(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を検出するエリア内に設置された被測定装置から発生する電磁波の電界強度を測定する電界計測装置において、
該エリア内には、アンテナと、該アンテナの出力信号を増幅するＲＦ増幅器と、該ＲＦ増幅器からの出力信号に基づいて光変調を行うマッハツェンダー型光導波路を有する光強度変調器と、該光強度変調器にＤＣバイアス電圧を印加するＤＣバイアス回路とが配置され、
該エリア外には、光源部と、該光強度変調器からの出力光を受光する受光部と、該受光部からの出力信号の強度変化に基づき該光強度変調器に供給するＤＣバイアス電圧を制御するＤＣバイアス制御部と、該受光部の出力に基づき該電界強度を測定する測定器とが配置され、
該光源部から光波を該光強度変調器に光ファイバによって導入し、
該光強度変調器から光波を該受光部に光ファイバによって導出し、
該ＤＣバイアス制御部から出力されるＤＣバイアス電圧に係る電気信号を、電気−光学変換器で光信号に変換し、光ファイバによって該エリア内に導入し、該光信号を該エリア内に配置された光学−電気変換器で電気信号に変換し、該電気信号を該ＤＣバイアス回路に入力し、
該光強度変調器と該受光部とを繋ぐ光ファイバと、該電気−光学変換器と該光学−電気変換器とを繋ぐ光ファイバとを共用し、該光ファイバの両端付近に波長合分波素子を配置することを特徴とする電界計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電界計測装置において、該エリア内には、該ＲＦ増幅器と該ＤＣバイアス回路を駆動するＤＣ電源が配置されていることを特徴とする電界計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電界計測装置において、該エリア内には、該アンテナの出力信号の強度が所定のレベルを超えたか否かを検出する信号強度検出器と、該信号強度検出器の検出結果に基づき検出結果信号を発生する信号発生器と、該ＲＦ増幅器からの出力信号と該検出結果信号とＤＣバイアス電圧とを合波する合波器とを配置し、該合波器の出力信号に基づいて該光強度変調器で光変調を行うと共に、
該エリア外には、該受光部の出力から該検出結果信号に基づく信号を検出し、その検出結果を表示する表示器とが配置されていることを特徴とする電界計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電界計測装置において、該信号強度検出器の結果に基づき、該アンテナの出力信号の強度を減衰する減衰器を有することを特徴とする電界計測装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電界計測装置において、該信号強度検出器の結果に基づき、該ＲＦ増幅器の出力を制御するＲＦ増幅制御部を有することを特徴とする電界計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界計測装置に関し、特に、電子機器などの放射電磁波ノイズ測定、電波暗室などの電磁波測定設備評価、アンテナ評価などの、電磁界計測分野のためのアナログ光伝送技術などに利用される電界計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射電磁波ノイズなどの測定は、電波暗室等の設備を利用して測定対象外の電磁波が抑制された測定環境で行われている。このため暗室内の受信アンテナで受信した信号は、隣接する測定室に伝送され、そこに設置された測定器で計測が行われる。
【０００３】
近年電子機器の高速化に伴い電磁波ノイズが高周波化し、１ＧＨｚ超、場合によっては１０ＧＨｚ超の周波数で評価する必要がでてきている。本出願人は特許文献１において、マッハツェンダー型光導波路を有する光変調器や光ファイバなどの光ファイバ伝送装置を利用して、受信アンテナで受信した信号を光伝送する方法を提案した。
【０００４】
また、計測の行われる装置の放出するノイズレベルは予想外のレベルの場合も多く、また同一の設備を用いて様々な測定が行われる。そのため、伝送する信号レベルのレンジは非常に大きく数十ｄＢの強度差がある場合もある。これらの入力レベルの異常を容易に判断するため、特許文献２において、新たな電界計測装置を提案した。
【０００５】
特許文献１又は２では、アンテナが検出する電気信号をマッハツェンダー型光導波路を有する光変調器で送信するため、光変調器のＤＣバイアスを常に適切な状態に保持することが必要となる。このため、ＤＣバイアス制御に必要なＤＣ信号又はＤＣ電圧を給電線を用いて電磁波計測のエリア内に導入している。
【０００６】
直流電圧等を給電線で供給することは、電磁波の測定に与える影響は交流信号に比較して少ないが、給電線自体にノイズが乗り易く、給電線を通じて測定エリア外のノイズが測定エリア内に持ち込まれることも危惧され、測定の精度や信頼性を低下させる原因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１２７７７７号公報
【特許文献２】特願２０１０−３６７７０号（２０１０年２月２３日出願）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、測定エリア内に導入する給電線を排除し、電波暗室等の設備内での電界計測の精度及び信頼性を向上させた電界計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような技術的特徴を有している。
（１）  電磁波を検出するエリア内に設置された被測定装置から発生する電磁波の電界強度を測定する電界計測装置において、該エリア内には、アンテナと、該アンテナの出力信号を増幅するＲＦ増幅器と、該ＲＦ増幅器からの出力信号に基づいて光変調を行うマッハツェンダー型光導波路を有する光強度変調器と、該光強度変調器にＤＣバイアス電圧を印加するＤＣバイアス回路とが配置され、該エリア外には、光源部と、該光強度変調器からの出力光を受光する受光部と、該受光部からの出力信号の強度変化に基づき該光強度変調器に供給するＤＣバイアス電圧を制御するＤＣバイアス制御部と、該受光部の出力に基づき該電界強度を測定する測定器とが配置され、該光源部から光波を該光強度変調器に光ファイバによって導入し、該光強度変調器から光波を該受光部に光ファイバによって導出し、該ＤＣバイアス制御部から出力されるＤＣバイアス電圧に係る電気信号を、電気−光学変換器で光信号に変換し、光ファイバによって該エリア内に導入し、該光信号を該エリア内に配置された光学−電気変換器で電気信号に変換し、該電気信号を該ＤＣバイアス回路に入力し、該光強度変調器と該受光部とを繋ぐ光ファイバと、該電気−光学変換器と該光学−電気変換器とを繋ぐ光ファイバとを共用し、該光ファイバの両端付近に波長合分波素子を配置することを特徴とする。
【００１０】
（２）  上記（１）に記載の電界計測装置において、該エリア内には、該ＲＦ増幅器と該ＤＣバイアス回路を駆動するＤＣ電源が配置されていることを特徴とする。
【００１２】
（３）  上記（１）に記載の電界計測装置において、該エリア内には、該アンテナの出力信号の強度が所定のレベルを超えたか否かを検出する信号強度検出器と、該信号強度検出器の検出結果に基づき検出結果信号を発生する信号発生器と、該ＲＦ増幅器からの出力信号と該検出結果信号とＤＣバイアス電圧とを合波する合波器とを配置し、該合波器の出力信号に基づいて該光強度変調器で光変調を行うと共に、該エリア外には、該受光部の出力から該検出結果信号に基づく信号を検出し、その検出結果を表示する表示器とが配置されていることを特徴とする。
【００１３】
（４）  上記（３）に記載の電界計測装置において、該信号強度検出器の結果に基づき、該アンテナの出力信号の強度を減衰する減衰器を有することを特徴とする。
【００１４】
（５）  上記（３）に記載の電界計測装置において、該信号強度検出器の結果に基づき、該ＲＦ増幅器の出力を制御するＲＦ増幅制御部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電界計測装置のように、ＤＣバイアス制御部から出力されるＤＣバイアス電圧に係る電気信号を、電気−光学変換器で光信号に変換し、光ファイバによってエリア内に導入し、該光信号を該エリア内に配置された光学−電気変換器で電気信号に変換し、該電気信号をＤＣバイアス回路に入力するため、測定エリア外から該エリア内に導入される線路は光ファイバのみとなるため、エリア外からのノイズがエリア内に侵入することを抑制でき、電界計測の精度及び信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る電界計測装置を示す概略図である。
【図２】図１のヘッド部２とコントローラ部６との構成を示す図である。
【図３】図１のヘッド部２とコントローラ部６との構成の応用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電界計測装置の概略を示す図である。電波暗室１０などの電磁波を検出するエリア内に設定された被測定装置（ＥＵＴ）８から発生する電磁波（波線矢印）の電界強度を測定する。符号９は、ターンテーブルなどの被測定装置を載置する載置台である。
【００１８】
本発明における「電磁波を検出するエリア」とは、電波暗室に限定されず、オープンサイトなど、被測定装置が発生する電磁波を検出するために、該被測定装置が設置されている空間を意味する。
また、「電磁波を検出するエリア」の外とは、被測定装置が発生する電磁波を計測する際に障害とならない領域を意味し、電波暗室の外部や、被測定装置から十分離れた場所、さらには、後述する測定室のように、本体部や測定器が収納され、機器から発生する電磁波が「電磁波を検出するエリア」に漏出することを遮断した空間であっても良い。
以下では、電波暗室及び測定室を例に説明する。
【００１９】
電波暗室１０内には、アンテナ１と、マッハツェンダー型光導波路を有する光強度変調器が組み込まれたヘッド部２とが配置されている。アンテナ１の出力信号は、特許文献１と同様に、光強度変調器の変調電極に印加され、マッハツェンダー型光導波路の屈折率を変化させる。この屈折率変化により、同光導波路を伝搬する光波の位相が変調され、マッハツェンダー型光導波路から出射する光波の光強度が変調される。符号３は、アンテナ１を所定の位置に配置する、アンテナ位置決め手段である。
【００２０】
光強度変調器は、電気光学効果を有する基板に光導波路及び変調電極を形成した進行波型光変調器が好適に利用可能である。電気光学効果を有する基板としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料などが利用することが可能である。マッハツェンダー型の光導波路は、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させたり、リッジ型の凸部を形成することにより、電気光学効果を有する基板上に形成できる。変調電極は、アンテナからの出力信号を印加する信号電極や接地電極から構成され、基板上に、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ２等のバッファ層を設け、光導波路の上側に形成した電極による光波の吸収や散乱を抑制することも可能である。
【００２１】
光強度変調器のバイアス点の調整方法としては、上述した変調電極に、アンテナからの出力電圧にＤＣバイアス電圧を重畳して印加することにより、光強度変調器のバイアス点を調整することが可能である。また、変調電極以外にバイアス点制御用の電極を別途組込み、このような電極にＤＣバイアス電圧を印加するように構成することも可能である。
【００２２】
電波暗室１０の外部には、測定室１１が隣接され、該測定室１１内には、ヘッド部２をコントロールする計測装置のコントローラ部６及び、ＥＭＩレシーバーなどの測定器７が設置されている。ヘッド部２とコントローラ部６とは光ファイバ４のみで接合されている
【００２３】
図２は、ヘッド部２及びコントローラ部６における構成を、より詳細に説明する図である。
ヘッド部２には、受信アンテナからの出力信号（３０ＭＨｚ以上）を導入されアンプに入力される。アンプは、アンテナの出力信号を増幅するＲＦ増幅器である。
【００２４】
該ＲＦ増幅器であるアンプからの出力信号と、後述するＤＣバイアス回路からのＤＣバイアス電圧とが合波される。合波器は、図中に符号＋で表示している。該合波器の出力信号に基づいて光変調を行うマッハツェンダー型光導波路を有する光強度変調器（ＭＺ型変調器）とが配置されている。
【００２５】
コントローラ部６には、光源部である半導体レーザ（ＬＤ）や該半導体レーザを駆動する制御回路であるＬＤ制御回路が設けられ、半導体レーザからは一定レベルの連続（ＣＷ）光が出力され、光ファイバを伝送してヘッド部２のＭＺ型変調器に入力される。
【００２６】
また、コントローラ部６には、光強度変調器であるＭＺ型変調器からの出力光を受光する受光部（高速ＰＤ，モニタＰＤ）が設けられている。受光部は、図２では、２つの受光素子（ＰＤ）から構成されているが、一つのＰＤで構成し、当該ＰＤからの出力信号を３０ＭＨｚ以上の高周波信号と、ＤＣバイアス制御に関する信号帯域である、例えば、３０ＭＨｚ未満の低周波信号とに分離することも可能である。
【００２７】
高速ＰＤでは、アンテナの出力信号に相当する３０ＭＨｚ以上の信号を検出し、高周波通過フィルタ（ＨＰＦ）を通過した信号を、アンプで増幅し、測定器７に導入する。
【００２８】
モニタＰＤの信号は、例えば、３０ＭＨｚ未満の低周波信号を出力し、ＤＣバイアス制御回路に入力される。ＤＣバイアス制御部となるバイアス制御回路では、受光部であるモニタＰＤからの出力信号の強度変化に基づき光強度変調器に供給するＤＣバイアス電圧を決定する。
【００２９】
ＤＣバイアス制御部から出力されるＤＣバイアス電圧に係る電気信号は、電気−光学変換器（Ｅ／Ｏ）で光信号に変換する。該光信号は、光ファイバによって測定エリア内に導入し、該エリア内に配置された光学−電気変換器（Ｏ／Ｅ）で電気信号に変換される。そして、該電気信号がＤＣバイアス回路に入力されることにより、光変調器にＤＣバイアス制御部の出力に基づくＤＣバイアスが印加されることとなる。
【００３０】
ＤＣバイアス制御に用いる光ファイバは、光変調器とモニタＰＤとを接続する光ファイバとは別途に設けることも可能であるが、敷設する光ファイバの本数を低減させるため、図２に示すように、これらの光ファイバを兼用させることも可能である。その際には、光ファイバの端部に波長合分波素子（ＷＤＭ１，ＷＤＭ２）やサーキュレータを配置し、光変調器からの出力光と、ＤＣバイアス制御に係る光波とを、光波の進行方向によって効率良く分離することが必要となる。
【００３１】
また、ヘッド部（２）には、アンプとなるＲＦ増幅器やバイアス回路を駆動するためのバッテリーであるＤＣ電源が配置されている。このＤＣ電源は、交流信号等のノイズを発生しないため、電界計測の精度や信頼性を損なうことは無い。
【００３２】
光強度変調器の駆動電圧−光強度出力との関係曲線（Ｖπ変調曲線）は、正弦関数となるため、通常、最大光強度の１／２点がバイアス点調整の中心となる。当然、バイアスの中心点は、このような１／２点に限らず、モニタＰＤのショットノイズとの兼ね合いで、１／２点より低い強度レベルを採用することも可能である。
【００３３】
電界計測を行なう前には、必要に応じて、バイアス点調整が行なわれ、具体的には、光源部のＬＤから光波を光強度変調器に導入し、該光強度変調器に印加するバイアス電圧を掃引し、モニタ光の出力レベルが最高となる値を計測し、例えば、該最高値の１／２の値を示すバイアス電圧を見出す。
【００３４】
このように、バイアス点を調整した場合、従来の光変調器のバイアス点制御で多用されている低周波信号などの交流信号が不要となり、電波暗室内でのノイズ放射をより一層抑制することが可能となる。勿論、電界計測を阻害しない範囲において、低周波信号などの交流信号を重畳してバイアス点を制御することも可能である。
【００３５】
次に、図３を用いて、ヘッド部２及びコントローラ部６の応用例を説明する。図３に示す発明の特徴は、特許文献２に開示した、アンテナが受信した信号レベルをモニタする手段をさらに付加するものである。
【００３６】
ヘッド部２には、受信アンテナからの出力信号（３０ＭＨｚ以上）を導入し、ＲＦ分配器により出力信号がアンプとＲＦ検出器に分配される。ＲＦ検出器は、該出力信号の強度を検出し、その検出信号をレベル検出回路に導入することで、該出力信号の強度が所定のレベルを超えたか否かを検出している。ＲＦ検出器とレベル検出回路とが組み合わさり、信号強度検出器を構成している。該信号強度検出器の検出結果に基づき検出結果信号を発生する信号発生器が設けられている。例えば、信号発生器では、光変調器がひずみを起こすある一定のレベルを超えている場合には、受信アンテナからの出力信号の帯域外の低周波信号（２０ＭＨｚ未満）で強度変調を行う。
【００３７】
該ＲＦ増幅器であるアンプからの出力信号と、該信号発生器からの検出結果信号と、さらに、ＤＣバイアス回路からのＤＣバイアス電圧とが合波される。該合波器の出力信号に基づいて光変調を行う光強度変調器（ＭＺ型変調器）が配置されている。
【００３８】
モニタＰＤの信号は、３０ＭＨｚ未満の低周波信号を出力し、Ｂｉａｓ−Ｔ等の分岐素子で２分岐された後、ＤＣバイアス制御回路及びモニタ検出回路へそれぞれ出力される。なお、この際に、ＤＣバイアス制御回路の前段には光変調器のＤＣバイアス制御に関する信号を透過する特定周波数帯の透過フィルタ、モニタ検出回路の前段には信号発生器が発生させた検出結果信号を透過する他の特定周波数帯の透過フィルタを挿入するとよい。また、これらの透過フィルタは、ＤＣバイアス制御回路やモニタ検出回路内に内蔵することも可能である。
【００３９】
受光部であるモニタＰＤからの出力信号から、信号発生器が発生した検出結果信号を、モニタ検出回路により検出する。例えば、受信アンテナからの出力信号が所定のレベルを超えている場合に発生させた低周波信号（３０ＭＨｚ未満）を検知し、当該検出結果に基づき、表示装置に過入力状態を表示する。
【００４０】
本発明の電界計測装置については、さらに、ＲＦ増幅器や光変調器に入るアンテナの出力信号の強度を自動的に調整し、伝送装置の出力飽和や歪みを抑制することも可能である。
【００４１】
受信アンテナとＲＦ分配器との間、又はＲＦ分配器とアンプとの間に、受信アンテナの出力信号の強度を減衰する可変減衰器を配置する。そして、図３と同様に、ＲＦ検出器及びレベル検出回路から構成される信号強度検出器の結果に基づき、受信アンテナの出力信号の強度が所定レベルを超える際には、当該可変減衰器を制御し、ＲＦ増幅器や光強度変調器に入力される信号レベルを調整することが可能である。
【００４２】
また、ＲＦ増幅制御部として、当該信号強度検出器の結果に基づき、ＲＦ増幅器の出力を制御する構成を設け、可変減衰器を省略することも可能である。
【００４３】
上述のようにアンテナの出力信号の強度が自動的に調整された場合、コントローラ部に接続された測定器への出力信号レベルが変化することとなり、測定器側ではその変化が自動調整によるものか、受信電磁波そのもののレベルが下がったのか判別が困難となる。このような不具合を解消するため、可変減衰器やＲＦ増幅器で信号出力を調整した場合には、その調整レベルを示す信号も併せて、信号発生器から検出結果信号の一部として出力し、コントローラ部に送信することも可能である。コントローラ部では、検出結果信号の内、調整レベルに係る信号を抽出し、測定器の出力信号レベルのキャリブレーション等を行うことも可能である。
【００４４】
さらに、ヘッド内の各種部品に給電し駆動するための電源としてＤＣ電源であるバッテリーを組み込むことも可能である。当該バッテリーは、ＲＦ増幅器であるアンプやＤＣバイアス回路だけでなく、信号強度検出器を構成するＲＦ検出器やレベル検出回路、信号発生器などの駆動源として利用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上説明したように、本発明によれば、測定エリア内に導入する給電線を排除し、電波暗室等の設備内での電界計測の精度及び信頼性を向上させた電界計測装置を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００４６】
１  アンテナ
２  ヘッド部
４  光ファイバ
６  コントローラ部
７  測定器
８  被測定装置
【図１】
0005218587.tif 000002
【図２】
0005218587.tif 000003
【図３】
0005218587.tif 000004