CN102227644B - 电场计量装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种可实现高稳定的传输，还可实现电场传感头小型化的电场计量装置。该电场计量装置测定从设定于检测电波暗室(10)等的电磁波的区域内的被测定装置(8)产生的电磁波的电场强度，在该区域内设置天线(1)及具有马赫-曾德尔型光波导的光强度调制器(头部(2))，该天线的输出信号外加于该光强度调制器的调制电极，在该区域外设置光源部和受光部及根据来自该光强度调制器的输出光的光强度控制供给至该光强度调制器的DC偏置电压的DC偏置控制部作为主体部(6)，通过光纤(4)从该光源部向该光强度调制器导入光波，通过光纤(4)从该光强度调制器向该受光部导出光波，由供电线(4)从该DC偏置控制部向该光强度调制器供给DC偏置电压。

Description

电场计量装置
技术领域
本发明涉及一种电场计量装置，尤其涉及测定从设置于检测电波暗室等的电磁波的区域内的被测定装置产生的电磁波的电场强度的电场计量装置。
背景技术
各种电子电气设备需要将其本身所产生的电磁波噪声限制在预定值以下。这是因为，其他电子电气设备因这种电磁波噪声而误动作，或者抑制对操作这些设备的人体的影响。
近几年来，在EMC领域中，随着电子电气设备的高速化或无线LAN等的普及，遍及GHz频段的EMC(电磁相容性)变得越来越重要。尤其在测定电子电气设备放射的噪声的电磁干扰(EMI)测定中需要由天线检测在检测电波暗室等的电磁波的区域内从被测定装置放射的微小噪声，并传输到测定器中。
以往，在EMI测定中利用由RF前置放大器和同轴电缆构成的传输线路传输来自天线的输出信号。然而，若由同轴电缆传输例如1～6GHz这样的GHz频段的电磁波噪声，则大部分输出信号在同轴电缆内消失，难以进行测定。尤其在EMI测定中，从被测定装置产生的电磁波噪声其信号电平本来就微弱，担心被掩埋于测定器的噪声中。
并且，若考虑检测电波暗室等的电磁波的检测区域内的测定空间(被测定装置与天线的距离)为数米～数十米左右，则从电波暗室(检测区域)的天线到检测区域外的测定装置的传输距离需确保数十米左右。对此，当利用同轴电缆传输GHz频段的电信号时，传输距离变为数米左右。因此，需要使接收天线与测定装置之间靠近，根据情况，在检测电磁波的区域内配置测定装置的一部分等测定可靠度下降，并且测定准备也变得复杂。
对此，如专利文献1所示，提出有将具有马赫-曾德尔型光波导的光强度调制器用于电场传感头的技术。
一般在电场传感头使用光强度调制器时，为了避免外加于光强度调制器的偏置控制电压等的电信号成为产生新噪声的原因，如专利文献2所示，利用在光强度调制器中未外加偏置控制电压的、所谓无偏置光强度调制器。
专利文献1：日本专利第3404606号公报
专利文献2：日本专利第3049190号公报
然而，无偏置光强度调制器中，偏置点调整精确度因测试环境的温度变化或光强度调制器的固定机构的应力变动而劣化，并发生信号输出电平变动等检测信号的传输特性的劣化。并且，产生光强度调制器的制造产率的问题或个别元件的工作点调整等追加工作，很难降低成本。并且，如专利文献2所示，无偏置光强度调制器需要另外附加调整偏置点的机械构成，因此很难实现电场传感头部的小型化。
发明内容
本发明欲解决的课题在于，解决如上所述的问题，并提供一种可以实现高稳定的传输，还可以实现电场传感头的小型化的电场计量装置。
为了解决上述课题，技术方案1所涉及的发明中的电场计量装置，其测定从设置于检测电磁波的区域内的被测定装置产生的电磁波的电场强度，其特征在于，
在该区域内设置天线及具有马赫-曾德尔型光波导的光强度调制器，并且该天线的输出信号外加于该光强度调制器的调制电极，
在该区域外设置：光源部；受光部；及DC偏置控制部，该DC偏置控制部根据来自该光强度调制器的输出光的光强度来控制供给至该光强度调制器的DC偏置电压，
通过光纤从该光源部向该光强度调制器导入光波，
通过光纤从该光强度调制器向该受光部导出光波，
由供电线从该DC偏置控制部向该光强度调制器供给DC偏置电压。
在技术方案2所涉及的发明中，技术方案1所述的电场计量装置，其特征在于，该光源部射出具有恒定光强度的固定光，该DC偏置控制部以将该输出光的光强度的平均值恒定化的方式设定DC偏置电压。
在技术方案3所涉及的发明中，技术方案1或2所述的电场计量装置，其特征在于，在该区域内设置放大该天线的输出信号的放大器，通过供电线从设置于该区域外的电源电路向该放大器供给DC电压。
在技术方案4所涉及的发明中，技术方案1至3中任一项所述的电场计量装置，其特征在于，该供电线上设置有交流信号截断用低通滤波器。
在技术方案5所涉及的发明中，技术方案1至4中任一项所述的电场计量装置，其特征在于，该光强度调制器为光波的入射部与射出部相同的反射型调制器，在该区域内，由一根光纤构成从该光源部将光波导入至该光强度调制器的光纤和从该光强度调制器将光波导出至该受光部的光纤，通过设置于该区域外的环行器来分离从该光源部向该光纤入射的光波和从该光纤向该受光部射出的光波。
发明效果
根据技术方案1所涉及的发明，在检测电磁波的区域内设置天线及具有马赫-曾德尔型光波导的光强度调制器，并且该天线的输出信号外加于该光强度调制器的调制电极，在该区域外设置光源部、受光部及根据来自该光强度调制器的输出光的光强度来控制供给至该光强度调制器的DC偏置电压的DC偏置控制部，通过光纤从该光源部向该光强度调制器导入光波，通过光纤从该光强度调制器向该受光部导出光波，由供电线从该DC偏置控制部向该光强度调制器供给DC偏置电压，因此光强度调制器的偏置点始终维持在适当的状态，传输特性对温度变动等也会稳定。而且，设置于检测电磁波的区域内的仅仅是光强度调制器的主体等所需的最少部分，也不需要如以往的偏置点调整用机械构成，因此也可以使电场传感头小型化。另外，构成电场传感头的天线或光强度调制器上仅连接有光纤或DC偏置电压用供电线，光源部、受光部、进而DC偏置控制部等配置于检测电磁波的区域外，因此还能够抑制在该区域内的不需要的噪声放射，能够实现更高精确度的计量。
根据技术方案2所涉及的发明，光源部射出具有恒定光强度的固定光，DC偏置控制部以将来自光强度调节器的输出光的光强度的平均值恒定化的方式设定DC偏置电压，因此在控制偏置点时，不需要多用于光调制器的偏置点控制中的低频信号等交流信号，能够更进一步抑制在检测电磁波的区域内的噪声放射。
根据技术方案3所涉及的发明，在检测电磁波的区域内设置放大天线的输出信号的放大器，通过供电线从设置于该区域外的电源电路向该放大器供给DC电压，因此能够提高来自天线的输出信号的信号强度来外加于光强度调制器，因此能够更高精确度地检测来自被测定装置的电磁波噪声。而且，只有DC电压外加于该放大器上，因此也不会存在成为在检测电磁波的区域内的噪声发射源的现象。
根据技术方案4所涉及的发明，供电线上设置有交流信号截断用低通滤波器，因此能够更进一步抑制将成为噪声发射原因的交流信号带入检测电磁波的区域，能够提供可靠度高的电场计量装置。
根据技术方案5所涉及的发明，光强度调制器为光波的入射部与射出部相同的反射型调制器，在检测电磁波的区域内，由一根光纤构成从光源部将光波导入至该光强度调制器的光纤和从该光强度调制器将光波导出至该受光部的光纤，通过设置于该区域外的环行器来分离从该光源部向该光纤入射的光波和从该光纤向该受光部射出的光波，因此能够减轻光强度调制器与光纤的连接工作负担，而且在区域内使用的光纤为1根即可，因此还能够降低制造成本。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的电场计量装置的概要图。
图2是说明图1的头部2和主体部6的构成的详细内容的图。
标记说明
1-天线，2-头部，4-复合线路(光纤和供电线)，5、51、52-低通滤波器，6-主体部，7-测定器，8-被测定装置，21-放大器，22-光强度调制器，42、43-光纤，61-电源电路，62-光源，63-光源驱动电路，64-受光部，65-检测器，66-DC偏置控制电路
具体实施方式
以下利用优选例详细说明本发明。
图1是表示本发明所涉及的电场计量装置的概要内容的图。测定从设置于检测电波暗室10等的电磁波的区域内的被测定装置(EUT)8产生的电磁波(波状线箭头)的电场强度。标记9为旋转台等载置被测定装置的载置台。
本发明中的“检测电磁波的区域”并不限于电波暗室而是指开阔场(open site)等为了检测被测定装置所产生的电磁波而设置有该被测定装置的空间。
并且，“检测电磁波的区域”外是指计量被测定装置所产生的电磁波时不会成为障碍的区域，也可以为电波暗室的外部或充分远离被测定装置的场所，进而如后述的测定室那样容纳主体部或测定器并截断从设备产生的电磁波向“检测电磁波的区域”泄漏的空间。
以下，以电波暗室及测定室为例进行说明。
电波暗室10内配置有天线1和插入有具有马赫-曾德尔型光波导的光强度调制器的头部2。与专利文献1或2相同，天线1的输出信号外加于光强度调制器的调制电极上而使马赫-曾德尔型光波导的折射率发生变化。通过该折射率变化，调制在该光波导中传播的光波相位，并调制从马赫-曾德尔型光波导射出的光波的光强度。标记3为将天线1配置于预定位置的、天线定位机构。
光强度调制器可适宜地利用在具有电光效应的基板上形成光波导及调制电极的行波型光调制器。作为具有电光效应的基板，例如可利用铌酸锂、钽酸锂、PLZT(锆钛酸铅镧)及石英系材料等。马赫-曾德尔型光波导可通过热扩散法或质子交换法等使Ti等扩散于基板表面或者形成脊型凸部，由此形成于具有电光效应的基板上。调制电极由外加来自天线的输出信号的信号电极或接地电极构成，可通过形成Ti·Au的电极图案及镀金方法等来形成于基板上。另外，根据需要还可以在形成光波导后的基板表面设置电介质SiO2等的缓冲层来抑制由形成于光波导上侧的电极所引起的光波的吸收或散射。
作为光强度调制器的偏置点的调整方法，可通过在来自天线的输出电压上重叠外加DC偏置电压来在上述调制电极上调整光强度调制器的偏置点。并且，也可以构成为，在调制电极以外另外插入偏置点控制用电极并在这种电极上外加DC偏置电压。
电波暗室10的外部邻接测定室11，该测定室11内设置有控制头部2的计量装置的主体部6及EMI接收机等测定器7。头部2和主体部6由光纤或供电线等复合线接合。标记5为设置于供电线上的交流信号截断用低通滤波器，其构成为，从主体部6向头部供给DC偏置电压等时，交流信号不会进入电波暗室内。
图2是更详细说明头部2及主体部6中的构成的图。
头部2上设置有导入来自天线1的输出信号31并放大该信号的放大器21。由放大器21放大的输出信号外加于光强度调制器22的调制电极。由于能够提高来自天线的输出信号的信号强度来外加于光强度调制器，因此能够更高精确度地检测来自被测定装置的电磁波噪声。
并且，放大器21通过设置于主体部6的电源电路61供给电力。外加于放大器21的电压为DC电压，通过供电线41供给。这样仅供给DC电压，因此抑制在电波暗室内的噪声产生。另外，有效地抑制噪声的产生，因此根据需要在供电线41上配置低通滤波器51。
光强度调制器22中，利用光纤42导入从半导体激光等光源部62射出的固定光。标记63为驱动光源部62的光源驱动电路。从光源部导入的光波在光强度调制器中与天线1的输出信号对应地接受强度调制，并经过光纤43导入至受光部64。受光部64为光电二极管等受光元件，输出对应于光强度调制器的输出光的光强度的检测信号32。
检测信号32导入至图1的测定器7中，检测出被测定设备8的噪声发射的等级(强度、频率等)。
本发明的电场计量装置中，由于进行光强度调制器22的偏置点调整，因此偏置控制电路设置于主体部6内。利用光耦合器等如标记33那样取出在光纤43中传播的光波的一部分，通过检测器65监控光强度调制器的输出光。
图2中直接观察光强度调制器的输出光，但除此以外还有利用从马赫-曾德尔型光波导的合波部发射的放射模式光的方法。其需要在标记43的光纤之外另外设置将放射模式光导入至检测器65的光纤。并且，还可以使用受光部64的输出信号的一部分来代替检测器65的输出信号。
检测器65的检测信号导入至DC偏置控制部66，并以检测信号成为预定值(光强度调制器的输出光成为预定强度)的方式调整外加于光强度调制器的DC偏置电压。利用供电线44来外加DC偏置电压，根据需要在供电线的中途插入低通滤波器来抑制在电波暗室内产生噪声。
光强度调制器的驱动电压-光强度输出的关系曲线(Vπ调制曲线)成正弦函数，因此最大光强度的1/2点一般成为偏置点调整的中心。当然，偏置的中心点并不限于这种1/2点，根据与受光部64的散粒噪声的平衡，还可以采用低于1/2点的强度等级。
在进行电场计量之前，根据需要进行偏置点调整，具体而言，从光源部62将光波导入至光强度调制器，扫描外加于该光强度调制器的偏置电压，计量监控光的输出等级成最高的值，并找出表示该最高值的1/2的值的偏置电压。
这样调整偏置点，因此不需要多用于以往的光调制器的偏置点控制中的低频信号等交流信号，能够更进一步抑制在电波暗室内的噪声放射。
并且，根据需要变更光源部所输出的光波的光强度时，还可以考虑该强度变化来调整以免使偏置点调整因该光源部的变动而误动作。为了监控来自光源部的光波，还可以在光纤42上设置如上所述的光耦合器。并且，光源部为半导体激光时，还能够检测后射波束(back beam)。
这样，由于在设置于电波暗室内的头部2上仅设有光强度调制器或放大器等所需最低限度的部件，因此能够使头部小型化。另外，由于头部2和主体部6仅由光纤及供给DC电压的供电线连接，因此与同轴电缆等相比，也能够实现特长距离且低损耗的传输。
在以上的说明中，作为光强度调制器的马赫-曾德尔型光波导，重点说明了入射用波导、从该入射用波导分支为2个分支波导、以及使2个分支波导合流而连结于射出用光波导的一般马赫-曾德尔型光波导。然而，利用于本发明的光强度调制器也可以是构成为，在2个分支波导的中途设置反射机构，反射的光波在分支波导中逆行，并再次从入射用波导射出的所谓“反射型调制器”。使用这种反射型调制器时，接合主体部和头部的光纤可以仅仅是1根，也可以构成为，在主体部设置连接于光纤的环行器，分离从光源部向光纤入射的光波和从光纤向受光部射出的光波。
产业上的可利用性
如以上说明，根据本发明，能够提供可以实现高稳定的传输且还可以实现电场传感头的小型化的电场计量装置。

Claims (4)

1.一种电场计量装置，其测定从设置于检测电磁波的区域内的被测定装置产生的电磁波的电场强度，其特征在于，
在该区域内设置天线及具有马赫-曾德尔型光波导的光强度调制器，
在该区域外设置：光源部；受光部；及DC偏置控制部，该DC偏置控制部根据来自该光强度调制器的输出光的光强度来控制供给至该光强度调制器的DC偏置电压，
通过光纤从该光源部向该光强度调制器导入光波，
通过光纤从该光强度调制器向该受光部导出光波，
该天线的输出信号外加于该光强度调制器的调制电极，并且由供电线从该DC偏置控制部向该光强度调制器供给DC偏置电压，该光源部射出具有恒定光强度的固定光，该DC偏置控制部以将该输出光的光强度的平均值恒定化的方式设定DC偏置电压。
2.如权利要求1所述的电场计量装置，其特征在于，
在该区域内设置放大该天线的输出信号的放大器，通过供电线从设置于该区域外的电源电路向该放大器供给DC电压。
3.如权利要求1或2所述的电场计量装置，其特征在于，
该供电线上设置有交流信号截断用低通滤波器，用于抑制将成为噪声放出的原因的交流信号带入检测该电磁波的区域内。
4.如权利要求1或2所述的电场计量装置，其特征在于，
该光强度调制器为光波的入射部与射出部相同的反射型调制器，在该区域内，由一根光纤构成从该光源部将光波导入至该光强度调制器的光纤和从该光强度调制器将光波导出至该受光部的光纤，通过设置于该区域外的环行器来分离从该光源部向该光纤入射的光波和从该光纤向该受光部射出的光波。
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