JP3637258B2 - アンプ測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高周波帯用アンプのゲインや歪み等の特性を測定するためのアンプ測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話等の情報通信の高度化につれて超高周波帯域で使用するアンプのゲインや歪み等の特性の迅速かつ正確な測定装置が要請されている。従来、超高周波用アンプの測定を行う場合は図3に示すように、測定する周波数、アンプの入力レベルよりも大きい出力レベルおよび所定の形式の変調を発生する信号発生器1と、DUT(被試験装置)3が出力した信号を入力してスペクトラム解析を行う選択レベル計9と、選択レベル計9が出力した測定値に応じて、信号発生器1の出力レベルを再設定する判定手段4から構成され、選択レベル計9のレベル測定値に応じて、信号発生器1の出力レベルを変更して、アンプの出力レベルを一定に保ち、ゲイン、高調波レベル測定、混変調などの特性の測定を行っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図3に説明する従来技術では、DUT(被試験装置)3に電源電圧が与えられ、DUT3が発熱する。それに伴い、アンプのゲインが一定に保たれないために、出力レベルを一定にして測定を行う高調波レベル測定およぴ混変調測定において高い精度を得ようとすると、DUT3の温度が安定化するまでの時間だけ待機する必要があり、測定時間が長大化するという問題点がある。
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、迅速かつ正確な超高周波帯用アンプのゲイン、歪み等の特性の測定を実現することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項1記載の本発明は、アンプの歪み等の特性を測定する装置において、測定する周波数およびアンプの入力レベルを満足する信号を発生する信号発生器と、入力するDC電圧に応じて信号発生器からアンプへの入力レベルの減衰量を変化させる可変アッテネータと、測定を行うアンプの出力を2つに分配する分配器と、分配された一方の出力のスペクトラム解析を行う選択レベル計と、分配器から分配された他方の出力信号レベルに応じてDC電圧を出力する検波回路と、所定の大きさの電圧を出力することができるプログラマブル電源と、検波回路からの出力DC電圧とプログラマブル電源からの出力電圧を入力して入力電圧差を増幅する演算増幅器と、演算増幅器が出力した電圧を入力して前記可変アッテネータにDC電圧を与える低域フイルタとから構成されている。
【0005】
この構成により、もし測定中のアンプの発熱等による動作環境の変化に応じてアンプのゲインが変化して出力レベルが高くなった場合、検波器が出力するDC電圧のレベルはプログラマブル電源の所定の出力電圧よりも高くなり、演算増幅器の出力電圧は低下する。これにより、可変アッテネータに入力する電圧は低下し、可変アッテネータの減衰量が増加し、アンプへ入力する信号の入力レベルが低下する。定常状態においては、プログラマブル電源が出力する電圧と検波器が出力する電圧とが等しくなり、ループの状態が安定する。もしプログラマブル電源が出力する設定電圧を変更すると、上記と同様の動作により被試験装置のアンプの出力レベルを変更することが可能である。
【0006】
さらに請求項2記載の本発明のアンプ測定装置によれば、プログラマブル電源が出力する所定の大きさの電圧を、あらかじめ測定したアンプの出力に基づいて設定している。かかる構成によれば、あらかじめ基準となるアンプを用いて出力レベルを選択レベル計にて測定して、プログラマブル電源の設定電圧とアンプの出力レベルの関係を計測しておく。
これにより、次回以降の測定では、プログラマブル電源の設定のみで所定の出力レベルが得られており、選択レベル計による所定の出力レベルのための測定を省略することができる。
【0007】
さらに請求項3記載の本発明のアンプ測定装置によれば、低域フイルタのカットオフ周波数を切り替える手段を有する。
この構成により、アンプの試験を開始する際、低域フイルタのカットオフ周波数を切り替えることによって試験の開始時間を短縮することができる。測定装置の回路を安定化させるまでの間は広いループ帯域に、安定後に測定を実施する際には狭いループ帯域に切り替えることにより、迅速かつ正確な測定を行うことができる。
【0008】
さらに本発明のアンプ測定装置によれば、可変アッテネータのDC電圧入力にプリチャージ回路を接続した構成を有する。かかる構成によれば、プリチャージの分だけアンプ測定装置のループを定常状態に要する時間を短縮でき、試験を開始する際の開始時間を短縮することができる。
【0009】
さらに本発明のアンプ測定装置によれば、可変アッテネータのDC電圧入力にリミッタ回路を設けた構成を有する。
この構成により、減衰量を定めるDC電圧の上限、下限を定めるものであり、被試験装置のアンプに過大な信号が入力することを避けて、可変アッテネータおよび検波器の線型の動作領域で自動制御することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第一の実施の形態によるアンプの出力信号の歪みを測定する装置を示すブロック図である。図1において、信号発生器1は、可変アッテネータ2に結合されていて、これら信号発生器1と可変アッテネータ2との組み合わせにより、DUT(被試験装置)3が要求する周波数、レベル、変調を満足するRF信号を発生するものである。可変アッテネータ2には、低域フイルタ8から出力されたDC電圧が入力されていて、そのDC電圧に応じてDUT(被試験装置)3に出力するRF信号のレベルを減衰させるものである。本実施の形態においては、可変アッテネータ2の特性は、DC電圧が低い時ほど、減衰量が高くなるものとする。
【0011】
分配器4は、DUT3が出力したRF信号を選択レベル計9および検波器5に出力するものである。検波器5は分配器4より入力したRF信号のレベルに応じたDC電圧を出力するものである。演算増幅器7は、検波器5が出力したDC電圧を負極側に入力し、プログラマブル電源6によって与えられる電圧を正極側に入力している。演算増幅器7は正極側から負極側を差し引いた差分に応じて出力電圧を変動するものである。低域フイルタ8は演算増幅器7が出力した比較信号を平滑化し、可変アッテネータ2に入力する。この低域フイルタ8は、可変アッテネータ2、DTU3、分配器4、検波器5、演算増幅器7、低域フイルタ8から構成されるALC回路の動作帯域を制限している。
【0012】
上記の回路の動作は、もしDUT3の発熱等による動作環境の変化に応じて、DUT3のゲインが変化して出力レベルが高くなった場合、検波器5が出力するレベルはプログラマブル電源6の出力電圧よりも高くなり、演算増幅器7の出力電圧は低下する。これにより、可変アッテネータ2に入力する電圧は低下し、可変アッテネータ2の減衰量が増加し、その出力するRFレベルが低下する。定常状態においては、プログラマブル電源6が出力する電圧と検波器5が出力する電圧とが等しくなり、ループの状態が安定する。もしプログラマブル電源6が出力する設定電圧を変更すると、上記と同様の動作によりDUT3の出力レベルを変更することが可能である。
【0013】
このため、あらかじめ基準となるDUT3を用いて出力レベルを選択レベル計9にて測定して、プログラマブル電源6の設定電圧とDUT3の出力レベルの関係を計測しておく。次回以降の測定では、プログラマブル電源6の設定のみで、所定の出力レベルが得られており、選択レベル計9による所定の出力レベルのための測定を省略することができる。
【0014】
図2は本発明の第二の実施の形態を示すブロック図である。DUT3のアンプのゲイン、高調波歪み、混変調、入力の定在波比を測定する装置である。信号発生器1、可変アッテネータ2、DUT3、検波器5、プログラマブル電源6、選択レベル計9は、図1に示した第一の実施形態における構成と同様の動作を行うものである。
【0015】
方向性結合器A1は、DTU3のゲインを算出することを目的としたものである。可変アッテネータ2からRF信号を入力し、通過するRF信号を方向性結合器A2に出力し、DUT3に入力するRF信号の進行波成分をセレクタ11のスイッチSW5を通して、選択レベル計9でレベル測定を行う。進行波成分を測定することにより、DUT3のゲインを算出する。DUT3の出力レベルが一定になるようにALC回路が動作するので、進行波成分のレベルはDUT3のゲインに反比例する。
【0016】
方向性結合器A2は、DUT3の定在波比を算出することを目的としたものであり、方向性結合器A1が出力した通過信号を入力し、方向性結合器A2を通過した信号をDUT3に出力し、RF信号の反射成分をセレクタ11のスイッチSW4を通して、選択レベル計9でレベル測定を行う。DTU3に入力されるRF信号の反射成分を測定することができ、方向性結合器A1、A2の挿入損失および変換損失の補正を行った後、DTU3の定在波比を算出する。定在波比Γは、進行波成分に対する反射波成分の比rに対して
Γ=(1+r)/(1−r)
である。
【0017】
方向性結合器A3は、図1に示す第1の実施形態における分配器4に相当するものであり、アッテネータ12から出力されたRF信号の進行波成分を検波器5に出力し、通過した信号をセレクタ11のスイッチSW3を通して選択レベル計9で、高調波歪み、混変調の測定を行う。
【0018】
セレクタ11は、RF信号を切り替えるスイッチSW3、SW4、SW5を有し、各々、インピーダンス整合を行うためのダミーロードであるRL1、RL2、RL3が接続されている。スイッチSW3、SW4、SW5はいずれか一つのみを選択レベル計9に接続することができる。上述の通り、DUT3の入力信号の進行波を測定する際にはスイッチSW5のみを、DUT3の定在波比を測定する際にはスイッチSW4のみを、DUT3の出力信号の高調波歪み、混変調を測定する際にはSW3のみを、選択レベル計9側に接続する。
【0019】
低域フイルタ8は、コンデンサC、スイッチSW2、抵抗R3、電圧源Eによって構成されるプリチャージ回路と、ALC回路の安定化時間を定める抵抗R1と、スイッチSW1と抵抗R2によって構成されるスピードアップ回路によって構成されている。
【0020】
電圧リミッタ10は、低域フイルタ8が出力するDC電圧を入力して、可変アッテネータ2のRF信号減衰量を定めるDC電圧の上限、下限を定めるものであり、DUT3に対して過大なRF信号を入力することを避け、可変アッテネータ2および検波器5が線型の動作領域で自動制御することを目的としている。
【0021】
この実施形態において、DUT3の試験を開始する際。低域フイルタ8の制御によって試験の開始時間を短縮する方法を説明する。一般に、低域フイルタ8のカットオフ(遮断)周波数を高めに設定して、ALC回路のループ帯域を広くすると、制御電圧に混入するノイズの帯域は広くなり、従って測定結果のバラツキに影響を及ぼす、一方、低域フイルタ8のカットオフ(遮断)周波数を低くめに設定して、ALC回路のループ帯域を狭くすると、ALC回路の安定化に要する時間が増大する。
【0022】
このため、ALC回路を安定化させるまでの間は広いループ帯域に、安定後、測定を実施する際には狭いループ帯域に切り替えることにより、迅速かつ正確な測定を行うことができる。この手順は以下の1、2、3による。
【0023】
手順1: 試験を開始する際には、スイッチSW2を抵抗R3の側に接続する。スイッチSW1はオンの状態にする。この際、ALC回路はオープンループ状態になるが、コンデンサCの電位は抵抗R3とコンデンサCの時定数に応じた時刻で電圧源Eに近づく。
【0024】
手順2: コンデンサCの電位がほぼ電圧源Eと等しくなった時点で、スイッチSW2を抵抗R1側に接続する。この際、コンデンサCの電圧は所定の電圧に変化するが、この時の安定化時間は抵抗R1と抵抗R2の並列接続による抵抗値とコンデンサCの時定数により決まるため、スピードアップを図ることができる。
【0025】
手順3: 安定な電圧に達すると予想される時点において、スイッチSW1をオフにしてスイッチSW2を抵抗R1側に接続した状態で、アンプの測定を実施する。この時点ではコンデンサCの電位は上記の手順1、2の状態と比べてほとんど変動が無く安定である。この時のループの安定化時間は抵抗R1の抵抗値とコンデンサCの時定数により定まる。
【0026】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項1記載の本発明のアンプ測定装置は、測定されるアンプの出力レベル一定の状態を、信号発生器、可変アッテネータ、DTU(被試験装置)、分配器、検波器、プログラマブル電源、演算増幅器、低域フイルタから構成されるALC回路を用いて達成しており、アンプの特性の測定時間の短縮化を実現できる効果を有する。さらに、請求項2記載の本発明のアンプ測定装置では、プログラマブル電源の設定で所定の出力レベルを被試験装置のアンプから得ることができるので、選択レベル計による所定出力レベルのための測定を省略して測定時間の短縮化ができる効果を有する。さらに、請求項3および請求項4記載の本発明のアンプ測定装置は、アンプの試験の開始時間を短縮することができるという効果を有する。さらに、請求項5記載の本発明のアンプ測定装置によれば、被試験装置のアンプに過大な信号が入力することを避けて、測定装置の線型の動作領域で自動制御をすることができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施形態によるアンプ測定装置を示すブロック図
【図2】本発明の第二の実施形態によるアンプ測定装置を示すブロック図
【図3】従来のアンプ測定装置を示すブロック図
【符号の説明】
1 信号発生器
2 可変アッテネータ
3 DTU(被試験装置)
4 分配器
5 検波器
6 プログラマブル電源
7 演算増幅器
8 低域フイルタ
9 選択レベル計
10 電圧リミッタ
11 セレクタ
12 アッテネータ
A1、A2、A3 方向性結合器
Claims (5)
- アンプの特性を測定する装置において、測定する周波数およびアンプの入力レベルを満足する信号を発生する信号発生器と、入力するDC電圧に応じて前記信号発生器からアンプへの入力レベルの減衰量を変化させる可変アッテネータと、測定を行うアンプの出力を2つに分配する分配器と、分配された一方の出力のスペクトラム解析を行う選択レベル計と、前記分配器から分配された他方の出力に応じてDC電圧を出力する検波回路と、所定の大きさの電圧を出力することができるプログラマブル電源と、前記検波回路からの出力DC電圧と前記プログラマブル電源からの出力電圧を入力して入力電圧差を増幅する演算増幅器と、前記演算増幅器が出力した電圧を入力して前記可変アッテネータにDC電圧を与える低域フイルタとから構成されたアンプ測定装置。
- 前記プログラマブル電源が出力する前記所定の大きさの電圧を、あらかじめ測定したアンプの出力に基づいて設定したことを特徴とする請求項1記載のアンプ測定装置。
- 前記低域フイルタのカットオフ周波数を切り替える手段を有する請求項1または2記載のアンプ測定装置。
- 前記可変アッテネータのDC電圧入力にプリチャージ回路を接続した請求項1ないし3いずれか記載のアンプ測定装置。
- 前記可変アッテネータのDC電圧入力にリミッタ回路を設けた請求項1ないし4いずれか記載のアンプ測定装置。
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