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翻訳: T.Sato
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| Figure 1: 様々なシールド・ループ |
磁界プローブは、通常は 50Ω セミ・リジッド同軸ケーブルから、
原理的に静電シールドされたループの形で作られている。
それらの構成や特性はやや異なっているが、本質的に、それらは
1920年台から無線通信や方位検出で用いられてきたアンテナから派生した
電気的に小さいシールド・ループ・アンテナである [1,2]。
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| Figure 2: ループの構成 |
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| Figure 3: 2(a)、及び 2(b) のタイプの等価回路 |
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| Figure 4: プローブの構成の回路的アナロジー |
プローブ・ループを通過する磁界は、 誘起電圧が電流ループを通る磁束の変化率に比例すると言っている ファラデーの法則に従って電圧を発生する。 非常に低い周波数においては電圧は内部ループ導体に直接誘起されるであろうが、 その銅シースは低い kHz 帯を超える周波数の磁界に対しては非常に良いシールドとなる。 従って、高周波においては、電圧はまず外部シース・ループに誘起され、 これがシース・ギャップ (ポイント 1、及び 6) を横切って現れる [5]。 その金属シースの厚みは表皮深さの何倍もあるので、 これはシールドの外面と内面の電流のあいだの直接的な相互作用を妨げる。 シースの内面と内部導体とによって形成される 50Ω 伝送線路はこの電圧によって駆動され、 これは 50Ω 測定系によって終端される (ポイント 4、及び 5)。
片端に同軸シールド終端が接続されていない場合の回路ループの構成 (Figure 4)
を検討することによって、上で説明した効果のアナロジーを見られるかも知れない。
あるいは、グランド電流の一部が
「ピッグテール」グランド接続のような誘導性の経路を横切って電圧を生じるかも知れない
不完全な同軸シールド終端を考えても良いだろう。
Figure 2(b) に示すようにその外部シースが２分割した形とされた時、 そのシールドの外面は平衡２導体伝送線路構成と見倣すことができる [7]。 この静電シールドの構成は、それがループ・アンテナの指向性パターンの歪みの防止を助けることから、 特に方向検出のためには重要である。
中央のギャップで双方の信号線が相手のシースに接続された、 2(b) のタイプの平衡プローブの「メビウス」バージョンは、 2(d) の King プローブの倍の出力を持つと言われている [8]。 King プローブという名前は、[9]、及び [10] でループ・アンテナとプローブを議論した R.W.P.King の名前を取って命名された。 2(d) のタイプの King プローブの、興味深い３層プリント板バージョンのものが、 [11] で述べられている。
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| Figure 5: プローブ感度試験構成 (Pd = 0dBm) |
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| Figure 6: EMCO 30mm ループ； 2(a) タイプ (同軸外径は不明) (中央のギャップ) |
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| Figure 7: 3.6mm セミ・リジッドで作られた 2(a) タイプの 30mm ループ (中央のギャップ) |
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| Figure 8: 3.6mm セミ・リジッドで作られた 2(b) タイプの 30mm ループ (中央のギャップと終端抵抗) |
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| Figure 9: 3.6mm セミ・リジッドで作られた 2(c) タイプの 30mm ループ (頚部のギャップ) |
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| Figure 10: 3.6mm セミ・リジッドで作られた 2(d) タイプの 30mm ループ (中央のギャップ； King タイプ) |
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| Figure 11: UR76 同軸ケーブルによる 2(c) タイプの 60mm ループ (一方の内部導体は紫で、他方は緑で示している) |
その内部の磁界の振る舞いによって、同軸ケーブル伝送線路は そのシールドと内部導体とによる 1:1 のトランスと見倣すことができる。 従って、プローブ開放回路電圧と低周波感度のリニアな改善は、 内部信号線の巻数を増やすことによって達成される。 しかし、そのプローブ・インダクタンスは 50Ω 測定器インピーダンスとともに 低域通過 LR フィルタを形成するので、平坦な応答に対するコーナー周波数から上では、 そのループ電流と高周波での挙動は ω Ls によって大きく制限される。 その性能に対する内部導体の２回のターンの影響を示す Figure 11 を見よ。
プローブは、通常はループ・インダクタンスと
中心導体と外部シースとのあいだの寄生容量に伴う自己共振周波数を持つことが知られている。
プローブのループ径が小さくなればこの自己共振周波数は高くなるが、
同軸の直径と構造も影響を持つ。
2(a) のタイプの直径 30mm のものについては、
(Figure 7 で見られるように) 共振は 880MHz 前後で生じる。
2(b)、2(c)、そして 2(d) のタイプでは、
(Figure 8、9、及び 10 で見られるように) 1500MHz まで共振は見られなかった；
だが、2(c) のタイプではプローブの頸部やケーブルの取り扱いの際の容量性干渉による感度変化が見られた。
従って、これらの評価結果からは、2(b)、及び 2(d) のタイプが
高周波回路の調査の目的で望ましいバージョンであると考えられる。
[2] F.Terman, `Radio Engineers Handbook', Section 12.2: The Loop Direction Finder, pp. 875-877, McGraw-Hill 1943.
[3] J.Goedbloed, `Electromagnetic Compatibility', 2.4.2 Measuring emission via radiation, 1990, ISBN 0-13-249293-8
[4] G.S.Smith, `Loop antennas', R.C.Johnson & H.Jasik (Editors), Antenna Engineering Handbook, Chapter 5, McGraw-Hill, NY, 2nd Ed, 1984, ISBN 0-07-032291-0 (This text now revised and updated, 3rd Ed., Edited by R.C.Johnson, McGraw-Hill, 1993.)
[5] C.F.M.Carobbi, L.M.Millanta, L.Chiosi, `The high-frequency behavior of the shield in the magnetic-field probes', Proc. of IEEE Int. Symp. on EMC, Aug. 21-25th 2000, Washington, USA., pp. 35-40.
[6] EMCO, The Electro-Mechanics Company, Near field probe set user's manual 1988.
[7] L.L.Libby, `Special aspects of balanced shielded loops', Proc. of the IRE & waves and electrons, Vol. 34, Sept. 1946, pp.641-646.
[8] B.Yordanov, K.Doughty, R.Yordanov, `Near-field probes for EMC applications', EMC Test & Design, May 1994, pp.18-26.
[9} R.W.P.King, `The loop antenna for transmission and reception', R.E.Collin, F.J.Zucker, Antenna Theory, Part 1, Chapter 11, McGraw-Hill, NY, 1969.
[10] H.Whiteside, R.W.P.King, `The loop antenna as a probe', IEEE Trans. On Antennas and Propagation, Vol.AP12, May 1964, pp.291-297.
[11] IEC 61967-6 Integrated circuits - Measurement of electromagnetic emissions, 150KHz to 1GHz - Part 6: Measurement of conducted emissions - Magnetic probe method.
これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、 その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。 この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。 これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。
Last update: 2003-09-14