JP2012257111A

JP2012257111A - 能動回路

Info

Publication number: JP2012257111A
Application number: JP2011129389A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Kato; 勝也嘉藤; Hiromitsu Uchida; 浩光内田; Masatoshi Nakayama; 正敏中山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-27

Abstract

【課題】２倍波処理回路の動作の阻害を防ぎ、動作効率の劣化を防ぐ能動回路を得る。
【解決手段】バイアス回路５において、基本波整合回路４の出力側に接続され、基本波周波数成分を全通過させ、２倍波周波数成分を反射するフィルタ回路５１と、基本波整合回路４の出力側とフィルタ回路５１との間に接続され、基本波周波数で並列共振し、２倍波周波数に対してほぼ純抵抗となる２倍波吸収回路５２と、２倍波吸収回路５２に接続され、バイアス電圧を供給するバイアス電圧供給回路５３とを備えた。
バイアス回路５において、２倍波周波数成分を高周波トランジスタ２側に反射させずに吸収することによって、２倍波処理回路３とバイアス回路５とで並列共振を起こすことがなく、その結果、２倍波処理回路３の動作の阻害を防ぎ、動作効率の劣化を防ぐ能動回路を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波トランジスタに、バイアス回路、２倍波処理回路、および基本波整合回路を含む能動回路に関する。

従来の能動回路として、高周波トランジスタのドレイン端子に接続され、ドレインバイアス電源を供給すると共に３次高調波に対するインピーダンス整合を行う３次高調波整合回路と、３次高調波整合回路の出力側に接続され、２次高調波に対するインピーダンス整合を行う２次高調波整合回路と、２次高調波整合回路の出力側に接続され、基本波に対するインピーダンス整合を行う基本波整合回路とを備えたものがある（下記特許文献１）。

特開２０００−１０６５１０号公報

従来の能動回路は以上のように構成されているので、２次高調波整合回路は、２次高調波で直列共振するように設定されている。
また、バイアス回路が２次高調波でリアクタンス成分を持つ場合がある。
この場合、２次高調波近傍において、２次高調波整合回路の直列共振回路とバイアス回路のリアクタンス成分とで並列共振を起こし、高周波トランジスタから見たインピーダンスが開放となる。
その結果、２次高調波整合回路の動作を阻害し、能動回路の動作効率に劣化が生じる可能性があるという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、高調波処理回路の動作の阻害を防ぎ、動作効率の劣化を防ぐ能動回路を得ることを目的とする。

本発明の能動回路は、バイアス回路において、基本波周波数成分を全通過させ、高調波周波数成分を高周波トランジスタ側に反射させずに吸収するように構成したものである。

本発明によれば、バイアス回路において、基本波周波数成分を全通過させることによって、能動回路として基本的に要求される機能を有することができる。
また、バイアス回路において、高調波周波数成分を高周波トランジスタ側に反射させずに吸収することによって、高調波処理回路とバイアス回路とで並列共振を起こすことがなく、その結果、高調波処理回路の動作の阻害を防ぎ、動作効率の劣化を防ぐ能動回路を得ることができる効果がある。

この発明の実施の形態１による能動回路を示す回路図である。２倍波処理回路とバイアス回路とで並列共振を起こした場合を示す回路図である。この発明の実施の形態２による能動回路を示す回路図である。この発明の実施の形態３による能動回路を示す回路図である。この発明の実施の形態４による能動回路を示す回路図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による能動回路を示す回路図である。
図１において、高周波トランジスタ２は、電界効果トランジスタにより構成され、入力端子１からの高周波信号を増幅する。

２倍波処理回路３は、高周波トランジスタ２のドレイン端子に接続され、基本波周波数の２倍波周波数（基本波周波数に対して２倍の周波数）に対するインピーダンスを最適位置に制御する。基本波整合回路４は、基本波周波数に対するインピーダンスを最適位置に制御する。

バイアス回路５は、高周波トランジスタ２に電源を供給すると共に、基本波周波数成分を全通過させ、２倍波周波数成分を高周波トランジスタ２側に反射させずに吸収する。
コンデンサ６は、直流成分を阻止し、高周波トランジスタ２により増幅された基本波周波数成分が出力端子７から出力される。

２倍波処理回路３において、分布定数線路３１は、２倍波波長の１／４倍の長さを持ち、基本波整合回路４の分布定数線路４１に沿って、一定間隔を保って配置され、高周波トランジスタ２側の一端がグランドに接続される。

基本波整合回路４において、分布定数線路４１は、高周波トランジスタ２のドレイン端子に接続され、分布定数線路４２は、一端が分布定数線路４１の出力側に接続され、他端が開放されている。分布定数線路４１，４２は、伴に所望のインピーダンスを実現する線路長に設定される。

バイアス回路５において、フィルタ回路５１は、基本波周波数成分を全通過させ、２倍波周波数成分を反射する。２倍波吸収回路５２は、基本波周波数で並列共振し、２倍波周波数に対してほぼ純抵抗となる。バイアス電圧供給回路５３は、バイアス電圧を供給する。

フィルタ回路５１において、分布定数線路５１ａ〜５１ｄは、各々２倍波波長の１／４倍の長さを持つ。分布定数線路５１ａ，５１ｂは、基本波整合回路４の出力側に直列に接続される。分布定数線路５１ｃは、分布定数線路５１ａ，５１ｂ間に一端が接続され、他端が開放されている。分布定数線路５１ｄは、分布定数線路５１ｂの出力側に一端が接続され、他端が開放されている。

２倍波吸収回路５２において、分布定数線路５２ａは、ノードＡに接続され、基本波波長の１／４倍の長さを持つ。ラジアルスタブ５２ｂは、ノードＢに接続され、他端が開放され、半径の長さが基本波波長の１／４倍の長さを持つ。ラジアルスタブ５２ｃは、ノードＢに接続され、他端が開放され、半径の長さが２倍波波長の１／４倍よりも短い長さを持つ。分布定数線路５２ｄは、ノードＢに接続され、２倍波波長の１／４倍の長さを持つ。抵抗素子５２ｅは、ノードＢに一端が接続される。分布定数線路５２ｆは、抵抗素子５２ｅの他端に接続され、他端が開放され、２倍波波長の１／４倍の長さを持つ。

バイアス電圧供給回路５３において、コンデンサ５３ａは、分布定数線路５２ｄとグランドとの間に接続され、バイアス電圧端子５３ｂは、分布定数線路５２ｄとコンデンサ５３ａとの間に接続され、バイアス電圧を供給する。

次に動作について説明する。
高周波トランジスタ２は、バイアス回路５のバイアス電圧端子５３ｂから供給されるバイアス電圧に基づいて、入力端子１から入力される高周波信号を増幅する。

このとき、２倍波処理回路３は、分布定数線路４１に平行に配置された分布定数線路３１により、２倍波周波数成分を短絡させ、２倍波周波数に対するインピーダンスを最適位置に制御する。
また、基本波整合回路４は、分布定数線路４１，４２により、基本波周波数に対するインピーダンスを最適位置に制御する。
しかし、２倍波処理回路３において、全ての２倍波が吸収されるものではなく、基本波に重畳されて２倍波がバイアス回路５に伝送される。

バイアス回路５について、まず、基本波に対する動作を説明する。
２倍波吸収回路５２において、ラジアルスタブ５２ｂは、半径が基本波波長の１／４倍に設定されているので、ノードＢは電気的短絡点となる。そのため、分布定数線路５２ａのもう一端であるノードＡは、電気的開放点となる。また、フィルタ回路５１は、基本波に対しては全通過となるため、高周波信号のうちの基本波は、損失無く出力端子７から出力される。

バイアス回路５について、次に、２倍波に対する動作を説明する。
フィルタ回路５１は、２倍波に対しては反射する。

２倍波吸収回路５２において、ラジアルスタブ５２ｂは、半径が基本波波長の１／４倍に設定されているので、２倍波では僅かに誘導性リアクタンスを呈する。
一方、ラジアルスタブ５２ｂに隣接するラジアルスタブ５２ｃは、半径の長さが２倍波波長の１／４倍よりも短い長さに設定されているので、２倍波では容量性リアクタンスを呈する。
よって、両者合わせて、２倍波周波数で並列共振する。

一方、コンデンサ５３ａで終端された分布定数線路５２ｄの一端であるノードＣは、電気的開放点となる。また、抵抗素子５２ｅは、分布定数線路５２ｆと併せて、２倍波周波数でほぼ純抵抗として機能する。
したがって、フィルタ回路５１により反射された２倍波は、この抵抗素子５２ｅにより吸収される。

このように、ノードＡから見た２倍波吸収回路５２の基本波に対するインピーダンスは、並列共振により開放となる。そのため、基本波は、フィルタ回路５１を損失無しで全通過し、出力端子７から出力される。
一方、ノードＡから見た２倍波吸収回路５２の２倍波に対するインピーダンスは、抵抗素子５２ｅであるため、２倍波は、この抵抗素子５２ｅにより吸収される。

次に、バイアス回路５により２倍波成分を吸収できることによる効果について説明する。
図２は２倍波処理回路とバイアス回路とで並列共振を起こした場合を示す回路図である。
２倍波処理回路３は、２倍波において短絡となるため、２倍波周波数で共振するインダクタＬとコンデンサＣの直列共振回路として表すことができる。
ここで、バイアス回路５が２倍波周波数でリアクタンス成分を持つ場合に、２倍波周波数近傍において、２倍波処理回路３の直列共振回路とバイアス回路５のリアクタンス成分とで並列共振を起こすことが考えられる。

これに対して、図１に示した能動回路では、バイアス回路５において、２倍波を吸収することができ、２倍波処理回路３との不要共振を抑えることができる。

この実施の形態１によれば、バイアス回路５において、２倍波周波数成分を高周波トランジスタ２側に反射させずに吸収することによって、２倍波処理回路３とバイアス回路５とで並列共振を起こすことがなく、その結果、２倍波処理回路３の動作の阻害を防ぎ、動作効率の劣化を防ぐ能動回路を得ることができる。

また、フィルタ回路５１および２倍波吸収回路５２を分布定数回路を用いて構成することができる。

なお、前記実施の形態１によれば、２倍波処理回路３を備え、バイアス回路５において、２倍波を反射するフィルタ回路５１および２倍波を吸収する２倍波吸収回路５２を備えた。
しかし、２倍波だけではなく、基本波周波数のｎ（ｎは２以上の任意の自然数）倍の高調波周波数に対応したものであっても同様な効果を奏する。

また、前記実施の形態１によれば、フィルタ回路５１としてローパスフィルタを示したが、バンドリジェクションフィルタであっても同様な効果を奏する。

実施の形態２．
前記実施の形態１では、高周波トランジスタ２の出力側の不要共振を抑えるようにしたが、この実施の形態２は、高周波トランジスタ２の入力側の不要共振を抑えるようにしたものである。

図３はこの発明の実施の形態２による能動回路を示す回路図である。
図３において、入力端子１、直流成分を阻止するコンデンサ８、バイアス回路９、基本波整合回路１０、２倍波処理回路１１、高周波トランジスタ２、および出力端子７の順で接続されている。

バイアス回路９において、フィルタ回路９１は、基本波周波数成分を全通過させ、２倍波周波数成分を反射する。２倍波吸収回路９２は、基本波周波数で並列共振し、２倍波周波数に対してほぼ純抵抗となる。バイアス電圧供給回路９３は、バイアス電圧を供給する。
なお、フィルタ回路９１、２倍波吸収回路９２、およびバイアス電圧供給回路９３の内部構成は、図１と同様である。

基本波整合回路１０において、分布定数線路１０１は、バイアス回路９および高周波トランジスタ２のゲート端子に接続され、分布定数線路１０２は、一端がバイアス回路９と分布定数線路４１との間に接続され、他端が開放されている。分布定数線路１０１，１０２は、伴に所望のインピーダンスを実現する線路長に設定される。

２倍波処理回路１１において、分布定数線路１１１は、２倍波波長の１／４倍の長さを持ち、基本波整合回路１０の分布定数線路１０１に沿って、一定間隔を保って配置され、高周波トランジスタ２側の一端がグランドに接続される。

この実施の形態２によれば、高周波トランジスタ２の入力側に、バイアス回路９、基本波整合回路１０、および２倍波処理回路１１を設けたので、バイアス回路９において、２倍波周波数成分を高周波トランジスタ２側に反射させずに吸収することによって、２倍波処理回路１１とバイアス回路９とで並列共振を起こすことがなく、その結果、高周波トランジスタ２の入力側において、２倍波処理回路１１の動作の阻害を防ぎ、動作効率の劣化を防ぐ能動回路を得ることができる。

また、フィルタ回路９１および２倍波吸収回路９２を分布定数回路を用いて構成することができる。

なお、前記実施の形態２によれば、２倍波処理回路１１を備え、バイアス回路９において、２倍波を反射するフィルタ回路９１および２倍波を吸収する２倍波吸収回路９２を備えた。
しかし、２倍波だけではなく、基本波周波数のｎ（ｎは２以上の任意の自然数）倍の高調波周波数に対応したものであっても同様な効果を奏する。

また、前記実施の形態２によれば、フィルタ回路９１としてローパスフィルタを示したが、バンドリジェクションフィルタであっても同様な効果を奏する。

実施の形態３．
前記実施の形態１では、高周波トランジスタ２の出力側のみ、前記実施の形態２では、高周波トランジスタ２の入力側のみの不要共振を抑えるようにしたが、この実施の形態３は、高周波トランジスタ２の入力側および出力側の不要共振を抑えるようにしたものである。

図４はこの発明の実施の形態３による能動回路を示す回路図である。
図４において、高周波トランジスタ２の入力側は、図３と同様に、入力端子１、コンデンサ８、バイアス回路９、基本波整合回路１０、２倍波処理回路１１、および高周波トランジスタ２の順で接続され、高周波トランジスタ２の出力側は、図１と同様に、２倍波処理回路３、基本波整合回路４、バイアス回路５、コンデンサ６、および出力端子７の順で接続されている。

この実施の形態３によれば、高周波トランジスタ２の入力側に、バイアス回路９、基本波整合回路１０、および２倍波処理回路１１を設け、高周波トランジスタ２の出力側に、２倍波処理回路３、基本波整合回路４、およびバイアス回路５を設けたので、高周波トランジスタ２の入力側および出力側で並列共振を起こすことがなく、動作効率の劣化を防ぐ能動回路を得ることができる。

なお、前記実施の形態３によれば、単段増幅器について説明したが、多段増幅器に適用しても同様な効果を奏する。

実施の形態４．
前記実施の形態１から前記実施の形態３では、バイアス回路５，９を分布定数回路と抵抗素子で構成したものについて示したが、この実施の形態４は、バイアス回路５，９を集中定数回路で構成したものである。

図５はこの発明の実施の形態４による能動回路を示す回路図である。
バイアス回路５のフィルタ回路５１において、インダクタ５１ｅ，５１ｆは、基本波整合回路４の出力側に直列に接続される。コンデンサ５１ｇは、インダクタ５１ｅ，５１ｆ間に一端が接続され、他端がグランドに接続される。

２倍波吸収回路５２において、インダクタ５２ｇおよびコンデンサ５２ｈは、ノードＡに接続され、基本波周波数に対して並列共振する並列共振回路を構成する。
インダクタ５２ｉは、並列共振回路に接続され、コンデンサ５２ｈと共に２倍波周波数に対して直列共振する直列共振回路を構成する。
抵抗素子５２ｊは、インダクタ５２ｉに一端が接続され、コンデンサ５３ａに他端が接続される。
バイアス電圧供給回路５３は、図１と同様である。

次に動作について説明する。
２倍波吸収回路５２において、ノードＡから見た２倍波吸収回路５２の基本波に対するインピーダンスは、インダクタ５２ｇおよびコンデンサ５２ｈの並列共振により開放となる。また、フィルタ回路５１は、ローパスフィルタを構成し、基本波に対しては全通過となるため、高周波信号のうちの基本波は、損失無く出力端子７から出力される。

一方、ノードＡから見た２倍波吸収回路５２の２倍波に対するインピーダンスは、コンデンサ５２ｈおよびインダクタ５２ｉの直列共振により、ほぼ抵抗素子５２ｊと等価になる。また、フィルタ回路５１は、２倍波に対しては反射するため、２倍波は、この抵抗素子５２ｊにより吸収される。

この実施の形態４によれば、バイアス回路５において、２倍波周波数成分を高周波トランジスタ２側に反射させずに吸収することによって、２倍波処理回路３とバイアス回路５とで並列共振を起こすことがなく、その結果、２倍波処理回路３の動作の阻害を防ぎ、動作効率の劣化を防ぐ能動回路を得ることができる。

また、フィルタ回路５１および２倍波吸収回路５２を集中定数回路を用いて構成することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１入力端子、２高周波トランジスタ、３，１１２倍波処理回路、４，１０基本波整合回路、５，９バイアス回路、６，８，５１ｇ，５２ｈ，５３ａコンデンサ、７出力端子、３１，４１，４２，５１ａ〜５１ｄ，５２ａ，５２ｄ，５２ｆ，１０１，１０２，１１１分布定数線路、５１，９１フィルタ回路、５１ｅ，５１ｆ，５２ｇ，５２ｉインダクタ、５２，９２２倍波吸収回路、５２ｂ，５２ｃラジアルスタブ、５２ｅ，５２ｊ抵抗素子、５３，９３バイアス電圧供給回路、５３ｂバイアス電圧端子。

Claims

高周波信号を増幅する高周波トランジスタと、
前記高周波トランジスタの出力側に接続され、基本波周波数のｎ（ｎは２以上の任意の自然数）倍の高調波周波数に対するインピーダンスを最適位置に制御する高調波処理回路と、
前記高調波処理回路の出力側に接続され、基本波周波数に対するインピーダンスを最適位置に制御する基本波整合回路と、
前記基本波整合回路の出力側に接続され、前記高周波トランジスタに電源を供給するバイアス回路とを備え、
前記バイアス回路は、
基本波周波数成分を全通過させ、高調波周波数成分を前記高周波トランジスタ側に反射させずに吸収することを特徴とする能動回路。
前記バイアス回路は、
前記基本波整合回路の出力側に接続され、基本波周波数成分を全通過させ、高調波周波数成分を反射するフィルタ回路と、
前記基本波整合回路の出力側と前記フィルタ回路との間に接続され、基本波周波数で並列共振し、高調波周波数に対してほぼ純抵抗となる高調波吸収回路と、
前記高調波吸収回路に接続され、バイアス電圧を供給するバイアス電圧供給回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の能動回路。
高周波信号を入力すると共に電源を供給するバイアス回路と、
前記バイアス回路の出力側に接続され、基本波周波数に対するインピーダンスを最適位置に制御する基本波整合回路と、
前記基本波整合回路の出力側に接続され、基本波周波数のｎ（ｎは２以上の任意の自然数）倍の高調波周波数に対するインピーダンスを最適位置に制御する高調波処理回路と、
前記高調波処理回路の出力側に接続され、前記バイアス回路から前記基本波整合回路および前記高調波処理回路を介して供給される電源により高周波信号を増幅する高周波トランジスタとを備え、
前記バイアス回路は、
基本波周波数成分を全通過させ、高調波周波数成分を前記高周波トランジスタ側に反射させずに吸収することを特徴とする能動回路。
前記バイアス回路は、
高周波信号を入力し、基本波周波数成分を全通過させ、高調波周波数成分を反射するフィルタ回路と、
前記フィルタ回路と前記基本波整合回路の入力側との間に接続され、基本波周波数で並列共振し、高調波周波数に対してほぼ純抵抗となる高調波吸収回路と、
前記高調波吸収回路に接続され、バイアス電圧を供給するバイアス電圧供給回路とを備えたことを特徴とする請求項３記載の能動回路。
前記フィルタ回路は、
高調波波長の１／４倍の長さを持つ第１の分布定数線路と、
前記第１の分布定数線路に一端が接続された高調波波長の１／４倍の長さを持つ第２の分布定数線路と、
前記第１の分布定数線路と前記第２の分布定数線路との間に一端が接続され、他端が開放された高調波波長の１／４倍の長さを持つ第３の分布定数線路と、
前記第２の分布定数線路の他端に一端が接続され、他端が開放された高調波波長の１／４倍の長さを持つ第４の分布定数線路とを備えたことを特徴とする請求項２または請求項４記載の能動回路。
前記フィルタ回路は、
第１のインダクタに一端が接続された第２のインダクタと、
前記第１のインダクタと前記第２のインダクタとの間に一端が接続され、他端がグランドに接続された第１のコンデンサとを備えたことを特徴とする請求項２または請求項４記載の能動回路。
前記高調波吸収回路は、
前記基本波整合回路と前記フィルタ回路との間に一端が接続された基本波波長の１／４倍の長さを持つ第５の分布定数線路と、
前記第５の分布定数線路の他端に一端が接続され、他端が開放された基本波波長の１／４倍の長さを持つ第１のラジアルスタブと、
前記第５の分布定数線路の他端に一端が接続され、他端が開放された高調波周波数に対して容量性を示す第２のラジアルスタブと、
前記第５の分布定数線路の他端に一端が接続され、前記バイアス電圧供給回路に他端が接続された高調波波長の１／４倍の長さを持つ第６の分布定数線路と、
前記第５の分布定数線路の他端に一端が接続された抵抗素子と、
前記抵抗素子の他端に一端が接続され、他端が開放された高調波波長の１／４倍の長さを持つ第７の分布定数線路とを備えたことを特徴とする請求項２または請求項４記載の能動回路。
前記高調波吸収回路は、
前記基本波整合回路と前記フィルタ回路との間に一端が接続された第３のインダクタと、
前記基本波整合回路と前記フィルタ回路との間に一端が接続され、前記第３のインダクタと共に基本波周波数に対して並列共振する並列共振回路を構成する第２のコンデンサと、
前記第３のインダクタおよび前記第２のコンデンサの他端に一端が接続され、前記第２のコンデンサと共に高調波周波数に対して直列共振する直列共振回路を構成する第４のインダクタと、
前記第４のインダクタの他端に一端が接続され、前記バイアス電圧供給回路に他端が接続された抵抗素子とを備えたことを特徴とする請求項２または請求項４記載の能動回路。