JPH0650328B2 - 共振測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は共振測定装置、特に共振回路の共振周波数を非
接触で測定する装置に関する。

［従来技術とその問題点］ 無線周波数（ＲＦ）回路の共振周波数を遠隔的に決定し
たい場合があった。１９３０年代から、その目的の為に
グリッドディップ発振器（ＧＤＯ）がある。このＧＤＯ
（又はそのソリッドステート版であるゲートディップ発
振器）は簡単な可変周波数発振器であり、それにメータ
が付加され、発振器のグリット（又はゲート）電流を続
む構成になっている。ＧＯＤのインダクタ（コイル）を
被測定共振回路に電磁結合する。ＧＯＤが共振回路の共
振周波数を同調すると、インダクタから発振エネルギー
を吸収するので、発振レベルが低下して、ＧＯＤのグリ
ッド電流メータの読みが減少（ディップ）する。このグ
リッド電流のディップを一層明瞭にする為、発振器を境
界発振点で動作させる。この場合、発振器が結合した回
路の共振点に同調すると、グリッド電流の変化が最大と
なる。ＧＯＤには種々の欠点がある。即ち、共振回路に
ＧＯＤを結合するインダクタはＧＯＤの周波数も決める
ので、このインダクタが被測定共振回路に結合すると、
このインダクタが変化し、発振周波数を変化する。これ
により、発振器の表面に予め印刷記入している周波数校
正に不正確さを生じる。

ＧＯＤは更に周波数分解能が低いという欠点を有する。
ＧＯＤ上に印刷記入する周波数目盛りは一般に２〜３％
以上の精度を有し得ない。

ＧＯＤには使用上の制約もある。例えば、トロイダル型
インダクタを含む共振回路には適用困難である。その理
由は、トロイダル型インダクタの磁界は殆どトロイダル
コア内に限定され、ＧＯＤのインダクタと良好な結合が
行なわれない。

最後に、ＧＯＤの発振レベルは周波数が変化すると変化
するので、メータの指示に僅かな変化を生じる。この現
象は特に発振器を境界発振点で動作させている場合に顕
著である。

回路の共振周波数を求めるのに一般に使用されている他
の装置としてネットワークアナライザ（ＮＡ）がある。
ＮＡは被測定回路に直接接続され、回路のパラメータを
詳細に求めることができる。しかし、ＮＡは大変高価で
あり多くの場合に応用が非現実的である。それを回路に
直接接続するので、用途が制限される。

よって、回路の共振周波数を遠隔的、即ち非接触で求め
られる新規な測定装置の必要性があった。

［目的］ 従って、本発明の目的は遠隔的に回路の共振周波数が求
められる改良測定装置を提供することである。

本発明の他の目的は高精度の共振周波数測定装置を提供
することである。

本発明の更に他の目的はトロイダル型インダクタを含む
共振回路の共振周波数が測定できる装置を提供すること
である。

本発明の別の目的は周波数に影響する素子を結合回路に
使用しない共振指示回路を提供することである。

［発明の概要］ 本発明は被測定共振回路の共振周波数を遠隔的に測定す
る共振測定装置であって、ブリッジ回路を可変周波数の
ＲＦ信号源で刺激し、それを被測定共振回路に結合す
る。刺激周波数がこの回路の共振周波数を通ると、ブリ
ッジからこの回路が吸収するエネルギーが最大となる。
この吸収はブリッジ内の電圧及び電流を乱す。検出器を
用いてこの最大かく乱（不平衝）点を測定すると被測定
回路の共振周波数が求められる。

［実施例］ 第１図は本発明の共振測定装置の一実施例の回路図を示
す。この共振測定装置はトランス（変圧器）回路網１２
と２個の等しいインダクタ１４及び１６を有するブリッ
ジ回路１０を含んでいる。このブリッジ１０はＲＦ入力
ポート１８から可変周波数ＲＦ信号源２０により刺激さ
れる。オシロスコープ又はＲＦ電圧計の如き検出器２２
を検出器の出力ポート２４に接続する。この出力ポート
２４からブリッジの不平衝度に応じた振幅の出力が得ら
れる。

第１図のブリッジ１０は通常状態では平衝している。即
ち、ブリッジは出力ポート２４とトランス１２の中点に
対して平衝している。トランス１２の両二次巻線の出力
は等振幅且つ逆極性であるので、出力ポート２４の出力
は相殺されて略０ボルトとなる。

動作を説明すると、ブリッジ回路１０は被測定回路２８
にリアクティブ且つ不平衝結合している。第１図中、こ
れはインダクタ１６と回路２８間の結合として示す。こ
の結合は被測定回路２８に対してインダクタ１４よりも
インダクタ１６を接近させることにより非対称になる。
このように結合することにより、回路２８はインダクタ
１６からエネルギーを吸収する。インダクタ１６から回
路２８へのエネルギー損失は、インダクタと直列の実効
損失抵抗としてモデル化することができる。この実効損
失抵抗はブリッジ１０を不平衝とし、検出器２２から何
らかの出力の読みを生じる。回路２８によるエネルギー
吸収はＲＦ信号源２０の周波数が回路２８の共振周波数
に同調するとき最大となる。この点で、ブリッジ１０の
不平衝も最大となる。従って、回路２８の共振周波数は
刺激ＲＦ信号源２０の周波数を変化して検出器出力ポー
ト２４の信号振幅が最大となる点で決定できる。

斯かる最大値が検出されると、ＲＦ信号源２０の周波数
は被測定回路２８の共振周波数と等しくなる。信号源２
０の周波数は従来の周波数カウンタで正確に測定でき
る。

第１図の検出器出力ポート２４は通常ブリッジ回路の零
点であるが、他の点であってもよい。例えば、高周波の
加算型演算増幅器（図示せず）でＲＦ電圧計を駆動する
検出器の入力をトランス１２の二次巻線間に接続しても
よい。ブリッジが平衝すると、演算増幅器の入力には等
振幅且つ逆極性の電圧が入力されるので、この出力は０
となる。しかし、ブリッジが不平衝状態になると、演算
増幅器の両入力電圧は最早等振幅ではなくなるので、何
らかの出力が現われる。ブリッジ１０の種々の点から出
力が取り出せることが理解できよう。

第１図のブリッジ１０は他の形態とすることも可能であ
る。第２図に示す例では、ブリッジ１０は支持部材３０
上に構成して、トリファイラ巻きのトランス３２を含ん
でいる。インダクタ１４と１６は相互に離間したコイル
であって、被測定回路２８に非対称結合するようにす
る。インダクタ１４と１６間の結合を最小にする為に、
軸を相互に直交するように配置してもよい。第２図に示
す共振測定装置は手持ち型として被測定回路の共振周波
数を測定するプローブに使用するのに好適である。

他の形態の例を第３図に示す。この例ではインダクタ１
４と１６はプリント板３４の軸対称位置にエッチング形
成されている。

第４図は本発明による共振測定装置の他の実施例の回路
図を示す。ブリッジ４０は変流器回路網（ＣＴ）４２と
零点調整抵抗器４４とを有する。ＣＴ４２は回路点４６
と４８に等振幅且つ逆極性の電流が流れるようにする。
この対称性により、回路点５０の電圧が略０になる。こ
の電圧は０点調整ポテンションメータ４４の調整により
回路に存し得る不平衝が補償できるようにする。ブリッ
ジ４０の動作は他の点では第１図の実施例と同じである
ので詳細は省略する。

第５図は本発明による共振測定装置の更に他の実施例で
あり、このブリッジ６０ではＣＴ４２の代わりに２本の
同軸ケーブル６２，６４を使用している点を除き第４図
の実施例と類似する。ケーブル６２、６４は図示せず
も、その全長にわたり多数のフェライトビーズ又は小さ
いトロイドを配置して装荷している。ＲＦエネルギー源
７０を両ケーブルの第１端７２、７４の中心導体に接続
する。両ケーブルの第１端のシールド導体は接地する。
ケーブル６２の第２端７６の中心導体はブリッジの第１
インダクタ７８に接続すると共にシールド導体は接地す
る。ケーブル６４の第２端８０の中心導体はブリッジの
第２インダクタ８２に接続し、シールド導体は接地す
る。このケーブル構成により、回路点６６と６８には等
振幅且つ逆極性の電流が流れる。共振指示プローブとし
てのブリッジ６０の動作は他の点では第１図の例と同じ
であるので、ここで詳細は省略する。第５図の実施例は
マイクロ波に適用するのに好適である。

第６図は被測定共振回路１０８に容量的に結合したブリ
ッジ９０を有する本発明による共振測定装置の更に他の
実施例である。ブリッジ９０はトランス９２を含み、電
流制限抵抗器９４と９６に平衡信号を印加する。各脚部
９８と１００は抵抗器９４と９６を検出器出力ポート１
０２に接続し、容量性結合板１０４と１０６をなす。ブ
リッジ９０が被測定共振回路１０８に結合されていない
と、検出器出力ポート１０２の電圧は略０である。しか
し、回路１０８を板１０４又は１０６に近付けると、エ
ネルギーは対応する脚部９８又は１００から回路１０８
に容量的に結合して、ブリッジ９０に不平衝を生じる。
この結合も回路１０８を一方の板１０４（又は１０６）
を他方より一層近付けることにより非対称とすることが
できる。上述の装置では、検出出力端１０２の検出器１
１０の指示が最大となると、回路１０８の共振周波数と
刺激信号源１１２の周波数が一致することとなる。

本発明の別の実施例を第７図に示し、ここではリターン
ロス型ブリッジ１５０を使用している。このブリッジ１
５０は未知ポート１５２を含み、そこに未知インピーダ
ンスを結合する。他のブリッジ素子１５４、１５６及び
１５８は選択済であって、所定インピーダンスが未知ポ
ート１５２に接続されるとき、ブリッジ１５０が平衝す
るようにする。例えば、ブリッジ抵抗器１５４乃至１５
８が等しいとき、ポート１５２間のインピーダンスがこ
れらの抵抗器の抵抗と等しいとき平衝する。

この実施例ではプローブ１６０が未知ポート１５２に接
続され、それはポート１５２間に相当の誘導性インピー
ダンスを生じる。このインピーダンスはブリッジ１５０
に大きな不平衝を生じさせる。よって、検出器１６４の
指示は大きい。インダクタ１６２を被測定共振回路１６
６に近付けると、実効損失抵抗がインダクタ１６２に生
じ、この損失抵抗は大変小さいが、回路１６６を結合し
ない場合よりも不平衝度が減少するようになる。これは
検出器１６４の読みを低減することとなる。ＲＦ信号源
の周波数が回路１６６のそれに同調すると、プローブ１
６０によりポート１５２間に生じる抵抗は最大となる。
この点で、ブリッジ１５０は最小不平衝状態となり、検
出器１６４の検出出力は最小になる。この最小点によ
り、共振回路１６６の共振周波数と信号源１６８の周波
数とが同調したことを示す。

第８図は第７図のブリッジ１５０をトロイダル型インダ
クタ１７２を含む回路１７０に結合できるプローブ１６
０の一例を示す。プローブ１６０はトロイダルコアの中
心を通る電流ループを含み、これにより回路１７０をブ
リッジ１５０と電磁結合する。この手法により、従来不
可能ないし困難であったトロイダル型インダクタを含む
共振回路の共振周波数の測定を可能にした。

以上、本発明による共振測定装置の種々の実施例を示し
たが、これらは単なる例示にすぎず、本発明をこれら実
施例に限定すべきでないこと勿論である。本発明の要旨
を逸脱することなく種々の変形変更が可能であること当
業者には容易に理解できよう。

［効果］ 本発明の共振測定装置によると、ブリッジに可変周波数
信号源を接続して、ブリッジを構成する２つの脚の一方
に被測定共振回路をリアクティブに結合することにより
ブリッジに不平衝を生じさせて、検出器出力が最大（又
は最小）となる信号源周波数により共振周波数を求める
よう構成している。従って、回路構成が比較的簡単であ
り、既存の計測器を用いて、簡単且つ確実・高精度に共
振周波数が測定できる。尚、被測定共振回路との結合に
は発振回路の一部を使用しないので、結合度に左右され
ず略一定の高精度の測定結果が得られる等の種々の顕著
な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４乃至７図は本発明の共振測定装置の異なる
実施例の回路図、第２及び３図は第１図、第４図及び第
５図の実施例の結合インダクタの実施例、第８図は第７
図の実施例に使用する結合プローブの一例を示す。 ２０、７０、１１２……可変周波数信号源 １０、４０、６０、９０、１５０……ブリッジ回路 ２２、１１０、１６４……検出器 １４、１６、７８、８２……インダクタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブリッジ回路の２点に等振幅且つ逆極性の
   可変周波数信号を生じさせ、上記２点間の上記ブリッジ
   の２つの脚部の一方に他方より被測定共振回路をリアク
   ティブに密結合させ、上記ブリッジ回路の平衝状態を検
   出器を用いて検出するようにして成る共振測定装置。
2. 【請求項２】上記リアクティブ結合として絶縁基板に取
   り付け又はエッチング形成したインダクティブ結合を用
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項の共振測定
   装置。