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1. (WO2018179379) 反射抑制装置
Document

明 細 書

発明の名称 反射抑制装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007   0008   0009   0010   0011  

課題を解決するための手段

0012  

発明の効果

0013  

図面の簡単な説明

0014  

発明を実施するための形態

0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042  

実施例

0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056  

産業上の利用可能性

0057  

符号の説明

0058  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

1   2   3   4   5   6   7  

明 細 書

発明の名称 : 反射抑制装置

技術分野

[0001]
 本発明は、媒質間の界面での電磁波の反射を抑制する、反射抑制装置に関する。

背景技術

[0002]
 従来から、地中に埋まった遺跡、地雷等の探査のために、電磁探査法が利用されている。電磁探査法は、地中、水中、構造物内、生体内等の媒質に対して、外部から電磁波を照射し、その反射波を受信することによって媒質内を探査する方法である。電磁探査方法では、探査対象となる媒質内に、それとは異なる導電率、誘電率、透磁率を有する物体が存在していると、照射された電波はその物体で反射されるので、その電磁波を媒質の外で受信することにより、その物体の媒質内での位置(深度)が推定される。
[0003]
 また、近年においては、電磁探査法は、地中深くにある鉱物資源の探査、地下水脈の探査といった、広い領域に対する探査にも利用されている。例えば、特許文献1は、空中からの電磁探査法を開示している。特許文献1に開示された電磁探査法では、巨大な送受信アンテナがヘリコプタによってつり上げられた状態で、空中から地中へと電磁波の照射が行なわれる。
[0004]
 更に、特許文献1に開示された電磁探査法では、探査精度を高めるため、反射波から得られた測定データから、測定点における比抵抗値が計算され、更に、比抵抗値の変化の割合に着目した解析が行なわれる。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開2011-220911号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 ところで、電磁探査法を実行する場合、空中から、地中、水中等の媒質内に電磁波を侵入させ、その後、反射波を、媒質内から空中へと射出させる必要があるが、このとき、空中と媒質との界面で、電磁波は反射されてしまう。そして、この界面での反射の反射率は、媒質の誘電率及び導電率が空気と比較して高ければ高い程、更には、媒質と界面との距離が長ければ長い程、大きくなる。
[0007]
 このため、上記特許文献1に開示された電磁探査法では、反射率が非常に高く、電磁波の損失が非常に大きくなるという問題が発生している。また、この問題により、上記特許文献1に開示された電磁探査法を実行する場合は、損失を考慮して、大出力で電波の照射を行なう必要がある。
[0008]
 一方、例えば、地中探査において、空気との界面である地表面に送受信アンテナを接触させれば上記の問題は解消できるとも考えられる。また、送受信アンテナをキャビティで覆い、キャビティと界面である地表面とを共振させながら、キャビティを地表面に接触させることでも、上記の問題は解消できると考えられる。
[0009]
 但し、このような態様では、広い領域に対して探査を行なう場合に、送受信アンテナを移動させて対象となる領域を走査する必要があるため、探査にかかる時間及びオペレーションコストが増大してしまう。
[0010]
 なお、走査を省くために、対象となる領域に、複数の電磁探査システムを配置することも考えられるが、この場合は、探査にかかる時間は短くできる反面、装置にかかるコストが増大してしまう。
[0011]
 本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、媒質間の界面での電磁波の反射を抑制して、電磁波の損失を軽減し得る、反射抑制装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0012]
 上記目的を達成するため、本発明の一側面における反射抑制装置は、2つの媒質間での電磁波の反射を抑制するための装置であって、
 第1の誘電体層と、第2の誘電体層と、前記第1の誘電体層及び前記第2の誘電体層の間に位置する中間誘電体層と、を備え、
 前記第1の誘電体層及び前記第2の誘電体層は、それぞれ、金属層を有し、
 前記中間誘電体層は、その比誘電率が、前記第1の誘電体層の比誘電率及び前記第2の誘電体層の比誘電率の少なくとも一方よりも大きくなるように、形成されている、
ことを特徴とする。

発明の効果

[0013]
 以上のように、本発明によれば、媒質間の界面での電磁波の反射を抑制して、電磁波の損失を軽減しすることができる。

図面の簡単な説明

[0014]
[図1] 図1は、本発明の実施の形態1における反射抑制装置の構成を示す断面図である。
[図2] 図2は、本発明の実施の形態1における反射抑制装置の金属層の具体的構成の一例を示す平面図である。
[図3] 図3は、本発明の実施の形態2における反射抑制装置の構成を示す断面図である。
[図4] 図4は、本発明の実施の形態3における反射抑制装置の構成を示す断面図である。
[図5] 図5は、本発明の実施の形態3における反射抑制装置の金属層の具体的構成の一例を示す平面図である。
[図6] 図6は、本発明の実施の形態3における反射抑制装置の他の例の構成を示す断面図である。
[図7] 図7は、本発明の実施例における反射抑制装置の周波数特性を示す図である。

発明を実施するための形態

[0015]
(実施の形態1)
 以下、本発明の実施の形態1における反射抑制装置について、図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態1における反射抑制装置の構成を示す断面図である。
[0016]
 図1に示す本実施の形態1における反射抑制装置100は、2つの媒質間での電磁波の反射を抑制するための装置である。2つの媒質間としては、大気と地中との間、大気と水中との間が挙げられる。
[0017]
 図1に示すように、本実施の形態1における反射抑制装置100は、第1の誘電体層10と、第2の誘電体層20と、第1の誘電体層10及び第2の誘電体層20の間に位置する中間誘電体層30とを備えている。
[0018]
 また、第1の誘電体層10は金属層11を有し、第2の誘電体層20は金属層21を有している。更に、中間誘電体層30は、その比誘電率が、第1の誘電体層10の比誘電率及び第2の誘電体層20の比誘電率の少なくとも一方よりも大きくなるように、形成されている。なお、「誘電体層が金属層を有している」とは、誘電体層がその内部に金属層を含んでいる態様、誘電体層が金属層を被覆している態様、誘電体層に金属層が埋め込まれている態様等をいう。
[0019]
 このような構成により、中間誘電体30は、金属層11と金属層21とを電磁気的に結合させる役割を果たすことになる。そして、第1の誘電体層10は、一方の媒質と金属層11とのインピーダンスを整合し、第2の誘電体層20は、他方の媒質と金属層21とのインピーダンスを整合する。従って、本実施の形態1における反射抑制装置100を2つの媒質間に配置すれば、2つの媒質間のインピーダンスの整合が図られる。
[0020]
 このため、一方の媒質中で出射された電波は、反射抑制装置100を通過することで、他方の媒質で反射され難くなる。本実施の形態1における反射抑制装置100によれば、媒質間の界面での電磁波の反射を抑制し、電磁波の損失を軽減できる。
[0021]
 続いて、図2を用いて、本実施の形態1における反射抑制装置100の構成についてより具体的に説明する。図2は、本発明の実施の形態1における反射抑制装置の金属層の具体的構成の一例を示す平面図である。
[0022]
 まず、本実施の形態1において、第1の誘電体層10、第2の誘電体層20、及び中間誘電体層30の形成材料は、誘電体となり得る材料であれば特に限定されるものではない。これらの誘電体の形成材料の具体例としては、樹脂材料、ゴム材料、セラミック材料等が挙げられる。また、各誘電体の形成材料は、単一の材料で形成されていても良いし、複数の材料を含むコンポジット材料であっても良い。
[0023]
 ここで、反射抑制装置100が対応する2つの媒質が、媒質Aと媒質Bとであり、媒質Aの比誘電率aが媒質Bの比誘電率bよりも小さいとする(比誘電率a<比誘電率b)。この場合、第1の誘電体層10は、その比誘電率R1が、2つの媒質のうちの比誘電率の小さい方の媒質Aの比誘電率aよりも大きくなるように形成され、第2の誘電体層20は、その比誘電率R2が、2つの媒質のうちの比誘電率の大きい方の媒質Bの比誘電率bよりも小さくなるように形成されているのが良い。
[0024]
 更に、本実施の形態1では、媒質Aの比誘電率aと媒質Bの比誘電率bとの差が大きいほど、媒質A、第1の誘電体層10、中間誘電体層30、第2の誘電体層20、及び媒質Bの順に、比誘電率の値が高くなっているのが良い(a<R1<Rm(中間誘電体層の比誘電率)<R2<b)。但し、本実施の形態1では、第1の誘電体層10の比誘電率R1と、第2の誘電体層20の比誘電率R2とは、同一の値であっても良い。この場合であっても、電磁波の反射抑制効果を得ることができる。
[0025]
 また、本実施の形態1では、金属層11及び金属層21の形状は、特に限定されるものではなく、具体例としては、シート状、櫛歯状、渦巻き状等が挙げられる。但し、中間誘電体層30による金属層11と金属層21との電磁気的な結合効果を高める点からは、金属層11及び金属層21のいずれかまたは両方が、渦巻き状に形成されているのが良い。
[0026]
 図2は、渦巻き状に形成された金属層11及び金属層21を示している。また、図2の例では、中間誘電体層30による結合効果を高めるために、金属層11と金属層21とで巻方向が互いに逆となっている。
[0027]
 また、図2に示す端子11aと端子21aとの間、または端子11bと端子21bとの間には、負荷が挿入されていても良い。この場合、負荷の値を変えることによって、反射抑制装置100を通過する電波の周波数特性及び通過量を調整することが可能となる。
[0028]
(実施の形態2)
 続いて、本発明の実施の形態2における反射抑制装置について、図3を参照しながら説明する。図3は、本発明の実施の形態2における反射抑制装置の構成を示す断面図である。
[0029]
 図3に示すように、本実施の形態2における反射抑制装置110は、実施の形態1における反射抑制装置100と同様に、第1の誘電体層10、第2の誘電体層20、中間誘電体層30、金属層11及び金属層21を備えている。但し、本実施の形態2では、反射抑制装置110は、以下の点で、実施の形態1における反射抑制装置100と異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
[0030]
 図3に示すように、本実施の形態2における反射抑制装置110は、第1の誘電体層10を覆う第3の誘電体層40と、第2の誘電体層20を覆う第4の誘電体層50とを更に備えている。
[0031]
 第3の誘電体層40は、その比誘電率R3が、2つの媒質のうちの比誘電率の小さい方の媒質Aの比誘電率aよりも大きく、且つ、第1の誘電体層10の比誘電率R1よりも小さくなるように形成されている。第4の誘電体層50は、その比誘電率R4が、第2の誘電体層20の比誘電率R2よりも大きく、且つ、2つの媒質のうちの比誘電率の大きい方の媒質Bの比誘電率bよりも小さくなるように形成されている。
[0032]
 また、本実施の形態2において、第3の誘電体層40及び第4の誘電体層50の形成材料も、第1の誘電体層10、第2の誘電体層20、及び中間誘電体層30と同様に、誘電体となり得る材料であれば特に限定されるものではない。第3の誘電体層40及び第4の誘電体層50の形成材料の具体例としても、樹脂材料、ゴム材料、セラミック材料等が挙げられる。また、第3の誘電体層40及び第4の誘電体層50の形成材料も、単一の材料で形成されていても良いし、複数の材料を含むコンポジット材料であっても良い。
[0033]
 更に、本実施の形態2では、媒質Aの比誘電率aと媒質Bの比誘電率bとの差が大きいほど、媒質A、第3の誘電体層40、第1の誘電体層10、中間誘電体層30、第2の誘電体層20、第4の誘電体層50、及び媒質Bの順に、比誘電率の値が高くなっているのが良い(a<R3<R1<Rm<R2<R4<b)。但し、本実施の形態2では、第3の誘電体層40の比誘電率R3と、第4の誘電体層50の比誘電率R4とは、同一の値であっても良い。
[0034]
 このように、本実施の形態2では、第3の誘電体層40及び第4の誘電体層50が形成されているため、金属層11及び金属層21が、媒質である水、大気等によって浸食されてしまう事態の発生が抑制される。
[0035]
 また、媒質Aと金属層11とのインピーダンスの整合は、第1の誘電体層10だけでなく、第3の誘電体層40によっても行なわれる。媒質Bと金属層21とのインピーダンスの整合は、第2の誘電体層20だけでなく、第4の誘電体層50によっても行なわれる。このため、本実施の形態2によれば、媒質間の界面での電磁波の反射抑制効果と、電磁波の損失軽減効果とをより高めることができる。
[0036]
(実施の形態3)
 続いて、本発明の実施の形態3における反射抑制装置について、図4及び図5を参照しながら説明する。図4は、本発明の実施の形態3における反射抑制装置の構成を示す断面図である。図5は、本発明の実施の形態3における反射抑制装置の金属層の具体的構成の一例を示す平面図である。
[0037]
 図4に示すように、本実施の形態3における反射抑制装置120は、実施の形態1における反射抑制装置100と同様に、第1の誘電体層10、第2の誘電体層20、及び中間誘電体層30を備えている。但し、本実施の形態2では、反射抑制装置120は、以下の点で、実施の形態1における反射抑制装置100と異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
[0038]
 図4に示すように、本実施の形態3では、第1の誘電体層10及び第2の誘電体層20は、それぞれ、複数の金属層を有している。具体的には、第1の誘電体層10は、金属層12とその下層に位置する金属層13とを有している。また、第2の誘電体層20は、金属層22とその下層に位置する金属層23とを有している。
[0039]
 このように、本実施の形態3では、第1の誘電体層10及び第2の誘電体層20それぞれに複数の金属層が設けられている。複数の金属層を用いることで、導電体のインダクタンス、金属間のキャパシタンスで構成されるフィルターが多段化し、通過特性(Q値)を落とすことなく、広帯域が図れる。このため、反射抑制装置120を通過する電波の周波数帯域を拡大することができる
[0040]
 また、図5に示すように、本実施の形態3においては、金属層12、金属層13、金属層22及び金属層23は、中間誘電体層30による結合効果を高めるためにいずれも渦巻き状に形成されている。更に、中間誘電体層30による結合効果をいっそう高めるために、金属層12と金属層13との間、金属層22と金属層23との間で巻方向が互いに逆となっている。
[0041]
 また、本実施の形態3では、反射抑制装置120を通過する電波の周波数特性及び通過量を調整するため、同じ誘電体層に存在する金属層間で負荷が挿入されていても良い。具体的には、第1の誘電体層10においては、端子12aと端子13aとの間、または端子12bと端子13bとの間に、負荷が挿入されていても良い。また、第2の誘電体層20においては、端子22aと端子23aとの間、または端子22bと端子23bとの間に、負荷が挿入されていても良い。
[0042]
 また、本実施の形態3においても、実施の形態2と同様に、第3の誘電体層40と第4の誘電体層50とが設けられていても良い。図6は、本発明の実施の形態3における反射抑制装置の他の例の構成を示す断面図である。
実施例
[0043]
 続いて、本発明の反射抑制装置の実施例について図7を用いて説明する。図7は、本発明の実施例における反射抑制装置の周波数特性を示す図である。本実施例では、図3に示した反射抑制装置110を下記に示すように実際に作成した。
[0044]
 本実施例では、まず、ROGERS製duroid6010(比誘電率10.1)を用いて、縦20cm、横20cm、厚み2.54mmの中間誘電体層30を作成した。次に、中間誘電体層30の一方の主面に、渦巻き状の金属層11(巻き数:50回、線幅1mm、線間1mm)を配置し、金属層11が覆われるように、縦及び横が同サイズで、厚みが0.625mmのROGERS製duroid6006(比誘電率6.1)を配置して、第1の誘電体層10を形成した。
[0045]
 また、中間誘電体層30の他方の主面にも、渦巻き状の金属層21(巻き数:50回、線幅1mm、線間1mm)を配置し、金属層21が覆われるように、縦及び横が同サイズで、厚みが0.625mmのROGERS製duroid6006(比誘電率6.1)を配置して、第2の誘電体層20を形成した。本実施例において、第1の誘電体層10と第2の誘電体層20とは、同じ形成材料によって同じサイズで、形成されている。
[0046]
 そして、第1の誘電体層10、第2の誘電体層20、及び中間誘電体層30による積層体の前面をアクリル樹脂(厚み5mm)で被覆して、第3の誘電体層40と第5の誘電体層50とを形成した。本実施例において、第3の誘電体層40と第4の誘電体層50とは、共にアクリル樹脂によって形成されている。
[0047]
 次に、得られた反射抑制装置110を水面に配置し、水上50cmの位置に受電アンテナを設置し、水深50cmの位置に送電アンテナを設置して、水中から大気中へと電磁波を照射した。また、電磁波の照射は、反射抑制装置110において金属層11と金属層21との間に負荷(50オーム)を挿入した場合と、挿入していない場合(負荷オープン)とに分けて行なった。更に、比較例として、反射抑制装置110を設置しない場合においても、同様に電磁波の照射を行なった。結果は、図7に示す通りである。
[0048]
 図7に示すように、本実施例の反射抑制装置110を用いた場合は、電磁波の反射が抑制され、電磁波の損失が軽減されていることが分かる。また、金属層11と金属層21との間に負荷を挿入することによって、電波の周波数特性及び通過量の調整が可能となる。
[0049]
 上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する(付記1)~(付記6)によって表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。
[0050]
(付記1)
 2つの媒質間での電磁波の反射を抑制するための装置であって、
 第1の誘電体層と、第2の誘電体層と、前記第1の誘電体層及び前記第2の誘電体層の間に位置する中間誘電体層と、を備え、
 前記第1の誘電体層及び前記第2の誘電体層は、それぞれ、金属層を有し、
 前記中間誘電体層は、その比誘電率が、前記第1の誘電体層の比誘電率及び前記第2の誘電体層の比誘電率の少なくとも一方よりも大きくなるように、形成されている、
ことを特徴とする反射抑制装置。
[0051]
(付記2)
 前記第1の誘電体層の金属層、及び前記第2の誘電体層の金属層のいずれかまたは両方が、渦巻き状に形成されている、
付記1に記載の反射抑制装置。
[0052]
(付記3)
 前記第1の誘電体層は、その比誘電率が、前記2つの媒質のうちの比誘電率の小さい方の媒質の比誘電率よりも大きくなるように形成され、
 前記第2の誘電体層は、その比誘電率が、前記2つの媒質のうちの比誘電率の大きい方の媒質の比誘電率よりも小さくなるように形成されている、
付記1または2に記載の反射抑制装置。
[0053]
(付記4)
 前記第1の誘電体層、前記中間誘電体層、及び前記第2の誘電体層の順に、比誘電率の値が高くなっている、
付記3に記載の反射抑制装置。
[0054]
(付記5)
 前記第1の誘電体層を覆う第3の誘電体層と、前記第2の誘電体層を覆う第4の誘電体層と、を更に備え、
 前記第3の誘電体層は、その比誘電率が、前記2つの媒質のうちの比誘電率の小さい方の媒質の比誘電率よりも大きく、且つ、前記第1の誘電体層の比誘電率よりも小さくなるように形成され、
 前記第4の誘電体層は、その比誘電率が、前記第2の誘電体層の比誘電率よりも大きく、且つ、前記2つの媒質のうちの比誘電率の大きい方の媒質の比誘電率よりも小さくなるように形成されている、
付記4に記載の反射抑制装置。
[0055]
(付記6)
 前記第1の誘電体層及び前記第2の誘電体層が、それぞれ、複数の金属層を有している、
付記1~5のいずれかに記載の反射抑制装置。
[0056]
 以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

産業上の利用可能性

[0057]
 媒質間の界面での電磁波の反射を抑制して、電磁波の損失を軽減することができる。本発明は、比誘電率が大きく異なる媒質間で一方の媒質から他方の媒質へと電磁波を入射させる必要がある分野、例えば、電磁探査等に有用である。

符号の説明

[0058]
 10 第1の誘電体層
 11、12、13 金属層
 20 第2の誘電体層
 21、22、23 金属層
 30 中間誘電体層
 40 第3の誘電体層
 50 第4の誘電体層
 100 反射抑制装置(実施の形態1)
 110 反射抑制装置(実施の形態2)
 120 反射抑制装置(実施の形態3)

請求の範囲

[請求項1]
 2つの媒質間での電磁波の反射を抑制するための装置であって、
 第1の誘電体層と、第2の誘電体層と、前記第1の誘電体層及び前記第2の誘電体層の間に位置する中間誘電体層と、を備え、
 前記第1の誘電体層及び前記第2の誘電体層は、それぞれ、金属層を有し、
 前記中間誘電体層は、その比誘電率が、前記第1の誘電体層の比誘電率及び前記第2の誘電体層の比誘電率の少なくとも一方よりも大きくなるように、形成されている、
ことを特徴とする反射抑制装置。
[請求項2]
 前記第1の誘電体層の金属層、及び前記第2の誘電体層の金属層のいずれかまたは両方が、渦巻き状に形成されている、
請求項1に記載の反射抑制装置。
[請求項3]
 前記第1の誘電体層は、その比誘電率が、前記2つの媒質のうちの比誘電率の小さい方の媒質の比誘電率よりも大きくなるように形成され、
 前記第2の誘電体層は、その比誘電率が、前記2つの媒質のうちの比誘電率の大きい方の媒質の比誘電率よりも小さくなるように形成されている、
請求項1または2に記載の反射抑制装置。
[請求項4]
 前記第1の誘電体層、前記中間誘電体層、及び前記第2の誘電体層の順に、比誘電率の値が高くなっている、
請求項3に記載の反射抑制装置。
[請求項5]
 前記第1の誘電体層を覆う第3の誘電体層と、前記第2の誘電体層を覆う第4の誘電体層と、を更に備え、
 前記第3の誘電体層は、その比誘電率が、前記2つの媒質のうちの比誘電率の小さい方の媒質の比誘電率よりも大きく、且つ、前記第1の誘電体層の比誘電率よりも小さくなるように形成され、
 前記第4の誘電体層は、その比誘電率が、前記第2の誘電体層の比誘電率よりも大きく、且つ、前記2つの媒質のうちの比誘電率の大きい方の媒質の比誘電率よりも小さくなるように形成されている、
請求項4に記載の反射抑制装置。
[請求項6]
 前記第1の誘電体層及び前記第2の誘電体層が、それぞれ、複数の金属層を有している、
請求項1~5のいずれかに記載の反射抑制装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]