JPH06100629B2

JPH06100629B2 - 磁界測定プロ−ブ

Info

Publication number: JPH06100629B2
Application number: JP26054086A
Authority: JP
Inventors: マーク・テリーン; シーグフライド・リンクウイッツ
Original assignee: 横河・ヒユ−レツト・パツカ−ド株式会社
Priority date: 1985-11-01
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: EP0225973A3; CA1269134A; JPS62106379A; EP0225973A2

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は電磁界を検出するためのプローブに関し、特に
電界により生じた信号を相殺し、磁界により生じた信号
のみを導出するように設計されたハンドヘルド形電磁界
プローブに関する。

〔従来技術とその問題点〕

すべての電磁界デバイスは電界と磁界とを、その源の特
性に依存した割合で発生する。これらの電界と磁界はそ
の周囲の物体と結合し、電界結合による電圧（Ve）と電
気的に誘起される電圧（Vh）とを発生する。測定プロー
ブに発生させるこれら電圧の大きさはそのプローブの幾
何構造の関数である。

従来長年の間、診断ツールとしてある種のループアンテ
ナが使用されてきた。これらのアンテナは一般に、ある
長さの同軸ケーブルを介して測定装置へ直接接続された
１回又はそれ以上巻回された絶縁線路で構成されてい
る。これらは作るのに簡単であるけれども、電界と磁界
の両方に応答するので、再現性ある結果を得るのが困難
である。電界結合は、広範囲な要素に依存し、また測定
が行なわれる室の壁からの反射や、ループへの接続ケー
ブルに結合する電界によつて複雑となる。例えば、容量
結合があると、試験セツトアツプの仕方に依存して、測
定された電界は30〜40dBも変化する。磁界のみを測定し
たい場合には、電界（Ｅ・フイールド）に対する応答を
減衰させる方法を使用せねばならない。

Ｅ・フイールドに対する応答を減少させる最も簡単な方
法はループを非常に小さくすることである。ループの大
きさを小さくすると、ループの電界に対する感度は磁界
に対する感度より減少する。小さなループは大きなルー
プよりも空間的分解能が良く、また磁界の形状を特性付
けるときに有効な性質を有する。しかしながらループサ
イズを小さくすることは、必要とする感度によつて制限
され、また製造上の制限がある。

従来の他の方法はＥ・フイールドのみを減衰させるため
に、ループ上に選択的にシールドを設けることである。
ループは代表的に同軸ケーブルで作られ、これは電界を
シールドするための外部導体によつて取り囲まれた内部
導体を有する。シールドは、入射磁界によつてシールド
中にシールド電流が誘起されるのを除去するために、ル
ープの囲りの一点で切断されており、その結果磁界によ
り内部導体ループに電圧が誘起される。しかしながら、
このようなループは製造するのが困難であり、その形態
のために小さな開口中の磁界や装置筺体（ケース）の割
れ目近傍の磁界を測定するのに扱いにくく、また比較的
寸法が大きいので空間的分解能が減少する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は磁界のみに感応するハンドヘルド形プロ
ーブを提供することであり、本発明のプローブは２個の
シールドされていないループを使用し、電界結合による
電圧Veを相殺し、磁気的に誘起された電圧Vhのみを出力
するものである。

本発明の他の目的は、構造簡単で製造経費が安価なハン
ドヘルド形磁界測定プローブを提供することであり、そ
れに使用されるループは多層プリント板上に製作可能で
あり、正確に制御された寸法を持つ堅牢で、安定したル
ープ幾何学的構造を提供する。

〔発明の概要〕

本発明の一実施例によれば、プローブは、互いに対称的
な位置関係を維持し、反対方向に１回だけ巻回された
（１ターン）２個のシールドされていないループを有す
る。反対方向に巻回された巻線により180゜位相のづれ
た出力電圧（Vh）が磁気的に誘起される。対称的に配置
することにより、同相の出力電圧（Ve）が電界結合によ
り発生される。ループの幾何構造を同一にすることによ
り、上記の出力電圧の大きさは各ループにおいて同一に
保たれる。

２個のループからの信号は一方の信号の位相を反転する
ことにより他方の信号から引算され、または加算され
る。

上記の位相反転によつて、上記の引算および加算が行な
われると、Veの成分は相殺され、2Vhの出力電圧が発生
される。プローブの出力電圧はループにおける磁束に直
接比例し、そして周波数とループ面積に依存する。プロ
ーブは既知の磁界源を用いて校正されらる。

〔発明の実施例〕

プローブは、電磁界信号を受信する２個のシールドされ
ていないループと、前記信号を運ぶマイクロストリツプ
伝送線路と、一方のループからの信号の位相を反転しそ
して２個のループからの信号を加算するバラン部分と、
測定装置の接続された出力線路とより構成される。ルー
プはシールドされておらず、そしてマイクロストリツプ
伝送線路は信号を伝送するために使用されるので、プロ
ーブ全体は多層的に製造できる。

第１図は本発明によるプローブの電気的回路図である。
２個のループ11,12は実質的に反対の巻線方向を有し、
そして50オーム整合抵抗器15,16を介してマイクロスト
リツプ伝送線路13,14にそれぞれ接続される。ループが
反対方向に巻かれているため、第１図に示すように、磁
気的に誘起された出力電圧Vhは180゜の位相差を有す
る。ループは互いに対称的に配置されているので、第１
図に示すように、電界結合による出力電圧Veは同相であ
る。したがつて、ループは２個のバランスした信号、即
ち同相の電圧Veと位相の異なる電圧Vhとを発生する。マ
イクロストリツプ伝送線路13,14はバランスした伝送線
路であり、そして50オーム整合抵抗器15,16はループの
インピーダンスをマイクロストリツプ伝送線路の50オー
ム・インピーダンスに整合させる。２個のマイクロスト
リツプ伝送線路13,14は、これら線路間の順および逆方
向分離を40dBよりも大きく保つように、充分に分離され
ている。

２個のマイクロストリツプ伝送線路13,14の他方の端部
はバラン（balun、平衡不平衡変成器）部分30に接続さ
れる。この接続部分においては、ループからの信号は変
成器17,18によつて結合される。これにより、バラン部
分30中の加算点23で発生されたあらゆるコモンモード電
流がループに逆方向に伝送されてループによつて受信さ
れる外部電磁界信号と干渉するのが防止される。変成器
17,18はループからの信号の位相関係を保持する。

信号は次に位相整合部分19,20をそれぞれ通過する。こ
の部分は可変長マイクロストリツプ伝送線路を有し、該
伝送線路は２個のループからの伝送線路の電気長の差を
補償するために調節される。プローブ実装中のプローブ
較正時に、この位相整合部分を適切に調節することによ
つて、２個のループ間の位相差は正確に180゜となるよ
うにセツトされる。この調節ができることによつて、変
成器17.18で使用される物質の電気長の許容幅を制御す
る必要性が少なくなり、実装工程を容易にする。

位相調節された２個の信号は次に加算点23に与えられ
る。この場合、伝送線路の正，負リードを交差接続する
ことによつて180゜の位相シフトが行なわれる。電界結
合による２個の電圧の位相は最初同一であつたから、上
記位相シフトにより、ループ11,12からの電界結合によ
る電圧は相殺される。一方、磁気誘導された２個の電圧
は最初180゜の位相差を持つていたから、上記位相シフ
トにより、大きさが２倍になるように加算される。第１
図に示されるように、加算点23からのマイクロストリツ
プ伝送線路25の出力電圧は2Vhとなる。

２個の信号間の相対的位相関係を維持するために、２個
のループと信号加算点23間での適切なインピーダンス整
合が必要である。インピーダンス不整合があると、各伝
送線路に沿つて定在波が発生し、等しくない位相シフト
が起る。あまり不整合が発生すると、位相整合部分によ
つては補償できない位相シフトが発生してしまう。各信
号線路のインピーダンスは抵抗器21,22によつて加算点
インピーダンスに整合される。加算点23からの出力線路
のインピーダンスは抵抗器27によつて整合される。一般
に行なわれるように、伝送線路の１個の導体に全体とし
て整合インピーダンスを配置するのではなく、各伝送線
路の２個の導体に整合インピーダンスをそれぞれ配置し
ている（分割している）ことに注目すべきである。この
構成は、一方の伝送線路の位相を加算点において反転す
る場合においても良好な整合状態を得るために必要であ
る。抵抗器を２個の導体に等しく分割することによつ
て、加算点23に対する２個の入力線路と出力線路上でよ
り良い低周波インピーダンス整合が得られる。線路25上
の出力信号は変成器29によつて隔離され、加算点23以後
のコモンモード除去をさらに改良している。信号は出力
ターミナル31を介して出力される。出力ターミナル31
は、不平衡同軸ケーブルを介して、電磁界を測定する装
置へ接続される。この装置は例えば受信器やスペクトラ
ムアナライザである。

第２図は本発明によるプローブのアンテナループ部分の
平面図、第５図は実装した一例を示す図である。左側の
ループ11は上部線路41、側線43および底部線路45で構成
される。この幾何構造はプリント回路板上で容易に構成
できる。即ち、上部線路41をプリント回路板の上表面導
体で、側線43をメツキされたスルーホールで、下部線路
45を下表面導体で構成できる。一方、右側のループ12は
上部線路42、側線44および下部線路46で構成される。プ
リント回路板を構成する物質の寸法的許容値と安定性、
上述の構成の堅牢さによつて、プローブの耐久性が高ま
り、また感度の均一性が高まる。ループ11の上部線路41
はプリント回路板の上表面の伝送線路47に接続される。
ループ11の下部線路45は共通伝送線路49に接続される。
ループ12において、上部線路42は伝送線路48に、下部線
路46は共通伝送線路49にそれぞれ接続される。第２図の
番号50によつて示されるように、図面の面に垂直な方向
の磁界に対して、出力線路47,48,49に図示のような電圧
が磁気的に誘起される。即ち、ループ11は線路47に正、
線路49に負電圧を発生し、一方ループ12は線路49に正、
線路48に負電圧を発生する。出力線路47,48はインピー
ダンス整合抵抗器15.16を介してマイクロストリツプ伝
送線路13,14に接続される。共通出力線路49はマイクロ
ストリツプ伝送線路の基準面に接続される。

第３図は第１図に示したマイクロストリツプ伝送線路の
断面図であり、特にマイクロストリツプ伝送線路13,14
とこれらのシールド封入体（ケース）60の断面図であ
る。ループ11,12の場合と同様に、これら線路の構成は
多層プリント回路板により構成するのに適している。伝
送線路64と66は多層プリント回路板62の中間レベルの層
をメツキして構成され、シールドボツクスによつて囲ま
れる。そのボックスは金属化された上部層61と下部層63
とを含む。これら２個の層はメツキされたスルーホール
65,67の列と接続される。この列は伝送線路64,66の長さ
に沿つて近接配置され、電磁放射から伝送線路をシール
ドする。第３図の説明において、金属層61,63の厚さは
説明の目的のために拡大して示してある。２個のマイク
ロストリツプ伝送線路64,66はループ11,12からの信号を
有効にバランスして伝送する。線路64はインピーダンス
整合抵抗器15を介してループ11の出力線路47に接続され
る。線路66はインピーダンス整合抵抗器16を介してルー
プ12の出力線路48に接続される。２個のループからの共
通帰還線路49は基準面63に接続される。これらマイクロ
ストリツプ伝送線路の出力端はバラン部分に接続され
る。

第４図は第１図に示したバラン部分の平面図である。第
４図の左側部分において、マイクロストリツプ伝送線路
13,14からの入力線路はパツド71,73および75で終了す
る。ループ11からの信号は対の線路77によつて位相整合
部分19へ、そして加算点23に運ばれる。ループ12からの
信号は対の線路79によつて位相整合部分20へ、そして加
算点23に運ばれる。加算点23で加算された信号は対の線
路112によつて出力ターミナル110,111へ運ばれる。ルー
プ11からの信号はパツド71,75間に与えられ、ループ12
からの信号はパツド73,75間に与えられる。即ち、パツ
ド71は伝送線路64へ、パツド73は伝送線路66へ、パツド
75は共通基準線63にそれぞれ接続される。信号はこれら
のパツドから２個の対の線路77,79へ伝送される。線路7
7,79はそれぞれフエライト製シリンダ81,83を通つて複
数回撚られ、対の線路に沿つてのコモンモードインピー
ダンスを効果的に増大し、そして加算点23で発生された
コモンモード信号をループへの伝送線路から隔離する。
ループ11からの対の線路77はパツド87と、位相整合部分
19の一方の脚部85で終了する。パツド71からの正線路は
位相整合部分85に接続され、一方共通線路75からの負線
路はパツド87に接続される。ループ12からの対の線路79
はパツド89と、位相整合部分20の一方の脚部91に接続さ
れる。しかしながら、線路79の接続は反転されており、
パツド73からの正線路はパツド89に接続され、一方パツ
ド75からの負線路は位相整合部分20の脚部91に接続され
る。

この反転により、加算点23に供給される信号の位相が18
0゜シフトする。位相整合部分19は他方の脚部93とブリ
ツジ95とを含む。ブリツジ95は脚部85と93間の適当な位
置に手動的に配置される。これにより適切な位相関係が
得られるように、回路を通る通路長を変化させることが
できる。同様に、位相整合部分20は他方の脚部97と調節
可能なブリツジ99とを含む。

パツド87は接地平面（図示せず）を介してパツド101へ
接続され、次にインピーダンス整合抵抗器21を介して加
算点23の一方の側（パツド105）に接続される。ループ1
1からの他方の線路は位相整合部分19、そしてインピー
ダンス整合抵抗器21を介して加算点23の他方の側（パツ
ド107）に接続される。ループ12からの信号も同様に加
算点23に接続される。即ち、パツド89は接地平面を通つ
てパツド103へそしてインピーダンス整合抵抗器22を介
して加算点23の一方の側（パツド105）に接続される。
位相整合部分20からの信号はインピーダンス整合抵抗器
22を介して加算点23の他方の側（パツド107）に接続さ
れる。加算された出力信号はインピーダンス整合抵抗器
27を介してパツド106,108へ与えられる。パツド106,108
は対の線路112に接続される。線路112はフエライト製シ
リンダ109を通つて複数回撚られ、そして出力パツド11
0,111へ接続される。フエライト製コア109を通る撚られ
た出力線路112はこの線路に沿うコモンモードインピー
ダンスを増大させ、バラン部分をプローブと測定装置間
の接続線路上の信号から隔離する。

バラン部分は金属化境界部115によつて取り囲まれる。
境界部115はメツキされたスルーホール117によつて、バ
ラン部分全体の下部にある金属化された接地平面（図示
せず）に接続される。バラン部分のシールドは、境界部
115の周囲に取り付けられ、バラン部分の上部を覆う金
属カバー（図示せず）によつて行なわれる。加算点23お
よび位相整合部分19,20はさらに金属化層119（点線で示
した）によつてシールドされる。金属化層119は、プリ
ント回路板の上部層にある加算点とプリント回路板の下
部層にある接地平面との間に存在する。

ループ、伝送線路およびバラン部分を支持するプリント
回路板はモールドされたプランスチツクケース中に支持
される。狭いループ11,12は上記ケースの一方の端部よ
り突出しており、測定しようとする所望の場所に接近配
置することができる。出力パツド110,111からのプロー
ブの出力信号は、プラスチツクケースの反対側の端部か
ら適当な同軸ケーブルコネクタを介して出力される。

〔発明の効果〕

本発明のプローブは近傍界において磁界のみを有効に検
出することができ、しかもプリント回路板を用いて作製
できるので堅牢且つ安定である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプローブの電気的回路図、第２図
は本発明のプローブのアンテナループ部分の平面図、第
３図は第１図に示したストリツプ伝送線路の断面図、第
４図は第１図に示したバラン部分の平面図、第５図は本
発明のプローブの実装例を示す図である。 11,12:ループ、 13,14:ストリツプ伝送線路、 19,20:位相整合部分、 15,16,21,22,27:インピーダンス整合抵抗器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電界及び磁界と結合する同一平面内に配置
された導体から成る第１、第２の開ループと該第１、第
２の開ループのそれぞれの端部に接続され、前記端部の
それぞれの出力の差から前記磁界を表す信号を出力する
信号伝送路とを有するプローブにおいて、前記第１、第２の開ループは一方の端部を他方の端部に
近接させて互いに線対称の位置に配置され前記両方の端
部に生じる信号の前記電界による成分は互いに同相で前
記端部に生じる信号の前記磁界による成分は互いに逆相
であることを特徴とする磁界測定プローブ。
【請求項２】前記信号伝送路は前記端部の少なくとも一
方の出力を前記差を求める前に通過させるための位相整
合手段を含む特許請求の範囲第１項記載の磁界測定プロ
ーブ。
【請求項３】前記第１、第２の開ループは前記平面と直
交するプリント板上に構成され、それぞれ上表面導体
（41、42）と下表面導体（45、46）とをメッキされたス
ルーホール（43、44）により接続して形成される特許請
求の範囲第１項記載の磁界測定プローブ。