JP3169119U - 電界計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高安定な伝送を可能とし、電界センサヘッドの小型化も可能となる電界計測装置を提供すること。【解決手段】電波暗室１０などの電磁波を検出するエリア内に設定された被測定装置８から発生する電磁波の電界強度を測定する電界計測装置において、該エリア内に、アンテナ１と、マッハツェンダー型光導波路を有する光強度変調器（ヘッド部２）とを設けると共に、該アンテナの出力信号が該光強度変調器の変調電極に印加されており、該エリア外に、本体部６として、光源部と、受光部と、該光強度変調器からの出力光の光強度に基づき該光強度変調器に供給するＤＣバイアス電圧を制御するＤＣバイアス制御部とを設け、該光源部から光波を該光強度変調器に光ファイバ（４）によって導入し、該光強度変調器から光波を該受光部に光ファイバ（４）によって導出し、該ＤＣバイアス制御部からＤＣバイアス電圧を該光強度変調器に給電線（４）で供給することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本考案は、電界計測装置に関し、特に、電波暗室などの電磁波を検出するエリア内に設置された被測定装置から発生する電磁波の電界強度を測定する電界計測装置に関する。

各種の電子電気機器は、それ自体が発生する電磁波ノイズを所定値以下に制限する必要がある。これは、このような電磁波ノイズにより、他の電子電気機器が誤動作したり、これらの機器を扱う人体への影響を抑制するためである。

ＥＭＣ分野では、近年の電子電気機器の高速化や無線ＬＡＮなどの普及に伴い、ＧＨｚ帯にわたるＥＭＣ（電磁両立性）が重要となっている。特に、電子電気機器の放射するノイズを測定するエミッション（ＥＭＩ）測定では、電波暗室などの電磁波を検出するエリア内で被測定装置から放射される微小なノイズをアンテナで検出し、測定器に伝送する必要がある。

従来、ＥＭＩ測定では，アンテナからの出力信号はＲＦプリアンプと同軸ケーブルで構成される伝送線路を利用して伝送されている。しかしながら、例えば、１〜６ＧＨｚというＧＨｚ帯の電磁波ノイズを同軸ケーブルで伝送すると、出力信号の大半が同軸ケーブル内で失われ、測定が困難となる。特に、ＥＭＩ測定では、被測定装置から発生する電磁波ノイズは、そもそも信号レベルが微弱であり、測定器のノイズに埋もれることが危惧される。

また、電波暗室などの電磁波を検出する検出エリア内の測定空間（被測定装置とアンテナとの距離）が数ｍ〜十数ｍ程度であること考慮すると、電波暗室（検出エリア）のアンテナから検出エリア外の測定装置までの伝送距離は、数十ｍ程度を確保することが必要となる。これに対し、同軸ケーブルを利用してＧＨｚ帯の電気信号を伝送した場合、伝送距離は数ｍ程度となる。このため、受信アンテナと測定装置との間を近接させることが必要となり、場合によっては、電磁波を検出するエリア内に測定装置の一部が配置されるなど、測定の信頼性が低下すると共に、測定準備も煩雑化する。

これに対し、特許文献１に示すように、マッハツェンダー型光導波路を有する光強度変調器を電界センサヘッドに用いる技術が、提案されている。

通常、電界センサヘッドに光強度変調器を用いる場合には、光強度変調器に印加されるバイアス制御電圧などの電気信号が、新たなノイズ発生の原因となることを避けるため、特許文献２に示すように、光強度変調器にバイアス制御電圧を印加しない、所謂、バイアスフリーの光強度変調器が利用されている。

しかしながら、バイアスフリーの光強度変調器は、試験環境の温度変化や光強度変調器の固定手段の応力変動で、バイアス点調整精度が劣化し、信号出力レベルが変動するなど検出信号の伝送特性の劣化が生じる。また、光強度変調器の製造歩留まりの問題や、個別素子の動作点調整など追加的作業が発生し、コスト低減が難しい。さらに、バイアスフリーの光強度変調器は、特許文献２に示すように、バイアス点を調整する機械的構成を別途付加する必要があるため、電界センサヘッド部の小型化が困難となる。

特許第３４０４６０６号公報 特許第３０４９１９０号公報

本考案が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、高安定な伝送を可能とし、電界センサヘッドの小型化も可能となる電界計測装置を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る考案では、電磁波を検出するエリア内に設置された被測定装置から発生する微小なノイズからなる電磁波の電界強度を測定する電界計測装置において、該エリア内に、アンテナと、マッハツェンダー型光導波路を有する光強度変調器とを設け、該エリア外に、光源部と、受光部と、該光強度変調器からの出力光の光強度に基づき該光強度変調器に供給するＤＣバイアス電圧を制御するＤＣバイアス制御部とを設け、該光源部から光波を該光強度変調器に光ファイバによって導入し、該光強度変調器から光波を該受光部に光ファイバによって導出し、該アンテナの出力信号が該光強度変調器の変調電極に印加され、かつ、該ＤＣバイアス制御部からＤＣバイアス電圧を該光強度変調器に給電線で供給し、該光源部は、一定の光強度を有する定常光を出射し、該ＤＣバイアス制御部は、該出力光の光強度の平均値が一定化するようにＤＣバイアス電圧を設定することを特徴とする。

請求項２に係る考案では、請求項１に記載の電界計測装置において、該アンテナの出力信号を増幅する増幅器を該エリア内に設け、該エリア外に設けられた電源回路からＤＣ電圧が該増幅器に給電線により供給されていることを特徴とする。

請求項３に係る考案では、請求項１又は２に記載の電界計測装置において、該給電線には、交流信号遮断用のローパスフィルタが設けられていることを特徴とする。

請求項４に係る考案では、請求項１乃至３のいずれかに記載の電界計測装置において、該光強度変調器は光波の入射部と出射部とが同じとなる反射型変調器であり、該エリア内では該光源部から光波を該光強度変調器に導入する光ファイバと該光強度変調器から光波を該受光部に導出する光ファイバとは一本の光ファイバで構成され、該エリア外に設けられたサーキュレータにより、該光ファイバへ該光源部から入射する光波と該光ファイバから該受光部へ出射する光波とを分離することを特徴とする。

請求項１に係る考案により、電磁波を検出するエリア内に、アンテナと、マッハツェンダー型光導波路を有する光強度変調器とを設けると共に、該アンテナの出力信号が該光強度変調器の変調電極に印加されており、該エリア外に、光源部と、受光部と、該光強度変調器からの出力光の光強度に基づき該光強度変調器に供給するＤＣバイアス電圧を制御するＤＣバイアス制御部とを設け、該光源部から光波を該光強度変調器に光ファイバによって導入し、該光強度変調器から光波を該受光部に光ファイバによって導出し、該ＤＣバイアス制御部からＤＣバイアス電圧を該光強度変調器に給電線で供給するため、光強度変調器のバイアス点が常に適正な状態に維持され、温度変動など対しても伝送特性が安定する。しかも、電磁波を検出するエリア内に設置されるものは光強度変調器の本体のみなど必要最低限のものだけであり、従来のようなバイアス点調整用の機械的な構成も不要となるため、電界センサヘッドを小型化することも可能となる。さらに、電界センサヘッドを構成するアンテナや光強度変調器には、光ファイバやＤＣバイアス電圧用の給電線のみしか接続されておらず、光源部、受光部、さらにＤＣバイアス制御部などは電磁波を検出するエリア外に配置されるため、該エリア内での不要なノイズ放射も抑制することができ、より高精度な計測が可能となる。

また、請求項１に係る考案により、光源部は、一定の光強度を有する定常光を出射し、ＤＣバイアス制御部は、光強度変調器からの出力光の光強度の平均値が一定化するようにＤＣバイアス電圧を設定するため、バイアス点制御に際して、光変調器のバイアス点制御で多用されている低周波信号などの交流信号が不要となり、電磁波を検出するエリア内でのノイズ放射をより一層抑制することが可能となる。

請求項２に係る考案により、アンテナの出力信号を増幅する増幅器を電磁波を検出するエリア内に設け、該エリア外に設けられた電源回路からＤＣ電圧が該増幅器に給電線により供給されているため、アンテナからの出力信号の信号強度を高めて光強度変調器に印加することができるため、被測定装置からの電磁波ノイズをより高精度に検出することが可能となる。しかも、該増幅器には、ＤＣ電圧のみが印加されているため、電磁波を検出するエリア内でのノイズの放出源となることも無い。

請求項３に係る考案により、給電線には、交流信号遮断用のローパスフィルタが設けられているため、ノイズ放出の原因となる交流信号を電磁波を検出するエリアに持ち込むことを、より一層抑制することが可能となり、信頼性の高い電界計測装置を提供することが可能となる。

請求項４に係る考案により、光強度変調器は光波の入射部と出射部とが同じとなる反射型変調器であり、電磁波を検出するエリア内では光源部から光波を該光強度変調器に導入する光ファイバと該光強度変調器から光波を該受光部に導出する光ファイバとは一本の光ファイバで構成され、該エリア外に設けられたサーキュレータにより、該光ファイバへ該光源部から入射する光波と該光ファイバから該受光部へ出射する光波とを分離するため、光強度変調器と光ファイバとの接続作業の負担が軽減でき、しかも、エリア内で使用する光ファイバが１本で済むため、製造コストを低減することも可能となる。

本考案に係る電界計測装置を示す概略図である。 図１のヘッド部２と本体部６との構成の詳細を説明する図である。

以下、本考案を好適例を用いて詳細に説明する。
図１は、本考案に係る電界計測装置の概略を示す図である。電波暗室１０などの電磁波を検出するエリア内に設定された被測定装置（ＥＵＴ）８から発生する電磁波（波線矢印）の電界強度を測定する。符号９は、ターンテーブルなどの被測定装置を載置する載置台である。

本考案における「電磁波を検出するエリア」とは、電波暗室に限定されず、オープンサイトなど、被測定装置が発生する電磁波を検出するために、該被測定装置が設置されている空間を意味する。
また、「電磁波を検出するエリア」の外とは、被測定装置が発生する電磁波を計測する際に障害とならない領域を意味し、電波暗室の外部や、被測定装置から十分離れた場所、さらには、後述する測定室のように、本体部や測定器が収納され、機器から発生する電磁波が「電磁波を検出するエリア」に漏出することを遮断した空間であっても良い。
以下では、電波暗室及び測定室を例に説明する。

電波暗室１０内には、アンテナ１と、マッハツェンダー型光導波路を有する光強度変調器が組み込まれたヘッド部２とが配置されている。アンテナ１の出力信号は、特許文献１又は２と同様に、光強度変調器の変調電極に印加され、マッハツェンダー型光導波路の屈折率を変化させる。この屈折率変化により、同光導波路を伝搬する光波の位相が変調され、マッハツェンダー型光導波路から出射する光波の光強度が変調される。符号３は、アンテナ１を所定の位置に配置する、アンテナ位置決め手段である。

光強度変調器は、電気光学効果を有する基板に光導波路及び変調電極を形成した進行波型光変調器が好適に利用可能である。電気光学効果を有する基板としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料などが利用することが可能である。マッハツェンダー型の光導波路は、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させたり、リッジ型の凸部を形成することにより、電気光学効果を有する基板上に形成できる。変調電極は、アンテナからの出力信号を印加する信号電極や接地電極から構成され、基板上に、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ_２等のバッファ層を設け、光導波路の上側に形成した電極による光波の吸収や散乱を抑制することも可能である。

光強度変調器のバイアス点の調整方法としては、上述した変調電極に、アンテナからの出力電圧にＤＣバイアス電圧を重畳して印加することにより、光強度変調器のバイアス点を調整することが可能である。また、変調電極以外にバイアス点制御用の電極を別途組込み、このような電極にＤＣバイアス電圧を印加するように構成することも可能である。

電波暗室１０の外部には、測定室１１が隣接され、該測定室１１内には、ヘッド部２をコントロールする計測装置の本体部６及び、ＥＭＩレシーバーなどの測定器７が設置されている。ヘッド部２と本体部６とは光ファイバや給電線などの複合線で接合されている。符号５は、給電線に設けられた交流信号遮断用のローパスフィルタであり、本体部６からヘッド部にＤＣバイアス電圧などを給電する際に、交流信号が電波暗室内に入り込まないよう構成されている。

図２は、ヘッド部２及び本体部６における構成を、より詳細に説明する図である。
ヘッド部２には、アンテナ１からの出力信号３１を導入し、該信号を増幅する増幅器２１が設けられている。増幅器２１で増幅された出力信号は、光強度変調器２２の変調電極に印加される。アンテナからの出力信号の信号強度を高めて光強度変調器に印加することができるため、被測定装置からの電磁波ノイズをより高精度に検出することが可能となる。

また、増幅器２１は、本体部６に設けられた電源回路６１により電力が供給されている。増幅器２１に印加される電圧は、ＤＣ電圧であり、給電線４１により供給される。このようにＤＣ電圧のみが供給されるため、電波暗室内でのノイズ発生が抑制される。さらに、ノイズの発生を効果的に抑制するため、必要に応じ、給電線４１にローパスフィルタ５１が配置される。

光強度変調器２２には、半導体レーザなどの光源部６２から出射する定常光が光ファイバ４２を利用して、導入されている。符号６３は、光源部６２を駆動する光源駆動回路である。光源部から導入された光波は、光強度変調器においてアンテナ１の出力信号に対応して強度変調を受け、光ファイバ４３を経て、受光部６４に導入される。受光部６４は、フォトダイオードなどの受光素子であり、光強度変調器の出力光の光強度に対応した検出信号３２を出力する。

検出信号３２は、図１の測定器７に導入され、被測定機器８のノイズ放出のレベル（強度，周波数など）が検出される。

本考案の電界計測装置では、光強度変調器２２のバイアス点調整を行なうため、バイアス制御回路が本体部６内に設けられている。光ファイバ４３を伝搬する光波の一部をフォトカプラーなどを利用して、符号３３のように取り出し、検出器６５により光強度変調器の出力光をモニタする。

図２では、光強度変調器の出力光を直接観察しているが、これ以外に、マッハツェンダー型光導波路の合波部から放出される放射モード光を利用する方法がある。これには、放射モード光を検出器６５まで導く光ファイバを、符号４３の光ファイバとは別に設ける必要がある。また、受光部６４の出力信号の一部を検出器６５の出力信号の替わりに用いることも可能である。

検出器６５の検出信号は、ＤＣバイアス制御部６６に導入され、検出信号が所定値（光強度変調器の出力光が所定強度）となるように、光強度変調器に印加するＤＣバイアス電圧を調整する。ＤＣバイアス電圧は、給電線４４を利用して印加され、必要に応じ、給電線の途中にはローパスフィルタが組み込まれ、電波暗室内でノイズが発生するのを抑制している。

光強度変調器の駆動電圧−光強度出力との関係曲線（Ｖπ変調曲線）は、正弦関数となるため、通常、最大光強度の１／２点がバイアス点調整の中心となる。当然、バイアスの中心点は、このような１／２点に限らず、受光部６４のショットノイズとの兼ね合いで、１／２点より低い強度レベルを採用することも可能である。

電界計測を行なう前には、必要に応じて、バイアス点調整が行なわれ、具体的には、光源部６２から光波を光強度変調器に導入し、該光強度変調器に印加するバイアス電圧を掃引し、モニタ光の出力レベルが最高となる値を計測し、該最高値の１／２の値を示すバイアス電圧を見出す。

このように、バイアス点を調整するため、従来の光変調器のバイアス点制御で多用されている低周波信号などの交流信号が不要となり、電波暗室内でのノイズ放射をより一層抑制することが可能となる。

また、必要に応じ、光源部が出力する光波の光強度が変化する場合には、該強度変化も考慮して、バイアス点調整が、該光源部の変動で誤動作しないよう調整することも可能である。光源部からの光波をモニタにするには、上述したようなフォトカプラーを光ファイバ４２にも設けることが可能である。また、光源部が半導体レーザの場合には、バックビームを検出することも可能である。

このように、電波暗室内に設置されるヘッド部２に、光強度変調器や増幅器など必要最低限の部材から設けられていないため、ヘッド部を小型化できる。さらに、ヘッド部２と本体部６とは、光ファイバ及びＤＣ電圧を供給する給電線のみで接続されているため、同軸ケーブルなどと比較しても、格段に長距離かつ低損失な伝送が可能となる。

以上の説明では、光強度変調器のマッハツェンダー型光導波路として、入射用導波路、該入射用導波路から２つの分岐導波路に分岐し、さらに２つの分岐導波路を合流させて出射用光導波路に繋がる、通常のマッハツェンダー型光導波路を中心に説明した。しかしながら、本考案に利用される光強度変調器は、２つの分岐導波路の途中に反射手段を設け、反射した光波が分岐導波路を逆行し、再び入射用導波路から出射するよう構成される、所謂、「反射型変調器」であっても良い。このような反射型変調器を用いる場合には、本体部とヘッド部とを接合する光ファイバは１本のみで良く、本体部に光ファイバに接続するサーキュレータを設け、光ファイバへ光源部から入射する光波と光ファイバから受光部へ出射する光波とを分離するよう構成することも可能である。

以上説明したように、本考案によれば、高安定な伝送を可能とし、電界センサヘッドの小型化も可能となる電界計測装置を提供することが可能となる。

１ アンテナ
２ ヘッド部
４ 複合線路（光ファイバと給電線）
５，５１，５２ ローパスフィルタ
６ 本体部
７ 測定器
８ 被測定装置
２１ 増幅器
２２ 光強度変調器
４２，４３ 光ファイバ
６１ 電源回路
６２ 光源
６３ 光源駆動回路
６４ 受光部
６５ 検出器
６６ ＤＣバイアス制御回路

Claims (4)

1. 電磁波を検出するエリア内に設置された被測定装置から発生する微小なノイズからなる電磁波の電界強度を測定する電界計測装置において、
   該エリア内に、アンテナと、マッハツェンダー型光導波路を有する光強度変調器とを設け、
   該エリア外に、光源部と、受光部と、該光強度変調器からの出力光の光強度に基づき該光強度変調器に供給するＤＣバイアス電圧を制御するＤＣバイアス制御部とを設け、
   該光源部から光波を該光強度変調器に光ファイバによって導入し、
   該光強度変調器から光波を該受光部に光ファイバによって導出し、
   該アンテナの出力信号が該光強度変調器の変調電極に印加され、かつ、該ＤＣバイアス制御部からＤＣバイアス電圧を該光強度変調器に給電線で供給し、該光源部は、一定の光強度を有する定常光を出射し、該ＤＣバイアス制御部は、該出力光の光強度の平均値が一定化するようにＤＣバイアス電圧を設定することを特徴とする電界計測装置。
2. 請求項１に記載の電界計測装置において、該アンテナの出力信号を増幅する増幅器を該エリア内に設け、該エリア外に設けられた電源回路からＤＣ電圧が該増幅器に給電線により供給されていることを特徴とする電界計測装置。
3. 請求項１又は２に記載の電界計測装置において、該給電線には、交流信号遮断用のローパスフィルタが設けられていることを特徴とする電界計測装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の電界計測装置において、該光強度変調器は光波の入射部と出射部とが同じとなる反射型変調器であり、該エリア内では該光源部から光波を該光強度変調器に導入する光ファイバと該光強度変調器から光波を該受光部に導出する光ファイバとは一本の光ファイバで構成され、該エリア外に設けられたサーキュレータにより、該光ファイバへ該光源部から入射する光波と該光ファイバから該受光部へ出射する光波とを分離することを特徴とする電界計測装置。

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