JPS61281972A

JPS61281972A - パワ−センサ

Info

Publication number: JPS61281972A
Application number: JP12093686A
Authority: JP
Inventors: ポール　アンソニー　マカリスター; トーマス　ジェラルド　マッコネル; フレデリック　ロバート　ウェストン
Original assignee: MARUKOONI INSTR Ltd
Current assignee: MARUKOONI INSTR Ltd
Priority date: 1985-05-28
Filing date: 1986-05-26
Publication date: 1986-12-12
Also published as: GB8606785D0; GB2175701B; GB8513373D0; GB2175701A

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パワーセンサに関し、特に、応用マイクロ波信
号のパワーを測定するセンサに関するものである。マイ
クロ波周波数でのパワーは、そのパワーを吸収する負荷
の温度の上昇を測定することで決定されるので、熱電対
を負荷として組み込んでいるパワー吸収素子を用いるこ
とが提案されている。半導体装置として実現されると、
パワー吸収素子は半導体熱電素子と呼ばれる。

従来の技術出力信号と印加パワーとの関係は非線形であり、そして
既知のパワーレベルを加えて結果として生じる出力信号
に注目してパワーセンサに何らかの校正を施すことが必
要である。その出力信号値は、所定のパワー及び周波数
値の範囲内であることが望ましい。校正が一度完了する
と、出力信号を所定の値にあるか又は訂正係数を用いる
かするためにそのセンサに基準パワーレベルをさらに付
与する。この手順は一般的に必要であって、その後一連
の測定を行なってパワーセンサの動作特性におけるドリ
フトに対処する。パワーセンサの動作を導波管伝送技術
が必要とする高周波にまで拡大することが望ましいので
、十分正確であって安定な値を有する適切な基準パワー
レベルを与えるときに遭遇する困難性が制限的要素とな
っている。

発明の要約本発明の目的はパワーセンサを改良して提供することで
ある。

本発明の第１の特徴としては、パワーセンサが導波管部
と、与えられたマイクロ波パワーを吸収するように導波
管部内に付り付けられたパワー素子と、サブマイクロ波
周波数の基準パワー信号を伝送線を介してパワー素子に
与えるための手段とを備えていることである。

本発明の第２の特徴としては、パワーセンサが導波管部
と、与えられたマイクロ波パワーを吸収するような導波
管部内のパワー素子と、入力マイクロ波に結合するよう
にパワー素子が取り付けられたひれ線構造体と、サブマ
イクロ波周波数の基準パワー信号を伝送線を介してパワ
ー素子に与えるための手段とを備えていることである。

感知されるマイクロ波パワーは、マイクロ波帯域、一般
的には、１０ＧＨｚから１００ＧＨｚ（この数値は例示
である）の帯域内であるが、基準信号の周波数は導波管
伝送技術の可能でないずっと低いものである。例えば、
基準信号の周波数は５０ＭＨｚのす−ダでありて、その
周波数では正確なパワーレベルが相当簡単な信号源から
容易に且つ不変に得られる。さらに、同軸ケーブルのよ
うな伝送線を介してパワー素子に伝送される。逆に言え
ば、必要な程度の精度及び不変性を満たす特定のパワー
レベルを有するマイクロ波周波数での基準信号を生成す
ることは、難かしく高価なものとなる。従って、本発明
は、マイクロ波を与える入力と完全に異なるパワー入力
を与えて非常に低い基準周波数の使用を可能にすること
である。

パワー素子は、ひれ線構造体上に（又はそのエクステン
ション上に）直接取り付けられている。

そしてパワーセンサの大きさは、ひれ線構造体自体の縦
方向のギャップと匹敵するのが望ましい。

インピーダンスが整合されているならば、この結果ひれ
線構造体からパワー素子へパワーが効果的に結合される
。

基準信号とマイクロ波パワーとの周波数差が大きいため
に測定を正確に行うときに重大な困難性が生じず、パワ
ー素子に適切に結合され且つ非常に正確に知られている
不変な基準信号の使用が可能であることがもっと重要で
あるという事が知られている。

本発明を添付図面を参照して実施について説明する。

実施例第１図にはパワーセンサの動作モードを理解するのに必
要なそのセンサの構成要素のみが示されている。入力ポ
ート２の付いている直交チャンネルを有する導波管１が
与えられている。その入力ポート２において４０ＧＨｚ
までの周波数の入力マイクロ波エネルギが受けとられる
。マイクロ波エネルギは、ひれ線構造体３を介して小パ
ワー素子４に供給される。このひれ線構造体３は、絶縁
誘電体基板７上に存在する一対の導体５．６から成って
いて、この絶縁誘電体基板７は、導波管チャンネルのＥ
一平面に適合するようにされている。

この場合、２つの導体５．６は、ともに薄い誘電体基板
７と同じ表面上に取り付けられていて、この誘電体基板
７には４分の１波長トランジシツン８が与えられている
。これらの導体５．６は、基板７の表面に共に接触する
ように配置されることもある。ひれ線構造体３は、与え
られた導波管モードエネルギーをひれ線モードに変換す
るように動作して、エネルギーがパワー素子４に効率的
に供給される。このパワー素子４は、２つの導体５．６
間の狭いギャップと同じ大きさのオーダである。

これらの導体には湾曲端が設けられていて導波管モード
から滑らかなトランジションを与えている。

この場合の湾曲部は５ｉｎｔの形状になっている。

パワー素子４は、共通の半導体基板上に取り付けられた
２つの素子から構成されている。これらの素子にはそれ
ぞれ入力マイクロ波エネルギーを熱に交換する抵抗が１
つ含まれている。抵抗は、それぞれ一般的には窒化タン
タルから成っていて、二酸化シリコンから成る介在層に
よって半導体から絶縁されている。半導体素子には熱接
点及び冷接点が備けられていて、これらの接点間には電
位差が生じる。ひれ線構造体３及び導通領域１１が与え
る電気接続によって、２つの電位差が効果的に直列にな
っていて加算される。領域１１は、誘電体基板上に取り
付けた平面状の導体で構成されていて伝送線を成してい
る。ひれ線構造体３の導体６は、点９でアースされてい
て、発生電圧が出力信号として点１０から得られる。イ
ンピーダンス整合を行うために、抵抗とその抵抗に直列
なシリコンの全抵抗は１００オームである。このように
直列の場合には２００オームの負荷を示し、並列の場合
には５０オームである。入力マイクロ波のパワーは直列
に素子に与えられ、その結果ひれ線のインピーダンスは
２００オームで整合している。このとき、ひれ線に沿っ
てかなり広い縦方向のギャップが与えられる。

点１０での出力電圧レベルは、ある一定の周波数に対し
て入力ポート２に与えられるパワーレベルを一義的に示
す。しかし、真のレベルを決定するために、パワー素子
４を正確に校正しなければならず、これはパワーセンサ
を製造するときに行なわれる。パワー素子の性質が寿命
で劣化したり又はドリフトしたときに校正上の特性を後
日使用できるようにするために、基準信号を与えて出力
信号が校正値とどの程度具なるかを注目することが必要
である。このようにするために、ずっと低い周波数、一
般的には５０ＭＨｚオーダの既知の正確な基準信号を５
０オームの同軸線を介して同軸線入力ボート１２に与え
て、その−ボート１２から両方の素子に与える。非常に
正確で既知のレベルのパワーを同軸ボート１２を介して
パワー素子４に確実に与えることによって、他のパワー
レベルに対する電圧差に関する応答が校正上の特性を基
準として決定される。パワー素子４はＲＭＳモードで動
作していて抵抗で吸収される熱に応答することによって
絶対的なパワーを測定するので、広範囲の周波数差の効
果が無視されることが知られている。この技術によって
試験中の信号と同じオーダのマイクロ波周波数の基準信
号を与える必要性が完全になくなる。パワーレベル値が
正確に知られていて、且つ、一定に維持されている５０
ＭＨｚオーダの周波数における基準周波数を与えること
が比較的簡単であって経済的である。その後センサは、
マイクロ波を正確に測定するために用いられる。

測定されるマイクロ波周波数が高くなればなるほど、パ
ワー素子の大きさをより小さくするのが望ましい。第２
図にはひれ線構造体が変更された別の構成が示されてい
る。この場合、絶縁基板２０上に存在しているように、
ひれ線構造体２３は２つの導体２５．２６から成ってい
る。これらの導体は、相当長く次第に先が細なっていき
極小ノハワー素子２４に接続されている。パワー素子２
４は、半導体２５．２６のインピーダンス整合エクステ
ンション２７．２８の先端に取り付けられている。エク
ステンション２７．２８は別として、構造は本質的に第
１図の場合と同じであるが、低周波基準信号が導体２９
を介して与えられる。

本発明の代表的な構造を第３図に示す。この図には第１
図に使用されている参照番号が用いられている。第３図
に示される構造は、導波管１の一部分及び導波管チャン
ネル２の半分である。導波管チャンネルの半分の上に存
在するのは２つの導体５．６を有する薄い絶縁性誘電体
基板７である。

この導体５．６は、マイクロ波入力ポートに隣接する領
域の湾曲部がｓｉｎ”の先細の輪郭を有するように形作
られている。この２つの導体は、導波管の中実軸に沿っ
て縦方向に伸びる狭いギャップで分離されている。導体
５．６及び基板７によってひれ線構造体が構成され、こ
の構造体は２００オームの特性インピーダンスを有して
いる。パワー素子４は、２つの導体５．６及び導体１１
を電気的に橋渡しするように取付けられている。さらに
導体１１は、ＤＣブロックコンデンサ３１を介して同軸
コネクタ１２に接続されている。成端９はアースされて
いて、出力信号は、５０ＭＨｚ信号に関する限り、成端
１０を導波管に結合させているコンデンサ３２によって
デカップリングされている成端１０から得られる。６個
のだぼは導波管から突起していて、ひれ線構造体及び導
波管の他の半分（図示せず）と非常に正確に一直線を形
成できるようになっている。パワー素子自体は、特許出
願第８４２６９１５号に記載されている技術によって製
造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はパワーセンサの一部を示した図、第２図は高周
波用のパワーセンサを示した図、第３図はパワーセンサ
の構造を示す透視図である。１・・・導波管、２・・・入力ポート、３・・・ひれ線
構造体、４・・・パワー素子、５．６・・・導体、７・
・・絶縁誘電体基板、８・・・４分の１波長トランジシ
ヨン、９．１０・・・点、１１・・・導通領域、１２・
・・同軸ボート、２７．２８・・・インピーダンス整合
エクステンション。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導波管部と、与えられたマイクロ波パワーを吸収
するように前記導波管部内に取り付けられたパワー素子
と、サブマイクロ波周波数の基準パワー信号を伝送線を
介して前記パワー素子に与えるための手段とを備えるこ
とを特徴とするパワーセンサ。
（２）導波管部と、与えられたマイクロ波パワーを吸収
するような前記導波管部内のパワー素子と、入力マイク
ロ波パワーに結合するようにパワー素子が取り付けられ
たひれ線構造体と、サブマイクロ波周波数の基準パワー
信号を伝送線を介して前記パワー素子に与えるための手
段とを備えることを特徴とするパワーセンサ。
（３）前記伝送線が誘電体基板上にある平面な導体を有
する特許請求の範囲第（２）項のセンサ。
（４）前記伝送線の特性インピーダンスがマイクロ波パ
ワーを前記パワー素子に結合するひれ線構造体の部分の
特性インピーダンスよりも小さい特許請求の範囲第（２
）項又は第（３）項記載のセンサ。
（５）前記伝送線がひれ線構造体の側でパワーセンサの
反対側に位置している特許請求の範囲第（２）項、（３
）項又は（４）項記載のセンサ。
（６）同軸ケーブルが前記導体に接続されていて前記基
準パワー信号を前記センサに供給する特許請求の範囲第
（３）項、（４）項又は第（５）項記載のセンサ。
（７）ＤＣデカップリングコンデンサが前記同軸線と前
記パワー素子との間で接続されている特許請求の範囲第
（６）項記載のセンサ。
（８）前記ひれ線構造体が前記導波管に沿って中央に延
びている狭いギャップに分離されている一対の導体を備
える誘電体基板から成る特許請求の範囲第（２）項から
第（７）項までのいずれかに記載のセンサ。
（９）前記パワー素子が入力マイクロ波エネルギからの
熱を吸収する抵抗及び前記抵抗の温度に関連する信号を
発生させる手段を備える特許請求の範囲第（２）項から
（８）項までのいずれかに記載のセンサ。
（１０）前記パワー素子が半導体熱電素子から成る特許
請求の範囲第（４）項記載のセンサ。
（１１）前記パワー素子が２つの熱電素子から成り、前
記熱電素子のそれぞれの熱起電力が加算されるような特
許請求の範囲第（５）項記載のセンサ。
（１２）前記２つの熱電素子が前記マイクロ波パワーを
受信するように直列に効果的に接続されていて、且つ、
前記基準パワー信号を受信するように並列に接続されて
いる特許請求の範囲第（１１）項記載のセンサ。
（１３）前記パワー素子が共通の半導体基板上に取り付
けられた２つの熱電素子から成っていて、前記基準パワ
ー信号が直列接続の中点に与えられている特許請求の範
囲第（１２）項記載のセンサ。