JP2005061949A - 電磁波測定暗箱 - Google Patents

Abstract

【課題】 シールド室内の電磁界強度分布を均一にすると共に、不要反射波の影響を抑制して測定精度を向上させ、装置の小型化を可能とした電磁波測定暗箱を提供する。
【解決手段】 被試験用アンテナ３と測定用アンテナ４とをシールド室２内に設置して電磁波の放射特性又は受信特性を測定するための電磁波測定暗箱であって、前記シールド室２内部を球状に形成して内面全体に電磁波吸収体１を設けた。また、前記シールド室２空間を電波反射体８で覆い、多数の錐体１ａからなる前記電磁波吸収体１を各錐体１ａの中心軸線Ｐが前記シールド室２の略中心Ｏを指向するように設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被試験体の電磁波の放射特性又は受信特性を測定する電磁波測定暗箱に関し、特に、シールド室内の電磁界強度分布を均一にすると共に、不要反射波の影響を抑制して測定精度を向上させ、小型化を可能とした電磁波測定暗箱に関する。

従来の電磁波測定暗箱は、図７に示すように金属等で外部と電磁シールドされたシールド室２を平行六面体の形状に形成し、各内側面２ａ（壁面、天井、床）に多数の錐体１ａからなる電磁波吸収体１を設けて安定した電磁波測定環境を形成しており、シールド室２の内部に被試験用アンテナ３と測定用アンテナ４とを設置して被試験用アンテナの電磁波の放射特性又は受信特性を測定するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特２００２−１０７３９８号公報

しかし、このような従来の電磁波測定暗箱は、図７に示すようにシールド室２の内部が平行六面体の形状であり、各内側面２ａに電磁波吸収体１の各錐体１ａを、その中心軸線Ｐが各内側面２ａに対して垂直となるように設けているため、図８に示すように錐体１ａの中心軸線Ｐに対して斜めに入射する電磁波が多く存在することになる。

一般に、錐体状の電磁波吸収体１は、その錐体１ａの正面で中心軸線Ｐ方向から入射する電磁波の入力インピーダンスを自由空間インピーダンスに整合させることにより反射を防ぎ、例えばポリウレタン等からなる電磁波吸収体１内に侵入した電磁波のエネルギーを内在するカーボンやフェライト等により熱損失に変換して吸収するようにしたものであり、電磁波の入射方向が電磁波吸収体１の中心軸線Ｐ方向からずれると、即ち電磁波の入射角度が増大するとインピーダンス整合が崩れ、電磁波の不要反射波が増大する。したがって、従来の平行六面体形状のシールド室２からなる電磁波測定暗箱においては、電磁波吸収体１表面における電磁波の不要反射波の影響は無視することができず、均一な電磁波強度分布を得ることができなかった。このため、被試験用アンテナ３の電磁波の測定精度を悪くしていた。

例えば、図９は、平行六面体形状のシールド室２内でダイポールアンテナの電磁波強度分布を測定したものである。具体的には、試験信号の周波数として2.4GHzを使用し、被試験用及び測定用のダイポールアンテナを互いに水平に配置した状態で両アンテナ間隔を300mm〜700mmまで等間隔で変化させて測定したものである。同図中矢印Ａで示す部分の電磁波強度分布の乱れや、同図中矢印Ｂで示す部分の強度分布におけるディップの位置ずれや、同図中矢印Ｃで示す部分の強度分布が均等になっていない点は、不要反射波の影響によるものである。

このような場合、不要反射波の影響を抑制するためには、両アンテナ３，４間隔に対して各アンテナ３，４とシールド室２の内側面２ａとの離隔距離を相対的に大きくすれば、電磁波の電磁波吸収体１に対する入射角度を小さくすることができ、不要反射波を低減することができる。しかし、この場合、シールド室２が大きくなってしまう問題がある。

そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、シールド室内の電磁界強度分布を均一にすると共に、不要反射波の影響を抑制して測定精度を向上させ、装置の小型化を可能とした電磁波測定暗箱を提供することを目的とする。

このために、請求項１の発明は、被試験体と測定用アンテナとをシールド室内に設置して電磁波の放射特性又は受信特性を測定するための電磁波測定暗箱であって、前記シールド室内部を球状に形成して内面全体に電磁波吸収体を設けた。

このような構成により、球状の内面全体に電磁波吸収体を設けて形成したシールド室内部で被試験体の電磁波の放射特性又は受信特性を測定する。

この場合、請求項２のように前記シールド室空間が電波反射体で覆われているようにするとよい。また、前記電磁波吸収体は、請求項３のように多数の錐体からなり、各錐体の中心軸線が前記シールド室の略中心を指向するように設けるとよい。

本発明の電磁波測定暗箱は、具体的には請求項４のように、前記被試験体及び測定用アンテナのいずれか一方を前記シールド室の略中心部に設置可能とし、他方をシールド室の周辺部に設置可能な構成とするとよい。この場合、請求項５のように前記シールド室の略中心部に設置した被試験体又は測定用アンテナを縦方向の回転軸回りに回転可能に構成してもよい。また、前記被試験体及び測定用アンテナは、請求項６のようにそれぞれ、前記シールド室の外部から中心に向かって延設された保持機構の先端部に保持される構成とするとよい。

ここで、請求項７のように、前記被試験体及び測定用アンテナのいずれか一方を保持して前記シールド室の周方向に移動可能に構成したポジショナーを一体的に備えてもよい。

請求項８の構成においては、シールド室を、縦方向に二分割して形成した半体を開閉可能な状態に連結して構成した。この場合、請求項９のように前記半体下部に移動用コロを設けるとよい。

また、前記シールド室は、請求項１０のように電磁波反射体自体で形成してもよく、請求項１１のように樹脂材料で形成し、内面全体に金属を付着形成してもよい。

本発明の電磁波測定暗箱によれば、シールド室内部を球状に形成し、その内面に多数の錐体からなる電磁波吸収体を、錐体の中心軸線がシールド室の略中心を指向するように設けたことにより、放射電磁波の電磁波吸収体表面における不要反射波を従来よりも抑制できるので、シールド室内の電磁波強度分布を均一にすることができる。したがって、電磁波測定精度が向上すると共に、シールド室内を小さくすることができ、電磁波測定暗箱の小型化を図ることができる。

また、シールド室空間を覆って電磁波吸収体を設けたことにより、外部からの不要電磁波の侵入を防止することができ、電磁波測定精度をより向上することができる。

さらに、被試験体及び測定用アンテナのいずれか一方をシールド室の略中心部に設置可能とすると共に縦方向の回転軸回りに回転可能とし、他方をシールド室の周辺部に設置可能としたことにより、二次元の放射電磁波特性を測定することができる。

そして、シールド室の外部から中心に向かって延設された保持機構の先端部に各アンテナを保持する構成としたことにより、保持機構による不要反射波の発生を抑制することができ、電磁波測定精度を向上することができる。

また、シールド室の中心部に被試験体及び測定用アンテナのいずれか一方を設置し、他方をシールド室と一体的に形成したポジショナーにより周方向に移動可能に構成したことにより、一方の被試験体又は測定用アンテナを回転すれば球状の放射電磁波特性を測定することができる。

さらに、縦方向に二分割して形成した半体を開閉可能な状態に連結してシールド室を構成したことにより、被試験体及び測定用アンテナの取付け及び交換作業が容易になる。

そして、各半体の下部に移動用コロを設けたことにより、シールド室の開閉操作が容易になり、被試験体及び測定用アンテナの取付け及び交換作業をより容易に行うことができる。

また、シールド室を電磁波反射体自体で形成すれば、球形状の半体を金属板の絞り加工で形成することができ、電磁波反射体を別途取り付ける作業が省略できて製造が容易となる。

そして、シールド室を樹脂材料で形成し、電磁波反射体を金属メッキや蒸着等により形成すれば、樹脂成型加工することができ、軽量化及び製造の容易化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図７と同一の要素については、同一符号を用いて示す。
図１に、本発明に係る電磁波測定暗箱の第１実施形態の断面図を示す。
図１において、本第１実施形態の電磁波測定暗箱は、例えばアンテナの電磁波の放射特性及び受信特性を測定するものであり、球形のシールド室２と、電磁波吸収体１とを備えて構成する。そして、シールド室２の内部に被試験用アンテナ３及び測定用アンテナ４を設置するための保持機構６，７を備えて被試験用アンテナ４の電磁波特性の測定を可能にしている。なお、ここでは、被試験用アンテナ３を送信アンテナとし、測定用アンテナ４を受信アンテナとした場合を例に説明する。

上記シールド室２は、安定な電磁波測定環境を形成するためのものであり、金属等の電磁波反射体８で球状に形成し、外部から不要な電磁波が室内に侵入するのを防止すると共に、アンテナから放射される放射電磁波がシールド室２外に漏れないようにしている。そして、図２に示すように縦方向に二分割して形成した半体としての半球体２ａ，２ｂを蝶番９で開閉可能な状態に連結して構成しており、各半球体２ａ，２ｂの下部に移動用コロ１０ａ，１０ｂを設けて開閉操作を容易にしている。なお、シールド室２は、電磁波反射体８自体で形成されたものに限られず、少なくともシールド室２の空間を覆って電磁波反射体８が設けられていればよく、例えばプラスチック等の樹脂材料で形成したカプセルの内面全体に電磁波反射体８を金属メッキ又は蒸着等により形成してもよい。また、電磁波反射体８は、軟磁性体を非磁性導体で挟んだサンドウィッチ構造の複合体であってもよい。

また、上記シールド室２の電磁波反射体８の内側面８ａには、電磁波吸収体１が設けられている。この電磁波吸収体１は、入射した放射電磁波を吸収して不要反射波の発生を抑制するものであり、例えばカーボンやフェライトを含有したポリウレタン等からなる円錐や角錐等の錐体１ａを、その中心軸線Ｐがシールド室２の略中心Ｏを指向するように設けている。

さらに、上記シールド室２の内部には、保持機構６，７が配設されている。このうち保持機構６は、例えば被試験体としての被試験用アンテナ３をシールド室２の略中心部Ｏに設置して保持するものであり、シールド室２の上下方向で外部から中心に向かって延設されている。この保持機構６は、例えば樹脂製の筒の内部に発泡体の電磁波吸収体を収容した構成をなしており、下端部を回転手段１１に回転可能に保持されて図１中縦方向の回転軸回りに被試験用アンテナ３を回転させて、円周方向の二次元の電磁波強度分布の測定を可能としている。そして、信号配線１２によりシールド室２の外部に配置した信号発生器１３と被試験用アンテナ３とを接続し、試験用信号を被試験用アンテナ３に供給できるようにしている。なお、保持機構６の発泡体からなる電磁波吸収体の下部には、例えば上記電磁波吸収体１と同一材料からなる電磁波吸収体を埋設してもよい。これにより、保持機構６の中心軸方向の電磁波を効率よく吸収して不要反射波の発生を抑制することができる。また保持機構６の外周面にも電磁波吸収体１と同一材料からなる電磁波吸収体を設けてもよい。これにより、保持機構６における電磁波の不要反射波の発生をより一層抑制することができる。

また、上記保持機構７は、例えば測定用アンテナ４を先端部に保持するものであり、シールド室２の外部から中心に向かって延設されている。この保持機構７は、上記保持機構６と同様の構成を有しており、後端部をシールド室２の外側面に一体的に設けたポジショナー１４に支持され、常時被試験用アンテナ３を指向させて測定用アンテナ４を保持できるようになっている。そして、ポジショナー１４に対応してシールド室２の側面に図示省略のスリットを、被試験用アンテナ３を含む縦方向の面内で周方向に形成し、保持機構７が半周移動可能とされ、被試験用アンテナ３の回転と相まって球面状の電磁波強度分布の測定ができるようにしている。ここで、上記スリットの両側には、このスリット上を覆うようにはみ出してフレキシブルなシート状の電磁波吸収体が設けられ、スリット部における不要反射波の発生を防止すると共に、保持機構７を移動自由にしている。なお、フレキシブルな電磁波吸収体は、上記シート状のものに限られず、スリットに沿って保持機構７の自由な移動を確保すると共に、スリット部における電磁波の不要反射を防止することができればいかなるものであってもよい。さらに、保持機構７は、被試験用アンテナ３と測定用アンテナ４との間隔Ｄを調整できるように伸縮自在に設けられている。上記間隔Ｄは、手動により調整してもよく、また保持機構７の伸縮動作を自動制御可能として外部から自動調整してもよい。そして、信号配線１５によりシールド室２の外部に配置したスペクトルアナライザーやネットワークアナライザー等の分析装置１６と測定用アンテナ４とを接続している。

上記各保持機構６，７に設置される各アンテナ３，４は、上述とは逆であってもよい。この場合、保持機構６側に分析装置１６が接続され、保持機構７側に信号発生器１３が接続される。また、ポジショナー１４は、シールド室２の外側面ではなく内側面に設けてもよい。

次に、このように構成された第１実施形態に係る電磁波測定暗箱の動作を、図１〜図５を参照して説明する。
先ず、図２に示すシールド室２の移動用コロ１０ａ，１０ｂのうち、例えば移動用コロ１０ｂを固定し、移動用コロ１０ａを移動可能な状態にしておく。

次に、移動用コロ１０ａと一体的に半球体２ａを移動してシールド室２を開き、回転手段１１に保持された保持機構６に被試験用アンテナ３を設置すると共に、ポジショナー１４に支持された保持機構７に測定用アンテナ４を設置する。このとき、同時に保持機構７を伸縮させて被試験用アンテナ３と測定用アンテナ４との間隔Ｄを手動又は自動により所定値に設定する。

各アンテナ３，４の設置が完了すると、半球体２ａを上述とは反対方向に移動してシールド室２を閉じる。そして、図１に示すように保持機構６側に信号発生器１３を接続し、保持機構７側に分析装置１６を接続して被試験用アンテナの電磁波強度分布の測定準備が完了する。

次に、回転手段１１を駆動して被試験用アンテナ３を図１中縦方向の回転軸回りに回転する。そして、信号発生器１３から所定の試験用信号を発生して信号線１２により被試験用アンテナ３に供給する。このとき、ポジショナー１４により保持機構７を水平位置に固定して測定すると被試験用アンテナ３の水平方向の放射磁界強度分布が測定される。この場合、シールド室２の球状の内側面に電磁波吸収体１を、各錐体１ａの中心軸線Ｐがシールド室２の略中心Ｏを指向するように設けているため、図３に示すように中心部Ｏに設置された被試験用アンテナ３から放射される電磁波は、いずれの方向においても各錐体１ａの中心軸線Ｐ方向に略一致する。これにより、電磁波の入力インピーダンスと自由空間インピーダンスとが整合して不要反射波の発生が抑制される。

図４及び図５は第１実施形態に係る電磁波測定暗箱により測定したダイポールアンテナの電磁波強度分布を示したものである。図４は試験信号周波数として2GHzを適用したものであり、図５は2.4GHZを適用したものである。そして、共に被試験用及び測定用のダイポールアンテナを互いに水平位置に配置し、両アンテナ間隔Ｄを300mm〜700mmまで等間隔で変化させて測定した結果を示している。

図４及び図５に示されているように第１実施形態の電磁波測定暗箱によれば、図９に示す従来の箱型電波暗室２による測定結果におけるような電磁波強度分布の乱れや、アンテナ間隔を変化させたときの強度分布におけるディップの位置ずれや、強度分布が均等にならない等の不要反射波の影響は現れず、不要反射波が抑制されて測定精度が向上している。

次に、図１に示すポジショナー１４を駆動して保持機構７を所定のステップで半周移動し、各ステップにおける電磁波強度分布を測定する。これにより被試験用アンテナ３の回転と相まって球面状の放射電磁波の強度分布が測定できる。

このように、第１実施形態の電磁波測定暗箱によれば、シールド室２の内部を球状に形成し、その内側面に電磁波吸収体１を、錐体１ａの中心軸線Ｐがシールド室２の略中心Ｏを指向するように設けたことにより、被試験用アンテナ３と測定用アンテナ４との間隔Ｄに関係なく不要反射波の発生を抑制することができる。したがって、シールド室内の電磁波強度分布を均一にすることができる。これにより、電磁波強度分布の測定精度を向上することができると共に、シールド室２を小型化することができる。

また、シールド室２の外部から中心に向かって延設された保持機構６，７の先端部に各アンテナ３，４を保持する構成としたことにより、保持機構６，７における不要反射波の発生を抑制することができ、電磁波測定精度を向上することができる。

さらに、シールド室２の中心部Ｏに被試験用アンテナ３を設置し、測定用アンテナ４をシールド室２の外側面に設けたポジショナー１４により常時被試験用アンテナ３を指向した状態で半周移動可能に構成したことにより、被試験用アンテナ３の回転と相まって放射電磁波の強度分布を球状に測定することができる。

さらにまた、シールド室２を縦方向の面で分割して半球体２ａ，２ｂとし、それぞれ蝶番９により開閉自在に連結したことにより、各アンテナ３，４の取付け及び交換作業が容易にできる。

そして、各半球体２ａ，２ｂの下部に移動用コロ１０ａ，１０ｂを設けたことにより、シールド室２の開閉動作が容易にできる。

次に、本発明の第２実施形態を、図６を参照して説明する。ここでは、図１と同一の要素には同一符号を付して示し、第１実施形態と異なる部分について説明する。
図６の本第２実施形態においては、保持機構６がシールド室２の外側面から略中心部に向かって水平に延設されている。この保持機構６は、先端部に被試験用アンテナ３を縦方向（同図中上下方向）軸回りに回転可能に保持する保持部１６を備え、後端部には駆動用モータ１７を備えており、保持部１６と駆動用モータ１７とをベルト１８で連結して駆動用モータ１６の回転力を保持部１６に伝達するようにしている。

このように構成した第２実施形態の電磁波測定暗箱は、第１実施形態と同様の効果を奏する。

なお、ポジショナー１４は、図６に示すようにシールド室２の球状内部を半周するように形成したものに限られず、保持機構６の中心軸線に直交し、被試験用アンテナ３の回転軸を含む面内で周回するように設けてもよい。これによっても、球面状の電磁波特性を測定することができる。

また、上述のいずれの実施形態においても被試験用アンテナ３を送信アンテナとし、測定用アンテナ４を受信アンテナとしたが、この逆であってもよい。

さらに、シールド室２の外形は、本実施形態では球状としたが、内部が球状であれば外形はいかなる形状であってもよい。

そして、本発明の電磁波測定暗箱において、被試験体はアンテナに限られず、電磁波を発するものであればいかなるものであってもよい。

本発明による電磁波測定暗箱の第１実施形態を示す断面図である。 第１実施形態のシールド室を開いた状態を示す正面図である。 第１実施形態における電磁波吸収体の錐体に対する電磁波の入射方向を示す説明図である。 第１実施形態において、周波数2GHzの電磁波に対するダイポールアンテナの電磁波強度分布の測定結果を示す説明図である。 第１実施形態において、周波数2.4GHzの電磁波に対するダイポールアンテナの電磁波強度分布の測定結果を示す説明図である。 本発明による電磁波測定暗箱の第２実施形態を示す断面図である。 従来の箱型電波暗室の構成を示す断面図である。 従来の箱型電波暗室における電磁波吸収体の錐体に対する電磁波の入射方向を示す説明図である。 従来の箱型電波暗室における周波数2.4GHzの電磁波に対するダイポールアンテナの電磁波強度分布の測定結果を示す説明図である。

符号の説明

１…電磁波吸収体
１ａ…錐体
２…シールド室
２ａ，２ｂ…半球体
３…被試験用アンテナ
４…測定用アンテナ
６，７…保持機構
８…電磁波反射体
８ａ…内側面
１０ａ，１０ｂ…移動用コロ

Claims (11)

1. 被試験体と測定用アンテナとをシールド室内に設置して電磁波の放射特性又は受信特性を測定するための電磁波測定暗箱であって、
   前記シールド室内部を球状に形成して内面全体に電磁波吸収体を設けたことを特徴とする電磁波測定暗箱。
2. 前記シールド室空間が電波反射体で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の電磁波測定暗箱。
3. 前記電磁波吸収体は、多数の錐体からなり、各錐体の中心軸線が前記シールド室の略中心を指向するように設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波測定暗箱。
4. 前記被試験体及び測定用アンテナのいずれか一方を前記シールド室の略中心部に設置可能とし、他方をシールド室の周辺部に設置可能な構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電磁波測定暗箱。
5. 前記シールド室の略中心部に設置した被試験体又は測定用アンテナを縦方向の回転軸回りに回転可能に構成したことを特徴とする請求項４に記載の電磁波測定暗箱。
6. 前記被試験体及び測定用アンテナは、それぞれ、前記シールド室の外部から中心に向かって延設された保持機構の先端部に保持される構成としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の電磁波測定暗箱。
7. 前記被試験体及び測定用アンテナのいずれか一方を保持して前記シールド室の周方向に移動可能に構成したポジショナーを一体的に備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の電磁波測定暗箱。
8. 前記シールド室を、縦方向に二分割して形成した半体を開閉可能な状態に連結して構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の電磁波測定暗箱。
9. 前記半体の下部に移動用コロを設けたことを特徴とする請求項８に記載の電磁波測定暗箱。
10. 前記シールド室は、電磁波反射体自体で形成されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の電磁波測定暗箱。
11. 前記シールド室は、樹脂材料で形成され、内面全体に金属を付着形成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の電磁波測定暗箱。

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