JPH0793525B2 - 多素子整合器を使用するマイクロ波自動負荷整合回路 - Google Patents
多素子整合器を使用するマイクロ波自動負荷整合回路Info
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
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Description
イクロ波自動負荷整合回路、特に多素子整合器を使用す
るマイクロ波自動負荷整合回路に関する。
とを必要とする。マイクロ波電力を各種産業のエネルギ
源として採用することは、他の場合に比し、特殊な効果
を発揮することが多く、有効な利用が期待されている
が、負荷の変化範囲が広く、然も急激に変動することが
多いため、運転中マイクロ波電力を常に安定に供給する
ことが、品質管理上特に希望されており、そのためにい
わゆる負荷整合が行われている。
波電力および負荷からの反射電力を監視しながら、3個
以上のスタブ整合器やE/H整合器等を手動で操作し、反
射電力最小で進行波電力最大の点に調整していた。
絶えず負荷の変動を監視し、対応動作を速やかに実施し
なければならず、急激な変動に対して正しく迅速に対応
することは非常に困難である。そのために負荷状態の急
変に際しての適切な応答が遅れ、品質管理上問題があっ
た。
のような負荷整合を自動的に行うマイクロ波自動負荷整
合回路を提案し、一応の目的は達成したが、なお整合不
可能区域が存在するなど、不満足な点が残った。またそ
の後、特開昭63−264892号および特開昭63−264893号に
おいて、E/H整合器を使用するものを提案したが、共に
制御回路がやや複雑になった。
際しても自動的に負荷整合を実施し、常に安定な電力供
給を行い、有効な品質管理を実現することのできる負荷
整合回路を提供することを目的とする。
ものである。即ち、本発明は伝送線路系において、信号
源と負荷回路の間に検出回路と整合器を置き、整合器を
含む負荷回路への進行波成分並びに、反射波成分を検出
し、それらの強度並びに位相差に基づき、負荷回路の反
射係数|Γ|とその偏角θの余弦積|Γ|cosθ並びに正
弦積|Γ|sinθに相当する検出回路出力を得、この2信
号によって整合器を駆動して自動負荷整合を行わせるも
ので、その整合器として以下に述べる2種類の整合器の
いずれかを使用する。
奇数倍の間隔に、並列または直列分岐の3個の整合素子
を備え、このうち両端の2個は、それらの入力等価リア
クタンスまたは等価サセプタンスが共にゼロとなる点付
近から正逆相反する方向に連動せしめ、これを一方の検
出電圧で駆動し、中央の整合素子を他方の検出変圧で駆
動することによって自動整合を行わせる。
1/4の奇数倍の距離にある並列分岐または直列分岐の2
個の整合素子を上記第1の整合器の場合と同様に短絡器
移動距離を反対方向に連動させ、一方の検出電圧でこれ
を駆動し、これらよりも線路内波長の約1/8の奇数倍だ
け負荷側に寄った距離にある1個の整合素子を他方の検
出電圧で駆動することによって、自動的に整合を行わせ
る。なお、このとき前者の連動整合素子のうち1個の移
動量は他方よりも一定比率少なくすると効果的である。
Γ|cosθと正弦積|Γ|sinθを検出回路で作り、この両
者を駆動電圧として上記各整合器における整合素子のモ
ータ等を駆動することによって自動整合を行わせること
が可能となる。
器回路を使用するもの等種々あるが、ここではその一例
として四探針法を説明する。これはインピーダンス直視
装置用として使用されたもので、例えば、小口文一・太
田正光共著“マイクロ波・ミリ波測定”(コロナ社版)
84〜86頁に記載されており、このうち本発明の実施例に
おいては第1図に例示する四探針法を利用した。
して説明するが、同軸管線路などにおいても効果は同様
である。
1/8管内波長間隔に探針21・22・23・24が並んでいる。
この各探針出力には検波器31・32・33・34が接続されて
いる。各検波特性が二乗特性だとすると、各出力電圧は
検波感度をK、入射波振幅をVi、探針21から見た整合器
5を含む負荷の反射係数を|Γ|exp(jθ)として、次
式で示される。
加すると、差動増幅器41と42の出力は、 Vc=V1−V3=4K|Vi|2|Γ|cosθ Vs=V4−V2=4K|Vi|2|Γ|sinθ となり、余弦積Vcと正弦積Vsに比例するものとなる。こ
れらを駆動電圧として整合器5内の2組の整合素子にそ
れぞれ印加して、自動整合を行わせる。
や狭面に設けた並列分岐導波管6中に可動短絡片(短絡
器)7を入れ、外部の電動機8によって短絡片を移動さ
せる。
力サセプタンスの変化、b=−jY0cot(2πl/λ)を第
2図に示している。即ち、短絡長lが管内波長λの1/4
のとき、入力サセプタンスはゼロとなり、それよりも長
くなると、容量性サセプアンスとなり、短くなると誘導
性サセプタンスとなって、負荷アドミッタンスに付加さ
れることになる。
如く、挿入長ゼロから1/4管内波長までは誘導性リアク
タンスを呈するが、それを越すと容量性リアクタンスと
なり、1/2管内波長の点で等価リアクタンスはゼロとな
り、これ以上挿入されると再び誘導性リアクタンスを呈
する。この場合には、負荷インピーダンスに等価リアク
タンスが付加されることになる。
上にほぼ1/8管内波長の奇数倍の間隔で、共に直列また
は並列分岐導波管6を取り付け、その内部に短絡片7を
設けて3個の整合素子として使用する。このうち両端の
2個は短絡片が反対方向に移動する如くする。即ち、並
列分岐導波管整合素子の場合には、短絡片位相が共にほ
ぼ1/4管内波長にある所から、一方は正方向、他方は逆
方向に移動する如く、電動機の接続方向を変更するなど
しておき、余弦積出力電圧または正弦積出力で駆動し、
中央の整合素子の電動機は他方の出力電圧で駆動する。
S1・S2・S3とし、それぞれ電動機M1・M2・M3で駆動さ
れ、例えばM1とM3は正弦積出力電圧Vsで、またM2は余弦
積電圧Vcで駆動されるものとし、このうちM1による短絡
片の移動は、S3の逆方向としている。この3個の整合素
子は空間的に1/8管内波長ずれているから、第5図のス
ミス線図で見ると、S1が中心から∞までの線上を中心と
して移動するのに対して、S2はこれより信号源方向へ図
上で90度回転した所の軌跡上を移動し、S3は更に90度反
時計方向に回転する。
加で、整合素子S1の短絡片距離lS1は減少し、整合素子S
3の短絡片距離lS3は増大するとし、中央の整合素子S2の
矩形片距離lS2は余弦積電圧Vcの増加で増大するように
設定したとする。このときVcとVsの増加による各整合素
子のサセプタンス変化は、第2図を参照して下表のよう
になる。
荷回路の反射係数Γ1が第6図の第I象限内にあって、
その規準化アドミッタンスが(1.2+j0.8)だったとす
る。この第I象限内では|Γ1|cosθと|Γ1|sinθは共
に正値だから、整合素子S1はlS1が減少し、サセプタン
スを減少させるので、第6図上g=1.2の円上をサセプ
タンスが0.8よりも減少の方向へ移動し、整合素子S2はl
S2が増加し、サセプタンスが増加するが、第6図上でΓ
1の点はS2の地点では、負のサセプタンス領域なので時
計廻りとなり、整合に近付ける方向となり、その上S2上
の回転によって、コンダクタンス分もg=1.2から1.1の
方向へ減少する。
し、サセプタンスが増加するが、Γ1はS3にとって負サ
セプタンス領域だから、整合に近付けることになり、3
個の整数素子が共同して|Γ1|を0即ち(1+j0)点の
整合に導くように動作する。
0.5+j0.4)だったとする。このとき余弦積|Γ|cosθ
<0で、正弦積|Γ|sinθ>0だから、S1のlS1は減少
しサセプタンスは減少するので、g=0.5の円上をサセ
プタンスが減少する方向即ち下方へ動き、素子S2では正
サセプタンス領域だから、Vcの減少でlS2が減少しサセ
プタンスが減少する。また素子S3ではVsの増加で負サセ
プタンス領域からサセプタンスが増加し整合に近付く。
このとき素子S2とS3の動きによって、図から判るように
gも1に近付いて行き、|Γ|=0即ちy=1+j0の整
合点に到達する。
余弦積電圧Vcと正弦積電圧Vsによって3個の整合素子が
同時に短絡点移動を開始して速やかに整合に到るのであ
る。
長の1/4の奇数倍の距離にある並列または直列分岐導波
管6内に短絡片7を入れ、両者が共にサセプタンスゼロ
またはリアクタンスゼロ付近を中心として相反する方向
に短絡片を移動させるが、その一方には反転減衰回路9
を使用するか或いは、機械的にその短絡片移動距離をK
倍(K<1)として、相反する方向に移動させる。この
とき、信号源側の整合素子S1の地点で負荷側を見たイミ
ッタンスIMは実数部を1、虚数部をbとして、 となり、K=0.15、0.2および0.3としたときの特性変化
は第8図のように(1+j0)点を通りほぼ直角に並ぶ。
従って、これらよりも管内波長で1/8の奇数倍の所に他
の1個の整合素子を置く第7図の回路では、第8図中点
線で示す小円でさえもK=0.15〜0.3の特性曲線と交わ
るので、その一方を余弦積出力、他方を正弦積出力電圧
で電動機により短絡点を移動させれば、ほぼ全域の自動
整合が行われる。
合回路が可能となった。整合器を含む負荷回路の反射波
を検出し、その余弦積電圧|Γ|cosθと正弦積電圧|Γ
|sinθを求めることにより、例えば2組の多素子整合器
を駆動し、全自動に負荷整合が行えることになった。応
答速度も通常の使用に当たり、急速な負荷変動に対して
も満足する結果を示した。例えば、周波数2.45GHzで、V
SWR10の負荷を接続したところ、本発明の前記第1〜第
2の整合器による整合回路は共に1秒以内にVSWR1.05以
内に整合できた。
の結果が得られた。
一例を示す説明図、第2図は並列形整合器の短絡長変化
に基づくサセプタンス変化特性を示すグラフ、第3図は
直列形整合器の同リアクタンス変化特性を示すグラフ、
第4図は本発明に基づく第1の整合器の構成例を示す説
明図、第5図はその整合器の各短絡片移動によるスミス
線図上の変化特性を示す図、第6図はその整合器の動作
説明図、第7図は第2の整合器の構成例を示す説明図、
第8図はその整合器の動作説明図である。 1は方形導波管、21・22・23・24は検出用探針、31・32
・33・34は検波器、41・42は差動増幅器、5は整合器、
6は整合素子の分岐導波管、7は可変短絡片、8は駆動
用電動機、9は反転減衰回路。
Claims (2)
- 【請求項1】負荷回路を接続した整合器の信号源側に信
号検出回路を置き、整合器を含む負荷回路への進行波成
分並びに反射波成分を検出し、それらの強度および位相
差に基づき、反射係数の絶対値|Γ|とその偏角θの余
弦積|Γ|cosθおよび正弦積|Γ|sinθに相当する検出
回路出力を得、これらによって整合器を調整して負荷回
路を自動的に整合せしめる回路において、 伝送線路上、ほぼ線路内波長の1/8の奇数倍の間隔で3
個の整合素子を備え、両端の整合素子はその短絡長変化
が互いに相反する如く連結して、余弦積出力か正弦積出
力の内の何れか一方でこれを駆動し、他方の出力をもっ
て中央の整合素子を駆動する如く構成したマイクロ波自
動負荷整合回路。 - 【請求項2】負荷回路を接続した整合器の信号源側に信
号検出回路を置き、整合器を含む負荷回路への進行波成
分並びに反射波成分を検出し、それらの強度および位相
差に基づき、反射係数の絶対値|Γ|とその偏角θの余
弦積|Γ|cosθおよび正弦積|Γ|sinθに相当する検出
回路出力を得、これらによって整合器を調整して負荷回
路を自動的に整合せしめる回路において、 伝送線路上、ほぼ線路内波長の1/4の奇数倍の距離にあ
る2個の整合素子の短絡長変化が一定比率をもって相反
する如く連結し、これらよりも負荷側に線路内波長の1/
8の奇数倍付近の距離に1個の整合素子を置き、一方を
余弦積出力電圧、他方を正弦積出力電圧で駆動する如く
構成したマイクロ波自動負荷整合回路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1070232A JPH0793525B2 (ja) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | 多素子整合器を使用するマイクロ波自動負荷整合回路 |
| US07/497,001 US5041803A (en) | 1989-03-22 | 1990-03-21 | Automatic load matching circuit for microwaves using multi-element matching device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1070232A JPH0793525B2 (ja) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | 多素子整合器を使用するマイクロ波自動負荷整合回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02249301A JPH02249301A (ja) | 1990-10-05 |
| JPH0793525B2 true JPH0793525B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=13425611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1070232A Expired - Lifetime JPH0793525B2 (ja) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | 多素子整合器を使用するマイクロ波自動負荷整合回路 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| US (1) | US5041803A (ja) |
| JP (1) | JPH0793525B2 (ja) |
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