技術 入出力回路の特性調整方法および入出力回路特性調整システム

0001

本発明は、入出力回路の特性調整方法および入出力回路特性調整システムに関する。

0002

入出力回路においては、その入出力特性を目的の仕様とするために、回路の形状や構造、または、可変抵抗や可変インダクタなど素子の値を可変して調整を行うものがある。このような回路の調整においては、調整すべき素子の数が多数にわたるため、現状計測されている特性から、どの素子をどれだけ調整すれば良いかが明確でない。このため、調整作業者の経験と勘に頼って調整が行われることが多かった。しかしながら、このような人的リソースに頼った方法では、工業的に安定した調整を行うことが困難である。そこで、作業者の熟練度に依存しない調整方法が提案されている。

0003

例えば特許文献１には、複数のビスで特性を調整するタイプの入出力回路の特性を、作業者の熟練度に依存することなく調整する方法が開示されている。この方法では、まず、調整しようとする入出力回路特性の理論的なモデルを作成する。次に所定の周波数ごとに、リターンロス実測値と理論的モデルとの差を算出して誤差とし、その誤差の総和を求める。そして、誤差の総和が小さくなるように、ビスの選択と調整を行う。具体的には、あるビスを選択して調整し、誤差の総和が小さくなれば、当該ビスの調整を繰り返し、誤差の総和が小さくならなければ別のビスを選択し調整する。この動作を繰り返すことで、作業者の熟練度に頼ることなく、入出力回路特性が理論的モデルに近づくように調整することができる。

0004

特開平６−４５８０１号公報

0005

しかし、特許文献１の方法では、多数の入出力回路を調整する際に、困難を生じる場合があった。その一つの原因は、実際の入出力回路の個体差である。実際の入出力回路では、部品のサイズ公差や組立時の位置精度などにばらつきがあり、個体差が生じる。元来、入出力回路で、組み立て後に調整が必要なのは、少しの差で特性が大きく変わってしまうためであり、この個体差は特性に大きく影響する。このため同じモデルを用いて、多数の入出回路を調整することは困難であった。

0006

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、入出力回路に個体差があっても、作業者の熟練を必要とすることなく、容易に調整を行うことができる入出力回路の特性調整方法を提供することを目的としている。

0007

上記の課題を解決するため、本発明の入出力回路の特性調整方法では、複数の共振器が結合され、各前記共振器の共振周波数を調整する周波数調整機構と、隣接する前記共振器間の結合状態を調整する結合調整機構と、を有する入出力回路に電磁信号を入力し、前記入出力回路の伝送波形をモニターし、前記入出力回路の反射波形をモニターし、それぞれの前記共振器の共振周波数に対応して前記反射波形に現れる凹部の帯域幅が所定の範囲以下になるように前記共振周波数調整機構と前記結合調整機構とを調整し、前記凹部におけるリターンロス上限値を設定し、前記凹部で前記リターンロス上限値より大きいリターンロスとリターンロス上限値で囲まれる領域の面積ＲＬＵを算出し、前記凹部で前記リターンロス上限値より小さいリターンロスとリターンロス上限値で囲まれる領域の面積ＲＬＬを算出し、ＲＬＴ＝ＲＬＬ−ＲＬＵで定義されるＲＬＴを算出し、複数の前記結合調整機構の中から第１の結合調整機構を選択し、前記第１の結合調整機構に対して所定量の調整を行い、前記ＲＬＴが増加した場合は、前記入出力回路の特性が所定の規格を満足するか、前記ＲＬＴが増加しなくなるか、するまで、前記第１の結合調整機構に対して前記所定量の調整を繰り返し、前記ＲＬＴが増加しなかった場合は、第２の結合調整機構を選択し、前記第１の結合調整機構と同様の調整を行う。

0008

本発明の効果は、入出力回路に個体差があっても、作業者の熟練を必要とすることなく、容易に特性の調整を行うことができる入出力回路の特性調整方法を提供できることである。

0009

第１の実施形態を示すフローチャートである。
第１の実施形態を説明するためのグラフである。
第２の実施形態の粗調整反射波形の例を示すグラフである。
第２の実施形態の一例を示すフローチャートである。
第２の実施形態の微調整前の波形例を示すグラフである。
第２の実施形態の微調整中の波形例を示すグラフである。
第２の実施形態の微調整後の波形例を示すグラフである。
第３の実施形態で調整する入出力回路の例を示す側面図である。
第３の実施形態を示すブロック図である。
第３の実施形態の具体例を示す斜視図である。

0010

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお各図面の同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する場合がある。

0011

（第１の実施形態）
本実施形態では、複数の共振器を結合し、各共振器の共振周波数を調整する周波数調整機構と、隣接する共振器の結合状態を調整する結合調整機構と、を有する入出力回路の調整に適用する。

0012

図１は、入出力回路の調整方法を示すフローチャートである。

0013

まず調整する入出力回路に電磁信号を入力する（Ｓ１）。次に、入出力回路の伝送波形と、反射波形とをそれぞれモニターする（Ｓ２）。次に、反射波形のリターンロスの低い帯域が、所定の周波数範囲内になるように、各共振周波数調整機構と結合調整機構とを調整する（Ｓ３）。以降、このリターンロスの低い帯域のことを凹部と呼ぶこととする。凹部には、それぞれの共振器に対応する極小値（ボトム）と、ボトム間の極大値（ピーク）が現れる。ボトムは共振器に対応すると述べたが、ボトムとボトムが近く、２つ以上のボトムが合体して１つになったり、ほぼフラットになったりすることがある。このためボトムの数は必ずしも共振器の数に一致しない。また凹部におけるリターンロスには所定の上限値を設定する。

0014

次に、反射波形の凹部において、上限値より大きいリターンロスとリターンロス上限値で囲まれる領域の面積ＲＬＵと、上限値より小さいリターンロスとリターンロス上限値で囲まれる領域の面積ＲＬＬと、をそれぞれ算出する（Ｓ４）。

0015

ここで、ＲＬＵとＲＬＬについて説明する。図２は、反射波形の周波数特性を示すグラフである。このグラフの凹部には、各共振器の共振周波数に対応してリターンロスの極小値（ボトム）と、その間の極大値（ピーク）が現れている。この部分で、上限値より大きい波形と上限値で囲まれる領域の面積をＲＬＵ、上限値より小さい波形と上限値で囲まれる領域の面積をＲＬＬと定義する。ＲＬＬ、ＲＬＵをそれぞれ斜線、灰色で示している。また、ＲＬＬからＲＬＵを差し引いたものをＲＬＴと定義する。すなわちＲＬＴ＝ＲＬＬ−ＲＬＵである。ＲＬＴが大きいほど、トータルのリターンロスは小さくなる。

0016

次に図１のフローチャートに戻り、調整方法の説明を続ける。Ｓ４に続いて、ＲＬＴ＝ＲＬＬ−ＲＬＵを算出する（Ｓ５）。ＲＬＴ、ＲＬＬ、ＲＬＵ、それぞれの値は記憶部に記憶しておく。

0017

次に、共振器に設けられた結合調整機構を少なくとも１つ選択する（Ｓ６）。そして、あらかじめ定めた所定量の調整を行う（Ｓ７）。

0018

次に、Ｓ７の調整によってＲＬＴが増加したか判定する（Ｓ８）。ＲＬＴが増加した場合は（Ｓ８＿Ｙｅｓ）、ＲＬＵ＝０であったか判定する（Ｓ９）。ここで、ＲＬＵ＝０というのは、上限を超えるリターンロスが無いことを意味する。そして、ＲＬＵ＝０であった場合は（Ｓ９＿Ｙｅｓ）、目標特性を満足したか判定する（Ｓ１０）。目標に達した場合は調整を終了する（Ｓ１０＿Ｙｅｓ）。なお目標特性は、伝送特性もしくは反射特性のうち少なくとも一方を用いて定める。一方、Ｓ１０で、目標に達していない場合は（Ｓ１０＿Ｎｏ）、Ｓ７に戻り、ＲＬＴが増加しなくなるか、特性が目標に達するまで、同じ調整を繰り返す（Ｓ７−Ｓ１０）。

0019

他方、選択した結合調整機構を調整してもＲＬＴが増加減少しなかった場合には（Ｓ８＿Ｎｏ）、前回の調整を行った状態から所定量の調整１回分を戻す調整を行う（Ｓ１１）。そして、別の結合調整機構を少なくとも１つ選択する（Ｓ１２）。ここで選択した結合調整機構に対して、前回選択した結合調整機構と同様の調整を行う。すなわち、所定量の調整（Ｓ８）→ＲＬＵ＝０の判定（Ｓ９）→目標特性を満足したかの判定（Ｓ１０）のステップを行う。以上のように、結合調整手段を順次選択して、ＲＬＴを増大させ、目標特性を満足するように調整を行う。

0020

以上の調整により、凹部内に上限値を超えるリターンロスが無く、かつトータルのリターンロスを減らすことができる。

0021

以上、説明したように、本実施形態によれば、凹部のリターンロスを低減するのに有効な結合調整手段を、機械的に探索して調整を行うことができる。その結果、入出力回路に個体差があっても、作業者の熟練を必要とすることなく、容易に調整を行うことができる。

0022

（第２の実施形態）
本実施形態では、入出力回路調整の具体的な手順について説明する。大きく分けると、調整は、粗調整、微調整の２段階で行う。粗調整の難易度は低く、熟練や特別な技術を必要とすることなく実行できる。一方、微調整の難易度は高く、一般的な技術で実行することは困難である。しかしながら、本実施形態を用いることにより、容易に実行することができる。

0023

まず粗調整について説明する。粗調整は、第１の実施形態のＳ３に相当する。図３は周波数特性の反射波形を示すグラフである。横軸は周波数、縦軸はリターンロスである。

0024

粗調整においては、まず各共振器の、主として共振周波数を調整して、全ての共振周波数を所定の粗調整周波数範囲に収める調整を行う。この粗調整周波数範囲は、入出力回路の目標特性でもある伝送帯域幅に関係し、後述する微調整における周波数範囲より広く設定される。

0025

共振周波数はグラフの極小値（ボトム）として現れる。図３（ａ）は、１つの周波数調整機構を調整して、１つの共振器の共振周波数を粗調整周波数範囲に収めた状況を表している。共振周波数調整機構を調整することにより、ボトムは深さを変えながら横軸（周波数）方向に移動する。このボトムが粗調整範囲内で最小となるように調整することが望ましい。

0026

図３（ｂ）は、図３（ａ）の調整に引き続いて、２つ目の共振周波数調整を行った状況を示している。それを反映して、ボトムが２つある。

0027

同様に、各共振器の共振周波数を順次調整し、全ての共振周波数を粗調整範囲に集める。図３（ｃ）はこの状態を表している。ボトムの集合は、反射波形（リターンロス）の凹部として観測される。また凹部には、共振周波数を反映したボトムが存在し、ボトムとボトムの間には極大値（ピーク）が現れる。なお、ここでは、４つのボトムと３つのピークが存在する例を示している。なお、第１の実施形態で説明したように、２つ以上のボトムが合体して１つになったり、ほぼフラットになったりすることがあるので、ボトムの数と共振器の数とは必ずしも一致しない。また、あるボトムを調整している時に、別のボトムが粗調整周波数範囲から外れてしまうことがあるが、その場合は、当該ボトムが粗調整周波数範囲に収まるように、再度、共振周波数調整機構を調整する。

0028

ここで、粗調整を終了しても良いが、以下の調整を行うことによって、微調整が容易になり、調整時間の短縮が可能になる。図３（ｃ）の段階では、ボトムの並びが不規則であるが、結合調整機構を用いて、各ボトムがなるべく等間隔で並び、かつ、各ボトムが深く（値が小さく）なるように調整する。なお、ある結合調整機構の調整でどのボトムがどう変化するかは、入出力回路の設計パラメータや共振周波数調整の状態に依存するため、一意に決まらない。なお、同時にモニターしている伝送波形についての規格を用いて、粗調整完了の判定を行っても良い。

0029

次に、微調整について説明する。本実施形態では、反射波形の凹部におけるリターンロスを小さくすることによって、目標とする特性を得るための調整を行う。そのために、凹部内に上限値を超えるリターンロスが無く、かつトータルのリターンロスを小さくする調整を行う。この調整について、若干説明する。まず結合の調整方向であるが、調整方向の決定には、反射波形と同時にモニターしている伝送波形を参照する。ここで、伝送波形の帯域幅と結合係数とは比例関係である事が一般的に知られている。したがって、伝送波形の帯域を狭くしたい場合は結合を弱める方向に、帯域を広くしたい場合は結合を強める方向に、結合調整機構を調整すればよい。ここでは、帯域を狭くする方向に調整する場合の例について説明する。そして、調整量であるが、これについては、１回の調整量を予め定めておく。

0030

次に具体的な調整方法について説明する。図４は、この調整の手順を示すフローチャートである。まず、伝送波形と反射波形をモニターする（Ｓ１０１）。

0031

次に、反射波形の凹部において、上限値より大きいリターンロスとリターンロス上限値で囲まれる領域の面積ＲＬＵと、上限値より小さいリターンロスとリターンロス上限値で囲まれる領域の面積ＲＬＬと、をそれぞれ算出する（Ｓ１０２）。そして、ＲＬＴ＝ＲＬＬ−ＲＬＵを算出する（Ｓ１０３）。ＲＬＴ、ＲＬＬ、ＲＬＵ、それぞれの値は記憶部に記憶しておく。

0032

次に、複数ある結合調整機構の中から、例えば１つ結合調整機構を選択する（Ｓ１０４）。そして、選択した結合調整機構を、結合を弱める方向に所定量だけ調整する（Ｓ１０５）。次に、この調整で、ＲＬＴが増加したか判定する（Ｓ１０６）。

0033

ＲＬＴが増加した場合は（Ｓ１０６＿Ｙｅｓ）、ＲＬＵ＝０であったか判定する（Ｓ１０７）。そして、ＲＬＵ＝０であった場合は（Ｓ１０７＿Ｙｅｓ）、目標特性を満足したか判定する（Ｓ１０８）。目標に達した場合は調整を終了する（Ｓ１０８＿Ｙｅｓ）。なお目標特性は、伝送特性もしくは反射特性のうち少なくとも一方を用いて定めることができる。一方Ｓ１０８で、目標に達していない場合は（Ｓ１０８＿Ｎｏ）、Ｓ１０５に戻り、ＲＬＴが増加しなくなるか、伝送特性が目標に達するまで、同じ調整を繰り返す。

0034

他方、選択した結合調整機構を調整してもＲＬＴが増加しなかった場合には（Ｓ１０６＿Ｎｏ）、所定量の調整１回分戻し（Ｓ１０９）、別の結合調整機構を少なくとも１つ選択する（Ｓ１１０）。そして、前回選択した結合調整機構と同様に、所定量の調整（Ｓ１０６）→ＲＬＵ＝０の判定（Ｓ１０７）→目標特性を満足したかの判定（Ｓ１０８）のステップを行う。

0035

以上の調整により、凹部内に上限値を超えるリターンロスが無く、かつトータルのリターンロスを減らすことができる。

0036

なお、上記の微調整で、次に調整する結合調整機構の選択は、例えば、結合調整機構の配列に従って順次の選択とすることができる。あるいは、ランダムであっても良い。ただし、１サイクルの中で、偏りが起きないようにすることが望ましい。

0037

また上記の調整プロセスを、例えば全部の結合調整機構を一通り調整することを１サイクルとして、所定サイクル数を定めておき、所定サイクル内で目標に到達しなかったら、エラーとして、終了するようにしても良い。

0038

なお、微調整を行っている間に、ボトムが微調整範囲から外れてしまった場合は、共振周波数調整手段を用いて、微調整範囲内収める操作を行うことができる。

0039

以上の調整と、入出力回路特性の関係を図５、６、７の模式図に示す。ここでは、反射波形におけるリターンロス上限値に加えて、伝送帯域幅に関し伝送帯域幅規格が定められているものとする。微調整開始前の状態を示す図５では、伝送波形は図５（ａ）のようになっており、伝送帯域の幅が伝送帯域幅規格より広い。また、反射波形は図５（ｂ）のようになっており、ＲＬＵの方がＲＬＬよりも大きくなっている。微調整中の状態を示す図６では、伝送波形は図６（ａ）のようになっており、伝送帯域の幅が伝送帯域幅規格に近づいている。また、反射波形は図６（ｂ）のようになっており、図５の微調整前に比べ、ＲＬＵが減少し、ＲＬＬが増加している。そして、微調整後の状態では、図７（ａ）のように伝送帯域幅が規格を満たし、図７（ｂ）のように、ＲＬＵはゼロ、かつＲＬＬが大きくなっている。

0040

以上説明したように、上記の手順によれば、トータルのリターンロスを下げる結合調整機構をオートマチックに選択し、目標到達に向けて有効な調整を行うことができる。そして、入出力回路の個体差に左右されることなく、調整を行うことができる。

0041

以上、説明したように、本実施形態によれば、入出力回路に個体差があっても、作業者の熟練を必要とすることなく、容易に入出力回路の特性を調整することができる。

0042

（第３の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態または第２の実施形態に従って入出力回路の特性調整を行う入出力回路特性調整システムについて説明する。

0043

図８は調整対象となる入出力回路の一例を示す側面図である。入出力回路１０では、複数の共振器が結合されている。そして、入出力回路１０は、各共振器の共振周波数を調整する共振周波数調整機構ｆと、隣接する共振器の結合状態を調整する結合調整機構ｃと、を有している。図８の例では、共振器が４つ、共振周波数調整機構ｆが４つ、結合調整機構が３つとしている。また、入出力回路１０は、入力端子１と、出力端子２とを有している。

0044

４つの共振周波数調整機構ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４と、３つの結合調整機構ｃ１２、ｃ２３、ｃ３４は、それぞれが例えばボリュームつまみのように、回転やスライドによって強弱を調整するものとすることができる。ただし、調整方向に応じて強弱を調整するものであれば、他の方式であっても良い。

0045

図９は、入出力回路特性調整システム１００を示すブロック図である。入出力回路特性調整システム１００は、調整機構部１１０と、測定部１２０と、制御部１３０と、を有する。

0046

調整機構部１１０は、共振周波数調整機構調整器１１１と、結合調整機構調整器１１２と、調整器搬送機構１１３と、を有している。共振周波数調整機構調整器１１１は、共振周波数調整機構を調整する。結合調整機構調整器１１２は、結合調整機構を調整する。調整器搬送機構１１３は、共振周波数調整機構調整器１１１と結合調整機構調整器１１２とを、調整を実行する位置に搬送する。

0047

測定部１２０は、入力信号発生部１２１と、伝送波形モニター部１２２と、反射波形モニター部１２３と、を有している。入力信号発生部１２１は入出力回路特性の調整に用いる入力波を発生し、調整対象の入出力回路に出力する。伝送波形モニター部１２２は伝送波形をモニターする。反射波形モニター部１２３は、反射波形をモニターする。

0048

制御部１３０は、リターンロス上限値設定部１３１と、ＲＬＵ＿ＲＬＬ＿ＲＬＴ算出部１３２と、結合調整量設定部１３３と、結合調整機構選択部１３４と、駆動制御部１３５と、を有している。リターンロス上限値設定部１３１は、反射波形に現れる凹部の中のリターンロスの上限値を設定する。ＲＬＵ＿ＲＬＬ＿ＲＬＴ算出部１３２は、設定されたリターンロス上限値に基づいて、ＲＬＵ、ＲＬＬ、ＲＬＴを算出し記憶する。結合調整量設定部１３３は、微調整における結合調整機構の調整方向と1回分の調整量とを設定する。結合調整機構選択部１３４は、調整する結合調整機構を選択する。駆動制御部１３５は、調整器搬送機構１１３および、共振周波数調整機構調整器１１１、結合調整機構調整器１１２の駆動を制御する。制御部１３０は、この他に、伝送波形の解析、反射波形の解析、調整プロセスの制御等の制御を行う。

0049

以上のような構成とすることにより、第１の実施形態、第２の実施形態の方法による入出力回路特性の調整を実行することができる。

0050

図１０は、具体的入出力回路特性調整システム１００の構成例を示す斜視図である。調整器搬送機構１１３は、例えば直交３軸ロボットである。共振周波数調整機構調整器１１１、結合調整機構調整器１１２は、共通にしている。これは、出力回路１０の、共振周波数調整機構ｆと結合調整機構ｃが、同じ動作で調整できるものとしたためである。調整器１１１、１１２は、ｆとｃが、例えば、ボリュームつまみのように回転させるタイプのものであれば、回転させる機構とし、ｆとｃが、スライドさせるタイプのものであれば、スライドさせる機構とすればよい。

0051

測定部１２０は、入力信号を発生し、伝送波形と反射波形とをモニターする。

0052

制御部１３０は、調整機構部１１０と、測定部１２０とを制御し、第１、２の実施形態の入出回路特性調整方法に基づく調整プロセスの実行を制御する。

0053

以上、説明したように、本実施形態によれば、入出力回路特性を自動的に調整する入出力回路特性調整システムを構成することができる。

0054

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

0055

１入力端子
２出力端子
１０入出力回路
１００ 入出力回路特性調整システム
１１０調整機構部
１１１共振周波数調整機構調整器
１１２結合調整機構調整器
１１３ 調整器搬送機構
１２０測定部
１２１入力信号発生部
１２２伝送波形モニター部
１２３反射波形モニター部
１３０ 制御部
１３１リターンロス上限値設定部
１３２ ＲＬＵ＿ＲＬＬ＿ＲＬＴ算出部
１３３ 結合調整量設定部
１３４ 結合調整機構選択部
１３５駆動制御部
ｃ 結合調整機構
ｆ 共振周波数調整機構