JP2016072755A - 高周波整流器 - Google Patents

Abstract

【課題】寄生のインダクタンス成分が生じても、被整流波を高効率に直流に変換することができるとともに、不要な並列共振を抑圧することができる高周波整流器を得ることを目的とする。
【解決手段】高調波短絡手段１３により形成される短絡点１４とダイオード２４との間の電気長が被整流波の基本波の周波数ｆ_１で９０度になっており、出力フィルタ３０の入力インピーダンスが、被整流波の基本波（周波数ｆ_１）、偶数次高調波（周波数ｆ_２，ｆ_４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ_３，ｆ_５，・・・）において開放になっているように構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、交流または高周波を高効率に直流に変換する高周波整流器に関するものである。

交流または高周波を直流に変換する高周波整流器として、シングルシャント型整流器がある（例えば、特許文献１を参照）。
シングルシャント型整流器は、例えば、アノードが接地（または、基準電位に接続）されているショットキーダイオードと、そのショットキーダイオードのカソードと信号源（または、受信アンテナ）との間に接続されている入力フィルタと、そのショットキーダイオードのカソードと負荷抵抗との間に接続されている出力フィルタとから構成されている。 この構成では、信号源から出力された高周波（ＲＦ）が入力フィルタを介してショットキーダイオードに入力されると、そのショットキーダイオードの非線形性によって高調波が生成される。
ショットキーダイオードの非線形性によって生成された高調波のうち、偶数次の電流が出力フィルタを構成しているキャパシタにより平滑化され、直流（ＤＣ）に変換される。

シングルシャント型整流器において、ＲＦを高効率にＤＣに変換するには、整流器に入力されるＲＦ（所望の被整流周波数）の電力が反射されることなくショットキーダイオードに伝達され、ショットキーダイオードにより生じる高調波が再放射しないように閉じ込められ、ショットキーダイオードのカソードから見た入力フィルタと出力フィルタのインピーダンスが一定の条件を満足する必要がある。

このシングルシャント型整流器では、出力フィルタを構成しているキャパシタが負荷抵抗と並列に接続され、その出力フィルタを構成している伝送線路（所望の被整流周波数で電気長が４分の１波長となる伝送線路）によって、そのキャパシタとショットキーダイオードが接続されている。さらに、入力部に整合回路と高調波フィルタとを備えている。 したがって、出力フィルタの入力インピーダンスが所望の被整流波の基本波及び奇数次高調波で開放となり、偶数次高調波で短絡となる高調波処理の条件を満足していれば、ショットキーダイオードに印加される高周波の電圧波形が矩形波に近づき、理論上、全波整流波形となり、ＲＦ−ＤＣ変換効率は１００％になる。 これにより、ＲＦが高効率に変換されたＤＣが負荷抵抗に供給されることになる。

特開２０１４−２３０６９号公報（図１）

従来の高周波整流器は以上のように高効率なＲＦ−ＤＣ変換を得るために、出力フィルタの入力インピーダンスを基本波及び奇数次高調波において開放、偶数次高調波において短絡としていた。しかし、実装時には、通常、出力フィルタとショットキーダイオードとの間にワイヤなどによる直列のインダクタンス成分が生じてしまうため、このインダクタンス成分の影響で、ダイオードの一端において奇数次高調波で開放、偶数次高調波で短絡という条件を満足しなくなり、ＲＦ−ＤＣ変換効率が劣化してしまうという問題があった。
また、出力フィルタの入力インピーダンスを偶数次高調波で短絡とし、ショットキーダイオードの端面で偶数次高調波を短絡とすると、出力フィルタの入力端子において、偶数次高調波に近接した周波数で開放点が生じてしまう。そのため、僅かなずれで偶数次高調波で不要な並列共振が生じてしまい、所望の高調波処理が得られなくなる問題があった。

この発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、寄生のインダクタンス成分が生じても、被整流波を高効率に直流に変換することができるとともに、不要な並列共振を抑圧することができる高周波整流器を得ることを目的とする。

この発明に係る高周波整流器は、一端が入力端子と接続されている伝送線路と、前記入力端子から入力された被整流波の高調波に対する短絡点を前記入力端子と前記伝送線路との間に形成して、前記高調波の通過を阻止する高調波短絡手段とからなる入力フィルタと、一端が前記伝送線路の他端と接続されているインダクタと、一端が前記インダクタの他端と接続され、他端が接地されているキャパシタと、一端が前記インダクタの他端と接続され、他端が接地又は高周波的に短絡されており、前記伝送線路を通過してきた被整流波の電力に応じて直流成分と高調波成分を生成する整流素子とからなる整流手段と、一端が前記インダクタの一端と接続され、他端が負荷と接続されており、前記整流素子により生成された直流成分を前記負荷に供給する出力フィルタとを備え、前記短絡点と前記整流素子との間の電気長を前記被整流波の基本波の周波数で９０度とし、前記出力フィルタの入力インピーダンスを、前記被整流波の基本波、偶数次高調波及び奇数次高調波において開放としたものである。

この発明によれば、出力フィルタの入力インピーダンスが、被整流波の基本波、偶数次高調波及び奇数次高調波において開放となるように構成したので、寄生のインダクタンス成分が生じても、高調波短絡手段により形成される短絡点と整流素子との間の電気長が被整流波の基本波の周波数で９０度になっており、被整流波を高効率に直流に変換することができるとともに、不要な並列共振を抑圧することができる効果がある。

この発明の実施の形態１による高周波整流器を示す構成図である。 Ｎ＝３である場合の出力フィルタ３０の一例を示す構成図である。 Ｎ＝３である場合の出力フィルタ３０の一例を示す構成図である。 Ｎ＝１である場合の出力フィルタ３０の一例を示す構成図である。 入力フィルタ１１の高調波短絡手段１３の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態３による高周波整流器を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による高周波整流器の高調波短絡手段５１の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による高周波整流器の高調波短絡手段５１の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による高周波整流器の高調波短絡手段５１の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による高周波整流器の高調波短絡手段５１の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による高周波整流器の高調波短絡手段５１の一例を示す構成図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による高周波整流器を示す構成図である。
図１において、高周波整流器１は入力端子２から入力された被整流波を高効率に直流に変換して、その直流を負荷抵抗３に供給する整流器である。
入力フィルタ１１は伝送線路１２と高調波短絡手段１３から構成されており、入力端子２から入力された被整流波の基本波を通過させ、その被整流波の高調波の通過を阻止するフィルタである。

入力フィルタ１１の伝送線路１２は被整流波の基本波の周波数ｆ_１での電気長が９０度より短い線路であり、一端が入力端子２と接続されて、他端が入力フィルタ１１の出力端子１５と接続されている。
高調波短絡手段１３は入力端子２から入力された被整流波の高調波の通過を阻止するために、被整流波の偶数次高調波に対する短絡点と、被整流波の奇数次高調波に対する短絡点を同一の点（以下、この点を「短絡点１４」と称する）に形成している。

入力端子２０は整流手段２１の入力端子であり、入力フィルタ１１の出力端子１５と接続されている。
整流手段２１は直列インダクタ２２、並列キャパシタ２３及びダイオード２４から構成されているシングルシャント型整流器であり、ダイオード２４は接合容量２５と接合抵抗２６から構成されている。
整流手段２１の直列インダクタ２２は一端が整流手段２１の入力端子２０と接続されている。
並列キャパシタ２３は一端が直列インダクタ２２の他端と接続されて、他端が接地されている。

ダイオード２４はカソード（一端）が直列インダクタ２２の他端と接続されて、アノード（他端）が接地又は高周波的に短絡されており、入力フィルタ１１の伝送線路１２を通過してきた被整流波の電力に応じて接合容量２５と接合抵抗２６が変化することでスイッチング動作を行って、直流成分と高調波成分を生成する整流素子である。
この実施の形態１では、伝送線路１２による位相特性と、直列インダクタ２２及び並列キャパシタ２３による位相特性とによって、短絡点１４とダイオード２４との間の電気長が被整流波の基本波の周波数ｆ_１で９０度になっている。

出力フィルタ３０は一端が直列インダクタ２２の一端と接続され、他端が負荷抵抗３と接続されており、整流手段２１のダイオード２４により生成された整流波形を平滑化して、直流成分を負荷抵抗３に供給するフィルタである。
この実施の形態１では、出力フィルタ３０の入力インピーダンスが、被整流波の基本波（周波数ｆ_１）、偶数次高調波（周波数ｆ_２，ｆ_４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ_３，ｆ_５，・・・）において開放になっている。

次に動作について説明する。
入力端子２から入力された所望の被整流波は、入力フィルタ１１を介して整流手段２１に伝達され、整流手段２１に備えられたダイオード２４に入力される。

整流手段２１のダイオード２４は、被整流波が入力されると、その被整流波の電力に応じて接合容量２５と接合抵抗２６が変化することでスイッチング動作を行って、直流成分と高調波成分をもつ整流波形を生成する。
出力フィルタ３０は、その整流波形を平滑化して、直流成分を負荷抵抗３に供給する。
なお、出力フィルタ３０の入力インピーダンスが、被整流波の基本波（周波数ｆ_１）、偶数次高調波（周波数ｆ_２，ｆ_４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ_３，ｆ_５，・・・）に対して開放であるため、被整流波の基本波（周波数ｆ_１）、偶数次高調波（周波数ｆ_２，ｆ_４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ_３，ｆ_５，・・・）は、出力フィルタ３０に入力されず、負荷抵抗３に供給されない。
また、入力フィルタ１１の高調波短絡手段１３が、被整流波の高調波（偶数次高調波、奇数次高調波）に対する短絡点１４を形成しているため、ダイオード２４のスイッチング動作により生じた高調波（偶数次高調波、奇数次高調波）は入力端子２へ通過できず、再放射しない。

ここで、被整流波から負荷抵抗３に供給する直流への変換効率を高めるインピーダンス条件は、ダイオード２４のカソードにおいて、偶数次高調波に対しては短絡となり、かつ、奇数次高調波に対しては開放となることである。
この実施の形態１では、入力フィルタ１１の高調波短絡手段１３が、被整流波の高調波（偶数次高調波、奇数次高調波）に対する短絡点１４を形成し、被整流波の基本波の周波数ｆ_１での電気長が９０度より短い伝送線路１２による位相特性と、直列インダクタ２２及び並列キャパシタ２３による位相特性とによって、短絡点１４からダイオード２４のカソードまでの電気長が被整流波の基本波の周波数ｆ_１で９０度である。
このため、ダイオード２４のカソードにおいて、偶数次高調波に対しては短絡となり、かつ、奇数次高調波に対しては開放となるインピーダンス条件が得られるので、被整流波から高効率に直流に変換することができる。

また、出力フィルタ３０の入力インピーダンスは、被整流波の基本波（周波数ｆ_１）、偶数次高調波（周波数ｆ_２，ｆ_４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ_３，ｆ_５，・・・）に対して開放であるため、上述したように、被整流波の基本波（周波数ｆ_１）、偶数次高調波（周波数ｆ_２，ｆ_４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ_３，ｆ_５，・・・）が出力フィルタ３０に入力されない。このため、入力フィルタ１１、直列インダクタ２２及び並列キャパシタ２３による高調波処理に影響することなく、直流を取り出すことができる。
また、出力フィルタ３０の入力インピーダンスが偶数次高調波（周波数ｆ_２，ｆ_４，・・・）に対して開放であるため、偶数次高調波の近接周波数における短絡点によって生じる不要共振が抑圧される。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、出力フィルタ３０の入力インピーダンスが、被整流波の基本波（周波数ｆ_１）、偶数次高調波（周波数ｆ_２，ｆ_４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ_３，ｆ_５，・・・）に対して開放となるように構成したので、寄生のインダクタンス成分が生じても、高調波短絡手段１３により形成される短絡点１４とダイオード２４との間の電気長を被整流波の基本波の周波数ｆ_１で９０度にして、ダイオード２４の一端におけるインピーダンス条件を偶数次高調波に対して短絡、かつ奇数次高調波に対して開放とすることができ、被整流波を高効率に直流に変換することができるとともに、不要な並列共振を抑圧することができる効果を奏する。

即ち、短絡点１４とダイオード２４との間の電気長が被整流波の基本波の周波数ｆ_１で９０度であるため、偶数次高調波（周波数ｆ_２，ｆ_４，・・・）においては反射位相が３６０度の倍数になり、奇数次高調波（周波数ｆ_３，ｆ_５，・・・）においては反射位相が１８０度の奇数倍になる。このため、出力フィルタ３０とダイオード２４との間に物理的または実装により寄生成分が生じる場合でも、ダイオード２４のカソードにおいて、偶数次高調波に対しては短絡、かつ、奇数次高調波に対しては開放となる所望のインピーダンス条件が自動的に得られるので、高いＲＦ−ＤＣ変換効率を得ることができる。
なお、直列インダクタ２２と並列キャパシタ２３は、集中定数として取り扱えるので、小型化を図ることができる。
また、並列キャパシタ２３は、ダイオード２４の接合容量２５の一部もしくは全てで代用しても良い。
また、入力端子２に被整流波の基本波に対して整合回路を備えても良いことは、当業者であれば自明のことである。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、入力インピーダンスが、被整流波の基本波（周波数ｆ_１）、偶数次高調波（周波数ｆ_２，ｆ_４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ_３，ｆ_５，・・・）に対して開放である出力フィルタ３０を示したが、そのような出力フィルタ３０は、被整流波の基本波の周波数ｆ_１で電気長が４分の１波長となる伝送線路（１次伝送線路）と、被整流波の基本波の周波数ｆ_１で電気長が４分の１波長（または、９０度）となるオープンスタブ（１次オープンスタブ）と、被整流波の２^ｎ次（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の高調波の周波数で電気長が４分の１波長となるＮ個の伝送線路（２^ｎ次伝送線路）と、被整流波の２^ｎ次（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の高調波の周波数で電気長が４分の１波長となるＮ個のオープンスタブ（２^ｎ次オープンスタブ）とから構成することができる。

図２はＮ＝３である場合の出力フィルタ３０の一例を示す構成図である。
図２において、伝送線路３１は一端が整流手段２１のインダクタの一端と接続され、被整流波の基本波の周波数ｆ_１で電気長が４分の１波長となる１次伝送線路である。
伝送線路３２は一端が伝送線路３１の他端と接続され、被整流波の２次高調波の周波数ｆ_２で電気長が４分の１波長となる２次伝送線路である。
伝送線路３３は一端が伝送線路３２の他端と接続され、被整流波の４次高調波の周波数ｆ_４で電気長が４分の１波長となる４次伝送線路である。
伝送線路３４は一端が伝送線路３３の他端と接続され、被整流波の８次高調波の周波数ｆ_８で電気長が４分の１波長となる８次伝送線路である。
図２の例では、Ｎ＝３個の伝送線路（２^ｎ次伝送線路）は、ｎの値が小さい順に縦続に接続されており、ｎの値が１である伝送線路３２（２次伝送線路）の一端が伝送線路３１の他端と接続され、ｎの値が３である伝送線路３４（８次伝送線路）の他端が負荷抵抗３と接続されている。

オープンスタブ３５は伝送線路３１の他端と接続され、被整流波の基本波の周波数ｆ_１で電気長が４分の１波長となる１次オープンスタブである。
オープンスタブ３６は伝送線路３２の他端と接続され、被整流波の２次高調波の周波数ｆ_２で電気長が４分の１波長となる２次オープンスタブである。
オープンスタブ３７は伝送線路３３の他端と接続され、被整流波の４次高調波の周波数ｆ_４で電気長が４分の１波長となる４次オープンスタブである。
オープンスタブ３８は伝送線路３４の他端と接続され、被整流波の８次高調波の周波数ｆ_８で電気長が４分の１波長となる８次オープンスタブである。
図２の例では、Ｎ＝３個のオープンスタブ（２^ｎ次オープンスタブ）は、ｎの値が同じ２^ｎ次伝送線路の他端と接続されている。

次に動作について説明する。
出力フィルタ３０は、オープンスタブ３５を備えているため、被整流波の基本波及び奇数次高調波に対しては、伝送線路３１と伝送線路３２の接続点で短絡となる。このため、伝送線路３２より負荷抵抗３側の回路は等価的に見えておらず、伝送線路３１によってインピーダンスが反転して、その入力インピーダンスが開放となる。
一方、偶数次高調波である２次高調波、４次高調波及び８次高調波に対しては、２次高調波、４次高調波及び８次高調波に対応するオープンスタブ３６，３７，３８を備えているため、オープンスタブ３６，３７，３８の接続点で短絡となる。このため、２次高調波は、伝送線路３３より負荷抵抗３側の回路が等価的に見えず、４次高調波は、伝送線路３４より負荷抵抗３側の回路が等価的に見えず、８次高調波は、オープンスタブ３８の接続点より負荷抵抗３側の回路が等価的に見えない。
また、２次高調波においてはオープンスタブ３５が開放となり、４次高調波においてはオープンスタブ３５，３６が開放となり、８次高調波においてはオープンスタブ３５，３６，３７が開放となるため等価的に見えず、出力フィルタ３０の入力インピーダンスは、２次高調波、４次高調波及び８次高調波において開放となる。

なお、６次高調波においてはオープンスタブ３６により、その接続点で短絡となり、オープンスタブ３５が開放であるため、出力フィルタ３０の入力インピーダンスは開放となる。
上述から分かるように、出力フィルタ３０の入力インピーダンスが高調波において開放になることは、（２^ｎ−１）次の高調波まで同様に成立する。
したがって、図２の出力フィルタ３０は、１５次高調波までの偶数次開放手段が備えられ、低次の偶数次開放手段は、高次の偶数次開放手段に影響を与えずに構成され、容易に１５次高調波までの入力インピーダンスを開放とすることができる。

この実施の形態２では、出力フィルタ３０が図２のように構成されているものを示したが、図３に示すように、出力フィルタ３０の出力端子に平滑コンデンサ３９を接続するようにしてもよい。
また、オープンスタブ３８と平滑コンデンサ３９との間に任意の伝送線路が接続されていてもよい。

図２の出力フィルタ３０では、１５次高調波までが開放となるが、高いＲＦ−ＤＣ変換効率を得るために最も重要な高調波は２次高調波と３次高調波であるため、図４に示すように、Ｎ＝１であってもよい。
この場合、入力フィルタ１１の高調波短絡手段１３は、図５に示すように、被整流波の２次高調波の周波数ｆ_２で電気長が４分の１波長となるオープンスタブ４１（第１のオープンスタブ）と、被整流波の３次高調波の周波数ｆ_３で電気長が４分の１波長となるオープンスタブ４２（第２のオープンスタブ）とから構成されてもよい。
ただし、この場合、ダイオード２４のカソードで、２次高調波は短絡となり、かつ、３次高調波は開放となるが、４次以上の高調波は不定である。よって、高調波短絡手段１３によって、高次までの短絡点を形成する場合には、例えば、該当周波数で４分の１波長となるオープンスタブをオープンスタブ４１，４２と並列に接続するようにすればよい。

上記実施の形態１と同様に、並列キャパシタ２３が直列インダクタ２２の他端と接続されているものを示したが、ダイオード２４の接合容量２５、または、接合容量２５の一部を並列キャパシタ２３として利用するようにしてもよい。

直列インダクタ２２のインダクタンスＬと、並列キャパシタ２３のキャパシタンスＣとについては、例えば、下記の式（１）に示すように、伝送線路１２の特性インピーダンスＺ_ｃに応じて決定されるようにしてもよい。

また、上記実施の形態１と同様に、高周波整流器において入力整合をとるようにしてもよいことは言うまでもない。
また、上記実施の形態１，２で記述している全ての伝送線路（伝送線路１２，３１〜３４）及び全てのオープンスタブ（オープンスタブ３５〜３８，４１，４２）は、高周波を伝搬するものであればよく、例えば、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレナー線路、導波管などで構成される。あるいは、これらの組み合わせで構成される。
また、特性インピーダンスを調整することや、線路形状をステップ型として小型化することなどは設計事項であり、本発明に含まれる。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３による高周波整流器を示す構成図であり、図６において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
入力フィルタ５０は伝送線路１２と高調波短絡手段５１から構成されており、入力端子２から入力された被整流波の基本波を通過させ、その被整流波の高調波の通過を阻止するフィルタである。
入力フィルタ５０の高調波短絡手段５１は入力端子２から入力された被整流波の高調波の通過を阻止するため、図１の高調波短絡手段１３と同様に、被整流波の偶数次高調波に対する短絡点と、被整流波の奇数次高調波に対する短絡点を同一の点（短絡点１４）に形成している。
ただし、高調波短絡手段５１の一端は入力端子２と接続され、他端は負荷抵抗３と接続され、短絡点１４からみた高調波短絡手段５１の入力インピーダンスは、被整流波の基本波の周波数ｆ_１に対して開放である。

次に動作について説明する。
入力端子２から入力された所望の被整流波は、入力フィルタ５０を介して整流手段２１に伝達され、整流手段２１に備えられたダイオード２４に入力される。

整流手段２１のダイオード２４は、被整流波が入力されると、その被整流波の電力に応じて接合容量２５と接合抵抗２６が変化することでスイッチング動作を行って、直流成分と高調波成分をもつ整流波形を生成する。
入力フィルタ５０の高調波短絡手段５１は、その整流波形を平滑化して、直流成分を負荷抵抗３に供給する。
なお、入力フィルタ５０の高調波短絡手段５１が、被整流波の高調波（偶数次高調波、奇数次高調波）に対する短絡点１４を形成しているため、ダイオード２４のスイッチング動作により生じた高調波（偶数次高調波、奇数次高調波）は入力端子２へ通過できず、再放射しない。
また、実施の形態１または２に示した出力フィルタ３０を備えていないため、不要な共振はさらに生じにくくなる。

ここで、被整流波から負荷抵抗３に供給する直流への変換効率を高めるインピーダンス条件は、ダイオード２４のカソードにおいて、偶数次高調波に対しては短絡となり、かつ、奇数次高調波に対しては開放となることである。
この実施の形態３では、入力フィルタ５０の高調波短絡手段５１が、被整流波の高調波（偶数次高調波、奇数次高調波）に対する短絡点１４を形成し、被整流波の基本波の周波数ｆ_１での電気長が９０度より短い伝送線路１２による位相特性と、直列インダクタ２２及び並列キャパシタ２３による位相特性とによって、短絡点１４からダイオード２４のカソードまでの電気長が被整流波の基本波の周波数ｆ_１で９０度である。
このため、ダイオード２４のカソードにおいて、偶数次高調波に対しては短絡となり、かつ、奇数次高調波に対しては開放となるインピーダンス条件が得られるので、被整流波から高効率に直流に変換することができる。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、実施の形態１または２に示した出力フィルタ３０を備えずに、短絡点１４からみた高調波短絡手段５１の入力インピーダンスが被整流波の基本波の周波数ｆ_１において開放となるように構成したので、寄生のインダクタンス成分が生じても、高調波短絡手段５１により形成される短絡点１４とダイオード２４との間の電気長を被整流波の基本波の周波数ｆ_１で９０度にして、ダイオード２４の一端におけるインピーダンス条件を偶数次高調波に対して短絡、かつ奇数次高調波に対して開放とすることができ、被整流波を高効率に直流に変換することができるとともに、不要な並列共振を抑圧することができる効果を奏する。

即ち、短絡点１４とダイオード２４との間の電気長が被整流波の基本波の周波数ｆ_１で９０度であるため、偶数次高調波（周波数ｆ_２，ｆ_４，・・・）においては反射位相が３６０度の倍数になり、奇数次高調波（周波数ｆ_３，ｆ_５，・・・）においては反射位相が１８０度の奇数倍になる。このため、整流手段２１の入力端子２０とダイオード２４との間に物理的または実装により寄生成分が生じていても、ダイオード２４のカソードにおいて、偶数次高調波に対しては短絡、かつ、奇数次高調波に対しては開放となる所望のインピーダンス条件が自動的に得られるので、高いＲＦ−ＤＣ変換効率を得ることができる。
また、直列インダクタ２２と並列キャパシタ２３は、集中定数として取り扱えるので、小型化を図ることができる。
また、並列キャパシタ２３は、ダイオード２４の接合容量２５の一部もしくは全てで代用しても良い。
また、入力端子２に被整流波の基本波に対して整合回路を備えても良いことは、当業者であれば自明のことである。

また、高調波短絡手段５１の入力インピーダンスが、被整流波の基本波の周波数ｆ_１に対しては開放であり、ダイオード２４により生成された直流成分が高調波短絡手段５１を介して負荷抵抗３に供給されるため、上記実施の形態１，２で示すような出力フィルタ３０が不要になり、小型化を図ることができる効果を奏する。
出力フィルタ３０を備えていないため、近接周波数における短絡点によって生じる不要共振の問題が解消される効果を奏する。また、高調波短絡手段５１の入力インピーダンスが被整流波の基本波の周波数ｆ_１に対して開放であるため、高調波短絡手段５１による整流器の入力インピーダンスへの影響が小さく、入力された被整流波がダイオード２４に効率よく伝達される効果や簡易に整合がとれる効果を奏する。

実施の形態４．
上記実施の形態３では、入力フィルタ５０の高調波短絡手段５１が、被整流波の高調波（偶数次高調波、奇数次高調波）に対する短絡点１４を形成して、その被整流波の高調波の通過を阻止しているものを示したが、高効率を得るために最も重要な高調波は２次高調波と３次高調波であるため、入力フィルタ５０の高調波短絡手段５１が、被整流波の２次高調波と３次高調波の通過を阻止するようにしてもよい。

図７はこの発明の実施の形態４による高周波整流器の高調波短絡手段５１の一例を示す構成図である。
図７において、オープンスタブ６１は入力端子２と接続され、被整流波の３次高調波の周波数ｆ_３で電気長が４分の１波長（または、９０度）となる第１のオープンスタブである。
伝送線路６２は一端が入力端子２と接続され、被整流波の３次高調波の周波数ｆ_３で電気長が２分の１波長となる第１の伝送線路である。
伝送線路６３は一端が伝送線路６２の他端と接続され、他端が負荷抵抗３と接続されており、被整流波の３次高調波の周波数ｆ_３で電気長が４分の１波長となる第２の伝送線路である。
オープンスタブ６４は伝送線路６２の他端と接続され、被整流波の基本波の周波数ｆ_１で電気長が４分の１波長となる第２のオープンスタブである。
キャパシタ６５は一端が伝送線路６３の他端と接続され、他端が接地されている。

次に動作について説明する。
高調波短絡手段５１は、オープンスタブ６４を備えているため、伝送線路６２の他端が基本波及び奇数次高調波で短絡であり、オープンスタブ６１と伝送線路６２で形成される回路が、被整流波の基本波及び奇数次高調波（３次高調波を除く）で並列共振する。
したがって、被整流波の基本波及び奇数次高調波（３次高調波を除く）に対する高調波短絡手段５１の入力インピーダンスが開放となる。
３次高調波においては、オープンスタブ６１のために高調波短絡手段５１の入力インピーダンスが短絡となる。

偶数次高調波においては、オープンスタブ６４が開放であるため、入力端子２とキャパシタ６５の一端は、伝送線路６２と伝送線路６３とによる全長、つまり被整流波の基本波の周波数ｆ_１で電気長が４分の１波長となる伝送線路で接続されていることになる。したがって、伝送線路６３の他端はキャパシタ６５によって短絡であるため、偶数次高調波に対する高調波短絡手段５１の入力インピーダンスは短絡となる。
よって、図７に示す高調波短絡手段５１の入力インピーダンスは、被整流波の基本波で開放となり、３次高調波及び偶数次高調波で短絡となり、４次高調波まで考慮された高調波短絡手段５１が構成される。

図７の高調波短絡手段５１では、キャパシタ６５が伝送線路６３の他端と接続されているものを示したが、４次高調波までの考慮であれば、図８に示すように、キャパシタ６５の代わりに、被整流波の２次高調波の周波数ｆ_２で電気長が４分の１波長となるオープンスタブ６６と、被整流波の４次高調波の周波数ｆ_４で電気長が４分の１波長となるオープンスタブ６７とを伝送線路６３の他端に接続するようにしてもよい。
また、図９に示すように、キャパシタ６５を残して、平滑コンデンサとして利用するようにしてもよい。その際、伝送線路６３とキャパシタ６５の間に任意の伝送線路６８を接続するようにしてもよい。

高効率を得るために最も重要な高調波は２次高調波と３次高調波であるため、図１０に示すように、キャパシタ６５の代わりに、被整流波の２次高調波の周波数ｆ_２で電気長が４分の１波長となるオープンスタブ６６を伝送線路６３の他端に接続して、３次高調波まで考慮された高調波短絡手段５１を構成するようにしてもよい。また、図９と同様に、キャパシタ６５を残して、平滑コンデンサとして利用するようにしてもよい。

高調波短絡手段５１による高調波短絡点を５次以上の奇数次高調波で得る場合は、例えば、図１１に示すように、該当周波数（ここでは５次と７次）で電気長が４分の１波長となるオープンスタブ６９，７０をオープンスタブ６１と並列に接続し、被整流波の基本波の周波数ｆ_１での４分の１波長と該当周波数での４分の１波長との差分と等しい電気長を有するショートスタブ７１，７２（ただし、直流的には開放）を接続するようにすればよい。
オープンスタブ６９とショートスタブ７１による並列回路と、オープンスタブ７０とショートスタブ７２による並列回路は、それぞれ基本波で並列共振するため、基本波のインピーダンスに影響を与えず、５次高調波及び７次高調波に関しては高調波短絡点において短絡となる。

上記実施の形態３と同様に、並列キャパシタ２３が直列インダクタ２２の他端と接続されているものを示したが、ダイオード２４の接合容量２５、または、接合容量２５の一部を並列キャパシタ２３として利用するようにしてもよい。

直列インダクタ２２のインダクタンスＬと、並列キャパシタ２３のキャパシタンスＣとについては、例えば、下記の式（２）に示すように、伝送線路１２の特性インピーダンスＺ_ｃに応じて決定されるようにしてもよい。

また、上記実施の形態３と同様に、高周波整流器において入力整合をとるようにしてもよいことは言うまでもない。
また、上記実施の形態３，４で記述している全ての伝送線路及び全てのオープンスタブは、高周波を伝搬するものであればよく、例えば、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレナー線路、導波管などで構成される。あるいは、これらの組み合わせで構成される。
また、特性インピーダンスを調整することや、線路形状をステップ型として小型化することなどは設計事項であり、本発明に含まれる。

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 高周波整流器、２ 入力端子、３ 負荷抵抗、１１ 入力フィルタ、１２ 伝送線路、１３ 高調波短絡手段、１４ 短絡点、１５ 入力フィルタの出力端子、２０ 整流手段の入力端子、２１ 整流手段、２２ 直列インダクタ、２３ 並列キャパシタ、２４ ダイオード（整流素子）、２５ 接合容量、２６ 接合抵抗、３０ 出力フィルタ、３１ 伝送線路（１次伝送線路）、３２ 伝送線路（２次伝送線路）、３３ 伝送線路（４次伝送線路）、３４ 伝送線路（８次伝送線路）、３５ オープンスタブ（１次オープンスタブ）、３６ オープンスタブ（２次オープンスタブ）、３７ オープンスタブ（４次オープンスタブ）、３８ オープンスタブ（８次オープンスタブ）、３９ 平滑コンデンサ、４１ オープンスタブ（第１のオープンスタブ）、４２ オープンスタブ（第２のオープンスタブ）、５０ 入力フィルタ、５１ 高調波短絡手段、６１ オープンスタブ（第１のオープンスタブ）、６２ 伝送線路（第１の伝送線路）、６３ 伝送線路（第２の伝送線路）、６４ オープンスタブ（第２のオープンスタブ）、６５ キャパシタ、６６，６７ オープンスタブ、６８ 伝送線路、６９，７０ オープンスタブ、７１，７２ ショートスタブ。

Claims (8)

1. 一端が入力端子と接続されている伝送線路と、前記入力端子から入力された被整流波の高調波に対する短絡点を前記入力端子と前記伝送線路との間に形成して、前記高調波の通過を阻止する高調波短絡手段とからなる入力フィルタと、
   一端が前記伝送線路の他端と接続されているインダクタと、一端が前記インダクタの他端と接続され、他端が接地されているキャパシタと、一端が前記インダクタの他端と接続され、他端が接地又は高周波的に短絡されており、前記伝送線路を通過してきた被整流波の電力に応じて直流成分と高調波成分を生成する整流素子とからなる整流手段と、
   一端が前記インダクタの一端と接続され、他端が負荷と接続されており、前記整流素子により生成された直流成分を前記負荷に供給する出力フィルタとを備え、
   前記短絡点と前記整流素子との間の電気長が前記被整流波の基本波の周波数で９０度になっており、前記出力フィルタの入力インピーダンスが、前記被整流波の基本波、偶数次高調波及び奇数次高調波において開放になっていることを特徴とする高周波整流器。
2. 前記被整流波の基本波の周波数での前記伝送線路の電気長が９０度より短く、
   前記伝送線路による位相特性と、前記インダクタ及び前記キャパシタによる位相特性とによって、前記短絡点と前記整流素子との間の電気長が前記被整流波の基本波の周波数で９０度になっていることを特徴とする請求項１記載の高周波整流器。
3. 前記出力フィルタは、
   一端が前記インダクタの一端と接続され、前記被整流波の基本波の周波数で電気長が４分の１波長となる１次伝送線路と、
   前記１次伝送線路の他端と接続され、前記被整流波の基本波の周波数で電気長が４分の１波長となる１次オープンスタブと、
   前記被整流波の２^ｎ次（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の高調波の周波数で電気長が４分の１波長となるＮ個の２^ｎ次伝送線路と、
   前記被整流波の２^ｎ次（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の高調波の周波数で電気長が４分の１波長となるＮ個の２^ｎ次オープンスタブとを備え、
   前記Ｎ個の２^ｎ次伝送線路は、ｎの値が小さい順に縦続に接続されており、ｎの値が１である２^ｎ次伝送線路の一端が前記１次伝送線路の他端と接続され、ｎの値がＮである２^ｎ次伝送線路の他端が前記負荷と接続されており、
   前記Ｎ個の２^ｎ次オープンスタブは、ｎの値が同じ前記２^ｎ次伝送線路の他端と接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波整流器。
4. 前記高調波短絡手段は、前記入力端子と接続され、前記被整流波の２次高調波の周波数で電気長が４分の１波長となる第１のオープンスタブと、前記入力端子と接続され、前記被整流波の３次高調波の周波数で電気長が４分の１波長となる第２のオープンスタブとを備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の高周波整流器。
5. 一端が入力端子と接続されている伝送線路と、前記入力端子から入力された被整流波の高調波に対する短絡点を前記入力端子と前記伝送線路との間に形成して、前記高調波の通過を阻止する高調波短絡手段とからなる入力フィルタと、
   一端が前記伝送線路の他端と接続されているインダクタと、一端が前記インダクタの他端と接続され、他端が接地されているキャパシタと、一端が前記インダクタの他端と接続され、他端が接地又は高周波的に短絡されており、前記伝送線路を通過してきた被整流波の電力に応じて直流成分と高調波成分を生成する整流素子とからなる整流手段とを備え、
   前記短絡点と前記整流素子との間の電気長が前記被整流波の基本波の周波数で９０度になっており、前記高調波短絡手段の入力インピーダンスが、前記被整流波の基本波において開放になっており、前記整流素子により生成された直流成分が前記高調波短絡手段を介して負荷に供給されることを特徴とする高周波整流器。
6. 前記被整流波の基本波の周波数での前記伝送線路の電気長が９０度より短く、
   前記伝送線路による位相特性と、前記インダクタ及び前記キャパシタによる位相特性とによって、前記短絡点と前記整流素子との間の電気長が前記被整流波の基本波の周波数で９０度になっていることを特徴とする請求項５記載の高周波整流器。
7. 前記高調波短絡手段は、前記被整流波の高調波のうち、少なくとも２次高調波と３次高調波に対する短絡点を形成していることを特徴とする請求項５または請求項６記載の高周波整流器。
8. 前記高調波短絡手段は、
   前記入力端子と接続され、前記被整流波の３次高調波の周波数で電気長が４分の１波長となる第１のオープンスタブと、
   一端が前記入力端子と接続され、前記被整流波の３次高調波の周波数で電気長が２分の１波長となる第１の伝送線路と、
   一端が前記第１の伝送線路の他端と接続され、前記被整流波の３次高調波の周波数で電気長が４分の１波長となる第２の伝送線路と、
   前記第１の伝送線路の他端と接続され、前記被整流波の基本波の周波数で電気長が４分の１波長となる第２のオープンスタブとを備え、
   前記第２の伝送線路の他端が少なくとも２次高調波で短絡され、かつ、前記高調波短絡手段の出力端子が前記負荷と接続されていることを特徴とする請求項７記載の高周波整流器。

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