(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界‐時間特性を測定対象物近傍の複数の位置で測定し、
該測定した磁界‐時間特性を用いて、測定対象物内の各位置における電流−時間特性を算出し、
該電流−時間特性から該測定対象物の遠方における電界−時間特性を算出し、
該電界−時間特性に対してフーリエ変換を行うことにより該遠方での電界‐周波数特性を算出し、
該算出した電界‐周波数特性において所定の電界値を超える周波数成分を抽出し、
該抽出した周波数成分を有する電流の大きさと該電流が該被測定対象物内で存在する位置を出力することを特徴とする電磁波発生源探査方法。
【請求項２】
縦横方向にそれぞれ複数個配置されたプローバーにより前記磁界‐時間特性を測定することを特徴とする請求項１記載の電磁波発生源探査方法。
【請求項３】
前記電界‐周波数特性を算出した前記測定対象物の遠方における位置は、前記被測定対象物から法規制された距離離れた位置であることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁波発生源探査方法。
【請求項４】
測定対象物から発生される磁界‐時間特性を測定するプローバと、
該プローバを用いて測定した測定対象物近傍の磁界‐時間特性から測定対象物内の各位置における電流−時間特性を算出する第一の算出手段と、
該電流−時間特性から該測定対象物の遠方における電界−時間特性を算出する第二の算出手段と、
該電界−時間特性に対してフーリエ変換を行うことにより該遠方での電界‐周波数特性を算出する第三の算出手段と、
該算出した電界‐周波数特性において所定の電界値を超える周波数成分を抽出する抽出手段と、
該抽出した周波数成分を有する電流の大きさと該電流が測定対象物内で存在する位置を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする電磁波発生源探査装置。
【請求項５】
縦横方向にそれぞれ複数個配置されたプローバーにより前記磁界‐時間特性を
測定することを特徴とする請求項４記載の電磁波発生源探査装置。
【請求項６】
前記電界‐周波数特性を算出した前記測定対象物の遠方における位置は、前記被測定対象物から法規制された距離離れた位置であることを特徴とする請求項４又は５記載の電磁波発生源探査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器等から発生する電磁波の発生源を探査する方法および装置に係り、特に電磁波の発生源を短時間で探査するのに好適な方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不要電磁輻射抑制技術においては、近年の情報通信機器等の普及にともなう電磁障害が頻発しており、その原因となる電磁波の発生源を検出する技術が要求されている。電磁波発生源の探査方式としては、例えば、電子情報通信学会論文誌Ｂ−ＩＩ  １９８５年１０月、菊池淳一著「開口合成による電磁波発生源の位置推定方法の一提案」、電子情報通信学会論文誌Ｂ−ＩＩ  １９８６年９月、菊池淳一著「最大エントロピー法を応用した電磁波発生源の位置推定」、ＮＥＣ技法１９９３年９月、林昌世著「ＥＭＣにおける電磁界計測と数値解析」等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の電磁波発生源の探査方法を図５に示す。
【０００４】
まず、従来の探査方法では、法規制の対象となる３mもしくは１０m遠方における周波数‐電界強度特性E(f)を測定し（ステップ５０１）、その測定結果から規制値を満足しない周波数成分を抽出する（ステップ５０２）。そして、その抽出した周波数成分に対する被測定対象物近傍の電磁界分布を測定し（ステップ５０３）、その測定結果から被測定対象物内の対策箇所（位置）を特定していた（ステップ５０４）。
【０００５】
従って、対策箇所を特定するまでに、遠方界と近傍界の両方を測定しなければならなかった。また、基準値を満足しない周波数成分が多いと、その満足しない周波数成分の数だけ被測定対象物近傍の電磁界分布を測定する必要があるため、全体の探査時間が長期化してしまうと言った問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、検査時間の短縮が可能な全く新規な電磁波発生源探査装置及びその方法を提供することにある。すなわち、従来の各周波数成分に対して行われていた被測定対象物近傍での電磁界強度分布の測定を不要とした電磁波発生源探査装置及びその方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、従来の周波数領域での遠方電界測定値E(f)を用いた探査とは異なり、時間領域での近傍磁界測定値H(t)を用いて探査するものである。
【０００８】
より具体的には、被測定対象物から発生される磁界‐時間特性を複数の位置で測定し、該測定した複数の磁界‐時間特性を用いて該被測定対象物から発生される電界‐周波数特性を算出し、該算出した電界‐周波数特性において所定の電界値を超える周波数成分を抽出し、該抽出した周波数成分を有する電流が該被測定対象物内で存在する位置を出力するものである。
【０００９】
もしくは、被測定対象物から発生される磁界‐時間特性を測定する複数個の測定手段と、該プローバを用いて測定した磁界‐時間特性から該被測定対象物から発生される電界‐周波数特性を算出する第一の算出手段と、該算出した電界‐周波数特性において所定の電界値を超える周波数成分を算出する第二の算出手段と、該算出した周波数成分を有する電流が該被測定対象物内で存在する位置を出力する出力手段とを備えたものである。
【００１０】
これにより、対策箇所を特定するまでに、従来のような遠方界と近傍界の両方を測定する必要がなく、近傍磁界だけを測定すれば良いので、検査時間の短縮を図ることが出来る。特に、基準値を満足しない周波数成分が多くても、従来のように周波数成分の数だけ被測定対象物近傍の電磁界分布を測定する必要はなく、単に計算処理により求めることが出来るので、検査時間の大幅な短縮を図ることが出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１は、そのシステム構成である。
【００１３】
図において、１０１は被測定対象物、１０６はｘ方向磁界プローブ１０３、ｙ方向磁界プローブ１０４、ｚ方向プローブ１０５を組み合わせた３次元磁界プローブ、１０７は高周波増幅器、１０８は位相検波器、１０９はA/Dコンバータ、１１０は演算用コンピュータ、１１２は位相検波器１０８へクロックを供給するサンプリングスタートクロックである。なお、直接探査方式では測定装置による鏡像の影響が生じるので、本実施例では、この影響を小さくするため測定装置本体と被測定対象物との間に距離を置き、磁界を擾乱させない程度に小さな磁界プローブのみを測定装置本体から被測定対象物へと延ばして測定した。
【００１４】
３次元磁界プローブ１０６は、３つのループアンテナ１０３、１０４、１０５によって構成し、それぞれのループ面をX方向、Y方向、Z方向に向けて配置した。ループアンテナであれば、磁界強度をループアンテナに誘起する誘起電圧により測定することが出来る。また、３次元磁界プローブ１０６は、被測定対象物１０１に対して電磁界的に近傍となる距離１０２の点に位置させた。例えば、被測定対象物１０１に対して１cm程度のごく近傍に配置した。また、図示していないが、３次元磁界プローブ１０６は、被測定対象物１０１上を覆うように縦横方向に約１cm間隔に複数個配置した。いわゆる、格子状に配置した。
【００１５】
次に、このシステムにおける動作について説明する。
【００１６】
まず、測定を開始すると、ｘ方向磁界プローブ１０３、ｙ方向磁界プローブ１０４、ｚ方向プローブ１０５を組み合わせた３次元磁界プローブ１０６が、被測定対象物１０１から発生する磁界を検出する。すなわち、ループアンテナ１０３〜１０５を透過する磁束によって変化する誘起電圧を検出する。検出した誘起電圧は高周波増幅器１０７によって増幅され、位相検波器１０８へ送られる。なお、ループアンテナ１０３〜１０５は、誘起電圧を時間波形で検出することとなる。
【００１７】
位相検波器１０８へは、サンプリングスタートクロック１１２から被測定対象物１０１のくり返し動作周期と同じクロックを供給する。そして位相検波器１０８は、このクロックに基づいて前述の誘起電圧の時間波形をサンプリングする。
これにより誘起電圧に関する大きさ及び位相の情報を得ることが出来る。ここで誘起電圧を測定する時間は、探査したい下限周波数ｆｓ［Ｈｚ］とすると、１／ｆｓ［ｓｅｃ］以上とした。また、探査のために必要となる時間波形のサンプリング周波数は探査したい上限周波数ｆｅ［Ｈｚ］とすると、２ｆｅ［Ｈｚ］以上とした。これらは一般のサンプリング定理に基づく条件である。
【００１８】
次に、このサンプリングした誘起電圧の大きさ及び位相の情報に関する信号をＡ／Ｄコンバータ１０９によりA/D変換し、演算用コンピュータ１１０が読み込む。演算用コンピュータ１１０では、この誘起電圧に関する情報を所定の変換式を用いて磁界に関する情報に変換し、磁界‐時間特性H(t)を得る。
【００１９】
この磁界に関する時間情報（磁界‐時間特性H(t)）を用いて被測定対象物の電磁波発生源を探査する方法を図４に示す。なお、この演算処理も演算コンピュータ１１０により行われる。
【００２０】
まず、前述の磁界‐時間特性H(t)から（実際には、サンプリング時間毎の磁界の大きさから）、被測定対象物上の電流‐時間特性I(t)を算出する（ステップ４０１)。例えば、被測定対象物に存在する電流Ix(n)、それにより発生する近傍磁界の計算値Hx,y,z x,y,z(m,n)、測定値Hmx,y,z (m)とが数１の関係になることを利用して、磁界‐時間特性H(t)から、被測定対象物上の電流‐時間特性I(t)を算出する。なお、Hx,y,z x,y,z(m,n)の意味は、Hの隣にあるxyzが、磁界の方向成分を表し、このxyzの隣にあるx,y,zが、仮定した電流の方向成分を表し、(m,n)が磁界測定位置と電流を仮定した位置を表している。また、Hmx,y,z (m)の意味は、Hmが測定値であることを表し、その隣にあるx,y,zが、磁界の方向成分を表し、 (m)が磁界測定位置を表している。
【００２１】
【数１】
0003709708.tif 000002
【００２２】
すなわち、サンプリング時間毎のデータを用いてこの数１における連立方程式を解くことで、磁界‐時間特性H(t)から、被測定対象物上の電流‐時間特性I(t)を算出する。
【００２３】
なお、この算出した電流‐時間特性I(t) とその被測定対象物上の位置とは対応づけて記憶する。
【００２４】
次に、この電流‐時間特性I(t)を被測定対象物上の位置における微小ダイポール波源とみなして、法規制等の対象となる距離での電界E(t)を算出する（ステップ４０２)。例えば、被測定対象物から３m離れた位置での遠方電界を算出する。
【００２５】
次に、時間領域にある遠方電界E(t)から周波数領域にある遠方電界E(f)へフーリエ変換する（ステップ４０３）。
【００２６】
以上の処理により、磁界‐時間特性H(t)から電界‐周波数特性E(f)が得られるので、この電界‐周波数特性E(f)のうちで電界値が設定値を超える周波数特性を抽出する（ステップ４０４）。
【００２７】
最後に、前述の記憶していた電流‐時間特性I(t) とその被測定対象物上の位置とに関する情報から、抽出した周波数特性を有する電流‐時間特性I(t)を判断し、該当する被測定対象物上の位置を出力する（ステップ４０５）。
【００２８】
この結果から、遠方における電磁波の支配的要因となる被測定対象物内の発生源としての電流の大きさ、位相および位置が得られるので、これに基づき電磁波を抑制するような対策を施す。
【００２９】
このように被測定対象物から発生される磁界‐時間特性を複数の位置で測定し、該測定した複数の磁界‐時間特性を用いて該被測定対象物から発生される電界‐周波数特性を算出するようにし、また、被測定対象物内の問題となる位置の検出も、測定した磁界‐時間特性から算出するようにしたので、従来のような遠方界と近傍界の両方を測定する必要がなく、検査時間の短縮を図ることが出来る。
特に、基準値を満足しない周波数成分が多くても、従来のようにこの周波数成分の数だけ被測定対象物近傍の電磁界分布を測定する必要はなく、単に計算処理により求めることが出来るので、検査時間の大幅な短縮を図ることが出来る。
【００３０】
次に、前述のフローチャートの中で説明した磁界‐時間特性H(t)から電流分布を算出する他の例を説明する。
【００３１】
まず、その概念を説明する。図２はその概念図であり、測定対象物Aに電流が存在するであろう微小格子点（２０１、２０３、２０４等）を設定し、測定エリアBに測定対象物Aから発生する磁界を測定する微小格子点（２０５等）を設定している。
【００３２】
図において、２０１は電流の存在を仮定する格子点、２０２は磁界を測定する格子点、２０３は電流が実在する格子点、２０４は電流の存在を仮定する格子点、２０５は磁界を測定する３次元プローブ、２０６は測定により得られる測定磁界合成複素ベクトル、２０７は計算により得られる計算磁界合成複素ベクトル、２０８は測定磁界合成複素ベクトル２０６と計算磁界合成複素ベクトル２０７がなす角度である。
【００３３】
この算出方式では、測定対象物Aの各格子点に所定の電流が存在した場合の磁界分布を計算により求め、この求めた結果（計算磁界合成複素ベクトル２０７）が実際の測定値（測定磁界合成複素ベクトル２０６）に許容範囲内で一致するか否かを判断し、一致する場合にその格子点に電流が存在したとして処理することで、サンプリング時間単位の電流分布（位置と大きさ）を算出する。なお、一致するか否かは、測定磁界合成複素ベクトル２０６と計算磁界合成複素ベクトル２０７がなす角度２０８を用いて判断する。
【００３４】
この計算処理に用いられる関数について説明する。
【００３５】
測定対象物Aの微小格子点ｎに電流のｘ、ｙ、z方向成分Ｉ×、Ｉｙ、Ｉｚが存在すると仮定すると、測定エリアBの微小格子点ｍでのベクトルポテンシャルＡは数２のように時間tの関数として表すことができる。
【００３６】
【数２】
0003709708.tif 000003
【００３７】
ここで、Ｊは電流密度、ωは角周波数、ｆｅは測定対象とする周波数帯域の上限、rmnは格子点ｍと格子点ｎとの距離を示す。
【００３８】
この数２は、数３に示すマクスウェルの方程式から、数４に示す磁界に関する時間tの関数として表すことができる。この数４を用いて測定エリアBにある各格子点での磁界分布を算出する。なお、数４は、測定対象物Aにある各々の格子点にXYZ座標系各方向に大きさ１、位相０のパルス電流を仮定することで導いたものであり、この仮定した電流によって、測定エリアにある各格子点（測定点）に発生する磁界分布を求めるものである。なお、ここでは、表記簡略のため電流の時間項を省略している。
【００３９】
【数３】
0003709708.tif 000004
【００４０】
【数４】
0003709708.tif 000005
【００４１】
そして、数４を用いて算出した磁界分布と、測定した測定エリアBにある各格子点でのXYZ座標方向の磁界分布とについて、それぞれの格子数に等しい次元数を持つ複素ベクトルを設定し、これら複素ベクトルの各項を数５のように演算する。すなわち、両複素ベクトルの内積を求める。
【００４２】
【数５】
0003709708.tif 000006
【００４３】
ここで、ｎ’は測定対象物Aに仮定した単位電流の存在する格子点を示す。
【００４４】
数５の下線部に含まれる電流成分が等しい２式を取り上げ、これらの内積を求めると数６のように展開できる。
【００４５】
【数６】
0003709708.tif 000007
【００４６】
一方、測定エリアBにある測定点の位置を電磁波発生源である測定対象物Aの上方を囲むように設けると、数７の条件が成立するので、これより数６の第１項、第２項、第４項が０になり、数８のように簡略化することができる。
【００４７】
【数７】
0003709708.tif 000008
【００４８】
【数８】
0003709708.tif 000009
【００４９】
XYZ座標の他の成分についても同様に数９のように表すことが出来る。
【００５０】
【数９】
0003709708.tif 000010
【００５１】
数８、９は内積値であるので、これを前述の測定値と計算値に対応する複素ベクトルの大きさで除算すると、磁界分布（計算値）と磁界分布（測定値）とのマッチングの度合い（ｃｏｓθ）を算出することが出来る。これは、測定対象物Aにある各格子点に電磁波源（電流）が存在する確率（あるいは比率）であるので、マッチングの度合いが大きければ、その格子点に電流が存在すると判断することが出来る。
【００５２】
この存在確率は数１０で表される。
【００５３】
【数１０】
0003709708.tif 000011
【００５４】
そして、マッチングの度合い（ｃｏｓθ）が数１１の条件を満たせば、その格子点に電流が存在したとしてthen以降の値を算出し、満たさない場合はその格子点には電流が存在しなかったとしてelseの値0とするような演算処理を行う。
【００５５】
【数１１】
0003709708.tif 000012
【００５６】
このようにサンプリング時間毎の磁界分布に関する計算値及び測定値、数１０、数１１を用いることで、前述の磁界‐時間特性H(t)から電流‐時間特性I(t)を算出することができる。
【００５７】
前述の連立方程式による手法が格子数（m,n）の３乗に比例した計算時間を必要としたのに対して、この手法では、格子数の２乗に比例した計算時間で済み、大幅な計算時間の短縮を図ることが出来る。
【００５８】
図３は、この概念を用いた実際の処理フローである。
【００５９】
ここでは、１回のサンプリングに対してその発生源を探査した。また、２回目以後のサンプリングに対しては、仮定するパルス電流をサンプリング時間に合わせて遅らせることとした。このように測定時のサンプリング周波数に合わせてパルス電流を遅らせることで、実際の電流の時間波形を得ることができる。図中の(a,b,c)は、（x,y,z）（y,z,x）（z,x,y）の全ての場合に適用するものである。すなわち、 (a,b,c)を（x,y,z）もしくは（y,z,x）もしくは（z,x,y）に置き換えて演算処理する。なお、図３の処理においても、図２のような測定対象物A上の格子点、測定エリアB内の格子点を設定している。
【００６０】
(a,b,c)が（x,y,z）である場合について説明すると、測定対象物Aにある格子点にx方向のパルス電流を仮定し、このパルス電流に直交するy方向、z方向の磁界の計算値（Hyx(m,n,t)、Hzx(m,n,t)）を算出する（ステップ３０１a,b）。これは、各格子点について算出する。
【００６１】
また、測定エリアにある格子点にあるy方向、z方向の磁界（Hmy(m,t)、Hmz(m,t)）を測定する（ステップ３０２ab）。これも、各格子点について測定する。
【００６２】
そして、これらの計算値、測定値、数１０、数１１を用いて測定対象物Aの内で電流が存在する格子点（位置）と、その電流値を算出する（ステップ３０３）。すなわち、数１１により各格子点に於ける電流が存在する確率（ｃｏｓθ）を算出し、数１１に示すｃｏｓθの条件を満足する格子点についての電流値を算出する。数１０の演算処理には、計算値３０１aと測定値３０２aとの１/２feタイムステップ毎の内積演算（ステップ３０３‐１a）と、計算値３０１bと測定値３０２bとの１/２feタイムステップ毎の内積演算（ステップ３０３‐１b）、さらにはその内積演算結果（３０３‐１a、３０３‐１b ）との内積演算（ステップ３０３‐２）が含まれている。
【００６３】
このような演算をサンプリングタイムステップ毎の測定値に対して行うことで、電磁波発生源の位置と、その位置における電流の時間波形とを算出する（ステップ３０４）。
【００６４】
さらに同様の演算をxyz各方向に仮定したパルス電流に対して行い、それぞれの直交方向になる電流成分の位置と時間波形を用い（ステップ３０５）、電界強度が規制される距離（遠方）における電界強度の時間波形をサンプリングステップ毎に算出する（ステップ３０６）。
【００６５】
そして、算出した電界強度の時間波形E(t)を、時間領域から周波数領域へフーリエ変換して、遠方電界のスペクトラムE(f)を算出する（ステップ３０７）。
【００６６】
そして、その遠方電界のスペクトラムE(f)を用いて、各周波数における電界強度と規制値との比較を行い（ステップ３０８）、被測定対象物が発生する電磁波のどの周波数成分が規制値を越えるか否か判断する。
【００６７】
規制値を超えた後の処理は前述の通りであり、該当する周波数成分を有する電流を算出し、その電流が存在する格子点の位置を出力する。
【００６８】
以上の処理によっても、対策箇所を特定するまでに、従来のような遠方界と近傍界の両方を測定する必要がなく、また、基準値を満足しない周波数成分が多くても、従来のように周波数成分の数だけ被測定対象物近傍の電磁界分布を測定する必要はないので、検査時間の短縮を図ることが出来る。
【００６９】
なお、これまで説明してきた３次元プローブをアレー状に配置し、近傍磁界を測定点毎に時間差が生じないように同時に時間波形として測定することでサンプリングスタートクロック１１２を不要とすることができる。この場合、測定値の振幅（Ａ１、Ａ２、、、Ａｎ）と時間遅れ（ｔ１，ｔ２，，，ｔｎ）から被測定対象物上の電磁波発生源としての電流の位置と時間波形を計算すれば良い。
【００７０】
また、これまでは２次元的な被測定対象、例えば回路基板の様なものについて説明してきたが、仮定する電磁波発生源の位置を３次元被測定対象物の占有空間に拡張して計算することで立体的な電子機器装置の電磁波発生源の周波数、大きさ、位相および位置を探査することも可能である。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、対策箇所を特定するまでに、従来のような遠方界と近傍界の両方を測定する必要がなく、また、基準値を満足しない周波数成分が多くても、従来のように周波数成分の数だけ被測定対象物近傍の電磁界分布を測定する必要はないので、検査時間の短縮を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁波発生源探査装置の構成図
【図２】電磁波発生源の逆算方式の概念図
【図３】電磁波発生源探査方式のフローチャート
【図４】本システムの処理手順を示したフローチャート
【図５】従来の処理手順を示したフローチャート
【符号の説明】
１０１  被測定対象物
１０２  電磁界的に近傍となる距離
１０３  ｘ方向磁界プローブ
１０４  ｙ方向磁界プローブ
１０５  ｚ方向磁界プローブ
１０６  ３次元磁界プローブ
１０７  高周波増幅器
１０８  位相検波器
１０９  Ａ／Ｄコンバータ
１１０  コンピュータ
１１１  出力装置
１１２  高周波増幅器
２０１  電流仮定点格子
２０２  近傍磁界測定点格子
２０３  実在する電流
２０４  仮定した電流
２０５  ３次元プローブ
２０６  測定磁界合成複素ベクトル
２０７  計算磁界合成複素ベクトル
２０８  角
【図１】
0003709708.tif 000013
【図２】
0003709708.tif 000014
【図３】
0003709708.tif 000015
【図４】
0003709708.tif 000016
【図５】
0003709708.tif 000017