ミリ波の透過性を利用したドローン用不可視クラック検知レーダシステムの開発

ミリ波は空間分解能が高く, 直進性も高いため距離センサや障害物センサとして用いられている。また, 高い透過性も有しており, 壁紙などで隠れたコンクリートクラックの検知への応用も報告されている。マルチコプターに搭載可能な小型なミリ波センサを開発できれば, 人間では測定困難な場所でも構造物の状態を診断することが期待される。クラック検知を高精度で行うためには, 高い空間分解能を有する指向性アンテナが必要となることが想定される。本研究では76GHzのミリ波帯で動作する導波管スロットアレーアンテナの開発を行った。8スロットでアレー化することにより, メインビームのビーム幅を狭小化することができる。試作アンテナをクラック検知へ応用し, その能力を明らかにすることが本研究の目的であり, 測定系の構築と予備的な実験を行った。ミリ波アンテナの設計のためにFDTD法によるシミュレーションを行った。アンテナ両端にミリ波コンポーネントを接続する必要がある。当初, アンテナ両端にフランジをつけて接続する予定であったが, フランジで反射して放射パターンにリップルが発生することが分かった。そこで, アンテナの開口面よりフランジが高くならないよう導波路に曲がり部を設けて設計することとした。試作方法について検討した結果, 最終的には3つの部品(本体蓋側, 本体導波路側, 天板)を組み合わせて製作した。スロットは天板に設けたため, スロット条件の変更は天板の交換で対応するよう工夫した。次に, クラック検知能力を調べるため測定システムを構築した。クラックに見立てたスリットを用意し, 反射波のレベル差によりクラック検知能力を評価した。コンクリートと金属の2つの場合について実験を行い, 波長(約4mm)程度のクラック検知は十分に可能であることが分かった。また, クラックを紙で隠した場合でも一定の枚数までは透過して検出できることも確認した。

ミリ波は空間分解能が高く, 直進性も高いため距離センサや障害物センサとして用いられている。また, 高い透過性も有しており, 壁紙などで隠れたコンクリートクラックの検知への応用も報告されている。マルチコプターに搭載可能な小型なミリ波センサを開発できれば, 人間では測定困難な場所でも構造物の状態を診断することが期待される。クラック検知を高精度で行うためには, 高い空間分解能を有する指向性アンテナが必要となることが想定される。本研究では76GHzのミリ波帯で動作する導波管スロットアレーアンテナの開発を行った。8スロットでアレー化することにより, メインビームのビーム幅を狭小化することができる。試作アンテナをクラック検知へ応用し, その能力を明らかにすることが本研究の目的であり, 測定系の構築と予備的な実験を行った。ミリ波アンテナの設計のためにFDTD法によるシミュレーションを行った。アンテナ両端にミリ波コンポーネントを接続する必要がある。当初, アンテナ両端にフランジをつけて接続する予定であったが, フランジで反射して放射パターンにリップルが発生することが分かった。そこで, アンテナの開口面よりフランジが高くならないよう導波路に曲がり部を設けて設計することとした。試作方法について検討した結果, 最終的には3つの部品(本体蓋側, 本体導波路側, 天板)を組み合わせて製作した。スロットは天板に設けたため, スロット条件の変更は天板の交換で対応するよう工夫した。次に, クラック検知能力を調べるため測定システムを構築した。クラックに見立てたスリットを用意し, 反射波のレベル差によりクラック検知能力を評価した。コンクリートと金属の2つの場合について実験を行い, 波長(約4mm)程度のクラック検知は十分に可能であることが分かった。また, クラックを紙で隠した場合でも一定の枚数までは透過して検出できることも確認した。