电磁场测量方法、电磁场测量装置以及相位成像装置

摘要

电磁场测量装置(10)，具备：第一探针(21)以及第二探针(22)，为了测量电场，而被设置在空间中；参考信号发生器(31)，生成参考信号；第一乘法器(32)，将在第一探针(21)获得的信号与参考信号相乘；第二乘法器(34)，将从第一乘法器(32)输出的信号与在第二探针(22)获得的信号相乘；以及同步检波器(35)，从第二乘法器(34)输出的信号中，提取与参考信号同步的信号成分。

说明书

技术领域

本发明涉及电磁场测量方法以及电磁场测量装置，尤其涉及适合稳定且精密地测量辐射电场或者辐射磁场的振幅以及相位的空间分布的电磁场测量方法等。

背景技术

在分析来自天线的辐射图样等时，需要测量辐射电场或者辐射磁场的振幅以及相位的空间分布。

以往，作为测量辐射电场或者辐射磁场的振幅以及相位的空间分布的技术，已知的有使被测量系统与测量系统同步的方法(例如，参考专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1∶日本特开2005－134169号公报

然而，在使被测量系统与测量系统同步的方法中，针对信号发生源不能从外部注入同步信号的情况下，例如在集成了信号发生源和天线等辐射体的电路(芯片上天线)的情况下，为了测量相位需要使测量系统与被测量信号同步。然而，构成具有宽锁定范围的锁相环路，通常是很困难的。

发明内容

于是，本发明的目的在于提供一种不需要使被测量系统与测量系统同步，就能稳定且精密地测量电场或者磁场的空间分布的电磁场测量方法、电磁场测量装置以及相位成像装置。

为了达到所述目的，本发明的一个形态涉及的电磁场测量方法，包括：设置步骤，为了测量电场或者磁场，在空间设置第一探针以及第二探针；第一乘法步骤，将在所述第一探针获得的信号与参考信号发生器生成的参考信号相乘；第二乘法步骤，将所述第一乘法步骤获得的信号与在所述第二探针获得的信号相乘；以及同步检波步骤，从所述第二乘法步骤获得的信号中，提取与所述参考信号发生器生成的参考信号同步的信号成分。

从而，通过使用设置在被测量电磁场的2个探针，来消除被测量电磁场的电场或者磁场的相位以及频率起伏，即使被测量电磁场的电场或者磁场的频率有变动的情况下，不用使被测量系统与测量系统同步，就能稳定且精密地测量电场或者磁场的空间分布。其结果，不使被测量系统与测量系统同步，就能测量信号发生源与天线等辐射体集成的电路(芯片上天线)的辐射图样。

也可以是，在所述设置步骤中，以所述第二探针固定在所述空间的状态下，使所述第一探针移动，依次设置到所述空间中的多个测量点，在所述设置步骤中所述第一探针每设置在所述多个测量点中的一个测量点时，均执行所述第一乘法步骤、所述第二乘法步骤以及所述同步检波步骤。

从而，使第一探针依次移动到空间中的多个测量点，重复进行计测，从而能够测量被测量电磁场中的电场或者磁场的振幅以及相位的空间分布。

也可以是，在所述设置步骤中，以所述第一探针与所述第二探针的间隔固定的状态下，使所述第一探针以及所述第二探针一起移动，依次设置到所述空间中的多个测量点，在所述设置步骤中所述第一探针以及所述第二探针每设置在所述多个测量点中的一个测量点时，均执行所述第一乘法步骤、所述第二乘法步骤以及所述同步检波步骤。

从而，即使将第一探针以及第二探针的一方设为固定，另一方进行空间扫描存在困难的状况下，也能够求出测量点之间的相位关系，作为结果，能够测量被测量电磁场的电场或者磁场的振幅以及相位的空间分布。

也可以是，在所述设置步骤中，以当前的测量点的所述第一探针以及所述第二探针的一方的位置与下一个测量点的所述第一探针以及所述第二探针的另一方的位置一致的方式，使所述第一探针以及所述第二探针一起移动。

从而，针对多个测量点的相位，能够求出邻接的2个测量点之间的相位关系，所以作为结果，能够求出多个测量点的全部的相位。

也可以是，在所述设置步骤中，以所述第一探针以及所述第二探针的一方依次位于将规定时刻的所述第一探针与所述第二探针的间隔进行分割而得到的多个位置的每一个位置的方式，使所述第一探针以及所述第二探针一起移动。

从而，以比第一探针与第二探针之间的间隔小的间隔，即以高空间分辨力来求出测量点之间的相位关系，作为结果，能够测量被测量电磁场的电场或者磁场的振幅以及相位的空间分布。

也可以是，所述电磁场测量方法还包括偏移相位算出步骤，将在所述第一探针获得的信号与所述参考信号相乘，将获得的信号与在所述第一探针获得的信号相乘，从获得的信号中提取与所述参考信号同步的信号成分，从而算出所述参考信号的偏移相位。

从而，将多个探针一起移动的情况下，在计测被测量电磁场的同时，求出参考信号的偏移相位，从在同步检波步骤提取的信号成分的相位中，减去作为噪音的偏移相位φ_off，所以能够高精度地求出相位差。

也可以是，所述电磁场测量方法还包括偏移相位算出步骤，针对所述多个测量点的一个测量点，在所述设置步骤中的所述第一探针以及所述第二探针的位置调换的状态下，执行所述第一乘法步骤、所述第二乘法步骤以及所述同步检波步骤，并且在所述设置步骤中将在所述同步检波步骤提取的信号成分相位与所述调换后在所述同步检波步骤提取的信号成分的相位相加，从而算出所述参考信号的偏移相位。

从而，使多个探针一起移动的情况下，通过调换探针，从而求出参考信号的偏移相位，从在同步检波步骤提取的信号成分的相位，减去作为噪声的偏移相位，所以能够高精度地求出相位差。

此外，为了达到所述目的，本发明的一个形态涉及的电磁场测量装置，具备：第一探针以及第二探针，为了测量电场或者磁场，而被设置在空间中；参考信号发生器，生成参考信号；第一乘法器，将在所述第一探针获得的信号与所述参考信号相乘；第二乘法器，将从所述第一乘法器输出的信号与在所述第二探针获得的信号相乘；以及同步检波器，从所述第二乘法器输出的信号中，提取与所述参考信号同步的信号成分。

从而，通过使用设置在被测量电磁场的2个探针，消除了被测量电磁场的电场或者磁场的相位以及频率起伏，所以被测量电磁场的电场或者磁场的频率有变动的情况下，不需要使被测量系统与测量系统同步，就能以稳定且精密地测量电场或者磁场的空间分布。其结果，不需要使被测量系统与测量系统同步，就能够测量从信号发生源与天线等辐射体被集成的电路(芯片上天线)辐射的辐射图样。

也可以是，所述电磁场测量装置还具备：第一频率转换器，将从所述第一探针输出的信号的频率转换为比该第一探针输出的信号的频率低的中频；以及第二频率转换器，将从所述第二探针输出的信号的频率转换为所述中频，所述第一乘法器，将从所述第一频率转换器输出的信号与所述参考信号相乘，所述第二乘法器，将从所述第一乘法器输出的信号与从所述第二频率转换器输出的信号相乘。

从而，与从2个探针输出的被测量电场或者被测量磁场的振幅以及相位对应的信号(RF信号)的频率下降转换，所以即使是频率比较高的电磁场(例如，微波，毫米波，太赫波等的电磁场)，也能够进行测量。

也可以是，所述电磁场测量装置还具备滤波器，从所述第一乘法器输出的信号中，选择具有如下频率的信号成分，该频率是输入到所述第一乘法器的信号的频率与所述参考信号的频率的和或差的频率，所述第二乘法器，将从所述滤波器输出的信号与从所述第二探针输出的信号相乘。

从而，从第一乘法器输出的信号中，消除具有输入到第一乘法器的信号以及参考信号的各自的频率的差或者和的频率的无用的信号成分，只选择并输出具有和或者差的频率的有用的信号成分，所以接着的信号处理成为稳定化。

也可以是，所述第一探针以及所述第二探针，输出与检测出的电场对应的光信号，所述第一频率转换器，将从所述第一探针输出的光信号转换为比该光信号的频率低的中频的电信号，所述第二频率转换器，将从所述第二探针输出的光信号转换为所述中频的电信号，所述第一乘法器，将从所述第一频率转换器输出的电信号与所述参考信号相乘，所述第二乘法器，将所述第一乘法器输出的信号与所述第二频率转换器输出的电信号相乘。

从而，从2个探针输出光信号进行处理，所以即使对频率比较高的电磁场(例如，微波，毫米波，太赫波等的电磁场)，也能够稳定地进行测量。

此外，为了达到所述目的，本发明的另一个形态涉及的电磁场测量装置，具备：第一探针以及第二探针，为了测量电场或者磁场，而被设置在空间中；第一模数转换器，将在所述第一探针获得的信号转换为数字值；第二模数转换器，将在所述第二探针获得的信号转换为数字值；以及计算机装置，对从所述第一模数转换器以及所述第二模数转换器输出的信号进行处理，所述计算机装置执行如下步骤：第一乘法步骤，将从所述第一模数转换器输出的信号与参考信号相乘；第二乘法步骤，将在所述第一乘法步骤获得的信号与从所述第二模数转换器输出的信号相乘；以及同步检波步骤，从在所述第二乘法步骤获得的信号中，提取与所述参考信号同步的信号成分。

从而，噪声消除处理通过数字信号处理来实现，所以通过包括DSP(DigitalSignal Processor)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等的逻辑电路或者程序，进行高精度且稳定的信号处理。

此外，为了达到所述目的，本发明的另一个形态涉及的相位成像装置，测量电磁波针对对象物透射或反射时的所述电磁波的相位移动量并进行图像化，所述相位成像装置具备：电磁波源，射出电磁波；光学装置，将从所述电磁波源射出的电磁波，分成第一电磁波以及第二电磁波；机构部，以在所述光学装置分成的所述第一电磁波以及所述第二电磁波中，只有所述第一电磁波针对所述对象物的二维状的多个测量点依次扫描并射入的方式，改变所述对象物与所述第一电磁波的相对的位置关系；针对所述多个测量点的每一个测量点，测量针对所述对象物透射或反射的所述第一电磁波与针对所述对象物没有透射或反射的所述第二电磁波的相位差的所述电磁场测量装置；以及图像化装置，将所述电磁场测量装置测量的相位差与所述多个测量点建立对应地进行图像化，所述电磁场测量装置，利用该电磁场测量装置具备的第一探针以及第二探针，分别检测所述第一电磁波以及所述第二电磁波，所述图像化装置，将所述电磁场测量装置具备的同步检波器提取的信号成分的相位，作为所述相位差进行图像化。

从而，即使使用具有频率起伏的电磁波源的情况下，根据消除了频率起伏的相位差进行图像化，所以能够稳定且高精度地进行相位成像。

另外，本发明不仅作为所述的电磁场测量方法以及电磁场测量装置来实现，而且还作为包括所述电磁场测量装置具备的计算机装置执行的步骤的程序来实现、或者记录了该程序的CD－ROM等计算机能够读取的记录介质来实现。

通过本发明，能够提供不需要使被测量系统与测量系统同步，就能稳定且精密地测量电场或者磁场的空间分布的电磁场测量方法以及电磁场测量装置。

因而，便携式电话或智能手机等具备被集成的电路的无线通信设备广泛普及的今天，本发明适合对来自天线的辐射图样进行分析等，实用价值非常高。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的电磁场测量装置的构成的方框图。

图2是表示本发明的实施方式的利用电磁场测量装置的电磁场测量方法的顺序的流程图。

图3是表示本发明的实施方式的用于电磁场测量装置的动作确认的实验系统的构成的方框图。

图4A是表示图3示出的实验系统获得的检测信号的波形的图。

图4B是表示现有技术的信号处理中获得的检测信号的波形的图。

图5是图3示出的实验系统的两个振荡器的一方输出的信号的相位，针对时间变为线形时得到的检测信号的波形的图。

图6是表示本发明的实施方式的第一变形例涉及的电磁场测量装置的构成的方框图。

图7是表示本发明的实施方式的第一变形例涉及的利用电磁场测量装置的实验结果的图。

图8是表示本发明的实施方式的第二变形例涉及的电磁场测量装置具备的噪声消除部的构成的方框图。

图9是表示本发明的实施方式的第二变形例涉及的利用电磁场测量装置的实验的结果的图。

图10是说明将2个探针一起移动进行空间扫描的电磁场测量方法的图。

图11是表示通过图10示出的2个探针一起扫描的方法来进行实验所获得的测量值与模拟结果的图。

图12是说明测量用探针以及参考用探针，以小于探针间隔Δx的距离，一起错开移动进行空间扫描的电磁场测量方法的图。

图13是表示图12示出的电磁场测量方法的实验获得的测量值与模拟结果的图。

图14是表示本发明的实施方式的利用电磁场测量装置的相位成像装置的构成的方框图。

图15是用于说明图14表示的相位成像装置的实验的图。

图16是用于说明从参考信号发生器输入到同步检波器的参考信号中包含的偏移相位的算出方法的图。

图17是表示将本发明涉及的电磁场测量装置获得的被测量电磁场的相位的空间分布进行可视化的例子的图。

具体实施方式

下面，参考附图来详细说明本发明的实施方式。另外，下面说明的实施方式都是示出本发明优选的一个具体例子。以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形式、步骤、步骤的顺序等，都是本发明的一个例子，主旨不是限制本发明。从而，在以下实施方式的构成要素中，表示本发明的最上位概念的方案中没有记载的构成要素，作为构成优选的形态的任意构成要素来说明。

图1是表示本发明的实施方式的电磁场测量装置10的构成的方框图。电磁场测量装置10是测量来自天线等的辐射电场或者辐射磁场的振幅以及相位的空间分布的装置，大体由检测部20以及噪声消除部30构成。

检测部20，是利用2个探针检测被测量电磁场的电场或者磁场的处理部，由第一探针21、第二探针22、第一频率转换器23以及第二频率转换器24构成。

第一探针21是设置在被测量电磁场的空间中的测量点的测量用的电场探针或者磁场探针，输出与测量点的被测量电场或者被测量磁场的振幅以及相位对应的信号(RF信号)。另外，测量点是为了计测被测量电场或者被测量磁场的振幅以及相位的空间分布，而预先规定的空间位置，例如一维、二维或者三维的网状区域中的网格点。

第二探针22是固定设置在被测量电磁场的空间中的基准点的参考用的电场探针或者磁场探针，输出与基准点的被测量电场或者被测量磁场的振幅以及相位对应的信号(RF信号)。另外，基准点是用于检测测量点的被测量电场或者被测量磁场的相位的基准的相位的位置，只要是在被测量电磁场的空间内，任一个位置都可以。

另外，在本实施方式，将第一探针21以及第二探针22都设为电场测量用的探针(电场探针)，进行以下说明。

第一频率转换器23是将从第一探针21输出的RF信号的频率转换为比其低的中频(IF)的下变频器，是一种混合器，例如将从第一探针21输出的RF信号与局部振荡器(未图示)输出的LO(Local oscillator)信号进行混合，从而转换为具有这两个信号的频率的差的频率(中频)的第一IF信号。具体而言，将从第一探针21输出的RF信号的频率设为f_RF，将LO信号的频率设为f_LO时，第一频率转换器23生成中频f_IF(＝|f_RF－f_LO|)的第一IF信号。

第二频率转换器24是将从第二探针22输出的RF信号的频率，转换为与第一频率转换器23输出的信号的频率相同的中频(IF)的下变频器，是一种混合器，例如将从第二探针22输出的RF信号和所述LO信号进行混合，从而转换为具有这两个信号的频率的差的频率(中频)的第二IF信号。具体而言，将从第二探针22输出的RF信号的频率设为f_RF，将LO信号的频率设为f_LO时，第二频率转换器24生成中频f_IF(＝|f_RF－f_LO|)的第二IF信号。

另外，第一频率转换器23以及第二频率转换器24，只在从第一探针21以及第二探针22输出的RF信号的频率比较高的情况(例如，微波，毫米波，太赫(terahertz)波等)设置，在RF信号的频率为几十MHz以下左右的比较低的情况下，可以不用设置。在这个情况下，从第一探针21输出的RF信号直接输入到噪声消除部30的第一乘法器32，从第二探针22输出的RF信号直接输入到噪声消除部30的第二乘法器34。

噪声消除部30，是用于消除被测量电磁场的电场或者磁场的相位以及频率起伏(包括RF信号和LO信号的相对的频率起伏)的处理部，由参考信号发生器31、第一乘法器32、滤波器33、第二乘法器34以及同步检波器35构成。另外，在本实施方式，噪声消除部30，作为消除被测量电场的相位以及频率起伏的处理部来发挥作用。

参考信号发生器31是用于生成参考信号的电路，例如生成单一的频率fs的信号，该参考信号在消除上述相位以及频率起伏时使用。

第一乘法器32是将在第一探针21获得的信号和参考信号发生器31生成的参考信号相乘的乘法器，例如模拟乘法器或者混合器。在本实施方式，在第一探针21之后连接了第一频率转换器23，所以第一乘法器32将从第一频率转换器23输出的第一IF信号与参考信号发生器31生成的参考信号相乘，其结果输出包含如下信号成分的信号，即具有输入到第一乘法器32的信号的频率(在这里是中频f_IF)与参考信号的频率fs的和的频率(fs+f_IF)以及差的频率(fs－f_IF)的信号成分。

滤波器33是从第一乘法器32输出的信号中，选择具有如下频率的信号成分的电路，该频率是输入到第一乘法器32的信号的频率(在这里是中频f_IF)与参考信号的频率fs的和或者差的频率(在本实施方式是差的频率(fs－f_IF))，例如是带通滤波器或者低通滤波器。另外，根据RF信号的频率和LO信号的频率的关系，不一定需要该滤波器33。

第二乘法器34是将从第一乘法器32输出的信号与在第二探针22获得的信号相乘的乘法器，例如模拟乘法器或者混合器。在本实施方式，在第一乘法器32之后连接了滤波器33，在第二探针22之后连接了第二频率转换器24，所以第二乘法器34，将从滤波器33输出的信号与从第二频率转换器24输出的第二IF信号相乘，其结果输出包含如下信号成分的信号，即具有从滤波器33输出的信号的频率(fs－f_IF)与第二IF信号的频率(f_IF)的和的频率fs(＝fs－f_IF+f_IF)以及差的频率(fs－2f_IF)的信号成分。

同步检波器35是从第二乘法器34输出的信号中，提取与参考信号同步的信号成分(具有频率fs的信号成分)的电路，是例如以从第二乘法器34输出的信号作为输入，只提取与由参考信号发生器31生成的参考信号同步的信号成分的锁定放大器。从同步检波器35输出的检测信号，表示设置了第一探针21的测量点的被测量电场的振幅以及相位(在被测量电场中，以设置了第二探针22的基准点的被测量电场的相位为基准的相位)。这样，在同步检波器35中，从第二乘法器34输出的信号中消除了被测量电场的相位以及频率起伏，并且消除依存中频的信号成分，能够只提取具有参考信号的频率fs(＝fs－f_IF+f_IF)的信号成分，能够确定被测量电场的振幅以及相位。

另外，可以在第二乘法器34与同步检波器35之间，设置滤波器(带通滤波器等)，该滤波器从第二乘法器34输出的信号中只选择频率fs的信号成分并输出。

下面，说明如上所述构成的本实施方式的电磁场测量装置10的动作以及测量原理。

从第一探针21输出的RF信号，输入到第一频率转换器23，在第一频率转换器23，与LO信号混合，转换为具有两个信号的频率的差的频率(中频)的信号。从第一频率转换器23输出的信号Sa，用以下的式1来表示。

Sa＝A₁cos{2πf_IFt+φ_n(t)+Δφ}>

在这里，A₁与第一探针21设置的测量点的被测量电场的振幅对应，f_IF是中频，φ_n(t)是该被测量电场的相位起伏，Δφ是测量点的被测量电场的相位(在设置了第二探针22的基准点的被测量电场的相位为基准的相位)。另外，不使用第一频率转换器23的情况下，所述式1表示从第一探针21输出的信号。那时，f_IF是被测量电场的频率(RF信号的频率)。

另一方面，从第二探针22输出的RF信号，输入到第二频率转换器24，在第二频率转换器24，与LO信号混合，转换为具有两个信号的频率的差的频率(中频)的信号。从第二频率转换器24输出的信号Sb，用以下的式2来表示。

Sb＝A₂cos{2πf_IFt+φ_n(t)}>

在这里A2对应于设置了第二探针22的基准点的被测量电场的振幅，f_IF是中频，φ_n(t)是该被测量电场的相位起伏。另外不使用第二频率转换器24的情况下，所述式2表示从第二探针22输出的信号。那时f_IF是被测量电场的频率(RF信号的频率)。

从第一频率转换器23输出的信号，输入到第一乘法器32，在第一乘法器32，与由参考信号发生器31生成的参考信号相乘，从而转换为包括具有中频与参考信号的频率的和的频率以及差的频率的信号成分的信号。而且，从第一乘法器32输出的信号，输入到滤波器33，在滤波器33，选择具有中频与参考信号频率的和或者差的频率(本实施方式中是差的频率)的信号成分。从滤波器33输出的信号Sc，用以下式3来表示。

Sc＝(A₁/2)cos{2π(f_s－f_IF)t+φ_s－φ_n(t)}>

在这里，f_s是参考信号的频率，φ_s是针对被测量电场的相位的参考信号的相位。

从滤波器33输出的信号，输入到第二乘法器34，在第二乘法器34，与在第二探针22获得的信号Sb相乘，其结果输出包括如下信号成分的信号，即具有从滤波器33输出的信号Sc的频率与第二探针22获得的信号Sb的频率的和的频率以及差的频率的信号成分。从第二乘法器34输出的信号中，从滤波器33输出的信号Sc的频率与在第二探针22获得的信号Sb的频率的和的频率的信号成分Sd表示为以下式4。

Sd＝(A₁A₂/4)cos{2πf_st+φ_s+Δφ}>

这个信号成分Sd是被消除了从滤波器33输出的信号Sc(式3)中存在的被测量电场的相位起伏φ_n(t)、并且被消除了依赖中频f_IF的频率成分(f_s－f_IF+f_IF)的、具有参考信号的频率f_s的信号成分。另外，消除相位起伏，意味着也消除了频率起伏。

从第二乘法器34输出的信号，输入到同步检波器35，在同步检波器35中，只提取与参考信号发生器31的参考信号同步的信号成分Sd。在同步检波器35提取的信号成分的振幅A以及相位φ，分别用以下式5以及式6来表示。

A＝A₁A₂/4>

φ＝Δφ 式6

在同步检波器35获得的振幅A，对应于在被测量电场的测量点的振幅A₁与基准点的振幅A₂的积，在同步检波器35获得的相位φ表示以基准点的相位为基准的测量点的相位Δφ。这样，能够测量以基准点为基准的测量点的被测量电场的振幅以及相位。

另外，在利用所述式1～式6的说明中，使用了同一个时刻t的第一探针21以及第二探针22输出的信号，但是这样的时间同一性，是为了便于说明，并不是必须的。例如，在按照相位起伏φ_n(t)允许的范围内，也可以使用不同定时获得的第一探针21以及第二探针22的输出信号，从电磁场发生源到第一探针21以及第二探针22为止的距离(换言之传播时间)也可以有差距。

这样，结束了被测量电场的第一测量点的振幅以及相位的测量时，接着，以仍然固定第二探针22的基准点的状态下，将第一探针21移动到第二测量点，再次以同样的信号处理，测量第二测量点的被测量电场的振幅以及相位。将这样的测量，在预先规定的全部测量点重复进行。总结这样的测量步骤(电磁场测量方法)，会成为图2表示的流程图。

图2是表示本发明的实施方式的利用电磁场测量装置10的电磁场测量方法的顺序的流程图。在这里表示了为了获得电场的空间分布的主要步骤。

首先，在被测量电场的空间的测量点设置第一探针21，在基准点设置第二探针22(第一次设置步骤S1)。

接着，由第一乘法器32，将在第一探针21获得的信号与参考信号发生器31生成的参考信号相乘(第一乘法步骤S2)。另外，从第一探针21输出的信号需要转换为比该第一探针21输出的信号的频率低的频率(中频)的情况下，由第一频率转换器23将从第一探针21输出的信号的频率转换为中频之后，由第一乘法器32进行乘法运算。

接着，由第二乘法器34，将第一乘法步骤S2获得的信号与在第二探针22获得的信号相乘(第二乘法步骤S3)。另外，从第二探针22输出的信号需要转换为比该第二探针22输出的信号的频率低的频率(中频)的情况下，由第二频率转换器24将从第二探针22输出的信号的频率转换为中频之后，由第二乘法器34进行乘法运算。进而，按照需要，由滤波器33从第一乘法器32输出的信号中，选择具有中频与参考信号的频率的和或者差的频率的信号成分之后，由第二乘法器34进行相乘。

下面，由同步检波器35，从第二乘法步骤S3获得的信号中，提取与参考信号发生器31生成的参考信号同步的信号成分(同步检波步骤S4)。从而，获得测量点的被测量电场的振幅以及相位。

而且，判断是否结束了预先规定的全部测量点的测量(S5)，如果没有结束的情况下(S5中的“否”)，将第二探针22固定在基准点上，将第一探针21移动到下面的测量点并设置(第二次以后的设置步骤S6)，重复同样的信号处理(S2～S4)。另一方面，在全部的测量点测量结束的情况下(S5中的“是”)，结束测量。

这样，在设置步骤(S1，S6)中，将第二探针22固定在被测量电场的空间的状态下，使第一探针21移动，依次设置到空间中的多个测量点(空间扫描)，在设置步骤S6中第一探针21每设置到多个测量点的一个测量点时，均执行第一乘法步骤S2、第二乘法步骤S3以及同步检波步骤S4。从而，通过电磁场测量装置10能够获得被测量电场的空间分布。

另外，作为第一探针21以及第二探针22，采用磁场测量用探针(磁场探针)的情况下，能够根据同样的原理，获得被测量磁场的空间分布。

如上所述，通过本实施方式的电磁场测量装置10以及电磁场测量方法，利用设置在被测量电磁场的2个探针，在噪声消除部30，能够消除被测量电磁场的电场或者磁场的相位以及频率起伏。因而，即使被测量电磁场的电场或者磁场的频率有变动的情况下，也不需要使被测量系统与测量系统同步，能够稳定且精密地测量电场或者磁场的空间分布。其结果，不需要使被测量系统与测量系统同步，就能够测量来自信号发生源与天线等辐射体被集成的电路(芯片上天线)的辐射图样。

(原理论证的实验)

下面说明的实验，确认了所述实施方式中电磁场测量装置10的噪声消除部30不依赖检测部20进行动作。

图3是表示实验系统的构成的方框图。如图3表示，将来自第一探针21以及第二探针22的信号，利用双声道的振荡器41以及42来进行模拟。各自的频率是0.9MHz。利用外部噪声源40，调制各个信号的相位。换言之，确认了将因为噪声被调制了相位的0.9MHz的信号输入到噪声消除部30(第一乘法器32以及第二乘法器34)，并在同步检波器35获得的检测信号(0.9MHz的信号的振幅以及相位)。

图4A是表示由本发明涉及的噪声消除部30获得的检测信号的波形(检测出的振幅和相位的时间变化)的图。图4B是表示由现有技术的信号处理获得的检测信号的波形(检测出的振幅和相位的时间变化)的图。在图4A以及图4B中，横轴均表示时间，左纵轴均表示振幅(mV)，右纵轴均表示相位(deg.)。比较图4A以及图4B能够明白，现有技术中检测信号上重叠了相位噪声(图4B)，但是通过本发明涉及的噪声消除部30，消除了噪声成分(图4A)。

图5是图3示出的实验系统的振荡器41以及42的一方输出的信号的相位，针对时间变为线形时获得的检测信号的波形的图。与图4A以及图4B相同，横轴表示时间，左纵轴表示振幅(mV)，右纵轴表示相位(deg.)。在这个实验中，将第一探针21以及第二探针22中的一方固定到空间的一点，对另一方进行空间扫描，从而对测量被测量电场的相位的空间分布进行模拟。通过图5能够明白，伴随相位噪声的信号源即来自振荡器41以及42的两个信号之间的相对相位，以消除了相位噪声状态被测量。

(其他实施方式)

如所述实验的论证，本发明涉及的电磁场测量装置，不管检测部的种类以及检测方法。

图6是表示上述实施方式的第一变形例涉及的电磁场测量装置11的构成的方框图。该电磁场测量装置11，相当于将所述实施方式的电磁场测量装置10的检测部20置换为EO(Electro-Optic)型检测部50。

EO型检测部50是利用2个探针检测被测量电场的处理部，由第一EO探针51、第二EO探针52、第一光环行器53、第二光环行器54、第一光滤波器55、第二光滤波器56、第一光检测器57以及第二光检测器58构成。第一EO探针51以及第二EO探针52是输出与被测量电场的振幅以及相位对应的光信号(RF信号)的电光学探针。第一光环行器53以及第二光环行器54改变光的行进方向，分别将从光源射入的光LO信号射出到第一EO探针51以及第二EO探针52，从第一EO探针51以及第二EO探针52射入的光信号射出到第一光滤波器55以及第二光滤波器56。例如，包括频率f1以及f2(但是满足f_RF<f2－f1或者f_RF>f2－f1)的光信号的光LO信号射入到第一光环行器53，射出到第一EO探针51。在第一EO探针51中，因为频率f_RF的光信号(被测量电场信号)与来自第一光环行器53的光信号的相互作用，产生频率(f1+f_RF)及频率(f1－f_RF)的边带成分、以及频率(f2+f_RF)及频率(f2－f_RF)的边带成分。对于第二光环行器54以及第二EO探针52也同样。

第一光滤波器55以及第二光滤波器56，分别是从第一EO探针51经由第一光环行器53输出的光信号以及从第二EO探针52经由第二光环行器54输出的光信号，选择一个边带的光信号以及光LO信号中包含的一方的光信号(例如，频率(f1+f_RF)以及频率f2的信号成分)的带通滤波器。

第一光检测器57以及第二光检测器58，分别是将从第一光滤波器55以及第二光滤波器56输出的光信号转换为电信号(例如，频率(|f2－f1－f_RF|)的信号成分)，作为第一IF信号以及第二IF信号来输出的受光元件。

第一光环行器53、第一光滤波器55以及第一光检测器57，相当于将从第一EO探针51输出的光信号，转换为比该光信号的频率低的中频的电信号的第一频率转换器。同样，第二光环行器54、第二光滤波器56以及第二光检测器58，相当于将从第二EO探针52输出的光信号，转换为比该光信号的频率低的中频的电信号的第二频率转换器。

利用如上所述构成的本变形例涉及的电磁场测量装置11，进行了测量辐射电场的实验。

第一EO探针51以及第二EO探针52接受的RF信号的频率f_RF是大概75.598GHz，在光LO信号中包含的2个光信号的频率差(f2－f1)是大概75.6GHz，所以第一IF信号的频率(f2－f1－f_RF)是大概2MHz。但是，RF信号与光LO信号不同步，所以第一IF信号的频率存在起伏。来自参考信号发生器31的参考信号的频率被设定为1.8MHz，所以通过第一乘法器32的频率转换，能够获得大概3.8MHz的信号成分和大概0.2MHz的信号成分。通过滤波器33选择0.2MHz的信号成分，将选择的信号成分和在第二EO探针52获得的第二IF信号(大概2MHz信号)，由第二乘法器34来混合，从而获得1.8MHz和2.2MHz的信号。通过同步检波器35计测1.8MHz的信号的振幅和相位，获得的振幅相当于与在第一EO探针51以及第二EO探针52获得的RF信号的振幅的积成比例的值，获得的相位相当于在第一EO探针51以及第二EO探针52获得的RF信号的相位的差。

图7是表示本变形例涉及的利用电磁场测量装置11的实验的结果的图。在这里图7表示如下，通过在第一EO探针51的正前方设置普通纸，从而给第一EO探针51和第二EO探针52检测的两个RF信号之间赋予相位差的时候，从同步检波器35获得的检测信号。与图4A以及图4B同样，横轴表示时间，左纵轴表示振幅(mV)，右纵轴表示相位(deg.)。

如图7所示，插入普通纸时获得的相位变化量与根据普通纸的折射率和RF信号的频率(大概75GHz)计算的值一致，能够知道本变形例涉及的电磁场测量装置11一边消除了相位噪声，一边测量了相位差。

如上所述，通过本变形例的电磁场测量装置11，使用设置在被测量电磁场的2个探针，能够在噪声消除部30，消除被测量电场的相位以及频率起伏。因而，即使被测量电场的频率有变动的情况下，也不需要使被测量系统与测量系统同步，能够稳定且精密地测量电场的空间分布。

另外，所述实施方式以及第一变形例的电磁场测量装置中，通过模拟信号处理来消除了噪声，但是也可以通过数字信号处理来消除噪声。

图8是表示上述实施方式的第二变形例涉及的电磁场测量装置具备的噪声消除部60的构成的方框图。另外，本变形例涉及的电磁场测量装置具备的检测部，与所述实施方式或者第一变形例的检测部相同。

噪声消除部60是通过数字信号处理来消除被测量电磁场的电场或者磁场的相位以及频率起伏的处理部，该噪声消除部60具备第一模数转换器61、第二模数转换器62以及计算机装置63。

第一模数转换器61，将所述实施方式的第一探针21等获得的第一IF信号转换为数字值。

第二模数转换器62，将所述实施方式的第二探针22等获得的第二IF信号转换为数字值。

计算机装置63是处理从第一模数转换器61以及第二模数转换器62输出的数字信号的装置，按照在内部保持的程序64，执行图2表示的电磁场测量方法。电磁场测量方法至少包括以下步骤：将从第一模数转换器61输出的数字信号与参考信号相乘的第一乘法步骤S2、将第一乘法步骤S2获得的信号与从第二模数转换器62输出的信号相乘的第二乘法步骤S3、以及从第二乘法步骤S3获得的信号中，提取与参考信号同步的信号成分的同步检波步骤S4。更详细而言，计算机装置63执行数字信号处理，该数字信号处理与实施方式的噪声消除部30的信号处理是等效的。

图9是表示使用本变形例涉及的电磁场测量装置进行的实验的结果的图。在图9表示针对第一IF信号以及第二IF信号重叠了共同的相位噪声，将第二IF信号的相位随着时间移位为线形的实验中获得的检测信号(被测量电场的振幅即图9的(a)以及相位即图9的(b))的波形。与图4A以及图4B同样，横轴表示时间，左纵轴表示振幅(mV)，右纵轴表示相位(deg.)。

通过图9能够知道，通过由数字信号处理来消除噪声的本变形例涉及的电磁场测量装置，第一IF信号以及第二IF信号的共同的相位噪声被消除，能够测量第一IF信号以及第二IF信号的相对相位差的时间变化。

如上所述，本变形例的电磁场测量装置，通过使用设置在被测量电磁场的2个探针，从而在利用数字信号处理的噪声消除部60，能够消除被测量电磁场的电场或者磁场的相位以及频率起伏。因而，被测量电磁场的电场或者磁场的频率有变动的情况下，不需要使被测量系统与测量系统同步，能够稳定且精密地测量电场或者磁场的空间分布。

另外，在所述实施方式，将第二探针(参考用探针)固定在空间的一点，利用第一探针(测量用探针)进行空间扫描。然而，在该扫描方法中，根据被测量对象的物理形状，被测量电磁波的辐射图样的形状，有可能出现将参考用探针固定在空间的一点的状态下，用测量用探针进行空间扫描存在困难的状况。于是，为了解决这样的问题，作为探针扫描方法，可以将2个探针一起移动。另外，“使n个探针一起移动”是指，n个探针的相对位置关系(相互的间隔)是固定的状态下，使n个探针移动。下面说明2个探针一起移动的扫描方法。

图10是将2个探针一起移动进行空间扫描的电磁场测量方法的说明图。在这里表示，一维(x轴方向)的相位分布测量的原理。另外，关于振幅分布，容易从各个探针测量的信号中求出，所以省略说明。

如图10所示，利用相位差检测装置70测量第一探针21以及第二探针22在x轴上坐标的差为Δx(第一探针21的坐标为x2，第二探针22的坐标为x1的情况下，Δx＝x2－x1)的位置的电磁场相位。另外，相位差检测装置70是检测2个信号的相位差的装置，例如所述实施方式的噪声消除部30。

为了决定各自的位置的相位，需要基准，关于此可以以测量系统的本地信号为基准。因为测量系统的本地信号与被测量信号没有取得相位同步，因此各个探针测量的相位重叠了起伏，该起伏在第一探针21以及第二探针22成为共模。因此，在两个探针的位置获得相位差，则这些共同的相位起伏被消除，如本图所示，能够检测坐标x2以及坐标x1的被测量信号的相位差ΔΦ₂₁(＝Φ(x2)－Φ(x1))。

在这里，第一探针21以及第二探针22通过定位台，向x轴方向一起移动Δx。换言之，第一探针21的坐标成为x3(＝x2+Δx)，第二探针22的坐标成为x2。在移动后测量的相位，成为ΔΦ₃₂(＝Φ(x3)－Φ(x2))。通过移动前和移动后的这两个测量值，能够求出Φ(x1)和Φ(x2)和Φ(x3)的相对相位。通过反复上述，明确了一维上的电磁场的相对相位的空间分布。

另外，二维用探针，例如在相对于图10表示的第二探针22在y轴上(与纸面垂直)隔开Δy的位置上，设置第三探针来获得。这些3个探针，通过定位台(XY台)在xy面上，以Δx以及Δy为单位，一起移动进行扫描，从而根据上述原理能够测量电磁场的xy面内的分布。进而，对于三维用探针也同样，针对二维用探针，从xy面在z轴上隔开Δz的位置设置第四探针。而且这些4个探针，通过定位台(XYZ台)，以Δx、Δy、Δz为单位一起进行扫描，从而根据上述原理，能够测量电磁场的三维分布。

这样图10表示的2个探针一起进行扫描的方法的电磁场测量方法，在图2表示的设置步骤S1，固定了第一探针21和第二探针22的间隔的状态下，使第一探针21以及第二探针22一起移动，依次设置在空间中的多个测量点，在设置步骤S1中第一探针21以及第二探针22每设置在多个测量点的一个测量点的时候，均执行图2表示的第一乘法步骤S2、第二乘法步骤S3以及同步检波步骤S4。更具体而言，在设置步骤S1，使第一探针21以及第二探针22一起移动，从而使当前的测量点的第一探针21以及第二探针22的一方的位置，与下一个测量点的第一探针21以及第二探针22的另一方的位置一致。

通过这样多个探针一起扫描的方法，能够解决第二探针(参考用探针)固定在空间的一个点的扫描方法的问题。换言之，在空间的一个点固定参考用探针，计测该位置的针对相位的相对的相位分布的计测方法中，根据被测量对象和辐射场的分布有可能出现不能计测的状况，但是本变形例能够解决这个问题。因而，通过多个探针一起扫描的方法，能够在任何面上计测由自激振荡装置等辐射的具有频率起伏的辐射场的相位的空间分布。

另外，在图10使用了所述实施方式的第一探针21以及第二探针22，但是探针种类并不限于此，可以是所述第一变形例的EO探针等其他种类的探针。此外，关于图10的相位差检测装置70，不限于所述实施方式的噪声消除部30，只要是能够检测2个信号的相位差的装置，其他任何种类的装置都可以。

图11是表示通过如图10所示的2个探针一起扫描的方法来进行实验所获得的测量值(点绘)与模拟结果(实线)的图。横轴表示2个探针的移动距离(x轴上的位置)，纵轴表示在该移动距离的相位。

在本实验中，以与所述实施方式的第一变形例的实验相同的装置以及相同的条件下进行。换言之，作为相位差检测装置70，使用了图6表示的EO型检测部50以及噪声消除部30。此外，RF光信号的频率f_RF是大概75.598GHz，光LO信号包含的2个光信号的频率差为大概75.6GHz，将参考信号的频率设定为1.8MHz，计测从噪声消除部30输出的1.8MHz的信号的相位，从而获得测量用的第一EO探针51和参考用的第二EO探针52的位置上的RF信号的相位差。

另外，测量用第一EO探针51以及参考用第二EO探针52的间隔Δx是5mm，将这2个探针固定在定位台，在x轴上移动。

从图11能够知道，在本实验以5mm间隔获得的相位分布的测量值，与模拟结果相当一致。

另外，在图11表示的实验中，将测量用探针和参考用探针一起移动探针间隔Δx，从而测量了相位的空间分布，但是也可以获得使测量起始点稍微(比Δx小的距离)移动的N套数据，使这些数据满足平滑连接等的插补条件，从而测量的相位分布的空间分辨力更高。

图12是将测量用探针以及参考用探针，一边一起移动小于探针间隔Δx的距离，一边进行空间扫描的电磁场测量方法的说明图。在这里表示在探针间隔Δx，将获得的N套数据平滑地连接(在接近近似曲线的位置绘制)而获得的相位分布的一例。

图13是表示图12示出的使2个探针以小于探针间隔的距离为单位，利用定位台一起扫描的方法进行实验，而获得的测量值(点绘)与模拟结果(实线)的图。

在探针间隔Δx为5mm的2个探针一起移动的情况下，5mm间隔的数据组获得N套，在本实验中将探针以0.5mm间隔一起移动，所以N＝100。各个数据组之间的相位关系虽然不确定，但各个数据组计测相同的相位分布，所以以使各个数据组形成的相位的空间分布平滑连接的方式，决定初始相位的不定量，从而能够计测图13表示的空间分辨力提高的相位分布。另外，在图13表示的实验数据中，使用了图11表示的获得数据的探针间隔Δx为5mm的EO探针。通过图13可以知道，本实验中的以0.5mm间隔获得的相位分布的测量值，与模拟结果相当一致。

这样，通过图12以及图13表示的探针扫描方法的电磁场测量方法中，在图2表示的设置步骤S1，以第一探针以及第二探针的一方依次位于将规定时刻的第一探针与第二探针的间隔进行分割而获得的多个位置的每一个位置的方式，使第一探针以及第二探针一起移动。而且，施加在多个位置的每一个位置获得的相位平滑地连接等的插补条件，从而测量空间分辨力更高的相位分布。

下面作为所述实施方式的电磁场测量装置的应用例，说明相位成像装置，该相位成像装置利用毫米波，以非破坏的方式将对象物的内部进行可视化。

图14是表示上述实施方式的利用电磁场测量装置的相位成像装置80的构成的方框图。

相位成像装置80是，电磁波针对对象物100透射或者反射(在本应用例中是透射)时，测量电磁波的相位移动量并进行图像化的装置，该相位成像装置80由电磁波源82、光学装置90、定位台110、电磁场测量装置10a(检测部20a以及噪声消除部30a)、以及图像化装置120构成。

电磁波源82是射出电磁波的装置。

光学装置90是将从电磁波源82射出的电磁波分成第一电磁波以及第二电磁波的光学系统，由聚光透镜92a～92c、光束分离器94、以及抛物面镜96a～96d构成。从电磁波源82射出的电磁波，在聚光透镜92a成为平行光，在光束分离器94分成第一电磁波以及第二电磁波，第一电磁波在抛物面镜96a～96d反射，聚光到聚光透镜92c。在本应用例中，对象物100设置在抛物面镜96c与抛物面镜96d之间的光路上，第一电磁波透射对象物100。

定位台110是使对象物100与第一电磁波的相对位置关系发生变化的机构部的一例(在本实施方式是XY台)，在光学装置90分成第一电磁波以及第二电磁波，其中只有第一电磁波，依次扫描并射入到对象物100的二维状的多个测量点。在本应用例中，由图像化装置120进行控制，从而使对象物100移动。另外，使用检流计镜(galvanometer mirror)等，改变第一电磁波射入到对象物100的方向，从而改变对象物100与第一电磁波的相对的位置关系。

电磁场测量装置10a是在对象物100的多个测量点的每一个测量点测量相位差的装置，该相位差是在对象物100透射或反射的第一电磁波、以及在对象物100没有透射以及反射的第二电磁波的相位差。在本应用例中，电磁场测量装置10a，在功能上是与所述实施方式涉及的电磁场测量装置10相同的装置，具备检测部20a以及噪声消除部30a。

检测部20a是检测在光学装置90获得的第一电磁波以及第二电磁波并转换为电信号的装置，检测部20a由局部振荡器150、号角天线151以及152，高频混合器153以及154，倍增器155以及156构成。局部振荡器150是输出所述电磁场测量装置10的检测部20的LO信号的振荡器。号角天线151以及152、和高频混合器153以及154，分别相当于所述电磁场测量装置10的检测部20的第一探针21以及第二探针22、和第一频率转换器23以及第二频率转换器24。在本应用例中，号角天线151搭载的高频混合器153，作为检测第一电磁波的测量用的第一探针以及第一频率转换器来发挥作用，该第一电磁波是从光学装置90输出的、在对象物100透射或者反射(在本应用例中是透射)的第一电磁波，另一方面，号角天线152搭载的高频混合器154，作为检测第二电磁波的参考用的第二探针以及第二频率转换器来发挥作用，该第二电磁波是从光学装置90输出的、没有在对象物100透射或者反射(在光束分离器94生成)的第二电磁波。倍增器155以及156，使从局部振荡器150输出的LO信号倍增，分别输出到高频混合器153以及154。

噪声消除部30a是检测第一IF信号与第二IF信号的相位差的处理部，该第一IF信号是从检测部20a的第一探针(号角天线151搭载的高频混合器153)输出的信号，该第二IF信号是从第二探针(号角天线152搭载的高频混合器154)输出的信号，噪声消除部30a在所述电磁场测量装置10的噪声消除部30具备的构成(参考信号发生器31，第一乘法器32，滤波器33，第二乘法器34以及同步检波器35)上增加了用于放大信号的放大器130a～130c的构成。

图像化装置120是将针对对象物100的多个测量点的每一个测量点，通过电磁场测量装置10a测量的相位差(从噪声消除部30a的同步检波器35提取的信号成分的相位)，与该测量点的坐标建立对应地进行图像化的处理部，例如是与同步检波器35的输出端子以及定位台110的控制输入端子连接的个人电脑。更详细而言，图像化装置120针对多个测量点的每一个测量点分别重复进行如下处理，通过控制定位台110，以在光束分离器94生成的第一电磁波射入到对象物100的二维状的多个测量点的一个测量点的方式，移动对象物100，在那个状态下，获得电磁场测量装置10a测量的相位差，并将获得的相位差与测量点的坐标相对应地存储。而且，图像化装置120，针对多个测量点获得的相位差转换为像素值(例如，以相位差越大，就越接近蓝色的方式将相位差转换为颜色)，进而与测量点的坐标建立对应地显示像素值，从而进行图像化。

另外，在电磁场测量装置10a测量的相位差，包括根据光学装置90的第一电磁波的传播长和第二电磁波的传播长的差的相位差(偏移相位差)，这个偏移相位差是固定的，不依赖测量点，所以从测量的相位差消除偏移相位差，从而获得透射对象物100而引起的实质上的相位差。

图15是用于说明图14表示的相位成像装置80的实验的图。图15的(a)表示对象物100的外形，图15的(b)表示对象物100内置的物品。这里，对象物100是一本书(厚度25mm)(图15的(a))，在对象物100中插入了具有M字(大小为50mm×50mm)形状的丙烯板105(图15的(b))。图15的(c)是示出作为参考例子的图像例子(图15的(b)中70mm×100mm的区域107的图像例子)，换言之，通过振幅成像的图像例子(与电磁场测量装置10a的第一探针以及第二探针获得的信号的振幅积对应的图像例子)的图，图15的(d)是本应用例的相位成像装置80获得的通过相位成像的图像例子(图15的(b)的70mm×100mm的区域107的图像例子)的图。

另外，在本实验中作为电磁波源82使用Gunn振荡器，该Gunn振荡器输出10mW左右的比较高的毫米波，该毫米波的频率，变动3MH左右。此外，局部振荡器150输出的LO信号是大概9.7GHz，在该倍增器155以及156，进行8倍增，输入到高频混合器153以及154。从高频混合器153以及154，输出被频率变换为大概5MHz的第一IF信号以及第二IF信号，分别在噪声消除部30a的放大器130a以及130b放大，并输入到第一乘法器32以及第二乘法器34。噪声消除部30a的从参考信号发生器31输出的参考信号的频率fs是1.7MHz。

通过图15的(c)表示的图像例能够知道，丙烯板105对毫米波吸收量小，所以振幅成像的结果，对比度很低所以不是很明确。另一方面，通过图15的(d)表示的图像例能够知道，通过相位成像，能够获得高对比度。

这样，通过本应用例的相位成像装置80，能够消除被测量电磁场的电场或者磁场的相位以及频率起伏，所以即使使用频率变动的电磁波源82，也能够以高对比度，以非破坏的方式对对象物100进行可视化。换言之，通过本应用例，即使使用高输出却有频率起伏，从外部进行相位同步存在困难的光源(电磁波源82)的情况下，也能够进行稳定且高精度的相位成像。

另外，本应用例的相位成像装置80中进行了透射式成像，但是也可以进行反射式成像。

此外，在本应用例的相位成像装置80中，电磁场测量装置10a在功能上是与所述实施方式涉及的电磁场测量装置10相同的装置，但是可以不限于此，可以是所述实施方式的第一变形例涉及的电磁场测量装置11、或者所述实施方式的第二变形例涉及的具备噪声消除部60的电磁场测量装置。

另外，使多个探针一起移动的情况下，需要知道从参考信号发生器31输入到同步检波器35的参考信号包含的偏移相位。从同步检波器35输出的信号中，该偏移相位作为噪声来包含，所以需要从计测的相位差中减去该偏移相位。以下说明该偏移相位的算出方法。

图16是用于说明从参考信号发生器31输入到同步检波器35的参考信号中包含的偏移相位φ_off的算出方法的图。图16的(a)是说明偏移相位φ_off对噪声消除部30的影响的图，图16的(b)是表示在上述的噪声消除部30附加了算出偏移相位φ_off的电路(偏移相位算出部37)的电路构成的方框图。

如图16的(a)表示，将从第一探针输出的信号设为A₁cos(ω₀t+Δφ+φ_m)，将从第二探针输出的信号设为A₂cos(ω₀t+φ_m)。在这里，ω₀是被测量电磁场的角频率，Δφ是第一探针的位置与第二探针的位置的被测量电磁场的相位差，φ_m是被测量电磁场的相位起伏。此外，从参考信号发生器31输入到第一乘法器32的参考信号设为频率fs(角频率ω_s)的信号，从参考信号发生器31输入到第二乘法器34的参考信号设为cos(ω_st+φ_off)的信号。在这里，φ_off是参考信号的偏移相位(将输入到第一乘法器32的参考信号作为基准的偏移相位)。

在这个状态下，如所述实施方式说明的原理，从第二乘法器34输出的信号，成为(A₁A₂/4)cos(ω_st+Δφ+φ_off)。因而，在同步检波器35提取的信号成分的相位，成为(Δφ+φ_off)。换言之，成为在想要计测的相位差Δφ加上了参考信号的偏移相位φ_off的值。因而，需要知道参考信号的偏移相位φoff。

于是，如图16的(b)所示，在图16的(a)表示的噪声消除部30附加算出参考信号的偏移相位φ_off的电路(偏移相位算出部37)。偏移相位算出部37具备：第一乘法器32a、滤波器33a、第二乘法器34a以及同步检波器35a，这些的功能分别与噪声消除部30具备的第一乘法器32、滤波器33、第二乘法器34以及同步检波器35的功能相同。从第一探针输出的信号，不只是第一乘法器32a，还并列输入到第二乘法器34。此外，从噪声消除部30具备的参考信号发生器31，输入参考信号到第一乘法器32a以及同步检波器35a。

通过这样的偏移相位算出部37，在第一乘法器32a将第一探针输出的信号与参考信号相乘，针对该输出信号，在第二乘法器34进一步乘以从第一探针输出的信号，所以从第二乘法器34输出的信号，成为(A₁²/4)cos(ω_st+φ_off)。因而，输入了该信号的同步检波器35提取的信号成分的振幅成为(A₁²/4)，相位成为φ_off。换言之，由偏移相位算出部37，算出参考信号的偏移相位φ_off。从而，在噪声消除部30算出的相位(Δφ+φ_off)，减去由偏移相位算出部37算出的偏移相位φ_off，从而求出在第一探针位置与第二探针位置的被测量电磁场的相位差Δφ。

另外，通过偏移相位算出部37，获得振幅(A₁²/4)，所以有如下好处，能够以高感度来测量来自第一探针的输出信号的振幅A₁。但是振幅A₁的检测，可以是IF信号的功率检测，或者利用整流电路的检测等。

这样，通过偏移相位算出部37，在第一探针获得的信号与参考信号相乘，获得的信号与在第一探针获得的信号相乘，并从获得的信号中，提取与参考信号同步的信号成分，从而算出参考信号的偏移相位φ_off(偏移相位算出步骤)。从而，在多个探针一起移动的情况下，计测被测量电磁场的同时求出参考信号的偏移相位φ_off，在同步检波器35提取的信号成分的相位中减去作为噪声的偏移相位φ_off，从而高精度地求出相位差。

在这里，作为参考信号的偏移相位φ_off的算出方法，不限于如图16表示的通过偏移相位算出部37的方法。例如，将第一探针与第二探针进行调换，从而测量φ₁－φ₂+φ_off和φ₂－φ₁+φ_off，通过这些的和来算出φ_off。在这里，φ₁是第一探针的位置的被测量电磁场的相位，φ₂是第二探针的位置的被测量电磁场的相位。

另外，调换第一探针与第二探针，可以通过电子开关来切换。例如重复进行这样的处理，在某个测量点，由电子开关调换第一探针与第二探针进行测量，换言之进行两次测量，之后将第一探针以及第二探针移动到下一个测量点。

从而可以执行如下的偏移相位算出步骤，针对多个测量点的一个测量点，在所述设置步骤的第一探针以及第二探针的位置调换的状态下，执行所述第一乘法步骤、第二乘法步骤以及同步检波步骤，在所述设置步骤中，将在同步检波步骤提取的信号成分的相位(φ₁－φ₂+φ_off)与调换后在同步检波步骤提取的信号成分的相位(φ₂－φ₁+φ_off)相加，从而算出参考信号的偏移相位φ_off的偏移相位算出步骤。从而，将多个探针一起移动的情况下，通过调换探针，求出参考信号的偏移相位，从在同步检波器35提取的信号成分的相位中，减去作为噪声的偏移相位φ_off，从而高精度地求出相位差。

以上对本发明涉及的电磁场测量装置、电磁场测量方法以及相位成像装置，根据实施方式以及变形例进行了说明，但是本发明不限于这些实施方式以及变形例。不脱离本发明的主旨的范围内，在实施方式以及变形例实施本领域技术人员想出的各种变形的实施方式、以及将实施方式以及变形例的一部分构成要素组合构筑的其他形态，也包括在本发明的范围内。

例如，在所述实施方式，从第一乘法器32输出的2个信号成分(具有2个输入信号的频率的和以及差的频率的信号成分)中，利用了具有差的频率的信号成分，但是也可以利用具有和的频率的信号成分。在这个情况下，从第二乘法器34输出的2个信号成分(具有2个输入信号的频率的和以及差的频率的信号成分)中，具有差的频率的信号成分，作为与参考信号同步的信号成分，被同步检波器35检波。从而，与实施方式1同样，只提取消除了被测量电场的相位以及频率起伏、并且消除了依存中频的信号成分的、具有参考信号的频率fs(＝f_s+f_IF－f_IF)的信号成分。

此外，在所述实施方式的第一变形例中，作为EO型检测部，使用了光滤波器等，但不限定于这样的构成，例如可以是与日本特开2007－57324号公报(专利文献2)公开的偏光处理装置同样的构成。

此外，可以将所述实施方式等的电磁场测量装置获得的被测量电磁场的相位以及振幅的空间分布可视化。图17是表示相当于上述实施方式的变形例1的电磁场测量装置获得的被测量电磁场的相位的空间分布可视化的例子的图。在这个实验中，将由大概77.7GHz进行自激振荡的Gunn振荡器生成的RF信号，从图17的(a)所示的号角天线辐射。Gunn diode(耿氏二极管)具有±300kHz左右的频率波动。电磁场测量装置的一方的探针固定在空间的一点，另一方的探针在空间内移动，从而获得被测量电磁场的相位的空间分布，利用计算机，按照图17的表示相位与颜色(在这里是浓淡)的对应的颜色条(在这里是灰阶grayscale)，将获得的相位，转换为对应的颜色(在这里是浓淡)，并且与测量位置建立对应地进行图像化(可视化)。另外，根据图示的情况，在图17中用黑白来图示，颜色的变化用浓淡来表现，但也可以用彩色来表现。在图17的(b)表示的图中，空间分布的位置是表示实验结果的可视化的数据，号角天线的位置是CAD数据。这样通过被测量电磁场的相位以及振幅的空间分布的可视化，能够直观地知道被测量电磁场的相位以及振幅的空间分布。

此外，在所述实施方式的第二变形例，噪声消除部60由程序64来实现，但是也可以用包括DSP、数字滤波器、FPGA等的逻辑电路来实现。

此外，所述应用例的相位成像装置80中，采用了2个探针的一维用探针，但是也可以采用3个探针的二维用探针。也可以是将混合器进行二维阵列化。从而能够缩短对象物100对二维状的多个测量点的扫描需要时间。

此外，在所述实施方式等的电磁场测量方法以及电磁场测量装置中，代替3个探针的移动，可以使用如CCD摄像机一样设置为二维阵列状的探针阵列。从而，不需要移动探针，就能测量探针阵列中的各个探针间的相对相位，或者以某一点作为参考点，测量与该点的相对相位，从而能够测量电场或者磁场的空间分布。同样，可以采用设置为一维阵列状的探针阵列，以取代移动2个探针。

此外，在所述实施方式等，为了测量从天线等辐射的辐射电场，而在空间设置了探针，但是也可以为了测量电路上的电位而设置探针。两者在处理由探针获得的电压信号的点上是共通的。从而，在本说明书中的“为了测量电场或者磁场，在空间设置探针”不仅是指为了测量辐射电场或者辐射磁场，在空间设置探针的情况，也包括为了测量电位，在电路上设置探针的情况。

本发明作为稳定且精密地测量电场或者磁场的空间分布的电磁场测量方法、电磁场测量装置以及相位成像装置，能够用于例如分析从集成了信号发生源与天线等辐射体的电路(芯片上天线)辐射的辐射图样的装置、以及用非破坏的方式将对象物的内部进行可视化的检查装置。

符号说明

10，10a，11电磁场测量装置

20，20a检测部

21第一探针

22第二探针

23第一频率转换器

24第二频率转换器

30，30a，60噪声消除部

31参考信号发生器

32，32a第一乘法器

33，33a滤波器

34，34a第二乘法器

35，35a同步检波器

37偏移相位算出部

40外部噪声源

41，42振荡器

50EO型检测部

51第一EO探针

52第二EO探针

53第一光环行器

54第二光环行器

55第一光滤波器

56第二光滤波器

57第一光检测器(PD)

58第二光检测器(PD)

61第一模数转换器

62第二模数转换器

63计算机装置

64程序

70相位差检测装置

80相位成像装置

82电磁波源

90光学装置

92a，92b，92c聚光透镜

94光束分离器

96a，96b，96c，96d抛物面镜

100对象物

110定位台

120图像化装置

130a，130b，130c放大器

150局部振荡器

151，152号角天线

153，154高频混合器

155，156倍增器