(57)【要約】      （修正有）【課題】低周波領域での性能特性評価法であって、挿引法に代わる方法を用いることで測定にかかる時間を短縮することが出来る電磁波シールド材の特性評価方法を提供すること。【解決手段】１つの面が開口部となっているシールドボックス１の中に送信用アンテナ３が内蔵されたものと、上記と同形状のシールドボックス２の中に受信用アンテナ４が内蔵されたものとがあり、それらのシールドボックス１，２の開口部を向かい合わせ、その開口部の間に評価対象物５を挟み込み、パルス状高電圧波が、送信用アンテナ３から評価対象物５を通過して受信用アンテナ４へと流れ、その時間軸応答特性をＦＦＴ解析により周波数特性に変換し、評価対象物５の減衰特性を評価する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの面が開口部となっているシールドボックスの中に送信用アンテナが内蔵されたものと、上記と同形状のシールドボックスの中に受信用アンテナが内蔵されたものとがあり、それらのシールドボックスの開口部を向かい合わせ、その開口部の間に評価対象物を挟み込み、パルス状高電圧波が、送信用アンテナから評価対象物を通過して受信用アンテナへと流れ、その時間軸応答特性をＦＦＴ解析により周波数特性に変換し、評価対象物の減衰特性を評価することを特徴とする電磁波シールド特性評価方法。
【請求項２】
１つの面が開口部となっているシールドボックスの中に送信用アンテナが内蔵されたものと、上記と同形状のシールドボックスの中に受信用アンテナが内蔵されたものとがあり、それらのシールドボックスの開口部を向かい合わせ、その開口部の間に評価対象物を挟み込み、矩形状高電圧波が、送信用アンテナから評価対象物を通過して受信用アンテナへと流れ、その時間軸応答特性をＦＦＴ解析により周波数特性に変換し、評価対象物の減衰特性を評価することを特徴とする電磁波シールド特性評価方法。
【請求項３】
パルス状高電圧波、または矩形状高電圧波を挿引し、電磁波シールド特性を評価する請求項１または請求項２記載の電磁波シールド特性評価方法。
【請求項４】
パルス状高電圧波が、送信用アンテナから評価対象物を通過して受信用アンテナへと流れ、その時間軸応答特性をＦＦＴ解析により周波数特性に変換して評価対象物の減衰特性を評価することが出来る電磁波のシールド効果の評価装置において、
１つの面が開口部となっているシールドボックスの中に送信用アンテナが内蔵されたものと、上記と同形状のシールドボックスの中に受信用アンテナが内蔵されたものとがあり、それらのシールドボックスの開口部を向かい合わせ、その開口部の間に評価対象物を挟み込んだ構造とし、上記送信用アンテナからパルス状高電圧波を送信するパルス状高電圧波発生器を有し、上記受信波を周波数特性に変換するＦＦＴ装置を備えたことを特徴とする電磁波のシールド効果の評価装置。
【請求項５】
矩形状高電圧波が、送信用アンテナから評価対象物を通過して受信用アンテナへと流れ、その時間軸応答特性をＦＦＴ解析により周波数特性に変換して評価対象物の減衰特性を評価することが出来る電磁波のシールド効果の評価装置において、
１つの面が開口部となっているシールドボックスの中に送信用アンテナが内蔵されたものと、上記と同形状のシールドボックスの中に受信用アンテナが内蔵されたものとがあり、それらのシールドボックスの開口部を向かい合わせ、その開口部の間に評価対象物を挟み込んだ構造とし、上記送信用アンテナから矩形状高電圧波を送信する矩形状高電圧波発生器を有し、上記受信波を周波数特性に変換するＦＦＴ装置を備えたことを特徴とする電磁波のシールド効果の評価装置。
【請求項６】
送信側に高周波数増幅器を挿入した請求項５記載の電磁波のシールド効果の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低周波（１０ＭＨｚ以下）帯域の電磁波をシールドするシールド材の効果を簡単に評価・測定する方法及びシールド効果の評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電磁波シールド材の性能特性評価には、アドバンテスト法、ＫＥＣ法、同軸管法などの方法が比較的よく用いられている。アドバンテスト法、ＫＥＣ法の測定周波数は１ＧＨｚ以下となっており、同軸管法の測定周波数は１ＧＨｚ以上となっている。
現在、電磁波を発生させるものの１つとして車などに搭載されているインバーターが挙げられるが、そこから発せられる電磁波が、携帯電話やパソコン、その他の電子機器に悪影響を及ぼす虞があると懸念されている。そこで、インバーターから発せられる電磁波を遮蔽するために、特に１０ＭＨｚ以下の周波領域においてシールド性能を発揮するシールド材の開発のスピードアップが求められている。
【０００３】
そこで、開発された電磁波シールド材の性能を評価する為の方法が知られており、一般的に電磁波シールド材の性能特性評価においては、特開平６−３３１６７２号に係る「電磁波シールド性能測定方法」及び特開２００１−９１５５６号に係る「電磁シールド性能測定方法及びシステム」に示されるように、掃引法が用いられる。
【０００４】
掃引法とは、電磁波シールド材の評価対象周波数範囲において、あらかじめ十数から数十個の周波数の値を選定しておき、この各周波数毎に順次シールド特性を計測する手法である。
シールド材の評価は、評価対象シールド材が送受信アンテナ間に挿入されている場合とされていない場合の受信信号の強度の差分によって算出されるため、一つのシールド材を評価するためには、計２回の周波数の掃引を行う必要がある。一回の掃引には数分程度の時間が必要なため、特に複数のシールド材の特性評価を行う場合には、測定時間を短縮する工夫が必要ある。
【０００５】
特開２００７−２２５５１７号に係る「電磁シールド効果測定システム及び電磁シールド効果測定方法」は、シールド材が無い場合の各周波数における信号強度をリファレンス情報として記憶させておくことにより、シールド材がある場合の掃引のみで特性評価が可能としている。しかし、シールド材が無い場合の各周波数毎の信号強度を事前に計測して記録することが必要であること、また各評価対象シールド材毎に数分間の掃引時間が必要であることは変わらない。
【０００６】
一方、掃引法によらずに、評価対象周波数のシールド特性を計測するための手法としては、実用新案登録第３０８５５０６号に係る「シールド効果測定装置」に示されるように、対象周波数全域にわたって信号を出力する広帯域コム信号発生器を用いる方法がある。このシールド効果測定装置を用いての手法は、掃引時間が不要なため、測定の時間短縮を図ることが出来る。
しかしながら、信号源である広帯域コム信号発生器は、幅広い周波数の信号を連続的に発生させるため信号強度が弱く、上記実用新案登録第３０８５５０６号に係る「シールド効果測定装置」に記述されているように、広帯域な周波数に対応した特殊な信号増幅器が必要となり、機材の準備に多額の費用がかかるといった課題がある。
【０００７】
特に、本発明が対象にしている１０ＭＨｚ以下の一般に低周波領域と呼ばれる周波数帯域では、測定に用いるアンテナの利得が下がることから、掃引法においても増幅器が使用される。
したがって、評価対象周波数が３００ＭＨｚ以上に限定されている特開２００１−９１５５６号に係る「電磁シールド性能測定方法及びシステム」を用いた手法では増幅器は用いられていないが、低い周波数を含めた幅広い周波数帯域を対象としている特開平６−３３１６７２号に係る「電磁波シールド性能測定方法」には、増幅器が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】６−３３１６７２号に係る「電磁波シールド性能測定方法」
【特許文献２】特開２００１−９１５５６号に係る「電磁シールド性能測定方法及びシステム」
【特許文献３】特開２００７−２２５５１７号に係る「電磁シールド効果測定システム及び電磁シールド効果測定方法」
【特許文献４】実用新案登録第３０８５５０６号に係る「シールド効果測定装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、従来の電磁波シールド材の特性評価手法においては、掃引法が用いられているため、特性評価に長時間を要する。また低周波領域では、アンテナとの整合性が取れず利得不足になり、入力電圧を増幅する必要がある。入力電圧を上げるには専用の増幅器が必要であり、それにより機器のコストが増加し、さらには機器の校正に余分な時間を費やさなければならない。
本発明が解決しようとする課題はこれら問題点であり、電磁波シールド材の性能特性評価に際し、低周波領域での性能特性評価法であって、挿引法に代わる方法を用いることで測定にかかる時間を短縮することが出来る電磁波シールド材の特性評価方法及びシールド効果の評価装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電磁波シールド材の性能特性評価では、パルス状高電圧波又は矩形状高電圧波が用いられる。
ところで、１つの面が開口部となっているシールドボックスの中に送信用アンテナが内蔵されたものと、上記と同形状のシールドボックスの中に受信用アンテナが内蔵されたものを有している。そして、両シールドボックスの開口部を向かい合わせ、その開口部の間に評価対象物を挟み込んで構成している。
【００１１】
パルス状高電圧波又は矩形状高電圧波が、送信用アンテナから評価対象物を通過して受信用アンテナへと流れ、その時間軸応答特性をＦＦＴ解析により周波数特性に変換し、評価対象物の減衰特性を評価することが出来る。
そこで、上記パルス状高電圧波を発生するパルス状高電圧波発生器を有し、また矩形状高電圧波を発生する矩形状高電圧波発生器を有し、さらにＦＦＴ解析を行うことが出来るＦＦＴ装置を備えている。
【００１２】
パルス状高電圧波は、様々な周波数成分を持つので、周波数ポイントごとに性能特性を調べる手間を省くことができ、測定に掛かる時間の短縮を可能とする。さらに低周波領域を含むパルス状高電圧波を入力することによって、低周波領域の性能特性も評価が可能となる。また既存のパルス信号発生器と信号増幅器がある場合は、それを利用することで挿引法を用いる必要がなくなる。
【００１３】
矩形状高電圧波は、１ＭＨｚ以上の高周波域においても大きな信号強度を有するため、高周波領域の性能特性評価が可能となる。既存の信号発生器がある場合はそれを利用することができ、信号発生器がない場合でも、矩形状高電圧波の信号発生回路は、直流を高速でスイッチングする方法により容易に作ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
発明の電磁波シールド特性評価方法は、１つの面が開口部となっているシールドボックスの中に送信用アンテナが内蔵されたものと、上記と同形状のシールドボックスの中に受信用アンテナが内蔵されたものとがあり、それらのシールドボックスの開口部を向かい合わせ、その開口部の間に評価対象物を挟み込み、パルス状高電圧波又は矩形状高電圧波が、送信用アンテナから評価対象物を通過して受信用アンテナへと流れ、その時間軸応答特性をＦＦＴ解析により周波数特性に変換し、評価対象物の減衰特性を評価することを可能にできる。
【００１５】
パルス状高電圧波の場合は、様々な周波数成分を持つので、周波数ポイントごとに性能特性を調べる手間を省くことができ、測定に掛かる時間の短縮を可能とし、さらに低周波領域を含むパルス状高電圧波を入力することによって、低周波領域の性能特性も評価が可能となる。
矩形状高電圧波の場合は、１ＭＨｚ以上の高周波域においても大きな信号強度を有するため、高周波領域の性能特性評価が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に用いた装置の概略図（パルス状高電圧波入力時）である。
【図２】本発明に用いた装置の概略図（矩形状高電圧波入力時）である。
【図３】パルス状高電圧波（雷サージ電圧１．５ｋＶ、立ち上がり時間１．２μｓ）を入力した際の受信電圧波形（シールド材無し）を示している。
【図４】パルス状高電圧波（雷サージ電圧１．５ｋＶ、立ち上がり時間１．２μｓ）を入力した際の受信電圧波形（シールド材有り）を示している。
【図５】図３によって示される受信電圧を電力換算し、ＦＦＴによって周波数変換を行ったもの。
【図６】図４によって示される受信電圧を電力換算し、ＦＦＴによって周波数変換を行ったもの。
【図７】図５と図６の差分から、アルミニウム箔のシールド特性を算出したものを示している。
【図８】矩形状高電圧波（３００ｋＨｚ、Ｖｐｐ＝８Ｖ、１０倍増幅）を入力した際の受信電圧波形（シールド材無し）を示している。
【図９】矩形状高電圧波（３００ｋＨｚ、Ｖｐｐ＝８Ｖ、１０倍増幅）を入力した際の受信電圧波形（シールド材有り）を示している。
【図１０】図８によって示される受信電圧を電力変換し、ＦＦＴによって周波数変換を行ったもの。
【図１１】図９によって示される受信電圧を電力変換し、ＦＦＴによって周波数変換を行ったもの。
【図１２】図１０および図１１で得られた周波数特性について、それぞれの奇数次周波数の極大値の差分値を示している。
【図１３】矩形状高電圧波（１０ｋＨｚ、Ｖｐｐ＝８Ｖ、１０倍増幅）を入力した際のアルミニウム箔のシールド特性を計測したものと、掃引法で計測したものを示している。
【図１４】矩形状高電圧波（１０ｋＨｚ、Ｖｐｐ＝８Ｖ、１０倍増幅）を入力した際の市販シールド材のシールド特性を計測したものと、掃引法で計測したものを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の電磁波シールド材の性能特性評価の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はパルス状高電圧波入力時の電磁波シールド材の性能特性評価装置を示す概略図を、また図２は矩形状高電圧波入力時の電磁波シールド材の性能特性評価装置を示す概略図である。
図１、図２に示されるシールドボックスは１つの面が開口部となっていて、該シールドボックスを２つ用いている。すなわち、送信側シールドボックス１と受信側シールドボックス２を用い、それら両シールドボックス１，２は開口部同士が向かい合うように固定されている。
【００１８】
上記送信側シールドボックス１の内部には直径３００ｍｍの送信アンテナ３を配置し、受信用シールドボックス２の内部には直径３００ｍｍの受信アンテナ４が配置されている。そして両シールドボックス１，２の間に評価対象物５を挟みこみ、送信アンテナ３から送られた送信波８が、評価対象物５を通って受信アンテナ４で透過波９として受信される際の信号の減衰量を計測する。信号としては、パルス状高電圧波発生器６から発生されるパルス状高電圧波や、矩形状高電圧波発生器１０から発生される矩形状高電圧波を用い、透過波９として受信した電圧波形について、ＦＦＴ装置７により周波数特性に変換し、評価対象物５の減衰特性を評価することが出来る。
【００１９】
上記評価対象物５のシールド材の有無により、受信側の電圧波形の周波数特性が変化し、それらの差分によりシールド効果の特性値を得ることが出来る。なお、開口部にはアクリル板をはめ込み、評価対象物５が脱落することを防止している。
パルス状高電圧波（雷サージ電圧１．５ｋＶ、立ち上がり時間１．２μｓ）を入力した際の受信電圧波形を図３と図４に示している。図３はシールド材が無い場合で、図４はシールド材が有る場合の受信電圧波形であり、シールド材としては厚さ１２μｍのアルミニウム箔を用いている。
【００２０】
シールド材が無い場合の受信電圧波形は図３に示しているように急激に立ち上がり、受信最大電圧は０．７ｋＶを示しているが、シールド材を用いることで受信電圧の最大値は１／３以下に低下し、波形もブロードになる。シールド効果は電力スペクトルの周波数特性によって表されるので、これら２つの受信電圧を電力換算し、それぞれＦＦＴ装置７によって周波数変換を行い、シールド材が無い場合を図５に、シールド材が有る場合を図６に示している。ここで、横軸は周波数、縦軸は電力値を対数に変換したデシベル値であり、図６のシールド材有りの電力スペクトルは、図５のシールド材無しの場合と比較して小さくなっていることがわかる。また、シールド材無しの場合には３ＭＨｚを超えた周波数範囲でノイズの影響が大きくなっているが、シールド材有りの場合には、それよりも低い周波数である８００ｋＨｚを超えた範囲からノイズの影響が大きくなっている。これは、図３および図４で示したように、シールド材有りの場合の電圧波形はシールド材無しの電圧波形に比べて立ち上がりが緩やかになった結果、高い周波数成分が弱くなったことを裏付けている。
【００２１】
さらに、それらの電力スペクトルの差分によりアルミニウム箔のシールド特性を算出したものを図７に示している。また、同図にはこのアルミニウム箔の遮蔽特性の理論計算値を破線で重ねて図示している。この図より、１０ｋＨｚから８００ｋＨｚ以下の周波数範囲では計測値と理論計算値との整合性が見られ、低周波領域のシールド効果の計測が可能となっている。８００ｋＨｚ以上の周波数範囲では、図６の結果と同様にノイズの影響が支配的であり、遮蔽特性の理論値との乖離が著しく、シールド効果が正常に算出されていない。但し、この計測に使用した高電圧パルス波の立ち上がり時間は1.2μ秒であり、さらに短い立ち上がり時間を有するパルスを用いると、より高い周波数までの計測が可能である。
【００２２】
次に、矩形状高電圧波（３００ｋＨｚ、Ｖｐｐ＝８Ｖ、１０倍増幅）を入力した際の受信電圧波形を図８と図９に示し、図８はシールド材が無い場合、図９はシールド材（アルミニウム箔）が有る場合を表している。ここで送信側には高周波増幅器（倍率１０倍）を挿入して電圧を高くしている。矩形状高電圧波の急峻な電圧変動に合わせて、受信側の磁気ループアンテナに尖塔状の電圧パルスが正負交互にそれぞれ３．３３μ秒（=１秒／３００ｋＨｚ）毎に発生していることがわかる。なお、この矩形状高電圧波の立ち上がり時間は、０．１μ秒以下であり、先述したパルス状高電圧波（雷サージパルス）に比べ１／１０以下に短い。
図８と図９を比較すると、シールド材が無い場合の受信電圧のピーク値は約０．１Ｖであるが、シールド材が有る場合のピーク値は０．００１Ｖ以下であり、１００分の１以下となっている。しかしながら、矩形状高電圧波を入力している効果により、交互に振幅が上下して、入力信号に同期した波形が比較的しっかりと観測できている。
【００２３】
また、このときの電力変換およびＦＦＴによる電力スペクトルの周波数特性を図１０（シールド材無し）および図１１（シールド材有り）に示す。ここで、矢印↓で示すように、矩形状高電圧波の基底周波数３００ｋＨｚの奇数倍の周波数（奇数次周波数）において、極大値（ピーク）が比較的しっかりと現れていることが特徴的に確認できる。これは、矩形状高電圧波が基底周波数の奇数次の周波数の合成波であることを示している。図１０と比較して図１１は、極大値は同じ周波数位置に現れているが、周波数が高くなるほどその値は低下しており、アルミニウム箔の遮蔽特性の傾向と一致している。また、高電圧化の効果により、ノイズレベルに近くはなっているものの、１０ＭＨｚまで極大値は観測できている。
【００２４】
図１０および図１１で得られた周波数特性について、それぞれの奇数次周波数の極大値の差分値を図１２に●で示す。ここで破線は、図７と同様にアルミニウム箔の遮蔽特性の理論値であり、特に３００ｋＨｚ(基底周波数)〜４．５ＭＨｚ(１５次)においては極大値の差分との乖離は小さく（数ｄＢ以内）とどまっている。
このように、矩形状高電圧波は、単一波形で複数の幅広い周波数成分を含有し、且つ、大きな信号強度を有していることより、電磁波シールド材の評価用信号として適している。
【００２５】
図１３は、本手法による矩形状高電圧波（Ｖｐｐ＝８Ｖ、１０倍増幅）の基底周波数を１０ｋＨｚとした場合のアルミニウム箔のシールド特性を計測したものを実線で、掃引法で計測したものを●で示したものである。ここで、掃引法では１０ｋＨｚから１０ＭＨｚにおいて２８点の計測を行っている。一方、本手法では、１０ｋＨｚの矩形状高電圧波のみで、同じ周波数帯域のシールド特性の計測が実現されており、従来の掃引法との一致も確認できることから、本手法の有用性が示されている。
【００２６】
また、図１４は市販されている低周波用シールド材（株式会社新日本電波吸収体製、低周波磁界シールド布ＭＳ−ＰＹ）のシールド特性について、本手法で計測したものを実線で、掃引法で計測したものを●で示したものである。両手法の計測値はほぼ一致し、アルミニウム箔以外のシールド材の特性評価においても、本手法の有用性が確認できる。
【符号の説明】
【００２７】
１   送信側シールドボックス
２   受信側シールドボックス
３   送信アンテナ
４   受信アンテナ
５   評価対象物
６   パルス状高電圧波発生器
７   ＦＦＴ装置
８   送信波
９   透過波
10   矩形状高電圧波発生器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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