(57)【要約】【課題】従来のインピーダンス調整方法では、スタブを部分的に繰り返し切取、切除する必要がある。従って、スタブの数が多くなると調整時間がかかるという問題がある。【解決手段】この発明の高周波回路のインピーダンス調整方法は、高周波回路に分布定数線路を設け、分布定数線路の幅または長さを因子とし、調整の範囲の平均値、最小値、または、最大値を水準として直交表を作成する工程と、直交表を用いて直交実験を行う工程と、直交実験の結果に基き関数による近似式を作成する工程と、近似式から目標値を導く工程と、目標値と実測値とを比較する工程と、比較された結果から目標値を修正する工程とを備えたものである。【選択図】図１
2014007632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波回路に分布定数線路を設け、当該分布定数線路の幅または長さを因子とし、調整の範囲の平均値、最小値、または、最大値を水準として直交表を作成する工程と、
前記直交表を用いて直交実験を行う工程と、
前記直交実験の結果に基き関数による近似式を作成する工程と、
前記近似式から目標値を導く工程と、
前記目標値と実測値とを比較する工程と、
前記比較された結果から目標値を修正する工程と、
を備えた高周波回路のインピーダンス調整方法。
【請求項２】
前記修正する工程は、目標値と推定値の差分を用いて修正する工程であり、修正結果に基づいて分布定数線路の幅または長さを変更することを特徴とする請求項１記載の高周波回路のインピーダンス調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波回路におけるインピーダンスマッチングのためのインピーダンス調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波回路では、伝送線路自体が入力側から見てキャパシタ成分およびインダクタ成分を有することから、分布定数線路（以下スタブと記載する場合がある）を並列接続することでインピーダンスマッチングをとる必要がある。
また、増幅器（以下アンプと記載する場合がある）などにおいては利得の周波数特性（以下ｆ特性と記載する場合がある）を改善するためのインピーダンス調整方法としてスタブの長さおよび幅を変える方法が一般的に使われている。
【０００３】
スタブの種類としては、終端負荷の種類により、オープンスタブ（先端が開放しているもの）、ショートスタブ（先端が短絡しているもの）とがあるが、図８は、オープンスタブの例を示している。単純な配線パターンである（ａ）の寸法ＬとＷを変えることでｆ特性を変えることができる。また、（ｂ）は、オープンスタブとショートスタブとを組み合わせた複雑なスタブの例である。所望のｆ特性になるように調整する必要がある。
【０００４】
図９(ａ)は、従来の整合回路のインピーダンス調整方法における制御装置とその他の装置の関係を示す図である。図において、整合回路のインピーダンスの調整を制御する制御装置２００は、スタブを切断したときのインピーダンスの変化とスタブ調の関係を記憶する記憶部２０１、実測値あるいは回路図からスタブ寸法とインピーダンスを周波シミュレータや実験データなどより演算する演算部２０２、スタブを切断するレーザ照射装置２０３、および、ネットワークアナライザなどでインピーダンスを測定する測定部３０で構成される。
【０００５】
図９(ｂ)は、整合回路のインピーダンス調整方法を示したフロー図である。図において、Ｓ３０１はシミュレーション又はインピーダンス測定値のデータベース内の情報との比較演算によりインピーダンスを目標値に調整するためのスタブの切除量を求めるステップ、Ｓ３０２はレーザによりスタブを部分的に切り取るステップ、Ｓ３０３はインピーダンスを測定するステップ、および、Ｓ３０４は測定結果と目標値とを比較して、目標値に達したか否か判断するステップで構成される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許２００１−２９２００９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来のインピーダンス調整方法では、ステップＳ３０４で測定結果と目標値とを比較し、目標値に達したか否か判断する。許容誤差範囲以上の差がある場合は、測定値に基づいて、演算部２０２でシミュレーション又はデータベース内の情報と比較演算し、インピーダンスを目標値に調整するためのスタブの切除量を求める。次に、Ｓ３０２でレーザ照射装置２０３によりスタブ切除する。次にＳ３０３で、測定器３０によりインピーダンスを再測定する。
【０００８】
以上の過程をスタブごとに測定値が目標値に達するまで繰り返すため、従来のインピーダンス調整方法では、スタブを部分的に繰り返し切取、切除する必要がある。従って、スタブの数が多くなると調整時間がかかるという問題がある。
この発明は、以上のような問題を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の高周波回路のインピーダンス調整方法は、高周波回路に分布定数線路を設け、分布定数線路の幅または長さを因子とし、調整の範囲の平均値、最小値、または、最大値を水準として直交表を作成する工程と、直交表を用いて直交実験を行う工程と、直交実験の結果に基き関数による近似式を作成する工程と、近似式から目標値を導く工程と、目標値と実測値とを比較する工程と、比較された結果から目標値を修正する工程とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
複数の分布定数線路の条件について同時に検討することが可能なため、高周波回路のインピーダンスの調整時間を大幅に短縮できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る高周波回路のインピーダンス調整方法を示すフロー図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る高周波回路の一例である高周波増幅器の整合回路を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る高周波回路のインピーダンス調整方法に用いる直交表の一例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る高周波回路のインピーダンス調整方法に用いる直交表の具体例を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る高周波回路のインピーダンス調整方法に係る直交表による利得の周波数特性の計算例である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る高周波回路のインピーダンス調整方法に係る要因効果図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る高周波回路のインピーダンス調整方法に係る要因効果図である。
【図８】スタブの例を示す図である。
【図９】従来の高周波回路のインピーダンス調整方法について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
次に、図面を用いて、この発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１３】
図１は、この発明の実施の形態１に係る高周波回路のインピーダンス調整方法を示すフロー図である。図において、最初に、Ｓ５００で高周波回路に分布定数線路を設け、分布定数線路の幅または長さを因子とし、調整の範囲の平均値、最小値、または、最大値を水準として直交表を作成する。次に、Ｓ５０１は直交表に基づいて行う直交実験を行うステップであり、Ｓ５０２は、Ｓ５０１で得られた実験データおよび記憶データに基づき関数による近似式を作成するステップであり、Ｓ５０３は、Ｓ５０２で得られた近似式により高周波回路のｆ特性の（スタブの幅、長さの目標値ではなく、ｆ特性の目標値でよい？）目標値を設定するステップであり、Ｓ５０４は、目標値に従いスタブの条件（幅、長さ等）を推定するステップである。Ｓ５０２で得られた近似式は、単純な場合は１次方程式であるが、高次の方程式であってもかまわない。
【００１４】
また、Ｓ５０５は、Ｓ５０４の結果に基づいて、スタブの幅および長さ等の調整作業をするステップであり、Ｓ３０３は、スタブの幅および長さ等の調整がなされた回路のｆ特性を実測するステップである。Ｓ５０１で得られた実験データは、Ｓ２０１で記憶部に保存される。Ｓ３０４で、Ｓ３０３により得られた実測値が回路のｆ特性の目標値を充足すれば、調整は終了する。しかし、目標値を充足しない場合は、Ｓ５０６で、推定値と実測値の差分を求め、Ｓ５０７により、目標値を修正する。修正した目標値を基づいて、再度Ｓ５０４でスタブの条件（幅、長さ等）を推定する。
【００１５】
次に、調整方法について説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る高周波回路の一例である高周波増幅器（以下、高周波アンプと記載する場合がある）の整合回路を示している。図において、高周波アンプ２の受信部で受信した高周波信号１は、高周波アンプ２で増幅され、さらに高周波アンプ４で増幅された後、送信部から送信され、復調回路等の付加回路５に送られる。ここで、オープンスタブ３１乃至３５により、高周波アンプ２と高周波アンプ４とのインピーダンスマッチングがなされる。オープンスタブ３１乃至３５の長さと幅は、それぞれＬ１乃至Ｌ５、および、Ｗ１乃至Ｗ５で示されている。
【００１６】
整合回路のｆ特性は、オープンスタブ３１乃至３５の長さＬ１乃至Ｌ５、および、幅Ｗ１乃至Ｗ５を変えることで調整することができる。以下では、単純にするためにオープンスタブ３１乃至３５の幅Ｗ１乃至Ｗ５は全て同じとして説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る高周波回路のインピーダンス調整方法に用いる直交表の一例を示している。図において、Ｎｏは実験番号、Ａ〜Ｈは割り付ける因子の種類、Ａ〜Ｈの各列の数字１〜３は因子の水準を示している。図４は、図２で示した高周波アンプの整合回路の例について、図３の直交表に割り付けた場合を示した図である。図において、オープンスタブ３１乃至３５の長さＬ１乃至Ｌ５をＢ〜Ｆに割り付ける。ここでは、水準２をノミナル値、水準１および３は、Ｌ１乃至Ｌ５のそれぞれの調整範囲の最小値と最大値である。
【００１７】
次に、図４の直交表の計算を最適化する全ての周波数で行う。これらのデータを記憶部２０１に記憶する。図５は、図４の直交表をもとに各周波数帯について計算を行った結果を示すグラフである。図６は、因子の効果の加法性を仮定して（例えば、Ｃ１＝（Ｎｏ.１の計算値＋Ｎｏ.４の計算値＋Ｎｏ.７の計算値＋Ｎｏ.１０の計算値＋Ｎｏ.１３の計算値＋Ｎｏ.１６の計算値）／６）得られた、特定周波数帯における要因効果図の計算例である。また、図７は、図５の結果を全ての周波数帯で表した要因効果図の計算例である。
【００１８】
次に、Ｓ５０２において、各周波数で関数による近似式を作成する。近似式を１次とすれば、以下のように、行列を用いた方程式で表すことができる。ここで、ｉ番目の周波数での利得をｙｉ、ｘ１乃至ｘ５は、オープンスタブ３１乃至３５の長さＬ１乃至Ｌ５とする。下の式は１０個の評価点を示している。
【００１９】
【数１】
2014007632.tif 000003
【００２０】
ここで、ｙｉはＳ５０３で設定した目標値である。Ｓ５０４で、上式で示した両辺の差分を最小にするようなｘｊを計算する。
次にＳ５０５でオープンスタブ３１乃至３５の長さＬ１乃至Ｌ５を前記ｘｊにする。
次にＳ３０３でｆ特性を測定する。
【００２１】
図７で得られた要因効果を１次式で近似すると、上式１の利得ｙｉは次式により得られる。
【００２２】
【数２】
2014007632.tif 000004
ここで、Ｃｉ、Ｄｉ、Ｅｉ、Ｆｉ、および、Ｇｉは要因効果図から決まる係数である。また、μｉは平均値である。ｅｉは残差である。この残差と平均値の和をあらためてｍｉと置くと、上式は
【００２３】
【数３】
2014007632.tif 000005
となる。
【００２４】
数式３のｍｉが数式１中のｂｉに相当する。Ｃｉ、Ｄｉ、Ｅｉ、Ｆｉ、および、Ｇｉは、それぞれ数式１中のａｉ１、ａｉ２、ａｉ３、ａｉ４、および、ａｉ５に対応する。
数式１は、次の数式４の行列からｘｊを求める逆問題に帰着する。
ｘｊを求めるために例えば、ＧＳＰＭ(Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ  Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ)法を用いることができる。ＧＳＰＭ法は反復型解法の一種である。
ＧＳＰＭ法では２つのベクトルの一致度を単位ベクトルの内積で判定する。即ち、２つのベクトルが一致するということは、内積が１であると等価である。
【００２５】
【数４】
2014007632.tif 000006
【００２６】
上記数式４は、次のように書ける。
【００２７】
【数５】
2014007632.tif 000007
列ベクトルＡ＝｛Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５｝を使って表現すれば、次式のようになる。ここで、Ａｉは数式４の列ベクトルを示す。
【００２８】
【数６】
2014007632.tif 000008
ここで、Ｙ＝｛ｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４、ｙ５｝である。
【００２９】
正規化すれば、
【００３０】
【数７】
2014007632.tif 000009
あるいは
【００３１】
【数８】
2014007632.tif 000010
ここで、
【００３２】
【数９】
2014007632.tif 000011
【００３３】
【数１０】
2014007632.tif 000012
であるから、正規化されたシステム行列は次式で表せる。
【００３４】
【数１１】
2014007632.tif 000013
【００３５】
ｋ回目の反復解をＸ（ｋ）とすると、ＧＳＰＭ法を用いた計算は、
【００３６】
【数１２】
2014007632.tif 000014
を評価関数とし、ｆ［Ｘ（ｋ）］→１となるＸ（ｋ）を求める問題に帰着する。
計算ではＸ’内の１要素に対して値を変更し、逐次数式１１を評価する。即ち、１要素のみ変更し他は動かさない。これらを繰り返し、全ての要素を動かし、各周波数帯で数式１１の値が１に最も近くなる要素を１つ求める。以上の計算を収束するか、所定の回数（ステップ数×スタブの種類）終了するまで繰り返す。
【００３７】
しかし、一般的に計算値と実測値には差が生じる。また、近似式が１次では、精度が十分でない場合にも差が生じる。この値をΔｙｉとする。Ｓ５０６でこの値を計算する。Ｓ５０７で目標値をΔｙ＋ｙに修正する。
【００３８】
Ｓ５０４は、Ｓ５０１、Ｓ５０２、Ｓ５０３、Ｓ５０４、Ｓ３０３による結果の後、Ｓ５０６、Ｓ５０７の結果に基づいてＳ５０３により目標値を差分だけ修正した後、実施しても良い。
以上の過程を繰り返すことで、目標値に近くなるスタブの寸法ｘｉを得ることができる。
【００３９】
また、上記では修正量Δｙは各評価点での値としたが、全ての評価点の平均値を用いてもよい。
【００４０】
実施の形態２．
上記実施の形態１で示した手法を用いて特性を平坦にする場合には、最適化する位置を離散化しているため、評価点からずれた位置で値が変化すると修正できない。そこで、このような場合が生じたと判断する場合には、新しく生じた位置を計算点として採用する。この誤差を定量的に判断する方法として、この発明の実施の形態２では、ある一定の許容誤差範囲を設け、その範囲を超える場合にはその位置の誤差が大きいと判断する。
【００４１】
許容誤差範囲は、例えば、所望のレベルｙの±５％などのように設定する。一般的には、得られた値と、所望の値との誤差を計算し、その誤差が許容誤差範囲を超えている位置を選択して新たな評価位置とし、その位置で再び計算すればよい。それにより、選択された新たな評価位置における誤差を小さくすることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  入力信号、２  高周波アンプ、３１〜３５  オープンスタブ、４  高周波アンプ、５  負荷回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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