(57)【要約】【課題】測定対象に近づけたときの磁界検出感度を向上させることが実現できる磁界検出プローブを提供する。【解決手段】磁界検出プローブ１では、センサ部２において、磁界を生じさせる測定対象に対向する対向面８を基準として、定電位用導体５が少なくとも信号用導体４よりも測定対象に近づかない位置に、信号用導体４および定電位用導体５のそれぞれの位置が規定されている。つまり、ループ状の伝送線路を、最も外側に（信号用導体よりも幅広の）定電位用導体が配置されない不平衡線路とすることで、測定対象に近づけたときに、伝送線路と測定対象との容量結合が抑制され、ひいては磁界の変化が抑制されるため、磁界検出感度を向上させることが実現できる。【選択図】図２
2015007579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を伝送する信号用導体（４）と前記信号用導体を電磁的に遮蔽する定電位用導体（５）とで構成され、部分的に前記信号用導体を露出させたギャップ部（７）を有する伝送線路によってループ状に形成されたシールデッドループアンテナとして機能するセンサ部（２）を備え、
前記センサ部を通過する磁界の大きさに応じた電気的信号を検出するための磁界検出プローブ（１）であって、
前記センサ部は、前記磁界を生じさせる測定対象に対向する対向面（８）を基準として、前記定電位用導体が少なくとも前記信号用導体よりも前記測定対象に近づかない位置に、前記信号用導体および前記定電位用導体のそれぞれの位置が規定されていることを特徴とする磁界検出プローブ。
【請求項２】
前記定電位用導体は、前記ループ状の伝送線路において、前記信号用導体よりも内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁界検出プローブ。
【請求項３】
前記センサ部は、可撓性を有する基板を用いて構成され、前記伝送線路は、前記基板上に構成されたストリップラインからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁界検出プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールデッドループアンテナを利用する磁界検出プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁界検出プローブとしてシールデッドループアンテナを利用したものが知られている。シールデッドアンテナは、同軸ケーブルやセミリジッドケーブルをループ状に形成し、ケーブルの一端が検出回路に接続されている。ケーブルの他端は内部導体を直接接地（外部導体に接続）するタイプと、終端抵抗を介して、内部導体を接地（外部導体に接続）するタイプがある。いずれも、ループ中に外部導体を利用したギャップを形成し、ループを鎖交する磁界によってギャップに生じる誘起電圧を検出回路で検出するように構成される。
【０００３】
ところで、近年、電磁波ノイズ対策、所謂ＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility）の観点から、多種多様な電子機器を対象として磁界を測定したいというニーズが生じている。
【０００４】
これに対して、厚み方向に可撓性を有する多層基板の厚み方向とループ面が平行になるように伝送線路を形成し、ループ状の伝送線路の最も外側と最も内側とにそれぞれ定電位用導体を配置し、これら外側の定電位用導体と内側の定電位用導体との間に信号用導体を配置することで、ループ面に平行な方向に多層基板をたわませて測定対象に密着させられるシールデッドループアンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、このシールデッドループアンテナでは、信号用導体を定電位用導体によって覆う周知の構成を模擬するために、二つの定電位用導体のそれぞれについて信号用導体よりも幅広のもの（表面積の大きいもの）が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１１２６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本願出願人は、特許文献１の従来技術では、例えば測定対象に多層基板を密着させたときに、外側の定電位用導体が測定対象に近接すると、この定電位用導体と測定対象の表面とがコンデンサのように電気的結合を起こし、測定対象に流れる電流の一部が定電位用導体に流れることで、磁界が変化してしまう可能性があるとの懸念を抱いた。つまり、磁界が変化することにより、測定対象によって本来生じるはずの磁界とのずれが起こることから、磁界検出感度が低下してしまう懸念があった。
【０００７】
本発明は、上記懸念を鑑みてなされたものであり、測定対象に近づけたときの磁界検出感度を向上させることが実現できる磁界検出プローブの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明は、信号を伝送する信号用導体と信号用導体を電磁的に遮蔽する定電位用導体とで構成され、部分的に信号用導体を露出させたギャップ部を有する伝送線路によってループ状に形成されたシールデッドループアンテナとして機能するセンサ部を備え、センサ部を通過する磁界の大きさに応じた電気的信号を検出するための磁界検出プローブである。本発明では、センサ部において、磁界を生じさせる測定対象に対向する対向面を基準として、定電位用導体が少なくとも信号用導体よりも測定対象に近づかない位置に、信号用導体および定電位用導体のそれぞれの位置が規定されている。
【０００９】
このように構成された本発明の磁界検出プローブによれば、ループ状の伝送線路を、最も外側に（信号用導体よりも幅広の）定電位用導体が配置されない不平衡線路とすることで、測定対象に近づけたときに、伝送線路と測定対象との容量結合が抑制され、ひいては磁界の変化が抑制されるため、磁界検出感度を向上させることが実現できる。
【００１０】
なお、本発明の磁界検出プローブは、上記の対向面を基準として、測定対象に対し、定電位用導体の一部が信号用導体と同じ距離に位置する構成でもよい。
また、本発明の磁界検出プローブは、上記の対向面を基準として、信号用導体が定電位用導体よりも測定対象に近接する配置でもよい。つまり、定電位用導体は、ループ状の伝送線路において、前記信号用導体よりも内側に配置されている構成でもよい。
【００１１】
また、本発明の磁界検出プローブは、センサ部において、ループ状の多層基板を用いて伝送線路を形成してもよいし、多層でないループ状の基板（単層基板）の内側面に定電位用導体を配置し、外側面に信号用導体を配置してもよい。
【００１２】
また、本発明の磁界検出プローブは、センサ部が、可撓性を有する基板を用いて構成され、伝送線路が、基板上に構成されたストリップラインからなる構成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】磁界検出プローブの外観を示す斜視図である。
【図２】磁界検出プローブの内部構成を模式的に示した断面図である。
【図３】図２におけるIII−III断面図である。
【図４】磁界検出感度の測定結果を示すグラフである。
【図５】磁界検出感度および電界検出感度の測定結果を示すグラフであり、（ａ）は磁界検出プローブのもの、（ｂ）は比較例のものである。
【図６】測定系の構成を示す説明図である。
【図７】比較例として用いたシールデッドループアンテナの内部構成を模式的に示した断面図である。
【図８】図７におけるIII−III断面図である。
【図９】定電位用導体のバリエーションを説明するための第１の断面図である。
【図１０】定電位用導体のバリエーションを説明するための第２の断面図である。
【図１１】定電位用導体のバリエーションを説明するための第３の断面図である。
【図１２】伝送線路のバリエーションを説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
＜全体構成＞
磁界検出プローブ１は、図１に示すように、磁界の大きさに応じた電気的信号を発生するセンサ部２と、センサ部２から電気的信号を取り出すための接続部３とを備えている。
【００１５】
接続部３は、中心導体３１とその中心導体３１の周囲に形成された円筒状の外部導体３２を有し、特性インピーダンスが５０Ωである周知のＳＭＡコネクタからなる。
センサ部２は、ループ状に形成された可撓性を有するフレキシブルな多層基板を用いて構成され、この多層基板にプリントされたストリップラインを利用して形成されたシールデッドループアンテナからなる。
【００１６】
センサ部２を構成する多層基板は、図２に示すように、３層の誘電体層２１（２１１〜２１３）と、各誘電体層２１の間に形成された２層の導体層２２（２２１〜２２２）からなる。以下では、ループの最も内側に位置する誘電体層を第１層２１１、最も外側に位置する誘電体層を第３層２１３、その間に位置する誘電体層を第２層２１２と呼ぶものとする。そして、第２層２１２と第３層２１３の間に位置する導体層である信号用導体層２２２には信号用導体４が形成され、また、第１層２１１と第２層の間に位置する導体層である定電位用導体層２２１には定電位用導体５が形成されている。
【００１７】
但し、図３に示すように、定電位用導体５は、信号用導体４および定電位用導体５によって形成される伝送線路がストリップラインとして機能するように、線路幅（図中Ｙ軸方向の幅）が、信号用導体４の線路幅と比較して充分に広い幅を有するように形成されている。つまり、信号用導体４の幅をＷ、信号用導体４の厚さをＬ、信号用導体４と定電位用導体５との間隔をＨ、誘電体層２１の比誘電率をεとして、これらのパラメータを適宜設定することにより、信号用導体４および定電位用導体５からなる伝送線路（ストリップライン）のインピーダンスを任意の大きさに設定することができる。
【００１８】
図２に戻り、信号用導体４は、多層基板の形状に沿ってループを形成するように配線されている。そして、信号用導体４の一端は、接続部３を構成する中心導体３１に接続され、他端は、接続部３を構成する外部導体３２に、終端抵抗６を介して接続されている。
【００１９】
定電位用導体５は、多層基板の形状に沿ってループをほぼ一周するように形成されている。そして、多層基板によって形成されるループの中空部分を挟んで、接続部３の形成部位と対向する部位に、ギャップ（定電位用導体５の切れ目）が設けられている。このギャップが設けられているセンサ部２の部位を、以下ではギャップ部７という。また、定電位用導体５は、接続部３を構成する外部導体３２に接続されている。
【００２０】
つまり、信号用導体４と定電位用導体５とで形成される伝送線路は、ループ状に形成されており、ギャップ部７以外の部位では、定電位用導体５によって電界に対しても磁界に対しても遮蔽効果を有し、ギャップ部７では、電界に対しては遮蔽効果を有するが、磁界は信号用導体４を鎖交する構造を有している。
【００２１】
また、信号用導体４と定電位用導体５とで形成されるインピーダンス、および終端抵抗６のインピーダンスは、接続部３の特性インピーダンス（ひいては接続部３に接続される検出回路の入力インピーダンス）と同じ値に設定され、本実施形態では５０Ωに設定されている。特に、伝送線路のインピーダンスは、ε＝３．５の基板を使用し、Ｈ＝０．２ｍｍ、ｔ＝０．０１８ｍｍ、Ｗ＝０．４３ｍｍに設計することで５０Ωを実現している。
【００２２】
このように構成されたセンサ部２は、ループを形成する伝送線路として、同軸ケーブルやセミリジッドケーブルの代わりに、多層基板に形成されたストリップラインを用いたものとなっている。
【００２３】
また、センサ部２の伝送線路が形成するループは、図中におけるＸ−Ｚ平面に形成されている（図１，２参照）。つまり、磁界検出プローブ１は、センサ部２（特にループの中空部分）を通過する磁束のＹ軸方向に沿った成分の大きさに応じた検出信号を出力するように構成されている。
【００２４】
そして、センサ部２（伝送線路が形成するループアンテナ）を通過する磁束（ひいては磁界）の大きさに応じてギャップ間に誘起電圧が発生し、その誘起電圧を、接続部３の特性インピーダンス（検出回路の入力インピーダンス）と終端抵抗６のインピーダンスとで分圧した大きさの検出信号が検出回路に入力されることになる。
【００２５】
＜実験＞
磁界検出感度、電界検出感度の測定結果を図４〜５に示す。但し、測定系として、図６に示すように、マイクロストリップラインが形成された基板上に、磁界検出プローブ１を配置し、ネットワークアナライザのポート１からマイクロストリップラインに信号が供給され磁界検出プローブ１の接続部３から出力される検出信号がネットワークアナライザのポート２に入力されるように接続したものを使用する。
【００２６】
但し、磁界検出プローブ１におけるセンサ部２は、Ｘ軸方向のサイズＬｘが３５．４ｍｍ、Ｙ軸方向のサイズＬｙが１０ｍｍ、Ｚ軸方向のサイズＬｚが５．４ｍｍに形成されているもの（図１，２参照）を使用し、Ｘ軸方向がマイクロストリップラインの配線方向に沿うように配置した。
【００２７】
図４は、磁界検出感度を示すグラフである。具体的には、ネットワークアナライザによって、ポート１を介してマイクロストリップラインに同一の信号を供給した状態で、磁界検出プローブ１におけるＸ−Ｙ平面上の対向面８を、マイクロストリップラインが形成された基板（測定対象）の表面に１０ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲で近づけた場合に、ポート１からポート２へのＳパラメータ（Ｓ２１：通過損失）をシミュレーションによって算出した。
【００２８】
但し、磁界検出プローブ１では、対向面８（図２，３参照）を基準として、信号用導体４が定電位用導体５よりも測定対象に近接するように配置されている。
また、比較例として、図７に示すように、４層の誘電体層２１ａ（２１１ａ〜２１４ａ）と、各誘電体層２１の間に形成された３層の導体層２２ａ（２２１ａ〜２２３ａ）からなり、第２層２１２ａと第３層２１３ａの間に位置する信号用導体層２２２ａに信号用導体４ａが形成され、第１層２１１ａと第２層２１２ａの間に位置する内側導体層２２１ａ、および第３層２１３ａと第４層２１４ａの間に位置する外側導体層２２３ａにそれぞれ定電位用導体５ａ（５１ａ，５２ａ）が形成されたシールデッドループアンテナ１ａについても同様に測定を行った。なお、このシールデッドループアンテナ１ａにおいて、伝送線路のインピーダンスは、図８に示すように、ε＝３．５の基板を使用し、定電位用導体５１ａ，５２ａ間の間隔をｈとして、ｈ＝０．４１８ｍｍ、ｔ＝０．０１８ｍｍ、Ｗ＝０．２ｍｍに設計することで５０Ωを実現している。
【００２９】
図４に示すように、比較例のシールデッドループアンテナ１ａを測定対象の表面に近づけても、その距離が１ｍｍ以下になると、磁界検出感度があまり大きくならないのに対し、磁界検出プローブ１を測定対象の表面に近づけると、その距離０．１ｍｍ付近まで磁界検出感度が上昇し続け、比較例のものと比較して、その差が７ｄＢ以上となる。
【００３０】
つまり、磁界検出プローブ１では、対向面８（図２，３参照）を基準として、信号用導体４が定電位用導体５よりも測定対象に近接するように配置されていることで、対向面８を測定対象に近づけたときに、伝送線路と測定対象との容量結合が抑制され、ひいては磁界の変化が抑制されるため、磁界検出感度を向上させることが検証された。
【００３１】
次に、図５は、磁界検出感度および電界検出感度を示すグラフである。具体的には、周波数を０．１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で掃引した平面波を照射した場合の接続部３の出力電圧をシミュレーションによって算出した。図５において、（ａ）は空間に設置した磁界検出プローブ１に対して平面波を照射した場合のもの、（ｂ）は空間に設置した比較例のシールデッドループアンテナ１ａに対して平面波を照射した場合のものを示す。但し、照射する平面波は、直交する磁界と電界から形成されており、磁界検出プローブ１（比較例も同様）の形状に対し、磁界をＹ軸方向（図中の実線）、Ｚ軸方向（図中の点線）、Ｘ軸方向（図中の破線）にそれぞれ設定し、電界をＸ軸方向（図中の濃い実線、および点線）、Ｚ軸方向（図中の薄い実線、および破線）にそれぞれ設定している。
【００３２】
図５（ａ）に示すように、磁界検出プローブ１に対し、磁界をＹ軸方向に設定した場合に、他の方向（Ｚ軸方向、Ｘ軸方向）に設定した場合と比べて、出力電圧が最も大きい状態になる。また、この設定状態（磁界：Ｙ軸方向）で、電界をＸ軸方向（図中の濃い実線）からＺ軸方向（図中の薄い実線）へ平面波のベース条件を変更しても、出力電圧がほとんど変化しない。
【００３３】
また、図５（ａ）に示すように、磁界検出プローブ１に対し、電界をＸ軸方向に設定した状態で、磁界をＹ軸方向（図中の濃い実線）からＺ軸方向（図中の点線）へ平面波のベース条件を変更したり、電界をＺ軸方向に設定した状態で、磁界をＹ軸方向（図中の薄い実線）からＸ軸方向（図中の破線）へ平面波のベース条件を変更したりすると、出力電圧が少なくとも３０ｄＢ以上低下する。
【００３４】
これらのことから、磁界検出プローブ１では、本来の目的であるＹ軸方向の磁界を、電界の影響をほとんど受けずに、最も検出しやすい状態（Ｙ軸方向の磁界だけを検出しやすい状態）になっているため、電界に対して遮蔽効果を有することが確認された。
【００３５】
なお、以上の実験結果は、図５（ｂ）に示すように、比較例のシールデッドループアンテナ１ａに対しても確認しており、磁界検出プローブ１における電界の遮蔽効果が、比較例のシールデッドループアンテナ１ａと同等またはそれ以上の効果を有することが検証された。
【００３６】
以上説明したとおり、磁界検出プローブ１では、センサ部２において、磁界を生じさせる測定対象に対向する対向面８を基準として、定電位用導体５が少なくとも信号用導体４よりも測定対象に近づかない位置に、信号用導体４および定電位用導体５のそれぞれの位置が規定されている。
【００３７】
具体的には、磁界検出プローブ１では、対向面８を基準として、信号用導体４が定電位用導体５よりも測定対象に近接するように、定電位用導体５が、ループ状の伝送線路において、信号用導体４よりも内側に配置されている。
【００３８】
これにより、磁界検出プローブ１によれば、ループ状の伝送線路を、最も外側に（信号用導体よりも幅広の）定電位用導体が配置されない不平衡線路とすることで、測定対象に近づけたときに、伝送線路と測定対象との容量結合が抑制され、ひいては磁界の変化が抑制されるため、磁界検出感度を向上させることが実現できる。
【００３９】
具体的には、磁界検出プローブ１では、定電位用導体５を、比較例の外側定電位用導体５２ａよりも、多層基板の１層分、測定対象の表面から遠ざけることになるため、比較例のシールデッドループアンテナ１ａと比較して、伝送線路と測定対象との容量結合を抑制することができる。
【００４０】
また、磁界検出プローブ１では、センサ部２が、可撓性を有する基板を用いて構成され、伝送線路が、基板上に構成されたストリップラインからなるため、基板をたわませて測定対象に密着させることが可能となり、多種多様な電子機器を対象として磁界を測定することができる。
【００４１】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【００４２】
例えば、上記実施形態の磁界検出プローブ１では、センサ部２を構成する伝送線路のインピーダンスに終端抵抗６のインピーダンスを整合させ、且つ、これらのインピーダンスを、検出回路の入力インピーダンス（接続部３の特性インピーダンス）と同じ値に設定しているが、これに限定されるものではない。
【００４３】
具体的には、磁界検出プローブ１では、センサ部２を構成する伝送線路のインピーダンスに終端抵抗６のインピーダンスを整合させ、且つ、これらのインピーダンスを、検出回路の入力インピーダンス（接続部３の特性インピーダンス）より小さく設定してもよい。この場合、伝送線路のインピーダンスや終端抵抗６のインピーダンスを検出回路の入力インピーダンスと一致（整合）させた場合と比較して検出回路側の分圧比が大きくなるため、検出感度をより向上させることができる。
【００４４】
具体的には、検出回路の入力インピーダンスを５０Ωとし、終端抵抗６及び伝送線路のインピーダンスを１０Ωに設定することにより、誘起電圧に対する入力電圧の低下を抑制することができる。
【００４５】
また、上記実施形態の磁界検出プローブ１では、センサ部２において、ループ状の多層基板を用いて伝送線路を形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、多層でないループ状の基板（単層基板）の内側面に定電位用導体５を配置し、外側面に信号用導体４を配置してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態の磁界検出プローブ１では、センサ部２を多層基板上に構成したストリップラインを用いて構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、ストリップラインの代わりに、図２におけるIII−III断面図が図９となるような変形コプレーナラインを用いてもよい。
【００４７】
また、上記実施形態の磁界検出プローブ１では、定電位用導体５が、多層基板の１層分に配置されているが、これに限定されるものではなく、図２におけるIII−III断面図が図１０となるように、多層基板において定電位用導体５の一部を信号用導体４の層（外側の層）に拡張し、この拡張部分と定電位用導体５とをビアで接続してもよい。また、図２におけるIII−III断面図が図１１となるように、多層基板において定電位用導体５の一部を内側の層に拡張し、この拡張部分と定電位用導体５とをビアで接続してもよい。
【００４８】
なお、上記実施形態の磁界検出プローブ１では、定電位用導体５が、ループ状の伝送線路において、信号用導体４よりも内側に配置されているが、図１０に示すように、定電位用導体５の一部が、対向面８を基準として、測定対象に対し、信号用導体４と同じ距離に位置する構成でもよい。
【００４９】
また、ループ状の多層基板または単層基板は、フレキシブルな基板をループ状に折り曲げたもの以外にも、図１におけるII−II断面図が図１２となるように、リジッド基板の多層間にビアを用いて伝送線路をループ状に形成してもよいし、これに図９〜１１に示す構成を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…磁界検出プローブ、２…センサ部、３…接続部、４…信号用導体、５…定電位用導体、６…終端抵抗、７…ギャップ部、８…対向面、２１…誘電体層、２２…導体層、３１…中心導体、３２…外部導体、２１１…第１層、２１２…第２層、２１３…第３層、２１２２１…定電位用導体層、２２２…信号用導体層。
【図１】
2015007579.tif 000003
【図２】
2015007579.tif 000004
【図３】
2015007579.tif 000005
【図４】
2015007579.tif 000006
【図５】
2015007579.tif 000007
【図６】
2015007579.tif 000008
【図７】
2015007579.tif 000009
【図８】
2015007579.tif 000010
【図９】
2015007579.tif 000011
【図１０】
2015007579.tif 000012
【図１１】
2015007579.tif 000013
【図１２】
2015007579.tif 000014