JP2002305419A - 反射損失抑圧回路 - Google Patents
反射損失抑圧回路Info
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Abstract
ることなく、所要帯域外の任意の周波数帯域における反
射損失を抑圧することができる反射損失抑圧回路の提
供。 【解決手段】特定の周波数帯域における回路の出力イン
ピーダンスを、伝送線路15により高インピーダンスに変
換した後、周波数選択性を有する抵抗接地回路18を並列
に接続し、前記抵抗接地回路18を、負荷抵抗値に近い抵
抗値を有する抵抗16と、前記周波数帯域に含まれる角周
波数ω0において、Im[tanh{γ(λ/2-δ)}]=-ω0CZ0の関
係を満足する、容量C、及び(λ/2-δ)長先端開放スタブ
により構成することにより、高い周波数選択性を実現
し、反射損失を抑圧すべき周波数帯外の回路特性に影響
を与えること無く、特定の周波数帯域における反射損失
を抑圧する。
Description
・ミリ波回路及びデジタル回路に用いられる反射損失抑
圧回路に関する。
を行うマイクロ波・ミリ波回路、及びデジタル信号の増
幅・識別・分岐等を行うデジタル回路として種々の回路
が考案され、様々なシステムの中で実用化されている。
テムや無線通信システムで用いられる分布型の広帯域増
幅器を例にとって、図面を参照して説明する。図16
は、従来の分布型増幅器の例を示す回路図である。
イポーラトランジスタ1(以下「HBT」という)とH
BT2とをカスコード接続して構成したHBTカスコー
ド対3を用いたカスコード型の3段構成の分布型増幅器
であり、入力端子7より入力信号が入力され、出力端子
8より出力信号が出力される。HBT1のベース端子に
は、終端抵抗12を介してベース電源9よりDC電源が
供給され、HBT2のコレクタ端子には、終端抵抗12
を介してコレクタ電源10よりDC電源が供給され、H
BT2のベース端子には、終端抵抗12を介してカスコ
ード電源11よりDC電源が供給される。また、HBT
2のベース端子は、RF接地用キャパシタ13を介し
て、高周波的に接地されている。
T1及びHBT2の寄生リアクタンスと高インピーダン
ス伝送線路4及び5を組み合わせ、カットオフ周波数の
高い、信号源インピーダンス及び負荷インピーダンスに
等しい特性インピーダンスを有する伝送線路を形成し、
広帯域にわたって平坦な利得と低い反射損失を実現でき
ることが知られている。
に示した従来のカスコード型の分布型増幅器では、所要
周波数帯域の外側で特に出力側の反射損失が増大し、場
合によっては負性抵抗の発生に至るという問題があっ
た。また、それにより回路の安定性が劣化し、寄生発振
や不安定動作が起こるという問題があった。
が、以上述べた課題は、高周波信号の増幅・発振・混合
等を行うマイクロ波・ミリ波回路、及びデジタル信号の
増幅・識別・分岐等を行うデジタル回路等の種々の回路
において生じ得る課題である。
のであって、その主たる目的は、分布型増幅器を始めと
する種々の回路に接続することにより、所要周波数帯域
内における回路の特性を劣化させることなく、所要周波
数帯域外における反射損失を十分に抑圧し、回路の安定
性を図ることができる反射損失抑圧回路を提供すること
にある。
め、本発明の反射損失抑圧回路は、高周波回路あるいは
デジタル回路において、特定の周波数帯域における出力
インピーダンスあるいは入力インピーダンスを高インピ
ーダンスに変換する伝送線路と、前記伝送線路に出力端
子側あるいは入力端子側から見て並列に接続される周波
数選択性を有する抵抗接地回路と、を含み、前記抵抗接
地回路が、負荷抵抗値あるいは信号源抵抗値近傍の所定
の抵抗値を有する抵抗を、前記特定の周波数帯域におい
て低インピーダンスを有し、該周波数帯域外において高
インピーダンスを有する1端子対回路で終端した回路で
構成されるものである。
前記特定の周波数帯域に含まれる任意の周波数において
基本波の1/4波長の長さを有する先端開放スタブで構
成することもできる。
路が、前記周波数帯域に含まれる任意の周波数における
基本波の波長λに比べ充分小さい長さをδとしたとき、
容量素子を基本波の1/2波長よりδだけ短い先端開放
スタブで終端した回路で構成され、前記周波数に対応す
る角周波数ω0において、前記容量素子の容量値C、前記
先端開放スタブの特性インピーダンスZ0、伝搬定数γ、
及び前記δの間に、Im[tanh{γ(λ/2-δ)}]=-ω0×C×Z
0の関係が成立する構成とすることもできる。
路が、前記周波数帯域に含まれる任意の周波数における
基本波の波長λに比べ充分小さい長さをδとしたとき、
インダクタ素子を基本波の1/2波長よりδだけ長い先
端開放スタブで終端した回路で構成され、前記周波数に
対応する角周波数ω0において、前記インダクタ素子の
インダクタンスL、前記先端開放スタブの特性インピー
ダンスZ0、伝搬定数γ、及び前記δの間に、Im[tanh{γ
(λ/2+δ)}]=Z0/(ω0×L)の関係が成立する構成とする
こともできる。
び前記先端開放スタブが、マイクロストリップ線路、又
は、コプレーナ線路を用いて形成される構成とすること
もできる。
波回路あるいはデジタル回路において、特定の周波数帯
域における出力インピーダンスあるいは入力インピーダ
ンスを高インピーダンスに変換する伝送線路と、前記伝
送線路に出力端子側あるいは入力端子側から見て並列に
接続される周波数選択性を有する抵抗接地回路と、を含
み、前記抵抗接地回路が、前記周波数帯域の信号を通過
させる帯域通過フィルタを、負荷抵抗値あるいは信号源
抵抗値近傍の所定の抵抗値を有する抵抗を介して接地し
た回路で構成されるものである。
を、前記特定の周波数帯域に含まれる任意の周波数にお
いて基本波の1/4波長の長さを有するインターディジ
タルキャパシタで構成することもできる。
電気長が、該伝送線路を見込んだ出力インピーダンスの
絶対値の±50%の範囲に設定され、前記抵抗接地回路
を構成する前記抵抗の抵抗値が、前記負荷抵抗値あるい
は前記信号源抵抗値の0.5〜2倍の範囲に設定される
ことが好ましい。
損失抑圧回路を、出力端あるいは入力端の少なくとも一
方に具備したことを特徴とするものである。
て、図面を参照して詳細に説明する。
施形態に係る反射損失抑圧回路について、図1を参照し
て説明する。図1は、本実施形態の反射損失抑圧回路を
分布型増幅器の出力端に接続した例を示す回路図であ
る。なお、この実施の形態において、反射損失抑圧回路
19以外の部分は図16に示した従来の分布型増幅器と同
一の構成であり、同一部には同一の符号を付してある。
型増幅器の出力端14に直列に接続された伝送線路15と、
前記伝送線路15に出力端子8側から見て並列に接続され
た周波数選択性を有する抵抗接地回路18とから構成され
る。前記伝送線路15の電気長θは、前記伝送線路15を見
込んだ出力インピーダンスZ2の絶対値を最大とする値の
前後±50%の範囲に選択される。前記抵抗接地回路18
は、抵抗16と、反射損失を抑圧すべき周波数帯において
低インピーダンスを呈し、それ以外の周波数帯では高イ
ンピーダンスを呈する1端子対回路17とから構成され
る。前記抵抗16の抵抗値は、負荷抵抗値あるいは信号源
抵抗値の0.5〜2倍の範囲に選択される。
周波数帯における出力インピーダンスZ1を、伝送線路15
により高インピーダンスZ2に変換した後、並列に抵抗接
地回路18が接続されるため、回路全体の出力インピーダ
ンスZ3は、ほぼ抵抗16の値に等しくなる。従って抵抗16
の抵抗値を負荷抵抗値付近、具体的には0.5〜2倍の範囲
に設定することにより、反射損失を抑圧することができ
る。また、前記抵抗接地回路18、即ち、前記1端子対回
路17の周波数選択性を十分高くすることにより、反射損
失を抑圧すべき周波数帯外の回路特性に影響を与えるこ
と無く、前記効果を実現することができる。
施形態に係る反射損失抑圧回路について、図2を参照し
て説明する。図2は、本実施形態の反射損失抑圧回路を
分布型増幅器の出力端に接続した例を示す回路図であ
る。なお、図1に示した第1の実施形態の反射損失抑圧
回路と同一部には同一の符号を付してある。
失を抑圧すべき周波数帯において低インピーダンスを呈
し、それ以外の周波数帯では高インピーダンスを呈する
1端子対回路17を、前記周波数帯域に含まれる任意の周
波数に対して基本波の1/4波長の長さを有する先端開
放スタブ20により構成することを特徴としている。ここ
でいう波長とは、先端開放スタブを伝播する電磁波の実
効波長を指している。
の1/4波長の長さを有する先端開放スタブ20を用いて
も、前記した第1の実施形態と同様に、反射損失を抑圧
することができ、また、前記1端子対回路17の周波数選
択性を十分高くすることにより、反射損失を抑圧すべき
周波数帯外の回路特性に影響を与えること無く、前記効
果を実現することができる。
施形態に係る反射損失抑圧回路について、図3乃至図1
0を参照して説明する。図3は、本実施形態の反射損失
抑圧回路を分布型増幅器の出力端に接続した例を示す回
路図であり、図4は、反射損失抑圧回路中の抵抗接地回
路部の回路図である。また、図5及び図6は、本発明の
効果を説明するための図であり、図7乃至図10は、本
実施形態の反射損失抑圧回路を装荷した場合と装荷しな
い場合についてのシミュレーション結果を示す図であ
る。なお、図1に示した第1の実施形態の反射損失抑圧
回路と同一部には同一の符号を付してある。
失を抑圧すべき周波数帯において低インピーダンスを呈
し、それ以外の周波数帯では高インピーダンスを呈する
1端子対回路17を、キャパシタ21と(λ/2-δ)長先端開
放スタブ22とにより構成することを特徴としている。こ
こで、(λ/2-δ)長先端開放スタブ22は、前記周波数帯
域に含まれる任意の周波数に対して基本波の1/2波長
からδだけ短い長さを有する先端開放スタブであり、δ
は基本波の波長λに比較し十分短い長さである。また、
前記キャパシタ21の容量C、前記δ、(λ/2-δ)長先端
開放スタブ22の特性インピーダンスZ0、及び伝搬定数γ
は、前記周波数に対応する角周波数ω0において、次の
関係を満足するように選択する。ここで、Im[・]は複素
数の虚部をとることを意味する。
する効果について、図4乃至図10を用いて説明する。
中の抵抗接地回路18の部分の回路図である。(λ/2-δ)
長先端開放スタブ22及びキャパシタ21を見込んだインピ
ーダンスZi2は、次のように書ける。
(λ/2-δ)長先端開放スタブ22が低損失であると仮定す
ると、(2)式は、次のように書ける。
数、βは位相定数であり、γ=α+jβである。今、l_=λ
/2-δであるから、βl_=β(λ/2-δ)は角周波数ω0にお
いて、πより僅かに小さな値、π−βδをとる。この時
容量Cを、次式を満たすように選べば、(3)式の虚部を構
成する2つの項は、各周波数ω0において釣り合い、打
ち消し合う。
実部は非常に小さいので、Zi2はほぼ0となる。この様
子を図5に模式的に示した。
ωだけ上昇すると、(3)式の虚部を構成する2つの項の
値は、図5中の矢印の方向に変化する。正負で釣り合っ
ていた2つの値が同時に減少するため、(3)式の虚部の
絶対値は増加する。ここで、δを基本波波長λに比較し
て十分小さくとることにより、前述の(3)式の虚部の絶
対値の周波数に対する増加率を十分大きな値とすること
が出来る。従って、抵抗接地回路18の周波数選択性を十
分大きなものとすることが出来る。
先端開放スタブ22が低損失であると仮定してきた。実際
の設計において損失を十分に考慮すべき場合には、(4)
式の代りに(1)式を満たすように各パラメータを決定す
ればよい。
を、分布型増幅器の出力端に接続した図3に示した回路
において、反射損失を抑圧すべき周波数帯における反射
係数Γi(i=1,2,3)をスミス図表上にプロットしたもので
ある。この例では、前記周波数帯において反射係数の絶
対値が1を越えている場合、即ち負性抵抗が発生してい
る場合を扱っているが、反射係数の絶対値が1を越えて
いない場合、即ち負性抵抗が発生していない場合につい
ても以下の説明及び本発明の効果は全く同様である。
反射損失が増大し負性抵抗の発生に至っている反射係数
Γ1を、伝送線路15によりスミス図表の無限遠点付近に
移動する。即ち、入力インピーダンスZ1を高インピーダ
ンスZ2に変換する。次に、前述した通り強い周波数選択
性を有する抵抗接地回路18を並列に接続することによ
り、反射係数Γ2をスミス図表の中央付近のΓ3に変換す
る。即ち、高インピーダンスZ2は、負荷インピーダンス
に近いインピーダンスZ3に変換される。従って、前記周
波数帯における反射損失は抑圧される。
抑圧回路を装荷した場合(本発明)と装荷しない場合
(図16に示した従来の場合)について、利得|S21|及
び出力側反射損失|S22|の周波数依存性のシミュレーシ
ョン結果を示している。両図から、本実施の形態の反射
損失抑圧回路を装荷することにより、所要帯域内の利得
|S21|特性にほとんど影響を与えることなく、所要帯域
外での出力側反射損失|S22|の低減が達成されているこ
とが分かる。
反射損失抑圧回路を装荷した場合(本発明)と装荷しな
い場合(図16に示した従来の場合)について、スタビ
リティーファクター及びスタビリティーメジャーの周波
数依存性のシミュレーション結果を示している。スタビ
リティーファクター>1及びスタビリティーメジャー>
0が満たされたとき、回路は絶対安定性を持つ。両図か
ら分かるように、本実施の形態の反射損失抑圧回路を装
荷しない従来の場合には絶対安定性が得られていないの
に対して、本実施の形態の反射損失抑圧回路を装荷する
ことにより絶対安定性が得られていることが分かる。
施形態に係る反射損失抑圧回路について、図11乃至図
13を参照して説明する。図11は、本実施形態の反射
損失抑圧回路を、分布型増幅器の出力端に接続した例を
示す回路図である。また、図12は、反射損失抑圧回路
中の抵抗接地回路部分の回路図であり、図13は本実施
形態の反射損失抑圧回路を装荷した場合と装荷しない場
合についてのシミュレーション結果を示す図である。な
お、図1に示した第1の実施形態の反射損失抑圧回路と
同一部には同一の符号を付してある。
失を抑圧すべき周波数帯において低インピーダンスを呈
し、それ以外の周波数帯では高インピーダンスを呈する
1端子対回路17を、インダクタ23と(λ/2+δ)長先端開
放スタブ24とにより構成することを特徴としている。
は、前記周波数帯域に含まれる任意の周波数に対して基
本波の1/2波長からδだけ長い長さを有する先端開放
スタブである。δは基本波の波長λに比較し十分短い長
さである。また、前記インダクタ23のインダクタンス
L、前記δ、(λ/2+δ)長先端開放スタブ24の特性インピ
ーダンスZ0、及び伝搬定数γは、前記周波数に対応する
角周波数ω0において、次の関係を満足するように選択
する。ここで、Im[・]は複素数の虚部をとることを意味
する。
する効果について、図12及び図13を用いて説明す
る。
路19中の抵抗接地回路18の部分の回路図である。(λ/2+
δ)長先端開放スタブ24及びインダクタ23を見込んだイ
ンピーダンスZi2は、次のように書ける。ここで、l+=λ
/2+δである。
が低損失であると仮定すると、(6)式は、次のように書
ける。ここで、αは先端開放スタブ24の減衰定数、βは
位相定数であり、γ=α+jβである。
+δ)は角周波数ω0において、πより僅かに大きな値、
π+βδをとる。この時インダクタンスLを、次式を満
たすように選べば、(7)式の虚部を構成する2つの項
は、各周波数ω0において釣り合い、打ち消し合う。
実部は非常に小さいので、Zi2はほぼ0となる。この様
子を図13に模式的に示した。
ωだけ上昇すると、(7)式の虚部を構成する2つの項の
値は、図13中の矢印の方向に変化する。正負で釣り合
っていた2つの値が同時に減少するため、(7)式の虚部
の絶対値は増加する。ここで、δを基本波波長λに比較
して十分小さくとることにより、前述の(7)式の虚部の
絶対値の周波数に対する増加率を十分大きな値とするこ
とが出来る。従って、抵抗接地回路18の周波数選択性を
十分大きなものとすることが出来る。
先端開放スタブ24が低損失であると仮定してきた。実際
の設計において損失を十分に考慮すべき場合には、(8)
式の代りに(5)式を満たすように各パラメータを決定す
ればよい。
施形態に係る反射損失抑圧回路について、図14を参照
して説明する。図14は、本実施形態の反射損失抑圧回
路を分布型増幅器の出力端に接続した例を示す回路図で
ある。なお、図1に示した第1の実施形態の反射損失抑
圧回路と同一部には同一の符号を付してある。
数選択性を有する抵抗接地回路18を、反射損失を抑圧す
べき周波数帯域の信号を通過させる帯域通過フィルタ25
を抵抗16を介して接地した回路により構成することを特
徴としている。このような構成によっても、反射損失を
抑圧することができ、また、前記帯域通過フィルタ25の
周波数選択性を十分高くすることにより、反射損失を抑
圧すべき周波数帯外の回路特性に影響を与えること無
く、前記効果を実現することができる。
施形態に係る反射損失抑圧回路について、図15を参照
して説明する。図15は、本実施形態の反射損失抑圧回
路を分布型増幅器の出力端に接続した例を示す回路図で
ある。なお、図14に示した第5の実施形態の反射損失
抑圧回路と同一部には同一の符号を付してある。
実施形態における帯域通過フィルタ25をインターディジ
タルキャパシタ26により構成することを特徴としてい
る。このような構成によっても、反射損失を抑圧するこ
とができ、また、前記インターディジタルキャパシタ26
の周波数選択性を十分高くすることにより、反射損失を
抑圧すべき周波数帯外の回路特性に影響を与えること無
く、前記効果を実現することができる。
抑圧する対象の回路として分布型増幅器を例に説明を行
ったが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでは
なく、あらゆるタイプの増幅器、発振器、混合器、周波
数逓倍器、周波数分周器、さらには種々のディジタル回
路等、様々な回路において必要に応じて適用可能であ
る。
してヘテロ接合バイポーラトランジスタHBT(Hetero-
junction Bipolar Transistor)を用いているが、本発明
は、MESFET(Metal Semiconductor Field Effect
Transistor)やHEMT(High Electron Mobility Tr
ansistor)等のFETや、シリコンバイポ−ラトランジ
スタ等、如何なる種類のデバイスを用いた回路に適用で
きることは言うまでもない。
失を抑圧しようとする周波数帯域における出力あるいは
入力インピーダンスを、適当な電気長を有する伝送線路
により高インピーダンスに変換した後、高い周波数選択
性を有する抵抗接地回路を並列に接続することにより、
所要周波数帯域における回路特性に影響を与えることな
く、所要帯域外の任意の周波数帯域における反射損失を
低減することができるという効果を有する。また、反射
損失の低減により回路の安定性を向上させることができ
るという効果を有する。
路の構成を説明するための回路図である。
路の構成を説明するための回路図である。
路の構成を説明するための回路図である。
路の抵抗接地回路の構成を示す回路図である。
数Γをスミス図表上にプロットした図である。
の周波数依存性のシミュレーション結果を示すグラフで
ある。
側反射損失の周波数依存性のシミュレーション結果を示
すグラフである。
ビリティーファクターの周波数依存性のシミュレーショ
ン結果を示すグラフである。
タビリティーメジャーの周波数依存性のシミュレーショ
ン結果を示すグラフである。
回路の構成を説明するための回路図である。
回路の抵抗接地回路の構成を示す回路図である。
る。
回路の構成を説明するための回路図である。
回路の構成を説明するための回路図である。
である。
Claims (10)
- 【請求項1】高周波回路あるいはデジタル回路におい
て、特定の周波数帯域における出力インピーダンスある
いは入力インピーダンスを高インピーダンスに変換する
伝送線路と、前記伝送線路に出力端子側あるいは入力端
子側から見て並列に接続される周波数選択性を有する抵
抗接地回路と、を含み、 前記抵抗接地回路が、負荷抵抗値あるいは信号源抵抗値
近傍の所定の抵抗値を有する抵抗を、前記特定の周波数
帯域において低インピーダンスを有し、該周波数帯域外
において高インピーダンスを有する1端子対回路で終端
した回路で構成されることを特徴とする反射損失抑圧回
路。 - 【請求項2】前記1端子対回路が、前記特定の周波数帯
域に含まれる任意の周波数において基本波の1/4波長
の長さを有する先端開放スタブで構成されることを特徴
とする請求項1記載の反射損失抑圧回路。 - 【請求項3】前記1端子対回路が、前記周波数帯域に含
まれる任意の周波数における基本波の波長λに比べ充分
小さい長さをδとしたとき、容量素子を基本波の1/2
波長よりδだけ短い先端開放スタブで終端した回路で構
成され、前記周波数に対応する角周波数ω0において、
前記容量素子の容量値C、前記先端開放スタブの特性イ
ンピーダンスZ0、伝搬定数γ、及び前記δの間に、Im[t
anh{γ(λ/2-δ)}]=-ω0×C×Z0の関係が成立すること
を特徴とする請求項1記載の反射損失抑圧回路。 - 【請求項4】前記1端子対回路が、前記周波数帯域に含
まれる任意の周波数における基本波の波長λに比べ充分
小さい長さをδとしたとき、インダクタ素子を基本波の
1/2波長よりδだけ長い先端開放スタブで終端した回
路で構成され、前記周波数に対応する角周波数ω0にお
いて、前記インダクタ素子のインダクタンスL、前記先
端開放スタブの特性インピーダンスZ0、伝搬定数γ、及
び前記δの間に、Im[tanh{γ(λ/2+δ)}]=Z0/(ω0×L)
の関係が成立することを特徴とする請求項1記載の反射
損失抑圧回路。 - 【請求項5】前記伝送線路及び前記先端開放スタブが、
マイクロストリップ線路を用いて形成されることを特徴
とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の反射損失
抑圧回路。 - 【請求項6】前記伝送線路及び前記先端開放スタブが、
コプレーナ線路を用いて形成されることを特徴とする請
求項2乃至4のいずれか1項に記載の反射損失抑圧回
路。 - 【請求項7】高周波回路あるいはデジタル回路におい
て、特定の周波数帯域における出力インピーダンスある
いは入力インピーダンスを高インピーダンスに変換する
伝送線路と、前記伝送線路に出力端子側あるいは入力端
子側から見て並列に接続される周波数選択性を有する抵
抗接地回路と、を含み、 前記抵抗接地回路が、前記周波数帯域の信号を通過させ
る帯域通過フィルタを、負荷抵抗値あるいは信号源抵抗
値近傍の所定の抵抗値を有する抵抗を介して接地した回
路で構成されることを特徴とする反射損失抑圧回路。 - 【請求項8】前記帯域通過フィルタが、前記特定の周波
数帯域に含まれる任意の周波数において基本波の1/4
波長の長さを有するインターディジタルキャパシタで構
成されることを特徴とする請求項7記載の反射損失抑圧
回路。 - 【請求項9】前記伝送線路の電気長が、該伝送線路を見
込んだ出力インピーダンスの絶対値の±50%の範囲に
設定され、前記抵抗接地回路を構成する前記抵抗の抵抗
値が、前記負荷抵抗値あるいは前記信号源抵抗値の0.
5〜2倍の範囲に設定されることを特徴とする請求項1
乃至8のいずれか一に記載の反射損失抑圧回路。 - 【請求項10】請求項1乃至9のいずれか一に記載の反
射損失抑圧回路を、出力端あるいは入力端の少なくとも
一方に具備したことを特徴とする広帯域増幅器。
Priority Applications (6)
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