JP2570664B2 - 共振器の共振周波数の測定方法及び測定装置 - Google Patents

共振器の共振周波数の測定方法及び測定装置

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JP2570664B2 JP2331869A JP33186990A JP2570664B2 JP 2570664 B2 JP2570664 B2 JP 2570664B2 JP 2331869 A JP2331869 A JP 2331869A JP 33186990 A JP33186990 A JP 33186990A JP 2570664 B2 JP2570664 B2 JP 2570664B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えば誘電体共振器などの所定の負荷Qを
有する共振器の共振周波数の測定方法及び測定装置に関
する。
[従来の技術] 被測定誘電体共振器の共振周波数を測定するための共
振周波数測定装置が、特公昭61−22911号公報に提案さ
れている。
この共振周波数測定装置は、被測定誘電体共振器を載
置する支持物、この支持物に被測定誘電体共振器を載置
したとき被測定誘電体共振器と結合する一対の入・出力
手段、および増幅器、とを有し、被測定誘電体共振器を
支持物に載置したとき、増幅器の出力信号が一対の入・
出力手段の一方に加えられ、被測定誘電体共振器で選択
された信号が他方の入・出力手段から増幅器の入力側に
加えられるようにして発振条件が満たされ発振する発振
回路と、この発振回路の発振周波数値を直読できる周波
数計とを有することを特徴としている。
以上のように構成された従来例の共振周波数測定装置
においては、上記発振回路の発振周波数を上記被測定誘
電体共振器の共振周波数として測定している。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、この従来例の共振周波数測定装置で
は、 (a)共振周波数の負荷Qが十分に大きいとき、もしく
は (b)測定周波数の範囲が十分に狭く被測定誘電体共振
器以外の装置及び線路の電気長の周波数特性を無視でき
るときに、 上記発振回路の発振周波数を上記被測定誘電体共振器
の共振周波数として測定することができるが、上記の条
件が成立しないとき、第4図に示すように、被測定誘電
体共振器の共振周波数f0と発振周波数frとの偏差Δfが
存在し、当該被測定誘電体共振器の共振周波数を正確に
測定することができないという問題点があった。なお、
第4図は、発振ループの透過位相が12πであり、その負
苛Q(QL)が4000であるときの上記周波数偏差Δfの特
性例のグラフである。
本発明の目的は以上の課題を解決し、従来例に比較し
高い精度で、所定の負荷Qを有する共振器の共振周波数
を測定することができる測定方法及び測定装置を提供す
ることにある。
[課題を解決するための手段] 本発明に係る請求項1記載の共振器の共振周波数の測
定方法は、増幅手段を備え、所定の負苛Qを有する共振
器に電気的に接続され、所定の透過位相を有する発振ル
ープ回路において発生する発振信号の発振周波数を測定
し、上記測定された発振周波数と上記発振ループ回路の
透過位相と上記共振器の負荷Qとに基づいて上記発振器
の共振周波数を計算して測定することを特徴とする。
また、本発明に係る請求項2記載の共振器の共振周波
数の測定装置は、増幅手段を備え、所定の負荷Qを有す
る共振器に電気的に接続され、所定の透過位相を有する
発振ループ回路と、 上記発振ループ回路において発生する発振信号の発振
周波数を測定する周波数測定手段と、 上記周波数測定手段によって測定された発振周波数と
上記発振ループ回路の透過位相と上記共振器の負荷Qと
に基づいて上記共振器の共振周波数を計算する計算手段
とを備えたことを特徴とする。
[作用] 以上のように構成することにより、上記発振ループ回
路において発生する発振信号の発振周波数を測定し、上
記測定された発振周波数と上記発振ループ回路の透過位
相と上記共振器の負荷Qとに基づいて上記共振器の共振
周波数を計算して測定することができる。本発明で、従
来のように共振器が接続された発振ループ回路で測定さ
れた発振周波数をそのまま上記共振器の共振周波数とし
て測定するのではなく、上記発振ループ回路において発
生する発振信号の発振周波数を測定し、測定された発振
周波数と上記発振ループ回路の透過位相と上記共振器の
負荷Qとに基づいて上記共振器の共振周波数を計算する
ので、従来例に比較し高い精度で、上記共振器の共振周
波数を正確に測定することができる。
[実施例] 以下、図面を参照して本発明に係る実施例である誘電
体共振器の共振周波数の測定装置について、以下の項目
の順で説明する。
(1)誘導体共振器の共振周波数の測定装置の構成 (2)誘電体共振器の共振周波数の測定原理 (3)測定装置の測定フロー 本実施例の測定装置は、既知の負荷Qを有する測定す
べき誘電体共振器11を増幅器33を含む発振ループ回路に
電気的に接続し、発振周波数f1で発振させ、上記発振周
波数f1を測定し、上記測定された発振周波数f1に基づい
て誘電体共振器11の共振周波数f0を計算することを特徴
としている。
(1)誘導体共振器の共振周波数の測定装置の構成 第1図は本発明の一実施例である誘電体共振器11の共
振周波数の測定装置のブロック図であり、第2図は第1
図の誘電体共振器11及びそれを収容するシールドケース
10の縦断面図である。ここで、誘電体共振器11は既知の
負荷Q(QL)を有する。
この測定装置は、誘電体共振器11を帯域通過フィルタ
として動作させるろ波動作モードと、上記誘電体共振器
11の共振周波数f0を測定する測定動作モードの2つの動
作モードを有する。
第1図及び第2図に示すように、測定すべき円筒形状
の誘電体共振器11が、円筒形状のシールドケース10内で
中央部にて、誘電体共振器11と同一線膨張係数を有する
支持台14上に載置されている。この誘電体共振器11は、
例えばTiO2を主成分としてこれにMgO、BaO、ZrO2などの
酸化物を混合したセラミック誘電体共振器であり、本実
施例の誘電体共振器11は基本モードであるTE01δモード
において、約800MHzの共振周波数f0を有する。また、当
該誘電体共振器11の円筒内部には、円柱形状の誘電体12
がシャフト15によって支持されて設けられ、シャフト15
を矢印A1方向に移動させて、上記誘電体12を当該誘電体
共振器11の電場の勾配中において移動させることによ
り、当該誘電体共振器11の共振周波数f0を微調整するこ
とができる。
上記シールドケース10は、誘電体共振器11と同一の線
膨張係数を有するセラミックにてなる円筒形状の筺体の
外表面に、電磁的遮蔽のために、銀電極を焼き付けて構
成されている。このシールドケース10の内表面であっ
て、円筒の中心を中心として互いに90度の角度だけ離れ
た4つの位置にそれぞれ、第2図に示すように当該誘電
体共振器11の磁界Hと結合するように、信号入出力用の
例えば1ターンのコイル21,22,23,24が設けられてい
る。ここで、ろ波動作モードにおいて用いられるコイル
21と22が誘電体共振器11を間に挟んで対向して設けら
れ、測定動作モードにおいて用いられるコイル23と24が
誘電体共振器11を間に挟んで対向して設けられている。
ろ波動作モードのとき、スイッチSW1がオンとされか
つスイッチSW2がオフとされ、高周波信号発生器1から
出力される約800MHz帯の信号が入力端子T1及びスイッチ
SW1を介してコイル21に入力された後、入力された信号
が当該誘電体共振器11によってろ波される。ろ波された
信号はコイル22から出力端子T2を介して負荷2に出力さ
れる。
一方、発振動作モードのとき、スイッチSW1がオフと
されかつスイッチSW2がオンとされる。このとき、コイ
ル23,24間に接続され詳細後述する発振条件が成立する
ように構成された発振ループ回路において、発振信号が
発生する。
スイッチSW2がオンとされたとき、第1図に図示され
た発振ループ回路がコイル23,24間に電気的に接続され
て、コイル24から出力される発振信号は、増幅度Aの増
幅器33と、方向性結合器34のポート34a,34b間に接続さ
れる伝送線路と、スイッチSW2を介して、コイル23に出
力される。なお、上述の2つのスイッチSW1,SW2は詳細
後述するように、当該測定装置の制御装置であるマイク
ロプロセッサユニット(以下、MPUという。)40によっ
て切り換え制御される。
上記方向性結合器34のポート34a,34b間の伝送線路を
通過する進行波である発振信号を検出するポート34d
は、周波数カウンタ35に接続され、上記伝送線路を通過
する反射波を検出するポート34cは所定の特性インピー
ダンスの負荷34eによって終端される。この周波数カウ
ンタ35は、上記ポート34dにおいて検出される発振信号
の周波数を測定し、上記測定された周波数のデータfmを
MPU40に出力する。
MPU40は、当該測定装置を制御し誘電体共振器11の共
振周波数f0を測定するCPU(図示せず。)と、当該測定
装置を制御するための制御プログラムと上記制御プログ
ラムを実行するために必要なデータを格納する(図示せ
ず。)と、上記CPUのワーキングメモリとして用いられ
るRAM(図示せず。)と、スイッチSW1,SW2と周波数カウ
ンタ35とCRTディスプレイ41とに接続されインターフェ
ース回路として動作する入出力ポート回路(図示せ
ず。)とを備える。このMPU40は、詳細後述するよう
に、上記スイッチSW1,SW2を切り換え制御し、また、周
波数カウンタ35から測定された発振周波数のデータfmを
受信し、受信した発振周波数のデータfmに基づいて誘電
体共振器11の透過位相θを計算し、誘電体共振器11の
既知の負荷Q(QL)と上記計算された透過位相θに基
づいて誘電体共振器11の共振周波数f0を計算して、これ
からのデータをCRTディスプレイ41に表示する。
(2)誘電体共振器の共振周波数の測定原理 第1図に図示した発振ループ回路における発振条件は
次式で表される。
Re(Α・β)=1 …(1a) Im(Α・β)=0 …(1b) ここで、Aは増幅器33の増幅度であり、βは上記発
振ループ回路における帰還量である。
上記発振ループ回路において、上記(1a)式と(1b)
式で表される発振条件が成立するとき、ある発振周波数
f1を有する発振信号が発生する。本実施例における第1
図に図示された発振ループ回路は、上記(1a)式及び
(1b)式が成立するように所定の透過位相を有する。
上記発振ループ回路において、誘電体共振器11の共振
周波数f0に近接する任意の周波数faにおける誘電体共振
器11以外の装置及び線路の透過位相をΘ[rad]とす
ると、誘電体共振器11の透過位相θは次式で表され
る。
ここで、nは整数であり、上記透過位相Θは上記発
振ループ回路においてネットワークアナライザなどによ
り予め測定可能である装置定数である。
上記(2)式から明らかなように、上記発振ループ回
路における発振周波数f1を測定することにより、上記発
振ループ回路における誘電体共振器11の透過位相θ
求めることができる。
共振器の共振周波数をf0とすると、一般に、共振器の
透過位相θとその負荷Q(QL)との間には次式の関係が
成立する。
従って、上記(3)式に上記発振ループ回路を適用す
ると、次式を得る。
上記(4)式から共振周波数f0は次式で表される。
ここで、無次元の定数F1は次式で表される。
従って、上記発振ループ回路において発生する発振信
号の発振周波数f1を測定した後、上記測定された測定周
波数f1を上記(2)式に代入して誘電体共振器11の透過
位相θを計算することができる。次いで、計算された
透過位相θと誘電体共振器11の既知の負荷Q(QL)を
上記(6)に代入して上記定数F1の値を計算した後、上
記計算された定数F1の値を上記(5)式に代入して誘電
体共振器11の共振周波数f0を計算して測定することがで
きる。
(3)測定装置の測定フロー 第3図は第1図の測定装置の測定動作モードにおける
測定フローを示すフローチャートであり、第3図を参照
して当該測定装置の測定フローついて説明する。
まず、ステップ#1において、スイッチSW1がオフと
され、スイッチSW2がオンとされ、この測定装置を測定
動作モードに設定して、上記発振ループ回路をコイル2
3,24間に接続する。次いで、ステップ#2において、上
記発振ループ回路においても発生する発振信号の発振周
波数f1を周波数カウンタ35によって測定し、そのデータ
fmをMPU40内のRAMに発振周波数f1として格納する。さら
に、ステップ#3において、上記測定された発振周波数
f1を上記(2)式に代入して誘電体共振器11の透過位相
θを計算し、計算した結果を上記RAMに格納する。
さらに、ステップ#4において、上記計算された透過
位相θを上記(6)式に代入して上記定数F1の値を計
算した後、上記計算された定数F1の値を上記(5)に代
入して、誘電体共振器11の共振周波数f0を計算して、計
算された結果をCRTディスプレイ41に表示する。最後
に、ステップ#5において、スイッチSW2をオフとしか
つスイッチSW1をオンとして、当該測定装置をろ波動作
モードに設定して、この測定処理を終了する。
以上説明したように、既知の負荷Qを有する測定すべ
き誘電体共振器11を増幅器33を含む発振ループ回路に電
気的に接続し、発振周波数f1で発振させ、上記発振周波
数f1を測定し、上記測定された発振周波数f1に基づいて
誘電体共振器11の共振周波数f0を計算して当該誘電体共
振器11の共振周波数f0を測定するので、従来例に比較し
て高い精度で、既知の負荷Qを有する誘電体共振器11の
共振周波数f0を正確に測定することができる。
以上の実施例において、既知の負荷Qを有する誘電体
共振器11の共振周波数を測定する測定方法及び測定装置
について説明しているが、本発明はこれに限らず、空洞
共振器、半同軸型共振器などの他の種類の既知の負荷Q
を有する共振器に適用することができる。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、従来例のよう
に、測定される共振器が電気的に接続された発振ループ
回路において発生する発振信号の発振周波数を共振器の
共振周波数として測定するのではなく、上記発振ループ
回路において発生する発振信号の発振周波数を測定し、
上記測定された各発振周波数と上記発振ループ回路の透
過位相と上記共振器の負荷Qとに基づいて上記共振器の
共振周波数を測定するので、従来例に比較し高い精度
で、上記共振器の共振周波数を測定することができると
いう利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例である誘電体共振器の共振周
波数の測定装置のブロック図、 第2図は第1図の誘電体共振器及びそれを収容するシー
ルドケースの縦断面図、 第3図は第1図の測定装置の測定動作モードにおける測
定処理を示すフローチャート、 第4図は誘電体共振器の共振周波数に対する共振周波数
と発振周波数との偏差を示すグラフである。 11……誘電体共振器、23,24……コイル、33……増幅
器、34……方向性結合器、35……周波数カウンタ、40…
…マイクロプロセッサユニット(MPU)、SW2……スイッ
チ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】増幅手段を備え、所定の負荷Qを有する共
    振器に電気的に接続され、所定の透過位相を有する発振
    ループ回路において発生する発振振号の発振周波数を測
    定し、上記則定された発振周波数と上記発振ループ回路
    の透過位相と上記共振器の負荷Qとに基づいて上記共振
    器の共振周波数を計算して測定することを特徴とする共
    振器の共振周波数の測定方法。
  2. 【請求項2】増幅手段を備え、所定の負荷Qを有する共
    振器に電気的に接続され、所定の透過位相を有する発振
    ループ回路と、 上記発振ループ回路において発生する発振信号の発振周
    波数を測定する周波数測定手段と、 上記周波数測定手段によって測定された発振周波数と上
    記発振ループ回路の透過位相と上記共振器の負荷Qとに
    基づいて上記共振器の共振周波数を計算する計算手段と
    を備えたことを特徴とする共振器の共振周波数の測定装
    置。
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