JP2002228698A - 電界プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成により比較的小さな電波源からの
近傍電磁界を測定するのは困難であった。 【解決手段】 略平行な長い経路とこの長い経路の先端
同士を連結するようにして構成される短い経路とからな
るループに発生する誘導起電力を測定する。ここで、測
定対象たる近傍電磁界は長い経路に沿って急激に減衰
し、長い経路同士が近接しているので、ループ全体の経
路積分値は短い経路の経路積分値にほぼ等しいという近
似が適用できる。従って、このループに発生する誘導起
電力を測定すれば、このループ全体の誘導起電力を上記
短い経路の一方における近傍電界成分に相当する値とし
て得ることができ、簡易な構成により比較的小さな電波
源からの近傍電磁界を測定可能な電界プローブを提供す
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、電界プローブに関
し、特に、プリント基板等におけるノイズ検出に使用し
て好適な電界プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気製品から放射される雑音電磁波はそ
の周辺にある他の電気製品を誤動作させる場合があるた
め、ＶＣＣＩ（Ｖｏｌｕｎｔａｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｃｏｕｎｃｉｌ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）、ＦＣＣ
（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃ
ｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）、ＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａ
ｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）指令等の
ＥＭＣ規格において規制されている。従来、電気製品か
ら放射される電磁界の調査を行うためにダイポールアン
テナや静電結合型のプローブを用いて電界強度を測定し
ている。また、微少ループアンテナを用いて磁界強度を
測定することができ、当該微少ループ中に発生する電界
が空間的に一様であるとすれば「Ｅ＝１２０πＨ」とい
う換算式によって測定磁界強度から電界強度を算出する
ことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の測定手
法においては、次のような課題があった。すなわち、電
波源から放射される電磁波は一般にその周波数や距離に
よって静電磁界、近傍電磁界、遠方電磁界に分類するこ
とができ、電気製品のプリント基板等からの放射を評価
するためには近傍電磁界を評価することが重要である。
また、上述の規制において測定されるのは雑音電界強度
であり、電磁界のうち磁界成分より電界成分の強度を知
ることが重要である。

【０００４】上述のダイポールアンテナでは電荷の変化
に起因する電界および電流の変化に起因する電界の和が
測定できるが、周波数が低いとアンテナが非常に大きく
なり（ｆ＝３０ＭＨｚの時、５ｍ）、プリント基板等の
電界測定に使用することができない。静電結合型プロー
ブでは、電荷の変化に起因する電界が測定できるが、周
波数が低くなるとゲインが小さくなり、また、変動電流
に起因する電界強度を計測できない。さらに、微少ルー
プアンテナでは電流に起因する電界が測定できるが、
「Ｅ＝１２０πＨ」という換算式は電界強度が一様であ
るという前提の元に適用可能であることから、遠方電磁
界の測定は可能であっても電界の空間的な変動の大きい
近傍電磁界の測定はできない。本発明は、上記課題にか
んがみてなされたもので、簡易な構成により比較的小さ
な電波源からの近傍電磁界を測定可能な電界プローブを
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる発明は、近傍電磁界の電界成分を
測定する電界プローブであって、略平行な長い経路とこ
の長い経路の先端同士を連結するようにして構成される
短い経路とからなるループ状に形成された導体と、この
導体に発生する誘導起電力を測定するとともにこのルー
プ全体の誘導起電力を上記短い経路の一方における近傍
電界成分に相当する値として出力する電界成分出力手段
とを具備する構成としてある。

【０００６】上記のように構成した請求項１にかかる発
明においては、近傍電磁界の電界成分を測定するため、
導体と電界成分出力手段とを備えている。当該導体は長
い経路と短い経路とからなり、長い経路は略平行である
とともに短い経路はこの長い経路の先端同士を連結する
ようにしてループ状に形成される。電界成分出力手段は
この導体に発生する誘導起電力を測定するとともにこの
ループ全体の誘導起電力を上記導体の短い経路部位にお
ける近傍電界成分に相当する値として出力する。

【０００７】すなわち、本発明においては、導体全体の
誘導起電力が短い経路の一方における近傍電界成分に相
当する値に近似的に等しい値に相当するものとしてお
り、後述する原理に着目することによってかかる誘導起
電力全体が主に短い経路の一方の近傍電界成分のみを与
えるという近似が成り立つことが把握される。本発明に
おける導体はこの近似を適用できるような形状であり、
長い経路と短い経路とにて構成される。かかる構成によ
れば、測定プローブをループアンテナからなる構成にす
ることができるので、ダイポールアンテナのように大き
なプローブになったり、静電結合型プローブのようにゲ
インが小さくなることがなく、また、上記近似によって
近傍電界成分を測定することができる。従って、簡易な
構成により比較的小さな電波源からの近傍電磁界を測定
可能である。

【０００８】ここで、電界成分出力手段においては誘導
起電力を近傍電界成分に相当する値として出力すること
ができればよい。すなわち、電圧の次元を［Ｖ]、長さ
の次元を［ｍ］とすると、電界の次元は［Ｖ／ｍ］であ
るから、誘導起電力にて生ずる電圧を短い経路の長さで
除したものを出力すれば電界を得て好適であるが、数値
を知る以外にアナログ的な出力をしたい場合等には電圧
値に比例する何らかの値を出力しても良いし、電流値に
比例する値等を出力しても良い。さらに、出力はアナロ
グ出力の他、デジタル処理を施してデジタル出力を行っ
ても良いし、その表示デバイスも様々でありアナログメ
ータやデジタル数値出力や液晶表示等のグラフィカルな
出力など、種々の態様を採用可能である。

【０００９】また、後述する原理に基づいて近似が適用
できる条件は、略平行な長い経路同士における電界の経
路積分値がほぼ相殺し、短い経路の一方の経路積分値が
短い経路の他方の経路積分値よりはるかに大きいことで
あると言える。かかる近似を適用する好適な具体的な例
として請求項２にかかる発明は、上記請求項１に記載の
電界プローブにおいて、上記導体の略平行な長い経路
は、対向する微少経路の経路積分値が互いに相殺する程
度に近接している構成としてある。上記のように構成し
た請求項２にかかる発明においては、上記導体の略平行
な長い経路は互いに近接しており、電界ベクトルを上記
ループに沿って経路積分したときにこの長い経路の対向
位置では、その対向位置同士の微少経路上の値が相殺す
る。

【００１０】すなわち、経路積分において長い経路から
の寄与はほぼ「０」であり、上記誘導起電力の値におい
て長い経路上の電界成分はほとんど考慮する必要がなく
なる。ここで、経路積分において対向する長い経路から
の寄与が厳密に相殺するためには長い経路上の電界が等
しいことが必要であるが、測定プローブとしては厳密に
「０」でなくても、ほぼ「０」と見なせる程度に長い経
路が近接していれば十分である場合が多い。この近接度
合は電界プローブとしての測定可能な精度や測定対象の
空間的な電界勾配の強弱によって適宜変更可能である。

【００１１】さらに、後述する原理によって近似が適用
できるようなループの、より具体的な例として請求項３
にかかる発明は、上記請求項１または請求項２のいずれ
かに記載の電界プローブにおいて、上記導体の短い経路
は、この経路の長さにわたって経路近傍の電界成分が略
等しいとみなすことができる程度である構成としてあ
る。

【００１２】上記のように構成した請求項３にかかる発
明においては、上記導体の短い経路の距離が非常に短
く、当該短い経路近傍の電界成分が略等しいとみなすこ
とができる。すなわち、経路積分において当該短い経路
近傍の電界成分が一定値であるとみなすことができるの
で、誘導起電力による電圧値はほぼ当該短い経路の経路
積分値と等しく、かつ、電界成分が一定値であることか
ら、電圧値を経路長で除すると当該一定の電界値を求め
ることができて好適である。むろん、本発明は後述する
原理に基づき、当該短い経路に対向する他方の短い経路
では経路積分に対する寄与は小さく、ほぼ「０」である
とみなすことができることが前提となっている。

【００１３】さらに、後述する原理によって近似が適用
できるようなループの、より具体的な例として請求項４
にかかる発明は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに
記載の電界プローブにおいて、上記導体は、略矩形状で
あって短辺側と長辺側との比が大きいループ状に形成さ
れている構成としてある。すなわち、短辺側と長辺側の
比が大きい略矩形状は長い経路と短い経路とを連結した
形状の簡易な構成として好適であり、利用者が測定対称
面に短い経路を平行に位置させることが直感的に理解し
やすくプローブの取り扱いが容易である。むろん、本発
明にかかるプローブにおいては上述の近似を適用可能な
形状であれば良く、厳密に矩形形状であることが必要と
されるわけではなく、長い経路が厳密に平行でなかった
り、長い経路と短い経路とが厳密に直角でなくても良
い。

【００１４】さらに、請求項５にかかる発明は、上記請
求項１〜請求項４のいずれかに記載の電界プローブにお
いて、上記導体は、上記短い経路の一方同士が略直交す
る２つのループからなる構成としてある。上記のように
構成した請求項５にかかる発明においては、略直交する
２つのループから近傍電界成分を得ることから、直交平
面の電界成分を得ることができ、これらの成分に基づい
て上記導体の短い経路が属する平面上の電界ベクトルの
様子を把握することができる。

【００１５】さらに、請求項６にかかる発明は、上記請
求項１〜請求項５のいずれかに記載の電界プローブにお
いて、上記導体には、静電界の影響を除去する静電シー
ルドが施されている構成としてある。すなわち、本発明
においてはノイズ等の時間的に変動する磁界によって生
ずる誘導起電力に基づいて近傍電界成分に相当する値を
得るので静電界成分は測定に寄与せず、静電シールドに
よって静電界成分を除去することにより測定精度が向上
する。

【００１６】さらに、請求項７にかかる発明は、上記請
求項６に記載の電界プローブにおいて、上記静電シール
ドは上記ループの少なくとも一カ所にて絶縁され、この
静電シールド自体がループにならないように構成されて
いる。すなわち、少なくとも一カ所において静電シール
ドが絶縁されることにより静電シールド自体がループに
なることを防止し、誘導起電力の発生を防止する。ま
た、上記経路積分の主な寄与が存在する方の短い経路に
おいて２つのループが直交する位置にて静電シールドの
一部を切り離す態様を採用すると、静電シールドを対称
に構成することができて好適である。

【００１７】さらに、請求項８にかかる発明は、上記請
求項１〜請求項７のいずれかに記載の電界プローブにお
いて、上記電界成分出力手段は、予め与えられた上記短
い経路の長さで測定した誘導起電力を除することにより
当該短い経路の一方における近傍電界成分値を得る構成
としてある。すなわち、経路積分の主な寄与が存在する
方の短い経路の長さはループの大きさによって決定され
るので、予め当該長さを与えておき、この与えられた長
さで常に測定誘導起電力による電圧値を除して出力する
よう構成すれば、出力として常に電界値を得ることがで
きる。むろん、かかる除算はデジタルプロセッサで行っ
ても良いし、アナログ回路によって除算回路を構成して
行っても良い。

【００１８】さらに、請求項９にかかる発明は、上記請
求項５〜請求項８のいずれかに記載の電界プローブにお
いて、上記電界成分出力手段は、略直交する２つの導体
それぞれの測定誘導起電力に基づいて演算される電界値
を成分とする電界ベクトルを演算して出力する構成とし
てある。すなわち、直交する導体によれば平面上におけ
る電界の直交二成分が判明するので、かかる二成分に基
づいて容易に平面上の電界の強度と方向とを得ることが
でき、電界ベクトルを得ることができる。

【００１９】さらに、請求項１０にかかる発明は、上記
請求項１〜請求項９のいずれかに記載の電界プローブに
おいて、上記電界成分出力手段は、近傍電界成分の演算
にあたりアンテナ係数補正を行う構成としてある。すな
わち、アンテナ係数はアンテナの実行長、不整合度、伝
送線路の損失等を除去する係数であり、本発明における
導体は一種のアンテナと考えることができるので、電界
成分出力手段において電界成分を得るにあたりかかる補
正を行えば、より正確に近傍電界成分値を得ることがで
きる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、簡易な
構成により比較的小さな電波源からの近傍電磁界を測定
可能な電界プローブを提供することができる。また、請
求項２〜請求項４にかかる発明によれば、本発明におけ
る近似を適用可能な導体を提供することができる。さら
に、請求項５にかかる発明によれば、平面上の電界ベク
トルの様子を把握することができる。さらに、請求項６
にかかる発明によれば、高精度の測定プローブを提供す
ることができる。

【００２１】さらに、請求項７にかかる発明によれば、
静電シールド自体がループになることを防止して誘導起
電力の発生を防止するとともに静電シールドを対称に構
成することができる。さらに、請求項８にかかる発明に
よれば、出力として常に電界値を得ることができる。さ
らに、請求項９にかかる発明によれば、電界ベクトルを
得ることができる。さらに、請求項１０にかかる発明に
よれば、正確に近傍電界成分値を得ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面にもとづいて本発明の
実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態にかか
る電界プローブ１０を電界測定対象とともに示した図で
ある。同図に示すように、本実施形態にかかる電界プロ
ーブ１０はプローブ１１ａ，ｂと測定回路３０とから構
成されている。同電界プローブ１０はコンピュータ内に
装着される各種ボード２０等の近傍電界を測定するのに
使用され、プローブ１１ａ，ｂを各種ボード２０付近の
近傍電界にさらすことができる程度の大きさで構成され
ている。

【００２３】尚、各種ボード２０はボード２０単体を図
示しているが、電界の測定はボード２０を装着しコンピ
ュータを起動した状態で行う。さらに、プローブ１１
ａ，ｂは概略長方形であり、その短辺は長辺に対して非
常に短く構成され実際は図１に示す短辺より短いが、こ
こでは理解の容易のため短辺を実際より長く描いてい
る。また、同図において、ボード２０と略平行の面内に
Ｅ１，Ｅ２軸を取り、当該面に垂直な方向をＺ軸として
いる。

【００２４】プローブ１１ａ，ｂは概略長方形のループ
であり、本実施形態ではプローブ１１ａ、ｂがかかる形
状であることと、ボード２０が発生源となる誘導電磁界
強度が図２に示すように発生源からの距離Ｚに応じて急
激に減衰することを利用してボード２０の近傍電界成分
を測定する。図３は、この測定原理を示す図である。フ
ァラデーの誘導法則を示す以下のマクスウェル方程式
（１）において任意の閉曲線ｌで囲まれた領域Ｓについ
ての面積分を行うと式（２）となる。式（２）をさらに
ストークスの定理によって変換すると式（３）になり、
領域Ｓが時間的に不変である場合には式（４）を得る。

【数１】

【００２５】以上の変形によって、時間的に変動する磁
界Ｂを領域Ｓで検出することによって電界Ｅの接線成分
の閉曲線ｌ上での積分値を得ることが分かる。さらに、
式（４）に上記式（２）を代入すると、式（４）は式
（５）のように変形され、電界Ｅと遅延ベクトルポテン
シャルＡとの関係である（６）が導かれる。尚、Ｂ＝ｒ
ｏｔＡである。

【数２】 従って、式（４）では時間的に変動する電流によって生
ずる電界の接線成分を閉曲線ｌ上で積分したものが得ら
れることになる。すなわち、本原理によると時間的に変
化する電流に起因するノイズ成分のみを計測することが
できる。

【００２６】以上の原理を図３に示すような概略長方形
のループに適用する。当該ループの各頂点には１〜４の
番号を付与しており、長辺の長さをＬ、短辺の長さをｄ
としている。また、このループにおいてはＬ＞＞ｄであ
り、図２に示すような電界勾配のある空間において短辺
１→２を上記ボード２０等の被測定物側に位置させるこ
とにより短辺１→２近傍の電界Ｅｎｅａｒを短辺３→４
近傍の電界Ｅｆａｒより非常に大きな値とすることがで
きる。さらに、上述の通りＬ＞＞ｄであることから短辺
の全長において電界Ｅｎｅａｒと電界Ｅｆａｒはほぼ一
定値であるとみなすことができ、長辺上において対向す
る微少位置の電界はほぼ等しいとみなすことができる。

【００２７】かかる条件を上記式（４）における電界の
経路積分に適用することになるが、上記ループに垂直な
電界成分は経路とも垂直であって積分に対する寄与は
「０」である。また、短辺上の電界の経路積分は式
（７）となり、長辺上の電界の経路積分は式（８）とな
る。

【数３】 すなわち、短辺３→４における経路積分は短辺１→２よ
り小さく無視することができる。また、長辺２→３にお
ける経路積分と長辺４→１における経路積分とは符号が
逆でほぼ等しく、閉曲線の経路積分においては相殺す
る。

【００２８】従って、上記式（４）において閉曲線１→
２→３→４上の経路積分はほぼ短辺１→２上の経路積分
のみと等しいと考えることができる。ここで、式（４）
において閉曲線１→２→３→４上の経路積分はループ中
の変動磁界によってループに生ずる電圧でもある。従っ
て、上記式（４）は式（９）のように近似され、ループ
全体に生ずる電圧からループの短辺１→２の近傍に生ず
る電界成分Ｅｎｅａｒを求めることができる。尚、式
（９）においては短辺１→２上にて電界Ｅｎｅａｒがほ
ぼ一定であるということを使用している。

【数４】

【００２９】図４は、上記原理に基づいて被測定物の近
傍電界を測定するためのプローブ１１ａ，ｂの概略構成
を示している。プローブ１１ａ，ｂは概略長方形のルー
プを略直交させるようにして配設されており、図４にお
いては一方の構成を抜き出して示している。尚、同図に
おいてもループの短辺は実際より長く記載されており、
実際のプローブ１１ａ，ｂにおいては長辺＞＞短辺が実
現されている。プローブ１１ａ，ｂは同軸ケーブルのよ
うにして構成されており、内部導体１２ａ，ｂにて概略
長方形のループを構成するとともに外部導体１３ａ，ｂ
にて静電シールドが施されている。内部導体１２ａ，ｂ
の両端は測定回路３０に接続されており、当該内部導体
１２ａ，ｂの形成するループに発生する起電力を測定す
るようになっている。

【００３０】また、外部導体１３ａ，ｂは内部導体１２
ａ，ｂの回りに備えられており、測定回路３０の付近で
外部導体１３ａ，ｂが導通しているが、測定回路３０と
反対側の短辺において絶縁されており、外部導体１３
ａ，ｂもがループを構成しないようにしてある。本実施
形態において外部導体１３ａ，ｂは内部導体１２ａ，ｂ
の短辺の略中央にて絶縁されており、この絶縁位置にお
いてプローブ１１ａ，ｂが直交されている。すなわち、
プローブ１１ａ，ｂは図５に示すように外部導体１３
ａ，ｂの絶縁位置にて内部導体１２ａ，ｂの短辺中央に
僅かな間隙が与えられつつ直交される。ここで、本実施
形態においては同軸ケーブルと同様の構成によって静電
シールドを構成しているが、むろんストリップライン等
の形態と同様にして静電シールドを構成しても良い。

【００３１】尚、上記構成において内部導体１２ａ，ｂ
は短辺中央に僅かな間隙が与えられていることから導通
はなく、外部導体１３ａ，ｂが短辺中央にて絶縁される
ことから測定回路３０から見て外部導体１３ａ，ｂおよ
び内部導体１２ａ，ｂが対称であってインピーダンス整
合が取りやすい。この意味でプローブ１１ａ，ｂを短辺
中央にて直交させる構成は好適であるが、必ずしもかか
る構成に限られることはなく、他の位置にて直交させる
ように構成することも可能である。また、上記内部導体
１２ａ，ｂには互いに僅かな間隙が与えられつつ直交さ
れているが、むろん両者を絶縁し、当接させつつ直交さ
せる構成であってもよい。

【００３２】本実施形態においては、このようにしてプ
ローブ１１ａ，ｂを直交させることによってボード２０
等の被測定物近傍電界の平面上における成分を得るよう
にしてある。図６はこの平面上の成分を得るための測定
回路３０の概略構成を示すブロック図である。同図にお
いて、プローブ１１ａの両端は差動増幅器３１ａの２つ
の入力端子に接続されており、その増幅後の出力は二乗
演算回路３２ａに入力される。一方、プローブ１１ｂの
両端は差動増幅器３１ｂの２つの入力端子に接続されて
おり、その増幅後の出力は二乗演算回路３２ｂに入力さ
れる。

【００３３】二乗演算回路３２ａ，ｂは入力される信号
を二乗した結果を出力する回路であり、例えば、差動増
幅器によって構成された乗算回路の２入力端子に同信号
を入力するようにして構成することができ、他にも種々
の構成を採用可能である。これらの二乗演算回路３２
ａ，ｂの出力は加算回路３３に入力されている。同加算
回路３３は入力される２信号を加算して出力する回路で
あり、例えば、演算増幅器によって構成されたミキサ等
を採用可能である。この加算回路３３の出力は平方根演
算回路３４に入力されている。

【００３４】平方根演算回路３４は入力される信号の平
方根を出力する回路であり、例えば、乗除算回路の組み
合わせること等によって構成することができる。この平
方根演算回路３４の出力はアンテナ係数補正回路３５に
入力される。アンテナ係数補正回路３５は、入力された
信号に予め与えられた補正係数を乗じて出力する回路で
あり、かかる乗算によってプローブ１１ａ，ｂのアンテ
ナの実行長，不整合度，伝送線路の損失等を補正した結
果が出力される。

【００３５】このアンテナ係数補正回路３５の出力は電
圧出力部３６に入力されるようになっている。電圧出力
部３６は入力される電圧に応じた振れ幅で指示針が駆動
される電圧表示部３６ａを備えており、上記補正された
平方根が電圧出力部３６に出力されると、電圧表示部３
６ａの指示針が所定位置まで駆動して利用者はプローブ
１１ａ，ｂに生じている電圧レベルを知ることができ
る。このように、本実施形態においては測定回路３０が
上記請求項の上記電界成分出力手段を構成し、内部導体
１２が上記請求項の導体を構成する。

【００３６】ここで、誘導電圧Ｖ＝Ｅｎｅａｒ・ｄであ
るから、プローブ１１ａ，ｂの短辺ｄで電圧値を除する
ことによって電界成分が得られるが、短辺ｄの長さは一
定であることから本実施形態では利用者に与える情報が
電圧値であったとしても電界成分値を直接出力するのと
大差がないとして電圧値を表示するようにしている。本
実施形態においては、このように直交する２短辺の電界
成分に基づく電圧値の平方根を得ることによって短辺が
存在する平面上の合成電界成分に基づく電圧値を得るこ
とができる。むろん、電圧表示部３６ａの表示態様は様
々であり、電圧値を出力するほか、電流値を検出して出
力しても良いし、電流プローブを用いても良い。表示法
も上述のもののほか種々の態様が採用可能である。

【００３７】上述のように構成した電界プローブ１０に
て近傍電界を測定する際には、図示しないコンピュータ
に上記ボード２０を装着した状態で通常通り図示しない
コンピュータを駆動する。その結果ボード２０からは電
磁波が放射され、時間的に変動する電磁波はボード２０
に略平行、すなわち図１のＥ１，Ｅ２軸が属する平面に
略平行な方向に主たる成分を持つとともに図２に示すよ
うにＺ軸方向に沿って急激に減衰する電磁波となる。

【００３８】かかる駆動状態において利用者が電界プロ
ーブ１０の測定回路部分を保持しつつプローブ１１ａ，
ｂの短辺をボード２０に略平行に配向させながらできる
だけ近づける。この結果、プローブ１１ａ，ｂの一方の
短辺を図２に示すＥｎｅａｒ位置に配設させつつ他方の
短辺を図２に示すＥｆａｒ位置に配設させることができ
る。この状態において対向する長辺は近接しているの
で、両長辺の対向位置の経路積分は上述のようにして相
殺すると考えることができる。さらに、短辺の電界成分
はＥｎｅａｒ＞＞Ｅｆａｒであることから、上述の式
（９）が適用できる。

【００３９】利用者がかかる状態で電界プローブ１０を
保持すると、ボード２０の近傍磁界によってプローブ１
１ａ，ｂの内部導体１２に誘導起電力が発生し、かかる
誘導起電力が上記式（９）における左辺の電圧Ｖとな
る。この電圧Ｖはプローブ１１ａとプローブ１１ｂのそ
れぞれにおいて検出され、プローブ１１ａの誘導起電力
は差動増幅器３１ａにて増幅され、出力電圧Ｖ１として
二乗演算回路３２ａに入力される。また、プローブ１１
ｂの誘導起電力は差動増幅器３１ｂにて増幅され、出力
電圧Ｖ２として二乗演算回路３２ｂに入力される。

【００４０】二乗演算回路３２ａにて入力電圧を二乗し
て出力し、二乗演算回路３２ｂにて入力電圧を二乗して
出力すると、これらの出力は加算回路３３に入力され
る。加算回路３３はこれらの２入力を加算して加算結果
を平方根演算回路３４に入力する。平方根演算回路３４
は入力された信号の平方根を出力し、かかる平方根はア
ンテナ係数補正回路３５を介して補正がなされるととも
に電圧出力部３６に出力される。この結果、電圧表示部
３６ａはプローブ１１ａ，ｂの短辺が存在する平面上の
電界成分に相当する電圧値Ｖを指示するので、利用者は
当該電圧値Ｖによって電界成分に相当する値を知ること
ができる。

【００４１】以上のように本発明においては、測定対象
から急激に減衰する電磁波に対して式（９）の近似を適
用可能なループを構成し、当該ループの誘導起電力を測
定する。従って、かかるループの形状は上記図４に示す
ようなものに限られることはなく種々の態様が採用可能
である。図７は、第二の実施形態にかかるプローブ１１
０ａ，ｂの概略構成を示す図である。プローブ１１０
ａ，ｂは概略長方形のループを略直交させるようにして
配設されている。図７においても一方の構成を抜き出し
ており、ループの短辺は実際より長く記載されている。

【００４２】プローブ１１０ａ，ｂは同軸ケーブルのよ
うにして構成されており、内部導体１２０ａ，ｂにて概
略長方形のループを構成するとともに外部導体１３０
ａ，ｂにて静電シールドが施されている。本実施形態に
おいても外部導体１３０ａ，ｂは内部導体１２０ａ，ｂ
の回りに備えられており、測定回路３００と反対側の短
辺中央において絶縁され、外部導体１３０ａ，ｂがルー
プを構成しないようにしてあるとともに、この絶縁位置
においてプローブ１１０ａ，ｂが直交されている。

【００４３】内部導体１２０ａ，ｂの一方の短辺には所
定の抵抗が接続されており、測定回路３００においては
当該抵抗の両端の電圧を測定できるようになっている。
測定された電圧は上記測定回路３０と同様にして増幅、
二乗、加算を経て平方根が出力され、平面上の成分値が
得られるようになっている。このように、ループ形状や
測定回路の構成は限定されることなく、式（９）の近似
が適用可能な範囲で種々のループ形状を採用可能であ
る。

【００４４】図８は、第三の実施形態にかかるプローブ
１１１ａ，ｂの概略構成を示す図である。プローブ１１
１ａ，ｂは概略長方形のループを略直交させるようにし
て配設されている。図８においても一方の構成を抜き出
しており、ループの短辺は実際より長く記載されてい
る。プローブ１１１ａ，ｂは同軸ケーブルのようにして
構成されており、内部導体１２１ａ，ｂの回りに外部導
体１３１ａ，ｂが備えられている。本実施形態の測定回
路は上記第一の実施形態と同様の構成となっている。

【００４５】本実施形態において、内部導体１２１ａ，
ｂは上記式（９）の近似が適用可能なループを構成して
おり、内部導体１２１ａ，ｂの一方端は測定回路３０に
入力されるとともに他方端は外部導体１３１ａ，ｂの一
面に接続されている。測定回路３０には外部導体１３１
ａ，ｂの一端から引き延ばされた信号線が入力され、当
該ループに誘起される電圧を測定するようになってい
る。本実施形態においても外部導体１３１ａ，ｂは測定
回路３００と反対側の短辺中央において絶縁され、外部
導体１３１ａ，ｂがループを構成しないようにしてある
とともにこの絶縁位置においてプローブ１１１ａ，ｂが
直交されている。かかる構成において測定回路３０にて
所定の信号処理を経て平方根が出力され、平面上の成分
値が得られる。

【００４６】本発明においては、上述のようにループと
して種々の態様を採用可能である他、測定回路も上記態
様に限られず種々の態様が採用可能である。図９は第四
の実施形態にかかる測定回路３０１の概略構成を示すブ
ロック図である。同図において、信号の演算は主として
マイクロプロセッサ３７１が担っており、プローブ１１
ａ，ｂにおける誘導起電力はデジタル処理を可能にする
ためＡ／Ｄ変換される。すなわち、プローブ１１ａの両
端は差動増幅器３１１ａの２つの入力端子に接続されて
おり、その増幅後の出力はＡ／Ｄ変換器３８１ａに入力
される。一方、プローブ１１ｂの両端は差動増幅器３１
１ｂの２つの入力端子に接続されており、その増幅後の
出力はＡ／Ｄ変換器３８１ｂに入力される。

【００４７】Ａ／Ｄ変換器３８１ａ，ｂの出力はマイク
ロプロセッサ３７１の所定の入力ポートに入力され、所
定の信号処理が施される。すなわちマイクロプロセッサ
３７１は二乗演算部３２１ａ，ｂと加算部３３１と平方
根演算部３４１とアンテナ係数補正部３５１とを備えて
おり、上記測定回路３０内の各回路とほぼ同様の演算を
行うことができる。一方、本実施形態においては、各プ
ローブ１１ａ，ｂからの誘導起電力を直接出力して、各
プローブ１１ａ，ｂの短辺に平行な成分も出力する。ま
た、演算された電圧値はプローブ１１ａ，ｂの短辺で除
されることによって電界成分値として出力される。

【００４８】Ａ／Ｄ変換器３８１ａにて出力されたデジ
タル出力は二乗演算部３２１ａに入力されて二乗され、
Ａ／Ｄ変換器３８１ｂにて出力されたデジタル出力は二
乗演算部３２１ｂに入力されて二乗され、加算部３３１
にて両者が加算される。加算部３３１にて加算された結
果はさらに平方根演算部３４１に入力され平方根が演算
される。平方根演算部３４１にて平方根が演算されると
その結果はさらにアンテナ係数補正部３５１にてアンテ
ナ補正係数が乗じられ、除算部３９１にて予め与えられ
るループの短辺ｄで除されて出力される。

【００４９】また、上記Ａ／Ｄ変換器３８１ａ，ｂから
出力されたデジタル出力値は、アンテナ係数補正部３５
１に入力されてアンテナ係数補正が施されるとともに、
その結果が除算部３９１に入力されて上記短辺ｄにて除
されて出力される。本実施形態においてはこの除算部３
９１が出力する出力値は出力Ｉ／Ｆ３６１を介して液晶
表示装置（ＬＣＤ）３６１ａに出力されるようになって
おり、図１０に示すような態様で各ループの短辺に平行
な電界成分値Ｅ１，Ｅ２とそれらを成分としたベクトル
の大きさを出力するようになっている。この結果、利用
者は各電界成分とともに近傍電界ベクトルの大きさも知
ることができる。

【００５０】さらに、上記図１０に示す電界の表示手法
は一例であり、他にも種々の態様を採用することができ
る。例えば、図１１の表示３６２ａに示すように、各プ
ローブ１１ａ，ｂによって得られた電界成分を各軸Ｅ
１，Ｅ２の成分として表示するとともに、平方根演算部
３４１の出力に基づく電界成分を両者の合成による電界
ベクトルとして出力することも可能である。上記デジタ
ル出力をマイクロプロセッサによって処理すると、かか
るグラフィカルな表示を容易に行うことができる。ま
た、かかる表示によればより直感的にベクトルの大きさ
と方向とを把握することができる。

【００５１】さらに、スペクトラムアナライザを使用し
て各プローブ１１ａ，ｂによって得られた各軸の電界成
分値Ｅ１，Ｅ２や合成電界成分値Ｅを表示することもで
きる。図１２の表示３６３ａは合成電界成分値Ｅをスペ
クトラムアナライザによって表示した状態を示してお
り、同図において横軸は周波数であり、縦軸が合成電界
成分値である。このように、スペクトラムアナライザに
よると測定対象の近傍電界のいずれの周波数成分が大き
いのかを容易に把握することができる。

【００５２】以上説明したように、本発明においては、
略平行な長い経路とこの長い経路の先端同士を連結する
ようにして構成される短い経路とからなるループに発生
する誘導起電力を測定する。ここで、測定対象たる近傍
電磁界は長い経路に沿って急激に減衰し、長い経路同士
が近接しているので、ループ全体の経路積分値は短い経
路の経路積分値にほぼ等しいという近似が適用できる。
従って、このループに発生する誘導起電力を測定すれ
ば、このループ全体の誘導起電力を上記短い経路の一方
における近傍電界成分に相当する値として得ることがで
き、簡易な構成により比較的小さな電波源からの近傍電
磁界を測定可能な電界プローブを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる電界プローブを示
す図である。

【図２】近傍電界成分が減衰する様子を示す図である。

【図３】本発明における測定原理を示す図である。

【図４】プローブの概略構成を示す図である。

【図５】プローブの拡大図である。

【図６】測定回路の概略構成を示すブロック図である。

【図７】第二の実施形態にかかるプローブの概略構成を
示す図である。

【図８】第三の実施形態にかかるプローブの概略構成を
示す図である。

【図９】第四の実施形態にかかる測定回路の概略構成を
示すブロック図である。

【図１０】液晶表示装置による表示例を示す図である。

【図１１】液晶表示装置による表示例を示す図である。

【図１２】スペクトラムアナライザによる表示例を示す
図である。

【符号の説明】

１０…電界プローブ １１ａ，ｂ…プローブ １２ａ，ｂ…内部導体 １３ａ，ｂ…外部導体 ２０…ボード ３０…測定回路 ３１ａ，ｂ…差動増幅器 ３２ａ，ｂ…二乗演算回路 ３３…加算回路 ３４…平方根演算回路 ３５…アンテナ係数補正回路 ３６…電圧出力部 ３６ａ…電圧表示部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 近傍電磁界の電界成分を測定する電界プ
   ローブであって、 略平行な長い経路とこの長い経路の先端同士を連結する
   ようにして構成される短い経路とからなるループ状に形
   成された導体と、 この導体に発生する誘導起電力を測定するとともにこの
   ループ全体の誘導起電力を上記短い経路の一方における
   近傍電界成分に相当する値として出力する電界成分出力
   手段とを具備することを特徴とする電界プローブ。
2. 【請求項２】 上記請求項１に記載の電界プローブにお
   いて、 上記導体の略平行な長い経路は、対向する微少経路の経
   路積分値が互いに相殺する程度に近接していることを特
   徴とする電界プローブ。
3. 【請求項３】 上記請求項１または請求項２のいずれか
   に記載の電界プローブにおいて、 上記導体の短い経路は、この経路の長さにわたって経路
   近傍の電界成分が略等しいとみなすことができる程度で
   あることを特徴とする電界プローブ。
4. 【請求項４】 上記請求項１〜請求項３のいずれかに記
   載の電界プローブにおいて、 上記導体は、略矩形状であって短辺側と長辺側との比が
   大きいループ状に形成されていることを特徴とする電界
   プローブ。
5. 【請求項５】 上記請求項１〜請求項４のいずれかに記
   載の電界プローブにおいて、 上記導体は、上記短い経路の一方同士が略直交する２つ
   のループからなることを特徴とする電界プローブ。
6. 【請求項６】 上記請求項１〜請求項５のいずれかに記
   載の電界プローブにおいて、 上記導体には、静電界の影響を除去する静電シールドが
   施されていることを特徴とする電界プローブ。
7. 【請求項７】 上記請求項６に記載の電界プローブにお
   いて、 上記静電シールドは上記ループの少なくとも一カ所にて
   絶縁され、この静電シールド自体がループにならないよ
   うに構成されていることを特徴とする電界プローブ。
8. 【請求項８】 上記請求項１〜請求項７のいずれかに記
   載の電界プローブにおいて、 上記電界成分出力手段は、予め与えられた上記短い経路
   の長さで測定した誘導起電力を除することにより当該短
   い経路の一方における近傍電界成分値を得ることを特徴
   とする電界プローブ。
9. 【請求項９】 上記請求項５〜請求項８のいずれかに記
   載の電界プローブにおいて、 上記電界成分出力手段は、略直交する２つの導体それぞ
   れの測定誘導起電力に基づいて演算される電界値を成分
   とする電界ベクトルを演算して出力することを特徴とす
   る電界プローブ。
10. 【請求項１０】 上記請求項１〜請求項９のいずれかに
    記載の電界プローブにおいて、 上記電界成分出力手段は、近傍電界成分の演算にあたり
    アンテナ係数補正を行うことを特徴とする電界プロー
    ブ。