JP5470820B2 - 高周波測定方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は、シールドケース内に測定対象を収納して、測定対象物の高周波特性を測定する高周波測定方法及びそれに用いる高周波測定装置に関するものである。

２本の測定プローブをシールドケース内に設置し、一方の測定プローブを５０Ω系終端器を介してシールドケースに終端し、他方の測定プローブを５０Ω系同軸ケーブルを介して５０オーム系の測定器に接続した高周波測定装置が特許文献１に開示されている。

この高周波測定装置はワークベンチファラデーケージ（ＷＢＦＣ）としてＩＥＣ６１９６７−５に規定されている。
特開２００２−１８１８６３号公報

ところが、従来のワークベンチファラデーケージでは、測定プローブの１５０Ω系伝送路の特性インピーダンスが周波数によって比較的大きく変動し、測定しようとする周波数帯域によってはインピーダンス不整合によって測定感度が低下するという問題があった。

上記特性インピーダンスの測定方法及びその結果について図１に示す。図１（Ａ）は測定プローブの５０Ω系伝送路についての特性インピーダンスＺｃ１を測定するための測定系である。１５０Ω系伝送路２１の先端に鰐口クリップ２２を設けていて、スペクトラムアナライザー４０が接続される同軸コネクタ２４との間に１００Ωの抵抗２３が接続されている。

図１（Ｂ）は、測定プローブ２０の鰐口クリップ２２を５０Ωの抵抗で終端した状態でスペクトラムアナライザー４０によって特性インピーダンスＺｃ１を測定したものである。
この例では数１０〜２５０ＭＨｚではほぼ１５０Ωであるが、２５０〜４５０ＭＨｚでは特性インピーダンスＺｃ１が１５０Ωより高い。また５５０〜７００ＭＨｚ，８００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚでは特性インピーダンスＺｃ１が１５０Ωより低くなっている。

このような測定プローブに測定対象物である評価基板を接続して例えばコモンモードノイズ等を測定した場合に、上記特性インピーダンスが１５０Ωからずれている周波数帯で、評価基板と測定プローブ２０との境界面で反射が生じて、スペクトラムアナライザー４０に対する信号レベルが低下する。そのため、ほとんどフロアノイズのような測定限界に近い微弱なノイズを測定する際に測定感度が低下するという問題があった。

この発明の目的は、ワークベンチファラデーケージのようなシールドケース内に被測定物を収納し測定プローブを接続して高周波測定を行う際に、測定プローブと測定対象物との境界面で生じる反射の問題を解消して、微弱なノイズまたは信号を測定できるようにした高周波測定方法及びそれに用いる装置を提供することにある。

この発明は、外部に測定器を接続するコネクタを備えたシールドケースと、該シールドケース内に前記コネクタと前記シールドケース内に収納される測定対象物との間を接続する測定プローブと、を備えた高周波測定装置を用いる高周波測定方法及びその装置であって、
上記課題を解決するために次のように構成する。
（１）前記測定プローブの特性インピーダンスが前記測定対象物の特性インピーダンスとして定めた値より所定値以上高くなる周波数帯で測定する際に、前記測定プローブと前記シールドケースの底面との間に誘電体板を設置する。

（２）前記測定プローブの特性インピーダンスが前記測定対象物の特性インピーダンスとして定めた値より所定値以上低くなる周波数帯で測定する際には、前記測定プローブと前記シールドケースの底面との間に磁性体板を設置する。

（３）前記測定プローブの特性インピーダンスが前記測定対象物の特性インピーダンスとして定めた値より所定値以上低くなる周波数帯で測定する際には、前記測定プローブの周囲に磁性体部材を設けることを特徴とする。

（４）前記測定対象物の特性インピーダンスが前記測定プローブの特性インピーダンスの値より所定値以上高くなる周波数帯で測定する際に、前記測定対象物と前記シールドケースの底面との間に、前記測定プローブと前記シールドケースの底面との間にはみ出さない範囲で誘電体板を設置する。

（５）前記測定対象物の特性インピーダンスが前記測定プローブの特性インピーダンスの値より所定値以上低くなる周波数帯で測定する際に、前記測定対象物と前記シールドケースの底面との間に、前記測定プローブと前記シールドケースの底面との間にはみ出さない範囲で磁性体板を設置する。

この発明によれば、測定すべき周波数帯で測定プローブの特性インピーダンスと測定対象物の特性インピーダンスとのずれが小さくなり、測定プローブと測定対象物との境界面でのインピーダンス不整合による反射が抑制され、反射損失による測定信号レベルの低下が抑制され、高い測定感度を保って測定できる。

《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係る高周波測定装置の構成図である。この高周波測定装置は、測定器であるスペクトラムアナライザー４０を外部に接続する同軸コネクタ２４を備えたシールドケース１００を備え、シールドケース１００内に収納される測定対象物である評価基板３０と同軸コネクタ２４との間を接続する測定プローブ２０、及び評価基板３０と終端抵抗５０との間を接続する測定プローブ１０をシールドケース１００内に配置している。上記シールドケース１００と測定プローブ１０，２０とによってワークベンチファラデーケージ（ＷＢＦＣ）を構成している。
図３は、図２に示した測定プローブ１０と評価基板３０の特性インピーダンスについて示している。測定プローブ１０の伝送路１１は１５０Ω系の伝送路であり、直列に１００Ωの抵抗１３を接続することによって５０Ω系の伝送路とのインピーダンスマッチングを図っている。図２に示した例では５０Ω系の伝送路として５０Ωの終端抵抗（終端器）５０が接続されている。

図２に示したもう一方の測定プローブ２０と評価基板３０との関係についても同様である。測定プローブ２０の伝送路２１は１５０Ω系の伝送路であり、直列に１００Ωの抵抗２３を接続することによって５０Ω系の伝送路とのインピーダンスマッチングを図っている。

測定プローブ１０の特性インピーダンスＺｃ１と評価基板３０の特性インピーダンスＺｃ２とが共に１５０Ωで等しければ、この測定プローブ１０と評価基板３０との界面でインピーダンス不整合による反射が生じない。しかし、測定プローブ１０の特性インピーダンスＺｃ１と評価基板３０の特性インピーダンスＺｃ２とがずれれば、測定プローブ１０と評価基板３０との界面でインピーダンス不整合による反射が生じ。上記インピーダンスのずれが大きい程反射も大きくなる。

そこで、測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスが測定対象物の特性インピーダンスとして定めた値（ＷＢＦＣの場合は１５０Ω）より所定値以上高くなる周波数帯で測定する際、または所定値以上低くなる周波数帯で測定する際には、測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスを測定対象物の特性インピーダンスに近似する方向へ調整する。

図４は測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスを調整するための構成を示す図である。測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスの周波数特性は図１に示した測定系により予め測定しておく。そして、測定すべき周波数帯での測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスが１５０Ωに近づくように調整する。

具体的には例えば１５０Ω±５０Ωを超える場合に調整する。図１に示した例では、２６０〜４７０ＭＨｚの周波数帯で測定を行う場合には、測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスが１５０Ω＋５０Ωより高いので、測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスを１５０Ω±５０Ωの範囲まで低下させるために、シールドケース１００の底面と測定プローブ１０，２０との間に誘電体板６１，６２を配置する。

測定プローブ１０，２０は、それらとシールドケース１００の底面との間の分布定数線路としての並列キャパシタンス成分が誘電体板６１，６２の存在により大きくなり、測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスは低下する。測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスは誘電体板６１，６２の比誘電率及び厚み寸法によって所定範囲内で定めることができるので、測定すべき周波数帯に応じて、誘電体板６１，６２の比誘電率及び厚み寸法を選定することによって、測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスを低下方向に変化させて１５０Ωに近づける。

また、図１に示した例で、５６０〜６９０ＭＨｚ，８２０〜１０００ＭＨｚの周波数帯で測定を行う場合には、測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスが１５０Ω−５０Ωより低いので、測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスを１５０Ω±５０Ωの範囲まで上昇させるために、前記誘電体板６１，６２の代わりに磁性体板を配置する。磁性体板を配置した場合、測定プローブ１０，２０の分布定数線路としての直列インダクタンス成分が磁性体板の存在により大きくなり、測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスは上昇する。測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスは磁性体板の比透磁率及び厚み寸法によって所定範囲内で定めることができるので、測定すべき周波数帯に応じて、磁性体板の比透磁率及び厚み寸法を選定することによって、測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスを上昇方向に変化させて１５０Ωに近づける。

上記誘電体板６１，６２又は磁性体板は、測定プローブ１０，２０の全体の特性インピーダンスが均等に変化するように、測定プローブ１０，２０の全長に亘って配置する。

なお、図２に示した測定系で、スペクトラムアナライザー４０は評価基板３０が発生するコモンモードノイズのレベルを測定する。すなわち、評価基板３０を動作させると、その評価基板３０とシールドケース１００の底面との間の電界結合により、評価基板３０の動作に応じたグランド電位の変動が生じ、これに起因してコモンモード電圧が発生することになる。その結果、評価基板３０と接続している測定プローブ１０，２０のクリップ１２，２２に生じるコモンモード電圧が測定プローブ１０，２０のコモンモード電流を励振する。このコモンモード電流から不要電磁波（ＥＭＩ）が放射される。スペクトラムアナライザー４０はこの測定プローブ１０，２０を流れるコモンモード電流を電圧信号に変換して入力し、そのレベルを測定する。

《第２の実施形態》
図５は第２の実施形態に係る高周波測定方法及び装置の主要部の構成を示す図である。図４に示した例では、測定プローブ１０，２０とシールドケース１００の底面との間に誘電体板または磁性体板を配置したが、図５に示す例では、測定プローブ１０の伝送路１１の周囲に円筒状のフェライトコア等の磁性体部材６３を取り付けている。もう一方の測定プローブ２０側についても同様である。
図６は、図５に示した状態でスペクトラムアナライザーによって、伝送路の特性インピーダンスを測定した結果である。図６中、実線は測定プローブ１０の伝送路１１の周囲に円筒状のフェライトコア等の磁性体部材６３を取り付けない場合、破線は取り付けた場合の測定結果である。
この例では、前記磁性体部材６３を取り付けない場合に、１〜５０ＭＨｚでの特性インピーダンスが約１５０Ωであるが、前記磁性体部材６３を取り付けることによって、２〜１００ＭＨｚでの特性インピーダンスが約１５０Ωより高い値となる。

このように伝送路の周囲に磁性体部材を配置しても、その伝送路の特性インピーダンスを増加させることができる。

《第３の実施形態》
図７は第３の実施形態に係る高周波測定方法及び装置の構成を示す図である。また、図８は測定プローブ１０と評価基板３０の特性インピーダンスの関係を示している。

測定対象物である評価基板３０の線路の特性インピーダンスＺｃ２は必ずしも１５０Ωであるとは限らない。また、必ずしも測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスに等しいとは限らない。すなわち基板の比誘電率や線路幅厚み寸法等によって変化する。そのため、評価基板３０の特性インピーダンスＺｃ２が測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスＺｃ１からずれている場合には、そのずれが小さくなるように評価基板３０とシールドケース１００の底面との間に誘電体板または磁性体板を挿入する。

その際、評価基板３０全体の線路の特性インピーダンスが均等に変化するように、測定プローブの底面を含まない範囲で且つ評価基板３０の全面に亘って誘電体板７１を配置する。

評価基板３０の特性インピーダンスＺｃ２が測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスＺｃ１より高い場合には誘電体板７１を配置する。このことによって評価基板の線路の分布定数線路としての並列キャパシタンス成分を増大させ、評価基板３０の線路の特性インピーダンスＺｃ２を低下させ、それを測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスＺｃ１に近づける。特性インピーダンスの変化量は誘電体板７１の比誘電率及び厚み寸法によって定めることができる。

逆に、評価基板３０の特性インピーダンスＺｃ２が測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスＺｃ１より低い場合には、この評価基板３０とシールドケース１００の底面との間に磁性体板を配置する。このことにより、評価基板の線路の分布定数線路としての直列インダクタンス成分を増大させ、評価基板３０の線路の特性インピーダンスを上昇させ、それを測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスＺｃ１に近づける。特性インピーダンスの変化量は磁性体板の比透磁率及び厚み寸法によって定めることができる。

なお測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスは図１に示したように周波数によって変化するので、測定すべき周波数での測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスに評価基板３０の特性インピーダンスが揃うように、上記誘電体板または磁性体板を選定する。

ワークベンチファラデーケージの特性インピーダンスの測定方法及びその結果について示す図である。 第１の実施形態に係る高周波測定装置の構成図である。 図２に示した測定プローブ１０と評価基板３０の特性インピーダンスについて示す図である。 測定プローブ１０，２０の特性インピーダンスを調整するための構成を示す図である。 第２の実施形態に係る高周波測定方法及び装置の主要部の構成を示す図である。 第２の実施形態に係る高周波測定装置の特性インピーダンスの測定結果を示す図である。 第３の実施形態に係る高周波測定方法及び装置の構成を示す図である。 測定プローブ１０と評価基板３０の特性インピーダンスの関係を示す図である。

符号の説明

１０，２０…測定プローブ
１１，２１…伝送路
１２，２２…クリップ
１３，２３…抵抗
２４…同軸コネクタ
３０…評価基板
４０…スペクトラムアナライザー
５０…終端抵抗
６１，６２…誘電体板
６３…磁性体部材
７１…誘電体板
１００…シールドケース

Claims (8)

1. 外部に測定器を接続するコネクタを備えたシールドケースと、該シールドケース内に前記コネクタと前記シールドケース内に収納される測定対象物との間を接続する測定プローブと、を備えた高周波測定装置を用いる高周波測定方法であって、
   前記測定プローブの特性インピーダンスが前記測定対象物の特性インピーダンスとして定めた値より所定値以上高くなる周波数帯で測定する際に、前記測定プローブと前記シールドケースの底面との間に誘電体板を設置することを特徴とする高周波測定方法。
2. 外部に測定器を接続するコネクタを備えたシールドケースと、該シールドケース内に前記コネクタと前記シールドケース内に収納される測定対象物との間を接続する測定プローブと、を備えた高周波測定装置を用いる高周波測定方法であって、
   前記測定プローブの特性インピーダンスが前記測定対象物の特性インピーダンスとして定めた値より所定値以上低くなる周波数帯で測定する際に、前記測定プローブと前記シールドケースの底面との間に磁性体板を設置することを特徴とする高周波測定方法。
3. 外部に測定器を接続するコネクタを備えたシールドケースと、該シールドケース内に前記コネクタと前記シールドケース内に収納される測定対象物との間を接続する測定プローブと、を備えた高周波測定装置を用いる高周波測定方法であって、
   前記測定プローブの特性インピーダンスが前記測定対象物の特性インピーダンスとして定めた値より所定値以上低くなる周波数帯で測定する際に、前記測定プローブの周囲に磁性体部材を設けることを特徴とする高周波測定方法。
4. 外部に測定器を接続するコネクタを備えたシールドケースと、該シールドケース内に前記コネクタと前記シールドケース内に収納される測定対象物との間を接続する測定プローブと、を備えた高周波測定装置を用いる高周波測定方法であって、
   前記測定対象物の特性インピーダンスが前記測定プローブの特性インピーダンスの値より所定値以上高くなる周波数帯で測定する際に、前記測定対象物と前記シールドケースの底面との間に、前記測定プローブと前記シールドケースの底面との間にはみ出さない範囲で誘電体板を設置することを特徴とする高周波測定方法。
5. 外部に測定器を接続するコネクタを備えたシールドケースと、該シールドケース内に前記コネクタと前記シールドケース内に収納される測定対象物との間を接続する測定プローブと、を備えた高周波測定装置を用いる高周波測定方法であって、
   前記測定対象物の特性インピーダンスが前記測定プローブの特性インピーダンスの値より所定値以上低くなる周波数帯で測定する際に、前記測定対象物と前記シールドケースの底面との間に、前記測定プローブと前記シールドケースの底面との間にはみ出さない範囲で磁性体板を設置することを特徴とする高周波測定方法。
6. 外部に測定器を接続するコネクタを備えたシールドケースと、該シールドケース内に前記コネクタと前記シールドケース内に収納される測定対象物との間を接続する測定プローブと、を備えた高周波測定装置であって、
   前記測定プローブと前記シールドケースの底面との間に磁性体板を備えたことを特徴とする高周波測定装置。
7. 外部に測定器を接続するコネクタを備えたシールドケースと、該シールドケース内に前記コネクタと前記シールドケース内に収納される測定対象物との間を接続する測定プローブと、を備えた高周波測定装置であって、
   前記測定プローブの周囲に磁性体部材を設けたことを特徴とする高周波測定装置。
8. 外部に測定器を接続するコネクタを備えたシールドケースと、該シールドケース内に前記コネクタと前記シールドケース内に収納される測定対象物との間を接続する測定プローブと、を備えた高周波測定装置であって、
   前記測定対象物と前記シールドケースの底面との間に、前記測定プローブと前記シールドケースの底面との間にはみ出さない範囲で磁性体板を備えたことを特徴とする高周波測定装置。

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