JP3666663B2 - 電磁界照射装置とそのインピーダンス整合方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、電磁界照射装置とそのインピーダンス整合方法に関し、特に、生物学的照射実験、イミュニティ試験その他の電磁界照射実験を実施するに使用される均一の電磁界を照射する電磁界照射装置とそのインピーダンス整合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生物学的照射実験、イミュニティ試験その他の電磁界照射実験において電磁界照射測定を実施するに際して電磁界がＲＦ帯である場合、図１４に示される如く、ＴＥＭセル、導波管その他の外導体９１により密閉された閉空間内に電磁界を照射される照射対象物２を設置して電磁界を印加する方法が採用される。ここで、２０は整合負荷、８１は照射対象物２を励振する信号源、９２は内導体を示す（非特許文献１ 参照）。
また、図１５に示される如く、送信アンテナ１から放射される電磁界の照射方向から見て照射対象物２の後方である背面に金属板７０を配置し、金属板７０による反射電磁界照射により生じる定在波を利用することにより、照射効率を上げる均一な電磁界照射を放射する方法も採用される。
【０００３】
【非特許文献１】
Frank Schonborn,et al,“Design,Optimization,Realization,and Analysis of an In Vitro System for the Exposure of Embryonic Stem Cells at 1.71 GHz”,Bioelectromagnetics 21,372-384,2000
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上の電磁界照射に使用するＴＥＭセルおよび導波管は、内部に障害物がない状態で理想的な電磁界モードが形成されることを前提として設計されている。従って、セル内に障害物となる照射対象物２を配置した場合、内部の電磁界が乱れて、照対象物２に対する電磁界照射量を制御することが困難になる。
また、定在波を利用した電磁界照射は、照射対象物２の近傍に金属板７０の如き導電体を配置するが、配置された導電体７０が周囲の電磁界を乱し、照射対象物２に対する電磁界照射量を制御することが困難になる。
【０００５】
この発明は、開空間電磁界照射において、電磁界照射源と照射対象物との間にインピーダンス整合器の役割を担う誘電体板を取り入れる（長谷部 望 著，“電波工学”，コロナ社，１９９５ 参照）。これにより、照射対象物による反射波、不要な散乱波を低減し、インピーダンス整合を適用して電磁界照射を行うことにより照射効率を上げ、照射対象物に均一な電磁界を照射する均一電磁界を発生する電磁界照射装置を提供し、更に、この電磁界照射装置を使用して多サンプルに均一電磁界を照射する電磁界照射装置とそのインピーダンス整合方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１: 電磁界照射装置において、電磁界を放射する送信アンテナ１と、照射対象物２とインピーダンス整合器を形成する誘電率および厚みを有する誘電体板３と、送信アンテナ１と照射対象物２との間に誘電体板３を介在支持する支持具４とを具備する電磁界照射装置を構成した。
そして、請求項２：請求項１に記載される電磁界照射装置において、照射対象物２に対向して電波吸収体６を設置し、或いは反射板７を傾斜して設置した電磁界照射装置を構成した。
【０００７】
また、請求項３：請求項１および請求項２の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、複数の送信アンテナ１１、１２、１３を具備し、これら送信アンテナ１１、１２、１３を入力電力、位相を制御して励振する信号源８１を具備する電磁界照射装置を構成した。
更に、請求項４：請求項１ないし請求項３の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、誘電体板３および／或いは送信アンテナ１を支持具４に沿って位置決め調整する構成を具備する電磁界照射装置を構成した。
ここで、請求項５：請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、誘電体板３を同一誘電率を有する複数枚の薄厚誘電体板３１で構成した電磁界照射装置を構成した。
【０００８】
そして、請求項６：請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、誘電体板３を互いに誘電率および／或いは厚みを異にする複数枚の誘電体板で構成した電磁界照射装置を構成した。
また、請求項７：請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、誘電体板３は照射対象物２との間のインピーダンス整合条件に適う誘電率を有する第１の誘電体領域３０と、整合条件とは異なる誘電率を有する第２の誘電体領域３０’で構成した電磁界照射装置を構成した。
更に、請求項８：請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、照射対象物２の後方に整合条件を満足する後方誘電体板３４を設置し、或いは、照射対象物２の後方および周辺に亘って整合条件を満足する後方周辺誘電体板３５を設置した電磁界照射装置を構成した。
【０００９】
請求項９：請求項１ないし請求項８の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、照射対象物２は個別に配列支持された複数の照射対象物より成る電磁界照射装置を構成した。
そして、請求項１０：請求項１ないし請求項９の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、誘電体板３と照射対象物２とを一括して細胞培養容器４０内に収容した電磁界照射装置を構成した。
ここで、請求項１１：請求項１ないし請求項１０の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、インピーダンス整合器としての誘電体板を液状誘電体で構成した電磁界照射装置を構成した。
【００１０】
更に、請求項１２：請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、照射対象物２および照射対象物２の後方である終端側の空気層迄をも含む領域Ｓに着目し、誘電体板３の厚みと誘電率を調節することにより、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んでインピーダンス整合をとって構成した電磁界照射装置を構成した。請求項１３：請求項１２に記載される電磁界照射装置において、照射対象物２と誘電体板３の間に損失性媒質層３９を介在させた電磁界照射装置を構成した。請求項１４：請求項１３に記載される電磁界照射装置において、損失性媒質層３９を照射対象物２の周囲に迄延伸形成した電磁界照射装置を構成した。
【００１１】
請求項１５：請求項１３および請求項１４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、照射対象物２の個数を複数とした電磁界照射装置を構成した。
請求項１６：請求項１２ないし請求項１５の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、損失性媒質層と誘電体板の一方或いは双方を液状の物質により置換した電磁界照射装置を構成した。
請求項１７：請求項１２に記載される電磁界照射装置において、誘電体板３を容器に収容した誘電性液体により置換し、容器に誘電性液体を循環せしめる循環器を付加した電磁界照射装置を構成した。
【００１２】
請求項１８：請求項１３ないし請求項１５の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、損失性媒質層を容器に収容した損失性液体により置換し、容器に損失性液体を循環せしめる循環器を付加した電磁界照射装置を構成した。
請求項１９：電磁界照射装置のインピーダンス整合方法において、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、照射対象物２および照射対象物２の後方である終端側の空気層迄をも含む領域Ｓに着目し、誘電体板３の厚みと誘電率を調節することにより、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んでインピーダンス整合をとる電磁界照射装置のインピーダンス整合方法を構成した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１６は水より成る照射対象物２に対して平面波を照射した場合の電界分布を示す。この場合、空気層と照射対象物２の誘電率差により反射波が生じ、大きな定在波が形成される。反射波が大きく照射効率が悪いことに加えて、定在波により周囲の電磁界に乱れが引き起こされる。そこで、図１７に示される如く、空気層と照射対象物２である水との境界にインピーダンス整合器の一例としてλ／４インピーダンス変換器の厚み、誘電率を有する誘電体板３を装着した場合、インピーダンスが整合して定在波は発生せず、反射波は打ち消される。反射波が生じないところから照射効率は上昇し、更に、周囲の電磁界の乱れは減少する。インピーダンス整合器となる誘電体板３は２ＧＨｚ帯の電磁波照射の場合、比誘電率はεr ＝８．８であり、厚みｄ：λg ／４＝１２．６ｍｍ（λg ： 誘電体内波長）である。水の比誘電率はεr＝７８.０ である。この発明は、電磁波を放射する送信アンテナ、空気と照射対象物との間でインピーダンス整合器として動作する誘電率と厚みを有する誘電体板、およびこれらを取付け支持する支持具を具備している。図１８を参照するに、送信アンテナ１の形状をホーンアンテナと仮定すると、誘電体板存在しない場合は、照射対象物２に照射された電磁界は空気と照射対象物２の誘電率差から大きな反射波を生じる。また、照射対象物２が有限長の場合大きな回折波が生じる。しかし、図１９に示される如くインピーダンス整合の役割を担う誘電体板３を設置した場合、空気と誘電体板３の間、そして誘電体板３と照射対象物２の間でインピーダンス整合するので反射波が生ぜずに、効率よく均一な電磁界が照射対象物２へ照射される。図２０に示される如く照射対象物２と比較して充分に大きな誘電体板３を設置した場合、回り込む透過波が低減するので回折波の影響も低減する。更に、不要な散乱波を減少させ電磁界分布を乱すことがなくなり、照射対象物２に対する電磁界照射量を制御することができる。
【００１４】
【実施例】
この発明の実施例を図を参照して説明する。
図１および図２を参照して請求項１に対応する実施例を説明する。電磁界照射装置の第１の実施例は、電磁界を放射する送信アンテナ１、空気層と照射対象物２との間のインピーダンス整合器を構成する誘電体板３（誘電率と厚みを有する誘電体板）、これら構成部材を収容保持する支持具４より成る。支持具４の上部には誘電体板支持片４１が突出形成されている。支持具４および誘電体板支持片４１はアクリル、テフロン（登録商標）の如き周囲の電磁界を乱さない低誘電率材料により構成される。
【００１５】
図１において、送信アンテナ１は電磁界を上に向けて放射し、照射対象物２を電磁界照射する。インピーダンス整合器の役割を担う誘電体板３を、支持具４内の空気層と照射対象物２との間に設置することにより、空気層と誘電体板３との間のインピーダンス整合をとると共に、誘電体板３と照射対象物２との間のインピーダンス整合をとる。これらのインピーダンス整合をとることにより反射波が生ぜず、効率よく均一な電磁界を照射対象物２に照射することができる。
図２を参照して説明するに、支持具４の中間部には誘電体板支持片４１が突出形成され、誘電体板３はこれに支持されている。支持具４の誘電体板支持片４１より下側には、対象物支持部材４２が形成され、照射対象物２はこれによりを支えられている。送信アンテナ１は電磁界を下に向けて放射し、照射対象物２を電磁界照射する。対象物支持部材４２も、アクリル、テフロン（登録商標）の如き周囲の電磁界を乱さない低誘電率材料により構成される。インピーダンス整合器の役割を担う誘電体板３を空気層と照射対象物２との間に設置することにより、空気層と誘電体板３との間のインピーダンス整合をとると共に、誘電体板３と照射対象物２との間のインピーダンスを整合をとる。これらのインピーダンス整合をとることにより反射波が生ぜず、効率よく均一な電磁界を照射対象物２に照射することができる。
【００１６】
図３および図４を参照して請求項２に対応する実施例を説明する。誘電体板支持片４１は支持具４の中間部に突出形成され、誘電体板３を支持している。支持具４はその上端に上板５を取り付けている。この上板５の下面には電波吸収体６が被着せしめられている。
支持具４の上端の上板５に電波吸収体６を被着せしめることにより、照射対象物２を透過した透過波および照射対象物２の反射波を吸収して不要な散乱波を低減させることができる。
図４を参照して説明するに、支持具４の上端は、電磁界の照射方向の延長線上に傾斜して反射板７を取り付けて覆われている。
【００１７】
支持具４の上端に傾斜して反射板７を取り付けることにより、これに到来入射する照射対象物２を透過した透過波および照射対象物２の反射波を照射対象物２に無関係の方向へ反射させ、照射対象物２に対する不要な散乱波を低減させる。
更に、照射対象物２に照射されずに周囲の物体、支持具４の壁面により散乱した電磁界についても、電波吸収体６による吸収或いは反射板７による反射により再び照射対象物２に入射することを阻止することができる。
図５を参照して請求項３に対応する実施例を説明する。電磁界を照射する放射源が複数の送信アンテナ１１、１２、１３により構成される。各送信アンテナ１１、１２、１３の給電回路装置は、信号源８１、信号源８１から供給される電力を分配する分配器８２、給電電力を制御する減衰器８３１、８３２、８３３、位相を制御する位相器８４１、８４２、８４３より成る。これら給電回路装置を制御することにより、各送信アンテナ１１、１２、１３の放射する電磁界のビームパターンを形成する。
【００１８】
図５はホーンアンテナを放射源とした例である。各送信アンテナ１２を調整することによりビームパターンを制御し、誘電体板３に広範囲で均一な電磁界を入射させることによって、照射対象物２に対して広範囲な均一電磁界を照射することができる。
図６を参照して請求項４に対応する実施例を説明する。４３はアンテナ保持体を示す。このアンテナ保持体４３は送信アンテナ１を担持した状態で支持具４に沿って上下方向に可動位置決めされる構成を有している。４１’は誘電体板可動支持片であり、支持具４に沿って上下方向に可動位置決めされる構成を有している。更に、送信アンテナ１をも支持具４に沿って上下方向に可動位置決めする。
【００１９】
送信アンテナ１をアンテナ保持体４３により支持具４に沿って上下方向に可動調整位置決めすると共に、誘電体板３を誘電体板可動支持片４１’により支持具４に沿って上下方向に可動調整位置決めする構成を採用することにより、送信アンテナ１と誘電体板３との間の距離を変化調整することにより、誘電体板３に入射する電磁界分布が変化し、照射対象物２を載置する面における照射電磁界分布を制御することができる。
図７を参照して請求項５に対応する実施例を説明する。インピーダンス整合器の役割を担う誘電体板３を、整合条件を満足する厚みより薄く構成して同一誘電率を有する薄厚誘電体板３１を複数枚積層して形成し、薄厚誘電体板３１の複数枚全体の厚みで整合条件を満足する構成としている。インピーダンス整合器の役割を担う誘電体板３の厚みは照射電磁界の周波数により異なるものであるところから、使用周波数により薄厚誘電体板３１の枚数を変化させて誘電体板３の厚みを調整することにより、任意の周波数で照射対象物２との間のインピーダンス整合をとることを容易にしている。
【００２０】
図８を参照して請求項６に対応する実施例を説明する。インピーダンス整合器の役割を担う誘電体板３が、相異なる誘電率、厚みを有する複数枚の薄厚誘電体板３１、３２、３３で形成され、複数段のインピーダンス整合をとる構成とされている。空気層と照射対象物２との間を一段でインピーダンス整合しようとせずに、インピーダンス整合を多段にすることにより、最終的に照射対象物２と照射電磁界のインピーダンス整合を得る。数段に分けてインピーダンス整合を行うことにより整合条件を得る誘電率の選択範囲が広がり、薄厚誘電体板３１、３２、３３として採用し得る誘電材料の選択が容易になる。図８の如く、空気層と薄厚誘電体板３２の間のインピーダンス整合を薄厚誘電体板３１で行い、薄厚誘電体板３１と薄厚誘電体板３３のインピーダンス整合を薄厚誘電体板３２で行い、そして、最後に、薄厚誘電体板３２と照射対象物２との間のインピーダンス整合を薄厚誘電体板３３で行う。ここで、薄厚誘電体板３２が高誘電率、低損失であった場合、入射電磁界の波長短縮が大きくなり、誘電体板３を置かない場合と比較して送信アンテナ１から照射対象物２までの伝播距離を多くとることができるところから、入射電磁界はより平面波に近づき、より均一な電磁界照射をすることができる。
【００２１】
図９を参照して請求項７に対応する実施例を説明する。設置する誘電体板３はその一部は空気層と照射対象物２との間のインピーダンス整合条件に適う誘電率を有する第１の誘電体領域３０とし、その他の部分は整合条件とは異なる誘電率を有する第２の誘電体領域３０’で構成される。整合条件を満足する第１の誘電率領域３０を変化させることにより、整合させて効率良く照射する領域を制御することができる。即ち、図９の場合の如く、照射対象物２に接する第１の誘電率領域３０のみ整合条件に適う誘電率を有する誘電体板とし、その他の第２の誘電体領域３０’を損失の大きい誘電体板とすることにより第２の誘電体領域３０’において回折波の削減効果を発揮させることができる。
【００２２】
図１０および図１１を参照して請求項８に対応する実施例を説明する。電磁界の照射側から見て照射対象物２の後方にも整合条件を満足する誘電率の後方誘電体板３４を設置する構成を採用する。或いは、図１１に示される如く、照射対象物２の後方および周辺に亘って、整合条件を満足する誘電率の後方周辺誘電体板３５を配置する構成を採用する。
これらの構成を採用することにより、入射電磁界だけではなく、透過波或いは回折波との間のインピーダンス整合をもとることができ、不要な散乱波をより少なくすることができる。
【００２３】
図１２を参照して請求項９に対応する実施例を説明する。この実施例は、図１の実施例において、電磁界照射装置に複数の照射対象物２を設置したものに相当する。照射対象物２と送信アンテナ１との間にインピーダンス変換器を構成する誘電体板３を介在させることにより、複数のサンプルである照射対象物２に対して効率よく均一な電磁界を同時に照射することができる。そして、インピーダンス整合がとれていることにより反射波が低減され、照射対象物２の数が増加しても周囲電磁界の乱れは小さい。図９ないし図１１の実施例においても、同様に、複数の照射対象物２を設置して上述した効果と同様な効果を奏す。
【００２４】
図１３を参照して請求項１０に対応する実施例を説明する。照射対象物２は細胞培養器４０内に収容配列された複数の細胞培養皿とされている。細胞培養器４０内にはインピーダンス整合器として誘電体板３を設置し、その上にサンプルである細胞培養液で満たされた容器である細胞培養皿を複数配列設置している。誘電体板３により、細胞培養液とのインピーダンス整合がとれ、放射された電磁界は効率よく均一に細胞に照射される。そして、各サンプルから放射される散乱波も低減されるので、周囲の電磁界の乱れが小さく、各サンプル内に照射される電磁界照射量を制御することができる。
【００２５】
ところで、以上の実施例において、誘電体板３は、何れも、固体材料より成るものであったが、これをインピーダンス整合条件に適う誘電率と厚みを有する液状誘電体により構成することができる。必要な厚みを有する薄型の容器を準備して、これに液状誘電体を充填して形成する。
図１ないし図１３の実施例について説明してきたが、これの説明においては、何れも、照射対象物２の大きさおよび厚みに関して格別の考慮は払われていなかった。照射対象物２の大きさおよび厚みが大である場合は、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、照射対象物２に着目し、誘電体板３下面における入射側から照射対象物２を見込んだインピーダンスの整合を得て効率よく照射対象物２に電磁界を照射することができる。この場合、誘電体板３の厚みと誘電率を調整することにより、誘電体板３の厚みを誘電体板内部の電磁界波長の１／４に設定することを実施していた。しかし、照射対象物２の大きさが小さく厚みが薄い場合、誘電体板３の後方の空気層の影響が現れて、誘電体板３の厚みを内部の電磁界波長の１／４に設定しても、誘電体板３下面における入射側から照射対象物２を見込んだインピーダンスの整合を得ることができないことが解った。
【００２６】
ここで、図２１の実施例を参照するに、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、照射対象物２および照射対象物２の後方である終端側の空気層迄をも含む領域Ｓに着目し、誘電体板３の厚みと誘電率を調節することにより、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合をとる電磁界照射装置のインピーダンス整合方法を採用して、照射対象物２に効率よく電磁界を照射することができた。誘電体板３の厚みと誘電率の調節は電子計算機によるシミュレーションを実施しながら行うことができる。以上の通りにして、照射対象物２の大きさおよび厚みに無関係にインピーダンスの整合を得ることができる。
【００２７】
図２２の実施例は、図２１の実施例において、誘電体板３に載置される照射対象物２の数を複数としたものに相当する。図２１の場合と同様に、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、照射対象物２および照射対象物２の後方である終端側の空気層迄をも含む領域Ｓに着目し、誘電体板３の厚みと誘電率を調節することにより、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て、複数の照射対象物２に効率よく電磁界を照射することができる。
ここで、図２３を参照して更なる実施例を説明する。これは照射対象物２と誘電体板３の間に損失性媒質層３９を介在させている。これにより、照射対象物２から放射される不要な散乱波を除去する。損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調整することにより、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、損失性媒質層３９、照射対象物２、そして終端側の空気層迄をも含む領域Ｓについて、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て効率よく電磁界を照射することができる。
【００２８】
図２４を参照して複数の照射対象物に効率よく電磁界を照射する実施例を説明する。図２３におけると同様に、損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調整することにより電磁界入射側の空気層、誘電体板３、損失性媒質層３９、照射対象物２、そして終端側の空気層迄をも含む領域Ｓについて、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て効率よく、複数の照射対象物に電磁界を照射する。
図２５の実施例においては、照射対象物２の周囲に照射対象物と同じ高さまで損失性媒質３９を延伸形成し、照射対象物２からの不要な散乱波を除去する。即ち、損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調節し、電磁界入射側の空気層、誘電体板３，損失性媒質層３９、照射対象物２、および終端側の空気層までを含む領域Ｓについて、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て効率よく照射対象物２に電磁界を照射する。
【００２９】
図２６の実施例は、図２５の実施例において損失性媒質層３９に載置される照射対象物２の数を複数としたものに相当する。図２５の実施例の場合と同様に、損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調節して、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、損失性媒質層３９、照射対象物２、および終端側の空気層までを含む領域Ｓについて、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て効率よく複数の照射対象物２に電磁界を照射する。損失性媒質３９を図示される通りに形成することにより、複数位置した照射対象物２間の干渉を低減することができる。
【００３０】
図２７を参照するに、これは損失性媒質層３９を照射対象物２の全表面に亘って延伸形成している。これにより、照射対象物２から不要な散乱波が放射されるのを除去することができる。損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調節して、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、損失性媒質層３９、照射対象物２および終端側の空気層までを含む領域Ｓについて、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て効率よく照射対象物２に電磁界を照射することができる。
図２８を参照するに、これは図２７の実施例において照射対象物２の数を複数としたものに相当する。図２７の実施例の場合と同様に、損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調節し、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、損失性媒質層３９、照射対象物２および終端側の空気層までを含む領域Ｓについて、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て複数の照射対象物に効率よく電磁界を照射することができる。損失性媒質３９を図示される通りに配置することにより、複数配置した照射対象物の相互間の干渉を低減することができる。
【００３１】
ここで、図２１ないし図２８により図示説明される電磁界照射装置において、損失性媒質層と誘電体板の一方或いは双方を液状の物質により置換した電磁界照射装置を構成した。
一例として、損失性媒質を液状の損失性媒質に置き換える。誘電体板を容器の形状に構成し、この容器内に液状の損失媒質を注入保持する。或いは、それぞれを薄い低損失誘電体容器で保持する。
そして、図２１ないし図２８により図示説明される電磁界照射装置において、誘電体板を容器に収容した誘電性液体により置換し、誘電性液体を循環せしめる循環器を容器に付加した電磁界照射装置を構成した。誘電性液体を循環させることにより照射対象物の温度を一定に保持する。循環する誘電性液体による冷却効果により、高出力の電磁界照射を行っても照射対象物の熱上昇を抑えることができ、適正な実験を実施することができる。
【００３２】
また、図２３ないし図２８により図示説明される電磁界照射装置実施例において、損失性媒質層を容器に収容した損失性液体により置換し、容器に損失性液体を循環せしめる循環器を付加した電磁界照射装置を構成した。液状損失性媒質を循環させることにより照射対象物の温度を一定に保持する。
循環する液状損失性媒質の冷却効果により、高出力の電磁界照射を行っても照射対象物の熱上昇を抑えることができ、適正な実験を実施することができる。
図２９を参照するに、これは照射対象物２と誘電体板３の間に損失性媒質層３９を介在させた組み合わせ体を、先に図１３を参照して説明した細胞培養器４０内に収容した実施例を説明する図である。損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調節し、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、損失性媒質層３９、照射対象物２および終端側の空気層までを含む領域Ｓについて、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て複数の照射対象物に効率よく電磁界を照射することができる。図２３ないし図２８の実施例に適用して実施することができる。
【００３３】
図３０を参照するに、これは、図２９と同様に、照射対象物２と誘電体板３の間に損失性媒質層３９を介在させた組み合わせ体を、細胞培養器４０内に収容した実施例を説明する図である。図３０の場合、損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調節し、照射対象物２、損失性媒質層３９、誘電体板３と周囲の空気層に加えて、細胞培養器４０迄を含めたインピーダンスを整合させる領域Ｓについて、細胞培養器４０下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て複数の照射対象物に効率よく電磁界を照射することができる。図２３ないし図２８の実施例に適用して実施することができる。
【００３４】
図３１を参照するに、これは照射対象物２を容器２００内に収容した実施例を説明する図である。この容器は図２１ないし図２９の実施例の照射対象物２に適用して実施することができる。そして、照射対象物２を容器２００内に収容して整合を得ることにより、照射対象物２が液状の場合についてもこの発明を適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
上述した通りであって、空気中に配置された照射対象物に電磁界を照射した場合、空気中と照射対象物の誘電率差が存在するところから照射対象物内に効率よく均一な電磁界を形成することは非常に困難であるが、この発明によれば、電磁界照射実験を実施するに使用される電磁界照射装置においてインピーダンス整合器として誘電体板を使用することにより、照射対象物から放射される反射波および不要な散乱波を低減し、照射効率を上げ、照射対象物に対して均一な電磁界を照射することができる。そして、この発明の電磁界照射装置は、誘電体板と照射対象物とを一括して細胞培養容器内に収容してこれを照射対象物とすることにより、細胞培養容器内の複数のサンプルに対して均一電磁界を同時に照射することができる。
【００３６】
更に、電磁界入射側の空気層、誘電体板、照射対象物および照射対象物の後方である終端側の空気層迄をも含む領域に着目し、誘電体板の厚みと誘電率を調節することにより、誘電体板下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得る構成を採用することにより、誘電体板の厚みと誘電率の調節を電子計算機によるシミュレーションを実施しながら、照射対象物の大きさおよび厚みに無関係に電磁界照射装置のインピーダンスの整合をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁波を上に向けて照射する場合のインピーダンス整合する電磁界照射装置の基本構成を説明する図 。
【図２】電磁波を下に向けて照射する場合のインピーダンス整合する電磁界照射装置の基本構成を説明する図 。
【図３】電波吸収体を設置した電磁界照射装置を説明する図。
【図４】反射板を設置した電磁界照射装置を説明する図。
【図５】電磁界放射源として複数の送信アンテナを使用する電磁界照射装置を説明する図。
【図６】送信アンテナおよび／或いは誘電体板の位置調整をする電磁界照射装置を説明する図。
【図７】誘電体板を同じ誘電率を有する複数枚の薄厚誘電体板で形成した電磁界照射装置を説明する図。
【図８】誘電体板を異なる誘電率および厚みを有する複数枚の誘電体板で形成した電磁界照射装置を説明する図。
【図９】空気層と照射対象物との間のインピーダンス整合条件に適う誘電率を有する第１の誘電体領域と整合条件とは異なる誘電率を有する第２の誘電体領域で誘電体板を構成した電磁界照射装置を説明する図。
【図１０】照射対象物の後方に後方誘電体板を付加配置した電磁界照射装置を説明する図。
【図１１】照射対象物に後方周辺誘電体板を配置した電磁界照射装置を説明する図。
【図１２】照射対象物を複数とした電磁界照射装置を説明する図。
【図１３】内部に複数の細胞培養皿を収容配列した細胞培養器を照射対象物とした電磁界照射装置を説明する図。
【図１４】ＴＥＭセルを説明する図。
【図１５】照射対象物の背面に金属導体を配置し定在波を利用した照射を説明する図。
【図１６】照射対象物による定在波の発生を説明する図。
【図１７】インピーダンス整合器を照射対象物に装着した場合の電界分布を説明する図。
【図１８】照射対象物に電磁界を照射した場合の電磁界の様子を説明する図。
【図１９】インピーダンス整合条件を満たす誘電体板を装着した場合の電磁界の様子を説明する図。
【図２０】寸法の大きな誘電体板を装着した場合の電磁界の様子を説明する図。
【図２１】実施例においてインピーダンスを整合させる領域を示す図。
【図２２】図２１の実施例において照射対象物を複数とした実施例を説明する図。
【図２３】損失性媒質層を介在させた実施例を説明する図。
【図２４】図２３の実施例において照射対象物を複数とした実施例を説明する図。
【図２５】照射対象物の周囲にまで損失性媒質を延伸形成した実施例を説明する図。
【図２６】図２５の実施例において照射対象物を複数とした実施例を説明する図。
【図２７】損失性媒質層を照射対象物の全表面に亘り延伸形成した実施例を説明する図。
【図２８】図２７の実施例において照射対象物を複数とした実施例を説明する図。
【図２９】照射対象物と誘電体板の間に損失性媒質層を介在させた組み合わせ体を培養器内に収容した実施例を説明する図。
【図３０】図２９において、培養器下面においてインピーダンスを整合をとるところを説明する図。
【図３１】照射対象物を容器内に収容した実施例を説明する図。
【符号の説明】
１ 送信アンテナ ２ 照射対象物
３ 誘電体板 ４ 支持具
【産業上の利用分野】
この発明は、電磁界照射装置とそのインピーダンス整合方法に関し、特に、生物学的照射実験、イミュニティ試験その他の電磁界照射実験を実施するに使用される均一の電磁界を照射する電磁界照射装置とそのインピーダンス整合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生物学的照射実験、イミュニティ試験その他の電磁界照射実験において電磁界照射測定を実施するに際して電磁界がＲＦ帯である場合、図１４に示される如く、ＴＥＭセル、導波管その他の外導体９１により密閉された閉空間内に電磁界を照射される照射対象物２を設置して電磁界を印加する方法が採用される。ここで、２０は整合負荷、８１は照射対象物２を励振する信号源、９２は内導体を示す（非特許文献１ 参照）。
また、図１５に示される如く、送信アンテナ１から放射される電磁界の照射方向から見て照射対象物２の後方である背面に金属板７０を配置し、金属板７０による反射電磁界照射により生じる定在波を利用することにより、照射効率を上げる均一な電磁界照射を放射する方法も採用される。
【０００３】
【非特許文献１】
Frank Schonborn,et al,“Design,Optimization,Realization,and Analysis of an In Vitro System for the Exposure of Embryonic Stem Cells at 1.71 GHz”,Bioelectromagnetics 21,372-384,2000
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上の電磁界照射に使用するＴＥＭセルおよび導波管は、内部に障害物がない状態で理想的な電磁界モードが形成されることを前提として設計されている。従って、セル内に障害物となる照射対象物２を配置した場合、内部の電磁界が乱れて、照対象物２に対する電磁界照射量を制御することが困難になる。
また、定在波を利用した電磁界照射は、照射対象物２の近傍に金属板７０の如き導電体を配置するが、配置された導電体７０が周囲の電磁界を乱し、照射対象物２に対する電磁界照射量を制御することが困難になる。
【０００５】
この発明は、開空間電磁界照射において、電磁界照射源と照射対象物との間にインピーダンス整合器の役割を担う誘電体板を取り入れる（長谷部 望 著，“電波工学”，コロナ社，１９９５ 参照）。これにより、照射対象物による反射波、不要な散乱波を低減し、インピーダンス整合を適用して電磁界照射を行うことにより照射効率を上げ、照射対象物に均一な電磁界を照射する均一電磁界を発生する電磁界照射装置を提供し、更に、この電磁界照射装置を使用して多サンプルに均一電磁界を照射する電磁界照射装置とそのインピーダンス整合方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１: 電磁界照射装置において、電磁界を放射する送信アンテナ１と、照射対象物２とインピーダンス整合器を形成する誘電率および厚みを有する誘電体板３と、送信アンテナ１と照射対象物２との間に誘電体板３を介在支持する支持具４とを具備する電磁界照射装置を構成した。
そして、請求項２：請求項１に記載される電磁界照射装置において、照射対象物２に対向して電波吸収体６を設置し、或いは反射板７を傾斜して設置した電磁界照射装置を構成した。
【０００７】
また、請求項３：請求項１および請求項２の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、複数の送信アンテナ１１、１２、１３を具備し、これら送信アンテナ１１、１２、１３を入力電力、位相を制御して励振する信号源８１を具備する電磁界照射装置を構成した。
更に、請求項４：請求項１ないし請求項３の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、誘電体板３および／或いは送信アンテナ１を支持具４に沿って位置決め調整する構成を具備する電磁界照射装置を構成した。
ここで、請求項５：請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、誘電体板３を同一誘電率を有する複数枚の薄厚誘電体板３１で構成した電磁界照射装置を構成した。
【０００８】
そして、請求項６：請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、誘電体板３を互いに誘電率および／或いは厚みを異にする複数枚の誘電体板で構成した電磁界照射装置を構成した。
また、請求項７：請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、誘電体板３は照射対象物２との間のインピーダンス整合条件に適う誘電率を有する第１の誘電体領域３０と、整合条件とは異なる誘電率を有する第２の誘電体領域３０’で構成した電磁界照射装置を構成した。
更に、請求項８：請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、照射対象物２の後方に整合条件を満足する後方誘電体板３４を設置し、或いは、照射対象物２の後方および周辺に亘って整合条件を満足する後方周辺誘電体板３５を設置した電磁界照射装置を構成した。
【０００９】
請求項９：請求項１ないし請求項８の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、照射対象物２は個別に配列支持された複数の照射対象物より成る電磁界照射装置を構成した。
そして、請求項１０：請求項１ないし請求項９の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、誘電体板３と照射対象物２とを一括して細胞培養容器４０内に収容した電磁界照射装置を構成した。
ここで、請求項１１：請求項１ないし請求項１０の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、インピーダンス整合器としての誘電体板を液状誘電体で構成した電磁界照射装置を構成した。
【００１０】
更に、請求項１２：請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、照射対象物２および照射対象物２の後方である終端側の空気層迄をも含む領域Ｓに着目し、誘電体板３の厚みと誘電率を調節することにより、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んでインピーダンス整合をとって構成した電磁界照射装置を構成した。請求項１３：請求項１２に記載される電磁界照射装置において、照射対象物２と誘電体板３の間に損失性媒質層３９を介在させた電磁界照射装置を構成した。請求項１４：請求項１３に記載される電磁界照射装置において、損失性媒質層３９を照射対象物２の周囲に迄延伸形成した電磁界照射装置を構成した。
【００１１】
請求項１５：請求項１３および請求項１４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、照射対象物２の個数を複数とした電磁界照射装置を構成した。
請求項１６：請求項１２ないし請求項１５の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、損失性媒質層と誘電体板の一方或いは双方を液状の物質により置換した電磁界照射装置を構成した。
請求項１７：請求項１２に記載される電磁界照射装置において、誘電体板３を容器に収容した誘電性液体により置換し、容器に誘電性液体を循環せしめる循環器を付加した電磁界照射装置を構成した。
【００１２】
請求項１８：請求項１３ないし請求項１５の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、損失性媒質層を容器に収容した損失性液体により置換し、容器に損失性液体を循環せしめる循環器を付加した電磁界照射装置を構成した。
請求項１９：電磁界照射装置のインピーダンス整合方法において、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、照射対象物２および照射対象物２の後方である終端側の空気層迄をも含む領域Ｓに着目し、誘電体板３の厚みと誘電率を調節することにより、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んでインピーダンス整合をとる電磁界照射装置のインピーダンス整合方法を構成した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１６は水より成る照射対象物２に対して平面波を照射した場合の電界分布を示す。この場合、空気層と照射対象物２の誘電率差により反射波が生じ、大きな定在波が形成される。反射波が大きく照射効率が悪いことに加えて、定在波により周囲の電磁界に乱れが引き起こされる。そこで、図１７に示される如く、空気層と照射対象物２である水との境界にインピーダンス整合器の一例としてλ／４インピーダンス変換器の厚み、誘電率を有する誘電体板３を装着した場合、インピーダンスが整合して定在波は発生せず、反射波は打ち消される。反射波が生じないところから照射効率は上昇し、更に、周囲の電磁界の乱れは減少する。インピーダンス整合器となる誘電体板３は２ＧＨｚ帯の電磁波照射の場合、比誘電率はεr ＝８．８であり、厚みｄ：λg ／４＝１２．６ｍｍ（λg ： 誘電体内波長）である。水の比誘電率はεr＝７８.０ である。この発明は、電磁波を放射する送信アンテナ、空気と照射対象物との間でインピーダンス整合器として動作する誘電率と厚みを有する誘電体板、およびこれらを取付け支持する支持具を具備している。図１８を参照するに、送信アンテナ１の形状をホーンアンテナと仮定すると、誘電体板存在しない場合は、照射対象物２に照射された電磁界は空気と照射対象物２の誘電率差から大きな反射波を生じる。また、照射対象物２が有限長の場合大きな回折波が生じる。しかし、図１９に示される如くインピーダンス整合の役割を担う誘電体板３を設置した場合、空気と誘電体板３の間、そして誘電体板３と照射対象物２の間でインピーダンス整合するので反射波が生ぜずに、効率よく均一な電磁界が照射対象物２へ照射される。図２０に示される如く照射対象物２と比較して充分に大きな誘電体板３を設置した場合、回り込む透過波が低減するので回折波の影響も低減する。更に、不要な散乱波を減少させ電磁界分布を乱すことがなくなり、照射対象物２に対する電磁界照射量を制御することができる。
【００１４】
【実施例】
この発明の実施例を図を参照して説明する。
図１および図２を参照して請求項１に対応する実施例を説明する。電磁界照射装置の第１の実施例は、電磁界を放射する送信アンテナ１、空気層と照射対象物２との間のインピーダンス整合器を構成する誘電体板３（誘電率と厚みを有する誘電体板）、これら構成部材を収容保持する支持具４より成る。支持具４の上部には誘電体板支持片４１が突出形成されている。支持具４および誘電体板支持片４１はアクリル、テフロン（登録商標）の如き周囲の電磁界を乱さない低誘電率材料により構成される。
【００１５】
図１において、送信アンテナ１は電磁界を上に向けて放射し、照射対象物２を電磁界照射する。インピーダンス整合器の役割を担う誘電体板３を、支持具４内の空気層と照射対象物２との間に設置することにより、空気層と誘電体板３との間のインピーダンス整合をとると共に、誘電体板３と照射対象物２との間のインピーダンス整合をとる。これらのインピーダンス整合をとることにより反射波が生ぜず、効率よく均一な電磁界を照射対象物２に照射することができる。
図２を参照して説明するに、支持具４の中間部には誘電体板支持片４１が突出形成され、誘電体板３はこれに支持されている。支持具４の誘電体板支持片４１より下側には、対象物支持部材４２が形成され、照射対象物２はこれによりを支えられている。送信アンテナ１は電磁界を下に向けて放射し、照射対象物２を電磁界照射する。対象物支持部材４２も、アクリル、テフロン（登録商標）の如き周囲の電磁界を乱さない低誘電率材料により構成される。インピーダンス整合器の役割を担う誘電体板３を空気層と照射対象物２との間に設置することにより、空気層と誘電体板３との間のインピーダンス整合をとると共に、誘電体板３と照射対象物２との間のインピーダンスを整合をとる。これらのインピーダンス整合をとることにより反射波が生ぜず、効率よく均一な電磁界を照射対象物２に照射することができる。
【００１６】
図３および図４を参照して請求項２に対応する実施例を説明する。誘電体板支持片４１は支持具４の中間部に突出形成され、誘電体板３を支持している。支持具４はその上端に上板５を取り付けている。この上板５の下面には電波吸収体６が被着せしめられている。
支持具４の上端の上板５に電波吸収体６を被着せしめることにより、照射対象物２を透過した透過波および照射対象物２の反射波を吸収して不要な散乱波を低減させることができる。
図４を参照して説明するに、支持具４の上端は、電磁界の照射方向の延長線上に傾斜して反射板７を取り付けて覆われている。
【００１７】
支持具４の上端に傾斜して反射板７を取り付けることにより、これに到来入射する照射対象物２を透過した透過波および照射対象物２の反射波を照射対象物２に無関係の方向へ反射させ、照射対象物２に対する不要な散乱波を低減させる。
更に、照射対象物２に照射されずに周囲の物体、支持具４の壁面により散乱した電磁界についても、電波吸収体６による吸収或いは反射板７による反射により再び照射対象物２に入射することを阻止することができる。
図５を参照して請求項３に対応する実施例を説明する。電磁界を照射する放射源が複数の送信アンテナ１１、１２、１３により構成される。各送信アンテナ１１、１２、１３の給電回路装置は、信号源８１、信号源８１から供給される電力を分配する分配器８２、給電電力を制御する減衰器８３１、８３２、８３３、位相を制御する位相器８４１、８４２、８４３より成る。これら給電回路装置を制御することにより、各送信アンテナ１１、１２、１３の放射する電磁界のビームパターンを形成する。
【００１８】
図５はホーンアンテナを放射源とした例である。各送信アンテナ１２を調整することによりビームパターンを制御し、誘電体板３に広範囲で均一な電磁界を入射させることによって、照射対象物２に対して広範囲な均一電磁界を照射することができる。
図６を参照して請求項４に対応する実施例を説明する。４３はアンテナ保持体を示す。このアンテナ保持体４３は送信アンテナ１を担持した状態で支持具４に沿って上下方向に可動位置決めされる構成を有している。４１’は誘電体板可動支持片であり、支持具４に沿って上下方向に可動位置決めされる構成を有している。更に、送信アンテナ１をも支持具４に沿って上下方向に可動位置決めする。
【００１９】
送信アンテナ１をアンテナ保持体４３により支持具４に沿って上下方向に可動調整位置決めすると共に、誘電体板３を誘電体板可動支持片４１’により支持具４に沿って上下方向に可動調整位置決めする構成を採用することにより、送信アンテナ１と誘電体板３との間の距離を変化調整することにより、誘電体板３に入射する電磁界分布が変化し、照射対象物２を載置する面における照射電磁界分布を制御することができる。
図７を参照して請求項５に対応する実施例を説明する。インピーダンス整合器の役割を担う誘電体板３を、整合条件を満足する厚みより薄く構成して同一誘電率を有する薄厚誘電体板３１を複数枚積層して形成し、薄厚誘電体板３１の複数枚全体の厚みで整合条件を満足する構成としている。インピーダンス整合器の役割を担う誘電体板３の厚みは照射電磁界の周波数により異なるものであるところから、使用周波数により薄厚誘電体板３１の枚数を変化させて誘電体板３の厚みを調整することにより、任意の周波数で照射対象物２との間のインピーダンス整合をとることを容易にしている。
【００２０】
図８を参照して請求項６に対応する実施例を説明する。インピーダンス整合器の役割を担う誘電体板３が、相異なる誘電率、厚みを有する複数枚の薄厚誘電体板３１、３２、３３で形成され、複数段のインピーダンス整合をとる構成とされている。空気層と照射対象物２との間を一段でインピーダンス整合しようとせずに、インピーダンス整合を多段にすることにより、最終的に照射対象物２と照射電磁界のインピーダンス整合を得る。数段に分けてインピーダンス整合を行うことにより整合条件を得る誘電率の選択範囲が広がり、薄厚誘電体板３１、３２、３３として採用し得る誘電材料の選択が容易になる。図８の如く、空気層と薄厚誘電体板３２の間のインピーダンス整合を薄厚誘電体板３１で行い、薄厚誘電体板３１と薄厚誘電体板３３のインピーダンス整合を薄厚誘電体板３２で行い、そして、最後に、薄厚誘電体板３２と照射対象物２との間のインピーダンス整合を薄厚誘電体板３３で行う。ここで、薄厚誘電体板３２が高誘電率、低損失であった場合、入射電磁界の波長短縮が大きくなり、誘電体板３を置かない場合と比較して送信アンテナ１から照射対象物２までの伝播距離を多くとることができるところから、入射電磁界はより平面波に近づき、より均一な電磁界照射をすることができる。
【００２１】
図９を参照して請求項７に対応する実施例を説明する。設置する誘電体板３はその一部は空気層と照射対象物２との間のインピーダンス整合条件に適う誘電率を有する第１の誘電体領域３０とし、その他の部分は整合条件とは異なる誘電率を有する第２の誘電体領域３０’で構成される。整合条件を満足する第１の誘電率領域３０を変化させることにより、整合させて効率良く照射する領域を制御することができる。即ち、図９の場合の如く、照射対象物２に接する第１の誘電率領域３０のみ整合条件に適う誘電率を有する誘電体板とし、その他の第２の誘電体領域３０’を損失の大きい誘電体板とすることにより第２の誘電体領域３０’において回折波の削減効果を発揮させることができる。
【００２２】
図１０および図１１を参照して請求項８に対応する実施例を説明する。電磁界の照射側から見て照射対象物２の後方にも整合条件を満足する誘電率の後方誘電体板３４を設置する構成を採用する。或いは、図１１に示される如く、照射対象物２の後方および周辺に亘って、整合条件を満足する誘電率の後方周辺誘電体板３５を配置する構成を採用する。
これらの構成を採用することにより、入射電磁界だけではなく、透過波或いは回折波との間のインピーダンス整合をもとることができ、不要な散乱波をより少なくすることができる。
【００２３】
図１２を参照して請求項９に対応する実施例を説明する。この実施例は、図１の実施例において、電磁界照射装置に複数の照射対象物２を設置したものに相当する。照射対象物２と送信アンテナ１との間にインピーダンス変換器を構成する誘電体板３を介在させることにより、複数のサンプルである照射対象物２に対して効率よく均一な電磁界を同時に照射することができる。そして、インピーダンス整合がとれていることにより反射波が低減され、照射対象物２の数が増加しても周囲電磁界の乱れは小さい。図９ないし図１１の実施例においても、同様に、複数の照射対象物２を設置して上述した効果と同様な効果を奏す。
【００２４】
図１３を参照して請求項１０に対応する実施例を説明する。照射対象物２は細胞培養器４０内に収容配列された複数の細胞培養皿とされている。細胞培養器４０内にはインピーダンス整合器として誘電体板３を設置し、その上にサンプルである細胞培養液で満たされた容器である細胞培養皿を複数配列設置している。誘電体板３により、細胞培養液とのインピーダンス整合がとれ、放射された電磁界は効率よく均一に細胞に照射される。そして、各サンプルから放射される散乱波も低減されるので、周囲の電磁界の乱れが小さく、各サンプル内に照射される電磁界照射量を制御することができる。
【００２５】
ところで、以上の実施例において、誘電体板３は、何れも、固体材料より成るものであったが、これをインピーダンス整合条件に適う誘電率と厚みを有する液状誘電体により構成することができる。必要な厚みを有する薄型の容器を準備して、これに液状誘電体を充填して形成する。
図１ないし図１３の実施例について説明してきたが、これの説明においては、何れも、照射対象物２の大きさおよび厚みに関して格別の考慮は払われていなかった。照射対象物２の大きさおよび厚みが大である場合は、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、照射対象物２に着目し、誘電体板３下面における入射側から照射対象物２を見込んだインピーダンスの整合を得て効率よく照射対象物２に電磁界を照射することができる。この場合、誘電体板３の厚みと誘電率を調整することにより、誘電体板３の厚みを誘電体板内部の電磁界波長の１／４に設定することを実施していた。しかし、照射対象物２の大きさが小さく厚みが薄い場合、誘電体板３の後方の空気層の影響が現れて、誘電体板３の厚みを内部の電磁界波長の１／４に設定しても、誘電体板３下面における入射側から照射対象物２を見込んだインピーダンスの整合を得ることができないことが解った。
【００２６】
ここで、図２１の実施例を参照するに、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、照射対象物２および照射対象物２の後方である終端側の空気層迄をも含む領域Ｓに着目し、誘電体板３の厚みと誘電率を調節することにより、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合をとる電磁界照射装置のインピーダンス整合方法を採用して、照射対象物２に効率よく電磁界を照射することができた。誘電体板３の厚みと誘電率の調節は電子計算機によるシミュレーションを実施しながら行うことができる。以上の通りにして、照射対象物２の大きさおよび厚みに無関係にインピーダンスの整合を得ることができる。
【００２７】
図２２の実施例は、図２１の実施例において、誘電体板３に載置される照射対象物２の数を複数としたものに相当する。図２１の場合と同様に、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、照射対象物２および照射対象物２の後方である終端側の空気層迄をも含む領域Ｓに着目し、誘電体板３の厚みと誘電率を調節することにより、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て、複数の照射対象物２に効率よく電磁界を照射することができる。
ここで、図２３を参照して更なる実施例を説明する。これは照射対象物２と誘電体板３の間に損失性媒質層３９を介在させている。これにより、照射対象物２から放射される不要な散乱波を除去する。損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調整することにより、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、損失性媒質層３９、照射対象物２、そして終端側の空気層迄をも含む領域Ｓについて、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て効率よく電磁界を照射することができる。
【００２８】
図２４を参照して複数の照射対象物に効率よく電磁界を照射する実施例を説明する。図２３におけると同様に、損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調整することにより電磁界入射側の空気層、誘電体板３、損失性媒質層３９、照射対象物２、そして終端側の空気層迄をも含む領域Ｓについて、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て効率よく、複数の照射対象物に電磁界を照射する。
図２５の実施例においては、照射対象物２の周囲に照射対象物と同じ高さまで損失性媒質３９を延伸形成し、照射対象物２からの不要な散乱波を除去する。即ち、損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調節し、電磁界入射側の空気層、誘電体板３，損失性媒質層３９、照射対象物２、および終端側の空気層までを含む領域Ｓについて、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て効率よく照射対象物２に電磁界を照射する。
【００２９】
図２６の実施例は、図２５の実施例において損失性媒質層３９に載置される照射対象物２の数を複数としたものに相当する。図２５の実施例の場合と同様に、損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調節して、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、損失性媒質層３９、照射対象物２、および終端側の空気層までを含む領域Ｓについて、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て効率よく複数の照射対象物２に電磁界を照射する。損失性媒質３９を図示される通りに形成することにより、複数位置した照射対象物２間の干渉を低減することができる。
【００３０】
図２７を参照するに、これは損失性媒質層３９を照射対象物２の全表面に亘って延伸形成している。これにより、照射対象物２から不要な散乱波が放射されるのを除去することができる。損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調節して、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、損失性媒質層３９、照射対象物２および終端側の空気層までを含む領域Ｓについて、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て効率よく照射対象物２に電磁界を照射することができる。
図２８を参照するに、これは図２７の実施例において照射対象物２の数を複数としたものに相当する。図２７の実施例の場合と同様に、損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調節し、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、損失性媒質層３９、照射対象物２および終端側の空気層までを含む領域Ｓについて、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て複数の照射対象物に効率よく電磁界を照射することができる。損失性媒質３９を図示される通りに配置することにより、複数配置した照射対象物の相互間の干渉を低減することができる。
【００３１】
ここで、図２１ないし図２８により図示説明される電磁界照射装置において、損失性媒質層と誘電体板の一方或いは双方を液状の物質により置換した電磁界照射装置を構成した。
一例として、損失性媒質を液状の損失性媒質に置き換える。誘電体板を容器の形状に構成し、この容器内に液状の損失媒質を注入保持する。或いは、それぞれを薄い低損失誘電体容器で保持する。
そして、図２１ないし図２８により図示説明される電磁界照射装置において、誘電体板を容器に収容した誘電性液体により置換し、誘電性液体を循環せしめる循環器を容器に付加した電磁界照射装置を構成した。誘電性液体を循環させることにより照射対象物の温度を一定に保持する。循環する誘電性液体による冷却効果により、高出力の電磁界照射を行っても照射対象物の熱上昇を抑えることができ、適正な実験を実施することができる。
【００３２】
また、図２３ないし図２８により図示説明される電磁界照射装置実施例において、損失性媒質層を容器に収容した損失性液体により置換し、容器に損失性液体を循環せしめる循環器を付加した電磁界照射装置を構成した。液状損失性媒質を循環させることにより照射対象物の温度を一定に保持する。
循環する液状損失性媒質の冷却効果により、高出力の電磁界照射を行っても照射対象物の熱上昇を抑えることができ、適正な実験を実施することができる。
図２９を参照するに、これは照射対象物２と誘電体板３の間に損失性媒質層３９を介在させた組み合わせ体を、先に図１３を参照して説明した細胞培養器４０内に収容した実施例を説明する図である。損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調節し、電磁界入射側の空気層、誘電体板３、損失性媒質層３９、照射対象物２および終端側の空気層までを含む領域Ｓについて、誘電体板３下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て複数の照射対象物に効率よく電磁界を照射することができる。図２３ないし図２８の実施例に適用して実施することができる。
【００３３】
図３０を参照するに、これは、図２９と同様に、照射対象物２と誘電体板３の間に損失性媒質層３９を介在させた組み合わせ体を、細胞培養器４０内に収容した実施例を説明する図である。図３０の場合、損失性媒質層３９と誘電体板３の厚みと誘電率を調節し、照射対象物２、損失性媒質層３９、誘電体板３と周囲の空気層に加えて、細胞培養器４０迄を含めたインピーダンスを整合させる領域Ｓについて、細胞培養器４０下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得て複数の照射対象物に効率よく電磁界を照射することができる。図２３ないし図２８の実施例に適用して実施することができる。
【００３４】
図３１を参照するに、これは照射対象物２を容器２００内に収容した実施例を説明する図である。この容器は図２１ないし図２９の実施例の照射対象物２に適用して実施することができる。そして、照射対象物２を容器２００内に収容して整合を得ることにより、照射対象物２が液状の場合についてもこの発明を適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
上述した通りであって、空気中に配置された照射対象物に電磁界を照射した場合、空気中と照射対象物の誘電率差が存在するところから照射対象物内に効率よく均一な電磁界を形成することは非常に困難であるが、この発明によれば、電磁界照射実験を実施するに使用される電磁界照射装置においてインピーダンス整合器として誘電体板を使用することにより、照射対象物から放射される反射波および不要な散乱波を低減し、照射効率を上げ、照射対象物に対して均一な電磁界を照射することができる。そして、この発明の電磁界照射装置は、誘電体板と照射対象物とを一括して細胞培養容器内に収容してこれを照射対象物とすることにより、細胞培養容器内の複数のサンプルに対して均一電磁界を同時に照射することができる。
【００３６】
更に、電磁界入射側の空気層、誘電体板、照射対象物および照射対象物の後方である終端側の空気層迄をも含む領域に着目し、誘電体板の厚みと誘電率を調節することにより、誘電体板下面における入射側から終端側を見込んだインピーダンスの整合を得る構成を採用することにより、誘電体板の厚みと誘電率の調節を電子計算機によるシミュレーションを実施しながら、照射対象物の大きさおよび厚みに無関係に電磁界照射装置のインピーダンスの整合をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁波を上に向けて照射する場合のインピーダンス整合する電磁界照射装置の基本構成を説明する図 。
【図２】電磁波を下に向けて照射する場合のインピーダンス整合する電磁界照射装置の基本構成を説明する図 。
【図３】電波吸収体を設置した電磁界照射装置を説明する図。
【図４】反射板を設置した電磁界照射装置を説明する図。
【図５】電磁界放射源として複数の送信アンテナを使用する電磁界照射装置を説明する図。
【図６】送信アンテナおよび／或いは誘電体板の位置調整をする電磁界照射装置を説明する図。
【図７】誘電体板を同じ誘電率を有する複数枚の薄厚誘電体板で形成した電磁界照射装置を説明する図。
【図８】誘電体板を異なる誘電率および厚みを有する複数枚の誘電体板で形成した電磁界照射装置を説明する図。
【図９】空気層と照射対象物との間のインピーダンス整合条件に適う誘電率を有する第１の誘電体領域と整合条件とは異なる誘電率を有する第２の誘電体領域で誘電体板を構成した電磁界照射装置を説明する図。
【図１０】照射対象物の後方に後方誘電体板を付加配置した電磁界照射装置を説明する図。
【図１１】照射対象物に後方周辺誘電体板を配置した電磁界照射装置を説明する図。
【図１２】照射対象物を複数とした電磁界照射装置を説明する図。
【図１３】内部に複数の細胞培養皿を収容配列した細胞培養器を照射対象物とした電磁界照射装置を説明する図。
【図１４】ＴＥＭセルを説明する図。
【図１５】照射対象物の背面に金属導体を配置し定在波を利用した照射を説明する図。
【図１６】照射対象物による定在波の発生を説明する図。
【図１７】インピーダンス整合器を照射対象物に装着した場合の電界分布を説明する図。
【図１８】照射対象物に電磁界を照射した場合の電磁界の様子を説明する図。
【図１９】インピーダンス整合条件を満たす誘電体板を装着した場合の電磁界の様子を説明する図。
【図２０】寸法の大きな誘電体板を装着した場合の電磁界の様子を説明する図。
【図２１】実施例においてインピーダンスを整合させる領域を示す図。
【図２２】図２１の実施例において照射対象物を複数とした実施例を説明する図。
【図２３】損失性媒質層を介在させた実施例を説明する図。
【図２４】図２３の実施例において照射対象物を複数とした実施例を説明する図。
【図２５】照射対象物の周囲にまで損失性媒質を延伸形成した実施例を説明する図。
【図２６】図２５の実施例において照射対象物を複数とした実施例を説明する図。
【図２７】損失性媒質層を照射対象物の全表面に亘り延伸形成した実施例を説明する図。
【図２８】図２７の実施例において照射対象物を複数とした実施例を説明する図。
【図２９】照射対象物と誘電体板の間に損失性媒質層を介在させた組み合わせ体を培養器内に収容した実施例を説明する図。
【図３０】図２９において、培養器下面においてインピーダンスを整合をとるところを説明する図。
【図３１】照射対象物を容器内に収容した実施例を説明する図。
【符号の説明】
１ 送信アンテナ ２ 照射対象物
３ 誘電体板 ４ 支持具
Claims (19)
- 電磁界照射装置において、
電磁界を放射する送信アンテナと、
照射対象物とインピーダンス整合器を形成する誘電率および厚みを有する誘電体板と、
送信アンテナと照射対象物との間に誘電体板を介在支持する支持具とを具備することを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１に記載される電磁界照射装置において、
照射対象物に対向して電波吸収体６を設置し、或いは反射板を傾斜して設置したことを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１および請求項２の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、
複数の送信アンテナを具備し、
これら送信アンテナを入力電力、位相を制御して励振する信号源を具備することを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１ないし請求項３の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、
誘電体板および／或いは送信アンテナを支持具に沿って位置決め調整する構成を具備することを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、
誘電体板を同一誘電率を有する複数枚の薄厚誘電体板で構成したことを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、
誘電体板を互いに誘電率および／或いは厚みを異にする複数枚の誘電体板で構成したことを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、
誘電体板は照射対象物との間のインピーダンス整合条件に適う誘電率を有する第１の誘電体領域と、整合条件とは異なる誘電率を有する第２の誘電体領域で構成したことを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、
照射対象物の後方に整合条件を満足する後方誘電体板を設置し、或いは、照射対象物の後方および周辺に亘って整合条件を満足する後方周辺誘電体板を設置したことを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１ないし請求項８の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、
照射対象物は個別に配列支持された複数の照射対象物より成ることを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１ないし請求項９の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、
誘電体板と照射対象物とを一括して細胞培養容器内に収容したことを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１ないし請求項１０の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、
インピーダンス整合器としての誘電体板を液状誘電体で構成したことを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、
電磁界入射側の空気層、誘電体板、照射対象物および照射対象物の後方である終端側の空気層迄をも含む領域に着目し、誘電体板の厚みと誘電率を調節することにより、誘電体板下面における入射側から終端側を見込んでインピーダンス整合をとって構成したことを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１２に記載される電磁界照射装置において、
照射対象物と誘電体板の間に損失性媒質層を介在させたことを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１３に記載される電磁界照射装置において、
損失性媒質層を照射対象物の周囲に迄延伸形成したことを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１３および請求項１４の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、
照射対象物の個数を複数としたことを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１２ないし請求項１５の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、
損失性媒質層と誘電体板の一方或いは双方を液状の物質により置換したことを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１２に記載される電磁界照射装置において、
誘電体板を容器に収容した誘電性液体により置換し、容器に誘電性液体を循環せしめる循環器を付加したことを特徴とする電磁界照射装置。 - 請求項１３ないし請求項１５の内の何れかに記載される電磁界照射装置において、
損失性媒質層を容器に収容した損失性液体により置換し、容器に損失性液体を循環せしめる循環器を付加したことを特徴とする電磁界照射装置。 - 電磁界照射装置のインピーダンス整合方法において、電磁界入射側の空気層、誘電体板、照射対象物および照射対象物の後方である終端側の空気層迄をも含む領域に着目し、誘電体板の厚みと誘電率を調節することにより、誘電体板下面における入射側から終端側を見込んでインピーダンス整合をとることを特徴とする電磁界照射装置のインピーダンス整合方法。
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