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アクティブロードプル測定システム

国内特許コード P200017211
整理番号 T2-18005-T
掲載日 2020年9月25日
出願番号 特願2019-026262
公開番号 特開2020-134259
出願日 平成31年2月18日(2019.2.18)
公開日 令和2年8月31日(2020.8.31)
発明者
  • 石崎 俊雄
  • 川辺 健太朗
出願人
  • 学校法人龍谷大学
発明の名称 アクティブロードプル測定システム
発明の概要 【課題】反射係数Γの大きさが1以内の全領域で安定的に測定でき、また、システムとして簡素化及び低コスト化が可能なアクティブロードプル測定システムを提供する。
【解決手段】このアクティブロードプル測定システム1は、発振器2と、被測定デバイス(DUT)の出力信号に発振器2を位相同期させる位相同期部3と、発振器2からの信号の位相と振幅を制御して擬似反射波を生成し被測定デバイス(DUT)に注入する擬似反射波注入部4と、を備える。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要 トランジスタを用いたマイクロ波電力増幅器で最大出力(又は最高効率)を得るために、ロードプル測定システムを使用した回路設計がよく行われている。通常、トランジスタの最大出力(又は最高効率)は、線形デバイスとして扱うことは出来ない非線形の領域(例えば、出力が飽和に近づいた領域など)で動作させた時に得られる。そのため、実際の入力信号レベルにおいてロードプル測定システムで測定を行い、基本波や高調波に対する最適な負荷インピーダンスを設計することが必要である。一般的に用いられるロードプル測定システムは、トランジスタなどのDUT(Device Under Test (被測定デバイス))の出力端に接続される線路に機械式のパッシブチューナを設けてその負荷インピーダンスを変化させるパッシブロードプル測定システムである。

パッシブロードプル測定システムは、パッシブチューナにおいて線路に近接して反射を起こすプローブの位置を機械的(物理的)に変更することで反射波の振幅と位相を変化させるものである。しかし、パッシブチューナによる損失が大きいためDUTに対し大きな反射波の負荷インピーダンスを形成することは難しく、つまり、反射係数Γの大きさが1に近いスミスチャートの周辺部を測定することは困難である。また、プローブの位置を
変化させて反射波の位相を変化させるため、位相を360度変えるためには装置が大型化し、測定に時間を要し、また、負荷インピーダンスの変化をリアルタイムに観測することができない。

これらの問題点を解決するために、アクティブロードプル(Active Load-Pull)測定システムが提案されている。アクティブロードプル測定システムでは、図8(及び図10)に示すように、リファレンスとなる入力信号を可変減衰器141(又は241)と可変移相器142(又は242)で調整し、その調整した信号を補助増幅器143(又は243)で増幅して擬似反射波を形成し、サーキュレータ144(又は244)を介してその擬似反射波をDUTの出力端に注入する。DUTの出力信号(出力波)は、上記サーキュレータ144(又は244)を介して終端抵抗145(又は245)に吸収させる。アクティブロードプル測定システムは、可変減衰器141(又は241)と可変移相器142(又は242)で擬似反射波の振幅と位相を制御するため、理論上、スミスチャート全域の負荷インピーダンスを電子的に(機械的(物理的)制御を含まずに)作り出すことができる。

また、アクティブロードプル測定システムは、図8(及び図10)に示すように、ネットワークアナライザ6、方向性結合器7、バイアスT回路8などを用いて構成することができる。DUTの出力端に接続された方向性結合器7により、線路上をDUTから負荷に向かう信号(出力波)と負荷からDUTに向かう信号(反射波)を取り出してネットワークアナライザ6で測定し、それらの比を取ることでDUTから見た負荷の反射係数Γ、すなわち負荷インピーダンスが求められる。従って、負荷インピーダンス(反射係数Γ)のリアルタイムな観測が可能である。

従来のアクティブロードプル測定システムは、一般には、開ループ型と閉ループ型に類別される。開ループ型のアクティブロードプル測定システム101は、リファレンスとなる入力信号に、図8に示すように外部信号源SGからの信号を用いたり、或いは外部信号源SGと同期を取った別の外部信号源からの信号を用いたりするものである。一方、閉ループ型のアクティブロードプル測定システム201は、図10に示すように、抽出器(方向性結合器又はサーキュレータ)240を介してDUTの出力信号の一部を抽出して(取り出して)リファレンスとなる入力信号に用いるものである。

開ループ型の利点としては、閉ループ型よりも構成するコンポーネントの数が少ないことが挙げられる。また、擬似反射波を生成する補助増幅器143に要求される仕様も、DUTの最大出力電力と同程度の汎用性の高い一般的な増幅器を用いることが出来るため、比較的に簡単なハードウェア構成で実現可能である。また、システムとして安定して動作する。一方、閉ループ型は、出力電力の変化に対し注入する擬似反射波の強度が追従し、一度、可変減衰器241を設定すれば、ソフトウェア上での精密な制御の必要なく、位相のみを変化させて等高線図に近い円状の曲線を描きながら反射係数ΓLを測定することが可能である。

なお、特許文献1には、本願の上記図8で示した開ループ型のアクティブロードプル測定システムとほぼ同様な構成に加え、擬似反射波を注入する補助増幅器とDUTの間の整合を取るために、それらの間にトランスフォーマを設けた構成が開示されている。特許文献2の図1には、本願の上記図8で示した開ループ型のアクティブロードプル測定システムと基本的構成がほぼ同様なものが開示されており、また、特許文献2の図2aには、本願の上記図10で示した閉ループ型のアクティブロードプル測定システムと基本的構成がほぼ同様なものが開示されている。また、特許文献3の図1には、本願の上記図8で示した開ループ型のアクティブロードプル測定システムと基本的構成がほぼ同様なものが開示されており、特許文献3の図2以下の図には、本願の上記図8で示した開ループ型のアク
ティブロードプル測定システムとほぼ同様な基本的構成に加え、擬似反射波を注入する補助増幅器とDUTの間の整合を取るために、それらの間に前述したパッシブロードプル測定システムのものと同様なパッシブチューナを設けた構成が開示されている。
産業上の利用分野 本発明は、マイクロ波領域で用いる電力増幅器(マイクロ波電力増幅器)の設計手法として好適なアクティブロードプル測定システムに関する。
特許請求の範囲 【請求項1】
発振器と、
被測定デバイスの出力信号に前記発振器を位相同期させる位相同期部と、
前記発振器からの信号の位相と振幅を制御して擬似反射波を生成し前記被測定デバイスに注入する擬似反射波注入部と、
を備えることを特徴とするアクティブロードプル測定システム。

【請求項2】
請求項1に記載のアクティブロードプル測定システムにおいて、
前記発振器は、電圧制御型発振器であり、
前記位相同期部は、前記被測定デバイスの出力信号の位相と前記発振器の出力信号の位相とを比較する位相比較器と、該位相比較器の出力を平滑化して前記発振器を制御するループフィルタと、を有することを特徴とするアクティブロードプル測定システム。

【請求項3】
請求項2に記載のアクティブロードプル測定システムにおいて、
前記位相同期部は、前記被測定デバイスの出力信号を入力するDUT出力信号抽出器と、該DUT出力信号抽出器からの信号を分周する第1分周器と、前記発振器の出力信号を分周する第2分周器と、を更に有し、
前記位相比較器は、前記第1分周器の出力信号の位相と前記第2分周器の出力信号の位相とを比較することを特徴とするアクティブロードプル測定システム。

【請求項4】
請求項1~3のいずれか1項に記載のアクティブロードプル測定システムにおいて、
被測定デバイスの出力信号の一部を抽出して直流電圧に変換する振幅追随部を更に備え、
前記擬似反射波注入部は、電圧制御型可変利得増幅器を含み、
前記振幅追随部は、前記直流電圧により前記電圧制御型可変利得増幅器の利得を制御することを特徴とするアクティブロードプル測定システム。
画像

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thum_JPA 502134259_i_000002.jpg
出願権利状態 公開
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