特表 2024-540989 ファントムデバイスおよび関連する電磁界ドシメトリシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-06

(54)【発明の名称】ファントムデバイスおよび関連する電磁界ドシメトリシステム

(51)【国際特許分類】

   G01N 22/00 20060101AFI20241029BHJP

   G01R 29/08 20060101ALI20241029BHJP

   G09B 23/18 20060101ALI20241029BHJP

   G09B 23/28 20060101ALI20241029BHJP

【ＦＩ】

G01N22/00 U

G01R29/08 Z

G01N22/00 Y

G01N22/00 Z

G09B23/18 Z

G09B23/28

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024523950

(86)(22)【出願日】2022-10-20

(85)【翻訳文提出日】2024-06-21

(86)【国際出願番号】 EP2022079292

(87)【国際公開番号】W WO2023067107

(87)【国際公開日】2023-04-27

(31)【優先権主張番号】21306476.9

(32)【優先日】2021-10-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523150772

【氏名又は名称】ユニヴェルシテ・ドゥ・レンヌ

(71)【出願人】

【識別番号】506316557

【氏名又は名称】サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィック

(71)【出願人】

【識別番号】523169039

【氏名又は名称】アンスティテュ・ナシオナル・デ・シアンス・ザプリケ・ドゥ・レンヌ

(71)【出願人】

【識別番号】507421289

【氏名又は名称】ナント・ユニヴェルシテ

【氏名又は名称原語表記】ＮＡＮＴＥＳ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ

(71)【出願人】

【識別番号】523224741

【氏名又は名称】サントラルシュペレック

【氏名又は名称原語表記】ＣＥＮＴＲＡＬＥＳＵＰＥＬＥＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】マキシム・ザドボフ

(72)【発明者】

【氏名】アルテム・ボリスキン

(72)【発明者】

【氏名】ロナン・ソロー

【テーマコード（参考）】

2C032

【Ｆターム（参考）】

2C032BD00

2C032CA00

(57)【要約】

電磁（ＥＭ）波源（２）によって放出された所定の周波数ｆ１を有するＥＭ波によって照明されたときの、電磁損失媒質、特に生体組織で作られた参照物体の少なくとも１つのＥＭ特性を再現するためのファントムデバイス（１０）であって、前記所定の周波数ｆ１は、１ＧＨｚ～１０ＴＨｚ、好ましくは６ＧＨｚ～３００ＧＨｚの周波数範囲であり、前記ファントムデバイスは、少なくとも１つの単位構造を備え、前記単位構造は、所定の周波数ｆ１におけるＥＭ波を少なくとも部分的に透過させ、ファントムデバイスは、電磁波源（２）に面する上面（１３）と、上面（１３）とは反対側の下面（１４）とを備える少なくとも１つの第１の誘電体層（１２）とを備え、前記上面（１３）は、電磁波源（２）によって放出された電磁波を少なくとも部分的に透過させ、前記下面（１４）は、第１の誘電体層（１２）を透過した電磁波を少なくとも部分的に反射し、前記少なくとも１つの第１の誘電体層（１２）は、誘電体層（１２）のバルク材料の有効複素誘電率
ε_１ ^＊＝ε_１′－ｊε_１′′が３～４０の範囲内の絶対値を有することを特徴とし、前記少なくとも１つの第１の誘電体層（１２）は、有効複素誘電率と厚さＴ_１との組合せについて参照物体の少なくとも１つの電磁特性を再現するように選択される厚さＴ_１をさらに特徴とする、ファントムデバイス。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁（ＥＭ）波源（２）によって放出された所定の周波数ｆ１を有するＥＭ波によって照明されたときの、電磁損失媒質、特に生体組織で作られた参照物体の少なくとも１つのＥＭ特性を再現するためのファントムデバイス（１０）であって、前記所定の周波数ｆ１は、１ＧＨｚ～１０ＴＨｚ、好ましくは６ＧＨｚ～３００ＧＨｚの周波数範囲であり、前記ファントムデバイスは、少なくとも１つの単位構造を備え、前記単位構造は、前記所定の周波数ｆ１における前記ＥＭ波を少なくとも部分的に透過させ、前記ファントムデバイスは、
前記電磁波源（２）に面する上面（１３）と、前記上面（１３）とは反対側の下面（１４）とを備える少なくとも１つの第１の誘電体層（１２）とを備え、
前記上面（１３）は、前記電磁波源（２）によって放出された電磁波を少なくとも部分的に透過させ、
前記下面（１４）は、前記第１の誘電体層（１２）を透過した電磁波を少なくとも部分的に反射し、
前記少なくとも１つの第１の誘電体層（１２）は、前記誘電体層（１２）のバルク材料の有効複素誘電率

【数1】

が３～４０の範囲内の絶対値を有することを特徴とし、
前記少なくとも１つの第１の誘電体層（１２）は、前記有効複素誘電率と厚さＴ_１との組合せについて前記参照物体の前記少なくとも１つの電磁特性を再現するように選択される前記厚さＴ_１をさらに特徴とする、ファントムデバイス。

【請求項2】

ヒト組織を表す前記参照物体、前記第１の誘電体層（１２）の複素誘電率

【数2】

および前記厚さＴ_１は、少なくとも前記ＥＭ波の法線入射の場合には前記参照物体の表面から少なくとも複素反射係数の前記絶対値を再現するように一緒に選択され、前記絶対値は、６ＧＨｚ～３００ＧＨｚの前記周波数範囲内の前記周波数ｆ１において０．４０～０．７５の範囲である、請求項１に記載のファントムデバイス。

【請求項3】

前記少なくとも１つの誘電体層（１２）はさらに、前記厚さＴ_１が、前記ＥＭ波の、前記第１の誘電体層（１２）の媒質への侵入深さ以下であり、前記ＥＭ波源（２）によって放出された周波数ｆ１において前記ＥＭ波を少なくとも部分的に透過させる、請求項１または２に記載のファントムデバイス。

【請求項4】

少なくとも１つの第２の層（１６）をさらに備え、前記第１の誘電体層（１２）は、前記少なくとも１つの第２の層（１６）上に配置され、前記少なくとも１つの第２の層（１６）は、誘電材料で作られ、前記第１の誘電体層（１２）および前記第２の誘電体層（１６）は、少なくとも前記参照物体の表面からの反射係数の前記絶対値を再現するように一緒に構成され、前記第１の層（１２）と前記第２の層（１６）との間の界面において前記下面（１４）から反射された前記ＥＭ波の一部の、前記ファントムデバイスの前記上面（１３）からの全反射係数への相対寄与が、少なくとも５％を構成する、請求項１から３のいずれか一項に記載のファントムデバイス。

【請求項5】

前記第２の層（１６）は、電磁波の、前記第２の層（１６）の媒質への侵入深さが、少なくとも前記第２の層（１６）の厚さに等しくなるように選択される厚さＴ_２を有し、前記第１の誘電体層（１２）および前記第２の誘電体層（１６）は、前記参照物体の表面からの複素反射係数の前記絶対値を再現する一方、依然として入射ＥＭ波を少なくとも部分的に透過させるように一緒に構成される、請求項４に記載のファントムデバイス。

【請求項6】

少なくとも１つの第２の層（１６）をさらに備え、前記第１の誘電体層（１２）は、前記少なくとも１つの第２の層（１６）上に配置され、前記少なくとも１つの第２の層（１６）は、複合媒質で作られ、導電率σ_２が少なくとも１０^２Ｓ／ｍである導電性材料で作られた第１の部分と、誘電材料で作られた第２の部分とを備え、前記第１の部分と前記第２の部分との間の体積比は、前記第１の層（１２）と前記第２の層（１６）との間の界面において前記下面（１４）から反射された前記ＥＭ波の一部の、前記ファントムデバイスの前記上面（１３）からの全反射係数への相対寄与が少なくとも５％を構成するように、１０％～９０％の範囲内で選択される、請求項１から５のいずれか一項に記載のファントムデバイス。

【請求項7】

前記少なくとも１つの第２の層（１６）は、導電性材料で作られ、導電率が少なくとも１０^２Ｓ／ｍに等しく、厚さＴ_２が、前記ＥＭ波の前記導電性材料への侵入深さよりも大きいことを特徴とし、前記第２の層（１６）は、ＥＭ波用の透過ゾーンを形成する少なくとも１つの貫通孔（１８）をさらに備え、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記単位構造の全表面の１０％～９０％の範囲の表面積を有し、誘電性媒質で充填され、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記下面（１４）と揃えられたｘｙ平面内で任意の形状を有し、前記任意の形状は、前記少なくとも１つの貫通孔（１８）を充填する前記誘電性媒質内または前記第１の層（１２）の媒質内のＥＭ波の波長の２分の１に少なくとも等しい長さを有する輪郭線によって画定される、請求項６に記載のファントムデバイス。

【請求項8】

前記第１の層（１２）および前記第２の層（１６）は、２つの異なるＥＭ波、すなわち、第１の周波数部分範囲内の周波数ｆ１を有する第１のＥＭ波および第２の周波数部分範囲内の周波数ｆ２を有する第２のＥＭ波によって照明されたときの参照物体の前記少なくとも１つのＥＭ特性の前記少なくとも２つの異なる値を再現するように一緒に構成され、２つの部分範囲は、６ＧＨｚ～３００ＧＨｚの前記周波数範囲内である、請求項４から７のいずれか一項に記載のファントムデバイス。

【請求項9】

前記第１の誘電体層（１２）の厚さは、前記周波数ｆ１を有する前記第１のＥＭ波の侵入深さよりも小さく、同時に、前記周波数ｆ２を有する前記第２のＥＭ波の侵入深さに少なくとも等しい、請求項８に記載のファントムデバイス。

【請求項10】

第１の周波数ｆ１における第１の入射電磁波を反射し第２の周波数ｆ２における第２の入射電磁波を透過させる周波数選択層（１９）をさらに備え、前記周波数選択層（１９）は、前記少なくとも１つの第１の層（１２）に埋め込まれるか、または前記少なくとも１つの第１の層（１２）の前記下面（１４）に取り付けられる、請求項４から９のいずれか一項に記載のファントムデバイス。

【請求項11】

前記参照物体の局所可変電磁応答を再現するための複数の単位構造を備え、各単位構造は、前記参照物体の表面の一部から前記少なくとも１つの電磁特性を再現するように構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のファントムデバイス。

【請求項12】

各単位構造を形成する層のサイズ、形状および組成、ならびに／または２つの隣接する単位構造間の距離は、前記ファントムシステムの表面に沿った電磁応答の連続的な変化を取得するように選択される、請求項１１に記載のファントムデバイス。

【請求項13】

各単位構造を形成する層のサイズ、形状および組成、ならびに／または２つの隣接する単位構造間の距離は、前記ファントムシステムの表面に沿った電磁応答の離散的な変化を取得するように選択される、請求項１１に記載のファントムデバイス。

【請求項14】

各単位構造は、前記単位構造の全厚さおよび／もしくは前記単位構造の上面の曲率、または前記第１の層（１２）もしくは前記第２の層（１６）の有効複素誘電率を変化させるように構成された微小電気機械スイッチを備える、請求項１１から１３のいずれか一項に記載のファントムデバイス。

【請求項15】

電磁波源（２）によって放出された電磁場に関する電磁界ドシメトリ量を測定するためのドシメトリシステム（１００）であって、
請求項１から１４のいずれか一項に記載のファントムデバイスであって、前記電磁波源（２）に面する上面（１３）と下面（１７）とを備え、前記電磁波源（２）によって放出されたＥＭ波を少なくとも部分的に透過させる、ファントムデバイスと、
前記下面（１７）に取り付けられるかまたは前記下面（１７）の下方に配置され、前記ファントムデバイスを透過した前記電磁波に関する物理量を測定するように構成された少なくとも１つのセンサー（１０１）と、
前記少なくとも１つのセンサー（１０１）から送信された信号を分析するように構成された信号分析ユニット（１０２）と、前記信号から前記電磁界ドシメトリ量を算出するように構成された処理ユニット（１０３）と、メモリユニット（１０４）と
を備える、ドシメトリシステム（１００）。

【請求項16】

前記少なくとも１つのセンサー（１０１）は、前記電磁波源（２）の周波数において動作する電磁センサーを備える、請求項１５に記載のドシメトリシステム。

【請求項17】

前記少なくとも１つのセンサー（１０１）は、前記電磁波源（２）の周波数とは異なる周波数で動作する電磁センサーを備え、前記デバイスは、周波数変換器要素をさらに備える、請求項１５に記載のドシメトリシステム。

【請求項18】

前記少なくとも１つのセンサー（１０１）は、熱センサーを備える、請求項１５に記載のドシメトリシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁界ドシメトリ用のファントムデバイスに関し、より詳細には、本発明は、損失媒質、たとえば、生体組織、特にヒト組織で作られた参照物体の電磁特性をシミュレートするためのファントムデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

ワイヤレス技術が発展するに伴って、特に人体に近接して使用される携帯電話の場合に、人体における電磁曝露レベルを厳密に判定することが重要な要素になっている。

【0003】

電磁波に対する人体の曝露を評価するために、一般に「ファントム」と呼ばれる生体組織の電磁特性を再現する様々な範疇のデバイスが提案されている。

【0004】

空気と皮膚の表面との間の界面における電磁応答を再現するために、液体ファントムが提案されている。そのようなファントムデバイスは、測定周波数においてヒト生体組織の一般電磁特性と同様の一般電磁特性を有するゲルまたは液体で充填されたプラスチック部品または固体シェルを備える。これらのデバイスはいくつかの問題を有する。すなわち、液体は、蒸発および／または液体の物理的特性の経時的な劣化に起因して頻繁に交換する必要がある。これらのデバイスは、その重量および含水量を支持するために特殊な試験機器を必要とする。そのようなデバイスは一般に、３００ＭＨｚ～６ＧＨｚの周波数範囲で使用され、これらの周波数における電磁場の媒質への侵入深さが浅いことに起因して約６ＧＨｚを超える周波数での電磁界ドシメトリに適していない。

【0005】

代替解決策として固体ファントムが提供されている。固体ファントムは、たとえば、セラミック、黒鉛もしくは炭素元素、または合成ゴムで作られた固体片である。主な利点は、その寿命、言い換えれば、経時的な電磁特性の恒常性である。しかしながら、これらのデバイスは、製作が複雑であり、製造コストがかかり、一般に特に高い温度および高い圧力を必要とする。さらに、６ＧＨｚよりも低い周波数で動作するように設計された固体ファントムは、液体ファントムと同様に、材料特性の周波数依存性変化に起因してより高い周波数で使用することはできず、高ＥＭ損失をもたらす。したがって、固体ファントムは、液体ベースのファントムに固有の蒸発問題を解消するために使用され得る。しかしながら、生体組織の複素誘電率を再現する固体ファントムは、６ＧＨｚを超える周波数において相対的に高い電磁損失を被る。たとえば、６０ＧＨｚにおいて、ヒト組織における電磁放射の侵入深さは０．５ｍｍ程度であり、したがって、ＥＭ放射の吸収は基本的に、人体の表層に限定される。これによって、前記生体組織のＥＭ特性を再現するファントムに埋め込まれた任意のセンサーについての信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が非常に低くなる。

【0006】

マイクロ波スペクトルの上部における高電磁損失の問題は、支配的な水濃度に起因する複素誘電率の高い虚数部によって特徴付けられるすべての軟性生体組織に固有の問題であり、ドシメトリデバイスの設計における固有の制約を構成する。したがって、そのような損失媒質の複素誘電率を再現する材料で作られたファントムデバイスは、６ＧＨｚを超える周波数で動作する５Ｇ以上の世代のワイヤレスデバイスの準拠性テストに適合しない。

【0007】

文献ＷＯ２０１７／０１７３３５０は、ヒト組織の特性を有する固体ファントムデバイスについて説明している。この固体ファントムデバイスは、炭素の導電性微粒子がドープされ、複数の開口部を有する金属化シールドを支持する誘電材料の１つの層と、センサーのアレイとを備える。センサーは、電磁源によって放出され、ファントムを通して伝送される電磁界を測定するように構成される。この固体ファントムは、液体ファントムデバイスに固有の蒸発問題を解消することを可能にする一方、導電性ドーピングに起因して反射係数の所望の値がもたらされている。しかしながら、この提案されたファントムデバイスにおいて使用される媒質では依然として、電磁場が６ＧＨｚを超える高い周波数で複合誘電材料を通して伝播する間に電磁場強度が顕著に失われる。

【0008】

したがって、特に６ＧＨｚを超える周波数において以前の解決策よりも厳密に測定を実施するために使用され得る電磁界ドシメトリ用のファントムデバイスの新規の最適な設計が必要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】ＷＯ２０１７／０１７３３５０

【特許文献2】ＥＰ１３２６０７０

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】Ｇｕｒａｌｉｕｃ Ａｎｄａら、“Ｓｏｌｉｄｅ Ｐｈａｎｔｏｍ ｆｏｒ ｂｏｄｙ－Ｃｅｎｔｒｉｃ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ａｔ ６０ＧＨｚ”

【非特許文献2】Ｚｉａｎｅ Ｍａｓｓｉｎｉｓｓａら、“Ｈｉｇｈ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｆｏｒ Ｎｅａｒ－Ｆｉｅｌｄ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ｆｏｒ Ａｎｔｅｎｎａ／Ｂｏｄｙ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｔ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｗａｖｅｓ”

【非特許文献3】Ｇｕｒａｌｉｕｃ Ａｎｄａら、“Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ａｌｏｎｇ ｔｈｅ Ｂｏｄｙ ａｔ ６０Ｇｈｚ”

【非特許文献4】小林岳彦ら、“Ｄｒｙ Ｐｈａｎｔｏｍ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ＳＡＲ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ”

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明の課題は、６ＧＨｚ～少なくとも３００ＧＨｚの周波数範囲内の所定の周波数において、電磁損失材料で作られた参照物体を代表し得る生体組織、たとえば、ヒト組織の表面からの電磁応答を必要に応じて再現する一方、より損失の少ない誘電材料で作られたファントム構造を使用することによって電磁波侵入深さを向上させ得るファントムデバイスを提供することである。そのような新規のファントムデバイスは、信号対ノイズ比を改善するために電磁界ドシメトリシステムにおいて使用され得る。

【0012】

本発明の別の目的は、たとえば、人体の一部の解剖学的形態を再現する、３Ｄ形状物体に容易に取り付けられ得るかまたは３Ｄ形状物体を容易に包み得るファントムデバイスを提案することである。

【0013】

本発明の別の目的は、複雑な３Ｄ形状を有し得る、たとえば、人体の解剖学的な一部である、参照物体の形状とは異なる形状を有する一方、この参照物体からの電磁応答を維持する、ファントムデバイスを提案することである。特に、本発明のファントムデバイスは、より実用的で製造するのにより好都合な形状を有する一方、参照物体の表面からの電磁応答を再現し得る。

【0014】

本発明の別の目的は、生体組織、たとえば、ヒト組織などの参照物体の表面からの電磁放射を、少なくとも２つの異なる所定の周波数、すなわち、第１の部分周波数範囲内の第１の周波数、および第２の部分周波数範囲内の第２の周波数において再現することができ、前記２つの周波数部分範囲は、６ＧＨｚ～少なくとも３００ＧＨｚの範囲であるファントムデバイスを提供することである。非限定的な例として、この２つの周波数部分範囲は、２６～２８ＧＨｚおよび５７～６６ＧＨｚとすることができる。

【0015】

本発明の別の目的は、製造がより容易であり、製造費用がより安いファントムデバイスを提供することである。

【0016】

Ｇｕｒａｌｉｕｃ Ａｎｄａらによる“Ｓｏｌｉｄｅ Ｐｈａｎｔｏｍ ｆｏｒ ｂｏｄｙ－Ｃｅｎｔｒｉｃ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ａｔ ６０ＧＨｚ”では、６０ＧＨｚワイヤレス人体中心システム用の伝播チャネルを特徴付けるための皮膚同等ファントムについて述べている。このファントムは、空気／ファントム界面において空気／皮膚界面と同じ反射係数をエミュレートするように設計される。ファントムは、カーボンブラック粉をポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）と結合させ、得られた可撓性カーボンＰＤＭＳ複合物の片面を金属化することによって製作される。２つの開口端導波管を使用して、平坦な円筒形のファントムに沿った伝播が５８～６３ＧＨｚ周波数範囲における皮膚に沿った伝播と同様であることが実証される。

【0017】

Ｚｉａｎｅ Ｍａｓｓｉｎｉｓｓａらによる“Ｈｉｇｈ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｆｏｒ Ｎｅａｒ－Ｆｉｅｌｄ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ｆｏｒ Ａｎｔｅｎｎａ／Ｂｏｄｙ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｔ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｗａｖｅｓ”では、ミリメートル波（ｍｍＷ）におけるアンテナ／人体結合を考慮した近距離における電力密度（ＰＤ）パターン測定のための技法について述べている。提案された方法は、ヒトの皮膚からの反射係数を再現する特定的に設計された構造を使用する。この構造は、吸収されたＰＤを赤外線（ＩＲ）パターンに変換するように最適化され、ＩＲパターンは、ＰＤ分布を再構成するために高解像度ＩＲカメラを使用して遠隔的に記録される。

【0018】

Ｇｕｒａｌｉｕｃ Ａｎｄａらによる“Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ａｌｏｎｇ ｔｈｅ Ｂｏｄｙ ａｔ ６０Ｇｈｚ”では、グリーン関数を使用して、フラットスキンモデルおよび衣服を表す多層構造上の微小ダイポールによって励起される電場を分析的に調査することについて述べている。

【0019】

ＥＰ１３２６０７０は、その要約によると、吸収された電力を測定するための装置であって、人体の頭部の構成および電磁特性をシミュレートする頭部シミュレーションファントム内に固定的に取り付けられた電磁場プローブを含み、頭部シミュレーションファントム上に外部から照射された電波の電場または磁場の強度が磁場プローブによって測定され、頭部によって吸収された電波の電力が測定値に基づいて推定され、頭部シミュレーションファントムが、人体の頭部の構成および電磁特性をシミュレートする固体誘電体、または人体の頭部の電磁特性をシミュレートし人体の頭部の構成をシミュレートする密閉容器に充填される液体誘電体を備える、装置について述べている。

【0020】

小林岳彦らによる“Ｄｒｙ Ｐｈａｎｔｏｍ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ＳＡＲ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ”では、ＵＨＦ帯域において生体組織と同じ電気的特性を有する乾燥ファントム材料について述べている。この新規の複合材料は、マイクロ波セラミック粉、黒鉛粉、および接着用樹脂で構成される。マイクロ波源に曝露されたヒト頭部の比吸収率（ＳＡＲ）を推定するために実験が実施されている。

【課題を解決するための手段】

【0021】

この開示は、状況を改善する。電磁（ＥＭ）波源によって放出された所定の周波数ｆ１を有するＥＭ波によって照明されたときの、電磁損失媒質、特に生体組織で作られた参照物体の少なくとも１つのＥＭ特性を再現するためのファントムデバイスであって、前記所定の周波数ｆ１が、１ＧＨｚ～１０ＴＨｚ、好ましくは６ＧＨｚ～３００ＧＨｚの周波数範囲であり、前記ファントムデバイスが、少なくとも１つの単位構造を備え、前記単位構造が、所定の周波数ｆ１におけるＥＭ波を少なくとも部分的に透過させ、前記ファントムデバイスが、
電磁波源に面する上面と、上面とは反対側の下面とを備える少なくとも１つの第１の誘電体層とを備え、
前記上面が、電磁波源によって放出された電磁波を少なくとも部分的に透過させ、
前記下面が、第１の誘電体層を透過した電磁波を少なくとも部分的に反射し、
前記少なくとも１つの第１の誘電体層が、誘電体層のバルク材料の有効複素誘電率

【0022】

【数1】

【0023】

が３～４０の範囲内の絶対値を有することを特徴とし、
前記少なくとも１つの第１の誘電体層が、有効複素誘電率と厚さＴ_１との組合せについて参照物体の少なくとも１つの電磁特性を再現するように選択される厚さＴ_１をさらに特徴とする、ファントムデバイスが提案される。

【0024】

したがって、誘電体層の厚さとこの層の誘電率との特定の組合せに起因して、ファントムデバイスの層状構造は、マイクロ波スペクトルの上部において高電磁損失を有する生体組織の表面からの電磁応答を再現する一方、信号対雑音比を向上させるためにファントムの部分的透過性を確保することができる。

【0025】

一実施形態では、ヒト組織を表す参照物体、第１の誘電体層の複素誘電率

【0026】

【数2】

【0027】

および厚さＴ_１は、少なくともＥＭ波の法線入射の場合には参照物体の表面から少なくとも複素反射係数の絶対値を再現するように一緒に選択され、前記絶対値は、６ＧＨｚ～３００ＧＨｚの周波数範囲内の周波数ｆ１において０．４０～０．７５の範囲である。

【0028】

好ましい実施形態では、少なくとも１つの誘電体層はさらに、厚さＴ_１が、ＥＭ波の、前記第１の誘電体層の媒質への侵入深さ以下であり、ＥＭ波源によって放出された周波数ｆ１においてＥＭ波を少なくとも部分的に透過させる。

【0029】

別の実施形態では、ファントムデバイスは、少なくとも１つの第２の層をさらに備え、第１の誘電体層は、少なくとも１つの第２の層上に配置され、前記少なくとも１つの第２の層は、誘電材料で作られ、前記第１の誘電体層および前記第２の誘電体層は、少なくとも参照物体の表面からの反射係数の絶対値を再現するように一緒に構成され、第１の層と第２の層との間の界面において下面から反射されたＥＭ波の一部の、ファントムデバイスの上面からの全反射係数への相対寄与が、少なくとも５％を構成する。

【0030】

好ましい実施形態では、第２の層は、電磁波の、第２の層の媒質への侵入深さが、少なくとも前記第２の層の厚さに等しくなるように選択される厚さＴ_２を有し、前記第１の誘電体層および前記第２の誘電体層は、参照物体の表面からの複素反射係数の絶対値を再現する一方、依然として入射ＥＭ波を少なくとも部分的に透過させるように一緒に構成される。

【0031】

さらなる一実施形態では、ファントムデバイスは、少なくとも１つの第２の層をさらに備え、第１の誘電体層は、少なくとも１つの第２の層上に配置され、前記少なくとも１つの第２の層は、複合媒質で作られ、導電率σ_２が少なくとも１０^２Ｓ／ｍである導電性材料で作られた第１の部分と、誘電材料で作られた第２の部分とを備え、第１の部分と第２の部分との間の体積比は、第１の層と第２の層との間の界面において下面から反射されたＥＭ波の一部の、ファントムデバイスの上面からの全反射係数への相対寄与が少なくとも５％を構成するように、１０％～９０％の範囲内で選択される。

【0032】

さらに別の実施形態では、少なくとも１つの第２の層は、導電性材料で作られ、導電率が少なくとも１０^２Ｓ／ｍに等しく、厚さＴ_２が、ＥＭ波の前記導電性材料への侵入深さよりも大きいことを特徴とし、前記第２の層は、ＥＭ波用の透過ゾーンを形成する少なくとも１つの貫通孔をさらに備え、前記少なくとも１つの貫通孔は、単位構造の全表面の１０％～９０％の範囲の表面積を有し、誘電性媒質で充填され、前記少なくとも１つの貫通孔は、下面と揃えられたｘｙ平面内で任意の形状を有し、任意の形状は、少なくとも１つの貫通孔を充填する誘電性媒質内または第１の層の媒質内のＥＭ波の波長の２分の１に少なくとも等しい長さを有する輪郭線によって画定される。

【0033】

一実施形態では、第１の層および第２の層は、２つの異なるＥＭ波、すなわち、第１の周波数部分範囲内の周波数ｆ１を有する第１のＥＭ波および第２の周波数部分範囲内の周波数ｆ２を有する第２のＥＭ波によって照明されたときの参照物体の少なくとも１つのＥＭ特性の少なくとも２つの異なる値を再現するように一緒に構成され、前記２つの部分範囲は、６ＧＨｚ～３００ＧＨｚの周波数範囲内である。

【0034】

一例では、第１の誘電体層の厚さは、周波数ｆ１を有する第１のＥＭ波の侵入深さよりも小さく、同時に、周波数ｆ２を有する第２のＥＭ波の侵入深さに少なくとも等しい。

【0035】

別の実施形態では、ファントムデバイスは、第１の周波数ｆ１における第１の入射電磁波を反射し第２の周波数ｆ２における第２の入射電磁波を透過させる周波数選択層をさらに備え、周波数選択層は、少なくとも１つの第１の層に埋め込まれるか、または少なくとも１つの第１の層の下面に取り付けられる。

【0036】

一実施形態では、ファントムデバイスは、参照物体の局所可変電磁応答を再現するための複数の単位構造を備え、各単位構造は、参照物体の表面の一部から少なくとも１つの電磁特性を再現するように構成される。

【0037】

一例では、各単位構造を形成する層のサイズ、形状および組成、ならびに／または２つの隣接する単位構造間の距離は、ファントムシステムの表面に沿った電磁応答の連続的な変化を取得するように選択される。

【0038】

別の例では、各単位構造を形成する層のサイズ、形状および組成、ならびに／または２つの隣接する単位構造間の距離は、ファントムシステムの表面に沿った電磁応答の離散的な変化を取得するように選択される。

【0039】

さらに別の例では、各単位構造は、単位構造の全厚さおよび／もしくは単位構造の上面の曲率、または第１の層もしくは第２の層の有効複素誘電率を変化させるように構成された微小電気機械スイッチを備える。

【0040】

別の態様では、電磁波源によって放出された電磁場に関する電磁界ドシメトリ量を測定するためのドシメトリシステムであって、
上記で定義されたファントムデバイスであって、電磁波源に面する上面と下面とを備え、電磁波源によって放出されたＥＭ波を少なくとも部分的に透過させる、ファントムデバイスと、
下面に取り付けられるかまたは下面の下方に配置され、ファントムデバイスを透過した電磁波に関する物理量を測定するように構成された少なくとも１つのセンサーと、
少なくとも１つのセンサーから送信された信号を分析するように構成された信号分析ユニットと、信号から電磁界ドシメトリ量を算出するように構成された処理ユニットと、メモリユニットとを備える、ドシメトリシステムが提案される。

【0041】

一実施形態では、少なくとも１つのセンサーは、電磁波源の周波数において動作する電磁センサーを備える。

【0042】

別の実施形態では、少なくとも１つのセンサーは、電磁波源の周波数とは異なる周波数で動作する電磁センサーを備え、デバイスは、周波数変換器要素をさらに備える。

【0043】

別のさらなる実施形態では、少なくとも１つのセンサーは、熱センサーを備える。

【0044】

他の特徴、詳細、および利点は、以下の詳細な説明および図に示される。

【図面の簡単な説明】

【0045】

【図1】厚さが、電磁波源によって放出された入射電磁波の侵入深さよりも大きい、損失材料で作られた層からの電磁反射の概略図である。

【図2A】ヒト皮膚組織の複素誘電率の実部および虚部と周波数との関係を表す図である。

【図2B】皮膚組織の媒質における誘電正接およびヒト皮膚組織に対する法線入射における電磁波の侵入深さと周波数との関係を表す図である。

【図2C】ヒト皮膚組織の界面における反射係数および透過係数と周波数との関係を表す図である。

【図3】単一の誘電体層を備えるファントムデバイスの一実施形態の概略断面図である。

【図4】半無限無損失誘電性媒質の等価誘電率の計算値と誘電性媒質の表面からの基本反射係数との関係を表す図である。

【図5A】図３のファントムデバイスについての複素反射係数の計算された絶対値と複素誘電率

【数3】

を有する第１の誘電体層の厚さとの関係を示す図である。

【図5B】図５Ａと同じファントムデバイスについての複素反射係数の計算された位相と第１の誘電体層の厚さとの関係を示す図である。

【図5C】図５Ａおよび図５Ｂにおけるファントムデバイスの表面からの複素反射係数の計算された絶対値と、異なる厚さ値Ｔ_１＝０．９５ｍｍ、Ｔ_１＝１．２１ｍｍ、およびＴ_１＝１．８０ｍｍについてのＥＭ波の入射角との関係を表す図である。

【図6】第１の誘電体層と第２の層とを備える電磁界ドシメトリ用のファントムデバイスの別の実施形態の概略断面図である。

【図7A】誘電体層複素誘電率

【数4】

を有する図６のファントムデバイスの一例からの反射係数の計算された絶対値と第１の誘電体層の厚さとの関係を表す図である。

【図7B】図６と同様のファントムデバイスについての複素反射係数の位相と第１の誘電体層の厚さとの関係を表す図である。

【図7C】図７Ａおよび図７Ｂにおけるファントムデバイスの表面からの複素反射係数の絶対値と、異なる厚さ値Ｔ_１＝２．１９ｍｍ、Ｔ_１＝２．５４ｍｍ、Ｔ_１＝３．０２ｍｍ、およびＴ_１＝３．２６ｍｍについてのＥＭ波の入射角との関係を表す図である。

【図8】貫通孔を備える実施形態による複合媒質で作られた第２の層の概略断面図である。

【図9A】複素誘電率

【数5】

を有する第１の層と、矩形（実線）または円形（破線）を有する導電性材料（σ_２＝１０^７、Ｔ_２＝０．１ｍｍ）のインクルージョンを含む複合材料で作られた第２の層とを備える図６のファントムデバイスの透過係数および反射係数とインクルージョンの表面充填率（ＳＦＦ）との関係を表す図である。

【図9B】円形パッチ（１）、矩形パッチ（２）、円形貫通孔（３）、および矩形貫通孔（４）と呼ばれる異なる形態のインクルージョンによって特徴付けられる、図９Ａにおけるデバイスの単位構造の４つの異なる構成を表す図である。

【図10】発生源からの電磁波に曝露されたヒト頭部の形態の参照物体の例を再現する電磁界ドシメトリ用のファントムデバイスのさらに別の実施形態の概略断面図である。

【図11A】複雑な幾何学的形状を有する３Ｄ参照物体の概略図である。

【図11B】図１１Ａの３Ｄ参照物体の電磁応答を再現しつつ３Ｄプリミティブ形状を形成する複数の単位構造を備えるファントムデバイスの概略図である。

【図11C】図１１Ａの３Ｄ参照物体の電磁応答を再現しつつ２Ｄ平面構造を形成する複数の単位構造を備えるファントムデバイスの概略図である。

【図12A】一実施形態による、各第２の層が円形貫通孔を備える、複合媒質で作られた第２の層にＺ交差する水平ＸＹ平面内に４つの単位構造を備えるファントムデバイスの概略断面図である。

【図12B】隣接する単位構造の貫通孔が結合するように単位構造の表面の表面積比が約８０％である円形貫通孔を備える複合媒質で作られた第２の層にＺ交差する水平ＸＹ平面内に４つの単位構造を備えるファントムデバイスの概略断面図である。

【図12C】一実施形態による、各単位構造が、導電性媒質内の導電性円形インクルージョンを備える、複合媒質で作られた第２の層にＺ交差する水平ＸＹ平面内に４つの単位構造を備えるファントムデバイスの概略断面図である。

【図13A】２つの周波数部分帯域において２つの異なる電磁応答を再現するように構成された電磁界ドシメトリ用のファントムデバイスの一実施形態の概略断面図である。

【図13B】２つの周波数部分帯域において２つの異なる電磁応答を再現するように構成された電磁界ドシメトリ用のファントムデバイスの別の実施形態の概略断面図である。

【図14】２つの周波数における２つの電磁応答を再現するように第１の誘電体層に埋め込まれた周波数選択層を備える電磁界ドシメトリ用のファントムデバイスのさらに別の実施形態の概略断面図である。

【図15】図６のファントムデバイスを備える電磁界ドシメトリ用のシステムの一実施形態の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0046】

「上部」、「下部」、「上方」、「下方」、「間」、「上」、および他の同様の用語は、相対的な位置を指す。これらの用語の相対位置は、各層をベクトル空間の向きに定義するものでも限定するものでもない。

【0047】

理解を容易にするために、各図に共通する同一の要素を指定するために同一の参照番号が使用されている。１つの実施形態において開示された要素は、特定の記載なしに他の実施形態に有益に利用され得る。

【0048】

本開示では、「層」という用語は、一定の厚さまたは可変厚さを有する構造を指す。層は平面状であっても曲面状であってもよい。特に、層は、人体の一部、たとえば、頭部または手の３Ｄ形態を再現するように形作られてもよい。層は、円筒形の物体の側壁などの閉ループを形成するように形作られてもよい。

【0049】

本開示では、「ドシメトリ」という用語は、平均表面積または体積に対して定義された電力密度、エネルギー密度、比吸収率、比エネルギー吸収率、電界強度、磁界強度、電圧、または電流を含む、電磁曝露レベルを定量化するために使用される任意のメトリックを指す。

【0050】

本開示では、「有効誘電率」という用語は、一様な層を表すバルク材料の誘電率の加重平均ではなく、複合材料の異なる部分の誘電率の加重平均の意味で理解され得る。波長よりも小さいサイズを有するインクルージョンを含む複合材料については、２つの部分の体積比として近似的に定義され得る。より大きいインクルージョンの場合、有効値は、インピーダンスマッチング条件（２つの隣接する媒質の複素誘電率の比によって定義される）として理解され得る。たとえば、このことは、貫通孔のサイズを変化させるか、または媒質に埋め込まれたインクルージョンのサイズを変化させることによって行うことができる。厚さが１波長よりも小さい誘電体層の場合、「有効誘電率」は２つのパラメータ、すなわち、波長によって正規化されたバルク誘電率および層厚さの、関数として定義される。

【0051】

本開示では、「侵入深さ」は、電磁表皮深さの従来の定義に従って、媒質の内部の１ＧＨｚ～１０ＴＨｚの周波数範囲内の所定の周波数ｆ１を有するＥＭ波の強度がファントム構造の誘電体層の表面における強度の約１３％である媒質の内部の深さを指す。

【0052】

本開示では、「参照物体」という用語は、所定の周波数、偏光、および表面法線ベクトルに対して定義された入射角によって特徴付けられる、電磁波源によって放出された電磁波によって照明されたときの所定の電磁応答によって特徴付けられる構造を指す。以下では、電磁応答は、複素反射係数の絶対値（すなわち、大きさ）、または複素反射係数の位相、または散乱断面、または少なくとも参照物体の表面領域の一部および／もしくは前記表面領域に入射する電磁界の一部について定義することのできる散乱パターンを含む、前記参照物体によって散乱させられる電磁界を定量化するために使用される任意のメトリックを指すことができる。電磁界の前記一部は、１つの偏光、または入射角の所与の角度範囲、またはより広い周波数範囲内の周波数部分範囲を表し得る。参照物体の前記所定の電磁応答は、現実的な使用の場合の照明条件の下で得られる電磁測定値または文献から判定され得る。本発明によって説明される参照物体の例の非限定的なリストには、生物（たとえば、ヒト、鳥、動物）の任意の生体組織、前記生物の体の任意の解剖学的部分（たとえば、頭部、胴部、腕、手、脚など）、または有する形状によって、もしくは所定の周波数、偏光、および入射角を有する電磁波によって照明されたときの既知の電磁応答もしくは目標電磁応答によって特徴付けされ得る任意の他の参照物体が含まれ得る。好ましい実施形態では、参照物体は、電磁応答が文献から知られている、ヒト皮膚組織などの生体組織を表す。

【0053】

図１を参照すると、参照物体、たとえば、ヒトの皮膚の表面からの電磁応答が示されている。ヒトの皮膚は、厚さＴ_１を有し、平面（ＸＹ）に沿って延びる損失材料の層を備える構造によって表される。この構造は、空気であり得るホスト媒質によって取り囲まれる。

【0054】

参照物体の上面からある距離に電磁波源２が配設されている。発生源２は、携帯電話、またはウエアラブルデバイスもしくは携帯デバイスを含む任意の他のワイヤレスデバイスであってもよい。発生源は、電磁信号を送受信するために発生源の本体に接続された１つまたは複数のアンテナまたは照射構造を備える。

【0055】

図１に示されるように、発生源２によって提供される所定の周波数における電磁波４は、ヒトの皮膚の上面を照明する。入射電磁波５の一部は、層１の上面３によって反射され、入射電磁波６の一部は、層１を貫通し、層１の損失媒質に吸収される。

【0056】

図２Ａ～図２Ｃは、ヒト皮膚組織の電磁特性と入射電磁波の周波数との関係を示す。

【0057】

図２Ａは、複素誘電率の実部および虚部と６ＧＨｚ～３００ＧＨｚの周波数との関係を示す。

【0058】

図２Ｂの曲線Ａは、図２Ａに表された複素誘電率の虚部と実部との比として定義される６～６０ＧＨｚの周波数範囲内の誘電正接の増大を示す。曲線Ｂは、侵入深さの減少と周波数との関係を示す。侵入深さは、周波数が６０ＧＨｚを超える場合は０．５ｍｍ未満である。

【0059】

図２Ｃは、空気と層との間の界面における、皮膚表面での反射係数および透過係数と、層１の上面３への法線入射における電磁波の周波数との関係を示す。

【0060】

本発明は、生体組織などの電磁損失媒質で作られた参照物体の表面が、電磁波源２によって放出された電磁波によって照明されたときの参照物体の電磁応答を再現する新しいファントムデバイスを提案する。

【0061】

次に、図３を参照しながら、本開示の一実施形態によるファントムデバイス１０について説明する。

【0062】

ファントムデバイス１０は、水平面（ＸＹ）内を延びる誘電体層１２を備える。図３の実施形態では、ファントムデバイス１０は、誘電体層１２を備え、誘電体層１２は２つの主面、すなわち、電磁波源２に面する上面１３および電磁波源２とは反対側の下面１４を画定する。

【0063】

別の実施形態では、ファントムデバイスは、複数の誘電体層を備えてもよい。

【0064】

上面１３は、入射電磁波４を少なくとも部分的に透過させる。下面１４は、発生源によって放出され、層１２を透過した電磁波４を少なくとも部分的に反射する。

【0065】

図３を参照すると、発生源２によって放出された電磁波４は、第１の誘電体層１２の上面１３に入射し、入射電磁波は、上面１３によって部分的に反射される。反射されたＥＭ波は、参照番号５によって示される。空気－誘電体界面における、上面によって反射されないＥＭ波の一部が、上面１３から誘電体層１２を通って下面１４まで伝播し、層１２の誘電体層媒質において部分的に吸収される。第１の誘電体層１２を透過した電磁波は次いで、下面１４によって部分的に反射される。反射されたＥＭ波は、参照番号６によって示される。

【0066】

ファントムデバイス１０は、上面１３から反射された波５と下面１４から反射された波６との間の相互作用を使用することによって参照物体の上面からの所望の電磁応答を再現することができる。このことは、ファントムデバイスの上面１３からの、程度の差はあるが顕著な反射をもたらす２つの波の間の強め合いの干渉または弱め合いの干渉を介して実現され得る。上面１３からの複素反射係数は次のように定義される。

【0067】

【数6】

【0068】

上式において、

【0069】

【数7】

【0070】

および

【0071】

【数8】

【0072】

は、上面１３および下面１４に関連付けられた２つの反射されたＥＭ波であり、ρ_１およびρ_２はそれぞれ、ＥＭ界偏光および入射角の関数として定義される上面および下面に関連付けられた基本反射係数であり、Ｔ_１は、層１２の厚さであり、γ_１ ＝ α_１ ＋ ｊβ_１は、次のように定義される、層１２の媒質内の減衰α_１および位相β_１因子を記述する伝播定数である。

【0073】

【数9】

【0074】

【数10】

【0075】

関係式（１）によれば、第１の反射波

【0076】

【数11】

【0077】

は、誘電体層１２と層１２の上方のホスト媒質との間の界面における上面１３からの基本反射係数ρ_１によって決定される。第２の反射波

【0078】

【数12】

【0079】

は、誘電体層１２と層１２の下方のホスト媒質との間の界面における下面１４からの基本反射係数ρ_２に関連付けられる。第２の反射波

【0080】

【数13】

【0081】

は、層１２の複素誘電率、層１２の厚さＴ_１、および層１２の下方のホスト媒質の複素誘電率によって決定される。したがって、層１２の厚さＴ_１および／もしくは複素誘電率

【0082】

【数14】

【0083】

、ならびに／または層１２の下方のホスト媒質の複素誘電率を変化させることによって、第２の反射波の振幅および位相を適応させることが可能である。

【0084】

本開示のファントムデバイスは、参照物体、たとえばヒト組織の上面から対応する電磁応答を再現するために必要な、層１２の表面からの、複素反射係数ｒ_ｐまたは複素反射係数の大きさ｜ｒ_ｐ｜のみなどの所望の電磁応答を生成するための複素誘電率

【0085】

【数15】

【0086】

と厚さＴ_１との特定の組合せによって定義される。

【0087】

好ましい実施形態では、半導体（結晶シリコン）、酸化物（金属酸化物および強誘電酸化物など）、セラミックス（アルミナおよびドープされたペロブスカイト材料）ならびに複合セラミック／ポリマー材料を含む材料のグループからの、高い誘電率（７～４０の範囲内の

【0088】

【数17】

【0089】

）および比較的低損失の（ｔａｎδ＜０．０５）材料、または逆に、有効複素誘電率の必要な値を実現するために導電性添加物（微粒子、ナノロッド、ナノワイヤなどの形態の炭素、グラフェン、銀など）がドープされた様々なタイプのガラス、プラスチック（テフロン（登録商標）、カプトン、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネートなど）、樹脂（エポキシなど）または有機ポリマー材料（ＰＤＭＳなど）を含むグループ材料からの、複素誘電率の実部の適度な値（３～１６の範囲内の

【0090】

【数18】

【0091】

）および比較的高い損失（ｔａｎδ＜０．５）を有する材料に対応し得る、３～４０の範囲内の絶対値を有する複素誘電率

【0092】

【数16】

【0093】

によって特徴付けられる。より具体的には、第１の誘電体層１２の複素誘電媒質の有効複素誘電率の実部は、４～１２の範囲で選択されてもよく、誘電正接は０．０１～０．３の範囲になる。

【0094】

この好ましい実施形態では、誘電体層１２は、層１２の媒質内の、周波数ｆ１を有する電磁波の、１／１０波長～１０波長の範囲内、好ましくは１／４波長～４波長の範囲内の厚さＴ_１によってさらに特徴付けられる。

【0095】

有利には、しきい値Ｔ_ｒによって定義される公差によってシミュレートされる参照物体から複素反射係数の絶対値（すなわち、大きさ）を再現するように層１２の有効複素誘電率

【0096】

【数19】

【0097】

および厚さＴ_１を選択することが可能である。

【0098】

（｜ｒ_ｐ｜－｜ｒ_ｒｅｆ｜）^２／｜ｒ_ｒｅｆ｜^２≦Ｔｒ （４）

【0099】

上式において、ｒ_ｒｅｆは、参照物体の上面からの複素反射係数、言い換えれば、達成すべき目標値を表す。ｒ_ｐは、数式（１）によって定義された図３におけるファントムデバイスの上面からの複素反射係数を表し、Ｔ_ｒは、目標値およびファントムデバイスによって再現される値から許容される相対偏差を表す。好ましい実施形態では、Ｔ_ｒは１０^－４～１０^－２である。

【0100】

誘電体層１２は、粒子もしくはインサートなどの導電性フィラーで有益にドープされた誘電材料、または複素誘電率の異なる値によって特徴付けられる別の材料のインクルージョンを備える材料で作られてもよい。層の材料、ドーピングのタイプ、およびその体積比は、複素反射係数またはその大きさなど、層１２の上面１３からの所望の電磁応答を再現するために必要であり、層１２の厚さＴ_１と組み合わされる複素誘電率

【0101】

【数20】

【0102】

を有するように選択される。

【0103】

一実施形態では、参照物体は、ヒト皮膚組織であり、第１の誘電体層１２の複素誘電率

【0104】

【数21】

【0105】

および厚さＴ_１は、ヒト組織の表面から複素反射係数の絶対値を再現するように選択される。たとえば、複素反射係数の絶対値は、６ＧＨｚ～３００ＧＨｚの周波数範囲内の周波数ｆ１において０．４０～０．７５の範囲内である。

【0106】

ファントムデバイスは、生体組織の電磁反射係数を再現する単位構造を作成するために使用され得る。有利には、ファントムデバイスは、１ＧＨｚ～１０ＴＨｚ、たとえば６ＧＨｚ～３００ＧＨｚの周波数範囲内の所定の周波数を有する非電離電磁放射に曝露されたときの比較的高い反射率（｜ｒ_ｒｅｆ｜≧０．４の範囲内）によって特徴付けられる任意の他の平面状または３Ｄ物体の電磁応答を再現する単位構造を作成するために使用され得る。たとえば、本開示のファントムデバイスは、少なくとも１つの反射面を有する参照物体、たとえば、車両、ドローン、ロボット、または屋内環境の要素の表面からの電磁応答を再現するために有益に使用され得る。言い換えれば、本開示のファントムデバイスは、対応するＥＭ散乱問題を解決することによって測定され得るかまたは分析的に予測され得る所与の参照パターンに従って、反射モードと透過モードの両方において表面から調整されたＥＭ応答を生成するために使用され得る。

【0107】

一実施形態では、ファントムデバイスは、図３および図６に示されるように２Ｄ平面状構造を形成し得る１つの単位構造を備える。別の実施形態では、図１０および図１１Ｂを参照すると、ファントムデバイスは、参照物体の形態を再現する複雑な形状を形成する複数の単位構造を備えてもよい。

【0108】

図４は、半無限無損失誘電性媒質の等価誘電率と次のように算出される上面における空気／誘電体界面からの基本反射係数ρとの関係を表す。

【0109】

【数22】

【0110】

陰影ゾーンは、図２Ｃに表される生体組織などの参照物体からの基本反射係数の値の範囲を表す。等価誘電率が１２未満である一般的な低損失誘電材料（テフロン（登録商標）、架橋ポリスチレン樹脂、石英、シリコンなど）では、基本反射係数によって表される上面からの反射は０．５５を超えず、これは、生体組織などの参照物体の表面からの基本反射係数の所望の値の全範囲をカバーするには不十分である。さらに、一般的な材料を限定的に選択すると、基本反射係数の離散した１組の実施可能な値のみが許容される。半無限媒質を誘電体層１２で置き換え、下面１４などの第２の反射面を設けることによって、層の厚さが層の媒質内の入射電磁界の半波長の倍数であるので、上面１３からの反射係数の大きさはほぼ２倍にされ得る。逆に、４分の１波長厚さでは、複素反射係数の大きさは、非常に小さいレベルに低減され、下面によって反射される波の部分が、層媒質内において伝播損失を受け得る。層媒質の厚さおよび有効複素誘電率を変化させることによって、当業者は、生体組織などの参照物体の反射係数に等しい反射係数の必要な値をもたらすこれらのパラメータの組合せを求めることができる。

【0111】

図５Ａは、例示的なファントムデバイスからの複素反射係数の大きさと層１２の厚さとの関係を表す。層１２は、有効複素誘電率

【0112】

【数23】

【0113】

によって特徴付けられる化合物で作られる。図５Ａに表されたデータによって予測されるように、ファントムデバイスが、実線水平線によって示される６０ＧＨｚ（｜ｒ_ｒｅｆ｜ ＝ ０．６１５）におけるヒト皮膚組織からの複素反射係数の大きさを再現することを可能にする、円形マークによって強調された複数の厚さ値がある。これらの値は、２つの波、すなわち、数式１によって定義される、上面（１３）から反射された第１の波および下面（１４）から反射された第２の波の部分的な寄与を記述する２つの項の和によって定義されるファントム反射係数（｜ｒ_ｐ｜ ＝ ｜ｒ_１＋ｒ_２｜）の大きさを表す振動する実線曲線の交差点に出現する。

【0114】

図５Ｂでは、図５Ａと同じ例示的なファントムデバイスについての複素反射係数の位相と層１２の厚さとの関係が、実線水平線によって示される、参照物体の複素反射係数と重畳されている。円形マークは、図５Ａによれば、反射係数の同じ大きさを提供する厚さ値のセットを示す。厚さ値のこのセットが、周波数６０ＧＨｚを有する電磁波によって照明されたときの生体組織などの参照物体と同じ複素反射係数の位相および大きさの所望の値を同時に提供する１つの値（Ｔ１＝０．９５）を含むことが理解されよう。同時に、円形マークによって強調表示された厚さ値のセットにおける他の値は、反射係数の大きさを再現するのを可能にする一方、異なる位相応答をもたらす。以下において説明するように、この機能は、人体の解剖学的一部などの参照物体の反射係数の大きさを再現するファントムデバイスの角度散乱特性を制御する手段として有益に使用され得る。したがって、ファントムデバイスが下記において図１１Ｂおよび図１１Ｃにおいて示されるように複数の単位構造を備え、反射係数の同じ大きさを再現する構成では、層１２についての厚さ値の適切なセットを選択することによって異なる位相応答を取得することが可能である。これによって、平面状ファントムデバイスの表面からの反射角度を変化させて３Ｄ形状の参照物体の散乱特性を再生することが可能になる。

【0115】

図５Ｃは、図５Ａにおける円形マークによって示される厚さ値のセットからの３つの異なる厚さ値についての複素反射係数の大きさとＴＥおよびＴＭ偏光を有する電磁波の入射角との関係を表す。図５Ｃにおいて表されたデータによって予測されるように、すべての３つの構成におけるファントムデバイスは、参照物体の角度応答と同様の角度応答を提供する。すべての３つの場合に、少なくとも１つの偏光についておよび少なくともある角度範囲について完全な一致がもたらされる。特に、厚さＴ_１＝０．９５を有するファントムデバイスの場合、０～４５度の角度範囲における少なくともＴＭ偏光についてＴ_ｒ＝１０^－４の精度しきい値がもたらされ、一方、２つの他の構成について、ＴＥ偏光について角度範囲全体において、およびＴＭ偏光の場合に少なくとも０～３０度の範囲において同じしきい値がもたらされる。

【0116】

したがって、本開示のファントムデバイスは、生体組織などの電磁損失媒質で作られた参照物体の表面が、電磁波源によって放出された所定の周波数を有する電磁波によって照明されたときの、参照物体の電磁応答を再現する一方、６ＧＨｚ～３００ＧＨｚの範囲においてファントムデバイスの表面に入射する電磁波をファントム構造が電磁透過させるように特に設計されてもよい。言い換えれば、本開示のファントムデバイスは、参照物体、たとえばヒト組織の表面からの複素反射係数を再現する一方、入射電磁波をファントムデバイスの構造全体に部分的に透過させることができる。

【0117】

図３の実施形態では、層１２は、ファントム構造を形成し、層１２の上面１３から反射応答を再現する一方、周波数ｆ１において電磁波源によって放出された入射電磁波についてある電磁透過性（または透過率）をもたらすことができる。したがって、電磁波の一部が層１２を透過する。一近似では、層１２における透過係数は、次式のように、層１２の上面１３および下面１４における基本反射係数ならびに数式２および３によって定義される伝播定数の関数として推定され得る。

【0118】

【数24】

【0119】

三角形マークによって強調表示された厚さＴ_１＝０．９５ｍｍを有する図５Ａにおけるファントムデバイスについて、数式６は、約３０％のファントムデバイスにおける透過係数の大きさを予測し、すなわち、｜ｔｐ｜≒０．３である。

【0120】

好ましい実施形態では、第１の誘電体層１２は、絶対値（すなわち、大きさ）を有する透過係数が少なくとも０．１に等しいことによって特徴付けられる。言い換えれば、誘電体層を透過する電磁波の振幅は、ファントムデバイスの上面１３に入射する電磁波の少なくとも１０％であるものとする。

【0121】

そのような実施形態では、ファントムデバイスは、電磁波源によって放出された非電離電磁放射に曝露されたヒト組織の複素反射係数の大きさまたは大きさと位相の両方を再現する２Ｄ平面状ファントム構造を作成するために使用され得る。たとえば、電磁波源は、１ＧＨｚを超えるマイクロ波範囲、特に６ＧＨｚを超える周波数において動作する携帯ワイヤレスデバイスであってもよい。そのような半透過ファントムデバイスは、ワイヤレスデバイスの曝露限界順守試験用のドシメトリシステムにおいて使用され得る。提案されたファントムデバイスは、ヒト組織に置き換わることができ、電磁波のファントムデバイスへの侵入深さを深くするための高電磁損失（ｔａｎδ≧０．３）および／またはファントムデバイスの構造を透過する電力の量によって特徴付けられ、したがって、６ＧＨｚを超える周波数でも測定の感度および精度を向上させる。ドシメトリシステムの一実施形態について以下に図１５を参照しながら説明する。少なくとも１つのセンサーが、誘電体層１２の下方に配置され、誘電体層１２を透過した電磁波に関する物理量を測定するように適応される。

【0122】

図６は、ファントムデバイス３０の別の実施形態の概略断面図である。

【0123】

デバイス３０は、複素誘電率

【0124】

【数25】

【0125】

によって特徴付けられる第１の誘電体層１２と第２の誘電体層１６とを備える。第１の誘電体層１２は第２の層１６上にある。

【0126】

発生源２によって放出された電磁波４は、第１の誘電体層１２の上面に入射し、入射電磁波は上面１３によって部分的に反射される。反射されたＥＭ波は参照番号５によって示される。空気－誘電体界面において上面１３によって反射されないＥＭ波の一部は、誘電体層１２を通って上面１３から下面１４まで伝播する。第１の誘電体層１２を透過した電磁波は、次いで下面１４によって部分的に反射される。反射されたＥＭ波は、参照番号６によって示される。第１の層１２と第２の層１６との間の界面における入射電磁波の一部は第２の層１６を透過する。

【0127】

一実施形態では、この第２の層１６は、１０^２Ｓ／ｍ～１０^７Ｓ／ｍの範囲内の導電率σ_２によって特徴付けられる。この第２の層は、層１２の媒質の誘電率と層１６の媒質の誘電率との比に応じて下面１４からの反射を調整し、増大または低減させることを可能にする。したがって、導電性材料で作られたこの第２の層１６の存在に起因して、入射波の大部分が下面１４によって反射され、第１の層１２内の電磁波の減衰が高くない場合、第２の波の振幅が第１の波の振幅を超え得

【0128】

【数26】

【0129】

、下面１４から反射された第２の波からの寄与が優勢になる。

【0130】

有利には、厚さＴ_２を変化させることによって基本反射係数ρ_２を適応させることが可能である。

【0131】

厚さＴ_２が層１６の媒質内の電磁波の侵入深さよりも大きい実施形態では、下面１４からの反射は単に、層１６のバルク材料の複素誘電率によって定義される。

【0132】

厚さＴ_２が層１６の媒質内の電磁波の侵入深さよりも小さい実施形態では、下面１４からの反射は、導電層のシート抵抗の関数として予測され得、導電層のシート抵抗は、直接測定され得るか、または層１６のバルク材料導電率および厚さの関数として文献から得ることができる。

【0133】

厚さＴ_２が層１６の媒質内の電磁波の侵入深さと同等であるさらに別の実施形態では、下面１４からの反射は、第１の層の場合と同様に、バルク材料誘電率および厚さの関数として定義され得る。有利には、第２の層は、第１の誘電体層と第３の層との間に挟まれ得る。したがって、第２の層１６の選択された材料について、第２の層１６の厚さと第３の層の複素誘電率および厚さとを調整することによって、第２の波

【0134】

【数27】

【0135】

の振幅および位相を変化させることが可能である。

【0136】

一実施形態では、第１の層１２の厚さは有利には、しきい値

【0137】

【数28】

【0138】

とほぼ等しい値が選択され、ここで、

【0139】

【数29】

【0140】

は上面および下面から反射された２つの波（数式１において定義されている）が同じ振幅（すなわち、

【0141】

【数30】

【0142】

）を有する平衡点である。この厚さは、図７Ａにおいて点Ｐによって示されており、厚さの値は次のように推定され得る。

【0143】

【数31】

【0144】

好ましい実施形態では、第１の層１２の厚さは、平衡点よりもわずかに大きい厚さが有益に選択され得る

【0145】

【数32】

【0146】

。その理由は、この値が、ほぼゼロから、層１２の上面からの基本反射係数の２倍値までのファントム反射係数変動のより広い動的範囲、ならびにファントムデバイス（ｒ_ｐ）からの反射係数の大きさが、数式４に定義されたある許容可能な公差を伴って皮膚（ｒ_ｒｅｆ）の反射係数に等しい周波数範囲に対応するより広い性能帯域幅をもたらすより遅い位相変動を提供することができるからである。

【0147】

図７Ａおよび図７Ｂは、図６の例示的なファントムデバイスの表面からの複素反射係数の大きさおよび位相と第１の層の厚さとの関係を表す。第１の層１２は、

【0148】

【数33】

【0149】

によって特徴付けられる複合材料で作られる。第２の層１６は、高導電性σ_２＝１０^７ Ｓ／ｍを有する材料で作られる。

【0150】

図７Ａに示されるように、複素反射係数の大きさを表す曲線の挙動は、単一層構造１２について図５Ａにおいて観測される複素反射係数と同様である。複素反射係数の絶対値は振動し、第１の層の基本反射係数の値に等しくなる（ｒ_１＝ρ_１）。点Ｐは、数式（７）によって定義される平衡点を表す。

【0151】

第２の層１６からのより強い反射に起因して、反射係数｜ｒ_ｐ｜の初期値は、６０ＧＨｚ（ｒ_ｒｅｆ）においてヒト皮膚組織の目標参照値を超える。このことは太い水平線によって表されている。しかしながら、ヒト組織の反射の目標値は、それにもかかわらず、Ｔ_１＝０．３６ｍｍまたはＴ_１＝０．４７ｍｍもしくは１．０６ｍｍなどについて円形マークによって強調表示されたいくつかの点において提供され得る。

【0152】

第２の導電性層１６の存在は、下面１４における基本反射係数の制御に寄与する。言い換えれば、第２の導電性層１６は、第２の反射波の振幅および位相の制御を行う。全反射の最大値は、２つの波

【0153】

【数34】

【0154】

が同相であるときに取得される。この条件は、第１の層１２の厚さの適応された値および第１の層の複素誘電率の適切な値を判定するために使用され得る。

【0155】

複素反射係数の位相を表す図７Ｂによって予測されるように、反射係数の大きさの同じ目標値は、±６０°の範囲内の異なる位相値に対応してもよい。対応する厚さ値は、図７Ａと同様に円形マークを用いて強調表示されている。図５におけるファントムデバイスと同様に、強調表示された厚さ値のセットは、６０ＧＨｚにおけるヒト皮膚などの参照物体と同じ複素反射係数の大きさおよび位相を提供する１つの値（Ｔ_１＝３．０２ｍｍ）を含む。

【0156】

図７Ｃは、図７Ａおよび図７Ｂと同じ例示的なファントムデバイスの表面からの反射係数と図７Ａにおける強調表示された厚さ値のセットに対応する４つの厚さ値、Ｔ_１＝２．１９ｍｍ、Ｔ_１＝２．５４ｍｍ、Ｔ_１＝３．０２ｍｍ、およびＴ_１＝３．２６ｍｍについてのＴＥおよびＴＭ偏光を伴う電磁波の入射角との関係を表す。図５Ｃにおけるファントムデバイスと同様に、図７Ｃにおけるファントムデバイスは、すべてのその構成において、少なくとも１つの偏光および公差しきい値の所与の値について定義することができるある角度範囲について提供される許容可能な公差を含む参照物体の角度応答と同様の角度応答をもたらす。

【0157】

一実施形態では、第２の層１６は、ファントム構造に入射し、第１の誘電体層１２を透過した電磁波を少なくとも部分的に透過させる。

【0158】

一実施形態では、第２の層１６は、複素誘電率

【0159】

【数35】

【0160】

および厚さＴ_２を有する誘電材料で作られ、それによって、電磁波の第２の層１６への侵入深さは少なくとも１つの第２の層の厚さよりも小さい。侵入深さは、第２の層の減衰係数によって定義される。この設計は、第２の層の下面１７からのあり得る反射の影響を最小限に抑えることを可能にし、したがって、第２の層１６の複素誘電率を変化させることによって第１の層１２の下面１４からの基本反射を制御することを可能にする。

【0161】

有利な実施形態では、デバイスは、第１の層１２と、第２の層１６と、第３の層とを備える。第２の層１６は、侵入深さを厚さＴ_２よりも大きくする誘電材料で作られる。第２の層１６は、第３の層上にあり、第２の層１６の下面は、第３の層の上面に接触している。第３の層は、抑制しなければ第２の層１６の下面からの第２の反射波

【0162】

【数36】

【0163】

の振幅および／または位相を変化させ得る後方反射を、少なくとも部分的に抑制することができる吸収材料で作られる。したがって、この実施形態では、第２の層１６が第１の層と第３の層との間に挟まれ、第２の層１６の複素誘電率および厚さならびに／または第３の層の複素誘電率および厚さを変化させて第２の波

【0164】

【数37】

【0165】

の振幅および位相を調整することが可能である。

【0166】

さらに別の実施形態では、ファントムデバイスは、第１の誘電材料１２と第２の層１６とを備える。第２の層１６は、複合媒質で作られ、複合媒質は、少なくとも１０^２Ｓ／ｍに等しい導電率σ_２を有する導電性材料で作られた第１の部分と、誘電材料で作られた第２の部分とを備える。第１の層１２と第２の層１６との間の界面に関連付けられた、下面１４からの基礎反射の係数および下面１４を貫通する透過の係数は、第２の層１６の複合媒質の２つの部分の体積比によって定義される。第２の層は、反射性を有し、したがって、入射電磁波に対して基本的に不透過である導電性材料の第１の部分と、入射電磁波を少なくとも部分的に透過させる、誘電材料の第２の部分とを備える。言い換えれば、そのような複合媒質は、２つの部分の体積比の関数として定義された有効複素誘電率によって特徴付けられ得る。したがって、２つの部分の体積比または表面充填率（ＳＦＦ）を変化させることによって全反射係数ｒ_ｐおよび全透過係数を変化させることが可能である。

【0167】

好ましい実施形態では、第１の部分と第２の部分との間の体積比は、第１の層１２と第２の層１６との間の界面において下面１４から反射されたＥＭ波の一部の、ファントムデバイスの上面１３からの全反射係数への相対寄与が、少なくとも５％を構成するように、１０％～９０％の範囲内で選択される。

【0168】

図８は、複合媒質で作られた第２の層を備える単位構造３０の実施形態を表す。図８は、一実施形態による水平ＸＹ平面内の第２の層１６の断面図を表す。第２の層１６は、導電性材料で作られ、導電率が少なくとも１０^２Ｓ／ｍに等しく、厚さＴ_２がＥＭ波の前記導電性材料への侵入深さよりも大きいことによって特徴付けられる。導電性材料は、金属、酸化物、半導体、炭素、黒鉛、グラフェン、または前記導電性材料のうちのいずれかの微粒子がドープされたポリマー材料であってもよい。第２の層は、ＸＹ平面において任意の形状を有する貫通孔１８を備える。貫通孔は、誘電材料が充填され、ＥＭ波についての透過ゾーンを形成する。誘電材料は、固体誘電体、ゲル、液体、または気体であってもよい。貫通孔１８は、第１の層の媒質または貫通孔１８を充填する媒質内において波長の４分の１に少なくとも等しい長さを有する輪郭線によって特徴付けられる。貫通孔の表面積は、単位構造の全表面の１０～９０％の範囲内である。貫通孔は、円形形状または方形形状を有してもよい。この構成では、表面充填率（ＳＦＦ）は、前記貫通孔を備える単位構造の全表面に対する貫通孔によって占有される表面の比に対応する。

【0169】

図９Ａは、図６のファントムデバイスの複素透過係数および反射透過係数の大きさと第２の層１６の媒質内の導電性インクルージョンの表面充填率（ＳＦＦ）との関係を表す。第１の層１２は、

【0170】

【数38】

【0171】

および厚さＴ_１＝１．５５ｍｍによって特徴付けられる図７と同じ材料で作られる。第２の層１６は、誘電性媒質内に規則的パターンを有するように配置された導電性インクルージョンの可変表面充填率（ＳＦＦ）を有する複合材料で作られる。図９Ｂは、以下では円形パッチ、矩形パッチ、円形貫通孔、および矩形貫通孔と呼ばれる４種類のインクルージョンを概略的に示す。図９Ａは、４種類のインクルージョンについての透過係数および反射係数を表す曲線を示す。図９Ａは、ＥＭ反射係数が、図３の単一層ファントムの最小値にほぼ等しい｜ｒ_ｐ｜≒０．４の最小値から図６の２層構造に対応する｜ｒｐ｜≒０．８の最大値まで単調に調整され得ることを示す。したがって、インクルージョンを導入することによって、反射係数は徐々に大きくなる。インクルージョンのタイプに応じて、｜ｒｐ｜≒０．６１の目標参照値が３５％～６０％の範囲内の表面充填率（ＳＦＦ）の異なる値について提供され、３５％～６０％の範囲は、０．１～０．３の範囲内のデバイス｜ｔ_ｐ｜の全透過係数に対応する。したがって、本開示のデバイスに起因して、電磁波源２の反対側の、ファントム層の下方に配置されたセンサーについて信号対ノイズ比を改善することができる。このことは、高損失皮膚組織の電磁特性を直接再現することによって電磁応答を再現することを目的とする先行技術の解決策に対する電磁界ドシメトリ用の提案されたデバイスの利点の１つである。

【0172】

図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１２Ｃは、ファントムデバイスが複数の単位構造を備えるときに第２の複合層の３つの実施形態を示す。

【0173】

図１２Ａは、４つの同一の単位構造を備えるファントムデバイスの例を表す。各単位構造は、第１の誘電体層と第２の複合層１６．１、１６．２、１６．３、１６．４とを備える。図１２Ａは、４つの単位構造のそのようなアセンブリにおいて使用される水平ＸＹ平面内の第２の層の断面図を表す。各第２の層１６．１、１６．２、１６．３、１６．４はそれぞれ、（空気などの）ホスト媒質で充填され表面積比が単位構造の表面の約２０％である円形貫通孔１８．１、１８．２、１８．３、１８．４を備える。この実施形態では、貫通孔は孤立物体を形成する。

【0174】

図１２Ｂは、４つの単位構造を備えるファントムデバイスの例を表す。各単位構造は、第１の誘電体層と第２の複合層１６．１、１６．２、１６．３、１６．４とを備える。図１２Ｂは、４つの単位構造のそのようなアセンブリにおいて使用される水平ＸＹ平面内の第２の層の断面図を表す。各第２の層１６．１、１６．２、１６．３、１６．４はそれぞれ、表面積比が単位構造の表面の約８０％である円形貫通孔１８．１、１８．２、１８．３、１８．４を備える。この実施形態では、貫通孔が結合されて孤立金属物体を形成する。

【0175】

図１２Ｃは、４つの同一の単位構造を備えるファントムデバイスの一例を表す。各単位構造は、第１の誘電体層と第２の複合層１６．１、１６．２、１６．３、１６．４とを備える。図１２Ｃは、４つの単位構造のそのようなアセンブリにおいて使用される水平ＸＹ平面内の第２の層の断面図を表す。各第２の層１６．１、１６．２、１６．３、１６．４は、それぞれ、導電性材料で作られ表面積比が単位構造の表面の約２０％である円形インクルージョン１８．１、１８．２、１８．３、１８．４を備える。この実施形態では、円形インクルージョンは、孤立導電性物体を形成する。

【0176】

貫通孔のこの２つのトポロジーによって、第２の層１６の異なる導電性および熱伝導性が得られる。孤立金属パッチを有する図１２Ｂにおける構造の利点は、局所的な電流および加熱がもたらされ、それによって、反射波を自然に局所的に操作することが可能になることである。図１２Ａでは、孤立貫通孔によって、第２の層１６を通して透過波を局所的に操作することが可能になる。適切なＥＭおよび熱センサーの位置は、図１２Ｂの金属パッチまたは図１２Ａの穴のいずれかに有益に揃えられてもよい。

【0177】

一実施形態では、第２の層１６に、第１の層１２の上面に入射し第１の層１２を透過した電磁波を少なくとも部分的に透過させることが、さらに有益であり得る。この半透過ファントム構造は、第２の層１６の下方に配置された少なくとも１つのセンサーを備える電磁界ドシメトリシステムにおいて使用され得る。センサーは、第２の層１６の下面からある距離に配置されてもよく、または第２の層１６の下面に取り付けられてもよい。センサーは、デバイスに入射する電磁界に関する物理量を測定するように構成される。構造における透過率は、上面（ρ_１）および下面（ρ_２）の基本反射係数の値、厚さＴ_１、および数式（６）によるバルク材料複素誘電率に関する伝播定数γ_１に基づいて推定され得る

【0178】

図１０を参照しながら、ファントムデバイス４０の別の実施形態の概略断面図について説明する。

【0179】

図１０は、発生源２によって放出された電磁波に曝露されたヒト頭部の形の参照物体２０を表す。参照物体２０は、位相幾何学図によって定義されるノードのセットによって表される上面２１を備える。一近似では、各メッシュセル２１．ｉは平坦であると見なされ、したがって、メッシュセルのノードの位置、および既知であると仮定される電磁波源の位置に対して定義される入射角θ_ｉによって特徴付けられる。厳密には、入射角θ_ｉは、電磁波源２のアンテナ位相中心の位置および表面法線ベクトルに対して定義される。この仮定の下に、ファントムデバイスの少なくとも１つの単位構造によって各メッシュセルを表すことが可能である。したがって、複数の単位構造によって参照物体の表面領域の一部を再現することが可能である。一実施形態では、電磁波源の周りの後方反射をもたらす表面領域のみからＥＭ散乱を再現すれば十分であり得る一方、入射電磁波を発生源以外の方向に散乱させる他のすべての領域は無視され得る。たとえば、図１０では、参照物体２０の表面領域の再現すべき部分はＡとＢとの間である。別の実施形態では、位相幾何学図のメッシュセルを表す各単位構造は、入射ＥＭ波のある角度範囲について複素反射係数の大きさ（または大きさと位相の両方）を再現するように設計され、この角度範囲は、発生源の相対位置および各セルに関連付けられた表面法線ベクトルによって定義される。これによってより大きい表面領域からＥＭ散乱特性を再現することが可能になり得る。

【0180】

図１０を参照すると、ファントムデバイス４０は、複雑な幾何学的形状を有する参照物体から電磁応答を再現するための複数の単位構造を備える。各単位構造は、それ自体の複素反射係数ｒ_{ｐ， ｎ}によって特徴付けられ、この場合、ｎは正数である。各単位構造は、図３または図６のファントムデバイスとして設計することができる。

【0181】

一例では、単位構造は、図３と同様に単一の誘電体層１２を備える。別の例では、単位セルは、図６と同様に第１の誘電体層１２と第２の層１６とを備える。さらに別の例では、少なくとも１つの単位セルは、単一の誘電体層１２と、第２の層１６と、第３の層とを備える。各層の複合材料の厚さおよび／または有効複素誘電率は、参照物体の電磁応答を局所的に再現するように適応され得る。

【0182】

したがって、デバイスの複数の単位構造によって提供される電磁応答は、参照物体の複雑な形状を再現せずに、参照物体２０の複雑な幾何学的表面２１からの大きさおよび位相の両方に関して電磁応答を再現することを可能にする。たとえば、参照物体の表面領域の一部（ＡＢ）から電磁応答を再現する上面４１の部分は、部分（ＡＢ）の凸形状とは異なる凸形状を呈する。複数の単位構造に起因して、デバイスは、参照物体の上面の形状とは異なる上面の形状を修正する一方、参照物体の電磁応答を再現することができる。

【0183】

図１１Ａは、それぞれに異なる入射角の下で参照物体に入射する電磁波源２からの複数の入射電磁波４に曝露された３Ｄ参照物体の別の例を表す。参照物体９０は、複雑な幾何学的形状を有する外面を呈する。

【0184】

図１１Ｂに示される一例では、ファントムデバイス７０は、参照物体にある程度似ているが製造がより単純である形態でシェルを形成する複数の単位構造７０．１、７０．２、７０．３、７０． ４を備える。単位構造は、参照物体のそれぞれに異なる表面領域からの現実的なＥＭ応答を再現するために使用される。

【0185】

図１１Ｃに示される別の例では、ファントムデバイス８０は、平面状構造を形成する一方、参照物体９０の対応する表面領域から電磁応答を局所的に再現する複数の単位構造８０．１、８０．２、８０．３、８０．４を備える。

【0186】

一実施形態では、複数の単位構造は、反射係数の離散的な変更を行うように構成される。各単位構造は、それ自体の複素反射係数によって特徴付けられる。単位構造のサイズおよび形状は、表面に沿った複素反射係数の必要な変更を行うように選択され得る。そのようなデバイスが電磁界ドシメトリにおいて使用されるとき、各単位構造は少なくとも１つのセンサーに関連付けられてもよい。たとえば、単位構造は、熱を測定する広い視野を有する単一のセンサー、たとえば、ＩＲ画像センサーに関連付けられてもよい。

【0187】

別の実施形態では、複数のセル構造は、デバイスの上面に沿った位相の勾配および／または振幅の変化を伴う反射係数の連続的な変更を行うように構成される。単位構造のサイズおよび形状は、反射係数の連続的な変更を行うように選択され得る。

【0188】

好ましい実施形態では、複数の単位構造の使用に起因して、デバイスの局所的な透過性を適応させることも可能である。デバイスの上面からの反射と同様に、各単位構造はそれ自体の透過係数ｔ_{ｐ， ｎ}によって特徴付けられ、この場合、ｎは正数である。一実施形態では、複数のセル構造は、単位構造に電磁波を離散的に透過させるように構成される。別の実施形態では、複数の単位構造は、単位構造における電磁波の透過を連続的に変化させるように構成される。図１０では、デバイスの、ＡとＢとの間の部分の透過性が、連続的に変化するかまたは離散的に変化することができる。

【0189】

一実施形態では、デバイスは、少なくとも１つの単位構造に組み込まれた少なくとも１つの微小電気機械スイッチを備える。スイッチは、必要に応じて単位構造の幾何学的形状を変更することができる。たとえば、微小電気機械スイッチは、単位構造の厚さ、または単位構造の上面の曲率を変化させることができる。スイッチはまた、寄生要素のサイズまたは形状を変更することによって複素特性インピーダンスを制御するために使用され得る。スイッチはまた、必要に応じてインクルージョンのサイズもしくは形状またはインクルージョン間の間隔を変更することによって、複合材料で作られた第２の層１６からの反射を変化させるために使用され得る

【0190】

一実施形態では、提案されたファントムデバイスは、参照物体を包んだり、参照物体の形状を再現する物体の外面に取り付けたりすることができる。したがって、最初平面状表面を呈する本開示のデバイスは、物体の形状に合わせることができる。したがって、デバイスは、物体の人工皮膚層を形成する。人工皮膚は、ファントムデバイスによって包まれた（または覆われた）物体の複素反射係数とは異なり得る参照物体の複素反射係数の特定の所望の値を再現することができる。

【0191】

好ましい実施形態では、提案されたデバイスは、３Ｄの複雑な形状によって特徴付けられる人体の一部、たとえば、頭部、胸部、手などであってもよいヒト組織の複素反射係数を再現するために使用され得る。

【0192】

一実施形態では、図１３Ａを参照すると、ファントム構造５０は、参照物体の電磁応答、たとえば、参照物体の電磁散乱および反射特性を少なくとも２つの異なる周波数において同時に再現するように構成される。ワイヤレス通信デバイスの大部分はいくつかの周波数帯域を使用することができる。たとえば、図１３Ａでは、発生源は、６～３００ＧＨｚの周波数範囲内のそれぞれに異なる部分範囲に対応する２つの異なる周波数ｆ１、ｆ２において電磁波を放出することができる２つのアンテナを備える。

【0193】

図１３Ａを参照すると、第１の層１２の厚さは、対応する周波数における波長に関する第１の層１２の相対厚さによって定義される、下面１４から反射される第２の波によって累積される位相差に起因して、デバイスが２つの異なる周波数において複素反射係数の２つの所望の値を再現するように選択される。

【0194】

別の実施形態では、図１３Ｂを参照すると、第１の層１２の厚さは、周波数ｆ１を有するＥＭ波の侵入深さよりも大きい一方、周波数ｆ２を有するＥＭ波の侵入深さよりも小さくなるように選択される。したがって、第１の周波数ｆ１において下面１４からの反射はなく、したがって、第１の周波数ｆ１において上面１３からの反射に対する寄与はない。２つの異なる周波数において２つの異なるＥＭ応答が得られる。

【0195】

別の実施形態では、図１４を参照すると、ファントムデバイス６０は、２つの周波数における異なる反射率および透過率を有する周波数選択層１９をさらに備える。周波数選択層１９は、少なくとも上面１３または下面１４に取り付けられ得る。別の実施形態では、周波数選択層１９は層のうちの１つに埋め込まれ得る。

【0196】

図１４では、ファントムデバイス６０は、第１の層１２に埋め込まれた周波数選択層１９を備える。周波数選択層１９は、第１の周波数ｆ１における第１の入射電磁波を反射し、第２の周波数ｆ２における第２の入射電磁波を透過させる。図１４では、周波数ｆ１を有する第１の電磁波は、周波数選択層１９から反射され、一方、周波数ｆ２を有する第２の電磁波は、下面１４から反射される。

【0197】

別の実施形態では、周波数選択層１９は、共振スタブまたはパッチ要素を備える単一または二重層マイクロストリップ回路などの共振要素のアレイを備える。

【0198】

ファントムデバイスは、周波数選択層に起因して、両方の周波数において複素反射係数の所望の値を提供することができる。

【0199】

図１５を参照しながら、次に、本開示の実施形態による電磁量を測定するためのドシメトリシステムについて説明する。

【0200】

システム１００は、提案されたファントムデバイス、たとえば、図７のファントムデバイスと、電磁波源２の位置とは反対側のファントムデバイスの下方に配置された少なくとも１つのセンサー１０１とを備える。次いで、信号が、測定データを後処理して記憶するために使用される処理ユニット１０３（ＰＵ）およびメモリユニット１０４（ＭＵ）に接続された信号分析ユニット１０２（ＳＡＵ）に送信される。

【0201】

センサー１０１は、ファントムデバイスを形成する層を透過した電磁界に関する物理量を測定するように適応され、電気信号を形成する。測定された物理量は、ファントムデバイスのそれぞれに異なる層を透過した電磁界のＥまたはＨ界成分の電磁界強度または振幅に関してもよい。センサー１０１は、透過した電磁界を測定するための電磁センサー、ＴＨｚ電磁センサー、赤外線電磁センサー、光学電磁センサー、熱センサー、またはファントムデバイスの層を透過したＥＭ界に関する物理量を測定することができる任意の他のセンサーであってもよい。一実施形態では、システム１００は、ＥＭ界を発生源２の周波数において吸収し、発生源２の周波数とは異なる別の周波数で再放出することができる周波数変換要素をさらに備えてもよい。たとえば、この第２の周波数は、赤外線範囲または光学範囲に対応することができる。この実施形態では、少なくとも１つのセンサー１０１は、赤外線センサーまたは最適な画像センサーである。

【符号の説明】

【0202】

１ 層
２ 電磁波源
３ 上面
４ 電磁波、入射電磁波
５ 入射電磁波
６ 入射電磁波
１０ ファントムデバイス
１２ 誘電体層
１３ 上面
１４ 下面
１６ 第２の層
１６．１、１６．２、１６．３、１６．４ 第２の複合層、第２の層
１７ 下面
１８ 貫通孔
１８．１、１８．２、１８．３、１８．４ 円形貫通孔
１９ 周波数選択層
２０ 参照物体
２１ 上面、複雑な幾何学的表面
３０ ファントムデバイス
７０ ファントムデバイス
７０．１、７０．２、７０．３、７０．４ 単位構造
８０ ファントムデバイス
８０．１、８０．２、８０．３、８０．４ 単位構造
４１ 上面
９０ 参照物体
１００ システム
１０１ センサー
１０２ 信号分析ユニット
１０３ 処理ユニット
１０４ メモリユニット
ｆ１、ｆ２ 周波数
Ｔ_１、Ｔ_２ 厚さ
ρ_１、ρ_２ 基本反射係数
｜ｒ_ｐ｜ 複素反射係数
σ_１、σ_２ 導電率
θ 入射角

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13A】

【図13B】

【図14】

【図15】

【手続補正書】

【提出日】2024-06-25

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁（ＥＭ）波源（２）によって放出された所定の周波数ｆ１を有するＥＭ波によって照明されたときの、電磁損失媒質、特に生体組織で作られた参照物体の少なくとも１つのＥＭ特性を再現するためのファントムデバイス（１０）であって、前記所定の周波数ｆ１は、１ＧＨｚ～１０ＴＨｚ、好ましくは６ＧＨｚ～３００ＧＨｚの周波数範囲であり、前記ファントムデバイスは、少なくとも１つの単位構造を備え、前記単位構造は、前記所定の周波数ｆ１における前記ＥＭ波を少なくとも部分的に透過させ、前記ファントムデバイスは、
前記電磁波源（２）に面する上面（１３）と、前記上面（１３）とは反対側の下面（１４）とを備える少なくとも１つの第１の誘電体層（１２）とを備え、
前記上面（１３）は、前記電磁波源（２）によって放出された電磁波を少なくとも部分的に透過させ、
前記下面（１４）は、前記第１の誘電体層（１２）を透過した電磁波を少なくとも部分的に反射し、
前記少なくとも１つの第１の誘電体層（１２）は、前記誘電体層（１２）のバルク材料の有効複素誘電率

【数1】

が３～４０の範囲内の絶対値を有することを特徴とし、
前記少なくとも１つの第１の誘電体層（１２）は、前記有効複素誘電率と厚さＴ_１との組合せについて前記参照物体の前記少なくとも１つの電磁特性を再現するように選択される前記厚さＴ_１をさらに特徴とする、ファントムデバイス。

【請求項2】

ヒト組織を表す前記参照物体、前記第１の誘電体層（１２）の複素誘電率

【数2】

および前記厚さＴ_１は、少なくとも前記ＥＭ波の法線入射の場合には前記参照物体の表面から少なくとも複素反射係数の前記絶対値を再現するように一緒に選択され、前記絶対値は、６ＧＨｚ～３００ＧＨｚの前記周波数範囲内の前記周波数ｆ１において０．４０～０．７５の範囲である、請求項１に記載のファントムデバイス。

【請求項3】

前記少なくとも１つの誘電体層（１２）はさらに、前記厚さＴ_１が、前記ＥＭ波の、前記第１の誘電体層（１２）の媒質への侵入深さ以下であり、前記ＥＭ波源（２）によって放出された周波数ｆ１において前記ＥＭ波を少なくとも部分的に透過させる、請求項１または２に記載のファントムデバイス。

【請求項4】

少なくとも１つの第２の層（１６）をさらに備え、前記第１の誘電体層（１２）は、前記少なくとも１つの第２の層（１６）上に配置され、前記少なくとも１つの第２の層（１６）は、誘電材料で作られ、前記第１の誘電体層（１２）および前記第２の誘電体層（１６）は、少なくとも前記参照物体の表面からの反射係数の前記絶対値を再現するように一緒に構成され、前記第１の層（１２）と前記第２の層（１６）との間の界面において前記下面（１４）から反射された前記ＥＭ波の一部の、前記ファントムデバイスの前記上面（１３）からの全反射係数への相対寄与が、少なくとも５％を構成する、請求項１から３のいずれか一項に記載のファントムデバイス。

【請求項5】

前記第２の層（１６）は、電磁波の、前記第２の層（１６）の媒質への侵入深さが、少なくとも前記第２の層（１６）の厚さに等しくなるように選択される厚さＴ_２を有し、前記第１の誘電体層（１２）および前記第２の誘電体層（１６）は、前記参照物体の表面からの複素反射係数の前記絶対値を再現する一方、依然として入射ＥＭ波を少なくとも部分的に透過させるように一緒に構成される、請求項４に記載のファントムデバイス。

【請求項6】

少なくとも１つの第２の層（１６）をさらに備え、前記第１の誘電体層（１２）は、前記少なくとも１つの第２の層（１６）上に配置され、前記少なくとも１つの第２の層（１６）は、複合媒質で作られ、導電率σ_２が少なくとも１０^２Ｓ／ｍである導電性材料で作られた第１の部分と、誘電材料で作られた第２の部分とを備え、前記第１の部分と前記第２の部分との間の体積比は、前記第１の層（１２）と前記第２の層（１６）との間の界面において前記下面（１４）から反射された前記ＥＭ波の一部の、前記ファントムデバイスの前記上面（１３）からの全反射係数への相対寄与が少なくとも５％を構成するように、１０％～９０％の範囲内で選択される、請求項１から５のいずれか一項に記載のファントムデバイス。

【請求項7】

前記少なくとも１つの第２の層（１６）は、導電性材料で作られ、導電率が少なくとも１０^２Ｓ／ｍに等しく、厚さＴ_２が、前記ＥＭ波の前記導電性材料への侵入深さよりも大きいことを特徴とし、前記第２の層（１６）は、ＥＭ波用の透過ゾーンを形成する少なくとも１つの貫通孔（１８）をさらに備え、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記単位構造の全表面の１０％～９０％の範囲の表面積を有し、誘電性媒質で充填され、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記下面（１４）と揃えられたｘｙ平面内で任意の形状を有し、前記任意の形状は、前記少なくとも１つの貫通孔（１８）を充填する前記誘電性媒質内または前記第１の層（１２）の媒質内のＥＭ波の波長の２分の１に少なくとも等しい長さを有する輪郭線によって画定される、請求項６に記載のファントムデバイス。

【請求項8】

前記第１の層（１２）および前記第２の層（１６）は、２つの異なるＥＭ波、すなわち、第１の周波数部分範囲内の周波数ｆ１を有する第１のＥＭ波および第２の周波数部分範囲内の周波数ｆ２を有する第２のＥＭ波によって照明されたときの参照物体の前記少なくとも１つのＥＭ特性の前記少なくとも２つの異なる値を再現するように一緒に構成され、２つの部分範囲は、６ＧＨｚ～３００ＧＨｚの前記周波数範囲内である、請求項４から７のいずれか一項に記載のファントムデバイス。

【請求項9】

前記第１の誘電体層（１２）の厚さは、前記周波数ｆ１を有する前記第１のＥＭ波の侵入深さよりも小さく、同時に、前記周波数ｆ２を有する前記第２のＥＭ波の侵入深さに少なくとも等しい、請求項８に記載のファントムデバイス。

【請求項10】

第１の周波数ｆ１における第１の入射電磁波を反射し第２の周波数ｆ２における第２の入射電磁波を透過させる周波数選択層（１９）をさらに備え、前記周波数選択層（１９）は、前記少なくとも１つの第１の層（１２）に埋め込まれるか、または前記少なくとも１つの第１の層（１２）の前記下面（１４）に取り付けられる、請求項４から９のいずれか一項に記載のファントムデバイス。

【請求項11】

前記参照物体の局所可変電磁応答を再現するための複数の単位構造を備え、各単位構造は、前記参照物体の表面の一部から前記少なくとも１つの電磁特性を再現するように構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のファントムデバイス。

【請求項12】

各単位構造を形成する層のサイズ、形状および組成、ならびに／または２つの隣接する単位構造間の距離は、前記ファントムシステムの表面に沿った電磁応答の連続的な変化を取得するように選択される、請求項１１に記載のファントムデバイス。

【請求項13】

各単位構造を形成する層のサイズ、形状および組成、ならびに／または２つの隣接する単位構造間の距離は、前記ファントムシステムの表面に沿った電磁応答の離散的な変化を取得するように選択される、請求項１１に記載のファントムデバイス。

【請求項14】

各単位構造は、前記単位構造の全厚さおよび／もしくは前記単位構造の上面の曲率、または前記第１の層（１２）もしくは前記第２の層（１６）の有効複素誘電率を変化させるように構成された微小電気機械スイッチを備える、請求項１１から１３のいずれか一項に記載のファントムデバイス。

【請求項15】

電磁波源（２）によって放出された電磁場に関する電磁界ドシメトリ量を測定するためのドシメトリシステム（１００）であって、
請求項１から１４のいずれか一項に記載のファントムデバイスであって、前記電磁波源（２）に面する上面（１３）と下面とを備え、前記電磁波源（２）によって放出されたＥＭ波を少なくとも部分的に透過させる、ファントムデバイスと、
前記下面に取り付けられるかまたは前記下面の下方に配置され、前記上面（１３）を透過した前記電磁波に関する物理量を測定するように構成された少なくとも１つのセンサー（１０１）と、
前記少なくとも１つのセンサー（１０１）から送信された信号を分析するように構成された信号分析ユニット（１０２）と、前記信号から前記電磁界ドシメトリ量を算出するように構成された処理ユニット（１０３）と、メモリユニット（１０４）と
を備える、ドシメトリシステム（１００）。

【請求項16】

前記少なくとも１つのセンサー（１０１）は、前記電磁波源（２）の周波数において動作する電磁センサーを備える、請求項１５に記載のドシメトリシステム。

【請求項17】

前記少なくとも１つのセンサー（１０１）は、前記電磁波源（２）の周波数とは異なる周波数で動作する電磁センサーを備え、前記デバイスは、周波数変換器要素をさらに備える、請求項１５に記載のドシメトリシステム。

【請求項18】

前記少なくとも１つのセンサー（１０１）は、熱センサーを備える、請求項１５に記載のドシメトリシステム。

【国際調査報告】