JP2005292088A

JP2005292088A - 電磁シールド効果測定システムおよびその方法

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Publication number: JP2005292088A
Application number: JP2004111378A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Murakawa; 一雄村川; Akiyoshi Tominaga; 哲欣富永; Yoshiharu Akiyama; 佳春秋山; Hiroshi Yamane; 宏山根
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】参照測定をすることなく被測定物の電磁シールド効果を測定することができ、被測定物のシールド効果を容易に評価することができる電磁シールド効果測定システムおよびその方法を提供する。
【解決手段】被測定物６の内部に配置され電波を送信するための送信アンテナ１と、高周波信号を送信アンテナ１に給電する送信手段と、被測定物６のシールド外部に配置され電波を受信するための受信アンテナ２と、受信アンテナ２に接続され受信した電波を検波して受信信号を出力する受信手段（４）と、送信アンテナ１と受信アンテナ２との間における被測定物６が存在しない場合の電波の減衰量を基準値として記憶する基準値データベース２２と、受信手段（４）から出力される受信信号の値と基準値とに基づいて演算を行い被測定物６のシールド効果を求めるための測定結果演算手段（２１）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、筐体、構造物、造営物等の電磁シールド効果を測定評価するための電磁シールド効果測定システムおよびその方法に関する。

従来において、筐体、構造物、造営物等の電磁的なシールド効果を測定する代表的な方法として、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）ｓｔｄ２９９やＩＥＣ（International Electrotechnical Commission）６１０００−５−７が知られている。従来のシールド効果の測定方法の全体構成図を図８（ａ）および図８（ｂ）に示す。図８（ａ）および図８（ｂ）において、送信アンテナ１００と、受信アンテナ１０１と、送信部１０２と、受信部１０３と、建物１０４と、シールド効果を有するシールド（遮蔽構造）を備えた被測定物１０５とが示されている。なお、図８（ａ）は被測定物１０５が無い場合における電磁界の測定形態（参照測定：リファレンス）であり、図８（ｂ）は被測定物１０５がある場合の測定形態を示している。

被測定物１０５の電磁的なシールド効果を測定する場合、送信アンテナ１００から電波（電磁波）を送信し、その電波を受信アンテナ１０１で受信することを基体としている。このシールド効果は、シールドがある場合とない場合の受信電力（もしくは電界強度・磁界強度）の差から定義され、筐体のシールド効果（ＳＥ）は以下のように与えられる。

ＳＥ＝Ｐ₁−Ｐ₂ （１）
もしくは
ＳＥ＝Ｅ₁−Ｅ₂ （２）
ここで、Ｐ₁とＰ₂はシールドがある場合とない場合における受信電力（ｄＢｍ）であり、Ｅ₁とＥ₂はシールドがある場合とない場合における受信電界強度（ｄＢμＶ／ｍ）である。なお、受信電力（もしくは電界強度や磁界強度）は受信アンテナ１０１の高さやその位置によって変化し、しかもシールドがある場合とない場合では、単純に電磁界が減少するものではない特徴がある。

すなわち、受信アンテナ１０１の配置によっては、シールドがない場合に電界強度が最大となる一方、シールドがある場合、電磁波１０７の反射や吸収、散乱などの拡散成分１０６により受信電力が最小になるなどの現象が発生することがある。このため、受信アンテナ１０１の位置によってはシールド効果が増減することがあり、場合によって数ｄＢ〜１０数ｄＢ程度も変動することがある（非特許文献１、非特許文献２を参照）。
ＩＥＴＦのＳＩＰに関連する勧告 http://www.ietf.org/rfc/rfc3261.txt（ＲＦＣ３２６１ＳＩＰ信号の基本勧告）ＩＥＴＦのＳＩＰに関連する勧告 http://www.ietf.org/rfc/rfc3515.txt（ＲＦＣ３５１５ＳＩＰ信号のＲＥＦＥＲメソッドに関する勧告）

しかしながら、従来のシールド効果の測定では、シールドがある場合とない場合における受信電力もしくは受信電界強度の差からシールド効果を規定するものであった。このため、シールド効果を測定する場合、２回同様な測定を実施する必要があった。

また、参照測定で得られる結果は、周辺構造物などからの反射や吸収の影響を受けることから、シールド効果の測定結果に誤差が含まれてしまう。

また、大型の構造物の形態を有するシールド構造物の建築工事が完成している場合に、このシールド構造物のシールド効果を評価するには、このシールド構造物が建築される前の条件で電磁界測定をすることが現実的には困難であった。

このような課題に鑑み、本発明は、参照測定をすることなく被測定物の電磁シールド効果を測定することができ、被測定物のシールド効果を容易に評価することができる電磁シールド効果測定システムおよびその方法を提供する。

請求項１に記載の本発明は、被測定物のシールド効果を測定するための電磁シールド効果測定システムであって、前記被測定物の内部に配置され前記測定に用いる電波を送信するための送信アンテナと、前記送信アンテナが前記電波を送信するための高周波信号を前記送信アンテナに給電する送信手段と、前記被測定物のシールド外部に配置され前記送信アンテナから送信された前記電波を受信するための受信アンテナと、前記受信アンテナに接続され前記受信した電波を検波して受信信号を出力する受信手段と、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間における前記被測定物が存在しない場合の前記電波の減衰量を基準値として記憶する基準値データベースと、前記受信手段から出力される受信信号の値と前記基準値とに基づいて演算を行い前記被測定物の前記シールド効果を求めるための測定結果演算手段と、を備える。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１において、前記送信手段から送信される前記電波の送信周波数と、前記受信手段が受信する受信周波数とを同期して同期検波測定を行うための周波数同期手段を備える。

また、請求項３に記載の本発明は、請求項１または２のいずれかにおいて、前記送信アンテナの入力部と前記受信アンテナの出力部とのうちのいずれか一方あるいは両方に前記電波を増幅するための増幅器が挿入されている。

また、請求項４に記載の本発明は、前記減衰量は、請求項１〜３のいずれかにおいて、すくなくとも、前記送信アンテナのアンテナファクタ、前記受信アンテナのアンテナファクタ、ケーブル損失のうちのいずれかを含む。

また、請求項５に記載の本発明は、被測定物のシールド効果を測定するための電磁シールド効果測定方法であって、前記被測定物の内部に配置され前記測定に用いる電波を送信するための送信アンテナを前記被測定物の前記内部に配置し、前記送信アンテナが前記電波を送信するための高周波信号を前記送信アンテナに給電する送信手段により前記アンテナに前記高周波信号を給電し、前記被測定物のシールド外部に配置され前記送信アンテナから送信された前記電波を受信するための受信アンテナにより前記電波を受信し、前記受信アンテナに接続され前記受信した電波を検波して受信信号を出力する受信手段により前記受信信号を出力し、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間における前記被測定物が存在しない場合の前記電波の減衰量を基準値として記憶する基準値データベースにより前記減衰量を基準値として記憶しておき、前記受信手段から出力される受信信号の値と前記基準値とに基づいて演算を行い前記被測定物の前記シールド効果を求めるための測定結果演算手段により前記シールド効果を求める。

また、請求項６に記載の本発明は、請求項５において、前記送信手段から送信される前記電波の送信周波数と、前記受信手段が受信する受信周波数とを同期して同期検波測定を行うための周波数同期手段を用いる。

また、請求項７に記載の本発明は、請求項５または６のいずれかにおいて、前記送信アンテナの入力部と前記受信アンテナの出力部とのうちのいずれか一方あるいは両方に前記電波を増幅するための増幅器が挿入されている。

また、請求項８に記載の本発明は、請求項５〜７のいずれかにおいて、前記減衰量は、すくなくとも、前記送信アンテナのアンテナファクタ、前記受信アンテナのアンテナファクタ、ケーブル損失のうちのいずれかを含む。

本発明によれば、参照測定をすることなく被測定物の電磁シールド効果を測定することができ、被測定物のシールド効果を容易に評価することができる電磁シールド効果測定システムおよびその方法を提供することができる。

＜第１の実施の形態＞
本発明のシールド測定システムおよびその方法の第１の実施の形態に係るシールド測定システムの全体構成図を図１に示す。この図１には、電磁シールド効果の測定に用いる電磁波（電波）を送信するための送信アンテナ１と、この送信アンテナ１から送信された電磁波を受信するための受信アンテナ２と、送信アンテナ１に接続されて電磁波を送信するための元となる高周波信号を出力する送信機３と、受信アンテナ２に接続されて送信アンテナ１から送信される電磁波を受信して検波し電気信号として出力するための受信機４と、電磁シールド効果の測定対象物である被測定物６と、この被測定物６が収容されている建物５と、が示されている。

また、送信アンテナ１は被測定物６の内部に配置され、被測定物６が有する電磁波に対するシールド効果が発揮される内部位置が選択されている。送信機３は、送信アンテナ１に電磁波を送信させるための高周波信号を供給する送信部２５と、送信部２５が送信する電磁波のレベルや周波数および波形などを設定し制御するための送信制御部２６と、この送信制御部２６に電磁波の送信条件などを入力して設定するための送信条件設定部２７と、この送信条件設定部２７を外部の図示しない機器と接続するための外部インタフェイス２８を有している。

また、受信機４は、受信アンテナ２が受信した電磁波を検波して電気信号に変換するための受信部２０と、受信部２０から出力された電気信号に基づいて被測定物６の電磁シールド効果を演算すると共に受信部２０の動作制御を行う演算制御部２１と、演算制御部２１に接続されて演算に必要な基準値を記憶している基準値データベース２２と、演算制御部２１にて演算した結果を測定値として外部へ出力する測定値出力部２３と、測定値出力部２３に接続され外部の図示しない機器と接続するための外部インタフェイス２４とを有している。

本発明の第１の実施の形態では、被測定物６の電磁シールド効果を測定するために、従来の技術で要していた参照測定（リファレンス値の測定）を行うことなく、この参照測定値に代えて基準値データベース２２に記憶された値に基づいて、演算制御部２１で演算された値を用いる。この演算を行うために基準値データベース２２に記憶される値は、電磁波の空間伝搬に伴う伝搬損失と、送信アンテナ１と受信アンテナ２のそれぞれ固有のアンテナファクタと、送信アンテナ１と受信アンテナ２の距離と、必要に応じて任意に設定される補正値とがすくなくとも含まれている。

ここで、基準値データベース２２に記憶された値を用いて演算制御部２１で演算される内容について説明する。まず、送信アンテナ１や受信アンテナ２による固有の影響を除いた、電磁波の空間伝搬のみに伴う伝搬損失である正規化サイト減衰量は、式（１）を用いて以下のように定義される。

ＮＳＡ＝Ｐ₁−Ｐ₂−（ＡＦ₁−ＡＦ₂）−ΔＡ_Ｔ・Ｔ（３）
式（３）はシールドがある場合の正規化サイト減衰量であり、また、ＡＦ₁とＡＦ₂は、それぞれ送信アンテナ１と受信アンテナ２の損失を示すアンテナファクタ（ｄＢ）である。また、ΔＡ_Ｔ・Ｔは相互インピーダンス補正係数（ｄＢ）である。なお、ΔＡ_Ｔ・Ｔは周囲環境によって変化することがある。

ここで、送信アンテナ１と受信アンテナ２との離隔が測定に使用する電磁波の波長より十分に長い場合、自由空間の場合の正規化サイト減衰量は、アンテナをダイボールアンテナとして仮定できる場合において、以下のように近似的に与えることができる。

上記の式（４）において、Ｒは送信アンテナ１と受信アンテナ２の離間した距離を示しており、ｋは波数（２π／ｆ）である。従って正規化サイト減衰量は距離の関数になる。なお、ｆ_Ｍは周波数（ＭＨｚ）であり、Ｅは電界強度である。また、式（４）において「３９．７９」の値は「A Mixed Model for the Determination of Normalized Site Attenuation in OATS：IEEE TRANSACTIONS ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY, VOL. 43, NO. 1, pp.29-36,FEBRUARY 2001より」に基づく定数である。

式（１）では、シールド効果をシールドがある場合とない場合の電力もしくは電界強度の差分で定義したが、ここでは式（３）と式（４）で示される正規化サイト減衰量を用いて規定することを前提として、以下のようにシールド効果を定義する。

ＳＥ＝ＮＳＡ−ＮＳＡ_free （５）
この式（５）の物理的な意味は、送信アンテナ１が自由空間に存在するときの伝播減衰量と、送信アンテナ２の周囲においてシールドや周辺環境が存在する時の伝播減衰量との差を示すものである。

式（１）の場合、シールド効果が参照測定結果に依存し、シールド効果の評価値が大きく変動する一方、式（５）の場合はその問題が回避できる利点がある。さらに、既にシールドが建設されている場合においても、そのシールド効果を評価することができる利点がある。なお、式（５）においてＮＳＡ_freeの代わりに半無限空間に対するＮＳＡ_{（半無限空間）}を用いることもできる。

図２には、本発明の第１の実施の形態による電磁シールド効果の測定を説明するための説明図を示す。建物５の内部に電磁シールド効果の測定を実施される被測定物６が設置されている。この被測定物は大型のシールドルームなどの建築物などが想定される。大型であるが故に、既に設置されている場合は電磁シールド効果の測定のために容易に移動することは困難な状況にある。

この被測定物６の内部には、電磁シールド効果の測定に用いられる電磁波（電波）を放射するための送信アンテナ１が配置されている。この送信アンテナ１には、送信機３から高周波信号が印加されている。送信アンテナ１からは電磁波８が放射（送信）され、被測定物６のシールド効果を有する壁を透過して受信アンテナ２へ到達する。また、送信アンテナ１から送信される電磁波８は、直接に受信アンテナ２へ到達する以外に、被測定物６の内部で壁面に反射して拡散する拡散成分７も存在している。この拡散成分７は、被測定物６の内部で多重反射を行い、あるいは被測定物６の壁を透過して建物５の壁でも反射を生じる。これらの反射により、電磁波８に対して時間的な遅れや位相のずれ、周波数成分の変化などが生じる。これらの拡散成分７も受信アンテナ２にて電磁波８とともに受信される。

受信機４では、受信アンテナ２で受信した電磁波８および拡散成分７を検波して受信信号として取得する。取得した受信信号の値に対して、図１に示した演算制御手段２１により所定の演算を行い、測定値出力部２３に被測定物６の電磁シールド効果の測定結果を出力する。

＜第２の実施の形態＞
図３に、本発明の第２の実施の形態に係る電磁シールド測定システムおよびその方法による全体構成図を示す。この図３に示す構成においては、送信機３と受信機４を同期して動作させ、受信機４にて同期検波して正規化サイト減衰量を測定するものである。

送信機３と受信機４とは制御ケーブル１５にて互いが連結されている。この制御ケーブル１５は、図１にて示した送信機３が備える外部インタフェイス２８と、受信機４が備える外部インタフェイス２４とを連結している。この制御ケーブル１５を介して送信機３と受信機４とが互いに制御情報を交換して同期した動作を行う。送信機３から送出される高周波信号の周波数と受信機４が受信する電波の周波数とを同期して、被検体６の電磁シールド効果の測定を行うことができる。

＜第３の実施の形態＞
図４に、第３の実施の形態に係る電磁シールド効果測定システムおよびその方法による全体構成図を示す。この図４に示す構成においては、送信機３と受信機４の機能を一体化したネットワークアナライザなどの同期検波装置９を用いて正規化サイト減衰量を測定するものである。

この場合は、同期検波装置９の構成として、図１に示した送信機３と受信機４を一台にまとめている。この同期検波装置９の構成によって、送信と受信を同期した周波数で行う電磁シールド効果の測定が可能になる。送信機３と受信機４とを別々に用意する必要がなくなるので、簡便であり、送信機３と受信機４にそれぞれ固有の特性が予めわかっているので、精度よく電磁シールド効果の測定を行うことが可能になる。

＜第４の実施の形態＞
図５に、第４の実施の形態に係る電磁シールド効果測定システムおよびその方法による全体構成図を示す。この図５に示す構成においては、既に説明した第３の実施の形態の構成に対して、電磁シールド効果の測定のダイナミックレンジを拡大するために、増幅器１０および増幅器１１を挿入したものである。

増幅器１０を送信アンテナ１と同期検波装置９との間に配置して、送信する電磁波の強度を増幅する。また、受信アンテナ２と同期検波装置９との間に増幅器１１を配置して、受信アンテナ２で受信した電磁波を増幅する。このように、送信と受信でそれぞれ信号を増幅することにより、ノイズ成分との比（Ｓ／Ｎ比）が大きくなり、結果として電磁シールド効果の測定値のダイナミックレンジの拡大を実現することができる。

＜第５の実施の形態＞
図６に、第５の実施の形態に係る電磁シールド効果測定システムおよびその方法による全体構成図を示す。この図６に示す構成においては、電気／光変換器１２と、球状ダイポールアンテナ１４と、光ファイバケーブル１３と、同期検波装置９と、受信アンテナ２とですくなくとも構成されている。

同期検波装置９から出力された高周波信号は、電気／光変換器１２に入力されて光信号に変換される。この光信号は、光ファイバケーブル１３を介して球状ダイポールアンテナ１４へ入力される。球状ダイポールアンテナ１４は水平偏波では無指向性を示し、垂直偏波で８の字特性を有するので、理論値に近いより高精度の電磁シールド効果の測定が可能である。

球状ダイポールアンテナ１４に入力された光信号は、球状ダイポールアンテナ１４の内部に配置された図示しない光／電気信号変換器により電気信号に戻され、増幅装置により増幅された後に、アンテナ内部の給電点に供給される。また、球状ダイポールアンテナ１４は、内部に図示しない電源を備えており、被測定物６の内部には光ファイバケーブル１３が引き込まれるのみである。このため、同軸ケーブルなどによる電磁波の漏洩や散乱を抑制したシールド効果を評価することが可能となり、特にシールド効果が高い状況では有利な測定方法となる。

なお、図７に示すのは、縦３ｍ×横３ｍ×高さ２．５ｍの鉄板で構成されたシールドルームのシールド効果の測定結果１６である。この図７において、実線１７は従来法による測定結果であり、破線１８は本発明の第１〜第５の実施の形態に示した電磁シールド効果測定システムおよびその方法を用いた測定結果である。

以上説明した本発明の実施の形態の構成により、参照測定を実施する必要がなくなり測定の効率化が図られるとともに、既設のシールドに対するシールド効果の評価や、さらにシールド効果のメンテナンスを実施することが可能となる。シールド効果は周波数によって変化するが、図７に示した測定結果１６に参照されるように、従来法を示す実線１７と本発明を示す破線１８とのシールド効果の測定結果の差は、概ね６〜８ｄＢ以下であることがわかる。通常、シールド効果のばらつきは１０数ｄＢ程度あることを鑑みると、本発明による電磁シールド効果測定システムおよびその方法は、従来の測定法と同様の測定精度および信頼性を得られることがわかる。

本発明の電磁シールド効果測定システムに係る第１の実施の形態による、全体構成図を示す。本発明の電磁シールド効果測定システムに係る第１の実施の形態による、測定方法およびシステム構成を説明するための説明図を示す。本発明の電磁シールド効果測定システムに係る第２の実施の形態による、測定方法およびシステム構成を説明するための説明図を示す。本発明の電磁シールド効果測定システムに係る第３の実施の形態による、測定方法およびシステム構成を説明するための説明図を示す。本発明の電磁シールド効果測定システムに係る第４の実施の形態による、測定方法およびシステム構成を説明するための説明図を示す。本発明の電磁シールド効果測定システムに係る第５の実施の形態による、測定方法およびシステム構成を説明するための説明図を示す。本発明の電磁シールド効果測定システムに係る第１〜５の実施の形態による、電磁シールド効果の測定結果の一例を示す。従来の技術による電磁シールド効果の測定方法を説明するための説明図を示す。

符号の説明

１送信アンテナ
２受信アンテナ
３送信機
４受信機
５建物
６被測定物
７拡散成分
８電磁波
９同期検波装置
２０受信部
２１演算制御部
２２基準値データベース
２３測定値出力部
２４、２８外部インタフェイス
２５送信部
２６送信制御部
２７送信条件設定部

Claims

被測定物のシールド効果を測定するための電磁シールド効果測定システムであって、
前記被測定物の内部に配置され前記測定に用いる電波を送信するための送信アンテナと、
前記送信アンテナが前記電波を送信するための高周波信号を前記送信アンテナに給電する送信手段と、
前記被測定物のシールド外部に配置され前記送信アンテナから送信された前記電波を受信するための受信アンテナと、
前記受信アンテナに接続され前記受信した電波を検波して受信信号を出力する受信手段と、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間における前記被測定物が存在しない場合の前記電波の減衰量を基準値として記憶する基準値データベースと、
前記受信手段から出力される受信信号の値と前記基準値とに基づいて演算を行い前記被測定物の前記シールド効果を求めるための測定結果演算手段と、
を備えることを特徴とする電磁シールド効果測定システム。
前記送信手段から送信される前記電波の送信周波数と、前記受信手段が受信する受信周波数とを同期して同期検波測定を行うための周波数同期手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電磁シールド効果測定システム。
前記送信アンテナの入力部と前記受信アンテナの出力部とのうちのいずれか一方あるいは両方に前記電波を増幅するための増幅器が挿入されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電磁シールド効果測定システム。
前記減衰量は、
すくなくとも、前記送信アンテナのアンテナファクタ、前記受信アンテナのアンテナファクタ、ケーブル損失のうちのいずれかを含むことを特長とする請求項１〜３のいずれかに記載の電磁シールド効果測定システム。
被測定物のシールド効果を測定するための電磁シールド効果測定方法であって、
前記被測定物の内部に配置され前記測定に用いる電波を送信するための送信アンテナを前記被測定物の前記内部に配置し、
前記送信アンテナが前記電波を送信するための高周波信号を前記送信アンテナに給電する送信手段により前記アンテナに前記高周波信号を給電し、
前記被測定物のシールド外部に配置され前記送信アンテナから送信された前記電波を受信するための受信アンテナにより前記電波を受信し、
前記受信アンテナに接続され前記受信した電波を検波して受信信号を出力する受信手段により前記受信信号を出力し、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間における前記被測定物が存在しない場合の前記電波の減衰量を基準値として記憶する基準値データベースにより前記減衰量を基準値として記憶しておき、
前記受信手段から出力される受信信号の値と前記基準値とに基づいて演算を行い前記被測定物の前記シールド効果を求めるための測定結果演算手段により前記シールド効果を求めることを特徴とする電磁シールド効果測定方法。
前記送信手段から送信される前記電波の送信周波数と、前記受信手段が受信する受信周波数とを同期して同期検波測定を行うための周波数同期手段を用いることを特徴とする請求項５に記載の電磁シールド効果測定方法。
前記送信アンテナの入力部と前記受信アンテナの出力部とのうちのいずれか一方あるいは両方に前記電波を増幅するための増幅器が挿入されていることを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の電磁シールド効果測定方法。
前記減衰量は、
すくなくとも、前記送信アンテナのアンテナファクタ、前記受信アンテナのアンテナファクタ、ケーブル損失のうちのいずれかを含むことを特長とする請求項５〜７のいずれかに記載の電磁シールド効果測定方法。