DE69923366T2

DE69923366T2 - Prüfsonde für elektromagnetische Strahlungsquellen und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE69923366T2
Application number: DE69923366T
Authority: DE
Inventors: Kouichi Uesaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2019-04-17
Also published as: JP3709708B2; JPH11304858A; EP0950900B1; US20030018444A1; US6470282B1; EP0950900A2; US6643594B2; EP0950900A3; CA2269170C; DE69923366D1; CA2269170A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen einer Quelle von elektromagnetischen Wellen, die durch elektronische Geräte oder ähnliches erzeugt werden, und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, die angepasst sind zum Prüfen einer Quelle von elektromagnetischen Wellen in einer kurzen Zeit.
In der Technik zur Kontrolle überflüssiger elektromagnetischer Strahlung tritt öfters elektromagnetische Interferenz auf, da Informations-Kommunikationsgeräte usw. in jüngster Zeit große Verbreitung finden, und eine Technik zum Detektieren einer Quelle von elektromagnetischen Wellen, welche die Interferenz verursachen, wird benötigt. Was das System zum Erfassen einer Quelle von elektromagnetischen Wellen angeht, gibt es Artikel, z.B., von Junichi Kikuchi, "A Suggestion for a Method of Estimating the Position of a Source of Electromagnetic Waves by Aperture Combination", IEICE (Institut der Elektronik-, Informations- und Kommunikationsingenieure von Japan), Transactions B-IJ, Oktober 1985; Junichi Kikuchi, "Positional Estimation of a Source of Electromagnetic Waves with Maximum Entropy Method", IEICE Transactions B-II, September 1986; Masayo Hayashi, "Electromagnetic Field Measurement and Numerical Analysis in EMC", NEC Technical Report, September 1993; etc.
5 zeigt ein herkömmliches Verfahren zum Erfassen einer Quelle von elektromagnetischen Wellen.
Zunächst wurde, in dem konventionellen Erfassungsverfahren, der Verlauf von Frequenz zu elektrischer Feldintensität E(f) in einer Entfernung von 3 m oder 10 m, was Gegenstand von rechtlichen Kontrollen war, gemessen (Schritt 501), und Frequenzkomponenten, welche nicht einen gesetzlichen Wert erfüllten, wurden aus den Messresultaten extrahiert (Schritt 502).
Elektromagnetische Feldverteilung nahe einem zu messenden Gegenstand wurde gemessen im Hinblick auf die extrahierten Frequenzkomponenten (Schritt 503), und Stellen (Positionen), mit denen in dem zu messenden Gegenstand umgegangen werden muss, wurden aus den Messergebnissen spezifiziert (Schritt 504).
Es war daher notwendig, sowohl das Fernfeld und das Nahfeld zu messen, bevor die Stellen, mit denen umzugehen war, spezifiziert wurden. Zusätzlich, wenn es viele Frequenzkomponenten gab, welche nicht den gesetzlichen Wert erfüllten, war es notwendig, die elektromagnetische Feldverteilung nahe dem zu messenden Gegenstand zu messen, entsprechend der Anzahl der Frequenzkomponenten, welche nicht den gesetzlichen Wert erfüllten. Dementsprechend gab es ein Problem, dass die gesamte Erfassungszeitdauer verlängert wurde.
US 5,300,879 offenbart eine Vielzahl von elektromagnetischen Sonden zum Erfassen der elektrischen Felder oder der magnetischen Felder von Hochfrequenz-Emissionen eines EUT (Equipment Under Test), über einen zweidimensionalen Bereich. Eine frequenzabhängige Stärkenintensität des gemessenen Signals wird produziert durch Benutzung eines Spektrum-Analysierers. Ein Controller berechnet dann, unter Benutzung einer vorherbestimmten Gleichung, elektrische oder magnetische Emissionsniveaus; und eine zweidimensionale Graphik des frequenzabhängigen Emissionsniveaus, an der Sondenposition, wird hergestellt durch Benutzen der Positionsdaten der motorisierten elektromagnetischen Sondenstufe. Die Graphik kann dann angezeigt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen einer elektromagnetischen Wellenquelle bereitgestellt, welches die Schritte umfasst: Messen der zeitabhängigen magnetischen Felder (H(t)), welche von einem zu messenden Gegenstand (101) erzeugt werden, in einer Vielzahl von Positionen;
Berechnen der frequenzabhängigen elektrischen Felder (E(f)), welche durch den zu messenden Gegenstand erzeugt werden, durch Benutzen dieser Vielzahl von gemessenen zeitabhängigen magnetischen Feldern;
Extrahieren von Frequenzkomponenten des berechneten frequenzabhängigen elektrischen Feldes (E(f)) mit einem Betrag, der einen zuvor bestimmten Schwellwert überschreitet; und
Ausgeben von Positionen, an denen angenommen wird, dass Ströme, die den extrahierten Frequenzkomponenten entsprechen, in dem zu messenden Gegenstand fließen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erfassen einer elektromagnetischen Wellenquelle bereitgestellt, umfassend:
eine Vielzahl von Messmitteln (103 bis 105) zum Messen zeitabhängiger Magnetfelder (H(t)), die durch einen zu messenden Gegenstand (101) erzeugt werden;
ein erstes Berechnungsmittel (110) zum Berechnen fequenzabhängiger elektrischer Felder (E(f)), die durch den zu messenden Gegenstand erzeugt werden, basierend auf den gemessenen zeitabhängigen magnetischen Feldern;
ein zweites Berechnungsmittel (110) zum Extrahieren von Frequenzkomponenten der berechneten frequenzabhängigen elektrischen Felder (E(f)) mit einem Betrag, der einen zuvor bestimmten Schwellwert überschreitet, in dem zu messenden Gegenstand;
ein Ausgabemittel zum Ausgeben von Positionen, an denen angenommen wird, dass Ströme, die den elektrischen Frequenzkomponenten entsprechen, in dem zu messenden Gegenstand fließen.
Mit der vorliegenden Erfindung kann die Prüfzeit verkürzt werden. Ferner ist es nicht notwendig, eine herkömmliche Messung der elektromagnetischen Feldstärkenverteilung nach einem zu messenden Gegenstand im Hinblick auf jeweilige Frequenzkomponenten durchzuführen.
Insbesondere ist es nicht notwendig, sowohl das Fernfeld und das Nahfeld zu messen, anders als in dem herkömmlichen Fall, bevor Stellen, mit denen umgegangen werden muss, spezifiziert sind, sondern es wird gut funktionieren, wenn nur das Nahfeld gemessen wird. Es ist daher möglich, die Prüfdauer zu verkürzen. Insbesondere, selbst wenn viele Frequenzkomponenten vorhanden sind, welche nicht den vorgeschriebenen Wert erfüllen, ist es nicht notwendig, die elektromagnetische Feldverteilung nahe dem zu messenden Gegenstand zu messen, welche der Anzahl von Frequenzkomponenten entspricht, anders als im herkömmlichen Fall, und die Stellen, mit denen umgegangen werden muss, können einfach spezifiziert werden durch einen einfachen Berechnungsprozess. Es ist daher möglich, die Prüfzeit erheblich zu verkürzen.
In den Zeichnungen ist
1 ein Diagramm, das die Konfiguration einer Vorrichtung zur Erfassung elektromagnetischer Wellenquellen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ein konzeptuelles Diagramm eines Rückberechnungssystems für eine elektromagnetische Wellenquelle gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ein Flussdiagramm eines Systems zur Erfassung einer elektromagnetischen Wellenquelle gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ein Flussdiagramm, das eine Prozedur zum Verarbeiten in diesem System zeigt; und
5 ein Flussdiagramm, das eine herkömmliche Prozedur der Verarbeitung zeigt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Detail unten beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
1 zeigt die Systemkonfiguration der Ausführungsform.
In 1 repräsentiert das Bezugszeichen 101 einen zu messenden Gegenstand; 106 eine dreidimensionale Magnetfeldsonde, in welcher eine X-Richtungs-Magnetfeldsonde 103, eine Y-Richtungs-Magnetfeldsonde 104 und eine Z-Richtungs-Magnetfeldsonde 105 kombiniert sind; 107 einen Hochfrequenz-Verstärker; 108 einen Phasendetektor; 109 einen A/D-Wandler; 110 einen arithmetischen Computer; und 112 eine Abtaststartuhr zum Bereitstellen eines Takts an dem Phasendetektor 108. In einem direkten Prüfsystem würde Einfluss eines Spiegelbildes auftreten, welches durch eine Messvorrichtung verursacht wird. Dementsprechend wird in dieser Ausführungsform, um diesen Einfluss zu reduzieren, ein Abstand zwischen dem Körper einer Messvorrichtung und einem zu messenden Gegenstand hergestellt, und nur die Magnetfeldsonde, die klein genug ist, das magnetische Feld nicht zu stören, wird von dem Messvorrichtungskörper zu dem zu messenden Gegenstand ausgestreckt. Dann wird die Messung ausgeführt.
Die dreidimensionale Magnetfeldsonde 106 wird gebildet durch drei Schleifenantennen 103, 104 und 105. Die Schleifenantennen 103, 104 und 105 sind angeordnet, so dass ihre Schleifenoberflächen jeweils in die X-Richtung, die Y-Richtung und die Z-Richtung gerichtet sind. Mit den Schleifenantennen kann die Magnetfeldintensität durch Induktionsspannung gemessen werden, welche in den Schleifenantennen induziert wird. Zusätzlich ist die dreidimensionale Magnetfeldsonde 106 an einem Punkt angeordnet, welcher von dem zu messenden Gegenstand 101 in einem Abstand 102 entfernt liegt. Zum Beispiel ist die dreidimensionale Magnetfeldsonde 106 so angeordnet, dass sie sehr nah an dem zu messenden Gegenstand 101 ist, d.h., in einer Entfernung von ungefähr 1 cm. Zusätzlich, obwohl nicht gezeigt, sind eine Vielzahl von dreidimensionalen Magnetfeldsonden 106 in Intervallen von ungefähr 1 cm in den longitudinalen und transversalen Richtungen angeordnet, um den zu messenden Gegenstand 101 abzudecken. Das heißt, die dreidimensionalen Magnetfeldsonden 106 sind in Form einer sogenannten Gitterstruktur angeordnet.
Als nächstes werden die Abläufe in diesem System beschrieben.
Zuerst detektiert, wenn die Messung begonnen wird, die dreidimensionale Magnetfeldsonde 106, in welcher die X-Richtungs-Magnetfeldsonde 103, die Y-Richtungs-Magnetfeldsonde 104 und die Z-Richtungs-Magnetfeldsonde 105 kombiniert sind, ein magnetisches Feld, welches von dem zu messenden Gegenstand 101 erzeugt wird. Das heißt, die dreidimensionale Magnetfeldsonde 106 erfasst Induktionsspannungen, welche durch Magnetflüsse geändert werden, die durch die Schleifenantennen 103 bis 105 jeweils hindurchgehen. Die detektierten Induktionsspannungen werden durch den Hochfrequenz-Verstärker 107 verstärkt und dem Phasendetektor 108 zugeführt. Zu dieser Zeit detektierten die Schleifenantennen 103 bis 105 die Induktionsspannungen in der Form von Wellenformen im Zeitbereich.
Ein Takt, der mit der Zyklenarbeitsdauer des zu messenden Gegenstands 101 synchronisiert ist, wird von der Abtaststartuhr 112 an dem Phasendetektor 108 bereitgestellt. Der Phasendetektor 108 tastet die Wellenformen der oben erwähnten Induktionsspannungen im Zeitbereich auf Basis dieses Takts ab. Infolgedessen ist es möglich, Information über Größe und Phase der Induktionsspannungen zu erhalten. Hier wird die Zeit zum Messen der Induktionsspannungen nicht kürzer als 1/fs [sec] gehalten, wobei fs [Hz] eine untere Grenzfrequenz bezeichnet, die zu prüfen ist. Zusätzlich wird die Abtastfrequenz der Wellenform im Zeitbereich, die zum Erfassen benötigt wird, nicht kürzer als 2 fe [Hz] gehalten, wobei fe [Hz] eine obere Grenzfrequenz bezeichnet, die zu prüfen ist. Dies sind Bedingungen auf Basis des allgemeinen Abtasttheorems.
Als nächstes werden Signale über die Information über die Größe und Phase der abgetasteten Induktionsspannungen durch den A/D-Wandler 109 A/D-gewandelt. Die gewandelten Signale werden durch den arithmetischen Computer 110 gelesen. Der arithmetische Computer 110 wandelt diese Information über die Induktions spannungen in Information über ein magnetisches Feld um, durch Benutzen einer zuvor bestimmten Transformation, um hierdurch Magnetfeld-zu-Zeit-Verläufe H(t) zu erhalten.
4 zeigt ein Verfahren, in welchem diese Zeitinformation (Magnetfeld-zu-Zeit-Verläufe (H(t)) über das Magnetfeld benutzt wird zum Prüfen einer Quelle von elektromagnetischen Wellen in einem zu messenden Gegenstand. Diese Verarbeitung wird auch durch den arithmetischen Computer 110 durchgeführt.
Zuerst werden Strom-zu-Zeit-Verläufe I(t) am zu messenden Gegenstand berechnet auf Basis der oben erwähnten Magnetfeld-zu-Zeit-Verläufe H(t) (praktisch auf Basis der Intensität des Magnetfeldes pro Abtastzeitpunkt) (Schritt 401). Zum Beispiel werden die Strom-zu-Zeit-Verläufe I(t) am zu messenden Gegenstand berechnet auf Basis der Magnetfeld-zu-Zeit-Verläufe H(t) durch Benutzung der Tatsache, dass ein elektrischer Strom Ix(n), der im zu messenden Gegenstand existiert und berechnete Werte Hx, y, z x, y, z (m, n) und gemessene Werte Hmx, y, z (m) eines benachbarten magnetischen Feldes, das durch den Strom Ix(n) erzeugt wurde, in der Beziehung des Ausdrucks 1 zueinander stehen. In dem Term "Hx, y, z x, y, z (m, n)" bezeichnen x, y und z rechts neben H Richtungskomponenten eines Magnetfeldes; x, y und z rechts neben diesen x, y und z bezeichnen Richtungskomponenten eines angenommenen elektrischen Stroms, und (m, n) bezeichnen eine Position, an der das Magnetfeld gemessen wird und eine Position, an der der Strom angenommen wird. Auf der anderen Seite bezeichnet in dem Term "Hmx, y, z (m)" Hm einen gemessenen Wert; x, y und z rechts daneben bezeichnen Richtungskomponenten des Magnetfeldes; und (m) bezeichnet eine Position, an der das Magnetfeld gemessen wird.
Ausdruck 1
Das heißt, die Simultangleichungen von Ausdruck 1 werden gelöst durch Benutzen der Daten pro Abtastzeitpunkt, so dass die Strom-zu-Zeit-Verläufe I(t) am zu messenden Gegenstand berechnet werden auf der Basis der Magnetfeld-zu-Zeit-Verläufe H(t).
Die berechneten Strom-zu-Zeit-Verläufe I(t) und die Position auf dem zu messenden Gegenstand werden in Verbindung zueinander gespeichert.
Als nächstes werden die Strom-zu-Zeit-Verläufe I(t) betrachtet als eine Quelle von Mikro-Dipol-Wellen in einer Position auf dem zu messenden Gegenstand und ein elektrisches Feld E(t) in einer Position in einem Abstand, welcher ein Ziel rechtlicher Kontrollen oder ähnlichem ist, wird berechnet (Schritt 402). Zum Beispiel wird ein elektrisches Fernfeld in einer Position in einem Abstand von 3 m von dem zu messenden Gegenstand berechnet.
Als nächstes wird eine Fourier-Transformation auf Basis des elektrischen Fernfeldes E(t) im Zeitbereich zu einem elektrischen Fernfeld E(f) in dem Frequenzbereich durchgeführt (Schritt 403).
Durch die obige Verarbeitung können die elektrischen Feld-zu-Frequenz-Verläufe E(f) erhalten werden auf Basis der Magnetfeld-zu-Zeit-Verläufe H(t). Dann werden aus den so erhaltenen elektrischen Feld-zu-Frequenz-Verläufen E(f) Frequenzcharakteristiken extrahiert, in welchen ein elektrischer Feldwert einen gesetzten Wert überschreitet (Schritt 404).
Zuletzt werden Strom-zu-Zeit-Verläufe I(t), welche die extrahierten Frequenzeigenschaften besitzen, abgeleitet auf Basis der oben erwähnten gespeicherten Information über die Strom-zu-Zeit-Verläufe I(t) und einer Position auf dem zu messenden Gegenstand, und eine angepasste Position auf dem zu messenden Gegenstand wird ausgegeben (Schritt 405).
Aus diesem Ergebnis ist es möglich, die Größe, Phase und Position eines Stroms zu erhalten, der als Quelle von elektromagnetischen Wellen in dem zu messenden Gegenstand wirkt, was ein beherrschender Faktor der elektromagnetischen Wellen 1 in dem Abstand ist. Basierend hierauf wird eine Maßnahme zum Kontrollieren der elektromagnetischen Wellen ergriffen.
In derartiger Weise werden Magnetfeld-zu-Zeit-Verläufe, die von einem zu messenden Gegenstand erzeugt werden, in einer Vielzahl von Positionen gemessen, und die Vielzahl von gemessenen magnetischen Feld-zu-Zeit-Verläufen werden benutzt, elektrische Feld-zu-Frequenz-Verläufe zu berechnen, die von dem zu messenden Gegenstand erzeugt wurden. Zusätzlich werden die fraglichen Positionen in dem zu messenden Gegenstand auch detektiert durch Berechnung auf Basis der gemessenen Magnetfeld-zu-Zeit-Verläufe. Dementsprechend ist es nicht notwendig, sowohl das Fernfeld und das Nahfeld wie in dem herkömmlichen Fall zu messen, und es ist möglich, die Prüfzeit zu verkürzen. Insbesondere, wenn eine große Anzahl von Frequenzkomponenten vorhanden ist, welche einen gesetzlichen Grenzwert nicht erfüllen, ist es nicht notwendig, die elektromagnetische Feldverteilung nahe dem zu messenden Gegenstand zu messen in Übereinstimmung mit der Anzahl dieser Frequenzkomponenten, wie in dem herkömmlichen Fall, sondern es ist möglich, die Stellen, mit denen umgegangen werden muss, durch einfache Berechnung zu erhalten. Es ist daher möglich, die Prüfzeit in großem Umfang zu verkürzen.
Als nächstes wird ein weiteres Beispiel zum Berechnen der Stromverteilung auf Basis der Magnetfeld-zu-Zeit-Verläufe H(t) beschrieben, die in dem oben erwähnten Flussdiagramm beschrieben wurden.
Zunächst wird das Konzept dieses Beispiels beschrieben. 2 ist ein Diagramm, welches das Konzept zeigt. In 2 werden sehr kleine Gitterpunkte (201, 203, 204 usw.), in welchen angenommen wird, dass ein elektrischer Strom existiert, in einem zu messenden Gegenstand A vorgegeben, und sehr kleine Gitterpunkte (205 usw.), in welchen ein Magnetfeld, das von dem zu messenden Gegenstand A erzeugt wird, gemessen wird, werden in einem Messbereich B vorgegeben.
In 2 repräsentiert das Bezugszeichen 201 einen Gitterpunkt, an dem angenommen wird, dass ein elektrischer Strom existiert; 202 einen Gitterpunkt, an dem ein Magnetfeld gemessen wird; 203 einen Gitterpunkt, an dem tatsächlich ein elektrischer Strom existiert; 204 einen Gitterpunkt, an dem angenommen wird, dass ein elektrischer Strom existiert; 205 eine dreidimensionale Sonde zum Messen des Magnetfeldes; 206 einen gemessenen komplexen Magnetfeldverbundvektor, der durch Messung erhalten wurde; 207 einen berechneten komplexen Magnetfeldverbundvektor, der durch Berechnung erhalten wurde; und 208, einen Winkel zwischen dem gemessenen komplexen Magnetfeldverbundvektor 206 und dem berechneten komplexen Magnetfeldverbundvektor 207.
In diesem Berechnungssystem wird die Magnetfeldverteilung, wenn ein vorbestimmter Strom an jedem Gitterpunkt des zu messenden Gegenstands A existiert, erhalten durch Berechnung, und es wird beurteilt, ob dieses erhaltene Ergebnis (der berechnete komplexe Magnetfeldverbundvektor 207) mit einem tatsächlich gemessenen Wert übereinstimmt (dem gemessenen komplexen Magnetfeldverbundvektor 206), innerhalb eines zulässigen Bereichs. Wenn sie übereinstimmen, wird ein elektrischer Strom als in dem Gitterpunkt existierend angenommen, und die Stromverteilung (Position und Größe) wird pro Abtastzeitpunkt berechnet. Die Übereinstimmung wird beurteilt unter Benutzung des Winkels 208 zwischen dem gemessenen komplexen Magnetfeldverbundvektor 206 und dem berechneten komplexen Magnetfeldverbundvektor 207.
Nun wird eine Funktion beschrieben, die für diese Berechnung benutzt wird.
Unter der Annahme, dass die X-, Y- und Z-Richtungskomponenten Ix, Iy und Iz eines Stroms in einem sehr kleinen Gitterpunkt n des zu messenden Gegenstands A existieren, kann das Vektorpotential A in einem sehr kleinen Gitterpunkt m in dem Messbereich B ausgedrückt werden als Funktion der Zeit t, wie in Ausdruck 2 gezeigt.
Ausdruck 2
Hier bezeichnet J die Stromdichte; ω eine Winkelfrequenz; fe eine obere Grenze eines Frequenzbandes, welches Ziel einer Messung ist; und rmn einen Abstand zwischen dem Gitterpunkt m und dem Gitterpunkt n.
Anhand der in Ausdruck 3 gezeigten Maxwell-Gleichungen kann dieser Ausdruck 2 ausgedrückt werden als eine Funktion der Zeit t, in Bezug auf ein in Ausdruck 4 gezeigtes Magnetfeld. Magnetfeldverteilung an jedem Gitterpunkt in dem Messbereich B wird berechnet mit diesem Ausdruck 4. Dann wird Ausdruck 4 abgeleitet unter der Annahme, dass ein Strom der Größe 1 und einer Phase von 0 in den jeweiligen Richtungen von XYZ-Koordinatensystemen an jedem Gitter und in dem gemessenen Gegenstand A existieren. Mit diesem angenommenen Strom erhält Ausdruck 4 die Magnetfeldverteilung, die an jedem Gitterpunkt (gemessenen Punkt) in dem Messbereich erzeugt wird. Hier werden Zeitargumente des Stroms zur Vereinfachung ausgelassen.
Ausdruck 3

H = ∇ × A

Ausdruck 4
Sobald die Magnetfeldverteilung mit Ausdruck 4 der gemessenen Magnetfeldverteilung in den XYZ-Koordinatenrichtungen an jedem Gitterpunkt in dem Messbereich B berechnet wurde, werden komplexe Vektoren mit einer Anzahl von Dimensionen gleich der Anzahl von Gittern, die mit der jeweiligen Magnetfeldverteilung verbunden sind, gebildet, und eine arithmetische Operation, wie in Ausdruck 5 gezeigt, wird auf jedem Term dieser komplexen Vektoren ausgeführt. Das heißt, dass das innere Produkt der beiden komplexen Vektoren erhalten wird.
Ausdruck 5
Hier bezeichnet n' einen Gitterpunkt, an dem der angenommene Einheitsstrom in dem zu messenden Gegenstand A existiert.
Wenn zwei Gleichungen, in denen Stromkomponenten, die in den unterstrichenen Teilen in Ausdruck 5 enthalten sind, einander gleich sind, genommen werden, wird das innere Produkt dieser Gleichungen wie folgt erhalten.
Ausdruck 6
Auf der anderen Seite, wenn die Position eines gemessenen Punktes in dem Messbereich B bereitgestellt ist, so dass sie einen Bereich oberhalb des zu messenden Gegenstands A einschließt, welcher eine Quelle von elektromagnetischen Wellen ist, werden die Bedingungen aus Ausdruck 7 hergestellt. Als Ergebnis werden der erste Term, der zweite Term und der vierte Term in Ausdruck 6 Null, so dass Ausdruck 6 vereinfacht werden kann, wie in Ausdruck 8 gezeigt.
Ausdruck 7
Ausdruck 8
Ähnlich können andere Komponenten der XYZ-Koordinatensysteme wie in Ausdruck 9 gezeigt ausgedrückt werden.
Ausdruck 9
Da die Ausdrücke 8 und 9 jeweils innere Produkte ausdrücken, ist es möglich, wenn diese inneren Produkte durch die Beträge der komplexen Vektoren dividiert werden, welche dem oben erwähnten gemessenen Wert und dem berechneten Wert entsprechen, den Übereinstimmungsgrad (cos θ) zwischen der Magnetfeldverteilung (berechneter Wert) und der Magnetfeldverteilung (gemessener Wert) zu berechnen. Dies ist eine Wahrscheinlichkeit (oder Verhältnis), mit welcher eine Quelle von elektromagnetischen Wellen (ein elektrischer Strom) in jedem Gitterpunkt in dem zu messenden Gegenstand A existiert. Dementsprechend ist es möglich, zu schließen, dass ein elektrischer Strom in dem Gitterpunkt existiert, wenn der Übereinstimmungsgrad groß ist.
Diese Wahrscheinlichkeit der Existenz eines elektrischen Stroms wird durch Ausdruck 10 ausgedrückt.
Ausdruck 10
Wenn der Übereinstimmungsgrad (cos θ) die in Ausdruck 11 gezeigten Bedingungen erfüllt, wird ein elektrischer Strom als existierend an dem Gitterpunkt angenommen, und der Wert, welcher "dann" folgt, wird berechnet. Wenn der Übereinstimmungsgrad (cos θ) die Bedingungen nicht erfüllt, wird ein elektrischer Strom als nicht existierend an dem Gitterpunkt angenommen, und eine arithmetische Operation, um den Wert, welcher "sonst" folgt, auf 0 zu setzen, wird ausgeführt.
Ausdruck 11
Daher ist es möglich, durch Benutzung berechneter Werte und gemessener Werte über Magnetfeldverteilung per Abtastzeitpunkt und die Ausdrücke 10 und 11, Strom-zu-Zeitverläufe I(t) auf der Basis der oben erwähnten Magnetfeld-zu-Zeit-Verläufe H(t) zu berechnen.
Diese Weise erfordert nur Berechnungszeit proportional zum Quadrat einer Gitterzahl (m, n), während die oben erwähnte Weise, die auf simultanen Gleichungen basiert, Berechnungszeit proportional zu der Gitterzahl hoch drei benötigt. Dementsprechend ist es möglich, die Berechnungszeit in großem Umfang zu verkürzen.
3 zeigt ein Flussdiagramm, welches tatsächlich mit diesem Konzept verarbeitet wird.
Hier wird in der ersten Abtastung eine Quelle von elektromagnetischen Wellen geprüft. In den zweiten und folgenden Abtastungen wird ein angenommener Impulsstrom verzögert in Übereinstimmung mit dem Abtastzeitpunkt. Wenn der Impulsstrom auf solche Weise verzögert wird in Übereinstimmung mit der Abtastfrequenz zur Zeit der Messung, ist es möglich, die Zeitwellenform eines tatsächlichen Stroms zu erhalten. In 3 wird (a, b, c) auf alle Fälle von (x, y, z), (y, z, x) und (z, x, y) angewandt. Das heißt, eine arithmetische Operation wird ausgeführt durch Ersetzen von (a, b, c) durch (x, y, z), (y, z, x) oder (z, x, y). Auch wer den in dem Verfahren in 3 Gitterpunkte auf dem zu messenden Gegenstand A und Gitterpunkte in dem Messbereich B, wie in 2 gezeigt, gebildet.
Es wird nun eine Beschreibung vorgenommen des Falls, in dem (a, b, c) gleich (x, y, z) ist. Es wird angenommen, dass ein Impulsstrom in der X-Richtung an einem Gitterpunkt existiert, welcher auf dem zu messenden Gegenstand A ist, und zu berechnende Werte (Hyx(m, n, t) und Hzx(m, n, t)) von Y-Richtungs- und Z-Richtungs-Magnetfeldern senkrecht zu diesem Impulsstrom werden berechnet (Schritt 301a,b). Diese Berechnung wird an jedem Gitterpunkt durchgeführt.
Zusätzlich werden Y-Richtungs- und Z-Richtungs-Magnetfelder (Hmy(m, t) und Hmz(m, t)) an einem Gitterpunkt in dem Messbereich gemessen (Schritt 302a,b) Diese Messung wird auf jedem Gitterpunkt durchgeführt. Durch Benutzen dieser berechneten Werte, gemessenen Werte und Ausdrücke 10 und 11 werden Gitterpunkte (Positionen) berechnet, an denen ein Strom in dem zu messenden Gegenstand A existiert und die Stromwerte der Gitterpunkte (Schritt 303). Das heißt, die Wahrscheinlichkeiten (cos θ), mit welchen ein Strom an jedem Gitterpunkt existiert, werden auf Basis von Ausdruck 11 berechnet und Stromwerte an den Gitterpunkten, welche die Bedingungen für cos θ erfüllen, die in Ausdruck 11 gezeigt werden, werden berechnet. Die arithmetische Operation aus Ausdruck 10 umfasst eine arithmetische Operation des inneren Produkts zwischen dem berechneten Wert 301a und dem gemessenen Wert 302a für jeden Zeitschritt von 1/2fe (Schritte 303 bis 1a), eine arithmetische Operation des inneren Produkts zwischen dem berechneten Wert 301b und dem gemessenen Wert 302b für jeden Zeitschritt von 1/2fe (Schritt 303 bis 1b) und eine arithmetische Operation des inneren Produkts zwischen den Ergebnissen der arithmetischen inneren Produktschritte (303 bis 1a und 303 bis 1b) (Schritt 303 bis 2).
Eine derartige arithmetische Operation wird ausgeführt auf gemessenen Werten bei jedem Abtastzeitschritt, so dass die Position einer Quelle von elektromagneti schen Wellen und die Zeitwellenform eines Stroms in der Position berechnet werden (Schritt 304).
Ferner wird eine ähnliche arithmetische Operation auf Inpulsströmen ausgeführt, von denen angenommen wird, dass sie in den jeweiligen X-, Y- und Z-Richtungen existieren, und die Positionen und Zeitwellenformen von senkrecht hierzu stehenden Stromkomponenten werden benutzt (Schritt 305). Die Zeitwellenform der elektrischen Feldintensität in einem Abstand, in dem die elektrische Feldintensität kontrolliert wird, wird bei jedem Abtastschritt berechnet (Schritt 306).
Die berechnete Zeitwellenform E(t) der elektrischen Feldintensität wird von dem Zeitbereich in den Frequenzbereich Fourier-transformiert, so dass ein Spektrum E(f) in dem elektrischen Fernfeld berechnet wird (Schritt 307).
Durch Benutzen des elektrischen Fernfeldspektrums E(f) wird ein Vergleich angestellt zwischen elektrischer Feldintensität bei jeder Frequenz und einem vorgeschriebenen Wert (Schritt 308). Es wird geschlossen, welche Frequenzkomponenten von elektromagnetischen Wellen, die von einem zu messenden Gegenstand erzeugt wurden, den vorgeschriebenen Wert überschreiten.
Die Verarbeitung für die Frequenzkomponenten, welche den vorgeschriebenen Wert überschreiten, ist wie oben erwähnt. Elektrische Ströme, welche die Frequenzkomponenten besitzen, werden berechnet und Positionen von Gitterpunkten, an denen die Ströme existieren, werden ausgegeben.
In der obigen Verarbeitung ist es nicht notwendig, sowohl das Fernfeld und das Nahfeld zu messen, wie in dem herkömmlichen Fall, bevor Stellen, mit denen umgegangen werden muss, spezifiziert werden. Zusätzlich, selbst wenn nicht viele Frequenzkomponenten vorhanden sind, welche den vorgeschriebenen Wert nicht erfüllen, ist es nicht notwendig, die Elektromagnetfeldverteilung nahe dem zu messenden Gegenstand in Übereinstimmung mit der Anzahl der Frequenzkomponenten zu messen, wie üblich. Es ist daher möglich, die Prüfzeit zu verkürzen.
Wie oben beschrieben, wenn die dreidimensionalen Sonden in einem Feld angeordnet sind, um gleichzeitig das nahe magnetische Feld in der Form von Zeitwellenformen an verschiedenen Messpunkten zu messen, um nicht eine Zeitdifferenz zwischen den Messpunkten zu produzieren, ist es möglich, die Abtaststartuhr 112 überflüssig zu machen. In diesem Fall wird es gut funktionieren, wenn die Position und Zeitwellenform eines Stroms als Quelle von elektromagnetischen Wellen im zu messenden Gegenstand berechnet werden auf der Basis von Amplituden (A1, A2,... An) und Zeitverzögerungen (t1, t2,... tn) von gemessenen Werten.
Zusätzlich, obwohl ein zweidimensionaler zu messender Gegenstand beschrieben wurde, wie etwa eine Leiterplatte, ist es auch möglich, die Frequenz, Größe, Phase und Position einer Quelle von elektromagnetischen Wellen in einem dreidimensionalen elektronischen Apparat zu erfassen, wenn eine angenommene Position der Quelle von elektromagnetischen Wellen in einen Raum erstreckt wird, welcher durch den dreidimensionalen zu messenden Gegenstand besetzt wird, und die Berechnung wird auf einem derartigen Raum durchgeführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nicht notwendig, sowohl das Fernfeld und das Nahfeld zu messen, wie in dem herkömmlichen Fall, bevor Stellen, mit denen umgegangen werden muss, spezifiziert werden. Zusätzlich, selbst wenn es viele Frequenzkomponenten gibt, welche nicht den vorgeschriebenen Wert erfüllen, ist es nicht notwendig, die elektromagnetische Feldverteilung nahe dem zu messenden Gegenstand in Übereinstimmung mit der Zahl von Frequenzkomponenten zu messen, wie in dem herkömmlichen Fall. Es ist daher möglich, die Prüfzeit zu verkürzen.

Claims

Verfahren zum Prüfen von elektromagnetischen Strahlungsquellen, umfassend die Schritte: Messen der zeitabhängigen Magnetfelder, H(t), erzeugt von einem zu messenden Gegenstand (101), in einer Vielzahl von Positionen; Berechnen der frequenzabhängigen elektrischen Felder, E(f), erzeugt von dem zu messenden Gegenstand, durch Benutzen der Vielzahl von gemessenen zeitabhängigen Magnetfelder; Extrahieren von Frequenzkomponenten des berechneten frequenzabhängigen elektrischen Feldes, E(f), mit einem Betrag, der einen vorherbestimmten Schwellwert überschreitet; und Ausgeben von Positionen, an denen angenommen wird, dass Ströme, welche den extrahierten Frequenzkomponenten entsprechen, in dem zu messenden Objekt fließen.
Verfahren zum Prüfen elektromagnetischer Strahlungsquellen nach Anspruch 1, in dem das zeitabhängige Magnetfeld mit einer Vielzahl von Sonden (103 bis 105) gemessen wird, die jeweils longitudinal und transversal angeordnet sind.
Verfahren zum Prüfen elektromagnetischer Strahlungsquellen nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei die frequenzabhängigen elektrischen Felder in einem zuvor bestimmten Abstand von dem zu messenden Gegenstand liegen.
Verfahren zum Prüfen elektromagnetischer Strahlungsquellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die zeitabhängigen Ströme, I(t), in einer Vielzahl von Positionen aus der Vielzahl von zeitabhängigen Magnetfeldern berechnet werden; und frequenzabhängige elektrische Felder, erzeugt durch den zu messenden Gegenstand, aus den berechneten zeitabhängigen Strömen berechnet werden.
Verfahren zum Prüfen elektromagnetischer Strahlungsquellen nach Anspruch 4, in dem zeitabhängige Ströme, einschließlich elektrischer Ströme, welche die extrahierten Frequenzkomponenten aufweisen, berechnet werden und Positionen in dem zu messenden Gegenstand, welche den berechneten zeitabhängigen Strom aufweisen, ausgegeben werden.
Prüfsonde für elektromagnetische Strahlungsquellen, umfassend: eine Vielzahl von Messmitteln (103 bis 105) zum Messen zeitabhängiger magnetischer Felder, H(t), die von einem zu messenden Gegenstand (101) erzeugt werden; ein erstes Berechnungsmittel (110) zum Berechnen frequenzabhängiger elektrischer Felder, E(f), erzeugt durch den zu messenden Gegenstand, basierend auf den gemessenen zeitabhängigen magnetischen Feldern; ein zweites Berechnungsmittel (110) zum Extrahieren von Frequenzkomponenten der berechneten frequenzabhängigen elektrischen Felder, E(f), mit einem Betrag, der einen zuvor bestimmten Schwellwert überschreitet, in dem zu messenden Objekt; Ausgabemittel (111) zum Ausgeben von Positionen, an denen angenommen wird, dass Ströme, welche den extrahierten Frequenzkomponenten entsprechen, in dem zu messenden Objekt fließen.
Prüfsonde für elektromagnetische Strahlungsquellen nach Anspruch 6, wobei die zeitabhängigen magnetischen Felder gemessen werden durch ei ne Vielzahl von Sonden (103 bis 105), die jeweils longitudinal und transversal angeordnet sind.
Prüfsonde für elektromagnetische Strahlungsquellen nach Anspruch 6 oder 7, wobei die frequenzabhängigen elektrischen Felder, welche durch das erste Berechnungsmittel berechnet wurden, sich in einem vorherbestimmten Abstand von dem zu messenden Gegenstand befinden.
Prüfsonde für elektromagnetische Strahlungsquellen nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das erste Berechnungsmittel zeitabhängige Ströme in einer Vielzahl von Positionen in dem zu messenden Gegenstand berechnet, auf Basis der Vielzahl von zeitabhängigen Magnetfeldern, und die frequenzabhängigen elektrischen Felder berechnet, welche von dem zu messenden Gegenstand erzeugt werden, durch Benutzung der berechneten zeitabhängigen Ströme.
Prüfsonde für elektromagnetische Strahlungsquellen nach Anspruch 9, wobei das Ausgabemittel zeitabhängige Ströme berechnet, einschließlich Strömen, welche die extrahierten Frequenzkomponenten aufweisen, und Positionen in dem zu messenden Gegenstand ausgibt, welche die berechneten zeitabhängigen Ströme aufweisen.