KR20020028659A - Apparatus for generating stable microwave output power by controlling its temperature and method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로파 생성장치 및 그 마이크로파 출력 파워 안정화 방법에 관한 것으로서, 특히 자체 환경변화에 따라 생성되는 에러신호를 바탕으로 자체의 온도를 제어함으로써, 안정한 마이크로파 출력 파워를 생성하는 마이크로파 생성장치 및 그 마이크로파 출력 파워 안정화 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave generator and a method for stabilizing microwave output power, and in particular, a microwave generator and a microwave for generating stable microwave output power by controlling its temperature based on an error signal generated according to a change in its environment. The present invention relates to a method for stabilizing output power.
도 1은 종래 기술에 따라, 마이크로파 출력 파워 감쇠부를 제어하여 안정한 마이크로파 출력 파워를 생성하는 마이크로파 생성장치를 나타낸 구성도로서, 소정의 마이크로파를 생성하는 마이크로파 생성부(1)와, 상기 마이크로파를 입력받아 그 파워를 감쇠하는 마이크로파 출력 파워 감쇠부(2)와, 파워가 감쇠된 마이크로파의 일부는 반사시키고 일부는 투과시키는 반사판(3)과, 상기 반사판(3)을 투과한 마이크로파를 입력받아 그 파워를 검출하여 소정의 에러신호를 출력하는 마이크로파 출력 파워 검출부(4)와, 상기 에러신호를 입력받아 상기 마이크로파 출력 감쇠부(2)를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 피드백 제어부(5)를 포함한다.1 is a block diagram showing a microwave generator for generating a stable microwave output power by controlling a microwave output power attenuator according to the prior art, the microwave generator 1 for generating a predetermined microwave and the microwave Microwave output power attenuator 2 for attenuating the power, a reflector 3 for reflecting a part of the microwave whose power is attenuated, and transmitting part thereof, and a microwave transmitted through the reflector 3 to receive the power. And a microwave output power detector 4 for detecting and outputting a predetermined error signal, and a feedback controller 5 for receiving the error signal and generating a control signal for controlling the microwave output attenuator 2.
안정한 마이크로파 출력 파워를 생성하기 위하여, 상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 마이크로파 생성장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.In order to generate a stable microwave output power, the operation of the microwave generator according to the prior art configured as described above is as follows.
마이크로파 생성부(1)로부터 출력된 마이크로파가 마이크로파 출력 파워 감쇠기(2)를 통과하여 마이크로파 출력 파워 검출부(4)에 입력되면, 상기 마이크로파 출력 파워 검출부(4)로 입력된 마이크로파의 파워를 측정한다. 이 때 어떤 요인에의해서 마이크로파의 파워가 변하면, 그 변한 파워의 양을 보상하기 위하여 상기 피드백 제어부(5)에 소정의 에러신호를 출력하고, 상기 에러신호를 입력받은 피드백 제어부(5)는 상기 마이크로 출력 파워 감쇠부(2)로 네가티브 피드백 (negative feedback)을 가한다. 곧, 상기 마이크로파 출력 파워 검출부(4)가 검출한 마이크로파의 파워가 증가 (또는 감소)했다면, 그 파워를 낮추도록(또는 올리도록) 에러신호를 출력하여, 상기 에러신호에 따라 상기 피드백 제어부(5)는, 상기 마이크로파 출력 파워 감쇠부(2)의 파워 감쇠율을 증가(또는 감소)시키는 방향으로 상기 마이크로파 파워 감쇠부(2)를 제어한다.When the microwave output from the microwave generator 1 passes through the microwave output power attenuator 2 and is input to the microwave output power detector 4, the power of the microwave input to the microwave output power detector 4 is measured. At this time, if the power of the microwave changes due to a certain factor, a predetermined error signal is output to the feedback control unit 5 to compensate for the changed amount of power, and the feedback control unit 5 receiving the error signal receives the microcontroller. Negative feedback is applied to the output power attenuation section 2. In other words, if the power of the microwave detected by the microwave output power detector 4 increases (or decreases), an error signal is output so as to lower (or raise) the power, and the feedback controller 5 according to the error signal. ) Controls the microwave power attenuation unit 2 in a direction of increasing (or decreasing) the power attenuation rate of the microwave output power attenuation unit 2.
여기서, 상기 피드백 제어부(5)는, 마이크로파 출력 파워를 안정화시키기 위하여 사전에 설정되는 기준값에 대해서, 현재 출력되는 마이크로파 출력 파워가 어느 정도 증가(또는 감소)했는지를 비교하고 그를 보상하기 위한 적절한 파워 감쇠율을 결정하여 그에 해당하는 제어신호를 상기 마이크로파 출력 파워 감쇠부(2)를 제어할 수 있다.Here, the feedback control unit 5 compares the current output microwave output power to a preset reference value for stabilizing the microwave output power, and compares it with an appropriate power attenuation rate to compensate for it. To determine the control signal corresponding to the microwave output power attenuator 2 can be controlled.
이를 위하여, 상기 피드백 제어부(5)는 컴퓨터나 마이크로프로세서를 사용한다.To this end, the feedback control section 5 uses a computer or a microprocessor.
상기와 같이 동작하는, 종래 기술에 따른 마이크로파 생성장치가 마이크로파 출력 파워가 조절할 수 있는 정밀도는, 상기 마이크로파 출력 파워 감쇠부(2)의 감쇠 분해능에 의해서 결정된다.The precision with which the microwave output power can be adjusted by the microwave generator according to the prior art, which operates as described above, is determined by the attenuation resolution of the microwave output power attenuation section 2.
최근에 분해능이 0.02 dB (= 5/1000)인 마이크로파 출력 파워 감쇠부를 갖는 마이크로파 생성장치가 연구 개발되었다고 알려져 있다. 상기와 같은 분해능을 갖는 생성장치는, 예를 들어, 마이크로파 출력 파워가 1.000 mW 라고 하면, 마이크로파 출력 파워 감쇠부를 제어하여 출력 파워를 조절할 수 있는 최소 범위는 0.005 mW이다.Recently, a microwave generator having a microwave output power attenuation unit having a resolution of 0.02 dB (= 5/1000) has been known and developed. For example, when a microwave output power is 1.000 mW, the generator having the above resolution has a minimum range of 0.005 mW for controlling the microwave output power attenuation unit to adjust the output power.
상기와 같이, 마이크로파 출력 파워 감쇠부를 제어하여 마이크로파 출력 파워를 정밀하게 조절하기 위해서는, 상기 마이크로파 출력 파워 감쇠기에 스테핑 모터 (stepping motor)가 부착되어야 하고, 컴퓨터를 이용하여 상기 마이크로파 출력 파워 감쇠부를 제어해야 한다.As described above, in order to precisely adjust the microwave output power by controlling the microwave output power attenuator, a stepping motor must be attached to the microwave output power attenuator, and the microwave output power attenuator must be controlled using a computer. do.
그러나, 상기 스테핑 모터는 기구적인 히스테리시스를 가지고 있기 때문에, 상기 스테핑 모터에 부착되어 제어되는 마이크로파 출력 파워 감쇠기의 감쇠율도 히스테리시스 현상을 갖는다. 곧, 상기 스테핑 모터를 회전시켜, 상기 마이크로파 출력 파워 감쇠부를 통과하는 마이크로파 출력 파워를 소정의 값에 설정할 때, 상기 스테핑 모터의 회전 방향에 따라 다른 값으로 설정된다.However, since the stepping motor has mechanical hysteresis, the attenuation rate of the microwave output power attenuator attached to and controlled by the stepping motor also has a hysteresis phenomenon. In other words, when the stepping motor is rotated to set the microwave output power passing through the microwave output power attenuation portion to a predetermined value, the stepping motor is set to a different value according to the rotational direction of the stepping motor.
따라서, 종래 기술에 따른 마이크로파 생성장치는 마이크로파 출력 파워를 안정하게 출력하도록 정밀하게 제어할 수 없을 뿐만 아니라, 스테핑 모터의 반응속도가 느리기 때문에 마이크로파 출력 파워를 안정화시키는데 걸리는 시간이 상대적으로 커지는 문제점을 가지고 있다.Therefore, the microwave generating apparatus according to the prior art cannot control precisely to output the microwave output power stably, but also has a problem that the time taken to stabilize the microwave output power becomes relatively large because the response speed of the stepping motor is slow. have.
본 발명의 주목적은 자체 온도를 제어하여 마이크로파 출력 파워를 정밀하게 조절하고 안정한 마이크로파 출력 파워를 생성하는 온도제어를 이용하여 안정한 마이크로파 출력 파워를 생성하는 마이크로파 생성장치 및 마이크로파 출력 파워 안정화 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION A primary object of the present invention is to provide a microwave generator and a microwave output power stabilization method for generating stable microwave output power using temperature control to precisely regulate microwave output power and to produce stable microwave output power by controlling its own temperature. have.
이를 위하여 본 발명에 따른, 온도제어를 이용하여 안정한 마이크로파 출력 파워를 생성하는 마이크로파 생성장치는, 소정의 마이크로파를 생성하여 출력하는 마이크로파 생성부와, 상기 마이크로파 생성부의 변화를 검출하여 에러신호를 출력하는 에러신호 검출부와, 상기 에러신호 검출부로부터 출력되는 에러신호에 따라 온도제어신호를 생성하는 온도제어부와, 상기 온도제어신호에 따라 상기 마이크로 생성부를 냉각하거나 가열하는 열생성부를 포함하여 실시함으로써 달성될 수 있다.To this end, according to the present invention, the microwave generator for generating a stable microwave output power using the temperature control, the microwave generator for generating and outputting a predetermined microwave, and detecting the change of the microwave generator to output an error signal It can be achieved by including an error signal detector, a temperature controller for generating a temperature control signal in accordance with the error signal output from the error signal detector, and a heat generator for cooling or heating the micro generator in accordance with the temperature control signal. have.
이를 위하여 본 발명에 따른, 온도제어를 이용한 마이크로파 출력 파워 안정화 방법은, 소정의 마이크로파를 생성하여 출력하는 마이크로파 생성부의 변화를 검출하여 에러신호를 생성하는 단계와, 상기 에러신호에 따라 온도제어신호를 생성하는 단계와, 상기 온도제어신호에 따라 상기 마이크로 생성부를 냉각하거나 가열하여 상기 마이크로파 생성부의 온도를 제어하는 단계를 포함하여 실시함으로써 달성될 수 있다.To this end, according to the present invention, a method for stabilizing microwave output power using temperature control includes generating an error signal by detecting a change in a microwave generator that generates and outputs a predetermined microwave, and generates a temperature control signal according to the error signal. It may be achieved by including the step of generating and controlling the temperature of the microwave generating unit by cooling or heating the micro generation unit in accordance with the temperature control signal.
도 1은 종래 기술에 따라, 마이크로파 출력 파워 감쇠부를 제어하여 안정한 마이크로파 출력 파워를 생성하는 마이크로파 생성장치를 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing a microwave generator for generating a stable microwave output power by controlling the microwave output power attenuation unit according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따라, 마이크로파 생성부의 온도특성을 측정하기 위한 구성도이다.2 is a configuration diagram for measuring the temperature characteristics of the microwave generating unit according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른, 온도 에러신호를 바탕으로 마이크로파 생성부의 온도를 제어하여 상기 마이크로파 생성부로부터 안정한 마이크로파 출력 파워를 생성하는 마이크로파 생성장치를 나타낸 구성도이다.3 is a block diagram illustrating a microwave generator for generating a stable microwave output power from the microwave generator by controlling the temperature of the microwave generator based on a temperature error signal.
도 4는 본 발명에 따른, 마이크로파 출력 파워 에러신호를 바탕으로 마이크로파 생성부의 온도를 제어하여 상기 마이크로파 생성부로부터 안정한 마이크로파 출력 파워를 생성하는 마이크로파 생성장치를 나타낸 구성도이다.4 is a block diagram illustrating a microwave generator for generating stable microwave output power from the microwave generator by controlling a temperature of the microwave generator based on a microwave output power error signal according to the present invention.
도 5는 도 2에서 마이크로파 생성부의 온도특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating temperature characteristics of the microwave generator in FIG. 2.
도 6a은 도 3의 장치에서, 온도 에러신호를 바탕으로 마이크로파 생성부의 안정화된 온도를 나타낸 그래프이다.FIG. 6A is a graph illustrating the stabilized temperature of the microwave generator based on a temperature error signal in the apparatus of FIG. 3.
도 6b은 도 3의 장치에서, 온도 에러신호를 바탕으로 마이크로파 생성부의온도가 안정하게 제어될 때, 안정화된 마이크로파 출력 파워를 나타낸 그래프이다.6B is a graph illustrating stabilized microwave output power when the temperature of the microwave generator is stably controlled based on the temperature error signal in the apparatus of FIG. 3.
도 7a은 도 4의 장치에서, 마이크로파 출력 파워 에러신호를 바탕으로 상기 마이크로파 생성부로부터 안정한 마이크로파 출력 파워가 생성되기 위하여 제어되는 마이크로파 생성부의 온도를 나타낸 그래프이다.FIG. 7A is a graph showing the temperature of the microwave generator controlled in order to generate stable microwave output power from the microwave generator based on the microwave output power error signal in the apparatus of FIG. 4.
도 7b는 도 4의 장치에서, 마이크로파 출력 파워 에러신호를 바탕으로 상기 마이크로파 생성부의 온도가 제어될 때, 상기 마이크로파 생성부로부터 출력되는 안정한 마이크로파 출력 파워를 나타낸 그래프이다.7B is a graph illustrating stable microwave output power output from the microwave generator when the temperature of the microwave generator is controlled based on the microwave output power error signal in the apparatus of FIG. 4.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ****** Explanation of symbols on main parts of drawing ***
1, 11: 마이크로파 생성부 2: 마이크로파 출력 파워 감쇠부1, 11: microwave generation unit 2: microwave output power attenuation unit
3, 12: 반사판4, 13: 마이크로파 출력 파워 검출부3, 12: reflector 4, 13: microwave output power detector
5: 피드백 제어부 14: 표시부5: feedback control unit 14: display unit
15: 온도 검출부 16: 열생성부15: temperature detection unit 16: heat generating unit
17: 온도 제어부17: temperature control unit
본 발명은 자체 환경변화에 따라 생성되는 에러신호를 바탕으로 자체의 온도를 제어함으로써, 안정한 마이크로파 출력 파워를 생성하는 마이크로파 생성장치 및 그 마이크로파 출력 파워 안정화 방법에 관한 것으로서, 이를 위하여 먼저 마이크로파 생성장치에 포함되어 마이크로파를 생성하는 마이크로파 생성부의 온도특성을 구하고, 이를 바탕으로 안정한 마이크로파 출력 파워를 생성하여 출력하는 마이크로파 생성장치의 구성과 그 작용을 설명하면 다음과 같다.The present invention relates to a microwave generator for generating stable microwave output power and a method for stabilizing the microwave output power by controlling its temperature based on an error signal generated according to a change in its environment. The temperature characteristics of the microwave generation unit included in the microwave generation unit are obtained, and the configuration and operation of the microwave generation unit generating and outputting stable microwave output power based on this are described as follows.
도 2는 본 발명에 따라, 마이크로파 생성부의 온도특성을 측정하기 위한 구성도서, 마이크로파를 생성하는 마이크로파 생성부(11)와, 상기 마이크로파 생성부(11)로부터 출력되는 마이크로파 출력 파워(P1)를 검출하는 마이크로파 출력 파워 검출부(13)와, 상기 마이크로파 생성부(11)의 온도를 검출하는 온도검출부(15)와, 상기 온도검출부(15)에 의하여 검출된 상기 마이크로파 생성부(11)의 온도를 표시하는 표시부(14)와, 상기 마이크파 생성부의 온도를 조절하기 위한 제어신호를 생성하는 온도 제어부(17)와, 상기 온도제어부(17)로부터 출력되는 온도 제어신호에 따라 상기 마이크로파 생성부(11)를 냉각하거나 가열하는 열생성부(16)를 포함한다. 또한, 상기 마이크로파 생성부(11)로부터 출력되는 마이크로파 출력파워(P1)의 일부를 투과시켜 상기 마이크로파 출력파워 검출부(13)에 의하여 검출되게 하고 일부는 반사시키는 반사부(12)를 더 포함한다.2 is a configuration diagram for measuring temperature characteristics of a microwave generator, a microwave generator 11 for generating microwaves, and a microwave output power P1 output from the microwave generator 11. Displays the microwave output power detector 13, the temperature detector 15 for detecting the temperature of the microwave generator 11, and the temperature of the microwave generator 11 detected by the temperature detector 15 The display unit 14, a temperature control unit 17 for generating a control signal for adjusting the temperature of the microphone generation unit, and the microwave generation unit 11 according to a temperature control signal output from the temperature control unit 17. It includes a heat generating unit 16 for cooling or heating. The apparatus further includes a reflector 12 that transmits a part of the microwave output power P1 output from the microwave generator 11 to be detected by the microwave output power detector 13 and reflects a part of the microwave output power P1.
상기 마이크로파 생성부(11)는, 예를 들어, 수 GHz에서 수십 GHz 영역의 마이크로파 주파수를 발생시키는 유전체 공진기 발진기 (Dielectric Resonator Oscillator: 이하, DRO로 약칭함)로서, 상기 온도제어부(17)의 제어를 받는 열생성부(16)에 의하여, 상기 마이크로파 생성부(11)의 온도가 증가함에 따라 도 5와 같은 온도 특성을 나타낸다.The microwave generator 11 is, for example, a dielectric resonator oscillator (hereinafter, abbreviated as DRO) that generates microwave frequencies in the range of several GHz to several tens of GHz, and controls the temperature controller 17. By the heat generating unit 16 receives the, as the temperature of the microwave generating unit 11 increases, it exhibits the temperature characteristics as shown in FIG.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 DRO의 온도가 299K로부터 304K까지 증가됨에 따라, 그 출력 파워가 선형적으로 감소된다. 이때, 상기 온도와 출력 파워 사이의 관계를 식으로 표현하면 다음과 같다.As shown in Fig. 5, as the temperature of the DRO is increased from 299K to 304K, its output power decreases linearly. In this case, the relationship between the temperature and the output power is expressed as follows.
수학식 1에서, P1은 상기 마이크로파 생성부의 온도가 증가함에 따라 상기 마이크로파 생성부로부터 출력되는 출력 파워를 나타내고, T는 절대온도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 온도가 증가함에 따라 마이크로파 출력 파워는, 0.01dB/K 비율로 일정하게 감소한다.In Equation 1, P1 represents the output power output from the microwave generator as the temperature of the microwave generator increases, T represents the absolute temperature. As shown, as the temperature increases, the microwave output power constantly decreases at a rate of 0.01 dB / K.
따라서, 온도특성을 갖는 상기 마이크로파 생성부의 온도를 제어함으로써, 상기 마이크로파 생성부로부터 안정한 마이크로파 출력 파워를 출력하게 할 수 있다.Therefore, by controlling the temperature of the microwave generator having temperature characteristics, it is possible to output stable microwave output power from the microwave generator.
도 3은 본 발명에 따른, 온도 에러신호를 바탕으로 마이크로파 생성부의 온도를 제어하여 상기 마이크로파 생성부로부터 안정한 마이크로파 출력 파워를 생성하는 마이크로파 생성장치를 나타낸 구성도로서, 마이크로파를 생성하는 마이크로파 생성부(11)와, 상기 마이크로파 생성부(11)로부터 출력되는 마이크로파 출력 파워(P2)를 검출하는 마이크로파 출력 파워 검출부(13)와, 상기 마이크로파 생성부(11)의 온도를 검출하는 온도검출부(15)와, 상기 온도검출부(15)에 의하여 검출된 상기 마이크로파 생성부(11)의 온도를 표시하는 표시부(14)와, 상기 온도검출부(15)로부터 출력되는 온도검출신호를 입력받아 상기 마이크로파 생성부의 온도를 조절하기 위한 제어신호를 생성하는 온도 제어부(17)와, 상기 온도제어부(17)로부터 출력되는 온도 제어신호에 따라 상기 마이크로파 생성부(11)를 냉각하거나 가열하는 열생성부(16)를 포함한다. 또한, 상기 마이크로파 생성부(11)로부터 출력되는 마이크로파 출력파워(P1)의 일부를 투과시켜 상기 마이크로파 출력파워검출부(13)에 의하여 검출되게 하고 일부는 반사시키는 반사판(12)을 더 포함한다.3 is a block diagram illustrating a microwave generator for generating a stable microwave output power from the microwave generator by controlling a temperature of the microwave generator based on a temperature error signal, according to the present invention. 11), a microwave output power detector 13 for detecting the microwave output power P2 output from the microwave generator 11, a temperature detector 15 for detecting the temperature of the microwave generator 11 and The display unit 14 which displays the temperature of the microwave generator 11 detected by the temperature detector 15 and the temperature detection signal output from the temperature detector 15 are input to receive the temperature of the microwave generator. According to the temperature control unit 17 for generating a control signal for adjusting and the temperature control signal output from the temperature control unit 17 And a heat generator 16 for cooling or heating the microwave generator 11. The apparatus further includes a reflector 12 which transmits a part of the microwave output power P1 output from the microwave generator 11 to be detected by the microwave output power detector 13 and reflects a part of the microwave output power P1.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 마이크로파 생성장치는, 상기 온도검출부(15)가 상기 마이크로파 생성부의 온도를 검출하여 온도검출신호를 출력하면, 상기 온도검출신호를 입력받은 온도제어부(17)에 의하여 처리된 온도제어신호가 상기 열생성부(16)에 피드백됨으로써, 도 6a에 나타낸 바와 같아, 상기 마이크로파 생성부의 온도를 일정하게 안정시킨다.In the microwave generator according to the present invention configured as described above, when the temperature detector 15 detects the temperature of the microwave generator and outputs a temperature detection signal, it is processed by the temperature controller 17 receiving the temperature detection signal. When the temperature control signal is fed back to the heat generating unit 16, as shown in Fig. 6A, the temperature of the microwave generating unit is stabilized constantly.
상기 마이크로파 생성부(11)의 온도가 안정되었을 때, 상기 마이크로파 출력 파워 검출부(13)는, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 상기 마이크로파 생성부(11)로부터 출력되는 마이크로파 출력 파워를 검출한다. 상기 마이크로파 생성부(11)의 온도가 안정화된 시간 동안에, 상기 마이크로파 생성부(11)로부터 출력되는 마이크로파 출력 파워의 변동폭(P2)은 약 0.005 dB 정도이다.When the temperature of the microwave generator 11 is stabilized, the microwave output power detector 13 detects microwave output power output from the microwave generator 11, as shown in FIG. . During the time when the temperature of the microwave generator 11 is stabilized, the variation range of the microwave output power output from the microwave generator 11 ( P2) is about 0.005 dB.
그러나, 상기와 같은, 마이크로파 출력 파워의 변동은, 상기 마이크로파 생성부로부터 출력되는 마이크로파 출력 파워가 실제적으로 변동하는 것이 아니라, 마이크로파 생성장치가 설치된 주위의 온도의 변화에 따라, 상기 마이크로파 출력 파워 검출부(4)의 마이크로파 출력 파워 검출 감도가 달라지기 때문이다. 곧, 실험에 의하면, 상기 마이크로파 출력 파워의 변동 주기는 상기 마이크로파 생성장치가 설치된 장소의 온도변화 주기와 완전히 일치했기 때문이다. 따라서, 실제적으로 상기 마이크로파 생성부로부터 출력되는 마이크로파 출력 파워의 변동폭은, 도 6b에 나타낸 변동폭보다 더 작다.However, in the above-described fluctuation of the microwave output power, the microwave output power output from the microwave generator does not actually fluctuate, but according to the change in the ambient temperature in which the microwave generator is installed, the microwave output power detector ( This is because the sensitivity of the microwave output power detection of 4) is different. That is, according to the experiment, the fluctuation period of the microwave output power is completely consistent with the temperature change period of the place where the microwave generator is installed. Therefore, the fluctuation range of the microwave output power actually output from the said microwave generation part is smaller than the fluctuation range shown to FIG. 6B.
한편, 상기 온도제어부(17)는 상기 마이크로파 생성부의 온도를 검출하여 출력하는 온도신호를 입력받아 온도제어신호를 생성하도록 적분기와 비례기를 포함하여, 상기 적분기와 비례기를 통하여 이득과 반응시간이 잘 조절된 온도제어신호를 생성하여 출력하여, 상기 도 2에서 마이크로파 생성부의 온도특성을 살펴본 바와 같이, 상기 마이크로파 생성부의 온도를 안정시킨다.On the other hand, the temperature control unit 17 includes an integrator and a proportioner to generate a temperature control signal by receiving a temperature signal that detects and outputs the temperature of the microwave generator, the gain and response time is well controlled through the integrator and the proportioner The temperature control signal is generated and output, and the temperature of the microwave generator is stabilized as described with reference to the temperature characteristic of the microwave generator in FIG. 2.
상기 도 3에 도시된 마이크로파 생성장치의 단점을 보완하기 위하여, 상기 마이크로파 출력 파워의 변동폭을 상기 온도제어부에 피드백시킴으로써, 마이크로파 출력 파워를 안정화시키는 장치를 설명하면 다음과 같다.In order to compensate for the shortcomings of the microwave generating apparatus illustrated in FIG. 3, the apparatus for stabilizing the microwave output power by feeding back the fluctuation range of the microwave output power to the temperature controller is as follows.
도 4는 본 발명에 따른, 마이크로파 출력 파워 에러신호를 바탕으로 마이크로파 생성부의 온도를 제어하여 상기 마이크로파 생성부로부터 안정한 마이크로파 출력 파워를 생성하는 마이크로파 생성장치를 나타낸 구성도로서, 마이크로파를 생성하는 마이크로파 생성부(11)와, 상기 마이크로파 생성부(11)로부터 출력되는 마이크로파 출력 파워(P1)를 검출하는 마이크로파 출력 파워 검출부(13)와, 상기 마이크로파 생성부(11)의 온도를 검출하는 온도검출부(15)와, 상기 온도검출부(15)에 의하여 검출된 상기 마이크로파 생성부(11)의 온도를 표시하는 표시부(14)와, 상기 마이크로파 출력 파워 검출부(13)로부터 출력되는 출력파워 검출신호를 입력받아 상기 마이크로파 생성부의 온도를 조절하기 위한 제어신호를 생성하는 온도 제어부(17)와, 상기 온도제어부(17)로부터 출력되는 온도 제어신호에 따라 상기 마이크로파 생성부(11)를 냉각하거나 가열하는 열생성부(16)를 포함한다. 또한, 상기 마이크로파 생성부(11)로부터 출력되는 마이크로파 출력파워(P3)의 일부를 투과시켜 상기 마이크로파 출력파워 검출부(13)에 의하여 검출되게 하고 일부는 반사시키는 반사판(12)을 더 포함한다.4 is a block diagram illustrating a microwave generator for generating a stable microwave output power from the microwave generator by controlling a temperature of the microwave generator based on a microwave output power error signal, according to the present invention. The unit 11, the microwave output power detector 13 for detecting the microwave output power P1 output from the microwave generator 11, and the temperature detector 15 for detecting the temperature of the microwave generator 11 ), A display unit 14 for displaying the temperature of the microwave generator 11 detected by the temperature detector 15, and an output power detection signal output from the microwave output power detector 13, A temperature controller 17 for generating a control signal for adjusting the temperature of the microwave generator, and the temperature controller 17 And a heat generator 16 for cooling or heating the microwave generator 11 according to a temperature control signal output from the circuit. The apparatus further includes a reflector 12 which transmits a part of the microwave output power P3 output from the microwave generator 11 to be detected by the microwave output power detector 13 and reflects a part of the microwave output power P3.
도시된 바와 같이 구성된 마이크로파 생성장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the microwave generating device configured as shown is as follows.
상기 마이크로파 출력 파워 검출부(13)가, 상기 마이크로파 생성부(11)로부터 출력되는 마이크로파 출력 파워(P3)의 변동폭을 상기 온도제어부(17)에 피득백시키면, 상기 마이크로파 출력 파워 변동폭을 입력받은 온도제어부(17)가 온도제어신호를 출력하고, 그에 따라 상기 마이크로파 생성부(11)의 온도가 제어된다. 곧, 이미 설정된 기준 출력 파워에 대하여, 상기 마이크로파 출력파워 검출부(13)가 상기 기준 출력 파워보다 높은 출력 파워를 검출하거나 낮은 출력 파워를 검출하면, 상기 검출된 출력 파워신호를 입력받은 상기 온도 제어부(17)는, 상기 마이크로파 생성부의 온도를 높이기 위한 또는 낮추기 위한 온도제어신호를 출력한다. 여기서, 상기 마이크로파 출력 파워 검출부에 의하여 검출된 신호에 따라, 제어되는 상기 마이크로파 생성부의 온도는, 도 7a에 도시된 바와 같이, 약 0.5K가 된다.When the microwave output power detector 13 returns the fluctuation range of the microwave output power P3 output from the microwave generator 11 to the temperature controller 17, the temperature control part receives the microwave output power fluctuation range. 17 outputs a temperature control signal, whereby the temperature of the microwave generator 11 is controlled. That is, when the microwave output power detection unit 13 detects an output power higher than the reference output power or detects a lower output power with respect to the already set reference output power, the temperature control unit receiving the detected output power signal ( 17) outputs a temperature control signal for increasing or decreasing the temperature of the microwave generator. Here, according to the signal detected by the microwave output power detector, the temperature of the microwave generator to be controlled is about 0.5K, as shown in FIG. 7A.
따라서, 상기와 같이 마이크로파 생성부의 온도가 제어됨으로써, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로파 생성부는 0.002dB의 출력 파워 변동폭을 갖는 마이크로파 출력 파워를 안정하게 생성한다.Accordingly, as the temperature of the microwave generating unit is controlled as described above, as shown in FIG. 7B, the microwave generating unit stably generates microwave output power having an output power variation range of 0.002 dB.
한편, 본 발명에 따른 온도제어를 이용한 마이크로파 출력 파워 안정화 방법은, 마이크로파를 출력하는 마이크로파 생성부의 변화를 검출하여 에러신호를 생성하고, 상기 에러신호에 따라 온도제어신호를 생성하여, 상기 온도제어신호에 따라 마이크로파 생성부를 냉각하거나 가열함으로써 마이크로파 출력파워를 안정하게 할수 있다.On the other hand, the microwave output power stabilization method using the temperature control according to the present invention, by detecting a change in the microwave generating unit for outputting the microwave to generate an error signal, and generates a temperature control signal in accordance with the error signal, the temperature control signal By cooling or heating the microwave generator, the microwave output power can be stabilized.
지금까지 설명한 본 발명에 따른 마이크로파 생성장치는, 마이크로파 생성장치 자체의 환경변화에 따라 생성되는 에러신호(예를 들어, 마이크로파 생성부의 온도변동폭과 마이크로파 출력파워 검출부의 출력파워 변동폭)를 바탕으로 마이크로파 생성장치 자체의 온도를 제어함으로써, 안정한 마이크로파 출력 파워를 생성할 수 있었다.The microwave generator according to the present invention described above generates a microwave based on an error signal generated according to an environment change of the microwave generator itself (for example, a temperature variation range of a microwave generator and an output power variation range of a microwave output power detector). By controlling the temperature of the device itself, stable microwave output power could be generated.
본 발명에 따른 마이크로파 생성장치와 그 마이크로파 출력파워 안정화 방법에 의하면, 안정화된 마이크로파 출력파워의 변동폭은 최소 0.002 dB 이하이고, 상기 결과는, 종래 기술에 따른, 출력 감쇠부를 이용하는 마이크로파 생성장치에 의하여 안정화된 마이크로파 출력파워의 변동폭보다 약 10배 개선된 것이다. 또한, 본 발명에 따른 마이크로파 생성장치는 컴퓨터와 같은 시스템을 이용하기 않기 때문에, 시스템 구성에 소요되는 비용이 적게 든다.According to the microwave generator and the microwave output power stabilization method according to the present invention, the fluctuation range of the stabilized microwave output power is at least 0.002 dB or less, and the result is stabilized by the microwave generator using the output attenuation unit according to the prior art. It is about 10 times better than the fluctuation of the microwave output power. In addition, since the microwave generating apparatus according to the present invention does not use a system such as a computer, the cost required for system configuration is low.
본 발명에 따른 마이크로파 생성장치는, 아날로그 (analog) 회로소자를 이용하였기 때문에, 온도제어부와 같은 회로부의 동작속도는 수 십 kHz∼수 백 kHz로서, 디지털 방식을 채용하는 종래의 마이크로파 생성장치의 동작속도(수십 Hz∼수백 Hz)보다 훨씬 바르게 동작한다.Since the microwave generator according to the present invention uses an analog circuit element, the operating speed of a circuit portion such as a temperature controller is several tens of kHz to several hundreds kHz, so that the operation of the conventional microwave generator employing the digital method is adopted. It works much faster than speed (tens of Hz to hundreds of Hz).
또한 본 발명에 따른 마이크로파 생성장치의 출력파워 정밀도는, 온도특성을 갖는 마이크로파 생성부(예를 들어, DRO)의 온도를 조절하기 때문에, 종래 기술에 따른 마이크로파 생성장치의 출력파워 정밀도보다 훨씬 좋게 개선하였고, 출력 파워의 조절할 때 히스테리시스 현상을 없앴으며, 출력 파워를 빠르게 제어할 수 있었다.In addition, the output power precision of the microwave generating apparatus according to the present invention is improved much better than the output power precision of the microwave generating apparatus according to the prior art, because the temperature of the microwave generating unit (for example, DRO) having temperature characteristics is adjusted. The hysteresis was eliminated when the output power was adjusted, and the output power was quickly controlled.
본 발명에 따른 마이크로파 생성장치는, 마이크로파 생성부로서 유전체 공진기(DRO)를 예로 들었지만, 온도에 따라 마이크로파 출력 파워가 변하는 소자를 이용하는 마이크로파 생성장치는, 본 발명에 따른 마이크로파 생성장치로부터 쉽게 도출될 수 있다.Although the microwave generator according to the present invention uses a dielectric resonator (DRO) as an example of the microwave generator, the microwave generator using an element whose microwave output power changes with temperature can be easily derived from the microwave generator according to the present invention. have.
또한, 본 발명에서는 마이크로파만을 생성하는 장치에 대하여 예를 들었지만, 온도특성을 갖고 다른 주파수의 신호(예를 들어, 고주파 신호)를 출력하는 소자를 이용하는 장치는, 본 발명에 따른 마이크로파 생성장치로부터 쉽게 도출될 수 있다.In the present invention, an apparatus for generating microwaves only has been exemplified. However, an apparatus using an element having a temperature characteristic and outputting a signal having a different frequency (for example, a high frequency signal) can be easily obtained from the microwave generator according to the present invention. Can be derived.
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2000
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