JP4593188B2 - 妨害排除能力試験装置 - Google Patents

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本発明は,電子機器の妨害排除能力(イミュニティとも言う)試験のための妨害排除能力試験装置に関するものである。
従来,イミュニティ試験装置は電波無響室の一端側に立てたターンテーブル上に供試機器を置き,他端側に立てたアンテナ支持柱上にアンテナを設けている。
そして,アンテナから放射された電磁波の直接波のみを供試機器の置かれる規定された試験平面に浴びさせるように構成されている。(例えば,特許文献1参照)。
また,電波暗室内に試供体を配置し,同じ電波暗室内に固定したバイコニカルアンテナや対数周期アンテナから,水平もしくは垂直偏波の電磁波を前記供試体に印加する放射電磁界試験法や,TEMセルおよびGTEMセルなどを用いるTEM導波路法などがある。
また,回転電磁界を前記供試体に印加する方法がある。(例えば,特許文献2参照)。
特開平7−55863号公報 特開2003−98211号公報
しかし,上記提案の技術では供試機器として,アンテナから放射する試験電波の電界強度が比較的低い(200V/m)場合であっても,その製品(供試機器)の使用状況により十分耐える場合は問題ないが,たとえばその製品を搭載した自動車等の移動体で航空機の離発着に使用される誘導用のレーダー装置の近くを走行すると,車載されている電子機器が誤作動して正しく機能しなくなったり,場合によっては致命的な故障になったりするという問題が発生することがわかった。
そこで発明者らはこの問題を解決するため上記試験電波の電界強度を上げることを試みたが,600V/mの電界強度が必要であり,これを上記提案の技術のように1台の増幅器・アンテナで実現する場合,高耐電圧のアンテナが必要になるばかりでなく,高耐電圧・高出力の電力増幅装置が必要であり,電磁波発生装置が物理的に大型化すると共に,妨害排除能力試験装置も大型化するという問題があった。また,コストが高くなるというという問題があった。
そこで本願においては,こうした問題点を解決するためになされたものであり,その目的は,従来の耐電圧の低いアンテナや,従来の低出力の電力増幅装置が使用できる低コストな妨害排除能力試験装置を提供することである。
他の目的は,耐電力が低くて安価なアイソレータやサーキュレータを利用できるようにし,安価な妨害排除能力試験装置を提供することである。
他の目的は,電界を乱すようなサイドローブを除去した安定な電磁界を供試機器に放射して精度のよい妨害排除能力を測定できる妨害排除能力試験装置を提供することである。
他の目的は,電磁波の放射効率を高めることで低消費電力を実現できる妨害排除能力試験装置を提供することである。
かかる目的を達成するためになされた請求項1に記載の発明は,
電波無響室内の一端側に配置され,供試機器を載置するためのターンテーブルと,
電波無響室内の他端側に配置され,前記供試機器に照射するための電磁波を放射する放射アンテナと,
高周波信号を発生する信号発生器と,
前記信号発生器からの高周波信号を増幅して前記放射アンテナに供給することで,前記放射アンテナから前記供試機器に向けて電磁波を放射させる増幅装置と,
を備えた妨害排除能力試験装置において,
前記放射アンテナは,
第1のパラボラ反射鏡と該第1のパラボラ反射鏡の焦点位置近傍に設けられた一次放射器とから成るパラボラアンテナと,
前記パラボラアンテナから放射される電磁波の放射軸線と軸線が略一致するように配置され,前記パラボラアンテナから放射された電磁波を前記供試機器に導くための導波管と,
からなることを特徴とする。
また,請求項2に記載の発明は,請求項1に記載の妨害排除能力試験装置において,
前記パラボラアンテナにおいて,前記一次放射器は,前記第1のパラボラ反射鏡の焦点位置近傍に複数設けられると共に,
前記増幅装置は,前記高周波信号を増幅して前記複数の一次放射器にそれぞれ供給するため,前記一次放射器の数に対応して複数備えられており,
更に,前記信号発生器が発生した高周波信号を前記複数の増幅装置に分配する分配器と,
前記複数の一次放射器から放射された電磁波の位相が,前記供試機器が配置される試験平面にて同位相となるよう,前記分配器から前記各増幅装置に伝送される高周波信号の位相を各々調整するための複数の移相器と,
を備えたことを特徴とする。
次に,請求項3に記載の発明は,請求項1又は請求項2に記載の妨害排除能力試験装置において,
前記第1のパラボラ反射鏡の開口面と,該開口面に対向する前記導波管の開口端との間には,前記パラボラアンテナのサイドローブが前記導波管に導波されるのを防止するための空間が形成されていることを特徴とする。
また,請求項4に記載の発明は,請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の妨害排除能力試験装置において,
前記導波管において,前記第1のパラボラ反射鏡とは反対側の開口面側には,前記導波管を通過してきた電磁波を前記供試機器に向けて収束させる第2のパラボラ反射鏡が設けられていることを特徴とする。
請求項1に記載の妨害排除能力試験装置においては,信号発生器が高周波信号を発生し,増幅装置が,その高周波信号を増幅して放射アンテナに供給する。放射アンテナは,供試機器を載置するためのターンテーブルと共に電波無響室内に配置されており,増幅装置から高周波信号が供給されると,ターンテーブルに載置された供試機器に向けて電磁波を照射する。
また,放射アンテナは,第1のパラボラ反射鏡と該第1のパラボラ反射鏡の焦点位置近傍に設けられた一次放射器とから成るパラボラアンテナと,このパラボラアンテナから放射される電磁波の放射軸線と軸線が略一致するように配置され,パラボラアンテナから放射された電磁波を供試機器に導く導波管とから構成されている。
このため,放射アンテナにおいては,一次放射器から放射された電磁波(球面波)が,第1のパラボラ反射鏡で反射されることにより平面波に変換され,その平面波が導波管を介して供試機器に放射されることになる。
従って,本発明の妨害排除能力試験装置によれば,電磁波の伝搬路が従来の自由空間から導波管モードに変更されることになり,その伝搬路での電磁波の通過損失を低減することができる。よって,耐電圧の低いアンテナや,低出力の電力増幅装置が使用できる低コストな妨害排除能力試験装置を提供することができる。
また,増幅装置から一次放射器に至る高周波信号の伝送経路にアイソレータやサーキュレータを設ける場合,耐電力が低くて安価なアイソレータやサーキュレータを利用できることになり,安価な妨害排除能力試験装置を提供することができる。
また,請求項2に記載のように,パラボラアンテナにおいて,一次放射器を,第1のパラボラ反射鏡の焦点位置近傍に複数設けた場合,信号発生器が発生した高周波信号を分配器にて複数に分配し,その分配した高周波信号を,複数の増幅装置にてそれぞれ増幅して,各一次放射器に入力するようにすればよい。
そして,この場合,各一次放射器から放射された電磁波が第1のパラボラ反射鏡にて合成されて供試機器に照射されることから,複数の増幅装置から複数の一次放射器にそれぞれ供給される高周波信号の電力を更に少なくすることができる。また,この場合,第1のパラボラ反射鏡を複数の一次放射器にて共用できることから,放射アンテナを小型化できるという効果もある。
また更に,請求項2に記載の妨害排除能力試験装置には,複数の一次放射器から放射された電磁波の位相が,供試機器が配置される試験平面にて同位相となるように,分配器から各増幅装置に伝送される高周波信号の位相を各々調整するための複数の移相器が備えられている。
このため,請求項2に記載の妨害排除能力試験装置によれば,供試機器が配置される試験平面を均一な電界分布にすることができ,供試機器のイミュニティ試験を良好に行うことができる。
次に,請求項3に記載の妨害排除能力試験装置によれば,第1のパラボラ反射鏡の開口面と,この開口面に対向する導波管の開口端との間に,パラボラアンテナのサイドローブが導波管に導波されるのを防止するための空間が形成されているので,電界を乱すようなサイドローブを除去した安定な電磁界を供試機器に放射して,精度のよいイミュニティ試験を実現できる。また,パラボラアンテナと導波管の高次モードによる結合を防止でき,広い周波数帯域に渡って安定したイミュニティ試験を実現できる。
また次に,請求項4に記載の妨害排除能力試験装置によれば,導波管において,第1のパラボラ反射鏡とは反対側の開口面側に,導波管を通過してきた電磁波を供試機器に向けて収束させる第2のパラボラ反射鏡が設けられることから,供試機器に対する電磁波の放射効率を高めることができ,延いては,低消費電力を実現できる。
以下に,本発明を具体化した実施形態の例を,図面を基に詳細に説明する。
図1は本発明を適用した妨害排除能力試験装置の説明図を示している。図2は一次放射器54から放射した電磁波を供試機器に照射する過程を示した説明図である。
1は妨害排除能力試験装置であり電波無響室7の内部には,全面に電波吸収体が貼り付けてあり,該電波無響室内に放射された電磁波および,供試機器等により反射した電磁波は電波吸収体に吸収され熱エネルギーに変換される。
電波無響室7の内部には,一端側にターンテーブル3が備えられており,該ターンテーブル3の上に供試機器2が載置されている。また他端側には架台6を介してアンテナ支柱4が備えられており電波を放射する位置を変えられるようになっている。また,アンテナ支柱4には放射アンテナ5が設置されている。供試機器2と放射アンテナ5の間には円形導波管8を備えている。円形導波管8の直径は第1のパラボラ反射鏡から放射される各一次放射器54のメインローブが導波する寸法に設定されている。また,材質は導電材料で筒状に形成されている。使用する周波数においてその波長の4分の1より短い間隔の隙間であれば網目状に形成しても良い。このように網目状に形成しておけば,円形導波管の軽量化が可能となる。また,本実施例では円形導波管を使用したが矩形導波管であっても良い。なお,17は後述する送信装置15と放射アンテナ5(より詳しくは1次放射器54)とを接続するための給電線である。
次に,放射アンテナ5について図2を用いて詳細に説明する。
放射アンテナ5は,第1のパラボラ反射鏡51,該第1のパラボラ反射鏡51の焦点位置に一次放射器54を固定するための取付金具55および腕金53が備えられている。一次放射器54が1つの場合,取付金具55はなくてもよい。一次放射器54を複数個使用する場合は,各一次放射器54は前記該第1のパラボラ反射鏡51の焦点位置の近傍に設置すると良い。また,放射アンテナ5は,アンテナ支持金具52を備えており,前記アンテナ支柱4に設置できるようになっている。また,アンテナ支持金具52は放射アンテナの放射軸線を微調整できる機構を備えている。
次に,送信装置15について,図3を用いて詳細に説明する。送信装置15は信号発生器10,分配器11,移相器12,電力増幅装置13,サーキュレータ14,ダミー抵抗器16により構成されている。10は信号発生器で,本実施例では1〜1.5GHzをスイープする発振器が使用されている。11は分配器で信号発生器10が出力する信号を分配するためのものである。12(12‐1 〜 12‐n)は移相器であり,各放射アンテナの被測定面(試験平面ともいう)において均一な電界分布を得るために,各一次放射器から放射された電磁波の位相が被測定面においてすべて同位相となるように位相を調整するためのものである。なお,信号発生器から放射アンテナに至る伝送路の長さ等で調整する場合は必要ない。13(13‐1 〜 13‐n)は電力増幅装置である。なお,本実施例ではサーキュレータ14(14‐1 〜 14‐n)とダミー抵抗器16を使用したが,その代わりにアイソレータを使用してもよい。
次に,動作について説明する。信号発生器10で発生した1〜1.5GHzのスイープ信号は分配器11で一次放射器54と同じ数になるように分配し,各移相器12を介して,それぞれ電力増幅装置13(本実施例では50Wを3台使用)で増幅される。そして,増幅された高周波信号はサーキュレータ14を介して一次放射器54に供給する。そして,一次放射器54−1・54−2・・・・から放射された電磁波は第1のパラボラ反射鏡51で反射され平面波となってパラボラ反射鏡の放射軸線60に沿って供試機器2に放射される。このとき,各一次放射器54から放射された電磁波はそのエネルギーのうち,メインローブ(61−1・61−2)の放射電磁界成分が空間で合成され円形導波管を介して前記供試機器2に照射される。
一方,サイドローブ(62−1・62−2)として放射された放射電磁界成分は前記導波館内で相互に干渉してメインローブの放射電磁界を妨げる原因になるため円形導波管には導波しないようにパラボラ反射鏡の開口面と円形導波間の端面には距離Lを設けている。
円形導波間に導波された電磁波は,円形導波管の他方の端面から供試機器に電磁波63が照射される。そして,供試機器2が載置されているターンテーブル3の試験平面(本実施例ではφ30cm)に均一な電磁界を発生させる。
ところで,上記ターンテーブル3上に載置した供試機器2の大きさや試験部位の位置などにより試験平面を変更する必要が生じた場合には,アンテナ支持柱を載置している架台6および,放射アンテナ5を移動し,当該試験平面に電磁波を放射できるようになっている。
なお,本実施例では移相器12を,分配器11と電力増幅装置13との間に設けたので,移相器12の耐電圧を軽減できる効果がある。しかし,耐電圧に余裕がある場合は,これに限定されるものではなく,分配器11の各分配線路上であればどこに設けてもよい。
また,サーキュレータ14は,放射アンテナ5から放射した電磁波が供試機器の金属部分で反射して前記放射アンテナで受信され,その受信電力によって,前記電力増幅装置13に印加され,前記電力増幅装置13が誤作動もしくは故障するのを未然に防止するためのものである。
次に,試験平面において1.3GHzにおける電界強度600V/mを実現するために必要な一次放射器54の供給電力の求める。
まず,受信電界強度が600(V/m)を(dBμ/m)の単位に変換すると,
受信電界強度 A=20×Log(600×1E6)
ここで,aEbはa×10のb乗を表すものとする。
したがって,
A=175.56(dBμ/m)
となる。

次に,電界強度(dBμ/m)を電圧(dBμ)に変換する。
電圧 Et=E+G+Le−(Lf×L)−6
ここで,Et=受信機入力信号電圧(dBμ)
E=電界強度(dBμ/m)
G=アンテナ利得(dBi) ただし,0dBiとする。
Le=アンテナの実効長(dB)
=20×Log(λ/π)
λ=波長(m)
Lf=単位長あたりのケーブル損失(dB/m)
L=ケーブル長(m) ただし,0mとする。
開放値から終端値への換算のため6dB補正
したがって,
λ=3E8/1.8E9
=0.23(m)
Le=20×Log(0.23/3.14)
=−22.7(dB)
Et=175.56−22.7−6
=146.86(dBμ)
となる。

次に,電圧(dBμ)を電力(dBm)に換算する。
電力 Pi=Et−20×Log(√0.001×√50×1E6)
ここで,Pi=受信レベル(dBm)
Et=受信機入力信号電圧(dBμ)
したがって,
Pi=146.86−20×5.35
=39.86(dBm)
となる。
ここで,一次放射器54から円形導波管の一方の端面までの損失Γ1が5dB,
円形導波管の損失Γ2が1dB,円形導波管の他方の端面から試験平面までの損失
Γ3を5dBとすると,一次放射器1台の場合の供給電力Pは上式より,
P=Pi+Γ1+Γ2+Γ3
=39.86+5+1+5
=50.86 (dBm)
=122(W)
となる。
一方,自由空間に放射する従来の方法で,600V/mの電界強度を得るには
下記に示すとおり,送受信点間の距離が1mの場合,供給電力は28(KW)必要に
なる。
自由空間に放射する場合の供給電力Pfは次式により求められる。
Pf=Pi+Γ0
ここで,Γ0=送受信点間の距離が1mの場合の自由空間伝搬損失(dB)
=34.7(dB)
したがって,
Pf=39.86+34.7
=74.56 (dBm)
=28576(W)
となる。
したがって,本発明を適用することにより,200分の1程度の供給電力で所要の性能を得ることができるという効果を奏する。
次に,一次放射器54を複数使用する場合について述べる。一次放射器54を複数使用する場合は図4に示すように,パラボラ反射鏡を有効に作用させるためにパラボラ反射鏡の焦点位置の近傍に分散して一次放射器54を設置すると良い。例えば,3個使用する場合は中央の一次放射器54−2が焦点位置となるように設置すると良い。図4において,70−1は一次放射器54−1による放射パターンを示し,70−2は一次放射器54−2による放射パターンを示し,70−3は一次放射器54−3による放射パターンを示している。71は一次放射器54−1・54−2・54−3のメインローブが重なった領域である。放射パターン70で示される面積に対する領域71で示される面積の比が一次放射器を複数使用した場合の台数に対する効率ηAであり,パラボラ鏡面の外周51の面積に対する一次放射器の放射パターン70で示されるの面積の比が鏡面効率ηBである。また,一次放射器を2個使用する場合は各一次放射器54の中間位置が焦点位置となるように設置すると良い。
n個の一次放射器54を使用する場合の1台あたりの供給電力Pnは,
Pn=P/(n×効率ηA×効率ηB)
ここで,n=3,ηA=75%,ηB=80%とすると
Pn=122/(3×0.75×0.8)
=67.8 (W)
このように,各一次放射器54から放射された電磁波(球面波)をパラボラ反射鏡で平面波に変換したのち,円形導波管に導波しているので伝播経路での損失(本実施例では一次放射器54から円形導波管の一方の端面までの損失Γ1が5dB,円形導波管の損失Γ2が1dB,円形導波管の他方の端面から試験平面までの損失Γ3が5dBとなり,総損失が11dBとなる)が,自由空間に放射する従来の方法に比べて伝播経路での損失(送受信間伝送距離1m,周波数1.3GHzの自由空間伝播損失Γ0は34.7dB)に比べて小さくなり,その結果,アンテナに供給する電力を10分の1〜100分の1に少なくできるという優れた効果を奏する。
また,一次放射器54の入力側それぞれにサーキュレータ14を設けたので,供試機器2の金属部分等で反射して戻ってきた電磁波が前記増幅器13の出力端子から印加されることによる,増幅器13の誤作動または故障を未然に防止できる。
また,電磁波の偏波面を水平,垂直,任意の回転磁界で試験したい場合は,放射アンテナ5のパラボラ反射鏡を一次放射器54ごと回転してもよいが,各一次放射器54だけを回転することでも実現できる。また,一次放射器54を複数設けた場合は各一次放射器54を機械的にギア等を用いて連動するように回転すれば良い。
次に本発明の第2の実施形態として図5を参照して説明する。尚,以下の説明では,上記第1の実施形態の妨害排除能力試験装置と同様の構成要素については同一符号を付与し,詳細な説明は省略する。
試験平面において600V/mより低い電界強度でよい場合には,図5に示すように円形導波管80の長さを導波管8の長さよりも短くすることができる。このように構成することにより,電波無響室7の空間を有効に利用できるし作業性が向上し作業能率が上がる。
次に本発明の第3の実施形態として図6を参照して説明する。尚,以下の説明では,上記第1の実施形態の妨害排除能力試験装置と同様の構成要素については同一符号を付与し,詳細な説明は省略する。
図6において,円形導波管8の端面から供試機器に至る伝播経路の間に電磁波64を前記供試機器に収束するための第2のパラボラ反射鏡9を備えている。円形導波管から放射された電磁波は第2のパラボラ反射鏡で反射され,第2のパラボラ反射鏡の焦点位置に置かれた供試機器2に照射するのでさらに小さな電力で強い電界を照射できる。
次に本発明の第4の実施形態として図7を参照して説明する。尚,以下の説明では,上記第1の実施形態の妨害排除能力試験装置と同様の構成要素については同一符号を付与し,詳細な説明は省略する。
図7において,放射アンテナ5に代わって,カセグレン型のパラボラ反射鏡を使用している。
次に,動作について説明する。一次放射器54−1・54−2・・54−nから放射された電磁波は,第3のパラボラ反射鏡151および,第1のパラボラ反射鏡152で反射され平面波となってパラボラ反射鏡の放射軸線60に沿って供試機器2に放射される。このとき,各一次放射器54から放射された電磁波(65−1・65−2)の放射電磁界成分が空間で合成され円形導波管を介して前記供試機器2に照射される。
円形導波間に導波された電磁波は,円形導波管の他方の端面から供試機器に電磁波63が照射される。そして,供試機器2が載置されているターンテーブル3の試験平面(本実施例ではφ30cm)に均一な電磁界を発生させる。
尚,本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく,以下に例示するように,本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部を適宜に変更して実施することも可能である。
たとえば,本実施例では放射アンテナ及び電力増幅装置を12台使用したが,これより多くても,小さくてもよい。また,本実施例では試験周波数として1〜1.5GHzを使用したがこれに限定されるものではなく,VHF帯〜SHF帯であれば使用できる。この場合,試験周波数に応じて適切なアンテナ(八木・宇田式アンテナ,ヘリカルアンテナ,電磁ホーン)を使用すればよい。
本発明を適用した妨害排除能力試験装置の説明図である。 一次放射器から放射した電磁波を供試機器に照射する過程を示した説明図である。 送信装置のブロック図である。 パラボラ反射鏡における放射パターンを示す説明図である。 本発明の異なる実施例を示す説明図である。 本発明の異なる実施例を示す説明図である。 本発明の異なる実施例を示す説明図である。
符号の説明
1…妨害排除能力試験装置,2…供試機器,3…ターンテーブル,4…アンテナ支柱,5…放射アンテナ,6…架台,7…電波無響室,8…円形導波管,9…第2のパラボラ反射鏡,10…信号発生器,11…分配器,12…移相器,13…電力増幅装置,14…サーキュレータ,15…送信装置,16…ダミー抵抗器,17…給電線,51…第1のパラボラ反射鏡,52…支持金具,53…腕金,54…一次放射器,55…取付金具,60…放射軸線,61…メインローブにより放射された電磁波(球面波),62…サイドローブにより放射された電磁波(球面波),63…供試機器に照射する電磁波(平面波),64…収束された電磁波,65…メインローブにより放射された電磁波(球面波),70…一次放射器の放射パターン,71…合成された一次放射器の放射パターン,80…円形導波管,150…放射アンテナ,151…第3のパラボラ反射鏡,152…第1のパラボラ反射鏡。

Claims (4)

  1. 電波無響室内の一端側に配置され,供試機器を載置するためのターンテーブルと,
    電波無響室内の他端側に配置され,前記供試機器に照射するための電磁波を放射する放射アンテナと,
    高周波信号を発生する信号発生器と,
    前記信号発生器からの高周波信号を増幅して前記放射アンテナに供給することで,前記放射アンテナから前記供試機器に向けて電磁波を放射させる増幅装置と,
    を備えた妨害排除能力試験装置において,
    前記放射アンテナは,
    第1のパラボラ反射鏡と該第1のパラボラ反射鏡の焦点位置近傍に設けられた一次放射器とから成るパラボラアンテナと,
    前記パラボラアンテナから放射される電磁波の放射軸線と軸線が略一致するように配置され,前記パラボラアンテナから放射された電磁波を前記供試機器に導くための導波管と,
    からなることを特徴とする妨害排除能力試験装置。
  2. 前記パラボラアンテナにおいて,前記一次放射器は,前記第1のパラボラ反射鏡の焦点位置近傍に複数設けられると共に,
    前記増幅装置は,前記高周波信号を増幅して前記複数の一次放射器にそれぞれ供給するため,前記一次放射器の数に対応して複数備えられており,
    更に,前記信号発生器が発生した高周波信号を前記複数の増幅装置に分配する分配器と,
    前記複数の一次放射器から放射された電磁波の位相が,前記供試機器が配置される試験平面にて同位相となるよう,前記分配器から前記各増幅装置に伝送される高周波信号の位相を各々調整するための複数の移相器と,
    を備えたことを特徴とする請求項1に記載の妨害排除能力試験装置。
  3. 前記第1のパラボラ反射鏡の開口面と,該開口面に対向する前記導波管の開口端との間には,前記パラボラアンテナのサイドローブが前記導波管に導波されるのを防止するための空間が形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の妨害排除能力試験装置。
  4. 前記導波管において,前記第1のパラボラ反射鏡とは反対側の開口面側には,前記導波管を通過してきた電磁波を前記供試機器に向けて収束させる第2のパラボラ反射鏡が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の妨害排除能力試験装置。
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