JP5582736B2

JP5582736B2 - 放射イミュニティ試験装置

Info

Publication number: JP5582736B2
Application number: JP2009155093A
Authority: JP
Inventors: 雄内田; 千春宮崎; 善彦小西; 幸一郎三須
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: JP2011012990A

Description

この発明は、電磁ノイズを電子機器に照射して、その電子機器や、その電子機器を搭載しているシステムが正常に動作するか否かを試験する放射イミュニティ試験（Electro Magnetic Susceptibility；ＥＭＳ試験とも呼ばれる）装置に関するものである。

従来の放射イミュニティ試験装置は、１台の信号発生器と、１台のアンプと、１台のアンテナとから構成されており、単一のアンテナから電磁ノイズを試験対象の電子機器に照射して、その電子機器が誤動作する状況を評価するようにしている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。例えば、非特許文献１に開示されている放射イミュニティ試験装置では、電磁ノイズとして、１００Ｖ／ｍ以上の電界を自動車搭載用の電子機器に照射するようにして、その電子機器が誤動作する状況を評価している。一方、非特許文献２に開示されている放射イミュニティ試験装置では、アンテナから指定の距離の垂直面内の電界レベルが均一であることが決められており、その電界レベルが均一であるエリアに試験対象の電子機器を設置して、当該電子機器が誤動作する状況を評価している。
また、複数のアンテナを用いた放射イミュニティ評価装置として、高周波信号発生器と複数の放射アンテナと、高周波信号発生器から出力した信号を放射アンテナに分配する第一の分配回路と、上記複数の放射アンテナと同数の電力増幅装置を備えたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−２２１４３６号公報

国際標準化規格ＩＳＯ１１４５２−２「路上走行車−狭帯域放射電磁エネルギーによる電気的妨害のコンポーネント試験方法」国際電気標準化規格ＩＥＣ６１０００−４−３「放射無線周波磁界イミュニティ試験」

上記のような構成の車載用の放射イミュニティ試験装置の場合、信号発生器、アンプまたはアンテナのいずれか１つでも故障すると、イミュニティ試験を継続することができなくなるという問題があった。また、その修理のため要する時間が長期化し、費用が高額になることも問題であった。特に単一のアンプで、１００Ｖ／ｍ以上の強電界を出力可能なアンプは非常に高価となるため、装置の導入コストが高くなることも問題の一つであった。
また、上記のような複数のアンテナを用いた放射イミュニティ評価装置の場合、アンプの個体差を考慮して、照射電界の電界強度の制御や電界均一度の制御を行うために移相器を使った場合、広帯域の移相器は高価であるという問題があった。また、規格や技術基準で決められた放射イミュニティ試験では、水平と垂直の両偏波を照射する必要があるため、この両偏波を考慮したアレーパターンを作る必要があった。また、いくつもの分配回路を用いる場合、分配回路の個体差による分配回路のロスや、分配出力された試験信号間のレベルの違いにより、最終的に素子アンテナ個々への入力レベルが変わり、放射パターンが設計通りに形成されないことも問題の一つであった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、複数の小出力なアンプを用いたアレーアンテナを用いることでイミュニティ試験における強電界の照射を可能にすると共に、電子機器のイミュニティ試験で必要とされる照射電界の均一化を可能にする放射イミュニティ試験装置を得ることを目的とする。

この発明に係る放射イミュニティ試験装置は、複数の素子アンテナを所定の素子パターンに配置したアレーアンテナと、所定の電磁ノイズの試験信号を発生する信号発生器と、信号発生器の出力試験信号をアレーアンテナの素子パターン領域に対して均等に分配する信号分配手段と、信号分配手段による出力分配信号のそれぞれを増幅して素子アンテナにそれぞれ供給する複数のアンプを備え、信号分配手段は、信号発生器の出力試験信号を均等に分配する第１の分配回路と、第１の分配回路による出力分配信号を、アレーアンテナの放射面を象限に分けた場合の各象限の対応関係にある素子アンテナ宛に均等に分配する第２の分配回路を有したことを特徴とするものである。

この発明によれば、分配回路により試験信号をアレーアンテナの各素子アンテナ宛に分配し、その際、素子アンテナ単位に設けた増幅器により分配信号を増幅してアレーアンテナの素子パターンに均一に行き渡るようにしている。したがって、小出力の低廉なアンプを用いて所望の電界強度を得ることが可能となるため、従来のような高出力の高価なアンプを用いることなく、強電界を照射するイミュニティ試験を実施できると共に、照射する電界を均一にすることが可能となるため電子機器の試験にも適用することができる。また、アンプの１台や素子アンテナ単体や素子アンテナユニット（アレーアンテナのパターン領域の一部として構成された複数の素子アンテナからなる中間組立体）の一部が故障した場合でも、イミュニティ試験を継続させて行うことができるようになる。さらに、素子アンテナユニットの一部を交換した場合でも、電界の均一性や照射する電界強度への影響を少なくすることができる。また、素子アンテナまたは素子アンテナユニットの交換だけで修理が可能なため、メンテナンスに掛かる費用や時間等の負荷を軽減することができる。

この発明の実施の形態１による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態を示す説明図である。この発明の実施の形態１による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態の他の例を示す説明図である。この発明の実施の形態２による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態を示す説明図である。この発明の実施の形態２による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態の他の例を示す説明図である。この発明の実施の形態３による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態を示す説明図である。この発明の実施の形態４による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態を示す説明図である。この発明の実施の形態４による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態の他の例を示す説明図である。この発明の実施の形態５による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態を示す説明図である。この発明の実施の形態６による放射イミュニティ試験装置の素子アンテナの構造例を示す説明図である。この発明の実施の形態７による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態を示す説明図である。この発明の実施の形態７による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態の他の例を示す説明図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態を示す説明図である。
図において、素子アンテナ５は、複数個均等に配列されてアレーアンテナを構成している。今、アレーアンテナの放射面をボアサイト方向から視た面を座標平面と見立てて、当該平面を、その中心で直交する２直線で四つの同面積の平面（象限または区分）に分けて考える。この場合、各象限の素子パターン領域を構成する素子アンテナ５の数は同数である。また、複数の素子アンテナ５は、ボアサイト方向から見たときに重ならないように配置されており、また、ボアサイト方向に向って配置されているものとする。

信号発生器（「ＳＧ」と表示）１は、電磁ノイズである試験信号を発生する手段である。分配回路２は、信号発生器１の出力試験信号をアレーアンテナの象限数（すなわち４つ）に均等に分配する手段である。また、分配回路３は、分配回路２で分配された象限数の試験信号を、各象限内にある素子アンテナの数に均等に分配する手段である。アンプ４は、分配回路３により分配された試験信号を増幅して対応する素子アンテナ５に与える回路である。各素子アンテナ５は、それぞれ対応するアンプ４で増幅された試験信号を空中に電波にして放射する。

次に動作について説明する。
信号発生器１は、電磁ノイズである試験信号を発生すると、出力試験信号を初段の分配回路２に与える。分配回路２では、信号発生器１から入力された試験信号をアレーアンテナの象限宛に４つに均等に分配し、各出力分配信号を次段の分配回路３にそれぞれ与える。分配回路３では、分配回路２で分配された象限単位の試験信号を、１象限を構成している全素子アンテナ５宛に均等に分配し、各素子アンテナ５の入力段に接続されたアンプ４にそれぞれ与える。各アンプ４では、分配回路３で分配された素子アンテナ単位の試験信号を増幅し、増幅後の信号を対応する素子アンテナ５に与える。各素子アンテナ５は、アンプ４で増幅された試験信号を受けとると、その試験信号を空中に電波放射する。

図１において、各素子アンテナ５は試験信号である電波により放射パターン６を形成し、アレーアンテナとしては重ね合わされて照射電界、すなわち放射パターン７を形成する。この例では、アレーアンテナの形状がボアサイト方向に対して中央が凹状の曲面となるように素子アンテナ５を配置しており、アレーアンテナから任意の距離にある所望の面内に均一な振幅の電界分布８が形成する。すなわち、照射する電界を均一にする必要がある電子機器のイミュニティ試験に適用できるようになっている。このアレーアンテナから任意の距離にある所望の面内に形成される均一な振幅の電界分布８は、アレーアンテナの放射面の形状をボアサイト方向に対して中央が凹状の曲面となるように複数の素子アンテナ５を配置すること、および分配回路２により試験信号をアレーアンテナの各象限に均一になるように分配回路２で分散分配することにより可能になっている。

図１の回路配置では、分配回路２が第１象限、第２象限、第３象限および第４象宛に試験信号を均一に分配する構成について説明してきたが、別の方法として図２に示すような回路配置にしてもよい。すなわち、図２の場合では、分配回路２が試験信号を象限数である４つに分配し、分配回路３が分配回路２の出力信号を１象限を構成している素子アンテナの数に均等に分配し、分配した信号をそれぞれ各象限の対応関係にある素子アンテナ宛に送信している。この場合、図１に比べて、各象限に与える信号を作る分配回路が１台から４台に増えるために、分配回路３間で個体差があっても、電界強度や電界均一度に与える影響を小さくできるため、分配回路の個体差によらずに、任意の距離にある所望の面内に均一な振幅の電界分布８を形成し、強電界を得ることが可能である。
なお、上記例では、素子アンテナに与える試験信号は、分配回路２と分配回路３の２段で分配しているが、象限内の素子アンテナ数が多いアレーアンテナの場合にはさらに分配回路の段数を増やして分配する構成としてもよい。
また、上記例では、アレーアンテナの象限数（分割数）を４つにしているが、この発明はこの分割数を制限するものではない。すなわち２分割（上と下、左と右、あるいは内側と外側など）や３分割、６分割、８分割などのようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態１によれば、複数の素子アンテナ５を配置して放射面の形状がボアサイト方向に対して中央が凹状の曲面となるようにアレーアンテナを構成し、信号発生器１により所定の電磁ノイズの試験信号を発生し、信号分配手段（分配回路２，３）により、信号発生器１の出力試験信号をアレーアンテナの素子パターン領域に対して均等に分配し、信号分配手段の出力分配信号のそれぞれを複数のアンプ４により増幅して素子アンテナにそれぞれ供給するようにしている。したがって、素子アンテナ５ごとにアンプ４を設けているため、小出力の低廉なアンプを用いて所望の電界強度を得ることが可能となるため、従来のような高出力の高価なアンプを用いることなく、強電界を照射するイミュニティ試験を実施できると共に、照射する電界を均一にすることが可能となるため電子機器の試験にも適用することができる。また、アンプの１台や素子アンテナユニットの一部が故障した場合でも、イミュニティ試験を継続させて行うことができるようになる。さらに、素子アンテナユニットの一部を交換した場合でも、電界の均一性や照射する電界強度への影響を少なくすることができる。素子アンテナまたは素子アンテナ単体や素子アンテナユニットの交換だけで修理が可能なため、メンテナンスに掛かる費用や時間等の負荷を軽減することができる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態を示す説明図である。図において、図１、図２と同じ部分には同一符号を付し、原則として同じ部分の説明は省略する。
上記実施の形態１の場合は、アレーアンテナの放射面の形状をボアサイト方向に対して中央が凹状となるように複数の素子アンテナ５を配置した例について示したが、この実施の形態２の場合は、複数の素子アンテナ５からなるアレーアンテナの放射面の形状が、図３に示すように直線となるように複数の素子アンテナ５を配置している。また、図４に示すように放射面の形状が平面となるように、複数の素子アンテナ５を２次元に配置してもよい。さらに、アレーアンテナの曲面形状は、２次曲面、楕円曲面、球面などでもよいし、さらにまた平面と曲面の組み合せによるものでもよい。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態を示す説明図である。図において、図２と同じ部分には同一符号を付し、同一部分の説明は原則として省略する。
上記実施の形態１の場合は、複数のアンプ４が分配回路３により分配された試験信号を増幅し、複数の素子アンテナ５がアンプ４により増幅された試験信号を放射するものについて説明したが、この実施の形態３の場合は、図５に示すように、アンプ４１を分配回路３の前段に追加し、初段の分配回路２により分配された試験信号を増幅するようにしている。すなわち、分配回路とアンプの組み合わせは、必要な電界強度を得るためにツリー状に幾重にも接続すればよい。

また、実施の形態１の図２では、最終段にある分配回路３の出力分配信号を、各象限内の素子アンテナに供給しているが、分配回路とアンプを複数段使う場合には、これに限らず、回路の途中で、象限毎に分配することもありうる。つまり、上記実施の形態１では、分配回路２と分配回路３とアンプ４の縦続構成であるものについて示したが、例えば分配回路３とアンプ４による接続構成が２段以上あってもよい。分配回路とアンプによる接続構成をツリー状に複数段組み合わせることにより、分配出力される試験信号をより広範囲に渡り供給することが可能になるため、分配回路やアンプの特性の個体差による影響を、さらにアレーアンテナの全象限に分散させ、所望の面内に均一な振幅の電界分布を形成できるようになる。

実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態を示す説明図である。図において、図２と同じ部分には同一符号を付し、同一部分の説明は原則として省略する。
上記実施の形態１〜実施の形態３の場合は、アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナ５がボアサイト方向に向けて配置されていたが、この実施の形態４の場合は、図６に示すように、複数の素子アンテナ５が放射口を凹状の面の法線方向に向けて配置されている。このように配置することにより、アレーアンテナの全象限に均等に分配された電力が各象限から均等に照射されるため、均一かつ強電界な電界分布８を形成することができる。

図６では、分配回路２と分配回路３とアンプ４が１段の縦続構成となっているが、図７に示すように、分配回路とアンプが２段以上の複数段構成としてもよいし、各象限に均一分配する分配回路も必ずしも初段の分配回路で実施する必要はない。この結果として、分配回路の特性の個体差による影響をアレーアンテナ全象限に分散分配することが可能になるため、所望の面内に均一な振幅の電界分布８を形成することができる。
また、図６および図７では、複数の素子アンテナ５を１次元状に配置しているものを示しているが、この複数の素子アンテナ５を直線状に配置しても、１次曲面に配置しても、また２次曲面や球面状の曲面形状のアレーアンテナでもよいし、さらに、平面と曲面の組み合せによるものでもよい。また、各素子アンテナ５が２次曲面や球面の法線方向を向いていてもよい。

実施の形態５．
図８は、この発明の実施の形態５による放射イミュニティ試験装置の構成と動作状態を示す説明図である。図において、図１と同じ部分には同一符号を付し、同一部分の説明は原則として省略する。
図８において、回転機構９は、アレーアンテナ全体を支持しながら素子パターンを電界放射方向に垂直な面内で９０度回転させ、放射電界の偏波面を９０度切り替える手段である。ここで、素子アンテナ５中の矢印は電界の向きを示す。回転機構９でアレーアンテナ全体を９０度回転させることにより、図８（ａ）から図８（ｂ）の状態に電界の向きが９０度変わるため、垂直偏波、水平偏波の両偏波についてイミュニティ評価を実施することが可能になる。

実施の形態６．
図９は、この発明の実施の形態６による放射イミュニティ試験装置の素子アンテナの概略構造を示す透視斜視図である。
この実施の形態６では、アレーアンテナを構成する素子アンテナ５として、図９に示すような広帯域アンテナであるテーパスロットアンテナ１０を使用することを提案している。このテーパスロットアンテナ１０は電波の放射口を除きシールドケース１１で囲まれた構造となっている。このシールドケース１１により、隣接および近在する他のアンテナとの電磁結合を抑制することが可能になるため、テーパスロットアンテナ１０から照射する電力が他のアンテナで受信されて、装置が破壊されるのを防ぐことができる。また、シールドケース１１の構造に導波管としての機能を具備することも可能である。また、シールドケース１１を設けたことで、素子アンテナの交換時などに、テーパスロットアンテナ１０自身に触れることなく作業できるため、破損を防ぐことができる。
なお、この実施の形態６では、広帯域アンテナとしてテーパスロットアンテナを用いているが、所望の電界分布と電界強度が広帯域に渡って得られるならば、この発明におけるアンテナの種類については特に限定されるものではない。

実施の形態７．
図１０は、この発明の実施の形態５による放射イミュニティ試験装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
この実施の形態５では、初段の分配回路２の出力段に位相制御部１２をそれぞれ設けた構成となっている。これらの位相制御部１２は、試験信号の励振位相を制御する手段である。このように、位相制御部１２を実装することで、同じ段の入力レベルや位相を制御することが可能になる。その結果、複数の素子アンテナ５から放射される電界の位相を制御することが可能になり、強電界や電界均一度を制御することが可能になる。

また、位相制御部１２は、図１１に示すように、アンテナの入力段に設けてもよい。図１１の配置の場合、素子アンテナ５一つ一つの位相制御を行えるようになるため、より強い電界、より均一な電界分布を形成することが可能になる。
なお、上記位相制御部１２の具体例としては、試験信号の位相を制御することができるものであればよく、例えば移相器やラインストレッチャーなどでもでもよい。

１信号発生器、２，３分配回路、４，４１アンプ、５アンテナ、６素子アンテナ５の放射パターン、７アレーアンテナの放射パターン、８電界分布、９回転機構、１０テーパスロットアンテナ、１１シールドケース、１２位相制御部。

Claims

複数の素子アンテナを所定の素子パターンに配置したアレーアンテナと、
所定の電磁ノイズの試験信号を発生する信号発生器と、
前記信号発生器の出力試験信号を前記アレーアンテナの素子パターン領域に対して均等に分配する信号分配手段と、
前記信号分配手段による出力分配信号のそれぞれを増幅して前記素子アンテナにそれぞれ供給する複数のアンプを備え、
前記信号分配手段は、
前記信号発生器の出力試験信号を均等に分配する第１の分配回路と、
前記第１の分配回路による出力分配信号を、前記アレーアンテナの放射面を象限に分けた場合の各象限の対応関係にある前記素子アンテナ宛に均等に分配する第２の分配回路を有したことを特徴とする放射イミュニティ試験装置。
アレーアンテナは、複数の素子アンテナが放射口を凹状の面の法線方向に向けて配置されていることを特徴とする請求項１記載の放射イミュニティ試験装置。
アレーアンテナ全体を支持し素子パターンを電界放射方向に垂直な面内で９０度回転させて、放射電界の偏波面を９０度切り替える回転機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の放射イミュニティ試験装置。
アレーアンテナを構成している素子アンテナは、隣接および近在する他の素子アンテナアとの間の電磁結合を抑制するシールド構造を有したことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の放射イミュニティ試験装置。
アレーアンテナを構成している各素子アンテナから放射される電界の励振位相を制御する位相制御部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の放射イミュニティ試験装置。
アレーアンテナは、放射面の形状がボアサイト方向に対して中央が凹状の曲面となるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の放射イミュニティ試験装置。