(57)【要約】【課題】トランジスタの最適負荷特性を測定するにあたって、本来期待される動作周波数帯域での直接測定は従来の測定機材では難しく、また、コンピュータシミュレーションも困難である。【解決手段】本発明によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法では、トランジスタの特性を、入力信号の周波数に依存する寄生成分特性と、寄生成分特性以外の真性部特性に対する最適負荷特性とに分けてそれぞれに測定し、これらの測定結果に基づいてトランジスタ最適負荷特性を算出する。【選択図】図１
2014044130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の周波数帯域における特性を測定する対象となるトランジスタの各端子を接続する接続部と、
前記接続部の入力側に入力することで前記トランジスタが大信号非線形動作を行う第１入力信号を生成し、前記特性のうち入力信号の周波数に依存する寄生成分特性を測定する際に前記大信号非線形動作時の前記接続部の出力側に入力する第２入力信号を生成し、かつ、前記特性のうち前記寄生成分特性以外の真性部特性に対する最適負荷特性を測定する際に前記大信号非線形動作時の前記接続部の前記出力側に入力する第３入力信号を生成する入力信号生成部と、
前記寄生成分特性を測定し、かつ、前記真性部特性に対する最適負荷特性を測定する測定部と、
前記寄生成分特性の測定値と、前記真性部特性に対する最適負荷特性の測定値とに基づいて、前記トランジスタの前記特性を算出する演算部と
を具備する
トランジスタ最適負荷特性測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトランジスタ最適負荷特性測定装置において、
前記第２入力信号の基本周波数は、前記任意の周波数帯域に含まれており、
前記第３入力信号の基本周波数は、前記任意の周波数帯域より低い周波数帯域に含まれており、
前記第１入力信号は、前記真性部特性に対する最適負荷特性を測定する際には前記第３入力信号に同期している
トランジスタ最適負荷特性測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のトランジスタ最適負荷特性測定装置において、
前記接続部は、
前記トランジスタのゲート、ドレインおよびソースを接続する第１接続端子、第２接続端子および第３接続端子と、
第１入力部が前記第２接続端子に接続された接続回路部と
を具備し、
前記接続部の前記入力側は、
前記第１接続端子に導通した第１入力端子と、
前記接続回路部の第２入力部に接続された第２入力端子と
を具備し、
前記接続部の前記出力側は、
前記接続回路部の第１出力部に接続された第１出力端子と、
前記接続回路部の第２出力部に接続された第２出力端子と
を具備し、
前記接続回路部は、
前記第１入力部および前記第２入力部の間に接続された第１インピーダンス部と、
前記第１インピーダンスに導通されて、かつ、前記第１出力部および前記第２出力部の間に接続された第２インピーダンス部と
を具備する
トランジスタ最適負荷特性測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のトランジスタ最適負荷特性測定装置において、
前記測定部は、
前記真性部特性に対する最適負荷特性をインピーダンスとして測定する第１測定部と、
前記寄生成分特性をＳパラメータ群として測定する第２測定部と
を具備し、
演算部は、
前記Ｓパラメータ群をＹパラメータ群に変換する変換部と、
前記Ｙパラメータ群を前記真性部特性に対する最適負荷特性に加算して前記トランジスタの前記任意の周波数帯域における特性を算出する加算部と
を具備する
トランジスタ最適負荷特性測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のトランジスタ最適負荷特性測定装置において、
前記演算部は、
前記特性の算出結果に基づいて、前記トランジスタに適合する負荷回路のパラメータを算出する設計部
をさらに具備する
トランジスタ最適負荷特性測定装置。
【請求項６】
任意の周波数帯域における特性を測定する対象となるトランジスタの各端子を接続部に接続することと、
前記特性のうち入力信号の周波数に依存する寄生成分特性を測定することと、
前記特性のうち前記寄生成分特性以外の真性部特性に対する最適負荷特性を測定することと、
前記寄生成分特性の測定値と、前記真性部特性に対する最適負荷特性の測定値とに基づいて、前記トランジスタの前記特性を算出することと
を具備し、
前記寄生成分特性を測定することは、
前記トランジスタが入力すると大信号非線形動作を行う第１入力信号を生成することと、
前記第１入力信号を前記接続部の入力部に入力することと、
前記任意の周波数帯域に含まれる基本周波数を有する第２入力信号を生成することと、
前記第１入力信号を前記接続部の出力部に入力することと
を具備し、
前記真性部特性を測定することは、
前記第１入力信号を生成することと、
前記第１入力信号を前記接続部の入力側に入力することと、
前記任意の周波数帯域より低い周波数帯域に含まれる基本周波数を有する第３入力信号を生成することと、
前記第３入力信号を前記接続部の出力側に入力することと
を具備する
トランジスタ最適負荷特性測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載のトランジスタ最適負荷特性測定方法において、
前記寄生成分特性の測定時において、前記第１入力信号と、前記第２入力信号は同期しており、
前記真性部特性に対する最適負荷特性の測定時において、前記第１入力信号と、前記第３入力信号は同期している
トランジスタ最適負荷特性測定方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載のトランジスタ最適負荷特性測定方法において、
前記寄生成分特性を測定することは、
前記寄生成分特性をＳパラメータとして測定すること
をさらに具備し、
前記真性部特性に対する最適負荷特性を測定することは、
前記真性部特性に対する最適負荷特性をインピーダンスとして測定すること
をさらに具備し、
前記算出することは、
前記Ｓパラメータ群をＹパラメータ群に変換することと、
前記Ｙパラメータ群を前記真性部特性に加算して前記トランジスタの前記任意の周波数帯域における特性を算出することと
を具備する
トランジスタ最適負荷特性測定方法。
【請求項９】
請求項８に記載のトランジスタ最適負荷特性測定方法において、
前記算出することは、
前記特性の算出結果に基づいて、前記トランジスタに適合する負荷回路のパラメータを算出すること
をさらに具備する
トランジスタ最適負荷特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトランジスタ最適負荷特性の測定装置および測定方法に関し、例えば、周波数特性を有する寄生成分が無視出来ない周波数帯域におけるトランジスタの最適負荷特性測定装置および最適負荷特性測定方法に好適に利用出来るものである。
【背景技術】
【０００２】
主に無線通信や無線電力伝送などが行われる高周波領域で使用される、トランジスタなどを用いた増幅器に関して、高調波を含む波形に対する最適な負荷インピーダンスを得る方法が求められている。
【０００３】
高効率増幅器の分野において、Ｆ級増幅器、逆Ｆ級増幅器、Ｅ級増幅器、Ｊ級増幅器など、様々な形式が提案されている。これらの増幅器において、基本的な考え方は共通している。すなわち、トランジスタに印加される電圧の波形と、トランジスタに流れ込む電流の波形とにおいて、一方が有限の値となる期間は、他方が零または最小値となる。このように、トランジスタにおける電力の消費を零または最小限に抑えることによって、高効率化が図られている。
【０００４】
このとき、電圧波形の形状と、電流波形の形状とが重要となる。これらの波形は、基本波とその高調波との和で表される。したがって、基本波と、各高調波とのそれぞれについて負荷インピーダンスを調整することによって、これらの波形の調整がなされる。
【０００５】
しかしながら、電圧波形および電流波形の、振幅および位相を、負荷インピーダンスだけで完全に調整することは出来ない。その理由は、トランジスタ自体の等価非線形電流源としての特性が関与するからである。トランジスタのこの特性は、半導体の種類、形状、製造プロセスなど多くのパラメータに依存する。したがって、実際には、上述した種々の形式に対して理想的な動作を実現することは困難であり、個別のトランジスタ毎に最適な負荷インピーダンスを見積もる必要がある。
【０００６】
個別のトランジスタ毎に最適な負荷インピーダンスの条件を得るための方法の一つとして、数値シミュレーションによって最適化を図る方法がある。しかし、この方法を実現するためには、数値シミュレーションで利用可能な非常に精密な大信号トランジスタのモデルが必要となり、実用上非常に困難である。
【０００７】
もう一つの方法として、実験的に色々なインピーダンスを実現して調整する方法もある。しかし、マイクロ波の帯域では、システムが非常に複雑かつ高価になり、現状では高々３次高調波程度までの調整が限界とされている。
【０００８】
なお、非特許文献１（Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｈ．  Ｒａａｂ，  “Ｃｌａｓｓ−Ｅ，  Ｃｌａｓｓ−Ｃ，  Ｃｌａｓｓ−Ｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ  Ｂａｓｅｄ  Ｕｐｏｎ  ａ  Ｆｉｎｉｔｅ  Ｎｕｍｂｅｒ  ｏｆ  Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ”，  ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ  ＴＨＥＯＲＹ  ＡＮＤ  ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ，  ＶＯＬ．４９，  ＮＯ．８，  ＡＵＧＵＳＴ  ２００１．）にも記載されているように、トランジスタにおける電圧および電流の波形を数学的に解析・計算すると、高調波の次数の増加に伴って、効率が徐々に飽和しつつ向上していくことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−０２７０３４号公報
【００１０】
【非特許文献１】Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｈ．  Ｒａａｂ，  “Ｃｌａｓｓ−Ｅ，  Ｃｌａｓｓ−Ｃ，  Ｃｌａｓｓ−Ｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ  Ｂａｓｅｄ  Ｕｐｏｎ  ａ  Ｆｉｎｉｔｅ  Ｎｕｍｂｅｒ  ｏｆ  Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ”，  ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ  ＴＨＥＯＲＹ  ＡＮＤ  ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ，  ＶＯＬ．４９，  ＮＯ．８，  ＡＵＧＵＳＴ  ２００１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明によれば、比較的簡便な測定装置および測定方法によって、３次以上の高調波での調整までもが可能となる。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
一実施の形態によれば、トランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法は、トランジスタの特性を、入力信号の周波数に依存する寄生成分特性と、寄生成分特性以外の真性部特性とに分けて考え、寄生成分特性および真性部特性に対する最適負荷をそれぞれに測定し、これらの測定結果に基づいてトランジスタ最適負荷特性を算出する。
【発明の効果】
【００１４】
前記一実施の形態によれば、測定対象となるトランジスタの最適負荷特性を、周波数に依存しない真性部特性を本来期待される動作周波数帯域よりも低い周波数帯域で測定し、周波数に依存する寄生成分特性を別途に測定し、これらの測定値からトランジスタの最適負荷特性を算出するので、比較的簡便な測定装置を用いることが可能である。また、これらの測定結果に基づいて、最適な特性を有する負荷回路を設計することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続部１０のより詳細な構成を示すブロック回路図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の第１の実施形態による接続部１０のうち、接続回路部１１のより詳細な構成を示すブロック回路図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓと、ドレイン電流Ｉｄとにおける波形を測定した結果の一例を示すグラフである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、周波数に伴うトランジスタ負荷特性の変化を測定した結果の一例を示すスミスチャートである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓと、ドレイン電流Ｉｄとにおける波形を測定した結果の別の一例を示すグラフである。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、周波数に伴うトランジスタ負荷特性の変化を測定した結果の別の一例を示すスミスチャートである。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法を用いて得られたトランジスタ負荷特性の測定結果に基づいて試作された増幅器の特性を示すグラフである。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法を用いて測定した、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓと、ドレイン電流Ｉｄとにおける波形を測定した結果の一例を示すグラフである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法を用いて測定した、周波数に伴うトランジスタ負荷特性の変化を測定した結果の一例を示すスミスチャートである。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第２の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続回路部１１の構成を示すブロック回路図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の第３の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続回路部１１の構成を示すブロック回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付図面を参照して、本発明によるトランジスタ最適負荷特性の測定装置および測定方法を実施するための形態を以下に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
本発明が基づく原理について説明する。トランジスタの特性は、入力信号の周波数に依存する寄生成分特性と、寄生成分特性以外の真性部特性とに分けて考えることが出来る。本発明では、寄生成分特性と、真性部特性に対する最適負荷特性とを別々に測定した後、これらの測定結果に基づいてトランジスタの最適負荷特性を算出する。
【００１８】
より具体的には、トランジスタが大信号非線形動作を行うように調整された入力信号を生成してトランジスタの入力側に入力する。同時に、この入力信号に同期した基本波および高調波を含む別の信号を生成してトランジスタの出力側に入力する。このとき、トランジスタの電流波形および電圧波形を、トランジスタの出力側に接続したオシロスコープ等を用いて直接計測する。
【００１９】
このような測定方法は、現在におけるＧＨｚ（ギガヘルツ）帯域などの、本来期待される動作周波数帯域では実現困難であるが、より低いＭＨｚ（メガヘルツ）帯域などの周波数帯域であれば十分に実現可能である。さらに、ＭＨｚ帯域などの比較的低い周波数帯域での測定は、高周波動作するトランジスタの内部に現れる容量やインダクタンスなどの寄生成分特性が無視出来るので、それ以外の真性部特性を得ることが出来る。すなわち、トランジスタの真性部は、特性が周波数に依存しない非線形電流源として表せるので、ＭＨｚ帯域の測定でも最適化を図ることが可能である。つまり、このようにして得られる測定結果は、ＧＨｚ帯域における真性部特性と見なすことが可能である。
【００２０】
その一方で、ＧＨｚ帯域などの周波数帯域におけるトランジスタの寄生成分特性は、ネットワークアナライザなどを用いて測定することが可能である。この測定結果は、例えばＳパラメータ群などの形で得られるが、Ｓパラメータ群をＹパラメータ群に変換する数学的手法が知られている。Ｙパラメータ群の形式に変換された寄生成分特性を、ＧＨｚ帯域などの周波数帯域における真性部特性に加算することで、本来期待される動作周波数帯域におけるトランジスタの特性を得ることが出来る。
【００２１】
ここで、使用されるオシロスコープやネットワークアナライザとして、従来の機材をそのまま流用出来ることに注目されたい。
【００２２】
そこで、本発明の第１の実施形態によるトランジスタの最適負荷特性測定方法は、以下のような工程を含む。まず、特性測定対象となるトランジスタを用意して、トランジスタ最適負荷特性測定装置に接続する。次に、トランジスタの特性のうち、真性部特性に対する最適負荷特性の測定を行う。さらに、トランジスタの特性のうち、寄生成分特性の測定を行う。なお、真性部特性に対する最適負荷特性の測定と、寄生成分特性の測定とは、どちらを先に行っても構わないし、既存の測定結果を一部流用しても構わない。最後に、真性部特性に対する最適負荷特性の測定結果と、寄生成分特性の測定結果とに基づいて、トランジスタに適合する負荷回路のパラメータを算出する。
【００２３】
本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性の測定方法を行うために用いるトランジスタ最適負荷特性測定装置について説明する。ここでは、測定対象となるトランジスタのＧＨｚ帯域における特性を求める場合を具体例に挙げて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置の構成を示す機能ブロック図である。図１に示すトランジスタ最適負荷特性測定装置は、接続部１０と、入力信号生成部２０と、測定部３０と、演算部４０とを含んでいる。
【００２５】
図２Ａは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続部１０のより詳細な構成を示すブロック回路図である。図２Ａに示した接続部１０は、第１接続端子１０１と、第２接続端子１０２と、第３接続端子１０３と、第１入力端子１０４と、第２入力端子１０５と、第１出力端子１０６と、第２出力端子１０７と、接続回路部１１とを含んでいる。
【００２６】
図２Ａに示した接続部１０の構成要素の接続関係について説明する。第１接続端子１０１は、第１入力端子１０４に接続されている。第２接続端子１０２と、第２入力端子１０５と、第１出力端子１０６と、第２出力端子１０７とは、接続回路部１１に接続されている。第３接続端子１０３は、接地されている。接続回路部１１は、接地されている。
【００２７】
第１接続端子１０１は、トランジスタ１のゲートに接続される。第２接続端子１０２は、トランジスタ１のドレインに接続される。第３接続端子１０３は、トランジスタ１のソースに接続される。なお、トランジスタ１の極性や、接地方法の変更などに応じて第１〜第３接続端子１０１〜１０３の接続関係は適宜交換可能である。
【００２８】
第１入力端子１０４と、第２入力端子１０５とは、入力信号生成部２０に接続される。第１出力端子１０６と、第２出力端子１０７とは、測定部３０に接続される。
【００２９】
第２接続端子１０２と、グランドとの間の電圧を、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓと呼ぶ。第１入力端子１０４と、グランドとの間の電圧を、第１入力電圧Ｖａと呼ぶ。第２入力端子１０５と、グランドとの間の電圧を、第２入力電圧Ｖｂと呼ぶ。ドレインに流れ込む電流を、ドレイン電流Ｉｄと呼ぶ。
【００３０】
第１入力電圧Ｖａは、例えば、直流成分ｖａ０と、交流成分ｖａ×ｓｉｎ（ωｔ）との和であってもよい。ここで、ｖａは交流成分の振幅を表し、ωは基本周波数の角振動数を表し、ｔは時間を表す。
【００３１】
第２入力電圧Ｖｂは、例えば、直流成分ｖｂ０と、交流成分Σ（ｖｂｉ×ｓｉｎ（ｉωｔ＋θｂｉ））との和であってもよい。ここで、ｉは高調波の番号を表し、ｖｂｉはｉ次高調波の振幅を表し、ωは基本周波数の角振動数を表し、ｔは時間を表し、θｂｉはｉ次高調波成分の位相を表す。
【００３２】
ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓを、ドレイン電流Ｉｄの反数で割ることで、負荷側インピーダンスが得られる。このとき、トランジスタ１の入力側には、トランジスタ１が非線形動作を行うに十分大きい信号が供給されているので、トランジスタ１自身が基本波および高調波を含む出力信号を出力している。これに対して、出力側から同じ周波数の信号を供給すると、基本波および高調波の各周波数で定在波が生じる。さらに、出力側から供給する信号の振幅および位相を適宜に調整することによって、様々な反射係数が実現出来、等価的なインピーダンスの調整が可能となる。したがって、トランジスタ１に接続される負荷インピーダンスの値を、高調波の領域も含めて、等価的に様々に変化させることが可能である。こうすることで、高効率特性等を実現する最適なインピーダンスを見つけることが出来る。
【００３３】
図２Ｂは、本発明の第１の実施形態による接続部１０のうち、接続回路部１１のより詳細な構成を示すブロック回路図である。図２Ｂに示した接続回路部１１は、第１〜第５の抵抗１１１〜１１５を含んでいる。
【００３４】
図２Ｂに示した接続回路部１１の構成要素の接続関係について説明する。第１の抵抗１１１における一方の端部は、第２接続端子１０２と、第２の抵抗１１２における一方の端部とに接続されている。第２の抵抗１１２における他方の端部は、第１出力端子１０６と、第３の抵抗１１３における一方の端部とに接続されている。第３の抵抗１１３における他方の端部は、接地されている。第１の抵抗１１１における他方の端部は、第２入力端子１０５と、第４の抵抗１１４における一方の端部とに接続されている。第４の抵抗１１４における他方の端部は、第２出力端子１０７と、第５の抵抗１１５における一方の端部とに接続されている。第５の抵抗１１５における他方の端部は、接地されている。
【００３５】
図２Ｂに示した構成要素のうち、接続回路部１１に含まれないものについては、図２Ａと同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
【００３６】
本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、測定対象となるトランジスタ１の最適負荷特性を実際に測定した例について説明する。この例では、入力信号生成部２０として既存の２出力任意波形発生装置およびネットワークアナライザを用い、測定部３０として既存のデジタルオシロスコープを用い、演算部４０として２出力任意波形発生装置、デジタルオシロスコープおよびネットワークアナライザを制御するコンピュータを用いた。このコンピュータは、トランジスタ最適負荷特性測定プログラムを格納する記憶部と、２出力任意波形発生装置、デジタルオシロスコープおよびネットワークアナライザを制御する制御信号を生成出力する出力部と、デジタルオシロスコープおよびネットワークアナライザによる測定結果を入力する入力部と、測定結果を格納する記憶部と、測定結果に基づいて各種演算を行う演算部とを有している。なお、トランジスタ最適負荷特性測定プログラムは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定方法をコンピュータで実行可能に生成し、入力信号生成部２０および測定部３０の動作を適宜に制御するものであって、記憶部に格納されている。
【００３７】
真性部特性に対する最適負荷特性および寄生成分特性の一部として既存の測定結果のデータを用いる場合、測定部３０は、そのデータを格納した記憶部や、そのデータを外部から入力する入力部などを具備する。
【００３８】
真性部特性に対する最適負荷特性の測定では、トランジスタ１の出力端子に直列に抵抗部を接続し、この抵抗部の両端の電圧を計測し、この計測結果からトランジスタ１に流れ込むドレイン電流Ｉｄを算出している。また、基本波および高調波のインピーダンスは、電圧波形および電流波形を離散フーリエ変換による信号処理で周波数成分に分解し、周波数ごとに「電圧／（−電流）」を計算することで算出している。
【００３９】
このような測定を実際に行って得られた結果の例を２つ、図３Ａ〜図３Ｄを参照して紹介する。
【００４０】
図３Ａは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓと、ドレイン電流Ｉｄとにおける波形を測定した結果の一例を示すグラフである。図３Ａの測定は、基本周波数ｆ０＝２０ＭＨｚで行っている。
【００４１】
図３Ａに示したグラフは、第１のグラフＶ４Ａと、第２のＩ４Ａとを含んでいる。第１のグラフＶ４Ａは、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの時間変化を表している。第１のグラフＶ４Ａにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電圧値を表している。第２のグラフＩ４Ａは、ドレイン電流Ｉｄの時間変化を表している。第２のグラフＩ４Ａにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電流値を表している。
【００４２】
図３Ｂは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、周波数に伴うトランジスタ負荷特性の変化を測定した結果の一例を示すスミスチャートである。図３Ｂの測定は、図３Ａの場合と同じ条件で行っており、基本周波数ｆ０＝２０ＭＨｚである。
【００４３】
図３Ｂに示したスミスチャートは、第１〜第５の測定点Ｆ１４Ｂ〜Ｆ５４Ｂを含んでいる。第１の測定点Ｆ１４Ｂは、基本周波数ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。第２の測定点Ｆ２４Ｂは、第２高調波周波数２ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。第３の測定点Ｆ３４Ｂは、第３高調波周波数３ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。第４の測定点Ｆ４４Ｂは、第４高調波周波数４ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。第５の測定点Ｆ５４Ｂは、第５高調波周波数５ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。
【００４４】
図３Ａおよび図３Ｂに示した測定では、８４％のドレイン効率が得られた。
【００４５】
図３Ｃは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓと、ドレイン電流Ｉｄとにおける波形を測定した結果の別の一例を示すグラフである。図３Ａの測定は、基本周波数ｆ０＝２０ＭＨｚで行っている。
【００４６】
図３Ｃに示したグラフは、第１のグラフＶ４Ｃと、第２のＩ４Ｃとを含んでいる。第１のグラフＶ４Ｃは、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの時間変化を表している。第１のグラフＶ４Ｃにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電圧値を表している。第２のグラフＩ４Ｃは、ドレイン電流Ｉｄの時間変化を表している。第２のグラフＩ４Ｃにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電流値を表している。
【００４７】
図３Ｄは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置を用いて、周波数に伴うトランジスタ負荷特性の変化を測定した結果の別の一例を示すスミスチャートである。図３Ｄの測定は、図３Ｃの場合と同じ条件で行っており、基本周波数ｆ０＝２０ＭＨｚである。
【００４８】
図３Ｄに示したスミスチャートは、第１〜第５の測定点Ｆ１４Ｄ〜Ｆ５４Ｄを含んでいる。第１の測定点Ｆ１４Ｄは、基本周波数ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。第２の測定点Ｆ２４Ｄは、第２高調波周波数２ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。第３の測定点Ｆ３４Ｄは、第３高調波周波数３ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。第４の測定点Ｆ４４Ｄは、第４高調波周波数４ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。第５の測定点Ｆ５４Ｄは、第５高調波周波数５ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。
【００４９】
図３Ｃおよび図３Ｄに示した測定では、８６％のドレイン効率が得られた。
【００５０】
寄生成分特性の測定については、例えば、次のように行う。入力信号生成部２０として２ポートネットワークアナライザを接続する。トランジスタ１を接続した接続部１０において、第２接続端子１０２を第２入力端子１０５に接続し直すと、第１入力端子１０４、第２入力端子１０５およびグラウンドからなる２端子対回路となる。ネットワークアナライザの第１ポートを第１入力端子１０４に接続し、ネットワークアナライザの第２ポートを第２入力端子１０５に接続することで、トランジスタ１の２ポートＳパラメータが測定される。具体的には、ネットワークアナライザの第１ポートから出力される参照波を第１入力端子１０４に入力し、第１入力端子１０４から出力される反射電力を測定し、測定結果からＳ１１パラメータを算出する。同様に、参照波を第１入力端子１０４に入力し、第２入力端子１０５から出力される通過電力を測定し、Ｓ２１パラメータを算出する。ネットワークアナライザの第２ポートから出力される参照波を第２入力端子１０５に入力し、第２入力端子１０５から出力される反射電力を測定し、測定結果からＳ２２パラメータを算出する。同様に、参照波を第２入力端子１０５に入力し、第１入力端子１０４から出力される通過電力を測定し、Ｓ１２パラメータを算出する。
【００５１】
なお、Ｓパラメータのそれぞれを測定する際に必要となる、接続部１０および入力信号生成部２０の接続関係の切り替えは、演算部４０が行う制御によって適宜に行われることが望ましい。
【００５２】
図４は、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法を用いて得られたトランジスタ負荷特性の測定結果に基づいて試作された増幅器の特性を示すグラフである。図４に示したグラフは、第１〜第４のグラフＧ１〜Ｇ４を含んでいる。
【００５３】
第１のグラフＧ１は、本発明の第１の実施形態に基づく増幅器におけるゲインの、入力電力に伴う変化を表している。第１のグラフＧ１において、横軸は入力電力を表し、縦軸はゲインを表している。第２のグラフＧ２は、本発明の第１の実施形態に基づく増幅器における出力電力の、入力電力に伴う変化を表している。第２のグラフＧ２において、横軸は入力電力を表し、縦軸は出力電力を表している。第３のグラフＧ３は、本発明の第１の実施形態に基づく増幅器における効率の、入力電力に伴う変化を表している。第３のグラフＧ３において、横軸は入力電力を表し、縦軸は効率を表している。第４のグラフＧ４は、本発明の第１の実施形態に基づく増幅器における電力付加効率の、入力電力に伴う変化を表している。第４のグラフＧ４において、横軸は入力電力を表し、縦軸は電力付加効率を表している。
【００５４】
なお、第１〜第４のグラフＧ１〜Ｇ４に共通するパラメータとして、基本周波数ｆ０は１．８８ＧＨｚであり、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは３．７Ｖであり、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは−１．０Ｖである。
【００５５】
図４に示した第３のグラフＧ３から読み取れるように、この例では、最大効率７７％という高効率負荷特性が、実測によって確認された。
【００５６】
ただし、この例では、試作した負荷回路が、最適化による設計値からずれていたことが確認された。そこで、試作した増幅器の負荷回路の設計値からのずれに伴う特性劣化の程度を見積もるために、このずれを考慮した負荷回路特性を算出し、その特性に対して測定を行った結果を、図５Ａおよび図５Ｂに示す。
【００５７】
図５Ａは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法を用いて測定した、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓと、ドレイン電流Ｉｄとにおける波形を測定した結果の一例を示すグラフである。図５Ａの測定は、基本周波数ｆ０＝２０ＭＨｚで行っている。
【００５８】
図５Ａに示したグラフは、第１のグラフＶ８Ａと、第２のＩ８Ａとを含んでいる。第１のグラフＶ８Ａは、ドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの時間変化を表している。第１のグラフＶ８Ａにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電圧値を表している。第２のグラフＩ８Ａは、ドレイン電流Ｉｄの時間変化を表している。第２のグラフＩ８Ａにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電流値を表している。
【００５９】
図５Ｂは、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法を用いて測定した、周波数に伴うトランジスタ負荷特性の変化を測定した結果の一例を示すスミスチャートである。図５Ｂの測定は、図５Ａの場合と同じ条件で行っており、基本周波数ｆ０＝２０ＭＨｚである。
【００６０】
図５Ｂに示したスミスチャートは、第１〜第５の測定点Ｆ１８Ｂ〜Ｆ５８Ｂを含んでいる。第１の測定点Ｆ１８Ｂは、基本周波数ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。第２の測定点Ｆ２８Ｂは、第２高調波周波数２ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。第３の測定点Ｆ３８Ｂは、第３高調波周波数３ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。第４の測定点Ｆ４８Ｂは、第４高調波周波数４ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。第５の測定点Ｆ５８Ｂは、第５高調波周波数５ｆ０におけるトランジスタ負荷特性を示している。
【００６１】
図５Ａおよび図５Ｂに示した測定結果からは、ドレイン効率が８６％から８０％に低下することが確認された。このことにより、負荷回路の修正でさらなる高効率化が見込まれることが予測される。
【００６２】
このように、本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置およびトランジスタ最適負荷特性測定方法によれば、任意のトランジスタに対する最適条件が、実験的に、かつ、簡便に導出することが可能となる。また、得られた測定結果に対する評価も簡便に行うことが可能である。
【００６３】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置について説明する。本発明の第２の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置は、図２Ａおよび図２Ｂに示した本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続回路部１１の構成を変更したものに等しい。本発明の第２の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、その他の構成要素については、第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
【００６４】
図６Ａは、本発明の第２の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続回路部１１の構成を示すブロック回路図である。図６Ａに示した接続回路部１１は、第１〜第３の抵抗１１１〜１１３を含んでいる。
【００６５】
図６Ａに示した接続回路部１１の構成要素の接続関係について説明する。第１の抵抗１１１における一方の端部は、第２接続端子１０２と、第１出力端子１０６と、第２の抵抗１１２における一方の端部とに接続されている。ここで、第１出力端子１０６は、電流プローブを介して、第１の抵抗１１１における一方の端部および第２接続端子１０２を結ぶ線路に接続されている。第２の抵抗１１２における他方の端部は、第２出力端子１０７と、第３の抵抗１１３における一方の端部とに接続されている。第３の抵抗１１３における他方の端部は、接地されている。第１の抵抗１１１における他方の端部は、第２入力端子１０５に接続されている。
【００６６】
本発明の第２の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定方法では、ドレイン電流Ｉｄを、電流プローブを用いて直接測定する。それ以外の詳細については、本発明の第１の実施形態の場合と同様であるので、説明を省略する。
【００６７】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置について説明する。本発明の第３の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置は、図２Ａおよび図２Ｂに示した本発明の第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続回路部１１の構成を変更したものに等しい。本発明の第３の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、その他の構成要素については、第１の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
【００６８】
図６Ｂは、本発明の第３の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置のうち、接続回路部１１の構成を示すブロック回路図である。図６Ｂに示した接続回路部１１は、図２Ｂに示した本発明の第１の実施形態による接続回路部１１に、増幅器１１６と、バイアス回路１２とを加えたものに等しい。図６Ｂに示した接続回路部１１のその他の構成要素は、図２Ｂに示した本発明の第１の実施形態の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
【００６９】
図６Ｂに示したバイアス回路１２の構成要素について説明する。バイアス回路１２は、コンデンサ１２１と、インダクタ１２２と、直流電圧源１２３とを含んでいる。
【００７０】
図６Ｂに示した接続回路部１１の構成要素の接続関係について説明する。第２入力端子１０５は、増幅器１１６の入力部に接続されている。増幅器１１６の出力部は、コンデンサ１２１における一方の端部に接続されている。コンデンサ１２１における他方の端部は、インダクタ１２２における一方の端部と、第１の抵抗１１１における他方の端部と、第４の抵抗１１４における一方の端部とに接続されている。インダクタ１２２における他方の端部は、直流電圧源１２３における一方の端部に接続されている。直流電圧源１２３における他方の端部は、接地されている。図６Ｂに示した接続回路部１１の構成要素の他の接続関係については、図２Ｂに示した本発明の第１の実施形態の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
【００７１】
本発明の第３の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定装置は、特に高電圧トランジスタの最適負荷特性測定に適している。本発明の第３の実施形態によるトランジスタ最適負荷特性測定方法は、本発明の第１の実施形態の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
【００７２】
以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、前記実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１  トランジスタ
１０  接続部
１０１  第１接続端子
１０２  第２接続端子
１０３  第３接続端子
１０４  第１入力端子
１０５  第２入力端子
１０６  第１出力端子
１０７  第２出力端子
１１  接続回路部
１１１〜１１５  抵抗
１１６  増幅器
１２  バイアス回路
１２１  コンデンサ
１２２  インダクタ
１２３  直流電圧源
２０  入力信号生成部
３０  測定部
４０  演算部
【図１】
2014044130.tif 000003
【図２Ａ】
2014044130.tif 000004
【図２Ｂ】
2014044130.tif 000005
【図３Ａ】
2014044130.tif 000006
【図３Ｂ】
2014044130.tif 000007
【図３Ｃ】
2014044130.tif 000008
【図３Ｄ】
2014044130.tif 000009
【図４】
2014044130.tif 000010
【図５Ａ】
2014044130.tif 000011
【図５Ｂ】
2014044130.tif 000012
【図６Ａ】
2014044130.tif 000013
【図６Ｂ】
2014044130.tif 000014