JP6375956B2

JP6375956B2 - 等価電界強度推定方法および放射妨害波測定装置

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Publication number: JP6375956B2
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Inventors: 雅貴緑; 栗原　弘; 弘栗原
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Description

本発明は、３０MHｚ以下の産業科学医療機器および照明機器などの放射妨害波測定で用いられるラージループアンテナシステムによる等価電界強度推定方法および放射妨害波測定装置に関する。

近年、家電製品や電気自動車等において、無線技術により迅速かつ容易に充電することを可能としたワイヤレス電力伝送システムを導入するニーズが高まってきている。これらシステムにおいて、高調波等による放射妨害波の発生が懸念されており、３０ＭＨｚ以下の妨害波測定評価法に関する検討がＣＩＳＰＲ（ＣｏｍｉｔｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｐｅｃｉａｌｄｅｓＰｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓＲａｄｉｏｅｌｅｃｔｒｉｑｕｅｓ国際無線障害特別委員会）で進められている。

ワイヤレス電力伝送システムは産業科学医療機器に分類され、これらの機器から放射される放射妨害波は、ＣＩＳＰＲ１１により国際的に定められた試験条件及び試験方法により測定が実施される。ＣＩＳＰＲ１１答申案作成アドホックのワイヤレス電力伝送システムの測定法に関する提案によれば、各種ワイヤレス電力伝送システムの９ＫＨｚ〜３０ＭＨｚ帯域での放射妨害波試験法において、ラージループアンテナシステムを使用することが提案されている。

ＣＩＳＰＲ１６−１−４及び非特許文献１記載のラージループアンテナシステムは直径２ｍ、もしくは３ｍ、もしくは４ｍのループアンテナ内（以下ラージループアンテナと呼称する。）に供試体を配置し、供試体から放射される電磁波（ここでは磁界）によってラージループアンテナに誘起される電流値を測定し、その電流値から等価電界強度（遠方の磁界強度に真空中の特性インピーダンスを掛け合わせた値）を推定するシステムである。ここで、供試体から放射される磁界の放射方向が未知のため、ラージループアンテナを独立した３軸の方向に配置し、それぞれの電流値を測定する。なお、ラージループアンテナの鉛直方向の電流値が大きい場合は、供試体を水平方向に９０度傾けた状態として、ラージループアンテナの水平方向の電流値を測定する。このようにして得られた電流値にＣＩＳＰＲ１６−１−４及び非特許文献１に記載された３ｍ、１０ｍ、３０ｍの等価電界強度の水平方向成分への変換係数を掛け合わせることにより、供試体から放射される妨害波の等価電界強度を推定する方法が記載されている。

一方、前記ＣＩＳＰＲ１６−１−４及び非特許文献１記載のラージループアンテナの鉛直方向の電流値が大きな場合を補うため、非特許文献２では、供試体は水平に配置したままでの状態で、供試体を水平に回転させた場合の水平方向および鉛直方向の双方を考慮した等価電界強度の変換係数を用いる推定方法が提案されている。この変換係数は、最大周波数が２ＭＨｚで、かつ、推定距離が３ｍの場合についてグラフのみ掲載されている。

Ｊ．Ｒ．Ｂｅｒｇｅｒｖｏｅｔ、Ｈ．ｖ．Ｖｅｅｎ「ＡＬＡＲＧＥ−ＬＯＯＰＡＮＴＥＮＮＡＦＯＲＭＡＧＮＥＴＩＣＦＩＥＬＤＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ」Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ８ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＺuｒｉｃｈＳｙｍｐｏｓiｕｍｏｎＥＭＣ，ｐｐ２９−３４，Ｍａｒｃｈ１９８９，ＥＴＨＺｅｎｔｒｕｍ − ＩＫＴ，８０９２Ｚuｒｉｃｈ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ．ＴａｋａｈａｓｈｉＳｈｉｎｏｚｕｋａ，ＡｋｉｒａＳｕｇｉｕｒａ，ＡｔｓｕｈｉｒｏＮｉｓｈｉｋａｔａ「ＲｉｇｏｒｏｕｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａＬｏｏｐＡｎｔｅｎｎａＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ」ＩＥＩＣＥＴＲＡＮＳ，ＣＯＭＭＵＭ，．ＶＯＬ７６Ｂ，ＮＯ．１ＪＡＮＵＡＲＹ１９９３

ラージループアンテナシステムで車載用ワイヤレス電力伝送システムのような鉛直方向に磁界が放射される機器を測定する場合、鉛直方向の磁界を測定するラージループアンテナにおいて電流値が強くなる可能性が高く、供試体を鉛直方向に回転させて測定を行う可能性が高い。そのため、測定する供試体の向きが実際の製品の使用形態と異なり、推定する等価電界強度についても実際の使用形態とは大きく異なるということが容易に推察される。ＣＩＳＰＲ１６−１−４では、ラージループアンテナシステムの構成と３ｍ、１０ｍ、３０ｍの等価電界強度の水平方向成分についての変換係数が記載されているが、鉛直方向への変換係数に関する記載がないため、車載用ワイヤレス電力伝送システムのような鉛直方向に磁界が放射される機器の等価電界強度を推定する場合、等価電界強度が強くなることが予測される鉛直方向成分について推定することができないという問題点がある。

また、ラージループアンテナシステムを使用しない試験法では、受信アンテナに直径６０ｃｍ程度のループアンテナを適用し、供試体を水平方向に回転させて磁界の最大値を評価するが、ＣＩＳＰＲ１６−１−４および非特許文献１記載の試験法では供試体の回転を考慮していないという問題点がある。

一方、非特許文献２では、供試体を水平に配置し、水平に回転させた場合の最大等価電界強度への変換係数を用いる推定方法が提案されているが、この変換係数は、最大周波数が２ＭＨｚまで、かつ、推定距離が３ｍの場合についてグラフのみが掲載されており、導出された変換係数の明確な記載がないため、前記の条件以外で推定することが困難であるという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、第１の目的は、供試体から放射される磁界によってラージループアンテナに誘起される電流値を用い、ラージループアンテナの半径よりも遠方距離の所定の位置における各軸に対する等価電界強度を推定する方法および装置を提供する。

また、本発明の第２の目的は、前記の電流値を用い、供試体を回転させた時のラージループアンテナの半径よりも遠方距離の所定の位置における各軸の最大等価電界強度を推定する方法および装置を提供する。

本発明の第１の推定方法は、直交座標の各軸に対して直径が等しい３つのループアンテナを配置し、前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置して測定される放射妨害波の放射磁界の各軸における電流値からループアンテナの半径よりも遠方距離の所定の位置における各軸に対する等価電界強度を推定する等価電界強度推定方法であって、前記３つのループアンテナの内部に微小磁気ダイポールを配置した状態で各軸における放射磁界の電流値を求める第１の手順と、前記微小磁気ダイポールをグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに配置した状態で前記所定の位置における各軸に対する等価電界強度を求める第２の手順と、前記第２の手順から求めた各軸に対する等価電界強度を前記第１の手順から求めた各軸の電流値で除算して変換係数の行列式を求める第３の手順と、前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置して各軸における放射妨害波の放射磁界の電流値を測定して、前記第３の手順から求めた変換係数の行列式を掛け合わせることにより、グランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに配置した供試体の前記所定の位置における各軸に対する等価電界強度を推定する第４の手順を備えたことを特徴とする等価電界強度推定方法である。

また、本発明の第２の推定方法は、直交座標の各軸に対して直径が等しい３つのループアンテナを配置し、前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置して測定される放射妨害波の放射磁界の各軸における電流値から、ループアンテナの半径よりも遠方距離の所定の位置において得られる各軸の最大等価電界強度を推定する等価電界強度推定方法であって、前記３つのループアンテナの内部に微小磁気ダイポールを配置した状態で各軸における放射磁界の電流値を求める第１の手順と、前記微小磁気ダイポールをグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに極方向がグランドプレーンに対して鉛直となるように配置した状態で前記所定の位置における各軸の等価電界強度を求める第２の手順と、前記第２の手順から求めた各軸の等価電界強度を前記第１の手順から求めた各軸の電流値で除算して変換係数を求める第３の手順と、前記微小磁気ダイポールをグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに極方向がグランドプレーンに対して水平となるように配置したうえで水平方向に回転させたときに、前記所定の位置において得られる各軸の最大等価電界強度を求め、当該各軸の最大等価電界強度を前記第１の手順の各軸の電流値で除算して変換係数を求めて、前記第３の手順の変換係数と組合せた行列式を求める第４の手順と、前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置して放射妨害波の放射磁界の水平方向の独立した２方向成分の電流値の二乗和の平方根および鉛直方向の電流値を測定して、前記第４の手順から求めた変換係数の行列式を掛け合わせることにより、供試体をグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに配置し、かつ、グランドプレーンに対して水平に回転させたときに、前記所定の位置において得られる各軸の最大等価電界強度を推定する第５の手順を備えたことを特徴とする等価電界強度推定方法である。

また、本発明の第１及び第２の等価電界強度推定方法において、３つのループアンテナを１つのループアンテナとして各軸に配置変えして各軸の電流値を測定しても良い。

また、本発明の第１及び第２の等価電界強度推定方法において、ループアンテナの直径は、ＣＩＳＰＲ規格に準拠した２ｍ、３ｍ、または、４ｍとしても良い。なお、ループアンテナの半径は、推定する等価電界強度の距離よりも短い必要がある。

また、本発明の第１及び第２の等価電界強度推定方法において、遠方距離の所定の位置がＣＩＳＰＲ規格に準拠した３ｍ、１０ｍ、または、３０ｍとしても良い。

また、本発明の第１及び第２の等価電界強度推定方法において、推定する等価電界強度はグランドプレーンが存在しない自由空間の等価電界強度でも良い。

本発明の第１の測定装置は、直交座標の各軸に対して直径が等しい３つのループアンテナを配置し、前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置して測定される放射妨害波の放射磁界の各軸における電流値からループアンテナの半径よりも遠方距離の所定の位置における各軸に対する等価電界強度を推定する放射妨害波測定装置であって、直交座標の各軸に対して配置される直径が等しい３つのループアンテナと、データ記憶部と、測定及び演算部とを備え、前記測定及び演算部は、前記３つのループアンテナの内部に微小磁気ダイポールを配置した状態での各軸における放射磁界の電流値を求めて、前記データ記憶部に記憶し、前記微小磁気ダイポールをグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに配置した状態での前記所定の位置における各軸に対する等価電界強度を求めて、前記データ記憶部に記憶し、前記データ記憶部からそれぞれデータを読み出し、前記各軸に対する等価電界強度を前記各軸の電流値で除算して変換係数の行列式を求めて、前記データ記憶部に記憶し、前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置したときの各軸における放射妨害波の放射磁界の電流値を求め、当該電流値に対して前記データ記憶部から読み出された変換係数の行列式を掛け合わせることにより、グランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに配置した供試体の前記所定の位置における各軸に対する等価電界強度を推定することを特徴とする放射妨害波測定装置である。

また、本発明の第２の測定装置は、直交座標の各軸に対して直径が等しい３つのループアンテナを配置し、前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置して測定される放射妨害波の放射磁界の各軸の電流値から、ループアンテナの半径よりも遠方距離の所定の位置において得られる各軸の最大等価電界強度を推定する放射妨害波測定装置であって、直交座標の各軸に対して配置される直径が等しい３つのループアンテナと、データ記憶部と、測定及び演算部とを備え、前記測定及び演算部は、前記３つのループアンテナの内部に微小磁気ダイポールを配置した状態での各軸における放射磁界の電流値を求めて、前記データ記憶部に記憶し、前記微小磁気ダイポールをグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに極方向がグランドプレーンに対して鉛直となるように配置した状態での前記所定の位置における各軸の等価電界強度を求めて、前記データ記憶部に記憶し、前記データ記憶部からそれぞれのデータを読み出して、前記各軸の等価電界強度を前記各軸の電流値で除算して変換係数を求めて、前記データ記憶部に記憶し、前記微小磁気ダイポールをグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに極方向がグランドプレーンに対して水平となるように配置したうえで水平方向に回転させたときに、前記所定の位置において得られる各軸の最大等価電界強度を求め、当該各軸の最大等価電界強度を前記データ記憶部から読み出された前記各軸の電流値で除算して変換係数を求めて、前記データ記憶部から読み出された前記変換係数と組合せた行列式を求めて、前記データ記憶部に記憶し、前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置したときの放射妨害波の放射磁界の水平方向の独立した２方向成分の電流値の二乗和の平方根および鉛直方向の電流値を測定して、前記データ記憶部から読み出された前記変換係数の行列式を掛け合わせることにより、供試体をグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに配置し、かつ、グランドプレーンに対して水平に回転させたときに、前記所定の位置において得られる各軸の最大等価電界強度を推定することを特徴とする放射妨害波測定装置である。

また、本発明の第１及び第２の放射妨害波測定装置において、３つのループアンテナを１つのループアンテナとして各軸に配置変えして各軸の電流値を測定しても良い。

また、本発明の第１及び第２の放射妨害波測定装置において、ループアンテナの直径は、ＣＩＳＰＲ規格に準拠した２ｍ、３ｍ、または、４ｍとしても良い。なお、ループアンテナの半径は、推定する等価電界強度の距離よりも短い必要がある。

また、本発明の第１及び第２の放射妨害波測定装置において、遠方距離の所定の位置がＣＩＳＰＲ規格に準拠した３ｍ、１０ｍ、または、３０ｍとしても良い。

また、本発明の第１及び第２の放射妨害波測定装置において、推定する等価電界強度がグランドプレーンの存在しない自由空間の等価電界強度でも良い。

本発明の第１の等価電界強度推定方法によれば、供試体から放射される妨害波によって誘起されるラージループアンテナシステムの各軸の電流値を用いて、各軸に対する変換係数の行列式により、ループアンテナの半径よりも遠方距離の所定の位置における各軸の等価電界強度を正確に推定することができる効果を奏する。

また、本発明の第２の等価電界強度推定方法によれば、供試体から放射される妨害波によって誘起されるラージループアンテナシステムの各軸の電流値を用いて、鉛直方向の変換係数と水平方向の変換係数による行列式により、グランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに配置し、かつ、グランドプレーンに対して水平に回転させた供試体のループアンテナの半径よりも遠方距離の所定の位置の各軸の最大等価電界強度を正確に推定することができる効果を奏する。

本発明の第１の放射妨害波測定装置によれば、供試体から放射される妨害波によって誘起されるラージループアンテナシステムの各軸の電流値を測定して、各軸に対する変換係数の行列式により、ループアンテナの半径よりも遠方距離の所定の位置における各軸の等価電界強度を正確に推定することができる効果を奏する。

また、本発明の第２の放射妨害波測定装置によれば、供試体から放射される妨害波によって誘起されるラージループアンテナシステムの各軸の電流値を測定して、鉛直方向の変換係数と水平方向の変換係数による行列式により、グランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに配置し、かつ、グランドプレーンに対して水平に回転させた供試体のループアンテナの半径よりも遠方距離の所定の位置の各軸の最大等価電界強度を正確に推定することができる効果を奏する。

また、ラージループアンテナシステムが設置できる空間のみで、ＣＩＳＰＲ規格に準拠した１０ｍや３０ｍのような遠方距離における等価電界強度を正確に得ることができるため、膨大な測定環境を必要とせずに、遠方距離の等価電界強度を正確に推定することができる効果も奏する。

図１は本発明の第１の実施形態に係る推定方法を示した概略図である。図２は本発明の第１の実施形態に係る推定条件を説明するための概略図である。図３は本発明の第１の実施形態に係る推定方法の流れを示したフローチャートである。図４は図２の推定条件における推定結果と理論値とのX軸成分偏差を示した特性図である。図５は図２の推定条件における推定結果と理論値とのＺ軸成分偏差を示した特性図である。図６は本発明の第２の実施形態に係る推定条件を説明するための概略図である。図７は本発明の第２の実施形態に係る推定方法の流れを示したフローチャートである。図８は図６の推定条件における推定結果と理論値とのX軸成分偏差を示した特性図である。図９は図６の推定条件における推定結果と理論値とのＺ軸成分偏差を示した特性図である。図１０は本発明の第３の実施形態および第４の実施形態に係る測定装置を示めした概略図である。図１１は本発明の第３の実施形態および第４の実施形態に係る測定装置の主要な構成要素を示すブロック図である。図１２は図１１のコンピュータの構成を示すブロック図である。図１３は本発明の第３の実施形態および第４の実施形態に係る測定装置における測定処理を示したフローチャートである。図１４は本発明の第３の実施形態に係る測定装置における演算処理を示したフローチャートである。図１５は本発明の第３の実施形態および第４の実施形態においてラージループアンテナが１つの場合の形態に係る測定装置を示した概略図である。図１６は本発明の第４の実施形態に係る測定装置における演算処理を示したフローチャートである。

［第１の実施の形態］

以下、本発明に基づく第１の発明の実施の形態について詳細に説明する。始めに、本発明の第１の実施の形態に係る等価電界強度推定方法の概要について説明する。

ラージループアンテナシステムは供試体の磁気ダイポールモーメントによって誘起されるラージループアンテナの電流値を測定する装置である。供試体は測定周波数の９ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの波長に対して微小であるという仮定をすると、ある量の磁気ダイポールモーメントの大きさと向きを持った微小磁気ダイポールと考えることができる。これにより、微小磁気ダイポールによって放射される等価電界強度の理論式にラージループアンテナの出力から推定される磁気ダイポールモーメントを用いることで、供試体の放射電磁界を理論計算できることが分かる。

第１の実施の形態に係る等価電界強度推定方法は、以下の第１ないし第４の手順を備えている。第１の手順ではラージループアンテナシステム内に微小磁気ダイポールが配置した時の、ラージループアンテナシステムの出力を下記の数１によって算出する。

μ_０は真空中の透磁率、Ｍは磁気ダイポールモーメント、Ｒはラージループアンテナの半径、Ｌはラージループアンテナのインダクタンス、ｋ_ｃはラージループアンテナを構成する同軸ケーブル内部の波数、Ｒ_ｃはラージループアンテナを構成する同軸ケーブルのインピーダンス、Ｒ_Ｔは終端インピーダンス、Ｃは光速である。このときＩはラージループアンテナの電流値を示し、添え字は方向を表しており、Ｚは鉛直方向、ＸとＹは水平方向の独立した２つの方向を示している。I_ｚはラージループアンテナを鉛直方向に配置した場合の電流値とし、I_ｘおよびI_ｙは水平方向にラージループアンテナを配置したときの電流値である。

第２の手順では、所望の位置に放射される微小磁気ダイポールの磁界を下記の数２を用いて算出する。

ｒは微小磁気ダイポールから観測点までの距離、ｋは空気中の波数である。

ここで極座標を直交座標に変換すると磁界は数３で表すことができる。

微小磁気ダイポールがグランドプレーンを含む０ｍよりも高いところに配置された状態では、鏡像理論を用いて所望の位置の磁界を下記の数４にて算出できる。なお、床面にグランドプレーンがない場合（自由空間条件）においては、所望の位置の磁界は数３で得られる。

最後に下記の式を用いて磁界から等価電界強度を計算する。

第３の手順では、数２と数３と数４および数５を用いて微小磁気ダイポールの極方向がX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の向きに向いている場合に放射される等価電界強度を計算した後、数１で計算したラージループアンテナシステムの出力を除算して変換係数を得る。微小磁気ダイポールの極方向を独立した３方向に向けて、その向き毎に等価電界強度の方向成分を３方向計算するため、併せて９つの等価電界強度を得ることができる。この９つの等価電界強度を数１で計算したラージループアンテナシステムの出力で除算して９つの変換係数を得る。この９つの変換係数を用いて、ラージループアンテナシステムの出力と等価電界強度との関係は下記の数６で表すことができる。

第４の手順では、供試体をラージループアンテナシステム内に配置した状態でラージループアンテナシステムの出力I_x、I_y、I_zを測定し、数６を用いて所望の位置での等価電界強度を推定する。なお、所望の位置としては、ＣＩＳＰＲ規格に準拠した３ｍ、１０ｍ、または、３０ｍとすることができる。また上述したように、数４を用いずに数３を用いて計算して行けば、自由空間における等価電界強度を推定することができる。

［検証実験］
以下、図１から図５を参照して、第１の実施の形態に係る推定手順と等価電界強度推定方法の妥当性を検証するために行った実験について併せて説明する。図１は、実験の方法を説明するための概要図である。１はラージループアンテナシステム、２は、ラージループアンテナシステムを構成するラージループアンテナである。３は供試体の直径５４ｃｍのループアンテナで、このループアンテナは、ラージループアンテナシステムの中央に配置し、向きを鉛直方向に対して４５°傾けて配置した。

図２は、推定する等価電界強度の条件である。３の供試体を５のグランドプレーンからの高さ１．３ｍ位置に配置し、３の供試体から３ｍ離れた位置の点である４の観測点の等価電界強度が推定を行う値である。

図３の推定手法の流れ示したフローチャートを参照して推定方法の手順を説明する。まずステップＳ１０１で数１に基づき微小磁気ダイポールがラージループアンテナシステム内に配置された場合の出力を計算する。

次にステップＳ１０２で数２、数３、数４、数５および図２に基づいて微小磁気ダイポールをグランドプレーンから高さ１．３ｍに配置したときの３m距離、高さ１．３ｍの等価電界強度を計算する。

次にステップＳ１０３でステップＳ１０１およびステップＳ１０２において得られた結果より３行３列の変換行列を計算する。

次にステップＳ１０４において図１に基づいて３の供試体をラージループアンテナシステム内に配置しラージループアンテナシステムの出力I_x、I_y、I_zを測定する。そして、その出力に数６に示されるように変換行列を掛け合わせて等価電界強度を推定する。

図４は第１の実施形態による推定等価電界強度のX方向成分についてモーメント法で計算した理論値からの偏差を示している。図２の４の観測点の等価電界強度はモーメント法で理論計算できるため、モーメント法の計算値を推定等価電界強度の妥当性検証のために用いた。図４の７はＣＩＳＰＲ１６−１−４に記載された変換係数を用いた推定値、８は本発明による推定値である。また、図５は本発明の推定等価電界強度のZ方向成分についてモーメント法で計算した理論値からの偏差を示している。本発明の推定値は理論値に対して偏差が±１．０ｄB以内で推定できていることが分かる。

また、ここではラージループアンテナの直径が２ｍであるが、直径が３ｍ、４ｍの場合においても、数１のＲの値を変化させれば等価電界強度を推定できる。すなわち、ラージループアンテナの直径を、ＣＩＳＰＲ規格に準拠した２ｍ、３ｍ、または、４ｍとしても、等価電界強度を推定することができる。
［第２の実施の形態］

本発明の第２の実施の形態に係る等価電界強度推定方法の概要について説明する。ラージループアンテナシステムを用いた等価電界強度は第１の実施の形態で得ることができるが、一般に３ｍ、１０ｍ、３０ｍ距離での放射妨害波測定においては、供試体を水平方向に回転させた時の放射電界強度の最大値を探し評価を行う。これは、供試体の磁気ダイポールモーメントの水平成分を回転させて等価電界強度の最大値を探すことと同じである。そこで、微小磁気ダイポールの極方向を水平方向に配置した後、水平方向に回転させて等価電界強度の方向成分毎の最大値を探し、ここで得られた方向成分毎の最大値によって変換係数を計算する。また、供試体の磁気ダイポールモーメントの水平成分の強度はラージループアンテナ２つを水平方向に独立して配置して得られる２出力の二乗和の平方根と比例関係であるため、変換式にこの二乗和の平方根を用いる。

第２の実施の形態に係る等価電界強度推定方法は、第１から第５の手順を備えている。第１の手順ではラージループアンテナシステム内に微小磁気ダイポールが配置した時の、ラージループアンテナシステムの出力を数１によって算出する。

第２の手順では、所望の位置に放射される微小磁気ダイポールの磁界を数２によって算出する。

微小磁気ダイポールがグランドプレーンを含む０ｍよりも高いところに配置された状態では、鏡像理論を用いて所望の位置の磁界を数４にて算出できる。なお、床面にグランドプレーンがない場合（自由空間条件）においては、所望の位置の磁界は数３で得られる。
ここで、ｒ´は鏡像送信源から観測点までの距離である。

最後に数５を用いて磁界から等価電界強度を計算する。

第３の手順では数２と数３と数４および数５を用いて微小磁気ダイポールの極方向がZ軸方向の向きに向いている場合に放射される等価電界強度を計算した後、数１のラージループアンテナシステムの出力を除算することにより変換係数Ｃ_ｘｚ（φ）、Ｃ_ｙｚ（φ）、Ｃ_ｚｚ（φ）を計算する。この時、φは水平方向の回転角である。

第４の手順は、微小磁気ダイポールの極方向を水平方向に配置した後、水平方向に回転させて等価電界強度の各方向成分を回転角毎に計算する。この時に得られた回転角度毎の等価電界強度から方向成分毎に最大値を探す。この最大値の各方向成分を数１で計算したラージループアンテナシステムの出力で除算することにより変換係数Ｃ_ｘ、Ｃ_ｙ、Ｃ_ｚを得る。供試体の磁気ダイポールモーメントの水平成分の強度はラージループアンテナ２つを水平方向に独立して配置した時に得られる２出力の二乗和の平方根と比例関係がある。また供試体の磁気ダイポールモーメントの鉛直成分は水平方向の回転に関わらず一定の方向を向くため、変換係数は回転角に依存せず一定の値である。これらを組み合わせた下記の式で、最大等価電界強度を表すことができる。

第５の手順では、供試体をラージループアンテナシステム内に配置した状態でラージループアンテナシステムの出力I_x、I_y、I_zを測定し、数７を用いて所望の位置での最大等価電界強度を推定する。

［検証実験］
以下、図１および図６から図９を参照して、第２の実施の形態に係る推定手順と等価電界強度推定方法の妥当性を検証するために行った実験について併せて説明する。図１は、実験の方法を説明するための概略図である。１はラージループアンテナシステム、２は、ラージループアンテナシステムを構成するラージループアンテナである。３は供試体の直径５４ｃｍのループアンテナで、このループアンテナは、ラージループアンテナシステムの中央に配置し、向きを鉛直方向に対して４５°傾けて配置した。

図６は、推定する等価電界強度の条件である。３の供試体を５のグランドプレーンからの高さ１．３ｍ位置に配置した時、３の供試体から３ｍ離れた位置の点である４が観測点である。３の供試体を水平方向に回転させた時の観測点での等価電界強度の最大値を推定する。

図７の推定手法の流れ示したフローチャートを参照して推定方法の手順を説明する。まずステップＳ２０１で数１に基づき微小磁気ダイポールがラージループアンテナシステム内に配置された場合の出力を計算する。

次にステップＳ２０２で数２、数３、数４、数５および図２に基づいて微小磁気ダイポールをグランドプレーンから高さ１．３ｍに配置し、極方向を鉛直方向に配置した時の３m距離、高さ１．３ｍの等価電界強度を方向成分毎に計算し、変換係数を得る。

次にステップＳ２０３で微小磁気ダイポールをグランドプレーンから高さ１．３ｍに配置し極方向を水平方向に配置し、水平方向に回転させた時の３m距離、高さ１．３ｍでの各軸の最大等価電界強度を計算し、変換係数を得る。

次にステップＳ２０４で、ステップＳ２０２、ステップＳ２０３で得られた変換係数を組み合わせて変換行列を計算する。

次にステップＳ２０５で、供試体をラージループアンテナシステム内に配置しラージループアンテナシステムの出力I_x、I_y、I_zを測定する。そして、その出力値に数７で示されたように変換行列を掛け合わせて推定位置での最大等価電界強度を推定する。

図８は本発明の推定等価電界強度のX方向成分についてモーメント法で計算した理論値からの偏差を示している。図６の４の観測点の等価電界強度はモーメント法で理論計算できるため、モーメント法の計算値を妥当性検証のために用いた。９は非特許文献に記載された変換係数を用いた推定値、１０は本発明による推定値である。また、図９は本発明の推定等価電界強度のZ方向成分についてモーメント法で計算した理論値からの偏差を示している。本発明の推定値は理論値に対して偏差が±１．０ｄB以内で推定できていることが分かる。

以上より、第２の実施の形態の推定手順を用いることで供試体を回転させることなく、所望の位置での最大等価電界強度を推定することができる。

また、ここではラージループアンテナの直径が２ｍであるが、直径が３ｍ、４ｍの場合においても、数１のＲの値を変化させれば最大等価電界強度を推定できる。
［第３の実施の形態］

以下、本発明に基づく第３の発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明の第３の実施の形態は前記第１の実施の形態の等価電界強度推定方法を実施するための測定装置である。

始めに、図１０ないし図１１を参照して、第３の実施の形態に係る放射妨害波測定装置について説明する。本発明に係る放射妨害波測定装置は、ラージループアンテナ１１と、ラージループアンテナ１２と、ラージループアンテナ１３の３つのラージループアンテナ１を備え、３つのラージループアンテナの電流値を測定する受信器１５と、測定値を用いて等価電界強度を推定する演算部を備えたコンピュータ１６を備えている。また、受信器１５は例えば通信ケーブルによって、コンピュータ１６に接続されている。なお、受信器１５およびコンピュータ１６が本発明による測定及び演算部を構成する。

図１１は本発明に係る放射妨害波測定装置の主要な構成要素を示したブロック図である。本実施の形態に係る放射妨害波測定装置は、図１１に示したように、ラージループアンテナシステム１と、ラージループアンテナシステム１の電流値を測定する受信器１５と測定の制御を行う制御部１７と演算処理部１８を備えている。演算処理部１８が行う処理については、後で詳しく説明する。本実施の形態では、制御部１７と演算処理部１８は、コンピュータ１６によって実現されている。

図１２は図１１におけるコンピュータ１６のハードウェア構成を示すブロック図である。コンピュータ１６は、主制御部１９と、入力装置２０と、出力装置２１と、記憶装置２２と、これらを互いに接続するバス２４とを備えている。主制御部１９は、ＣＰＵ（中央処理装置）およびＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）を有している。入力装置２０は、放射妨害波測定装置の動作に必要な情報の入力や各種の動作の指示を行うために用いられる。出力装置２１は、放射妨害波測定装置の動作に関連する各種の情報を出力（表示を含む）するために用いられる。

記憶装置２２は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク装置または光ディスク装置である。また、記憶装置２２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体２３に対して情報を記録し、また記録媒体２３より情報を再生するようになっている。記録媒体２３は、例えばハードディスクまたは光ディスクである。記録媒体２３は、図１１に示した制御部１７と演算処理部１８を実現するためのプログラムを記録した記録媒体であってもよい。

主制御部１９は、例えば記憶装置２２の記録媒体２３に記録されたプログラムを実行することにより、図１１に示した制御部１７と演算処理部１８の機能を発揮するようになっている。なお、図１１に示した制御部１７と演算処理部１８は、物理的に別個の要素ではなく、ソフトウェアによって実現される。

次に本発明に係る放射妨害波測定装置の動作について詳しく説明する。まず、図１３を参照して測定処理について説明する。

まず、ステップＳ３０１で受信器１５の設定条件をコンピュータ１６に入力する。次にステップＳ３０２で、ラージループアンテナ１１の電流値を測定し、測定値を記憶装置２２に記憶させる。
次にステップＳ３０３で、ラージループアンテナ１２の電流値を測定し、測定値を記憶装置２２に記憶させる。最後に次にステップＳ３０４で、ラージループアンテナ１３の電流値を測定し、測定値を記憶装置２２に記憶させる。なお、ステップＳ３０２、Ｓ３０３およびＳ３０４は、順序を入れ替えてもよい。

次に、図１４を参照して演算処理について説明する。まず、ステップＳ４０１で推定する位置をコンピュータ１６に入力する。次にステップＳ４０２で、数１に基づき微小磁気ダイポールがラージループアンテナシステム内に配置された場合の出力を計算する。

次にステップＳ４０３で微小磁気ダイポールを供試体と同じ高さに配置した時の所定の推定位置での等価電界強度を数２、数３、数４、数５により計算する。

次にステップＳ４０４でステップＳ４０２とステップＳ４０３において得られた結果より変換行列を計算する。

次にステップＳ４０５で前記測定処理によって記憶装置２２に記憶されたラージループアンテナ１１およびラージループアンテナ１２、ラージループアンテナ１３の電流値を読み込む。
最後にステップＳ４０６で数６を用いて所定の推定位置での等価電界強度を計算する。

また、本形態に係る放射妨害波測定装置において、図１５に示すように３つのループアンテナを１つのループアンテナとして各軸に配置変えして各軸の電流値を測定して演算処理を行っても同様の効果を得ることができる。
［第４の実施の形態］

以下、本発明に基づく第４の発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明の第４の実施の形態は前記第２の実施の形態の等価電界強度推定方法を実施するための測定装置である。

始めに、図１０ないし図１１を参照して、第４の実施の形態に係る放射妨害波測定装置について説明する。本発明に係る放射妨害波測定装置は、ラージループアンテナ１１と、ラージループアンテナ１２と、ラージループアンテナ１３の３つのラージループアンテナ１を備え、３つのラージループアンテナの電流値を測定する受信器１５と、測定値を用いて等価電界強度を推定する演算部を備えたコンピュータ１６を備えている。また、受信器１５は例えば通信ケーブルによって、コンピュータ１６に接続されている。なお、受信器１５およびコンピュータ１６が本発明による測定及び演算部を構成する。

次に、図１６を参照して演算処理について説明する。まず、ステップＳ５０１で推定する位置をコンピュータ１６に入力する。次にステップＳ５０２で、数１に基づき微小磁気ダイポールがラージループアンテナシステム内に配置された場合の出力を計算する。

次にステップＳ５０３で微小磁気ダイポールを供試体と同じ高さに配置し、かつ極方向を鉛直方向に配置した時における所定の推定位置での各軸の等価電界強度を数２、数３、数４、数５により計算し、Ｓ５０２で得られた出力を除算して変換係数を求める。

次にステップＳ５０４で微小磁気ダイポールを供試体と同じ高さに配置し、かつ極方向を水平方向に配置し水平方向に回転させた時の所定の推定位置での各軸の最大等価電界強度を数２、数３、数４、数５により計算し、Ｓ５０２で得られた出力を除算して変換係数を求める。

次にステップＳ５０５でステップＳ５０３、ステップＳ５０４で得られた変換係数を組み合わせて変換行列を計算する。

次にステップＳ５０６で前記測定処理によって記憶装置２２に記憶されたラージループアンテナ１１およびラージループアンテナ１２、ラージループアンテナ１３の電流値を読み込む。
最後にステップＳ５０７で数７を用いて所定の推定位置での各軸の最大等価電界強度を計算する。

また、本形態に係る放射妨害波測定装置において、３つのループアンテナを１つのループアンテナとして各軸に配置変えして各軸の電流値を測定して演算処理を行っても同様の効果を得ることができる。

１ラージループアンテナシステム
２ラージループアンテナ
３直径５４ｃｍのループアンテナ
４観測点
５グランドプレーン
６座標軸
７ＣＩＳＰＲ１６−１−４に記載された変換係数を用いた推定値と理論値との偏差特性
８第１の実施形態による推定値と理論値との偏差特性
９非特許文献２に記載された変換係数を用いた推定値と理論値との偏差特性
１０第２の実施形態による推定値と理論値との偏差特性
１１ラージループアンテナ
１２ラージループアンテナ
１３ラージループアンテナ
１４供試体
１５受信器
１６コンピュータ
１７制御部
１８演算部
１９主制御部
２０入力装置
２１出力装置
２２記録装置
２３記憶媒体
２４接続バス

Claims

直交座標の各軸に対して直径が等しい３つのループアンテナを配置し、前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置して測定される放射妨害波の放射磁界の各軸における電流値からループアンテナの半径よりも遠方距離の所定の位置における各軸に対する等価電界強度を推定する等価電界強度推定方法であって、
前記３つのループアンテナの内部に微小磁気ダイポールを配置した状態で各軸における放射磁界の電流値を求める第１の手順と、
前記微小磁気ダイポールをグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに配置した状態で前記所定の位置における各軸に対する等価電界強度を求める第２の手順と、
前記第２の手順から求めた各軸に対する等価電界強度を前記第１の手順から求めた各軸の電流値で除算して変換係数の行列式を求める第３の手順と、
前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置して各軸における放射妨害波の放射磁界の電流値を測定して、前記第３の手順から求めた変換係数の行列式を掛け合わせることにより、グランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに配置した供試体の前記所定の位置における各軸に対する等価電界強度を推定する第４の手順
を備えたことを特徴とする等価電界強度推定方法。
直交座標の各軸に対して直径が等しい３つのループアンテナを配置し、前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置して測定される放射妨害波の放射磁界の各軸における電流値から、ループアンテナの半径よりも遠方距離の所定の位置において得られる各軸の最大等価電界強度を推定する等価電界強度推定方法であって、
前記３つのループアンテナの内部に微小磁気ダイポールを配置した状態で各軸における放射磁界の電流値を求める第１の手順と、
前記微小磁気ダイポールをグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに極方向がグランドプレーンに対して鉛直となるように配置した状態で前記所定の位置における各軸の等価電界強度を求める第２の手順と、
前記第２の手順から求めた各軸の等価電界強度を前記第１の手順から求めた各軸の電流値で除算して変換係数を求める第３の手順と、
前記微小磁気ダイポールをグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに極方向がグランドプレーンに対して水平となるように配置したうえで水平方向に回転させたときに、前記所定の位置において得られる各軸の最大等価電界強度を求め、当該各軸の最大等価電界強度を前記第１の手順の各軸の電流値で除算して変換係数を求めて、前記第３の手順の変換係数と組合せた行列式を求める第４の手順と、
前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置して放射妨害波の放射磁界の水平方向の独立した２方向成分の電流値の二乗和の平方根および鉛直方向の電流値を測定して、前記第４の手順から求めた変換係数の行列式を掛け合わせることにより、供試体をグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに配置し、かつ、グランドプレーンに対して水平に回転させたときに、前記所定の位置において得られる各軸の最大等価電界強度を推定する第５の手順
を備えたことを特徴とする等価電界強度推定方法。
前記３つのループアンテナを１つのループアンテナとして各軸に配置変えすることにより各軸の電流値を測定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の等価電界強度推定方法。
前記ループアンテナの直径がＣＩＳＰＲ規格に準拠した２ｍ、３ｍ、または、４ｍの直径であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の等価電界強度推定方法。
前記遠方距離の所定の位置がＣＩＳＰＲ規格に準拠した３ｍ、１０ｍ、または、３０ｍの位置であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の等価電界強度推定方法。
請求項１又は請求項２記載の等価電界強度が自由空間の等価電界強度であることを特徴とする等価電界強度推定方法。
直交座標の各軸に対して直径が等しい３つのループアンテナを配置し、前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置して測定される放射妨害波の放射磁界の各軸における電流値からループアンテナの半径よりも遠方距離の所定の位置における各軸に対する等価電界強度を推定する放射妨害波測定装置であって、
直交座標の各軸に対して配置される直径が等しい３つのループアンテナと、
データ記憶部と、
測定及び演算部とを備え、
前記測定及び演算部は、
前記３つのループアンテナの内部に微小磁気ダイポールを配置した状態での各軸における放射磁界の電流値を求めて、前記データ記憶部に記憶し、
前記微小磁気ダイポールをグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに配置した状態での前記所定の位置における各軸に対する等価電界強度を求めて、前記データ記憶部に記憶し、
前記データ記憶部からそれぞれデータを読み出し、前記各軸に対する等価電界強度を前記各軸の電流値で除算して変換係数の行列式を求めて、前記データ記憶部に記憶し、
前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置したときの各軸における放射妨害波の放射磁界の電流値を求め、当該電流値に対して前記データ記憶部から読み出された変換係数の行列式を掛け合わせることにより、グランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに配置した供試体の前記所定の位置における各軸に対する等価電界強度を推定する
ことを特徴とする放射妨害波測定装置。
直交座標の各軸に対して直径が等しい３つのループアンテナを配置し、前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置して測定される放射妨害波の放射磁界の各軸の電流値から、ループアンテナの半径よりも遠方距離の所定の位置において得られる各軸の最大等価電界強度を推定する放射妨害波測定装置であって、
直交座標の各軸に対して配置される直径が等しい３つのループアンテナと、
データ記憶部と、
測定及び演算部とを備え、
前記測定及び演算部は、
前記３つのループアンテナの内部に微小磁気ダイポールを配置した状態での各軸における放射磁界の電流値を求めて、前記データ記憶部に記憶し、
前記微小磁気ダイポールをグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに極方向がグランドプレーンに対して鉛直となるように配置した状態での前記所定の位置における各軸の等価電界強度を求めて、前記データ記憶部に記憶し、
前記データ記憶部からそれぞれのデータを読み出して、前記各軸の等価電界強度を前記各軸の電流値で除算して変換係数を求めて、前記データ記憶部に記憶し、
前記微小磁気ダイポールをグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに極方向がグランドプレーンに対して水平となるように配置したうえで水平方向に回転させたときに、前記所定の位置において得られる各軸の最大等価電界強度を求め、当該各軸の最大等価電界強度を前記データ記憶部から読み出された前記各軸の電流値で除算して変換係数を求めて、前記データ記憶部から読み出された前記変換係数と組合せた行列式を求めて、前記データ記憶部に記憶し、
前記３つのループアンテナの内部に供試体を配置したときの放射妨害波の放射磁界の水平方向の独立した２方向成分の電流値の二乗和の平方根および鉛直方向の電流値を測定して、前記データ記憶部から読み出された前記変換係数の行列式を掛け合わせることにより、供試体をグランドプレーンに対して０ｍの高さを含む所定の高さに配置し、かつ、グランドプレーンに対して水平に回転させたときに、前記所定の位置において得られる各軸の最大等価電界強度を推定する
ことを特徴とする放射妨害波測定装置。
前記３つのループアンテナは、１つのループアンテナを各軸に配置変えすることにより形成されることを特徴とする請求項７又は請求項８記載の放射妨害波測定装置。
前記ループアンテナの直径がＣＩＳＰＲ規格に準拠した２ｍ、３ｍ、または、４ｍの直径であることを特徴とする請求項７又は請求項８記載の放射妨害波測定装置。
前記遠方距離の所定の位置がＣＩＳＰＲ規格に準拠した３ｍ、１０ｍ、または、３０ｍの位置であることを特徴とする請求項７又は請求項８記載の放射妨害波測定装置。
請求項７又は請求項８記載の等価電界強度が自由空間の等価電界強度であることを特徴とする放射妨害波測定装置。