(57)【要約】【課題】小規模な装置で被測定物の遠方の電磁界強度を測定することができる方法及び装置を提供する。【解決手段】被測定物１の周囲空間に設定した等価面において走査用磁界センサ２を走査させるとともに、被測定物１の近傍に固定磁界センサ３を固定配置し、両センサの検出信号から磁界の強度・方向・位相の分布を算出し、算出した磁界の強度・方向・位相から遠方における電磁界強度を求める。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波の放射源となる被測定物の遠方における電磁界強度を算出する方法において、
第１のプローブを被測定物の近傍に固定配置又は被測定物に付設して基準信号を検出し、
被測定物の近傍空間に設定した測定面において第２のプローブを走査させながら信号を検出し、
第２のプローブの検出信号及び前記第１のプローブの検出信号に基づき前記測定面における電界又は磁界の強度及び方向並びにその位相の分布を算出し、
算出した測定面における前記強度及び方向の分布並びに位相分布に基づき被測定物の遠方の任意の位置における電磁界強度を算出する
ことを特徴とする遠方電磁界強度の算出方法。
【請求項２】
電磁波の放射源となる被測定物の遠方における電磁界強度を算出する装置において、
被測定物の近傍に固定又は被測定物に付設した基準信号検出用の第１のプローブと、
被測定物の近傍空間に設定した測定面における電界又は磁界の強度を測定する第２のプローブと、
第２のプローブを前記測定面において走査させる走査装置と、
第２のプローブの検出信号及び前記第１のプローブの検出信号に基づき前記測定面における電界又は磁界の強度及び方向並びにその位相の分布を算出する手段と、
算出した測定面における前記強度及び方向の分布並びに位相分布に基づき被測定物の遠方の任意の位置における電磁界強度を算出する手段とを備えた
ことを特徴とする遠方電磁界強度の算出装置。
【請求項３】
電磁波の放射源となる被測定物の遠方における電磁界強度を算出する装置に
被測定物の近傍に固定又は被測定物に付設した基準信号検出用の第１のプローブからの検出信号と、被測定物の近傍空間に設定した測定面における電界又は磁界の強度を測定する第２のプローブからの検出信号とに基づき、前記測定面における電界又は磁界の強度及び方向並びにその位相の分布を算出する手段と、
算出した測定面における前記強度及び方向の分布及び位相分布に基づき被測定物の遠方の任意の位置における電磁界強度を算出する手段として機能させる
ことを特徴とする遠方電磁界強度の算出プログラム。
【請求項４】
請求項３記載の遠方電磁界強度の算出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物からの電磁波の放射により形成された電磁界の強度を算出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器から放射される電磁波が特に問題となってきており、各国の業界団体においても放射電磁波の強度について規格を設けている。そこで、電子機器メーカーでは、不要な放射電磁波を低減させるべく開発設計の際に種々の対策（ＥＭＣ対策）を行っている。このＥＭＣ対策の際には、対象となる電子機器が前記規格を満たしているいるかを確認するために、当該規格に応じた測定を実施する必要がある。また、携帯電話に代表されるように積極的に電磁波を放射する電子機器についても、種々の規格が存在する。そして、多くの規格では、オープンサイトや電波暗室において被測定物から数ｍ程度という遠方での測定を条件としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、オープンサイトや電波暗室は大規模な装置となるため、多大な設備投資が必要であるという問題だけでなく、測定の度にオープンサイトや電波暗室に被測定物を運ばなくてはならず利便性に欠けるという問題があった。そして、この問題は電子機器の開発コストの上昇を招いていた。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小規模な装置で被測定物の遠方の電磁界強度を測定することができる方法及び装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、電磁波の放射源となる被測定物の遠方における電磁界強度を算出する方法において、被測定物の近傍に基準信号検出用の第１のプローブを固定配置し、被測定物の近傍に設定した測定面において第２のプローブを走査させながら、該第２のプローブの検出信号及び前記第１のプローブの検出信号に基づき前記測定面における電界又は磁界の強度及び方向並びにその位相の分布を算出し、算出した測定面における前記強度及び方向の分布並びに位相分布に基づき被測定物の遠方の任意の位置における電磁界強度を算出することを特徴とする。
【０００６】
本発明の原理について説明する。Ｌｏｖｅの等価定理によれば、放射源の周囲に設定した仮想的な等価面を波源として考えることで、放射源を知ることなく、該放射源により形成される電磁界（放射電磁界）を求めることができる。具体的には、等価面上の電界Ｅ１と磁界Ｈ１から等価面磁流Ｊｍと等価面電流Ｊｅを求め、この等価面磁流Ｊｍと等価面電流Ｊｅをそれぞれ放射源と考えることにより放射電磁界を求めることができる。更に具体的には、次式により電界Ｅ及び磁界Ｅを求めることができる。なお、ここでＥ，Ｈ，Ｅ１，Ｈ１，Ｊｍ，Ｊｅ，ｎハット（ｎの上方に「＾」を付した記号）はベクトルである。また、μ０は真空中の透磁率、ε０は真空中の誘電率である。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
このように、等価面における電界Ｅ１と磁界Ｈ１を測定することで任意の位置における放射電磁界を求めることができる。本願発明では、被測定物の近傍に固定配置した第１のプローブにより基準信号を検出することにより、第２のプローブの検出信号の位相をも検出できる。これにより、被測定物の近傍に設定した測定面における電界又は磁界の強度及び方向並びにその位相の分布を得ることができ、これらの分布から被測定物の遠方における電磁界強度を算出することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本願発明の一実施の形態に係る遠方電磁界強度の算出方法及び装置について図面を参照して説明する。図１は遠方電磁界強度の算出装置の測定系の構成図である。
【００１０】
本実施の形態では、図１に示すように、被測定物１から放射される電磁波により形成された電磁界（放射電磁界）の強度を算出する。具体的には、走査用磁界センサ２及び固定磁界センサ３を用いて検出した被測定物１の近傍の磁界の強度・方向・位相に基づき、任意の位置における放射電磁界の強度を算出する。まず、この算出方法の理論について説明する。
【００１１】
上述したように、Ｌｏｖｅの等価定理によれば、等価面上の電界Ｅ１と磁界Ｈ１から等価面磁流Ｊｍと等価面電流Ｊｅを求め、この等価面磁流Ｊｍと等価面電流Ｊｅをそれぞれ放射源と考えることにより放射電磁界を求めることができる。この理論を拡張したものにＳｃｈｅｌｋｕｎｏｆｆの等価定理がある。Ｓｃｈｅｌｋｕｎｏｆｆの等価定理では、等価面上の電界Ｅ１又は磁界Ｈ１どちらか一方から等価面磁流Ｊｍ又は等価面電流Ｊｅを求めることで、放射電磁界を求めることができる。これは、等価面磁流Ｊｍの場合は等価面を磁気壁と考え、等価面電流Ｊｅの場合は等価面を電気壁と考えることによる。
【００１２】
ここで、実際に電界Ｅ１又は磁界Ｈ１のいずれかの測定を行うことを考えると、電位の絶対値を測定することが困難である。そこで、本実施の形態では、被測定物１の近傍に設定した等価面上にループアンテナからなる走査用磁界センサ２を配置し、この走査用磁界センサ２を用いて磁界Ｈ１の測定を行うことにする。磁界の大きさは、該磁界センサ２からの出力電流Ｉｍにより次式を用いて求めることができる。次式においては、ループの出力に５０Ωの負荷が直列に接続されているものとする。
【００１３】
Ｉｍ＝２πｆμＳＨｓｉｎθ／（５０×２）
なお、ｆは周波数、μは透磁率、Ｓはループ面積、Ｈは磁界、θは磁界とループ面の角度である。
【００１４】
また、この理論では磁界Ｈ１をベクトルで測定する必要があるが、本測定系では後述するように、磁界に対する磁界センサ２の向きを変えて複数回測定することにより磁界の向きを測定するとともに、走査用磁界センサ２とは別に固定の磁界センサ３を設けることにより位相を測定可能としている。
【００１５】
このＳｃｈｅｌｋｕｎｏｆｆの等価定理を適用して被測定物１からの放射電磁による放射電磁界を求めるには、被測定物１を囲むように設定した６面（等価面）のそれぞれを、走査用磁界センサ２を各面に垂直に配置した方向から測定する。これにより走査面の磁界の大きさと位相と向きの分布が得られる。そして、面の単位法線ベクトルとこの磁界の外積で求められる等価面電流が、磁気壁であると仮定された６面に分布している、として求められる電磁界分布が電磁界となる。具体的には、２倍の等価面電流が流れていると考えればよい。この等価面電流を微小ダイポールとして考え次式を用いることで電磁界が算出できる。
【００１６】
【数２】
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【００１７】
ここで、（ｒ，θ，φ）は微小ダイポールからの極座標表示の点、ωは各周波数、ｌは微小ダイポールの長さ、Ｉｄは微小ダイポールに流れる電流、λは波長、Ｚｏは次式で示す空間の波動インピーダンスである。
【００１８】
【数３】
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【００１９】
以下、図１を参照して本実施の形態に係る測定系について具体的に説明する。図１に示すように、本測定系では、走査用の磁界センサ２と、該磁界センサ２を被測定物１の周囲に設定した所定の走査面において走査させるセンサ走査装置４と、被測定物１の近傍に配置した基準信号検出用の固定磁界センサ３とを備えている。
【００２０】
走査用磁界センサ２は、シールデッドループ構造となっている。本実施の形態では、図２に示すように、多層プリント配線板によりシールデッドループ構造を実現している。具体的には、第１層２１及び第３層２３にシールド用のパターン２４及び２５を設けるとともに、第２層２２に心線に相当するパターン２６を設けている。各パターン２４〜２６間の接続はスルーホール２７により実現している。また、各パターンの２４〜２６は配線板の端部に設けた同軸コネクタ２８にそれぞれ接続している。このような構造により、図３に示すような一般的なシールデッドループアンテナと同様に磁気センサとして機能する。なお、本実施の形態では多層プリント配線板を用いたセンサを用いたが、図３に示すような一般的なシールデッドループアンテナ２’であっても本発明は実施できる。しかしながら、多層プリント配線板を用いたセンサでは、小型化が容易であること及び被測定物への接近が容易であることから分解能の向上が期待できる点で、一般的なシールデッドループアンテナ２’よりも好適である。
【００２１】
なお、走査用のセンサ２として、本実施の形態に係る磁界センサの他に、電界センサや電磁界センサを用いてもよい。
【００２２】
固定磁界センサ３は、走査用磁界センサ２の検出信号の位相を検出するための基準となる信号を検出する。この固定磁界センサ３は、被測定物１の近傍に配置したセンサであればその構造は問わない。本実施の形態ではループアンテナを用いた。
【００２３】
走査用磁界センサ２及び固定磁界センサ３は、図１に示すように、各々ミキサ５，６を介してＡ／Ｄコンバータ７，８に接続している。ミキサ５，６には、発振器９で生成された周波数変換用の基準信号が分波器１０により分配されて入力される。これにより、Ａ／Ｄコンバータ７，８の入力信号がダウンコンバートされる。Ａ／Ｄコンバータ７，８は、入力信号をディジタルに変換する。また、Ａ／Ｄコンバータ７，８は互いに位相同期して動作している。これにより、走査用磁界センサ２の検出信号と固定磁界センサ３の検出信号との位相差を検出できる。Ａ／Ｄコンバータ７，８によって変換されたデータはコンピュータ１１に入力される。
【００２４】
コンピュータ１１は、Ａ／Ｄコンバータ７，８からの入力データをフーリエ変換する高速フーリエ変換部１２と、変換後の各周波数ごとのデータから磁界の強度・方向・位相を算出する磁界情報算出部１３と、センサ走査装置４を制御する走査制御部１４とを備えている。高速フーリエ変換部１２及び磁界情報算出部１３は、走査制御部１４の制御信号に基づき動作し、被測定物１の近傍に設定された所定の走査面において磁界の磁界の強度・方向・位相を算出する。算出されたデータは、メモリやハードディスク等の記憶装置（図示省略）に保存される。走査制御部１４は、図４に示すように、被測定物１を囲むように空間中に設定された仮想的な直方体３０の各面を走査するようにセンサ走査装置４を制御する。
【００２５】
ここで、測定面である仮想的な直方体３０の設定方法について図５を参照して説明する。図５は、微小ダイポールと微小ループ電流の波動インピーダンスの距離特性を示す図である。直方体３０の各面（測定面）は、波源との距離が、図５に示す微小ダイポールによる波動インピーダンスと微小ループ電流による波動インピーダンスとが交わる距離よりも波源に近くなるよう（図５では位置Ｘよりも左方向となるような距離）に設定するのが好ましい。
【００２６】
磁界情報算出部１３における磁界の強度・方向・位相を算出する方法について説明する。磁界情報算出部１３は、走査面に対する角度を変えた測定した走査用磁界センサ２からの２つのデータの和及び差を取ることにより、磁界の強度及び方向を算出する。また、走査用磁界センサ２からのデータと固定磁界センサ３からのデータとを対比することにより両者間の位相差を検出する。走査面における磁界の位相とは、この固定磁界センサ３からの検出信号を基準とした両者間の位相差を意味する。
【００２７】
コンピュータ１１は、さらに、磁界情報算出部１３で算出された走査面における磁界の強度・方向・位相から任意の位置における電磁界を算出する放射電磁界算出部１５を備えている。この算出の方法には、前述したようにＳｃｈｅｌｋｕｎｏｆｆの等価定理を用いる。算出した結果は、メモリやハードディスク等の記憶装置（図示省略）に保存される。図示省略の記憶装置に保存された算出結果及び前記磁界分布は、表示装置（図示省略）に表示される。
【００２８】
以上のように、本実施の形態によれば、被測定物１の近傍を走査する走査用磁界センサ２を走査させながら、その検出信号と被測定物１の近傍に固定配置した固定磁界センサ３からの検出信号とを比較することにより、走査面における磁界の強度・方向・位相の分布が得られる。そして、得られたデータに基づき、被測定物１からの放射電磁波により形成された電磁界（放射電磁界）を求めることができる。
【００２９】
したがって、前述のように本来オープンサイトや電波暗室など特定の条件で実施しなければならない測定について、被測定物の近傍の測定を行うだけで本来の測定値を算出することができる。このような測定の他の例としては、オープンサイトや電波暗室による測定だけでなく、携帯電話などの設計・開発で行われる人体への電磁波の吸収率を表すＳＡＲ値の測定（この測定では本来人体をシミュレートしたファントムと呼ばれる装置を用いる）や、アンテナの設計時に行われる放射パターンの測定などがあげられる。本発明では、このような測定について多大な設備投資を行うことなく、容易に電子機器の設計・開発を行うことが可能となる。
【００３０】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は該実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、Ｌｏｖｅの等価定理を拡張したＳｃｈｅｌｋｕｎｏｆｆの等価定理を適用し、被測定物の近傍の磁界のみを測定するようにしたが、小型ダイポールアンテナ等を用いて電界のみを測定するようにしてもよく、また磁界及び電界の双方を測定するようにしてもよい。
【００３１】
また、上記実施の形態では、被測定物１の周囲空間に仮想的な直方体３０を設定し、該仮想直方体３０の各面を走査するようにしたが、図６に示すように、その一面をグランド面３１として他の５面のみを走査してもよい。被測定物１の形状等によっては、その側面側の面を無視するようにして、被測定物の上面側及び下面側の２面のみを走査するようにしてもよい。さらに、図７に示すように、仮想的な円筒３２を設定して、その周面，上面及び下面を走査するようにしてもよい。
【００３２】
さらに、上記実施の形態では、走査面における磁界の位相を測定するために、走査用磁界センサ２とは別にループアンテナからなる固定磁界センサ３を被測定物１の近傍に配置したが、センサを被測定物１に付設するようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本願発明では、被測定物の近傍に固定配置した第１のプローブにより基準信号を検出することにより、第２のプローブの検出信号の位相をも検出できる。これにより、被測定物の近傍に設定した測定面における電界又は磁界の強度及び方向並びにその位相の分布を得ることができ、これらの分布から遠方における電磁界強度を算出することができる。したがって、オープンサイトや電波暗室のような大規模な設備を用いることなく、被測定物の近傍の測定だけで遠方の電磁界強度を得られるので、電子機器の開発・設計を低コストかつ容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】遠方電磁界強度の算出装置の測定系の構成図
【図２】走査用磁界センサの構造を説明する図
【図３】他の走査用磁界センサを説明する図
【図４】走査面を説明する図
【図５】微小ダイポールと微小ループ電流の波動インピーダンスの距離特性を示す図
【図６】走査面の他の例を説明する図
【図７】走査面の他の例を説明する図
【符号の説明】
１…被測定物、２…走査用磁界センサ、３…固定磁界センサ、４…センサ走査装置、５，６…ミキサ、７，８…Ａ／Ｄコンバータ、９…発振器、１０…分波器、１１…コンピュータ、１２…高速フーリエ変換部、１３…磁界情報算出部、１４…走査装置制御部、１５…放射電磁界算出部
【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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