JP2001251107A

JP2001251107A - インピーダンス整合器

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Publication number: JP2001251107A
Application number: JP2000059109A
Authority: JP
Inventors: Itsuo Yuzurihara; 逸男譲原; Atsushi Takayanagi; 敦高柳
Original assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2001-09-14
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: JP3670188B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の課題は、インピーダンス整合器の制
御回路を簡単にすると共に、インピーダンス整合器にお
ける検波信号の補正を容易に行うことである。【解決手段】インピーダンス整合器１は、Ｅ分岐導波
管５０ａ〜５０ｄのショートプランジャ５１ａ〜５１ｄ
の位置を調整し、導波管６０の特性インピーダンスを変
化させる。また、センサ部２０に検出された導波管６０
内の定在波分布に基づいて、制御部１０が、ショートプ
ランジャ５１ａ〜５１ｄを電動機４０ａにより差動的に
連動するように移動させる。同様に、ショートプランジ
ャ５１ｃ，５１ｄは、電動機４０ｂにより差動的に連動
するように移動させる。したがって、インピーダンス整
合器１は、４つのショートプランジャ５１ａ〜５１ｄを
２つの電動機４０ａ，４０ｂによって制御でき、制御回
路（制御部１０および電動機４０ａ，４０ｂ）が簡単な
構造となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導波管を含む回路
のインピーダンス整合を行うインピーダンス整合器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造装置によるエッチング
工程やプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）
装置による薄膜形成工程において、プラズマを利用した
エッチングや薄膜形成が行われている。そして、これら
エッチング工程や薄膜形成工程において利用されるプラ
ズマは、マイクロ波を用いて生成される。

【０００３】このとき用いられるマイクロ波は、高周波
電源において発生され、導波管を伝送線路として高周波
電源から負荷に供給される。このマイクロ波は、安定し
た電力で供給する必要があるが、高周波電源と負荷との
間に生じる反射波による電力（反射波電力）が存在する
と、負荷に供給されるマイクロ波の電力が減衰される。
そのため、高周波電源から入射された電力が負荷側で十
分に消費されず、安定した電力を供給できない。

【０００４】そこで、反射波電力を低減するために、イ
ンピーダンス整合器によって、高周波電源と負荷とのイ
ンピーダンス整合が行われている。インピーダンス整合
は、インピーダンス整合器によって、導波管の特性イン
ピーダンスを調整することにより行われる。インピーダ
ンス整合器は、主に、導波管内の定在波分布を検出する
センサ部と、導波管の特性インピーダンスを変化させて
高周波電源と負荷とをインピーダンス整合させるインピ
ーダンス整合部と、センサ部によって検出された定在波
分布に基づいて、高周波電源と負荷との間の反射波電力
が減衰するようにインピーダンス整合部を制御する制御
部とから構成される。

【０００５】また、インピーダンス整合部には、主に、
スタブチューナ、Ｅチューナ、ＥＨチューナが用いられ
ている。図３〜図５は、それぞれスタブチューナ、Ｅチ
ューナ、ＥＨチューナを示す概略図である。

【０００６】図３において、スタブチューナ１００は、
伝送線路となる方形導波管のＥ面（マイクロ波の電界方
向と垂直な面）から、複数のスタブ棒１１０ａ〜１１０
ｃが、導波管内に挿入された構成となっており、それぞ
れのスタブ棒の挿入長は変化させることが可能である。
そして、センサ部１２０により検出された導波管内の定
在波分布に基づいて、制御部に制御された電動機１３０
ａ〜１３０ｃが、それぞれのスタブ棒の挿入長を適切に
変化させる。すると、導波管の特性インピーダンスが調
整され、これによって、導波管の両端に接続された高周
波電源と負荷とのインピーダンスが整合される。

【０００７】図４において、Ｅチューナ２００は、伝送
線路となる方形導波管のＥ面に複数のＥ分岐導波管を備
えている。特に、図４に示すＥチューナのように４つの
Ｅ分岐導波管２１０ａ〜２１０ｄを備えたものは、フォ
ーＥチューナと呼ばれ、各Ｅ分岐導波管２１０ａ〜２１
０ｄは、所定の間隔で配設されている。即ち、導波管内
を伝搬するマイクロ波の管内波長をλgとすると、Ｅ分
岐導波管ａ，ｂ間はλg／４、Ｅ分岐導波管ｂ，ｃ間は
（λg／８）の奇数倍（図４では、λgの３／８）、Ｅ分
岐導波管ｃ，ｄ間はλg／４となっている。

【０００８】また、Ｅチューナの各Ｅ分岐導波管には、
ショートプランジャ（短絡板）２１１ａ〜２１１ｄが備
えられている。このショートプランジャ２１１ａ〜２１
１ｄは、各Ｅ分岐導波管２１０ａ〜２１０ｄ内で位置調
整が可能である。そして、センサ部２２０により検出さ
れた導波管内の定在波分布に基づいて、制御部に制御さ
れた電動機２３０ａ〜２３０ｄが、これらショートプラ
ンジャ２１１ａ〜２１１ｄをそれぞれ適当な位置に変化
させる。すると、導波管の特性インピーダンスが調整さ
れ、これによって、導波管の両端に接続された高周波電
源と負荷とのインピーダンスが整合される。

【０００９】図５において、ＥＨチューナ３００は、伝
送線路となる方形導波管のＥ面に一つのＥ分岐導波管３
１０ａを備え、Ｈ面（マイクロ波の磁界方向と垂直な
面）に一つのＨ分岐導波管３１０ｂを備えている。これ
らＥ分岐導波管３１０ａおよびＨ分岐導波管３１０ｂに
は、ショートプランジャ３１１ａ，３１１ｂが備えられ
ている。このショートプランジャは、Ｅチューナと同様
に、Ｅ分岐導波管３１０ａ内およびＨ分岐導波管３１０
ｂ内で位置調整が可能である。そして、センサ部３２０
により検出された導波管内の定在波分布に基づいて、制
御部に制御された電動機３３０ａ，３３０ｂが、これら
ショートプランジャ３１１ａ，３１１ｂをそれぞれ適当
な位置に変化させる。すると、導波管の特性インピーダ
ンスが調整され、これによって、導波管の両端に接続さ
れた高周波電源と負荷とのインピーダンスが整合され
る。

【００１０】ここで、上述のスタブチューナは、導波管
内を伝搬するマイクロ波が大電力になると、スタブ棒の
先端と導波管の内面との間で放電現象を起こしやすいた
め、インピーダンス整合が困難になる。

【００１１】また、ＥＨチューナは、Ｅ分岐導波管およ
びＨ分岐導波管がそれぞれ１系統しかないため、広範囲
にわたるインピーダンス整合を行うためには、ショート
プランジャの位置調整範囲を広く取る必要がある。さら
に、ＥＨチューナは、Ｅ面およびＨ面にそれぞれ分岐導
波管装置を備えている。したがって、ＥＨチューナは、
装置が大型化するという問題がある。また、ＥＨチュー
ナは、Ｈ分岐導波管により、伝搬されるマイクロ波の周
波数に対する不要な高次モードが発生しやすく、定在波
の電力分布に乱れが生じやすい。この場合、インピーダ
ンス整合が困難になるという問題がある。

【００１２】一方、フォーＥチューナは、導波管内を大
電力のマイクロ波が伝搬した場合にも放電することがな
く、また、４つのＥ分岐導波管によってインピーダンス
整合を行うため、それぞれのショートプランジャの位置
調整範囲は比較的狭くてよいという利点がある。

【００１３】ところで、上述のスタブチューナ、Ｅチュ
ーナおよびＥＨチューナのセンサ部は、共に、３つの検
波ダイオードが、導波管の長手方向にλg／６の距離を
隔てて配設されており、各検波ダイオードの検波部（ア
ンテナ）は、導波管内に挿入されている。

【００１４】そして、これら検波ダイオードの入出力特
性は非線形であり、さらに、それぞれの検波ダイオード
の入出力特性は、不均一であることから、各検波ダイオ
ードの出力電圧は、補正が加えられた後、制御部に出力
される。

【００１５】このとき加えられる補正の方法として、検
波ダイオードを積算器に見立てる方法がある。即ち、こ
の方法では、検波ダイオードの出力信号が低レベルであ
る場合には、検波ダイオードの入力電圧と出力電圧は比
例しているとみなしてそのまま制御部に出力し、検波ダ
イオードの出力電圧が所定のレベルより高くなった場合
には、検波ダイオードの出力電圧をリニアライズ（直線
化）して、制御部に出力する。

【００１６】この方法では、予め定められた近似式に基
づいて検波ダイオードの出力電圧を処理することによ
り、検波ダイオードの入力電圧（電力）、即ち、導波管
内の定在波電圧（電力）を算出する。このような方法の
具体例として、例えば、特開平１０―２３３６０６号に
開示された補正方法が挙げられる。

【００１７】特開平１０―２３３６０６に開示された補
正方法は、以下のようなものである。

【００１８】まず、検波ダイオードと検波部（アンテ
ナ）を分離する。次に、この検波ダイオードに基準電力
を入力し、検波ダイオードのみの場合の出力電圧特性を
測定する。そして、この出力電圧特性から、５次程度の
近似式を導出し、この近似式に基づいて補正を行うため
のプログラムをメモリＩＣ等の記憶装置に格納する。

【００１９】次いで、導波管に接続された検波ダイオー
ドの検波部の結合度を測定し、測定された検波部の結合
度を記憶装置に格納する。

【００２０】そして、インピーダンス整合を行う場合、
インピーダンス整合器にマイクロ波が入射されると、ア
ンテナ部と接続された検波ダイオードの出力電圧が得ら
れる。この出力電圧を制御部のＣＰＵ（Central Proces
sing Unit）が、記憶部に記憶された補正のためのプロ
グラムに基づいて処理し、検波ダイオードに入力された
基準電力を算出する。さらに、ＣＰＵは、算出された基
準電力を検波部の結合度に基づいて補正することによ
り、検波部に入力された電力、即ち、導波管内の定在波
電力を算出する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
フォーＥチューナは、４つのショートプランジャを備え
ることから、それぞれのショートプランジャを移動させ
るために４つの電動機を備えると、必要となる電動機の
ドライバ回路が増加すると共に、各電動機を制御する制
御回路が複雑化するという問題があった。

【００２２】また、検波ダイオードの出力電圧を補正す
る従来の方法において、補正に用いる近似式は、５次以
上の多項式となる場合がある。このような近似式に基づ
いて、センサ部の出力を演算処理する場合、制御部のＣ
ＰＵには多大な負担がかかることとなる。さらに、この
近似式を得るために、検波ダイオードを検波部と分離
し、検波ダイオードの入出力特性を測定した後、検波部
の結合度を測定する等、種々の煩雑な工程を経る必要が
あった。

【００２３】本発明の課題は、インピーダンス整合器の
制御回路を簡単にすると共に、インピーダンス整合器に
おける検波信号の補正を容易に行うことである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
導波管を含む回路の電源と負荷のインピーダンス整合を
行うインピーダンス整合器において、導波管の所定面に
所定間隔で配設された複数の分岐導波管（例えば、図１
のＥ分岐導波管５０ａ〜５０ｄ）と、前記分岐導波管の
内部を移動し、分岐導波管内を伝搬するマイクロ波を反
射する短絡板（例えば、図１のショートプランジャ５１
ａ〜５１ｄ）と、前記複数の分岐導波管に備えられた短
絡板のうち、２つを差動的に移動させる移動手段（例え
ば、図１の電動機５０ａ，５０ｂ）と、を備えることを
特徴としている。

【００２５】この請求項１記載の発明によれば、導波管
を含む回路の電源と負荷のインピーダンス整合を行うイ
ンピーダンス整合器において、分岐導波管は、導波管の
所定面に所定間隔で複数配設され、短絡板は、前記分岐
導波管の内部を移動し、分岐導波管内を伝搬するマイク
ロ波を反射し、移動手段は、前記複数の分岐導波管に備
えられた短絡板のうち、２つを差動的に移動させる。

【００２６】したがって、この請求項１記載の発明によ
って、１つの電動機により、２つの短絡板を制御できる
ため、制御に必要な電動機が減少され、インピーダンス
整合器の制御回路が簡単な構造となる。

【００２７】また、制御回路が簡単になることによっ
て、装置が小型化でき、さらに、製造等におけるコスト
ダウンを図ることができる。

【００２８】請求項２記載の発明は、請求項１記載のイ
ンピーダンス整合器において、導波管内を伝搬するマイ
クロ波の電力を検出する検出手段（例えば、図１のセン
サ部２０）と、前記検出手段の出力信号を所定の方法で
直線化し、補正出力信号を出力する補正手段（例えば、
図１のリニアライズ回路１１ａ）と、前記補正出力信号
に基づいて、前記移動手段を制御する制御手段（例え
ば、図１のインピーダンス演算回路１１ｂ、位相演算回
路１１ｃおよびドライバ回路１２ａ，１２ｂ）と、をさ
らに備えることを特徴としている。

【００２９】この請求項２記載の発明によれば、請求項
１記載のインピーダンス整合器において、検出手段は、
導波管内を伝搬するマイクロ波の電力を検出し、補正手
段は、前記検出手段の出力信号を所定の方法で直線化
し、補正出力信号を出力し、制御手段は、前記補正出力
信号に基づいて、前記移動手段を制御する。

【００３０】したがって、この請求項２記載の発明によ
って、検出手段の出力信号が、所定の方法（発明の実施
の形態に記載の簡単な近似式等）で直線化されるため、
制御部の演算部（ＣＰＵ等）にかかる負担が軽減され、
処理効率が向上する。また、より高精度に直線化するこ
とができる。

【００３１】請求項３記載の発明は、請求項２記載のイ
ンピーダンス整合器において、前記制御手段は、前記補
正出力信号に基づいて、前記移動手段を制御する際の制
御量を算出する制御量算出手段と、前記制御量とインピ
ーダンス整合状態となる制御量の基準値とを比較する比
較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて、前記移
動手段が前記短絡板を移動させる移動量を制御する移動
制御手段と、を備えることを特徴としている。

【００３２】この請求項３記載の発明によれば、請求項
２記載のインピーダンス整合器において、前記制御手段
に備えられた、制御量算出手段は、前記補正出力信号に
基づいて、前記移動手段を制御する際の制御量を算出
し、比較手段は、前記制御量とインピーダンス整合状態
となる制御量の基準値とを比較し、移動制御手段は、前
記比較手段の比較結果に基づいて、前記移動手段が前記
短絡板を移動させる移動量を制御する。

【００３３】したがって、この請求項３記載の発明によ
って、容易、かつ、迅速に、インピーダンス整合器の制
御を行うことができる。

【００３４】また、請求項４記載の発明のように、請求
項３記載のインピーダンス整合器において、前記制御量
は、負荷のインピーダンスおよび導波管内を伝搬するマ
イクロ波の位相であることとしてもよい。

【００３５】この請求項４記載の発明によれば、負荷の
インピーダンスおよびマイクロ波の位相は簡単に算出で
きるため、制御部の演算部（ＣＰＵ等）にかかる負担が
軽減され、処理効率が向上する。

【００３６】また、インピーダンスにかかる制御と位相
にかかる制御は、独立して行うことができるため、高速
にインピーダンス整合を行うことができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明に係る
インピーダンス整合器の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明を適用したインピーダンス整合器１の構
成を示す図である。

【００３８】インピーダンス整合器１は、４つのＥ分岐
導波管５０ａ〜５０ｄを備えたフォーＥチューナであ
り、Ｅ分岐導波管５０ａ〜５０ｄに備えられたショート
プランジャ５１ａ〜５１ｄの位置を調整することによ
り、導波管６０の特性インピーダンスを変化させる。ま
た、インピーダンス整合器１は、センサ部２０によって
検出された導波管６０内の定在波分布に基づいて、制御
部１０が、ショートプランジャ５１ａ〜５１ｄの位置調
整を行う。この際、ショートプランジャ５１ａ，５１ｂ
は、電動機４０ａにより差動的に連動するように移動さ
れる。また、同様に、ショートプランジャ５１ｃ，５１
ｄは、電動機４０ｂにより差動的に連動するように移動
される。したがって、インピーダンス整合器１は、４つ
のショートプランジャ５１ａ〜５１ｄを２つの電動機４
０ａ，４０ｂによって制御でき、ショートプランジャ５
１ａ〜５１ｄの制御回路（制御部１０および電動機４０
ａ，４０ｂ）が簡単な構造となる。

【００３９】また、制御部１０は、センサ部２０の出力
電圧から定在波の位相（偏角）φおよび負荷のインピー
ダンスＺを算出し、位相φが０度、インピーダンスＺが
高周波電源の特性インピーダンスＺ₀となるように、シ
ョートプランジャ５１ａ〜５１ｄを調整する。これら位
相φおよびインピーダンスＺを算出する方法は比較的簡
単であるため、制御部１０が行う処理における負担は小
さなものとなる。また、制御部１０は、これら位相φお
よびインピーダンスＺに基づいて、それぞれ独立したイ
ンピーダンス整合のための動作を行う。即ち、位相φに
基づく調整を電動機４０ａで行い、これとは独立して、
インピーダンスＺに基づく調整を電動機４０ｂで行う。
したがって、インピーダンス整合のための調整が効率よ
く行える。

【００４０】まず構成を説明する。図１は、本実施の形
態におけるインピーダンス整合器１の構成を示す図であ
る。図１において、インピーダンス整合器１は、制御部
１０、センサ部２０、アンプ部３０、Ｅ分岐導波管５０
ａ〜５０ｂ、電動機４０ａ，４０ｂ、導波管６０から構
成される。

【００４１】まず、制御部１０の構成について説明す
る。図１において、制御部１０は、演算部１１、ドライ
バ回路１２ａ，１２ｂを備え、さらに、演算部１１は、
リニアライズ回路１１ａ、インピーダンス演算回路１１
ｂ、位相演算回路１１ｃを備えている。この演算部は、
例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）によって構
成される。

【００４２】リニアライズ回路１１ａは、アンプ部３０
によって、増幅されたセンサ部２０の出力電圧が入力さ
れると、入力されたセンサ部２０の出力電圧レベルを検
出する。そして、後述するリニアライズ方法により、検
出した出力電圧レベルに基づいて、この出力電圧をリニ
アライズ（直線化）する。なお、リニアライズされるこ
とによって補正された出力電圧（以下、補正出力電圧と
いう。）は、センサ部２０における検波ダイオードの入
力電圧に換算されている。そして、リニアライズ回路１
１ａは、この補正出力電圧をインピーダンス演算回路１
１ｂおよび位相演算回路１１ｃに出力する。

【００４３】ここで、リニアライズ回路１１ａにおい
て、センサ部２０の出力電圧をリニアライズ（直線化）
する方法について説明する。

【００４４】まず、検波ダイオードが理想的な出力特性
を示すと想定した場合の出力電圧を基準検波電圧ｘとす
る。また、マイクロ波の各入力電力に対応する基準検波
電圧をｘ＝ｘ_n（ｎは正の整数）とする。

【００４５】そして、ｘ₀からｘ_nの範囲で適当数の基準
検波電圧ｘ_m（ただし、ｍ＝０,１,２,…,ｎ）を定め
る。次いで、これらの基準検波電圧ｘ_mを検波ダイオー
ドに入力し、これらに対応する実際の検波電圧ｕ_mをそ
れぞれ求める。

【００４６】次に、基準検波電圧ｘ_m、検波電圧ｕ_mをそ
れぞれ次式（Ｉ）に代入すると、任意の基準検波電圧ｘ
と対応する検波電圧ｕの関係が導かれる。なお、次式
（Ｉ）におけるｘ_k、ｘ_k-1、ｕ_k、ｕ_k-1は、リニアライ
ズ回路１１ａに入力された検波電圧ｕに応じ、ｕ_k-1＜
ｕ＜ｕ_kを満たすように選択される。

【００４７】

【数１】（ただし、ｘ_k-1＜ｘ＜ｘ_k、ｋ＝１,２,…,ｎ）

【００４８】ここで、検波電圧ｕに補正を加え、理想的
な検波ダイオードの出力電圧としたものを補正出力電圧
ｚとおく。そして、ｕ_k、ｕ_k-1、ｘ_k、ｘ_k-1、ｚ_k、ｚ
_k-1を次式に代入すると、任意の基準検波電圧ｘと対応
する補正出力電圧ｚの関係が導かれる。なお、ｚ_kは、
各基準検波電圧ｘ_kに対する補正出力電圧であり、理想
的な検波ダイオードの出力電圧であることから、ｚ
_kは、基準検波電圧ｘ_kと等しくなる。

【００４９】

【数２】（ただし、ｘ_k-1＜ｘ＜ｘ_k、ｋ＝１,２,…,ｎ）

【００５０】上記（I）および（II）式から、検波ダイ
オードの検波電圧ｕと補正出力電圧ｚとの関係が導か
れ、理想的な検波ダイオードの出力電圧、即ち、検波ダ
イオードの入力電圧を算出することができる。

【００５１】インピーダンス演算回路１１ｂは、リニア
ライズ回路１１ａから入力された補正出力電圧に基づい
て、導波管６０を含む負荷のインピーダンスＺを算出す
る。ここで、インピーダンス演算回路１１ｂにおいて、
補正出力電圧から負荷のインピーダンスＺを算出する方
法について説明する。インピーダンスＺは、次式により
算出される。なお、ａ、ｂ、ｃは、それぞれセンサ部２
０の検波ダイオード２０ａ〜２０ｃの出力電圧に対する
補正出力電圧である。

【００５２】

【数３】

【００５３】インピーダンス演算回路１１ｂは、以上の
ように算出されたインピーダンスＺを高周波電源の特性
インピーダンスＺ₀と比較する。そしてインピーダンス
Ｚが特性インピーダンスＺ₀と一致していない場合、イ
ンピーダンス演算回路１１ｂは、“特性インピーダンス
Ｚ₀に対するインピーダンスＺの大小”を判断し、ま
た、その“度合い”を算出する。そして、インピーダン
ス演算回路１１ｂは、“特性インピーダンスＺ₀に対す
るインピーダンスＺの大小”およびその“度合い”をド
ライバ回路１２ａに出力する。

【００５４】なお、インピーダンスＺが特性インピーダ
ンスＺ₀と一致している場合、インピーダンス演算回路
１１ｂは出力を行わない。

【００５５】位相演算回路１１ｃは、リニアライズ回路
１１ａから入力された補正出力電圧に基づいて、導波管
６０内を伝搬するマイクロ波の位相を算出する。ここ
で、位相演算回路１１ｃにおいて、補正出力電圧から導
波管６０内を伝搬するマイクロ波の位相を算出する方法
について説明する。マイクロ波の位相は、次式により算
出される。

【００５６】

【数４】

【００５７】位相演算回路１１ｃは、以上のように算出
された位相φが０であるか否かの判定を行う。そして位
相φが０でないと判定した場合、位相φをドライバ回路
１２ｂに出力する。

【００５８】なお、位相φが０である場合、位相演算回
路１１ｃは出力を行わない。

【００５９】ドライバ回路１２ａは、インピーダンス演
算回路１１ｂから入力された特性インピーダンスＺ₀に
対するインピーダンスＺの大小およびその度合いに応じ
て、電動機４０ａの駆動量および駆動方向を算出する。
そして、ドライバ回路１２ａは、電動機４０ａに算出し
た駆動量および駆動方向に応じた駆動信号を出力する。

【００６０】ドライバ回路１２ｂは、位相演算回路１１
ｃから入力された位相φに応じて、電動機４０ａの駆動
量および駆動方向を算出し、ドライバ回路１２ａと同様
に、電動機４０ｂに算出した駆動量および駆動方向に応
じた駆動信号を出力する。

【００６１】センサ部２０は、３つの検波ダイオードを
備えており、これら３つの検波ダイオードは、導波管６
０の管軸方向に、それぞれλg／６ずつ隔てて、直列に
配設される。また、それぞれの検波ダイオードには、導
波管６０内のマイクロ波を受信するアンテナが備えられ
ている。

【００６２】アンプ部３０は、センサ部２０から入力さ
れた各検波ダイオードの出力電圧を適当なレベルに増幅
する。

【００６３】電動機４０ａは、ドライバ回路１２ａから
入力された駆動信号に基づいて、ショートプランジャ５
１ａ，５１ｂを差動的に連動するように移動させる。即
ち、電動機４０ａは、ショートプランジャ５１ａ，５１
ｂを同時に移動し、Ｅ分岐導波管５０ａ，５０ｂについ
ての制御を一括して行う。

【００６４】電動機４０ｂは、ドライバ回路１２ｂから
入力された駆動信号に基づいて、電動機４０ａと同様
に、ショートプランジャ５１ｃ，５１ｄを差動的に連動
するように移動させる。即ち、電動機４０ｂは、ショー
トプランジャ５１ｃ，５１ｄを同時に移動し、Ｅ分岐導
波管５０ｃ，５０ｄについての制御を一括して行う。

【００６５】Ｅ分岐導波管５０ａは、導波管６０のＥ面
に垂直に備えられた分岐導波管であり、ショートプラン
ジャ５１ａを備えている。そして、導波管６０内を伝搬
するマイクロ波のうち、一部がＥ分岐導波管５０ａに分
岐する。また、ショートプランジャ５１ａは、Ｅ分岐導
波管５０ａの内部を上下に移動する構造となっており、
電動機５０ａにより、インピーダンスを整合させるため
の適当な位置に移動される。さらに、ショートプランジ
ャ５１ａは、導波管６０内を伝搬するマイクロ波のう
ち、Ｅ分岐導波管５０ａに分岐した成分を反射する。

【００６６】また、Ｅ分岐導波管５０ｂ，５０ｃ，５０
ｄは、Ｅ分岐導波管５０ａと同様に、それぞれショート
プランジャ５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを備えており、ショ
ートプランジャ５１ｂ〜５１ｄは、ショートプランジャ
５１ａと同様に、各Ｅ分岐導波管に分岐したマイクロ波
を反射する。

【００６７】さらに、Ｅ分岐導波管５０ａ，５０ｂおよ
びＥ分岐導波管５０ｃ，５０ｄは、管軸方向にそれぞれ
λg／４（λgは、管内波長）隔てられて並設される。ま
た、Ｅ分岐導波管５０ｂとＥ分岐導波管５０ｃは、管軸
方向に（３／８）λg隔てられて並設される（図１参
照）。

【００６８】また、ショートプランジャ５１ａ，５１ｂ
は、電動機５０ａの回転軸に固着された腕の両端に、支
持部がそれぞれ回動自在に取り付けられ、電動機５０ａ
の回転軸が回転すると、ショートプランジャ５１ａ，５
１ｂが上下逆方向に移動する。したがって、ショートプ
ランジャ５１ａ，５１ｂは、電動機５０ａが回転するこ
とにより差動的に連動して移動される。

【００６９】同様に、ショートプランジャ５１ｃ，５１
ｄは、電動機５０ｂの回転軸の両端に支持部がそれぞれ
回動自在に取り付けられ、電動機５０ｂの回転軸が回転
すると、ショートプランジャ５１ｃ，５１ｄが上下逆方
向に移動する。したがって、ショートプランジャ５１
ｃ，５１ｄは、電動機５０ｂが回転することにより差動
的に連動して移動される。

【００７０】導波管６０は、高周波電源から入力された
マイクロ波を負荷に伝達する。また、導波管６０に備え
られたインピーダンス整合器１によって、導波管６０
は、特性インピーダンスが変化される。このインピーダ
ンス整合器１を含む導波管６０および負荷のインピーダ
ンスが、高周波電源の特性インピーダンスＺ₀と一致し
た場合、高周波電源と負荷のインピーダンスは整合す
る。

【００７１】次に、動作を説明する。図２は、インピー
ダンス整合器１が行うインピーダンス整合処理を示すフ
ローチャートである。

【００７２】インピーダンス整合処理において、インピ
ーダンス整合器１は、まず、導波管６０内を伝搬するマ
イクロ波の電力をセンサ部２０によって検出し、センサ
部２０の出力電圧をアンプ部３０に入力する（ステップ
Ｓ１）。

【００７３】そして、インピーダンス整合器１は、セン
サ部２０の出力電圧をアンプ部３０によって適当なレベ
ルに増幅し、リニアライズ回路１１ａに入力する（ステ
ップＳ２）。

【００７４】次に、インピーダンス整合器１は、アンプ
部３０において増幅したセンサ部２０の出力電圧をリニ
アライズ回路１１ａによって所定のリニアライズ方法で
リニアライズ（直線化）し、補正出力電圧としてインピ
ーダンス演算回路１１ｂおよび位相演算回路１１ｃに入
力する（ステップＳ３）。

【００７５】次いで、インピーダンス整合器１は、補正
出力電圧に基づいて、インピーダンス演算回路１１ｂに
よって負荷のインピーダンスＺを算出し、同時に、位相
演算回路１１ｃによって導波管６０内を伝搬するマイク
ロ波の位相φを算出する（ステップＳ４）。そして、イ
ンピーダンスＺが特性インピーダンスＺ₀と一致してい
るか否か、および、位相φが０であるか否かの判定を行
う（ステップＳ５）。

【００７６】ステップＳ５において、インピーダンスＺ
が高周波電源の特性インピーダンスＺ₀と一致すると判
定され、かつ、位相φが０であると判定された場合、イ
ンピーダンス整合器１は、ショートプランジャ４１ａ〜
４１ｄの制御を行わず、ステップＳ３に移行する。

【００７７】ステップＳ５において、インピーダンスＺ
が高周波電源の特性インピーダンスＺ₀と異なると判定
された場合、および、位相φが０でないと判定された場
合、インピーダンス整合器１は、ドライバ回路１２ａあ
るいはドライバ回路１２ｂに所定のデータを入力する。
即ち、インピーダンスＺが特性インピーダンスＺ₀と異
なると判定され、位相φが０であると判定された場合、
インピーダンス演算回路１１ｂによってドライバ回路１
２ａに“特性インピーダンスＺ₀に対するインピーダン
スＺの大小”およびその“度合い”を入力し、位相演算
回路１１ｃによってドライバ回路１２ｂにデータの入力
は行わない。また、インピーダンスＺが高周波電源の特
性インピーダンスＺ₀と一致すると判定され、位相φが
０でないと判定された場合、位相演算回路１１ｃによっ
てドライバ回路１２ｂに位相φを入力し、インピーダン
ス演算回路１１ｂによってドライバ回路１２ａにデータ
の入力は行わない（ステップＳ６）。

【００７８】そして、インピーダンス整合器１は、ドラ
イバ回路１２ａに“特性インピーダンスＺ₀に対するイ
ンピーダンスＺの大小”およびその“度合い”が入力さ
れた場合、ドライバ回路１２ａにおいてインピーダンス
Ｚを特性インピーダンスＺ₀に一致させるための電動機
４０ａの駆動量および駆動方向を算出する。また、ドラ
イバ回路１２ｂに位相φが入力された場合、ドライバ回
路１２ｂにおいて位相φを０にさせるための電動機４０
ｂの駆動量および駆動方向を算出する（ステップＳ
７）。

【００７９】次いで、インピーダンス整合器１は、ステ
ップＳ７において算出された電動機４０ａ，４０ｂの駆
動量および駆動方向に応じ、ドライバ回路１２ａ，１２
ｂによって、電動機４０ａ，４０ｂを駆動するための駆
動信号を生成し、それぞれ電動機４０ａ，４０ｂに入力
する（ステップＳ８）。

【００８０】そして、インピーダンス整合器１は、電動
機４０ａによって、ショートプランジャ５１ａ，５１ｂ
を差動的に移動し、インピーダンスＺを高周波電源の特
性インピーダンスＺ₀に一致させる制御を行う。また、
インピーダンス整合器１は、電動機４０ｂによって、シ
ョートプランジャ５１ｃ，５１ｄを差動的に移動し、位
相φを０にさせる制御を行う（ステップＳ９）。

【００８１】次に、インピーダンス整合器１は、制御部
１０において、インピーダンス整合処理の終了が指示さ
れたか否かの判定を行う（ステップＳ１０）。

【００８２】ステップＳ１０において、インピーダンス
整合処理の終了が指示されていないと判定された場合、
インピーダンス整合器１は、ステップＳ３に移行する。

【００８３】ステップＳ１０において、インピーダンス
整合処理の終了が指示されたと判定された場合、インピ
ーダンス整合器１は、インピーダンス整合処理を終了す
る。

【００８４】以上のように、本実施の形態におけるイン
ピーダンス整合器１は、インピーダンス整合の際、４つ
のＥ分岐導波管５０ａ〜５０ｄのショートプランジャ５
１ａ〜５１ｄを２つの電動機４０ａ，４０ｂで制御す
る。

【００８５】したがって、ショートプランジャ５１ａ〜
５１ｄの制御回路（制御部１０および電動機４０ａ，４
０ｂ）が簡単な構造となり、装置の小型化およびコスト
ダウンを図ることができる。

【００８６】また、インピーダンス整合器１は、検波ダ
イオードの出力電圧をリニアライズ（直線化）すること
によって、理想的な検波ダイオードの出力電圧に補正す
る。

【００８７】したがって、簡単な近似式によって、より
高精度な補正値を得ることができるため、検波ダイオー
ドの出力電圧を補正する際に、演算部にかかる負担を軽
減することができる。

【００８８】さらに、インピーダンス整合器１は、導波
管６０内を伝搬するマイクロ波の電力分布から負荷のイ
ンピーダンスＺおよび導波管６０内を伝搬するマイクロ
波の位相φを検出し、これら２つのパラメータに基づい
て、独立した制御を行うことにより、インピーダンス整
合を行う。

【００８９】したがって、インピーダンスＺおよび位相
φの調整に係る制御を同時に行えるため、インピーダン
スを高速に整合させることができる。

【００９０】また、本実施の形態に示したインピーダン
スＺおよび位相φの算出式をより簡単にすることによっ
て、演算部にかかる処理負担を軽減することができる。

【００９１】なお、本実施の形態において、検波ダイオ
ードの出力電圧をリニアライズ（直線化）する近似式、
インピーダンスＺおよび位相φを算出する式として、他
の式を用いることとしてもよい。

【００９２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、１つの電
動機により、２つの短絡板を制御できるため、制御に必
要な電動機が減少され、インピーダンス整合器の制御回
路が簡単な構造となる。また、制御回路が簡単になるこ
とによって、装置が小型化でき、さらに、製造等におけ
るコストダウンを図ることができる。

【００９３】請求項２記載の発明によれば、検出手段の
出力信号が、所定の方法（発明の実施の形態に記載の簡
単な近似式等）で直線化されるため、制御部の演算部
（ＣＰＵ等）にかかる負担が軽減され、処理効率が向上
する。また、より高精度に直線化することができる。

【００９４】請求項３記載の発明によれば、容易、か
つ、迅速に、インピーダンス整合器の制御を行うことが
できる。

【００９５】請求項４記載の発明によれば、負荷のイン
ピーダンスおよびマイクロ波の位相は簡単に算出できる
ため、制御部の演算部（ＣＰＵ等）にかかる負担が軽減
され、処理効率が向上する。また、インピーダンスにか
かる制御と位相にかかる制御は、独立して行うことがで
きるため、高速にインピーダンス整合を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したインピーダンス整合器１の構
成を示す図である。

【図２】インピーダンス整合器１が行うインピーダンス
整合処理を示すフローチャートである。

【図３】スタブチューナの概略図である。

【図４】Ｅチューナの概略図である。

【図５】ＥＨチューナの概略図である。

【符号の説明】

１インピーダンス整合器１０制御部１１演算部１１ａリニアライズ回路１１ｂインピーダンス演算回路１１ｃ位相演算回路１２ａ，１２ｂドライバ回路２０センサ部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ検波ダイオード３０増幅器４０ａ，４０ｂ電動機５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄＥ分岐導波管５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄショートプランジ
ャ６０導波管１００スタブチューナ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃスタブ棒１２０センサ部１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ電動機２００Ｅチューナ２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄＥ分岐導
波管２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄショート
プランジャ２２０センサ部２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃ，２３０ｄ電動機３００ＥＨチューナ３１０ａＥ分岐導波管３１０ｂＨ分岐導波管３１１ａ，３１１ｂショートプランジャ３２０センサ部３３０ａ，３３０ｂ電動機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導波管を含む回路の電源と負荷のインピー
ダンス整合を行うインピーダンス整合器において、導波管の所定面に所定間隔で配設された複数の分岐導波
管と、前記分岐導波管の内部を移動し、分岐導波管内を伝搬す
るマイクロ波を反射する短絡板と、前記複数の分岐導波管に備えられた短絡板のうち、２つ
を差動的に移動させる移動手段と、を備えることを特徴とするインピーダンス整合器。
【請求項２】導波管内を伝搬するマイクロ波の電力を検
出する検出手段と、前記検出手段の出力信号を所定の方法で直線化し、補正
出力信号を出力する補正手段と、前記補正出力信号に基づいて、前記移動手段を制御する
制御手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のインピ
ーダンス整合器。
【請求項３】前記制御手段は、前記補正出力信号に基づいて、前記移動手段を制御する
際の制御量を算出する制御量算出手段と、前記制御量とインピーダンス整合状態となる制御量の基
準値とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて、前記移動手段が前
記短絡板を移動させる移動量を制御する移動制御手段
と、を備えることを特徴とする請求項２記載のインピーダン
ス整合器。
【請求項４】前記制御量は、負荷のインピーダンスおよ
び導波管内を伝搬するマイクロ波の位相であることを特
徴とする請求項３記載のインピーダンス整合器。