンテナアレイ２２０を含むため、配線、部品間のコネクタの数を減らすことができる。
この場合、９０°異なる２つの偏波の測定を行う必要がある場合は、マイクロ波照射器５１０については、１箇所に２個配置して、９０°異なる偏波を照射すればよい。
【０１１８】
また、９０°異なる２つの偏波の測定時の受信については、例えば、異なる偏波を測定する毎に、前記１次元アンテナアレイ２２０の部分を９０°回転して配置し直せばよい。
検出部５００では、検出した信号を図４に示す各受信回路８０で増幅するとともに、図１０、図１２の信号処理装置３４０において、パワーＡ及びＩ信号、及びＱ信号に基づいて位相φを取得（検出）する。上記のようにして、パワーＡ及び位相φに基づいて、検査対象物４００の３次元断面の取得が可能となる。
【０１１９】
また、検出部５００が備える受信回路８０、及び信号処理装置３４０が備えるミキサ、ＲＦアンプ、検波器、直交復調器等は、市販品のＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）で構成できる。このため、１次元アンテナアレイ１１０，２２０のように多チャンネルであっても、低コストで製造することが可能である。
【０１２０】
本実施形態によれば、下記の特徴がある。
（１）  本実施形態では、第３実施形態の１次元アンテナアレイ２２０の受信側側面が凹状に形成されるとともに、積層体４０の積層方向に１次元アンテナアレイ２２０が複数個配置されて３次元アンテナアレイが形成されている。この結果、１次元アンテナアレイ２２０を組み合わせることにより簡単に３次元アンテナアレイを得ることができる。
【０１２１】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように構成してもよい。
・第２実施形態では、図５（ａ）に示すように、１次元アンテナアレイ１１０は、複数のアンテナユニット１０が横方向、すなわち、積層体４０の積層方向と同じ方向に一列になるように直線状にした。この直線状に代えて、複数のアンテナユニット１０を曲線状に連結した１次元アンテナアレイとしてもよい。
【０１２２】
・第３実施形態の１次元アンテナアレイ２２０は、同一プリント基板上に電磁的に分離されて並列配置されて直線状にした。この直線状にする代わりに、アンテナユニット１０を同一プリント基板上に電磁的に分離されて並列配置する場合、曲線状にしてもよい。
【０１２３】
・第４実施形態では、第３実施形態の１次元アンテナアレイ２２０により２次元アンテナアレイ３００を構成したが、第２実施形態の１次元アンテナアレイ１１０を積み重ねて２次元アンテナアレイ３００を構成してもよい。
【０１２４】
・第５実施形態では、直線状の１次元アンテナアレイ１１０及び１次元アンテナアレイ２２０のそれぞれの長手方向を一致させて互いに重ね合わせて２次元アンテナアレイを構成した。この代わりに、Ｒを有する曲線状の１次元アンテナアレイ１１０及びＲを有する曲線状の１次元アンテナアレイ２２０のそれぞれの長手方向を一致させるとともに、Ｒを有する側を一致させて互いに重ね合わせるようにして、２次元アンテナアレイを構成してもよい。なお、曲線状の１次元アンテナアレイ１１０及び１次元アンテナアレイ２２０の各Ｒは、同一でもよく、観測対象物に合わせて異なっていてもよい。
【０１２５】
・第６実施形態では、第３実施形態の１次元アンテナアレイ２２０の受信側側面が凹状に形成されるとともに、積層体４０の積層方向に１次元アンテナアレイ２２０が複数個配置されて３次元アンテナアレイを形成した。この構成に代えて、第２実施形態の１次元アンテナアレイ１１０の前部（受信側側面）を凹状に形成するとともに、積層体４０の積層方向とは直交する方向に１次元アンテナアレイ１１０が複数個配置して３次元アンテナアレイを形成するようにしてもよい。
【０１２６】
・図１１に示す第５実施形態では、直線状の１次元アンテナアレイ１１０及び１次元アンテナアレイ２２０をそれぞれの長手方向を一致させて互いに重ね合わせることにより２次元アンテナアレイである検出部４５０を構成した。そして、観測対象物である検査対象物４００に対し、一側面側に配置した。この構成に代えて、前記１次元アンテナアレイ１１０及び１次元アンテナアレイ２２０を組み合わせて相互に積み重ねて、検査対象物体の四方周囲を取り囲むようにした３次元アンテナアレイに構成してもよい。この場合、各１次元アンテナの受信側側面は、検査対象物体に向けるものとする。なお、検査対象物の側面が曲面を有する場合、その曲面に合わせて曲線状の各１次元アンテナアレイ１１０及び１次元アンテナアレイ２２０を組み合わせて積み重ねることにより３次元アンテナアレイを構成する検出部４５０としてもよい。
【符号の説明】
【０１２７】
１０…アンテナユニット、２０，２０Ａ…誘電体基板、
２１，２２…ダイポール、２３…マイクロストリップライン、
２６…テーパ形バラン、３０，３４…誘電体、４０…積層体、
５２，５４，５６，５８…シールド部材、
５２Ａ，５４Ａ，５６Ａ，５８Ａ…シールド部材、
８０…受信回路、１１０，２２０…１次元アンテナアレイ、
３００…２次元アンテナアレイ、３３０…マイクロ波発信器、
３４０…信号処理装置、４５０，５００…検出部、
Ｍ１…第１面、Ｍ２…第２面。
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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