(57)【要約】【課題】指向特性が等方的であり、電界検出感度が高い電界プローブ及び電界測定装置を提供する。【解決手段】電界プローブ２０は、互いに直交する３つの方向に向けて配置された３つの電界センサ素子（１０ｘ，１０ｙ，１０ｚ）と、３つの電界センサ素子の給電部（１３ｘ，１３ｙ，１３ｚ）に生じた各高周波信号から、イメージ周波数の成分をそれぞれ減衰する３つのフィルタ（２１ｘ，２１ｙ，２２ｚ）と、ローカル発振器（２３）から発振された発振信号を用いて、イメージ周波数の成分が減衰された各高周波信号を中間周波数信号にそれぞれ変換する３つのミクサ（２２ｘ，２２ｙ，２２ｚ）と、各変換された中間周波数信号をそれぞれ出力する３つのコネクタ（２４ｘ，２４ｙ，２４ｚ）と、を備える。電界測定装置１００は、その電界プローブ２０を備える。【選択図】図１
2009115644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する３つの方向に向けて配置された３つの電界センサ素子と、
ローカル発振器から発振された発振信号を用いて、上記３つの電界センサ素子の給電部に生じた各高周波信号を中間周波数信号にそれぞれ変換する３つのミクサと、
各上記変換された中間周波数信号をそれぞれ出力する３つのコネクタと、
を備える電界プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の電界プローブにおいて、
各上記３つの電界センサ素子は、蝶型のスロットアンテナである、
ことを特徴とする電界プローブ。
【請求項３】
請求項１に記載の電界プローブにおいて、
上記３つの電界センサ素子の給電部に生じた各高周波信号から、イメージ周波数の成分をそれぞれ減衰する３つのフィルタを備え、
上記３つのミクサは、ローカル発振器から発信された発振信号を用いて、上記イメージ周波数の成分が減衰された各高周波信号を中間周波数信号にそれぞれ変換する３つのミクサである、
ことを特徴とする電界プローブ。
【請求項４】
請求項３に記載の電界プローブにおいて、
各上記３つの電界センサ素子は、円錐放射素子を備える円錐型モノポール型アンテナである、
ことを特徴とする電界プローブ。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載の電界プローブと、
上記電界プローブが出力した中間周波数信号から上記３つの方向への各電界強度を求め、これらの求まった電界強度から上記電界プローブの位置における電界強度を求める電界強度計算手段と、
上記電界プローブと上記電界強度計算手段とを接続する、つる巻き状にされた同軸線路と、
を備えることを特徴とする電界測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電界測定装置において、
上記同軸線路のピッチは、対数周期となっている、
ことを特徴とする電界測定装置。
【請求項７】
互いに直交する３つの方向に向けて配置された３つの電界センサ素子と、
光を出射する発光手段と、
上記３つの電界センサ素子の給電部にそれぞれ生じた各高周波信号に基づいて上記光を変調することにより、各上記高周波信号を光信号にそれぞれ変換して出力する３つのマッハツェンダ型光変調器と、
上記３つのマッハツェンダ型光変調器が出力した各光信号を電気信号に変換する受光手段と、
ローカル発振器から発振された発振信号を用いて、上記電気信号の周波数を下げるミクサ装置と、
上記周波数が下げられた電気信号から上記３つの方向への各電界強度を求め、これらの求まった電界強度から上記電界プローブの位置における電界強度を求める電界強度計算手段と、
を備えることを特徴とする電界測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電界測定装置において、
上記発光手段は、光をそれぞれ出射する３つのレーザダイオードであり、
上記受光手段は、上記３つのマッハツェンダ型光変調器が出力した各光信号を電気信号にそれぞれ変換する３つのフォトダイオードである、
ことを特徴とする電界測定装置。
【請求項９】
請求項７に記載の電界測定装置において、
上記発光手段は、光を出射する１つのレーザダイオードであり、
上記受光手段は、上記３つのマッハツェンダ型光変調器が出力した各光信号を電気信号に変換する１つのフォトダイオードであり、
上記レーザダイオードが出射した光を、上記３つのマッハツェンダ型光変調器の何れかに出射する第一光スイッチと、
上記３つのマッハツェンダ型光変調器の何れかが出力した光信号を、上記フォトダイオードに出力する第二光スイッチと、
各上記電界センサ素子に対応する電気信号を順次得るために、上記第一光スイッチと上記第二光スイッチとをそれぞれ順次切り替える制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする電界測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子機器や無線局から放射される電磁波の強度の測定等に用いられる電界プローブ、電界測定装置に関する。特に、３ＧＨｚ以上の周波数帯域で全方向に対して等しい電界検出感度を有する電界プローブ、電界測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１を参照して、３ＧＨｚ以上の周波数帯域で利用することができる電界プローブ９０を説明する（例えば、非特許文献１参照。）。電界プローブ９０は、いわゆる円錐型のダイポールアンテナであり、２つの円錐形の円錐放射素子９１、９１’、バラン９２及び同軸線路９３を備える。互いに１８０度の角度をなす位置に円錐放射素子９１、９１’が配置され、円錐放射素子９１、９１’の間には空隙が設けられている。同軸線路９３は、その空隙において電界プローブ９０を給電する。給電部分には不平衡電流を防止するためにバラン９２が設けられる。
【０００３】
不要電磁波等の電磁波の強度の測定に用いられる電界プローブは、例えば３ＧＨｚ〜６ＨＧｚ等の広い周波数レンジを有することが必要である。このため、電界プローブ９０は、放射素子として柱形の放射素子ではなく、円錐形の円錐放射素子９１、９１’を用いることにより、その周波数レンジを広げている。
【非特許文献１】社団法人  電子情報通信学会編、「アンテナ工学ハンドブック」、第一版、株式会社  オーム社、平成１３年１月２５日、ｐ．３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の電界プローブ９０はダイポールアンテナの一種であるため、その指向特性は８の字型であり、等方的ではなかった。また、３ＧＨｚ以上の高周波の電磁波の強度を測定する場合には、３ＧＨｚ以上の高周波信号がそのまま同軸線路９３を通過するため、ケーブルの損失が大きくなり、電界検出感度が低下するという問題があった。
この発明は、指向特性が等方的であり、電界検出感度が高い電界プローブ、電界測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の電界プローブは、互いに直交する３つの方向に向けて配置された３つの電界センサ素子と、ローカル発振器から発振された発振信号を用いて、３つの電界センサ素子の給電部に生じた各高周波信号を中間周波数信号にそれぞれ変換する３つのミクサと、各変換された中間周波数信号をそれぞれ出力する３つのコネクタとを備える。
【０００６】
請求項５の電界測定装置は、電界プローブと、電界プローブが出力した中間周波数信号から３つの方向への各電界強度を求め、これらの求まった電界強度から電界プローブの位置における電界強度を求める電界強度計算手段と、電界プローブと電界強度計算手段とを接続する、つる巻き状にされた同軸線路とを備える。
【０００７】
請求項７の電界測定装置は、互いに直交する３つの方向に向けて配置された３つの電界センサ素子と、光を出射する発光手段と、３つの電界センサ素子の給電部にそれぞれ生じた各高周波信号に基づいて光を変調することにより、各高周波信号を光信号にそれぞれ変換して出力する３つのマッハツェンダ型光変調器と、３つのマッハツェンダ型光変調器が出力した各光信号を電気信号に変換する受光手段と、ローカル発振器から発振された発振信号を用いて、電気信号の周波数を下げるミクサ装置と、周波数が下げられた電気信号から３つの方向への各電界強度を求め、これらの求まった電界強度から電界プローブの位置における電界強度を求める電界強度計算手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
互いに直交する３つの方向に向けて３つの電界センサ素子を配置することにより、電界プローブの指向特性が等方的になる。電界センサ素子の給電部に生じた高周波信号を中間周波数信号に変換して出力することにより、または、電界センサ素子の給電部に生じた高周波信号を光信号に変換して出力することより、ケーブルの損失を低減することができ、電界検出感度を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［第一実施例］
図１から図４を参照して、第一実施例の電界プローブ２０及び電界測定装置１００を説明する。
電界測定装置１００は、電界プローブ２０と、同軸線路３１ｘ，３１ｙ，３１ｚと、電界強度計算部４０とを備える。
【００１０】
この例では、電界プローブ２０は、図２に例示するように直方体の金属箱１２を基にして形成されている。直方体の金属箱１２の３つの面に、ｘ軸電界センサ素子１０ｘ、ｙ軸電界センサ素子１０ｙ、ｚ軸電界センサ素子１０ｚが設けられる。以下、ｘ軸電界センサ素子１０ｘが向けられている方向をｘ軸方向、ｙ軸電界センサ素子１０ｙが向けられている方向をｙ軸方向、ｚ軸電界センサ素子１０ｚが向けられている方向をｚ軸方向とする。ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向は互いに直交する。
【００１１】
図３に例示するように、金属箱１２の面の１つである金属板１２ｘの中央部に穴が形成される。ｘ軸円錐放射素子１１ｘは、その穴が形成された位置に、金属板１２ｘと接しないようにして配置される。ｘ軸円錐放射素子１１ｘの中心軸は、金属板１２ｘと略直交する。金属板１２ｘは、反射板として機能する。ｘ軸円錐放射素子１１ｘは図示していない同軸線路の内部導体に接続され、金属板１２ｘはその同軸線路の外部導体に接続される。その同軸線路は、ｘ軸フィルタ２１ｘに接続されている。このようにして、その穴が形成された位置を給電部１３ｘとするｘ軸電界センサ素子１０が構成される。このように、この例では、電界センサ素子として、円錐放射素子を備える円錐型モノポール型アンテナを用いる。
【００１２】
ｙ軸電界センサ素子１０ｙ、ｚ軸電界センサ素子１０ｚも、ｘ軸電界センサ１０ｘと同様に構成される。ｚ軸電界センサ素子１０ｚは、図１の紙面に対して垂直の方向に向けて配置されている。図１は、図２に例示した電界プローブ２０を上から見た図である。
ｘ軸電界センサ素子１０ｘの給電部１３ｘで生じた高周波信号は同軸線路を通じてｘ軸フィルタ２１ｘに送られる。ｘ軸フィルタ２１は、イメージ受信を防止するために設けられるものであり、その高周波信号からイメージ周波数の成分を減衰する。イメージ周波数の成分が減衰された高周波信号は、ｘ軸ミクサ２２ｘに出力される。
【００１３】
例えば、被測定電界の周波数が３ＧＨｚから６ＧＨｚであり、ローカル発振器２３の発振周波数が２．９ＧＨｚである場合には、ｘ軸フィルタ２１を、カットオフ周波数を２．９ＧＨｚとする高域通過フィルタとする。
ｙ軸フィルタ２１ｙ、ｚ軸フィルタ２１ｚも、ｘ軸フィルタ２１ｘと同様に、ｙ軸電界センサ素子１０ｙ、ｚ軸電界センサ素子１０ｚに接続されており、高周波信号からイメージ周波数の成分を減衰して、ｙ軸ミクサ２２ｙ、ｚ軸ミクサ２２ｚに出力する。
ローカル発振器２３は、所定の発振周波数を有する発振信号を生成して、ｘ軸ミクサ２２ｘ、ｙ軸ミクサ２２ｙ及びｚ軸ミクサ２２ｚに送る。発振周波数は、例えば２．９ＧＨｚとされる。
【００１４】
ｘ軸ミクサ２２ｘは、ローカル発振器２３が発振した発振信号を用いて、ｘ軸フィルタ２１ｘが出力した高周波信号を中間周波数信号に変換して、ｘ軸ＩＦ出力コネクタ２４ｘに出力する。具体的には、その発振信号とその高周波信号とを乗算することにより、中間周波数信号を生成する。ｘ軸電界センサ素子１０ｘの給電部に生じた高周波信号の周波数をｆＲＦ＿ｘ、発振信号の周波数をｆＬとすると、ｘ軸ミクサ２２ｘが出力する中間周波数信号の周波数をｆＩＦ＿ｘは、以下のように表される。
ｆＩＦ＿ｘ＝ｆＲＦ＿ｘ−ｆＬ
【００１５】
ｙ軸ミクサ２２ｙ、ｚ軸ミクサ２２ｚも、ｘ軸ミクサ２２ｘと同様に、ローカル発振器２３が発振した発振信号を用いて、ｙ軸フィルタ２１ｙ、ｚ軸フィルタ２１ｚが出力した高周波信号を中間周波数信号に変換して、ｙ軸ＩＦ出力コネクタ２４ｙ、ｚ軸ＩＦ出力コネクタ２４ｚに出力する。
【００１６】
ｙ軸電界センサ素子１０ｙの給電部に生じた高周波信号の周波数をｆＲＦ＿ｙ、ｚ軸電界センサ素子１０ｚの給電部に生じた高周波信号の周波数をｆＲＦ＿ｚ、発振信号の周波数をｆＬとし、ｙ軸ミクサ２２ｙが出力する中間周波数信号の周波数をｆＩＦ＿ｙ及びｚ軸ミクサ２２ｚが出力する中間周波数信号の周波数をｆＩＦ＿ｚとすると 、ｆＩＦ＿ｙ及びｆＩＦ＿ｚは、以下のように表される。
ｆＩＦ＿ｙ＝ｆＲＦ＿ｙ−ｆＬ
ｆＩＦ＿ｚ＝ｆＲＦ＿ｚ−ｆＬ
ｘ軸ＩＦ出力コネクタ２４ｘは、ｘ軸ミクサ２２ｘが生成した中間周波数信号を電界プローブ２０から出力する。ＩＦ出力コネクタ２４ｙ、ｚ軸ＩＦ出力コネクタ２４ｚについても同様である。
【００１７】
同軸線路３１ｘは、ｘ軸ＩＦ出力コネクタ２４ｘと電界強度計算部４０とを接続しており、ｘ軸ＩＦ出力コネクタ２４ｘが出力した中間周波数信号を電界強度計算部４０に送る。同軸線路３１ｙ、同軸線路３１ｚについても同様である。
電界強度計算部４０は、電界プローブ２０が出力した３つ中間周波数信号から、ｘ軸電界センサ素子１０ｘ、ｙ軸電界センサ素子１０ｙ、ｚ軸電界センサ素子１０ｚが向けられている方向への電界強度Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚをそれぞれ求め、それらの求まった電界強度Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚから、電界プローブ２０の位置における電界強度Ｅを求める。図４に、電界強度計算部４０の機能構成を例示する。
【００１８】
ｘ軸電界センサ素子１０ｘのアンテナ係数をＡＦｃｘ［ｄＢ／ｍ］、ｘ軸フィルタ２１ｘのフィルタの挿入損失をＬ［ｄＢ］、ｘ軸ミクサ２２ｘの変換利得をＧｍｉｘ［ｄＢ］とすると、ｘ軸電界センサ素子１０ｘの総合アンテナ係数ＡＦｘは以下のように表すことができる。
ＡＦｘ［ｄＢ／ｍ］＝ＡＦｃｘ［ｄＢ／ｍ］＋Ｌ［ｄＢ］−Ｇｍｉｘ［ｄＢ］
したがって、ｘ軸方向の電界強度Ｅｘは、ｘ軸ＩＦ出力コネクタ２４ｘに生じた電圧をＶｘ［ｄＢＶ］とすると、以下のように表すことができる。
Ｅｘ［ｄＢＶ／ｍ］＝ＡＦｘ［ｄＢ／ｍ］＋Ｖｘ［ｄＢＶ］  …（１）
ｘ軸電界強度計算部４１ｘは、上記式（１）に基づいて、ｘ軸方向の電界強度Ｅｘを計算して、総合電界強度計算部４２に送る。
【００１９】
同様に、ｙ軸電界センサ素子１０ｙのアンテナ係数をＡＦｃｙ［ｄＢ／ｍ］、ｚ軸電界センサ素子１０ｚのアンテナ係数をＡＦｃｚ［ｄＢ／ｍ］とすると、ｙ軸電界センサ素子１０ｙの総合アンテナ係数ＡＦｙ、ｚ軸電界センサ素子１０ｚの総合アンテナ係数ＡＦｚは以下のようになる。
ＡＦｙ［ｄＢ／ｍ］＝ＡＦｃｙ［ｄＢ／ｍ］＋Ｌ［ｄＢ］−Ｇｍｉｘ［ｄＢ］
ＡＦｚ［ｄＢ／ｍ］＝ＡＦｃｚ［ｄＢ／ｍ］＋Ｌ［ｄＢ］−Ｇｍｉｘ［ｄＢ］
【００２０】
したがって、ｙ軸方向の電界強度Ｅｙ、ｚ軸方向の電界強度Ｅｚは、ｙ軸ＩＦ出力コネクタ２４ｙに生じた電圧をＶｙ［ｄＢＶ］、ｚ軸ＩＦ出力コネクタ２４ｚに生じた電圧をＶｚ［ｄＢＶ］とすると、以下のように表すことができる。
Ｅｙ［ｄＢＶ／ｍ］＝ＡＦｙ［ｄＢ／ｍ］＋Ｖｙ［ｄＢＶ］  …（２）
Ｅｚ［ｄＢＶ／ｍ］＝ＡＦｚ［ｄＢ／ｍ］＋Ｖｚ［ｄＢＶ］  …（３）
ｙ軸電界強度計算部４１ｙ、ｚ軸電界強度計算部４１ｚは、上記式（２）、（３）に基づいて、ｙ軸方向の電界強度Ｅｙ、ｚ軸方向の電界強度Ｅｚを計算して、総合電界強度計算部４２に送る。
【００２１】
ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向は互いに直交するため、電界プローブ２０の位置における電界強度Ｅは、以下のように表すことができる。
Ｅ２＝Ｅｘ２＋Ｅｙ２＋Ｅｚ２
Ｅ＝（Ｅｘ２＋Ｅｙ２＋Ｅｚ２）１／２  …（４）
総合電界強度計算部４２は、上記式（４）に基づいて、電界強度Ｅを計算する。
【００２２】
このように、電界プローブ２０は、互いに直交する３つの方向（ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向）に向けられた３つの電界センサ素子（ｘ軸電界センサ素子１０ｘ、ｙ軸電界センサ素子１０ｙ、ｚ軸電界センサ素子１０ｚ）を有するため、各方向の電界強度Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚを求めることができる。そして、各方向の電界強度Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚから、電界プローブ２０の位置における電界強度Ｅを求めることにより、等方的に電界測定を行うことができる。電界プローブ２０は等方的な等方性電界プローブとなる。
【００２３】
また、各電界センサ素子１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの給電部で生じた高周波信号を中間周波数信号に変換して、その中間周波数信号を電界プローブ２０から出力することにより、同軸線路３１ｘ，３１ｙ，３１ｚにおけるケーブルの損失を低減することができ、電界検出感度を上げることができる。
【００２４】
［第二実施例］
第二実施例は、電界センサ素子として、円錐放射素子を備える円錐型モノポール型アンテナではなく、スロットアンテナを用いている点で第一実施例とは異なる。また、イメージ周波数の成分の信号を減衰するためのフィルタを有していない点で第一実施例とは異なる。他の点については、第一実施例と同様である。
図５から図６を参照して、第二実施例の電界プローブ２０’及び電界強度測定装置１０１を説明する。図１と同じ部分については、同じ符号をつけて重複説明を省略する。他の図面についても同様である。
【００２５】
電界プローブ２０’は、図６に例示するように直方体の金属箱１２を基にして形成されており、直方体の金属箱１２の３つの面に、それぞれ蝶型のスロットアンテナであるｘ軸電界センサ素子１０ｘ’、ｙ軸電界センサ素子１０ｙ’、ｚ軸電界センサ素子１０ｚ’が設けられている。この例では、スロットの形状を蝶型・ボウタイ型にすることにより、電界センサ素子としての周波数特性をより平坦にしている。
【００２６】
ｘ軸電界センサ素子１０ｘ’は、スロットの中央部において給電される。具体的には、スロットの幅が中央に行くに従って狭くなるように、スロットの内側に１対の突出部が設けられており、スロットの中央においてそれらの１対の突出部の先端が空隙を介して互いに対向している。同軸線路の一方の導体を一方の突出部の先端に接続し、その同軸線路の他方の導体を他方の突出部の先端に接続することにより、ｘ軸電界センサ素子１０ｘ’は給電される。その同軸線路は、ｘ軸ミクサ２２ｘに接続される。
ｙ軸電界センサ素子１０ｙ’、ｚ軸電界センサ素子１０ｚ’についても、ｘ軸電界センサ素子１０ｘ’と同様に給電される。
【００２７】
スロットアンテナは、設計周波数の外側であって低域側の周波数の信号を低減する性質を有する。ここで、ローカル発振器２３の発振周波数が、被測定電界の周波数よりも低い場合には、イメージ周波数は発振周波数よりも低くなるため、イメージ周波数の成分の信号はスロットアンテナにより減衰させられる。したがって、第二実施例の電界プローブ２０’及び電界測定装置１０１は、ｘ軸フィルタ２１ｘ、ｙ軸フィルタ２１ｙ及びｚ軸フィルタ２１ｚを備えていなくても、イメージ受信を防ぐことができるのである。
第二実施例においても、第一実施例と同様の効果を得ることができる。
この例では、電界センサとして、蝶型のスロットアンテナを用いているが、蝶型以外の任意のスロットアンテナを用いてもよい。
【００２８】
［第三実施例］
第三実施例の電界測定装置１０２は、図７に例示するように、電界プローブ２０と電界強度計算部４０とを接続する同軸線路として、つる巻き状にされた同軸線路３２ｘ，３２ｙ，３２ｚを用いている点で、第一実施例の電界測定装置１００とは異なる。他の点については第一実施例の電界測定装置１００と同様である。
【００２９】
同軸線路３２ｘ，３２ｙ，３２ｚを、つる巻き状にすることにより、自己インダクタンスを増加させることができる。自己インダクタンスの増加により、リアクタンスが増加し、同軸線路３２ｘ，３２ｙ，３２ｚのインピーダンスが増加する。このインピーダンスの増加により、コモンモード電流を低減することができる。コモンモード電流を低減することにより、被測定周波数の電界に対する同軸線路による擾乱の影響を低減することができる。これにより、被測定周波数の電界の強度をより正確に測定することができる。
【００３０】
同軸線路３２ｘ，３２ｙ，３２ｚの巻き間隔であるピッチｐは一定であっても、可変であってもよい。
同軸線路３２ｘ，３２ｙ，３２ｚの巻き間隔であるピッチｐを一定にする場合には、ピッチｐは、被測定周波数の範囲において、同軸線路３２ｘ，３２ｙ，３２ｚのインピーダンスが十分高くなるように選択される。
図７に示した例では、電界プローブとして、第一実施例の電界プローブ２０を用いているが、第二実施例の電界プローブ２０’を用いてもよい。同軸線路３２ｘ，３２ｙ，３２ｚの１つ又は２つのみを、つる巻き状にしてもよい。
【００３１】
［第四実施例］
第四実施例は、図８に例示するように、つる巻き状にされた同軸線路３３ｘ，３３ｙ，３３ｚのピッチが、一定のピッチではなく、対数周期となっている点で、第三実施例とは異なる。他の点については第三実施例と同様である。
【００３２】
つる巻き状にされた同軸線路３３ｘ，３３ｙ，３３ｚのピッチを対数周期とすることにより、ピッチを一定にした場合と比較して、同軸線路３３ｘ，３３ｙ，３３ｚのインピーダンスが増加する周波数範囲を広くすることができる。これにより、より広い周波数範囲でコモンモード電流を低減することができ、被測定周波数の電界強度をより正確に測定することができる。
【００３３】
つる巻き状にされた同軸線路のピッチを対数周期にするとは、コモンモード電流を低減しようとする周波数範囲において複数の周波数を対数周期で選択して、それらの選択された複数の周波数（以下、注目する周波数とする。）に基づいて複数のピッチを定め、つる巻き状にされた同軸線路が少なくともそれらの複数のピッチを有するようにすることである。
【００３４】
例えば、被測定周波数の範囲が３ＧＨｚから５０ＧＨｚである場合には、注目する周波数を、３ＧＨｚ、４ＧＨｚ、…、８ＧＨｚ、９ＧＨｚ、１０Ｇｚ、２０ＧＨｚ、３０ＧＨｚ、４０ＧＨｚ、５０ＧＨｚとする。そして、これらの注目する周波数に反比例するように複数のピッチを求める。すなわち、注目する周波数をｆｉ（ｉ＝１，…，ｎ）、ａを任意の定数として、複数のピッチｐｉを、ｐｉ＝ａ ／ｆｉのように求める。上記の例ではｎ＝１２である。つる巻き状にされた同軸線路は、複数のピッチｐｉ（ｉ＝１，…，ｎ）を有する。すなわち、つる巻き状にされた同軸線路のある部分のピッチはｐ１であり、別の部分のピッチはｐ２であり、さらに別の部分のピッチはｐ３であり、…、さらに別の部分のピッチはｐｎである。
【００３５】
図８は、同軸線路３３ｘ，３３ｙ，３３ｚが、少なくとも異なる３つのピッチｐ１，ｐ２，ｐ３を有する場合を例示している。この例では、各ピッチは１つしか続いておらず、ピッチｐ１の次がピッチｐ２であり、ピッチｐ２の次がピッチｐ３となっているが、あるピッチが複数続いてもよい。すなわち、ピッチｐ１が複数続いた後に、ピッチｐ２が複数続き、その次にピッチｐ３が複数続いてもよい。
【００３６】
注目する周波数及び定数ａ等は、被測定周波数の電界強度をより正確に測定することができるように、実験的に定める。
図８に示した例では、電界プローブとして、第一実施例の電界プローブ２０を用いているが、第二実施例の電界プローブ２０’を用いてもよい。同軸線路３３ｘ，３３ｙ，３３ｚの１つ又は２つのみを、対数周期のピッチでつる巻き状にしてもよい。
【００３７】
［第五実施例］
第五実施例は、図９に例示するように、電界プローブ２０’’がマッハツェンダ型光変調器５２ｘ，５２ｙ，５２ｚを備えており、各電界センサ素子の給電部で生じた高周波信号を光信号に変換して出力する点で、第一実施例と異なる。他の点については、第一実施例と同様である。
【００３８】
発光手段５１は、３つのレーザダイオード（ｘ軸レーザダイオード５１ｘ、ｙ軸レーザダイオード５１ｙ、ｚ軸レーザダイオード５１ｚ）からなる。
ｘ軸レーザダイオード５１ｘは、後述するｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘの光源であり、振幅と位相に変調を受けていない連続波を出射する。出射された光は、ｘ軸第一光ファイバケーブル６１ｘを通り、ｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘに入射する。
【００３９】
ｙ軸レーザダイオード５１ｙ、ｚ軸レーザダイオード５１ｚも、ｘ軸レーザダイオード５１ｘと同様に、ｙ軸第一光ファイバケーブル６１ｙ、ｚ軸第一光ファイバケーブル６２ｚを通じて、ｙ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｙ、ｚ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｚに光を出射する。
【００４０】
電界プローブ２０’’は、ｘ軸電界センサ素子の給電部１３ｘで生じた高周波信号を光信号に変換して出力するｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘを備える。給電部１３ｘにおいて、ｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘの一方の電極はｘ軸円錐放射素子１１ｘに接続され、他方の電極は金属板１２ｘに接続される。ｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘは、ｘ軸電界センサ素子の給電部１３ｘで生じた高周波信号に応じて、ｘ軸レーザダイオード５１が出射した光を変調する。変調された光は、ｘ軸第二光ファイバケーブル６２ｘを通り、ｘ軸フォトダイオード５３ｘに入射する。
【００４１】
電界プローブ２０’’は、ｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘと同様のｙ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｙ、ｚ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｚを備える。
受光手段５３は、３つのフォトダイオード（ｘ軸フォトダイオード５３ｘ、ｙ軸フォトダイオード５３ｙ、ｚ軸フォトダイオード５３ｚ）からなる。
【００４２】
ｘ軸フォトダイオード５３ｘは、ｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘが出力した光信号を電気信号に変換する。具体的には、ｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘが出射した光強度変調波を検波して、ｘ軸電界センサ素子１０ｘの給電部で生じた高周波信号の周波数成分を含む電流を出力する。
【００４３】
ｙ軸フォトダイオード５３ｙ、ｚ軸フォトダイオード５３ｚも、ｘ軸フォトダイオードと同様に、ｙ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｙ、ｚ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｚが出力した光信号を電気信号に変換する。
【００４４】
ｘ軸ミクサ２２ｘは、ローカル発振器２３が発振した発振信号を用いて、ｘ軸フォトダイオード５３ｘが出力した電気信号の周波数を下げて、電界強度計算部４０が電界強度を計算することができるようにする。具体的には、発振信号と電気信号を乗算して、電界強度計算部４０に出力する。ｙ軸ミクサ２２ｙ、ｚ軸ミクサ２２ｚについても、ｘ軸ミクサ２２ｘと同様である。
【００４５】
電界強度計算部４０は、ｘ軸ミクサ２２ｘ，２２ｙ，２２ｚが出力した電気信号から上記３つの方向への各電界強度を求め、これらの求まった電界強度から上記電界プローブの位置における電界強度を求める。第四実施例の電界強度計算部４０においては、以下に述べるＡＦｘ［ｄＢ／ｍ］、ＡＦｙ［ｄＢ／ｍ］、ＡＦｚ［ｄＢ／ｍ］の定義式のみが異なる。他の部分については、第一実施例において図４を参照して説明したものと同様である。
【００４６】
ｘ軸電界センサ素子１０ｘのアンテナ係数をＡＦｃｘ［ｄＢ／ｍ］、ｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘの変換利得をＧｍ［ｄＢ］、ｘ軸フォトダイオード５３ｘの変換利得をＧｆ［ｄＢ］、ｘ軸ミクサ２２ｘの変換利得をＧｍｉｘ［ｄＢ］とすると、ｘ軸電界センサ素子１０ｘの総合アンテナ係数ＡＦｘは以下のように表すことができる。
ＡＦｘ［ｄＢ／ｍ］＝ＡＦｃｘ［ｄＢ／ｍ］−Ｇｍ ［ｄＢ］−Ｇｆ［ｄＢ］−Ｇｍｉｘ［ｄＢ］…（５）
ｘ軸電界強度計算部４１ｘは、上記式（５）と、第一実施例で説明した上記式（１）とに基づいて、ｘ軸方向の電界強度Ｅｘを計算して、総合電界強度計算部４２に送る。
【００４７】
同様に、ｙ軸電界センサ素子１０ｙのアンテナ係数をＡＦｃｙ［ｄＢ／ｍ］、ｚ軸電界センサ素子１０ｚのアンテナ係数をＡＦｃｚ［ｄＢ／ｍ］、ｙ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｙの変換利得をＧｍ［ｄＢ］、ｚ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｚの変換利得をＧｍ［ｄＢ］、ｙ軸フォトダイオード５３ｙの変換利得をＧｆ［ｄＢ］、ｚ軸フォトダイオード５３ｚの変換利得をＧｆ［ｄＢ］、ｙ軸ミクサ２２ｙの変換利得をＧｍｉｘ［ｄＢ］、ｚ軸ミクサ２２ｚの変換利得をＧｍｉｘ［ｄＢ］とすると、ｙ軸電界センサ素子１０ｙの総合アンテナ係数ＡＦｙ、ｚ軸電界センサ素子１０ｚの総合アンテナ係数ＡＦｚは以下のように表すことができる。
ＡＦｙ［ｄＢ／ｍ］＝ＡＦｃｙ［ｄＢ／ｍ ］−Ｇｍ［ｄＢ］−Ｇｆ［ｄＢ］−Ｇｍｉｘ［ｄＢ］  …（６）
ＡＦｚ［ｄＢ／ｍ］＝ＡＦｃｚ［ｄＢ／ｍ ］−Ｇｍ［ｄＢ］−Ｇｆ［ｄＢ］−Ｇｍｉｘ［ｄＢ］  …（７）
【００４８】
ｙ軸電界強度計算部４１ｙは、上記式（６）と、第一実施例で説明した上記式（１）とに基づいて、ｙ軸方向の電界強度Ｅｙを計算して、総合電界強度計算部４２に送る。
ｚ軸電界強度計算部４１ｚは、上記式（７）と、第一実施例で説明した上記式（１）とに基づいて、ｚ軸方向の電界強度Ｅｚを計算して、総合電界強度計算部４２に送る。
総合電界強度計算部４２は、第一実施例と同様に上記式（４）に基づいて、電界強度Ｅを計算する。
【００４９】
第一実施例から第四実施例のように、電界プローブの給電線路に金属線を用いると、コモンモード電流が発生して、電界分布が擾乱する可能性がある。しかし、第五実施例のように、電界プローブの給電線路に光ファイバケーブルを用いることにより、電界分布の擾乱を防ぐことができ、正確な電界強度を測定することができる。
【００５０】
また、第五実施例の電界プローブ２０’’及び電界測定装置１０４は、第一実施例と同様に、互いに直交する３つの方向に向けられた３つの電界センサ素子を有するため、等方的である。さらに、電界センサ素子の給電部に生じた各高周波信号を光信号に変換して出力することより、ケーブルの損失を低減することができ、電界検出感度を上げることができる。
【００５１】
この例では、電界プローブ２０’’’の各電界センサ素子として第一実施例の電界センサ素子（ｘ軸電界センサ素子１０ｘ、ｙ軸電界センサ素子１０ｙ、ｚ軸電界センサ素子１０ｚ）を用いているが、第二実施例の電界センサ素子（ｘ軸電界センサ素子１０ｘ’、ｙ軸電界センサ素子１０ｙ’、ｚ軸電界センサ素子１０ｚ’）を用いてもよい。
【００５２】
［第六実施例］
第六実施例は、図１０に例示するように、発光手段５１が１つのレーザダイオード５１０からなり、受光手段５３が１つのフォトダイオード５３０からなり、電界プローブ２０’’’が第一光スイッチ７１，第二光スイッチ７２及び制御部７３を有する点で、第五実施例と異なる。他の点については、第五実施例と同様である。
【００５３】
レーザダイオード５１０は、ｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘ、ｙ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｙ、ｚ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｚの光源であり、振幅と位相に変調を受けていない連続波を出射する。出射された光は、光ファイバケーブル６１を通り、第一光スイッチに入射する。
第一光スイッチ７１は、入射した光を、ｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘ、ｙ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｙ、ｚ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｚの何れかに出射する。第一光スイッチ７１として、機械式、ＭＥＭＳ型、導波路型等の任意の光スイッチを用いることができる。
【００５４】
ｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘ、ｙ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｙ、ｚ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｚのうち、第一光スイッチ７１からの光を入射したマッハツェンダ型光変調器は、その電界センサ素子の給電部に生じた高周波信号に応じてその光を変調して、第二光スイッチ７２に出射する。すなわち、その高周波信号を光信号に変換して第二光スイッチ７２に出力する。
第二光スイッチ７２は、ｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘ、ｙ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｙ、ｚ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｚの何れかが出力した光信号を、フォトダイオード５３０に出力する。
【００５５】
具体的には、第二光スイッチ７２は、第一光スイッチ７１と連動しており、第一光スイッチ７１が接続しているマッハツェンダ型光変調器に接続される。例えば、第一光スイッチ７１がｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘに接続している場合には、第二光スイッチ７２もｘ軸マッハツェンダ型光変調器５２ｘに接続している。この第一光スイッチ７１と第二光スイッチ７２との連動の制御は、制御部７３が行う。
【００５６】
これにより、第二光スイッチ７２は、第一光スイッチ７１が接続しているマッハツェンダ型光変調器が出射した光を、フォトダイオード５３０に出射する。第二光スイッチ７２も、機械式、ＭＥＭＳ型、導波路型等の任意の光スイッチを用いることができる。
【００５７】
制御部７３は、第一光スイッチ７１と第二光スイッチ７２とを順次切り替える。これにより、３つの電界センサ素子（ｘ軸電界センサ素子１０ｘ、ｙ軸電界センサ素子１０ｙ、ｚ軸電界センサ素子１０ｚ）に対応する各光信号は時分割されて、フォトダイオード５３０に出力される。
フォトダイオード５３０は、入力された光信号を電気信号に変換して出力する。言い換えると、時分割された光信号を、時分割された電気信号に変換して出力する。
【００５８】
ミクサ２２は、ローカル発振器２３が発振した発振信号を用いて、フォトダイオード５３０が出力した電気信号の周波数を下げて、電界強度計算部４０が電界強度を計算することができるようにする。具体的には、発振信号と電気信号を乗算して、電界強度計算部４０に出力する。
【００５９】
電界強度計算部４０は、第五実施例と同様にして、入力された時分割された電気信号から、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の各電界強度Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚを求め、これらの求まった電界強度から電界ブローブ２０’’’の位置における電界強度Ｅを求める。
【００６０】
第六実施例は、発光手段５１を構成するレーザダイオードを１つにし、受光手段５２を構成するフォトダイオードを１つにすることにより、第五実施例と比較して、部品点数を削減することができることができるというメリットがある。また、第六実施例においても、第五実施例と同様に、電界プローブの給電線路に光ファイバケーブルを用いることにより、電界分布の擾乱を防ぐことができ、正確な電界強度を測定することができる。
【００６１】
また、第六実施例の電界プローブ２０’’及び電界測定装置１０４も、第一実施例と同様に、互いに直交する３つの方向に向けられた３つの電界センサ素子を有するため、等方的である。さらに、電界センサ素子の給電部に生じた各高周波信号を光信号に変換して出力することより、ケーブルの損失を低減することができ、電界検出感度を上げることができる。
【００６２】
この例では、電界プローブ２０’’’の各電界センサ素子として第一実施例の電界センサ素子（ｘ軸電界センサ素子１０ｘ、ｙ軸電界センサ素子１０ｙ、ｚ軸電界センサ素子１０ｚ）を用いているが、第二実施例の電界センサ素子（ｘ軸電界センサ素子１０ｘ’、ｙ軸電界センサ素子１０ｙ’、ｚ軸電界センサ素子１０ｚ’）を用いてもよい。
その他、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第一実施例の電界測定装置を示す図。
【図２】第一実施例の電界プローブの概略を示す斜視図。
【図３】第一実施例のｘ軸電界センサ素子を示す図。
【図４】第一実施例の電界測定装置の機能構成を示す図。
【図５】第二実施例の電界測定装置を示す図。
【図６】第二実施例の電界プローブの概略を示す斜視図。
【図７】第三実施例の電界測定装置を示す図。
【図８】第四実施例の電界測定装置を示す図。
【図９】第五実施例の電界測定装置を示す図。
【図１０】第六実施例の電界測定装置を示す図。
【図１１】従来技術の電界プローブを示す図。
【符号の説明】
【００６４】
１０ｘ  軸電界センサ素子、１０ｙ  軸電界センサ素子、１０ｚ  軸電界センサ素子、１２  金属箱、１３ｘ  給電部、２０  電界プローブ、２１ｘ  ｘ軸フィルタ、２１ｙ  ｙ軸フィルタ、２１ｚ  ｚ軸フィルタ、２２ｘ  ｘ軸ミクサ、２２ｙ  ｙ軸ミクサ、２２ｚ  ｚ軸ミクサ、２３  ローカル発振器、２４ｘ  出力コネクタ、２４ｙ  出力コネクタ、２４ｚ  出力コネクタ、３１ｘ  同軸線路、３１ｙ  同軸線路、３１ｚ  同軸線路、４０  電界強度計算部、４１ｘ  ｘ軸電界強度計算部、４１ｙ  ｙ軸電界強度計算部、４１ｚ  ｚ軸電界強度計算部、４２  総合電界強度計算部、５１  発光手段、５１ｘ  ｘ軸レーザダイオード、５１ｙ  ｙ軸レーザダイオード、５１ｚ  ｚ軸レーザダイオード、５２  受光手段、５２ｘ  ｘ軸マッハツェンダ型光変調器、５２ｙ  ｙ軸マッハツェンダ型光変調器、５２ｚ  ｚ軸マッハツェンダ型光変調器、５３  受光手段、５３ｘ  ｘ軸フォトダイオード、５３ｙ  ｙ軸フォトダイオード、５３ｚ  ｚ軸フォトダイオード、７１  第一光スイッチ、７２  第二光スイッチ、７３  制御部、１００  電界測定装置
【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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【図１０】
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【図１１】
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