Site VSWR

研究背景
動作クロックの高周波数化や通信ネットワー
クの高速化により、1GHz 以上のマイクロ波帯
においても電子機器が発生する放射エミッショ
ン（不要輻射）が問題になりつつある。
EUおよびVCCI(Japan)では、2011年10月
から情報技術装置の1GHz超のEMI測定が
義務化された。
光給電バイコニカルアンテナを用いた
1GHz超放射妨害波測定の
比較測定について
※VCCI技術基準V-3/2010.04 より
EUT内部最高周波数
測定範囲
f < 108 MHz
1 GHz
108 MHz  f < 500 MHz
2 GHz
500 MHz  f < 1 GHz
5 GHz
1 GHz < f
6 GHz
Pre-Amp.
Spectrum
Analyzer
（独）産業技術総合研究所 計測標準研究部門
電磁波計測科 電磁界標準研究室
供試装置(EUT)が同一であれば、EMI測定結果は常に同一となるはずであるが、実際には様々
な要因により、同一の結果を得ることは難しい。
EMI 暗室の性能が測定結果の不確かさに大きく寄与する。
各試験機関はサイトの性能を把握しておくことが望ましい
飴谷 充隆
2013年1月11日 PEM研究会＠長崎大学
Site VSWR
1GHz超EMI測定におけるサイト性能の把握
1GHz超のEMI測定におけるサイト性能把握の方法は大きく分けて２つある。
• CISPR16-1-4に基づいたSVSWR測定の実施
SVSWRとも表記され、分布定数回路における電圧定在波比(VSWR:
Voltage Standing Wave Ratio）の考え方を空間電磁界に適用したもの。
電界強度の最大値と最小値の比で表され、CISPR16-1-4では、1GHz超の
EMI測定用６面暗室の性能を示す指標として用いられる。
- 電波暗室の６面暗室としての性能評価に特化
SVSWR
電圧定在波比(VSWR)
- サイトの適否判定には向いているが、周波数ごとの誤差を把握することはできない
進行波電圧：
• 共通EUTを用いたラウンドロビン試験
- 電波暗室の性能だけでなく、EUT配置やレシーバ、ケーブル、アンプ、アンテナ
係数の校正結果など、測定結果にすべての不確かさが含まれる
Z0
反射波電圧：
今回は光給電バイコニカルアンテナを共通EUTとしたラウンドロビン試験を実施
Vr
ZL
振幅
電圧
Vmin
V f  Vr 1  
V
VSWR  max 

Vmin V f  Vr 1  
反射波がなければ、Vr=0より、
VSWR = 1
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
Rx
Tx

定在波分布
Vmax
- リファレンスデータが無い場合、結果の善し悪しの判断がむずかしい
Vf
SVSWR 
Emax AF  Vmax Vmax


Emin AF  Vmin Vmin
SVSWRdB  Emax,dB  Emin,dB
 Vmax,dB  Vmin,dB
NSA測定と違い、Antenna Factorを知る
必要がないという点でメリットがある。
2011年9月9日 第七回産総研・新技術セミナー＠東北センターサテライト
CISPR16-1-4に基づいたSVSWR測定
Case 1
R1 to R6
最大値と最小値を取得できていない
定在波比(SVSWR)は過小評価となる
定在波
送信アンテナ
C1 to C6
CISPR16-1-4のSVSWRの考え方
受信アンテナ
F1 to F6
サンプリング
ポイント40 cm
L1 to L6
VNA
電波吸収体
Case 2
18 cm
30 cm
最大値と最小値を取得できている
10 cm
2 cm
0 cm
定在波比(SVSWR)は正しい
定在波
front, center, right, leftの4つの基準点から、0, 2, 10, 18, 30, 40cmの位置で測定を実施
それぞれのラインでSVSWRが2以下（SVSWR,dBが6dB以下）となっているかを確認
測定ポイントが固定されているため、すべての周波数で定在波比を正確に測定できない
周波数間隔を50 MHz以下と細かく測ることで、周波数軸上でオーバーサンプリングを行い、
空間のアンダーサンプリングを補い、1~6 GHzのうちのいくつかの周波数で定在波比を測定する
周波数毎の不確かさを把握したい場合は、共通EUTを用いたラウンドロビン測定が必要
サンプリング
ポイント40 cm
2 cm
0 cm
2013年1月11日 PEM研究会＠長崎大学
光給電バイコニカルアンテナの構造
Outline
 光給電バイコニカルアンテナの基本特性
 入力反射係数
 S21の周波数特性と信号安定度
 アンテナ放射パターン
230 mm
誘電体
サポート
105°
同軸
コネクタ
PD
・円錐の開き角は105°。同軸コネク
タの中心導体を上の円錐に、外導体
を下の円錐に接続。バランは不用。
230 金属部 mm
106 mm
・フォトセル付きフォトダイオードをバイ
コニカルアンテナの中に内蔵し、バイ
アス用と変調光用の２本の光ファイバ
を使用。→電池なし、同軸ケーブルの
配置による誤差を軽減
・偏波を変えても放射中心が同じ高さ
になるように230 mm ×230 mmのサ
イズに設計
 まとめ
2013年1月11日 PEM研究会＠長崎大学
10 cm
周波数軸上にオーバーサンプリングを行うことにより、いくつかの周波数では定在波比
が測定可能
2013年1月11日 PEM研究会＠長崎大学
 巡回比較試験（ラウンドロビン試験）について
 測定の実施内容
 これまでの測定結果
 VNAを用いた電界強度測定
 OATS測定データとの比較
 SVSWR測定結果との相関
 タイムドメイン波形解析
18 cm
30 cm
2013年1月11日 PEM研究会＠長崎大学
入力反射係数
S21の周波数特性と安定度
伝送特性（S21)を60分間（1分間隔）で測定
受信アンテナにはETS3117 DRGHを使用、アンテナ間距離は3.5 m
0.3
|S11|
10 dB Return Loss
-10
-20
-30
-72
0.2
-74
-76
0.1
-78
-80
1
-40
1
2
3
4
5
Frequency [GHz]
6
770 MHz～6 GHzまでリターンロスほぼ10 dB以上であり、良好な整合特性
2

0 5 dB
-60
-90
90
120
180
-30
-60
-90
05 dB
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
30
60
-60
90
150
(d) 4 GHz
H面では無指向性
-30
60
-60
90
-90
180


-90
30
0
-5
-10
-15
-20
-25
60


90
-60
-90
120
-150
180
180
60
150

(e) 5 GHz
0
-5
-10
-15
-20
-25
-90
-150

-30

60
90
150
(f) 6 GHz
MoMでの計算結果と測定結果は良く一致
2013年1月11日 PEM研究会＠長崎大学
-60

-90
150
Calc. (MoM)
05 dB
0
-5
-10
-15
-20
-25
30
60
180
-60
90
150
(d) 4 GHz


90
-90
180
(b) 2 GHz

-90
0
-5
-10
-15
-20
-25
180

-30
60

90
120
-150
60
90

180
150
(c) 3 GHz
30
-120

30
0
-5
-10
-15
-20
-25
120
-150
150
05 dB
05 dB
-120

-30
120

-150


-60
60
120
Meas.
-120
-150
-90
-30
30
-120
(a) 1 GHz
30
120
180
90

180
0
-5
-10
-15
-20
-25
-60
60
120

05 dB
-30
30
-120
150
-120
-150
0
-5
-10
-15
-20
-25
-60
90
05 dB
05 dB
-30
(c) 3 GHz
-30

-120

30
0
-5
-10
-15
-20
-25
120
-150
150
05 dB
0 5 dB
-120
(b) 2 GHz
Meas.

120
180
30
120
-150
アンテナ放射パターン(E面)

-120
Calc. (MoM)
-120
-150
-90
150
(a) 1 GHz

0
-5
-10
-15
-20
-25
-60
60
-120
-150
0 5 dB
-30
30
0
-5
-10
-15
-20
-25
0
6
5
2013年1月11日 PEM研究会＠長崎大学
アンテナ放射パターン(H面)

3
4
Frequency [GHz]
2GHzで5dB程度の低下がみられるが、
1 GHz～6 GHzにかけて連続的に放射していることを確認
基準EUTとして十分に
１時間の安定度は0.02 dB～ 0.06 dB
使用可能な安定度
2013年1月11日 PEM研究会＠長崎大学
-30
Std. Dev. [dB]
-70
S21 Amplitude [dB]
|S11| Amplitude [dB]
0
150

(e) 5 GHz
-60

-90
0
-5
-10
-15
-20
-25
30
60
90
-120
120
-150
180
(f) 6 GHz
2 GHz で正面方向の出力が低下
周波数が上昇するにつれてサイドローブが発生
2013年1月11日 PEM研究会＠長崎大学
05 dB
150
ラウンドロビン試験の概要
EUTの配置
広域関東圏（栃木県、群馬県、埼玉県、神奈川県、新潟県、山梨県、長野県、静岡県、千葉県、茨城県）
の公設試験機関と東葛テクノプラザ、産総研の１２機関で比較試験を実施
光ファイバ（30 m）
（特徴）
・SGの代わりに、VNAを
用いてCW信号を生成
バイアス光入力
PCコネクタ(青)
変調光入力
PCコネクタ(青)
1 m
バイアス光出力
APCコネクタ(緑)
変調光出力
APCコネクタ(緑)
同軸ケーブル（90cm)
VNA
EMI
Receiver
GP‐IB接続
Port 1
Port 2
(a) 垂直偏波、テーブル中心
・SG+スペアナでも
VNAでもどちらでも測
定が可能→位相測定
が可能に
ターンテーブル
O/E
・同軸ケーブル配置によ
る測定誤差を軽減
各機関の装置
テーブル中心
50 cm
・SGの波形を変更するこ
とによって、任意の波形
を出力可能
1, 2, 3, 4, 5, 6 GHzの6周波数のCW信号の電界強度を各機関のシステムによって測定
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
測定結果（垂直偏波、テーブル中心）
(b) 垂直偏波、テーブルエッジ
(c) 水平偏波、テーブル中心
(d) 水平偏波、テーブルエッジ
1m 幅のテーブルを想定して、テーブル中心にある場合と、テーブルエッジにある場合を測定
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
測定結果（垂直偏波、テーブルエッジ）
約2 dB～4 dBの差、 4GHzのばらつきが若干大きい
約2 dB～4 dBの差、 1GHz, 2GHz のばらつきが若干大きい
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
 3 .5 
20 log10 
  1.012
 3.115 
テーブル中心に比べて約 1 dB高い
38.5 cm受信アンテナに近づいているので、妥当な値
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
測定結果（水平偏波、テーブル中心）
約2 dB～4 dBの差
測定結果（水平偏波、テーブルエッジ）
垂直偏波と同様の傾向、2GHzで、
サイトHがズレているのは木製テーブルのため
垂直偏波と水平偏波は理想的には同じになるはずであるが、1GHzの平均値が1.0 dB高い
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
標準偏差
ばらつきは標準偏差で0.4 dB～1.9 dB
3,5 GHzにおけるばらつきは 1 dB以下と極めて小さい
（水平偏波、テーブル中心）の2GHzにおける標準偏差は1.9 dB以上と大きい
が、これはサイトHの木製テーブルの影響と考えられる。
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
テーブル中心に比べて、ばらつきは小さい
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
最大-最小の差
最大-最小の差は1.2 dB～4.2 dB
これは SVSWR 6 dB以内と整合する
ただし、水平偏波、テーブル中心の2GHzにおいて6.4 dBの偏差が発生しているが、
これはサイトHの木製テーブルの影響
標準偏差を約３倍した値と同様の傾向（99.7%の事象が3σに収まることと一致）
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Zスコア
サイトBのZスコア
ラウンドロビン試験において、各機関の測定値の一致度を表す指標のひとつ
各機関の測定値と平均値の差が、標準偏差にして、何個分となるかを表している。
Z
xx

x
x

：各機関の測定値
：全機関の平均値
：全機関の標準偏差
Zスコアの解釈
Z 2
測定結果は妥当な値
2 Z 3
測定結果は疑わしい
Z 3
測定結果は逸脱している
サイトBの場合、平均値に比べて、1GHzは低め、3GHzは高めな測定結果
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
サイトDのZスコア
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
Zスコアによる評価は正しいか？
垂直偏波、テーブル中心の測定結果
2GHz, 4GHzで低い傾向、6 GHzは高い傾向
測定機関数が多ければ、
平均値が正しい可能性も高まる
が、９機関では、平均値が
正しくない可能性がある
（サンプル数が少ない）
平均値 ＝ 理想値？
環境の良いサイトで測定したリファレンスデータとの比較が必要
ZスコアはEUT位置・偏波によらず類似の傾向→サイト性能を表す指標として有用
９機関のZスコアの絶対値は最大2.5であった。
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
スペアナ(EMIレシーバ)を用いた
電界強度の測定（従来法）
EUT
VNAを用いた電界強度測定
（ポイント）
受信側ケーブルの先と
VNAのport1の先で
キャリブレーションを実施
EUT
VNA
Port2 Port1
EMI
レシーバ
E/O
SG
電界強度[V/m]の計算式
電界強度[V/m]の計算式
スペアナを用いた場合、3 mにおける電界強度[dBuV/m]は
[dBuV/m]
[dB/m]
[dB]
E/O
VNAのキャリブレーションによって
（デシベル表示）
[dBm]
dBm→dBuV
VNAを用いた場合、3 mにおける電界強度は
[dB]
※上記の式では、ケーブルとアンテナのミスマッチ、レシーバとケーブルのミスマッチは無視している
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
産総研OATSにおける測定の様子
[dBuV/m]
[dB/m]
[dB]
[dBm]
dBm→dBuV
電界強度はS21（空間伝搬）とVNAの送信電力PSGから算出できる
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
測定結果(垂直偏波、テーブル中心）
SACは十分に電波吸収体を設置した、
AIST電波暗室での測定結果
平均値とOATS測定結果の差は±1.0 dB以内
平均値は理想値を良く表している。
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
[dB]
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
測定結果(垂直偏波、テーブルエッジ）
測定結果(水平偏波、テーブル中心）
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
測定結果(水平偏波、テーブルエッジ）
VNAによる電界強度測定の例
78
OATS, 垂直偏波、テーブル中心の場合
77
E‐field Strength [dBuV/m]
76
75
74
周波数 E-Field
[MHz] [dBuV/m]
1000
73.1
2000
70.0
3000
74.4
4000
76.2
5000
75.3
6000
75.6
73
72
71
70
69
68
0
1000
2000
3000
4000
5000
Frequency [MHz]
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
6000
VNAによる電界強度測定の例
78
3m暗室, 垂直偏波、テーブル中心の場合
77
77
76
76
E‐field Strength [dBuV/m]
E‐field Strength [dBuV/m]
78
VNAによる電界強度測定の例
75
74
周波数 E-Field
[MHz] [dBuV/m]
1000
73.0
2000
70.6
3000
73.9
4000
75.8
5000
75.5
6000
75.5
73
72
71
70
69
OATS, 水平偏波、テーブル中心の場合
75
74
周波数 E-Field
[MHz] [dBuV/m]
1000
72.6
2000
70.8
3000
74.4
4000
76.5
5000
75.5
6000
75.5
73
72
71
70
69
68
68
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0
1000
2000
Frequency [MHz]
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
垂直偏波、テーブル中心
垂直偏波、テーブルエッジ
水平偏波、テーブル中心
水平偏波、テーブルエッジ
E‐field Strength [dBuV/m]
75
74
周波数 E-Field
[MHz] [dBuV/m]
1000
75.3
2000
70.6
3000
73.4
4000
76.0
5000
75.1
6000
75.0
70
69
Difference [dB]
2
76
71
1
0
-1
-2
-3
68
0
1000
2000
3000
4000
6000
3
3m暗室, 水平偏波、テーブル中心の場合
72
5000
OATS測定結果との差
77
73
4000
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
VNAによる電界強度測定の例
78
3000
Frequency [MHz]
5000
Frequency [MHz]
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
6000
1
2
3
4
5
Frequency [GHz]
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
6
SVSWR測定結果(垂直6GHz)
[1] Front h1 VER
0.0
OK
NG
[2] Center h1 VER
10.0
0.0
OK
NG
10.0
8.0
-20.0
8.0
-30.0
7.0
-30.0
7.0
-40.0
6.0
-40.0
6.0
-50.0
5.0
-50.0
5.0
-60.0
4.0
-60.0
4.0
-70.0
3.0
-70.0
3.0
-80.0
2.0
-80.0
2.0
-90.0
1.0
-90.0
1.0
-100.0
0.0
-100.0
0.0
Level[dB]
9.0
-20.0
Level[dB]
-10.0
1000.0 2000.0 3000.0 4000.0 5000.0 6000.0
Frequency [MHz]
SVSWR測定結果との相関
[3] Right h1 VER
0.0
OK
NG
1000.0 2000.0 3000.0 4000.0 5000.0 6000.0
Frequency [MHz]
[4] Left h1 VER
10.0
0.0
OK
NG
8.0
-20.0
8.0
-30.0
7.0
-30.0
7.0
-40.0
6.0
-40.0
6.0
-50.0
5.0
-50.0
5.0
-60.0
4.0
-60.0
4.0
-70.0
3.0
-70.0
3.0
-80.0
2.0
-80.0
2.0
-90.0
1.0
-90.0
1.0
-100.0
0.0
-100.0
0.0
Level[dB]
9.0
-20.0
1.5 m
周波数
1 GHz
～6 GHz
ケーブル
同軸
受信
アンテナ
ETS 3117
送信
アンテナ
Seibersdorf
POD16
1000.0 2000.0 3000.0 4000.0 5000.0 6000.0
Frequency [MHz]
ポジ
ション
SVSWR[dB]
-10.0
SVSWR[dB]
9.0
Level[dB]
テストボ
リューム
直径
10.0
-10.0
1000.0 2000.0 3000.0 4000.0 5000.0 6000.0
Frequency [MHz]
SVSWR[dB]
9.0
SVSWR[dB]
-10.0
Front
3.34
Center
4.48
Right
3.85
Left
3.71
どのポジションでも SVSWRは4.5 dB以下（center以外では4 dB以下）
38
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
産総研東北復興支援事業 SVSWR測定結果まとめ
SVSWR測定結果(水平6GHz)
[1] Front h1 HOR
0.0
OK
NG
[2] Center h1 HOR
10.0
0.0
OK
NG
10.0
-20.0
8.0
-20.0
8.0
-30.0
7.0
-30.0
7.0
-40.0
6.0
-40.0
6.0
-50.0
5.0
-50.0
5.0
-60.0
4.0
-60.0
4.0
-70.0
3.0
-70.0
3.0
-80.0
2.0
-80.0
2.0
-90.0
1.0
-90.0
1.0
-100.0
0.0
-100.0
0.0
Level[dB]
9.0
Level[dB]
-10.0
1000.0 2000.0 3000.0 4000.0 5000.0 6000.0
Frequency [MHz]
[3] Right h1 HOR
0.0
OK
NG
1000.0 2000.0 3000.0 4000.0 5000.0 6000.0
Frequency [MHz]
[4] Left h1 HOR
10.0
0.0
OK
NG
8.0
-30.0
7.0
-30.0
7.0
-40.0
6.0
-40.0
6.0
-50.0
5.0
-50.0
5.0
-60.0
4.0
-60.0
4.0
-70.0
3.0
-70.0
3.0
-80.0
2.0
-80.0
2.0
-90.0
1.0
-90.0
1.0
-100.0
0.0
-100.0
0.0
Level[dB]
9.0
-20.0
1.5 m
周波数
1 GHz
～6 GHz
ケーブル
同軸
受信
アンテナ
ETS 3117
送信
アンテナ
Seibersdorf
POD16
1000.0 2000.0 3000.0 4000.0 5000.0 6000.0
Frequency [MHz]
ポジ
ション
SVSWR[dB]
-10.0
8.0
SVSWR[dB]
9.0
-20.0
Level[dB]
テストボ
リューム
直径
10.0
-10.0
1000.0 2000.0 3000.0 4000.0 5000.0 6000.0
Frequency [MHz]
SVSWR[dB]
9.0
SVSWR[dB]
-10.0
タイムドメイン波形による解析例
最大
SVSWR
[dB]
Front
2.64
Center
5.44
Right
2.98
Left
2.84
どのポジションでも SVSWRは5.5 dB以下（center以外では3 dB以下）
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産総研東北復興支援事業 SVSWR測定結果まとめ
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
最大
SVSWR
[dB]
まとめ
OATSおけるS21測定結果の時間波形
光給電バイコニカルアンテナを用いた、1GHz超放射EMI測定のラウンドロビン試
験について報告した。
光給電バイコニカルアンテナの基本特性に関して
-- 入力反射係数は770 MHz～ 6GHzまで リターンロス10dB以上の良好な整合特性
-- 安定度は1時間で 標準偏差0.06 dB程度であり、共通EUTとして利用可能
周波数500MHz～6500MHzまで、1MHz間隔で周波数特性を測定し、
IFFTにより時間波形を計算
床面からの反射
Amplitude [dB]
0
with absorber
no absorber
-- アンテナパターンは、H面に関して無指向で、E面に関してはダイポールライク
ただし、周波数特性は2GHzて正面方向に5 dB程度の落ち込みあり。
-20
ラウンドロビン試験結果の報告
-40
-- ９機関のばらつきは標準偏差で0.4 dB～1.9dB、最大-最小差は1.2 dB～6.4 dB
-60
-80
-- Zスコアでの評価は、偏波・EUT位置によらずサイト性能の指標となりうる
190
200
Time [ns]
210
220
192 ns～194 nsの応答は、床からの反射の影響であることがわかる
-- リファレンスデータを取得するため、VNAを用いた電界強度測定により、OATSにお
ける共通EUTからの放射電界強度測定を実施。OATSにおけるVNAによる測定値と各
機関の平均値は±1.0 dB以内の範囲で一致した。
タイムドメイン解析およびTDGによるリファレンスデータの計算
--VNAによる電界強度測定により、位相測定が可能となり、タイムドメイン波形解析が可能
--反射波の到来時間解析によって、電波暗室性能劣化要因の解明に役立つ場合あり
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謝辞
測定にご協力いただいた、各機関のEMCご担当者
の皆様にお礼申し上げます。
また、サポートをしていただいた産総研 関東産学
官連携推進室の皆様に、感謝いたします。
2013/02/21 第14回NMIJ電磁界クラブ＠産総研関西センター
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