(57)【要約】【課題】  多段縦列接続非線形回路の出力の３次相互変調波、基本波及び位相の推定方法、及び当該推定方法を利用したスイッチ切換型多段縦列非線形回路を提供する。【解決手段】  単段の前段増幅器、及び単段の後段増幅器について出力電圧の振幅と位相をそれぞれ求め、求めた振幅と位相を用いて前段増幅器と後段増幅器とを縦列接続した２段縦列接続増幅器の出力と位相を求める。この２段縦列接続増幅器の出力は、ベクトル表示することができるので、出力を精度よく求めることができる。【選択図】  図３
2005124128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２波の基本波が入力された前段と後段が縦列接続された非線形回路で発生した３次相互変調波の電圧を、
前記前段非線形回路において発生した第１の３次相互変調波と、
前記後段非線形回路において発生した第２の３次相互変調波と、
前記後段非線形回路において一方及び他方の前記基本波の２次高調波成分の和と一方の前記第１の３次相互変調波成分との混合から発生した第３の３次相互変調波と、
前記後段非線形回路において一方の前記基本波成分と他方の前記基本波成分と他方の前記第１の３次相互変調波成分との混合から発生した第４の３次相互変調波との
ベクトル和として計算することを特徴とした、２段縦列接続非線形回路の３次相互変調波の推定方法。
【請求項２】
前記第１の３次相互変調波の電圧の振幅は、
前記前段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の振幅と、
前記後段非線形回路で発生した一方の前記基本波の電圧の振幅との積を、
前記前段非線形回路で発生した一方の前記基本波の電圧の振幅で割って、
計算することを特徴とした、請求項１に記載の２段縦列接続非線形回路の３次相互変調波の推定方法。
【請求項３】
前記第１の３次相互変調波の電圧の位相は、
前記前段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の位相と、
一方の前記基本波の電圧の位相との差で、
計算することを特徴とした請求項１記載の２段縦列接続非線形回路の３次相互変調波の推定方法。
【請求項４】
前記第２の３次相互変調波の電圧の振幅は、
前記後段非線形回路で発生した一方の前記第２の３次相互変調波の電圧の振幅で、
計算することを特徴とした、請求項１に記載の２段縦列接続非線形回路の３次相互変調波の推定方法。
【請求項５】
前記第２の３次相互変調波の電圧の位相は、
前記後段非線形回路で発生した一方の前記第２の３次相互変調波の電圧の位相と、一方の前記基本波の電圧の位相との差で、
計算することを特徴とした、請求項１に記載の２段縦列接続非線形回路の３次相互変調波の推定方法。
【請求項６】
前記第３の３次相互変調波の電圧の振幅は、
前記前段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の振幅と、
前記後段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の振幅との積を、
記前段非線形回路で発生した一方の前記基本波の電圧の振幅で割って、
計算することを特徴とした、請求項１に記載の２段縦列接続非線形回路の３次相互変調波の推定方法。
【請求項７】
前記第３の３次相互変調波の電圧の位相は、
前記前段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の位相と、一方の前記基本波の電圧の位相の差と、
前記後段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の位相と、一方の前記基本波の電圧の位相の差との和で、
計算することを特徴とした、請求項１に記載の２段縦列接続非線形回路の３次相互変調波の推定方法。
【請求項８】
前記第４の３次相互変調波の電圧の振幅は、
前記前段非線形回路で発生した他方の前記第１の３次相互変調波の電圧の振幅と、
前記後段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の振幅との積を２倍したものを、
前記前段非線形回路で発生した一方の前記基本波の電圧の振幅で割って、
計算することを特徴とした、請求項１に記載の２段縦列接続非線形回路の３次相互変調波の推定方法。
【請求項９】
前記第４の３次相互変調波の電圧の位相は、
前記後段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の位相と、一方の前記基本波の電圧の位相との差から、
前記前段非線形回路で発生した他方の前記第１の３次相互変調波の電圧の位相と他方の前記基本波の電圧の位相との差を引いて、
計算することを特徴とした、請求項１に記載の２段縦列接続非線形回路の３次相互変調波の推定方法。
【請求項１０】
２波の第１の基本波が入力された前段と後段が縦列接続された非線形回路で発生した基本波の電圧を、
一方の前記第１の基本波と、
前記後段非線形回路において他方の前記第１の基本波の２次高調波成分と、前記前段非線形回路で発生した他方の第１の３次相互変調波成分との混合から発生した第２の基本波と、前記後段非線形回路において一方の前記第１の基本波成分と他方の前記第１の基本波成分と一方の前記第１の３次相互変調波成分との混合から発生した第３の基本波との
ベクトル和として計算することを特徴とした、２段縦列接続非線形回路の基本波の推定方法。
【請求項１１】
前記第１の基本波の電圧の振幅は、
前記後段非線形回路で発生した一方の前記第１の基本波の電圧の振幅で
計算することを特徴とした、請求項１０に記載の２段縦列接続非線形回路の基本波の推定方法。
【請求項１２】
前記第１の基本波の電圧の位相は、
０度として計算することを特徴とした、請求項１０に記載の２段縦列接続非線形回路の基本波の推定方法。
【請求項１３】
前記第２の基本波の電圧の振幅は、
前記前段非線形回路で発生した他方の前記第１の３次相互変調波の電圧の振幅と
前記後段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の振幅との積を
前記前段非線形回路で発生した一方の前記第１の基本波の電圧の振幅で割って
計算することを特徴とした、請求項１０に記載の２段縦列接続非線形回路の基本波の推定方法。
【請求項１４】
前記第２の基本波の電圧の位相は、
前記後段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の位相と、一方の前記第１の基本波の電圧の位相との差から
前記前段非線形回路で発生した他方の前記第１の３次相互変調波の電圧の位相と、他方の前記第１の基本波の電圧の位相との差を
引いて計算することを特徴とした、請求項１０に記載の２段縦列接続非線形回路の基本波の推定方法。
【請求項１５】
前記第３の基本波の電圧を、前記後段非線形回路において前記前段非線形回路で発生した一方の前記第１の基本波成分と一方の前記第１の３次相互変調波と前記後段非線形回路で発生した一方の第２の３次相互変調波成分との混合から発生した第１の混合波と、
前記後段非線形回路において前記前段非線形回路で発生した一方の前記第１の基本波成分と一方の前記第１の３次相互変調波と前記後段非線形回路で発生した他方の第２の３次相互変調波成分との混合から発生した第２の混合波との
ベクトル和として計算することを特徴とした、請求項１０に記載の２段縦列接続非線形回路の基本波の推定方法。
【請求項１６】
前記第１の混合波の電圧の振幅は、
前記前段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の振幅と
前記後段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の振幅との積を
前記前段非線形回路で発生した一方の前記第１の基本波の電圧の振幅で割って
計算することを特徴とした、請求項１５に記載の２段縦列接続非線形回路の基本波の推定方法。
【請求項１７】
前記第１の混合波の電圧の位相は、
前記前段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の位相と一方の前記第１の基本波の電圧の位相との差と
前記後段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の位相と一方の前記第１の基本波の電圧の位相との差との
和で計算することを特徴とした、請求項１５に記載の２段縦列接続非線形回路の基本波の推定方法。
【請求項１８】
前記第２の混合波の電圧の振幅は、
前記前段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の振幅と
前記後段非線形回路で発生した他方の前記第１の３次相互変調波の電圧の振幅との積を
前記前段非線形回路で発生した一方の前記第１の基本波の電圧の振幅で割って
計算することを特徴とした、請求項１５に記載の２段縦列接続非線形回路の基本波の推定方法。
【請求項１９】
前記第２の混合波の電圧の位相は、
前記前段非線形回路で発生した一方の前記第１の３次相互変調波の電圧の位相と一方の前記第１の基本波の電圧の位相の差と
前記後段非線形回路で発生した他方の前記第１の３次相互変調波の電圧の位相と一方の前記第１の基本波の電圧の位相の差との
和で計算することを特徴とした、請求項１５に記載の２段縦列接続非線形回路の基本波の推定方法。
【請求項２０】
発生した２波の前記第１の３次相互変調波の非対称の差が７．３％以下である前記後段非線形回路に適用することを特徴とした、請求項１〜９に記載の２段縦列接続非線形回路の３次相互変調波の推定方法及び請求項１０〜１９に記載の２段縦列接続非線形回路の基本波の推定方法。
【請求項２１】
３段以上の非線形縦列接続の非線形回路の３次相互変調波の電圧を、
まず前段２段の非線形回路に対し請求項１〜９に記載の２段縦列接続非線形回路の３次相互変調波の推定方法と請求項１０〜１９に記載の２段縦列接続非線形回路の基本波の推定方法を適用し、
次にその結果と次の１段の非線形回路に対し請求項１〜９に記載の２段縦列接続非線形回路の３次相互変調波の推定方法と請求項１０〜１９に記載の２段縦列接続非線形回路の基本波の推定方法を適用するという順で計算することを特徴とした、多段縦列接続非線形回路の３次相互変調波及び基本波の推定方法。
【請求項２２】
１：Ｎ１の第１の切換スイッチと、
前記第１の切換スイッチに並列接続されたＮ１個の第１の増幅器と、
前記第１の増幅器に接続されたＮ１：Ｎ２の第２の切換スイッチと、
前記第２の切換スイッチに並列接続されたＮ２個の第２の増幅器と、
前記第２の増幅器に接続されたＮ２：１の第３の切換スイッチと、
前記第１、第２及び第３の切換スイッチを制御する制御回路と、
前記第１及び第２の単段を増幅器の出力電圧の振幅、位相の入出力特性のデータを持った参照テーブルとを備え、
出力電力レベル変化時に、
前記制御回路では前記参照テーブルのデータから請求項１〜２２記載の推定法を用いて、前記第１の増幅器と前記第２の増幅器との縦列接続増幅器の歪み成分及び基本波の出力電力を推定し、
その出力電力において歪み特性の規定を満たし、かつ消費電力が最小となる組み合わせになるように前記第１、第２、第３の切換スイッチの組み合わせを制御することを特徴とした、スイッチ切換型多段縦列接続増幅器。
【請求項２３】
前記第１の増幅器のうち１つの代わりにスルーを用いることを特徴とした、請求項２２に記載のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器。
【請求項２４】
前記第２の増幅器のうち１つの代わりにスルーを用いることを特徴とした、請求項２２に記載のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器。
【請求項２５】
縦列接続増幅器の段数が３段以上であることを特徴とした、請求項２２に記載のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器。
【請求項２６】
前記増幅器のうちいくつかの代わりにスルーを用いることを特徴とした、請求項２２〜２５のいずれかに記載のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器。
【請求項２７】
前記スイッチ切換型多段縦列接続増幅器はＭＭＩＣに内蔵されることを特徴とした、請求項２２又は２５に記載のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器。
【請求項２８】
前記増幅器の前段の増幅器の出力インピーダンスが５０Ωではないことを特徴とした、請求項２２又は２５に記載のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器。
【請求項２９】
前記参照テーブルとして信号源インピーダンス及び負荷インピーダンスに応じたデータを格納していることを特徴とした、請求項２７又は２８に記載のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器。
【請求項３０】
信号発生器と、カプラーと、第１及び第２のパワーメータと、サーキュレータと、第１及び第２のインピーダンスチューナと、被測定物と、スペクトラムアナライザと、ベクトルシグナルアナライザとを備え、前記信号発生器の出力は、前記カプラーに入力され、前記カプラーの一方の出力は前記第１のパワーメータに入力され、他方の出力は前記サーキュレータに入力され、前記カプラーからの入力は前記サーキュレータで前記インピーダンスチューナに出力され、前記インピーダンスチューナの反射は前記サーキュレータを介して前記第２のパワーメータに入力され、前記被測定物の出力は前記第２のインピーダンスチューナに出力され、前記第２のインピーダンスチューナの出力は前記スペクトラムアナライザと、前記ベクトルシグナルアナライザに出力されることを特徴とした、測定装置。
【請求項３１】
ＤＵＴはオンウェハで測定されることを特徴とした、請求項３０に記載の測定装置。
【請求項３２】
請求項３０又は３１に記載の測定装置を用いて測定したデータを前記参照テーブルに格納したことを特徴とした、請求項２９に記載のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器。
【請求項３３】
前記参照テーブルの入力電力は前記信号発生器から入力された信号の電力から前記被測定物の入力端で反射した電力を引いた値を用いること特徴とした、請求項３２に記載のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器。
【請求項３４】
前記参照テーブルの初段の増幅器のデータとして信号源インピーダンスが５０Ω場合のみのデータが格納されていることを特徴とした、請求項３２に記載のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器。
【請求項３５】
前記参照テーブルの最終段の増幅器のデータとして負荷インピーダンスが５０Ω場合のみのデータが格納されていることを特徴とした、請求項３２に記載のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器。
【請求項３６】
前記制御回路は前記増幅器の出力の電力及び位相のデータとして前記増幅器の前段の増幅器の入力インピーダンスと前記増幅器の後段の増幅器の出力インピーダンスがほぼ一致するものを用いることを特徴とした、請求項３２に記載のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器。
【請求項３７】
前記制御回路は前記参照テーブルの格納データより補完して作成した前記増幅器の前段の増幅器の入力インピーダンスと前記増幅器の後段の増幅器の出力インピーダンスがほぼ一致する前記増幅器の出力の電力及び位相データを用いることを特徴とした、請求項３２に記載のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段に縦列接続した増幅器等の非線形回路出力の３次相互変調波と基本波の振幅及び位相の推定方法、及び当該推定方法を用いたスイッチ切替型多段縦列接続非線形回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話は世界規模で急速に普及している。電池の充電を行った後の携帯電話での、通話可能時間及び待ち受け可能時間（以下、通話／待受時間という）は、長時間であるほど充電の手間が少なくて済み、携帯電話の使い勝手が良くなる。通話／待受時間を長時間化させるには、携帯電話の無線回路における消費電力を低減させることが課題となる。
【０００３】
無線回路の消費電流を支配するパラメータの１つに、増幅器等の非線形回路で発生する歪み（３次相互変調波等）がある。従来、無線回路内の非線形回路で発生する歪みの推定は、例えば下記の非特許文献１及び２に開示されている推定方法で行われてきた。従来の推定方法について、図１７を用いて説明する。図１７は、増幅器１０１及び１０２を縦列接続した２段縦列接続増幅器１０３に、２つの電圧基本波νL （低周波数側）及びνH （高周波数側）を入力した場合の、出力電圧の３次相互変調波を推定する例である。
【０００４】
２段縦列接続増幅器１０３の出力電圧を求めるには、まず増幅器１０１及び１０２のそれぞれについて、電圧基本波νL 及びνH を入力した場合の出力電圧の基本波及び３次相互変調波を求めておく必要がある。２波の電圧基本波νL 及びνH を増幅器１０１に入力した場合、出力電圧のスペクトラムには基本波νL'及びνH'と３次相互変調波νIM3L' 及びνIM3H' とが現れる（図１０（ａ）を参照）。同様に、増幅器１０２に基本波νL 及びνH を入力した場合、出力電圧のスペクトラムには基本波νL'' 及びνH'' と３次相互変調波νIM3L''及びνIM3H''とが現れる（図１０（ｂ）を参照）。
【０００５】
従って、図１７に示した２段縦続接続増幅器１０３に２波の基本波νL 及びνH を入力した場合、後段増幅器１０２には前段増幅器１０１から出力された基本波νL' 及びνH' と３次相互変調波νIM3L' 及びνIM3H' とのスペクトラムを持つ電圧が入力される。よって、２段縦列接続増幅器１０３の後段増幅器１０２から出力される電圧のスペクトラムは、当然ながら基本波νL 及びνH のみを入力した場合とは異なる特性を持つことになる。
【０００６】
この２段縦列接続増幅器１０３の出力電圧の３次相互変調波νcas_IM3L（低周波数側）及びνcas_IM3H（高周波数側）は、次の式（１Ａ）及び式（１Ｂ）のように推定されていた。
【数１】
2005124128.tif 000003
【０００７】
また、式（１Ａ）及び式（１Ｂ）を、出力電力を表すように置き換えると、次の式（２Ａ）及び式（２Ｂ）になる。式（２Ａ）では、単段の前段増幅器１０１の出力電力の基本波ＰL'と３次相互変調波ＰIM3L' 、単段の後段増幅器１０２の出力電力の基本波ＰL'' と３次相互変調波ＰIM3L''で、２段縦列接続増幅器の出力電力の３次相互変調波Ｐcas_IM3Lを表している。式（２Ｂ）では、単段の前段増幅器１０１の出力電力の基本波ＰH'と３次相互変調波ＰIM3H' 、単段の後段増幅器１０２の出力電力の基本波ＰH'' と３次相互変調波ＰIM3H''で、２段縦列接続増幅器の出力電力の３次相互変調波Ｐcas_IM3Hを表している。
【数２】
2005124128.tif 000004
【０００８】
なお、３つ以上の増幅器が縦列接続された多段縦列接続増幅器の出力電圧（又は電力）を推定する場合も、上記式（１Ａ）、式（１Ｂ）、式（２Ａ）及び式（２Ｂ）を用いて、出力を推定する増幅器を最前段から後段側へ順に計算して行けばよい。
【非特許文献１】Ｂ．Ｒａｚａｖｉ，ＲＦ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ  Ｉｎｃ．，Ｕｐｐｅｒ  Ｓａｄｄｌｅ  Ｒｉｖｅｒ，Ｎ．Ｊ．，１９９８．
【非特許文献２】Ｔ．Ｒ．Ｔｕｒｌｉｎｇｔｏｎ，Ｂｅｈａｖｉｏｒａｌ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ＲＦ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｎｏｒｗｏｏｄ，ＭＡ，２０００．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来、上述したように多段縦列接続非線形回路の出力電圧（電力）の３次相互変調波等の歪み成分は、電圧の振幅のみを用いて算出されていた。しかしながら、実際には３次相互変調波は位相を持つベクトル量であり、ベクトル和は一般に振幅のみの和よりも小さくなる。よって、従来の推定法で算出された値を用いて回路設計を行っていたのでは、最悪値による設計しかできず、無線回路の消費電力を低減させるには限界があった。
【００１０】
また、非線形回路に基本波と３次相互変調波とが同時に入力された場合、基本波の２次の非線形成分と３次相互変調波とのミキシングによって、新たな歪みの成分が発生する。しかしながら、従来の歪みの推定方法では、新たに発生する歪みの成分を推定することができなかったため、多段の非線形回路における歪みの推定精度が低くなっていた。よって、上記式（１Ａ）、式（１Ｂ）、式（２Ａ）及び式（２Ｂ）で算出された値の誤差が大きくなり、無線回路における消費電力を十分に低減させられるような回路設計ができなかった。
【００１１】
それ故に、本発明の目的は、３次相互変調波と基本波の２次の非線形成分とのミキシングによって発生する新たな歪みも算出できる推定方法を確立し、歪みの推定精度を向上させて、消費電力が小さい無線回路の設計を可能とする、多段縦列非線形回路の出力電圧の３次相互変調波及び基本波の推定方法、及び当該推定方法を利用したスイッチ切換型多段縦列接続非線形回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上の課題を解決するために、本発明の２段縦列接続非線形回路の３次相互変調波及び基本波の推定方法では、２波の基本波が入力された前段と後段とが縦列接続された非線形回路で発生した３次相互変調波の電圧を、前記前段非線形回路において発生した第１の３次相互変調波と、前記後段非線形回路において発生した第２の３次相互変調波と、前記後段非線形回路において一方及び他方の前記基本波の２次高調波成分の和と一方の前記第１の３次相互変調波成分の混合から発生した第４の３次相互変調波とのベクトル和として計算する。これにより高精度かつ簡易な多段縦列接続非線形回路の３次相互変調波及び基本波の出力電圧の振幅、位相の推定が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の推定方法によれば、多段縦列接続非線形回路における３次相互変調波の出力電力及び位相の推定を、高精度で、かつ簡易に、実現することができる。さらにこの推定方法を利用すれば、低消費電力の多段縦列接続の非線形回路の設計が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１７に示した従来の２段縦列増幅器に対応した多段縦列接続非線形回路を一例に挙げて、本発明を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るスイッチ切換型多段縦列接続非線形回路１の構成を示すブロック図である。図１において、スイッチ切換型多段縦列接続非線形回路１は、第１〜第６の増幅器１１〜１６と、第１〜第３のスイッチ２１〜２３と、参照テーブル３０と、制御部４０とを備える。
【００１５】
まず、スイッチ切換型多段縦列接続非線形回路１の各構成の概要を説明する。
第１〜第６の増幅器１１〜１６は、入力信号を所定の利得で増幅する増幅器である。この第１〜第６の増幅器１１〜１６には、消費電力及び歪み特性がそれぞれ異なるものが用いられる。第１〜第３のスイッチ２１〜２３は、入力端子（ＩＮ）と出力端子（ＯＵＴ）との間に接続される増幅器の組み合わせを切り替えるスイッチであり、制御部４０の制御に基づいて切り替えを行う。図１の例では、第１〜第３のスイッチ２１〜２３を切り替えることによって、９通りの組み合わせを選択できるようにしている。参照テーブル３０には、第１〜第６の増幅器１１〜１６の特性に関する情報が予め格納されている。制御部４０は、入力端子に入力される信号の電力レベルと参照テーブル３０に格納されている情報とに基づいて、所望する電力及び位相差の信号が出力端子に現れるように、第１〜第３のスイッチ２１〜２３の切り替えを制御する。
【００１６】
次に、参照テーブル３０に格納される情報及びその情報の測定方法、制御部４０における３次相互変調波の推定方法を、詳細に説明する。
【００１７】
（参照テーブル３０の第１実施例）
図２に、参照テーブル３０に格納される情報の一例を示す。図２に示す情報は、１つの増幅器に関する情報であり、図１に示す構成においては、第１〜第６の増幅器１１〜１６のそれぞれに関する６つの情報が、参照テーブル３０に格納されることになる。図２において、参照テーブル３０には、様々な入力電力のレベルに対する基本波出力電力、３次相互変調波出力電力（低周波数側／高周波数側）、及び基本波と３次相互変調波との位相差（低周波数側／高周波数側）に関する情報が格納されている。これらの情報は、第１〜第６の増幅器１１〜１６のそれぞれについて、以下に説明する実際に測定処理を行うことで得られる。図３は、参照テーブル３０に格納される情報の測定手順を示すフローチャートである。
【００１８】
図３を参照して、まず低周波数基本波及び高周波数基本波の２波からなる信号が、任意の電力に設定されて増幅器に入力される（ステップＳ３０１）。次に、基本波の出力電力と、低周波数側及び高周波数側の３次相互変調波の出力電力とが測定される（ステップＳ３０２）。次に、基本波の位相と、低周波数側及び高周波数側の３次相互変調波の位相とが測定される（ステップＳ３０３）。最後に、低周波数側及び高周波数側に関して、基本波の位相と３次相互変調波の位相との位相差がそれぞれ計算される（ステップＳ３０４）。測定された出力電圧及び位相差が、参照テーブル３０に格納される（ステップＳ３０５）。このステップＳ３０１〜Ｓ３０５の処理は、任意の入力電力について複数回行われる（ステップＳ３０６）。
【００１９】
（参照テーブル３０の第２実施例）
図４に、参照テーブル３０に格納される情報の他の一例を示す。図４に示す情報も、図２と同様に１つの増幅器に関する情報であるが、増幅器の入出力インピーダンスの影響を考慮した情報になっている。入出力インピーダンスの影響を考慮する必要があるのは、各増幅器の入出力インピーダンスが特定のインピーダンス（５０Ω等）に整合されない、例えばスイッチと増幅器とがＭＭＩＣに集積化されているような場合である。図４において、参照テーブル３０には、様々な入力電力のレベルに対する基本波出力電力、３次相互変調波出力電力（低周波数側／高周波数側）、及び基本波と３次相互変調波との位相差（低周波数側／高周波数側）に関する情報が、入力側に接続される信号源インピーダンスと出力側に接続される負荷インピーダンスとをパラメータとして複数格納されている。これらの情報は、第１〜第６の増幅器１１〜１６のそれぞれについて、以下に説明する実際に測定処理を行うことで得られる。図５は、図４の情報を測定するために用いられる構成例を示す図である。
【００２０】
図５を参照して、被測定物である増幅器（ＤＵＴ）５０９は、信号源インピーダンスチューナ５０８及び負荷インピーダンスチューナ５１０によって接続される。信号発生器５０１及び５０２は、低周波数及び高周波数の入力信号をそれぞれ出力する。３ｄＢ方向性結合器５０３は、低周波数信号と高周波数信号とを合成する。１０ｄＢ方向性結合器５０４は、入力信号の大部分をサーキュレータ５０６へ、一部分を第１のパワーメータ５０５へ出力する。第１のパワーメータ５０５は、入力信号の一部分（入射電力）を測定する。サーキュレータ５０６は、１０ｄＢ方向性結合器５０４からの入力信号を信号源インピーダンスチューナ５０８へ、信号源インピーダンスチューナ５０８からの反射信号を第２のパワーメータ５０７へ出力する。第２のパワーメータ５０７は、信号源インピーダンスチューナ５０８からの反射電力を測定する。信号源インピーダンスチューナ５０８は、増幅器５０９の信号源インピーダンスを可変する。負荷インピーダンスチューナ５１０は、増幅器５０９の負荷インピーダンスを可変する。３ｄＢ方向性結合器５１１は、出力信号を２つに分配する。スペクトラムアナライザ５１２は、３ｄＢ方向性結合器５１１で分配された一方の出力電力に基づいて、基本波及び３次相互変調波の出力電力を測定する。ベクトルシグナルアナライザ５１３は、３ｄＢ方向性結合器５１１で分配された他方の出力電力に基づいて、基本波及び３次相互変調波の位相を測定する。
【００２１】
被測定物である増幅器５０９と信号源インピーダンスチューナ５０８及び負荷インピーダンスチューナ５１０とは、必ずしも整合していないためその接続端で反射が生じる。その結果、すべての電力が被測定物に入力されるわけではない。よって、図５に示す測定系のように、信号源インピーダンスチューナ５０８の前にサーキュレータ５０６と第２のパワーメータ５０７を用いることにより、増幅器５０９の入力における反射電力が求められる。これにより、信号源から２波の信号が入力されるとき、第１及び第２のパワーメータ５０５及び５０７で測定される電力をそれぞれＰfor 及びＰrev とすると、１波当たりの入力電力は、次式（３）となる。
【数３】
2005124128.tif 000005
なお、Ｃは方向性結合器の結合度、Ｌfor は入力の方向性結合器から被測定物までの損失、Ｌrev は被測定物の入力からパワーメータまでの損失である。
【００２２】
図６は、図５に示す構成が行う参照テーブル３０に格納される情報の測定手順を示すフローチャートである。図６を参照して、まず信号源インピーダンス及び負荷インピーダンスの値が任意に設定される（ステップＳ６０１、Ｓ６０２）。好ましくは、第１〜第６の増幅器１１〜１６の組み合わせによるインピーダンスや、信号源側又は負荷側の変動を想定したインピーダンスが設定される。次に、低周波数基本波及び高周波数基本波の２波からなる信号が、任意の電力に設定されて増幅器に入力される（ステップＳ６０３）。次に、各パワーメータで入射電力及び反射電力が測定され、これらから被測定物である増幅器の入力電力が計算される（ステップＳ６０４〜Ｓ６０６）。次に、基本波の出力電力と、低周波数側及び高周波数側の３次相互変調波の出力電力とが測定される（ステップＳ６０７）。次に、基本波の位相と、低周波数側及び高周波数側の３次相互変調波の位相とが測定される（ステップＳ６０８）。最後に、低周波数側及び高周波数側に関して、基本波の位相と３次相互変調波の位相との位相差がそれぞれ計算される（ステップＳ６０９）。測定された出力電圧及び位相差が、参照テーブル３０に格納される（ステップＳ６１０）。このステップＳ６０３〜Ｓ６１０の処理は、信号源インピーダンス、負荷インピーダンス及び入力電力の値を順番に変化させて複数回行われる（ステップＳ６１１〜６１３）。
【００２３】
なお、初段増幅器の入力端子及び後段増幅器の出力端子は、通常特定のインピーダンスに整合を取るため、参照テーブル３０に格納させる情報は、その特定のインピーダンスの分だけでよい。また、信号源インピーダンス及び負荷インピーダンスは離散的な値であるが、前段増幅器又は後段増幅器のインピーダンスがその間のインピーダンスとなった場合には、補完することが望ましい。さらに、図５に示した測定系において被測定物である増幅器（ＤＵＴ）は、オンウェハで測定してもよい。これにより、デバイス端面のインピーダンスが異なる場合の出力電力及び位相が測定可能となる。
【００２４】
（制御部４０における３次相互変調波の推定方法）
Ｗ−ＣＤＭＡ携帯電話に代表される近年の携帯端末の送信回路では、送信出力の電力レベル制御が行わる。そこで、本実施形態のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器１では、まず所望する出力電力が得られるような前段増幅器（第１〜第３の増幅器１１〜１３）と後段増幅器（第４〜第６の増幅器１４〜１６）との組み合わせを判断し、さらに歪み特性や消費電力の要件を最も満たす組み合わせを決定して、その組み合わせになるように第１〜第３のスイッチ２１〜２３を制御する。図１に示されるように、例えば、制御部４０は、測定部４１、演算部４２、記憶部４３及び判定部４４で構成される。図７は、制御部４０が実行する３次相互変調波の推定方法の手順を示すフローチャートである。
【００２５】
測定部４１は、入力端子に２つの基本波からなる信号が入力されると、その入力信号の電圧レベルを測定する（ステップＳ７０１）。演算部４２は、前段増幅器と後段増幅器との任意の組み合わせを選択し（ステップＳ７０２）、参照テーブル３０に格納されている情報を参照して、測定部４１で測定された電圧レベルに対応する前段増幅器の基本波及び３次相互変調波の出力電力及び位相を抽出する（ステップＳ７０３）。次に、演算部４２は、参照テーブル３０に格納されている情報を参照して、前段増幅器の基本波の出力電力のレベルに対応する後段増幅器の基本波及び３次相互変調波の出力電力及び位相を抽出する（ステップＳ７０４）。そして、演算部４２は、前段増幅器と後段増幅器とを縦続接続した２段増幅器について、３次相互変調波の出力電力、基本波と３次相互変調波との位相差、及び基本波の出力電力をそれぞれ計算する（ステップＳ７０５〜Ｓ７０７）。このとき、参照テーブル３０に増幅器の入出力インピーダンスに関する情報（図４）がある場合には、演算部４２は、前段増幅器の出力インピーダンスが信号源インピーダンスとなり、後段増幅器の入力インピーダンスが負荷インピーダンスとなる出力電力及び位相のデータを参照する。最後に、演算部４２は、２段増幅器について、基本波と３次相互変調波との位相差を補正する（ステップＳ７０８）。演算部４２は、上記演算処理を前段増幅器と後段増幅器との全ての組み合わせについて実施して、演算結果を記憶部４３に蓄積していく（ステップＳ７０９）。判定部４４は、記憶部４３に蓄積された演算結果に基づいて、所望する電力に近い電力を出力する増幅器の組み合わせを１つ以上判定し、判定された組み合わせの中から３次相互変調波の要件を満たしているものを選択する。さらに、判定部４４は、この選択された組み合わせの中で消費電力が最も小さくなる組み合わせを判断して、その組み合わせになるようにスイッチ２１〜２３に制御信号を送出する。
【００２６】
以上のように、本発明の一実施形態に係るスイッチ切換型多段縦列接続非線形回路によれば、縦列接続増幅器の歪み特性を精度よく見積もれるため、歪み特性の規定値のマージンを大きくとる必要がなくなり、携帯電話等の送信回路の低消費電力化が期待できる。また、縦列接続増幅器の歪み特性を簡便に推定することができ、出力電力の高速切換が可能となる。また、ＭＭＩＣに内蔵することが可能となり、小型のスイッチ切換型多段増幅器を実現することができる。
【００２７】
なお、参照テーブル３０に格納される情報の形態は、上述した増幅器単体の入出力特性（電力／位相）に限られない。例えば、この入出力特性を算出するための演算式を格納していてもよいし、全組み合わせの２段縦列接続増幅器の入出力特性（電力／位相）を予め格納しておいてもよい。
【００２８】
また、本発明のスイッチ切換型多段縦列接続増幅器は、図１に示した増幅器２段の構成に限られるものではなく、増幅器３段以上の構成であっても構わない（例えば、図８を参照）。段数を増やすことで、低消費電力化の効果をさらに発揮させることができる。また、スイッチ切替によって選択可能な段数を可変できるようにしてもよい（例えば、図９を参照）。
【００２９】
（推定方法の詳細な説明）
以下、上述した多段縦列接続増幅器の基本波及び３次相互変調波の出力電力及び位相差の推定方法について、図１０〜図１６を参照して詳細に説明する。
【００３０】
図１０（ａ）を参照して、まず、単段の前段増幅器１１に２波の基本波を入力したときの、出力電圧と位相を求める。単段の増幅器１１に２波の電圧基本波を入力したとき、出力電圧の基本波νL'（低周波数側）及びνH'（高周波数側）は、それぞれ次式（４Ａ）及び（４Ｂ）で示す振幅Ｖ1'及び位相φ1'の正弦波であると仮定する。また、出力電圧の３次相互変調波νIM3L' （低周波数側）及びνIM3H' （高周波数側）は、それぞれ次式（５）及び（６）に示す振幅ＶIM3L' （低周波数側）、ＶIM3H' （高周波数側）、位相φIM3L' （低周波数側）及びφIM3H' （高周波数側）の正弦波であると仮定する。なお、簡単のため、上述した式（１Ａ）、（１Ｂ）、（２Ａ）及び（２Ｂ）の時間ｔ＝０における基本波の位相は、低周波数側及び高周波側共にφ1'とした。
【数４】
2005124128.tif 000006
【００３１】
また、増幅器１１の出力負荷をＺO とするとき、増幅器１１の出力電圧の振幅Ｖ1'、ＶIM3L' 及びＶIM3H' と、出力電力Ｐ1'（基本波）、ＰIM3L' （３次相互変調波の低周波数側）及びＰIM3H' （３次相互変調波の高周波数側）との関係は、次式（７）〜（９）で表される。
【数５】
2005124128.tif 000007
よって、出力電力Ｐ1'、ＰIM3L' 及びＰIM3H' を測定すれば、単段の増幅器１１の出力電圧の各振幅Ｖ1 '、ＶIM3L' 及びＶIM3H' を求めることができる。
【００３２】
また、次式（１０）及び（１１）から、単段の増幅器１１の出力電圧の基本波と３次相互変調波の位相差ΔφIM3L' （低周波数側）及びΔφIM3H' （高周波数側）を求めることができる。
【数６】
2005124128.tif 000008
【００３３】
一方、図１０（ｂ）を参照して、単段の増幅器１２に、式（１２）で表される電圧νi を入力したとき、出力電圧の基本波νL'' （低周波数側）及びνH'' （高周波数側）と、３次相互変調波νIM3L''（低周波数側）及びνIM3H''（高周波数側）とは、それぞれ次式（１３）〜（１６）に示す正弦波で表されると仮定する。
【数７】
2005124128.tif 000009
なお、Ｖ1'' は、基本波の振幅を、ＶIM3L''及びＶIM3H''は、それぞれ低周波数側及び高周波数側の３次相互変調波の振幅を示している。また、入力電圧の位相φ1 に対する出力電圧の位相シフトをθ1'' （基本波）及びθ3_IM3L''（３次相互変調波）としている。
【００３４】
また、式（１２）で示した入力電圧を単段の増幅器１２に入力したとき、出力電圧νo'' は、ボルテラ級数を利用して、次式（１７）で近似することができる。
【数８】
2005124128.tif 000010
【００３５】
上記式（１７）から、基本波νL'' 及びνH'' と、３次相互変調波νIM3L''及びνIM3H''とは、振幅の一部をボルテラ級数で表した次式（１８）〜（２１）で近似することができる。
【数９】
2005124128.tif 000011
【００３６】
そして、式（１３）〜（１６）及び式（１８）〜（２１）から、単段の増幅器１２の出力電圧の振幅は、ボルテラ級数を用いて、次式（２２）〜（２４）のように表すことができる。
【数１０】
2005124128.tif 000012
【００３７】
また、単段の増幅器１２の出力負荷をＺ0 とするとき、増幅器１２の出力電圧の振幅Ｖ1'' 、ＶIM3L''及びＶIM3H''と、出力電力Ｐ1'' （基本波）、ＰIM3L'' （３次相互変調波の低周波数側）及びＰIM3H''（３次相互変調波の高周波数側）の関係は、次式（２５）〜（２７）で表すことができる。
【数１１】
2005124128.tif 000013
よって、単段の増幅器１２の出力電力測定値から、出力電圧の各振幅Ｖ1'' 、ＶIM3L''及びＶIM3H''を求めることができる。
【００３８】
また、単段の増幅器１２の出力電圧の３次相互変調波（低周波数側）と基本波の位相差は、式（１３）及び（１５）から、次式（２８）で表すことができる。式（２８）からわかるように、単段の増幅器１２の出力電圧の３次相互変調波と基本波との位相差（低周波数側）は、出力電力の３次相互変調波と基本波との位相差ΔφIM3L''（低周波数側）の測定値で求めることができる。また、高周波数側の、３次相互変調波と基本波との位相差は、式（１４）及び（１６）から、次式（２９）で表すことができる。式（２９）からわかるように、出力電力の３次相互変調波と基本波との位相差ΔφIM3H''（高周波数側）の測定値から求めることができる。
【数１２】
2005124128.tif 000014
【００３９】
次に、図１０（ｃ）示すように、増幅器１１を入力側に増幅器１２を出力側にして縦列接続した、２段縦列接続増幅器１００の基本波と３次相互変調波との特性を求める。以下、単段の増幅器と区別するために、２段縦列接続増幅器１００における増幅器１１を前段増幅器１１と、増幅器１２を後段増幅器１２と記載する。後段増幅器１２には、次式（３０）で示す前段増幅器１１の出力電圧が入力される。なお、νL'及びνH'は、それぞれ低周波数側及び高周波数側の基本波を、νIM3L' 及びνIM3H' は、それぞれ低周波数側及び高周波数側の３次相互変調波を示している。
【数１３】
2005124128.tif 000015
式（３０）と、上述したボルテラ級数を用いた近似式（１８）とから、後段増幅器１２の出力電圧の基本波νcas_L （低周波数側）は、次式（３１）のように近似できる。ただし、式（３１）では、増幅器１１からの出力電圧の３次相互変調波の振幅ＶIM3L' 及びＶIM3H' を含む項は省略している。
【数１４】
2005124128.tif 000016
【００４０】
また、後段増幅器１２の出力電圧の基本波νcas_L を、振幅がＶ1'' の正弦波と仮定し、後段増幅器１２に入力された電圧の位相φ1'に対する位相シフトがθ1'' であると仮定すれば、次式（３２）のように表すことができる。
【数１５】
2005124128.tif 000017
【００４１】
また、この式（３２）と上述したボルテラ級数を用いた近似式（２０）より、前段増幅器１１の出力電圧が入力された後段増幅器１２の出力電圧の３次相互変調波（低周波数側）νcas_IM3Lは、次式（３３）で近似することができる。ただし、式（３３）では、前段増幅器１１からの出力電圧の３次相互変調波の振幅ＶIM3L' 及びＶIM3H' を含む項は省略している。
【数１６】
2005124128.tif 000018
【００４２】
式（３３）において、第１項に含まれる１次のボルテラ級数
【数１７】
2005124128.tif 000019
と近似し、第３項に含まれる３次のボルテラ級数
【数１８】
2005124128.tif 000020
を、それぞれ
【数１９】
2005124128.tif 000021
と近似し、第４項に含まれる
【数２０】
2005124128.tif 000022
と近似して、式（２２）〜（２４）の関係を用いると、２段縦列接続増幅器１００の３次相互変調波（低周波数側）νcas_IM3Lは、次式（３４）のように書き直すことができる。
【数２１】
2005124128.tif 000023
なお、ここで用いたボルテラ級数の近似の詳細については後述する。
【００４３】
ここで、式（３４）の第１〜４項の振幅成分を次式（３５）〜（３８）で示すように、Ｂ1 、Ｂ2 、Ｂ3 及びＢ4 で置き直す。
【数２２】
2005124128.tif 000024
【００４４】
このＢ1 、Ｂ2 、Ｂ3 及びＢ4 の値は、式（３５）〜（３８）に、式（７）〜（９）及び式（２５）〜（２７）を代入して、次式（３９）〜（４２）のように、単段の増幅器１１及び１２の出力電力の基本波と３次相互変調波とで表すこともできる。つまり、電力測定値から、２段縦列接続増幅器１００の３次相互変調波（低周波数側）νcas_IM3Lの振幅成分の値を求めることができる。
【数２３】
2005124128.tif 000025
このＢ1 、Ｂ2 、Ｂ3 及びＢ4 を用いれば、式（３４）で示した２段縦列接続増幅器１００の出力電圧の３次相互変調波は、図１１で示すように４つのベクトルの合成で表すことができる。
【００４５】
また、基本波と３次相互変調波とを入力した後段増幅器１２の出力電圧の３次相互変調波を示す式（３４）の各項に示す位相と、基本波のみを入力した増幅器１２の出力電圧の基本波及び３次相互変調波の式（１３）〜（１６）に示す位相との差Δφ1 、Δφ2 、Δφ3 及びΔφ4 は、次式（４３）〜（４６）で表される。位相差Δφ1 、Δφ2 、Δφ3 及びΔφ4 は、式（１０）及び（１１）に示した、増幅器１１の出力電力の３次相互変調波と基本波との位相差ΔφIM3L' 及びΔφIM3H' と、式（２８）に示した、増幅器１２の出力電力の３次相互変調波と基本波との位相差ΔφIM3L''とで表すことができる。よって、位相差Δφ1 、Δφ2 、Δφ3 及びΔφ4 は、測定値を用いて数値として求めることができる。
【数２４】
2005124128.tif 000026
【００４６】
２段縦列接続増幅器１００の出力電力の３次相互変調波Ｐcas_IM3Lと、出力電圧の３次相互変調波（低周波数側）νcas_IM3Lとの関係は、次式（４７）で表される。
【数２５】
2005124128.tif 000027
この式（４７）と２段縦列接続増幅器１００の出力電圧の３次相互変調波νcas_IM3Lを表す式（３４）、及び式（３５）〜（３８）とから、出力電力の３次相互変調波（低周波数側）P cas_IM3Lは、次式（４８）で推定できる。
【数２６】
2005124128.tif 000028
よって、２段縦列接続増幅器１００の出力電力の３次相互変調波Ｐ cas_IM3Lは、単段の増幅器１１及び１２の出力電圧の振幅と位相差の測定結果から算出することができる。
【００４７】
また、２段縦列接続増幅器の相互変調波の出力電力の３次相互変調波（低周波数側）と基本波の位相差Δφcas_IM3Lは、次式（４９）で推定できる。
【数２７】
2005124128.tif 000029
つまり、２段縦列接続増幅器１００の出力電力の３次相互変調波（低周波数側）と基本波との位相差Δφcas_IM3Lは、単段の増幅器１１及び１２の出力電圧の振幅と位相差の測定結果から算出することができる。
【００４８】
最後に、２段縦列接続増幅器１００の出力電圧の基本波の特性を求める。出力電圧の基本波について近似した式（３１）では、前段増幅器１１の出力電圧のうち、１次の３次相互変調波ＶIM3L' 及びＶIM3H' を含む項を省略していた。しかしながら、１次の３次相互変調波ＶIM3L' 及びＶIM3H' を含む項は、前段増幅器１１の非線形性によって発生した歪みを表す項であって、この歪みを考慮しておかなければ、２段縦列接続増幅器１００の出力電圧を精度良く推定することはできない。前段増幅器１１で発生した歪みを考慮して２段縦列接続増幅器の出力電圧（以下、補正電圧という）の基本波νcas_L'を近似し直すと、次式（５０）のようになる。
【数２８】
2005124128.tif 000030
【００４９】
式（５０）の第２項中の３次のボルテラ級数を
【数２９】
2005124128.tif 000031
で近似し、また、第３項中の３次のボルテラ級数を
【数３０】
2005124128.tif 000032
で近似して、式（２２）〜（２４）の電圧とボルテラ級数の関係を用いると、式（５０）は次式（５１）で近似し直すことができる。
【数３１】
2005124128.tif 000033
【００５０】
この式（５１）の各項の振幅成分は、次式（５２）、（５３）、（５４）及び（５５）で示すようにＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 及びＣ4 で表すとする。
【数３２】
2005124128.tif 000034
【００５１】
また、電圧の振幅と電力との関係を示した式（７）〜（９）及び式（２５）〜（２７）から、Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 及びＣ4 は、次式（５６）、（５７）、（５８）及び（５９）で表すこともできる。
【数３３】
2005124128.tif 000035
【００５２】
また、歪みを考慮した２段縦列接続増幅器１００の出力電圧（補正電圧）の基本波νcas_L'の各項の位相と、歪を考慮していない２段縦列接続増幅器１００の出力電圧の基本波の位相の差Δφ1_FUND、Δφ2_FUND、Δφ3_FUND及びΔφ4_FUNDは、式（５１）と式（３２）から、次式（６０）〜（６３）で表すことができる。
【数３４】
2005124128.tif 000036
式（６１）〜（６３）で示すように、位相差Δφ2_FUND、Δφ3_FUND及びΔφ4_FUNDは、単段の増幅器１１及び１２の出力電圧の位相差ΔφIM3L' 、ΔφIM3H' 、ΔφIM3L''及びΔφIM3H''から、算出することができる。
【００５３】
上記のように電圧の振幅Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 及びＣ4 と位相差Δφ1_FUND、Δφ2_FUND、Δφ3_FUND及びΔφ4_FUNDとを求めた結果から、２段縦列接続増幅器１００の出力電圧の基本波νcas_L'は、図１２に示す４つのベクトルの合成で表すことができる。当然ながら、ベクトルの合成で求められた値は、振幅を足し合わせただけの値よりも小さくなる。
【００５４】
前段増幅器１１からの出力電力の歪み成分を考慮して推定した、２段縦列接続増幅器１００の出力電力（補正電力）の基本波（低周波数側）Ｐcas_FUND' と、出力電圧の基本波（低周波数側）νcas_L'の関係は、次式（６４）で表される。
【数３５】
2005124128.tif 000037
【００５５】
式（６４）に、式（５６）〜（５９）及び式（６０）〜（６３）適用すれば、２段縦列接続増幅器１００の補正電力の基本波（低周波数側）Ｐcas_FUND' は、次式（６５）のように表すことができる。
【数３６】
2005124128.tif 000038
【００５６】
増幅器１２の出力電圧の基本波を示す式のうち、入力電圧の歪みを考慮していない式（３２）と、歪みを考慮した式（５０）とでは、出力電圧の基本波νcas_L'の位相が異なる。よって、歪みを考慮せずに求めた、出力電力の３次相互変調波の位相を示す式（４９）の位相を補正すると、次式（６６）のようになる。この位相補正後の出力電圧の３次相互変調波の位相は、図１２にも示している。
【数３７】
2005124128.tif 000039
【００５７】
なお、以上の説明では、低周波数側の基本波及び３次相互変調波についてのみ、電圧の振幅や位相の導出を行ったが、高周波数側についても同様の手順で導出することができる。
【００５８】
（推定値と測定値との比較）
図１３は、２段縦列接続増幅器１００の出力電力の３次相互変調波の値を、式（４８）から算出した推定値と測定値とで比較した図である。図１３の横軸は、２段縦列接続増幅器１００からの出力電力の基本波の値、縦軸は出力電力の３次相互変調波の値を示している。図１３において、推定値の低周波数側及び高周波数側の値は、それぞれ白抜きの丸印及び白抜きの四角印で示している。また、測定値の低周波数側及び高周波数側の値は、それぞれ黒丸印及び黒四角印で示している。推定値と測定値とがほぼ一致していることから、本発明の推定方法の推定精度が非常に高いことがわかる。
【００５９】
また、図１４の横軸は、２段縦列接続増幅器１００からの出力電力の基本波の値、縦軸は基本波と３次相互変調波との位相差を示している。図１４において、推定値の低周波数側及び高周波数側の値は、それぞれ白抜きの丸印及び白抜きの四角印で示している。また、測定値の低周波数側及び高周波数側の値は、それぞれ黒丸印及び黒四角印で示している。推定値と測定値とがよく一致していることから、本発明の推定方法の推定精度が非常に高いことがわかる。
【００６０】
なお、ここまで２段縦列接続増幅器１００を例に挙げて推定方法を説明したが、本発明の推定方法は、３段以上の縦列接続増幅器にも適用することができる。３段以上の縦列接続増幅器の出力電力（又は電圧）の推定方法は、２段縦列接続増幅器１００で行った手順と同じように、前段の増幅器からの出力を推定し、その結果を用いて、次段の増幅器の出力電圧を推定することを繰り返しながら、出力を見る増幅器を１つずつ後段側にずらせばよい。
【００６１】
本実施形態では、非線形回路には増幅器を用いたが、多段縦列接続する非線形回路は、増幅器に限定されるわけではなく、ミキサ、アクティブスイッチ、逓倍器又はアクティブフィルタ等を用いてもよい。
【００６２】
以上のように本発明の多段縦列接続非線形回路の３次相互変調波の出力電力、位相の推定法を用いれば、単段の増幅器の出力電力と位相の測定値を用いるだけで、多段縦列接続非線形回路の３次相互変調波及び基本波の出力電力と位相を高精度かつ簡易に推定することができる。また、本発明の推定方法では、携帯電話等の回路における出力電圧や出力電力を精度良く推定できるので、消費電力を低減させるような回路設計を行うことが可能になる。
【００６３】
（近似について）
出力電圧の振幅をボルテラ級数を用いて示した式（３３）及び（５０）では、単段増幅器１１及び１２の出力電圧測定結果から、２段縦列接続増幅器１００の出力電圧の３次相互変調波及び基本波を求めることができるよう、近似を行っている。この近似の詳細を以下に説明する。
【００６４】
まず、図１５に示す等価回路７０８を考える。この等価回路７０８は、増幅器の出力アドミッタンスの非線形性に注目して単純化を行っている。等価回路７０８は、信号源７０１、増幅器の入力アドミッタンス７０２、増幅器のトランスコンダクタンスを示す定電流源７０３、増幅器の線形性を表す出力アドミッタンス７０４、増幅器の２次の非線形性を表す出力アドミッタンス７０５、増幅器の３次の非線形性を表す出力アドミッタンス７０６、及び出力負荷７０７を備えている。
【００６５】
この等価回路にボルテラ級数を適用し、その３次の項までを考察する。まずボルテラ級数より出力電圧νo は次式（６７）で表される。
【数３８】
2005124128.tif 000040
【００６６】
またキルヒホッフの法則から、入力電圧νi は次式（６８）で表される。
【数３９】
2005124128.tif 000041
【００６７】
まず、周波数ω1 に着目して、ボルテラ級数の１次の係数
【数４０】
2005124128.tif 000042
を求める。１波の入力電圧
【数４１】
2005124128.tif 000043
を式（６７）に代入すると、出力電圧は、次式（６９）で表される。
【数４２】
2005124128.tif 000044
ここで、２次以上の項は無視できる。式（６８）及び（６９）から、ボルテラ級数の１次の係数
【数４３】
2005124128.tif 000045
は、次式（７０）のように表される。
【数４４】
2005124128.tif 000046
【００６８】
次に、周波数ω1 +ω2 に着目して、ボルテラ級数の２次の係数
【数４５】
2005124128.tif 000047
を求める。２波の入力電圧
【数４６】
2005124128.tif 000048
を式（６７）に代入すると、出力電圧は次式（７１）〜（７３）で表される。
【数４７】
2005124128.tif 000049
ここで、３次の項は無視できる。式（６８）、（７１）〜（７３）より、
【数４８】
2005124128.tif 000050
は、次式（７４）で表される。
【数４９】
2005124128.tif 000051
【００６９】
さらに、周波数ω1 +ω2 +ω3 に着目して、ボルテラ級数の３次の係数
【数５０】
2005124128.tif 000052
を求める。式（７５）に示す３波の入力電圧を式（６７）に代入すると、出力電圧は、次式（７６）〜（７９）のようになる。
【数５１】
2005124128.tif 000053
ここで、３次の項は無視できる。
【００７０】
式（６８）及び（７５）〜（７９）より、
【数５２】
2005124128.tif 000054
は、次式（８０）のようになる。
【数５３】
2005124128.tif 000055
【００７１】
この式（７０）及び（８０）を用いて、単段の後段増幅器の出力電圧のボルテラ級数係数は、次式（８１）〜（８３）で表される。
【数５４】
2005124128.tif 000056
ここで、
【数５５】
2005124128.tif 000057
としている。
【００７２】
次に、式（８１）〜（８３）から、式（３３）及び（５０）におけるボルテラ級数で示す係数が、式（３４）及び（５１）で近似されることを説明する。まず、式（３３）の第１項の係数は、次式（８４）で表される。
【数５６】
2005124128.tif 000058
【００７３】
また、式（３３）の第３項の係数は、次式（８５）で表される。
【数５７】
2005124128.tif 000059
【００７４】
また、式（３３）の第４項の係数は、次式（８６）で表される。
【数５８】
2005124128.tif 000060
【００７５】
式（８４）〜（８６）を式（３３）に適用することにより、式（３４）に示す電圧の３次相互変調波νcas_IM3Lは、式（２５）〜（２７）で示す後段増幅器の出力電力の測定結果から求めることができる。
【００７６】
式（５０）の第２項の係数は、次式（８７）で表される。
【数５９】
2005124128.tif 000061
また、式（５０）の第３項の係数は、次式(８８)で表される。
【数６０】
2005124128.tif 000062
【００７７】
式（８７）及び（８８）を式（５０）に適用することにより、式（５１）で示す出力電圧の基本波νcas_L'は、式（２５）〜（２７）の後段増幅器の出力電力測定結果から求めることができる。なお、ここでは低周波数側の３次相互変調波及び基本波について述べてきたが、高周波数側の３次相互変調波及び基本波についても同様に計算できる。
【００７８】
なお、本発明の推定法を適用する２段縦列接続増幅器の後段増幅器として、３次相互変調波の出力電圧の非対称誤差が７．３％以下のものを用いるのが好ましい。この理由について次に詳しく説明する。
【００７９】
式（８５）及び（８６）では、次式（８９）及び（９０）で示す仮定を行っている。
【数６１】
2005124128.tif 000063
これらの仮定は、
【数６２】
2005124128.tif 000064
のリアクタンス成分がコンダクタンス成分より小さいときに成り立つ。なぜならば、このリアクタンス成分は、一般的に周波数依存性を持っている一方で、コンダクタンス成分はほとんど持っていないためである。この条件を満たさない場合、３次相互変調波のアンバランスが大きくなることがすでに知られている。そこで、このアンバランスの大きさと実測結果に対する提案測定法の誤差の相関を評価し、図１６に示した。
【００８０】
図１６において、横軸は単段の後段増幅器１２の３次相互変調波のベクトル誤差、縦軸は２段縦列接続増幅器１２の低周波数側及び高周波数側の３次相互変調波の推定結果と実測結果のベクトル誤差である。ここで値の異なるベクトル
【数６３】
2005124128.tif 000065
のベクトル誤差とは次式（９１）で定義している。
【数６４】
2005124128.tif 000066
図８のベクトル誤差は、−１３から＋５ｄＢｍまでの各入力電力に対しそれぞれ計算している。この結果より、後段増幅器の３次相互変調波のアンバランスの差と、推定結果と実測結果の誤差とが、ほぼ比例関係にあることがわかる。ここで、低周波数側と高周波数側の３次相互変調波のベクトル誤差は７．３％以下の後段増幅器を用いることにより、推定結果と実測結果の誤差を１２％以下、すなわち１ｄＢ以下に抑えた２段縦列接続増幅器を実現できることがわかる。
【００８１】
本発明の多段縦列接続非線形回路の３次相互変調波及び基本波の出力電圧及び位相の推定法では、ベクトル誤差は７．３％以下の後段増幅器を用いることにより、推定結果の誤差が１ｄＢ以下の２段縦列接続増幅器を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の多段縦列接続非線形回路の出力電圧の基本波及び３次相互変調波の振幅及び位相の推定方法は、携帯電話等の無線回路等の回路設計に利用することができる。また、当該推定方法を利用したスイッチ切換型多段縦列接続増幅器は、携帯電話等の無線回路等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施形態に係るスイッチ切換型多段縦列接続非線形回路１の構成を示すブロック図
【図２】参照テーブル３０に格納される情報の一例
【図３】参照テーブル３０に格納される情報の測定手順を示すフローチャート
【図４】参照テーブル３０に格納される情報の他の一例
【図５】図４の情報を測定するために用いられる構成例を示す図
【図６】図５に示す構成が行う参照テーブル３０に格納される情報の測定手順を示すフローチャート
【図７】制御部４０が実行する３次相互変調波の推定方法の手順を示すフローチャート
【図８】本発明の一実施形態に係るスイッチ切換型多段縦列接続非線形回路の他の構成を示すブロック図
【図９】本発明の一実施形態に係るスイッチ切換型多段縦列接続非線形回路の他の構成を示すブロック図
【図１０】本発明の推定方法を説明するための増幅器の入出力特性
【図１１】２段縦列接続増幅器の出力電圧の３次相互変調波の各成分と、出力電力の基本波及び３次相互変調波をベクトル表示した図
【図１２】２段縦列接続増幅器の出力電力の基本波の各成分と、出力電力の基本波及び３次相互変調波をベクトル表示した図
【図１３】横軸が基本波の出力電力、縦軸が３次相互変調波の出力電圧を示す、本発明の推定方法で推定された値と実測値とを比較する図
【図１４】横軸が基本波の出力電力、縦軸が３次相互変調波の基本波に対する位相を示す、本発明の推定方法で推定された値と実測値とを比較する図
【図１５】電圧の振幅の振幅を表すボルテラ級数を導出に用いる等価回路
【図１６】後段増幅器の３次相互変調波のアンバランスの差と本発明の推定方法による推定誤差の相関関係を示した図
【図１７】従来の推定方法を説明するための２段縦列接続増幅器を示す図
【符号の説明】
【００８４】
１  スイッチ切換型多段縦列接続非線形回路
１１〜１６  増幅器
２１〜２３  スイッチ
３０  参照テーブル
４０  制御部
４１  測定部
４２  演算部
４３  記憶部
４４  判定部
１００  ２段縦続接続増幅器
５０１、５０２、７０１  信号発生器（信号源）
５０３、５０４、５１１  方向性結合器
５０５、５０７  パワーメータ
５０６  サーキュレータ
５０８、５１０  インピーダンスチューナ
５０９  被測定物増幅器（ＤＵＴ）
５１２  スペクトラムアナライザ
５１３  ベクトルシグナルアナライザ
７０２、７０４〜７０６  アドミッタンス
７０３  定電流源
７０８  等価回路
７０７  出力負荷
【図１】
2005124128.tif 000067
【図２】
2005124128.tif 000068
【図３】
2005124128.tif 000069
【図４】
2005124128.tif 000070
【図５】
2005124128.tif 000071
【図６】
2005124128.tif 000072
【図７】
2005124128.tif 000073
【図８】
2005124128.tif 000074
【図９】
2005124128.tif 000075
【図１０】
2005124128.tif 000076
【図１１】
2005124128.tif 000077
【図１２】
2005124128.tif 000078
【図１３】
2005124128.tif 000079
【図１４】
2005124128.tif 000080
【図１５】
2005124128.tif 000081
【図１６】
2005124128.tif 000082
【図１７】
2005124128.tif 000083