JP5772392B2 - 電界プローブ及び電界測定装置 - Google Patents

Description

本件は、電界を検出するための電界プローブ及び電界測定装置に関する。

従来、無線通信，光無線通信等の移動体通信システムの普及に伴い、家電機器やコンピュータ，航空機器，携帯電話機といった電子機器類の電磁両立性（EMC；Electro-Magnetic Compatibility）に関するEMC規格が世界的に整備されつつある。EMC規格とは、電子機器類から放射される電磁波の及ぼす影響に関する評価尺度を定めたものであり、国際規格及びこれに準拠する地域規格，各国規格として種々制定されている。

電子機器類の電磁両立性は、主に二つの側面から評価される。一つは外来の電磁波に対する耐性の評価であり、もう一つは電子機器から外部へ放射される電磁波ノイズ強度の評価である。前者は他の機器からの影響の受けやすさ（感受性）を評価対象とし、後者は他の機器への影響の与えやすさ（影響力）を評価対象とする。つまり、これらの両側面の性能を確保することで、複数の電子機器類が混在する電磁環境下での動作安定性を向上させることが意図されている。

一方、近年の電子機器類は、電子回路の高密度化，動作周波数の高周波化，動作電圧の低電圧化等により、外来の電磁波だけでなく内部で発生した電磁波に対する耐性が低下しやすい傾向にある。例えば、ワンセグ（地上デジタルテレビ放送のワンセグメント部分受信サービス）対応の携帯電話機において、無線モジュールから発生する電磁波ノイズによってテレビアンテナの感度が低下する場合があることが知られている。

また、通話送受信用の電磁波が画像処理回路内に混入すると、表示画面にちらつきやノイズを発生させる場合もある。このように、電子機器で生じる電磁波が自らの性能に影響を与える現象は、自家中毒（又はイントラEMC）と呼ばれている。
自家中毒を予防するには、従来の電磁両立性への配慮だけでなく、電子機器で発生する電磁波の強度と発生源の位置とを正確に把握することが肝要である。とりわけ、電磁波発生源の近傍における電磁界の状態を正確に可視化する測定技術が望まれる。

近傍界の電界を把握するための手法としては、電界プローブ及び測定器（スペクトラムアナライザやオシロスコープ等）を用いた手法が知られている。すなわち、同軸型の探針を用いて電磁波の放射源に対して非接触の状態で電界の変動を検出し、これを測定器で分析するものである（例えば、特許文献１参照）。電界の強度分布を測定することで、電磁波の放射状態を観察することが容易となり、例えばプリント回路基板の回路設計や電子部品の選定にこれを役立てることができる。

特開２００７−２７８８２０号公報

しかしながら、電界を検出する電界プローブ自身によって、その検出対象の電界が乱されてしまう場合がある。すなわち、同軸型の電界プローブは基準電位（グランド）を規定する外導体に内挿された中心導体で電界強度を検出する構造を持つため、導電性の外導体によって中心導体に作用する電界が変化してしまい、正確な電界強度を検出できない。事実、電界プローブを用いた電界強度の実測結果は、有限差分時間領域法（FDTD法）等のシミュレーションで得られる理論的な電界分布と必ずしも一致しない。電界プローブの侵襲性による測定精度の劣化現象は、従来の電磁界解析分野における懸案事項の一つであり、それゆえ、非侵襲性の高い電界プローブの開発が待望されている。

また、電子機器の近傍界における電界ベクトルの方向は、電磁波の放射源を中心とした放射方向とは限らない。例えば、高周波回路や部品の接続に用いられるマイクロストリップライン構造では、信号線路が設けられる基板の裏面側に接地面（グランドパターン）が設けられるため、信号線路から放射された電気力線の進行方向が基板表面に向かって湾曲し、その曲率は信号線路との位置関係によって大きく変化する。一方、電界プローブはその先端に作用する電界の傾き（方向）を識別することができないため、電界プローブによる測定結果から電磁波の放射源の位置を特定することが難しい。

なお、マイクロストリップライン構造の基板の板面に対して平行な方向にx軸，y軸を設定し、板面に垂直な方向にz軸を設定すると、放射源の位置はxy平面内で最もz軸方向の電界成分が大きい座標に相当するものと考えられる。換言すると、z軸方向の電界成分が正確に把握されれば、放射源の位置も特定される。
しかし、電界プローブの先端にはz軸方向の成分だけでなくx軸，y軸方向の電界成分が作用し、三軸の電界成分が反映された電界が検出されることになる。つまり、電界のx軸成分やy軸成分の存在によって正確なz軸成分の値が不明確となり、このことが放射源の位置の特定を困難にしているという実情がある。

本件の目的の一つは、このような課題に鑑み創案されたもので、電界の測定精度を向上させることである。
また、前記目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

開示の電界プローブは、中心導体と、誘電体材料からなり前記中心導体の外周に設けられた第一誘電体部と、前記第一誘電体部の外周に設けられた外導体とを備える。また、前記外導体の先端側の外周面上に、前記第一誘電体部をなす前記誘電体材料よりも比誘電率の大きい誘電体材料を被覆してなる第二誘電体部を備える。

開示の技術によれば、電界の検出精度を向上させることができる。

実施形態に係る電界測定装置の構成を例示する図である。 本電界測定装置の電界プローブを例示する図であり、（ａ）は縦断面図〔（ｂ）のＢ−Ｂ断面図〕、（ｂ）は横断面図〔（ａ）のＡ−Ａ断面図〕である。 本電界プローブによる電界測定の数値解析モデルを説明するための模式的な斜視図である。 数値解析による電界分布の演算結果をグラフ化したものである。 本電界プローブとその近傍の電気力線とを示す縦断面図である。 本電界プローブによる電界強度の推定値の理論値との一致度を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ異なる比誘電率及び損失を持つ誘電体を用いた場合の一致度を示すグラフ、（ｅ）は電界プローブのモデルを示す斜視図、（ｆ）はグラフ内の各ハッチングと絶対値誤差の合計和との関係を示す凡例である。 マイクロストリップラインの近傍界での電界分布を示す模式図であり、（ａ）は比較用プローブを用いた場合の電界分布、（ｂ）は変形例としての電界プローブを用いた場合の電界分布を示す。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）のそれぞれは、変形例としての電界測定装置の電界プローブを例示する縦断面図である。

以下、図面を参照して電界プローブ及び電界測定装置に係る実施の形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、本実施形態を、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（実施形態及び各変形例を組み合わせる等）して実施することができる。

［１．装置構成］
図１は、実施形態に係る電界測定装置１０の構成を例示する斜視図である。この電界測定装置１０は、例えば電子部品を実装したプリント回路基板１２や、電子回路を内蔵した家電機器，コンピュータ，無線送受信装置，携帯電話機といった電子機器類の近傍における電界を測定するものであり、スペクトラムアナライザ６（計測装置）及び電界プローブ１を備える。

電子機器類から放射される電磁波による電界及び磁界の特性は、放射源からの距離によって大きく変動する。およそ電磁波の一波長よりも距離が小さい範囲は近傍界と呼ばれ、これよりも距離が大きい範囲は遠方界と呼ばれる。本電界測定装置１０は、電子機器類の近傍界における電界強度の測定に用いて好適であるが、遠方界での測定に適用することも可能である。

スペクトラムアナライザ６は、入力される高周波信号の周波数スペクトルを測定し表示する装置である。ここでは、電界プローブ１から入力される電圧信号がスペクトラムアナライザ６の測定対象となる。スペクトラムアナライザ６は、電界プローブ１から入力される信号の周波数スペクトル毎の強度をディスプレイに表示する。

電界プローブ１は、探査対象と非接触状態で電界を検出する同軸型のプローブであり、電界プローブ１の先端部近傍に作用した電界強度の変化に対応する信号を出力するものである。この電界プローブ１は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、中心導体２，第一誘電体部３，外導体４及び第二誘電体部５を有する。

中心導体２は、例えば銅線からなる芯線であり、電界プローブ１の中心に配置される。中心導体２は導体損失の低い物質で形成することが好ましく、また表皮効果を考慮して中心導体２の表面に銀めっき加工等を施してもよい。

外導体４は、中空円筒状の導体として形成され、中心導体２と同軸に配置される部位である。外導体４は、その中心軸が中心導体２の中心軸Ｃに一致するように配置され、内部に中心導体２を挿通した状態で第一誘電体部３を介して中心導体２と一体に固定される。この外導体４は、中心導体２に入力される電界の基準電位（グラウンド）を規定する機能を持つ。なお、中心導体２と同様に、導体損失の低い物質で外導体４を形成することが好ましい。

電界プローブ１をセミリジッド型の同軸プローブとする場合には、外導体４を銅管で形成してもよい。また、電界プローブ１をフレキシブル型の同軸プローブとする場合には、外導体４を網組み銅線等で形成してもよい。

第一誘電体部３は、中心導体２及び外導体４間に充填された誘電体材料（絶縁物）からなる層である。第一誘電体部３の比誘電率は、電界プローブ１に要求される特性インピーダンスに応じて設定される。なお、特性インピーダンスは、外導体４の内径と中心導体２の外径との比、及び、第一誘電体部３の比誘電率によって定められる。

この第一誘電体部３は、誘電体損失の低い物質で形成することが好ましく、例えば化学的活性の低いフッ素樹脂やポリエチレン等を用いることが考えられる。また、絶縁体として空気を利用する場合には、第一誘電体部３を省略してもよい。この場合、中心導体２を外導体４に対して任意の絶縁物を介して固定すれば、中心導体２と外導体４との間の空間が誘電層として機能する。

第二誘電体部５は、空気よりも大きい比誘電率（交流電場に対する比誘電率）を持つ誘電体材料からなり、外導体４の外周面に装荷された中空円筒状の部材である。第二誘電体部５の内径は外導体４の外形に一致する寸法に形成され、第二誘電体部５はその内筒面を外導体４の外周面４ｂに対して接触させた状態で固定される。なお、第二誘電体部５は、少なくとも外導体４の先端４ａ側の端部における外周面４ｂを被覆するように設けられる。外導体４と第二誘電体部５との接触状態は、密嵌状態としてもよいし、着脱自在に摺接させてもよい。

第二誘電体部５の材質は、第一誘電体部３の材質と同一であってもよいが、異なるものとしてもよく、比誘電率の大きい材料とすることが好ましい。比誘電率が大きいほど、電界プローブ１の先端部近傍における電界の矯正作用が強化される。ここでいう比誘電率とは高周波域の交流電場に対する比誘電率である。本実施形態では、比誘電率の周波数依存特性を考慮して、500[MHz]以上の高周波域の電磁波に対して空気よりも大きい比誘電率を有する材質とする。より好ましくは、1[GHz]以上の高周波域の電磁波に対して空気よりも大きい比誘電率を有する材質とする。

電界プローブ１の先端形状に着目すると、図２（ａ）に示すように、中心導体２の先端２ａ，第一誘電体部３の先端３ａ，外導体４の先端４ａ及び第二誘電体部５の先端５ａは全て同一平面上に位置し、これにより電界プローブ１の先端はフラットに形成されている。つまり、中心導体２，第一誘電体部３，外導体４及び第二誘電体部５の端面は全て一致している。また、電界プローブ１の断面形状に着目すると、図２（ｂ）に示すように、中心導体２，第一誘電体部３，外導体４及び第二誘電体部５は全て同心円状に配置されている。

［２．数値解析］
［２−１．理論値］
上記の電界プローブ１による電界測定の数値解析モデルとして用意されたマイクロストリップライン９（電磁波伝送路）を図３に例示する。このマイクロストリップライン９は、誘電体からなる基板８の上面に直線状の導体線路７を設けたものである。また、基板８の下面は全面がグラウンド層１３である。この数値解析に際し、マイクロストリップライン９の基板８を200[mm]角の正方形状とし、その厚さ（導体線路７とグラウンド層１３との距離）を1[mm] ，導体線路７の幅を2[mm]に設定し、基板端部で導体線路７を終端させた。なお、基板の比誘電率は4とした。

マイクロストリップライン９に1[GHz]の高周波電圧を印加した場合における電界分布の数値解析結果を図４に示す。ここでは、導体線路７の中心にy軸（x=0）を設定し、これと直交する水平方向にx軸を設定するとともに、鉛直方向にz軸を設定した。また、板面から鉛直上方に1[mm]の高さの水平面内において、導体線路７の直上方（x=0）を解析位置の始点とし、走査方向をx軸方向（xの増大方向）とした。
図４中に太実線で示すように、数値解析による電界強度の理論値は、距離x=0で最大値をとり、距離xが増大するに連れて減少する。また、x=x₁で極小値，x=x₂で極大値をとり、距離x₂よりも遠方では大きく減衰する。

［２−２．比較用プローブ］
次に、上記の数値解析モデルに対し、従来の同軸型プローブに相当する比較用プローブ１１を適用した場合に検出される電界強度の推定値を数値解析し、比較用プローブ１１の侵襲性を確認した。この解析で想定した比較用プローブ１１は、図３中に示すように、前述の電界プローブ１から第二誘電体部５を取り除いたものに相当する。

すなわち、比較用プローブ１１は、上述の中心導体２，第一誘電体部３及び外導体４を有するプローブとした。また、比較用プローブ１１の諸元は、外径1[mm]，長さ48[mm]，中心導体の直径を0.27[mm]，誘電体の比誘電率を2.2とした。比較用プローブ１１による走査方向は、図３に示すように、導体線路７の直上方（x=0）を始点とするx軸方向とした。なお、比較用プローブ１１の配置方向は、z軸方向（板面に垂直）とした。

図４中に破線で示すように、比較用プローブ１１による電界強度の検出推定値は、理論値から大きく乖離していることが読みとれる。特に、破線グラフの極小値となる距離x₃が理論値の場合の極小値をとる距離x₁と大きく相違し、距離x₂よりも遠方に位置している。

また、その位置での電界強度が過小評価されていることがわかる。さらに、その後の距離xの増大に対して電界強度の減衰作用が極めて小さく、あたかも強度が一定の電界が広範囲に渡って拡散しているかのような結果となる。
これは、比較用プローブ１１がマイクロストリップライン９の電界のうち、z方向の電界成分（Ez成分）だけでなくx方向の電界成分（Ex成分）をも検出しているためであると考えられる。

［２−３．電界プローブ］
続いて、上記の数値解析モデルに対し、上述の電界プローブ１を適用した場合に検出される電界強度の推定値を数値解析した。ここで想定した電界プローブ１は、上記の比較用プローブ１１の先端に第二誘電体部５を装荷したものである。ここでは、第二誘電体部５の外径を11[mm]とし、長さを25[mm]とした。また、第二誘電体部５の化学的組成は誘電体材料とし、比誘電率を100，損失を0とした。

図４中に細実線で示すように、電界プローブ１による電界強度の推定値は、理論値との類似性が強く、精度よく電界強度が検出されることが読みとれる。特に、理論値の極小値となる距離x₁がほぼ一致しているだけでなく、距離x₂よりも遠方での電界の減衰特性も酷似している。

［２−４．電界の矯正作用］
マイクロストリップライン９の近傍における電気力線の状態を図５に模式的に示す。ここでは、導体線路７上の電荷が正である瞬間の状態を例示する。電界プローブ１が存在しないとき、マイクロストリップライン９を中心として放射方向に延びるそれぞれの電気力線がグラウンド層１３に向かって垂直に進入する。一方、電界プローブ１が導体線路７の上方に位置するとき、電界プローブ１の下方で電気力線が中心導体２側に引き寄せられる。

このとき、もしも電界プローブ１の外導体４の周囲に第二誘電体部５が設けられていなければ、図５中に破線で示すように、電気力線が外導体４の表面に対して回り込むように配向され、外導体４近傍のEx成分（電界ベクトルのうちx軸方向の成分）が中心導体２に作用する。この結果、Ex成分に由来する乱れがEz成分の検出信号に混入する。つまり、第二誘電体部５が設けられていない比較用プローブ１１を用いた場合には、電界のEz成分だけでなくEx成分も併せて検出されてしまい、これらの各成分を識別することができない。

これに対し、第二誘電体部５が装荷された電界プローブ１を用いた場合には、図５中に実線で示すように、電気力線が第二誘電体部５の下面に引き寄せられ、外導体４近傍のEx成分がz軸方向に矯正される。
これにより、中心導体２に作用する電界はEz成分が優位となり、Ex成分に由来する乱れが減少し、電界プローブ１は中心導体２の先端２ａに作用するEz成分に対応する電圧信号を生成する。したがって、マイクロストリップライン９の近傍界の電界測定において、電界プローブ１はEx成分の影響を受けにくくなり、電界のEz成分の検出精度が向上する。

［２−５．電界の一致度の評価］
第二誘電体部５の組成及び形状を変更したときに電界の検出精度がどのように変化するかを推定したシミュレーション結果を図６（ａ）〜（ｄ）に示す。ここでは、第二誘電体部５の比誘電率及び損失の大きさを以下の表１に示すような設定とし、それぞれの場合のシミュレーション結果を図６（ａ）〜（ｄ）に示す。

上記のシミュレーションに際し、図６（ｅ）に示すように、第二誘電体部５の外径と内径との差の寸法を厚さＤとし、電界プローブ１の延在方向の寸法を長さＬとして、これらの厚さＤ，長さＬを変更したときの電界強度の推定値を数値解析した。また、この推定値と理論値との一致度を数値化するために、推定値と理論値との絶対値誤差の合計を演算した。

ここでいう絶対値誤差とは、例えば図４に示すグラフでいえば、太実線で示される理論値グラフと、細実線で示される推定値グラフとに囲まれた領域の面積に相当するパラメータであり、絶対値誤差が小さいほどグラフの形状が類似しているものと評価される。ハッチングの種類及びそのハッチングが意味する絶対値誤差の大小関係は、図６（ｆ）に示す通りであり、絶対値誤差が小さいほど濃度が薄くなるハッチングを施して、厚さＤ及び長さＬと絶対値誤差との関係を視覚化した。

図６（ａ）〜（ｄ）のそれぞれに示すように、第二誘電体部５の組成が一定の場合、厚さＤ，長さＬがそれぞれ過大であっても過小であっても絶対値誤差が増大する。これは、厚さＤ，長さＬが過小である場合には、図５に示すような第二誘電体部５による電界の矯正作用が微弱となり、電界のEx成分が誤って検出されてしまうことを意味する。逆に、厚さＤ，長さＬが過大である場合には、電界の矯正作用が過剰となり、第二誘電体部５によってマイクロストリップライン９の本来の電界が乱されてしまうものと考えられる。

つまり、第二誘電体部５の形状を考慮するとき、絶対値誤差を最も小さくする厚さＤ，長さＬのそれぞれの最適値が存在し、厚さＤ，長さＬのそれぞれが最適値から離れるほど絶対値誤差が増大し、推定値と理論値との一致度が低下する。また、図６（ａ），（ｂ）を比較すると、比誘電率がほとんど同一の場合、絶対値誤差の大きさは第二誘電体部５の損失の大きさにほとんど影響を受けないことがわかる。

一方、図６（ｃ），（ｄ）に示すように、第二誘電体部５の比誘電率を増大させると、厚さＤ，長さＬの値に関わらず、絶対値誤差が全体的に減少し、推定値と理論値との一致度が上昇するものと判断できる。したがって、電界プローブ１の第二誘電体部５には、損失の大小に関わらず、比誘電率の大きい材料を用いることが好ましいといえる。

［３．効果］
（１）開示の電界プローブ１によれば、外導体４の先端４ａ側の外周面４ｂを第二誘電体部５で被覆することにより、電界プローブ１の先端部近傍に作用する電界の向きを電界プローブ１の延在方向（すなわちz軸方向）に矯正することができる。これにより、x軸方向の電界成分を減少させることができ、測定対象の電界強度を精度よく検出することができる。

（２）また、図２（ａ）に示すように、上記の電界プローブ１は外導体４の先端４ａと第二誘電体部５の先端５ａとが同一平面上に位置するように設けられ、外導体４の外周面４ｂが電界に対して露出しない。このような端部形状により、電気力線を外導体４に引き寄せにくくすることができ、電界のEx成分によって電界プローブ１での検出結果が攪乱されることを防止できる。したがって、電界プローブ１による電界の検出精度を向上させることができる。

また、電気力線の密度が高い外導体４の先端４ａ側が第二誘電体部５で覆われるため、電界プローブ１を測定対象物に近接させた場合であっても電界のEx成分の影響を受けにくくすることができる。さらに、電界のEz成分の検出精度が高いこのような電界プローブ１を用いた電界検知により、スペクトラムアナライザ６で測定される電界分布の精度をも向上させることができる。

（３）なお、第二誘電体部５は、空気よりも大きい比誘電率を有する誘電体材料からなるため、電界プローブ１の先端部近傍における電気力線を確実に引き寄せることができる。これにより、外導体４近傍の電界のEx成分をz軸方向に矯正することができ、換言すれば電界のEx成分の影響を減少させることができ、電界の検出精度を向上させることができる。

［４．変形例］
開示の実施形態の一例に関わらず、本実施形態の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成及び各処理は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。以下の変形例において、上述の実施形態と同一の要素については同一の符号を用いて説明を省略する。

［４−１．第二誘電体部の組成］
上述の実施形態では、第二誘電体部５に空気よりも大きい比誘電率を有する誘電体材料を含む電界プローブ１を例示したが、さらに損失性材料を第二誘電体部５に含ませることで電界の検出精度をより向上させることが可能となる。
損失性材料とは、電磁波を吸収して熱エネルギーに変換する機能を持つ材料であり、エネルギーの変換メカニズムの相違により、おもに磁性損失材料と誘電性損失材料との二種類に分類される。

磁性損失材料とは、磁性材料の磁性損失能により電磁波のエネルギーを熱に変換する材料である。例えば、酸化鉄Fe₂O₃に二価酸化金属NiO，ZnO等を焼結したフェライト系電波吸収体や、ケイ素鋼Fe-Si，パーマロイFe-Ni，ステンレスFe-Cr-Si等の粉末を焼結した合金系電波吸収体、希土類磁石化合物等を用いることが考えられる。また、これらの金属の粉末をゴムや樹脂中に混入させたゴムフェライト等の複合材料を用いてもよい。なお、使用する材料の比透磁率の複素成分が大きいほど電磁波のエネルギー損失量が増大し、すなわち電磁波の吸収量が増大する。

一方、誘電性損失材料とは、誘電材料の誘電損失能により電磁波のエネルギーを熱に変換する材料である。例えば、チタン酸バリウムBaTi₃及び炭素粒子を樹脂中に混合した電波吸収体や、生体等価ファントム用の材料、高分子材料等を用いることが考えられる。なお、第二誘電体部５の誘電性損失材料としては、第一誘電体部３に適用される低損失の材料とは逆の特性を持つもの、すなわち誘電体損失の大きいものが好ましい。使用する材料の比誘電率の複素成分が大きいほど、電磁波のエネルギー損失量が増大し、電磁波の吸収量が増大する。

［４−２．電界ベクトル分析］
ここで、第二誘電体部５の代わりに誘電体材料及び磁性損失材料を含む損失性材料部１５を取り付けた電界プローブ１４を用いた電界測定を想定して、マイクロストリップライン９の近傍界における電界分布の変化について説明する。

図７（ａ）は、導体線路７の直上部に比較用プローブ１１が位置する状態での電界分布であり、図７（ｂ）は、損失性材料部１５を取り付けた電界プローブ１４の場合のものである。なお、図７（ａ），（ｂ）中の矢印の向きが電界の向きを表し、矢印の大きさが電界強度を表す。

比較用プローブ１１を用いた場合には、図７（ａ）中に符号Ｄで示すように、導体線路７を始点とした電気力線が、破線で囲まれた範囲において外導体４の表面に対して回り込むように発生し、外導体４近傍のEx成分（電界ベクトルのうちx軸方向の成分）が中心導体２に作用する。この結果、Ez成分の変動によって中心導体２に発生する検出信号に対し、Ex成分に由来する乱れが混入する。つまり、比較用プローブ１１は電界のEz成分だけでなく、Ex成分も検出してしまう。

一方、損失性材料部１５が装荷された電界プローブ１４を用いた場合には、図７（ｂ）に符号Ｅで示すように、損失性材料部１５の存在により外導体４の表面への電気力線の回り込みが抑制され、破線で囲まれた範囲内の電界成分が減少する。また、損失性材料部１５の内部では、電界のエネルギーが磁性損失能により熱エネルギーに変換されるため、損失性材料部１５の内部に進入した電界強度が減衰し、電界の変動が抑制される。さらに、上述の実施形態と同様に、損失性材料部１５に含まれる誘電体の作用によって電気力線が第二誘電体部５の下面に引き寄せられ、外導体４近傍のEx成分がz軸方向に矯正される。

これらの電界の矯正作用と減衰作用との協働によって、中心導体２に作用する電界はEz成分が強く優位となり、電界プローブ１４は中心導体２の先端２ａに作用するEz成分の変化に対応する電圧信号を生成する。このように、マイクロストリップライン９の近傍界の電界測定において、電界プローブ１４はEx成分の影響を受けにくくなり、非侵襲性が向上する。

このように、損失性材料部１５に含まれる損失性材料により、外導体４の外周面４ｂよりも外側での電界変動を抑制することができる。これにより、中心導体２に作用する電界のEx成分を減衰させることができ、電界プローブ１による電界の測定精度を向上させることができる。

特に、損失性材料部１５に磁性損失材料を用いた場合には、その磁性損失能を利用して確実に電磁波のエネルギーを熱に変換することができ、外導体に作用する電界のEx成分を減衰させることができる。なお、比透磁率の複素成分を増大させることでEx成分による中心導体２への影響を減少させることができ、電界の検出精度をさらに向上させることができる。

一方、損失性材料部１５に誘電性損失材料を用いた場合であっても、その誘電損失能を利用した電磁エネルギーの変換が可能であり、外導体に作用する電界のEx成分を減衰させることができる。なお、磁性損失材料の場合と同様に、比誘電率の複素成分を増大させることでEx成分による中心導体２への影響を低めることができ、電界の検出精度をさらに向上させることができる。

［４−３．電界プローブの先端形状］
上述の実施形態では、電界プローブ１の先端がフラットに形成されたものを例示したが、図８（ａ）に示すように、中心導体２を第一誘電体部３，外導体４及び第二誘電体部５の端面から突出させてもよい。この場合、第一誘電体部３及び第二誘電体部５の端面を外導体４の端面と一致させて、外導体４の内周面及び外周面４ｂを露出させないようにすることが考えられる。

ここで、外導体４の端面からの中心導体２の突出量をＨ₁とおき、中心導体２の先端２ａから測定対象までの距離をＨ₂とおくと、この電界プローブ１で検出される電界強度は、測定対象からの距離がＨ₁＋Ｈ₂の位置での電界強度に相当する。このように、中心導体２を第二誘電体部５の端面よりも突設させることにより、外導体４の端面と中心導体２との交点（すなわち、中心導体２が突出している根元部分）に作用する微弱な電界を検出することが可能となり、電界の検出感度を向上させることができる。

なお、第二誘電体部５の端面は、必ずしも外導体４の端面に一致していなくてもよい。ただし、第二誘電体部５の先端５ａよりも下方で外導体４の外周面４ｂが露出してしまうと、第二誘電体部５による電界の矯正作用が弱められてしまう。したがって、少なくとも第二誘電体部５の先端５ａを外導体４の先端４ａと同一平面上に位置させるか、あるいは第二誘電体部５の先端５ａを外導体４の先端４ａよりも下方まで延設する（つまり、外導体４の外周面４ｂを覆うように突出させる）ことが好ましい。
第一誘電体部３に関しても同様であり、第一誘電体部３の先端３ａを外導体４の先端４ａと同一平面上に位置させるか、あるいは先端４ａよりも下方まで延設することが好ましい。

［４−４．第二誘電体部の形状］
また、上述の実施形態では、円筒状に形成された第二誘電体部５を例示したが、第二誘電体部５の具体的な形状はこれに限定されない。例えば、図８（ｂ）に示すように、外導体４の先端４ａ側ほど外径が縮径した形状としてもよい。第二誘電体部５の先端を細く形成することにより、狭隘な箇所の電界を検出しやすくすることができる。

また、図８（ｃ）に示すように、外導体４の先端４ａ側ほど外径が拡径した形状としてもよい。すなわち、検出対象に近い（電界から受ける影響が大きい）第二誘電体部５の先端の厚みを大きくすることにより、中心導体２に作用しうる電界のEx成分への矯正効果を向上させることができ、電界の検出精度をさらに向上させることができる。

あるいは、図８（ｄ）に示すように、第二誘電体部５を電界プローブ１の延在方向に分割した二段構造としてもよい。この場合、先端側に位置する一方を先端誘電体部５１，他方を基端誘電体部５２とおき、先端誘電体部５１側を基端誘電体部５２よりも比誘電率の大きい材料で形成する。あるいは、先端誘電体部５１側を基端誘電体部５２よりも電磁波の吸収率が高い材料で形成する。また、第二誘電体部５を三段以上の複数段に分割した場合には、外導体４の先端４ａ側ほど比誘電率が大きく、あるいは電磁波の吸収率が高い材料で形成することが考えられる。

これらのような構成により、図８（ｃ）に示すものと同様に、電界プローブ１の先端側における不要な電界干渉を抑制することが可能となり、電界の検出精度をさらに向上させることができるとともに、非侵襲性をさらに向上させることができる。特に、電界プローブ１の先端側ほど電界強度が大きく干渉しやすいため、電界の矯正作用や減衰作用を強めることが可能となり、電界の検出精度の向上に大きく寄与しうる。

また、図８（ｅ）に示すように、第二誘電体部５の縮径部５３を他の部位よりも比誘電率の大きい材料や電磁波の吸収率が高い材料で形成してもよい。これにより、電界プローブ１の利便性を向上させつつ電界の検出精度を向上させることができる。

また、上述の実施形態では、図２（ｂ）に示すように、中心導体２，第一誘電体部３，外導体４及び第二誘電体部５が同心円状に配置されたものを例示したが、これらの各要素の断面形状や外形状はこれに限定されない。例えば、各要素の断面形状を円形状や多角形状にしてもよいし、各要素の立体形状を球形状や楕円の回転体形状等としてもよい。また、第二誘電体部５に損失性材料を含ませる場合には、電波吸収性を考慮して、第二誘電体部５の外表面に凹凸を設けてもよい。

なお、上述の実施形態では、電界プローブ１をスペクトラムアナライザ６に直接的に接続した電界測定装置１０を例示したが、具体的な電界の測定手法はこれに限定されない。例えば、増幅器や安定器をこれらの間に介装させてもよいし、スペクトラムアナライザ６に加えて（あるいは代えて）他の計測装置やコンピュータを接続してもよい。

１ 電界プローブ
２ 中心導体
３ 第一誘電体部
４ 外導体
５ 第二誘電体部
６ スペクトラムアナライザ（計測装置）
１０ 電界測定装置

Claims (13)

1. 中心導体と、
   誘電体材料からなり前記中心導体の外周に設けられた第一誘電体部と、
   前記第一誘電体部の外周に設けられた外導体と、
   前記外導体の先端側の外周面上に、前記第一誘電体部をなす前記誘電体材料よりも比誘電率の大きい誘電体材料を被覆してなる第二誘電体部と
   を備えたことを特徴とする、電界プローブ。
2. 前記第二誘電体部が、空気よりも大きい比誘電率を有する誘電体材料を含有する
   ことを特徴とする、請求項１記載の電界プローブ。
3. 前記第二誘電体部の端面が、前記外導体の端面に一致する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の電界プローブ。
4. 前記中心導体が、前記外導体の端面から突出して設けられる
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の電界プローブ。
5. 前記第二誘電体部が、電磁波を吸収する損失性材料を含有する
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の電界プローブ。
6. 前記損失性材料が、磁性損失材料を含有する
   ことを特徴とする、請求項５記載の電界プローブ。
7. 前記損失性材料が、誘電性損失材料を含有する
   ことを特徴とする、請求項５又は６記載の電界プローブ。
8. 前記第二誘電体部が、前記外導体の端部側ほど前記電磁波の吸収率が高く設定されている
   ことを特徴とする、請求項５〜７の何れか１項に記載の電界プローブ。
9. 前記第二誘電体部が、前記外導体の端部側ほど細く形成されたテーパ形状である
   ことを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載の電界プローブ。
10. 前記第二誘電体部が、前記外導体の端部側ほど比誘電率が大きく設定されている
    ことを特徴とする、請求項１〜９の何れか１項に記載の電界プローブ。
11. 電界強度に応じた信号を出力する電界プローブと、前記電界プローブから出力された信号の強度を表示する計測装置とを備えた電界測定装置において、
    前記電界プローブが、
    軸状の中心導体と、
    誘電体材料からなり前記中心導体の外周に設けられた第一誘電体部と、
    前記第一誘電体部の外周に設けられた外導体と、
    前記外導体の先端側の外周面上に、前記第一誘電体部をなす前記誘電体材料よりも比誘電率の大きい誘電体材料を被覆してなる第二誘電体部と、を有する
    ことを特徴とする、電界測定装置。
12. 中心導体と、
    誘電体材料からなり前記中心導体の外周に設けられた第一誘電体部と、
    前記第一誘電体部の外周に設けられた外導体と、
    前記外導体の先端側の外周面上に誘電体材料を被覆してなり、誘電性損失材料を含んで電磁波を吸収する損失性材料を含有する第二誘電体部と
    を備えたことを特徴とする、電界プローブ。
13. 中心導体と、
    誘電体材料からなり前記中心導体の外周に設けられた第一誘電体部と、
    前記第一誘電体部の外周に設けられた外導体と、
    前記外導体の先端側の外周面上に誘電体材料を被覆してなり、電磁波を吸収する損失性材料を含有するとともに、前記外導体の端部側ほど前記電磁波の吸収率が高く設定された第二誘電体部と
    を備えたことを特徴とする、電界プローブ。

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