JP6686617B2

JP6686617B2 - 放射妨害波測定装置

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Publication number: JP6686617B2
Application number: JP2016064308A
Authority: JP
Inventors: 雅貴緑; 栗原　弘; 弘栗原
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2036-03-28
Also published as: US20170276712A1; JP2017181104A; US10317446B2

Description

本発明は、電子機器等から放射される妨害電磁波の最大電界強度が得られる位置を特定する放射妨害波測定装置に関する。

電子機器等から放射される放射妨害波を測定する試験は、国際的に定められた試験条件および試験方法により、放射妨害波の放射源から所定の距離を隔てた位置において受信アンテナの高さを変化させ、かつ供試体の角度を変化させて、電界の強さ（電界強度）が最大となる位置を探し出し、その位置において最終試験を実施する。放射妨害波測定装置の一例としては、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００６−２５８７５６号公報

最大電界強度が得られる位置を探索するためには、アンテナ高さと供試体の角度毎に電界と電界強度の少なくとも一方を測定しなければならず、測定点数が非常に膨大となる。情報通信機器の周波数範囲３０MHｚ〜１０００MHｚの放射妨害波測定を一例としてあげると、アンテナ高さを１ｍ〜４ｍ、供試体を角度０〜３６０°に変化させる必要があり、例えば１ｃｍ間隔、１°間隔で測定を実施した場合、測定ポイント数が14万点と膨大となり、測定時間が非常に長くなる。

このように最大電界強度が得られるアンテナ高さおよび供試体角度（以下、最大電界強度位置と称す。）の探索には時間が非常にかかるため、一般的な測定では測定技術者が勘と経験を頼りに電界と電界強度の少なくとも一方を測定しながらアンテナ高さと供試体の角度を変更して最大電界強度位置を特定することで測定時間を短縮する手法が用いられている。

しかし、この手法では測定結果が測定技術者の技量に依存する上、測定技術者の技量を担保するために教育に多大な費用と時間を要する。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、測定技術者の技量に寄らず短時間に最大電界強度位置を特定する放射妨害波測定装置を提供する。

本発明の放射妨害波測定装置は、
電磁波の放射源によって、前記放射源を囲む面上に形成される所定の周波数の電界分布の最大の電界強度が得られる位置を求める放射妨害波測定装置であって、
電界測定装置と演算処理部とを備え、
前記電界測定装置は、
電界と電界強度の少なくとも一方を検出するアンテナと、
前記放射源に対する前記アンテナの相対的位置を変更可能な位置制御機構と、
前記アンテナと前記位置制御機構を用いた電界と電界強度の少なくとも一方の測定の制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、
前記放射源を囲む面上に複数の測定点を設定する第１の動作を実行し、
前記位置制御機構を制御しながら、前記アンテナを用いて、前記複数の測定点において前記所定の周波数である測定対象の周波数の電界と電界強度の少なくとも一方を測定する第２の動作とを実行し、
前記演算処理部は、
前記第２の動作で測定された前記複数の測定点の電界分布と電界強度分布の少なくとも一方において隣接する２つの測定点間であって前記放射源を囲む面上の補間点の電界と電界強度の少なくとも一方にゼロを入力する第１の演算処理と、
前記第１の演算処理で得られた電界分布と電界強度分布の少なくとも一方に前記測定対象の周波数が遮断周波数のデジタルローパスフィルターを適用する第２の演算処理と、
前記第２の演算処理で得られた電界分布と電界強度分布の少なくとも一方から最大電界強度が得られる位置を特定する第３の演算処理とを実行し、
前記複数の測定点は、交差する２方向に並ぶように配列され、前記２方向の各々について、隣接する２つの測定点間の前記放射源を囲む面上における距離は前記電磁波の前記所定の周波数に相当する波長の１／２以下である、
ことを特徴とする放射妨害波測定装置である。

第１及び第２の演算処理を介して得られる電解分布と電界強度分布の少なくとも一方から最大電界強度が得られる位置を特定することにより、最大電界強度位置を得るために必要な測定点を大幅に減らすことができる効果を奏する。これにより測定技術者の技量に寄らず短時間に最大電界強度位置を特定することができる。

例えば周波数３００MHｚ、測定距離３ｍ、アンテナ高さ１ｍ〜４ｍ、供試体角度０〜３６０°の範囲において高さ１ｃｍ間隔、角度１°間隔で最大電界強度位置を特定する場合、本発明の放射妨害波測定法を使用すると、実際に高さ１ｃｍ間隔、角度１°間隔で電界を測定し最大電界強度位置を特定する場合と比較して４７５分の１の測定ポイント数で最大電界強度位置を特定することができる効果を奏する。

図１は本発明の実施形態に係る放射妨害波測定装置を示した概略図である。図２は本発明の実施形態に係る放射妨害波測定装置の主要な構成要素を示すブロック図である。図３は図２のコンピュータの構成を示すブロック図である。図４は本発明の実施形態に係る放射妨害波測定装置の動作の流れを示したフローチャートである。図５は本発明の実施の形態に係る放射妨害波測定装置の最大電界強度位置推定方法の概要を説明するための説明図である。図６は本発明の実施の形態に係る放射妨害波測定装置の最大電界強度位置推定方法における複数の測定点を示すための説明図である。図７は本発明の実施の形態に係る放射妨害波測定装置の最大電界強度位置推定方法における隣接する２つの測定点間の電界と電界強度の少なくとも一方にゼロを内挿することを説明するための説明図である。図８は本発明の実施の形態に係る放射妨害波測定装置の最大電界強度位置推定方法における電界分布と電界強度分布の少なくとも一方にデジタルローパスフィルターを適応した場合の結果を説明するための説明図である。図９は本発明の実施の形態に係る放射妨害波測定装置の最大電界強度位置推定法の妥当性を検証するために行った実験の概略図である。図１０は本発明の実施形態に係る放射妨害波測定装置の最大電界強度位置推定法を実施した結果と実際に測定して得た最大電界強度が得られる高さとの偏差を示した特性図である。図１１は本発明の実施形態に係る放射妨害波測定装置の最大電界強度位置推定法を実施した結果と実際に測定して得た最大電界強度が得られる角度との偏差を示した特性図である。

［推定原理］

以下、本発明の推定原理の概要について説明する。

ある任意の点での電界を平面波スペクトル表示で表すと下記の（１）式のように表すことができる。

A(k_x,k_y)は平面波の振幅、k_x,k_y,k_zは波数である。

（１）式は、A(k_x,k_y)exp(-jk_zz)の2次元フーリエ変換と考えることができるため、ある周波数において得られる電界分布はその周波数で帯域制限がかけられていることが分かる。

このことより、空間分解能が電磁波の波長の１/2以下の電界分布を得ることができれば、サンプリング定理より電界分布を完全に再現できることが分かる。このため、電磁波の波長の１/2以下の測定点で電界分布を測定することができれば、復元された電界分布より最大電界強度位置を特定することができる。
［第１の実施の形態］

以下、本発明に基づく発明の実施の形態について詳細に説明する。

始めに、図１を参照して、本発明に基づく実施の形態に係る放射妨害波測定装置１００について説明する。本発明に係る放射妨害波測定装置１００は、受信アンテナ２と受信アンテナ２を昇降させるアンテナマスト３と供試体１を回転させるターンテーブル４を備え、電界と電界強度の少なくとも一方を測定する受信器５と、アンテナマスト３とターンテーブル４を制御するコントローラー６、受信器５とコントローラー６を制御する制御部と測定値を用いて最大電界強度位置を特定する演算処理部を備えたコンピュータ７を備えている。また、アンテナマスト３とターンテーブル４は例えば通信ケーブルによってコントローラー６と接続され、受信器５とコントローラー６は例えば通信ケーブルによって、コンピュータ７に接続されている。

図２は本発明に係る放射妨害波測定装置１００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１００は、図２に示したように、受信アンテナ２とアンテナ２を昇降させるアンテナマスト３と、供試体１を回転させるターンテーブル４と、電界を測定する受信器５と、アンテナマスト３とターンテーブル４を制御するコントローラー６と、測定の制御を行う制御部８と演算処理部９を備えている。演算処理部９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８と演算処理部９は、コンピュータ７によって実現されている。すなわち、アンテナマスト３、ターンテーブル４及びコントローラー６が請求項における位置制御機構を構成し、受信器５及び制御部６が請求項における制御部を構成している。

図３は図２におけるコンピュータ７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７は、主制御部１０と、入力装置１１と、出力装置１２と、記憶装置１５と、これらを互いに接続するバス１４とを備えている。主制御部１０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１１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１２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１３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１５は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体１５に対して情報を記録し、また記憶媒体１５より情報を再生するようになっている。記憶媒体１５は、例えばハードディスクまたは光ディスクである。記憶媒体１５は、図２に示した８の制御部と９の演算処理部を実現するためのプログラムを記録した記憶媒体であってもよい。

主制御部１０は、例えば記憶装置１３の記憶媒体１５に記録されたプログラムを実行することにより、図２に示した制御部８と演算処理部９の機能を発揮するようになっている。なお、図２に示した制御部８と演算処理部９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。

以下、妨害波測定装置１００を用いて実施する最大電界強度位置推定方法の一連の動作について図４の測定および推定手法の流れを示したフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１０１で、操作者が、測定周波数、放射源１からの水平方向の距離と、測定点高さの範囲と、この範囲内で設定される複数の測定点の間隔と、測定点回転角度の範囲と、この範囲内で設定される複数の測定点の間隔等の測定条件をコンピュータ７に入力する。この時に設定する測定点間の距離は高さ、角度共に測定周波数の波長の１／２以下が好ましい。

ステップＳ１０２で制御部８がアンテナマスト３とターンテーブル４をステップS１０１で設定した測定範囲の下限の高さ、角度に移動させる動作を行う。

ステップＳ１０３で制御部８が現在のアンテナマスト３の高さとターンテーブル４の角度の情報をコントローラー６より取得する動作と、電界と電界強度の少なくとも一方を測定器５より測定し測定値を取得する動作を行い、それぞれの情報をコンピュータ７の記憶装置１３に保存する。

ステップＳ１０４で制御部８がターンテーブル４をステップS１０１で設定した角度間隔で回転させる動作を行う。

ステップS１０５で制御部８が現在のターンテーブル４の角度情報をコントローラー６より取得する動作を行い、演算処理部９が現在のターンテーブル角度がステップS１０１で設定した測定範囲の上限角度かどうかを判定する動作を行う。上限角度でない場合はステップS１０３に戻る。上限角度の場合、ステップS１０６に進む。

ステップＳ１０６で制御部８がアンテナマスト３をステップS１０１で設定した高さ間隔で上昇させる動作を行う。

ステップS１０７で制御部８が現在のアンテナマスト３の高さ情報をコントローラー６より取得する動作を行い、演算処理部９が現在のアンテナ高さがステップS１０１で設定した測定範囲の上限角度かどうかを判定する動作を行う。上限高さでない場合はステップS１０３に戻る。上限高さの場合、ステップS１０８に進む。

ステップＳ１０８では演算処理部９が記憶装置１３からステップS１０３からステップS１０７で測定された電界分布と電界強度分布の少なくとも一方を読み出し、測定対象の周波数における隣接する２つの測定点間の電界と電界強度の少なくとも一方にゼロを内挿する動作を行う。

ステップＳ１０９では演算処理部９がステップＳ１０８においてゼロ内挿した電界分布と電界強度分布の少なくとも一方に遮断周波数が測定対象の周波数のデジタルローパスフィルターを適用する動作を行う。

ステップＳ１１０では演算処理部９がステップS１０９で得られた電界分布と電界強度分布の少なくとも一方から最大電界強度位置を特定する動作を行う。

測定対象の周波数が複数ある場合は、ステップS１０１からS１１０を繰り返すことで、各周波数に対する最大電界強度位置を特定することができる。もしくは、ステップS１０３において測定器５より電界と電界強度の少なくとも一方の周波数特性を取得し、その情報をコンピュータ７に保存した後に、ステップS１０８からステップS１１０を周波数ごとに繰り返すことで各周波数に対する最大電界強度位置を特定することができる。

以下、本発明に基づく実施形態の放射妨害波測定装置が実施する最大電界強度位置推定方法について図面を参照して詳細に説明する。図５は最大電界強度位置推定方法の概要を説明するための説明図であり、図６から図８は最大電界強度推定手法を説明するために最大電界強度推定法の流れについての一例を示した説明図である。

図５に示したように、本実施の形態に係る最大電界強度推定手法では、電磁波の放射源１によって、放射源１を囲む面上に形成される電界分布１６の内で最大の電界強度が得られる位置を求める推定手法である。本実施の形態に係る最大電界強度推定手法は、例えば、ＥＭＣ規格に従って、放射源１から放射される放射妨害波を測定する試験に利用される。

本実施の形態に係る最大電界強度位置推定法は、以下の第１ないし第４の手順を備えている。図６から図８を参照して第１ないし第４の手順を説明する。なお、第１の手順は前記妨害波測定装置１００の動作のステップS１０１からステップS１０７に、第２の手順は前記妨害波測定装置１００の動作のステップS１０８に、第３の手順は前記妨害波測定装置１００の動作のステップS１０９に、第４の手順は前記妨害波測定装置１００の動作のステップS１１０に対応している。

第１の手順は、図６に示すように放射源１を囲む面上に複数の測定点１７を設定して、測定対象となる周波数の電界分布と電界強度分布の少なくとも一方を測定する。
この時、隣接する２つの測定点間の放射源１を囲む面上における距離は測定対象となる周波数の波長の１／２以下が好ましい。

第２の手順は、隣接する２つの測定点間の電界と電界強度の少なくとも一方にゼロを内挿する。この時、ゼロを内挿する点数は１点または複数点設けることができる。また、測定点とゼロを内挿した点およびゼロを内挿した点同士の間隔は測定者が任意に設定することができる。図７は第２の手順を説明するための説明図で、一例として図６に示す測定点の範囲１８における測定点の電界強度１９と隣接する２つの測定点間に０．２５ｍ間隔でゼロを内挿した点の電界強度２０からなる電界強度分布を示している。

第３の手順は、第２の手順で得られた電界分布と電界強度分布の少なくとも一方に測定対象となる周波数が遮断周波数のデジタルローパスフィルターを適用する。ゼロが内挿された電界分布と電界強度分布の少なくとも一方は測定された周波数よりも高周波の成分を持つが、実際には（１）式より電界分布と電界強度分布の少なくとも一方は測定対象の周波数で帯域制限がかけられているおり、遮断周波数が測定対象周波数のローパスフィルタを適用することで、ゼロ内挿によって生じた高周波成分を取り除くことができ、実際の電界分布と電界強度分布の少なくとも一方を再現することができる。ゼロ内挿からローパスフィルタの適用までの操作を行うことにより、結果として隣接する２つの測定点間の電界と電界強度の少なくとも一方が補間されることになる。図８は第３の手順を説明するための説明図で、一例として図７に示した電界強度分布にデジタルローパスフィルターを適用した測定点の電界強度１９と補間された隣接する２つの測定点間の電界強度２１からなる電界強度分布を示している。

第４の手順は、第３の手順で得られた電界分布と電界強度分布の少なくとも一方から最大電界強度位置を特定する。例えば、図８は図６に示した測定点の範囲１８において第１から第３の手順によって得られた電界強度分布であるが、得られた電界分布より範囲１８において最も電界強度が強い位置は１．５ｍの位置となり、この点を最大電界強度位置と特定する。これらを各々の角度で繰り返し実施することで、角度毎に所定の高さ範囲内で最も強い電界強度が得られる高さが得られる。得られた角度毎に所定の高さ範囲内で最も強い電界強度を比較することで最大電界強度が得られる角度および高さを特定することができる。

［検証実験］
以下、図９から図１１を参照して、本発明の実施の形態の放射妨害波測定装置の妥当性を検証するために行った実験について説明する。図９は、実験の方法を説明するための説明図である。１は放射源、４は受信アンテナ、５はアンテナマスト、６はターンテーブル、７は測定器、８はアンテナマスト５とターンテーブル６を制御するコントローラー、９は測定器７とコントローラー８を制御してデータを保存、解析するコンピュータである。放射源１は高さ０．８ｍ位置に配置され、受信アンテナ２は放射源1から３ｍ離れた位置に設置されている。測定対象の放射源１はパーソナルコンピュータである。

図１０は本発明に基づく実施の形態の放射妨害波装置１００によって得られた最大電界強度高さと実際に測定して得られた最大電界強度高さとの偏差を示している。また、図１１は本発明の本発明に基づく実施の形態の放射妨害波装置１００によって得られた最大電界強度角度と実際に測定して得られた最大電界強度角度との偏差を示している。本発明に基づく実施の形態の放射妨害波装置１００を用いることによって最大電界強度位置は実際に測定して得られた位置に対して±１０cm、±１０°以内で推定できていることが分かる。

１放射源
２受信アンテナ
３アンテナマスト
４ターンテーブル
５受信器
６コントローラー
７コンピュータ
８制御部
９演算処理部
１０主制御部
１１入力装置
１２出力装置
１３記憶装置
１４接続バス
１５記憶媒体
１６放射源１が形成する電界分布
１７測定点
１８測定範囲
１９測定点の電界強度
２０ゼロ内挿された隣接する２つの測定点間の電界強度
２１デジタルフィルタによって補間された隣接する２つの測定点間の電界強度
１００放射妨害波測定装置

Claims

電磁波の放射源によって、前記放射源を囲む面上に形成される所定の周波数の電界分布の最大の電界強度が得られる位置を求める放射妨害波測定装置であって、
電界測定装置と演算処理部とを備え、
前記電界測定装置は、
電界と電界強度の少なくとも一方を検出するアンテナと、
前記放射源に対する前記アンテナの相対的位置を変更可能な位置制御機構と、
前記アンテナと前記位置制御機構を用いた電界と電界強度の少なくとも一方の測定の制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、
前記放射源を囲む面上に複数の測定点を設定する第１の動作を実行し、
前記位置制御機構を制御しながら、前記アンテナを用いて、前記複数の測定点において前記所定の周波数である測定対象の周波数の電界と電界強度の少なくとも一方を測定する第２の動作とを実行し、
前記演算処理部は、
前記第２の動作で測定された前記複数の測定点の電界分布と電界強度分布の少なくとも一方において隣接する２つの測定点間であって前記放射源を囲む面上の補間点の電界と電界強度の少なくとも一方にゼロを入力する第１の演算処理と、
前記第１の演算処理で得られた電界分布と電界強度分布の少なくとも一方に前記測定対象の周波数が遮断周波数のデジタルローパスフィルターを適用する第２の演算処理と、
前記第２の演算処理で得られた電界分布と電界強度分布の少なくとも一方から最大電界強度が得られる位置を特定する第３の演算処理とを実行し、
前記複数の測定点は、交差する２方向に並ぶように配列され、前記２方向の各々について、隣接する２つの測定点間の前記放射源を囲む面上における距離は前記電磁波の前記所定の周波数に相当する波長の１／２以下である、
ことを特徴とする放射妨害波測定装置。