JPH07260462A - 空間定在波形成方法とその装置および空間定在波形成装置を用いたマイクロ波測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、空間定在波のＳ／Ｎ比および
位相分解能を向上できる空間定在波の形成装置を得るこ
とにある。 【構成】ミリメートル波を伝送すると共に、スロットア
ンテナ18が設けられた導波管16と、この管に取付けら
れ、前記アンテナの回りに設けられる第１反射面17a を
有した方形共振器の送受波ホーン17と、前記アンテナの
中心軸線Ｃを共有して前記ホーンの電磁波放射方向に配
置され、第１反射面と対向する第２反射面22a を有した
方形共振器の反射ホーン22とを具備し、前記両反射面間
の距離を、［（λ／２）×ｎ］（但し、λは前記電磁波
の波長、ｎは正の整数）の距離に設定する。それによ
り、ミリメートル波のうち送受波ホーンと反射ホーンと
に共鳴する特定波長を両反射板間で繰り返し反射させ
て、前記特定波長の空間定在波のエネルギー蓄積をし、
空間定在波の振幅を増幅することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波、特にミリ
メートル波の波長の電磁波の空間定在波を形成する方法
および装置と、この空間定在波形成装置を用いて被検材
の厚みや誘電率等の測定対象を検出するマイクロ波測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空間定在波は空間内での進行波と反射波
との相互干渉により形成される定在波であり、これが形
成された空間は例えば通信を妨げるので、一般的には、
このような空間定在波は好ましくないものとされてい
る。しかし、本出願人は、このような邪魔者扱いの空間
定在波を利用して誘電体材料の厚みを測定する装置を開
発し、特願平３−３４０５３８号として既に出願済みで
ある。

【０００３】この出願に係る装置において空間定在波を
形成する構造は、図６に示されるようにミリメートル波
の電磁波を送出する電磁波発信器１と、前記電磁波を受
ける電磁波センサ２とを並設し、これらの前方に被検材
３の出し入れを許す被検材配設スペースを設けて金属製
反射板４を配置している。また、電磁波発信器１は反射
板４に向けて断面積が次第に大きくなるテーパ形の送波
ホーン１ａを有し、電磁波センサ２も反射板４に向けて
断面積が次第に大きくなるテーパ形の受波ホーン２ａを
有している。

【０００４】この構造において、電磁波発信器１の送波
ホーン１ａから反射板４に向けて放射されたミリメート
ル波は、反射板４で反射されて電磁波センサ２にその受
波ホーン２ａを通って受信されるので、電磁波発信器１
から反射板４に至る平面波状の進行波と、反射板４から
電磁波センサ２に至る平面波状の反射波との干渉によ
り、空間定在波が前記送センサ１、２と反射板４との間
に形成される。

【０００５】このようにして空間に形成された空間定在
波中に、この定在波の波面に平行に板状の誘電体などの
被検材３を挿入すると、この被検材３の材質の分子によ
り電磁波の伝搬速度が遅くなるので、それに比例して空
間定在波の位相がシフトされる。したがって、前記特願
平３−３４０５３８号に係る装置は、前記位相のシフト
量を検出することによって、検出されたシフト量と被検
材３の予め分かっている誘電率とをもとに、この被検材
３の厚みを演算により求めるように構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記位相のシフト量の
検出は、形成された空間定在波の電界エネルギー（定在
波電力）の測定に基づき、空間定在波の腹の位置を検出
して行われる。しかし、従来の構成では、空間定在波を
形成する進行波と反射波の相互干渉が一度のみであるた
め、空間定在波のエネルギー蓄積が少ない。言い換えれ
ば、空間定在波の振幅が小さい。

【０００７】また、従来の構成では、互いに接近して設
けられる電磁波発信器・センサ１、２が並設されている
ので、これらと反射板４とが近距離で接近すると、電磁
波発信器・センサ１、２の送波ホーン１ａと受波ホーン
２ａと間の視差のために、空間定在波の距離方向の位相
にボケを生じ易い。

【０００８】その上、電磁波発信器１から放射された電
磁波には各種の高調波や倍調波が重畳されていることに
加えて、電磁波発信器・センサ１、２の送波ホーン１ａ
と受波ホーン２ａとの開口部では夫々回析波が発生され
て、それが空間定在波に重畳するので、空間定在波が歪
み易い。

【０００９】しかも、テーパ形受波ホーン２ａを有した
電磁波センサ２は、その受波ホーン２ａの空間定在波電
界エネルギーの変換効率がよくない。これらの理由によ
り従来の構成では、形成される空間定在波のＳ／Ｎ比が
低いとともに位相分解能よくなく（ちなみに、前記従来
の構成における６ミリメートル波の波長のの電磁波によ
る空間定在波の位相分解能は、距離に換算して約50μｍ
が限界で、それ以下にすることはできなかった。）、そ
れに伴い、前記位相シフト量の検出を精度よく行うこと
ができないという問題があった。

【００１０】本発明の第１目的は、空間定在波のＳ／Ｎ
比および位相分解能を向上できる空間定在波形成方法と
その装置を得ることにある。また、本発明の第２目的
は、被検材についての測定対象を、前記第１の目的を達
成できる空間定在波形成装置を用いて高精度で検出でき
るマイクロ波測定装置を得ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記第１目的を達成する
ために、本発明の請求項１に係る空間定在波形成方法
は、マイクロ波の波長の電磁波を伝送する導波管に設け
たスロットアンテナの回りの反射面と、前記アンテナの
中心軸線と略直交して前記アンテナの電磁波放射方向に
前記反射面と対向して設けられた反射体とで、前記アン
テナから放射される電磁波を前記反射面と反射体との間
で繰り返し反射させて、空間定在波を立てることを特徴
とするものである。

【００１２】同様に、前記第１目的を達成するために、
本発明の請求項２に係る空間定在波形成装置は、マイク
ロ波の波長の電磁波を伝送するとともに、軸方向中間部
にスロットアンテナが設けられた導波管と、この導波管
に取付けられ、前記スロットアンテナの回りに設けられ
て前記アンテナの中心軸線と略直交する第１反射面、お
よび一端が開放されるとともに他端が前記第１反射面に
連なって前記中心軸線と直交する断面形状が一定の第１
筒部を有した空洞共振型の送受波ホーンと、前記送受波
ホーンの電磁波放射方向に配置され、前記中心軸線と略
直交して前記第１反射面と対向する第２反射面を有した
反射体とを具備したものである。

【００１３】また、第２目的を達成するために、本発明
の請求項３に係るマイクロ波測定装置は、軸方向中間部
にスロットアンテナが設けられた導波管と、この導波管
の一端部に接続されマイクロ波の波長の電磁波を前記導
波管に供給する電磁波発信器と、前記スロットアンテナ
の回りに設けられて前記アンテナの中心軸線と直交する
第１反射面、および、一端が開放されるとともに他端が
前記第１反射面に連なって前記中心軸線と略直交する断
面形状が一定の第１筒部を有した空洞共振型の送受波ホ
ーンと、前記送受波ホーンとの間に被検材配設スペース
を確保して前記送受波ホーンの電磁波放射方向に配置さ
れ、前記中心軸線と略直交して設けられる第２反射面を
有した反射体と、前記導波管の他端部に接続された電磁
波センサと、前記導波管、前記送受波ホーン、前記反射
体、前記電磁波発信器および前記電磁波センサが搭載さ
れた運台と、この運台を前記中心軸線に沿って往復移動
させる運台移動手段と、前記運台の移動量を検出する距
離センサと、前記電磁波センサからの出力をもとに前記
第１、第２反射板間に形成される空間定在波の腹または
節を検出する制御部と、この制御部の出力および前記距
離センサの出力から前記被検材配設スペースへの被検材
の有無に伴う前記空間定在波の位相シフト量を見出し、
このシフト量をもとに前記被検材についての測定対象を
演算により求める演算部とを具備したものである。

【００１４】

【作用】前記請求項１に係る空間定在波形成方法では、
マイクロ波の波長の電磁波を伝送する導波管に設けたス
ロットアンテナから前記電磁波を放射し、この電磁波
（進行波）を、スロットアンテナの放射方向に設けた反
射体でスロットアンテナ側に反射させる。さらに、反射
体で反射された電磁波（反射波）をスロットアンテナの
回りの反射面で反射体側に進行波として反射させる。こ
のようにして前記アンテナから放射される電磁波を反射
面と反射体との間で繰り返し反射させて相互干渉させる
ことにより、前記反射面と反射体との間の空間に空間定
在波を立てることができる。そのため、前記繰り返し行
われる相互干渉により、空間定在波が増幅され、その振
幅を大きくできる。

【００１５】前記請求項２に係る空間定在波形成装置の
構成において、導波管のスロットアンテナは導波管内を
伝送されるマイクロ波の波長の電磁波を外部へ漏らす。
送受波ホーンは、スロットアンテナから放射される電磁
波のうち目的の波長の定在波を共振させるとともに他の
周波数成分を漏波して、進行波として自由空間に反射体
に向かう指向性を与えて放射し、その第１反射面はこれ
に入射した電磁波を反射する。反射体の第２反射面はこ
れに入射した電磁波を反射波として送受波ホーンに向け
て反射する。

【００１６】そのため、スロットアンテナから放射され
た電磁波を、第１、第２反射面を節点として繰り返し往
復させて、進行波と反射波の相互干渉の回数を多くで
き、それによる増幅作用で両反射面間に立つ空間定在波
の振幅を大きくできる。また、前記共振により空間定在
波を立てたい目的の波長の定在波のみを選択できる。

【００１７】しかも、送受波ホーンは電磁波の送信およ
び受信に兼用されるので、送受信における視差がないと
ともに、ホーンの開口部での回析波の発生も送信ホーン
と受信ホーンとが並設されたものに比較して半分に抑制
できる。

【００１８】また、送受波ホーンの第１筒部はその断面
形状に変化がないために、テーパ状のものに比較して空
間定在波の電界エネルギーの受信電力への変換効率が高
い。このように請求項２に係る空間定在波の形成装置に
よれば、空間共振型の送受波ホーンでの共振により特定
波長のみを選択できるとともに、それへ他の波長が重畳
されることが少なく、かつ、視差もなく、大きな振幅の
空間定在波を形成できる等により、空間定在波のＳ／Ｎ
比および位相分解能を向上できる。

【００１９】請求項３に係るマイクロ波測定装置におい
て、導波管と、送受波ホーンと、反射体とは、前記請求
項２に係る空間定在波の形成装置をなし、導波管の一端
から電磁波発信器により供給されるマイクロ波の波長の
電磁波のうち、特定波長を選択して大きな振幅の空間定
在波を形成し、そして、電磁波センサは前記空間定在波
を受信して、その定在波電力を検出する。

【００２０】また、運台移動手段は空間定在波の形成装
置が搭載された運台を移動させ、距離センサは運台の移
動量を検出する。制御部は、電磁波センサからの出力を
もとに空間定在波の腹または節等を検出するとともに、
この検出時点での距離センサの出力を読み込む。演算部
は、制御部の出力および距離センサの出力（前記空間定
在波の腹または節等の位置）から、空間定在波中への被
検材の有無に伴う空間定在波の腹または節等の位置のず
れ量、すなわち、空間定在波の位相のシフト量を検出
し、このシフト量をもとに被検材についての測定対象を
演算により求める。

【００２１】例えば、被検材としての誘電体材料の厚み
を測定する場合には、前記ずれ量と被検材に予め分かっ
ている誘電率とをパラメータとして所定の算式に従う演
算を行って、前記被検材の厚みを算出し、測定を完了す
る。

【００２２】このようなマイクロ波測定装置による測定
においては、既述のように空間定在波のＳ／Ｎ比および
位相分解能の向上に伴い、前記位相シフトの検出が容易
になるから、被検材についての測定対象を高精度で検出
できる。

【００２３】

【実施例】以下、図１〜図５を参照して本発明の一実施
例を説明する。図１は本発明の一実施例に係る誘電体材
料の厚み測定用のマイクロ波測定装置の構成を示す図で
あって、同図中１１に示す運台は、図示しないガイドを
摺動して移動自在に設けられている。この運台１１は運
台移動手段１２により図１中Ａ−Ｂ方向に移動されるよ
うになっている。

【００２４】運台移動手段１２は、運台１１に係合され
るとともに運台１１の移動方向に延びて設けられる図示
しないボールねじと、このねじの一端部に連結されたス
テッピングモータまたは直流サーボモータ等の駆動源と
を備えて形成される。運台移動手段１２による運台１１
の移動量は 0.5mm〜数10mm程度であって、その移動量は
作動トランスまたはマグネスケール等の距離センサ１３
により検出されるようになっている。

【００２５】運台１１上には、電磁波発信器１４と、電
磁波センサ１５と、導波管１６と、空洞共振型の送受波
ホーン１７とが搭載されている。電磁波発信器１４は、
マイクロ波、その中でも波長１〜10mmの電磁波、すなわ
ちミリメートル波を発生して送信するミリメートル波発
生機である。この電磁波発信器１４には導波管１６の一
端開口が接続されている。ミリメートル波を用いること
は、その波長が小さいので小形な測定装置とする上で有
効である。電磁波センサ１５は、超高感度電力計からな
り、導波管１６の他端開口に接続されている。

【００２６】導波管１６は、金属の導体からなる管であ
って、その断面は図２に示されるように方形断面ないし
は矩形断面をなしている。この方形導波管１６の軸方向
中間部の一側壁には、導波管１６内を伝送されるミリメ
ートル波の電磁波を導波管１６の外部に放射するための
スロットアンテナ１８が設けられている。このアンテナ
１８は図３に示されるように細隙からなり、その長さは
ミリメートル波の電磁波の波長λの１／２の長さとして
ある。

【００２７】導波管１６の軸方向中間部には図１に示さ
れるようにフェライト製マグネットからなるサーキュレ
ータ１９が、スロットアンテナ１８と対向して内蔵され
ている。このサーキュレータ１９は平面視円形であっ
て、その磁力により、電磁波発信器１４により供給され
て導波管１６内を伝送される電磁波を、図１中点線矢印
で示すように電磁波センサ１５に行かせずにスロットア
ンテナ１８方向に向かわせるとともに、後述のようにス
ロットアンテナ１８を通って外部から入射する電磁波を
図１中二点鎖線で示すように導波管１６内を通して電磁
波センサ１５に向かわせるために設けられている。

【００２８】図１および図３に示されるように電磁波に
指向性を与える送受波ホーン１７は、スロットアンテナ
１８の中心軸線（図１中一点鎖線Ｃで示す。）を共有し
て、前記アンテナ１８が設けられた導波管１６の一側壁
に取付けられている。このホーン１７は、金属の導体製
であって、第１反射面１７ａと第１筒部１７ｂとを有し
ている。第１反射面１７ａは前記中心軸線Ａと略直交し
て、例えばスロットアンテナ１８から放射される平面波
状の進行波の波面に平行に設けられており、その中央部
にスロットアンテナ１８が開口されている。したがっ
て、第１反射面１７ａはスロットアンテナ１８の回り
に、このアンテナ１８を囲んで設けられている。

【００２９】なお、第１反射面１７ａは中心軸線Ｃ（電
磁波の伝搬軸）に対し90゜から±10゜の範囲で傾いて設
けてもよく、このような交差状態でも前記「略直交」な
る概念に包含される。そして、これら±10゜の交差角度
でも後述の空間定在波を新光波と反射波との相互干渉に
より立てることができ、そのことは本発明による実験で
確かめられた。

【００３０】第１筒部１７ｂは、一端が開放されるとと
もに他端が第１反射面１７ａに例えば一体に連なって設
けられ、かつ、前記中心軸線Ｃと直交する断面形状が一
定となる筒構造をなしている。したがって、この第１筒
部１７ｂにより、送受波ホーン１７はテーパ形ではない
一端開放型の筒構造をなしている。第１筒部１７ｂの前
記断面は、正方形、矩形、円形、あるいは楕円等でもよ
いが、特に、本実施例では幅ないしは径が同じ条件にお
いてより大きな第１反射面１７ａを確保するために図３
に示されるように正方形断面としてある。

【００３１】第１筒部１７ｂの前記中心軸線Ｃに沿って
延びる長さＤは、選択して使用する波長に共振する長
さ、例えば方形断面の空洞共振器の一辺に近似した長さ
にしてある。共振する波長は前記電磁波の基本周波数と
することが望ましい。これは、基本周波数のレベルが高
調波および倍調波のレベルに比較して格段に大きく、そ
れを共振させることにより、Ｓ／Ｎ比の向上に大きく寄
与できることによる。

【００３２】以上のような前記構成の送受波ホーン１７
は、スロットアンテナ１８から出る電磁波を放射する電
磁波ホーンおよび反射されてくる電磁波を受ける電磁波
ホーンを兼用して使用されるとともに、空洞共振器とし
て使用される。

【００３３】図１に示されるように前記運台１１の外部
には、前記中心軸線Ｃを共有して送受波ホーン１７の空
洞共振型の電磁波放射方向に反射体としての反射ホーン
２２が配置され、この反射ホーン２２と送受波ホーン１
７との間に被検材２３の出し入れを許す被検材配設スペ
ースが確保されている。電磁波の指向性を高めるための
反射ホーン２２は、前記導波管１６と、送受波ホーン１
７とともに空間定在波の形成装置をなしている。

【００３４】反射ホーン２２は金属の導体製であって、
第２反射面２２ａと第２筒部２２ｂとを有している。第
２反射面２２ａは前記中心軸線Ｃと略直交して、例えば
スロットアンテナ１８から放射される平面波進行波の波
面に平行に設けられている。この第２反射面２２ａにつ
いても中心軸線Ｃ（電磁波の伝搬軸）に対し90゜から±
10゜の範囲で傾いて設けてもよく、このような交差状態
でも前記「略直交」なる概念に包含される。そして、こ
れら±10゜の交差角度でも後述の空間定在波を新光波と
反射波との相互干渉により立てることができ、そのこと
は本発明による実験で確かめられた。

【００３５】第２筒部２２ｂは、送受波ホーン１７と対
向する側の一端が開放されるとともに他端が第２反射面
２２ｂに例えば一体に連なって設けられ、かつ、前記中
心軸線Ｃと直交する断面形状が一定となる筒構造をなし
ている。したがって、この第２筒部２２ｂにより反射ホ
ーン２２はテーパ形ではない一端開放型の筒構造をなし
ている。第２筒部２２ｂの前記断面は、正方形、矩形、
円形、あるいは楕円等でもよいが、特に、本実施例では
幅ないしは径が同じ条件においてより大きな第２反射面
２２ａを確保するために図４に示されるように正方形断
面としてある。

【００３６】この第２筒部２２ｂの前記中心軸線Ｃに沿
って延びる長さＥは、選択して使用する波長に共振する
長さ、例えば方形断面の空洞共振器の一辺に近似した長
さにしてある。共振する波長は前記電磁波の基本周波数
とすることが望ましい。これは、基本周波数のレベルが
高調波および倍調波のレベルに比較して格段に大きく、
それを共振させることにより、Ｓ／Ｎ比の向上に大きく
寄与できることによる。

【００３７】以上の構成の反射ホーン２２は、スロット
アンテナ１８から放射された電磁波を反射する反射体と
して使用されるとともに、空洞共振器として使用され
る。この反射ホーン２２は図１に示されるようにフェラ
イトからなる電磁波吸収体２７に埋め込まれ、この吸収
体２７の表面と反射ホーン２２の開口端とは面一に連続
されている。

【００３８】特に、電磁波吸収体２７が反射体２２の周
囲を囲む構成は、その吸収作用により外乱ノイズが混入
することを少なくして、鮮鋭な空間定在波を形成し、測
定精度を向上するのに有効である。

【００３９】前記空間定在波形成装置の相対向する第
１、第２反射面１７ａ、２２ａ間の距離Ｆ（図１参照）
は、［（λ／２）×ｎ］（但し、λは前記電磁波の波
長、ｎは正の整数）に設定される。この距離Ｆは両反射
面１７ａ、２２ａ間に鮮鋭でかつ最適な空間定在波を立
てるための条件であって、被検材２３に応じた空間定在
波の位相シフトを考慮して定められ、前記スペースをも
考慮して例えば 200mm程度としてある。

【００４０】また、図１において、符号２４は、制御盤
２５内に格納されて制御部であって、その制御出力を運
台移動手段１２の駆動源に与えて、その駆動を制御す
る。さらに、制御部２４は、これに入力される電磁波セ
ンサ１５の出力から前記第１、第２反射面１７ａ、２２
ａ間に形成される空間定在波の腹を見いだすものであ
る。

【００４１】この空間定在波の腹の検出は、電磁波セン
サ１５の出力である電圧波形（図５参照）の半周期につ
いて、その電力値を経時的にメモリに読み込んで、その
最大電力値を求めることで行う。すなわち、その一具体
例を説明すれば、図５においてs1時の電力値v2とその後
のs2時の電力値v3とを比較器で比較し、そのうちの大き
い方の電力値v3をメモリに更新記憶した後、さらにs3時
の電力値v4を前記比較器でこれに更新記憶された電力値
v3と比較して、そのうちの大きい方の電力値v3をメモリ
に更新記憶し、以下同様の手順をsn時まで繰り返して電
力値の比較を行う。その結果、メモリに最後に残った電
力値が出力電圧波形の最大電力値であるので、以上の処
理により空間定在波の腹Ｇ（図１参照）の位置を検出で
きる。

【００４２】なお、この腹Ｇに代えて空間定在波の節Ｈ
（図１参照）の位置を検出してもよく、その場合には、
最小電圧値を最大電圧値とを既述と同様の手順で検出し
た後に、これらの値の合計値の調度半分の電力値を演算
処理で求めることにより、空間定在波の節の位置を検出
できる。したがって、腹Ｇを検出する方が演算処理が簡
単であり、それに応じて制御部２４の構成を簡単にでき
る。

【００４３】前記制御盤２５内には制御部２４の出力が
入力される（したがって、距離センサ１３の出力も制御
部２４を通して供給される。）演算部２６が格納されて
いる。この演算部２６は、空間定在波中に被検材２３を
挿入した時の、空間定在波の腹Ｇまたは節Ｈの位置のず
れ、すなわち、空間定在波の位相のシフト量ΔＺ（図１
参照）を算出するとともに、求められた位相シフト量Δ
Ｚと被検材２３について予め判明していて演算部２６に
既に入力されている誘電率εとをもとに、被検材２３に
ついての測定対象、本実施例の場合には被検材２３の厚
みｔを算出するものである。

【００４４】なお、制御部２４および演算部２６はマイ
クロコンピュータにより形成されているとともに、演算
部２６の出力端にはＸ−ＹプロッタやＣＲＴ等の外部記
録装置（図示しない）が接続され、これらに測定結果が
表示されるようになっている。

【００４５】前記空間定在波の位相のシフト量ΔＺの算
出は、被検材２３が挿入されない空間定在波Ｗ（図１中
点線および２点鎖線参照）の腹Ｇの検出時点での距離セ
ンサ１３の第１出力値と、同空間定在波Ｗ中への被検材
２３の挿入に伴ってずれた腹Ｇ′の検出時点での距離セ
ンサ１３の第２出力値との間の絶対値を見いだすとい
う、演算処理により実行される。また、被検材２３の厚
みｔの算出は、（ｔ＝ΔＺ／ε^1/2 ）の演算式により行
われる、この式において、ΔＺは空間定在波の位相のシ
フト量、εは被検材２３の誘電率、また、^1/2 は数学上
の根記号であるルートと同一内容である。

【００４６】次に、前記空間定在波の形成装置を備えた
誘電体材料の厚み測定用のマイクロ波測定装置により測
定順序を説明する。本測定装置を作動させると、電磁波
発信器１４による発生されたミリメール波の波長の電磁
波が導波管１６に供給される。そして、この導波管１６
により伝送される電磁波は、その波動の方向をサーキュ
レータ１９により変えられてスロットアンテナ１８から
導波管１６の外部に平面波状の進行波（図１中の点線w1
参照）として放射され、この電磁波は送受波ホーン１７
により反射ホーン２２に向けて指向性を与えられる。

【００４７】そして、反射ホーン２２内に入射した前記
進行波w1（平面波状の電磁波）は、その進行方向に直角
に交差して設けられた反射ホーン２２の第２反射面２２
ｂで反射される。

【００４８】すなわち、第２反射面２２ｂをなす金属が
その表面に持っている自由電子の移動により進行波W1の
電界エネルギーが吸収され、第２反射面２２ｂの表面で
の電界エネルギーは零となるので、この第２反射面２２
ｂを節として前記進行波W1は前記吸収された電界エネル
ギーによって反射されるとともに、この反射ホーン２２
により送受波ホーン１７に向かう指向性を与えられる。

【００４９】そうすると送受波ホーン１７内に入射した
反射波（平面波状の電磁波であって、図１中２店鎖線w2
参照）の一部は、この反射波w2の進行方向に直角に交差
して設けられた送受波ホーン１７の第１反射面１７ａに
より、第２反射面２２ａでの反射と同様にして、この第
１反射面１７ａを節として反射されるとともに反射ホー
ン２２に向けて指向性を与えられる。

【００５０】したがって、本測定装置の作動により、ス
ロットアンテナ１８から放射された平面波状の電磁波の
進行波W1と反射波W2との相互干渉により、［（λ／２）
×ｎ］の式を満たして配置された両ホーン１７、２２の
第１、第２反射面１７ａ、２２ａ間の空間に空間定在波
Ｗが形成される。そして、前記電磁波は、第１、第２反
射面１７ａ、２２ａを節点として往復を繰り返すので、
進行波W1と反射波W2の相互干渉が繰り返され、それによ
る増幅作用で振幅が大きな空間定在波Ｗを形成できる。
すなわち、電磁波が有する電界エネルギーを定在波電力
の形で蓄積できる。

【００５１】前記空間定在波の形成において、送受波ホ
ーン１７および反射ホーン２２は、それらが指向性を与
える電磁波のうち目的の波長、すなわち、電力のレベル
が大きな基本周波数の波長の定在波を共振させるととも
に他の周波数成分を漏波させるから、既述の増幅を空間
定在波を立てたい特定周波数成分の電磁波のみに限って
行わせることができる。それにより、空間定在波Ｗによ
り大きな振幅を与えることができるとともに、この定在
波Ｗへの高調波および倍調波の干渉を少なくできる。

【００５２】しかも、送受波ホーン１７が電磁波の送信
および受信に兼用されるので、送受波における視差をな
くすことができることに伴い、両ホーン１７、２２を数
mmまで接近させても、空間定在波Ｗの距離方向の位相に
ボケを生じることを少なくできる。

【００５３】さらに、既述のように送受波ホーン１７が
電磁波の送信および受信を兼用していることにより、送
信および受信に伴いホーンの開口部での回析波の発生
を、送信ホーンと受信ホーンとが並設されたものに比較
して半分に抑制できることに伴い、この回析波の空間定
在波Ｗへの重畳による空間定在波を歪みを少なくでき
る。

【００５４】その上、送受波ホーン１７、２２の第１、
第２筒部１７ｂ、２２ｂの断面形状に変化がないため
に、テーパ状のものに比較して空間定在波Ｗの電界エネ
ルギーの受信電力への変換効率が高い。

【００５５】前記のように特定波長の電磁波のみを選択
し、それを増幅するとともに、それへ他の波長の重畳が
少なく、かつ、視差もない等により、空間定在波Ｗの振
幅を大きくできるから、空間定在波ＷのＳ／Ｎ比および
位相分解能を向上できる。ちなみに、前記構成では、６
ミリメートル波（５０ＧＨｚ）の波長の電磁波で形成さ
れた空間定在波Ｗについての空間分解能を 4.3mm² 、位
相検出分解能を0.12度（この位相分解能を距離に換算し
た位置分解能１μｍ）の高分解能を得ることができた。

【００５６】また、送受波ホーン１７に入った空間定在
波Ｗの一部は、スロットアンテナ１８から導波管１６内
に流入し、サーキュレータ１９により方向付けられて電
磁波センサ１５に伝送され、このセンサ１５は空間定在
波Ｗの電界エネルギーが検出される。

【００５７】次に、このような空間定在波Ｗの形成状態
において、制御部２４は、運台移動手段１２を動作させ
て、運台１１を反射ホーン２２側に移動させながら、電
磁波センサ１５の受信電力を読み込む。そのため、電磁
波センサ１５の受信電力の変化をもとに既述のようにし
て空間定在波の腹Ｇが検出され、この検出時点で距離セ
ンサ１３の出力が制御部２４に読み込まれて、それは測
定の基準として演算部２６に記憶される。

【００５８】この後、誘電率εが予め分かっているプラ
スチックフィルム等の誘電体材料からなる被検材２３
を、空間定在波Ｗの波面に平行に挿入する。そうする
と、被検材２３の分子により電磁波の伝搬速度が遅くな
り、その遅れに比例して空間定在波Ｗの位相がシフトさ
れる。この位相シフト量は図１中ΔＺで示される。この
時の位相シフト量ΔＺと、被検材２３の厚みｔと、誘電
率εとは、 ΔＺ＝ｔ・ルートε、すなわち、ΔＺ＝ｔ
・ε^1/2 式で示される関係にある。

【００５９】この状態で運台移動手段１２を動作させ
て、運台１１を反射ホーン２２側に移動させて、その際
の電磁波センサ１５の受信電力をもとに、制御部２４
は、位置ずれ（シフト）した空間定在波Ｗの腹Ｇ′の検
出するとともに、その検出時点での距離センサ１３の出
力を読み込む。

【００６０】そうすると、演算部２６は以上の検出によ
り得られた距離センサ１３からの出力（腹Ｇ、Ｇ′の位
置データ）に基づき、これらの絶対値を求めて空間定在
波Ｗの位相シフト量ΔＺを算出する。さらに、演算部２
６は、この後、位相シフト量ΔＺと被検材２３の誘電率
εとをもとに（ｔ＝ΔＺ／ε^1/2 ）の演算式にしたがっ
て、被検材２３の厚みを算出する。

【００６１】すなわち、以上のようにして誘電体材料か
らなる被検材２３の厚みを、空間定在波Ｗを利用して非
接触で測定することができる。なお、本発明は前記一実
施例には制約されない。例えば厚みｔが予め分かってい
て誘電率が不明な誘電体材料を被検材２３として空間定
在波Ｗ内に挿入して既述の測定をして、演算部２６でε
＝（ΔＺ／ｔ）² の式に従う演算をすることにより、被
検材２３の誘電率εを測定できる。

【００６２】また、本発明は、既述のように被検材２３
の材質の分子構造に起因する空間定在波Ｗの位相シフト
量ΔＺの検出をもとに測定するので、既述の厚みｔや誘
電率εの非接触測定だけではなく、被検材２３の構成材
質の変化、相違などの測定、またはそれらの弁別を非接
触で行うこともできる。

【００６３】また、本発明の反射体には反射ホーンに代
えて第１反射面に対向する第２反射面をなす平板状の反
射板を用いてもよい。また、本発明のマイクロ波測定装
置において、空間定在波の測定箇所は腹または節以外に
も、これらの中間部分を測定するようにしてもよい。

【００６４】

【発明の効果】以上詳記したように本発明は前記の通り
構成されているので次に記載する効果がある。請求項１
に係る空間定在波形成方法においては、スロットアンテ
ナ回りの反射面と反射体との間での進行波と反射波との
相互干渉の回数が多く空間定在波が増幅されるので、振
幅が大きい空間定在波を形成でき、空間定在波のＳ／Ｎ
比および位相分解能を向上できる。

【００６５】請求項２に係る空間定在波の形成装置にお
いては、特定波長のみを選択できるとともに、それへ他
の波長が重畳されることが少なく、かつ、視差もなく、
大きな振幅の空間定在波を形成できる等により、空間定
在波のＳ／Ｎ比および位相分解能を向上できる。

【００６６】また、請求項３に係るマイクロ波測定装置
においては、請求項１に係る空間定在波の形成装置を用
いて空間定在波のＳ／Ｎ比および位相分解能を向上でき
るから、前記位相シフトの検出が容易となって、被検材
についての測定対象を高精度に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る誘電体材料の厚み測定
用のマイクロ波測定装置の構成を示す図。

【図２】図１中Ｚ−Ｚ線に沿って導波管の構成を示す断
面図。

【図３】図１中Ｙ−Ｙ線に沿って送受波ホーン回りの構
成を示す断面図。

【図４】図１中Ｘ−Ｘ線に沿って反射ホーン回りの構成
を示す断面図。

【図５】同一実施例に係るマイクロ波測定装置の電磁波
センサの出力波形を示す図。

【図６】従来例に係る誘電体材料の厚み測定装置が備え
る空間定在波形成部の概略的構成を示す図。

【符号の説明】

１１…運台、 １２…運台移動手
段、１３…距離センサ、 １４…電磁波
発信器、１５…電磁波センサ、 １６…導
波管、１７…送受波ホーン、 １７ａ…第
１反射面、１７ｂ…第１筒部、 １８…
スロットアンテナ、１９…サーキュレータ、
２２…反射ホーン（反射体）、２２ａ…第２反射面、
２２ｂ…第２筒部、２４…制御部、
２６…演算部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロ波の波長の電磁波を伝送する導波
   管に設けたスロットアンテナの回りの反射面と、前記ア
   ンテナの中心軸線と略直交して前記アンテナの電磁波放
   射方向に前記反射面と対向して設けられた反射体とで、
   前記アンテナから放射される電磁波を前記反射面と反射
   体との間で繰り返し反射させて、空間定在波を立てるこ
   とを特徴とする空間定在波形成方法。
2. 【請求項２】マイクロ波の波長の電磁波を伝送するとと
   もに、軸方向中間部にスロットアンテナが設けられた導
   波管と、 この導波管に取付けられ、前記スロットアンテナの回り
   に設けられて前記アンテナの中心軸線と略直交する第１
   反射面、および一端が開放されるとともに他端が前記第
   １反射面に連なって前記中心軸線と直交する断面形状が
   一定の第１筒部を有した空洞共振型の送受波ホーンと、 前記送受波ホーンの電磁波放射方向に配置され、前記中
   心軸線と略直交して前記第１反射面と対向する第２反射
   面を有した反射体とを具備した空間定在波形成装置。
3. 【請求項３】軸方向中間部にスロットアンテナが設けら
   れた導波管と、 この導波管の一端部に接続されマイクロ波の波長の電磁
   波を前記導波管に供給する電磁波発信器と、 前記スロットアンテナの回りに設けられて前記アンテナ
   の中心軸線と直交する第１反射面、および、一端が開放
   されるとともに他端が前記第１反射面に連なって前記中
   心軸線と略直交する断面形状が一定の第１筒部を有した
   空洞共振型の送受波ホーンと、 前記送受波ホーンとの間に被検材配設スペースを確保し
   て前記送受波ホーンの電磁波放射方向に配置され、前記
   中心軸線と略直交して設けられる第２反射面を有した反
   射体と、 前記導波管の他端部に接続された電磁波センサと、 前記導波管、前記送受波ホーン、前記反射体、前記電磁
   波発信器および前記電磁波センサが搭載された運台と、 この運台を前記中心軸線に沿って往復移動させる運台移
   動手段と、 前記運台の移動量を検出する距離センサと、 前記電磁波センサからの出力をもとに前記第１、第２反
   射板間に形成される空間定在波の腹または節を検出する
   制御部と、 この制御部の出力および前記距離センサの出力から前記
   被検材配設スペースへの被検材の有無に伴う前記空間定
   在波の位相シフト量を見出し、このシフト量をもとに前
   記被検材についての測定対象を演算により求める演算部
   とを具備したマイクロ波測定装置。