JP2015073248A - Quad ridge horn antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物体表面から放射されるマイクロ波を受信し、その信号レベルから物体の輝度温度を検出するのに好適なクアッドリッジホーンアンテナに関する。 The present invention relates to a quadridge horn antenna suitable for receiving microwaves radiated from an object surface and detecting the brightness temperature of the object from the signal level.
従来、人や物体から放射されるマイクロ波を受信し、その信号レベルから物体の輝度温度を検出する技術が知られている。
この技術によれば、マイクロ波の高い透過性を利用することで、物体内部の温度を検出でき、しかも、受信するマイクロ波の周波数により、温度検出可能な部位の物体表面からの深さを変化させることができることから、物体内部の温度分布を測定できる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for receiving microwaves radiated from a person or an object and detecting the brightness temperature of the object from the signal level is known.
According to this technology, it is possible to detect the temperature inside the object by utilizing the high permeability of the microwave, and the depth from the object surface of the temperature detectable part varies depending on the frequency of the received microwave. Therefore, the temperature distribution inside the object can be measured.
ところで、こうした輝度温度検出用のアンテナとしては、通常、給電部となる導波管に、同軸−導波管変換器としての２つの給電ポートを直交するように配置し、その導波管の前方に角錐ホーンを設けたホーンアンテナが用いられる（例えば、特許文献１参照)。 By the way, as such an antenna for detecting luminance temperature, usually, two feeding ports as coaxial-waveguide converters are arranged orthogonally to a waveguide serving as a feeding section, and the front of the waveguide. A horn antenna provided with a pyramid horn is used (for example, see Patent Document 1).
しかし、このホーンアンテナでは、２つの給電ポートを利用することで、２種類の周波数のマイクロ波（換言すれば、物体からの放射ノイズ）を同時に受信することはできるものの、物体内部での輝度温度分布を測定できるように、その帯域幅を広帯域にするには限界があった。具体的には、上記ホーンアンテナでは、基本波のみで励振できる帯域幅を考えると、３．８：１以上の広帯域化は困難であると考えられる。 However, although this horn antenna can receive microwaves of two different frequencies (in other words, radiation noise from an object) by using two feeding ports, the luminance temperature inside the object can be received simultaneously. There was a limit to widening the bandwidth so that the distribution could be measured. Specifically, in the horn antenna, considering the bandwidth that can be excited by only the fundamental wave, it is considered difficult to increase the bandwidth to 3.8: 1 or more.
一方、互いに直交する直線偏波の電波を同時に受信可能で、帯域幅を１０：１以上に広帯域化することのできるホーンアンテナとして、クワッドリッジホーンアンテナ（Quad-Ridged Horn Antenna、以下、ＱＲＨＡともいう）が知られている（例えば、特許文献２、３参照）。 On the other hand, as a horn antenna that can simultaneously receive radio waves of linearly polarized waves that are orthogonal to each other and can increase the bandwidth to 10: 1 or more, a quad-ridge horn antenna (hereinafter also referred to as QRHA). ) Is known (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
ＱＲＨＡは、角錐ホーンのうち、開口面が正方形となるよう形成された方形ホーン内に、方形ホーンを構成する４つの壁面を方形ホーンの中心軸に沿ってそれぞれ２等分するよう、４つのリッジを設けることにより構成される。 QRHA has four ridges so as to divide the four wall surfaces constituting the square horn into two equal parts along the central axis of the square horn in a square horn of the pyramid horn formed to have a square opening surface. It is comprised by providing.
そして、正方形の導波管からなる給電部に、互いに直交する直線偏波の電波を受信するための２つの給電ポートを設けることで、垂直偏波、水平偏波、といった２種類の電波を同時に受信することができる。 In addition, by providing two power supply ports for receiving linearly polarized radio waves orthogonal to each other in a power supply section composed of a square waveguide, two types of radio waves such as vertical polarization and horizontal polarization can be simultaneously transmitted. Can be received.
従って、このＱＲＨＡの２つの給電ポートを利用して、測定対象となる周波数帯域内で周波数が互いに異なる２種類のマイクロ波の信号レベルを同時に検出するようにすれば、物体内部の輝度温度の温度分布を測定するのに要する時間を短くすることができる。 Therefore, if the two HARQ power feed ports are used to simultaneously detect the signal levels of two types of microwaves having different frequencies within the frequency band to be measured, the temperature of the brightness temperature inside the object is detected. The time required to measure the distribution can be shortened.
つまり、輝度温度の測定は、物体から放射される放射ノイズの信号レベルを測定することであり、放射ノイズの偏波方向は一様ではなく、ランダムであることから、ＱＲＨＡに設けられた２つの給電ポートの何れを利用しても、放射ノイズの信号レベルを測定することができる。 In other words, the measurement of luminance temperature is to measure the signal level of radiation noise radiated from an object, and since the polarization direction of radiation noise is not uniform and random, the two provided in QRHA The signal level of radiation noise can be measured using any of the power supply ports.
このため、上記のように、ＱＲＨＡに設けられた２つの給電ポートを用いて、異なる周波数のマイクロ波（放射ノイズ）の信号レベルを測定するようにすれば、物体内部の温度分布を測定するのに要する時間を短くすることができるのである。 For this reason, as described above, if the signal levels of microwaves (radiation noise) of different frequencies are measured using the two power supply ports provided in the QRHA, the temperature distribution inside the object is measured. The time required for the process can be shortened.
しかしながら、従来のＱＲＨＡにおいては、２つの直線偏波の電波を同じ放射特性で放射できるようにするために、方形ホーンが用いられており、しかも、各リッジが、方形ホーンの中心軸を中心として、上下、左右に対称となるよう形成されている。 However, in the conventional QRHA, in order to be able to radiate two linearly polarized radio waves with the same radiation characteristics, a square horn is used, and each ridge is centered on the central axis of the square horn. It is formed so as to be symmetrical in the vertical and horizontal directions.
このため、従来のＱＲＨＡでは、２つの給電ポートからの電波の放射特性は略同じになり、各給電ポートから方形ホーンを介して放射される電波の放射ビームは、共に、低周波数側が広く、高周波数側が狭くなる。 For this reason, in the conventional QRHA, the radiation characteristics of the radio waves from the two power supply ports are substantially the same, and the radiation beams of the radio waves radiated from the respective power supply ports through the square horn are both wide on the low frequency side and high in frequency. The frequency side becomes narrower.
従って、従来のＱＲＨＡを用いて、高・低２種類の周波数ｆ１、ｆ２のマイクロ波を受信することにより、温度測定対象となる物体の内部温度を測定する場合、図７（ａ）に示すように、低周波数ｆ２のマイクロ波にて内部温度を検出可能な領域は、高周波数ｆ１のマイクロ波にて内部温度を検出可能な領域に比べて、温度測定対象の表面からの深さが深くなるだけでなく、温度測定対象の表面からみた面積Ｓも広くなってしまう（Ｓ２＞Ｓ１）。 Accordingly, when the internal temperature of the object to be measured is measured by receiving microwaves of two frequencies f1 and f2 using the conventional QRHA, as shown in FIG. In addition, the region in which the internal temperature can be detected by the microwave of the low frequency f2 is deeper from the surface of the temperature measurement object than the region in which the internal temperature can be detected by the microwave of the high frequency f1. In addition, the area S viewed from the surface of the temperature measurement object is also widened (S2> S1).
このため、従来のＱＲＨＡの２つの給電ポートを利用して、物体内部の温度分布を測定した場合、その測定結果に、物体表面から見た検出可能面積の変化分がノイズとして含まれてしまい、物体内部での温度分布を正確に検出することができないという問題があった。 For this reason, when the temperature distribution inside the object is measured using two power supply ports of the conventional QRHA, the change in the detectable area viewed from the object surface is included as noise in the measurement result, There was a problem that the temperature distribution inside the object could not be detected accurately.
つまり、人体等の物体内部の温度分布を測定する場合、物体表面から見て同一面積となる領域から熱雑音として放射されたマイクロ波を受信し、その受信レベルをマイクロ波の周波数毎に測定すれば、物体内部での温度分布を正確に検出することができる。しかし、従来のＱＲＨＡでは、マイクロ波の周波数に応じて放射ビームの角度が変化することから、その変化により検出誤差が生じてしまうのである。 In other words, when measuring the temperature distribution inside an object such as a human body, microwaves radiated as thermal noise from a region of the same area when viewed from the object surface are received, and the reception level is measured for each microwave frequency. Thus, the temperature distribution inside the object can be detected accurately. However, in the conventional QRHA, since the angle of the radiation beam changes according to the frequency of the microwave, the change causes a detection error.
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、人体等の物体から放射されるマイクロ波を受信することにより、物体内部の温度分布を測定するに当たって、マイクロ波の周波数により物体表面から見た測定可能範囲（面積）が変化するのを抑制可能なクアッドリッジホーンアンテナを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and when viewed from the object surface by the frequency of the microwave when measuring the temperature distribution inside the object by receiving the microwave radiated from the object such as the human body. An object of the present invention is to provide a quad ridge horn antenna capable of suppressing a change in measurable range (area).
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、
矩形の開口面を有する角錐ホーンと、
前記角錐ホーンの前記開口面とは反対側に設けられ、前記角錐ホーンを介して、互いに直交する２種類の直線偏波の電波を放射させる２つの給電ポートを備えた給電部と、
前記角錐ホーンの４つの内壁面に、前記２種類の直線偏波の偏波面に沿って各内壁面をそれぞれ等分するよう設けられた４つのリッジと、
を備えたクアッドリッジホーンアンテナであって、
前記角錐ホーンの前記開口面の形状を、隣接する辺の長さが異なる長方形にしたことを特徴とする。
The invention according to claim 1, which has been made to achieve the object,
A pyramid horn having a rectangular opening;
A power supply unit provided on the opposite side of the opening surface of the pyramid horn, and having two power supply ports for radiating radio waves of two types of linearly polarized waves orthogonal to each other via the pyramid horn;
Four ridges provided on the four inner wall surfaces of the pyramid horn so as to equally divide each inner wall surface along the polarization planes of the two types of linearly polarized waves,
A quad ridge horn antenna with
The shape of the opening surface of the pyramid horn is a rectangle with different lengths of adjacent sides.
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のクアッドリッジホーンアンテナにおいて、前記角錐ホーンの前記開口面の形状は、隣接する辺の長さが略１：２の長方形であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the quad ridge horn antenna according to the first aspect, the shape of the opening surface of the pyramid horn is a rectangle whose adjacent sides are approximately 1: 2. It is characterized by.
請求項１に記載のクアッドリッジホーンアンテナ（ＱＲＨＡ）によれば、角錐ホーンの開口面が、従来のＱＲＨＡのような正方形ではなく、長方形になっている。そして、角錐ホーンの開口面とは反対側には、互いに直交する２種類の直線偏波の電波を放射させる２つの給電ポートを備えた給電部が設けられ、角錐ホーンの４つの内壁には、２種類の直線偏波の偏波面に沿って各内壁面を等分するようにリッジが設けられている。 According to the quad ridge horn antenna (QRHA) of the first aspect, the opening surface of the pyramid horn is not a square like the conventional QRHA but a rectangle. And on the opposite side of the opening surface of the pyramid horn, there are provided power feeding portions provided with two feeding ports that radiate radio waves of two types of linearly polarized waves orthogonal to each other, and on the four inner walls of the pyramid horn, A ridge is provided so that each inner wall surface is equally divided along the polarization planes of two types of linearly polarized waves.
このように構成された本発明のＱＲＨＡによれば、２つの給電ポートを介して、角錐ホーンの開口面の各辺に平行な偏波面を有する２種類の直線偏波の電波を放射することができる。そして、その２種類の電波の周波数は、角錐ホーンの開口面の各辺の長さによって規定される。 According to the QRHA of the present invention configured as described above, two types of linearly polarized radio waves having a polarization plane parallel to each side of the opening surface of the pyramid horn can be radiated through two power supply ports. it can. The frequencies of the two types of radio waves are defined by the length of each side of the opening surface of the pyramid horn.
このため、本発明のＱＲＨＡを輝度温度の検出に用いる場合、温度検出に用いるマイクロ波の周波数帯域を、高・低２つの周波数帯域に分離し、２つの給電ポートの一方を、高周波数帯域側の信号を受信する受信ポート、２つの給電ポートの他方を、低周波数帯域側の信号を受信する受信ポート、として利用することができる。 For this reason, when the QRHA of the present invention is used for luminance temperature detection, the microwave frequency band used for temperature detection is separated into two high and low frequency bands, and one of the two power supply ports is connected to the high frequency band side. The other of the two receiving ports and the two power feeding ports can be used as a receiving port for receiving a signal on the low frequency band side.
また、この場合、２つの給電ポートから角錐ホーンを介して放射される、高・低２つの周波数帯域の電波の放射ビームは、角錐ホーンの開口面の各辺の長さの違いによって、従来のＱＲＨＡに比べ、ビーム幅（角度）の差が小さくなる。 In this case, the radiation beams of radio waves in two high and low frequency bands radiated from the two power supply ports through the pyramid horn are different from the conventional ones depending on the length of each side of the opening surface of the pyramid horn. Compared to QRHA, the difference in beam width (angle) is smaller.
よって、本発明のＱＲＨＡを用いて、物体内部の輝度温度を測定するようにすれば、図７（ｂ）に示すように、受信信号の周波数によって物体表面から見た測定可能面積Ｓ１、Ｓ２が変化するのを抑制しつつ、受信信号の周波数ｆ１、ｆ２に応じて物体表面からの深さ方向の温度を測定することができるようになる。 Therefore, if the brightness temperature inside the object is measured using the QRHA of the present invention, as shown in FIG. 7B, the measurable areas S1 and S2 viewed from the object surface according to the frequency of the received signal are obtained. The temperature in the depth direction from the object surface can be measured according to the frequencies f1 and f2 of the received signal while suppressing the change.
従って、本発明のＱＲＨＡによれば、従来構造のＱＲＨＡに比べ、物体内部の温度分布を正確に測定することができるようになる。
また、本発明のＱＲＨＡによれば、角錐ホーンの開口面を正方形にした場合に比べて、その開口面積（延いては、ＱＲＨＡの体積）を小さくして、ＱＲＨＡ全体を小型化することができる。
Therefore, according to the QRHA of the present invention, the temperature distribution inside the object can be measured more accurately than the QRHA having the conventional structure.
Further, according to the QRHA of the present invention, compared with the case where the opening surface of the pyramid horn is made square, the opening area (and hence the volume of QRHA) can be reduced, and the entire QRHA can be downsized. .
よって、本発明のＱＲＨＡを用いて輝度温度測定装置を構成すれば、輝度温度測定装置の小型化を図り、持ち運びがし易く、使い勝手のよい輝度温度測定装置を実現できる。
ここで、本発明では、ＱＲＨＡを構成する角錐ホーンの開口端を長方形にしているが、この長方形の短手方向の長さと、長手方向の長さは、請求項２に記載のように、略１：２にするとよい。
Therefore, if the brightness temperature measuring device is configured using the QRHA of the present invention, the brightness temperature measuring device can be downsized, easily carried, and easy to use.
Here, in the present invention, the opening end of the pyramid horn constituting the QRHA is rectangular, but the length of the rectangle in the short direction and the length in the longitudinal direction are substantially as described in claim 2. 1: 2 should be used.
なお、この比率は１：２からずれていてもよく、１：２の比率を中心として、大凡、３：８〜３：４の範囲内に設定すれば、上述した効果を得ることができる。 Note that this ratio may deviate from 1: 2, and if the ratio is set within a range of 3: 8 to 3: 4 around the ratio of 1: 2, the above-described effect can be obtained.
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、本実施形態のクアッドリッジホーンアンテナ（ＱＲＨＡ）２は、電波（本実施形態ではマイクロ波）を放射する開口面が長方形に形成された角錐ホーン１０と、角錐ホーン１０の開口面とは反対側に設けられた給電部２０と、を備える。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the quad ridge horn antenna (QRHA) 2 of the present embodiment includes a pyramid horn 10 having an opening surface that radiates radio waves (microwaves in the present embodiment), and a pyramid horn 10. And a power feeding unit 20 provided on the side opposite to the opening surface.
給電部２０には、給電部２０内にて、角錐ホーン１０の開口面周囲の４辺のうち、長手方向（ｙ軸方向）の２辺に直交する方向（ｘ軸方向）に中心導体が突出された第１の同軸コネクタ２２と、同じく、角錐ホーン１０の開口面周囲の４辺のうち、短手方向（ｘ軸方向）の２辺に直交する方向（ｙ軸方向）に中心導体が突出された第２の同軸コネクタ２４と、が設けられている。 In the power feeding unit 20, a central conductor projects in a direction (x-axis direction) perpendicular to two sides in the longitudinal direction (y-axis direction) among the four sides around the opening surface of the pyramid horn 10 in the power feeding unit 20. The center conductor protrudes in the direction (y-axis direction) orthogonal to the two sides in the short direction (x-axis direction) of the four coaxial connectors 22 and the four sides around the opening surface of the pyramid horn 10. The second coaxial connector 24 is provided.
これら各同軸コネクタ２２、２４は、角錐ホーン１０の後端側で、角錐ホーン１０内部の導波路から延設された給電部２０内の導波管部分に中心導体が突出されることで、所謂同軸−導波管変換器を構成している。 Each of these coaxial connectors 22, 24 is so-called by projecting a central conductor from a waveguide portion in the power feeding section 20 extending from the waveguide inside the pyramid horn 10 on the rear end side of the pyramid horn 10. A coaxial-waveguide converter is formed.
そして、第１の同軸コネクタ２２は、角錐ホーン１０の開口面の長手方向（ｙ軸方向）に平行な偏波面を有する直線偏波の電波を、角錐ホーン１０の中心軸方向（ｚ軸方向）に放射させる給電ポート（以下、Ｐｏｒｔ１ともいう）として機能する。 The first coaxial connector 22 transmits linearly polarized radio waves having a polarization plane parallel to the longitudinal direction (y-axis direction) of the opening surface of the pyramid horn 10 to the central axis direction (z-axis direction) of the pyramid horn 10. It functions as a power supply port (hereinafter also referred to as Port 1) to be radiated to the.
また、第２の同軸コネクタ２４は、角錐ホーン１０の開口面の短手方向（ｘ軸方向）に平行な偏波面を有する直線偏波の電波を、角錐ホーン１０の中心軸方向（ｚ軸方向）に放射させる給電ポート（以下、Ｐｏｒｔ２ともいう）として機能する。 Further, the second coaxial connector 24 transmits linearly polarized radio waves having a polarization plane parallel to the short side direction (x-axis direction) of the opening surface of the pyramid horn 10 to the central axis direction (z-axis direction) of the pyramid horn 10. ) Function as a power supply port (hereinafter also referred to as Port 2).
なお、これら各給電ポート（Ｐｏｒｔ１、Ｐｏｒｔ２）は、角錐ホーン１０のｙ軸方向及びｘ軸方向の長さにより放射可能な高周波信号の周波数が異なるので、偏波面がｙ軸方向の直線偏波の電波を放射するＰｏｒｔ１を、低周波信号用の給電ポート、偏波面がｘ軸方向の直線偏波の電波を放射するＰｏｒｔ２を、高周波信号用の給電ポート、として利用できる。 Each of these power supply ports (Port 1 and Port 2) has different frequencies of radiated high-frequency signals depending on the lengths of the pyramid horn 10 in the y-axis direction and the x-axis direction. Port 1 that radiates radio waves can be used as a power supply port for low-frequency signals, and Port 2 that radiates linearly polarized radio waves whose polarization plane is in the x-axis direction can be used as power supply ports for high-frequency signals.
次に、図２に示すように、角錐ホーン１０の開口面周囲の４辺を構成している、角錐ホーン１０の内壁の長さは、長手方向（ｙ軸方向）の長さＬｙと短手方向（ｘ軸方向）の長さＬｘとの比が、略２：１となるように設定されている。 Next, as shown in FIG. 2, the length of the inner wall of the pyramid horn 10 constituting the four sides around the opening surface of the pyramid horn 10 is the length Ly in the longitudinal direction (y-axis direction) and the short side. The ratio with the length Lx in the direction (x-axis direction) is set to be approximately 2: 1.
また、角錐ホーン１０の４つの内壁面には、ｘ軸方向の偏波面若しくはｙ軸方向の偏波面に沿って各内壁面を２等分する位置に、それぞれ、リッジ１２、１４、１６、１８が設けられている。 Further, the four inner wall surfaces of the pyramid horn 10 have ridges 12, 14, 16, and 18 at positions where the inner wall surfaces are equally divided along the polarization plane in the x-axis direction or the polarization plane in the y-axis direction, respectively. Is provided.
これら各リッジ１２〜１８は、図３に示すように、角錐ホーン１０から給電部２０の給電ポート（Ｐｏｒｔ１、Ｐｏｒｔ２）にかけて所定の曲率で連続的に形成されている。
また、各リッジ１２〜１８は、図４、図５に示すように、給電部２０側では、角錐ホーン１０の内壁面とは反対側の上端面が、各リッジ１２〜１８の中心軸を中心とする左右両側から、約４５度の傾斜を付けて削られている。
As shown in FIG. 3, these ridges 12 to 18 are continuously formed with a predetermined curvature from the pyramidal horn 10 to the power supply ports (Port 1 and Port 2) of the power supply unit 20.
As shown in FIGS. 4 and 5, each of the ridges 12 to 18 has an upper end surface opposite to the inner wall surface of the pyramid horn 10 on the power feeding unit 20 side, centering on the central axis of each ridge 12 to 18. It is cut with an inclination of about 45 degrees from the left and right sides.
これは、図２に示すように、給電部２０側で、各リッジ１２〜１８の上端面にて、断面が略正方形となる縦ｄｘ・横ｄｙの導波路を形成するためである。
つまり、給電部２０内では、各リッジ１２〜１８の上端面にて、略正方形の導波路を形成し、その導波路内に同軸コネクタ２２、２４の中心導体を突出することにより、同軸−導波管変換器としての機能を実現している。
This is because, as shown in FIG. 2, on the power feeding unit 20 side, longitudinal dx / lateral dy waveguides having a substantially square cross section are formed on the upper end surfaces of the ridges 12-18.
That is, in the power feeding unit 20, a substantially square waveguide is formed on the upper end surfaces of the ridges 12 to 18, and the central conductors of the coaxial connectors 22 and 24 are projected into the waveguide, thereby allowing coaxial-conduction. The function as a wave tube converter is realized.
そして、本実施形態のＱＲＨＡ２は、これら各リッジ１２〜１８の形状と厚みｃｘ、ｃｙ、及び、角錐ホーン１０の形状と大きさを適宜設定することにより、同軸コネクタ２２による給電ポート（Ｐｏｒｔ１）から５ＧＨｚ〜１５ＧＨｚのマイクロ波を放射し、同軸コネクタ２４による給電ポート（Ｐｏｒｔ２）から１５ＧＨｚ〜２５ＧＨｚのマイクロ波を放射するよう構成されている。 And QRHA2 of this embodiment sets the shape and thickness cx, cy of each of these ridges 12-18, and the shape and size of the pyramid horn 10 from the power supply port (Port1) by the coaxial connector 22 appropriately. A microwave of 5 GHz to 15 GHz is radiated, and a microwave of 15 GHz to 25 GHz is radiated from a power feeding port (Port 2) by the coaxial connector 24.
なお、図４、図５は、ＱＲＨＡ２を図１に示すＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂに沿って破断した状態を表しているが、破断によって現れる各リッジ１２、１６の形状を分かり易くするために、図４、図５において、ＱＲＨＡ２の破断によって断面が現れるリッジ１６、１８或いはリッジ１２、１４は、省略されている。 4 and 5 show a state in which the QRHA 2 is broken along the line AA and BB shown in FIG. 1, but in order to make the shapes of the ridges 12 and 16 appearing by the break easy to understand. 4 and 5, the ridges 16 and 18 or the ridges 12 and 14 whose cross-sections appear due to the fracture of the QRHA 2 are omitted.
以上説明したように、本実施形態のＱＲＨＡ２によれば、角錐ホーン１０の開口面が、従来のような正方形ではなく、長方形になっている。
このため、給電部２０に設けられた２つの給電ポート（Ｐｏｒｔ１、Ｐｏｒｔ２）から放射可能な電波は、高・低２種類の周波数となり、Ｐｏｒｔ１を高周波信号用、Ｐｏｒｔ２を低周波信号用、として利用できる。
As described above, according to the QRHA 2 of the present embodiment, the opening surface of the pyramid horn 10 is not a square as in the prior art but a rectangle.
For this reason, the radio waves that can be radiated from the two power supply ports (Port 1 and Port 2) provided in the power supply unit 20 have two types of high and low frequencies, and Port 1 is used for high-frequency signals and Port 2 is used for low-frequency signals. it can.
また、これら各給電ポート（Ｐｏｒｔ１、Ｐｏｒｔ２）から放射可能な電波は、互いに直交する偏波面を有する直線偏波の電波となるが、輝度温度測定のために受信する物体からの放射ノイズ（マイクロ波）は、偏波面がランダムであることから、一方の給電ポート（Ｐｏｒｔ１、Ｐｏｒｔ２）だけで、物体から放射されたマイクロ波の信号レベルを検出できる。 Further, radio waves that can be radiated from each of these power supply ports (Port 1 and Port 2) are linearly polarized radio waves having orthogonal polarization planes, but radiation noise (microwaves) from an object received for measuring the luminance temperature. ) Can detect the signal level of the microwave radiated from the object using only one power supply port (Port1, Port2) because the plane of polarization is random.
また、２つの給電ポート（Ｐｏｒｔ１、Ｐｏｒｔ２）から角錐ホーン１０を介して放射される、高・低２種類の周波数帯域の電波の放射ビームは、角錐ホーン１０の開口面のｘ軸方向・ｙ軸方向の長さの違いによって、ビーム幅（角度）の差が小さくなる。 Further, the radiation beams of radio waves in two high and low frequency bands radiated from the two power supply ports (Port 1 and Port 2) via the pyramid horn 10 are in the x-axis direction and y-axis directions of the opening surface of the pyramid horn 10. The difference in beam width (angle) becomes smaller due to the difference in the length in the direction.
よって、本実施形態のＱＲＨＡ２を用いて、物体内部の輝度温度を測定するようにすれば、図７（ａ）、（ｂ）に示したように、従来のＱＲＨＡを用いた場合に比べて、受信信号の周波数によって物体表面から見た測定可能面積Ｓ１、Ｓ２が変化するのを抑制しつつ、受信信号の周波数ｆ１、ｆ２に応じて物体表面からの深さ方向の温度を測定することができるようになる。 Therefore, if the brightness temperature inside the object is measured using the QRHA 2 of the present embodiment, as shown in FIGS. 7A and 7B, compared to the case where the conventional QRHA is used, The temperature in the depth direction from the object surface can be measured according to the frequencies f1 and f2 of the received signal while suppressing changes in the measurable areas S1 and S2 viewed from the object surface depending on the frequency of the received signal. It becomes like this.
従って、本実施形態のＱＲＨＡ２によれば、従来構造のＱＲＨＡに比べ、物体内部の温度分布を正確に測定することができるようになる。
また、本実施形態のＱＲＨＡ２によれば、角錐ホーンの開口面を正方形にした従来構造のＱＲＨＡに比べて、ＱＲＨＡ２全体を小型化することができる。
Therefore, according to the QRHA 2 of the present embodiment, the temperature distribution inside the object can be measured more accurately than the QRHA having the conventional structure.
Moreover, according to QRHA2 of this embodiment, the whole QRHA2 can be reduced in size compared with QRHA of the conventional structure which made the opening surface of the pyramid horn square.
このため、本実施形態のＱＲＨＡ２を用いて輝度温度測定装置を構成すれば、輝度温度測定装置の小型化を図り、持ち運びがし易く、使い勝手のよい輝度温度測定装置を実現できる。 Therefore, if the brightness temperature measuring device is configured using the QRHA 2 of the present embodiment, the brightness temperature measuring device can be reduced in size, easily carried, and easy to use.
次に、上記効果を裏付けるために、角錐ホーンの開口面を正方形にした従来構造のＱＲＨＡと、上述した本実施形態のＱＲＨＡとを試作し、各ＱＲＨＡのアンテナ特性（Ｐｏｒｔ１、Ｐｏｒｔ２でのリターンロス、利得、及び、半値幅）を測定した。 Next, in order to support the above effect, a prototype QRHA having a square pyramidal horn opening and the above-described QRHA according to the present embodiment are prototyped, and the antenna characteristics of each QRHA (return loss at Port 1 and Port 2). , Gain, and half width).
その測定結果を、図６に示す。なお、従来構造のＱＲＨＡの試作は、ｙ軸方向の寸法を、本実施形態のＱＲＨＡと同じにし、ｘ軸方向の寸法を、そのｙ軸方向の寸法と一致させることで行った。 The measurement results are shown in FIG. In addition, the trial production of QRHA having a conventional structure was performed by making the dimension in the y-axis direction the same as that of the QRHA of the present embodiment, and matching the dimension in the x-axis direction with the dimension in the y-axis direction.
図６に示すように、従来構造のＱＲＨＡは、５ＧＨｚ〜２５ＧＨｚの周波数範囲内で、リターンロス：−１０ｄＢ以下、利得：５ｄＢｉ以上の特性が得られ、５ＧＨｚ〜２５ＧＨｚのマイクロ波を受信することで物体の輝度温度を測定する際には、何れの給電ポート（Ｐｏｒｔ１、Ｐｏｒｔ２）を利用してもよいことが判る。 As shown in FIG. 6, QRHA having a conventional structure has a return loss of -10 dB or less and a gain of 5 dBi or more within a frequency range of 5 GHz to 25 GHz, and receives microwaves of 5 GHz to 25 GHz. It can be seen that any power supply port (Port1, Port2) may be used when measuring the luminance temperature of the object.
しかし、従来構造のＱＲＨＡでは、低周波側では半値幅が広く、高周波側では半値幅が狭くなる。このため、Ｐｏｒｔ１を低周波数用、Ｐｏｒｔ２を高周波数用として利用することで、高・低２種類のマイクロ波を同時に検出できるようにしても、周波数毎にビーム幅が大きく異なり、物体内部での温度分布を正確に測定することができない。 However, the QRHA having a conventional structure has a wide half-value width on the low frequency side and a narrow half-value width on the high frequency side. For this reason, even if Port1 is used for low frequency and Port2 is used for high frequency so that two types of microwaves can be detected at the same time, the beam width is greatly different for each frequency, The temperature distribution cannot be measured accurately.
なお、従来構造のＱＲＨＡにおいて、給電ポート（Ｐｏｒｔ１、Ｐｏｒｔ２）の違いでアンテナ特性が異なっているのは、２つの給電ポートの位置を同一にすることができないこと（つまり、給電ポートの位置にずれが生じること）が、主な原因である。 In addition, in the QRHA having the conventional structure, the antenna characteristics are different depending on the feeding port (Port1, Port2) because the positions of the two feeding ports cannot be made identical (that is, they are shifted to the feeding port positions). Is the main cause.
これに対し、本実施形態のＱＲＨＡ２においては、角錐ホーン１０の開口面を長方形にしているので、各給電ポート（Ｐｏｒｔ１、Ｐｏｒｔ２）におけるアンテナ特性は異なる。 On the other hand, in the QRHA 2 of the present embodiment, since the opening surface of the pyramid horn 10 is rectangular, the antenna characteristics at the respective power feeding ports (Port 1 and Port 2) are different.
しかし、輝度温度測定用としては、受信するマイクロ波の偏波方向に制限がないので、５ＧＨｚ〜１５ＧＨｚの低周波数側と、１５ＧＨｚ〜２５ＧＨｚの高周波数側とで、それぞれ、アンテナ特性（リターンロス、利得、半値幅）を最適化することができる。 However, for measuring the luminance temperature, there is no limitation on the polarization direction of the received microwave, so the antenna characteristics (return loss, 5 GHz to 15 GHz, and 15 GHz to 25 GHz, respectively, on the low frequency side and on the high frequency side of 15 GHz to 25 GHz, respectively. (Gain, half width) can be optimized.
そして、特に、本実施形態のＱＲＨＡ２によれば、５ＧＨｚ〜１５ＧＨｚの低周波数側と、１５ＧＨｚ〜２５ＧＨｚの高周波数側とで、半値幅を略同じにすることができるので、温度測定対象となる物体の深さ方向の温度分布を精度よく測定できることが判る。 In particular, according to the QRHA 2 of the present embodiment, the half-value width can be made substantially the same on the low frequency side of 5 GHz to 15 GHz and on the high frequency side of 15 GHz to 25 GHz. It can be seen that the temperature distribution in the depth direction can be accurately measured.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、角錐ホーン１０の開口面周囲の各辺の長さは、ｘ軸方向の長さＬｘとｙ軸方向の長さＬｙとの比が、略１：２となるように設定されるものとして説明したが、この長さは、各給電ポート（Ｐｏｒｔ１、Ｐｏｒｔ２）に割り当てる周波数等に応じて適宜設定すればよく、大凡、３：８〜３：４の範囲内に設定すれば、ＱＲＨＡに本発明を適用して、上述した効果を得ることができる。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various aspect can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.
For example, in the above embodiment, the length of each side around the opening surface of the pyramid horn 10 is such that the ratio of the length Lx in the x-axis direction to the length Ly in the y-axis direction is approximately 1: 2. Although described as being set, this length may be set as appropriate according to the frequency assigned to each power supply port (Port1, Port2), and is generally set within a range of 3: 8 to 3: 4. For example, the above-described effects can be obtained by applying the present invention to QRHA.
また、上記実施形態では、温度測定対象となる物体から放射される、５ＧＨｚ〜２５ＧＨｚのマイクロ波を受信することで、物体内部の温度分布を測定するものとして説明したが、この周波数範囲や、各給電ポート（Ｐｏｒｔ１、Ｐｏｒｔ２）に割り当てる周波数範囲は、温度測定対象となる物体の種類や測定条件等に応じて、適宜設定すればよい。 Moreover, in the said embodiment, although demonstrated as what measures the temperature distribution inside an object by receiving the microwave of 5 GHz-25 GHz radiated | emitted from the object used as a temperature measurement object, this frequency range and each What is necessary is just to set suitably the frequency range allocated to an electric power feeding port (Port1, Port2) according to the kind, measurement condition, etc. of the object used as temperature measurement object.
また、ＱＲＨＡ２を構成する角錐ホーン１０や給電部２０の内部空間は、単に、空気が入るものとしてもよいが、所定の誘電率を有する誘電体を充填するようにしてもよい。そして、誘電体を充填すれば、空気が入るようにした場合に比べて、各部の寸法を小さくすることができるので、ＱＲＨＡ２をより小型化することができる。 In addition, the internal space of the pyramid horn 10 and the power feeding unit 20 constituting the QRHA 2 may be simply filled with air, but may be filled with a dielectric having a predetermined dielectric constant. And if it fills with a dielectric material, compared with the case where air enters, since the dimension of each part can be made small, QRHA2 can be reduced more in size.
また、角錐ホーン１０の開口面から給電部２０の給電ポートにかけて設けられるリッジ１２〜１８は、角錐ホーン１０と一体形成してもよく、角錐ホーン１０とは別体で構成して角錐ホーン１０に後付けするようにしてもよい。 Further, the ridges 12 to 18 provided from the opening surface of the pyramid horn 10 to the power feeding port of the power feeding unit 20 may be formed integrally with the pyramid horn 10. It may be retrofitted.
そして、リッジ１２〜１８を角錐ホーン１０と別体で構成する場合、互いに対向配置されるリッジ１２，１４及び１６，１８を、誘電体基板と基板表面に積層された導電体とにより所謂テーパスロットアンテナとして構成し、これらを直交するように組み合わせることで、リッジ１２〜１８を、誘電体基板を用いて一体形成するようにしてもよい。 When the ridges 12 to 18 are formed separately from the pyramid horn 10, the ridges 12, 14 and 16, 18 arranged so as to face each other are so-called tapered slots by a dielectric substrate and a conductor laminated on the substrate surface. The ridges 12 to 18 may be integrally formed using a dielectric substrate by configuring as an antenna and combining them so as to be orthogonal to each other.
２…クアッドリッジホーンアンテナ（ＱＲＨＡ）１０…角錐ホーン、１２，１４，１６，…リッジ、２０…給電部、２２…第１の同軸コネクタ（Ｐｏｒｔ１）、２４…第２の同軸コネクタ（Ｐｏｒｔ２）。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Quad ridge horn antenna (QRHA) 10 ... Pyramid horn, 12, 14, 16, ... Ridge, 20 ... Feeding part, 22 ... 1st coaxial connector (Port1), 24 ... 2nd coaxial connector (Port2).
Claims (2)
前記角錐ホーンの前記開口面とは反対側に設けられ、前記角錐ホーンを介して、互いに直交する２種類の直線偏波の電波を放射させる２つの給電ポートを備えた給電部と、
前記角錐ホーンの４つの内壁面に、前記２種類の直線偏波の偏波面に沿って各内壁面をそれぞれ等分するよう設けられた４つのリッジと、
を備えたクアッドリッジホーンアンテナであって、
前記角錐ホーンの前記開口面の形状を、隣接する辺の長さが異なる長方形にしたことを特徴とするクアッドリッジホーンアンテナ。 A pyramid horn having a rectangular opening;
A power supply unit provided on the opposite side of the opening surface of the pyramid horn, and having two power supply ports for radiating radio waves of two types of linearly polarized waves orthogonal to each other via the pyramid horn;
Four ridges provided on the four inner wall surfaces of the pyramid horn so as to equally divide each inner wall surface along the polarization planes of the two types of linearly polarized waves,
A quad ridge horn antenna with
A quad ridge horn antenna characterized in that the shape of the opening surface of the pyramid horn is a rectangle with different lengths of adjacent sides.
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