特許 7505727 アクティブロードプル測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-17

(45)【発行日】2024-06-25

(54)【発明の名称】アクティブロードプル測定システム

(51)【国際特許分類】

   G01R 27/28 20060101AFI20240618BHJP

   H03F 3/20 20060101ALN20240618BHJP

【ＦＩ】

G01R27/28 Z

H03F3/20

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018230466

(22)【出願日】2018-12-08

(65)【公開番号】P2019105636

(43)【公開日】2019-06-27

【審査請求日】2021-09-27

【審判番号】

【審判請求日】2023-06-19

(31)【優先権主張番号】P 2017236546

(32)【優先日】2017-12-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】597065329

【氏名又は名称】学校法人 龍谷大学

(74)【代理人】

【識別番号】100121337

【弁理士】

【氏名又は名称】藤河 恒生

(72)【発明者】

【氏名】石崎 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】川辺 健太朗

【合議体】

【審判長】岡田 吉美

【審判官】濱本 禎広

【審判官】素川 慎司

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１２－５２９０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３０１５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５２８７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第９３３１６７０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１８２４２４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

G01R 27/28

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部信号源或いは該外部信号源と同期を取った別の外部信号源からの信号の振幅と位相を制御する開ループ回路部と、
前記外部信号源からの信号が入力端子に入力される被測定デバイスの出力信号から抽出した信号の振幅と位相を制御する閉ループ回路部と、
を備え、
前記開ループ回路部の出力の基本波と前記閉ループ回路部の出力の基本波を電圧加算によりひとつに合成した擬似反射波を生成し前記被測定デバイスの出力端に注入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、
電力合成器を更に備え、
前記開ループ回路部は、第１の補助増幅器を有して該第１の補助増幅器により増幅して出力し、
前記閉ループ回路部は、第２の補助増幅器を有して該第２の補助増幅器により増幅して出力し、
前記電力合成器が、前記開ループ回路部の出力と前記閉ループ回路部の出力を合成して前記擬似反射波を生成し前記被測定デバイスの出力端に注入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、
電力合成器と補助増幅器を更に備え、
該電力合成器が、前記開ループ回路部の出力と前記閉ループ回路部の出力を合成し、
該補助増幅器が、該電力合成器の出力を増幅して前記擬似反射波を生成し前記被測定デバイスの出力端に注入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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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_Ｌ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。

【0004】

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７（及び図９）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１２１（又は１３１）と可変移相器１２２（又は１３２）で調整し、その調整した信号を補助増幅器１２３（又は１３３）で増幅して擬似反射波を形成し、サーキュレータ１２４（又は１３４）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１２４（又は１３４）を介して終端抵抗１２５（又は１３５）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１２１（又は１３１）と可変移相器１２２（又は１３２）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。

【0005】

また、アクティブロードプル測定システムは、図７（及び図９）に示すように、ネットワークアナライザ１０６、方向性結合器１０７、バイアスＴ回路１０８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１０７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１０６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_Ｌ、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_Ｌ）のリアルタイムな観測が可能である。

【0006】

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１０１Ａは、リファレンスとなる入力信号に、図７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１０１Ｂは、図９に示すように、抽出器（方向性結合器又はサーキュレータ）１３０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。

【0007】

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１２３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１３１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Γ_Ｌを測定することが可能である。

【0008】

なお、特許文献１には、本願の上記図７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７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９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７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７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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２００４－２７１１８６号公報

【文献】特表２００６－５２８７６９号公報

【文献】米国特許９２１３０５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、従来の開ループ型及び閉ループ型いずれのアクティブロードプル測定システムも、以下に述べるような実使用上の課題がある。

【0011】

図７に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では、ＤＵＴに注入される擬似反射波の振幅は、ＤＵＴの出力波の振幅と無関係に注入される。負荷の反射係数Γ_Lが小さい、すなわち注入する擬似反射波の振幅が小さい時は、注入する擬似反射波の位相変化（振幅一定での位相変化）で、図８に示すように、反射係数Γ_Ｌもあまり変動しない。一方、負荷の反射係数Γ_Lが大きい、すなわち注入する擬似反射波の振幅をＤＵＴの出力波と同程度に大きくした場合、図８に示すように、反射係数Γ_Ｌが大きく変化し、反射係数Γ_Lが１を超える状況も発生し得るようになる。

【0012】

従って、開ループ型のアクティブロードプル測定システムでは、スミスチャート全域を測定するには、振幅と位相を細かなステップに設定して、その組み合わせ点で測定を行わなければばらない。また、ＤＵＴが破壊等を起こさないように反射係数Γ_Lが１を超えないようにする必要がある。よって、開ループ型のアクティブロードプル測定システムは、システムの制御が複雑になる。この課題は、特許文献１～３に開示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においても、基本的には同様と考えられる。なお、特許文献３においては、パッシブチューナを設けている点でパッシブロードプル測定システムと同様な装置の大型化などの問題点が残る。

【0013】

一方、閉ループ型のアクティブロードプル測定システムにおける課題は、以下に示すように、実使用上、反射係数Γ_Ｌの大きな領域の測定が難しいことである。

【0014】

図１０に、閉ループ型のアクティブロードプル測定システムの本願発明者が行った実験において、可変減衰器１３１の設定値を変化させて測定した時の反射係数Γ_Ｌを示す。図１０における反射係数Γ_Ｌの変化は、図８に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での反射係数Γ_Ｌの変化とは大きく異なっており、位相の変化にともなって円状の曲線を描き、振幅を変化させることによって等高線図に近い円状の曲線を描くようになる。ここで、実際に実現可能な反射係数Γ_Ｌは０．６程度が最大であり限界である。反射係数Γ_Ｌが１に近いスミスチャートの周辺部に反射係数Γ_Ｌを近づけようとして、可変減衰器１３１の減衰量を減らしてループ利得を増加させるとループを構成する系が発振するため、それ以上の測定は不可能である。従って、出力電力の等高線図は、図１１に示すように、反射係数Γ_Ｌが１に近いスミスチャートの周辺部では得ることができない。

【0015】

本願発明者は、閉ループ型のアクティブロードプル測定システムにおいての発振の原因は、反射係数Γ_Ｌを１に近づけようとすると、補助増幅器１３３、サーキュレータ１３４、抽出器１３０、ＤＵＴの出力端、抽出器１３０、可変減衰器１３１、可変移相器１３２、が形成する閉ループ（以降、「閉ループ系」と称す。）（図１２の矢印付き破線）においてその周波数特性により測定周波数（基本波や高調波の周波数）以外で利得が１を超えてしまうこと（図１３参照。図中のＭは測定周波数の帯域を示す。）と、抽出器１３０の不十分な方向性による補助増幅器１３３の出力信号の可変減衰器１３１への回り込み（図１２の矢印付き実線）と、に有ると考え、閉ループ型のアクティブロードプル測定システムの利点を考慮し、開ループ型のアクティブロードプル測定システムの上記の利点と課題をも考慮し、本願発明を案出した。

【0016】

本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、測定できる反射係数Γ_Ｌの領域が限定されることをなくすことができ、また、反射係数Γ_Ｌが大きな領域で反射係数Γ_Ｌが１を超えないようにしつつ安定的に測定でき、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ことにある。

【課題を解決するための手段】

【0017】

上記目的を達成するために、請求項１に記載のアクティブロードプル測定システムは、外部信号源或いは該外部信号源と同期を取った別の外部信号源からの信号の振幅と位相を制御する開ループ回路部と、前記外部信号源からの信号が入力端子に入力される被測定デバイスの出力信号から抽出した信号の振幅と位相を制御する閉ループ回路部と、を備え、前記開ループ回路部の出力の基本波と前記閉ループ回路部の出力の基本波を電圧加算によりひとつに合成した擬似反射波を生成し前記被測定デバイスの出力端に注入することを特徴とする。

【0018】

請求項２に記載のアクティブロードプル測定システムは、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、電力合成器を更に備え、前記開ループ回路部は、第１の補助増幅器を有して該第１の補助増幅器により増幅して出力し、前記閉ループ回路部は、第２の補助増幅器を有して該第２の補助増幅器により増幅して出力し、前記電力合成器が、前記開ループ回路部の出力と前記閉ループ回路部の出力を合成して前記擬似反射波を生成し前記被測定デバイスの出力端に注入することを特徴とする。

【0019】

請求項３に記載のアクティブロードプル測定システムは、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、電力合成器と補助増幅器を更に備え、該電力合成器が、前記開ループ回路部の出力と前記閉ループ回路部の出力を合成し、該補助増幅器が、該電力合成器の出力を増幅して前記擬似反射波を生成し前記被測定デバイスの出力端に注入することを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

本発明のアクティブロードプル測定システムによれば、測定できる反射係数Γ_Ｌの領域が限定されることをなくすことができ、また、反射係数Γ_Ｌが大きな領域で反射係数Γ_Ｌが１を超えないようにしつつ安定的に測定でき、また、システムとして簡素化及び低コスト化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係るアクティブロードプル測定システムの構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の実施形態に係るアクティブロードプル測定システムの実験による反射係数Γ_Ｌを示すスミスチャートであって、開ループ回路部の位相の変化による影響を示すものである。

【図3】本発明の実施形態に係るアクティブロードプル測定システムの実験による反射係数Γ_Ｌを示すスミスチャートであって、開ループ回路部の振幅の変化による影響を示すものである。

【図4】本発明の実施形態に係るアクティブロードプル測定システムの実験で得た出力電力の等高線図のスミスチャートである。

【図5】本発明の実施形態に係るアクティブロードプル測定システムの実験による反射係数Γ_Ｌを示すスミスチャートであって、閉ループ回路部の振幅の変化による影響を示すものである。

【図6】本発明の実施形態に係るアクティブロードプル測定システム構成の変形例を示すブロック図である。

【図7】従来の開ループ型のアクティブロードプル測定システムを示すブロック図である。

【図8】従来の開ループ型アクティブロードプル測定システムにおいて注入波の振幅と位相を変化させた時のΓ_Ｌを示すスミスチャートである。

【図9】従来の閉ループ型アクティブロードプル測定システムを示すブロック図である。

【図10】従来の閉ループ型アクティブロードプル測定システムの実験において注入波の振幅と位相を変化させた時のΓ_Ｌを示すスミスチャートである。

【図11】従来の閉ループ型アクティブロードプル測定システムの実験において注入波の振幅と位相を変化させた時の出力電力の等高線図のスミスチャートである。

【図12】従来の閉ループ型アクティブロードプルシステムのおける閉ループ系と抽出器の不十分な方向性による補助増幅器の出力信号の可変減衰器への回り込みとを示すブロック図である。

【図13】図１２における閉ループ系の利得の周波数特性を簡略化して示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係るアクティブロードプル測定システム１は、外部信号源ＳＧからの信号をＤＵＴ（被測定デバイス）の入力端子に入力し、ＤＵＴの出力信号に対する最適な負荷インピーダンスを求めるものである。このアクティブロードプル測定システム１は、図１に示すように、開ループ回路部２と閉ループ回路部３と電力合成器４とを備える。また、アクティブロードプル測定システム１は、システム制御部５とネットワークアナライザ６と方向性結合器７とバイアスＴ回路８とを備えることができる。

【0023】

開ループ回路部２は、外部信号源ＳＧ（或いは外部信号源ＳＧと同期を取った別の外部信号源）からの信号の振幅と位相を制御し第１の補助増幅器２３で増幅するものである。振幅は可変減衰器２１で制御し、位相は可変移相器２２で制御することができる。第１の補助増幅器２３の出力端子と後述する電力合成器４の間にはサーキュレータ２４が設けられ、サーキュレータ２４は、第１の補助増幅器２３から電力合成器４に向かう信号は通過させ、その逆向きの信号は終端抵抗２５に向かわせてそれに吸収させる。

【0024】

閉ループ回路部３は、ＤＵＴの出力信号から抽出した信号の振幅と位相を制御し第２の補助増幅器３３で増幅するものである。閉ループ回路部３では、ＤＵＴの出力信号の一部を抽出して（取り出して）入力信号としているので、閉ループ回路部３の出力電力は、ＤＵＴの出力電力に比例した量となる。ＤＵＴの出力信号からの抽出は、抽出器（方向性結合器又はサーキュレータ）３０で行う。振幅は可変減衰器３１で制御し、位相は可変移相器３２で制御することができる。第２の補助増幅器３３の出力端子と後述する電力合成器４の間にはサーキュレータ３４が設けられ、サーキュレータ３４は、第２の補助増幅器３３から電力合成器４に向かう信号は通過させ、その逆向きの信号は終端抵抗３５に向かわせてそれに吸収させる。なお、サーキュレータ３４と電力合成器４との間の線路に、上記抽出器３０が設けられている。

【0025】

電力合成器４は、開ループ回路部２の出力と閉ループ回路部３の出力を合成してＤＵＴの出力端に注入する擬似反射波を生成するものである。また、電力合成器４では、ＤＵＴの出力信号（出力波）は注入する擬似反射波と逆に向かい、分配される。電力合成器４は、例えば、ウィルキンソンカプラなどを用いることができる。

【0026】

システム制御部５は、開ループ回路部２の可変減衰器２１と可変移相器２２、閉ループ回路部３の可変減衰器３１と可変移相器３２を一定のアクティブロードプル測定方法の手順に従って制御する。システム制御部５は、アクティブロードプル測定方法の手順をプログラムとして格納しており、その手順をＣＰＵが実行する。

【0027】

ネットワークアナライザ６は、市販の一般的な仕様のものを使用することができる。方向性結合器７は、一般的な仕様のものを使用することができる。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_Ｌが算出され、反射係数Γ_Ｌから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_Ｌ）のリアルタイムな観測が可能である。バイアスＴ回路８は、ＤＵＴの出力にバイアスをかける一般的な仕様のものを使用することができる。

【0028】

アクティブロードプル測定システム１においては、Γ_Ｌは、以下の（１）式に示すように、電力合成器４からＤＵＴに向かう信号の電圧ａのＤＵＴから電力合成器４に向かう信号の電圧ｂに対する比で表される。
Γ_Ｌ＝ａ／ｂ ・・・（１）
また、電力合成器４からＤＵＴに向かう信号の電圧ａは、開ループ回路部２の出力電圧（第１の補助増幅器２３の出力電圧）ａ_Ｏと閉ループ回路部３の出力電圧（第２の補助増幅器３３の出力電圧）ａ_Ｃにより、以下の（２）式に示すように表される（ここで、電力合成器４における開ループ回路部２の出力の伝達係数をＳ_Ｏ、閉ループ回路部３の出力の伝達係数をＳ_Ｃとしている）。
ａ＝ａ_Ｏ・Ｓ_Ｏ＋ａ_Ｃ・Ｓ_Ｃ ・・・（２）
（２）式におけるａ_Ｃ・Ｓ_Ｃは、以下の（３）式に示すように、ＤＵＴから電力合成器４に向かう信号の電圧ｂに閉ループ回路部３による帰還利得Ｇを乗じたもので表すことができる。
ａ_Ｃ・Ｓ_Ｃ＝ｂ・Ｇ ・・・（３）
上記（１）式と（３）式を（２）式に代入すると、以下の（２’）式を得ることができる。
ｂ・Γ_Ｌ＝ａ_Ｏ・Ｓ_Ｏ＋ｂ・Ｇ ・・・（２’）
（２’）式を変形すると、以下の（４）式となる。
Γ_Ｌ＝（ａ_Ｏ・Ｓ_Ｏ／ｂ）＋Ｇ ・・・（４）
（４）式より、（ａ_Ｏ・Ｓ_Ｏ／ｂ）が開ループ回路部２による反射係数（Γ_ＬＯで表す）を示し、Ｇが閉ループ回路部３による反射係数を示すことが分かる。（４）式を変形すると、以下の（５）式となる。
Ｇ＝Γ_Ｌ－Γ_ＬＯ ・・・（５）

【0029】

従って、閉ループ回路部３による帰還利得Ｇを大きくしなくても、開ループ回路部２による反射係数Γ_ＬＯが有るので、必要な反射係数Γ_Ｌを得ることができる。そして、閉ループ回路部３と電力合成器４とＤＵＴの出力端が形成する閉ループ（発明が解決しようとする課題の欄で述べた閉ループ系と同様な閉ループ）における測定周波数以外での利得が測定周波数での利得よりも大きかったり、抽出器３０の不十分な方向性による第２の補助増幅器３３の出力信号の閉ループ回路部３内への回り込みが有ったりしても、閉ループ回路部３による帰還利得Ｇを大きくしなくてもよいので、発振を防止することが可能になる。

【0030】

アクティブロードプル測定システム１を用いたアクティブロードプル測定方法の手順を以下、説明する。

【0031】

先ず、アクティブロードプル測定システム１を用いて本願発明者が行った実験について述べる。実験では、外部信号源ＳＧからの信号は２．４５ＧＨｚとした。２．４５ＧＨｚは、マイクロ波加熱用に広く使用されるもので、ＤＵＴであるトランジスタの出力インピーダンスは、出力が大きいほど低インピーダンスとなりショートに近くなるため、そのトランジスタを用いて１００Ｗ以上の電力増幅器を設計するのは容易でないとされるものである。ＤＵＴは、住友電工デバイス・イノベーション株式会社製の窒化ガリウム高電子移動度トランジスタ（ＧａＮ－ＨＥＭＴ）であるＥＧＮ２１Ｃ０２０ＭＫである。

【0032】

図２は、開ループ回路部２の振幅と閉ループ回路部３の振幅を固定し、開ループ回路部２の位相を３通り（－３０度、０度、３０度）変化させ、その変化ごとに閉ループ回路部３の位相を所定角度ずつ計３６０度変化させて測定した反射係数Γ_Ｌを示すスミスチャートである。図２は、開ループ回路部の位相の変化による影響を示すものである。図中、◆印は開ループ回路部２の位相が－３０度で閉ループ回路部３の位相を計３６０度変化させたとき、△印は開ループ回路部２の位相が０度で閉ループ回路部３の位相を計３６０度変化させたとき、●は開ループ回路部２の位相が３０度で閉ループ回路部３の位相を計３６０度変化させたとき、の反射係数Γ_Ｌを示す。開ループ回路部２の位相を－３０度、０度、３０度と変化させると、スミスチャート上において反射係数Γ_Ｌのデータの形成する円形（閉ループ回路部３の位相を計３６０度変化させたことにより形成する円形）は、同じ直径のまま、図中の矢印付き実線が示すように、回転する動きを見せる。このように、開ループ回路部２の位相を変化させると、スミスチャート上において反射係数Γ_Ｌのデータの形成する円形は、同じ直径のまま回転する動きを見せる。

【0033】

図３は、開ループ回路部２の位相と閉ループ回路部３の振幅を固定し、開ループ回路部２の振幅を４通り（可変減衰器２１の減衰量が３１．５ｄＢ、２５ｄＢ、２０ｄＢ、１．５ｄＢ）変化させ、その変化ごとに閉ループ回路部３の位相を所定角度ずつ計３６０度変化させて測定した反射係数Γ_Ｌを示すスミスチャートである。図３は、開ループ回路部の振幅の変化による影響を示すものである。図中、●印は開ループ回路部２の可変減衰器２１の減衰量が３１．５ｄＢで閉ループ回路部３の位相を計３６０度変化させたとき、△印は開ループ回路部２の可変減衰器２１の減衰量が２５ｄＢで閉ループ回路部３の位相を計３６０度変化させたとき、◆印は開ループ回路部２の可変減衰器２１の減衰量が２０ｄＢで閉ループ回路部３の位相を計３６０度変化させたとき、□印は開ループ回路部２の可変減衰器２１の減衰量が１．５ｄＢで閉ループ回路部３の位相を計３６０度変化させたとき、の反射係数Γ_Ｌを示す。開ループ回路部２の振幅を可変減衰器２１の減衰量が３１．５ｄＢ、２５ｄＢ、２０ｄＢ、１．５ｄＢとなるようにして変化させると、スミスチャート上において反射係数Γ_Ｌのデータの形成する円形（閉ループ回路部３の位相を計３６０度変化させたことにより形成する円形）は、直径を変えながら、図中の矢印付き実線で示すように、中央（Γ_Ｌ＝０）の付近（開ループ回路部２の振幅が小さいとき）から外枠の円（Γ_Ｌ＝１の円）付近（開ループ回路部２の振幅が大きいとき）までの直線的な動きを見せる。このように、開ループ回路部２の振幅を変化させると、スミスチャート上において反射係数Γ_Ｌのデータの形成する円形は、直径を変えながら中央の付近から外枠の円付近までの直線的な動きを見せる。

【0034】

閉ループ回路部３の振幅を固定し、開ループ回路部２の位相と振幅を複数通り変化させ、その変化ごとに閉ループ回路部３の位相を所定角度ずつ計３６０度変化させて反射係数Γ_Ｌを測定し続けると、閉ループ回路部２の振幅が固定されているにもかかわらず反射係数Γ_Ｌのデータの形成する円形の直径は非常に小さくなるものが現れる。図３の□印の反射係数Γ_Ｌのデータの形成する円形は、それを示している。この場合、反射係数Γ_Ｌのデータの形成する円形の中心点がＤＵＴの出力インピーダンスの共役点の付近に来ており、ＤＵＴの出力インピーダンスの共役点の付近では、最適に近い電力が注入されているため、閉ループ回路３の位相を変えたときの反射係数Γ_Ｌの変動範囲が小さくなっている。

【0035】

従って、開ループ回路部２の位相と振幅を複数通り変化させて、反射係数Γ_Ｌのデータの形成する円形の直径が小さいものを選択してそのときの開ループ回路部２の位相と振幅に固定すれば、それらによって測定できる反射係数Γ_Ｌの領域が限定されることをなくすことができる。そして、それから閉ループ回路部３の振幅を変化させると、反射係数Γ_Ｌのデータの形成する円形の直径を変化させることができる（下記の図５参照）ので、最大出力を得ることが可能である反射係数Γ_Ｌの範囲を集中的にかつ不要な範囲を除いて反射係数Γ_Ｌを変化させることができる。その結果、反射係数Γ_Ｌが大きな領域で反射係数Γ_Ｌが１を超えないようにしつつ、図４で示すような、出力電力の等高線図を得ることができる。

【0036】

なお、図５は、閉ループ回路部３の振幅を変化させたときの反射係数Γ_Ｌの動きの理解のために参考に示すものである。図５は、開ループ回路部２の振幅と位相を固定し、閉ループ回路部３の振幅を３通り（可変減衰器３１の減衰量が３ｄＢ、６ｄＢ、１２ｄＢ）変化させ、その変化ごとに閉ループ回路部３の位相を所定角度ずつ計３６０度変化させて測定した反射係数Γ_Ｌを示すスミスチャートである。図５は、閉ループ回路部の振幅の変化による影響を示すものである。図中、△印は可変減衰器３１の減衰量が３ｄＢで閉ループ回路部３の位相を計３６０度変化させたとき、◆印は可変減衰器３１の減衰量が６ｄＢで閉ループ回路部３の位相を計３６０度変化させたとき、□印は可変減衰器３１の減衰量が１２ｄＢで閉ループ回路部３の位相を計３６０度変化させたとき、の反射係数Γ_Ｌを示す。閉ループ回路部３の振幅を可変減衰器３１の減衰量が３ｄＢ、６ｄＢ、１２ｄＢとなるようにして変化させると、スミスチャート上において反射係数Γ_Ｌのデータの形成する円形は同心のまま直径が狭まる動きを見せる。このように、閉ループ回路部３の振幅を変化させると、スミスチャート上において反射係数Γ_Ｌのデータの形成する円形は同心のまま直径が変化する動きを見せる。

【0037】

アクティブロードプル測定方法は、このようなアクティブロードプル測定システム１の特性を利用したもので、その手順は、以下のような第１の手順と第２の手順とすることができる。

【0038】

アクティブロードプル測定方法の第１の手順は、図２及び図３で示したようにして、開ループ回路部２の振幅と位相を複数通り変化させ、その変化ごとに反射係数Γ_Ｌを測定した後、複数個の反射係数Γ_Ｌの測定値から固定する開ループ回路部２の振幅と位相を決めるものである。このとき、開ループ回路部２は、図２及び図３で示したように、開ループ回路部２の振幅と位相の変化ごとに、その振幅を一定値に固定し位相を所定角度ずつ計３６０度変化させるようにすることができる。

【0039】

アクティブロードプル測定方法の第２の手順は、開ループ回路部２の振幅と位相を固定し、閉ループ回路部３の振幅を複数通り変化させ、その変化ごとに閉ループ回路部３の位相を所定角度ずつ計３６０度変化させて各々の反射係数Γ_Ｌとそのとき出力電力を測定した後、最大出力を得る反射係数Γ_Ｌを求めるものである。このとき、スミスチャート上に図４で示したような出力電力の等高線を記入して最大出力を得る反射係数Γ_Ｌを求めることができる。

【0040】

このようなアクティブロードプル測定システムを用いれば、第１の手順により、閉ループ回路部３と電力合成器４とＤＵＴの出力端が形成する閉ループ（発明が解決しようとする課題の欄で述べた閉ループ系と同様な閉ループ）における測定周波数以外での利得が測定周波数での利得よりも大きかったり、抽出器３０の不十分な方向性による第２の補助増幅器３３の出力信号の閉ループ回路部３内への回り込みが有ったりしても、閉ループ回路部３による帰還利得Ｇを大きくしなくてもよいので、発振を防止することができ、よって、測定できる反射係数Γ_Ｌの領域が限定されることをなくすことができる。また、閉ループ回路部３の出力電力は、ＤＵＴの出力電力に比例した量となるので、このアクティブロードプル測定システムを用いれば、第２の手順により、反射係数Γ_Ｌが大きな領域で反射係数Γ_Ｌが１を超えないようにしつつ安定的に測定できる。また、このアクティブロードプル測定システムは、全て電子的な制御であり、機械的（物理的）制御を含んでいないので、システムとして簡素化及び低コスト化が可能である。

【0041】

次に、アクティブロードプル測定システム１を変形したアクティブロードプル測定システム１’について説明する。アクティブロードプル測定システム１は、上記のように、開ループ回路部２の第１の補助増幅器２３と閉ループ回路部３の第２の補助増幅器３３を有しているが、アクティブロードプル測定システム１’では、以下に述べるように、１つの補助増幅器９で済むようにしている。すなわち、このアクティブロードプル測定システム１’は、図６に示すように、開ループ回路部２’と閉ループ回路部３’と電力合成器４’と補助増幅器９を備える。また、アクティブロードプル測定システム１’は、アクティブロードプル測定システム１と同様なシステム制御部５と方向性結合器６とネットワークアナライザ７とバイアスＴ回路８とを備えることができる。

【0042】

開ループ回路部２’は、外部信号源ＳＧ（或いは外部信号源ＳＧと同期を取った別の外部信号源）からの信号の振幅と位相を制御するものである。振幅は上記の可変減衰器２１で制御し、位相は上記の可変移相器２２で制御することができる。閉ループ回路部３’は、ＤＵＴの出力信号から抽出した信号の振幅と位相を制御するものである。ＤＵＴの出力信号からの抽出は、上記の抽出器３０で行い、振幅は上記の可変減衰器３１で制御し、位相は上記の可変移相器３２で制御することができる。

【0043】

電力合成器４’は、開ループ回路部２の出力と閉ループ回路部３の出力を合成するものである。補助増幅器９は、電力合成器４’の出力を増幅してＤＵＴに注入する擬似反射波を生成するものである。補助増幅器９の出力端子とＤＵＴの間にはサーキュレータ１０が設けられ、サーキュレータ１０は、補助増幅器９からＤＵＴに向かう信号は通過させ、その逆向きの信号は終端抵抗１１に向かわせてそれに吸収させる。なお、サーキュレータ１０とＤＵＴとの間の線路に、上記の抽出器３０が設けられている。

【0044】

アクティブロードプル測定システム１’は、開ループ回路部２の代わりに開ループ回路部２’、閉ループ回路部３の代わりに閉ループ回路部３’、を用いることにより、アクティブロードプル測定システム１と同様に、上記のアクティブロードプル測定方法を用いることができる。

【0045】

アクティブロードプル測定システム１’は、補助増幅器が１台で済むことから、システムとして更なる簡素化及び低コスト化が可能である。

【0046】

以上、本発明の実施形態に係るアクティブロードプル測定システムについて説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載する事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、上記の実験では、２．４５ＧＨｚ（基本波）について行ったものであるが、その高調波についても適用可能である。また、その他の周波数の基本波、高調波についても適用可能であることは言うまでもない。また、基本波と高調波、或いは、高調波同士を同時に測定できることも言うまでもない。

【符号の説明】

【0047】

１、１’ アクティブロードプル測定システム
２、２’ 開ループ回路部
２１ 可変減衰器
２２ 可変移相器
２３ 第１の補助増幅器
２４ サーキュレータ
２５ 終端抵抗
３、３’ 閉ループ回路部
３０ 抽出器
３１ 可変減衰器
３２ 可変移相器
３３ 第２の補助増幅器
３４ サーキュレータ
３５ 終端抵抗
４、４’ 電力合成器
５ システム制御部
６ ネットワークアナライザ
７ 方向性結合器
８ バイアスＴ回路
９ 補助増幅器
１０ サーキュレータ
１１ 終端抵抗
ＳＧ 外部信号源
ＤＵＴ 被測定デバイス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】