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技術 インパルス電磁波の放射装置

出願人 財団法人京都産業技術振興財団
発明者 井尻和夫
出願日 1995年12月21日 (23年8ヶ月経過) 出願番号 1995-350275
公開日 1997年7月11日 (22年1ヶ月経過) 公開番号 1997-178793
状態 特許登録済
技術分野 電子回路の試験 電気的特性試験と電気的故障の検出 電子回路の試験 アンテナの細部
主要キーワード 入射レベル 放射耐性 出力電磁波 減衰振動波 高帯域周波数 供試体内 対数周期アンテナ 自己相似
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この項目の情報は公開日時点(1997年7月11日)のものです。
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図面 (5)

課題

伝送損失を生じることなくインパルス電磁波を効率良く放射することができる装置を提供する。

解決手段

第1インパルス電圧を発生するインパルス電圧発生回路12と、可変抵抗26を終端した遅延線路24で構成され、第1インパルス電圧より半周期分遅延し第1インパルス電圧によって生じる減衰振動波打ち消す電圧レベルを有する第2インパルス電圧を生成するインパルス電圧生成回路22と、第1インパルス電圧と第2インパルス電圧とが印加されてインパルス電磁波を放射する放射アンテナとから構成した。

概要

背景

種電子機器に対する電磁波障害を調べる試験としては、従来から、IEC国際電気標準会議規格、SENELEC規格(欧州規格)等の規格に基づいて、雑音電磁波に対する電子機器耐性を評価するための放射無線周波数電磁界イミュニティ(以下、「放射イミュテイ」と略す)試験が行なわれている。この放射イミュニティ試験は、電子機器(供試体)に規格で規定されている電解強度1〜10V/mの電磁波を80〜1,000MHzの周波数域の範囲で連続して放射し、この際の供試体の誤動作の有無を確認することにより、放射イミュニティレベル放射耐性レベル)を測定する試験である。

放射イミュニティ試験は、周囲の環境への電磁妨害となるため、屋外では実施することができず、試験を行なうためには電波暗室電波無響室)が必要である。また、この試験は、高出力のRFアンプ(無線周波数アンプ)とバイコニカルアンテナ測定周波数域80〜200MHzの広帯域アンテナ)や対数周期アンテナ(測定周波数域200〜1,000MHzの広帯域アンテナ)等の広帯域放射アンテナとを使用して行なわれる。このため、放射イミュニティ試験を行なうには多大のコストを必要とする。しかも、従来から行なわれている上記試験方法では、供試体である電子機器に電磁波を連続放射した際に電子機器が誤動作を起こすかどうか、といった試験結果が得られるだけである。従って、この結果から、電子機器の放射イミュニティ対策の方法を決定することは非常に困難であり、その対策を講じるためには、スペクトラムアナライザストレージオシロスコープなど高額の試験装置が必要であり、また、対策決定までに多大の時間を要することとなる。

上記したような現状に鑑み、本発明者らは、供試体である電子機器に対してインパルス電磁波を放射し、そのインパルス電磁波の強度(入射レベル)とその際における供試体内部の空間或いは電源回路電子回路伝送線路などの受信波の強度(受信・応答レベル)とを測定し、その測定結果から供試体のサセプティビリティ(感受性)を示す受信・応答特性(入射レベルに対する受信・応答レベルを示した伝達関数)を求めて、妨害波の主要受信経路を特定するとともに、供試体の放射イミュニティレベルを予測評価することにより、放射イミュニティ対策の方法を容易に決定することができ、しかも、従来の上記放射イミュニティ試験を実施するための設備コストに比べて著しく低コストで実施することができる試験方法を提案してきた。この簡易イミュニティ試験では、前記したように供試体に対しインパルス電磁波を放射するのに、インパルス電磁波の放射装置が使用される。

インパルス電磁波放射装置として、本発明者は研究報告において、図4に示すようなダブルインパルス電圧発生回路40を有した構成の装置を既に公表している。このインパルス電磁波放射装置は、ダブルインパルス電圧発生回路40の入力側を直流電源に接続し、その出力側ダイポールアンテナループアンテナ等の放射アンテナの給電点に接続して構成されている。

ダブルインパルス電圧発生回路40は、インパルス電圧発生回路12とインパルス電圧生成回路42とから構成されている。インパルス電圧発生回路12は、充電抵抗14と放電コンデンサ16とを直列に接続し、放電コンデンサ16に放電抵抗18を並列に接続して、放電コンデンサ16と放電抵抗18との間にそれぞれに直列に高周波スイッチ20を介挿接続した回路構成を有しており、例えば、充電抵抗14は100KΩ、放電コンデンサ16は30pF、放電抵抗18は50Ωである。このインパルス電圧発生回路12からは、図3の(a)に示すようにパルス幅数ナノ秒(nS)から数十ナノ秒である第1インパルス電圧Aが発生させられる。

インパルス電圧生成回路42は、抵抗型分配器44及び合成器46、同軸遅延線48並びにアッテネータ減衰器)50から構成されている。このインパルス電圧生成回路42では、インパルス電圧発生回路12によって発生させられた第1インパルス電圧Aから、図3の(c)に示すように、第1インパルス電圧Aより半周期分遅延し、かつ、第1インパルス電圧Aによって生じる図3の(b)に示すような減衰振動波Bを打ち消す電圧レベルを有する第2インパルス電圧Cが生成される。そして、ダブルインパルス電圧発生回路40からは、図3の(c)に示すようなダブルインパルス電圧が出力される。

図4に示したダブルインパルス電圧発生回路40は、図2に示したようなダイポールアンテナやループアンテナ等の放射アンテナ30(図2は、抵抗接続型ダイポールアンテナを例示する)の給電点に接続される。図2に示した放射アンテナ30は、アンテナエレメント32、平衡不平衡変換器34、整合抵抗36及び同軸給電線38により構成されている。整合抵抗36は、放射アンテナ30の給電点(平衡−不平衡変換器34の入力点)に並列に接続されている。この整合抵抗36は、ダブルインパルス電圧発生回路40から放射アンテナ30へ伝送されるダブルインパルス電圧の波形アンテナインピーダンスリアクタンス成分によって乱されないように放射アンテナ30の給電点の伝送線路に対するインピーダンス整合をとる目的で接続されており、例えば抵抗値が50Ωである。

ダブルインパルス電圧発生回路40から出力された図3の(c)に示すようなダブルインパルス電圧は、同軸給電線38を通して放射アンテナ30に印加される。この場合、一般に、放射アンテナ30にはリアクタンス成分が存在するため、図3の(a)に示したようなインパルス電圧Aが放射アンテナ30の給電点に印加されると、アンテナエレクメント32上に図(b)に示すような減衰振動波Bを生じて、放射アンテナ30から放射される電磁波は減衰振動波となる。ところが、このインパルス電磁波放射装置では、図3の(c)に示すように第1インパルス電圧Aより半周期分遅れて、第1インパルス電圧Aによって生じる減衰振動波Bを打ち消す電圧レベルを有する第2インパルス電圧Cが放射アンテナ30の給電点に印加されるので、第1インパルス電圧Aによって生じる減衰振動波Bが、第2インパルス電圧C及びそれによって生じる減衰振動波で相殺され、アンテナエレメント32上に減衰振動波が生じないで、放射アンテナ30からは、図3の(d)に示すようなインパルス電磁波Dが放射されることになる。

概要

伝送損失を生じることなくインパルス電磁波を効率良く放射することができる装置を提供する。

第1インパルス電圧を発生するインパルス電圧発生回路12と、可変抵抗26を終端した遅延線路24で構成され、第1インパルス電圧より半周期分遅延し第1インパルス電圧によって生じる減衰振動波を打ち消す電圧レベルを有する第2インパルス電圧を生成するインパルス電圧生成回路22と、第1インパルス電圧と第2インパルス電圧とが印加されてインパルス電磁波を放射する放射アンテナとから構成した。

目的

この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、伝送損失を生じることなくインパルス電磁波を効率良く放射することができるインパルス電磁波放射装置を提供することを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

第1インパルス電圧を発生するインパルス電圧発生回路と、このインパルス電圧発生回路によって発生させられた第1インパルス電圧から、それより半周期分遅延しかつその第1インパルス電圧によって生じる減衰振動波打ち消す電圧レベルを有する第2インパルス電圧を生成するインパルス電圧生成回路と、前記インパルス電圧発生回路によって発生させられた第1インパルス電圧と前記インパルス電圧生成回路によって生成された第2インパルス電圧とが供給され、1つのインパルス電磁波を放射する放射アンテナとからなる、インパルス電磁波の放射装置において、前記インパルス電圧生成回路を、可変抵抗終端した遅延線路で構成したことを特徴とする、インパルス電磁波の放射装置。

技術分野

0001

この発明は、例えば、各種電子機器に対する電磁波障害対策を検討するような場合において簡易イミュニティ試験を行なう際などに、各種電子機器に対しインパルス電磁波(衝撃電磁波)を放射するのに使用されるインパルス電磁波放射装置に関する。

背景技術

0002

各種電子機器に対する電磁波障害を調べる試験としては、従来から、IEC国際電気標準会議規格、SENELEC規格(欧州規格)等の規格に基づいて、雑音電磁波に対する電子機器耐性を評価するための放射無線周波数電磁界イミュニティ(以下、「放射イミュテイ」と略す)試験が行なわれている。この放射イミュニティ試験は、電子機器(供試体)に規格で規定されている電解強度1〜10V/mの電磁波を80〜1,000MHzの周波数域の範囲で連続して放射し、この際の供試体の誤動作の有無を確認することにより、放射イミュニティレベル放射耐性レベル)を測定する試験である。

0003

放射イミュニティ試験は、周囲の環境への電磁妨害となるため、屋外では実施することができず、試験を行なうためには電波暗室電波無響室)が必要である。また、この試験は、高出力のRFアンプ(無線周波数アンプ)とバイコニカルアンテナ測定周波数域80〜200MHzの広帯域アンテナ)や対数周期アンテナ(測定周波数域200〜1,000MHzの広帯域アンテナ)等の広帯域放射アンテナとを使用して行なわれる。このため、放射イミュニティ試験を行なうには多大のコストを必要とする。しかも、従来から行なわれている上記試験方法では、供試体である電子機器に電磁波を連続放射した際に電子機器が誤動作を起こすかどうか、といった試験結果が得られるだけである。従って、この結果から、電子機器の放射イミュニティ対策の方法を決定することは非常に困難であり、その対策を講じるためには、スペクトラムアナライザストレージオシロスコープなど高額の試験装置が必要であり、また、対策決定までに多大の時間を要することとなる。

0004

上記したような現状に鑑み、本発明者らは、供試体である電子機器に対してインパルス電磁波を放射し、そのインパルス電磁波の強度(入射レベル)とその際における供試体内部の空間或いは電源回路電子回路伝送線路などの受信波の強度(受信・応答レベル)とを測定し、その測定結果から供試体のサセプティビリティ(感受性)を示す受信・応答特性(入射レベルに対する受信・応答レベルを示した伝達関数)を求めて、妨害波の主要受信経路を特定するとともに、供試体の放射イミュニティレベルを予測評価することにより、放射イミュニティ対策の方法を容易に決定することができ、しかも、従来の上記放射イミュニティ試験を実施するための設備コストに比べて著しく低コストで実施することができる試験方法を提案してきた。この簡易イミュニティ試験では、前記したように供試体に対しインパルス電磁波を放射するのに、インパルス電磁波の放射装置が使用される。

0005

インパルス電磁波放射装置として、本発明者は研究報告において、図4に示すようなダブルインパルス電圧発生回路40を有した構成の装置を既に公表している。このインパルス電磁波放射装置は、ダブルインパルス電圧発生回路40の入力側を直流電源に接続し、その出力側ダイポールアンテナループアンテナ等の放射アンテナの給電点に接続して構成されている。

0006

ダブルインパルス電圧発生回路40は、インパルス電圧発生回路12とインパルス電圧生成回路42とから構成されている。インパルス電圧発生回路12は、充電抵抗14と放電コンデンサ16とを直列に接続し、放電コンデンサ16に放電抵抗18を並列に接続して、放電コンデンサ16と放電抵抗18との間にそれぞれに直列に高周波スイッチ20を介挿接続した回路構成を有しており、例えば、充電抵抗14は100KΩ、放電コンデンサ16は30pF、放電抵抗18は50Ωである。このインパルス電圧発生回路12からは、図3の(a)に示すようにパルス幅数ナノ秒(nS)から数十ナノ秒である第1インパルス電圧Aが発生させられる。

0007

インパルス電圧生成回路42は、抵抗型分配器44及び合成器46、同軸遅延線48並びにアッテネータ減衰器)50から構成されている。このインパルス電圧生成回路42では、インパルス電圧発生回路12によって発生させられた第1インパルス電圧Aから、図3の(c)に示すように、第1インパルス電圧Aより半周期分遅延し、かつ、第1インパルス電圧Aによって生じる図3の(b)に示すような減衰振動波Bを打ち消す電圧レベルを有する第2インパルス電圧Cが生成される。そして、ダブルインパルス電圧発生回路40からは、図3の(c)に示すようなダブルインパルス電圧が出力される。

0008

図4に示したダブルインパルス電圧発生回路40は、図2に示したようなダイポールアンテナやループアンテナ等の放射アンテナ30(図2は、抵抗接続型ダイポールアンテナを例示する)の給電点に接続される。図2に示した放射アンテナ30は、アンテナエレメント32、平衡不平衡変換器34、整合抵抗36及び同軸給電線38により構成されている。整合抵抗36は、放射アンテナ30の給電点(平衡−不平衡変換器34の入力点)に並列に接続されている。この整合抵抗36は、ダブルインパルス電圧発生回路40から放射アンテナ30へ伝送されるダブルインパルス電圧の波形アンテナインピーダンスリアクタンス成分によって乱されないように放射アンテナ30の給電点の伝送線路に対するインピーダンス整合をとる目的で接続されており、例えば抵抗値が50Ωである。

0009

ダブルインパルス電圧発生回路40から出力された図3の(c)に示すようなダブルインパルス電圧は、同軸給電線38を通して放射アンテナ30に印加される。この場合、一般に、放射アンテナ30にはリアクタンス成分が存在するため、図3の(a)に示したようなインパルス電圧Aが放射アンテナ30の給電点に印加されると、アンテナエレクメント32上に図(b)に示すような減衰振動波Bを生じて、放射アンテナ30から放射される電磁波は減衰振動波となる。ところが、このインパルス電磁波放射装置では、図3の(c)に示すように第1インパルス電圧Aより半周期分遅れて、第1インパルス電圧Aによって生じる減衰振動波Bを打ち消す電圧レベルを有する第2インパルス電圧Cが放射アンテナ30の給電点に印加されるので、第1インパルス電圧Aによって生じる減衰振動波Bが、第2インパルス電圧C及びそれによって生じる減衰振動波で相殺され、アンテナエレメント32上に減衰振動波が生じないで、放射アンテナ30からは、図3の(d)に示すようなインパルス電磁波Dが放射されることになる。

発明が解決しようとする課題

0010

図4に示したダブルインパルス電圧発生回路40を有した構成の装置を使用すれば、図3の(d)に示すようなインパルス電磁波Dを放射することができ、それを信号源として使用することにより、供試体である電子機器の高周波受信・応答特性を測定することができ、その測定結果から供試体の放射イミュニティレベルを容易に予測し、供試体内部の電磁妨害波の主要な受信経路を特定して、その受信経路を絶つ手段を考えることにより、放射イミュニティの対策を容易に決定することができる。しかしながら、図4に示したようなダブルインパルス電圧発生回路40の回路構成、特にインパルス電圧生成回路42の回路構成では、分配器44と分成器46とによって伝送損失、例えば12dB程度の伝送損失を生じることになる。

0011

この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、伝送損失を生じることなくインパルス電磁波を効率良く放射することができるインパルス電磁波放射装置を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0012

この発明は、第1インパルス電圧を発生するインパルス電圧発生回路と、このインパルス電圧発生回路によって発生させられた第1インパルス電圧から、それより半周期分遅延しかつその第1インパルス電圧によって生じる減衰振動波を打ち消す電圧レベルを有する第2インパルス電圧を生成するインパルス電圧生成回路と、前記インパルス電圧発生回路によって発生させられた第1インパルス電圧と前記インパルス電圧生成回路によって生成された第2インパルス電圧とが供給され、1つのインパルス電磁波を放射する放射アンテナとから構成されたインパルス電磁波放射装置において、可変抵抗終端した遅延線路で前記インパルス電圧生成回路を構成したことを特徴とする。

0013

上記構成のインパルス電磁波放射装置では、インパルス電圧生成回路により、インパルス電圧発生回路で発生した第1インパルス電圧より半周期分遅延しかつその第1インパルス電圧によって生じる減衰振動波を打ち消す電圧レベルを有する第2インパルス電圧が生成され、その第2インパルス電圧と前記第1インパルス電圧とが放射アンテナの給電点に印加され、放射アンテナから1つのインパルス電磁波が放射される。このとき、インパルス電圧生成回路は可変抵抗を終端した遅延線路で構成され、従来のインパルス電圧生成回路のように分配器及び合成器を設けていないので、伝送損失が少なく高効率で第2インパルス電圧が生成される。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下、この発明の最良の実施形態について図面を参照しながら説明する。

0015

この発明に係るインパルス電磁波放射装置は、図1に示すダブルインパルス電圧発生回路10と図2に示す放射アンテナ30とから構成されている。ダブルインパルス電圧発生回路10のインパルス電圧発生回路12並びに放射アンテナ30の構成及び作用は、上記した従来のインパルス電磁波放射装置と全く同じであり、その説明を省略する。また、インパルス電磁波放射装置における基本動作も、上記した従来装置と特に変わるところが無いので、説明が重複することになる部分については、その説明を省略する。

0016

このダブルインパルス電圧発生回路10のインパルス電圧生成回路22は、可変抵抗26を終端した同軸遅延線24から構成されている。可変抵抗26は、インパルス電圧生成回路22によって生成される第2インパルス電圧Cが、インパルス電圧発生回路12で発生した第1インパルス電圧Aによって放射アンテナ30に生じる減衰振動波B(図3参照)を打ち消す電圧レベルとなるように調節するための可変減衰器となる。このインパルス電圧生成回路22により、インパルス電圧発生回路12で発生した第1インパルス電圧Aから、図3の(c)に示すように、第1インパルス電圧Aより半周期分遅れた第2インパルス電圧Cが生成されるが、この回路には従来のインパルス電圧生成回路42のように分配器44及び合成器46を設けていないので、伝送損失が少なく高効率で第2インパルス電圧Cが生成される。そして、ダブルインパルス電圧発生回路10の出力端子が同軸給電線38を介して放射アンテナ30に接続され、放射アンテナ30の給電点に図3の(c)に示すようなダブルインパルス電圧が印加され、従来のインパルス電磁波放射装置と同様に動作して、放射アンテナ30から図3の(d)に示すようなインパルス電磁波Dが放射される。

0017

尚、第2インパルス電圧を生成するための、可変抵抗26を終端した同軸遅延線24を、図2に示した放射アンテナ30の給電点に直接に接続するようにしてもよい。

0018

このインパルス電磁波放射装置によれば、パルス幅が数ナノ秒〜数十ナノ秒である極く短時間の高出力インパルス電磁波を放射することができ、このインパルス電磁波は数十KHz〜1GHzの高帯域周波数成分を持っているので、供試体である電子機器の高周波受信・応答特性を測定するのに十分な信号源として使用することが可能である。そして、このインパルス電磁波は、数ナノ秒〜数十ナノ秒という、自然界で生じるによる電磁波の数千分の1以下の極く短時間だけ放射アンテナ30から放射され、かつ、電界強度が数V/m以下である極微小の電磁波であるので、屋外に放射されたとしても何ら問題を生じない。従って、試験場所として電波暗室を必要とせず、また、高出力のRFアンプも必要としない。さらに、さらに、抵抗装加型進行波アンテナ自己補対アンテナ自己相似アンテナなどの大型の広帯域アンテナなどを使用しなくてもよく、放射アンテナの構造が簡易で形状が小型になる。

0019

また、上述した規格に基づく放射イミュニティ試験は、供試体に対し1〜10V/mの高出力電磁波を連続的に放射して供試体である電子機器の誤動作の有無を確認するものであり、その試験によって電子機器を構成している電子回路が劣化する可能性が高いが、この発明に係るインパルス電磁波放射装置を使用した試験では、インパルス電磁波放射装置から供試体に放射される電磁波は、極く短時間でかつ微小であるので、試験による電子機器の劣化を生じる心配は無い。

発明の効果

0020

インパルス電磁波を信号源として使用し供試体である電子機器の高周波受信・応答特性を測定して放射イミュニティの対策を容易に決定するための試験を行なう場合に、この発明に係るインパルス電磁波放射装置を使用すれば、伝送損失を生じることなくインパルス電磁波を効率良く放射することができる。

図面の簡単な説明

0021

図1この発明の実施形態の1例を示し、インパルス電磁波の放射装置の構成要素の1つをなすインパルス電圧発生回路及びインパルス電圧生成回路の回路構成図である。
図2同じく、インパルス電磁波の放射装置の構成要素の1つをなす放射アンテナのの概略構成図である。
図3この発明に係るインパルス電磁波放射装置における作用を説明するための図である。
図4従来のインパルス電磁波放射装置のインパルス電圧発生回路及びインパルス電圧生成回路の回路構成図である。

--

0022

10ダブルインパルス電圧発生回路
12 インパルス電圧発生回路
22インパルス電圧生成回路
24同軸遅延線
26可変抵抗
30 放射アンテナ

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