JP2006029906A

JP2006029906A - 妨害排除能力試験装置

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Publication number: JP2006029906A
Application number: JP2004207113A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Sugiura; 敏博杉浦; Seiso Takeda; 政宗武田; Junichi Takahashi; 順一高橋
Original assignee: Maspro Denkoh Corp
Current assignee: Maspro Denkoh Corp
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-14
Also published as: JP4593188B2

Abstract

【課題】従来の耐電圧の低いアンテナや，従来の低出力の電力増幅装置が使用できる低コストな妨害排除能力試験装置を提供する。

【解決手段】妨害排除能力試験装置１において，電波無響室７と，高周波信号を発生する信号発生器と，放射アンテナ５と，複数の増幅器と，前記電波無響室の一端に供試機器２を載置するためのターンテーブル３とを備え，前記放射アンテナ５は第１のパラボラ反射鏡と該第１のパラボラ反射鏡の焦点位置の近傍に備えた１以上の一次放射器とから成るパラボラアンテナと円形導波管とからなり，前記パラボラアンテナと前記円形導波管８を，前記パラボラアンテナから放射される電磁波の放射軸線と前記円形導波管の軸線が略一致するように配置し，各一次放射器から放射した球面波を第１のパラボラ反射鏡で平面波に変換し前記円形導波管に導波し，導波した平面波を前記供試機器２に放射する

【選択図】図１

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に関するものである。

従来，イミュニティ試験装置は電波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，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のみを供試機器の置かれる規定された試験平面に浴び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，従来の耐電圧の低いアンテナや，従来の低出力の電力増幅装置が使用できる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。
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，安価な妨害排除能力試験装置を提供することである。
他の目的は，電界を乱すようなサイドローブを除去した安定な電磁界を供試機器に放射して精度のよい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。
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，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，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を備え，前記放射アンテナは第１のパラボラ反射鏡と該第１のパラボラ反射鏡の焦点位置の近傍に備えた複数の一次放射器とから成るパラボラアンテナと導波管とからなり，前記パラボラアンテナと前記導波管を，前記パラボラアンテナから放射される電磁波の放射軸線と前記導波管の軸線が略一致するように配置し，各一次放射器から放射した球面波を第１のパラボラ反射鏡で平面波に変換し前記導波管に導波し，導波した平面波を前記供試機器に放射するように構成される。

請求項２の発明は，請求項１に記載の妨害排除能力試験装置において，前記第１のパラボラ反射鏡の開口面と前記導波管の端面間には前記パラボラアンテナのサイドローブが前記導波管に導波されないように空間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に記載の妨害排除能力試験装置において，前記導波管の放射側の端部に第２のパラボラ反射鏡を備え，前記第２のパラボラ反射鏡の焦点位置に被測定物を設置すると共に，前記導波管を伝送してきた平面波を第２のパラボラ反射鏡の焦点位置に収束して供試機器に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，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，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を備え，前記放射アンテナは第１のパラボラ反射鏡と該第１のパラボラ反射鏡の焦点位置の近傍に備えた複数の一次放射器とから成るパラボラアンテナと導波管とからなり，前記パラボラアンテナと前記導波管を，前記パラボラアンテナから放射される電磁波の放射軸線と前記導波管の軸線が略一致するように配置し，各一次放射器から放射した球面波を第１のパラボラ反射鏡で平面波に変換し前記導波管に導波し，導波した平面波を前記供試機器に放射するように構成したので，
伝搬路を自由空間から導波管モードにすることにより通過損失の低減が図れ，従来の耐電圧の低いアンテナや，従来の低出力の電力増幅装置が使用できる低コストな妨害排除能力試験装置を提供することができる。また，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，安価な妨害排除能力試験装置を提供することができる。また，パラボラ反射鏡の共用が図れ，アンテナ装置として小型化が可能である妨害排除能力試験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に記載の妨害排除能力試験装置において，前記第１のパラボラ反射鏡の開口面と前記導波管の端面間には前記パラボラアンテナのサイドローブが前記導波管に導波されないように空間を設けるように構成したので，
電界を乱すようなサイドローブを除去した安定な電磁界を供試機器に放射して精度のよい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ができる。また，前記パラボラアンテナと前記導波管の高次モードによる結合を防止でき広い周波数帯域に渡って安定した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に記載の記載の妨害排除能力試験装置において，前記導波管の放射側の端部に第２のパラボラ反射鏡を備え，前記第２のパラボラ反射鏡の焦点位置に被測定物を設置すると共に，前記導波管を伝送してきた平面波を第２のパラボラ反射鏡の焦点位置に収束して供試機器に放射するように構成したので，
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は一次放射器５４から放射した電磁波を供試機器に照射する過程を示した説明図である。
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には放射アンテナ５が設置されている。供試機器２と放射アンテナ５の間には円形導波管８を備えている。円形導波管８の直径は第１のパラボラ反射鏡から放射される各一次放射器５４のメインローブが導波する寸法に設定されている。また，材質は導電材料で筒状に形成されている。使用する周波数においてその波長の４分の１より短い間隔の隙間であれば網目状に形成しても良い。このように網目状に形成しておけば，円形導波管の軽量化が可能となる。また，本実施例では円形導波管を使用したが矩形導波管であっても良い。なお，１７は後述する送信装置１５と放射アンテナ５（より詳しくは１次放射器５４）とを接続するための給電線である。

次に，放射アンテナ５について図２を用いて詳細に説明する。
放射アンテナ５は，第１のパラボラ反射鏡５１，該第１のパラボラ反射鏡５１の焦点位置に一次放射器５４を固定するための取付金具５５および腕金５３が備えられている。一次放射器５４が１つの場合，取付金具５５はなくてもよい。一次放射器５４を複数個使用する場合は，各一次放射器５４は前記該第１のパラボラ反射鏡５１の焦点位置の近傍に設置すると良い。また，放射アンテナ５は，アンテナ支持金具５２を備えており，前記アンテナ支柱４に設置できるようになっている。また，アンテナ支持金具５２は放射アンテナの放射軸線を微調整できる機構を備えている。

次に，送信装置１５について，図３を用いて詳細に説明する。送信装置１５は信号発生器１０，分配器１１，移相器１２，電力増幅装置１３，サーキュレータ１４，ダミー抵抗器１６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‐ｎ）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，各一次放射器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。１３（１３‐１〜１３‐ｎ）は電力増幅装置である。なお，本実施例ではサーキュレータ１４（１４‐１〜１４‐ｎ）とダミー抵抗器１６を使用したが，その代わりにアイソレータを使用してもよい。

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のスイープ信号は分配器１１で一次放射器５４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５０Ｗを３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を介して一次放射器５４に供給する。そして，一次放射器５４−１・５４−２・・・・から放射された電磁波は第１のパラボラ反射鏡５１で反射され平面波となってパラボラ反射鏡の放射軸線６０に沿って供試機器２に放射される。このとき，各一次放射器５４から放射された電磁波はそのエネルギーのうち，メインローブ（６１−１・６１−２）の放射電磁界成分が空間で合成され円形導波管を介して前記供試機器２に照射される。

一方，サイドローブ（６２−１・６２−２）として放射された放射電磁界成分は前記導波館内で相互に干渉してメインローブの放射電磁界を妨げる原因になるため円形導波管には導波しないようにパラボラ反射鏡の開口面と円形導波間の端面には距離Ｌを設けている。

円形導波間に導波された電磁波は，円形導波管の他方の端面から供試機器に電磁波６３が照射される。そして，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。

ところで，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，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，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，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，試験平面において１．３ＧＨｚにおける電界強度６００Ｖ／ｍを実現するために必要な一次放射器５４の供給電力の求める。
まず，受信電界強度が６００（Ｖ／ｍ）を（ｄＢμ／ｍ）の単位に変換すると，
受信電界強度Ａ＝２０×Ｌｏｇ（６００×１Ｅ６）
ここで，ａＥｂはａ×１０のｂ乗を表すものとする。
したがって，
Ａ＝１７５．５６（ｄＢμ／ｍ）
となる。

次に，電界強度（ｄＢμ／ｍ）を電圧（ｄＢμ）に変換する。
電圧Ｅｔ＝Ｅ＋Ｇ＋Ｌｅ−（Ｌｆ×Ｌ）−６
ここで，Ｅｔ＝受信機入力信号電圧（ｄＢμ）
Ｅ＝電界強度（ｄＢμ／ｍ）
Ｇ＝アンテナ利得（ｄＢｉ）ただし，０ｄＢｉとする。
Ｌｅ＝アンテナの実効長（ｄＢ）
＝２０×Ｌｏｇ（λ／π）
λ＝波長（ｍ）
Ｌｆ＝単位長あたりのケーブル損失（ｄＢ／ｍ）
Ｌ＝ケーブル長（ｍ）ただし，０ｍとする。
開放値から終端値への換算のため６ｄＢ補正
したがって，
λ＝３Ｅ８／１．８Ｅ９
＝０．２３（ｍ）
Ｌｅ＝２０×Ｌｏｇ（０．２３／３．１４）
＝−２２．７（ｄＢ）
Ｅｔ＝１７５．５６−２２．７−６
＝１４６．８６（ｄＢμ）
となる。

次に，電圧（ｄＢμ）を電力（ｄＢｍ）に換算する。
電力Ｐｉ＝Ｅｔ−２０×Ｌｏｇ（√０．００１×√５０×１Ｅ６）
ここで，Ｐｉ＝受信レベル（ｄＢｍ）
Ｅｔ＝受信機入力信号電圧（ｄＢμ）
したがって，
Ｐｉ＝１４６．８６−２０×５．３５
＝３９．８６（ｄＢｍ）
となる。

ここで，一次放射器５４から円形導波管の一方の端面までの損失Γ１が５ｄＢ，
円形導波管の損失Γ２が１ｄＢ，円形導波管の他方の端面から試験平面までの損失
Γ３を５ｄＢとすると，一次放射器１台の場合の供給電力Ｐは上式より，
Ｐ＝Ｐｉ＋Γ１＋Γ２＋Γ３
＝３９．８６＋５＋１＋５
＝５０．８６（ｄＢｍ）
＝１２２（Ｗ）
となる。
一方，自由空間に放射する従来の方法で，６００Ｖ／ｍの電界強度を得るには
下記に示すとおり，送受信点間の距離が１ｍの場合，供給電力は２８（ＫＷ）必要に
なる。
自由空間に放射する場合の供給電力Ｐｆは次式により求められる。
Ｐｆ＝Ｐｉ＋Γ０
ここで，Γ０＝送受信点間の距離が１ｍの場合の自由空間伝搬損失（ｄＢ）
＝３４．７（ｄＢ）
したがって，
Ｐｆ＝３９．８６＋３４．７
＝７４．５６（ｄＢｍ）
＝２８５７６（Ｗ）
となる。
したがって，本発明を適用することにより，２００分の１程度の供給電力で所要の性能を得ることができるという効果を奏する。

次に，一次放射器５４を複数使用する場合について述べる。一次放射器５４を複数使用する場合は図４に示すように，パラボラ反射鏡を有効に作用させるためにパラボラ反射鏡の焦点位置の近傍に分散して一次放射器５４を設置すると良い。例えば，３個使用する場合は中央の一次放射器５４−２が焦点位置となるように設置すると良い。図４において，７０−１は一次放射器５４−１による放射パターンを示し，７０−２は一次放射器５４−２による放射パターンを示し，７０−３は一次放射器５４−３による放射パターンを示している。７１は一次放射器５４−１・５４−２・５４−３のメインローブが重なった領域である。放射パターン７０で示される面積に対する領域７１で示される面積の比が一次放射器を複数使用した場合の台数に対する効率ηＡであり，パラボラ鏡面の外周５１の面積に対する一次放射器の放射パターン７０で示されるの面積の比が鏡面効率ηＢである。また，一次放射器を２個使用する場合は各一次放射器５４の中間位置が焦点位置となるように設置すると良い。

ｎ個の一次放射器５４を使用する場合の１台あたりの供給電力Ｐｎは，
Ｐｎ＝Ｐ／（ｎ×効率ηＡ×効率ηＢ）
ここで，ｎ＝３，ηＡ＝７５％，ηＢ＝８０％とすると
Ｐｎ＝１２２／（３×０．７５×０．８）
＝６７．８（Ｗ）

このように，各一次放射器５４から放射された電磁波（球面波）をパラボラ反射鏡で平面波に変換したのち，円形導波管に導波しているので伝播経路での損失（本実施例では一次放射器５４から円形導波管の一方の端面までの損失Γ１が５ｄＢ，円形導波管の損失Γ２が１ｄＢ，円形導波管の他方の端面から試験平面までの損失Γ３が５ｄＢとなり，総損失が１１ｄＢとなる）が，自由空間に放射する従来の方法に比べて伝播経路での損失（送受信間伝送距離１ｍ，周波数１．３ＧＨｚの自由空間伝播損失Γ０は３４．７ｄＢ）に比べて小さくなり，その結果，アンテナに供給する電力を１０分の１〜１００分の１に少なくできるという優れた効果を奏する。

また，一次放射器５４の入力側それぞれにサーキュレータ１４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１３の出力端子から印加されることによる，増幅器１３の誤作動または故障を未然に防止できる。

また，電磁波の偏波面を水平，垂直，任意の回転磁界で試験したい場合は，放射アンテナ５のパラボラ反射鏡を一次放射器５４ごと回転してもよいが，各一次放射器５４だけを回転することでも実現できる。また，一次放射器５４を複数設けた場合は各一次放射器５４を機械的にギア等を用いて連動するように回転すれば良い。

次に本発明の第２の実施形態として図５を参照して説明する。尚，以下の説明では，上記第１の実施形態の妨害排除能力試験装置と同様の構成要素については同一符号を付与し，詳細な説明は省略する。
試験平面において６００Ｖ／ｍより低い電界強度でよい場合には，図５に示すように円形導波管８０の長さを導波管８の長さよりも短くすることができる。このように構成することにより，電波無響室７の空間を有効に利用できるし作業性が向上し作業能率が上がる。

次に本発明の第３の実施形態として図６を参照して説明する。尚，以下の説明では，上記第１の実施形態の妨害排除能力試験装置と同様の構成要素については同一符号を付与し，詳細な説明は省略する。
図６において，円形導波管８の端面から供試機器に至る伝播経路の間に電磁波６４を前記供試機器に収束するための第２のパラボラ反射鏡９を備えている。円形導波管から放射された電磁波は第２のパラボラ反射鏡で反射され，第２のパラボラ反射鏡の焦点位置に置かれた供試機器２に照射するのでさらに小さな電力で強い電界を照射できる。

次に本発明の第４の実施形態として図７を参照して説明する。尚，以下の説明では，上記第１の実施形態の妨害排除能力試験装置と同様の構成要素については同一符号を付与し，詳細な説明は省略する。
図７において，放射アンテナ５に代わって，カセグレン型のパラボラ反射鏡を使用している。
次に，動作について説明する。一次放射器５４−１・５４−２・・５４−ｎから放射された電磁波は，第３のパラボラ反射鏡１５１および，第１のパラボラ反射鏡１５２で反射され平面波となってパラボラ反射鏡の放射軸線６０に沿って供試機器２に放射される。このとき，各一次放射器５４から放射された電磁波（６５−１・６５−２）の放射電磁界成分が空間で合成され円形導波管を介して前記供試機器２に照射される。
円形導波間に導波された電磁波は，円形導波管の他方の端面から供試機器に電磁波６３が照射される。そして，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。

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，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。一次放射器から放射した電磁波を供試機器に照射する過程を示した説明図である。送信装置のブロック図である。パラボラ反射鏡における放射パターンを示す説明図である。本発明の異なる実施例を示す説明図である。本発明の異なる実施例を示す説明図である。本発明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，８…円形導波管，９…第２のパラボラ反射鏡，１０…信号発生器，１１…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…ダミー抵抗器，１７…給電線，５１…第１のパラボラ反射鏡，５２…支持金具，５３…腕金，５４…一次放射器，５５…取付金具，６０…放射軸線，６１…メインローブにより放射された電磁波（球面波），６２…サイドローブにより放射された電磁波（球面波），６３…供試機器に照射する電磁波（平面波），６４…収束された電磁波，６５…メインローブにより放射された電磁波（球面波），７０…一次放射器の放射パターン，７１…合成された一次放射器の放射パターン，８０…円形導波管，１５０…放射アンテナ，１５１…第３のパラボラ反射鏡，１５２…第１のパラボラ反射鏡。

Claims

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，
放射アンテナと，
１以上の増幅器と，
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を備え，
前記放射アンテナは第１のパラボラ反射鏡と該第１のパラボラ反射鏡の焦点位置の近傍に備えた１以上の一次放射器とから成るパラボラアンテナと導波管とからなり，
前記パラボラアンテナと前記導波管を，前記パラボラアンテナから放射される電磁波の放射軸線と前記導波管の軸線が略一致するように配置し，各一次放射器から放射した球面波を第１のパラボラ反射鏡で平面波に変換し前記導波管に導波し，導波した平面波を前記供試機器に放射することを特徴とした妨害排除能力試験装置。
前記第１のパラボラ反射鏡の開口面と前記導波管の端面間には前記パラボラアンテナのサイドローブが前記導波管に導波されないように空間を設けたことを特徴とした請求項１に記載の妨害排除能力試験装置。
前記導波管の放射側の端部に第２のパラボラ反射鏡を備え，
前記第２のパラボラ反射鏡の焦点位置に被測定物を設置すると共に，
前記導波管を伝送してきた平面波を第２のパラボラ反射鏡の焦点位置に収束して供試機器に放射することを特徴とした請求項１または請求項２に記載の妨害排除能力試験装置。