特許 7410561 電波センサ、および電界成分検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-26

(45)【発行日】2024-01-10

(54)【発明の名称】電波センサ、および電界成分検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 29/08 20060101AFI20231227BHJP

【ＦＩ】

G01R29/08 F

G01R29/08 D

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020032711

(22)【出願日】2020-02-28

(65)【公開番号】P2021135221

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-12-27

(73)【特許権者】

【識別番号】504160781

【氏名又は名称】国立大学法人金沢大学

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100139686

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 史朗

(74)【代理人】

【識別番号】100192773

【弁理士】

【氏名又は名称】土屋 亮

(72)【発明者】

【氏名】八木谷 聡

(72)【発明者】

【氏名】坂野 敦哉

(72)【発明者】

【氏名】瀬川 浩史

(72)【発明者】

【氏名】坪田 卓也

【審査官】小川 浩史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１５８４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１００９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１３２８４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１０／０１３４０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特許第７２１６３９７（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】HAYASHI, Ryohei; KANAURA, Ryohei; YAGITANI, Satoshi; IMACHI, Tomohiko; OZAKI, Mitsunori; YOSHIMURA, Yoshiyuki; SUGIURA, Hirokazu，“Radio-Frequency Power Distribution Measurement System Using Thin Metamaterial Absorber”，2016 International Workshop on Antenna Technology (iWAT)，2016年02月29日，pp. 157-160，DOI: 10.1109/IWAT.2016.7434830

【文献】坂野敦哉；瀬川浩史；坪田卓也；清水健介；西真詞郎；八木谷聡；井町智彦 ；尾崎光紀，“メタサーフェス電波吸収体による電界ベクトル計測手法の検討”，２０２０年電子情報通信学会総合大会講演論文集 通信１，2020年03月03日，p. 253

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ２９／０８－２９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の表面に、第１の方向および第２の方向にアレイ状に形成された複数の第１の金属面と、
前記第１の金属面の間に、前記第１の方向に沿って接続された複数の第１の抵抗体と、 前記第１の金属面の間に、前記第２の方向に沿って接続された複数の第２の抵抗体と、 前記基板の裏面に形成された第２の金属面と、
前記第１の金属面のそれぞれから前記基板の裏面まで形成された複数のビア部と、
前記ビア部のそれぞれと前記第２の金属面との間に接続された複数の第３の抵抗体と、
を備える、電波センサ。

【請求項2】

前記第３の抵抗体の抵抗値は、前記第１の抵抗体および前記第２の抵抗体の抵抗値より小さく設定されている、
請求項１に記載の電波センサ。

【請求項3】

前記第３の抵抗体のそれぞれは、前記基板の平面方向に沿って形成される、請求項１または請求項２に記載の電波センサ。

【請求項4】

前記第３の抵抗体の一端のそれぞれは前記第１の金属面と接続された前記ビア部と接続され、前記第３の抵抗体の他端のそれぞれは前記第２の金属面に接続される、請求項１または請求項２に記載の電波センサ。

【請求項5】

基板と、
前記基板の表面に、第１の方向および第２の方向にアレイ状に形成された複数の第１の金属面と、
前記第１の金属面の間に、前記第１の方向に沿って接続された複数の第１の抵抗体と、 前記第１の金属面の間に、前記第２の方向に沿って接続された複数の第２の抵抗体と、 前記基板の裏面に形成された第２の金属面と、
前記第１の金属面のそれぞれから前記基板の裏面まで形成された複数のビア部と、
前記ビア部のそれぞれと前記第２の金属面との間に接続された複数の第３の抵抗体と、 を備える、電波センサと、
前記第１の抵抗体のそれぞれに発生した電圧を検出する第１の電圧検出部と、
前記第２の抵抗体のそれぞれに発生した電圧を検出する第２の電圧検出部と、
前記第３の抵抗体のそれぞれに発生した電圧を検出する第３の電圧検出部と、
前記第１の電圧検出部により検出された電圧に基づいて前記第１の方向における電界成分を演算し、前記第２の抵抗体に発生した電圧に基づいて前記第２の方向における電界成分を演算し、前記第３の抵抗体に発生した電圧に基づいて前記基板の厚さ方向における電界成分を演算する演算部と、
を備える、電界成分検出装置。

【請求項6】

前記演算部は、前記第３の抵抗体に発生した電圧に基づいて前記基板の厚さ方向における電波の電界成分から、前記ビア部の前記第１の方向における長さに基づく前記第１の方向における電界成分の影響、および前記ビア部の前記第２の方向における長さに基づく前記第２の方向における電界成分の影響を除去する補正を行う、
請求項５に記載の電界成分検出装置。

【請求項7】

前記演算部は、前記基板に対する電波の入射角度に基づく前記基板の厚さ方向における理論的な電圧値に近づくように、前記第３の抵抗体に発生した電圧値を補正する、請求項５または６に記載の電界成分検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の一態様は、電波センサ、および電界成分検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、環境電磁工学（ＥＭＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）分野において、様々な電子機器から放射される電波（電磁波）ノイズを計測する技術が知られている。実際に機器のどの部分から電波ノイズが発生しているかを特定するためには、機器周辺での電波ノイズの空間分布を知ることが重要である。また、通信機器に組み込んだアンテナの指向性等を評価する場合にも、放射される電波強度の空間分布を計測する必要がある。

【0003】

特許文献１には、電波の強度を計測するための電波強度計測装置が記載されている。電波強度計測装置は、複数の測定領域を有する平面を有する電波吸収部により、複数の測定領域における電波の強度を測定する。電波強度計測装置は、複数の測定領域における電波の強度に基づいて、測定領域の位置に対応させて可視化した画像である電波強度分布画像を生成し、生成した電波強度分布画像を表示することができる。さらに、電波強度計測装置は、所定時間毎に生成された電波強度分布画像を更新しながら表示することができる。

【0004】

特許文献２には、波源に関する情報を提示する技術が記載されている。特許文献２に記載された波源情報提示システムは、波源から三次元空間を伝搬した波を受信する複数の受信素子と、複数の受信素子の受信結果に基づいて、三次元空間における波源の位置および姿勢を推定する推定部と、推定部により推定した波源の位置および姿勢に基づく画像を提示する提示部と、を備える。この波源情報提示システムは、電波センサの表面の銅パッチ間に波源から放射された電波を吸収する抵抗が設けられ、銅パッチにおいて吸収される電波の電力（エネルギー）を消費し、抵抗に生じる電圧を検出することで、入射した電波の電界成分を計算することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０１０／０１３４０８号公報

【文献】特開２０１９－１５８４７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述した特許文献１の電波強度計測装置は、電波吸収部において測定された電波強度を可視化できるものの、当該電波の波源に関する情報を提示することができなかった。特許文献２の波源情報提示システムは、電波センサの表面に形成された抵抗を用いて電界成分を計算しているので、奥行き方向の電界成分を検出することができなかった。

【0007】

本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、奥行き方向の電界成分を検出することができる、電波センサ、および電界成分検出装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するため、本発明の一態様の電波センサは、基板と、前記基板の表面に、第１の方向および第２の方向にアレイ状に形成された複数の第１の金属面と、前記第１の金属面の間に、前記第１の方向に沿って接続された複数の第１の抵抗体と、前記第１の金属面の間に、前記第２の方向に沿って接続された複数の第２の抵抗体と、前記基板の裏面に形成された第２の金属面と、前記第１の金属面のそれぞれから前記基板の裏面まで形成された複数のビア部と、前記ビア部のそれぞれと前記第２の金属面との間に接続された複数の第３の抵抗体と、を備える。

【0009】

上記の課題を解決するため、本発明の一態様の電界成分検出装置は、基板と、前記基板の表面に、第１の方向および第２の方向にアレイ状に形成された複数の第１の金属面と、前記第１の金属面の間に、前記第１の方向に沿って接続された複数の第１の抵抗体と、前記第１の金属面の間に、前記第２の方向に沿って接続された複数の第２の抵抗体と、前記基板の裏面に形成された第２の金属面と、前記第１の金属面のそれぞれから前記基板の裏面まで形成された複数のビア部と、前記ビア部のそれぞれと前記第２の金属面との間に接続された複数の第３の抵抗体と、を備える、電波センサと、前記第１の抵抗体のそれぞれに発生した電圧を検出する第１の電圧検出部と、前記第２の抵抗体のそれぞれに発生した電圧を検出する第２の電圧検出部と、前記第３の抵抗体のそれぞれに発生した電圧を検出する第３の電圧検出部と、前記第１の電圧検出部により検出された電圧に基づいて前記第１の方向における電界成分を演算し、前記第２の抵抗体に発生した電圧に基づいて前記第２の方向における電界成分を演算し、前記第３の抵抗体に発生した電圧に基づいて前記基板の厚さ方向における電界成分を演算する演算部と、を備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、奥行き方向の電界成分を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態の電波検出システム１の構成を示す図である。

【図2】実施形態の電波センサ１００の一例を示す図であり、（Ａ）は表面を示し、（Ｂ）は裏面を示す。

【図3】実施形態の電波センサ１００の一例を示す断面図である。

【図4】実施形態の電波センサ１００の等価回路を示す図である。

【図5】Ｘ方向における電圧値と電波の入射角度との関係をシミュレーションした結果を示す図である。

【図6】Ｙ方向における電圧値と電波の入射角度との関係をシミュレーションした結果を示す図である。

【図7】Ｚ方向における電圧値と電波の入射角度との関係をシミュレーションした結果を示す図である。

【図8】シミュレーションの条件を説明するための図である。

【図9】実施形態の電波センサの他の例を示す断面図である。

【図10】電波センサ１００ＡにおけるＺ方向における電圧値と電波の入射角度との関係をシミュレーションした結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を適用した電波センサ、および電界成分検出装置を、図面を参照して説明する。

【0013】

（第１の実施形態）
図１は、実施形態の電波検出システム１の構成を示す図である。
電波検出システム１は、例えば、ユーザが３次元空間に存在する電波や波源についての情報を取得したい場合に使用される。ユーザが電波や波源についての情報を取得したい場合、ユーザは、電波を検出したい場所に電波センサ１００を置き、電波センサ１００に３次元空間において伝搬している電波を検出させる。これにより、電波検出システム１は、電波センサ１００により検出された電波に対応した画像などを表示させることができる。

【0014】

電波検出システム１は、図１に示すように、例えば、電波センサ１００と、ＲＦスイッチ２００と、ソフトウェア無線機３００と、制御用パソコン４００とを備える。電波検出システム１は、電波センサ１００により波源（不図示）から放射された波としての電波を受信する。なお、本実施形態において、波源は、各種の電子機器や、アンテナなどであるが、電波を放射するものであればよい。

【0015】

電波センサ１００は、電波を検出するセルを複数備える。電波センサ１００は、各セルに入射した電波のエネルギーに対応した電圧値が読み取られる。ＲＦスイッチ２００は、電波センサ１００の裏面に設置される。ＲＦスイッチ２００は、例えば、複数の測定回路（不図示）を含む。各測定回路は、複数の銅パッチ（セル）の各々に接続される抵抗の両端に、電気的に接続される。各測定回路は、対応する抵抗に生じる電圧を測定する。電波センサ１００の表面等に配置される抵抗は、電波の電力（エネルギー）を消費する。このとき、抵抗に生じる電圧は、入射した電波の電界成分に比例する。そのため、測定回路により、対応する抵抗に生じる電圧の振幅及び位相を計測すれば、対応する銅パッチに入射する電波の電界成分の振幅及び位相を計測することができる。すなわち、各測定回路により、対応する抵抗に対応する銅パッチに入射する電波の電界成分の強度及び位相を測定することができる。なお、銅パッチと測定回路との組み合わせにより、三次元空間を伝搬した波を受信する複数の受信素子（２次元センサアレイ）を実現する。ＲＦスイッチ２００は、測定回路が測定した電波（電界成分）の信号が含まれる電圧信号を順次選択して、ソフトウェア無線機３００に送信する。

【0016】

ソフトウェア無線機３００は、ＲＦスイッチ２００から送信された電圧信号を受信する。ソフトウェア無線機３００は、電圧信号の情報を制御用パソコン４００に送信する。パソコン４００は、電波センサ１００における抵抗に生じた電圧信号の振幅を計算する。併せて、電波センサ１００に設けた基準点の抵抗に生じた電圧信号の位相と、基準点から離れた点の抵抗に生じた電圧信号の位相との差を計算する。さらに、電圧信号の振幅及び位相を校正し、電波センサ１００の表面上に入射した電波（電界強度）の振幅及び位相に変換する。

【0017】

制御用パソコン４００は、例えば、電圧検出部４１０と、演算部４２０と、表示部４３０を備える。電圧検出部４１０および演算部４２０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の１つ以上のプロセッサが１つ以上のプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。電圧検出部４１０のＸ方向電圧検出部４１２（第１の電圧検出部）は、後述のＸ方向抵抗体に発生した電圧を検出する。電圧検出部４１０のＹ方向電圧検出部４１４（第２の電圧検出部）は、後述のＹ方向抵抗体に発生した電圧を検出する。電圧検出部４１０のＺ方向電圧検出部４１６（第３の電圧検出部）は、後述のＺ方向抵抗体に発生した電圧を検出する。演算部４２０は、電波センサ１００のＸ方向に発生した電圧に基づいてＸ方向における電界成分を演算し、電波センサ１００のＹ方向に発生した電圧に基づいてＹ方向における電界成分を演算し、電波センサ１００のＺ方向に発生した電圧に基づいてＺ方向（電波センサ１００の厚さ方向）における電界成分を演算する。表示部４３０は、例えば、セルごとに、Ｘ方向成分、Ｙ方向成分、およびＺ方向成分の電界強度及び位相を示す画像を表示させる。

【0018】

図２は、実施形態の電波センサ１００の一例を示す図であり、（Ａ）は表面を示し、（Ｂ）は裏面を示す。電波センサ１００の表面１００ａは、電波を受ける面である。図３は、実施形態の電波センサ１００の一例を示す断面図である。電波センサ１００の表面１００ａには、図２（Ａ）に示すように、誘電体基板１１０上に、複数の銅パッチ１０２（第１の金属面）が形成される。なお、電波センサ１００において、基板は誘電体であるが、これに限定されず、他の種類の基板であってもよい。なお、誘電体基板１１０の大きさは、測定者が容易に持ち運び可能なサイズであることが望ましい。誘電体基板１１０の形状は、例えば、シート（薄板）状である。

【0019】

複数の銅パッチ１０２は、電波センサ１００の表面１００ａにおけるＸ方向（第１の方向）およびＹ方向（第２の方向）にアレイ状に形成（配置）される。各銅パッチ１０２は、電波センサ１００における各セルに対応する。銅パッチ１０２の各々は、銅板により形成される方形電極である。なお、銅パッチ１０２の形状は、方形に限定されることなく、たとえば、三角形、六角形等の他の形状であってもよい。なお、銅パッチ１０２は、銅パッチに限定されることなく、他の金属パッチであってもよい。

【0020】

銅パッチ１０２は、他の銅パッチ１０２との間に、Ｘ方向に沿って、Ｘ方向抵抗体１０６が接続される。銅パッチ１０２は、他の銅パッチ１０２との間に、Ｙ方向に沿って、Ｙ方向抵抗体１０８が接続される。Ｘ方向抵抗体１０６およびＹ方向抵抗体１０８は、電気抵抗により形成される。なお、複数の銅パッチ１０２の各々は、波源から照射される電波の波長よりも十分に短い間隔で配置されてよい。銅パッチ１０２の各々の縦、横の長さ（サイズ）は、波源から放射される電波の波長よりも十分に短くてよい。

【0021】

銅パッチ１０２の略中央には、ビア１０４が形成される。ビア１０４は、誘電体基板１１０に形成された穴部に形成された金属である。ビア１０４は、銅パッチ１０２から誘電体基板１１０の裏面１１０ｂまで形成される。これにより、ビア１０４は、Ｚ方向抵抗体１２４を介して、各銅パッチ１０２と金属板１２０とを電気的に接続させる。

【0022】

電波センサ１００の裏面１１０ｂには、図２（Ｂ）に示すように、略全面に金属板１２０が形成される。金属板１２０は、誘電体基板１１０の銅パッチ１０２が形成される面に対向する面（誘電体基板１１０の裏面）に貼り付けられる。金属板１２０は、接地端子として機能する。なお、電波センサ１００の裏面１００ｂは、銅板に限定されることなく、他の金属の板であってもよい。

【0023】

金属板１２０には、銅パッチ１０２に対応した位置（Ｚ方向において銅パッチ１０２に対向した位置）に、孔部１２２が形成される。孔部１２２が形成されることで、ビア１０４は、電波センサ１００の裏面１１０ｂから露出されている。ビア１０４と金属板１２０との間には、当該ビア１０４と金属板１２０とを接続するＺ方向抵抗体１２４（第３の抵抗体）が形成される。Ｚ方向抵抗体１２４は、後述するように、電波センサ１００における電波（電界）のＺ方向成分を検出するための抵抗という意味で、「Ｚ方向抵抗体１２４」と記載した。Ｚ方向抵抗体１２４は、例えば、Ｘ方向に沿って形成されるが、これに限定されず、Ｙ方向に沿って形成されてよい。

【0024】

図３に示すように、Ｘ方向抵抗体１０６に並列して、銅パッチ１０２の間には、コンデンサ１１２が接続される。コンデンサ１１２の容量は、電波センサ１００における共振周波数を調整する場合に調整される。

【0025】

なお、実施形態において、誘電体基板１１０の厚さは約３．２ミリメートル、銅パッチ１０２のＸ方向およびＹ方向の長さは１０ミリメートル、Ｘ方向抵抗体１０６およびＹ方向抵抗体１０８の抵抗値は４７０オーム、Ｚ方向抵抗体１２４の抵抗値は５０オーム、コンデンサの容量は１．２ピコファラドである。なお、Ｘ方向抵抗体１０６およびＹ方向抵抗体１０８の抵抗値は電波センサ１００により検出するＸ方向およびＹ方向における電波のエネルギーを効率よく吸収することに基づく値である。Ｚ方向抵抗体１２４の抵抗値は、誘電体基板１１０の厚さ方向における電波のエネルギーを効率よく吸収することに基づく値である。

【0026】

図４は、電波センサ１００に平面波電波が垂直に入射する場合の、実施形態の電波センサ１００の等価回路を示す図である。電波センサ１００に電波が垂直に入射した場合、銅パッチ１０２間には電荷が生ずる。これにより、銅パッチ１０２同士がコンデンサＣｓとして機能し、ビア１０４に挟まれた誘電体基板１１０がインダクタＬｓとして機能する。これにより、電波センサ１００は、等価的にＲ（Ｘ方向抵抗体１０６およびＹ方向抵抗体１０８）・Ｌｓ・Ｃｓ並列回路として機能する。すなわち、電波センサ１００は、電波センサ１００の表面１００ａに入射した電波に対して、ＲＬＣ並列回路としての表面インピーダンスを持つシートとして機能する。すなわち、電波センサ１００は、周波数により入射電波の反射位相を変えたり、特定の周波数帯の表面波伝搬を遮断（バンドギャップ）したりする性質を持つ。

【0027】

例えば、電波センサ１００に垂直に入射する平面波電波のインピーダンスＺ_０が３７７オームである場合、ＣｓおよびＬｓの共振周波数において、ＣｓおよびＬｓのインピーダンスは無限大になり、電波センサ１００の等価回路は、Ｒ（Ｘ方向抵抗体１０６およびＹ方向抵抗体１０８に、基板の電気的損失を並列に合成した抵抗）のみと見なされる。Ｒが３７７Ωである場合、電波の電界のＸ方向成分のエネルギーがＸ方向抵抗体１０６に吸収され、電波の電界のＹ方向成分のエネルギーがＹ方向抵抗体１０８に吸収される。また、電波センサ１００に斜めに入射する平面波電波に対しては、電波の電界のＺ方向成分のエネルギーはＺ方向抵抗体１２４によって吸収される。電波検出システム１は、電波センサ１００の共振周波数の電波が吸収された場合のＸ方向抵抗体１０６の電圧値を計測し、計測した電圧値をＸ方向に隣り合う金属パッチの中心間の距離で除算することで、電波のＸ方向の電界成分を演算することができる。電波検出システム１は、電波センサ１００の共振周波数の電波が吸収された場合のＹ方向抵抗体１０８の電圧値を計測し、計測した電圧値をＹ方向に隣り合う金属パッチの中心間の距離で除算することで、電波のＹ方向の電界成分を演算することができる。電波検出システム１は、電波センサ１００の共振周波数の電波が吸収された場合のＺ方向抵抗体１２４の電圧値を計測し、計測した電圧値をＺ方向におけるビア１０４の長さ（表面１００ａから裏面１１０ｂまでの長さ）で除算することで、電波のＺ方向の電界成分を演算することができる。

【0028】

図５は、Ｘ方向における電圧値と平面波電波の入射角度との関係をシミュレーションした結果を示す図であり、図６は、Ｙ方向における電圧値と平面波電波の入射角度との関係をシミュレーションした結果を示す図であり、図７は、Ｚ方向における電圧値と平面波電波の入射角度との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図８は、シミュレーションの条件を説明するための図である。

【0029】

Ｘ方向の電界は、Ｘ方向抵抗体１０６に発生した電圧値をＸ方向に隣り合う金属パッチの中心間の距離で除算することによって演算することができる。Ｙ方向の電界は、Ｙ方向抵抗体１０８に発生した電圧値をＹ方向に隣り合う金属パッチの中心間の距離で除算することによって演算することができる。Ｚ方向の電界は、Ｚ方向抵抗体１２４に発生した電圧値をＺ方向におけるビア１０４の長さ（表面１００ａから裏面１１０ｂまでの長さ）で除算することによって演算することができる。

【0030】

電波センサ１００の表面１００ａに対する電界の入射角度（θ）を変化させた場合の、電界のＸ方向成分、Ｙ方向成分、およびＺ方向成分をシミュレーションした。このとき、ＴＭモードの電波を電波センサ１００の表面１００ａに垂直に入射した場合、電波の電界方向（Ｅ）はＸ方向に存在し、電波の磁界方向（Ｈ）はＹ方向に存在する。ここで、電界の入射方向（ｋ）を、ＸＺ平面上で－Ｚ方向から＋Ｘ方向に角度θで傾けた。

【0031】

シミュレーションにおいて、入射電波は１ボルト／メートルの電界を持つ平面波とした。１．８２メガヘルツにおいてＸ方向抵抗体１０６に発生した電圧と、ビア１０４間の電界の強さから求まる理論的な電圧値（理論値）とを比較した。Ｘ方向における理論値とは、計測点に対応した場所のＸ方向電界にＸ方向におけるビア１０４間の長さ（Ｘ方向に隣り合う金属パッチの中心間の距離）を乗算した値であり、Ｙ方向における理論値とは、計測点に対応した場所のＹ方向電界にＹ方向におけるビア１０４間の長さ（Ｙ方向に隣り合う金属パッチの中心間の距離）を乗算した値であり、Ｚ方向における理論値とは、計測点に対応した場所のＺ方向電界に表面１００ａから裏面１００ｂまでのビア１０４の長さ（表面１００ａから裏面１１０ｂまでの長さ）を乗算した値である。また、Ｘ方向とＹ方向における境界条件は無限周期境界条件となっている。

【0032】

図５に示したＸ方向におけるシミュレーション結果を参照すると、８０度の入射角度を除いて、Ｘ方向抵抗体１０６に発生した電圧値と理論値が約２ｄＢ以内の誤差で収まっていることが分かる。図６に示したＹ方向におけるシミュレーション結果を参照すると、ＴＭモードにおいてはＹ方向に電界が存在していないため理論的にはゼロになるはずである。よって、Ｙ方向抵抗体１０８に発生した電圧値は十分小さくなっているとみなされる。このシミュレーション結果におけるＸ方向の誤差は、入射角度が大きくなると、電波センサ１００の表面１００ａにおける電波の反射が大きくなり、電波センサ１００の表面１００ａにおける入射電界のベクトルが変化するためであると考えられる。

【0033】

図７に示したＺ方向におけるシミュレーション結果を参照すると、入射角度が１０～４０度における電圧値は理論値と２ｄＢ以内の誤差であるが、入射角度が５０度から大きくなるほど、電圧値は理論値からの誤差が大きくなり、入射角度が８０度である場合、電圧値と理論値との誤差は１０ｄＢであった。このシミュレーション結果は、入射角度が大きくなると、電波センサ１００の表面１００ａにおける電波の反射が大きくなり、電波センサ１００の表面１００ａにおける入射電界のベクトルが変化するためであると考えられる。さらに、Ｚ方向抵抗体１２４がＸ方向に実装されているため、本来Ｚ方向の電界成分のみを検出するはずのＺ方向抵抗体１２４が、Ｘ方向の電界成分も検出しているためであると考えられる。

【0034】

演算部４２０は、Ｚ方向抵抗体１２４に発生した電圧に基づいて誘電体基板１１０のＺ方向（厚さ方向）における電界成分から、ビア１０４のＸ方向成分における長さに基づく電界のＸ方向成分の影響、およびビア１０４のＹ方向における長さに基づくＹ方向における電界のＹ方向成分の影響を除去する補正を行ってよい。Ｘ方向の電界成分およびＹ方向の電界成分の影響は、Ｚ方向における電界成分のうち、Ｘ方向の電界成分およびＹ方向の電界成分（誤差、補正値）の一部または全部である。これにより、補正後のＺ方向における電界成分からは、Ｘ方向の電界成分およびＹ方向の電界成分の影響を除去することができる。

【0035】

演算部４２０は、誘電体基板１１０に対する電波の入射角度に基づくＺ方向における理論的な電圧値に近づくように、Ｚ方向抵抗体１２４に発生した電圧値を補正してよい。これにより、電波検出システム１は、例えば、Ｚ方向抵抗体１２４の両端を計測して演算した電圧値を、図７に示したような理論値に近づけることができる。また、演算部４２０は、誘電体基板１１０に対する電波の入射角度が所定角度（例えば４０度）よりも大きい場合に、誘電体基板１１０に対する電波の入射角度が所定角度よりも大きくなるほど、Ｚ方向抵抗体１２４に発生した電圧値の補正幅を大きくしてよい。これにより、電波検出システム１は、図７に示したように、例えば４０度よりも入射角度が大きくなるほどＺ方向における電界成分に対する補正幅を大きくすることで、高精度にＺ方向における電界成分の補正を行うことができる。

【0036】

図９は、実施形態の電波センサの他の例を示す断面図である。電波センサ１００Ａにおいて、Ｚ方向抵抗体１２４Ａの一端が、銅パッチ１０２と接続されたビア１０４Ａと接続され、Ｚ方向抵抗体１２４Ａの他端が、金属板１２０Ａに接続される。なお、電波センサ１００Ａにおいて、Ｚ方向抵抗体１２４Ａは、ビア１０４Ａと直列に接続される、と言い換えることができる。また、電波センサ１００Ａにおいては、Ｚ方向に並行して配置されると言い換えることができる。

【0037】

電波センサ１００Ａにおいて、金属板１２０Ａは、電波センサ１００の裏面１１０ｂの全面に亘って形成され、上述した電波センサ１００のように孔部１２２は形成されない。ビア１０４Ａの一端は、銅パッチ１０２に接続されるが、ビア１０４Ａの他端は、金属板１２０Ａに接続されずに、Ｚ方向抵抗体１２４Ａに接続される。Ｚ方向抵抗体１２４Ａは、ビア１０４Ａが形成された方向（Ｚ方向）に沿って、ビア１０４Ａと金属板１２０Ａとの間に接続される。Ｚ方向抵抗体１２４ＡのＺ方向両端には、図示しない電圧測定のための配線が接続される。なお、電圧測定のための配線は、既知の手法やあらゆる手法を用いて配置されればいいので、本実施形態ではその手法についての説明を省略する。

【0038】

電波センサ１００Ａにおいても、例えば、電波センサ１００Ａの共振周波数を持つ垂直入射平面波電波のインピーダンスＺ０が３７７オームである場合、ＣｓおよびＬｓのインピーダンスは無限大になり、電波センサ１００Ａの等価回路は、Ｒ（Ｘ方向抵抗体１０６およびＹ方向抵抗体１０８に、基板の電気的損失を並列に合成した抵抗）のみと見なされる。これにより、電界のＸ方向成分のエネルギーがＸ方向抵抗体１０６に吸収され、電波のＹ方向成分のエネルギーがＹ方向抵抗体１０８に吸収される。また、電界のＺ方向成分のエネルギーはＺ方向抵抗体１２４Ａによって吸収される。電波検出システム１は、電波センサ１００Ａの共振周波数の電波が吸収された場合のＸ方向抵抗体１０６の電圧値を計測し、計測した電圧値をＸ方向に隣り合う金属パッチの中心間の距離で除算することで、電波のＸ方向の電界成分を演算することができる。電波検出システム１は、電波センサ１００Ａの共振周波数の電波が吸収された場合のＹ方向抵抗体１０８の電圧値を計測し、計測した電圧値をＹ方向に隣り合う金属パッチの中心間の距離で除算することで、電波のＹ方向の電界成分を演算することができる。電波検出システム１は、電波センサ１００Ａの共振周波数の電波が吸収された場合のＺ方向抵抗体１２４Ａの電圧値を計測し、計測した電圧値を裏面１００ｂまでのビア１０４の長さ（表面１００ａから裏面１１０ｂまでの長さ）で除算することで、電波のＺ方向の電界成分を演算することができる。

【0039】

図１０は、電波センサ１００ＡにおけるＺ方向における電圧値と電波の入射角度との関係をシミュレーションした結果を示す図である。電波センサ１００Ａの表面１００ａに対する電界の入射角度（θ）を変化させた場合の、電界のＺ方向成分をシミュレーションした。なお、シミュレーションの条件は、電波センサ１００におけるシミュレーションと同じである。

【0040】

図１０に示したＺ方向におけるシミュレーション結果を参照すると、１０度から８０度において、Ｚ方向抵抗体１２４Ａに発生した電圧値と理論値との誤差が小さく収まっていることが分かる。また、図１０に示したシミュレーション結果と、図７に示したシミュレーション結果とを比較すると、図１０に示したシミュレーション結果の方が明らかに理論値との誤差が小さいことが分かる。以上より、電波検出システム１は、Ｚ方向に並行したＺ方向抵抗体１２４Ａを備えることで、高い精度でＺ方向における電界成分を求めることができる。

【0041】

以上に説明した実施形態によれば、基板（１１０）と、基板の表面（１００ａ）に、第１の方向（Ｘ方向）および第２の方向（Ｙ方向）にアレイ状に形成された複数の第１の金属面（１０２）と、第１の金属面の間に、第１の方向に沿って接続された複数の第１の抵抗体（１０６）と、第１の金属面の間に、第２の方向に沿って接続された複数の第２の抵抗体（１０８）と、基板の裏面に形成された第２の金属面（１２０）と、第１の金属面のそれぞれから基板の裏面まで形成された複数のビア部（１０４）と、ビア部のそれぞれと第２の金属面との間に接続された複数の第３の抵抗体（１２４）と、を備える、電波センサ（１００）を実現することができる。この実施形態によれば、電波センサの奥行き方向の電界成分を検出することができる。

【0042】

実施形態によれば、第１の抵抗体および第２の抵抗体の抵抗値が、電波センサにより検出する電波のエネルギーに基づく値であり、第３の抵抗体の抵抗値は、第１の抵抗体および第２の抵抗体の抵抗値より小さく設定されている。これにより、実施形態によれば、第１の抵抗体および第２の抵抗体の抵抗値に基板損失を考慮した抵抗値を、第１の方向および第２の方向における電波のインピーダンスと整合させる方向に近づけるように設計し、第３の抵抗体に基板損失を考慮した抵抗値を、奥行き方向における電波のインピーダンスと整合させる方向に近づけるように設計することができる。この結果、第１の抵抗体および第２の抵抗体によって、検出対象の電波に対応する第１の方向および第２の方向におけるエネルギー吸収の効率を高くすることができ、第３の抵抗体によって、検出対象の電波に対応する第３の方向におけるエネルギー吸収の効率を高くすることができる。

【0043】

実施形態によれば、第３の抵抗体のそれぞれを、基板の平面方向に沿って形成したので、基板の裏面に沿って第３の抵抗体を取り付ける簡単な製造工程だけで奥行き方向の電界成分を計測することができる。

【0044】

実施形態によれば、前記第３の抵抗体は前記ビア部と並行して設けられ、第３の抵抗体の一端のそれぞれは第１の金属面と接続されたビア部と接続され、第３の抵抗体の他端のそれぞれは第２の金属面に接続される。これにより、高い精度で奥行き方向の電界成分を検出することができる。

【0045】

実施形態によれば、基板と、基板の表面に、第１の方向および第２の方向にアレイ状に形成された複数の第１の金属面と、第１の金属面の間に、第１の方向に沿って接続された複数の第１の抵抗体と、第１の金属面の間に、第２の方向に沿って接続された複数の第２の抵抗体と、基板の裏面に形成された第２の金属面と、第１の金属面のそれぞれから基板の裏面まで形成された複数のビア部と、ビア部のそれぞれと第２の金属面との間に接続された複数の第３の抵抗体と、を備える、電波センサと、第１の抵抗体のそれぞれに発生した電圧を検出する第１の電圧検出部と、第２の抵抗体のそれぞれに発生した電圧を検出する第２の電圧検出部と、第３の抵抗体のそれぞれに発生した電圧を検出する第３の電圧検出部と、第１の電圧検出部により検出された電圧に基づいて前記第１の方向における電界成分を演算し、前記第２の抵抗体に発生した電圧に基づいて前記第２の方向における電界成分を演算し、前記第３の抵抗体に発生した電圧に基づいて前記基板の厚さ方向における電界成分を演算する演算部と、を備える、電波の電界成分検出装置、を実現することができる。

【0046】

実施形態によれば、演算部により、第３の抵抗体に発生した電圧に基づいて基板の厚さ方向における電界成分から、ビア部の第１の方向における長さに基づく第１の方向における電界成分、およびビア部の第２の方向における長さに基づく２の方向における電界成分を除去する補正を行うことができる。これにより、高い精度で奥行き方向の電界成分を計測することができる。

【0047】

実施形態によれば、演算部により、基板に対する電波の入射角度に基づく基板の厚さ方向における理論的な電圧値に近づくように、第３の抵抗体に発生した電圧値を補正するので、高い精度で奥行き方向の電界成分を計測することができる。

【0048】

実施形態によれば、演算部により、基板に対する電波の入射角度が所定角度よりも大きい場合に、基板に対する電波の入射角度が所定角度よりも大きくなるほど、第３の抵抗体に発生した電圧値の補正幅を大きくするので、高い精度で奥行き方向の電界成分を計測することができる。

【0049】

以上、この発明の一態様として各実施形態や変形例に関して図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は各実施形態や変形例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、本発明の一態様は、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態や変形例に記載された要素であり、同様の効果を奏する要素同士を置換した構成も含まれる。

【符号の説明】

【0050】

１ 電波検出システム
１００、１００Ａ 電波センサ
１０２ 銅パッチ
１０４、１０４Ａ ビア
１０６ Ｘ方向抵抗体
１０８ Ｙ方向抵抗体
１１０ 誘電体基板
１１０ｂ 裏面
１１２ コンデンサ
１２０、１２０Ａ 金属板
１２２ 孔部
１２４、１２４Ａ Ｚ方向抵抗体
２００ ＲＦスイッチ
３００ ソフトウェア無線機
４００ 制御用パソコン
４１０ 電圧検出部
４１２ Ｘ方向電圧検出部
４１４ Ｙ方向電圧検出部
４１６ Ｚ方向電圧検出部
４２０ 演算部
４３０ 表示部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】