JP2003207531A - 近傍磁界プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】伝送回路部とループコイル部との間のインピー
ダンスの不連続点で発生する共振による検出電圧の低下
を抑制して、マイクロ波の領域まで安定して使用できる
近傍磁界プローブを提供する。 【解決手段】誘電体１、２３、３５、４１と、該誘電体
１、２３、３５、４１上に形成され、導電性薄膜により
構成されてなるループコイル部３と、該ループコイル部
３により検出された誘起起電力を伝送する伝送回路部
５、２１、３１により構成されてなる近傍磁界プローブ
において、該伝送回路部５、２１、３１のインピーダン
スが伝送方向に漸次変化してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近傍磁界プローブ
に関し、特に、マイクロ波領域までの広帯域まで安定し
て測定できる近傍磁界プローブに関する。

【０００２】

【従来技術】現在、情報通信の発達に伴い、パソコン等
の電子機器に搭載されているマイクロプロセッサの動作
周波数や携帯電話の通信周波数は１００ＭＨｚ〜数ＧＨ
ｚに及んでいる。このような高い動作周波数を用いた電
子機器では、不要な電磁輻射が発生しやすいことから電
子機器の誤動作の原因となることが知られている。

【０００３】このため法的に不要電磁輻射の規制がなさ
れており遵守が義務付けられているが、この不要電磁輻
射の防止策として、輻射性の近傍ノイズを計測し、遠方
界（３ｍ法、１０ｍ法）を推定することや、電子機器に
搭載されているマイクロプロセッサ等の素子部における
高周波電流ループを直接的に推定することが有効な手段
として注目され、高周波電流ループを推定するための近
傍磁界プローブの開発が行われている。

【０００４】このような近傍磁界プローブとして、例え
ば、図８に示すようなものが知られている。この近傍磁
界プローブは、導電性薄膜により形成されるループコイ
ル部１０３と、このループコイル部１０３が検出した誘
起起電力を伝送する伝送回路部１０５とから構成される
ものであり、伝送回路部１０５は信号導体１０７と、そ
の両サイドの平面導体１０９とから構成されており、信
号導体１０７の幅ｗ_{10 0}およびその両サイドの形成され
ている平面導体１０９との間隔ｄ₁₀₀が伝送方向に均一
とされている。そして、この近傍磁界プローブではルー
プコイル部１０３の長さＬ₁₀₀や幅ｗ₁₀₁を変えることに
より、ループコイル部１０３と測定系（図示せず）や伝
送回路部１０５とのインピーダンス整合を図ることが記
載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
近傍磁界プローブでは、ループコイル部１０３の長さＬ
₁₀₀や幅ｗ₁₀₁を変えることによりループコイル部１０３
と伝送回路部１０５および測定系とのインピーダンス整
合を試みているが、上記公報に記載されているように、
ループコイル部１０３を形成している導電性薄膜の幅ｗ
₁₀₁や厚みに制限があることから、ループコイル部１０
３と伝送回路部１０５のインピーダンスを測定系のイン
ピーダンスと整合させること、例えば、マイクロ波帯ま
での広帯域で整合させることが困難であるという問題が
あった。

【０００６】特に、マイクロ波帯のような高周波領域で
はループコイル部のインダクタンスが増大し、伝送回路
部１０５とループコイル部１０３との間にインピーダン
スの不連続点が生じ、このインピーダンスの不連続点で
発生する多重反射と伝送回路部１０５の寄生容量により
共振が発生するため、プローブの出力電圧の低下により
測定系までの磁界信号の伝送できず、近傍磁界プローブ
を広い周波数帯において使えないという問題があった。

【０００７】また、上記のようなループコイル部１０３
では、それを構成している導電性薄膜の幅や厚みに制限
があるため、ループコイル部１０３の形状と寸法を任意
に変更し難く、このためループコイル部１０３の形状に
合わないような被測定回路では検出感度が低くなるとい
う問題があった。

【０００８】従って、本発明は、ループコイル部と伝送
回路部との間のインピーダンスの不連続点で発生する共
振による出力電圧の低下を抑制して、マイクロ波の領域
まで安定して使用できる近傍磁界プローブを提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の近傍磁界プロー
ブは、誘電体と、該誘電体に形成され、導電性薄膜によ
り構成されてなるループコイル部と、該ループコイル部
により検出された誘起起電力を伝送する伝送回路部によ
り構成されてなる近傍磁界プローブにおいて、該伝送回
路部のインピーダンスが伝送方向に漸次変化してなるこ
とを特徴とする。

【００１０】このような構成によれば、ループコイル部
と測定系とのインピーダンスの差を、伝送回路部におい
て次第に近づけることができることから、ループコイル
部と伝送回路部とのインピーダンスの不連続点で発生す
る多重反射を低減することができ、ループコイル部と測
定系とのインピーダンス差が大きい場合であっても、ル
ープコイル部で検出された磁界を効率よく測定系まで伝
送することができる。

【００１１】例えば、ループコイル部のインピーダンス
が数Ωで、測定系のインピーダンスが５０Ωの場合、伝
送回路部のインピーダンスを測定系に向けて次第に大き
くすることにより伝送効率を高めることができる。

【００１２】また、上記のように、ループコイル部と伝
送回路部とのインピーダンスの不連続点での多重反射が
低減されることから、この多重反射と伝送回路部の寄生
容量との共振により引き起こるループコイル部の電圧低
下を抑制でき、検出された誘起起電力をマイクロ波帯ま
での広い周波数帯において安定して測定することができ
る。

【００１３】さらに、本発明の近傍磁界プローブでは、
インピーダンス整合を伝送回路部において行うことか
ら、インピーダンス整合をループコイル部において行う
必要が無く、このためループコイル部の形状と寸法を被
測定回路の形状やサイズに任意に合わせることができる
ことから検出感度を高めることができる。

【００１４】上記近傍磁界プローブでは、伝送回路部が
誘電体の一方主面上に形成された信号導体と該信号導体
に離間して形成された平面導体からなり、かつ、前記信
号導体の幅および前記信号導体と平面導体との間の間隔
を伝送方向に漸次変化してなることが望ましい。このよ
うに伝送方向に対して信号導体並びに平面導体の寸法を
漸次変化させることにより、インピーダンスが任意の変
化率で次第に変化する伝送回路部を容易に形成できる。
また、ループコイル部と伝送回路部とのインピーダンス
の不連続点で発生する多重反射をさらに低減することが
できるとともに、伝送回路部の寄生容量をさらに低減で
き、マイクロ波帯までさらに安定して磁界を検出でき
る。

【００１５】上記近傍磁界プローブでは、伝送回路部が
誘電体の一方主面上に形成された信号導体と該信号導体
の対向する他方主面に形成された平面導体とからなると
ともに、前記誘電体の厚みが伝送方向に変化してなるこ
とが望ましく、また、伝送回路部が、誘電体の内部に形
成された信号導体と、該信号導体に対向した前記誘電体
の外側の両面に形成された平面導体とからなるととも
に、前記誘電体の厚みが伝送方向に変化してなることが
望ましい。

【００１６】このように伝送回路部を構成する誘電体の
厚みを伝送方向に次第に変化する構造とすることにより
誘電体中に分散される電束の密度を次第に変化させるこ
とができ、このため伝送回路部のインピーダンスを次第
に変化させることができる上記近傍磁界プローブでは、
伝送回路部が誘電体の一方主面上に形成された信号導体
と該信号導体の対向する他方主面に形成された平面導体
とからなるとともに、前記誘電体の比誘電率が伝送方向
に変化してなることが望ましく、また、伝送回路部が、
誘電体の内部に形成された信号導体と、該信号導体に対
向した前記誘電体の外側の両面に形成された平面導体と
からなるとともに、前記誘電体の比誘電率が伝送方向に
変化してなることが望ましい。

【００１７】また、伝送方向に対して比誘電率を次第に
変化させる構造であれば、形状を変更することなく伝送
回路部のインピーダンスを漸次変更することができる。

【００１８】上記近傍磁界プローブは３０ＭＨｚ〜１５
ＧＨｚの周波数領域で用いられることが望ましい。本発
明の近傍磁界プローブでは、ループコイル部と伝送回路
部との間で発生するインピーダンスの不連続点での多重
反射を抑制し、この多重反射と伝送回路部の寄生容量と
の共振により引き起こるループコイル部の電圧低下が抑
えられることから、共振周波数を含むマイクロ波帯まで
の広い周波数帯においても安定して測定することができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の近傍磁界プローブの一形
態について、図１の概略斜視図をもとに詳細に説明す
る。

【００２０】本発明の近傍磁界プローブＡは、図１に示
すように、誘電体１上に形成され、高周波電流等による
磁界を検知するループコイル部３と、このループコイル
部３に誘起された起電力を伝送する伝送回路部５と、測
定系（図示せず）に接続された同軸ケーブル（図示せ
ず）を電気的に接続するための接続部７とから構成さ
れ、伝送回路部５のインピーダンスが伝送方向に漸次変
化するように形成されていることを特徴とする。

【００２１】伝送回路部５は、ループコイル部３や伝送
回路部５の導体を基板に容易に形成できること、および
測定系の同軸ケーブルともバラン（変換冶具）等を介す
ることなく接続ができるという理由から、図１に示すよ
うなコプレーナ型が好適に用いられる。

【００２２】また、伝送回路部５は、誘電体１の一方主
面上の中央部に信号導体１３が形成され、その信号導体
１３の両サイドに信号導体１３と同方向に伸びるように
平面導体１５が形成されている。そして、ループコイル
部３の端部１７が信号導体１３に接続され、他方の端部
１９は信号導体１３の両サイドに配置された平面導体１
５のいずれか一方に接続されている。

【００２３】また、信号導体１３の形状は、例えば、ル
ープコイル部３のインピーダンスが測定系のインピーダ
ンスに比較して小さい場合には、ループコイル部３側お
よび測定系側ともに同じ幅ｗ₂で形成され、この信号導
体１３の両サイドに形成されている平面導体１５の幅ｗ
₁はループコイル部３側の幅ｗ₁を広く、測定系側に向か
って漸次細くなるように形成されている。

【００２４】一方、平面導体１５の幅ｗ₁を伝送方向に
向かって一定とし、信号導体１３の幅ｗ₂を伝送方向に
狭くしても同様な効果が得られる。

【００２５】このように信号導体１３の幅ｗ₂や平面導
体１５の幅ｗ₁および信号導体１３とその両サイドの平
面導体１５との間隔ｄを次第に変化させることにより、
インピーダンスの異なるループコイル部３と測定系との
間のインピーダンスを伝送方向に対して漸次変化させる
ことができる。

【００２６】さらに、本発明の近傍磁界プローブＡで
は、例えば、測定系のインピーダンスが５０Ω、ループ
コイル部３のインピーダンスが３０〜１００Ωの範囲で
ある場合には、伝送回路部５のインピーダンス変化量
は、１０Ω／ｍｍ以下であることが望ましく、インピー
ダンスを漸次変化させるという理由から５Ω／ｍｍ以下
が特に望ましい。

【００２７】そして、本発明の近傍磁界プローブＡを好
適に用いることができる周波数帯として、３０ＭＨｚ〜
１５ＧＨｚが望ましく、特に、高周波電流を安定して高
出力で検知するという理由から２ＧＨｚ〜１０ＧＨｚが
より望ましい。

【００２８】本発明の近傍磁界プローブＡでは、誘電体
１として低誘電率、高強度という理由からガラスエポキ
シ基板が好適に用いられ、ガラスエポキシ基板上に形成
された銅箔をエッチングを用いて加工することにより、
上記のループコイル部３、伝送回路部５および接続部７
を高寸法精度で形成できる。

【００２９】ループコイル部３は伝送回路部５と接続さ
れる端部１７、１９を除き略正方形の矩形状をなし、寸
法はおおよそ１辺の長さが１ｍｍ、線幅が０．１５ｍｍ
に形成されるものであるが、このループコイル部３の形
状は上記の略正方形のみではなく、円形であってもよ
い。また、寸法は、検知する電子機器の部位の面積や電
磁界の周波数に応じて変更することができる。

【００３０】また、ループコイル部３のインピーダンス
は、一般に測定系のインピーダンス値である５０Ωに近
い値であるほうが望ましいが、本発明の近傍磁界プロー
ブＡでは、ループコイル部３のインピーダンスは３０〜
１００Ωであれば好適に適用でき、特に、ループコイル
部３のインピーダンスが測定系のインピーダンスよりも
低い場合に好適に用いることができる。

【００３１】また、パターン加工により形成された伝送
回路部５およびループコイル部３の表面はガラスエポキ
シ基板上に形成された銅箔のままでも用いることができ
るが、これらの表面抵抗を低減し、表面腐食を防止する
という理由から、金メッキ膜等の保護膜を形成すること
が望ましい。

【００３２】次に、本発明の近傍磁界プローブＡでは、
上記のコプレーナ型の伝送回路部５の他に、図２
（ａ）、（ｂ）に示すようなマイクロストリップ型の構
造を有する伝送回路部２１を使用することができる。

【００３３】図２（ａ）に示したマイクロストリップ型
の伝送回路部２１では、誘電体２３の一方主面上に形成
された信号導体２５とこの信号導体２５の対向する主面
に形成された平面導体２７が形成されており、信号導体
２５と平面導体２７とは誘電体２３に形成されたバイア
導体２４により接続されている。

【００３４】また、図２（ｂ）に示したように、マイク
ロストリップ型の伝送回路部２１では、伝送回路部２１
の信号導体２５の幅が漸次変化するように形成されてい
る。また、信号導体２５の幅ｗ₂に加えて、信号導体２
５と平面導体２７に挟まれた誘電体２３の厚みｔ₁を変
更することにより、マイクロストリップ型の伝送回路部
２１のインピーダンスを漸次変化させることもできる。

【００３５】このような信号導体２５および平面導体２
７に挟まれた誘電体２３の厚みｔ₁は、ループコイル部
３のインピーダンスが３０〜１００Ωの範囲である場合
には、伝送回路部２１のインピーダンス変化量は１０Ω
／ｍｍ以下で変化するように誘電体２３の比誘電率およ
び導体の幅から調整してあることが望ましく、特に、イ
ンピーダンスを漸次変化させるという理由から５Ω／ｍ
ｍ以下で変化するように誘電体２３の厚さを漸次変化さ
せることが望ましい。

【００３６】また、誘電体２３の比誘電率は伝送回路部
２１の寄生容量を小さくするとともに、共振周波数を高
周波側に設定するという理由から１０以下であることが
望ましい。

【００３７】さらに、上記のようなマイクロストリップ
型の伝送回路部２１の伝送をさらに安定させるための構
造として、図３に示すようなストリップ型の伝送回路部
３１が好適に用いられる。この場合、信号導体３３は誘
電体３５内に形成され、さらに、この誘電体３５の両主
面に平面導体３７が形成されている。この場合、信号導
体３３は平面導体３７が両面に形成され、誘電体３５の
厚みｔ₂方向の１／２の位置に配置されていることが望
ましく、ループコイル部３は信号導体３３と同一平面上
に形成され、マイクロストリップ型の伝送回路部２１と
同様、バイア導体３９によって平面導体３５と接続され
ている。

【００３８】また、このストリップ型の伝送回路部３１
においても、マイクロストリップ型の伝送回路部２１と
同様、信号導体３３の幅ｗ₄や誘電体３５の厚みｔ₂およ
び誘電体３５の比誘電率を伝送方向に漸次変化させるこ
とができる。こうして、ループコイル部３と伝送回路部
３１とのインピーダンスの不連続点で発生する多重反射
を低減でき、共振周波数においてもループコイル部３が
検知した誘起起電力を電圧低下を抑制して安定に測定系
に伝送することができる。

【００３９】上記に示したように、信号導体３３が誘電
体３５の内部に形成されたストリップ型の伝送回路部３
１では、ループコイル部３を被測定物により近づけるた
めにループコイル部３近傍の誘電体３５の厚みｔ₂を薄
くすることが必要な場合には、図４に示すように、誘電
体４１の厚みｔ₄を伝送方向に変更せず、この方向に異
なる比誘電率ε₁、ε₂、ε₃、ε₄を有する誘電体４１を
直列状に配置させて構成することも可能である。この場
合、比誘電率の変化は、ループコイル部３のインピーダ
ンスが、３０〜１００Ωの範囲である場合には、伝送回
路部３１のインピーダンス変化量は、１０Ω／ｍｍ以下
で変化するように回路の幅から比誘電率を調整してある
ことが望ましく、特に、インピーダンスを漸次変化させ
るという理由から５Ω／ｍｍ以下で変化するように誘電
体４１の比誘電率ε₁、ε₂、ε₃、ε₄を漸次変化させる
ことが望ましい。

【００４０】さらには、上記の実施形態において、伝送
回路部５、２１、３１のインピーダンスを漸次変化させ
る構造としては、信号導体１３、２５、３３や平面導体
１５、２７、３７の幅ｗ₁、ｗ₂、ｗ₄、信号導体１３と
平面導体１５との間隔ｄ、誘電体１、２３、３５、４１
の厚さｔ₁、ｔ₂、ｔ₄および異なる比誘電率ε₁、ε₂、
ε₃、ε₄を有する誘電体１、２３、３５、４１の接続等
を種々組み合わせることにより、伝送回路部部５、２
１、３１のインピーダンスをさらに効率的に漸次変化さ
せることもできる。

【００４１】

【実施例】まず、図５に示すコプレーナ型の伝送回路部
を有する近傍磁界プローブを作製した。厚さ５０μｍの
銅箔を有する片面銅箔ガラスエポキシ基板（基体の誘電
率４．８）を用意し、この銅箔の表面に感光性レジスト
膜を貼り、さらに、この表面に、図５に示したループコ
イル部、伝送回路部（信号導体、平面導体）および接続
部となる形状を有するマスクを載置し、露光、現像、エ
ッチングによりパタ−ンを形成した。

【００４２】ループコイル部は伝送回路部との接続部が
形成された１辺を除き、他の３辺については１辺の長さ
を１ｍｍ、線幅を０．１５ｍｍとした。このときのルー
プコイル部のインピーダンスは１０ＧＨｚで３５Ω、測
定系のインピーダンスは同周波数で５０Ωであった。伝
送回路部はガラスエポキシ基板からなる基体の誘電率
４．８を考慮して以下の表１に示すように各寸法を設定
した。

【００４３】

【表１】

【００４４】次に、作製したコプレーナ型の伝送回路部
を有する近傍磁界プローブについて、高周波回路の動作
周波数である周波数１０ＭＨｚ〜１４ＧＨｚの範囲にお
ける反射係数（Ｓ１１）と出力電圧変化を測定した。こ
の測定には、標準磁界発生源として５０Ωにインピーダ
ンス整合されたマイクロストリップ回路を使用し、近傍
磁界プローブのループコイル部面がマイクロストリップ
回路の回路方向と平行になるように設置し、近傍磁界プ
ローブの先端とマイクロストリップ回路との距離を０．
２ｍｍとした。その測定結果である反射係数の周波数依
存性を図６に、プローブの出力電圧の周波数依存性を図
７に示した。

【００４５】図６および図７の結果から明らかなよう
に、インピーダンスが伝送方向に不連続である伝送回路
部を備えた本発明の近傍磁界プローブである試料Ｎｏ．
１では、信号導体の幅、および信号導体と平面導体との
間隔を伝送方向に一定とし、ループコイル部の寸法のみ
を調整して作製した従来の近傍磁界プローブＮｏ．２に
比較して、共振周波数である９〜１２ＧＨｚ付近におけ
る反射係数（Ｓ１１）が−１２ｄＢから−７ｄＢに低減
するとともに、この周波数帯における共振が抑制された
ためプローブの出力電圧が６６ｄＢμＶから７６ｄＢμ
Ｖまで高まり、２〜１４ＧＨｚの広帯域において安定し
た出力電圧が得られた。

【００４６】

【発明の効果】上述した通り、本発明によれば、近傍磁
界プローブを構成する伝送回路部のインピーダンスを伝
送方向に対して漸次変化させる構造とすることにより、
ループコイル部で検出された誘起起電力を効率よく測定
系に伝送することができ、マイクロ波帯までの広帯域で
安定した出力を得ることが可能な近傍磁界プローブを得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】コプレーナ型の伝送回路部を有する本発明の近
傍磁界プローブを示す概略斜視図である。

【図２】（ａ）はマイクロストリップ型の伝送回路部を
有する本発明の近傍磁界プローブを示す概略斜視図、
（ｂ）はループコイル部に接続された信号導体の拡大図
である。

【図３】ストリップ型の伝送回路部を有する本発明の近
傍磁界プローブを示す概略斜視図である。

【図４】比誘電率の異なる誘電体が直列に配列されたス
トリップ型の伝送回路部を有する本発明の近傍磁界プロ
ーブを示す概略斜視図である。

【図５】コプレーナ型の伝送回路部を有する実施例の近
傍磁界プローブを示す概略斜視図である。

【図６】近傍磁界プローブの反射係数（Ｓ１１）の周波
数依存性を示すグラフである。

【図７】近傍磁界プローブの出力電圧の周波数依存性を
示すグラフである。

【図８】伝送回路部のインピーダンスが漸次変化しない
従来の近傍磁界プローブを示す概略斜視図である。

【符号の説明】

Ａ・・・・・・・・・・近傍磁界プローブ １、２３、３５、４１・誘電体 ３・・・・・・・・・・ループコイル部 ５、２１、３１・・・・伝送回路部 １３、２５、３３・・・信号導体 １５、２７、３７・・・平面導体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体と、該誘電体に設けられ、導電性薄
   膜により構成されてなるループコイル部と、該ループコ
   イル部により検出された誘起起電力を伝送する伝送回路
   部とを具備してなる近傍磁界プローブにおいて、前記伝
   送回路部のインピーダンスが伝送方向に漸次変化してな
   ることを特徴とする近傍磁界プローブ。
2. 【請求項２】伝送回路部が、誘電体の一方主面上に形成
   された信号導体と、該信号導体に離間して形成された平
   面導体からなり、かつ、前記信号導体の幅および前記信
   号導体と前記平面導体との間の間隔を伝送方向に漸次変
   化してなることを特徴とする請求項１に記載の近傍磁界
   プローブ。
3. 【請求項３】伝送回路部が、誘電体の一方主面上に形成
   された信号導体と、該信号導体の対向する他方主面に形
   成された平面導体とからなるとともに、前記誘電体の厚
   みが伝送方向に漸次変化してなることを特徴とする請求
   項１に記載の近傍磁界プローブ。
4. 【請求項４】伝送回路部が、誘電体の内部に形成された
   信号導体と、該信号導体に対向する前記誘電体の外側の
   両面に形成された平面導体とからなるとともに、前記誘
   電体の厚みが伝送方向に漸次変化してなることを特徴と
   する請求項１に記載の近傍磁界プローブ。
5. 【請求項５】伝送回路部が、誘電体の一方主面上に形成
   された信号導体と、該信号導体の対向する他方主面に形
   成された平面導体とからなるとともに、前記誘電体の比
   誘電率が伝送方向に漸次変化してなることを特徴とする
   請求項１に記載の近傍磁界プローブ。
6. 【請求項６】伝送回路部が、誘電体の内部に形成された
   信号導体と、該信号導体に対向する前記誘電体の外側の
   両面に形成された平面導体とからなるとともに、前記誘
   電体の比誘電率が伝送方向に漸次変化してなることを特
   徴とする請求項１に記載の近傍磁界プローブ。