(57)【要約】【課題】測定対象となる電磁界を乱すこと無く磁界の測定ができる光導波路型ループアンテナを提供する。【解決手段】ループアンテナにおいて、光導波路型の変調器３の電極がアンテナエレメント４を形成する導体の一部として組み合わされている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループ状の導体より成り閉回路を形成するアンテナエレメント、前記アンテナエレメントで受信した信号の信号電圧に依存して入射した光を強度変調して出射する光導波路型変調器、前記光導波路型変調器に入射する光の光源、及び前記光導波路型変調器の出射光を受光して電気信号に変換する光検出器を備えて構成されるループアンテナにおいて、前記光導波路型変調器の電極が前記アンテナエレメントを形成する導体の一部として組み合わされていることを特徴とする光導波路型ループアンテナ。
【請求項２】
請求項１記載の光導波路型ループアンテナにおいて、前記光導波路型変調器の基板は電気光学効果を示す材料から成ることを特徴とする光導波路型ループアンテナ。
【請求項３】
請求項２記載の光導波路型ループアンテナにおいて、前記光導波路型変調器の基板はニオブ酸リチウムであることを特徴とする光導波路型ループアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＭＣ技術分野で電磁ノイズの特性測定に用いられる電磁界センサに関し、詳しくは、光導波路型ループアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より磁界の検出には主にループアンテナエレメントを使用した磁界アンテナが用いられている。この磁界アンテナの例としては、例えば「Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｎｅａｒ　Ｆｉｅｌｄｓ　ｏｆ　Ａｎｔｅｎｎａｓ　ａｎｄ　Ｓｃａｔｔｅｒｅｒｓ」　（Ｊ．　Ｄ．　Ｄｙｓｏｎ，　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ａｎｔｅｎｎａｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．　ＡＰ−２１，　Ｎｏ．　４，　ｐｐ．　４４６−４６０，　Ｊｕｌ．　１９７３）等に示されている。
【０００３】
これらのアンテナは先端に閉回路状の閉じたループアンテナエレメントを形成し、ループ面を貫く磁界の変化により発生した電圧を同軸ケーブルにより伝送し検出する。
【０００４】
また最近では電界あるいは電磁ノイズの検出において、電気光学効果を利用して入射光が電界強度に依存して出射光強度に変換され、その信号が光ファイバを用いて伝送されるセンサヘッド、いわゆる光電界センサが報告されている（例えば「光電界センサの高感度化」、戸叶ほか、電子情報通信学会技術研究報告、ＥＭＣＪ９４−２６，ｐｐ．１−７，Ｓｅｐ．１９９４）。
【０００５】
図４は従来の光電界センサの構成の一例を示す概略図である。図４を参照すると、光源５１からの光は光ファイバ５２を通って光変調器５３に入射される。一方、光変調器５３には、ダイポールアンテナエレメント５４が設けられている。従って、光変調器５３に入射された光は、ダイポールアンテナエレメント５４により捕捉された電界によって強度変調されて出射光となる。この光変調器５３からの出射光は光ファイバ５５を通って光検出器５６で電気信号に変換されて出力される。
【０００６】
図５は図４の光電界センサに用いられる光変調器５３の構成を示す図である。図５を参照すると、光変調器５３は、ニオブ酸リチウム結晶基板６１表面上に形成されたＹ分岐型光分岐導波路６２、互いに１／４波長の位相差を持つ２つの光位相変調導波路６３、６４、及びＹ分岐型光合流導波路６５により導波路型マッハツェンダー干渉系を構成している。そして位相変調光導波路６３、６４近傍に設けられた変調電極６６にはダイポールアンテナエレメント５４が接続される。Ｙ分岐型光分岐導波路６２に入射した光は２分岐されそれぞれ光位相変調導波路６３、６４に導かれ、ダイポールアンテナエレメント５４に接続されている変調電極６６に印加された電圧に応じて互いに逆の位相変調を受ける。これらの光はＹ分岐型光合流導波路６５において合流する際に、互いの位相差による光の干渉により強度変調光信号に変換される。
【０００７】
例えば、変調電極６６に電圧が印加されていない場合位相差は１／４波長であるため、合流導波路６５に入射した光の１／２が光ファイバ５５（図４）に導かれ、残りは結晶基板６１内に放射される。そして位相差が小さくなるように位相変調を受けた場合は光ファイバ５５に導かれる光量は位相差に応じて多くなり、逆に位相差が大きくなった場合は光量が少なくなる。
【０００８】
この光電界センサは、電界強度を非接触で検出する方式で、しかも光信号に変調された電界強度の情報は、光ファイバによって伝送され、光検出器で再び電気信号に戻して計測器や受信器に入力される。光信号は遠隔伝送が容易で、かつ伝送路線系とその周囲環境との間にノイズの授受がないため、遠隔地の電界強度測定が可能であるなどの特徴がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁界アンテナでは、ループアンテナエレメントで検出した電圧信号を金属部材を用いて構成した同軸ケーブルで伝送する。このためこの同軸ケーブルを敷設することにより測定対象となる電磁界分布が変化してしまい精密な測定が不可能であるという問題があった。
【００１０】
また、従来の光電界センサでは、光ファイバを用いているため測定対象の電磁界分布を乱すという問題は発生しないが、ダイポールアンテナエレメントを用いているため磁界の測定が出来ないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の技術的課題は、ループアンテナエレメントで検出した磁界信号を光ファイバを用いて伝送することが出来る、すなわち測定対象となる電磁界を乱すこと無く磁界の測定ができる光導波路型ループアンテナを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ループ状の導体より成り閉回路を形成するアンテナエレメント、前記アンテナエレメントで受信した信号の信号電圧に依存して入射した光を強度変調して出射する光導波路型変調器、前記光導波路型変調器に入射する光の光源、及び前記光導波路型変調器の出射光を受光して電気信号に変換する光検出器を備えて構成されるループアンテナにおいて、前記光導波路型変調器の電極が前記アンテナエレメントを形成する導体の一部として組み合わされていることを特徴とする光導波路型ループアンテナが得られる。
【００１３】
また、本発明によれば、前記光導波路型ループアンテナにおいて、前記光導波路型変調器の基板は電気光学効果を示す材料から成ることを特徴とする光導波路型ループアンテナが得られる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、前記光導波路型ループアンテナにおいて、前記光導波路型変調器の基板はニオブ酸リチウムであることを特徴とする光導波路型ループアンテナが得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態による光導波路型ループアンテナの構成を示す図である。図１を参照すると、光導波路型ループアンテナ１０は、ループ状の導体より成り閉回路を形成するアンテナエレメント４、アンテナエレメント４で受信した信号の信号電圧に依存して入射した光を強度変調して出射する光導波路型変調器３、光導波路型変調器３に入射する光の光源１、及び光導波路型変調器の出射光を光ファイバ５を介して受光して電気信号に変換する光検出器６を備えて構成されている。光導波路型変調器３の電極がアンテナエレメント４を形成する導体の一部として組み合わされている。
【００１７】
この光導波路型ループアンテナ１０において、光源１からの光は、光ファイバ２を通って光変調器３に入射され、ループアンテナエレメント４により捕捉された磁界により強度変調されて出射光となる。この出射光は光ファイバ５を通って光検出器６で電気信号に変換されて出力される。
【００１８】
図２は図１の光導波路型ループアンテナ１０に用いられる光変調器３の構成を示す図である。図２を参照すると、ニオブ酸リチウム結晶基板１１表面上に形成されたＹ分岐型光分岐導波路１２、互いに１／４波長の位相差を持つ２つの位相変調光導波路１３、１４、Ｙ分岐型光合流導波路１５により導波路型マッハツェンダー干渉系を構成している。そして位相変調光導波路１３、１４近傍に設けられた変調電極１６、１６にはループアンテナエレメント４が接続される。
【００１９】
変調電極１６に電圧が与えられるとニオブ酸リチウム結晶の電気光学効果により電極間の基板の屈折率が電圧に比例して増減する。電圧の極性が反転した場合、屈折率の変化量も反転する。マッハツェンダー干渉系の下側の位相変調光導波路１３の屈折率が増加した場合、上側の位相変調光導波路１４の屈折率が減少するように図２の変調電極１６は配置されている。位相変調光導波路１３、１４を通過する光の位相は屈折率に比例して変化する。つまり下側の位相変調光導波路１３を通過する光の位相は遅れ、上側の位相変調光導波路１４を通過する光の位相は進む。そして、Ｙ分岐型光合流導波路１５で合流すると二つの光は干渉して光位相変化は光強度変化に変換される。変調電極１６への入力電圧に対する光出力強度Ｏｍｏｄは次の数１式で表される。
【００２０】
【数１】
2004069592.tif 000003
また、上記数１式中の半波長電圧Ｖπは、次の数２式で与えられる。
【００２１】
【数２】
2004069592.tif 000004
ここで、電磁界計測の場合、Ｖｉｎ＜＜Ｖπとみなせるので、上記数１式は以下の数３式のように近似できる。
【００２２】
【数３】
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変調電極１６をループアンテナエレメント４の一部とすることにより、磁界強度に比例した電圧信号を光変調器３に入力することが出来る。ループアンテナエレメント４のうち最も基本的なベアループアンテナエレメントを使用した場合に、磁界Ｈにより変調電極１６に与えられる電圧ＶｉｎＨを次の数４式に示す。
【００２３】
【数４】
2004069592.tif 000006
ただし、上記数４式において、Ｚｌｏａｄ：変調電極１６のインピーダンス、Ｒ：光変調器３の電極配線抵抗であり、また、上記数４式中のＶＨ，Ｃ，Ｌは次の数５式で示される。
【００２４】
【数５】
2004069592.tif 000007
ここで、上記数５式において、ａ：ループ導体半径、ｂ：ループ半径、μ０：真空中の誘電率、ε０：真空中の透磁率である。
【００２５】
また、光ファイバ５により伝送された磁界強度信号は光検出器６内のフォトダイオードにより電気信号に戻される。フォトダイオードの出力は次の数６式で表される。
【００２６】
【数６】
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従って、上記数３、数４、数６式より磁界Ｈに対する光導波路型ループアンテナの出力電流は次の数７式となる。
【００２７】
【数７】
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図３はループ半径ｂ＝３０ｍｍ、ループ導体半径ａ＝０．４５ｍｍ、光源波長λ＝１．３１μｍ、半波長電圧Ｖπ＝７．３Ｖとした場合の光導波路型ループアンテナの周波数応答測定結果の一例を示す図である。
【００２８】
以上はベアループアンテナエレメントの場合について説明したが、シールデッドループやダブルギャップループなど他のループアンテナエレメントの場合でもそれぞれの形式に応じた磁界検出電圧が光変調器３に入力されループアンテナとして機能する。
【００２９】
本発明の光導波路型ループアンテナでは、ループアンテナエレメントと光導波路型変調器が組み合わされている。このアンテナにおいては被測定空間に設置される金属製部材はアンテナのループエレメントのみである。そして検出した電圧信号は、無給電で動作する誘電体結晶を基板とする光変調器により光信号に変換され、ガラス製の光ファイバにより伝送される。このため信号伝送には同軸ケーブルその他金属部材は不必要である。従って測定対象となる電磁界をほとんど乱すこと無く測定できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ループアンテナエレメントで検出した磁界信号を光ファイバを用いて伝送することが出来る、すなわち測定対象となる電磁界を乱すこと無く磁界の測定ができる光導波路型ループアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による光導波路型ループアンテナ構成を示す図である。
【図２】図１の光導波路型ループアンテナに用いられる光変調器の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態による光導波路型ループアンテナによる周波数応答測定結果を示す図である。
【図４】従来の光導波路型電界センサ構成の一例を示す図である。
【図５】従来の光導波路型電界センサに用いられる光変調器の構成を示す図である。
【符号の説明】
１、５１　　光源
２、５、５２、５５　　光ファイバ
３、５３　　光変調器
４　　アンテナエレメント
６、５６　　光検出器
１０　　光導波型ループアンテナ
１１、６１　　基板
１２、６２　　Ｙ分岐型光分岐導波路
１５、６５　　Ｙ分岐型光合流導波路
１３、１４、６３、６４　　位相変調光導波路
１６、６６　　変調電極
５０　　磁界アンテナ
５４　　ダイポールアンテナエレメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004069592.tif 000013
【図５】
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