JP3496179B2 - 電力検出素子および電力検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信号の電力を検出
するための電力検出素子および電力検出装置に関し、そ
の周波数特性を向上させ、製造を容易にするための技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】信号の電力を広帯域にわたって検出する
ために、従来では、ダイオードによって信号を検波する
ダイオード検波方式と、信号を抵抗体に吸収させその抵
抗体の発熱を熱電対によって検出する熱電対方式とがあ
り、ダイオード検波方式は、入力信号を与えればほぼ遅
延なく応答が得られるという利点があるが、信号波形お
よび信号レベルの影響を受けやすく、検出確度が低いと
いう問題があり、しかも、ダイオードの接合容量によっ
てミリ波以上の電力検出が困難であった。

【０００３】これに対し、熱電対方式では抵抗体に信号
を与えて発熱させているためダイオード検波方式のよう
な高速な応答は望めないが、信号波形に影響されずにそ
の信号の電力を正確に検出できるという利点がある。

【０００４】本願出願人は、このような熱電対方式の電
力検出器（素子）および電力検出装置を、国際公開番号
ＷＯ ８８／０３３１９号（特願昭６２−５０６６７２
号）で開示している。

【０００５】この電力検出器は、図２０に示すように、
絶縁性基板１の上に、シリコンゲルマニウム混晶薄膜２
Ａに金属の薄膜導電体３Ａを接続した第１熱電対４Ａ
と、シリコンゲルマニウム混晶薄膜２Ｂに金属の薄膜導
電体３Ｂを接続した第２熱電対４Ｂとを、第１熱電対の
混晶薄膜と第２熱電対の金属薄膜とが対向するように平
行に設けている。第１熱電対の混晶薄膜と第２熱電対の
金属薄膜の端部間は第１電極５で接続され、第１熱電対
の金属薄膜には第２電極６が接続され、第２熱電対の混
晶薄膜には第３電極７が接続されて、両熱電対の起電力
が加え合わされて第２電極６と第３電極７の間に出力さ
れる。第１、第２及び第３電極５、６、７には両熱電対
の冷接点部位の熱抵抗を小さくするためのビームリード
電極８、９、１０が接続されている。

【０００６】この電力検出器は、図２１に示す電極検出
装置の誘電体基板１１上にマウントされる。誘電体基板
１１には所定の幅を持つ中心導体１２と中心導体１２の
両側に所定の間隔をもって平行に配置された外部導体１
３Ａ、１３Ｂとによって伝送線路が設けられている。電
力検出器１４は、そのビームリード電極８が中心導体１
２に接続され、ビームリード電極１０が外部導体１３Ｂ
に連続するアースに接続され、ビームリード電極９が出
力導体１５に接続されるようにマウントされる。中心導
体１２はカップリングコンデンサ１６を介して接続部１
７に接続され、出力導体１５はバイパスコンデンサ１８
を介してアースに接続され、この出力導体１５とアース
には出力用のリード線１９Ａ、１９Ｂが接続されてい
る。

【０００７】図２２はこの電力検出装置の回路を表した
ものであり、接続部１７から入力される被測定信号Ｓ
が、カップリングコンデンサ１６を介して電力検出器１
４の２つの熱電対に供給されて両熱電対自体が発熱し、
その熱によって発生した起電力が、加え合わされてリー
ド線１９Ａ、１９Ｂから出力される。

【０００８】このように構成された電力検出装置では、
感度が１ｄＢ低下する帯域の上限周波数が３２ＧＨｚま
で延びている。

【０００９】なお、熱電対方式としては、上記方式（い
わゆる直熱型）の他に、被測定電力信号を熱に変換する
抵抗体、即ち入力抵抗と、この抵抗体の発熱によっても
たらされる温度上昇分を検出する熱電対とが、互いに分
離した構造のいわゆる傍熱型のものが提案されている。
この傍熱型のものは、応答時間が直熱型のものより遅く
なるものの、抵抗体とは無関係に熱電対の数を任意に増
やすことができ、その熱電対の数に比例した大きさの信
号を出力でき、高い検出感度が得られるという特徴を有
しており、これまでに２０数ＧＨｚまでの周波数特性を
有するものが実現されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記した直熱型の電力
検出器および電力検出装置では、信号を熱電対自体に供
給して直流の起電力を出力させているので、直流信号の
電力検出ができず、また、基板上で形成できるコンデン
サの容量には限界があるので低周波信号の電力を正確に
検出できず、さらに、２つの熱電対によって入力信号に
対する負荷が分割され、しかもコンデンサの影響によっ
てインピーダンス整合が難しく、検出上限周波数をさら
に高くすることが困難であった。

【００１１】また、微小な電力を高感度に検出するため
には電力検出素子内により多くの熱電対を設ける必要が
あるが、前記した従来装置で熱電対の数の増加させよう
とすれば、それにともなってコンデンサの数がさらに増
加し、インピーダンス整合がさらに困難となり、結局周
波数特性を犠牲にしなければならなかった。

【００１２】特に、近年では、ミリ波やマイクロ波を利
用した機器が盛んに開発され、それらの機器の測定のた
めに、より高い周波数の信号の電力を正確に検出したい
という要望が強くなるのに対し、前記した従来の電力検
出素子および電力検出装置ではその要望に充分応えるこ
とができなかった。

【００１３】また、前記傍熱型のものでこれまでに実現
されているものは、入力抵抗と熱電対とを構成している
電子材料が異なり作製方法が複雑となる他、入力抵抗用
電極部の形状と抵抗体の形状が異なることに対処できる
ための知見、即ち、入力抵抗用電極部と抵抗体を接続す
るための最適な配線パターンに関する知見が得られてい
ないため、測定可能な周波数の上限が前記したように２
０数ＧＨｚに制限されていた。

【００１４】本発明は、このような事情を鑑みてなされ
たもので、作製が容易で、検出上限周波数がさらに高
く、直流からの電力検出が可能で、しかも、熱電対の数
に周波数特性が影響されない電力検出素子および電力検
出装置を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記傍熱型熱
電対方式における入力抵抗用電極部の形状と抵抗体との
形状が異なることに対処できるための知見、即ち、入力
抵抗用電極部と抵抗体を接続するための最適な配線パタ
ーンに関する知見が得られ、周波数特性を大幅に拡大で
きる手段を発見したことに基づくものである。さらに、
本発明による電力検出素子をコプレナーモジュール基板
へ実装する際に、電極部間に生じる容量の増加にともな
う周波数特性の劣化分を補正できるための方式を発見し
たことに基づくものである。さらに、従来の傍熱型のも
のでは、入力抵抗と熱電対を構成する電子材料が別個で
あったが、今回、同一の電子材料を用いても良好な特性
を有する電力検出素子を実現できたこと、即ち簡単な作
製方法を見出したことに基づくものである。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】 すなわち、本発明の請求項１記載の電力
検出素子は、絶縁性を有する基板（２１）と、前記基板
の一面側に設けられ被測定信号電力を吸収して発熱する
薄膜抵抗体（２２ａ）と、薄膜金属によって形成され、
前記基板の一面側の一端側に設けられた入力電極（２
６）と、薄膜金属によって形成され、前記入力電極をは
さむようにして前記基板の一面側の一端側に設けられた
アース電極対（２７、２８）と、薄膜金属によって形成
され、前記基板の一面側で前記薄膜抵抗体の一端と前記
入力電極との間を電気的に接続する第１の接続部（２
３）と、薄膜金属によって形成され、前記基板の一面側
で前記薄膜抵抗体の他端と前記アース電極対との間をそ
れぞれ電気的に接続する第２の接続部（２４）および第
３の接続部（２５）と、前記基板の一面側で前記第２、
第３の接続部をはさんで前記薄膜抵抗体と反対側に設け
られた第１の薄膜部と、該第１の薄膜部と異種の電子材
料によって形成され前記薄膜抵抗体に近い位置で前記第
１の薄膜部に接続された第２の薄膜部とからなり、前記
薄膜抵抗体の発熱による温度上昇に対応した信号を発生
する熱電対（３０、３５）と、前記熱電対が発生する信
号を出力するための出力電極（３８、３９）とを備え、
前記第１の接続部を、前記薄膜抵抗体の一端側から前記
入力電極に向かって幅が広がるように形成するととも
に、前記入力電極および前記第１の接続部の幅と、前記
アース電極および前記第２、第３の接続部との隙間の比
がほぼ一定となるように形成して、前記入力電極および
前記第１の接続部と前記アース電極および前記第２、第
３の接続部との間の伝送インピーダンスを所定の値にし
ている。

【００２１】 また、本発明の請求項２記載の電力検出
素子は、請求項１記載の電力検出素子において、前記薄
膜抵抗体および前記熱電対の一方の薄膜部が微結晶化シ
リコンゲルマニウム薄膜からなる。

【００２２】 また、本発明の請求項３記載の電力検出
素子は、請求項１または請求項２記載の電力検出素子に
おいて、略扇状に形成された複数の熱電対（６１〜６
７）を、前記薄膜抵抗体を中心にして前記基板の一面側
に放射状に配置し、該複数の熱電対を直列に接続してい
る。

【００２３】 また、本発明の請求項４記載の電力検出
装置は、基板と、該基板に設けられた抵抗体と、前記抵
抗体の両端に接続され前記基板の一面側に設けられた電
極と、前記抵抗体が発生した熱に対応する信号を出力す
る熱電対とを有し、前記電極間の伝送インピーダンスが
所定値となるように設定された電力検出素子（２０）
と、前記電力検出素子の基板より大きく形成され、一面
側に被測定信号を導くための中心導体とアース導体がパ
ターン形成され、該中心導体の先端および該先端の近傍
のアース導体に前記電力検出素子の各電極に対応したマ
ウント部が設けられ、該マウント部に前記電力検出素子
の電極を接合させた状態で該電力検出素子を前記一面側
に固定保持し、前記中心導体およびアース導体を介して
前記電力検出素子の電極間に被測定信号を供給し、該被
測定信号の電力に対応した信号を出力するモジュール基
板（４３）とを備えた電力検出装置であって、前記モジ
ュール基板の中心導体とアース導体の間の伝送インピー
ダンスを前記電力検出素子の電極間の伝送インピーダン
スにほぼ等しくなるように形成するとともに、前記マウ
ント部と電力検出素子の電極の接合によって増加した容
量成分に対応するインダクタンス成分を前記中心導体に
付与している。

【００２４】 また、本発明の請求項５記載の電力検出
装置は、請求項４記載の電力検出装置において、増加し
た容量成分に対応するインダクタンス成分を前記中心導
体のマウント部の近傍に設けた。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態の電力
検出素子２０を、図１〜図８に基づいて説明する。

【００２６】この電力検出素子２０は、図１に示すよう
に、一辺がほぼ１ｍｍ程度、厚さが約２０μｍ（ミクロ
ンメータ）の長方形の絶縁性を有するサファイヤ製の基
板２１上に形成されている。なお、ここでは、誘電損失
が少なく熱伝導率が高いサファイヤ性の基板を用いてい
るが、サファイヤ以外に例えば、ガラス、融解石英、ア
ルミナ等を用いることもできる。

【００２７】図３に示すように、基板２１の一面２１ａ
側の中央から１辺２１ｂ側の間には、微結晶化シリコン
ゲルマニウムからなる薄膜体２２が設けられている。こ
の薄膜体２２は、約１μｍ程度の厚さを有し、基板２１
の中央に小さく矩形状に形成され信号を熱に変換するた
めの抵抗部２２ａと、抵抗部２２ａの一端から基板２１
の一辺２１ｂの中央に向かって延びた第１の延設部２２
ｂと、抵抗部２２ａの他端から基板２１の二辺２１ｂ、
２１ｃに挟まれた隅部へ向かって延びた第２の延設部２
２ｃと、第２の延設部２２ｃと連続して抵抗部２２ａの
他端から基板２１の二辺２１ｂ、２１ｄに挟まれた隅部
へ向かって延びた第３の延設部２２ｄとによって構成さ
れている。

【００２８】第１の延設部２２ｂは、基板２１の中央か
ら一辺２１ｂの中央を通る線に対して線対称で、且つ抵
抗部２２ａの一端側から基板２１の一辺２１ｂ側に向か
う程基板の一辺２１ｂに沿った方向の幅Ｗａが一様に増
加するように形成されている。また、第２、第３の延設
部２２ｃ、２２ｄの基板２１の一辺２１ｂに沿った方向
の幅Ｗｂおよび第１の延設部２２ｂとの距離Ｇａは、第
１の延設部２２ｂの幅Ｗａに比例して広がるように形成
されている。

【００２９】第１の延設部２２ｂの上にはこれと同一外
形の薄膜金属からなる入力接続部２３が重なり合うよう
に設けられ、第２、第３の延設部２２ｃ、２２ｄの上に
も、それぞれ同一外形の薄膜金属からなるアース接続部
２４、２５が重なり合うようにして設けられ、アース接
続部２４、２５は、抵抗部２２ａの他端側において連続
している。

【００３０】これらの各接続部２３、２４、２５は、厚
さ０．５μｍ程度の白金や金等の低抵抗の金属膜（異種
の金属薄膜を複数層重ねたものでもよい）で形成され、
各接続部２３、２４、２５の基板２１の一辺２１ｂ側の
端部２３ａ、２４ａ、２５ａの上には、それぞれ幅広の
矩形状に形成された入力電極２６、アース電極２７、２
８が設けられている。これら各電極は、厚さ５μｍ程度
の金メッキ層によって形成されており、各電極２６〜２
８は各接続部２３〜２５を介して抵抗部２２ａの両端に
接続されている。

【００３１】入力接続部２３とアース接続部２４、２５
との間に両端を接続されて薄膜抵抗体を形成している抵
抗部２２ｃの抵抗値は、薄膜体２２の材質、抵抗部２２
ａの幅、長さおよび厚さによって決定されるが、ここで
は電力検出素子２０の発熱箇所を基板２１の中央の一点
に集中させ、且つ、高い周波数領域まで純抵抗となるよ
うに抵抗部２２ａの面積を小さくし、しかも、その抵抗
値が高周波同軸ケーブルの伝送インピーダンスと等しい
５０Ω（または７５Ω）となるように予め各部の寸法を
設定している。

【００３２】また、このように小さく形成された抵抗部
２２ａに対して入力電極２６およびアース電極２７、２
８は実装の容易性を確保するために大きな面積に形成さ
れ、その間を接続している各接続部２３〜２５は、基板
２１の一辺２１ｂ側に向かって幅が広がり各電極に連続
している。しかも、入力電極２６およびアース電極２
６、２７側から抵抗部２２ｃの両端の間にコプレーナ型
の伝送線路を形成させるために、入力接続部２３および
入力電極２６の幅Ｗａと、アース接続部２４、２５およ
びアース電極２７、２８の隙間Ｇａとの比がほぼ一定と
なるようにして入力端側から見たインピーダンスを抵抗
部２２ａの抵抗値とほぼ等しくしている。なお、コプレ
ナー型の伝送線路は、中心導体の幅をＷ、中心導体とア
ース導体との隙間をＧとしたとき、ほぼ（Ｗ＋Ｇ）／Ｗ
の値および伝送路長に応じて伝送インピーダンスが決ま
り、理論上は、後述するモジュール基板４３のように、
伝送路の長さに応じて中心導体の幅を非直線的に変化さ
せる必要があるが、この電力検出素子２０では伝送路長
が短いので、入力接続部２３の幅と、アース接続部２
４、２５との隙間を直線的に広げ、幅Ｗａと隙間Ｇａの
比を一定にしている。

【００３３】このように構成したため、この電力検出素
子２０自体の周波数特性は、前記した従来のものに比べ
て倍以上の６５ＧＨｚ以上まで延びている。

【００３４】一方、アース接続部２４、２５をはさんで
抵抗部２２ａと反対側の基板２１の一辺２１ｅ側には二
組の熱電対３０、３５が形成されている。一方の熱電対
３０は基板２１の一面２１ａ上に略縦長矩形状に形成さ
れた薄膜体３１を有し、他方の熱電対３５も基板２１の
一面２１ａ上に略横長矩形状に形成された薄膜体３６を
有している。薄膜体３１、３６は、抵抗部２２ａを形成
している薄膜体２２と同一厚さの微結晶化シリコンゲル
マニウム薄膜によって形成されている。

【００３５】各薄膜体３１、３６はその１つの角部３１
ａ、３６ａが抵抗部２２ａに近接し、その対角にある角
部３１ｂ、３６ｂが抵抗部２２ａから遠い位置となるよ
うに設けられている。薄膜体３１の角部３１ａの上に
は、図１に示しているように、第１の出力接続部３２の
一端３２ａが重なり合うようにして接続されている。こ
の接続部分は一方の熱電対３０の温接点となる。第１の
出力接続部３２は薄膜体３１の外周を囲むように延設さ
れ、その他端３１ｂ側は、熱電対３０の冷接点を形成す
るものであり、基板２１の二辺２１ｃ、２１ｅとで挟ま
れた隅部まで延びている。

【００３６】また、薄膜体３１の角部３１ｂには、中間
接続部３３の一端３３ａが広い面積重なり合うようにし
て接続されている。この接続部分は熱電対３０、３５の
冷接点を形成している。中間接続部３３の他端３３ｂ
は、薄膜体３６の角部３６ａに重なり合うように接続さ
れている。この接続部分は熱電対３５の温接点となる。
また、薄膜体３６の角部３６ｂには、熱電対３６の冷接
点となる第２の出力接続部３７が重なり合うようにして
接続されている。

【００３７】第１、第２の出力接続部３２、３７および
中間接続部３３は、入力接続部２３やアース接続部２
４、２５と同様の低抵抗の金属薄膜からなり、第１、第
２の出力接続部３２、３７の基板２１の一辺２１ｅ側の
表面には、厚さ５μｍ程度の金メッキ層からなる縦長矩
形状の出力電極３８、３９が入力電極２６やアース電極
２７、２８と同一高さとなるように設けられている。

【００３８】また、第１の出力接続部３２の他端３２ｂ
と基板２１の上面との間には、第１の出力接続部３２の
他端３２ｂの表面の高さを第２の出力接続部３７の表面
の高さに一致させるために、微結晶化シリコンゲルマニ
ウムからなる薄膜体３４が縦長矩形状に設けられてい
る。

【００３９】このように構成された電力検出素子２０
は、図９に示すように、抵抗部２２ｂの両端に接続され
た入力電極２６およびアース電極２７、２８に被測定信
号Ｓを与えると、被測定信号Ｓの電力に応じて抵抗部２
２ｂが発熱し、この熱が２つの熱電対３０、３５の温接
点Ｈｊの温度を上昇させて、２つの熱電対３０、３５
は、温接点Ｈｊと冷接点Ｃｊとの温度差ΔＴに比例した
起電力Ｖをそれぞれ発生し、この起電力Ｖが加え合わさ
れた出力２Ｖが、出力端子３８、３９から出力されるこ
とになる。

【００４０】なお、各薄膜体２２、３１、３４、３６を
形成している微結晶化シリコンゲルマニウムは、温接点
と冷接点の温度差に対する起電力の大きさを表すゼーベ
ック係数が１００〜２００μＶ／Ｋで従来の金属薄膜材
料よりも格段に大きく、しかも、導電率の温度依存性が
他の微結晶化半導体薄膜よりも格段に小さいので、上記
のように信号を熱に変換する抵抗部２２ａと、熱電対の
一方の熱電材として共通に使用できる。また、微結晶化
シリコンゲルマニウムは、６００°Ｃの高温でも安定で
あり、大きな被測定電力が供給された場合でも焼損しに
くい。

【００４１】この電力検出素子２０の製造工程は、以下
の（ａ）〜（ｄ）の通りである。 （ａ）電力検出素子２０を複数個分作るための大きさを
有するサファイヤ基板（またはガラス基板、溶解石英基
板等）を洗浄し、その一面全体にプラズマＣＶＤ（化学
気相堆積）法を用いて微結晶化シリコンゲルマニウム薄
膜を堆積させる。 （ｂ）フォトエッチング法によって、薄膜体２２、３
１、３４、３６を複数素子分パターン形成する。 （ｃ）金属薄膜を真空蒸着法やスパッタ法を用いて堆積
し、フォトエッチング法を用いて、各接続部を複数素子
分形成する。 （ｄ）各接続部に金メッキ層を施して各電極を形成し、
ダイサー等によって各電力検出素子２０を切り出す。

【００４２】このように、抵抗部２２ａと各熱電対の一
方の熱電材とを同一の微結晶化シリコンゲルマニウム薄
膜で形成し、しかも、その上に設ける各接続部および電
極をそれぞれ同一の金属薄膜で形成しているから、製造
工程が簡単で、歩留りが良く特性の揃ったものを安価に
製造することができる。

【００４３】このようにして製造された電力検出素子２
０は、図１０に示す電力検出装置４０のケース４１内に
設けられたモジュール基板４３上にマウントされる。ケ
ース４１は、外部と内部を熱的に遮断するために金属製
で例えば円筒状に形成され、その一端側には同軸ケーブ
ル（図示せず）を接続するための同軸コネクタ４２が設
けられている。

【００４４】モジュール基板４３は、同軸コネクタ４２
を介して入力される信号を電力検出素子２０へ導き、電
力検出素子２０の出力信号を外部へ出力させる。

【００４５】モジュール基板４３は長方形状に形成さ
れ、その一面４３ａの一端４３ｂ側から他端４３ｃ側へ
向かって中心導体４４がパターン形成されている。中心
導体４４は、同軸コネクタ４２の芯線部４２ａと電力検
出素子２０の入力電極２６の間を接続するためのもので
あり、モジュール基板４３の一端４３ｂ側から他端４３
ｃへ向かってその幅が狭くなるように形成されており、
その先端側には、図１１に示すように、電力検出素子２
０の入力電極２６とほぼ等しい幅Ｗｂおよび長さＬｂを
有するマウント部４４ａが設けられている。また、この
マウント部４４ａには、同一幅Ｗｂでモジュール基板４
３の一端４０ｂ方向に所定距離Ｌｃだけ延長された延長
部４４ｂが設けられている。

【００４６】中心導体４４の両側には、アース導体４
５、４６がパターン形成されている。アース導体４５、
４６は、中心導体４４とともにコプレナー型の伝送線路
を形成するものであり、同軸ケーブルの伝送インピーダ
ンス（電力検出素子２０の抵抗部２２ａの抵抗値）と等
しくなるように、中心導体４４の幅Ｗｃと中心導体４４
からアース導体４５、４６の隙間Ｇｃとの比が一定とな
るように形成されている。中心導体４４のマウント部４
４ａの両側のアース導体４５、４６には、電力検出素子
２０の各アース電極２７、２８と一致する矩形状のマウ
ント部４５ａ、４６ａが設けられている。また、アース
導体４５、４６は、モジュール基板４３の後部側で連続
し、モジュール基板４３の２つの両側部４３ｄ、４３ｅ
側でケース４１に接触している。

【００４７】なお、中心導体４４に設けられた延長部４
４ｂは、電力検出素子２０をモジュール基板４３上にマ
ウントしたときに、電力検出素子２０の入力電極２６と
マウント部４４ａとの接合部分と、電力検出素子２０の
アース電極２７、２８とマウント部４５ａ、４６ａとの
接合部分との間の容量の増加によるインピーダンスの乱
れを防ぐためのものであり、中心導体４４の幅Ｗｃと中
心導体４４とアース導体４５、４６の隙間Ｇｃとの比を
この部分だけ変えて（比で決まる幅より狭くして）、容
量増加分に対応したインダクタンスを中心導体４４に付
与し、容量の増加によるインピーダンスの乱れを防いで
いる。

【００４８】モジュール基板４３の中央部には、一対の
出力導体４７、４８が平行にパターン形成されている。
この出力導体４７、４８の間隔および幅は、電力検出素
子２０の出力電極３８、３９の間隔および幅とほぼ等し
い。

【００４９】このように構成されたモジュール基板４３
に対して、電力検出素子２０は、その基板２１の一面２
１ａ側をモジュール基板４３の一面４３ａ側に向け、入
力電極２６およびアース電極２７、２８をモジュール基
板４３の各マウント部４４ａ、４５ａ、４６ａに重ね合
わせ、且つ出力電極３８、３９を出力導体４７、４８に
重ね合わせた状態で半田付けされる。

【００５０】なお、図示していないが、モジュール基板
４３の他端４３ｃ側には出力導体４７、４８から出力さ
れる信号を増幅するための増幅器（例えばチョッパ増幅
器）が設けられ、２組の熱電対の起電力の直列出力はこ
の増幅器で増幅されてケース４１の外部へ出力され、指
示器等でその信号の電力が指示される。

【００５１】図１２は、この電力検出装置４０と前記し
た従来装置の周波数対感度の特性の測定結果を示したも
ので、Ａは直流入力時の出力を基準にしたこの電力検出
装置４０の特性、Ｂは従来装置の特性である。従来装置
では前記したように１ｄＢ感度が低下する周波数範囲の
上限が３２ＧＨｚであるのに対し、この実施形態の電力
検出装置４０の周波数範囲は直流から６５ＧＨｚまで延
びて、従来装置の２倍以上も広い特性が得られている。

【００５２】また、図１２においてＣは、モジュール基
板４３の中心導体４４に延長部４４ｂを設けないときの
特性であり、この場合にはほぼ４０ＧＨｚで感度が１ｄ
Ｂ低下しており、この延長部４４ｂを設けたことによ
り、電力検出素子２０の特性を充分に引き出すことがで
きている。

【００５３】また、図１３は、電力検出装置４０の周波
数対電圧定在波比の特性の測定結果であり、この特性
と、前記図１１の特性Ａとが良く対応しており、直流か
ら６５ＧＨｚまではＶＳＷＲが１．５以下に抑えられて
おり、この範囲で反射波の影響を大きく受けずに正確な
電力検出ができる。

【００５４】

【他の実施の形態】前記実施形態では、１つの薄膜抵抗
体で被測定信号の電力を吸収するようにしていたが、例
えば図１４に示す電力検出素子２０′のように、基板２
１上に２つの薄膜抵抗体２２ａ′、２２ａ′を設け、２
つの薄膜抵抗体２２ａ′、２２ａ′の各一端側を入力接
続部２３に接続し、一方の薄膜抵抗体２２ａ′の他端を
一方のアース接続部２４の先端に接続し、他方の薄膜抵
抗体２２ａ′の他端を他方のアース接続部２５の先端に
接続してもよい。

【００５５】この場合には、各薄膜抵抗体２２ａ′の抵
抗値を、前記実施形態の抵抗部２２ａの抵抗値のほぼ２
倍に設定することで、入力電極２６およびアース電極２
７、２８側からみた伝送インピーダンスに整合させるこ
とができる。なお、ここで、アース接続部２４、２５の
先端同士を基板２１上で接続してもよく、また薄膜抵抗
体の数をさらに増加させてもよい。

【００５６】このように、薄膜抵抗体を複数設けること
により、被測定信号の電力が分散されて各抵抗体に吸収
されることになり、発熱が分散され、個々の抵抗体の焼
損レベルが高くなり、耐熱性が向上する。なお、入力抵
抗部が熱電対と分離しており、熱電対とは無関係に入力
抵抗部のパターンを形成することができるから、このよ
うに薄膜抵抗体の数を増しても周波数特性を劣化させず
に済む。

【００５７】また、前記実施形態の電力検出素子２０は
２組の熱電対を有していたが、１組でもよく、また３組
以上設けて感度をさらに大きくすることもできる。図１
５〜１９は、７組の熱電対を有する電力検出素子５０を
示している。

【００５８】この電力検出素子５０の絶縁性を有する矩
形状の基板５１の一面５１ａ上には、図１７に示してい
るように、微結晶化シリコンゲルマニウムからなる薄膜
体５２によって抵抗部５２ａ、第１の延設部５２ｂ、第
２、第２の延設部５２ｃ、５２ｄが形成されており、第
１の延設部５２ｂの上には入力接続部５３が重なり合う
ように設けられ、第２、第３の延設部５２ｃ、５２ｄの
上には、それぞれアース接続部５４、５５が重なり合う
ように設けられている。

【００５９】入力接続部５３は基板５１の一辺５１ｂ側
に向かって幅が広がるように形成されており、その端部
５３ａには金メッキ層からなる入力電極５６が設けられ
ている。また、アース接続部５４、５５は、抵抗部５２
ａの他端側で互いに連続し、基板５１の２辺５１ｂ、５
１ｃに挟まれた隅部および２辺５１ｂ、５１ｄに挟まれ
た隅部に向かってそれぞれ延設され、その端部５４ａ、
５５ａには金メッキ層からなるアース電極５７、５８が
設けられている。入力接続部５３および入力電極５６
と、アース接続部５４、５５およびアース電極５４、５
５とは、前記実施形態の電力検出素子２０と同様に、入
力接続部５３および入力電極５６の幅と、アース接続部
５４、５５およびアース電極５４、５５の隙間との比が
ほぼ一定となるように形成され、抵抗部５２ａの抵抗値
にほぼ等しい伝送インピーダンスのコプレーナ型伝送路
を形成している。

【００６０】アース接続部５４、５５を挟んで抵抗部５
２ａと反対側の基板５１上には、７組の熱電対６１〜６
７が設けられている。各熱電対６１〜６７は、図１７に
示しているようにアース接続部５４、５５と基板５１の
１辺５１ｅまでの範囲を、抵抗部５２ａを中心として７
つに分割する略扇状の薄膜体７１〜７７を有している。

【００６１】各薄膜体７１〜７７は微結晶化シリコンゲ
ルマニウムからなり、その表面には、図１８に示すよう
に抵抗部５２ａに近接する先端部７１ａ〜７７ａおよび
抵抗部５２ａを中心とする所定半径の円の外側の外縁部
７１ｂ〜７７ｂを除いて、絶縁膜８１〜８７が設けられ
ている。アース接続部５４に隣接する薄膜体７１の外側
と基板５１の２辺５１ｃ、５１ｅに挟まれた隅部の間に
は一方の出力電極を受けるための薄膜体７８が設けら
れ、アース接続部５５に隣接する薄膜体７７の外縁と基
板５１の２辺５１ｄ、５１ｅに挟まれた隅部の間には他
方の出力電極を受けるための薄膜体７９が延長形成され
ている。なお、入力接続部５３およびアース接続部５
４、５５の中間部と薄膜体５２との間にも絶縁膜８８ａ
〜８８ｃが設けられている。

【００６２】そして、アース接続部５４に隣接する薄膜
体７１の先端部７１ａには、出力接続部９１の一端９１
ａが重なるように接続されている。この接続部分は熱電
対６１の温接点を形成する。出力接続部９１は薄膜体７
１の先端部７１ａから絶縁膜８１上を通り、薄膜体７８
に重なり合うようにして基板５１の２辺５１ｃ、５１ｅ
に挟まれた隅部まで延設されている。

【００６３】また、薄膜体７１の外縁部７１上には中間
接続部９２の一端９２ａが広い面で重なり合うようにし
て接続されている。この中間接続部９２は、薄膜体７１
の外縁部７１からその絶縁膜８１上を通り、さらにその
隣の薄膜体７２の絶縁膜８２上を通り、薄膜体７２の先
端部７２ａ側に延びて、その他端９２ｂが薄膜体７２の
先端部７２ａに接続されている。

【００６４】以下、同様に薄膜体７２〜７７までの間が
中間接続部９３〜９７を介して接続され、薄膜体７７の
外縁部７７ｂは薄膜体７９上に重なり合うように設けら
れた出力接続部９８に接続されている。出力接続部９
１、９７の端部には金メッキ層からなる出力電極９９、
１００が同一高さに設けられている。

【００６５】このように構成された電力検出素子５０で
は、７組の熱電対６１〜６７の起電力の和が出力電極９
９、１００の間に出力されることになる。

【００６６】この電力検出素子５０の場合も、前記した
ように、入力電極５６とアース電極５７、５８から抵抗
部５２ａまでの間が、抵抗部５２ａの抵抗値とほぼ等し
い伝送インピーダンスとなるようにコプレーナ型伝送路
で接続されているので、前記実施形態の電力検出素子２
０と同様に６５ＧＨｚを越える周波数特性を有してお
り、この電力検出素子５０を前記したモジュール基板４
３にマウントした電力検出装置では、前記実施形態の電
力検出装置４０よりも大きな起電力を得ることができ、
微小電力の検出が可能になる。

【００６７】また、前記実施形態では、抵抗部を形成す
る薄膜体の広い範囲に入力接続部およびアース接続部を
重ね合わせるようにしていたが、基板の一面側の限られ
た範囲だけに薄膜体を設けてこれを抵抗体とし、その両
端に先端部を重ねるように各接続部を設け、各接続部を
入力電極とアース電極に接続させるようにしてもよい。

【００６８】また、前記実施形態のモジュール基板４３
では、電力検出素子２０の入力電極およびアース電極と
マウント部の接合による容量増加を、伝送インピーダン
スで決まる所定の幅よりも狭く形成した延長部４４ｂを
中心導体４４のマウント部に連続するように設けてその
容量増加分に対応したインダクタンスを増加させ、容量
増加分をキャンセルしていたが、これは、本発明を限定
するものでなく、容量増加分に対応したインダクタンス
を、中心導体４４のマウント部から離れた位置に設けて
もよい。また、中心導体４４側の幅はその全長にわたっ
て伝送インピーダンスで決まる所定の幅にしておき、ア
ース導体４５側に切欠等を設けて中心導体４４とアース
導体４５との隙間が一部だけ広がるようにし、電力検出
素子のマウントによる容量増加分に対応したインダクタ
ンスを中心導体４４に付与してもよい。

【００６９】

【００７０】

【００７１】

【００７２】

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、 本発明の請求項１
記載の電力検出素子は、基板上に全ての部材が薄膜形成
される構造なので、製造が容易で、特性の揃ったものを
安価に提供することができ、入力電極および第１の接続
部の幅と、アース電極および第２、第３の接続部との隙
間の比がほぼ一定となるように形成して、コプレナー型
の伝送路を形成しているので、入力電極および第１の接
続部と、アース電極および第２、第３の接続部との間の
伝送インピーダンスを薄膜抵抗体の抵抗値に対して整合
させることが容易にでき、測定周波数の上限を格段に高
くできる。

【００７４】 また、本発明の請求項２記載の電力検出
素子は、薄膜抵抗体および熱電対の一方の薄膜部を微結
晶化シリコンゲルマニウム薄膜によって構成したので、
製造がさらに容易となり、動作が安定で、焼損レベルが
高く、精度の良い電力検出が行なえる。

【００７５】 また、本発明の請求項３記載の電力検出
素子は、略扇状に形成された複数の熱電対を、薄膜抵抗
体を中心にして基板の一面側に放射状に配置し、複数の
熱電対を直列に接続したので、限られた基板面積内で多
数の熱電対を設けることができ、微小電力の測定が容易
に行なえる。

【００７６】 また、本発明の請求項４記載の電力検出
装置は、モジュール基板上にマウントされる電力検出素
子に被測定信号を導くための中心導体およびアース導体
の伝送インピーダンスを電力検出素子の電極間の伝送イ
ンピーダンスにほぼ等しくなるように形成するととも
に、マウント部と電力検出素子の電極の接合によって増
加した容量成分に対応するインダクタンス成分を中心導
体に付与しているので、マウント部と電力検出素子の電
極との間によって増加した容量成分を打ち消すことがで
き、中心導体およびアース導体によって導かれる被測定
信号は広い周波数範囲にわたって整合状態で電力検出素
子の抵抗体に入力され、電力検出素子の周波数特性を十
分に引き出すことができ、装置全体としてその検出上限
周波数を格段に延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の平面図

【図２】一実施形態の側面図

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図

【図４】図１のＢ−Ｂ線断面図

【図５】図１のＣ−Ｃ線断面図

【図６】図１のＤ−Ｄ線断面図

【図７】図１のＥ−Ｅ線断面図

【図８】図１のＦ−Ｆ線断面図

【図９】一実施形態の電力検出素子の回路図

【図１０】一実施形態の電力検出装置の概略平面図

【図１１】図１０の要部拡大図

【図１２】一実施形態の特性図

【図１３】一実施形態の特性図

【図１４】他の実施形態の平面図

【図１５】他の実施形態の側面図

【図１６】図１５のＧ−Ｇ線断面図

【図１７】図１５のＨ−Ｈ線断面図

【図１８】図１４のＩ−Ｉ線断面図

【図１９】他の実施形態の平面図

【図２０】従来素子の平面図

【図２１】従来装置の平面図

【図２２】従来装置の回路図

【符号の説明】

２０ 電力検出素子 ２１ 基板 ２２ 薄膜体 ２２ａ 抵抗部 ２３ 入力接続部 ２４、２５ アース接続部 ２６ 入力電極 ２７、２８ アース電極 ３０、３５ 熱電対 ３１、３６ 薄膜体 ３２、３７ 出力接続部 ３３ 中間接続部 ３８、３９ 出力電極 ４０ 電力検出装置 ４１ ケース ４２ 同軸コネクタ ４３ モジュール基板 ４４ 中心導体 ４４ａ マウント部 ４４ｂ 延長部 ４５、４６ アース導体 ４５ａ、４６ａ マウント部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−23263（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−196580（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−178974（ＪＰ，Ａ) 国際公開88／003319（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 21/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁性を有する基板（２１）と、 前記基板の一面側に設けられ被測定信号電力を吸収して
   発熱する薄膜抵抗体（２２ａ）と、 薄膜金属によって形成され、前記基板の一面側の一端側
   に設けられた入力電極（２６）と、 薄膜金属によって形成され、前記入力電極をはさむよう
   にして前記基板の一面側の一端側に設けられたアース電
   極対（２７、２８）と、薄膜金属によって形成され、前記基板の一面側で 前記薄
   膜抵抗体の一端と前記入力電極との間を電気的に接続す
   る第１の接続部（２３）と、薄膜金属によって形成され、前記基板の一面側で 前記薄
   膜抵抗体の他端と前記アース電極対との間をそれぞれ電
   気的に接続する第２の接続部（２４）および第３の接続
   部（２５）と、前記基板の一面側で前記第２、第３の接続部をはさんで
   前記薄膜抵抗体と反対側に設けられた第１の薄膜部と、
   該第１の薄膜部と異種の電子材料によって形成され前記
   薄膜抵抗体に近い位置で前記第１の薄膜部に接続された
   第２の薄膜部とからなり、 前記薄膜抵抗体の発熱による
   温度上昇に対応した信号を発生する熱電対（３０、３
   ５）と、前記熱電対が発生する信号を出力するための 出力電極
   （３８、３９）とを備え、前記第１の接続部を、前記薄膜抵抗体の一端側から前記
   入力電極に向かって幅が広がるように形成するととも
   に、 前記入力電極および前記第１の接続部の幅と、前記アー
   ス電極および前記第２、第３の接続部との隙間の比がほ
   ぼ一定となるように形成して、前記入力電極および前記
   第１の接続部と前記アース電極および前記第２、第３の
   接続部との間の伝送インピーダンスを所定の値に したこ
   とを特徴とする電力検出素子。
2. 【請求項２】前記薄膜抵抗体および前記熱電対の一方の
   薄膜部が微結晶化シリコンゲルマニウム薄膜からなる請
   求項１記載の電力検出素子。
3. 【請求項３】略扇状に形成された複数の熱電対（６１〜
   ６７）を、前記薄膜抵抗体を中心にして前記基板の一面
   側に放射状に配置し、該複数の熱電対を直列に接続した
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電力検
   出素子。
4. 【請求項４】基板と、該基板に設けられた抵抗体と、前
   記抵抗体の両端に接続され前記基板の一面側に設けられ
   た電極と、前記抵抗体が発生した熱に対応する信号を出
   力する熱電対とを有し、前記電極間の伝送インピーダン
   スが所定値となるように設定された電力検出素子（２
   ０）と、 前記電力検出素子の基板より大きく形成され、一面側に
   被測定信号を導くための中心導体とアース導体がパター
   ン形成され、該中心導体の先端および該先端の近傍のア
   ース導体に前記電力検出素子の各電極に対応したマウン
   ト部が設けられ、該マウント部に前記電力検出素子の電
   極を接合させた状態で該電力検出素子を前記一面側に固
   定保持し、前記中心導体およびアース導体を介して前記
   電力検出素子の電極間に被測定信号を供給し、該被測定
   信号の電力に対応した信号を出力するモジュール基板
   （４３）とを備えた電力検出装置であって、 前記モジュール基板の中心導体とアース導体の間の伝送
   インピーダンスを前記電力検出素子の電極間の伝送イン
   ピーダンスにほぼ等しくなるように形成するとともに、
   前記マウント部と電力検出素子の電極の接合によって増
   加した容量成分に対応するインダクタンス成分を前記中
   心導体に付与したことを特徴とする電力検出装置。
5. 【請求項５】増加した容量成分に対応するインダクタン
   ス成分を前記中心導体のマウント部近傍に設 けたことを
   特徴とする請求項４記載の電力検出装置。