(57)【要約】【課題】短時間で、かつ種々の周波数帯域で高精度の測定を行うことができる電磁波測定方法及び電磁波測定装置を提供すること。【解決手段】被測定物５の形状に類似させた形状の板状アンテナ１３を設け、被測定物５に板状アンテナ１３を近接させ、板状アンテナ１３で受信した受信信号の周波数スペクトラムに基づいて、被測定物５からの電磁波を測定する。これにより、一般的なループプローブのようにプローブを走査することなく、板状アンテナ１３を被測定物に近接するだけでノイズの観測が可能となり、短時間で、かつ種々の周波数帯域で高精度の測定を行うことができる電磁波測定方法及び電磁波測定装置を実現できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に、その被測定物の形状に類似させた形状の板状アンテナを近接させ、
前記板状アンテナで受信した受信信号の周波数スペクトラムに基づいて、前記被測定物からの電磁波を測定する、
電磁波測定方法。
【請求項２】
受信信号の周波数スペクトラムを解析する周波数スペクトラム解析手段を有する受信機と、
前記受信機に取り付けられ、被測定物の形状に類似した形状の板状アンテナと、
を具備する電磁波測定装置。
【請求項３】
前記板状アンテナは、回路基板の形状に類似した形状とされている
請求項２に記載の電磁波測定装置。
【請求項４】
前記板状アンテナの周波数特性を、前記被測定物の周波数特性に整合させる整合回路を、さらに具備する
請求項２に記載の電磁波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器からの電磁波を測定するために用いられる電磁波測定方法及び電磁波測定装置に関する。
【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いる。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）等で規格が作られている。日本でも、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ており、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なうようになってきている。
【０００３】
その規格による電磁波測定方法は、不要輻射の発生源である電子機器から所定の距離だけ離れた位置での電界強度を測定するもので、測定環境や測定器が特殊なものになるため、測定技術としてかなりの専門技術を必要とする。また、この規格による電磁波測定方法は、被測定物から３［ｍ］又は１０［ｍ］の遠方で電磁波を測定する。
【０００４】
一方で、近年の高速化するロジック回路、および様々な機能が組み込まれた無線通信機器においては、様々な回路動作により生じる電磁波の状態を把握することが、信号品質を向上させる上で重要となってきている。特に、無線通信機器などの電子機器においては、回路動作クロックの逓倍波が、無線通信品質の劣化を起こす要因となる。さらに、回路動作クロックの逓倍波は、相互の信号干渉による誤動作などの問題を引き起こす。これは自家中毒問題（自らの動作クロックが自らの動作機能に影響を及ぼすこと）と呼ばれている。
【０００５】
この自家中毒問題は、前述した遠方を測定する規格測定法では、解決が非常に困難である。何故なら、遠方測定では、回路内の干渉問題や極近傍での電磁界の振る舞いを観測できないので、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ことが困難であるからである。
【０００６】
そこで、例えば、電子機器の近傍電磁界を電界センサ又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、電磁波の発生源を推定する電磁波測定装置が多く提案され、商品化されている。近傍電磁界分布測定機としては、被測定物近傍の平面を走査することで２次元電磁界分布を測定し、その分布画像から放射電磁界の大きい部分を特定し、特定結果に基づいて被測定物から放射された電磁界の評価を行うものがある(例えば、特許文献１参照)。
【０００７】
また、基準アンテナを用いて磁界プローブの校正を行うことで、近傍磁界測定の測定精度を向上させた測定装置がある(例えば、特許文献２参照)。
【特許文献１】特開２０００−７４９６９号公報
【特許文献２】特開２０００−２１４１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の近傍電磁界分布測定機は、電磁界プローブを被測定物（電子機器）の近傍に対して走査させるために、数分から数時間を要する。このため、商品開発段階での解析としては有効であるが、１日に何万台もの商品を大量に生産する量産工場で用いると非常にコストがかかるという課題がある。
【０００９】
また、近傍電磁界分布測定機に用いられる電磁界プローブは、周波数が低いほどその受信感度が小さくなるので、数十キロＨｚ程度の低い周波数は受信が困難である。このため、電子機器に存在する全ての信号を受信することはできないおそれがあるという課題もある。
【００１０】
本発明は、かかる点を考慮してなされたものであり、短時間で、かつ種々の周波数帯域で高精度の測定を行うことができる電磁波測定方法及び電磁波測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電磁波測定方法の一つの態様は、被測定物にその被測定物の形状に類似させた形状の板状アンテナを近接させ、前記板状アンテナで受信した受信信号の周波数スペクトラムに基づいて前記被測定物からの電磁波を測定する。
【００１２】
本発明の電磁波測定装置の一つの態様は、受信信号の周波数スペクトラムを解析する周波数スペクトラム解析手段を有する受信機と、前記受信機に取り付けられ、被測定物の形状に類似した形状の板状アンテナと、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被測定物に類似させた形状の板状アンテナを被測定物の近傍に配し、その周波数スペクトラムを観測することで、高速かつ高精度で被測定物のノイズ検査が可能となる。また、走査のための駆動機構等を必要とせず、板状アンテナと受信機とにより測定器を構成できるため、非常に安価なノイズ検査（周波数スペクトラム観測）が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（本発明に至った過程）
先ず本発明の実施の形態を説明するに前に、本発明に至った過程について説明する。
【００１５】
本発明の発明者らは、先ず、図１及び図２に示すような、一般的な構成の電磁波測定装置を用いて被測定物の近傍磁界の測定を行ってみた。
【００１６】
図１は、ループプローブを用いて近傍電磁界を測定する電磁波測定装置の構成例を示すものである。電磁波測定装置１は、受信機２にループプローブ３が設けられており、ループプローブ３を被測定物（電子機器）４の近傍を走査させることで、被測定物４の近傍磁界分布を測定できるようになっている。
【００１７】
ここで、ループプローブ３は、ファラデーの法則に従い、高周波の磁界に比例した起電力（実効値）を、負荷となる受信機２に発生させる。受信機２は、この起電力を周波数毎に検出することで、近傍磁界分布を検出する。
【００１８】
因みに、ループプローブ３の構造は、信号線をループ状に構成することで容易に実現でき。また、ループプローブ３は、シールド構造も容易に実現でき、電界系のプローブよりも接続するケーブルの影響を受けにくく、高精度な近傍磁界分布の測定が可能である。
【００１９】
受信機２のファラデーの法則による受信電力Ｐ（実効値）は、次式により算出される。
【数１】
2009002788.tif 000003
【００２０】
なお、式（１）の定数及び変数は次の通りである。
真空の透磁率  μｏ  ＝  ４π×１０―７  ［Ｈ／ｍ］
角周波数      ω  ＝  ２πｆ  （ｆ：周波数）［ｒａｄ／ｓ］
ループ面積    Ｓ  ［ｍ２］
観測磁界の振幅Ｈｏ  ［Ａ／ｍ］
受信機の負荷  Ｚｏ  ＝  ５０［Ω］
【００２１】
本発明の発明者らは、電磁波測定装置１によって、図２に示すように、標準的な近傍磁界測定の基準として広く用いられるマイクロストリップ線路５からの電磁波の測定を行った。
【００２２】
ここで、ループプローブ３はループ径φ＝０．００５［ｍ］とし、プローブ観測点（マイクロストリップ線路５からループ中心までの距離）ｈ＝０．０１［ｍ］とした。また、測定するマイクロストリップ線路５の構造は、裏面をグランドとし、誘電体厚みｔ＝０．０００１［ｍ］とし、線路の特性インピーダンスを５０［Ω］とした。また、入力電圧を５［Ｖ］とし、その反対側は５０［Ω］抵抗にて終端した。
【００２３】
このとき、マイクロストリップ線路５から放射されるプローブ観測点ｈにおける磁界の強さＨｏは、マイクロストリップ線路５に流れる電流をＩとすると、一般的に次式により求められる。
【数２】
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【００２４】
式（１）及び式（２）を用いて算出した受信機２における受信レベルと周波数の関係を、図３中の実線で示した。また、受信機２のＮＦ（ノイズフィギャ）を２０［ｄＢ］、帯域幅を一般的にノイズの観測でよく用いられる１０［ｋＨｚ］、絶対温度を３００［Ｋ（ケルビン）］とした場合の、受信機２の熱雑音レベル（最小受信感度）を、図３中の一点鎖線で示した。
【００２５】
図３から次のことが分かる。ループプローブ３の受信電力は、周波数の増加と共に大きくなる。一方、熱雑音レベルが−１４３［ｄＢｍ］であるため、図に示す受信限界レベル未満の受信レベルとなる百数十ｋＨｚ以下の周波数の測定は、原理上不可能である。ここで、ループプローブ３の径を大きくすれば、式（１）から受信電力Ｐは大きくなるが、その一方で、近傍磁界分布を観測する空間的な分解能が低下する。また、ループの外周による自己共振などの現象も顕在化し、周波数特性を劣化させてしまう。
【００２６】
このように、本発明の発明者らは、ループプローブを用いた電磁波測定装置においては、電子機器から発生する低周波数の電磁波の測定は実際上困難であることを明白にした。
【００２７】
さらに、上述したように、ループプローブを用いた電磁波測定装置によって電子機器の近傍電磁界を測定するためには、ループプローブを電子機器に対して走査させる必要がある。そして、１つの電子機器の走査に数分から数時間を要する。このため、商品開発段階での解析としては有効であるが、１日何万台もの商品を大量に生産する量産工場で用いると非常にコストがかかる。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図４に、本実施の形態の電磁波測定装置の基本構成を示す。電磁波測定装置１０は、受信機１１に信号線１２を介して板状アンテナ１３が取り付けられている。
【００３０】
受信機１１は、信号線１２を介して入力される受信信号の周波数スペクトラムを解析する周波数スペクトラム解析部（図示せず）を有する。
【００３１】
板状アンテナ１３は、銅板やアルミ板等の金属板により構成されている。板状アンテナ１３は、被測定物の形状に類似した形状とされている。本実施の形態の場合には、被測定物がマイクロストリップ線路５であり、その形状が長方形状なので、板状アンテナ１３の外形形状は長方形状とされている。また、本実施の形態の場合、板状アンテナ１３は、片面銅張りの誘電体基板材により構成されており、これにより被測定物（マイクロストリップ線路５）との金属的接続（短絡）を防止できるようになっている。
【００３２】
信号線１２は、例えば同軸線により構成されており、心線部分が板状アンテナ１３に電気的に接続されており、グランド線は未接続とされている。
【００３３】
以上の構成において、電磁波測定装置１０は、マイクロストリップ線路５から電磁波（ノイズ）が発生すると、板状アンテナ１３がノイズ発生源と容量結合を起こす。よって、受信機１１に設けられた周波数スペクトラム解析部で、そのノイズスペクトラムを観測できる。
【００３４】
このように、電磁波測定装置１０においては、アンテナを被測定物上で走査することなく、被測定物上に板状アンテナ１３をセットするだけで、被測定物から発生する電磁波を測定することができ、短時間で電磁波を測定できるようになる。
【００３５】
本実施の形態の電磁波測定装置１０の有効性を確認するため、電磁波測定装置１０を用いて電磁波の測定を行った。図５に、その測定結果を示す。この測定例では、被測定物として、図２のようなマイクロストリップ線路５を用いた。
【００３６】
図５（ａ）は、マイクロストリップ線路５への入力電圧波形を示している。入力電圧波形は、一般的な昇圧駆動ＩＣのものであり、約３［Ｖ］から５［Ｖ］のＤＣ入力を、約２００ＶＰ−Ｐ、４５０［Ｈｚ］に変換するものであり、昇圧レギュレータのスイッチング周波数は約１３０［ｋＨｚ］である。
【００３７】
図５（ａ）の入力電圧波形をマイクロストリップ線路５に入力し、図４のように板状アンテナ１３をマイクロストリップ線路５に近接させて観測したスペクトラムを、図５（ｂ）と図５（ｃ）に示す。図５（ｂ）は、観測帯域幅（ＲＢＷ）を８［ＭＨｚ］にし、２００［ＭＨｚ］まで広帯域に観測したときのスペクトラムである。図５（ｃ）は、観測帯域幅（ＲＢＷ）を１０［Ｈｚ］にし、３０［ｋＨｚ］まで狭帯域に観測したときのスペクトラムである。図５（ｂ）及び図５（ｃ）より、本実施の形態の電磁波測定装置を用いれば、広帯域でも狭帯域でもノイズスペクトラムを感度良く観測できていることが分かる。
【００３８】
以上に述べたように本実施の形態によれば、被測定物の形状に類似させた形状の板状アンテナ１３を設け、被測定物に板状アンテナ１３を近接させ、板状アンテナ１３で受信した受信信号の周波数スペクトラムに基づいて、被測定物からの電磁波を測定するようにしたことにより、一般的なループプローブのようにプローブを走査することなく、板状アンテナ１３を被測定物に近接するだけでノイズの観測が可能となり、短時間で、かつ種々の周波数帯域で高精度の測定を行うことができる電磁波測定方法及び電磁波測定装置を実現できる。
【００３９】
なお、上述の実施の形態では、被測定物がマイクロストリップ線路５なので、板状アンテナ１３の形状（外形）をマイクロストリップ線路５に適合させた場合について述べたが、被測定物が電子機器である場合には、その中に設けられたプリント基板の形状やシャーシの形状に適合させた外形形状を有する板状アンテナを用いればよい。これにより、実際に被測定物が放射している近傍電磁界（ノイズレベル）と非常に類似した観測結果を得ることができる。
【００４０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した電磁波測定装置１０を用いたノイズ検査の方法について詳述する。
【００４１】
図６は、本実施の形態のノイズ検査方法を実現する最も簡単なフローである。
【００４２】
ステップＳＴ０でノイズ検査処理を開始すると、先ず始めにステップＳＴ１で板状アンテナ１３を被測定物上の規定の位置にセットする。板状アンテナ１３は、前述したように検査対象物（商品）の形状に合わせた形状とされており、これにより観測の精度を向上させている。
【００４３】
次に、ステップＳＴ２で受信機１１により周波数スペクトラムを観測する。受信機１１には市販のスペクトラムアナライザなどを用いる。
【００４４】
次に、ステップＳＴ３で、ステップＳＴ２において観測された周波数スペクトラムの受信レベルをしきい値と比較する。その様子を、図７に示す。ここで、しきい値Ｔｈは、設計の保証値であったり、その値を超えると被測定物である電子機器が誤動作を行う可能性があるレベルのことである。しきい値Ｔｈは、あらかじめ商品の設計段階で検討して設定すればよい。
【００４５】
次に、ステップＳＴ４で、ステップＳＴ３の比較結果に基づいて被測定物の判定を行う。すなわち、受信レベルがしきい値Ｔｈよりも大きい場合には、ＮＧであると判定し、ステップＳＴ５に移って、被測定物の解析工程などを行うことで不具合対策などを行う。これに対して、受信レベルがしきい値Ｔｈ以下の場合には、ＯＫであると判定し、ステップＳＴ６に移って、当該ノイズ検査処理を終了する。因みに、図７の場合は、周波数３０［ＭＨｚ］以下でＮＧとなる。
【００４６】
（実施の形態３）
本実施の形態は、無線通信機器（携帯電話などの小型無線機器）に、本発明の電磁波測定装置を適用した場合の形態について説明する。
【００４７】
図４との対応部分に同一符号を付して示す図８に、本実施の形態の電磁波測定装置２０の基本構成を示す。
【００４８】
電磁波測定装置２０は、携帯無線機器（本実施の形態の場合、携帯電話機）３０の形状に適合した外形の板状アンテナ２１を有する。板状アンテナ２１は、実施の形態１で説明した板状アンテナ１３と同様に、片面銅張りの誘電体基板材により構成されており、これにより被測定物（携帯無線機器３０）との金属的接続（短絡）を防止できるようになっている。
【００４９】
また、板状アンテナ２１と信号線１２との接合部２２には、整合回路（図示せず）が設けられている。整合回路は、フィルタ等により構成されており、板状アンテナ２１の周波数特性を携帯無線機器３０の周波数特性に整合させるようになっている。これにより、携帯無線機器３０が発生する周波数スペクトラムと板状アンテナ２１が受信する周波数スペクトラムとの相関関係を強くできるので、より高精度な周波数スペクトラム測定が可能となる。
【００５０】
なお、図８では、図を簡単化するために、板状アンテナ２１の外形を携帯無線機器３０の外形に合わせたものとしているが、実際上、板状アンテナ２１の外形は、携帯無線機器３０の主要な金属部の形状や内部の基板の形状などに合わせると良い。このようにすれば、携帯無線機器３０が発生する周波数スペクトラムと板状アンテナ２１が受信する周波数スペクトラムの相関関係が一段と強くなるので、一段と高精度な周波数スペクトラム測定が可能になる。
【００５１】
図９に、本実施の形態の電磁波測定装置２０による測定結果の一例を示す。この例は、携帯無線機器３０における自家中毒の主要な問題となっているロジック系のクロックを駆動させたときの周波数スペクトラムである。携帯無線機器３０などの電子機器では、内蔵する機能毎のロジックブロックすなわちクロックを駆動させることができる。
【００５２】
全機能を一度に動作させて、全ての周波数スペクトラムを測定することも可能であり、その場合、例えば生産工程でのスペクトラム測定では、実施の形態２で説明したようなしきい値との比較検証を行うことで、ノイズ検査を行うことができる。
【００５３】
一方で、全機能を一度に動作させて観測した場合には、どの機能ブロックが問題となっているのかが分からなくなるため、問題の区別が付きにくい。このような場合は、個別に機能ブロックを動作させることで、問題となる機能ブロックを検索することが可能となる。問題となる機能ブロックが分かれば、回路図や配線図によって対策箇所を究明することも可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の電磁波測定方法及び電磁波測定装置は、短時間でかつ種々の周波数帯域で高精度の測定を行うことができ、電磁波を発生する種々の電子機器、電子部品の電磁波測定に広く適用して好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ループプローブを用いた近傍電磁界の測定例を示す図
【図２】マイクロストリップ線路からの電磁波の測定例を示す図
【図３】ループプローブを用いて近傍電磁界を測定した場合の受信信号の周波数特性を示す図
【図４】本発明の実施の形態１に係る電磁波測定装置の構成を示す図
【図５】実施の形態１の電磁波測定装置による電磁波測定例を示す図であり、（ａ）は被測定物であるマイクロストリップ線路への入力電圧波形、（ｂ）は広帯域スペクトラム、（ｃ）は狭帯域スペクトラムを示す図
【図６】本発明の電磁波測定装置を用いたノイズ検査手順を示すフローチャート
【図７】しきい値比較の説明に供する図
【図８】実施の形態３の電磁波測定装置の構成を示す図
【図９】実施の形態３の電磁波測定装置による測定結果例を示す図
【符号の説明】
【００５６】
１，１０，２０  電磁波測定装置
２，１１  受信機
４  被測定物
５  マイクロストリップ線路
１２  信号線
１３，２１  板状アンテナ
２２  接合部
３０  携帯無線機器
【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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【図８】
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【図９】
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