(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-25
(45)【発行日】2022-08-02
(54)【発明の名称】磁界検出コイルおよびＥＭＩアンテナ
(51)【国際特許分類】
G01R 33/02 20060101AFI20220726BHJP
【ＦＩ】
G01R33/02 B
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2018110238
(22)【出願日】2018-06-08
(65)【公開番号】P2019211422
(43)【公開日】2019-12-12
【審査請求日】2021-02-26
(73)【特許権者】
【識別番号】506209422
【氏名又は名称】地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター
(74)【代理人】
【識別番号】100095337
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 伸一
(74)【代理人】
【識別番号】100174425
【弁理士】
【氏名又は名称】水崎 慎
(74)【代理人】
【識別番号】100203932
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 克宗
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼橋 文緒
(72)【発明者】
【氏名】佐野 宏靖
(72)【発明者】
【氏名】大森 学
(72)【発明者】
【氏名】村上 祐一
【審査官】永井 皓喜
(56)【参考文献】
【文献】特開平６－９６４１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２５８５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１６０５４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／１３６５８９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－２３５０１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－１３８７１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第４９１４３８３（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｒ ３３／０２
Ｇ０１Ｒ １５／１８
Ｇ０１Ｒ ２９／０８
Ｇ１１Ｂ ５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
中心孔を有するリング状の磁性材料からなり、前記リング状の径方向に延設されたスリットを有する基材と、前記基材に巻回された第１コイルおよび第２コイルと、
を備え、
前記第１コイルおよび前記第２コイルが、前記基材のポロイダル方向において相互に逆巻きとなるように巻回されて、前記スリットを中心として前記基材に対称配置され、
前記基材の前記中心孔を有する面が測定対象の表面と対向するように設置されて、前記測定対象に生じる磁界を検出する、
ことを特徴とする磁界検出コイル。
【請求項2】
前記スリットは、
前記リング状の径方向に沿って同じスリット幅で形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁界検出コイル。
【請求項3】
前記スリットは、
前記基材のリング状中心から外周に向かって扇状に広がるように形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁界検出コイル。
【請求項4】
前記スリットは、スリット幅が広い程前記磁界の感度特性が良好になる、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の磁界検出コイル。
【請求項5】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁界検出コイルと、前記磁界検出コイルの前記第１コイルに流れる電流と前記第２コイルに流れる電流とをそれぞれ電圧増幅する差動増幅回路と、
前記差動増幅回路から出力された前記第１コイルに流れる電流を示す信号と前記第２コイルに流れる電流を示す信号との差分を求める減算回路と、
を備え、
前記差動増幅回路および前記減算回路により前記第１コイルと前記第２コイルとを差動コイルとして動作させて、検出された前記磁界によって生じる、前記第１コイルに流れる電流および前記第２コイルに流れる電流から前記測定対象に流れるノイズ電流を求める、
ことを特徴とするＥＭＩアンテナ。
【請求項6】
前記第１コイルの共振周波数の共振ピークを低下させる第１ダンプ抵抗と、前記第２コイルの共振周波数の共振ピークを低下させる第２ダンプ抵抗と、
を備える、
ことを特徴とする請求項５に記載のＥＭＩアンテナ。
【請求項7】
前記磁界検出コイルと、前記差動増幅回路と、
前記減算回路と、
を一体形成して備えたことを特徴とする請求項５または６に記載のＥＭＩアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子機器が発生する不要な電磁波（平面波）が、ケーブルおよび伝送線路から放射されることによって生じるＥＭＩ現象を捕捉する磁界検出コイル、および、この磁界検出コイルを用いたＥＭＩアンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
ノイズに関する問題は、電子機器の動作速度（処理速度）を高速化することに伴って多様化しており、例えば、ＥＭＣサイトを使用する短い時間の中でノイズ源を特定することや、ノイズ対策の効果を確認することが難しい場合が増えている。そのため、例えばＥＭＣサイトを使用する前に、電子機器に磁界プローブを近接させて漏洩電磁波を検知し、漏洩電磁波の対策を講じるための簡易測定が行われている。
ノイズ源の特定には、例えば、セミリジットケーブルを円状に一巻回したシールデッドループアンテナ（以下、ＳＬＡと記載する）が多く使用されている。
ノイズ源の特定には、例えば、セミリジットケーブルを円状に一巻回したシールデッドループアンテナ（以下、ＳＬＡと記載する）が多く使用されている。
【0003】
ＳＬＡは、ケーブルや配線パターンなどに流れるノイズ電流によって誘起される磁界を検出することに適しており、構造が簡単で使い易いという特徴がある。
その反面、１０［ＭＨｚ］以下の周波数帯では、感度特性が著しく低下するという欠点がある。
また、最大磁界を検出する場合には、ＳＬＡのループ面とケーブル等のノイズ源を平行に配置する必要ある。そのため、一様性に欠けるノイズ電流に起因した最大磁界を捕捉することが難しく、測定値等の再現性が低くなるという欠点がある。
そこで、次のような技術が提案されている。
その反面、１０［ＭＨｚ］以下の周波数帯では、感度特性が著しく低下するという欠点がある。
また、最大磁界を検出する場合には、ＳＬＡのループ面とケーブル等のノイズ源を平行に配置する必要ある。そのため、一様性に欠けるノイズ電流に起因した最大磁界を捕捉することが難しく、測定値等の再現性が低くなるという欠点がある。
そこで、次のような技術が提案されている。
【0004】
例えば、多層基板の絶縁層内に枠状の細長い電極パターンを配置することにより、１回巻のループコイルを形成させ、この多層基板と信号処理回路とを同軸ケーブルによって接続した磁化プローブがある（例えば、特許文献１参照）。
この磁化プローブは、配線パターンやケーブルなどに生じるノイズ電流の検出を、当該ノイズ電流によって誘起される磁界検出によって行うように構成されており、構造が簡単で使い易いことが特徴である。インピーダンスが５０［Ω］となるように構成すると、２～３［ＧＨｚ］付近の周波数帯域において検出感度が高くなる。
この磁化プローブは、配線パターンやケーブルなどに生じるノイズ電流の検出を、当該ノイズ電流によって誘起される磁界検出によって行うように構成されており、構造が簡単で使い易いことが特徴である。インピーダンスが５０［Ω］となるように構成すると、２～３［ＧＨｚ］付近の周波数帯域において検出感度が高くなる。
【0005】
また、被測定ケーブルに流れる電流を検出する電流プローブには、ループコイル、伝送線路、パッド部を金属箔によって形成し、これらを絶縁シートに貼り合わせたものがある（例えば、特許文献２参照）。
この電流プローブは、上記のように、ループコイル、伝送線路、パッド部を絶縁シートに張付けたものを例えば２個用意し、被測定ケーブルを中心にして対称配置して、被測定ケーブルの周囲に同心円状に発生する磁界を測定する。このように配置することにより、各ループコイルに発生する電圧が重畳し、即ち、互いに強め合った電圧を、当該電流プローブからスペクトルアナライザー等の測定装置へ出力することができる。
この電流プローブは、上記のように、ループコイル、伝送線路、パッド部を絶縁シートに張付けたものを例えば２個用意し、被測定ケーブルを中心にして対称配置して、被測定ケーブルの周囲に同心円状に発生する磁界を測定する。このように配置することにより、各ループコイルに発生する電圧が重畳し、即ち、互いに強め合った電圧を、当該電流プローブからスペクトルアナライザー等の測定装置へ出力することができる。
【0006】
また、絶縁性ウエハの上に、アルミニウム薄膜のパターンニングを施して長方形形状の各ループ状部分を形成させた磁気検出プローブがある（例えば、特許文献３参照）。
この磁気検出プローブは、２つのループ状部分を単一面上に並べて形成し、各ループ状部分に、それぞれ差動回路が接続されている。また、この差動回路には、当該差動回路の出力信号を増幅する増幅回路が接続されている。
この磁気検出プローブは、２つのループ状部分を単一面上に並べて形成し、各ループ状部分に、それぞれ差動回路が接続されている。また、この差動回路には、当該差動回路の出力信号を増幅する増幅回路が接続されている。
【0007】
また、円柱状の支持用冶具に巻回された一対の個別コイルを備え、各個別コイルに差動増幅器を接続した漏洩磁束検出装置がある（例えば、特許文献４参照）。
この装置は、逆相に巻回された個別コイルに発生した電圧を、それぞれ差動増幅器へ入力してノイズ成分と漏洩磁束成分とを分離し、ノイズ成分を示す電圧を取得することができるように構成されている。
この装置は、逆相に巻回された個別コイルに発生した電圧を、それぞれ差動増幅器へ入力してノイズ成分と漏洩磁束成分とを分離し、ノイズ成分を示す電圧を取得することができるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開２０１１－１６９７９３号公報
【文献】特開２０００－２６６７８４号公報
【文献】特開平９－１６６６５３号公報
【文献】特開平７－１５９３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献１のＳＬＡは、１０［ＭＨｚ］以下の低周波帯では、著しく感度特性が低下するという問題点がある。また、最大磁界を検出するためには、ＳＬＡのループ面とケーブル等のノイズ源とを平行に配置する必要があり、一様性に欠けるノイズ電流に起因した最大磁界を検出することは困難であり、検出結果の再現性も低いという問題点がある。
特許文献２の電流プローブは、不特定で多様な周波数のノイズ検知には不向きであり、特に低周波帯域を検知することができないという問題点がある。
特許文献３の磁気検出プローブは、低周波帯において感度特性が低く、また、高周波帯において増幅誤差が生じる要因を回路構成に含んでいるため、広帯域の測定には向いていないという問題点がある。
特許文献２の電流プローブは、不特定で多様な周波数のノイズ検知には不向きであり、特に低周波帯域を検知することができないという問題点がある。
特許文献３の磁気検出プローブは、低周波帯において感度特性が低く、また、高周波帯において増幅誤差が生じる要因を回路構成に含んでいるため、広帯域の測定には向いていないという問題点がある。
【0010】
特許文献４の漏洩磁束検出装置は、個別コイルには各々自己共振周波数が存在するため、所定の周波数、もしくは、この周波数周辺において感度特性が大きく変化する。このように感度特性が大きく変化することから広帯域の磁界測定には向いていないという問題点がある。
上記のように、従来の磁界を検出するためのプローブや装置などは、構造的に、ケーブルや伝送線路など様々なものに対応させてノイズ源を特定することが難しく、また、検出結果に再現性を確保することも困難であった。
上記のように、従来の磁界を検出するためのプローブや装置などは、構造的に、ケーブルや伝送線路など様々なものに対応させてノイズ源を特定することが難しく、また、検出結果に再現性を確保することも困難であった。
【0011】
本発明は、シールド材を施さずに外来ノイズの影響を低減し、被測定対象に流れるノイズ電流、即ち、ノイズ電流に起因する磁界成分のみを、広帯域にわたり再現性よく検出することができる磁界検出コイルおよびＥＭＩアンテナ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】
【0012】
本発明に係る磁界検出コイルは、リング状の磁性材料からなり、前記リング状の径方向に延設されたスリットを有する基材と、前記スリットを中心として対称配置された第１コイルおよび第２コイルと、を備えたことを特徴とする。
【0013】
また、前記基材は、フェライト材からなり、前記第１コイルおよび前記第２コイルは、所定径の銅線を用いて相互に逆巻となるように前記基材のポロイダル方向に複数回巻回されており、前記基材のリング中心から該各コイル両端間に生じる挟み角度が同一となるように対称配置されていることを特徴とする。
【0014】
また、前記基材は、フェライト材からなり、前記第１コイルおよび前記第２コイルは、相互に逆巻となって各々インダクタンスが１［μＨ］以上となるように、所定径の銅線を前記基材のポロイダル方向に複数回巻回させており、前記基材のリング中心から該各コイル両端間に生じる挟み角度が同一となり、前記リング中心から対称配置されていることを特徴とする。
【0015】
また、前記基材のスリットは、測定対象に対応した検出空間分解能および感度特性が得られる間隔を有することを特徴とする。
【0016】
本発明に係るＥＭＩアンテナは、上記のように構成された磁界検出コイルと、前記磁界検出コイルの前記第１コイルに流れる電流と前記第２コイルに流れる電流とをそれぞれ電圧増幅する差動増幅回路と、前記差動増幅回路から出力された前記第１コイルに流れる電流を示す信号と前記第２コイルに流れる電流を示す信号との差分を求める減算回路と、を備え、前記差動増幅回路および前記減算回路により前記第１コイルと前記第２コイルとを差動コイルとして動作させて測定対象からノイズ電流を検出することを特徴とする。
【0017】
また、前記磁界検出コイルのリング状基材に巻回された前記第１コイルおよび前記第２コイルが前記測定対象に対向配置されるように前記磁界検出コイルを設置したことを特徴とする。
【0018】
また、前記第１コイルの共振周波数の共振ピークを低下させる第１ダンプ抵抗と、前記第２コイルの共振周波数の共振ピークを低下させる第２ダンプ抵抗と、を備えることを特徴とする。
【0019】
また、前記磁界検出コイルと、前記差動増幅回路と、前記減算回路と、を一体形成して備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、広帯域の周波数成分からなるノイズ電流を一挙に検出し、再現性の良い測定結果を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の実施例によるＥＭＩアンテナの概観を示す斜視図である。
【図7】検出コイルの感度特性に関する実験結果を示す説明図である。
【図8】アンテナＡの感度特性に関する実験結果を示す説明図である。
【図9】アンテナＣの感度特性に関する実験結果を示す説明図である。
【図10】従来の差動型磁界プローブの概略構成を示す説明図である。
【図11】従来の差動型磁界プローブの評価結果を示す説明図である。
【図12】従来のシールデッドループアンテナの評価結果を示す説明図である。
【図13】本発明によるＥＭＩアンテナの特徴と従来品の特徴の比較結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
（実施例）
図１は、本発明の実施例によるＥＭＩアンテナの概観を示す斜視図である。図示したＥＭＩアンテナ１は、被測定対象の導電体２１に近接させる検出コイル１２と、検出コイル１２から出力される電流信号の増幅処理等を行う回路ユニット１１とを備えている。
ここで例示するＥＭＩアンテナ１は、例えば略長筒状または略長柱状の筐体等に検出コイル１２と回路ユニット１１等を収納固定し、一体形成されている。
（実施例）
図１は、本発明の実施例によるＥＭＩアンテナの概観を示す斜視図である。図示したＥＭＩアンテナ１は、被測定対象の導電体２１に近接させる検出コイル１２と、検出コイル１２から出力される電流信号の増幅処理等を行う回路ユニット１１とを備えている。
ここで例示するＥＭＩアンテナ１は、例えば略長筒状または略長柱状の筐体等に検出コイル１２と回路ユニット１１等を収納固定し、一体形成されている。
【0023】
ここで、ＥＭＩアンテナ１に設置された検出コイル１２は、後述するように２つのコイル３３，３４を単一の基材３０に備えており、２つのコイル３３，３４がどちらも測定対象２１に対向配置することができるように、略長筒状または略長柱状のＥＭＩアンテナの長手方向に対して垂直に設置されている。
【0024】
図２は、図１の検出コイル１２の構成を示す斜視図である。図示した検出コイル１２は、例えば、インピーダンス周波数特性を有する磁性材料のフェライト材を、リング状に形成した基材３０、基材３０のポロイダル方向へ複数回巻回したコイル３３およびコイル３４によって構成されている。
【0025】
なお、ここで各図に示す各基材は、例えば、略円柱状に形成されたもので、円状面の中心部分に中心孔３１を設けてリング状に形成したものである。
基材３０は、中心孔３１からリング状外周へ向かって延設されたスリット３２が設けられている。
このスリット３２は、均一の空隙幅を有するように形成されている。
検出コイル１２のコイル３３とコイル３４は、各々所定径の銅線を複数回巻回して構成されたもので、基材３０のリング中心から対称配置され、また、スリット３２を間に挟むように（スリット３２を中心として）対称配置されている。
基材３０は、中心孔３１からリング状外周へ向かって延設されたスリット３２が設けられている。
このスリット３２は、均一の空隙幅を有するように形成されている。
検出コイル１２のコイル３３とコイル３４は、各々所定径の銅線を複数回巻回して構成されたもので、基材３０のリング中心から対称配置され、また、スリット３２を間に挟むように（スリット３２を中心として）対称配置されている。
【0026】
図３は、図２の検出コイル１２に関する他の構成例である検出コイル１２ａを示す斜視図である。検出コイル１２ａは、基材３０と同様なフェライト材をリング状に形成した基材３０ａを備え、また、検出コイル１２に備えたものと同様なコイル３３およびコイル３４を、基材３０ａのポロイダル方向に複数回巻回して構成されている。
基材３０ａは、中心孔３１ａからリング状外周へ向かって延設されたスリット３２ａが設けられている。
基材３０ａは、中心孔３１ａからリング状外周へ向かって延設されたスリット３２ａが設けられている。
【0027】
スリット３２ａは、基材３０ａのリング中心からリング外周へ向かって扇状に広がるように形成されており、扇状の中心角が例えば９０度の空隙として設けられている。換言すると、スリット３２ａの両壁面が、リング中心から例えば９０度の広がり角度となるように形成されている。なお、スリット３２ａの広がり角度は９０度に限定されない。
検出コイル１２ａのコイル３３とコイル３４は、各々所定径の銅線を複数回巻回して構成されたもので、基材３２ａのリング中心から対称配置され、また、スリット３２ａを間に挟むように（スリット３２ａを中心として）対称配置されている。
なお、検出コイル１２ａは、前述の検出コイル１２と同様に、２つのコイル３３，３４がどちらも測定対象２１と対向配置されるように、ＥＭＩアンテナ１の長手方向に対して垂直に設置される。
検出コイル１２ａのコイル３３とコイル３４は、各々所定径の銅線を複数回巻回して構成されたもので、基材３２ａのリング中心から対称配置され、また、スリット３２ａを間に挟むように（スリット３２ａを中心として）対称配置されている。
なお、検出コイル１２ａは、前述の検出コイル１２と同様に、２つのコイル３３，３４がどちらも測定対象２１と対向配置されるように、ＥＭＩアンテナ１の長手方向に対して垂直に設置される。
【0028】
検出コイル１２は、コイル３３とコイル３４が相互に逆巻（右回りの巻回と左回りの巻回）となるように、また、基材３０において同軸上（基材３０の中心軸上）に配置されるように、当該コイル３３およびコイル３４を備えている。
検出コイル１２ａにおいても、コイル３３とコイル３４が相互に逆巻となるように、また、基材３０ａにおいて同軸上（基材３０ａの中心軸上）に配置されるように、当該コイル３３およびコイル３４を備えている。
検出コイル１２および検出コイル１２ａのコイル３３，３４は、各基材のリング中心における中心角度が同様となる位置範囲に巻回設置されている。換言すると、コイル３３とコイル３４は、各コイルの両端とリング中心との間に生じる挟み角度が同一となるように配置されている。
検出コイル１２ａにおいても、コイル３３とコイル３４が相互に逆巻となるように、また、基材３０ａにおいて同軸上（基材３０ａの中心軸上）に配置されるように、当該コイル３３およびコイル３４を備えている。
検出コイル１２および検出コイル１２ａのコイル３３，３４は、各基材のリング中心における中心角度が同様となる位置範囲に巻回設置されている。換言すると、コイル３３とコイル３４は、各コイルの両端とリング中心との間に生じる挟み角度が同一となるように配置されている。
【0029】
これらコイル３３とコイル３４は、例えば、細い銅線を上記のように巻回させ、各々１［μＨ］以上のインダクタンスを有するように構成されている。
また、検出コイル１２のスリット３２、検出コイル３２ａのスリット３２ａは、各々の基材に巻回されたコイル３３，３４の周波数特性、感度特性等に応じたスリット幅（間隙）を有して形成されている。換言すると、スリット３２，３２ａは、回路ユニット１１もしくはＥＭＩアンテナ１の出力信号に、測定対象に対応させた検出空間分解能および感度特性が得られるスリット幅（間隙）を備えて、各々リング状基材３０，３０ａに形成されている。
また、検出コイル１２のスリット３２、検出コイル３２ａのスリット３２ａは、各々の基材に巻回されたコイル３３，３４の周波数特性、感度特性等に応じたスリット幅（間隙）を有して形成されている。換言すると、スリット３２，３２ａは、回路ユニット１１もしくはＥＭＩアンテナ１の出力信号に、測定対象に対応させた検出空間分解能および感度特性が得られるスリット幅（間隙）を備えて、各々リング状基材３０，３０ａに形成されている。
【0030】
図４は、図１の回路ユニット１１に設けられる回路構成を示す説明図である。ここでは、検出コイル１２を回路ユニット１１に接続したＥＭＩアンテナ１を例示して説明する。
検出コイル１２は、個別に巻回されたコイル３３とコイル３４とを備えており、コイル３３の巻線両端間にはダンプ抵抗５１が接続され、コイル３４の巻線両端間にはダンプ抵抗５２が接続されている。
ダンプ抵抗５１は、コイル３３の自己共振周波数の共振ピークを低下させるもので、例えば５０［Ω］の抵抗値を有し、ダンプ抵抗５２は、コイル３４の自己共振周波数の共振ピークを低下させるもので、例えば５０［Ω］の抵抗値を有する。
検出コイル１２は、個別に巻回されたコイル３３とコイル３４とを備えており、コイル３３の巻線両端間にはダンプ抵抗５１が接続され、コイル３４の巻線両端間にはダンプ抵抗５２が接続されている。
ダンプ抵抗５１は、コイル３３の自己共振周波数の共振ピークを低下させるもので、例えば５０［Ω］の抵抗値を有し、ダンプ抵抗５２は、コイル３４の自己共振周波数の共振ピークを低下させるもので、例えば５０［Ω］の抵抗値を有する。
【0031】
コイル３３の巻線両端は、差動増幅回路５３の第１の入力端へ接続され、コイル３４の巻線両端は、差動増幅回路５３の第２の入力端へ接続されている。
詳しくは、コイル３３の巻線両端は、図示を省略した差動増幅回路５３を構成する第１の電流帰還型オペアンプの入力端に接続され、コイル３４の巻線両端は、図示を省略した差動増幅回路５３を構成する第２の電流帰還型オペアンプの入力端に接続されている。
即ち、コイル３３とコイル３４は、差動コイルとして動作するように各回路等と接続されている。
詳しくは、コイル３３の巻線両端は、図示を省略した差動増幅回路５３を構成する第１の電流帰還型オペアンプの入力端に接続され、コイル３４の巻線両端は、図示を省略した差動増幅回路５３を構成する第２の電流帰還型オペアンプの入力端に接続されている。
即ち、コイル３３とコイル３４は、差動コイルとして動作するように各回路等と接続されている。
【0032】
上記の第１の電流帰還型オペアンプは、コイル３３に流れる電流を入力し、当該電流信号、即ちコイル３３の検出信号を電圧増幅するように回路構成されている。また、第２の電流帰還型オペアンプは、コイル３４に流れる電流を入力し、当該電流信号、即ちコイル３４の検出信号を電圧増幅するように回路構成されている。これらの増幅された信号は、差動増幅回路５３の２つの出力端から各々出力される。差動増幅回路５３の２つの出力端は、減算回路５４の各入力端に各々接続されている。
減算回路５４は、例えば、電流帰還形オペアンプを用いた差動増幅回路を備えており、差動増幅回路５３の２つの出力信号を入力してこれらの差分を求める減算処理を行い、当該減算結果を示す信号を電圧増幅して外部へ出力するように構成されている。
減算回路５４は、例えば、電流帰還形オペアンプを用いた差動増幅回路を備えており、差動増幅回路５３の２つの出力信号を入力してこれらの差分を求める減算処理を行い、当該減算結果を示す信号を電圧増幅して外部へ出力するように構成されている。
【0033】
差動増幅回路５３ならびに減算回路５４は、それぞれ広帯域の高周波信号を安定した動作で増幅することができるように構成されたもので、差動増幅回路５３および減算回路５４によって、広帯域増幅回路が構成される。
差動増幅回路５３および減算回路５４は、前述のようにコイル３３とコイル３４を差動コイルとして動作させ、基材のスリットを挟んで配置した差動コイルによってノイズ電流を検出し、当該検出したノイズ電流を示す信号を、回路ユニット１１もしくはＥＭＩアンテナ１に外部接続された測定装置６０において、処理可能なレベルまで増幅するように構成されている。
差動増幅回路５３および減算回路５４は、前述のようにコイル３３とコイル３４を差動コイルとして動作させ、基材のスリットを挟んで配置した差動コイルによってノイズ電流を検出し、当該検出したノイズ電流を示す信号を、回路ユニット１１もしくはＥＭＩアンテナ１に外部接続された測定装置６０において、処理可能なレベルまで増幅するように構成されている。
【0034】
減算回路５４の出力端は、例えば、回路ユニット１１の出力端子へ接続されている。この回路ユニット１１の出力端子は、所定のケーブル等を接続するように構成されている。即ち、回路ユニット１１の出力端子は、所定ケーブルを用いて、例えば、スペクトラムアナライザ等の測定装置と接続するように構成されている。
また、回路ユニット１１は、電源装置等と接続して電源電力の供給を受ける接続ケーブルまたは接続端子等（図示省略）が設けられている。
ＥＭＩアンテナ１は、例えば、検出コイル１２あるいは検出コイル１２ａと、回路ユニット１１とを、所定の筐体等に収納固定することによって一体形成して構成してもよい。
また、回路ユニット１１は、電源装置等と接続して電源電力の供給を受ける接続ケーブルまたは接続端子等（図示省略）が設けられている。
ＥＭＩアンテナ１は、例えば、検出コイル１２あるいは検出コイル１２ａと、回路ユニット１１とを、所定の筐体等に収納固定することによって一体形成して構成してもよい。
【0035】
次に動作について説明する。
以下の説明で例示する検出コイル１２は、例えば、基材３０の外径が約６．３［ｍｍ］、内径（中心孔径）が約２．８［ｍｍ］、厚みが約３．５［ｍｍ］、スリット幅が約０．７［ｍｍ］の大きさに形成されたものである。また、この検出コイル１２のコイル３３，３４は、径が０．１６［ｍｍ］の銅線を用いて、各々２５ターン巻回したものである。
なお、後の説明で例示する検出コイル１２ａも、スリットを除き、同一あるいは相当する部分は、上記の検出コイル１２と同様に構成されている。
以下の説明で例示する検出コイル１２は、例えば、基材３０の外径が約６．３［ｍｍ］、内径（中心孔径）が約２．８［ｍｍ］、厚みが約３．５［ｍｍ］、スリット幅が約０．７［ｍｍ］の大きさに形成されたものである。また、この検出コイル１２のコイル３３，３４は、径が０．１６［ｍｍ］の銅線を用いて、各々２５ターン巻回したものである。
なお、後の説明で例示する検出コイル１２ａも、スリットを除き、同一あるいは相当する部分は、上記の検出コイル１２と同様に構成されている。
【0036】
（検出コイルに関する実験）
例えば、導電体の一端に高周波信号等を出力するジェネレータ等を接続し、この導電体の他端に５０［Ω］の第１ダンプ抵抗の一端を接続する。なお、第１ダンプ抵抗の他端は接地させている。また、被験対象の例えば検出コイル１２のコイル３３両端にスペクトラムアナライザ等の測定装置を接続し、コイル３４の両端に５０［Ω］の第２ダンプ抵抗を接続し、このような接続状態で検出コイル１２等の感度特性を測定した。
例えば、導電体の一端に高周波信号等を出力するジェネレータ等を接続し、この導電体の他端に５０［Ω］の第１ダンプ抵抗の一端を接続する。なお、第１ダンプ抵抗の他端は接地させている。また、被験対象の例えば検出コイル１２のコイル３３両端にスペクトラムアナライザ等の測定装置を接続し、コイル３４の両端に５０［Ω］の第２ダンプ抵抗を接続し、このような接続状態で検出コイル１２等の感度特性を測定した。
【0037】
図７は、検出コイルの感度特性に関する実験結果を示す説明図である。ここで、周波数特性を評価する検出コイル１２をコイルＡとする。また、スリット３２を設けていない評価対象をコイルＢとする。コイルＢは、概ねコイルＡと同様に構成されたもので、スリット３２の有無のみがコイルＡと異なる。
１００［ｋＨｚ］におけるインダクタンス（Ｌ値）は、コイルＡが１４［μＨ］、コイルＢが２１［μＨ］となり、リング状基材にスリットのないコイルＢがコイルＡを上回っている。
１００［ｋＨｚ］におけるインダクタンス（Ｌ値）は、コイルＡが１４［μＨ］、コイルＢが２１［μＨ］となり、リング状基材にスリットのないコイルＢがコイルＡを上回っている。
【0038】
図７の実験結果は、コイルＡまたはコイルＢを、上記のように、測定装置や各ダンプ抵抗と接続し、ジェネレータ等から各周波数の信号を測定対象へ出力したとき、測定装置で測定された各電圧を示している。
この実験結果は、１［ＭＨｚ］以下の周波数において、コイルＡは、コイルＢと比較して約５［ｄＢ］感度が高くなっている。
このような周波数帯域において磁界成分を検出する場合、理論的には大きなＬ値を有するコイルが有利であるが、Ｌ値による作用効果以上に、基材に設けたスリットが磁界検出感度を向上させることが分かる。
この実験結果は、１［ＭＨｚ］以下の周波数において、コイルＡは、コイルＢと比較して約５［ｄＢ］感度が高くなっている。
このような周波数帯域において磁界成分を検出する場合、理論的には大きなＬ値を有するコイルが有利であるが、Ｌ値による作用効果以上に、基材に設けたスリットが磁界検出感度を向上させることが分かる。
【0039】
（ＥＭＩアンテナに関する実験）
図５は、図１のＥＭＩアンテナを用いてノイズ電流を検出するときの概略態様を示す説明図である。この図は、回路ユニット１１に例えば検出コイル１２を設置してＥＭＩアンテナ１とし、基板２０に設けられている測定対象２１にＥＭＩアンテナ１を近付けて（載置して）、測定対象２１に流れるノイズ電流を測定する状態を示している。
略長形状の回路ユニット１１の先端には、当該略長形状の長手方向に対して、リング状の径方向が直交するようにコイル１２が設置固定されている。
図５は、図１のＥＭＩアンテナを用いてノイズ電流を検出するときの概略態様を示す説明図である。この図は、回路ユニット１１に例えば検出コイル１２を設置してＥＭＩアンテナ１とし、基板２０に設けられている測定対象２１にＥＭＩアンテナ１を近付けて（載置して）、測定対象２１に流れるノイズ電流を測定する状態を示している。
略長形状の回路ユニット１１の先端には、当該略長形状の長手方向に対して、リング状の径方向が直交するようにコイル１２が設置固定されている。
【0040】
回路ユニット１１には、電源電力を供給する電源装置６１が接続されている。
また、回路ユニット１１には、当該回路ユニット１１の出力信号を所定の様式で画面表示し、また、例えば、回路ユニット１１の出力信号を所定のデータ形式に変換して外部へ出力する機能などを備えた、前述のスペクトラムアナライザ等の測定装置６０が接続されている。
測定対象２１には、高周波信号もしくはノイズ電流を発生するジェネレータ６２が接続されている。
また、回路ユニット１１には、当該回路ユニット１１の出力信号を所定の様式で画面表示し、また、例えば、回路ユニット１１の出力信号を所定のデータ形式に変換して外部へ出力する機能などを備えた、前述のスペクトラムアナライザ等の測定装置６０が接続されている。
測定対象２１には、高周波信号もしくはノイズ電流を発生するジェネレータ６２が接続されている。
【0041】
なお、図５のダンプ抵抗５１，５２は、前述の図４に示したように、コイル３３，３４に対してそれぞれ並列接続され、また、差動増幅回路５３の各入力端に接続されている。
また、測定対象２１は、例えば、高周波信号等の電流が流れる導電体などであり、図５に示したものは、測定結果の評価を明確なものとするため、直線状に形成され、均一な太さ、厚さ等を有している。
また、測定対象２１は、例えば、高周波信号等の電流が流れる導電体などであり、図５に示したものは、測定結果の評価を明確なものとするため、直線状に形成され、均一な太さ、厚さ等を有している。
【0042】
図６は、図５の測定状態における検出コイル１２または検出コイル１２ａの向きを示す説明図である。図６（ａ）は、検出コイル１２を回路ユニット１１へ設置して測定を行う場合の状態を示し、図６（ｂ）は、検出コイル１２ａを回路ユニット１１へ設置して測定を行う場合の状態を示している。
図６（ａ），（ｂ）は、それぞれの最上段に基板２０、測定対象２１および検出コイル１２（または検出コイル１２ａ）を側方視したものを示し、その下側には、基板２０、測定対象２１、検出コイル１２（または検出コイル１２ａ）を上方視し、測定対象２１に対する検出コイル１２（または検出コイル１２ａ）の向きを様々に変化させたものを示している。
図６（ａ），（ｂ）は、それぞれの最上段に基板２０、測定対象２１および検出コイル１２（または検出コイル１２ａ）を側方視したものを示し、その下側には、基板２０、測定対象２１、検出コイル１２（または検出コイル１２ａ）を上方視し、測定対象２１に対する検出コイル１２（または検出コイル１２ａ）の向きを様々に変化させたものを示している。
【0043】
ここでは、前述のように検出コイル１２をコイルＡとする。また、検出コイル１２ａをコイルＣとする。また、回路ユニット１１にコイルＡを接続したＥＭＩアンテナ１をアンテナＡとし、回路ユニット１１にコイルＣを接続したＥＭＩアンテナ１をアンテナＣとして説明する。
【0044】
図８は、アンテナＡの感度特性に関する実験結果を示す説明図である。また、図９は、アンテナＣの感度特性に関する実験結果を示す説明図である。
図８の実験結果は、コイルＡを、図５に示したように回路ユニット１１に設置し、また、これにダンプ抵抗５２，５３を接続してアンテナＡを構成させ、このアンテナＡと測定装置６０および電源装置６１を接続し、測定対象２１にジェネレータ６２を接続した状態において、ジェネレータ６２から各周波数の信号を測定対象２１へ出力し、このとき測定装置６０で測定された各電圧を示している。
なお、上記の測定は、図６（ａ）に示したように、直線状の測定対象２１の中心軸上にコイルＡのリング中心を載置し、この中心点を回転中心として当該コイルＡを回転させ、各回転角度（スリット３２と測定対象２１との間に生じる挟み角度）を有する状態で行っている。
図８の実験結果は、コイルＡを、図５に示したように回路ユニット１１に設置し、また、これにダンプ抵抗５２，５３を接続してアンテナＡを構成させ、このアンテナＡと測定装置６０および電源装置６１を接続し、測定対象２１にジェネレータ６２を接続した状態において、ジェネレータ６２から各周波数の信号を測定対象２１へ出力し、このとき測定装置６０で測定された各電圧を示している。
なお、上記の測定は、図６（ａ）に示したように、直線状の測定対象２１の中心軸上にコイルＡのリング中心を載置し、この中心点を回転中心として当該コイルＡを回転させ、各回転角度（スリット３２と測定対象２１との間に生じる挟み角度）を有する状態で行っている。
【0045】
図９の実験結果は、コイルＣを、図５に示したように回路ユニット１１に設置し、また、これにダンプ抵抗５２，５３を接続してアンテナＣを構成させ、上記のアンテナＡと同様にして測定された各電圧を示している。
なお、上記の測定は、図６（ｂ）に示したように、直線状の測定対象２１の中心軸上にコイルＢの円状中心点を載置し、この中心点を原点としてコイルＢを回転させ、各回転角度（スリット３２ａの中心位置と測定対象２１との間に生じる挟み角度）を有する状態で行っている。
なお、上記の測定は、図６（ｂ）に示したように、直線状の測定対象２１の中心軸上にコイルＢの円状中心点を載置し、この中心点を原点としてコイルＢを回転させ、各回転角度（スリット３２ａの中心位置と測定対象２１との間に生じる挟み角度）を有する状態で行っている。
【0046】
図８および図９に示した結果から、スリット３２またはスリット３２ａの範囲内に測定対象２１が包含されている状態であれば、ノイズ電流の感度特性は維持されることが分かる。
アンテナＡは、上記の回転角度（スリット３２が測定対象２１からずれる大きさ）が感度特性に影響を与えているが、図８に示した周波数帯域内の感度特性は安定していることが分かる。
アンテナＣは、回転なしの状態に比べて、左右４５°回転させた状態でも大幅な感度特性の劣化が見られない。また、アンテナＡと比較すると低周波帯の感度が良好になっている。これらのことから、測定対象２１に対する位置ずれに強く（位置ずれによる影響が抑制され）、低周波帯において高感度な測定が必要な場合には、リング状基材にカット部分（スリット）を設けることが有効であると分かる。換言すると、リング状基材に適当なスリットを設けることにより、測定に関する自由度を高めることが可能になる。
アンテナＡは、上記の回転角度（スリット３２が測定対象２１からずれる大きさ）が感度特性に影響を与えているが、図８に示した周波数帯域内の感度特性は安定していることが分かる。
アンテナＣは、回転なしの状態に比べて、左右４５°回転させた状態でも大幅な感度特性の劣化が見られない。また、アンテナＡと比較すると低周波帯の感度が良好になっている。これらのことから、測定対象２１に対する位置ずれに強く（位置ずれによる影響が抑制され）、低周波帯において高感度な測定が必要な場合には、リング状基材にカット部分（スリット）を設けることが有効であると分かる。換言すると、リング状基材に適当なスリットを設けることにより、測定に関する自由度を高めることが可能になる。
【0047】
上記の対照実験として、例えば差動型磁界プローブ（従来品Ａ）およびシールデッドループアンテナ（従来品Ｂ）の評価試験を行った。
図１０は、従来の差動型磁界プローブ（従来品Ａ）の概略構成を示す説明図である。
図１１は、従来の差動型磁界プローブ（従来品Ａ）の評価結果を示す説明図である。ここで例示する従来品Ａは、低周波帯用ユニットと高周波帯用ユニットがあり、測定帯域に応じて使い分けるように構成されている。図１１（ａ）は、低周波帯用ユニットの評価結果を示し、図１１（ｂ）は、高周波帯用ユニットの評価結果を示している。
図１０は、従来の差動型磁界プローブ（従来品Ａ）の概略構成を示す説明図である。
図１１は、従来の差動型磁界プローブ（従来品Ａ）の評価結果を示す説明図である。ここで例示する従来品Ａは、低周波帯用ユニットと高周波帯用ユニットがあり、測定帯域に応じて使い分けるように構成されている。図１１（ａ）は、低周波帯用ユニットの評価結果を示し、図１１（ｂ）は、高周波帯用ユニットの評価結果を示している。
【0048】
ここで例示する従来品Ａは、図１０に示す長方形型の差動型検出コイル１０１を有し、良好な感度特性を得るため、低周波帯用ユニットは、プローブ本体１００の先端部分に備える差動型検出コイル１０１を複数巻きとして構成し、高周波帯用ユニットは、プローブ本体１００の先端部分に備える差動型検出コイル１０１を単一巻きとして構成している。
従来品Ａは、２つのユニットを用意しなければならず、アンテナＡならびにアンテナＣに比べて、この帯域内の信号（ノイズ電流）を全て検出するためには多くの手間が必要になる。また、ユニットを取り換えて検出することが必要であるため、ノイズ電流の存在を一度に察知することが難しい（ノイズ発生源の特定が困難になる）ことが分かる。また、構造的に、測定対象に対する位置ずれにより感度が変化することが避けられない。
従来品Ａは、２つのユニットを用意しなければならず、アンテナＡならびにアンテナＣに比べて、この帯域内の信号（ノイズ電流）を全て検出するためには多くの手間が必要になる。また、ユニットを取り換えて検出することが必要であるため、ノイズ電流の存在を一度に察知することが難しい（ノイズ発生源の特定が困難になる）ことが分かる。また、構造的に、測定対象に対する位置ずれにより感度が変化することが避けられない。
【0049】
図１２は、従来のシールデッドループアンテナ（従来品Ｂ）の評価結果を示す説明図である。ここで例示する従来品Ｂは、セミリジッドケーブルを円形に１ターン巻いてループを構成させ、このループの先端を測定対象へ接触させるように構成されている。
従来品Ｂは、測定分解能がループ径に依存する。この分解能を高めるためにはループ径を小さく構成することが必要になるが、このように構成すると感度特性が劣化するという特徴がある。
従来品Ｂは、測定分解能がループ径に依存する。この分解能を高めるためにはループ径を小さく構成することが必要になるが、このように構成すると感度特性が劣化するという特徴がある。
【0050】
図１３は、本発明によるＥＭＩアンテナ（開発品）の特徴と従来品Ａ，Ｂの特徴の比較結果を示す説明図である。
従来品Ａは、低周波帯用ユニットは高周波帯の感度が低下し、高周波帯用ユニットは低周波帯の感度が低下する。そのため、いずれのユニットも評価を行った周波数帯全体における感度特性の偏差は、本発明によるアンテナＡならびにアンテナＣ（開発品）に比べて大きくなる。
従来品Ｂは、前述のように測定分解能と感度特性を共に良好にすることが困難であり、図１３に示したように、本発明による開発品は、測定帯域幅の広さ、感度特性の帯域内偏差について、従来品Ｂよりも良好なものとなる。
従来品Ａは、低周波帯用ユニットは高周波帯の感度が低下し、高周波帯用ユニットは低周波帯の感度が低下する。そのため、いずれのユニットも評価を行った周波数帯全体における感度特性の偏差は、本発明によるアンテナＡならびにアンテナＣ（開発品）に比べて大きくなる。
従来品Ｂは、前述のように測定分解能と感度特性を共に良好にすることが困難であり、図１３に示したように、本発明による開発品は、測定帯域幅の広さ、感度特性の帯域内偏差について、従来品Ｂよりも良好なものとなる。
【0051】
以上のように本実施例によれば、例えば、基材３０にフェライト材を使用して各コイル３３，３４の巻数を最小限に抑えることにより、当該コイルの共振を抑制することができ、ノイズ電流検出に必要な広帯域の感度特性などを得ることが可能になる。
例えば、リング状の基材３０にスリット３２を設けることにより、基材３０周辺の磁界を当該基材３０へ引き寄せることが可能になる。スリットを設けていない基材を用いた検出コイルと比較した場合、低周波帯の感度特性が向上することが分かる。
また、例えば、基材３０に設けるスリット３２の幅を適当な大きさに設定することにより、測定分解能（検出空間分解能）、感度特性を向上させることができ、また、測定対象２１に対する検出コイル１２の位置ずれによって生じる測定分解能（検出空間分解能）、感度特性等の変化を抑制することができる。
例えば、リング状の基材３０にスリット３２を設けることにより、基材３０周辺の磁界を当該基材３０へ引き寄せることが可能になる。スリットを設けていない基材を用いた検出コイルと比較した場合、低周波帯の感度特性が向上することが分かる。
また、例えば、基材３０に設けるスリット３２の幅を適当な大きさに設定することにより、測定分解能（検出空間分解能）、感度特性を向上させることができ、また、測定対象２１に対する検出コイル１２の位置ずれによって生じる測定分解能（検出空間分解能）、感度特性等の変化を抑制することができる。
【0052】
また、各コイル３３，３４に並列接続したダンプ抵抗５１，５２によって、当該各コイルの共振ピークを抑え、また、差動増幅回路５２、減算回路５４を構成する電流帰還形オペアンプを用いて信号増幅等を行うようにしたので、広帯域にわたる外来ノイズの影響を抑制して測定対象のノイズ検出を行うことができ、優れたＳ／Ｎ比の広帯域ＥＭＩアンテナを提供することが可能になる。
【符号の説明】
【0053】
１ ＥＭＩアンテナ
１１ 回路ユニット
１２，１２ａ 検出コイル
２０ 基板
２１ 測定対象
３０，３０ａ 基材
３１，３１ａ 中心孔
３２，３２ａ スリット
３３，３４ コイル
５１，５２ ダンプ抵抗
５３ 差動増幅回路
５４ 減算回路
６０ 測定装置
６１ 電源装置
６２ ジェネレータ
１００プローブ本体
１０１差動型検出コイル
１１ 回路ユニット
１２，１２ａ 検出コイル
２０ 基板
２１ 測定対象
３０，３０ａ 基材
３１，３１ａ 中心孔
３２，３２ａ スリット
３３，３４ コイル
５１，５２ ダンプ抵抗
５３ 差動増幅回路
５４ 減算回路
６０ 測定装置
６１ 電源装置
６２ ジェネレータ
１００プローブ本体
１０１差動型検出コイル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】