簡易型ＲＦ電力計

１．概要
Summary of Simple RF power meter
マジックアイを利用した超簡略版のＲＦ電力表示が結構うまく機能することが解ったので、これを利用してもう少し精度よく（１０％ぐらいの精度で）ＲＦ電力が測れないか検討してみました。
I have investigated a measuring method of RF power accurately with simple circuits.

２．ＲＦ電力計の検討回路
A mathematical model of RF power meter
５０ＭＨｚの５０Ω終端における電力を測るＲＦ電力計の数学モデルを次に示します。

Ｒ１：送信機出力インピーダンス
Ｒ２：５０Ω終端
Ｃ１：結合コンデンサ
Ｃ２：出力電圧平滑コンデンサ
Ｌ１、Ｌ２：線路のインピーダンス
Ｒ３：測定器出力終端抵抗（Ｃ２の放電用でもある）
Ｒ４：無視してください
Ｒ５、Ｒ６：レベル調整抵抗
Ｄ５～Ｄ１０：ＵＨＦ用ショットキーダイオード（３本直列は耐圧の問題）
この数学モデルが成り立つ条件として、次のとおり仮定します。
１０ｋΩ以下の金属皮膜抵抗は、５０ＭＨｚにおいてその浮遊容量と浮遊インピーダンスはほぼ無視できる（２％以下）。なお、１００ＫΩはその影響が無視できませんが並列接続されている１００ｐＦによって実質的にキャンセルされていると考えられます。
高周波用のディスクセラミックコンデンサは５０ＭＨｚではインダクティブと考えられますが、そのインピーダンスは１Ω以下と考えられるので、その影響は無視できると考えられます。
つぎに５０ＭＨｚでは線路がインダクタンスとして働くので、その大きさを１０ｎＨ／ｃｍと仮定しました。

（注）
金属皮膜抵抗の等価回路の出展：ＫＯＡ（株）
セラミックコンデンサの等価回路：ネット上の一般論より
線路のインピーダンス：電磁気学的に計算できるようですが、一般論として２０ｎＨ／ｉｎｃｈといわれています（見積値としては大きめ、実際はこれより少ない）。
なお、余談ですが、チップ抵抗は１ＧＨｚ程度まで、チップコンデンサは１００ＭＨｚ程度までフラットな特性のようです。

３．シミュレーション解析結果
Analysis results of circuit simulations
シミュレーター上でＲＦ出力電力を変化させて電力計の出力電圧とその電圧に相当するマジックアイの窓の状態を解析した結果を次に示します。

さらにもう少し、出力電圧とＲＦ出力電力の関係を調べてグラフに表すと次のようになります。

シミュレーションではモデルの関係でダイオード３本直列（約１Ｖの電圧ドロップ）で解析していますがダイオード１本で実現できれば、出力電圧５Ｖ近辺で約０．７Ｖ出力電圧は上昇します・・・２０％程度ＲＦ出力に影響します。このことより、実機で使用するダイオードの電圧ドロップを実測し、前出のグラフを補正すれば、もっと精度は上がり結構正確にＲＦ出力電力が測れると思われます。
実機での検証結果は、別途まとめてみたいと思います。