CN105897169A - 倍频器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种倍频器，该倍频器能够使栅极接地晶体管所显示出的负电阻特性等不稳定性稳定化，而不在高频信号所通过的路径上设置电阻。该倍频器的特征在于，具有：输入端子；输出端子；第1晶体管，其具有从该输入端子被输入高频信号的第1栅极、将输出信号向该输出端子发出的第1漏极、和接地的第1源极；第2晶体管，其具有第2栅极、从该输入端子被输入该高频信号的第2源极、和将输出信号向该输出端子发出的第2漏极；以及稳定化电阻，其是连接于该第2栅极和接地之间的电阻，在该高频信号的路径上无电阻，该稳定化电阻对由该第2晶体管所生成的反射增益进行抑制。

Description

倍频器

技术领域

本发明涉及一种倍频器(frequency multiplier)，该倍频器例如对微波或毫米波这样的高频带的电力进行倍增。

背景技术

在专利文献1中，公开了将源极接地晶体管和栅极接地晶体管并联连接的倍频器。由于输入至该倍频器的基本频率的电力由源极接地晶体管反相输出，由栅极接地晶体管同相输出，因此通过输出侧的电力合成而被抵消。并且，从输出端子取出由两个晶体管同相输出的2倍波频率电力。

在专利文献2中，公开了在两个晶体管的输出侧设置阻尼电阻而实现稳定化。

专利文献1：日本特开平3－158008号公报

专利文献2：日本特开2001－244746号公报

专利文献1所公开的倍频器存在下述问题点，即，在频率高的微波或毫米波频带，由于栅极接地晶体管显示出负电阻特性，因此发生振荡。

专利文献2所公开的倍频器存在下述问题点，即，由晶体管生成的2倍波频率的电力被阻尼电阻消耗，作为倍频器特性的变换增益下降。

发明内容

本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种倍频器，该倍频器能够使栅极接地晶体管所显示出的负电阻特性等不稳定性稳定化，而不在高频信号所通过的路径上设置电阻。

本发明所涉及的倍频器的特征在于，具有：输入端子；输出端子；第1晶体管，其具有从该输入端子被输入高频信号的第1栅极、将输出信号向该输出端子发出的第1漏极、和接地的第1源极；第2晶体管，其具有第2栅极、从该输入端子被输入该高频信号的第2源极、和将输出信号向该输出端子发出的第2漏极；以及稳定化电阻，其是连接于该第2栅极和接地之间的电阻，在该高频信号的路径上无电阻，该稳定化电阻对由该第2晶体管所生成的反射增益进行抑制。

发明的效果

根据本发明，由于将电阻与栅极接地晶体管的栅极连接，因此能够使栅极接地晶体管稳定化。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的倍频器的电路图。

图2是实施方式2所涉及的倍频器的电路图。

图3是实施方式3所涉及的倍频器的电路图。

图4是实施方式4所涉及的倍频器的电路图。

标号的说明

10输入匹配电路，12直流切断用电容器，14第1栅极偏置电路，16第1源极偏置电路，22直流切断用电容器，24第2源极偏置电路，26稳定化电路，30第2栅极偏置电路，40电源，42电源供给电路，Tr1第1晶体管，Tr2第2晶体管，T1输入端子，T2输出端子

具体实施方式

参照附图，说明本发明的实施方式所涉及的倍频器。对相同或相对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。

实施方式1

图1是本发明的实施方式1所涉及的倍频器的电路图。该倍频器是使输入至输入端子T1的高频信号的频率倍增至整数倍并输出至输出端子T2的器件。输入匹配电路10与输入端子T1连接。输出匹配电路40与输出端子T2连接。

实施方式1所涉及的倍频器具有作为源极接地晶体管的第1晶体管Tr1和作为栅极接地晶体管的第2晶体管Tr2。第1晶体管Tr1具有从输入端子T1被输入高频信号的第1栅极G1、将输出信号向输出端子T2发出的第1漏极D1、和接地的第1源极S1。

第1栅极G1经由直流切断用电容器12而与输入匹配电路10连接。第1栅极偏置电路14连接于第1栅极G1和接地导体之间。第1源极偏置电路16连接于第1源极S1和接地导体之间。第1漏极D1经由传送线路18而与输出匹配电路40连接。

第2晶体管Tr2具有第2栅极G2、从输入端子T1被输入高频信号的第2源极S2、和将输出信号向输出端子T2发出的第2漏极D2。

第2源极S2经由直流切断用电容器22而与输入匹配电路10连接。第2源极偏置电路24连接于第2源极S2和接地导体之间。电容器28和作为电阻的稳定化电阻26连接于第2栅极G2和接地之间。并且，第2栅极偏置电路30连接于第2栅极G2和接地导体之间。第2漏极D2经由传送线路32而与输出匹配电路40连接。

在传送线路18、32的输出侧连接有与电源42连接的电源供给电路44。从图1可知，在从输入端子T1至输出端子T2为止的高频信号的路径上无电阻。

对本发明的实施方式1所涉及的倍频器的动作进行说明。首先，将第1晶体管Tr1的栅极源极间偏置电压设为第1晶体管Tr1的夹断电压附近。另外，将第2晶体管Tr2的栅极源极间偏置电压设为第2晶体管Tr2的夹断电压附近。

然后，如果将高频信号(正弦波)供给至输入端子T1，则第1晶体管Tr1输出对正的半波进行整流后的信号，第2晶体管Tr2输出对负的半波进行整流并使极性反转后的信号。由于从第1晶体管Tr1的漏极输出的信号和从第2晶体管Tr2的漏极输出的信号中所含有的基波和奇数次谐波的相位为反相，因此被抵消。由于从第1晶体管Tr1和第2晶体管Tr2的漏极输出的偶数次谐波为同相，因此彼此加强。由此，能够从输出端子T2取出2倍波频率电力。

另外，不记述寄生成分的简化后的第1晶体管Tr1的Y参数(Y_Source)以下述方式表示。

【算式1】

$Y_{Source}=\left(\begin{array}{cc}j\mathrm{\ω}(C_{gs}+C_{dg})& -{\mathrm{j\ωC}}_{dg}\\ g_m-{\mathrm{j\ωC}}_{dg}& j\mathrm{\ω}(C_{ds}+C_{dg})\end{array}\right)$

第2晶体管Tr2的Y参数(Y_Gate)以下述方式表示。

【算式2】

$Y_{Gate}=\left(\begin{array}{cc}{g}_m+j\mathrm{\ω}(C_{gs}+C_{ds})& -{\mathrm{j\ωC}}_{ds}\\ -(g_m+{\mathrm{j\ωC}}_{ds})& j\mathrm{\ω}(C_{ds}+C_{dg})\end{array}\right)$

因此，将表示输出侧的反射系数的S参数即S₂₂以下述方式表示。在本式中未考虑稳定化电阻26。

【算式3】

$S_{22}=\frac{1+g_m+{\mathrm{\ω}}^2(C_{gs}{C}_{ds}+C_{gs}{C}_{dg}+C_{ds}{C}_{dg})+j\mathrm{\ω}(C_{gs}-C_{dg}-g_m{C}_{dg})}{1+g_m-{\mathrm{\ω}}^2(C_{gs}{C}_{ds}+C_{gs}{C}_{dg}+C_{ds}{C}_{dg})+j\mathrm{\ω}(C_{gs}+C_{dg}+2C_{ds}+g_m{C}_{dg})}$

该式表示下述情况，即，在频率为0及∞时|S₂₂|＝1，在其间的频率下全部大于或等于1。关于实际的元件的特性，在频率为0及∞的情况下由于电阻成分等而显示出|S₂₂|＜1，但在微波频带、毫米波频带，成为|S₂₂|＞1，显示出负电阻。如上所述，在使用了第2晶体管(栅极接地晶体管)的电路中，存在显示出负电阻的频带。其结果，在倍频器整体中也观测到负电阻，特性变得不稳定。

在本发明的实施方式1的倍频器中，由于将稳定化电阻26与第2栅极G2连接，因此S₂₂以下述方式表示。

【算式4】

$S_{22}=\frac{1+g_m+{\mathrm{\ω}}^2(C_{gs}{C}_{ds}+C_{gs}{C}_{dg}+C_{ds}{C}_{dg})+j\mathrm{\ω}(C_{gs}-C_{dg}-g_m{C}_{dg}+R(C_{gs}+C_{dg}\left)\right)}{1+g_m-{\mathrm{\ω}}^2(1+2R)(C_{gs}{C}_{ds}+C_{gs}{C}_{dg}+C_{ds}{C}_{dg})+j\mathrm{\ω}(C_{gs}+C_{dg}+2C_{ds}+(1+2R)g_m{C}_{dg}+R(C_{gs}+C_{dg}\left)\right)}$

通过设置稳定化电阻26，从而在分母虚数项中产生2RgmCdg。因此，通过适当地决定R(稳定化电阻26)，从而能够使|S₂₂|不超过1。由此，作为栅极接地晶体管的第2晶体管Tr2不再显示出负电阻，能够使倍频器稳定地进行动作。

如上所述，通过将稳定化电阻26的电阻值设定为从输出侧进行观察时的反射系数即S₂₂的绝对值不超过1的值(小于或等于1)，从而抑制由第2晶体管Tr2所生成的反射增益。另外，由于在高频信号所通过的路径上未设置电阻(阻尼电阻)，因此能够避免如下情况，即，2倍波频率的电力被阻尼电阻消耗，倍频器的变换增益下降。

本发明的实施方式1所涉及的倍频器能够进行各种变形。例如，不特别地限定将源极接地晶体管(第1晶体管Tr1)和栅极接地晶体管(第2晶体管Tr2)的栅极源极间偏置电压设为夹断电压附近的手段。以下的实施方式所涉及的倍频器也是同样的。此外，由于以下的实施方式所涉及的倍频器与实施方式1的共通点较多，因此以与实施方式1的不同点为中心进行说明。

实施方式2

图2是本发明的实施方式2所涉及的倍频器的电路图。与第1栅极G1连接的第1栅极偏置电路14由电阻形成。与第1源极S 1连接的第1源极偏置电路16由电阻16a和电容器16b的并联电路形成。通过以上述方式构成，从而无需独立的电源来施加第1晶体管Tr1的栅极电压及源极电压。

与第2源极S2连接的第2源极偏置电路24由电阻形成。通过以上述方式构成，从而无需独立的电源来施加第2晶体管Tr2的源极电压。

稳定化电阻26的一端与第2晶体管Tr2的栅极连接，另一端与接地金属直接连接。在该情况下，稳定化电阻26起栅极偏置电路的作用，无需用于施加栅极电压的独立的电源。

由此，能够使用与第1晶体管Tr1和第2晶体管Tr2的漏极端子连接的单一电源42来驱动倍频器。

实施方式3

图3是本发明的实施方式3所涉及的倍频器的电路图。稳定化电阻26的电阻值R在对第2晶体管Tr2的负电阻进行抑制的同时，会使第2晶体管Tr2的增益减小。

因此，将电容器50与稳定化电阻26并联地设置。即，通过将电容器50连接于第2栅极G2和接地之间，从而抑制了第2晶体管Tr2的增益减小。电容器50使输入输出匹配变化，抑制第2晶体管Tr2的增益减小。但是，稳定化的作用(负电阻抑制效果)因设置电容器50而下降，因此需要使电容器50的电容小。

实施方式4

图4是本发明的实施方式4所涉及的倍频器的电路图。在从高频信号所通过的主线路分支的分支线路上设置有电源42，该电源42将电位供给至第1漏极D1和第2漏极D2。并且，作为电源供给电路44而设置有电阻。即，电阻与分支线路串联连接。此外，分支线路和主线路的连接点为连接点P1。

在微波或毫米波频带中使用的元件大多使用相对于使用频率而为1/4波长的线路长度的线路、和用于在高频下将线路端短路的电容。关于上述线路，如果从与高频所通过的路径相对的连接点进行观察，可以看作开放端，从而消除了对高频特性的影响。

如果将从连接点P1进行观察时消除对高频特性的影响的程度的高电阻值的电阻作为电源供给电路而设置，则同时会产生电压降。由此，在放大器处，如果由电阻形成电源供给电路，则效率显著下降。

在对微波进行频率倍增的倍频器中，如果由电阻形成电源供给电路44，则也发生电压降。但是，由于流过倍频器的电流值低，因此效率下降的影响于系统整体而言较小。由于由电阻形成的电源供给电路44与1/4波长线路相比所占据的面积非常小，因此能够实现倍频器的小型化。

此外，至此为止说明的各实施方式所涉及的倍频器的特征也可以适当地进行组合。

Claims (5)

1.一种倍频器，其特征在于，具有：

输入端子；

输出端子；

第1晶体管，其具有第1源极、从所述输入端子被输入高频信号的第1栅极、和将输出信号向所述输出端子发出的第1漏极；

第2晶体管，其具有第2栅极、从所述输入端子被输入所述高频信号的第2源极、和将输出信号向所述输出端子发出的第2漏极；以及

稳定化电阻，其是与所述第2栅极连接的电阻，

在所述高频信号的路径上无电阻，

所述稳定化电阻对由所述第2晶体管所生成的反射增益进行抑制。

2.根据权利要求1所述的倍频器，其特征在于，

所述稳定化电阻的电阻值设定为从输出侧进行观察时的反射系数即S22的绝对值不超过1的值。

3.根据权利要求1或2所述的倍频器，其特征在于，具有：

第1栅极偏置电路，其与所述第1栅极连接；

第1源极偏置电路，其与所述第1源极连接；以及

第2源极偏置电路，其与所述第2源极连接，

所述第1栅极偏置电路、所述第1源极偏置电路、和所述第2源极偏置电路由电阻形成。

4.根据权利要求1或2所述的倍频器，其特征在于，

具有与所述第2栅极连接的电容器。

5.根据权利要求1或2所述的倍频器，其特征在于，具有：

电源，其与从所述高频信号所通过的主线路分支的分支线路连接，将电位供给至所述第1漏极和所述第2漏极；以及

与所述分支线路串联连接的电阻。