(57)【要約】 【課題】反射による誤差を最小限にする方向性結合器を用いた測定器の提供。【解決手段】伝送線路１３で電気的に接続された信号源１０とアンテナ１１と方向性結合器１２と、方向性結合器１２とは別の方向性結合器３２および方向性結合器３３と方向性結合器３２と電気的に接続された伝送線路３４および方向性結合器３３と電気的に接続された伝送線路３５と、伝送線路１３の両端に接続され電気的な終端を実現する終端３０および終端３１で構成され、伝送線路１３と方向性結合器３２を介して結合する伝送線路３４に負荷１５が電気的に接続され、伝送線路１３と方向性結合器３３を介して結合する伝送線路３５に負荷１６が電気的に接続されている。これにより、方向性結合器の伝送線路に存在する、負荷による反射波が著しく減少し、本来負荷への入力とするべき信号に重畳する反射波による雑音成分の影響が最小限に抑えられ、精度の高い測定が可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送線路１３で電気的に接続された信号源１０とアンテナ１１と方向性結合器１２と、方向性結合器１２とは別の方向性結合器３２および方向性結合器３３と方向性結合器３２と電気的に接続された伝送線路３４および方向性結合器３３と電気的に接続された伝送線路３５と、伝送線路１３の両端に接続され電気的な終端を実現する終端３０および終端３１で構成されており、伝送線路１３と方向性結合器３２を介して結合する伝送線路３４に負荷１５が電気的に接続され、伝送線路１３と方向性結合器３３を介して結合する伝送線路３５に負荷１６が電気的に接続されていることを特徴とした、方向性結合器を用いた測定回路。
【請求項２】
伝送線路１３で電気的に接続された信号源１０と負荷１７と方向性結合器１２と、方向性結合器１２とは別の方向性結合器３２および方向性結合器３３と方向性結合器３２と電気的に接続された伝送線路３４および方向性結合器３３と電気的に接続された伝送線路３５と、伝送線路１３の両端に接続され電気的な終端を実現する終端３０および終端３１で構成されており、伝送線路１３と方向性結合器３２を介して結合する伝送線路３４に負荷１５が電気的に接続され、伝送線路１３と方向性結合器３３を介して結合する伝送線路３５に負荷１６が電気的に接続されていることを特徴とした、方向性結合器を用いた測定回路。
【請求項３】
伝送線路１３で電気的に接続された信号源１０とアンテナ１１と方向性結合器１２と、方向性結合器１２とは別の方向性結合器３２および方向性結合器３３と方向性結合器３２と電気的に接続された伝送線路３４および方向性結合器３３と電気的に接続された伝送線路３５と、伝送線路１３の両端に接続され電気的な終端を実現する終端３０および終端３１で構成されており、伝送線路１３と方向性結合器３２を介して結合する伝送線路３４に負荷１５が電気的に接続され、伝送線路１３と方向性結合器３３を介して結合する伝送線路３５に負荷１６が電気的に接続されている回路を用いて伝送線路上の信号を測定する測定方法。
【請求項４】
伝送線路１３で電気的に接続された信号源１０と負荷１７と方向性結合器１２と、方向性結合器１２とは別の方向性結合器３２および方向性結合器３３と方向性結合器３２と電気的に接続された伝送線路３４および方向性結合器３３と電気的に接続された伝送線路３５と、伝送線路１３の両端に接続され電気的な終端を実現する終端３０および終端３１で構成されており、伝送線路１３と方向性結合器３２を介して結合する伝送線路３４に負荷１５が電気的に接続され、伝送線路１３と方向性結合器３３を介して結合する伝送線路３５に負荷１６が電気的に接続されている回路を用いて伝送線路上の信号を測定する測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射による誤差を最小限にする方向性結合器を用いた測定回路および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波回路において、伝送線路に負荷を接続した場合、この負荷に電力が効率よく供給されているかを測定する技術がある。
【０００３】
例えば、アンテナと方向性結合器と方向性結合器に接続された負荷からなるシステムにおいて、当該負荷に供給される電力が効率よいものとなっているかの測定について考えてみる。
【０００４】
通常の系の場合、図１のように信号源１０からアンテナ１１へ向かう方向に進む信号２０が方向性結合器１２を介して負荷１５に入力され、アンテナ１１から信号源へ向かう方向の信号２１が方向性結合器１２を介して負荷１６に入力される。ところが、負荷１５に到達した信号２２は、方向性結合器１２と負荷１５との界面で一部反射される。この反射された信号である信号２４は負荷１６に入力してしまう。負荷１６では、信号２１から発生した信号２３のみを測定したいので、負荷１５での反射波である信号２４が入力することは測定の誤差が増大することに他ならず、これを防ぐためには反射を小さくすることが必要である。
【０００５】
しかしながら、反射を小さくすることには限度がある。一般的に、伝送線路の特性インピーダンスと負荷のインピーダンスを合わせること、すなわちインピーダンスを整合することにより反射を小さくするが、たとえば、伝送線路が５０Ωの特性インピーダンスを持っているとき、負荷のインピーダンスを５０Ωに合わせることは非常に困難である。特に高周波領域においては、１０〜３０％程度の反射を許容した状態で測定を行なっていることがほとんどである。このことは、反射波が存在することを前提としたＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ：電圧定在波比）が、性能指標として広く試用されていることからも分かる。
【０００６】
そこで、反射波の影響を少なくすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
上記特許文献１では、方向性結合器に、負荷として検波回路が接続されている例が示されている。しかしながら、検波回路と伝送線路との界面での反射を小さくする方策は採られず、反射が存在するものとして、その反射の影響を演算によって小さくすることを主眼としたものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−２８６９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１記載の手段は、方向性結合器に入力される信号が時間的に一定であるときには有効であるが、方向性結合器に入力される信号が時間の関数になっているときには、演算手段を実現するハードウエアもしくはソフトウエアが大規模になってしまう。したがって、低コストで実現することが難しい。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、反射による誤差を最小限に抑えた方向性結合器を用いて、安価で精度の高い測定を可能としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するため、方向性結合器の端点に終端を設け、端点での反射が非常に小さくなることを利用して、方向性結合器の伝送線路に反射波を重畳させない構成としてある。
【００１１】
このように方向性結合器の端点を終端することによって、方向性結合器の伝送線路に存在する、負荷による反射波が著しく減少し、本来負荷への入力とするべき信号に重畳する反射波による雑音成分の影響が最小限に抑えられ、精度の高い測定が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、上記構成により、負荷への入力とするべき信号に重畳する反射波による雑音成分の影響が最小限に抑えられ、安価で精度の高い測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の方向性結合器の主要部を示す概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１における方向性結合器の主要部を示す概略構成図
【図３】本発明の実施の形態２における方向性結合器の主要部を示す概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、方向性結合器の端点に終端を設け、端点での反射が非常に小さくなることを利用して、方向性結合器に接続された伝送線路に反射波を重畳させない構成としてある。
【００１５】
これにより、精度の高い測定が可能になる。その理由を前記図１を用いて説明する。
【００１６】
図１は背景技術として説明したもので、方向性結合器１２を用いた通常の系を用いたものであるが、この系は、伝送線路１３で電気的に接続された信号源１０とアンテナ１１と方向性結合器１２とで構成されており、伝送線路１３と結合する伝送線路１４の両端に負荷１５と負荷１６が電気的に接続されている。この負荷１５と負荷１６は一般的に検波回路（図示せず）を含む。
【００１７】
この系において、信号源１０から送出された信号２０は、アンテナ１１に到達する信号（図示せず）と、結合によって伝送線路１４に遷移する信号２２とに分かれる。信号２２は、負荷１５に到達し、負荷１５の界面において負荷１５の内部に進入する信号（図示せず）と、結合によって伝送線路１３に遷移する信号（図示せず）と、負荷１５の界面で反射され伝送線路１４を通って負荷１６に到達する信号２４とに分かれる。また、アンテナ１１は、この系の外側から信号を受信することも可能である。系の外側から入力された信号２１は伝送線路１３を通り、信号源１０に到達する信号（図示せず）と、結合によって伝送線路１４に遷移し、負荷１６に到達する信号２３とに分かれる。
【００１８】
信号源１０からアンテナ１１を経由してこの系の外に放出される信号と、アンテナ１１から入力されてこの系により受信される信号の電力比を演算することを考える。これは近似的に、信号２０と信号２１との電力比で表される。伝送線路１３と伝送線路１４との結合度をＣ、信号２０の電力をＰ＿２０、信号２１の電力をＰ＿２１、信号２２の電力をＰ＿２２、信号２３の電力をＰ＿２３とおくと、次の式が成立する。
【００１９】
【数１】
2019184379.tif 000003
【００２０】
【数２】
2019184379.tif 000004
【００２１】
演算しようとしているのは信号２０の電力と信号２１の電力との比であるので、
【００２２】
【数３】
2019184379.tif 000005
【００２３】
となり、Ｐ＿２３とＰ＿２２との比を演算すればよいことが分かる。ところが、負荷１６で計測されるのは、信号２３の電力Ｐ＿２３だけではなく、信号２４の電力Ｐ＿２４が重畳された値であり、直接Ｐ＿２３を計測することはできない。したがって、Ｐ＿２４をＰ＿２３に比べて無視できる程度に小さくすることが精度よい計測につながる。
【００２４】
つまり、精度の良い計測を可能とするためには、方向性結合器１２の端点に終端を設けて端点での反射を非常に小さくすればよく、これにより方向性結合器に接続された伝送線路に反射波を実質的に重畳させないかたちとなって、精度のよい計測が可能となる。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、
図２を参照しながら説明する。なお、本発明は本実施の形態に記載した構成に限定されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
図２は実施の形態１の主要構成部を示した図である。この系は、伝送線路１３で電気的に接続された信号源１０とアンテナ１１と方向性結合器１２と、方向性結合器１２とは別の方向性結合器３２および方向性結合器３３と方向性結合器３２と電気的に接続された伝送線路３４および方向性結合器３３と電気的に接続された伝送線路３５と、伝送線路１３の両端に接続され電気的な終端を実現する終端３０および終端３１で構成されており、伝送線路１３と方向性結合器３２を介して結合する伝送線路３４に負荷１５が電気的に接続され、伝送線路１３と方向性結合器３３を介して結合する伝送線路３５に負荷１６が電気的に接続されている。この負荷１５と負荷１６は一般的に検波回路（図示せず）を含む。
【００２７】
この系において、信号源１０から送出された信号２０は、アンテナ１１に到達する信号（図示せず）と結合によって伝送線路１４に遷移する信号２２とに分かれる。信号２２は方向性結合器３２を介して伝送線路３４に遷移する信号４０と終端３０に到達する信号４２とに分かれる。信号４０は負荷１５に入力される信号（図示せず）と負荷１５の界面で反射される信号５０と分かれ、信号５０は方向性結合器３２を介して伝送線路１４に遷移し信号５１を発生させる。信号５１は方向性結合器１２を介して伝送線路１３へ遷移する成分と方向性結合器３３に到達する成分に分かれるが、伝送線路１３へ遷移する成分は説明の簡素化のためここでは無視する。信号５１は方向性結合器３３を介して伝送線路３５に遷移し、信号５２を発生させる。
【００２８】
ここで、伝送線路１４と伝送線路３４との結合度をＣ１とおき、方向性結合器３３における結合度、すなわち、伝送線路１４と伝送線路３５との結合度をＣ２とおくと、反射信号５２の電力Ｐ＿５２は、信号５０の電力Ｐ＿５０と信号５１の電力Ｐ＿５１と結合度Ｃ１および結合度Ｃ２を用いて次のようになる。
【００２９】
【数４】
2019184379.tif 000006
【００３０】
ここで、結合度Ｃ１および結合度Ｃ２は設計の自由度が高く、容易に所望の値にすることができるので、結合度Ｃ１および結合度Ｃ２を十分小さくすることによりＰ＿５２を、負荷１６における電力測定において無視することが可能である。
【００３１】
また、アンテナ１１は、この系の外側から信号を受信することも可能であり、系の外側から入力された信号２１は伝送線路１３を通り、信号源１０に到達する信号（図示せず）と結合によって伝送線路１４に遷移し、負荷１６に到達する信号２３とに分かれる。信号２３は方向性結合器３３を介して伝送線路３５に遷移する信号４１と終端３１に到達する信号４３とに分かれる。信号４１は負荷１６に入力される信号（図示せず）と、負荷１６の界面で反射し、方向性結合器３３および方向性結合器３２を介して負荷１５に到達する信号を発生させるが、前記と同様にこの信号は結合度Ｃ１および結合度Ｃ２を十分小さくすることにより負荷１５における電力測定において無視することが可能である。
【００３２】
ここで、信号４２は終端３０によって吸収される信号と終端３０の界面によって反射される信号２４とに分かれる。しかしながら、一般的に伝送線路の特性インピーダンスと等しい抵抗を伝送線路の端点に接続することによって、伝送線路の端点における反射が理論的には０になることが知られている。たとえば、伝送線路１４を特性インピーダンスが５０Ωのマイクロストリップラインになるように設計し、終端３０および終端３１を５０Ωの抵抗とすると、伝送線路１４の端点における反射は著しく小さくなる。したがって、終端３０の界面での反射である信号２４は、測定上無視できるほど小さくすることが可能である。同様に信号４３の終端３１における反射も無視できる。
【００３３】
以上のことを鑑みたとき、方向性結合器３２における結合度、すなわち、前記で定義した伝送線路１３と伝送線路１４との結合度Ｃ、伝送線路１４と伝送線路３４との結合度Ｃ１、および伝送線路１４と伝送線路３５との結合度Ｃ２を用いると、次の式が成り立つ。
【００３４】
【数５】
2019184379.tif 000007
【００３５】
【数６】
2019184379.tif 000008
【００３６】
【数７】
2019184379.tif 000009
【００３７】
【数８】
2019184379.tif 000010
【００３８】
これらから
【００３９】
【数９】
2019184379.tif 000011
【００４０】
となる。
【００４１】
前記のように終端３０で反射される信号２４と終端３１で反射される信号（図示せず）は無視できる程度に小さいので、負荷１５で信号４０の電力Ｐ＿４０を精度良く測定することが可能であり、同様に負荷１６で信号４１の電力Ｐ＿４１を精度良く測定することが可能である。また、結合度Ｃ１およびＣ２は事前に測定可能であるので、Ｃ１／Ｃ２の値も測定時では既知である。
【００４２】
以上のことにより実施の形態１の構成をとることによって、信号源１０から放出される信号２０の電力Ｐ＿２０とアンテナ１１から入力される信号２１の電力Ｐ＿２１との比Ｐ＿２１／Ｐ＿２０を精度良く測定することが可能になる。
【００４３】
この例ではＰ＿２０とＰ＿２１との比を求めているが、Ｐ＿２０もしくはＰ＿２１を単独で測定する場合でも精度よく測定できることは自明である。さらに、この例では電力比を求めているが、電圧比もしくは電圧値を測定する場合でも精度良く測定できることもまた自明である。また、方向性結合器の種類には言及していないが、本発明では方向性結合器の結合度のみを用いているので、本発明の方向性結合器は種類を限定されることはない。
【００４４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を添付の図面３を参照しながら説明する。
【００４５】
図３は実施の形態２の主要構成部を示した図である。実施の形態１と異なる点は、信号源１０の信号送出先がアンテナではなく負荷１７になっている点である。実施例１では、信号２１はアンテナからの入力になっていたが、実施例２では負荷１７の界面による反射である。
【００４６】
この系は、伝送線路１３で電気的に接続された信号源１０と負荷１７と方向性結合器１２と、方向性結合器１２とは別の方向性結合器３２および方向性結合器３３と、方向性結合器３２と電気的に接続された伝送線路３４および方向性結合器３３と電気的に接続された伝送線路３５と、伝送線路１３の両端に接続され電気的な終端を実現する終端３０および終端３１で構成されており、伝送線路１３と方向性結合器３２を介して結合する伝送線路３４に負荷１５が電気的に接続され、伝送線路１３と方向性結合器３３を介して結合する伝送線路３５に負荷１６が電気的に接続されている。この負荷１５と負荷１６は一般的
に検波回路（図示せず）を含む。
【００４７】
実施例１に比べると、信号２１を発生させるものがアンテナから負荷１７に変わっているだけなので、実施例１の結論がそのまま実施例２でも適用できる。
【００４８】
以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。つまり、今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、伝送線路に接続された負荷による、伝送線路上の信号を精度よく測定することができる。よって、高周波出力機器、例えば高周波加熱装置等の効率測定用として広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  信号源
１１  アンテナ
１２  方向性結合器
１３  伝送線路
１４  伝送線路
１５  負荷
１６  負荷
２０  信号
２１  信号
２２  信号
２３  信号
３０  終端
３１  終端
３２  方向性結合器
３３  方向性結合器
３４  伝送線路
３５  伝送線路
４０  信号
４１  信号
４２  信号
４３  信号
５０  信号
５１  信号
５２  信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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