JP3825133B2 - 電磁界強度算出装置及び方法並びにプログラム記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モーメント法を使って、電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する電磁界強度算出装置及び方法と、その電磁界強度算出装置を実現するプログラムを記録するプログラム記録媒体とに関し、特に、電気回路装置に実装される多層プリント板の高精度のモデルを構築することで、電気回路装置から放射される電磁界強度を高精度で算出できるようにする電磁界強度算出装置及び方法と、その電磁界強度算出装置を実現するプログラムを記録するプログラム記録媒体とに関する。
【０００２】
電気回路装置に対する社会的規制として、一定のレベル以上の不要な電波やノイズを放射してはならないということがあり、各国の規格で厳しく規定されるようになってきた。
【０００３】
このような電波規格を満足させるために、シールド技術やフィルタ技術等のような種々の対策技術が用いられるが、これらの対策技術の採用に当たって、それらがどの程度電波を減少できるのかを定量的に算出できるようにするシミュレーション技術の開発が必要である。
【０００４】
このようなことを背景にして、本発明者らは、モーメント法を使って、電気回路装置の放射する電磁界強度を算出するシミュレーション技術の発明を開示してきた。このシミュレーション技術を確立していくには、電気回路装置の正確なモデルを構築していく必要がある。
【０００５】
【従来の技術】
物体の放射する電磁界強度は、物体各部に流れる電流や磁流を求めて、それを公知の電磁波放射の理論式に代入することでシミュレーションできる。この物体各部に流れる電流や磁流は、理論的には、マックスウェルの電磁波方程式を与えられた境界条件の下に解くことで得られる。
【０００６】
これを解くものとしてモーメント法がある。モーメント法は、マックスウェルの電磁波方程式から導かれる積分方程式の解法の１つで、物体を小さな要素に分割して電流や磁流の計算を行う手法であり、３次元の任意形状物体を扱うことができる。このモーメント法についての参考文献としては、「H.N.Wang, J.H.Richmond and M.C.Gilreath:"Sinusoidal reaction formulation for radiation and scattering from cond-ucting surface" IEEE TRANSACTIONS ANTENNAS PROPAGATION vol.AP-23 1975 」がある。
【０００７】
このモーメント法では、シミュレーション対象となる電気回路装置の構造をメッシュ化し、処理対象の周波数を選択すると、その周波数について、メッシュ化された要素間の相互インピスーダンスや相互アドミッタスや相互リアクションを所定の計算処理によって求めて、その求めた相互インピスーダンス等と構造情報で指定される波源とをモーメント法の連立方程式に代入し、それを解くことで各要素に流れる電流や磁流を求めることになる。
【０００８】
すなわち、金属対象物を扱うときには、金属部分を解析対象としてメッシュ化し、メッシュ化した金属要素間の相互インピーダンスＺijを求め、この相互インピーダンスＺijと、波源Ｖi と、メッシュ化した金属要素に流れる電流Ｉi との間に成立するモーメント法の連立方程式
〔Ｚij〕〔Ｉi 〕＝〔Ｖi 〕
を解くことで電流Ｉi を求めて、この結果から電磁界強度を算出する方法を採っている。「〔 〕」はマトリックスを表している。
【０００９】
ここで、メッシュに、抵抗やコンデンサやリアクタンスが存在するときには、それらは、そのメッシュの自己インピーダンス成分に加わることになる。
ところで、電気回路装置では、高密度実装を実現する場合、電源層とグランド層と信号層とが絶縁物を介して層構造で配設される多層プリント板を実装することが多い。
【００１０】
この多層プリント板は、４層構造を持つもので説明するならば、図１５（ａ）に示すように、第１の信号層２０と、ガラスエポキシ等で構成される第１のコア材２１と、厚み調整や接着等のために用意される絶縁材で構成される第１のプリプレグ２２と、電源層２３と、ガラスエポキシ等で構成される第２のコア材２４と、グランド層２５と、厚み調整や接着等のために用意される絶縁材で構成される第２のプリプレグ２６と、ガラスエポキシ等で構成される第３のコア材２７と、第２の信号層２８という９つの層が積層されることで構成されている。
【００１１】
この第１の信号層２０や第２の信号層２８は、銅箔等の金属で構成される回路パターンを実装するものであって、図１５（ｂ）に示すように、その上に、チップ部品等の回路部品を配置することで電子回路を実装する。この電子回路と電源層２３やグランド層２５との間には、Ｖｉａと呼ばれる層間を電気的に接続するための穴が用意されていて、このＶｉａを介して、電子回路に電源やアースが供給されることになる。
【００１２】
このように、多層プリント板の信号層には、電子回路が実装され、この電子回路から強い電磁界強度が放射されることになる。
これから、従来では、シミュレーション対象となる電気回路装置が多層プリント板を持つときには、多層プリント板の電源層とグランド層との間に備えられる誘電体を無視して、電源層を厚さのない金属板に置き換えるとともに、グランド層を厚さのない金属板に置き換えることで、多層プリント板をモデル化するという構成を採っていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、多層プリント板の信号層に実装される電子回路が動作することでノイズが発生し、このノイズに従って、多層プリント板の電源層やグランド層にも高周波電流が流れ、これにより、電源層とグランド層との間に設けられる誘電体が共振現象を引き起こしマイクロストリップアンテナとして働くことで、多層プリント板から無視できない電磁界強度が放射されることになる。
【００１４】
すなわち、図１５（ａ）に示した４層プリント板で説明するならば、電源層２３が、Ｖｉａを介して、第１の信号層２０や第２の信号層２８に電源を供給し、グランド層２５が、Ｖｉａを介して、第１の信号層２０や第２の信号層２８にアースを供給することから、第１及び第２の信号層２０,2８に実装される電子回路の動作に応じて、図１６に示すように、電源層２３とグランド層２５との間にノイズ源が存在することになる。
【００１５】
そして、このノイズ源が、図１７に示すように、電源層２３及びグランド層２５に高周波電流を流し、これにより、電源層とグランド層との間に設けられる誘電体が共振現象を引き起こしマイクロストリップアンテナとして働くことで、多層プリント板から無視できない電磁界強度が放射されることになる。
【００１６】
近年、多層プリント板の信号層に実装されるＭＰＵ等の高速化に伴って、この電源層やグランド層に流れる高周波電流が無視できなくなり、それに伴って、この誘電体の共振現象により多層プリント板から放射される電磁界強度が無視できなくなってきた。
【００１７】
しかしながら、従来技術のように、電源層とグランド層との間に設けられる誘電体を無視して、電源層を厚さのない金属板に置き換えるとともに、グランド層を厚さのない金属板に置き換えることで、多層プリント板をモデル化するという構成を採っていたのでは、この誘電体の共振現象により多層プリント板から放射される電磁界強度を算出することができず、これがために、多層プリント板から放射される電磁界強度を正確に算出できないという問題点があった。
【００１８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、電気回路装置に実装される多層プリント板の高精度のモデルを構築することで、電気回路装置から放射される電磁界強度を高精度に算出できるようにする新たな電磁界強度算出装置及び方法の提供と、その電磁界強度算出装置を実現するプログラムを記録する新たなプログラム記録媒体の提供とを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
図１に本発明の原理構成を図示する。
図中、１は本発明を具備する電磁界強度算出装置であって、モーメント法を使って、電気回路装置の放射する電磁界強度を算出するものである。
【００２０】
本発明の電磁界強度算出装置１は、入力手段１０と、抽出手段１１と、モデル生成手段１２と、生成手段１３と、算出手段１４とを備える。
入力手段１０は、解析対象となる電気回路装置の構造情報を入力する。抽出手段１１は、入力手段１０の入力する電気回路装置の構造情報から、電源層とグランド層とその２つの層の間に誘電体とを持つ多層プリント板の構造情報を抽出する。
【００２１】
モデル生成手段１２は、入力手段１０の入力する電気回路装置の構造情報から、モーメント法を適用するための電気回路装置のモデルを生成する。生成手段１３は、モデル生成手段１２に展開されて、抽出手段１１の抽出する多層プリント板の構造情報に基づいて、モーメント法を適用するための多層プリント板のモデルを生成する。
【００２２】
算出手段１４は、モデル生成手段１２の生成した電気回路装置のモデルに基づき、モーメント法を用いて電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する。
ここで、本発明の電磁界強度算出装置１の持つ電磁界強度算出機能は具体的にはプログラムで実現されるものであり、このプログラムは媒体で提供されて、電磁界強度算出装置１に格納されてメモリ上で動作することで、本発明を実現することになる。
【００２３】
このように構成される本発明の電磁界強度算出装置１では、抽出手段１１が多層プリント板の構造情報を抽出すると、生成手段１３は、その抽出された多層プリント板の構造情報に基づき、電源層を碁盤の目形状に分割することで金属パッチを生成して、その分割の区画単位線毎に、それらの区画単位線からグランド層に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられる第１の導電性パッチを生成し、更に、グランド層を電源層と同一の碁盤の目形状に分割することで金属パッチを生成して、その分割の区画単位線毎に、それらの区画単位線から電源層に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられるとともに、対となる第１の導電性パッチと僅かな隙間をもって設けられる第２の導電性パッチを生成し、更に、対となる第１の導電性パッチと第２の導電性パッチとの間にコンデンサを設け、更に、電源層の金属パッチを分割することで三角形状パッチを生成するとともに、グランド層の金属パッチを分割することで三角形状パッチを生成して、その２つの三角形状パッチの頂点間に波源となるノイズ源を設けることで、多層プリント板のモデルを生成する。
【００２４】
このとき、生成手段１３は、コンデンサに対して、抵抗とリアクタンスのいずれか一方又は双方を直列接続する多層プリント板のモデルを生成することがある。また、電源層とグランド層との間にバイパスコンデンサが設けられるときには、そのバイパスコンデンサの配設位置に設けられる第１の導電性パッチと第２の導電性パッチとの間に、バイパスコンデンサを設ける多層プリント板のモデルを生成することがある。
【００２５】
この多層プリント板のモデルの生成を受けて、算出手段１４は、その生成された多層プリント板のモデルに基づき、モーメント法を用いて電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する。
【００２６】
このとき、算出手段１４は、電源層及びグランド層の金属パッチに抵抗成分情報を含ませて、モーメント法を用いて電気回路装置の放射する電磁界強度を算出することがある。
【００２７】
このように、本発明の電磁界強度算出装置１によれば、モーメント法を使って、電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する構成を採るときにあって、電気回路装置に実装される多層プリント板を高精度にモデル化できるようになることから、多層プリント板から放射される電磁界強度を高精度に算出できるようになることで、電気回路装置から放射される電磁界強度を高精度に算出できるようになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。
図２に、本発明の電磁界強度算出装置１の実行する処理フローの一実施例を図示する。ここで、図中、１００は入力データファイルであって、解析対象となる電気回路装置の構造情報を格納するもの、２００は出力データファイルであって、算出結果の電磁界強度を格納するものである。
【００２９】
本発明の電磁界強度算出装置１は、起動されると、図２の処理フローに示すように、先ず最初に、ステップ１で、入力データファイル１００から、解析対象となる電気回路装置の構造情報を読み込み、続くステップ２で、この読み込んだ構造情報に基づいて、解析対象の電気回路装置をメッシュに分割してモーメント法を適用するためのモデルを生成する。このモデル化処理については後述する。
【００３０】
続いて、ステップ３で、処理対象となる周波数の中から未処理のものを１つ選択し、続くステップ４で、全周波数の選択を完了したのか否かを判断して、全周波数の選択を完了したことを判断するときには、処理を終了する。
【００３１】
一方、全周波数の選択を完了していないことを判断するとき、すなわち、ステップ３で周波数を選択できたことを判断するときには、ステップ５に進んで、グリーン関数を使って、分割されたメッシュ間の相互インピーダンスＺij（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｎ）を算出する。なお、説明の便宜上、ここでは、解析対象が金属物であることを想定して、相互インピーダンスのみを算出することを想定している。
【００３２】
続いて、ステップ６で、ステップ５で算出した相互インピーダンスＺijと、構造情報で指定される波源の電圧値Ｖi とを使い、モーメント法の連立方程式
〔Ｚij〕〔Ｉi 〕＝〔Ｖi 〕
を解くことで、各メッシュに流れる電流Ｉi を算出する。
【００３３】
続いて、ステップ７で、予め指定される観測点の中から未処理のものを１つ選択し、続くステップ８で、全観測点の選択を完了したのか否かを判断して、全観測点の選択を完了したことを判断するときには、次の周波数を処理すべくステップ３に戻っていく。
【００３４】
一方、全観測点の選択を完了していないことを判断するとき、すなわち、ステップ７で観測点を選択できたことを判断するときには、ステップ９に進んで、ステップ６で算出した各メッシュに流れる電流Ｉi が、ステップ７で選択した観測点にもたらす電磁界強度を算出して、その算出結果を出力データファイル２００に格納してから、次の観測点を処理すべくステップ７に戻っていく。
【００３５】
このようにして、本発明の電磁界強度算出装置１は、モーメント法を用いて、解析対象となる電気回路装置から放射される電磁界強度を算出していくように処理するのである。
【００３６】
次に、図３に示す処理フローに従って、図２の処理フローのステップ２で実行するモデル化処理について説明する。
本発明の電磁界強度算出装置１は、モデル化処理に入ると、図３の処理フローに示すように、先ず最初に、ステップ１で、解析対象となる電気回路装置の構造情報から、その電気回路装置が多層プリント板を持つのか否かを判断して、多層プリント板を持つことを判断するときには、ステップ２に進んで、その多層プリント板の構造情報を抽出する。
【００３７】
続いて、ステップ３で、抽出した多層プリント板の構造情報から、その多層プリント板の電源層を碁盤の目形状に分割することで金属パッチを生成するとともに、その多層プリント板のグランド層を電源層と同一の碁盤の目形状に分割することで金属パッチを生成する。
【００３８】
すなわち、図４に示すように、多層プリント板３０の電源層３１を長方形状の金属パッチ３３に分割するとともに、多層プリント板３０のグランド層３２を同一長方形状の金属パッチ３４に分割するのである。
【００３９】
続いて、ステップ４で、電源層３１を分割する区画単位線毎に、それらの区画単位線からグランド層３２に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられる長方形状の導電性パッチを生成し、更に、グランド層３２を分割する区画単位線毎に、それらの区画単位線から電源層３１に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられるとともに、対となる電源層３１の導電性パッチと僅かな隙間をもって設けられる長方形状の導電性パッチを生成する。
【００４０】
すなわち、図５に示すように、電源層３１の区画単位線３５からグランド層３２に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられる長方形状の導電性パッチ３６を生成するとともに、グランド層３２の区画単位線３７から電源層３１に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられるとともに、対となる導電性パッチ３６と僅かな隙間をもって設けられる長方形状の導電性パッチ３８を生成するのである。
【００４１】
続いて、ステップ５で、図６（ａ）に示すように、対となる導電性パッチ３６と導電性パッチ３８との間に、コンデンサ３９を設ける。このとき、導電性パッチ３６,3８の中間位置に設けることが好ましい。
【００４２】
このとき設けるコンデンサ３９の容量Ｃp は、電源層３１とグランド層３２との間に設けられる誘電体が形成するコンデンサの容量をＣ、対となる導電性パッチ３６と導電性パッチ３８との組の数をＮで表すならば、「Ｃp ＝Ｃ／Ｎ」で決定する。
【００４３】
更に、電源層３１とグランド層３２との間に設けられる誘電体の誘電体損を考慮することで、より高精度の多層プリント板モデルを構築する場合には、図６（ｂ）に示すように、コンデンサ３９に対して、抵抗ＲとリアクタンスＬとを直列接続する構成を採る。
【００４４】
続いて、ステップ６で、電源層３１とグランド層３２との間に存在するノイズ源をモデル化するために、ノイズ源位置に設けられる電源層３１の金属パッチ３３を分割することで、その金属パッチ３３から三角形状パッチを生成するとともに、ノイズ源位置に設けられるグランド層３２の金属パッチ３４を分割することで、その金属パッチ３４から三角形状パッチを生成して、その２つの三角形状パッチの頂点間にノイズ源を設ける。
【００４５】
すなわち、図７に示すように、ノイズ源位置（例えば図４のＡ点）に設けられる電源層３１の金属パッチ３３を分割することで三角形状パッチ４０を生成し、ノイズ源位置に設けられるグランド層３２の金属パッチ３４を分割することで三角形状パッチ４１を生成して、その２つの三角形状パッチ４0,４１の頂点間に、金属ワイヤ４２を使ってノイズ源４３を設けるのである。
【００４６】
続いて、ステップ７で、入力データファイル１００から読み込んだ構造情報に従って、電源層３１とグランド層３２との間にバイパスコンデンサが設けられているのか否かを判断して、設けられていることを判断するときには、ステップ８に進んで、図８に示すように、バイパスコンデンサ位置（例えば図４のＢ点）に設けられる導電性パッチ３６,3８の間に、読み込んだ構造情報の指定する容量を持つバイパスコンデンサ４４を設ける。このとき、導電性パッチ３６,3８の中間位置に設けることが好ましい。
【００４７】
そして、ステップ８の処理を終了し、また、ステップ１で、多層プリント板が存在しないことを判断し、また、ステップ７で、バイパスコンデンサが存在しないことを判断するときには、ステップ９に進んで、解析対象となる電気回路装置の残りの部分のモデルを生成する。
【００４８】
このようにして、本発明の電磁界強度算出装置１は、図２及び図３の処理フローに従って、解析対象となる電気回路装置が多層プリント板３０を持つときには、その多層プリント板３０の持つ電源層３１とグランド層３２とその２つの層の間に設けられる誘電体とを、導電性パッチ３６と導電性パッチ３８とコンデンサ３９とノイズ源４３とでモデル化する構成を採って、このモデルを使って、電気回路装置から放射される電磁界強度をモーメント法を使ってシミュレーションする構成を採るのである。
【００４９】
この電磁界強度の算出にあたって、電源層３１及びグランド層３２の金属表皮効果による損失を考慮する（電源層３１及びグランド層３２の金属の厚みや材料を考慮する）ことで、より高精度に電磁界強度を算出する構成を採る場合には、電源層３１の金属パッチ３３と、グランド層３２の金属パッチ３４とが抵抗値を持つことを想定して、電磁界強度を算出していく構成を採ることになる。
【００５０】
ここで、図２及び図３の処理フローを実現するプログラムは、媒体で提供されて、本発明の電磁界強度算出装置１に格納されてメモリ上で動作することになる。
【００５１】
次に、本発明の電磁界強度算出装置１で生成した多層プリント板モデルの生成理由について説明する。
この多層プリント板モデルに用いた導電性パッチ３６,3８は長方形状を示す。このような長方形状のパッチには、図９（ａ）に示すように、長辺と短辺に平行となる電流が流れる。
【００５２】
２次元の広がりを持つサーフェィスパッチ間の相互インピーダンスは、図９（ｂ）に示すように、ワイヤ間の相互インピーダンスを積分していくことで求めるのが効率的である。これから、サーフェィスパッチを流れる電流として直交する電流を想定することで、サーフェィスパッチ間の相互インピーダンスが求められることになる。従って、長方形状パッチには、図９（ａ）に示すように、長辺と短辺に平行となる電流が流れるのである。
【００５３】
一方、多層プリント板３０の電源層３１とグランド層３２との間に設けられる誘電体には、電源層３１からグランド層３２に向けて、あたかも雨が降るような形態で変位電流が流れる。従って、電源層３１とグランド層３２との間に設けられる誘電体の高精度モデルを構築するには、この変位電流を実現するモデルを生成する必要がある。
【００５４】
そこで、本発明では、図１０に示すように、互いに接続されることのない導電性パッチ３６と、互いに接続されることない導電性パッチ３８とを用いる多層プリント板モデルを生成した。
【００５５】
すなわち、隣接する導電性パッチ３６の間は切断されていることから、電源層３１に接続される導電性パッチ３６を流れる電流は、電源層３１からグランド層３２に向かうもののみとなるとともに、隣接する導電性パッチ３８の間は切断されていることから、グランド層３２に接続される導電性パッチ３８を流れる電流は、電源層３１からグランド層３２に向かうもののみとなり、電源層３１とグランド層３２との間に設けられる誘電体を流れる変位電流の向きと一致する。
【００５６】
そして、導電性パッチ３６は、長方形状を持つことで２次元的な形態で電流を流すとともに、導電性パッチ３８は、長方形状を持つことで２次元的な形態で電流を流し、あたかも雨が降るような形態で流れる変位電流をよくモデル化する。これに対して、図７に示したノイズ源モデルを利用して、図１１に示すような誘電体モデルを用いると、電流がまばらに流れることになって、あたかも雨が降るような形態で流れる変位電流をよくモデル化できないことになる。
【００５７】
このように、導電性パッチ３６と導電性パッチ３８とコンデンサ３９とで定義されるモデルは、多層プリント板３０の電源層３１とグランド層３２との間に設けられる誘電体を高精度にモデル化することになる。
【００５８】
これから、本発明の電磁界強度算出装置２１では、多層プリント板３０の電源層３１とグランド層３２との間に設けられる誘電体を、導電性パッチ３６と導電性パッチ３８とコンデンサ３９とでモデル化する構成を採ったのである。
【００５９】
また、図７に示したように、本発明の電磁界強度算出装置１では、電源層３１の金属パッチ３３を分割することで三角形状パッチ４０を生成し、グランド層３２の金属パッチ３４を分割することで三角形状パッチ４１を生成して、その２つの三角形状パッチ４0,４１の頂点間に、金属ワイヤ４２を使ってノイズ源４３を設けるモデルを生成する。
【００６０】
三角形状のパッチには、図１２に示すように、三角形の頂点に向かう（三角形の頂点から出る）形態で電流が流れる。そのような向きにワイヤを配置することで、相互インピーダンスを求めることが効率的だからである。
【００６１】
一方、長方形状を持つ金属パッチ３３,3４の任意の点に、ノイズ源４３に接続される金属ワイヤ４２を接続していくことは不可能である。金属ワイヤ４２から流れ出る電流や、金属ワイヤ４２に流れ込む電流の向きは、その性格上、接続点を中心とする放射形態となるからである。しかるに、長方形状のパッチには、図９（ａ）に示したように、長辺と短辺に平行となる電流が流れ、放射形態を示す電流は流れない。
【００６２】
これから、本発明の電磁界強度算出装置１では、放射形態の電流が流れる三角形状パッチ４０,4１を生成して、その２つの三角形状パッチ４０,4１の頂点間に、金属ワイヤ４２を使ってノイズ源４３を設けるモデルを生成することで、電源層３１とグランド層３２との間に設けられるノイズ源４３を高精度にモデル化する構成を採ったのである。
【００６３】
しかも、このモデルに従うと、三角形状パッチ４0,４１の頂点位置は金属パッチ３３,3４の任意の点に設定することができるので、金属パッチ３３,3４の大きさが大きくても、ノイズ源４３を本来の位置にモデル化できることになる。
【００６４】
また、図８に示したように、本発明の電磁界強度算出装置１では、電源層３１とグランド層３２との間にバイパスコンデンサが設けられているときには、電源層３１に接続される導電性パッチ３６と、グランド層３２に接続される導電性パッチ３８との間に、バイパスコンデンサ４３を設けるモデルを生成する。
【００６５】
このように、本発明の電磁界強度算出装置１では、導電性パッチ３６,3８を利用してバイパスコンデンサ４３を設けるモデルを生成するので、バイパスコンデンサ４３を設けるモデルを簡単に生成できるようになる。
【００６６】
次に、本発明者が提案した多層プリント板モデルの有効性を検証するために行った検証実験の結果について説明する。
この検証実験では、図１３に示すように、大きさが１３ｃｍ×１３ｃｍで、厚さが０.9ｍｍで、上面及び下面に銅箔面を持つガラスエポキシ（εr ＝４.7という誘電率を持つ）のプリント板を想定するとともに、実際にそのプリント板を用意し、そして、図中に示すそのプリント板のＡ点の上下面に、実効値１Ｖの正弦波を出力するノイズ源（５０Ωの抵抗を介して、上下面の間に接続される）が存在することを想定するとともに、実際にそのノイズ源を用意することで行った。従って、このプリント板は、６１５ｐＦの容量を持つ。なお、以下では、説明の便宜上、このプリント板を検証用プリント板と称することにする。
【００６７】
この検証実験では、先ず最初に、検証用プリント板を想定して、本発明者が提案したモデルに従って、想定した検証用プリント板をモデルに変換し、それに対してモーメント法を適用することで、ノイズの周波数を２０ＭＨｚから１０００ＭＨｚまでスイープするときの、Ａ点におけるインピーダンス（上下面の間のインピーダンス）を算出する。ここで、このときの検証用プリント板の上下面のメッシュサイズは、１ｃｍ×１ｃｍである。
【００６８】
続いて、実際に用意した検証用プリント板のＡ点の上下面に、実際に用意したノイズ源を使って、周波数を２０ＭＨｚから１０００ＭＨｚまでスイープしながら、実効値が１Ｖの正弦波を示すノイズを与え、インピーダンス測定器を用いて、そのときのＡ点におけるインピーダンス（上下面の間のインピーダンス）を測定して、その測定値と、先に算出したモーメント法による算出値とを比較することで行った。
【００６９】
図１４に、この検証実験の実験結果を図示する。
図中に示す実線が、モーメント法による計算値であり、□印が、インピーダンス測定器による測定値である。この両者がよく一致することで、本発明者が提案したモデルの有効性を検証できた。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電磁界強度算出装置によれば、モーメント法を使って、電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する構成を採るときにあって、電気回路装置に実装される多層プリント板を高精度にモデル化できるようになることから、多層プリント板から放射される電磁界強度を高精度に算出できるようになることで、電気回路装置から放射される電磁界強度を高精度に算出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理構成図である。
【図２】本発明の実行する処理フローの一実施例である。
【図３】本発明の実行する処理フローの一実施例である。
【図４】多層プリント板モデルの説明図である。
【図５】導電性パッチの説明図である。
【図６】誘電体モデルの説明図である。
【図７】ノイズ源モデルの説明図である。
【図８】バイパスコンデンサモデルの説明図である。
【図９】長方形状パッチに流れる電流の向きの説明図である。
【図１０】導電性パッチに流れる電流の向きの説明図である。
【図１１】別の誘電体モデルの説明図である。
【図１２】三角形状パッチに流れる電流の向きの説明図である。
【図１３】検証実験で想定（用意）したプリント板の説明図である。
【図１４】検証実験結果の説明図である。
【図１５】４層プリント板の説明図である。
【図１６】ノイズ源の説明図である。
【図１７】高周波電流の説明図である。
【符号の説明】
１ 電磁界強度算出装置
１０ 入力手段
１１ 抽出手段
１２ モデル生成手段
１３ 生成手段
１４ 算出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、モーメント法を使って、電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する電磁界強度算出装置及び方法と、その電磁界強度算出装置を実現するプログラムを記録するプログラム記録媒体とに関し、特に、電気回路装置に実装される多層プリント板の高精度のモデルを構築することで、電気回路装置から放射される電磁界強度を高精度で算出できるようにする電磁界強度算出装置及び方法と、その電磁界強度算出装置を実現するプログラムを記録するプログラム記録媒体とに関する。
【０００２】
電気回路装置に対する社会的規制として、一定のレベル以上の不要な電波やノイズを放射してはならないということがあり、各国の規格で厳しく規定されるようになってきた。
【０００３】
このような電波規格を満足させるために、シールド技術やフィルタ技術等のような種々の対策技術が用いられるが、これらの対策技術の採用に当たって、それらがどの程度電波を減少できるのかを定量的に算出できるようにするシミュレーション技術の開発が必要である。
【０００４】
このようなことを背景にして、本発明者らは、モーメント法を使って、電気回路装置の放射する電磁界強度を算出するシミュレーション技術の発明を開示してきた。このシミュレーション技術を確立していくには、電気回路装置の正確なモデルを構築していく必要がある。
【０００５】
【従来の技術】
物体の放射する電磁界強度は、物体各部に流れる電流や磁流を求めて、それを公知の電磁波放射の理論式に代入することでシミュレーションできる。この物体各部に流れる電流や磁流は、理論的には、マックスウェルの電磁波方程式を与えられた境界条件の下に解くことで得られる。
【０００６】
これを解くものとしてモーメント法がある。モーメント法は、マックスウェルの電磁波方程式から導かれる積分方程式の解法の１つで、物体を小さな要素に分割して電流や磁流の計算を行う手法であり、３次元の任意形状物体を扱うことができる。このモーメント法についての参考文献としては、「H.N.Wang, J.H.Richmond and M.C.Gilreath:"Sinusoidal reaction formulation for radiation and scattering from cond-ucting surface" IEEE TRANSACTIONS ANTENNAS PROPAGATION vol.AP-23 1975 」がある。
【０００７】
このモーメント法では、シミュレーション対象となる電気回路装置の構造をメッシュ化し、処理対象の周波数を選択すると、その周波数について、メッシュ化された要素間の相互インピスーダンスや相互アドミッタスや相互リアクションを所定の計算処理によって求めて、その求めた相互インピスーダンス等と構造情報で指定される波源とをモーメント法の連立方程式に代入し、それを解くことで各要素に流れる電流や磁流を求めることになる。
【０００８】
すなわち、金属対象物を扱うときには、金属部分を解析対象としてメッシュ化し、メッシュ化した金属要素間の相互インピーダンスＺijを求め、この相互インピーダンスＺijと、波源Ｖi と、メッシュ化した金属要素に流れる電流Ｉi との間に成立するモーメント法の連立方程式
〔Ｚij〕〔Ｉi 〕＝〔Ｖi 〕
を解くことで電流Ｉi を求めて、この結果から電磁界強度を算出する方法を採っている。「〔 〕」はマトリックスを表している。
【０００９】
ここで、メッシュに、抵抗やコンデンサやリアクタンスが存在するときには、それらは、そのメッシュの自己インピーダンス成分に加わることになる。
ところで、電気回路装置では、高密度実装を実現する場合、電源層とグランド層と信号層とが絶縁物を介して層構造で配設される多層プリント板を実装することが多い。
【００１０】
この多層プリント板は、４層構造を持つもので説明するならば、図１５（ａ）に示すように、第１の信号層２０と、ガラスエポキシ等で構成される第１のコア材２１と、厚み調整や接着等のために用意される絶縁材で構成される第１のプリプレグ２２と、電源層２３と、ガラスエポキシ等で構成される第２のコア材２４と、グランド層２５と、厚み調整や接着等のために用意される絶縁材で構成される第２のプリプレグ２６と、ガラスエポキシ等で構成される第３のコア材２７と、第２の信号層２８という９つの層が積層されることで構成されている。
【００１１】
この第１の信号層２０や第２の信号層２８は、銅箔等の金属で構成される回路パターンを実装するものであって、図１５（ｂ）に示すように、その上に、チップ部品等の回路部品を配置することで電子回路を実装する。この電子回路と電源層２３やグランド層２５との間には、Ｖｉａと呼ばれる層間を電気的に接続するための穴が用意されていて、このＶｉａを介して、電子回路に電源やアースが供給されることになる。
【００１２】
このように、多層プリント板の信号層には、電子回路が実装され、この電子回路から強い電磁界強度が放射されることになる。
これから、従来では、シミュレーション対象となる電気回路装置が多層プリント板を持つときには、多層プリント板の電源層とグランド層との間に備えられる誘電体を無視して、電源層を厚さのない金属板に置き換えるとともに、グランド層を厚さのない金属板に置き換えることで、多層プリント板をモデル化するという構成を採っていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、多層プリント板の信号層に実装される電子回路が動作することでノイズが発生し、このノイズに従って、多層プリント板の電源層やグランド層にも高周波電流が流れ、これにより、電源層とグランド層との間に設けられる誘電体が共振現象を引き起こしマイクロストリップアンテナとして働くことで、多層プリント板から無視できない電磁界強度が放射されることになる。
【００１４】
すなわち、図１５（ａ）に示した４層プリント板で説明するならば、電源層２３が、Ｖｉａを介して、第１の信号層２０や第２の信号層２８に電源を供給し、グランド層２５が、Ｖｉａを介して、第１の信号層２０や第２の信号層２８にアースを供給することから、第１及び第２の信号層２０,2８に実装される電子回路の動作に応じて、図１６に示すように、電源層２３とグランド層２５との間にノイズ源が存在することになる。
【００１５】
そして、このノイズ源が、図１７に示すように、電源層２３及びグランド層２５に高周波電流を流し、これにより、電源層とグランド層との間に設けられる誘電体が共振現象を引き起こしマイクロストリップアンテナとして働くことで、多層プリント板から無視できない電磁界強度が放射されることになる。
【００１６】
近年、多層プリント板の信号層に実装されるＭＰＵ等の高速化に伴って、この電源層やグランド層に流れる高周波電流が無視できなくなり、それに伴って、この誘電体の共振現象により多層プリント板から放射される電磁界強度が無視できなくなってきた。
【００１７】
しかしながら、従来技術のように、電源層とグランド層との間に設けられる誘電体を無視して、電源層を厚さのない金属板に置き換えるとともに、グランド層を厚さのない金属板に置き換えることで、多層プリント板をモデル化するという構成を採っていたのでは、この誘電体の共振現象により多層プリント板から放射される電磁界強度を算出することができず、これがために、多層プリント板から放射される電磁界強度を正確に算出できないという問題点があった。
【００１８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、電気回路装置に実装される多層プリント板の高精度のモデルを構築することで、電気回路装置から放射される電磁界強度を高精度に算出できるようにする新たな電磁界強度算出装置及び方法の提供と、その電磁界強度算出装置を実現するプログラムを記録する新たなプログラム記録媒体の提供とを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
図１に本発明の原理構成を図示する。
図中、１は本発明を具備する電磁界強度算出装置であって、モーメント法を使って、電気回路装置の放射する電磁界強度を算出するものである。
【００２０】
本発明の電磁界強度算出装置１は、入力手段１０と、抽出手段１１と、モデル生成手段１２と、生成手段１３と、算出手段１４とを備える。
入力手段１０は、解析対象となる電気回路装置の構造情報を入力する。抽出手段１１は、入力手段１０の入力する電気回路装置の構造情報から、電源層とグランド層とその２つの層の間に誘電体とを持つ多層プリント板の構造情報を抽出する。
【００２１】
モデル生成手段１２は、入力手段１０の入力する電気回路装置の構造情報から、モーメント法を適用するための電気回路装置のモデルを生成する。生成手段１３は、モデル生成手段１２に展開されて、抽出手段１１の抽出する多層プリント板の構造情報に基づいて、モーメント法を適用するための多層プリント板のモデルを生成する。
【００２２】
算出手段１４は、モデル生成手段１２の生成した電気回路装置のモデルに基づき、モーメント法を用いて電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する。
ここで、本発明の電磁界強度算出装置１の持つ電磁界強度算出機能は具体的にはプログラムで実現されるものであり、このプログラムは媒体で提供されて、電磁界強度算出装置１に格納されてメモリ上で動作することで、本発明を実現することになる。
【００２３】
このように構成される本発明の電磁界強度算出装置１では、抽出手段１１が多層プリント板の構造情報を抽出すると、生成手段１３は、その抽出された多層プリント板の構造情報に基づき、電源層を碁盤の目形状に分割することで金属パッチを生成して、その分割の区画単位線毎に、それらの区画単位線からグランド層に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられる第１の導電性パッチを生成し、更に、グランド層を電源層と同一の碁盤の目形状に分割することで金属パッチを生成して、その分割の区画単位線毎に、それらの区画単位線から電源層に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられるとともに、対となる第１の導電性パッチと僅かな隙間をもって設けられる第２の導電性パッチを生成し、更に、対となる第１の導電性パッチと第２の導電性パッチとの間にコンデンサを設け、更に、電源層の金属パッチを分割することで三角形状パッチを生成するとともに、グランド層の金属パッチを分割することで三角形状パッチを生成して、その２つの三角形状パッチの頂点間に波源となるノイズ源を設けることで、多層プリント板のモデルを生成する。
【００２４】
このとき、生成手段１３は、コンデンサに対して、抵抗とリアクタンスのいずれか一方又は双方を直列接続する多層プリント板のモデルを生成することがある。また、電源層とグランド層との間にバイパスコンデンサが設けられるときには、そのバイパスコンデンサの配設位置に設けられる第１の導電性パッチと第２の導電性パッチとの間に、バイパスコンデンサを設ける多層プリント板のモデルを生成することがある。
【００２５】
この多層プリント板のモデルの生成を受けて、算出手段１４は、その生成された多層プリント板のモデルに基づき、モーメント法を用いて電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する。
【００２６】
このとき、算出手段１４は、電源層及びグランド層の金属パッチに抵抗成分情報を含ませて、モーメント法を用いて電気回路装置の放射する電磁界強度を算出することがある。
【００２７】
このように、本発明の電磁界強度算出装置１によれば、モーメント法を使って、電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する構成を採るときにあって、電気回路装置に実装される多層プリント板を高精度にモデル化できるようになることから、多層プリント板から放射される電磁界強度を高精度に算出できるようになることで、電気回路装置から放射される電磁界強度を高精度に算出できるようになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。
図２に、本発明の電磁界強度算出装置１の実行する処理フローの一実施例を図示する。ここで、図中、１００は入力データファイルであって、解析対象となる電気回路装置の構造情報を格納するもの、２００は出力データファイルであって、算出結果の電磁界強度を格納するものである。
【００２９】
本発明の電磁界強度算出装置１は、起動されると、図２の処理フローに示すように、先ず最初に、ステップ１で、入力データファイル１００から、解析対象となる電気回路装置の構造情報を読み込み、続くステップ２で、この読み込んだ構造情報に基づいて、解析対象の電気回路装置をメッシュに分割してモーメント法を適用するためのモデルを生成する。このモデル化処理については後述する。
【００３０】
続いて、ステップ３で、処理対象となる周波数の中から未処理のものを１つ選択し、続くステップ４で、全周波数の選択を完了したのか否かを判断して、全周波数の選択を完了したことを判断するときには、処理を終了する。
【００３１】
一方、全周波数の選択を完了していないことを判断するとき、すなわち、ステップ３で周波数を選択できたことを判断するときには、ステップ５に進んで、グリーン関数を使って、分割されたメッシュ間の相互インピーダンスＺij（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｎ）を算出する。なお、説明の便宜上、ここでは、解析対象が金属物であることを想定して、相互インピーダンスのみを算出することを想定している。
【００３２】
続いて、ステップ６で、ステップ５で算出した相互インピーダンスＺijと、構造情報で指定される波源の電圧値Ｖi とを使い、モーメント法の連立方程式
〔Ｚij〕〔Ｉi 〕＝〔Ｖi 〕
を解くことで、各メッシュに流れる電流Ｉi を算出する。
【００３３】
続いて、ステップ７で、予め指定される観測点の中から未処理のものを１つ選択し、続くステップ８で、全観測点の選択を完了したのか否かを判断して、全観測点の選択を完了したことを判断するときには、次の周波数を処理すべくステップ３に戻っていく。
【００３４】
一方、全観測点の選択を完了していないことを判断するとき、すなわち、ステップ７で観測点を選択できたことを判断するときには、ステップ９に進んで、ステップ６で算出した各メッシュに流れる電流Ｉi が、ステップ７で選択した観測点にもたらす電磁界強度を算出して、その算出結果を出力データファイル２００に格納してから、次の観測点を処理すべくステップ７に戻っていく。
【００３５】
このようにして、本発明の電磁界強度算出装置１は、モーメント法を用いて、解析対象となる電気回路装置から放射される電磁界強度を算出していくように処理するのである。
【００３６】
次に、図３に示す処理フローに従って、図２の処理フローのステップ２で実行するモデル化処理について説明する。
本発明の電磁界強度算出装置１は、モデル化処理に入ると、図３の処理フローに示すように、先ず最初に、ステップ１で、解析対象となる電気回路装置の構造情報から、その電気回路装置が多層プリント板を持つのか否かを判断して、多層プリント板を持つことを判断するときには、ステップ２に進んで、その多層プリント板の構造情報を抽出する。
【００３７】
続いて、ステップ３で、抽出した多層プリント板の構造情報から、その多層プリント板の電源層を碁盤の目形状に分割することで金属パッチを生成するとともに、その多層プリント板のグランド層を電源層と同一の碁盤の目形状に分割することで金属パッチを生成する。
【００３８】
すなわち、図４に示すように、多層プリント板３０の電源層３１を長方形状の金属パッチ３３に分割するとともに、多層プリント板３０のグランド層３２を同一長方形状の金属パッチ３４に分割するのである。
【００３９】
続いて、ステップ４で、電源層３１を分割する区画単位線毎に、それらの区画単位線からグランド層３２に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられる長方形状の導電性パッチを生成し、更に、グランド層３２を分割する区画単位線毎に、それらの区画単位線から電源層３１に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられるとともに、対となる電源層３１の導電性パッチと僅かな隙間をもって設けられる長方形状の導電性パッチを生成する。
【００４０】
すなわち、図５に示すように、電源層３１の区画単位線３５からグランド層３２に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられる長方形状の導電性パッチ３６を生成するとともに、グランド層３２の区画単位線３７から電源層３１に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられるとともに、対となる導電性パッチ３６と僅かな隙間をもって設けられる長方形状の導電性パッチ３８を生成するのである。
【００４１】
続いて、ステップ５で、図６（ａ）に示すように、対となる導電性パッチ３６と導電性パッチ３８との間に、コンデンサ３９を設ける。このとき、導電性パッチ３６,3８の中間位置に設けることが好ましい。
【００４２】
このとき設けるコンデンサ３９の容量Ｃp は、電源層３１とグランド層３２との間に設けられる誘電体が形成するコンデンサの容量をＣ、対となる導電性パッチ３６と導電性パッチ３８との組の数をＮで表すならば、「Ｃp ＝Ｃ／Ｎ」で決定する。
【００４３】
更に、電源層３１とグランド層３２との間に設けられる誘電体の誘電体損を考慮することで、より高精度の多層プリント板モデルを構築する場合には、図６（ｂ）に示すように、コンデンサ３９に対して、抵抗ＲとリアクタンスＬとを直列接続する構成を採る。
【００４４】
続いて、ステップ６で、電源層３１とグランド層３２との間に存在するノイズ源をモデル化するために、ノイズ源位置に設けられる電源層３１の金属パッチ３３を分割することで、その金属パッチ３３から三角形状パッチを生成するとともに、ノイズ源位置に設けられるグランド層３２の金属パッチ３４を分割することで、その金属パッチ３４から三角形状パッチを生成して、その２つの三角形状パッチの頂点間にノイズ源を設ける。
【００４５】
すなわち、図７に示すように、ノイズ源位置（例えば図４のＡ点）に設けられる電源層３１の金属パッチ３３を分割することで三角形状パッチ４０を生成し、ノイズ源位置に設けられるグランド層３２の金属パッチ３４を分割することで三角形状パッチ４１を生成して、その２つの三角形状パッチ４0,４１の頂点間に、金属ワイヤ４２を使ってノイズ源４３を設けるのである。
【００４６】
続いて、ステップ７で、入力データファイル１００から読み込んだ構造情報に従って、電源層３１とグランド層３２との間にバイパスコンデンサが設けられているのか否かを判断して、設けられていることを判断するときには、ステップ８に進んで、図８に示すように、バイパスコンデンサ位置（例えば図４のＢ点）に設けられる導電性パッチ３６,3８の間に、読み込んだ構造情報の指定する容量を持つバイパスコンデンサ４４を設ける。このとき、導電性パッチ３６,3８の中間位置に設けることが好ましい。
【００４７】
そして、ステップ８の処理を終了し、また、ステップ１で、多層プリント板が存在しないことを判断し、また、ステップ７で、バイパスコンデンサが存在しないことを判断するときには、ステップ９に進んで、解析対象となる電気回路装置の残りの部分のモデルを生成する。
【００４８】
このようにして、本発明の電磁界強度算出装置１は、図２及び図３の処理フローに従って、解析対象となる電気回路装置が多層プリント板３０を持つときには、その多層プリント板３０の持つ電源層３１とグランド層３２とその２つの層の間に設けられる誘電体とを、導電性パッチ３６と導電性パッチ３８とコンデンサ３９とノイズ源４３とでモデル化する構成を採って、このモデルを使って、電気回路装置から放射される電磁界強度をモーメント法を使ってシミュレーションする構成を採るのである。
【００４９】
この電磁界強度の算出にあたって、電源層３１及びグランド層３２の金属表皮効果による損失を考慮する（電源層３１及びグランド層３２の金属の厚みや材料を考慮する）ことで、より高精度に電磁界強度を算出する構成を採る場合には、電源層３１の金属パッチ３３と、グランド層３２の金属パッチ３４とが抵抗値を持つことを想定して、電磁界強度を算出していく構成を採ることになる。
【００５０】
ここで、図２及び図３の処理フローを実現するプログラムは、媒体で提供されて、本発明の電磁界強度算出装置１に格納されてメモリ上で動作することになる。
【００５１】
次に、本発明の電磁界強度算出装置１で生成した多層プリント板モデルの生成理由について説明する。
この多層プリント板モデルに用いた導電性パッチ３６,3８は長方形状を示す。このような長方形状のパッチには、図９（ａ）に示すように、長辺と短辺に平行となる電流が流れる。
【００５２】
２次元の広がりを持つサーフェィスパッチ間の相互インピーダンスは、図９（ｂ）に示すように、ワイヤ間の相互インピーダンスを積分していくことで求めるのが効率的である。これから、サーフェィスパッチを流れる電流として直交する電流を想定することで、サーフェィスパッチ間の相互インピーダンスが求められることになる。従って、長方形状パッチには、図９（ａ）に示すように、長辺と短辺に平行となる電流が流れるのである。
【００５３】
一方、多層プリント板３０の電源層３１とグランド層３２との間に設けられる誘電体には、電源層３１からグランド層３２に向けて、あたかも雨が降るような形態で変位電流が流れる。従って、電源層３１とグランド層３２との間に設けられる誘電体の高精度モデルを構築するには、この変位電流を実現するモデルを生成する必要がある。
【００５４】
そこで、本発明では、図１０に示すように、互いに接続されることのない導電性パッチ３６と、互いに接続されることない導電性パッチ３８とを用いる多層プリント板モデルを生成した。
【００５５】
すなわち、隣接する導電性パッチ３６の間は切断されていることから、電源層３１に接続される導電性パッチ３６を流れる電流は、電源層３１からグランド層３２に向かうもののみとなるとともに、隣接する導電性パッチ３８の間は切断されていることから、グランド層３２に接続される導電性パッチ３８を流れる電流は、電源層３１からグランド層３２に向かうもののみとなり、電源層３１とグランド層３２との間に設けられる誘電体を流れる変位電流の向きと一致する。
【００５６】
そして、導電性パッチ３６は、長方形状を持つことで２次元的な形態で電流を流すとともに、導電性パッチ３８は、長方形状を持つことで２次元的な形態で電流を流し、あたかも雨が降るような形態で流れる変位電流をよくモデル化する。これに対して、図７に示したノイズ源モデルを利用して、図１１に示すような誘電体モデルを用いると、電流がまばらに流れることになって、あたかも雨が降るような形態で流れる変位電流をよくモデル化できないことになる。
【００５７】
このように、導電性パッチ３６と導電性パッチ３８とコンデンサ３９とで定義されるモデルは、多層プリント板３０の電源層３１とグランド層３２との間に設けられる誘電体を高精度にモデル化することになる。
【００５８】
これから、本発明の電磁界強度算出装置２１では、多層プリント板３０の電源層３１とグランド層３２との間に設けられる誘電体を、導電性パッチ３６と導電性パッチ３８とコンデンサ３９とでモデル化する構成を採ったのである。
【００５９】
また、図７に示したように、本発明の電磁界強度算出装置１では、電源層３１の金属パッチ３３を分割することで三角形状パッチ４０を生成し、グランド層３２の金属パッチ３４を分割することで三角形状パッチ４１を生成して、その２つの三角形状パッチ４0,４１の頂点間に、金属ワイヤ４２を使ってノイズ源４３を設けるモデルを生成する。
【００６０】
三角形状のパッチには、図１２に示すように、三角形の頂点に向かう（三角形の頂点から出る）形態で電流が流れる。そのような向きにワイヤを配置することで、相互インピーダンスを求めることが効率的だからである。
【００６１】
一方、長方形状を持つ金属パッチ３３,3４の任意の点に、ノイズ源４３に接続される金属ワイヤ４２を接続していくことは不可能である。金属ワイヤ４２から流れ出る電流や、金属ワイヤ４２に流れ込む電流の向きは、その性格上、接続点を中心とする放射形態となるからである。しかるに、長方形状のパッチには、図９（ａ）に示したように、長辺と短辺に平行となる電流が流れ、放射形態を示す電流は流れない。
【００６２】
これから、本発明の電磁界強度算出装置１では、放射形態の電流が流れる三角形状パッチ４０,4１を生成して、その２つの三角形状パッチ４０,4１の頂点間に、金属ワイヤ４２を使ってノイズ源４３を設けるモデルを生成することで、電源層３１とグランド層３２との間に設けられるノイズ源４３を高精度にモデル化する構成を採ったのである。
【００６３】
しかも、このモデルに従うと、三角形状パッチ４0,４１の頂点位置は金属パッチ３３,3４の任意の点に設定することができるので、金属パッチ３３,3４の大きさが大きくても、ノイズ源４３を本来の位置にモデル化できることになる。
【００６４】
また、図８に示したように、本発明の電磁界強度算出装置１では、電源層３１とグランド層３２との間にバイパスコンデンサが設けられているときには、電源層３１に接続される導電性パッチ３６と、グランド層３２に接続される導電性パッチ３８との間に、バイパスコンデンサ４３を設けるモデルを生成する。
【００６５】
このように、本発明の電磁界強度算出装置１では、導電性パッチ３６,3８を利用してバイパスコンデンサ４３を設けるモデルを生成するので、バイパスコンデンサ４３を設けるモデルを簡単に生成できるようになる。
【００６６】
次に、本発明者が提案した多層プリント板モデルの有効性を検証するために行った検証実験の結果について説明する。
この検証実験では、図１３に示すように、大きさが１３ｃｍ×１３ｃｍで、厚さが０.9ｍｍで、上面及び下面に銅箔面を持つガラスエポキシ（εr ＝４.7という誘電率を持つ）のプリント板を想定するとともに、実際にそのプリント板を用意し、そして、図中に示すそのプリント板のＡ点の上下面に、実効値１Ｖの正弦波を出力するノイズ源（５０Ωの抵抗を介して、上下面の間に接続される）が存在することを想定するとともに、実際にそのノイズ源を用意することで行った。従って、このプリント板は、６１５ｐＦの容量を持つ。なお、以下では、説明の便宜上、このプリント板を検証用プリント板と称することにする。
【００６７】
この検証実験では、先ず最初に、検証用プリント板を想定して、本発明者が提案したモデルに従って、想定した検証用プリント板をモデルに変換し、それに対してモーメント法を適用することで、ノイズの周波数を２０ＭＨｚから１０００ＭＨｚまでスイープするときの、Ａ点におけるインピーダンス（上下面の間のインピーダンス）を算出する。ここで、このときの検証用プリント板の上下面のメッシュサイズは、１ｃｍ×１ｃｍである。
【００６８】
続いて、実際に用意した検証用プリント板のＡ点の上下面に、実際に用意したノイズ源を使って、周波数を２０ＭＨｚから１０００ＭＨｚまでスイープしながら、実効値が１Ｖの正弦波を示すノイズを与え、インピーダンス測定器を用いて、そのときのＡ点におけるインピーダンス（上下面の間のインピーダンス）を測定して、その測定値と、先に算出したモーメント法による算出値とを比較することで行った。
【００６９】
図１４に、この検証実験の実験結果を図示する。
図中に示す実線が、モーメント法による計算値であり、□印が、インピーダンス測定器による測定値である。この両者がよく一致することで、本発明者が提案したモデルの有効性を検証できた。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電磁界強度算出装置によれば、モーメント法を使って、電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する構成を採るときにあって、電気回路装置に実装される多層プリント板を高精度にモデル化できるようになることから、多層プリント板から放射される電磁界強度を高精度に算出できるようになることで、電気回路装置から放射される電磁界強度を高精度に算出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理構成図である。
【図２】本発明の実行する処理フローの一実施例である。
【図３】本発明の実行する処理フローの一実施例である。
【図４】多層プリント板モデルの説明図である。
【図５】導電性パッチの説明図である。
【図６】誘電体モデルの説明図である。
【図７】ノイズ源モデルの説明図である。
【図８】バイパスコンデンサモデルの説明図である。
【図９】長方形状パッチに流れる電流の向きの説明図である。
【図１０】導電性パッチに流れる電流の向きの説明図である。
【図１１】別の誘電体モデルの説明図である。
【図１２】三角形状パッチに流れる電流の向きの説明図である。
【図１３】検証実験で想定（用意）したプリント板の説明図である。
【図１４】検証実験結果の説明図である。
【図１５】４層プリント板の説明図である。
【図１６】ノイズ源の説明図である。
【図１７】高周波電流の説明図である。
【符号の説明】
１ 電磁界強度算出装置
１０ 入力手段
１１ 抽出手段
１２ モデル生成手段
１３ 生成手段
１４ 算出手段
Claims (7)
- モーメント法を使って、電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する電磁界強度算出装置において、
解析対象となる電気回路装置の構造情報を入力する入力手段と、
入力された電気回路装置の構造情報から、電源層とグランド層とその２つの層の間に誘電体とを持つ多層プリント板の構造情報を抽出する抽出手段と、
抽出された多層プリント板の構造情報に基づき、電源層を碁盤の目形状に分割することで金属パッチを生成して、その分割の区画単位線毎に、該区画単位線からグランド層に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられる第１の導電性パッチを生成し、更に、グランド層を電源層と同一の碁盤の目形状に分割することで金属パッチを生成して、その分割の区画単位線毎に、該区画単位線から電源層に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられるとともに、対となる該第１の導電性パッチと僅かな隙間をもって設けられる第２の導電性パッチを生成し、更に、対となる該第１の導電性パッチと該第２の導電性パッチとの間にコンデンサを設けることで、多層プリント板のモデルを生成する生成手段と、
生成された多層プリント板モデルに基づき、モーメント法を用いて電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する算出手段とを備えることを、
特徴とする電磁界強度算出装置。 - 請求項１記載の電磁界強度算出装置において、
前記生成手段は、電源層の金属パッチを分割することで三角形状パッチを生成するとともに、グランド層の金属パッチを分割することで三角形状パッチを生成して、その２つの三角形状パッチの頂点間にノイズ源を設けるモデルを生成することを、
特徴とする電磁界強度算出装置。 - 請求項１又は２記載の電磁界強度算出装置において、
前記生成手段は、コンデンサに対して、抵抗とリアクタンスのいずれか一方又は双方を直列接続するモデルを生成することを、
特徴とする電磁界強度算出装置。 - 請求項１、２又は３記載の電磁界強度算出装置において、
前記生成手段は、対となる第１の導電性パッチと第２の導電性パッチとの間に、バイパスコンデンサを設けるモデルを生成することを、
特徴とする電磁界強度算出装置。 - 請求項１、２、３又は４記載の電磁界強度算出装置において、
前記算出手段は、電源層及びグランド層の金属パッチに抵抗成分情報を含ませて、モーメント法を用いて電気回路装置の放射する電磁界強度を算出することを、
特徴とする電磁界強度算出装置。 - 入力手段と抽出手段と生成手段と算出手段とを備えて、モーメント法を使って、電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する電磁界強度算出装置で実行される電磁界強度算出方法において、
前記入力手段は、解析対象となる電気回路装置の構造情報を入力し、
前記抽出手段は、入力された電気回路装置の構造情報から、電源層とグランド層とその２つの層の間に誘電体とを持つ多層プリント板の構造情報を抽出し、
前記生成手段は、抽出された多層プリント板の構造情報に基づき、電源層を碁盤の目形状に分割することで金属パッチを生成して、その分割の区画単位線毎に、該区画単位線からグランド層に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられる第１の導電性パッチを生成し、更に、グランド層を電源層と同一の碁盤の目形状に分割することで金属パッチを生成して、その分割の区画単位線毎に、該区画単位線から電源層に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられるとともに、対となる該第１の導電性パッチと僅かな隙間をもって設けられる第２の導電性パッチを生成し、更に、対となる該第１の導電性パッチと該第２の導電性パッチとの間にコンデンサを設け、更に、電源層の金属パッチを分割することで三角形状パッチを生成するとともに、グランド層の金属パッチを分割することで三角形状パッチを生成して、その２つの三角形状パッチの頂点間にノイズ源を設けることで、多層プリント板のモデルを生成し、
前記算出手段は、生成された多層プリント板モデルに基づき、モーメント法を用いて電気回路装置の放射する電磁界強度を算出することを、
特徴とする電磁界強度算出方法。 - モーメント法を使って、電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する電磁界強度算出装置を実現するプログラムが記録されるプログラム記録媒体であって、
解析対象となる電気回路装置の構造情報を入力する入力手段と、
入力された電気回路装置の構造情報から、電源層とグランド層とその２つの層の間に誘電体とを持つ多層プリント板の構造情報を抽出する抽出手段と、
抽出された多層プリント板の構造情報に基づき、電源層を碁盤の目形状に分割することで金属パッチを生成して、その分割の区画単位線毎に、該区画単位線からグランド層に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられる第１の導電性パッチを生成し、更に、グランド層を電源層と同一の碁盤の目形状に分割することで金属パッチを生成して、その分割の区画単位線毎に、該区画単位線から電源層に向けて互いに接続されない形式で直立して設けられるとともに、対となる該第１の導電性パッチと僅かな隙間をもって設けられる第２の導電性パッチを生成し、更に、対となる該第１の導電性パッチと該第２の導電性パッチとの間にコンデンサを設け、更に、電源層の金属パッチを分割することで三角形状パッチを生成するとともに、グランド層の金属パッチを分割することで三角形状パッチを生成して、その２つの三角形状パッチの頂点間にノイズ源を設けることで、多層プリント板のモデルを生成する生成手段と、
生成された多層プリント板モデルに基づき、モーメント法を用いて電気回路装置の放射する電磁界強度を算出する算出手段とを実現するプログラムが記録されることを、
特徴とするプログラム記録媒体。
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