(57)【要約】【課題】インピーダンス整合が精度よくとれるようにする。【解決手段】本発明の方法並びに装置は、インピーダンス整合対象の負荷をＥＨ整合管を介してマイクロ波発生器に実際に接続した時の負荷の反射係数を適切かつ簡明なアルゴリズムに従って求出すると共に、整合時のＥ面用とＨ面用のショートプランジャの整合用のプランジャ位置の求出過程で用いられる図８のθE ・ＬE 対応関係およびθH ・ＬH 対応関係とが、Ｅ面用ないしＨ面用のショートプランジャの各位置の変化に対し、位相角θE ，θH の変化が相当に緩やかであり、両対応関係を予め求出する際に大きな誤差が生じることを回避できるので、インピーダンスを整合させる各ショートプランジャの整合用の位置が正確に求まる結果、インピーダンス整合を精度よくとることができる。【選択図】        図８
2005167819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波発生器と負荷とを結ぶ方形導波管の途中に、その導波管の同一位置で直交する二壁面のうちのＥ面にＥ面用ショートプランジャ（Ｅ面用スタブ）を摺動自在に挿入したＥ分岐管を接続すると共に、Ｈ面にＨ面用ショートプランジャ（Ｈ面用スタブ）を摺動自在に挿入したＨ分岐管を接続し、Ｅ面用とＨ面用の各ショートプランジャ（短絡プランジャ）の位置を調整することによりインピーダンス整合をとるマイクロ波回路のチューニング方法において、
（Ａ）インピーダンス整合の対象の負荷を接続した時のマイクロ波発生器側で検出する反射係数Γが下記の式（１）〜（３）で規定される関係に従うものとして、無反射負荷（整合負荷）Ｌ0 を接続するとともに、各ショートプランジャの位置を変化させて検出した実測反射係数Γm に従って、反射係数ΓE の位相角θE とＥ面用ショートプランジャの位置ＬE のθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕と反射係数ΓH の位相角θH とＨ面用ショートプランジャの位置ＬH のθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕とを予め求出して記憶する対応関係求出記憶過程と、
Γ＝（ΓE ＋ΓH −４ΓE ΓH ΓL ）／〔１−（ΓE ＋ΓH ）ΓL 〕  ・・（１）
ΓE ＝−（１／２）ｅ-jM         但し；Ｍ＝θE （ΓE の位相角）  ・・（２）
ΓH ＝（１／２）ｅ-jN           但し；Ｎ＝θH （ΓH の位相角）  ・・（３）
但し；Γ，ΓE ，ΓH ，ΓL は全て複素数形式の反射係数であって、ΓE はＥ分岐管の反射係数，ΓH はＨ分岐管の反射係数，ΓL はインピーダンス整合の対象の負荷の反射係数、
（Ｂ）インピーダンス整合の対象である負荷ＺL を実際に接続した時の反射係数Γである反射係数γD およびＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャのプランジャ位置Ｌe,Ｌh を検出する実データ検出過程と、
（Ｃ）実データ検出過程で得られたプランジャ位置Ｌe,Ｌh をθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕およびθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕に従って位相角θe,θh に変換し現在の位相角として求出する現在位相角求出過程と、
（Ｄ）位相角θe,θh と式（２）および式（３）に従ってインピーダンス整合の対象である負荷ＺL を実際に接続した時の反射係数ΓE ，ΓH である反射係数γE ，γH を求出する分岐管反射係数求出過程と、
（Ｅ）反射係数γD , γE ，γH と式（１）に従って負荷ＺL の反射係数ΓL を求出する負荷反射係数求出過程と、
（Ｆ）反射係数ΓL の共役反射係数ΓL*を求出する共役反射係数求出過程と、
（Ｇ）共役反射係数ΓL*に対して下記の式（４）で示す関係にある反射係数ΓE ，ΓH としての反射係数γe ，γh の位相角θem, θhmを求出する整合位相角求出過程と、
ΓL*＝ΓE ＋ΓH       ・・（４）
（Ｈ）反射係数γe ，γh の位相角θem, θhmをθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕およびθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕に従って変換し各ショートプランジャのプランジャ位置Ｌem, Ｌhmを求出する整合位置求出過程と、
（Ｉ）Ｅ面用とＨ面用の各ショートプランジャを整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmへ移動させるプランジャ移動過程と、
を含むことを特徴とするマイクロ波回路のチューニング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロ波回路のチューニング方法において、Ｅ分岐管とＨ分岐管それぞれの分岐面から０．１３λｇ（λｇはマイクロ波の管内波長）までの間は、整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmとして使用しないマイクロ波回路のチューニング方法。
【請求項３】
（ａ）マイクロ波発生器と負荷の間に介在している方形導波管の同一位置で直交するＥ面とＨ面の二壁面のうちのＥ面に接続されていると共にＥ面用ショートプランジャ（Ｅ面用スタブ）が摺動自在に挿入されているＥ分岐管とＨ面に接続されていると共にＨ面用ショートプランジャ（Ｈ面用スタブ）が摺動自在に挿入されているＨ分岐管とを有するＥＨ整合管と、（ｂ）Ｅ面用とＨ面用の各ショートプランジャの位置を検出するプランジャ位置検出手段と、（ｃ）プランジャ位置指定用信号にしたがってＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャを移動させてプランジャ位置を調整するプランジャ位置調整手段と、（ｄ）マイクロ波発生器側の方形導波管における所定測定位置で反射係数を検出する反射係数検出手段とを備えているマイクロ波回路の自動チューニング装置において、
（ｅ）インピーダンス整合の対象の負荷を接続した時のマイクロ波発生器側で検出する反射係数Γが下記の式（１）〜（３）で規定される関係に従うものとして、無反射負荷（整合負荷）Ｌ0 を接続するとともに、各ショートプランジャの位置を変化させて検出した実測反射係数Γm に従って、予め求出された反射係数ΓE の位相角θE とＥ面用ショートプランジャの位置ＬE のθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕と、反射係数ΓH の位相角θH とＨ面用ショートプランジャの位置ＬH のθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕とを記憶する対応関係記憶手段と、
Γ＝（ΓE ＋ΓH −４ΓE ΓH ΓL ）／〔１−（ΓE ＋ΓH ）ΓL 〕  ・・（１）
ΓE ＝−（１／２）ｅ-jM         但し；Ｍ＝θE （ΓE の位相角）  ・・（２）
ΓH ＝（１／２）ｅ-jN           但し；Ｎ＝θH （ΓH の位相角）  ・・（３）
但し；Γ，ΓE ，ΓH ，ΓL は全て複素数形式の反射係数であって、ΓE はＥ分岐管の反射係数，ΓH はＨ分岐管の反射係数，ΓL はインピーダンス整合の対象の負荷の反射係数、
（ｆ）プランジャ位置検出手段により検出されるＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャのプランジャ位置Ｌe,Ｌh をθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕およびθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕に従って位相角θe,θh に変換し現在の位相角として求出する現在位相角求出手段と、
（ｇ）位相角θe,θh と式（２）および式（３）に従ってインピーダンス整合の対象である負荷ＺL を実際に接続した時の反射係数ΓE ，ΓH である反射係数γE ，γH を求出する分岐管反射係数求出手段と、
（ｈ）インピーダンス整合の対象である負荷ＺL を実際に接続した時に反射係数検出手段により検出される反射係数Γとしての反射係数γD と反射係数γE ，γH と式（１）に従って負荷ＺL の反射係数ΓL を求出する負荷反射係数求出手段と、
（ｉ）反射係数ΓL の共役反射係数ΓL * を求出する共役反射係数求出手段と、
（ｊ）共役反射係数ΓL * に対して下記の式（４）で示す関係にある反射係数ΓE ，ΓH としての反射係数γe ，γh の位相角θem, θhmを求出する整合位相角求出手段と、
ΓL * ＝ΓE ＋ΓH       ・・（４）
（ｋ）反射係数γe ，γh の位相角θem, θhmをθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕およびθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕に従って各ショートプランジャのプランジャ位置Ｌem, Ｌhmに変換してプランジャ位置指定用信号としてプランジャ位置調整手段へ出力する整合位置求出手段と、
を備えていることを特徴とするマイクロ波回路の自動チューニング装置。
【請求項４】
請求項３に記載のマイクロ波回路の自動チューニング装置において、プランジャ位置調整手段は、Ｅ分岐管とＨ分岐管それぞれの分岐面から０．１３λｇ（λｇはマイクロ波の管内波長）までの間は整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmとして使用しないマイクロ波回路の自動チューニング装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のマイクロ波回路の自動チューニング装置において、方形導波管の広幅辺寸法によって決まるカットオフ周波数に対して動作周波数が１．１７倍〜１．２５倍の範囲にあるマイクロ波回路の自動チューニング装置。
【請求項６】
請求項３から５のいずれかに記載のマイクロ波回路の自動チューニング装置において、Ｅ分岐管の方形導波管寄りの位置にマイクロ波の高次モードの生成を抑制するアイリス（絞り部材）が設置されているマイクロ波回路の自動チューニング装置。
【請求項７】
請求項３から６のいずれかに記載のマイクロ波回路の自動チューニング装置において、方形導波管におけるＨ分岐管の分岐面を臨む位置にマイクロ波の高次モードの生成を抑制するポストピースないしアイリス（絞り部材）が設置されているマイクロ波回路の自動チューニング装置。
【請求項８】
請求項３から７のいずれかに記載のマイクロ波回路の自動チューニング装置において、プランジャ位置調整手段は、現在のプランジャ位置Ｌe,Ｌh から整合用のプランジャ位置Ｌem, ＬhmへＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャを移動させる際、反射係数ΓE の位相角θE と反射係数ΓH の位相角θH が常に位相角θem, θhmから遠ざからないようにしてＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャをどちらか一方が整合用のプランジャ位置に達するまでは位相角θE と位相角θH の和（θE ＋θH ）または差（θE −θH ）を一定に保ちながら両ショートプランジャを同時に移動させると共に、一方のショートプランジャが整合用のプランジャ位置に達した後は他方のショートプランジャのみを整合用のプランジャ位置まで移動させるマイクロ波回路の自動チューニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波発生器と負荷とを結ぶ方形導波管の途中に、その導波管の同一位置で直交する二壁面のうちのＥ面にＥ面用ショートプランジャを摺動自在に挿入したＥ分岐管を接続すると共に、Ｈ面にＨ面用ショートプランジャを摺動自在に挿入したＨ分岐管を接続し、Ｅ面用とＨ面用の各ショートプランジャの位置を調整することによりインピーダンス整合をとるマイクロ波回路のチューニング方法と該方法を実施する装置に係り、特に精度よくインピーダンス整合できるようにする（整合精度をあげる）ための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願の出願人に係る特開平１０−１２６１１３号公報には、マイクロ波回路のインピーダンス整合を容易にとることができるチューニング方法が提案されている。この従来チューニング方法は、整合対象の負荷が接続された時に、Ｅ面用とＨ面用の各ショートプランジャが分岐面に位置する（方形導波管の内面と面一となる）時に計測された反射係数の絶対値と位相に基づいて演算を行ってＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャの整合時のプランジャ位置を求出すると共に、求出した整合時のプランジャ位置にＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャを移動させることでインピーダンス整合をとる。
さらに、従来の方法の場合、図１５に示すように、Ｅ面用ショートプランジャ（Ｅ面スタブ）を種々の位置に固定し、固定した各位置ごとにＨ面用ショートプランジャ（Ｈ面スタブ）を可動範囲全域を動かすことにより得られるＥ面用ショートプランジャの各固定位置ごとのスミスチャート上の円状軌跡において、Ｅ面用ショートプランジャの各固定位置と、各円状軌跡の中心とスミスチャートの原点を結ぶ線分の角度（円中心角度）との対応関係を予め求めると共に、またＨ面用ショートプランジャを種々の位置に固定し、Ｅ面用ショートプランジャを可動範囲全域を動かすことで同様に対応関係を予め求める。即ち、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示す二つの対応関係を求める。そして、これら二つの対応関係を整合時のプランジャ位置を求出する過程で用いる。
【特許文献１】特開平１０−１２６１１３号公報（第４〜７頁、図６〜図１２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のマイクロ波回路のチューニング方法には、精度よくインピーダンス整合をとることが難しい（整合精度が悪い）という問題がある。図１６（ａ）や図１６（ｂ）に示すように、Ｅ面用あるいはＨ面用のショートプランジャの各固定位置の変化に対し、各円状軌跡の中心とスミスチャートの原点を結ぶ線分の角度の変化の度合いが非常に大きいので、スミスチャート上での角度の測定結果が少し違えば、対応関係が大きく違ってくる。スミスチャート上における円状軌跡の中心の位置は必ずしも明確ではなく正確に決めることが難しく、結局、Ｅ面用あるいはＨ面用のショートプランジャの各固定位置と、各円状軌跡の中心とスミスチャートの原点を結ぶ線分の角度との対応関係は、なかなか正確に求め難く、時として大きな誤差が生じる結果、なかなか精度よくインピーダンス整合をとれないのである。
【０００４】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、精度よくインピーダンス整合をとることができるマイクロ波回路のチューニング方法と該方法を実施する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明者らは、上記課題を解決するため、チューニングアルゴリズムの基礎となる図２および図３に示すＥＨ整合管６の等価回路にまで遡って検討を行った。即ち、図１４（ａ）や図１４（ｂ）に示す従来の等価回路がモデルとして適当か否かをチェックし、より適当なモデルとして図４に示す等価回路を想定するに至った。なお、図４においては、Ｘ＝Ｚ0 tan βＬE ，Ｂ＝（１／Ｚ0 ）tan βＬH である。但し、Ｚ0 は導波管の特性インピーダンス、β＝２π／λｇ（λｇはマイクロ波の管内波長）、ＬE はＥ分岐管３のＥ面用ショートプランジャ２の位置、ＬH はＨ分岐管５のＨ面用ショートプランジャ４の位置である。また、以下の説明中の式は、図４の等価回路中の導波管の特性インピーダンスＺ0 で正規化してある。
【０００６】
そして、マイクロ波発生器Ｇからの電力を任意の負荷ＺL を接続した際のチューニングの程度を示すマイクロ波発生器Ｇ側で検出する反射係数Γは、ＥＨ整合管の（導波管の特性インピーダンスＺ0 による正規化を行った）入力インピーダンスｚinを用いことにより、Γ＝（ｚin−１）／（ｚin＋１）と表されるものであり、通常の回路解析手法にしたがって変形すれば、最終的に下記の式（１）で表すことができる。但し、図５に示すように、ΓE は（方形導波管１からみた）Ｅ分岐管３の反射係数，ΓH は（方形導波管１からみた）Ｈ分岐管５の反射係数，ΓL はインピーダンス整合対象の負荷ＺL の反射係数であり、又もちろん、各Γ，ΓE ，ΓH ，ΓL は全て複素数形式の（大きさと位相角をもつ）反射係数である。
Γ＝（ΓE ＋ΓH −４ΓE ΓH ΓL ）／〔１−（ΓE ＋ΓH ）ΓL 〕  ・・（１）
また、Ｅ分岐管およびＨ分岐管の反射係数ΓE ，ΓH は、それぞれ大きさと位相角を有するものであるが、検討の結果、それぞれ、下記の式（２），（３）で的確に表されると想定した。
ΓE ＝−（１／２）ｅ-jM         但し；Ｍ＝θE （ΓE の位相角）  ・・（２）
ΓH ＝（１／２）ｅ-jN           但し；Ｎ＝θH （ΓH の位相角）  ・・（３）
【０００７】
Ｅ分岐管およびＨ分岐管のそれぞれを単体としてみた場合、マイクロ波はショートプランジャで全て反射されるのであるが、図６（ａ）に示すように、マイクロ波は電圧で１／√（２）ずつ（電力で１／２ずつ）分かれてＥ分岐管およびＨ分岐管に入り、ショートプランジャで反射して分岐面で負荷側とマイクロ波発生器側に等しく分かれる結果、図６（ｂ）に示すように、方形導波管（主導波管）の反射係数Γの検出点でみると、Ｅ分岐管およびＨ分岐管により返ってくる電圧はそれぞれ半分ずつ（電力で１／４ずつ）となり、方形導波管から見た各分岐管の反射係数ΓE ，ΓH はそれぞれ大きさが１／２とするのが適当であると考えたのである。
【０００８】
また、位相角θE はＥ面用ショートプランジャの位置が変化すると変わり、位相角θH もＨ面用ショートプランジャの位置が変化すると変わる。つまり位相角θE はＥ面用ショートプランジャ２の位置を変数とする関数であり、位相角θH はＨ面用ショートプランジャ４の位置を変数とする関数である。かつ各位相角θE ，θH と各ショートプランジャの位置との対応関係は、いずれもリニヤ（線形）ではないので、位相角θE ，θH が分かっても各ショートプランジャの正確な位置が直ちに分かるわけではなく、逆に各ショートプランジャの位置が分かっても正確な位相角θE ，θH が直ちに分かるわけではない。しかし、無反射負荷（整合負荷）Ｌ0 を接続するとともに各ショートプランジャの位置を変化させて検出した実測反射係数Γm は、負荷側でマイクロ波の反射がなく、常にΓm ＝ΓE ＋ΓH の関係にあるので、実測反射係数Γm のデータに基づいて反射係数ΓE の位相角θE とＥ面用ショートプランジャの位置ＬE のθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕、および、反射係数ΓH の位相角θH とＨ面用ショートプランジャの位置ＬH のθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕が求められることに想到した。
【０００９】
そして、具体的にＳバンドの周波数のマイクロ波を（一例として）用い、無反射負荷Ｌ0 を接続するとともに各ショートプランジャの位置を変化させて実測反射係数Γm を検出し、検出結果をスミスチャート上に描いてみた。即ち、Ｅ面用ショートプランジャを０〜１４０ｍｍの間の種々の位置に固定し、固定した各位置ごとにＨ面用ショートプランジャを０〜２００ｍｍ可動範囲全域を動かすことにより得られるＥ面用ショートプランジャの各固定位置ごとのスミスチャート上の実測反射係数Γm の円状軌跡を図７に示す。各円状軌跡は半径１の円に内接する半径１／２であり、ΓE ＋ΓH ＝−（１／２）ｅ-jM ＋（１／２）ｅ-jN において位相角を変化させた時に描かれる軌跡によく一致しており、反射係数ΓE ，ΓH を式（２），（３）で規定することの妥当性が裏付けられている。
【００１０】
また、Ｈ面用ショートプランジャを０〜１４０ｍｍの間の種々の位置に固定し、固定した各位置ごとにＥ面用ショートプランジャを０〜２００ｍｍ可動範囲全域を動かすことにより得られるＨ面用ショートプランジャの各固定位置ごとのスミスチャート上の実測反射係数Γm の円状軌跡についても同様の結果を確認することができた。なお、各円状軌跡が一点で交わる点がスミスチャートの原点（Γ＝０の点）と一致しないのは測定系の残留反射に起因するものと認められ、各円状軌跡の最も遠い点で直径１の円と接しないものがあるのは、測定系の校正誤差に起因するものと認められる。
【００１１】
さらに、実測反射係数Γm にしたがって、反射係数ΓE の位相角θE とＥ面用ショートプランジャの位置ＬE のθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕と反射係数ΓH の位相角θH とＨ面用ショートプランジャの位置ＬH のθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕とを求出した。求出した両対応関係を図８に示す。図８に示すように、θE ・ＬE 対応関係およびθH ・ＬH 対応関係は、いずれもＥ面用あるいはＨ面用のショートプランジャの各位置の変化に対し、位相角θE ，θH の変化は相当に緩やかである。
【００１２】
一方、マイクロ波回路のチューニングの観点からすると、インピーダンス整合対象の負荷ＺL が接続されている状態で整合が完全にとれた状態の時の反射係数ΓM は、負荷ＺL による反射は全く無くてＥ分岐管とＨ分岐管による反射だけによるので、ΓM ＝γe ＋γh となる。但し、反射係数γe は反射係数ΓM を検出した時の反射係数ΓE であり、反射係数γh は反射係数ΓM を検出した時の反射係数ΓH である。同時に、いわゆる周知の複素共役整合の条件から、インピーダンス整合が完全にとれた状態の時の反射係数ΓM は、負荷ＺL の反射係数ΓL についての共役反射係数ΓL * に等しくなければならない。即ち、ΓM ＝ΓL * ＝γe ＋γh が成立する。
他方、式（１）によれば、負荷ＺL を接続した時に検出される反射係数γD とその時の反射係数ΓE ，ΓH である反射係数γE ，γH とを用いると、負荷ＺL の反射係数ΓL が求まる。具体的には、反射係数γD を検出した時の各ショートプランジャのプランジャ位置Ｌe,Ｌh を図８のθE ・ＬE 対応関係とθH ・ＬH 対応関係に従って変換して現在の位相角θe,θh を求出してから式（２），（３）に代入することで反射係数γE ，γH を求め、さらに式（１）を変形した下記の式に反射係数γD ，γE ，γH を代入することにより反射係数ΓL が簡単に求まる。
ΓL ＝〔Γ−（ΓE ＋ΓH ）〕／〔Γ（ΓE ＋ΓH ）−４ΓE ΓH 〕
【００１３】
こうして反射係数ΓL が分かれば、反射係数ΓL についての共役反射係数ΓL * は演算で簡単に求まる。さらに、大きさが１／２という条件のもとで和が共役反射係数ΓL * になる二つのベクトルを演算で求めれば、それが反射係数γe と反射係数γh とになるので、両ベクトルの位相角を整合時の反射係数γe ，γh の各位相角θem, θhmとして求められる。
【００１４】
さらに、整合時の反射係数γe ，γh の各位相角θem, θhmを再び図８のθE ・ＬE 対応関係とθH ・ＬH 対応関係に従って各ショートプランジャの整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmに変換してから、Ｅ面用とＨ面用の各ショートプランジャを整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmへ移動させるとインピーダンス整合がとれる。
実際にテストした結果でも、精度よくインピーダンス整合がとれた。言い換えれば、式（１）の基礎として発明者らによって想定された図４のＥＨ整合管６の等価回路が妥当であったことになる。
【００１５】
したがって、この発明は、上記目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわち、請求項１に記載の発明に係るマイクロ波回路のチューニング方法は、マイクロ波発生器と負荷とを結ぶ方形導波管の途中に、その導波管の同一位置で直交する二壁面のうちのＥ面にＥ面用ショートプランジャ（Ｅ面用スタブ）を摺動自在に挿入したＥ分岐管を接続すると共に、Ｈ面にＨ面用ショートプランジャ（Ｈ面用スタブ）を摺動自在に挿入したＨ分岐管を接続し、Ｅ面用とＨ面用の各ショートプランジャ（短絡プランジャ）の位置を調整することによりインピーダンス整合をとるマイクロ波回路のチューニング方法において、（Ａ）インピーダンス整合の対象の負荷を接続した時のマイクロ波発生器側で検出する反射係数Γが下記の式（１）〜（３）で規定される関係に従うものとして、無反射負荷（整合負荷）Ｌ0 を接続するとともに、各ショートプランジャの位置を変化させて検出した実測反射係数Γm に従って、反射係数ΓE の位相角θE とＥ面用ショートプランジャの位置ＬE のθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕と反射係数ΓH の位相角θH とＨ面用ショートプランジャの位置ＬH のθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕とを予め求出して記憶する対応関係求出記憶過程と、
Γ＝（ΓE ＋ΓH −４ΓE ΓH ΓL ）／〔１−（ΓE ＋ΓH ）ΓL 〕  ・・（１）
ΓE ＝−（１／２）ｅ-jM         但し；Ｍ＝θE （ΓE の位相角）  ・・（２）
ΓH ＝（１／２）ｅ-jN           但し；Ｎ＝θH （ΓH の位相角）  ・・（３）
但し；Γ，ΓE ，ΓH ，ΓL は全て複素数形式の反射係数であって、ΓE はＥ分岐管の反射係数，ΓH はＨ分岐管の反射係数，ΓL はインピーダンス整合の対象の負荷の反射係数、
（Ｂ）インピーダンス整合の対象である負荷ＺL を実際に接続した時の反射係数Γである反射係数γD およびＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャのプランジャ位置Ｌe,Ｌh を検出する実データ検出過程と、
（Ｃ）実データ検出過程で得られたプランジャ位置Ｌe,Ｌh をθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕およびθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕に従って位相角θe,θh に変換し現在の位相角として求出する現在位相角求出過程と、
（Ｄ）位相角θe,θh と式（２）および式（３）に従ってインピーダンス整合の対象である負荷ＺL を実際に接続した時の反射係数ΓE ，ΓH である反射係数γE ，γH を求出する分岐管反射係数求出過程と、
（Ｅ）反射係数γD , γE ，γH と式（１）に従って負荷ＺL の反射係数ΓL を求出する負荷反射係数求出過程と、
（Ｆ）反射係数ΓL の共役反射係数ΓL * を求出する共役反射係数求出過程と、
（Ｇ）共役反射係数ΓL * に対して下記の式（４）で示す関係にある反射係数ΓE ，ΓH としての反射係数γe ，γh の位相角θem, θhmを求出する整合位相角求出過程と、
ΓL * ＝ΓE ＋ΓH       ・・（４）
（Ｈ）反射係数γe ，γh の位相角θem, θhmをθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕およびθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕に従って変換し各ショートプランジャのプランジャ位置Ｌem, Ｌhmを求出する整合位置求出過程と、
（Ｉ）Ｅ面用とＨ面用の各ショートプランジャを整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmへ移動させるプランジャ移動過程と、
を含むことを特徴とするものである。
【００１６】
［作用・効果］請求項１の発明の方法によれば、負荷ＺL をＥＨ整合管を介してマイクロ波発生器に実際に接続した時の負荷ＺL の反射係数ΓL を正確かつ簡明な上記の式（１）〜（３）に従って求出すると共に、インピーダンスを整合させるＥ面用あるいはＨ面用のショートプランジャのプランジャ位置の求出過程で用いられる二つのθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕およびθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕、即ち、Ｅ分岐管の反射係数ΓE の位相角θE とＥ面用ショートプランジャの位置ＬE のθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕およびＨ分岐管の反射係数ΓH の位相角θH とＨ面用ショートプランジャの位置ＬH のθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕とが、いずれも、Ｅ面用あるいはＨ面用のショートプランジャの各位置の変化に対し、位相角θE ，θH の変化は相当に緩やかであり、両対応関係を予め求出する際に各対応関係に大きな誤差が生じることを回避できるので、インピーダンスを整合させるＥ面用あるいはＨ面用のショートプランジャの位置を正確に求出することができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のマイクロ波回路のチューニング方法において、Ｅ分岐管とＨ分岐管それぞれの分岐面から０．１３λｇ（λｇはマイクロ波の管内波長）までの間は、整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmとして使用しないものである。
【００１８】
［作用・効果］請求項２の発明の方法によれば、Ｅ分岐管とＨ分岐管それぞれの分岐面から０．１３λｇまでの間は整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmとして使用しないので、分岐面から０．１３λｇまでの間にショートプランジャが位置することで生じるマイクロ波の高次モードによる整合精度の低下を抑えることができる。
【００１９】
さらに、この発明は、上記目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわち、請求項３に記載の発明にかかるマイクロ波回路の自動チューニング装置は、（ａ）マイクロ波発生器と負荷の間に介在している方形導波管の同一位置で直交するＥ面とＨ面の二壁面のうちのＥ面に接続されていると共にＥ面用ショートプランジャ（Ｅ面用スタブ）が摺動自在に挿入されているＥ分岐管とＨ面に接続されていると共にＨ面用ショートプランジャ（Ｈ面用スタブ）が摺動自在に挿入されているＨ分岐管とを有するＥＨ整合管と、（ｂ）Ｅ面用とＨ面用の各ショートプランジャの位置を検出するプランジャ位置検出手段と、（ｃ）プランジャ位置指定用信号にしたがってＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャを移動させてプランジャ位置を調整するプランジャ位置調整手段と、（ｄ）マイクロ波発生器側の方形導波管における所定測定位置で反射係数を検出する反射係数検出手段とを備えているマイクロ波回路の自動チューニング装置において、
（ｅ）インピーダンス整合の対象の負荷を接続した時のマイクロ波発生器側で検出する反射係数Γが下記の式（１）〜（３）で規定される関係に従うものとして、無反射負荷（整合負荷）Ｌ0 を接続するとともに、各ショートプランジャの位置を変化させて検出した実測反射係数Γm に従って、予め求出された反射係数ΓE の位相角θE とＥ面用ショートプランジャの位置ＬE のθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕と、反射係数ΓH の位相角θH とＨ面用ショートプランジャの位置ＬH のθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕とを記憶する対応関係記憶手段と、
Γ＝（ΓE ＋ΓH −４ΓE ΓH ΓL ）／〔１−（ΓE ＋ΓH ）ΓL 〕  ・・（１）
ΓE ＝−（１／２）ｅ-jM         但し；Ｍ＝θE （ΓE の位相角）  ・・（２）
ΓH ＝（１／２）ｅ-jN           但し；Ｎ＝θH （ΓH の位相角）  ・・（３）
但し；Γ，ΓE ，ΓH ，ΓL は全て複素数形式の反射係数であって、ΓE はＥ分岐管の反射係数，ΓH はＨ分岐管の反射係数，ΓL はインピーダンス整合の対象の負荷の反射係数、
（ｆ）プランジャ位置検出手段により検出されるＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャのプランジャ位置Ｌe,Ｌh をθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕およびθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕に従って位相角θe,θh に変換し現在の位相角として求出する現在位相角求出手段と、
（ｇ）位相角θe,θh と式（２）および式（３）に従ってインピーダンス整合の対象である負荷ＺL を実際に接続した時の反射係数ΓE ，ΓH である反射係数γE ，γH を求出する分岐管反射係数求出手段と、
（ｈ）インピーダンス整合の対象である負荷ＺL を実際に接続した時に反射係数検出手段により検出される反射係数Γとしての反射係数γD と反射係数γE ，γH と式（１）に従って負荷ＺL の反射係数ΓL を求出する負荷反射係数求出手段と、
（ｉ）反射係数ΓL の共役反射係数ΓL * を求出する共役反射係数求出手段と、
（ｊ）共役反射係数ΓL * に対して下記の式（４）で示す関係にある反射係数ΓE ，ΓH としての反射係数γe ，γh の位相角θem, θhmを求出する整合位相角求出手段と、
ΓL * ＝ΓE ＋ΓH       ・・（４）
（ｋ）反射係数γe ，γh の位相角θem, θhmをθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕およびθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕に従って各ショートプランジャのプランジャ位置Ｌem, Ｌhmに変換してプランジャ位置指定用信号としてプランジャ位置調整手段へ出力する整合位置求出手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
【００２０】
［作用・効果］請求項３の発明の装置によれば、請求項１の発明に係るマイクロ波回路のチューニング方法を実施することにより、インピーダンスを整合させるＥ面用あるいはＨ面用のショートプランジャの位置を正確に求出することができるので、精度よくインピーダンス整合をとることができる。
【００２１】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載のマイクロ波回路の自動チューニング装置において、プランジャ位置調整手段は、Ｅ分岐管とＨ分岐管それぞれの分岐面から０．１３λｇ（λｇはマイクロ波の管内波長）までの間は整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmとして使用しないものである。
【００２２】
［作用・効果］請求項４の発明の装置によれば、請求項２の発明に係るマイクロ波回路のチューニング方法を実施することにより、分岐面から０．１３λｇまでの間にショートプランジャが位置することで生じるマイクロ波の高次モードによる整合精度の低下を抑えることができる。
【００２３】
また、請求項５の発明は、請求項３または４に記載のマイクロ波回路の自動チューニング装置において、方形導波管の広幅辺寸法によって決まるカットオフ周波数に対して動作周波数が１．１７倍〜１．２５倍の範囲にあるものである。
【００２４】
［作用・効果］請求項５の発明の装置によれば、方形導波管の広幅辺寸法が、動作周波数がカットオフ周波数に対して１．１７倍〜１．２５倍の範囲にあり、整合精度の低下の原因となるマイクロ波の高次モード生成を抑えられるので、より精度よくインピーダンス整合をとることができる。ちなみに、通常の導波管の推奨動作周波数はカットオフ周波数に対して１．２５倍〜１．９倍の周波数なのであるが、本発明の場合、動作周波数が通常の推奨動作周波数を低周波側に少々外れる方が良いことを発明者らは発明生成過程で見出したのである。
【００２５】
また、請求項６の発明は、請求項３から５のいずれかに記載のマイクロ波回路の自動チューニング装置において、Ｅ分岐管の方形導波管寄りの位置にマイクロ波の高次モードの生成を抑制するアイリス（絞り部材）が設置されているものである。
【００２６】
［作用・効果］請求項６の発明の装置によれば、Ｅ分岐管の方形導波管寄りの位置に設置されているアイリス（絞り部材）によって、マイクロ波の高次モード生成を抑えられるので、より精度よくインピーダンス整合をとることができる。
【００２７】
また、請求項７の発明は、請求項３から６のいずれかに記載のマイクロ波回路の自動チューニング装置において、方形導波管におけるＨ分岐管の分岐面を臨む位置にマイクロ波の高次モードの生成を抑制するポストピースないしアイリス（絞り部材）が設置されているものである。
【００２８】
［作用・効果］請求項７の発明の装置によれば、方形導波管におけるＨ分岐管の分岐面を臨む位置に設置されているポストピースないしアイリス（絞り部材）によって、マイクロ波の高次モード生成を抑えられるので、より精度よくインピーダンス整合をとることができる。
【００２９】
また、請求項８の発明は、請求項３から７のいずれかに記載のマイクロ波回路の自動チューニング装置において、プランジャ位置調整手段は、現在のプランジャ位置Ｌe,Ｌh から整合用のプランジャ位置Ｌem, ＬhmへＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャを移動させる際、反射係数ΓE の位相角θE と反射係数ΓH の位相角θH が常に位相角θem, θhmから遠ざからないようにしてＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャをどちらか一方が整合用のプランジャ位置に達するまでは位相角θE と位相角θH の和（θE ＋θH ）または差（θE −θH ）を一定に保ちながら両ショートプランジャを同時に移動させると共に、一方のショートプランジャが整合用のプランジャ位置に達した後は他方のショートプランジャのみを整合用のプランジャ位置まで移動させるものである。
【００３０】
［作用・効果］請求項８の発明の装置によれば、Ｅ面用とＨ面用の各ショートプランジャの移動中、整合状態が悪化するのを防ぐことができるので、自動チューニング操作によって負荷が大きな影響を受けることを回避できる。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１の発明の方法によってマイクロ波回路のチューニングを行う場合、インピーダンス整合対象の負荷をＥＨ整合管を介してマイクロ波発生器に実際に接続した時の負荷の反射係数ΓL を正確かつ簡明な下記の式（１）〜（３）に従って求出すると共に、インピーダンスを整合させるＥ面用あるいはＨ面用のショートプランジャのプランジャ位置の求出過程で用いられる二つの対応関係、即ち、Ｅ分岐管の反射係数ΓE の位相角θE とＥ面用ショートプランジャの位置ＬE のθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕およびＨ分岐管の反射係数ΓH の位相角θH とＨ面用ショートプランジャの位置ＬH のθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕とが、Ｅ面用あるいはＨ面用のショートプランジャの各位置の変化に対し、位相角θE ，θH の変化は、どちらも相当に緩やかであり、両対応関係を予め求出する際に各対応関係に大きな誤差が生じることを回避できるので、インピーダンスを整合させるＥ面用あるいはＨ面用のショートプランジャの位置を正確に求出することができる。
Γ＝（ΓE ＋ΓH −４ΓE ΓH ΓL ）／〔１−（ΓE ＋ΓH ）ΓL 〕  ・・（１）
ΓE ＝−（１／２）ｅ-jM         但し；Ｍ＝θE （ΓE の位相角）  ・・（２）
ΓH ＝（１／２）ｅ-jN           但し；Ｎ＝θH （ΓH の位相角）  ・・（３）
但し；Γ，ΓE ，ΓH ，ΓL は全て複素数形式の反射係数であって、ΓE はＥ分岐管の反射係数，ΓH はＨ分岐管の反射係数，ΓL はインピーダンス整合の対象の負荷の反射係数。
したがって、請求項１の発明に係るマイクロ波回路のチューニング方法によれば、精度よくインピーダンス整合をとることができる。
【００３２】
また、請求項３の発明の装置によれば、請求項１の発明に係るマイクロ波回路のチューニング方法を実施することにより、インピーダンスを自動的に整合させる際のＥ面用あるいはＨ面用のショートプランジャの各位置を正確に求出することができるので、精度よくインピーダンス整合をとることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１は本発明の装置の一実施例であって、本発明の方法の一実施例を行うマイクロ波回路の自動チューニング装置を示すブロック図、図１は本発明に係る方法の一実施例を用いてマイクロ波回路のチューニングを行う本発明に係る装置の一実施例としてのマイクロ波回路の自動チューニング装置を示すブロック図、図２は実施例装置のＥＨ整合管の斜視図、図３は実施例装置のＥＨ整合管の断面図、図４は実施例装置のＥＨ整合管の等価回路図である。
【００３４】
図１のマイクロ波回路の自動チューニング装置は、マイクロ波発生器Ｇとインピーダンス整合対象である負荷ＺL の間に介在している方形導波管１の同一位置で直交するＥ面とＨ面の二壁面のうちのＥ面に接続されていると共にＥ面用ショートプランジャ２が摺動自在に挿入されているＥ分岐管３と、Ｈ面に接続されていると共にＨ面用ショートプランジャ４が摺動自在に挿入されているＨ分岐管５とを有するＥＨ整合管６と、Ｅ面用とＨ面用の各ショートプランジャ２，４の位置を検出するプランジャ位置検出部７，８と、プランジャ位置指定用信号にしたがってＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャ２，４を移動させてプランジャ位置を調整するプランジャ位置調整部９，１０と、マイクロ波発生器Ｇ側の方形導波管１における所定位置で反射係数を検出する反射係数検出器１１とを備えている。
【００３５】
なお、図１の場合、便宜上、Ｅ分岐管３とＨ分岐管５を実際の直交状態とは異なる対面状態で図示してある。インピーダンス整合の対象である負荷ＺL としては、特に限定されるものではないが、例えばマイクロ波プラズマ生成チャンバーが挙げられる。また、マイクロ波の周波数としては、特に限定されるものではないが、例えば２．５ＧHz程度が挙げられる。
【００３６】
マイクロ波発生器Ｇから送り出されるマイクロ波は、断面が長方形の方形導波管１で伝搬されて負荷ＺL に与えられる。なお、マイクロ波回路には、必要に応じてアイソレータや方向性結合器などの回路要素もマイクロ波発生器Ｇと負荷ＺL の間に配設される。
【００３７】
プランジャ位置検出部７，８はそれぞれ各分岐面の位置（方形導波管１の内面と面一となる位置）の時を０ｍｍとして分岐面からの距離を各ショートプランジャ２，４についてのプランジャ位置ＬE,ＬH として検出する。
【００３８】
プランジャ位置調整部９，１０はそれぞれ電気モータ等から構成されるショートプランジャ移動機構であり、以下で詳しく説明するＥＨコントローラ１２の側から送られてくるプランジャ位置指定用信号などにしたがって電気モータを回転させてＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャ２，４を適当な位置へ移動させる。
【００３９】
反射係数検出器１１は、方形導波管１に生じる定在波を受信する為に方形導波管１の軸方向に沿ってλ／８（λはマイクロ波の波長）の間隔で設けられている３本のアンテナ機構（図示省略）を備えており、３本のアンテナ機構によって受信した３つの信号を比較するなどして反射係数の大きさと位相角を検出する通常構成の検出器である。
【００４０】
そして、実施例の自動チューニング装置には、インピーダンス整合の対象である負荷ＺL をＥＨ整合管６を介してマイクロ波発生器Ｇに実際に接続した時に反射係数検出器１１により検出される反射係数に基づいてインピーダンスを整合させるＥ面用あるいはＨ面用のショートプランジャ２，４の位置を正確に求出して、整合用のプランジャ位置指定用信号のかたちでプランジャ位置調整部９，１０へ出力するＥＨコントローラ１２が配設されている。以下、このＥＨコントローラ１２の構成を具体的に説明する。
【００４１】
ＥＨコントローラ１２は、インピーダンス整合の対象の負荷ＺL を接続した時に反射係数検出器１１によって検出される反射係数Γが、下記の式（１）〜（３）で規定される関係に従うものとして、無反射負荷（整合負荷）Ｌ0 を接続すると共に、各ショートプランジャ２，４の位置を変化させて検出した実測反射係数Γm に従って、予め求出された反射係数ΓE の位相角θE とＥ面用ショートプランジャ２の位置ＬE のθE ・ＬE 対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕と反射係数ΓH の位相角θH とＨ面用ショートプランジャ４の位置ＬH のθH ・ＬH 対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕とを記憶するθ・Ｌ対応関係メモリ１３を備えている。
【００４２】
Γ＝（ΓE ＋ΓH −４ΓE ΓH ΓL ）／〔１−（ΓE ＋ΓH ）ΓL 〕  ・・（１）
ΓE ＝−（１／２）ｅ-jM         但し；Ｍ＝θE （ΓE の位相角）  ・・（２）
ΓH ＝（１／２）ｅ-jN           但し；Ｎ＝θH （ΓH の位相角）  ・・（３）
但し；Γ，ΓE ，ΓH ，ΓL は全て複素数形式の反射係数であって、ΓE はＥ分岐管３の反射係数，ΓH はＨ分岐管５の反射係数，ΓL はインピーダンス整合対象である負荷ＺL の反射係数。
【００４３】
Ｅ分岐管３の反射係数ΓE の位相角θE はＥ面用ショートプランジャ２の位置が変化すると変わり、Ｈ分岐管５の反射係数ΓH の位相角θH もＨ面用ショートプランジャ４の位置が変化すると変わる。即ち、位相角θE はＥ面用ショートプランジャ２の位置ＬE を変数とする関数であり、位相角θH はＨ面用ショートプランジャ４の位置ＬH を変数とする関数である。さらに、各位相角θE ，θH と各ショートプランジャ２，４の位置との対応関係は、いずれもリニヤ（線形）ではないので、位相角θE ，θH が分かっても各ショートプランジャ２，４の正確な位置が直ちに分かるわけではなく、逆に各ショートプランジャ２，４の位置が分かっても正確な位相角θE ，θH が直ちに分かるわけではない。しかし、無反射負荷（整合負荷）Ｌ0 を接続するとともに各ショートプランジャ２，４の位置を変化させて検出した実測反射係数Γm は、負荷側でマイクロ波の反射がなく、常にΓm ＝ΓE ＋ΓH の関係にある。そこで、実測反射係数Γm のデータに基づいて反射係数ΓE の位相角θE とＥ面用ショートプランジャ２の位置ＬE の対応関係〔θE ＝ｇE （ＬE ）〕、および、反射係数ΓH の位相角θH とＨ面用ショートプランジャ４の位置ＬH の対応関係〔θH ＝ｇH （ＬH ）〕がそれぞれ求められ、θ・Ｌ対応関係メモリ１３に予め記憶される。
【００４４】
実施例装置の場合、図８に示す二つのθE ・ＬE 対応関係とθH ・ＬH 対応関係がθ・Ｌ対応関係メモリ１３に対照テーブルないし関数のかたちで記憶されている。図８に示すように、θE ・ＬE 対応関係とθH ・ＬH 対応関係は、Ｅ面用やＨ面用のショートプランジャ２，４の各位置の変化に対し、位相角θE ，θH の変化は、どちらも相当に緩やかである。なお、図８に示すθE ・ＬE 対応関係やθH ・ＬH 対応関係は、例えば次のようにして容易に求めることができる。
【００４５】
θH ・ＬH 対応関係の場合、Ｅ面用ショートプランジャ２の位置ＬE は２０ｍｍに固定したままで、Ｈ面用ショートプランジャ４の位置ＬH を２０ｍｍ，４０ｍｍ，６０ｍｍと順次移動させながら各位置毎の反射係数を測定し、図９（ａ）に示すように、グラフ上にプロットする。図９（ａ）中の（）内の数値はＨ面用ショートプランジャ４の各位置ＬH の値である。次に図９（ｂ）に示すように、グラフ上にプロット点を通る真円ＣＲを求めた後、続いて真円ＣＲの中心点ＣＰを求める。ΓH ＝（１／２）ｅ-jN であり、図９（ｃ）に示すように、真円ＣＲは半径１／２で真円ＣＲの中心点ＣＰと或るＬHの位置のプロット点とを結ぶ線と実軸とがなす角度が反射係数ΓH の位相角θH となるので、各プロット点について反射係数ΓH の位相角θH を測り、Ｈ面用ショートプランジャ４の各位置ＬH の位相角θH をそれぞれ求める。さらに、Ｅ面用ショートプランジャ２の位置ＬE を段階的に変更して、各位置ＬE 毎に上記と同様の仕方でＨ面用ショートプランジャ４の各位置ＬH の位相角θH を求めることを何回か繰り返す。最後にＥ面用ショートプランジャ２の各位置ＬE の位相角θH の平均値を求め、グラフ化すると図８に示すθH ・ＬH 対応関係が求まる。
【００４６】
もう一方のθE ・ＬE 対応関係についても、Ｅ面用ショートプランジャとＨ面用ショートプランジャを逆にする以外はθH ・ＬH 対応関係の場合と全く同様にして求めることができる。
【００４７】
そして、ＥＨコントローラ１２は、プランジャ位置検出部７，８により検出されるＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャ２，４のプランジャ位置Ｌe,Ｌh をθ・Ｌ対応関係メモリ１３に予め記憶されているθE ・ＬE 対応関係およびθH ・ＬH 対応関係に従って位相角θe,θh に変換し現在の位相角として求出する現在位相角求出部１４と、現在の位相角θe,θh と式（２）および式（３）に従ってインピーダンス整合の対象である負荷ＺL を実際に接続した時の反射係数ΓE ，ΓH である反射係数γE ，γH を求出する分岐管反射係数求出部１５を備えているのに加え、インピーダンス整合の対象である負荷ＺL を実際に接続した時に反射係数検出器１１によって検出される反射係数Γとしての反射係数γD と分岐管反射係数求出部１５により求出された反射係数γE ，γH と式（１）とに従って負荷ＺL の反射係数ΓL を求出する負荷反射係数求出部１６と、反射係数ΓL の共役反射係数ΓL * を求出する共役反射係数求出部１７と、共役反射係数ΓL * に対して下記の式（４）で示す関係にある反射係数ΓE ，ΓH としての反射係数γe ，γh の位相角θem, θhmを求出する整合位相角求出部１８とを備えている。
ΓL * ＝ΓE ＋ΓH       ・・（４）
【００４８】
さらに、ＥＨコントローラ１２は、反射係数γe ，γh の位相角θem, θhmをθ・Ｌ対応関係メモリ１３に予め記憶されているθE ・ＬE 対応関係およびθH ・ＬH 対応関係に従って変換し各ショートプランジャ２，４の整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmを求出しプランジャ位置指定用信号としてプランジャ位置調整部９，１０へ出力する整合位置求出部１９を備えている。また、ＥＨコントローラ１２で求められて出力されたプランジャ位置指定用信号にしたがってプランジャ位置調整部９，１０がＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャ２，４を整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmへ移動させることでインピーダンス整合がとられる。
【００４９】
続いて、以上に述べた構成を有する実施例装置により、本発明の一例に係るマイクロ波回路のチューニング方法を実行してインピーダンスを整合させる際の状況を図面を参照しながら具体的に説明する。図１０は実施例装置によるインピーダンスの自動的整合プロセスを示すフローチャートである。なお、図８に示すθE ・ＬE 対応関係とθH ・ＬH 対応関係は予め求出されて既にθ・Ｌ対応関係メモリ１３に記憶されていると共に、インピーダンス整合の対象である負荷ＺL は既に接続済みであるものとする。
【００５０】
〔ステップＳ１〕      実データ検出過程
インピーダンス整合の対象である負荷ＺL を実際に接続した時の反射係数Γである反射係数γD が反射係数検出器１１によって検出されると共に、Ｅ面用とＨ面用の各ショートプランジャ２，４のプランジャ位置Ｌe,Ｌh がプランジャ位置検出部７，８によって検出される。
【００５１】
〔ステップＳ２〕      現在位相角求出過程
現在位相角求出部１４により、θ・Ｌ対応関係メモリ１３に記憶されているθE ・ＬE 対応関係とθH ・ＬH 対応関係に従ってプランジャ位置Ｌe,Ｌh が現在の位相角θe,θh へ変換される。
【００５２】
〔ステップＳ３〕      分岐管反射係数求出過程
分岐管反射係数求出部１５により位相角θe,θh と式（２）および式（３）に従ってインピーダンス整合対象の負荷ＺL を実際に接続した時の反射係数ΓE ，ΓH である反射係数γE ，γH が求出される。
【００５３】
〔ステップＳ４〕      負荷反射係数求出過程
負荷反射係数求出部１６により反射係数γD , γE ，γH と式（１）に従って負荷ＺL の反射係数ΓL が求出される。今、図１１に示すように、反射係数ΓL が求出されたものとする。図１１において、横軸が実軸であり、縦軸が虚軸である。
【００５４】
〔ステップＳ５〕      共役反射係数求出過程
共役反射係数求出部１７により反射係数ΓL の共役反射係数ΓL * が求出される。この場合、共役反射係数ΓL * は、図１１に示すように、反射係数ΓL の虚数部の前の「＋」が「−」と変更されただけのものなので簡単に求出される。
【００５５】
〔ステップＳ６〕      整合位相角求出過程
整合位相角求出部１８により共役反射係数ΓL * に対して下記の式（４）で示す関係にある反射係数ΓE ，ΓH である反射係数γe ，γh の位相角θem, θhmが求出される。
ΓL * ＝ΓE ＋ΓH       ・・（４）
それぞれが大きさ１／２で、和が共役反射係数ΓL * に等しくなる２つのベクトルＶ１とベクトルＶ２は、図１１に示すように、容易に求めることができる。ベクトルＶ１とベクトルＶ２は大きさが１／２で、和が共役反射係数ΓL * に等しいから、ベクトルＶ１とベクトルＶ２は整合条件を満たす反射係数γe と反射係数γh である。したがって整合用の位相角θem, θhmは、図１１中に示すθem, θhmとして求出される。
【００５６】
図１１では、ベクトルＶ１を反射係数γe ，ベクトルＶ２を反射係数γh として示してあるが、ベクトルＶ１が反射係数γh ，ベクトルＶ２が反射係数γe であっても（４）式は成り立つから、図１１の反射係数γe と反射係数γh は入れ換えてもよい（この時、位相角θemと位相角θhmも入れ換える）。したがって、何らかの条件で反射係数γe としてベクトルＶ１とベクトルＶ２のいずれかを選び、反射係数γhとして他方を選ぶ（例えば、ショートプランジャ２，４の移動量が少なくて済むように選ぶ）ように構成してもよい。
【００５７】
〔ステップＳ７〕      整合位置求出過程
整合位置求出部１９により反射係数γe ，γh の位相角θem, θhmがθE ・ＬE 対応関係とθH ・ＬH 対応関係に従って変換されて各ショートプランジャの整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmが求出される。即ち、式（４）の「ΓL * ＝ΓE ＋ΓH 」を満たす位相角θem, θhmは整合用の位相角であり、これをθE ・ＬE 対応関係とθH ・ＬH 対応関係に従って変換したプランジャ位置Ｌem, Ｌhmは整合用の位置なのである。
【００５８】
〔ステップＳ８〕      プランジャ移動過程
プランジャ位置調整部９，１０によりＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャ２，４が現在位置から整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmへ移動させられた時点で、インピーダンス整合がとれたことになり、自動チューニング動作は完了となる。
【００５９】
なお又、実施例装置のＥＨコントローラ１２の場合、反射係数検出器１１によって検出される反射係数γD の大きさ（絶対値）が予め定められた一定値（例えば０．１）以下か否かをチェックする反射係数チェック部１２Ａを備えていて、反射係数チェック部１２Ａによるチェック結果が反射係数γD の大きさが予め定められた一定値を越える時はステップＳ１〜Ｓ８の一連の過程からなる自動チューニング動作を１回実行し、反射係数γD の大きさが予め定められた一定値を越えない時にはインピーダンス整合がとれているということで自動チューニング動作は実行しない構成となっているのに加え、ステップＳ１〜Ｓ８の一連の過程からなる自動チューニング動作が１回実行される毎に自動チューニング動作後の反射係数γD を再度検出して反射係数γD の大きさが予め定められた一定値を越える時はステップＳ１〜Ｓ８の一連の過程からなる自動チューニング動作をもう１回実行する構成となっている。したがって、ＥＨコントローラ１２は、反射係数検出器１１によって検出される反射係数γD の大きさが予め定められた一定値以下となるまで自動チューニング動作を繰り返す。
【００６０】
以上に述べたように、実施例の方法および装置によれば、インピーダンス整合対象の負荷ＺL をＥＨ整合管６を介してマイクロ波発生器Ｇに実際に接続した時の負荷ＺL の反射係数ΓL を正確かつ簡明な上記の式（１）〜（３）に従って求出すると共に、インピーダンスを整合させるＥ面用あるいはＨ面用のショートプランジャ２，４のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmの求出過程で用いられる二つのθE ・ＬE 対応関係およびθH ・ＬH 対応関係とが、いずれも、Ｅ面用あるいはＨ面用のショートプランジャ２，４の各位置の変化に対し、位相角θE ，θH の変化が相当に緩やかであり、両対応関係を予め求出する際に各対応関係に大きな誤差が生じることを回避できるので、インピーダンスを整合させるＥ面用あるいはＨ面用のショートプランジャ２，４の整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmを正確に求出できる。よって、実施例の方法および装置によれば、精度よくインピーダンス整合がとれる。
【００６１】
さらに、実施例の場合、プランジャ位置調整部９，１０は、Ｅ分岐管３とＨ分岐管５それぞれの分岐面から０．１３λｇ（λｇはマイクロ波の管内波長）までの間は整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhmとして使用しない構成になっている。その結果、分岐面から０．１３λｇまでの間にショートプランジャ２，４が位置することで生じるマイクロ波の高次モードによる整合精度の低下を抑えることができる。
【００６２】
また、実施例の場合、方形導波管１の（図３に示す）広幅辺寸法Ｗｄは７５ｍｍ〜１１０ｍｍ程度であるが、方形導波管１の広幅辺寸法によって決まるカットオフ周波数に対して動作周波数は１．１７倍〜１．２５倍の範囲にあることがより適当である。例えば、この範囲であれば、整合精度の低下の原因となるマイクロ波の高次モード生成を抑えられるので、より精度よくインピーダンス整合をとることができる。ちなみに、通常の方形導波管１の推奨動作周波数はカットオフ周波数に対して１．２５倍〜１．９倍の周波数なのであるが、本発明の場合、動作周波数が通常の推奨動作周波数を低周波側に少々外れる方が良いことを発明者らは発明生成過程で見出したのである。
【００６３】
さらに、Ｅ分岐管３の方形導波管１寄りの位置にマイクロ波の高次モードの生成を抑制するアイリス（絞り部材）を設置してもよい。アイリス（絞り部材）によって、マイクロ波の高次モード生成を抑えられるので、より精度よくインピーダンス整合をとることができる。例えば、図１２（ａ）に示すように、Ｅ分岐管３の内壁面の方形導波管１寄りの位置にアイリス２０が設置される。
【００６４】
また、方形導波管１におけるＨ分岐管５の分岐面を臨む位置にマイクロ波の高次モードの生成を抑制する円柱状ないし角柱状のポストピース或いはアイリス（絞り部材）を設置してもよい。ポストピースないしアイリス（絞り部材）によって、マイクロ波の高次モード生成を抑えられるので、より精度よくインピーダンス整合をとることができる。例えば、図１２（ｂ）に示すように、方形導波管１の内壁面にポストピース２１が立設されるポストピース２１の代わりに。アイリスを用いて同様の働きをさせることもできる。
【００６５】
また、実施例装置のプランジャ位置調整部９，１０は、現在のプランジャ位置Ｌe,Ｌh から整合用のプランジャ位置Ｌem, ＬhmへＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャ２，４を移動させる際、図１３に示すように、反射係数ΓE の位相角θE と反射係数ΓH の位相角θH が常に位相角θem, θhmから遠ざからないようにしてＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャ２，４をどちらか一方が整合用のプランジャ位置Ｌemまたはプランジャ位置Ｌhmに達するまでは、実線で示すように、位相角θE と位相角θH の差（θE −θH ）を一定に保つか、または点線で示すように和（θE ＋θH ）を一定に保ちながら両ショートプランジャ２，４を同時に移動させると共に、一方のショートプランジャが整合用のプランジャ位置に達した後は他方のショートプランジャのみを整合用のプランジャ位置まで移動させる構成とされていてもよい。
【００６６】
整合状態は整合用の位相角θem, θhm（即ち整合用のプランジャ位置Ｌem, Ｌhm）を中心に整合度が同心的に外側に向かうほど徐々に低下する（外れる）が、図１３に示すように、Ｅ面用とＨ面用の各ショートプランジャ２，４を移動させれば、Ｅ面用とＨ面用の各ショートプランジャ２，４の移動中、整合状態が悪化するのを防止することができるので、自動チューニング操作によって負荷が大きな影響を受けることを回避できる。例えば負荷ＺL がブラズマ生成用チャンバーの場合、自動チューニング操作中に整合状態が大きく崩れるとプラズマが消滅してしまう恐れがある。なお、位相角θE ，θH の和（θE ＋θH ）を一定に保つか差（θE −θH ）を一定に保つかは、移動によって位相角θE ，θH が位相角θem, θhmから遠ざからないか否かによって選択される。
【００６７】
また、図１３に従って行った上記のショートプランジャ２，４の移動制御の説明では、反射係数の位相角が用いられているが、位相角は図８のθE ・ＬE 対応関係とθH ・ＬH 対応関係に従ってＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャ２，４のプランジャ位置に変換して用いるようにしてもよい。さらに、図１３では整合状態が真円のかたちで同心的に低下するように便宜上図示したが、整合状態は略三角形状など非真円のかたちで略同心的に低下する。
【００６８】
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
（１）本発明の方法および装置は，負荷がプラズマ生成チャンバーに限られるものではなく、広くマイクロ波電力を消費する負荷に対し適用することができる。
【００６９】
（２）θE ・ＬE 対応関係およびθH ・ＬH 対応関係も、図８に示すものに限らない。ＥＨ整合器の構成が変る都度、正確なθE ・ＬE 対応関係およびθH ・ＬH 対応関係を求出して用いればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施例に係るマイクロ波回路の自動チューニング装置を示すブロック図である。
【図２】実施例装置のＥＨ整合管の斜視図である。
【図３】実施例装置のＥＨ整合管の断面図である。
【図４】実施例装置のＥＨ整合管の等価回路図である。
【図５】本発明を適用するマイクロ波回路における各部の反射係数を示す説明図である。
【図６】本発明のＥ分岐管とＨ分岐管によるマイクロ波の反射状況を模式的に示す説明図である。
【図７】無反射負荷接続時の実測反射係数の円状軌跡が描かれたスミスチャートである。
【図８】実施例装置で用いられるθE ・ＬE 対応関係およびθH ・ＬH 対応関係を示すグラフである。
【図９】実施例装置で用いられるθH ・ＬH 対応関係の導出プロセスを示す反射係数のグラフである。
【図１０】実施例装置によるインピーダンス自動整合プロセスを示すフローチャートである。
【図１１】反射係数ΓL ，ΓL * と反射係数γe ，γh の位相角θem, θhmの関係を示すベクトル図である。
【図１２】（ａ）は高次モード抑制用のアイリスを設置したＥＨ整合管を示す断面図、（ｂ）は高次モード抑制用のポストピースを設置したＥＨ整合管を示す断面図である。
【図１３】自動チューニング操作中のＥ面用とＨ面用の各ショートプランジャの移動例を示す説明図である。
【図１４】従来のＥＨ整合管の等価回路図である。
【図１５】従来のチューニング方法における整合時の反射係数の円状軌跡が描かれたスミスチャートである。
【図１６】従来のチューニング方法におけるＥ面用とＨ面用のスタブの位置と円中心角度の対応関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１          …方形導波管
２          …Ｅ面用ショートプランジャ
３          …Ｅ分岐管
４          …Ｈ面用ショートプランジャ
５          …Ｈ分岐管
６          …ＥＨ整合管
７，８      …プランジャ位置検出部
９，１０    …プランジャ位置調整部
１１        …反射係数検出器
１３        …θ・Ｌ対応関係メモリ（θ・Ｌ対応関係記憶手段）
１４        …現在位相角求出部
１５        …分岐管反射係数求出部
１６        …負荷反射係数求出部
１７        …共役反射係数求出部
１８        …整合位相角求出部
１９        …整合位置求出部
２０        …アイリス（絞り部材）
２１        …ポストピース
Ｇ          …マイクロ波発生器
ＺL         …（インピーダンス整合対象の）負荷
ΓE         …（Ｅ分岐管の）反射係数
ΓH         …（Ｈ分岐管の）反射係数
ΓL         …（負荷ＺL の）反射係数
ΓL *       …（反射係数ΓL の）共役反射係数
θem, θhm  …（整合用の）位相角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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