JP3489363B2 - 回路基板の電磁障害測定方法および測定装置 - Google Patents
回路基板の電磁障害測定方法および測定装置Info
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- JP3489363B2 JP3489363B2 JP34626996A JP34626996A JP3489363B2 JP 3489363 B2 JP3489363 B2 JP 3489363B2 JP 34626996 A JP34626996 A JP 34626996A JP 34626996 A JP34626996 A JP 34626996A JP 3489363 B2 JP3489363 B2 JP 3489363B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、印刷配線基板のよ
うな回路基板により生じる電磁障害（ＥＭＩ）を評価す
ることができる回路基板の電磁障害測定方法および測定
装置に関するものである。
うな回路基板により生じる電磁障害（ＥＭＩ）を評価す
ることができる回路基板の電磁障害測定方法および測定
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、印刷配線基板のような回路基板
を用いる機器では、回路基板の周囲に形成される電磁界
の影響を評価することが要求される。とくに、近年はマ
イクロプロセッサの普及によって回路基板を用いてパル
ス波形であるデジタル信号を伝送する機会が増加してお
り、しかもクロック周波数が年々上昇しているので、回
路基板からの電磁輻射が増加する傾向にある。あるいは
また、電源装置としてスイッチング電源やインバータ回
路が多用されており、この種の回路装置によっても電磁
輻射が増加する傾向にある。
を用いる機器では、回路基板の周囲に形成される電磁界
の影響を評価することが要求される。とくに、近年はマ
イクロプロセッサの普及によって回路基板を用いてパル
ス波形であるデジタル信号を伝送する機会が増加してお
り、しかもクロック周波数が年々上昇しているので、回
路基板からの電磁輻射が増加する傾向にある。あるいは
また、電源装置としてスイッチング電源やインバータ回
路が多用されており、この種の回路装置によっても電磁
輻射が増加する傾向にある。
【０００３】このような電磁輻射つまり電磁障害を評価
する際には、回路基板に対してある程度距離の離れた位
置（たとえば３ｍ）での電磁障害の程度を評価すること
が重要である。しかしながら、回路基板から離れた位置
の電磁障害の程度を直接測定しようとすれば大型の電波
暗室が必要になる。そこで、回路基板から比較的近い場
所で電磁波を測定し、測定値に基づいて回路基板から離
れた場所での電磁障害を予測することが考えられてい
る。
する際には、回路基板に対してある程度距離の離れた位
置（たとえば３ｍ）での電磁障害の程度を評価すること
が重要である。しかしながら、回路基板から離れた位置
の電磁障害の程度を直接測定しようとすれば大型の電波
暗室が必要になる。そこで、回路基板から比較的近い場
所で電磁波を測定し、測定値に基づいて回路基板から離
れた場所での電磁障害を予測することが考えられてい
る。
【０００４】この種の測定には、図１０および図１１に
示すように、回路基板１の周囲に形成される磁界の強さ
を測定する磁界プローブ８を用いるとともに、磁界プロ
ーブ８を回路基板１に対して走査する技術が考えられて
いる。つまり、測定対象となる回路基板１を取り付ける
基板設置台９ａと、磁界プローブ８を回路基板１に対し
て縦横に走査するプローブ走査装置９ｂとを備える測定
具９を用い、回路基板１の全体を磁界プローブ８で走査
するのである。磁界プローブ８の出力は微弱であるか
ら、磁気プローブ８の出力はプリアンプ６により増幅さ
れる。このようにして得られた測定値は、スペクトルア
ナライザ３により周波数分析され、スペクトルアナライ
ザ３により抽出された周波数成分と他の既知情報とを用
いて回路基板１から遠方の所望位置の電磁障害を予測す
るのである。この予測にはコンピュータ４のような演算
装置を用いる。
示すように、回路基板１の周囲に形成される磁界の強さ
を測定する磁界プローブ８を用いるとともに、磁界プロ
ーブ８を回路基板１に対して走査する技術が考えられて
いる。つまり、測定対象となる回路基板１を取り付ける
基板設置台９ａと、磁界プローブ８を回路基板１に対し
て縦横に走査するプローブ走査装置９ｂとを備える測定
具９を用い、回路基板１の全体を磁界プローブ８で走査
するのである。磁界プローブ８の出力は微弱であるか
ら、磁気プローブ８の出力はプリアンプ６により増幅さ
れる。このようにして得られた測定値は、スペクトルア
ナライザ３により周波数分析され、スペクトルアナライ
ザ３により抽出された周波数成分と他の既知情報とを用
いて回路基板１から遠方の所望位置の電磁障害を予測す
るのである。この予測にはコンピュータ４のような演算
装置を用いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した技術を採用す
れば、回路基板１上の電磁波の強度分布を知ることがで
きるが、実際には回路基板１の各部を流れる電流は時間
経過に伴って変化しており、当然ながら磁界プローブ８
によって回路基板１を走査している間にも電流は変化す
るから、上述のようにして得られた測定値を用いて回路
基板１から遠方の電磁障害を予測したとしても、回路基
板１全体の総合的な電磁障害の程度を予測するのは難し
いものである。また、磁界プローブ８を走査しなければ
ならないから、装置が複雑な構成になるとともに、装置
が大型化するという問題もある。
れば、回路基板１上の電磁波の強度分布を知ることがで
きるが、実際には回路基板１の各部を流れる電流は時間
経過に伴って変化しており、当然ながら磁界プローブ８
によって回路基板１を走査している間にも電流は変化す
るから、上述のようにして得られた測定値を用いて回路
基板１から遠方の電磁障害を予測したとしても、回路基
板１全体の総合的な電磁障害の程度を予測するのは難し
いものである。また、磁界プローブ８を走査しなければ
ならないから、装置が複雑な構成になるとともに、装置
が大型化するという問題もある。
【０００６】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、回路基板の近傍での測定値に基づい
て回路基板から遠方の任意の位置での電磁障害の程度を
予測できるようにし、しかも回路基板全体の総合的な電
磁障害の程度を精度よく予測できるようにした回路基板
の電磁障害測定方法および測定装置を提供することにあ
る。
あり、その目的は、回路基板の近傍での測定値に基づい
て回路基板から遠方の任意の位置での電磁障害の程度を
予測できるようにし、しかも回路基板全体の総合的な電
磁障害の程度を精度よく予測できるようにした回路基板
の電磁障害測定方法および測定装置を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、電磁
障害の測定対象となる回路基板の近傍に配置された電界
プローブを用いて回路基板の近傍に形成される電界の強
度を測定し、測定された電界の強度に電気双極子による
モデルを適用し回路基板に対して電界プローブよりも遠
方となる任意の位置の電磁障害を予測演算するものであ
る。この方法によれば、回路基板の近傍に配置した電界
プローブを用いるとともに電気双極子によるモデルを適
用して遠方の電磁障害を予測するのであり、大型の設備
が不要になるという利点があり、しかも後述するよう
に、電界の測定値を適用すると磁界の測定値を用いる場
合に比較して、回路基板の近傍から遠方まで適用可能な
電気双極子によるモデルを用いることが可能になり、結
果として精度のよい予測が可能になる。
障害の測定対象となる回路基板の近傍に配置された電界
プローブを用いて回路基板の近傍に形成される電界の強
度を測定し、測定された電界の強度に電気双極子による
モデルを適用し回路基板に対して電界プローブよりも遠
方となる任意の位置の電磁障害を予測演算するものであ
る。この方法によれば、回路基板の近傍に配置した電界
プローブを用いるとともに電気双極子によるモデルを適
用して遠方の電磁障害を予測するのであり、大型の設備
が不要になるという利点があり、しかも後述するよう
に、電界の測定値を適用すると磁界の測定値を用いる場
合に比較して、回路基板の近傍から遠方まで適用可能な
電気双極子によるモデルを用いることが可能になり、結
果として精度のよい予測が可能になる。
【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、電界プローブを無指向性としたものである。この方
法では、測定対象となる回路基板の方向性の影響を受け
にくく、誤差の発生が少なくなって、精度が一層高くな
るのである。請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、電界プローブを回路基板に対して定
位置に固定したものである。電界プローブを用いる場合
には、磁気プローブのような走査装置が不要であるか
ら、電界プローブを定位置に固定して得た測定値に基づ
いて遠方での電磁障害を予測することができる。しかも
電界プローブを走査することなく定点で電界を測定する
から、短時間で測定することができる。
て、電界プローブを無指向性としたものである。この方
法では、測定対象となる回路基板の方向性の影響を受け
にくく、誤差の発生が少なくなって、精度が一層高くな
るのである。請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、電界プローブを回路基板に対して定
位置に固定したものである。電界プローブを用いる場合
には、磁気プローブのような走査装置が不要であるか
ら、電界プローブを定位置に固定して得た測定値に基づ
いて遠方での電磁障害を予測することができる。しかも
電界プローブを走査することなく定点で電界を測定する
から、短時間で測定することができる。
【０００９】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、回路基板の中心を通り回路基板の表面に直交する線
上に電界プローブを配置したものである。この方法は、
各種回路基板に対してほぼ同じ条件を設定することにな
り、結果的に再現性が高くなるのである。請求項５の発
明は、請求項４の発明において、電界プローブにより検
出される電界の強度を、電気双極子の中心と電界プロー
ブの中心と回路基板の中心とを含む平面内において電気
双極子と電界プローブの中心とを結ぶ直線に直交する成
分とみなし、回路基板に対して電界プローブよりも遠方
となる任意の位置の電磁障害を予測演算するものであ
る。この方法によれば、電気双極子によるモデルと予測
値との関係が明確に規定されることになり、求めた予測
値の意味付けによって予測誤差の程度も明確になる。
て、回路基板の中心を通り回路基板の表面に直交する線
上に電界プローブを配置したものである。この方法は、
各種回路基板に対してほぼ同じ条件を設定することにな
り、結果的に再現性が高くなるのである。請求項５の発
明は、請求項４の発明において、電界プローブにより検
出される電界の強度を、電気双極子の中心と電界プロー
ブの中心と回路基板の中心とを含む平面内において電気
双極子と電界プローブの中心とを結ぶ直線に直交する成
分とみなし、回路基板に対して電界プローブよりも遠方
となる任意の位置の電磁障害を予測演算するものであ
る。この方法によれば、電気双極子によるモデルと予測
値との関係が明確に規定されることになり、求めた予測
値の意味付けによって予測誤差の程度も明確になる。
【００１０】請求項６の発明は、電磁障害の測定対象と
なる回路基板の近傍の定位置に固定された電界プローブ
と、電界プローブにより測定された回路基板の近傍の電
界の強度に対して電気双極子によるモデルを適用し回路
基板に対して電界プローブよりも遠方となる任意の位置
の電磁障害を予測演算する演算手段とを備えるものであ
る。この構成によれば、回路基板の近傍に配置した電界
プローブを用いるとともに電気双極子によるモデルを適
用して遠方の電磁障害を予測するから、大型の設備が不
要になり、また、電気双極子によるモデルを用いること
によって回路基板の近傍の電界の測定により回路基板の
遠方まで精度のよい予測が可能になるのである。
なる回路基板の近傍の定位置に固定された電界プローブ
と、電界プローブにより測定された回路基板の近傍の電
界の強度に対して電気双極子によるモデルを適用し回路
基板に対して電界プローブよりも遠方となる任意の位置
の電磁障害を予測演算する演算手段とを備えるものであ
る。この構成によれば、回路基板の近傍に配置した電界
プローブを用いるとともに電気双極子によるモデルを適
用して遠方の電磁障害を予測するから、大型の設備が不
要になり、また、電気双極子によるモデルを用いること
によって回路基板の近傍の電界の測定により回路基板の
遠方まで精度のよい予測が可能になるのである。
【００１１】
【発明の実施の形態】本実施形態では回路基板１の周囲
の電磁障害を評価するための測定値を得る装置として、
図１に示すように、回路基板１に対して定位置に固定さ
れた電界プローブ２と、電界プローブ２の出力を周波数
分析するスペクトルアナライザ３と、スペクトルアナラ
イザ３で求めた各周波数ごとのレベルに基づいて回路基
板１から離れた任意の位置での電磁障害を予測する演算
装置としてのコンピュータ４とを用いている。電界プロ
ーブ２は無指向性のものを用いており、回路基板１の中
心を通り回路基板１の表面に直交する直線上の定位置に
固定台５によって固定されている。この距離については
後述する。また、電界プローブ２の出力は微小であるか
ら、プリアンプ６を通して増幅した後にスペクトルアナ
ライザ３に入力する。ちなみに、スペクトルアナライザ
３とコンピュータ４との間の接続はとくに制限されるも
のではないが、データ伝送速度が比較的速く、しかも測
定器用のインタフェースとして普及しているＧＰＩＢ規
格のケーブル７を用いている。
の電磁障害を評価するための測定値を得る装置として、
図１に示すように、回路基板１に対して定位置に固定さ
れた電界プローブ２と、電界プローブ２の出力を周波数
分析するスペクトルアナライザ３と、スペクトルアナラ
イザ３で求めた各周波数ごとのレベルに基づいて回路基
板１から離れた任意の位置での電磁障害を予測する演算
装置としてのコンピュータ４とを用いている。電界プロ
ーブ２は無指向性のものを用いており、回路基板１の中
心を通り回路基板１の表面に直交する直線上の定位置に
固定台５によって固定されている。この距離については
後述する。また、電界プローブ２の出力は微小であるか
ら、プリアンプ６を通して増幅した後にスペクトルアナ
ライザ３に入力する。ちなみに、スペクトルアナライザ
３とコンピュータ４との間の接続はとくに制限されるも
のではないが、データ伝送速度が比較的速く、しかも測
定器用のインタフェースとして普及しているＧＰＩＢ規
格のケーブル７を用いている。
【００１２】ところで、本発明者らは、従来用いられて
いた磁界プローブに代えて電気プローブ２を用いるため
に、図２（ａ）のようなループ状（ここでは、５ｃｍ×
８ｃｍの矩形状とし、一方の長辺の中央部から高周波電
流を供給している）や図２（ｂ）のような平行２線状
（ここでは、各１５ｃｍとして一端部間に５０Ωのイン
ピーダンス要素１４を接続してある。）などの簡単な回
路パターンを回路基板１である印刷配線基板に形成し、
表面電流プローブ（トロイダルコアを半割にしたものに
巻線を設けたものをセンサとして巻線への誘起電圧を測
定するもの）を用いてコモンモード電流とノーマルモー
ド電流とを測定した。この実験では３０ＭＨｚ〜１ＧＨ
ｚの電流を回路パターンに流し、回路基板１から３ｍ離
れた場所での輻射レベルを予測することを考えた。この
ような実験によって、輻射の発生機構として電気双極子
を用いたモデルを想定すると実測値に対して、よい予測
値を与えることができるという知見を得ることができ
た。すなわち、電磁波の放射機構として電気双極子のモ
ーメントの時間変化によるモデルを採用し、回路基板１
に対してこのモデルを適用した場合によい予測値を得る
ことができることがわかった。
いた磁界プローブに代えて電気プローブ２を用いるため
に、図２（ａ）のようなループ状（ここでは、５ｃｍ×
８ｃｍの矩形状とし、一方の長辺の中央部から高周波電
流を供給している）や図２（ｂ）のような平行２線状
（ここでは、各１５ｃｍとして一端部間に５０Ωのイン
ピーダンス要素１４を接続してある。）などの簡単な回
路パターンを回路基板１である印刷配線基板に形成し、
表面電流プローブ（トロイダルコアを半割にしたものに
巻線を設けたものをセンサとして巻線への誘起電圧を測
定するもの）を用いてコモンモード電流とノーマルモー
ド電流とを測定した。この実験では３０ＭＨｚ〜１ＧＨ
ｚの電流を回路パターンに流し、回路基板１から３ｍ離
れた場所での輻射レベルを予測することを考えた。この
ような実験によって、輻射の発生機構として電気双極子
を用いたモデルを想定すると実測値に対して、よい予測
値を与えることができるという知見を得ることができ
た。すなわち、電磁波の放射機構として電気双極子のモ
ーメントの時間変化によるモデルを採用し、回路基板１
に対してこのモデルを適用した場合によい予測値を得る
ことができることがわかった。
【００１３】しかしながら、上述のような電流の測定に
よって遠方（たとえば、回路基板１から３ｍの位置）の
輻射レベルを予測しようとすると、回路基板１に形成さ
れる回路パターンによっては予測が難しい場合がある。
たとえば、両面基板であって一面に回路パターンが形成
され他面は回路パターンを形成していない銅箔で覆われ
ている場合や、回路パターンの周囲がアースパターンで
囲まれているような場合には、電気双極子の簡単なモデ
ルでは予測が難しいことがわかった。
よって遠方（たとえば、回路基板１から３ｍの位置）の
輻射レベルを予測しようとすると、回路基板１に形成さ
れる回路パターンによっては予測が難しい場合がある。
たとえば、両面基板であって一面に回路パターンが形成
され他面は回路パターンを形成していない銅箔で覆われ
ている場合や、回路パターンの周囲がアースパターンで
囲まれているような場合には、電気双極子の簡単なモデ
ルでは予測が難しいことがわかった。
【００１４】たとえば、図２（ａ）や図３に示すような
５ｃｍ×８ｃｍの矩形ループ状の回路パターン１１を一
面に形成し、他面のほぼ全面に銅箔の接地導体１２を設
けた回路基板１を用い、３ｍの距離での予測値と実測値
とを比較したところ、図４に示すような結果が得られ
た。予測値は最大値（一点鎖線）と最小値（破線）とを
求めた。また、図の実線は実測値を示す。図４によりわ
かるように、上述した電流測定からの予測では、実測値
が予測値の最大値と最小値との間に収まらない箇所があ
り、図３のような比較的簡単な回路であっても予測値が
実測値に一致しないことがあるから、実際に電子部品を
実装した複雑な回路パターンのものを予測するのは困難
であると言える。
５ｃｍ×８ｃｍの矩形ループ状の回路パターン１１を一
面に形成し、他面のほぼ全面に銅箔の接地導体１２を設
けた回路基板１を用い、３ｍの距離での予測値と実測値
とを比較したところ、図４に示すような結果が得られ
た。予測値は最大値（一点鎖線）と最小値（破線）とを
求めた。また、図の実線は実測値を示す。図４によりわ
かるように、上述した電流測定からの予測では、実測値
が予測値の最大値と最小値との間に収まらない箇所があ
り、図３のような比較的簡単な回路であっても予測値が
実測値に一致しないことがあるから、実際に電子部品を
実装した複雑な回路パターンのものを予測するのは困難
であると言える。
【００１５】そこで、本発明者らは、電界プローブ２を
用いて回路基板１の近傍での電界を測定すれば、電気双
極子モデルを適用して高い精度で予測値を与えることが
できるという仮説を立て、これを検証するための実験を
行なった。電界プローブ２としては無指向性のもの（米
ＥＭＣＯ社製：近傍電界プローブ、モデル７４０５−９
０４、３．６ｃｍボール型）を用い、回路基板１からの
距離（電気双極子の中心からの距離）を３段階（５ｃ
ｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍ）に変え、他の条件は同じにし
て電界を測定し、その結果から予測値を算出した。ま
た、回路パターン１１は図２（ａ）、図３に示すものと
同じものを用いた。その結果を図５に示す。図５から明
らかなように、図４に示した予測値に比較するとかなり
よい予測値が得られていることがわかる。とくに、１０
ｃｍ（二点鎖線）の距離に設定した場合に実測値（実
線）との一致の程度が高いことがわかる。ここに、図５
の一点鎖線は５ｃｍ、破線は２０ｃｍの場合を示す。
用いて回路基板１の近傍での電界を測定すれば、電気双
極子モデルを適用して高い精度で予測値を与えることが
できるという仮説を立て、これを検証するための実験を
行なった。電界プローブ２としては無指向性のもの（米
ＥＭＣＯ社製：近傍電界プローブ、モデル７４０５−９
０４、３．６ｃｍボール型）を用い、回路基板１からの
距離（電気双極子の中心からの距離）を３段階（５ｃ
ｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍ）に変え、他の条件は同じにし
て電界を測定し、その結果から予測値を算出した。ま
た、回路パターン１１は図２（ａ）、図３に示すものと
同じものを用いた。その結果を図５に示す。図５から明
らかなように、図４に示した予測値に比較するとかなり
よい予測値が得られていることがわかる。とくに、１０
ｃｍ（二点鎖線）の距離に設定した場合に実測値（実
線）との一致の程度が高いことがわかる。ここに、図５
の一点鎖線は５ｃｍ、破線は２０ｃｍの場合を示す。
【００１６】また、図２（ｂ）の回路パターン１１につ
いて同様の測定を行ない、予測値を求めたところ図８の
ような結果が得られた。図８においても実線は実測値、
二点鎖線は１０ｃｍ、一点鎖線は５ｃｍ、破線は２０ｃ
ｍの測定値に基づく予測値を示す。図８によれば、この
回路パターン１１でもよい精度で予測することができ、
しかも１０ｃｍの距離で電界を測定したときにもっとも
よい予測値が得られていることがわかる。
いて同様の測定を行ない、予測値を求めたところ図８の
ような結果が得られた。図８においても実線は実測値、
二点鎖線は１０ｃｍ、一点鎖線は５ｃｍ、破線は２０ｃ
ｍの測定値に基づく予測値を示す。図８によれば、この
回路パターン１１でもよい精度で予測することができ、
しかも１０ｃｍの距離で電界を測定したときにもっとも
よい予測値が得られていることがわかる。
【００１７】予測値は図６のような球座標を考え、電気
双極子１３の中心を原点、電流の向きをＺ軸方向の正の
向き、電気双極子１３の電流振幅をＩ、電気双極子１３
の長さをdlとして求めた。いま、電気双極子１３の電流
が周波数ｆ（＝ｃ／λ0 ：ｃは光速、λ0 は波長）の正
弦波状に変化するものとして、誘電率および透磁率が一
様とみなせる空気中で測定し、波数をβ0 ＝２π／
λ0 、真空におけるインピーダンスをη0 ＝（μ0 ／ε
0 ）1/2 （μ0 は真空の透磁率、ε0 は真空の誘電率）
とおけば、上述の球座標空間における点（ｒ，θ，φ）
の電界と磁界とは数１のように表されることが知られて
いる。ただし、ｃは光速である。
双極子１３の中心を原点、電流の向きをＺ軸方向の正の
向き、電気双極子１３の電流振幅をＩ、電気双極子１３
の長さをdlとして求めた。いま、電気双極子１３の電流
が周波数ｆ（＝ｃ／λ0 ：ｃは光速、λ0 は波長）の正
弦波状に変化するものとして、誘電率および透磁率が一
様とみなせる空気中で測定し、波数をβ0 ＝２π／
λ0 、真空におけるインピーダンスをη0 ＝（μ0 ／ε
0 ）1/2 （μ0 は真空の透磁率、ε0 は真空の誘電率）
とおけば、上述の球座標空間における点（ｒ，θ，φ）
の電界と磁界とは数１のように表されることが知られて
いる。ただし、ｃは光速である。
【００１８】
【数１】
【００１９】数１において電界強度、磁界強度、電流の
上の山形記号（＾）はベクトルを意味する。また、数１
に示した成分以外の電界および磁界はすべて０になる。
ここで、数１の３つの式のうち最下段である第３式は磁
界の強度を表しており、本発明では採用しないのである
から、上の２式のいずれかを予測式として用いることに
なる。しかしながら、第２式により表される電界強度の
ｒ方向成分については、距離ｒに関する項が１／ｒ2 と
１／ｒ3 としかなく、遠方ではこれらの成分はほとんど
寄与しなくなるから、採用することができない。つま
り、回路基板１から遠方での電磁波の予測には数１の最
上段である第１式を用いて電界強度のθ成分を測定する
ことになる。第１式によれば、回路基板１から近距離の
範囲では１／ｒ3 の成分が支配的であり、回路基板１か
ら遠方になると１／ｒの成分が支配的になる。
上の山形記号（＾）はベクトルを意味する。また、数１
に示した成分以外の電界および磁界はすべて０になる。
ここで、数１の３つの式のうち最下段である第３式は磁
界の強度を表しており、本発明では採用しないのである
から、上の２式のいずれかを予測式として用いることに
なる。しかしながら、第２式により表される電界強度の
ｒ方向成分については、距離ｒに関する項が１／ｒ2 と
１／ｒ3 としかなく、遠方ではこれらの成分はほとんど
寄与しなくなるから、採用することができない。つま
り、回路基板１から遠方での電磁波の予測には数１の最
上段である第１式を用いて電界強度のθ成分を測定する
ことになる。第１式によれば、回路基板１から近距離の
範囲では１／ｒ3 の成分が支配的であり、回路基板１か
ら遠方になると１／ｒの成分が支配的になる。
【００２０】そこで、回路基板１の近くで電界プローブ
２により電界強度のθ方向成分を測定し、既知であるη
0 、β0 、ｒを数１の第１式に代入すれば、電気双極子
モーメント（大きさはＩdl cosωｔ／ω）に対応したＩ
dl sinθを求めることができる。Ｉdl sinθを求めた後
に、回路基板１から遠方に位置する所望の距離ｒを数１
の第１式に与えると、遠方での電界強度を求めることが
できる。
２により電界強度のθ方向成分を測定し、既知であるη
0 、β0 、ｒを数１の第１式に代入すれば、電気双極子
モーメント（大きさはＩdl cosωｔ／ω）に対応したＩ
dl sinθを求めることができる。Ｉdl sinθを求めた後
に、回路基板１から遠方に位置する所望の距離ｒを数１
の第１式に与えると、遠方での電界強度を求めることが
できる。
【００２１】ところで、上述したモデルのように電気双
極子１３の電流の向きをＺ軸方向とすれば、電界強度の
θ方向成分はＸＹ平面（θ＝π／２）上で最大になる。
また、Ｚ軸（θ＝０）上では最小になる。つまり、他の
条件が同じであれば sinθに応じて大きさが変化する。
このことから、電気双極子１３に対してＺ軸方向に電界
プローブ２を配置しても目的を達成できないことがわか
る。ただし、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向についてはとくに制限
は生じない。以上のことから、簡単な回路パターン１１
については予測値と実測値とがよく一致するという結論
を得ることができた（３０〜７００ＭＨｚで７ｄＢ以
内）。
極子１３の電流の向きをＺ軸方向とすれば、電界強度の
θ方向成分はＸＹ平面（θ＝π／２）上で最大になる。
また、Ｚ軸（θ＝０）上では最小になる。つまり、他の
条件が同じであれば sinθに応じて大きさが変化する。
このことから、電気双極子１３に対してＺ軸方向に電界
プローブ２を配置しても目的を達成できないことがわか
る。ただし、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向についてはとくに制限
は生じない。以上のことから、簡単な回路パターン１１
については予測値と実測値とがよく一致するという結論
を得ることができた（３０〜７００ＭＨｚで７ｄＢ以
内）。
【００２２】上述のモデルは簡単な回路パターン１１に
対して設定したが、実際に電子部品を実装した回路で
は、図７のように電流の大きさや長さが異なるととも
に、電流の向きが異なる多数の電気双極子１３が生じる
と考えられる。ただし、電気双極子１３は回路基板１に
沿って形成されるから、すべての電気双極子１３により
形成される電界についてθ方向成分に相当する電界強度
を測定しようとすれば、電界プルーブ２は回路基板１の
平面内ではない場所に配置することが必要である。そこ
で、回路基板１をＹＺ平面とするときに、回路基板１へ
の電子部品の実装面側で回路基板１からＸ方向に離れた
位置に電界プローブ２を配置する。このように電界プル
ーブ２を配置することによって、どの電気双極子１３に
ついてもθ方向成分に相当する電界強度を測定すること
が可能になる。このような考えに基づいてマイクロプロ
セッサを実装した制御用の回路基板１やネットワーク構
築用の回路を実装した回路基板１についても同様の測定
を行ない、予測値を求めたところ、図９に示すように、
よい予測値を得ることができた。とくに１００ＭＨｚ〜
１ＧＨｚの範囲ではよい予測値を得ることができた。図
９において実線は実測値、二点鎖線は１０ｃｍ、一点鎖
線は５ｃｍ、破線は２０ｃｍでの測定に基づいた予測値
を示す。各電気双極子１３の周囲の電界強度のθ方向成
分を考え、各電気双極子１３はＹ軸方向とＺ軸方向との
いずれかを向いているものとしたときに、数２のような
関係を得ることができる。
対して設定したが、実際に電子部品を実装した回路で
は、図７のように電流の大きさや長さが異なるととも
に、電流の向きが異なる多数の電気双極子１３が生じる
と考えられる。ただし、電気双極子１３は回路基板１に
沿って形成されるから、すべての電気双極子１３により
形成される電界についてθ方向成分に相当する電界強度
を測定しようとすれば、電界プルーブ２は回路基板１の
平面内ではない場所に配置することが必要である。そこ
で、回路基板１をＹＺ平面とするときに、回路基板１へ
の電子部品の実装面側で回路基板１からＸ方向に離れた
位置に電界プローブ２を配置する。このように電界プル
ーブ２を配置することによって、どの電気双極子１３に
ついてもθ方向成分に相当する電界強度を測定すること
が可能になる。このような考えに基づいてマイクロプロ
セッサを実装した制御用の回路基板１やネットワーク構
築用の回路を実装した回路基板１についても同様の測定
を行ない、予測値を求めたところ、図９に示すように、
よい予測値を得ることができた。とくに１００ＭＨｚ〜
１ＧＨｚの範囲ではよい予測値を得ることができた。図
９において実線は実測値、二点鎖線は１０ｃｍ、一点鎖
線は５ｃｍ、破線は２０ｃｍでの測定に基づいた予測値
を示す。各電気双極子１３の周囲の電界強度のθ方向成
分を考え、各電気双極子１３はＹ軸方向とＺ軸方向との
いずれかを向いているものとしたときに、数２のような
関係を得ることができる。
【００２３】
【数２】
【００２４】数２においてＭａｘ（Ａ，Ｂ）は、ＡとＢ
との大きいほうという意味である。数２によれば、Ｙ軸
方向とＺ軸方向との各電気双極子１３の電界強度のθ方
向成分の総和の平方和の平行根は、総和のうちの大きい
ほうの値の２の平方根倍以下になるのであるから、これ
をデシベルに換算すれば、誤差は高々３ｄＢ（≒１０lo
g（２）1/2 ）であると言える。
との大きいほうという意味である。数２によれば、Ｙ軸
方向とＺ軸方向との各電気双極子１３の電界強度のθ方
向成分の総和の平方和の平行根は、総和のうちの大きい
ほうの値の２の平方根倍以下になるのであるから、これ
をデシベルに換算すれば、誤差は高々３ｄＢ（≒１０lo
g（２）1/2 ）であると言える。
【００２５】以上の結果、電子部品を実装した回路基板
１においても、回路基板１とは異なる面内で回路基板１
の近傍に配置した電界プローブ２を用いて電界強度を測
定することにより測定値を数１の第１式に代入して未知
数を決定し、回路基板１の遠方における電界強度を予測
することができるのである。また、この予測値は実測値
によく一致するから、電磁障害のレベルの評価に有用で
ある。
１においても、回路基板１とは異なる面内で回路基板１
の近傍に配置した電界プローブ２を用いて電界強度を測
定することにより測定値を数１の第１式に代入して未知
数を決定し、回路基板１の遠方における電界強度を予測
することができるのである。また、この予測値は実測値
によく一致するから、電磁障害のレベルの評価に有用で
ある。
【００２６】
【発明の効果】請求項１の発明は、電磁障害の測定対象
となる回路基板の近傍に配置された電界プローブを用い
て回路基板の近傍に形成される電界の強度を測定し、測
定された電界の強度に電気双極子によるモデルを適用し
回路基板に対して電界プローブよりも遠方となる任意の
位置の電磁障害を予測演算するものであり、回路基板の
近傍に配置した電界プローブを用いるとともに電気双極
子によるモデルを適用して遠方の電磁障害を予測するの
で、大型の設備が不要になるという利点があり、しか
も、電界の測定値を適用すると磁界の測定値を用いる場
合に比較して、回路基板の近傍から遠方まで適用可能な
電気双極子によるモデルを用いることが可能になるか
ら、精度のよい予測が可能になるという利点がある。
となる回路基板の近傍に配置された電界プローブを用い
て回路基板の近傍に形成される電界の強度を測定し、測
定された電界の強度に電気双極子によるモデルを適用し
回路基板に対して電界プローブよりも遠方となる任意の
位置の電磁障害を予測演算するものであり、回路基板の
近傍に配置した電界プローブを用いるとともに電気双極
子によるモデルを適用して遠方の電磁障害を予測するの
で、大型の設備が不要になるという利点があり、しか
も、電界の測定値を適用すると磁界の測定値を用いる場
合に比較して、回路基板の近傍から遠方まで適用可能な
電気双極子によるモデルを用いることが可能になるか
ら、精度のよい予測が可能になるという利点がある。
【００２７】請求項２の発明のように、電界プローブを
無指向性としたものでは、測定対象となる回路基板の方
向性の影響を受けにくく、誤差の発生が少なくなって、
精度が一層高くなるという利点がある。請求項３の発明
のように、電界プローブを回路基板に対して定位置に固
定したものでは、磁気プローブのような走査装置が不要
であるから、電界プローブを定位置に固定して得た測定
値に基づいて遠方での電磁障害を予測することができる
という利点がある。しかも電界プローブを走査すること
なく定点で電界を測定するから、短時間で測定すること
ができるという利点がある。
無指向性としたものでは、測定対象となる回路基板の方
向性の影響を受けにくく、誤差の発生が少なくなって、
精度が一層高くなるという利点がある。請求項３の発明
のように、電界プローブを回路基板に対して定位置に固
定したものでは、磁気プローブのような走査装置が不要
であるから、電界プローブを定位置に固定して得た測定
値に基づいて遠方での電磁障害を予測することができる
という利点がある。しかも電界プローブを走査すること
なく定点で電界を測定するから、短時間で測定すること
ができるという利点がある。
【００２８】請求項４の発明のように、回路基板の中心
を通り回路基板の表面に直交する線上に電界プローブを
配置したものでは、各種回路基板に対してほぼ同じ条件
を設定することになり、結果的に再現性が高くなるとい
う利点がある。請求項５の発明のように、電界プローブ
により検出される電界の強度を、電気双極子の中心と電
界プローブの中心と回路基板の中心とを含む平面内にお
いて電気双極子と電界プローブの中心とを結ぶ直線に直
交する成分とみなし、回路基板に対して電界プローブよ
りも遠方となる任意の位置の電磁障害を予測演算するも
のでは、電気双極子によるモデルと予測値との関係が明
確に規定されることになり、求めた予測値の意味付けに
よって予測誤差の程度も明確になるという利点がある。
を通り回路基板の表面に直交する線上に電界プローブを
配置したものでは、各種回路基板に対してほぼ同じ条件
を設定することになり、結果的に再現性が高くなるとい
う利点がある。請求項５の発明のように、電界プローブ
により検出される電界の強度を、電気双極子の中心と電
界プローブの中心と回路基板の中心とを含む平面内にお
いて電気双極子と電界プローブの中心とを結ぶ直線に直
交する成分とみなし、回路基板に対して電界プローブよ
りも遠方となる任意の位置の電磁障害を予測演算するも
のでは、電気双極子によるモデルと予測値との関係が明
確に規定されることになり、求めた予測値の意味付けに
よって予測誤差の程度も明確になるという利点がある。
【００２９】請求項６の発明は、電磁障害の測定対象と
なる回路基板の近傍の定位置に固定された電界プローブ
と、電界プローブにより測定された回路基板の近傍の電
界の強度に対して電気双極子によるモデルを適用し回路
基板に対して電界プローブよりも遠方となる任意の位置
の電磁障害を予測演算する演算手段とを備えるものであ
り、回路基板の近傍に配置した電界プローブを用いると
ともに電気双極子によるモデルを適用して遠方の電磁障
害を予測するので、大型の設備が不要になるという利点
があり、また、電気双極子によるモデルを用いることに
よって回路基板の近傍の電界の測定により回路基板の遠
方まで精度のよい予測が可能になるという利点がある。
なる回路基板の近傍の定位置に固定された電界プローブ
と、電界プローブにより測定された回路基板の近傍の電
界の強度に対して電気双極子によるモデルを適用し回路
基板に対して電界プローブよりも遠方となる任意の位置
の電磁障害を予測演算する演算手段とを備えるものであ
り、回路基板の近傍に配置した電界プローブを用いると
ともに電気双極子によるモデルを適用して遠方の電磁障
害を予測するので、大型の設備が不要になるという利点
があり、また、電気双極子によるモデルを用いることに
よって回路基板の近傍の電界の測定により回路基板の遠
方まで精度のよい予測が可能になるという利点がある。
【図１】本発明の実施形態に用いる装置の概略構成図で
ある。
ある。
【図２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のモデル作成に
用いた回路パターンの例を示す図である。
用いた回路パターンの例を示す図である。
【図３】本発明のモデルの概念図である。
【図４】図２（ａ）の回路パターンの電流測定による予
測結果を示す図である。
測結果を示す図である。
【図５】図２（ａ）の回路パターンの本発明方法での予
測結果を示す図である。
測結果を示す図である。
【図６】本発明のモデルと座標系との関係を示す図であ
る。
る。
【図７】本発明のモデルの概念図である。
【図８】図２（ｂ）の回路パターンの本発明方法での予
測結果を示す図である。
測結果を示す図である。
【図９】本発明方法による測定例を示す図である。
【図１０】従来例に用いる測定具を示す平面図である。
【図１１】従来例を示す概略構成図である。
１ 回路基板
２ 電界プローブ
４ コンピュータ
５ 固定台
１３ 電気双極子
フロントページの続き
(72)発明者 アダム ブリヴァント
イギリス国 ケーティー22 ７エスエー
サリーレザーヘッド クリーブロード
イーアールエー テクノロジー リミ
テッドイーエムシー アドバンスト プ
ロジェクツ デパートメント内
(72)発明者 ジョン エイチ デュア
イギリス国 ケーティー22 ７エスエー
サリーレザーヘッド クリーブロード
イーアールエー テクノロジー リミ
テッドイーエムシー アドバンスト プ
ロジェクツ デパートメント内
(72)発明者 吉田 和久
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工
株式会社内
(56)参考文献 特開 平７−311233（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01R 29/08
G06F 17/50
Claims (6)
- 【請求項１】 電磁障害の測定対象となる回路基板の近
傍に配置された電界プローブを用いて回路基板の近傍に
形成される電界の強度を測定し、測定された電界の強度
に電気双極子によるモデルを適用し回路基板に対して電
界プローブよりも遠方となる任意の位置の電磁障害を予
測演算することを特徴とする回路基板の電磁障害測定方
法。 - 【請求項２】 電界プローブは無指向性であることを特
徴とする請求項１記載の回路基板の電磁障害測定方法。 - 【請求項３】 電界プローブは回路基板に対して定位置
に固定されることを特徴とする請求項１または請求項２
記載の回路基板の電磁障害測定方法。 - 【請求項４】 回路基板の中心を通り回路基板の表面に
直交する線上に電界プローブを配置することを特徴とす
る請求項３記載の回路基板の電磁障害測定方法。 - 【請求項５】 電界プローブにより検出される電界の強
度を、電気双極子の中心と電界プローブの中心と回路基
板の中心とを含む平面内において電気双極子と電界プロ
ーブの中心とを結ぶ直線に直交する成分とみなし、回路
基板に対して電界プローブよりも遠方となる任意の位置
の電磁障害を予測演算することを特徴とする請求項４記
載の回路基板の電磁障害測定方法。 - 【請求項６】 電磁障害の測定対象となる回路基板の近
傍の定位置に固定された電界プローブと、電界プローブ
により測定された回路基板の近傍の電界の強度に対して
電気双極子によるモデルを適用し回路基板に対して電界
プローブよりも遠方となる任意の位置の電磁障害を予測
演算する演算手段とを備えることを特徴とする回路基板
の電磁障害測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34626996A JP3489363B2 (ja) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | 回路基板の電磁障害測定方法および測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34626996A JP3489363B2 (ja) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | 回路基板の電磁障害測定方法および測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10185973A JPH10185973A (ja) | 1998-07-14 |
| JP3489363B2 true JP3489363B2 (ja) | 2004-01-19 |
Family
ID=18382265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34626996A Expired - Fee Related JP3489363B2 (ja) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | 回路基板の電磁障害測定方法および測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3489363B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4925232B2 (ja) * | 2001-02-02 | 2012-04-25 | 株式会社バッファロー | 電界プローブ |
| ES2188408B1 (es) * | 2001-10-30 | 2004-10-16 | Fundacion Labein | Sistema de prediccion de las emisiones radiadas por un equipo electronico. |
| JP2010127698A (ja) * | 2008-11-26 | 2010-06-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 放射電磁波周波数推定装置および放射電磁波周波数推定方法 |
| JP6469388B2 (ja) | 2014-08-27 | 2019-02-13 | 株式会社デンソーテン | 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 |
| CN105929253B (zh) * | 2016-06-15 | 2018-10-02 | 北京航空航天大学 | 采用偶极矩模型对pcb电路电磁场进行反演的方法 |
| CN112834843B (zh) * | 2020-12-31 | 2023-12-19 | 江苏南高智能装备创新中心有限公司 | 一种射频集成电路近场电磁兼容性测试管理方法和系统 |
| CN113391205B (zh) * | 2021-07-19 | 2023-04-28 | 德丰电创科技股份有限公司 | 一种恒定磁场抗扰度验证装置和系统 |
| CN114859160A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-08-05 | 华能澜沧江水电股份有限公司 | 水电机组电磁干扰检测方法及系统、电子设备和存储介质 |
-
1996
- 1996-12-25 JP JP34626996A patent/JP3489363B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10185973A (ja) | 1998-07-14 |
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