JP5362599B2 - 電磁波源探査方法、電磁波源探査プログラム、電磁波源探査装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波を発生させる電磁波源を探査する技術に関するものである。

近年の電気・電子装置に搭載される半導体の低電圧化・高速化や無線通信装置の普及に伴い、電磁波環境（ＥＭＣ）問題が深刻化している。ＥＭＣは、装置のイミュニティレベルの劣化、電磁波放射レベルの増大、装置内部干渉などの原因となる。半導体の低電圧化・高速化などに伴い、ＥＭＣ問題も複雑化する。ＥＭＣ問題に対処するために要する製品の開発・対策期間の増大を避けるには、ＥＭＣメカニズムに基づく最適な設計技術の構築が鍵となる。

このＥＭＣメカニズムの解明には、電磁波放射の波源およびノイズの伝搬経路を特定することが重要である。そのため、装置の金属筐体表面や基板表面に流れる電流を測定することが必要になる場合がある。この波源および伝搬経路を同定するためには、電流の流れている方向・角度を高精度かつ短時間で測定することが重要である。これにより、ＥＭＣメカニズムを効率的に解明することができる。

下記特許文献１には、ＸＹＺ平面で直交させた３本の磁界プローブにより、異なる方向の磁界成分（電流成分と同等）を高い分解能で測定することのできる磁界検出装置および磁界分布測定装置が記載されている。

下記特許文献２には、３本の無指向性アンテナを使うことで規定レベル以上の電磁界強度を簡易的に検出する電磁界強度検出装置が記載されている。

下記特許文献３には、ＸＹＺ方向およびθ方向（Ｚ軸を中心とした回転方向）に稼動する４軸スキャナへ磁界測定用のループアンテナを搭載し、被測定対象表面を走査するＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）測定装置および測定方法が記載されている。この装置および方法により、電流の強度分布、位相、方向を測定することができる。

特願平１０−１１１３５０号公報 特願２００７−３２５９１６号公報 特願平１１−１５６３１７号公報

上記特許文献１では、ＸＹＺ平面で直交させた３本の磁界プローブを使って磁界（電流）分布測定する技術を提案している。しかし、このプローブを使って電流方向を推定した場合、例えば、Ｘ平面を基準として４５度と１３５度の方向に流れている電流を識別することが困難である。これは、ＸＹ平面における４５度と１３５度の方向に流れる各電流が発生する磁界によってプローブに誘起する電圧は、Ｘ方向とＹ方向ともに全く同じとなることに起因する。このため、磁界プローブの誘起電圧がＸＹ平面における４５度方向と１３５度方向のいずれに向いているか識別することが困難となる。ＸＹＺ各軸に対応する３本の磁界プローブを用いた場合、角度４５度と１３５度以外にも、例えば３０度と１５０度など方向を識別することが難しい方向が幾つかあるため、電流方向を推定することが困難である。

上記特許文献２では、３本のアンテナを使った電磁界測定装置を提案している。しかし、３本のアンテナ何れも無指向性であるため、波源である電流の方向を推定することが難しい。

上記特許文献３では、ＸＹＺ方向およびθ方向に稼動する４軸スキャナに磁界測定用ループアンテナを搭載した測定装置が提案されている。この装置では、電流の直上で磁界測定用プローブをθ方向に回転させ、ＸＹ平面を走査する。プローブ誘起電圧が最大となる角度が、ＸＹ平面における電流方向となる。したがって、ＸＹ平面を走査しながら磁界測定用プローブをθ方向に回転させて磁界（電流）マップを測定し、各走査点でプローブ誘起電圧が最大となった角度をマッピングすれば、ＸＹ平面に流れる電流方向を推定することができる。

しかし、この装置において電流方向の推定精度を向上させるためには、プローブ回転角を細かくする必要がある。例えば、±１０度の精度で測定するためには、プローブ回転範囲の０度〜１８０度を１０度刻み１８点で測定しなければならない。実際は、ＸＹ平面上での測定点数に前記の回転角度点数を掛けた値が測定点数となる。そのため、方向推定精度を向上させると測定点数が増大して測定時間が長くなる。すなわち、推定精度と測定時間がトレードオフの関係となる。

例えば、Ｘ方向：３０点、Ｙ方向：２０点、回転方向：２点（０度と９０度）を測定する場合、測定点数は３０×２０×２＝１２００点となり、測定時間は１時間程度となる。これを回転方向に９倍のステップ、１８点で測定した場合、約１０倍弱の測定点となり、測定時間もその分だけ増大する。したがって、短時間で精度良く電流方向を推定することが求められる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電磁波源となる電流の方向を精度良く短時間で測定する技術を提供することを目的とする。

本発明に係る電磁波源探査方法では、同一平面上における基準位置からみた配置角度が異なる３本以上奇数本数のアンテナを用いて誘起電圧の絶対値を測定し、各アンテナの配置角度と誘起電圧を用いて電流の方向角を算出する。

本発明に係る電磁波源探査方法によれば、誘起電圧の絶対値のみを用いるので、短時間で測定を行うことができる。また、同一平面上における３本以上奇数本数のアンテナを用いるので、任意の電流方向を確実に識別することができ、良好な推定精度を得ることができる。

実施の形態１に係る電磁波源探査装置１００の構成図である。 被測定対象２００上を流れる電流によってアンテナ１１１に誘起電圧が生じる様子を示す図である。 アンテナモジュール１１０に誘起する電圧および電流の方向を推定する手法を説明する図である。 電磁波源探査装置１００の動作フローである。 実施の形態２に係る電磁波源探査装置１００の構成図である。 実施の形態３に係る電磁波源探査装置１００の構成図である。 実施の形態４に係る電磁波源探査装置１００の構成図である。 アンテナモジュール１１０に誘起する電圧および電流の方向を推定する手法を説明する図である。 アンテナモジュール１１０の側断面図である。 面１１００〜１３００を同軸ケーブル２０００側から見た平面図である。 実施の形態８に係るアンテナアレイ基板３０００の斜視図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る電磁波源探査装置１００の構成図である。電磁波源探査装置１００は、被測定対象２００上を流れて電磁波発生源となる電流の方向を測定する装置である。電磁波源探査装置１００は、アンテナモジュール１１０、ステージ１２０、３軸スキャナ１３０、同軸スイッチ１４０、スペクトラムアナライザ１５０、モータ制御ユニット１６０、制御コンピュータ１７０を備える。

被測定対象２００は、ステージ１２０に固定される。
アンテナモジュール１１０は、３本のアンテナ１１１、１１２、１１３を備える。各アンテナには、電磁波源によって誘起電圧が生じる。各アンテナはこの誘起電圧を検出し、その値に相当する出力信号を出力する。

同軸スイッチ１４０は、アンテナモジュール１１０の各出力を受け取り、必要に応じてアンプを介して出力信号を増幅し、スペクトラムアナライザ１５０に出力する。

制御コンピュータ１７０は、モータ制御ユニット１６０を介して３軸スキャナ１３０を制御し、これによりアンテナモジュール１１０をＸＹＺ各方向に移動させる。また、同軸スイッチ１４０を切り替えてアンテナモジュール１１０のいずれの出力を受信するかを制御する。その他、スペクトラムアナライザ１５０からアンテナモジュール１１０の周波数毎の測定結果を取得し、これに基づき被測定対象２００上の電流方向を算出する。算出方法の詳細については後述する。制御コンピュータ１７０は、本実施の形態１における「演算装置」に相当する。

図１の右下図は、アンテナモジュール１１０を底面（図１の被測定対象２００側）から見た各アンテナの配置を示す。アンテナモジュール１１０が備える３つのアンテナ１１１、１１２、１１３は、例えばアンテナ１１１が向いている方向を基準角とすると、同一平面上における基準角から見た配置角度が１２０°ずつ異なるように配置されている。すなわち、各アンテナはアンテナ１１１から見て１２０°ずつ順に配置角度を開いていくようにして放射状に配置されている。

以上、電磁波源探査装置１００の構成を説明した。次に、電磁波源探査装置１００が被測定対象２００上を流れる電流の方向を算出する原理を説明する。

図２は、被測定対象２００上を流れる電流によってアンテナ１１１に誘起電圧が生じる様子を示す図である。電流３０１は、被測定対象２００上を流れる電流（ｉ）であり、電磁波源探査装置１００が検出する電磁波源に相当する。電流３０１の真上にアンテナ１１１が配置されている。アンテナ１１１は、ループアンテナとして構成された磁界アンテナであり、ループ面の面積はＳである。電流３０１からアンテナ１１１（のループ中央部）までの高さはｒである。

電流３０１が流れると、磁界３０２（Ｈ）が発生する。この磁界３０２がアンテナ１１１に鎖交すると、アンテナ１１１に誘起電圧３０３（Ｖａｎｔ）が生じる。アンテナ１１１のループ面と電流３０１とがＸＹ平面上で成す角度をθとする。この両者が平行となる場合をθ＝０°と定義し、このときの誘起電圧３０３をＶ０と定義する。

この状態において、アンテナ１１１に生じるアンテナ誘起電圧３０３（Ｖａｎｔ）は下記（式１）で、Ｖ０は下記（式２）で定義することができる。ｆは電流３０１の周波数、μ０は真空の透磁率である。

図３は、アンテナモジュール１１０に誘起する電圧および電流の方向を推定する手法を説明する図である。アンテナモジュール１１０は、アンテナ１１１、アンテナ１１２、アンテナ１１３を放射状に１２０°刻み（３等分）に配置した構成となっている。ここで、アンテナ１１１がＸＹ平面上で向いている方向を基準として、電流３０１の角度をθと定義する。以後の説明では、記載の便宜上、電流角度θはアンテナ１１１を基準とした角度であるものとする。

アンテナ１１１〜アンテナ１１３に誘起される電圧Ｖａｎｔ１〜Ｖａｎｔ３は、上記（式１）（式２）を用いて、下記（式３）のように算出することができる。

アンテナ１に誘起する電圧Ｖａｎｔ１を基準として、角度θは下記（式４）（式５）のように算出することができる。なお、９０度〜１８０度の範囲の角度はθ１、０度〜９０度の範囲はθ２を用いる。

以上、被測定対象２００上を流れる電流３０１の方向角θを算出する原理を説明した。次に、電磁波源探査装置１００が上記原理を用いて電流３０１の方向角θを算出する手順を説明する。

図４は、電磁波源探査装置１００の動作フローである。以下、図４の各ステップについて説明する。
（図４：ステップ４００）
ユーザが制御コンピュータ１７０を用いて、測定を開始するよう電磁波源探査装置１００に対して指示すると、本動作フローが開始される。

（図４：ステップ４０１）
制御コンピュータ１７０は、電流３０１の方向を算出するＸＹ平面上の座標を設定する。ここでいうＸＹ平面とは、図１におけるＸＹ軸からなる平面のことである。

（図４：ステップ４０２）
制御コンピュータ１７０は、アンテナ１１１〜１１３に誘起されている誘起電圧Ｖａｎｔ１〜Ｖａｎｔ３を、同軸スイッチ１４０〜スペクトラムアナライザ１５０を介してそれぞれ取得する。このとき、制御コンピュータ１７０は、必要に応じて同軸スイッチ１４０を切り替え、またスペクトラムアナライザ１５０に対して周波数を指定する。制御コンピュータ１７０は、Ｖａｎｔ１が３つの誘起電圧のなかで最も大きいか否かを判定する。Ｖａｎｔ１が最も大きい場合はステップＳ４０５へ進み、そうでない場合はステップＳ４０３へ進む。

（図４：ステップ４０３）
制御コンピュータ１７０は、Ｖａｎｔ１が０または０に近い値となっているか否かを判定するため、Ｖａｎｔ２およびＶａｎｔ３に対するＶａｎｔ１の比Ｖａｎｔ１／Ｖａｎｔ２およびＶａｎｔ１／Ｖａｎｔ３を算出する。制御コンピュータ１７０は、算出した比が所定閾値（例えば１０^−２）以下である場合は、Ｖａｎｔ１が０または０に近い値となっているものと判断し、ステップＳ４０８へ進む。そうでない場合はステップＳ４０４へ進む。

（図４：ステップ４０３：補足）
本ステップは、θ＝９０°となっているか否かを判定する意義がある。すなわち、Ｖａｎｔ２またはＶａｎｔ３が最大値をとる場合、θ＝９０°となっている可能性があり、このときＶａｎｔ１＝０となるので、上記（式４）において０除算が発生する。本ステップにより、これを回避する。

（図４：ステップ４０４）
制御コンピュータ１７０は、Ｖａｎｔ２が３つの誘起電圧のなかで最も大きいか否かを判定する。Ｖａｎｔ２が最も大きい場合はステップＳ４０６へ進み、そうでない場合はステップＳ４０７へ進む。

（図４：ステップ４０５）
Ｖａｎｔ１が３つの誘起電圧のなかで最も大きい場合、θは０°〜３０°または１５０°〜１８０°の範囲内にある。制御コンピュータ１７０は、上記（式５）を用いてθを算出する。

（図４：ステップ４０６）
Ｖａｎｔ２が３つの誘起電圧のなかで最も大きい場合、θは３０°〜９０°の範囲内にある。制御コンピュータ１７０は、上記（式５）を用いてθを算出する。

（図４：ステップ４０７）
Ｖａｎｔ３が３つの誘起電圧のなかで最も大きい場合、θは９０°〜１５０°の範囲内にある。制御コンピュータ１７０は、上記（式４）を用いてθを算出する。

（図４：ステップ４０８）
制御コンピュータ１７０は、ステップＳ４０３においてＶａｎｔ１が０または０に近い値になっていると判断した場合、θ＝９０°とする。

（図４：ステップ４０９）
制御コンピュータ１７０は、以上のステップを実行した座標（ｍ，ｎ）、電流３０１の値ｉ_ｍｎ、電流３０１の方向角θ_ｍｎを、メモリやＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの記憶装置に格納する。

（図４：ステップ４１０）
制御コンピュータ１７０は、ＸＹ平面上の他の座標についてさらに電流３０１の方向を算出する場合はステップＳ４０１に戻って同様の処理を繰り返す。これ以上電流３０１の方向を算出しない場合は、本動作フローを終了する。
以上、本実施の形態１における電磁波源探査装置１００の動作フローを説明した。

以上のように、本実施の形態１に係る電磁波源探査装置１００は、各アンテナに生じた誘起電圧Ｖａｎｔ１〜Ｖａｎｔ３の絶対値を取得し、（式４）（式５）を用いて電流３０１の方向角θを算出する。各アンテナを用いて測定する直接的な測定対象は誘起電圧Ｖａｎｔ１〜Ｖａｎｔ３のみであるため、短時間で測定を完了することができる。

また、本実施の形態１において、アンテナモジュール１１０は配置角度を１２０°ずつずらした３本のアンテナ１１１〜１１３を備え、電磁波源探査装置１００はその配置角度を用いて電流３０１の方向角θを算出する。これにより、Ｘ方向とＹ方向ともに誘起電圧が全く同じとなる角度がなくなるので、方向角θを精度良く算出することができる。

また、本実施の形態１では、同一平面上におけるアンテナ本数が３本であるため、同一平面（ＸＹ平面）上におけるアンテナ本数が２本以下である場合と比較して、より正確に方向角θを算出することができる。

＜実施の形態２＞
図５は、本発明の実施の形態２に係る電磁波源探査装置１００の構成図である。本実施の形態２に係る電磁波源探査装置１００は、実施の形態１の図１で説明した同軸スイッチ１４０とスペクトラムアナライザ１５０に代えて、オシロスコープ１８０を備える。

オシロスコープ１８０は、複数本の信号入力をサンプリングし、保持する機能を有している。そのため、実施の形態１のように各アンテナ１１１〜１１３が出力する信号を１つずつ切り替えながら入力する必要がなくなり、同軸スイッチ１４０は不要となる。

実施の形態１のように同軸スイッチ１４０を用いてアンテナを１本ずつ切り替えながら出力信号を取得する場合には、同時刻の出力波形を得ることはできない。これに対し、本実施の形態２の場合、例えばアンテナ１１１をトリガとして、アンテナ１１１〜１１３全ての出力波形を同時に取得することができる。換言すると、アンテナ１１１〜１１３全ての同時刻の波形を取得することができる利点がある。ただし本実施の形態２では、アンテナ毎にアンプを設ける必要がある。

オシロスコープ１８０が各アンテナから取得する出力信号は、時間軸に対する波形である。そのため、制御コンピュータ１７０は、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理などを用いて、オシロスコープ１８０が取得した出力信号を周波数毎のスペクトラムに変換する。制御コンピュータ１７０は、各アンテナの出力に基づき誘起電圧の絶対値を周波数毎に取得し、実施の形態１と同様の手法を用いて電流３０１の方向角θを周波数毎に算出する。

以上のように、本実施の形態１によれば、各アンテナ出力の同時刻の信号波形を同時に得ることができる。したがって、電磁波源探査をより動的に行うことができる。なお、オシロスコープ１８０と同様に、複数信号を同時にサンプリングし保持する機能を有する機器を、オシロスコープ１８０に代えて用いることもできる。

＜実施の形態３＞
本発明の実施の形態３では、実施の形態１で説明した（式４）（式５）とは別の手法を用いて電流３０１の方向角θを算出する構成を説明する。

図６は、本実施の形態３に係る電磁波源探査装置１００の構成図である。本実施の形態３に係る電磁波源探査装置１００は、実施の形態１の図１で説明した構成の他に、以下の構成を有する。

本実施の形態３における同軸スイッチ１４０は、４本（以上）の信号を入力することができる。また、同軸スイッチ１４０の前段に、分配器１９１、４つのアンプ、ハイブリッドバラン１９２および１９３を備える。

分配器１９１は、方向角θを算出する基準となるアンテナ１１１の出力を２分割する。分割された各信号は、それぞれが分割前の信号と等しい。４つのアンプは、分割されたアンテナ１１１の出力およびアンテナ１１２〜１１３の出力をそれぞれ増幅する。

ハイブリッドバラン１９２と１９３は、１８０度ハイブリッドと言われる部品であり、入力された２つの信号の和と差を出力する。ハイブリッドバラン１９２はアンテナ１１１と１１３の出力を受け取り、これらの和と差を出力する。ハイブリッドバラン１９３はアンテナ１１１と１１２の出力を受け取り、これらの和と差を出力する。

制御コンピュータ１７０は、同軸スイッチ１４０、スペクトラムアナライザ１５０を介して、各ハイブリッドバランの出力を取得する。制御コンピュータ１７０は、ハイブリッドバラン１９２の出力に基づき、Ｖａｎｔ１とＶａｎｔ３の和と差を取得することができる。同様に、ハイブリッドバラン１９３の出力に基づき、Ｖａｎｔ１とＶａｎｔ２の和と差を取得することができる。

Ｖａｎｔ１〜Ｖａｎｔ３は、それぞれ上述の（式３）で表される。これらの和と差にはそれぞれｃｏｓθとｓｉｎθが含まれるので、連立方程式を解くことにより、θを算出する演算式を得ることができる。制御コンピュータ１７０は、その演算式に各ハイブリッドバランの出力を代入してθを算出する。

以上のように、本実施の形態３によれば、実施の形態１とは異なる検出機器の構成および演算式を用いて、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。すなわち、アンテナ１１１〜１１３に生じる誘起電圧のみを用いて方向角θを算出するので、短時間に測定を終えることができ、また各アンテナ１１１〜１１３の配置により方向角θを精度良く算出することができる。

＜実施の形態４＞
図７は、本実施の形態４に係る電磁波源探査装置１００の構成図である。本実施の形態４に係る電磁波源探査装置１００は、実施の形態２の図５で説明した構成の他に、以下の構成を有する。

本実施の形態４におけるオシロスコープ１８０は、４本（以上）の信号を入力することができる。また、オシロスコープ１８０の前段に、分配器１９１、４つのアンプ、ハイブリッドバラン１９２および１９３を備える。

分配器１９１、４つのアンプ、ハイブリッドバラン１９２および１９３の機能は、実施の形態３と同様である。オシロスコープ１８０は、各入力の時間波形を取得する。制御コンピュータ１７０は、各入力の時間波形の周波数スペクトルを取得し、周波数毎に実施の形態３で説明したものと同様の演算式を用いてθを算出する。

以上のように、本実施の形態４によれば、実施の形態２とは異なる検出機器の構成および演算式を用いて、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。すなわち、アンテナ１１１〜１１３に生じる誘起電圧のみを用いて方向角θを算出するので、短時間に測定を終えることができ、また各アンテナ１１１〜１１３の配置により方向角θを精度良く算出することができる。さらには、各アンテナ１１１〜１１３の同時刻の出力波形を用いて方向角θを算出することができる。

＜実施の形態５＞
実施の形態１〜４では、３本のアンテナ１１１〜１１３を１２０°刻みで放射状に配置した例を示した。しかし、電流３０１の方向角θを算出するためには、基準角度から見た各アンテナの配置角度は必ずしも均等である必要はない。本発明の実施の形態５では、各アンテナの配置角度についてより一般化した例を説明する。

図８は、アンテナモジュール１１０に誘起する電圧および電流の方向を推定する手法を説明する図である。実施の形態１で説明した図３とは異なり、アンテナ１１１、アンテナ１１２、アンテナ１１３は、アンテナ１１１が向いている方向を基準角としてそれぞれは位置角度が角度α、β、γとなるように配置されている。

アンテナ１１１〜アンテナ１１３に誘起される電圧Ｖａｎｔ１〜Ｖａｎｔ３は、上記（式１）（式２）を用いて、下記（式６）のように算出することができる。

アンテナ１に誘起する電圧Ｖａｎｔ１を基準として、角度θは下記（式７）（式８）のように算出することができる。なお、９０度〜１８０度の範囲の角度はθ１、０度〜９０度の範囲はθ２を用いる。

制御コンピュータ１７０は、上記（式７）（式８）を用いることにより、３本のアンテナ１１１〜１１３が任意の配置角度で配置されているアンテナモジュール１１０を用いて、電流３０１の方向角θを算出することができる。例えば上記（式７）（式８）に、α＝１２０°、γ＝１２０°を代入すると、（式４）（式５）と同様となる。電磁波源探査装置１００の全体的な動作手順は、実施の形態１で説明した図４と同様でよい。

また、図８において電流３０１の角度θを２点以上変えたときのＶａｎｔ１〜Ｖａｎｔ３を測定し、式（６）に代入して連立方程式を解くことでするアンテナモジュール１１０の刻み角度α，β，γを算出することができる。これにより、電流方向推定に重要となるアンテナモジュール１１０のアンテナの刻み角を構成する事が可能となる。

以上、本実施の形態５においてアンテナモジュール１１０に誘起する電圧および電流の方向を推定する手法を説明する手法を説明した。本実施の形態５で説明した手法は、実施の形態２〜４で説明した電磁波源探査装置１００の構成に適用することもできる。

＜実施の形態６＞
実施の形態１〜５で説明した電磁波源探査手法は、制御コンピュータ１７０が実行する処理を導入することにより、既設の電磁波源探査装置に適用することができる。例えば制御コンピュータ１７０が実行する上述の処理をソフトウェアプログラム（電磁波源探査プログラム）として実装し、この電磁波源探査プログラムを既設の電磁波源探査装置の制御コンピュータや演算装置などに導入することが考えられる。

具体的には、上記電磁波源探査プログラムを制御コンピュータにインストールする、電磁波源探査プログラムが実行する処理を回路デバイス上に組み込んで演算装置を構成し、電磁波源探査装置をその演算装置によって制御する、などの手法が考えられる。

ただし、上記電磁波源探査プログラムを導入する電磁波源探査装置は、実施の形態１〜５で説明したアンテナモジュール１１０と同様に、ＸＹ平面上における３方向の誘起電圧を検出することができる必要がある。この条件を満たす電磁波源探査装置であれば、具体的な装置構成によらず、制御コンピュータ１７０が実行する処理を導入することにより、実施の形態１〜５で説明した電磁波源探査手法と同様の効果を発揮することができる。

＜実施の形態７＞
本発明の実施の形態７では、アンテナモジュール１１０の実装形態として、プリント基板上に各アンテナ１１１〜１１３を実装した例を説明する。アンテナモジュール１１０の実装形態以外の構成は、実施の形態１〜６と同様である。

図９は、アンテナモジュール１１０の側断面図である。本実施の形態７におけるアンテナモジュール１１０は、アンテナモジュール基板１０００の内部に各アンテナ１１１〜１１３を金属配線によって形成した構成を有する。ここでは、実施の形態１と同様に、各アンテナ１１１〜１１３をループアンテナとして形成し、アンテナ１１１が向いている方向を基準角度として配置角度をずらして配置した例を示した。

アンテナモジュール基板１０００の表面には同軸ケーブル２０００が接続され、各アンテナと同軸ケーブルは直接接続またはコネクタ等の接続部材によって接続される。アンテナモジュール基板１０００の裏面には、各アンテナおよび同軸ケーブル２０００を接地するための共通ＧＮＤビア１３１０が存在する。

アンテナモジュール１１０は、ループアンテナの１辺を形成する部分を境界面として、内部的に２層に分かれている。以下の説明の都合上、同軸ケーブル２０００を接続する面を面１１００、ループアンテナの１辺を内装配線する面を面１２００、被測定対象２００と対向する面を面１３００とする。

図１０は、面１１００、１２００、１３００を同軸ケーブル２０００側から見た平面図である。図１０（ａ）は面１１００、図１０（ｂ）は面１２００、図１０（ｃ）は面１３００の平面図をそれぞれ示す。

面１１００には、各アンテナ１１１〜１１３と同軸ケーブル２０００を接続する３つの信号パターン１１２０と、同軸ケーブル２０００を接地するＧＮＤパターン１１１０とが形成されている。ＧＮＤパターン１１１０は、後述する共通ＧＮＤビア１３１０に接続されている。
面１２００には、信号パターン１１２０と接続される信号ビア１２１０が形成されている。

面１３００には、共通ＧＮＤビア１３１０が形成されている。共通ＧＮＤビア１３１０は、アンテナモジュール１１０外のＧＮＤに接続される。また、各アンテナ１１１〜１１３およびＧＮＤパターン１１１０は、共通ＧＮＤビア１３１０に接続される。アンテナ１１１〜１１３は、実施の形態１〜６いずれかで説明した配置角度で配置される。

以上のように、本実施の形態７によれば、プリント基板上にアンテナモジュール１１０を実装するので、プリント基板を製造する際に用いる製造手法と同様の手法により、アンテナモジュール１１０を精密に製造することができる利点がある。例えば、アンテナ１１１〜１１３の配置角度を厳密に制御することができる。

＜実施の形態８＞
図１１は、本発明の実施の形態８に係るアンテナアレイ基板３０００の斜視図である。実施の形態７で説明した、プリント基板上にアンテナモジュール１１０を製造する手法を用いることにより、基板上に複数のアンテナモジュール１１０を配置することができる。これにより、アンテナモジュール１１０をアレイ状に配置した平面アンテナを形成することができる。

このアンテナアレイ基板３０００を用いることにより、アンテナモジュール１１０を移動させることなく、または少ない移動量で、平面を流れる電流を検出することができる。そのため、３軸スキャナ１３０のような移動機構を設ける必要がなくなり、電磁波源探査装置１００の構成を簡易化できる利点がある。

＜実施の形態９＞
以上の実施の形態１〜８において、アンテナモジュール１１０は３本のアンテナ１１１〜１１３を有することを説明したが、アンテナ本数は必ずしも３本でなくともよい。ただし、特許文献１のように各軸方向に生じる誘起電圧が全く同じとなるような状況を回避するため、アンテナ本数は奇数本であることが望ましい。また、アンテナ本数が２本以下になると電流３０１の方向角θを正確に検出することが難しくなるため、アンテナ本数は３本以上であることが望ましい。

また、以上の実施の形態１〜８において、各アンテナ１１１〜１１３はループアンテナとして形成された磁界アンテナであることを説明したが、これに代えてまたはこれと併用して、電界アンテナを用いることもできる。すなわち、電流３０１に起因して生じる電磁波を検出することができるアンテナであれば、任意のアンテナを採用することができる。ただし、アンテナが電磁波を検出する仕組みに応じて、上述の（式２）は変更する必要がある。

アンテナ本数を３本より多くした場合、およびループアンテナ以外のアンテナを用いた場合のいずれにおいても、各アンテナの配置角度を用いて電流３０１の方向角θを算出する原理そのものは同様であることを付言しておく。

１００：電磁波源探査装置、１１０：アンテナモジュール、１１１〜１１３：アンテナ、１２０：ステージ、１３０：３軸スキャナ、１４０：同軸スイッチ、１５０：スペクトラムアナライザ、１６０：モータ制御ユニット、１７０：制御コンピュータ、１８０：オシロスコープ、１９１：分配器、１９２〜１９３：ハイブリッドバラン、２００：被測定対象、３０１：電流、３０２：磁界、３０３：誘起電圧、１０００：アンテナモジュール基板、１１００、１２００、１３００：面、１１１０：ＧＮＤパターン、１１２０：信号パターン、１２１０：信号ビア、１３１０：共通ＧＮＤビア、２０００：同軸ケーブル、３０００：アンテナアレイ基板。

Claims (9)

1. 電磁波を発生させる電磁波源を探査する方法であって、
   同一平面上における基準位置からみた配置角度がそれぞれ異なる３本以上奇数本数のアンテナそれぞれに前記電磁波源によって生じる電圧を取得するステップと、
   前記３本以上のアンテナのなかから前記電磁波源が向いている方向を算出する基準とする基準アンテナおよび前記基準アンテナとは別の第２アンテナを指定するステップと、
   前記基準アンテナに生じた前記電圧の絶対値と前記第２アンテナに生じた前記電圧の絶対値を算出する絶対値算出ステップと、
   前記基準アンテナと前記第２アンテナの間の配置角度差および前記絶対値を用いて前記基準アンテナを基準とする前記電磁波源の方向角を算出する角度算出ステップと、
   を有することを特徴とする電磁波源探査方法。
2. 前記絶対値算出ステップでは、
   前記基準アンテナに生じた前記電圧の時間波形と前記第２アンテナに生じた前記電圧の時間波形それぞれの周波数スペクトルを取得し、得られた周波数に対応する前記電圧の絶対値を算出する
   ことを特徴とする請求項１記載の電磁波源探査方法。
3. 前記絶対値算出ステップでは、
   前記基準アンテナに生じた前記電圧と前記第２アンテナに生じた前記電圧との加算値の絶対値および差分値の絶対値を取得し、
   前記角度算出ステップでは、
   前記加算値の絶対値と前記差分値の絶対値を用いて前記電磁波源の方向角を算出する
   ことを特徴とする請求項１記載の電磁波源探査方法。
4. 請求項１記載の電磁波源探査方法をコンピュータに実行させることを特徴とする電磁波源探査プログラム。
5. 同一平面上における基準位置からみた配置角度がそれぞれ異なる３本以上奇数本数のアンテナと、
   請求項１記載の電磁波源探査方法を実行する演算装置と、
   を備えたことを特徴とする電磁波源探査装置。
6. 同一平面上における基準位置からみた配置角度がそれぞれ異なる３本以上奇数本数のアンテナと、
   前記３本以上のアンテナそれぞれに同時刻に生じる前記電圧を測定してそれぞれの前記電圧の値を保持する測定器と、
   請求項２記載の電磁波源探査方法を実行する演算装置と、
   を備えたことを特徴とする電磁波源探査装置。
7. 同一平面上における基準位置からみた配置角度がそれぞれ異なる３本以上奇数本数のアンテナと、
   前記基準アンテナに生じた前記電圧と前記第２アンテナに生じた前記電圧とを測定しこれらの加算値および差分値を取得する測定器と、
   請求項３記載の電磁波源探査方法を実行する演算装置と、
   を備えたことを特徴とする電磁波源探査装置。
8. 前記アンテナはプリント基板上に実装されていることを特徴とする請求項５記載の電磁波源探査装置。
9. 前記３本以上のアンテナを組にしたアンテナモジュールを複数配置したアンテナモジュールアレイを備えることを特徴とする請求項８記載の電磁波源探査装置。

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