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図面 (10)

課題・解決手段

2本の直線状導体(1,2)は短絡することなく直交配置されている。これら直線状導体(1,2)は接続導体(3,4)により両端同士が接続され一続きループを形成している。ループ内の1箇所の分断部には一対の端子(5)が設けられている。これら直線状導体(1,2)と接続導体(3,4)と端子(5)からなるループアンテナを直線状に配置し、かつ、隣接するループアンテナを平面上で回転させた配置とする。

概要

背景

電磁界プローブ検出方式として一般に用いられる方式の一つに、ループアンテナがある。従来のループアンテナは、平面上に形成されたループ構造を持ち、測定対象から生じる磁界ループ面を通過するように配置されることでループ誘導電流が生じる。これにより、測定対象を流れる電流を検出することができる。
このようなループアンテナとして、従来、直交配置された直線状導体と、これらの直線状導体の両端を互いに接続し、一続きのループを同一平面上に形成したものがあった(例えば非特許文献1参照)。

概要

2本の直線状導体(1,2)は短絡することなく直交配置されている。これら直線状導体(1,2)は接続導体(3,4)により両端同士が接続され一続きのループを形成している。ループ内の1箇所の分断部には一対の端子(5)が設けられている。これら直線状導体(1,2)と接続導体(3,4)と端子(5)からなるループアンテナを直線状に配置し、かつ、隣接するループアンテナを平面上で回転させた配置とする。

目的

この発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、様々な方向に走る配線に対しても向きを変えることなく配線に生じる電流を検出することができる電磁界プローブを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

短絡することなく直交配置された2本の直線状導体と、当該2本の直線状導体の両端同士を接続して、一続きループを形成する2本の接続導体と、前記ループ内の1箇所の分断部に設けられた一対の端子とからなるループアンテナを同一平面上に複数備え、前記複数のループアンテナを直線状に配置すると共に、隣接するループアンテナを前記平面上で回転させた配置としたことを特徴とする電磁界プローブ

請求項2

前記複数のループアンテナは、それぞれ隣接するループアンテナを90度回転させたことを特徴とする請求項1記載の電磁界プローブ。

請求項3

前記分断部は前記2本の直線状導体のうちいずれか一方の直線状導体の直交部に設けられたことを特徴とする請求項1記載の電磁界プローブ。

請求項4

短絡することなく直交配置された2本の直線状導体と、当該2本の直線状導体の両端同士を接続して、一続きのループを形成する2本の接続導体と、前記ループ内の1箇所の分断部に設けられた一対の端子とからなるループアンテナを同一平面上に複数備え、前記ループアンテナを包含するX方向とY方向の辺のうち、いずれか長い方の辺の長さをLdとしたときL>Ld、nは整数とし、前記ループアンテナを2次元平面上の基準点からX方向とY方向の共にnLの位置となるように複数配置し、かつ、X方向またはY方向に反転させた前記ループアンテナを、前記基準点からX方向,Y方向共にnL+L/2の位置となるように複数配置したことを特徴とする電磁界プローブ。

請求項5

前記分断部は前記2本の直線状導体のうちいずれか一方の直線状導体の直交部に設けられたことを特徴とする請求項4記載の電磁界プローブ。

請求項6

前記複数のループアンテナは、分断されていない他方の直線状導体が同一の向きとなる配置としたことを特徴とする請求項5記載の電磁界プローブ。

請求項7

前記複数のループアンテナは、分断されていない他方の直線状導体が隣接するループアンテナ同士で異なる向きとなる配置としたことを特徴とする請求項5記載の電磁界プローブ。

技術分野

0001

この発明は、ループアンテナを用いた電磁界プローブに関するものである。

背景技術

0002

電磁界プローブの検出方式として一般に用いられる方式の一つに、ループアンテナがある。従来のループアンテナは、平面上に形成されたループ構造を持ち、測定対象から生じる磁界ループ面を通過するように配置されることでループ誘導電流が生じる。これにより、測定対象を流れる電流を検出することができる。
このようなループアンテナとして、従来、直交配置された直線状導体と、これらの直線状導体の両端を互いに接続し、一続きのループを同一平面上に形成したものがあった(例えば非特許文献1参照)。

先行技術

0003

小林剛他,PCB配線を対象とした磁界プローブの検討,電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集,環境電磁工学(B−4)一般セッション,B−4−18,2015年.

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上記従来の技術では、ループをったアンテナ構造は様々な方向に走る配線に対して向きを変えずに電流を検出可能であるが、配線の位置、向きの条件に依っては、一続きに構成される二つのループ内もしくは一つのループ内で磁束が相殺されることで、電流を検出できないといった課題があった。

0005

この発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、様々な方向に走る配線に対しても向きを変えることなく配線に生じる電流を検出することができる電磁界プローブ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

0006

この発明に係る電磁界プローブは、短絡することなく直交配置された2本の直線状導体と、2本の直線状導体の両端同士を接続して、一続きのループを形成する2本の接続導体と、ループ内の1箇所の分断部に設けられた一対の端子とからなるループアンテナを同一平面上に複数備え、複数のループアンテナを直線状に配置すると共に、隣接するループアンテナを平面上で回転させた配置としたものである。

発明の効果

0007

この発明に係る電磁界プローブは、複数のループアンテナを直線状に配置すると共に、隣接するループアンテナを回転させた配置としたものである。これにより、様々な方向に走る配線に対して電磁界プローブの向きを変えずに配線に生じる電流を検出することができる。

図面の簡単な説明

0008

この発明の実施の形態1の電磁界プローブを示す構成図である。
この発明の実施の形態1の電磁界プローブの他の例を示す構成図である。
この発明の実施の形態1の電磁界プローブの検出動作を示す説明図である。
図4A及び図4Bは、この発明の実施の形態1の電磁界プローブの他の角度の配線の検出動作を示す説明図である。
この発明の実施の形態2の電磁界プローブを示す構成図である。
この発明の実施の形態2の電磁界プローブの他の例を示す構成図である。
この発明の実施の形態2の電磁界プローブのさらに他の例を示す構成図である。
この発明の実施の形態2の電磁界プローブの検出動作を示す説明図である。
この発明の実施の形態2の電磁界プローブの他の位置の配線の検出動作を示す説明図である。

実施例

0009

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
図1は、本実施の形態による電磁界プローブの構成図である。
本実施の形態による電磁界プローブは、図1に示すように、複数個のループアンテナ11,12,13を備えている。それぞれのループアンテナ11,12,13は、直線状導体1,2が、短絡することなく直交して配置されている。図の例では、直線状導体1,2は、等しい長さであり、中点で交差している。また、直線状導体1,2の両端は互いに接続導体3,4により接続されている。これにより、直線状導体1,2と接続導体3,4による一続きのループが形成される。さらに、一続きのループのうちの1箇所が分断されて、その分断された部分に一対の端子5が設けられている。この一対の端子5は、ループに生じる検出電流引出すためのものである。図1の例では、接続導体4の中点部分が分断されて、一対の端子5が設けられている。

0010

ここで、図1に示す電磁界プローブは、各ループアンテナ11,12,13を直線状に配置し、かつ、隣接するループアンテナ11,12,13を90度ずつ回転させた配置としている。すなわち、ループアンテナ12はループアンテナ11を時計回りに90度回転させ、ループアンテナ13はループアンテナ12を時計回りに90度回転させた配置となっている。

0011

なお、図示例ではループアンテナ11,12,13が3個配置されているが、この数に限定されるものではない。また、直線状導体1と直線状導体2とが直交するとは、電磁界プローブとしての検出特性に影響を及ぼさない範囲の角度での直交であればよく、有る程度の許容範囲を含むものとする。さらに、それぞれのループアンテナ11,12,13を回転させる角度は90度に限られるものでなく、他の角度も適用可能である。

0012

ここで、図1に示す電磁界プローブは、直線状導体1と直線状導体2とが立体的に交差しているため、単一の平面上には構成することはできない。それに対し、例えば図2に示すように、直線状導体1,2のうちの一方を交差位置で分断して一対の端子5を設け、直線状に配置することで、ループアンテナ21,22,23を単一平面上に構成することができる。図示例では、一方の直線状導体である直線状導体2を分断して端子5を設け、他方の直線状導体である直線状導体1を連続した形状としている。

0013

次に、上記のように構成された電磁界プローブの電流検出について、図3を参照して説明する。ここでは図2に示す電磁界プローブを用いて、給電または信号伝送が行われる配線50上に生じる電流の検出原理について説明する。ここで、プリント基板配線を測定対象とした場合、その配線方向の大半は直交する0度と90度である。また、一部、45度または135度の配線が用いられることがある。

0014

まず、図3に示すように、配線50に対し、ループアンテナ21,23の直線状導体1が位置するように配置した場合について説明する。
配線50に図示方向の電流100が流れると、右ねじの法則より、配線50の周囲に右回りの磁束101が発生する。このとき、ループアンテナ21,23の左上のループ及びループアンテナ22の右上のループには、下方向から上向きの磁束101が通り、右下のループ(ループアンテナ22では左下のループ)には、紙面上方向から下向きの磁束101が通る。また、ループアンテナ21,22,23はループの1辺を180度捻った形状に構成されているため、ループアンテナ21,23の左上のループに生じる誘導電流102と右下のループに生じる誘導電流103、ループアンテナ22の右上のループに生じる誘導電流102と左下のループに生じる誘導電流103は互いに強め合う方向で合成される。その結果、図3に示す電磁界プローブの場合では、配線50に流れる電流を検出することができる。

0015

なお、時計回りに90度回転させた配線50を、図3に示すループアンテナ21の直線状導体2上に位置するように配置すると、同様の原理で配線50に流れる電流を電磁界プローブが検出することができる。

0016

次に、図4Aを参照して、時計回りに45度回転させた配線50に対し、ループアンテナ21の中心を配線50上に位置するように配置した場合について考える。
この場合にも、配線50に図示方向の電流100が流れると、右ねじの法則に従い、配線50の周囲に右回りの磁束101が発生する。このとき、ループアンテナ21の左上のループと右下のループにはそれぞれ、配線50を境に上向きの磁束101と下向きの磁束101が等分に通る。そのため、ループ内で磁束101が互いに相殺され、誘導電流102,103も相殺される。その結果、図4Aに示す状態では、配線50に流れる電流を検出することができない。

0017

次に、図4Aの位置から矢印51の向きへ図4Bに示すように配線50を移動させた場合について説明する。図に示す45度回転させた配線50に対し、真ん中に位置するループアンテナ22の中心を配線50上に位置するように配置した場合について考える。
この場合にも、配線50に図に示す方向の電流100が流れると、右ねじの法則に従い、配線50の周囲に右回りの磁束101が発生する。このとき、ループアンテナ22の右上のループと左下のループにはそれぞれ、配線50を境に上向きの磁束101と下向きの磁束101が等分に通る。右上のループには、紙面下方向から上向きの磁束101が通る。また、ループアンテナ22の右上のループに生じる誘導電流102と左下のループに生じる誘導電流103は互いに強め合う方向で合成される。その結果、図4Bに示す電磁界プローブの場合では、配線50に流れる電流を検出することができる。

0018

なお、時計回りに135度回転させた配線50を、図4A及び図4Bに示すように矢印51の向きへ移動させると、同様の原理でループアンテナ21,22,23の中心を配線50上に位置するように配置した場合では、向きを変えることなくいずれかのループアンテナ21,22,23によって配線50に流れる電流を検出することができる。

0019

以上説明したように、実施の形態1の電磁界プローブによれば、短絡することなく直交配置された2本の直線状導体と、2本の直線状導体の両端同士を接続して、一続きのループを形成する2本の接続導体と、ループ内の1箇所の分断部に設けられた一対の端子とからなるループアンテナを同一平面上に複数備え、複数のループアンテナを直線状に配置すると共に、隣接するループアンテナを平面上で回転させた配置としたので、様々な方向に走る配線に対して電磁界プローブの向きを変えずに配線に生じる電流を検出することができる。また、単一のプローブと比較して、1度の測定で多くの出力が得られるため、測定時間の短縮化を図ることができる。

0020

また、実施の形態1の電磁界プローブによれば、複数のループアンテナは、それぞれ隣接するループアンテナを90度回転させたので、45度及び135度配線についても、電磁界プローブの向きを変えることなく、配線に流れる電流を検出することができる。

0021

また、実施の形態1の電磁界プローブによれば、分断部は前記2本の直線状導体のうちいずれか一方の直線状導体の直交部に設けられたので、単一の平面上に電磁界プローブを構成することができる。

0022

実施の形態2.
実施の形態2は、複数個のループアンテナを備え、かつ、それぞれのループアンテナを2次元平面上にアレイ化して配置するようにしたものである。
図5は、実施の形態2の電磁界プローブを示す構成図である。
図5に示す電磁界プローブでは、実線で描かれた全く同一なループアンテナ(ループアンテナ11a)を2次元平面上に複数個、基準点200からX軸201,Y軸202共にnLの位置となるよう均等に配置する。ここで、基準点200は、図5中の左下隅のループアンテナ11aに外接する四角形の左下隅の点である。また、nは整数であり、Lの長さは隣接するループアンテナの導体ショートしないように、ループアンテナ11aの直線状導体1aの長さより大きい値とする。さらに、破線のループアンテナ(ループアンテナ11b)は、実線のループアンテナ(ループアンテナ11a)の左右を反転したものであり、これらループアンテナ11bを基準点200からX軸201,Y軸202共にnL+L/2の位置となるよう均等に配置する。なお、ループアンテナ11aでは直線状導体を1a,2aで示し、接続導体を3a,4aで示している。また、ループアンテナ11bでは直線状導体を1b,2bで示し、接続導体を3b,4bで示している。

0023

これにより、基準点200からX軸201,Y軸202共にnLの位置となるよう均等に配置し、反転させたループアンテナを高密度に配置することができ、また図示のように、接続導体3a(3b)と4b(4a)は並走しておらず、隣接するループアンテナ間干渉量が低くなり、対象とする配線50の電流検出を妨げずに構成することができる。ただし、図5に示すループアンテナは合計8個配置されているが、これに限るものでなく、何個配置してもよい。

0024

ここで、図5に示す電磁界プローブでは、直線状導体1a(1b)と直線状導体2a(2b)とが立体的に交差しているため、単一の平面上には構成することができない。それに対し、例えば図6に示すように、直線状導体1a,2aのうちの一方を交差位置で分断して一対の端子5を設けることで、ループアンテナ21a,21bを単一平面上に構成することができ、端子5が隣接するループアンテナと干渉せず、対象とする配線50との電流検出を妨げずに構成することができる。なお、図6の例では、直線状導体2a(2b)を交差位置で分断した場合を示している。

0025

次に図7に示す電磁界プローブについて説明する。図7に示す電磁界プローブでは、実線で描かれたループアンテナ(ループアンテナ21a,21c)を2次元平面上に複数個、基準点200からX軸201,Y軸202共にnLの位置となるよう均等に配置し、かつ、分断されない直線状導体1aが異なる向きとなるよう交互に配置する。ただし、図5に示す例と同様にnは整数であり、Lの長さは隣接するループアンテナの導体とショートしないように、直線状導体1aの長さより大きい値とする。また、破線のループアンテナ(ループアンテナ21b,21d)を、実線のループアンテナに対して左右反転させ、基準点200からX軸201,Y軸202共にnL+L/2の位置とし、さらに分断されない直線状導体1bが異なる向きとなるよう交互に配置する。

0026

これにより、分断されない直線状導体1a(1b)の向きを異なるよう交互にすることで、各ループアンテナのループ内で磁束が相殺される配線50の位置、向きの条件を揃えないよう配置することができる。

0027

次に、上記のように構成された電磁界プローブの動作について図8を用いて説明する。以下では、図6に示すループアンテナの配置方法で、給電または信号伝送が行われる配線50を流れる電流の検出原理について説明する。

0028

図8に示すように、0度の配線50に電流100が流れると、右ねじの法則より、配線50の周囲に右回りの磁束101が発生する。このとき、ループアンテナ21aにおける左上のループには、下方向から上向きの磁束101が通り、右下のループには、紙面上方向から下向きの磁束101が通ることで、ループアンテナ21aの左上のループに生じる誘導電流102と右下のループに生じる誘導電流103は互いに強め合う方向で合成される。

0029

その結果、図8に示す電磁界プローブの場合では、配線50に流れる電流を検出することができる。また、直線状導体1b,2bと接続導体3b,4bで形成されるループ構造にも磁束101が通るので、隣接するループアンテナ21bにおいても、配線50に流れる電流を検出することができるが、磁束101の通過量は配線50上のループアンテナの方が多く、電流の検出量が大きい。

0030

次に、配線50がループアンテナの中心から離れた場合の電流の検出原理について図9を用いて説明する。図9に示す配線50は、直線状導体1a,2a,接続導体4aで構成されるループ構造の面積を半分とする位置に配置されている。この場合にも、配線50に図に示す方向の電流100が流れると、右ねじの法則に従い、配線50の周囲に右回りの磁束101が発生する。このとき、配線50を境に上向きの磁束101と下向きの磁束101が等分に通る。そのため、ループ内で磁束101が互いに相殺され、誘導電流102,103も相殺される。

0031

その結果、図9に示すループアンテナ21aの直線状導体1a,2a,接続導体4aで構成されるループ構造では、配線50に流れる電流を検出することができないが、このとき隣接するループアンテナ21bについては、直線状導体1b,2b,接続導体3bで構成されるループ構造には磁束101が通過するため、配線50に流れる電流を検出することができる。

0032

なお、時計回りに90度回転させた配線50を、図9に示す例えば直線状導体1a,2a,接続導体4aで構成されるループ構造の面積を半分とする位置に配置しても、同様の原理で配線50に流れる電流を隣接するプローブで検出することができる。

0033

なお、上記実施の形態2では、基準点200を、ループアンテナ11a,21aに外接する四角形の図面左下の点としたが、ループアンテナを包含する四角形内の任意の点であってもよい。また、Lの長さは、直線状導体1aの長さより大きい値としたが、直線状導体1aと直線状導体2aの長さが異なる場合は、ループアンテナを包含するX方向とY方向の辺のうち、いずれか長い方の長さをLdとしたときにL>Ldとなるような値とすればよい。

0034

以上説明したように、実施の形態2の電磁界プローブによれば、短絡することなく直交配置された2本の直線状導体と、2本の直線状導体の両端同士を接続して、一続きのループを形成する2本の接続導体と、ループ内の1箇所の分断部に設けられた一対の端子とからなるループアンテナを同一平面上に複数備え、ループアンテナを包含するX方向とY方向の辺のうち、いずれか長い方の辺の長さをLdとしたときL>Ld、nは整数とし、前記ループアンテナを2次元平面上の基準点からX方向とY方向の共にnLの位置となるように複数配置し、かつ、X方向またはY方向に反転させた前記ループアンテナを、前記基準点からX方向,Y方向共にnL+L/2の位置となるように複数配置したので、様々な方向に走る配線に対して電磁界プローブの向きを変えずに配線に生じる電流を検出することができ、かつ、位置の制御も必要とせずに電流を検知することができる。

0035

また、実施の形態2の電磁界プローブによれば、分断部は2本の直線状導体のうちいずれか一方の直線状導体の直交部に設けられたので、単一の平面上に電磁界プローブを構成することができる。

0036

また、実施の形態2の電磁界プローブによれば、複数のループアンテナは、分断されていない他方の直線状導体が同一の向きとなる配置としたので、様々な方向に走る配線に対して電磁界プローブの向きを変えずに配線に生じる電流を検出することができ、かつ、位置の制御も必要とせずに電流を検知することができる。

0037

また、実施の形態2の電磁界プローブによれば、複数のループアンテナは、分断されていない他方の直線状導体が隣接するループアンテナ同士で異なる向きとなる配置としたので、それぞれのループアンテナにおけるループ内で磁束が相殺される測定対象の位置と向きの条件を揃えないようにすることができ、その結果、電磁界プローブとして、向きや位置の制御を必要としないという効果がある。

0038

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

0039

以上のように、この発明に係る電磁界プローブは、複数のループアンテナを用いた構成に関するものであり、プリント基板配線上に生じる電流を検出するのに適している。

0040

1,1a,1b,2,2a,2b直線状導体、3,3a,3b,4,4a,4b接続導体、5端子、11,11a,11b,12,13,21,21a,21b,21c,21d,22,23ループアンテナ、50配線、100電流、101 磁束、102,103誘導電流、200基準点、201 X軸、202 Y軸。

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