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材料の電気的定数である誘電率及び透磁率を測定する方法の中で、自由空間法はシート状試料の電気的定数を測定する方法として、非常にシンプルな測定法である。シート状試料に垂直に電波を入射させ、その反射係数と透過係数の測定から試料の誘電率と透磁率を決定する。自由空間法は、ミリ波帯のように極めて高い周波数でも有効な測定法で、測定系が小型化されることが想定されるなど、むしろ実際の測定が容易になることが予想できる。しかしながら、測定法としては大変利用しやすい一方で、自由空間法は材料定数測定法としてはＳパラメータ法の中でも比較的精度の低い測定法になっている。
本研究では、自由空間法に利点が多い一方で、他の測定法では測定が難しくなるミリ波帯、特に自動車用ミリ波レーダの動作周波数帯である75～80GHzに絞り、自由空間法の実際の測定系における電波の伝搬について理論的に詳細に検討し、自由空間法による材料定数測定の推定精度を決める要因を解明することで、推定精度の向上を図ることを目的としている。ほとんどの先行研究では、試料に照射される電波は平面波であるとして誘電率推定を行っているが、試料に照射される電波が実際にはガウス形ビームであることから、本研究ではガウス形ビームの特性を考慮した誘電率推定方法を提案して、平面波とする方法に比べて高精度に誘電率推定をすることができるようになった。また、従来の自由空間法では、試料を挿入すると、受信側のホーンアンテナを試料の厚さだけ移動させる必要があるが、ホーンアンテナを移動させない誘電率推定法を提案し、従来の推定と同程度以上の精度で推定できることを明らかにした。さらに、自由空間法の測定装置の小型化を検討し、従来の２分の１のサイズにしても誘電率の推定精度は同程度であることを明らかにした。
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