(57)【要約】  ＲＦ入力部に電気的に結合された負荷と、負荷に電気的に結合され、且つ、負荷に低周波バイアスを印加するように構成された可変低周波電源を備えた無線周波数（ＲＦ）電力測定用カロリーメータを開示している。ＲＦ電力測定用カロリーメータは、負荷に熱的に結合された熱媒体を含む。さらに、ＲＦ電力測定用カロリーメータは、熱媒体に熱的に結合された出口側温度センサを備えている。出口側温度センサは、負荷によって加熱される熱媒体の温度を測定するように配置されている。ＲＦ電力測定用カロリーメータは、低周波バイアスと組み合わされてＲＦ負荷と熱的に結合された熱媒体の温度測定を使用するように構成され、ＲＦ入力部に電気的に結合されたＲＦ電源の電力を演算する電気回路も備えている。ＲＦ電力測定用カロリーメータを使用したＲＦ電力の測定方法も開示している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数（ＲＦ）電力測定用カロリーメータであって、
ＲＦ入力部に電気的に結合された負荷と；前記ＲＦ入力部は、ＲＦ電源に電気的に結合されており、
前記負荷に電気的に結合され、且つ、前記負荷に低周波電力を印加するように構成された可変低周波電源と、
前記負荷に熱的に結合された熱媒体と、
前記熱媒体に熱的に結合された出口側温度センサと；前記出口側温度センサは、前記負荷によって加熱される前記熱媒体の温度を測定するように配置されており、
前記ＲＦ入力部に電気的に結合された前記ＲＦ電源の電力を演算する電気回路とから構成されており、
前記電気回路は、前記可変低周波電源の可変バイアスを用いた、前記熱媒体の複数回の温度測定に基づいて、前記ＲＦ電源の平均電力を決定することを特徴とするＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項２】
前記ＲＦ電源の平均電力の決定は、
前記負荷に対して既知の低周波入力を印加し；前記既知の低周波入力は、所定の電力値を有しており、
前記負荷に対して前記既知の低周波入力を印加した後に、前記熱媒体の第１の出力温度を測定し、
前記既知の低周波入力を印加している間、前記負荷に対して前記ＲＦ電源を印加し、
前記既知の低周波入力及び前記ＲＦ電源を印加している間、前記熱媒体の第２の出力温度を測定し、
前記出力温度が前記第１の出力温度と実質的に同じになるまで、前記熱媒体の前記出力温度を測定しながら、前記既知の低周波入力の電力値を減少させ、
前記出力温度が前記第１の出力温度と実質的に同じになったときの前記既知の低周波入力の電力値を決定し、
前記既知の低周波入力の前記所定の電力値と、前記出力温度が前記第１の出力温度と実質的に同じになったときの前記既知の低周波入力の電力値の差に基づいて、前記ＲＦ電源の電力を演算することを含むものである、請求項１に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項３】
前記可変低周波電源は、交流電圧源である請求項１または２に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項４】
前記可変低周波電源は、直流電圧源である請求項１または２に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項５】
前記熱媒体は、複数の熱媒体流路を通して循環される流体である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項６】
前記複数の熱媒体流路を流れる前記熱媒体である前記流体の流量が可変である請求項５に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項７】
前記複数の熱媒体流路を流れる前記熱媒体である前記流体の流量を変化させるように構成された、複数の流路からなる流路パス・アレイをさらに備えている請求項６に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項８】
前記流路パス・アレイは、複数の流路と連通した流体スイッチを備えており、
前記流路パス・アレイの前記複数の流路のそれぞれは、異なる長さ、及び／または、水力直径を有する請求項７に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項９】
前記流路パス・アレイの前記複数の流路のそれぞれは、熱媒体ポンプを有する請求項８に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項１０】
前記熱媒体は、熱交換器に熱的に結合された基板である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項１１】
前記出口側温度センサは、ホイートストンブリッジである請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項１２】
約１００μＷから約１００ｍＷまでの電力を測定するように構成された請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項１３】
０Ｈｚに至るまでと１２ＧＨｚを超えた周波数までの電力を測定するように構成された請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項１４】
さらに非導電性基板を備えており、
前記負荷、及び、前記出力センサは、前記非導電性基板にマイクロファブリケーションされている請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項１５】
熱媒体と、
低周波電源とを備えており、
前記低周波電源の可変バイアスを用いて、前記熱媒体の複数回の温度測定に基づいて、ＲＦ電源の平均電力を決定するように構成されている、マイクロファブリケーテッド・カロリーメータから構成されたＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項１６】
無線周波数（ＲＦ）電力の測定方法であって、
ＲＦ入力部に電気的に結合された負荷を用意し、
前記負荷に熱的に結合された熱媒体を用意し、
前記負荷に対して、既知の低周波入力を印加し；前記既知の低周波入力は、所定の電力値を有しており、
前記負荷に対して前記既知の低周波入力を印加した後に、前記熱媒体の第１の出力温度を測定し、
前記既知の低周波入力を印加している間、前記負荷に対して未知のＲＦ入力を印加し、
前記既知の低周波入力及び前記未知のＲＦ入力を印加している間、前記熱媒体の第２の出力温度を測定し、
前記出力温度が前記第１の出力温度と実質的に同じになるまで、前記熱媒体の前記出力温度を測定しながら、前記既知の低周波入力の電力値を減少させ、
前記出力温度が前記第１の出力温度と実質的に同じになったときの前記既知の低周波入力の電力値を決定し、
前記既知の低周波入力の前記所定の電力値と、前記出力温度が前記第１の出力温度と実質的に同じになったときの前記既知の低周波入力の電力値の差に基づいて、前記ＲＦ入力の電力を演算することを特徴とするＲＦ電力の測定方法。
【請求項１７】
ＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータを用いて実行される請求項１６に記載のＲＦ電力の測定方法。
【請求項１８】
前記可変低周波入力は、交流電圧源である請求項１７に記載のＲＦ電力の測定方法。
【請求項１９】
前記可変低周波入力は、直流電圧源である請求項１７または１８に記載のＲＦ電力の測定方法。
【請求項２０】
前記熱媒体は、複数の熱媒体流路を通して循環される流体である請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載のＲＦ電力の測定方法。
【請求項２１】
前記熱媒体流路を流れる前記熱媒体である前記流体の流量が可変である請求項２０に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項２２】
前記熱媒体流路を流れる前記熱媒体である前記流体の流量を変化させるように構成された複数の流路からなる流路パス・アレイをさらに備えている請求項２１に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項２３】
前記流路パス・アレイは、複数の流路と連通した流体スイッチを備えており、
前記流路パス・アレイの前記複数の流路のそれぞれは、異なる長さ、及び／または、水力直径を有する請求項２２に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項２４】
前記流路パス・アレイの前記複数の流路のそれぞれは、熱媒体ポンプを有する請求項２３に記載のＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【請求項２５】
前記熱媒体は、熱交換器に熱的に結合された基板である請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載のＲＦ電力の測定方法。
【請求項２６】
前記出力温度は、ホイートストンブリッジ温度センサで取得される請求項１７乃至２５のいずれか１項に記載のＲＦ電力の測定方法。
【請求項２７】
前記ＲＦ電力測定用カロリーメータは、約１００μＷから約１００ｍＷまでの電力を測定するように構成された請求項１７乃至２６のいずれか１項に記載のＲＦ電力の測定方法。
【請求項２８】
前記ＲＦ電力測定用カロリーメータは、０Ｈｚに至るまでと１２ＧＨｚを超えた周波数までの電力を測定するように構成された請求項１７乃至２７のいずれか１項に記載のＲＦ電力の測定方法。
【請求項２９】
前記ＲＦ電力測定用カロリーメータは、さらに非導電性基板を備えており、
前記負荷、及び、前記出力センサは、前記非導電性基板にマイクロファブリケーションされている請求項１７乃至２８のいずれか１項に記載のＲＦ電力の測定方法。
【請求項３０】
無線周波数電力の測定方法であって、
ＤＣバイアスと組み合わされたＲＦ負荷と、熱的に結合された熱媒体の温度を測定する温度測定器を使用し、平均電力を測定する無線周波数電力の測定方法。
【請求項３１】
ＤＣバイアスと組み合わされたＲＦ負荷を移動する流体の温度を測定する温度測定器を使用し、平均電力を測定する請求項３０に記載の無線周波数電力の測定方法。
【請求項３２】
無線周波数（ＲＦ）電力測定用カロリーメータであって、
ＲＦ入力部に電気的に結合された負荷と、
前記負荷に電気的に結合され、且つ、前記負荷に低周波電力を印加する可変低周波電源と、
前記負荷に熱的に結合された熱媒体と、
前記熱媒体に熱的に結合された出口側温度センサと；前記出口側温度センサは、前記負荷によって加熱される前記熱媒体の温度を測定するように配置されており、
低周波バイアスと組み合わされたＲＦ負荷と熱的に結合された前記熱媒体の温度を測定する温度測定器を使用するように構成され、前記ＲＦ入力部と電気的に結合されたＲＦ電源の平均電力を測定する電気回路とからなることを特徴とするＲＦ電力測定用カロリーメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願に対する相互参照］
本出願は、２０１３年２月２２日に出願された「ＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータ」と題する米国仮出願第61/767,872号明細書の優先権を主張しており、本明細書にその全体が参考として組み込まれる。
［技術分野］
本発明は、概して無線周波数（radio frequency）（ＲＦ）電力の測定に関するものである。特に、ＲＦ電力測定用ＤＣ置換式マイクロファブリケーテッド・カロリーメータ（microfabricated DC substitution calorimeter for RF power measurement）、及び、カロリーメータの使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦ電力は、しばしば測定される量（quantity）である。なぜなら、電流、電圧、及び、インピーダンス等の他のＲＦ電気量（RF electrical quantities）は、ＲＦ機器で測定及び定量化（quantify）が難しいからである。低周波領域においては、電力測定は、既知のインピーダンスに対する電圧及び電流を求めることによって行われる。しかしながら、ＲＦ周波数のような無線周波数領域においては、インピーダンスが大きく変化するため、電力を直接的に測定することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の携帯型のＲＦ電力計は、ショットキー（Schottky）またはヒ化ガリウムダイオード（Gallium-Arsenide diode）を用いてＤＣ信号（DC signal）を測定したりして、高周波ＲＦ電力をＤＣ信号に直接的に変換することで、ＲＦ電力を直接的に測定していた。しかしながら、これらの従来の直接測定型技術を用いた測定器（meters）の正確度（accuracy）は、測定したＲＦ信号の周波数や波形の影響を受ける。
【０００４】
したがって、ＲＦ信号の周波数や波形の影響を受けない携帯型のＲＦ電力測定器のニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの実施の形態では、無線周波数（ＲＦ）電力測定用カロリーメータを提供する。ＲＦ電力測定用カロリーメータは、ＲＦ入力部（RF input）に電気的に結合された負荷（load）と、ＲＦ入力部は、ＲＦ電源に電気的に結合されており；負荷に電気的に結合され、且つ、負荷に低周波電力（low-frequency power）を印加するように構成された可変低周波電源（variable low frequency power source）と；負荷に熱的に結合された熱媒体（thermal medium）と；熱媒体に熱的に結合された出口側温度センサ（outlet temperature sensor）と、出口側温度センサは、負荷によって加熱される熱媒体の温度を測定するように配置されており；ＲＦ入力部に電気的に結合されたＲＦ電源の電力を演算する電気回路とから構成されており、電気回路は、低周波電源の可変バイアスを用いた、熱媒体の複数回の温度測定に基づいて、ＲＦ電源の平均電力（average power）を決定する。
【０００６】
本発明の他の実施の形態では、ＲＦ電源の平均電力の決定は、負荷に対して既知の低周波入力を印加し、既知の低周波入力は、所定の電力値を有しており；負荷に対して既知の低周波入力を印加した後に、熱媒体の第１の出力温度（first output temperature）を測定し；既知の低周波入力を印加している間、負荷に対してＲＦ電源を印加し；既知の低周波入力及びＲＦ電源を印加している間、熱媒体の第２の出力温度（second output temperature）を測定し；出力温度が第１の出力温度と実質的に同じになるまで、熱媒体の出力温度を測定しながら、既知の低周波入力の電力値を減少させ；出力温度が第１の出力温度と実質的に同じになったときの既知の低周波入力の電力値を決定し；既知の低周波入力の所定の電力値と、出力温度が第１の出力温度と実質的に同じになったときの既知の低周波入力の電力値の差に基づいて、ＲＦ電源の電力を演算することを含む。
【０００７】
本発明の他の実施の形態では、可変低周波電源は、交流電圧源（alternating current voltage source）である。
【０００８】
本発明の他の実施の形態では、可変低周波電源は、直流電圧源（direct current voltage source）である。
【０００９】
本発明の他の実施の形態では、熱媒体は、複数の熱媒体流路（thermal medium channels）を通して循環される流体である。
【００１０】
本発明の他の実施の形態では、複数の熱媒体流路を流れる熱媒体である流体の流量が可変である。
【００１１】
本発明の他の実施の形態では、複数の流路からなる流路パス・アレイ（fluid channel path array）は、複数の熱媒体流路を流れる熱媒体である流体の流量を変化させるように構成されている。
【００１２】
本発明の他の実施の形態では、流路パス・アレイは、複数の流路と連通した（fluid communication）流体スイッチ（fluid switch）を備えており、流路パス・アレイの複数の流路のそれぞれは、異なる長さ、及び／または、水力直径（hydraulic diameter）を有する。
【００１３】
本発明の他の実施の形態では、流路パス・アレイの複数の流路のそれぞれは、熱媒体ポンプを有する。
【００１４】
本発明の他の実施の形態では、熱媒体は、熱交換器（heat exchanger）に熱的に結合された基板（substrate）である。
【００１５】
本発明の他の実施の形態では、出口側温度センサは、ホイートストンブリッジ（Wheatstone bridge）である。
【００１６】
本発明の他の実施の形態では、ＲＦ電力測定用カロリーメータは、約１００μＷから約１００ｍＷまでの電力を測定するように構成されている。
【００１７】
本発明の他の実施の形態では、ＲＦ電力測定用カロリーメータは、０Ｈｚに至るまで（down to）と１２ＧＨｚを超えた（well above）周波数までの電力を測定するように構成されている。
【００１８】
本発明の他の実施の形態では、ＲＦ電力測定用カロリーメータは、０Ｈｚから１２ＧＨｚの周波数までの電力を測定するように構成されている。
【００１９】
本発明の他の実施の形態では、ＲＦ電力測定用カロリーメータは、さらに非導電性基板（non-conductive substrate）を備えており、負荷、及び、出力センサは、非導電性基板にマイクロファブリケーションされている。
【００２０】
本発明の他の実施の形態では、ＲＦ電力測定用カロリーメータは、熱媒体と、低周波電源とを備えており、低周波電源の可変バイアス（variable bias）を用いて、熱媒体の複数回の温度測定に基づいて、ＲＦ電源の平均電力を決定するように構成されている。
【００２１】
本発明の他の実施の形態では、無線周波数（ＲＦ）電力の測定方法を提供する。ＲＦ電力の測定方法は、ＲＦ入力部に電気的に結合された負荷を用意し；負荷に熱的に結合された熱媒体を用意し；負荷に対して、既知の低周波入力を印加し、既知の低周波入力は、所定の電力値を有しており；負荷に対して既知の低周波入力を印加した後に、熱媒体の第１の出力温度を測定し；既知の低周波入力を印加している間、負荷に対して未知のＲＦ入力を印加し；既知の低周波入力及び未知のＲＦ入力を印加している間、熱媒体の第２の出力温度を測定し；出力温度が第１の出力温度と実質的に同じになるまで、熱媒体の出力温度を測定しながら、既知の低周波入力の電力値を減少させ；出力温度が第１の出力温度と実質的に同じになったときの既知の低周波入力の電力値を決定し；既知の低周波入力の所定の電力値と、出力温度が第１の出力温度と実質的に同じになったときの既知の低周波入力の電力値の差に基づいて、ＲＦ入力の電力を演算する。
【００２２】
本発明の他の実施の形態では、ＲＦ電力の測定方法は、ＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータを用いて実行される。
【００２３】
本発明の他の実施の形態では、可変低周波入力は、交流電圧源である。
【００２４】
本発明の他の実施の形態では、可変低周波入力は、直流電圧源である。
【００２５】
本発明の他の実施の形態では、熱媒体は、複数の熱媒体流路を通して循環される流体である。
【００２６】
本発明の他の実施の形態では、熱媒体流路を流れる熱媒体である流体の流量が可変である。
【００２７】
本発明の他の実施の形態では、複数の流路からなる流路パス・アレイは、複数の熱媒体流路を流れる熱媒体である流体の流量を変化させるように構成されている。
【００２８】
本発明の他の実施の形態では、流路パス・アレイは、複数の流路と連通した流体スイッチを備えており、流路パス・アレイの複数の流路のそれぞれは、異なる長さ、及び／または、水力直径を有する。
【００２９】
本発明の他の実施の形態では、流路パス・アレイの複数の流路のそれぞれは、熱媒体ポンプを有する。
【００３０】
本発明の他の実施の形態では、熱媒体は、熱交換器に熱的に結合された基板である。
【００３１】
本発明の他の実施の形態では、出力温度は、ホイートストンブリッジ温度センサで取得される。
【００３２】
本発明の他の実施の形態では、ＲＦ電力測定用カロリーメータは、約１００μＷから約１００ｍＷまでの電力を測定するように構成されている。
【００３３】
本発明の他の実施の形態では、ＲＦ電力測定用カロリーメータは、０Ｈｚに至るまでと１２ＧＨｚを超えた周波数までの電力を測定するように構成されている。
【００３４】
本発明の他の実施の形態では、ＲＦ電力測定用カロリーメータは、０Ｈｚから１２ＧＨｚの周波数までの電力を測定するように構成されている。
【００３５】
本発明の他の実施の形態では、ＲＦ電力測定用カロリーメータは、さらに非導電性基板を備えており、負荷、及び、出力センサは、非導電性基板にマイクロファブリケーションされている。
【００３６】
本発明の他の実施の形態では、無線周波数電力の測定方法は、ＤＣバイアスと組み合わされたＲＦ負荷と、熱的に結合された熱媒体の温度を測定する温度測定器を使用し、平均電力を測定する。
【００３７】
本発明の他の実施の形態では、無線周波数電力の測定方法は、ＤＣバイアスと組み合わされたＲＦ負荷を移動する流体の温度を測定する温度測定器を使用し、平均電力を測定する。
【００３８】
本発明の他の実施の形態では、無線周波数（ＲＦ）電力測定用カロリーメータは、ＲＦ入力部に電気的に結合された負荷と；負荷に電気的に結合され、且つ、負荷に低周波電力を印加する可変低周波電源と；負荷に熱的に結合された熱媒体と；熱媒体に熱的に結合された出口側温度センサと、出口側温度センサは、負荷によって加熱される熱媒体の温度を測定するように配置されており；低周波バイアスと組み合わされたＲＦ負荷と熱的に結合された熱媒体の温度を測定する温度測定器を使用するように構成され、ＲＦ入力部と電気的に結合されたＲＦ電源の平均電力を測定する電気回路とからなる。
【００３９】
本発明の利点は、例として示した以下の本発明の実施の形態の説明によって当業者には明らかとなるであろう。わかるように、本発明は、他の、そして、異なる実施の形態が可能であり、また、様々な観点から詳細を変更することが可能である。
【００４０】
本発明のこれらのまた他の特徴、および、これらの利点は、以下の添付の図面を参照して、例として、本発明の実施の形態として具体的に示してある。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来のアブソリュート・フローＲＦ電力測定用カロリーメータを示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータを示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータの第１の基板上のレイアウトを示す図である。
【図４】ａ及びｂは、本発明の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータの第１の基板及び第２の基板の図解である。
【図５】本発明の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータの第１の基板及び第２の基板の図解である。
【図６】本発明の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータの第１の基板の一部拡大図である。
【図７】本発明の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータの第１の基板の一部拡大図である。
【図８】本発明の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータの異なるＤＣ電圧における測定電圧対時間のプロット図である。
【図９】本発明の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータの複数の流量における測定電圧対印加ＤＣ電力のプロット図である。
【図１０】本発明の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータを示すブロック図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータを示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータを用いた、電力測定方法のフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータを用いた、他の電力測定方法のフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータを用いた、追加の電力測定方法のフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータを示すブロック図である。
【図１６】本発明の実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
全ての図は概略図であり、また、図は正確な縮尺率では示していない。これらの形状の相対的な寸法（dimensions）や比率（proportions）は、図を明確に示すため、また、便利のため、誇張または縮小して示されている。同じ符号は、通常、他の実施の形態の対応するまたは近似した特徴を参照するために用いられている。したがって、図及び明細書は、例示であり、これに限定されるものではない。
【００４３】
本明細書及び特許請求の範囲で使用されている近似を示す語（approximating language）は、数量が変化しても該当する基本的機能が変化しないものについては、その数量表現（quantitative representation）を修飾できるものとする。したがって、"約（about）"などの用語で修飾されている語は、指定された正確な値に限定されない。少なくともいくつかの例において、近似を示す語は、値を測定する機器の精度に対応したものである。範囲の限定は組み合わせたり、及び／または、相互に交換したりすることができ、かかる範囲は、文脈上、または、特に断らない限り、そこに含まれるあらゆる小範囲（sub range）を含むものとされる。実用例以外、または、他に断らない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用する成分の量、反応条件などに関する全ての数または表現は、常に"約"の語で修飾されているものと了解されたい。
【００４４】
"任意の（optional）"または"場合により（optionally）"は、続いて記載されている事象（event）または状況（circumstance）が起こってもよいし起こらなくてもよく、または、続いて記載されている材料（material）が存在してもしなくてもよいことを意味し、またその記載は、その事象または状況が起こる、または、その材料が存在する場合と、その事象または状況が起こらないか、または、その材料が存在しない場合とを包含する。
【００４５】
本明細書で使用する場合、用語"含む（comprises）"、"含み（comprising）"、"包含する（includes）"、"包含し（including）"、"有する（has）"、"有し（having）"またはその他これらの変形語は、非排他的に使用されている。例えば、リストされたエレメントを含むプロセス（process）、方法（method）、物品（article）または装置（apparatus）は、必ずしもそれらのエレメントのみに限定されることはなく、リストに明示されていないか、または、かかるプロセス、方法、物品または装置に固有の他のエレメントを含み得る。
【００４６】
単数形態である"a"、"an"及び"the"は、明らかに他の意味が示されない限り、複数の場合も含む。
【００４７】
マイクロ波のＲＦ電力測定の背後にある基本原理は、無線周波数電力をＤＣ信号に変換し、得られたＤＣ信号を測定することである。図１に示すアブソリュート・フローＲＦ電力測定用カロリーメータ（absolute flow RF power measurement calorimeter）のようなＲＦ電力測定用カロリーメータは、研究され、いくつかの状況において、ＲＦ電力を測定する方法として容認可能であることが示されている。
【００４８】
図１には、従来のアブソリュート・フローＲＦ電力測定用カロリーメータのシステムレベルのブロック図が示してある。内部負荷抵抗（internal load resistor）にＲＦ電力を印加する。負荷抵抗は、空洞であり、内部に作動流体（working fluid）が流れている。ポンプは、流体を、貯蔵容器（reservoir）から負荷に対して送り出し、そして、熱交換器（heat exchanger）を通して熱を除去してから貯蔵容器に戻るように循環させるために使用されている。貯蔵容器は、作動流体を安定させ、平均温度を一定に保つ程度に十分に大きいものである。複数の温度センサ（temperature sensors）は、負荷を通る前と通った後の流体の温度差を測定するのに用いられている。温度センサは、応答速度の速さ及び感度の良さから、通常は、サーミスタ（thermistors）である。流量センサは、負荷を通る流体の質量流量（mass flow rate）を決定するために使用されている。熱力学の第１法則（thermodynamic first principles）により、温度差、質量流量、及び、流体の比熱（specific heat）からＲＦ電力を決定することができる。
【００４９】
図１に示すようなアブソリュート・フロー・カロリーメータは、携帯型のパッケージ内に収めるには大きすぎる；不確実性を増大させ、また、正確度を下げる原因となる流量計を使用しなければならない；熱質量（thermal mass）が大きく、その結果として、ＤＣ置換法を採用した場合に、平衡状態に達するまでの時間（equilibrium period）及び測定捕捉時間（measurement acquisition time）が長くなる。
【００５０】
しかしながら、図２に示すＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータ１００は、１００μＷから１００ｍＷの平均電力を有する信号を測定可能である。測定信号は、低周波信号から１２ＧＨｚを超える信号の範囲でもよい。さらに、図２に示すカロリーメータは、流量計が不要であり、このことにより、携帯型デバイスのフォームファクター（form factor）において、電力計の正確度（accuracies）を０．２％未満にすることができる。
【００５１】
次に、図２は、第１の基板１と、プリント回路基板アセンブリ（printed circuit board assembly）１６と、ＲＦ入力部２とを備えた実施の形態のＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータ１００を示している。プリント回路基板アセンブリ１６は、可変低周波電源９と、制御・処理用電子部品（control and processing electronics）１５と、温度測定用電子部品（temperature measurement electronics）１４と、熱交換器用電源１１と、ポンプ用電源１３とを備えている。いくつかの実施の形態では、プリント回路基板アセンブリ１６は、ポンプ１２も含んでいる。しかしながら、他の実施の形態では、ポンプ１２は、プリント回路基板アセンブリ１６には実装されていない。第１の基板１は、ガラス（glass）製であり、負荷３、熱媒体４、入口側温度センサ（inlet temperature sensor）６、出口側温度センサ７、バイアスティ（bias tee）８及び熱交換器１０の組み立てコンポーネントのベースとなるものである。第１の基板１０は、クオーツ（quartz）、セラミック（ceramic）、シリコン（silicon）またはヒ化ガリウム（gallium arsenide (GaAs)）を含むが、これらに限られるものではない他の材料により構成されていてもよい。
【００５２】
１つの典型的な実施の形態では、ＲＦ入力部２は、負荷３への電路（electrical path）、及び、負荷３からの電流復路（current return path）１７を提供する銅製の伝送線として構成されていてもよい。ＲＦ入力部２の伝送線は、アルミニウム、金、または、プラチナを含むが、これらに限られるものではない他の材料により構成されていてもよい。負荷３は、電気エネルギを吸収し、電気エネルギを熱に変換する窒化タンタル（tantalum nitride (TaN)）製の抵抗器（resistor）である。負荷３は、タンタル、ニクロム（nichrome (NiCr)）または酸化レニウム(VI)（rhenium trioxide (Re03)）を含むが、これらに限られるものではない他の材料により構成されていてもよい。
【００５３】
図２に示す実施の形態では、熱媒体４は、負荷３、入口側温度センサ６、出口側温度センサ７、及び、熱交換器１０と接する熱媒体流路５を通る鉱油（mineral oil）からなる冷却流体（mineral oil cooling fluid）である。熱媒体冷却流体４は、ポンプ１２によって熱媒体流路５内を流れる。熱媒体冷却流体４は、負荷３から熱を受け取り、出口側温度センサ７に熱を運ぶ。熱媒体冷却流体４は、水、鉱油、ベンゼン（benzene）、メタノール（methanol）または冷媒（refrigerant）を含むが、これらに限られるものではない他の材料でもよい。
【００５４】
入口側温度センサ６は、冷却流体が負荷３を通って熱を受け取る前に、熱媒体流路５内の熱媒体冷却流体４の温度を測定する。入口側温度センサ６は、負荷３に対して可変低周波電源９からのみ電力が印加されている場合、及び、負荷３に対して可変低周波電源９及びＲＦ入力部２の両方から電力が印加されている場合に、入口側温度センサ６において、熱媒体４を一定温度に維持するために使用されている。この実施の形態では、入口側温度センサ６は、プラチナ製（platinum）である。しかしながら、入口側温度センサ６は、抵抗温度係数（temperature coefficient of resistance）（ＴＣＲ）が大きい、ポリシリコン（polysilicon）またはアルミニウム（aluminum）を含むが、これらに限られるものではない他の材料から構成されていてもよい。
【００５５】
出口側温度センサ７は、冷却流体が負荷３を通って熱を受け取った後に、熱媒体流路５内の熱媒体冷却流体４の温度を測定する。出口側温度センサ７は、負荷３に対して可変低周波電源９からのみ電力が印加されている場合に、出口側温度センサ７において、熱媒体冷却流体４の温度を確認するために使用されている。また、出口側温度センサ７は、減少させた可変低周波電源９からの電力が、ＲＦ入力部２によって印加されている電力と等しくなる時点を決定しようとするために、負荷３に対する可変低周波電源９からの電力を比例的に減少させながら、負荷３に対してＲＦ入力部２から電力が印加されている場合に、出口側温度センサ７において、熱媒体冷却流体４の温度を確認するために使用されている。この実施の形態では、出口側温度センサ７は、プラチナ製である。しかしながら、出口側温度センサ７は、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が大きい、ポリシリコンまたはアルミニウムを含むが、これらに限られるものではない他の材料から構成されていてもよい。
【００５６】
バイアスティ８は、個別のキャパシタ及びインダクタから構成されている。可変低周波電源９からの電力は、バイアスティ８を介して、負荷３に印加されている。可変低周波電源９は、精密可変ＤＣ電圧源または精密低周波ＡＣ電圧源である。
【００５７】
熱交換器１０は、熱媒体４を冷却することで、熱媒体冷却流体４を熱平衡状態に維持するアクティブ型熱交換器（active heat exchanger）またはパッシブ型熱交換器（passive heat exchanger）である。熱交換器１０がアクティブ型熱交換器の場合、熱交換器用電源１１が存在し、熱交換器１０に給電する。さらに、熱媒体ポンプ用電源１３によって給電される熱媒体ポンプ１２は、熱媒体流路５内を通して、熱媒体冷却流体４を循環させる。１つの実施の形態では、熱媒体ポンプ１２は、圧電ポンプ（piezoelectric pump）であるが、当業者は、他の適切なタイプのポンプを選択してもよい。
【００５８】
温度測定用電子部品１４は、制御・処理用電子部品１５によるさらなる操作のために、アナログ−デジタル変換器を用いて、入口側温度センサ６及び出口側温度センサ７からの電気信号を電圧または数値（numeric value）に変換する。制御・処理用電子部品１５は、入口側温度センサ６及び出口側温度センサ７の温度を読み取る（read）。さらに、制御・処理用電子部品１５は、可変低周波電源９による負荷３に対する電力量を制御する。制御・処理用電子部品１５は、プロセッサ及びメモリも備えている。プロセッサ及びメモリは、プロセッサによって実行されるプログラムを記憶及び読み出し、且つ、入口側温度センサ６及び出口側温度センサ７による温度測定を処理する。
【００５９】
図２に示したように、ＲＦ電力測定用マイクロファブリケーテッド・カロリーメータ１００は、薄い非導電性の第１の基板１を備えており、第１の基板１には、吸収性の負荷（absorptive load）３が実装されている。負荷３は、抵抗性の負荷であり、第１の基板１上に配置されたフィルム（film）から構成されている。負荷３の形状及び大きさは、ＲＦ入力部（伝送線）２の電気インピーダンスに基づいて、反射ＲＦエネルギの最低量（lowest amount）が得られるように決定されている。負荷３の周囲であり、且つ、第１の基板１の同じ側の面には、導電材料（conductive material）が配置されている。導電材料は、ＲＦ入力部（伝送線）２への電流復路として機能する。入口側温度センサ６及び出口側温度センサ７の２つの温度センサは、第１の基板１上の負荷３の近くであるが、負荷３と接触しない位置に配置されている。いくつかの実施の形態では、第１の基板１上にバイアスティ８もマイクロファブリケーションされている。
【００６０】
第１の基板１の表面１ａの全体には、上述の層を覆う二酸化ケイ素（silicon dioxide ）の絶縁層（insulating layer）が施されている。第１の基板１の裏面には、部材は配置されていない。ポリジメチルシロキサン（polydimethylsiloxane (PDMS)）製の第２の基板２０には、熱媒体流路５が備えられており、熱媒体冷却流体４が収納されている。第２の基板２０は、熱媒体流路５内を流れる熱媒体冷却流体４が、負荷３、入口側温度センサ６及び出口側温度センサ７と接触し、熱的に結合するように第１の基板１に接着されている。
【００６１】
より具体的に説明すると、第１の基板１上のコンポーネントのマイクロファブリケーションは、まず、第１の基板１上に、ポジティブ・フォトレジスト（positive photoresist）（Ｓｈｉｐｌｅｙ１８１８）をスピンコーティング（spincoating）する。次に、従来のＵＶフォトリソグラフィ法により第１の基板１にパターン形成する（patterned）。それから、電子ビーム蒸着法（E-Beam evaporation）により、アルミニウムを蒸着する（deposited）。次に、Ｓｈｉｐｌｅｙ１８１８ポジティブ・フォトレジストのもう１つの層を形成して、全てのパターンを覆い、負荷３、入口側温度センサ６及び出口側温度センサ７を形成するため、露光させる（exposed）。ＤＣスパッタリング（DC sputtering）により窒化タンタル（tantalum nitride）をフォトレジスト・モールドに充填し、リフトオフ（lift-off）にアセトン（acetone）を使用する。
【００６２】
次に、微小流体熱媒体流路（microfluidic thermal medium channels）５、並びに、ポンプ１２及び熱交換器１０用の入口側接続部２１及び出口側接続部２２を含む第２の基板２０を形成するため、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を使用する。第２の基板２０は、ネガティブ・フォトレジスト（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ，ＳＵ−８  ２０５０）の層をスピンコートし、シリコンウェーハ上にパターン形成することにより形成されている。微小流体熱媒体流路５の幅は、１００μｍである。ＵＶ露光フォトレジストを現像する（developing）と、ソフト・モールド（soft mold）が形成される。それから、ソフト・モールドにＰＤＭＳ混合物（mixture）を流し込み、続けて、８０℃の温度で３０分ほど硬化する。最後に、ＰＤＭＳレプリカ（PDMS replica）をパンチ加工し（punched）、入口側接続部２１及び出口側接続部２２を形成する。それから、第１の基板１上に、第２の基板２０を配置し、酸素プラズマ処理（O2 plasma treatment）を２０秒施すことにより接着する。図４ａ及びｂには、加工した第２の基板２０を示してある。第２の基板２０の熱媒体流体５の上に熱交換器１０を固定する。微小熱媒体ポンプ１２は、熱媒体流体５と熱交換器１０に熱媒体４を流す。いくつかの実施の形態では、微小熱媒体ポンプ１２は、ＰＣＢＡ１６上に取り付けられている。
【００６３】
図３及び図４ａ、ｂは、第１の基板１上にマイクロファブリケーションされた負荷３、電流復路１７、入口側温度センサ６及び出口側温度センサ７を示す図である。さらに、実施の形態のＲＦ電力測定用カロリーメータ１００の第１の基板２０上にマイクロファブリケーションされた熱媒体流路５、微小流体入口部２１及び微小流体出口部２２も示している。図５は、第１の基板１に取り付けられた第２の基板２０を示す図である。さらに、図５は、負荷３に接続されたＲＦ入力部２と、第１の基板１の電流復路１７を示している。図６は、実施の形態のＲＦ電力測定用カロリーメータ１００の第１の基板１の入口側温度センサ６、出口側温度センサ７、負荷３、及び、電流復路１７の詳細図である。図７は、実施の形態のＲＦ電力測定用カロリーメータ１００の第１の基板１の負荷３及び電流復路１７、並びに、第２の基板２０の微小流体熱媒体流路５を示す図である。いくつかの実施の形態の第１の基板１では、負荷３及びＲＦ入力部２は、電流復路１７に使用される導電部を備えていてもよい。導電部は、負荷３と同じ側に配置されていてもよく、負荷３及びＲＦ入力部と反対側に配置されていてもよく、または、負荷３及びＲＦ入力部２と同じ側と反対側の組み合わせの位置に配置されていてもよい（例えば、分離コプレーナ導波路[suspended co-planer waveguide]、接地型マイクロストリップまたは接地型コプレーナ導波路[grounded microstrip or grounded co-planer waveguide]）。
【００６４】
図３及び図４ａ、ｂに示すように、いくつかの実施の形態では、入口側温度センサ６は、入口側温度センサ用ホイートストンブリッジ１８内に配置されており、出口側温度センサ７は、出口側温度センサ用ホイートストンブリッジ１９内に配置されており、第１の基板１に対称的に配置されている。ホイートストンブリッジ１８及び１９によって、入口側温度センサ６及び出口側温度センサ７が熱媒体４の温度変化を正確に検知できる。さらに、わかりやすくするため、図３には第２の基板２０を図示していないが、熱媒体流路５、微小流体入口部２１、及び、微小流体出口部２２は、負荷３、入口側温度センサ６及び出口側温度センサ７との関係で図示してある。
【００６５】
動作時には、ホイートストンブリッジ１８及び１９のそれぞれの１組のパッド（pads）を用いてＤＣ電圧（Ｖin＝０．５Ｖ）を印加し、他の１組のパッドを用いて出力電圧を測定する。次の方程式（equation）がＶout、Ｖin及びＲsensorの関係を示すものである。
【００６６】
【数１】
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次に、ホイートストンブリッジ１９に着目すると、負荷３に印加された電力によって熱が発生し、負荷３から熱媒体４に熱が伝わる。熱せられた熱媒体４が出口側温度センサ７に到達すると、出口側温度センサ７の抵抗値が上昇し、そのため、ホイートストンブリッジ１９のＶoutも上昇する。さらに、出口側温度センサ７を流れる熱媒体４の温度が下がると、出口側温度センサ７の抵抗値は下降し、そのため、ホイートストンブリッジ１９のＶoutも下降する。同じラインで、入口側温度センサ６を流れる熱媒体の温度が下がると、入口側温度センサ６の抵抗値は下降し、そのため、ホイートストンブリッジ１８のＶoutが下降する。さらに、入口側温度センサ６を流れる熱媒体の温度が上がると、入口側温度センサ６の抵抗値は上昇し、そのため、ホイートストンブリッジ１８のＶoutが上昇する。
【００６７】
図８は、時間に対する関数としての出口側温度センサ用ホイートストンブリッジ１９のＶoutを示している。また、異なる流量における印加電力に対するＶoutを示している。図８から明らかなように、負荷３に対して、５段階のＤＣ電力を印加した。
【００６８】
さらに、図８によれば、熱媒体４の流量が多ければ、負荷３から出口側温度センサ７に対して、より多くの熱を伝えることができることが示されている。このことは、図９でも確かめられている。図９では、所定のＤＣ電力が負荷３に印加されると、流量が多いほど、Ｖout−印加電力の傾きが急になることが示されている。
【００６９】
図１０は、ＲＦ電力測定用カロリーメータ１００の他の実施の形態を示す図である。この実施の形態では、バイアスティ８が取り除かれ、代わりに、負荷３に近接してＤＣ負荷２３が配置されている。ＲＦ入力部２を通じてＲＦ電力を受ける負荷と、可変低周波電源９からの電力を受ける別の負荷を備えている実施の形態では、ＲＦ電力を受ける負荷３は、ＲＦ負荷３と呼び、可変低周波電源９からの電力を受ける負荷２３は、ＤＣ負荷２３と呼ぶ。ＤＣ置換の間、ＤＣ負荷２３は、可変低周波電源９による加熱と、ＲＦ入力部２を通して受電する未知のＲＦ電源による加熱の違いを比較するために使用される第２の電源として機能する。ＲＦスイッチ２５が閉じられると、ＲＦ入力部２を通じて、未知のＲＦ電源からＲＦ負荷３に電力が供給される。ＲＦスイッチ２５は、制御・処理用電子部品１５によって制御される単極単投スイッチ（single pole single throw switch）である。
【００７０】
図１１は、ＲＦ電力測定用カロリーメータ１００のさらなる実施の形態を示している。この実施の形態では、ＲＦ電力測定用カロリーメータ１００は、熱媒体４として流体を使用していない。その代わりに、第１の基板１が熱媒体４として機能し、基準温度（temperature reference）を示すために使用されている。さらに、本実施の形態では、第１の基材１を一定温度に維持するための手段（例えば、調整された冷却手段[regulated cooling means]）が含まれている。さらに、いくつかの実施の形態では、第１の基板１を一定温度に維持する手段は、第１の基板１に一体的に備えられたアクティブ型熱交換器またはパッシブ型熱交換器１０である。
【００７１】
図１１では、第１の基板１は、ガラス製であり、ＲＦ負荷３、ＤＣ負荷２３、入口側温度センサ６、出口側温度センサ７、及び、熱交換器１０の組み立てコンポーネントのベースとなるものである。第１の基板１は、クオーツ、セラミック、シリコンまたはヒ化ガリウム（GaAs）を含むが、これらに限られるものではない他の材料により構成されていてもよい。
【００７２】
１つの典型的な実施の形態では、ＲＦ入力部２は、ＲＦ負荷３への電路、及び、ＲＦ負荷３からの電流復路１７を提供する銅製の伝送線として構成されていてもよい。ＲＦ入力部２の伝送線は、アルミニウム、金、または、プラチナを含むが、これらに限られるものではない他の材料により構成されていてもよい。ＲＦ負荷３は、電気エネルギを吸収し、電気エネルギを熱に変換する窒化タンタル（TaN）製の抵抗器である。ＲＦ負荷３は、タンタル、ニクロム（NiCr)または酸化レニウム(VI)（Re03）を含むが、これらに限られるものではない他の材料により構成されていてもよい。
【００７３】
ＤＣ負荷２３は、電気エネルギを吸収し、電気エネルギを熱に変換する窒化タンタル（TaN）製の抵抗器である。ＤＣ負荷２３は、タンタル、ニクロム（NiCr)または酸化レニウム(VI)（Re03）を含むが、これらに限られるものではない他の材料により構成されていてもよい。ＤＣ置換の間、ＤＣ負荷２３は、可変低周波電源９による加熱と、ＲＦ入力部２を通して受電する未知のＲＦ電源による加熱の違いを比較するために使用される第２の電源として機能する。温度センサ６及び７は、熱平衡を決定するため、第１の基板１の温度を測定する。さらに、熱交換器１０は、第１の基板１を冷却し、第１の基板１の温度を固定の温度に維持する。温度測定用電子部品１４は、温度センサ６及び７からの電気信号を電圧または数値に変換する。制御・処理用電子部品１５は、温度センサ６及び７の温度を読み取り、可変低周波電源９を制御し、センサ６及び７の温度測定を処理する。
【００７４】
さらに、可変低周波電源９は、ＤＣ負荷２３に正確な可変ＤＣ電圧または低周波電圧を印加する。第１の基板１が熱平衡に至った後、ＤＣ負荷２３への電力を減少させることを利用して、ＲＦ負荷３に印加されているＲＦ電力を決定する。
【００７５】
上述のように、ＲＦ電力測定用カロリーメータ１００は、ＲＦ入力部２から負荷３に供給されたＲＦ電力を測定するために、ＤＣ置換法を利用する。ＤＣ置換法は、可変低周波電源９等の第２の精密電源を用いて、可変低周波電源９によって負荷３に印加された電力による加熱と、ＲＦ入力部２を通して負荷３に供給された電力による加熱の違いを比較する。
【００７６】
ＤＣ置換法では、既知の出力電力値を有する低周波電源による加熱と、未知の出力電力値を有するＲＦ電源による加熱の違いを比較するために精密低周波電源（precision, low-frequency power source）を使用する。熱平衡を維持するために減少させた低周波電源の電力値を利用して、未知のＲＦ電源の電力値を決定する。低周波電源の電力は、直接的に無線周波数電力を測定するよりも高いレベルの正確度で決定可能である。
【００７７】
ＲＦ電力測定用カロリーメータ１００のいくつかの実施の形態では、ＲＦ電力測定用カロリーメータ１００の電力測定範囲（power measurement range）を良くするため、負荷３、入口側温度センサ６及び出口側温度センサ７に供給される熱媒体冷却流体４の流量は、選択可能または可変である。熱媒体流路５を流れて、負荷３、入口側温度センサ６及び出口側温度センサ７に流れる熱媒体冷却流体４の流量の変化は、変化する電力負荷にわたって、最大温度感度（maximum temperature sensitivity）を維持することに役立つ。例えば、低電力測定の場合、感度を上げるために、流量を減らすことができ、他方、高電力測定の場合、負荷の故障（load failure）を減らすため、流量を増やす利点がある。熱媒体流路５を流れる熱媒体冷却流体４を変化させる場合には、電力測定を行う前に、流量を安定させることと、図１２乃至図１４に示し、また、説明するような、特有のＤＣ較正（DC calibration）が必要である。
【００７８】
次に、図１５は、熱媒体流路５を流れる熱媒体冷却流体４の流量を変えることに使用可能な流路パス・アレイ３０を備えたＲＦ電力測定用カロリーメータ１００のいくつかの実施の形態を示している。図１５に示した実施の形態では、流路パス・アレイ３０は、出口側温度センサ７と熱媒体ポンプ１２の間に配置されている。しかしながら、当業者であれば、流路パス・アレイ３０を熱媒体流路５の他の位置に配置することを選択することも可能である。
【００７９】
流路パス・アレイ３０は、上流側流体スイッチ（upstream fluid switch）３１、下流側流体スイッチ（downstream fluid switch）３３、及び、複数の流路３２ａ−ｎを備えている。"ｎ"は、流路３２の数に対応している。上流側流体スイッチ３１及び下流側流体スイッチ３３は、流路３２ａ−ｎと連通しており、所定の時間内は、複数の流路３２ａ−ｎのうち、１つのみを熱媒体冷却流体４が流れるように、流路３２ａ−ｎの間の熱媒体冷却流体４の流れを切り換えるように構成されている。すなわち、上流側流体スイッチ３１が熱媒体冷却流体４を流路３２ａに向けた場合、下流側流体スイッチ３３は、流路３２ａから熱媒体冷却流体４を受け、流路３２ａから熱媒体流路５を通るように熱媒体冷却流体４を向けるように構成されている。複数の流路３２ａ−ｎのそれぞれは、長さ、及び／または、水力直径（hydraulic diameter）が固有になるように変えられており、熱媒体ポンプ１２に対して異なる圧力低下（pressure drops）を示す。
【００８０】
上流側流体スイッチ３１及び下流側流体スイッチ３３のうち、１つまたは両方は、バルブ（valve）及び／またはマニホールド（manifold）であってもよい。流路パス・アレイ３０は、第１の基板１に直接一体化したものでもよく、また、外付けのものでもよい。さらに、上流側流体スイッチ３１、流路３２ａ−ｎ、及び／または、下流側流体スイッチ３３のいずれも第１の基板１に直接一体化したものでもよく、また、外付けのものでもよい。いくつかの実施の形態では、上流側流体スイッチ３１及び下流側流体スイッチ３３は手動で切り換えるものでもよい。他の実施の形態では、上流側流体スイッチ３１及び下流側流体スイッチ３３は制御・処理用電子部品１５によって制御されている。
【００８１】
次に、図１６は、上流側流体スイッチ３１と複数の流路３２ａ−ｎを有する流路パス・アレイ３０を備えたいくつかの他の実施の形態のＲＦ電力測定用カロリーメータ１００を示している。複数の流路３２ａ−ｎのそれぞれは、熱媒体ポンプ１２ａ−ｎを備えている。いくつかの実施の形態では、熱媒体ポンプ１２ａ−ｎは、所定の時間内に熱媒体ポンプ１２ａ−ｎのうち１つに給電することが可能な１つの熱媒体ポンプ用電源１３を共有している。他の実施の形態では、熱媒体ポンプ１２ａ−ｎのそれぞれは、対応する熱媒体ポンプ用電源１３ａ−ｎによって個別に給電されている。上流側流体スイッチ３１、複数の流路３２ａ−ｎ、及び、熱媒体ポンプ１２ａ−ｎは、連通しており、所定の時間内は、複数の流路３２ａ−ｎのうち、１つのみを熱媒体冷却流体４が流れるように、複数の流路３２ａ−ｎの間の熱媒体冷却流体４の流れを切り換えるように構成されている。すなわち、上流側流体スイッチ３１が熱媒体冷却流体４を流路３２ａに向けた場合、対応する熱媒体ポンプ用電源１３が対応する熱媒体ポンプ１２に給電する。
【００８２】
流路パス・アレイ３０、熱媒体ポンプ１２ａ−ｎ、及び／または、熱媒体ポンプ用電源１３ａ−ｎのいずれも第１の基板１に直接一体化したものでもよく、また、外付けのものでもよい。さらに、上流側流体スイッチ３１、流路３２ａ−ｎ、及び／または、下流側流体スイッチ３３のいずれも第１の基板１に直接一体化したものでもよく、また、外付けのものでもよい。いくつかの実施の形態では、上流側流体スイッチ３１及び熱媒体ポンプ用電源１３は手動で切り換えるものでもよい。他の実施の形態では、上流側流体スイッチ３１及び熱媒体ポンプ用電源１３は制御・処理用電子部品１５によって制御されている。
【００８３】
さらに、ＲＦ電力測定用カロリーメータ１００のいくつかの実施の形態では、熱媒体流路５を流れる熱媒体冷却流体４の流量を変化させるため、熱媒体ポンプ１２の熱媒体ポンプ用電源１３の動作を抑制したり（reduced）、調整する（modulated）ように構成されていてもよい。いくつかの実施の形態では、熱媒体ポンプ１２の熱媒体ポンプ用電源１３の動作の抑制または調整は、手動で行われてもよい。他の実施の形態では、熱媒体ポンプ１２の熱媒体ポンプ用電源１３の動作の抑制または調整は、制御・処理用電子部品１５によって制御されてもよい。本願で説明し、及び／または、示した熱媒体流路５を流れる熱媒体冷却流体４の流量を変化させる１つ以上の方法及び構成は、単独で使用してもよく、または、ＲＦ電力測定用カロリーメータ１００の実施の形態との組み合わせで使用してもよい。
【００８４】
図１２は、実施の形態のＲＦ電力測定用カロリーメータ１００に使用することができるＤＣ置換法の１つを示している。ステップ３０１では、バイアスティ８を介して、可変低周波電源９から負荷３に既知のレベル固定の電力を印加する（Ｐref）。この初期の固定電力の値は、Ｐeq＝（Ｖeq）2／Ｒloadである。
【００８５】
ステップ３０５では、熱媒体４が加熱され、一方、同時に、アクティブ型熱交換器またはパッシブ型熱交換器１０が熱媒体４の熱平衡を維持する。この熱平衡は、入口側温度センサ６によって決定し、Ｔinを得る。出口側温度センサ７によって、同様に熱平衡において、（出口側の流体または第１の基板１の）熱媒体４の温度を測定する（monitored）（Ｔout）。これらの初期温度（Ｔineq及びＴouteq）は、温度測定用電子部品１４によって測定している。
【００８６】
ステップ３１０では、ＲＦ入力部を介して、負荷３に未知のＲＦ電力（Ｐ）を印加する。この未知のＲＦ電力は、Ｐeqと同じか、それ未満でなければならない。負荷３に印加した合計電力は、既知の電力と未知の電力の合計値となる（Ｐref＋Ｐ）。
【００８７】
ステップ３１５では、この合計値は、当初はＰeqよりも大きく、熱媒体４である流体または基板の温度は上昇する。制御・処理用電子部品１５によって、熱媒体４が決定した初期の熱平衡に達するまで（Ｔout＝Ｔouteqまで）、可変低周波電源９からの既知の電力を比例的に減少させる。減少させた電力値をＰmeasとする。入口側温度Ｔinは、熱交換器１０によって、Ｔin＝Ｔineqに維持されていなければならない。
【００８８】
ステップ３２０では、これらの条件を満たすと、既知の電源を比例的に減少させなければならなかった量に基づいて、未知のＲＦ電力を決定することができる（Ｐ＝Ｐeq−Ｐmeas）。
【００８９】
もし未知の電力がゼロだった場合には、Ｐmeas＝Ｐeqであることは理解されるであろう。
【００９０】
本測定方法による利点の１つは、低周波電源からの電力Ｐrefは、直接、高周波電力（例：ＲＦ電力）を測定するよりも、はるかに高い正確度で決定可能であることである。
【００９１】
次に、図１３は、ＲＦ電源からの平均電力を決定する他の実施の形態を示している。ステップ４０１では、可変低周波電源９から負荷３に既知の低周波入力を印加する。既知の低周波入力は、所定の電力値を有している。ステップ４０５では、負荷３に対して低周波入力を印加した後、熱媒体４の第１の出力温度を測定する。
【００９２】
ステップ４１０では、既知の低周波入力を印加している間、負荷３に未知の電力を有するＲＦ電源を印加する。ステップ４１５では、既知の低周波入力、及び、未知の電力を有するＲＦ電源を印加している間、出口側温度センサ７によって、熱媒体４の第２の出力温度を測定する。
【００９３】
ステップ４２０では、出口側温度センサ７を用いて、熱媒体４の出力温度を測定しながら、出力温度が、第１の出力温度とほぼ等しくなるまで、既知の低周波入力を減少させる。ステップ４２５では、ステップ４２０で出口側温度センサ７によって測定された出力温度が、出口側温度センサ７によって測定された第１の出力温度とほぼ等しくなったときの既知の低周波入力の電力値を決定する。
【００９４】
ステップ４３０では、ステップ４０１の既知の低周波入力の所定の電力値と、ステップ４２０が済んで出力温度が第１の出力温度とほぼ等しくなったときの既知の低周波入力の電力値の差に基づいて、未知のＲＦ電源の電力値を演算する。
【００９５】
次に、図１４も、ＲＦ電力の測定方法を示している。ステップ５０１では、ＲＦ入力部２に電気的に結合された負荷３を用意する。ステップ５０５では、負荷３に熱的に結合された熱媒体４を用意する。ステップ５１０では、負荷３に対して、可変低周波電源９から既知の低周波入力を印加する。既知の低周波入力は、所定の電力値を有している。
【００９６】
ステップ５１５では、負荷３に既知の低周波入力を印加した後、熱媒体４の第１の出力温度を測定する。ステップ５２０では、既知の低周波入力を印加している間、負荷３に未知の電力を有するＲＦ入力を印加する。
【００９７】
ステップ５２５では、既知の低周波入力、及び、未知のＲＦ入力を印加している間、熱媒体４の第２の出力温度を測定する。ステップ５３０では、熱媒体４の出力温度を測定しながら、出力温度が、第１の出力温度とほぼ等しくなるまで、既知の低周波入力を減少させる。
【００９８】
ステップ５３５では、第１の出力温度とほぼ等しくなったときの既知の低周波入力の電力値を決定する。ステップ５４０では、既知の低周波入力の所定の電力値と、出力温度が第１の出力温度とほぼ等しくなったときの既知の低周波入力の電力値の差に基づいて、ＲＦ入力の既知の電力値を演算する。
【００９９】
本発明は、特定の実施例に対応して説明されているが、当業者にとって、本発明について多くの他の態様や変更が可能であることは明らかである。したがって、上述の本発明の好適な実施例は、例示としてのみ示してあるものであり、これに限定する意図ではない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更を加えることができる。上述の実施例と他の実施例の組み合わせは、上述の実施例の記載を検討する際に、当業者にとって明らかであり、それに包含されるものである。したがって、本発明の範囲は、添付の請求の範囲によって定義され、明記されているか否かまたは均等の範囲であるか否かに関わらず、請求の範囲内に含まれる全てのデバイス（devices）、プロセス（processes）、方法（methods）は、本発明の範囲内のものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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