(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の任意の位置における信号を基準信号として検出する基準信号検出手段と、
前記被測定物から発生する磁界を検出する磁界検出手段と、
前記基準信号検出手段及び前記磁界検出手段でそれぞれ検出された信号の周波数を変換する周波数変換手段と、
前記周波数変換手段でそれぞれ変換された各信号の振幅と位相とを測定する信号測定手段と、
前記信号測定手段で得られた測定結果を基に前記被測定物における電流ベクトル分布を算出し、前記信号の位相変化に伴う、前記電流ベクトル分布の変化を演算する算出手段と、
前記算出手段によって算出された電流ベクトル分布の変化を動画表示する表示手段とを有することを特徴とする電流分布測定装置。
【請求項２】
前記周波数変換手段は、前記基準信号検出手段及び前記磁界検出手段でそれぞれ検出された信号に対して、前記信号測定手段が測定可能な周波数帯域へ周波数変換することを特徴とする請求項１記載の電流分布測定装置。
【請求項３】
前記基準信号検出手段は、前記被測定物近傍の任意の位置に配置された単一の磁界センサであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電流分布測定装置。
【請求項４】
前記基準信号検出手段は、前記被測定物内の電気回路における任意の位置に接触して電流または電圧を検出する導体接触端子であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電流分布測定装置。
【請求項５】
前記周波数変換手段は、
前記基準信号検出手段で検出された信号が入力される第１のバンドパスフィルタと、
前記第１のバンドパスフィルタからの出力が入力される第１のミキサーと、
前記磁界検出手段で検出された信号が入力される第２のバンドパスフィルタと、
前記第２のバンドパスフィルタからの出力が入力される第２のミキサーと、
前記信号測定手段が測定可能な周波数帯域に応じて決まる周波数をもった局部発振用の信号を前記第１及び第２のミキサーに出力する信号出力手段とを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電流分布測定装置。
【請求項６】
前記信号出力手段は、
前記信号測定手段が測定可能な周波数帯域に応じて決まる周波数をもった信号を発生するシグナルジェネレータと、
前記シグナルジェネレータで発生された信号を分周して得られた同一の信号を局部発振用信号として前記第１及び第２のミキサーに出力するディバイダーとを含むことを特徴とする請求項５記載の電流分布測定装置。
【請求項７】
前記磁界検出手段は、前記被測定物近傍を移動自在な単一の磁界センサから構成され、
前記単一の磁界センサを前記被測定物近傍で移動させ、前記被測定物近傍の複数の位置で磁界を検出させ、得られた各検出値を前記周波数変換手段に出力させる走査手段を、更に有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電流分布測定装置。
【請求項８】
前記磁界検出手段は、前記被測定物近傍の複数の位置にそれぞれ配置された複数の磁界センサから構成され、
前記複数の磁界センサのうち１つを順次指定し、該指定された磁界センサが検出した磁界を前記周波数変換手段に出力させる走査手段を、更に有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電流分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流分布測定装置に関し、特に、電子機器から発生する磁界を検知することによって電流ベクトル分布を測定する電流分布測定装置に関する。
【０００２】
このような電流分布測定装置は、電子機器内から発生する不要電磁波の測定に利用される。
【０００３】
【従来の技術】
近年、電子機器の高速化、高性能化などに伴ない、電子機器から放射される不要電磁波が他の電子機器へ与える影響が問題になっている。この不要電磁波放射による他の電子機器への影響はＥＭＩ（Electromagnetic Interference）と呼ばれ、その主なものとして、無線機器、通信機器に発生する受信障害や、電子機器の誤動作が挙げられる。
【０００４】
各国では３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚあるいは３０ＭＨｚ〜２ＧＨｚの周波数帯域において電子機器から発生する不要電磁波放射に対して規制を行っており、電子機器メーカはこの規制に適合するように製品を設計製造する必要がある。
【０００５】
電子機器から放射される不要電磁波を測定する方法として、一般的には遠方界測定が行なわれるが、電子機器内部の回路基板のみについては、その近傍界強度分布を測定することが行われている。
【０００６】
近傍界強度分布を測定し、不要電磁波の発生メカニズムを明らかにし、その発生抑制対策を行なうために使用される近傍界強度分布測定装置が、例えば特開２０００−１９２０４号公報などに提示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の従来の近傍界強度分布測定装置によって、回路基板単体を測定した場合と、電子機器に組み込まれるとともに、金属筐体やケーブルが接続された回路基板を測定した場合とでは、不要電磁波の発生モードが異なる。したがって、近傍界強度分布測定装置によって回路基板単体を測定して得られた近傍界強度分布に基づき不要電磁波対策を施しても、電子機器全体における不要電磁波の発生抑制には効果が現れない場合がある。こうしたことを考慮して、回路基板単体に対して近傍界強度分布の測定を行わず、回路基板を電子機器に組み込み、金属筐体やケーブルを接続した状態で測定を行うようにしている。
【０００８】
図７は、被測定物の１つの例を示す図である。この被測定物では、金属シャーシ７０１上に２枚の回路基板７０２，７０３が配置され、回路基板７０２と回路基板７０３とがケーブル７０４で接続されている。回路基板７０２には発振器７０５やＩＣ７０６が実装されており、回路基板７０３にはＩＣ７０７が実装されている。
【０００９】
図７に示した被測定物に対して、従来の近傍界強度分布測定装置によって測定が行われた結果得られた近傍界強度分布を図８に示す。
【００１０】
こうした図７及び図８から分かるように、回路基板を電子機器に組み込み、金属筐体やケーブルを接続した状態で測定して得られた従来の近傍界強度分布測定結果は、不要電磁波放射をもたらす電流がどこから発生し、どの経路を流れているかを正確に把握することができない。
そのため、不要電磁波の発生源と、不要電磁波が発生源から他の部分に伝達される不要電磁波の伝達経路と、不要電磁波が放射する放射源とを切り分けて特定することが難しく、したがって、上記の電子機器全体に亘る不要電磁波測定方法によっても不要電磁波の抑制対策を的確に行うことが困難であった。
【００１１】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、不要電磁波の発生源、伝達経路、放射源を切り分けて特定することを可能にした電流分布測定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、被測定物の任意の位置における信号を基準信号として検出する基準信号検出手段と、前記被測定物から発生する磁界を検出する磁界検出手段と、前記基準信号検出手段及び前記磁界検出手段でそれぞれ検出された信号の周波数を変換する周波数変換手段と、前記周波数変換手段でそれぞれ変換された各信号の振幅と位相とを測定する信号測定手段と、前記信号測定手段で得られた測定結果を基に前記被測定物における電流ベクトル分布を算出し、前記信号の位相変化に伴う、前記電流ベクトル分布の変化を演算する算出手段と、前記算出手段によって算出された電流ベクトル分布の変化を動画表示する表示手段とを有することを特徴とする電流分布測定装置が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
（第一の実施の形態）
図１は、本発明に係る電流分布測定装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【００１５】
第１の実施の形態における電流分布測定装置は、基準信号入力部１０１と、磁界センサ１０２と、走査部１０３と、信号変換部１０４と、信号測定部１０５と、演算処理部１０６と、表示部１０７と、制御部１０８と、記憶装置１０９とから構成される。
【００１６】
測定者が、ある任意の周波数の電流分布を測定する場合、基準信号入力部１０１は、被測定物１１０の任意の位置における磁界検出信号を基準信号とし、信号変換部１０５へ出力する。磁界センサ１０２は１つのセンサから成り、走査部１０３からの制御により被測定物１１０近傍を走査移動する構成になっており、走査領域における複数の所定の位置で磁界を測定し、得られた測定信号を信号変換部１０４へ出力する。走査部１０３は、磁界センサ１０２を被測定物１１０近傍に沿って走査移動する。
【００１７】
信号変換部１０４は、基準信号入力部１０１及び磁界センサ１０２からの各信号から、測定対象周波数以外の周波数成分を除去する。さらに、信号測定部１０５が測定可能な周波数に、基準信号入力部１０１及び磁界センサ１０２からの各信号の周波数を変換し、信号測定部１０５に出力する。
【００１８】
信号測定部１０５は、磁界センサ１０２及び基準信号入力部１０１からそれぞれ出力された測定信号及び基準信号に対する信号変換部１０４での処理が行われた後の各信号を基にして、各信号の振幅及び位相を測定し、その測定結果を演算処理部１０６へ出力する。演算処理部１０６は、信号測定部１０５から送られた測定結果を基に、被測定物１１０近傍の各位置における電流ベクトルを算出する。この算出された電流ベクトルは、複数の所定位置での測定結果に基づき電流ベクトル分布となり、また基準信号の位相が変化した状態を演算処理することによって、該電流ベクトル分布が変化する。演算処理部１０６は、こうした電流ベクトル分布の変化を、表示部１０７に動画表示できるように処理する。表示部１０７は、電流ベクトル分布やその変化を、ユーザの指定に従った表示方式によって表示する。制御部１０８は、走査部１０３、信号測定部１０５、演算処理部１０６、表示部１０７を制御する。
【００１９】
記憶装置１０９は、信号測定部１０５において得られた測定結果及び演算処理部１０６によって算出された結果を記録する。
【００２０】
次に、本実施の形態における測定原理について、図１及び図２を参照して説明する。図２は、電流ベクトル（Ａ）及び磁界ベクトル（Ｂ）を示す図である。
【００２１】
ここで、基準信号入力部１０１は、被測定物１１０上の所定の位置から、この基準信号Ａｃｏｓωｔを検出する。
【００２２】
一方、被測定物１１０のＸＹ平面上のある点（ｘ，ｙ）において電流（ベクトル）Ｉが流れているとする。この電流Ｉは、直交する２方向の電流Ｉｘ（ｘ，ｙ），Ｉｙ（ｘ，ｙ）に分解でき、下記のように表される。
【００２３】
Ｉｘ（ｘ，ｙ）＝αＡｃｏｓ（ωｔ＋θ１）    …    （１）
Ｉｙ（ｘ，ｙ）＝βＡｃｏｓ（ωｔ＋θ２）    …    （２）
こうした電流Ｉが流れることによって、電流Ｉに直交する方向に磁界Ｈが発生する。この磁界Ｈは、直交する２方向の磁界Ｈｘ（ｘ，ｙ），Ｈｙ（ｘ，ｙ）に分解でき、下記のように表される。
【００２４】
Ｈｙ（ｘ，ｙ）＝ｋ・αＡｃｏｓ（ωｔ＋θ１）    …    （３）
Ｈｘ（ｘ，ｙ）＝ｋ・βＡｃｏｓ（ωｔ＋θ２）    …    （４）
ただし、α，β，ｋ，Ａは係数である。
【００２５】
ここで、電流Ｉから距離ｒだけ離れた位置で発生する磁界Ｈは、アンペールの法則に基づき、次式（５）のように表される。
【００２６】
Ｈ＝Ｉ／（２πｒ）            …    （５）
ただし、
ｋ＝１／（２πｒ）            …    （６）
したがって、被測定物１１０のＸＹ平面上の点（ｘ，ｙ）に磁界センサ１０２を配置し、直交する２方向の磁界Ｈｘ（ｘ，ｙ），Ｈｙ（ｘ，ｙ）の振幅と位相とを測定する。これによって、基準信号Ａｃｏｓωｔに対するＸ，Ｙ方向磁界Ｈｘ（ｘ，ｙ），Ｈｙ（ｘ，ｙ）の振幅比ｋ・α，ｋ・βと位相差θ１，θ２とが得られる。
【００２７】
ここで上記式（１）〜（６）を基にして電流値｜Ｉ｜、電流方向φが次式（７）、（８）のように求められ、電流ベクトルを導出することができる。
【００２８】
｜Ｉ｜＝（Ｉｘ2＋Ｉｙ2）1/2
＝１／ｋ・（Ｈｙ2＋Ｈｘ2）1/2
＝Ａ／ｋ・（ｋ2α2ｃｏｓ2（ωｔ＋θ１）＋ｋ2β2ｃｏｓ2（ωｔ＋θ２））1/2
…（７）
φ＝ｔａｎ-1（Ｉｙ／Ｉｘ）
＝ｔａｎ-1（Ｈｘ／Ｈｙ）
＝ｔａｎ-1（ｋβｃｏｓ（ωｔ＋θ２）／ｋαｃｏｓ（ωｔ＋θ１））  …（８）
そして、被測定物１１０に沿って磁界センサ１０２が走査移動し、被測定物１１０近傍の磁界を複数の位置で測定し、演算処理部１０６で上記の演算を行い、電流ベクトル分布を求める。
【００２９】
次に、上記測定原理に基づき、第１の実施の形態の電流分布測定装置において行われる電流ベクトル分布の算出処理を、図３を参照して説明する。
【００３０】
図３は、電流ベクトル分布の算出処理の手順を示すフローチャートである。なおここでは、被測定物１１０上のＮ個の位置において磁界測定を行うものとする。以下、ステップに沿って説明する。
【００３１】
ステップＳ１：基準信号を入手する。
【００３２】
ステップＳ２：制御変数ｎを１に設定する。
【００３３】
ステップＳ３：被測定物１１０上の第ｎ位置における磁界測定値を入手する。
【００３４】
ステップＳ４：信号測定部１０５及び演算処理部１０６において、入手した基準信号及び磁界測定値を用いて電流ベクトルの算出を行う。
【００３５】
ステップＳ５：制御変数ｎに１を加算する。
【００３６】
ステップＳ６：新たに得られた制御変数ｎがＮよりも大きいか否かを判別する。制御変数ｎがＮ以下であれば、ステップＳ３へ戻る。制御変数ｎがＮよりも大きいならば、被測定物１１０上のＮ個の全部の測定位置における電流ベクトルの算出を終えて、電流ベクトル分布が得られたとして、本処理を終了する。
【００３７】
なお、ステップＳ４で、入手した基準信号及び磁界測定値から振幅比、位相差のみを算出して記憶装置１０９に保存し、被測定物１１０上のＮ個の全部の測定位置における測定が終了したのちに、記憶装置１０９に保存した振幅比、位相差を読み出して電流ベクトルを算出するようにしてもよい。
【００３８】
演算処理部１０６では磁界センサ１０２の周波数特性や位相特性などの較正も行う。
【００３９】
また、被測定物１１０の任意の位置で検出された基準信号Ａｃｏｓωｔの位相を変化させると、電流ベクトル分布が変化するので、この変化を表示部１０７において動画表示するようにし、これにより、不要電磁波放射を引き起こす電流の発生源や電流経路などを視覚的に知ることができる。
【００４０】
ここで、第１の実施の形態の電流分布測定装置が、前記図７に例示した被測定物を測定した場合に得られる測定結果について、図９を参照して説明する。
図９は、図７に例示する被測定物を第１の実施の形態の電流分布測定装置により測定を行った結果得られた電流ベクトル分布を示す図である。図中（ａ）〜（ｆ）は、基準信号の位相が６０度間隔で変化している場合の各位相での電流ベクトル分布をそれぞれ示す。
【００４１】
こうした測定結果から、基準信号の周波数ではケーブル７０４において１／２波長の定在波が発生していることを視覚的に確認することができる。
【００４２】
なお、基準信号の位相を連続的に変化させることによって得られる電流ベクトル分布の変化を、表示部１０７に動画表示することにより、現象を視覚的に理解することが可能である。
【００４３】
基準信号の位相変化に伴なう電流ベクトル分布の変化を動画表示する以外の他の表示形式として、基準信号のある位相における電流ベクトル分布の静止画表示、基準信号の全ての位相におけるピーク電流分布の静止画表示などの中から、測定者が制御部１０８を介して所望の表示形式を選び、制御部１０８がこの選択された表示形式を表示部１０７に指示するようにしてもよい。
【００４４】
次に、第１の実施の形態における信号変換部１０４及び信号測定部１０５の具体的な構成について説明する。
【００４５】
図４は、信号変換部１０４及び信号測定部１０５の構成例を示すブロック図である。
【００４６】
信号変換部１０４は、バンドパスフィルタ４０１，４０２、ミキサー４０３，４０４、局部発振器としてのシグナルジェネレータ４０６、及びディバイダー４０７で構成され、信号測定部１０５は、ベクトルシグナルアナライザ４０５で構成される。
【００４７】
信号変換部１０４においては、磁界センサ１０２から出力された測定信号及び基準信号入力部１０１から出力された基準信号がそれぞれバンドパスフィルタ４０１，４０２に入力されて、測定周波数以外の周波数成分が除去され、ミキサー４０３，４０４に入力される。ミキサー４０３，４０４は、測定信号及び基準信号の周波数を、信号測定部１０５として使用するベクトルシグナルアナライザ４０５が測定可能な周波数である１０ＭＨｚ以下に変換する。すなわち、シグナルジェネレータ４０６から局部発振信号がディバイダー４０７に送られて、分周が行われ、得られた分周後の同一の局部発振信号がミキサー４０３，４０４に入力される。ミキサー４０３，４０４は、局部発振信号を基に測定信号及び基準信号に対してそれぞれ周波数変換を行い、ベクトルシグナルアナライザ４０５へ出力する。ベクトルシグナルアナライザ４０５は、１０ＭＨｚ以下に周波数変換された基準信号及び測定信号の振幅及び位相を測定する。
【００４８】
なお、シグナルジェネレータ４０６からベクトルシグナルアナライザ４０５にＲｅｆ信号が送られ、ベクトルシグナルアナライザ４０５内部の局部発振器が、ミキサー４０３，４０４と同期するように構成される。これによって、ベクトルシグナルアナライザ４０５における位相測定の周波数精度が向上する。
【００４９】
次に、第１の実施の形態における基準信号入力部１０１及び磁界センサ１０２の具体的な構成について説明する。
【００５０】
図５は、第１の実施の形態における基準信号入力部１０１及び磁界センサ１０２の構成を示す斜視図である。
【００５１】
第１の実施の形態では、基準信号入力部１０１及び磁界センサ１０２を磁界ループプローブ５０１，５０２でそれぞれ構成する。磁界センサ１０２は１つの磁界ループプローブから構成される。
【００５２】
図中、被測定物１１０が、例えば、ＩＣ５０４，５０５がそれぞれ搭載された回路基板５０６，５０７、シャーシ５０８、ケーブル５０９などから構成される。
【００５３】
基準信号入力部１０１である磁界ループプローブ５０１は、被測定物１１０の所定位置に固定され、磁界の信号形態で基準信号を検出する。また、磁界センサ１０２である磁界ループプローブ５０２は、走査部１０３からの制御により被測定物１１０近傍を走査移動する構成になっており、走査領域における複数の所定の位置でＸ方向、Ｙ方向の磁界を測定する。
【００５４】
以上説明したように、第１の実施の形態では、基準信号の位相が変化することにより、表示装置に表示された電流ベクトル分布の画像が変化し、これによって、この画像を見た測定者は、不要電磁波放射を引き起こす電流の発生源や電流経路などを視覚的に知ることができ、不要電磁波の発生源、伝達経路、放射源を切り分けて特定することが可能となる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態を説明する。
【００５６】
第２の実施の形態の構成は、基本的に第１の実施の形態の構成と同じであるので、第２の実施の形態の説明においては、第１の実施の形態の構成を流用し、異なる構成部分だけを説明する。
【００５７】
図６は、第２の実施の形態における基準信号入力部１０１及び磁界センサ１０２の構成を示す斜視図である。
【００５８】
第２の実施の形態では、磁界センサ１０２を１つの磁界ループプローブ６０１で構成し、基準信号入力部１０１を導体接触端子６０２で構成する。
【００５９】
図中、被測定物１１０ａが、例えば、ＩＣ６０４，６０５がそれぞれ搭載された回路基板６０６，６０７、シャーシ６０８、ケーブル６０９などから構成される。
【００６０】
基準信号入力部１０１である導電接触端子６０２は、被測定物１１０ａの信号線６１０やＩＣピン６１１などの導電接触できる任意の位置に固定され、そこから基準信号を検出する。また、磁界センサ１０２である磁界ループプローブ６０１は、走査部１０３からの制御により被測定物１１０ａ近傍を走査移動する構成になっており、走査領域における複数の所定の位置でＸ方向、Ｙ方向の磁界を測定する。
【００６１】
第２の実施の形態においても、不要電磁波放射を引き起こす電流の発生源や電流経路などを視覚的に知ることができ、不要電磁波の発生源、伝達経路、放射源を切り分けて特定することが可能となる。
【００６２】
（他の実施の形態）
上記の各実施の形態では、電流ベクトル分布の表示を行うようにしているが、これに代わって、磁界ベクトル分布の表示を行うようにしてもよい。
【００６３】
また、磁界センサに代わって、電界センサを用いて計測を行ってもよい。
【００６４】
なおまた、複数の磁界センサを被測定物に対してアレイ状に配置して、各センサの出力を順に選択走査して、各センサからの測定信号を出力させる構成にしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、被測定物の任意の位置における信号を基準信号として検出するとともに、被測定物から発生する磁界を検出する。該それぞれ検出された信号の周波数を変換し、該変換された各信号の振幅と位相とを測定し、得られた測定結果を基に被測定物における電流ベクトル分布を算出し、信号の位相変化に伴う、電流ベクトル分布の変化を演算する。該算出された電流ベクトル分布の変化を表示装置に動画表示する。そして、基準信号の位相が変化することにより、表示装置に表示された電流ベクトル分布の画像が変化し、これによって、この画像を見た測定者は、不要電磁波の発生源、伝達経路、放射源を切り分けて特定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電流分布測定装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】電流ベクトル（Ａ）及び磁界ベクトル（Ｂ）を示す図である。
【図３】電流ベクトル分布の算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】信号変換部及び信号測定部の構成例を示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態における基準信号入力部及び磁界センサの構成を示す斜視図である。
【図６】第２の実施の形態における基準信号入力部及び磁界センサの構成を示す斜視図である。
【図７】被測定物の一つの例を示す図である。
【図８】図７に例示する被測定物を、従来の近傍界強度分布測定装置によって測定して得られた近傍界強度分布を示す図である。
【図９】図７に例示する被測定物に対して、第１の実施の形態における電流分布測定装置によって測定を行った結果得られた電流ベクトル分布を示す図である。
【符号の説明】
１０１  基準信号入力部（基準信号検出手段）
１０２  磁界センサ（磁界検出手段）
１０３  走査部（走査手段）
１０４  信号変換部（周波数変換手段）
１０５  信号測定部（信号測定手段）
１０６  演算処理部（算出手段）
１０７  表示部（表示手段）
１０８  制御部
１０９  記憶装置
１１０  被測定物
１１０ａ  被測定物
４０１  バンドパスフィルタ
４０２  バンドパスフィルタ
４０３  ミキサー
４０４  ミキサー
４０５  ベクトルシグナルアナライザ
４０６  シグナルジェネレータ（信号出力手段）
４０７  ディバイダー（信号出力手段）
５０１  磁界ループプローブ
５０２  磁界ループプローブ
５０４  ＩＣ
５０５  ＩＣ
５０６  回路基板
５０７  回路基板
５０８  シャーシ
５０９  ケーブル
６０１  磁界ループプローブ
６０２  導体接触端子
６０４  ＩＣ
６０５  ＩＣ
６０６  回路基板
６０７  回路基板
６０８  シャーシ
６０９  ケーブル
６１０  信号線
６１１  ＩＣピン
７０１  金属シャーシ
７０２  回路基板
７０３  回路基板
７０４  ケーブル
７０５  発振器
７０６  ＩＣ
７０７  ＩＣ
【図１】
0003817469.tif 000002
【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】
0003817469.tif 000010