JPS60205376A - 電力検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般に電力検出器、特に周波数及び信号レベ
ルが広範囲にわたる無線周波数信号の電力を測定するた
めの電力検出器に関するものである。

〔従来技術及びその問題点〕

無線周波数信号に関する装置を操作する際、無線周波数
信号の電力量を監視（モニタ）する機能が欲しいことが
よくある。無線周波数信号の電力量が分かれば、関連す
る装置の効率を判断することができる。特に、関連する
装置を調整するとき、掴整に応じて変化する無線周波数
信号の電力量をモニタすることにより、その調整による
効果を直ちに知ることができる。このような調整のやり
方は、無線周波数送信機のみならず、それと関連する装
置例えば整合装置、伝送線路及びアンテナにも適用でき
る。

無線周波数信号の電力をモニタすることは、アンテナの
技術開発においても役立つ、特に、アンテナは、無線周
波数信号の輻射が選択した方向をＦｈ向するように段重
されることが多い。したがって、無線周波数信号の電力
を測定する装置は、アンテナからの輻射パターンを実験
的に決める際に有用である。

また、広範囲に及ぶ無線周波数信号の電力レベルを測定
できる電力測定器があれば、測定中すぐに使用が面倒に
なる外部減衰器を余り使用しなくてすむであろう。

史に、無線送信機には周波数の広範囲にわたって無線周
波数信号を発生できるものが多いので、電力モニタ装置
にも、対応する広い周波数帯域にわたっ°ζ無線周波数
信号の電力量を測定できる同様の性能が欲しい。

無線周波数信号の電力量の測定には、種々の技術が用い
られている。それらの技術の１つは、熱電対素子を使用
するもので、無線周波数信号を熱電対素子に物理的に結
合した負荷に供給し、その結果化じた熱を測定する。発
生した熱量は負荷に与えられた電力に比例するので、無
線周波数信号に関する電力量をそれに対応して決定しう
る。しかし、この方法により無線周波数信号の電力量を
表示しようとする場合、多くの問題が生じる。特に、熱
電対に限界があるため、制限された範囲内でしか信号レ
ベルの正確な測定が行えない欠点がある。

イーの無線周波数の電力測定方法は、ダイオードを使用
するものである。特にダイオードの電圧と電流の関係は
基本的には低信号レベルで２來関係にあるので、ダイオ
ードを無線周波数（，１号の電力量の測定に使用しうる
。しかし、ダイオードにおける電圧と電流の２東関係は
ダイオードの電ＩＦ電流特性全体の一部分において存在
するにすぎないので、この方法の使用は、どうしてもダ
イオードの電圧−電流特性の制限された２乗関係領域内
の信号レベルに限られる。すなわち、かかる装置は使用
可能な信号レベル範囲に制限される。無線周波数信号の
電力量を測定するのによく使用される他の装置は、マル
チプライヤ及び方向性結合器を有するものである。しか
し、このような装置は、高価であるばかりでなく、測定
可能な信号レベル範囲に使用が制限されることが多い。

したがって、本発明の目的は、信号レベル及び周波数両
方の広い範囲にわたっ°ζ無線周波数信号の電力測定が
可能となる電力検出器を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、接合形電界効果トランジスタ（以トＩ　Ｆ　
Ｅ　Ｔ　Ｊという。）のゲート電圧及びドレイン・ソー
ス電流間の２３１！関係が信号レベル及び周波数の広範
囲に及ぶことを誌め、これを無線周波数信号の電力の検
出に用いることにより、上記の目的を達成したものであ
る。本発明においては、無線周波数信号は接合形Ｆ　Ｂ
　Ｔのドレイン及びゲートに供給し、その接合形ＦＥＴ
のゲートは、このＦＥＴのピンチオフ電圧に等しい直流
電位でバイアスする。この接合形ＦＥＴのソース端子か
らの電流信号を低域通過フィルタに供給し、高周波数成
分を除去する。こうすると、低域通過フィルタからの出
力直流成分の大きさは、無線周波数信号の電力に比例す
る。

〔作用〕

一般に、接合形ＦＥＴのドレイン電流ｉｄは、ゲート・
ソース間を短絡したときのドレイン・ソース電流ＴＤＳ
Ｓ、ゲート・ソース間電圧ｖｇｓ及びゲート・ソース間
ピンチオフ電圧ＶＰを用いて次のように表わされる。

＋ａ　−１ｏｓｓ　（Ｉ　Ｖｇｓ／Ｖｐ　）２・・・・
・・（１）小さいドレイン・ソース間電圧、例えば１ｖ
ｄｓｌ≦ｌ　Ｖｐ　／　１０１　−・・・ｆ２１に対し
ては、ドレイン・ソース間コンダクタンスｇｄｓは次の
ように表わされる。

ｇａｓ＝　（２１ｏｓｓ　／　（−Ｖｐ　）　）　（１
−ｖｇｓ／Ｖｐ　）・・・・・・（３） 第２図は、本発明に使用する接合形ＦＥＴを数学的に考
察するための説明図である。同図において、時間的に変
化する電位Ｖｄ１ｔｌの電位源（１０）は、Ｎチャンネ
ル接合形ＦＥＴ（＋２）のドレインＤに接続される。直
流電圧Ｖａの電源（１６）は、第２の時間変化電位ｖｇ
（ｔｌの電位源（１４）を介してＦＥＴ（１２）のゲー
トＧに接続される。ＦＥＴ（１２）のソース端子Ｓから
の電流Ｉｓ　（ＩＩ（）は、低域通過フィルタ（２０）
に供給され、フィルタ（２０）はそれに応じて電流１ｏ
（２２）を出力する。

Ｎチャンネル接合形ＦＥＴ（１２）は、能動領域内でＶ
ｐ＜Ｏ及びＶ、≧Ｖｐである。ＦＥＴ（１２）のソース
端子Ｓの電位■ｓがＯボルトであり、且つＶＧ）ＶＰの
場合、ゲート・ソース間の電位差ｖｇｓは次のように表
わされる。

シｇ５１ｔｌ−ｖｇ　（ｔ）＋　Ｖａ　”・・・・（４
）ここで、ｖｇｆｔｌは時間変化電位源（１４）の電位
値を表わし、ｖＧは低電圧源（１６）の電圧を表わす。

ＦＥＴ（１２）のドレイン電流ｉｄは、次のように表わ
される。

Ｌｌ　１ｔｌ＝　ｇｄ８Ｖｄ　（ｔｌ　−−−−（５１
したがって、 すなわち、 いま、ｖｄ（ｔｌ＝ｖｇ　（ｔｌとすれば、１ｄｉｔ）
−ｕｖｄ２（ｔｌ＋ｕｖ、１　（ｔｌ　（Ｖｏ　Ｖｐ　
）　・＝１８まただし、ｕ　”　２１ｏｓｓ　／　Ｖ　
ｐノ（８）式においてｖＧ＝ｖＰとすると、ｉ　ａ　（
１１−ｕｖｄ２（ｔｌ　−−＋９１すなわち、 １、ＩＴｔｌ−（２１ｏｓｓ／Ｖｐ２）ｖｄ′（ｔｌ　
・・−（１０）よって、上記の条件が満足されれば、第
２図の回路はどんなレベル及び周波数範囲にある信号に
も適合することが分かるであろう。

ｖ、１（ｔｌが無線周波数信号を表わすもの、すなわち
ｖ　ａ　（ｔｌ＝　Ａ　ｃｏｓωｔであるとすれば、式
（９）よりｔ　、１　（ｔ）　＝　ｕＡ２ｃｏｓ２ωｔ
　−（ＩＩ）＝ｕＡ’　（！＋４４４　（ｃｏｓ　２ω
ｔ　）　）　・”　＜ＩＩＡ　）ゲート電流を無視すれ
ば、 ｉｓ　＝　ｌｄ＝・（１２） 低域通過フィルタ（２０）が電流ｉ　ａ　（１１から時
間変化成分を除去するように働くとすると、式（１１＾
）からの出力電流１ｏ　（２２）は次のように表わされ
る。

１ｏ　＝　ｕＡ’　−（１３） すなわち、 １ｏ　−Ａ　ノ　１ｏｓｓ／Ｖｐノ　・・・　（１４）
したがって、ｙ、１　（ｔｌ−ｖｇｆｔｌのとき、出力
電流１ｏ　（２２）は信号振幅への２乗すなわち電力に
比例することが分かる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の電力検出器の基本的構成をネオ簡略
図である。入力端子（３０）に印加される人力信号は、
ＮチャンネルＦＥＴ（１２）のドレインＤに直接供給さ
れる。抵抗器（３２）は、端子（３０）に接続された伝
送線路をその特性インピーダンスＺｏで終端する。キャ
パシタ（３４）は、ＦＥＴ（１２）のドレインＤ及びゲ
ート０間に接続される。抵抗器（３６）は、ＦＥＴ（１
２）のゲートＧ及び定電圧ＶＧの電源（３８）間に接続
される。

ＦＥＴ（１２）のソースＳは、低域通過フィルタ（２０
）に接続される。

電１ｌｌ（３８）は、式（９）を参照して上述したよう
に、接合形ＦＥＴ（１２）のゲートＧにピンチオフ電位
Ｖｐと等しいバイアス電圧を供給する。

式（８）すなわちｖａ　（ｔ）−ｖｇ　（ｔ）を参照し
て上述したように、入力信号はキャパシタ（３４）を介
してＦＥＴ（１２）のゲートＧに供給される。キャパシ
タ（３４）は、動作周波数におけるインピーダンスが人
力伝送線路のインピーダンスＺｏに比較して無視できる
ように選択される。

抵抗器（３２）の抵抗値は、抵抗器（３２）　、（３６
）及び接合形ＦＥＴ（１２）のトランスレジスタンス１
／ｇ−の並列接続により形成される入力回路網のインピ
ーダンスが入力端子（３０）でＺｏに等しい入力インピ
ーダンスを与えるように選ばれる。式（１３）を参照し
て上述したように、低域通過フィルタ（２０）はＦＥＴ
（１２）のソース電流から時間変化成分を除去するよう
に働く。好適な実施例では、低域通過フィルタ（２０）
は、受動π形フィルタに続く能動フィルタを有しカット
オフ周波数が約１０〜２０１１ｚである。

第３図は、本発明による電力検出器の好適な実施例を示
す回路図である。同図において、入力端子（３０）に印
加される入力信号はＦＥＴ（１２）のドレインＤに供給
される。抵抗器（３２）は、ＦＥＴ（１２）のドレイン
Ｄ及び接地電位間に接続され、端子（３０）に接続され
た入力伝送線路を終端するように値が選ばれる。キャパ
シタ（３４）は、ＰＥＴ（１２）のドレインＤ及びゲー
ト０間に接続され、ＦＥＴ（１２）のゲートＧへの入力
信号に対して低インピーダンス路を形成するように値が
選ばれる。

０ 抵抗器（４０）は、ＦＥＴ（１２）のゲートＧと、負電
位源及び接地電位間に形成された抵抗器（４６）及び可
変抵抗器（４４）から成る直列分圧器との間に接続され
る。可変抵抗器（４４）は、ＦＥＴ（１２）のゲートＧ
に供給される直流電圧を調節するために用いられる。キ
ャパシタ（４２）は、抵抗器（４０）及び直列分圧器の
接続点と交流接地電位との間に接続される。インダクタ
（５０）は、ＦＥＴ（１２）のソース端子Ｓ及び演算増
幅器（５４）の反転入力端子（２）間に接続される。キ
ャパシタ（４８）及び（５２）はインダクタ（５０）の
各端部及び接地電位間に接続され、インダクタ（５０）
　、キャパシタ（４８）及び（５２）は受動π形低域通
過フィルタを構成する。演算増幅器（５４）は、その出
力端子（６）及び反転入力端子（２）間に、直列接続さ
れた抵抗器（５８）及び可変抵抗器（６０）と、これら
に並列に接続されたキャパシタ（５６）とを有する。可
変抵抗器（６０）により、演算増幅器（５４）の利得を
調節できる。演算増幅器（５４）の非反転入力端子（３
）は、抵抗器（６２）を介し′Ｃ接地される。演算増幅
１ 器（５４）の非反転入力端子（３）には更に止及び負極
性の電位源間に接続された可変抵抗器（６６）によりオ
フセット電圧が供給される。演算増幅供給（５４）の出
力電圧はインダクタ（５０）を流れる直流電流に比例し
、この直流電流は入力端子（３０）に供給される信号の
電力レベルに比例する。

第３図に示す素子の好適な値は、次表のとおりである。

２ 第３図に示して説明した試作回路について数学的に計算
した結果、少なくとも１０〜５００Ｍ１ｌｚの周波数範
囲を有することが認められた。

２０ｄｂｍ入力信号レベルで出力信号レベルが最大にな
るようにバイアス電圧を調節し、且つ一２０ｄｂｍ入力
信号レベルに対し出力信号が１００ｍＶレベルになるよ
う利得を調節したとき、上記試作回路の動作可能範囲は
−３４〜−４ｄｂａ＋であった。

以上、本発明の好適な実施例について述べたが、本発明
は、これに限らず特許請求の範囲内において種々の変更
・変形をしうるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、無線周波数信号がドレインに供給され
るＦＥＴのゲートへのバイアス電圧をそのＦＥＴのピン
チオフ電圧と等しくするごとにより、ソースから無線周
波数信号の振幅の２乗に比例した直流電流成分を含む出
力が得られ、この直流成分を低域通過フィルタによって
取り出すことができる。したがって、この構成により、
信号レベル及び周波数の広範囲にわたって無線周波数倍
３ 号の電力を測定しうる電力検出器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電力検出器の基本構成をネオ簡略図、
第２図は本発明に使用する接合形ＦＥＴの数学的考察用
説明図、第３図は本発明の好ｉ１！ｌな実施例を示す回
路図である。 図中において、（１２）は電界効果トランジスタ、（２
０）は低域通過フィルタ、（３８）は直流電圧源である
。 ４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 人力信号がドレイン及びゲートに供給される電界効果ト
   ランジスタと、この電界効果トランジスタの」二足ゲー
   トにこの電界効果トランジスタのピンチオフ電圧を加え
   る直流電圧源と、上記電界効果トランジスタのソース出
   力が供給される低域通過フィルタとを具え、該低域通過
   フィルタから上記人力信号の電力に比例する出刃信号が
   得られることを特徴とする電力検出器。