JP2003204237A - インピーダンス整合装置 - Google Patents
インピーダンス整合装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】入力部で検出した電流及び電圧に基本周波数と
異なる周波数成分が含まれるために電流及び電圧の波形
が歪んでいる場合でも、インピーダンス整合を自動的に
行うことができるインピーダンス整合装置を提供する。 【解決手段】入力部に設けた検出部ＤＥＴが出力する電
流検出信号ＶHI及び電圧検出信号ＶHVをローカル周波数
を有する信号ＶLOとともにミキサＭＩＸ1 及びＭＩＸ2
に入力した後フィルタＦ1 及びＦ2 を通すことにより、
波形歪みがない正弦波形の電流検出信号ＶLI及び電圧検
出信号ＶLVに変換する。電流検出信号ＶLI及び電圧検出
信号ＶLVをインピーダンス差信号発生部ＭＥと位相差信
号発生部ＰＥとに入力することにより発生させたインピ
ーダンス差信号Ｖmdと位相差信号Ｖpdとを制御部ＣＵに
入力して整合部ＭＮの可変インピーダンス素子を制御す
る。
異なる周波数成分が含まれるために電流及び電圧の波形
が歪んでいる場合でも、インピーダンス整合を自動的に
行うことができるインピーダンス整合装置を提供する。 【解決手段】入力部に設けた検出部ＤＥＴが出力する電
流検出信号ＶHI及び電圧検出信号ＶHVをローカル周波数
を有する信号ＶLOとともにミキサＭＩＸ1 及びＭＩＸ2
に入力した後フィルタＦ1 及びＦ2 を通すことにより、
波形歪みがない正弦波形の電流検出信号ＶLI及び電圧検
出信号ＶLVに変換する。電流検出信号ＶLI及び電圧検出
信号ＶLVをインピーダンス差信号発生部ＭＥと位相差信
号発生部ＰＥとに入力することにより発生させたインピ
ーダンス差信号Ｖmdと位相差信号Ｖpdとを制御部ＣＵに
入力して整合部ＭＮの可変インピーダンス素子を制御す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電源から高
周波電力が与えられる負荷のインピーダンスを高周波電
源の出力インピーダンスに整合させるインピーダンス整
合装置に関し、特に負荷がプラズマ処理装置である場合
に好適なインピーダンス整合装置に関するものである。
周波電力が与えられる負荷のインピーダンスを高周波電
源の出力インピーダンスに整合させるインピーダンス整
合装置に関し、特に負荷がプラズマ処理装置である場合
に好適なインピーダンス整合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高周波電源からプラズマ処理装置等の負
荷に高周波電力を供給する場合には、高周波電源の出力
インピーダンスと負荷のインピーダンスとを整合させる
ため、図１６に示すように、高周波電源ＧＥＮと負荷Ｌ
ＯＡＤとの間にインピーダンス整合装置ＭＡＴを設けて
いる。
荷に高周波電力を供給する場合には、高周波電源の出力
インピーダンスと負荷のインピーダンスとを整合させる
ため、図１６に示すように、高周波電源ＧＥＮと負荷Ｌ
ＯＡＤとの間にインピーダンス整合装置ＭＡＴを設けて
いる。
【０００３】一般にこの種のインピーダンス整合装置Ｍ
ＡＴは、図１６に見られるように、高周波電源ＧＥＮの
出力コネクタにつながるケーブルが接続されるコネクタ
ａを有する入力部ＩＮと、高周波電源が電力を供給する
負荷ＬＯＡＤが接続されるコネクタｂを有する出力部Ｏ
ＵＴと、入力部ＩＮに設けられた検出部ＤＥＴと、入力
部ＩＮと出力部ＯＵＴとの間に設けられた整合部ＭＮ
と、検出部ＤＥＴから得られる信号に応じて整合部ＭＮ
を制御する制御部ＣＵとを備えている。
ＡＴは、図１６に見られるように、高周波電源ＧＥＮの
出力コネクタにつながるケーブルが接続されるコネクタ
ａを有する入力部ＩＮと、高周波電源が電力を供給する
負荷ＬＯＡＤが接続されるコネクタｂを有する出力部Ｏ
ＵＴと、入力部ＩＮに設けられた検出部ＤＥＴと、入力
部ＩＮと出力部ＯＵＴとの間に設けられた整合部ＭＮ
と、検出部ＤＥＴから得られる信号に応じて整合部ＭＮ
を制御する制御部ＣＵとを備えている。
【０００４】検出部ＤＥＴは、入力部ＩＮに入力された
高周波電圧と入力部ＩＮを流れる高周波電流とを検出し
て、入力部から高周波電源ＧＥＮ側を見た電源側インピ
ーダンスと入力部ＩＮから負荷側を見た負荷側インピー
ダンスとの差（インピーダンス差）に相応するインピー
ダンス差信号と、高周波電圧と高周波電流との位相差に
相応する位相差信号とを発生する。
高周波電圧と入力部ＩＮを流れる高周波電流とを検出し
て、入力部から高周波電源ＧＥＮ側を見た電源側インピ
ーダンスと入力部ＩＮから負荷側を見た負荷側インピー
ダンスとの差（インピーダンス差）に相応するインピー
ダンス差信号と、高周波電圧と高周波電流との位相差に
相応する位相差信号とを発生する。
【０００５】整合部ＭＮは、可変コンデンサや可変イン
ダクタ等の可変インピーダンス素子を備えたＴ型、π
型、Ｌ型、逆Ｌ型などのインピーダンス整合回路と、ス
テップモータ等を駆動源として可変インピーダンス素子
のインピーダンス値を調整するための調節部を操作する
操作機構とからなっている。図１６に示した例では、整
合部ＭＮに設ける整合回路として、可変コンデンサから
なる第１及び第２の可変インピーダンス素子ＶＣ1 及び
ＶＣ2 と、インダクタＬとを備えた逆Ｌ型の回路が用い
られている。
ダクタ等の可変インピーダンス素子を備えたＴ型、π
型、Ｌ型、逆Ｌ型などのインピーダンス整合回路と、ス
テップモータ等を駆動源として可変インピーダンス素子
のインピーダンス値を調整するための調節部を操作する
操作機構とからなっている。図１６に示した例では、整
合部ＭＮに設ける整合回路として、可変コンデンサから
なる第１及び第２の可変インピーダンス素子ＶＣ1 及び
ＶＣ2 と、インダクタＬとを備えた逆Ｌ型の回路が用い
られている。
【０００６】制御部ＣＵは、上記インピーダンス差及び
位相差を零にするように、検出部ＤＥＴが発生するイン
ピーダンス差信号及び位相差信号に応じて、整合部ＭＮ
の可変インピーダンス素子ＶＣ1 及びＶＣ2 をそれぞれ
調節する操作機構を自動制御する。
位相差を零にするように、検出部ＤＥＴが発生するイン
ピーダンス差信号及び位相差信号に応じて、整合部ＭＮ
の可変インピーダンス素子ＶＣ1 及びＶＣ2 をそれぞれ
調節する操作機構を自動制御する。
【０００７】高周波電源ＧＥＮは、通常同軸ケーブルを
通してインピーダンス整合装置の入力部に接続されるた
め、その出力インピーダンスは５０Ω（純抵抗）であ
る。そのため、この種のインピーダンス整合装置ＭＡＴ
では、その入力部ＩＮから負荷側をみたインピーダンス
が５０Ω（純抵抗）になるように、整合部ＭＮの可変イ
ンピーダンス素子ＶＣ1 ，ＶＣ2 を自動制御している。
通してインピーダンス整合装置の入力部に接続されるた
め、その出力インピーダンスは５０Ω（純抵抗）であ
る。そのため、この種のインピーダンス整合装置ＭＡＴ
では、その入力部ＩＮから負荷側をみたインピーダンス
が５０Ω（純抵抗）になるように、整合部ＭＮの可変イ
ンピーダンス素子ＶＣ1 ，ＶＣ2 を自動制御している。
【０００８】従来のインピーダンス整合装置の具体的構
成例を図１７に示し、図１７に示したインピーダンス整
合装置のインピーダンス差検出部及び位相差検出部の作
用を説明するための回路図を図１８に示した。
成例を図１７に示し、図１７に示したインピーダンス整
合装置のインピーダンス差検出部及び位相差検出部の作
用を説明するための回路図を図１８に示した。
【０００９】図１７に示したインピーダンス整合装置で
は、入力部ＩＮの端部に同軸コネクタａが設けられてい
て、該コネクタの中心導体及び外側導体（接地側導体）
がそれぞれ非接地側入力端子ａ1 及び接地側入力端子ａ
2 となっている。また出力部ＯＵＴの端部には、負荷に
つながる同軸管が接続される同軸コネクタｂが設けら
れ、該コネクタの中心導体及び外側導体がそれぞれ非接
地側出力端子ｂ1 及び接地側出力端子ｂ2 となってい
る。また場合によっては、出力部ＯＵＴの端部がシール
ドされた銅板等の導体を通して負荷に接続されることも
ある。
は、入力部ＩＮの端部に同軸コネクタａが設けられてい
て、該コネクタの中心導体及び外側導体（接地側導体）
がそれぞれ非接地側入力端子ａ1 及び接地側入力端子ａ
2 となっている。また出力部ＯＵＴの端部には、負荷に
つながる同軸管が接続される同軸コネクタｂが設けら
れ、該コネクタの中心導体及び外側導体がそれぞれ非接
地側出力端子ｂ1 及び接地側出力端子ｂ2 となってい
る。また場合によっては、出力部ＯＵＴの端部がシール
ドされた銅板等の導体を通して負荷に接続されることも
ある。
【００１０】検出部ＤＥＴは、インピーダンス差検出部
ＭＤと、位相差検出部ＰＤとにより構成されている。図
示のインピーダンス差検出部ＭＤは、高周波電源ＧＥＮ
から入力部ＩＮに入力される高周波電圧を検出する電圧
検出部ＶＤ1 と、入力部ＩＮを通して流れる高周波電流
を検出する電流検出部ＩＤ1 と、電圧検出部ＶＤ1 の出
力と電流検出部ＩＤ1 の出力とを入力として電源側イン
ピーダンス（５０Ω）と負荷側インピーダンスとの差
（インピーダンス差）に相当する信号Ｖmdを出力するイ
ンピーダンス差信号発生部ＭＥ´とからなっている。
ＭＤと、位相差検出部ＰＤとにより構成されている。図
示のインピーダンス差検出部ＭＤは、高周波電源ＧＥＮ
から入力部ＩＮに入力される高周波電圧を検出する電圧
検出部ＶＤ1 と、入力部ＩＮを通して流れる高周波電流
を検出する電流検出部ＩＤ1 と、電圧検出部ＶＤ1 の出
力と電流検出部ＩＤ1 の出力とを入力として電源側イン
ピーダンス（５０Ω）と負荷側インピーダンスとの差
（インピーダンス差）に相当する信号Ｖmdを出力するイ
ンピーダンス差信号発生部ＭＥ´とからなっている。
【００１１】図示の電圧検出部ＶＤ1 は、入力部ＩＮの
非接地側端子ａ1 につながる主ラインＭＬと接地間に接
続されたコンデンサＣ11と抵抗Ｒ11との直列回路からな
っている。抵抗Ｒ11の抵抗値は、コンデンサＣ11のイン
ピーダンスよりも十分に小さく設定されているため、電
圧検出部ＶＤ1 から出力される電圧検出信号（抵抗Ｒ11
の両端の電圧）Ｖva（図１８参照）は、高周波電源ＧＥ
Ｎから入力部ＩＮに与えられる高周波電圧（主ラインＭ
Ｌの対地電圧）に対して約９０°位相が進んでいる。
非接地側端子ａ1 につながる主ラインＭＬと接地間に接
続されたコンデンサＣ11と抵抗Ｒ11との直列回路からな
っている。抵抗Ｒ11の抵抗値は、コンデンサＣ11のイン
ピーダンスよりも十分に小さく設定されているため、電
圧検出部ＶＤ1 から出力される電圧検出信号（抵抗Ｒ11
の両端の電圧）Ｖva（図１８参照）は、高周波電源ＧＥ
Ｎから入力部ＩＮに与えられる高周波電圧（主ラインＭ
Ｌの対地電圧）に対して約９０°位相が進んでいる。
【００１２】電流検出部ＩＤ1 は、一次コイルが主ライ
ンＭＬに直列に接続されたカレントトランスＣＴ1 と、
その二次負担としての抵抗Ｒ12とからなっていて、抵抗
Ｒ12の両端から、主ラインを通して流れる電流と同相の
電圧（電流検出信号）Ｖi を出力する。
ンＭＬに直列に接続されたカレントトランスＣＴ1 と、
その二次負担としての抵抗Ｒ12とからなっていて、抵抗
Ｒ12の両端から、主ラインを通して流れる電流と同相の
電圧（電流検出信号）Ｖi を出力する。
【００１３】電圧検出部ＶＤ1 から出力される電圧検出
信号Ｖva及び電流検出部ＩＤ1 から出力される電流検出
信号Ｖi はそれぞれ、ダイオードＤ11からなる整流回路
及びダイオードＤ12からなる整流回路により整流された
後、コンデンサＣ12，Ｃ14と抵抗Ｒ13とからなる平滑回
路及びコンデンサＣ13，Ｃ15と抵抗Ｒ14とからなる平滑
回路によりそれぞれ平滑されて、電圧検出信号Ｖva及び
電流検出信号Ｖi の大きさ（平均値）に相当するレベル
を有する電圧検出信号Ｖva´及び電流検出信号Ｖi ´に
変換される。これらの電圧検出信号Ｖva´及び電流検出
信号Ｖi ´は、抵抗Ｒ15ないしＲ17とオペアンプ（演算
増幅器）ＩＣ1 とからなる加算回路ＡＤＤa に互いに逆
極性で入力される。加算回路ＡＤＤa は、電圧検出信号
Ｖva´の絶対値と電流検出信号Ｖi´の絶対値との差｜
Ｖva´｜−｜Ｖi ´｜をインピーダンス差信号Ｖmdとし
て出力する。
信号Ｖva及び電流検出部ＩＤ1 から出力される電流検出
信号Ｖi はそれぞれ、ダイオードＤ11からなる整流回路
及びダイオードＤ12からなる整流回路により整流された
後、コンデンサＣ12，Ｃ14と抵抗Ｒ13とからなる平滑回
路及びコンデンサＣ13，Ｃ15と抵抗Ｒ14とからなる平滑
回路によりそれぞれ平滑されて、電圧検出信号Ｖva及び
電流検出信号Ｖi の大きさ（平均値）に相当するレベル
を有する電圧検出信号Ｖva´及び電流検出信号Ｖi ´に
変換される。これらの電圧検出信号Ｖva´及び電流検出
信号Ｖi ´は、抵抗Ｒ15ないしＲ17とオペアンプ（演算
増幅器）ＩＣ1 とからなる加算回路ＡＤＤa に互いに逆
極性で入力される。加算回路ＡＤＤa は、電圧検出信号
Ｖva´の絶対値と電流検出信号Ｖi´の絶対値との差｜
Ｖva´｜−｜Ｖi ´｜をインピーダンス差信号Ｖmdとし
て出力する。
【００１４】この例では、ダイオードＤ11及びＤ12から
なる整流回路と、コンデンサＣ12〜Ｃ15及び抵抗Ｒ13，
Ｒ14からなる平滑回路と、加算回路ＡＤＤａとにより、
インピーダンス差信号発生回路ＭＥ´が構成されてい
る。
なる整流回路と、コンデンサＣ12〜Ｃ15及び抵抗Ｒ13，
Ｒ14からなる平滑回路と、加算回路ＡＤＤａとにより、
インピーダンス差信号発生回路ＭＥ´が構成されてい
る。
【００１５】図示のインピーダンス差検出部ＭＤにおい
ては、インピーダンス整合装置ＭＡＴの入力部ＩＮから
負荷側をみたインピーダンスの大きさが電源側インピー
ダンスの大きさ（５０Ω）に等しいときに、加算回路Ａ
ＤＤａに入力される２つの信号Ｖva´及びＶi´の絶対
値が等しくなるように、コンデンサＣ11，抵抗Ｒ11，Ｒ
12、コンデンサＣ12〜Ｃ15及び抵抗Ｒ13〜Ｒ16の定数が
設定されている。したがって、加算回路ＡＤＤａが出力
するインピーダンス差信号Ｖmd（＝｜Ｖva´｜−｜Ｖi
´｜）は、負荷側インピーダンスの大きさが５０Ωに等
しいときに零ボルトになる。インピーダンス差信号Ｖmd
はまた、負荷側インピーダンスの大きさと電源側インピ
ーダンスの大きさ（５０Ω）との間に差があるときに、
両インピーダンスの差に相応した符号と大きさとを示
す。
ては、インピーダンス整合装置ＭＡＴの入力部ＩＮから
負荷側をみたインピーダンスの大きさが電源側インピー
ダンスの大きさ（５０Ω）に等しいときに、加算回路Ａ
ＤＤａに入力される２つの信号Ｖva´及びＶi´の絶対
値が等しくなるように、コンデンサＣ11，抵抗Ｒ11，Ｒ
12、コンデンサＣ12〜Ｃ15及び抵抗Ｒ13〜Ｒ16の定数が
設定されている。したがって、加算回路ＡＤＤａが出力
するインピーダンス差信号Ｖmd（＝｜Ｖva´｜−｜Ｖi
´｜）は、負荷側インピーダンスの大きさが５０Ωに等
しいときに零ボルトになる。インピーダンス差信号Ｖmd
はまた、負荷側インピーダンスの大きさと電源側インピ
ーダンスの大きさ（５０Ω）との間に差があるときに、
両インピーダンスの差に相応した符号と大きさとを示
す。
【００１６】一方位相差検出部ＰＤは、高周波電源から
入力部ＩＮに入力される高周波電圧を検出する電圧検出
部ＶＤ2 と、入力部ＩＮを通して流れる高周波電流を検
出する電流検出部ＩＤ2 と、電圧検出部ＶＤ2 の出力と
電流検出部ＩＤ2 の出力とを入力として、高周波電圧と
高周波電流との位相差に相応する位相差信号Ｖpdを発生
する位相差信号発生部ＰＥ´とからなっている。
入力部ＩＮに入力される高周波電圧を検出する電圧検出
部ＶＤ2 と、入力部ＩＮを通して流れる高周波電流を検
出する電流検出部ＩＤ2 と、電圧検出部ＶＤ2 の出力と
電流検出部ＩＤ2 の出力とを入力として、高周波電圧と
高周波電流との位相差に相応する位相差信号Ｖpdを発生
する位相差信号発生部ＰＥ´とからなっている。
【００１７】電圧検出部ＶＤ2 は、コンデンサＣ21と抵
抗Ｒ21との直列回路からなっていて、入力部ＩＮの主ラ
インＭＬと接地間に接続されている。抵抗Ｒ21の抵抗値
はコンデンサＣ21のインピーダンスよりも十分に小さく
設定されているため、抵抗Ｒ21の両端に得られる電圧検
出信号は、高周波電圧に対して約９０°位相が進んでい
る。
抗Ｒ21との直列回路からなっていて、入力部ＩＮの主ラ
インＭＬと接地間に接続されている。抵抗Ｒ21の抵抗値
はコンデンサＣ21のインピーダンスよりも十分に小さく
設定されているため、抵抗Ｒ21の両端に得られる電圧検
出信号は、高周波電圧に対して約９０°位相が進んでい
る。
【００１８】電流検出部ＩＤ2 は、一次コイルが主ライ
ンＭＬに直列に接続されたカレントトランスＣＴ2 と、
その二次コイルの両端に接続された抵抗Ｒ22及びＲ23の
直列回路とからなっている。抵抗Ｒ22及びＲ23の抵抗値
は等しく設定されていて、電圧検出部ＶＤ2 の非接地側
出力端子（抵抗Ｒ21とコンデンサＣ21との接続点）が抵
抗Ｒ22とＲ23との接続点に接続され、電圧検出部ＶＤ2
から得られる電圧検出信号Ｖvbが、抵抗Ｒ22及びＲ23の
それぞれの両端に得られる電流検出信号Ｖi1及びＶi2に
加算されている。
ンＭＬに直列に接続されたカレントトランスＣＴ2 と、
その二次コイルの両端に接続された抵抗Ｒ22及びＲ23の
直列回路とからなっている。抵抗Ｒ22及びＲ23の抵抗値
は等しく設定されていて、電圧検出部ＶＤ2 の非接地側
出力端子（抵抗Ｒ21とコンデンサＣ21との接続点）が抵
抗Ｒ22とＲ23との接続点に接続され、電圧検出部ＶＤ2
から得られる電圧検出信号Ｖvbが、抵抗Ｒ22及びＲ23の
それぞれの両端に得られる電流検出信号Ｖi1及びＶi2に
加算されている。
【００１９】抵抗Ｒ21の両端に得られる電圧検出信号Ｖ
vbと抵抗Ｒ22の両端に得られる電流検出信号Ｖi1とのベ
クトル和に相当する信号電圧Ｖ1 が、ダイオードＤ21か
らなる整流回路とコンデンサＣ22，Ｃ24及び抵抗Ｒ24か
らなる平滑回路とを通して、信号電圧Ｖ1 の大きさに相
当するレベルを有する電圧Ｖ1´に変換される。この電
圧Ｖ1´は、抵抗Ｒ26〜Ｒ28とオペアンプＩＣ2 とから
なる加算回路ＡＤＤｂに入力される。また抵抗Ｒ21の両
端に得られる電圧検出信号Ｖvbと抵抗Ｒ23の両端に得ら
れる電流検出信号Ｖi2とのベクトル和に相当する信号電
圧Ｖ2 が、ダイオードＤ22からなる整流回路とコンデン
サＣ23，Ｃ25及び抵抗Ｒ25からなる平滑回路とを通して
信号電圧Ｖ2 の大きさに相当するレベルを有する電圧Ｖ
2 ´に変換される。この電圧Ｖ2 ´は、加算回路ＡＤＤ
ｂに入力される。
vbと抵抗Ｒ22の両端に得られる電流検出信号Ｖi1とのベ
クトル和に相当する信号電圧Ｖ1 が、ダイオードＤ21か
らなる整流回路とコンデンサＣ22，Ｃ24及び抵抗Ｒ24か
らなる平滑回路とを通して、信号電圧Ｖ1 の大きさに相
当するレベルを有する電圧Ｖ1´に変換される。この電
圧Ｖ1´は、抵抗Ｒ26〜Ｒ28とオペアンプＩＣ2 とから
なる加算回路ＡＤＤｂに入力される。また抵抗Ｒ21の両
端に得られる電圧検出信号Ｖvbと抵抗Ｒ23の両端に得ら
れる電流検出信号Ｖi2とのベクトル和に相当する信号電
圧Ｖ2 が、ダイオードＤ22からなる整流回路とコンデン
サＣ23，Ｃ25及び抵抗Ｒ25からなる平滑回路とを通して
信号電圧Ｖ2 の大きさに相当するレベルを有する電圧Ｖ
2 ´に変換される。この電圧Ｖ2 ´は、加算回路ＡＤＤ
ｂに入力される。
【００２０】上記整流回路及び平滑回路と、加算回路Ａ
ＤＤｂとにより、入力部ＩＮで検出された高周波電圧と
高周波電流との位相差に相当する位相差信号Ｖpdを出力
する位相差信号発生部ＰＥ´が構成されている。
ＤＤｂとにより、入力部ＩＮで検出された高周波電圧と
高周波電流との位相差に相当する位相差信号Ｖpdを出力
する位相差信号発生部ＰＥ´が構成されている。
【００２１】この位相差信号発生部ＰＥ´においては、
入力部ＩＮで検出された高周波電圧と高周波電流との位
相差が０のときに位相差信号Ｖpdが０になるように回路
定数が設定されている。位相差信号Ｖpdは、高周波電圧
と高周波電流の位相差が０でないときに、その位相差に
相応した符号と大きさとを示す。
入力部ＩＮで検出された高周波電圧と高周波電流との位
相差が０のときに位相差信号Ｖpdが０になるように回路
定数が設定されている。位相差信号Ｖpdは、高周波電圧
と高周波電流の位相差が０でないときに、その位相差に
相応した符号と大きさとを示す。
【００２２】ここで、図１８及び図１９ないし図２１を
参照して、上記インピーダンス差検出部ＭＤ及び位相差
検出部ＰＤの作用を更に詳細に説明する。
参照して、上記インピーダンス差検出部ＭＤ及び位相差
検出部ＰＤの作用を更に詳細に説明する。
【００２３】（Ａ）インピーダンス差検出部ＭＤ
図１８においては、図１７のインピーダンス整合装置Ｍ
ＡＴの入力部ＩＮから負荷側を見たインピーダンスをＺ
loadとしている。インピーダンス整合装置ＭＡＴの入力
部から負荷側を見た回路に印加されている電圧及び入力
部から負荷側に流れる電流をそれぞれＶload及びＩload
とすると、負荷側インピーダンスＺloadは、下記の式に
より表すことができる。
ＡＴの入力部ＩＮから負荷側を見たインピーダンスをＺ
loadとしている。インピーダンス整合装置ＭＡＴの入力
部から負荷側を見た回路に印加されている電圧及び入力
部から負荷側に流れる電流をそれぞれＶload及びＩload
とすると、負荷側インピーダンスＺloadは、下記の式に
より表すことができる。
【００２４】
Ｚload＝Ｖload／Ｉload …（１）
この負荷側インピーダンスの大きさは、以下の式で与え
られる。
られる。
【００２５】
｜Ｚload｜＝｜Ｖload｜／｜Ｉload｜ …（２）
また電圧検出部ＶＤ1 及び電流検出部ＩＤ1 からそれぞ
れ得られる電圧検出信号Ｖva及び電流検出信号Ｖi の大
きさはそれぞれ｜Ｖload｜及び｜Ｉload｜に比例し、整
流平滑回路の出力側に得られる信号の大きさ｜Ｖva´｜
及び｜Ｖi ´｜はそれぞれＶva及びＶi の大きさに比例
するため、｜Ｚload｜は｜Ｖva´｜／｜Ｖi ´｜に比例
する。即ち、比例定数をＫとすると、 ｜Ｖva´｜／｜Ｖi ´｜＝Ｋ｜Ｚload｜ …（３） 前述のように、インピーダンス差検出部ＭＤにおいて
は、電源側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの
整合がとれていて、｜Ｚload｜＝５０Ωであるときに｜
Ｖva´｜＝｜Ｖi ´｜となるように回路定数が設定され
ているため、整合時には以下の式が成立する。
れ得られる電圧検出信号Ｖva及び電流検出信号Ｖi の大
きさはそれぞれ｜Ｖload｜及び｜Ｉload｜に比例し、整
流平滑回路の出力側に得られる信号の大きさ｜Ｖva´｜
及び｜Ｖi ´｜はそれぞれＶva及びＶi の大きさに比例
するため、｜Ｚload｜は｜Ｖva´｜／｜Ｖi ´｜に比例
する。即ち、比例定数をＫとすると、 ｜Ｖva´｜／｜Ｖi ´｜＝Ｋ｜Ｚload｜ …（３） 前述のように、インピーダンス差検出部ＭＤにおいて
は、電源側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの
整合がとれていて、｜Ｚload｜＝５０Ωであるときに｜
Ｖva´｜＝｜Ｖi ´｜となるように回路定数が設定され
ているため、整合時には以下の式が成立する。
【００２６】
｜Ｖva´｜／｜Ｖi ´｜＝１ …（４）
Ｖmd＝｜Ｖva´｜−｜Ｖi ´｜＝０ …（５）
また｜Ｚload｜＞５０Ω（電源側インピーダンス）のと
きには、（３）式及び（４）式より、｜Ｖva´｜／｜Ｖ
i ´｜＞１になるため、 Ｖmd＝｜Ｖva´｜−｜Ｖi ´｜＞０ …（６） が成立する。
きには、（３）式及び（４）式より、｜Ｖva´｜／｜Ｖ
i ´｜＞１になるため、 Ｖmd＝｜Ｖva´｜−｜Ｖi ´｜＞０ …（６） が成立する。
【００２７】同様に、｜Ｚload｜＜５０Ωのときには、
（３）式及び（４）式より、｜Ｖva´｜／｜Ｖi ´｜＜
１になるため、 Ｖmd＝｜Ｖva´｜−｜Ｖi ´｜＜０ …（７） が成立する。
（３）式及び（４）式より、｜Ｖva´｜／｜Ｖi ´｜＜
１になるため、 Ｖmd＝｜Ｖva´｜−｜Ｖi ´｜＜０ …（７） が成立する。
【００２８】即ち、インピーダンス差信号Ｖmdは、イン
ピーダンスの整合がとれているきに０になり、負荷側イ
ンピーダンスの大きさが電源側インピーダンスの大きさ
よりも大きいとき、及び負荷側インピーダンスの大きさ
が電源側インピーダンスの大きさよりも小さいときにそ
れぞれ正及び負になる。
ピーダンスの整合がとれているきに０になり、負荷側イ
ンピーダンスの大きさが電源側インピーダンスの大きさ
よりも大きいとき、及び負荷側インピーダンスの大きさ
が電源側インピーダンスの大きさよりも小さいときにそ
れぞれ正及び負になる。
【００２９】なおインピーダンス差検出部では、整合装
置の入力部の高周波電圧と高周波電流の大きさが分かれ
ばよく、高周波電圧検出信号Ｖvaと高周波電流検出信号
Ｖiとの位相差は何度であってもよいため、入力部の高
周波電圧と高周波電圧検出信号Ｖvaとは同相であっても
よい。したがって、図１７において電圧検出部ＶＤ1の
コンデンサＣ11を抵抗器で置き換えて、入力部の高周波
電圧と同相の高周波電圧検出信号を得るようにしてもよ
い。
置の入力部の高周波電圧と高周波電流の大きさが分かれ
ばよく、高周波電圧検出信号Ｖvaと高周波電流検出信号
Ｖiとの位相差は何度であってもよいため、入力部の高
周波電圧と高周波電圧検出信号Ｖvaとは同相であっても
よい。したがって、図１７において電圧検出部ＶＤ1の
コンデンサＣ11を抵抗器で置き換えて、入力部の高周波
電圧と同相の高周波電圧検出信号を得るようにしてもよ
い。
【００３０】（Ｂ）位相差検出部ＰＤ
位相差検出部ＰＤにおいて、電圧Ｖ1 は、高周波電圧検
出信号Ｖvbと抵抗器Ｒ22の両端に得られる電流検出信号
Ｖi1とをベクトル合成した電圧であり、電圧Ｖ2 は、高
周波電圧検出信号Ｖvbと抵抗器Ｒ23の両端に得られる電
流検出信号Ｖi2とをベクトル合成した電圧である。前述
のように、コンデンサＣ21のインピーダンスの大きさが
抵抗器Ｒ21の抵抗値に比べて十分に大きく設定されてい
るため、高周波電圧検出信号Ｖvbは入力部ＩＮの電圧Ｖ
loadに対して９０°位相が進んでいる。一方、抵抗器Ｒ
22の両端に得られる電流検出信号Ｖi1は、入力部ＩＮを
流れる電流Ｉloadと同相であり、抵抗器Ｒ23の両端に得
られる電流検出信号Ｖi2は入力部ＩＮを流れる電流Ｉlo
adと逆位相である。図１８のＶ1´及びＶ2´はそれぞれ
電圧Ｖ1 及びＶ2 を整流平滑して得た電圧であり、電圧
Ｖ1 及びＶ2 の大きさ（平均値）である。位相差検出部
は、負荷側インピーダンスが純抵抗（５０Ω）のとき、
誘導性であるとき、及び容量性であるときにそれぞれ下
記のＢ−１〜Ｂ−３のように位相差検出信号Ｖpdを出力
する。
出信号Ｖvbと抵抗器Ｒ22の両端に得られる電流検出信号
Ｖi1とをベクトル合成した電圧であり、電圧Ｖ2 は、高
周波電圧検出信号Ｖvbと抵抗器Ｒ23の両端に得られる電
流検出信号Ｖi2とをベクトル合成した電圧である。前述
のように、コンデンサＣ21のインピーダンスの大きさが
抵抗器Ｒ21の抵抗値に比べて十分に大きく設定されてい
るため、高周波電圧検出信号Ｖvbは入力部ＩＮの電圧Ｖ
loadに対して９０°位相が進んでいる。一方、抵抗器Ｒ
22の両端に得られる電流検出信号Ｖi1は、入力部ＩＮを
流れる電流Ｉloadと同相であり、抵抗器Ｒ23の両端に得
られる電流検出信号Ｖi2は入力部ＩＮを流れる電流Ｉlo
adと逆位相である。図１８のＶ1´及びＶ2´はそれぞれ
電圧Ｖ1 及びＶ2 を整流平滑して得た電圧であり、電圧
Ｖ1 及びＶ2 の大きさ（平均値）である。位相差検出部
は、負荷側インピーダンスが純抵抗（５０Ω）のとき、
誘導性であるとき、及び容量性であるときにそれぞれ下
記のＢ−１〜Ｂ−３のように位相差検出信号Ｖpdを出力
する。
【００３１】（Ｂ−１）負荷側インピーダンスが純抵抗
であるとき 位相差検出部ＰＤにおいては、負荷側インピーダンスＺ
loadが５０Ω（純抵抗）である（Ｚload＝５０＋ｊ０
［Ω］）ときに、ベクトル合成電圧Ｖ1 の大きさとＶ2
の大きさが等しく、｜Ｖ1´｜＝｜Ｖ2´｜となるように
回路定数が設定されている。
であるとき 位相差検出部ＰＤにおいては、負荷側インピーダンスＺ
loadが５０Ω（純抵抗）である（Ｚload＝５０＋ｊ０
［Ω］）ときに、ベクトル合成電圧Ｖ1 の大きさとＶ2
の大きさが等しく、｜Ｖ1´｜＝｜Ｖ2´｜となるように
回路定数が設定されている。
【００３２】このときの電圧検出信号Ｖvb、電流検出信
号Ｖi1，Ｖi2、及び電圧検出信号と電流検出信号とのベ
クトル合成電圧Ｖ1 ，Ｖ2 を示すベクトル図は図１９
（Ａ）のようになり、電流Ｉload，電圧Ｖload及び負荷
側インピーダンスＺloadを示すベクトル図は図１９
（Ｂ）のようになる。高周波電圧検出信号Ｖvbが電圧Ｖ
loadに対して９０°の位相差を持つように電圧検出部Ｖ
Ｄ2 が構成されているため、高周波電圧検出信号Ｖvb
は、電流検出信号Ｖi1及びＶi2に対して９０度の位相差
を持つ。また電圧Ｖi1及びＶi2は逆位相で大きさが等し
いため、ベクトル合成電圧Ｖ1 及びＶ2 は高周波電圧検
出信号Ｖvbに対して対称になる。このとき、以下の式が
成立する。
号Ｖi1，Ｖi2、及び電圧検出信号と電流検出信号とのベ
クトル合成電圧Ｖ1 ，Ｖ2 を示すベクトル図は図１９
（Ａ）のようになり、電流Ｉload，電圧Ｖload及び負荷
側インピーダンスＺloadを示すベクトル図は図１９
（Ｂ）のようになる。高周波電圧検出信号Ｖvbが電圧Ｖ
loadに対して９０°の位相差を持つように電圧検出部Ｖ
Ｄ2 が構成されているため、高周波電圧検出信号Ｖvb
は、電流検出信号Ｖi1及びＶi2に対して９０度の位相差
を持つ。また電圧Ｖi1及びＶi2は逆位相で大きさが等し
いため、ベクトル合成電圧Ｖ1 及びＶ2 は高周波電圧検
出信号Ｖvbに対して対称になる。このとき、以下の式が
成立する。
【００３３】
｜Ｖ1 ｜−｜Ｖ2 ｜＝０
Ｖpd＝｜Ｖ1´｜−｜Ｖ2´｜＝０ …（８）
このように、整合装置ＭＡＴの入力部から負荷側を見た
インピーダンスＺloadが純抵抗（５０Ω）のとき（電圧
Ｖloadと電流Ｉloadとの位相差がないとき）には、
（８）式より、位相差検出信号Ｖpdが０Ｖになる。
インピーダンスＺloadが純抵抗（５０Ω）のとき（電圧
Ｖloadと電流Ｉloadとの位相差がないとき）には、
（８）式より、位相差検出信号Ｖpdが０Ｖになる。
【００３４】（Ｂ−２）負荷側インピーダンスが誘導性
であるとき 負荷側インピーダンスが誘導性であるとき、例えばＺlo
ad＝１０＋ｊ５０［Ω］であるときには、電圧検出信号
及び電流検出信号を示すベクトル図が図２０（Ａ）のよ
うになり、電流Ｉload，電圧Ｖload及び負荷側インピー
ダンスＺloadを示すベクトル図は図２０（Ｂ）のように
なる。負荷側インピーダンスＺloadが誘導性であると
き、高周波電圧検出信号のベクトルＶvbは、図１９
（Ａ）に示した整合時よりも、進み側（ベクトルＶi2
側）に回転し、ベクトル合成電圧Ｖ1 の大きさがベクト
ル合成電圧Ｖ2 の大きさよりも必ず小さくなるため、下
記の式が成立する。
であるとき 負荷側インピーダンスが誘導性であるとき、例えばＺlo
ad＝１０＋ｊ５０［Ω］であるときには、電圧検出信号
及び電流検出信号を示すベクトル図が図２０（Ａ）のよ
うになり、電流Ｉload，電圧Ｖload及び負荷側インピー
ダンスＺloadを示すベクトル図は図２０（Ｂ）のように
なる。負荷側インピーダンスＺloadが誘導性であると
き、高周波電圧検出信号のベクトルＶvbは、図１９
（Ａ）に示した整合時よりも、進み側（ベクトルＶi2
側）に回転し、ベクトル合成電圧Ｖ1 の大きさがベクト
ル合成電圧Ｖ2 の大きさよりも必ず小さくなるため、下
記の式が成立する。
【００３５】
｜Ｖ1 ｜−｜Ｖ2 ｜＜０
Ｖpd＝｜Ｖ1´｜−｜Ｖ2´｜＜０ …（９）
即ち、負荷側インピーダンスが誘導性で、インピーダン
スの整合がとれていないときには、位相差検出信号Ｖpd
が負の値を示す。電圧Ｖloadと電流Ｉloadとの位相差が
大きくなるに従ってベクトルＶvbの進み側への回転量が
多くなるため、電圧Ｖloadと電流Ｉloadとの位相差が大
きくなるに従って｜Ｖ1´｜と｜Ｖ2´｜との差は大きく
なっていく。そのため、位相差検出信号Ｖpdの大きさ
は、入力部の高周波電圧及び高周波電流の位相差に相応
した値を示す。
スの整合がとれていないときには、位相差検出信号Ｖpd
が負の値を示す。電圧Ｖloadと電流Ｉloadとの位相差が
大きくなるに従ってベクトルＶvbの進み側への回転量が
多くなるため、電圧Ｖloadと電流Ｉloadとの位相差が大
きくなるに従って｜Ｖ1´｜と｜Ｖ2´｜との差は大きく
なっていく。そのため、位相差検出信号Ｖpdの大きさ
は、入力部の高周波電圧及び高周波電流の位相差に相応
した値を示す。
【００３６】（Ｂ−３）負荷側インピーダンスが容量性
であるとき 負荷側インピーダンスが容量性であるとき、例えばＺlo
ad＝１０−ｊ５０［Ω］であるときには、電圧検出信号
及び電流検出信号を示すベクトル図が図２１（Ａ）のよ
うになり、電流Ｉload，電圧Ｖload及び負荷側インピー
ダンスＺloadを示すベクトル図は図２１（Ｂ）のように
なる。このときベクトルＶvbは、図１９（Ａ）に示した
整合時よりも、遅れ側（ベクトルＶi1側）に回転し、ベ
クトル合成電圧Ｖ1 の大きさがベクトル合成電圧Ｖ2 の
大きさよりも必ず大きくなるため、下記の式が成立す
る。
であるとき 負荷側インピーダンスが容量性であるとき、例えばＺlo
ad＝１０−ｊ５０［Ω］であるときには、電圧検出信号
及び電流検出信号を示すベクトル図が図２１（Ａ）のよ
うになり、電流Ｉload，電圧Ｖload及び負荷側インピー
ダンスＺloadを示すベクトル図は図２１（Ｂ）のように
なる。このときベクトルＶvbは、図１９（Ａ）に示した
整合時よりも、遅れ側（ベクトルＶi1側）に回転し、ベ
クトル合成電圧Ｖ1 の大きさがベクトル合成電圧Ｖ2 の
大きさよりも必ず大きくなるため、下記の式が成立す
る。
【００３７】
｜Ｖ1 ｜−｜Ｖ2 ｜＞０
Ｖpd＝｜Ｖ1´｜−｜Ｖ2´｜＞０ …（１０）
即ち、負荷側インピーダンスが容量性で、インピーダン
スの整合がとれていないときには、位相差検出信号Ｖpd
が正の値を示す。電圧Ｖloadと電流Ｉloadとの位相差が
大きくなるに従ってベクトルＶvbの遅れ側への回転量が
多くなるため、｜Ｖ1´｜と｜Ｖ2´｜との差は電圧Ｖlo
adと電流Ｉloadとの位相差が大きくなるに従って大きく
なっていく。そのため、位相差検出信号Ｖpdの大きさ
は、入力部の高周波電圧及び高周波電流の位相差に相応
した値を示す。
スの整合がとれていないときには、位相差検出信号Ｖpd
が正の値を示す。電圧Ｖloadと電流Ｉloadとの位相差が
大きくなるに従ってベクトルＶvbの遅れ側への回転量が
多くなるため、｜Ｖ1´｜と｜Ｖ2´｜との差は電圧Ｖlo
adと電流Ｉloadとの位相差が大きくなるに従って大きく
なっていく。そのため、位相差検出信号Ｖpdの大きさ
は、入力部の高周波電圧及び高周波電流の位相差に相応
した値を示す。
【００３８】上記の説明から明らかなように、位相差検
出部ＰＤでは、電圧検出部ＶＤ2 の出力Ｖvbと入力部の
電圧との間に９０度の位相差を持たせておくことが必要
である。
出部ＰＤでは、電圧検出部ＶＤ2 の出力Ｖvbと入力部の
電圧との間に９０度の位相差を持たせておくことが必要
である。
【００３９】制御部ＣＵは、検出部ＤＥＴから得られる
インピーダンス差信号Ｖmdと位相差信号Ｖpdとを入力と
して、インピーダンス差信号Ｖmd及び位相差信号Ｖpdを
零ボルトにするように、整合部ＭＮの可変インピーダン
ス素子ＶＣ1 及びＶＣ2 を制御する。
インピーダンス差信号Ｖmdと位相差信号Ｖpdとを入力と
して、インピーダンス差信号Ｖmd及び位相差信号Ｖpdを
零ボルトにするように、整合部ＭＮの可変インピーダン
ス素子ＶＣ1 及びＶＣ2 を制御する。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
インピーダンス整合装置では、インピーダンス差検出部
ＭＤ及び位相差検出部ＰＤのそれぞれに電流検出部及び
電圧検出部を設ける必要があったため、回路構成が複雑
になるのを避けられなかった。
インピーダンス整合装置では、インピーダンス差検出部
ＭＤ及び位相差検出部ＰＤのそれぞれに電流検出部及び
電圧検出部を設ける必要があったため、回路構成が複雑
になるのを避けられなかった。
【００４１】図１７に示した従来のインピーダンス整合
装置では、入力部ＩＮで電圧検出部ＶＤ1 及びＶＤ2 に
より検出される高周波電圧及び電流検出部ＩＤ1 及びＩ
Ｄ2により検出される高周波電流が共に正弦波であれ
ば、インピーダンスが整合したときに、インピーダンス
差信号及び位相差信号がそれぞれ零になるため、インピ
ーダンスの整合を適確に行わせることができる。
装置では、入力部ＩＮで電圧検出部ＶＤ1 及びＶＤ2 に
より検出される高周波電圧及び電流検出部ＩＤ1 及びＩ
Ｄ2により検出される高周波電流が共に正弦波であれ
ば、インピーダンスが整合したときに、インピーダンス
差信号及び位相差信号がそれぞれ零になるため、インピ
ーダンスの整合を適確に行わせることができる。
【００４２】しかしながら、入力部ＩＮで検出される高
周波電圧及び高周波電流の波形が歪んでいる場合には、
インピーダンスが整合しても、インピーダンス差信号及
び位相差信号が零にならないため、インピーダンスを整
合させることができない。このような問題は、例えば、
プラズマＣＶＤ等のプラズマ処理装置において、出力周
波数が異なる２つ以上の高周波電源から負荷に電力を供
給する場合に起る。
周波電圧及び高周波電流の波形が歪んでいる場合には、
インピーダンスが整合しても、インピーダンス差信号及
び位相差信号が零にならないため、インピーダンスを整
合させることができない。このような問題は、例えば、
プラズマＣＶＤ等のプラズマ処理装置において、出力周
波数が異なる２つ以上の高周波電源から負荷に電力を供
給する場合に起る。
【００４３】図１５は、出力周波数が異なる２つの高周
波電源から電力が供給されるプラズマ処理装置の一例を
示したものである。この例では、２つの異なった周波数
を出力する高周波電源ＧＥＮ1 及びＧＥＮ2 からインピ
ーダンス整合装置ＭＡＴ1 及びＭＡＴ2 を介して１つの
プラズマチャンバＰＣ内の電極Ｐ1 ，Ｐ2 に給電されて
いる。
波電源から電力が供給されるプラズマ処理装置の一例を
示したものである。この例では、２つの異なった周波数
を出力する高周波電源ＧＥＮ1 及びＧＥＮ2 からインピ
ーダンス整合装置ＭＡＴ1 及びＭＡＴ2 を介して１つの
プラズマチャンバＰＣ内の電極Ｐ1 ，Ｐ2 に給電されて
いる。
【００４４】ここで、一例として、高周波電源ＧＥＮ1
及びＧＥＮ2 の出力周波数をそれぞれ１３．５６［ＭＨ
ｚ］及び３［ＭＨｚ］とし、ＭＡＴ1 及びＭＡＴ2 をそ
れぞれ１３．５６［ＭＨｚ］及び３［ＭＨｚ］用インピ
ーダンス整合装置とした場合、１３．５６［ＭＨｚ］用
インピーダンス整合装置ＭＡＴ1 内を流れる高周波電流
及び電圧には、１３．５６［ＭＨｚ］の周波数成分と１
３．５６［ＭＨｚ］×ｎ±ｍ×３［ＭＨｚ］の周波数成
分とが存在する。
及びＧＥＮ2 の出力周波数をそれぞれ１３．５６［ＭＨ
ｚ］及び３［ＭＨｚ］とし、ＭＡＴ1 及びＭＡＴ2 をそ
れぞれ１３．５６［ＭＨｚ］及び３［ＭＨｚ］用インピ
ーダンス整合装置とした場合、１３．５６［ＭＨｚ］用
インピーダンス整合装置ＭＡＴ1 内を流れる高周波電流
及び電圧には、１３．５６［ＭＨｚ］の周波数成分と１
３．５６［ＭＨｚ］×ｎ±ｍ×３［ＭＨｚ］の周波数成
分とが存在する。
【００４５】図１７に示した従来のインピーダンス整合
装置の場合、検出部ＤＥＴを流れる電流及び電圧の周波
数成分が１３．５６［ＭＨｚ］のみであれば、検出部Ｄ
ＥＴの電流検出部ＩＤ1 及びＩＤ2 からそれぞれ得られ
る検出信号は１３．５６［ＭＨｚ］の正弦波電圧であ
る。また電圧検出部ＶＤ1 及びＶＤ2 から得られる検出
信号も１３．５６［ＭＨｚ］の正弦波電圧である。この
ときインピーダンス差検出部ＭＤ及び位相差検出部ＰＤ
において、ダイオードＤ11のカソードとアース間の電
圧、ダイオードＤ12のアノードとアース間の電圧、ダイ
オードＤ21のカソードとアース間の電圧及びダイオード
Ｄ22のアノードとアース間の電圧はそれぞれ歪みがない
正弦波形となるため、制御部ＣＵにより、インピーダン
ス差検出部ＭＤから出力されるインピーダンス差信号Ｖ
md及び位相検出部ＰＤから出力される位相差信号Ｖpdを
それぞれ零ボルトにするように、整合部ＭＮの可変素子
ＶＣ1及びＶＣ2 を制御することにより、高周波電源の
出力周波数（基本周波数）に対して、インピーダンス整
合装置の入力部ＩＮから負荷側をみた等価負荷を５０Ω
の純抵抗としてインピーダンスの整合をとることがで
き、インピーダンス整合装置から高周波電源側に戻る反
射波電力を零にすることができる。
装置の場合、検出部ＤＥＴを流れる電流及び電圧の周波
数成分が１３．５６［ＭＨｚ］のみであれば、検出部Ｄ
ＥＴの電流検出部ＩＤ1 及びＩＤ2 からそれぞれ得られ
る検出信号は１３．５６［ＭＨｚ］の正弦波電圧であ
る。また電圧検出部ＶＤ1 及びＶＤ2 から得られる検出
信号も１３．５６［ＭＨｚ］の正弦波電圧である。この
ときインピーダンス差検出部ＭＤ及び位相差検出部ＰＤ
において、ダイオードＤ11のカソードとアース間の電
圧、ダイオードＤ12のアノードとアース間の電圧、ダイ
オードＤ21のカソードとアース間の電圧及びダイオード
Ｄ22のアノードとアース間の電圧はそれぞれ歪みがない
正弦波形となるため、制御部ＣＵにより、インピーダン
ス差検出部ＭＤから出力されるインピーダンス差信号Ｖ
md及び位相検出部ＰＤから出力される位相差信号Ｖpdを
それぞれ零ボルトにするように、整合部ＭＮの可変素子
ＶＣ1及びＶＣ2 を制御することにより、高周波電源の
出力周波数（基本周波数）に対して、インピーダンス整
合装置の入力部ＩＮから負荷側をみた等価負荷を５０Ω
の純抵抗としてインピーダンスの整合をとることがで
き、インピーダンス整合装置から高周波電源側に戻る反
射波電力を零にすることができる。
【００４６】これに対し、図１５に示すように２つの高
周波電源ＧＥＮ1 及びＧＥＮ2 から負荷に給電されてい
て、１３．５６［ＭＨｚ］を基本周波数とする整合装置
ＭＡＴ1 の検出部ＤＥＴで検出される高周波電流及び高
周波電圧が１３．５６［ＭＨｚ］の周波数成分と、１
３．５６［ＭＨｚ］×ｎ±ｍ×３［ＭＨｚ］の周波数成
分とを有している場合には、インピーダンス差検出部Ｍ
Ｄ及び位相差検出部ＰＤにおいて、ダイオードＤ11のカ
ソードとアース間、ダイオードＤ12のアノードとアース
間、ダイオードＤ21のカソードとアース間及びダイオー
ドＤ22のアノードとアース間にそれぞれ得られる基本周
波数（１３．５６［ＭＨｚ］）の電圧がそれぞれ歪みを
有する電圧波形となる。したがって、これら電圧を整流
平滑した後の電圧も波形歪みを含む分だけ誤差を含むこ
とになり、これらの信号を加算器ＡＤＤａ及びＡＤＤｂ
で加算して得たインピーダンス差信号Ｖmd及び位相差信
号Ｖpdにも誤差が含まれることになる。そのため、制御
部ＣＵにより、インピーダンス差信号Ｖmd及び位相差信
号Ｖpdを零ボルトにするように整合部ＭＮの可変インピ
ーダンス素子ＶＣ1 及びＶＣ2 を制御しても、入力部Ｉ
Ｎから負荷側を見たインピーダンスを５０Ω（純抵抗）
にすることができず、基本周波数に対して完全にインピ
ーダンスの整合をとることができない。
周波電源ＧＥＮ1 及びＧＥＮ2 から負荷に給電されてい
て、１３．５６［ＭＨｚ］を基本周波数とする整合装置
ＭＡＴ1 の検出部ＤＥＴで検出される高周波電流及び高
周波電圧が１３．５６［ＭＨｚ］の周波数成分と、１
３．５６［ＭＨｚ］×ｎ±ｍ×３［ＭＨｚ］の周波数成
分とを有している場合には、インピーダンス差検出部Ｍ
Ｄ及び位相差検出部ＰＤにおいて、ダイオードＤ11のカ
ソードとアース間、ダイオードＤ12のアノードとアース
間、ダイオードＤ21のカソードとアース間及びダイオー
ドＤ22のアノードとアース間にそれぞれ得られる基本周
波数（１３．５６［ＭＨｚ］）の電圧がそれぞれ歪みを
有する電圧波形となる。したがって、これら電圧を整流
平滑した後の電圧も波形歪みを含む分だけ誤差を含むこ
とになり、これらの信号を加算器ＡＤＤａ及びＡＤＤｂ
で加算して得たインピーダンス差信号Ｖmd及び位相差信
号Ｖpdにも誤差が含まれることになる。そのため、制御
部ＣＵにより、インピーダンス差信号Ｖmd及び位相差信
号Ｖpdを零ボルトにするように整合部ＭＮの可変インピ
ーダンス素子ＶＣ1 及びＶＣ2 を制御しても、入力部Ｉ
Ｎから負荷側を見たインピーダンスを５０Ω（純抵抗）
にすることができず、基本周波数に対して完全にインピ
ーダンスの整合をとることができない。
【００４７】上記のように、図１７に示した従来のイン
ピーダンス整合装置では、検出部ＤＥＴで検出した高周
波電圧及び高周波電流に基本周波数以外の周波数成分が
含まれていて、電流検出信号及び電圧検出信号が歪んで
いる場合に、完全にインピーダンスの整合をとることが
できないという問題があった。この問題を解決するため
に、中心周波数Ｆo が基本波の周波数（上記の例では１
３．５６［ＭＨｚ］）に等しく、通過帯域幅が十分に狭
いバンドパスフィルタを電流検出部ＩＤ1 ，ＩＤ2 及び
電圧検出部ＶＤ1 ，ＶＤ2 にそれぞれ設けて、歪みを含
む電流検出信号及び電圧検出信号をこれらのフィルタに
入力することにより、実質的に基本周波数成分のみを含
む正弦波形の電流検出信号及び電圧検出信号を得る方法
をとることが考えられる。
ピーダンス整合装置では、検出部ＤＥＴで検出した高周
波電圧及び高周波電流に基本周波数以外の周波数成分が
含まれていて、電流検出信号及び電圧検出信号が歪んで
いる場合に、完全にインピーダンスの整合をとることが
できないという問題があった。この問題を解決するため
に、中心周波数Ｆo が基本波の周波数（上記の例では１
３．５６［ＭＨｚ］）に等しく、通過帯域幅が十分に狭
いバンドパスフィルタを電流検出部ＩＤ1 ，ＩＤ2 及び
電圧検出部ＶＤ1 ，ＶＤ2 にそれぞれ設けて、歪みを含
む電流検出信号及び電圧検出信号をこれらのフィルタに
入力することにより、実質的に基本周波数成分のみを含
む正弦波形の電流検出信号及び電圧検出信号を得る方法
をとることが考えられる。
【００４８】しかしながら、バンドパスフィルタの通過
帯域幅を狭くするためには、該フィルタとして、高周波
電源の高い出力周波数に対して非常に高い選択度Ｑを有
する高価なものを用いる必要があり、しかも、該フィル
タをインピーダンス差検出部ＭＤの電流検出部ＩＤ1 及
び電圧検出部ＶＤ1 と、位相差検出部ＰＤの電流検出部
ＩＤ2 及び電圧検出部ＶＤ2 との、合計４箇所に設ける
必要があるため、装置のコストが著しく高くなるのを避
けられない。
帯域幅を狭くするためには、該フィルタとして、高周波
電源の高い出力周波数に対して非常に高い選択度Ｑを有
する高価なものを用いる必要があり、しかも、該フィル
タをインピーダンス差検出部ＭＤの電流検出部ＩＤ1 及
び電圧検出部ＶＤ1 と、位相差検出部ＰＤの電流検出部
ＩＤ2 及び電圧検出部ＶＤ2 との、合計４箇所に設ける
必要があるため、装置のコストが著しく高くなるのを避
けられない。
【００４９】またこの場合、各電流検出部に設けるフィ
ルタの中心周波数と各電圧検出部に設けるフィルタの中
心周波数とを正確に基本波の周波数に一致させるように
調整する必要があるが、この調整は容易ではないため、
電流検出部及び電圧検出部にそれぞれ設けるフィルタの
中心周波数にずれが生じるおそれをなくすことはできな
い。万一インピーダンス差検出部及び位相差検出部のそ
れぞれの電圧検出部と電流検出部に設けるフィルタの中
心周波数Ｆo にずれが生じていると、インピーダンス差
信号Ｖmd及び位相差信号Ｖpdに大きな誤差が含まれるこ
とになるため、高周波電源のインピーダンスと負荷側の
インピーダンスとを正確に整合させることができなくな
る。
ルタの中心周波数と各電圧検出部に設けるフィルタの中
心周波数とを正確に基本波の周波数に一致させるように
調整する必要があるが、この調整は容易ではないため、
電流検出部及び電圧検出部にそれぞれ設けるフィルタの
中心周波数にずれが生じるおそれをなくすことはできな
い。万一インピーダンス差検出部及び位相差検出部のそ
れぞれの電圧検出部と電流検出部に設けるフィルタの中
心周波数Ｆo にずれが生じていると、インピーダンス差
信号Ｖmd及び位相差信号Ｖpdに大きな誤差が含まれるこ
とになるため、高周波電源のインピーダンスと負荷側の
インピーダンスとを正確に整合させることができなくな
る。
【００５０】本発明の目的は、入力部で検出される高周
波電圧及び高周波電流に複数の周波数成分が含まれてい
る場合であっても、高価なフィルタを数多く用いること
なく、また面倒な調整を行うことなく、電源側インピー
ダンスと負荷側のインピーダンスとの整合を自動的に行
わせることができるようにしたインピーダンス整合装置
を提供することにある。
波電圧及び高周波電流に複数の周波数成分が含まれてい
る場合であっても、高価なフィルタを数多く用いること
なく、また面倒な調整を行うことなく、電源側インピー
ダンスと負荷側のインピーダンスとの整合を自動的に行
わせることができるようにしたインピーダンス整合装置
を提供することにある。
【００５１】
【課題を解決するための手段】本発明は、高周波電源の
出力が入力される入力部と、高周波電源が電力を供給す
る負荷が接続される出力部と、入力部を流れる高周波電
流と入力部に入力される高周波電圧とを検出して入力部
から高周波電源側を見た電源側インピーダンスと入力部
から負荷側を見た負荷側インピーダンスとの差をインピ
ーダンス差として検出し、高周波電圧と高周波電流との
位相差を検出する検出部と、電源側インピーダンスと負
荷側インピーダンスとを整合させる際に調節される可変
インピーダンス素子を有する整合部と、高周波電源の出
力周波数を基本周波数として該基本周波数に対して負荷
側インピーダンスを電源側インピーダンスに整合させる
べく検出部により検出されたインピーダンス差及び位相
差に応じて整合部の可変インピーダンス素子を自動制御
する制御部とを備えたインピーダンス整合装置に適用さ
れる。
出力が入力される入力部と、高周波電源が電力を供給す
る負荷が接続される出力部と、入力部を流れる高周波電
流と入力部に入力される高周波電圧とを検出して入力部
から高周波電源側を見た電源側インピーダンスと入力部
から負荷側を見た負荷側インピーダンスとの差をインピ
ーダンス差として検出し、高周波電圧と高周波電流との
位相差を検出する検出部と、電源側インピーダンスと負
荷側インピーダンスとを整合させる際に調節される可変
インピーダンス素子を有する整合部と、高周波電源の出
力周波数を基本周波数として該基本周波数に対して負荷
側インピーダンスを電源側インピーダンスに整合させる
べく検出部により検出されたインピーダンス差及び位相
差に応じて整合部の可変インピーダンス素子を自動制御
する制御部とを備えたインピーダンス整合装置に適用さ
れる。
【００５２】本発明においては、前記検出部に、入力部
を流れる高周波電流及び入力部に入力される高周波電圧
をそれぞれ検出して高周波電流検出信号及び高周波電圧
検出信号をそれぞれ出力する電流検出部及び電圧検出部
と、入力信号を該入力信号と異なる周波数を有するロー
カル信号と混合する周波数変換処理を少なくとも１回行
って高周波電流検出信号を基本周波数よりも周波数が低
い低周波電流成分を含む信号に変換する第１の周波数変
換部と、入力信号を該入力信号と異なる周波数を有する
ローカル信号と混合する周波数変換処理を少なくとも１
回行って高周波電圧検出信号を上記低周波電流成分と周
波数が等しい低周波電圧成分を含む信号に変換する第２
の周波数変換部と、第１の周波数変換部の出力信号から
低周波電流成分を検出する低周波電流成分検出手段と、
第２の周波数変換部の出力から低周波電圧成分を検出す
る低周波電圧成分検出手段と、低周波電流成分と低周波
電圧成分とからインピーダンス差を検出するインピーダ
ンス差検出手段と、低周波電流成分と低周波電圧成分と
から位相差を検出する位相差検出手段とを設けた。
を流れる高周波電流及び入力部に入力される高周波電圧
をそれぞれ検出して高周波電流検出信号及び高周波電圧
検出信号をそれぞれ出力する電流検出部及び電圧検出部
と、入力信号を該入力信号と異なる周波数を有するロー
カル信号と混合する周波数変換処理を少なくとも１回行
って高周波電流検出信号を基本周波数よりも周波数が低
い低周波電流成分を含む信号に変換する第１の周波数変
換部と、入力信号を該入力信号と異なる周波数を有する
ローカル信号と混合する周波数変換処理を少なくとも１
回行って高周波電圧検出信号を上記低周波電流成分と周
波数が等しい低周波電圧成分を含む信号に変換する第２
の周波数変換部と、第１の周波数変換部の出力信号から
低周波電流成分を検出する低周波電流成分検出手段と、
第２の周波数変換部の出力から低周波電圧成分を検出す
る低周波電圧成分検出手段と、低周波電流成分と低周波
電圧成分とからインピーダンス差を検出するインピーダ
ンス差検出手段と、低周波電流成分と低周波電圧成分と
から位相差を検出する位相差検出手段とを設けた。
【００５３】上記のように、入力信号を該入力信号と異
なる周波数を有するローカル信号と混合する周波数変換
処理を第１の周波数変換部により少なくとも１回行う
と、高周波電流検出信号を基本周波数よりも周波数が低
い低周波電流成分を含む信号に変換することができ、低
周波電流成分検出手段により、歪みがない正弦波形の低
周波電流成分を検出することができる。
なる周波数を有するローカル信号と混合する周波数変換
処理を第１の周波数変換部により少なくとも１回行う
と、高周波電流検出信号を基本周波数よりも周波数が低
い低周波電流成分を含む信号に変換することができ、低
周波電流成分検出手段により、歪みがない正弦波形の低
周波電流成分を検出することができる。
【００５４】同様に、第２の周波数変換部により、高周
波電圧検出信号を基本周波数よりも周波数が低い低周波
電圧成分を含む信号に変換することができ、低周波電圧
成分検出手段により、歪みがない正弦波形の低周波電圧
成分を検出することができる。
波電圧検出信号を基本周波数よりも周波数が低い低周波
電圧成分を含む信号に変換することができ、低周波電圧
成分検出手段により、歪みがない正弦波形の低周波電圧
成分を検出することができる。
【００５５】従って、これらの低周波電流成分及び低周
波電圧成分を用いて、インピーダンス差及び位相差を誤
差を含まずに検出することができ、これらインピーダン
ス差及び位相差を与える信号を制御部に入力することに
より、基本周波数に対して電源側インピーダンスと負荷
側インピーダンスとを正確に整合させることができる。
波電圧成分を用いて、インピーダンス差及び位相差を誤
差を含まずに検出することができ、これらインピーダン
ス差及び位相差を与える信号を制御部に入力することに
より、基本周波数に対して電源側インピーダンスと負荷
側インピーダンスとを正確に整合させることができる。
【００５６】通常、上記検出部は、入力部を流れる高周
波電流と入力部に入力される高周波電圧とを検出して入
力部から前記高周波電源側を見た電源側インピーダンス
と入力部から負荷側を見た負荷側インピーダンスとの差
の情報を含むインピーダンス差信号及び高周波電圧と高
周波電流との位相差の情報を含む位相差信号を発生する
ように構成される。また制御部は、電源側インピーダン
スと負荷側インピーダンスとを整合させる際に調節され
る可変インピーダンス素子を有する整合部と、高周波電
源の出力周波数を基本周波数として該基本周波数に対し
て負荷側インピーダンスを電源側インピーダンスに整合
させるべくインピーダンス差信号及び位相差信号に応じ
て整合部の可変インピーダンス素子を自動制御するよう
に構成される。
波電流と入力部に入力される高周波電圧とを検出して入
力部から前記高周波電源側を見た電源側インピーダンス
と入力部から負荷側を見た負荷側インピーダンスとの差
の情報を含むインピーダンス差信号及び高周波電圧と高
周波電流との位相差の情報を含む位相差信号を発生する
ように構成される。また制御部は、電源側インピーダン
スと負荷側インピーダンスとを整合させる際に調節され
る可変インピーダンス素子を有する整合部と、高周波電
源の出力周波数を基本周波数として該基本周波数に対し
て負荷側インピーダンスを電源側インピーダンスに整合
させるべくインピーダンス差信号及び位相差信号に応じ
て整合部の可変インピーダンス素子を自動制御するよう
に構成される。
【００５７】このようなインピーダンス整合装置に本発
明を適用する場合、上記検出部は、入力部を流れる高周
波電流及び前記入力部に入力される高周波電圧をそれぞ
れ検出して高周波電流検出信号及び高周波電圧検出信号
を出力する電流検出部及び電圧検出部と、基本周波数と
異なるローカル発振周波数を有するローカル信号を出力
するローカル発振部と、高周波電流検出信号とローカル
信号とを混合して高周波電流検出信号を基本周波数とロ
ーカル発振周波数との差に等しい周波数の低周波電流成
分を含む信号に変換する第１の周波数変換部と、高周波
電圧検出信号とローカル信号とを混合して高周波電圧検
出信号を低周波電流成分と周波数が等しい低周波電圧成
分を含む信号に変換する第２の周波数変換部と、第１の
周波数変換部の出力を入力として低周波電流成分に相当
する低周波電流検出信号を出力する低周波電流成分検出
手段と、第２の周波数変換部の出力を入力として低周波
電圧成分に相当する低周波電圧検出信号を出力する低周
波電圧成分検出手段と、低周波電流検出信号と低周波電
圧検出信号とを入力としてインピーダンス差信号を発生
するインピーダンス差検信号発生部と、低周波電流検出
信号と低周波電圧検出信号とを入力として位相差信号を
発生する位相差信号発生部とを備えた構成とすることが
できる。
明を適用する場合、上記検出部は、入力部を流れる高周
波電流及び前記入力部に入力される高周波電圧をそれぞ
れ検出して高周波電流検出信号及び高周波電圧検出信号
を出力する電流検出部及び電圧検出部と、基本周波数と
異なるローカル発振周波数を有するローカル信号を出力
するローカル発振部と、高周波電流検出信号とローカル
信号とを混合して高周波電流検出信号を基本周波数とロ
ーカル発振周波数との差に等しい周波数の低周波電流成
分を含む信号に変換する第１の周波数変換部と、高周波
電圧検出信号とローカル信号とを混合して高周波電圧検
出信号を低周波電流成分と周波数が等しい低周波電圧成
分を含む信号に変換する第２の周波数変換部と、第１の
周波数変換部の出力を入力として低周波電流成分に相当
する低周波電流検出信号を出力する低周波電流成分検出
手段と、第２の周波数変換部の出力を入力として低周波
電圧成分に相当する低周波電圧検出信号を出力する低周
波電圧成分検出手段と、低周波電流検出信号と低周波電
圧検出信号とを入力としてインピーダンス差信号を発生
するインピーダンス差検信号発生部と、低周波電流検出
信号と低周波電圧検出信号とを入力として位相差信号を
発生する位相差信号発生部とを備えた構成とすることが
できる。
【００５８】上記第１の周波数変換部は、高周波電流検
出信号とローカル信号とが入力された第１のミキサによ
り構成することができ、第２の周波数変換部は、高周波
電圧検出信号とローカル信号とが入力された第２のミキ
サにより構成することができる。
出信号とローカル信号とが入力された第１のミキサによ
り構成することができ、第２の周波数変換部は、高周波
電圧検出信号とローカル信号とが入力された第２のミキ
サにより構成することができる。
【００５９】電流検出部から得られる電流検出信号をロ
ーカル信号と共に第１のミキサに入力すると、第１のミ
キサは、基本周波数とローカル発振周波数との差に等し
い周波数に周波数が変換された電流検出信号と、基本周
波数とローカル発振周波数との和に等しい周波数に周波
数が変換された電流検出信号との２種類の周波数の電流
検出信号を出力する。
ーカル信号と共に第１のミキサに入力すると、第１のミ
キサは、基本周波数とローカル発振周波数との差に等し
い周波数に周波数が変換された電流検出信号と、基本周
波数とローカル発振周波数との和に等しい周波数に周波
数が変換された電流検出信号との２種類の周波数の電流
検出信号を出力する。
【００６０】また電圧検出部から得られる電圧検出信号
をローカル信号と共に第２のミキサに入力すると、第２
のミキサは、基本周波数とローカル発振周波数との差に
等しい周波数に周波数が変換された電圧検出信号と、基
本周波数とローカル発振周波数との和に等しい周波数に
周波数が変換された電圧検出信号との２種類の周波数の
電圧検出信号を出力する。
をローカル信号と共に第２のミキサに入力すると、第２
のミキサは、基本周波数とローカル発振周波数との差に
等しい周波数に周波数が変換された電圧検出信号と、基
本周波数とローカル発振周波数との和に等しい周波数に
周波数が変換された電圧検出信号との２種類の周波数の
電圧検出信号を出力する。
【００６１】上記低周波電流成分検出手段、低周波電圧
成分検出手段は、アナログフィルタまたはデジタルフィ
ルタにより構成することができる。低周波電流成分検出
手段を構成するフィルタ（第１のフィルタ）としては、
第１の周波数変換部の出力に含まれる２種類の周波数
（基本周波数とローカル発振周波数との差に等しい周波
数と、基本周波数とローカル発振周波数との和に等しい
周波数）の信号のうち、周波数が低い方の信号のみを取
り出すことができるものを用いればよく、低周波電圧成
分検出手段を構成するフィルタ（第２のフィルタ）とし
ては、第２の周波数変換部の出力に含まれる２種類の周
波数の信号のうち、周波数が低い方の信号のみを取り出
すことができるものを用いればよい。
成分検出手段は、アナログフィルタまたはデジタルフィ
ルタにより構成することができる。低周波電流成分検出
手段を構成するフィルタ（第１のフィルタ）としては、
第１の周波数変換部の出力に含まれる２種類の周波数
（基本周波数とローカル発振周波数との差に等しい周波
数と、基本周波数とローカル発振周波数との和に等しい
周波数）の信号のうち、周波数が低い方の信号のみを取
り出すことができるものを用いればよく、低周波電圧成
分検出手段を構成するフィルタ（第２のフィルタ）とし
ては、第２の周波数変換部の出力に含まれる２種類の周
波数の信号のうち、周波数が低い方の信号のみを取り出
すことができるものを用いればよい。
【００６２】低周波電流成分検出手段及び低周波電圧成
分検出手段をそれぞれ構成するフィルタとしては、２種
類の周波数のうち、低い方の周波数を中心周波数とした
バンドパスフィルタまたは低い方の周波数以下の信号を
通過させるローパスフィルタを用いることができる。
分検出手段をそれぞれ構成するフィルタとしては、２種
類の周波数のうち、低い方の周波数を中心周波数とした
バンドパスフィルタまたは低い方の周波数以下の信号を
通過させるローパスフィルタを用いることができる。
【００６３】上記第１及び第２のフィルタとしてバンド
パスフィルタを用いる場合、それぞれの選択度Ｑはそれ
程高くする必要はない。したがって、第１及び第２のフ
ィルタとしてバンドパスフィルタを用いても特にコスト
が高くなることはない。また本発明によれば、フィルタ
は第１及び第２のミキサに対して一つずつ設ければよい
ため、フィルタを設けることによるコストの上昇を最小
限に抑えることができる。
パスフィルタを用いる場合、それぞれの選択度Ｑはそれ
程高くする必要はない。したがって、第１及び第２のフ
ィルタとしてバンドパスフィルタを用いても特にコスト
が高くなることはない。また本発明によれば、フィルタ
は第１及び第２のミキサに対して一つずつ設ければよい
ため、フィルタを設けることによるコストの上昇を最小
限に抑えることができる。
【００６４】またインピーダンス差検出手段、及び位相
差検出手段もアナログ回路により実現してもよく、低周
波電流成分を与えるデジタル信号及び低周波電圧成分を
与えるデジタル信号をマイクロプロセッサに入力して、
該マイクロプロセッサに所定のプログラムを実行させる
ことにより、ソフトウェア的に実現してもよい。
差検出手段もアナログ回路により実現してもよく、低周
波電流成分を与えるデジタル信号及び低周波電圧成分を
与えるデジタル信号をマイクロプロセッサに入力して、
該マイクロプロセッサに所定のプログラムを実行させる
ことにより、ソフトウェア的に実現してもよい。
【００６５】なお本明細書においては、「低周波」の語
を高周波電源の出力周波数よりも低い周波数であること
を示す語として用いており、特定の帯域の周波数を意味
する語としては用いていない。
を高周波電源の出力周波数よりも低い周波数であること
を示す語として用いており、特定の帯域の周波数を意味
する語としては用いていない。
【００６６】本発明においてはまた、上記検出部を、入
力部を流れる高周波電流及び入力部に入力される高周波
電圧をそれぞれ検出して高周波電流検出信号及び高周波
電圧検出信号を出力する電流検出部及び電圧検出部と、
基本周波数と異なる第１のローカル発振周波数を有する
第１のローカル信号を出力する第１のローカル発振部
と、第１のローカル発振周波数と異なる第２のローカル
発振周波数を有する第２のローカル信号を出力する第２
のローカル発振部と、高周波電流検出信号と第１のロー
カル信号とを入力として基本周波数と第１のローカル発
振周波数との差に等しい周波数の中間周波電流成分を含
む信号を出力する第１の電流検出信号用ミキサと第１の
電流検出用ミキサの出力と第２のローカル信号とを入力
として上記中間周波電流成分の周波数と第２のローカル
発振周波数との差に等しい周波数の低周波電流成分を含
む信号を出力する第２の電流検出用ミキサとを備えた第
１の周波数変換部と、高周波電圧検出信号と第１のロー
カル信号とを入力として基本周波数と第１のローカル発
振周波数との差に等しい周波数の中間周波電圧成分を含
む信号を出力する第１の電圧検出信号用ミキサと第１の
電圧検出用ミキサの出力と第２のローカル信号とを入力
として上記中間周波電圧成分の周波数と第２のローカル
発振周波数との差に等しい周波数の低周波電圧成分を含
む信号を出力する第２の電圧検出用ミキサとを備えた第
２の周波数変換部と、第１の周波数変換部の出力を入力
として低周波電流成分に相当する低周波電流検出信号を
発生する低周波電流成分検出手段と、第２の周波数変換
部の出力を入力として低周波電圧成分に相当する低周波
電圧検出信号を発生する低周波電圧成分検出手段と、低
周波電流検出信号と低周波電圧検出信号とを入力として
インピーダンス差信号を発生するインピーダンス差検信
号発生部と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
とを入力として前記位相差信号を発生する位相差信号発
生部とを備えた構成とすることができる。
力部を流れる高周波電流及び入力部に入力される高周波
電圧をそれぞれ検出して高周波電流検出信号及び高周波
電圧検出信号を出力する電流検出部及び電圧検出部と、
基本周波数と異なる第１のローカル発振周波数を有する
第１のローカル信号を出力する第１のローカル発振部
と、第１のローカル発振周波数と異なる第２のローカル
発振周波数を有する第２のローカル信号を出力する第２
のローカル発振部と、高周波電流検出信号と第１のロー
カル信号とを入力として基本周波数と第１のローカル発
振周波数との差に等しい周波数の中間周波電流成分を含
む信号を出力する第１の電流検出信号用ミキサと第１の
電流検出用ミキサの出力と第２のローカル信号とを入力
として上記中間周波電流成分の周波数と第２のローカル
発振周波数との差に等しい周波数の低周波電流成分を含
む信号を出力する第２の電流検出用ミキサとを備えた第
１の周波数変換部と、高周波電圧検出信号と第１のロー
カル信号とを入力として基本周波数と第１のローカル発
振周波数との差に等しい周波数の中間周波電圧成分を含
む信号を出力する第１の電圧検出信号用ミキサと第１の
電圧検出用ミキサの出力と第２のローカル信号とを入力
として上記中間周波電圧成分の周波数と第２のローカル
発振周波数との差に等しい周波数の低周波電圧成分を含
む信号を出力する第２の電圧検出用ミキサとを備えた第
２の周波数変換部と、第１の周波数変換部の出力を入力
として低周波電流成分に相当する低周波電流検出信号を
発生する低周波電流成分検出手段と、第２の周波数変換
部の出力を入力として低周波電圧成分に相当する低周波
電圧検出信号を発生する低周波電圧成分検出手段と、低
周波電流検出信号と低周波電圧検出信号とを入力として
インピーダンス差信号を発生するインピーダンス差検信
号発生部と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
とを入力として前記位相差信号を発生する位相差信号発
生部とを備えた構成とすることができる。
【００６７】上記インピーダンス差検出手段は、低周波
電流検出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流し
て平滑する第１及び第２の整流平滑回路と、第１及び第
２の整流平滑回路の出力の差に相当する信号をインピー
ダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発生
用減算回路とを備えた構成とすることができる。
電流検出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流し
て平滑する第１及び第２の整流平滑回路と、第１及び第
２の整流平滑回路の出力の差に相当する信号をインピー
ダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発生
用減算回路とを備えた構成とすることができる。
【００６８】この場合、入力部を流れる高周波電流と入
力部に入力される高周波電圧との間の位相差δと、低周
波電流成分と低周波電圧成分との間の位相差γとの間に
９０°の差を生じさせるように（｜δ−γ｜＝９０°と
なるように）電流及び（または）電圧の位相をシフトさ
せる位相シフト手段を、電流検出部、電圧検出部、第１
の周波数変換部及び第２の周波数変換部の少なくとも一
部に設けておく。
力部に入力される高周波電圧との間の位相差δと、低周
波電流成分と低周波電圧成分との間の位相差γとの間に
９０°の差を生じさせるように（｜δ−γ｜＝９０°と
なるように）電流及び（または）電圧の位相をシフトさ
せる位相シフト手段を、電流検出部、電圧検出部、第１
の周波数変換部及び第２の周波数変換部の少なくとも一
部に設けておく。
【００６９】また上記のように、入力部を流れる高周波
電流と入力部に入力される高周波電圧との間の位相差
と、低周波電流成分と低周波電圧成分との間の位相差と
の間に９０°の差を生じさせるように電流及び（また
は）電圧の位相をシフトさせる位相シフト手段を、電流
検出部、電圧検出部、第１の周波数変換部及び第２の周
波数変換部の少なくとも一部に設ける場合には、位相差
検出手段を、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との和に相当する信号を出力する加算回路と、低周波電
流検出信号と低周波電圧検出信号との差に相当する信号
を出力する低周波電流・電圧検出信号差演算用減算回路
と、加算回路の出力を整流して平滑する第３の整流平滑
回路と、低周波電流・電圧検出信号差演算用減算回路の
出力を整流し平滑する第４の整流平滑回路と、第３の整
流平滑回路の出力と第４の整流平滑回路の出力との差に
相当する信号を位相差信号として出力する位相差信号発
生用減算回路とを備えた構成とすることができる。
電流と入力部に入力される高周波電圧との間の位相差
と、低周波電流成分と低周波電圧成分との間の位相差と
の間に９０°の差を生じさせるように電流及び（また
は）電圧の位相をシフトさせる位相シフト手段を、電流
検出部、電圧検出部、第１の周波数変換部及び第２の周
波数変換部の少なくとも一部に設ける場合には、位相差
検出手段を、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との和に相当する信号を出力する加算回路と、低周波電
流検出信号と低周波電圧検出信号との差に相当する信号
を出力する低周波電流・電圧検出信号差演算用減算回路
と、加算回路の出力を整流して平滑する第３の整流平滑
回路と、低周波電流・電圧検出信号差演算用減算回路の
出力を整流し平滑する第４の整流平滑回路と、第３の整
流平滑回路の出力と第４の整流平滑回路の出力との差に
相当する信号を位相差信号として出力する位相差信号発
生用減算回路とを備えた構成とすることができる。
【００７０】入力部を流れる高周波電流と入力部に入力
される高周波電圧との間の位相差と、低周波電流成分と
低周波電圧成分との間の位相差との間に９０°の差を生
じさせるための具体的手段の例を挙げると下記の通りで
ある。
される高周波電圧との間の位相差と、低周波電流成分と
低周波電圧成分との間の位相差との間に９０°の差を生
じさせるための具体的手段の例を挙げると下記の通りで
ある。
【００７１】（イ）電圧検出部に入力される高周波電圧
と該電圧検出部から出力される高周波電圧検出信号との
間に９０°の位相差を生じさせるように、電圧検出部を
構成する。
と該電圧検出部から出力される高周波電圧検出信号との
間に９０°の位相差を生じさせるように、電圧検出部を
構成する。
【００７２】（ロ）電流検出部に入力される高周波電流
と該電流検出部から出力される高周波電流検出信号との
間に９０°の位相差を生じさせるように、電流検出部を
構成する。
と該電流検出部から出力される高周波電流検出信号との
間に９０°の位相差を生じさせるように、電流検出部を
構成する。
【００７３】（ハ）電圧検出部と第２の周波数変換部と
の間に、電圧検出部から出力される電圧検出信号の位相
を９０°シフトして第２の周波数変換部に入力する位相
シフト手段を設ける。
の間に、電圧検出部から出力される電圧検出信号の位相
を９０°シフトして第２の周波数変換部に入力する位相
シフト手段を設ける。
【００７４】（ニ）電流検出部と第１の周波数変換部と
の間に、電流検出部から出力される電流検出信号の位相
を９０°シフトして第１の周波数変換部に入力する位相
シフト手段を設ける。
の間に、電流検出部から出力される電流検出信号の位相
を９０°シフトして第１の周波数変換部に入力する位相
シフト手段を設ける。
【００７５】（ホ）ローカル発振部と第２の周波数変換
部との間に、ローカル信号の位相を９０°シフトして第
２の周波数変換部に入力する位相シフト手段を設ける。
部との間に、ローカル信号の位相を９０°シフトして第
２の周波数変換部に入力する位相シフト手段を設ける。
【００７６】（ヘ）ローカル発振部と第１の周波数変換
部との間にローカル信号の位相を９０°シフトして第１
の周波数変換部に入力する位相シフト手段を設ける。
部との間にローカル信号の位相を９０°シフトして第１
の周波数変換部に入力する位相シフト手段を設ける。
【００７７】（ト）第２の周波数変換部の出力に含まれ
る低周波電圧成分の位相を９０°シフトした信号を低周
波電圧検出信号として出力するように低周波電圧成分検
出手段を構成する。
る低周波電圧成分の位相を９０°シフトした信号を低周
波電圧検出信号として出力するように低周波電圧成分検
出手段を構成する。
【００７８】（チ）第１の周波数変換部の出力に含まれ
る低周波電流成分の位相を９０°シフトした信号を低周
波電流検出信号として出力するように低周波電流成分検
出手段を構成する。
る低周波電流成分の位相を９０°シフトした信号を低周
波電流検出信号として出力するように低周波電流成分検
出手段を構成する。
【００７９】（リ）ローカル発振部から第１の周波数変
換部に入力されるローカル信号の位相をα°進める第１
の位相シフト手段をローカル発振部と第１の周波数変換
部との間に挿入するとともに、ローカル発振部から第２
の周波数変換部に入力されるローカル信号の位相を９０
°−α°遅らせる第２の位相シフト手段をローカル発振
部と第２の周波数変換部との間に挿入する。
換部に入力されるローカル信号の位相をα°進める第１
の位相シフト手段をローカル発振部と第１の周波数変換
部との間に挿入するとともに、ローカル発振部から第２
の周波数変換部に入力されるローカル信号の位相を９０
°−α°遅らせる第２の位相シフト手段をローカル発振
部と第２の周波数変換部との間に挿入する。
【００８０】（ヌ）ローカル発振部から第１の周波数変
換部に入力されるローカル信号の位相をα°遅らせる第
１の位相シフト手段をローカル発振部と第１の周波数変
換部との間に挿入するとともに、ローカル発振部から第
２の周波数変換部に入力されるローカル信号の位相を９
０°−α°進める第２の位相シフト手段をローカル発振
部と第２の周波数変換部との間に挿入する。
換部に入力されるローカル信号の位相をα°遅らせる第
１の位相シフト手段をローカル発振部と第１の周波数変
換部との間に挿入するとともに、ローカル発振部から第
２の周波数変換部に入力されるローカル信号の位相を９
０°−α°進める第２の位相シフト手段をローカル発振
部と第２の周波数変換部との間に挿入する。
【００８１】（ル）第１の周波数変換部の出力に含まれ
る低周波電流成分に相当する信号の位相をα°進めた信
号を低周波電流検出信号として出力するように低周波電
流成分検出手段を構成し、第２の周波数変換部の出力に
含まれる低周波電圧成分に相当する信号の位相を９０°
−α°遅らせた信号を低周波電圧検出信号として出力す
るように低周波電圧検出手段を構成する。
る低周波電流成分に相当する信号の位相をα°進めた信
号を低周波電流検出信号として出力するように低周波電
流成分検出手段を構成し、第２の周波数変換部の出力に
含まれる低周波電圧成分に相当する信号の位相を９０°
−α°遅らせた信号を低周波電圧検出信号として出力す
るように低周波電圧検出手段を構成する。
【００８２】（ヲ）第１の周波数変換部の出力に含まれ
る低周波電流成分に相当する信号の位相をα°遅らせた
信号を低周波電流検出信号として出力するように低周波
電流成分検出手段を構成し、第２の周波数変換部の出力
に含まれる低周波電圧成分に相当する信号の位相を９０
°−α°進ませた信号を低周波電圧検出信号として出力
するように低周波電圧検出手段を構成する。
る低周波電流成分に相当する信号の位相をα°遅らせた
信号を低周波電流検出信号として出力するように低周波
電流成分検出手段を構成し、第２の周波数変換部の出力
に含まれる低周波電圧成分に相当する信号の位相を９０
°−α°進ませた信号を低周波電圧検出信号として出力
するように低周波電圧検出手段を構成する。
【００８３】上記ローカル発振周波数は、高周波電源の
出力がとり得る範囲、その周波数安定度、整合部による
整合速度等を考慮して適宜に設定する。例えば、高周波
電源の出力周波数が数百ｋＨｚないし数百ＭＨｚの範囲
に含まれる一定値に設定されるときには、高周波電源の
出力周波数とローカル発振周波数との差の周波数（低周
波電流成分及び低周波電圧成分の周波数）が０．１［ｋ
Ｈｚ］〜５００［ｋＨｚ］の範囲の一定値に等しくなる
ようにローカル発振周波数を設定するのが好ましい。
出力がとり得る範囲、その周波数安定度、整合部による
整合速度等を考慮して適宜に設定する。例えば、高周波
電源の出力周波数が数百ｋＨｚないし数百ＭＨｚの範囲
に含まれる一定値に設定されるときには、高周波電源の
出力周波数とローカル発振周波数との差の周波数（低周
波電流成分及び低周波電圧成分の周波数）が０．１［ｋ
Ｈｚ］〜５００［ｋＨｚ］の範囲の一定値に等しくなる
ようにローカル発振周波数を設定するのが好ましい。
【００８４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。
施の形態を説明する。
【００８５】図１は本発明の一実施形態の構成を示した
もので、この実施形態のインピーダンス整合装置ＭＡＴ
は、入力部ＩＮと、検出部ＤＥＴと、整合部ＭＮと、制
御部ＣＵと、出力部ＯＵＴとから構成される。
もので、この実施形態のインピーダンス整合装置ＭＡＴ
は、入力部ＩＮと、検出部ＤＥＴと、整合部ＭＮと、制
御部ＣＵと、出力部ＯＵＴとから構成される。
【００８６】更に詳細に説明すると、入力部ＩＮには、
同軸コネクタからなる入力端子ａ1，ａ2 が設けられて
いて、これらの入力端子が同軸ケーブルを通して図示し
ない高周波電源に接続される。
同軸コネクタからなる入力端子ａ1，ａ2 が設けられて
いて、これらの入力端子が同軸ケーブルを通して図示し
ない高周波電源に接続される。
【００８７】出力部ＯＵＴには同軸コネクタからなる出
力端子ｂ1 ，ｂ2 が設けられていて、これらの出力端子
が同軸管を介して図示しない負荷に接続される。なお場
合によっては、出力部ＯＵＴが同軸コネクタを介するこ
となく負荷に直接接続される場合もある。
力端子ｂ1 ，ｂ2 が設けられていて、これらの出力端子
が同軸管を介して図示しない負荷に接続される。なお場
合によっては、出力部ＯＵＴが同軸コネクタを介するこ
となく負荷に直接接続される場合もある。
【００８８】検出部ＤＥＴは、電流検出部ＩＤ、電圧検
出部ＶＤ、ローカル発振部ＬＯ、第１の周波数変換部Ｆ
Ｃ１、第２の周波数変換部ＦＣ２、低周波電流成分検出
手段ＤＬｉ、低周波電圧成分検出手段ＤＬｖ、インピー
ダンス差信号発生部ＭＥ及び位相差信号発生部ＰＥから
構成される。
出部ＶＤ、ローカル発振部ＬＯ、第１の周波数変換部Ｆ
Ｃ１、第２の周波数変換部ＦＣ２、低周波電流成分検出
手段ＤＬｉ、低周波電圧成分検出手段ＤＬｖ、インピー
ダンス差信号発生部ＭＥ及び位相差信号発生部ＰＥから
構成される。
【００８９】電流検出部ＩＤは、入力部ＩＮの非接地側
の入力端子ａ1 につながる主ラインＭＬに一次コイルが
直列に接続されたカレントトランスＣＴ1 と、このカレ
ントトランスの二次コイルの両端に接続された抵抗Ｒ12
とからなっていて、入力部ＩＮを流れる高周波電流と同
位相で、大きさが該高周波電流の大きさに比例した電圧
信号からなる高周波電流検出信号ＶHIを二次コイルの両
端から出力する。カレントトランスＣＴ1 の二次コイル
の一端は整合装置ＭＡＴのアース電位部に接続されてい
る。
の入力端子ａ1 につながる主ラインＭＬに一次コイルが
直列に接続されたカレントトランスＣＴ1 と、このカレ
ントトランスの二次コイルの両端に接続された抵抗Ｒ12
とからなっていて、入力部ＩＮを流れる高周波電流と同
位相で、大きさが該高周波電流の大きさに比例した電圧
信号からなる高周波電流検出信号ＶHIを二次コイルの両
端から出力する。カレントトランスＣＴ1 の二次コイル
の一端は整合装置ＭＡＴのアース電位部に接続されてい
る。
【００９０】電圧検出部ＶＤは、位相シフト手段を構成
するコンデンサＣ11と抵抗Ｒ11との直列回路からなって
いる。電圧検出部ＶＤを構成するコンデンサ及び抵抗の
直列回路は、コンデンサＣ11を主ラインＭＬ側に位置さ
せ、抵抗Ｒ11をアース側に位置させた状態で、主ライン
ＭＬとアース電位部との間に接続されている。この電圧
検出回路においては、抵抗Ｒ11の抵抗値がコンデンサＣ
11のインピーダンス値よりも十分に小さく設定されてい
て、入力部ＩＮに入力される高周波電圧に対して９０°
位相が進み、大きさが該高周波電圧の大きさに比例した
電圧信号からなる高周波電圧検出信号ＶHVを抵抗Ｒ11の
両端から出力する。
するコンデンサＣ11と抵抗Ｒ11との直列回路からなって
いる。電圧検出部ＶＤを構成するコンデンサ及び抵抗の
直列回路は、コンデンサＣ11を主ラインＭＬ側に位置さ
せ、抵抗Ｒ11をアース側に位置させた状態で、主ライン
ＭＬとアース電位部との間に接続されている。この電圧
検出回路においては、抵抗Ｒ11の抵抗値がコンデンサＣ
11のインピーダンス値よりも十分に小さく設定されてい
て、入力部ＩＮに入力される高周波電圧に対して９０°
位相が進み、大きさが該高周波電圧の大きさに比例した
電圧信号からなる高周波電圧検出信号ＶHVを抵抗Ｒ11の
両端から出力する。
【００９１】ローカル発振部ＬＯは発振器からなってい
て、入力部ＩＮに同軸ケーブルを介して出力端子が接続
された高周波電源の出力周波数（基本周波数）と一定の
周波数ＦL だけ異なるローカル発振周波数Ｆx を有する
ローカル信号ＶLOを出力する。ローカル発振周波数Ｆx
は、基本周波数Ｆo と、一定の周波数ＦL とに対して下
記の（１１）式または（１２）式を満足するように設定
される。
て、入力部ＩＮに同軸ケーブルを介して出力端子が接続
された高周波電源の出力周波数（基本周波数）と一定の
周波数ＦL だけ異なるローカル発振周波数Ｆx を有する
ローカル信号ＶLOを出力する。ローカル発振周波数Ｆx
は、基本周波数Ｆo と、一定の周波数ＦL とに対して下
記の（１１）式または（１２）式を満足するように設定
される。
【００９２】
Ｆx ＝Ｆo ＋ＦL …（１１）
Ｆx ＝Ｆo −ＦL …（１２）
ここでは、ローカル発振周波数をＦx ＝Ｆo ＋ＦL に設
定するものとする。
定するものとする。
【００９３】第１の周波数変換部ＦＣ１は、高周波電流
検出信号ＶHIとローカル信号ＶLOとを混合して、高周波
電流検出信号を基本周波数Ｆo とローカル発振周波数Ｆ
x との差に等しい周波数の低周波電流成分を含む信号に
変換する部分で、図示の例では、この第１の周波数変換
部が、第１のミキサＭＩＸ1 により構成されている。第
１のミキサＭＩＸ1 は、電流検出部ＩＤから得られる高
周波電流検出信号ＶHIと、ローカル発振部ＬＯから得ら
れるローカル信号ＶLOとを入力として、入力信号を混合
（乗算）することにより、基本周波数Ｆo とローカル発
振周波数Ｆx との差（ＦX −Ｆo ）に等しい周波数を有
する電流検出信号と、基本周波数とローカル発振周波数
との和（Ｆx ＋ＦO ）に等しい周波数を有する電流検出
信号とを出力する。
検出信号ＶHIとローカル信号ＶLOとを混合して、高周波
電流検出信号を基本周波数Ｆo とローカル発振周波数Ｆ
x との差に等しい周波数の低周波電流成分を含む信号に
変換する部分で、図示の例では、この第１の周波数変換
部が、第１のミキサＭＩＸ1 により構成されている。第
１のミキサＭＩＸ1 は、電流検出部ＩＤから得られる高
周波電流検出信号ＶHIと、ローカル発振部ＬＯから得ら
れるローカル信号ＶLOとを入力として、入力信号を混合
（乗算）することにより、基本周波数Ｆo とローカル発
振周波数Ｆx との差（ＦX −Ｆo ）に等しい周波数を有
する電流検出信号と、基本周波数とローカル発振周波数
との和（Ｆx ＋ＦO ）に等しい周波数を有する電流検出
信号とを出力する。
【００９４】また第２の周波数変換部ＦＣ２は、高周波
電圧検出信号ＶHVとローカル信号ＶLoとを混合して、高
周波電圧検出信号を基本周波数Ｆo とローカル発振周波
数Ｆx との差に等しい周波数の低周波電圧成分を含む信
号に変換する部分で、図示の例では、この第２の周波数
変換部が第２のミキサＭＩＸ2 により構成されている。
第２のミキサＭＩＸ2 は、電圧検出部ＶＤから得られる
高周波電圧検出信号ＶHVとローカル発振部ＬＯから得ら
れるローカル信号ＶLoとを入力として、これらの入力信
号を混合（乗算）することにより、基本周波数Ｆo とロ
ーカル発振周波数Ｆx との差（Ｆx −Ｆo ）に等しい周
波数を有する電圧検出信号と、基本周波数とローカル発
振周波数との和（Ｆx ＋Ｆo ）に等しい周波数を有する
電圧検出信号とを出力する。
電圧検出信号ＶHVとローカル信号ＶLoとを混合して、高
周波電圧検出信号を基本周波数Ｆo とローカル発振周波
数Ｆx との差に等しい周波数の低周波電圧成分を含む信
号に変換する部分で、図示の例では、この第２の周波数
変換部が第２のミキサＭＩＸ2 により構成されている。
第２のミキサＭＩＸ2 は、電圧検出部ＶＤから得られる
高周波電圧検出信号ＶHVとローカル発振部ＬＯから得ら
れるローカル信号ＶLoとを入力として、これらの入力信
号を混合（乗算）することにより、基本周波数Ｆo とロ
ーカル発振周波数Ｆx との差（Ｆx −Ｆo ）に等しい周
波数を有する電圧検出信号と、基本周波数とローカル発
振周波数との和（Ｆx ＋Ｆo ）に等しい周波数を有する
電圧検出信号とを出力する。
【００９５】ミキサＭＩＸ1 及びＭＩＸ2 としては、ダ
イオード形ミキサ（例えばダブルバランスドミキサ）、
トランジスタ形ミキサ（例えばデュアルゲートＦＥＴを
使用したミキサ）、ＩＣ化ミキサ（例えば、アナログ乗
算器を使用したミキサ）等を使用することができる。
イオード形ミキサ（例えばダブルバランスドミキサ）、
トランジスタ形ミキサ（例えばデュアルゲートＦＥＴを
使用したミキサ）、ＩＣ化ミキサ（例えば、アナログ乗
算器を使用したミキサ）等を使用することができる。
【００９６】低周波電流成分検出手段ＤLiは、第１のフ
ィルタＦ1 により構成されていて、第１のミキサＭＩＸ
1 の出力を入力として基本周波数Ｆo とローカル発振周
波数Ｆx との差（Ｆx −Ｆo ）に等しい周波数ＦL に周
波数が変換された低周波電流検出信号ＶLIを出力する。
ィルタＦ1 により構成されていて、第１のミキサＭＩＸ
1 の出力を入力として基本周波数Ｆo とローカル発振周
波数Ｆx との差（Ｆx −Ｆo ）に等しい周波数ＦL に周
波数が変換された低周波電流検出信号ＶLIを出力する。
【００９７】また低周波電圧成分検出手段ＤLvは、第２
のフィルタＦ2 により構成されている。第２のフィルタ
Ｆ2 は、第２のミキサＭＩＸ2 の出力を入力として基本
周波数Ｆo とローカル発振周波数Ｆx との差（Ｆx −Ｆ
o ）に等しい周波数ＦL に周波数が変換された低周波電
圧検出信号ＶLVを出力する。
のフィルタＦ2 により構成されている。第２のフィルタ
Ｆ2 は、第２のミキサＭＩＸ2 の出力を入力として基本
周波数Ｆo とローカル発振周波数Ｆx との差（Ｆx −Ｆ
o ）に等しい周波数ＦL に周波数が変換された低周波電
圧検出信号ＶLVを出力する。
【００９８】インピーダンス差信号発生部ＭＥは、第１
及び第２の整流回路ＡＢＳ1 及びＡＢＳ2 と、第１及び
第２の平滑回路ＩＮＴ1 及びＩＮＴ2 と、減算回路ＳＵ
Ｂ1とからなっている。
及び第２の整流回路ＡＢＳ1 及びＡＢＳ2 と、第１及び
第２の平滑回路ＩＮＴ1 及びＩＮＴ2 と、減算回路ＳＵ
Ｂ1とからなっている。
【００９９】第１及び第２の整流回路ＡＢＳ1 及びＡＢ
Ｓ2 は、第１のフィルタＦ1 及び第２のフィルタＦ2 が
それぞれ出力する低周波電流検出信号ＶLI及び低周波電
圧検出信号ＶLVをそれぞれ入力として、両検出信号を整
流し、第１及び第２の平滑回路ＩＮＴ1 及びＩＮＴ2
は、第１及び第２の整流回路ＡＢＳ1 及びＡＢＳ2 から
それぞれ得られる整流出力を平滑する。この例では、第
１の整流回路ＡＢＳ1 と第１の平滑回路ＩＮＴ1 とによ
り第１の整流平滑回路が構成され、第２の整流回路ＡＢ
Ｓ2 と第２の平滑回ＩＮＴ2 とにより第２の整流平滑回
路が構成されている。
Ｓ2 は、第１のフィルタＦ1 及び第２のフィルタＦ2 が
それぞれ出力する低周波電流検出信号ＶLI及び低周波電
圧検出信号ＶLVをそれぞれ入力として、両検出信号を整
流し、第１及び第２の平滑回路ＩＮＴ1 及びＩＮＴ2
は、第１及び第２の整流回路ＡＢＳ1 及びＡＢＳ2 から
それぞれ得られる整流出力を平滑する。この例では、第
１の整流回路ＡＢＳ1 と第１の平滑回路ＩＮＴ1 とによ
り第１の整流平滑回路が構成され、第２の整流回路ＡＢ
Ｓ2 と第２の平滑回ＩＮＴ2 とにより第２の整流平滑回
路が構成されている。
【０１００】減算回路ＳＵＢ1 は、上記第１及び第２の
整流平滑回路の出力を入力として、両整流平滑回路の出
力の差に相当する信号をインピーダンス差信号Ｖmdとし
て出力する。
整流平滑回路の出力を入力として、両整流平滑回路の出
力の差に相当する信号をインピーダンス差信号Ｖmdとし
て出力する。
【０１０１】位相差信号発生部ＰＥは、加算回路ＡＤＤ
１と、低周波電流・電圧検出信号差演算用減算回路ＳＵ
Ｂ２と、第３及び第４の整流回路ＡＢＳ３及びＡＢＳ４
と、第３及び第４の平滑回路ＩＮＴ３及びＩＮＴ４と、
位相差信号発生用減算回路ＳＵＢ３とから構成される。
１と、低周波電流・電圧検出信号差演算用減算回路ＳＵ
Ｂ２と、第３及び第４の整流回路ＡＢＳ３及びＡＢＳ４
と、第３及び第４の平滑回路ＩＮＴ３及びＩＮＴ４と、
位相差信号発生用減算回路ＳＵＢ３とから構成される。
【０１０２】ここで、加算回路ＡＤＤ1 は、第１のフィ
ルタＦ1 から得られる低周波電流検出信号ＶLIと第２の
フィルタＦ2 から得られる低周波電圧検出信号ＶLVとの
和に相当する信号を出力し、低周波電流・電圧検出信号
差演算用減算回路ＳＵＢ2 は、第１のフィルタＦ1 から
得られる低周波電流検出信号ＶLIと第２のフィルタＦ2
から得られる低周波電圧検出信号ＶLVとの差に相当する
信号を出力する。
ルタＦ1 から得られる低周波電流検出信号ＶLIと第２の
フィルタＦ2 から得られる低周波電圧検出信号ＶLVとの
和に相当する信号を出力し、低周波電流・電圧検出信号
差演算用減算回路ＳＵＢ2 は、第１のフィルタＦ1 から
得られる低周波電流検出信号ＶLIと第２のフィルタＦ2
から得られる低周波電圧検出信号ＶLVとの差に相当する
信号を出力する。
【０１０３】第３の整流回路ＡＢＳ3 は加算回路ＡＤＤ
1 の出力を整流し、第３の平滑回路ＩＮＴ3 は整流回路
ＡＢＳ3 の整流出力を平滑する。また第４の整流回路Ａ
ＢＳ4 は減算回路ＳＵＢ2 の出力を整流し、第４の平滑
回路ＩＮＴ4 は整流回路ＡＢＳ4 の整流出力を平滑す
る。第３の整流回路ＡＢＳ3 と第３の平滑回路ＩＮＴ3
とにより第３の整流平滑回路が構成され、第４の整流回
路ＡＢＳ4 と第４の平滑回路ＩＮＴ4 とにより、第４の
整流平滑回路が構成されている。
1 の出力を整流し、第３の平滑回路ＩＮＴ3 は整流回路
ＡＢＳ3 の整流出力を平滑する。また第４の整流回路Ａ
ＢＳ4 は減算回路ＳＵＢ2 の出力を整流し、第４の平滑
回路ＩＮＴ4 は整流回路ＡＢＳ4 の整流出力を平滑す
る。第３の整流回路ＡＢＳ3 と第３の平滑回路ＩＮＴ3
とにより第３の整流平滑回路が構成され、第４の整流回
路ＡＢＳ4 と第４の平滑回路ＩＮＴ4 とにより、第４の
整流平滑回路が構成されている。
【０１０４】位相差信号発生用減算部ＳＵＢ3 は、上記
第３の整流平滑回路の出力と第４の整流平滑回路の出力
とを入力として、両整流平滑回路の出力の差に相当する
信号を位相差信号Ｖpdとして出力する。
第３の整流平滑回路の出力と第４の整流平滑回路の出力
とを入力として、両整流平滑回路の出力の差に相当する
信号を位相差信号Ｖpdとして出力する。
【０１０５】インピーダンス差信号発生部ＭＥから得ら
れるインピーダンス差信号Ｖmd及び位相差信号発生部Ｐ
Ｅから得られる位相差信号Ｖpdは、制御部ＣＵに与えら
れている。
れるインピーダンス差信号Ｖmd及び位相差信号発生部Ｐ
Ｅから得られる位相差信号Ｖpdは、制御部ＣＵに与えら
れている。
【０１０６】制御部ＣＵは、インピーダンス差信号Ｖmd
及び位相差信号Ｖpdをそれぞれ零ボルトにするように、
整合部ＭＮの可変インピーダンス素子（この例では可変
コンデンサ）ＶＣ1 及びＶＣ2 のインピーダンス調節部
を操作する操作機構を制御して、入力部ＩＮから負荷側
を見たインピーダンス（負荷側インピーダンス）を電源
側を見たインピーダンス（５０Ω）に整合させる。
及び位相差信号Ｖpdをそれぞれ零ボルトにするように、
整合部ＭＮの可変インピーダンス素子（この例では可変
コンデンサ）ＶＣ1 及びＶＣ2 のインピーダンス調節部
を操作する操作機構を制御して、入力部ＩＮから負荷側
を見たインピーダンス（負荷側インピーダンス）を電源
側を見たインピーダンス（５０Ω）に整合させる。
【０１０７】図示の例では、インピーダンス差信号発生
部ＭＥにより、低周波電流成分と低周波電圧成分とから
インピーダンス差を検出するインピーダンス差検出手段
が構成され、位相差信号発生部ＰＥにより、低周波電流
成分と低周波電圧成分とから位相差を検出する位相差検
出手段が構成されている。
部ＭＥにより、低周波電流成分と低周波電圧成分とから
インピーダンス差を検出するインピーダンス差検出手段
が構成され、位相差信号発生部ＰＥにより、低周波電流
成分と低周波電圧成分とから位相差を検出する位相差検
出手段が構成されている。
【０１０８】図１に示したインピーダンス整合装置にお
いて、周波数ＦL の値は０．１［ｋＨｚ］〜５００［ｋ
Ｈｚ］の範囲の周波数から選択する。ここで、周波数Ｆ
L の低い方の限界値０．１［ｋＨｚ］は、高周波電源の
発振周波数の安定度、ローカル発振部ＬＯの発振周波数
の安定度、及びインピーダンス整合装置の制御速度に関
係する。水晶発振器を発振源として用いた高周波電源で
は、発振周波数の安定度は水晶発振器の周波数安定度に
より左右される。一般に恒温槽を用いずに使用される水
晶発振器で期待できる周波数安定度は、０．０１％程度
である。一方プラズマ処理装置などの電源として用いる
高周波電源の出力周波数の下限は数百ｋＨｚ程度である
が、高周波電源の出力周波数が数百ｋＨｚの場合、周波
数安定度を０．０１％とすると、その周波数の変動範囲
は数十Ｈｚである。したがって、ミキサＭＩＸ1 及びＭ
ＩＸ2 から出力させる周波数ＦL は少くとも１００Ｈｚ
（０．１［ｋＨｚ］）以上とする必要がある。またイン
ピーダンス整合装置の制御速度が０．１秒程度でよい場
合には、周波数ＦL の最低値を０．１［ｋＨｚ］程度ま
で引き下げても差し支えがない。したがって周波数ＦL
の下限値は、０．１［ｋＨｚ］とする。
いて、周波数ＦL の値は０．１［ｋＨｚ］〜５００［ｋ
Ｈｚ］の範囲の周波数から選択する。ここで、周波数Ｆ
L の低い方の限界値０．１［ｋＨｚ］は、高周波電源の
発振周波数の安定度、ローカル発振部ＬＯの発振周波数
の安定度、及びインピーダンス整合装置の制御速度に関
係する。水晶発振器を発振源として用いた高周波電源で
は、発振周波数の安定度は水晶発振器の周波数安定度に
より左右される。一般に恒温槽を用いずに使用される水
晶発振器で期待できる周波数安定度は、０．０１％程度
である。一方プラズマ処理装置などの電源として用いる
高周波電源の出力周波数の下限は数百ｋＨｚ程度である
が、高周波電源の出力周波数が数百ｋＨｚの場合、周波
数安定度を０．０１％とすると、その周波数の変動範囲
は数十Ｈｚである。したがって、ミキサＭＩＸ1 及びＭ
ＩＸ2 から出力させる周波数ＦL は少くとも１００Ｈｚ
（０．１［ｋＨｚ］）以上とする必要がある。またイン
ピーダンス整合装置の制御速度が０．１秒程度でよい場
合には、周波数ＦL の最低値を０．１［ｋＨｚ］程度ま
で引き下げても差し支えがない。したがって周波数ＦL
の下限値は、０．１［ｋＨｚ］とする。
【０１０９】一方、周波数ＦL の高い方の限界値は、高
周波電源の発振周波数の安定度の他に、負荷に電力を供
給する他の高周波電源の出力周波数等を考慮して決める
必要がある。
周波電源の発振周波数の安定度の他に、負荷に電力を供
給する他の高周波電源の出力周波数等を考慮して決める
必要がある。
【０１１０】一般にプラズマ処理装置等に用いる高周波
電源の出力周波数の上限は数百ＭＨｚ（例えば５００Ｍ
Ｈｚ）である。また高周波電源の発振源として水晶発振
器を用いる場合、水晶発振器の周波数安定度は０．０１
％程度期待できる。ここで、高周波電源の出力周波数を
例えば数百ＭＨｚとし、発振器の周波数安定度を０．０
１％とした場合、その周波数の変動範囲は数十ｋＨｚ程
度である。この場合、周波数ＦL の上限値は少くとも数
百ｋＨｚとする必要がある。
電源の出力周波数の上限は数百ＭＨｚ（例えば５００Ｍ
Ｈｚ）である。また高周波電源の発振源として水晶発振
器を用いる場合、水晶発振器の周波数安定度は０．０１
％程度期待できる。ここで、高周波電源の出力周波数を
例えば数百ＭＨｚとし、発振器の周波数安定度を０．０
１％とした場合、その周波数の変動範囲は数十ｋＨｚ程
度である。この場合、周波数ＦL の上限値は少くとも数
百ｋＨｚとする必要がある。
【０１１１】また図１５に示したプラズマ処理装置のよ
うに、出力周波数が異なる複数の高周波電源から負荷に
電力を供給する場合には、特定の高周波電源と負荷との
間に設けるインピーダンス整合装置のローカル発振部Ｌ
Ｏの出力周波数を決定する周波数ＦL の値を、他の高周
波電源の発振周波数よりも低く設定する必要がある。例
えば、図１５において高周波電源ＧＥＮ1 に対して設け
る整合装置ＭＡＴ1 に設けるローカル発振部の発振周波
数Ｆx （＝Ｆo ＋ＦL ）を決める周波数ＦL の値は、高
周波電源ＧＥＮ2 の出力周波数よりも低く設定する必要
がある。
うに、出力周波数が異なる複数の高周波電源から負荷に
電力を供給する場合には、特定の高周波電源と負荷との
間に設けるインピーダンス整合装置のローカル発振部Ｌ
Ｏの出力周波数を決定する周波数ＦL の値を、他の高周
波電源の発振周波数よりも低く設定する必要がある。例
えば、図１５において高周波電源ＧＥＮ1 に対して設け
る整合装置ＭＡＴ1 に設けるローカル発振部の発振周波
数Ｆx （＝Ｆo ＋ＦL ）を決める周波数ＦL の値は、高
周波電源ＧＥＮ2 の出力周波数よりも低く設定する必要
がある。
【０１１２】また高周波電源の出力周波数が数百ＭＨｚ
である場合、１回の周波数変換で、周波数を０．１［ｋ
Ｈｚ］まで下げることは難しい。高周波電源の出力周波
数が数百ＭＨｚである場合、１回の周波数変換で、引き
下げることができる周波数の限界は５００［ｋＨｚ］程
度である。したがって、周波数ＦL の上限値は５００
［ｋＨｚ］程度に設定するのが好ましい。
である場合、１回の周波数変換で、周波数を０．１［ｋ
Ｈｚ］まで下げることは難しい。高周波電源の出力周波
数が数百ＭＨｚである場合、１回の周波数変換で、引き
下げることができる周波数の限界は５００［ｋＨｚ］程
度である。したがって、周波数ＦL の上限値は５００
［ｋＨｚ］程度に設定するのが好ましい。
【０１１３】以下、ローカル発振部ＬＯの出力周波数Ｆ
x がＦo ＋ＦL ［ｋＨｚ］であるとして、図１に示した
実施形態の動作を説明する。
x がＦo ＋ＦL ［ｋＨｚ］であるとして、図１に示した
実施形態の動作を説明する。
【０１１４】周波数変換部ＦＣの第１のミキサＭＩＸ1
は、電流検出部ＩＤが出力する基本周波数Ｆo ［ｋＨ
ｚ］の高周波電流検出信号ＶHIとローカル発振周波数Ｆ
x （＝Ｆo ＋ＦL ［ｋＨｚ］）を有するローカル信号Ｖ
LOとを入力として、これら２つの入力信号を混合（乗
算）し、両者の周波数の和に等しい周波数を有する電流
検出信号と、両者の周波数の差に等しい周波数を有する
電流検出信号とを出力する。すなわち電流検出部ＩＤが
出力する電流検出信号の周波数（基本周波数Ｆo ）が、
Ｆx −Ｆo 及びＦx ＋Ｆo の周波数に変換される。
は、電流検出部ＩＤが出力する基本周波数Ｆo ［ｋＨ
ｚ］の高周波電流検出信号ＶHIとローカル発振周波数Ｆ
x （＝Ｆo ＋ＦL ［ｋＨｚ］）を有するローカル信号Ｖ
LOとを入力として、これら２つの入力信号を混合（乗
算）し、両者の周波数の和に等しい周波数を有する電流
検出信号と、両者の周波数の差に等しい周波数を有する
電流検出信号とを出力する。すなわち電流検出部ＩＤが
出力する電流検出信号の周波数（基本周波数Ｆo ）が、
Ｆx −Ｆo 及びＦx ＋Ｆo の周波数に変換される。
【０１１５】同様に、第２のミキサＭＩＸ2 により、電
圧検出部ＶＤから得られる高周波電圧検出信号ＶHVの周
波数が、Ｆx −Ｆo 及びＦx ＋Ｆo の周波数に変換され
る。
圧検出部ＶＤから得られる高周波電圧検出信号ＶHVの周
波数が、Ｆx −Ｆo 及びＦx ＋Ｆo の周波数に変換され
る。
【０１１６】フィルタ部Ｆ1 及びＦ2 は、入力信号に含
まれる２つの周波数成分のうち、低い方（本実施形態で
は、Ｆx −Ｆo ＝ＦL の周波数成分）を残し、他の周波
数成分を除去する働きをする。
まれる２つの周波数成分のうち、低い方（本実施形態で
は、Ｆx −Ｆo ＝ＦL の周波数成分）を残し、他の周波
数成分を除去する働きをする。
【０１１７】インピーダンス差信号発生部ＭＥは、周波
数変換部ＦＣで低い周波数ＦL （＝Ｆx −Ｆo ）に変換
された正弦波形の低周波電流検出信号ＶLI及び低周波電
圧検出信号ＶLVを入力として、これらの信号をそれぞれ
第１の整流回路ＡＢＳ１及び第２の整流回路ＡＢＳ２に
より整流した後、更に第１及び第２の平滑回路ＩＮＴ1
及びＩＮＴ2 により平滑して減算回路ＳＵＢ1 に入力す
る。減算回路ＳＵＢ1は、低周波電流検出信号を整流平
滑して得た信号と、低周波電圧検出信号を整流平滑して
得た電圧との差に相当する信号をインピーダンス差信号
（電源側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差
に相当する信号）Ｖmdとして出力する。インピーダンス
整合装置の入力部ＩＮから負荷側をみたインピーダンス
の大きさが５０Ωの時にインピーダンス差信号Ｖmdが零
ボルトになり、５０Ωからずれたときにインピーダンス
差信号がそのずれに相応した大きさを示すように、整流
回路ＡＢＳ1 及びＡＢＳ2 と平滑回路ＩＮＴ1 及びＩＮ
Ｔ2 の定数が設定されている。
数変換部ＦＣで低い周波数ＦL （＝Ｆx −Ｆo ）に変換
された正弦波形の低周波電流検出信号ＶLI及び低周波電
圧検出信号ＶLVを入力として、これらの信号をそれぞれ
第１の整流回路ＡＢＳ１及び第２の整流回路ＡＢＳ２に
より整流した後、更に第１及び第２の平滑回路ＩＮＴ1
及びＩＮＴ2 により平滑して減算回路ＳＵＢ1 に入力す
る。減算回路ＳＵＢ1は、低周波電流検出信号を整流平
滑して得た信号と、低周波電圧検出信号を整流平滑して
得た電圧との差に相当する信号をインピーダンス差信号
（電源側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差
に相当する信号）Ｖmdとして出力する。インピーダンス
整合装置の入力部ＩＮから負荷側をみたインピーダンス
の大きさが５０Ωの時にインピーダンス差信号Ｖmdが零
ボルトになり、５０Ωからずれたときにインピーダンス
差信号がそのずれに相応した大きさを示すように、整流
回路ＡＢＳ1 及びＡＢＳ2 と平滑回路ＩＮＴ1 及びＩＮ
Ｔ2 の定数が設定されている。
【０１１８】位相差信号発生部ＰＥにも同様に、周波数
変換部ＦＣで低い周波数（Ｆx −Ｆo ＝ＦL ）に変換さ
れた正弦波形の低周波電流検出信号ＶLI及び低周波電圧
検出信号ＶLVが入力される。加算回路ＡＤＤ1 は、主ラ
インの電圧に対して９０度位相が進んだ電圧信号からな
る電圧検出信号ＶLVに主ラインの電流と同位相の電圧信
号からなる電流検出信号ＶLIを加算する。一方、減算回
路ＳＵＢ2 は、主ラインの電圧に対して位相が９０度進
んだ電圧信号ＶLVから、主ラインの電流と同位相の電圧
信号からなる電流検出信号を減算する。主ラインの電圧
と電流が同相の場合には、加算回路ＡＤＤ1 の出力電圧
の大きさと減算回路ＳＵＢ2 の出力電圧の大きさとが等
しくなる。このとき、加算回路ＡＤＤ1 の出力信号を整
流回路ＡＢＳ3 及び平滑回路ＩＮＴ3 により整流平滑し
て得た電圧信号の大きさと、減算回路ＳＵＢ2 の出力信
号を整流回路ＡＢＳ4 及び平滑回路ＩＮＴ4 により整流
平滑して得た電圧の大きさとが等しくなるように、整流
回路ＡＢＳ3 及びＡＢＳ4と平滑回路ＩＮＴ3 及びＩＮ
Ｔ4 の定数が設定されている。
変換部ＦＣで低い周波数（Ｆx −Ｆo ＝ＦL ）に変換さ
れた正弦波形の低周波電流検出信号ＶLI及び低周波電圧
検出信号ＶLVが入力される。加算回路ＡＤＤ1 は、主ラ
インの電圧に対して９０度位相が進んだ電圧信号からな
る電圧検出信号ＶLVに主ラインの電流と同位相の電圧信
号からなる電流検出信号ＶLIを加算する。一方、減算回
路ＳＵＢ2 は、主ラインの電圧に対して位相が９０度進
んだ電圧信号ＶLVから、主ラインの電流と同位相の電圧
信号からなる電流検出信号を減算する。主ラインの電圧
と電流が同相の場合には、加算回路ＡＤＤ1 の出力電圧
の大きさと減算回路ＳＵＢ2 の出力電圧の大きさとが等
しくなる。このとき、加算回路ＡＤＤ1 の出力信号を整
流回路ＡＢＳ3 及び平滑回路ＩＮＴ3 により整流平滑し
て得た電圧信号の大きさと、減算回路ＳＵＢ2 の出力信
号を整流回路ＡＢＳ4 及び平滑回路ＩＮＴ4 により整流
平滑して得た電圧の大きさとが等しくなるように、整流
回路ＡＢＳ3 及びＡＢＳ4と平滑回路ＩＮＴ3 及びＩＮ
Ｔ4 の定数が設定されている。
【０１１９】減算回路ＳＵＢ3 は平滑回路ＩＮＴ3 の出
力電圧と平滑回路ＩＮＴ4 の出力電圧とを入力して、こ
れらの信号を減算することにより位相差信号（インピー
ダンス整合装置の入力部ＩＮの主ラインの電圧と電流の
位相差に相応する信号）Ｖpdを出力する。この位相差信
号Ｖpdは、入力部ＩＮから負荷側を見たインピーダンス
が純抵抗のときに零ボルトになり、負荷側インピーダン
スが誘導性あるいは容量性の場合に、主ラインの電圧と
電流の位相差に相応した大きさを示す。
力電圧と平滑回路ＩＮＴ4 の出力電圧とを入力して、こ
れらの信号を減算することにより位相差信号（インピー
ダンス整合装置の入力部ＩＮの主ラインの電圧と電流の
位相差に相応する信号）Ｖpdを出力する。この位相差信
号Ｖpdは、入力部ＩＮから負荷側を見たインピーダンス
が純抵抗のときに零ボルトになり、負荷側インピーダン
スが誘導性あるいは容量性の場合に、主ラインの電圧と
電流の位相差に相応した大きさを示す。
【０１２０】制御部ＣＵは、検出部ＤＥＴが出力するイ
ンピーダンス差信号Ｖmdと位相差信号Ｖpdとを入力とし
て、両入力信号を零ボルトとするように可変インピーダ
ンス素子の調節部を操作する操作機構を制御することに
より、負荷側インピーダンスを電源側インピーダンスに
自動的に整合させる。
ンピーダンス差信号Ｖmdと位相差信号Ｖpdとを入力とし
て、両入力信号を零ボルトとするように可変インピーダ
ンス素子の調節部を操作する操作機構を制御することに
より、負荷側インピーダンスを電源側インピーダンスに
自動的に整合させる。
【０１２１】次に１つの高周波電源からのみ負荷に電力
を供給する場合を例にとり、基本周波数（高周波電源の
出力周波数）Ｆo を１３．５６ＭＨとして、図１に示し
たインピーダンス整合装置の各部の信号について具体的
に説明する。
を供給する場合を例にとり、基本周波数（高周波電源の
出力周波数）Ｆo を１３．５６ＭＨとして、図１に示し
たインピーダンス整合装置の各部の信号について具体的
に説明する。
【０１２２】ここで、インピーダンス整合装置の入力部
ＩＮの主ラインＭＬを流れる電流ＩH 及び主ラインに入
力される電圧ＶH をそれぞれ下記のように表す。
ＩＮの主ラインＭＬを流れる電流ＩH 及び主ラインに入
力される電圧ＶH をそれぞれ下記のように表す。
【０１２３】
ＩH ＝Ｉ×sin(２π×１３．５６×１０6 ×ｔ＋φi ） …（１３）
ＶH ＝Ｖ×sin(２π×１３．５６×１０6 ×ｔ＋φv −π／２） …（１４）
このとき電流検出部ＩＤからミキサＭＩＸ1 に入力され
る高周波電流検信号ＶHIは、その大きさをＶi とする
と、 ＶHI＝Ｖi ×sin(２π×１３．５６×１０6 ×ｔ＋φi ） …（１５） 一方、電圧検出部ＶＤからミキサＭＩＸ2 に入力される
高周波電圧検出信号ＶHVは、その大きさをＶv とする
と、 ＶHV＝Ｖv ×sin(２π×１３．５６×１０6 ×ｔ＋φv ） …（１６） ここでは、変換後の周波数ＦL （＝Ｆx −Ｆo ）を１０
０［ｋＨｚ］とし、ローカル発振部ＬＯの出力周波数Ｆ
x （＝Ｆo ＋ＦL ）を１３．６６［ＭＨｚ］に設定す
る。またローカル発振部ＬＯからミキサＭＩＸ1 及びＭ
ＩＸ2 に入力するローカル信号ＶLOを下記の式により表
すものとする。なおＡはＶL0の大きさである。
る高周波電流検信号ＶHIは、その大きさをＶi とする
と、 ＶHI＝Ｖi ×sin(２π×１３．５６×１０6 ×ｔ＋φi ） …（１５） 一方、電圧検出部ＶＤからミキサＭＩＸ2 に入力される
高周波電圧検出信号ＶHVは、その大きさをＶv とする
と、 ＶHV＝Ｖv ×sin(２π×１３．５６×１０6 ×ｔ＋φv ） …（１６） ここでは、変換後の周波数ＦL （＝Ｆx −Ｆo ）を１０
０［ｋＨｚ］とし、ローカル発振部ＬＯの出力周波数Ｆ
x （＝Ｆo ＋ＦL ）を１３．６６［ＭＨｚ］に設定す
る。またローカル発振部ＬＯからミキサＭＩＸ1 及びＭ
ＩＸ2 に入力するローカル信号ＶLOを下記の式により表
すものとする。なおＡはＶL0の大きさである。
【０１２４】
ＶLO＝Ａ×cos(２π×１３．６６×１０6 ×ｔ＋φa ） …（１７）
ミキサＭＩＸ1 及びＭＩＸ2 としてアナログ乗算器を使
用した場合、ミキサの出力は、２つの入力信号を乗算し
た波形になる。ミキサＭＩＸ1 及びＭＩＸ2 の出力電圧
をそれぞれＶm1及びＶm2とすると、 Ｖm1＝−（Ａ・Ｖi ／２）sin(２π×１００×１０3 ×ｔ＋φa −φi ） ＋（Ａ・Ｖi ／２）sin(２π×２７．２２×１０6 ×ｔ ＋φa ＋φi ） …（１８） Ｖm2＝−（Ａ・Ｖv ／２）sin(２π×１００×１０3 ×ｔ＋φa −φv ） ＋（Ａ・Ｖv ／２）sin(２π×２７．２２×１０6 ×ｔ＋φa ＋φv ） …（１９） となる。これらの出力電圧の波形には、１００［ｋＨ
ｚ］及び２７．２２［ＭＨｚ］の周波数成分がある。第
１及び第２のフィルタＦ1 及びＦ2 として、周波数ＦL
までの周波数成分を通過させるローパスフィルタ、また
は中心周波数ＦL を通過させるバンドパスフィルタを用
いると、第１のフィルタＦ1 及び第２のフィルタＦ2 は
それぞれ下記の低周波電流検出信号ＶLI及び低周波電圧
検出信号ＶLVを出力する。
用した場合、ミキサの出力は、２つの入力信号を乗算し
た波形になる。ミキサＭＩＸ1 及びＭＩＸ2 の出力電圧
をそれぞれＶm1及びＶm2とすると、 Ｖm1＝−（Ａ・Ｖi ／２）sin(２π×１００×１０3 ×ｔ＋φa −φi ） ＋（Ａ・Ｖi ／２）sin(２π×２７．２２×１０6 ×ｔ ＋φa ＋φi ） …（１８） Ｖm2＝−（Ａ・Ｖv ／２）sin(２π×１００×１０3 ×ｔ＋φa −φv ） ＋（Ａ・Ｖv ／２）sin(２π×２７．２２×１０6 ×ｔ＋φa ＋φv ） …（１９） となる。これらの出力電圧の波形には、１００［ｋＨ
ｚ］及び２７．２２［ＭＨｚ］の周波数成分がある。第
１及び第２のフィルタＦ1 及びＦ2 として、周波数ＦL
までの周波数成分を通過させるローパスフィルタ、また
は中心周波数ＦL を通過させるバンドパスフィルタを用
いると、第１のフィルタＦ1 及び第２のフィルタＦ2 は
それぞれ下記の低周波電流検出信号ＶLI及び低周波電圧
検出信号ＶLVを出力する。
【０１２５】
ＶLI＝−（Ａ・Ｖi ／２）sin(２π×１００×１０3 ×ｔ＋φa −φi ）
…（２０）
ＶLV＝−（Ａ・Ｖv ／２）sin(２π×１００×１０3 ×ｔ＋φa −φv ）
…（２１）
従って、第１のフィルタＦ1 及びＦ2 の出力信号ＶLI及
びＶLVは、周波数が１００［ｋＨｚ］の正弦波信号とな
る。
びＶLVは、周波数が１００［ｋＨｚ］の正弦波信号とな
る。
【０１２６】（２０）式から明らかなように、第１のフ
ィルタＦ1 の出力信号ＶLIには電流検出部ＩＤで検出し
た電流検出信号の大きさＶi の情報と位相φi の情報と
が含まれる。また（２１）式から明らかなように、第２
のフィルタ部Ｆ2 の出力信号には、電圧検出部ＶＤで検
出した電圧検出信号の大きさＶv の情報と位相φv の情
報とが含まれる。従って、フィルタＦ1 及びＦ2 がそれ
ぞれ出力する低周波電流検出信号及び低周波電圧検出信
号は、周波数がＦL （この例の場合は１００［ｋＨ
ｚ］）の歪みがない正弦波信号であって、入力部ＩＮで
検出された高周波電流及び高周波電圧の大きさの情報と
位相の情報とを含む信号となる。従って、インピーダン
ス差信号発生部ＭＥ及び位相差信号発生部ＰＥは、これ
らの歪みのない正弦波信号を入力するため、前述した方
法で自動整合動作を行うことができる。
ィルタＦ1 の出力信号ＶLIには電流検出部ＩＤで検出し
た電流検出信号の大きさＶi の情報と位相φi の情報と
が含まれる。また（２１）式から明らかなように、第２
のフィルタ部Ｆ2 の出力信号には、電圧検出部ＶＤで検
出した電圧検出信号の大きさＶv の情報と位相φv の情
報とが含まれる。従って、フィルタＦ1 及びＦ2 がそれ
ぞれ出力する低周波電流検出信号及び低周波電圧検出信
号は、周波数がＦL （この例の場合は１００［ｋＨ
ｚ］）の歪みがない正弦波信号であって、入力部ＩＮで
検出された高周波電流及び高周波電圧の大きさの情報と
位相の情報とを含む信号となる。従って、インピーダン
ス差信号発生部ＭＥ及び位相差信号発生部ＰＥは、これ
らの歪みのない正弦波信号を入力するため、前述した方
法で自動整合動作を行うことができる。
【０１２７】次に図１５に示すように、２つの異なる周
波数を出力する高周波電源ＧＥＮ1、ＧＥＮ2 から１つ
のプラズマチャンバＰＣに高周波電力を供給するプラズ
マ処理装置に使用されるインピーダンス整合装置につい
て説明する。ここでは、高周波電源ＧＥＮ1 及びＧＥＮ
2 のそれぞれの出力周波数を１３．５６［ＭＨｚ］及び
３［ＭＨｚ］とし、ＭＡＴ1 及びＭＡＴ2 をそれぞれ１
３．５６［ＭＨｚ］及び３［ＭＨｚ］用のインピーダン
ス整合装置とする。
波数を出力する高周波電源ＧＥＮ1、ＧＥＮ2 から１つ
のプラズマチャンバＰＣに高周波電力を供給するプラズ
マ処理装置に使用されるインピーダンス整合装置につい
て説明する。ここでは、高周波電源ＧＥＮ1 及びＧＥＮ
2 のそれぞれの出力周波数を１３．５６［ＭＨｚ］及び
３［ＭＨｚ］とし、ＭＡＴ1 及びＭＡＴ2 をそれぞれ１
３．５６［ＭＨｚ］及び３［ＭＨｚ］用のインピーダン
ス整合装置とする。
【０１２８】インピーダンス整合装置ＭＡＴ1 が図１の
ように構成されている場合、検出部ＤＥＴの電流検出部
ＩＤを流れる主ラインの電流及び電圧検出部ＶＤに入力
される電圧には１３．５６［ＭＨｚ］の周波数成分と、
１３．５６［ＭＨｚ］×ｎ±ｍ×３［ＭＨｚ］の周波数
成分とが存在する。したがって電流検出部ＩＤ及び電圧
検出部ＶＤからミキサＭＩＸ1 及びＭＩＸ2 に入力され
る信号には、１３．５６［ＭＨｚ］の周波数成分と、１
３．５６［ＭＨｚ］×ｎ±ｍ×３［ＭＨｚ］の周波数成
分とが含まれる。ここでは数式で説明するため、電流検
出部ＩＤの出力信号の周波数成分を代表的に７．５６
［ＭＨｚ］（＝１３．５６［ＭＨｚ］−３［ＭＨｚ］×
２）、１０．５６［ＭＨｚ］（＝１３．５６［ＭＨｚ］
−３［ＭＨｚ］）、１３．５６［ＭＨｚ］、１６．５６
［ＭＨｚ］（＝１３．５６［ＭＨｚ］＋３［ＭＨ
ｚ］）、１９．５６［ＭＨｚ］（＝１３．５６［ＭＨ
ｚ］＋３［ＭＨｚ］×２）、２１．１２［ＭＨｚ］（＝
２７．１２［ＭＨｚ］−３［ＭＨｚ］×２）、２４．１
２［ＭＨｚ］（＝２７．１２［ＭＨｚ］−３［ＭＨ
ｚ］）、２７．１２［ＭＨｚ］、３０．１２［ＭＨｚ］
（＝２７．１２［ＭＨｚ］＋３［ＭＨｚ］）、及び３
３．１２［ＭＨｚ］（＝２７．１２［ＭＨｚ］＋３［Ｍ
Ｈｚ］×２）とし、これらの周波数成分の電流検出信号
の大きさをそれぞれＶ12M ，Ｖ11M ，Ｖ10，Ｖ11P ，Ｖ
12P ，Ｖ22M ，Ｖ21M ，Ｖ20，Ｖ21p ，Ｖ22p 、位相を
φ12M ，φ11M ，φ10，φ11P ，φ12P ，φ22M ，φ21
M ，φ20，φ21p 及びφ22p する。この場合、電流検出
部ＩＤが出力する高周波電流検出信号ＶHIを表す式は下
記の通りである。
ように構成されている場合、検出部ＤＥＴの電流検出部
ＩＤを流れる主ラインの電流及び電圧検出部ＶＤに入力
される電圧には１３．５６［ＭＨｚ］の周波数成分と、
１３．５６［ＭＨｚ］×ｎ±ｍ×３［ＭＨｚ］の周波数
成分とが存在する。したがって電流検出部ＩＤ及び電圧
検出部ＶＤからミキサＭＩＸ1 及びＭＩＸ2 に入力され
る信号には、１３．５６［ＭＨｚ］の周波数成分と、１
３．５６［ＭＨｚ］×ｎ±ｍ×３［ＭＨｚ］の周波数成
分とが含まれる。ここでは数式で説明するため、電流検
出部ＩＤの出力信号の周波数成分を代表的に７．５６
［ＭＨｚ］（＝１３．５６［ＭＨｚ］−３［ＭＨｚ］×
２）、１０．５６［ＭＨｚ］（＝１３．５６［ＭＨｚ］
−３［ＭＨｚ］）、１３．５６［ＭＨｚ］、１６．５６
［ＭＨｚ］（＝１３．５６［ＭＨｚ］＋３［ＭＨ
ｚ］）、１９．５６［ＭＨｚ］（＝１３．５６［ＭＨ
ｚ］＋３［ＭＨｚ］×２）、２１．１２［ＭＨｚ］（＝
２７．１２［ＭＨｚ］−３［ＭＨｚ］×２）、２４．１
２［ＭＨｚ］（＝２７．１２［ＭＨｚ］−３［ＭＨ
ｚ］）、２７．１２［ＭＨｚ］、３０．１２［ＭＨｚ］
（＝２７．１２［ＭＨｚ］＋３［ＭＨｚ］）、及び３
３．１２［ＭＨｚ］（＝２７．１２［ＭＨｚ］＋３［Ｍ
Ｈｚ］×２）とし、これらの周波数成分の電流検出信号
の大きさをそれぞれＶ12M ，Ｖ11M ，Ｖ10，Ｖ11P ，Ｖ
12P ，Ｖ22M ，Ｖ21M ，Ｖ20，Ｖ21p ，Ｖ22p 、位相を
φ12M ，φ11M ，φ10，φ11P ，φ12P ，φ22M ，φ21
M ，φ20，φ21p 及びφ22p する。この場合、電流検出
部ＩＤが出力する高周波電流検出信号ＶHIを表す式は下
記の通りである。
【０１２９】
ＶHI＝Ｖ12M ×sin(２π×７．５６×１０６ ×ｔ＋φ12M ）
＋Ｖ11M ×sin(２π×１０．５６×１０６ ×ｔ＋φ11M ）
＋Ｖ10×sin(２π×１３．５６×１０６ ×ｔ＋φ10）
＋Ｖ11P ×sin(２π×１６．５６×１０６ ×ｔ＋φ11P ）
＋Ｖ12P ×sin(２π×１９．５６×１０６ ×ｔ＋φ12P ）
＋Ｖ22M ×sin(２π×２１．１２×１０６ ×ｔ＋φ22M ）
＋Ｖ21M ×sin(２π×２４．１２×１０６ ×ｔ＋φ21M ）
＋Ｖ20×sin(２π×２７．１２×１０６ ×ｔ＋φ20）
＋Ｖ21P ×sin(２π×３０．１２×１０６ ×ｔ＋φ21P)
＋Ｖ22P ×sin(２π×３３．１２×１０６ ×ｔ＋φ22P)
…（２２）
次にローカル発振部ＬＯの出力周波数をＦx ＝１３．６
６［ＭＨｚ］（＝Ｆo＋ＦL ；Ｆo ＝１３．５６［ＭＨ
ｚ］，ＦL ＝１００ｋＨＺ）とし、ローカル発振部ＬＯ
の出力電圧ＶLOを、 ＶLO＝Ａ×ｃｏｓ（２π×１３．６６×１０６ ×ｔ＋φa ） …（２３） とすると、ミキサＭＩＸ1 の出力電圧Ｖm1は、ＶHIとＶ
LOの積より以下の式で表される。
６［ＭＨｚ］（＝Ｆo＋ＦL ；Ｆo ＝１３．５６［ＭＨ
ｚ］，ＦL ＝１００ｋＨＺ）とし、ローカル発振部ＬＯ
の出力電圧ＶLOを、 ＶLO＝Ａ×ｃｏｓ（２π×１３．６６×１０６ ×ｔ＋φa ） …（２３） とすると、ミキサＭＩＸ1 の出力電圧Ｖm1は、ＶHIとＶ
LOの積より以下の式で表される。
【０１３０】
Ｖm1＝Ｖin×ＶLO
＝−（Ａ・Ｖ12M ／２）sin(２π×６．１×１０６ ×ｔ＋φa
−φ12M ）＋（Ａ・Ｖ12M ／２）sin(２π×２１．２２×１０６ ×ｔ
＋φa ＋φ12M ）−（Ａ・Ｖ11M ／２）sin(２π×３．１×１０６
×ｔ＋φa −φ11M ）＋（Ａ・Ｖ11M ／２）sin(２π×２４．２２
×１０６ ×ｔ＋φa ＋φ11M ）−（Ａ・Ｖ10／２）sin(２π×０．１
×１０６ ×ｔ＋φa −φ10）＋（Ａ・Ｖ10／２）sin(２π
×２７．２２×１０６ ×ｔ＋φa ＋φ10）−（Ａ・Ｖ11P ／２）
×sin(−２π×２．９×１０６ ×ｔ＋φa −φ11P ）
＋（Ａ・Ｖ11P ／２）sin(２π×３０．２２×１０６ ×ｔ＋φa
＋φ11P ）−（Ａ・Ｖ12P ／２）sin(−２π×５．９×１０６
×ｔ＋φa −φ12P ）＋（Ａ・Ｖ12P ／２）sin(２π×３３．２２
×１０６ ×ｔ＋φa ＋φ12P ）−（Ａ・Ｖ22M ／２）sin(−２π
×７．４６×１０６ ×ｔ＋φa −φ22M ）＋（Ａ・Ｖ22M ／２）
×sin(２π×３４．７８×１０６ ×ｔ＋φa ＋φ22M ）
−（Ａ・Ｖ21M ／２）sin(−２π×１０．４６×１０６ ×ｔ＋φa
−φ21M ）＋（Ａ・Ｖ21M ／２）sin(２π×３７．７８×１０６
×ｔ＋φa ＋φ21M ）−（Ａ・Ｖ20／２）sin(−２π×１３．４６
×１０６ ×ｔ＋φa −φ20）＋（Ａ・Ｖ20／２）sin(２π
×４０．７８×１０６ ×ｔ＋φa ＋φ20）−（Ａ・Ｖ21P ／２）
×sin(−２π×１６．４６×１０６ ×ｔ＋φa −φ21P ）
＋（Ａ・Ｖ21P ／２）sin(２π×４３．７８×１０６ ×ｔ＋φa
＋φ21P ）−（Ａ・Ｖ22P ／２）sin(−２π×１９．４６×１０６
×ｔ＋φa −φ22P ）＋（Ａ・Ｖ22P ／２）sin(２π×４６．７８
×１０６ ×ｔ＋φa ＋φ22P ）
…（２４）
ここで、フィルタＦ1 として、周波数ＦL までの周波数
成分を通過させるローパスフィルタまたは中心周波数Ｆ
L を通過させるパンドパスフィルタを用いると、フィル
タＦ1 が出力する低周波電流検出信号ＶLIは、 ＶLI＝−（Ａ・Ｖ10／２）sin(２π×１００×１０３ ×ｔ＋φa −φ10） …（２５） ここでは省略するが、第２のミキサＭＩＸ2 の出力電圧
も（２４）式と同様の形で表され、フィルタＦ2 が出力
する低周波電圧検出信号ＶLVも（２５）式と同様の形で
表される。
成分を通過させるローパスフィルタまたは中心周波数Ｆ
L を通過させるパンドパスフィルタを用いると、フィル
タＦ1 が出力する低周波電流検出信号ＶLIは、 ＶLI＝−（Ａ・Ｖ10／２）sin(２π×１００×１０３ ×ｔ＋φa −φ10） …（２５） ここでは省略するが、第２のミキサＭＩＸ2 の出力電圧
も（２４）式と同様の形で表され、フィルタＦ2 が出力
する低周波電圧検出信号ＶLVも（２５）式と同様の形で
表される。
【０１３１】従って、第１及び第２のフィルタがそれぞ
れ出力する低周波電流検出信号ＶLI及び低周波電圧検出
信号ＶLVはそれぞれ周波数が１００［ｋＨｚ］の正弦波
信号となる。低周波電流検出信号ＶLIは、電流検出部Ｉ
Ｄが出力する高周波電流検出信号の大きさＶ10と位相φ
10の情報を含む信号となり、低周波電圧検出信号ＶLV
は、電圧検出部ＶＤが出力する高周波電圧検出信号の大
きさの情報と位相の情報とを含む信号となる。インピー
ダンス差信号発生部ＭＥ及び位相差信号発生部ＰＥは、
これら歪みのない正弦波信号を入力するため、前述の方
法により自動整合動作を行うことができる。
れ出力する低周波電流検出信号ＶLI及び低周波電圧検出
信号ＶLVはそれぞれ周波数が１００［ｋＨｚ］の正弦波
信号となる。低周波電流検出信号ＶLIは、電流検出部Ｉ
Ｄが出力する高周波電流検出信号の大きさＶ10と位相φ
10の情報を含む信号となり、低周波電圧検出信号ＶLV
は、電圧検出部ＶＤが出力する高周波電圧検出信号の大
きさの情報と位相の情報とを含む信号となる。インピー
ダンス差信号発生部ＭＥ及び位相差信号発生部ＰＥは、
これら歪みのない正弦波信号を入力するため、前述の方
法により自動整合動作を行うことができる。
【０１３２】上記の例では、インピーダンス整合装置Ｍ
ＡＴ1 について説明したが、インピーダンス整合装置Ｍ
ＡＴ2 に対しても同様に本発明を適用することができ
る。
ＡＴ1 について説明したが、インピーダンス整合装置Ｍ
ＡＴ2 に対しても同様に本発明を適用することができ
る。
【０１３３】上記の例では、整合部ＭＮに設けるインピ
ーダンス整合回路として逆Ｌ型のものを用いたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、図２に示したよう
に、可変インダクタＬ1 と可変コンデンサＣ1 とからな
るＬ型のインピーダンス整合回路、図３に示したように
可変コンデンサＣ1 ，Ｃ2 と可変インダクタＬ1 とから
なるπ型のインピーダンス整合回路、図４に示したよう
に可変コンデンサＣ1，Ｃ2 と可変インダクタＬ1 とか
らなるＴ型のインピーダンス整合回路、または図５に示
したように可変インダクタＬ1 ，Ｌ2 と可変コンデンサ
Ｃ1 とからなるＴ型のインピーダンス整合回路等を用い
ることもできる。
ーダンス整合回路として逆Ｌ型のものを用いたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、図２に示したよう
に、可変インダクタＬ1 と可変コンデンサＣ1 とからな
るＬ型のインピーダンス整合回路、図３に示したように
可変コンデンサＣ1 ，Ｃ2 と可変インダクタＬ1 とから
なるπ型のインピーダンス整合回路、図４に示したよう
に可変コンデンサＣ1，Ｃ2 と可変インダクタＬ1 とか
らなるＴ型のインピーダンス整合回路、または図５に示
したように可変インダクタＬ1 ，Ｌ2 と可変コンデンサ
Ｃ1 とからなるＴ型のインピーダンス整合回路等を用い
ることもできる。
【０１３４】また図２ないし図５に示したインピーダン
ス整合回路おいては、インピーダンス素子としてのイン
ダクタ及びコンデンサをすべて可変インピーダンス素子
としたが、図２ないし図５に示したインピーダンス整合
回路において、インピーダンス素子の一部を固定インピ
ーダンス素子とすることができるのはもちろんである。
ス整合回路おいては、インピーダンス素子としてのイン
ダクタ及びコンデンサをすべて可変インピーダンス素子
としたが、図２ないし図５に示したインピーダンス整合
回路において、インピーダンス素子の一部を固定インピ
ーダンス素子とすることができるのはもちろんである。
【０１３５】図１に示した例では、前述のように、電圧
検出部ＶＤが主ラインＭＬの電圧に対して、位相角が約
９０度進んだ電圧信号を電圧検出信号ＶHVとして第２の
ミキサＭＩＸ2 に与える。これに対し、電流検出部ＩＤ
は、主ラインを流れる電流と同相の電圧信号を電流検出
信号ＶHIとして第１のミキサＭＩＸ1 に与える。
検出部ＶＤが主ラインＭＬの電圧に対して、位相角が約
９０度進んだ電圧信号を電圧検出信号ＶHVとして第２の
ミキサＭＩＸ2 に与える。これに対し、電流検出部ＩＤ
は、主ラインを流れる電流と同相の電圧信号を電流検出
信号ＶHIとして第１のミキサＭＩＸ1 に与える。
【０１３６】本発明においては、入力部ＩＮを流れる高
周波電流と入力部ＩＮに入力される高周波電圧との間の
位相差δと、低周波電流成分検出手段ＤＬｉにより検出
される低周波電流成分と低周波電圧成分検出手段ＤＬｖ
により検出される低周波電圧成分との間の位相差γとの
間に９０°の差を生じさせるように（｜δ−γ｜＝９０
°となるように）電流及び（または）電圧の位相をシフ
トさせる位相シフト手段が、電流検出部、電圧検出部、
前記第１の周波数変換部及び第２の周波数変換部の少な
くとも一部に設けられていればよく、図１に示した構成
に限定されない。検出信号の位相関係の組み合わせには
種々の変形を考えることができる。
周波電流と入力部ＩＮに入力される高周波電圧との間の
位相差δと、低周波電流成分検出手段ＤＬｉにより検出
される低周波電流成分と低周波電圧成分検出手段ＤＬｖ
により検出される低周波電圧成分との間の位相差γとの
間に９０°の差を生じさせるように（｜δ−γ｜＝９０
°となるように）電流及び（または）電圧の位相をシフ
トさせる位相シフト手段が、電流検出部、電圧検出部、
前記第１の周波数変換部及び第２の周波数変換部の少な
くとも一部に設けられていればよく、図１に示した構成
に限定されない。検出信号の位相関係の組み合わせには
種々の変形を考えることができる。
【０１３７】ここで、入力部ＩＮを流れる高周波電流と
入力部ＩＮに入力される高周波電圧との間の位相差δ
と、低周波電流成分検出手段ＤＬｉにより検出される低
周波電流成分と低周波電圧成分検出手段ＤＬｖにより検
出される低周波電圧成分との間の位相差γとの間に９０
°の差を生じさせるようにするための検出部の要部の種
々の構成例を図６ないし図１４を用いて説明する。
入力部ＩＮに入力される高周波電圧との間の位相差δ
と、低周波電流成分検出手段ＤＬｉにより検出される低
周波電流成分と低周波電圧成分検出手段ＤＬｖにより検
出される低周波電圧成分との間の位相差γとの間に９０
°の差を生じさせるようにするための検出部の要部の種
々の構成例を図６ないし図１４を用いて説明する。
【０１３８】図６は、図１に示した検出部ＤＥＴの各部
の内、インピーダンス差検出手段ＭＥ及び位相差検出手
段ＰＥよりも前段の部分の構成をブロック図で示したも
ので、ＩＤは電流検出部、ＶＤは電圧検出部、ＬＯはロ
ーカル発振部、ＦＣ１は第１のミキサＭＩＸ１からなる
第１の周波数変換部、ＦＣ２は第２のミキサＭＩＸ２か
らなる第２の周波数変換部、ＤＬｉは第１のフィルタＦ
１からなる低周波電流成分検出手段、ＤＬｖは、第２の
フィルタＦ２からなる低周波電圧検出手段である。
の内、インピーダンス差検出手段ＭＥ及び位相差検出手
段ＰＥよりも前段の部分の構成をブロック図で示したも
ので、ＩＤは電流検出部、ＶＤは電圧検出部、ＬＯはロ
ーカル発振部、ＦＣ１は第１のミキサＭＩＸ１からなる
第１の周波数変換部、ＦＣ２は第２のミキサＭＩＸ２か
らなる第２の周波数変換部、ＤＬｉは第１のフィルタＦ
１からなる低周波電流成分検出手段、ＤＬｖは、第２の
フィルタＦ２からなる低周波電圧検出手段である。
【０１３９】図１に示した例では、電圧検出部ＶＤに位
相シフト手段（コンデンサＣ11）を設けて、電圧検出部
の入力と出力との間に９０°の位相差を持たせることに
より、入力部を流れる高周波電流と入力部に入力される
高周波電圧との間の位相差と、低周波電流成分検出手段
により検出される低周波電流成分と低周波電圧成分検出
手段により検出される低周波電圧成分との間の位相差と
の間に９０°の差を生じさせるようにしている。
相シフト手段（コンデンサＣ11）を設けて、電圧検出部
の入力と出力との間に９０°の位相差を持たせることに
より、入力部を流れる高周波電流と入力部に入力される
高周波電圧との間の位相差と、低周波電流成分検出手段
により検出される低周波電流成分と低周波電圧成分検出
手段により検出される低周波電圧成分との間の位相差と
の間に９０°の差を生じさせるようにしている。
【０１４０】このように構成する代わりに、例えば電流
検出部ＩＤに使用するカレントトランスＣＴ１の２次側
抵抗Ｒ12を位相シフト手段としてのコンデンサに置き換
えて、電流検出部ＩＤが出力する高周波電流検出信号を
入力部を流れる電流に対して９０度位相がずれた電圧信
号とし、電圧検出部ＶＤに使用したコンデンサＣ11を抵
抗に置き換えて、電圧検出部ＶＤが出力する高周波電圧
検出信号を入力部の電圧と同位相の信号電圧とするよう
にしてもよい。
検出部ＩＤに使用するカレントトランスＣＴ１の２次側
抵抗Ｒ12を位相シフト手段としてのコンデンサに置き換
えて、電流検出部ＩＤが出力する高周波電流検出信号を
入力部を流れる電流に対して９０度位相がずれた電圧信
号とし、電圧検出部ＶＤに使用したコンデンサＣ11を抵
抗に置き換えて、電圧検出部ＶＤが出力する高周波電圧
検出信号を入力部の電圧と同位相の信号電圧とするよう
にしてもよい。
【０１４１】更に、電流検出部ＩＤ及び電圧検出部ＶＤ
からそれぞれ出力される高周波電流検出信号及び高周波
電圧検出信号をともに入力部の電流及び電圧と同相の電
圧信号とし、図７に示すように、電圧検出部ＶＤと第２
の周波数変換部ＦＣ２との間に、電圧検出部ＶＤから出
力される電圧検出信号の位相を９０°シフトして第２の
周波数変換部ＦＣ２に入力する位相シフト手段ＰＳを設
けるようにしてもよい。
からそれぞれ出力される高周波電流検出信号及び高周波
電圧検出信号をともに入力部の電流及び電圧と同相の電
圧信号とし、図７に示すように、電圧検出部ＶＤと第２
の周波数変換部ＦＣ２との間に、電圧検出部ＶＤから出
力される電圧検出信号の位相を９０°シフトして第２の
周波数変換部ＦＣ２に入力する位相シフト手段ＰＳを設
けるようにしてもよい。
【０１４２】また特に図示してないが、電流検出部ＩＤ
と第１の周波数変換部ＦＣ１との間に、電流検出部ＩＤ
から出力される電流検出信号の位相を９０°シフトして
第１の周波数変換部ＦＣ１に入力する位相シフト手段を
設けるようにしてもよい。
と第１の周波数変換部ＦＣ１との間に、電流検出部ＩＤ
から出力される電流検出信号の位相を９０°シフトして
第１の周波数変換部ＦＣ１に入力する位相シフト手段を
設けるようにしてもよい。
【０１４３】更に、図８に示したように、ローカル発振
部ＬＯと第２の周波数変換部ＦＣ２との間に、ローカル
信号の位相を９０°シフトして第２の周波数変換部ＦＣ
２に入力する位相シフト手段ＰＳを設けるようにしても
よい。
部ＬＯと第２の周波数変換部ＦＣ２との間に、ローカル
信号の位相を９０°シフトして第２の周波数変換部ＦＣ
２に入力する位相シフト手段ＰＳを設けるようにしても
よい。
【０１４４】また図示してないが、ローカル発振部ＬＯ
と第１の周波数変換部ＦＣ１との間にローカル信号ＬＯ
の位相を９０°シフトして第１の周波数変換部に入力す
る位相シフト手段を設けるようにしてもよい。
と第１の周波数変換部ＦＣ１との間にローカル信号ＬＯ
の位相を９０°シフトして第１の周波数変換部に入力す
る位相シフト手段を設けるようにしてもよい。
【０１４５】更に図９に示したように、第２の周波数変
換部ＦＣ２を構成する第２のミキサＭＩＸ２と第２のフ
ィルタＦ２との間に位相シフト手段ＰＳを挿入して、該
位相シフト手段ＰＳと、第２のフィルタＦ２とにより、
第２の周波数変換部の出力に含まれる低周波電圧成分の
位相を９０°シフトした信号を低周波電圧検出信号とし
て出力するように低周波電圧成分検出手段ＤＬｖを構成
するか、または図１０に示したように、第２のフィルタ
Ｆ２の出力側に位相シフト手段ＰＳを設けて、該位相シ
フト手段ＰＳと、第２のフィルタＦ２とにより、第２の
周波数変換部の出力に含まれる低周波電圧成分の位相を
９０°シフトした信号を低周波電圧検出信号として出力
するように低周波電圧成分検出手段ＤＬｖを構成するよ
うにしてもよい。
換部ＦＣ２を構成する第２のミキサＭＩＸ２と第２のフ
ィルタＦ２との間に位相シフト手段ＰＳを挿入して、該
位相シフト手段ＰＳと、第２のフィルタＦ２とにより、
第２の周波数変換部の出力に含まれる低周波電圧成分の
位相を９０°シフトした信号を低周波電圧検出信号とし
て出力するように低周波電圧成分検出手段ＤＬｖを構成
するか、または図１０に示したように、第２のフィルタ
Ｆ２の出力側に位相シフト手段ＰＳを設けて、該位相シ
フト手段ＰＳと、第２のフィルタＦ２とにより、第２の
周波数変換部の出力に含まれる低周波電圧成分の位相を
９０°シフトした信号を低周波電圧検出信号として出力
するように低周波電圧成分検出手段ＤＬｖを構成するよ
うにしてもよい。
【０１４６】同様に、第１の周波数変換部ＦＣ１の出力
に含まれる低周波電流成分の位相を９０°シフトした信
号を低周波電流検出信号として出力するように低周波電
流成分検出手段を構成するようにしてもよい。
に含まれる低周波電流成分の位相を９０°シフトした信
号を低周波電流検出信号として出力するように低周波電
流成分検出手段を構成するようにしてもよい。
【０１４７】また図１１に示したように、ローカル発振
部ＬＯから第１の周波数変換部ＦＣ１に入力されるロー
カル信号の位相をα°進める第１の位相シフト手段ＰＳ
＋をローカル発振部ＬＯと第１の周波数変換部ＦＣ１と
の間に挿入するとともに、ローカル発振部から第２の周
波数変換部に入力されるローカル信号の位相を９０°−
α°遅らせる第２の位相シフト手段ＰＳ−をローカル発
振部ＬＯと第２の周波数変換部ＦＣ２との間に挿入する
ことにより、入力部を流れる高周波電流と入力部に入力
される高周波電圧との間の位相差と、低周波電流成分検
出手段により検出される低周波電流成分と低周波電圧成
分検出手段により検出される低周波電圧成分との間の位
相差との間に９０°の差を生じさせるようにしてもよ
い。図１１に示した例では、α＝４５°としている。
部ＬＯから第１の周波数変換部ＦＣ１に入力されるロー
カル信号の位相をα°進める第１の位相シフト手段ＰＳ
＋をローカル発振部ＬＯと第１の周波数変換部ＦＣ１と
の間に挿入するとともに、ローカル発振部から第２の周
波数変換部に入力されるローカル信号の位相を９０°−
α°遅らせる第２の位相シフト手段ＰＳ−をローカル発
振部ＬＯと第２の周波数変換部ＦＣ２との間に挿入する
ことにより、入力部を流れる高周波電流と入力部に入力
される高周波電圧との間の位相差と、低周波電流成分検
出手段により検出される低周波電流成分と低周波電圧成
分検出手段により検出される低周波電圧成分との間の位
相差との間に９０°の差を生じさせるようにしてもよ
い。図１１に示した例では、α＝４５°としている。
【０１４８】また図示してないが、ローカル発振部ＬＯ
から第１の周波数変換部ＦＣ１に入力されるローカル信
号の位相をα°遅らせる第１の位相シフト手段をローカ
ル発振部ＬＯと第１の周波数変換部ＦＣ１との間に挿入
するとともに、ローカル発振部ＬＯから第２の周波数変
換部ＦＣ２に入力されるローカル信号の位相を９０°−
α°進める第２の位相シフト手段をローカル発振部ＬＯ
と第２の周波数変換部ＦＣ２との間に挿入する構成とす
ることもできる。。
から第１の周波数変換部ＦＣ１に入力されるローカル信
号の位相をα°遅らせる第１の位相シフト手段をローカ
ル発振部ＬＯと第１の周波数変換部ＦＣ１との間に挿入
するとともに、ローカル発振部ＬＯから第２の周波数変
換部ＦＣ２に入力されるローカル信号の位相を９０°−
α°進める第２の位相シフト手段をローカル発振部ＬＯ
と第２の周波数変換部ＦＣ２との間に挿入する構成とす
ることもできる。。
【０１４９】更に、図１２に示したように、第１の周波
数変換部ＦＣ１と第１のフィルタＦ１との間に位相をα
°進める位相シフト手段ＰＳ＋を挿入して、該位相シフ
ト手段ＰＳ＋と第１のフィルタＦ１とにより、第１の周
波数変換部ＦＣ１の出力に含まれる低周波電流成分に相
当する信号の位相をα°進めた信号を低周波電流検出信
号として出力するように低周波電流成分検出手段ＤＬｉ
を構成するとともに、第２の周波数変換手段ＦＣ２と第
２のフィルタＦ２との間に、位相を９０°−α°遅らせ
る位相シフト手段ＰＳ−を挿入して、該位相シフト手段
ＰＳ−と第２のフィルタＦ２とにより、第２の周波数変
換部ＦＣ２の出力に含まれる低周波電圧成分に相当する
信号の位相を９０°−α°遅らせた信号を低周波電圧検
出信号として出力する低周波電圧検出手段を構成するよ
うにしてもよい。図１２に示した例においても、α＝４
５°としている。
数変換部ＦＣ１と第１のフィルタＦ１との間に位相をα
°進める位相シフト手段ＰＳ＋を挿入して、該位相シフ
ト手段ＰＳ＋と第１のフィルタＦ１とにより、第１の周
波数変換部ＦＣ１の出力に含まれる低周波電流成分に相
当する信号の位相をα°進めた信号を低周波電流検出信
号として出力するように低周波電流成分検出手段ＤＬｉ
を構成するとともに、第２の周波数変換手段ＦＣ２と第
２のフィルタＦ２との間に、位相を９０°−α°遅らせ
る位相シフト手段ＰＳ−を挿入して、該位相シフト手段
ＰＳ−と第２のフィルタＦ２とにより、第２の周波数変
換部ＦＣ２の出力に含まれる低周波電圧成分に相当する
信号の位相を９０°−α°遅らせた信号を低周波電圧検
出信号として出力する低周波電圧検出手段を構成するよ
うにしてもよい。図１２に示した例においても、α＝４
５°としている。
【０１５０】また図示してないが、第１の周波数変換部
ＦＣ１の出力に含まれる低周波電流成分に相当する信号
の位相をα°遅らせた信号を低周波電流検出信号として
出力するように低周波電流成分検出手段ＤＬｉを構成
し、第２の周波数変換部ＦＣ２の出力に含まれる低周波
電圧成分に相当する信号の位相を９０°−α°進ませた
信号を低周波電圧検出信号として出力するように低周波
電圧検出手段を構成するようにしてもよい。
ＦＣ１の出力に含まれる低周波電流成分に相当する信号
の位相をα°遅らせた信号を低周波電流検出信号として
出力するように低周波電流成分検出手段ＤＬｉを構成
し、第２の周波数変換部ＦＣ２の出力に含まれる低周波
電圧成分に相当する信号の位相を９０°−α°進ませた
信号を低周波電圧検出信号として出力するように低周波
電圧検出手段を構成するようにしてもよい。
【０１５１】更に、図１３に示したように、第１のフィ
ルタＦ１の出力側に位相をα°（図示の例では４５°）
進める位相シフト手段ＰＳ＋を設けて、該位相シフト手
段ＰＳ＋と第１のフィルタＦ１とにより、第１の周波数
変換部ＦＣ１の出力に含まれる低周波電流成分に相当す
る信号の位相をα°進めた信号を低周波電流検出信号と
して出力する低周波電流成分検出手段ＤＬｉを構成し、
第２のフィルタＦ２の出力側に位相を９０°−α°遅ら
せる位相シフト手段ＰＳ−を設けて、該位相シフト手段
ＰＳ−と第２のフィルタＦ２とにより第２の周波数変換
部ＦＣ２の出力に含まれる低周波電圧成分に相当する信
号の位相を９０°−α°遅らせた信号を低周波電圧検出
信号として出力する低周波電圧成分検出手段ＤＬｖを構
成するようにしてもよい。
ルタＦ１の出力側に位相をα°（図示の例では４５°）
進める位相シフト手段ＰＳ＋を設けて、該位相シフト手
段ＰＳ＋と第１のフィルタＦ１とにより、第１の周波数
変換部ＦＣ１の出力に含まれる低周波電流成分に相当す
る信号の位相をα°進めた信号を低周波電流検出信号と
して出力する低周波電流成分検出手段ＤＬｉを構成し、
第２のフィルタＦ２の出力側に位相を９０°−α°遅ら
せる位相シフト手段ＰＳ−を設けて、該位相シフト手段
ＰＳ−と第２のフィルタＦ２とにより第２の周波数変換
部ＦＣ２の出力に含まれる低周波電圧成分に相当する信
号の位相を９０°−α°遅らせた信号を低周波電圧検出
信号として出力する低周波電圧成分検出手段ＤＬｖを構
成するようにしてもよい。
【０１５２】同様に、第１のフィルタＦ１の出力側に位
相をα°遅らせる位相シフト手段を設けて、該位相シフ
ト手段と第１のフィルタＦ１とにより、第１の周波数変
換部ＦＣ１の出力に含まれる低周波電流成分に相当する
信号の位相をα°遅らせた信号を低周波電流検出信号と
して出力する低周波電流成分検出手段ＤＬｉを構成し、
第２のフィルタＦ２の出力側に位相を９０°−α°進ま
せる位相シフト手段を設けて、該位相シフト手段と第２
のフィルタＦ２とにより第２の周波数変換部ＦＣ２の出
力に含まれる低周波電圧成分に相当する信号の位相を９
０°−α°進ませた信号を低周波電圧検出信号として出
力する低周波電圧成分検出手段ＤＬｖを構成するように
してもよい。
相をα°遅らせる位相シフト手段を設けて、該位相シフ
ト手段と第１のフィルタＦ１とにより、第１の周波数変
換部ＦＣ１の出力に含まれる低周波電流成分に相当する
信号の位相をα°遅らせた信号を低周波電流検出信号と
して出力する低周波電流成分検出手段ＤＬｉを構成し、
第２のフィルタＦ２の出力側に位相を９０°−α°進ま
せる位相シフト手段を設けて、該位相シフト手段と第２
のフィルタＦ２とにより第２の周波数変換部ＦＣ２の出
力に含まれる低周波電圧成分に相当する信号の位相を９
０°−α°進ませた信号を低周波電圧検出信号として出
力する低周波電圧成分検出手段ＤＬｖを構成するように
してもよい。
【０１５３】なお本発明は、周波数変換を１回だけ行う
場合に限定されるものではなく、複数回の周波数変換を
行って、所望の周波数の低周波電流検出信号及び低周波
電圧検出信号を得るようにしてもよい。例えば、数百Ｍ
Ｈｚの高周波電源を使用してＦL を０．１［ｋＨｚ］ま
で下げる必要がある場合には、周波数変換を２回行う。
例えば、１回目の周波数変換で周波数を５００［ｋＨ
ｚ］（ＦL ＝５００［ｋＨｚ］）まで下げ、２回目の周
波数変換で周波数を０．１［ｋＨｚ］（ＦL ＝０．１
［ｋＨｚ］）まで下げるようにする。
場合に限定されるものではなく、複数回の周波数変換を
行って、所望の周波数の低周波電流検出信号及び低周波
電圧検出信号を得るようにしてもよい。例えば、数百Ｍ
Ｈｚの高周波電源を使用してＦL を０．１［ｋＨｚ］ま
で下げる必要がある場合には、周波数変換を２回行う。
例えば、１回目の周波数変換で周波数を５００［ｋＨ
ｚ］（ＦL ＝５００［ｋＨｚ］）まで下げ、２回目の周
波数変換で周波数を０．１［ｋＨｚ］（ＦL ＝０．１
［ｋＨｚ］）まで下げるようにする。
【０１５４】周波数変換を２回行う場合の要部の構成を
図１４に示した。図１４においてＬＯ１は、基本周波数
と異なる第１のローカル発振周波数を有する第１のロー
カル信号を出力する第１のローカル発振部、ＬＯ２は、
第１のローカル発振周波数と異なる第２のローカル発振
周波数を有する第２のローカル信号を出力する第２のロ
ーカル発振部である。
図１４に示した。図１４においてＬＯ１は、基本周波数
と異なる第１のローカル発振周波数を有する第１のロー
カル信号を出力する第１のローカル発振部、ＬＯ２は、
第１のローカル発振周波数と異なる第２のローカル発振
周波数を有する第２のローカル信号を出力する第２のロ
ーカル発振部である。
【０１５５】またＭＩＸ11は電流検出部ＩＤから得られ
る高周波電流検出信号と第１のローカル信号とを入力と
して基本周波数と第１のローカル発振周波数との差に等
しい周波数の中間周波電流成分を含む信号を出力する第
１の電流検出信号用ミキサ、ＭＩＸ12は、第１の電流検
出用ミキサＭＩＸ11の出力と第２のローカル信号とを入
力として上記中間周波電流成分の周波数と第２のローカ
ル発振周波数との差に等しい周波数の低周波電流成分を
含む信号を出力する第２の電流検出用ミキサであり、第
１のミキサＭＩＸ11と、第２のミキサＭＩＸ12とにより
第１の周波数変換部ＦＣ１が構成されている。
る高周波電流検出信号と第１のローカル信号とを入力と
して基本周波数と第１のローカル発振周波数との差に等
しい周波数の中間周波電流成分を含む信号を出力する第
１の電流検出信号用ミキサ、ＭＩＸ12は、第１の電流検
出用ミキサＭＩＸ11の出力と第２のローカル信号とを入
力として上記中間周波電流成分の周波数と第２のローカ
ル発振周波数との差に等しい周波数の低周波電流成分を
含む信号を出力する第２の電流検出用ミキサであり、第
１のミキサＭＩＸ11と、第２のミキサＭＩＸ12とにより
第１の周波数変換部ＦＣ１が構成されている。
【０１５６】またＭＩＸ21は、電圧検出部ＶＤから得ら
れる高周波電圧検出信号と第１のローカル発振部ＬＯ１
から得られる第１のローカル信号とを入力として基本周
波数と第１のローカル発振周波数との差に等しい周波数
の中間周波電圧成分を含む信号を出力する第１の電圧検
出信号用ミキサ、ＭＩＸ22は、第１の電圧検出用ミキサ
ＭＩＸ21の出力と第２のローカル発振部ＬＯ２から得ら
れる第２のローカル信号とを入力として上記中間周波電
圧成分の周波数と第２のローカル発振周波数との差に等
しい周波数の低周波電圧成分を含む信号を出力する第２
の電圧検出用ミキサで、第１のミキサＭＩＸ21と、第２
のミキサＭＩＸ22とにより第２の周波数変換部ＦＣ２が
構成されている。
れる高周波電圧検出信号と第１のローカル発振部ＬＯ１
から得られる第１のローカル信号とを入力として基本周
波数と第１のローカル発振周波数との差に等しい周波数
の中間周波電圧成分を含む信号を出力する第１の電圧検
出信号用ミキサ、ＭＩＸ22は、第１の電圧検出用ミキサ
ＭＩＸ21の出力と第２のローカル発振部ＬＯ２から得ら
れる第２のローカル信号とを入力として上記中間周波電
圧成分の周波数と第２のローカル発振周波数との差に等
しい周波数の低周波電圧成分を含む信号を出力する第２
の電圧検出用ミキサで、第１のミキサＭＩＸ21と、第２
のミキサＭＩＸ22とにより第２の周波数変換部ＦＣ２が
構成されている。
【０１５７】図１４に示した例ではまた、第１のフィル
タＦ１により、第１の周波数変換部ＦＣ１の出力を入力
として低周波電流成分に相当する低周波電流検出信号を
発生する低周波電流成分検出手段が構成され、第２のフ
ィルタＦ２により、第２の周波数変換部の出力を入力と
して前記低周波電圧成分に相当する低周波電圧検出信号
を発生する低周波電圧成分検出手段が構成されている。
タＦ１により、第１の周波数変換部ＦＣ１の出力を入力
として低周波電流成分に相当する低周波電流検出信号を
発生する低周波電流成分検出手段が構成され、第２のフ
ィルタＦ２により、第２の周波数変換部の出力を入力と
して前記低周波電圧成分に相当する低周波電圧検出信号
を発生する低周波電圧成分検出手段が構成されている。
【０１５８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、入力部
の電流及び電圧を検出する電流検出部及び電圧検出部か
ら得られる高周波電流検出信号及びを高周波電圧検出信
号をそれぞれ、ローカル発振周波数を有するローカル信
号とともに第１及び第２のミキサに入力してローカル信
号と混合した後、フィルタを通して高周波電源の出力周
波数とローカル発振周波数との差に等しい周波数の信号
を取り出すことにより、高周波電流検出信号及び高周波
電圧検出信号をそれぞれ歪みがない正弦波形の低周波電
流検出信号及び低周波電圧検出信号に変換して、これら
の正弦波形の信号を制御部に入力することにより整合部
の可変インピーダンス素子を制御するようにしたので、
１つの負荷（例えばプラズマ処理装置）に複数の高周波
電源から電力が供給されていて、各高周波電源に対して
設けるインピーダンス整合装置の入力部で検出した電流
及び電圧に他の高周波電源の出力周波数成分が含まれる
場合であっても、他の高周波電源の出力周波数の影響を
受けることなく、インピーダンス整合を自動的に行わせ
ることができる利点がある。
の電流及び電圧を検出する電流検出部及び電圧検出部か
ら得られる高周波電流検出信号及びを高周波電圧検出信
号をそれぞれ、ローカル発振周波数を有するローカル信
号とともに第１及び第２のミキサに入力してローカル信
号と混合した後、フィルタを通して高周波電源の出力周
波数とローカル発振周波数との差に等しい周波数の信号
を取り出すことにより、高周波電流検出信号及び高周波
電圧検出信号をそれぞれ歪みがない正弦波形の低周波電
流検出信号及び低周波電圧検出信号に変換して、これら
の正弦波形の信号を制御部に入力することにより整合部
の可変インピーダンス素子を制御するようにしたので、
１つの負荷（例えばプラズマ処理装置）に複数の高周波
電源から電力が供給されていて、各高周波電源に対して
設けるインピーダンス整合装置の入力部で検出した電流
及び電圧に他の高周波電源の出力周波数成分が含まれる
場合であっても、他の高周波電源の出力周波数の影響を
受けることなく、インピーダンス整合を自動的に行わせ
ることができる利点がある。
【図１】本発明に係わるインピーダンス整合装置の構成
例を示した構成図である。
例を示した構成図である。
【図２】本発明で用いることができるインピーダンス整
合回路の他の例を示した回路図である。
合回路の他の例を示した回路図である。
【図３】本発明で用いることができるインピーダンス整
合回路の更に他の例を示した回路図である。
合回路の更に他の例を示した回路図である。
【図４】本発明で用いることができるインピーダンス整
合回路の更に他の例を示した回路図である。
合回路の更に他の例を示した回路図である。
【図５】本発明で用いることができるインピーダンス整
合回路の更に他の例を示した回路図である。
合回路の更に他の例を示した回路図である。
【図６】本発明に係わるインピーダンス整合装置におい
て入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との間
の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるための
要部の構成例を示したブロック図である。
て入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との間
の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるための
要部の構成例を示したブロック図である。
【図７】本発明に係わるインピーダンス整合装置におい
て入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との間
の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるための
要部の他の構成例を示したブロック図である。
て入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との間
の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるための
要部の他の構成例を示したブロック図である。
【図８】本発明に係わるインピーダンス整合装置におい
て入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との間
の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるための
要部の更に他の構成例を示したブロック図である。
て入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との間
の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるための
要部の更に他の構成例を示したブロック図である。
【図９】本発明に係わるインピーダンス整合装置におい
て入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との間
の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるための
要部の更に他の構成例を示したブロック図である。
て入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との間
の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるための
要部の更に他の構成例を示したブロック図である。
【図１０】本発明に係わるインピーダンス整合装置にお
いて入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との
間の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信
号との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるため
の要部の更に他の構成例を示したブロック図である。
いて入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との
間の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信
号との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるため
の要部の更に他の構成例を示したブロック図である。
【図１１】本発明に係わるインピーダンス整合装置にお
いて入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との
間の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信
号との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるため
の要部の更に他の構成例を示したブロック図である。
いて入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との
間の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信
号との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるため
の要部の更に他の構成例を示したブロック図である。
【図１２】本発明に係わるインピーダンス整合装置にお
いて入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との
間の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信
号との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるため
の要部の更に他の構成例を示したブロック図である。
いて入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との
間の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信
号との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるため
の要部の更に他の構成例を示したブロック図である。
【図１３】本発明に係わるインピーダンス整合装置にお
いて入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との
間の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信
号との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるため
の要部の更に他の構成例を示したブロック図である。
いて入力部を流れる電流と入力部に入力される電圧との
間の位相差と、低周波電流検出信号と低周波電圧検出信
号との間の位相差との間に９０°の差を生じさせるため
の要部の更に他の構成例を示したブロック図である。
【図１４】本発明に係わるインピーダンス整合装置にお
いて周波数変換を２回行う場合の要部の構成例を示した
ブロック図である。
いて周波数変換を２回行う場合の要部の構成例を示した
ブロック図である。
【図１５】１の負荷に２つの高周波電源から電力を供給
する場合の高周波電源と負荷とインピーダンス整合装置
との位置関係を示した構成図である。
する場合の高周波電源と負荷とインピーダンス整合装置
との位置関係を示した構成図である。
【図１６】従来のインピーダンス整合装置の構成を示し
た構成図である。
た構成図である。
【図１７】図１６のインピーダンス整合装置の具体的構
成例を示した回路図である。
成例を示した回路図である。
【図１８】図１７に示したインピーダンス整合装置のイ
ンピーダンス差検出部及び位相差検出部の作用を説明す
るための回路である。
ンピーダンス差検出部及び位相差検出部の作用を説明す
るための回路である。
【図１９】図１８において、負荷側インピーダンスが純
抵抗であるときのベクトル図で、（Ａ）は図１８に示し
た電圧検出信号及び電流検出信号のベクトル図、（Ｂ）
は整合装置の入力部に印加されている高周波電圧と整合
装置から負荷側に流れている高周波電流と負荷側インピ
ーダンスとを示したベクトル図である。
抵抗であるときのベクトル図で、（Ａ）は図１８に示し
た電圧検出信号及び電流検出信号のベクトル図、（Ｂ）
は整合装置の入力部に印加されている高周波電圧と整合
装置から負荷側に流れている高周波電流と負荷側インピ
ーダンスとを示したベクトル図である。
【図２０】図１８において、負荷側インピーダンスが誘
導性であるときのベクトル図で、（Ａ）は図１８に示し
た電圧検出信号及び電流検出信号のベクトル図、（Ｂ）
は整合装置の入力部に印加されている高周波電圧と整合
装置から負荷側に流れている高周波電流と負荷側インピ
ーダンスとを示したベクトル図である。
導性であるときのベクトル図で、（Ａ）は図１８に示し
た電圧検出信号及び電流検出信号のベクトル図、（Ｂ）
は整合装置の入力部に印加されている高周波電圧と整合
装置から負荷側に流れている高周波電流と負荷側インピ
ーダンスとを示したベクトル図である。
【図２１】図１８において、負荷側インピーダンスが容
量性であるときのベクトル図で、（Ａ）は図１８に示し
た電圧検出信号及び電流検出信号のベクトル図、（Ｂ）
は整合装置の入力部に印加されている高周波電圧と整合
装置から負荷側に流れている高周波電流と負荷側インピ
ーダンスとを示したベクトル図である。
量性であるときのベクトル図で、（Ａ）は図１８に示し
た電圧検出信号及び電流検出信号のベクトル図、（Ｂ）
は整合装置の入力部に印加されている高周波電圧と整合
装置から負荷側に流れている高周波電流と負荷側インピ
ーダンスとを示したベクトル図である。
ＧＥＮ，ＧＥＮ1 ，ＧＥＮ2 …高周波電源、ＭＡＴ，Ｍ
ＡＴ1 ，ＭＡＴ2 …インピーダンス整合装置、ＩＮ…入
力部、ＯＵＴ…出力部、ＤＥＴ…検出部、ＩＤ…電流検
出部、ＶＤ…電圧検出部、ＦＣ１…第１の周波数変換
部、ＦＣ２…第２の周波数変換部、ＤＬｉ…低周波電流
成分検出手段、ＤＬｖ…低周波電圧成分検出手段、ＭＩ
Ｘ1 …第１のミキサ、ＭＩＸ2 …第２のミキサ、ＭＩＸ
11…第１の電流検出用ミキサ、ＭＩＸ12…第２の電流検
出用ミキサ、ＭＩＸ21…第１の電圧検出用ミキサ、ＭＩ
Ｘ22…第２の電圧検出用ミキサ、Ｆ1 ，Ｆ2 …フィル
タ、ＭＥ…インピーダンス差信号発生部、ＰＥ…位相差
信号発生部、ＣＵ…制御部、ＭＮ…整合部、ＰＳ，ＰＳ
＋，ＰＳ−…位相シフト手段。
ＡＴ1 ，ＭＡＴ2 …インピーダンス整合装置、ＩＮ…入
力部、ＯＵＴ…出力部、ＤＥＴ…検出部、ＩＤ…電流検
出部、ＶＤ…電圧検出部、ＦＣ１…第１の周波数変換
部、ＦＣ２…第２の周波数変換部、ＤＬｉ…低周波電流
成分検出手段、ＤＬｖ…低周波電圧成分検出手段、ＭＩ
Ｘ1 …第１のミキサ、ＭＩＸ2 …第２のミキサ、ＭＩＸ
11…第１の電流検出用ミキサ、ＭＩＸ12…第２の電流検
出用ミキサ、ＭＩＸ21…第１の電圧検出用ミキサ、ＭＩ
Ｘ22…第２の電圧検出用ミキサ、Ｆ1 ，Ｆ2 …フィル
タ、ＭＥ…インピーダンス差信号発生部、ＰＥ…位相差
信号発生部、ＣＵ…制御部、ＭＮ…整合部、ＰＳ，ＰＳ
＋，ＰＳ−…位相シフト手段。
Claims (18)
- 【請求項１】 高周波電源の出力が入力される入力部
と、前記高周波電源が電力を供給する負荷が接続される
出力部と、前記入力部を流れる高周波電流と前記入力部
に入力される高周波電圧とを検出して前記入力部から前
記高周波電源側を見た電源側インピーダンスと前記入力
部から前記負荷側を見た負荷側インピーダンスとの差を
インピーダンス差として検出し、前記高周波電圧と前記
高周波電流との位相差を検出する検出部と、前記電源側
インピーダンスと負荷側インピーダンスとを整合させる
際に調節される可変インピーダンス素子を有する整合部
と、前記高周波電源の出力周波数を基本周波数として該
基本周波数に対して前記負荷側インピーダンスを前記電
源側インピーダンスに整合させるべく前記検出部により
検出されたインピーダンス差及び位相差に応じて前記整
合部の可変インピーダンス素子を自動制御する制御部と
を備えたインピーダンス整合装置において、 前記検出部は、前記入力部を流れる高周波電流及び前記
入力部に入力される高周波電圧をそれぞれ検出して高周
波電流検出信号及び高周波電圧検出信号をそれぞれ出力
する電流検出部及び電圧検出部と、入力信号を該入力信
号と異なる周波数を有するローカル信号と混合する周波
数変換処理を少なくとも１回行って前記高周波電流検出
信号を前記基本周波数よりも周波数が低い低周波電流成
分を含む信号に変換する第１の周波数変換部と、入力信
号を該入力信号と異なる周波数を有するローカル信号と
混合する周波数変換処理を少なくとも１回行って前記高
周波電圧検出信号を前記低周波電流成分と周波数が等し
い低周波電圧成分を含む信号に変換する第２の周波数変
換部と、前記第１の周波数変換部の出力信号から前記低
周波電流成分を検出する低周波電流成分検出手段と、前
記第２の周波数変換部の出力から前記低周波電圧成分を
検出する低周波電圧成分検出手段と、前記低周波電流成
分と低周波電圧成分とから前記インピーダンス差を検出
するインピーダンス差検出手段と、前記低周波電流成分
と低周波電圧成分とから前記位相差を検出する位相差検
出手段とを具備してなるインピーダンス整合装置。 - 【請求項２】 高周波電源の出力が入力される入力部
と、前記高周波電源が電力を供給する負荷が接続される
出力部と、前記入力部を流れる高周波電流と前記入力部
に入力される高周波電圧とを検出して前記入力部から前
記高周波電源側を見た電源側インピーダンスと前記入力
部から前記負荷側を見た負荷側インピーダンスとの差の
情報を含むインピーダンス差信号及び前記高周波電圧と
前記高周波電流との位相差の情報を含む位相差信号を発
生する検出部と、前記電源側インピーダンスと負荷側イ
ンピーダンスとを整合させる際に調節される可変インピ
ーダンス素子を有する整合部と、前記高周波電源の出力
周波数を基本周波数として該基本周波数に対して前記負
荷側インピーダンスを前記電源側インピーダンスに整合
させるべく前記インピーダンス差信号及び位相差信号に
応じて前記整合部の可変インピーダンス素子を自動制御
する制御部とを備えたインピーダンス整合装置におい
て、 前記検出部は、前記入力部を流れる高周波電流及び前記
入力部に入力される高周波電圧をそれぞれ検出して高周
波電流検出信号及び高周波電圧検出信号を出力する電流
検出部及び電圧検出部と、前記基本周波数と異なるロー
カル発振周波数を有するローカル信号を出力するローカ
ル発振部と、前記高周波電流検出信号と前記ローカル信
号とを混合して前記高周波電流検出信号を前記基本周波
数と前記ローカル発振周波数との差に等しい周波数の低
周波電流成分を含む信号に変換する第１の周波数変換部
と、前記高周波電圧検出信号と前記ローカル信号とを混
合して前記高周波電圧検出信号を前記低周波電流成分と
周波数が等しい低周波電圧成分を含む信号に変換する第
２の周波数変換部と、前記第１の周波数変換部の出力を
入力として前記低周波電流成分に相当する低周波電流検
出信号を出力する低周波電流成分検出手段と、前記第２
の周波数変換部の出力を入力として前記低周波電圧成分
に相当する低周波電圧検出信号を出力する低周波電圧成
分検出手段と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検
出信号とを入力として前記インピーダンス差信号を発生
するインピーダンス差信号発生部と、前記低周波電流検
出信号と低周波電圧検出信号とを入力として前記位相差
信号を発生する位相差信号発生部とを具備してなるイン
ピーダンス整合装置。 - 【請求項３】 高周波電源の出力が入力される入力部
と、前記高周波電源が電力を供給する負荷が接続される
出力部と、前記入力部を流れる高周波電流と前記入力部
に入力される高周波電圧とを検出して前記入力部から前
記高周波電源側を見た電源側インピーダンスと前記入力
部から前記負荷側を見た負荷側インピーダンスとの差の
情報を含むインピーダンス差信号及び前記高周波電圧と
前記高周波電流との位相差の情報を含む位相差信号を発
生する検出部と、前記電源側インピーダンスと負荷側イ
ンピーダンスとを整合させる際に調節される可変インピ
ーダンス素子を有する整合部と、前記高周波電源の出力
周波数を基本周波数として該基本周波数に対して前記負
荷側インピーダンスを前記電源側インピーダンスに整合
させるべく前記インピーダンス差信号及び位相差信号に
応じて前記整合部の可変インピーダンス素子を自動制御
する制御部とを備えたインピーダンス整合装置におい
て、 前記検出部は、前記入力部を流れる高周波電流及び前記
入力部に入力される高周波電圧をそれぞれ検出して高周
波電流検出信号及び高周波電圧検出信号を出力する電流
検出部及び電圧検出部と、前記基本周波数と異なる第１
のローカル発振周波数を有する第１のローカル信号を出
力する第１のローカル発振部と、前記第１のローカル発
振周波数と異なる第２のローカル発振周波数を有する第
２のローカル信号を出力する第２のローカル発振部と、
前記高周波電流検出信号と前記第１のローカル信号とを
入力として前記基本周波数と第１のローカル発振周波数
との差に等しい周波数の中間周波電流成分を含む信号を
出力する第１の電流検出信号用ミキサと前記第１の電流
検出用ミキサの出力と前記第２のローカル信号とを入力
として前記中間周波電流成分の周波数と前記第２のロー
カル発振周波数との差に等しい周波数の低周波電流成分
を含む信号を出力する第２の電流検出用ミキサとを備え
た第１の周波数変換部と、前記高周波電圧検出信号と第
１のローカル信号とを入力として基本周波数と第１のロ
ーカル発振周波数との差に等しい周波数の中間周波電圧
成分を含む信号を出力する第１の電圧検出信号用ミキサ
と前記第１の電圧検出用ミキサの出力と前記第２のロー
カル信号とを入力として前記中間周波電圧成分の周波数
と前記第２のローカル発振周波数との差に等しい周波数
の低周波電圧成分を含む信号を出力する第２の電圧検出
用ミキサとを備えた第２の周波数変換部と、前記第１の
周波数変換部の出力を入力として前記低周波電流成分に
相当する低周波電流検出信号を発生する低周波電流成分
検出手段と、前記第２の周波数変換部の出力を入力とし
て前記低周波電圧成分に相当する低周波電圧検出信号を
発生する低周波電圧成分検出手段と、前記低周波電流検
出信号と低周波電圧検出信号とを入力として前記インピ
ーダンス差信号を発生するインピーダンス差信号発生部
と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号とを
入力として前記位相差信号を発生する位相差信号発生部
とを具備してなるインピーダンス整合装置。 - 【請求項４】 前記入力部を流れる高周波電流と前記入
力部に入力される高周波電圧との間の位相差と、前記低
周波電流成分と低周波電圧成分との間の位相差との間に
９０°の差を生じさせるように電流及び（または）電圧
の位相をシフトさせる位相シフト手段が、前記電流検出
部、電圧検出部、前記第１の周波数変換部及び第２の周
波数変換部の少なくとも一部に設けられ、 前記インピーダンス差信号発生部は、前記低周波電流検
出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流して平滑
する第１及び第２の整流平滑回路と、前記第１及び第２
の整流平滑回路の出力の差に相当する信号を前記インピ
ーダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発
生用減算回路とを備えてなる請求項２または３に記載の
インピーダンス整合装置。 - 【請求項５】 前記入力部を流れる高周波電流と前記入
力部に入力される高周波電圧との間の位相差と、前記低
周波電流成分と低周波電圧成分との間の位相差との間に
９０°の差を生じさせるように電流及び（または）電圧
の位相をシフトさせる位相シフト手段が、前記電流検出
部、電圧検出部、前記第１の周波数変換部及び第２の周
波数変換部の少なくとも一部に設けられ、 前記位相差信号発生部は、前記低周波電流検出信号と低
周波電圧検出信号との和に相当する信号を出力する加算
回路と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との差に相当する信号を出力する低周波電流・電圧検出
信号差演算用減算回路と、前記加算回路の出力を整流し
て平滑する第３の整流平滑回路と、前記低周波電流・電
圧検出信号差演算用減算回路の出力を整流し平滑する第
４の整流平滑回路と、前記第３の整流平滑回路の出力と
第４の整流平滑回路の出力との差に相当する信号を前記
位相差信号として出力する位相差信号発生用減算回路と
を備えてなる請求項２，３または４に記載のインピーダ
ンス整合装置。 - 【請求項６】 前記電圧検出部は、入力される高周波電
圧と前記高周波電圧検出信号との間に９０°の位相差を
生じさせるように構成され、 前記インピーダンス差信号発生部は、前記低周波電流検
出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流して平滑
する第１及び第２の整流平滑回路と、前記第１及び第２
の整流平滑回路の出力の差に相当する信号を前記インピ
ーダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発
生用減算回路とを備え、 前記位相差信号発生部は、前記低周波電流検出信号と低
周波電圧検出信号との和に相当する信号を出力する加算
回路と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との差に相当する信号を出力する低周波電流・電圧検出
信号差演算用減算回路と、前記加算回路の出力を整流し
て平滑する第３の整流平滑回路と、前記低周波電流・電
圧検出信号差演算用減算回路の出力を整流し平滑する第
４の整流平滑回路と、前記第３の整流平滑回路の出力と
第４の整流平滑回路の出力との差に相当する信号を前記
位相差信号として出力する位相差信号発生用減算回路と
を備えてなる請求項２または３に記載のインピーダンス
整合装置。 - 【請求項７】 前記電流検出部は、入力される高周波電
流と前記高周波電流検出信号との間に９０°の位相差を
生じさせるように構成され、 前記インピーダンス差信号発生部は、前記低周波電流検
出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流して平滑
する第１及び第２の整流平滑回路と、前記第１及び第２
の整流平滑回路の出力の差に相当する信号を前記インピ
ーダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発
生用減算回路とを備え、 前記位相差信号発生部は、前記低周波電流検出信号と低
周波電圧検出信号との和に相当する信号を出力する加算
回路と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との差に相当する信号を出力する低周波電流・電圧検出
信号差演算用減算回路と、前記加算回路の出力を整流し
て平滑する第３の整流平滑回路と、前記低周波電流・電
圧検出信号差演算用減算回路の出力を整流し平滑する第
４の整流平滑回路と、前記第３の整流平滑回路の出力と
第４の整流平滑回路の出力との差に相当する信号を前記
位相差信号として出力する位相差信号発生用減算回路と
を備えてなる請求項２または３に記載のインピーダンス
整合装置。 - 【請求項８】 前記電圧検出部と前記第２の周波数変換
部との間に、前記電圧検出部が出力する電圧検出信号の
位相を９０°シフトして前記第２の周波数変換部に入力
する位相シフト手段が設けられ、 前記インピーダンス差信号発生部は、前記低周波電流検
出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流して平滑
する第１及び第２の整流平滑回路と、前記第１及び第２
の整流平滑回路の出力の差に相当する信号を前記インピ
ーダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発
生用減算回路とを備え、 前記位相差信号発生部は、前記低周波電流検出信号と低
周波電圧検出信号との和に相当する信号を出力する加算
回路と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との差に相当する信号を出力する低周波電流・電圧検出
信号差演算用減算回路と、前記加算回路の出力を整流し
て平滑する第３の整流平滑回路と、前記低周波電流・電
圧検出信号差演算用減算回路の出力を整流し平滑する第
４の整流平滑回路と、前記第３の整流平滑回路の出力と
第４の整流平滑回路の出力との差に相当する信号を前記
位相差信号として出力する位相差信号発生用減算回路と
を備えてなる請求項２または３に記載のインピーダンス
整合装置。 - 【請求項９】 前記電流検出部と前記第１の周波数変換
部との間に、前記電流検出部が出力する前記電流検出信
号の位相を９０°シフトして前記第１の周波数変換部に
入力する位相シフト手段が設けられ、 前記インピーダンス差信号発生部は、前記低周波電流検
出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流して平滑
する第１及び第２の整流平滑回路と、前記第１及び第２
の整流平滑回路の出力の差に相当する信号を前記インピ
ーダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発
生用減算回路とを備え、 前記位相差信号発生部は、前記低周波電流検出信号と低
周波電圧検出信号との和に相当する信号を出力する加算
回路と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との差に相当する信号を出力する低周波電流・電圧検出
信号差演算用減算回路と、前記加算回路の出力を整流し
て平滑する第３の整流平滑回路と、前記低周波電流・電
圧検出信号差演算用減算回路の出力を整流し平滑する第
４の整流平滑回路と、前記第３の整流平滑回路の出力と
第４の整流平滑回路の出力との差に相当する信号を前記
位相差信号として出力する位相差信号発生用減算回路と
を備えてなる請求項２または３に記載のインピーダンス
整合装置。 - 【請求項１０】 前記ローカル発振部と前記第２の周波
数変換部との間に前記ローカル信号の位相を９０°シフ
トして前記第２の周波数変換部に入力する位相シフト手
段が設けられ、 前記インピーダンス差信号発生部は、前記低周波電流検
出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流して平滑
する第１及び第２の整流平滑回路と、前記第１及び第２
の整流平滑回路の出力の差に相当する信号を前記インピ
ーダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発
生用減算回路とを備え、 前記位相差信号発生部は、前記低周波電流検出信号と低
周波電圧検出信号との和に相当する信号を出力する加算
回路と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との差に相当する信号を出力する低周波電流・電圧検出
信号差演算用減算回路と、前記加算回路の出力を整流し
て平滑する第３の整流平滑回路と、前記低周波電流・電
圧検出信号差演算用減算回路の出力を整流し平滑する第
４の整流平滑回路と、前記第３の整流平滑回路の出力と
第４の整流平滑回路の出力との差に相当する信号を前記
位相差信号として出力する位相差信号発生用減算回路と
を備えてなる請求項２に記載のインピーダンス整合装
置。 - 【請求項１１】 前記ローカル発振部と前記第１の周波
数変換部との間に前記ローカル信号の位相を９０°シフ
トして前記第１の周波数変換部に入力する位相シフト手
段が設けられ、 前記インピーダンス差信号発生部は、前記低周波電流検
出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流して平滑
する第１及び第２の整流平滑回路と、前記第１及び第２
の整流平滑回路の出力の差に相当する信号を前記インピ
ーダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発
生用減算回路とを備え、 前記位相差信号発生部は、前記低周波電流検出信号と低
周波電圧検出信号との和に相当する信号を出力する加算
回路と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との差に相当する信号を出力する低周波電流・電圧検出
信号差演算用減算回路と、前記加算回路の出力を整流し
て平滑する第３の整流平滑回路と、前記低周波電流・電
圧検出信号差演算用減算回路の出力を整流し平滑する第
４の整流平滑回路と、前記第３の整流平滑回路の出力と
第４の整流平滑回路の出力との差に相当する信号を前記
位相差信号として出力する位相差信号発生用減算回路と
を備えてなる請求項２に記載のインピーダンス整合装
置。 - 【請求項１２】 前記低周波電圧成分検出手段は、前記
第２の周波数変換部の出力に含まれる前記低周波電圧成
分の位相を９０°シフトした信号を前記低周波電圧検出
信号として出力するように構成され、 前記インピーダンス差信号発生部は、前記低周波電流検
出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流して平滑
する第１及び第２の整流平滑回路と、前記第１及び第２
の整流平滑回路の出力の差に相当する信号を前記インピ
ーダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発
生用減算回路とを備え、 前記位相差信号発生部は、前記低周波電流検出信号と低
周波電圧検出信号との和に相当する信号を出力する加算
回路と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との差に相当する信号を出力する低周波電流・電圧検出
信号差演算用減算回路と、前記加算回路の出力を整流し
て平滑する第３の整流平滑回路と、前記低周波電流・電
圧検出信号差演算用減算回路の出力を整流し平滑する第
４の整流平滑回路と、前記第３の整流平滑回路の出力と
第４の整流平滑回路の出力との差に相当する信号を前記
位相差信号として出力する位相差信号発生用減算回路と
を備えてなる請求項２または３に記載のインピーダンス
整合装置。 - 【請求項１３】 前記低周波電流成分検出手段は、前記
第１の周波数変換部の出力に含まれる前記低周波電流成
分の位相を９０°シフトした信号を前記低周波電流検出
信号として出力する位相シフト手段とを備え、 前記インピーダンス差信号発生部は、前記低周波電流検
出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流して平滑
する第１及び第２の整流平滑回路と、前記第１及び第２
の整流平滑回路の出力の差に相当する信号を前記インピ
ーダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発
生用減算回路とを備え、 前記位相差信号発生部は、前記低周波電流検出信号と低
周波電圧検出信号との和に相当する信号を出力する加算
回路と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との差に相当する信号を出力する低周波電流・電圧検出
信号差演算用減算回路と、前記加算回路の出力を整流し
て平滑する第３の整流平滑回路と、前記低周波電流・電
圧検出信号差演算用減算回路の出力を整流し平滑する第
４の整流平滑回路と、前記第３の整流平滑回路の出力と
第４の整流平滑回路の出力との差に相当する信号を前記
位相差信号として出力する位相差信号発生用減算回路と
を備えてなる請求項２または３に記載のインピーダンス
整合装置。 - 【請求項１４】 前記ローカル発振部から第１の周波数
変換部に入力されるローカル信号の位相をα°進める第
１の位相シフト手段が前記ローカル発振部と前記第１の
周波数変換部との間に挿入されるとともに、前記ローカ
ル発振部から第２の周波数変換部に入力されるローカル
信号の位相を９０°−α°遅らせる第２の位相シフト手
段が前記ローカル発振部と前記第２の周波数変換部との
間に挿入され、 前記インピーダンス差信号発生部は、前記低周波電流検
出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流して平滑
する第１及び第２の整流平滑回路と、前記第１及び第２
の整流平滑回路の出力の差に相当する信号を前記インピ
ーダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発
生用減算回路とを備え、 前記位相差信号発生部は、前記低周波電流検出信号と低
周波電圧検出信号との和に相当する信号を出力する加算
回路と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との差に相当する信号を出力する低周波電流・電圧検出
信号差演算用減算回路と、前記加算回路の出力を整流し
て平滑する第３の整流平滑回路と、前記低周波電流・電
圧検出信号差演算用減算回路の出力を整流し平滑する第
４の整流平滑回路と、前記第３の整流平滑回路の出力と
第４の整流平滑回路の出力との差に相当する信号を前記
位相差信号として出力する位相差信号発生用減算回路と
を備えてなる請求項２または３に記載のインピーダンス
整合装置。 - 【請求項１５】 前記ローカル発振部から第１の周波数
変換部に入力されるローカル信号の位相をα°遅らせる
第１の位相シフト手段が前記ローカル発振部と前記第１
の周波数変換部との間に挿入されるとともに、前記ロー
カル発振部から第２の周波数変換部に入力されるローカ
ル信号の位相を９０°−α°進める第２の位相シフト手
段が前記ローカル発振部と前記第２の周波数変換部との
間に挿入され、 前記インピーダンス差信号発生部は、前記低周波電流検
出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流して平滑
する第１及び第２の整流平滑回路と、前記第１及び第２
の整流平滑回路の出力の差に相当する信号を前記インピ
ーダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発
生用減算回路とを備え、 前記位相差信号発生部は、前記低周波電流検出信号と低
周波電圧検出信号との和に相当する信号を出力する加算
回路と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との差に相当する信号を出力する低周波電流・電圧検出
信号差演算用減算回路と、前記加算回路の出力を整流し
て平滑する第３の整流平滑回路と、前記低周波電流・電
圧検出信号差演算用減算回路の出力を整流し平滑する第
４の整流平滑回路と、前記第３の整流平滑回路の出力と
第４の整流平滑回路の出力との差に相当する信号を前記
位相差信号として出力する位相差信号発生用減算回路と
を備えてなる請求項２に記載のインピーダンス整合装
置。 - 【請求項１６】 前記低周波電流成分検出手段は、前記
第１の周波数変換部の出力に含まれる低周波電流成分に
相当する信号の位相をα°進めた信号を前記低周波電流
検出信号として出力するように構成され、前記低周波電
圧検出手段は前記第２の周波数変換部の出力に含まれる
低周波電圧成分に相当する信号の位相を９０°−α°遅
らせた信号を前記低周波電圧検出信号として出力するよ
うに構成され、 前記インピーダンス差信号発生部は、前記低周波電流検
出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流して平滑
する第１及び第２の整流平滑回路と、前記第１及び第２
の整流平滑回路の出力の差に相当する信号を前記インピ
ーダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発
生用減算回路とを備え、 前記位相差信号発生部は、前記低周波電流検出信号と低
周波電圧検出信号との和に相当する信号を出力する加算
回路と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との差に相当する信号を出力する低周波電流・電圧検出
信号差演算用減算回路と、前記加算回路の出力を整流し
て平滑する第３の整流平滑回路と、前記低周波電流・電
圧検出信号差演算用減算回路の出力を整流し平滑する第
４の整流平滑回路と、前記第３の整流平滑回路の出力と
第４の整流平滑回路の出力との差に相当する信号を前記
位相差信号として出力する位相差信号発生用減算回路と
を備えてなる請求項２または３に記載のインピーダンス
整合装置。 - 【請求項１７】 前記低周波電流成分検出手段は、前記
第１の周波数変換部の出力に含まれる低周波電流成分に
相当する信号の位相をα°遅らせた信号を前記低周波電
流検出信号として出力するように構成され、前記低周波
電圧検出手段は前記第２の周波数変換部の出力に含まれ
る低周波電圧成分に相当する信号の位相を９０°−α°
進ませた信号を前記低周波電圧検出信号として出力する
ように構成され、 前記インピーダンス差信号発生部は、前記低周波電流検
出信号及び低周波電圧検出信号をそれぞれ整流して平滑
する第１及び第２の整流平滑回路と、前記第１及び第２
の整流平滑回路の出力の差に相当する信号を前記インピ
ーダンス差信号として出力するインピーダンス差信号発
生用減算回路とを備え、 前記位相差信号発生部は、前記低周波電流検出信号と低
周波電圧検出信号との和に相当する信号を出力する加算
回路と、前記低周波電流検出信号と低周波電圧検出信号
との差に相当する信号を出力する低周波電流・電圧検出
信号差演算用減算回路と、前記加算回路の出力を整流し
て平滑する第３の整流平滑回路と、前記低周波電流・電
圧検出信号差演算用減算回路の出力を整流し平滑する第
４の整流平滑回路と、前記第３の整流平滑回路の出力と
第４の整流平滑回路の出力との差に相当する信号を前記
位相差信号として出力する位相差信号発生用減算回路と
を備えてなる請求項２または３に記載のインピーダンス
整合装置。 - 【請求項１８】 前記高周波電源の出力周波数が数百ｋ
Ｈｚないし数百ＭＨｚの範囲に含まれる一定値に設定さ
れるときに、前記低周波電流成分及び低周波電圧成分の
周波数が０．１［ｋＨｚ］〜５００［ｋＨｚ］の範囲の
一定値に等しくなるように前記ローカル発振周波数が設
定される請求項２ないし１７のいずれか１つに記載のイ
ンピーダンス整合装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002248468A JP2003204237A (ja) | 2001-11-05 | 2002-08-28 | インピーダンス整合装置 |
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