5. ヘリカルアンテナを用いた探傷試験の検討
5.2. ヘリカルアンテナを用いたき裂探傷
5.2. ヘリカルアンテナを用いたき裂探傷
・ヘリカル間 S :
24.49mm
~30.61mm・導線太さ d :
0.61mm~6.1mm
・ヘリカル直径 D : 40.8mm
・ヘリカル数 n :
5
巻き~20巻き・円周 C : 91.83mm~159.18mm
・ピッチ角 :
10
o~15o となる．この範囲に収まるようにヘリカルアンテナを製作した．
反射板には一辺100mmの四角形銅板(厚さ: 2mm)を使用し，ヘリカル部は厚紙を土台として 6mmの銅箔テープを巻き付けていく．給電点は反射板の中心であり，また，ヘリカルの中心で給 電し， H 間で整合を行う．他のパラメータなどは下図5.2.1.1を見ていただきたいが，ほぼ条件 の範囲内に納めて製作した．また，図5.2.1.2で製作した3巻ヘリカルアンテナ写真を載せるが，
この写真のアンテナは製作途中の図であるため，図5.2.1.1の設計通りでは無い．あくまで実測実
験は図5.2.1.1のアンテナで行ったので，図5.2.1.2は完成イメージとして見てもらいたい．
図5.2.1.1のアンテナを製作し，VSWRを測定した．その結果を図5.2.1.3に示す．
設計周波数2.45GHzであるので，図5.2.1.3より2.45GHzにおいて，VSWR=1.63であることが わかる．また，2.0GHz以上でも VSWR≤2 であることから，アンテナとしては使用可能である といえる． 円偏波に関しては，クロスダイポールアンテナと同様に計測すると， AR =
3
が 得られたため，3巻ヘリカルアンテナも一応円偏波と言えるが楕円偏波に近い．34
図 5.2.1.1:3巻ヘリカルアンテナ図3回巻 100mm
93mm
26.4mm
39.5 mm 13.2mm
30.6 mm
12°
図 5.2.1.2:3巻ヘリカルアンテナ写真
5.2.2. 実測実験環境と測定方法
実験環境はダイポールアンテナのときと同様で，図3.2.2.1，図3.2.2.2，図3.2.2.3のセンサ用ア ンテナをヘリカルアンテナに換える．
測定方法もダイポールアンテナのときと同様で，ヘリカルアンテナの中心がき裂の中心を通過 するように設置し，金属板上のき裂から左右に100mm，計200mmを範囲としてセンサ用アンテ ナを金属板に平行移動させる．扱う周波数は2.45GHz，き裂の幅は1mm，き裂長60mmで固定 し，アンテナ−き裂間距離は放射特性が良いことから10mm，50mm，100mm．さらに，偏波面 を変えるためアンテナの回転角度α=0°，90°，それぞれの変化による入力インピーダンスの変化 を確認する．ただし，任意のヘリカルアンテナの向き(角度)をα=0°とする．
5.2.3. 実験結果
図5.2.3.1〜図5.2.3.3にヘリカルアンテナの実測実験結果を示す．アンテナを90°回転させた場
合も入力インピーダンスがき裂を中心に変化していることがわかる．しかし，回転角度0°と回転 角度90°では変化量に差がある．また，アンテナ−き裂間距離が離れるにつれ変化量が減少し，変 化範囲がひろがっている．
以上の結果から，やはり円偏波を用いることで偏波面の問題を解決することが可能である．
図 5.2.1.3:3巻ヘリカルアンテナのVSWR
36
図 5.2.3.1:アンテナ−き裂間10mmにおける入力インピーダンス変化 Offset position of
antenna from crack [mm]
Offset position of antenna from crack [mm]
(a) Real part (b) Imaginary part Position of crack
Input impedance[Ω] Input impedance[Ω]
図 5.2.3.2:アンテナ−き裂間50mmにおける入力インピーダンス変化 Offset position of
antenna from crack [mm]
Offset position of antenna from crack [mm]
(a) Real part (b) Imaginary part Position of crack
Input impedance[Ω] Input impedance[Ω]
5.2. 4. 考察
以上の結果から，ヘリカルアンテナを用いることでき裂とアンテナの向きによらずにき裂を検 出ことが可能であることがわかった．また，放射特性の良さから，100mmも離れた位置からでも 探傷が可能であり，より，実用化に向いていることもわかる．しかし，クロスダイポールアンテ ナよりも反射板などを含めると形状が大きくなってしまう．さらに，ヘリカルアンテナは一般的 にHF (High Frequency)帯からUHF (Ultra High Frequency)帯で用いられるため，実際のき裂探傷 で必要とされるSHF (Super High Frequency)帯以上において，十分な広帯域を確保しようとすると，
軸モードから外れてしまい円偏波を得ることができなかった．よって，き裂長が変化すると検出 が不可能となり広帯域という面で本研究には不十分であった．
図 5.2.3.3:アンテナ−き裂間100mmにおける入力インピーダンス変化
(a) Real part (b) Imaginary part Offset position of
antenna from crack [mm]
Offset position of antenna from crack [mm]
Position of crack
Input impedance[Ω] Input impedance[Ω]