1

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

2

CISPR １６－４「ＥＭＩ測定における不確かさ」バジェット

3

1.630.170.060.000.05

0.050.05

11111

11

1.630.170.060.000.05

0.050.05

三角形一様一様

K=2

K=2K=2

±4.0±0.3±0.1±0.0±0.1

±0.1±0.1

δSAδdδdδdδh

δhδh

サイト補正：サイトの不完全さ 3m

10m30m

テーブルの高さ 3m

10m30m

0.170.29

0.000.000.000.000.000.00

0.000.17

11

111111

11

0.170.29

0.000.000.000.000.000.00

0.000.17

一様一様

一様一様一様

一様

±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

δAFf

δAFh

δAdir

δAdirδAdir

δAph

δAph

δAph

δAcp

δAbal

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 3m10m30m

位相中心位置 3m10m30m

交差偏波平衡度

0.6710.67U型+0.9/-1.0δM不整合、アンテナー測定用受信機

0.500.870.870.25

1111

0.500.870.870.25

K=2一様一様K=2

±1.0±1.5±1.5±0.5

δVsw

δVpa

δVpr

δVnf

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

1.0011.00k=2±2.0AF バイコニカル・アンテナ係数12)

0.0510.05k=2±0.1Lc減衰量：アンテナ－測定用受信機2)

0.1010.10k=1±0.1Vr測定用受信機の読み1)

確率分布 kdB

ciu(xi)dB

ciu(xi) dB

不確かさXi

入力量

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

拡張不確かさ

3mの２Uc=4.95dB

3mの２Uc=4.94dB

3mの２Uc=4.94dB

4

1.630.170.060.000.05

0.050.05

11111

11

1.630.170.060.000.05

0.050.05

三角形一様一様

K=2

K=2K=2

±4.0±0.3±0.1±0.0±0.1

±0.1±0.1

δSAδdδdδdδh

δhδh

サイト補正：サイトの不完全さ 3m

10m30m

テーブルの高さ 3m

10m30m

0.170.17

0.290.290.140.000.000.00

0.000.52

11

111111

11

0.170.17

0.290.290.140.000.000.00

0.000.52

一様一様

一様一様一様

一様

±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

δAFf

δAFh

δAdir

δAdirδAdir

δAph

δAph

δAph

δAcp

δAbal

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 3m10m30m

位相中心位置 3m10m30m

交差偏波平衡度

0.6710.67U型+0.9/-1.0δM不整合、アンテナー測定用受信機

0.500.870.870.25

1111

0.500.870.870.25

K=2一様一様K=2

±1.0±1.5±1.5±0.5

δVsw

δVpa

δVpr

δVnf

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

1.0011.00k=2±2.0AF バイコニカル・アンテナ係数12)

0.0510.05k=2±0.1Lc減衰量：アンテナ－測定用受信機2)

0.1010.10k=1±0.1Vr測定用受信機の読み1)

確率分布 kdB

ciu(xi)dB

ciu(xi) dB

不確かさXi

入力量

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

拡張不確かさ

3mの２Uc=5.06dB

3mの２Uc=5.04dB

3mの２Uc=5.02dB

5

1.630.170.060.000.05

0.050.05

11111

11

1.630.170.060.000.05

0.050.05

三角形一様一様

K=2

K=2K=2

±4.0±0.3±0.1±0.0±0.1

±0.1±0.1

δSAδdδdδdδh

δhδh

サイト補正：サイトの不完全さ 3m

10m30m

テーブルの高さ 3m

10m30m

0.170.17

0.290.290.140.580.170.06

0.520.00

11

111111

11

0.170.17

0.290.290.140.580.170.06

0.520.00

一様一様

一様一様一様

一様

±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

δAFf

δAFh

δAdir

δAdirδAdir

δAph

δAph

δAph

δAcp

δAbal

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 3m10m30m

位相中心位置 3m10m30m

交差偏波平衡度

0.6710.67U型+0.9/-1.0δM不整合、アンテナー測定用受信機

0.500.870.870.25

1111

0.500.870.870.25

K=2一様一様K=2

±1.0±1.5±1.5±0.5

δVsw

δVpa

δVpr

δVnf

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

1.0011.00k=2±2.0AF ログペリアンテナ係数12)

0.0510.05k=2±0.1Lc減衰量：アンテナ－測定用受信機2)

0.1010.10k=1±0.1Vr測定用受信機の読み1)

確率分布 kdB

ciu(xi)dB

ciu(xi) dB

不確かさXi

入力量

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

拡張不確かさ

3mの２Uc=5.19dB

3mの２Uc=5.06dB

3mの２Uc=5.02dB

6

1.630.170.060.000.05

0.050.05

11111

11

1.630.170.060.000.05

0.050.05

三角形一様一様

K=2

K=2K=2

±4.0±0.3±0.1±0.0±0.1

±0.1±0.1

δSAδdδdδdδh

δhδh

サイト補正：サイトの不完全さ 3m

10m30m

テーブルの高さ 3m

10m30m

0.170.17

0.290.290.140.000.000.00

0.000.52

11

111111

11

0.170.17

0.290.290.140.000.000.00

0.000.52

一様一様

一様一様一様

一様

±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

δAFf

δAFh

δAdir

δAdirδAdir

δAph

δAph

δAph

δAcp

δAbal

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 3m10m30m

位相中心位置 3m10m30m

交差偏波平衡度

0.6710.67U型+0.9/-1.0δM不整合、アンテナー測定用受信機

0.500.870.870.25

1111

0.500.870.870.25

K=2一様一様K=2

±1.0±1.5±1.5±0.5

δVsw

δVpa

δVpr

δVnf

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

1.0011.00k=2±2.0AF ログペリアンテナ係数12)

0.0510.05k=2±0.1Lc減衰量：アンテナ－測定用受信機2)

0.1010.10k=1±0.1Vr測定用受信機の読み1)

確率分布 kdB

ciu(xi)dB

ciu(xi) dB

不確かさXi

入力量

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

拡張不確かさ

3mの２Uc=5.18dB

3mの２Uc=5.05dB

3mの２Uc=5.01dB

7

・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

10m30m

・位相中心位置 3m10m30m

・交差偏波・平衡度・サイト補正：・サイトの不完全さ 3m

10m30m

・テーブルの高さ 3m 10m30m

紹介する項目(黒字部分）

8

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

9

受信アンテナ高の再現性

0

0.01

0.02

0.03

200 225 250 300 350 400 500 600 700 800 900 1000

周波数(MHz)

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

アンテナ設置高の再現性測定の例

10

受信機経時ドリフト計測の例

39.6

39.8

40

40.2

40.4

40.6

40.8

0 28 60 195 275 365経過時間（分）

指示値

(dB)

300MHz

400MHz

500MHz

700MHz

800MHz

900MHz

1000MHz

0.15dB/135分　0.011dB/10分

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 )

11

相 対距 離 減衰 特 性（周 波 数1GHz）

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

5 7.5 10 12.5 15 17.5 20

送 受アンテナ間 距 離 (m)

相対

減衰

量(d

B)

水 平 偏波送 受 アンテナ高 2m

校正電界の距離特性、アンテナの物理長（距離方向）

ログペリの距離方向物理長７５ｃｍ、送受アンテナ間距離１８ｍで、送信アンテナを１ｍ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

12

0

0 .05

0.1

0 .15

0.2

0 .25

0.3

0 .35

0.4

0 .45

0.5

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）

ｅ (

dB)

0.01

0.04

0.08

Г( ) ( )[ ] )(11log20 dBe lslu ΓΓ−ΓΓ+=

lΓ

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

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

13

(dB)項 目 対 応 分 布 標準不確 かさ

標準ダイポール通総研公称値 k=2 0 .48/2

アンテナ掛け替えごとのバラツキ 実測 正規 0.032

信号発生器レベル設定精度(0.02dB) カタログ 一様 0.04/2√3

受信機指示計読みとり誤差 経験 一様 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 実測 正規 0.023

受信アンテナ水平対向角度のずれ 実測 一様 0.007/2√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 計算 一様 0.3/2√3

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 実測と計算 Ｕ 0.052/√2

受信機の雑音による劣化 実測 一様 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

ログペリの標準不確かさ算定例

14

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

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

-30 -20 -10 0 10 20

包絡線レベル（0dB：雑音実効値）

確率

密度

雑音のみ（レーレー分布）A/Nrms=3dBA/Nrms=6.5dBA/Nrms=11dBA/Nrms=15dB

　A：正弦波のみの検波出力　Nrms：雑音のみの実効値

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

15

QP,RMS受信機コンピュータシミュレション

IFフィルタ出力(Bo:9kHz)

検波器出力（充電1ms、放電160ms)

指示計指示値(時定数：160ms)

ここまで２00ms

中間周波フィルタ(9kHz)

QP検波器

充電時定数：1ms

放電時定数：160ms

QP指示計

時定数：160ms信号発生器

＋雑音発生器

RMS指示計包絡線検波器

16

最大雑音について

雑音混入による検波出力誤差(dB)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

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)

正弦

波の

みの

場合

から

の偏

差(d

B)

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

17

アンテナと受信機入力端不整合誤差

0

0.5

1

1.5

2

2.5

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

受信機入力端VSWR

誤差

(dB

)

Vsa=1.2Vsa=1.4Vsa=1.6Vsa=1.8

不整合（アンテナ－測定用受信機

Vsa：アンテナ端子VSWR

VHAPでＶＳＷＲが１．４程度

18

実 際 の ファ ク タ ー

キャリブレーションポイント　 　

偏 差 値

補 間 直 線

周波数

アン

テナ

ファ

クタ

(dB

)

補 間 直 線偏 差 値

20

6

54

3

2

1

周波数

アン

テナ

ファ

クタ

(dB

)

アンテナ係数の補完今

回の検討対象

引用：不要協不確かさガイド

19

検討対象としたアンテナ係数

-5.0

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

10 100 1000

周波数(MHz)

アン

テナ

係数

(dB

/m)

VHAP/UHAPVHA/UHA

BBA

USLP9143

引用：不要協不確かさガイド

20

直線内挿補完で生ずる偏差

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

10 100 1000周波数(MHz)

不確

かさ

(dB

)

VHA/UHABBA

USLP9143VHAP/UHAP

引用：不要協不確かさガイド

21

アンテナ係数高さ変化（水平偏波）

１ｍ

１ｍから４ｍまで走査

送信側

受信側

１０ｍ

標準アンテナ高さ特性計算

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

引用：不要協不確かさガイド

22

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4 5

Ant

enna

fact

or [d

B/m

]

Antenna height above ground plane [m]

30[MHz]

80[MHz]

300[MHz]

500[MHz]

800[MHz]

1000[MHz]

標準アンテナ係数高さ特性計算値

引用：不要協不確かさガイド

23

0

20

40

60

80

100

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

E-f

ield

inte

nsity

[dB

uV/m

]

Antenna height above ground plane [cm]

f=300 [MHz]

標準アンテナで測定した各高さでの電界強度例（300MHz)

引用：不要協不確かさガイド

24

標準アンテナで測定した各高さでの電界強度例（800MHz)

0

2 0

4 0

60

8 0

100

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

E-f

ield

inte

nsity

[dB

uV/m

]

Antenna height above ground plane [cm]

f=800 [MHz]

引用：不要協不確かさガイド

25

17

17.5

18

18.5

19

19.5

20

20.5

21

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Ant

enna

fact

or [d

B/m

]

Antenna height above ground plane [cm]

BBA9106 -9103(S):300[MHz]

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)

引用：不要協不確かさガイド

26

5

1 0

1 5

20

2 5

3 0

0 5 0 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Ant

enna

fact

or [d

B/m

]

Antenna height above ground plane [cm]

UHALP9108A(S):300[MHz] UHALP9108A(S):500[MHz] UHALP9108A(S):800[MHz]

UHALP9108A(S):1000[MHz]

ログペリアンテナの各高さでのアンテナ係数高さ特性

引用：不要協不確かさガイド

27

2.53[dB]300[MHz]アンテナＢ

2.44[dB]300[MHz]アンテナＡ

2.29[dB]80[MHz]アンテナＢ

2.30[dB]80[MHz]アンテナＡ

0.46[dB]30[MHz]アンテナＢ

0.58[dB]30[MHz]アンテナＡ

アンテナ係数変動幅周波数アンテナ

バイコニカルアンテナのアンテナ係数変動幅

ログペリアンテナのアンテナ係数変動幅

1.08[dB]1000[MHz]Ａ

1.15[dB]800[MHz]Ａ

0.78[dB]500[MHz]Ａ

1.65[dB]300[MHz]Ａ

アンテナ係数変動幅周波数アンテナ

引用：不要協不確かさガイド

28

1010m10

4m

1m

1.5 m

送信アンテナ（垂直）（標準ダイポール）

供試アンテナ（水平偏波）

3 m

電波吸収体3.0 m×3.6 m

供試アンテナ（垂直偏波）

SG

向きを変える

スペクトラムアナライザ

交差偏波識別度の測定配置（周波数300MHzについてのみ）

引用：不要協不確かさガイド

29

0 100 20 40 60 80 100

433

150

200

250

300

350

400

レベル

高さ

[dB(µV/m)]

[cm]

0 100 20 40 60 80 100

433

150

200

250

300

350

400

レベル

高さ

[dB(µV/m)]

[cm]

ダイポールアンテナ交叉偏波識別度

同一偏波 交叉偏波

引用：不要協不確かさガイド

30

0 100 20 40 60 80 100

440

150

200

250

300

350

400

レベル

高さ

[dB(µV/m)]

[cm]

バイコニカルアンテナ交叉偏波識別度

0 100 20 40 60 80 100

440

150

200

250

300

350

400

レベル

高さ

[dB(µV/m)]

[cm]

同一偏波 交叉偏波

引用：不要協不確かさガイド

31

0 100 20 40 60 80 100

440

150

200

250

300

350

400

レベル

高さ

[dB(µV/m)]

[cm]

ログペリアンテナ交叉偏波識別度

0 100 20 40 60 80 100

440

150

200

250

300

350

400

レベル 高

さ

[dB(µV/m)]

[cm]

同一偏波 交叉偏波

引用：不要協不確かさガイド

32

0.16ログペリオディックアンテナ

0.11バイコニカルアンテナ

0.04標準ダイポールアンテナ

標準不確かさ(dB)

アンテナ

交差偏波識別度の不確かさ（周波数300MHzについてのみ）

引用：不要協不確かさガイド

33

ご静聴ありがとうございました