反射波検出回路及び反射波検出方法
【課題】低レベルの反射波に対しても送信機を保護することができる反射波検出回路及び反射波検出方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、方向性結合器１及び方向性結合器２を有する。線路８は、端子１１とカップリングされた端子１３と端子２３とカップリングされた端子２１とを接続する。線路９は、端子１２とカップリングされた端子１４と端子２４とを接続する。端子１３で進行波から分岐された分岐進行波は、線路８及び端子２１を介して端子２１に入力される。端子１４により反射波から分岐された分岐反射波と、端子１１から漏れ出して端子１４に伝わる漏れ進行波と、は線路９、端子２４及び線路２５を介して端子２３に入力される。端子２３において、漏れ進行波は分岐進行波に対して｛（２ｍ＋１）×１８０｝°の位相差（但し、ｍは整数）を有する。
【解決手段】本発明は、方向性結合器１及び方向性結合器２を有する。線路８は、端子１１とカップリングされた端子１３と端子２３とカップリングされた端子２１とを接続する。線路９は、端子１２とカップリングされた端子１４と端子２４とを接続する。端子１３で進行波から分岐された分岐進行波は、線路８及び端子２１を介して端子２１に入力される。端子１４により反射波から分岐された分岐反射波と、端子１１から漏れ出して端子１４に伝わる漏れ進行波と、は線路９、端子２４及び線路２５を介して端子２３に入力される。端子２３において、漏れ進行波は分岐進行波に対して｛（２ｍ＋１）×１８０｝°の位相差（但し、ｍは整数）を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は反射波検出回路及び反射波検出方法に関し、特に低出力の反射波を検出する反射波検出回路及び反射波検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信システムでは、送信機の出力がアンテナ等で反射されて反射波が発生する。この反射波が送信機に戻ると、送信機が破損するおそれがある。よって、送信機の破損を防止するため、送信機とアンテナ等との間に反射波検出回路を挿入して、アンテナ側からの反射電力を監視し、反射波が一定レベルに達すると送信機の保護を行うことが一般的に知られている。このような場合には、なるべく小さいレベルの反射波を検出して送信機を保護することが望ましいが、送信システムの主線路から反射波の一部を取り出すための素子（例えば方向性結合器やサーキュレータ）のアイソレーションは有限であるため、反射波を検出する端子に進行波が漏れてしまう。そのため、検波器に到達する漏れた進行波よりも小さな反射波は検出することができない。つまり、進行波を十分無視できるくらい大きな反射波でないと検出することができないので、送信機を十分に保護できない場合が生じる。
【０００３】
図４は、送信機とアンテナとの間に挿入された一般的な反射波検出回路４００の構成図である。反射波検出回路４００は、送信機４５とアンテナ４６との間に挿入され、アンテナ４６側から戻ってくる反射波を検出して、保護回路４７に出力する。反射波が一定の大きさに達したときには、保護回路４７が送信機４５の出力を減少もしくは停止させることにより、送信機４５の破損を防止する。
【０００４】
反射波検出回路４００は、送信機４５とアンテナ４６とを接続する主線路上に挿入された方向性結合器４１を有する。方向性結合器４１の主線路上の送信機４５側には端子４１１、アンテナ４６側には端子４１２が設けられている。また、端子４１１とカップリングする端子４１３、端子４１２とカップリングする端子４１４が設けられている。端子４１４と保護回路４７との間には検波器４３が設けられている。また、端子４１３と接地電位との間には、終端器４４が設けられている。
【０００５】
方向性結合器４１が理想的な方向性結合器であれば、そのアイソレーションは無限大であるため、送信機４５から端子４１１に送出された進行波は端子４１４に現れることはない。この場合、検波器４３は、アンテナ４６側から端子４１２に戻ってきて、端子４１４に現れた反射波のみを検出することができる。
【０００６】
また、反射波検出回路の例が特許文献１〜３に開示されている。特許文献１及び２では、送信機とアンテナとの間の線路上に、２つの方向性結合器を１／４波長間隔で配置している。さらに、ハイブリッドリングなどの合成素子を設けている。これにより、進行波または反射波の検出精度が改善できるとしている。一方、特許文献３では、送信機の前段に方向性結合器を１つ挿入し、さらにこの方向性結合器の後段に別の方向性結合器をもう１つ挿入している。さらに分配素子１つ、合成素子２つ、減衰器２つ及び移相器２つを設けることにより、反射波の検出精度を改善できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−１２５６２号公報
【特許文献２】特開平５−４５３８７号公報
【特許文献３】特開２００４−２８６６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、方向性結合器のアイソレーションは一般的に有限であるため、方向性結合器４１の端子４１４には、端子４１１から漏れた進行波が現れる。このため、検波器４３は、反射波と進行波を合わせて検出してしまうので、漏れた進行波より小さな反射波は検出することができない。よって、検波器４３は進行波を無視することができる程度に大きな反射波しか検出できず、送信機を十分に保護できない場合がある。
【０００９】
ここで、方向性結合器４１の端子４１４に現れる進行波と反射波の大きさについて、具体的な例を挙げて説明する。以下では、送信機４５から送出されアンテナ４６へ向かう進行波Ｐの電力を１ｋＷ、方向性結合器４１の結合量Ｃ４１を−４０[ｄＢ]、方向性結合器４１の方向比Ｃｒ４１を２０［ｄＢ］とし、アンテナ４６側からの反射波Ｐｒｅｆが１０Ｗに達したときに送信機４５を保護する動作をさせたい場合について説明する。
【００１０】
アンテナ４６側からの反射波Ｐｒｅｆの一部は方向性結合器４１の端子４１４に反射波Ｐｒとして現れ、検波器４３に到達する。方向性結合器４１の結合量Ｃ４１は−４０ｄＢなので、反射波Ｐｒの電力は式（１）で表される。
で表される。
つまり、アンテナ４６からの反射波Ｐｒｅｆの電力が１０Ｗであるときは、検波器４３に到達する反射波Ｐｒの電力は１ｍＷである。
【００１１】
そこで、アンテナ４６からの反射波Ｐｒｅｆの電力が１０Ｗに達したときに送信機４５を保護する動作を行うには、検波器４３で検出反射波Ｐｒの電力が１ｍＷに達するか否かを監視すれば良い。
【００１２】
送信機４５から送出され、方向性結合器４１を通過してアンテナ４６へ向かう進行波Ｐのうち、端子４１４に漏れる成分を考える。端子４１１と端子４１４のアイソレーションＣｉ４１は、方向性結合器４１の結合量Ｃ４１が−４０［ｄＢ］、方向比Ｃｒ４１が２０［ｄＢ］であることから、式（２）で表される。
【００１３】
方向性結合器４１の端子４１１には、送信機４５から１ｋＷの進行波Ｐが入力されているので、方向性結合器４１の端子４１４に漏れる進行波Ｐｆは、式（３）で表される。
また、検波器４３に到達する電力、すなわち進行波Ｐｆの電力と反射波Ｐｒの反射波の電力との和Ｐｄｅｔ−ｏｌｄは、式（４）で表される。
【００１４】
この場合、検波器４３は反射波Ｐｒと進行波Ｐｆとが同じ大きさであるため、これらを区別することができない。検波器４３で反射波Ｐｒを正しく検出するためには、進行波Ｐｆを無視できる程度に反射波Ｐｒが大きくなければならないが、反射波が大きくなると送信機を十分に保護できない。
【００１５】
また、特許文献１〜３に開示された反射波検出回路を用いることで、反射波の検出精度は向上するものの、いずれも合成素子などの素子を追加しなければならず、これらの反射波検出回路を組み込んだ装置の小型化が困難である。さらに、素子を追加することにより、製造コストの増加は避けられない。さらに、特許文献１及び特許文献２のように送信機とアンテナとの間に素子を挿入することにより、損失が増大してしまう。
【００１６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、低レベルの反射波に対しても送信機を保護することができる反射波検出回路及び反射波検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様である反射波検出回路は、進行波を第１の端部から第２の端部へ伝搬させる双方向性結合器である第１の方向性結合器と、第３の端部に入力された信号を第４の端部へ伝搬させ、前記第４の端部から出力信号を出力する双方向性結合器である第２の方向性結合器と、前記第１の端部と前記第４の端部とを接続する第１の線路と、前記第２の端部と前記第３の端部とを接続する第２の線路と、を少なくとも備え、前記第１の方向性結合器は、前記第１の端部と前記第２の端部との間に接続され、前記進行波を前記第２の端部へ伝搬させる第３の線路を少なくとも備え、前記第２の方向性結合器は、前記第３の端部と前記第４の端部との間に接続され、前記第３の端部に入力された信号を前記第４の端部へ伝搬させる第４の線路を少なくとも備え、前記第１の端部で前記進行波から分岐された分岐進行波は、前記第１の線路を介して前記第４の端部に入力され、前記進行波が反射されて生じる反射波から前記第２の端部において分岐された分岐反射波と、前記第１の端部において前記進行波から漏れ出して前記第２の端部に伝わる漏れ進行波と、は前記第２の線路、前記第３の端部及び前第４の線路を介して前記第４の端部に入力され、前記第４の端部において、前記漏れ進行波は前記分岐進行波に対して｛（２ｍ＋１）×１８０｝°の位相差（但し、ｍは整数）を有するものである。
【００１８】
本発明の一態様である反射波検出方法は、第１の方向性結合器の第３の線路の一端に設けられた第１の端部で、前記第３の線路を伝搬する前記進行波から分岐進行波を分岐し、 前記分岐進行波を、第２の方向性結合器の第４の線路の一端に設けられた第４の端部に、前記第１の端部と前記第４の端部とを接続する第１の線路を介して入力し、前記第１の方向性結合器の前記第３の線路の他端に設けられた第２の端部において、前記進行波が反射されて生じる反射波から分岐反射波を分岐し、前記分岐反射波と、前記第１の端部において前記進行波から漏れ出して前記第２の端部に伝わる漏れ進行波と、を前記第４の線路の他端に設けられた第３の端部、前記第２の端部と前記第３の端部とを接続する第２の線路及び前記第４の線路を介して前記第４の端部に入力し、出力信号を、前記第４の端部から出力し、前記第４の端部において、前記漏れ進行波は前記分岐進行波に対して｛（２ｍ＋１）×１８０｝°の位相差（但し、ｍは整数）を有するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、低レベルの反射波に対しても送信機を保護することができる反射波検出回路及び反射波検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１にかかる反射波検出回路が組み込まれた送信システムの構成図である。
【図２】実施の形態１にかかる反射波検出回路における進行波の相殺を模式的に示す図である。
【図３】実施の形態２にかかる反射波検出回路が組み込まれた送信システムの構成図である。
【図４】通常の反射波検出回路の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる反射波検出回路１００が組み込まれた送信システムの構成図である。反射波検出回路１００は、送信機５とアンテナ６との間に挿入される。また、反射波検出回路１００の出力は検波器３に出力され、検波器３は反射波レベルを検出する。保護回路７は検波器３と接続され、検波器３の出力に応じて送信機５の出力を減少させ、または出力を停止させる。
【００２２】
反射波検出回路１００は、方向性結合器１、方向性結合器２、終端器４、線路８及び線路９を有する。方向性結合器１は双方向性結合器であり、端子１１〜１４及び端子１１と端子１２とを結ぶ線路１５を有する。方向性結合器２も双方向性結合器であり、端子２１〜２４及び端子２３と端子２４とを結ぶ線路２５を有する。方向性結合器１の端子１１には送信機５が接続され、端子１２にはアンテナ６が接続されている。方向性結合器１の端子１３は、線路８を介して、方向性結合器２の端子２１と接続されている。方向性結合器１の端子１４は、線路９を介して、方向性結合器２の端子２４と接続されている。方向性結合器２の端子２３は検波器３と接続されている。方向性結合器２の端子２２は、端子２２に現れる電力を吸収するための終端器４と接続されている。
【００２３】
方向性結合器１は、送信機５からアンテナ６へ送出される信号の１／４波長の結合線路長を有する疎結合の方向性結合器であり、送信機５からアンテナ６へ伝搬する進行波の電力の一部を分岐進行波として分岐させる。また、アンテナ６から送信機５へ戻ってくる反射波の電力の一部を分岐反射波として分岐させる。分岐進行波及び分岐反射波は、第２の方向性結合器に出力される。
【００２４】
方向性結合器２は、送信機５からアンテナ６へ送出される信号の１／４波長の結合線路長を有する疎結合の方向性結合器であり、方向性結合器１で反射波と共に取り出された進行波を、端子２３において相殺する。
【００２５】
方向性結合器１及び２に設けられた端子は、それぞれ以下に述べるような関係にある。 方向性結合器１の結合量はＣ１［ｄＢ］、方向比はＣｒ１［ｄＢ］である。端子１１と端子１３と、及び端子１２と端子１４とはＣ１［ｄＢ］でカップリングしている。また、端子１１と端子１４との間、及び端子１２と端子１３との間は、それぞれＣ１−Ｃｒ１［ｄＢ］のアイソレーションが取れている。方向性結合器２の結合量はＣ２［ｄＢ］、方向比はＣｒ２［ｄＢ］である。端子２１と端子２３と、及び端子２２と端子２４とはＣ２［ｄＢ］でカップリングしている。また、端子２１と端子２４との間、及び端子２２と端子２３との間は、それぞれＣ２−Ｃｒ２［ｄＢ］のアイソレーションが取れている。
【００２６】
次に、反射波検出回路１００の動作について説明する。まず、検波器３に到達する進行波について説明する。送信機５から送出される進行波Ｐは、方向性結合器１の端子１１から端子１２を通り抜けてアンテナ６へ向かう。進行波Ｐの一部は端子１１と結合量Ｃ１でカップリングしている端子１３に分岐進行波Ｐｆ１３，１１として現れ、線路８を介して方向性結合器２の端子２１へと進む。分岐進行波Ｐｆ１３，１１の電力は以下の式（５）で表される。
【００２７】
方向性結合器２の端子２１へ進んだ分岐進行波Ｐｆ１３，１１の大部分は、端子２２を経由して終端器４に吸収されるが、その一部はカップリングしている端子２３に分岐進行波Ｐｆ２３，２１として現れる。分岐進行波Ｐｆ２３，２１の電力は、以下の式（６）で表される。
【００２８】
一方、送信機５から方向性結合器１の端子１１に入力された進行波Ｐの一部は、端子１１とアイソレーションが取れている端子１４に漏れ出して、漏れ進行波Ｐｆ１４，１１として現れ、線路９を介して方向性結合器２の端子２４へと進む。ここで、方向性結合器１のアイソレーションＣｉ１は、以下の式（７）で表される。
よって、漏れ進行波Ｐｆ１４，１１の電力は、式（８）で表される。
【００２９】
方向性結合器２の端子２４に進んだ漏れ進行波Ｐｆ１４，１１の一部は、結合量Ｃ２でカップリングしている端子２２に漏れ進行波Ｐｆ２２，２４として現れる。漏れ進行波Ｐｆ２２，２４の電力は、式（９）で表される。
【００３０】
方向性結合器２の端子２４から端子２３に進む漏れ進行波Ｐｆ２３，２４の電力は、端子１４から端子２４に進んだ漏れ進行波Ｐｆ１４，１１から、端子２２に分かれた漏れ進行波Ｐｆ２２，２４を減じた値として、式（１０）により表される。
【００３１】
ここで、端子２３に到達する漏れ進行波Ｐｆ２３，２４及び分岐進行波Ｐｆ２３，２１の位相差について検討する。線路８（端子１３→端子２１間）と線路９（端子１４→端子２４間）とが同長である場合には、方向性結合器１の線路１５及び方向性結合器２の線路２５は１／４波長の線路長を有しているので、端子１１→端子１４→端子２４→端子２３のルートを通った漏れ進行波Ｐｆ２３，２４は、端子１１→端子１３→端子２１→端子２３のルートを通った分岐進行波Ｐｆ２３，２１よりも２／４波長分だけ長い線路を通過したこととなる。よって、端子２３における漏れ進行波Ｐｆ２３，２４と分岐進行波Ｐｆ２３，２１との位相差は１８０度となる。すなわち、端子２３において漏れ進行波Ｐｆ２３，２４と分岐進行波Ｐｆ２３，２１とは逆相となり、図２に示すように打消し合う。よって、端子２３における進行波Ｐｆｄｅｔの電力は、式（１１）で表される。
このとき、方向性結合器１の方向比Ｃｒ１と方向性結合器２の結合量Ｃ２の関係をＣｒ１＝−Ｃ２とすると、式（１１）は式（１２）として表される。
【００３２】
次に、検波器３に到達する反射波について説明する。アンテナ６で反射されて送信機５へ戻る反射波をＰｒｅｆとすると、その大部分は方向性結合器１の端子１２から端子１１に抜けて送信機５へ戻っていくが、その一部は方向性結合器１の端子１２と結合量Ｃ１でカップリングしている端子１４に分岐反射波Ｐｒ１４，１２として現れ、線路９を介して方向性結合器２の端子２４へと進む。分岐反射波Ｐｒ１４，１２の電力は、式（１３）で表される。
【００３３】
方向性結合器２の端子２４に進んだ分岐反射波Ｐｒ１４，１２の一部は、端子２４と結合量Ｃ２でカップリングしている端子２２に分岐反射波Ｐｒ２２，２４として現れる。分岐反射波Ｐｒ２２，２４の電力は、式（１４）で表される。
【００３４】
方向性結合器２の端子２４から端子２３に進む分岐反射波Ｐｒ２３，２４の電力は、端子１４に入力された分岐反射波Ｐｒ１４，１２から、端子２２に分かれた分岐反射波Ｐｒ２２，２４を減じた値として、式（１５）により表される。
【００３５】
一方、アンテナ６側から方向性結合器１の端子１２に戻ってきた反射波Ｐｒｅｆの一部は端子１３に漏れ出し、漏れ反射波Ｐｒ１３，１２として現れ、線路８を介して方向性結合器２の端子２１へと進む。ここで、方向性結合器１の端子１２と端子１３とのアイソレーションＣｉ１は、式（６）と同様に、式（１６）で表される。
よって、漏れ反射波Ｐｒ１３，１２の電力は、式（１７）で表される。
【００３６】
端子２１に進んだ反射波の大部分は端子２２を経由して終端器４に吸収されるが、一部は端子２１と結合量Ｃ２でカップリングしている端子２３に漏れ反射波Ｐｒ２３，２１として現れる。漏れ反射波Ｐｒ２３，２１の電力は、式（１８）で表される。
【００３７】
ここで、端子２３に到達する２つの漏れ反射波Ｐｒ２３，２１及び分岐反射波Ｐｒ２３，２４の位相差について検討する。線路８（端子１３→端子２１間）と線路９（端子１４→端子２４間）とが同長である場合には、方向性結合器１の線路１５及び方向性結合器２の線路２５は１／４波長の線路長を有しているので、端子１２→端子１３→端子２１→端子２３のルートを通った漏れ反射波Ｐｒ２３，２１は、端子１２→端子１４→端子２４→端子２３のルートを通った分岐反射波Ｐｒ２３，２４と同じ長さの線路を通過したこととなる。よって、漏れ反射波Ｐｒ２３，２１と分岐反射波Ｐｒ２３，２４との位相差は、端子２４において０度である。すなわち、端子１０において漏れ反射波Ｐｒ２３，２１と分岐反射波Ｐｒ２３，２４とは同相となる。従って、検波器３に到達する反射波Ｐｒｄｅｔは、式（１９）で表される。
このとき、方向性結合器１の方向比Ｃｒ１と方向性結合器２の結合量Ｃ２の関係をＣｒ１＝−Ｃ２とすると、式（１９）は式（２０）として表される。
【００３８】
また、方向性結合器の方向比は、一般的に２０〜３０ｄＢ程度であるため、式（２１）及び式（２２）の関係が成り立つ。
従って、式（２０）の括弧内第２項以降を省略して、反射波Ｐｒｄｅｔは式（２３）で表すことができる。
【００３９】
最後に、検波器３で検出される電力Ｐｄｅｔについて検討する。Ｐｄｅｔは、方向性結合器１と方向性結合器２を通過してくる進行波と反射波との和であるので、式（２４）で表される。
【００４０】
ここで、Ｃ４１＝Ｃ１として反射波検出回路１００と反射波検出回路４００とを比較すると、式（１）及び式（２３）より、検波器で検出する反射波の大きさは同じである。一方、進行波については、Ｃ４１＝Ｃ１、Ｃｒ４１＝Ｃｒ１とすると、式（７）及び式（１２）より、反射波検出回路１００は反射波検出回路４００と比べて１０−Ｃｒ１／１０だけ小さい。一般的に、方向性結合器の方向比Ｃｒ１は２０〜３０［ｄＢ］程度なので、反射波検出回路４００に進行波は、反射波検出回路１００の進行波の１／１００〜１／１０００程度となる。よって、本構成によれば、端子２３において分岐進行波と漏れ進行波とを逆相として、分岐進行波と漏れ進行波とを相殺することにより、より小さな反射波を検出して、送信機を適切に保護することができる。
【００４１】
また、特許文献１〜３に開示された反射波検出回路と比べても、本構成によれば送信機とアンテナとの間の主線路とは異なる位置に方向性結合器を１つ追加するだけでよい。従って、設ける素子数が少なく、コスト面から有利である。また、主線路に素子を挿入しないため、挿入損失が増大することがない点からも、有利である。
【００４２】
実施の形態２
次に、実施の形態２にかかる反射波検出回路について説明する。図３は、本実施の形態にかかる反射波検出回路２００が組み込まれた送信システムの構成図である。反射波検出回路２００は、図１に示す反射波検出回路１００において、線路８（端子１３と端子２１との間）上に可変減衰器３１及び可変移相器３３が追加挿入されている。また、線路９（端子１４及び端子２４との間）上に可変減衰器３２及び可変移相器３４が追加挿入されている。その他の構成は図１の反射波検出回路１００と同様であるので、説明を省略する。
【００４３】
反射波検出回路２００は、方向性結合器１の方向比Ｃｒ１と方向性結合器２の結合量Ｃ２に差があっても、可変減衰器３１または可変減衰器３２を適宜調整することで、端子１１→端子１３→端子２１→端子２３のルートを進む進行波と、端子１１→端子１４→端子２４→端子２３のルートを進む進行波と、のレベルを一致させ、端子２３に現れる進行波を最小化することができる。
【００４４】
さらに、端子１１→端子１３→端子２１→端子２３のルートを進む進行波と、端子１１→端子１４→端子２４→端子２３のルートを進む進行波の位相差が１８０度からずれた場合でも、可変移相器３３または可変移相器３４を適宜調整して位相差を１８０度に合わせることにより、端子２３に現れる進行波を最小化することができる。
【００４５】
従って、本構成によれば、可変減衰器や可変移相器を挿入することにより、方向性結合器の方向比や、進行波の位相にバラつきがある場合であっても、端子２３に到達する進行波を最小にすることができる。
【００４６】
また、これらの可変減衰器３１、可変減衰器３２、可変移相器３３及び可変移相器３４は電気的に制御することができる。これにより、メモリなどに記憶させた制御情報を必要に応じて読み出すことにより、所望の周波数において、検波器に至る進行波を最小化することができる。従って、本構成によれば、多ＣＨの切替に無調整で対応することができる。
【００４７】
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態における方向性結合器１及び方向性結合器２は、９０度の位相差で分配または合成できる分布定数線路であってもよい。
【００４８】
また、方向性結合器１と方向性結合器２の両方または片方を、３／４波長の結合線路長を有する広帯域方向性結合器としてもよい。さらに、端子２３における分岐進行波と漏れ進行波との位相差を１８０度にできるのであれば、方向性結合器１と方向性結合器２の結合線路長は任意の結合線路長とすることが可能である。
【００４９】
さらに、上述の実施の形態にかかる反射波検出回路は、送信機を高周波電源に置き換えて用いることが可能である。また、アンテナをプラズマ発生装置や加速器などの他の高周波駆動機器に置き換えることも可能である。
【００５０】
（付記１）進行波を第１の端部から第２の端部へ伝搬させる双方向性結合器である第１の方向性結合器と、第３の端部に入力された信号を第４の端部へ伝搬させ、前記第４の端部から出力信号を出力する双方向性結合器である第２の方向性結合器と、前記第１の端部と前記第４の端部とを接続する第１の線路と、前記第２の端部と前記第３の端部とを接続する第２の線路と、を少なくとも備え、前記第１の方向性結合器は、前記第１の端部と前記第２の端部との間に接続され、前記進行波を前記第２の端部へ伝搬させる第３の線路を少なくとも備え、前記第２の方向性結合器は、前記第３の端部と前記第４の端部との間に接続され、前記第３の端部に入力された信号を前記第４の端部へ伝搬させる第４の線路を少なくとも備え、前記第１の端部で前記進行波から分岐された分岐進行波は、前記第１の線路を介して前記第４の端部に入力され、前記進行波が反射されて生じる反射波から前記第２の端部において分岐された分岐反射波と、前記第１の端部において前記進行波から漏れ出して前記第２の端部に伝わる漏れ進行波と、は前記第２の線路、前記第３の端部及び前第４の線路を介して前記第４の端部に入力され、前記第４の端部において、前記漏れ進行波は前記分岐進行波に対して｛（２ｍ＋１）×１８０｝°の位相差（但し、ｍは整数）を有する、反射波検出回路。
【００５１】
（付記２）付記１に記載の反射波検出回路と、前記第４の端部と接続され、前記第４の端部から出力される前記出力信号の電力を検出する検波器と、を備える、反射波検出システム。
【００５２】
（付記３）付記２に記載の反射波検出システムと、前記検波器と接続される保護回路と、前記第１の端部に高周波の前記進行波を入力する送信機と、を少なくとも備え、前記保護回路は、前記検波器の出力に応じて前記送信機の出力を制御する、送信システム。
【００５３】
（付記４）前記保護回路は、前記検波器の出力電力が予め設定された基準値に達した場合には、前記送信機の出力を低下させ、又は出力を停止させる、付記３に記載の送信システム。
【００５４】
（付記５）付記２に記載の反射波検出システムと、前記検波器と接続される保護回路と、前記第１の端部に高周波の前記進行波を入力する高周波電源と、を少なくとも備え、前記保護回路は、前記検波器の出力に応じて前記高周波電源の出力を制御する、電源装置。
【００５５】
（付記６）前記検波回路は、前記検波器の出力電力が予め設定された基準値に達した場合には、前記高周波電源の出力を低下させ、又は出力を停止させる、付記５に記載の電源装置。
【符号の説明】
【００５６】
１、２ 方向性結合器
３ 検波器
４ 終端器
５ 送信機
６ アンテナ
７ 保護回路
８、９、１５、２５線路
１１〜１４、２１〜２４ 端子
３１、３２ 可変減衰器
３３、３４ 可変移相器
４１ 方向性結合器
４３ 検波器
４５ 送信機
４６ アンテナ
１００、２００、３００ 反射波検出回路
４１１〜４１４ 端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は反射波検出回路及び反射波検出方法に関し、特に低出力の反射波を検出する反射波検出回路及び反射波検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信システムでは、送信機の出力がアンテナ等で反射されて反射波が発生する。この反射波が送信機に戻ると、送信機が破損するおそれがある。よって、送信機の破損を防止するため、送信機とアンテナ等との間に反射波検出回路を挿入して、アンテナ側からの反射電力を監視し、反射波が一定レベルに達すると送信機の保護を行うことが一般的に知られている。このような場合には、なるべく小さいレベルの反射波を検出して送信機を保護することが望ましいが、送信システムの主線路から反射波の一部を取り出すための素子（例えば方向性結合器やサーキュレータ）のアイソレーションは有限であるため、反射波を検出する端子に進行波が漏れてしまう。そのため、検波器に到達する漏れた進行波よりも小さな反射波は検出することができない。つまり、進行波を十分無視できるくらい大きな反射波でないと検出することができないので、送信機を十分に保護できない場合が生じる。
【０００３】
図４は、送信機とアンテナとの間に挿入された一般的な反射波検出回路４００の構成図である。反射波検出回路４００は、送信機４５とアンテナ４６との間に挿入され、アンテナ４６側から戻ってくる反射波を検出して、保護回路４７に出力する。反射波が一定の大きさに達したときには、保護回路４７が送信機４５の出力を減少もしくは停止させることにより、送信機４５の破損を防止する。
【０００４】
反射波検出回路４００は、送信機４５とアンテナ４６とを接続する主線路上に挿入された方向性結合器４１を有する。方向性結合器４１の主線路上の送信機４５側には端子４１１、アンテナ４６側には端子４１２が設けられている。また、端子４１１とカップリングする端子４１３、端子４１２とカップリングする端子４１４が設けられている。端子４１４と保護回路４７との間には検波器４３が設けられている。また、端子４１３と接地電位との間には、終端器４４が設けられている。
【０００５】
方向性結合器４１が理想的な方向性結合器であれば、そのアイソレーションは無限大であるため、送信機４５から端子４１１に送出された進行波は端子４１４に現れることはない。この場合、検波器４３は、アンテナ４６側から端子４１２に戻ってきて、端子４１４に現れた反射波のみを検出することができる。
【０００６】
また、反射波検出回路の例が特許文献１〜３に開示されている。特許文献１及び２では、送信機とアンテナとの間の線路上に、２つの方向性結合器を１／４波長間隔で配置している。さらに、ハイブリッドリングなどの合成素子を設けている。これにより、進行波または反射波の検出精度が改善できるとしている。一方、特許文献３では、送信機の前段に方向性結合器を１つ挿入し、さらにこの方向性結合器の後段に別の方向性結合器をもう１つ挿入している。さらに分配素子１つ、合成素子２つ、減衰器２つ及び移相器２つを設けることにより、反射波の検出精度を改善できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−１２５６２号公報
【特許文献２】特開平５−４５３８７号公報
【特許文献３】特開２００４−２８６６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、方向性結合器のアイソレーションは一般的に有限であるため、方向性結合器４１の端子４１４には、端子４１１から漏れた進行波が現れる。このため、検波器４３は、反射波と進行波を合わせて検出してしまうので、漏れた進行波より小さな反射波は検出することができない。よって、検波器４３は進行波を無視することができる程度に大きな反射波しか検出できず、送信機を十分に保護できない場合がある。
【０００９】
ここで、方向性結合器４１の端子４１４に現れる進行波と反射波の大きさについて、具体的な例を挙げて説明する。以下では、送信機４５から送出されアンテナ４６へ向かう進行波Ｐの電力を１ｋＷ、方向性結合器４１の結合量Ｃ４１を−４０[ｄＢ]、方向性結合器４１の方向比Ｃｒ４１を２０［ｄＢ］とし、アンテナ４６側からの反射波Ｐｒｅｆが１０Ｗに達したときに送信機４５を保護する動作をさせたい場合について説明する。
【００１０】
アンテナ４６側からの反射波Ｐｒｅｆの一部は方向性結合器４１の端子４１４に反射波Ｐｒとして現れ、検波器４３に到達する。方向性結合器４１の結合量Ｃ４１は−４０ｄＢなので、反射波Ｐｒの電力は式（１）で表される。
で表される。
つまり、アンテナ４６からの反射波Ｐｒｅｆの電力が１０Ｗであるときは、検波器４３に到達する反射波Ｐｒの電力は１ｍＷである。
【００１１】
そこで、アンテナ４６からの反射波Ｐｒｅｆの電力が１０Ｗに達したときに送信機４５を保護する動作を行うには、検波器４３で検出反射波Ｐｒの電力が１ｍＷに達するか否かを監視すれば良い。
【００１２】
送信機４５から送出され、方向性結合器４１を通過してアンテナ４６へ向かう進行波Ｐのうち、端子４１４に漏れる成分を考える。端子４１１と端子４１４のアイソレーションＣｉ４１は、方向性結合器４１の結合量Ｃ４１が−４０［ｄＢ］、方向比Ｃｒ４１が２０［ｄＢ］であることから、式（２）で表される。
【００１３】
方向性結合器４１の端子４１１には、送信機４５から１ｋＷの進行波Ｐが入力されているので、方向性結合器４１の端子４１４に漏れる進行波Ｐｆは、式（３）で表される。
また、検波器４３に到達する電力、すなわち進行波Ｐｆの電力と反射波Ｐｒの反射波の電力との和Ｐｄｅｔ−ｏｌｄは、式（４）で表される。
【００１４】
この場合、検波器４３は反射波Ｐｒと進行波Ｐｆとが同じ大きさであるため、これらを区別することができない。検波器４３で反射波Ｐｒを正しく検出するためには、進行波Ｐｆを無視できる程度に反射波Ｐｒが大きくなければならないが、反射波が大きくなると送信機を十分に保護できない。
【００１５】
また、特許文献１〜３に開示された反射波検出回路を用いることで、反射波の検出精度は向上するものの、いずれも合成素子などの素子を追加しなければならず、これらの反射波検出回路を組み込んだ装置の小型化が困難である。さらに、素子を追加することにより、製造コストの増加は避けられない。さらに、特許文献１及び特許文献２のように送信機とアンテナとの間に素子を挿入することにより、損失が増大してしまう。
【００１６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、低レベルの反射波に対しても送信機を保護することができる反射波検出回路及び反射波検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様である反射波検出回路は、進行波を第１の端部から第２の端部へ伝搬させる双方向性結合器である第１の方向性結合器と、第３の端部に入力された信号を第４の端部へ伝搬させ、前記第４の端部から出力信号を出力する双方向性結合器である第２の方向性結合器と、前記第１の端部と前記第４の端部とを接続する第１の線路と、前記第２の端部と前記第３の端部とを接続する第２の線路と、を少なくとも備え、前記第１の方向性結合器は、前記第１の端部と前記第２の端部との間に接続され、前記進行波を前記第２の端部へ伝搬させる第３の線路を少なくとも備え、前記第２の方向性結合器は、前記第３の端部と前記第４の端部との間に接続され、前記第３の端部に入力された信号を前記第４の端部へ伝搬させる第４の線路を少なくとも備え、前記第１の端部で前記進行波から分岐された分岐進行波は、前記第１の線路を介して前記第４の端部に入力され、前記進行波が反射されて生じる反射波から前記第２の端部において分岐された分岐反射波と、前記第１の端部において前記進行波から漏れ出して前記第２の端部に伝わる漏れ進行波と、は前記第２の線路、前記第３の端部及び前第４の線路を介して前記第４の端部に入力され、前記第４の端部において、前記漏れ進行波は前記分岐進行波に対して｛（２ｍ＋１）×１８０｝°の位相差（但し、ｍは整数）を有するものである。
【００１８】
本発明の一態様である反射波検出方法は、第１の方向性結合器の第３の線路の一端に設けられた第１の端部で、前記第３の線路を伝搬する前記進行波から分岐進行波を分岐し、 前記分岐進行波を、第２の方向性結合器の第４の線路の一端に設けられた第４の端部に、前記第１の端部と前記第４の端部とを接続する第１の線路を介して入力し、前記第１の方向性結合器の前記第３の線路の他端に設けられた第２の端部において、前記進行波が反射されて生じる反射波から分岐反射波を分岐し、前記分岐反射波と、前記第１の端部において前記進行波から漏れ出して前記第２の端部に伝わる漏れ進行波と、を前記第４の線路の他端に設けられた第３の端部、前記第２の端部と前記第３の端部とを接続する第２の線路及び前記第４の線路を介して前記第４の端部に入力し、出力信号を、前記第４の端部から出力し、前記第４の端部において、前記漏れ進行波は前記分岐進行波に対して｛（２ｍ＋１）×１８０｝°の位相差（但し、ｍは整数）を有するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、低レベルの反射波に対しても送信機を保護することができる反射波検出回路及び反射波検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１にかかる反射波検出回路が組み込まれた送信システムの構成図である。
【図２】実施の形態１にかかる反射波検出回路における進行波の相殺を模式的に示す図である。
【図３】実施の形態２にかかる反射波検出回路が組み込まれた送信システムの構成図である。
【図４】通常の反射波検出回路の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる反射波検出回路１００が組み込まれた送信システムの構成図である。反射波検出回路１００は、送信機５とアンテナ６との間に挿入される。また、反射波検出回路１００の出力は検波器３に出力され、検波器３は反射波レベルを検出する。保護回路７は検波器３と接続され、検波器３の出力に応じて送信機５の出力を減少させ、または出力を停止させる。
【００２２】
反射波検出回路１００は、方向性結合器１、方向性結合器２、終端器４、線路８及び線路９を有する。方向性結合器１は双方向性結合器であり、端子１１〜１４及び端子１１と端子１２とを結ぶ線路１５を有する。方向性結合器２も双方向性結合器であり、端子２１〜２４及び端子２３と端子２４とを結ぶ線路２５を有する。方向性結合器１の端子１１には送信機５が接続され、端子１２にはアンテナ６が接続されている。方向性結合器１の端子１３は、線路８を介して、方向性結合器２の端子２１と接続されている。方向性結合器１の端子１４は、線路９を介して、方向性結合器２の端子２４と接続されている。方向性結合器２の端子２３は検波器３と接続されている。方向性結合器２の端子２２は、端子２２に現れる電力を吸収するための終端器４と接続されている。
【００２３】
方向性結合器１は、送信機５からアンテナ６へ送出される信号の１／４波長の結合線路長を有する疎結合の方向性結合器であり、送信機５からアンテナ６へ伝搬する進行波の電力の一部を分岐進行波として分岐させる。また、アンテナ６から送信機５へ戻ってくる反射波の電力の一部を分岐反射波として分岐させる。分岐進行波及び分岐反射波は、第２の方向性結合器に出力される。
【００２４】
方向性結合器２は、送信機５からアンテナ６へ送出される信号の１／４波長の結合線路長を有する疎結合の方向性結合器であり、方向性結合器１で反射波と共に取り出された進行波を、端子２３において相殺する。
【００２５】
方向性結合器１及び２に設けられた端子は、それぞれ以下に述べるような関係にある。 方向性結合器１の結合量はＣ１［ｄＢ］、方向比はＣｒ１［ｄＢ］である。端子１１と端子１３と、及び端子１２と端子１４とはＣ１［ｄＢ］でカップリングしている。また、端子１１と端子１４との間、及び端子１２と端子１３との間は、それぞれＣ１−Ｃｒ１［ｄＢ］のアイソレーションが取れている。方向性結合器２の結合量はＣ２［ｄＢ］、方向比はＣｒ２［ｄＢ］である。端子２１と端子２３と、及び端子２２と端子２４とはＣ２［ｄＢ］でカップリングしている。また、端子２１と端子２４との間、及び端子２２と端子２３との間は、それぞれＣ２−Ｃｒ２［ｄＢ］のアイソレーションが取れている。
【００２６】
次に、反射波検出回路１００の動作について説明する。まず、検波器３に到達する進行波について説明する。送信機５から送出される進行波Ｐは、方向性結合器１の端子１１から端子１２を通り抜けてアンテナ６へ向かう。進行波Ｐの一部は端子１１と結合量Ｃ１でカップリングしている端子１３に分岐進行波Ｐｆ１３，１１として現れ、線路８を介して方向性結合器２の端子２１へと進む。分岐進行波Ｐｆ１３，１１の電力は以下の式（５）で表される。
【００２７】
方向性結合器２の端子２１へ進んだ分岐進行波Ｐｆ１３，１１の大部分は、端子２２を経由して終端器４に吸収されるが、その一部はカップリングしている端子２３に分岐進行波Ｐｆ２３，２１として現れる。分岐進行波Ｐｆ２３，２１の電力は、以下の式（６）で表される。
【００２８】
一方、送信機５から方向性結合器１の端子１１に入力された進行波Ｐの一部は、端子１１とアイソレーションが取れている端子１４に漏れ出して、漏れ進行波Ｐｆ１４，１１として現れ、線路９を介して方向性結合器２の端子２４へと進む。ここで、方向性結合器１のアイソレーションＣｉ１は、以下の式（７）で表される。
よって、漏れ進行波Ｐｆ１４，１１の電力は、式（８）で表される。
【００２９】
方向性結合器２の端子２４に進んだ漏れ進行波Ｐｆ１４，１１の一部は、結合量Ｃ２でカップリングしている端子２２に漏れ進行波Ｐｆ２２，２４として現れる。漏れ進行波Ｐｆ２２，２４の電力は、式（９）で表される。
【００３０】
方向性結合器２の端子２４から端子２３に進む漏れ進行波Ｐｆ２３，２４の電力は、端子１４から端子２４に進んだ漏れ進行波Ｐｆ１４，１１から、端子２２に分かれた漏れ進行波Ｐｆ２２，２４を減じた値として、式（１０）により表される。
【００３１】
ここで、端子２３に到達する漏れ進行波Ｐｆ２３，２４及び分岐進行波Ｐｆ２３，２１の位相差について検討する。線路８（端子１３→端子２１間）と線路９（端子１４→端子２４間）とが同長である場合には、方向性結合器１の線路１５及び方向性結合器２の線路２５は１／４波長の線路長を有しているので、端子１１→端子１４→端子２４→端子２３のルートを通った漏れ進行波Ｐｆ２３，２４は、端子１１→端子１３→端子２１→端子２３のルートを通った分岐進行波Ｐｆ２３，２１よりも２／４波長分だけ長い線路を通過したこととなる。よって、端子２３における漏れ進行波Ｐｆ２３，２４と分岐進行波Ｐｆ２３，２１との位相差は１８０度となる。すなわち、端子２３において漏れ進行波Ｐｆ２３，２４と分岐進行波Ｐｆ２３，２１とは逆相となり、図２に示すように打消し合う。よって、端子２３における進行波Ｐｆｄｅｔの電力は、式（１１）で表される。
このとき、方向性結合器１の方向比Ｃｒ１と方向性結合器２の結合量Ｃ２の関係をＣｒ１＝−Ｃ２とすると、式（１１）は式（１２）として表される。
【００３２】
次に、検波器３に到達する反射波について説明する。アンテナ６で反射されて送信機５へ戻る反射波をＰｒｅｆとすると、その大部分は方向性結合器１の端子１２から端子１１に抜けて送信機５へ戻っていくが、その一部は方向性結合器１の端子１２と結合量Ｃ１でカップリングしている端子１４に分岐反射波Ｐｒ１４，１２として現れ、線路９を介して方向性結合器２の端子２４へと進む。分岐反射波Ｐｒ１４，１２の電力は、式（１３）で表される。
【００３３】
方向性結合器２の端子２４に進んだ分岐反射波Ｐｒ１４，１２の一部は、端子２４と結合量Ｃ２でカップリングしている端子２２に分岐反射波Ｐｒ２２，２４として現れる。分岐反射波Ｐｒ２２，２４の電力は、式（１４）で表される。
【００３４】
方向性結合器２の端子２４から端子２３に進む分岐反射波Ｐｒ２３，２４の電力は、端子１４に入力された分岐反射波Ｐｒ１４，１２から、端子２２に分かれた分岐反射波Ｐｒ２２，２４を減じた値として、式（１５）により表される。
【００３５】
一方、アンテナ６側から方向性結合器１の端子１２に戻ってきた反射波Ｐｒｅｆの一部は端子１３に漏れ出し、漏れ反射波Ｐｒ１３，１２として現れ、線路８を介して方向性結合器２の端子２１へと進む。ここで、方向性結合器１の端子１２と端子１３とのアイソレーションＣｉ１は、式（６）と同様に、式（１６）で表される。
よって、漏れ反射波Ｐｒ１３，１２の電力は、式（１７）で表される。
【００３６】
端子２１に進んだ反射波の大部分は端子２２を経由して終端器４に吸収されるが、一部は端子２１と結合量Ｃ２でカップリングしている端子２３に漏れ反射波Ｐｒ２３，２１として現れる。漏れ反射波Ｐｒ２３，２１の電力は、式（１８）で表される。
【００３７】
ここで、端子２３に到達する２つの漏れ反射波Ｐｒ２３，２１及び分岐反射波Ｐｒ２３，２４の位相差について検討する。線路８（端子１３→端子２１間）と線路９（端子１４→端子２４間）とが同長である場合には、方向性結合器１の線路１５及び方向性結合器２の線路２５は１／４波長の線路長を有しているので、端子１２→端子１３→端子２１→端子２３のルートを通った漏れ反射波Ｐｒ２３，２１は、端子１２→端子１４→端子２４→端子２３のルートを通った分岐反射波Ｐｒ２３，２４と同じ長さの線路を通過したこととなる。よって、漏れ反射波Ｐｒ２３，２１と分岐反射波Ｐｒ２３，２４との位相差は、端子２４において０度である。すなわち、端子１０において漏れ反射波Ｐｒ２３，２１と分岐反射波Ｐｒ２３，２４とは同相となる。従って、検波器３に到達する反射波Ｐｒｄｅｔは、式（１９）で表される。
このとき、方向性結合器１の方向比Ｃｒ１と方向性結合器２の結合量Ｃ２の関係をＣｒ１＝−Ｃ２とすると、式（１９）は式（２０）として表される。
【００３８】
また、方向性結合器の方向比は、一般的に２０〜３０ｄＢ程度であるため、式（２１）及び式（２２）の関係が成り立つ。
従って、式（２０）の括弧内第２項以降を省略して、反射波Ｐｒｄｅｔは式（２３）で表すことができる。
【００３９】
最後に、検波器３で検出される電力Ｐｄｅｔについて検討する。Ｐｄｅｔは、方向性結合器１と方向性結合器２を通過してくる進行波と反射波との和であるので、式（２４）で表される。
【００４０】
ここで、Ｃ４１＝Ｃ１として反射波検出回路１００と反射波検出回路４００とを比較すると、式（１）及び式（２３）より、検波器で検出する反射波の大きさは同じである。一方、進行波については、Ｃ４１＝Ｃ１、Ｃｒ４１＝Ｃｒ１とすると、式（７）及び式（１２）より、反射波検出回路１００は反射波検出回路４００と比べて１０−Ｃｒ１／１０だけ小さい。一般的に、方向性結合器の方向比Ｃｒ１は２０〜３０［ｄＢ］程度なので、反射波検出回路４００に進行波は、反射波検出回路１００の進行波の１／１００〜１／１０００程度となる。よって、本構成によれば、端子２３において分岐進行波と漏れ進行波とを逆相として、分岐進行波と漏れ進行波とを相殺することにより、より小さな反射波を検出して、送信機を適切に保護することができる。
【００４１】
また、特許文献１〜３に開示された反射波検出回路と比べても、本構成によれば送信機とアンテナとの間の主線路とは異なる位置に方向性結合器を１つ追加するだけでよい。従って、設ける素子数が少なく、コスト面から有利である。また、主線路に素子を挿入しないため、挿入損失が増大することがない点からも、有利である。
【００４２】
実施の形態２
次に、実施の形態２にかかる反射波検出回路について説明する。図３は、本実施の形態にかかる反射波検出回路２００が組み込まれた送信システムの構成図である。反射波検出回路２００は、図１に示す反射波検出回路１００において、線路８（端子１３と端子２１との間）上に可変減衰器３１及び可変移相器３３が追加挿入されている。また、線路９（端子１４及び端子２４との間）上に可変減衰器３２及び可変移相器３４が追加挿入されている。その他の構成は図１の反射波検出回路１００と同様であるので、説明を省略する。
【００４３】
反射波検出回路２００は、方向性結合器１の方向比Ｃｒ１と方向性結合器２の結合量Ｃ２に差があっても、可変減衰器３１または可変減衰器３２を適宜調整することで、端子１１→端子１３→端子２１→端子２３のルートを進む進行波と、端子１１→端子１４→端子２４→端子２３のルートを進む進行波と、のレベルを一致させ、端子２３に現れる進行波を最小化することができる。
【００４４】
さらに、端子１１→端子１３→端子２１→端子２３のルートを進む進行波と、端子１１→端子１４→端子２４→端子２３のルートを進む進行波の位相差が１８０度からずれた場合でも、可変移相器３３または可変移相器３４を適宜調整して位相差を１８０度に合わせることにより、端子２３に現れる進行波を最小化することができる。
【００４５】
従って、本構成によれば、可変減衰器や可変移相器を挿入することにより、方向性結合器の方向比や、進行波の位相にバラつきがある場合であっても、端子２３に到達する進行波を最小にすることができる。
【００４６】
また、これらの可変減衰器３１、可変減衰器３２、可変移相器３３及び可変移相器３４は電気的に制御することができる。これにより、メモリなどに記憶させた制御情報を必要に応じて読み出すことにより、所望の周波数において、検波器に至る進行波を最小化することができる。従って、本構成によれば、多ＣＨの切替に無調整で対応することができる。
【００４７】
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態における方向性結合器１及び方向性結合器２は、９０度の位相差で分配または合成できる分布定数線路であってもよい。
【００４８】
また、方向性結合器１と方向性結合器２の両方または片方を、３／４波長の結合線路長を有する広帯域方向性結合器としてもよい。さらに、端子２３における分岐進行波と漏れ進行波との位相差を１８０度にできるのであれば、方向性結合器１と方向性結合器２の結合線路長は任意の結合線路長とすることが可能である。
【００４９】
さらに、上述の実施の形態にかかる反射波検出回路は、送信機を高周波電源に置き換えて用いることが可能である。また、アンテナをプラズマ発生装置や加速器などの他の高周波駆動機器に置き換えることも可能である。
【００５０】
（付記１）進行波を第１の端部から第２の端部へ伝搬させる双方向性結合器である第１の方向性結合器と、第３の端部に入力された信号を第４の端部へ伝搬させ、前記第４の端部から出力信号を出力する双方向性結合器である第２の方向性結合器と、前記第１の端部と前記第４の端部とを接続する第１の線路と、前記第２の端部と前記第３の端部とを接続する第２の線路と、を少なくとも備え、前記第１の方向性結合器は、前記第１の端部と前記第２の端部との間に接続され、前記進行波を前記第２の端部へ伝搬させる第３の線路を少なくとも備え、前記第２の方向性結合器は、前記第３の端部と前記第４の端部との間に接続され、前記第３の端部に入力された信号を前記第４の端部へ伝搬させる第４の線路を少なくとも備え、前記第１の端部で前記進行波から分岐された分岐進行波は、前記第１の線路を介して前記第４の端部に入力され、前記進行波が反射されて生じる反射波から前記第２の端部において分岐された分岐反射波と、前記第１の端部において前記進行波から漏れ出して前記第２の端部に伝わる漏れ進行波と、は前記第２の線路、前記第３の端部及び前第４の線路を介して前記第４の端部に入力され、前記第４の端部において、前記漏れ進行波は前記分岐進行波に対して｛（２ｍ＋１）×１８０｝°の位相差（但し、ｍは整数）を有する、反射波検出回路。
【００５１】
（付記２）付記１に記載の反射波検出回路と、前記第４の端部と接続され、前記第４の端部から出力される前記出力信号の電力を検出する検波器と、を備える、反射波検出システム。
【００５２】
（付記３）付記２に記載の反射波検出システムと、前記検波器と接続される保護回路と、前記第１の端部に高周波の前記進行波を入力する送信機と、を少なくとも備え、前記保護回路は、前記検波器の出力に応じて前記送信機の出力を制御する、送信システム。
【００５３】
（付記４）前記保護回路は、前記検波器の出力電力が予め設定された基準値に達した場合には、前記送信機の出力を低下させ、又は出力を停止させる、付記３に記載の送信システム。
【００５４】
（付記５）付記２に記載の反射波検出システムと、前記検波器と接続される保護回路と、前記第１の端部に高周波の前記進行波を入力する高周波電源と、を少なくとも備え、前記保護回路は、前記検波器の出力に応じて前記高周波電源の出力を制御する、電源装置。
【００５５】
（付記６）前記検波回路は、前記検波器の出力電力が予め設定された基準値に達した場合には、前記高周波電源の出力を低下させ、又は出力を停止させる、付記５に記載の電源装置。
【符号の説明】
【００５６】
１、２ 方向性結合器
３ 検波器
４ 終端器
５ 送信機
６ アンテナ
７ 保護回路
８、９、１５、２５線路
１１〜１４、２１〜２４ 端子
３１、３２ 可変減衰器
３３、３４ 可変移相器
４１ 方向性結合器
４３ 検波器
４５ 送信機
４６ アンテナ
１００、２００、３００ 反射波検出回路
４１１〜４１４ 端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行波を第１の端部から第２の端部へ伝搬させる双方向性結合器である第１の方向性結合器と、
第３の端部に入力された信号を第４の端部へ伝搬させ、前記第４の端部から出力信号を出力する双方向性結合器である第２の方向性結合器と、
前記第１の端部と前記第４の端部とを接続する第１の線路と、
前記第２の端部と前記第３の端部とを接続する第２の線路と、を少なくとも備え、
前記第１の方向性結合器は、
前記第１の端部と前記第２の端部との間に接続され、前記進行波を前記第２の端部へ伝搬させる第３の線路を少なくとも備え、
前記第２の方向性結合器は、
前記第３の端部と前記第４の端部との間に接続され、前記第３の端部に入力された信号を前記第４の端部へ伝搬させる第４の線路を少なくとも備え、
前記第１の端部で前記進行波から分岐された分岐進行波は、前記第１の線路を介して前記第４の端部に入力され、
前記進行波が反射されて生じる反射波から前記第２の端部において分岐された分岐反射波と、前記第１の端部において前記進行波から漏れ出して前記第２の端部に伝わる漏れ進行波と、は前記第２の線路、前記第３の端部及び前第４の線路を介して前記第４の端部に入力され、
前記第４の端部において、前記漏れ進行波は前記分岐進行波に対して｛（２ｍ＋１）×１８０｝°の位相差（但し、ｍは整数）を有する、
反射波検出回路。
【請求項２】
前記第２の線路、前記第３の線路及び前記第４の線路からなる線路は、前記第１の線路に対して、前記進行波の波長の｛（２ｎ＋１）／２｝倍（但し、ｎは整数）だけ線路長が異なる、
請求項１に記載の反射波検出回路。
【請求項３】
前記第３の線路の長さは、前記進行波の波長の｛（２ｐ＋１）／４｝倍（但し、ｐは０以上の整数）である、
請求項１又は２に記載の反射波検出回路。
【請求項４】
前記第３の線路は分布定数回路であり、
前記第２の端部における前記進行波は、前記１の端部の端部における前記進行波に対して｛（２ｑ＋１）×９０｝°の位相差（但し、ｑは０以上の整数）を有する、
請求項１又は２に記載の反射波検出回路。
【請求項５】
前記第４の線路の長さは、前記進行波の波長の｛（２ｒ＋１）／４｝倍（但し、ｒは０以上の整数）である、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射波検出回路。
【請求項６】
前記第４の線路は分布定数回路であり、
前記第４の端部における前記漏れ進行波は、前記第３の端部における前記漏れ進行波に対して｛（２ｓ＋１）×９０｝°の位相差（但し、ｓは０以上の整数）を有する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射波検出回路。
【請求項７】
前記第１の線路と前記第２の線路との長さは等しい、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の反射波検出回路。
【請求項８】
前記第１の線路上に設けられた第１の可変減衰器及び第１の可変移相器のいずれか一方または両方を更に備える、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の反射波検出回路。
【請求項９】
前記第２の線路上に設けられた第２の可変減衰器及び第２の可変移相器のいずれか一方または両方を更に備える、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の反射波検出回路。
【請求項１０】
第１の方向性結合器の第３の線路の一端に設けられた第１の端部で、前記第３の線路を伝搬する前記進行波から分岐進行波を分岐し、
前記分岐進行波を、第２の方向性結合器の第４の線路の一端に設けられた第４の端部に、前記第１の端部と前記第４の端部とを接続する第１の線路を介して入力し、
前記第１の方向性結合器の前記第３の線路の他端に設けられた第２の端部において、前記進行波が反射されて生じる反射波から分岐反射波を分岐し、
前記分岐反射波と、前記第１の端部において前記進行波から漏れ出して前記第２の端部に伝わる漏れ進行波と、を前記第４の線路の他端に設けられた第３の端部、前記第２の端部と前記第３の端部とを接続する第２の線路及び前記第４の線路を介して前記第４の端部に入力し、
出力信号を、前記第４の端部から出力し、
前記第４の端部において、前記漏れ進行波は前記分岐進行波に対して｛（２ｍ＋１）×１８０｝°の位相差（但し、ｍは整数）を有する、
反射波検出方法。
【請求項１】
進行波を第１の端部から第２の端部へ伝搬させる双方向性結合器である第１の方向性結合器と、
第３の端部に入力された信号を第４の端部へ伝搬させ、前記第４の端部から出力信号を出力する双方向性結合器である第２の方向性結合器と、
前記第１の端部と前記第４の端部とを接続する第１の線路と、
前記第２の端部と前記第３の端部とを接続する第２の線路と、を少なくとも備え、
前記第１の方向性結合器は、
前記第１の端部と前記第２の端部との間に接続され、前記進行波を前記第２の端部へ伝搬させる第３の線路を少なくとも備え、
前記第２の方向性結合器は、
前記第３の端部と前記第４の端部との間に接続され、前記第３の端部に入力された信号を前記第４の端部へ伝搬させる第４の線路を少なくとも備え、
前記第１の端部で前記進行波から分岐された分岐進行波は、前記第１の線路を介して前記第４の端部に入力され、
前記進行波が反射されて生じる反射波から前記第２の端部において分岐された分岐反射波と、前記第１の端部において前記進行波から漏れ出して前記第２の端部に伝わる漏れ進行波と、は前記第２の線路、前記第３の端部及び前第４の線路を介して前記第４の端部に入力され、
前記第４の端部において、前記漏れ進行波は前記分岐進行波に対して｛（２ｍ＋１）×１８０｝°の位相差（但し、ｍは整数）を有する、
反射波検出回路。
【請求項２】
前記第２の線路、前記第３の線路及び前記第４の線路からなる線路は、前記第１の線路に対して、前記進行波の波長の｛（２ｎ＋１）／２｝倍（但し、ｎは整数）だけ線路長が異なる、
請求項１に記載の反射波検出回路。
【請求項３】
前記第３の線路の長さは、前記進行波の波長の｛（２ｐ＋１）／４｝倍（但し、ｐは０以上の整数）である、
請求項１又は２に記載の反射波検出回路。
【請求項４】
前記第３の線路は分布定数回路であり、
前記第２の端部における前記進行波は、前記１の端部の端部における前記進行波に対して｛（２ｑ＋１）×９０｝°の位相差（但し、ｑは０以上の整数）を有する、
請求項１又は２に記載の反射波検出回路。
【請求項５】
前記第４の線路の長さは、前記進行波の波長の｛（２ｒ＋１）／４｝倍（但し、ｒは０以上の整数）である、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射波検出回路。
【請求項６】
前記第４の線路は分布定数回路であり、
前記第４の端部における前記漏れ進行波は、前記第３の端部における前記漏れ進行波に対して｛（２ｓ＋１）×９０｝°の位相差（但し、ｓは０以上の整数）を有する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射波検出回路。
【請求項７】
前記第１の線路と前記第２の線路との長さは等しい、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の反射波検出回路。
【請求項８】
前記第１の線路上に設けられた第１の可変減衰器及び第１の可変移相器のいずれか一方または両方を更に備える、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の反射波検出回路。
【請求項９】
前記第２の線路上に設けられた第２の可変減衰器及び第２の可変移相器のいずれか一方または両方を更に備える、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の反射波検出回路。
【請求項１０】
第１の方向性結合器の第３の線路の一端に設けられた第１の端部で、前記第３の線路を伝搬する前記進行波から分岐進行波を分岐し、
前記分岐進行波を、第２の方向性結合器の第４の線路の一端に設けられた第４の端部に、前記第１の端部と前記第４の端部とを接続する第１の線路を介して入力し、
前記第１の方向性結合器の前記第３の線路の他端に設けられた第２の端部において、前記進行波が反射されて生じる反射波から分岐反射波を分岐し、
前記分岐反射波と、前記第１の端部において前記進行波から漏れ出して前記第２の端部に伝わる漏れ進行波と、を前記第４の線路の他端に設けられた第３の端部、前記第２の端部と前記第３の端部とを接続する第２の線路及び前記第４の線路を介して前記第４の端部に入力し、
出力信号を、前記第４の端部から出力し、
前記第４の端部において、前記漏れ進行波は前記分岐進行波に対して｛（２ｍ＋１）×１８０｝°の位相差（但し、ｍは整数）を有する、
反射波検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１２７９９９（Ｐ２０１１−１２７９９９Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８６４６９（Ｐ２００９−２８６４６９）
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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