JP2000206163A - 電磁界強度の測定方法及び装置並びに電流電圧分布の測定方法及び装置 - Google Patents

電磁界強度の測定方法及び装置並びに電流電圧分布の測定方法及び装置

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JP2000206163A JP11006485A JP648599A JP2000206163A JP 2000206163 A JP2000206163 A JP 2000206163A JP 11006485 A JP11006485 A JP 11006485A JP 648599 A JP648599 A JP 648599A JP 2000206163 A JP2000206163 A JP 2000206163A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 供試機器の放射電磁波による電磁界強度につ
いて電界成分と磁界成分のそれぞれを小型かつ簡易な設
備で測定することができる電磁界強度の測定方法及び装
置並びに電流電圧分布の測定方法及び装置を提供する。 【解決手段】 プローブ10を供試機器1との間で静電
結合及び電磁結合が生じる範囲内に配置し、プローブ1
0の両端から出力される電流をそれぞれ電流測定器21
及び22で測定し、計算機30の演算部31は、この2
つの電流値から、プローブ10と供試機器1との間にお
ける静電結合による電流と、電磁結合による電流とを分
離して算出する。この算出結果から、供試機器1の近傍
の電磁界強度を電界成分及び磁界成分に分離して得るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子機器から
外部に向けて放射される電磁波によって形成される電磁
界の強度を測定する方法及びその装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】EMI(Electro Magnetic Interferenc
e)対策として電子機器から放射される電磁波による電
磁界の強度測定を行う方法としては、以下に示すような
ものが規定されている。例えば、測定対象となる電子機
器、すなわち供試機器をオープンスペースに設置し、こ
の供試機器から3mから10mの距離をもってループア
ンテナやダイポールアンテナを設置して測定するもので
ある。このようにアンテナを供試機器から十分な距離を
おいて設置した場合には、ループアンテナにおいては遠
方放射電磁界の磁界成分だけを測定でき、ダイポールア
ンテナにおいては電界成分だけを測定できる。そして、
遠方放射電磁界の一方の成分を測定すれば他方を算出す
ることができる。また、オープンスペースではなく電波
暗室において測定する方法も規定されている。
【0003】一方、供試機器において電磁波の放射源を
特定する場合もある。例えば、回路基板上においてどの
部位から電磁波が強く放射されているかを特定する場合
である。このように場合には、前述した測定とは異なり
供試機器の近傍において電磁界強度を測定する。一般的
には、小型ループアンテナを供試機器に近接させて電磁
界の磁界成分を測定している。すなわち、電磁結合によ
る誘電起電力を利用して供試機器による電磁界の磁界成
分を測定するものである。そして、これに基づき供試機
器における電流電圧分布を求めて、放射源を特定してい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記オープ
ンスペース等による測定方法は広大な設置スペースや多
額の設備投資が必要である。そこで近年、放射電磁波強
度の評価法として、TEMセルと呼ばれる同軸伝送線路
を用いた評価方法が注目されている。この評価方法で
は、同軸伝送線路の内部導体と外部導体の間に供試機器
を配置し、内部導体の一端からの出力により評価するも
のである。この方法では、比較的小規模の設備で評価が
可能であるという利点がある。
【0005】しかしならが、TEMセルを用いた方法で
は、オープンスペースでの測定との相関がとれないとい
う問題があった。すなわち、供試機器と内部導体との距
離が近接するため、TEMセルからの出力電流が電磁結
合による電流と静電結合による電流を無視できなくなる
ためである。
【0006】一方、前記ループアンテナを用いて電磁波
の放射源を精度良く特定するためには、電界成分による
影響を排除する必要がある。このためループアンテナに
シールドを設けたシールデッド・ループアンテナがしば
しば用いられる。このシールデッド・ループアンテナで
は、電界成分の影響を受けづらいので、磁界成分のみの
測定を比較的高精度で行うことができる。
【0007】しかしながら、シールデッド・ループアン
テナといえども、その構造上シールドが設けられていな
い部分では供試機器との間で電界結合を生じることにな
るため、磁界成分のみの正確な測定は困難である。ま
た、シールド部分を有するという構造上小型化が困難で
ある。つまり、分解能の向上が困難であった。
【0008】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、供試機器の放射電磁
波による電磁界強度について電界成分と磁界成分のそれ
ぞれを小型かつ簡易な設備で容易かつ正確に測定するこ
とができる電磁界強度の測定方法及び装置並びに電流電
圧分布の測定方法及び装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明では、供試機器の放射電磁波により
該供試機器の周囲に形成される電磁界の強度を測定する
方法において、少なくとも一部の周波数領域において供
試機器との間で静電結合及び電磁結合する範囲内に導体
を配置し、供試機器と導体間の静電結合により導体から
出力される電流と、供試機器と導体間の電磁結合により
導体から出力される電流との合成電流について、供試機
器に対して互いに異なる複数方向に出力される各合成電
流を測定し、これら複数の合成電流値及びその出力方向
に基づき静電結合による電流値及び電磁結合による電流
値を算出し、算出した各電流値に基づき電界強度及び磁
界強度をそれぞれ算出することを特徴とするものを提案
する。
【0010】一般に、静電結合により出力される電流
(以下、静電結合電流という)と電磁結合により出力さ
れる電流(以下、電磁結合電流という)とは異なる方向
性を有している。本発明では、供試機器と導体間の静電
結合電流については、電磁波の放射源から離れる方向に
出力される。一方、供試機器と導体間の電磁結合電流に
ついては、導体の形状や両者間の位置関係に応じて特定
の一方向に出力されるが、導体周囲の磁界の向きによっ
てその方向及び電流値は異なるものとなる。すなわち、
導体のある部位においては静電結合電流と電磁結合電流
は同方向の出力されるが、他の部位においては逆方向に
なる。したがって、導体のある部位において出力される
電流は、静電結合電流と電磁結合電流との合成電流とな
っている。そこで、供試機器に対して互いに異なる複数
方向に出力される各合成電流を測定すれば、静電結合電
流と電磁結合電流を分離して算出することができる。そ
して、この各電流値により電磁界の電界成分と磁界成分
を正確に測定することができる。
【0011】また、請求項2の発明では、請求項1記載
の電磁界強度の測定方法において、前記複数の合成電流
の測定では、前記導体を前記供試機器に対して相対的に
回転させ、異なる複数の回転位置において導体の所定位
置から出力される合成電流を測定することを特徴とする
ものを提案する。
【0012】本発明によれば、導体の所定位置に出力さ
れる合成電流は、静電結合による電流成分は一定である
が、電磁結合による電流成分は回転位置により異なった
ものとなる。すなわち、導体の回転位置により異なる複
数の合成電流値を得ることができる。これにより、前述
したように、電磁界の電界成分と磁界成分を正確に測定
することができる。また、供試機器による磁界の方向は
供試機器に流れる電流方向によるので、複数の電磁結合
電流を得れば、供試機器に流れる電流方向を求めること
ができる。
【0013】さらに、請求項3の発明では、請求項1記
載の電磁界強度の測定方法において、前記導体がループ
アンテナであることを特徴とするものを提案する。
【0014】本発明によれば、前記導体がループアンテ
ナなので、静電結合電流はその両端に向かって出力さ
れ、電磁結合電流は磁界方向に応じて一端側から他端側
に出力される。つまり、ループアンテナの一端側の合成
電流は静電結合電流+電磁結合電流となり、他端側は静
電結合電流−電磁結合電流となる。したがって、各合成
電流値より静電結合電流及び電磁結合電流を分離して算
出することができる。これにより、この各電流値により
電磁界の電界成分と磁界成分を正確に測定することがで
きる。
【0015】さらに、請求項4の発明では、請求項3記
載の電磁界強度の測定方法において、前記複数の合成電
流の測定では、前記ループアンテナを前記供試機器に対
して相対的に回転させ、異なる複数の回転位置において
該ループアンテナの少なくとも一端から出力される合成
電流を測定することを特徴とするものを提案する。
【0016】本発明によれば、複数の合成電流を確実に
得ることができるので、各合成電流値より静電結合電流
及び電磁結合電流を分離して算出することができる。ま
た、複数の電磁結合電流値を得れば、供試機器に流れる
電流方向を求めることができる。
【0017】さらに、請求項5の発明では、請求項3又
は4何れか1項記載の電磁界強度の測定方法において、
前記ループアンテナの両端に出力される合成電流をそれ
ぞれ測定することを特徴とするものを提案する。
【0018】本発明によれば、2つの合成電流値を確実
に得ることができるので、この合成電流値より確実に静
電結合電流及び電磁結合電流を分離して算出することが
できる。
【0019】さらに、請求項6の発明では、請求項3〜
5何れか1項記載の電磁界強度の測定方法において、前
記ループアンテナを前記供試機器に対して相対的に移動
させることにより電磁界の強度分布を測定することを特
徴とするものを提案する。
【0020】本発明によれば、供試機器の各部位近傍に
おける電磁界の強度を電界成分と磁界成分とを分離して
測定することができる。したがって、供試機器における
各部位の電流値及び電位並びに電流方向の分布を得るこ
とができる。
【0021】さらに、請求項7の発明では、請求項6記
載の電磁界強度の測定方法において、前記ループアンテ
ナの移動は前記供試機器に対して一定の間隔をもって行
うことを特徴とするものを提案する。
【0022】本発明によれば、供試機器との間隔を一定
にしてループアンテナを移動させるので、電磁界強度を
安定的かつ正確に測定することができる。したがって、
供試機器のおける電流値及び電位並びに電流方向の分布
を正確かつ確実に得ることができる。
【0023】さらに、請求項8の発明では、請求項1記
載ので磁界強度の測定方法において、前記導体が同軸伝
送線路の内部導体であるとともに、該同軸伝送線路の内
部導体と外部導体の間に供試機器を配置することを特徴
とするものを提案する。
【0024】本発明によれば、同軸伝送線路の内部導体
の一端に静電結合電流及び電磁結合電流の合成電流が出
力される。したがって、この合成電流値から静電結合電
流及び電磁結合電流を分離して算出することができる。
【0025】さらに、請求項9の発明では、請求項8記
載の電磁界強度の測定方法において、前記複数の合成電
流の測定では、前記供試機器を前記同軸伝送線路内で回
転させ、異なる複数の回転位置において内部導体の少な
くとも一端から出力される合成電流を測定することを特
徴とするものを提案する。
【0026】本発明によれば、供試機器の回転位置に応
じて、内部導体の少なくとも一端から互いに値の異なる
複数の合成電流を得ることができる。したがって、この
複数の合成電流値に基づき、確実に静電結合電流及び電
磁結合電流を分離して算出することができる。
【0027】さらに、請求項8又は9の発明の好適な態
様の一例として、請求項10の発明では、前記同軸伝送
線路がTEMセルであることを特徴とするものを提案す
る。また、請求項11の発明では、前記同軸伝送線路が
G−TEMセルであることを特徴とするものを提案す
る。これにより請求項8又は9の発明を確実に実施する
ことができる。
【0028】一方、請求項12〜18では、上記電磁界
強度の測定方法を用いた電磁界強度の測定装置が提案さ
れている。
【0029】すなわち、請求項12の発明では、供試機
器の放射電磁波により該供試機器の周囲に形成される電
磁界の強度を測定する装置において、少なくとも一部の
周波数領域において供試機器との間で静電結合及び電磁
結合する範囲内に配置した導体と、供試機器と導体間の
静電結合により導体から出力される電流と、供試機器と
導体間の電磁結合により導体から出力される電流との合
成電流について、供試機器に対して互いに異なる複数方
向に出力される各合成電流を測定する測定手段と、これ
ら複数の合成電流値及びその出力方向に基づき静電結合
による電流値及び電磁結合による電流値を算出するとと
もに、この算出した各電流値に基づき電界強度及び磁界
強度をそれぞれ算出する算出手段とを備えたことを特徴
とするものを提案する。
【0030】また、請求項13の発明では、請求項12
記載の電磁界強度の測定装置において、前記導体を前記
供試機器に対して相対的に回転させる回転手段を備えた
ことを特徴とするものを提案する。
【0031】さらに、請求項14の発明では、請求項1
2又は13何れか1項記載の電磁界強度の測定装置にお
いて、前記導体を前記供試機器に対して相対的に移動さ
せる移動手段を備えたことを特徴とするものを提案す
る。
【0032】さらに、請求項15の発明では、請求項1
2〜14何れか1項記載の電磁界強度の測定装置におい
て、前記導体がループアンテナであることを特徴とする
ものを提案する。
【0033】さらに、請求項16の発明では、請求項1
2〜14何れか1項記載の電磁界強度の測定装置におい
て、前記導体が同軸伝送線路の内部導体であるととも
に、前記供試機器を該同軸伝送線路の内部導体と外部導
体の間に配置して測定することを特徴とするものを提案
する。
【0034】さらに、請求項17の発明では、請求項1
6記載の電磁界強度の測定装置において、前記同軸伝送
線路がTEMセルであるものを提案する。
【0035】さらに、請求項18の発明では、請求項1
6記載の電磁界強度の測定装置において、前記同軸伝送
線路がG−TEMセルであるものを提案する。
【0036】また、請求項19の発明では、請求項1〜
11記載の電磁界強度の測定方法を用いて供試機器周囲
の電界強度及び磁界強度を測定し、この電界強度に基づ
き供試機器における電圧分布を算出するとともに、磁界
強度に基づき供試機器における電流分布を算出すること
を特徴とする電流電圧分布の測定方法を提案する。
【0037】一般に、供試機器周囲の電界強度は供試機
器における電位に影響され、また磁界強度は供試機器に
流れる電流に影響される。したがって、本発明によれ
ば、測定された供試機器周囲の電界強度に基づき供試機
器における電位が確実に算出される。また、測定された
供試機器周囲の磁界強度に基づき供試機器における電流
が確実に算出される。
【0038】さらに、請求項20の発明では、請求項1
9記載の電流電圧分布の測定方法において、請求項1〜
11記載の電磁界強度の測定方法を用いて測定した供試
機器周囲の磁界強度に基づき供試機器における電流方向
の分布を算出することを特徴とするものを提案する。
【0039】一般に、供試機器周囲の磁界の方向は供試
機器に流れる電流に影響される。また、供試機器と電磁
結合して発生する電磁結合電流は磁界の方向によって異
なる値となる。したがって、本発明では、複数の電磁結
合電流から供試機器周囲の電界強度を算出するとともに
供試機器に流れる電流方向を算出することができる。
【0040】一方、請求項21及び22の発明では、上
記電流電圧分布の測定方法を用いた電流電圧分布の測定
装置が提案されている。
【0041】すなわち、請求項21では、請求項12〜
18記載の電磁界強度の測定装置に、前記算出手段によ
り算出された前記電界強度に基づき供試機器における電
圧分布を算出するとともに前記磁界強度に基づき供試機
器における電流分布を算出する電流電圧分布算出手段を
設けたことを特徴とする電流電圧分布の測定装置を提案
する。
【0042】さらに、請求項22では、請求項21記載
の電流電圧分布の測定装置において、前記電流電圧分布
算出手段は前記磁界強度に基づき供試機器における電流
方向の分布を算出することを特徴とするものを提案す
る。
【0043】
【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)本発明の第
1の実施の形態について図1〜図4を参照して説明す
る。図1は電磁界強度の測定装置の構成を説明する図、
図2はプローブを説明する図、図3はループアンテナか
らの出力を説明する概念図、図4は電磁界強度の測定装
置の構成を説明するブロック図である。
【0044】この測定装置は、供試機器1の近傍におけ
る電磁界の強度分布を測定するものである。供試機器1
は、例えば電子機器の回路基板である。測定中は、供試
機器1は動作状態にさせ、この動作中に放射される電磁
波が形成する電磁界強度を測定する。
【0045】図1に示すように、この測定装置は、供試
機器1に近接するプローブ10と、プローブ10と接続
した第1の電流測定器21及び第2の電流測定器22
と、各電流測定器21及び22から出力されるデータを
処理する計算機30と、プローブ10を供試機器1の近
傍で移動させる移動装置40を備えている。プローブ1
0と第1の電流測定器21は同軸ケーブル23で接続さ
れている。プローブ10と第2の電流測定器22は同軸
ケーブル24で接続されている。
【0046】図2に示すように、プローブ10はループ
アンテナ11を有する。このループアンテナ11はシー
ルドを備えていないものである。本実施の形態では、ル
ープアンテナ11は、より供試機器1に接近できるよう
に方形のループアンテナとした。ループアンテナ11の
両端は、それぞれ同軸ケーブル12及び13の中心導体
と接続している。各同軸ケーブル12及び13の他端側
には接続コネクタ14及び15が設けられている。各接
続コネクタ14,15は、それぞれ第1の電流測定器2
1,第2の電流測定器23に接続している。本実施の形
態では、外部導体が銅、誘電体がテフロンで構成され、
特性インピーダンスが50Ω、直径約1mmの同軸ケー
ブルを加工することによりプローブ10を作成した。
【0047】ここで、プローブ10の両端子からの出力
について図3の概念図を参照して説明する。図3(a)に
示すように、ループアンテナ11には、供試機器1に流
れる電流Iと電磁結合して生じる電磁結合電流IMが流
れる。この電磁結合電流IMは、ループアンテナ11の
一端から他端側へ流れる。ここで、電磁結合電流IM
出力方向は、供試機器1に流れる電流Iの方向により決
定される。一方、図3(b)に示すように、供試機器1と
ループアンテナ11との間には電界が生じる。すなわ
ち、供試機器1とループアンテナ11が静電結合する。
したがって、ループアンテナ11には供試機器1と対峙
する部位から供試機器11へ離れる方向へ静電結合電流
Eが流れる。これにより、プローブ10の一端子側に
は静電結合電流IE+電磁結合電流IMが出力され、他端
側には静電結合電流IE−電磁結合電流IMが出力され
る。つまり、プローブ10からは静電結合電流IE及び
電磁結合電流IMの合成電流が出力される。
【0048】第1の電流測定器21は、プローブ10の
一端から出力される第1の合成電流I1を測定する。第
2の電流測定器22は、プローブ10の他端から出力さ
れる第2の合成電流I2を測定する。本実施の形態で
は、スペクトラムアナライザを用いた。各電流測定器2
1及び22は、それぞれ測定結果を計算機30に出力す
る。
【0049】図4に示すように、計算機30は、供試機
器1の近傍の電磁界強度を電界成分と磁界成分に分離し
て算出する演算部31と、演算部31による算出結果を
記憶する記憶部32と、移動装置40の動作を制御する
制御部33と、記憶部32に記憶された算出結果を表示
する表示部34を有している。
【0050】演算部31では、各電流測定器21及び2
2からの合成電流に基づき静電結合電流IE及び電磁結
合電流IMを算出する。前述したように、第1の電流測
定器21により計測された電流I1と、第2の電流測定
器22により計測された電流I2は、それぞれ、 I1=IE+IM2=IE−IM となる。したがって、この2式を連立して解けば静電結
合電流IE及び電磁結合電流IMが算出できる。記憶部3
2では制御部33と連動してプローブ10の各移動位置
における算出結果を記憶する。これにより電磁界の強度
分布が作成される。
【0051】移動装置40は、前記制御部33からの信
号によりプローブ10を供試機器1の上面と平行に移動
させる。プローブ10は、供試機器1の近傍において移
動させる。例えば、供試機器1に対して約2mmまでル
ープアンテナ11を接近させる。
【0052】このように本実施の形態では、プローブ1
0の両端から出力される第1の合成電流I1及び第2の
合成電流I2に基づいて静電結合電流IE及び電磁結合電
流IMを容易に求めることができる。したがって供試機
器1の近傍における電磁界強度の電界成分及び磁界成分
を静電結合電流IE及び電磁結合電流IMから容易に求め
ることができる。さらに、この電磁界強度の磁界成分及
び電流成分より、供試機器1における電流分布及び電圧
分布を測定することができる。ここで、プローブ10
は、シールド構造を必ずしも必要としないため容易に小
型化することができる。この小型化によりプローブの空
間分解能が向上する。また、プローブ構造が自由度の高
いものとなる。さらに、移動装置40によりプローブ1
0を供試機器1の近傍で移動させるので、電磁界の強度
分布を容易かつ確実に得ることができる。
【0053】なお、本実施の形態では、シールド構造を
有しないループアンテナ11を用いたが、シールデッド
・ループアンテナを用いてもよい。なお、この場合には
静電結合電流IEは小さなものとなる。また、本実施の
形態では、ループアンテナ11を方形としたが、円形等
の他の形状であってもよい。さらに、本実施の形態で
は、ループアンテナ11の巻回数は1回としたが、数回
巻回させた形状としてもよい。その他、材質や大きさ等
についても他のものを用いてもよい。
【0054】また、本実施の形態では、2台の電流測定
器21及び22を用いたが、1台の測定器を用いてもよ
い。この場合には、プローブ10の一方の出力を測定し
て第1の合成電流を得た後に、他方の出力を測定して第
2の合成電流を得ればよい。また、プローブ10の一方
側の出力のみを測定して第1の合成電流を得た後に、こ
のプローブ10を供試機器1方向を軸として180°回
転させ、再び同じ側の出力を測定して第2の合成電流を
得てもよい。
【0055】さらに、本実施の形態では、プローブ10
を供試機器1と所定距離に接近させて移動するように移
動装置40を制御したが、供試機器1に対して近づけ又
は離す方向に移動させるようにしてもよい。これにより
供試機器1周囲の電磁界の強度分布を空間的に測定する
ことができる。また、本実施の形態では、移動装置40
を用いてプローブ10を移動させることにより電磁界の
強度分布を得たが、多数のプローブ10を供試機器1の
近傍にマトリックス状に配置し、これらを高周波スイッ
チ等で切り替えることにより各位置での電磁界強度を測
定してもよい。この場合には、プローブ10の移動がな
いので測定を高速化することができる。
【0056】(第2の実施の形態)次に、本発明の第2
の実施の形態について図5〜図7を参照して説明する。
図5は電磁界強度の測定装置の構成を説明するブロック
図、図6及び図7は電磁界強度の測定装置の構成を説明
する図である。図中、第1の実施の形態と同一の構成の
ものについて同一の符号を付して説明を省略する。
【0057】本実施の形態が第1の実施の形態と相違す
る点は、まず、本実施の形態では、プローブ10の一端
から出力される合成電流を測定することにある。そし
て、複数の合成電流を測定するために、移動装置41に
プローブ10を供試機器1に向かう方向を軸として回転
させる機能を持たせている。
【0058】また、本実施の形態では、電流測定器25
として、ベクトルシグナルアナライザを用いた。すなわ
ち、電流測定器25は、入力信号の位相差をも測定する
ものである。この電流測定器25は、信号発生器50に
対して基準信号を出力する。信号発生器50は、電流測
定器25の基準信号と同期した駆動信号を供試機器1の
駆動信号として供給する。すなわち、供試機器1は自身
が持つクロック信号に基づき動作するのではなく、信号
発生器50のクロック信号に基づき動作する。これによ
り、電流測定器25では、電流値を測定するとともに位
相差を正確に検出することができる。
【0059】このように構成において、計算機30の演
算部31は、以下のようにして電磁界強度を算出する。
まず、供試機器1のある点(x,y)における実際の電流I
(x,y)及び電圧V(x,y)を、それぞれ I(x,y)=a(x,y)sin(ωt+θh(x,y)) V(x,y)=b(x,y)sin(ωt+θe(x,y)) と表す。また、図6及び図7に示すように、電流の向き
をX軸からの角度φで表す。図において、点(x,y)に記
載してある太線矢印は電流をベクトルで表示したもので
ある。なお、a,bは係数、ωは角速度、θheは位相差
である。
【0060】ここで、図6に示すように、点(x,y)から
XY平面に直交する方向に離れた位置にループアンテナ
11を配置する。ここでループアンテナ11は巻回軸が
X軸方向となるように配置する。このとき、ループアン
テナ11の両端から出力される第1の合成電流IA(x,y)
及び第2の合成電流IB(x,y)は、 IA(x,y)=αb(x,y)sin(ωt+θe(x,y))+βa(x,y)sin
(ωt+θh(x,y))sinφ IB(x,y)=αb(x,y)sin(ωt+θe(x,y))−βa(x,y)sin
(ωt+θh(x,y))sinφ となる。同様に、図7に示すように、ループアンテナ1
1を巻回軸がY軸方向となるように配置すると、ループ
アンテナ11の両端から出力される第3の合成電流I
C(x,y)及び第4の合成電流ID(x,y)は、 IC(x,y)=αb(x,y)sin(ωt+θe(x,y))+βa(x,y)sin
(ωt+θh(x,y))cosφ ID(x,y)=αb(x,y)sin(ωt+θe(x,y))−βa(x,y)sin
(ωt+θh(x,y))cosφ となる。なお、α,βは係数である。また、この4式に
おいて、第1項は静電結合電流IEであり、第2項は電
磁結合電流IMである。さらに、この4式は、第2項の
値が大きい場合、すなわち電磁結合電流IMが大きい場
合には値が負となる場合がある。本実施の形態では、電
流測定器25としてベクトルシグナルアナライザを用い
ているので、IA(x,y)とIB(x,y)とを比較し、同位相で
あるならば両信号は正と判定し、逆位相であるならば一
方が負の値となっている判定している。IC(x,y)とI
D(x,y)との比較も同様である。
【0061】以上より、 IA(x,y)+IB(x,y)=IC(x,y)+ID(x,y)=2αb(x,y)s
in(ωt+θe(x,y)) IA(x,y)−IB(x,y)=2βa(x,y)sin(ωt+θh(x,y))sin
φ IC(x,y)−ID(x,y)=2βa(x,y)sin(ωt+θh(x,y))cos
φ となる。あとは、これを連立して解けば点(x,y)におけ
る供試機器1の電流I(x,y)及び電圧V(x,y)、さらに電
流の角度φを推測することができる。
【0062】したがって、本実施の形態では、まず移動
装置41を用いてプローブ10を90°づつ回転させる
ことにより前記IA(x,y)〜ID(x,y)を電流測定器25で
測定する。演算部31はこれに基づき、静電結合電流I
E及び電磁結合電流IMを算出する。これにより供試機器
1の点(x,y)近傍における電磁界強度を電界成分及び磁
界成分に分けて算出することができる。さらに、これよ
り供試機器1の点(x,y)電流I(x,y)及び電圧V(x,y)、さ
らに電流の向きφを推定可能となる。そして、移動装置
41はXY平面上を移動させれば、供試機器1における
電流電圧分布を得ることができる。その他の作用効果に
ついては第1の実施の形態と同様である。
【0063】なお、本実施の形態では、シールド構造を
有しないループアンテナ11を用いたが、シールデッド
・ループアンテナを用いてもよい。なお、この場合には
静電結合電流は小さなものとなる。また、本実施の形態
では、ループアンテナ11を方形としたが、円形等の他
の形状であってもよい。さらに、本実施の形態では、ル
ープアンテナ11の巻回数は1回としたが、数回巻回さ
せた形状としてもよい。その他、材質や大きさ等につい
ても他のものを用いてもよい。
【0064】また、本実施の形態では、1台の電流測定
器25を用いたが、第1の実施の形態のように複数の測
定器を用いてもよい。
【0065】さらに、本実施の形態絵は、プローブ10
をループアンテナ11の巻回軸が供試機器1の上面と平
行となるよう回転させたが、これに限定されることな
く、他の方向に回転させることにより複数の合成電流を
測定してもよい。また、その回転角も90°づつに限定
されることなく、他の角度であってもよい。
【0066】さらに、本実施の形態では、移動装置41
を供試機器1の上面近傍において水平に移動させるのみ
であったが、供試機器1に対して近づき又は離れる方向
に移動させてもよい。これにより、供試機器1周囲の電
磁界の強度分布を空間的に得ることができる。
【0067】さらに、本実施の形態では、移動装置41
を用いてプローブ10を移動させることにより電磁界の
強度分布を得たが、多数のプローブ10を供試機器1の
近傍にマトリックス状に配置して、これらを高周波スイ
ッチ等で切り替えることにより各位置での電磁界強度を
測定してもよい。この場合には、プローブ10の移動が
ないので測定を高速化することができる。
【0068】(第3の実施の形態)次に、本発明の第3
の実施の形態について図8を参照して説明する。図8は
電磁界強度の測定装置の構成を説明する図である。
【0069】この測定装置は、供試機器1から放射され
る電磁波により形成された電磁界の強度を測定するもの
である。供試機器1は、例えば電子機器の回路基板や、
特に部品単位で測定したい場合には該部品を測定用の基
板に実装したものである。測定中は、供試機器1は動作
状態にさせ、この動作中に放射される電磁波が形成する
電磁界強度を測定する。
【0070】図8に示すように、この測定装置は、供試
機器1を収容する同軸伝送線路の一種であるTEMセル
60と、TEMセル60の一端と接続した電流測定器7
0と、電流測定器70から出力されるデータを処理する
計算機80とを備えている。TEMセル60と電流測定
器70は同軸ケーブル71で接続されている。
【0071】TEMセル60は、特性インピーダンス5
0Ωの角形伝送線路である。すなわち、TEMセル60
は、中心導体61と外部導体62とを備えている。TE
Mセル60の上面には正方形の蓋体63が設けられてい
る。蓋体63の内側中心部には供試機器1が設置されて
いる。この供試機器11は、外部導体62と中心導体6
1の間に配置される。中心導体61の一端は前記電流測
定器70に接続しており、他端は50Ωの終端抵抗64
に接続している。
【0072】ここで、TEMセル60の中心導体61か
らの出力について図9の概念図を参照して説明する。図
9(a)に示すように、TEMセル60の中心導体61に
は、供試機器1に流れる電流Iと電磁結合して生じる電
磁結合電流IMが流れる。この電磁結合電流IMは、中心
導体61の一端から他端側へ流れる。ここで、電磁結合
電流IMの出力方向は、供試機器1に流れる電流Iの方
向により決定される。一方、図9(b)に示すように、供
試機器1と中心導体61との間には電界が生じる。すな
わち、供試機器1と中心導体61が静電結合する。した
がって、中心導体61には供試機器1と対峙する部位か
らTEMセル60の両端方向へ静電結合電流IEが流れ
る。これにより、TEMセル60の一端子側には静電結
合電流IE+電磁結合電流IMが出力され、他端側には静
電結合電流IE−電磁結合電流IMが出力される。つま
り、TEMセル60からは静電結合電流IE及び電磁結
合電流IMの合成電流が出力される。
【0073】電流測定器70は、中心導体61から出力
される合成電流を測定する。本実施の形態では、ネット
ワークアナライザを用いた。すなわち、電流測定器70
は、同軸ケーブル72を介して供試機器1に周波数を変
動させて駆動信号を入力する一方、中心導体61からの
出力を測定する。電流測定器70は、測定結果を計算機
80に出力する。
【0074】図10に示すように、計算機80は、電流
測定器70から入力される測定結果を一時的に記憶する
記憶部81と、記憶部81に記憶された複数の合成電流
から供試機器1近傍の電磁界強度を電界成分と磁界成分
に分離して算出する演算部82と、算出結果を表示する
表示部83を有している。
【0075】ところで、TEMセル60の一端から出力
される合成電流は、供試機器1を設置する角度によって
異なる値となる。これは、電磁結合電流IMは供試機器
1に流れる電流Iにより流れる方向が決定されるからで
ある。なお、静電結合電流I Eは供試機器1の全体的な
電位により値が決定されるので供試機器1の設置角度に
影響を受けない。したがって、供試機器1に流れる電流
Iの向きが蓋体63の一辺に対して角度θであるとする
と、TEMセル60の一端から出力される第1の合成電
流IAは、 IA=IE+IMcosθ となる。ここで、供試機器1ごと蓋体63を90°づつ
回転させると、TEMセル60の一端から出力される第
2〜4の合成電流IB〜IDはそれぞれ、 IB=IE−IMsinθ IC=IE−IMcosθ ID=IE+IMsinθ となる。したがって、計算機80は、供試機器1の角度
を90°つづ回転させて得た4つの合成電流値IA〜ID
を記憶部81に記憶し、その後に演算部82で第1〜4
の合成電流IA〜IDに基づき、これを連立して解けば、
電磁結合電流IM及び静電結合電流IE、さらに供試機器
1における主要な電流方向θを算出することができる。
また、演算部82は、この電磁結合電流IM及び静電結
合電流IEに基づき電磁界強度を電界成分及び磁界成分
に分離して算出することができる。
【0076】次に、本測定方法を用いた実施例について
説明する。第1の実施例では、供試機器1として数cm
の導線を選択した。供試機器1である導線は、長手方向
が前記蓋体63の一辺に対して0°となるように配置し
た。すなわち、角度θ=0°である。供試機器1である
導線の一端は、電流測定器70であるネットワークアナ
ライザに接続する。導線の他端は、50Ω終端を行って
いる。この供試機器1を蓋体63を回転させ4つの回転
角度で電流値を測定し、計算機80により電磁結合電流
M及び静電結合電流IE、さらに供試機器1における主
要な電流方向θを測定した。また、測定は150kHz
〜1GHzの範囲で5MHzごとに測定した。その結
果、図11のグラフを得た。
【0077】同様に、第2実施例では、前記導線を前記
蓋体63の一辺に対して20°となるように配置して測
定した。すなわち、角度θ=0°である。他の測定条件
は第1の実施例と同様である。その結果、図12のグラ
フを得た。
【0078】さらに、第3の実施例では、供試機器1と
してマイクロストリップライン(以下MSLという)を
選択した。供試機器1であるMSLは、長手方向が前記
蓋体63の一辺に対して45°となるように配置した。
すなわち、角度θ=45°である。他の測定条件は第1
の実施例と同様である。その結果、図13のグラフを得
た。
【0079】図11〜図13に示すように、理論上ほぼ
正確な値が測定されていることが確認された。
【0080】なお、本実施の形態では、同軸伝送線路と
してTEMセル60を用いたが、図14の断面図に示す
ようなG−TEMセル60aを用いてもよい。このG−
TEMセル60aは、一端側が電磁波吸収体65により
終端されているものである。このG−TEMセル60a
では、特に高周波における測定に優れたものとなる。
【0081】また、本実施の形態では、終端抵抗64と
してインピーダンスが50Ωのものを用いたが、これに
限定されることなく他のインピータンス値で終端するよ
うにしてもよい。
【0082】さらに、本実施の形態では、TEMセル6
0の蓋体63として、正方形のものを用いることによ
り、容易に90°回転可能としたが、蓋体63を円形や
六角形や八角形等の多角形状にしてもよい。また、その
回転角度も90°づつに限定されることなく、他の角度
であってもよい。
【0083】さらに、TEMセル60に替えて、図15
及び図16に示すような箱体90を用いてもよい。図1
5は箱体90の断面図、図16は箱体90の上面図であ
る。箱体90は、内側に電磁波吸収体91を付設してい
る。供試機器1は、箱体90の底面に配置する。箱体9
0の上部には2つの内部導体92及び93が配置されて
いる。この内部導体92及び93は、箱体90の天井面
に互いに90°で交差するように配置されている。ま
た、各内部導体92の両端部は箱体90の上面に設けら
れたコネクタ94〜97に接続されている。このように
箱体90では、各コネクタ94〜97からの出力を電流
測定器70で測定すればよい。なお、各内部導体92は
同軸ケーブル等を利用したシールド構造を有したもので
あってもよい。
【0084】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明では、供試
機器と導体間の静電結合電流については、電磁波の放射
源から離れる方向に出力される。一方、供試機器と導体
間の電磁結合電流については、導体の形状や両者間の位
置関係に応じて特定の一方向に出力されるが、導体周囲
の磁界の向きによってその方向及び電流値は異なるもの
となる。すなわち、導体のある部位においては静電結合
電流と電磁結合電流は同方向の出力されるが、他の部位
においては逆方向になる。したがって、導体のある部位
において出力される電流は、静電結合電流と電磁結合電
流との合成電流となっている。そこで、供試機器に対し
て互いに異なる複数方向に出力される各合成電流を測定
すれば、静電結合電流と電磁結合電流を分離して算出す
ることができる。そして、この各電流値により電磁界の
電界成分と磁界成分を正確に測定することができる。
【0085】これにより、測定に用いる導体、例えばル
ープアンテナ等を供試機器の近傍に配置しても、電磁界
を電界成分と磁界成分に分離することができるので、各
成分データの有効活用が可能である。例えば、供試機器
に流れる電流電圧分布を測定することができる。ここ
で、ループアンテナを用いて従来の通常の測定を行った
場合と比較すれば、本発明では電界成分を排除すること
ができるので正確な測定値を得ることができる。また、
シールデッド・ループアンテナを用いた従来の通常の測
定を行った場合と比較すれば、本発明ではシールド部を
必要としないのでアンテナな小型化が可能となる。した
がって、電流分布測定の分解能を向上させることができ
る。
【0086】また、本発明により、例えばオープンスペ
ースでのEMI測定のようにアンテナを供試機器から十
分離れて配置することなく、供試機器の近傍において測
定した電磁界の磁界成分から遠方電磁界強度を推定する
ことができる。したがって、例えばTEMセルのような
小規模な設備でEMI評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電磁界強度の測定装置の構成を説明する図
【図2】プローブを説明する図
【図3】ループアンテナからの出力を説明する概念図
【図4】電磁界強度の測定装置の構成を説明するブロッ
ク図
【図5】電磁界強度の測定装置の構成を説明するブロッ
ク図
【図6】電磁界強度の測定装置の構成を説明する図
【図7】電磁界強度の測定装置の構成を説明する図
【図8】電磁界強度の測定装置の構成を説明する図
【図9】TEMセルからの出力を説明する概念図
【図10】電磁界強度の測定装置の構成を説明するブロ
ック図
【図11】第1実施例による測定結果を示すグラフ
【図12】第2実施例による測定結果を示すグラフ
【図13】第3実施例による測定結果を示すグラフ
【図14】G−TEMセルからの構造を説明する断面図
【図15】箱体の断面図
【図16】箱体の上面図
【符号の説明】
1…供試機器、10…プローブ、11…ループアンテ
ナ、21,22,25,70…電流測定器、30,7
0,80…計算機、40…移動装置、60…TEMセ
ル、61…中心導体、90…箱体
フロントページの続き (72)発明者 藤田 正和 宮城県仙台市青葉区南吉成六丁目6番地の 3 株式会社環境電磁技術研究所内 (72)発明者 清水 政行 東京都台東区上野6丁目16番20号 太陽誘 電株式会社内 Fターム(参考) 2G035 AA07 AA11 AA21 AA27 AB04 AB09 AC13 AD26 AD28 AD66 9A001 BB03 BB04 KK15 KK37 LL05

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 供試機器の放射電磁波により該供試機器
    の周囲に形成される電磁界の強度を測定する方法におい
    て、 少なくとも一部の周波数領域において供試機器との間で
    静電結合及び電磁結合する範囲内に導体を配置し、 供試機器と導体間の静電結合により導体から出力される
    電流と、供試機器と導体間の電磁結合により導体から出
    力される電流との合成電流について、供試機器に対して
    互いに異なる複数方向に出力される各合成電流を測定
    し、 これら複数の合成電流値及びその出力方向に基づき静電
    結合による電流値及び電磁結合による電流値を算出し、 算出した各電流値に基づき電界強度及び磁界強度をそれ
    ぞれ算出することを特徴とする電磁界強度の測定方法。
  2. 【請求項2】 前記複数の合成電流の測定では、前記導
    体を前記供試機器に対して相対的に回転させ、異なる複
    数の回転位置において導体の所定位置から出力される合
    成電流を測定することを特徴とする請求項1記載の電磁
    界強度の測定方法。
  3. 【請求項3】 前記導体がループアンテナであることを
    特徴とする請求項1記載の電磁界強度の測定方法。
  4. 【請求項4】 前記複数の合成電流の測定では、前記ル
    ープアンテナを前記供試機器に対して相対的に回転さ
    せ、異なる複数の回転位置において該ループアンテナの
    少なくとも一端から出力される合成電流を測定すること
    を特徴とする請求項3記載の電磁界強度の測定方法。
  5. 【請求項5】 前記複数の合成電流の測定では、前記ル
    ープアンテナの両端に出力される合成電流をそれぞれ測
    定することを特徴とする請求項3又は4何れか1項記載
    の電磁界強度の測定方法。
  6. 【請求項6】 前記ループアンテナを前記供試機器に対
    して相対的に移動させることにより電磁界の強度分布を
    測定することを特徴とする請求項3〜5何れか1項記載
    の電磁界強度の測定方法。
  7. 【請求項7】 前記ループアンテナの移動は前記供試機
    器に対して一定の間隔をもって行うことを特徴とする請
    求項6記載の電磁界強度の測定方法。
  8. 【請求項8】 前記導体が同軸伝送線路の内部導体であ
    るとともに、該同軸伝送線路の内部導体と外部導体の間
    に供試機器を配置することを特徴とする請求項1記載の
    電磁界強度の測定方法。
  9. 【請求項9】 前記複数の合成電流の測定では、前記供
    試機器を前記同軸伝送線路内で回転させ、異なる複数の
    回転位置において内部導体の少なくとも一端から出力さ
    れる合成電流を測定することを特徴とする請求項8記載
    の電磁界強度の測定方法。
  10. 【請求項10】 前記同軸伝送線路がTEMセルである
    ことを特徴とする請求項8又は9何れか1項記載の電磁
    界強度の測定方法。
  11. 【請求項11】 前記同軸伝送線路がG−TEMセルで
    あることを特徴とする請求項8又は9何れか1項記載の
    電磁界強度の測定方法。
  12. 【請求項12】 供試機器の放射電磁波により該供試機
    器の周囲に形成される電磁界の強度を測定する装置にお
    いて、 少なくとも一部の周波数領域において供試機器との間で
    静電結合及び電磁結合する範囲内に配置した導体と、 供試機器と導体間の静電結合により導体から出力される
    電流と、供試機器と導体間の電磁結合により導体から出
    力される電流との合成電流について、供試機器に対して
    互いに異なる複数方向に出力される各合成電流を測定す
    る測定手段と、 これら複数の合成電流値及びその出力方向に基づき静電
    結合による電流値及び電磁結合による電流値を算出する
    とともに、この算出した各電流値に基づき電界強度及び
    磁界強度をそれぞれ算出する算出手段とを備えたことを
    特徴とする電磁界強度の測定装置。
  13. 【請求項13】 前記導体を前記供試機器に対して相対
    的に回転させる回転手段を備えたことを特徴とする請求
    項12記載の電磁界強度の測定装置。
  14. 【請求項14】 前記導体を前記供試機器に対して相対
    的に移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求
    項12又は13何れか1項記載の電磁界強度の測定装
    置。
  15. 【請求項15】 前記導体がループアンテナであること
    を特徴とする請求項12〜14何れか1項記載の電磁界
    強度の測定装置。
  16. 【請求項16】 前記導体が同軸伝送線路の内部導体で
    あるとともに、前記供試機器を該同軸伝送線路の内部導
    体と外部導体の間に配置して測定することを特徴とする
    請求項12〜14何れか1項記載の電磁界強度の測定装
    置。
  17. 【請求項17】 前記同軸伝送線路がTEMセルである
    ことを特徴とする請求項16記載の電磁界強度の測定装
    置。
  18. 【請求項18】 前記同軸伝送線路がG−TEMセルで
    あることを特徴とする請求項16記載の電磁界強度の測
    定装置。
  19. 【請求項19】 請求項1〜11記載の電磁界強度の測
    定方法を用いて供試機器周囲の電界強度及び磁界強度を
    測定し、 この電界強度に基づき供試機器における電圧分布を算出
    するとともに、磁界強度に基づき供試機器における電流
    分布を算出することを特徴とする電流電圧分布の測定方
    法。
  20. 【請求項20】 請求項1〜11記載の電磁界強度の測
    定方法を用いて測定した供試機器周囲の磁界強度に基づ
    き供試機器における電流方向の分布を算出することを特
    徴とする請求項19記載の電流電圧分布の測定方法。
  21. 【請求項21】 請求項12〜18記載の電磁界強度の
    測定装置に、前記算出手段により算出された前記電界強
    度に基づき供試機器における電圧分布を算出するととも
    に前記磁界強度に基づき供試機器における電流分布を算
    出する電流電圧分布算出手段を設けたことを特徴とする
    電流電圧分布の測定装置。
  22. 【請求項22】 前記電流電圧分布算出手段は前記磁界
    強度に基づき供試機器における電流方向の分布を算出す
    ることを特徴とする請求項21記載の電流電圧分布の測
    定装置。
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