(57)【要約】【課題】ＦＥＴ等の能動素子の負荷特性を簡単且つ迅速に測定可能にする能動素子の負荷特性測定法を提供する。【解決手段】シミュレーション又は実測等により被測定能動素子１１の出力インピーダンスＺｏを予め求める。そして、測定系の負荷インピーダンスＺＬを、トランスフォーマ等を使用して能動素子１１の出力インピーダンスＺｏに変換し、アクティブロードプル測定方法により必要反射波電力を低減して負荷特性を測定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の能動素子の負荷特性を測定評価する能動素子の負荷特性測定方法において、
前記能動素子の出力インピーダンスＺｏを予め見積もることと、測定系の負荷インピーダンスＺＬを前記能動素子の出力インピーダンスＺｏと実質的に等しく設定して測定系を構築することと、アクティブロードプル方法で負荷特性を測定することとよりなることを特徴とする能動素子の負荷特性測定方法。
【請求項２】
前記能動素子の出力インピーダンスＺｏの見積もりは、シミュレーションにより行うことを特徴とする請求項１に記載の能動素子の負荷特性測定方法。
【請求項３】
前記能動素子の出力インピーダンスＺｏの見積もりは、実測により行うことを特徴とする請求項１に記載の能動素子の負荷特性測定方法。
【請求項４】
前記測定系の負荷インピーダンスＺＬの前記能動素子の出力インピーダンスＺｏへの変換は、トランスフォーマにより行うことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の能動素子の負荷特性測定方法。
【請求項５】
前記測定系の構築は、前記能動素子に入力される信号の一部を前記能動素子の出力が供給されるマイクロストリップ線路に反射波として注入して行うことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の能動素子の負荷特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は能動素子の負荷特性測定方法に関し、特に無線通信機用高周波電力増幅器に使用されるＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の能動素子の負荷特性を評価するアクティブロードプル測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信機は、無線通信に使用するマイクロ波等の高周波の送信信号又は受信信号を所定のパワーに増幅する増幅器を必要とする。斯かる無線信号の増幅器には、ＦＥＴ等の能動素子を使用するのが一般的である。また、斯かる無線通信機の増幅器にあっては、反射波等を生じることなく且つ高効率の増幅を行うために最適な負荷インピーダンスを設定することが要求される。
【０００３】
高周波ＦＥＴ等の負荷特性測定方法については、従来種々の技術が提案されている。マイクロ波帯および準ミリ波帯で動作する超高周波ＦＥＴの負荷特性を、ドレイン接地およびソース接地で動作させて測定する高周波ＦＥＴの負荷特性測定方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。単位増幅器が多段に接続又は並列接続された増幅器全体の総合特性を測定する増幅器の総合特性測定方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。更に、計算精度を保持しながら多段又は並列接続された増幅器全体の総合特性の測定時間を短縮する増幅器の総合特性計算装置が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
また、インピーダンス測定のための手法としてアクティブロードプル測定法（以下、ロードプル測定法ともいう）が一般的である。図４〜図６を参照してロードプル測定法について説明する。ロードプル測定法とは、図４に示す如く、被測定能動素子（例えばＦＥＴ）４１に信号源４２から入力信号を入力し、負荷インピーダンス４３に対する出力電力、利得および効率等の性能指標、即ち負荷特性を評価する測定法である。
【０００５】
この測定で得られた負荷特性は、能動素子４１を使用して増幅器を設計する際に、出力整合（マッチング）回路を決定するための有効な情報となる。ロードプル測定法では、負荷インピーダンス４３の可変機構として、マイクロストリップ線路のパターン調整やメカニカルチューナ等が利用される。しかし、調整機構上、負荷インピーダンス４３の設定に時間を要するので、測定の簡易化・迅速化を妨げる要因となっている。
【０００６】
そこで、アクティブロードプル測定法では、上述した課題を解決するために、図５に１例を示す如く、能動素子への入力信号の一部を分岐し、能動素子の出力へ反射波として注入することで、等価的に負荷インピーダンスを実現する構成となっている。即ち、このアクティブロードプル測定法は、（被測定）能動素子５１、高周波の信号源５２、可変減衰器５４、可変移相器５５、電力増幅器５６、サーキュレータ５７、終端器５８およびネットワークアナライザ（測定器）５９を使用して実行する。
【０００７】
高周波の信号源５２から能動素子５１への入力信号の一部を、分配器５３で分岐し、一部を被測定能動素子５１に入力して、その出力をマイクロストリップ線路６０の一端に入力すると共に、分配器５３で分岐された残りの信号を可変減衰器５４、可変移相器５５および電力増幅器５６を介してマイクロストリップ線路６０の他端に反射波として入力する。これにより、等価負荷インピーダンスの可変は、反射波の振幅および位相を可変減衰器５４および可変移相器５５を使用して調整することにより実現している。その結果、マイクロストリップ線路６０のパターン調整やメカニカルチューナ等よりも容易に負荷インピーダンス可変が可能であり、測定の簡易化および迅速化が図れるという利点がある。
【０００８】
等価負荷インピーダンスは、能動素子５１からの出射波と注入した反射波の複素振幅の比であり、マイクロストリップ線路６０に接続されたネットワークアナライザ５９によりモニタされる。可変減衰器５４および可変移相器５５により設定された等価負荷インピーダンスに対する、出力電力、利得および効率等の性能指標を測定して負荷特性を得る構成となっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５６−１５７８７６号公報（第３−４頁、第３図）
【特許文献２】
特開平１１−２４８７７４号公報（第５−６頁、第１−２図）
【特許文献３】
特開２００２−３１８２５６号公報（第４頁、第１図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアクティブロードプル測定法では、被測定能動素子５１の出力インピーダンスＺｏと測定系の負荷インピーダンスＺＬに不整合がある場合に、反射波電力の増大を招くという欠点がある。能動素子出力と負荷との境界面での電力のやりとりを、図５を参照して考察する。能動素子５１の出力振幅Ｖｏは、境界面の不整合により一部しか負荷側に伝わらず、反射振幅Ｖｏｒと透過振幅Ｖｏｔが発生する。
Ｖｏｒ＝Ｖｏ・ΓＬ  …（１）
Ｖｏｔ＝Ｖｏ・√（１−ΓＬ２）  …（２）
ここで、ΓＬは測定系負荷の反射係数であり、
ΓＬ＝（ＺＬ−Ｚｏ）／（ＺＬ＋Ｚｏ）  …（３）
となる。
【００１１】
同様に、負荷インピーダンス可変のために外部より注入された反射波振幅Ｖｒも境界面の不整合により一部しか能動素子５１側に伝わらず、反射振幅Ｖｒｒと透過振幅Ｖｒｔが発生する。
Ｖｒｒ＝Ｖｒ・Γｓ  …（４）
Ｖｒｔ＝Ｖｒ・√（１−Γｓ２）  …（５）
ここで、Γｓは能動素子出力の反射係数であり、
Γｓ＝（Ｚｏ−ＺＬ）／（Ｚｏ＋ＺＬ）  …（６）
となる。
【００１２】
従って、外部より注入された反射波振幅Ｖｒにより、負荷の反射係数ΓＬは、等価的にΓＬ’となる。
ΓＬ’＝Ｖｒ／（Ｖｏｔ＋Ｖｒｒ）＝Ｖｒ／（Ｖｏ・√（１−ΓＬ２）＋Ｖｒ・Γｓ）…（７）
（７）式から、注入した反射波Ｖｒの振幅および位相を変えることで、等価負荷反射係数ΓＬ’、即ち等価負荷インピーダンスＺＬ’を可変できることが分かる。また、ΓＬ’を設定するために必要な反射波電力｜Ｖｒ／Ｖｏ｜２について解くと、｜Ｖｒ／Ｖｏ｜２＝｜（ΓＬ’√（１−ΓＬ２））／（１＋ΓｓΓＬ’）｜２  …（８）
となる。
【００１３】
次に、図６は、（８）式から得られる反射波電力の必要量を示す。図６は、測定系の負荷インピーダンスとして一般的なＺＬ＝５０Ωとした場合である。能動素子５１の出力インピーダンスＺｏが測定系の負荷インピーダンスＺＬ＝５０Ωと等しい場合、即ちＺｏとＺＬが整合している場合には、等価負荷インピーダンスＺＬ’を実現するのに必要な反射波電力は、能動素子５１の出力電力の同等以下で十分あることが分かる。しかしながら、Ｚｏ≠ＺＬ、即ち不整合の場合には、能動素子５１の出力電力以上の反射波電力が必要であることが分かる。一般に、能動素子５１の出力インピーダンスＺｏは５０Ωではない。そのため、従来のアクティブロードプル測定法では、必要反射波電力は能動素子の出力電力以上必要となり、不整合が大きいほど大きな反射波電力が必要となるという欠点が生じる。
【００１４】
【発明の目的】
本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、能動素子の出力インピーダンスＺｏと測定系の負荷インピーダンスＺＬとの不整合が大きい場合でも外部反射波電力を増加させることなく測定可能にする能動素子の負荷特性測定方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため本発明による能動素子の負荷特性測定方法は次のような特徴的な構成を採用している。
【００１６】
（１）ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の能動素子の負荷特性を測定評価する能動素子の負荷特性測定方法において、
前記能動素子の出力インピーダンスＺｏを予め見積もることと、測定系の負荷インピーダンスＺＬを前記能動素子の出力インピーダンスＺｏと実質的に等しく設定して測定系を構築することと、アクティブロードプル方法で負荷特性を測定することとよりなる能動素子の負荷特性測定方法。
【００１７】
（２）前記能動素子の出力インピーダンスＺｏの見積もりは、シミュレーションにより行う上記（１）の能動素子の負荷特性測定方法。
【００１８】
（３）前記能動素子の出力インピーダンスＺｏの見積もりは、実測により行う上記（１）の能動素子の負荷特性測定方法。
【００１９】
（４）前記測定系の負荷インピーダンスＺＬの前記能動素子の出力インピーダンスＺｏへの変換は、トランスフォーマにより行う上記（１）、（２）又は（３）の能動素子の負荷特性測定方法。
【００２０】
（５）前記測定系の構築は、前記能動素子に入力される信号の一部を前記能動素子の出力が供給されるマイクロストリップ線路に反射波として注入して行う上記（１）、（２）又は（３）の能動素子の負荷特性測定方法。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による能動素子の負荷特性測定方法の好適実施形態の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明による能動素子の負荷特性測定方法の好適実施形態であるアクティブロードプル測定方法の実施手順を示すフローチャートである。先ず、シミュレーションおよび実測等により、能動素子の出力インピーダンスＺｏを見積もる（ステップＳ１）。次に、トランスフォーマ等で測定系の負荷インピーダンスＺＬを能動素子の出力インピーダンスＺｏと等しくして、即ちＺＬ＝Ｚｏにて測定系を構築する（ステップＳ２）。その後に、アクティブロードプル測定法により負荷特性の測定を開始する（ステップＳ３）。
【００２３】
次に、図２は、本発明の能動素子の負荷特性測定方法によるアクティブロードプル測定系１０の構成図を示す。本発明では、上述の如く、インピーダンス不整合時の反射波電力の増加を抑制するために、アクティブロードプル測定前に、予めシミュレーション、実測等で能動素子の出力インピーダンスＺｏを求め、トランスフォーマ等で測定系の負荷インピーダンスＺＬをデバイス（能動素子）の出力インピーダンスＺｏに変換し、反射波電力を能動素子の出力電力以下に抑圧する手法をとる。または、能動素子の出力インピーダンスＺｏで測定系を構築し、反射波電力を能動素子の出力電力以下に抑圧する手法をとる。
【００２４】
図２のアクティブロードプル測定系１０において、被測定能動素子１１には、高周波信号源１２から分配器１３を介して高周波信号の一部が入力され、その出力信号がマイクロストリップ線路２０に出力される。分配器１３からの残りの高周波信号は、可変減衰器１４、可変移相器１５、電力増幅器１６、サーキュレータ１７を介してマイクロストリップ線路２０に反射波を注入する。マイクロストリップ線路２０には、測定器であるネットワークアナライザ１９が接続されると共にサーキュレータ１７を介して終端器１８に接続されている。例えば、被測定能動素子１１の出力インピーダンスＺｏが、シミュレーション又は実測により求められ、Ｚｏ＝１Ωであったとする。そこで、負荷インピーダンスＺＬ＝１Ωの測定系を、トランスフォーマ等を使用して構築する。
【００２５】
次に、図３は、一般的な負荷インピーダンスＺＬ＝５０Ωの測定系を用いた場合と本発明による負荷インピーダンスＺＬ＝１Ωの測定系を用いた場合の反射波電力の必要量の関係を示す図である。負荷インピーダンスＺＬが５０Ωの場合には、外部から注入した反射波により等価的に負荷インピーダンスＺＬ’を実現するとき、能動素子１１の出力電力の４０倍程度の反射波電力を必要とするが、本発明のように、負荷インピーダンスＺＬを１Ωとした場合には、能動素子１１の出力電力と同等の反射波電力で十分であり、負荷インピーダンス５０Ωの場合に比べて、反射波電力を約１／４０に低減することができる。
【００２６】
以上のように、測定系の負荷インピーダンスＺＬを能動素子の出力インピーダンスＺｏと等しくすることによって、反射波電力の必要量を低減することが可能となる。
【００２７】
以上、本発明による能動素子の負荷特性測定方法の好適実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな如く、本発明の能動素子の負荷特性測定方法によると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。即ち、アクティブロードプル測定法において、等価負荷インピーダンス設定に必要な注入反射波の電力を低減できることである。その理由は、シミュレーション、実測等により、予め求めた被測定能動素子の出力インピーダンスと等しい負荷インピーダンスで測定系を構築することにより、注入反射波電力が能動素子の出力に不整合をなく伝わるためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による能動素子の負荷特性測定方法の好適実施形態を示すフローチャートである。
【図２】
本発明の能動素子の負荷特性測定方法の具体例を示す図である。
【図３】
本発明による能動素子の負荷特性測定方法の効果を示すグラフである。
【図４】
従来の一般的な能動素子の負荷特性測定系を示す図である。
【図５】
従来のアクティブロードプル測定系の課題を説明する図である。
【図６】
従来のアクティブロードプル測定における課題を説明するグラフである。
【符号の説明】
１０  アクティブロードプル測定系
１１  能動素子
１２  高周波信号源
１３  分配器
１４  可変減衰器
１５  可変移相器
１６  電力増幅器
１７  サーキュレータ
１８  終端器
１９  ネットワークアナライザ（測定器）
２０  マイクロストリップ線路
【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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