JP2005221436A - 妨害排除能力試験装置および電磁波発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い電界強度の電波を放射できる電磁波発生装置であっても，従来の低い耐電圧のアンテナが使用でき，また，従来の低い耐電圧・低出力の電力増幅器が使用できる電磁波発生装置を提供する。また，この電磁波発生装置を用いた妨害排除能力試験装置を提供する。

【解決手段】電磁波発生装置１７において，高周波信号を発生する信号発生器１０と，複数の放射アンテナ５と，前記信号発生器１０から出力した信号を前記放射アンテナ５に分配するための第一の分配器１１と，前記複数の放射アンテナ５と同数の電力増幅装置１３とを備え，前記高周波信号を各電力増幅装置１３で増幅したのち試験平面で均一な電界分布となるようにそれぞれ対応する各放射アンテナ５から電磁波を放射する。

【選択図】 図２

Description

本発明は，電子機器の妨害排除能力（イミュニティとも言う）試験のための妨害排除能力試験装置および，これに使用する電磁波発生装置に関するものである。

従来，イミュニティ試験装置は床面がグランドプレーンである電波半無響室の一端側に立てたターンテーブル上に供試機器を置き，グランドプレーンの他端側に立てたアンテナ支持柱上にアンテナを設けている。
そして，アンテナから放射された電磁波の直接波通路の下方にグランドプレーンで反射した電磁波を遮断するための電波吸収体を備えさせ，直接波のみを供試機器の置かれる規定された試験平面に浴びせさせるように構成されている。（例えば，特許文献１参照）。
また，電波暗室内に試供体を配置し，同じ電波暗室内に固定したバイコニカルアンテナや対数周期アンテナから，水平もしくは垂直偏波の電磁波を前記供試体に印加する放射電磁界試験法や，ＴＥＭセルおよびＧＴＥＭセルなどを用いるＴＥＭ導波路法などがある。
また，回転電磁界を前記供試体に印加する方法がある。（例えば，特許文献２参照）。

特開平７−５５８６３号公報 特開２００３−９８２１１号公報

しかし，上記提案の技術では供試機器として，アンテナから放射する試験電波の電界強度が比較的低い（２００Ｖ／ｍ）場合であっても，その製品（供試機器）の使用状況により十分耐える場合は問題ないが，たとえばその製品を搭載した自動車等の移動体で航空機の離発着に使用される誘導用のレーダー装置の近くを走行すると，車載されている電子機器が誤作動して正しく機能しなくなったり，場合によっては致命的な故障になったりするという問題が発生することがわかった。
そこで発明者らはこの問題を解決するため上記試験電波の電界強度を上げることを試みたが，６００Ｖ／ｍの電界強度が必要であり，これを上記提案の技術のように１台の増幅器・アンテナで実現する場合，高耐電圧のアンテナが必要になるばかりでなく，高耐電圧・高出力の電力増幅装置が必要であり，電磁波発生装置が物理的に大型化すると共に，妨害排除能力試験装置も大型化するという問題があった。また，コストが高くなるというという問題があった。
そこで本願においては，こうした問題点を解決するためになされたものであり，その目的は，高い電界強度の電波を放射できる電磁波発生装置であっても，従来の低い耐電圧のアンテナが使用できる電磁波発生装置を提供することである。
他の目的は，高い電界強度の電波を放射できる電磁波発生装置であっても，従来の低い耐電圧・低出力の電力増幅装置が使用できる電磁波発生装置を提供することである。
他の目的は，耐電力が低くて安価なアイソレータやサーキュレータを利用できるようにし，安価な電磁波発生装置を提供することである。
他の目的は，供試機器等で反射して放射アンテナに戻ってきた電磁波によって，電力増幅装置が故障しない電磁波発生装置を提供することである。
他の目的は，放射アンテナの設置調整が容易な電磁波発生装置を提供することである。
他の目的は，電磁波の放射効率を高めることで低消費電力を実現できる電磁波発生装置を提供することである。
他の目的は，供試機器に放射する電磁波の周波数範囲を広くカバーできる電磁波発生装置を提供することである。
他の目的は，供試機器の大きさや試験部位の位置にかかわらず妨害排除能力を測定できる電磁波発生装置を提供することである。
他の目的は，従来の低い耐電圧のアンテナや，従来の低い耐電圧・低出力の電力増幅装置が使用できる低コストである妨害排除能力試験装置を提供することである。また，供試機器の大きさや試験部位の位置にかかわらず妨害排除能力を測定できる妨害排除能力試験装置を提供することである。

上記課題を解決するために，請求項1の発明は，電磁波発生装置において，高周波信号を発生する信号発生器と，複数の放射アンテナと，前記信号発生器から出力した信号を前記放射アンテナに分配するための第一の分配器と，前記複数の放射アンテナと同数の電力増幅装置とを備え，前記高周波信号を各電力増幅装置で増幅したのち試験平面で均一な電界分布となるようにそれぞれ対応する各放射アンテナから電磁波を放射するように構成される。

請求項２の発明は，請求項１に記載の電磁波発生装置において，前記電力増幅装置は前記高周波信号を分配するための第二の分配器と，前記電力増幅装置が出力する高周波電力より低い高周波電力を出力する，前記第二の分配器の分配数に対応する数の増幅器と，前記各増幅器が出力した高周波信号を混合する混合器とを設けるように構成される。

請求項３の発明は，請求項１または請求項２に記載の電磁波発生装置において，前記放射アンテナの入力側にアイソレータまたはサーキュレータのいずれかを設けるように構成される。

請求項４の発明は，請求項１乃至請求項３に記載の電磁波発生装置において，前記複数の放射アンテナにより合成された直交する２つの面の指向特性が略同一となるように前記放射アンテナを配置するように構成される。

請求項５の発明は，請求項１乃至請求項４に記載の電磁波発生装置において，前記放射アンテナは八木・宇田アンテナまたはヘリカルアンテナまたは電磁ホーンであり，放射される電磁波の周波数帯はＶＨＦ帯〜ＳＨＦ帯であるように構成される。

請求項６の発明は，請求項２に記載の電磁波発生装置において，前記混合器の入力側にアイソレータまたはサーキュレータのいずれかを設けるように構成される。

請求項７の発明は，妨害排除能力試験装置において，電波無響室と，高周波信号を発生する信号発生器と，複数の放射アンテナと，複数の増幅器と，前記電波無響室の一端に供試機器を載置するためのターンテーブルと，前記電波無響室の他端に前記放射アンテナを自在に移動するための架台と，前記放射アンテナを上下方向に移動するための昇降装置とを備え，前記高周波信号を各増幅器で増幅したのち試験平面で均一な電界分布となるようにそれぞれ対応する各放射アンテナから前記供試機器に向けて電磁波を放射するように構成される。

以上詳述したように，請求項１の発明によれば，電磁波発生装置において，高周波信号を発生する信号発生器と，複数の放射アンテナと，前記信号発生器から出力した信号を前記放射アンテナに分配するための第一の分配器と，前記複数の放射アンテナと同数の電力増幅装置とを備え，前記高周波信号を各電力増幅装置で増幅したのち試験平面で均一な電界分布となるようにそれぞれ対応する各放射アンテナから電磁波を放射するように構成したので，
高い電界強度の電波を放射できる電磁波発生装置であっても，従来の低い耐電圧のアンテナが使用でき，また，従来の低い耐電圧・低出力の電力増幅器が使用できる電磁波発生装置を提供することができる。

請求項２の発明によれば，請求項１に記載の電磁波発生装置において，前記電力増幅装置は前記高周波信号を分配するための第二の分配器と，前記電力増幅装置が出力する高周波電力より低い高周波電力を出力する，前記第二の分配器の分配数に対応する数の増幅器と，前記各増幅器が出力した高周波信号を混合する混合器とを設けるように構成したので，
高い電界強度の電波を放射できる電磁波発生装置であっても，従来の低い耐電圧・低出力の電力増幅器が使用できる電磁波発生装置を提供することができる。

請求項３の発明によれば，請求項１または請求項２に記載の電磁波発生装置において，前記放射アンテナの入力側にアイソレータまたはサーキュレータのいずれかを設けるように構成したので，
耐電力が低くて安価なアイソレータやサーキュレータが利用でき，その結果，安価な電磁波発生装置を提供できる。また，供試機器等で反射して放射アンテナに戻ってきた電磁波によって，電力増幅装置が故障しない電磁波発生装置を提供することができる。

請求項４の発明によれば，請求項１乃至請求項３に記載の電磁波発生装置において，前記複数の放射アンテナにより合成された直交する２つの面の指向特性が略同一となるように前記放射アンテナを配置するように構成したので，
電磁波の放射効率が高くなり低消費電力を実現できる電磁波発生装置を提供することである。

請求項５の発明によれば，請求項１乃至請求項４に記載の電磁波発生装置において，前記放射アンテナは八木・宇田アンテナまたはヘリカルアンテナまたは電磁ホーンであり，放射される電磁波の周波数帯はＶＨＦ帯〜ＳＨＦ帯であるように構成したので，
供試機器に放射する電磁波の周波数範囲が広くカバーできる電磁波発生装置を提供することである。

請求項６の発明によれば，請求項２に記載の電磁波発生装置において，前記混合器の入力側にアイソレータまたはサーキュレータのいずれかを設けるように構成したので，
耐電力が低くて安価なアイソレータやサーキュレータが利用できることになり，安価な電磁波発生装置を提供することができる。

請求項７の発明によれば，妨害排除能力試験装置において，電波無響室と，高周波信号を発生する信号発生器と，複数の放射アンテナと，複数の増幅器と，前記電波無響室の一端に供試機器を載置するためのターンテーブルと，前記電波無響室の他端に前記放射アンテナを自在に移動するための架台と，前記放射アンテナを上下方向に移動するための昇降装置とを備え，前記高周波信号を各増幅器で増幅したのち試験平面で均一な電界分布となるようにそれぞれ対応する各放射アンテナから前記供試機器に向けて電磁波を放射するように構成したので，
従来の低い耐電圧のアンテナや，従来の低い耐電圧・低出力の増幅器が使用でき，低コストな妨害排除能力試験装置を提供することである。また，供試機器の大きさや試験部位の位置にかかわらず妨害排除能力を試験できる妨害排除能力試験装置を提供することができる。

以下に，本発明を具体化した実施形態の例を，図面を基に詳細に説明する。

図１は本発明を適用した妨害排除能力試験装置の説明図を示している。図２は電磁波発生装置のブロック図であり，図３は放射アンテナの設置例を示す説明図である。
１は妨害排除能力試験装置であり電波無響室７の内部には，全面に電波吸収体が貼り付けてあり，該電波無響室内に放射された電磁波および，供試機器等により反射した電磁波は電波吸収体に吸収され熱エネルギーに変換される。
電波無響室７の内部には，一端側にターンテーブル３が備えられており，該ターンテーブル３の上に供試機器２が載置されている。また他端側には架台６を介してアンテナ支柱４が備えられており電波を放射する位置を変えられるようになっている。また，アンテナ支柱４には複数の放射アンテナ５が設置されており，本実施例では各放射アンテナ５は平行になるように設置したが，放射方向が前記供試機器２を指向するように設置してもよい。このように設置すると，指向性を絞ることができ，供試機器の近傍に電磁波を集中させることが可能となり，放射効率を向上することができる。１６は昇降装置で放射アンテナ５を上下方向に移動させるためのものである。

次に，電磁波発生装置１７について，図２を用いて詳細に説明する。電磁波発生装置１７は送信装置１５と放射アンテナ５で構成されている。送信装置１５は信号発生器１０，第一の分配器１１，移相器１２，電力増幅装置１３，サーキュレータ１４により構成されている。１０は信号発生器で，本実施例では１〜１．５ＧＨｚをスイープする発振器が使用されている。１１は第一の分配器で信号発生器１０が出力する信号を分配するためのものである。１２（１２‐１ 〜 １２‐１２）は移相器であり，各放射アンテナの被測定面(試験平面ともいう)において均一な電界分布を得るために，各放射アンテナから放射された電磁波の位相が被測定面においてすべて同位相となるように位相を調整するためのものである。なお，信号発生器から放射アンテナに至る伝送路の長さ等で調整する場合は必要ない。また，放射アンテナの取り付け位置を，放射アンテナの放射方向に対して前後に移動することで調整してもよい。１３（１３‐１ 〜 １３‐１２）は電力増幅装置である。１４（１４‐１ 〜 １４‐１２）はサーキュレータであり，本実施例では終端抵抗器は使用していないが必要に応じて接続してもよい。また，本実施例ではサーキュレータを使用したがアイソレータを使用してもよい。

次に，本実施例での放射アンテナ５の設置状況について説明する。図３に示すように，架台６の上部にはアンテナ支柱４ａ・４ｂ・４ｃが載置されている。そして，支柱それぞれに放射アンテナ５を各４基づつ設置し，全部で１２基（５‐１ 〜 ５‐１２）使用している。なお，本実施例では放射アンテナの設置間隔を放射される電磁波の波長λの０．５倍以上に設定している。また，架台６は電波無響室７の床面を自在に移動できるようになっている。

次に，動作について説明する。信号発生器１０で発生した１〜１．５ＧＨｚのスイープ信号は第一の分配器１１で放射アンテナ５と同じ数になるように分配し，各移相器１２を介して，それぞれ電力増幅装置１３（本実施例では４２０Ｗを１２台使用）で増幅される。そして，増幅された高周波信号はサーキュレータ１４を介して放射アンテナ５（本実施例ではゲイン８ｄＢｉの八木・宇田式アンテナを１２台使用）に供給する。そして，放射アンテナ（５‐１ 〜 ５‐１２）から放射された電磁波は空間で合成され供試機器２が載置されているターンテーブル３の試験平面（本実施例ではφ３０ｃｍ）に均一な電磁界を発生させる。また，上記ターンテーブル３上に載置した供試機器２の大きさや試験部位の位置などにより試験平面を変更する必要が生じた場合には，アンテナ支持柱を載置している架台６および，昇降装置１６を操作して放射アンテナ５を移動し，当該試験平面に電磁波を放射できるようになっている。
なお，本実施例では移相器１２を，第一の分配器１１と電力増幅装置１３との間に設けたので，移相器１２の耐電圧を軽減できる効果がある。しかし，耐電圧に余裕がある場合は，これに限定されるものではなく，第一の分配器１１の各分配線路上であればどこに設けてもよい。
また，サーキュレータ１４は，放射アンテナ５から放射した電磁波が供試機器の金属部分で反射して前記放射アンテナで受信され，その受信電力によって，前記電力増幅装置１３に印加され，前記電力増幅装置１３が誤作動もしくは故障するのを未然に防止するためのものである。

次に，放射アンテナの必要な数量及びアンテナゲインの求め方について説明する。
まず，発明者らによると，供試機器２と放射アンテナとの距離Ｌが１ｍの場合，利得０ｄＢのアンテナを１本使用して，試験平面で電界強度６００Ｖ／ｍを実現するためには送信機の出力として約３０ＫＷ必要であることがわかった。また，このときの端子電圧は約１２００Ｖ（５０オーム）になることがわかった。

そこで本実施例では放射アンテナ５を１２本スタックで使用しているため，すべて同相で合成する場合，２．８ＫＷで十分まかなえることがわかった。この場合，端子電圧は約３７０Ｖ（５０オーム）になる。このように放射アンテナ５をスタックに配置し，それぞれに電力増幅装置１３を接続することにより，電力増幅装置１３及び，放射アンテナ５の耐電圧を下げることが可能になる。また，高利得のアンテナを使用することによりさらに耐電圧を低減することができる。たとえば，８ｄＢｉのアンテナを使用すれば４２０Ｗとなり，耐電圧は１５０Ｖとなる。また，２０ｄＢｉのアンテナを使用すれば２８Ｗとなり，耐電圧は３７Ｖとなる。
したがって，放射アンテナの種類，必要な数量及びアンテナゲインは試験周波数および供試機器２の大きさ（換言すると試験平面の大きさ）に応じて適宜選択すればよい。
また，上記では供試機器２と放射アンテナとの距離Ｌを１ｍとしたが，１〜３ｍの範囲で適宜選択すればよい。距離Ｌを大きくすると空間の伝送損失が増えるため送信電力を増やすかアンテナのゲインを大きなものに変更する必要がある。また，試験平面を大きくしたい場合は，放射アンテナのゲインを低く設定する必要がある。

次に，放射アンテナ５の指向特性について詳細に説明する。
まず，図５は放射アンテナ５単体の指向特性を示す。本実施例では試験平面での電界分布を一応にするためアンテナの最大感度よりＡｄＢ（本実施例では０．５ｄＢ）下がった点における放射角度をθとしている。図５（ａ）は水平面の指向特性であり，放射角度はθＨである。図５（ｂ）は垂直面の指向特性であり，放射角度はθＶである。同図から水平面の放射角度θＨより，垂直面の放射角度θＶが広くなっていることがわかる。このため，Ｂ−Ｂ線で切断した場合の端面は楕円になってしまう。そして，楕円で電磁波を供試機器２に放射すると図４の斜線αで示す範囲にも電磁波が放射されるため，同図斜線部分αの電波が無駄になり，しいては電力増幅装置１３が無駄に電力を消費することになる。また，上記無駄な電磁波の放射を防止するために上記楕円の長辺を供試機器２の高さ方向に一致させた場合は，逆に供試機器２の横幅方向に一部規定レベルの電磁波を放射できなくなり，正しい妨害排除能力の測定ができなくなってしまうという問題が発生する。

そこで，発明者らは効率よく供試機器２に電磁波を放射するために上記Ｂ−Ｂ線で切断した場合の端面が円になるように，垂直方向に設置した放射アンテナの数を，水平方向に設置した放射アンテナの数より多くすることで実現した。
ところで，上記Ｂ−Ｂ線での端面が円になるためには，水平面と垂直面（すなわち，一方の偏波面と直交する偏波面）の指向特性を同一にすることが望ましいが，アンテナの指向特性のばらつき等により，指向特性を同一にすることが困難な場合は，ほぼ同一（１０％程度）であれば，同様の効果を得ることができる。

また，本実施例では電力増幅装置１３として，４２０Ｗのものを使用した。そのため，本妨害排除能力試験装置に使用するサーキュレータの耐電力も大きいものを使用しなければならず，コストが上がってしまう。そこで，さらに増幅装置やサーキュレータの耐電力を下げ，さらにコストを下げる方法として，請求項２に記載するように構成するとよい。
図６に電力増幅装置１３の内部構成を示す。２０は第二の分配器。２１（２１−１ 〜 ２１−８）は増幅器で同一性能のものが複数備えさせてある。２２（２２−１ 〜 ２２−８）はサーキュレータであり，本実施例ではアイソレーションが２０〜３０ｄＢのものが使用されている。２３は混合器である。また，１３ａは入力端子であり，１３ｂは出力端子である。
入力端子１３ａに入力された高周波信号は，第二の分配器２０で増幅器２１と同じ数（本実施例では８）に分配し増幅器２１にそれぞれ供給している。そして，増幅器２１で増幅された高周波信号は，混合器２３で電力加算し，出力端子１３ｂから出力するようになっている。本実施例では６０Ｗの増幅器を８台使用して出力４２０Ｗを実現している。したがって，増幅器およびサーキュレータの耐電力を下げることができる。なお，本実施例では混合器２３の損失を１ｄＢとしている。
また，増幅器２１は，電力増幅装置１３の利得に対して分配器２０の分配損失（本実施例では８分配で，分配損失１２ｄＢ）を補償するため，分配損失の分だけあらかじめ高利得にしてあるが，分配器の入力端子側に分配損失を補償するための補償アンプを設けるように構成してもよい。このようにすれば，増幅器２１の利得を下げることができ，出力信号が入力側に回り込むことにより発生する異常発振等を未然に防止できる。
また，混合器２３の入力側それぞれにサーキュレータ２２を設けたので，供試機器２の金属部分等で反射して戻ってきた電磁波が前記増幅器２１の出力端子から印加されることによる，増幅器２１の誤作動または故障を未然に防止できる。さらに，増幅器２１−１〜増幅器２１−８相互間で並列接続された他の増幅器２１から出力された高周波電力が出力端子から印加されされることによる，増幅器２１の誤作動または故障を未然に防止できる効果も奏する。

尚，本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく，以下に例示するように，本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部を適宜に変更して実施することも可能である。
たとえば，本実施例では放射アンテナ及び電力増幅装置を１２台使用したが，これより多くても，小さくてもよい。また，増幅器２１を８台使用したが，これより多くても，小さくてもよい。また，本実施例では試験周波数として１〜１．５ＧＨｚを使用したがこれに限定されるものではなく，ＶＨＦ帯〜ＳＨＦ帯であれば使用できる。この場合，試験周波数に応じて適切なアンテナ（八木・宇田式アンテナ，ヘリカルアンテナ，電磁ホーン）を使用すればよい。

本発明を適用した妨害排除能力試験装置の説明図である。 電磁波発生装置のブロック図である。 放射アンテナの設置例を示す説明図である。 試験平面における電磁波の放射範囲を示す説明図である。 放射アンテナの指向特性を表す説明図である。 電力増幅装置の異なる実施例を示す説明図である

符号の説明

１…妨害排除能力試験装置，２…供試機器，３…ターンテーブル，４…アンテナ支柱，５…放射アンテナ，６…架台，７…電波無響室，１０…信号発生器，１１…第一の分配器，１２…移相器，１３…電力増幅装置，１４…サーキュレータ，１５…送信装置，１６…昇降装置，１７…電磁波発生装置，２０…第二の分配器，２１…増幅器，２２…サーキュレータ，２３…混合器。

Claims (7)

1. 電磁波を発生する装置において，
   高周波信号を発生する信号発生器と，
   複数の放射アンテナと，
   前記信号発生器から出力した信号を，前記放射アンテナに分配するための第一の分配器と，
   前記複数の放射アンテナと同数の電力増幅装置と，
   を備え，前記高周波信号を各電力増幅装置で増幅したのち，試験平面で均一な電界分布となるようにそれぞれ対応する各放射アンテナから電磁波を放射することを特徴とした電磁波発生装置。
   
2. 前記電力増幅装置は，前記高周波信号を分配するための第二の分配器と，
   前記電力増幅装置が出力する高周波電力より低い高周波電力を出力する，前記第二の分配器の分配数に対応する数の増幅器と，
   前記各増幅器が出力した高周波信号を混合する混合器とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電磁波発生装置。
   
3. 前記放射アンテナの入力側にアイソレータまたはサーキュレータのいずれかを設けたことを特徴とした請求項１または請求項２に記載の電磁波発生装置。
   
4. 前記複数の放射アンテナにより合成された直交する２つの面の指向特性が略同一となるように前記放射アンテナを配置したことを特徴とした請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電磁波発生装置。
   
5. 前記放射アンテナは八木・宇田アンテナまたはヘリカルアンテナまたは電磁ホーンであり，放射される電磁波の周波数帯はＶＨＦ帯〜ＳＨＦ帯であることを特徴とした請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電磁波発生装置。
   
6. 前記混合器の入力側にアイソレータまたはサーキュレータのいずれかを設けたことを特徴とした請求項２に記載の電磁波発生装置。
   
7. 妨害排除能力試験装置において，
   電波無響室と，
   高周波信号を発生する信号発生器と，
   複数の放射アンテナと，
   複数の増幅器と，
   前記電波無響室の一端に供試機器を載置するためのターンテーブルと，
   前記電波無響室の他端に前記放射アンテナを自在に移動するための架台と，
   前記放射アンテナを上下方向に移動するための昇降装置と，
   を備え，前記高周波信号を各増幅器で増幅したのち，試験平面で均一な電界分布となるようにそれぞれ対応する各放射アンテナから前記供試機器に向けて電磁波を放射することを特徴とした妨害排除能力試験装置。
   

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