JP2011017535A - 遠方電磁界ノイズ測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器から放射されているＥＭＩ（ノイズ）分布を測定し、遠方における輻射ノイズを算出するＥＭＩ測定装置を提供する。
【解決手段】被測定物から１／２π波長より近傍で、前記被測定物の測定面上に配置された複数の測定点で磁界強度を測定し、前記測定した近傍磁界成分によりノイズ源電流を計算し、被測定物から１／２π波長以上離れた遠方ノイズの電界及び磁界成分を算出する。これにより、本願のＥＭＩ測定装置および測定方法によれば、近傍におけるノイズの評価と、規格で定められた遠方における輻射ノイズを同時に評価する事ができ、ノイズ低減設計の高速化を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁波妨害（ＥＭＩ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：電波雑音干渉）を起こす電子装置からの輻射ノイズ（不要輻射：不要電磁エネルギー放射）を測定する電磁波測定技術に係わり、たとえばＩＣ等の電子部品を搭載した配線基板等を備えた電子機器のノイズ強度の分布、所望位置での周波数特性の測定および遠方でのノイズを算出する技術に関する。

近年、各種の電子機器から発生する不要輻射による妨害を最小限に抑えるために、多くの国で規制が設けられており、例えば海外では、ＦＣＣ（アメリカ連邦通信委員会）、ＣＩＳＰＲ（国際無線障害特別委員会）、ＶＤＥ（ドイツ電気技術者協会）等の規格が設けられている。我国でも、ＶＣＣＩ（情報処理装置等電波障害自主規制協議会）の自主規制規格が決められ、電子機器製造メーカにおいて、各種の電子機器から発生する不要輻射を抑える対策を行なうようになってきている。その規格測定方法は、不要輻射の発生源である電子機器から所定の遠方距離（例えば、３ｍまたは１０ｍ）を隔てた位置での電界強度（以下遠方ノイズ）を測定するもので、測定環境や測定器は特殊なものになるため、その測定技術はかなりの専門技術を必要とする。また、遠方で測定するため、電磁波の発生源が電子機器のどこであるのかを特定するのが困難で、不要輻射の対策を行うには、多くの時間と費用が発生する。そこで、最近では、電子機器のプリント基板回路および同様な回路装置から放射される近傍での電磁界強度を測定する電磁波測定装置が用いられて、計測の時間とコストの低減が図られている。 このような計測機器として、例えば、電子機器の近傍を電界あるいは磁界センサを用いて走査測定し、被測定物の近傍電磁界分布を測定することで、電磁波の発生源を推定するような近傍ノイズ測定装置の活用が多くなってきている。

近傍ノイズ測定装置としては、被測定物近傍を走査し、電磁界分布を測定し、分布画像から、放射電磁界の大きい部分を特定することで、被測定物から放射された電磁界の評価を行うものがある。（例えば、特許文献１、文献２参照） また、測定結果からから遠方ノイズを推定する手法について、測定波長をλ、測定装置の実効的な最大寸法をＤとしたとき、ｒ＞λ／２πかつｒ＜２Ｄ２／λを満たす領域内の複数の点で電界または磁界を測定した結果から、所望の距離における電磁波の値を予測する手法がある。 （特許文献３参照）。

ここで、波長λ＝ｃ／ｆ、ｃは光速（３０万ｋｍ／秒）、ｆは測定周波数［Ｈｚ］である。

特開２０００−３４６８８６号公報 特開２０００−３４６８８６号公報 特開２００１−３１８１１２号公報

従来の測定装置には以下のような課題があった。それは、プリント基板を主に対象にしたものであり、近傍におけるノイズを如何に精度よく測定する技術、あるいは評価する技術に主眼がおかれていた。しかしながら、通常の電子機器は複数のプリント基板を備えた構成であることが多く、プリント基板間を接続している配線からの輻射が大きいことが知られている。また、プリント基板単体においてノイズが出にくい設計を行っても、電子機器の筐体等の金属板に接続した場合に、金属筐体から多くのノイズが輻射される場合がある。

一方、電子機器の規格値は電子機器から３ｍ、あるいは１０ｍ離れた場所におけるノイズの電界強度により評価される。すなわち、ノイズを輻射しにくいプリント基板を設計するとともに、電子機器全体における遠方でのノイズ強度の低減設計の２つを両立させなければならない。すなわち、従来のプリント基板単体を測定対象とする近傍ノイズ測定装置では、電子機器全体の評価を行う遠方ノイズの評価ができないために、効率のよい設計を行うことはできなかった。

また、従来の、アンテナの電磁界より遠方における電磁界を算出する方法においても以下に示す問題があった。従来の手法は，測定点が電波の発振源よりもλ／２π以上の距離にのみ適用できる手法である。特に、不要輻射測定では、測定周波数帯域が３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚと広帯域であり、波長は１０ｍ〜０．３ｍである。例えば、ノイズ分布を測定する場合に３０ＭＨｚでλ／２πとなる１．６ｍも離すと、どこから強くノイズが放射されているかを知ることはできない。そこで、ノイズ源の探索のために、例えば、０．０５ｍ離れた位置でのノイズ分布を計測した場合にはλ／２π以下であり、遠方での輻射ノイズは推定できない。

また、λ／２π以下の距離、つまり近傍における電界の振る舞いは非常に複雑であり、波源からの観測点間の距離をｒ０とすると、１／ｒ０に比例する項、（１／ｒ０）^２に比例する項、（１／ｒ０）^３に比例する項がある。また、電界の成分についても波源からの観測点に向かうベクトル（放射方向）に平行な成分と、放射方向に垂直な成分が存在し、近傍の電界から遠方の電界を算出することは不可能である。

本発明の目的は、近傍ノイズの測定値によりノイズ源の特定と同時に、高精度に遠方ノイズを算出することが可能な近傍ノイズ測定装置および遠方ノイズ推定方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、被測定物から１／２π波長より近傍で、前記被測定物の測定面上に配置された複数の測定点で磁界強度を測定し、前記測定した近傍磁界成分によりノイズ源電流を計算し、被測定物から１／２π波長以上離れた遠方ノイズの電界値又磁界値を算出することを特徴とする遠方電磁界ノイズ測定方法を用いる。

また、前記測定点の間隔が０．２２波長以下で、被測定物との距離が０．００９波長以上で０．０５４波長以下で測定する遠方電磁界ノイズ測定方法を用いることができる。

また、前記測定点の間隔が０．３８波長以下で、被測定物との距離が０．０３波長以上で０．０５波長以下で測定する請求項１記載の遠方電磁界ノイズ測定方法を用いることができる。

また、前記測定面の近傍ノイズと、前記測定面に対して遠方方向に一定の距離だけ離した別の測定面における近傍ノイズにより、前記測定面と前記被測定物との距離を算出することを特徴とする遠方電磁界ノイズ算出手法を用いることができる。

また、前記ノイズ源電流と係数との積を計算して遠方電磁界ノイズを算出する遠方電磁界ノイズ算出方法を用いることができる。

また、前記近傍の複数の測定点で測定した磁界から、アンペールの法則にて、近傍での電磁界を計算し、波動インピーダンスとの積、又は、除してを計算する遠方電磁界ノイズ算出方法を用いることができる。

また、磁界を検出するプローブと、前記プローブと被対象物とを相対的に移動される駆動機構と、前記磁界のデータを受信する受信部と、前記受信した磁界データから、前記遠方ノイズ算出方法で、前記遠方での電磁界を計算する計算処理部とからなる遠方電磁界ノイズ検出装置を用いることができる。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）被測定物の表面の近傍ノイズ測定を行い、ノイズの分布を表示することでノイズ源の特定が可能になる。
（２）電子機器の近傍におけるノイズの磁界成分を取得し、取得したノイズデータに基づき電流源を推定することにより、遠方での輻射ノイズを高精度に算出することができる。これにより、大規模な測定設備を必要とする遠方ノイズ測定を行う頻度を低減することが可能になり、開発時間の短縮とコスト削減が可能になる。
（３）第１と第２の測定面のノイズ強度を測定すれば、測定面とノイズ源との間の距離を算出することができる。これにより、より正確な遠方における輻射ノイズを算出することができる。

以上により、本願の近傍ノイズ測定装置および遠方ノイズ推定方法によれば、近傍におけるノイズの評価と、規格で定められた遠方における輻射ノイズを同時に評価する事ができ、効率の良いノイズ低減設計および対策が実現できる。

本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置の一例を示す模式図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置の一例の側面を示す模式図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置の計算処理部の一例を示す模式図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定方法の流れ図の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置のノイズデータの処理方法を示す流れ図の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置のノイズデータの処理方法の一例である近傍ノイズ分布の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置のノイズデータの処理方法の一例である近傍ノイズ周波数特性の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置のノイズデータの処理方法の一例である遠方輻射ノイズの一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置のノイズデータの処理方法の一例である遠方輻射ノイズの算出法を説明するための図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置のプローブの一例であるシールデッドループプローブを示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置における遠方輻射ノイズ算出法の誤差検証に用いた１／２波長ダイポールアンテナを示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置における遠方輻射ノイズ算出法の誤差検証に用いた１／２波長ダイポールアンテナの測定条件を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置における遠方輻射ノイズ算出法の誤差特性の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置における遠方輻射ノイズ算出法の誤差特性の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置における遠方輻射ノイズ算出法の誤差特性の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置における遠方輻射ノイズ算出法の誤差特性の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置におけるプローブ配置法の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置におけるプローブ配置法の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置におけるプローブ配置法の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置におけるプローブ配置法の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置における近傍ノイズ測定点の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置における近傍ノイズ測定点の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置における近傍ノイズ測定点の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＥＭＩ測定装置におけるｄ０を求める方法の一例を示す図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態における近傍ノイズ測定装置の構成を示したものである。図１において、装置は、プローブ１、高周波信号線２、受信機３、データ信号線４、計算処理部５、制御信号線６、表示部信号線７、表示部８、移動機構９、測定対象物１０である。図１においてプローブ１は、高周波信号線２を介して受信機３に接続され、ノイズの受信データを取得する。これにより、プローブ１で検出した輻射ノイズの磁界成分を受信機で振幅強度に変換される。尚、受信機には、ノイズの各周波数成分を検出する検波回路の他にノイズを検出可能な大きさに増幅させる増幅器や、必要な周波数帯域に制限する高周波フィルター等を備えている。また、受信機３の検波回路としてスペクトラムアナライザやネットワークアナライザを用いることで、測定点におけるノイズの周波数特性を取得することが可能になる。取得したノイズのデータはデータ信号線４を介して計算処理部５に送信される。計算処理部５は制御信号線６により、移動機構９を制御し、表示部信号線７により表示部８にデータを表示させる機能を持つ。尚、移動機構９は３次元的にプローブを自動的に移動させることができる。

図２は、図１に示す近傍ノイズ測定装置の側面（＋Ｘ方向）から見た図を示したものである。プローブ１によるノイズを測定する測定点Ｈ１（ｉ）は、測定対象物１０から距離ｄ０離れた面上にある。ここでは、一例として、測定対象物１０から等しい距離においてノイズを測定する場合を示している。また、図では測定対象物１０の測定対象となる面が平面である場合を示しているために、測定点が存在する面（以下、測定面と呼ぶ）も平面となる。尚、本実施の形態における近傍ノイズ測定装置の説明では測定対象物１０から等しい距離においてノイズを測定する場合を示しているが、これに限られる物ではなく、測定対象物との距離に関わらず、測定面を平面とすることも可能である。この方法にすることにより、移動機構９の構成および制御の簡易化とともに測定時間の高速化が期待できる。

図３は、計算処理部５の構成を示したものであり、記憶部５ａ、計算部５ｂ、入力部５ｃからなる。記憶部５ａでは受信機３で取得したノイズのデータを保持し、計算部５ｂでは移動機構９の制御とノイズのデータの計算処理と表示部８への表示信号の送信と、入力部５ｃからの指示を受け取る。入力部５ｃでは、測定者からの指示を計算処理部５に伝えるためのインターフェイスが備えられている。たとえば、キーボードやマウスやタッチパネル、マイクやカメラ等が挙げられる。

次に、図４を用いてノイズの測定方法を説明する。まず、初めに最初の測定点にプローブを移動させ（手順１１ａ）、手順１１ｂに示したようにプローブと受信機によりノイズのデータを取得する。次に手順１１ｃに進み、ノイズのデータを計算処理部５の記憶部５ａに格納する。次に手順１１ｄに進み、全測定が終了したかどうかを判断する。終了の場合は手順１１ｅに進み測定終了となる。測定が途中である場合は手順１１ａに戻り、計算処理部５により移動機構９を制御して次の測定点にプローブを移動させる。これを全測定点における測定が終了するまでこの手順に従い測定を続ける。

次に、図５を用いてノイズデータの処理方法を説明する。まず、初めに測定者により入力部５ｃを介して指示が計算処理部５に入力される（手順１２ａ）。手順１２ｂにおいて計算部５ｂにおいて指示内容を判断し、手順１２ｃ〜手順１２ｅに示す計算処理を行う。手順１２ｃでは、取得した近傍ノイズデータの分布を表示させる。取得したデータの表示例を図６に示す。一例として、平面に２次元的に測定したときのある周波数におけるデータを示す。図より、中央の右下部分が最もノイズが強く輻射されていることが分かる。すなわち、この近傍ノイズ分布表示により、ノイズ源の特定が可能になる。

更に手順１２ｄでは、測定点におけるノイズの周波数特性を表示部８に表示させる。取得した周波数データの一例の表示例を図７に示す。これにより、興味のある測定点（例えばある周波数でノイズが最も強い測定点）における他の周波数のノイズ強度を知ることができる。ノイズ対策の多くの場合、ノイズ源にコンデンサやコイルを接続し共振周波数ずらすことで、ノイズを他の周波数に分散させる手法が取られる。この場合、分散させた他の周波数のノイズが予想以上に強くなり、規格を越えて問題になることがある。このような場合の確認にこの手順は非常に有効になる。

手順１２ｅは、手順１２ｅ１と１２ｅ２からなり、遠方ノイズを表示部８に表示させる。まず、手順１２ｅ１により、計算部５ｂにおいて近傍ノイズの測定データから遠方ノイズを算出する。次に、手順１２ｅ２により、表示部８に表示信号を送り遠方ノイズの算出結果を表示させる。この手順は、電子機器の遠方輻射ノイズの評価に有用である。遠方ノイズを算出することが可能になることで、高価で大規模な測定設備が必要となる遠方輻射ノイズ測定の回数を減らすことが可能になり、計測時間、設計コストの低減効果が期待できる。図８に、一例として図６の近傍ノイズ分布から算出した遠方輻射ノイズの角度特性を示している。さらに、図７に示すように各測定点におけるノイズの周波数特性を取得している場合には、本手順により遠方輻射ノイズの周波数特性を取得することができ、トータル設計評価装置として利用が可能となる。

次に、図９を用いて遠方輻射ノイズの算出方法について説明を行う。図９は、図２に示す測定対象物１０において、測定対象物から距離ｄ０（ｉ）だけ離れたところに測定点があり、測定点が存在する測定面が平面である場合を例に説明する。尚、図２と図９は、測定対象物を側面から見た図であり、測定面がＺＸ面に平行かつＹ軸方向に観測点がある場合である。ここでは、ノイズの磁界成分を検出するプローブとしてループプローブを用いた場合を一例に説明を進める。測定間隔をΔとし、ｉ番目の測定点における磁界をＨ１（ｉ）とし、観測点の磁界をＨとする。また、ｉ番目の測定点から観測点までの距離をｒ（ｉ）とし、ｉ番目の測定点と観測点を結ぶ直線とＺ軸とがなす角度をθ（ｉ）とする。このとき観測点での磁界Ｈは、次式で得られる。

ここで、ｊは虚数単位を表し、λはノイズの周波数における波長、βは波数であり２π／λとして与えられる。（式１）において、右辺の２π・ｄ０（ｉ）・Ｈ１（ｉ）の部分の長さがΔの等価的な電流を表し、それ以降の部分はΔの長さを有する大きさ１の微小電流により観測点に作られる磁界を表している。すなわち、本発明はアンペールの法則に基づいて測定した近傍磁界により微小ノイズ電流を推定し、この全ての微小ノイズ電流が作り出す磁界の和として左辺のＨが得られる。この求めたＨに波動インピーダンスηを乗じることによりノイズの電界成分が求まる。遠方ノイズ観測点までの距離ｙが１／２π波長以上である場合は、Ｈに１２０πという係数（比例係数）を乗じることにより正確に電界値Ｅが求まる。すなわち、観測点までの距離を１／２π波長以上とすれば、同一の係数１２０πのみを乗じることで、電界値Ｅを求めることができ、計算および装置の簡易化が期待できる。アンペールの法則は周波数に依存せず、電流と磁界のみの関係を表現するものであるために、近傍、遠方の区別がない。すなわち、平面波近似が可能な程度の遠方界と遠方界の関係を求めた従来の手法と異なり、本発明の方法によれば、ごく近傍の磁界により正確に遠方での電磁界を推定することが可能になる。

また、上記（式１）の前記それ以降の部分を、電界を表す式にすれば、磁界Ｈの代わりに、電界を計算でき、波動インピーダンスηで割ることによりノイズの磁界成分が求まる。遠方ノイズの観測点までの距離ｙが１／２π波長以上である場合は、計算で求めた電界に１２０πという係数（比例係数）で割ることにより正確に磁界値が求まる。

以上のように、本発明では、近傍の磁界を測定することにより、遠方の磁界を算出し、更に比例係数である波動インピーダンスを乗じることにより遠方における電界を算出する。これにより、精度よく遠方における電界を算出することが可能になる。

以上により、１／２π波長以下の近傍における磁界測定により遠方輻射ノイズの算出を可能にしている。これにより、近傍ノイズ分布測定によるノイズ源探索に加えて遠方輻射ノイズ算出が可能になり、この両輪により、ノイズ対策の効率化が期待できる。

次に、ループプローブで検出される磁界の強さを求める方法を説明する。図１０にループプローブの一例としてシールデッドループプローブを示す。図１０において、導線１ａ、同軸線路の心線１ｂ、同軸線路の外導体１ｃ、接続コネクタ１ｄ、接続部１ｅである。シールデッドループプローブは広い周波数帯域にわたり良好な磁界検出特性を有する優れたプローブの一つである。構造は、導線１ａの一端が同軸線路の心線１ｂと電気的かつ機械的に接続され、もう一端が同軸線路の外導体１ｃと接続部１ｅで電気的かつ機械的に接続される。高周波信号線２と接続するために接続コネクタ１ｄを設け、高周波信号線２がプローブの同軸線路と同じ場合不要となる。シールデッドループプローブでは、導線１ａと同軸線路の外導体１ｃでループを構成し、このループを貫く磁界の時間的な変化によりファラデーの法則に基づいて同軸線路に起電力が誘起され磁界を検出することが可能になる。ループの面積をＳ［ｍ^２］とし、ループを貫く磁界がＨ１・ｃｏｓ（ω・ｔ）とすると、誘起される起電力Ｖの大きさは次式（式２）で与えられる。

ここで、μは透磁率である。プローブの抵抗をＲとすると、プローブに受信される電力Ｐｒは次式となる。

従って、（式３）よりＨ１は以下のように求まる。

このＨ１を（式１）に代入して、Ｈを求める。

次に、近傍ノイズ測定条件（Δ、ｄ０）による遠方輻射ノイズの算出結果の誤差を調べる。そこで、電波の放射電磁界が既知である１／２波長のダイポールアンテナをノイズの放射源に置き換えて定量的に誤差を把握する。図１１に１／２波長ダイポールアンテナを示す。図中に表記したλは波長である。１／２波長ダイポールアンテナ１３は中央に給電部１３ａがあり、給電部１３ａに接続された２本の金属線で構成されたアンテナ素子１３ｂ、１３ｃを備えた構成になっている。アンテナ素子１３ｂ、１３ｃに流れる電流は両端で０となり、給電部１３ａに接続される端子で最大となる正弦波となる。図１２に測定点の位置等のパラメータを示す。図１２に示すパラメータは図９と同じである。ここでは、ｄ０（ｉ）は一定値であり、ｄ０である。

図１３に、ｄ０を変化させたときの誤差（Ｅｒｒｏｒ）を示す。図において横軸はｄ０で、波長により規格化している。また、縦軸は誤差であり単位はｄＢである。尚、誤差は次式で定義する。

（式５）において、Ｈは算出された遠方輻射ノイズであり、Ｈ０は理論値である。すなわち、推定値と理論値の比で評価を行った。以下の評価に用いる誤差は、全て（式５）により定義される。図１３には、ダイポールアンテナからの距離ｙが３ｍの時の誤差と、１０ｍのときの誤差をあわせて示している。ここで、Δ＝０．０１波長とした。

図１３より、ｄ０が０．０１３波長の時に誤差が最小になることが分かる。このとき誤差は、３ｍにおいて０．１５ｄＢ、１０ｍにおいて０．０９４ｄＢである。このように、最適なｄ０を選ぶことにより非常に小さな誤差で算出することが可能になる。そこで、ｄ０が０．０１３波長の時の計算結果を図１４に示す。図において、Ｔｈｅｏｒｙは理論値、Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎは（式１）による計算値である。図１４より、その他の距離ｙにおいても誤差の小さな算出ができていることが分かる。

次に、測定間隔Δと誤差の関係を調べる。図１５に、ｄ０が０．０１３波長の時にΔを変化させたときの誤差の変化を示す。図より、Δが大きくなるにつれて誤差が大きくなっていることが分かる。また、ｙが３ｍ、１０ｍの場合を示しているが、いずれも同様の誤差特性を示している。図より、誤差が±１ｄＢ以内となる範囲を調べると、この場合、Δが０．２４波長以下で±１ｄＢ以内を満足できることが分かる。

以上より、遠方輻射ノイズの算出誤差は、ｄ０とΔにより変化することが分かった。そこで、誤差が±１ｄＢ以内となるｄ０とΔの関係を求めた。遠方での規格測定方法の測定誤差（測定暗室間の相対差）が４ｄＢ であることから、誤差±１ｄＢ以内を実現できれば測定精度としては十分である。

図１６に、誤差が±１ｄＢ以内となるｄ０とΔの範囲を示す。横軸にｄ０、縦軸にΔをとり、誤差±１ｄＢ以内を満足するΔの最大値（Δｍａｘ）と最小値（Δｍｉｎ）を示した。すなわち、Δｍａｘ−Δｍｉｎが、誤差が±１ｄＢ以内に抑えられる範囲である。これにより、ｄ０が０．０４波長、Δが０．２波長に設定すると、多少のｄ０、Δの変動に対しても誤差の少ない優れた算出結果が得られることが分かる。

一般に被測定対象物となる電子機器および配線基盤には凹凸があり、測定においてｄ０を一定にすることは難しい。また、広い周波数帯域を一度に測定する場合には、周波数により波長が変化するために、各波長に対するｄ０とΔは変化する。すなわち、図１６は広帯域に精度よく遠方輻射ノイズを算出可能な範囲を示していることにもなる。ここで、横軸のｄ０は０．００１〜０．０５４波長で可能であるが、縦軸のΔは約０〜０．４波長の範囲が精度よく算出できる範囲である。つまり、周波数範囲を主に規定するのはｄ０であり、約６倍の周波数範囲で精度よく算出で可能であることが分かる。広帯域に精度よく算出可能な範囲を図１６の範囲ａに示す。この場合、若干の余裕を考慮して０．００９≦ｄ０≦０．０５４、０≦Δ≦０．２２［波長］の範囲を選ぶことが、算出の誤差が少なくて望ましいことが分かる。このとき、例えば周波数３０ＭＨｚから算出したい場合は、３０ＭＨｚの６倍の１８０ＭＨｚまで精度よく算出可能である。このとき、３０ＭＨｚの波長は１０ｍより、ｄ０＝１０ｍ×０．００９＝０．０９ｍと求まる。従って、０．０９ｍが０．０５４波長になる周波数が上限であるため、この時の波長は０．０９ｍ／０．０５４＝１．６７ｍとなり、上限の周波数は１波長＝１．６７ｍとなる１８０ＭＨｚと求まる。また、このときの最大のΔは０．２２波長より、１８０ＭＨｚ（波長１．６７ｍ）の時に０．２２波長となれば、１８０ＭＨｚ以下の周波数でも０．２２波長以下となる。従って、Δの最大値は、１．６７ｍ×０．２２＝０．３６ｍとなる。また、１８０ＭＨｚからは、１８０ＭＨｚ×６＝１０８０ＭＨｚまで一度に測定可能である。すなわち、遠方輻射ノイズの規格により定められた周波数帯域の３０ＭＨｚから１ＧＨｚを、たった２つ条件の測定により実現可能となる。

一方、大きい物を測定する場合には、測定時間との兼ね合いにより、Δを大きくしたいとの要望もある。また、若干のｄ０の範囲に余裕を持たせると、図１６より、０．０３≦ｄ０≦０．０５、０≦Δ≦０．３８［波長］の範囲ｂを選ぶことにより、より高速に算出が可能になる。この場合、周波数範囲は、最大周波数と最小周波数の比か５：３の範囲である。このときΔを最大周波数で０．３８波長まで広くできる。例えば、規格測定における周波数３０ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲において最も波長が短くなる１ＧＨｚにおける波長は０．３ｍであることから、Δは０．３×０．３８＝０．１１４ｍまで広げることができる。一本のプローブでエリア１ｍ×０．５ｍを０．１１４ｍ間隔で測定した場合、およそ５３ポイントの測定点となり、移動時間を考慮しても、１０分程度で測定できる（１０点の測定をおよそ１０秒で計算）。

以上において、本発明において、非常に高精度にノイズを算出できる範囲を示した。このように、本発明によれば、非常に広い周波数帯において条件を変えることなく近傍ノイズ測定の結果により遠方ノイズを算出できることを示した。これにより、例えばスペクトラムアナライザのような広帯域な受信機を使用する場合に、一度の測定で広い周波数範囲の輻射ノイズを算出できることになるという利点がある。また、算出誤差を抑えつつ近傍ノイズ測定範囲を拡大できる限界を示した。この制限は、高速な算出が望まれる場合に、大いに役に立つ。

以上により、電子機器の近傍ノイズ測定により、近傍ノイズ分布表示によるノイズ源の特定と、近傍ノイズの周波数特性の表示による周波数情報の取得と、高精度な遠方ノイズ算出機能を備えた近傍ノイズ測定装置を実現することが可能になる。

尚、本発明においてはシールデッドループプローブを用いたノイズの磁界測定を例に説明を行ったがこれに限られるものではない。例えば、多重巻きループプローブも可能である。また、ループプローブの形状も円形状に限られるものではなく、例えば楕円形状、四角形、三角形、その他の多角形等の形状も可能である。

尚、本発明においては、プローブが一つである場合を例に挙げて説明したがこれに限られなく、複数のプローブを用いることも可能である。例えば、図１７に示すようにプローブ１７１、１７２、１７３、１７４を１次元アレー状に配置する事により、アレーが構成されている線上の磁界を一度に測定することができるために測定の高速化が図れる。また、このアレーを、アレーが構成されている線上に対して垂直方向に移動してやれば高速に面状の測定が可能になる。また、図１８に示すようにプローブ１８１、１８２、１８３、１８４を２次元状に配置することも可能である。これにより、面上の測定点を一度に測定することが可能になり、さらなる高速化が期待できる。

更に、図１９に示すように、Ｘ軸に平行な磁界を検出するプローブ１９１、１９３とＺ軸に平行な磁界を検出するプローブ１９２、１９４とを備えた構成も可能である。これにより、平面状の電子機器を測定する場合にはノイズ電流が平面状に流れるために磁界の測定は図１９に示すたような２つの直交するプローブを備えた構成にすることにより、すべてのノイズ成分の強度を取得することが可能になる。一方、測定対象物の電子機器に大きな凹凸がある場合には、図２０に示すようなＸ、Ｙ、Ｚ軸のそれぞれの磁界を検出するプローブ２０１、２０３、２０２を備えた構成にすることにより、正確にノイズを測定することが可能になる。

尚、本発明においては、近傍ノイズの測定点が平面上にある場合を例に挙げて説明したがこれに限られるものではない。例えば、図２１に示すような円筒形状、図２２に示すような球形状、あるいは図２３に示すような半球形状も可能である。平面状の測定面の場合は、移動機構９と制御の簡易化が可能になり、測定時間の高速化が期待できる。一方、測定面が円筒形状の場合、遠方輻射ノイズを水平面において３６０度正確に算出する事が可能になる。また、測定面が球形状、半球形状の場合、遠方輻射ノイズをそれぞれ全方位、半球体において正確に算出する事が可能となる利点がある。尚、正確に遠方輻射ノイズを算出するためには、平面と同じｄ０とΔの制限がある。

尚、本発明においては、ｄ０が一定の場合を例に挙げて説明したがこれに限られるものではない。例えば、より正確な遠方輻射ノイズの算出結果を得るためにそれぞれの測定点における正確なｄ０を用いることも可能である。測定点ごとのｄ０を求めるために、例えば、図２４に示すように測定面より遠方に離れた第２の測定面における測定点の磁界を測定することにより実現できる。測定面と第２の測定面との距離をｄ１、測定面上の測定点の磁界をＨ１とし、第２の測定面上の測定点の磁界をＨ２とし、磁界の発生元のノイズ電流をＩ０とすると、Ｈ１とＨ２は次式で求まる。

（式６）と（式７）より、ｄ０は以下の式により求まる。

（式４）より、Ｈ１の磁界とＨ２の磁界を受信したときのプローブの受信電力をそれぞれＰｒ１とＰｒ２とすると、（式８）は以下の式となる。

また、距離を測定する方法としてレーザー測距計のような直接測定可能な測距計を用いることも可能である。

被測定物の表面の近傍ノイズ測定を行い、ノイズの分布を表示することでノイズ源の特定が可能になる。

電子機器の近傍におけるノイズの磁界成分を取得し、取得したノイズデータに基づき電流源を推定することにより、遠方での輻射ノイズを高精度に算出することができる。これにより、大規模な測定設備を必要とする遠方ノイズ測定を行う頻度を低減することが可能になり、開発時間の短縮とコスト削減が可能になる。

第１と第２の測定面のノイズ強度を測定すれば、測定面とノイズ源との間の距離を算出することができる。これにより、より正確な遠方における輻射ノイズを算出することができる。

１、１７１〜１７４、１８１〜１８４、１９１〜１９４、２０１〜２０４ プローブ
１ａ 導線
１ｂ 同軸線路の心線
１ｃ 同軸線路の外導体
１ｄ 接続コネクタ
１ｅ 接続部
２ 高周波信号線
３ 受信機
４ データ信号線
５ 計算処理部
５ａ 記憶部
５ｂ 計算部
５ｃ 入力部
６ 制御信号線
７ 表示部信号線
８ 表示部
９ 移動機構
１０ 測定対象物
１１ａ〜１１ｅ 手順
１２ａ〜１２ｅ 手順
１３ １／２波長ダイポールアンテナ
１３ａ 給電部
１３ｂ、１３ｃ アンテナ素子

Claims (7)

1. 被測定物から１／２π波長より近傍で、前記被測定物の測定面上に配置された複数の測定点で磁界強度を測定し、前記測定した近傍磁界成分によりノイズ源電流を計算し、被測定物から１／２π波長以上離れた遠方ノイズの電界又は磁界値を算出することを特徴とする遠方電磁界ノイズ測定方法。
2. 前記測定点の間隔が０．２２波長以下で、被測定物との距離が０．００９波長以上で０．０５４波長以下で測定する請求項１記載の遠方電磁界ノイズ測定方法。
3. 前記測定点の間隔が０．３８波長以下で、被測定物との距離が０．０３波長以上で０．０５波長以下で測定する請求項１記載の遠方電磁界ノイズ測定方法。
4. 前記測定面のノイズ源電流と、前記測定面に対して遠方方向に一定の距離だけ離した別の測定面におけるノイズ源電流により、前記測定面と前記被測定物との距離を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の遠方電磁界ノイズ算出手法。
5. 前記ノイズ源電流と係数との積を計算して遠方電磁界ノイズを算出する請求項１から４のいずれか１つに記載の遠方電磁界ノイズ算出方法。
6. 前記近傍の複数の測定点で測定した磁界から、アンペールの法則にて、近傍での電界を計算した場合、波動インピーダンスとの積を計算し電界を求める、又は、近傍での磁界を計算した場合、波動インピーダンスにて除して電界をもとめる請求項１から４のいずれか１つに記載の遠方電磁界ノイズ算出方法。
7. 磁界を検出するプローブと、
   前記プローブと被対象物とを相対的に移動される駆動機構と、
   前記磁界のデータを受信する受信部と、
   前記受信した磁界データから、請求項１〜６のいずれか１項記載の遠方ノイズ算出方法で、前記遠方での電磁界を計算する計算処理部
   とからなる遠方電磁界ノイズ検出装置。

Images