JP2009058384A - 電磁界強度測定用プローブ及び電磁界強度の測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高感度のプローブ及び該プローブを用いた測定装置を提供する。
【解決手段】 供試機器１０の近傍の測定点において供試機器１０の放射電磁波により形成される電磁界の強度測定に用いられるプローブ２０であって、プローブ２０の先端部に形成されたシールドされていないループアンテナ１９５と、ループアンテナ１９５の各端部からそれぞれ延びた一対の伝送線路１５５，１５６と、ループアンテナ１９５の共振周波数を決定するための共振回路１９５とを備えた。
【選択図】 図６

Description

本発明は、各種電子機器から外部に向けて放射される電磁波によって形成される電磁界の強度を測定する装置に関し、特にプローブの構造に関する。

近年、電子機器から放射される電磁波が特に問題となってきており、各国の業界団体においても放射電磁波の強度について規格を設けている。そこで、電子機器メーカーでは、不要な放射電磁波を低減させるべく開発設計の際に種々のＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）対策を行っている。ＥＭＩ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、オープンスペースや電波暗室を用いたものが知られている。しかし、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。

そこで、他の測定方法として、供試機器の近傍においてプローブを走査させ、該プローブの検出信号から供試機器近傍における磁界強度・位相の分布を算出し、さらに算出した磁界の強度から遠方における電磁界強度を求めるものが知られている。このように本手法では、供試機器の近傍における電磁界強度分布が得られるので、不要電磁波の放射源を特定できるというメリット有している。

ところで、従来は前記プローブとして小型ループアンテナを用いるのが一般的であった。ループアンテナは電磁界の磁界成分を検出するものであり、該ループアンテナを用いて電磁界強度の測定精度を向上させるには、ループアンテナに対する電界成分の影響を排除する必要がある。このためプローブとして、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。しかしながら、シールデッド・ループアンテナといえども、その構造上シールドが設けられていない部分では供試機器との間で電界結合を生じることになるため、磁界成分のみの正確な測定は困難である。また、シールド部分を有するという構造上小型化が困難である。つまり、分解能の向上が困難であった。

このような問題を解決するために、出願人は、プローブとしてシールドのないループアンテナを用いた測定方法を提案している（特許文献１，２参照）。この測定方法では、ループアンテナの両端から出力される信号をそれぞれ測定し、この複数の出力信号の和・差を取ることにより、各出力信号に含まれる電界成分と磁界成分とを分離することを動作原理としている。これにより、ループアンテナにシールドを設ける必要がなくなるので、プローブがシンプルな形状・構造となる。これによりプローブの小型化が容易となるので、分解能の向上を図ることができる。
特許第３３９４２０２号公報 再表０２／０８４３１１号公報

上述のように、出願人提案の測定方法では電界強度及び磁界強度の分布測定が可能であったが、測定の対象としている周波数領域によってはプローブからの出力信号が十分ではない場合があった。このため、従来のプローブと比較して、さらに感度の高いプローブが求められていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高感度のプローブ及び該プローブを用いた測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本願では、供試機器の近傍の測定点において供試機器の放射電磁波により形成される電磁界の強度測定に用いられるプローブであって、プローブの先端部に形成されたシールドされていないループ状導体と、ループ状導体の各端部からそれぞれ延びた一対の伝送線路と、ループ状導体の共振周波数を決定するための共振回路とを備えたことを特徴とする電磁界強度測定用プローブを提案する。

本発明によれば、共振回路によりループ状導体の共振周波数が決定され、該共振周波数の前後の周波数帯域ではプローブからの出力電流値が増大する。すなわち、特定周波数帯域における感度が向上する。なお、前記共振回路は、ループ状導体と伝送線路の接続部に設けると好ましい。また、共振回路の一例としては、ループ状導体と並列に接続したキャパシタ素子を含むものが挙げられる。

なお、上記プローブは、以下の示す測定装置で用いられる事を前提とする。すなわち、供試機器の近傍の測定点において供試機器の放射電磁波により形成される電磁界の強度を測定する装置において、供試機器との間で静電結合及び電磁結合する範囲内に配置したプローブと、プローブからの複数の出力電流をそれぞれ測定する測定手段と、測定した複数の出力電流値に基づき、各出力電流に含まれる（ａ）供試機器とプローブ間の静電結合によりプローブから出力される静電結合電流値と（ｂ）供試機器とプローブ間の電磁結合によりプローブから出力される電磁結合電流値とを算出し、該静電結合電流値及び電磁結合電流値に基づき電界強度及び磁界強度をそれぞれ算出する算出手段とを備えた装置である。

以上説明したように本発明によれば、共振回路によりループ状導体の共振周波数が決定され、該共振周波数の前後の周波数帯域ではプローブからの出力電流値が増大する。すなわち、特定周波数帯域における感度が向上する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１〜図５を参照して説明する。図１及び図２は電磁界強度の測定装置の構成図、図３及び図４は本発明の測定原理を説明する図、図５は測定用プローブの構成を説明する概念図、測定用プローブの構成を説明する分解斜視図である。

まず、図３及び図４を参照して本発明の動作原理ついて説明する。今、図３に示すように、被測定物（供試機器）１のある点に、ある周波数の電圧Ｖ(=Asin(ωt+θv))と電流Ｉ(=Bsin(ωt+θc))が存在していると仮定する。この点の直上に、両端が同じインピーダンスで終端されている線状の微小な導体２を配置する。このとき導体２には、電圧Ｖと電界結合して電流（以下、電界成分電流と言う。）Ｉeが生じるとともに、電流Ｉと磁界結合して（以下、磁界成分電流と言う。）電流Ｉmが生じる。したがって、導体２の両端からの出力電流Ｏ1及びＯ2は、電界成分電流Ｉeと磁界成分電流Ｉmの合成電流となる。ここで、導体２から両端から出力される電界成分電流Ｉeは互いに同位相となるが、磁界成分電流Ｉmは互いに逆位相となる。すなわち、電界成分電流Ｉeは導体の向き応じて変化するが、磁界成分電流Ｉmは導体２の向きに依存しない。本発明に係る電磁界強度の測定装置は、このことを利用して互いに出力方向が異なる複数の出力電流に基づき、電界成分電流と磁界成分電流を算出することにより、導体２の位置における電界強度及び磁界強度、並びに、導体２と対向する位置における被測定物１の電流電圧の推定を行う。以下その方法についてさらに詳細に説明する。

図３において、導体２の両端から出力される出力電流Ｏ1及びＯ2は、各々式(1)及び(2)で表される。

O1 = αAsin(ωt+θv) + βBsin(ωt+θc) …(1)
O2 = αAsin(ωt+θv) - βBsin(ωt+θc) …(2)
ここでα及びβは係数である。したがって、式(3)及び(4)のように、両端の出力電流Ｏ1及びＯ2の和と差をとることで、導体２に流れる電界成分電流Ｉe及び磁界成分電流Ｉmを算出することができる。ただし、この時の出力電流Ｏ1及びＯ2の値はベクトル値である必要がある。すなわち、出力電流Ｏ1及びＯ2の位相差を測定する必要がある。

Ｉe = (O1 + O2)/2 …(3)
Ｉm = (O1 - O2)/2 …(4)
この微小導体２をプローブとして用いることで、導体２の位置における電磁界強度、及び、この導体２の下の電流電圧が推定できる。

次に、平面上での電流の向きを考慮する場合について、図４を参照して説明する。今、あるＸＹ平面上の点(x,y)において、電圧Ｖ(=A(x,y)sin(ωt+θv))、φ方向に流れる電流Ｉ(=B(x,y)sin(ωt+θc))が存在すると仮定する。この場合、点(x,y)の直上において、導体２を回転させ、互いに直交する２方向で測定した場合の関係式は、以下の式(5)〜(8)で表される。

Oxf = αA(x,y)sin(ωt+θv(x,y)) - βB(x,y)sin(ωt+θc(x,y))cosφ …(5)
Oxr = αA(x,y)sin(ωt+θv(x,y)) + βB(x,y)sin(ωt+θc(x,y))cosφ …(6)
Oyf = αA(x,y)sin(ωt+θv(x,y)) - βB(x,y)sin(ωt+θc(x,y))sinφ …(7)
Oyr = αA(x,y)sin(ωt+θv(x,y)) + βB(x,y)sin(ωt+θc(x,y))sinφ …(8)
これらの関係式より式(9)〜(11)の関係が求まる。

Oxf + Oxr = Oyf + Oyr = 2αA(x,y)sin(ωt+θv(x,y)) …(9)
Oxf - Oxr = -2βB(x,y)sin(ωt+θc(x,y))cosφ …(10)
Oyf - Oyr = -2βB(x,y)sin(ωt+θc(x,y))sinφ …(11)
したがって、これを解けば、導体２の位置における電磁界強度、及び、点(x,y)における電流電圧並びに電流の方向が推定できる。そこで、この導体２を被測定物の直上平行平面で走査及び回転させながら測定することにより、分布を得ることができる。

次に、図１及び図２を参照して本発明に係る測定装置について説明する。この測定装置は、供試機器１０の近傍電磁界の強度分布を測定するものである。供試機器１０は、例えば電子機器の回路基板である。測定中は、供試機器１０は動作状態にさせ、該供試機器１０の動作中に放射される電磁波が形成する電磁界の強度を測定する。

この測定装置は、供試機器１０の近傍に配置された測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０と、それぞれ測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０と接続する周波数変換器４０と、周波数変換器４０に基準信号を供給する発振器４１と、周波数変換器４０と接続する測定器５０と、該測定器５０と接続した計算機６０と、測定用プローブ２０を供試機器１０の近傍でＸＹ方向に移動させる移動装置（図示省略）を備えている。

なお、上記の他に、測定用プローブ２０を供試機器１０上にマトリクス的に複数配置するようにしてもよい。この場合には、供試機器１０全体あるいはスイッチ等で切替えて供試機器１０の選択された部位の電磁界を検出すればよい。このように構成すれば、測定用プローブ２０をＸＹ方向に移動させる移動装置を設ける必要がなく、装置の小型化を容易に実現できる。

次に、測定用プローブ２０について図５及び図６を参照して説明する。本実施の形態に係る測定用プローブ２０は、図５に示すように、ループアンテナ２１を有する。このループアンテナ２１は、このループアンテナ２１はシールドを備えていないループ状の導体であり、図２及び図３を参照して説明した導体２に対応する。さらに、測定用プローブ２０は、ループアンテナ２１の共振周波数を決定するための共振回路を備えている。本実施の形態では、ループアンテナ２１に対してキャパシタ素子２２を並列接続することにより共振回路を形成した。このような構成により、本実施の形態では、共振回路により決定される共振周波数の前後の周波数領域において、磁界成分電流Ｉmとして大きな電流値を検出することができる。換言すれば、同周波数領域における磁界成分の検出感度が向上したものとなる。

本実施の形態に係る測定用プローブ２０の具体的構成について図６を参照して説明する。この測定用プローブ２０は、３層の多層プリント配線板１００を用いて作成されている。多層プリント配線板１００は、矩形の本体部１１０と該本体部１１０から延びた細長形状の探針部１２０とを備えている。本体部１１０には同軸コネクタ１３１，１３２が実装されている。

多層プリント配線板１００の第１層（表層）１０１には、グランド電極１４１が形成されている。グランド電極１４１は、本体部１１０のほぼ全面にわたり形成されており、且つ、探針部１２０の先端部付近まで形成されている。また、グランド電極１４１は、同軸コネクタ１３１，１３２の外部導体と導通し、且つ、内部導体（芯線）とは非導通となるように形成されている。また、第１層１０１であって探針部１２０の先端には積層チップコンデンサ１９０を実装するための一対のランド１４２，１４３が形成されている。各ランド１４２，１４３は、グランド電極１４１とは非導通であり、且つグランド電極１４１よりも先端部よりに形成されている。

多層プリント配線板１００の第２層（内層）１０２には、スルーホール１１５を介して同軸コネクタ１３１，１３２の内部導体と接続するためのランド１５１，１５２が形成されている。また、前記第１層１０１のランド１４２，１４３とビアホール（図示省略）を介して接続するためのランド１５３，１５４が形成されている。さらに、前記ランド１５１，１５２とランド１５３，１５４との間にはストリップライン１５５，１５６が形成されている。

さらに、探針部１２０の先端部であって、前記ランド１５３，１５４よりも外側には１ターンの矩形のループアンテナ１９５が形成されている。該ループアンテナ１９５の各端部はそれぞれ前記ランド１５３，１５４に接続している。

多層プリント配線板１００の第３層（裏層）１０３には、第１層１０１と同様のパターンを有するグランド電極１６１が形成されている。第３層１０３のグランド電極１６１は、第１層１０１のグランド電極１４１に対してビアホール（図示省略）により接続している。このビアホールは、所定の間隔でメッシュ状に多数形成されている。

第２層１０２に形成されたストリップライン１５５，１５６は、第１層１０１のグランド電極１４１及び第３層１０３のグランド電極１６１よりも内側に形成されている。すなわち、ストリップライン１５５，１５６は、第１層１０１のグランド電極１４１及び第３層の第２１０３のグランド電極１６１により挟まれたトリプレート型ストリップライン、換言すれば同軸伝送線路を構成している。したがって、ループアンテナ１９５の各端部は、それぞれ同軸伝送線路が接続され、ループアンテナ１９５と同軸伝送線路の接続点に積層チップコンデンサ１９０が並列接続された構成となっている。なお、この同軸伝送線路の特性インピーダンスは、周波数変換器４０の入力インピーダンスに一致させている。

測定用プローブ２０の同軸コネクタ１３，１３２は、同軸ケーブル２６，２７（図１参照）を介して周波数変換器４０に接続している。同軸ケーブル２６，２７の特性インピーダンスは、周波数変換器４０入力インピーダンスに一致させている。

基準信号用プローブ３０は、供試機器１０の近傍に配置することにより基準信号を検出するものである。この基準信号は、測定用プローブ２０から出力される複数の出力信号の位相差を測定するための基準となる。測定用プローブ２０で検出される出力信号は、後述するように７ＭＨｚ〜３ＧＨｚ帯の高周波信号であって、周波数が不安定で通常の測定装置ではその位相を測定することが困難な信号である。なぜなら、このような出力信号は電磁界成分を含み、また時間と共に変化する位相成分を含んでいるためである。この出力信号の不安定の一因となっている位相成分を削除すれば、各出力信号の位相を測定することができるので、信号間の位相差を測定することが可能となる。各出力信号に含まれている位相成分を削除するために基準信号用プローブを設け、この基準信号用プローブから得られる基準信号によって、基準信号用プローブの位置に対するプローブの相対的な位置における出力信号及び基準信号を比較・演算処理することで、不要な位相成分を削除して各出力信号の位相が測定するようにしたものである。したがって、基準信号用プローブ３０は、測定用プローブ２０とは異なり測定中に移動させることなく所定位置に固定しておく。そして、実際の測定に際しては、測定用プローブ２０が測定する供試機器１０から放射される高周波信号を検出して基準信号を得るようにするのが好ましい。このようにすれば、同じ高周波信号を測定することで、同一の不要な位相成分を検出して相殺することができる。基準信号用プローブ３０は例えばループアンテナなどである。基準信号用プローブ３０は同軸ケーブルを介して周波数変換器４０に接続している。

周波数変換器４０は、発振器４１から入力された基準信号を分波する分波器４２と、測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０から入力された出力信号と分波器４２から入力された基準信号を混合することで周波数変換を行う混合器４３，４４，４５とを備えている。ここで、各混合器４３，４４，４５では同一の基準信号を用いているので、周波数変換しても各プローブ２０及び３０の出力信号間の位相差を維持することができる。このことにより、測定用プローブ２０で検出される出力信号が高周波信号で、かつ複数の出力信号間の位相差を測定するような場合であっても、各信号間の位相差を一定にすることができ、安定した信頼性の高い測定が実現できる。なお、本実施の形態では、測定可能な周波数帯域を７ＭＨｚ〜３ＧＨｚとし、発振器４１の出力信号の周波数は各混合器４３，４４，４５の出力信号の中間周波数が５ＭＨｚとなるように設定する。

測定器５０は、測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ1及びＯ2及び基準信号用プローブ３０の出力電流ＲをそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ５１，５２，５３を備えている。各Ａ／Ｄコンバータ５１，５２，５３は同一の発振器５４を基準クロックとして動作する。これにより、測定器５０において各出力電流をデジタル変換しても各プローブ２０及び３０の出力信号間の位相差を維持することができる。このことにより、測定用プローブ２０で検出される出力信号が高周波信号で、かつ複数の出力信号間の位相差を測定するような場合であっても、各信号間の位相差を一定にすることができ、安定した信頼性の高い測定が実現できる。また、測定器５０は、所定の周波数帯域において測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ1及びＯ2の大きさをそれぞれ測定する電流値測定部５５，５６と、各出力電流Ｏ1及びＯ2と基準信号用プローブ３０の出力電流Ｒとの位相差とを測定する位相差測定部５７，５８を備えている。各測定部５１〜５４の測定結果は計算機６０に出力される。

計算機６０は、測定器５０からの出力結果及び演算部６２の演算結果を記憶する記憶部６１と、記憶部６１に記憶された測定器５０からの出力結果に基づき測定用プローブ２０の配置位置における電界強度及び磁界強度を算出する演算部６２と、測定用プローブ２０の移動装置（図示省略）を制御する移動制御部６３と、演算結果を表示する表示部６４とを備えている。演算部６２による演算処理は、前述した本発明の動作原理に基づいて行う。これにより、記憶部６１には、供試機器１０近傍の電磁界強度分布及び位相分布が記憶される。

次に、本実施の形態に係る測定装置を用いた電磁界強度の測定方法について説明する。まず、動作状態にある供試機器１０の近傍に測定用プローブ２０を配置する。また、基準信号用プローブ３０も供試機器１０の近傍に配置する。そして、移動装置（図示省略）により測定用プローブ２０を移動させながら、測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０の各出力信号の電流値及び位相差を測定器５０により測定して、測定結果を計算機６０の記憶部６１に記憶する。このとき測定用プローブ２０の移動は供試機器１０の近傍におけるＸＹ平面上で平行移動させ、その向きは変更しない。一方、基準信号用プローブ３０は移動させない。次に、測定用プローブ２０をＺ方向を軸として９０°回転させる。次に、移動装置（図示省略）により測定用プローブ２０を前回の測定と同様に移動させながら、測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０の各出力信号の電流値及び位相差を測定器５０により測定して、測定結果を計算機６０の記憶部６１に記憶する。次に、演算部６２は、記憶部６１に記憶された各測定結果に基づき、前述した動作原理に基づく演算処理を行う。以上により、供試機器１０の近傍の、１）電界強度分布、２）電界位相分布、３）磁界強度分布、４）磁界位相分布が得られる。また、これらの情報から前述した動作原理に基づき、測定用プローブ２０と対向する供試機器１０の表面上の、５）電流分布、６）電流方向分布、７）電圧分布を得ることができる。

このように本発明に係る電磁界強度の測定装置によれば、測定用プローブ２０から出力される複数の出力電流Ｏ1及びＯ2を、基準信号用プローブ３０の出力電流Ｒと同時に測定することにより、出力電流Ｏ1及びＯ2の大きさを及び出力電流Ｏ1及びＯ2間の位相差を容易且つ確実に測定することができる。すなわち、測定用プローブ２０から出力される複数の出力信号自体の位相を測定することは困難であるが、基準信号用プローブ３０の位置に対する測定用プローブ２０の相対的な位置における出力信号及び基準信号を比較・演算処理することで、不要な位相成分を削除して各出力信号の位相が測定でき、その結果２つの出力電流間の位相差を測定できる。

そして、測定した出力電流Ｏ1及びＯ2の大きさ及び基準となる出力電流Ｒとの位相差に基づき、測定用プローブ２０に生じる電界成分電流及び磁界成分電流をそれぞれ正確に算出できる。これにより、測定用プローブ２０の位置における、電界強度分布、電界位相分布、磁界強度分布、磁界位相分布を得ることができる。また、これらの情報から、測定用プローブ２０と対向する供試機器１０の表面上の、電流分布、電流方向分布、電圧分布を得ることができる。

また、本実施の形態に係る測定用プローブ２０は、ループアンテナ１９５に対して積層チップコンデンサ１９０が並列に接続した共振回路を備えている。これにより、磁界成分電流については特定の周波数帯域において感度が向上したものとなる。図７に測定用プローブ２０の周波数特性のグラフを示す。該グラフにおいて、横軸は周波数、縦軸は磁界成分電流を示す。同図のグラフＡは、積層チップコンデンサ１９０として容量が５ｐＦのものを用いた場合、グラフＢは容量が１８ｐＦのものを用いた場合のグラフである。なお、同図においてグラフＣは、比較対象として、測定用プローブ２０から積層チップコンデンサ１９０を取り除いたものである。すなわち、グラフＣは、従来の測定用プローブに係るものである。

同図に示すように、グラフＡでは９７７ＭＨｚをピークとして前後数百ＭＨｚの周波数帯域において従来のものと比較して出力電流が大きく、最大で約１５ｄＢの利得を得たことが確認できた。同様に、グラフＢでは５３８ＭＨｚをピークとして前後数百ＭＨｚの周波数帯域において従来のものと比較して出力電流が大きく、最大で約２０ｄＢの利得を得たことが確認できた。このように、本実施の形態に係る測定用プローブ２０では、積層チップコンデンサ１９０の容量を適宜選択することにより所望の周波数帯域において感度を向上させることができる。これにより、電磁界強度の測定精度も向上する。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態について図８を参照する。図８は電磁界強度の測定装置の構成図である。図８において第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付して、その説明を省略する。

本実施の形態に係る電磁界強度の測定装置が、第１の実施形態のものと異なる点は、測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ1及びＯ2を別々に測定する点にある。しかしながら、測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ1及びＯ2の測定はそれぞれ基準信号用プローブ３０の出力電流Ｒと同時に測定する。これにより、出力電流Ｏ1及びＯ2の位相差の測定については、第１の実施形態と同様に測定することができる。

この測定装置では、図８に示すように、周波数変換器４０の前段に２入力１出力の高周波スイッチ７０を備えている。また、計算機６０に高周波スイッチ７０を制御する切替制御部６５を設けた。このような構成により測定器５０は２入力となるので、第１の実施形態と比較して、Ａ／Ｄコンバータ，電流値測定部、位相差測定部がそれぞれ１つずつ省略される。

このような測定装置を用いて測定を行う際には、切替制御部６５により高周波スイッチ７０を切替制御を行いながら測定を行う。これにより、第１の実施の形態と同様の情報、すなわち出力電流Ｏ1及びＯ2の大きさ及び出力電流Ｏ1及びＯ2の出力電流Ｒに対する位相差を得ることができる。したがって、あとは第１の実施の形態と同様に演算部６２による演算処理を行うことにより、第１の実施の形態と同様の測定結果を得ることができる。

このように本実施の形態に係る測定装置では、測定器５０の構成を簡便化することができる。この種の測定器５０は非常に高価であるため、本実施の形態に係る測定装置は低コストで電磁界強度分布の測定が可能となる。他の効果については第１の実施の形態と同様である。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施形態について図９を参照して説明する。図９は電磁界強度の測定装置の構成図である。図９において第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付して、その説明を省略する。

本実施の形態に係る電磁界強度の測定装置が、第１の実施形態のものと異なる点は、基準信号用プローブ３０を設けていない点、及び、測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ1及びＯ2を同時に測定することにより、出力電流Ｏ1及びＯ2間の位相差を測定する点にある。このような構成により、測定器５０は２入力となるので、第１の実施形態と比較して、Ａ／Ｄコンバータ，電流値測定部、位相差測定部がそれぞれ１つずつ省略される。

この測定装置によれば、ある点における電界強度及び磁界強度の測定が可能となるが、基準信号用プローブ３０の出力電流Ｒを測定していないので、第１の実施の形態と異なり、電界位相分布、磁界位相分布を得ることはできない。しかしながら、第１の実施の形態と比較して簡便且つ安価にシステム構成できる点、位相分布まで必要としない場合もある点において有用である。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態において測定用プローブ２０は１ターンの矩形のループアンテナ１９５を備えていたが、他の構造のループアンテナであってもよい。すなわち、環状のループアンテナであってもよいし、また複数ターンのループアンテナであってもよい。なお、複数ターンのループアンテナは、多層プリント配線板の複数の内層を用いて構成すればよい。

また、図１０に示すように、測定用プローブ２０の先端部に導体１８０を付設してもよい。具体的には、矩形のループアンテナ１９５の中央先端部から測定用プローブ２０の先端部の端面にわたり接続用パターン１８１を形成する。そして、平板状の金属などの導体１８０をハンダ付け等により前記接続用パターン１８１に接続する。このような構成により、電界成分についても感度が向上する。なお、前記導体１８０に替えて、測定用プローブ２０の先端部の端面をメッキ処理等により金属膜を形成し、該金属膜を前記接続用パターン１８１に接続するようにしても同様の効果が得られる。

また、上記実施の形態では、チップ部品である積層チップコンデンサ１９０を多層プリント配線板１００に実装していたが、キャパシタンス素子を多層プリント配線板１００の内層に埋め込んでも良い。すなわち、多層プリント配線板１００の内層を利用してキャパシタンス素子を構築してもよい。

また、上記実施の形態では、多層プリント配線板を利用して測定用プローブ２０を作成したが、ループアンテナに共振回路を設けた構成であれば、他の構造であってもよい。例えば、図１１に示すように、同軸ケーブルを加工して作成したものであてもよい。図１１に示す測定用プローブ２００は、シールドを備えていない矩形のループアンテナ２０１の両端に、それぞれ同軸ケーブル２０２及び２０３の中心導体を接続している。各同軸ケーブル２０２及び２０３の他端側には同軸続コネクタ２０４及び２０５が設けられている。ループアンテナ２０１と同軸ケーブル２０２及び２０３との接続点には、コンデンサ２０６が並列接続されている。このような測定用プローブ２００は、例えば、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容易に作成できる。

また、上記実施の形態では、ループアンテナに並列接続するキャパシタ素子として固定容量コンデンサを用いたが可変容量コンデンサを用いると高感度の周波数帯域を移動できるので好適である。さらに、ループアンテナに並列接続するキャパシタとして外部機器から容量を制御可能な素子又は回路を用いると高感度の周波数帯域を制御できるので好適である。

また、上記実施の形態では、測定用プローブ２０を９０°回転させる際には手動で行っていたが、回転装置を設けるとともに計算機６０から制御するようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態では、測定用プローブ２０の両端からの出力電流を測定していたが、一端からの出力電流のみであってもよい。本発明では、供試機器１０に対して異なる方向に出力される複数の電流が必要であるので、この場合には、手動又は回転装置により測定用プローブ２０を９０°，１８０°，２７０°と回転させればよい。

さらに、上記実施の形態では、測定用プローブ２０をＸＹ平面上で移動させることにより二次元の電磁界分布を得ていたが、Ｚ方向にも移動させることにより三次元の電磁界分布を得るようにしてもよい。

また、上記実施形態において基準信号用プローブ３０はループアンテナで構成した。そして、この基準信号用プローブ３０を、供試機器１０の近傍に配置し、供試機器１０近傍で発生する磁界を検出している。そして、磁界検出により得られた信号から基準信号を生成するようにしている。しかし、他の方法によって基準信号を得るようにしてもよい。図１２及び図１３を参照して基準信号を得る他の方法について説明する。

図１２は、電磁界強度分布の測定装置の変形例を説明する図である。図中、図１と同様な要素には同じ符号を用いている。図１２に示す例では、基準信号用プローブとして、固定アンテナ３０ａを用いている。この固定アンテナ３０ａは周波数変換器４０に接続している。

このように構成すれば、基準信号を得るための固定アンテナ３０ａを供試機器１０の近傍に配置する必要はない。したがって、供試機器１０の近傍よりさらに周辺の外部磁界を検出するようにして、その検出信号から基準信号を生成することができる。これにより、供試機器近傍に基準信号用プローブを配置する必要がなくなるため、測定用プローブの移動が制限されることがない。また、測定用プローブから離して配置できるので互いの干渉を防止できる。

図１３は、電磁界強度分布の測定装置の他の変形例を説明する図である。図中、図１と同様な要素には同じ符号を用いている。図１１に示す例では、基準信号用プローブとして、供試機器１０の基板パターンに接続する配線３０ｂと、一端側が配線３０ｂに接続したコンデンサ３０ｃとを用いている。そして、コンデンサ３０ｃの他端側を周波数変換器４０に接続している。このように構成すると、コンデンサ３０ｃによって基準信号の直流成分をカットすることができ、安定した基準信号を生成することができる。特に、図１３に示す構成の場合には、供試機器１０から発生する磁界が弱い場合に適しており、基板パターンから電界成分を検出することで基準信号を生成することが可能となる。なお、図１３では、基準信号用プローブとして、コンデンサ３０ｃを備えたものであるが、これに限らず、インダクタあるいはフィルタなどで構成しても差し支えない。但し、基準信号の直流成分をカットして、安定した基準信号を得るためには、コンデンサ３０ｃで構成するのが好ましい。

第１の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の構成図 第１の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の構成図 本発明の動作原理を説明する図である。 本発明の動作原理を説明する図である。 本発明の測定用プローブの原理を説明する図 第１の実施形態に係る測定用プローブを説明する分解斜視図 第１の実施形態に係る測定用プローブの周波数特性を表すグラフ 第２の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の構成図 第３の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の構成図 他の例に係る測定用プローブの構成図 他の例に係る測定用プローブの構成図 電磁界強度分布の測定装置の変形例を説明する構成図 電磁界強度分布の測定装置の変形例を説明する構成図

符号の説明

１０…供試機器、２０，２００…測定用プローブ、２１，１９５，２０１…ループアンテナ、２２，２０６…コンデンサ、１９０…積層チップコンデンサ、３０…基準信号用プローブ、４０…周波数変換器、４１…発振器、４２…分波器、４３，４４，４５…混合器、５０…測定器、５１，５２，５３…Ａ／Ｄコンバータ、５４…発振器、５５，５６…電流値測定部、５７，５８…電流値測定部、６０…計算機、６１…記憶部、６２…演算部、６３…移動制御部、６４…表示部、６５…切替制御部

Claims (4)

1. 供試機器の近傍の測定点において供試機器の放射電磁波により形成される電磁界の強度測定に用いられるプローブであって、
   プローブの先端部に形成されたシールドされていないループ状導体と、
   ループ状導体の各端部からそれぞれ延びた一対の伝送線路と、
   ループ状導体の共振周波数を決定するための共振回路とを備えた
   ことを特徴とする電磁界強度測定用プローブ。
2. 前記共振回路をループ状導体と伝送線路の接続部に設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の電磁界強度測定用プローブ。
3. 前記共振回路はループ状導体と並列に接続したキャパシタ素子を含む
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の電磁界強度測定用プローブ。
4. 供試機器の近傍の測定点において供試機器の放射電磁波により形成される電磁界の強度を測定する装置において、
   供試機器との間で静電結合及び電磁結合する範囲内に配置したプローブと、
   プローブからの複数の出力電流をそれぞれ測定する測定手段と、
   測定した複数の出力電流値に基づき、各出力電流に含まれる（ａ）供試機器とプローブ間の静電結合によりプローブから出力される静電結合電流値と（ｂ）供試機器とプローブ間の電磁結合によりプローブから出力される電磁結合電流値とを算出し、該静電結合電流値及び電磁結合電流値に基づき電界強度及び磁界強度をそれぞれ算出する算出手段とを備え、
   前記プローブは、
   プローブの先端部に形成されたシールドされていないループ状導体と、
   ループ状導体の各端部からそれぞれ延びた一対の伝送線路と、
   ループ状導体の共振周波数を決定するための共振回路とを備えた
   ことを特徴とする電磁界強度の測定装置。

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