ＥＭＩ 測定における不確かさにつて （TELEC、不要協調査結果の紹介） （財）テレコムエンジニアリグセンター 市野 芳明 1 CISPR １６−４ 「ＥＭＩ 測定における不確かさ」バジェット 2 入力量 不確かさ Xi 測定距離3m、 10mまたは30mで のバイコニカルアン テナを用いた 30MHzから 200MHzの周波数 における水平偏波 放射妨害 測定用受信機の読み1) Vr ±0.1 減衰量：アンテナ−測定用受信機2) Lc ±0.1 バイコニカル・アンテナ係数12) AF ±2.0 測定用受信機の補正： 正弦波電圧 パルス応答 パルス振幅応答 パルス繰り返し率応答 最大雑音 不整合、アンテナー測定用受信機 拡張不確かさ 3mの２Uc=4.95dB 3mの２Uc=4.94dB 3mの２Uc=4.94dB dB バイコニカル・アンテナ補正： アンテナ係数補完 アンテナ係数高さ変化 指向性の相違 3m 10m 30m 位相中心位置 3m 10m 30m 交差偏波 平衡度 サイト補正： サイトの不完全さ テーブルの高さ 3m 10m 30m 3m 10m 30m 確率分布 k k=1 k=2 u(xi) dB ci ciu(xi) dB 0.10 1 0.10 0.05 1 0.05 k=2 1.00 1 1.00 δV sw δV pa δV pr δV nf ±1.0 ±1.5 ±1.5 ±0.5 K=2 一様 一様 K=2 0.50 0.87 0.87 0.25 1 1 1 1 0.50 0.87 0.87 0.25 δM +0.9/-1.0 U型 0.67 1 0.67 δAF f δAF h δA dir δA dir δA dir δA ph δA ph δA ph δA cp δA bal ±0.3 ±0.5 +1.0/-0.0 +1.0/-0.0 +0.5/-0.0 ±0.0 ±0.0 ±0.0 ±0.0 ±0.3 一様 一様 一様 一様 一様 0.17 0.29 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.17 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.17 0.29 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.17 δSA δd δd δd δh δh δh ±4.0 ±0.3 ±0.1 ±0.0 ±0.1 ±0.1 ±0.1 三角形 一様 一様 1.63 0.17 0.06 0.00 0.05 0.05 0.05 1 1 1 1 1 1 1 1.63 0.17 0.06 0.00 0.05 0.05 0.05 一様 K=2 K=2 K=2 3 入力量 不確かさ Xi 測定距離3m、 10mまたは30mで のバイコニカルアン テナを用いた 30MHzから 200MHzの周波数 における垂直偏波 放射妨害 測定用受信機の読み1) Vr ±0.1 減衰量：アンテナ−測定用受信機2) Lc ±0.1 バイコニカル・アンテナ係数12) AF ±2.0 測定用受信機の補正： 正弦波電圧 パルス応答 パルス振幅応答 パルス繰り返し率応答 最大雑音 不整合、アンテナー測定用受信機 拡張不確かさ 3mの２Uc=5.06dB 3mの２Uc=5.04dB 3mの２Uc=5.02dB dB バイコニカル・アンテナ補正： アンテナ係数補完 アンテナ係数高さ変化 指向性の相違 3m 10m 30m 位相中心位置 3m 10m 30m 交差偏波 平衡度 サイト補正： サイトの不完全さ テーブルの高さ 3m 10m 30m 3m 10m 30m 確率分布 k k=1 k=2 u(xi) dB ci ciu(xi) dB 0.10 1 0.10 0.05 1 0.05 k=2 1.00 1 1.00 δV sw δV pa δV pr δV nf ±1.0 ±1.5 ±1.5 ±0.5 K=2 一様 一様 K=2 0.50 0.87 0.87 0.25 1 1 1 1 0.50 0.87 0.87 0.25 δM +0.9/-1.0 U型 0.67 1 0.67 δAF f δAF h δA dir δA dir δA dir δA ph δA ph δA ph δA cp δA bal ±0.3 ±0.3 +1.0/-0.0 +1.0/-0.0 +0.5/-0.0 ±0.0 ±0.0 ±0.0 ±0.0 ±0.9 一様 一様 一様 一様 一様 0.17 0.17 0.29 0.29 0.14 0.00 0.00 0.00 0.00 0.52 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.17 0.17 0.29 0.29 0.14 0.00 0.00 0.00 0.00 0.52 δSA δd δd δd δh δh δh ±4.0 ±0.3 ±0.1 ±0.0 ±0.1 ±0.1 ±0.1 三角形 一様 一様 1.63 0.17 0.06 0.00 0.05 0.05 0.05 1 1 1 1 1 1 1 1.63 0.17 0.06 0.00 0.05 0.05 0.05 一様 K=2 K=2 K=2 4 入力量 不確かさ Xi 測定距離3m、 10mまたは30mで のログペリアンテナ を用いた30MHzか ら200MHzの周波 数における水平偏 波放射妨害 測定用受信機の読み1) Vr ±0.1 減衰量：アンテナ−測定用受信機2) Lc ±0.1 ログペリアンテナ係数12) AF ±2.0 測定用受信機の補正： 正弦波電圧 パルス応答 パルス振幅応答 パルス繰り返し率応答 最大雑音 不整合、アンテナー測定用受信機 拡張不確かさ 3mの２Uc=5.19dB 3mの２Uc=5.06dB 3mの２Uc=5.02dB dB ログペリアンテナ補正： アンテナ係数補完 アンテナ係数高さ変化 指向性の相違 3m 10m 30m 位相中心位置 3m 10m 30m 交差偏波 平衡度 サイト補正： サイトの不完全さ テーブルの高さ 3m 10m 30m 3m 10m 30m 確率分布 k k=1 k=2 u(xi) dB ci ciu(xi) dB 0.10 1 0.10 0.05 1 0.05 k=2 1.00 1 1.00 δV sw δV pa δV pr δV nf ±1.0 ±1.5 ±1.5 ±0.5 K=2 一様 一様 K=2 0.50 0.87 0.87 0.25 1 1 1 1 0.50 0.87 0.87 0.25 δM +0.9/-1.0 U型 0.67 1 0.67 δAF f δAF h δA dir δA dir δA dir δA ph δA ph δA ph δA cp δA bal ±0.3 ±0.3 +1.0/-0.0 +1.0/-0.0 +0.5/-0.0 ±1.0 ±0.3 ±0.1 ±0.9 ±0.0 一様 一様 一様 一様 一様 0.17 0.17 0.29 0.29 0.14 0.58 0.17 0.06 0.52 0.00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.17 0.17 0.29 0.29 0.14 0.58 0.17 0.06 0.52 0.00 δSA δd δd δd δh δh δh ±4.0 ±0.3 ±0.1 ±0.0 ±0.1 ±0.1 ±0.1 三角形 一様 一様 1.63 0.17 0.06 0.00 0.05 0.05 0.05 1 1 1 1 1 1 1 1.63 0.17 0.06 0.00 0.05 0.05 0.05 一様 K=2 K=2 K=2 5 入力量 不確かさ Xi 測定距離3m、 10mまたは30mで のログペリアンテナ を用いた30MHzか ら200MHzの周波 数における垂直偏 波放射妨害 測定用受信機の読み1) Vr ±0.1 減衰量：アンテナ−測定用受信機2) Lc ±0.1 ログペリアンテナ係数12) AF ±2.0 測定用受信機の補正： 正弦波電圧 パルス応答 パルス振幅応答 パルス繰り返し率応答 最大雑音 不整合、アンテナー測定用受信機 拡張不確かさ 3mの２Uc=5.18dB 3mの２Uc=5.05dB 3mの２Uc=5.01dB dB ログペリアンテナ補正： アンテナ係数補完 アンテナ係数高さ変化 指向性の相違 3m 10m 30m 位相中心位置 3m 10m 30m 交差偏波 平衡度 サイト補正： サイトの不完全さ テーブルの高さ 3m 10m 30m 3m 10m 30m 確率分布 k k=1 k=2 u(xi) dB ci ciu(xi) dB 0.10 1 0.10 0.05 1 0.05 k=2 1.00 1 1.00 δV sw δV pa δV pr δV nf ±1.0 ±1.5 ±1.5 ±0.5 K=2 一様 一様 K=2 0.50 0.87 0.87 0.25 1 1 1 1 0.50 0.87 0.87 0.25 δM +0.9/-1.0 U型 0.67 1 0.67 δAF f δAF h δA dir δA dir δA dir δA ph δA ph δA ph δA cp δA bal ±0.3 ±0.3 +1.0/-0.0 +1.0/-0.0 +0.5/-0.0 ± 0.0 ± 0.0 ± 0.0 ± 0.0 ±0.9 一様 一様 一様 一様 一様 0.17 0.17 0.29 0.29 0.14 0.00 0.00 0.00 0.00 0.52 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.17 0.17 0.29 0.29 0.14 0.00 0.00 0.00 0.00 0.52 δSA δd δd δd δh δh δh ±4.0 ±0.3 ±0.1 ±0.0 ±0.1 ±0.1 ±0.1 三角形 一様 一様 1.63 0.17 0.06 0.00 0.05 0.05 0.05 1 1 1 1 1 1 1 1.63 0.17 0.06 0.00 0.05 0.05 0.05 一様 K=2 K=2 K=2 6 紹介する項目(黒字部分） ・測定用受信機の読み ・減衰量：アンテナ−測定用受信機 ・アンテナ係数（ログペリなど） ・測定用受信機の補正： 正弦波電圧 パルス応答 パルス振幅応答 パルス繰り返し率応答 最大雑音 ・不整合（アンテナ−測定用受信機） ・アンテナ補正： アンテナ係数補完 アンテナ係数高さ変化 指向性の相違 3m 10m 30m ・位相中心位置 ・交差偏波 ・平衡度 ・サイト補正： ・サイトの不完全さ ・テーブルの高さ 3m 10m 30m 3m 10m 30m 3m 10m 30m 7 アンテナ係数（ログペリの例）検討項目 （固定高における置換法校正の場合） ・標準アンテナ（トレーサビリティ）の不確かさ ・アンテナ交換（コネクタ締め付けによる変動） ・信号発生器（レベル設定精度、温度・経時ドリフト） ・受信機（読みとり値ばらつき、温度・経時ドリフト） ・アンテナ設置高（2mの例）の再現性 ・受信アンテナ水平方位角度ずれ ・校正電界の距離特性、アンテナの物理長（距離方向） ・基準アンテナ（ダイポール）との垂直面内指向性ずれ ・被校正アンテナの不整合 ・受信機内部雑音 ・その他 8 アンテナ設置高の再現性測定の例 受信アンテナ高の再現性 0.03 標準偏差(dB) 各周波数で高さ(2m)を１０回設定し直した ときの受信レベルの変動の標準偏差 0.02 0.01 0 200 225 250 300 350 400 500 600 700 800 900 1000 周波数(MHz) 9 受信機経時ドリフト計測の例 40.8 40.6 指示値(dB) 40.4 40.2 300MHz 400MHz 0.15dB/135分 0.011dB/10分 40 500MHz 700MHz 800MHz 900MHz 39.8 1000MHz 39.6 0 28 60 195 経過時間（分） 275 365 使用信号発生器のドリフト ：+15度から+35度の温度変化で最大0.03dBドリフト (十分余熱した後の本測定時、温度制御±2度にお いて0.006dB ) 10 校正電界の距離特性、アンテナの物理長（距離方向） 相 対距 離 減衰 特 性 （周 波 数 1G Hz） 0 水 平 偏波 送 受 アンテナ高 2m 相対減衰量(dB) -10 -20 -30 -40 -50 -60 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 送 受アンテナ間 距 離 (m ) ログペリの距離方向物理長７５ｃ ｍ、送受アンテナ間距離１８ｍで、送信アンテナを１ ｍから４ｍまで上下させてログペリの物理中心がパターンの頂上に来るように調整する。 このとき、ログペリ全体は０．３ｄＢ以内の範囲に収まる 11 置換法での被校正アンテナの不整合誤差 標準アンテナ：反射係数絶対値Γｓ =0.17(VSWR=1.4 カタログ最大値)とした場合 0.5 0 .4 5 e = 20 log[(1 + Γu Γl ) (1 − Γs Γl )](dB) 0.4 Г 0.0 1 ｅ(dB) 0 .3 5 Γl 0.3 0.0 4 0 .2 5 0.0 8 0.2 0 .1 5 0.1 0 .0 5 0 0 0 .1 0 .2 0.3 0.4 0.5 被 測 定アンテナ反 射係 数 （Г uの 絶 対値 ） 被校正アンテナ反射係数Γu=0.333(VSWR=2 ：カタログ最大値) アンテナから受信機側を見た反射係数：Γl =0.012(パッド入力端実測値）の場合 e=0.052dBとなる 12 ログペリの標準不確かさ算定例 項 目 対 応 標準ダイポール通総研公称値 アンテナ掛け替えごとのバラツキ 実測 信号発生器レベル設定精度(0.02dB) カタログ 受信機指示計読みとり誤差 経験 分 布 標準不確 かさ (dB) k=2 0 .48/2 正規 0.032 一様 一様 0.04/2√3 0.05/2√3 信号発生器経時ドリフト 実測 一様 0.009/2√3 信号発生器温度ドリフト 実測 一様 0.03/2√3 受信機経時ドリフト 実測 一様 0.011/2√3 受信機温度ドリフト 実測 一様 0.04/2√3 受信アンテナ高設定の再現性 受信アンテナ水平対向角度のずれ 実測 正規 0.023 実測 一様 0.007/2√3 計算 一様 0.3/2√3 供試アンテナ設置場所の電界の非一 様性が対向方向長に与えるずれ 垂直指向特性のダイポールとのずれ サイト反射波 計算 一様 0.3/2√3 直接波 計算 一様 0.035/2√3 供試アンテナの不整合による誤差 受信機の雑音による劣化 実測 と計算 実測 Ｕ 一様 0.052/√2 0.087/2√3 注：一様分布については最大幅表 示のため、分母を2√3としている 13 最大雑音について 雑音と正弦波（ 狭帯域妨害波と想定） の混合波形包絡線分布 0.7 雑音のみ（ レーレー分布） A/Nrms=3dB A/Nrms=6.5dB A/Nrms=11dB A/Nrms=15dB 各A/Nrmsに対応する正弦波のみの 場合の検波出力レベルの位置 0.5 確率密度 A：正弦波のみの検波出力 Nrms：雑音のみの実効値 0.6 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -30 -20 -10 0 包絡線レベル（0dB：雑音実効値） 10 20 14 QP,RMS受信機コンピュータシミュレション QP検波器 充電時定数：1ms 信号発生器 ＋ 中間周波フィ ルタ(9kHz) 放電時定数：160ms QP指示計 時定数：160ms 雑音発生器 包絡線検波器 RMS指示計 IFフィルタ出力(Bo:9kHz) 検波器出力（充電1ms、放電160ms) ここまで２00ms 指示計指示値(時定数：160ms) 15 最大雑音について 雑音混入による検波出力誤差(dB) 10 混合波形を実効値指示計にかけ ると 混合波形が確率密度0.001以下 となる場合（尖頭値に近い） ＱＰ検波器（バンドB)にかけると 正弦波のみの場合からの偏差(dB) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 正弦波のみの検波出力/雑音のみの検波出力実効値 (dB) 16 不整合（アンテナ−測定用受信機 アンテナと受信機入力端不整合誤差 2.5 Vsa：アンテナ端子VSWR Vsa=1.2 Vsa=1.4 Vsa=1.6 Vsa=1.8 誤差(dB) 2 1.5 1 0.5 0 1 1.1 1.2 1.3 受信機入力端VSWR 1.4 1.5 VHAPでＶＳＷＲが１．４程度 17 実 際 の ファ ク タ ー 補間直線 偏差値 キャリブレーションポイント 20 6 5 偏差値 1 4 3 補間直線 今回の検討対象 アンテナファ ク タ(dB) 周波数 アンテナ係数の補完 アンテナファクタ(dB) 引用：不要協不確かさガイド 2 周波数 18 引用：不要協不確かさガイド 検討対象としたアンテナ係数 40.0 35.0 アンテナ係数(dB/m) 30.0 25.0 20.0 15.0 VHAP/UHAP VHA/UHA BBA USLP9143 10.0 5.0 0.0 -5.0 10 100 周波数(MHz) 1000 19 引用：不要協不確かさガイド 直線内挿補完で生ずる偏差 3.0 2.5 VHA/UHA BBA USLP9143 VHAP/UHAP 2.0 1.5 不確かさ(dB) 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0 10 100 周波数(MHz) 1000 20 引用：不要協不確かさガイド アンテナ係数高さ変化（水平偏波） 受信側 １ｍから４ｍ まで走査 送信側 １ｍ 標準アンテ ナ高さ特性 計算 １０ｍ 標準アンテナにより、 電波を受信し、各高 さの電界強度決定 供試アンテナでの 各高さ受信 供試アンテナの 各高さアンテナ係 数の算定 21 引用：不要協不確かさガイド 標準アンテナ係数高さ特性計算値 40 35 1000[MHz] 8 0 0 [ M H z] 30 500[MHz] Antenna factor [dB/m] 25 300[MHz] 20 15 80[MHz] 10 5 30[MHz] 0 -5 0 1 2 3 4 5 Antenna height above ground plane [m] 22 引用：不要協不確かさガイド 標準アンテナで測定した各高さでの電界強度例 （300MHz) 100 f=300 [MHz] E-field intensity [dBuV/m] 80 60 40 20 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Antenna height above ground plane [cm] 23 引用：不要協不確かさガイド 標準アンテナで測定した各高さでの電界強度例 （800MHz) 100 f=800 [MHz] E-field intensity [dBuV/m] 80 60 40 20 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Antenna height above ground plane [cm] 24 引用：不要協不確かさガイド バイコニカルアンテナの各高さでのアンテナ係数高さ特性 （300MHz) 21 BBA9106 -9103(S):300[MHz] 20.5 Antenna factor [dB/m] 20 19.5 19 18.5 18 17.5 17 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Antenna height above ground plane [cm] 25 引用：不要協不確かさガイド ログペリアンテナの各高さでのアンテナ係数高さ特性 30 UHALP9108A(S):300[MHz] UHALP9108A(S):500[MHz] UHALP9108A(S):800[MHz] UHALP9108A(S):1000[MHz] Antenna factor [dB/m] 25 20 15 10 5 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Antenna height above ground plane [cm] 26 引用：不要協不確かさガイド バイコニカルアンテナのアンテナ係数変動幅 アンテナ 周波数 アンテナ係数変動幅 アンテナＡ 30[MHz] 0.58[dB] アンテナＢ 30[MHz] 0.46[dB] アンテナＡ 80[MHz] 2.30[dB] アンテナＢ 80[MHz] 2.29[dB] アンテナＡ 300[MHz] 2.44[dB] アンテナＢ 300[MHz] 2.53[dB] ログペリアンテナのアンテナ係数変動幅 アンテナ 周波数 アンテナ係数変動幅 Ａ 300[MHz] 1.65[dB] Ａ 500[MHz] 0.78[dB] Ａ 800[MHz] 1.15[dB] Ａ 1000[MHz] 1.08[dB] 27 引用：不要協不確かさガイド 交差偏波識別度の測定配置 （周波数300MHzについてのみ） 供試アンテナ （垂直偏波） 電波吸収体 3.0 m×3.6 m 供試アンテナ （水平偏波） 4m 向きを変える 送信アンテナ（垂直） （標準ダイポール） 1.5 m 1m SG 31010m10 m スペクトラム アナライザ 28 引用：不要協不確かさガイド [cm] 433 400 [cm] 433 400 350 350 300 300 高さ 高さ ダイポールアンテナ交叉偏波識別度 250 250 200 200 150 150 100 100 0 20 40 レベル 60 80 [dB(µV/m)] 同一偏波 100 0 20 40 60 レベル 80 100 [dB(µV/m)] 交叉偏波 29 引用：不要協不確かさガイド [cm] 440 [cm] 440 400 400 350 350 300 300 高さ 高さ バイコニカルアンテナ交叉偏波識別度 250 250 200 200 150 150 100 100 0 20 40 60 レベル 同一偏波 80 100 [dB(µV/m)] 0 20 40 60 レベル 80 100 [dB(µV/m)] 交叉偏波 30 引用：不要協不確かさガイド [cm] 440 [cm] 440 400 400 350 350 300 300 高さ 高さ ログペリアンテナ交叉偏波識別度 250 250 200 200 150 150 100 100 0 20 40 60 レベル 同一偏波 80 100 [dB(µV/m)] 0 20 40 60 レベル 80 100 [dB(µV/m)] 交叉偏波 31 引用：不要協不確かさガイド 交差偏波識別度の不確かさ （周波数300MHzについてのみ） アンテナ 標準不確かさ (dB) 標準ダイポールアンテナ 0.04 バイコニカルアンテナ 0.11 ログペリオディックアンテナ 0.16 32 ご静聴ありがとうございました 33
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