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電磁波計測研究センター特集

機器の電磁干渉メカニズムを探る リアルタイム電磁波スペクトラム統計量測定装置の開発 電磁波計測研究センター EMCグループ 主任研究員 後藤 薫

電磁波が電子機器へ与える影響

携帯電話をはじめとする様々な無線通信・放送サービスを通じ、電波を利用する電子機器は、私たちの暮らしにとって必要不可欠なものになりつつあります。近年の急速な技術開発によって電波を利用する電子機器の小型化が進み、その機能や性能は飛躍的に向上しました。ユーザーにとって、スマートで多機能な最新の製品は非常に魅力的ですが、その一方で、これらの技術進化はEMC(ElectromagneticCompatibility:電磁両立性)にかかわる問題を複雑にしました。
 機器の小型化・多機能化によって、小型筐体の中の限られた空間に、高速信号を使用する多数のモジュールやパーツを組み込む必要性が高まり、その内部回路から放射される広帯域の不要電磁波が「自機自身」に干渉する現象が報告されるようになりました。特に、不要電磁波が自機の高周波部に入り込むような場合、これは電波利用機器の受信感度を劣化させる直接的な原因となります。このような現象は「イントラEMC」と呼ばれ、より短いサイクルで新機種・新製品の完成を要求される昨今の開発現場において、大きな問題となっています。機器の開発段階で効果的なEMC対策を施すためには、「不要電磁波が機器の通信性能の劣化にどの程度影響を与えているのか」「EMC対策がどの程度効いているのか」を測ることができる電磁放射評価法の確立が必要とされています。

図1●多チャンネル電磁波スペクトラム統計量測定装置による測定例

電磁波の振幅変動を統計的に評価する

私たちの研究グループでは、電磁波が電子機器へ与える影響の評価技術確立を目指した研究に取り組んでいます。中でも、電磁波の振幅変動を確率的に評価するための研究開発は継続的に行われており、特に振幅確率分布(APD)測定方法については、NICT及びEMCーLab(NICT職員も参加した基盤センターの研究開発会社)の開発した測定器の仕様を基準にして、CISPR(国際無線障害特別委員会)における標準化が行われました。現在では製品適合性試験への導入段階へ移っており、CISPR製品委員会にて電子レンジ等の試験への導入が検討されていますが、ここでもNICTはプロジェクトの立ち上げや国際測定キャンペーンの実施提案を行うなど大きな役割を果たしています。
 しかし一方で、電磁波統計量測定技術を、イントラEMC問題を克服して新しい機器を開発しようとする産業界へ提供するためには、大きな技術的課題を解決する必要がありました。不要電磁波が機器の通信性能に与える影響を評価するためには、通信に利用されている周波数帯域に落ち込む不要電磁波の振幅統計量を正しく測定する必要があります。現在主流の無線通信方式は、多数のサブキャリアによって情報を伝送するマルチキャリア方式であるにもかかわらず、既存の測定器では単一の周波数においてしか電磁波統計量を測定することができないため、時には何千チャンネル分もの測定を繰り返し行わなければならず、現実的な手法であるとは言えなかったのです(図1a)。

多チャンネル電磁波スペクトラム統計量測定装置

そこで今回我々は、FFT(高速フーリエ変換)を利用した多チャンネル型の電磁波統計量測定装置を開発しました。EMCにおける電磁波の測定では、無線通信機器の受信端末とは異なり、測定対象となる電磁波の性質を事前に知ることはできません。よって、可能な限り広ダイナミックレンジを確保しつつ、通常の無線通信機器の受信部と同様の構成を持たせなければならず、その開発は容易ではありませんでした。また、開発費用を抑えるために、専用のハードウェアではなく、市販の信号処理用ボードを利用しています(図2)。地上デジタル放送及び無線LANのサブチャンネルごとに統計量を測定する2種類の測定モードを設け、最大で8000チャンネル以上の統計量を同時測定することを可能にしました(図1b)。図3は測定結果の一例です。測定者は、どの周波数帯にどのような性質の電磁放射が出ているかを、明確かつ定量的に知ることができます。

図2●多チャンネル電磁波スペクトラム統計量測定装置の信号処理用ボード

図3●多チャンネル電磁波スペクトラム統計量測定装置による測定例

また、本装置の開発により、測定された電磁波が無線通信・放送へ与える影響を、短時間で調べることが可能になりました。図4は、電磁波の多チャンネル統計量測定結果から、測定された電磁波がワンセグ放送へ与える影響を推定した結果です。実際のワンセグ放送チューナを用いて、画像を視聴しながらワンセグ信号レベルを徐々に下げ、画面が消失する信号レベルを測定した結果とよく一致しています。 電波利用機器の開発者は、内部回路から放射される電磁波を本装置で評価しながらEMC対策を行うことによって、通信性能の劣化の少ない、受信感度が優れた機器を、効率良く開発することが可能になると考えられます。

図4●ワンセグ放送復調のために必要な最小信号レベルの	測定結果と推定結果

今後の取り組み

今回開発した多チャンネル電磁波統計量測定装置の用途は、イントラEMCへの応用に限りません。多くのチャンネルの電磁波統計量を同時に評価できるということは、時々刻々と変化する電磁雑音の統計的性質を明らかにすることが可能であることを意味します。これは電磁波源のモデリングにもつながり、電磁放射規制レベルの策定・新しい通信方式における雑音干渉問題の検討・電磁環境評価などに役立つことが期待されます。今後は、これ以外の新しい応用展開も踏まえ、更に有効な電磁波評価法の研究開発を行う予定です。


Profile

後藤 薫 後藤 薫(ごとう かおる)
電磁波計測研究センター EMCグループ 主任研究員
大学院修了後、電気通信大学菅平電波観測所助手を経て、2003年通信総合研究所(現NICT)に入所。ISM機器からの電磁放射測定に関する国際標準化、通信システムEMCに関する研究に従事。博士(工学)。

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