JP2015007579A - Magnetic field detection probe - Google Patents

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清和 秋山
Kiyokazu Akiyama
清和 秋山
達人 竹内
Tatsuto Takeuchi
達人 竹内
田中 誠
Makoto Tanaka
田中  誠
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic field detection probe configured to improve magnetic field detection sensitivity when being brought close to an object to be measured.SOLUTION: In a magnetic field detection probe 1, positions of a signal conductor 4 and a constant-potential conductor 5 are defined so that the constant-potential conductor 5 may not come closer to an object to be measured than the signal conductor 4 at least, in a sensor unit 2, based on a facing surface 8 facing the object to be measured which generates a magnetic field. A looped transmission line is an unbalanced line where no constant-potential conductor (wider than the signal conductor) is arranged on the outermost side, thereby preventing capacitive coupling between the transmission line and the object to be measured when close to the object to be measured, and preventing change in the magnetic field. Magnetic field detection sensitivity can be improved, accordingly.

Description

本発明は、シールデッドループアンテナを利用する磁界検出プローブに関する。   The present invention relates to a magnetic field detection probe using a shielded loop antenna.

従来、磁界検出プローブとしてシールデッドループアンテナを利用したものが知られている。シールデッドアンテナは、同軸ケーブルやセミリジッドケーブルをループ状に形成し、ケーブルの一端が検出回路に接続されている。ケーブルの他端は内部導体を直接接地(外部導体に接続)するタイプと、終端抵抗を介して、内部導体を接地(外部導体に接続)するタイプがある。いずれも、ループ中に外部導体を利用したギャップを形成し、ループを鎖交する磁界によってギャップに生じる誘起電圧を検出回路で検出するように構成される。   Conventionally, a magnetic field detection probe using a shielded loop antenna is known. In the shielded antenna, a coaxial cable or a semi-rigid cable is formed in a loop shape, and one end of the cable is connected to a detection circuit. The other end of the cable includes a type in which the internal conductor is directly grounded (connected to the external conductor) and a type in which the internal conductor is grounded (connected to the external conductor) via a termination resistor. In either case, a gap using an external conductor is formed in the loop, and an induced voltage generated in the gap by a magnetic field linking the loop is detected by a detection circuit.

ところで、近年、電磁波ノイズ対策、所謂EMC(Electro-Magnetic Compatibility)の観点から、多種多様な電子機器を対象として磁界を測定したいというニーズが生じている。   By the way, in recent years, from the viewpoint of electromagnetic noise suppression, so-called EMC (Electro-Magnetic Compatibility), there is a need to measure a magnetic field for a wide variety of electronic devices.

これに対して、厚み方向に可撓性を有する多層基板の厚み方向とループ面が平行になるように伝送線路を形成し、ループ状の伝送線路の最も外側と最も内側とにそれぞれ定電位用導体を配置し、これら外側の定電位用導体と内側の定電位用導体との間に信号用導体を配置することで、ループ面に平行な方向に多層基板をたわませて測定対象に密着させられるシールデッドループアンテナが知られている(例えば、特許文献1参照)。なお、このシールデッドループアンテナでは、信号用導体を定電位用導体によって覆う周知の構成を模擬するために、二つの定電位用導体のそれぞれについて信号用導体よりも幅広のもの(表面積の大きいもの)が用いられている。   On the other hand, a transmission line is formed so that the thickness direction of the multilayer substrate having flexibility in the thickness direction is parallel to the loop surface, and for the constant potential on the outermost side and the innermost side of the loop-shaped transmission line, respectively. By placing conductors and placing signal conductors between these outer constant potential conductors and inner constant potential conductors, the multilayer substrate is bent in a direction parallel to the loop surface and closely attached to the measurement target. A shielded loop antenna is known (see, for example, Patent Document 1). In this shielded loop antenna, each of the two constant potential conductors is wider than the signal conductor (with a larger surface area) in order to simulate a known configuration in which the signal conductor is covered with the constant potential conductor. ) Is used.

特開2012−112675号公報JP 2012-112675 A

しかしながら、本願出願人は、特許文献1の従来技術では、例えば測定対象に多層基板を密着させたときに、外側の定電位用導体が測定対象に近接すると、この定電位用導体と測定対象の表面とがコンデンサのように電気的結合を起こし、測定対象に流れる電流の一部が定電位用導体に流れることで、磁界が変化してしまう可能性があるとの懸念を抱いた。つまり、磁界が変化することにより、測定対象によって本来生じるはずの磁界とのずれが起こることから、磁界検出感度が低下してしまう懸念があった。   However, in the prior art of Patent Document 1, the applicant of the present application, for example, when the multilayer substrate is brought into close contact with the measurement target, if the outer constant potential conductor approaches the measurement target, the constant potential conductor and the measurement target There was concern that the magnetic field might change due to electrical coupling with the surface like a capacitor and a part of the current flowing to the measurement target flowing to the constant potential conductor. That is, there is a concern that the magnetic field detection sensitivity may be lowered because a change from the magnetic field that is supposed to be generated depending on the measurement object occurs due to the change of the magnetic field.

本発明は、上記懸念を鑑みてなされたものであり、測定対象に近づけたときの磁界検出感度を向上させることが実現できる磁界検出プローブの提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above concerns, and an object of the present invention is to provide a magnetic field detection probe capable of improving the magnetic field detection sensitivity when approaching a measurement target.

上記目的を達成するためになされた本発明は、信号を伝送する信号用導体と信号用導体を電磁的に遮蔽する定電位用導体とで構成され、部分的に信号用導体を露出させたギャップ部を有する伝送線路によってループ状に形成されたシールデッドループアンテナとして機能するセンサ部を備え、センサ部を通過する磁界の大きさに応じた電気的信号を検出するための磁界検出プローブである。本発明では、センサ部において、磁界を生じさせる測定対象に対向する対向面を基準として、定電位用導体が少なくとも信号用導体よりも測定対象に近づかない位置に、信号用導体および定電位用導体のそれぞれの位置が規定されている。   The present invention, which has been made to achieve the above object, comprises a signal conductor for transmitting a signal and a constant potential conductor for electromagnetically shielding the signal conductor, and partially exposing the signal conductor. A magnetic field detection probe includes a sensor unit that functions as a shielded loop antenna formed in a loop shape by a transmission line having a unit, and detects an electrical signal corresponding to the magnitude of a magnetic field passing through the sensor unit. In the present invention, in the sensor unit, the signal conductor and the constant potential conductor are positioned at a position where the constant potential conductor is at least closer to the measurement object than the signal conductor with reference to the facing surface facing the measurement target that generates the magnetic field. Each position is defined.

このように構成された本発明の磁界検出プローブによれば、ループ状の伝送線路を、最も外側に(信号用導体よりも幅広の)定電位用導体が配置されない不平衡線路とすることで、測定対象に近づけたときに、伝送線路と測定対象との容量結合が抑制され、ひいては磁界の変化が抑制されるため、磁界検出感度を向上させることが実現できる。   According to the magnetic field detection probe of the present invention configured as described above, the loop-shaped transmission line is an unbalanced line in which the constant potential conductor (wider than the signal conductor) is not arranged on the outermost side. When approaching the measurement target, capacitive coupling between the transmission line and the measurement target is suppressed, and as a result, a change in the magnetic field is suppressed. Therefore, it is possible to improve the magnetic field detection sensitivity.

なお、本発明の磁界検出プローブは、上記の対向面を基準として、測定対象に対し、定電位用導体の一部が信号用導体と同じ距離に位置する構成でもよい。
また、本発明の磁界検出プローブは、上記の対向面を基準として、信号用導体が定電位用導体よりも測定対象に近接する配置でもよい。つまり、定電位用導体は、ループ状の伝送線路において、前記信号用導体よりも内側に配置されている構成でもよい。
The magnetic field detection probe according to the present invention may be configured such that a part of the constant potential conductor is located at the same distance as the signal conductor with respect to the measurement object with reference to the above-described facing surface.
Further, the magnetic field detection probe of the present invention may be arranged such that the signal conductor is closer to the measurement object than the constant potential conductor with reference to the facing surface. That is, the constant potential conductor may be arranged inside the signal conductor in the loop transmission line.

また、本発明の磁界検出プローブは、センサ部において、ループ状の多層基板を用いて伝送線路を形成してもよいし、多層でないループ状の基板(単層基板)の内側面に定電位用導体を配置し、外側面に信号用導体を配置してもよい。   In the magnetic field detection probe of the present invention, a transmission line may be formed by using a loop-shaped multilayer substrate in the sensor unit, or a constant potential may be formed on the inner surface of a non-multi-layered loop substrate (single-layer substrate). A conductor may be disposed and a signal conductor may be disposed on the outer surface.

また、本発明の磁界検出プローブは、センサ部が、可撓性を有する基板を用いて構成され、伝送線路が、基板上に構成されたストリップラインからなる構成でもよい。   In the magnetic field detection probe of the present invention, the sensor unit may be configured using a flexible substrate, and the transmission line may be a strip line configured on the substrate.

磁界検出プローブの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of a magnetic field detection probe. 磁界検出プローブの内部構成を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the internal structure of the magnetic field detection probe. 図2におけるIII−III断面図である。It is the III-III sectional view in FIG. 磁界検出感度の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of magnetic field detection sensitivity. 磁界検出感度および電界検出感度の測定結果を示すグラフであり、(a)は磁界検出プローブのもの、(b)は比較例のものである。It is a graph which shows the measurement result of a magnetic field detection sensitivity and an electric field detection sensitivity, (a) is a thing of a magnetic field detection probe, (b) is a thing of a comparative example. 測定系の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a measurement system. 比較例として用いたシールデッドループアンテナの内部構成を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the internal structure of the shielded loop antenna used as a comparative example. 図7におけるIII−III断面図である。It is III-III sectional drawing in FIG. 定電位用導体のバリエーションを説明するための第1の断面図である。It is the 1st sectional view for explaining the variation of the conductor for constant potentials. 定電位用導体のバリエーションを説明するための第2の断面図である。It is the 2nd sectional view for explaining the variation of the conductor for constant potentials. 定電位用導体のバリエーションを説明するための第3の断面図である。It is the 3rd sectional view for explaining the variation of the conductor for constant potentials. 伝送線路のバリエーションを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the variation of a transmission line.

以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
<全体構成>
磁界検出プローブ1は、図1に示すように、磁界の大きさに応じた電気的信号を発生するセンサ部2と、センサ部2から電気的信号を取り出すための接続部3とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<Overall configuration>
As shown in FIG. 1, the magnetic field detection probe 1 includes a sensor unit 2 that generates an electrical signal corresponding to the magnitude of the magnetic field, and a connection unit 3 that extracts an electrical signal from the sensor unit 2. .

接続部3は、中心導体31とその中心導体31の周囲に形成された円筒状の外部導体32を有し、特性インピーダンスが50Ωである周知のSMAコネクタからなる。
センサ部2は、ループ状に形成された可撓性を有するフレキシブルな多層基板を用いて構成され、この多層基板にプリントされたストリップラインを利用して形成されたシールデッドループアンテナからなる。
The connecting portion 3 includes a center conductor 31 and a cylindrical outer conductor 32 formed around the center conductor 31, and is formed of a well-known SMA connector having a characteristic impedance of 50Ω.
The sensor unit 2 is configured using a flexible multilayer substrate having flexibility formed in a loop shape, and includes a sealed dead loop antenna formed using a strip line printed on the multilayer substrate.

センサ部2を構成する多層基板は、図2に示すように、3層の誘電体層21(211〜213)と、各誘電体層21の間に形成された2層の導体層22(221〜222)からなる。以下では、ループの最も内側に位置する誘電体層を第1層211、最も外側に位置する誘電体層を第3層213、その間に位置する誘電体層を第2層212と呼ぶものとする。そして、第2層212と第3層213の間に位置する導体層である信号用導体層222には信号用導体4が形成され、また、第1層211と第2層の間に位置する導体層である定電位用導体層221には定電位用導体5が形成されている。   As shown in FIG. 2, the multilayer substrate constituting the sensor unit 2 includes three dielectric layers 21 (211 to 213) and two conductor layers 22 (221) formed between the dielectric layers 21. To 222). Hereinafter, the innermost dielectric layer of the loop is referred to as a first layer 211, the outermost dielectric layer is referred to as a third layer 213, and the dielectric layer positioned therebetween is referred to as a second layer 212. . The signal conductor 4 is formed in the signal conductor layer 222, which is a conductor layer located between the second layer 212 and the third layer 213, and is located between the first layer 211 and the second layer. A constant potential conductor 5 is formed on the constant potential conductor layer 221 which is a conductor layer.

但し、図3に示すように、定電位用導体5は、信号用導体4および定電位用導体5によって形成される伝送線路がストリップラインとして機能するように、線路幅(図中Y軸方向の幅)が、信号用導体4の線路幅と比較して充分に広い幅を有するように形成されている。つまり、信号用導体4の幅をW、信号用導体4の厚さをL、信号用導体4と定電位用導体5との間隔をH、誘電体層21の比誘電率をεとして、これらのパラメータを適宜設定することにより、信号用導体4および定電位用導体5からなる伝送線路(ストリップライン)のインピーダンスを任意の大きさに設定することができる。   However, as shown in FIG. 3, the constant potential conductor 5 has a line width (in the Y-axis direction in the figure) so that the transmission line formed by the signal conductor 4 and the constant potential conductor 5 functions as a strip line. Width) is formed to have a sufficiently wide width compared to the line width of the signal conductor 4. That is, assuming that the width of the signal conductor 4 is W, the thickness of the signal conductor 4 is L, the distance between the signal conductor 4 and the constant potential conductor 5 is H, and the relative dielectric constant of the dielectric layer 21 is ε. By appropriately setting these parameters, the impedance of the transmission line (strip line) composed of the signal conductor 4 and the constant potential conductor 5 can be set to an arbitrary magnitude.

図2に戻り、信号用導体4は、多層基板の形状に沿ってループを形成するように配線されている。そして、信号用導体4の一端は、接続部3を構成する中心導体31に接続され、他端は、接続部3を構成する外部導体32に、終端抵抗6を介して接続されている。   Returning to FIG. 2, the signal conductor 4 is wired so as to form a loop along the shape of the multilayer substrate. One end of the signal conductor 4 is connected to the central conductor 31 constituting the connection portion 3, and the other end is connected to the external conductor 32 constituting the connection portion 3 via the termination resistor 6.

定電位用導体5は、多層基板の形状に沿ってループをほぼ一周するように形成されている。そして、多層基板によって形成されるループの中空部分を挟んで、接続部3の形成部位と対向する部位に、ギャップ(定電位用導体5の切れ目)が設けられている。このギャップが設けられているセンサ部2の部位を、以下ではギャップ部7という。また、定電位用導体5は、接続部3を構成する外部導体32に接続されている。   The constant potential conductor 5 is formed so as to make one round of the loop along the shape of the multilayer substrate. A gap (a break of the constant potential conductor 5) is provided at a portion facing the formation portion of the connection portion 3 across the hollow portion of the loop formed by the multilayer substrate. The part of the sensor part 2 provided with this gap is hereinafter referred to as a gap part 7. The constant potential conductor 5 is connected to an external conductor 32 that constitutes the connection portion 3.

つまり、信号用導体4と定電位用導体5とで形成される伝送線路は、ループ状に形成されており、ギャップ部7以外の部位では、定電位用導体5によって電界に対しても磁界に対しても遮蔽効果を有し、ギャップ部7では、電界に対しては遮蔽効果を有するが、磁界は信号用導体4を鎖交する構造を有している。   That is, the transmission line formed by the signal conductor 4 and the constant potential conductor 5 is formed in a loop shape, and in a portion other than the gap portion 7, the constant potential conductor 5 generates a magnetic field against the electric field. The gap portion 7 also has a shielding effect against the electric field, but the magnetic field has a structure in which the signal conductors 4 are linked.

また、信号用導体4と定電位用導体5とで形成されるインピーダンス、および終端抵抗6のインピーダンスは、接続部3の特性インピーダンス(ひいては接続部3に接続される検出回路の入力インピーダンス)と同じ値に設定され、本実施形態では50Ωに設定されている。特に、伝送線路のインピーダンスは、ε=3.5の基板を使用し、H=0.2mm、t=0.018mm、W=0.43mmに設計することで50Ωを実現している。   Further, the impedance formed by the signal conductor 4 and the constant potential conductor 5 and the impedance of the termination resistor 6 are the same as the characteristic impedance of the connection portion 3 (and hence the input impedance of the detection circuit connected to the connection portion 3). This value is set to 50Ω in this embodiment. In particular, the impedance of the transmission line is 50Ω by using a substrate with ε = 3.5 and designing H = 0.2 mm, t = 0.018 mm, and W = 0.43 mm.

このように構成されたセンサ部2は、ループを形成する伝送線路として、同軸ケーブルやセミリジッドケーブルの代わりに、多層基板に形成されたストリップラインを用いたものとなっている。   The sensor unit 2 configured as described above uses a strip line formed on a multilayer substrate instead of a coaxial cable or a semi-rigid cable as a transmission line forming a loop.

また、センサ部2の伝送線路が形成するループは、図中におけるX−Z平面に形成されている(図1,2参照)。つまり、磁界検出プローブ1は、センサ部2(特にループの中空部分)を通過する磁束のY軸方向に沿った成分の大きさに応じた検出信号を出力するように構成されている。   The loop formed by the transmission line of the sensor unit 2 is formed on the XZ plane in the figure (see FIGS. 1 and 2). That is, the magnetic field detection probe 1 is configured to output a detection signal corresponding to the magnitude of the component along the Y-axis direction of the magnetic flux passing through the sensor unit 2 (particularly the hollow portion of the loop).

そして、センサ部2(伝送線路が形成するループアンテナ)を通過する磁束(ひいては磁界)の大きさに応じてギャップ間に誘起電圧が発生し、その誘起電圧を、接続部3の特性インピーダンス(検出回路の入力インピーダンス)と終端抵抗6のインピーダンスとで分圧した大きさの検出信号が検出回路に入力されることになる。   Then, an induced voltage is generated between the gaps according to the magnitude of the magnetic flux (and hence the magnetic field) passing through the sensor unit 2 (the loop antenna formed by the transmission line), and the induced voltage is converted to the characteristic impedance (detection of the connection unit 3). A detection signal having a magnitude divided by the input impedance of the circuit and the impedance of the termination resistor 6 is input to the detection circuit.

<実験>
磁界検出感度、電界検出感度の測定結果を図4〜5に示す。但し、測定系として、図6に示すように、マイクロストリップラインが形成された基板上に、磁界検出プローブ1を配置し、ネットワークアナライザのポート1からマイクロストリップラインに信号が供給され磁界検出プローブ1の接続部3から出力される検出信号がネットワークアナライザのポート2に入力されるように接続したものを使用する。
<Experiment>
The measurement results of the magnetic field detection sensitivity and the electric field detection sensitivity are shown in FIGS. However, as shown in FIG. 6, the magnetic field detection probe 1 is arranged on the substrate on which the microstrip line is formed as a measurement system, and a signal is supplied from the port 1 of the network analyzer to the microstrip line. The connection is made so that the detection signal output from the connection unit 3 is input to the port 2 of the network analyzer.

但し、磁界検出プローブ1におけるセンサ部2は、X軸方向のサイズLxが35.4mm、Y軸方向のサイズLyが10mm、Z軸方向のサイズLzが5.4mmに形成されているもの(図1,2参照)を使用し、X軸方向がマイクロストリップラインの配線方向に沿うように配置した。   However, the sensor unit 2 in the magnetic field detection probe 1 is formed such that the size Lx in the X-axis direction is 35.4 mm, the size Ly in the Y-axis direction is 10 mm, and the size Lz in the Z-axis direction is 5.4 mm (see FIG. 1 and 2) and arranged so that the X-axis direction is along the wiring direction of the microstrip line.

図4は、磁界検出感度を示すグラフである。具体的には、ネットワークアナライザによって、ポート1を介してマイクロストリップラインに同一の信号を供給した状態で、磁界検出プローブ1におけるX−Y平面上の対向面8を、マイクロストリップラインが形成された基板(測定対象)の表面に10mm〜0.1mmの範囲で近づけた場合に、ポート1からポート2へのSパラメータ(S21:通過損失)をシミュレーションによって算出した。   FIG. 4 is a graph showing magnetic field detection sensitivity. Specifically, the microstrip line is formed on the opposing surface 8 on the XY plane in the magnetic field detection probe 1 with the same signal supplied to the microstrip line via the port 1 by the network analyzer. When approaching the surface of the substrate (measurement target) within a range of 10 mm to 0.1 mm, the S parameter from port 1 to port 2 (S21: passage loss) was calculated by simulation.

但し、磁界検出プローブ1では、対向面8(図2,3参照)を基準として、信号用導体4が定電位用導体5よりも測定対象に近接するように配置されている。
また、比較例として、図7に示すように、4層の誘電体層21a(211a〜214a)と、各誘電体層21の間に形成された3層の導体層22a(221a〜223a)からなり、第2層212aと第3層213aの間に位置する信号用導体層222aに信号用導体4aが形成され、第1層211aと第2層212aの間に位置する内側導体層221a、および第3層213aと第4層214aの間に位置する外側導体層223aにそれぞれ定電位用導体5a(51a,52a)が形成されたシールデッドループアンテナ1aについても同様に測定を行った。なお、このシールデッドループアンテナ1aにおいて、伝送線路のインピーダンスは、図8に示すように、ε=3.5の基板を使用し、定電位用導体51a,52a間の間隔をhとして、h=0.418mm、t=0.018mm、W=0.2mmに設計することで50Ωを実現している。
However, in the magnetic field detection probe 1, the signal conductor 4 is arranged closer to the measurement object than the constant potential conductor 5 with reference to the opposing surface 8 (see FIGS. 2 and 3).
As a comparative example, as shown in FIG. 7, four dielectric layers 21 a (211 a to 214 a) and three conductor layers 22 a (221 a to 223 a) formed between the dielectric layers 21 are used. The signal conductor 4a is formed on the signal conductor layer 222a located between the second layer 212a and the third layer 213a, and the inner conductor layer 221a located between the first layer 211a and the second layer 212a, and Measurements were similarly performed on the shielded loop antenna 1a in which the constant potential conductors 5a (51a, 52a) were respectively formed on the outer conductor layer 223a located between the third layer 213a and the fourth layer 214a. In this shielded loop antenna 1a, as shown in FIG. 8, the impedance of the transmission line is such that a substrate with ε = 3.5 is used, the interval between the constant potential conductors 51a, 52a is h, and h = 50Ω is realized by designing 0.418 mm, t = 0.018 mm, and W = 0.2 mm.

図4に示すように、比較例のシールデッドループアンテナ1aを測定対象の表面に近づけても、その距離が1mm以下になると、磁界検出感度があまり大きくならないのに対し、磁界検出プローブ1を測定対象の表面に近づけると、その距離0.1mm付近まで磁界検出感度が上昇し続け、比較例のものと比較して、その差が7dB以上となる。   As shown in FIG. 4, even when the shielded loop antenna 1a of the comparative example is brought close to the surface of the measurement object, the magnetic field detection probe 1 is measured while the magnetic field detection sensitivity does not increase so much when the distance becomes 1 mm or less. When approaching the surface of the object, the magnetic field detection sensitivity continues to increase to a distance of about 0.1 mm, and the difference is 7 dB or more compared to the comparative example.

つまり、磁界検出プローブ1では、対向面8(図2,3参照)を基準として、信号用導体4が定電位用導体5よりも測定対象に近接するように配置されていることで、対向面8を測定対象に近づけたときに、伝送線路と測定対象との容量結合が抑制され、ひいては磁界の変化が抑制されるため、磁界検出感度を向上させることが検証された。   That is, in the magnetic field detection probe 1, the signal conductor 4 is arranged closer to the measurement object than the constant potential conductor 5 with respect to the opposing surface 8 (see FIGS. 2 and 3). It was verified that the magnetic field detection sensitivity was improved because capacitive coupling between the transmission line and the measurement object was suppressed when 8 was brought close to the measurement object, and the change in the magnetic field was suppressed.

次に、図5は、磁界検出感度および電界検出感度を示すグラフである。具体的には、周波数を0.1MHz〜100MHzの範囲で掃引した平面波を照射した場合の接続部3の出力電圧をシミュレーションによって算出した。図5において、(a)は空間に設置した磁界検出プローブ1に対して平面波を照射した場合のもの、(b)は空間に設置した比較例のシールデッドループアンテナ1aに対して平面波を照射した場合のものを示す。但し、照射する平面波は、直交する磁界と電界から形成されており、磁界検出プローブ1(比較例も同様)の形状に対し、磁界をY軸方向(図中の実線)、Z軸方向(図中の点線)、X軸方向(図中の破線)にそれぞれ設定し、電界をX軸方向(図中の濃い実線、および点線)、Z軸方向(図中の薄い実線、および破線)にそれぞれ設定している。   Next, FIG. 5 is a graph showing magnetic field detection sensitivity and electric field detection sensitivity. Specifically, the output voltage of the connection part 3 when the plane wave swept in the range of 0.1 MHz to 100 MHz was irradiated was calculated by simulation. In FIG. 5, (a) is a case where a plane wave is irradiated to the magnetic field detection probe 1 installed in the space, and (b) is a plane wave irradiated to the shielded loop antenna 1a of the comparative example installed in the space. Indicates the case. However, the plane wave to be radiated is formed of a perpendicular magnetic field and an electric field, and the magnetic field is in the Y-axis direction (solid line in the figure) and Z-axis direction (see FIG. Set in the X-axis direction (broken line in the figure), and the electric field in the X-axis direction (dark solid line and dotted line in the figure) and Z-axis direction (light solid line and broken line in the figure), respectively It is set.

図5(a)に示すように、磁界検出プローブ1に対し、磁界をY軸方向に設定した場合に、他の方向(Z軸方向、X軸方向)に設定した場合と比べて、出力電圧が最も大きい状態になる。また、この設定状態(磁界:Y軸方向)で、電界をX軸方向(図中の濃い実線)からZ軸方向(図中の薄い実線)へ平面波のベース条件を変更しても、出力電圧がほとんど変化しない。   As shown in FIG. 5A, when the magnetic field is set in the Y-axis direction with respect to the magnetic field detection probe 1, the output voltage is compared with the case where the magnetic field detection probe 1 is set in other directions (Z-axis direction, X-axis direction). Becomes the largest state. In this setting state (magnetic field: Y-axis direction), even if the plane wave base condition is changed from the X-axis direction (dark solid line in the figure) to the Z-axis direction (thin solid line in the figure), the output voltage Hardly changed.

また、図5(a)に示すように、磁界検出プローブ1に対し、電界をX軸方向に設定した状態で、磁界をY軸方向(図中の濃い実線)からZ軸方向(図中の点線)へ平面波のベース条件を変更したり、電界をZ軸方向に設定した状態で、磁界をY軸方向(図中の薄い実線)からX軸方向(図中の破線)へ平面波のベース条件を変更したりすると、出力電圧が少なくとも30dB以上低下する。   Further, as shown in FIG. 5 (a), with the electric field set to the X-axis direction with respect to the magnetic field detection probe 1, the magnetic field is changed from the Y-axis direction (dark solid line in the figure) to the Z-axis direction (in the figure). Change the plane wave base condition to the dotted line) or set the magnetic field from the Y axis direction (thin solid line in the figure) to the X axis direction (dashed line in the figure) with the electric field set in the Z axis direction. Or changing the output voltage, the output voltage decreases by at least 30 dB or more.

これらのことから、磁界検出プローブ1では、本来の目的であるY軸方向の磁界を、電界の影響をほとんど受けずに、最も検出しやすい状態(Y軸方向の磁界だけを検出しやすい状態)になっているため、電界に対して遮蔽効果を有することが確認された。   For these reasons, in the magnetic field detection probe 1, the magnetic field in the Y-axis direction, which is the original purpose, is most easily detected without being affected by the electric field (a state in which only the magnetic field in the Y-axis direction is easily detected). Therefore, it was confirmed to have a shielding effect against the electric field.

なお、以上の実験結果は、図5(b)に示すように、比較例のシールデッドループアンテナ1aに対しても確認しており、磁界検出プローブ1における電界の遮蔽効果が、比較例のシールデッドループアンテナ1aと同等またはそれ以上の効果を有することが検証された。   As shown in FIG. 5B, the above experimental results have also been confirmed for the shielded loop antenna 1a of the comparative example, and the shielding effect of the electric field in the magnetic field detection probe 1 is the seal of the comparative example. It has been verified that it has an effect equivalent to or better than that of the dead loop antenna 1a.

以上説明したとおり、磁界検出プローブ1では、センサ部2において、磁界を生じさせる測定対象に対向する対向面8を基準として、定電位用導体5が少なくとも信号用導体4よりも測定対象に近づかない位置に、信号用導体4および定電位用導体5のそれぞれの位置が規定されている。   As described above, in the magnetic field detection probe 1, the constant potential conductor 5 is at least closer to the measurement object than the signal conductor 4 with reference to the opposing surface 8 facing the measurement object that generates the magnetic field in the sensor unit 2. The positions of the signal conductor 4 and the constant potential conductor 5 are defined in the positions.

具体的には、磁界検出プローブ1では、対向面8を基準として、信号用導体4が定電位用導体5よりも測定対象に近接するように、定電位用導体5が、ループ状の伝送線路において、信号用導体4よりも内側に配置されている。   Specifically, in the magnetic field detection probe 1, the constant potential conductor 5 is a loop-shaped transmission line so that the signal conductor 4 is closer to the measurement object than the constant potential conductor 5 with respect to the facing surface 8. In FIG. 4, the signal conductor 4 is disposed on the inner side.

これにより、磁界検出プローブ1によれば、ループ状の伝送線路を、最も外側に(信号用導体よりも幅広の)定電位用導体が配置されない不平衡線路とすることで、測定対象に近づけたときに、伝送線路と測定対象との容量結合が抑制され、ひいては磁界の変化が抑制されるため、磁界検出感度を向上させることが実現できる。   Thereby, according to the magnetic field detection probe 1, the loop-shaped transmission line is brought close to the measurement object by making the constant potential conductor (wider than the signal conductor) not disposed on the outermost side. Sometimes, the capacitive coupling between the transmission line and the measurement target is suppressed, and consequently the change in the magnetic field is suppressed, so that it is possible to improve the magnetic field detection sensitivity.

具体的には、磁界検出プローブ1では、定電位用導体5を、比較例の外側定電位用導体52aよりも、多層基板の1層分、測定対象の表面から遠ざけることになるため、比較例のシールデッドループアンテナ1aと比較して、伝送線路と測定対象との容量結合を抑制することができる。   Specifically, in the magnetic field detection probe 1, the constant potential conductor 5 is moved away from the surface of the measurement target by one layer of the multilayer substrate from the outer constant potential conductor 52a of the comparative example. Compared with the shielded loop antenna 1a, the capacitive coupling between the transmission line and the measurement object can be suppressed.

また、磁界検出プローブ1では、センサ部2が、可撓性を有する基板を用いて構成され、伝送線路が、基板上に構成されたストリップラインからなるため、基板をたわませて測定対象に密着させることが可能となり、多種多様な電子機器を対象として磁界を測定することができる。   In the magnetic field detection probe 1, the sensor unit 2 is configured using a flexible substrate, and the transmission line is formed of a strip line formed on the substrate. The magnetic field can be measured for a wide variety of electronic devices.

<他の実施形態>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
<Other embodiments>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is possible to implement in various aspects.

例えば、上記実施形態の磁界検出プローブ1では、センサ部2を構成する伝送線路のインピーダンスに終端抵抗6のインピーダンスを整合させ、且つ、これらのインピーダンスを、検出回路の入力インピーダンス(接続部3の特性インピーダンス)と同じ値に設定しているが、これに限定されるものではない。   For example, in the magnetic field detection probe 1 of the above-described embodiment, the impedance of the termination resistor 6 is matched with the impedance of the transmission line that constitutes the sensor unit 2, and these impedances are used as the input impedance of the detection circuit (the characteristics of the connection unit 3). Although it is set to the same value as (impedance), it is not limited to this.

具体的には、磁界検出プローブ1では、センサ部2を構成する伝送線路のインピーダンスに終端抵抗6のインピーダンスを整合させ、且つ、これらのインピーダンスを、検出回路の入力インピーダンス(接続部3の特性インピーダンス)より小さく設定してもよい。この場合、伝送線路のインピーダンスや終端抵抗6のインピーダンスを検出回路の入力インピーダンスと一致(整合)させた場合と比較して検出回路側の分圧比が大きくなるため、検出感度をより向上させることができる。   Specifically, in the magnetic field detection probe 1, the impedance of the termination resistor 6 is matched with the impedance of the transmission line that constitutes the sensor unit 2, and these impedances are used as the input impedance of the detection circuit (the characteristic impedance of the connection unit 3). ) It may be set smaller. In this case, since the voltage dividing ratio on the detection circuit side becomes larger than when the impedance of the transmission line and the impedance of the termination resistor 6 are matched (matched) with the input impedance of the detection circuit, the detection sensitivity can be further improved. it can.

具体的には、検出回路の入力インピーダンスを50Ωとし、終端抵抗6及び伝送線路のインピーダンスを10Ωに設定することにより、誘起電圧に対する入力電圧の低下を抑制することができる。   Specifically, by setting the input impedance of the detection circuit to 50Ω and setting the impedance of the termination resistor 6 and the transmission line to 10Ω, it is possible to suppress a decrease in the input voltage with respect to the induced voltage.

また、上記実施形態の磁界検出プローブ1では、センサ部2において、ループ状の多層基板を用いて伝送線路を形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、多層でないループ状の基板(単層基板)の内側面に定電位用導体5を配置し、外側面に信号用導体4を配置してもよい。   In the magnetic field detection probe 1 of the above embodiment, the transmission line is formed by using a loop-shaped multilayer substrate in the sensor unit 2, but the present invention is not limited to this. The constant potential conductor 5 may be disposed on the inner surface of the substrate (single layer substrate), and the signal conductor 4 may be disposed on the outer surface.

また、上記実施形態の磁界検出プローブ1では、センサ部2を多層基板上に構成したストリップラインを用いて構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、ストリップラインの代わりに、図2におけるIII−III断面図が図9となるような変形コプレーナラインを用いてもよい。   Moreover, in the magnetic field detection probe 1 of the said embodiment, although the sensor part 2 is comprised using the stripline which comprised on the multilayer substrate, it is not limited to this, For example, instead of a stripline, A modified coplanar line having a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 2 may be used.

また、上記実施形態の磁界検出プローブ1では、定電位用導体5が、多層基板の1層分に配置されているが、これに限定されるものではなく、図2におけるIII−III断面図が図10となるように、多層基板において定電位用導体5の一部を信号用導体4の層(外側の層)に拡張し、この拡張部分と定電位用導体5とをビアで接続してもよい。また、図2におけるIII−III断面図が図11となるように、多層基板において定電位用導体5の一部を内側の層に拡張し、この拡張部分と定電位用導体5とをビアで接続してもよい。   Further, in the magnetic field detection probe 1 of the above embodiment, the constant potential conductor 5 is arranged for one layer of the multilayer substrate. However, the present invention is not limited to this, and a sectional view taken along line III-III in FIG. As shown in FIG. 10, a part of the constant potential conductor 5 is extended to the layer (outer layer) of the signal conductor 4 in the multilayer substrate, and the extended part and the constant potential conductor 5 are connected by vias. Also good. Further, as shown in FIG. 11 in the cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. You may connect.

なお、上記実施形態の磁界検出プローブ1では、定電位用導体5が、ループ状の伝送線路において、信号用導体4よりも内側に配置されているが、図10に示すように、定電位用導体5の一部が、対向面8を基準として、測定対象に対し、信号用導体4と同じ距離に位置する構成でもよい。   In the magnetic field detection probe 1 of the above embodiment, the constant potential conductor 5 is arranged on the inner side of the signal conductor 4 in the loop-shaped transmission line. However, as shown in FIG. A configuration in which a part of the conductor 5 is located at the same distance as the signal conductor 4 with respect to the measurement object with respect to the facing surface 8 may be employed.

また、ループ状の多層基板または単層基板は、フレキシブルな基板をループ状に折り曲げたもの以外にも、図1におけるII−II断面図が図12となるように、リジッド基板の多層間にビアを用いて伝送線路をループ状に形成してもよいし、これに図9〜11に示す構成を適宜組み合わせてもよい。   Further, the loop-shaped multilayer substrate or single-layer substrate is not limited to a flexible substrate bent in a loop shape, but vias between multilayers of the rigid substrate so that the II-II sectional view in FIG. May be used to form a transmission line in a loop shape, or the structure shown in FIGS.

1…磁界検出プローブ、2…センサ部、3…接続部、4…信号用導体、5…定電位用導体、6…終端抵抗、7…ギャップ部、8…対向面、21…誘電体層、22…導体層、31…中心導体、32…外部導体、211…第1層、212…第2層、213…第3層、21221…定電位用導体層、222…信号用導体層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic field detection probe, 2 ... Sensor part, 3 ... Connection part, 4 ... Signal conductor, 5 ... Constant potential conductor, 6 ... Termination resistor, 7 ... Gap part, 8 ... Opposite surface, 21 ... Dielectric layer, 22 ... conductor layer, 31 ... center conductor, 32 ... outer conductor, 211 ... first layer, 212 ... second layer, 213 ... third layer, 21221 ... constant potential conductor layer, 222 ... signal conductor layer.

Claims (3)

信号を伝送する信号用導体(4)と前記信号用導体を電磁的に遮蔽する定電位用導体(5)とで構成され、部分的に前記信号用導体を露出させたギャップ部(7)を有する伝送線路によってループ状に形成されたシールデッドループアンテナとして機能するセンサ部(2)を備え、
前記センサ部を通過する磁界の大きさに応じた電気的信号を検出するための磁界検出プローブ(1)であって、
前記センサ部は、前記磁界を生じさせる測定対象に対向する対向面(8)を基準として、前記定電位用導体が少なくとも前記信号用導体よりも前記測定対象に近づかない位置に、前記信号用導体および前記定電位用導体のそれぞれの位置が規定されていることを特徴とする磁界検出プローブ。
The gap portion (7) is composed of a signal conductor (4) for transmitting a signal and a constant potential conductor (5) for electromagnetically shielding the signal conductor, and partially exposing the signal conductor. A sensor unit (2) functioning as a shielded loop antenna formed in a loop shape by a transmission line having,
A magnetic field detection probe (1) for detecting an electrical signal corresponding to the magnitude of a magnetic field passing through the sensor unit,
The signal conductor is located at a position where the constant potential conductor is at least closer to the measurement object than the signal conductor with reference to the facing surface (8) facing the measurement object that generates the magnetic field. And a position of each of the constant potential conductors is defined.
前記定電位用導体は、前記ループ状の伝送線路において、前記信号用導体よりも内側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の磁界検出プローブ。   The magnetic field detection probe according to claim 1, wherein the constant potential conductor is arranged inside the signal conductor in the loop transmission line. 前記センサ部は、可撓性を有する基板を用いて構成され、前記伝送線路は、前記基板上に構成されたストリップラインからなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁界検出プローブ。   3. The magnetic field detection according to claim 1, wherein the sensor unit is configured using a flexible substrate, and the transmission line includes a strip line configured on the substrate. probe.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017142084A (en) * 2016-02-08 2017-08-17 株式会社Pfu Electromagnetic field measuring system, and electromagnetic field measuring method

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