Development and Application of Broadband Antennas with non-Dispersion for Biological Imaging

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26870811
• Research Institution: Ube National College of Technology
• Principal Investigator: 伊藤 直樹 (伊藤直樹) 宇部工業高等専門学校, 制御情報工学科, 准教授 (50604849)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 生体 / イメージング / 広帯域 / アンテナ / マイクロ波

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、研究目的を達成するため、広帯域・非分散アンテナの広帯域特性の改善を行った。広帯域特性の実現に重要な要素となる小型・平面アンテナのバラン回路の改善を行い、広帯域アンテナの一つであるボウタイアンテナへの適用を図り、伝送線路の回路パターンのテーパー部分の長さや幅だけでなく、スルーホールのサイズや位置の違いによる周波数特性の検証を重ねた。また、高周波回路の基板材料の厚み 0.254 ～ 0.83 [mm]、および、比誘電率 2.2 ～ 6.15 の範囲におけるアンテナの反射特性の検証を行った。これら材料のパラメータなどの変更による検証を通じて、－10 dB 帯域幅を 2.7 GHz から 7.3 GHz (5.7から13 [GHz]) と、4.6 GHz の広帯域化 (計算値) を実現することができた。これは、各パラメータの調整により、反射が小さい周波数帯域の低周波および高周波へのシフトが可能となり、測定対象物による周波数領域の選択の際に有効であると考える。
超短パルス計測システムおよび、人体の胸部を模した胸部ファントムを用いて、腫瘍相当のターゲットとして、小型の誘電体をファントム内に挿入し、一定間隔で駆動させたときの反射信号の解析を行い、内部画像の再構成に関する実証実験を行った。アンテナの種類だけでなく、アンテナとモデルとの距離、送受信アンテナの間隔、アンテナからの電波の照射角度の違いなどによる検証を行い、計測システムにおけるアンテナシステムの改善および、システムにおける不要な反射波の低減を図り、システム全体のダイナミックレンジの向上を目指した。その結果、ファントムの深さ約 10 mm に挿入した、大きさ3×3×2.5 [mm] の誘電体の画像を得ることができた。今後は、アンテナシステムの最適化および、解析する周波数の選定を行い、検知精度の向上を目指す。

Research Products

• [Journal Article] Observation of Electron Density Fluctuations by Using the O-mode Microwave Imaging Reflectometry (O-MIR) in LHD (2016)
  • Author(s): Y. Nagayama, S. Yamaguchi, Z. B. Shi, H. Tsuchiya, S. Hashimoto, N. Ito, M. Jiang, D. Kuwahara, and S. Sugito
  • Journal Title: Journal of Plasma and Fusion Research: Regular Articles Volume: 11 Pages: 2402111-1-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A 60 GHz Interferometer with a Local Oscillator Integrated Antenna Array for Divertor Simulation Experiments on GAMMA 10/PDX (2016)
  • Author(s): J. Kohagura, M. Yoshikawa, X. Wang, D. Kuwahara, N. Ito, Y. Nagayama, Y. Shima, K. Nojiri, M. Sakamoto, Y. Nakashima, and A. Mase
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 87 Pages: 11E127-1-3
• [Presentation] GAMMA 10/PDX におけるマイクロ波干渉計を用いたダイバータ模擬プラズマの電子密度計測 (2016)
  • Author(s): 小波蔵純子, 吉川正志, 嶋頼子, 桑原大介, 伊藤直樹, 長山好夫, 野尻釧平，坂本瑞樹, 中嶋洋輔, 間瀬淳
  • Organizer: プラズマ・核融合学会 第33回年会
  • Place of Presentation: 東北大学青葉山キャンパス，宮城県
  • Year and Date: 2016-11-29 – 2016-12-02
• [Presentation] Development of Local Oscillator Integrated Antenna Array for Electron Cyclotron Emission Imaging Diagnostics (2016)
  • Author(s): D. Kuwahara, N. Ito, Y. Nagayama, H. Tsuchiya, M. Yoshikawa, J. Kohagura, T. Yoshinaga, S. Yamaguchi, Y. Kogi, and A. Mase
  • Organizer: 58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • Place of Presentation: San Jose, California, USA
  • Year and Date: 2016-10-31 – 2016-11-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Application of Radar Reflectometer to Plasmas and Other Fields (2016)
  • Author(s): A. Mase, Y. Kogi, D. Kuwahara, Y. Nagayama, X. Wang, N. Ito, M. Inutake, H. Ikezi, and T. Tokuzawa
  • Organizer: 18th International Congress on Plasma Physics
  • Place of Presentation: Kaohsiung, Taiwan
  • Year and Date: 2016-06-27 – 2016-07-01
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A 60 GHz Interferometer with a Local Oscillator Integrated Antenna Array for Divertor Simulation Experiments on GAMMA 10/PDX (2016)
  • Author(s): J. Kohagura, M. Yoshikawa, X. Wang, D. Kuwahara, N. Ito, Y. Nagayama, Y. Shima, K. Nojiri, M. Sakamoto, Y. Nakashima, and A. Mase
  • Organizer: 21st Topical Conference on High-Temperature Plasma Diagnostics
  • Place of Presentation: Madison, Wisconsin, USA
  • Year and Date: 2016-06-05 – 2016-06-09
  • Int'l Joint Research