JP2010008282A

JP2010008282A - 磁界プローブ、電流分布測定装置および無線装置

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Publication number: JP2010008282A
Application number: JP2008169215A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Ito; 藤敬義伊; Tetsuro Itakura; 倉哲朗板; Shuichi Obayashi; 林秀一尾
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2010-01-14
Also published as: US20090322326A1

Abstract

【課題】電流の真上でも磁界を適正に測定できるようにした磁界プローブを提供する。
【解決手段】本発明の一態様としての磁界プローブは、内部導体と前記内部導体を囲む絶縁体と前記絶縁体を囲む外部導体からなる同軸ケーブルを、前記同軸ケーブルの一端を基点として、平面視において複数のループ状部を形成するように巻回したプローブ本体と、前記複数のループ状部のそれぞれの一部に、前記外部導体を分断して前記内導体または前記絶縁体を露出させるように形成した複数の切り欠き部と、を備え、前記複数の切り欠き部により分断された複数の外部導体部分は電気的に互いに接続され、前記同軸ケーブルの他端における内部導体は、前記複数の外部導体部分のいずれかに接続され、前記複数のループ状部のうち少なくとも一対のループ状部は、平面視において巻き方向が互いに逆である、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、磁界を測定する磁界プローブ、ならびに当該磁界プローブを用いた、電流分布測定装置および無線装置に関する。

基板上の電流分布を測定すること目的とした磁界プローブとして、電界の影響を受けにくいシールデッドループプローブがある。近年では、プローブを小型化・高感度化するため、多層基板を使ったシールデッドループプローブが知られている。
特開2007-101330号公報（第20頁、第3図）

上述した従来技術では、ループが基板と平行になるようにプローブを設置し、電流が流れる信号線の真上で測定を行った場合、ループで発生する誘導電流が打ち消し合うため、測定される磁界が極小となってしまい、測定結果をグラフ化しただけでは電流分布を理解しにくいという問題があった。また、従来のプローブでは、遠方から到来する非所望の磁界を受信しやすく、プローブ直下の所望電流を正確に評価できないという問題もある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、電流が流れる信号線の真上でも磁界を適正に測定できるようにした磁界プローブ、ならびに当該磁界プローブを用いた、電流分布測定装置および無線装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様としての磁界プローブは、
内部導体と前記内部導体を囲む絶縁体と前記絶縁体を囲む外部導体とからなる同軸ケーブルを、前記同軸ケーブルの一端を基点として、平面視において複数のループ状部を形成するように巻回したプローブ本体と、
前記複数のループ状部のそれぞれの一部に、前記外部導体を分断して前記内導体または前記絶縁体を露出させるように形成した複数の切り欠き部と、
を備え、
前記複数の切り欠き部により分断された複数の外部導体部分は電気的に互いに接続され、
前記同軸ケーブルの他端における内部導体は、前記複数の外部導体部分のいずれかに接続され、
前記複数のループ状部のうち少なくとも一対のループ状部は、平面視において巻き方向が互いに逆である、
ことを特徴とする。

本発明の第２の態様としての磁界プローブは、
下層基板、中層基板、上層基板を含む多層基板と、
前記中層基板の表面に形成された、開口部を有する複数の第１のループ状部を各々の一端または両端を介して直列に接続した信号線路と、
前記上層基板の表面に前記信号線路に沿って形成され、前記第１のループ状部に対応する第２のループ状部のそれぞれの一部には線路を分断して基板表面を露出させるように第１の切り欠き部が形成され、前記第１の切り欠き部により分断された線路同士を前記第１の切り欠き部と異なる箇所を介して電気的に接続する第１の接続部を有する、第１のグランド線路と、
前記下層基板の表面に前記信号線に沿って形成され、前記第１のループ状部に対応する第３のループ状部において前記第１の切り欠き部に対応する部分には線路を分断して基板表面を露出させように第２の切り欠き部が形成され、前記第２の切り欠き部により分断された線路同士を前記第２の切り欠き部と異なる箇所を介して電気的に接続する第２の接続部を有する、第２のグランド線路と、を備え、
前記信号線路の一端はスルーホールを介して前記第１および第２のグランド線路と電気的に接続され、
前記複数の第１のループ状部のうち少なくとも一対のループ状部は、前記信号線路の一端から他端へまたはこの逆へ前記信号線路を辿ったとき、平面視においてそのループの方向が互いに逆である
ことを特徴とする。

本発明の一態様としての電流分布測定装置は、
基板上の電流分布を測定する電流分布測定装置であって、
上記本発明の第１または第２の態様としての磁界プローブと、
前記基板の上方において前記磁界プローブを走査する走査機構と、
前記基板において発生する磁界により前記磁界プローブで発生する誘導電流を読み出す読み出し装置と、
を具備したことを特徴とする。

本発明の一態様としての無線装置は、
ノイズ源を含む電子装置に設けられる無線装置であって、
信号を受信するアンテナと、
前記ノイズ源に対して設けられ、前記ノイズ源で発生する磁界を受けて誘導電流を生成する、上記本発明の第１または第２の態様としての磁界プローブと、
前記アンテナの受信信号から、前記誘導電流が表す信号を減算することにより前記アンテナの受信信号に混入したノイズ成分をキャンセルするノイズキャンセル部と、
ノイズキャンセル後の受信信号を処理する信号処理部と
を具備したことを特徴とする。

本発明により、電流の真上でも磁界を適正に測定できる。

以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図１乃至図７を用いて説明する。

図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に従った磁界プローブの構成を示す図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の磁界プローブの巻き方向を示している。

図１（Ａ）において、内部導体１０３とその内部導体１０３を囲む絶縁体とその絶縁体を囲む外部導体１０２からなる同軸ケーブル１０１が、同軸ケーブル１０１の一端を基点として、平面視において互いに分離された複数のループ状部（以下では単にループと称する）１０４、１０５を形成するように巻回されている。複数のループ１０４、１０５のそれぞれの一部には、外部導体１０２を分断して内部導体１０３または絶縁体を露出させるための複数のスリット（切り欠き部）１０６、１０７が形成される。ここでは内部導体１０３が露出させられている。

同軸ケーブル１０１の他端１０８の内部導体１０３は、複数のスリットにより分断された各外部導体部分１０２ａ〜１０２ｃのいずれかに接続され、ここでは、同軸ケーブル１０１の一端側の外部導体部分（第１の外部導体部分）１０２ａに接続されている。

また、複数のスリットにより分断された各外部導体部分１０２ａ〜１０２ｃは、外部導体の対称性を保持するため、電気的に互いに接続され、これにより同軸ケーブル１０１の一端が延びる軸方向（図１（Ａ）の矢印参照）へ外部導体に電流が流れないまたは流れにくいバラン構造となっている。図示の例では、同軸ケーブル１０１の他端１０８における外部導体（他端１０８側の外部導体部分１０２ｃ）が同軸ケーブル１０１の一端側における外部導体部分（第２の外導体部分）１０２ａに接続され、また２つのスリットに挟まれた外導体部分（第３の外導体部分）１０２ｂが、上記第１の外部導体部１０２ａに紙面に垂直な方向において接続されることにより、各外部導体部分１０２ａ〜１０２ｃが電気的に互いに接続されている。

図１（Ｂ）に示すように、平面視において、ループ１０４の巻き方向は、ループ１０５の巻き方向と逆である。すなわち、ループ１０４の巻き方向は反時計回り、ループ１０５の巻き方向は時計回りである。

図１の磁界プローブの動作を、図２乃至図３を用いて説明する。

図２（Ａ）は基板２０１上のマイクロストリップ線路２０２を流れる電流２０４によって作られる磁界２０３を表す。マイクロストリップ線路２０２上を流れる電流は、図２（Ｂ）に示すように、右ネジの法則に従い電流の周囲に円弧を描くような磁界を作る。一般に磁界プローブはこのような電流源近傍の磁界測定に用いられるため、今後は測定対象として円弧を描く磁界を考える。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は円弧を描く磁界に対する、従来プローブ３０１と、本実施形態に係る提案プローブ３００の動作の違いを説明する図であり、基板３０５上の線路３０６の真上にプローブを基板面に対向するように配置した場合の磁界とループの関係を示している。なお従来プローブ３０１の詳細構成は図２０に示す通りである。同軸ケーブル２００１を、その一端を基点として巻回して、平面視において１つのループ２００４を形成し、他端２００６における外部導体２００２および内部導体２００３が、一端側の外部導体２００２に接続され、同軸ケーブル２００１の一部に外部導体２００２を分断して内部導体２００３を露出するためのスリット（切り欠き部）２００５が形成されている。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）において、磁界３０２は、ループに鎖交する磁界であり、特に磁界３０３はループに対して下から鎖交する磁界、磁界３０４はループに対して上から鎖交する磁界である。

図３（Ｂ）における提案プローブ３００では磁界３０３が鎖交するループの巻き方向と、磁界３０４が鎖交するループの巻き方向が逆のため、各ループに誘導される電流が強め合う。すなわち、図面に向かって左側のループに磁界３０３が鎖交することより、スリット１０６を介して対向する外部導体間に電界が生じ、この電界によってスリット１０６における内部導体に電流が流れる。同様に、図面に向かって右側のループに磁界３０４が鎖交することより、スリット１０７を介して対向する外部導体間に電界が生じ、この電界によってスリット１０７における内部導体に電流が流れる。スリット１０６における内部導体に流れ出た電流と、スリット１０７における内部導体に流れ出た電流は同じ向きであり、したがってこれらの電流は加算され、強められた電流が、同軸線路の一端から出力される。

これに対し、図３（Ａ）における従来プローブ３０１では、同一ループ内に逆方向の磁界３０３、３０４が鎖交するため、ループに誘導される電流は打ち消し合う。すなわち、従来プローブ３０１では、スリット２００５を介して対向する外部導体間には打ち消し合により電界が生じないことから、スリット２００５における内部導体にも電流が流れないこととなる。

以上により、提案プローブ３００では線路３０６を流れる電流の真上の磁界測定値を最大化することができる。従って、測定値をグラフ化することで直感的に電流分布を理解することができる。

図１に示した磁界プローブにおける同軸ケーブルの巻き方は一例であり、本発明はこれに限定されない。たとえば図４に示すような方法で同軸ケーブルを巻回することにより２つのループを形成しもよい。図４（Ａ）は上面図、図４（Ｂ）は巻き方向を示す図である。図１と同様の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図５は、本実施形態に係る磁界プローブの変形例を示す図である。

図１における同軸ケーブル１０１の一部を銅棒５０１で置き換えている。つまり、同軸ケーブル１０１の他端から同軸ケーブル１０１に沿って最も近いスリット（ここではスリット１０７）の手前までのケーブル部分を、銅棒（金属部材）５０１に置換し、銅棒５０１の一端を内部導体１０３に、銅棒５０１の他端を、前述した第１の外部導体部分１０２ａに接続している。銅棒５０１の太さは同軸ケーブル１０１と同一または略同一でありこれにより対称性が良くなる。図５の構成によっても図１の磁界プローブと同等の効果が得られる。

図６は、本実施形態に係る磁界プローブの他の変形例を示す図である。図６（Ａ）が俯瞰図、図６（Ｂ）が上面図、図６（Ｃ）が同軸ケーブルの巻き方向を示す図である。

図６（Ａ）に示すように、磁界プローブを被測定面に対向するように配置したときに同軸ケーブル１０１の一端側が当該被測定面に略垂直になるように同軸ケーブルが折り曲げられて軸部６０１とされている。この磁界プローブは、軸部６０１を軸とする軸対称構造を有する。このような軸対称構造により外部導体を流れる電流が釣り合い、軸方向（図中矢印参照）へ外部導体上の電流が流れないまたは流れにくいバラン構造となる。このような軸対称構造により図１の構成に比べて、測定精度がさらに向上する。

図７は、ループ数を４つに増やした磁界プローブの構成を示す図である。図７（Ａ）が上面図、図７（Ｂ）が同軸ケーブルの巻き方向を示す図である。

ループ７０１、７０２、７０３は反時計回り、ループ７０４は時計回りの巻き方向となっている。円弧を描く磁界によって各ループに誘導される電流が全体として弱め合わないようにするためには、このように、少なくとも１対のループの巻き方向が互いに逆であることが必要である。図７の例では、ループ７０３、７０４の対、ループ７０４、７０２の対、などがそれぞれ巻き方向が逆である。図示の磁界プローブは図示の姿勢のまま用いるとき、紙面横方向に走る信号線（図示せず）、および紙面縦方向に走る信号線（図示せず）の真上での測定で、いずれに対しても高い測定精度を得ることができる。すなわち、紙面横方向に走る信号線の上を測定するときは７０２、７０４の対の誘導電流が強め合い、紙面縦方向に走る信号線の上を測定するときは７０３、７０４の対の誘導電流が強め合う。

なお図１の構成と同様に、各ループ７０１〜７０４には、同軸ケーブルの外部導体を分断して内導体または絶縁体を露出させるスリット（切り欠き部）が形成され、スリットに分離された各外部導体部分は互いに電気的に接続され、同軸ケーブルの他端７０５の内部導体は、各外部導体部分のいずれかに接続される。

図７の例では、ループ数を４つに増やした例を示したが、ループ数を３つに増やしてもよいし、５個以上に増やしても良く、この場合も、少なくとも１対のループの巻き方向が互いに逆であることが必要である。

以上のように、本実施形態によれば、同軸ケーブルを巻回して平面視において少なくとも一対のループの巻き方向が互いに逆になるように複数のループを形成したことにより、測定面における信号線（電流）の真上で測定を行ったときでも上記少なくとも一対のループで誘導される誘導電流が互いに強め合い、感度の高い測定が可能となる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図８乃至図９を用いて説明する。

図８は、第２の実施形態に係る磁界プローブ８０１の構成を示す図である。この磁界プローブ８０１は、上層基板９０１、中層基板９０２および下層基板９０３を備える多層基板８０２を用いて作製されている。図８の磁界プローブ８０１を各基板９０１〜９０３に分解して示したものを図９に示す。

上層基板９０１、中層基板９０２および下層基板９０３はそれぞれ絶縁体からなる。

中層基板９０２の表面には同軸ケーブルの内部導体に相当する信号線（信号線路）９０５が形成されている。信号線９０５において、開口部を有する複数のループ状部（第１のループ状部）９０８、９０９が各々の一端を介して直列に接続され、ループ状部９０８の他端は開放され、ループ状部９０９の他端には誘導電流を読み出す読み出し部が直線状に接続されている。ループ状部９０８、９０９の巻き方向は、平面視において互いに逆である。つまり、ループ状部９０８、９０９は、信号線９０５の一端から他端へまたはこの逆へ信号線９０５を辿ったとき、平面視においてそのループの方向が互いに逆である。

上層基板９０１の表面には同軸ケーブルの外部導体に相当するGND線（第１のグランド線路）９０４が形成されている。GND線９０４は、基本的に、平面視において中層基板９０２上の信号線９０５に沿うように形成されている。GND線９０４の複数のループ状部（第２のループ状部）９１８、９１９にはGND線を分断して基板面を露出させるように複数のスリット９１１ａ、９１１ｂが形成されている。GND線９０４の幅は信号線９０５の幅より広くなっている。複数のスリット９１１ａ、９１１ｂによって形成された複数のグランド線部分９０４ａ、９０４ｂ、９０４ｃ同士は、スリット９１１ａ、９１１ｂと異なる箇所で、第１の接続部９０４ｄ、９０４ｅにより互いに電気的に接続されている。複数のグランド線部分９０４ａ、９０４ｂ、９０４ｃおよび第１の接続部９０４ｄ、９０４ｅが一体的に形成されてGND線９０４とされている。

下層基板９０３の表面にも同様に同軸ケーブルの外部導体に相当するGND線（第２のグランド線路）９０６が形成されている。GND線９０６は、基本的には平面視において中層基板９０２上の信号線９０５に沿うように形成されている。GND線９０４の複数のループ状部（第３のループ状部）９２８、９２９にはスリット９１１ａ、９１１ｂと対応する箇所においてGND線を分断して基板面を露出させるように複数のスリット９２１ａ、９２１ｂが形成されている。GND線９０６の幅は信号線９０５の幅より広くなっている。複数のスリット９２１ａ、９２１ｂによって形成された複数のグランド線部分９０６ａ、９０６ｂ、９０６ｃ同士は、スリット９２１ａ、９２１ｂと異なる箇所で、第２の接続部９０６ｄ、９０６ｅを介して互いに電気的に接続されている。グランド線部分９０６ａ、９０６ｂ、９０６ｃおよび第２の接続部９０６ｄ、９０６ｅが一体的に形成されてGND線９０６とされている。

GND線９０４、９０５および信号線９０６はストリップ線路を形成している。信号線９０５の一端はスルーホール９０７を介してGND線９０５、９０６と電気的に接続されている。なお、スリット９１１ａ、９１１ｂ、９２１ａ、９２１ｂの部分において信号線９０５が露出するように基板をエッチングしても本発明の効果を得ることができる。

多層基板８０２の側面は解放されているが、各層を十分薄く作れば、図３（Ｂ）を用いて説明したのと同様にして、図８の磁界プローブ８０１は動作する。これにより各ループで誘導される誘導電流が互いに強め合い、電流の真上でも感度の高い測定が可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、多層基板を利用するようにしたことにより、非常に薄い磁界プローブが作製でき、したがって、狭いスペースであっても物理的な干渉をできるだけ阻止して測定を行うことができる。また、エッチングなどの工程を利用できるため製作精度が高く、性能の等しい複数の磁界プローブの作製も容易である。また、同軸ケーブルに比べて小型化が容易であるため高い空間分解能を実現しやすいという利点も得られる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について、図１０乃至図１１を用いて説明する。

図１０は第３の実施形態に係る磁界プローブの構成を示す図である。図１０（Ａ）は俯瞰図、図１０（Ｂ）は同軸ケーブルの巻き方向を示す図、図１０（Ｃ）は側面図である。

図１０（Ａ）に示すように、本実施形態のプローブ１０００は、同一面にあるループ１００１、１００３に加えて、当該同一面と垂直な面にあるループ（さらなるループ）１００２を具備する。側面視において、図１０（Ｃ）のように、ループ１００１〜１００３は放射状に広がっている。各ループ１００１〜１００３にはそれぞれスリット１００７〜１００９が形成されている。各ループ１００１〜１００３の巻き方向は図１０（Ｂ）に示す通りである。すなわち側面視において各ループ１００１〜１００３の巻き方向はすべて放射方向に一致している。各ループの巻き方向がすべて放射方向と逆方向になるように同軸ケーブルを巻回してもよい。つまり、測定する磁界に対して右ネジを満たすようなループの向きを満たしてやればよい。このように巻回することで、図１０（Ｃ）に示すように、基板１００５上のマイクロストリップ線路１００６を流れる電流によって作られる磁界１００４を測定するとき、磁界１００４が各ループ１００１〜１００３を図示のように通過し、各ループに誘導される電流が強め合い、従って、高感度な磁界プローブを実現できる。

なお、測定する磁界に対して右ネジを満たすようなループの向きを満たしていれば、ループの配置は基板面に対して水平や垂直に限らず傾斜していてもよい。図１０の構成に対して、傾斜したループ（さらなるループ）１１０２、１１０４を追加して計５つのループを備えた磁界プローブの一例を図１１に示す。５つのループが側面視において放射状に広がっている。この場合も各ループに誘導される電流が強め合うように追加ループ１１０２、１１０４の巻き方向を定めることで高感度な磁界プローブを実現できる。具体的には、５つのループの巻き方向が、側面視においてすべて放射方向に一致またはこれと逆の方向になるようにすればよい。なお図示していないがループ１１０２、１１０４にも当然それぞれ外部導体を分断して内部導体または内部絶縁体を露出させるようにスリットが形成されている。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について、図１２乃至図１３を用いて説明する。

図１２は第１の実施形態で説明した図１の磁界プローブの側面図である。

図示のように磁界が各ループを通過するとき、同面積の２つのループでは感度が最大となるが、ループ１２０１、１２０２が基板１２０４と近接しているため各ループと基板１２０４とが相互に影響を及ぼし合う。このため、各ループが被測定電流（マイクロストリップ線路１２０５の電流）に影響を及ぼして測定精度が低下する可能性がある。

この影響を抑制する構成を第４の実施形態に係る磁界プローブとして図１３に示す。

ループ１３０１、１３０２が基板１３０４面（被測定面）に対向配置され、ループ１３０１、１３０２間の中心から遠ざかるにつれて、基板１３０４面との距離（基板１３０４面に対して垂直な方向の距離）が大きくなるように傾斜させられている。これによりループ１３０１、１３０２が被測定電流（マイクロストリップ線路１３０５の電流）に及ぼす影響を抑制できる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態について、図１４乃至図１６を用いて説明する。

図１４乃至図１６は、第１乃至第４の実施形態として提案した磁界プローブを使用した電流分布測定装置を示している。

図１４の電流分布測定装置は、被測定物１４０１と提案磁界プローブ１４０２とプローブスキャナ（走査装置）１４０３とスペクトラムアナライザ１４０４とから構成されている。被測定物１４０１に流れる電流は、被測定物１４０１近傍に磁界を発生させるため、この磁界を測定することで電流分布を知ることができる。従来の磁界プローブでは電流の真上では、観測される磁界が極小となることは、「発明が解決しようとする課題」の欄で明記した通りである。これに対し提案磁界プローブ１４０２によれば、電流の真上の磁界測定値を最大化できる。そのため、測定結果をグラフ化することで直感的に電流分布を理解することができる。

図１５の電流分布測定装置は、被測定物１５０１として信号源を内蔵していないアンテナ基板などに用いて好適な構成を有している。このような場合、被測定物１５０１の給電ポート１５０５から給電してやる必要がある。そこで、図１５の構成では、ネットワークアナライザ１５０４を用い、ネットワークアナライザ１５０４のポート１を給電ポート１５０５へ、ポート２をプローブスキャナ１５０３を介して磁界プローブ１５０２（同軸ケーブルの一端）へ接続し、通過特性S₂₁を測定することで、等価的に電流分布を測定できる。

同様に、図１６のように信号発生器１６０６を、被測定物１６０１の給電ポート１６０５へ、スペクトラムアナライザ１６０４をプローブスキャナ１６０３を介して磁界プローブ１６０２へ接続して、等価的に電流分布を測定できる。

（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態について、図１７乃至図１８を用いて説明する。

図１７は第１乃至第４の実施形態として提案した磁界プローブを用いた無線装置を示している。

図１７の無線装置は、回路基板１７０１と、内部ノイズをピックアップする提案磁界プローブ１７０２と、外部信号を受信するアンテナ１７０３と、ノイズ源１７０４と、ノイズキャンセル装置１７０５と、無線機１７０６より構成されている。

まず、ノイズキャンセル装置１７０５の動作について一例を説明する。このノイズキャンセル装置１７０５は２つの入力ポートと１つの出力ポートを持ち、一方の入力ポートにはノイズの混じった外部（所望）信号を、他方の入力ポートには（非所望）ノイズのみを入力する。各入力ポートのノイズに相関があれば、各入力間で減算を行うことでノイズをキャンセルすることができる。具体的には、ノイズのみの入力を位相反転して、両者を加算すればよい。

この内部ノイズピックアップ用の磁界プローブ１７０２に求められる性能として、ノイズを高感度に受信することと、外部信号をできるだけ受信しないことが挙げられる。後者の理由は、外部信号を受信すると、上記減算操作でノイズだけでなく外部信号まで減衰させてしまうからである。提案磁界プローブ１７０２がノイズを高感度に受信することは図３を用いて既に説明した通りである。ここでは提案磁界プローブ１７０２が外部信号を受信しにくい理由について図１８を用いて説明する。

図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）は、一定方向の磁界に対する従来プローブ１８０１と提案プローブ１８００の動作の違いを説明する図であり、基板１８０５上の線路１８０６の真上に基板面に平行にプローブを配置した場合の磁界とループの関係を示している。

外部信号は十分遠方から到来するため、磁界の方向は一定であることに着目すると、図示の例の場合、各ループに鎖交する磁界１８０２、１８０３、１８０４はいずれもループに対して上から鎖交している。

このとき、従来プローブ１８０１に鎖交する磁界は全て同じ方向なので、ループに誘導される電流は強め合う。一方、提案プローブ１８００では、磁界１８０３が鎖交するループの巻き方向と磁界１８０４が鎖交するループの巻き方向とが互いに逆のため、各ループに誘導される電流が打ち消し合う。以上より、提案プローブ１８００では外部信号を受信しにくいことが分かる。従って、図１７の提案磁界プローブ１７０２は内部ノイズピックアップ用プローブとして用いて適しているといえる。すなわち、提案磁界プローブ１７０２は、遠方から到来する非所望の磁界による影響を相殺して、プローブ直下の所望電流を正確に評価できる。

図１９は、図１８に示した無線装置の具体例として、地上デジタルテレビジョン（地デジ）放送波を受信・再生可能なノートパソコンを示す。

上筐体１９０１の内部に液晶パネル１９０３、アンテナ基板１９０４、アンテナ素子１９０５（ここでは逆Ｆ字アンテナ）が内蔵されている。下筐体１９０２の内部に地デジ放送波に対するノイズ源１９０７、提案磁界プローブ１９０８、ノイズキャンセル装置１９０９、地デジチューナ１９１０が内蔵されている。ノイズキャンセル装置１９０９の一方の入力は同軸ケーブル１９０６を介してアンテナ基板１９０４に接続され、他方の入力は提案磁界プローブ１９０８に接続されている。ノイズキャンセル装置１９０９の出力は、地デジチューナ１９１０の入力に接続されている。

パソコンに内蔵されたアンテナは、パソコン内部の回路から生じるノイズの影響を受けやすい。特に、受信性能を重視して上筐体にアンテナ基板１９０４を設置した場合、ディスプレイ描画に伴うノイズの影響を強く受けるため、場合によっては所望信号を再生できなくなってしまう。このディスプレイ描画に伴うノイズは描画を担当する半導体チップなど複数地点から観測されるため、そのうちの一つをノイズ源１９０７として扱い、その真上に提案磁界プローブ１９０８を配置する。これにより、提案磁界プローブ１９０８はアンテナ素子１９０５の受信信号に混入するノイズと相関の高いノイズを受信することができる。同時に、前述した理由により、提案磁界プローブ１９０８は、地デジ放送波を受信しにくい構成となっている。

アンテナ素子１９０５が受信したノイズの混入した地デジ放送波と、提案磁界プローブ１９０８が受信したノイズをノイズキャンセル装置１９０９に入力し、前述の減算処理を施すことで搬送波／ノイズ比の高い高品質な信号を地デジチューナ１９１０に入力することができる。これにより、ユーザは屋内など地デジ放送波の到来電力が小さい場所でも快適なテレビ視聴が可能となる。

このように第１〜第４の実施形態に係る提案磁界プローブは、円弧を描く磁界（内部ノイズ）を強く受信し、遠方から到来する磁界（外部信号）を打ち消して受信しにくいという特徴がある。従って、提案磁界プローブを、ノイズキャンセル装置に対する参照ノイズピックアッププローブとして利用することで、無線機に入力する信号のC/N比を改善することができる。

第１〜第４の実施形態で提案した磁界プローブは、携帯電話内蔵アンテナや自動車内通信アンテナなど、劣悪なノイズ環境が想定される場合にノイズピックアップ用プローブとして用いても有効である。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

第１の実施形態に従った磁界プローブの構成を示す図。マイクロストリップ線路上の磁界の様子を説明するための図。円弧を描く磁界に対する図１の磁界プローブの動作原理を説明するための図。図１の磁界プローブにおいて同軸ケーブルの巻き方を変更した例を示す図。図１の磁界プローブにおいて同軸ケーブルの一部を銅棒に置換した例を示す図。図１の磁界プローブにバラン機能を付加した構成を示す図。図１の磁界プローブにおいてループ数を増やした構成を示す図。第２の実施形態に従った磁界プローブの構成（多層基板構成）を示す図。図８の多層基板を各層に分解して示した図。第３の実施形態に従った磁界プローブの構成（立体構造）を示す図。図１０の磁界プローブの変形例を示す図。第１の実施形態に従った磁界プローブの問題点を説明する図。第４の実施形態に従った磁界プローブの構成を示す図。本発明の磁界プローブを用いた電流分布測定装置の構成を示す図。電流分布測定装置の別の構成例を示す図。電流分布測定装置のさらに別の構成例を示す図。本発明の磁界プローブを用いたノイズキャンセル装置内蔵無線装置の構成を示す図。遠方から到来する磁界に対する本発明の磁界プローブの動作原理を説明するための図。本発明の磁界プローブを用いたノイズキャンセル装置内蔵ノートパソコンの構成を示す図。従来の磁界プローブの構成を示す図。

符号の説明

１０１：同軸ケーブル
１０２：外部導体
１０３：内部導体
１０４、１０５：ループ状部（ループ）
１０６：１０７：スリット（切り欠き部）
１０８：同軸ケーブルの他端
２０１：基板
２０２：ストリップ線路
２０３、２０４：磁界
３００：提案プローブ
３０１：従来プローブ
３０２、３０３、３０４：磁界
３０５：基板
３０６：ストリップ線路
５０１：銅棒
６０１：軸部（同軸ケーブル）
７０１、７０２、７０３、７０４：ループ
９０１：上層基板
９０２：中層基板
９０３：下層基板
９０４、９０６：GND線
９０５：信号線
１０００：提案プローブ
１００１、１００２、１００３：ループ
１００５：基板
１００６：ストリップ線路
１００７、１００８、１００９：スリット（切り欠き部）
１１０１〜１１０５：ループ
１１０６：基板
１１０７：ストリップ線路
１２０１、１２０２：ループ
１２０３：磁界
１２０４：基板
１２０５：ストリップ線路
１３０１、１３０２：ループ
１３０３：磁界
１３０４：基板
１３０５：ストリップ線路
１４０１：基板
１４０２：提案プローブ
１４０３：プローブスキャナ
１４０４：スペクトラムアナライザ
１５０１：基板
１５０２：提案プローブ
１５０３：プローブスキャナ
１５０４：ネットワークアナライザ
１６０１：基板
１６０２：提案プローブ
１６０３：プローブスキャナ
１６０４：スペクトラムアナライザ
１６０５：給電ポート
１６０６：信号発生器
１７０１：回路基板
１７０２：提案磁界プローブ
１７０３：アンテナ
１７０４：ノイズ源
１７０５：ノイズキャンセル装置
１７０６：無線機
１８００：提案プローブ
１８０１：従来プローブ
１８０２、１８０３、１８０４：磁界
１８０５：基板
１８０６：ストリップ線路
１９０１：上筐体
１９０２：下筐体
１９０３：液晶パネル
１９０４：アンテナ基板
１９０５：アンテナ素子
１９０６：同軸ケーブル
１９０７：ノイズ源
１９０８：提案磁界プローブ
１９０９：ノイズキャンセル装置
１９１０：地デジチューナ
２００１：同軸ケーブル
２００２：外部導体
２００３：内部導体
２００４：ループ
２００５：スリット（切り欠き部）
２００６：同軸ケーブルの他端

Claims

内部導体と前記内部導体を囲む絶縁体と前記絶縁体を囲む外部導体とからなる同軸ケーブルを、前記同軸ケーブルの一端を基点として、平面視において複数のループ状部を形成するように巻回したプローブ本体と、
前記複数のループ状部のそれぞれの一部に、前記外部導体を分断して前記内導体または前記絶縁体を露出させるように形成した複数の切り欠き部と、
を備え、
前記複数の切り欠き部により分断された複数の外部導体部分は電気的に互いに接続され、
前記同軸ケーブルの他端における内部導体は、前記複数の外部導体部分のいずれかに接続され、
前記複数のループ状部のうち少なくとも一対のループ状部は、平面視において巻き方向が互いに逆である、
ことを特徴とする磁界プローブ。
前記プローブ本体は、１つまたは複数のさらなるループ状部を備え、
前記さらなるループ状部および前記一対のループ状部は、側面視において放射状に広がっており、
前記さらなるループ状部および前記一対のループ状部の巻き方向はすべて、側面視において放射方向と同じ方向または逆の方向である
ことを特徴とする請求項１に記載の磁界プローブ。
前記一対のループ状部は、前記プローブ本体が被測定面と対向するように配置されたとき、前記一対のループ状部間の中心から遠ざかるほど、前記被測定面との距離が大きくなるように傾斜させられた
ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁界プローブ。
前記同軸ケーブルの前記一端は、前記プローブ本体が被測定面と対向するように配置されたとき、前記被測定面に対し略垂直な方向へ向き、
前記複数のループ状部は垂直部分を軸として対称構造を有する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の磁界プローブ。
前記同軸ケーブルの前記他端から前記同軸ケーブルに沿って最も近い切り欠き部の手前までのケーブル部分は前記一対のループ状部の一方の一部をなし、
前記ケーブル部分は、前記同軸ケーブルと同一または略同一の太さを有する金属部材に置換され、
前記金属部材の一端は前記最も近い切り欠き部における内部導体に接続され、前記金属部材の他端は前記複数の外部導体のいずれかに接続された
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の磁界プローブ。
下層基板、中層基板、上層基板を含む多層基板と、
前記中層基板の表面に形成された、開口部を有する複数の第１のループ状部を各々の一端または両端を介して直列に接続した信号線路と、
前記上層基板の表面に前記信号線路に沿って形成され、前記第１のループ状部に対応する第２のループ状部のそれぞれの一部には線路を分断して基板表面を露出させるように第１の切り欠き部が形成され、前記第１の切り欠き部により分断された線路同士を前記第１の切り欠き部と異なる箇所を介して電気的に接続する第１の接続部を有する、第１のグランド線路と、
前記下層基板の表面に前記信号線に沿って形成され、前記第１のループ状部に対応する第３のループ状部において前記第１の切り欠き部に対応する部分には線路を分断して基板表面を露出させように第２の切り欠き部が形成され、前記第２の切り欠き部により分断された線路同士を前記第２の切り欠き部と異なる箇所を介して電気的に接続する第２の接続部を有する、第２のグランド線路と、を備え、
前記信号線路の一端はスルーホールを介して前記第１および第２のグランド線路と電気的に接続され、
前記複数の第１のループ状部のうち少なくとも一対のループ状部は、前記信号線路の一端から他端へまたはこの逆へ前記信号線路を辿ったとき、平面視においてそのループの方向が互いに逆である
ことを特徴とする磁界プローブ。
基板上の電流分布を測定する電流分布測定装置であって、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の磁界プローブと、
前記基板の上方において前記磁界プローブを走査する走査機構と、
前記基板において発生する磁界により前記磁界プローブで発生する誘導電流を読み出す読み出し装置と、
を具備したことを特徴とする電流分布測定装置。
ノイズ源を含む電子装置に設けられる無線装置であって、
信号を受信するアンテナと、
前記ノイズ源に対して設けられ、前記ノイズ源で発生する磁界を受けて誘導電流を生成する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の磁界プローブと、
前記アンテナの受信信号から、前記誘導電流が表す信号を減算することにより前記アンテナの受信信号に混入したノイズ成分をキャンセルするノイズキャンセル部と、
ノイズキャンセル後の受信信号を処理する信号処理部と
を具備したことを特徴とする無線装置。