EMC技術者教育用 電磁界アニメーション 情報処理装置等電波障害自主規制協議会 教育研修専門委員会 1 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 解析モデルおよび解析手法 No. １ 2 3 4 5 モデル 解析手法 半波長ダイポールアンテナ オープンエンド導波管 マイクロストリップライン 筐体からの漏洩電磁波 モーメント法 FDTD法 モーメント法 ケーブルからの放射 2 シート 3～ 9 10～14 15～20 21～28 29～35 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI １．半波長ダイポールアンテナ 自由空間における放射 解析モデル •解析周波数：30MHz, 100MHz, 200MHz •アンテナ 長さ：5.0m, 1.5m, 0.75m 直径:1.0mm 波源：1Vrms正弦波 出力インピーダンス50W 電界表示領域 z アンテナ中心から±10mのx-y平面，x-z平面 アンテナに平行な電界成分（Ey）を表示 20m アンテナ 20m x y 3 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI アンテナ周辺の電界(Ey) 30MHz x-y平面 100MHz 200MHz z 20m x y x y 20m 30MHz x-z平面 100MHz 200MHz z z x y x 4 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 大地面の影響（水平ダイポール） 解析モデル •解析周波数：30MHz, 100MHz, 200MHz •アンテナ 長さ：5.0m, 1.5m, 0.75m 直径:1.0mm 波源：1Vrms正弦波 出力インピーダンス50W z z 20m 波源 ～ 20m アンテナ 2m アンテナ y 大地面 x z=0 大地面 y 5 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI アンテナ周辺の電界（Ey） 大地面あり 30MHz 水平ダイポール 100MHz 200MHz 大地面なし（自由空間） 100MHz 30MHz 200MHz 20m 20m z z x x 6 y All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 大地面の影響（垂直ダイポール） 解析モデル •解析周波数：30MHz, 100MHz, 200MHz •アンテナ 長さ：5.0m, 1.5m, 0.75m 直径:1.0mm 波源：1Vrms正弦波 出力インピーダンス50W z z 20m アンテナ ～ 20m 波源 2.75m アンテナ y 大地面 x z=0 大地面 y 7 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI アンテナ周辺の電界（Ez） 大地面あり 30MHz 垂直ダイポール 100MHz 200MHz 大地面なし（自由空間） 100MHz 30MHz 200MHz 20m 20m z z x x 8 y All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 送受信アンテナ 解析モデル 受信アンテナ周囲の電界 x-y平面におけるEyの分布 20m 電界表示領域 受信アンテナ 12.5m 送信アンテナ 20m x •周波数 •送信アンテナ •受信アンテナ z y 30MHz 長さ：5.0m，直径：8.0mm 波源：1Vrms正弦波 長さ：5.0m，直径：8.0mm 負荷：50W 9 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI ２．オープンエンド導波管 解析モデル • 導波管寸法：29mm×58mm×500mm WRJ-4相当（遮断周波数2.6GHｚ） • 解析周波数：3GHz z 500mm x y 29mm 波源 58mm 10 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 導波管内の電磁界 等高線表示 電界分布 磁界分布 • 導波管寸法：29mm×58mm×500mm WRJ-4相当（遮断周波数2.6GHｚ） • 解析周波数：3GHz 11 z x y All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 導波管内の電磁界 ベクトル表示 磁界分布 電界分布 • 導波管寸法：29mm×58mm×500mm WRJ-4相当（遮断周波数2.6GHｚ） • 解析周波数：3GHz 12 z x y All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 導波管開口部からの放射 電界表示領域 電界（Ez） 導波管 0.2m 0.8m 1m=10l z x y • 導波管寸法：29mm×58mm×500mm WRJ-4相当（遮断周波数2.6GHｚ） • 解析周波数：3GHz 13 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 導波管開口部付近の電界(Ez)拡大図 （3l×3l） 電界表示領域 z x • • 0.3m y 0.3m (=3l) 導波管寸法：29mm×58mm×500mm WRJ-4相当（遮断周波数2.6GHｚ） 解析周波数：3GHz 14 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI ３．マイクロストリップライン 解析モデル 送信端 比誘電率 er：4.7 ガウシアンパルス パターン 波源の波形 1.2 幅 : 300mm 厚さ : 20mm 長さ : 100mm [Voltage] 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 受信端 0.0 0 50W, 75W, 開放, 短絡 断面図 er：4.7 300mm Ez 100 200 300 Time [ps] 400 500 20mm 180mm グランドプレーン 15 基板グランドプレーンとパターン間の 電界強度Ezを表示． All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI マイクロストリップ線路断面の電界（Ez） z y 電界表示領域 この面の電界を 等高線でプロット z x y 拡大 16 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 信号伝搬（Ez） 受信端:50W 受信端:開放 受信端:75W 受信端:短絡 z x y 解析時間：0～1.3ns 17 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 伝搬波形 波源電圧 送信端電圧 負荷電圧 受信端電圧 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 0.0E+00 0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 4.0E-10 0.4 8.0E-10 0.8 1.2E-09 1.2 0.0E+00 0 4.0E-10 0.4 Time[ns] time [s] 2.5 受信端：75W 2.5 波源電圧 送信端電圧 負荷電圧 受信端電圧 1.2E-09 1.2 受信端：短絡 波源電圧 送信端電圧 負荷電圧 受信端電圧 2.0 Voltage [V] Voltage [V] 8.0E-10 0.8 time [s] Time[ns] 2.0 1.5 1.0 0.5 1.5 1.0 0.5 0.0 0.0 -0.5 0.0E+00 0 波源電圧 送信端電圧 負荷電圧 受信端電圧 2.0 Voltage [V] Voltage [V] 2.5 送信端および受信端の電圧 受信端：開放 受信端：50W 2.5 4.0E-10 0.4 8.0E-10 0.8 -0.5 0.0E+00 0 1.2E-09 1.2 4.0E-10 0.4 8.0E-10 0.8 1.2E-09 1.2 time [s] Time[ns] time [s] Time[ns] 18 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 線路コーナー部での信号伝搬 直角コーナーモデル 円形コーナーモデル z z y x y x 60mm 波源 10mm 80mm 10mm 波源 80mm x 60mm x 10mm 50mm y 80mm 80mm 波源の波形 •比誘電率er: 4.7 •基板厚さ：2mm •線路幅 ：5mm 1.2 [V] Voltage Voltage [arb.unit] y 0.9 0.6 0.3 0.0 0 100 200 300 400 time [ps] Time [ps] 19 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 信号伝搬（Ez） 直角コーナーモデル 円形コーナーモデル z x 20 y All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI ４．筐体からの漏洩電磁波 スリット長を変化させる 60mm １m 300mm 60mm １m 電磁界表示領域 筐体 スリット x z x 筐体 y ダイポールアンテナ •ダイポールアンテナを筐体内中央に、スリットと直交方向に設置 •解析周波数：1000MHz •波源 ：1Vrms正弦波 •筐体寸法：60mm×60mm×300mm •スリット長：200mm (2/3l), 150mm (1/2l), 75mm (1/4l), 37.5mm (1/8l) 21 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 漏洩電磁界(Hy) 200mm (2l/3) 150mm (l/2) 75mm (l/4) 37.5mm (l/8) z y 22 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 筐体表面の電流分布 磁界(Hy) スリット周囲の電流分布 スリット長:150mm 電界(Ex) •赤色部分*は大きな電流が 流れていることを意味する． •スリットを回るように電流が 流れていることが分かる． z 23 y All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 電界の周波数特性(水平成分） •水平距離：10m, 高さ：2.5±1.5m, 大地面無し •波源は全周波数帯域にわたって1Vrms正弦波 •スリット長：150mm f = 1000MHz l/2=150mm 90 z 10m z=4m z=1m 60 E [dB V/m] 計算条件 30 x モデル（z=0.8m） y 0 円筒側面における最大値 を算出し、プロット。 -30 0 500 1000 1500 2000 Frequency [MHz] 24 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI スリットが稜にあるとき 200mm 筐体 スリット：150mm １m 電界表示 領域 １m 磁界表示領域 200mm ダイポールアンテナ 筐体 •ダイポールアンテナを筐体内中央に、スリットと直交方向に設置 •解析周波数：1000MHz •波源 ：1Vrms正弦波 •筐体寸法：60mm×60mm×300mm 25 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 磁界(Hy) 漏洩電磁界 筐体表面の電流分布 z y 電界(Ex) z x 26 y All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 波源の向きがスリットと平行の場合 z １m スリット：150mm １m 磁界表示領域 ダイポールアンテナ 筐体 x y •ダイポールアンテナを筐体内中央に、スリットと平行に設置 •解析周波数：1000MHz •波源 ：1Vrms正弦波 •筐体寸法：60mm×60mm×300mm 27 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 磁界(Hy) 漏洩電磁界 筐体表面の電流分布 z y 電界(Ex) z x 28 y All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI ５．ケーブルからの放射 解析モデル 電界表示領域 波源 パターン z モデル 同軸ケーブル x y 負荷： 50W 整合終端 2m 2m パターン断面図 200mm z er ：4.7 y z 110mm z=0 モデルの高さ z = 0 x 電界表示領域の高さ z = 10mm y •解析周波数：500MHz •波源：1Vrms正弦波 出力インピーダンス50W •同軸ケーブル：1.5D2V相当 特性インピーダンス50W 長さ150mm •PCB：150mm×82.5mm 比誘電率＝4.7 •配線パターン：幅200mm 長さ92.5mm 特性インピーダンス50W 29 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI コネクタ部構造の影響 同軸ケーブル～PCBの接続部を右図 のように変化させた場合の電磁界をア ニメーション表示 モデルA 3.0mm モデルB z x y 0.5mm 30 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI PCB周囲の電界（Ex） モデルＡ モデルＢ y x 3.0mm 0.5mm 31 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 電界の周波数特性（水平成分） •水平距離：10m, 高さ：2.5±1.5m, 大地面無し •波源は全周波数帯域にわたって1Vrms正弦波 計算条件 z 10m 100 E [dB mV/m] z=4m z=1m 80 x モデル（z=0.8m） 60 モデルA モデルB y 円筒側面における最大値 を算出し，プロット。 40 0 250 500 750 1000 Frequency [MHz] 32 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI ケーブル長の影響 前解析のモデルAにおいてケーブル長を30mm, 75mm, 150mm, 300mmと変化させた場合の電界の変化を調べる 解析周波数：500MHz ケーブル長 30mm (l/20) ケーブル長 75mm (l/8) ケーブル長 150mm (l/4) ケーブル長 300mm (l/2) z x y 33 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI ＰＣＢ周囲の電界（Ex） 30mm (l/20) 75mm (l/8) 150mm (l/4) 300mm (l/2) y x 34 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 電界の周波数特性(水平成分） •水平距離：10m, 高さ：2.5±1.5m, 大地面無し •波源は全周波数帯域にわたって1Vrms正弦波 計算条件 z 10m 120 z=4m z=1m E [dB mV/m] 75mm 90 150mm 300mm x モデル（z=0.8m） y 円筒側面における最大値 を算出し，プロット。 30mm 60 30 0 500 1000 1500 2000 Frequency [MHz] 35 All Rights Reserved Copyright Ⓒ 2005 VCCI 情報処理装置等電波障害自主規制協議会
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