JPH06160449A - 電磁界に対する物体の影響の測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電磁界に対する物体の影響を正しくかつ効率
よく測定できるようにする。 【構成】 電磁界に置かれた被測定金属物体近傍の電磁
界分布を測定する場合、その電磁界強度は、小型かつ高
入力インピーダンスを有する受信アンテナ１３により光
信号に変換され光ファイバ７を介してＯ／Ｅ変換器８へ
送出される。アナライザ１は、Ｏ／Ｅ変換器８で変換さ
れた電気信号に基づき電磁界強度を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、情報処理装置等から放
射される不要電波の測定・評価及び外来の妨害電波に対
する排除能力の試験・評価を行う際に物体が電磁界にど
のように影響を与えるかを測定する電磁界に対する物体
の影響の測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報処理装置のデジタル化に伴って装置
から放射される不要電波が近隣のテレビやラジオ等に影
響を与えることが問題となっている。一方、情報処理装
置内のデジタル回路の高速化，低電力化により外来の妨
害電波を排除する能力が低下する傾向にある。そこで、
装置から放射される不要電波を抑えると共に、外来の妨
害電波の排除能力を高め、複数の装置が互いに共存でき
るようにＥＭＣ（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｃ
ｏｎｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）の研究が進められている。

【０００３】装置から放射される不要電波に関しては、
国内外の機関（例えばＣＩＳＰＲやＶＣＣＩ）で規制値
が設けられ、実際に装置からの不要電波を測定し、規制
値が満足されているか否かが評価される。また妨害電波
排除能力の試験に関しては、国際標準化機関（例えば、
ＩＥＣ・ＴＣ６５やＣＩＳＰＲ）で装置に電磁波を照射
する試験法が検討されている。

【０００４】ここで不要電波の試験に関し、これらの試
験を再現性良く行うためには、装置から放射される電磁
波や装置に照射される電磁波を正確に測定する必要があ
る。通常、電磁波の測定は、測定しようとする周波数帯
域と同一帯域を有するアンテナをアンテナタワーに取り
付けてその地上高や偏波面を変えて測定する。この場
合、アンテナタワーや測定用のアンテナに接続される同
軸ケーブル等の物体が電磁界強度の測定にどのような影
響を与えるかを明確にする必要がある。一方、妨害波排
除能力試験で装置に照射される電磁波の測定でもアンテ
ナタワーを用いるのでその影響を明確にする必要があ
る。

【０００５】従来は、電磁界に対するこうした物体の影
響を明確にするために、ダイポールアンテナ等を用いて
理論的に求められる電磁界分布を発生させ、電界センサ
等を用いてその分布からの偏差を測定して、電磁界に対
する物体の影響を求めるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の電磁
界に対する物体の影響の測定法には、以下のような問題
があった。即ち、その第１点として電磁界を測定するア
ンテナの同軸ケーブルが電磁界分布に影響を与えること
である。また第２点としては電磁界分布はアンテナタワ
ー等の物体だけではなく周囲からの反射によっても変化
し、理論値からの偏差がどちらに起因するものかが明確
に特定できないことである。また第３点としては従来の
電界センサは応答が遅いため、広い周波数範囲の測定に
時間がかかることである。

【０００７】したがって、本発明は、以上の問題点を解
決し、電磁界に対する物体の影響を正しくかつ効率よく
測定する装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、被測定金属物体と、送信アンテナ
と、小型かつ高い入力インピーダンスを有し電磁界強度
に応じた光信号の高速変換出力を行う受信アンテナとを
電波暗室内に設置すると共に、送信アンテナに接続され
周波数掃引が可能な送信源と、受信アンテナの光信号を
電気信号に変換する光電気変換手段と、この光電気変換
手段の出力により受信アンテナにおける電磁界強度を測
定する測定手段とを電波暗室外に設置し、受信アンテナ
の出力と光電気変換手段の入力とを光ファイバで接続す
るようにしたものである。

【０００９】

【作用】電磁界に置かれた被測定金属物体近傍の電磁界
分布を測定する場合、その電磁界強度は受信アンテナに
より光信号に高速に変換される。この光信号は、光ファ
イバを介して光電気信号変換手段へ送信されて電気信号
に変換され、測定手段によりその電磁界強度が測定され
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明に係る電磁界に対する物体の影響の測
定装置の一実施例を示すブロック図である。同図におい
て、１は後述の送信アンテナと接続され周波数掃引が可
能な送信源を有すると共に電磁界強度を測定する手段を
有するネットワークアナライザ、２は放射アンテナであ
る送信アンテナ、３は送信アンテナ２のタワー、４は同
軸ケーブル、５は小型アンテナ、６は小型アンテナ５の
タワー、７は光ファイバ、８は光信号を電気信号に変換
するＯ／Ｅ変換器、９は電磁界への影響を測定する被試
験物、１０は電波暗室である。

【００１１】以上のように構成された装置の動作を説明
する。ネットワークアナライザ１からの信号は、同軸ケ
ーブル４を通して放射アンテナ２へ送られ、空中へ電磁
波として放射される。また放射された電磁波は、小型ア
ンテナ５で測定されて光信号に変換され光ファイバ７を
介してＯ／Ｅ変換器８へ送られる。光信号はＯ／Ｅ変換
器８で電気信号に変換されネットワークアナライザ１へ
再び送られる。

【００１２】そしてネットワークアナライザ１において
は、自身の送信端子から送出され、同軸ケーブル４及び
放射アンテナ２を介して空間へ放射された信号を、小型
アンテナ５，光ファイバ７及びＯ／Ｅ変換器を介して受
信し、この受信信号の伝搬損失を測定する。なお、アン
テナタワー６に取り付けられた小型アンテナ５は、自動
的に地上高等の位置が変えられるようになっている．

【００１３】次に本装置を用いて電磁界の変化を測定す
る方法を説明する。まず、被試験物が存在しない状態で
の伝搬損失を測定する。この場合、小型アンテナ５は固
定でも良いが、その位置を動かすと被試験物の影響を効
率よく試験できる。次に、被試験物９をその測定位置に
置いて同様の測定を行う。この測定の結果、両者に差が
無ければこの被試験物は周囲の電磁界に影響を与えてい
ないと言える。

【００１４】従来、電磁界に対する物体の影響を測定す
る場合には、測定用アンテナの同軸ケーブルが電磁界分
布に影響を与える一方、この電磁界分布はアンテナタワ
ー等の物体だけではなく周囲からの反射によっても変化
し、理論値からの偏差がどちらに起因するものかが明確
に特定できない。また電界センサの応答が遅いため、広
い周波数範囲の測定に時間がかかる欠点がある。このよ
うな欠点を除去するため本実施例装置では、まず同軸ケ
ーブルの影響を無くする目的で、電磁界を測定する小型
アンテナ５に同軸ケーブルの代わりに光ファイバ７を接
続する。

【００１５】また、周囲の反射による影響を無くすた
め、エレメント長の短い小型アンテナを用いて被試験物
近傍の電磁界強度を測定する。なお、このような小型ア
ンテナとしては、アンテナ部分にＯ／Ｅ変換器と駆動用
のバッテリーを内蔵したものや光変調器を用いたものが
ある。また、被試験物近傍の電界を測定する場合、金属
面の影響によるアンテナの特性の変化を防止するため、
小型で入力インピーダンスの高いアンテナを用いる。な
お、このようなアンテナとしては、ＦＥＴ入力タイプの
アクティブアンテナや光変調器を用いたものがある。

【００１６】また、測定時間を短縮するために広い周波
数を掃引する。この場合、アンテナの応答速度が速いこ
とが必要であり、したがって小型で応答速度の速いアン
テナを使用する。このようなアンテナとしては、アンテ
ナ部分にＯ／Ｅ変換器と駆動用のバッテリーを内蔵した
ものや光変調器を用いたものがある。なお、周波数の掃
引にはネットワークアナライザ１を用い効率化を図る。

【００１７】また、測定アンテナは広帯域であると同時
に物体の影響によって電界強度が急激に小さくなる場合
もあり測定アンテナを高感度のものにする。即ち、感度
を上げるためには、電磁界強度を受信する受信機のバン
ド幅を狭くすれば良い。このためには、電磁界強度の測
定に使用する小型アンテナが、周波数情報も検出できる
ものでなくてはならない。本実施例では電磁波の周波数
情報だけではなく、ネットワークアナライザ１を用いて
効率化を図るために、相対的な位相情報も検出できるア
ンテナを使用している。このようなアンテナとしては、
アンテナ部分にＯ／Ｅ変換器と駆動用のバッテリーを内
蔵したものや光変調器を用いたものがある。なお、この
アンテナの特性は図４に示すように、１００ｄＢμＶ／
ｍ（０．１Ｖ／ｍ）まで測定可能である。また、ここで
用いたアンテナの周波数特性は、図５に示すように、１
０ＭＨz 〜１ＧＨz の範囲で感度がほぼフラット（平
坦）な特性を示している。

【００１８】次に、図２は本発明の第２の実施例を示す
ブロック図である。この例では、放射妨害波の電磁界強
度を測定する際に使用するアンテナタワーの影響を測定
している。同図において、１１はパワーアンプ、１２は
被試験物のアンテナタワー、１３は光変調器を用いた小
型アンテナ、１４は小型アンテナ１３に対し無変調の光
信号を送る光源、１５は光ファイバである。

【００１９】ここで用いられるアンテナタワー１２は、
地上高を変えるため図示省略した電気的な駆動部（例え
ば、モーター）及び制御部を有しているが、これらは強
電磁界中での使用に耐えるために金属により遮蔽されて
いる。また、制御部と駆動部とを結ぶケーブルとタワー
本体との接続部分は金属で構成されている。このように
アンテナタワー１２には金属で構成されている部分がい
くつかあり、周囲の電磁界に対する影響が十分考えられ
る。アンテナタワー１２の影響としては、タワーの金属
部分の反射波と測定しようとしている電磁波との干渉に
より、タワーの無いときの電界強度の測定結果はタワー
が存在している場合に比べ大きく変化する。このような
現象は、ある特定の周波数において見られる。本実施例
ではこのような現象を測定する。

【００２０】なお、本実施例の小型アンテナ１３は、光
変調器を用いた電界センサを利用しており、この電界セ
ンサの構造は図３に示すようになっている。図３におい
て、１６は偏波補償器、１７は電界センサのエレメント
で長さは２４０ｍｍである。また１８は検光子、１９，
２０はセルホックレンズ、２１は偏向子、２２はニオブ
酸リチウムの結晶、２３はバビネソレイユ位相補償器、
２４はプラスチックきょう体である。

【００２１】次にこの電界センサの動作について説明す
る。光源１４からの光は、偏波補償器１６で特定の偏波
を有する光波に補正され、光ファイバ１５を通ってセル
ホックレンズ２０に送られる。セルホックレンズ２０
は、ファイバを通して送られてきた光を平行光線に直し
て偏向子２１へ送る。偏向子２１ではニオブ酸リチウム
の結晶２２の光軸に対し４５度傾いた光線のみを結晶２
２へ送る。光が電界センサ内にある結晶２２を通ると
き、外部に電界が存在した場合エレメント１７の電極間
に電位差が生じ、結晶２２を通過する光の偏波が変化す
る。この変化分はバビネソレイユ位相補償器２３を介し
検光子１８で検出することにより、電界強度で振幅変調
された光信号が得られる。そして変調された光は、セル
ホックレンズ１９を介し再び光ファイバ７に入射されＯ
／Ｅ変換器に送られ、Ｏ／Ｅ変換器の出力から電界強度
が測定される。

【００２２】ここで、バビネソレイユ位相補償器２３
は、電界センサの変調特性（直線性）を最も良い位置に
セットするために使用している。このように構成されて
いるため、この電界センサは電界の周波数情報のみでは
なく、相対的な位相変化も検出可能である。また、電界
を直接光信号に変換しているため、その応答は非常に高
速である。さらに、ニオブ酸リチウムの結晶２２は絶縁
性があり、また結晶２２に取り付けられたエレメント１
７の電極は容量性であるので、この電界センサは高入力
インピーダンスを有している。

【００２３】次に図６，図７は、図２の実施例装置にし
たがい、送信アンテナ２から３ｍの位置の電界の地上高
依存性を測定した結果である。ここで、縦軸はネットワ
ークアナライザ１のポートＡとポートＢ間の伝送損失、
縦軸は周波数である。なお、図６はアンテナタワーを使
用した場合、図７は電磁波に対して影響を及ぼさないＦ
ＲＰのアンテナポールを使用した場合であり、小型アン
テナ１３のエレメント長は２４０ｍｍである。

【００２４】図６と図７とを比較してわかるように、図
６では周波数２６０ＭＨZ 付近で損失が他と比べて非常
に大きくなっているのに対し、図７ではこうした現象は
見られない。ここで、損失が大きくなっているのは地上
高２０ｃｍでの測定結果であり、この損失が大となる原
因を金属大地面での影響によるアンテナ係数の変化によ
るものと仮定すると、同一電界センサを使用している図
７にも同一の現象が現れるはずである。しかし、図７の
測定に使用された電界センサには高インピーダンスのエ
レメントが用いられているので、大地面の影響によるア
ンテナ係数の変化は殆ど無く、図６と同一の現象は現れ
ない。したがって、この場合損失が大きくなる要因とし
ては、電界センサとアンテナタワーの金属部とが近づい
ていることから、アンテナタワーの影響であると言え
る。

【００２５】このように、本方法は、光変調器を用いた
電界センサを使用し周波数を掃引することにより、とび
とびの周波数の測定では見つけにくい電磁波の乱れを測
定できることから、被試験物の電磁界分布への影響を試
験する方法として非常に効果的である。また、図６，図
７の１回の掃引に要する時間は５秒程であり、ダイオー
ドを用いた電界センサが同数のポイント（２００ポイン
ト）を測定する場合に１回の掃引に３時間以上必要であ
ることから、非常に短時間で評価ができる利点がある。

【００２６】一方、情報処理装置の上記したような妨害
波排除能力の試験は、均一な電磁界中に被試験装置を設
置して試験を行う必要がある。そのため、試験を行う電
磁界の均一性を測定し、均一性が得られているかどうか
を確認しなければならない。本実施例装置の測定方法
は、広い周波数を掃引して測定できるという特徴を有し
ていることから、このような場合にも応用できる。

【００２７】図８，図９は、図２の装置を用いて電波暗
室１０内の電磁界の均一性を測定した結果のグラフであ
り、図８がアンテナタワーを用いた場合、図９がアンテ
ナタワーの影響を取り除いて測定した場合である。図
８，図９は、図２の装置によって得られた電界の地上高
依存性から、各周波数において測定値の平均を求め、こ
の平均値に対する測定値の偏差を示したグラフであり、
周波数４００〜１０００ＭＨZ の垂直偏波、送信アンテ
ナ高を１．５ｍ、受信高（電界センサの地上高）を０．
２〜２．０ｍの範囲とした場合の電界の均一性を示して
いる。なお、アンテナタワーの電磁界に対する影響の評
価は、本発明の方法により行われている。電界センサに
はエレメント長２４０ｍｍのものを用いており、放射ア
ンテナと電界センサの間の床面には電波吸収体が配置さ
れている。図８，図９に示す測定結果において、図８の
場合は、電界強度の偏差は周波数によって±３ｄＢを越
えているが、図９の場合はその偏差は全体で±３ｄＢ以
内入っており、国際標準化機関で定められた基準を満足
していることが分かる。このように、アンテナタワーの
影響によって測定結果が大きく異なってしまうことか
ら、こうした物体の電磁界に対する影響の評価は極めて
重要である。

【００２８】このように、周囲の電磁界に影響を与え
ず、また大地面の影響を受けにくく、小型で周波数を掃
引して測定できる電界センサを用いることで、情報処理
装置等から放射される不要電波の測定・評価、及び妨害
波排除能力試験に使用されているアンテナタワー等の被
試験物が周囲の電磁界に与える影響を正確かつ短時間で
測定することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被測定金属物体近傍の電磁界分布を測定する場合、この
電磁界強度を入力インピーダンスの高い受信アンテナに
より光信号に高速変換すると共に、変換された光信号を
光ファイバを介して光電気信号変換手段へ送出するよう
にしたので、同軸ケーブルの電磁界分布に与える影響が
排除されると共に、周囲の電磁界に影響を与えずに、ま
た電波の周囲の反射の影響を受けずに電磁界強度の測定
が可能になり、情報処理装置等から放射される不要電波
の測定・評価、及び妨害波排除能力試験に使用されてい
るアンテナタワー等の被試験物が周囲の電磁界に与える
影響を正確かつ短時間で測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電磁界に対する物体の影響の測定
装置の一実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明の他の実施例を示すブロック図である。

【図３】上記装置内の小型アンテナに用いられる電界セ
ンサのブロック図である。

【図４】上記電界センサの感度特性を示すグラフであ
る。

【図５】上記電界センサの周波数特性を示すグラフであ
る。

【図６】上記実施例装置により得られた測定結果の一例
を示すグラフである。

【図７】上記実施例装置により得られた測定結果の一例
を示すグラフである。

【図８】上記実施例装置を用い電波暗室内の電界の均一
性を測定した結果のグラフである。

【図９】上記実施例装置を用い電波暗室内の電界の均一
性を測定した結果のグラフである。

【符号の説明】

１ ネットワークアナライザ ２ 送信アンテナ ３，６，１２ アンテナタワー ５，１３ 小型アンテナ ７，１５ 光ファイバ ８ Ｏ／Ｅ変換器 ９ 被試験物 １０ 電波暗室 １１ パワーアンプ １４ 光源 １６ 偏波補償器 １７ エレメント １８ 検光子 １９，２０ セルホックレンズ ２１ 偏向子 ２２ ニオブ酸リチウムの結晶 ２３ バビネソレイユ位相補償器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁界に置かれた被測定金属物体近傍の
   電磁界分布を測定する装置において、 前記被測定金属物体と、送信アンテナと、小型かつ高い
   入力インピーダンスを有し電磁界強度に応じた光信号の
   高速変換出力を行う受信アンテナとを電波暗室内に配設
   すると共に、前記送信アンテナに接続され周波数掃引が
   可能な送信源と、前記受信アンテナの光信号を電気信号
   に変換する光電気変換手段と、この光電気変換手段の出
   力により受信アンテナにおける電磁界強度を測定する測
   定手段とを前記電波暗室外に配設し、前記受信アンテナ
   の出力と前記光電気変換手段の入力とを光ファイバで接
   続することを特徴とする電磁界に対する物体の影響の測
   定装置。