JPS6118460Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、ミリ波等の電波電力の測定におい
て、広帯域にわたり測定精度の向上をはかること
ができるカロリーメータ方式高周波電力検出器用
熱負荷に関するものである。

第１図はこの考案の周波数150GHz帯における
一実施例を示す。

第１図において、１１は温度基準ハウジング
（外囲器）で、ＡあるいはCuのような高熱伝導
率材料でできていて、カロリーメータの下記１
３，１４（１５，１６，１７からなる），１８，
１９の各部を収容する。

２１は内部接続フランジで、NiあるいはCr等
の低熱伝導率材料で作られた断熱導波管部１３と
温度基準ハウジング１１を熱的に接続する。そし
てこの内部接続フランジ２１はCu，Ag等の電鋳
可能な高熱伝導率材料でできている。入力導波管
部１２もまたNiあるいはCr等の低熱伝導率材料
でできていて、Cu，Ag等の電鋳可能な高熱伝導
率材料でできた外部接続フランジ２２によつて外
部ジヤケツト２３に熱的に接続されている。１４
は熱負荷、２４は支柱で、温度基準ハウジング１
１を支持する。２５はミリ波信号源との接続フラ
ンジ、２６は発泡スチロールの断熱材である。入
力導波管部１２、接続フランジ２５および外部接
続フランジ２２によつて形成される入力端から断
熱導波管部１３を経て熱負荷１４に至るミリ波信
号経路に沿つた熱系統の等価電気回路は第２図に
よつて示される。

第２図において、２９は前記接続フランジ２５
に接続されるミリ波信号源および外部ジヤケツト
２３と外部空間との接触による熱流入等、等価外
部熱源３０と、カロリーメータとの間の等価熱抵
抗である。

１２′，１３′はそれぞれ前記入力導波管部１
２、断熱導波管部１３の管軸方向の熱抵抗であ
る。２３′，１１′はそれぞれ前記外部ジヤケツト
２３、温度基準ハウジング１１の熱容量を示す。
２２′は前記外部接続フランジ２２の無抵抗を主
とする入力導波管部１２の入力端における入力導
波管部１２と外部ジヤケツト２３の間の無抵抗を
示す。２１′は前記内部接続フランジ２１の熱抵
抗を主とする入力導波管部１２と断熱導波管部１
３の接続部と温度基準ハウジング１１の間の熱抵
抗である。

２６′は主として断熱材２６による外部ジヤケ
ツト２３と温度基準ハウジング１１の間の熱伝導
を示す。

２６″は主として断熱材２６による熱負荷１４
と温度基準ハウジング１１の間の熱伝導を示す。

１４′は前記熱負荷１４の発熱を示し、１８′は
冷却器１８による熱吸収を示す。１９′は温度差
検出器１９の等価表示である。１８″，１９″はそ
れぞれ前記冷却器１８、温度差検出器１９の並列
熱抵抗である。そして、第２図の１８′，１９′，
１９″，１４′，２６″が実際の測定主部になる。

第２図からこの系において、１８′，１９′，１
４′からなるカロリーメータの主要部が２９，２
３′，１２′，１１′によつて、外部温度変化の影
響から保護されていることがわかる。

ろ波効果を大きくするためには、 (1) ２３′，１１′が大きいこと (2) １２′が大きいこと、 (3) ２１′，２２′が小さいこと、 等が必要である。

また、熱吸収１８′と発熱１４′の熱平衡を等価
表示１９′によつて感度よく検出するためには熱
抵抗１３′の大きいことが必要である。

入力導波管部１２、断熱導波管部１３の従来の
一般的な構造には、金属導波管を用いる。プ
ラスチツクの内面を金属化処理する、の２種類が
ある。

構造的にある程度の長さを必要とする入力導波
管部１２にはが用いられ、短くてよい断熱導波
管部１３には主としてが用いられる。

前者では、加工技術的に、導波管肉厚を極度に
薄くすることはできないので、十分な断熱性を得
るには、電気的構成上必要な長さよりも長いこと
が必要となり、信号の損失が増大する。

一方、後者の方法では、短くて十分な断熱性を
得ることができるが、金属に比して加工精度が劣
り、特に、150GHz程度の短ミリ波領域では必要
な加工精度（例えば、±10μｍ以内）を維持する
ことは極めて困難であり、無視できない反射損失
を生ずる。また、金属化した面の粗やさ、平面度
も劣るため、他部分との接続面における抵抗性損
失も大きくなる。

このような従来方式の欠点を排除するため、こ
の考案によるカロリーメータ方式高周波電力検出
器用導波管の構造は、第１図に示すように、入力
導波管部１２、断熱導波管部１３等の断熱導波管
部分はNi，Cr等の低熱伝導率金属による極めて
薄い（0.1〜0.3mm）電鋳製導波管とし、内部接続
フランジ２１、外部接続フランジ２２および熱負
荷１４等はCu，Ag等の高熱伝導率金属のそれぞ
れに必要な肉厚の電鋳導波管としている。しか
も、これら２種類の金属の電鋳を同一母型上に複
合多重電鋳によつて一体成形し、これら相互間の
機械的接続を不要としている。

第３図ａ，ｂは熱負荷１４部分の多重電鋳の一
例を示す。１３はNiの厚肉電鋳による断熱導波
管部であり、これと部分的に重なつて厚肉のCu
の電鋳により熱負荷導波管部１５が構成されてい
る。両者は同一母型上に形成されているため、両
者の間に機械的接続は存在せずしたがつて、従来
の一般のフランジ接続にみられるような導波管内
面の不連続や段差等がなく、ミリ波電力の反射損
失並びにフランジの抵抗性損失ならびに漏洩損失
を発生しない。

熱抵抗２１′も断熱導波管部１３上に直接Cu電
鋳によつて形成されていて、熱的接触は完全であ
り、また半田付による場合のような機械的変形を
生ずることもなく、完全な導波管精度を実現でき
る。

さらに第３図の実施例について説明する。電力
吸収体１６は熱負荷１４の温度分布を一様にする
ため、高熱伝導率のCu，Ag等で作られた熱負荷
導波管部１５の延長された部分の中空内に設けら
れていて、入射したミリ波電力を広帯域（例え
ば、使用導波管の全帯域）にわたつて反射なく吸
収するようにテーパ状に形成されている。補助ヒ
ータ１７は熱負荷導波管部１５の延長された部分
の外面に、中空内の冷却器１６を覆うように、か
つ導波管軸方向に複数に分割されて設けられてい
て、熱負荷１４全体を加熱する。１８は熱電変換
素子を用いた冷却器で、熱負荷導波管部１５のフ
ランジ部分と温度基準ハウジング１１の基部との
間に設けられていて、熱負荷１４を冷却する。１
９は熱電変換素子を用いた温度差検出器で、冷却
器１８と熱的に同等の位置、すなわち、熱負荷導
波管部１５のフランジ部分と温度基準ハウジング
１１の基部との間にあつて、両者間の温度差を検
出する。

電力吸収体１６の導波管管軸に沿つた発熱分布
は、入射したミリ波信号の波長によつて変化す
る。例えば、波長の長い場合は波長の短い場合に
比べ、最大発熱点は管軸の後部に僅かに移動す
る。

このような波長による電力吸収体１６の発熱分
布の変化は、熱負荷導波管部１５の微少な熱抵抗
によつて、熱負荷導波管部１５の管軸方向に沿う
微少な温度こう配に変化を生じ、冷却器１８によ
つて、温度基準ハウジング１１、入力導波管部１
２が吸引される熱量と、２６′を通じて温度基準
ハウジング１１に吸収される熱量との間の配分に
微少な変化を生じさせる。

このような、波長（周波数）による効率の変化
を評価するために、従来は電力吸収体１６を熱負
荷導波管部１５の内で管軸方向に移動させる方法
が行われていた。しかし、電力吸収体１６を移動
させることにより、電力吸収体１６と熱負荷導波
管部１５の間の熱的接触条件が変化し、新たな誤
差要因を生じていた。

この考案では、効率評価における上記のような
従来方法の欠点を除去するため、補助ヒータ１７
を熱負荷導波管部１５の管軸方向に沿つて複数に
分割し、各部分を独立に加熱できるようにしてい
る。

この構造により、特定の部分ヒータを加熱した
り、または複数の部分ヒータの加熱電力比を制御
して、ミリ波電力による電力吸収体１６の発熱分
布を近似（シミユレーシヨン）することを可能と
し、再現性のある効率評価が可能である。

第３図の実施例では、熱負荷１４の温度分布を
一様にするために、熱伝導の良好なAgまたはCu
で作られた厚肉導波管からなる熱負荷導波管部１
５内に、整合をよくするためにテーパをつけたフ
エライト製の電力吸収体１６が挿入されている。

補助ヒータ１７として、熱負荷導波管部１５の
上に抵抗温度係数の小さい細径（たとえば線径
0.06mm）のマンガニン線を分割巻線１７Ａ，１７
Ｂ，１７Ｃの３巻線に分けて巻き、この分割巻線
１７Ａ〜１７Ｃと熱負荷導波管部１５と熱的一体
化をはかるために、熱伝導性接着剤２７を塗り込
んで固定してある。

このように補助ヒータ１７を分割しておくこと
により、これらに独立に帰還電力を加えることが
できる。これらは発熱分布の差に基づく誤差を解
析する場合に非常に有効な手段となる。

この実施例においては、電力吸収体１６と補助
ヒータ１７の分割巻線１７Ａ〜１７Ｃの位置が、
熱負荷導波管部１５の内側と外側のように異なつ
ているために、わずかの電力置換誤差を生ずる
が、これはあらかじめ熱負荷導波管部１５内に直
流ヒータを入れて、補助ヒータ１７との置換比率
を校正しておくことにより軽減できる。この誤差
を小さくするためには、ミリ波電力吸収による発
熱分布と補助ヒータ１７による発熱分布とができ
るだけ一致するようにすればよい。第４図〜第７
図はこの点を考慮した補助ヒータの実施例を示
す。

第４図ａ，ｂは電力吸収体１６を熱伝導の良い
誘電体、例えばBeOの表面に、抵抗薄膜１６Ａ，
１６Ｂ，１６Ｃを蒸着したもので作り、熱負荷導
波管部１５の内壁に貼り付けたものである。その
平面図のみを第４図ｃに示す。この場合は抵抗薄
膜１６Ａ〜１６Ｃからリード線を出しておけば、
それがそのまま補助ヒータ１７としても使用でき
る。また、この実施例においては、４個ずつのペ
ルチエ素子をそれぞれ冷却器１８、温度差検出器
１９として用いられるが、やはり熱負荷導波管部
１５の軸に関して対称になるように配置してい
る。このようにベルチエ素子の数については特に
制限はないが、これらを対称な形に設けることが
測定誤差を小さくする上で重要である。

第５図ａ，ｂは電力吸収体１６の中央部に補助
ヒータ１７を分割巻線１７Ａ〜１７Ｃとして埋め
込んだ実施例である。この場合も分割巻線１７Ａ
〜１７Ｃと電力吸収体１６との熱的接触を良くす
るために熱伝導性接着剤２７を充填しておくこと
が有効である。

第６図ａ，ｂは補助ヒータ１７として、抵抗線
の代りに例えばビードサーミスタのような抵抗体
２８Ａ〜２８Ｄを埋め込んだもので、このように
複数個使用する意義は、補助ヒータ１７を分割巻
線１７Ａ〜１７Ｃに分割したのと同様に、発熱分
布の差による誤差を解析できることにある。

第７図ａ，ｂは補助ヒータ１７を封入して成形
した電力吸収体１６を使用した実施例である。こ
の場合も補助ヒータ１７を分割巻線として適当に
配置することにより分割の利点を生かすことがで
きる。

以上の説明は、主にミリ波帯用について行つた
が、この考案はミリ波電力に限らず他の波長の電
波電力であつても同様に適用できる。

以上詳細に説明したように、この考案は入力導
波管部から熱負荷導波管部までの断熱導波管部を
含むすべての導波管部分および他部分との接続用
フランジ部分を複数の種類の金属を用いた同一の
母型による部分的電鋳の複合体として一体成形に
よる構成としたので、各導波管部分間に機械的接
続面がなく、そのため導波管内面の不連続や段差
に起因する電力の反射損失や、フランジ等に起因
する抵抗性損失ならびに漏洩損失がない等の優れ
た利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例を示す断面略図、第
２図は第１図の実施例の熱系統の等価電気回路を
示す図、第３図ａ，ｂは第１図の実施例における
熱負荷部分の拡大正断面部分の拡大正断面図およ
びその平面図、第４図ａ，ｂ，ｃは熱負荷部分の
他の実施例を示す拡大正断面図、その側面図およ
び電力吸収体のみの平面図、第５図ａ，ｂ、第６
図ａ，ｂ、第７図ａ，ｂ、はいずれも第４図と同
様に熱負荷部分の実施例を示すもので、各ａ図は
拡大正断面図、各ｂ図はその側面図である。 図中、１１は温度基準ハウジング、１２は入力
導波管部、１３は断熱導波管部、１４は熱負荷、
１５は熱負荷導波管部、１６は電力吸収体、１７
は補助ヒータ、１８は冷却器、１９は温度差検出
器、２１は内部接続フランジ、２２は外部接続フ
ランジ、２３は外部ジヤケツト、２６は断熱材、
２７は熱伝導性接着剤である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 温度基準ハウジングと；この温度基準ハウジン
   グの開口部に備えられ、かつこの開口部から自記
   温度基準ハウジングの内部へ延長する部分を有す
   る入力導波管部と；この入力導波管部の延長する
   部分に接続された断熱導波管部と、この断熱導波
   管部の延長する部分に延在する熱負荷導波管部
   と、この熱負荷導波管部内に配置され前記入力導
   波管部に供給される電波電力を吸収するための電
   力吸収体と、前記熱負荷導波管部に備えられた補
   助ヒータとを有して前記温度基準ハウジング内に
   収容された熱負荷と；この熱負荷を冷却するため
   に、一端が前記温度基準ハウジングの一部に接続
   され、他端が前記熱負荷導波管部の一部に接続さ
   れた冷却器と；前記熱負荷と前記温度基準ハウジ
   ングとの温度差を検出するために一端がこの温度
   基準ハウジングの一部に接続され、他端が前記熱
   負荷導波管部の一部に接続された温度差検出器
   と；を備えたカロリメータ方式高周波電力測定装
   置において、前記入力導波管部から熱負荷導波管
   部までの前記断熱導波管部を含むすべての導波管
   部分および他部分との接続用フランジ部分の種類
   の金属を用いた同一の母型による部分的電鋳の複
   合体として一体成形による構成としたことを特徴
   とするカロリーメータ方式高周波電力検出器用導
   波管。