JP2008082945A

JP2008082945A - 近傍電磁界分布測定装置

Info

Publication number: JP2008082945A
Application number: JP2006264831A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kazama; 智風間; Hiroshi Tsutagatani; 洋蔦ヶ谷; Masahiko Sakurada; 雅彦櫻田
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】被測定物１以外のものから発生するノイズ（雑音）の影響を受け難い近傍電磁界分布測定装置を提供する。
【解決手段】外界のノイズ及びモータ111,112,182から発生するノイズを遮蔽用金属筐体100及び金属部材181によって遮蔽し、これらのノイズがプローブアンテナ２や被測定物１に与える影響を低減するようにした上で、プローブアンテナ２を用いて被測定物１から発生する電磁界の強度を各測定座標において測定して電磁界分布を取得する。これにより、オープンサイトや電波暗室のような大規模な設備を用いることなく、ノイズの影響を低減した正確な近傍電磁界分布を得られるので、電子機器の開発・設計を低コストかつ容易に行うことが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、被測定物からの電磁界の放射により形成された電磁界分布を測定する電磁界分布測定装置に関するものである。

従来、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）対策として電子機器から放射される電磁波による電磁界の強度測定を行う方法としては、以下に示すようなものが規定されている。

例えば、測定対象となる電子機器、すなわち被測定物（供試機器）をオープンスペースに設置し、この被測定物から３ｍから１０ｍの距離をもってループアンテナやダイポールアンテナを設置して測定するものである。このようにアンテナを被測定物から十分な距離をおいて設置した場合には、ループアンテナにおいては遠方放射電磁界の磁界成分だけを測定でき、ダイポールアンテナにおいては電界成分だけを測定できる。そして、遠方放射電磁界の一方の成分を測定すれば他方を算出することができる。また、オープンスペースではなく電波暗室において測定する方法も規定されている。

一方、被測定物において電磁波の放射源を特定する場合もある。例えば、回路基板上においてどの部位から電磁波が強く放射されているかを特定する場合である。このように場合には、前述した測定とは異なり被測定物の近傍において電磁界強度を測定する。一般的には、小型ループアンテナを被測定物に近接させて電磁界の磁界成分を測定している。すなわち、電磁結合による誘電起電力を利用して被測定物によって発生される電磁界の磁界成分を測定するものである。この信号を、たとえばスペクトラムアナライザ等の高周波信号測定器で測定を行いながら、小型ループアンテナを走査することで電磁界の分布の測定を行う。この測定器により、基板やＩＣの近傍電磁界分布を測定し、これに基づき被測定物における電流電圧分布を求めて、放射源を特定している。

ところで、前記オープンスペース等による測定方法は広大な設置スペースや多額の設備投資が必要である。

一方、前記ループアンテナを用いて電磁波の放射源を精度よく特定するためには、電界成分による影響を排除する必要がある。このためループアンテナにシールドを設けたシールデッド・ループアンテナがしばしば用いられる。このシールデッド・ループアンテナでは、電界成分の影響を受けづらいので、磁界成分のみの測定を比較的高精度で行うことができる。

また、空間に形成された電磁界の電界成分と磁界成分のそれぞれを小型且つ簡易な設備で容易且つ正確に測定することができる電磁界強度の測定方法及び装置の一例としては、再表０２／０８４３１１号公報に開示されているものが知られている。

この再表０２／０８４３１１号公報に開示される電磁界の電界強度及び磁界強度を測定する方法では、導体を電磁界内に配置し、導体から出力される出力電流であって電磁界に対して異なる方向に出力される複数の出力電流を同時に測定することにより各出力電流の大きさ及び出力電流間の位相差を測定し、測定した複数の出力電流の大きさ及び位相差に基づき各出力電流に含まれる電界により導体に生じる電界成分電流と磁界により導体に生じる磁界成分電流とを算出し、算出した電界成分電流及び磁界成分電流の大きさに基づき電磁界の電界強度及び磁界強度を算出する。

一般に、電磁界が形成されている空間に導体を配置すると、この導体からは電界により生じる電流（電界成分電流）と磁界により生じる電流（磁界成分電流）との合成電流が出力される。ここで、導体の特定の箇所から出力される電流のうち電界成分電流は、導体が電磁界に対して相対的に方向を変えても一定である。一方、導体の特定の箇所から出力される電流のうち磁界成分電流は、導体が電磁界に対して相対的に方向を変えると、その大きさ及び方向（位相）が変動する。従って、導体から互いに異なる方向に出力される複数の出力電流を同時に測定することにより、その大きさ及び出力電流間の位相差をそれぞれ測定できる。そして、各出力電流の大きさ及び出力電流間の位相差に基づき、出力電流に含まれる電界成分電流及び磁界成分電流を算出するので、導体位置における正確な電磁界強度を測定することができる。

これらの測定では、放射電磁界の感度が低かったため、外部シールド部材等を設ける必要はなかった。
再表０２／０８４３１１号公報

しかしながら、測定信号が小さい場合、すなわち、測定装置の感度を上げたり、アンプ（増幅器）を用いて、被測定物から発生する非常に低いレベルの雑音（ノイズ）を測定して評価する場合、例えば携帯電話内部で発生する微弱なノイズを評価する場合等は、外界のノイズ（雑音）の影響を受け、正確な測定ができないことがあった。このノイズは、高周波信号を測定する測定装置や、小型ループアンテナ等のセンサを走査させる機械装置が発生するノイズも含まれる。

また、周知の電波暗室（シールドルーム）を設置すると設置コストがかかりすぎることや、電波暗室内部において被測定物以外の電子機器等から発生するノイズの影響を受けて正確な測定を行えないことが多々生じている。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被測定物以外のものから発生するノイズ（雑音）の影響を受け難い近傍電磁界分布測定装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、電磁波の放射源となる被測定物の近傍における電磁界分布を測定する電磁界分布測定装置において、被測定物の近傍空間における所定の測定面における電界又は磁界の少なくとも何れか一方の強度に対応した信号を出力するプローブと、前記プローブを前記測定面において任意の測定座標に走査させる走査手段と、前記プローブと被測定物とを外界及び被測定物以外の電磁界を放射するものから電磁遮蔽する遮蔽手段と、前記プローブが位置する測定座標毎に、所定の測定時間の間の前記信号を検出して前記プローブによる測定結果を記憶する手段と、前記プローブが位置する測定座標と前記プローブによる測定結果とに基づき前記測定面内の複数の測定座標のそれぞれにおける電界又は磁界の少なくとも何れか一方の強度を算出する手段と、前記算出した強度に基づき前記被測定物近傍位置の各測定座標における前記測定面内の電磁界分布を算出する手段とを備えていることを特徴とする近傍電磁界分布測定装置を提案する。

本発明の近傍電磁界分布測定装置は、外界のノイズ及び前記モータ等の雑音を発生する機械装置や信号測定機や制御用コンピュータから発生するノイズを遮蔽手段によって遮蔽し、これらのノイズがプローブや被測定物に与える影響を低減するようにしている。このようにノイズの影響を低減した上で、前記プローブを用いて前記被測定物から発生する電磁界の強度を各測定座標において測定する。

本発明の近傍電磁界分布測定装置によれば、外界のノイズ及びモータ等の雑音を発生する機械装置や信号測定機や制御コンピュータ等の装置それ自身から発生するノイズを遮蔽し、これらのノイズがプローブや被測定物に与える影響を低減した上で、被測定物から発生する電磁界強度を各測定座標において測定することができる。このため非常に微弱な電磁界の分布測定を行うことが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明の第１実施形態における近傍電磁界分布測定装置の金属筐体を示す外観斜視図、図２は本発明の第１実施形態における近傍電磁界分布測定装置の金属筐体の内部を示す斜視図、図３は本発明の第１実施形態における近傍電磁界分布測定装置の金属筐体の内部を示す分解斜視図、図４は本発明の第１実施形態における近傍電磁界分布測定装置の電気系回路を示すブロック図である。

図１乃至図３において、100は電磁遮蔽を行うための接地された金属筐体であり、例えば、銅あるいはリン青銅等の部材によって構成された直方体の箱であり、基台101の上面に固定された下部筐体103と、下部筐体103の上に蓋として設けられた上部筐体102とを備え、これら全体が接地されている。

さらに、下部筐体103の外側には２つのモータ111,112が基台101に固定して設けられており、その回転軸113は導電率及び誘電率が所定値以下の絶縁部材114を介在して下部筐体103を貫通する連結軸115に接続されている。絶縁部材114の導電率及び誘電率は、例えば、導電率が２E-3以下、比誘電率が１０以下であり高いインピーダンスになっていることがモータ111,112から発生したノイズ電磁波が金属筐体内部に進入し難くなるので好ましい。

下部筐体103の内部には、プローブアンテナ２を基台101の上面に平行な所定平面内で移動するための走査機構部と、プローブアンテナ２の上方に被測定物１を固定するためのステージ板120が設けられている。このステージ板120は電気的な絶縁物からなり、所定値以下の低い誘電率を有する部材からなる。ステージ板120の誘電率は１０以下であることが測定に与える影響が低減されるので好ましい。また、ステージ板120の四隅には取付穴121が設けられている。この取付穴121を用いてステージ板120は下部筐体103に固定された４本の支柱122に固定されている。さらに、ステージ板120の下面には、被測定物１と後述する固定磁界センサ３が固定されている。固定磁界センサ３は図示せぬコネクタを介してケール105の一端に接続され、ケーブル105の他端は下部筐体103の外部に引き出されている。

走査機構部は、互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向にプローブアンテナ２を装着した直方体形状の主摺動体171を移動させるもので、Ｘ走査部とＹ走査部とから構成されている。

Ｘ走査部は、下部筐体103の底面に平行に配置されたシャフト130を備え、このシャフト130は主摺動体171を貫通して設けられている。また、シャフト130の両端は摺動体131,134に固定されている。摺動体131は、シャフト130に直交するように摺動体131を貫通するシャフト132に沿って移動し、シャフト132の両端は固定部材133によって下部筐体103の底面に固定されている。摺動体134は、シャフト130に直交するように摺動体134を貫通するシャフト135に沿って移動し、シャフト135の両端は固定部材136によって下部筐体103の底面に固定されている。

また、摺動体131はタイミングベルト141に固定され、このタイミングベルト141はシャフト132の一端部近傍に配置された駆動プーリ142とシャフト132の他端部近傍に配置された従動プーリ143にかけられている。

駆動プーリ142は図示せぬ支持部を介して連結軸105と連結され、モータ111とともに回転し、タイミングベルト141を回転させる。これにより、タイミングベルト141の回転に伴って摺動体131,134がシャフト132,135に沿って移動する。その結果、摺動体131,134の移動に伴ってシャフト130と主摺動体171が移動する。

Ｙ走査部は、下部筐体103の底面に平行に且つシャフト130に直交するように配置されたシャフト150を備え、このシャフト150は主摺動体171を貫通して設けられている。また、シャフト150の両端は摺動体151,154に固定されている。摺動体151は、シャフト150に直交するように摺動体151を貫通するシャフト152に沿って移動し、シャフト152の両端は固定部材153によって下部筐体103の底面に固定されている。摺動体154は、シャフト150に直交するように摺動体154を貫通するシャフト155に沿って移動し、シャフト155の両端は固定部材156によって下部筐体103の底面に固定されている。

また、摺動体151はタイミングベルト161に固定され、このタイミングベルト161はシャフト152の一端部近傍に配置された駆動プーリ162とシャフト152の他端部近傍に支持部材165に支持されて配置された従動プーリ163にかけられている。

駆動プーリ162は支持部材164を介して連結軸115と連結され、モータ112とともに回転し、タイミングベルト161を回転させる。これにより、タイミングベルト161の回転に伴って摺動体151,154がシャフト152,155に沿って移動する。その結果、摺動体151,154の移動に伴ってシャフト150と主摺動体171が移動する。

主摺動体171の上面には固定板172が装着され、この固定板172の下面側には接地されている遮蔽用の金属部材181によって囲まれたモータ182が取り付けられている。さらに、固定板172の上面側にはプローブアンテナ２が立設されており、このプローブアンテナ２はモータ182の回転によって回転される。また、プローブアンテナ２に接続された同軸ケーブルおよびモータ182に接続された駆動信号伝達用ケーブルは１本のケーブル104として下部筐体103の外部に引き出されている。

上記の構成により、外界のノイズ及びモータ111,112,182から発生するノイズや信号測定機や制御用パソコンから発生するノイズを遮蔽し、これらのノイズがプローブアンテナ２や被測定物１に与える影響を低減した上で、被測定物１から発生する電磁界分布を各測定座標において測定することができる。したがって、オープンサイトや電波暗室のような大規模な設備を用いることなく、ノイズの影響を低減した高感度で正確な近傍電磁界分布を得られるので、電子機器の開発・設計を低コストかつ容易に行うことが可能となる。

次に、本願発明の第１実施形態に係る電気系回路の構成と電磁界強度の算出方法及び装置について図面を参照して説明する。

本実施形態では、図４に示すように、被測定物１から放射される電磁波により形成された電磁界（放射電磁界）の強度を算出する。具体的には、走査用プローブアンテナ２及び固定磁界センサ３を用いて検出した被測定物１の近傍の磁界の強度・方向・位相に基づき、任意の位置における放射電磁界の強度を算出する。

まず、この算出方法の理論および原理について説明する。Ｌｏｖｅの等価定理によれば、放射源の周囲に設定した仮想的な等価面を波源として考えることで、放射源を知ることなく、該放射源により形成される電磁界（放射電磁界）を求めることができる。具体的には、等価面上の電界Ｅ₁と磁界Ｈ₁から等価面磁流Ｊ_mと等価面電流Ｊ_eを求め、この等価面磁流Ｊ_mと等価面電流Ｊ_eをそれぞれ放射源と考えることにより放射電磁界を求めることができる。更に具体的には、次式により電界Ｅ及び磁界Ｅを求めることができる。なお、ここでＥ，Ｈ，Ｅ₁，Ｈ₁，Ｊ_m，Ｊ_e，ｎハット（ｎの上方に「＾」を付した記号）はベクトルである。また、μ₀は真空中の透磁率、ε₀は真空中の誘電率である。

このように、等価面における電界Ｅ₁と磁界Ｈ₁を測定することで任意の位置における放射電磁界を求めることができる。本実施形態では、被測定物１の近傍に固定配置した固定磁界センサ３により基準信号を検出することにより、プローブアンテナ２の検出信号の位相をも検出できる。これにより、被測定物１の近傍に設定した測定面における電界又は磁界の強度及び方向並びにその位相の分布を得ることができ、これらの分布から被測定物の遠方における電磁界強度を算出することができる。

このように、Ｌｏｖｅの等価定理によれば、等価面上の電界Ｅ₁と磁界Ｈ₁から等価面磁流Ｊ_mと等価面電流Ｊ_eを求め、この等価面磁流Ｊ_mと等価面電流Ｊ_eをそれぞれ放射源と考えることにより放射電磁界を求めることができる。この理論を拡張したものにＳｃｈｅｌｋｕｎｏｆｆの等価定理がある。Ｓｃｈｅｌｋｕｎｏｆｆの等価定理では、等価面上の電界Ｅ₁又は磁界Ｈ₁どちらか一方から等価面磁流Ｊ_m又は等価面電流Ｊ_eを求めることで、放射電磁界を求めることができる。これは、等価面磁流Ｊ_mの場合は等価面を磁気壁と考え、等価面電流Ｊ_eの場合は等価面を電気壁と考えることによる。

ここで、実際に電界Ｅ₁又は磁界Ｈ₁のいずれかの測定を行うことを考えると、電位の絶対値を測定することが困難である。そこで、本実施の形態では、被測定物１の近傍に設定した等価面上にループアンテナからなるプローブアンテナ２を配置し、このプローブアンテナ２を用いて磁界Ｈ₁の測定を行うことにする。磁界の大きさは、プローブアンテナ２からの出力電流Ｉ_mにより次式を用いて求めることができる。次式においては、ループの出力に５０Ωの負荷が直列に接続されているものとする。

Ｉ_m＝２πｆμＳＨｓｉｎθ／（５０×２）
なお、ｆは周波数、μは透磁率、Ｓはループ面積、Ｈは磁界、θは磁界とループ面の角度である。

また、この理論では磁界Ｈ₁をベクトルで測定する必要があるが、本測定系では後述するように、磁界に対するプローブアンテナ２の向きを変えて複数回測定することにより磁界の向きを測定するとともに、プローブアンテナ２とは別に固定磁界センサ３を設けることにより位相を測定可能としている。

このＳｃｈｅｌｋｕｎｏｆｆの等価定理を適用して被測定物１からの放射電磁による放射電磁界を求めるには、被測定物１を囲むように設定した６面（等価面）のそれぞれを、走査用磁界センサ２を各面に垂直に配置した方向から測定する。これにより走査面の磁界の大きさと位相と向きの分布が得られる。そして、面の単位法線ベクトルとこの磁界の外積で求められる等価面電流が、磁気壁であると仮定された６面に分布している、として求められる電磁界分布が電磁界となる。具体的には、２倍の等価面電流が流れていると考えればよい。この等価面電流を微小ダイポールとして考え次式を用いることで電磁界が算出できる。尚、上記構成においてはＸ軸およびＹ軸に対して直交するＺ軸方向にプローブアンテナ２を移動することができないため、人手によってステージ板120を上下させることによりＺ軸方向の座標変更を行っているが、ステージ板120をモータを用いて上下移動するようにしても良い。

ここで、（ｒ，θ，φ）は微小ダイポールからの極座標表示の点、ωは各周波数、ｌは微小ダイポールの長さ、Ｉdは微小ダイポールに流れる電流、λは波長、Ｚoは次式で示す空間の波動インピーダンスである。

以下、図４を参照して本実施形態に係る測定系について具体的に説明する。図４に示すように、本測定系では、走査用のプローブアンテナ２と、プローブアンテナ２を被測定物１の周囲に設定した所定の走査面において走査させる走査装置４と、被測定物１の近傍に配置した基準信号検出用の固定磁界センサ３とを備えている。

プローブアンテナ２は、シールデッドループ構造となっている。本実施形態では、図５に示すように、多層プリント配線板によりシールデッドループ構造を実現している。具体的には、第１層２１及び第３層２３にシールド用のパターン２４及び２５を設けるとともに、第２層２２に心線に相当するパターン２６を設けている。各パターン２４〜２６間の接続はスルーホール２７により実現している。また、各パターンの２４〜２６は配線板の端部に設けた同軸コネクタ２８にそれぞれ接続している。このような構造により、図６に示すような一般的なシールデッドループアンテナと同様に磁気センサとして機能する。なお、本実施の形態では多層プリント配線板を用いたセンサを用いたが、図６に示すような一般的なシールデッドループアンテナ２’であっても本発明は実施できる。しかしながら、多層プリント配線板を用いたプローブアンテナ２では、小型化が容易であること及び被測定物１への接近が容易であることから分解能の向上が期待できる点で、一般的なシールデッドループアンテナ２’よりも好適である。

固定磁界センサ３は、プローブアンテナ２の検出信号の位相を検出するための基準となる信号を検出する。この固定磁界センサ３は、被測定物１の近傍に配置したセンサであればその構造は問わない。本実施形態ではループアンテナを用いた。

プローブアンテナ２及び固定磁界センサ３は、図４に示すように、各々ミキサ５，６を介してＡ／Ｄコンバータ７，８に接続されている。ミキサ５，６には、発振器９で生成された周波数変換用の基準信号が分波器１０により分配されて入力される。これにより、Ａ／Ｄコンバータ７，８の入力信号がダウンコンバートされる。Ａ／Ｄコンバータ７，８は、入力信号をディジタルに変換する。また、Ａ／Ｄコンバータ７，８は互いに位相同期して動作している。これにより、プローブアンテナ２の検出信号と固定磁界センサ３の検出信号との位相差を検出できる。Ａ／Ｄコンバータ７，８によって変換されたデータはコンピュータ１１に入力される。

コンピュータ１１は、Ａ／Ｄコンバータ７，８からの入力データをフーリエ変換する高速フーリエ変換部１２と、変換後の各周波数ごとのデータから磁界の強度・方向・位相を算出する磁界情報算出部１３と、走査装置４を制御する走査制御部１４とを備えている。高速フーリエ変換部１２及び磁界情報算出部１３は、走査制御部１４の制御信号に基づいて動作し、被測定物１の近傍に設定された所定の走査面において磁界の磁界の強度・方向・位相を算出する。算出されたデータは、メモリやハードディスク等の記憶装置（図示省略）に保存される。走査制御部１４は、モータ111,112,182の駆動を制御する。

磁界情報算出部１３における磁界の強度・方向・位相を算出する方法について説明する。磁界情報算出部１３は、走査面に対する角度を変えて測定したアンテナプローブ２からの２つのデータの和及び差を取ることにより、磁界の強度及び方向を算出する。また、アンテナプローブ２からのデータと固定磁界センサ３からのデータとを対比することにより両者間の位相差を検出する。走査面における磁界の位相とは、この固定磁界センサ３からの検出信号を基準とした両者間の位相差を意味する。

コンピュータ１１は、さらに、磁界情報算出部１３で算出された走査面における磁界の強度・方向・位相から任意の位置における電磁界を算出する放射電磁界算出部１５を備えている。この算出の方法には、前述したようにＳｃｈｅｌｋｕｎｏｆｆの等価定理を用いる。算出した結果は、メモリやハードディスク等の記憶装置（図示省略）に保存される。図示省略の記憶装置に保存された算出結果及び前記磁界分布は、表示装置（図示省略）に表示される。

以上のように、本実施形態によれば、被測定物１の近傍を走査するアンテナプローブ２を走査させながら、その検出信号と被測定物１の近傍に固定配置した固定磁界センサ３からの検出信号とを比較することにより、走査面における磁界の強度・方向・位相の分布が得られる。そして、得られたデータに基づき、被測定物１からの放射電磁波により形成された電磁界（放射電磁界）を求めることができる。

また、外界のノイズ及びモータ111,112,182から発生するノイズ電磁波を遮蔽し、これらのノイズがプローブアンテナ２や被測定物１に与える影響を低減した上で、被測定物１から発生する電磁界分布を各測定座標において測定することができる。例えば、８８０ＭＨｚ近傍の周波数帯域において、遮蔽用の金属筐体102,103および金属部材181が無い状態におけるアンテナプローブ２を用いたノイズ電磁波の測定結果は図７に示すものであったのに対して、遮蔽用の金属筐体102,103および金属部材181を用いた状態におけるアンテナプローブ２を用いたノイズ電磁波の測定結果は図８に示すものとなった。このように、本実施形態の装置構成によれば、従来例に比べてノイズ電磁波の影響を大幅に低減することができる。

したがって、オープンサイトや電波暗室のような大規模な設備を用いることなく、ノイズの影響を低減した正確な近傍電磁界分布を得られるので、電子機器の開発・設計を低コストかつ容易に行うことが可能となる。

このような測定の他の例としては、オープンサイトや電波暗室による測定だけでなく、携帯電話などの設計・開発で行われる人体への電磁波の吸収率を表すＳＡＲ値の測定（この測定では本来人体をシミュレートしたファントムと呼ばれる装置を用いる）や、アンテナの設計時に行われる放射パターンの測定などがあげられる。本実施形態の装置を用いることによって、このような測定について多大な設備投資を行うことなく、容易に電子機器の設計・開発を行うことが可能となる。

以上、本発明の第１実施形態について説明したが、本発明は該実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、Ｌｏｖｅの等価定理を拡張したＳｃｈｅｌｋｕｎｏｆｆの等価定理を適用し、被測定物の近傍の磁界のみを測定するようにしたが、小型ダイポールアンテナ等を用いて電界のみを測定するようにしてもよく、また磁界及び電界の双方を測定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、走査面における磁界の位相を測定するために、アンテナプローブ２とは別にループアンテナからなる固定磁界センサ３を被測定物１の近傍に配置したが、固定磁界センサ３を被測定物１に付設するようにしてもよい。

また、図９に示すように、上部筐体102Bの上面等に複数の小穴106を設けた金属筐体100Bを構成して、これらの小穴106を介して外部から内部を見ることができるようにしても良い。また、金属筐体全体を接地された金網によって構成しても良い。

この金属筐体内部に、電磁波吸収体を設けることで、筐体内部に定在波が発生して測定に影響を及ぼすことを抑制したり、金属筐体が被測定物へ及ぼす影響を少なくすることができる。このように金属筐体内部に電磁波吸収体を設けても良い。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。

図１０は本発明の第２実施形態における近傍電磁界分布測定装置の金属筐体の内部を示す斜視図、図１１は本発明の第２実施形態における近傍電磁界分布測定装置の電気系回路を示すブロック図である。図において、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表す。前述した第１実施形態と第２実施形態との相違点は、本第２実施形態では、被測定物１から放射される電界の分布を被測定物１の近傍において測定する近傍電磁界分布測定装置を構成したことである。

電磁界分布測定装置は、プローブアンテナ２Ｂと、走査装置４、ミキサ５、Ａ／Ｄコンバータ７、発振器９、コンピュータ装置１１Ｂとから構成されている。

また、コンピュータ装置１１Ｂは、電界情報記憶部１６、走査装置制御部１４、電界情報算出部１７、電界情報表示部１８を備えている。

この近傍電磁界分布測定装置は、被測定物１の近傍電界の強度を測定するものであり、電界強度の測定中は、被測定物１は動作状態にさせ、被測定物１の動作中に放射される電磁波が形成する電界の強度を測定する。

走査用のプローブアンテナ２としては、モノポールアンテナを用いた。このモノポールアンテナはシールドを備えていない直線状の導体である。このモノポールアンテナからなるプローブアンテナ２Ｂは、同軸ケーブル107の一端側の中心導体に接続され、同軸ケーブル107の他端側は下部筐体103の外部に引き出されている。

同軸ケーブル107の他端はミキサ５に接続されている。ここで、プローブアンテナ２Ｂとミキサ５との特性インピーダンスは一致している。本実施形態におけるプローブアンテナ２Ｂは、外部導体が銅、誘電体がフッ素樹脂で構成され、特性インピーダンスが５０Ω、直径約１ｍｍの同軸ケーブルを加工することにより形成されている。

また、ミキサ５には発振器９で生成された周波数変換用の基準信号が入力され、ミキサ５の出力端子はＡ／Ｄコンバータ７に接続されている。これにより、Ａ／Ｄコンバータ７の入力信号がダウンコンバートされると共に、入力信号はディジタルデータに変換され、Ａ／Ｄコンバータ７によって変換されたデータはコンピュータ装置１１Ｂの電界情報記憶部１６に入力される。

電界情報記憶部１６は、走査装置制御部１４の制御信号に基づいて動作し、被測定物１の近傍に設定された所定の測定面内における測定対象となる各測定座標毎にＡ／Ｄコンバータ７から入力したディジタルデータを記憶する。これにより、電界強度の測定結果に対応するディジタルデータが、測定した各測定座標毎に電界情報記憶部１６に記憶される。

走査装置制御部１４は、被測定物１の近傍に設定された所定の測定面をアンテナプローブ２Ｂが走査するように走査装置４の駆動を制御する。

電界情報算出部１７は、電界情報記憶部１６に記憶されている測定結果のディジタルデータに基づいて、各測定座標毎に電界強度を例えばＡＰＤ等の時間統計的パラメータとして算出して記憶する。

電界情報表示部１８は、電界情報算出部１７に記憶されている電界強度の値を所定の形式にて表示する。

前述したように、第２実施形態においても上記第１実施形態と同様に、外界のノイズ及びモータ111,112から発生するノイズ電磁波を遮蔽し、これらのノイズがプローブアンテナ２Ｂや被測定物１に与える影響を低減した上で、被測定物１から発生する電磁界分布を各測定座標において測定することができる。

次に、本発明の第３実施形態を説明する。

図１２は本発明の第３実施形態における近傍電磁界分布測定装置の電気系回路を示すブロック図である。図において、前述した第２実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表す。前述した第２実施形態と第３実施形態との相違点は、本第３実施形態では、センサの出力を測定する装置がスペクトラムアナライザであることである。

電磁界分布測定装置は、プローブアンテナ２Ｂと、スペクトラムアナライザ２０、コンピュータ装置１１Ｂとから構成されている。

この近傍電磁界分布測定装置は、被測定物１の近傍電磁界の強度を測定するものであり、電界強度の測定中は、被測定物１は動作状態にさせ、被測定物１の動作中に放射される電磁波が形成する電界の強度を測定する。

走査用のプローブアンテナ２Ｂとしてはモノポールアンテナを用いた。このモノポールアンテナはシールドを備えていない直線状の導体である。このモノポールアンテナからなるプローブアンテナ２Ｂは、同軸ケーブル107の一端側の中心導体に接続され、同軸ケーブル107の他端側は下部筐体103の外部に引き出されている。

同軸ケーブル107の他端はスペクトラムアナライザ２０に接続されている。ここで、プローブアンテナ２Ｂとミキサ５との特性インピーダンスは一致している。本実施形態におけるプローブアンテナ２Ｂは、外部導体が銅、誘電体がフッ素樹脂で構成され、特性インピーダンスが５０Ω、直径約１ｍｍの同軸ケーブルを加工することにより形成されている。

センサからの信号はスペクトラムアナライザ２０で測定され、そのデータはコンピュータ装置１１Ｂの電界情報記憶部１６に入力される。

電界情報記憶部１６は、走査装置制御部１４の制御信号に基づいて動作し、被測定物１の近傍に設定された所定の測定面内における測定対象となる各測定座標毎にスペクトラムアナライザ２０で測定されたデータを記憶する。これにより、電界強度の測定結果に対応するデータが、測定した各測定座標毎に電界情報記憶部１６に記憶される。

電界情報算出部１７は、電界情報記憶部１６に記憶されている測定結果データに基づいて、各測定座標毎に電界強度を記憶する。

前述したように、第３実施形態においても上記第１実施形態と同様に、外界のノイズ及びモータ111,112から発生するノイズ電磁波を遮蔽し、これらのノイズがプローブアンテナ２Ｂや被測定物１に与える影響を低減した上で、被測定物１から発生する電磁界分布を各測定座標において測定することができる。

したがって、オープンサイトや電波暗室のような大規模な設備を用いることなく、ノイズの影響を低減した正確な近傍電磁界分布を得られるので、電子機器の開発・設計を低コスト且つ容易に行うことが可能となる。

本発明の第１実施形態における近傍電磁界分布測定装置の金属筐体を示す外観斜視図本発明の第１実施形態における近傍電磁界分布測定装置の金属筐体の内部を示す斜視図本発明の第１実施形態における近傍電磁界分布測定装置の金属筐体の内部を示す分解斜視図本発明の第１実施形態における近傍電磁界分布測定装置の電気系回路を示すブロック図本発明の第１実施形態におけるアンテナプローブの構造を説明する図本発明の第１実施形態における他のアンテナプローブの構造を説明する図金属筐体が無い状態におけるノイズ電磁波の測定結果を示す図金属筐体を用いた状態におけるノイズ電磁波の測定結果を示す図本発明の第１実施形態における近傍電磁界分布測定装置の他の金属筐体を示す外観斜視図本発明の第２実施形態における近傍電磁界分布測定装置の金属筐体の内部を示す分解斜視図本発明の第２実施形態における近傍電磁界分布測定装置の電気系回路を示すブロック図本発明の第３実施形態における近傍電磁界分布測定装置の電気系回路を示すブロック図

符号の説明

１…被測定物、２，２Ｂ…アンテナプローブ、３…固定磁界センサ、４…走査装置、５，６…ミキサ、７，８…Ａ／Ｄコンバータ、９…発振器、１０…分波器、１１，１１Ｂ…コンピュータ装置、１２…高速フーリエ変換部、１３…磁界情報算出部、１４…走査装置制御部、１５…放射電磁界算出部、１６…電界情報記憶部、１７…電界情報算出部、１８…電界情報表示部、２０…スペクトラムアナライザ、100,100B…遮蔽用金属筐体、101…基台、102…上部筐体、103…下部筐体、104,105…ケーブル、111,112…モータ、113…回転軸、114…絶縁部材、115…連結軸、120…ステージ板、121…取付穴、122…支柱、130,132,135…シャフト、131,134…摺動体、133,136…固定部材、141…タイミングベルト、142…駆動プーリ、143…従動プーリ、150,152,155…シャフト、151,154…摺動体、153,156…固定部材、161…タイミングベルト、162…駆動プーリ、163…従動プーリ、164…支持部材、171…主摺動体、172…固定板、181…遮蔽用金属部材、182…モータ。

Claims

電磁波の放射源となる被測定物の近傍における電磁界分布を測定する電磁界分布測定装置において、
被測定物の近傍空間における所定の測定面における電界又は磁界の少なくとも何れか一方の強度に対応した信号を出力するプローブと、
前記プローブを前記測定面において任意の測定座標に走査させる走査手段と、
前記プローブと被測定物とを外界及び被測定物以外の電磁界を放射するものから電磁遮蔽する遮蔽手段と、
前記プローブが位置する測定座標毎に、所定の測定時間の間の前記信号を検出して前記プローブによる測定結果を記憶する手段と、
前記プローブが位置する測定座標と前記プローブによる測定結果とに基づき前記測定面内の複数の測定座標のそれぞれにおける電界又は磁界の少なくとも何れか一方の強度を算出する手段と、
前記算出した強度に基づき前記被測定物近傍位置の各測定座標における前記測定面内の電磁界分布を算出する手段とを備えている
ことを特徴とする近傍電磁界分布測定装置。
前記遮蔽手段は前記プローブと前記被測定物とを囲む遮蔽用金属等導電体筐体を含み、
被測定物以外の電磁界を放射するものが前記金属等導電体筐体の外部に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の近傍電磁界分布測定装置。
前記走査手段はモータ等の被測定物以外の電磁界を放射する装置によって前記プローブを所定の測定座標に移動する移動機構部を前記金属筐体の内部に備え、
前記移動機構部と前記モータ等の被測定物以外の電磁界を放射する装置との間は導電率及び誘電率が所定値以下の絶縁部材を介在させて連結されている
ことを特徴とする請求項２に記載の近傍電磁界分布測定装置。
前記遮蔽手段は前記プローブと前記被測定物とを囲む遮蔽用金属筐体を含み、
前記金属筐体の外部に配置されたモータ等の被測定物以外の電磁界を放射する装置と、
前記金属筐体の内部に配置され且つ遮蔽用金属部材によって囲まれたモータ等の被測定物以外の電磁界を放射する装置とを備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の近傍電磁界分布測定装置。
前記走査手段は、１つ以上のモータを有し、該モータの回転によって前記プローブを前記測定面において任意の測定座標に走査させる走査機構部を含み、
前記遮蔽手段は、前記プローブと被測定物とを外界及び前記走査手段のモータとから電磁遮蔽する手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の近傍電磁界分布測定装置。
前記算出手段は、前記測定時間内の時間的変化を含む前記測定面内の電磁界分布を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の近傍電磁界分布測定装置。