JP5266043B2 - 方向性結合器測定システムを調節する校正装置及び校正方法 - Google Patents

方向性結合器測定システムを調節する校正装置及び校正方法 Download PDF

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Description

本発明は、高周波送信装置に接続された方向性結合器測定システムを調節する請求項1記載の校正装置及び請求項18記載の校正方法に関する。
方向性結合器によって高周波線上の前進波の電圧及び反射波の電圧を測定し、量的に評価する装置であって、先行して規定された閾値を超えた場合にアラームがトリガされる装置が、国際公開第02/054092(A1)号パンフレットによって知られている。前述の文献に開示された装置の欠点は、2つの電圧の測定値を装置のユーザに向けて十分な精度で表示する補正及び調節された表示が提供されないことである。更に、前進波及び反射波は、別個のセンサによって測定され、それにより、使用される2つの検出器の公差が異なるために比較結果の精度が損なわれる。
本発明はよって、高周波送信装置に接続された方向性結合器測定システムを調節する校正装置及び校正方法を提供するという目的に基づいている。方向性結合器測定システムの測定、並びに校正及び調節を1つの方向性結合器のみによって実現して、高周波送信装置において反射された反射電力の測定値の補正された表示を提供する。
この目的は、請求項1の構成による校正装置に関して、かつ、請求項18の構成による校正方法に関して達成される。請求項1は、テスト・センサと、高周波送信装置において測定された前進電力及び反射電力を単一の方向性結合器を介して調節する、接続された制御及び表示装置とを備える校正装置を記載している。この意味合いで、測定には、十分な精度で知られており、高周波送信装置の伝送線上でアンテナに伝送される前進電力の調節が先行する。調節の基準値は、十分な精度で知られている、高周波送信装置の放出前進電力である。本発明による校正装置は、制御及び表示装置に制御線を介して接続された切換スイッチを備える。切換スイッチを起動させる制御信号は制御及び表示装置から送信され、それにより、同じ測定センサによって反射電力の測定から前進電力の測定に戻す。前進電力の測定及び反射電力の測定は、同じ方向性結合器を介して実現される。
本発明の効果的な更なる発展形は、従属請求項に示す。本発明は、添付図面を参照して以下に更に詳細に説明する。
本発明による方策の説明の目的で、まず、従来技術について図1を参照して説明する。
従来技術による測定システムの構成部分、及び本発明による校正装置の構成部分又は本発明による校正方法の校正装置の構成部分には、同じ参照符号を付している。
図1は、送信システム4aにおける測定前進電力及び測定反射電力を調節し、前進電力又は反射電力を後に任意的に測定する、従来技術による測定システムを示す。前進電力6は、送信システム4aによって放出される送信電力(接続されたアンテナ37に送信システム4aが送信する)に対応する。反射電力32は、送信システム4aの伝送線5上のアンテナ37によって反射される電力に対応する。この反射電力は、送信システム4aに向けて伝送され、反射電力は、前進電力6と逆方向に伝送される。
測定技術の意味合いでは、伝送線5上で反射される電力、すなわち反射電力32は、特定の精度で求められなければならない。送信システム4aの個々の構成部分、又は送信システム4a自体の全体を破壊し得るからである。よって、先行して規定された閾値値を超えた場合、反射電力の高吸収によって生じる損傷から送信システム4aを保護するアラーム又はカットアウト機構が起動される。結合器の減衰がak(単位:dB)である、従来技術による測定システムにおいて備えられた方向性結合器3は、ak(単位:dB)に対応する、(所定の係数)分の1に削減された前進電力6の成分を分離し、前進電力6のこの分離した成分を整流器26に供給する。整流器26は、(所定の係数)分の1に削減されたこの前進電力6を直流電圧信号に変換する。この直流電圧信号は、表示装置29の入力パラメータである。表示装置29では、入力において存在しているアナログ直流電圧信号の、離散的なディジタル測定値への割り当ては、アナログ/ディジタル変換器によって実現される。直流電圧信号に割り当てられたディジタル測定値は、表示装置29によって表示される。
測定システムは、前進電力6の離散的なディジタル測定値を表示装置29によって高精度で表示することが可能であるように校正し、調節されなければならない。これは、表示する対象の測定値が、既知の入力値に対して設定されることを意味する。測定システムの校正及び調節は、前進電力6が測定されるために比較的単純である。この意味合いで、前進電力6は、非常に高精度に求めることが可能であるか、又は既知の公差を提供する定格値によって与えられる、送信システム4aの出力電力に対応する。表示は、一定の電力に調節され、前進電力6の定格値に既知の精度で調節されなければならないに過ぎない。
これは、ポテンショメータ(更に例証していない)によって、又はプロセス制御アルゴリズムを用いて表示装置29において実現することが可能である。
反射電力32を高精度で表示するための測定システム4aの校正及び調節はより複雑である。反射電力32の値は動作条件下では、前進電力6よりずっと小さく、一般に未知である。この目的で、既知の基準値が用いられる。従来技術では、図1に示すように、同軸ケーブル30を基準方向性結合器34に差し込み直すことが必要であり、測定システムが調節される。その結果、測定範囲の感度がより高くなる。すなわち、より小さな測定値を、より高い精度で表示することが可能である。
測定された反射電力32の高精度の表示を表示装置29が備えるように測定システムを校正し、調節するための第1の工程では、結合器減衰ak(単位:dB)で削減された反射電力32の一部分が、検出器として用いられる整流器26に方向性結合器3から供給される。方向性結合器3の第2の出力は、方向性結合器3の方向性の良好な鮮鋭度を確保するために終端抵抗31で終端する。測定システムを校正し、調節するために、送信システム4aの前進電力6のみが高精度で分かっているので、反射電力32の高精度の表示を表示装置29において達成するために、整流器26の入力が、第2の方向性結合器(基準方向性結合器34として測定システムにおいて設けられている)の順方向入力に同軸ケーブル30によって接続される。
この意味合いで、ak+x(単位:dB)で減衰させた前進電力6に対応する既知の基準値が生成される。基準値は、結合器減衰ak+x(単位:dB)で削減された前進電力6から導き出される。前述の校正のために、基準値として供給される前進電力6を減衰させるための結合器減衰は、反射電力32の実際の測定よりも値x(単位:dB)だけ高くなるよう調節される。これは、前進電力6を基準値として反射電力32の登録測定値の正しい表示を提供するために測定システムの校正及び調節中に整流器26を過負荷状態にしないために、基準値をより強く減衰させることを意味する。
方向性結合器3の出力はよって、反射電力32の測定に対する感度がより高く、x(単位:dB)に対応する係数で、基準方向性結合器34に対して増加させられる電力値が表示される。表示装置29に表示される電力はよって、x(単位:dB)に対応する係数で低減させなければならない。従来技術では、同軸ケーブル30を基準方向性結合器34に差し込み直すことにより、かつ、例えば、整流器26上のポテンショメータ(より詳細には示していない)による、又は、表示装置29におけるプロセッサ制御アルゴリズムを用いることによる電力表示の後の微調整によって、図1に示すように校正及び調節が手作業で実現される。
校正及び調節の方法は、整流器26を介して表示装置29に基準方向性結合器34(x(単位:dB)に対応する既知の係数で減衰を増加させる)を、反射電力32を測定する前に接続する工程を有する。係数x(単位:dB)が既知であるので、表示は、反射電力32の測定のために、この係数で低減させなければならない。この工程が実現された後、反射電力32(通常の動作条件下の前進電力6よりもずっと小さい)を表示装置29(比較的小さな電力値の高精度の測定のために測定範囲が調節される)に表示するよう測定システムを準備する。この目的で、同軸ケーブル30を、減衰が比較的低い第1の方向性結合器3に差し込み直さなければならない。
図2は、高周波送信装置4に接続された単一の方向性結合器3を介して前進電力6及び反射電力32を調節し、測定する、本発明による校正装置1の簡易回路図を示す。制御及び表示装置9は、高周波送信装置4の伝送線5上でアンテナ37によって反射された反射電力32を表示する。この意味合いで、校正及び調節の方法の基準値も、高周波送信装置4の既知の前進電力6である。
本発明による校正装置1は、制御及び表示装置9に制御線8を介して接続された切換スイッチ7を提供する。好ましくは本発明による校正装置1の測定センサ2から一定距離に配置された制御及び表示装置9は、切換スイッチ7を起動させる制御信号を生成し、この信号を制御線8に転送する。この意味合いで、システムは、反射電力32の測定から前進電力6の測定に切り換える。既知であり、減衰させた前進電力6は校正測定に対応し、前進電力6及び反射電力32の測定は、同一の方向性結合器3によって実現される。切換スイッチ7を起動させる制御信号は、「調節」信号である。この信号は、別個の制御及び表示装置9のコマンド記憶装置に記憶され、特定のイベントの場合に前述の装置9によって生成され、切換スイッチ7につながる制御線8に転送される。よって、「調節」信号のアクティブ状態の間、切換スイッチは、前進電力6及び反射電力32を測定するために校正位置に配置され、前進電力6の測定が次いで実現される。
図3は、単一の方向性結合器によって測定される前進電力6及び反射電力32を調節するために、本発明による校正装置1の第1のスイッチング状態17の更に詳細な回路図を示す。切換スイッチ7は特に、更に詳細に示す。例示的な実施例では、第1の接触位置13、15及び第2の接触位置14、16をそれぞれ備える第1のスイッチ11及び第2のスイッチ12を備えた2段動作スイッチ10である切換スイッチは任意的には、第1のスイッチング状態17又は第2のスイッチング状態18を備える。上方スイッチ11及び下方スイッチ12は、第1のスイッチ11の終端抵抗23で終端した上方接触位置13、及び、第2のスイッチ12の上方接触位置15に、又は、第1のスイッチ11の下方接触位置14、及び、第2のスイッチ12の接地24に接続された下方接触位置16に接続される。
第1のスイッチング状態17は、2段動作スイッチ10の第1の接触位置13に第1のスイッチ11及び第2のスイッチ12が同時に接触するという点で規定される。
図4に示す第2のスイッチング状態18は、2段動作スイッチの第2の接触位置14に第1のスイッチ11及び第2のスイッチ12が同時に接触するという点で規定される。第1のスイッチング状態17が存在している場合、前進電力6の測定値が、減衰させ、分離された前進電力6による調節後に別個の制御及び表示装置9において表示される。第2のスイッチング状態18が存在している場合、既知の前進電力6を用いて別個の制御及び表示装置9が補正された後に、かつ、反射電力32などの低電力値も十分な精度で表示することが可能であるようにその測定範囲が拡大された後に、別個の制御及び表示装置9は反射電力32を表示する。
テスト・センサ2としてふるまう低域通過フィルタ25及び整流器26の直列回路を、本発明による校正装置1において備える。切換スイッチ7は、低域通過フィルタ25の手前に接続される。一方側では、切換スイッチ7は、方向性結合器3に対する直列接続11を備える。他方側では、切換スイッチ7は、低域通過フィルタ25及び整流器26を備えるテスト・センサ2に接続される。低域通過フィルタ25は、方向性結合器3の周波数応答と、基本周波数範囲においてほぼ相補的である周波数応答を備える。方向性結合器3は、前進電力6を分離する第1の結合器出力19、及び反射電力32を分離する第2の結合器出力20を備え、第1の結合器出力19、20から分離された前進電力6又は反射電力32は、規定された同じ結合器減衰ak(単位:dB)を受ける。
方向性結合器3の第1の結合器出力19は、特定の減衰係数x(単位:dB)を備える減衰エレメント22を介して2段動作スイッチ10の第2のスイッチ12に接続され、方向性結合器3の第2の結合器出力20は、2段動作スイッチ10の第1のスイッチ11に直結している。第1の結合器出力19を第2のスイッチ12に接続する減衰エレメント22は好ましくは、例えば、50オームの、適合させた入力抵抗を備える。
本発明による校正装置1の切換スイッチ7における配線は、第1のスイッチ11の第2の接触位置14が第2のスイッチ12の第1の接触位置15に接続線35(テスト・センサ2の低域通過フィルタ25に接続される)を介して接続されるように実現される。この意味合いで、第1のスイッチング状態17では、方向性結合器3の第1の結合器出力19への接続線35の接続が、減衰エレメント22を介して備えられ、第2のスイッチング状態18では、方向性結合器3の第2の結合器出力20への接続線35の接続が備えられ、アクティブ状態の存在下で、制御及び表示装置9によって生成され、制御線8を介して切換スイッチ7に送信される「調節」信号は、第2のスイッチング状態18から第1のスイッチング状態17に切り換わり、それによって、第1のスイッチング状態17の存在下で、前進電力6を制御及び表示装置9に表示させる。
図4は、単一の方向性結合器3によって高周波送信装置4において前進電力6及ぶ反射電力32を校正するための本発明による校正装置1の第2のスイッチング状態18の更に詳細な回路図を示す。第1のスイッチ11及び第2のスイッチ12を有し、第1の接触位置13、15、及び第2の接触位置14、16をそれぞれ備える2段動作スイッチ10として設計された切換スイッチ7は、任意的には、第1のスイッチング状態17又は第2のスイッチング状態18を生成する。第1のスイッチ11及び第2のスイッチ12は、終端抵抗23で終端した第1のスイッチ11の第1の接触位置13、及び第2のスイッチ12の第2の接触位置15に、又は、第1のスイッチ11の第2の接触位置14、及び第2のスイッチ12の接地24に接続された第2の接触位置16に同時に接続される。
図4に示す第2のスイッチング状態18は、第1のスイッチ11及び第2のスイッチ12が第2の接触位置14に同時に接触するという点で規定される。図4に示すように第2のスイッチング状態18が存在している場合、別個の制御及び表示装置9は、伝送線5上で伝送される反射電力32を測定し、表示することが可能である。
本発明による校正装置1の切換スイッチ7における配線は、第1のスイッチ11の第2の接触位置14が第2のスイッチ12の第1の接触位置15に接続線35(テスト・センサ2の低域通過フィルタ25に接続される)を介して接続されるように実現される。この意味合いで、図4に示す第2のスイッチング状態18によって、方向性結合器3の第2の結合器出力20との接続線35の接続が備えられる。アクティブ状態において、制御及び表示装置9によって生成され、制御線8を介して切換スイッチ7に送信される「調節」信号は、方向性結合器3の第1の結合器19へのテスト・センサ2の接続を介して規定される第1のスイッチング状態17を規定する。
単一の方向性結合器3のみを備え、1つのテスト・センサ2のみを備え、制御及び表示装置9に接続される校正装置1によって、高周波送信装置4において測定された前進電力6及び反射電力32を調節するための、本発明による校正方法は、いくつかの工程を備える。
第1の工程では、制御線8を介して伝送される制御信号は、本発明による校正装置1において備えられる切換スイッチ7を起動させ、それによって、反射電力32の測定から前進電力6の測定に切り換わる。前進電力6の測定は、本発明による校正装置1において備えられる同じ方向性結合器3、及び同じテスト・センサ2によって実現され、制御及び表示装置9によって、前述の装置が、基準値で調節された前進電力6の測定値を表示した後に表示される。この意味合いで、制御及び表示装置9は、校正装置1からの一定距離に配置することが可能である。
制御コマンド「調節」のアクティブ状態は、切り換えスイッチ7を操作し、よって、反射電力32の測定から前進電力6の測定に切り換わるように、本発明による校正装置1において解釈される。例示的な実施例における切換スイッチ7は、第1のスイッチ11及び第2のスイッチ12を備えた2段動作スイッチ10として設計され、第1のスイッチ11及び第2のスイッチ12は、第1の接触位置13、15に、又は第2の接触位置14、16に同時に切り換えられる。第1のスイッチング状態17又は第2のスイッチング状態18は任意的には、2段動作スイッチ10によって生成され、第1のスイッチング状態17の存在下では、校正装置1は、基準値として伝送線5上で伝送される前進電力6によって方向性結合器3を校正する。
第1のスイッチング状態17では、方向性結合器3は、分離され、減衰させた前進電力6によって、校正装置1によって校正される。この目的で供給される制御コマンド「調節」が制御及び表示装置9によって生成され、アクティブ状態に切り換わり、本発明による校正装置1(前述の信号が解釈される)に伝送された後に、第1のスイッチング状態17が生起する。本発明による方法は、特定の順序において、2つの結合器19、20を備えた方向性結合器3、切換スイッチ7、及びテスト・センサ2の配線を備える。テスト・センサ2は、低域通過フィルタ25及び整流器26を含む。この意味合いで、周波数応答と無関係に、特定された結合器減衰ak(単位:dB)で前進電力6又は反射電力32が任意的に分離されるように方向性結合器3を特定の寸法にする。この意味合いで、低域通過フィルタ25を用いて、広域通過特性を示す、方向性結合器3の周波数応答を補償する。方向性結合器3の第1の結合器出力19は、2段動作スイッチ10の第2のスイッチ12に、規定された減衰x(単位:dB)を備える減衰エレメント22を介して接続され、方向性結合器3の第2の結合器出力20は、2段動作スイッチ10の第1のスイッチ11に直結している。
本発明は、提示及び説明した例示的な実施例に限定されるものでない。説明した構成要素全てを、必要に応じて、互いに組み合わせることが可能である。本発明によって備えられる切換スイッチ7の結果、従来技術において必要である2つの検出器(前進電力6の測定のための1つ、及び反射電力32の測定のための1つ)を備えることはもう必要でない。単一の低域通過フィルタ25及び単一の整流器26を用いることが可能であるか、又はそれぞれにダイオード検出器を用いることが可能である。校正装置1の費用が削減されるのみならず、測定の精度も向上する。前進電力6及び反射電力32の測定が同じテスト・センサ2、同じ低域通過フィルタ25及び同じアナログ/ディジタル変換器を介して実現される。測定又は校正の誤りがあれば、前進電力6の測定及び反射電力32の測定に同一の影響を及ぼし、よって、互いに補償する。この意味合いで、前進電力6の単一の調節のみが、前進電力6の測定にも反射電力32の測定にも必要である。反射電力32の測定における表示は、減衰エレメント22の値だけ減らされて算出されるに過ぎない。
送信システムにおいて測定前進電力及び測定反射電力を調節し、前進電力又は反射電力を後に任意的に測定する、従来技術による測定システムを示す回路図である。 高周波送信装置において測定された前進電力及び反射電力を単一の方向性結合器によって調節する、本発明による校正装置を示す簡易回路図である。 高周波送信装置において測定された前進電力及び反射電力を単一の方向性結合器によって調節する、本発明による校正装置の第1のスイッチング状態を示す詳細な回路図である。 高周波送信装置において測定された前進電力及び反射電力を単一の方向性結合器によって調節する、本発明による校正装置の第2のスイッチング状態を示す詳細な回路図である。

Claims (12)

  1. テスト・センサと、単一の方向性結合器により、高周波送信装置において測定された前進電力及び反射電力を調節する接続された制御及び表示装置とを備えた校正装置であって、
    前記高周波送信装置からアンテナに伝送線を介して送信される既知の前進電力を参照して前記調節が実現され、
    前記校正装置は、前記制御及び表示装置に制御線を介して接続された切換スイッチを備え、前記切換スイッチを起動させる制御信号が前記制御及び表示装置から送信され、それによって、同じテスト・センサによって前記反射電力の測定から前記前進電力の測定に切り換わり、前記前進電力の前記測定及び前記反射電力の前記測定は、同じ方向性結合器を介して実現され、
    前記切換スイッチは、第1の接触位置及び第2の接触位置それぞれを有する第1のスイッチ及び第2のスイッチを備える2段動作スイッチであり、前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチは選択的、第1のスイッチング状態においてそれぞれの第1の接触位置に、又は、第2のスイッチング状態において、対応するスイッチの前記それぞれの第2の接触位置に同時に接続され、
    前記方向性結合器は、前記前進電力を分離する第1の結合器出力及び前記反射電力を分離する第2の結合器出力を備え、
    前記方向性結合器の前記第1の結合器出力は、2段動作スイッチとして設計された、前記切換スイッチの前記第2のスイッチに減衰エレメントを介して接続され、前記方向性結合器の前記第2の結合器出力は、2段動作スイッチとして設計された、前記切換スイッチの前記第1のスイッチに直結し、
    前記方向性結合器の前記第1の結合器出力に接続された前記減衰エレメントが、x(単位:dB)の規定された減衰係数を備え、
    前記第1のスイッチング状態によって、前記方向性結合器の第1の結合器出力への前記テスト・センサの接続が設定され、
    前記第2のスイッチング状態によって、前記方向性結合器の第2の結合器出力への前記テスト・センサの接続が設定される校正装置。
  2. 請求項1記載の校正装置であって、
    前記制御及び表示装置が前記テスト・センサと別個に、かつ一定距離をおいて配置される校正装置。
  3. 請求項1又は2に記載の校正装置であって、
    前記切換スイッチを起動させる前記制御信号が前記制御及び表示装置において生成される校正装置。
  4. 請求項1記載の校正装置であって、
    前記第1のスイッチング状態において、前記高周波送信装置の前記伝送線上で伝送される前記前進電力の前記調節後、前記前進電力が基準値として測定される校正装置。
  5. 請求項1記載の校正装置であって、
    前記第2のスイッチング状態において、前記高周波送信装置の前記伝送線上で基準値として伝送される前記前進電力による前記調節後、前記高周波送信装置の前記伝送線上で伝送され、前記アンテナによって反射される前記反射電力の測定が実現される校正装置。
  6. 請求項1記載の校正装置であって、
    低域通過フィルタ及び整流器はテスト・センサとして備えられ、前記低域通過フィルタの手前に配置された前記切換スイッチは、前記テスト・センサを選択的に2つの結合器出力の一方に接続し、前記低域通過フィルタは、広域通過特性を示す、前記方向性結合器の周波数応答を補償する校正装置。
  7. 請求項1記載の校正装置であって、
    前記方向性結合器は、前記第1の結合器出力において、かつ前記第2の結合器出力において同じ結合減衰ak(単位:dB)をもたらす校正装置。
  8. 請求項1乃至5の何れか一項に記載の校正装置であって、
    前記第1のスイッチの前記第1の接触位置が終端抵抗で終端する校正装置。
  9. 請求項1乃至5、及び8の何れか一項に記載の校正装置であって、
    前記第2のスイッチの前記第2の接触位置が、接地に、直結しているか、又は、終端抵抗を介して接続された校正装置。
  10. 請求項1乃至5、8、及び9の何れか一項に記載の校正装置であって、
    前記第1のスイッチの前記第2の接位置が、前記第2のスイッチの前記第1の接位置に接続線を介して接続された校正装置。
  11. 請求項10記載の校正装置であって、
    前記接続線は、前記テスト・センサの低域通過フィルタに接続された校正装置。
  12. 高周波送信装置に接続された制御及び表示装置において測定された前進電力及び反射電力を調節する、校正装置による校正方法であって、
    前記調節は、前記高周波送信装置の伝送線上で伝送される前記前進電力に関して実現され、前記調節の基準値は前記高周波送信装置の既知の前進電力であり、制御線は、前記校正装置を前記制御及び表示装置に接続し、
    前記制御及び表示装置が制御信号を生成する工程と、
    前記制御線を介して伝送される前記制御信号が、前記校正装置において備えられる切換スイッチを起動させ、それによって、前記前進電力の測定から前記反射電力の測定に切り換え、前記反射電力の前記測定及び前記前進電力の前記測定は、前記校正装置において備えられた同じ方向性結合器、及び同じテスト・センサによって実現される工程とを備え、
    前記切換スイッチは、第1の接触位置及び第2の接触位置それぞれを有する第1のスイッチ及び第2のスイッチを備える2段動作スイッチであり、前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチは選択的、第1のスイッチング状態においてそれぞれの第1の接触位置に、又は、第2のスイッチング状態において、対応するスイッチの前記それぞれの第2の接触位置に同時に接続され、
    前記方向性結合器は、前記前進電力を分離する第1の結合器出力及び前記反射電力を分離する第2の結合器出力を備え、
    前記方向性結合器の前記第1の結合器出力は、2段動作スイッチとして設計された、前記切換スイッチの前記第2のスイッチに減衰エレメントを介して接続され、前記方向性結合器の前記第2の結合器出力は、2段動作スイッチとして設計された、前記切換スイッチの前記第1のスイッチに直結し、
    前記方向性結合器の前記第1の結合器出力に接続された前記減衰エレメントが、x(単位:dB)の規定された減衰係数を備え、
    前記第1のスイッチング状態によって、前記方向性結合器の第1の結合器出力への前記テスト・センサの接続が設定され、
    前記第2のスイッチング状態によって、前記方向性結合器の第2の結合器出力への前記テスト・センサの接続が設定される校正方法。
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