反射電磁波画像化システム

【課題】航空機など立体構造の対象物を画像化する場合、焦点が外れても画像がぼけないようにする。
【解決手段】対象物に中心部のエネルギー強度の強い平行ビームの電磁波を送信し、その反射波を平行ビームを受信するアンテナで受信し、その送信部及び受信部を一体にして上下、左右に移動させることにより反射電磁波の画像化を行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機等凹凸のある対象物からの電磁波の反射特性を画像化することに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、たとえば服の下に隠されているピストルを電磁波の反射で発見する場合、ピストルに焦点を合わせて電磁波を収束させる。これにより解像度を向上させることができる。しかし、このようにして焦点深度を超えてしまった場合、画像はぼける。したがって、対象が航空機のようにアンテナから遠距離にある場合は、焦点距離を長くするか、焦点距離を自動的に変化させなければならないという問題がある。
【発明の開示】

【発明が解決しようとしている課題】
【０００３】
このように従来技術では、焦点を外れると画像がぼけてしまうという問題を含んでいる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような従来技術の背景の中で、中心部のエネルギー強度が強くなるアンテナを用いてビーム直径を細くする。このようにすれば距離に関係なく、一定のビームが対象物に照射できる。この反射波を同じタイプのアンテナの焦点に配置したホーンアンテナ等で受信すれば解像度が向上し、しかも画像がぼけない。
【実施例】
【０００５】
実施例１アンテナに誘電体レンズを用いる。
【０００６】
誘電体レンズによる平行ビームの形成
波長が短いミリ波帯に幾何光学的な考えを適用すると、光と同様に電波レンズを実現することができる。
代表的な電波レンズには誘電体レンズや金属プレートレンズなどがある。ここで、図１に示すように、誘電体レンズをホーンアンテナなどの前面に設置すると、二次位相誤差を補正でき、平面波に近い状態（ここでは、平行ビームと呼ぶ）を有する電磁波を得ることができる。なお、ホーンアンテナを用いた場合、誘電体レンズ端部に向けて振幅テーパができるため、サイドローブが小さくなっていることが分かる。
このような誘電体レンズを用いると次に示す利点がある。
・エネルギーが中央に集中する。
・ホーンアンテナと誘電体レンズの間の進行方向上に障害物がないので、この原因によるサイドローブが発生しにくい。
・レンズ面に反射防止膜を設けることにより、レンズによる反射の低減が容易に行える。
【０００７】
曲率半径
誘電体レンズとして、両球面で、かつ、双方の曲率半径が同じ場合について検討する。
誘電体レンズの曲率半径ｒの設計には、厚レンズの公式（ガウス光学）を用いる。厚レンズの公式を以下に示す。

ただし、

εｒ：レンズの比誘電率
ｆ：レンズの有効焦点距離［ｍｍ］
Ｄ：レンズの直径［ｍｍ］
Ｅ：レンズのエッジの厚さ［ｍｍ］
Ｈ：主点
また、厚みｘの計算は次式により行う。

一方、主点とレンズ表面との距離ＯＨは次の計算による。

【０００８】
誘電体レンズの概要
以上により、誘電体としてフッ素樹脂ＰＴＦＥを用いて設計し、測定に使用した誘電体レンズの概要を示す。
・直径１２０ｍｍフッ素樹脂ＰＴＦＥ製
焦点距離１２０ｍｍ
・表面の平滑度 ±１００μｍ
・誘電体レンズから試料までの距離２５０ｍｍ
【０００９】
試料面におけるビーム径および位相分布
図３に試料面におけるビーム径および位相分布の３５ＧＨｚと５０ＧＨｚの場合について示した。
ここに、受信プローブとして、導波管開口を用いている。
図より、中心から外側に向け位相ずれが大きくなっているが、同時に振幅も小さくなっていくことがわかる。レンズ端では振幅が６ｄＢで電力は中心部の４分の１であるから、レンズ端部の位相ずれの影響はほとんど無視できることがわかる。この結果から、ビーム長径は、
３５ＧＨｚ：６０ｍｍ
５０ＧＨｚ：４０ｍｍ
と考えられる。
なお、中心部のエネルギー密度を大きくするアンテナとして、例えばスロットアレーアンテナなどがある。このアレーへ電磁波を分配するとき中央部へ多く、端部へは少なくすると良い。
この場合、密度分布を自由に可変できる。
【００１０】
実施例２システム構成
ＸＹステージのＸ：１．８ｍ、Ｙ：１．０ｍのシステム構成を図４に示す。なお、このとき対象物の大きさは１．５ｍ以内である。
航空機の模型に電波吸収材を貼って、このシステムによって電磁波の反射特性を調べる。図５に反射特性を示した。これらの実験によって、電波吸収材料の改善や機体形状の改善を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】誘電体レンズによる電磁波放射
【図２】両球面レンズの構成
【図３】対象物面における振幅と位相
【図４】システムの系統図
【図５】航空機からの反射波の画像
【符号の説明】
〔図２〕
ｆ：レンズの有効焦点距離
Ｄ：レンズの直径
Ｈ：主点
ｒ：曲率半径
ｘ：レンズの厚み
ＯＨ：主点とレンズ表面との距離
〔図４〕
１：送信用、受信用カセグレンアンテナ
２：送信、受信用ミリ波モジュール
Ｘ：横方向移動ステージ
Ｙ：縦方向移動ステージ
３：ポジショナーコントローラ
４：ＸＹステージコントローラ
５：ベクトルネットワークアナライザ
６：パーソナルコンピュータ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に中心部のエネルギー強度の強い平行ビームの電磁波を送信し、その反射波を平行ビームを受信するアンテナで受信し、その送信部及び受信部を一体にして上下、左右に移動させることにより反射波を画像化するシステム。
【請求項２】
平行ビームの中心部にエネルギーが集中するタイプのアンテナを用いて平行ビーム送信及びまたは受信する請求項１記載のシステム。
【請求項３】
送信部と受信部が同一アンテナに配設して成る請求項１，２記載のシステム。
【請求項４】
送信部と受信部が異なるアンテナから構成する請求項１，２記載のシステム。
【請求項５】
少なくとも１つのアンテナが誘電体レンズである請求項１，２，３，４記載のシステム。
【請求項６】
少なくとも１つのアンテナが平面アンテナである請求項１，２，３，４記載のシステム。
【請求項７】
対象物から反射してくる時間範囲のみの反射波を受信することを特徴とする請求項１，２，３，４記載のシステム。

【図１】