JPH09251047A - 電界センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 取り扱いが容易で、電界強度測定の現場にお
ける機器の準備の負担を軽減するとともに、信頼性の高
い電界センサを提供すること。 【解決手段】 アンテナ・エレメント１１からなる受信
アンテナおよび光変調器をアウターパッケージ１５に収
納し、受信アンテナと光変調器の変調用電極によって共
振回路を構成する電界センサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空間を伝搬する電
磁波の検出や、又は電磁波による電界強度の測定に用い
られる電界センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータをはじめ、通信機器、ＦＡ
機器、自動車の制御器等多くのディジタル機器は、外部
からの電磁ノイズにより本来の機能を停止するのみなら
ず、誤動作による悪影響を及ぼす危険性をもっている。

【０００３】電磁環境やノイズの大きさ、各機器が発生
するノイズ等を正確に測定することは、ＥＭＣ分野にお
ける重要な課題である。

【０００４】従来、電磁ノイズの測定には、（ａ）通常
の受信アンテナを用いて受信し、同軸ケーブルで測定器
に導く装置、（ｂ）受信アンテナを用いて受信した信号
を検波して光ファイバで測定器まで導く装置、（ｃ）印
加された電界強度に依存して、入射した光の強度が変化
して出射するように構成された光学素子を用いて電界強
度変化を光強度変化に変換し、光学素子と光源および光
検出器を光学的に結合して構成する装置がある。

【０００５】前記（ａ）の装置には、同軸ケーブル等の
存在が電界分布を乱し、ケーブルの途中からノイズが混
入する恐れがある等の問題がある。

【０００６】前記（ｂ）の装置では、検波した信号を増
幅し、発光ダイオードに加えて光信号に変換して光検出
器に導くもので、センサ部に電気回路やバッテリを必要
とし、大型形状になること、応答速度が遅いこと、及び
電界の検出感度が低いこと等の問題がある。

【０００７】他方、前記（ｃ）の装置では、光学素子
は、印加された電界強度に依存して、入射した光の強度
が変化して出射するように構成される。光学素子として
は、バルク型素子と導波路型素子の２種類があり、通
常、導波路型素子がバルク型素子よりも１０倍以上検出
感度が高い。そのため、電磁波の検出や、電磁波による
電界強度を測定するための電界センサには、導波路型素
子が好適とされる。

【０００８】図４は、導波路型素子による電界センサの
要部である光変調器の構成を示す説明図である。

【０００９】ｃ軸に垂直に切り出したニオブ酸リチウム
単結晶の基板２３上には、入射光導波路２４、そこから
分岐して結合した位相シフト光導波路２５、及び上記２
本の位相シフト光導波路２５が合流して結合した出射光
導波路２６が形成されている。

【００１０】入射光導波路２４の入射端には、入射光フ
ァイバ１６が結合され、出射光導波路２６の出射端に
は、出射光ファイバ１７が接続されている。

【００１１】又、位相シフト光導波路２５上には、一対
の変調用電極２７が光進行方向に４つに分割して設置さ
れ、アンテナに接続される。

【００１２】入射光２１は、入射光導波路２４に入射し
た後、位相シフト光導波路２５にエネルギーが分割され
る。

【００１３】電界が印加された場合、アンテナにより変
調用電極２７に電圧が誘起されて、位相シフト光導波路
２５中には深さ方向に互いに反対向きの電界成分が生じ
る。

【００１４】この結果、電気光学効果により屈折率変化
が生じて位相シフト光導波路２５を伝搬する光波間に
は、印加電界の大きさに応じて位相差が変化し、印加電
界強度に応じて出射される出射光２２の強度は変化す
る。

【００１５】図５に、光変調器を用いた従来の電界セン
サを測定現場に設置した状態を示す。

【００１６】電磁波は、受信アンテナで受信され、同軸
ケーブル３１を通じて、通常、アンテナ・タワー５の脚
部等に固定した光変調器３２に導かれる。実際の測定に
際しては、測定現場で受信アンテナを設置した後に、別
個の光変調器３２を接続することが当然とされていた。

【００１７】このように、測定現場での設営作業時に受
信アンテナと光変調器の接続を行う従来の手法は煩雑
で、本来の測定の作業の遅滞を招くのみならず、長期間
にわたる測定の場合には、光変調器の雨、結露からの保
護のためのシールの完全性にも低下をもたらす可能性が
あった。

【００１８】本発明の課題は、かかる従来の手法に基づ
く電界センサの問題点を解決し、取り扱いが容易で、測
定現場における準備が簡単で、かつ主要な部分の接続や
気密保持を予め入念に施すことができる環境で組み立て
られる、信頼性の高い電界センサを提供する。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、アンテナ・エレメントからなる受信ア
ンテナ、該受信アンテナで受ける入力信号の電界強度に
依存して、入射した光を変化して出射する光変調器、該
光変調器に接続された入射光ファイバおよび出射光ファ
イバ、前記入射光ファイバの他の一端に接続され、該入
射光ファイバに光を放つ光源、前記出射光ファイバの他
の一端に接続され、該出射光ファイバをとおして前記光
変調器の出射光を検出する光検出器からなる電界センサ
において、前記受信アンテナのアンテナ・エレメントが
回路基板上に形成された交差するストリップ・ラインで
連結され、その回路基板上に光変調器を内蔵したパッケ
ージを搭載し、これらをアウターパッケージで一体とし
て構成したことを特徴とする電界センサである。又、本
発明は、受信アンテナと前記光変調器の変調用電極に
共振回路を構成することを特徴とする記載の電界セン
サである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。

【００２１】図１は、本発明の実施の形態の電界センサ
を測定現場に設置した状態を示す斜視図である。ビーム
・アンテナと一体となった光変調器は、ラジエータ１を
構成し、アンテナ・タワー５上のアンテナ・ブーム４に導
波器３と反射器２とともに搭載固定されている。

【００２２】図２は、本発明の電界センサの全体構成を
示す説明図である。

【００２３】電界センサは、アンテナ・エレメント１１
からなる受信アンテナ、受信アンテナからの電気信号を
入力する光変調器（アウターパッケージ１５に収納され
ている）、前記光変調器に光ファイバ１６を通して光を
入射する光源１８、光変調器の出射光を光ファイバ１７
を通して受光する光検出器１９からなる。

【００２４】光検出器１９は受信機２０に接続され、入
射光を再び電気信号に変換して出力する。

【００２５】図３は、本発明の電界センサのラジエータ
の構成を示す説明図である。図３（ａ）はラジエータの
外観斜視図、図３（ｂ）はその内部の構造を示す分解斜
視図である。

【００２６】光変調器７（図４参照）は、光導波路素子
からなり、従来技術において説明したと同様に、変調用
電極２７は、四つに分割され、かつ１０μｍ以上の厚膜
とし、静電容量及び電気抵抗を小さくするように形成さ
れている。

【００２７】光変調器は、ガラス製のパッケージ１２の
内部に収納固定される。光変調器７に、それぞれの一端
を接続した入射光ファイバ１６（図４参照）、出射光フ
ァイバ１７（図４参照）、及び光変調器７の変調用電極
２７に接続したフィーダ２８（図４参照）が、パッケー
ジ１２の壁を貫いて外部に取り出される。

【００２８】これらの貫通部分は、シールされ気密が保
たれている。パッケージ１２は、さらに筺体であるアウ
ターパッケージ１５の内部に収納され、固定される。

【００２９】本実施例に採用した受信アンテナは、４本
のアンテナ・エレメント１１からなり、これらは、受信
電波の２分の１波長（λ／２、ここでλは波長を表す）
の長さの２対のダイポールのエレメントを所定の間隔
（λ／１０）で平行に配列し、かつ互いに逆位相で励振
するように、ビーム・アンテナ（通称、８ＪＫビーム・ア
ンテナ）が形成されている。

【００３０】４本のアンテナ・エレメント１１は、アウ
ターパッケージ１５の内部で固定され、相対向する壁を
それぞれ貫通して外部に突出している。

【００３１】アウターパッケージ１５の内部では、互い
に絶縁して交差した２本のストリップ・ライン１３を表
面に形成した回路基板１４を用意し、各ストリップ・ラ
イン１３の端部に前記アンテナ・エレメント１１を接続
して組み立てられる。

【００３２】前記アンテナ・エレメント１１は、二つの
ストリップ・ライン１３の中央部付近を給電点として、
光変調器の変調用電極と接続されている。このように、
アンテナと変調用電極を接続することによって、共振回
路が構成され、高感度の電界センサが得られる。

【００３３】さらに、前記電界センサは、受信アンテナ
と変調用電極の間に適当なインダクタンス等を挿入する
ことによって、受信周波数を変えることができる。

【００３４】本発明の内容を、８ＪＫビーム・アンテナ
を使った実施例をもとに説明したが、本発明は、ダイポ
ール・アンテナ等の他のビーム・アンテナ、あるいはグル
ープ・アンテナ等他の種類の受信アンテナを用いること
も可能で、前記実施例と同様に、受信アンテナと光変調
器を一体として電界センサを構成することが可能であ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明による電
界センサは、取り扱いが容易なため、測定現場における
準備が簡単で、かつ主要な部分の接続や気密保持を予め
入念に施すことができる環境で組み立てられるため、高
い信頼性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電界センサを測定現場に設
置した状態を示す斜視図。

【図２】本発明の電界センサの全体構成を示す説明図。

【図３】本発明の電界センサのラジエータの構成を示す
説明図。図３（ａ）は、ラジエータの外観斜視図。図３
（ｂ）は、その内部の構造を示す分解斜視図。

【図４】導波路型素子による電界センサ要部のある光変
調器の構成を示す説明図。

【図５】光変調器を用いた従来の電界センサを測定現場
に設置した状態を示す斜視図。

【符号の説明】

１ ラジエータ ２ 反射器 ３ 導波器 ４ アンテナ・ブーム ５ アンテナ・タワー ６ 光ファイバ ７ 光変調器 １１ アンテナ・エレメント １２ パッケージ １３ ストリップ・ライン １４ 回路基板 １５ アウターパッケージ １６ （入射）光ファイバ １７ （出射）光ファイバ １８ 光源 １９ 光検出器 ２０ 受信機 ２１ 入射光 ２２ 出射光 ２３ 基板 ２４ 入射光導波路 ２５ 位相シフト光導波路 ２６ 出射光導波路 ２７ 変調用電極 ２８ フィーダ ３１ 同軸ケーブル ３２ 光変調器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンテナ・エレメントからなる受信アン
   テナ、該受信アンテナで受ける入力信号の電界強度に依
   存して、入射した光を変化して出射する光変調器、該光
   変調器に接続された入射光ファイバおよび出射光ファイ
   バ、前記入射光ファイバの他の一端に接続され、該入射
   光ファイバに光を放つ光源、前記出射光ファイバの他の
   一端に接続され、該出射光ファイバをとおして前記光変
   調器の出射光を検出する光検出器からなる電界センサに
   おいて、前記受信アンテナのアンテナ・エレメントが回
   路基板上に形成され、その回路基板上に光変調器を内蔵
   したパッケージを搭載し、これらをアウターパッケージ
   で一体として構成したことを特徴とする電界センサ。
2. 【請求項２】 前記受信アンテナと前記光変調器の変調
   用電極に共振回路を構成することを特徴とする請求項１
   記載の電界センサ。