JP4374465B2

JP4374465B2 - Ｅｍｉ共振線路試験装置及びｅｍｉ定規

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Publication number: JP4374465B2
Application number: JP2008218089A
Authority: JP
Inventors: 美則関; 文子関
Original assignee: 有限会社リンカーン高周波
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2028-08-27
Also published as: JP2009075095A

Description

本発明は、ＥＭＩ（Electromagnetic Interference の略で電磁障害）分野のＥＭＩ共振線路試験装置及びそのために有効なＥＭＩ定規に関する。

近年、デジタル化され高機能化された電子機器の代表とされるパソコンやプリンタなどの様々な工業製品から、不要な電磁波が放射される通信障害が発生している。この電子機器および様々な工業製品から発生する不要電磁波は、ＥＭＣ（Electromagnetic Compatibilityの略で電磁両立性）規制の中のＥＭＩ規格で規定されていて、責任のあるＥＭＩ試験場で許容値以内に抑えないと電子機器を出荷することも許されない。このため電子機器および様々な工業製品の製造者にとって極めて重要な問題となっている。

このため、不要電磁波を低減するためにＥＭＩ試験場を利用してＥＭＩ試験が行われている。このＥＭＩ試験に合格すれば、ＥＭＩ設計通りにことが進む。しかし、不合格の場合、ＥＭＩ対策を施してあらためて再試験を行わなければならない。ＥＭＩ試験とＥＭＩ対策は、ＥＭＩ試験場で何度も繰り返されることが多い。しかし、やっと合格した場合であってもＥＭＩ対策と１００％同じ内容をＥＭＩ設計に反映することはできない。もし、不十分なＥＭＩ設計で単に合格させただけのケースでは、当該電子機器を量産した場合、その量産品の不要電磁波の発生を確実に抑えられる保証にならなかった。

ＥＭＩ設計の手法としては、遮蔽構造設計が主な方法とされている。この遮蔽構造設計では、ＥＭＩ試験所の高価なＥＭＩ測定設備を利用してＥＭＩ試験を行う場合が多く、合格させるためにはＥＭＩ対策予算が膨大になるという問題があった。このため、しばしば予算不足となり、充分な遮蔽構造設計の確認を行うことができなかった。
また、ＥＭＩ品質は、いろいろな要因で安定化しないという問題もあった。その結果、ＥＭＩ試験を行うたびに毎回新たなＥＭＩ対策を行うことになる。このため、ＥＭＩ設計者にとって、ＥＭＩ試験を簡便に済ませることは、極めて重要なことになる。

そこで、より簡単で安価な手法によってＥＭＩ設計を行うことが試みられている。例えば、電波暗室やオープンサイトでの測定回数を減らし、高価なＥＭＩ設備の使用期間を少なくして、ＥＭＩを評価する方法やシステムが提案されている（特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の技術は、機器設計後の基板の電源・グランド間のノイズスペクトラムを測定し、これを所定の基準レベルと比較してＥＭＩ対策の要否を判定する技術である。
つまり、この判定によりＥＭＩ対策が必要とされると、ＥＭＩ対策を施した後に、基板の電源・グランド間のノイズスペクトラムを測定し、このノイズスペクトラムからＥＭＩ対策をＥＭＩ対策の効果を評価している。

しかし、この従来のＥＭＩ対策において、ＥＭＩ放射源のアンテナを発見することは、熟練技術者であっても簡単にできることではなかった。つまり、熟練技術者が、ＥＭＩ試験の被測定周波数Ｆと、電磁波速度Ｖ（＝Ｆ×λ）に基づいて、電磁波の波長λを求め、この電磁波の波長λに比例定数Ｐをかけて、ＥＭＩ放射源のアンテナの長さＬ（＝Ｐλ）を求めるという手順を踏む必要があった。
ここで、Ｐは０．２５、０．５、及びその高次数倍の値をとる。Ｐλ共振の長さをＬとすると、Ｐλの長さが実寸の長さに該当することになる。

また、特許文献１に記載の技術は、高周波プローブをスペクトルアナライザーに接続し、基板の電源層から引き出した測定端子と、グランド層から引き出した測定端子に高周波プローブを当てて、電源とグランド間のノイズスペクトラムを測定している。
この測定を機器設計後の基板、及びＥＭＩ対策を施した後の基板に対して行い、ＥＭＩ対策の効果を確認するようにしている。なお、この測定が有効なのは、電源・グランド層間のノイズスペクトラムとＥＭＩとの間に何らかの相関があるからである。

このように、特許文献１に記載の技術は、電源・グランド層間のノイズスペクトラムとＥＭＩとの相関を利用して、電源グランド層間のノイズスペクトラムが大きい場合にはＥＭＩが大きく、ＥＭＩ対策をとる必要があると判断している。なお、電源グランド層間のノイズスペクトラムが小さい場合にはＥＭＩも小さいので、特に対策を講じる必要はないと判断するのである。そして、ＥＭＩが小さく対策が必要ないと判定された場合のみ、電波暗室やオープンサイトでのＥＭＩ測定を行うようにする。

また、導体を電気回路に接触するだけで、電気回路のノイズ源を特定して迅速にＥＭＩ測定をすることが可能なＥＭＩ測定用治具も提案されている（特許文献２を参照）。
この治具は、プラスチック等の非導電性の材料で形成された筐体内に、長さのことなる３本の導体を配置して構成されている。この３本の導体は、ＥＭＩ規制の対象となっている周波数帯域(３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ)のどこがノイズ源かを調査できるように、導体の長さを２５０ｍｍ（３００ＭＨｚ用）、１２５ｍｍ（６００ＭＨｚ用）、７５ｍｍ(１ＧＨｚ)の３種類としている。
そして、この３本の導体の中から最適な長さの導体を、ノイズ源の周波数に応じて電気回路に接触させることにより、接触した箇所の電気回路の電磁エネルギーを効率よく電磁波に変換するのである。

また、コンピュータ解析によるＥＭＩ放射量の予測方法で、電源−接地の層構造−空間までを連続する伝送線路とみなし、回路的な透過係数の視点でプリント基板から放射されるＥＭＩ放射量を予測する方法も提案されている（特許文献３参照）。

特許文献３で提案されている手法の理論的な根拠は、明示されていないが、FIELD CELLS （非特許文献１、以後、フィールドセル理論とする）手法と考えられる。特許文献３の開示データの分析から、透過量が多い周波数点は、動作インピーダンスの変化が大きく、ＥＭＩ放射量の悪化につながる傾向を示していることが分かる。

ここで、前述したフィールドセル理論（非特許文献１）について簡単に説明しておく。
フィールドセル理論は、導体から空間へつながるストリップ形の伝送線路があることを表現した基本的な理論である。非特許文献１では、交流電気回路動作から空間の伝送線路動作までを一連のエネルギーの流れを理論的に検証し、様々な伝送線路接続があることを示している。
また、ＩＥＣ国際電気標準会議で採用されたＣＩＳＰＲ規格のＥＭＩ試験は、電磁波の測定であり、その実測値は、平均値で一致することが検証済みである。ＥＭＩ試験で使われた測定用アンテナは、１／２λ形のダイポールアンテナであり、そのことから前記ＥＭＩ試験対象物には、ある種のアンテナがあることを示唆している。本文において、それをＥＭＩ放射源のアンテナ（ＥＭＩ共振線路のＰλ共振アンテナ）としている。

ＥＭＩに関わるフィールドセル理論の伝送線路は、二種類が考えられる。一つは、高周波電流が流れる導体の伝送線路である。この伝送線路は、高周波インピーダンス素子、共振器、発信器、フィルターとして利用されていて、それらは、１／４λ共振、１／２λ共振、それらの高調波次数倍の共振を生じることからＰλ共振の伝送線路である。その構造は、平行２線の線路、同軸線路、平行２平面の線路などと様々である。

もう一つは、電磁波が進む誘電体や磁性体などの伝送線路である。この伝送線路は、アンテナ多素子化、シールドカーテンとして利用されていて、１／４λ距離の境界で反射されて作られる電磁波の低損失空間、２波の電磁波の反射と合成により生じるＴＥ／ＴＭのモード波の発生空間がある。このようにＰλ共振は、様々な伝送線路を介して説明される基本的なものである。

しかしながら、平面的なＥＭＩ試験対象物においては、理論的な辺長さ（平面のうちの一つの辺の長さ）で求めたＰλ共振は、実物になると平面の面積や辺の長さが関係してＰλ共振がずれることがある。また、ある誘電率の媒体としてコンピュータ解析で求めたＰλ共振は、実物になると高周波特性が微妙に変わるために、実物のＰλ共振とずれることがある。また、様々な大きさ、曲げ、形、穴、配置ズレ、ネジ止め、ネジ締めトルクなどの組合せでＰλ共振のずれが起こりうる。そのような事象に対して、表現上の説明対応や、Ｐλ補正値を微妙に変えて補正することになる。

工業製品に使われている金属は、すべてＥＭＩ放射源のアンテナとなる。例えば、金属でできた筐体の上蓋をとると、Ｐλ共振周波数が変わることもあり、その為の補正が必要になる。また、プリント基板の誘電率でも電気長が変わるので、Ｐλ共振の周波数が変わってくる。このため、プリント基板のパターンの長さを√誘電率倍にするなどの補正が必要になる。

ＥＭＩ放射源のアンテナの長さを求めるには、経験をもとにしたＰλ共振の予測が必要である。例えば、ＥＭＩ試験の被測定周波数が、７５０ＭＨｚの場合、Ｐλ共振のアンテナの長さは、１／４λ共振で０．１ｍ、高調波次数共振の３／４λで０．３ｍ、５／４λで０．５ｍとなる。また、１／２λ共振で０．２ｍ、高調波次数共振の２／２λで０．４ｍ、３／２λで０．６ｍとなる。このように、様々な長さのアンテナが考えられる。

また、ＥＭＩ放射源（アンテナまたは波源）が出す電磁界放射レベルは、電磁界プローブ測定方法で測定する。つまり、様々な長さのアンテナや波源の関係で、最大点を示すものを電磁界プローブで探し求める。ＥＭＩ放射源（アンテナまたは波源）を発見するためには、Ｐλ共振に関する経験と予測力を培うことが必要である。

ここで用いた「アンテナ」の用語は、通常の「アンテナ」と同じ意味を表わす。しかし、正規の形のアンテナを指しているのではなく、電磁波の放射と反射と吸収の働き、又は、その働きをする物としての意味で用いている。ＥＭＩ放射源のアンテナは、平面を立体的に組合せた形が多く、正規品の棒状の形ではない。このＥＭＩ放射源のアンテナを、電子機器のＥＭＩ設計図面、資料、及び、実物を見ただけで、指し示すのは、高周波の知識と経験を持つ者であっても、決して簡単なことではない。

特開平１１−９４８８９号公報特開２００８−８９５４７号公報特開２００６−２６６８６３号公報 ELECTROMAGNETICS WITH APPLICATIONS FIFTH EDITION.KRAUS/FLEISCH （社）エレクトロニクス実装学会電磁特性技術委員会 2005 サマーセミナーたかがグラウンド？されどグラウンド！

以上説明したように、フィールドセル理論の伝送線路の存在が証明されていることを知っているＥＭＩ設計者は、フィールドセル理論の伝送線路のＰλ共振と、ＥＭＩ放射源のアンテナのＰλ共振との関係が、経験的にかなり近いことに気付いていた。
しかし、実際のＥＭＩ試験対象物は、平面的であったり、それを組み合わせた立体構造物であったりするために、その形の表現が難しいこと、それらのインピーダンス関係が分らないこと、入力端子が分らないこと、一般の５０Ω測定系で正確に測れないこと、などの問題が有り、実測をあきらめることが多かった。また、無理に実測しても再現性・応用性の面で低いことが多かった。ＥＭＩ放射源のアンテナのＰλ共振の共振周波数を求める計算の回数および長さを求める計算の回数は、想像を超えて無数にあった。

特許文献１に記載の技術は、ＥＭＩ放射源（のアンテナまたは波源）を発見するＥＭＩ対策において、ＥＭＩ試験の測定データの周波数からアンテナの長さを求める計算に時間がかかること、共振周波数を求める計算に時間がかかること、Ｐλ共振の予測がはずれた場合の再計算に時間がかかること、アンテナの表現が正確にできないこと、そのアンテナの把握に手間取ること、などの問題があった。

特許文献２に記載の治具を用いたＥＭＩ測定は、ＥＭＩ試験所の電波暗室で行われる点で経費の面で相当高いといった問題もあった。

特許文献３に開示されている技術は、コンピュータを利用した解析方法であること、品質安定化方法であること、ＥＭＩ試験で実測すること、などから経費の面で相当高いといった問題もあった。

ＥＭＩ試験所を利用して行うＥＭＩ試験およびＥＭＩ対策を行う方法は、進める前に事前にＥＭＩ試験所の予約が必要である。例えば、予約の希望が簡単に通れば、問題はすくないが、通らない場合には、利用者側は、開発期間の遅れ、開発経費の大幅アップ、商品納期の遅れ、競争力の低下等が発生する。これは、ＥＭＩ経費の増大につながり、企業にとって大きな問題であった。

本発明の目的は、以上のような従来技術の問題点に鑑み、ＥＭＩ試験所の予約がとれない事態を回避して、一般環境での測定が可能なＥＭＩ共振線路試験装置を提案することにある。
また、通常のＥＭＩ試験に最も近い形の試験データが得られる前記ＥＭＩ共振線路試験装置にすると共に、前記ＥＭＩ試験の測定データの周波数からＥＭＩ放射源のアンテナを測定することができるＥＭＩ定規を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のＥＭＩ共振線路試験装置は、さまざまな形や大きさを持ったアース構造物であるＥＭＩ試験対象物に直結させて接続の安定化をはかり、所定の周波数範囲の交番信号を掃引して供給するとともに、ＥＭＩ試験対象物からの共振信号を受信する第１の探触子と、この第１の探触子に対して所定の周波数範囲の交番信号を供給する信号源と、第１の探触子がＥＭＩ試験対象物から検出した共振信号を受け取り、当該受信信号の周波数特性を表示することにより、ＥＭＩ試験対象物の共振周波数を測定する周波数分析器と、ＥＭＩ試験対象物を共振状態に置いたとき、ＥＭＩ試験対象物から発生される電界の最大点および磁界の最大点を、ＥＭＩ試験対象物と非接触で検出し、電界の最大点の数および磁界の最大点の数が奇数であるかまたは偶数であるかを探知できるようにした第２の探触子と、第１の探触子からの信号と第２の探触子からの信号を切り換えて周波数分析器に供給する切換スイッチと、を備えている。

前記周波数分析器では、前記第１の探触子の経路でＰλ共振の全体像を見て、設計で予想した通りの高次数共振状態が出ていることを確認するためのＰλ共振の広帯域周波数特性の表示が可能であるとともに、最も強いＰλ共振（１／４λまたは１／２λの場合が多い）の共振周波数を探して絞り込んだ狭帯域周波数特性の表示とすることも可能である。そして、それらの表示を合わせ持つことによりＰλ共振の全体的な把握および共振周波数の正確な絞り込み確認が可能である。
また、前記共振状態においたときは、単なる狭帯域周波数特性の表示になるだけでなく、前記第２の探触子の経路で電界または磁界の最大点の検出信号を周波数分析器に表示することができ、電界または磁界の最大点からＥＭＩ放射源のアンテナの形や長さを具体的に求めることができる。

本発明のＥＭＩ共振線路試験装置は、ＥＭＩ試験対象物のＰλ共振を想定した測定方法である。ＥＭＩ試験対象物の直結部分のインピーダンスに関して、第１の探触子側の出力インピーダンスと同等かそれよりも低くすることが、Ｐλ共振を想定した測定方法の根拠となるといってもよい。
なお、本発明のＥＭＩ共振線路試験装置は、一般の環境で測定が可能な方法である。そのために何らかの悪影響でノイズレベルが突然大きくなることもある。そのような事態を考慮して、信号増幅器を適宜入れて、測定の基準レベルを高めることができる。
また、本発明のＥＭＩ共振線路試験装置は、共振インピーダンスを測定することになるので、測定系のインピーダンスが５０Ω系からはずれやすい。そこで、各接続点において、整合用の減衰器を適宜入れて、測定値の再現性を高めている。

また、本発明においては、ＥＭＩ放射源のアンテナは、フィールドセル理論による伝送線路のＰλ共振であるとみなしているため、本発明のＥＭＩ定規は、一方の目盛り側面（ＪＩＳＳ６０３２の用語、以後、ＪＩＳ用語とする）に、そのＰλ共振の長さに一致させた長さ測定用目盛りを配置し、他方の目盛り側面に、長さ測定用目盛りの始点に合わせ、Ｐλ共振周波数に一致させた周波数測定用目盛りを配置している。このように、本発明のＥＭＩ定規は、長さ対周波数の相互変換機能を備えている。

また、本発明のＥＭＩ定規は、上述したＥＭＩ共振線路試験装置を用いて、ＥＭＩ放射源であるＥＭＩ試験対象物の共振周波数と、電界の最大点の数および磁界の最大点の数が奇数であるか偶数であるかに基づいて、ＥＭＩ試験対象物のアンテナの場所および大きさを発見するための定規である。このＥＭＩ定規は、ＥＭＩ試験対象物の被測定パターンの長さを求めるために、ＥＭＩ放射源のアンテナのＰλ共振長さに対応させた、一方の目盛り側面に設けた長さ測定用目盛りと、この長さ測定用目盛りの始点に合わせ、その始点からの距離をＰλ共振周波数に一致させ、長さ測定用目盛りの反対側の側面に設けた周波数測定用目盛りとから構成されている。そして、本発明の好ましい形態として、長さ測定用目盛りは、１／２λ共振用の目盛りと１／４λ共振用の目盛りの２種類が設けられる。また、別の好ましい形態としては、周波数測定用目盛りが、１／２λ共振用の目盛りと、１／４λ共振用の目盛りの２種類が設けられている。

本発明のＥＭＩ定規により、ＥＭＩ放射源のアンテナのＰλ共振の共振周波数とその長さが分る。また、そのＰλ共振で放射される電磁波の周波数は、本発明のＥＭＩ共振線路試験装置で分り、電界および磁界の最大点の数からＰλ共振が推測できる。それらの値がほぼ一致することを確認できれば、ＥＭＩ放射源のアンテナは、フィールドセル理論による伝送線路のＰλ共振であることがわかる。従って、ＥＭＩ試験データとほぼ一致する。

本発明によれば、ＥＭＩ試験対象物をＰλ共振のアンテナであるとみなして、ＥＭＩ放射源のアンテナのＰλ共振線路を予測することができる。そして、そのアンテナの長さ計算をする場合、ＥＭＩ試験の被測定周波数をＥＭＩ定規上に設定するだけで、ＥＭＩ放射源のアンテナの長さを無計算で求めることができる。また、ＥＭＩ放射源のアンテナの長さからアンテナのＰλ共振周波数を求めることができるので、電子機器内に存在するアンテナを短時間で発見することができる。有料のＥＭＩ試験場で計算を行なうことを考えたとき、その時間的な低減効果は大きい。

本発明のＥＭＩ共振線路試験装置は、一般の環境で測定が可能な方法である。このため、有料のＥＭＩ試験場を利用してＥＭＩ対策をする必要がなくなるので、その経費の節減効果は大きい。
また、本発明のＥＭＩ共振線路試験装置には、ＥＭＩ試験対象物が発するＥＭＩノイズを測定する機能があり、ＥＭＩ対策に利用できる。
これまでのＥＭＩ分野は、ＥＭＩ対策を主としていたために一部の限られた人達の実務的な勘と経験に頼る方向にあった。本発明のＥＭＩ共振線路試験装置及びＥＭＩ定規を商品化したことにより、誰でも自由に利用できるようになり、ＥＭＩ対策からＥＭＩ設計へと時間の使い方が変えられる。それだけでなく、ＥＭＩ経費を大幅に低減する効果がある。

以下、図面に従って本発明の実施の形態例を説明するが、まず、その前提として、本発明を実施するうえで有効な背景技術を説明しておく。本発明において、Ｐλ共振は、フィールドセル理論の伝送線路のＰλ共振であり、ＥＭＩ放射源のアンテナのＰλ共振であるとみなしている。なお、伝送線路は、フィールドセル理論により求められる伝送線路の特性インピーダンスから、その存在を予測することができる。

ＥＭＩ試験対象物が具備するＥＭＩ放射源のアンテナのＰλ共振は、筐体などの金属導体のエッジで形成される場合がある。そのＥＭＩ放射源のアンテナの実体は、Ｐλ共振電流が流れる経路であり、フリンジング現象として共振電流が導体エッジの外周に集中してしまう傾向にあることが知られている。

また、ＥＭＩ放射源のアンテナのＰλ共振は、導体アースのネジ部で形成される場合も考えられる。なぜなら、導体アースのネジ部は、複数の構造物を接続する部分であることから、伝送線路を短絡する部分に当たる。そして、このネジ部を始点にして広がる構造物は、それ自体でＰλ共振の伝送線路となり、先端開放形、または終端形の閉回路を形成する。更に、ネジ部には、周辺の共振電流が集中し、電流リターンルートの最大磁界ポイントが形成される。例えば、一つのネジで四方に広がるＰλ共振を考えると、そのＰλ共振の計算量は、非常に多くなることがわかる。

また、ＥＭＩ放射源のアンテナのＰλ共振には、進行波と反射波による合成波（定在波）が関係している。つまり、ＥＭＩ波源から出た進行波が進み、境界で反射が起こり、進行波と反射波の合成である定在波が発生し、それが共振状態の波と同じ形であることが知られている。上述したＣＩＳＰＲ規格のＥＭＩ試験で利用されたダイポールアンテナでは、その定在波が発生している。
もし、進行波と反射波が同じ道をたどるならば、合成波は簡単に推測可能であるが、プリント基板など平面的な場合、進行波の行方も反射波の行方も推測できないため、合成波の形（共振状態の波）を推測するのは難しい。また、１／４λ距離の閉空間が電磁波の低損失空間を作ることが明らかであり、この１／４λ距離の閉空間からは、高い指向性の電磁波が放射される。

本発明のＥＭＩ共振線路試験装置は、ＤＵＴ（ＥＭＩ試験対象物）のＰλ共振を想定した測定方法である。ＤＵＴ（フィールドセル理論の伝送線路のＰλ共振の被試験体）に所定の周波数範囲の信号を供給すると、そのＰλ共振は、入力インピーダンスの変化として現れる。そこで、入力電圧の変化を監視することにより、Ｐλ共振の低インピーダンス周波数特性を見ることにより、Ｐλ共振を知ることができる。

例えば、ＤＵＴを共振状態におき、電界または磁界の（近傍電磁界）プローブで、最大磁界ポイント、最大電界ポイントを測定することにより、Ｐλ共振を確認することができる。ここで、ＤＵＴを共振状態におくには、Ｐλ共振周波数付近を狭帯域で周波数スイープすることが必要である。そして、電界プローブで電界の最大点と最小点のレベルを受信することによりＰλ共振の存在を確認することができる。

しかし、共振線路の選択度特性Ｑが低い場合（Ｑ＝１０前後）、受信レベルは、数ｄＢ程度の変化しか起きないために測定が難しくなる。逆に、Ｑが高い場合、受信レベルは、数１０ｄＢも変化し、本発明のＥＭＩ共振線路試験装置のノイズがかぶることがある。また、一般の環境での測定が可能な方法なので、何らかの悪影響でノイズレベルが突然大きくなることもある。そのような事態に対して、測定の基準レベルを高めることが有効であるが、これに対しては信号増幅器を適宜入れることで対応が可能である。

なお、ＥＭＩ定規で照合する場合、一般の長さ測定用定規の使用と同じようにして、アンテナと思われる部分の長さを測るようにＥＭＩ定規を沿わせるようにする。そして、その長さから、共振する周波数の値を簡単に求めることができるので、アンテナ発見時間を短縮することができる。

以下、図１〜図５に基づいて、本発明の実施形態例としてのＥＭＩ測定装置について説明し、その後発明者が考案したＥＭＩ定規について、図６〜１２に基づいて説明する。

＜ＥＭＩ共振線路試験装置の説明＞
図１は、本発明の実施の形態例（以下、「本例」ということもある）としてのＥＭＩ共振線路試験装置を表わしたブロック構成図である。本例のＥＭＩ共振線路試験装置は、ＥＭＩ試験対象物（ＤＵＴ：Device Under Testの略)に直結しているプローブ１（第１の探触子）と、ＤＵＴから発せられる電界または磁界を非接触で測定するプローブ２（第２の探触子）と、ＴＧ付スペクトラムアナライザ３と、ＤＵＴ４から構成されている。
ＴＧ付スペクトラムアナライザ３は、任意の周波数の交番信号を発生する信号源としてのＴＧ（Tracking Generator）７と、周波数分析器としてのスペクトラムアナライザＳＰＡ８から構成されている。ＴＧ７は高周波信号源であり、ＴＧ７から所定の周波数範囲の交流信号が発生されてＴＧ付スペクトラムアナライザ３の出力端子（ＯＵＴＰＵＴ）から出力される。なお、スペクトラムアナライザＳＰＡ８は、周波数とレベルを同時に見ることができる測定器である。

ＴＧ付スペクトラムアナライザ３の出力端子は、グラウンドＧＮＤ板５との接続点９経由で第１の探触子としてのプローブ１の入力端子Ａに接続されている。また、プローブ１の出力端子Ｃは、ＥＭＩ対象物ＤＵＴ４の所定の測定点（接続点）Ｄに直結（半田付け、ねじ止め）されている。ここでプローブ１がＤＵＴ４に直結されるのは、回路接続を安定化するためであり、このプローブ１の回路に信号源であるＴＧ７からの出力が供給されて、ＤＵＴの端子ＤよりＤＵＴ４に信号が供給されるようになっている。

また、プローブ１は、図２に示されるように、ＤＵＴ４が共振状態になって低インピーダンス化した場合に、その出力レベルの低下を検出するための回路を備えている。
このプローブ１の回路の出力はスペクトラムアナライザＳＰＡ８に供給され、ＳＰＡ８でプローブ１の検出信号波形を見ることにより、ＤＵＴ４における共振周波数を知ることができるようになっている。なお、プローブ１とＴＧ付スペクトラムアナライザ３間の入力／出力インピーダンスは、常時５０Ωに設定されている。

ここで、ＤＵＴ４をＥＭＩ試験対象物として説明してきたが、通常、ＤＵＴ４はアース板５とともに、ＥＭＩ試験対象物となる。このＥＭＩ試験対象物としてのＤＵＴ４は、電子機器の筐体の一部あるいは全部を含む。例えば、長方形のＤＵＴがあれば、その筐体の端から端までの全てが、ＥＭＩ試験対象物とされる。

また、プローブ１のもう一つの出力端子Ｂは、ＤＵＴ４からの反射波を出力する端子であり、この反射波は、スイッチ６を経由して、ＧＮＤ板５の端子１０に送られる。ＧＮＤ板５の端子１０は、ＴＧ付スペクトラムアナライザ３の入力端子INPUTに接続されている。このような接続により、ＴＧ７から発生した所定範囲の周波数の波がプローブ１経由でＤＵＴ４に入り、このＤＵＴ４で反射した波が、再びプローブ１を経由してスペクトラムアナライザＳＰＡ８に供給されるようになっている。

ＤＵＴ４としては、電源線、信号線、アース線、プリント板パターン、アースパターン、アース平面、筐体などさまざまな物が考えられる。このＤＵＴ４の線路としては、辺長さ形や平面形のもの、そしてこれらの形をしたＤＵＴが、アース側と平行しているもの、あるいはアース側に対して傾斜しているもの、またはアース側に垂直なものなどが考えられる。

図１に示すＥＭＩ共振線路試験装置では、ＤＵＴ４に直結させるプローブ１（第１の探触子）のほかに非接触で電磁界を測定するプローブ２（第２の探触子）が設けられている。このプローブ２は、ＥＭＩ試験対象物であるＤＵＴ４を共振状態において、その電界最大点と磁界最大点の数を非接触で測定するプローブである。すなわち、プローブ２としては、電界結合用アダプタ（電界プローブ）と磁界結合用アダプタ（磁界プローブ）の二つが用意され、これらが適宜交換されて用いられる。

磁界プローブはＤＵＴ４から発生する磁界最大点を探すプローブであり、電界プローブは電界最大点を探すプローブである。現在、平面共振の分野は、解明が難しい分野である。わかりやすい一例として、このプローブ２で２箇所の電界最大点を見つけ、かつ２箇所の磁界最大点を見つけたとすると、１／２λ共振が起こっていることが推測される。つまり、磁界最大点と電界最大点の数が偶数のときは、１／２λ共振とされ、奇数のときは１／４λ共振と推測される。なお、最終的な確認は、長さと周波数とＰλ共振のほぼ一致により可能である。

プローブ１とプローブ２は、切換スイッチＳＷ６に接続され、このスイッチＳＷ６の切換によって、プローブ１かプローブ２のいずれかの出力が、スペクトラムアナライザＳＰＡ８に送られるようになっている。このスイッチＳＷ６は、共振周波数測定用のプローブ１と電界と磁界の測定用のプローブ２を切換えるスイッチであるが、例えばプローブ２をＤＵＴ４に近接させすぎた場合などには、共振周波数にズレが生じるので、スイッチＳＷ６をこまめに切り替え、共振周波数のズレがないことを監視するようにしている。

図１では、ＴＧ付きスペクトラムアナライザを用いて、ＴＧ７からＤＵＴ４に対して交番信号を供給しているが、このようにＴＧ７より交番信号を供給しない変形例も考えられる、すなわち、ＴＧ７から交番信号を供給する信号源の経路をＤＵＴ４から外して、ＤＵＴ４を通電状態にする。そして、ＤＵＴ４からのＥＭＩノイズをプローブ１で検出する。このプローブ１の検出信号をＳＰＡ８に送り、実際のＥＭＩノイズをＳＰＡの画面に表示する。このＥＭＩノイズは、実際のＥＭＩ試験データと比較照合するためのものであり、これによりＥＭＩ共振線路からの放射電磁波の周波数とレベル、及び実際のＥＭＩ試験データの周波数とレベルの比較がなされ、両者の相関を取ることができる。
そして、両者の相関関係から得られた補正値とそのバラツキが、ＥＭＩ試験対象物のＥＭＩ品質に関係することが明らかになった場合には、この補正値とバラツキをＥＭＩ品質の管理やＥＭＩ設計に役立てることができる。更に、ＥＭＩ対策やＥＭＩ試験対象物の受入れ検査の評価に利用することができる。

図２は、図１に示した本発明の実施形態例であるＥＭＩ共振線路試験装置において、特にプローブ１の部分を具体的回路構成として示した図である。図１と同じ構成の部分は同一符号を付している。
まず、ＴＧ付スペクトラムアナライザ３とプローブ１、プローブ２、スイッチＳＷ６、ＥＭＩ対象物５のＤＵＴ４との接続関係は図１と同じである。

図２に示すように、プローブ１の入力端子Ａ及び出力端子Ｂからプローブ１側を見た入力インピーダンスは５０Ωであり、一般の測定器の特性インピーダンスＺ_０の値と同じ値に設定されている。また、プローブ１の出力端子Ｃは、ＥＭＩ対象物であるＤＵＴ４に接続される点であるが、このＣ点のインピーダンスはＤＵＴ４のＤ点のインピーダンスに合わせてさまざまな値をとるように配慮されている。ここでＥＭＩ対象物としては、ＤＵＴ４と、このＤＵＴ４と線路を形成するアース側ＧＮＤ５とで構成され、アース側ＧＮＤ５は端子Ｅを経由してプローブ１のアース端子と接続されている。

一例ではあるが、プローブ１の回路は、信号供給側と信号検出側とも、π型に接続された抵抗回路で構成されている。そして、出力端子Ｃから信号供給側を見たインピーダンスＺｓと、出力端子Ｃから信号検出側を見たときのインピーダンスＺｄは、ＤＵＴ部４のインピーダンスＺ_Ｌと同等かそれよりも高い値に設定されている。これは、インピーダンスＺｓとインピーダンスＺｄが、ＤＵＴ４のインピーダンスＺ_Ｌよりも低い値になってしまうと、１／４λ共振において、低インピーダンスの共振点を見ることができないからである。この低インピーダンスの共振点は、後述する図５に示される低いインピーダンスの共振点（特異点）である。

例えば、ＤＵＴ部４（ＥＭＩ試験対象物）を接続しない開放の場合、ＥＭＩ共振線路試験装置は、最大インピーダンスの接続と認識して、その監視レベル相当の信号をプローブ１から出力し、その監視レベルを共振測定の基準レベルと置く。ＤＵＴ部４を接続した場合、もし、基準レベルが約６ｄＢ低下すれば、プローブ１の出力インピーダンス（ほぼＺｓの値）とＤＵＴ部４の入力インピーダンスＺ_Ｌは、同じ値になる。また、もし、基準レベルが約２０ｄＢ低下すれば、ＤＵＴ部４の入力インピーダンスＺ_Ｌは、プローブ１の出力インピーダンス（ほぼＺｓの値）の１／１０、つまり、Ｚ_Ｌ＝０．１×Ｚｓになる。このようにして監視レベルの値からＤＵＴの共振インピーダンスＺ_Ｌを求めることができる。そして、この共振インピーダンスＺ_Ｌから共振点の周波数を求めることができる。

図５は、Ｐλ共振を説明するための図であり、横軸はＰλ（ｍ）の係数であるＰを示し、縦軸はインピーダンス（Ｚ_Ｘ）を示している。このインピーダンス（Ｚ_Ｘ）はプローブ１の出力端子ＣからＤＵＴ４を見たときのインピーダンスであり、ＤＵＴ４側が開放になると（例えば、Ｚ_Ｘ＝５ｋΩ）、インピーダンス（Ｚ_Ｘ）がＰ＝１／４で極小値となることが分かる。これは、Ｐλ＝１／４λの周波数Ｆ（Ｆ＝Ｖ／λ）で共振していることを意味している。

一方、ＤＵＴ４側が短絡の場合、例えば、インピーダンス（Ｚ_Ｘ）が０．５Ωのときは、Ｐ＝１／４では、インピーダンス（Ｚ_Ｘ）は最大になり、Ｐ＝１／２でインピーダンス（Ｚ_Ｘ）が最小になる。この状態は、１／２λ共振が起こっていることを示している。
なお、図５から分かるように、ＤＵＴ４のインピーダンス（Ｚ_Ｘ）が特性インピーダンスＺ_０（＝５０Ω）に等しいときは、共振は起こらない。このような共振インピーダンスの変化があるために、本発明のＥＭＩ共振線路試験装置は、測定系のインピーダンスが５０Ω系からはずれやすい傾向をもつ。そこで、インピーダンス変化が起こりやすい各接続点に整合用の減衰器を適宜入れて、測定値の再現性を高めることが有効である。

ここで、ＤＵＴ４側からプローブ１の信号供給側を見たインピーダンスＺｓは、ＤＵＴ４の特性インピーダンスＺ_０に比べて余り高くならないように設定することが望まれる。なぜなら、信号供給側を見たインピーダンスＺｓがＤＵＴの特性インピーダンスＺ_０に比べて高くなりすぎると、ＤＵＴに供給するパワーが低下するため、環境ノイズの影響が出てしまうからである。これは、本発明の測定方法が、一般環境で測定することからくる特徴である。単純に信号レベルを高めるための増幅器を信号供給側に入れても解決する。

図３は、本発明の実施の形態例としてのＥＭＩ共振線路試験装置の製品をイメージした具体的構成図である。このＥＭＩ共振線路試験装置は、開発段階でのＥＭＩ構造の調査、ＥＭＩ設計品質の調査、製造ラインにおける完成品の出荷検査、あるいは購買品の受け入れ検査等において利用されるものである。

図３に示すように、絶縁台１０上にＥＭＩ共振線路試験装置が載置され、試験装置のアース１１、１２が絶縁台１０と直接接触している。アース１１の上部には絶縁板１３を介してＤＵＴ４が載置されている。一方、アース１２の上部にはプローブ１が配置されており、このプローブ１の端子Ａと端子Ｂは、図１に示すＴＧ付スペクトラムアナライザ３に接続されている。

また、プローブ１の出力端子Ｃは、ＤＵＴ４の入力端子Ｄと直結されており、この入力端子Ｄより、ＤＵＴ４の共振周波数を挟んで、所定の周波数範囲の周波数の信号がＤＵＴ４に供給される。他の構成は、図１、図２に示したものと同じなので、その説明は省略する。

次に、本発明の実施形態例として図１〜図３に示すＥＭＩ共振線路試験装置の動作について説明する。まず、ＥＭＩ試験対象物であるＤＵＴ４のＰλ共振周波数測定に合わせて、その共振点をまたぐように、ＴＧ７が発信する周波数範囲を設定する。ＴＧ７からの発信信号は、プローブ１の入力端子Ａに供給され、信号供給側の回路を経てプローブ１の出力端子Ｃから出力される。この出力端子Ｃから出力される信号は、ＤＵＴ４の直結出力端子Ｄに供給される。

ＥＭＩ対象物であるＤＵＴ４とアース板GND５は、共振すると低インピーダンスになり、出力信号が低下する。この出力信号はＤＵＴ４からの反射波信号として端子Ｄからプローブ１の端子Ｃに送られ、信号検出側側（インピーダンスＺｄ）を経由して、出力端子Ｂに送られる。そして、プローブ１の検出信号として切換えスイッチＳＷ６を経由してスペクトラムアナライザＳＰＡ８の入力端子INPUTに供給される。
一方、プローブ２は、ＤＵＴ４に非接触で探索するプローブである。上述したように、電界最大点と磁界最大点の信号が切換えスイッチＳＷ６経由でスペクトラムアナライザＳＰＡ８の入力端子INPUTに供給されている。

スペクトラムアナライザＳＰＡ８は、周波数スペクトラムとそのレベルを見る装置であり、表示部に、例えば、図４に示すような波形が表示される。この波形は、縦軸がレベルであり、横軸が周波数になっている。図示の例では、全スケールが１０００ＭＨｚ、中心周波数が５００ＭＨｚである。この例では、２００ＭＨｚ付近にレベルが低下している最小点がある。この検出結果から、ＥＭＩ測定対象であるＤＵＴ４は２００ＭＨｚ付近の周波数で共振している、つまりＤＵＴ４の共振周波数は２００ＭＨｚということになる。

＜ＥＭＩ定規の具体例の説明＞
図６（ａ）ないし（ｂ）は、本発明の実施形態例としてのＥＭＩ定規の外観図である。
ＪＩＳ規格で定められている定規の左端面２１が、長さ測定用目盛り、周波数測定用目盛りの全測定の始点となる部分であり、この左端面２１の直線性と直角度が、全目盛線の確度及び平行度に係る基準となる。

定規の目盛面２２は、ＪＩＳＳ６０３２プラスチック製定規規格、及び、その規格を適宜準用して作成される部分である。片面のシルク印刷で、背景色は、定規の全表示に係り、遠目に強くするために高コントラスト効果の白色のアクリル素材としている。その定規の厚さは、アクリル素材では最低の厚さである２ｍｍとしている。
ＥＭＩ対策で電子機器内のＥＭＩ放射源のアンテナの長さを測る場合は、周辺物との接触を避けるために適当な柔軟性が必要であるが、ＪＩＳ規格厚の２．５ｍｍでは、その柔軟性が失われてしまうという問題がある。

また、写真撮影を行う場合には、ある程度の硬さが必要であるし、製図用定規としては、ＪＩＳ規格で２．５ｍｍ以上の厚さが必要となるなどの様々な制限がある。

図６に示すように、このＥＭＩ定規は、長さ測定用目盛り部２３と周波数測定用目盛り部２４が設けられている。長さ測定用目盛り部２３は、定規の上辺側に配置されており、周波数測定用目盛り部２４は定規の下辺側（底辺側）に配置されている。
これらの目盛りは、上述した電磁波の速度式Ｖ＝Ｆ×λと、ＥＭＩ放射源のアンテナの長さの式Ｌ＝Ｐλに基づいて、形成されることになる。

このようにＥＭＩ定規は、周波数と長さの関係を一瞬で示す定規である。例えば複数の共振を持つ被測定対象物で何らかの共振が起こっている場合に、このＥＭＩ定規を用いるとその共振周波数から場所と長さが分かる。つまり、プローブ１でＤＵＴ４の共振周波数を見つけ、プローブ２でＰλ共振のＰ（１／２または１／４）を見つけることができる。そうすると、ＥＭＩ定規でその共振周波数に相当するＰλ＝Ｌが分かり、アンテナの長さを知ることができる。

ここで、ＥＭＩ定規が示しているアンテナのＰλ共振と、アンテナの共振周波数Ｆと、アンテナの長さＬは、電磁波速度式（Ｆ＝Ｖ/λ＝Ｖ/Ｌ/Ｐ）をほぼ満足するように作成されている。このＥＭＩ定規に対して、ＥＭＩ共振線路試験装置で求められるアンテナの共振周波数の値と、電界または磁界の各々の最大点の数から予測されるアンテナのＰλ共振の形が、略一致することから、ＥＭＩ定規を用いてＥＭＩ試験対象物の共振線路アンテナが共振状態にあると判定することができる。

つまり、電磁波の速度Ｖ＝３×１０^８ｍ／秒、共振周波数Ｆ（Ｈｚ）、１波長の長さ λ（ｍ）、Ｐλ共振長さをＬ（ｍｍ）とすると、長さ測定用目盛り２３は、Ｐλ共振長さであるＬ（ｍｍ）を表わし、周波数測定用目盛り２４は、Ｐλ共振周波数であるＦ（Ｈｚ）を表わすようにＥＭＩ定規が作成される。

また、このＥＭＩ定規には、定規の区分線２５が設けられている。この区分線２５は、長さ測定用目盛り部２３と周波数測定用目盛り部２４の中央付近に配置された両目盛りを分離する線である。なお、番号２６で示した一点鎖線は、図面用記号の切断線であり、単に図の横長さを短縮するために用いた図面用記号で、現物にはない線である。

また、このＥＭＩ定規には、Ｐλ共振の表示記号７が付加されている。この表示記号７によって、上述した長さ測定用目盛り２３と周波数測定用目盛り２４が、１／４λ共振の目盛りであることがわかる。つまり、Ｐ＝１／４ということになる。

更に、本例のＥＭＩ定規には、定規の品質情報を表示するための表示部２８を、定規の右側に配置し、この表示部２８に、メーカ側の管理情報、素材情報、リサイクル情報等を表示するようにしている。また、定規の幅９は、通常約３０ｍｍ以下の幅に設定される。この幅は、長さ対周波数の変換能率を低下させない適当な間隔とすることが必要である。

また、図６（ｂ）に示されるように、ＪＩＳ用語のゼロ目盛りを示す番号３１は、長さ測定の始点を示しており、左端面１の上側の角位置に配置されている。この位置は、定規の左端であるために、ゼロ数値の目盛り表示をしていない。
また、測定単位はミリメートル（ｍｍ）表示３２で示されている。この単位は、左上辺側に配置され、電磁波速度関係式Ｖ＝Ｆλの基本単位のｍに合わせ、計算しやすいＭＫ単位系のｍｍ単位としている。

長さ用目盛り２３に刻まれている数値「２０」、「４０」・・・等は、Ｐλ共振の長さの値の表示３３である。実尺目盛りで、左から右に昇順し、横一列に連続的に配置されており、数値が大きくなるほどＰλ共振の長さが大きくなることを示している。この数値表示には、コントラストを高めるために、黒色で４ｍｍ高さの大きめの文字にしている。

また、通常の定規と同様に長さの目盛線表示３４が設けられている。長さ９ｍｍの親目盛り線と、長さ７ｍｍの中目盛り線と、長さ５ｍｍの子目盛り線の構成で、コントラストを高める黒色を使っている。

次に、周波数目盛り部２４について説明する。最左端の位置を示す目盛り４１は、無限大の周波数を示し、ここが周波数測定の始点となる。
左端面２１の下側の角位置に配置し、端であるために無限大の表示をしていない。周波数の測定単位はＨｚであり、その表示４２が左底辺側に記されている。この表示４２としても、コントラストを高める黒色を使い、２ｍｍ高さの文字にしている。

また、「１０ＧＨｚ」、「５ＧＨｚ」・・・等、Ｐλ共振周波数の値も表示されている（番号４３）。このＰλ共振周波数表示は、右から左に昇順になっており、横一列に連続的に配置した構成とされる。
この表示４３も、数値表示にコントラストを高める黒色を用い、４ｍｍ高さの大きめの文字にしている。

周波数測定用目盛り部２４の目盛線表示４４は、長さ測定用目盛り部２３とは異なり、長さ７ｍｍの親目盛り線と、長さ５ｍｍの子目盛り線で構成されている。この目盛りもコントラストを高める黒色を使っている。

また、定規の右端部分には、定規の品名表示８１が記されている。この品名表示８１としては、商品名と、製品名と、製造者名の表示が記される。また、定規の右端には、米国のリサイクル記号の表示８２が記録され、米国の資源回収番号のＳＰＩコード７ＯＴＨＥＲの表示を配置される。アクリル系樹脂素材の表示を示す、日本のＪＩＳ規格の素材の表示８３も同様に定規の右端に記録されている。

＜ＥＭＩ定規の使用方法の説明＞
以上、本発明の一実施の形態例としての簡易なＥＭＩ共振線路試験装置と、その確認のために用いられるＥＭＩ定規についてその概要を説明した。また、電子機器内に意図的にではなくＥＭＩ放射源のアンテナが作られており、それは、フィールドセル理論が示す伝送線路のＰλ共振であること、つまり、ＥＭＩ放射源のアンテナのＰλ共振であるとみなされることを説明してきた。

なお、電子機器内のＥＭＩ放射源のアンテナを表わすＰλ共振長さＬとＰλ共振周波数Ｆの関係は、電磁波速度Ｖ（＝Ｆ×λ）と、ＥＭＩ放射源のアンテナのＰλ共振長さＬ（＝Ｐλ）とから、Ｌ＝ＰＶ／Ｆとなる（Ｐは１／４、１／２・・の高次数）。つまりＬとＦは反比例の関係になる。
ここで、Ｐλ共振長さＬ（ｍｍ）は、長さ測定用目盛り３で表わされ、共振周波数Ｆ（Ｈｚ）は、周波数測定用目盛り２４で表わされる。Ｐλは、図６では、Ｐλ共振の表示７で示すように１／４λ（Ｐ＝１／４）である。

図６（ａ）、（ｂ）に示したように、ＥＭＩ放射源のアンテナの１／４λ共振７に合わせて作られたＥＭＩ定規は、一方の目盛り側面(上辺側)に、実尺の長さ測定用目盛り３が作られ、他方の目盛り側面（底辺側）に、長さ測定用目盛り２３の始点３１とその１／４λ共振７に合わせた周波数測定用目盛り２４が作られる。これにより、実測されたアンテナの長さから、当該アンテナが発振している共振周波数に変換することが可能となる。

ＥＭＩ放射源のアンテナに合わせて作られたＥＭＩ定規の使用に当たっては、例えば、ＥＭＩ設計図面や資料、あるいは電子回路が配置されているプリント基板の実物などをこのＥＭＩ定規で実測して長さを測定する。つまり、一般の定規のように、ＥＭＩ放射源のアンテナの長さを測るのと同様に、資料等の長さを図ることにより、特別な計算することなく、そのＰλ共振周波数を予測することができる。これについては、図１３〜１５に基づいて後述する。

本発明のＥＭＩ定規は、無電源動作のＰλ共振の周波数測定用定規として利用できるので、電子機器内におけるＥＭＩ放射源のアンテナとなる部分を発見することもできる。更に、長さ測定用定規としても用いられ、測定した長さを対応する周波数に変換して周波数の測定にも有効であるので、長さ対周波数変換定規としても用いられる。
このＥＭＩ定規は、ＪＩＳＳ６０３２プラスチック製定規規格を適宜準用した製図用定規であるが、一方の辺に刻まれた長さ定規及び他方の辺に刻まれた周波数定規のそれぞれが単独使用できるようになっている。更に、端面をゼロ目盛りとしたことにより、根元からの長さと周波数の予測測定ができるツールとしても有効である。

なお、ＥＭＩ試験対象物に通電し、ＥＭＩ共振線路試験装置を動作させながらの電界または磁界の測定プローブでＥＭＩ放射源のアンテナの絞込みと発見を行う場合などに、本例のＥＭＩ定規が使用されるが、その際、本例のＥＭＩ定規は非導通性のプラスチック製定規なので、電気的な感電や短絡事故を引き起こさない安全なツールとなる。

また、例えば、ＥＭＩ対策後に、非熟練技術者に熟練技術者が作業の指導を行う場合等に、本例のＥＭＩ定規は有効である。つまり、本例のＥＭＩ定規は、フィールドセル理論を背景にしているので、ＥＭＩ放射源のアンテナの説明に入りやすいという利点があり、熟練技術者と非熟練技術者とのコミュニケーションが取りやすいツールである。そして、白と黒の高コントラストの定規なので、約１ｍ離れた距離からでも分かりやすい。また、電子機器の外径寸法から１／４λ共振の共振周波数が求められる。その周波数は、機器が放射する電磁波の最小周波数に相当する。

図７〜図１２は、本発明のＥＭＩ定規の他の実施形態例を示した図である。
図６に示したＥＭＩ定規と同一構成部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。

図７は、本発明をＥＭＩ定規の第２の形態例を示すものであり、図６に示したＥＭＩ定規と異なる点は、定規の左端面とゼロ目盛りの間に目盛りのないデッドゾーンスペース３０１を配置した点である。これは、ＪＩＳＳ６０３２規格を遵守したことによる。

例えば、デッドゾーン約４ｍｍとして、１／４λ共振する５０ｍｍ／１００ｍｍ／１５０ｍｍの三つのＥＭＩ放射源のアンテナをＥＭＩ定規で測定した場合、理論上で約１１０／３９／１３ＭＨｚのような周波数誤差が生まれる。しかし、この周波数誤差は、ＥＭＩ放射源のアンテナが長くなれば、次第に小さくなっていくものである。

この第２の実施形態例のＥＭＩ定規にしても、これまでどおりに理論値と実測値の正確な照合をあきらめて、測定誤差が大きくなることを気にしなければ、図６に示したＥＭＩ定規と同様な作用効果が得られる。図７は、一般の文房具用定規に見られる形である。例えば、反対面からの印刷として、線引きしやすいようにテーパーをつける、透明／半透明な素材にして、様々な色を入れて変えることなどもできる。

図８は本発明のＥＭＩ定規の第３の実施形態例を示す図である。図６に示す第１の実施形態例のＥＭＩ定規と主に異なる点は、一つの実尺長さの長さ測定用目盛り２３に対して、その実尺長さでＰλ共振する１／４λ共振４０１と１／２λ共振４０２の二つの周波数測定用目盛り２４を配置した点である。

この第３の実施形態例のＥＭＩ定規ならば、仮に、ＥＭＩ放射源のアンテナのＰλ共振の予測がはずれても、１／４λ共振から１／２共振へ移動させることができる。また、その逆方向からの移動も可能である。このように、１／４λ共振と１／２λ共振の関係を２倍の周波数関係の表示で、上下に整然と並べたことにより、高調波次数の周波数計算が、簡単にできる。

この第３の実施形態のＥＭＩ定規は、Ｐλ共振の高調波次数倍の目盛りの組合せだけになっているが、このような目盛りの組合せではなく、ＥＭＩ測定対象となる具体的な対象物との関係で、その値を微妙に変えることが求められる場合がある。このような要求に対しても、組み合わせる目盛りを微妙に調整することにより適切に対応可能である。
このように、本発明のＥＭＩ定規は、多様性を秘めたＰλ共振の表現を理解すれば、本発明を実施するための第１の実施形態と同様な作用効果が得ることができるように作製することができる。

図９は、本発明のＥＭＩ定規の第４の実施形態例を示した図であるである。図６〜図８に示すＥＭＩ定規の実施形態例と異なる点は、区分線５にＰλ共振周波数の位置をマーキング表示した点である（番号５０１参照）。このように、区分線５にマーキング表示することにより、長さ対周波数の変換機能を高める効果が期待できる。また、このマーキング表示は、内側の周波数軸や長さ軸の目盛り分解能のアップなどに使うことも可能である。

図１０は、本発明のＥＭＩ定規の第５の実施形態例を示す図である。図６〜図９の実施形態例と異なるところは、巻尺用に定規の始点にストッパーガイド６０１の追加した点である。
この第５の実施形態例では、定規幅を狭くした分、表示文字全体を縮小させる必要があるが、巻き尺タイプとすることで長さ測定用目盛り範囲を数ｍ〜数十ｍ長さに対応できるようになる。
この結果、鉄塔、建造物、ドア、車、窓などのＥＭＩ放射源のアンテナ、及び、その反射、吸収、通過などの共振周波数測定が可能となる。巻尺タイプは、製図用定規機能が弱いので、上下逆の測定用目盛りの配値に変えても問題はない。

図１１は、本発明のＥＭＩ定規の第６の実施形態例を示す図である。図６〜図１０に示すＥＭＩ定規と異なるところは、二つの長さ測定用目盛り２３を設けた点である。この２つの長さ測定用目盛り２３の中の一つは、１／４λ共振の実尺長さ７０１の長さ測定用目盛りであり、もう一つは、１／２λ共振の実尺の１／２縮尺７０２の長さ測定用目盛りである。これに対して、周波数測定用目盛り２４は、一つだけ設けられている。

図１２は、本発明のＥＭＩ定規の第７の実施形態例を示す図である。図６〜図１１に示すＥＭＩ定規と異なるところは、ＥＭＩ定規の測定の始点（１、３１、４１）を右端面８０１にした点である。つまり、図１１の目盛りを左右逆にして表示している。この結果、周波数目盛りは、測定系と一致して見やすく使いやすくなるという利点があるが、長さ目盛りが、右方向で降順であるために、一般の定規と方向性が異なり使いにくくなるという欠点もある。
以上、図６〜図１２に示したＥＭＩ定規は、ユーザの用途に応じて適宜選択できるものであり、この長さについても、短いものでは２０ｃｍ程度のものから数１０ｍまで考えられる。

＜ＥＭＩ定規の活用例の説明＞
図１３は、ＥＭＩ測定対象物としてのプリント基板上のパターンを示すものである。このプリント基板には、複数のＩＣが使われており、ここではＩＣ１とＩＣ２との間に回路が形成されて妨害波の発信源になっていると仮定する。
すなわち、図１３に示すように、ＩＣ１とＩＣ２間に特性インピーダンスがＺ_０で長さＬの伝送線路が形成され、これらのＩＣ１、ＩＣ２とアース間に閉回路が形成される。このＩＣ１とＩＣ２間の長さＬがＰλ共振の長さに相当することになる。ここでＩＣ１とアース間のインピーダンスはＺ_１とし、ＩＣ２とアース間のインピーダンスはＺ_２としている。

図１４は、上述したＥＭＩ定規を用いて、共振周波数を測定する方法を示したものである。図１４に示すように、まず被測定パターンを想定し、この実物のパターンの長さを求める。例えば、横の長さを１８ｍｍとし、縦の長さを７ｍｍとしたとき、物理長Ｌ＝１８＋７＝２５ｍｍと計算する。
続いて、プリント基板の誘電率を考慮した長さの補正を行う。すなわち、プリント基板の比誘電率εｒは約４なので、誘電率の平方根倍（√４＝２）した電気長とする。ここでは２５ｍｍ×２＝５０ｍｍとなる。

最後に、この電気長５０ｍｍに相当する共振周波数をＥＭＩ定規から読み取る。プローブ２で測定した電界最大点と磁界最大点の個数から１／２λ共振か、１／４λ共振かが分かるので、１／２λ共振であれば、電気長５０ｍｍに相当する共振周波数は３．０ＧＨｚ、１／４λ共振であれば１．５ＧＨｚとなる。
このようにして、プリント基板上に想定した仮想的なアンテナが発信する共振周波数を簡単に求めることができる。しかし、もっと簡単な方法がある。例えば、１８ｍｍの辺の長さを測定し、１８ｍｍ辺の端部である角を支点にして、別の辺の長さの方向へ定規の向きを変えて、そのまま７ｍｍの辺の長さ測定に移ることで、（１８＋７）ｍｍの足し算ができる。

また、誘電率の平方根倍の掛け算の計算には、掛け算ではなくて足し算が用いられる。つまり、定規の２５ｍｍの長さを支点にして、例えば誘電率４の平方根倍（２倍）の長さにするためには、２５ｍｍを定規上で足せばよい。この方法を覚えると計算機は全く不要となり、完全に無計算になる。ところで、ＥＭＩ試験の測定データの周波数からスタートしてアンテナの長さを求める場合がある。

ここで、周波数からスタートしてアンテナの長さを求める場合には、周波数単位であるＭＨｚやＧＨｚ、あるいはその表示桁数によって惑わされることが多く間違いやすい。そのため慎重に計算する必要があるので、計算時間も多くなってしまう。そこでＥＭＩ定規を用いて周波数を長さに変換することにより、アンテナの長さを求める。この方法によれば、ＥＭＩ試験対象物が持っているアンテナの長さを簡単に求めることができる。まさにＥＭＩ定規の特徴を活かしたアンテナの測定方法であり、短時間で測定できるという効果や測定ミスの低減の効果は大きいといえる。

実例として、（社）エレクトロニクス実装学会電磁特性技術委員会 2005 サマーセミナー「たかがグラウンド？されどグラウンド！」において報告されたものを紹介する（非特許文献２を参照）。この文献では、ＥＭＩ試験対象物の外形寸法が１００×２００ｍｍ、アース板のＰλ共振線路から放射されたＥＭＩ試験データの電磁波の周波数は４５０ＭＨｚである。このような平面板共振の傾向から推測されるＥＭＩ放射源のアンテナの理論値は、実寸で３００ｍｍとなり、その長さに対応する周波数として平面内につき１／２λ共振から５００ＭＨｚが求められる。その周波数誤差は、―５０ＭＨｚであり、−１０％である。この値は、ＥＭＩ定規で求めたものであるが、このようにほぼ一致することがわかる。

また、ＥＭＩ定規は、高周波回路の設計やその技術の継承に利用することができる。例えば、１／４λ共振の示す長さと周波数は、インピーダンスが無限大または無限小になる値なので、回路の遮断周波数と関係する。この遮断周波数は、回路の周波数帯域の幅を決定する要素を示している。また、１／２λ共振の示す長さと周波数は、スイッチ回路のオフ分離度（アイソレーション）に関わるものなので、同様に回路の遮断周波数や段数の設計に関係している。したがって、この１／２λ共振の示す長さと周波数も、周波数帯域の幅を決定する要素を示している。

これは、ほんの一例であり、１／４λ長さないし１／２λ長さは、様々な場面で利用することができる。しかし、ＥＭＩ分野では、ＥＭＩ試験所を使う際の費用的な面での問題や、ＥＭＩ放射源のアンテナが集中することで膨れあがる計算量の問題等がある。また、エンジニアの推測や予測の質の向上のため、そしてＥＭＩ品質の向上のためにもＥＭＩ定規の必要性は高いと思われる。

以上、本発明の実施の形態例として、ＥＭＩ共振線路試験装置とＥＭＩ定規について説明したが、本発明は、ここで説明した実施形態例だけでなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない限り、更に多くの応用例、変形例を含むことは言うまでもない。

本発明の、ＥＭＩ共振線路試験装置は、電子機器の開発段階でのＥＭＩ品質の評価、あるいは電子機器の製造後の出荷段階等のＥＭＩ検査、あるいは電子機器等を購入した際の受入時のＥＭＩ品質検査に有用である。また、ＥＭＩ定規は、これらの試験装置による測定結果を簡便な方法で評価できるので、電子機器の製造メーカや電子機器の利用する産業分野など、ＥＭＩ対策を講じる必要がある全ての産業分野において期待されるものである。

本発明の実施の形態例を示すＥＭＩ共振線路試験装置の概略ブロック構成図である。本発明の実施の形態例を示すＥＭＩ共振線路試験装置の詳細ブロック構成図であり、特にプローブの詳細を示した図である。本発明の実施の形態例を示すＥＭＩ共振線路試験装置を用いてＥＭＩ共振を測定するときの各要素の具体的配置図である。本発明の実施形態例のＥＭＩ共振線路試験装置で測定した共振減少を示すスペクトラムアナライザＳＰＡの表示画面である。本発明の実施形態例のＥＭＩ共振線路試験装置で得られるインピーダンス特性と共振減少を示す図である。本発明のＥＭＩ定規の第１の実施形態例を示す図である。本発明のＥＭＩ定規の第２の実施形態例を示す図である。本発明のＥＭＩ定規の第３の実施形態例を示す図である。本発明のＥＭＩ定規の第４の実施形態例を示す図である。本発明のＥＭＩ定規の第５の実施形態例を示す図である。本発明のＥＭＩ定規の第６の実施形態例を示す図である。本発明のＥＭＩ定規の第７の実施形態例を示す図である。本発明のＥＭＩ定規を用いて測定するＥＭＩ試験対象物の例と等価回路を示した図である。ＥＭＩ定規を用いて仮想アンテナの長さと周波数を測定する方法を説明するための図である。

符号の説明

１・・・ＤＵＴに直結するプローブ、２・・・ＤＵＴに非接触で電界又は磁界を検出するプローブ、３・・・ＴＧ付きスペクトラムアナライザ、４・・・ＤＵＴ（ＥＭＩ試験対象物：デバイス・アンダー・テスト）、５・・・アース板（ＤＵＴとともに試験対象物となる）、６・・・切換スイッチ、７・・・ＴＧ（トラッキング・ジェネレーター）、８・・・ＳＰＡ（スペクトラムアナライザ）、１０・・・絶縁台、１１、１２・・・アース、１３・・・絶縁板、２１・・・定規の左端面、２２・・・定規の目盛面、２３・・・長さ測定用目盛り部、２４・・・周波数測定用目盛り部、２５・・・両目盛りの区分線、２６・・・図面用記号の切断線、２７・・・Ｐλ共振の表示、２８・・・定規の品質情報の表示部、２９・・・定規の幅、３１・・・ゼロ目盛り位置、３２・・・測定単位のｍｍ表示、３３・・・Ｐλ共振の長さの値の表示、３４・・・目盛線表示（親目盛り線、中目盛り線、子目盛り線）、４１・・・無限大周波数位置、４２・・・測定単位のＨｚ表示、４３・・・Ｐλ共振の周波数の値表示、４４・・・目盛線表示、８１・・・定規の品名表示、８２・・・米国リサイクル記号の表示、８３・・・日本のＪＩＳ規格の素材表示、３０１・・・測定デッドスペース、４０１・・・１／４λ共振の周波数測定用目盛りの表示、４０２・・・１／２λ共振の周波数測定用目盛りの表示、５０１・・・区分線のＰλ共振周波数位置マーキング線、６０１・・・巻尺用のストッパーガイド、７０１・・・１／４λ共振の長さ測定用目盛りの表示、７０２・・・１／２λ共振の長さ測定用目盛りの表示、８０１・・・右端面の定規始点の表示

Claims

さまざまな形や大きさを持ったアース構造物であるＥＭＩ試験対象物に直結させて、所定の周波数範囲の交番信号を掃引して供給するとともに、前記ＥＭＩ試験対象物からの共振信号を受信する第１の探触子と、
前記第１の探触子に対して前記所定の周波数範囲の交番信号を供給する信号源と、
前記第１の探触子が前記ＥＭＩ試験対象物から検出した共振信号を受け取り、当該受信信号の周波数特性を表示することにより、前記ＥＭＩ試験対象物の共振周波数を測定する周波数分析器と、
前記ＥＭＩ試験対象物を共振状態に置いたとき、前記ＥＭＩ試験対象物から発生される電界の最大点および磁界の最大点を、前記ＥＭＩ試験対象物と非接触で検出し、前記電界の最大点の数および前記磁界の最大点の数が奇数であるかまたは偶数であるかを探知できるようにした第２の探触子と、
前記第１の探触子からの信号と前記第２の探触子からの信号を切り換えて前記周波数分析器に供給する切換スイッチと、
を含むＥＭＩ共振線路試験装置。
前記ＥＭＩ試験対象物の直結部分のインピーダンスが、前記第１の探触子側の出力インピーダンスと同等かそれよりも低いことを特徴とする請求項１に記載のＥＭＩ共振線路試験装置。
請求項１または２に記載のＥＭＩ共振線路試験装置を用いて、ＥＭＩ放射源であるＥＭＩ試験対象物の共振周波数と、前記電界の最大点の数および前記磁界の最大点の数が奇数であるか偶数であるかに基づいて、前記ＥＭＩ試験対象物のアンテナの場所および大きさを発見するための定規であって、
前記ＥＭＩ試験対象物の被測定パターンの長さを求めるために、ＥＭＩ放射源のアンテナのＰλ共振長さに対応させた、一方の目盛り側面に設けた長さ測定用目盛りと、
前記長さ測定用目盛りの始点に合わせ、前記始点からの距離をＰλ共振周波数に一致させ、前記長さ測定用目盛りの反対側の側面に設けた周波数測定用目盛りとから構成される、
ＥＭＩ定規。
前記長さ測定用目盛りは、１／２λ共振用の目盛りと、１／４λ共振用の目盛りの２種類が設けられている、請求項３に記載のＥＭＩ定規。
前記周波数測定用目盛りは、前記１／２λ共振用の目盛りと、前記１／４λ共振用の目盛りの２種類が設けられている、請求項３または４に記載のＥＭＩ定規。