JP2020521138A - プローブ装置 - Google Patents

Abstract

ミリメートル又はサブミリメートル無線周波数帯域のプローブ装置は、プローブ装置の反対側の表面に最外層（１１０、１１６）を有する遷移層（１０４、１０６）を備える。内部伝送空洞（１１４）は、プローブ装置（１００）内の電磁放射を誘導するために、遷移層（１０４、１０６）を通って延伸する。遷移層（１０４、１０６）間に配置されたプローブ層（１０８）は、内部伝送空洞（１１４）によって誘導される電磁放射と相互作用するために、横方向伝送線（１１８）を有する。

Description

本発明は、プローブ装置に関する。

導波路において伝播することができる無線周波数帯域の電磁放射の電力又はその他の特性の測定及び制御は、デバイス又はシステムを規制内で試験、保守、維持するために重要である。ここで、無線周波数帯域は、光放射に等しく又はそれより短い波長を除くミリメートル又はサブミリメートルの波長を参照してもよい。

既存の計量器は、システムが電力を測定するために再組立てされる必要があることを意味する終端ユニットである。この結果、測定は、無線周波数信号システムの本来の伝搬経路において（すなわち、例えば導波路において）接合部を開き、システムの通常の動作を切断する接合部にプローブを接続することによって、計量器を使用して行われる場合がある。測定後、プローブは取り外されることができ、無線周波数システムの通常の動作が復元される場合がある。

プローブのパワーセンサは、低障壁ショットキーダイオードを有するゼロバイアス検出器（ＺＢＤ）に基づく場合がある。計量器はまた、かさばって高価である終端ユニットである。このように、測定を改善する必要がある。

本発明は、電磁放射のミリメートル又はサブミリメートル波長の測定における改善を提供しようとするものである。本発明の一態様によれば、独立請求項において特定されるようなプローブ装置が提供される。

本発明には利点がある。プローブ装置は、サイズを小さくすることができる。プローブ装置は、接続中にシステムの通常の動作を可能にし、これは、リアルタイムでの測定を可能にする。プローブ装置はまた低コストである。

本発明の例示的な実施形態は、添付の図面を参照して、単なる例として以下で説明される。

プローブ装置の例を示す。 プローブ装置の例を示す。 プローブ装置の例を示す。

以下の実施形態は単なる例である。本明細書は幾つかの箇所において「一」実施形態を参照してもよいが、これは必ずしもそのような各参照が同じ実施形態に対するものであること、又は機構が単一の実施形態にのみ適用されることを意味しない。様々な実施形態の単一の特徴が組み合わされて、他の実施形態を提供されてもよい。更に、「備える」及び「含む」という用語は、言及された特徴のみからなるように説明された実施形態を限定するものではなく、そのような実施形態は具体的に言及されていない特徴／構造をまた含有してもよいと理解されるべきである。

図は様々な実施形態を示すが、それらは幾つかの構造及び／又は機能主体のみを示す簡略図であることに留意されるべきである。図に示される接続は、論理的又は物理的接続を参照してもよい。説明された装置が、図及び本文において説明されたもの以外の他の機能及び構造を備えてもよいことは、当業者には明らかである。幾つかの機能、構造、並びに測定及び／又は制御のために使用される信号の詳細は、実際の発明とは無関係であることが理解されるべきである。従って、それらは本明細書において詳細に議論される必要はない。

図１は、無線周波数帯域のプローブ装置１００の例を示す。無線周波数帯域は、ミリメートル又はサブミリメートルの範囲にあってもよい。無線周波数帯域は、光放射より低い周波数を有し、真空又は空中において進むことができる電磁放射を含んでもよい。この結果、無線周波数帯域は、光放射に等しく又はそれより短い波長を除くミリメートル又はサブミリメートルの波長を参照してもよい。

プローブ装置１００は、遷移層１０４、１０６と、それらの間の少なくとも１つのプローブ層１０８とを備える層状構造１０２を備える。遷移層１０４、１０６及びプローブ層１０８は、例えば、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、プリント回路基板（ＰＣＢ）、等を備えてもよい。遷移層１０４、１０６、１１０（第１の外層）、１１６（第２の外層）及びプローブ層１０８は、共に接着又ははんだ付けされてもよい。第１の外層１１０及び第２の外層１１６はまた、最外層１１０、１１６とも呼ばれてもよく、それらは、プローブ装置１００の反対側の表面にある。

代替的又は追加的に、層１０４、１０６、１０８、１１０、１１６は、例えば、少なくとも１つのねじ又はリベットを使用して互いに取り付けられてもよい。任意の層１０４、１０６、１０８、１１０、１１６は、一定の厚さを有する板状構造であってもよい。一実施形態においては、全ての層１０４、１０６、１０８、１１０、１１６は同じ厚さを有してもよい。一実施形態においては、遷移層１０４、１０６は、プローブ層１０８とは異なる厚さを有してもよい。

遷移層１０４、１０６の第１の外層１１０は、外側無線周波数源から電磁放射を受信するために、第１の外側導波路１１２と接続可能である（矢印線を参照。外側無線周波数源は図に示されない）。

遷移層１０４、１０６を通って延伸する内部伝送空洞１１４は、プローブ装置１００内の電磁放射を誘導する。内部伝送空洞１１４は、第１の外側導波路１１２から層状構造１０２を通って電磁放射を誘導してもよい。内部伝送空洞１１４は、外側導波路１１２、１３２間の電磁放射を誘導してもよい。伝送空洞１１４は、遷移層１０４、１０６の材料を含有する導電性壁１５０を有する。内部伝送空洞１１４における第１の遷移は、第１の外側導波路１１２からプローブ層１０８に横方向伝送線１１８上で電磁放射を搬送する。導電性壁１５０は、例えば、金属で作られてもよい。

互いに取り付けられて向かい合う遷移層１０４、１０６の導電性壁１５０は、物質的に連続する伝送空洞を有するために、互いにガルバニ接触してもよい。壁１５０は、遷移層１０４、１０６を通るビアである。内部伝送空洞１１４は、真っ直ぐな管状構造であり、その中心線は、層１０４、１０６、１０８、１１０、１１６の法線に対して平行である。伝送空洞１１４の管の断面は任意であってもよい。管の断面は、例えば、円形、楕円形、多角形、長方形、又は正方形であってもよい。内部伝送空洞１１４は、導波路のように機能し、短い導波路して看做されてもよい。層状構造１０２内の電磁放射は、内部伝送空洞１１４によって誘導される。

プローブ層１０８は、遷移層１０４と１０６との間に配置される。言い換えると、プローブ層１０８は、遷移層１０４、１０６の第１の外層１１０と第２の外層１１６との間に位置する。プローブ層１０８は、層状構造１０２内の電磁放射と相互作用するために、横方向伝送線１１８を有する。横方向伝送線１１８は、例えば、ストリップ線を備えてもよい。伝送線１１８が横方向であることは、伝送線１１８の長手方向軸線が層１０４、１０６、１０８、１１０、１１６の長手方向軸線と少なくともほぼ平行であることを意味する。この結果、伝送線１１８の長手方向軸線は、内部伝送空洞１１４の中心軸線に対して垂直である。

図１に示す実施形態においては、プローブ層１０８の横方向伝送線１１８は、層状構造１０２における内部伝送空洞１１４からの電磁放射の少なくとも一部の出力を可能にしてもよい。横方向伝送線１１８に捕らえられた電磁放射の一部又はサンプルは、一部又はサンプルが既知の又は決定された方法で層状構造１０２内の電磁放射を表すように既知であってもよく、又は事前画定されてもよい。

図１に示される実施形態においては、横方向伝送線１１８は、伝送線１１８で受信された電磁放射の少なくとも一部をＤＣ信号に整流する整流構成要素１２０に接続されてもよい。一実施形態においては、整流構成要素１２０は、層状構造１０２の内側にあり、整流構成要素１２０は、外側接続のために層状構造１０２の外に延伸する導体１２２を有する。外側接続は、計量器２００との接続を参照してもよい（図２を参照）。一実施形態においては、整流構成要素１２０はプローブ層１０８の内側にあり、導体１２２は少なくとも部分的にプローブ層１０８の内側にある。一実施形態においては、導体１２２はプローブ層１０８に印刷されてもよく、遷移層１０４、１０６は、層状構造１０２の一部を開いた状態にして（空洞）、外部接続のための空間を提供するために、導体１２２の長手方向において異なる横方向長さを有してもよい。一実施形態においては、導体１２２は、部分的にプローブ層１０８の外側にあってもよい。

図２に示される実施形態においては、導体１２２は、層状構造１０２の完全に外側にあり、横方向伝送線１１８と直接接続されてもよい。図２に示される実施形態においては、整流構成要素１２０は、計量器２００に関連付けられてもよい。一実施形態においては、整流構成要素１２０はダイオードを備えてもよい。一実施形態においては、ダイオードは、平面ドープ障壁ダイオードであってもよい。一実施形態においては、ダイオードは、ショットキーダイオードであってもよい。一実施形態においては、ダイオードは、低障壁ショットキーダイオードであってもよい。

図２は、プローブ装置が伝送線１１８との直接又は間接接続を有する計量器２００を備える実施形態の例を示す。計量器２００は、層状構造１０２内の電磁放射の電力を測定する電力計量器であってもよい。整流構成要素１２０が層状構造１０２の内側にあるか外側にあるかに関係なく、電力計量器２００は、導体１２２を通って整流構成要素１２０によって整流されるＤＣ信号を測定してもよい。代替的に又は追加的に、計量器２００は、伝送線１１８によって搬送されるサンプル信号に基づいて電磁放射の位相、偏極、及び／又は周波数を測定してもよい。一実施形態においては、電力計量器は、包絡線検波器を備え、又はそれとして機能してもよい。

図１及び図２に示される実施形態においては、プローブ層１０８の横方向伝送線１１８は、層状構造１０２の内部伝送空洞１１４への信号入力を、それにおける電磁放射の特性の変化を生じさせるために可能にしてもよい。特性は、偏極、位相シフト、及び電力のうちの少なくとも１つであってもよい。図２は、横方向伝送線１１８への信号入力が外側信号源２０２を使用して行われる実施形態の例を示す。

層状構造１０２は、様々な方法によって使用されてもよい。例えば、少なくとも以下の３つの方法がある。
１．エネルギーの僅かな部分が導波路から捕らえられ、それを、例えばダイオードで測定してもよく、すなわち電力計量器モードである。
２．エネルギーの僅かな部分が導波路から捕らえられ、それを、何らかの用途における信号処理のために使用してもよく、すなわち信号処理モードである。
３．マイクロストライプラインが、例えば、調整可能な受動回路を搭載し、導波路の内側の信号に影響を与えてもよく、すなわち移相器モードである。

図１及び図２に示される実施形態においては、第１の外層１１０は、電磁放射を内部伝導空洞１１４に搬送するために、第１の外側導波路１１２と動作可能に接続可能である第１の遷移要素１２４を備えてもよい。第１の遷移要素１２４は、パッチであってもよく、その寸法は、第１の外側導波路１１２からそれに結合される電磁放射と共鳴する。第２の外層１１６は、内部伝送空洞１１４から電磁放射を更に搬送するために、内部伝送空洞１１４を通って誘導される電磁放射と相互作用する第２の遷移要素１２６を備えてもよい。第２の遷移要素１２６はまたパッチであってもよく、その寸法は、内部伝送空洞１１４においてそれに結合される電磁放射と共鳴する。内部伝送空洞１１４は真っ直ぐな管状構造であり、その中心線は層１０４、１０６、１０８、１１０、１１６の法線に対して平行であるので、第１の遷移要素１２４及び第２の遷移要素１２６は、互いに向かい合ってもよい。結果として、電磁放射は、結合孔１３４を介して、第１及び第２の共鳴遷移要素１２４、１２６の間の層状構造１０２を通って伝播してもよい。遷移要素１２４、１２６は、被駆動要素と看做されてもよい。第１及び第２の遷移要素１２４、１２６は、導電性材料で作られてもよい。第１及び第２の遷移要素１２４、１２６は、例えば、金属で作られてもよい。

図１及び図２に示される実施形態においては、層状構造１０２は、第１及び第２の外層１１０、１１６に関連付けられたコネクタ１２８、１３０を備える。最外層１１０、１１６は、外側導波路１１２、（１３２）に接続可能である。コネクタのうちの第１のコネクタ１２８は、第１の外側導波路１１２と、電磁放射を第１の導波路１１２から内部伝送空洞１１４に搬送するために接続可能であってもよい。コネクタのうちの第２のコネクタ１３０は、終端端子又は第２の外側導波路１３２と、電磁放射を内部伝送空洞１１４から受信するために接続可能であってもよい。実際、コネクタ１２８及び１３０は、導波路構造（１１２、１３２）に含まれる導波路フランジを有してもよい。コネクタ１２８を有する導波路１１２は、外部入力導波路と呼ばれてもよく、コネクタ１３０を有する導波路１３２は、外部出力導波路と呼ばれてもよい。

このように、内部伝送空洞１１４における別の遷移は、プローブ層１０８から第２の外側導波路又は終端端子１３２に向かって横方向伝送線１１８の下の電磁放射を反映する。コネクタ１２８、１３０は、（導波路の）フランジを備えてもよい。終端端子は、電磁放射に対する整合終端として機能してもよい。第２の外側導波路（１３２）は、内部伝送空洞１１４から所望の対象への電磁放射の伝播を可能にしてもよい（図１及び図２の破線矢印を参照）。

別の実施形態においては、終端端子（１３２）は、プローブ層１０８に対して第２の外層１１６のみを有することによって、層状構造１０２内に実装されてもよい。そして、プローブ層１０８と第２の外層１１６との間に結合孔１３４は必要ではない。そして、入力信号は、伝送線１１８を通って整合負荷のような何らかの終端に進んでもよい。

内部伝送空洞１１４は真っ直ぐな管状構造であり、その中心線は層１０４、１０６、１０８、１１０、１１６の法線に対して平行であるので、第１の導波路１１２及び第２の導波路は互いに向かい合ってもよい。同様に、第１の導波路１１２及び終端端子は互いに向かい合ってもよい。

図１及び図２に示される実施形態においては、第２の遷移要素１２６は、第２の外側導波路又は終端端子１３２と、電磁放射を内側伝送空洞１１４から第２の外側導波路又は終端端子の何れかにそれぞれ供給するために動作可能に接続可能である。

一実施形態においては、プローブ層１１０の両側において、内部伝送空洞１１４は、電磁放射のための結合孔１３４を有してもよい。結合孔１３４は、遷移と伝送線１１８との間のインピーダンス整合のために、及び遷移と伝送線との間の結合の量を制御するために使用される。

一実施形態においては、横方向伝送線１１８とプローブ層１０８内の電磁放射との間の相互作用の程度は、結合孔１３４の設計で調整可能であってもよい。このようにして、横方向伝送線１１８は、プローブ層１０８の内側にある電磁放射からのサンプルとして特定の割合を捕えてもよい。割合は、例えば、０．１％、１％、１０％、又は１５％であってもよい。電磁放射の１％が横方向伝送線１１８に捕らえられる場合には、計量器２００はそれを測定し、プローブ装置１００の内側の電磁放射の電力を示すために、計量器２００のユーザ・インターフェース２０４を使用して画面において又は印刷された形式で測定された電力の約１００倍高い値を提示してもよい。一般に、横方向伝送線１１８における信号は、プローブ層１０８における電磁放射に決定論的に比例する。そして、横方向伝送線１１８から検出される信号の値は、プローブ層１０８における電磁放射の測定される特性の値に比例する。

図１及び図２に示される実施形態においては、内部伝送空洞１１４は、層状構造１０２を通る電磁放射の遷移帯域幅を増加させるために、遷移層１０４、１０６に関連する少なくとも１つの寄生遷移要素１３６を備える。少なくとも１つの寄生遷移要素１３６は、層状構造１０２内で複数の共振を生成するために使用されてよい。少なくとも１つの寄生遷移要素１３６は、遷移要素１２４、１２６に類似してもよい。遷移層１０４に１つの寄生遷移要素１３６がある場合には、遷移要素１３６は、第１の外層１１０とプローブ層１０８との間の任意の層にあってもよい。遷移層１０６に１つの寄生遷移要素１３６がある場合には、遷移要素１３６は、プローブ層１０８と第２の外層１１６との間の任意の層にあってもよい。帯域幅をより広くすることが望ましい場合には、より多くの寄生要素があってもよい。

図１及び図２に示される実施形態においては、プローブ層１０８は、結合孔１３４を有する導電性層１３８、１４０の間にあってもよい。

図１及び図２に示される実施形態においては、導電性壁１５０は、ガルバニ方式で結合孔１３４と接続されてもよい。

図１及び図２に示される実施形態においては、導電性壁１５０は、ガルバニ方式で導電性層１３８、１４０と接続されてもよい。

図３は、層１０４、１０６、１０８と同じサイズであり、又はそれより大きいフランジ１２８、１３０を有する上からの層状構造１０２の例を示す。この例においては、整流構成要素１２０は、層状構造１０２の外側にあるが、それでもフランジ１２８、１３０の間にある。層状構造１０２の縁部はここでは描かれていない。基板が、計量器２００との接続のために延伸する。この例においては、ねじ穴及び／又は位置合わせピンが、入力導波路と出力導波路との間に基板が組み立てられてもよいように層状構造１０２を貫通する。そして、ねじ及びピンが基板１０２を通って取り付けられることができる。

プローブ装置１００及び層状構造１０２は、例えば、無線システムの無線周波数送信機及び基地局に適用されてもよい。層状構造１０２は、電力増幅器の後ろに、又は送信機におけるアンテナポートにおいて接続されてもよい。プローブ装置１００及び層状構造１０２は、送信機が電力規制を満たすか否かを制御するために、測定値を試験する際に利用されてもよい。層状構造１０２は、継続モードにおける電力の測定を可能にするために無線周波数システムに統合されてもよい。当然、電力はまた、離散的に又は非連続的に測定されてもよい。一般に、層状構造１０２は、継続モードにおける電磁放射との相互作用を可能にするために無線周波数システムに統合されてもよい。当然、相互作用はまた、離散的に又は非連続的に行われてもよい。

技術が進歩するにつれて、本発明の概念が様々な方法で実装されることができることは、当業者には明らかであろう。本発明及びその実施形態は、上記で説明された例示的な実施形態に限定されず、特許請求の範囲の範囲内で変化してもよい。

Claims (10)

1. ミリメートル又はサブミリメートル無線周波数帯域のプローブ装置であって、前記プローブ装置（１００）は、層状構造（１０２）を有し、
   前記プローブ装置の反対側の表面において最外層（１１０、１１６）を有する遷移層（１０４、１０６）であって、前記最外層の少なくとも１つは外側導波路（１１２、１３２）に接続可能である、遷移層（１０４、１０６）と、
   前記プローブ装置（１００）内に電磁放射を誘導するために、前記遷移層（１０４、１０６）を通って延伸する内部伝送空洞（１１４）と、
   前記遷移層（１０４、１０６）間に配置されたプローブ層（１０８）であって、前記内部伝送空洞（１１４）によって誘導される前記電磁放射と相互作用するために、横方向伝送線（１１８）を有するプローブ層（１０８）と
   を備える、プローブ装置。
2. 前記プローブ層（１０８）の前記横方向伝送線（１１８）は、前記内部伝送空洞（１１４）からの前記電磁放射の少なくとも一部の出力、及び／又は前記電磁放射の特性の変化を生じさせるために前記内部伝送空洞（１１４）への信号入力を可能にするように構成されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記プローブ装置は、前記横方向伝送線（１１８）と接続し、前記電磁放射の電力を測定するように構成された電力計量器（２００）を備える、請求項２に記載の装置。
4. 前記横方向方伝送線（１１８）は、前記伝送線（１１８）で受信された前記電磁放射の前記少なくとも一部の出力を、ＤＣ信号に整流するように構成された整流構成要素（１２０）に接続され、前記電力計量器（２００）は、前記ＤＣ信号を測定するように構成されている、請求項３に記載の装置。
5. 前記最外層の第１の外層（１１０）は、前記電磁放射を前記内部伝送空洞（１１４）に搬送するために、外側導波路のうちの第１の外側導波路（１１２）と動作可能に接続可能である第１の遷移要素（１２４）を備え、前記最外層の第２の外層（１１６）は、前記内部伝送空洞（１１４）からの前記電磁放射の更なる搬送のために、前記内部伝送空洞（１１４）を通って誘導される前記電磁放射と相互作用するように構成された第２の遷移要素（１２６）を備える、請求項１〜４の何れか一項に記載の装置。
6. 前記層状構造（１０２）は、前記最外層の前記第１及び第２の外層（１１０、１１６）に関連付けられたコネクタ（１２８、１３０）を備え、前記コネクタのうちの第１のコネクタ（１２８）は、前記外側導波路のうちの前記第１の外側導波路（１１２）と、前記電磁放射を前記第１の外側導波路（１１２）から前記内部伝送空洞（１１４）に搬送するために接続可能であり、前記コネクタのうちの第２のコネクタ（１３０）は、終端端子又は前記外側導波路のうちの第２の外側導波路（１３２）と、前記電磁放射を前記内部伝送空洞（１１４）から受信するために接続可能である、請求項５に記載の装置。
7. 前記第２の遷移要素（１２６）は、前記第２の外側導波路又は前記終端端子（１３２）と、前記電磁放射をそれらのうちの何れかにそれぞれ供給するために動作可能に接続可能である、請求項６に記載の装置。
8. 前記プローブ層（１０８）の両側において、前記内部伝送空洞（１１４）は、前記電磁放射のための結合孔（１３４）を有する、請求項１に記載の装置。
9. 前記横方向伝送線（１１８）と前記プローブ層（１０８）内の前記電磁放射との間の相互作用の程度は、前記結合孔（１３４）の設計で調整可能であるように構成されている、請求項８に記載の装置。
10. 前記内部伝送空洞（１１４）は、前記層状構造（１０２）を通る前記電磁放射の遷移帯域幅を増加させるために、前記遷移層（１０４、１０６）に関連付けられた少なくとも２つの寄生遷移要素（１３６）を備える、請求項１に記載の装置。