JP3317684B2 - 伝送線路用高周波電力計 - Google Patents
伝送線路用高周波電力計Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高周波伝送線路、特
に非５０Ω系負荷インピーダンスに接続された高周波伝
送線路に用いるための電力計の構成に関するものであ
る。
に非５０Ω系負荷インピーダンスに接続された高周波伝
送線路に用いるための電力計の構成に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】高周波プラズマ装置の反応チャンバは、
半導体製造工程において所謂ドライプロセスと呼ばれる
エッチングや、スパッタリングに用いられる外、ＤＶＤ
（デジタルビデオディスク）や光磁気ディスクのスパッ
タ装置などとして用いられ、伝送線路端の虚数成分を含
んだ負荷インピーダンスを構成する。また高周波焼き入
れ装置などの高周波電力利用装置や、高周波アンテナ装
置等も同種の負荷インピーダンスとなり、これらの装置
動作を正確に制御するためには実質的な仕事量である有
効電力（量）を正確に検出・演算する必要がある。
半導体製造工程において所謂ドライプロセスと呼ばれる
エッチングや、スパッタリングに用いられる外、ＤＶＤ
（デジタルビデオディスク）や光磁気ディスクのスパッ
タ装置などとして用いられ、伝送線路端の虚数成分を含
んだ負荷インピーダンスを構成する。また高周波焼き入
れ装置などの高周波電力利用装置や、高周波アンテナ装
置等も同種の負荷インピーダンスとなり、これらの装置
動作を正確に制御するためには実質的な仕事量である有
効電力（量）を正確に検出・演算する必要がある。
【０００３】高周波伝送線路に接続された負荷インピー
ダンスが消費する有効電力の測定法としては、例えば熱
電対式電力計や熱量計法（カロリーメータ法）が用いら
れてきた。しかしながら、熱電対式電力計では測定応答
速度が遅いため短時間で駆動する負荷には不向きであ
り、熱量計法では高周波発生源からのエネルギーを直接
熱に変換する方法であり実際の負荷をつないだ状態での
測定には適さない。
ダンスが消費する有効電力の測定法としては、例えば熱
電対式電力計や熱量計法（カロリーメータ法）が用いら
れてきた。しかしながら、熱電対式電力計では測定応答
速度が遅いため短時間で駆動する負荷には不向きであ
り、熱量計法では高周波発生源からのエネルギーを直接
熱に変換する方法であり実際の負荷をつないだ状態での
測定には適さない。
【０００４】一方、伝送線路上の電力通過状態を測定す
ることにより負荷電力を求める方法があり、これには双
方向性カップラ・センサを用い、カップラによる誘起電
圧からＰf ＝Ｖf2／Ｚ0 （但し、Ｐf:進行波電力、Ｖf:
進行波電圧、Ｚ0:負荷インピーダンス）を求め、このＰ
f より反射波電力Ｐr ＝Ｐf （１−Γ2 ）（但し、Γ:
反射波電圧Ｖr と進行波電圧Ｖf との比) 、更に負荷電
力ＰL ＝Ｐf −Ｐr を得る方法や、カレントトランスに
よる結合器によって進行波電流と反射波電流を検出し、
その電流差を有効電流Ｉとして、既知の負荷インピーダ
ンスＲに供給される電力を、Ｐ＝Ｉ2 Ｒから求める方法
などがある。
ることにより負荷電力を求める方法があり、これには双
方向性カップラ・センサを用い、カップラによる誘起電
圧からＰf ＝Ｖf2／Ｚ0 （但し、Ｐf:進行波電力、Ｖf:
進行波電圧、Ｚ0:負荷インピーダンス）を求め、このＰ
f より反射波電力Ｐr ＝Ｐf （１−Γ2 ）（但し、Γ:
反射波電圧Ｖr と進行波電圧Ｖf との比) 、更に負荷電
力ＰL ＝Ｐf −Ｐr を得る方法や、カレントトランスに
よる結合器によって進行波電流と反射波電流を検出し、
その電流差を有効電流Ｉとして、既知の負荷インピーダ
ンスＲに供給される電力を、Ｐ＝Ｉ2 Ｒから求める方法
などがある。
【０００５】この場合、高周波電源の出力インピーダン
ス、伝送線路の特性インピーダンス、及び負荷インピー
ダンスが全て標準５０Ω系であれば、上記二方法におい
て、Ｚ0 ＝５０（Ω）又はＲ＝５０（Ω）として正確に
求められるが、負荷インピーダンスが定まらない場合に
はある仮想値を代入する。従って、真の負荷インピーダ
ンスとこの仮想値との差に応じた誤差が生ずることにな
り、負荷インピーダンスが変動する場合も正確な測定が
できないことは明らかである。
ス、伝送線路の特性インピーダンス、及び負荷インピー
ダンスが全て標準５０Ω系であれば、上記二方法におい
て、Ｚ0 ＝５０（Ω）又はＲ＝５０（Ω）として正確に
求められるが、負荷インピーダンスが定まらない場合に
はある仮想値を代入する。従って、真の負荷インピーダ
ンスとこの仮想値との差に応じた誤差が生ずることにな
り、負荷インピーダンスが変動する場合も正確な測定が
できないことは明らかである。
【０００６】また電圧実効値（Ｖ）、電流実効値
（Ｉ）、位相角度（θ）という３要素をそれぞれ測定
し、平均電力を求める式 Ｐ＝ＶＩ・ｃｏｓθ ─ （１） に代入する方法も実用化されている。しかし、この方法
において位相角θは正弦波であれば正確な値を測定でき
るが、波形歪みがあれば各高調波ごとに求めなければな
らず、この式で電力を求めることは困難となる。実際
上、プラズマチャンバにおいては純抵抗分に加えて位相
角を左右する容量性又は誘導性の虚数リアクタンスを含
むうえ、プラズマ振動が発生して非線型負荷となるため
に波形歪みが発生し、位相角θの測定が困難となり、究
極的には電力測定における大きな誤差要因となる。
（Ｉ）、位相角度（θ）という３要素をそれぞれ測定
し、平均電力を求める式 Ｐ＝ＶＩ・ｃｏｓθ ─ （１） に代入する方法も実用化されている。しかし、この方法
において位相角θは正弦波であれば正確な値を測定でき
るが、波形歪みがあれば各高調波ごとに求めなければな
らず、この式で電力を求めることは困難となる。実際
上、プラズマチャンバにおいては純抵抗分に加えて位相
角を左右する容量性又は誘導性の虚数リアクタンスを含
むうえ、プラズマ振動が発生して非線型負荷となるため
に波形歪みが発生し、位相角θの測定が困難となり、究
極的には電力測定における大きな誤差要因となる。
【０００７】一般的にも、このＶ，Ｉ，θ測定方式にお
いては、周波数が高くなった場合又は負荷インピーダン
スＺの絶対値〔Ｚ〕＝Ｒ±ｊＸが小さくなった場合に位
相角の測定精度が悪くなるという問題があり、更には各
々単独に電圧実効値（Ｖ）と電流実効値（Ｉ）を得るた
めの実効値変換回路が必要となり、しかもそれら実効値
と位相角度（θ）の測定値から得たｃｏｓθとの乗算に
よって始めて平均電力値を算出するという複雑な過程が
必要である。結局、この測定法式の唯一の利点は位相角
の符号（正又は負）によって、負荷が誘導性か容量性の
いずれであるか判定できることであるが、実際の装置で
は負荷のリアクタンスが誘導性であるか容量性であるか
は設計時点でほぼ決まっているため、この点にもさほど
の魅力はない。
いては、周波数が高くなった場合又は負荷インピーダン
スＺの絶対値〔Ｚ〕＝Ｒ±ｊＸが小さくなった場合に位
相角の測定精度が悪くなるという問題があり、更には各
々単独に電圧実効値（Ｖ）と電流実効値（Ｉ）を得るた
めの実効値変換回路が必要となり、しかもそれら実効値
と位相角度（θ）の測定値から得たｃｏｓθとの乗算に
よって始めて平均電力値を算出するという複雑な過程が
必要である。結局、この測定法式の唯一の利点は位相角
の符号（正又は負）によって、負荷が誘導性か容量性の
いずれであるか判定できることであるが、実際の装置で
は負荷のリアクタンスが誘導性であるか容量性であるか
は設計時点でほぼ決まっているため、この点にもさほど
の魅力はない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、種々
のインピーダンス値を有する負荷に接続された高周波伝
送線路の終端において線路の瞬時電流及び瞬時電圧を検
出し、そのまま用いることによって負荷の平均消費電力
を正確に測定することができる高周波電力計を提供しよ
うとするものである。この電力計は、従来特にその消費
電力測定における精度が問題とされてきた非５０Ω系負
荷に対して効果的に使用できる。ここに、非５０Ω系負
荷とは、典型的な標準５０Ω系伝送線路に対してはイン
ピーダンス整合回路を通じて５０Ωに整合されるべき負
荷インピーダンスのことである。
のインピーダンス値を有する負荷に接続された高周波伝
送線路の終端において線路の瞬時電流及び瞬時電圧を検
出し、そのまま用いることによって負荷の平均消費電力
を正確に測定することができる高周波電力計を提供しよ
うとするものである。この電力計は、従来特にその消費
電力測定における精度が問題とされてきた非５０Ω系負
荷に対して効果的に使用できる。ここに、非５０Ω系負
荷とは、典型的な標準５０Ω系伝送線路に対してはイン
ピーダンス整合回路を通じて５０Ωに整合されるべき負
荷インピーダンスのことである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】交流負荷の平均電力Ｐ
は、基本的に Ｐ＝１／Ｔ∫0 T ｅ・ｉ・ｄｔ ─ （２） ここに、ｅは瞬時電圧、ｉは瞬時電流であり、その積ｅ
・ｉからなる瞬時電力を交流の１周期（Ｔ）間積分し、
時間平均したものが平均電力Ｐであり、波形の如何に係
わらず成立する。また波形が正弦波である場合にはｅ＝
√２・Ｖｓｉｎωｔ、ｉ＝√２・Ｉｓｉｎ（ωｔ−θ）
として前記（１）式の基礎となるものである。前述の通
り応答速度に問題がある熱電対式電力計や、低周波（４
００Ｈｚ以下）においてのみ有効な電流力計型の交流電
力計は、この式（２）における瞬時値の積の時間平均を
熱電的もしくは電磁／機械的に形成するものであるが、
ｅ，ｉを用いた上記の演算過程そのものを実行するもの
ではない。
は、基本的に Ｐ＝１／Ｔ∫0 T ｅ・ｉ・ｄｔ ─ （２） ここに、ｅは瞬時電圧、ｉは瞬時電流であり、その積ｅ
・ｉからなる瞬時電力を交流の１周期（Ｔ）間積分し、
時間平均したものが平均電力Ｐであり、波形の如何に係
わらず成立する。また波形が正弦波である場合にはｅ＝
√２・Ｖｓｉｎωｔ、ｉ＝√２・Ｉｓｉｎ（ωｔ−θ）
として前記（１）式の基礎となるものである。前述の通
り応答速度に問題がある熱電対式電力計や、低周波（４
００Ｈｚ以下）においてのみ有効な電流力計型の交流電
力計は、この式（２）における瞬時値の積の時間平均を
熱電的もしくは電磁／機械的に形成するものであるが、
ｅ，ｉを用いた上記の演算過程そのものを実行するもの
ではない。
【００１０】本発明は、高周波電力計において、各々測
定された瞬時電圧と瞬時電流を、上式（２）に従って演
算手段により乗算し、その出力を電子回路的に積分及び
平均化することにより平均電力を求めようとするもので
あり、その構成はプラズマ振動により非線形の負荷イン
ピーダンスとなるプラズマチャンバーに、標準５０Ω系
高周波電源からインピーダンス整合器を介して電力供給
するための、非５０Ω系高周波伝送線路における前記負
荷インピーダンスに直結された線路終端において、線路
電圧の瞬時値を検出する電圧検出手段と、線路電流の瞬
時値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段が検
出した瞬時値と前記電流検出手段が検出した瞬時値との
位相変化を補正するための位相補正回路と、前記位相変
化補正後の各瞬時値を受け入れて乗算するためのアナロ
グ乗算器と、前記乗算器の乗算出力を平均化して前記負
荷インピーダンスの消費電力に比例した出力を発生する
ための平均化手段とからなるものである。
定された瞬時電圧と瞬時電流を、上式（２）に従って演
算手段により乗算し、その出力を電子回路的に積分及び
平均化することにより平均電力を求めようとするもので
あり、その構成はプラズマ振動により非線形の負荷イン
ピーダンスとなるプラズマチャンバーに、標準５０Ω系
高周波電源からインピーダンス整合器を介して電力供給
するための、非５０Ω系高周波伝送線路における前記負
荷インピーダンスに直結された線路終端において、線路
電圧の瞬時値を検出する電圧検出手段と、線路電流の瞬
時値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段が検
出した瞬時値と前記電流検出手段が検出した瞬時値との
位相変化を補正するための位相補正回路と、前記位相変
化補正後の各瞬時値を受け入れて乗算するためのアナロ
グ乗算器と、前記乗算器の乗算出力を平均化して前記負
荷インピーダンスの消費電力に比例した出力を発生する
ための平均化手段とからなるものである。
【００１１】上述した本発明の構成によれば、各実効値
と位相差ではなく、位相に従った瞬時電圧ｅと瞬時電流
ｉを精度よく検出し、これらの検出値をその周波数の数
倍以上の高速で乗算可能なアナログ乗算器によって乗算
することにより、歪みの多い電圧及び電流波形であって
も刻々に瞬時電力を算出し、その出力を平均化フィルタ
（ローパスフィルタ）に通じて時間平均し、正確な平均
電力を得ることができる。
と位相差ではなく、位相に従った瞬時電圧ｅと瞬時電流
ｉを精度よく検出し、これらの検出値をその周波数の数
倍以上の高速で乗算可能なアナログ乗算器によって乗算
することにより、歪みの多い電圧及び電流波形であって
も刻々に瞬時電力を算出し、その出力を平均化フィルタ
（ローパスフィルタ）に通じて時間平均し、正確な平均
電力を得ることができる。
【００１２】この方式においては、有効電力の測定は従
来の電力計の方式によらず、前述の式（２）、Ｐ＝１／
Ｔ∫0 T ｅ・ｉ・ｄｔを忠実に演算処理し、負荷で消費
されるエネルギーをそのまま求めることができる。従っ
てこの方式では、前述のとおり、瞬時値ｅ，ｉがその周
波数より十分速い演算速度の乗算器に供給される限り、
電圧と電流の実効値、位相角、歪み度、入力周波数、平
衡／不平衡などの諸条件は考慮しなくてもよいことは明
らかである。
来の電力計の方式によらず、前述の式（２）、Ｐ＝１／
Ｔ∫0 T ｅ・ｉ・ｄｔを忠実に演算処理し、負荷で消費
されるエネルギーをそのまま求めることができる。従っ
てこの方式では、前述のとおり、瞬時値ｅ，ｉがその周
波数より十分速い演算速度の乗算器に供給される限り、
電圧と電流の実効値、位相角、歪み度、入力周波数、平
衡／不平衡などの諸条件は考慮しなくてもよいことは明
らかである。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の高周波電力計の
構成及び接続実施例を示すブロック線図である。図１に
おいて、高周波電力計１の回路は、例えばプラズマチャ
ンバーなどの非５０Ω負荷２に対し、標準５０Ω系高周
波電源３からインピーダンス整合器４を介して電力を伝
達する非５０Ω系伝送線路５に接続される。高周波電力
計１は伝送線路５から電圧及び電流を検出して乗算し且
つ平均化処理するものであり、電圧検出部６、電流検出
部７、この電流検出部７からの電流信号を受け入れるＸ
入力と電圧検出部６からの電圧信号を位相補正回路８を
介して受け入れるＹ入力とを有する乗算器９、この乗算
器９の積（Ｚ）出力を処理する平均化フィルタ１０及び
その平均化出力（平均電力信号）をゲイン調整及びオフ
セット調整する増幅器１１を備え、増幅器１１からの調
整後出力は表示器１２で表示されるとともに負荷電力信
号として高周波電源３に帰還供給され、負荷消費電力の
制御に役立てられる。
構成及び接続実施例を示すブロック線図である。図１に
おいて、高周波電力計１の回路は、例えばプラズマチャ
ンバーなどの非５０Ω負荷２に対し、標準５０Ω系高周
波電源３からインピーダンス整合器４を介して電力を伝
達する非５０Ω系伝送線路５に接続される。高周波電力
計１は伝送線路５から電圧及び電流を検出して乗算し且
つ平均化処理するものであり、電圧検出部６、電流検出
部７、この電流検出部７からの電流信号を受け入れるＸ
入力と電圧検出部６からの電圧信号を位相補正回路８を
介して受け入れるＹ入力とを有する乗算器９、この乗算
器９の積（Ｚ）出力を処理する平均化フィルタ１０及び
その平均化出力（平均電力信号）をゲイン調整及びオフ
セット調整する増幅器１１を備え、増幅器１１からの調
整後出力は表示器１２で表示されるとともに負荷電力信
号として高周波電源３に帰還供給され、負荷消費電力の
制御に役立てられる。
【００１４】図２は、本発明の高周波電力計１の乗算器
９がそのＸ・Ｙ入力に正確な線路電圧と線路電流を表す
入力信号を受け入れるものとして、その乗算出力波形
（電力瞬時値）と、その平均化処理値（平均電力の関
係）を示すグラフである。図２の入力波形グラフＡは、
電流（Ｘ）が電圧（Ｙ）に対し位相角φだけ遅れている
抵抗分とインダクタンス分を含んだ負荷の例を示し、そ
れらの瞬時積からなる電力波形グラフＢにおいては電流
（Ｘ）と電圧（Ｙ）が互いに異符号となる角度φの期間
において、瞬時電力は負、すなわち無効電力として電源
側に戻されることを示している。グラフＣはこのような
乗算器９からの瞬時電力を平均化フィルタ１０に通して
得られた平均電力Ｐe を示し、これは勿論グラフＢの平
均レベルと一致している。そこで、グラフＢを参照し
て、上記遅れ角度φが大きくなるに従いゼロレベル以下
の無効電力が大きくなり、典型的にその角度が９０°と
なる純インダクタンス負荷の場合にはゼロレベル以上の
有効電力と、ゼロレベル以下の無効電力とが等しくな
り、平均レベルはゼロレベルと一致し、グラフＣにおけ
る平均電力Ｐe もゼロとなることは明らかである。（φ
＝−９０°の純キャパシタンス負荷でも同様である。）
９がそのＸ・Ｙ入力に正確な線路電圧と線路電流を表す
入力信号を受け入れるものとして、その乗算出力波形
（電力瞬時値）と、その平均化処理値（平均電力の関
係）を示すグラフである。図２の入力波形グラフＡは、
電流（Ｘ）が電圧（Ｙ）に対し位相角φだけ遅れている
抵抗分とインダクタンス分を含んだ負荷の例を示し、そ
れらの瞬時積からなる電力波形グラフＢにおいては電流
（Ｘ）と電圧（Ｙ）が互いに異符号となる角度φの期間
において、瞬時電力は負、すなわち無効電力として電源
側に戻されることを示している。グラフＣはこのような
乗算器９からの瞬時電力を平均化フィルタ１０に通して
得られた平均電力Ｐe を示し、これは勿論グラフＢの平
均レベルと一致している。そこで、グラフＢを参照し
て、上記遅れ角度φが大きくなるに従いゼロレベル以下
の無効電力が大きくなり、典型的にその角度が９０°と
なる純インダクタンス負荷の場合にはゼロレベル以上の
有効電力と、ゼロレベル以下の無効電力とが等しくな
り、平均レベルはゼロレベルと一致し、グラフＣにおけ
る平均電力Ｐe もゼロとなることは明らかである。（φ
＝−９０°の純キャパシタンス負荷でも同様である。）
【００１５】図３〜図５は、図１に示した本発明の高周
波電力計における電圧検出部６の三種類の構成例を、電
流検出部７の回路構成とともに示す回路図である。これ
らの実施回路において、電流検出部７は伝送線路導体５
をワンターン一次巻線とするトロイダル・コアトランス
１３を含み、そのトランス１３の二次巻線に誘起する線
路電流に応じた電圧を電流値信号として端子Ｘ1 及びＸ
2 間に生ずるものである。なお、トランス二次巻線と並
列に電圧検知抵抗Ｒi が接続される。
波電力計における電圧検出部６の三種類の構成例を、電
流検出部７の回路構成とともに示す回路図である。これ
らの実施回路において、電流検出部７は伝送線路導体５
をワンターン一次巻線とするトロイダル・コアトランス
１３を含み、そのトランス１３の二次巻線に誘起する線
路電流に応じた電圧を電流値信号として端子Ｘ1 及びＸ
2 間に生ずるものである。なお、トランス二次巻線と並
列に電圧検知抵抗Ｒi が接続される。
【００１６】図３の構成例は、電圧検出部６が２個の直
列接続されたキャパシタＣ1,Ｃ2 からなり、その接続点
において分圧値を取り出し接地電位との間の電圧を、線
路電圧信号として端子Ｙ1 及びＹ2 間に与えるようにし
たものである。分圧値を適当に選択するためには、直列
接続キャパシタの数を３個以上の複数個として所望の接
続点の電圧を取り出すこともできる。
列接続されたキャパシタＣ1,Ｃ2 からなり、その接続点
において分圧値を取り出し接地電位との間の電圧を、線
路電圧信号として端子Ｙ1 及びＹ2 間に与えるようにし
たものである。分圧値を適当に選択するためには、直列
接続キャパシタの数を３個以上の複数個として所望の接
続点の電圧を取り出すこともできる。
【００１７】図４の構成例は、電圧検出部６が降圧トラ
ンス１４を介して電圧検知出力を発生するようにしたも
のである。降圧トランス１４はこの場合トロイダル・コ
アトランスからなり、その複数回巻きの実質巻線を一次
巻線として伝送線路５と接地電位との間に接続し、ワン
ターン巻線を二次巻線として両端を電圧信号端子Ｙ1 及
びＹ2 に接続したものである。このトランス構成によれ
ば、信号出力側を伝送線路５から電気的に切り離すアイ
ソレーション機能を有するが、高電圧及び大電力には不
向きである。また負荷が自己バイアスを生じる場合や、
直流バイアス電流を重畳する場合には、伝送線路にコン
デンサを挿入することにより、ＤＣ成分がグランドへ短
絡することを回避させる回路が必要となる。
ンス１４を介して電圧検知出力を発生するようにしたも
のである。降圧トランス１４はこの場合トロイダル・コ
アトランスからなり、その複数回巻きの実質巻線を一次
巻線として伝送線路５と接地電位との間に接続し、ワン
ターン巻線を二次巻線として両端を電圧信号端子Ｙ1 及
びＹ2 に接続したものである。このトランス構成によれ
ば、信号出力側を伝送線路５から電気的に切り離すアイ
ソレーション機能を有するが、高電圧及び大電力には不
向きである。また負荷が自己バイアスを生じる場合や、
直流バイアス電流を重畳する場合には、伝送線路にコン
デンサを挿入することにより、ＤＣ成分がグランドへ短
絡することを回避させる回路が必要となる。
【００１８】図５の構成例は、電圧検出部６が複数の直
列接続された抵抗器Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3 からなり、その所望の
接続点、この場合Ｒ2-Ｒ3 接続点において分圧値を取り
出し接地電位との間の電圧、従ってＲ3 両端間電圧を端
子Ｙ1 及びＹ2 間に与えるようにしたものである。
列接続された抵抗器Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3 からなり、その所望の
接続点、この場合Ｒ2-Ｒ3 接続点において分圧値を取り
出し接地電位との間の電圧、従ってＲ3 両端間電圧を端
子Ｙ1 及びＹ2 間に与えるようにしたものである。
【００１９】以上、図３〜図５に示した回路構成におい
て、端子Ｘ1 −Ｘ2 間に現れる電流値信号の位相、及び
端子Ｙ1 −Ｙ2 間に現れる電圧値信号の位相は、各検出
回路の回路素子の種類と配線パターンに応じた周波数特
性を有することとなり、それぞれ線路電流自体の位相、
及び線路電圧自体の位相とは異なるのが普通である。こ
れらの位相変化が電流値、電圧値ともに同じであれば両
者の位相差はそのまま線路電流と線路電圧との位相差を
表すことになるが、一般にはこれら位相変化の差を補正
しなければ、正確に線路電流と線路電圧との位相差を復
元できないことになる。これが、図１の高周波電力計１
において、電圧検出部６と乗算器９のＹ入力との間に位
相補正回路８が挿入された理由であり、この位相補正回
路８の配置は補正値の符号を変えて電流検出部７と乗算
器９のＸ入力との間に挿入するものでもよい。
て、端子Ｘ1 −Ｘ2 間に現れる電流値信号の位相、及び
端子Ｙ1 −Ｙ2 間に現れる電圧値信号の位相は、各検出
回路の回路素子の種類と配線パターンに応じた周波数特
性を有することとなり、それぞれ線路電流自体の位相、
及び線路電圧自体の位相とは異なるのが普通である。こ
れらの位相変化が電流値、電圧値ともに同じであれば両
者の位相差はそのまま線路電流と線路電圧との位相差を
表すことになるが、一般にはこれら位相変化の差を補正
しなければ、正確に線路電流と線路電圧との位相差を復
元できないことになる。これが、図１の高周波電力計１
において、電圧検出部６と乗算器９のＹ入力との間に位
相補正回路８が挿入された理由であり、この位相補正回
路８の配置は補正値の符号を変えて電流検出部７と乗算
器９のＸ入力との間に挿入するものでもよい。
【００２０】かくして正確に線路電流と線路電圧との位
相関係を維持した電流値信号と電圧値信号が乗算器９に
おいて乗算される。この乗算器９には前述したとおり、
入力信号周波数の数倍以上の高速で乗算可能なアナログ
乗算器が用いられることにより、歪みの多い電圧及び電
流波形であっても刻々に瞬時電力を算出することができ
る。平均化フィルタ１０はローパスフィルタからなり、
十分な平均化能力を有するものであるが、その平均出力
に対しては後段の表示器等のために所望のゲイン調整を
行い、且つこの高周波電力計システムに固有のオフセッ
ト誤差を調整する必要があるため、出力増幅器１１はこ
のようなゲイン調整機能及びオフセット調整機能を有す
るものである。
相関係を維持した電流値信号と電圧値信号が乗算器９に
おいて乗算される。この乗算器９には前述したとおり、
入力信号周波数の数倍以上の高速で乗算可能なアナログ
乗算器が用いられることにより、歪みの多い電圧及び電
流波形であっても刻々に瞬時電力を算出することができ
る。平均化フィルタ１０はローパスフィルタからなり、
十分な平均化能力を有するものであるが、その平均出力
に対しては後段の表示器等のために所望のゲイン調整を
行い、且つこの高周波電力計システムに固有のオフセッ
ト誤差を調整する必要があるため、出力増幅器１１はこ
のようなゲイン調整機能及びオフセット調整機能を有す
るものである。
【００２１】
【発明の効果】本発明は、以上の通り高周波伝送線路の
終端において線路の瞬時電流及び瞬時電圧を検出し、そ
のまま用いることによって負荷の平均消費電力を正確に
測定することができる高周波電力計を提供するものであ
る。この電力計は、従来特にその消費電力測定における
精度が問題とされてきた非５０Ω系負荷に対して効果的
に使用でき、５０Ω系高周波電力系統における安定負荷
の電力測定と同等以上の精度を発揮できるものである。
また、５０Ω系高周波電力系統における新規の電力測定
方式として用いることも可能である。
終端において線路の瞬時電流及び瞬時電圧を検出し、そ
のまま用いることによって負荷の平均消費電力を正確に
測定することができる高周波電力計を提供するものであ
る。この電力計は、従来特にその消費電力測定における
精度が問題とされてきた非５０Ω系負荷に対して効果的
に使用でき、５０Ω系高周波電力系統における安定負荷
の電力測定と同等以上の精度を発揮できるものである。
また、５０Ω系高周波電力系統における新規の電力測定
方式として用いることも可能である。
【図１】本発明の高周波電力計の構成及び接続実施例を
示すブロック線図である。
示すブロック線図である。
【図２】図１の高周波電力計中の乗算器がそのＸ・Ｙ入
力に正確な線路電圧と線路電流を表す入力信号を受け入
れるものとして、その乗算出力波形（電力瞬時値）と、
その平均化処理値（平均電力の関係）を示すグラフであ
る。
力に正確な線路電圧と線路電流を表す入力信号を受け入
れるものとして、その乗算出力波形（電力瞬時値）と、
その平均化処理値（平均電力の関係）を示すグラフであ
る。
【図３】図１に示した本発明の高周波電力計における電
圧検出部の一構成例を、電流検出部の回路構成とともに
示す回路図である。
圧検出部の一構成例を、電流検出部の回路構成とともに
示す回路図である。
【図４】図１に示した本発明の高周波電力計における電
圧検出部の第２の構成例を、電流検出部の回路構成とと
もに示す回路図である。
圧検出部の第２の構成例を、電流検出部の回路構成とと
もに示す回路図である。
【図５】図１に示した本発明の高周波電力計における電
圧検出部の第３の構成例を、電流検出部の回路構成とと
もに示す回路図である。
圧検出部の第３の構成例を、電流検出部の回路構成とと
もに示す回路図である。
１ 高周波電力計 ２ 負荷 ３ 高周波電源 ４ インピーダンス整合器 ５ 非５０Ω系伝送線路 ６ 電圧検出部 ７ 電流検出部 ８ 位相補正回路 ９ 乗算器 １０ 平均化フィルタ １１ 増幅器 １２ 表示器 １３、１４ トロイダル・コアトランス
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 21/00 - 22/00 130 G01R 11/00 - 11/66
Claims (5)
- 【請求項１】 プラズマ振動により非線形の負荷インピ
ーダンスとなるプラズマチャンバーに、標準５０Ω系高
周波電源からインピーダンス整合器を介して電力供給す
るための、非５０Ω系高周波伝送線路における前記負荷
インピーダンスに直結された線路終端において、線路電
圧の瞬時値を検出する電圧検出手段と、線路電流の瞬時
値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段が検出
した瞬時値と前記電流検出手段が検出した瞬時値との位
相変化を補正するための位相補正回路と、前記位相変化
補正後の各瞬時値を受け入れて乗算するためのアナログ
乗算器と、前記乗算器の乗算出力を平均化して前記負荷
インピーダンスの消費電力に比例した出力を発生するた
めの平均化手段とを備えたことを特徴とする高周波電力
計。 - 【請求項２】 前記電流検出手段が伝送線路導体をワン
ターン一次巻線とするトロイダル・コアトランスを含む
ものであり、前記平均化手段が低域フィルタからなるこ
とを特徴とする請求項１記載の高周波電力計。 - 【請求項３】 前記電圧検出手段が降圧型トランスを介
して電圧検知出力を発生するものであることを特徴とす
る請求項２記載の高周波電力計。 - 【請求項４】 前記電圧検出手段が複数の直列接続され
たキャパシタからなり、その所望の接続点において分圧
値を取り出すようにしたものであることを特徴とする請
求項２記載の高周波電力計。 - 【請求項５】 前記電圧検出手段が複数の直列接続され
た抵抗器からなり、その所望の接続点において分圧値を
取り出すようにしたものであることを特徴とする請求項
２記載の高周波電力計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16618399A JP3317684B2 (ja) | 1999-06-14 | 1999-06-14 | 伝送線路用高周波電力計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16618399A JP3317684B2 (ja) | 1999-06-14 | 1999-06-14 | 伝送線路用高周波電力計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000356658A JP2000356658A (ja) | 2000-12-26 |
| JP3317684B2 true JP3317684B2 (ja) | 2002-08-26 |
Family
ID=15826623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16618399A Expired - Fee Related JP3317684B2 (ja) | 1999-06-14 | 1999-06-14 | 伝送線路用高周波電力計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3317684B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004247986A (ja) * | 2003-02-14 | 2004-09-02 | Daihen Corp | 高周波電源装置 |
| JP4932787B2 (ja) * | 2008-05-30 | 2012-05-16 | 株式会社ダイヘン | 高周波電源装置 |
| JP2010261761A (ja) * | 2009-04-30 | 2010-11-18 | Japan Radio Co Ltd | 出力電圧測定装置 |
-
1999
- 1999-06-14 JP JP16618399A patent/JP3317684B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000356658A (ja) | 2000-12-26 |
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