JP5260013B2 - Ｅｍｃ試験用電波放射装置 - Google Patents

Description

本発明は、妨害波による電子機器の耐性を測定する妨害排除能力試験を行うのに用いられるＥＭＣ試験用電波放射装置に関する。

従来より、電子機器の電磁環境適合性（ＥＭＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を評価するＥＭＣ試験の一つとして、妨害波による電子機器の耐性を測定する妨害排除能力試験（所謂イミュニティ試験）が知られている。

このイミュニティ試験は、試験対象となる電子機器（以下、試験対象機器ともいう）に妨害波を照射した際に、試験対象機器が正常に動作するか否かを判定するための試験であり、試験対象機器に妨害波として照射する試験用電波の周波数や強度は、国際電気標準会議（ＩＥＣ）等の国際規格若しくは各種団体の規格で規定されている。

このため、こうしたイミュニティ試験を行う際には、通常、所望の指向特性が得られるホーンアンテナと、ホーンアンテナから試験用電波を放射させるための送信信号を発生する発振器と、この発振器からの送信信号を所定レベルまで増幅してホーンアンテナに出力する増幅器とを備えたＥＭＣ試験用電波放射装置が用いられ、試験用電波の周波数や照射強度は、その装置を構成する発振器の発振周波数や増幅器の出力を調整することにより、試験条件に対応した適正値に設定される。

ところで、イミュニティ試験では、試験対象機器に対して高レベルの妨害波を照射する必要があるため、ＥＭＣ試験用電波放射装置には、増幅器として、高出力アンプが組み込まれているが、この増幅器の出力を増加させるとコストアップを招くことになる。

このため、イミュニティ試験の実行時には、通常、ＥＭＣ試験用電波放射装置の増幅器を最大出力付近で動作させることで、増幅器（延いてはＥＭＣ試験用電波放射装置）のコストを抑えつつ、試験条件に対応した所望強度の試験用電波を放射させている。

ところが、イミュニティ試験の実行時には、ホーンアンテナから放射した試験用電波が、試験対象機器を含む周囲の物体に当たって反射し、その反射波がホーンアンテナにて受信されて、その受信信号が増幅器まで戻ってくることがある。

そして、このとき、増幅器を最大出力付近で動作させていると、増幅器の出力段のトランジスタ（出力トランジスタ）には、最大出力となる送信信号に受信信号を加えた大電流が流れ、出力トランジスタが壊れてしまう。

そこで、従来では、この問題を解決するために、増幅器からホーンアンテナに至る送信信号の伝送線路上にアイソレータを設けて、ホーンアンテナから増幅器に向けて流れる受信信号を減衰させることが考えられている（例えば、特許文献１等参照）。

また、同様の目的で、増幅器からホーンアンテナに至る送信信号の伝送線路上に分岐器を設けて、ホーンアンテナから増幅器に向けて流れる受信信号を分岐させ、その分岐信号から反射波の信号レベルを検知して、その信号レベルが所定の上限レベルよりも高い場合に、増幅器からの出力を抑制することも考えられている（例えば、特許文献２等参照）。
特開２００６−１９１１７９号（段落［００３７］、［００３８］） 特開２００６−３２９８７７号（段落［００３７］〜［００４０］）

しかしながら、上記のような対策では、増幅器を反射波から保護することはできるものの、その対策のために、増幅器からホーンアンテナに至る送信信号の伝送線路上に、アイソレータや分岐器を設けているので、送信信号は、これら各部を通過する際に、その通過損失分だけ減衰されてしまう。

そして、このように送信信号が減衰されると、ホーンアンテナからの放射電力、延いては試験対象機器に対する試験用電波の照射電力、も減衰することになるので、その減衰量を補うように、増幅器の出力を増大させる必要がある。

しかし、増幅器は、通常、最大出力付近で使用されているので、その出力を更に増大させるには、増幅器自体を、より高出力が可能なものに変更しなければならず、上記従来の対策では、ＥＭＣ試験用電波放射装置のコストアップを招くという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、電子機器の妨害排除能力を測定するためのＥＭＣ試験用電波放射装置において、送信信号を増幅する増幅器を、その増幅器の出力を増大させることなく、反射波から保護できるようにすることを目的とする。

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、
測定対象となる電子機器に向けて試験用電波を放射する放射アンテナと、
該放射アンテナから前記試験用電波を放射させるための送信信号を発生する信号発生器と、
該信号発生器からの送信信号を所定レベルまで増幅して前記放射アンテナに出力する増幅器と、
を備え、前記電子機器の妨害排除能力を測定するのに用いられるＥＭＣ試験用電波放射装置であって、
前記放射アンテナは、
円錐若しくは角錐のホーンと、
ホーンの後端側に延設された導波管と、
該導波管の後端に回転軸を介して導波管の中心軸周りに回転可能に固定され、試験用電波を出射するための送信用プローブと、
該送信用プローブに送信信号を給電するための同軸導波管変換器と、
前記送信用プローブの後端を支持した回転軸を回転させて、当該放射アンテナから放射される試験用電波の偏波角度を調整するための回動手段と、
を備えたホーンアンテナにて構成され、
更に、
前記ホーンアンテナの同軸導波管変換器を構成する導波管内に配置され、前記放射アンテナからの放射電波が前記電子機器を含む周囲の物体に当たって反射してきた反射波を検出する導波管型の方向性結合器と、
該方向性結合器からの検出信号に基づき、前記反射波が予め設定された閾値レベルに達しているか否かを判断し、前記反射波が閾値レベルに達していれば、前記増幅器からの送信信号の出力を抑制して、前記増幅器を前記反射波から保護する保護手段と、
を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載のＥＭＣ試験用電波放射装置においては、上述した従来装置と同様、信号発生器が送信信号を発生し、増幅器がその送信信号を所定レベルまで増幅して、放射アンテナに出力することにより、放射アンテナから試験用電波を放射させる。

また、放射アンテナは、ホーンと、導波管と、送信用プローブと、同軸導波管変換器とを備えたホーンアンテナにて構成されており、しかも、このホーンアンテナには、送信用プローブの後端を支持した回転軸を回転させる回動手段が設けられているため、イミュニティ試験を行う際には、この回動手段を介して、放射アンテナから放射される試験用電波の偏波角度を任意に設定することができる。

また更に、本発明では、放射アンテナから放射された試験用電波が、試験対象機器を含む周囲の物体に当たって反射し、その反射波が放射アンテナにて受信されても、増幅器が故障することのないようにするために、同軸導波管変換器の導波管内には、その反射波を直接受信することのできる導波管型の方向性結合器が設けられている。

そして、保護手段が、この方向性結合器からの検出信号に基づき、反射波が予め設定された閾値レベルに達しているか否かを判断し、反射波が閾値レベルに達していれば、増幅器からの送信信号の出力を抑制する。

このため、本発明のＥＭＣ試験用電波放射装置によれば、増幅器から放射アンテナに至る送信信号の伝送線路上にアイソレータや分岐器等の保護用機器を設けることなく、増幅器を反射波から保護することができる。

よって、本発明によれば、従来のように、送信信号の伝送線路上に設けた保護用機器で生じる送信信号の減衰量を補うために、増幅器の出力を増大させる必要がなく、増幅器の保護対策を効率よく行うことができる。

つまり、導波管型の方向性結合器は、反射波と進行波とを検出する２つのプローブから構成されることから、進行波である送信信号を無損失で通過させることはできない。しかし、各プローブの先端部分は、進行波及び反射波の伝送方向に沿って折り曲げられ、同軸型のプローブや、伝送線路上に設けられる保護用機器（アイソレータや分岐器）に比べて、反射波と進行波をそれぞれ低損失（−５０ｄＢ程度）で取り出すことができる。

このため、導波管型の方向性結合器で生じる送信信号（進行波）の損失は、従来装置に比べて無視できる程度のものとなり、本発明によれば、増幅器の出力を増大させることなく、増幅器の保護対策を行うことができるようになるのである。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明が適用されたＥＭＣ試験用電波放射装置全体の構成を表す構成図である。

図１に示すように、本実施形態のＥＭＣ試験用電波放射装置は、電波暗室２内に配置された電子機器（試験対象機器）４に対し試験用電波を照射することで、試験対象機器４の妨害波に対する耐性を測定するイミュニティ試験を行うためのものであり、試験対象機器４に向けて試験用電波を放射する放射アンテナ１０を備える。

放射アンテナ１０は、ホーンアンテナから構成されており、試験対象機器４と共に電波暗室２内に設置されている。
すなわち、放射アンテナ１０は、図２に示すように、円錐若しくは角錐のホーン１２と、このホーン１２の後端側に延設された導波管１４と、この導波管１４の後端に回転軸１８ａを介して導波管１４の中心軸回りに回転可能に固定され、試験用電波を出射するための送信用プローブＰ１と、この送信用プローブＰ１に送信信号を給電するための同軸導波管変換器１６と、から構成されている。

ここで、送信用プローブＰ１は、直線偏波の電波を放射できるように、導波管１４の中心軸に沿って矩形波状に曲折されている。このため、この送信用プローブＰ１を、回転軸１８ａを介して、導波管１４の中心軸周りに回転させれば、放射アンテナ１０から放射される試験用電波の偏波角度を調整することができる。

また、同軸導波管変換器１６は、後述の増幅器２２（図１参照）から送信信号を受けて送信用プローブＰ１に給電するための給電用プローブＰ０と、この給電用プローブＰ０から送信用プローブＰ１への給電経路を形成してこれら各部を結合させる導波管１６ａとから構成されている。

そして、この導波管１６ａには、送信用プローブＰ１の後端を支持した回転軸１８ａが後方に向けて貫通されており、その導波管１６ａの後方には、この回転軸１８ａに連結されてこれを回転させる回動手段（本実施形態ではモータ１８）が組み付けられている。

また、このモータ１８は、所望の回転角度で停止させることができるように、ステップモータ若しくはサーボモータにて構成されており、モータ１８の出力軸（延いては回転軸１８ａ）には、回転角度検出用のスリットを設けた回転板１８ｂが固定され、更に、その回転板１８ｂの周囲には、そのスリットを検出してモータ１８の回転角度（延いては放射アンテナ１０から放射される試験用電波の偏波角度）を表す回転角度信号を発生する回転センサ１８ｃが配置されている。

また、導波管１６ａにおいて、給電用プローブＰ０と送信用プローブＰ１との間には、導波管型の方向性結合器４０が設けられている。
この方向性結合器４０は、送信用プローブＰ１から放射した試験用電波が試験対象機器４やその周囲の物体に当たって反射し、その反射波が、送信用プローブＰ１で受信されて、給電用プローブＰ０に伝達されるときに、その反射波の一部を、同軸導波管変換器１６の導波管１６ａ内で検出するためのものであり、図３に示すように構成されている。

すなわち、方向性結合器４０は、図３に示すように、導波管１６ａ内で送信用プローブＰ１から給電用プローブＰ０に向けて伝送される反射波と、導波管１６ａ内で給電用プローブＰ０から送信用プローブＰ１に向けて伝送される送信信号（進行波）を、それぞれ検出するための一対のプローブ（第１プローブ４１及び第２プローブ４２）からなり、各プローブ４１、４２の先端部分（プローブ部４１ａ、４２ａ）を反射波及び進行波の伝送方向に沿って互いに内側に屈曲させることにより、導波管１６ａの壁面に穿設した結合窓を介して侵入してくる反射波及び進行波を検出するように構成されている。

一方、図１に示すように、電波暗室２の外には、試験用電波となる送信信号を発生する発振器２０と、この発振器２０から出力される送信信号を所定レベルまで増幅して、放射アンテナ１０の給電用プローブＰ０に出力する増幅器２２と、発振器２０から増幅器２２に至る送信信号の伝送線路上に設けられたレベル調整器２４と、方向性結合器４０の第１プローブ４１から反射波の検出信号を取り込み、レベル調整器２４を制御する保護回路３０と、回転センサ１８ｃからの回転角度信号に基づき試験用電波の偏波角度を検出し、この偏波角度が外部から指令された偏波角度となるようモータ１８を駆動する偏波切換器２６と、が設けられている。なお、方向性結合器４０において進行波を検出する第１プローブ４２は、終端抵抗にて終端されている。

ここで、レベル調整器２４は、増幅器２２に入力される送信信号の信号レベルを調整するためのものであり、例えば、可変減衰器から構成されている。
また、保護回路３０は、本発明の保護手段に相当するものであり、方向性結合器４０からの反射波の検出信号を振幅検波する振幅検波器３２と、その検波電圧と予め設定された基準電圧とを比較することで、検出信号（換言すれば反射波）が所定の閾値レベルに達しているか否かを判断する電圧比較器３４とから構成されている。

そして、電圧比較器３４は、検波電圧が基準電圧よりも低い場合（つまり、反射波が所定の閾値レベルに達していない場合）には、レベル調整器２４によるレベル調整量（減衰量）を最小にして、発振器２０から出力された送信信号を減衰させることなくそのまま増幅器２２へ入力させ、検波電圧が基準電圧以上になった場合（つまり、反射波が所定の閾値レベルに達した場合）には、レベル調整器２４によるレベル調整量（減衰量）を保護用の設定値にして、発振器２０から増幅器２２に入力される送信信号を減衰させる。

なお、電圧比較器３４は、検波電圧が一旦基準電圧以上になると、その後、使用者により保護回路３０が再起動されるまで、比較結果（換言すればレベル調整器２４への出力）を保持し、発振器２０から増幅器２２への送信信号の入力を制限する。

このため、本実施形態のＥＭＣ試験用電波放射装置によれば、方向性結合器４０にて検出された反射波が上記基準電圧で決まる閾値レベルに達した際には、増幅器２２からの送信信号の出力（電力）が抑制されることになり、増幅器２２の出力段（出力トランジスタ）に流れる電流が許容電流を越えて、出力トランジスタが劣化若しくは破壊するのを防止できる。

また、本実施形態では、増幅器２２を保護するために、増幅器２２から放射アンテナ１０に至る送信信号の伝送線路上にアイソレータや分岐器等の保護用機器を設ける必要がないので、この保護用機器で生じる送信信号（電力）の損失を補うために、増幅器２２の出力を増大させる必要がない。よって、増幅器２２の反射波からの保護対策を、従来に比べて低コストで行うことができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、保護回路３０は、方向性結合器４０の第１プローブ４１から出力される反射波の検出信号を取り込み、その検出信号を振幅検波して、基準電圧と比較することで、増幅器２２を保護するものとして説明したが、保護回路３０は、方向性結合器４０の第１、第２プローブ４１、４２から出力される反射波及び進行波の検出信号を取り込み、これら各検出信号に基づき増幅器２２を保護するようにしてもよい。

そして、この場合、保護回路３０は、方向性結合器４０の各プローブ４１、４２から出力される検出信号をそれぞれ振幅検波して、反射波の進行波に対する電力比率（反射電力比）を算出し、その算出された反射電力比が増幅器２２の破損限界値を超えたか否かを判断して、反射電力比が破損限界値を越えたときに、増幅器２２に入力される送信信号を減衰させるように構成すればよい。

また、上記実施形態と同様に、増幅器２２を反射波から保護するには、電圧比較器３４からの出力により、増幅器２２又は発振器２０の動作を停止させるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、発振器２０、増幅器２２、レベル調整器２４、偏波切換器２６、及び、保護回路３０は、全て電波暗室２の外に配置されるものとして説明したが、これら各部は、放射アンテナ１０と共に、電波暗室２内に設けるようにしてもよい。

なお、この場合、電波暗室２内に設ける放射アンテナ１０以外のものは、電波暗室２内で反射波の経路を形成してしまうことのないよう、放射アンテナ１０に一体的に組み付けることが望ましい。

実施形態のＥＭＣ試験用電波放射装置全体の構成を表す構成図である。 放射アンテナの内部構造を表す断面図である。 同軸導波管変換器への方向性結合器の取り付け部分を表す断面図である。

符号の説明

２…電波暗室、４…試験対象機器（電子機器）、１０…放射アンテナ、１２…ホーン、１４…導波管、１６…同軸導波管変換器、１６ａ…導波管、１８…モータ、１８ａ…回転軸、１８ｂ…回転板、１８ｃ…回転センサ、２０…発振器、２２…増幅器、２４…レベル調整器、２６…偏波切換器、３０…保護回路、３２…振幅検波器、３４…電圧比較器、Ｐ０…給電用プローブ、Ｐ１…送信用プローブ、４０…方向性結合器、４１…第１プローブ、４２…第２プローブ、４１ａ，４２ａ…プローブ部。

Claims (1)

1. 測定対象となる電子機器に向けて試験用電波を放射する放射アンテナと、
   該放射アンテナから前記試験用電波を放射させるための送信信号を発生する信号発生器と、
   該信号発生器からの送信信号を所定レベルまで増幅して前記放射アンテナに出力する増幅器と、
   を備え、前記電子機器の妨害排除能力を測定するのに用いられるＥＭＣ試験用電波放射装置であって、
   前記放射アンテナは、
   円錐若しくは角錐のホーンと、
   ホーンの後端側に延設された導波管と、
   該導波管の後端に回転軸を介して導波管の中心軸周りに回転可能に固定され、試験用電波を出射するための送信用プローブと、
   該送信用プローブに送信信号を給電するための同軸導波管変換器と、
   前記送信用プローブの後端を支持した回転軸を回転させて、当該放射アンテナから放射される試験用電波の偏波角度を調整するための回動手段と、
   を備えたホーンアンテナにて構成され、
   更に、
   前記ホーンアンテナの同軸導波管変換器を構成する導波管内に配置され、前記放射アンテナからの放射電波が前記電子機器を含む周囲の物体に当たって反射してきた反射波を検出する導波管型の方向性結合器と、
   該方向性結合器からの検出信号に基づき、前記反射波が予め設定された閾値レベルに達しているか否かを判断し、前記反射波が閾値レベルに達していれば、前記増幅器からの送信信号の出力を抑制して、前記増幅器を前記反射波から保護する保護手段と、
   を備えたことを特徴とするＥＭＣ試験用電波放射装置。

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