JP2016048190A - 電界強度算出プログラム、電界強度算出装置及び電界強度算出方法 - Google Patents

電界強度算出プログラム、電界強度算出装置及び電界強度算出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】プリント回路の遠方界電界強度をプリント回路の近傍界の磁界強度から算出する。【解決手段】演算装置30は、プリント回路40の部品面側の近傍磁界強度分布の測定結果を解析することにより、プリント回路40の近傍磁界の評価対象周波数成分の最大強度と、プリント回路40の近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が最大強度から第1既定率だけ減衰するまでの範囲の面積S1とを特定し、面積S1、前記最大強度の近傍磁界を発生させる電流値、評価対象周波数、距離r、比例係数とから、プリント回路40の、距離r離れた場所における評価対象周波数における遠方界電界強度を算出する。【選択図】図1

Description

本発明は、電界強度算出プログラム、電界強度算出装置及び電界強度算出方法に関する。
プリント回路の開発時には、プリント回路の遠方界電界強度をEMC(電磁両立性)試験により評価し、遠方界電界強度が規格外であった場合には、EMC対策を行った後にプリント回路の遠方界電解強度をEMC試験により再評価することが行われている。また、EMC対策としては、近傍界の電磁波強度(電界強度及び/又は磁界強度)測定によりプリント回路のノイズ源を特定し、特定したノイズ源に対してノイズの低減対策を施すことが行われている。
プリント回路の開発時には、上記のようなことが行われているのであるが、EMC対策を複数回行わなければ遠方界電界強度を規格内に収めることができない場合、換言すれば、無駄なEMC試験が複数回行われることになる場合がある。そして、EMC試験は、特別な大型設備が必要とされる,その実施に多くの工数がかかる試験であるため、近傍界の電磁波強度の測定結果から遠方界電界強度を算出(推定)するための様々な技術(例えば、特許文献1参照)が提案されている。ただし、プリント回路の遠方界電界強度を、プリント回路の近傍界の電磁波強度から、簡単に(複雑な演算が必要とされない形で)、算出できる技術は、未だ開発されていないのが現状である。
特開平10−185973号公報
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、プリント回路の遠方界電界強度を、プリント回路の近傍界の磁界強度から簡単に算出できる技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様の電界強度算出プログラムは、
コンピュータを、
プリント回路の部品面側の近傍磁界強度分布の測定結果を解析することにより、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の最大強度と、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が前記最大強度から第1既定率だけ減衰する位置を境界として画定される前記プリント回路の範囲の面積S1とを特定する特定手段、及び、
前記プリント回路の、距離r離れた場所における評価対象周波数における遠方界電界強度Eを、前記面積S1、前記プリント回路の部品面内を流れた場合に前記最大強度の近傍磁界を発生させる電流の電流値i、前記距離r、評価対象周波数f、及び、予め設定されている係数Kを用いて、以下の算出式により算出する算出手段

として機能させる。
すなわち、本発明の第1の態様の電界強度算出プログラムをコンピュータが実行することにより実現される特定手段、算出手段が行う各処理は、複雑な演算が必要とされない処理となっている。また、実験結果より、iの単位がAであり、S1の単位がmであり、fの単位がHzであり、プリント回路の基板が一層基板である場合には、例えば、K≒2.63×10−14、第1既定率≒1/2としておくことにより、上記算出式により、オープンエリアにおける実測値に近い遠方界電界強度E(単位は、V/m)が算出されることが確認できている。従って、本発明の第1の態様の電界強度算出プログラムを用いておけば、基板が一層基板であるプリント回路の遠方界電界強度を当該プリント回路の近傍界の磁界強度から簡単に算出できることになる。
また、本発明の第2の態様の電界強度算出プログラムは、
コンピュータを、
プリント回路の部品面側の近傍磁界強度分布の測定結果を解析することにより、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の最大強度と、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が前記最大強度から第1既定率だけ減衰する位置を境界として画定される前記プリント回路の範囲の面積S1と、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が前記最大強度から第2既定率だけ減衰する位置を境界として画定される前記プリント回路の範囲の面積S2とを特定する特定手段、及び、
前記プリント回路の、距離r離れた場所における評価対象周波数における遠方界電界強度Eを、前記面積S1、前記面積S2、前記プリント回路の部品面内を流れた場合に前記最大強度の近傍磁界を発生させる電流の電流値i、前記距離r、評価対象周波数f、及び、予め設定されている係数Kを用いて、以下の算出式により算出する算出手段

として機能させる。
すなわち、本発明の第2の態様の電界強度算出プログラムをコンピュータが実行することにより実現される特定手段、算出手段が行う各処理は、複雑な演算が必要とされない処理となっている。また、実験結果より、iの単位がAであり、S1、S2の単位がmであり、fの単位がHzであり、プリント回路の基板が多層基板である場合には、例えば、K≒2.63×10−14、第1既定率≒1/2、第2既定率≒1/4としておくことにより、上記算出式により、オープンエリアにおける実測値に近い遠方界電界強度E(単位は、V/m)が算出されることが確認できている。従って、本発明の第2の態様の電界強度算出プログラムを用いておけば、基板が多層基板であるプリント回路の遠方界電界強度を当該プリント回路の近傍界の磁界強度から簡単に算出できることになる。
本発明の第2の態様の電界強度算出プログラムは、前記特定手段が、互いに異なる複数の評価対象周波数のそれぞれについて、前記最大強度、前記面積S1及び前記面積S2を特定する手段となり、前記算出手段は、前記複数の評価対象周波数のそれぞれについて、前記算出式を用いて前記遠方界電界強度Eを算出する手段となるように作成(プログラミング)しておいても良い。
また、本発明の第2の態様の電界強度算出プログラムを、前記特定手段が、互いに異なる複数の評価対象周波数のそれぞれについて、その評価対象周波数に対応づけられている1組の値を前記第1既定率及び前記第2既定率として用いて前記面積S1と前記面積S2
とを特定する手段となり、前記算出手段が、前記複数の評価対象周波数のそれぞれについて、前記算出式を用いて前記遠方界電界強度Eを算出する手段となるように作成しておいても良い。尚、本発明の第2の態様の電界強度算出プログラムを、各手段が上記のような手段となるように作成しておけば、遠方界電界強度Eを特に精度良く算出することが可能となる。
また、低周波数領域における遠方界電界強度Eの算出精度を高めるために、本発明の第2の態様の電界強度算出プログラムを、前記コンピュータを、さらに、『既定周波数よりも低い評価対象周波数について前記算出手段により算出された遠方界電界強度Eに、評価対象周波数に応じた量の補正を施す補正手段』として機能させるプログラムとしておいても良い。
本発明の各態様の電界強度算出プログラムを、前記コンピュータを、さらに、『前記コンピュータに接続された、近磁界プローブの前記プリント回路に対する相対位置を変化させることによりプリント回路の回路面側の近傍磁界強度分布を測定する測定装置を制御する制御手段』として機能させるプログラムとしておいても良い。また、本発明の各態様の電界強度算出プログラムを、そのようなプログラムとしておく場合には、制御手段が、『前記プリント回路の部品面側の近傍磁界強度分布の測定結果を得る前に、前記測定装置を制御することにより近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が最大となる前記プリント回路の箇所を探索し、前記プリント回路の部品面側の近傍磁界強度分布の測定結果を得る際に、探索した箇所を含む格子状に並んだ複数の箇所の近傍磁界強度が前記近磁界プローブによって測定されるように前記測定装置を制御する』手段となるようにしておくことが出来る。尚、制御手段が、そのような手段となるようにしておけば、近傍磁界強度の測定点の位置が不適切であることに起因して遠方界電界強度の算出精度が低下することを抑止することができる。
本発明の電界強度算出装置は、
プリント回路の部品面側の近傍磁界強度分布の測定結果を解析することにより、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の最大強度と、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が前記最大強度から第1既定率だけ減衰する位置を境界として画定される前記プリント回路の範囲の面積S1と、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が前記最大強度から第2既定率だけ減衰する位置を境界として画定される前記プリント回路の範囲の面積S2を特定する特定手段、及び、
前記プリント回路の、距離r離れた場所における評価対象周波数における遠方界電界強度を、前記面積S1、前記面積S2、前記プリント回路の部品面内を流れた場合に前記最大強度の近傍磁界を発生させる電流の電流値i、前記距離r、評価対象周波数f、及び、予め設定されている係数Kを用いて、以下の算出式により算出する算出手段

を備える。
また、本発明の電界強度算出方法では、
コンピュータに、
プリント回路の部品面側の近傍磁界強度分布の測定結果を解析することにより、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の最大強度と、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が前記最大強度から第1既定率だけ減衰する位置を境界として画定される前記プリント回路の範囲の面積S1とを特定するステップ、及び、
前記プリント回路の、距離r離れた場所における評価対象周波数における遠方界電界強度を、前記面積S1、前記プリント回路の部品面内を流れた場合に前記最大強度の近傍磁界を発生させる電流の電流値i、前記距離r、評価対象周波数f、及び、予め設定されている係数Kを用いて、以下の算出式により算出するステップ

を実行させることにより、遠方界電界強度が算出される。
従って、本発明の電界強度算出装置/方法によれば、基板が多層基板であるプリント回路の遠方界電界強度を当該プリント回路の近傍界の磁界強度から簡単に算出することができる。
本発明によれば、プリント回路の遠方界電界強度を当該プリント回路の近傍界の磁界強度から簡単に算出することが出来る。
本発明の第1実施形態に係る電界強度算出システムの構成図である。 第1実施形態に係る電界強度算出システムが備える演算装置の構成図である。 第1実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置が実行する測定・算出処理の流れ図である。 本発明の第2実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置が実行する測定・算出処理の流れ図である。 第2実施形態に係る電界強度算出システムにより算出される遠方界電界強度の精度の説明図である。 本発明の第3実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置が実行する測定・算出処理の流れ図である。 図6の測定・算出処理中で補正量を算出するために使用される関数の説明図である。 本発明の第4実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置が実行する測定・算出処理の流れ図である。 図8の測定・算出処理中で使用される対応関係規定情報の説明図である。 本発明の第5実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置が実行する測定・算出処理の流れ図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
《第1実施形態》
図1に、本発明の第1実施形態に係る電界強度算出システムの概略構成を示す。
本実施形態に係る電界強度算出システムは、一層基板(片面基板)が用いられたプリント回路40の遠方界電界強度を算出するためのシステムとして開発したものである。図示してあるように、電界強度算出システムは、近傍磁界測定装置10とスペクトラムアナライザ20と演算装置30とを備える。
近傍磁界測定装置10は、プリント回路40の近傍磁界分布を測定するための装置であ
る。近傍磁界測定装置10は、プリント回路40が載置されるテーブル13と、近磁界プローブ11と、近磁界プローブ11の出力を増幅するためのプリアンプ12と、近磁界プローブ11のテーブル13に対する位置を制御(変更)するための位置制御機構(図示略)とを備える。
尚、図示した近傍磁界測定装置10は、シールドルーム又は電波暗室50内に設置して使用する、近磁界プローブ11がテーブル13上を移動する装置であるが、近傍磁界測定装置10は、電波暗室として機能する筐体を備えたものであっても良い。また、近傍磁界測定装置10は、近磁界プローブ11が装置筐体に対して固定されており、テーブル13が、近磁界プローブ11下を移動する装置であっても良い。
近傍磁界測定装置10の近磁界プローブ11は、例えば、シールデットループコイルをその先端部に備えたプローブである。近磁界プローブ11は、プリント回路40の基板に平行な方向の磁界強度を測定するものであっても、プリント回路40の基板に垂直な方向の磁界強度を測定するものであっても良い。ただし、近磁界プローブ11が、プリント回路40の基板に平行な方向の磁界強度を測定するものである場合、近傍磁界測定装置10の位置制御機構は、近磁界プローブ11(又はテーブル13)を回転させることが出来るものであることが好ましい。
また、プリント回路40の部品面は、場所(部品の有無)によって高さが異なる。そして、プリント回路40の上面と近磁界プローブ11との間の間隔が一定であった方が、正確に近磁界強度を測定することができる。従って、近傍磁界測定装置10として、プリント回路40の部品面の高さを測定するレーザ距離計を備え、当該レーザ距離計の測定結果に基づき、プリント回路40の上面と近磁界プローブ11との間の間隔が一定となるように、近磁界プローブ11の高さが自動制御されるものを採用しておいても良い。
スペクトラムアナライザ20は、近磁界プローブ11によって測定された近傍磁界強度の周波数解析を行うための装置である。このスペクトラムアナライザ20(以下、スペアナ20とも表記する)としては、例えば、数MHz〜1000MHz程度の範囲の周波数解析を行えるものが使用される。
図2に模式的に示してあるように、演算装置30は、CPU31、ROM、RAM、HDD33等を備え、OS(operating system)や各種ドライバがインストールされているコンピュータに、電界強度算出プログラム35をインストールした装置である。電界強度算出プログラム35がインストールされるコンピュータは、近傍磁界測定装置10及びスペクトラムアナライザ20との間で通信を行うためのインタフェース(例えば、GPIBインタフェース)を備えたものであれば、ラップトップ型のコンピュータであってもデスクトップ型のコンピュータであっても良い。また、電界強度算出プログラム35のコンピュータへのインストールは、通常、CD−ROM(compact disc read-only memory)、DVD(digital versatile disc)等の可搬型記録媒体から行われる。
以下、電界強度算出プログラム35(及びOS)をCPU31が実行している場合における演算装置30の動作を説明する。尚、以下の説明において、ユーザとは、電界強度算出システムのオペレータのことである。
電界強度算出プログラム35をCPU31が実行している演算装置30は、設定受付処理、測定・算出処理、出力処理を実行可能な装置として動作する。設定受付処理、測定・算出処理及び出力処理は、いずれも、ユーザによりその実行が指示された場合に演算装置30が開始する処理である。そして、各処理を開始した演算装置30は、以下のように動
作する。
<設定受付処理>
設定受付処理を開始した演算装置30は、以下の情報の設定(入力)を受け付ける状態となる。
・近傍磁界の測定範囲
・近傍磁界の測定間隔
・遠方界電界強度を算出する1つ以上の周波数(以下、評価対象周波数と表記する)
・遠方界電界強度の算出位置の評価対象プリント回路40からの距離r(単位は、m)
ユーザにより設定される近傍磁界の測定範囲は、測定・算出処理(詳細は後述)時における近磁界プローブ11の走査範囲を、テーブル13の、評価対象プリント回路40を載置した領域の座標範囲で指定する情報である。近傍磁界の測定間隔は、測定・算出処理時における測定毎の近磁界プローブ11のX、Y方向の移動量を指定する情報である。この測定間隔が過度に広いと、評価対象プリント回路40の近傍磁界分布を正確に測定できなくなる。そのため、測定間隔としては、通常、近磁界プローブ11の空間分解能(半値半幅)と同程度の値が設定される。具体的には、近磁界プローブ11の空間分解能が1mmであった場合、測定間隔としては、例えば、21/2mmが設定される。
演算装置30は、設定の完了がユーザによって指示されたときに、ユーザによって設定された各種情報からなる情報を現評価条件情報として内部(演算装置30内のRAM及び/又はHDD33)に記憶してから、設定受付処理を終了する。
<出力処理>
出力処理を開始した演算装置30は、後述する測定・算出処理の処理結果に基づき、遠方界電界強度の評価対象周波数依存性を示すグラフをディスプレイ上に表示する。その後、演算装置30は、ユーザの指示に従って、当該グラフを演算装置30に接続されているプリンタに印刷させる処理や、各評価対象周波数における遠方界電界強度のリストをディスプレイ上に表示する処理等を行う。そして、演算装置30は、処理終了がユーザによって指示されたときに、出力処理を終了して、他処理の実行指示を受け付ける状態となる。
<測定・算出処理>
測定・算出処理は、図3に示した手順の処理である。
すなわち、この測定・算出処理を開始した演算装置30は、まず、現評価条件情報中の近磁界の測定範囲及び測定間隔に基づき、近傍磁界強度の測定を行う各測定点(測定位置)の座標を算出する(ステップS101)。
次いで、演算装置30は、最初の測定点の座標を用いて近傍磁界強度測定装置10を制御することにより、最初の測定点上に近磁界プローブ11を移動させる(ステップS102)。
その後、演算装置30は、近磁界プローブ11の出力の各評価対象周波数成分の強度をスペアナ20から取得して評価対象周波数及び現測定点の座標に対応づけた形で内部に記憶する(ステップS103)。このステップS103の処理は、近磁界プローブ11を回転させることにより、複数の方向(例えば、直交する2方向や、45度ずつ異なる4方向)の近傍磁界中の各評価対象周波数成分の強度を求め、求めた強度の平均値や最大値を記憶する処理であっても良い。
ステップS103の処理を終えた演算装置30は、全ての測定点に関する測定が完了したか否かを判断する(ステップS104)。そして、演算装置30は、全測定点に関する
測定が完了していなかった場合(ステップS104;NO)には、ステップS102に戻って、次の測定点上に近磁界プローブ11を移動させてから、ステップS103以降の処理を行う。
演算装置30は、全測定点についての測定(ステップS102及びS103の処理)が完了するまで、上記内容の処理を繰り返す。
そして、演算装置30は、全測定点に関する測定が完了した場合(ステップS104;YES)には、遠方界電界強度を算出するための処理(ステップS105以降の処理)を開始して、まず、現評価条件情報中の最初の評価対象周波数を注目周波数として特定する(ステップS105)。尚、このステップS105における最初の評価対象周波数の選択アルゴリズムは何であっても良い。従って、ステップS105の処理を、最も小さな評価対象周波数を最初の評価対象周波数として選択する処理としておいても、最も大きな評価対象周波数を最初の評価対象周波数として選択する処理としておいても良い。
ステップS105の処理を終えた演算装置30は、注目周波数成分情報中の最大強度を求めると共に、評価対象プリント回路30の部品面を流れると当該最大強度の磁界が発生することになる電流の電流値i(単位は、A)を求める処理(ステップS106)を行う。ここで、注目周波数成分情報とは、複数の測定点の座標と各測定点において測定された評価対象プリント回路40の近傍磁界の注目周波数成分の強度とを含む情報(ステップS103の処理で演算装置30内に記憶された情報の一部)のことである。従って、注目周波数成分情報中の最大強度とは、評価対象プリント回路40について測定されている近傍磁界の注目周波数成分の強度の最大値のことである。
その後、演算装置30は、注目周波数成分情報を解析することにより、近傍磁界の注目周波数成分の強度が最大強度より6dB減衰する位置を境界として画定される範囲の面積S6dB(単位は、m)を算出する(ステップS107)。このステップS107の処理の具体的な内容は特に限定されない。例えば、ステップS107の処理は、注目周波数成分情報から、近傍磁界の注目周波数成分の強度が、最大強度の1/2の強度(最大強度より6dB減衰した強度)を中心とした所定範囲内の値となっている測定点を見出し、特定した測定点で囲まれた領域の面積をS6dBとして算出する処理であっても良い。また、ステップS107の処理は、注目周波数成分情報から、上記のような測定点を見出し、見出した各測定点に関する注目周波数成分の強度と各測定点の座標から内挿法により近傍磁界の注目周波数成分の強度が最大強度の1/2となる複数の点を特定し、特定した点で囲まれた領域の面積をS6dBとして算出する処理であっても良い。
ステップS107の処理を終えた演算装置30は、ステップS106の処理で算出したi、ステップS107の処理で算出したS6dB、設定されている距離r、注目周波数fを以下の(1)式に代入することにより、遠方界電界強度Eを算出する(ステップS108)。そして、演算装置30は、算出した遠方界電界強度Eを、その時点における注目周波数に対応づけた形で内部に記憶する(ステップS108)。
尚、注目周波数fの単位は、Hzである。また、(1)式にて算出される遠方界電界強度Eは、プリント回路40から、プリント回路40の基板面に平行な方向にr[m]離れた場所での電界強度(単位は、V/m)である。さらに、(1)式におけるKは、予め
設定されている比例係数である。オープンエリアにおける遠方界電界強度Eを求めるために、このKとしては、通常、2.63×10−14が使用される。ただし、Kとして、1.316×10−14を使用することによって、自由空間における遠方界電界強度Eが求められるようにしておいても良い。
ここで、演算装置30を、上記手順(上記内容のステップS106〜S108の処理)で、遠方界電界強度Eを算出する装置として構成(プログラミング)している理由を説明しておくことにする。
プリント回路の遠方界電界強度を、電流が流れる微小ループがプリント回路の基板上に存在すると仮定して、以下の(2)式により算出する方法が知られている。
この(2)式を用いてプリント回路の遠方界電界強度を算出するためには、プリント回路の基板上に存在する微小ループの面積Aと当該微小ループを流れる電流の大きさIdmとを求める必要がある。しかしながら、それらの値を、プリント回路の近傍磁界の測定結果から求めることは極めて困難である。そのため、発明者らは、それらの値の代わりに使用できる、プリント回路の近傍磁界の測定結果から求められる値を鋭意探索した。そして、その結果として、一層基板が用いられたプリント回路40では、上記した面積S6dBと電流値iとを、A、idmの代わりに用いれば、実測値と近い遠方界電界強度が得られることを見出したため、演算装置30を、上記手順で遠方界電界強度Eを算出する装置として構成しているのである。
以下、測定・算出処理(図3)の残りのステップの内容を説明する。
ステップS108の処理を終えた演算装置30は、全ての評価対象周波数に関する処理が完了したか否かを判断する(ステップS109)。全評価対象周波数に関する処理が完了していなかった場合(ステップS109;NO)、演算装置30は、ステップS105に戻って、次の評価対象周波数を注目周波数として特定してから、ステップS106以降の処理を行う。
そして、演算装置30は、全評価対象周波数に関する処理が完了したとき(ステップS109;YES)に、測定・算出処理(図3の処理)を終了して、出力処理や設定受付処理の実行指示を受け付ける状態となる。
以上、説明したように、本実施形態に係る電界強度算出システムは、プリント回路40(一層基板が用いられたもの)の近傍磁界の測定結果から、当該プリント回路40の遠方界電界強度を算出(推定)することが出来る。そのため、EMC対策後のプリント回路40を、本実施形態に係る電界強度算出システムにて評価するようにしておけば、EMC対策後のプリント回路40が、EMC試験を行うことなくさらにEMC対策を施すべきものであるか否かを判断することできる。
従って、本実施形態に係る電界強度算出システムを用いておけば、一層基板が用いられたプリント回路40の開発時等に、評価工数の多いEMC試験が無駄に行われることを抑止できることになる。
《第2実施形態》
以下、第1実施形態に係る電界強度算出システムの説明時に用いたものと同じ符号を用いて、本発明の第2実施形態に係る電界強度算出システムの構成及び機能を、説明する。
本実施形態に係る電界強度算出システムは、多層基板が用いられたプリント回路40(部品が両面に実装されているプリント回路等)の遠方界電界強度を算出するシステムとして開発したものである。
本実施形態に係る電界強度算出システムの各部の構成及び機能は、第1実施形態に係る電界強度算出システムの各部の構成及び機能と本質的には同じものである。ただし、本実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置30は、図4に示した手順の測定・算出処理を実行可能なように構成(プログラミング)されている。
この測定・算出処理のステップS201〜S204の処理は、それぞれ、既に説明したステップS101〜S104の処理(図3参照)と同内容の処理である。すなわち、ステップS201〜S204では、評価対象プリント回路40の各測定点上に近磁界プローブ11を移動させて、各測定点上に移動させた近磁界プローブ11の出力中の各評価対象周波数成分の強度を測定・記憶する処理が行われる。
上記処理が完了すると(ステップS204;YES)、演算装置30は、遠方界電界強度を算出するための処理(ステップS205以降の処理)を開始する。そして、演算装置30は、最初の評価対象周波数を注目周波数として特定(ステップS205)してから、注目周波数成分情報中の最大強度と、当該最大強度の磁界が発生することになる電流の電流値i(単位は、A)とを求める(ステップS206)。
その後、演算装置30は、注目周波数成分情報を解析することにより、近傍磁界の注目周波数成分の強度が最大強度より6dB減衰する位置を境界として画定される範囲の面積S6dB(単位は、m)を算出する(ステップS207)。さらに、演算装置30は、このステップS207において、注目周波数成分情報を解析することにより、近傍磁界の注目周波数成分の強度が最大強度より12dB減衰する位置を境界として画定される範囲の面積S12dB(単位は、m)を算出する処理も行う。
尚、このステップS207の処理の内容も、ステップS107の処理と同様に特に限定されない。従って、ステップS207の処理は、注目周波数成分情報から、近傍磁界の注目周波数成分の強度が、最大強度の1/2又は1/4の値を中心とした所定範囲内の値となっている測定点を見出し、特定した測定点で囲まれた領域の面積をS6dB又はS12dBとして算出する処理であっても良い。また、ステップS207の処理は、注目周波数成分情報から、上記のような測定点を見出し、見出した各測定点に関する注目周波数成分の強度と各測定点の座標から内挿法により近傍磁界の注目周波数成分の強度が最大強度の1/2又は1/4の値となる複数の点を特定し、特定した点で囲まれた領域の面積をS6dB又はS12dBとして算出する処理であっても良い。
ステップS207の処理を終えた演算装置30は、ステップS206の処理で算出したi、ステップS207の処理で算出したS6dB及びS12dB、設定されている距離r、注目周波数f(単位は、Hz)を以下の(3)式に代入することにより、遠方界電界強度E(単位は、V/m)を算出する(ステップS208)。また、演算装置30は、算出した遠方界電界強度Eを、その時点における注目周波数に対応づけた形で内部に記憶する(ステップS208)。
(3)式におけるKとしては、(1)式におけるKと同様に、オープンエリアにおける遠方界電界強度Eが求められるようにするために、通常、2.63×10−14が使用される。ただし、Kとして、1.316×10−14を使用することによって、自由空間における遠方界電界強度Eが求められるようにしておくことも出来る。
ステップS208の処理を終えた演算装置30は、全ての評価対象周波数に関する処理が完了したか否かを判断する(ステップS209)。全評価対象周波数に関する処理が完了していなかった場合(ステップS209;NO)、演算装置30は、ステップS205に戻って、次の評価対象周波数を注目周波数として特定してから、ステップS206以降の処理を行う。
演算装置30は、全評価対象周波数に関する処理が完了したとき(ステップS209;YES)に、測定・算出処理(図4の処理)を終了する。そして、演算装置30は、出力処理や設定受付処理の実行指示を受け付ける状態となる。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る演算装置30は、面積和“S6dB+S12dB”及び電流値iを、それぞれ、(2)式におけるA、idmの代わりに用いて、遠方界電界強度Eを算出する装置となっている。
面積和“S6dB+S12dB”及び電流値iを、(2)式におけるA、idmの代わりに用いることにより、遠方界電界強度Eを精度良く算出できる原理の詳細は不明である。ただし、図5に示したように、上記手順で遠方界電界強度Eを算出すれば、広い周波数範囲で、実測値(“暗室測定値”)に±5dB程度しか違わない遠方界電界強度E(“予測値”)を得ることが出来る。
従って、本実施形態に係る電界強度算出システムを用いておけば、多層基板が用いられたプリント回路40の開発時等に、評価工数の多いEMC試験が無駄に行われることを抑止することができる。
《第3実施形態》
以下、本発明の第3実施形態に係る電界強度算出システムの構成及び動作を、第2実施形態に係る電界強度算出システムと異なっている点を中心に説明する。
図5から明らかなように、第2実施形態に係る電界強度算出システムは、低周波数領域(およそ100MHz以下の周波数領域)の遠方界電界強度の算出精度がさほど高くないシステムである。
第3実施形態に係る電界強度算出システムは、低周波数領域の遠方界電界強度の算出精度が高くなるように、第2実施形態に係る電界強度算出システムを改良したシステムである。
具体的には、第3実施形態に係る電界強度算出システムは、演算装置30によって図6に示した手順の測定・算出処理が行われるように、第2実施形態に係る電界強度算出システムを改良したシステムとなっている。
すなわち、第3実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置30は、測定・算出処理を開始すると、まず、評価対象周波数成分強度測定処理(ステップS301)を行う。この評価対象周波数成分強度測定処理は、第2実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置30が行うステップS201〜S204の処理(図4参照)と同じ処理である。
評価対象周波数成分強度測定が完了すると、演算装置30は、遠方界電界強度を算出するための処理(ステップS302以降の処理)を開始する。そして、演算装置30は、ステップS302〜S304にて、それぞれ、上記したステップS205〜S207の処理と同内容の処理を行う。
ステップS304の処理を終えた演算装置30は、S6dB等を、上記した(3)式に代入することにより、遠方界電界強度Eを算出する(ステップS305)。次いで、演算装置30は、その時点における注目周波数の値が、既定周波数以上であるか否かを判断する(ステップS306)。ここで、既定周波数とは、補正が不要なレベルの遠方界電界強度Eが(3)式により算出できる周波数範囲の下限値として予め設定されている値(例えば、100MHz)のことである。
演算装置30は、注目周波数の値が既定周波数以上であった場合(ステップS306;YES)には、ステップS305の処理で算出された遠方界電界強度Eを、そのまま、注目周波数に対応づけた形で内部に記憶する(ステップS308)。
一方、注目周波数の値が既定周波数未満であった場合(ステップS306;NO)、演算装置30は、注目周波数を変数とした関数により補正値を求める(ステップS307)。そして、演算装置30は、求めた補正値をステップS305の処理で算出された遠方界電界強度Eに加算する(ステップS307)。
ステップS307の処理時に使用される注目周波数を変数とした関数は、(3)式により算出される遠方界電界強度Eと実測値との間の差からその内容(係数等)が予め定められている関数である。この関数は、注目周波数の何次の関数であっても良い。ただし、図7に示したように、(3)式により算出される遠方界電界強度Eと実測値との間の差は、注目周波数(図7の横軸の値)の一次関数“y=−0.3395x+38.49”によって精度良く近似できることが分かっている。従って、ステップS307の処理の“注目周波数を変数とした関数”としては、“−0.3395x+38.49”(xは、MHz単位の注目周波数)や、この関数と同程度の値が算出される関数(例えば、“−0.34x+38”)を採用することが出来る。
図6に戻って、測定・算出処理の説明を続ける。
ステップS307の処理を終えた演算装置30は、補正値の加算後の遠方界電界強度Eを注目周波数に対応づけた形で内部に記憶する(ステップS308)。その後、演算装置30は、全ての評価対象周波数に関する処理が完了したか否かを判断する(ステップS309)。全評価対象周波数に関する処理が完了していなかった場合(ステップS309;NO)、演算装置30は、ステップS302に戻って、次の評価対象周波数を注目周波数として特定してから、ステップS303以降の処理を行う。
そして、演算装置30は、全評価対象周波数に関する処理が完了したとき(ステップS309;YES)に、この測定・算出処理を終了して、出力処理や設定受付処理の実行指示を受け付ける状態となる。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置3
0は、低い周波数の遠方界電界強度Eの算出精度が、上記した第2実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置30よりも高いシステムとなっている。
従って、本実施形態に係る電界強度算出システムを用いておけば、多層基板が用いられたプリント回路40の開発時等にEMC試験が無駄に行われることを、第2実施形態に係る電界強度算出システムを用いた場合よりも良好に抑止することができる。
《第4実施形態》
本発明の第4実施形態に係る電界強度算出システムは、各周波数の遠方界電界強度の算出精度がより高くなるように、第2実施形態に係る電界強度算出システムを改良したシステムである。
具体的には、第4実施形態に係る電界強度算出システムは、演算装置30によって図8に示した手順の測定・算出処理が行われるように、第2実施形態に係る電界強度算出システムを改良したシステムとなっている。
すなわち、この測定・算出処理を開始した、第4実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置30は、まず、評価対象周波数成分強度測定処理(ステップS401)を行う。この評価対象周波数成分強度測定処理は、第3実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置30が行う評価対象周波数成分強度測定処理や、第2実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置30が行うステップS201〜S204の処理と同じ処理である。
評価対象周波数成分強度測定が完了すると、演算装置30は、遠方界電界強度を算出するための処理(ステップS402以降の処理)を開始して、まず、ステップS402にて、上記したステップS105、S205、S302の処理と同内容の処理を行う。続くステップS403にて、演算装置30は、ステップS106、S206、S303の処理と同内容の処理を行う。
その後、演算装置30は、注目周波数と第1減衰率α及び第2減衰率βとの対応関係を規定する対応関係規定情報を参照することにより、その時点における注目周波数に対応づけられている第1減衰率α及び第2減衰率βを特定する(ステップS404)。次いで、演算装置30は、注目周波数成分情報の解析により、面積SαdB及び面積SβdBを算出する処理(ステップS405)を行う。対応関係規定情報の詳細については後述するが、対応関係規定情報は、プログラム35中の情報であっても、HDD33上の情報であっても良い。また、第1減衰率α、第2減衰率βの詳細についても後述するが、面積SXdB(X=α、β)とは、近傍磁界の注目周波数成分の強度が最大強度よりXdB減衰する位置を境界として画定される範囲の面積(単位は、m)のことである。
ステップS405の処理を終えた演算装置30は、算出したSαdB、SβdB等を、以下の(4)式に代入することにより、遠方界電界強度Eを算出して注目周波数に対応づけた形で内部に記憶する(ステップS406)。
ステップS404の処理時に参照される上記した対応関係規定情報は、この(4)式にて算出される遠方界電界強度Eが、遠方界電界強度の実測値とほぼ一致する第1減衰率α
と第2減衰率βとの組み合わせを特定できるように、その内容が定められている情報である。
具体的には、標準的な回路構成のプリント回路40(多層基板が用いられているもの)について、(4)式にて算出される遠方界電界強度Eが遠方界電界強度の実測値と一致する第1減衰率αと第2減衰率βとの組み合わせを周波数別にプロットすると、図9に示したようなグラフが得られる。尚、グラフの横に示してある各数値は、MHz単位の周波数である。
この図9から明らかなように、第1減衰率α及び第2減衰率βとして、それぞれ、6,12を用いれば、周波数が667.48MHzである場合に(4)式により算出される遠方界電界強度Eを実測値とほぼ一致させることが出来る。ただし、周波数が370.86MHzである場合には、第1減衰率α及び第2減衰率βの組み合わせとして、6、12という組み合わせを用いるよりも、6、14という組み合わせや、8,12.8という組み合わせを用いた方が、実測値により近い遠方界電界強度Eを算出することが出来る。
演算装置30内に設定される対応関係規定情報は、実測値に近い遠方界電界強度Eを求めることが出来る第1減衰率αと第2減衰率βとの組み合わせを注目周波数から特定できるように、図9に示してあるような実験結果に基づき、その内容を定めた情報となっている。
以下、測定・算出処理(図8)の残りのステップの内容を説明する。
ステップS406の処理を終えた演算装置30は、全ての評価対象周波数に関する処理が完了したか否かを判断する(ステップS407)。そして、演算装置30は、全評価対象周波数に関する処理が完了していなかった場合(ステップS407;NO)には、ステップS402に戻って、次の評価対象周波数を注目周波数として特定してから、ステップS403以降の処理を行う。
演算装置30は、全評価対象周波数に関する処理が完了したとき(ステップS407;YES)に、この測定・算出処理を終了する。そして、演算装置30は、出力処理や設定受付処理の実行指示を受け付ける状態となる。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る電界強度算出システムは、各周波数の遠方界電界強度の算出精度が、第2実施形態に係る電界強度算出システムよりも高いシステムとなっている。従って、本実施形態に係る電界強度算出システムを用いておけば、多層基板が用いられたプリント回路40の開発時等にEMC試験が無駄に行われることを、第2実施形態に係る電界強度算出システムを用いた場合よりも良好に抑止することができる。
《第5実施形態》
本発明の第5実施形態に係る電界強度算出システムは、演算装置30によって図10に示した手順の測定・算出処理が行われるように、第4実施形態に係る電界強度算出システムを改良したシステムである。
この測定・算出処理のステップS502〜S507の処理は、それぞれ、第4実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置30が行う測定・算出処理(図8)のステップS402〜S407の処理と同内容の処理である。そのため、以下では、(ステップS500及びS501の処理の内容のみを説明することにする。
図10に示してあるように、本実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置30は
、測定・算出処理を開始すると、まず、最大強度位置特定処理(ステップS500)を行う。
最大強度位置特定処理は、基本的には、近磁界プローブ11の位置を変更しつつ、その出力中の所定の周波数成分の強度を測定することにより、当該所定の周波数成分の強度が最大となる位置(以下、最大強度位置と表記する)の座標を特定する処理である。ただし、最大強度位置特定処理は、比較的に短時間のうちに処理が完了するようにするために、以下の手順で最大強度位置の座標を特定する処理となっている。
最大強度位置特定処理時には、まず、近磁界プローブ11が比較的に大きな間隔(例えば、ユーザにより設定されている測定間隔の数倍の間隔)で移動されて上記所定の周波数成分の強度が大きくなっている範囲が特定される。その後、近磁界プローブ11が当該範囲内をユーザにより設定されている測定間隔よりも狭い間隔で移動されて最大強度位置の座標が特定される。
最大強度位置特定処理が完了すると、演算装置30は、評価対象周波数成分強度測定処理(ステップS501)を行う。この評価対象周波数成分強度測定処理は、ステップS101〜S104の処理(図1)と本質的には同じ処理である。
ただし、本実施形態に係る評価対象周波数成分強度測定処理における各測定点の座標の算出時(つまり、ステップS101に相当するステップの実行時)には、算出した各測定点の座標を、最大強度位置といずれかの測定点とが一致するように全体的にシフトさせる処理も行われる。
要するに、第4実施形態に係る電界強度算出システムは、測定・算出処理時における各測定点の位置が、ユーザにより設定された近傍磁界の測定範囲及び測定間隔と、評価対象プリント回路40のテーブル13上での位置とによって定まるシステムとなっている。従って、第4実施形態に係る電界強度算出システムでは、最大強度位置が4つの測定点の中央部分に存在しているため、“最大強度”として実際の最大強度よりも小さな値が特定されてしまう場合がある。そして、“最大強度”として実際の最大強度よりも小さな値が特定された場合には、iの値が不正確な値となるので、遠方界電界強度Eの算出精度が低下してしまう。
一方、上記内容の最大強度位置特定処理及び評価対象周波数成分強度測定処理が行われるようにしておけば、iの値を常に正確に求めることが出来る。従って、上記内容の最大強度位置特定処理及び評価対象周波数成分強度測定処理が行われる本実施形態に係る電界強度算出システムでは、第4実施形態に係る電界強度算出システムでは発生し得る『近傍磁界強度の測定点の位置が不適切であることに起因する遠方界電界強度Eの算出精度の低下』が発生しないことになる。
《変形形態》
上記した各実施形態に係る電界強度算出システムは、各種の変形を行えるものである。例えば、第2〜5実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置30に、図3の測定・算出処理(一層基板が用いられたプリント回路40の遠方界電界強度を算出する処理)を行う機能を追加することが出来る。第1〜3実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置30に、最大強度位置特定処理等を行う機能を追加することも出来る。
各実施形態に係る電界強度算出システムの演算装置30に、基板面にプリント回路30から斜め方向に放射される電界強度(つまり、Esinθ;θは、電界強度の観測位置とプ
リント回路40の基板の法線との間の角度)を算出する機能を追加することも出来る。また、周波数の高い領域(数GHz)では、プリント回路40から放射される電界の上下方向の指向性が強くなり、その結果として、(1)式や(3)式で算出される電界強度が、誤差が大きなものとなることが考えられる。そのため、近磁界プローブ11の高さを変えることによりプリント回路40の上下方向の近傍磁界分布を測定し、その測定結果に基づき、プリント回路40から上下方向に放射される電界の強度を推定すると共に、その推定結果を用いて、(1)式や(3)式で算出される電界強度に補正をかけるようにしておいても良い。
10 近傍磁界測定装置
11 近磁界プローブ
12 プリアンプ
13 テーブル
20 スペクトラムアナライザ
30 演算装置
31 CPU
33 HDD
35 電界強度算出プログラム
40 プリント回路
50 電波暗室

Claims (11)

  1. コンピュータを、
    プリント回路の部品面側の近傍磁界強度分布の測定結果を解析することにより、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の最大強度と、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が前記最大強度から第1既定率だけ減衰する位置を境界として画定される前記プリント回路の範囲の面積S1とを特定する特定手段、及び、
    前記プリント回路の、距離r離れた場所における評価対象周波数における遠方界電界強度Eを、前記面積S1、前記プリント回路の部品面内を流れた場合に前記最大強度の近傍磁界を発生させる電流の電流値i、前記距離r、評価対象周波数f、及び、予め設定されている係数Kを用いて、以下の算出式により算出する算出手段

    として機能させるための電界強度算出プログラム。
  2. コンピュータを、
    プリント回路の部品面側の近傍磁界強度分布の測定結果を解析することにより、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の最大強度と、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が前記最大強度から第1既定率だけ減衰する位置を境界として画定される前記プリント回路の範囲の面積S1と、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が前記最大強度から第2既定率だけ減衰する位置を境界として画定される前記プリント回路の範囲の面積S2とを特定する特定手段、及び、
    前記プリント回路の、距離r離れた場所における評価対象周波数における遠方界電界強度Eを、前記面積S1、前記面積S2、前記プリント回路の部品面内を流れた場合に前記最大強度の近傍磁界を発生させる電流の電流値i、前記距離r、評価対象周波数f、及び、予め設定されている係数Kを用いて、以下の算出式により算出する算出手段

    として機能させるための電界強度算出プログラム。
  3. 前記第1既定率が1/2である
    ことを特徴とする請求項1に記載の電界強度算出プログラム。
  4. 前記第1既定率が1/2であり、前記第2既定率が1/4である
    ことを特徴とする請求項2に記載の電界強度算出プログラム。
  5. 前記特定手段は、互いに異なる複数の評価対象周波数のそれぞれについて、前記最大強度、前記面積S1及び前記面積S2を特定し、
    前記算出手段は、前記複数の評価対象周波数のそれぞれについて、前記算出式を用いて前記遠方界電界強度Eを算出する
    ことを特徴とする請求項2又は4に記載の電界強度算出プログラム。
  6. 前記特定手段は、互いに異なる複数の評価対象周波数のそれぞれについて、その評価対象周波数に対応づけられている1組の値を前記第1既定率及び前記第2既定率として用い
    て前記面積S1と前記面積S2とを特定し、
    前記算出手段は、前記複数の評価対象周波数のそれぞれについて、前記算出式を用いて前記遠方界電界強度Eを算出する
    ことを特徴とする請求項2に記載の電界強度算出プログラム。
  7. 前記コンピュータを、さらに、
    既定周波数よりも低い評価対象周波数について前記算出手段により算出された遠方界電界強度Eに、評価対象周波数に応じた量の補正を施す補正手段として機能させる
    ことを特徴とする請求項5に記載の電界強度算出プログラム。
  8. 前記コンピュータを、さらに、
    前記コンピュータに接続された、近磁界プローブの前記プリント回路に対する相対位置を変化させることによりプリント回路の回路面側の近傍磁界強度分布を測定する測定装置を制御する制御手段として機能させる
    こと特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の電界強度算出プログラム。
  9. 前記制御手段は、前記プリント回路の部品面側の近傍磁界強度分布の測定結果を得る前に、前記測定装置を制御することにより近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が最大となる前記プリント回路の箇所を探索し、前記プリント回路の部品面側の近傍磁界強度分布の測定結果を得る際に、探索した箇所を含む格子状に並んだ複数の箇所の近傍磁界強度が前記近磁界プローブによって測定されるように前記測定装置を制御する
    こと特徴とする請求項8に記載の電界強度算出プログラム。
  10. プリント回路の部品面側の近傍磁界強度分布の測定結果を解析することにより、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の最大強度と、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が前記最大強度から第1既定率だけ減衰する位置を境界として画定される前記プリント回路の範囲の面積S1と、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が前記最大強度から第2既定率だけ減衰する位置を境界として画定される前記プリント回路の範囲の面積S2を特定する特定手段、及び、
    前記プリント回路の、距離r離れた場所における評価対象周波数における遠方界電界強度を、前記面積S1、前記面積S2、前記プリント回路の部品面内を流れた場合に前記最大強度の近傍磁界を発生させる電流の電流値i、前記距離r、評価対象周波数f、及び、予め設定されている係数Kを用いて、以下の算出式により算出する算出手段

    を備える電界強度算出装置。
  11. コンピュータに、
    プリント回路の部品面側の近傍磁界強度分布の測定結果を解析することにより、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の最大強度と、前記プリント回路の近傍磁界の評価対象周波数成分の強度が前記最大強度から第1既定率だけ減衰する位置を境界として画定される前記プリント回路の範囲の面積S1とを特定するステップ、及び、
    前記プリント回路の、距離r離れた場所における評価対象周波数における遠方界電界強度を、前記面積S1、前記プリント回路の部品面内を流れた場合に前記最大強度の近傍磁界を発生させる電流の電流値i、前記距離r、評価対象周波数f、及び、予め設定されている係数Kを用いて、以下の算出式により算出するステップ、

    を実行させる電界強度算出方法。
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