JP2000002730A - 測定ポ―ト定温化装置 - Google Patents
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Abstract
保ち、測定精度の向上を図る。 【解決手段】本発明による装置は、温度制御手段と、温
度検出器と、プロセッサ手段を備える。温度制御手段
は、電子測定器の測定ポート20にこれを取り囲むよう
に接続されるヒートブロック12と、ヒートシンク1
6、及び、これらの間に挟設された熱電冷却器14を備
える。ブロック12に設けられた穴に温度検出器26が
挿設されており、これによって検出された温度は、プロ
セッサ手段内に設けられた抵抗計28によって測定され
る。この測定値に応じてDC電源36の出力値が変化
し、温度検出器から得られる温度が所望の温度になるよ
うに熱電冷却器が制御される。プロセッサ手段内に設け
られたコンピュータ34は、このフィードバック制御が
最適に動作するようにプログラミングされている。
Description
ワーク・アナライザ用の測定ポートを定温化する装置及
びその方法に関するものである。
45MHz〜110GHzの信号の振幅、位相、及び群
遅延を測定することができる、ヒューレット・パッカー
ド社のHP8510C、マイクロ波ネットワーク・アナ
ライザ・ファミリの製品のような、マイクロ波ネットワ
ーク・アナライザ・システムに利用されることを意図し
ている。
・システムは、さまざまな伝送媒体におけるコンポーネ
ント及び装置のリアル・タイムのエラー補正を伴った測
定を行う能力を備えている。一般に必要とされるのが、
テスト装置における物理的インターフェースに関する基
準を与えるために使用される、物理的または電気的に定
義された既知の装置のセット(標準器)である。
正(及び性能の検証)に用いられる標準器の中には、同
軸インピーダンス標準器(エアライン)がある。ビード
レス(beadless)・エアラインは、中心導体、空気誘電
体、及び、外側導体を備えている。エアラインの寸法に
よって、エアラインのインピーダンス及び遅延が確定す
るが、前記寸法は、エアラインの物理的測定によって決
定される。エアライン標準器の性能を決定する4つの寸
法上の特徴は、1)長さ(外側導体の結合面間の距
離)、2)外側導体の内径、3)内側導体の外径、及
び、4)内側導体と外側導体の長さの差(ピン深さ)で
ある。
気的特性が決まり、さらに、米国規格に対するトレーサ
ビリティも得られる。寸法測定は20゜Cで実施され、
これらの寸法は、電気的測定が行われる23゜Cに対し
て補償される。こうした補償は、通常はBeCuである
エアラインのベース材料の熱膨張係数を知った上で行わ
れる。
クロ波ネットワーク・アナライザの測定ポートに接続す
ることによって行われる。実験室での電気テスト時に、
周囲温度が23゜Cの場合、アナライザの内部コンポー
ネントによって熱が生じ、その熱が測定ポートを介して
伝導されるので、実際の測定ポート温度は、通常もっと
高くなる。最近までは、マイクロ波ネットワーク・アナ
ライザは、周囲温度の変動の影響の受けやすさについて
テストされるだけで、標準器自体の温度は直接測定され
るわけではなかった。
れる温度が23゜Cより高いこと、及び、標準器が測定
ポートに接続された時には、テスト・セットのタイプ、
その取り付け状態(及び通風状態)が全て、標準器にお
いて検分される温度に影響を及ぼすことが確認されてい
る。この高温によってエアラインが膨張し、とりわけ、
高周波数における測定の精度及び安定性に影響が生じる
ことになる。精度に影響を受けるのは、エアラインの熱
膨張によってエアラインの長さに変化が生じ、その結
果、エアラインの長さから得られる電気特性に変化が生
じるためである。安定性に影響を受けるのは、接続作業
を行うときの部品への接触に起因するさらなる加熱のた
めである。部品は、測定継続中に加熱されることも、冷
却されることもあるので、エアラインは、測定の開始時
と終了時で寸法が同じではない可能性がある。
クロ波ネットワーク・アナライザの測定ポートを定温化
する装置及び方法を提供することにある。
ワーク・アナライザの測定ポートにおける温度を比較的
一定に維持するための装置及び方法が得られる。本発明
では、フィードバック制御能力によって、標準器自体に
おける温度が比較的一定に維持される。
定ポートを有するマイクロ波ネットワーク・アナライザ
の測定ポートの温度を一定に保つための装置が得られ
る。本発明には、測定ポートにおける温度を検知するた
めの手段と、経時的に測定ポートの検知温度に処理を施
し、これに従った温度制御信号を発生するためのプロセ
ッサ手段と、温度制御信号に応答して、測定ポートを比
較的一定した温度に維持する温度制御手段が含まれてい
る。
いては、添付の図面に関連づけて解釈すれば、下記の詳
細な説明から明らかになるであろう。
の望ましい実施態様を詳細に参照することにする。本発
明の解説は、望ましい実施態様に関連して行われるが、
もちろん、本発明を該実施態様に限定することを意図す
るわけではなく、本発明は、付属の請求項によって定義
される本発明の精神及び範囲内に含めることが可能な代
替実施態様、修正実施態様、及び、同等実施態様の全て
を包含することを意図したものである。
器に対する熱電冷却を実現するものであり、とりわけ、
マイクロ波インピーダンス標準器を23.050゜Cの
温度に制御するための装置及びその方法を提供するもの
である。
ネクタをDUT(被測定素子。標準コネクタとすること
もできる。)に適合させるために利用されるものであ
る。本発明においては、測定ポート・アダプタの温度を
正確に制御するために、熱電冷却器を該アダプタの周り
を包囲するように設けている。DUTと測定ポート・ア
ダプタの間の熱伝導が良好であるため、アダプタの温度
を制御することによって、DUTの温度を制御すること
ができる。標準器の温度は、測定ポート・アダプタの温
度に迅速に(2分未満、一般には1分)到達する。
装置のブロック図が示されている。測定ポート定温化装
置10は、自動ネットワーク・アナライザ(ANA)の
測定ポート及び標準器20における温度を比較的一定に
維持するように設計されている。図1に示す測定ポート
定温化装置10には、後述するような制御の仕方で測定
ポート20からの熱を吸収するためのブロック12が含
まれている。
吸収する。熱電冷却器14はさらに、ヒート・シンク1
6に熱を伝える。実施態様の1つでは、ヒート・シンク
16は、圧縮空気を利用して、測定ポート20から熱を
吸収し、放散させる。例えば、別のタイプのガス、水、
フィン付きヒート・シンク、または、ヒート・パイプと
いった、圧縮空気以外のものを用いて他のタイプのヒー
ト・シンク機能を実現することも可能である。
に温度情報を伝達する。温度センサ26は、白金抵抗温
度検出器(PRTD)であることが望ましい。温度セン
サ26の出力は、抵抗計28によってサンプリングされ
る。抵抗計28は、比例積分微分(PID:proportion
al integral derivative)アルゴリズムでプログラミン
グされたコンピュータ34に接続されている。このアル
ゴリズムは、フィードバック回路を使って温度を一定に
維持するために利用される。コンピュータ34は、プロ
グラマブルDC電源36に制御信号を与え、さらに前記
電源は、適切な電圧及び電流温度制御信号を熱電冷却器
14に供給する。コンピュータ34は、PIDアルゴリ
ズムを使って、どれほどの電流を供給するように電源3
6をプログラムするかを決定する。電源36は、熱電冷
却器14に電流及び電圧を供給する。熱電冷却器に供給
される電圧及び電流が増すと、放散される熱が増大し、
供給される電流及び電圧が減少すると、放散される熱が
減少する。
20における温度を経時的に視覚表示する。本発明によ
れば、フィードバック制御実施例によって図1の測定ポ
ート20(及び標準器自体)における温度を比較的一定
に維持する手段及び対応する方法が得られる。
の動作時に熱を発生し、結果的には定常状態になる。し
かし、オペレータが測定ポートに接触するとか、測定ポ
ートに新たな標準器が接続されるとか、あるいは、ネッ
トワーク・アナライザ内のセッティングが変更されると
かいったような、定常状態に対する妨害も生じる。こう
した妨害によって、発生する熱量が変化する可能性があ
る。本発明においては、測定ポート定温化装置を用いて
比較的一定した温度に維持することにより、こうした妨
害または熱変化を補償するための手段及びその方法が実
現される。
的に測定ポート20における温度を検出する温度センサ
26(例えば、PRTD(白金抵抗温度検出器)。以
下、PRTD26とする)と、測定ポート20の検知温
度を経時的に処理することによって温度制御信号22を
発生するプロセッサ手段と、温度制御信号22に応答し
て測定ポートの温度を制御する温度制御手段を備えてい
る。温度制御手段は、ブロック12、熱電冷却器14、
及びヒート・シンク16を備えている。プロセッサ手段
には、コンピュータ34及び関連部品の他に、プログラ
マブル電源36、及び、四線抵抗を利用して測定ポート
20の検知温度を測定することが可能な抵抗計28が含
まれている。PRTD26の抵抗が抵抗計28によって
検知され、コンピュータ34が、PID(比例積分微
分)アルゴリズムを利用して、現在の時間間隔に関する
正しい供給電流を計算する(PIDアルゴリズムは、連
続時間過程の調整に利用されるアルゴリズムである)。
所望の電源電流を供給させるための信号が電源36に伝
えられ、その結果、電源36から、温度制御手段に設け
られた熱電冷却器14へ温度制御電流信号22が送られ
る。熱電冷却器14は、測定ポート・アダプタ20から
熱を除去し、これがその温度低下に役立つ。温度制御手
段には、1つ以上の熱電冷却器14、ヒート・シンク1
6、測定ポート20のためのスルー・ホールを備えたス
プリット・サーマル・マス(split thermal mass)を含
むヒート・ブロック12が設けられている。実施態様の
1つでは、制御プロセスが5秒毎に繰り返され、コンピ
ュータ・スクリーン38に、温度対時間の履歴を示すグ
ラフが生成される。
度制御手段の正面図及び上面図が示されている。図2A
には、温度制御手段の正面図が示されているが、丸いホ
ール18は、HP8510ネットワーク・アナライザの
測定ポートのような、ネットワーク・アナライザの測定
ポートに取り付けるためのものである。つまり、この温
度制御手段を、ネットワーク・アナライザの測定ポート
にこれを包囲するように取り付けることによって、この
測定ポートの温度を一定に保つようにすることができ
る。図1のブロック12は、測定ポートに取り付けるた
めに、図2Aに示す2つのブロック・ハーフ12−1、
12−2から構成されている。ネジ23は、温度制御手
段を測定ポートに簡単に固定するためのものである。図
2Bには、図1の熱センサ26を取り付けるためのホー
ル32と熱電冷却器14を備えた、図1の温度制御手段
の上面図が示されている。一般に、熱電冷却器14は、
Melcor Corporation製のものにする
ことが可能である。
ア・シールド・ヒート・シンク16が示されている。実
施態様の一つにおいて、強制エア・シールド・ヒート・
シンク16は圧縮空気を利用しており、これが、ヒート
・シンク16の入力ポート44から注入され、図1の測
定ポート20からの最大熱伝達を可能にする近接蛇行経
路48を介して出力ポート46へ送られる。
がない場合の、図1の測定ポート20に接続されたさま
ざまなDUTの個々の解析に関する温度比較図が示され
ている。図4において明らかなように、23゜Cを一定
に保つことのできたDUTはない。対照的に、図5に
は、本発明による測定ポート定温化装置を備える場合
の、図1の測定ポートに接続されたDUT(標準器でも
よい)の場合のグラフが示されている。図5には、経時
的に図1の測定ポートにおける温度を比較的一定に維持
するという明らかに改良された状態(比較的一定した温
度に達し、それを維持するのに必要な初期整定時間後の
状態)が示されている。
晩中の温度制御が、23.050゜Cのレベルで達成さ
れた。このシステムの電気的効果は、とりわけ高周波数
におけるマイクロ波ネットワーク・アナライザ測定の精
度及び再現性の向上である。
るだけでなく、ネットワーク・アナライザのフロント・
エンド・コンポーネントも安定化させる。これらのコン
ポーネントは、校正が行われる時間と測定が行われる時
間の間における温度変化に敏感である。この温度を、制
御がより粗雑な周囲温度に頼らずに、ほぼ一定の温度に
保つことによって、ネットワーク・アナライザの電気的
性能も向上し、校正された状態もより長く持続する。
明は、例証及び解説を目的として提示されたものであ
る。それは、本発明を余すところなく説明しようとか、
開示の形態そのままに限定しようとかするものではな
く、以上の教示に鑑みて、多くの修正及び変更が可能で
あると理解すべきである。例えば、本発明は、電圧計ま
たはスペクトル・アナライザといった他のタイプの測定
器に利用することも可能である。実施態様の選択及び解
説は、本発明の原理及びその実際の適用例を最も明確に
説明することで、他の当業者が、企図する特定の用途に
適合するさまざまな修正を加えて、本発明及びさまざま
な実施態様を最も有効に利用できるようにするために行
った。本発明の範囲は、付属の請求項及びその均等物に
よって規定されるものとする。
を以下に示す。
温度を一定に保つための測定ポート定温化装置であっ
て、測定ポートにおける温度を検知するための手段と、
経時的に測定ポートの検知温度に処理を施すことによっ
て、温度制御信号を発生するためのプロセッサ手段と、
前記温度制御信号に応答して、測定ポートを比較的一定
した温度に維持する温度制御手段とを設けて成る装置。
温度制御信号に応答して、前記測定ポートから熱を吸収
し、放散するための手段が含まれていることを特徴とす
る、実施態様1に記載の装置。
時的に視覚表示するためのディスプレイ手段が含まれて
いることを特徴とする、実施態様1または実施態様2に
記載の装置。
ポートを包囲するヒート・ブロックと、前記温度制御信
号に応答し、経時的に前記測定ポートから熱を除去する
熱電冷却器と、測定ポートから除去した熱を放散するた
めのヒート・シンクが含まれていることを特徴とする、
実施態様1または実施態様3に記載の装置。
力ポートと、出力ポートと、前記入力ポートと前記出力
ポートの間に配置され、前記ヒート・シンクへの熱伝達
を最大にするための近接蛇行経路とを備えることを特徴
とする、実施態様4に記載の装置。
測定器の測定ポートにおける温度を検知するステップ
と、経時的に測定ポートの検知温度に処理を施すことに
よって、温度制御信号を発生するステップと、前記温度
制御信号に応答して、測定ポートを比較的一定した温度
に維持するステップとを設けて成る方法。
ーク・アナライザであることを特徴とする、実施態様1
乃至実施態様5のいずれか一項に記載の装置。
・システムであって、測定ポートにおける温度を検知す
るための手段と、経時的に測定ポートの検知温度に処理
を施すことによって、温度制御信号を発生するためのプ
ロセッサ手段と、前記温度制御信号に応答して、測定ポ
ートを比較的一定した温度に維持する温度制御手段とを
設けて成る測定ポート定温化装置と、ネットワーク・ア
ナライザとを具備するネット・ワーク・アナライザ・シ
ステム。
の測定ポートにおける温度を検知するステップと、経時
的に測定ポートの検知温度に処理を施すことによって、
温度制御信号を発生するステップと、前記温度制御信号
に応答して、測定ポートを比較的一定した温度に維持す
るステップとを設けて成る方法。
イザの測定ポート定温化装置のブロック図である。
形成する強制エア・シールドヒート・シンクを示す図で
ある。
図2A及び図2Bの測定ポートに接続されたさまざまな
DUTの温度変化を比較するための図である。
合の測定ポートに接続されたDUTの温度変化のグラフ
を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】電子測定器の測定ポートの温度を一定に保
つための測定ポート定温化装置であって、 測定ポートにおける温度を検知するための手段と、 経時的に測定ポートの検知温度に処理を施すことによっ
て、温度制御信号を発生するためのプロセッサ手段と、 前記温度制御信号に応答して、測定ポートを比較的一定
した温度に維持する温度制御手段とを設けて成る装置。
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