JP2019035687A - 反射性能測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大規模な設備を用いずに遠方界におけるバイスタティック性能を測定すること。【解決手段】反射性能測定装置１０は、試料Ｓの電波反射性能を測定する装置である。試料支持部１２は、試料Ｓを支持する。送信部１４は、試料Ｓに向けて平面波Ｗ１を送信する。受信部１６は、試料Ｓで反射された反射波Ｗ２を受信する。算出部１８は、受信部１６で受信された反射波Ｗ２に基づいて、試料Ｓの電波反射性能を算出する。受信部１６は、試料支持部１２に支持された状態の試料Ｓを中心とした円弧状の軌道上を移動する移動部１６０２と、移動部１６０２に搭載された第１の受信アンテナ１６０４とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、試料の電波反射性能を測定する反射性能測定装置に関する。

従来、試料（測定対象物）の電波反射性能、特にＲＣＳ（Ｒａｄａｒ ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ）を測定する測定装置では、電波送信用アンテナと電波受信用アンテナとが同位置に配置されたモノスタティックレーダを用いて測定を行うのが一般的である（例えば下記特許文献１参照）。
一方、電波送信用アンテナと電波受信用アンテナとが異なる位置に配置されたバイスタティックレーダの研究が進んでおり、試料のバイスタティック性能（バイスタティックレーダに対する電波反射性能）を測定するための装置の開発が望まれている。従来、バイスタティック性能測定装置として、近傍界測定を行う小規模な装置は存在しているが、遠方界測定を行うためには大規模な設備が必要となる。
また、例えば下記特許文献２には、回転する試料に平面波を照射し、近傍界においてプローブアンテナで試料からの反射波を受信し、それをアレイファクタを用いて近傍界から遠方界に変換してＲＣＳを測定する技術が開示されている。

特開２０１３−１１３６１１号公報 特開２０１２−６８２２２号公報

ＲＣＳは、試料を中心とした周方向における電波反射強度分布として示される。
上述した特許文献２では、受信用アンテナの位置が固定されているため、試料角度を変更しながら複数回測定を行った結果からＲＣＳを算出することになり、測定作業が煩雑であるという課題がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、大規模な設備を用いずに遠方界におけるバイスタティック性能を測定することにある。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかる反射性能測定装置は、試料の電波反射性能を測定する反射性能測定装置であって、前記試料を支持する試料支持部と、前記試料に向けて平面波を送信する送信部と、前記試料で反射された反射波を受信する受信部と、前記受信部で受信された前記反射波に基づいて、前記試料の前記電波反射性能を算出する算出部と、を備え、前記受信部は、前記試料支持部に支持された状態の前記試料を中心とした円弧状の軌道上を移動する移動部と、前記移動部に搭載された第１の受信アンテナと、を備える、ことを特徴とする。
請求項２の発明にかかる反射性能測定装置は、前記移動部は、前記円弧状に形成されたレールと、前記レール上を自走するとともに前記第１の受信アンテナを載置する自走式の移動機構と、を備える、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる反射性能測定装置は、前記試料支持部は、前記試料を支持した状態で前記試料を前記平面波の送信方向に対して回転させる回転機構を備え、前記回転機構の駆動により前記試料に対する前記平面波の入射角度を変更可能である、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる反射性能測定装置は、前記移動部は、前記円弧状に形成されたレールと、前記レール上を自走する移動機構と、を備え、前記試料支持部は、前記試料を支持した状態で前記試料を回転させる回転機構を備え、前記移動機構および前記回転機構の移動状態を制御する移動制御部を更に備え、前記移動制御部は、予め設定された前記移動機構および前記回転機構の移動手順に基づいて、前記移動機構および前記回転機構の移動状態を制御する、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかる反射性能測定装置は、前記送信部は、球面波を送信する送信アンテナと、前記球面波を平面波に変換するリフレクタと、を備える、ことを特徴とする。
請求項６の発明にかかる反射性能測定装置は、前記送信アンテナと略同位置に前記試料で反射された前記反射波を受信する第２の受信アンテナを更に備え、前記算出部は、前記第２の受信アンテナで受信された前記反射波に基づく前記電波反射性能と、前記第１の受信アンテナで受信された前記反射波に基づく前記電波反射性能と、を切り替えて算出可能である、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、送信部から平面波を送信することにより遠方界を模擬した測定を行うことができるとともに、試料を中心とした円弧状の軌道上を受信アンテナが移動するので、遠方界におけるバイスタティック性能を、大規模な設備を用いることなく測定することができる。
請求項２の発明によれば、円弧状に形成されたレールと、レール上を自走する移動機構とを備えるので、第１の受信アンテナを予め定められた軌道上を確実に移動させる上で有利となる。
請求項３の発明によれば、試料に対する平面波の入射角度を任意の角度に変更して電波反射性能を測定する上で有利となる。
請求項４の発明によれば、予め設定された移動機構および回転機構の移動手順に基づいて、移動機構および回転機構の移動状態を制御するので、測定者の作業量を低減するとともに、測定位置を精度よく調整する上で有利となる。
請求項５の発明によれば、球面波を送信する送信アンテナと、球面波を平面波に変換するリフレクタとを備えるので、コンパクトレンジにより遠方界を模擬した測定を行うことができる。
請求項６の発明によれば、送信アンテナと略同位置に第２の受信アンテナを設けたので、第１の受信アンテナ１６０４を用いたバイスタティック測定に加えて、電波送信用アンテナと電波受信用アンテナとが同位置に配置されたモノスタティック測定を行うことができる。

実施の形態にかかる反射性能測定装置１０の構成を示す図である。 試料支持部１２の構成を示す図である。 送信部１４の構成を示す図である。 受信部１６の構成を示す図である。 算出部１８の構成を示す図である。 反射性能測定装置１０における座標を示す図である。 測定実行時における表示画面の一例を示す説明図である。 電波反射性能の計算値と実測値との比較を示すグラフである。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる反射性能測定装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１は、実施の形態にかかる反射性能測定装置１０の構成を示す図であり、反射性能測定装置１０を上方から見た図である。
反射性能測定装置１０は、試料Ｓの電波反射性能（ＲＣＳ）を測定するための装置であり、試料支持部１２、送信部１４、受信部１６、算出部１８（図５参照）を備える。
本実施の形態では、試料Ｓは板状の部材であるものとする。

本実施の形態では、図６に示すように、試料支持部１２で支持された状態の試料Ｓの中心点Ｏ１に座標中心を取り、中心点Ｏ１を通って鉛直方向に延びる軸心Ｒ１（試料支持部１２の支柱１２０４の軸心Ｒ１）方向に沿ってＺ軸を、送信部１４から送信された平面波Ｗ１の進行方向Ａ１に沿ってＸ軸を、Ｘ軸と直交する方向にＹ軸を、それぞれ設定している。
また、中心点Ｏ１を中心としたＸＹ平面上の回転量をθとし、受信部１６が設置された側（＋Ｙ座標）への回転を０°〜＋１８０°、受信部１６が設置されていない側（−Ｙ座標）への回転を０°〜−１８０°とする。
後述する第１の受信アンテナ１６０４の移動可能区間は、Ｙ軸上の点（＋９０°）を中心に±θ１（本実施の形態ではθ１＝４５°）とする。

試料支持部１２は、図２に示すように、基台１２０２、支柱１２０４、載置台１２０６、挟持部１２０８を備える。
基台１２０２は、床面等の平坦な場所に配置される。
支柱１２０４は、一端を基台１２０２に接続し、基台１２０２から鉛直に起立するとともに、他端を載置台１２０６に接続する。
載置台１２０６は、支柱１２０４によって支持されており、上面側が水平面を形成する。
挟持部１２０８は、載置台１２０６上に配置されており、板状の試料Ｓをばね部材等で付勢された２枚の板材で挟持することにより試料Ｓを支持する。本実施の形態では、挟持部１２０８で挟持された状態の試料Ｓの中心点Ｏ１が、支柱１２０４の軸心Ｒ１を通るように設置するものとする。

ここで、試料支持部１２は、試料Ｓを支持した状態で、後述する送信部１４による平面波Ｗ１の送信方向（図中矢印Ａ１）に対して試料Ｓを回転させる回転機構１２１０（図５参照）を備える。回転機構１２１０の駆動により試料Ｓに対する平面波Ｗ１の入射角度を変更可能となる。
回転機構１２１０は、例えばモータ等の駆動機構や操作部等により構成されており、測定者による操作または後述するコントローラ１８２０の制御により、試料Ｓに対する平面波Ｗ１の入射角度を任意に変更可能である。
回転機構１２１０は、例えば支柱１２０４を、その軸心Ｒ１を中心に回転可能とする。これにより、試料Ｓが矢印α方向（Ｚ軸回り）に回転可能となる。
また、回転機構１２１０は、例えば挟持部１２０８を、試料Ｓの延在方向に沿った軸Ｒ２を中心に揺動可能とする。これにより、試料Ｓが矢印β方向に回転（揺動）可能となる。
また、この他、支柱１２０４を伸縮させる伸縮機構（図示なし）を設け、後述する受信部１６との相対角度を変更できるようにしてもよい。
これら回転機構１２１０および伸縮機構の構成は、従来公知の様々な機構を適用可能である。

送信部１４は、図３に示すように、台座１４０１、送信アンテナ１４０２およびリフレクタ１４０４を備えるコンパクトレンジシステムであり、リフレクタ１４０４を用いて球面波を平面波に変換することにより、限られた空間内で遠方界測定を実現する。
台座１４０１は、床面Ｇに配置され、送信アンテナ１４０２を支持する。
送信アンテナ１４０２は、リフレクタ１４０４に向けて球面波Ｗ０を送信する。
リフレクタ１４０４は、例えば床面Ｇから起立する壁面Ｍに取付けられている。リフレクタ１４０４は、送信アンテナ１４０２から送信された球面波Ｗ０を平面波Ｗ１に変換する。リフレクタ１４０４で反射された平面波Ｗ１の進行方向（矢印Ａ１）上には、試料支持部１２が配置されており、試料Ｓに平面波Ｗ１が照射されることとなる。
なお、このような測定系において、受信アンテナ（後述する第１の受信アンテナ１６０４または第２の受信アンテナ１４０６）の開口直径をＤ、試料Ｓと受信アンテナとの間の距離をＲ、平面波Ｗ１の波長をλとすると、Ｒ≧２Ｄ^２／λを満足したときに遠方界測定と見なせるが、これより近接では、厳密には近傍界・遠方界変換処理が必要である。ただし、コンパクトレンジにより一様な電磁界が放射されている為、一般な近傍界より電磁界の乱れは少なくなっている。

ここで、送信アンテナ１４０２は、送受信兼用アンテナであり、試料Ｓに反射された反射波Ｗ２（図１参照）を受信する受信アンテナ（第２の受信アンテナ）１４０６としても機能する。これにより、送信アンテナ１４０２と同位置に第２の受信アンテナ１４０６が配置されることとなり、後述するようにモノスタティック測定が可能となる。
第２の受信アンテナ１４０６は、送信アンテナ１４０２と略同位置に設けられていればよく、例えば台座１４０１上に送信アンテナ１４０２と別体の第２の受信アンテナ１４０６を配置してもよい。

受信部１６は、図４に示すように、移動部１６０２と、第１の受信アンテナ１６０４と、を備え、試料Ｓで反射された反射波Ｗ２を受信する。
移動部１６０２は、試料支持部１２に支持された状態の試料Ｓを中心とした円弧状の軌道上を移動する。
より詳細には、移動部１６０２は、レール１６０６、移動機構１６０８、支柱１６１０を備える。
レール１６０６は、試料支持部１２の支柱１２０４の軸心Ｒ１を中心点とする円弧に沿って形成されている。
移動機構１６０８は、筐体内にモータや車輪等が収容されており、ピンドライブユニットを使用してレール１６０６上を任意の方向（矢印Ａ２方向または矢印Ａ３方向）に自走可能である。なお、移動機構１６０８の移動方向や移動速度などは、後述するコントローラ１８２０により制御する。
支柱１６１０は、移動機構１６０８の筐体から鉛直に起立する。支柱１６１０の先端には、第１の受信アンテナ１６０４が取り付けられている。なお、支柱１６１０には伸縮機構１６１２（図５参照）が設けられており、その長さを変更可能である。伸縮機構１６１２の稼働により、試料Ｓと第１の受信アンテナ１６０４との相対角度が変更可能である。

第１の受信アンテナ１６０４は、試料Ｓで反射された反射波Ｗ２を受信する。第１の受信アンテナ１６０４は、プローブアンテナであり、その先端を試料支持部１２の支柱１２０４の軸心Ｒ１に向けて配置されている。
第１の受信アンテナ１６０４を移動機構１６０８に取付けた状態で、移動機構１６０８がレール１６０６上を移動することにより、試料支持部１２に支持された状態の試料Ｓに対して等距離を保ちながら第１の受信アンテナ１６０４を移動することが可能となる。
なお、本実施の形態では、支柱１２０４の軸心Ｒ１と床面Ｇとの交点から、レール１６０６までの距離を２ｍ程度とした。

算出部１８は、受信部１６（第１の受信アンテナ１６０４）で受信された反射波に基づいて、試料Ｓの電波反射性能を算出する。第１の受信アンテナ１６０４で受信された反射波を用いることによって、電波送信用アンテナと電波受信用アンテナとを異なる位置に配置したバイスタティックレーダに対する電波反射性能（バイスタティック性能）を算出することができる。
また、算出部１８は、第２の受信アンテナ１４０６で受信された反射波に基づいて、試料Ｓの電波反射性能を算出することも可能である。第２の受信アンテナ１４０６で受信された反射波を用いることによって、電波送信用アンテナと電波受信用アンテナとを同位置に配置したモノティックレーダに対する電波反射性能（モノスタティック性能）を算出することができる。
すなわち、算出部１８は、第２の受信アンテナ１４０６で受信された反射波に基づく電波反射性能と、第１の受信アンテナ１６０４で受信された反射波に基づく電波反射性能と、を切り替えて算出可能である。

図５に示すように、算出部１８は、パーソナルコンピュータで構成され、ＣＰＵ１８０２と、不図示のインターフェース回路およびバスラインを介して接続されたＲＯＭ１８０４、ＲＡＭ１８０６、ハードディスク装置１８０８、キーボード１８１０、マウス１８１２、ディスプレイ１８１４、インターフェース１８１６などを有している。
ＲＯＭ１８０４は制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭ１８０６はワーキングエリアを提供するものである。
ハードディスク装置１８０８は、送信アンテナ１４０２や受信アンテナ１６０４、１４０６での電波の送受信を制御する測定制御プログラム、第１の受信アンテナ１６０４および第２の受信アンテナ１４０６で受信した反射波Ｗ２に基づいて試料Ｓの電波反射性能を算出する電波反射性能算出プログラムなどを格納している。
キーボード１８１０およびマウス１８１２は、操作者による操作入力を受け付けるものである。
ディスプレイ１８１４はデータを表示出力するものである。
インターフェース１８１６は、外部機器とデータや信号の授受を行うためのものであり、本実施の形態では、インターフェース１８１６は、第１の受信アンテナ１６０４、第２の受信アンテナ１４０６、コントローラ１８２０（移動制御部）と接続されている。

コントローラ１８２０は、試料支持部１２の回転機構１２１０、受信部１６の支柱１６１０の伸縮機構１６１２、移動機構１６０８の移動方向や移動速度などを制御する。
コントローラ１８２０は、例えば予め設定された移動機構１６０８および回転機構１２１０の移動手順、すなわちこれらの機構の制御プログラムに基づいて、移動機構１６０８および回転機構１２１０の移動状態を制御する。
また、コントローラ１８２０に、操作者による指示操作を受け付ける指示入力部を設け、指示入力部への指示操作に基づいて移動機構１６０８および回転機構１２１０の移動状態を制御してもよい。
また、コントローラ１８２０と算出部１８とを同一の装置で構成してもよい。

図７は、測定実行時における算出部１８の表示画面の一例を示す説明図である。
図７に示す表示画面７００は、第１の受信アンテナ１６０４を用いて試料Ｓのバイスタティック性能を測定する場合の画面である。なお、表示画面７００は、算出部１８のディスプレイ１８１４に表示される。
表示画面７００には、試料名７０２、走査範囲角度７０４、ステップ角７０６、測定開始角度７０８、測定待ち時間７１０、データ保存先７１２、現在角度７１４、位相グラフ７１６、振幅グラフ７１８が表示されている。

試料名７０２には、今回測定対象とする試料Ｓを識別する識別子を入力する。
走査範囲角度７０４には、第１の受信アンテナ１６０４の移動範囲を入力する。上述のように、本実施の形態では、第１の受信アンテナ１６０４の移動可能区間は、Ｙ軸上の点（＋９０°）を中心に±４５°、すなわち、４５°から１３５°の区間なので、走査範囲角度の最大値は９０°となる。
ステップ角７０６には、上記走査範囲角度を移動する間に、反射波Ｗ２の測定を行う間隔を入力する。ステップ角が小さいほど、走査範囲角度中における測定密度が大きくなる。
測定開始角度７０８には、第１の受信アンテナ１６０４における測定開始位置を入力する。
測定待ち時間７１０には、測定の終了までに要する時間が表示される。
データ保存先７１２には、測定結果のグラフや数値等を保存する保存先を入力する。
現在角度７１４は、第１の受信アンテナ１６０４の現在位置を示す角度が表示される。
位相グラフ７１６は、第１の受信アンテナ１６０４で受信した電波の位相が表示されており、縦軸が位相、横軸が周波数となっている。
振幅グラフ７１８は、第１の受信アンテナ１６０４で受信した電波の振幅が表示されており、縦軸が位相、横軸が周波数となっている。

図８は、計算により算出した遠方界における電波反射性能（ＲＣＳ）と、反射性能測定装置１０で測定した電波反射性能との比較を示すグラフである。
図８は、回転機構１２１０を用いて、平面波Ｗ１の進行方向Ａ１に対して−４５°方向に傾斜させた金属平板（３００ｍｍ四方）の電波反射性能であり、計算値を点線、測定値を実線で示している。なお、測定は、＋９０°±４５°（４５°から１３５°）の範囲で行った。
送信部１４をコンパクトレンジとしたことで試料Ｓ上の位相分布は一様となり、第１の受信アンテナ１６０４が遠方界基準（Ｒ≧２Ｄ^２／λ）を満足していないにも関わらず、遠方界での計算値とほぼ同じ測定結果が得られた。

以上説明したように、実施の形態にかかる反射性能測定装置１０は、送信部１４から平面波Ｗ１を送信することにより遠方界を模擬した測定を行うことができるとともに、試料Ｓを中心とした円弧状の軌道上を第１の受信アンテナ１６０４が移動するので、遠方界におけるバイスタティック性能を、大規模な設備を用いることなく測定することができる。
また、反射性能測定装置１０は、円弧状に形成されたレール１６０６と、レール１６０６上を自走する移動機構１６０８とを備えるので、第１の受信アンテナ１６０４を予め定められた軌道上を確実に移動させる上で有利となる。
また、反射性能測定装置１０は、試料Ｓを支持した状態で試料Ｓを平面波Ｗ１の進行方向Ａ１に対して回転させる回転機構１２１０を備えるので、試料Ｓに対する平面波Ｗ１の入射角度を任意の角度に変更して電波反射性能を測定する上で有利となる。
また、反射性能測定装置１０は、予め設定された移動機構１６０８および回転機構１２１０の移動手順に基づいて、移動機構１６０８および回転機構１２１０の移動状態を制御するので、測定者の作業量を低減するとともに、測定位置を精度よく調整する上で有利となる。
また、反射性能測定装置１０は、球面波を送信する送信アンテナ１４０２と、球面波を平面波に変換するリフレクタ１４０４とを備えるので、コンパクトレンジにより遠方界を模擬した測定を行うことができる。
また、反射性能測定装置１０は、送信アンテナ１４０２と略同位置に第２の受信アンテナ１４０６を設けたので、第１の受信アンテナ１６０４を用いたバイスタティック測定に加えて、電波送信用アンテナと電波受信用アンテナとが同位置に配置されたモノスタティック測定を行うことができる。

１０ 反射性能測定装置
１２ 試料支持部
１２０２ 基台
１２０４ 支柱
１２０６ 載置台
１２０８ 挟持部
１２１０ 回転機構
１４ 送信部
１４０１ 台座
１４０２ 送信アンテナ
１４０４ リフレクタ
１４０６ 第２の受信アンテナ
１６ 受信部
１６０２ 移動部
１６０４ 第１の受信アンテナ
１６０６ レール
１６０８ 移動機構
１６１０ 支柱
１６１２ 伸縮機構
１８ 算出部
Ｓ 試料
Ｗ０ 球面波
Ｗ１ 平面波
Ｗ２ 反射波
Ａ１ 平面波の進行方向
Ｏ１ 中心点
Ｒ１ 軸心

Claims (6)

1. 試料の電波反射性能を測定する反射性能測定装置であって、
   前記試料を支持する試料支持部と、
   前記試料に向けて平面波を送信する送信部と、
   前記試料で反射された反射波を受信する受信部と、
   前記受信部で受信された前記反射波に基づいて、前記試料の前記電波反射性能を算出する算出部と、を備え、
   前記受信部は、前記試料支持部に支持された状態の前記試料を中心とした円弧状の軌道上を移動する移動部と、前記移動部に搭載された第１の受信アンテナと、を備える、
   ことを特徴とする反射性能測定装置。
2. 前記移動部は、前記円弧状に形成されたレールと、前記レール上を自走するとともに前記第１の受信アンテナを載置する自走式の移動機構と、を備える、
   ことを特徴とする請求項１記載の反射性能測定装置。
3. 前記試料支持部は、前記試料を支持した状態で前記試料を前記平面波の送信方向に対して回転させる回転機構を備え、前記回転機構の駆動により前記試料に対する前記平面波の入射角度を変更可能である、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の反射性能測定装置。
4. 前記移動部は、前記円弧状に形成されたレールと、前記レール上を自走する移動機構と、を備え、
   前記試料支持部は、前記試料を支持した状態で前記試料を回転させる回転機構を備え、
   前記移動機構および前記回転機構の移動状態を制御する移動制御部を更に備え、
   前記移動制御部は、予め設定された前記移動機構および前記回転機構の移動手順に基づいて、前記移動機構および前記回転機構の移動状態を制御する、
   ことを特徴とする請求項１記載の反射性能測定装置。
5. 前記送信部は、球面波を送信する送信アンテナと、前記球面波を平面波に変換するリフレクタと、を備える、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の反射性能測定装置。
6. 前記送信アンテナと略同位置に前記試料で反射された前記反射波を受信する第２の受信アンテナを更に備え、
   前記算出部は、前記第２の受信アンテナで受信された前記反射波に基づく前記電波反射性能と、前記第１の受信アンテナで受信された前記反射波に基づく前記電波反射性能と、を切り替えて算出可能である、
   ことを特徴とする請求項５記載の反射性能測定装置。

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