JP2012529029A - 電子装置の応答測定装置、応答測定方法、製造方法、設計改善方法および試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パッシブロードプルおよびアクティブロードプルの両方を利用するハイブリッドシステムの使用を提案する。
【解決手段】
本発明は、当該技術分野において一般的に被験装置（すなわち、ＤＵＴ）と称される高周波装置の挙動を比較的高い電力レベルで分析する、またはその特性を評価するための測定システムおよび測定方法に関する。係る装置は、例えば、携帯電話ネットワーク、または他の電気通信に関連する基地局において用いられる増幅器等、高電力（大信号）高周波増幅器に使用するために当該装置を設計するかまたは当該装置を用いる回路を設計する際に分析する必要がある場合がある。高周波入力信号に対する電子装置の応答を測定する測定装置が、測定対象の電子装置に接続可能なアクティブロードプル回路を具備する。パッシブロードプル装置はアクティブロードプル回路に含まれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波入力信号に対する電子装置の応答を測定する測定装置と、高周波入力信号に対する電子装置の応答を測定する方法とに関する。限定はしないが、本発明は特に、当該技術分野において一般的に被験装置（すなわち、ＤＵＴ）と称される高周波装置の挙動を比較的高い電力レベルで分析する、またはその特性を評価するための測定システムおよび測定方法に関する。係る装置は、例えば、携帯電話ネットワーク、または他の電気通信に関連する基地局において用いられる増幅器等、高電力（大信号）高周波増幅器に使用するために当該装置を設計するかまたは当該装置を用いる回路を設計する際に分析する必要がある場合がある。本発明は、係る装置を有する回路の性能を改善する方法にも関する。

高周波電子装置の挙動を分析する場合、通常動作時に置かれることになる種々の状況下における挙動を評価することがしばしば求められる。例えば、装置が通常／最終動作時に持つインピーダンスによって、効率および／または線形性等の装置性能が高度に決定される。係る事項は、例えば、携帯電気通信基地局用の高周波大信号増幅器回路を設計する際等に特に関係する。したがって、入出力に（おそらくは「仮想の」）負荷／インピーダンスが適用された装置を分析できることが望まれる。

仮想インピーダンスを適用する１つの手段として、アクティブロード（能動負荷）プルを適用するものが挙げられる。この手段では、被験装置に入力される入力信号に関して所与の大きさおよび位相を有する信号が被験装置のポート（例えば、入力ポートまたは出力ポート）に注入される。

また、別の手段として、調整可能なインピーダンスを有するパッシブロード（受動負荷）プル装置が用いられている。

国際公開第２００５／０１０５３８号

本発明は、パッシブロードプルおよびアクティブロードプルの両方を利用するハイブリッドシステムの使用を提案する。これらのロードプルアーキテクチャは個別に利点と不利点とを有するが、本発明の実施形態によって、一方のシステムの利点を、他方のシステムに関係する不利点を緩和するように用いる独自のアーキテクチャが提供される。当業者は従来、この２つのタイプのロードプルを互いに独立したものとして捉えており、パッシブロードプル装置またはパッシブロードプルコンポーネントが例えばプレマッチングチューナとして存在するアクティブロードプルアーキテクチャに関連する提案が従来技術にはあるが、本発明の実施形態は、以下に記載するようないくつかの独自の利点を有する。例えば、本発明の実施形態は、パッシブロードプル法およびアクティブロードプル法の両方を併用することでマルチトーン（multi-tonal）ロードプルを実現するという利点を有する。

本発明の一実施形態は、高周波入力信号に対する電子装置の応答を測定する測定装置であって、（ｉ）測定対象の電子装置に接続可能なアクティブロードプル回路と、（ｉｉ）パッシブロードプル装置とを有する。好適には、アクティブロードプル回路にパッシブロードプル装置が含まれる。

パッシブロードプル装置は、アクティブロードプル回路による生成が必要な電力レベルが低くなるように、アクティブロードプル回路の特性インピーダンスを変換するチューナとして用いることができる。

制御部、例えば、関連付けられたインタフェース回路を有する適切にプログラムされたコンピュータを用いて、パッシブロードプル装置およびアクティブロードプル回路の設定を調整してもよい。

無論、本発明による装置は、測定対象の電子装置なしで提供してもよいことが理解されるであろう。

アクティブロードプル回路は、オープンロードプル回路であってもよい。例えば、アクティブロードプル回路は、電子装置からのフィードバックループなしで、試験対象の電子装置に電力を注入するように構成されていてもよい。専用の信号発生器が提供されてもよい。

アクティブロードプル回路は、閉ループロードプル回路であってもよい。例えば、アクティブロードプル回路は、エンベロープロードプル回路、つまり、帯域外フィルタリングおよび／または帯域内信号修正を利用する閉ループロードプル回路の形態であってもよい。帯域外フィルタリングは、フィードバックループ内にフィルタを設け、着目する周波数範囲外にある周波数成分を除去することによって達成することができる。帯域内信号修正は、例えば、フィードバックループ内のデジタル信号処理によって達成してもよい。帯域外フィルタリングまたは帯域内信号修正は、信号の振動を低減するために実行される。周波数帯域は、変調周波数等のＤＣ、ベースバンド（ＢＢ）周波数、または中間周波数（ＩＦ）周辺の信号をカバーするように拡張してもよい。エンベロープロードプルの概念は、「高周波回路分析器（High Frequency Circuit Analyser）」と題する特許文献１において記載および請求されており、当該出願の内容はその全体が参照によって本明細書に援用される。本願の請求項に、特許文献１に開示されている特徴のいずれかを援用する場合がある。特に、エンベロープロードプルに関する、本願の請求項は、（ａ）電子装置からの信号を修正するフィードバック回路、（ｂ）電子装置に（修正済みの）信号をフィードバックするフィードバック回路、および／または（ｃ）動作周波数範囲内の全周波数でフィードバック回路のゲインを制限するフィードバック回路に関する特徴部を有するように補正され得る。例えば、係る特徴部が、調整される周波数範囲内の１つまたは複数の周波数でのフィードバック回路の位相変化および／またはゲインのための構成を有し得る。

アクティブロードプル回路は、複数のパッシブロードプル装置を有していてもよい。測定装置は、測定対象装置に印加するための多成分信号を生成する信号発生回路を有してもよい。信号は、例えば、基本周波数および１つまたは複数の高調波の成分を含む。この多成分信号は、基本周波数および基本周波数周辺の周波数の複数の成分を含んでもよい。多成分信号は、１つまたは複数の高調波および１つまたは複数の高調波周辺の周波数の複数の成分を含んでもよい。多成分信号は、例えば、ＤＣ成分を含んでもよい。多成分信号は例えば、例えば、変調周波数、ベースバンド（ＢＢ）周波数または中間周波数（ＩＦ）等の、ＤＣ成分に近い周波数を含んでもよい。多成分信号は、例えば、１ＧＨｚを上回る周波数（例えば、基本周波数であり得る）を有する成分を含んでもよい。多成分信号は、０．１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数を有する成分を含んでもよい。すなわち、ＲＦ基本周波数よりも低い周波数の変調信号をエミュレートする信号である。測定装置は、複数の信号経路を有してもよい。各信号経路は、多成分信号の異なる成分に関係付けられてもよい。無論、多成分信号が、基本周波数および１つまたは複数の高調波の複数の成分を含む場合、各信号経路は、多成分信号の異なる組の成分に関係付けられてもよい。例えば、それぞれ多成分信号の異なる成分（任意選択で、複数の成分の複数の異なる組も）と関係付けられた少なくとも３本の信号経路が存在していてもよい。信号発生回路は、例えば、５０ＧＨｚまでの高周波信号を生成可能であることが好ましい。

パッシブロードプル装置を、電子装置に印加される多成分信号の単一成分に関係付けられた信号経路のうちの１つに設けてもよい。パッシブロードプル装置は、複数あってもよい。好適には、少なくとも１つのパッシブロードプル装置が基本周波数の成分に関係付けられた信号経路と関係付けられる。測定装置は、少なくとも１つのパッシブロードプル装置が電子装置の複数の異なるポートに接続する複数の接続部のそれぞれと関係付けられた少なくとも２つのパッシブロードプル装置を有してもよい。電子装置に印加される多成分信号の複数の異なる成分と関係付けられた信号経路の２つ以上にパッシブロードプル装置が配置されてもよい。

測定装置は、マルチプレクサ回路を有してもよい。マルチプレクサ回路は、複数の異なる信号成分を合成して、パッシブロードプル装置を任意選択で設けてもよい別の信号経路上で出力される多成分信号を生成してもよい。マルチプレクサ回路が、多成分信号を、マルチトーンアクティブロードプル効果をもたらすために様々な方法で修正される、複数の異なる信号成分に分割してもよい。例えば、複数の異なる信号成分は、増幅器によって修正してもよい。複数の異なる信号成分の１つまたは複数は、パッシブロードプル装置によって修正してもよい。装置は、パッシブロードプル装置が、例えば、全信号成分に対して同時に作用する単一のパッシブロードプル装置によって、または異なる信号成分に対してそれぞれ作用する複数のパッシブロードプル装置によって、装置に印加される多成分信号の全信号成分に対して作用してもよい。

測定装置は、基本周波数および少なくとも１つの高調波を含む周波数帯域にわたって測定を実施してもよい。アクティブロードプル回路の一部として設けられるパッシブロードプル装置は、帯域上の、複数の異なる周波数、好ましくは全周波数で機能してもよい。アクティブロードプル回路は、複数の異なる周波数でのパッシブロードプル装置のインピーダンスの変化を補償してもよい。例えば、アクティブロードプル回路は、パッシブロードプル装置の調整によって生じる、当該アクティブロードプル回路の特性インピーダンスの変化を補償してもよい。パッシブロードプル装置を用いて或る一定の周波数でのアクティブロードプル回路の特性インピーダンスを設定することによって、他の周波数でのアクティブロードプル回路の特性インピーダンスに望ましくない影響が生じ得る。この望ましくない影響を補償するのにアクティブロードプル回路を用いてもよい。また、パッシブロードプル装置を用いて、所望のインピーダンスに近づけるようにロードプル回路の特性インピーダンスを変換してもよく、アクティブロードプル回路を用いて、パッシブロードプル装置によって実際に設定されるインピーダンスと、特定の周波数での所望のインピーダンス、すなわち、目的のインピーダンスとの差異を補償してもよい。アクティブロードプル回路による係る補償は、当該アクティブロードプル回路の帯域上の複数の周波数で実行されてもよい。

測定装置は、複数のアクティブロードプル回路を具備してもよい。これらのアクティブロードプル回路は、マルチポート装置である電子装置の別々のポートに接続可能であってもよい。アクティブロードプル回路はそれぞれ、パッシブロードプル装置を有してもよい。各アクティブロードプル回路は、本明細書に記載の特徴を有してもよい。複数のアクティブロードプル回路は、互いに異なっていてもよい。２つ以上のアクティブロードプル回路を、互いに同一のトポロジーで構成してもよい。例えば、１つのアクティブロードプル回路の１つまたは複数のパッシブロードプル装置の全ての位相構成が、別のアクティブロードプル回路の１つまたは複数のパッシブロードプル装置の全ての位相構成と異なってもよい。

好適には、測定装置は、被験装置のポートにおいて測定を実施する。測定装置は例えば、オシロスコープまたはＶｅｃｔｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｎａｌｙｚｅｒ等の、被験装置が当該測定装置に連結される領域に直接隣接して設けられる、波形測定装置接続用のＲＦ結合器を有する。

本発明の別の実施形態は、被験装置である電子装置の、高周波入力信号に対する応答を測定する方法であって、アクティブロードプル回路およびパッシブチューナコンポーネントの両方を併用する、測定方法に関する。測定装置は、本明細書に記載の本発明の測定装置に基づくものであってもよい。

被験装置である電子装置（ＤＵＴ）の応答を測定する方法は、２つ以上のポートを有するＤＵＴを用意するステップを含んでもよい。測定方法は、ＤＵＴの少なくとも１つのポートに、好適には、直接ＤＵＴポートに接続されて測定を実施するマイクロ波周波数信号サンプリング装置を用意するステップを含んでもよい（好適には、マイクロ波周波数信号サンプリング装置は、トポロジーにおいて可能な限りポートの近くに接続される）。ＤＵＴのポート（複数可）におけるＲＦ信号の、波形分析器による測定を可能にするために、ＤＵＴをＲＦ結合器に直接接続し、ＲＦ結合器を波形分析器（例えば、ＶＮＡまたはオシロスコープ）に接続してもよい。

測定方法は、アクティブロードプル回路を用いてＤＵＴの少なくとも１つのポートに能動負荷を適用するステップを含む。能動負荷は、適用される能動負荷の信号の総電力が１０ワット（実効値）を上回るように設定してもよい。

適用される能動負荷は、低周波数またはＤＣ成分を含む信号を有してもよい。適用される能動負荷は、基本周波数の高周波成分を含み、任意選択で、１つまたは複数の高調波の高周波成分を含んでもよい。基本周波数の高周波成分の周波数は、１ＧＨｚを上回ってもよい。能動負荷は、異なる周波数の信号成分の各々専用の１つまたは複数の信号経路を介して提供されてもよい。測定方法は、パッシブチューナコンポーネントを用意するステップを含む。パッシブチューナコンポーネントは、１つまたは複数の信号経路の１つに設けられてもよい。パッシブチューナコンポーネントは、信号経路の２つ以上のそれぞれに設けられてもよい。測定方法は、基本周波数および高調波でＤＵＴに適用される負荷を（好適には同時に）制御するステップを含んでもよい。測定方法は、例えば、少なくとも１つのパッシブチューナコンポーネントを用いることによって、基本周波数での反射係数を設定するステップを含んでもよい。パッシブチューナコンポーネント（複数可）を用いて、少なくとも基本周波数での能動負荷回路の特性インピーダンスを変更してもよい。これは、アクティブロードプル回路による生成が必要な信号の電力を低減するという有利な効果を有し得る。

測定方法は、同一の被験装置で、基本周波数が第１の周波数である測定を実施した後、基本周波数が第１の周波数とは異なる第２の周波数である測定を実施するステップを含んでもよい。同一のアクティブロードプル回路を用いてもよい。同一のパッシブチューナコンポーネントを用いてもよい。測定方法は、体系的な周波数スキャンを実施する、例えば、複数の異なる周波数の範囲にわたって基本周波数を変化させるステップを含んでもよい。複数の異なる周波数の範囲は、実際には、ＤＵＴの、あり得る最低の動作基本周波数から、あり得る最高の動作基本周波数に及び得る。代替的に、複数の異なる周波数の範囲は、単に基本周波数および典型的な混合周波数成分（すなわち、基本周波数に近い）をカバーする周波数範囲であってもよい。

測定方法は、少なくとも１つのパッシブチューナコンポーネントを第１の周波数の基本周波数によって実施される測定に関連する第１の状態に設定した後、当該少なくとも１つのパッシブチューナコンポーネントを第１の状態に設定したまま第１の周波数とは異なる第２の周波数の基本周波数による測定を実施するステップを含んでもよい。アクティブロードプル回路を用いて、複数の異なる周波数でのパッシブチューナコンポーネントのインピーダンスの変化を補償してもよい。例えば、アクティブロードプル回路を用いて、パッシブチューナコンポーネントの、第１の周波数のインピーダンスから第２の周波数のインピーダンスへの変化を補償してもよい。例えば、アクティブロードプル回路は、本発明の測定装置に関連して上述したように、パッシブロードプル装置（パッシブチューナコンポーネント）の調整によって生じる、当該アクティブロードプル回路の特性インピーダンスの変化を補償してもよい。

本発明は、高周波高電力装置の設計または高周波高電力装置を有する回路の設計を改善する方法であって、本発明による測定装置を用いることによって、または本発明による方法を実行することによって高周波高電力装置の挙動を分析し、高周波高電力装置の挙動の分析結果に基づいて高周波高電力装置の設計を修正するか、または、高周波高電力装置を有する回路を修正する、改善方法をさらに提供する。

本発明は、高周波高電力装置または高周波高電力装置を有する回路を製造する方法をさらに提供する。製造方法は、測定装置を用いて、高周波入力信号に対する高周波高電力装置の応答を測定する、例えば、高周波高電力装置の特性を評価するステップを含み得る。係る測定を用いて、既存の高周波高電力装置の設計または高周波高電力装置を有する既存の回路の設計を作成するかまたは改善してもよい。したがって、高周波高電力装置を製造する方法は、上述の改善方法を実行するステップを含んでもよい。このようにして作成または改善された設計に従って高周波高電力装置または高周波高電力装置を有する回路を製造してもよい。

本発明は、本発明による測定装置を用いるかまたは本発明の測定方法を実行することによって高周波高電力装置の挙動の特性を評価することで、１つまたは複数の高周波高電力装置を試験する方法も提供する。試験方法は、高周波高電力装置の製造の際、例えば、品質管理の際に用いてもよい。試験方法は、高周波高電力装置を「スクリーニング」する方法において用いてもよい。試験方法は、所定の基準を満たさない特性を有することを理由として、高周波高電力装置を不適合とするステップを含んでもよい。試験方法は、それぞれ同様の応答特性を共有する高周波高電力装置群に高周波高電力装置をそれぞれ割り当てるステップを含んでもよい。したがって、高周波高電力装置が割り当てられる群は、高周波高電力装置の挙動の特性を評価するステップでの測定結果に基づいて決定される。各高周波高電力装置群は、例えば、互いに重複しない所定の基準によって規定されてもよい。したがって、試験方法を、高周波高電力装置を「ビニングする（binning：グループ分けする）」方法において用いてもよい。

本発明の一態様に関して記載した特徴を本発明の他の態様に組み込んでもよいことは当然理解されるであろう。例えば、本発明の方法は、本発明の装置に関して説明した特徴のうち任意の特徴を組み込むことが可能であり、逆もまた可能である。

本発明の実施形態を、添付の概略図を参照しながら例示としてのみ説明する。

本発明の第１の実施形態による概略回路図である。 負荷に取り付けられる被験装置を示す概略回路図である。 本発明の第２の実施形態による概略回路図である。 本発明の第３の実施形態による概略回路図である。 本発明の第４の実施形態による概略回路図である。 本発明の第５の実施形態による概略回路図である。 本発明の第６の実施形態による概略回路図である。

図１は、複数のパッシブロードプル装置を組み込むアクティブロードプル回路を具備する本発明の第１の実施形態を示す。図１に示す第１の実施形態のレイアウトおよび動作を説明する前に、パッシブロードプルアーキテクチャおよびアクティブロードプルアーキテクチャを簡単に説明する。

一般的に、被験装置（ＤＵＴ）は、電流源または電圧源として想定される。前者の例では、被験装置は、基本周波数帯域およびこれと調和関係にある周波数帯域（ＤＣ、第２、第３、第４、…、第ｎ高調波等）内において単一または複数の周波数成分から成る電流波形を生成するものと想定される。これは、ＤＵＴが電圧源である場合にも当てはまる。

ＤＵＴの特性を測定する場合、通常、例えば、入力ポートに信号が印加され、出力ポートに負荷がかけられる。負荷の目的は、電流（または電圧波形）をとり、これを所望の電圧（または電流）波形に変換することにある（オームの法則の応用）。インピーダンスは通常、例えば、ゲイン、効率または出力電力を高める等、被験装置の性能を最適化するように選択される。標準的には、約５０オームのインピーダンスが選択される。

通常、どのインピーダンス値において周波数成分が最適化するかを予見することは不可能であるため、ユーザは多次元スキャンを実施せざるを得ず、このスキャンを容易にするために、様々なインピーダンス値Ｚ_ＬでＤＵＴに負荷をかけることが可能な「ロードプル負荷システム」が開発されている。

負荷インピーダンスＺ_Ｌの影響は、接続線に沿って進む波形を数学的に用いることで説明することができる。例えば、テスト信号が入力ポートに接続され、かつ可変負荷Ｚ_Ｌが出力ポートに接続されたＤＵＴについて考えてみる。係る構成を図２に示す。一般的に、ＤＵＴの出力に注入される波形は前進波ｂ_２と称され、ＤＵＴが生成するかまたはｂ_２の部分反射を表す信号ａ_２は散乱波形と称される。同様に負荷Ｚ_Ｌから見て、当該負荷に入る前進波をｂ_３と称し、当該負荷が反射または生成する信号はａ_３と称する。図１の概略図では、インライン減衰がないと仮定すると、ａ_２＝ｂ_３、ａ_３＝ｂ_２となる。

進行波の利用は、レンズに向かって進行する信号の光周波数において容易にわかることと同様であり、性質に応じて信号の一部が透過し、一部が反射する。

ＤＵＴが生成するエネルギーの一部のみが負荷Ｚ_Ｌにおいて消散する。この負荷インピーダンスは一般的には、負荷において消散されるエネルギーを有用な電力とするようにＤＵＴの出力に反応してこれに従う別のシステムを表す。

上記負荷において消散される電力は、２つの進行波の差異に関係する。

Ｐ_Ｌ＝（１／２）*（｜ａ_３｜^２−｜ｂ_３｜^２）

負荷インピーダンスの値は、負荷が反射可能である信号ａ_３の一部に関係し、これによって前進波ｂ_３に寄与する。正比例Γ_Ｌ＝ｂ_３／ａ_３は負荷反射係数と称される。ここで、ａ_３は常にｂ_３より大きく、結果として得られる係数Γ_Ｌは常に１より小さい（ｂ_３がａ_３より大きい場合、これは、事実上、挿入されるエネルギーより負荷によって反射されるエネルギーの方が大きいことを表す）。ｂ_２／ａ_２に等しいＤＵＴの反射係数Γ_ＤＵＴは、図２に示す構成では１より大きくなる。

高電力ＤＵＴは一般的に、低い負荷インピーダンスを必要とし、比較的高い負荷反射係数Γ_Ｌが結果的に生じて負荷において最大の電力が消散される。したがって、ｂ_３がａ_３より小さいことを保証しながら、負荷反射係数Γ_Ｌを１に近づけることが望まれる。

同時に、高電力ＤＵＴでは、大量の電力をＺ_Ｌに供給することが重要であるため、ａ_３とｂ_３との差を大きくする必要がある。

上述の条件を両立するために、ａ_３（〜｜ａ_３｜^２）とｂ_３（〜｜ｂ_３｜^２）との範囲内にある電力を、負荷において消散される電力Ｐ_Ｌよりも十分に大きくする必要がある。

例えば、（１／２）｜ａ_２｜^２＝１０００Ｗかつ（１／２）｜ｂ_２｜^２＝９００Ｗとすると、反射係数に関してＰ_Ｌ＝１０００Ｗ−９００Ｗ＝１００Ｗとなる（ここで、｜Γ_Ｌ｜^２＝９００／１０００、｜Γ_Ｌ｜〜０．９５（１を超えない、比較的高い値だと考えられる））。したがって、（例えば、１００ＷのＤＵＴを用いる）高電力ＤＵＴを適切に試験するためには、ロードプルにおいて１００Ｗよりも十分大きい電力を有する進行波を使用することが必要となる。結果として得られる電力レベルは、測定システムが処理するには高過ぎ、かつ／または構成部品のアーク放電または過熱を引き起こす場合がある。

このような問題に対処するために、十分な電力を有する進行波ｂ_３を生成しながら、複雑で高価であるという不利点を有する専用の高電力回路が必要とされる。

高い負荷反射係数を得るために、進行波ｂ_３は、信号ａ_３と同じ大きさか略同じ大きさである（ＤＵＴが主に生成する信号ｂ_２に等しいかまたは少なくともこれに近似する）必要がある。Ｚ_ＬとＤＵＴとの間での任意の損失は、当該試験セットにおいて主に負荷に依存する信号ｂ_３を減衰させるため、負荷インピーダンスを変更することで設定可能なΓ_Ｌ値の範囲を縮小させる。

進行波ａ_２およびｂ_２ならびにａ_３およびｂ_３の概念は、ＤＵＴおよび負荷インピーダンス内に存在する電流および電圧の影響を説明するための数学的な概念であることに留意されたい。したがって、各進行波は、複素数によって表され、振幅および位相を表す。進行波が伝送される媒体および／または送電線／導波路の影響は、インタフェースの両側の進行波の行列変換によって（例えば、Ｓパラメータを用いて）表される。波形を進行させる概念が、信号が進行する媒体に関して制限されるのに対し、電流および電圧波形は、絶対値であり、国際単位系にそのままトレース可能である。光学的アナロジーを用いると、表面または界面において生じる反射量は、当該表面を構成する材料の物理特性（ここでは、屈折率ｎ）によって決まる。

つまり、反射係数Γ_Ｌは、進行波ａ_３およびｂ_３が進行する環境によって決まる。この環境を「特性インピーダンスＺ_０」と称する。当該「特性インピーダンスＺ_０」は一般的に５０オームであると想定される。特性インピーダンスＺ_０を変更する、つまり、負荷反射係数Γ_Ｌの周波数による変化を制御することで、必要な電流および電圧レベルを得ることができる。これによって、必要な進行波ｂ_２の電力が低減するため、適切かつ費用効果の高い波形生成が達成される。

高電力高周波ＤＵＴの特性を分析する際に負荷の特性インピーダンスを変更することは、パッシブロードプル回路またはアクティブロードプル回路によって従来的に行われているが、これらのシステムにはそれぞれ、利点と不利点とが存在する。

パッシブロードプル回路は一般的に、機械的にサイズ変更可能な受動構造体（passive structure）（通常、同軸線路）としてのチューナを有しており、これによって、その電気特性を変更することができる。係る変更は、例えば、ステッピングモータを介した、同軸線路内部の「スラグ」によって実現される。このスラグによってパッシブチューナのインピーダンスを正確に設定することができるが、パッシブチューナの特性はもちろん信号周波数に依存しているため、このような設定は或る特定の周波数にしか通用しない。着目する基本周波数でのパッシブチューナの設定変更は、着目する範囲内における他の周波数での変更ももたらす。ＤＵＴの測定が複数の周波数で行われる場合、チューナのインピーダンスが或る特定の周波数で所望の値を有していても、他の周波数では不適当な値を有する可能性があるため、単一のパッシブチューナを用いることは妥当ではない。対処法として、多数の異なる周波数でのインピーダンス制御を可能にするためにパッシブチューナまたはスラグが複数必要であり、セットアップ工程は複雑かつ高価になる。

さらに、パッシブチューナ構造体（一般的には、単に同軸線路）は往々にして損失が多いため、進行波ｂ_２が著しく減衰され、それゆえ、設定可能な反射係数Γ_Ｌの範囲が制限される。これは、Γ_Ｌのいくつかの値において、ＤＵＴの全特性を評価するのに必要なＤＵＴ応答試験が不可能であることを意味し得る。

また、パッシブチューナによって行われる信号の位相変更を制御する必要がある。同軸線路の長さを利用する場合、当該同軸線路の長さは、着目する低い周波数（例えば、１００ＭＨｚを下回る周波数）では非常に長くする必要がある場合がある。

パッシブロードプルシステムの多数の欠点は、進行波ｂ_３の確定に寄与する信号を能動素子によって生成するアクティブロードプルシステムを用いることで緩和または回避することができる。しかし、アクティブロードプルシステムは、媒体や送電線／導波路の幾何学形状を変更せずに進行波が伝送される特性インピーダンスＺ_０を変更することが不可能であるため、進行波ｂ_３の電力を変更することで反射係数を設定することに留意されたい。

パッシブロードプルシステムと比較して、アクティブロードプル回路は、或る特定の周波数の進行波ｂ_３を生成することが可能であり、これは、任意の他の周波数での反射係数に影響を及ぼさない。また、信号発生器は、信号発生器とＤＵＴとの間に設けられた構造体が物理的に変化しないため、位相変化の問題なく、任意の周波数（ＤＣ〜数百ＧＨｚ）の信号を能動的に生成することが可能である。しかし、大きな反射係数を生成するには、信号ｂ_３の電力レベルを非常に高くする必要がある。

図１に示す第１の実施形態は、上記パッシブロードプルシステムまたは上記アクティブロードプルシステムをそれぞれ単体で用いるのではなく、パッシブロードプル要素およびアクティブロードプル要素の両方を有する。このハイブリッドシステムによって上述の問題が緩和される。

図１は、入力ポート１０ａと、出力ポート１０ｂとを有するＤＵＴ１０を示す。第１のアクティブロードプル回路１２ａが入力ポート１０ａに接続され、第２のアクティブロードプル回路１２ｂが出力ポート１０ｂに接続されている。各アクティブロードプル回路は、複数の信号発生器１４を有しており、当該複数の信号発生器１４は、基本周波数の高周波信号ｆ_０を生成する信号発生器と、高調波の高周波信号２ｆ_０、３ｆ_０またはｎｆ_０を生成する信号発生器と、比較的低い周波数（ＤＣ〜中間周波数−すなわち、基本周波数ｆ_０よりも著しく低い周波数）の信号ＤＣ／ＩＦを生成する信号発生器とを有する。図１では、入力ポートのアクティブロードプル回路１２ａは、入力ポート１０ａにおいてＤＣ／ＩＦ、ｆ_０および３ｆ_０成分を有する信号を注入するものとして示されている。他方、出力ポートのアクティブロードプル回路１２ｂは、出力ポート１０ｂにおいてＤＣ／ＩＦ、ｆ_０および２ｆ_０成分を有する信号を注入するものとして示されている。

本実施形態では、各アクティブロードプル回路が３本の信号経路１６を有しており、当該信号経路１６のそれぞれが各信号発生器１４と関係付けられている。これらの信号経路１６は、マルチプレクサ１８によって１つに結合される。当該マルチプレクサ１８は、３つの信号成分を合成して多成分コンポジット信号を生成する。この多成分コンポジット信号はＤＵＴの適切なポートに印加される。各アクティブロードプル回路１２の３本の信号経路のそれぞれには、パッシブロードプル装置２０がパッシブチューナコンポーネントの形態（例えば、可変チューニングのための可動スラグを有する同軸線路）で設けられている。

各パッシブロードプル装置２０は、前進波ｂ_３の電力レベルが低くて済むようにアクティブロードプル回路の特性インピーダンスに作用するように用いられ、これによって、信号ｂ_３の生成が、着目する周波数の全帯域にわたって所望の反射係数値および周波数に適切かつ妥当なものとなる。各パッシブチューナを用いることで、着目する周波数でアクティブロードプル回路の特性インピーダンスを、制御された方法で変更することができるが、他の周波数でのインピーダンスも影響を受ける。しかし、このような影響は、能動信号源によって補償することが可能である。この補償は、能動信号源が動作可能な全帯域にわたって行われる。

図２に示すシステムによって、ＤＣ／ＩＦ，ｆ_０，２ｆ_０，３ｆ_０，…，ｎｆ_０等を含む広範囲の周波数にわたって、後続の設計段階でＤＵＴが埋め込まれることになる回路をエミュレートすることができる。このエミュレーションは、単一基本周波数の倍数に限定されず、能動信号源の周波数範囲内の複数の異なる周波数の帯域にわたって実現することも可能である。したがって、結果的に得られるシステムは、柔軟性に富むものとなり、広範囲の電力、インピーダンス、および周波数にわたる特性評価を必要とする「エンベロープトラッキング増幅器」またはドハティ増幅器等の特殊な回路アーキテクチャをエミュレートするのに用いることができる。

図１に示す実施形態は、オープンロードプルアーキテクチャと見なすことができる。図３は、ＤＵＴからの信号がアクティブロードプル回路を通じてフィードバックされるエンベロープロードプルアーキテクチャを用いる本発明の第２の実施形態を示している。係るアーキテクチャの実装方法は、特許文献１に詳細に示されている。このフィードバックは、反射係数のより良好な制御および設定を可能とする。便宜上、図３ではフィードバックループを省略している。本実施形態のエンベロープロードプルは、信号発生器１１４上の略式記号ＥＬＰによって示されている。結果として得られるシステムにおいて、エンベロープロードプル回路は、フィードバックループの結果として複数の異なる電力レベルでＤＵＴから到来するあらゆる信号の変化に反応するため、図１のシステムよりもより受動負荷として挙動する。これによって、複数の異なる電力レベルで生じていた反射係数の変化が低減される。さらに、帯域外高周波信号の振動は、好適なフィルタをフィードバックループ内に設けることによって低減される。帯域内信号も、好適な信号送信／処理手段をフィードバックループ内に設けることでエンベロープロードプル回路によって制御することができる。図３の回路の動作および他の利点は、図２に関して説明したものと同様である。

図４〜図７は、本発明の第３の実施形態〜第６の実施形態に係る測定装置のハイブリッド式アクティブロード・パッシブロードプルシステムの実施態様を示す。本発明の第３の実施形態〜第６の実施形態は、図３を参照して説明したものと同様の特徴をいくつか有する。

図４は、本発明の第３の実施形態に係る高周波非線形測定システムを示す概略回路図である。この測定システムは、統合された供給源を有するＶＮＡ（Ｖｅｃｔｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｎａｌｙｚｅｒ）を基本としている。つまり、ＶＮＡは、変調源（任意波形発生器）８と、ＤＣ源２２と、マイクロ波サンプリングオシロスコープ２４とを具備する。これらの３つの構成要素は、市販されているＶｅｃｔｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｎａｌｙｚｅｒで一製品として提供可能であることが理解されるであろう。

測定システムは、第１のポート１０ａおよび第２のポート１０ｂを有する２ポート被験装置（ＤＵＴ）１０の特性を測定する。変調源８は、基本周波数および高調波を含むＧＨｚ範囲内のＲＦ信号を生成する。変調源８から生成されたコンポジット信号は、複数のマルチプレクサ１１によって別々の成分信号に分離される。複数のマルチプレクサ１１のうち、マルチプレクサ１１ａが回路の第１の側に信号を供給するように構成され、マルチプレクサ１１ｂが回路の第２の側に信号を供給する。変調源８は、図示しないが、ＭＨｚ範囲内の周波数を有する、ベースバンド周波数、中間周波数（ＩＦ）または変調周波数等の基本周波数よりもかなり低い周波数を生成するように構成することもできる。そして、平行に配列された３つの専用増幅器（図のＰＡ）によって、別々の成分信号を所望の量だけ増幅される（多くの場合、異なる量に増幅される）。増幅された、別々の信号経路１６上のコンポジット信号を、回路の各側に１つずつ配置された、マルチプレクサ１１とは複数の異なるマルチプレクサ１８によって再結合し、多成分コンポジット信号を生成する。本実施形態では、基本周波数ｆ_０および２つの高調波２ｆ_０および３ｆ_０で３つの異なる高周波成分を有する。多成分コンポジット信号は、各側で、（ＶＮＡのＤＣ源から供給される）ＤＣ電流と合わさってＤＵＴ１０の各ポートに供給される。

ＤＵＴ１６は、各ポート１０ａ、１０ｂにおいてロードプル回路に接続されており、各ロードプル回路は、アクティブロードプル要素およびパッシブロードプル要素の両方を有する。ＤＵＴの各側のロードプル回路は、全動作周波数でのインピーダンスのエミュレーションを可能にする。この特定の実施形態では、ロードプル回路はそれぞれ、同時に３つの異なる周波数で、任意選択で、３つの異なる周波数（基本周波数、第２の高調波および第３の高調波）のそれぞれの周辺の複数の周波数で、（負荷）インピーダンスをエミュレートする。

オシロスコープ２４が、当該オシロスコープ２４に接続されたＲＦ結合器３１ａ、３１ｂによって様々なＲＦ周波数での回路内の波形を測定する。

ＤＵＴの各側のロードプル回路は、パッシブロードプル装置を有するアクティブロードプル回路と見なすことができる。つまり、回路の「ポート１」側には、パッシブロードプル装置２０ａを具備するアクティブロードプル回路１２ａが設けられる。

図４〜図７に示す回路は、特定の用途にそれぞれ適合された、複数の異なるアーキテクチャを示す。次に、これらのアーキテクチャの相違点について説明する。

図４では、各アクティブロードプル回路が有するパッシブロードプル装置１２が、（ｉ）複数の信号成分を合成してコンポジット信号を生成するためのマルチプレクサ１８と、（ｉｉ）ＤＵＴ１０との間に設けられている。各アクティブロードプル回路は、３つの成分信号のために３本の信号経路を有する。回路の各側には、基本周波数、第２の高調波および第３の高調波でロードプルを適用する。ロードプルアーキテクチャのトポロジーは、回路の両側において実質的に同一である。このアーキテクチャは、各パッシブチューナが全周波数範囲、例えば、ここでは、基本周波数、第２の高調波および第３の高調波ならびにこれらの周波数の周辺でのインピーダンスに影響を及ぼし得るという不利点を有するが、パッシブチューナが少なくて済むという利点を有する。

図５は、第３の実施形態を示しており、この回路では、「ポート１」側の構成は図４に示すものと同一であるが、他方の側（「ポート２」側）のロードプルアーキテクチャのトポロジーが異なる。本実施形態では、回路の「ポート２」側において、信号成分を合成してコンポジット信号を生成するためのマルチプレクサ１８ｂの基本周波数信号成分上流（ＤＵＴ１０から見て）と、波形発生器が生成したコンポジット信号を別々の成分信号に分離するためのマルチプレクサ１１ｂの下流とをつなぐ信号経路に対してパッシブロードプル装置２０ｂが直列に配置されている。パッシブロードプル装置２０ｂは、アクティブロードプル回路が高調波で必要な電力レベルを生成可能である（電力要件が低い）場合、基本周波数の反射係数のみを修正するだけでよい。

図６は、第４の実施形態を示しており、この回路では、「ポート１」側および「ポート２」側の構成が、第３の実施形態の「ポート２」側の構成と同一である。つまり、この回路では、パッシブロードプル装置２０が、基本周波数または基本周波数に非常に近い周波数でＤＵＴに印加される信号の成分にのみ作用する。結果的に、両方のパッシブロードプル装置２０が、ＤＵＴで検出することができる第２の高調波および第３の高調波においてインピーダンスの変更をもたらさない。

図７は、第５の実施形態を示しており、この回路では、「ポート１」側および「ポート２」側の両方の構成がさらに異なっている。つまり、「ポート１」側においてはマルチプレクサ１１ａとマルチプレクサ１８ａとの間には基本周波数ｆ_０および第１の高調波２ｆ_０にそれぞれ関係付けられている信号経路１６ａの２本のみが、「ポート２」側においては基本周波数ｆ_０のみに関係付けられている信号経路１６ｂの１本のみが設けられている。したがって、ポート２側には、単一信号経路１６ｂに直列した単一のパッシブロードプル装置２０ｂしかなく、信号を分割して再結合するマルチプレクサを設ける必要がない。複数の高調波の範囲にわたって、ポート２に接続された単一パッシブロードプル装置２０ｂによって導入されるインピーダンス変化対周波数は、ブロードバンド（マルチオクターブ）電力増幅器および変調源または任意の波形発生器を用いることによって補償することができる。

本明細書で説明した本発明の実施形態のハイブリッドシステムは、様々な用途に用いることができる。例えば、本システムを、高周波高電力非線形装置の製造または高周波高電力非線形装置を用いる回路の設計の際にＤＵＴの特性を評価するのに用いることができる。本ハイブリッドシステムは、例えば、測定される成分の高速スクリーニング、または係る成分をそれぞれ同様の特性を有する成分群に効率的にビニングする高速ビニングに用いてもよい。本発明の実施形態は、アクティブロードプル回路を用いることで、パッシブチューナの低速な機械的変化を必要とすることなく、複数の異なるロードプル要件への迅速な切り替えを容易にする。

本発明を、いくつかの特定の実施形態を参照して記載および説明してきたが、当業者であれば、本発明は本明細書には詳しく説明していない多くの異なる変形例にも適用可能であることが理解されるであろう。例えば、回路のトポロジーを変更してもよいし、３つ以上のポートを有するＤＵＴに対して本システムを用いてもよい。また、上述のタイプのマルチプレクサ回路を用いずにマルチトーン信号を生成してもよい。

上記において、数値または要素が、既知、明白、かつ予見可能な均等物を有するように記載されている場合、係る均等物は、個別に記載されているかのように本明細書に援用される。本発明の真の範囲を規定するために請求項を参照すべきであり、当該請求項は、係るあらゆる均等物を包含するように解釈されるべきである。また、「好適」、「有利」、「好都合」等として記載されている本発明の数値または特徴は任意選択であり、独立請求項の範囲を限定するものではないことを読者は理解するであろう。さらに、係る任意選択の数値または特徴は、本発明のいつくかの実施形態において利益を有し得るが、望ましくない場合があり、他の実施形態には用いられない場合があることを理解されたい。

Claims (25)

1. 高周波入力信号に対する電子装置の応答を測定する測定装置であって、
   測定対象の電子装置に接続可能な、パッシブロードプル装置を有するアクティブロードプル回路を具備する
   測定装置。
2. 請求項１に記載の測定装置であって、
   前記アクティブロードプル回路は、オープンロードプル回路である
   測定装置。
3. 請求項１に記載の測定装置であって、
   前記アクティブロードプル回路は、エンベロープロードプル回路である
   測定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定装置であって、
   前記アクティブロードプル回路は、複数のパッシブロードプル装置を有する
   測定装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定装置であって、
   測定対象装置に印加するための、基本周波数および１つまたは複数の高調波の成分を有する多成分信号を生成する信号発生回路をさらに具備する
   測定装置。
6. 請求項５に記載の測定装置であって、
   前記多成分信号の異なる成分にそれぞれ関係付けられた複数の信号経路をさらに具備する
   測定装置。
7. 請求項６に記載の測定装置であって、
   前記パッシブロードプル装置が、前記複数の信号経路のうちの１つに設けられる
   測定装置。
8. 請求項６または７に記載の測定装置であって、
   前記パッシブロードプル装置が、前記複数の信号経路のうちの２つ以上に設けられる
   測定装置。
9. 請求項６〜８のいずれか一項に記載の測定装置であって、
   前記複数の信号経路の前記信号成分を合成して別の信号経路に多成分信号を生成するマルチプレクサ回路をさらに具備する
   測定装置。
10. 請求項９に記載の測定装置であって、
    前記パッシブロードプル装置が、前記別の信号経路に設けられる
    測定装置。
11. 請求項５〜１０のいずれか一項に記載の測定装置であって、
    前記測定装置は、前記多成分信号の全ての信号成分に対して前記パッシブロードプル装置が作用するように構成される
    測定装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の測定装置であって、
    前記測定装置は、基本周波数と、少なくとも１つの高調波とを含む周波数帯域にわたって測定を実施するように構成され、
    前記アクティブロードプル回路の一部として設けられる前記パッシブロードプル装置が前記周波数帯域の全周波数で機能する
    測定装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の測定装置であって、
    前記アクティブロードプル回路は、複数の異なる周波数での前記パッシブロードプル装置のインピーダンスの変化を補償する
    測定装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の測定装置であって、
    マルチポート装置である前記電子装置の異なるポートにそれぞれ接続可能であり、パッシブロードプル装置をそれぞれ有する複数のアクティブロードプル回路をさらに具備する
    測定装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の測定装置であって、
    １つのアクティブロードプル回路内の全ての前記１つまたは複数のパッシブロードプル装置の位相構成は、別のアクティブロードプル回路内の全ての前記１つまたは複数のパッシブロードプル装置の位相構成とは異なる
    測定装置。
16. 高周波入力信号に対する被験電子装置の応答を測定する方法であって、
    １つまたは複数ポートを有する被験装置を用意し、
    前記１つまたは複数ポートの少なくとも１つに接続されて測定を実施するマイクロ波周波数信号サンプリング装置を用意し、
    アクティブロードプル回路を用いて前記１つまたは複数ポートの少なくとも１つに、低周波成分またはＤＣ成分を含み、基本周波数の高周波成分を含み、高調波の高周波成分を含む信号を有する、１つまたは複数の信号経路を介して設けられる能動負荷を適用し、
    前記１つまたは複数の信号経路の少なくとも１つにパッシブチューナコンポーネントを用意し、
    前記マイクロ波周波数信号サンプリング装置に適用される前記能動負荷を前記基本周波数および前記高調波で同時に制御し、
    前記少なくとも１つのパッシブチューナコンポーネントを用いて前記基本周波数で能動負荷回路の特性インピーダンスを変更することによって前記基本周波数での反射係数を設定することで、前記アクティブロードプル回路による生成が必要な前記信号の電力を低減する
    測定方法。
17. 請求項１６に記載の測定方法であって、
    前記基本周波数が第１の周波数である測定を実施した後、同一のアクティブロードプル回路、同一のパッシブチューナコンポーネント、および同一の被験装置を用いて、前記基本周波数が前記第１の周波数とは異なる第２の周波数である測定を実施するステップをさらに含む
    測定方法。
18. 請求項１７に記載の測定方法であって、
    前記第１の周波数の前記基本周波数で実施される測定に関連して前記少なくとも１つのパッシブチューナコンポーネントを第１の状態に設定し、
    前記第２の周波数の前記基本周波数で実施される測定に関連して前記少なくとも１つの係るパッシブチューナコンポーネントを前記第１の状態に設定したままにし、
    前記アクティブロードプル回路を用いて、前記第１の周波数での前記パッシブチューナコンポーネントのインピーダンスから前記第２の周波数での前記パッシブチューナコンポーネントのインピーダンスへの変化を補償するステップをさらに含む
    測定方法。
19. 請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の測定方法であって、
    前記基本周波数の前記高周波成分の周波数は、１ＧＨｚを上回る
    測定方法。
20. 請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の測定方法であって、
    適用される前記能動負荷の前記信号の合計電力は、１０ワット（実効値）を上回る
    測定方法。
21. 高周波高電力装置の設計または当該高周波高電力装置を有する回路の設計を改善する方法であって、
    請求項１〜１５のいずれか一項に記載の測定装置を用いるかまたは請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の測定方法を実行することによって前記高周波高電力装置の挙動を分析し、前記高周波高電力装置の前記挙動の分析結果に基づいて、前記高周波高電力装置の前記設計を修正するか、または当該高周波高電力装置を有する前記回路の前記設計を修正する
    改善方法。
22. 高周波高電力装置または当該高周波高電力装置を有する回路を製造する方法であって、
    請求項２１に記載の測定方法を実行することによって既存の高周波高電力装置の設計または当該高周波高電力装置を有する既存の回路の設計を改善した後、前記改善された設計に従って、前記高周波高電力装置または当該高周波高電力装置を有する前記回路を製造する
    製造方法。
23. 複数の高周波高電力装置を試験する方法であって、
    請求項１〜１５のいずれか一項に記載の測定装置を用いるかまたは請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の測定方法を実行することによって前記複数の高周波高電力装置のそれぞれの挙動の特性を評価する
    試験方法。
24. 請求項２３に記載の試験方法であって、
    所定の基準を満たさない特性を有することを理由として、装置を不適合とするステップをさらに含む
    試験方法。
25. 請求項２３または２４に記載の試験方法であって、
    前記高周波高電力装置の挙動の特性を評価する前記ステップの実行中に実施された測定の結果に基づいて決めた割り当てで、各装置を、それぞれ同様の応答特性を共有する装置群に割り当てるステップをさらに含む
    試験方法。

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