JP2006317189A - 電磁界プローブ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 プローブ30は、プローブ本体40と電波吸収体110とからなる。プローブ本体40は、ヘッド部41、パイプ部42およびボックス部43を備えている。電波吸収体110は、パイプ部42およびボックス部43を覆っている。電波吸収体110は、ヘッド部41側からボックス部43側へと広がっていく略円すい台形状である。カーボン濃度が均一のウレタンからなるテーパー形状の電波吸収体110をプローブ本体40のヘッド部41側から見ると、電波吸収体110の半径方向にカーボン濃度が変化する。このため、電波吸収体110は広帯域の電波を吸収するので、プローブ本体40が測定すべき電磁波の反射現象を抑制することができる。
【選択図】 図5
Description
このEMC対策は、エミッション(emission)ないしはEMI(Electro-Magnetic Interface)とイミュニティ(immunity)ないしはEMS(electro-magnetic susceptibility)とに関して行う必要がある。
イミュニティ試験の具体的な構成は、例えば特許文献1に開示されている。この特許文献1では、壁面が電波吸収体で囲まれた電波暗室内で電波暗室内に配置された被試験装置に向けて電磁波ノイズが照射され、この外乱要因下で被試験装置が誤動作するか否かをモニターを通して電波暗室外で監視者が監視することが開示されている。このような電子機器の放射性ノイズイミュニティ評価には、外部への電磁波ノイズの影響を防止しかつ高精度での特性測定する必要がある。
フィールドセンサは、1GHzを超える広帯域な周波数を測定できる製品が市販されており(例えば、ETS LINDGREN社製のプローブ)、それらを使用して電波暗室内の電界強度値を測定する。
アンテナ部と離間して設けられ、アンテナ部での受信結果が入力されるボックス部を更に備え、電波吸収体がボックス部を覆うことを特徴とすることができる。また、電波吸収体の周りを囲む電波透過体を更に含むことを特徴とすることができる。
電波反射体はパイプ部材であり、アンテナ部に接続された線材がパイプ部材の中を通っていることを特徴とすることができる。また、電波反射体は、アンテナ部を支持する支持部材であることを特徴とすることができる。
支持部材に連結され、線材を通じてアンテナ部での受信結果が入力されるボックス部を更に備え、電波吸収体は、ボックス部におけるアンテナ部側の面を覆うことを特徴とすることができる。また、電波吸収体が、第1の電波吸収部分と第1の電波吸収体に係合する第2の電波吸収部分とを含み、第1の電波吸収部分および第2の電波吸収部分の各々は、支持部材を覆うことを特徴とすることができる。
ここで、電波吸収体の外形は、略円すい台形状であることを特徴とすることができ、また、略角すい台形状であることを特徴とすることができる。また、電波吸収体は、略円すい台形状の側面が膨らんだ外形形状であることを特徴とすることができる。
また、電波吸収体の周りを囲んで電波吸収体を保持する保持部を更に含むことを特徴とすることができる。また、電波吸収体はウレタンからなり、保持部は、発砲スチロールからなることを特徴とすることができる。
保持部が、第1の保持部分と第1の保持部分に係合する第2の保持部分とを含み、第1の保持部分および第2の保持部分の各々は、電波吸収体の周りを囲むことを特徴とすることができる。また、第1の保持部分に設けられたボスを更に含み、第1の保持部分のボスと係合する穴部が第2の保持部分に穿設されたことを特徴とすることができる。
図1は、本実施の形態に係る電磁界プローブが使用される放射電磁界イミュニティシステムを示す概略構成図である。図1に示す放射電磁界イミュニティシステムは、放射電磁界イミュニティ試験の電界均一性を校正(calibration)するための構成を示している。
図1に示すように、放射電磁界イミュニティシステムは、電波暗室10を備えている。この電波暗室10は、外部と隔絶された所望の電磁的環境を作り出すためのものである。すなわち、電波暗室10は、外部から電波が進入するのを防止するとともに、電波暗室10内に設置された後述のアンテナ20による電磁波ノイズが外部へ漏洩するのを防止している。そして、電波暗室10には、電磁波を吸収する図示しない電波吸収体が壁および天井に配置されている。また、準無響室として必要な電磁波減衰特性を電波暗室10の内部に設定するための追加の電波吸収体11が床面の所定の領域に配置されている。具体的には、追加の電波吸収体11は、アンテナ20とプローブ30との間の床面に配置されている。また、電波暗室10の内部には、後述する均一電磁界範囲(uniform area)が設定される。
図2に示すように、放射電磁界イミュニティシステムは、信号発生器(Signal generator)51と、アンプ52と、方向性結合器(Directional coupler)53と、パワーメータ(測定器具)54と、PC(personal computer)55とを備えている。信号発生器51は、規格で決められた変調の電圧波形を発生させるための機器である。アンプ52は、信号発生器51からの出力を増幅し、アンテナ20から十分な電力を放射するために必要な電力を得るための機器である。方向性結合器53は、アンテナ20にケーブル22で接続され、信号を隔離、分離または結合するためのRF(Radio Frequency)およびマイクロ波信号のルーティングに使用される機器である。パワーメータ54は、高周波信号の強さ(パワー)を高確度で測定する機器である。PC55は、信号発生器51、パワーメータ54およびプローブ30に接続されている。すなわち、信号発生器51およびアンプ52は、図示しないバスを介してPC55によって制御されている。また、PC55は、プローブ30に対して光ファイバ55a(図1参照)を経由した信号接続がなされている。
図3に示す均一電磁界範囲は、図1に示すように、アンテナ20から3m離れた地点における1.5m×1.5mの大きさの垂直平面である。そして、均一電磁界範囲における0.5mの等間隔の位置に、全部で16個所の校正ポイントが設定される。そのような均一電磁界範囲は、床面から0.8mの高さに設定される。そして、プローブ30を用いて校正ポイントの各々の電界強度値が測定される。測定された16個所のデータに基づいて平均値がPC55により演算された後に、個々のデータから平均値を引いて偏差が演算される。このようにして電波暗室10の性能が確認される。
図4に示すように、プローブ本体40は、ヘッド部(アンテナ部)41とパイプ部(電波反射体、支持部材、シールド手段)42とボックス部43とを備えている。ボックス部43からパイプ部42が延び、パイプ部42の先端にヘッド部41が取り付けられている。言い換えると、パイプ部42の一端部にヘッド部41が配設され、パイプ部42の他端部にボックス部43が配設されている。
ヘッド部41は球形状であり、ヘッド部41の内部に受信用の小さなアンテナ(アイソトロピックアンテナ)41aが配置されている。パイプ部42は、シールド用のスチールパイプ部材からなり、スチールパイプの軸方向に延びるようにスチールパイプ内にケーブル(線材)42aが挿通されている。ボックス部43は金属製のボックス形状であり、ボックス部43の内部には、ヘッド部41による受信結果を用いて演算したりE/O変換したりするための図示しない回路基板や図示しない充電式バッテリ等が内蔵されている。そして、図示しない回路基板等による光信号は、光ケーブル55aを介して電波暗室10の外に設置されたPC55(図2参照)に送信される。
例えば、スチールパイプのパイプ部42を設ける代わりに、ヘッド部41を保持するための樹脂等の図示しない非金属部材を設ける構成である。その場合には、ケーブル42aは、図示しない非金属部材の外面に這わせることができる。
また、例えば、後述する発泡スチロール(図13または図14参照)によりヘッド部41を保持する構成である。その場合には、後述する電波吸収体(例えば図5の符号110参照)の内部にケーブル42aを配置するだけの簡易な構成にすることができる。
以下説明する電波吸収体は、長手形状であり、取り付けられるプローブ本体40の形状に対応する内部空間を有する。また、以下説明する電波吸収体は、カーボン濃度が均一に形成されている。
また、上底面112は、プローブ本体40のヘッド部41側に位置し、下底面111は、プローブ本体40のボックス部43側に位置する。上底面112は、下底面111よりも横断面積が小さい。付言すると、上底面112は、プローブ本体40のヘッド部41の外径よりも小さい。このため、電波吸収体110で反射した電波がヘッド部41と干渉するのを防止することができる。
また、電波吸収体110は、合わせ面ないしは分割面110aにて2つに分割される構造である。すなわち、電波吸収体110は、2つの部材(第1の電波吸収部分と第2の電波吸収部分)からなる。このように電波吸収体110を分割構造にしたことにより、上述したように、プローブ本体40のボックス部43に内蔵された図示しない充電式バッテリ等のメンテナンス性を向上させることができる。なお、電波吸収体110の分割の数は、2以外の数でも構わない。
図7に示す電波吸収体130は、互いに高さの異なる2つの円すい台を一体にしたような形状であり、言い換えると、2つの円すい台の下底面同士を結合したような形状である。すなわち、電波吸収体130は、途中で逆方向に傾斜する逆テーパー形状になる。また、電波吸収体130は、プローブ本体40のパイプ部42およびボックス部43を覆っている。また、電波吸収体130は、分割面130aで2つに分割される構造である。
図8に示す電波吸収体140は、円すい台と円すい台の下底面側に位置する円柱と円すい台の上底面側に位置する円柱(フランジ部)とを一体にしたような形状である。すなわち、電波吸収体140におけるプローブ本体40のヘッド部41側およびボックス部43側は、テーパー形状ではない。また、電波吸収体140は、プローブ本体40のパイプ部42およびボックス部43を覆っている。また、電波吸収体140は、分割面140aで2つに分割される構造である。
図11に示す電波吸収体170は、四角すい台の形状であり、また、プローブ本体40のパイプ部42およびボックス部43の前面43aを覆っている。この前面43aは、ボックス部43のヘッド部41側に位置する面をいう。このように図11に示す形態では、ボックス部43において、電波吸収体170によって前面43aのみが覆われている。また、電波吸収体170は、分割面170aで2つに分割される構造である。
図13に示す場合では、図10に示す電波吸収体160を発泡スチロール(保持部、電波透過体)190で覆っている。図13の(b)に示すように、発泡スチロール190は、分割面190aで2つに分割される構造である。すなわち、発泡スチロール190は、第1の部分(第1の保持部分)と第2の部分(第2の保持部分)とからなる。そして、この分割面190aは、電波吸収体160の分割面160aとは略直交する方向に延びている。このように、図13に示す場合では、二分割の電波吸収体160を発泡スチロール190で挟み込む構成を採用している。
図13の(b)に示すように、発泡スチロール190には、係止部190bが設けられている。すなわち、二分割の発泡スチロール190の一方にボス形状部が形成され、他方には、このボス形状部と嵌合する嵌合部が形成されている。このため、二分割の発泡スチロール190同士を確実に互いに結合することができる。
図13に示す場合では、プローブ本体40を電波吸収体160で覆った後に、さらに電波吸収体160を発泡スチロール190で挟み込むことにより、組み立てることができる。このように組み立てると、発泡スチロール190が電波吸収体160の外面に当接することにより、電波吸収体160の姿勢を水平に保持することができる。
なお、この発泡スチロール190は、その体積のほとんどを空気が占めているので、発泡スチロール190で電波吸収体160を包み込んでも電波状態に問題がない。発泡スチロール190としては、発泡倍率の高いものを用いるのが好ましい。
この外装体200において、発泡スチロール202は電波吸収体201の全周を囲っている。すなわち、発泡スチロール202は、プローブ本体40と電波吸収体201との間に介在している。このような構成により、電波吸収体201が変形しやすい材質からなる場合でも、プローブ本体40の重さによる荷重を発泡スチロール202にかけることができるので、電波吸収体201の変形を防止することができる。このため、電波吸収体201の形状に起因する所期の効果、すなわち広帯域の電波吸収等の効果を十分奏することが可能となる。
外装体200は、分割面200aで2つに分割される構造である。すなわち、外装体200は、第1の外装部分と第2の外装部分とからなる。また、外装体200には、係止部200bが設けられている。このため、二分割の外装体200同士を確実に互いに結合することができる。
なお、電波吸収体201と発泡スチロール202とが一体成形された外装体200は、プローブ本体40と電波吸収体201との間に発泡スチロール202が介在しない構成にすることも考えられる。
この実施例では、プローブ30をアンテナ20の高さと同じ高さに設置した。そして、プローブ30の取付けやプローブ30の電波吸収体の形状等の条件を変えて実験を行った。4000MHz(4GHz)から6000MHz(6GHz)まで周波数スイープさせながら、プローブ30により測定される電界強度が10V/mとなるようにアンプ52を制御し、その電力を測定した。すなわち、境界強度を10V/mに保つために必要な電力を測定した。電波吸収体としては、ウレタンにカーボンを1リットル当たり3〜5mgを含浸したいわゆるハイカーボンタイプを用いている。また、電波吸収体のカーボン濃度は一定である。なお、電波吸収体として、所定のカーボン濃度で形成された発泡スチロールを用いることも考えられる。
図15は、実施結果を示すグラフであり、縦軸が必要電力(W)で、横軸が周波数(MHz)である。また、図16は、実験結果から演算した変化量を示すグラフである。図15および図16に示すように、条件を変えて4つの態様で実験した。図17は、比較例2におけるプローブ30'を示す構成図である。
実施例1では、実施の形態に係る電波吸収体160(図10参照)をプローブ本体40(図10参照)に取り付けてプローブ30(図10参照)を構成し、このプローブ30(図10参照)をスタンド31(図1参照)に固定して実験した。この場合には、プローブ本体40のパイプ部42(図10参照)が、アンテナ20(図1参照)に対して水平となるように固定してある。また、スタンド31(図1参照)は、FRP(Fiber Reinforced Plasticsの略語。繊維強化プラスチック)製であり、このスタンド31(図1参照)に、電波吸収体160と同じ材質の電波吸収部材を取り付けている。また、プローブ本体40のヘッド部41の直径A(図10参照)は10cmで、パイプ部42が電波吸収体160から露出する区間B(図10参照)は1cmである。
実施例1の条件では、図15の線(1)に示すような実験結果を得た。この場合の変化幅は、図16に示すように、1.7dBである。このように実施例1では、必要電力は周波数による変動はきわめて小さい。
実施例2では、実施の形態に係る電波吸収体160(図10参照)をプローブ本体40(図10参照)に取り付けてプローブ30(図10参照)を構成し、このプローブ30(図10参照)を図示しない発泡取付け台に取り付けて実験した。この場合には、プローブ本体40のパイプ部42(図10参照)は、アンテナ20(図1参照)に対して水平となるように取り付けている。図示しない発泡取付け台としては、箱型の発泡スチロールを傾斜させて用いた。すなわち、図示しない発泡スチロールを傾斜させてプローブ本体40(図10参照)がアンテナ20(図1参照)に対して水平となるように配置した。
実施例2の条件では、図15の線(2)に示すような実験結果を得た。この場合の変化幅は、図16に示すように、1.6dBである。このように実施例2でも、必要電力は周波数による変動はきわめて小さい。
比較例1として、電波吸収体を取り付けることなくプローブ本体40をFRP製マストにアンテナ20に対して水平となるように取り付けて実験した。比較例1では、図15の線(3)に示すように必要な電力変動が大きかった。また、その変化幅は、図16に示すように、7.0dBであった。
比較例2として、図17に示すように立方体形状の電波吸収体210をプローブ本体40に取り付けてプローブ30'を構成し、そのプローブ30'をFRP製のマストに固定した。この立方体形状の電波吸収体210は、プローブ本体40のヘッド部41に大きな壁部210aが配置している。また、電波吸収体210は、プローブ本体40のパイプ部42のボックス部43側のみを覆っているだけであり、パイプ部42のほとんどの部分が露出している。
比較例2でも、図15の線(4)に示すように必要な電力変動が大きかった。また、その変化幅は、図16に示すように、7.0dBであった。この場合には、図17に示すプローブ30'は、アンテナ20(図1参照)に対して水平となるように固定してある。
また、周波数による送信出力の変動が大きいほど、プローブ30そのものも含めた周囲の構造物からの反射波の影響が多いと言えるので、変動の小さな実施例1および実施例2では、その影響を低減することが可能になる。
また、プローブ30の本体部を本実施の形態に係る電波吸収体でカバーした場合は電力のバラツキが減少することから、本体部からの反射波の影響と考えられる。
Claims (18)
- アンテナ部と、
前記アンテナ部から延びる電波反射体と、
前記電波反射体の周りを囲み、前記アンテナ部から遠ざかるに従って外形が大きくなると共に肉厚が増えていく部分を有する電波吸収体と、
を含む電磁界プローブ。 - 前記アンテナ部と離間して設けられ、当該アンテナ部での受信結果が入力されるボックス部を更に備え、
前記電波吸収体は、前記ボックス部を覆うことを特徴とする請求項1に記載の電磁界プローブ。 - 前記電波吸収体の周りを囲む電波透過体を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の電磁界プローブ。
- 前記電波反射体はパイプ部材であり、前記アンテナ部に接続された線材が当該パイプ部材の中を通っていることを特徴とする請求項1に記載の電磁界プローブ。
- 前記電波反射体は、前記アンテナ部を支持する支持部材であることを特徴とする請求項1に記載の電磁界プローブ。
- アンテナ部と、
前記アンテナ部に接続された線材と、
前記アンテナ部を支持する支持部材と、
前記支持部材の周りを囲む長手形状の電波吸収体と、
を含み、前記電波吸収体は、前記アンテナ部に近い近位端と当該アンテナ部から遠い遠位端とを有し、当該近位端の側から当該遠位端の方向に行くに従って横断面積が大きくなっていき、当該近位端と当該遠位端との間の中間位置又は当該遠位端の位置で横断面積が最大になることを特徴とする電磁界プローブ。 - 前記支持部材に連結され、前記線材を通じて前記アンテナ部での受信結果が入力されるボックス部を更に備え、
前記電波吸収体は、前記ボックス部における前記アンテナ部側の面を覆うことを特徴とする請求項6に記載の電磁界プローブ。 - 前記電波吸収体は、第1の電波吸収部分と当該第1の電波吸収部分に係合する第2の電波吸収部分とを含み、当該第1の電波吸収部分および当該第2の電波吸収部分の各々は、前記支持部材を覆うことを特徴とする請求項6に記載の電磁界プローブ。
- 前記支持部材はパイプ部材であり、前記線材が当該パイプ部材の中を通っていることを特徴とする請求項6に記載の電磁界プローブ。
- 前記電波吸収体の外形は、略円すい台形状であることを特徴とする請求項6に記載の電磁界プローブ。
- 前記電波吸収体の外形は、略角すい台形状であることを特徴とする請求項6に記載の電磁界プローブ。
- 前記電波吸収体は、略円すい台形状の側面が膨らんだ外形形状であることを特徴とする請求項6に記載の電磁界プローブ。
- 電磁界を測定するアンテナ部と、
前記アンテナ部に接続された線材と、
前記線材をシールドするシールド手段と、
前記線材を介してアンテナ部の測定結果が入力されるボックス部と、
前記シールド手段および前記ボックス部の周りを囲む電波吸収体と、
を含み、前記電波吸収体は、前記アンテナ部から遠ざかるに従って外形が大きくなると共に肉厚が増えていく部分を有することを特徴とする電磁界プローブ。 - 前記シールド手段は、前記アンテナ部を支持するパイプ部材であり、前記線材が当該パイプ部材の中を通っていることを特徴とする請求項13に記載の電磁界プローブ。
- 前記電波吸収体の周りを囲んで当該電波吸収体を保持する保持部を更に含むことを特徴とする請求項13に記載の電磁界プローブ。
- 前記電波吸収体はウレタンからなり、前記保持部は、発泡スチロールからなることを特徴とする請求項15に記載の電磁界プローブ。
- 前記保持部は、第1の保持部分と当該第1の保持部分に係合する第2の保持部分とを含み、当該第1の保持部分および当該第2の保持部分の各々は、前記電波吸収体の周りを囲むことを特徴とする請求項15に記載の電磁界プローブ。
- 前記第1の保持部分に設けられたボスを更に含み、
前記第1の保持部分の前記ボスと係合する穴部が前記第2の保持部分に穿設されたことを特徴とする請求項17に記載の電磁界プローブ。
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