JP4130365B2 - 電磁界強度の測定方法及びその装置、電磁界強度分布の測定方法及びその装置電流電圧分布の測定方法及びその装置 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、空間に形成された電磁界の強度を測定する方法及びその装置に関するものである。
背景技術
ＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）対策として電子機器から放射される電磁波による電磁界の強度測定を行う方法としては、以下に示すようなものが規定されている。例えば、測定対象となる電子機器、すなわち供試機器をオープンスペースに設置し、この供試機器から３ｍから１０ｍの距離をもってループアンテナやダイポールアンテナを設置して測定するものである。このようにアンテナを供試機器から十分な距離をおいて設置した場合には、ループアンテナにおいては遠方放射電磁界の磁界成分だけを測定でき、ダイポールアンテナにおいては電界成分だけを測定できる。そして、遠方放射電磁界の一方の成分を測定すれば他方を算出することができる。また、オープンスペースではなく電波暗室において測定する方法も規定されている。
一方、供試機器において電磁波の放射源を特定する場合もある。例えば、回路基板上においてどの部位から電磁波が強く放射されているかを特定する場合である。このように場合には、前述した測定とは異なり供試機器の近傍において電磁界強度を測定する。一般的には、小型ループアンテナを供試機器に近接させて電磁界の磁界成分を測定している。すなわち、電磁結合による誘電起電力を利用して供試機器による電磁界の磁界成分を測定するものである。このようにして測定された磁界成分を、演算処理することによって信号の大きさと位相を算出することになるが、従来はこのような磁界成分を測定できる測定器として、ベクトルネットワークアナライザとベクトルシグナルアナライザなどがあった。これらの測定器を用いて、センサの特性確認やＩＣの高調波の分布を測定し、これに基づき供試機器における電流電圧分布を求めて、放射源を特定している。
ところで、前記オープンスペース等による測定方法は広大な設置スペースや多額の設備投資が必要である。そこで近年、放射電磁波強度の評価法として、ＴＥＭセルと呼ばれる同軸伝送線路を用いた評価方法が注目されている。この評価方法では、同軸伝送線路の内部導体と外部導体の間に供試機器を配置し、内部導体の一端からの出力により評価するものである。この方法では、比較的小規模の設備で評価が可能であるという利点がある。
しかしならが、ＴＥＭセルを用いた方法では、オープンスペースでの測定との相関がとれないという問題があった。すなわち、供試機器と内部導体との距離が近接するため、ＴＥＭセルからの出力電流が電磁結合による電流と静電結合による電流を無視できなくなるためである。
一方、前記ループアンテナを用いて電磁波の放射源を精度よく特定するためには、電界成分による影響を排除する必要がある。このためループアンテナにシールドを設けたシールデッド・ループアンテナがしばしば用いられる。このシールデッド・ループアンテナでは、電界成分の影響を受けづらいので、磁界成分のみの測定を比較的高精度で行うことができる。
しかしながら、シールデッド・ループアンテナといえども、その構造上シールドが設けられていない部分では供試機器との間で電界結合を生じることになるため、磁界成分のみの正確な測定は困難である。また、シールド部分を有するという構造上小型化が困難である。つまり、分解能の向上が困難であった。また、実際に供試機器から放射される信号は、周波数が不安定であり、また、場合によっては変調信号のものもあることから、その信号の位相を測定することが非常に難しく、電磁界成分を測定をすることが困難であった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、空間に形成された電磁界の電界成分と磁界成分のそれぞれを小型且つ簡易な設備で容易且つ正確に測定することができる電磁界強度の測定方法及び装置、電磁界強度分布の測定方法及び装置並びに電流電圧分布の測定方法及び装置を提供することにある。
また、本発明は、上述したように、供試機器から放射される信号の周波数が不安定な場合であっても、その位相の測定を容易に実現して、信頼性の高い電磁界強度の測定方法及び装置、電磁界強度分布の測定方法及び装置並びに電流電圧分布の測定方法及び装置を提供することにある。
発明の開示
上記目的を達成するために、本発明は、電磁界の電界強度及び磁界強度を測定する方法において、導体を電磁界内に配置し、導体から出力される出力電流であって電磁界に対して異なる方向に出力される複数の出力電流を同時に測定することにより各出力電流の大きさ及び出力電流間の位相差を測定し、測定した複数の出力電流の大きさ及び位相差に基づき各出力電流に含まれる電界により導体に生じる電界成分電流と磁界により導体に生じる磁界成分電流とを算出し、算出した電界成分電流及び磁界成分電流の大きさに基づき電磁界の電界強度及び磁界強度を算出することを特徴とする。
一般に、電磁界が形成されている空間に導体を配置すると、該導体からは電界により生じる電流（電界成分電流）と磁界により生じる電流（磁界成分電流）との合成電流が出力される。ここで、導体の特定の箇所から出力される電流のうち電界成分電流は、導体が電磁界に対して相対的に方向を変えても一定である。一方、導体の特定の箇所から出力される電流のうち磁界成分電流は、導体が電磁界に対して相対的に方向を変えると、その大きさ及び方向（位相）が変動する。
本発明では、導体から互いに異なる方向に出力される複数の出力電流を同時に測定することにより、その大きさを及び出力電流間の位相差をそれぞれ測定できる。そして、各出力電流の大きさ及び出力電流間の位相差に基づき、出力電流に含まれる電界成分電流及び磁界成分電流を算出するので、導体位置における正確な電磁界強度を測定することができる。
発明を実施するための最良の形態
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１〜図５を参照して説明する。図１及び図２は電磁界強度の測定装置の構成図、図３及び図４は本発明の測定原理を説明する図、図５はプローブの構成を説明する図である。
まず、図３及び図４を参照して本発明の動作原理ついて説明する。今、図３に示すように、被測定物（供試機器）１のある点に、ある周波数の電圧Ｖ（＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋θｖ））と電流Ｉ（＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋θｃ））が存在していると仮定する。この点の直上に、両端が同じインピーダンスで終端されている線状の微小な導体２を配置する。このとき導体２には、電圧Ｖと電界結合して電流（以下、電界成分電流と言う。）Ｉｅが生じるとともに、電流Ｉと磁界結合して（以下、磁界成分電流と言う。）電流Ｉｍが生じる。したがって、導体２の両端からの出力電流Ｏ１及びＯ２は、電界成分電流Ｉｅと磁界成分電流Ｉｍの合成電流となる。ここで、導体２から両端から出力される電界成分電流Ｉｅは互いに同位相となるが、磁界成分電流Ｉｍは互いに逆位相となる。すなわち、電界成分電流Ｉｅは導体の向き応じて変化するが、磁界成分電流Ｉｍは導体２の向きに依存しない。本発明は、このことを利用して互いに出力方向が異なる複数の出力電流に基づき、電界成分電流と磁界成分電流を算出することにより、導体２の位置における電界強度及び磁界強度、並びに、導体２と対向する位置における被測定物１の電流電圧の推定を行う。以下その方法についてさらに詳細に説明する。
図３において、導体２の両端から出力される出力電流Ｏ１及びＯ２は、各々式（３）及び（４）で表される。
ここでα及びβは係数である。したがって、式（３）及び（４）のように、両端の出力電流Ｏ１及びＯ２の和と差をとることで、導体２に流れる電界成分電流Ｉｅ及び磁界成分電流Ｉｍを算出することができる。ただし、この時の出力電流Ｏ１及びＯ２の値はベクトル値である必要がある。すなわち、出力電流Ｏ１及びＯ２の位相差を測定する必要がある。
この微小導体２をプローブとして用いることで、導体２の位置における電磁界強度、及び、この導体２の下の電流電圧が推定できる。
次に、平面上での電流の向きを考慮する場合について、図４を参照して説明する。今、あるＸＹ平面上の点（ｘ，ｙ）において、電圧Ｖ（＝Ａ（ｘ，ｙ）ｓｉｎ（ωｔ＋θｖ））、φ方向に流れる電流Ｉ（＝Ｂ（ｘ，ｙ）ｓｉｎ（ωｔ＋θｃ））が存在すると仮定する。この場合、点（ｘ，ｙ）の直上において、導体２を回転させ、互いに直交する２方向で測定した場合の関係式は、以下の式（５）〜（８）で表される。
これらの関係式より式（９）〜（１１）の関係が求まる。
したがって、これを解けば、導体２の位置における電磁界強度、及び、点（ｘ，ｙ）における電流電圧並びに電流の方向が推定できる。そこで、この導体２を被測定物の直上平行平面で走査及び回転させながら測定することにより、分布を得ることができる。
次に、図１及び図２を参照して本発明に係る測定装置について説明する。この測定装置は、供試機器１０の近傍電磁界の強度分布を測定するものである。供試機器１０は、例えば電子機器の回路基板である。測定中は、供試機器１０は動作状態にさせ、該供試機器１０の動作中に放射される電磁波が形成する電磁界の強度を測定する。
この測定装置は、供試機器１０の近傍に配置された測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０と、それぞれ測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０と接続する周波数変換器４０と、周波数変換器４０に基準信号を供給する発振器４１と、周波数変換器４０と接続する測定器５０と、該測定器５０と接続した計算機６０と、測定用プローブ２０を供試機器１０の近傍でＸＹ方向に移動させる移動装置（図示省略）を備えている。
なお、上記の他に、測定用プローブ２０を供試機器１０上にマトリクス的に複数配置するようにしてもよい。この場合には、供試機器１０全体あるいはスイッチ等で切替えて供試機器１０の選択された部位の電磁界を検出すればよい。このように構成すれば、測定用プローブ２０をＸＹ方向に移動させる移動装置を設ける必要がなく、装置の小型化を容易に実現できる。
測定用プローブ２０は、図５に示すように、ループアンテナ２１を有する。このループアンテナ２１はシールドを備えていないループ状の導体である。本実施の形態では、ループアンテナ２１は、より供試機器１０に接近できるように方形のループアンテナとした。ループアンテナ２１の両端は、それぞれ同軸ケーブル２２及び２３の中心導体と接続している。各同軸ケーブル２２及び２３の他端側には接続コネクタ２４及び２５が設けられている。各接続コネクタ２４，２５は、同軸ケーブル２６，２７（図１参照）を介して周波数変換器４０に接続している。ここで、ループアンテナ２１の一端側と周波数変換器４０との間の特性インピーダンスと、ループアンテナ２１の他端側と周波数変換器４０との特性インピーダンスは一致している。本実施の形態では、外部導体が銅、誘電体がフッ素樹脂で構成され、特性インピーダンスが５０Ω、直径約１ｍｍの同軸ケーブルを加工することにより測定用プローブ２０を作成した。
基準信号用プローブ３０は、供試機器１０の近傍に配置することにより基準信号を検出するものである。この基準信号は、測定用プローブ２０から出力される複数の出力信号の位相差を測定するための基準となる。測定用プローブ２０で検出される出力信号は、後述するように７〜３ＧＨｚ帯の高周波信号であって、周波数が不安定で通常の測定装置ではその位相を測定することが困難な信号である。なぜなら、このような出力信号は電磁界成分を含み、また時間と共に変化する位相成分を含んでいるしまっているためである。この出力信号の不安定の一因となっている位相成分を削除すれば、各出力信号の位相を測定することができるので、信号間の位相差を測定することが可能となる。各出力信号に含まれている位相成分を削除するために基準信号用プローブを設け、この基準信号用プローブから得られる基準信号によって、基準信号用プローブの位置に対するプローブの相対的な位置における出力信号及び基準信号を比較・演算処理することで、不要な位相成分を削除して各出力信号の位相が測定するようにしたものである。したがって、基準信号用プローブ３０は、測定用プローブ２０とは異なり測定中に移動させることなく所定位置に固定しておく。そして、実際の測定に際しては、測定用プローブ２０が測定する供試機器１０から放射される高周波信号を検出して基準信号を得るようにするのが好ましい。このようにすれば、同じ高周波信号を測定することで、同一の不要な位相成分を検出して相殺することができる。基準信号用プローブ３０は例えばループアンテナなどである。基準信号用プローブ３０は同軸ケーブル３１を介して周波数変換器４０に接続している。
図１で例示した基準信号用プローブ３０はループアンテナで構成されている。そして、この基準信号用プローブ３０を、供試機器１０の近傍に配置し、供試機器１０近傍で発生する磁界を検出している。そして、磁界検出により得られた信号から基準信号を生成するようにしている。しかし、他の方法によって基準信号を得るようにしてもよい。図１０及び図１１を参照して基準信号を得る他の方法について説明する。
図１０は、第１の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の変形例を説明する図である。図中、図１と同様な要素には同じ符号を用いている。図１０に示す例では、基準信号用プローブとして、固定アンテナ３０ａを用いている。この固定アンテナ３０ａは周波数変換器４０に接続している。
このように構成すれば、基準信号を得るための固定アンテナ３０ａを供試機器１０の近傍に配置する必要はない。従って、供試機器１０の近傍よりさらに周辺の外部磁界を検出するようにして、その検出信号から基準信号を生成することができる。これにより、供試機器近傍に基準信号用プローブを配置する必要がなくなるため、測定用プローブの移動が制限されることがない。また、測定用プローブから離して配置できるので互いの干渉を防止できる。
図１１は、第１の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の他の変形例を説明する図である。図中、図１と同様な要素には同じ符号を用いている。図１１に示す例では、基準信号用プローブとして、供試機器１０の基板パターンに接続する配線３０ｂと、一端側が配線３０ｂに接続したコンデンサ３０ｃとを用いている。そして、コンデンサ３０ｃの他端側を周波数変換器４０に接続している。このように構成すると、コンデンサ３０ｃによって基準信号の直流成分をカットすることができ、安定した基準信号を生成することができる。特に、図１１に示す構成の場合には、供試機器１０から発生する磁界が弱い場合に適しており、基板パターンから電界成分を検出することで基準信号を生成することが可能となる。なお、図１１では、基準信号用プローブとして、コンデンサ３０ｃを備えたものであるが、これに限らず、インダクタあるいはフィルタなどで構成しても差し支えない。但し、基準信号の直流成分をカットして、安定した基準信号を得るためには、コンデンサ３０ｃで構成するのが好ましい。
周波数変換器４０は、発振器４１から入力された基準信号を分波する分波器４２と、測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０から入力された出力信号と分波器４２から入力された基準信号を混合することで周波数変換を行う混合器４３，４４，４５とを備えている。ここで、各混合器４３，４４，４５では同一の基準信号を用いているので、周波数変換しても各プローブ２０及び３０の出力信号間の位相差を維持することができる。このことにより、測定用プローブ２０で検出される出力信号が高周波信号で、かつ複数の出力信号間の位相差を測定するような場合であっても、各信号間の位相差を一定にすることができ、安定した信頼性の高い測定が実現できる。なお、本実施の形態では、測定可能な周波数帯域を７ＭＨｚ〜３ＧＨｚとし、発振器４１の出力信号の周波数は各混合器４３，４４，４５の出力信号の中間周波数が５ＭＨｚとなるように設定する。
測定器５０は、測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ１及びＯ２及び基準信号用プロープ３０の出力電流ＲをそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ５１，５２，５３を備えている。各Ａ／Ｄコンバータ５１，５２，５３は同一の発振器５４を基準クロックとして動作する。これにより、測定器５０において各出力電流をデジタル変換しても各プローブ２０及び３０の出力信号間の位相差を維持することができる。このことにより、測定用プローブ２０で検出される出力信号が高周波信号で、かつ複数の出力信号間の位相差を測定するような場合であっても、各信号間の位相差を一定にすることができ、安定した信頼性の高い測定が実現できる。また、測定器５０は、所定の周波数帯域において測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ１及びＯ２の大きさをそれぞれ測定する電流値測定部５５，５６と、各出力電流Ｏ１及びＯ２と基準信号用プローブ３０の出力電流Ｒとの位相差とを測定する位相差測定部５７，５８を備えている。各測定部５１〜５４の測定結果は計算機６０に出力される。
計算機６０は、測定器５０からの出力結果及び演算部６２の演算結果を記憶する記憶部６１と、記憶部６１に記憶された測定器５０からの出力結果に基づき測定用プローブ２０の配置位置における電界強度及び磁界強度を算出する演算部６２と、測定用プローブ２０の移動装置（図示省略）を制御する移動制御部６３と、演算結果を表示する表示部６４とを備えている。演算部６２による演算処理は、前述した本発明の動作原理に基づいて行う。これにより、記憶部６１には、供試機器１０近傍の電磁界強度分布及び位相分布が記憶される。
次に、本実施の形態に係る測定装置を用いた電磁界強度の測定方法について説明する。まず、動作状態にある供試機器１０の近傍に測定用プローブ２０を配置する。また、基準信号用プローブ３０も供試機器１０の近傍に配置する。そして、移動装置（図示省略）により測定用プローブ２０を移動させながら、測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０の各出力信号の電流値及び位相差を測定器５０により測定して、測定結果を計算機６０の記憶部６１に記憶する。このとき測定用プローブ２０の移動は供試機器１０の近傍におけるＸＹ平面上で平行移動させ、その向きは変更しない。一方、基準信号用プローブ３０は移動させない。次に、測定用プローブ２０をＺ方向を軸として９０°回転させる。次に、移動装置（図示省略）により測定用プローブ２０を前回の測定と同様に移動させながら、測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０の各出力信号の電流値及び位相差を測定器５０により測定して、測定結果を計算機６０の記憶部６１に記憶する。次に、演算部６２は、記憶部６１に記憶された各測定結果に基づき、前述した動作原理に基づく演算処理を行う。以上により、供試機器１０の近傍の、１）電界強度分布、２）電界位相分布、３）磁界強度分布、４）磁界位相分布が得られる。また、これらの情報から前述した動作原理に基づき、測定用プローブ２０と対向する供試機器１０の表面上の、５）電流分布、６）電流方向分布、７）電圧分布を得ることができる。
このように本発明に係る電磁界強度の測定装置によれば、測定用プローブ２０から出力される複数の出力電流Ｏ１及びＯ２を、基準信号用プローブ３０の出力電流Ｒと同時に測定することにより、出力電流Ｏ１及びＯ２の大きさを及び出力電流Ｏ１及びＯ２間の位相差を容易且つ確実に測定することができる。すなわち、測定用プローブ２０から出力される複数の出力信号自体の位相を測定することは困難であるが、基準信号用プローブ３０の位置に対する測定用プローブ２０の相対的な位置における出力信号及び基準信号を比較・演算処理することで、不要な位相成分を削除して各出力信号の位相が測定でき、その結果２つの出力電流間の位相差を測定できる。
そして、測定した出力電流Ｏ１及びＯ２の大きさ及び基準となる出力電流Ｒとの位相差に基づき、測定用プローブ２０に生じる電界成分電流及び磁界成分電流をそれぞれ正確に算出できる。これにより、測定用プローブ２０の位置における、電界強度分布、電界位相分布、磁界強度分布、磁界位相分布を得ることができる。また、これらの情報から、測定用プローブ２０と対向する供試機器１０の表面上の、電流分布、電流方向分布、電圧分布を得ることができる。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態について図６を参照する。図６は電磁界強度の測定装置の構成図である。図６において第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態に係る電磁界強度の測定装置が、第１の実施形態のものと異なる点は、測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ１及びＯ２を別々に測定する点にある。しかしながら、測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ１及びＯ２の測定はそれぞれ基準信号用プローブ３０の出力電流Ｒと同時に測定する。これにより、出力電流Ｏ１及びＯ２の位相差の測定については、第１の実施形態と同様に測定することができる。
この測定装置では、図６に示すように、周波数変換器４０の前段に２入力１出力の高周波スイッチ７０を備えている。また、計算機６０に高周波スイッチ７０を制御する切替制御部６５を設けた。このような構成により測定器５０は２入力となるので、第１の実施形態と比較して、Ａ／Ｄコンバータ，電流値測定部、位相差測定部がそれぞれ１つずつ省略される。
このような測定装置を用いて測定を行う際には、切替制御部６５により高周波スイッチ７０を切替制御を行いながら測定を行う。これにより、第１の実施の形態と同様の情報、すなわち出力電流Ｏ１及びＯ２の大きさ及び出力電流Ｏ１及びＯ２の出力電流Ｒに対する位相差を得ることができる。したがって、あとは第１の実施の形態と同様に演算部６２による演算処理を行うことにより、第１の実施の形態と同様の測定結果を得ることができる。
このように本実施の形態に係る測定装置では、測定器５０の構成を簡便化することができる。この種の測定器５０は非常に高価であるため、本実施の形態に係る測定装置は低コストで電磁界強度分布の測定が可能となる。他の効果については第１の実施の形態と同様である。
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施形態について図７を参照して説明する。図７は電磁界強度の測定装置の構成図である。図７において第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態に係る電磁界強度の測定装置が、第１の実施形態のものと異なる点は、基準信号用プローブ３０を設けていない点、及び、測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ１及びＯ２を同時に測定することにより、出力電流Ｏ１及びＯ２間の位相差を測定する点にある。このような構成により、測定器５０は２入力となるので、第１の実施形態と比較して、Ａ／Ｄコンバータ，電流値測定部、位相差測定部がそれぞれ１つずつ省略される。
この測定装置によれば、ある点における電界強度及び磁界強度の測定が可能となるが、基準信号用プローブ３０の出力電流Ｒを測定していないので、第１の実施の形態と異なり、電界位相分布、磁界位相分布を得ることはできない。しかしながら、第１の実施の形態と比較して簡便且つ安価にシステム構成できる点、位相分布まで必要としない場合もある点において有用である。
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施形態について図８を参照して説明する。図８はＴＥＭセルの構造を説明する一部切り欠き斜視図である。
本実施の形態に係る測定装置が、上記第１〜第４の実施形態と異なる点は、電磁界の検出部の構成にある。すなわち、上記第１〜第４の実施形態では測定用プローブ２０を用いていたが、本実施の形態では同軸伝送線路の一種であるＴＥＭセル８０を用いている。供試機器１０は、該ＴＥＭセル８０内に収容する。
ＴＥＭセル８０は、特性インピーダンス５０Ωの角形伝送線路である。すなわち、ＴＥＭセル８０は、中心導体８１と外部導体８２とを備えている。ＴＥＭセル８０の上面には正方形の蓋体８３が設けられている。蓋体８３の内側中心部には供試機器１０が設置されている。この供試機器１０は、外部導体８２と中心導体６８の間に配置される。またＴＥＭセル８０内には基準信号用プローブ３０が配置されている。
このような構成では、図２で示したような測定系に、ＴＥＭセル８０の両端から出力される出力電流と、基準信号用プローブ３０から出力される出力信号を入力することにより、電界強度及び磁界強度を得ることができる。なお、この場合には図２に示した計算機６０の移動制御部６３は不要である。
また、同様に、図６で示したような測定系に、蓋体８３を９０°ずつ回転させながら、ＴＥＭセル８０の一端から出力される出力電流と、基準信号用プローブ３０から出力される出力信号を入力するし、電界強度及び磁界強度を得ることができる。この場合には、ＴＥＭセル８０の他端側は所定の特性インピーダンスで終端させる。また、この場合には図６に示した計算機６０の移動制御部６３は不要である。
さらに、図７で示したような測定系に、蓋体８３を９０°ずつ回転させながら、ＴＥＭセル８０の両端から出力される出力電流を入力することにより、電界強度及び磁界強度を得ることができる。なお、この場合には図７に示した計算機６０の移動制御部６３は不要である。
このように本実施の形態に係る測定装置では、第１の実施の形態とは異なり供試機器近傍の分布を得ることはできないものの、全体として供試機器により形成される電磁界強度を測定することができる。
なお、本実施の形態では、同軸伝送線路としてＴＥＭセル８０を用いたが、図９に示すようにＧ−ＴＥＭセル９０を用いてもよい。
以上本発明の実施形態について説明したが、上記各実施形態は例示的なものであり限定的なものではない。本発明の範囲は特許請求範囲によって示されており、各請求項の意味の中に入るすべての変形例は本発明に含まれるものである。
例えば、上記第１〜第４の実施の形態では、測定用プローブ２０として同軸ケーブルを加工したループアンテナを用いたが本発明はこれに限定されるものではない。電磁界により電流が生じる導体であれば、どのような形状・構造であってもよい。すなわち、本発明の測定原理では、電界により生じる電界成分電流と磁界により生じる磁界成分電流とを分離して算出することができるので、従来の技術のようにループアンテナやダイポールアンテナなどそれぞれ電界成分電流又は磁界成分電流を積極的に検出するような構造にする必要がない。このため、本発明では超小型なプローブを容易に作成することができる。これにより、分解能が向上するという大きな利点を有している。
また、上記第１〜第４の実施の形態では、測定用プローブ２０を９０°回転させる際には手動で行っていたが、回転装置を設けるとともに計算機６０から制御するようにしてもよい。
さらに、上記第１〜第４の実施の形態では、測定用プローブ２０の両端からの出力電流を測定していたが、一端からの出力電流のみであってもよい。本発明では、供試機器１０に対して異なる方向に出力される複数の電流が必要であるので、この場合には、手動又は回転装置により測定用プローブ２０を９０°，１８０°，２７０°と回転させればよい。
さらに、上記第１〜第４の実施の形態では、測定用プローブ２０をＸＹ平面上で移動させることにより二次元の電磁界分布を得ていたが、Ｚ方向にも移動させることにより三次元の電磁界分布を得るようにしてもよい。
以上詳述したように、本発明によれば、導体から互いに異なる方向に出力される複数の出力電流を同時に測定することにより、その大きさを及び出力電流間の位相差をそれぞれ測定できる。そして、各出力電流の大きさ及び出力電流間の位相差に基づき、出力電流に含まれる電界成分電流及び磁界成分電流を算出することができるので、導体位置における正確な電磁界強度を測定することができる。
また、本発明によれば、供試機器から放射される信号の周波数が不安定であっても、その位相を容易に測定することができ、信頼性の高い電磁界強度の測定方法及び装置、電磁界強度分布の測定方法及び装置並びに電流電圧分布の測定方法及び装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の構成を説明する図である。
図２は、第１の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の構成を説明する図である。
図３は、本発明の動作原理を説明する図である。
図４は、本発明の動作原理を説明する図である。
図５は、第１の実施形態に係るプローブを説明する図である。
図６は、第２の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の構成を説明する図である。
図７は、第３の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の構成を説明する図である。
図８は、第４の実施形態に係るＴＥＭセルを説明する図である。
図９は、第４の実施形態の他の例に係るＧ−ＴＥＭセルを説明する図である。
図１０は、第１の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の変形例を説明する図である。
図１１は、第１の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の他の変形例を説明する図
本発明は、空間に形成された電磁界の強度を測定する方法及びその装置に関するものである。
背景技術
ＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）対策として電子機器から放射される電磁波による電磁界の強度測定を行う方法としては、以下に示すようなものが規定されている。例えば、測定対象となる電子機器、すなわち供試機器をオープンスペースに設置し、この供試機器から３ｍから１０ｍの距離をもってループアンテナやダイポールアンテナを設置して測定するものである。このようにアンテナを供試機器から十分な距離をおいて設置した場合には、ループアンテナにおいては遠方放射電磁界の磁界成分だけを測定でき、ダイポールアンテナにおいては電界成分だけを測定できる。そして、遠方放射電磁界の一方の成分を測定すれば他方を算出することができる。また、オープンスペースではなく電波暗室において測定する方法も規定されている。
一方、供試機器において電磁波の放射源を特定する場合もある。例えば、回路基板上においてどの部位から電磁波が強く放射されているかを特定する場合である。このように場合には、前述した測定とは異なり供試機器の近傍において電磁界強度を測定する。一般的には、小型ループアンテナを供試機器に近接させて電磁界の磁界成分を測定している。すなわち、電磁結合による誘電起電力を利用して供試機器による電磁界の磁界成分を測定するものである。このようにして測定された磁界成分を、演算処理することによって信号の大きさと位相を算出することになるが、従来はこのような磁界成分を測定できる測定器として、ベクトルネットワークアナライザとベクトルシグナルアナライザなどがあった。これらの測定器を用いて、センサの特性確認やＩＣの高調波の分布を測定し、これに基づき供試機器における電流電圧分布を求めて、放射源を特定している。
ところで、前記オープンスペース等による測定方法は広大な設置スペースや多額の設備投資が必要である。そこで近年、放射電磁波強度の評価法として、ＴＥＭセルと呼ばれる同軸伝送線路を用いた評価方法が注目されている。この評価方法では、同軸伝送線路の内部導体と外部導体の間に供試機器を配置し、内部導体の一端からの出力により評価するものである。この方法では、比較的小規模の設備で評価が可能であるという利点がある。
しかしならが、ＴＥＭセルを用いた方法では、オープンスペースでの測定との相関がとれないという問題があった。すなわち、供試機器と内部導体との距離が近接するため、ＴＥＭセルからの出力電流が電磁結合による電流と静電結合による電流を無視できなくなるためである。
一方、前記ループアンテナを用いて電磁波の放射源を精度よく特定するためには、電界成分による影響を排除する必要がある。このためループアンテナにシールドを設けたシールデッド・ループアンテナがしばしば用いられる。このシールデッド・ループアンテナでは、電界成分の影響を受けづらいので、磁界成分のみの測定を比較的高精度で行うことができる。
しかしながら、シールデッド・ループアンテナといえども、その構造上シールドが設けられていない部分では供試機器との間で電界結合を生じることになるため、磁界成分のみの正確な測定は困難である。また、シールド部分を有するという構造上小型化が困難である。つまり、分解能の向上が困難であった。また、実際に供試機器から放射される信号は、周波数が不安定であり、また、場合によっては変調信号のものもあることから、その信号の位相を測定することが非常に難しく、電磁界成分を測定をすることが困難であった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、空間に形成された電磁界の電界成分と磁界成分のそれぞれを小型且つ簡易な設備で容易且つ正確に測定することができる電磁界強度の測定方法及び装置、電磁界強度分布の測定方法及び装置並びに電流電圧分布の測定方法及び装置を提供することにある。
また、本発明は、上述したように、供試機器から放射される信号の周波数が不安定な場合であっても、その位相の測定を容易に実現して、信頼性の高い電磁界強度の測定方法及び装置、電磁界強度分布の測定方法及び装置並びに電流電圧分布の測定方法及び装置を提供することにある。
発明の開示
上記目的を達成するために、本発明は、電磁界の電界強度及び磁界強度を測定する方法において、導体を電磁界内に配置し、導体から出力される出力電流であって電磁界に対して異なる方向に出力される複数の出力電流を同時に測定することにより各出力電流の大きさ及び出力電流間の位相差を測定し、測定した複数の出力電流の大きさ及び位相差に基づき各出力電流に含まれる電界により導体に生じる電界成分電流と磁界により導体に生じる磁界成分電流とを算出し、算出した電界成分電流及び磁界成分電流の大きさに基づき電磁界の電界強度及び磁界強度を算出することを特徴とする。
一般に、電磁界が形成されている空間に導体を配置すると、該導体からは電界により生じる電流（電界成分電流）と磁界により生じる電流（磁界成分電流）との合成電流が出力される。ここで、導体の特定の箇所から出力される電流のうち電界成分電流は、導体が電磁界に対して相対的に方向を変えても一定である。一方、導体の特定の箇所から出力される電流のうち磁界成分電流は、導体が電磁界に対して相対的に方向を変えると、その大きさ及び方向（位相）が変動する。
本発明では、導体から互いに異なる方向に出力される複数の出力電流を同時に測定することにより、その大きさを及び出力電流間の位相差をそれぞれ測定できる。そして、各出力電流の大きさ及び出力電流間の位相差に基づき、出力電流に含まれる電界成分電流及び磁界成分電流を算出するので、導体位置における正確な電磁界強度を測定することができる。
発明を実施するための最良の形態
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１〜図５を参照して説明する。図１及び図２は電磁界強度の測定装置の構成図、図３及び図４は本発明の測定原理を説明する図、図５はプローブの構成を説明する図である。
まず、図３及び図４を参照して本発明の動作原理ついて説明する。今、図３に示すように、被測定物（供試機器）１のある点に、ある周波数の電圧Ｖ（＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋θｖ））と電流Ｉ（＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋θｃ））が存在していると仮定する。この点の直上に、両端が同じインピーダンスで終端されている線状の微小な導体２を配置する。このとき導体２には、電圧Ｖと電界結合して電流（以下、電界成分電流と言う。）Ｉｅが生じるとともに、電流Ｉと磁界結合して（以下、磁界成分電流と言う。）電流Ｉｍが生じる。したがって、導体２の両端からの出力電流Ｏ１及びＯ２は、電界成分電流Ｉｅと磁界成分電流Ｉｍの合成電流となる。ここで、導体２から両端から出力される電界成分電流Ｉｅは互いに同位相となるが、磁界成分電流Ｉｍは互いに逆位相となる。すなわち、電界成分電流Ｉｅは導体の向き応じて変化するが、磁界成分電流Ｉｍは導体２の向きに依存しない。本発明は、このことを利用して互いに出力方向が異なる複数の出力電流に基づき、電界成分電流と磁界成分電流を算出することにより、導体２の位置における電界強度及び磁界強度、並びに、導体２と対向する位置における被測定物１の電流電圧の推定を行う。以下その方法についてさらに詳細に説明する。
図３において、導体２の両端から出力される出力電流Ｏ１及びＯ２は、各々式（３）及び（４）で表される。
次に、平面上での電流の向きを考慮する場合について、図４を参照して説明する。今、あるＸＹ平面上の点（ｘ，ｙ）において、電圧Ｖ（＝Ａ（ｘ，ｙ）ｓｉｎ（ωｔ＋θｖ））、φ方向に流れる電流Ｉ（＝Ｂ（ｘ，ｙ）ｓｉｎ（ωｔ＋θｃ））が存在すると仮定する。この場合、点（ｘ，ｙ）の直上において、導体２を回転させ、互いに直交する２方向で測定した場合の関係式は、以下の式（５）〜（８）で表される。
次に、図１及び図２を参照して本発明に係る測定装置について説明する。この測定装置は、供試機器１０の近傍電磁界の強度分布を測定するものである。供試機器１０は、例えば電子機器の回路基板である。測定中は、供試機器１０は動作状態にさせ、該供試機器１０の動作中に放射される電磁波が形成する電磁界の強度を測定する。
この測定装置は、供試機器１０の近傍に配置された測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０と、それぞれ測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０と接続する周波数変換器４０と、周波数変換器４０に基準信号を供給する発振器４１と、周波数変換器４０と接続する測定器５０と、該測定器５０と接続した計算機６０と、測定用プローブ２０を供試機器１０の近傍でＸＹ方向に移動させる移動装置（図示省略）を備えている。
なお、上記の他に、測定用プローブ２０を供試機器１０上にマトリクス的に複数配置するようにしてもよい。この場合には、供試機器１０全体あるいはスイッチ等で切替えて供試機器１０の選択された部位の電磁界を検出すればよい。このように構成すれば、測定用プローブ２０をＸＹ方向に移動させる移動装置を設ける必要がなく、装置の小型化を容易に実現できる。
測定用プローブ２０は、図５に示すように、ループアンテナ２１を有する。このループアンテナ２１はシールドを備えていないループ状の導体である。本実施の形態では、ループアンテナ２１は、より供試機器１０に接近できるように方形のループアンテナとした。ループアンテナ２１の両端は、それぞれ同軸ケーブル２２及び２３の中心導体と接続している。各同軸ケーブル２２及び２３の他端側には接続コネクタ２４及び２５が設けられている。各接続コネクタ２４，２５は、同軸ケーブル２６，２７（図１参照）を介して周波数変換器４０に接続している。ここで、ループアンテナ２１の一端側と周波数変換器４０との間の特性インピーダンスと、ループアンテナ２１の他端側と周波数変換器４０との特性インピーダンスは一致している。本実施の形態では、外部導体が銅、誘電体がフッ素樹脂で構成され、特性インピーダンスが５０Ω、直径約１ｍｍの同軸ケーブルを加工することにより測定用プローブ２０を作成した。
基準信号用プローブ３０は、供試機器１０の近傍に配置することにより基準信号を検出するものである。この基準信号は、測定用プローブ２０から出力される複数の出力信号の位相差を測定するための基準となる。測定用プローブ２０で検出される出力信号は、後述するように７〜３ＧＨｚ帯の高周波信号であって、周波数が不安定で通常の測定装置ではその位相を測定することが困難な信号である。なぜなら、このような出力信号は電磁界成分を含み、また時間と共に変化する位相成分を含んでいるしまっているためである。この出力信号の不安定の一因となっている位相成分を削除すれば、各出力信号の位相を測定することができるので、信号間の位相差を測定することが可能となる。各出力信号に含まれている位相成分を削除するために基準信号用プローブを設け、この基準信号用プローブから得られる基準信号によって、基準信号用プローブの位置に対するプローブの相対的な位置における出力信号及び基準信号を比較・演算処理することで、不要な位相成分を削除して各出力信号の位相が測定するようにしたものである。したがって、基準信号用プローブ３０は、測定用プローブ２０とは異なり測定中に移動させることなく所定位置に固定しておく。そして、実際の測定に際しては、測定用プローブ２０が測定する供試機器１０から放射される高周波信号を検出して基準信号を得るようにするのが好ましい。このようにすれば、同じ高周波信号を測定することで、同一の不要な位相成分を検出して相殺することができる。基準信号用プローブ３０は例えばループアンテナなどである。基準信号用プローブ３０は同軸ケーブル３１を介して周波数変換器４０に接続している。
図１で例示した基準信号用プローブ３０はループアンテナで構成されている。そして、この基準信号用プローブ３０を、供試機器１０の近傍に配置し、供試機器１０近傍で発生する磁界を検出している。そして、磁界検出により得られた信号から基準信号を生成するようにしている。しかし、他の方法によって基準信号を得るようにしてもよい。図１０及び図１１を参照して基準信号を得る他の方法について説明する。
図１０は、第１の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の変形例を説明する図である。図中、図１と同様な要素には同じ符号を用いている。図１０に示す例では、基準信号用プローブとして、固定アンテナ３０ａを用いている。この固定アンテナ３０ａは周波数変換器４０に接続している。
このように構成すれば、基準信号を得るための固定アンテナ３０ａを供試機器１０の近傍に配置する必要はない。従って、供試機器１０の近傍よりさらに周辺の外部磁界を検出するようにして、その検出信号から基準信号を生成することができる。これにより、供試機器近傍に基準信号用プローブを配置する必要がなくなるため、測定用プローブの移動が制限されることがない。また、測定用プローブから離して配置できるので互いの干渉を防止できる。
図１１は、第１の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の他の変形例を説明する図である。図中、図１と同様な要素には同じ符号を用いている。図１１に示す例では、基準信号用プローブとして、供試機器１０の基板パターンに接続する配線３０ｂと、一端側が配線３０ｂに接続したコンデンサ３０ｃとを用いている。そして、コンデンサ３０ｃの他端側を周波数変換器４０に接続している。このように構成すると、コンデンサ３０ｃによって基準信号の直流成分をカットすることができ、安定した基準信号を生成することができる。特に、図１１に示す構成の場合には、供試機器１０から発生する磁界が弱い場合に適しており、基板パターンから電界成分を検出することで基準信号を生成することが可能となる。なお、図１１では、基準信号用プローブとして、コンデンサ３０ｃを備えたものであるが、これに限らず、インダクタあるいはフィルタなどで構成しても差し支えない。但し、基準信号の直流成分をカットして、安定した基準信号を得るためには、コンデンサ３０ｃで構成するのが好ましい。
周波数変換器４０は、発振器４１から入力された基準信号を分波する分波器４２と、測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０から入力された出力信号と分波器４２から入力された基準信号を混合することで周波数変換を行う混合器４３，４４，４５とを備えている。ここで、各混合器４３，４４，４５では同一の基準信号を用いているので、周波数変換しても各プローブ２０及び３０の出力信号間の位相差を維持することができる。このことにより、測定用プローブ２０で検出される出力信号が高周波信号で、かつ複数の出力信号間の位相差を測定するような場合であっても、各信号間の位相差を一定にすることができ、安定した信頼性の高い測定が実現できる。なお、本実施の形態では、測定可能な周波数帯域を７ＭＨｚ〜３ＧＨｚとし、発振器４１の出力信号の周波数は各混合器４３，４４，４５の出力信号の中間周波数が５ＭＨｚとなるように設定する。
測定器５０は、測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ１及びＯ２及び基準信号用プロープ３０の出力電流ＲをそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ５１，５２，５３を備えている。各Ａ／Ｄコンバータ５１，５２，５３は同一の発振器５４を基準クロックとして動作する。これにより、測定器５０において各出力電流をデジタル変換しても各プローブ２０及び３０の出力信号間の位相差を維持することができる。このことにより、測定用プローブ２０で検出される出力信号が高周波信号で、かつ複数の出力信号間の位相差を測定するような場合であっても、各信号間の位相差を一定にすることができ、安定した信頼性の高い測定が実現できる。また、測定器５０は、所定の周波数帯域において測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ１及びＯ２の大きさをそれぞれ測定する電流値測定部５５，５６と、各出力電流Ｏ１及びＯ２と基準信号用プローブ３０の出力電流Ｒとの位相差とを測定する位相差測定部５７，５８を備えている。各測定部５１〜５４の測定結果は計算機６０に出力される。
計算機６０は、測定器５０からの出力結果及び演算部６２の演算結果を記憶する記憶部６１と、記憶部６１に記憶された測定器５０からの出力結果に基づき測定用プローブ２０の配置位置における電界強度及び磁界強度を算出する演算部６２と、測定用プローブ２０の移動装置（図示省略）を制御する移動制御部６３と、演算結果を表示する表示部６４とを備えている。演算部６２による演算処理は、前述した本発明の動作原理に基づいて行う。これにより、記憶部６１には、供試機器１０近傍の電磁界強度分布及び位相分布が記憶される。
次に、本実施の形態に係る測定装置を用いた電磁界強度の測定方法について説明する。まず、動作状態にある供試機器１０の近傍に測定用プローブ２０を配置する。また、基準信号用プローブ３０も供試機器１０の近傍に配置する。そして、移動装置（図示省略）により測定用プローブ２０を移動させながら、測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０の各出力信号の電流値及び位相差を測定器５０により測定して、測定結果を計算機６０の記憶部６１に記憶する。このとき測定用プローブ２０の移動は供試機器１０の近傍におけるＸＹ平面上で平行移動させ、その向きは変更しない。一方、基準信号用プローブ３０は移動させない。次に、測定用プローブ２０をＺ方向を軸として９０°回転させる。次に、移動装置（図示省略）により測定用プローブ２０を前回の測定と同様に移動させながら、測定用プローブ２０及び基準信号用プローブ３０の各出力信号の電流値及び位相差を測定器５０により測定して、測定結果を計算機６０の記憶部６１に記憶する。次に、演算部６２は、記憶部６１に記憶された各測定結果に基づき、前述した動作原理に基づく演算処理を行う。以上により、供試機器１０の近傍の、１）電界強度分布、２）電界位相分布、３）磁界強度分布、４）磁界位相分布が得られる。また、これらの情報から前述した動作原理に基づき、測定用プローブ２０と対向する供試機器１０の表面上の、５）電流分布、６）電流方向分布、７）電圧分布を得ることができる。
このように本発明に係る電磁界強度の測定装置によれば、測定用プローブ２０から出力される複数の出力電流Ｏ１及びＯ２を、基準信号用プローブ３０の出力電流Ｒと同時に測定することにより、出力電流Ｏ１及びＯ２の大きさを及び出力電流Ｏ１及びＯ２間の位相差を容易且つ確実に測定することができる。すなわち、測定用プローブ２０から出力される複数の出力信号自体の位相を測定することは困難であるが、基準信号用プローブ３０の位置に対する測定用プローブ２０の相対的な位置における出力信号及び基準信号を比較・演算処理することで、不要な位相成分を削除して各出力信号の位相が測定でき、その結果２つの出力電流間の位相差を測定できる。
そして、測定した出力電流Ｏ１及びＯ２の大きさ及び基準となる出力電流Ｒとの位相差に基づき、測定用プローブ２０に生じる電界成分電流及び磁界成分電流をそれぞれ正確に算出できる。これにより、測定用プローブ２０の位置における、電界強度分布、電界位相分布、磁界強度分布、磁界位相分布を得ることができる。また、これらの情報から、測定用プローブ２０と対向する供試機器１０の表面上の、電流分布、電流方向分布、電圧分布を得ることができる。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態について図６を参照する。図６は電磁界強度の測定装置の構成図である。図６において第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態に係る電磁界強度の測定装置が、第１の実施形態のものと異なる点は、測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ１及びＯ２を別々に測定する点にある。しかしながら、測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ１及びＯ２の測定はそれぞれ基準信号用プローブ３０の出力電流Ｒと同時に測定する。これにより、出力電流Ｏ１及びＯ２の位相差の測定については、第１の実施形態と同様に測定することができる。
この測定装置では、図６に示すように、周波数変換器４０の前段に２入力１出力の高周波スイッチ７０を備えている。また、計算機６０に高周波スイッチ７０を制御する切替制御部６５を設けた。このような構成により測定器５０は２入力となるので、第１の実施形態と比較して、Ａ／Ｄコンバータ，電流値測定部、位相差測定部がそれぞれ１つずつ省略される。
このような測定装置を用いて測定を行う際には、切替制御部６５により高周波スイッチ７０を切替制御を行いながら測定を行う。これにより、第１の実施の形態と同様の情報、すなわち出力電流Ｏ１及びＯ２の大きさ及び出力電流Ｏ１及びＯ２の出力電流Ｒに対する位相差を得ることができる。したがって、あとは第１の実施の形態と同様に演算部６２による演算処理を行うことにより、第１の実施の形態と同様の測定結果を得ることができる。
このように本実施の形態に係る測定装置では、測定器５０の構成を簡便化することができる。この種の測定器５０は非常に高価であるため、本実施の形態に係る測定装置は低コストで電磁界強度分布の測定が可能となる。他の効果については第１の実施の形態と同様である。
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施形態について図７を参照して説明する。図７は電磁界強度の測定装置の構成図である。図７において第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態に係る電磁界強度の測定装置が、第１の実施形態のものと異なる点は、基準信号用プローブ３０を設けていない点、及び、測定用プローブ２０からの出力電流Ｏ１及びＯ２を同時に測定することにより、出力電流Ｏ１及びＯ２間の位相差を測定する点にある。このような構成により、測定器５０は２入力となるので、第１の実施形態と比較して、Ａ／Ｄコンバータ，電流値測定部、位相差測定部がそれぞれ１つずつ省略される。
この測定装置によれば、ある点における電界強度及び磁界強度の測定が可能となるが、基準信号用プローブ３０の出力電流Ｒを測定していないので、第１の実施の形態と異なり、電界位相分布、磁界位相分布を得ることはできない。しかしながら、第１の実施の形態と比較して簡便且つ安価にシステム構成できる点、位相分布まで必要としない場合もある点において有用である。
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施形態について図８を参照して説明する。図８はＴＥＭセルの構造を説明する一部切り欠き斜視図である。
本実施の形態に係る測定装置が、上記第１〜第４の実施形態と異なる点は、電磁界の検出部の構成にある。すなわち、上記第１〜第４の実施形態では測定用プローブ２０を用いていたが、本実施の形態では同軸伝送線路の一種であるＴＥＭセル８０を用いている。供試機器１０は、該ＴＥＭセル８０内に収容する。
ＴＥＭセル８０は、特性インピーダンス５０Ωの角形伝送線路である。すなわち、ＴＥＭセル８０は、中心導体８１と外部導体８２とを備えている。ＴＥＭセル８０の上面には正方形の蓋体８３が設けられている。蓋体８３の内側中心部には供試機器１０が設置されている。この供試機器１０は、外部導体８２と中心導体６８の間に配置される。またＴＥＭセル８０内には基準信号用プローブ３０が配置されている。
このような構成では、図２で示したような測定系に、ＴＥＭセル８０の両端から出力される出力電流と、基準信号用プローブ３０から出力される出力信号を入力することにより、電界強度及び磁界強度を得ることができる。なお、この場合には図２に示した計算機６０の移動制御部６３は不要である。
また、同様に、図６で示したような測定系に、蓋体８３を９０°ずつ回転させながら、ＴＥＭセル８０の一端から出力される出力電流と、基準信号用プローブ３０から出力される出力信号を入力するし、電界強度及び磁界強度を得ることができる。この場合には、ＴＥＭセル８０の他端側は所定の特性インピーダンスで終端させる。また、この場合には図６に示した計算機６０の移動制御部６３は不要である。
さらに、図７で示したような測定系に、蓋体８３を９０°ずつ回転させながら、ＴＥＭセル８０の両端から出力される出力電流を入力することにより、電界強度及び磁界強度を得ることができる。なお、この場合には図７に示した計算機６０の移動制御部６３は不要である。
このように本実施の形態に係る測定装置では、第１の実施の形態とは異なり供試機器近傍の分布を得ることはできないものの、全体として供試機器により形成される電磁界強度を測定することができる。
なお、本実施の形態では、同軸伝送線路としてＴＥＭセル８０を用いたが、図９に示すようにＧ−ＴＥＭセル９０を用いてもよい。
以上本発明の実施形態について説明したが、上記各実施形態は例示的なものであり限定的なものではない。本発明の範囲は特許請求範囲によって示されており、各請求項の意味の中に入るすべての変形例は本発明に含まれるものである。
例えば、上記第１〜第４の実施の形態では、測定用プローブ２０として同軸ケーブルを加工したループアンテナを用いたが本発明はこれに限定されるものではない。電磁界により電流が生じる導体であれば、どのような形状・構造であってもよい。すなわち、本発明の測定原理では、電界により生じる電界成分電流と磁界により生じる磁界成分電流とを分離して算出することができるので、従来の技術のようにループアンテナやダイポールアンテナなどそれぞれ電界成分電流又は磁界成分電流を積極的に検出するような構造にする必要がない。このため、本発明では超小型なプローブを容易に作成することができる。これにより、分解能が向上するという大きな利点を有している。
また、上記第１〜第４の実施の形態では、測定用プローブ２０を９０°回転させる際には手動で行っていたが、回転装置を設けるとともに計算機６０から制御するようにしてもよい。
さらに、上記第１〜第４の実施の形態では、測定用プローブ２０の両端からの出力電流を測定していたが、一端からの出力電流のみであってもよい。本発明では、供試機器１０に対して異なる方向に出力される複数の電流が必要であるので、この場合には、手動又は回転装置により測定用プローブ２０を９０°，１８０°，２７０°と回転させればよい。
さらに、上記第１〜第４の実施の形態では、測定用プローブ２０をＸＹ平面上で移動させることにより二次元の電磁界分布を得ていたが、Ｚ方向にも移動させることにより三次元の電磁界分布を得るようにしてもよい。
以上詳述したように、本発明によれば、導体から互いに異なる方向に出力される複数の出力電流を同時に測定することにより、その大きさを及び出力電流間の位相差をそれぞれ測定できる。そして、各出力電流の大きさ及び出力電流間の位相差に基づき、出力電流に含まれる電界成分電流及び磁界成分電流を算出することができるので、導体位置における正確な電磁界強度を測定することができる。
また、本発明によれば、供試機器から放射される信号の周波数が不安定であっても、その位相を容易に測定することができ、信頼性の高い電磁界強度の測定方法及び装置、電磁界強度分布の測定方法及び装置並びに電流電圧分布の測定方法及び装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の構成を説明する図である。
図２は、第１の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の構成を説明する図である。
図３は、本発明の動作原理を説明する図である。
図４は、本発明の動作原理を説明する図である。
図５は、第１の実施形態に係るプローブを説明する図である。
図６は、第２の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の構成を説明する図である。
図７は、第３の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の構成を説明する図である。
図８は、第４の実施形態に係るＴＥＭセルを説明する図である。
図９は、第４の実施形態の他の例に係るＧ−ＴＥＭセルを説明する図である。
図１０は、第１の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の変形例を説明する図である。
図１１は、第１の実施形態に係る電磁界強度分布の測定装置の他の変形例を説明する図
Claims (28)
- 複数の信号が入力される入力手段と、入力手段から入力された複数の信号をそれぞれ周波数変換する周波数変換手段と、周波数変換手段によって得られた各信号をそれぞれデジタル変換する測定手段と、測定手段によって得られた各信号を記憶する記憶手段と、記憶された信号を演算処理する演算手段と、演算処理した結果を表示する表示手段とを備えた電磁界強度の測定装置を用い、
前記入力手段には測定用導体から出力される出力信号であって電磁界に対して異なる方向に出力される複数の出力信号と基準信号用導体から出力される出力信号とを入力し、
前記周波数変換手段が第１発振器から得られる同一の周波数変換用信号を用いて測定用導体からの出力信号と基準信号用導体からの出力信号とを同時に周波数変換し、
前記測定手段が第２発振器から得られる同一の基準クロック信号を用いて周波数変換後の測定用導体からの出力信号と周波数変換後の基準信号用導体からの出力信号とを同時にデジタル変換し、
前記演算手段が、デジタル変換した測定用導体からの複数の出力信号の大きさ及び該出力信号の基準信号用導体からの出力信号に対する位相差に基づき測定用導体からの各出力信号に含まれる（ａ）電界により導体に生じる電界成分電流と（ｂ）磁界により導体に生じる磁界成分電流とを算出し、さらに算出した電界成分電流及び磁界成分電流の大きさに基づき電磁界の電界強度及び磁界強度を算出する
ことを特徴とする電磁界強度の測定方法。 - 前記入力手段に入力される複数の信号は、高周波信号からなる
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の電磁界強度の測定方法。 - 前記入力手段に入力される複数の信号は、電磁界成分を含み周波数が時間と共に変化する高周波信号からなる
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の電磁界強度の測定方法。 - 前記入力手段には、前記測定用導体の互いに異なる部位から出力される出力信号を入力し、
前記周波数変換手段は測定用導体からの複数の出力信号を基準信号用導体からの出力信号と同時に周波数変換し、
前記測定手段は周波数変換後の測定用導体からの複数の出力信号を周波数変換後の基準信号用導体からの出力信号と同時にデジタル変換する
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の電磁界強度の測定方法。 - 前記基準信号用導体は、アンテナを含む
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の電磁界強度の測定方法。 - 前記基準信号用導体は、ループ状導体で構成されたアンテナを含む
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の電磁界強度の測定方法。 - 前記基準信号用導体は、コンデンサを含む
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の電磁界の測定方法。 - 前記測定用導体を供試機器の近傍に配置して該供試機器からの放射電磁波により形成される電磁界の強度を測定する
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の電磁界強度の測定方法。 - 前記測定用導体はループ状導体を含む
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の電磁界強度の測定方法。 - 前記測定用導体は同軸伝送線路の内部導体からなり、供試機器を該同軸伝送線路の内部導体と外部導体の間に配置する
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の電磁界強度の測定方法。 - 前記測定用導体はＴＥＭセルからなる
ことを特徴とする請求の範囲第１０項記載の電磁界強度の測定方法。 - 前記測定用導体はＧ−ＴＥＭセルからなる
ことを特徴とする請求の範囲第１０項記載の電磁界強度の測定方法。 - 請求の範囲第１項記載の各ステップと、前記基準信号用導体を固定したまま前記測定用導体を移動させるステップとを備えることにより電磁界強度の分布及び位相分布を測定する
ことを特徴とする電磁界強度分布の測定方法。 - 請求の範囲第１３項記載の各ステップと、算出した電磁界強度に基づき供試機器の導体に対向する箇所において存在する電流値及び電圧値を算出するステップを備えることにより電流電圧分布を測定する
ことを特徴とする電流電圧分布の測定方法。 - 複数の信号が入力される入力手段と、入力手段から入力された複数の信号をそれぞれ周波数変換する周波数変換手段と、周波数変換手段によって得られた各信号をそれぞれデジタル変換する測定手段と、測定手段によって得られた各信号を記憶する記憶手段と、記憶された信号を演算処理する演算手段と、演算処理した結果を表示する表示手段とを備えた電磁界強度の測定装置において、
前記周波数変換手段は、同一の周波数変換用信号により複数の信号をそれぞれ周波数変換する第１発振器を備え、入力手段に接続された測定用導体の出力信号と入力手段に接続された基準用導体の出力信号とを同時に周波数変換し、
前記測定手段は、同一の基準クロック信号により複数の信号をそれぞれデジタル変換する第２発振器を備え、周波数変換された測定用導体の出力信号と基準用導体の出力信号を同時にデジタル変換し、
前記演算手段は、デジタル変換した測定用導体からの複数の出力信号の大きさ及び該出力信号の基準信号用導体からの出力信号に対する位相差に基づき測定用導体からの各出力信号に含まれる（ａ）電界により導体に生じる電界成分電流と（ｂ）磁界により導体に生じる磁界成分電流とを算出し、さらに算出した電界成分電流及び磁界成分電流の大きさに基づき電磁界の電界強度及び磁界強度を算出する
ことを特徴とする電磁界強度の測定装置。 - 前記入力手段に入力される複数の信号は高周波信号からなる
ことを特徴とする請求の範囲第１５項記載の電磁界強度の測定装置。 - 前記入力手段に入力される複数の信号は、電磁界成分を含み周波数が時間と共に変化する高周波信号からなる
ことを特徴とする請求の範囲第１５項記載の電磁界強度の測定装置。 - 前記入力手段には、前記測定用導体の互いに異なる部位から出力される出力信号を入力し、
前記周波数変換手段は測定用導体からの複数の出力信号を基準信号用導体からの出力信 号と同時に周波数変換し、
前記測定手段は周波数変換後の測定用導体からの複数の出力信号を周波数変換後の基準信号用導体からの出力信号と同時にデジタル変換する
ことを特徴とする請求の範囲第１５項記載の電磁界強度の測定装置。 - 前記基準信号用導体は、アンテナを含む
ことを特徴とする請求の範囲第１５項記載の電磁界強度の測定装置。 - 前記基準信号用導体は、ループ状導体で構成されたアンテナを含む
ことを特徴とする請求の範囲第１５項記載の電磁界強度の測定装置。 - 前記基準信号用導体は、コンデンサを含む
ことを特徴とする請求の範囲第１５項記載の電磁界強度の測定装置。 - 前記測定用導体を供試機器の近傍に配置して該供試機器からの放射電磁波により形成される電磁界の強度を測定する
ことを特徴とする請求の範囲第１５項記載の電磁界強度の測定装置。 - 前記測定用導体はループ状導体を含む
ことを特徴とする請求の範囲第１５項記載の電磁界強度の測定装置。 - 前記測定用導体は同軸伝送線路の内部導体からなり、供試機器を該同軸伝送線路の内部導体と外部導体の間に配置する
ことを特徴とする請求の範囲第１５項記載の電磁界強度の測定装置。 - 前記導体はＴＥＭセルからなる
ことを特徴とする請求の範囲第２４項記載の電磁界強度の測定装置。 - 前記導体はＧ−ＴＥＭセルからなる
ことを特徴とする請求の範囲第２４項記載の電磁界強度の測定装置。 - 請求の範囲第１５項記載の構成と、前記基準信号用導体を固定したまま前記測定用導体を移動させる手段とを備えることにより電磁界強度の分布及び位相分布を測定する
ことを特徴とする電磁界強度分布の測定装置。 - 請求の範囲第２７項記載の構成と、算出した電磁界強度に基づき供試機器の導体に対向する箇所において存在する電流値及び電圧値を算出する手段とを備えることにより電流電圧分布を測定する
ことを特徴とする電流電圧分布の測定装置。
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