JP2018036220A

JP2018036220A - 放射イミュニティ試験装置および放射イミュニティ試験方法

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Publication number: JP2018036220A
Application number: JP2016171864A
Authority: JP
Inventors: 芳春広島; Yoshiharu Hiroshima; 雄一郎奥川; Yuichiro Okugawa; 高谷　和宏; Kazuhiro Takatani; 和宏高谷
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2036-09-02
Also published as: JP6554449B2

Abstract

【課題】放射源が電子装置の近傍に接近することを想定した放射イミュニティ試験を可能する。
【解決手段】本発明の第１の態様は、放射イミュニティ試験装置において、電波を放射する放射素子と、互いに交差する第１の方向および第２の方向に前記放射素子を移動させる移動手段と、前記電波を放射した状態で前記放射素子が前記第１の方向に一定速度で移動するように、前記移動手段を制御する制御手段と、を備えるようにしたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線電波に対する電子機器の電気的な耐性（イミュニティ）を評価するための放射イミュニティ試験装置および放射イミュニティ試験方法に関する。

テレビまたはラジオの放送波あるいは電子機器からの放射妨害波といった外来の無線電波が電子機器（電子装置）に侵入し、機器の誤作動を引き起こす可能性がある。例えば、電話機では可聴雑音が発生し、また、ある電子機器では意図しない再起動が発生することがある。このような無線電波による機器の誤作動を回避し、電子機器の電気的な耐力を試験し評価する方法として、例えば、非特許文献１に記載の放射イミュニティ試験法がある。非特許文献１に記載の試験法では、電波無響室と、振幅変調された信号を発生する信号発生器と、信号を増幅する増幅器と、信号を空中に放射するアンテナと、被試験装置を設置する非導電性支持体と、から構成されるシステムを用い、アンテナから電波を放射したときに電界強度が均一となる面に被試験装置（ＥＴＵ：Equipment Under Test）を設置し、被試験装置に対して規定された電界強度の電波を放射した場合に被試験装置の動作を確認する。このとき、試験レベルは、無線装置などの放射源からの電波が遠方から到来した場合を想定した電界強度として規定されている。また、非特許文献２および非特許文献３に記載の性能要求基準を満足しているか否かを判定することにより、外来の電波に対する電子機器の耐力を評価している。この試験では、電界強度が均一となるように、被試験装置の一面全体に一度に電波を放射している。

IEC 61000-4-3 Ed.3.0,"Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-3: Testing and measurement techniques - Radiated, radio-frequency, electromagnetic field immunity test", 2006. ITU-T Recommendation K.43,"Immunity requirements for telecommunication network equipment", 2009.（pp.14, pp.16） CISPR 24,"Information technology equipment - Immunity characteristics - Limits and methods of measurement", 1997. Ford FMC1278,"Electromagnetic Compatibility Specification For Electrical/Electronic Components and Subsystems", 2015. （pp.44-48）

ところで、近年、タブレット型ＰＣ（Personal Computer）端末やスマートフォンを始めとする無線接続機能を有した小型端末が普及したことにより、作業効率の向上を目的として様々な場面での利用が始まっている。具体的には、通信ビルやデータセンタにおいて、無線接続されたタブレット型端末にダウンロードした作業手順書を表示し、遠隔のオペレータの指示を受けながら通信装置の保守作業を行うことや、同様に病院などにおいて患者のカルテを端末に表示して検査や治療を行うことが挙げられる。このとき、無線接続された端末は、その可搬性から通信装置または医療機器に接近する可能性があるため、端末が発する電波によって通信装置または医療機器が誤作動し、重大な影響を与えることが懸念されている。

非特許文献１に記載の放射イミュニティ試験法は、前述したように、放射源が発する電波が遠方から到来し、電子機器に侵入することを想定している。一方、タブレット型ＰＣ端末などの機器はその可搬性から電子機器に対して限りなく接近する可能性がある。この場合、放射源が発する電波の電界強度は距離に反比例するため、非特許文献１で規定している試験レベルの最高である30V/mを超える電界強度が電子機器に印加される可能性があり、実際の使用環境を十分に考慮した耐力評価を行うことができない。

また、放射源と電子機器との距離をｄとし、電波の周波数に対応する波長をλとした場合、ｄ＝λ／２πよりも近い領域は「近傍界」として定義され、現在の無線装置が通信周波数として使用する１[GHz]以上の周波数領域では、ｄ＝５[cm]以内の領域が該当する。近傍界は遠方界と電磁界現象（波動インピーダンス、球面波/平面波など）が異なることから、非特許文献１の試験法のように被試験装置の一面全体に対して均一な電界面を設定して放射イミュニティ試験を実施する場合、電界強度と同様に、無線装置の実際の使用環境を十分に考慮した耐力評価にならない可能性がある。このような状況を模擬した別の試験方法として、車載装置などの小型装置に対する放射イミュニティ試験法がある（非特許文献４参照）。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、放射源が電子機器の近傍に接近することを想定した放射イミュニティ試験を可能にする放射イミュニティ試験装置および放射イミュニティ試験方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、放射イミュニティ試験装置において、電波を放射する放射素子と、互いに交差する第１の方向および第２の方向に前記放射素子を移動させる移動手段と、前記電波を放射した状態で前記放射素子が前記第１の方向に一定速度で移動するように、前記移動手段を制御する制御手段と、を備えるようにしたものである。

本発明の第２の態様は、前記制御手段が、試験範囲の一端から印加範囲の寸法の半分だけ外側から前記試験範囲の他端から前記印加範囲の寸法の半分だけ外側まで前記第１の方向に前記放射素子を移動させることと、前記印加範囲の寸法だけ前記第２の方向に前記放射素子を移動させることと、を行い、前記印加範囲は、前記放射素子と前記試験範囲との間の距離に基づいて設定されるようにしたものである。

本発明の第３の態様は、前記電波の波長をλとすると、前記放射素子と試験範囲との距離がλ／２πより小さくなるように前記移動手段を設置するようにしたものである。

本発明によれば、放射源が電子装置の近傍に接近することを想定した放射イミュニティ試験が可能になる。

実施形態に係る放射イミュニティ試験装置の構成例を示す図。図１に示した放射イミュニティ試験装置の動作例を示す図。実施形態に係るアンテナの移動速度を説明する図。実施形態に係る印加電界強度分布を示す図。実施形態に係るアンテナの移動範囲を例示する図。比較例に係る放射イミュニティ試験法を説明する図。均一電界面を説明する図。比較例に係る印加電界強度分布を示す図。比較例に係る、位置制御ずれによる電波印加の過不足を説明する図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

まず、図６から図９を参照して、本発明の比較例に係る放射イミュニティ試験方法について説明する。
図６は、比較例に係る放射イミュニティ試験方法の概要を示している。比較例に係る放射イミュニティ試験方法では、図６に示すように、被試験装置６９に対して、その近傍に位置するアンテナ６１から電波を放射する。アンテナ６１が放射する電波の電界強度は距離に反比例し、距離が離れるにつれて急激に減衰する。このため、被試験装置６９の表面位置において電波の電界強度が規定の範囲内にある領域は、被試験装置６９の表面（試験範囲に対応する）よりも小さい。ある面内で電界強度が規定の範囲内にある領域を均一電界面と呼ぶ。図７に均一電界面について示す。図７において、−１[dB]と書かれた領域は、この平面で電界強度の最大値からの偏差が−１[dB]以内である領域を示す。均一電界面は、電界強度の最大値からの偏差が例えば−４[dB]以内である領域と規定される。

比較例に係る放射イミュニティ試験方法では、各部分領域が均一電界面となるように被試験装置６９の表面を複数の部分領域に分割し、各部分領域に電界を印加する試験を繰り返し行う。図６に示す例では、被試験装置６９の表面は、部分領域Ａ１、Ａ２などと示される８行８列の６４個の部分領域に分割されている。例えば、部分領域Ａ１、部分領域Ａ２、・・・、部分領域Ａ８、部分領域Ａ９、・・・の順番で試験が行われる。具体的には、まず、アンテナ６１を移動して部分領域Ａ１に対向する位置で停止し、アンテナ６１からの電波の放射を開始し、規定の時間経過した後に電波の放射を停止する。次に、アンテナ６１を移動して部分領域Ａ２に対向する位置で停止し、アンテナ６１からの電波の放射を開始し、規定の時間経過した後に電波の放射を停止する。この操作を全ての部分領域に対して繰り返し行う。この場合、試験範囲に印加される電界強度の分布は、図８に示すようになる。図８において、四角形のます目が部分領域を示す。

しかしながら、比較例に係る放射イミュニティ試験方法では、アンテナ６１を配置し、規定の時間にわたって電界を印加する試験を多数回行う必要があり、試験に多大な労力および時間を必要とする。また、部分領域に対してアンテナ６１の位置がずれてしまい、電界が印加されない範囲が出ることが考えられる。図９に示すように、位置制御の精度が足りず、アンテナ６１が所定の印加位置から行き過ぎてしまった場合、電界印加が未実施となる範囲および電界印加が重複して実施される範囲が生じる。これを防ぐためには、アンテナの移動および停止に関して高精度な位置制御が必要になる。さらに、均一電界面内において最大４[dB]の電界強度の強弱があり、電界強度が低い場所ではイミュニティが過大評価される可能性がある。

次に、図１から図５を参照して本発明の一実施形態に係る放射イミュニティ試験方法について説明する。

図１は、本実施形態に係る放射イミュニティ試験装置１０を概略的に示している。図１に示すように、放射イミュニティ試験装置１０は、電波を空中に放射する放射素子としてのアンテナ１１、アンテナ１１を移動させる移動装置１２、および移動装置１２を制御する制御装置１３を備える。領域１５はアンテナ１１からの電波の印加範囲を示す。

移動装置１２は、例えば、互いに直交する２軸に沿って移動可能にアンテナ１１を支持する移動台を含む。図１の例では、移動装置１２は、ベース（図示せず）に固定され、横方向に延在する部材１２２と、部材１２２に沿って移動可能に部材１２２に取り付けられた部材１２１と、部材１２１に固定され、縦方向に延在する部材１２４と、部材１２４に沿って移動可能に部材１２４に取り付けられた部材１２３と、を備え、アンテナ１１が部材１２３に固定されている。部材１２１を移動させることでアンテナ１１を横方向に移動させることができ、部材１２３を移動させることでアンテナ１１を縦方向に移動させることができる。移動装置１２は、図２に示すように、アンテナ１１が被試験装置２９の表面（試験範囲に対応する）から定められた距離だけ離れて移動することができるように設置される。アンテナ１１は、被試験装置２９の近傍に配置される。例えば、被試験装置２９が近傍界に位置するように、すなわち、アンテナ１１と被試験装置２９の表面との距離がλ／２πより小さくなるように、移動装置１２が設置される。ここで、λは電波の波長を表す。

放射イミュニティ試験装置１０は、信号発生器２２および増幅器２１をさらに備える。信号発生器２２は、制御装置１３によって制御される。信号発生器２２は、イミュニティ試験に必要な信号を生成する。信号としては、例えば、ＡＭ（Amplitude Modulation）変調またはパルス変調された信号が用いられる。生成された信号は、試験法で規定された電界強度を印加可能なレベルまで増幅器２１によって増幅される。増幅された信号は、アンテナ１１に給電され、アンテナ１１から空中に放射される。アンテナ１１から放射された電波は、空間を伝搬し、被試験装置２９に印加される。このとき、被試験装置２９の表面位置で電界強度が規定の範囲内にある領域を均一電界面と呼び、これを印加範囲とする。印加範囲の大きさは、アンテナ１１と被試験装置２９の表面との距離などに依存する。典型的には、印加範囲は正方形状であり、縦方向の寸法と横方向の寸法は同じである。

次に、放射イミュニティ試験装置１０の動作について説明する。
本実施形態では、アンテナ１１から電波を放射しながら、移動装置１２によりアンテナ１１を移動させる。例えば、被試験装置２９の表面の左上部分に対向するアンテナ１１を右に移動し、被試験装置２９の表面の右端部分に到達したら下に移動してさらに左に移動し、被試験装置２９の表面の左端部分に到達したら下に移動するなどのようにする。ここで、アンテナ１１を下に移動させる距離は、印加範囲の縦方向の寸法に一致する。このようにして、被試験装置２９の表面を網羅的に走査する。

電波を放射しながらアンテナ１１が横方向に移動すると、印加範囲１５も移動する。この際、制御装置１３によりアンテナ１１の移動速度を調整することで、被試験装置２９に規定の時間、規定強度の電界を印加することが可能になる。その速度は、図３に示すように、印加範囲の横方向の寸法をｌ[cm]、規定の時間をｔ[sec]とすると、ｌ／ｔ[cm/sec]である。この場合、印加範囲の右端が任意の線状領域３３に達してその左端が線状領域３３を脱するまでにｔ[sec]だけかかり、すなわち、線状領域３３にｔ[sec]の間電界が印加される。この場合、電界強度の分布も移動するため、印加される電界強度の分布は図４に示すようになり、場所による電界の横方向の強弱が相殺される。このため、高精度な制御が必要なのは、移動速度および上下の移動のみであり、横方向の位置制御に高精度な装置を必要としない。

図５は、本実施形態に係るアンテナ１１の移動範囲を例示している。図５に示されるように、被試験装置２９の端部にも規定の時間の間電界を印加するために、アンテナ１１は、アンテナ位置（具体的には放射面の中心位置）が被試験装置２９の端からｌ／２[cm]だけ外側の位置Ｐ１から、被試験装置２９の他端からｌ／２[cm]だけ外側の位置Ｐ２まで移動するように制御される。このようにすると、各部分領域の全域で、規定の時間の間、電界を印加することができる。また、アンテナ１１を縦方向に移動するときも、例えば、アンテナ１１が位置Ｐ２から位置Ｐ３へ下に移動するときも、アンテナ１１からの電波放射を停止する必要がなくなる。

本実施形態では、印加電界の横方向の強弱を相殺するためにアンテナ１１の移動を横方向しているが、これに限定されない。他の実施形態では、印加電界の縦方向の強弱を相殺するために、アンテナ１１の移動を縦方向にすることも可能である。

以上のように、本実施形態によれば、電波を放射した状態でアンテナが横方向に一定速度で移動するように制御される。これにより、試験範囲全体にわたって規定の時間の間、規定の電界強度を印加することが可能となり、放射源が電子機器の近傍で使用されることを想定した放射イミュニティ試験方法が可能となる。また、比較例のように試験範囲を分割した部分領域ごとにアンテナを停止して電波を規定の時間放射する試験を繰り返す必要がなくなることから、試験時間の短縮が可能となる。さらに、高精度な位置制御が不要となることから、安価な制御装置の使用が可能になり、かつ、試験範囲内で電界の印加が過剰になるまたは不足する領域がなくなる。さらに、均一電界面内での電界強度の偏差が相殺されることから、イミュニティを過大評価することが少なくなる。

なお、本発明は、上記各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、上記各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せにより種々の発明を形成できる。例えば、各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、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１０…放射イミュニティ試験装置、１１…アンテナ、１２…移動装置、１３…制御装置、１５…印加範囲、２１…増幅器、２２…信号発生器、２９…被試験装置、３…線状領域、６１…アンテナ、６９…被試験装置。

Claims

電波を放射する放射素子と、
互いに交差する第１の方向および第２の方向に前記放射素子を移動させる移動手段と、
前記電波を放射した状態で前記放射素子が前記第１の方向に一定速度で移動するように、前記移動手段を制御する制御手段と、
を備える放射イミュニティ試験装置。
前記制御手段は、試験範囲の一端から印加範囲の寸法の半分だけ外側から前記試験範囲の他端から前記印加範囲の寸法の半分だけ外側まで前記第１の方向に前記放射素子を移動させることと、前記印加範囲の寸法だけ前記第２の方向に前記放射素子を移動させることと、を行い、前記印加範囲は、前記放射素子と前記試験範囲との間の距離に基づいて設定される、請求項１に記載の放射イミュニティ試験装置。
前記電波の波長をλとすると、前記放射素子と試験範囲との距離がλ／２πより小さくなるように前記移動手段が設置される、請求項１に記載の放射イミュニティ試験装置。
電波を放射する放射素子と、互いに交差する第１の方向および第２の方向に前記放射素子を移動させる移動手段と、を備える放射イミュニティ試験装置によって実行される放射イミュニティ試験方法であって、
前記電波を放射した状態で前記放射素子が前記第１の方向に一定速度で移動するように、前記移動手段を制御する放射イミュニティ試験方法。
前記移動手段を制御することは、試験範囲の一端から印加範囲の寸法の半分だけ外側から前記試験範囲の他端から前記印加範囲の寸法の半分だけ外側まで前記第１の方向に前記放射素子を移動させることと、前記印加範囲の寸法だけ前記第２の方向に前記放射素子を移動させることと、を含み、前記印加範囲は、前記放射素子と前記試験範囲との間の距離に基づいて設定される、請求項４に記載の放射イミュニティ試験方法。
前記放射素子と試験範囲との距離がλ／２πより小さくなるように前記移動手段を設置することをさらに備え、λは前記電波の波長である、請求項４に記載の放射イミュニティ試験方法。