JP2010503843A - 電磁波残響の試験室 - Google Patents

Abstract

電磁波残響の試験室を実現するために、反射用の壁面（２〜７）の備わった試験室（１）内に、試験対象の対象物（１２）に対面するように、アンテナ（２１）と電磁界の撹拌機（２６）を想定する。アンテナの主放射方向（２３）の向きを修正することによって、試験室の内部に非常に多くのキャビティモードを作り出すこと、ひいては実施される試験が可能なかぎり確かでかつ可能なかぎり試験室の寸法および特性に左右されないものとなるような形で、試験対象の対象物について考えられる擾乱に求められる多様性を達成することが可能であるということが示されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁波試験の分野において利用可能な電磁波残響の試験室の構成要素を目的とする。

電磁波試験の分野、特に電磁波適合性の試験と、同様に、電磁波擾乱に対するイミュニティの試験の分野においては、試験対象物の装置を電磁波励起に付し、それらの挙動を測定することが知られている。一部のケースでは、試験対象物の装置が受ける電磁波の回折特性を測定することも想定されている。

この点について、特に特許文献１によって、電磁波残響の試験室が公知となっている。かかる試験室は、標準的には金属製の反射用の壁面を備える。これらの壁面の内側には、試験対象の対象物が配置されている。この発明においては、試験対象の対象物は、衛星であることもあり、さらには航空機であることもあり、このとき、試験室の寸法は、結果として、少なくとも数十メートルの長さに対して、およそ数メートルの高さと幅である。場合によっては、試験室は、この寸法のおよそ五分の一よりもさらに小さいものであることもあり、またはより大きいものであることもある。

一本のアンテナが試験室内に入り込むことにより、このアンテナは試験室の外側で高周波信号発生器に接続されている。このように高周波信号で給電を受けたアンテナは、試験室の寸法固有のキャビティモードにしたがって試験室内の定在の電磁界となるようにかなり急速に伝播、確立する電波を発生するのである。かくして、試験室内に置かれている対象物は、この電磁波的影響を受ける。励磁信号の各周波数値について、それぞれ、試験対象の対象物の挙動を測定することが可能になる。かくして、周波数の関数として、この対象物の作動の感受性を描くことができるのである。

初めのうちは、対象物が、他の周波数では脆弱さを示したのに対し、ある周波数値では、擾乱に対して優れた電磁波イミュニティを示すことが観察された。

実際においては、観察されたロバスト性は、時として錯視的なものであった。これらのロバスト性は、現実に起こっていたことよりも、測定された結果のほうがずっと大きいものであった。実際、ある周波数値では、試験室内で起こる共振キャビティモードが、対象物の置かれている場所で、励起節点を導く。このことが、この対象物がこれらの励起に対する感応性をもたないという錯覚を与える。この問題を解決するため、二つの解決法が考えられた。

第一の解決法では、非常に大きな試験室を作ることが考えられた。実際、試験室が大きいほど、低い周波数で、それだけ多くの定在キャビティモードがそこで発生しやすくなり、対象物の場所において有意な電磁波励起を導かれる。周波数を高くすることによって、キャビティモードが（波長が短縮するため）より容易に起こり得る。しかしながら、このような解決法には、試験対象の対象物が付される励起出力が、試験室の容積に応じて変わるという欠点がある。試験室の容積が大きいほど、試験対象の対象物の場所で利用可能なエネルギーが小さくなる。したがって、試験室の大きさと励起出力との間の妥協点を見出さなくてはならない。この励起出力は、使用不可能になりかねないのである。

特に上記特許文献１に記述されているもう一つの解決法では、柔軟性のある壁を用いることで試験室の壁の向きおよび位置を可動にすることによってか、または金属製の攪拌機を用いることで、試験室の寸法を実質的に変更することを想定している。

本発明においては、いくつかの電磁波擾乱について観察されたイミュニティが、使用される試験室およびアンテナの寸法にしたがって、ある試験室と別の試験室との間で幅広い値の分散を示し得るということが、特に統計的な測定によって認識された。本発明では、結局のところ、試験室の有効容積を著しく削減することになる非常に大きな攪拌機を用いない限りは、上記特許文献１で推奨されている攪拌機の使用による壁面の幾何学的な変更が、必ずしも励起状態の多様性を充分に有意な増大に導くものではないことを判断することができた。

本発明においては、試験室内のアンテナが主送信方向を有するようになることを考慮した。利用可能なキャビティモードの多様性をさらに増大させるために、このとき、試験室内の、すなわちアンテナが取付けられている基準システムに対するアンテナの主放射方向を可変することが想定される。一つの解決法においては、アンテナは攪拌機に対して外側にある。場合によっては、この場合、アンテナはスクリーンによって対象物から分離されていてもよいし、あるいは、アンテナの主放射方向が、好ましくは対象物に直接到達できないような形で、その主放射ローブとともに、このスクリーンの方向とは反対の方向に向けられていてもよい。ここで考えられているのは、電磁波が対象物に到達する前に少なくともある一定の反射数を得るということである。このように行なうことで、比較的簡易な構造の（その壁面は好ましくは固定されている）試験室を頼って利用しつつ、励起モードに最大の多様性が得られる結果となるのである。

したがって、本発明は、試験室内部に無線アンテナと、反射用の壁面と、無線放射試験に付される対象物の支持体とを備える電磁波残響の試験室であり、該試験室内に位置づけされた放射の撹拌機と該試験室内にあるアンテナの主放射方向の向きを可変するための放射方向可変手段とを備えることを特徴とする試験室を目的としている。

本発明は、以下の説明を読み、添付の図面を検討することにより、より良く理解できるものであり、なお、添付の図面は、本発明の非限定的な意味の一例として提示されるものである。

本発明に係る電磁波残響の試験室の概略な図である。 本発明に係るアンテナと放射の攪拌機の好ましい実施例である。 放射の攪拌機の変型実施形態である。

図１は、本発明に係る電磁波残響の試験室１を示している。この試験室１は、例えば全てメタライゼーション、特に８〜１０といったような金属板で被覆された、好ましくは反射性の２〜７のような壁面を備えている。試験室１は、好ましくはその全ての面が閉じている。壁面２〜７は、電磁波を反射するためのものであることから、同程度の効果を得るために、メタライゼーションを実施するよりも、むしろ屈折率勾配を具備することが可能である。なお、試験室１は、放射試験に付される対象物１２を支持するための支持体１１を備える。対象物１２は任意の対象物であってよいが、好ましくは電子回路タイプの対象物である。これは、例えば衛星、飛行機の計器盤、マイクロコンピュータのケース、またはその他のあらゆる器具であり得る。なお、対象物１２は、この試験の管理装置１４に通信および給電バス１３によって接続されている。この装置１４は、その原理に、試験プログラム１８を備えるプログラムメモリ１７、測定結果を記録するかまたは測定パラメータを収納するためのデータメモリ１９、および対象物１２との通信インタフェース２０に、バス１６によって接続されているマイクロプロセッサ１５を備える。

また試験室１は、ここではホーンで表わされている無線のアンテナ２１を備える。アンテナ２１は、例えば、同じく通信インタフェース２０に接続されている出力および制御バス２２を介して、試験装置１４によって給電される。このように制御される無線送信側の装置は、物理的には試験室１の内側または外側に置くことが可能となるのである。

本発明によると、アンテナ２１は、一つの実施例において主放射方向２３を有する。この場合、試験室１は、試験室１内にあるアンテナ２１のこの主放射方向２３の向きを可変するための手段を有している。例えば、主方向２３の向きを可変する手段は、試験室１の各壁面に対し、ＸＯＹ平面内の向き２３の方位角を可変するための放射方向可変手段２４である第一のモータを有する。好ましくは、これらの可変手段は同様に、主放射方向２３の仰角における向きを可変するために、同じく装置１４によって制御されている放射方向可変手段２５である第二のモータをも有するものである。場合によっては、ホーン形のアンテナ２１の位置の軸ＯＸ、ＯＹ、ＯＺ三本の各々に沿った並進運動を想定することができる。

電磁波の電界の分布の多様性を完全なものにするため、試験室１はさらに、ここでは、反射用の羽根２７、２８二枚によって概略的に示されている、放射の攪拌機２６を備えている。羽根２７および２８、ひいては攪拌機２６の向きに関する位置は、制御バス３０によって通信インタフェース２０に接続されている放射方向可変手段２９であるモータを用いて制御されている。好ましくは、放射方向可変手段２４、２５、２９であるモータは、ステッピングタイプのモータであり、試験室の内部で、該モータが動かす対象物に固定位置を保たせることを可能にする。実際的には、攪拌機２６は、対象物１２ひいてはサポート１１の上方に置かれている。攪拌機２６と対象物１２の間には空間が存在する。しかしながら、攪拌機２６を対象物１２の中心の垂直線から横方向にずらすことが可能である。攪拌機２６は好ましくは試験室１の壁面２である天井部に懸吊されている。

好ましくは、アンテナ２１が試験室の壁面６および４と相互作用しその主要な向き２３で対象物１２を直接放射することがないようにする。そのための複数の解決法が考えられる。好ましくは、アンテナ２１は、ここでは例えば壁面６である、反射用の壁面と対象物１２の間の中間位置に置かれる。この場合、主放射方向２３は包括的に壁面６の方向に向けられる。放射方向可変手段２４、２５であるモータにより、アンテナ２１によって発生された電磁波の電界が直接対象物１２に到達するのを避けるのである。必要であれば、アンテナ２１と対象物１２との間に金属スクリーン３１を介在させることにする。

本発明においては、攪拌機２６は試験室内で、壁面６によって反射された放射の大なる部分を攪拌機が受けられるような形で置かれており、これにおいて反射用の壁面は、この攪拌機２６の向きに関する位置に応じて反射する方向が変化する補足的反射を、攪拌機に受けさせている。

このようにすることにより、統計的に、受信側の装置から見た電磁波の電界強度の平均値の分散が縮小されたことを確認することができたのである。

実際の計画では、攪拌機２６は大きなサイズの物体である。例えば、その垂直方向の拡がりは、Ｚ軸に沿って測定された試験室１の高さのおよそ半分であり得る。その直径は、多くの時間、回転させられていることから、試験室１の幅または長さ寸法のうちの短い方の、およそ７５％であってよい。例えば、２メートルの高さに対して寸法が２ｍ×３ｍである試験室では、攪拌機は１メートルの高さに対して１．５０ｍの直径を有することができる。あらゆる場合において、攪拌機の有意な一つの寸法、例えばその高さまたはその直径は、試験室の寸法のうちの一つ、つまりその高さ、幅または長さの寸法の２０％を超えるものである。

このようにすることによって、対象物のサイズの大きなものである場合、特にそれが衛星である場合には相対的に不可能なことと考えられる対象物１２の変位を必要とせずに、試験室１内に作り出される多様なキャビティモードを誘発することができるのである。これに対して、攪拌機２６を回転させ続けながら、ホーン２１を向きに関して変位させる（これは簡単である）にとどめることが可能である。かくして、位置の撹拌が実現されることになる。

好ましい変形形態（図２）においては、アンテナ２１は、等方性アンテナ３２によって置き換えられ、そのアンテナを格納するようなシリンダ３３の内部に位置づけられて、攪拌機を形成するようになる。シリンダ３３は、例えば金属製であり、好ましくは電磁波に対する反射性を有する。等方性アンテナ３２は、例えば、それをとり囲む攪拌機のシリンダ３３が、壁面２である天井部から懸吊されるのに対し、試験室１の壁面５である床部によって担持されることになる。この場合、支持体１１はずらされる。あるいはまた、等方性アンテナ３２と攪拌機のシリンダ３３は一緒に懸吊される。図２は、アンテナがシリンダ内に位置づけられていることを示していないが、実際にはそこに置かれている。

シリンダ３３には、３４のような穴があいている。各穴は、それぞれ、アンテナの放射方向を形成する。放射方向可変手段２９であるモータが担持するそのシャフトのまわりを矢印３５に沿って攪拌機３３を自転させる場合、各穴の放射方向は、それぞれ、可変される。穴は、円形の穴３４または楕円形の穴３６または分岐を有した形の穴３７であってよい。これらの穴が分岐を有した形の穴である場合、四つの分岐をもつ十字形、さらにはそれより多いかまたは少ない分岐を有していてよい。穴は、穴３４、３８、３９、４０などといったような規則的に連続してシリンダ３３の周縁に分布している。しかしながら、これらの穴をシリンダの周縁で、穴のサイズ、穴の間隔、穴の形状のいずれかまたは組み合わせを無作為のものとして、無作為に連続して分布させてもよい。また、穴のサイズ、穴の間隔のいずれか、または組み合わせは、同一または漸進的であってよく、それらの漸進性によって攪拌機３３と共に回転することになる主放射ローブ４１を形成する。攪拌機は実際には、直径１メートル、高さ１．５メートルのシリンダの形を有する。

等方性アンテナ３２は、等方性であろうとなかろうと、周波数変動の単一周波信号によって励起されるのであり、その周波数は、段階的に１５０メガヘルツから１０ギガヘルツまでに変動するものが好ましい。これらの周波数の各値であるこの範囲は、試験対象の対象物１２の特性評価をしたい数値の範囲に対応する。この好ましい解決法によると、攪拌機３３は、垂直方向に対象物１２の上方に置かれる。変形形態では、垂直以外の傾斜をもつ攪拌機３３の回転軸は、対象物１２を通る。

遭遇する励起の不在または不足および室間の分散の核心にある対称性を回避するため、好ましくは、試験室１の幅ＯＸまたは長さＯＹの寸法の各々の三分の一のところに、攪拌機２６または３３の回転シャフト４２（図１）を置く。同様に、攪拌機３３の中心ひいては等方性アンテナ３２も、上から出発するかまたは下から出発して高さＯＺの三分の一のところに置かれる。かくして中央位置に置くことを避けることにより、対称性が回避され、より多くのキャビティモードを作り出すことが誘発されるのである。

図２の表示においては、攪拌機３３は容積が大きいので、等方性アンテナ３２を収納することができる。このアンテナは、等方性アンテナの形態または図１に示されているように主放射ローブ２３を伴うホーンアンテナの形態をとることができる。この場合、等方性アンテナは同様に、攪拌機３３とは独立して回転することもできる。

変形形態（図３）においては、攪拌機は、攪拌機３３と同じタイプの穴のあいたコーン４３で形成され得る。攪拌機４３または３３は、さらに、円錐台形または円筒形のその表面のいくつかの特定の穴４５に対面するようにして位置づけられた偏向板４４を有することができる。これらの偏向板は同様に、特定のキャビティモードを作り出すことも可能にしている。

したがって、最終的な本発明の目的は、同じ出力であらゆる方向に一様分布した電磁波励起を想定することよりも、むしろ反対に、試験室の特性に左右されることの少ない優れた統計で、可能なかぎり多様な入射（好ましくは網羅的な入射）にしたがい、かつ有意な出力で、対象物１２の場所においてこの対象物１２の擾乱を想定することにある。本発明は、電磁界の供給源およびそのまわりの攪拌機を回転させることにより、同時に、機械的なおよび位置の撹拌を実現する。

１ 試験室
２、３、４、５、６、７ 壁面
８、９、１０ 金属板
１１ 支持体
１２ 対象物
１３ 給電バス
１４ 試験制御装置
１５ マイクロプロセッサ
１６ バス
１７ プログラムメモリ
１８ 試験プログラム
１９ データメモリ
２０ 通信インタフェース
２１ アンテナ
２２ 制御バス
２３ 主放射ローブ
２４、２５ 放射方向可変手段
２６ 攪拌機
２７、２８ 羽根
２９ 放射方向可変手段
３０ 制御バス
３１ 金属スクリーン
３２ 等方性アンテナ
３３ シリンダ
３４ 穴
３６、３７、３８、３９、４０ 穴
４１ 主放射ローブ
４２ 回転シャフト
４３ コーン

欧州特許１１４１７３３Ｂ１号明細書

Claims (13)

1. 内部に無線アンテナ（２１）、反射用の壁面（２〜７）および無線放射試験（１４）に付される対象物（１２）の支持体（１１）を備える電磁波残響の試験室（１）であり、該試験室内に位置づけられた放射の攪拌機（２６）および試験室内にある前記アンテナの主放射方向の向きを可変するための放射方向可変手段（２４、２５）を備えることを特徴とする、試験室。
2. 前記放射方向可変手段が、試験室の一つの平面に対し、回転での、方位角と、仰角とのいずれかまたは組み合わせの主方向を可変するための手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の試験室。
3. 前記攪拌機が、反射用のシリンダ（３３）を備えることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の試験室。
4. 前記反射用のシリンダに穴（３４〜４０）があいていることを特徴とする、請求項３に記載の試験室。
5. 前記穴が、円形と、楕円形と、分岐を有した形とのいずれかまたは組み合わせの形をしており、特性評価すべき無線信号の周波数帯域に応じ、規則的に、または漸進的に、または無作為に連続して、かつ同一のまたは漸進的なサイズで、前記シリンダの周縁に分布していることを特徴とする、請求項１に記載の試験室。
6. 前記放射方向可変手段が、主方向を段階的に可変するための手段と、攪拌機を段階的に動かすための手段とのいずれかまたは組み合わせを備え、かつ、試験周波数について全ての方向を探索するための手段を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の試験室。
7. 前記攪拌機が、前記試験室の寸法のうち一つを、２０％超える寸法を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の試験室。
8. 前記攪拌機が、垂直シャフト（４２）によって支持されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の試験室。
9. 前記攪拌機の中心が、前記試験室のそれぞれの寸法の三分の一のところに置かれていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の試験室。
10. 前記攪拌機が、容積の大きい構造を形成すること、および前記アンテナが攪拌機（３２、３３）の中または電子回路を備えるシステムの中に位置づけられていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の試験室。
11. 前記攪拌機が、反射表面に固定された偏向板（４４）を備えることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の試験室。
12. 前記試験に付される対象物が、電子機器であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の試験室。
13. 前記アンテナと対象物の間に介在する金属スクリーンを備えることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の試験室。

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