JP2012181161A

JP2012181161A - 電磁波放射源検出方法および装置

Info

Publication number: JP2012181161A
Application number: JP2011045792A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tani; 博之谷; Kazuhiro Ikurumi; 和宏王生
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】水平方向の電界強度を実測せずに、実測した水平方向の磁界強度Ｈｘｙ（ｉ，ｊ）と垂直方向の磁界強度Ｈｚ（ｉ，ｊ）および垂直方向の電界成分Ｅｚ（ｉ，ｊ）から電磁波放射源を高精度に検出できる電磁波放射源検出方法を提供することを目的とする。
【解決手段】被測定物（５）の近傍電磁波から、水平方向の磁界強度：Ｈｘｙ（ｉ，ｊ），垂直方向の磁界強度：Ｈｚ（ｉ，ｊ），垂直方向の電界成分：Ｅｚ（ｉ，ｊ）を電磁界センサ（６）によって測定（Ｓ１）し、取得した電磁波成分データに基づいて水平方向の電界成分：Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）を推定演算（Ｓ２，Ｓ３）し、推定演算した水平方向の電界成分：Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）の強度分布から電磁波放射源を検出（Ｓ４）する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器からの電磁波放射を検出する電磁波放射源検出方法および装置に関するものである。

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いる。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、不要輻射の放射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、電磁波放射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放射源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、被測定物の電子機器の近傍を、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、電磁波の放射源を推定するような電磁波放射源測定装置の活用が多くなってきている。

一般的に活用されている近傍電磁界測定機としては、近傍電磁界のうち磁界成分を測定するものが一般的である。例えば、ループ形状の磁界センサを移動、回転させ、被測定物の近傍の磁界強度と位相を測定することを可能としている。これにより、２次元、３次元的に、近傍磁界情報を取得し、ＥＭＩ低減設計を容易にする（たとえば、特許文献１参照）。

また、被測定物からの放射電磁界は磁界成分だけではなく、電界成分も含まれるため、近傍電界成分を測定する電界センサおよび、測定装置が提案されている。
電界センサとしては、セミリジッドケーブル等の同軸ケーブルの芯線を露出し、露出した芯線に誘電率の高い物質を覆うことにより、被測定物から放射される電磁界の電界成分を検出する（たとえば、特許文献２参照）。

さらに、電界絞り部を備えることで、被測定物からの垂直に放射される電界成分を測定する（たとえば、特許文献３参照）。
また、電界と磁界を同時に測定する電磁界同時測定センサも提案されている（特許文献４，５）。これらの電磁界センサは被測定物に対して水平方向の磁界と垂直方向の電界を同時に測定するものである。

上記で示した電界測定方法は、被測定物から垂直に放射される電界成分のみの測定となっている。

特開２０００−３４６８８６号公報特開２００７−２７８８２０号公報特開２０１０−２２３９３４号公報ＷＯ２００２／０８４３１１Ａ１特開２０１０−１４７０３号公報

従来の近傍電磁界測定方法は、被測定物に対して水平な面をＸＹ面、垂直方向をＺ軸方向とすると、磁界はＸＹＺ成分を測定できるものの、電界測定においては、電界Ｚ軸成分のみを測定するものであった。

これは被測定物をプリント基板に限定した場合、電磁波放射源近傍では電界垂直成分Ｅｚが支配的となることから上記の成分で十分に電磁波放射源が特定可能だと考えられているからである。

ここで被測定物として、搭載したプリント基板を筐体でシールドした商品を測定する場合を想定すると、電磁波放射源上で電界の水平成分（Ｅｘ、Ｅｙ）が支配的となる場合があり、前記筐体から電磁波が漏洩している隙間を特定するためには、水平方向の電界強度も実測が必要である。

被測定物がプリント基板の場合と筐体セットの場合について、現状の電磁界シミュレーションの結果を用いて説明する。
まず、被測定物がプリント基板の場合として、マイクロストリップ線路を例に説明する。

図８に示すようにＸＹ平面上にマイクロストリップ線路基板１を配置し、電磁波放射源である線路をＹ軸上に配置した場合のＺ軸方向に距離ｄ＝２５ｍｍ離れたＸＹ平面の電界強度分布を測定するものとする。

ここで、電磁波放射源である線路Ｙ軸上（Ｘ＝０）のポイントを正確に把握することが、電磁波放射源の検出には必要である。Ｚ軸方向に距離ｄ＝２５ｍｍ離れたＸＹ平面上で、Ｙ＝０でＸ軸と平行な直線を観測ライン２とし、観測ライン２上の電界分布をシミュレーションした結果を図９に示す。

この結果より、被測定物に対して垂直なＥｚ成分がＸ＝０のポイントで最大値を示しており、Ｅｚ成分を測定することで、電磁波放射源である線路、つまりＸ＝０のポイントを正確に検出することが可能となる。

また、電磁波放射原が筐体セットの場合として、スロットアンテナを例に説明する。
スロットアンテナは金属筐体上の開口部（穴）を模擬しており、金属筐体からの電磁波放射を考えた場合、開口部からの電磁波放射が問題となることが多い。図１０に示すようにＸＹ平面上に金属板３を配置し、電磁波放射源である開口部４を長辺方向がＹ軸方向となるように配置した場合について、Ｚ軸方向にｄ＝２５ｍｍ離れたＸＹ平面の電界強度分布を測定するものとする。

ここで、マイクロストリップ線路の場合と同様に、電磁波放射源である開口部が配置されているＸ＝０ポイントを正確に把握することが、放射源の検出には必要である。Ｚ軸方向に距離ｄ＝２５ｍｍ離れたＸＹ平面上で、Ｙ＝０でＸ軸と平行な直線を観測ライン２とし、観測ライン２上の電界分布をシミュレーションした結果を図１１に示す。

この結果より、被測定物に対して水平なＥｘ成分がＸ＝０のポイントで最大値を示している。ただし、今回はＹ軸方向に前記開口部の長辺を設定したので、Ｅｘ成分が支配的となったが、Ｘ軸方向に前記開口部の長辺を設定すると、Ｅｙ成分が支配的となる。つまり、前記開口部の形状により、Ｅｘ、Ｅｙ成分の強弱は変わるが、被測定物に対して水平成分が支配的となることに変わりはない。

以上のことから、近傍電界測定において、被測定物がプリント基板の場合は被測定物に対して垂直なＥｚ成分、被測定物が金属筐体の場合は被測定物に対して水平成分ＥｘもしくはＥｙ成分が支配的となることが分かる。

このように、プリント基板から金属筐体までの広い被測定物を想定した場合には、電界垂直成分だけではなく、水平方向の電界強度も実測が必要である。
本発明はプリント基板からシールド筐体まで幅広い被測定物に対して、水平方向の電界強度を実測しなくても電磁波放射源を高精度に検出することできる電磁波放射源検出方法を提供することを目的とする。

本発明の電磁波放射源検出方法は、被測定物の近傍電磁波から、水平方向の磁界強度：Ｈｘｙ（ｉ，ｊ），垂直方向の磁界強度：Ｈｚ（ｉ，ｊ），垂直方向の電界成分：Ｅｚ（ｉ，ｊ）を電磁界センサによって測定し、取得した電磁波成分データに基づいて水平方向の電界成分：Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）を推定演算し、前記推定演算した水平方向の電界成分：Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）の強度分布から電磁波放射源を検出することを特徴とする。

また、本発明の電磁波放射源検出方法は、電磁波発生源の少なくとも一部がシールド筐体で囲まれた被測定物の近傍電磁波から、水平方向の磁界強度：Ｈｘｙ（ｉ，ｊ），垂直方向の磁界強度：Ｈｚ（ｉ，ｊ），垂直方向の電界成分：Ｅｚ（ｉ，ｊ）を電磁界センサによって測定し、取得した電磁波成分データに基づいて水平方向の電界成分：Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）を推定演算し、前記推定演算した水平方向の電界成分：Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）の強度分布から前記シールド筐体の隙間の位置を検出することを特徴とする。

本発明の電磁波放射源検出装置は、被測定物の近傍をスキャンして電磁界を検出する電磁界センサと、前記電磁界センサの検出から水平方向の磁界強度：Ｈｘｙ（ｉ，ｊ），垂直方向の磁界強度：Ｈｚ（ｉ，ｊ），垂直方向の電界成分：Ｅｚ（ｉ，ｊ）に基づいて水平方向の電界成分：Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）を推定演算する演算処理部とを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、被測定物に対して水平・垂直方向の磁界強度と垂直方向の電界強度を測定することで、水平方向の電界強度の情報を取得することができるため、プリント基板から金属筐体で囲まれた対象までの幅広い被測定物に対して、正確に電磁波放射源を検出することが可能となる。

本発明の実施の形態１の電磁波放射源検出装置の構成図と被測定物の斜視図同実施の形態の電磁波放射源検出方法を示すフローチャート図マイクロストリップ水平電界Ｅｘのシミュレーション結果および推定結果を示す図本発明の実施の形態２の電磁波放射源検出方法を示すフローチャート図同実施の形態の金属筐体隙間水平電界Ｅｘのシミュレーション結果および推定結果を示す図放射源からの距離と波動インピーダンスの関係を示す図放射源からの距離と推定精度の関係を示す図マイクロストリップ線路を示す図マイクロストリップ線路の実測に基づく電磁界シミュレーション結果を示す図スロットアンテナを示す図スロットアンテナの実測に基づく電磁界シミュレーション結果を示す図

以下、本発明の電磁波発生源検出方法を各実施の形態に基づいて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１と図２，図３は実施の形態１を示す。

図１は本発明の電磁波放射源検出方法に基づく電磁波放射源検出装置と被測定物５を示す。
この電磁波放射源検出装置は、電磁波放射源を有する被測定物５に対して電磁界センサ６を移動させながら各測定点７での電磁界強度を測定するものである。電磁界センサ６は被測定物と水平な方向の磁界成分Ｈｘｙと垂直な方向の磁界成分Ｈｚと垂直な方向の電界成分Ｅｚを測定するものである。

電磁界センサ６が受信した電磁波成分は、広帯域な測定周波数を受信処理する受信部１１と、電磁界センサ６と被測定物５とをＸＹＺの各座標軸方向に相対移動させる走査手段としての駆動部１２と、広帯域受信部１１により受信処理された受信電磁電磁界成分をデータ処理して計測格納する計測制御部１３と、計測制御部１３により計測格納された電磁波成分データに基づいて水平方向の電界成分Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）を推定演算する演算処理部１４と、計測したＨｘｙ（ｉ，ｊ）、Ｈｚ（ｉ，ｊ）、Ｅｚ（ｉ，ｊ）と演算により求めたＥｘｙ（ｉ，ｊ）を表示し、その強度分布から電磁波放射源を検出する表示部８とを備えている。

なお、電磁界センサ６の具体例としては、磁界測定用のループアンテナ、電界測定用のパッチアンテナ、モノポールアンテナがあるが、これらに限られることはない。
図２は図１に示した電磁波放射源検出装置の具体的な処理を示している。

ステップＳ１では、電磁波放射源を有する被測定物５に対して、電磁界センサ６を移動させながら各測定点７（ｉ，ｊ）での電磁界強度を測定する。具体的には、被測定物５からの水平方向の磁界強度Ｈｘｙ（ｉ，ｊ）と垂直方向の磁界強度Ｈｚ（ｉ，ｊ）、および垂直方向の電界成分Ｅｚ（ｉ，ｊ）を測定する。

ステップＳ２では、ステップＳ１で測定した水平方向の磁界強度Ｈｘｙ（ｉ，ｊ）と垂直方向の電界強度Ｈｚ（ｉ，ｊ）を用いて、下記の第１式に基づき、各測定点における波動インピーダンスη（ｉ，ｊ）を演算する。

η（ｉ，ｊ）＝Ｅｚ（ｉ，ｊ）／Ｈｘｙ（ｉ，ｊ）・・・・・ (１)
波動インピーダンスηとは直交する電界と磁界の比を表し、被測定物５から十分に離れた領域では、自由空間の波動インピーダンスとしてη＝１２０πの定数で表されることが知られている。しかしながら、被測定物５の近傍では定数としては求まらず、被測定物５の種類、被測定物との距離に応じて変化するため、理論的に求めることは困難である。本手法は、この波動インピーダンスを近傍領域の各測定点において、実際の測定結果を用いた演算により求める手法である。

ステップＳ３では、ステップＳ２で求めた波動インピーダンスη（ｉ，ｊ）と測定した垂直方向の磁界強度Ｈｚ（ｉ，ｊ）から、下記の第１式に基づき、水平方向の電界強度Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）を演算する。

Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）＝ η（ｉ，ｊ）・Ｈｚ（ｘ，ｙ）・・・・・ (２)
ステップＳ４では、ステップＳ３で演算して求めた水平方向の電界強度Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）とステップＳ１で実測した水平方向の磁界強度Ｈｘｙ（ｉ，ｊ）、垂直方向の磁界強度Ｈｚ（ｉ，ｊ）と垂直方向の電界強度Ｅｚ（ｉ，ｊ）から、最も電磁界強度が強い点、領域を探索することで電磁波放射源を検出することが可能となる。

ここで、被測定物５として図８に示すマイクロストリップ線路を対象とし、本手法により、距離ｄ＝２５ｍｍ離れたＸ軸上電界強度ＥｘをＨｘｙ，Ｈｚ，Ｅｚから推定演算した結果を図３に示す。これを、図９に示したマイクロストリップ線路から距離ｄ＝２５ｍｍ離れたＸ軸上電界強度Ｅｘのシミュレーション結果とを比較すると、シミュレーション結果と推定演算結果が良く一致していることが確認できた。

ここでは電磁界強度として、Ｘ軸成分とＹ軸成分の合成電磁界Ｈｘｙ、Ｅｘｙを用いて説明したが、それぞれの電磁界強度Ｈｘ、ＥｘあるいはＨｙ、Ｅｙについても同様の方法で推定演算が可能である。例えば、Ｅｘを推定演算する場合、第１式と第２式は下記の第３式，第４式と置き換えることができる。

η（ｉ，ｊ）＝Ｅｚ（ｉ，ｊ）／Ｈｘ（ｉ，ｊ）・・・・・ (３)
Ｅｘ（ｉ，ｊ）＝ η（ｉ，ｊ）・Ｈｚ（ｘ，ｙ）・・・・・ (４)
また、Ｅｙを推定演算する場合は、下記の第５式，第６式と置き換えることができる。

η（ｉ，ｊ）＝Ｅｚ（ｉ，ｊ）／Ｈｙ（ｉ，ｊ）・・・・・ (５)
Ｅｙ（ｉ，ｊ）＝ η（ｉ，ｊ）・Ｈｚ（ｘ，ｙ）・・・・・ (６)
これらの演算により、水平方向の電界強度ＥｘあるいはＥｙを分離して推定演算することができる。

（実施の形態２）
図４と図５は実施の形態２の電磁波放射源検出方法を示す。
実施の形態２は、実施の形態１における被測定物５として、一部もしくは全てがシールド筐体としての金属筐体８で囲まれた対象に対して測定した水平垂直方向の磁界強度と垂直方向の電界強度から水平方向の電界強度を推定演算する。

図４は、測定対象の全てが金属筐体８に囲まれている。電磁波発生源であるプリント基板からの電磁波の外部への放射を抑制するために、金属筐体８で全体あるいは一部を囲うことで電磁波放射を抑制することが一般的に行われる。金属筐体８を一体型の金属材料で構成することは困難で、いくつかの金属材料をつなぎ合わせて構成することになる。この際、金属材料間のつなぎ目に隙間９が生じることがあり、その箇所からの電磁波放射が問題となる。

ここでは、隙間９からの電磁波放射を模擬したスロットアンテナモデルについて、シミュレーションを用いて、水平電界強度推定について説明する。水平電界の推定演算方法は実施の形態１で示したものと同様のステップＳ１〜ステップＳ４を実行するものとする。

本手法により、距離ｄ＝２５ｍｍ離れたＸ軸上電界強度ＥｘをＨｘｙ，Ｈｚ，Ｅｚから推定演算した結果を図４に示す。
図１０のようなスロットアンテナモデルを被測定物とし、距離ｄ＝２５ｍｍ離れたＸ軸上の電界強度Ｅｘについて、シミュレーションにより求めた図１１の結果と比較すると、シミュレーション結果と推定演算結果が良く一致していることが確認できる。また、金属材料間のつなぎ目の隙間９が存在するＸ＝０のポイントで、水平電界強度Ｅｘが最大値を示していることから、この最大値を探索することで、図５に示すように隙間９の位置１０を容易に検出できる。

（実施の形態３）
図７は実施の形態３の推定演算を実施した結果を示す。
本実施の形態３の電磁波発生源検出方法は実施の形態１で示す電磁は測定方法において、電磁波測定および推定演算する被測定物からの距離を、測定対象周波数の０．０３波長以下で行うことを特徴とする電磁波放射源検出方法である。

一般的に近傍領域は“波長／２π”以下の距離として知られているが、さらに近接した０．０３波長以下の距離で測定演算することで、精度良く水平電界強度が演算でき、電磁波放射源を精度良く検出することができる。この理由を次に説明する。

図１０に示したスロットアンテナモデルに対して、Ｚ軸上（Ｘ＝０，Ｙ＝０）における水平磁界強度Ｈｘと垂直電界強度Ｅｚからは波動インピーダンスをシミュレーションにより計算すると図６のようになる。横軸は電磁波放射源からの距離を波長で規格化した値で縦軸は波動インピーダンスＥｚ／Ｈｘ〔ｄＢ〕である。

この結果より、電磁波放射源からの距離が波長に対して十分離れると定数に収束することが分かる。この領域を一般的には遠方界と呼ぶ。一方、近傍領域では、距離によって値が大きく変化していることがわかる。この近傍界と遠方界の境目は図６に示した１／２π［波長］であることが一般的に知られている。次に、ここで求めた波動インピーダンスと垂直磁界強度Ｈｚを用いて、水平電界強度Ｅｘを推定演算した結果を図７に示す。

この結果より、近傍領域の中でも特に０．０３波長以下の領域においては精度良く推定できているが、距離が波長／２π付近では精度が低下していることが分かる。これは、図６に示した波動インピーダンスが波長／２π付近で乱れる（オーバーシュートする）ことが原因である。

以上より、０．０３波長以下の近傍領域において、測定および推定演算を行うことで、精度良く電磁波放射源を検出することが可能であることが言える。

本発明は、プリント基板から金属筐体で囲まれた対象までの幅広い被測定物に対して、高精度に電磁波放射源を検出することが可能となるため、効率的に不要輻射対策を行うことができるもので、各種の電子機器からの不要輻射の測定技術に適用できる。

１マイクロストリップ線路基板
２観測ライン
３金属板
４開口部
５被測定物
６電磁界センサ
７測定点
８金属筐体
９隙間
１０隙間の位置

Claims

被測定物の近傍電磁波から、水平方向の磁界強度：Ｈｘｙ（ｉ，ｊ），垂直方向の磁界強度：Ｈｚ（ｉ，ｊ），垂直方向の電界成分：Ｅｚ（ｉ，ｊ）を電磁界センサによって測定し、取得した電磁波成分データに基づいて水平方向の電界成分：Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）を推定演算し、前記推定演算した水平方向の電界成分：Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）の強度分布から電磁波放射源を検出する
電磁波放射源検出方法。
電磁波発生源の少なくとも一部がシールド筐体で囲まれた被測定物の近傍電磁波から、水平方向の磁界強度：Ｈｘｙ（ｉ，ｊ），垂直方向の磁界強度：Ｈｚ（ｉ，ｊ），垂直方向の電界成分：Ｅｚ（ｉ，ｊ）を電磁界センサによって測定し、取得した電磁波成分データに基づいて水平方向の電界成分：Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）を推定演算し、前記推定演算した水平方向の電界成分：Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）の強度分布から前記シールド筐体の隙間の位置を検出する
電磁波放射源検出方法。
測定対象周波数の０．０３波長以下の距離における近傍電磁波から水平方向の磁界強度：Ｈｘｙ（ｉ，ｊ），垂直方向の磁界強度：Ｈｚ（ｉ，ｊ），垂直方向の電界成分：Ｅｚ（ｉ，ｊ）を測定する
請求項１または請求項２記載の電磁波放射源検出方法。
被測定物の近傍をスキャンして電磁界を検出する電磁界センサと、
前記電磁界センサの検出から水平方向の磁界強度：Ｈｘｙ（ｉ，ｊ），垂直方向の磁界強度：Ｈｚ（ｉ，ｊ），垂直方向の電界成分：Ｅｚ（ｉ，ｊ）に基づいて水平方向の電界成分：Ｅｘｙ（ｉ，ｊ）を推定演算する演算処理部とを設けた
電磁波放射源検出装置。
前記電磁界センサが被測定物から測定対象周波数の０．０３波長以下の距離の範囲内をスキャンするよう構成した
請求項４記載の電磁波放射源検出装置。