JP3590932B2

JP3590932B2 - Ｅｍｉプローブ

Info

Publication number: JP3590932B2
Application number: JP2000282652A
Authority: JP
Inventors: 学大森; 万寿雄山田
Original assignee: Tokyo Metropolitan Government
Current assignee: Tokyo Metropolitan Government
Priority date: 2000-08-15
Filing date: 2000-08-15
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2020-08-15
Also published as: JP2002062323A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、誘電体層の片面のみに作成した１ターンループコイルの内側と外側を、それぞれコイル幅と同幅あるいは同幅以下の誘電体ギャップを隔てて金属面で囲み、囲んだ金属面の一部に磁界検出用スリットを設けた方形のコイル検出面３面を同軸上に、互いに６０度の角度で配置し、３面が捉えた検出波を合成する波形合成基板にあって、一面一対の整合抵抗を３組並列に接続し、この出力対端子とバラン入力対端子を接続し、更に、平衡不平衡変換用のバラン１個と一体化させた構造であり、電界の影響を抑制して、二次元方向の感度特性で放射ノイズを検出できるＥＭＩプローブと、
誘電体層の片面のみに作成した１ターンループコイルの内側と外側を、それぞれコイル幅と同幅あるいは同幅以下の誘電体ギャップを隔てて金属面で囲み、囲んだ金属面の一部に磁界検出用スリットを設けた台形のコイル検出面３面をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上に、互いに６０度の角度で配置し、３面が捉えた検出波を合成する波形合成基板にあって、一面一対の整合抵抗を３組並列に接続し、この出力対端子とバラン入力対端子を接続し、更に、平衡不平衡変換用のバラン１個と一体化させた構造であり、電界の影響を抑制して、三次元方向の感度特性で放射ノイズを検出できるＥＭＩプローブに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
磁界を検出して、放射ノイズを測定するＥＭＩプローブには、１ターンループコイル状の磁界検出ＥＭＩプローブが従来から知られている。このＥＭＩブローブは、銅線のような金属導体を１ターンのループコイル状に曲げ加工した構造で、電磁波がループコイル面に対してθ方向から入射した場合に、ＥＭＩプローブに誘起される電圧Ｖｍは、次式で表される。
Ｖｍ＝２πＮＡＥｃｏｓθ／λ （Ｖ）
ただし、Ｎは巻数、Ａはループコイル面積（ｍ^２）、Ｅは電界強度（Ｖ／ｍ）、λは波長（ｍ）である。
すなわち、最大誘起電圧は、電磁波とループコイル面とが直角（θ＝９０°）の場合に得られる。
【０００３】
しかしながら、ループコイルのみの測定では、電界の影響をうけることから、電界の影響を低減できるシールデッド型のＥＭＩループが、放射ノイズ測定には、多く使われている。
【０００４】
シールデッド型のＥＭＩループは、図６のような構造で、セミリジッド同軸ケーブル（Ｆ）の中心銅線（６１）と外部銅パイプ（６２）を利用して１ターンのループコイル状に加工されたもので、誘起電圧ＶｍをＲＦアンプに出力するためのＳＭＡ型コネクタ即ち不平衡出力端子（６３）、磁界検出用スリット（６０）及びループコイル短絡端（６４）からなっている。
【０００５】
だが、構造が短絡構造のために、不平衡出力端子（６３）側から見た特性インピーダンスが図７のようにｆ_Ｌ（１０ＭＨｚ）〜ｆ_Ｈ（１ＧＨｚ）にわたり不整合となり、反射係数Γがほぼ１の全反射が起きる。この反射波は、放射ノイズレベルを増幅するＲＦアンプを接続した場合に顕著に現れ、ＥＭＩプローブとＲＦアンプ間に定在波が発生し、測定誤差を与える。そのため、アッテネータをＥＭＩループとＲＦアンプ間に挿入して反射波の影響を抑制え、誤差を低減しているが、測定した放射ノイズレベルも低下する欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記のシールデッド型のＥＭＩプローブは、構造は簡単であるが、測定した放射ノイズを増幅する際に特性インピーダンスの不整合に起因する反射波の影響による誤差が問題であった。
【０００７】
本発明は、従来のシールデッド型のＥＭＩプローブが抱えていた特性インピーダンスの不整合による反射波の影響に伴う誤差を低減し、電子機器等からの放射ノイズの放射ノイズ源を迅速に特定し、同時に周波数分布特性も再現性よく測定できるＥＭＩプローブを解決目標とした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目標を達成するために、本発明に係わるＥＭＩプローブの放射ノイズ検出用のコイル検出面は、誘電体層の片面のみに作成した１ターンループコイルの内側と外側を、それぞれコイル幅と同幅か同幅以下の誘電体ギャップを隔てて金属面で囲み、囲んだ金属面の一部に磁界検出用スリットを設けた構成であり、
【０００９】
例えば、電界の影響を抑制して、二次元方向の放射ノイズに対する感度特性を得るには、方形のコイル検出面３面を同軸上に、互いに６０度の角度で配置した構造に形成させる。
【００１０】
また、電界の影響を抑制して、三次元方向の放射ノイズに対する感度特性を得るには、台形のコイル検出面３面をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上に、互いに６０度の角度で配置した構造に形成させる。
【００１１】
さらに、コイル検出面３面が捉えた検出波を合成し測定するために、１ターンループコイルの対端部分に一対のインピーダンス整合用の整合抵抗を配置させ、波形合成基板上で整合抵抗３組が並列になるよう配線接続して平衡対出力端子を設ける手段か、あるいは波形合成基板上に一面一対のインピーダンス整合用の整合抵抗３組を並列に配し、接続して平衡対出力端子を設ける手段のどちらか一方の手段により設けた、平衡対出力端子をバラン入力対端子と接続すると共に、平衡不平衡変換用のバラン１個と一体化する構造とすることで、放射ノイズ源の特定や放射ノイズの周波数分布特性を測定可能にした。
【００１２】
【作用】
本発明のＥＭＩプローブの放射ノイズ検出用のコイル検出面は、誘電体層の片面のみに作成した１ターンループコイルの内側と外側を、それぞれコイル幅と同幅か同幅以下の誘電体ギャップを隔てて金属面で囲み、囲んだ金属面の一部に磁界検出用スリットを設けた構成であり、二次元方向の放射ノイズを測るには、方形のコイル検出面３面を同軸上に、互いに６０度の角度で配置したペンシル型構造のＥＭＩプローブに形成すれば、放射ノイズ源を迅速に特定できるばかりか、放射ノイズの周波数分布も同時に測定できる。
【００１３】
また、三次元方向の放射ノイズを測るには、台形のコイル金属面３面をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上に、互いに６０度の角度で配置したチューリップ型構造のＥＭＩプローブに形成すれば、ペンシル型よりもさらに迅速に、放射ノイズ源を迅速に特定でき、放射ノイズの周波数分布も同時に測定できる。
【００１４】
さらに、３面が捉えた検出波を合成する波形合成基板上で、一面一対のインピーダンス整合用の整合抵抗３組を並列接続し、変換比が１：１の平衡不平衡変換用のバラン１個と一体化させ、３組の整合抵抗を最適値に調整すれば、図８のように定在波比（ＳＷＲ）を２．０以下にできるばかりか、図９のようにｆ_Ｌ（１０ＭＨｚ）〜ｆ_Ｈ（１ＧＨｚ）の広い周波数範囲にわたり、目標値に近い特性インピーダンス（この例では５０Ωが目標値）を実現できる。その結果、反射波の影響を抑えた、再現性のよい放射ノイズ測定を実施できる作用が生まれた。
【００１５】
【実施例】
以下添付した図面を参照して、本発明を具体化した実施例につき説明する。なお、この実施例は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１６】
図３は本発明の実施例１で、二次元方向の放射ノイズ感度特性を有するＥＭＩプローブの分解図である。この実施例１では、検出面の寸法を幅１２ｍｍ×長さ２７ｍｍ×厚み０．８ｍｍの図１のような方形とし、誘電体層（１００）すなわちテフロン基板の片面のみに作成した幅１ｍｍの１ターンループコイル（１１）の内側と外側を、それぞれ幅１ｍｍの誘電体ギャッブ（１０１）を隔てて金属面（１４）で囲み、囲んだ金属面（１４）の一部に磁界検出用スリット（１０）を設けた平面形状のコイル検出面（Ｂ）３面を同軸上に、互いに６０度の角度で配置させる。
【００１７】
そして、１ターンループコイル（１１）の対端部分に一対の整合抵抗（１２）を接続し平衡対出力端子（３０）に接続する。平衡対出力端子（３０）は、波形合成基板（Ｄ）の各入力対端子（３１〜３３）に、コイル検出面（Ｂ）３面の１ターンループコイル（１１）が図５の等価回路となるよう配線し、各平衡対出力端子（３０）を合成出力対端子（３４）に集約するよう接続する。この際、整合抵抗（１２）は波形合成基板側に移すことも可能である。更に、コイル検出面（Ｂ）の１ターンループコイル（１１）で捉えた検出波すなわち平衡信号を合成して不平衡信号へ変換する信号変換基板（Ｅ）のバラン（１３）１個のバラン入力対端子（３５）に接続する。このＢ＋Ｄ＋Ｅの波形合成手法により、二次元方向の放射ノイズ感度特性が実現でき、放射ノイズ源を素早く正確に探索できるばかりか、同時に放射ノイズ周波数分布特性も測定可能となった。
【００１８】
図４は本発明の実施例２で、三次元方向の放射ノイズ感度特性を有するＥＭＩプローブの分解図である。この実施例２では、Ｘ・Ｙ・Ｚ軸上にコイル検出面を正確に配置するために、検出面の寸法を長辺２１ｍｍ×短辺１３ｍｍ×高さ１０ｍｍ×厚み０．８ｍｍの図２のような台形とし、誘電体層（１００）すなわちテフロン基板の片面のみに作成した幅１ｍｍの１ターンループコイルの内側と外側を、それぞれ幅１ｍｍの誘電体ギャップ（１０１）を隔てて金属面（１４）で囲み、囲んだ金属面（１４）の一部に磁界検出用スリット（１０）を設けた平面形状のコイル検出面（Ｃ）３面をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上に、互いに６０度の角度で配置させる。
【００１９】
そして、１ターンループコイル（１１）の対端部分に一対の整合抵抗（１２）を接続し平衡対出力端子（３０）に接続する。各平衡対出力端子（３０）は、波形合成基板（Ｄ）の各入力対端子（３１〜３３）に、コイル検出面（Ｃ）３面の１ターンループが図５の等価回路となるよう配線し、配線された各平衡対出力端子（３０）を合成出力対端子（３４）に集約するよう接続する。この際、整合抵抗（１２）は波形合成基板側に移すことも可能である。更に、コイル検出面（Ｃ）の１ターンループコイル（１１）で捉えた検出波すなわち平衡信号を合成して不平衡信号に変換する信号変換基板（Ｅ）のバラン（１３）１個のバラン入力対端子（３５）に接続する。このＣ＋Ｄ＋Ｅの波形合成手法により、三次元方向の放射ノイズ感度特性が実現でき、放射ノイズ源を実施例１よりも迅速に正確に探索できるばかりか、同時に放射ノイズ周波数分布特性も測定可能となった。
【００２０】
実施例１及び実施例２のコイル検出面（Ｂ及びＣ）である図１及び図２にあって、測定精度を決定する要素が磁界検出用スリット（１０）と電界シールド用の金属面（１４）で、特に金属面（１４）を１ターンループコイル（１１）の内側と外側に一定幅の誘電体ギャップ（１０１）を隔てて設けることで、鋭い単一指向性を実現すると共に、電界の影響を低減できる効果が生じた。その結果、図１０のように磁界（Ｈ）に対する電界（Ｅ）の感度特性の差を約２０ｄＢとることができ、電界の影響が抑制できることが明らかになった。
【００２１】
さらに、図５の等価回路を実現することで、１ターンループコイル（１１）と不平衡出力端子（１５）との特性インピーダンスを整合抵抗（１２）を調整すことにより整合できる。実施例１及び実施例２では、特性インピーダンスを５０Ωに定めた結果、８．２Ωの一対の整合抵抗（１２）を３組並列接続させたことで、実施例１及び実施例２の特性インピーダンスは図９のようになり、ｆ_Ｌ（１０ＭＨｚ）〜ｆ_Ｈ（１ＧＨｚ）の広い周波数範囲で、特性インピーダンスが約３０Ω〜約８５Ωに集中でき、反射波の少ない測定を可能にした。
【００２２】
また、コイル検出面（Ｂ及びＣ）からの平衡信号を不平衡信号に変換する働きをする図５のバラン（１３）は、フェライトビーズ（Ｂ−２０Ｆ−２８：トーキン製）に拠り細線を１ターン巻きした簡単な構造とし、変換比を１：１としたことで、広帯域化を実現した。
【００２３】
【発明の効果】
上記のように、本発明に係わるＥＭＩプローブは、誘電体層（１００）の片面のみに作成した１ターンループコイル（１１）の内側と外側を、それぞれコイル幅と同幅か同幅以下の誘電体ギャップ（１０１）を隔てて金属面（１４）で囲み、囲んだ金属面（１４）の一部に磁界検出用スリット（１０）を設けた平面形状のコイル検出面（Ｂ）３面を同軸上に、図３のように、互いに６０度の角度で配置するペンシル型構造と、
【００２４】
誘電体層（１００）の片面のみに作成した１ターンループコイル（１１）の内側と外側を、それぞれコイル幅と同幅か同幅以下の誘電体ギャップ（１０１）を隔てて金属面（１４）で囲み、囲んだ金属面（１４）の一部に磁界検出用スリット（１０）を設けた平面形状のコイル検出面（Ｃ）３面をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上に、図４のように、互いに６０度の角度で配置するチューリップ型構造と、
【００２５】
３組の一面一対の整合抵抗（１２）及び変換比が１：１の平衡不平衡変換用のバラン（１３）１個とを組合わせることで、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにわたる広い周波数範囲で、定在波比（ＳＷＲ）が２．０以下のインビーダンス整合特性が実現できたことで、反射波の影響が低減でき、かつ単純な校正曲線による再現性のよい測定が可能になった。
【００２６】
また、図１及び図２のように、電界シールド用の金属面（１４）を１ターンループコイル（１１）の内側と外側に一定幅の誘電体ギャップ（１０１）を設け金属面で囲み、更に、囲んだ金属面の一部に磁界検出用スリット（１０）を設けることで、鋭い単一指向性を実現できる効果が生まれた。さらに、図１０のように磁界（Ｈ）に対する電界（Ｅ）の感度特性の差を約２０ｄＢまでに改善できる効果も生まれた。これらの効果により、電界の影響が少なく、再現性に優れた放射ノイズ測定が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の検出面の平面図である。
【図２】実施例２の検出面の平面図である。
【図３】本発明に係わるＥＭＩプローブの実施例１の分解図である。
【図４】本発明に係わるＥＭＩプローブの実施例２の分解図である。
【図５】図３、図４のＥＭＩプローブの等価回路図である。
【図６】従来のＥＭＩプローブの平面図である。
【図７】従来のＥＭＩプローブの特性インピーダンス図である。
【図８】本発明に係わるＥＭＩプローブの定在波比（ＳＷＲ）図である。
【図９】本発明に係わるＥＭＩプローブの特性インピーダンス図である。
【図１０】本は発明に係わるＥＭＩプローブの磁界及び電界に対する感度特性図である。
【符号の説明】
１０、６０・・・・磁界検出用スリットＢ、Ｃ・・・・コイル検出面
１１・・・・１ターンループコイルＤ・・・・波形合成基板
１２・・・・整合抵抗Ｅ・・・・信号変換基板
１３・・・・バランＦ・・・・セミリジッド同軸ケーブル
１４・・・・金属面ｆ_Ｌ・・・・下限周波数
１５、６３・・・・不平衡出力端子ｆ_Ｈ・・・・上限周波数
３０・・・・平衡対出力端子Ｈ・・・・磁界
３１，３２，３３・・・・入力対端子Ｅ・・・・電界
３４・・・・合成出力対端子
３５・・・・バラン入力対端子
６１・・・・中心銅線
６２・・・・外部銅パイプ
６４・・・・ループコイル短絡端
１００・・・・誘電体層
１０１・・・・誘電体ギャップ

Claims

誘電体層の片面のみに作成した１ターンループコイルの内側と外側を、それぞれコイル幅と同幅あるいは同幅以下の誘電体ギャップを隔てて金属面で囲み、前記金属面の一部に磁界検出用スリットを設けた構成のコイル検出面３面を配したことを特徴とするＥＭＩプローブ。
請求項１記載のＥＭＩプローブであって、前記コイル検出面が方形であり、該コイル検出面３面を同軸上に互いに６０度の角度で配置させ、該各面の１ターンループコイルそれぞれに一対の整合抵抗を接続し、該整合抵抗３組が並列接続する波形合成基板と、該波形合成基板の合成出力対端子とバラン入力対端子を接続し、該バラン入力対端子に平衡不平衡変換用のバランを１個接続し、二次元方向の感度特性を有する形状に一体形成したことを特徴とするＥＭＩプローブ。
請求項１記載のＥＭＩプローブであって、前記コイル検出面が台形であり、該コイル検出面３面をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上に互いに６０度の角度で配置させ、該各面の１ターンループコイルそれぞれに一対の整合抵抗を接続し、該整合抵抗３組が並列接続する波形合成基板と、該波形合成基板のの合成出力対端子とバラン入力対端子を接続し、該バラン入力対端子に平衡不平衡変換用のバランを１個接続し、三次元方向の感度特性を有する形状に一体形成したことを特徴とするＥＭＩプローブ。