JP2000310657A - 電力センサ及び電力センサ回路網 - Google Patents
電力センサ及び電力センサ回路網Info
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- G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
- G01R21/10—Arrangements for measuring electric power or power factor by using square-law characteristics of circuit elements, e.g. diodes, to measure power absorbed by loads of known impedance
- G01R21/12—Arrangements for measuring electric power or power factor by using square-law characteristics of circuit elements, e.g. diodes, to measure power absorbed by loads of known impedance in circuits having distributed constants
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ピーク対平均電力比の高い信号の測定正確度が
高い電力測定装置を提供する。 【解決手段】入力ＲＦ信号を受信するための入力手段
（１２）には、第１の積重ダイオード手段（１８）を含
む、比較的低電力の入力ＲＦ信号を検知するための低電
力センサ経路（１４）が設けられる。さらに入力手段と
アースの間には直列に接続された減衰抵抗器Ｒ１及びＲ
２を含むインピーダンス回路網（２０）が設けられる。
第２の積重ダイオード手段（２４）を含み、減衰抵抗器
Ｒ１及びＲ２とアースの間に接続されて、減衰した比較
的高電力の入力ＲＦ信号を検知するための高電力センサ
経路（２２）がさらに設けられる。第１、第２の積重ダ
イオード手段のセンサ・ダイオードは二乗則領域内で動
作する。
高い電力測定装置を提供する。 【解決手段】入力ＲＦ信号を受信するための入力手段
（１２）には、第１の積重ダイオード手段（１８）を含
む、比較的低電力の入力ＲＦ信号を検知するための低電
力センサ経路（１４）が設けられる。さらに入力手段と
アースの間には直列に接続された減衰抵抗器Ｒ１及びＲ
２を含むインピーダンス回路網（２０）が設けられる。
第２の積重ダイオード手段（２４）を含み、減衰抵抗器
Ｒ１及びＲ２とアースの間に接続されて、減衰した比較
的高電力の入力ＲＦ信号を検知するための高電力センサ
経路（２２）がさらに設けられる。第１、第２の積重ダ
イオード手段のセンサ・ダイオードは二乗則領域内で動
作する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電力測定装置に関する
ものであり、とりわけ、広いダイナミック・レンジにわ
たってピーク対平均比の高い信号のマイクロ波電力レベ
ル測定装置に関するものである。
ものであり、とりわけ、広いダイナミック・レンジにわ
たってピーク対平均比の高い信号のマイクロ波電力レベ
ル測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＣＤＭＡ信号などの、多くの変調フォー
マットで変調されたマイクロ波信号は、極めて広いダイ
ナミック・レンジにわたって、ピーク対平均比が高くか
つ種々に変動する。これらの信号は、広いダイナミック
・レンジで正確かつ高速に電力レベル測定を行なおうと
するとき困難な問題をもたらす。
マットで変調されたマイクロ波信号は、極めて広いダイ
ナミック・レンジにわたって、ピーク対平均比が高くか
つ種々に変動する。これらの信号は、広いダイナミック
・レンジで正確かつ高速に電力レベル測定を行なおうと
するとき困難な問題をもたらす。
【０００３】電力検知経路を「二乗則」領域にする（米
国特許第４，９４３，７６４号を参照されたい）、また
は、電力センサの性能を向上させる（米国特許第５，２
０４，６１３号を参照されたい）など、いくつかの方法
にが知られている。しかし、ピーク対平均比の高い被変
調信号の測定について得られる正確度は、満足のゆくも
のではない。
国特許第４，９４３，７６４号を参照されたい）、また
は、電力センサの性能を向上させる（米国特許第５，２
０４，６１３号を参照されたい）など、いくつかの方法
にが知られている。しかし、ピーク対平均比の高い被変
調信号の測定について得られる正確度は、満足のゆくも
のではない。
【０００４】ピーク対平均比の高い変調に関するダイナ
ミック・レンジの広いマイクロ波電力測定を正確に実施
するもう１つの技法では、例えば、−７０ｄＢｍ〜＋２
０ｄＢｍといった、関心のある電力レンジにわたる所定
の種類の変調に関して連続波（ＣＷ）センサの特性付け
が必要とされる。この技法には、測定される変調が、も
ともと、そのセンサの特性付けで対象となった変調形式
にかなり似ている場合しか正確ではないという欠点があ
る。ＣＤＭＡのような商用フォーマットは急速に変化し
ているので、ある形式の変調について特性付けされたセ
ンサは、旧式化の恐れがある。
ミック・レンジの広いマイクロ波電力測定を正確に実施
するもう１つの技法では、例えば、−７０ｄＢｍ〜＋２
０ｄＢｍといった、関心のある電力レンジにわたる所定
の種類の変調に関して連続波（ＣＷ）センサの特性付け
が必要とされる。この技法には、測定される変調が、も
ともと、そのセンサの特性付けで対象となった変調形式
にかなり似ている場合しか正確ではないという欠点があ
る。ＣＤＭＡのような商用フォーマットは急速に変化し
ているので、ある形式の変調について特性付けされたセ
ンサは、旧式化の恐れがある。
【０００５】現在知られている方法は、正確さまたは用
途の観点から、完全に満足のゆくものではない。
途の観点から、完全に満足のゆくものではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ピー
ク対平均電力比の高い信号の測定正確度が−２０ｄＢを
超えるように改善された、９０ｄＢのダイナミック・レ
ンジ（約−７０ｄＢｍ〜約＋２０ｄＢｍ）にわたって信
号測定を行う電力測定装置を提供することにある。
ク対平均電力比の高い信号の測定正確度が−２０ｄＢを
超えるように改善された、９０ｄＢのダイナミック・レ
ンジ（約−７０ｄＢｍ〜約＋２０ｄＢｍ）にわたって信
号測定を行う電力測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ピーク
対平均電力比の高い信号の測定正確度−２０ｄＢｍを超
えるように改善された、広いダイナミック・レンジにわ
たって信号測定を行う電力測定装置が得られる。
対平均電力比の高い信号の測定正確度−２０ｄＢｍを超
えるように改善された、広いダイナミック・レンジにわ
たって信号測定を行う電力測定装置が得られる。
【０００８】本発明によれば、ダイナミック電力レンジ
の広いＲＦ信号受信機、該受信機とアースの間に接続さ
れて、比較的低電力の入力ＲＦ信号を検知するための低
電力センサ経路を含む、積重ダイオード・マイクロ波電
力センサが得られる。低電力センサ経路には、それぞれ
のコンデンサを介して、いくつかのダイオード対をアー
スに結合することが可能な、１つあるいは複数の積重ダ
イオードが含まれている。減衰抵抗器Ｒ１及びＲ２を含
むインピーダンス回路網が、受信機とアースの間に直列
に接続されている。高電力センサ経路が、減衰した比較
的高電力の入力ＲＦ信号を検知するため、減衰抵抗器Ｒ
１及びＲ２とアースの間に並列に接続されている。高電
力センサ経路には、第２の数の積重ダイオード対が、そ
れぞれのコンデンサを介してアースに結合され、前記第
１、第２の積重ダイオード対を構成するセンサ・ダイオ
ード（単にダイオードともいう）が、二乗則領域内で動
作して、受信ＲＦ信号の広いダイナミック・レンジにわ
たって電力レベルを検知する、第２の積重ダイオードが
含まれている。
の広いＲＦ信号受信機、該受信機とアースの間に接続さ
れて、比較的低電力の入力ＲＦ信号を検知するための低
電力センサ経路を含む、積重ダイオード・マイクロ波電
力センサが得られる。低電力センサ経路には、それぞれ
のコンデンサを介して、いくつかのダイオード対をアー
スに結合することが可能な、１つあるいは複数の積重ダ
イオードが含まれている。減衰抵抗器Ｒ１及びＲ２を含
むインピーダンス回路網が、受信機とアースの間に直列
に接続されている。高電力センサ経路が、減衰した比較
的高電力の入力ＲＦ信号を検知するため、減衰抵抗器Ｒ
１及びＲ２とアースの間に並列に接続されている。高電
力センサ経路には、第２の数の積重ダイオード対が、そ
れぞれのコンデンサを介してアースに結合され、前記第
１、第２の積重ダイオード対を構成するセンサ・ダイオ
ード（単にダイオードともいう）が、二乗則領域内で動
作して、受信ＲＦ信号の広いダイナミック・レンジにわ
たって電力レベルを検知する、第２の積重ダイオードが
含まれている。
【０００９】本発明によれば、さらに、積重ダイオード
・マイクロ波電力センサ回路網が得られる。該回路網に
は、ダイナミック電力レンジの広いＲＦ信号受信機と、
それぞれのコンデンサを介してアースに結合された第１
の数のダイオード対を備える、単一とすることも、ある
いは、積重ねることも可能な、第１の積重ダイオードを
含む低電力センサ経路が含まれている。該回路網には、
レベルの異なる減衰した比較的高電力の入力ＲＦ信号を
検知するため、いくつかの減衰抵抗器Ｒ１、Ｒ
２、．．．ＲＮとアースを備えたインピーダンス回路網
も含まれている。高電力センサ経路には、それぞれ、そ
れぞれのコンデンサを介してアースに結合された任意の
数のダイオード対を備え、前記第１、第２の積重ダイオ
ード対を構成するダイオードが、二乗則領域内で動作し
て、受信ＲＦ信号の広いダイナミック・レンジにわたっ
て電力レベルを検知する。
・マイクロ波電力センサ回路網が得られる。該回路網に
は、ダイナミック電力レンジの広いＲＦ信号受信機と、
それぞれのコンデンサを介してアースに結合された第１
の数のダイオード対を備える、単一とすることも、ある
いは、積重ねることも可能な、第１の積重ダイオードを
含む低電力センサ経路が含まれている。該回路網には、
レベルの異なる減衰した比較的高電力の入力ＲＦ信号を
検知するため、いくつかの減衰抵抗器Ｒ１、Ｒ
２、．．．ＲＮとアースを備えたインピーダンス回路網
も含まれている。高電力センサ経路には、それぞれ、そ
れぞれのコンデンサを介してアースに結合された任意の
数のダイオード対を備え、前記第１、第２の積重ダイオ
ード対を構成するダイオードが、二乗則領域内で動作し
て、受信ＲＦ信号の広いダイナミック・レンジにわたっ
て電力レベルを検知する。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、その例が添付の図面に示さ
れている、本発明の望ましい実施例について詳細に言及
することにする。本発明の説明は、望ましい実施例に関
連して行われるが、もちろん、本発明をその実施例に制
限することを意図したものではない。それどころか、本
発明は、付属の請求項によって規定される本発明の精神
及び範囲内に含まれる可能性のある代替態様、修正態
様、及び、同等物を包含することを意図したものであ
る。
れている、本発明の望ましい実施例について詳細に言及
することにする。本発明の説明は、望ましい実施例に関
連して行われるが、もちろん、本発明をその実施例に制
限することを意図したものではない。それどころか、本
発明は、付属の請求項によって規定される本発明の精神
及び範囲内に含まれる可能性のある代替態様、修正態
様、及び、同等物を包含することを意図したものであ
る。
【００１１】本発明によれば、センサ・ダイオードに対
する信号を該ダイオードの「二乗則」領域に保つよう
に、積重ダイオード−減衰器−積重ダイオード構成を含
む電力センサが得られる。
する信号を該ダイオードの「二乗則」領域に保つよう
に、積重ダイオード−減衰器−積重ダイオード構成を含
む電力センサが得られる。
【００１２】図１には、ダイナミック電力レンジの広い
入力ＲＦ信号を受信するための入力手段１２；第１の数
のダイオード対が、それぞれのコンデンサを介してアー
スに結合された、第１の積重ダイオード手段１８を含
む、入力手段１２とアースの間に接続されて、比較的低
電力の入力ＲＦ信号を検知するための低電力センサ経路
１４；入力手段１２とアースの間に直列に接続された減
衰抵抗器Ｒ１及びＲ２を含むインピーダンス回路網２
０；及び第２の数のダイオード対が、それぞれのコンデ
ンサを介してアースに結合された、第２の積重ダイオー
ド手段２４を含む、減衰抵抗器Ｒ１及びＲ２とアースの
間に接続されて、減衰した比較的高電力の入力ＲＦ信号
を検知するための高電力センサ経路２２；が含まれてお
り、センサ・ダイオードが、二乗則領域内で動作し、受
信ＲＦ信号の広いダイナミック・レンジにわたって電力
レベルを検知するようになっている、積重ダイオード・
マイクロ波電力センサ１０が示されている。
入力ＲＦ信号を受信するための入力手段１２；第１の数
のダイオード対が、それぞれのコンデンサを介してアー
スに結合された、第１の積重ダイオード手段１８を含
む、入力手段１２とアースの間に接続されて、比較的低
電力の入力ＲＦ信号を検知するための低電力センサ経路
１４；入力手段１２とアースの間に直列に接続された減
衰抵抗器Ｒ１及びＲ２を含むインピーダンス回路網２
０；及び第２の数のダイオード対が、それぞれのコンデ
ンサを介してアースに結合された、第２の積重ダイオー
ド手段２４を含む、減衰抵抗器Ｒ１及びＲ２とアースの
間に接続されて、減衰した比較的高電力の入力ＲＦ信号
を検知するための高電力センサ経路２２；が含まれてお
り、センサ・ダイオードが、二乗則領域内で動作し、受
信ＲＦ信号の広いダイナミック・レンジにわたって電力
レベルを検知するようになっている、積重ダイオード・
マイクロ波電力センサ１０が示されている。
【００１３】図１を参照することによって明らかになる
ように、本発明の構成には、抵抗器Ｒ１及びＲ２の直列
結合と並列をなす、積重センサ・ダイオードの逆並列対
が含まれている。５０オームのインピーダンスが、マイ
クロ波周波数における最も一般的な伝送ライン・インピ
ーダンスであるため、低電力経路積重ダイオードのビデ
オ抵抗と並列をなすＲ１及びＲ２の抵抗は、入力信号に
関して低反射終端が得られるように、一般に、５０オー
ムに設定される。
ように、本発明の構成には、抵抗器Ｒ１及びＲ２の直列
結合と並列をなす、積重センサ・ダイオードの逆並列対
が含まれている。５０オームのインピーダンスが、マイ
クロ波周波数における最も一般的な伝送ライン・インピ
ーダンスであるため、低電力経路積重ダイオードのビデ
オ抵抗と並列をなすＲ１及びＲ２の抵抗は、入力信号に
関して低反射終端が得られるように、一般に、５０オー
ムに設定される。
【００１４】より一般的には、追加インピーダンス整合
素子は、ＲＦ入力において５０オームにほぼ整合するよ
うに、ダイオードのビデオ抵抗、並びに、Ｒ１及びＲ２
の和と並列に利用することが可能である。低電力経路積
重ダイオードの数は、１（標準的な逆並列対構成）〜Ｎ
の範囲に及ぶ可能性があり、Ｎが多くなると、低レベル
信号に対する感度が低下するが、低電力経路に関する
「二乗則」動作領域のダイナミック・レンジが大きくな
る。図示されていないが、単一ダイオードを備えた低電
力経路は、本明細書に教示される、本発明内に含まれる
構成であるとみなされる。
素子は、ＲＦ入力において５０オームにほぼ整合するよ
うに、ダイオードのビデオ抵抗、並びに、Ｒ１及びＲ２
の和と並列に利用することが可能である。低電力経路積
重ダイオードの数は、１（標準的な逆並列対構成）〜Ｎ
の範囲に及ぶ可能性があり、Ｎが多くなると、低レベル
信号に対する感度が低下するが、低電力経路に関する
「二乗則」動作領域のダイナミック・レンジが大きくな
る。図示されていないが、単一ダイオードを備えた低電
力経路は、本明細書に教示される、本発明内に含まれる
構成であるとみなされる。
【００１５】高電力センサ経路では、そのＲＦ電圧が、
Ｒ１及びＲ２の直列組み合わせの両端におけるもとのＲ
Ｆ信号の電圧のＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）倍に比例する信号
を検知する。高電力センサにおける積重ダイオードから
の電圧は、ダイオードがその二乗則領域内にある場合、
その両端におけるＲＦ電圧（ＲＦ電力）の二乗に比例す
るので、高電力経路のＤＣ出力は、ＲＦ電力のＲ２／
（Ｒ１＋Ｒ２）倍に比例することになる。
Ｒ１及びＲ２の直列組み合わせの両端におけるもとのＲ
Ｆ信号の電圧のＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）倍に比例する信号
を検知する。高電力センサにおける積重ダイオードから
の電圧は、ダイオードがその二乗則領域内にある場合、
その両端におけるＲＦ電圧（ＲＦ電力）の二乗に比例す
るので、高電力経路のＤＣ出力は、ＲＦ電力のＲ２／
（Ｒ１＋Ｒ２）倍に比例することになる。
【００１６】例えば、Ｒ２に２．５オーム及びＲ１に４
７．５オームの値を利用すると、Ｒ２の両端に、５０オ
ームの負荷の両端におけるＲＦ電力から．００２５の
（２６ｄＢ低い）ＲＦ電力が生じる。従って、積重ダイ
オードは、５０オームの負荷全体の両端におけるＲＦ電
力をモニタした、同じ積重ダイオードについて示された
ものの．００２５の信号を出力する。
７．５オームの値を利用すると、Ｒ２の両端に、５０オ
ームの負荷の両端におけるＲＦ電力から．００２５の
（２６ｄＢ低い）ＲＦ電力が生じる。従って、積重ダイ
オードは、５０オームの負荷全体の両端におけるＲＦ電
力をモニタした、同じ積重ダイオードについて示された
ものの．００２５の信号を出力する。
【００１７】積重ダイオードは、Ｎダイオード長とする
ことが可能である。ここで、Ｎは１以上の正数である。
Ｎが大きくなると、高電力経路の「二乗則」動作領域が
拡大されるが、電力感度は劣化する。高電力経路に１を
超えるＮの値を備えた積重ダイオードを利用することに
よって、２つの主たる利点が得られる。利点の１つは、
高電力経路の「二乗則」領域によって、ダイナミック・
レンジが拡大されることである。単純な解析の示すとこ
ろではあるが、逆並列ダイオード対の低電力経路の「二
乗則」ダイナミック・レンジ（約−７０ｄＢｍ〜−２０
ｄＢｍ）を取り上げると、逆並列対の前に４０ｄＢの減
衰を追加して、二乗則領域の電力が４０ｄＢ高い（−３
０ｄＢｍ〜＋２０ｄＢｍ）高電力経路を形成することに
よって、９０ｄＢ（−７０〜＋２０ｄＢｍ）全域にわた
って「二乗則」領域にとどまる有効なセンサが得られる
ことになる。しかし、この手法には、高電力経路の低電
力部分で多量のノイズを含むという問題がある。このた
め、−２０ｄＢｍ〜−１０ｄＢｍのダイナミック・レン
ジにおいて、測定を低速化して平均数を増すことが必要
になるが、この結果、高速データ収集の処理能力が低下
する。
ことが可能である。ここで、Ｎは１以上の正数である。
Ｎが大きくなると、高電力経路の「二乗則」動作領域が
拡大されるが、電力感度は劣化する。高電力経路に１を
超えるＮの値を備えた積重ダイオードを利用することに
よって、２つの主たる利点が得られる。利点の１つは、
高電力経路の「二乗則」領域によって、ダイナミック・
レンジが拡大されることである。単純な解析の示すとこ
ろではあるが、逆並列ダイオード対の低電力経路の「二
乗則」ダイナミック・レンジ（約−７０ｄＢｍ〜−２０
ｄＢｍ）を取り上げると、逆並列対の前に４０ｄＢの減
衰を追加して、二乗則領域の電力が４０ｄＢ高い（−３
０ｄＢｍ〜＋２０ｄＢｍ）高電力経路を形成することに
よって、９０ｄＢ（−７０〜＋２０ｄＢｍ）全域にわた
って「二乗則」領域にとどまる有効なセンサが得られる
ことになる。しかし、この手法には、高電力経路の低電
力部分で多量のノイズを含むという問題がある。このた
め、−２０ｄＢｍ〜−１０ｄＢｍのダイナミック・レン
ジにおいて、測定を低速化して平均数を増すことが必要
になるが、この結果、高速データ収集の処理能力が低下
する。
【００１８】第２の利点は、高電力経路の「二乗則」動
作領域が高電力側へ移動するので、必然的に、Ｒ１、Ｒ
２で形成する抵抗分割器で必要なＲＦ信号の減衰が少な
くなるということである。高周波数で広帯域幅にわたっ
て高い減衰値（３０、４０、及び、５０ｄＢ）を正確に
保つのは困難であるため、必要な抵抗減衰値が低下する
のは有利である。特殊補償技法を用いて、抵抗減衰が３
０ｄＢ未満の場合でも、周波数特性が平坦なセンサを得
ることが可能である。図５には、積重ダイオードを用い
た低電力経路における「二乗則」動作範囲の拡大例が、
示されている。横軸は入力電力レベルで、縦軸は測定値
の入力電力レベルに対する比率を入力電力レベルが−３
６ｄＢｍのとき１．０となるように正規化した規格化線
形性誤差である。２個積重ダイオードによる２個積重ダ
イオード逆並列対に関する線形性誤差の測定値が実線
で、標準的な１ダイオード逆並列対に関する測定値は点
線で示され、両者が相互比較されている。２個積重ダイ
オード逆並列対に関する線形性は、標準的な１ダイオー
ド逆並列対よりも高レベルにおいてはるかに優れてい
る。高電力経路に用いられる積重ダイオード逆並列対に
よっても、同様の結果が得られる。
作領域が高電力側へ移動するので、必然的に、Ｒ１、Ｒ
２で形成する抵抗分割器で必要なＲＦ信号の減衰が少な
くなるということである。高周波数で広帯域幅にわたっ
て高い減衰値（３０、４０、及び、５０ｄＢ）を正確に
保つのは困難であるため、必要な抵抗減衰値が低下する
のは有利である。特殊補償技法を用いて、抵抗減衰が３
０ｄＢ未満の場合でも、周波数特性が平坦なセンサを得
ることが可能である。図５には、積重ダイオードを用い
た低電力経路における「二乗則」動作範囲の拡大例が、
示されている。横軸は入力電力レベルで、縦軸は測定値
の入力電力レベルに対する比率を入力電力レベルが−３
６ｄＢｍのとき１．０となるように正規化した規格化線
形性誤差である。２個積重ダイオードによる２個積重ダ
イオード逆並列対に関する線形性誤差の測定値が実線
で、標準的な１ダイオード逆並列対に関する測定値は点
線で示され、両者が相互比較されている。２個積重ダイ
オード逆並列対に関する線形性は、標準的な１ダイオー
ド逆並列対よりも高レベルにおいてはるかに優れてい
る。高電力経路に用いられる積重ダイオード逆並列対に
よっても、同様の結果が得られる。
【００１９】図２には、第２の実施例３０が示されてい
るが、実施例３０では、低電力経路を使用せず、高電力
経路で測定を行っている場合、ＤＣ電圧を低電力経路ダ
イオード出力に印加して、それらに逆バイアスをかける
ことができるように、低電力経路ダイオード出力に接続
されたスイッチ１５が含まれている。低電力経路が使用
されておらず、高電力ＲＦ信号が測定されている場合
に、低電力経路ダイオードに逆バイアスをかけることに
よって、低電力経路ダイオードのインピーダンスは、高
く且つ一定になり、これらのダイオードによって生じる
電力制限及び高調波発生の問題が解消される。
るが、実施例３０では、低電力経路を使用せず、高電力
経路で測定を行っている場合、ＤＣ電圧を低電力経路ダ
イオード出力に印加して、それらに逆バイアスをかける
ことができるように、低電力経路ダイオード出力に接続
されたスイッチ１５が含まれている。低電力経路が使用
されておらず、高電力ＲＦ信号が測定されている場合
に、低電力経路ダイオードに逆バイアスをかけることに
よって、低電力経路ダイオードのインピーダンスは、高
く且つ一定になり、これらのダイオードによって生じる
電力制限及び高調波発生の問題が解消される。
【００２０】図３には、本発明によって周波数対してよ
りフラットな較正係数が得られることを例示するための
本発明の第３の実施例４０が示されている。アースと抵
抗器Ｒ２の間には、有限インダクタンスＬが存在する。
Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）のインピーダンス比によって、高
電力経路と低電力経路の間における電圧分割比が設定さ
れる。インピーダンスＺ１はＲ１であり、インピーダン
スＺ２はＲ２＋ｊｗＬである。ただし、ｗは角周波数で
ある。この有限インダクタンスＬによって、抵抗減衰器
による低電力経路と高電力経路の間でのＲＦ信号の減衰
が少なくなり、周波数の上昇につれて、同じレベルの入
力ＲＦ信号に関して高電力経路ダイオードから出力され
る電圧が着実に高くなる（周波数に対して較正係数が増
大する）。周波数に対するこの較正係数の増大を最小限
に抑えるため、補償方式を導入して、抵抗器Ｒ２の両端
に生じる電圧を低下させることが可能である。抵抗器Ｒ
２と並列をなすコンデンサＣを設ける方法は、周波数を
変化させたときインピーダンス比Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）
をほぼ一定に保つ技法の１つである。適正なＣ値を選択
することによって、電圧がインダクタＬの両端で上昇す
ると、Ｒ２とＣの並列結合の両端において、同じ量だけ
電圧を低下させることが可能になる。
りフラットな較正係数が得られることを例示するための
本発明の第３の実施例４０が示されている。アースと抵
抗器Ｒ２の間には、有限インダクタンスＬが存在する。
Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）のインピーダンス比によって、高
電力経路と低電力経路の間における電圧分割比が設定さ
れる。インピーダンスＺ１はＲ１であり、インピーダン
スＺ２はＲ２＋ｊｗＬである。ただし、ｗは角周波数で
ある。この有限インダクタンスＬによって、抵抗減衰器
による低電力経路と高電力経路の間でのＲＦ信号の減衰
が少なくなり、周波数の上昇につれて、同じレベルの入
力ＲＦ信号に関して高電力経路ダイオードから出力され
る電圧が着実に高くなる（周波数に対して較正係数が増
大する）。周波数に対するこの較正係数の増大を最小限
に抑えるため、補償方式を導入して、抵抗器Ｒ２の両端
に生じる電圧を低下させることが可能である。抵抗器Ｒ
２と並列をなすコンデンサＣを設ける方法は、周波数を
変化させたときインピーダンス比Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）
をほぼ一定に保つ技法の１つである。適正なＣ値を選択
することによって、電圧がインダクタＬの両端で上昇す
ると、Ｒ２とＣの並列結合の両端において、同じ量だけ
電圧を低下させることが可能になる。
【００２１】図４には、各積重における任意の数（１〜
Ｎ）のダイオード、並びに、さまざまな電力レベルにお
ける測定の実施に最適化された任意の数の積重ダイオー
ドを含む積重ダイオード−減衰器−積重ダイオードの一
般概念を表した本発明のもう１つの実施例５０が示され
ている。
Ｎ）のダイオード、並びに、さまざまな電力レベルにお
ける測定の実施に最適化された任意の数の積重ダイオー
ドを含む積重ダイオード−減衰器−積重ダイオードの一
般概念を表した本発明のもう１つの実施例５０が示され
ている。
【００２２】この積重ダイオード・マイクロ波センサ回
路網には、ダイナミック電力レンジの広いＲＦ信号を受
信するための入力手段１２と、それぞれのコンデンサを
介して、第１の数のダイオード対がアースに結合された
第１の積重ダイオード手段１８を含む、入力手段に接続
されて、比較的低電力の入力ＲＦ信号を検知するための
低電力センサ経路１４と、レベルの異なる減衰した比較
的高電力の入力ＲＦ信号を検知するためのいくつかの減
衰抵抗器Ｒ１、Ｒ２、．．．ＲＮとアースを含むインピ
ーダンス回路網が含まれており、その高電力センサ経路
２２、２６が、それぞれ、それぞれのコンデンサを介し
て、アースに結合された任意の数のダイオード対を備え
る第２の積重ダイオード手段を含んでいて、センサ・ダ
イオード手段が、二乗則領域で動作し、受信ＲＦ信号の
広いダイナミック・レンジにわたって電力レベルを検知
する。
路網には、ダイナミック電力レンジの広いＲＦ信号を受
信するための入力手段１２と、それぞれのコンデンサを
介して、第１の数のダイオード対がアースに結合された
第１の積重ダイオード手段１８を含む、入力手段に接続
されて、比較的低電力の入力ＲＦ信号を検知するための
低電力センサ経路１４と、レベルの異なる減衰した比較
的高電力の入力ＲＦ信号を検知するためのいくつかの減
衰抵抗器Ｒ１、Ｒ２、．．．ＲＮとアースを含むインピ
ーダンス回路網が含まれており、その高電力センサ経路
２２、２６が、それぞれ、それぞれのコンデンサを介し
て、アースに結合された任意の数のダイオード対を備え
る第２の積重ダイオード手段を含んでいて、センサ・ダ
イオード手段が、二乗則領域で動作し、受信ＲＦ信号の
広いダイナミック・レンジにわたって電力レベルを検知
する。
【００２３】Ｎの値は、個々のＮ積重ダイオード間にお
いてそれぞれに異なる可能性がある。例えば、高電力ダ
イオード経路は、５積重ダイオードを備えることが可能
であり、一方、低電力ダイオード経路は、１または２積
重ダイオードだけしか備えないものであってもよい。こ
の構成の重要な利点は、異なるダイナミック・レンジに
関する「二乗則」領域の重なりを大きくして、ピーク対
平均比の高い信号に関する測定正確度を高め、なおか
つ、各レンジの低電力部分における良好なノイズ性能を
維持することが可能であるという点である。もう１つの
利点は、２経路センサの場合のように、二乗則領域の同
様の重なりが維持されることであり、さらに、高電力経
路の前に、大幅な減衰を施すことによって、センサの
「二乗則」ダイナミック・レンジ全体が９０ｄＢ以上ま
で拡大されることである。留意すべきは、この説明で
は、クラッタリング特徴が省略されているが、積重ダイ
オード−減衰器−積重ダイオード構成によれば、所望の
場合、抵抗器Ｒ１〜ＲＮの両端における容量補償を利用
して、図３に示すように、周波数に対する較正係数の特
性を改善することが可能になるという点である。
いてそれぞれに異なる可能性がある。例えば、高電力ダ
イオード経路は、５積重ダイオードを備えることが可能
であり、一方、低電力ダイオード経路は、１または２積
重ダイオードだけしか備えないものであってもよい。こ
の構成の重要な利点は、異なるダイナミック・レンジに
関する「二乗則」領域の重なりを大きくして、ピーク対
平均比の高い信号に関する測定正確度を高め、なおか
つ、各レンジの低電力部分における良好なノイズ性能を
維持することが可能であるという点である。もう１つの
利点は、２経路センサの場合のように、二乗則領域の同
様の重なりが維持されることであり、さらに、高電力経
路の前に、大幅な減衰を施すことによって、センサの
「二乗則」ダイナミック・レンジ全体が９０ｄＢ以上ま
で拡大されることである。留意すべきは、この説明で
は、クラッタリング特徴が省略されているが、積重ダイ
オード−減衰器−積重ダイオード構成によれば、所望の
場合、抵抗器Ｒ１〜ＲＮの両端における容量補償を利用
して、図３に示すように、周波数に対する較正係数の特
性を改善することが可能になるという点である。
【００２４】本明細書に示された全ての実施例に関する
説明を単純化するため、定在波比（ＳＷＲ）を改善し、
高調波の発生を減少させるために、ＤＣ阻止コンデンサ
（電力センサのＲＦ入力に含まれる場合が多い）、及
び、一般に、ＲＦ入力とダイオード検知素子の間に含ま
れる抵抗減衰器は示されていない。平均的な当該技術者
には明らかなように、これらの特徴は、有用であり、本
明細書に教示の発明は、これらの要素を備えた構成をも
付属の請求の範囲内に含んでいる。以下に本発明の実施
態様を例示する。
説明を単純化するため、定在波比（ＳＷＲ）を改善し、
高調波の発生を減少させるために、ＤＣ阻止コンデンサ
（電力センサのＲＦ入力に含まれる場合が多い）、及
び、一般に、ＲＦ入力とダイオード検知素子の間に含ま
れる抵抗減衰器は示されていない。平均的な当該技術者
には明らかなように、これらの特徴は、有用であり、本
明細書に教示の発明は、これらの要素を備えた構成をも
付属の請求の範囲内に含んでいる。以下に本発明の実施
態様を例示する。
【００２５】（実施態様１）積重ダイオード・マイクロ
波電力センサであって、ダイナミック電力レンジの広い
ＲＦ信号を受信するための入力手段と、それぞれのコン
デンサを介して、第１の数の積重ダイオード逆並列対の
それぞれがアースに結合された第１の積重ダイオード手
段を含む、前記入力手段とアースの間に接続されて、比
較的低電力の入力ＲＦ信号を検知するための低電力セン
サ経路と、前記入力手段とアースの間に直列に接続され
た減衰抵抗器Ｒ１及びＲ２を含むインピーダンス回路網
と、それぞれのコンデンサを介して、第２の数の積重ダ
イオード逆並列対のそれぞれがアースに結合された第２
の積重ダイオード手段を含む、前記減衰抵抗器Ｒ１及び
Ｒ２とアースの間に並列に接続されて、比較的高電力の
入力ＲＦ信号を検知するための高電力センサ経路が含ま
れており、前記第１、第２の積重ダイオード手段が二乗
則領域で動作し、前記受信ＲＦ信号の広いダイナミック
・レンジにわたって電力レベルを検知することを特徴と
する電力センサ。
波電力センサであって、ダイナミック電力レンジの広い
ＲＦ信号を受信するための入力手段と、それぞれのコン
デンサを介して、第１の数の積重ダイオード逆並列対の
それぞれがアースに結合された第１の積重ダイオード手
段を含む、前記入力手段とアースの間に接続されて、比
較的低電力の入力ＲＦ信号を検知するための低電力セン
サ経路と、前記入力手段とアースの間に直列に接続され
た減衰抵抗器Ｒ１及びＲ２を含むインピーダンス回路網
と、それぞれのコンデンサを介して、第２の数の積重ダ
イオード逆並列対のそれぞれがアースに結合された第２
の積重ダイオード手段を含む、前記減衰抵抗器Ｒ１及び
Ｒ２とアースの間に並列に接続されて、比較的高電力の
入力ＲＦ信号を検知するための高電力センサ経路が含ま
れており、前記第１、第２の積重ダイオード手段が二乗
則領域で動作し、前記受信ＲＦ信号の広いダイナミック
・レンジにわたって電力レベルを検知することを特徴と
する電力センサ。
【００２６】（実施態様２）前記高電力センサ経路にお
いて、前記入力ＲＦ信号電圧のＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）倍
に比例した入力ＲＦ信号電圧が検知されることを特徴と
する、実施態様１に記載の電力センサ。
いて、前記入力ＲＦ信号電圧のＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）倍
に比例した入力ＲＦ信号電圧が検知されることを特徴と
する、実施態様１に記載の電力センサ。
【００２７】（実施態様３）前記低電力センサ経路が使
用されず、前記高電力センサ経路が測定に使用されてい
る場合、前記低電力センサ経路の前記第１の数のダイオ
ード対に逆バイアスをかけるため、ＤＣ電圧を前記低電
力センサ経路の出力に印加するため、前記低電力センサ
経路の前記出力に接続されたスイッチ手段が含まれてい
ることを特徴とする実施態様２に記載の電力センサ。
用されず、前記高電力センサ経路が測定に使用されてい
る場合、前記低電力センサ経路の前記第１の数のダイオ
ード対に逆バイアスをかけるため、ＤＣ電圧を前記低電
力センサ経路の出力に印加するため、前記低電力センサ
経路の前記出力に接続されたスイッチ手段が含まれてい
ることを特徴とする実施態様２に記載の電力センサ。
【００２８】（実施態様４）前記抵抗器Ｒ２とアースの
間に並列に接続されたコンデンサと、抵抗器Ｒ２とアー
スの間に直列に接続されたインダクタを備えるインピー
ダンス手段が含まれ、前記インピーダンスが、Ｚ２／
（Ｚ１＋Ｚ２）のインピーダンス比をなすことを特徴と
する実施態様３に記載の電力センサ。
間に並列に接続されたコンデンサと、抵抗器Ｒ２とアー
スの間に直列に接続されたインダクタを備えるインピー
ダンス手段が含まれ、前記インピーダンスが、Ｚ２／
（Ｚ１＋Ｚ２）のインピーダンス比をなすことを特徴と
する実施態様３に記載の電力センサ。
【００２９】（実施態様５）積重ダイオード・マイクロ
波電力センサ回路網であって、ダイナミック電力レンジ
の広いＲＦ信号を受信するための入力手段と、それぞれ
のコンデンサを介して、第１の数の積重ダイオード逆並
列対のそれぞれがアースに結合された第１の積重ダイオ
ード手段を含む、前記入力手段に接続されて、比較的低
電力の入力ＲＦ信号を検知するための低電力センサ経路
と、レベルの異なる減衰した比較的高電力の入力ＲＦ信
号を検知するためのいくつかの減衰抵抗器Ｒ１、Ｒ
２、．．．ＲＮとアースを含むインピーダンス回路網が
含まれており、その高電力センサ経路が、それぞれ、そ
れぞれのコンデンサを介して、アースに結合された任意
の数の積重ダイオード逆並列対のそれぞれを備える第２
の積重ダイオード手段とを備え、前記第１、第２の積重
ダイオード手段が二乗則領域で動作し、前記受信ＲＦ信
号の広いダイナミック・レンジにわたって電力レベルを
検知することを特徴とするマイクロ波電力センサ回路
網。
波電力センサ回路網であって、ダイナミック電力レンジ
の広いＲＦ信号を受信するための入力手段と、それぞれ
のコンデンサを介して、第１の数の積重ダイオード逆並
列対のそれぞれがアースに結合された第１の積重ダイオ
ード手段を含む、前記入力手段に接続されて、比較的低
電力の入力ＲＦ信号を検知するための低電力センサ経路
と、レベルの異なる減衰した比較的高電力の入力ＲＦ信
号を検知するためのいくつかの減衰抵抗器Ｒ１、Ｒ
２、．．．ＲＮとアースを含むインピーダンス回路網が
含まれており、その高電力センサ経路が、それぞれ、そ
れぞれのコンデンサを介して、アースに結合された任意
の数の積重ダイオード逆並列対のそれぞれを備える第２
の積重ダイオード手段とを備え、前記第１、第２の積重
ダイオード手段が二乗則領域で動作し、前記受信ＲＦ信
号の広いダイナミック・レンジにわたって電力レベルを
検知することを特徴とするマイクロ波電力センサ回路
網。
【図１】本発明の積重ダイオード−減衰器−積重ダイオ
ード・テクノロジを組み込んだ、ダイナミック・レンジ
の広いマイクロ波電力センサの実施例の１つを示す図で
ある。
ード・テクノロジを組み込んだ、ダイナミック・レンジ
の広いマイクロ波電力センサの実施例の１つを示す図で
ある。
【図２】本発明の積重ダイオード−減衰器−積重技術を
組み込んだ、マイクロ波電力センサのもう１つの実施例
を示す図である。
組み込んだ、マイクロ波電力センサのもう１つの実施例
を示す図である。
【図３】周波数に対してより平坦な特性を有する較正係
数を得る本発明のもう１つの実施例を示す図である。
数を得る本発明のもう１つの実施例を示す図である。
【図４】本発明の極めて一般化されたもう１つの実施例
を示す図である。
を示す図である。
【図５】本発明の効果を示すためのグラフである。
１０：積重ダイオード・マイクロ波電力センサ １２：入力手段 １４：低電力センサ経路 １５：スイッチ １８：第１の積重ダイオード手段 ２０：インピーダンス回路網 ２２：高電力センサ経路 ２４：第２の積重ダイオード手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 エリック・アール・エーラーズ アメリカ合衆国カリフォルニア州サンタロ ーザ フランシス ロード 1413ストリー ト (72)発明者 ロナルド・ジェー・ホーガン、ジュニア アメリカ合衆国カリフォルニア州サンタロ ーザ ブレイク プレース1711 (72)発明者 アジャイ・エー・プラブー アメリカ合衆国カリフォルニア州ローナー トパーク コープランド クリーク ドラ イブ969
Claims (5)
- 【請求項１】積重ダイオード・マイクロ波電力センサで
あって、 ダイナミック電力レンジの広いＲＦ信号を受信するため
の入力手段と、 それぞれのコンデンサを介して、第１の数の積重ダイオ
ード逆並列対のそれぞれがアースに結合された第１の積
重ダイオード手段を含む、前記入力手段とアースの間に
接続されて、比較的低電力の入力ＲＦ信号を検知するた
めの低電力センサ経路と、 前記入力手段とアースの間に直列に接続された減衰抵抗
器Ｒ１及びＲ２を含むインピーダンス回路網と、 それぞれのコンデンサを介して、第２の数の積重ダイオ
ード逆並列対のそれぞれがアースに結合された第２の積
重ダイオード手段を含む、前記減衰抵抗器Ｒ１及びＲ２
とアースの間に並列に接続されて、比較的高電力の入力
ＲＦ信号を検知するための高電力センサ経路が含まれて
おり、 前記第１、第２の積重ダイオード手段が二乗則領域で動
作し、前記受信ＲＦ信号の広いダイナミック・レンジに
わたって電力レベルを検知することを特徴とする、 電力センサ。 - 【請求項２】前記高電力センサ経路において、前記入力
ＲＦ信号電圧のＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）倍に比例した入力
ＲＦ信号電圧が検知されることを特徴とする、請求項１
に記載の電力センサ。 - 【請求項３】前記低電力センサ経路が使用されず、前記
高電力センサ経路が測定に使用されている場合、前記低
電力センサ経路の前記第１の数のダイオード対に逆バイ
アスをかけるため、ＤＣ電圧を前記低電力センサ経路の
出力に印加するため、前記低電力センサ経路の前記出力
に接続されたスイッチ手段が含まれていることを特徴と
する、請求項２に記載の電力センサ。 - 【請求項４】前記抵抗器Ｒ２とアースの間に並列に接続
されたコンデンサと、抵抗器Ｒ２とアースの間に直列に
接続されたインダクタを備えるインピーダンス手段が含
まれ、前記インピーダンスが、Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）の
インピーダンス比をなすことを特徴とする、請求項３に
記載の電力センサ。 - 【請求項５】積重ダイオード・マイクロ波電力センサ回
路網であって、 ダイナミック電力レンジの広いＲＦ信号を受信するため
の入力手段と、 それぞれのコンデンサを介して、第１の数の積重ダイオ
ード逆並列対のそれぞれがアースに結合された第１の積
重ダイオード手段を含む、前記入力手段に接続されて、
比較的低電力の入力ＲＦ信号を検知するための低電力セ
ンサ経路と、 レベルの異なる減衰した比較的高電力の入力ＲＦ信号を
検知するためのいくつかの減衰抵抗器Ｒ１、Ｒ
２、．．．ＲＮとアースを含むインピーダンス回路網が
含まれており、その高電力センサ経路が、それぞれ、そ
れぞれのコンデンサを介して、アースに結合された任意
の数の積重ダイオード逆並列対のそれぞれを備える第２
の積重ダイオード手段とを備え、 前記第１、第２の積重ダイオード手段が二乗則領域で動
作し、前記受信ＲＦ信号の広いダイナミック・レンジに
わたって電力レベルを検知することを特徴とするマイク
ロ波電力センサ回路網。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/289,295 US6242901B1 (en) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | True average wide dynamic range microwave power sensor using diode stack attenuator-diode stack |
| US289295 | 1999-04-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000310657A true JP2000310657A (ja) | 2000-11-07 |
| JP2000310657A5 JP2000310657A5 (ja) | 2007-05-24 |
Family
ID=23110905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000102935A Pending JP2000310657A (ja) | 1999-04-09 | 2000-04-05 | 電力センサ及び電力センサ回路網 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6242901B1 (ja) |
| EP (1) | EP1043592B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000310657A (ja) |
| DE (1) | DE60003745T2 (ja) |
Cited By (1)
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| JP2005077408A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Agilent Technol Inc | 無線周波電力計および無線周波信号の電力を測定する方法 |
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| KR100465235B1 (ko) * | 2002-04-16 | 2005-01-13 | 삼성전자주식회사 | 정전용량에 의해 ｒｆ 신호에 대한 전력을 측정하는 ｒｆ파워센서 |
| KR100440764B1 (ko) * | 2002-09-03 | 2004-07-21 | 전자부품연구원 | 마이크로파 전력센서 및 그의 제조방법 |
| FI118490B (fi) * | 2004-06-29 | 2007-11-30 | Valtion Teknillinen | Mikromekaaninen anturi mikroaaltotehon mittaamiseen |
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1999
- 1999-04-09 US US09/289,295 patent/US6242901B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-04-03 EP EP00302807A patent/EP1043592B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-04-03 DE DE60003745T patent/DE60003745T2/de not_active Expired - Fee Related
- 2000-04-05 JP JP2000102935A patent/JP2000310657A/ja active Pending
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| EP1043592A1 (en) | 2000-10-11 |
| US6242901B1 (en) | 2001-06-05 |
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