(57)【要約】【課題】被測定物の近傍電磁界の強度分布と位相分布を高分解能で測定し、遠方規格値を従来よりも高精度で推定できる電磁界測定方法を提供することを目的とする。【解決手段】電磁界強度測定用の第１プローブ（１）と第１プローブ（１）の近傍で第１プローブ（１）による測定面と同じ測定面に位置するよう併設されて電界強度を測定する第２プローブ（２）を一体とし、両方を同時に被測定物（８）に近づけて走査し測定を行う。第１，第２プローブ（１，２）からの信号の合成前後の強度変化から、第１プローブ（１）によって測定中の測定点の電磁界と第２プローブ（２）によって測定中の測定点の電磁界との位相差を制御計測部（７）で算出し、これらの結果から遠方規格値を推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の近傍の電界強度を測定する第１プローブと、
第１プローブの近傍で第１プローブによる測定面と同じ測定面に位置するよう併設されて電界強度を測定する第２プローブと、
前記被測定物と一体の第１，第２プローブとを相対的に移動させる駆動部と、
第１プローブの信号を出力する第１の状態と第１プローブの信号と第２プローブからの信号とを加算信号を出力する第２の状態に切り換える合成手段と、
前記合成手段の出力から入力された測定信号の周波数毎の電磁界強度の分布を測定するスペクトラムアナライザと、
前記駆動部と前記合成手段を制御する計測制御部と
を設け、前記計測制御部を、
前記駆動部を制御して前記被測定物と第１，第２プローブを相対的に移動させ、前記被測定物における時々の測定点について、前記合成手段を第１の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力と、前記合成手段を第２の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力をデータ収集し、
第１の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力をそのときの駆動部による位置情報で特定される測定点の電磁界強度とし、この時に第２プローブが測定している前記測定点の近傍の電磁界と第１プローブが測定している測定点との位相差を、第１の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力と第２の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力との比に応じて決定するよう構成した
電磁界測定装置。
【請求項２】
第１プローブの回りに複数の第２プローブを設けた
請求項１記載の電磁界測定装置。
【請求項３】
被測定物の近傍電磁界の強度分布と位相分布を測定し、遠方規格値を推定するに際し、
電界強度を測定する第１プローブとこの第１プローブの近傍で第１プローブによる測定面と同じ測定面に位置するよう併設されて電界強度を測定する第２プローブを一体にし、駆動部によって前記被測定物と相対的に移動させ、
前記被測定物における時々の測定点について、第１プローブの信号を出力する第１の状態と第１プローブの信号と第２プローブからの信号とを加算信号を出力する第２の状態に切り換える合成手段を制御して、前記合成手段を第１の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力と、前記合成手段を第２の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力をデータ収集し、
第１の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力をそのときの駆動部による位置情報で特定される測定点の電磁界強度とし、この時に第２プローブが測定している前記測定点の近傍の電磁界と第１プローブが測定している測定点との位相差を、第１の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力と第２の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力との比に応じて決定する
電磁界測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＭＣ（電磁環境適合性）分野において電子機器からの不要輻射を測定するために用いられる電磁界測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種の電子機器から発生する不要輻射による妨害を最小限に抑えるために、多くの国で規制が設けられており、例えば海外では、ＦＣＣ（アメリカ連邦通信委員会）、ＣＩＳＰＲ（国際無線障害特別委員会）、ＶＤＥ（ドイツ電気技術者協会）等の規格が設けられている。我国でも、ＶＣＣＩ（情報処理装置等電波障害自主規制協議会）の自主規制規格が決められ、電子機器製造メーカにおいて、各種の電子機器から発生する不要輻射を抑える対策を行うようになってきている。
【０００３】
その規格測定方法は、不要輻射の発生源である電子機器から所定の遠方距離（例えば、３ｍまたは１０ｍ）を隔てた位置での電界強度を測定するものであり、測定環境や測定器は特殊なものになるため、その測定技術はかなりの専門技術を必要とする。
【０００４】
この不要輻射の測定は一般的に「遠方測定」と呼ばれており、その規格値は「遠方規格値」と呼ばれている。また、遠方で測定するため、電磁波の発生源が電子機器のどこであるのかを特定するのが困難で、不要輻射の対策を行うには、多くの時間と費用が発生する。
【０００５】
そこで、最近では、電子機器の近傍での電磁界強度を測定する電磁界測定装置が用いられており、対策の時間とコストの低減が図られている。このような計測機器として、例えば、電子機器の近傍を電界あるいは磁界センサを用いて走査測定し、被測定物の近傍電磁界分布を測定することで、不要輻射の発生源を推定するような電磁界測定装置の活用が多くなってきている。さらに、不要輻射対策の効率を向上するために、前述した近傍電磁界分布結果を用いて遠方規格値を推定する手法への要求が高まっている。
【０００６】
一般的な電磁界測定装置は電磁界強度と方向のみを測定し、近傍電磁界分布の表示を行う。しかし、上記のように近傍電磁界分布から遠方規格値を推定するためには、電磁界の強度と方向の情報だけでなく、位相の情報も重要である。例えば、同じ電磁界強度の発生源が複数あると仮定した場合、発生した電磁界の位相が揃っていれば、お互いに強め合うため、遠方の規格値は大きくなる。一方、発生した電磁界の位相が反転していれば、お互いに打ち消しあうため、遠方の規格値は小さくなる。このように、同じ近傍電磁界の強度分布であったとしても、位相分布によって遠方規格値の推定値は大きく異なる。
【０００７】
従来の遠方規格値を推定することを目的とした電磁界測定装置としては、複数の電磁界プローブを用いて被測定物の近傍の電磁界を測定し、三角法の原理で近傍電磁界の強度分布と位相分布を推定する特許文献１がある。図５は、特許文献１に記載された電磁界測定装置を示す。
【０００８】
図５において、電磁波発生源探査装置１００は電磁界測定装置である。被測定装置１１０から発生する電磁界をプローブ１０１，１０２は被測定装置１１０測定する。駆動装置１２０によってプローブ１０１，１０２は任意の位置に移動して測定を行う。プローブ１０１とプローブ１０２は上下に位置しており、プローブ１０１，１０２の座標と、両プローブの受信信号の時間差から、近傍電磁界の強度分布と位相分布を算出する。１０５は電磁波発生源、１２１は駆動装置１２０の制御装置、１２２は演算装置である。
【０００９】
また、従来の遠方規格値を推定することを目的とした電磁界測定装置として、近傍電磁界の強度を測定するためのプローブとは別に、固定された位相比較用のプローブを有し、近傍電磁界の強度分布と位相分布を測定する特許文献２もある。図６は、特許文献２に記載された電磁界測定装置を示す。
【００１０】
図６において、被測定物３１は測定対象である。プローブ２２は被測定物３１から発生する電磁界強度を測定する。駆動装置３によってプローブ２２は任意の位置に移動し、測定を行う。プローブ２２に対してプローブ２７は固定されており、被測定物３１から発生する電磁界を常に一定の状態で測定することで、位相比較用の基準信号を得ている。２４は位相ずらし部、２８はスイッチ群であり、制御部２３と関連してプローブ２２とプローブ２７との間の位相差を算出するために用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−３０４７９０号公報
【特許文献２】特開２０００−３４６８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような従来の構成では、少なくとも一方の電磁界プローブは電磁界発生源との距離が離れる構成であるため、測定結果の分解能が低く、遠方規格値を推定する際に精度が低くなるという課題を有している。
【００１３】
特に、特許文献１に記載された電磁界測定装置は、電磁界プローブが上下に配置されており、電磁界プローブの直下から発生する電磁界を高分解能で測定することはできない。また、特許文献２に記載された電磁界測定装置は、測定対象によって位相比較用プローブ７の配置を適切に選択する必要があり、測定分解能は測定対象の電磁界分布に依存する。
【００１４】
本発明は、被測定物の近傍電磁界の強度分布と位相分布を高分解能で測定し、遠方規格値を従来よりも高精度で推定できる電磁界測定装置と電磁界測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の電磁界測定装置は、被測定物の近傍の電界強度を測定する第１プローブと、第１プローブの近傍で第１プローブによる測定面と同じ測定面に位置するよう併設されて電界強度を測定する第２プローブと、前記被測定物と一体の第１，第２プローブとを相対的に移動させる駆動部と、第１プローブの信号を出力する第１の状態と第１プローブの信号と第２プローブからの信号とを加算信号を出力する第２の状態に切り換える合成手段と、前記合成手段の出力から入力された測定信号の周波数毎の電磁界強度の分布を測定するスペクトラムアナライザと、前記駆動部と前記合成手段を制御する計測制御部とを設け、前記計測制御部を、前記駆動部を制御して前記被測定物と第１，第２プローブを相対的に移動させ、前記被測定物における時々の測定点について、前記合成手段を第１の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力と、前記合成手段を第２の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力をデータ収集し、第１の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力をそのときの駆動部による位置情報で特定される測定点の電磁界強度とし、この時に第２プローブが測定している前記測定点の近傍の電磁界と第１プローブが測定している測定点との位相差を、第１の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力と第２の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力との比に応じて決定するよう構成したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の電磁界測定方法は、被測定物の近傍電磁界の強度分布と位相分布を測定し、遠方規格値を推定するに際し、電界強度を測定する第１プローブとこの第１プローブの近傍で第１プローブによる測定面と同じ測定面に位置するよう併設されて電界強度を測定する第２プローブを一体にし、駆動部によって前記被測定物と相対的に移動させ、前記被測定物における時々の測定点について、第１プローブの信号を出力する第１の状態と第１プローブの信号と第２プローブからの信号とを加算信号を出力する第２の状態に切り換える合成手段を制御して、前記合成手段を第１の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力と、前記合成手段を第２の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力をデータ収集し、第１の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力をそのときの駆動部による位置情報で特定される測定点の電磁界強度とし、この時に第２プローブが測定している前記測定点の近傍の電磁界と第１プローブが測定している測定点との位相差を、第１の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力と第２の状態に切り換えた時の前記スペクトラムアナライザの出力との比に応じて決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
この構成によれば、複数のプローブを測定対象に近づけて測定することが可能となり、測定結果の分解能が高くなる。また、合成器を用いた位相算出法により、測定した全周波数帯域の位相差を一度に算出することができ、近傍電磁界の強度分布と位相分布を高分解能で測定することが可能であり、遠方規格値を高精度で推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における電磁界測定装置の斜視図
【図２】合成波の強度の位相差依存性を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における電磁界測定装置の斜視図
【図４】本発明の実施の形態３における電磁界測定装置の斜視図
【図５】特許文献１に記載された従来の電磁界測定装置を示す図
【図６】特許文献２に記載された従来の電磁界測定装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の電磁界測定方法を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
なお、各実施の形態において同様の作用を成すものには同一の符号を付けて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電磁界測定装置を示す。
【００２０】
この電磁界測定装置は、測定対象である被測定物８の上を走査して電磁界を測定する第１プローブ１と、この第１プローブ１の近傍の電磁界を測定する第２プローブ２が併設されている。第１，第２プローブ１，２の検知部の先端と被測定物８との距離は同一であって、第２プローブ２の測定面は第１プローブ１の測定面と同じである。
【００２１】
第１プローブ１による電磁界強度の測定に影響を与えないために、第２プローブ２は第１プローブ１よりも小型であることが望ましい。具体的には、第１，第２プローブ１，２としては、ループアンテナ、微小ダイポールアンテナなどを使用できる。
【００２２】
３次元直交ロボット３は、被測定物８と第１プローブ１と第２プローブ２を相対的に移動させる駆動部であって、この実施の形態では被測定物８が固定側であって、３次元直交ロボット３が一体に保持している第１，第２プローブ１，２を被測定物８の近傍の任意の点で測定を行うように移動させている。
【００２３】
第１プローブ１の検出信号と第２プローブ２の検出信号は、ＲＦスイッチ４とＲＦ合成器５とで構成される合成手段４５を介してスペクトラムアナライザ６に測定信号として入力されている。スペクトラムアナライザ６は、入力された測定信号の周波数毎の電磁界強度の分布を測定する。
【００２４】
計測制御部７はパーソナルコンピュータ等で構成されており、３次元直交ロボット３，合成手段４５，スペクトラムアナライザ６の制御、および測定結果の演算処理、保存、表示などを行う。
【００２５】
計測制御部７の構成を、具体的な測定手順に基づいて説明する。
ここでは、被測定物８の近傍の電磁界強度分布と位相分布を測定する手順を説明する。
第１，第２プローブ１，２は３次元直交ロボット３のアーム３ａの先端に固定されており、被測定物の近傍を第１，第２プローブ１，２が立体的に走査するように計測制御部７によって３次元直交ロボット３が運転されている。
【００２６】
第１プローブ１が測定点Ｐ２に、第２プローブ２が測定点Ｐ１に位置した場合を考える。
先ず、ＲＦスイッチ４が開き、スペクトラムアナライザ６は第１プローブ１からの信号のみを受信する。これは測定点Ｐ２から発生する電磁界強度を測定していることになる。次に３次元直交ロボット３が移動して、第１プローブ１を測定点Ｐ３に、第２プローブ２を測定点Ｐ２にセットする。これによって第１プローブ１は測定点Ｐ３から発生する電磁界の強度を測定する。第２プローブ２は測定点Ｐ２から発生する電磁界の強度を測定する。このときには、ＲＦスイッチ４が開き、スペクトラムアナライザ６は第１プローブ１からの信号を受信することで測定点Ｐ３から発生する電磁界の強度のみを測定する。次に、ＲＦスイッチ４が閉じ、スペクトラムアナライザ６は第１プローブ１からの信号と第２プローブ２からの信号との合成信号を測定する。
【００２７】
このとき、第１プローブ１からの信号の位相と、第２プローブ２からの信号の位相とが揃っていれば、ＲＦ合成器５の出力の合成信号は強め合い、第１プローブ１からのみの信号よりも強度が大きくなる。
【００２８】
また、第１プローブ１からの信号の位相と、第２プローブ２からの信号の位相が反転していれば、ＲＦ合成器５の出力の合成信号は弱め合い、第１プローブ１からのみの信号よりも強度が小さくなる。
【００２９】
このように、合成前後の信号強度変化を比較することによって、測定点Ｐ２と測定点Ｐ３から発生する電磁界の位相差を求めることができる。例として、位相と振幅の異なり、周波数が同じである正弦波の合成について述べる。
【００３０】
測定点Ｐ２から発生する電磁界信号を  Ｙ２  ＝  Ａ・ｓｉｎ（Ｘ）
測定点Ｐ３から発生する電磁界信号を  Ｙ３  ＝  Ｂ・ｓｉｎ（Ｘ＋θ）
とする。この時、２つの信号の合成は（式１）で表される。
【００３１】
【数１】
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（式１）の結果から、合成された信号は正弦波であり、合成波の信号強度は測定点Ｐ２と測定点Ｐ３からの信号の強度と位相差に依存することがわかる。測定点Ｐ２と測定点Ｐ３からの信号強度は第１プローブ１によって予め高い分解能で測定されているため、既知である。従って、測定された合成波の信号強度から、測定点Ｐ２と測定点Ｐ３の間の電磁界の位相差を求めることができる。
【００３２】
図２は合成信号の振幅変化を位相差の依存性として示した図である。
Ａ，Ｂは２つの測定点からの信号強度で、２つの測定点からの信号強度が大きく異なる場合は合成信号の強度はほとんど変化しないが、２つの測定点からの信号強度がほぼ同じである場合は、２つの測定点からの信号の位相差によって合成信号の強度が大きく変化することが分かる。上記の計算は、測定した全周波数帯域に対して計測制御部７が行う。
【００３３】
測定点Ｐ２と測定点Ｐ３での測定が終わると、計測制御部７が３次元直交ロボット３によって、第１プローブ１は測定点Ｐ４に、第２プローブ２は測定点Ｐ３に移動する。
これらの動作を繰り返すことによって、全ての測定点から発生する電磁界の強度と、測定点間の位相差を測定することが可能となる。計測制御部７は、測定した結果と、時々の３次元直交ロボット３への位置制御情報とから、被測定物８の近傍の電磁界強度分布と位相分布を得ることができる。
【００３４】
さらに計測制御部７は、被測定物８の近傍の電磁界強度分布と位相分布の結果から被測定物８の遠方規格値を計算して推定する。
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における電磁界測定装置を示す。
【００３５】
実施の形態１では、第１プローブ１と第２プローブ２の２本のプローブを使用して被測定物８の近傍の電磁界強度分布と位相分布を測定していたが、この実施の形態２では第１プローブ１の近傍に複数のプローブを併設して被測定物８の近傍の電磁界強度分布と位相分布を測定する点が実施の形態１とは異なっている。
【００３６】
図３において、第２プローブ２１，２２，２３，２４は第１プローブ１を取り囲むように設置されている。この実施の形態ではプローブ２の数は４本であるが、４本より多くても、少なくて良い。具体的には、第１プローブ１を中心にして等距離の位置に第２プローブ２１，２２，２３，２４が配置されている。第１プローブ１の検知部の先端と被測定物８との距離と、第２プローブ２１，２２，２３，２４の検知部の先端と被測定物８との距離とは同一であって、第２プローブ２１，２２，２３，２４の測定面は第１プローブ１の測定面と同じである。
【００３７】
ＲＦスイッチ１３は複数入力のＲＦスイッチであり、複数の第２プローブ２１，２２，２３，２４の中から、有効な信号を選択してＲＦ合成器５に出力する。
かかる構成によれば、３次元直交ロボット３による走査方向に応じてＲＦスイッチ１３を計測制御部７によって適切に切り換えることによって、第１プローブ１と第２プローブ２１，２２，２３，２４の配置方向が３次元直交ロボット３による走査方向と常に一致し、走査方向、及び電磁界の方向に依存しない電磁界の測定が可能となる。
【００３８】
一般に、電磁界プローブは指向性を持ち、測定できる電磁界の方向に制限がある。従って、電磁界の方向に合わせて電磁界を測定するため、プローブを回転させる必要がある。プローブ方向を回転させた場合、実施の形態１だと第１プローブ１と第２プローブ２１，２２，２３，２４の配置方向が、走査方向と一致しなくなり、電磁界の強度と位相差が同時に得られないため、測定の分解能と効率が劣化する。対策として、上記のように複数の第２プローブを設け、第１プローブ１の回転角度に合わせて第２プローブ２１，２２，２３，２４の内の有効な第２プローブをＲＦスイッチ１３で選択して第１プローブ１の出力と合成することで、走査方向、及び電磁界の方向に依存しない電磁界の測定が可能となる。その他は実施の形態１と同じである。
【００３９】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における電磁界測定装置を示す。
実施の形態１では駆動部が３次元直交ロボット３で構成されていたが、この実施の形態３では駆動部が、多軸アームロボット１４で構成されている点だけが異なっている。多軸アームロボット１４の関節１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃは、第１，第２プローブ１，２が測定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・の近傍を立体的に走査するよう計測制御部７によって制御されている。第１，第２プローブ１，２はアーム１４Ｈの先端に固定されている。その他は実施の形態１と同じである。
【００４０】
かかる構成によれば、被測定物８に対して上面以外の面からプローブを接近して、近傍の電磁界を測定することができる。
直交ロボットでは被測定物８に対して上面方向からのみプローブを接近することができる。しかし、駆動部として多軸アームロボット１４を用いることで、上面以外の面からプローブを接近することが可能となる。例として、被測定物８の側面の電磁界分布を測定する場面を想定する。被測定物８が動作した状態で横倒しすることが可能であれば、直交ロボットでも被測定物８の側面を測定することができる。しかし、被測定物８が流体を扱う機器の場合などのように、動作中の機器を横倒しして測定することができないことがある。このような場合、駆動部として多軸アームロボット１４を用いることで、被測定物８の側面の近傍電磁界分布を測定することが可能となる。
【００４１】
この実施の形態３では実施の形態１の図１と同じように第２プローブの数が１本の場合を例に挙げて説明したが、実施の形態２の図３と同じように第２プローブの数が複数本の場合でも同様に実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、ＥＭＣ（電磁環境適合性）分野等の電子機器からの不要電磁波輻射の測定、及び対策の用途などに適用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１    第１プローブ
２    第２プローブ
２１，２２，２３，２４    第２プローブ
３    ３次元直交ロボット（駆動部）
４    ＲＦスイッチ
５    ＲＦ合成器
４５    合成手段
６    スペクトラムアナライザ
７    計測制御部
８   被測定物
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４・・・・    測定点
１３    ＲＦスイッチ
１４    多軸アームロボット（駆動部）
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ    関節
１４Ｈ    ハンド
【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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