第 4 章 RF パワーアンプのヒステリシス特性の測定
4.5. 測定データの解析方法
4.5.2. RF 特性
図 4-18 RF入出力電圧の測定結果
Fig. 4-18 Measurement data. (a) VRFin vs time. (b) VRFout vs time.
次に電圧値VRFin, VRFoutを電力値に換算する。(3-15)においてN=100とし，デー タ間隔を5 nsとする。これはRF波形の29波形分に相当する。振幅変調の4波分 のデータのうち両側を省いた 3 波分のデータを平均して表示ものが図 4-19 であ る。縦軸は，測定系のカップラや減衰器による影響を校正済みの電力値である。
振幅変調の入力電力最大時が時間0であり，横軸全体は振幅変調周期の半分に相
当し200 nsである。なお，4.4.2項で説明したインピーダンス整合の影響と考えら
れる振幅変調エンベロープの位相変動として，遅延量7 nsを入れて表示した。入 力電力，出力電力ともに増加時と減少時で対称形となっている。これ以降，本論 文内では上記考えに基づいた遅延量を含めた表示とする。
(a) (b)
Rise period of VRFin Fall period of VRFin
0 2.0
t(μs) 1.0 VOSC1in(V)
0 1.0
-1.0
Rise period of VRFin Fall period of VRFin
2.0 0
t(μs) 1.0 VOSC1out(V)
0 0.2
-0.4 0.4
-0.2
0.5 1.5 0.5 1.5
図 4-19 RF入力電力とRF出力電力の振幅変調1周期分の波形
Fig. 4-19 Variation of measured PRFin and PRFout in a cycle of amplitude modulation. (a) PRFin vs. time. (b) PRFout vs. time.
(a)
−0.5 0
t(×TM)
−0.25
Rise period of VRFin Fall period of VRFin0.5 0.25 0
PRFin(mW)
0 200 400
VDD= 20 V IDDset= 0.53 A (VGG= −3.0 V) fRF= 5.8 GHz fM= 2.5 MHz
100 300 500
−100 ns to +100 ns
Rise period of VRFin
Fall period of VRFin
(b)
−0.5 0
t(×TM)
−0.25
Rise period of VRFin Fall period of VRFin0.5 0.25 0
0 2 4 6
PRFout(W)
VDD= 20 V IDDset= 0.53 A (VGG= − 3.0 V) fRF= 5.8 GHz fM= 2.5 MHz
1 3 5
−100 ns to +100 ns
Rise period of VRFin
Fall period of VRFin
図 4-19 のPRFinとPRFoutの比から利得を算出し，図 4-20 に示した。VDDとIDDの 特性からあらかじめ決めた−100 nsから+100 nsを緑枠で囲っている。予想した通 り，その枠の外側では入力増加時と入力減少時の差が大きく，この部分について は熱変動以外が影響している。さらに，図 4-20の横軸を入力電力として，図 4-21
にAM‒AM特性を示した。VDSとIDSの特性からあらかじめ決めた20.7 dBm以上
を緑枠で囲っている。0.5 dB程度のヒステリシスが観測されるが，緑枠外の影響 との区別ができない。シミュレーションで予測した通り，AM‒AMヒステリシス は現れていないと判断する。
図 4-20 振幅変調1周期分の利得変動測定値
Fig. 4-20 Variation of measured gain in a cycle of amplitude modulation.
−0.5 0
t(×TM)
12
Gain (dB)
Rise period of VRFin
Fall period of VRFin
13
11
10 −0.25
Rise period of VRFinFall period of VRFin
0.5 0.25 0
−100 ns to +100 ns
VDD = 20 V IDDset= 0.53 A (VGG= − 3.0 V) fRF= 5.8 GHz fM= 2.5 MHz
図 4-21 AM‒AM 特性の測定値
Fig. 4-21 Measured AM‒AM characteristic.
図 4-18に示した時間領域のデータVRFinとVRFoutをFFTして周波数領域のデー タに変換し，基本波の位相差から通過位相を求める。FFTに際してのデータ数は
AM‒AM特性を求めた際と同じN=100 として通過位相を算出し，図 4-22に示し
た。VDDとIDDの特性からあらかじめ決めた−100 nsから+100 nsを緑枠で囲ってい る。さらに，図 4-22の横軸を入力電力として，図 4-23にAM‒PM特性を示した。
VDSとIDSの特性からあらかじめ決めた20.7 dBm以上を緑枠で囲っている。緑枠 の中では通過位相のヒステリシスが発生し，その最大値は3度である。
= −100 ns to +100 ns
20
P
RFin(dBm) 12
Gain (d B)
Rise period of V
RFinFall period of V
RFin14
8 10
6
22
21 23 24 25 26 27
V
DD= 20 V
I
DDset= 0.53 A
(V
GG= − 3.0 V)
f
RF= 5.8 GHz
f
M= 2.5 MHz
図 4-22 振幅変調1周期分の位相変動測定値
Fig. 4-22 Variation of measured transmission phase in a cycle of amplitude modulation.
図 4-23 AM‒PM 特性の測定値
Fig. 4-23 Measured AM‒PM characteristic.
−100 ns to +100ns
3 deg (hysteresis)
−0.5 0
t(×TM)
Rise period of VRFin Fall period of VRFin
−0.25 Rise period of VRFin Fall period of VRFin
0.5 0.25 0
Phase deviation (deg)
−2 0 2
−4
−6
−8
VDD= 20 V IDDset= 0.53 A (VGG= − 3.0 V) fRF= 5.8 GHz fM= 2.5 MHz
−10
= −100 ns to +100 ns
3 deg (hysteresis)
Rise period of VRFin Fall period of VRFin
Phase deviation (deg)
−2 0 2
−4
−6
−8 20
PRFin(dBm) 22
21 23 24 25 26 27
VDD= 20 V IDDset= 0.53 A (VGG= − 3.0 V) fRF= 5.8 GHz fM= 2.5 MHz
−10