JP2003069344A - Frequency multiplication circuit and high frequency communication device - Google Patents

Frequency multiplication circuit and high frequency communication device

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JP2003069344A
JP2003069344A JP2001257766A JP2001257766A JP2003069344A JP 2003069344 A JP2003069344 A JP 2003069344A JP 2001257766 A JP2001257766 A JP 2001257766A JP 2001257766 A JP2001257766 A JP 2001257766A JP 2003069344 A JP2003069344 A JP 2003069344A
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circuit
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multiplier
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Yoshihisa Amano
義久 天野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a frequency multiplication circuit with a simple configuration that can enhance a higher order (particularly the third or the higher harmonic) frequency conversion efficiency and to provide a high frequency communication device employing the frequency multiplication circuit. SOLUTION: The frequency multiplication circuit, where a semiconductor element 3 with nonlinear characteristics receiving an input signal with a frequency f1, outputs signals with a frequency f3 three times the frequency f1, is provided with a feedback circuit 9 that positively feeds back a signal with a frequency f2 twice the frequency f1 of the input signal among harmonic components outputted from the nonlinear element 3 to the input terminal of the nonlinear element 3. A feedback circuit 9 is provided with a band pass filter circuit 10 that makes only the signal with the frequency f2 pass through so as to positively feed back only signals with the frequency f2 being a second harmonic due to secondary distortion of the semiconductor element 3 so that a third harmonic is generated via the semiconductor element 3 by the fundamental wave with the frequency f1 and the second harmonic. Thus, the frequency is converted by the secondary distortion component with a high conversion efficiency.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、周波数逓倍回路
および高周波通信装置に関し、特に3倍以上の高次の逓
倍動作時にも高い周波数変換効率を得ることができる周
波数逓倍回路および高周波通信装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a frequency multiplying circuit and a high frequency communication device, and more particularly to a frequency multiplying circuit and a high frequency communication device which can obtain high frequency conversion efficiency even in a high order multiplying operation of 3 times or more.

【0002】[0002]

【従来の技術】周波数逓倍回路とは、入力された電気信
号の周波数f1に対して、整数n倍の周波数fn(=f
1×n)の信号を出力する回路のことである。ただし、
整数nは、n≧2であり、n=2の場合は2逓倍器、n
=3の場合は3逓倍器と呼ぶ。上記周波数逓倍回路は、
非線形特性を有する半導体素子を利用して周波数変換を
行い、非線形特性を有する半導体素子として、ダイオー
ドのような2端子素子よりもゲインを有する3端子素子
の方が周波数の変換効率が高くなるため、トランジスタ
やFET等の3端子素子が使われることが多い。ここ
で、周波数の変換効率とは、周波数f1の入力信号の電
力に対する周波数fnの出力信号の電力の比率であり、
周波数逓倍回路の性能の良否を判断する重要な指標であ
る。
2. Description of the Related Art A frequency multiplier is a frequency fn (= f) that is an integer n times the frequency f1 of an input electric signal.
A circuit that outputs a 1 × n) signal. However,
The integer n is n ≧ 2, and when n = 2, a doubler, n
When = 3, it is called a tripler. The frequency multiplier circuit is
Frequency conversion is performed using a semiconductor element having a non-linear characteristic, and as a semiconductor element having a non-linear characteristic, a three-terminal element having a gain has a higher frequency conversion efficiency than a two-terminal element such as a diode. Three-terminal devices such as transistors and FETs are often used. Here, the frequency conversion efficiency is the ratio of the power of the output signal of the frequency fn to the power of the input signal of the frequency f1,
It is an important index for judging the quality of the performance of the frequency multiplication circuit.

【0003】図10は従来の周波数逓倍回路としての2
逓倍器のブロック図を示しており、この2逓倍器は2倍
の周波数変換を行う。このような2逓倍器の技術は、特
開平10−93349号公報や電子情報通信学会「モノ
リシックマイクロ波集積同路(MMIC)」(p125〜
p127)に開示されている。
FIG. 10 shows a conventional frequency multiplier circuit 2
The block diagram of the multiplier is shown, which doubles the frequency conversion. The technology of such a doubler is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-93349 and "Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC)" (p125-p.25).
p127).

【0004】図10において、1は入力信号(周波数f
1)が入力される入力端子、2は出力信号(周波数f2=
f1×2)が出力される出力端子、3はFET等の3端
子能動素子である半導体素子、4は上記入力信号(周波
数f1)に対する整合回路、32は上記出力信号(周波数
f2)に対する整合回路である。また、31は上記半導
体素子3と整合回路32との間に配置された入力信号
(周波数f1)に対するトラップ回路であり、オープンス
タブやLC共振回路によって、周波数f1の信号を選択
的に全反射するように設計されている。上記トラップ回
路31の具体的な設計法は、上記文献(特開平10−9
3349号公報や電子情報通信学会「モノリシックマイ
クロ波集積同路(MMIC)」)等で開示されている。な
お、図10では、位相調整のための伝送線路を省略した
が、トラップ回路31の直前には、特開2000−15
6611号公報において議論されているように、位相調
整のための伝送線路が設けられるのが普通である。
In FIG. 10, 1 is an input signal (frequency f
1) is input terminal, 2 is an output signal (frequency f2 =
f1 × 2) is output terminal, 3 is a semiconductor element which is a 3-terminal active element such as FET, 4 is a matching circuit for the input signal (frequency f1), 32 is a matching circuit for the output signal (frequency f2) Is. 31 is an input signal arranged between the semiconductor element 3 and the matching circuit 32.
It is a trap circuit for (frequency f1), and is designed to selectively totally reflect a signal of frequency f1 by an open stub or an LC resonance circuit. The specific design method of the trap circuit 31 is described in the above-mentioned document (Japanese Patent Laid-Open No. 10-9).
3349 gazette and the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers "Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC)"). Although the transmission line for phase adjustment is omitted in FIG. 10, it is disclosed in JP-A-2000-15 immediately before the trap circuit 31.
As discussed in Japanese Patent No. 6611, a transmission line for phase adjustment is usually provided.

【0005】図10に示す2逓倍器は、線形増幅器に近
い回路構成になっているが、次の〜の幾つかを用い
て非線形特性を強めることによって、高調波を強く発生
させている。 バイアス点を調整して、例えばC級増幅器の動作を
させることによって、非線形歪みを発生させる。 入力信号の電力を大きくすることによって、わざと
出力を飽和状態にして、非線形歪みを発生させる。 トラップ回路31と能動素子である半導体素子3と
の間に基本波成分(周波数f1)を閉じ込めることによっ
て、半導体素子3の出力端で飽和を起こす等して、非線
形歪みを発生させる。
The doubler shown in FIG. 10 has a circuit configuration close to that of a linear amplifier, but the harmonics are strongly generated by strengthening the non-linear characteristic by using some of the following. Non-linear distortion is generated by adjusting the bias point and operating a class C amplifier, for example. By increasing the power of the input signal, the output is deliberately saturated to cause non-linear distortion. By confining the fundamental wave component (frequency f1) between the trap circuit 31 and the semiconductor element 3 that is an active element, saturation occurs at the output end of the semiconductor element 3 and thus nonlinear distortion is generated.

【0006】以上のようにして、2逓倍器の中では非線
形歪みによって様々な高調波が発生するが、出力側のト
ラップ回路31や整合回路32等によって、不要な高調
波成分を抑圧し、必要な高調波成分のみを効率良く取り
出し、この2逓倍器では2次高調波を取り出す。
As described above, various harmonics are generated due to the non-linear distortion in the doubler, but unnecessary harmonic components are suppressed by the trap circuit 31 on the output side, the matching circuit 32, etc. Efficiently extracting only the higher harmonic component, and this doubler extracts the second harmonic.

【0007】図10に示す回路構成において、2次高調
波ではなく3次高調波を取り出すことにより3逓倍器が
得られる。ただし、3倍以上の高次逓倍器においては、
不要な高調波成分を抑圧して必要な高調波成分のみを取
り出すために、図10よりも複雑な構造を用いるのが普
通である。
In the circuit configuration shown in FIG. 10, a tripler is obtained by taking out not the second harmonic but the third harmonic. However, in a high-order multiplier of 3 times or more,
In order to suppress unnecessary harmonic components and extract only necessary harmonic components, it is usual to use a structure more complicated than that shown in FIG.

【0008】また、従来の他の周波数逓倍回路として
は、特開2000−156611号公報に開示された3
逓倍器がある。図11は上記3逓倍器のブロック図を示
しており、この3逓倍器は、トラップ回路と出力側の整
合回路を除いて図10の2逓倍器と同一の構成をしてい
る。図11において、8は出力信号(周波数f3)に対す
る整合回路、33は基本波(周波数f1)と2倍波(周波
数f2)に対するトラップ回路である。このような3逓
倍器の基本的な動作原理は、図10の2逓倍器と全く同
じである。
Further, as another conventional frequency multiplying circuit, there has been disclosed 3 in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-156611.
There is a multiplier. FIG. 11 shows a block diagram of the tripler, which has the same configuration as the doubler of FIG. 10 except for the trap circuit and the matching circuit on the output side. In FIG. 11, 8 is a matching circuit for the output signal (frequency f3), and 33 is a trap circuit for the fundamental wave (frequency f1) and the second harmonic (frequency f2). The basic operating principle of such a tripler is exactly the same as that of the doubler of FIG.

【0009】また、4逓倍器以上の高次の逓倍器になっ
ても動作原理は同じであり、不要や高調波成分を抑圧す
るためのトラップの数や複雑さが増し、必要な高調波成
分は整合回路を通して効率良く取り出される。図12に
4逓倍器のブロック図を示しており、図12において、
14は出力信号(周波数f4)に対する整合回路、34は
基本波(周波数f1)と2倍波(周波数f2)および3倍波
(周波数f3)に対するトラップ回路である。
Further, the operation principle is the same even in the case of a higher-order multiplier of 4 or more, and the number and complexity of traps for suppressing unnecessary or higher harmonic components increases, and the necessary higher harmonic components are obtained. Are efficiently extracted through the matching circuit. FIG. 12 shows a block diagram of the quadrupler, and in FIG.
14 is a matching circuit for the output signal (frequency f4), 34 is a fundamental wave (frequency f1), a second harmonic (frequency f2) and a third harmonic
It is a trap circuit for (frequency f3).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記周
波数逓倍回路では、高次の逓倍器になるほど周波数の変
換効率が悪くなるという問題がある。一般的には、3逓
倍器以上になると、変換効率は0dBを下回ってマイナ
スになり、変換損失が急激に大きくなることが経験的に
知られている。そのため、実際に使用される逓倍器は、
せいぜい2〜4逓倍器に限られている。
However, in the above frequency multiplier circuit, there is a problem in that the conversion efficiency of the frequency becomes worse as the multiplier has a higher order. It is empirically known that the conversion efficiency becomes less than 0 dB and becomes negative and the conversion loss abruptly increases when the frequency is tripled or more. Therefore, the multiplier actually used is
Limited to 2-4 multipliers at best.

【0011】まず、ミリ波帯の無線通信装置において、
このように高効率の高次逓倍器が作れない制約がシステ
ム設計にどのような影響を与えているかを説明する。
First, in a millimeter-wave band wireless communication device,
We will explain how the constraint that a high-efficiency high-order multiplier cannot be made affects system design.

【0012】図13は、上記周波数逓倍回路を用いた送
信側の無線通信装置のブロック図である。ここでは説明
を簡略化するため、単純なアップコンバータ回路を取り
上げる。図13に示すように、IF(中間周波数)信号が
入力される入力端子1から入力された低周波信号は、ミ
キサ35においてローカル発振器39の出力信号と掛け
合わされた結果、高周波信号に変換され、フィルタ36
や増幅器(以下、アンプという)37を通った後にアンテ
ナ38から送信される。ところで、ミリ波帯の無線通信
装置の場合には、入力端子1から入力される低周波信号
は1〜3GHz程度の周波数であるのに対し、アンテナ
38から放射される送信信号の周波数は60〜80GH
zもの超高周波になることが多い。そのため、ローカル
発振周波数としても、やはり60〜80GHzもの超高
周波が必要になる。この場合、ローカル発振器39のみ
で直接このような超高周波の安定した発振信号を得るこ
とは難しいため、周波数逓倍回路と組み合わせて使われ
る。すなわち、上記ローカル発振器39は、数GHz程
度の比較的低い周波数帯で安定した発振信号を出力し、
その信号の周波数が、周波数逓倍回路によって数倍〜数
十倍もの高い周波数に変換される。
FIG. 13 is a block diagram of a radio communication device on the transmission side using the frequency multiplier circuit. Here, a simple up-converter circuit is taken for simplification of description. As shown in FIG. 13, the low frequency signal input from the input terminal 1 to which the IF (intermediate frequency) signal is input is converted into a high frequency signal as a result of being multiplied by the output signal of the local oscillator 39 in the mixer 35, Filter 36
The signal is transmitted from the antenna 38 after passing through an amplifier (hereinafter referred to as an amplifier) 37. By the way, in the case of a millimeter-wave band wireless communication device, the low-frequency signal input from the input terminal 1 has a frequency of about 1 to 3 GHz, while the frequency of the transmission signal radiated from the antenna 38 is 60 to 80GH
It often becomes as high as z. Therefore, the local oscillation frequency also requires an ultra high frequency of 60 to 80 GHz. In this case, it is difficult to directly obtain such a super-high frequency stable oscillation signal only by the local oscillator 39, and therefore it is used in combination with a frequency multiplication circuit. That is, the local oscillator 39 outputs a stable oscillation signal in a relatively low frequency band of several GHz.
The frequency of the signal is converted into a high frequency of several times to several tens of times by the frequency multiplication circuit.

【0013】図13に示す無線通信装置では、ローカル
発振器39の出力信号の周波数を12逓倍している。図
13において、43は発振ブロック、44は上記発信ブ
ロック43からの出力信号の周波数を3逓倍する3逓倍
ブロック、45は上記3逓倍ブロック44からの3逓倍
された信号の周波数をさらに4逓倍する4逓倍ブロック
である。以下、上記発振ブロック43,3逓倍ブロック
44および4逓倍ブロック45の順に説明をする。
In the radio communication apparatus shown in FIG. 13, the frequency of the output signal of the local oscillator 39 is multiplied by 12. In FIG. 13, 43 is an oscillating block, 44 is a 3 multiplication block that multiplies the frequency of the output signal from the transmission block 43 by 3, and 45 is a frequency that is further multiplied by 4 from the 3 multiplied signal from the 3 multiplication block 44. This is a 4 × block. Hereinafter, the oscillation block 43, the 3 multiplication block 44, and the 4 multiplication block 45 will be described in this order.

【0014】まず、上記発振ブロック43は、発振器3
9と、その発振器39の出力信号を増幅するアンプ40
を有している。なぜならば、次段の3逓倍器41が図1
1に示す3逓倍器の場合には、周波数変換効率の低さを
補う目的で、5〜10dBmもの高い入力電力を必要と
するためである。
First, the oscillating block 43 includes the oscillator 3
9 and an amplifier 40 for amplifying the output signal of the oscillator 39
have. The reason is that the next stage tripler 41 is shown in FIG.
This is because, in the case of the triple multiplier shown in 1, the input power as high as 5 to 10 dBm is required to compensate for the low frequency conversion efficiency.

【0015】次に、上記3逓倍ブロック44は、3逓倍
器41と、その3逓倍器41の出力信号を増幅するアン
プ40とを有している。なぜならば、3逓倍器41の周
波数変換効率が低いために、そのままでは次段の4逓倍
ブロック45に対して十分な電力を供給できないためで
ある。
Next, the triple multiplier block 44 has a triple multiplier 41 and an amplifier 40 for amplifying the output signal of the triple multiplier 41. This is because the frequency conversion efficiency of the tripler 41 is low, so that sufficient power cannot be supplied to the quadrupling block 45 of the next stage as it is.

【0016】最後に、上記4逓倍ブロック45は、2つ
の直列接続された2逓倍器42と、2逓倍器42により
4逓倍された信号を増幅するアンプ40とを有してい
る。この4逓倍ブロック45では、図12に示す4逓倍
器では周波数変換効率が低過ぎるために、1個の4逓倍
器では十分な電力が得られないために、2逓倍器42を
2個つないで4逓倍器を代用している。
Finally, the quadruple multiplication block 45 has two doubling multipliers 42 connected in series and an amplifier 40 for amplifying the signal multiplied by four by the doubling multiplier 42. In the 4 × block 45, the frequency conversion efficiency of the 4 × multiplier shown in FIG. 12 is too low, so that sufficient power cannot be obtained with one 4 × multiplier, so that the 2 × multiplier 42 is not connected. A quadrupler is used instead.

【0017】このように、上記無線通信装置では、12
逓倍動作を実現するためには、図13に示すような複雑
な構成を採らざるを得ないので、回路規模の増大、装置
全体の大型化、コストの増加、消費電力の増大という問
題がある。
As described above, in the above wireless communication device, 12
In order to realize the multiplication operation, a complicated configuration as shown in FIG. 13 has to be adopted, so that there are problems that the circuit scale increases, the size of the entire device increases, the cost increases, and the power consumption increases.

【0018】次に、従来の周波数逓倍回路において、3
倍以上の高次の周波数変換時に変換損失が生じる原因を
説明する。
Next, in the conventional frequency multiplication circuit, 3
The reason why conversion loss occurs at the time of frequency conversion of higher than twice is explained.

【0019】能動素子の非線形応答を調べるためには、
厳密には、ハーモニックバランス等の非線形の回路シミ
ュレーションが必要である。しかし、直感的に現象を把
握する上では、次のような多項式を用いた単純化モデル
でも十分なことが知られている。
To investigate the non-linear response of an active device,
Strictly speaking, nonlinear circuit simulation such as harmonic balance is required. However, it is known that a simplified model using the following polynomial is sufficient to intuitively grasp the phenomenon.

【0020】上記能動素子の非線形応答の特徴は、入力
電力に対して出力電力が飽和特性を示すことである。図
14は上記能動素子の飽和の様子を示した模式的なグラ
フを示している。図14において、グラフ横軸xが入力
電圧振幅を表し、グラフ縦軸yが出力電圧振幅を表して
いる。図14のグラフの直線は、線形応答(y=a1
x)の場合の入出力特性を示し、曲線は、非線形応答の
場合の入出力特性を示している。図14のグラフの曲線
は、例えば次のような多項式で近似することができる。 y = a1・x+a2・x2+a3・x3+a4・x4 ……… (式1) 上記(式1)において、係数a1,a2,a3,a4は実数であ
る。上記(式1)は4次の多項式であるが、多項式の次数
は必要に応じて任意の次数にすれば良い。一般的に、高
次の多項式を用いるほど近似の精度が高くなる。このこ
とからも推測できるが、4つの係数a1〜a4の間には、 a1>a2>a3>a4 という大小関係があることが、経験的にも知られてい
る。特に線形性が良い半導体デバイスの場合では、 a1≫a2≫a3≫a4 という極端な大小関係になることも珍しくない。
The characteristic of the non-linear response of the active element is that the output power exhibits a saturation characteristic with respect to the input power. FIG. 14 is a schematic graph showing the state of saturation of the active element. In FIG. 14, the horizontal axis x of the graph represents the input voltage amplitude, and the vertical axis y of the graph represents the output voltage amplitude. The straight line in the graph of FIG. 14 has a linear response (y = a 1
The input / output characteristic in the case of x) is shown, and the curve shows the input / output characteristic in the case of a non-linear response. The curve of the graph of FIG. 14 can be approximated by, for example, the following polynomial. y = a 1 x + a 2 x 2 + a 3 x 3 + a 4 x 4 (Equation 1) In the above (Equation 1), the coefficients a 1 , a 2 , a 3 , a 4 are real numbers. . Although the above (formula 1) is a polynomial of degree 4, the degree of the polynomial may be set to any degree if necessary. Generally, the higher the degree of polynomial, the higher the accuracy of approximation. From this fact, it is empirically known that there is a magnitude relation of a 1 > a 2 > a 3 > a 4 among the four coefficients a 1 to a 4 . Particularly in the case of a semiconductor device having good linearity, it is not uncommon for the relationship of a 1 >> a 2 >> a 3 >> a 4 to be extremely large or small.

【0021】上記(式1)において、入力電圧振幅xは、 x=cos(ωt) で表される正弦波とする。ここで、tは時間、ωは角周
波数であり、角周波数ωと周波数fとの間には、 ω=2πf の関係がある。ここで入力電圧振幅xの最大振幅は、説
明を簡単にするために1にする。そして、 x=cos(ωt) を(式1)に代入し、三角関数の公式を用いて整理する
と、次の(式2)が得られる。 y = ((a2/2)+(3・a4/8)) +(a1+(3・a3/4))・cos(ωt) +((a2/2)+(a4/2))・cos(2ωt) +(a3/4)・cos(3ωt) +(a4/8)・cos(4ωt) ………………… (式2) 上記(式2)において、cos(ωt)の項は、周波数変換
を伴わない基本波出力を表しており、線形アンプにおい
て重要な成分である。それに対して、cos(2ωt)の
項は2次の高調波出力、cos(3ωt)の項は3次の高
調波出力、cos(4ωt)の項は4次の高調波出力を表
しており、周波数逓倍回路において重要な成分である。
In the above (formula 1), the input voltage amplitude x is a sine wave represented by x = cos (ωt). Here, t is time, ω is an angular frequency, and the angular frequency ω and the frequency f have a relationship of ω = 2πf. Here, the maximum amplitude of the input voltage amplitude x is set to 1 in order to simplify the description. Then, by substituting x = cos (ωt) into (Equation 1) and rearranging it using the trigonometric formula, the following (Equation 2) is obtained. y = ((a 2/2 ) + (3 · a 4/8)) + (a 1 + (3 · a 3/4)) · cos (ωt) + ((a 2/2) + (a 4 / 2)) · cos (2ωt ) + (a 3/4) · cos (3ωt) + (a 4/8) · cos (4ωt) ..................... in (equation 2) above (equation 2) , Cos (ωt) represents the fundamental wave output without frequency conversion, and is an important component in the linear amplifier. On the other hand, the cos (2ωt) term represents the second harmonic output, the cos (3ωt) term represents the third harmonic output, and the cos (4ωt) term represents the fourth harmonic output. It is an important component in the frequency multiplication circuit.

【0022】このような理解の上に立って、次に重要な
のは、2〜4次の高調波出力それぞれの振幅係数であ
る。簡単に要約すれば、2次高調波の振幅は多項式の2
次係数であるa2、3次高調波の振幅は多項式の3次係
数であるa3、4次高調波の振幅は多項式の4次係数で
あるa4で決まることが分かる。
On the basis of such understanding, the second most important thing is the amplitude coefficient of each of the 2nd to 4th harmonic output. To summarize briefly, the amplitude of the second harmonic is 2
It can be seen that the amplitude of the third-order harmonic is a 2 , which is the third-order coefficient, and the third-order coefficient of the polynomial is a 3 , and the amplitude of the fourth-order harmonic is the fourth-order coefficient of the polynomial, a 4 .

【0023】ところで、前述のように、4つの係数a1
〜a4の間には、 a1>a2>a3>a4 という大小関係がある。すなわち、(式2)が意味するこ
とは、2〜4次の高調波の出力振幅の間にも、 2次>3次>4次 という大小関係があることである。すなわち、逓倍器に
使われている半導体素子の内部では、もともと高次の周
波数成分ほど発生する電力は小さく、それを如何に整合
回路で効率良く取り出したとしても限界があるというこ
とである。これが、3倍以上の高次逓倍器において変換
損失が大きくなってしまう根本的な原因である。
By the way, as described above, the four coefficients a 1
Between ~a 4, the magnitude relationship of a 1> a 2> a 3 > a 4. That is, what is meant by (Equation 2) is that there is a magnitude relationship of 2nd order> 3rd order> 4th order also between the output amplitudes of the 2nd to 4th order harmonics. That is, in the inside of the semiconductor element used for the multiplier, originally, the higher the frequency component, the smaller the generated power, and there is a limit to how efficiently it can be extracted by the matching circuit. This is the fundamental cause of the large conversion loss in the high-order multiplier of 3 times or more.

【0024】従来の周波数逓倍回路においても、更なる
回路上の工夫によって、3倍以上の高次の変換効率を高
めようという試みはあった。
Even in the conventional frequency multiplication circuit, there has been an attempt to improve the conversion efficiency of higher order of 3 times or more by further devising the circuit.

【0025】そのような3倍以上の高次の変換効率を高
める第1の試みは、特開昭63−149908号公報に
記載された高次逓倍器である。この高次逓倍器は、図1
5のブロック図に示すように、入力端子1に一端が接続
された整合回路(周波数f1)4と、上記整合回路(周波
数f1)4の他端に入力側が接続された半導体素子3
と、上記半導体素子3の出力側に一端が接続された整合
回路(周波数fn)48と、上記整合回路(周波数fn)4
8の他端に一端が接続され、他端が出力端子2に接続さ
れたトラップ(周波数f1)31と、上記半導体素子3の
入出力間に接続された帰還回路49とを有している。
A first attempt to increase the conversion efficiency of higher order of 3 times or more is the high order multiplier described in Japanese Patent Laid-Open No. 63-149908. This high-order multiplier is shown in FIG.
As shown in the block diagram of 5, the matching circuit (frequency f1) 4 having one end connected to the input terminal 1 and the semiconductor element 3 having the input side connected to the other end of the matching circuit (frequency f1) 4
A matching circuit (frequency fn) 48 having one end connected to the output side of the semiconductor element 3, and the matching circuit (frequency fn) 4
It has a trap (frequency f1) 31 whose one end is connected to the other end of 8 and whose other end is connected to the output terminal 2, and a feedback circuit 49 which is connected between the input and output of the semiconductor element 3.

【0026】上記高次逓倍器では、帰還回路49を設け
ることによって、3倍以上の高次の周波数帯におけるゲ
インを高めている。上記高次逓倍器は、入力信号の周波
数f1に対して出力信号の周波数がn倍のfn(=f1
×n)であり、帰還回路49にこの出力信号と同じ周波
数fnの信号が流れる構造になっている。これによっ
て、帰還回路49は周波数fnにおけるアンプと同様の
効果をもたらすため、図15の回路は等価的には図16
の回路で表すことができる。すなわち、図16に示す高
次逓倍器は、入力端子1に一端が接続された整合回路
(周波数f1)4と、上記整合回路(周波数f1)4の他端
に入力端子が接続されたn逓倍器50と、上記n逓倍器
50の出力端子に入力端子が接続されたアンプ51と、
上記アンプ51の出力端子に一端が接続された整合回路
(周波数fn)48とを有している。
In the high-order multiplier, the feedback circuit 49 is provided to increase the gain in the higher-order frequency band of 3 times or more. The high-order multiplier has a frequency fn (= f1) in which the frequency of the output signal is n times the frequency f1 of the input signal.
Xn), and a signal having the same frequency fn as this output signal flows through the feedback circuit 49. As a result, the feedback circuit 49 has the same effect as the amplifier at the frequency fn, and therefore the circuit of FIG.
Can be represented by the circuit. That is, the high-order multiplier shown in FIG. 16 is a matching circuit whose one end is connected to the input terminal 1.
(Frequency f1) 4, an n multiplier 50 having an input terminal connected to the other end of the matching circuit (frequency f1) 4, an amplifier 51 having an input terminal connected to the output terminal of the n multiplier 50,
Matching circuit having one end connected to the output terminal of the amplifier 51
(Frequency fn) 48.

【0027】しかし、この高次逓倍器の欠点は、図16
から明らかなように、もともとn逓倍器50の中で発生
する歪みのメカニズムについては何も改善されていない
ことである。もともと上記n逓倍器50の中で発生する
n次高調波成分自体が小さければ、その後にアンプ51
で増幅しようとしても限界がある。その理由は、帰還回
路49の効果で生まれる程度のアンプ効果では、高次高
調波における変換損失を十分に埋め合わせられるほどの
大きなゲインは期待できないためである。また、別な問
題として、この高次逓倍器では、帰還回路49によって
任意の周波数で発振が起こりやすくなるが、発振を防ぐ
ための具体的な回路上の施策が明らかにされていないと
いう問題もある。
However, the drawback of this high-order multiplier is that FIG.
As is apparent from the above, nothing has been improved on the mechanism of the distortion that originally occurs in the n-multiplier 50. If the nth harmonic component itself generated in the n multiplier 50 is originally small, then the amplifier 51
There is a limit even when trying to amplify with. The reason is that a large gain that can sufficiently compensate the conversion loss in the high-order harmonic cannot be expected with the amplifier effect produced by the effect of the feedback circuit 49. Further, as another problem, in this high-order multiplier, the feedback circuit 49 easily causes oscillation at an arbitrary frequency, but there is also a problem that a concrete circuit measure for preventing the oscillation has not been clarified. is there.

【0028】また、3倍以上の高次の変換効率を高める
第2の試みは、特開昭55−110434号公報に記載
された注入同期型発振器である。これは、もはや逓倍器
技術からは逸脱するために詳細は省略するが、回路構成
としては図15の高次逓倍器と概ね同じであり、図15
における帰還回路を極端にして積極的に発振条件に設計
したものとして理解できる。また、発振を起こすことに
よって、図16におけるアンプ51のゲインを極限まで
高めているという理解の仕方もできる。ただし、入力が
ない場合でも、自励発振によって出力が出ている。この
ような発振器では、逓倍器としての出力周波数と無関係
な周波数でも同時に発振が起こってしまう危険がある
が、このような問題を注入同期という手法で解決してい
る。しかし、通常、逓倍器と注入同期発振器は、要求安
定度や要求帯域幅等の条件に応じて使い分けされるのが
普通である。そのため、この明細書では、この発明と上
記注入同期発振器とを直接比較することは避けておく。
A second attempt to increase the conversion efficiency of three times or more is the injection locked oscillator disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 55-110434. Although this is not described in detail because it deviates from the multiplier technology, the circuit configuration is almost the same as that of the high-order multiplier of FIG.
It can be understood that the feedback circuit in is extremely designed to be an oscillation condition. Further, it can be understood that the gain of the amplifier 51 in FIG. 16 is raised to the limit by causing oscillation. However, even if there is no input, the output is output due to self-oscillation. In such an oscillator, there is a risk that oscillation will occur simultaneously even at a frequency unrelated to the output frequency of the multiplier, but such a problem has been solved by a technique called injection locking. However, the multiplier and the injection-locked oscillator are usually used properly according to the conditions such as required stability and required bandwidth. Therefore, in this specification, a direct comparison between the present invention and the injection-locked oscillator is avoided.

【0029】この発明の目的は、簡単な構成で特に3次
以上の高次の周波数変換効率を向上できる周波数逓倍回
路を提供すると共に、その周波数逓倍回路を用いて、大
幅な回路の簡略化、部品数の削減、装置の小型化、消費
電力の低減、価格の低減ができる高周波通信装置を提供
することにある。
An object of the present invention is to provide a frequency multiplication circuit which can improve the frequency conversion efficiency of the third or higher order with a simple structure, and at the same time, the frequency multiplication circuit can be used to greatly simplify the circuit. An object of the present invention is to provide a high-frequency communication device that can reduce the number of parts, downsize the device, reduce power consumption, and reduce price.

【0030】[0030]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の周波数逓倍回路は、周波数f1の入力信
号が入力される非線形特性を有する半導体素子を備え、
上記非線形特性を有する半導体素子の出力側から上記入
力信号の周波数f1のn倍(nは自然数)の周波数fnの
出力信号を出力する周波数逓倍回路において、上記非線
形特性を有する半導体素子から出力された高調波成分の
うちの上記入力信号の周波数f1のm倍(mは自然数)の
周波数fmの信号を上記非線形特性を有する半導体素子
の入力側に正帰還させる帰還回路を設け、上記入力信号
と上記周波数fmの信号および上記出力信号の各周波数
f1,fn,fmが、 f1<fm<fn の条件を満足することを特徴としている。
In order to achieve the above object, the frequency multiplication circuit of the present invention comprises a semiconductor element having a non-linear characteristic to which an input signal of frequency f1 is inputted,
In a frequency multiplication circuit that outputs an output signal having a frequency fn that is n times (n is a natural number) the frequency f1 of the input signal from the output side of the semiconductor element having the non-linear characteristic, the semiconductor device having the non-linear characteristic outputs the signal. A feedback circuit for positively feeding back a signal having a frequency fm, which is m times (m is a natural number) of the frequency f1 of the input signal among the harmonic components, is provided to the input side of the semiconductor element having the nonlinear characteristic. The signal of frequency fm and the frequencies f1, fn, fm of the output signal satisfy the condition of f1 <fm <fn.

【0031】従来の周波数逓倍回路では、例えば3次高
調波を生成するために上記(式1)の中の3次の係数であ
るa3を用い、4次高調波を生成するためには(式1)の
中の4次の係数であるa4を用いているため、係数a3
4自体がもともと小さい値であるために、得られる高
調波の電力も小さかった。
In the conventional frequency multiplication circuit, for example, in order to generate the third harmonic, a 3 which is the third coefficient in the above (Equation 1) is used, and in order to generate the fourth harmonic, due to the use of a 4 is a fourth order coefficients in equation 1), due to the coefficient a 3 and a 4 itself is originally small value, the power of harmonic obtained wave was small.

【0032】これに対して、上記構成の周波数逓倍回路
によれば、例えば周波数fnの出力信号として3次高調
波を生成するためには(式1)の中の2次の係数であるa
2を用い、また、周波数fnの出力信号として4次高調
波を生成するためにも(式1)の中の2次の係数であるa
2を用いる。これら係数の間には、 a2>a3>a4 または a2≫a3≫a4 という関係があるため、従来技術よりも変換効率が高く
なる。
On the other hand, according to the frequency multiplication circuit having the above-mentioned configuration, for example, in order to generate the third harmonic as the output signal of the frequency fn, the second coefficient a in the equation (1) is used.
2 is used, and in order to generate a fourth harmonic as an output signal of frequency fn, the second-order coefficient a in (Equation 1) is a
Use 2 . Between these factors, there is a relationship of a 2> a 3> a 4 or a 2 »a 3 »a 4, the conversion efficiency than the prior art increases.

【0033】すなわち、この発明の周波数逓倍回路は、
非線形特性を有する半導体素子から出力される高調波成
分のうち可能な限り低次の歪み成分を使って、可能な限
り高次の歪み成分を作ることを特徴としており、そのた
めの手段として、低次の歪み成分を帰還回路を通じて非
線形特性を有する半導体素子の入力側に戻してやり、再
び非線形特性を有する半導体素子を通って歪ませること
によって、多段階のステップを踏んで高次の歪み成分を
得ている。したがって、簡単な構成で特に3次以上の高
次の周波数変換効率を向上できる。
That is, the frequency multiplication circuit of the present invention is
It is characterized in that distortion components of the highest possible order are created by using the distortion components of the lowest possible order among the harmonic components output from semiconductor devices having nonlinear characteristics. The distortion component of is returned to the input side of the semiconductor element having the non-linear characteristic through the feedback circuit, and is distorted again through the semiconductor element having the non-linear characteristic to obtain a higher-order distortion component through a multi-step step. There is. Therefore, it is possible to improve the frequency conversion efficiency of the third or higher order, especially with a simple configuration.

【0034】また、一実施形態の周波数逓倍回路は、請
求項1の周波数逓倍回路において、上記帰還回路に、上
記周波数fmの信号のみを通過させるバンドパスフィル
タ機能を有する回路を設けたことを特徴としている。
Further, the frequency multiplying circuit of one embodiment is characterized in that, in the frequency multiplying circuit according to claim 1, the feedback circuit is provided with a circuit having a bandpass filter function for passing only a signal of the frequency fm. I am trying.

【0035】上記実施形態の周波数逓倍回路によれば、
上記周波数fmの信号のみを通過させるバンドパスフィ
ルタ機能を有する回路を上記帰還回路に設けることによ
って、上記帰還回路を通る信号が容易に選択されると共
に、回路発振を起こさず安定に動作するようにできる。
According to the frequency multiplier circuit of the above embodiment,
By providing the feedback circuit with a circuit having a bandpass filter function for passing only the signal of the frequency fm, the signal passing through the feedback circuit is easily selected, and the circuit operates stably without causing oscillation. it can.

【0036】また、一実施形態の周波数逓倍回路は、請
求項1または2の周波数逓倍回路において、上記周波数
fmの信号が上記入力信号の周波数f1の2倍であっ
て、上記出力信号の周波数fnが上記入力信号の周波数
f1の3倍または4倍であることを特徴としている。
The frequency multiplier circuit according to one embodiment is the frequency multiplier circuit according to claim 1 or 2, wherein the signal of the frequency fm is twice the frequency f1 of the input signal and the frequency fn of the output signal. Is 3 or 4 times the frequency f1 of the input signal.

【0037】上記実施形態の周波数逓倍回路によれば、
上記周波数fmの信号が入力信号の周波数f1の2倍に
すると共、上記出力信号の周波数fnが入力信号の周波
数f1の3倍とすることによって、低次(2次)の係数の
大きい歪成分を用いて高変換効率の3逓倍器を簡単な構
成で実現することができる。また、上記周波数fmの信
号が入力信号の周波数f1の2倍にすると共、上記出力
信号の周波数fnが入力信号の周波数f1の4倍とする
ことによって、低次(2次)の係数の大きい歪成分を用い
て高変換効率の4逓倍器を簡単な構成で実現することが
できる。
According to the frequency multiplier circuit of the above embodiment,
When the signal of the frequency fm is doubled the frequency f1 of the input signal and the frequency fn of the output signal is tripled the frequency f1 of the input signal, a distortion component with a large low-order (second-order) coefficient is obtained. By using, it is possible to realize a tripler with high conversion efficiency with a simple configuration. Further, when the frequency fm signal is twice the frequency f1 of the input signal and the frequency fn of the output signal is four times the frequency f1 of the input signal, a low-order (second-order) coefficient is large. It is possible to realize a quadrupler having high conversion efficiency by using a distortion component with a simple configuration.

【0038】また、一実施形態の周波数逓倍回路は、請
求項1乃至3のいずれか1つの周波数逓倍回路におい
て、上記非線形特性を有する半導体素子の出力側に、上
記非線形特性を有する半導体素子から出力された基本波
成分を除去する基本波成分除去回路を備えたことを特徴
としている。
Further, the frequency multiplying circuit of one embodiment is the frequency multiplying circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the output from the semiconductor element having the nonlinear characteristic is output to the output side of the semiconductor element having the nonlinear characteristic. It is characterized in that a fundamental wave component removing circuit for eliminating the generated fundamental wave component is provided.

【0039】上記実施形態の周波数逓倍回路によれば、
上記非線形特性を有する半導体素子の出力側に備えた基
本波成分除去回路によって、上記非線形特性を有する半
導体素子から出力された基本波成分を除去するので、上
記帰還回路に不要な基本波成分(周波数f1)が正帰還せ
ず、回路発振を確実に防止できる。
According to the frequency multiplier circuit of the above embodiment,
By the fundamental wave component removal circuit provided on the output side of the semiconductor element having the non-linear characteristic, since the fundamental wave component output from the semiconductor element having the non-linear characteristic is removed, unnecessary fundamental wave components (frequency Since f1) does not perform positive feedback, circuit oscillation can be reliably prevented.

【0040】また、この発明の高周波通信装置は、請求
項1乃至4のいずれか1つの周波数逓倍回路を用いたロ
ーカル発振部を備えたことを特徴としている。
Further, the high frequency communication device of the present invention is characterized by including a local oscillating unit using the frequency multiplying circuit according to any one of claims 1 to 4.

【0041】上記構成の高周波通信装置によれば、上記
周波数逓倍回路をローカル発振部に用いることによっ
て、大幅な回路の簡略化、部品数の削減、装置の小型
化、消費電力の低減、価格の低減ができる。
According to the high frequency communication device having the above-mentioned configuration, by using the frequency multiplying circuit in the local oscillating section, the circuit is greatly simplified, the number of parts is reduced, the device is downsized, the power consumption is reduced, and the price is reduced. Can be reduced.

【0042】[0042]

【発明の実施の形態】以下、この発明の周波数逓倍回路
および高周波通信装置を図示の実施の形態により詳細に
説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The frequency multiplying circuit and the high frequency communication device of the present invention will be described below in detail with reference to the illustrated embodiments.

【0043】(第1実施形態)図1は、この発明の第1実
施形態の周波数逓倍回路としての3逓倍器の原理を表す
ブロック図である。この3逓倍器は、図1に示すよう
に、入力端子1に一端が接続された整合回路(周波数f
1)4と、上記整合回路(周波数f1)4の他端に一端が
接続されたトラップ回路(周波数f2)5と、上記トラッ
プ回路(周波数f2)5の他端に入力側が接続された半導
体素子3と、上記半導体素子3の出力側に一端が接続さ
れたトラップ回路(周波数f1)6と、上記トラップ回路
(周波数f1)6の他端に一端が接続されたトラップ回路
(周波数f2)7と、上記トラップ回路(周波数f2)7の
他端に一端が接続され、他端が出力端子2に接続された
整合回路(周波数f3)8とを備えている。また、上記ト
ラップ回路(周波数f1)6の他端と半導体素子3の入力
側とを帰還回路9により接続し、その帰還回路9にバン
ドパスフィルタ機能を有するBPF回路(周波数f2)1
0を設けている。
(First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing the principle of a tripler as a frequency multiplier circuit according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this tripler has a matching circuit (frequency f
1) 4, a trap circuit (frequency f2) 5 whose one end is connected to the other end of the matching circuit (frequency f1) 4, and a semiconductor device whose input side is connected to the other end of the trap circuit (frequency f2) 5. 3, a trap circuit (frequency f1) 6 having one end connected to the output side of the semiconductor element 3, and the trap circuit
Trap circuit with one end connected to the other end of (frequency f1) 6
The (frequency f2) 7 and the matching circuit (frequency f3) 8 having one end connected to the other end of the trap circuit (frequency f2) 7 and the other end connected to the output terminal 2 are provided. Further, the other end of the trap circuit (frequency f1) 6 and the input side of the semiconductor element 3 are connected by a feedback circuit 9, and the feedback circuit 9 has a BPF circuit (frequency f2) 1 having a bandpass filter function.
0 is set.

【0044】上記構成の3逓倍器において、入力端子1
から整合回路(周波数f1)4を介して入力された信号
(周波数f1)が、半導体素子3の内部で2次の歪み係数
2によって周波数変換された結果、周波数f2(=f1
×2)の信号になる。この周波数f2の成分が、帰還回
路9を通って半導体素子3の入力側に再度戻される。こ
の周波数f2の信号と、もともと存在する周波数f1の
信号が、半導体素子3で2次の歪み係数a2によって周
波数変換された結果、周波数f3(=f1+f2)の成分
を生み出す。また、このような信号の流れをコントロー
ルするためにトラップ回路5,6,7を設けている。な
お、図1では、トラップ回路6はトラップ回路7や帰還
回路9の前に置かれているが、トラップ回路6の位置
は、この発明の趣旨である信号の流れを妨げない限り、
ある程度の自由度が許される。また、整合回路4やトラ
ップ回路5の位置についても、同様にある程度の自由度
がある。また、整合回路4,8により信号の入力と取り
出しが効率良く行われる。また、上記帰還回路9を設け
たことによって回路全体が著しく発振しやすくなってし
まうため、帰還回路9に挿入されたBPF回路10によ
って安定化のために最低限必要な周波数f2の信号のみ
を通す。このBPF回路10は、回路が発振を起こす心
配が何らかの他の理由によって払拭されている場合に
は、必ずしも必要なものではない。
In the triple multiplier having the above structure, the input terminal 1
Signal input from the matching circuit (frequency f1) 4
As a result of the frequency conversion of (frequency f1) by the second-order distortion coefficient a 2 inside the semiconductor element 3, the frequency f2 (= f1) is obtained.
X2) signal. The component of the frequency f2 is returned to the input side of the semiconductor element 3 through the feedback circuit 9. This frequency f2 signal and the originally existing frequency f1 signal are frequency-converted by the second-order distortion coefficient a 2 in the semiconductor element 3, and as a result, a frequency f3 (= f1 + f2) component is produced. Further, trap circuits 5, 6 and 7 are provided to control such a signal flow. Although the trap circuit 6 is placed in front of the trap circuit 7 and the feedback circuit 9 in FIG. 1, the position of the trap circuit 6 is not limited as long as the position of the trap circuit 6 does not interfere with the signal flow which is the gist of the present invention.
Some degree of freedom is allowed. The positions of the matching circuit 4 and the trap circuit 5 also have some degree of freedom. Moreover, the matching circuits 4 and 8 efficiently input and output signals. Moreover, since the whole circuit is apt to oscillate remarkably due to the provision of the feedback circuit 9, the BPF circuit 10 inserted in the feedback circuit 9 allows only the signal of the minimum frequency f2 for stabilization to pass. . The BPF circuit 10 is not always necessary when the fear that the circuit will oscillate is eliminated for some other reason.

【0045】最後の周波数f3に至る周波数変換は、数
式の上では次のように説明される。上記(式1)に2つの
周波数からなる入力信号振幅xを、 x = cos(ωt)+cos(2ωt) とする。簡単のため、振幅は1、位相差は零に式を単純
化したが、ここで説明しようとする周波数変換の原理に
対しては影響はない。この入力信号振幅xの式を(式1)
に代入し、三角関数の公式を用いて整理すると、次の
(式3)が得られる。 y = (a2+(3・a3/4)) +(a1+a2+(9・a3/4))・cos(ωt) +(a1+(a2/2)+(9・a3/4))・cos(2ωt) +(a2+a3)・cos(3ωt) +((a2/2)+(3・a3/4))・cos(4ωt) +(3・a3/4)・cos(5ωt) +(a3/4)・cos(6ωt) ………………… (式3) 上記(式3)の結果で重要な点が2つある。第1に、周波
数変換の結果として、3逓倍成分であるcos(3ωt)
が新たに発生したことである。このように2つの信号
(基本波と2逓倍成分)が2次歪みa2を使って周波数変
換される場合は、半導体素子3がミキサとして動作して
いると考えれば良い。第2に、その3逓倍成分cos
(3ωt)の振幅係数として、従来の小さな係数a3だけ
でなく、新たに大きな係数であるa2が加わったことで
ある。
The frequency conversion up to the final frequency f3 is described mathematically as follows. In the above (formula 1), the input signal amplitude x composed of two frequencies is set as x = cos (ωt) + cos (2ωt). For simplicity, the formula is simplified to have an amplitude of 1 and a phase difference of zero, but this does not affect the principle of frequency conversion to be described here. The formula of this input signal amplitude x is (Formula 1)
Substituting into and rearranging using the trigonometric formula,
(Equation 3) is obtained. y = (a 2 + (3 · a 3/4)) + (a 1 + a 2 + (9 · a 3/4)) · cos (ωt) + (a 1 + (a 2/2) + (9 · a 3/4)) · cos (2ωt) + (a 2 + a 3) · cos (3ωt) + ((a 2/2) + (3 · a 3/4)) · cos (4ωt) + (3 · a 3/4) · cos (5ωt) + (a 3/4) · cos (6ωt) ..................... ( equation 3) described above (equation 3) point results in important there are two. First, as a result of frequency conversion, cos (3ωt), which is a tripled component,
Is a new occurrence. Two signals like this
When the (fundamental wave and the doubled component) is frequency-converted using the second-order distortion a 2 , it can be considered that the semiconductor element 3 operates as a mixer. Second, its tripled component cos
This means that, as the amplitude coefficient of (3ωt), not only the conventional small coefficient a 3 but also a new large coefficient a 2 is added.

【0046】以上述べてきた原理に注目すれば、図1の
3逓倍器の回路は図2の等価回路で表すことができる。
この図2に示す3逓倍器は、入力端子1に一端が接続さ
れた整合回路(周波数f1)4と、上記整合回路(周波数
f1)4の他端に一端が接続された2逓倍器11と、上
記2逓倍器11の他端に一端が接続されたBPF回路
(周波数f2)10と、上記BPF回路(周波数f2)10
の他端に一方の入力端子が接続され、整合回路(周波数
f1)4の他端に他方の入力端子が接続されたミキサ1
2と、上記ミキサ12の出力端子に一端が接続され、他
端が出力端子2に接続された整合回路(周波数f3)8と
を備えている。
Focusing on the principle described above, the circuit of the tripler of FIG. 1 can be represented by the equivalent circuit of FIG.
The triple multiplier shown in FIG. 2 includes a matching circuit (frequency f1) 4 having one end connected to the input terminal 1, and a doubler 11 having one end connected to the other end of the matching circuit (frequency f1) 4. , A BPF circuit having one end connected to the other end of the doubler 11
(Frequency f2) 10 and the BPF circuit (frequency f2) 10
One input terminal is connected to the other end of the mixer 1 and the other input terminal is connected to the other end of the matching circuit (frequency f1) 4
2 and a matching circuit (frequency f3) 8 having one end connected to the output terminal of the mixer 12 and the other end connected to the output terminal 2.

【0047】図2に示す3逓倍器では、入力された周波
数f1の信号の一部が、2逓倍器11によって周波数f
2の信号に変換される。この2逓倍器11は、図1にお
ける半導体素子3の2次歪みa2成分によって実現され
ている。そして、周波数f1と周波数f2の2つの信号
は、ミキサ12によって周波数f3の信号に変換され
る。上記ミキサ12は、図1における半導体素子3の2
次歪みa2成分によって実現されている。この図2の回
路は、このまま作成すれば、半導体素子2個を使った大
規模な回路になり、消費電力も大きくなる。そこで、図
2の回路を「帰還回路」というテクニックを用いて折り
畳んで1個の半導体素子で実現したのが、図1の回路で
ある。
In the triple multiplier shown in FIG. 2, a part of the input signal of the frequency f1 is fed by the double multiplier 11 to the frequency f.
2 signal is converted. This doubler 11 is realized by the second-order distortion a 2 component of the semiconductor element 3 in FIG. Then, the two signals of the frequency f1 and the frequency f2 are converted into a signal of the frequency f3 by the mixer 12. The mixer 12 is the same as the mixer 12 shown in FIG.
It is realized by the second distortion a 2 component. If the circuit of FIG. 2 is produced as it is, it becomes a large-scale circuit using two semiconductor elements, and power consumption becomes large. Therefore, the circuit of FIG. 1 is obtained by folding the circuit of FIG. 2 using a technique called a “feedback circuit” and using a single semiconductor element.

【0048】また、図3は図1に示す3逓倍器のブロッ
ク図を実際の電子回路で具体化した回路図である。図3
に示すように、この3逓倍器は、入力端子1から入力さ
れる信号の周波数(f1)に対する整合回路18と、上記
整合回路18の出力側に一端が接続された2次の高調波
(周波数f2)に対するトラップ回路19と、上記トラッ
プ回路19の他端に入力側が接続された非線形ブロック
17と、上記非線形ブロック17の出力端子に一端が接
続された基本波(周波数f1)に対するトラップ回路20
と、上記トラップ回路20の他端に一端が接続された2
次高調波(周波数f2)に対するトラップ回路21と、上
記トラップ回路21の他端に一端が接続され、他端が出
力端子に接続され、出力信号の周波数(f3)に対する整
合回路22と、上記トラップ回路20の他端と非線形ブ
ロック17の入力端子との間に接続された帰還回路23
とを備えている。
FIG. 3 is a circuit diagram in which the block diagram of the tripler shown in FIG. 1 is embodied by an actual electronic circuit. Figure 3
As shown in FIG. 3, the triple multiplier includes a matching circuit 18 for the frequency (f1) of the signal input from the input terminal 1 and a second-order harmonic wave whose one end is connected to the output side of the matching circuit 18.
Trap circuit 19 for (frequency f2), non-linear block 17 whose input side is connected to the other end of trap circuit 19, and trap circuit for fundamental wave (frequency f1) whose one end is connected to the output terminal of non-linear block 17 20
And one end connected to the other end of the trap circuit 20.
A trap circuit 21 for the second harmonic (frequency f2), one end of which is connected to the other end of the trap circuit 21 and the other end of which is connected to an output terminal, a matching circuit 22 for the frequency (f3) of the output signal, and the trap A feedback circuit 23 connected between the other end of the circuit 20 and the input terminal of the non-linear block 17.
It has and.

【0049】上記整合回路18は、入力端子1に一端が
接続されたコイルL1と、そのコイルL1の他端とグラン
ドGNDとの間に接続されたコンデンサC1とを有して
いる。
The matching circuit 18 has a coil L1 having one end connected to the input terminal 1 and a capacitor C1 connected between the other end of the coil L1 and the ground GND.

【0050】また、上記トラップ回路19は、整合回路
18のコイルL1の他端に一端が接続されたコイルL2
と、そのコイルL2に並列接続されたコンデンサC2とを
有し、周波数f2においてコイルL2とコンデンサC2が
並列共振を起こすように設計されている。
The trap circuit 19 has a coil L2 whose one end is connected to the other end of the coil L1 of the matching circuit 18.
And a capacitor C2 connected in parallel to the coil L2, and the coil L2 and the capacitor C2 are designed to cause parallel resonance at the frequency f2.

【0051】また、上記非線形ブロック17は、トラッ
プ回路19のコイルL2の他端に一端が接続されたDC
カットコンデンサC20と、そのDCカットコンデンサC
20の他端とバイアス端子との間に接続された抵抗R1
と、上記DCカットコンデンサC20の他端とグランドG
NDとの間に接続された抵抗R2と、上記DCカットコ
ンデンサC20の他端にベース端子が接続され、エミッタ
端子がグランドGNDに接続された非線形特性を有する
半導体素子としてのトランジスタQと、上記トランジス
タQのコレクタ端子に一端が接続されたコイルL3と、
上記トランジスタQのコレクタ端子に一端が接続された
コンデンサC3とを有し、抵抗R1,R2でバイアス回路を
構成している。
The non-linear block 17 is a DC circuit whose one end is connected to the other end of the coil L2 of the trap circuit 19.
Cut capacitor C20 and its DC cut capacitor C
A resistor R1 connected between the other end of 20 and the bias terminal
And the other end of the DC cut capacitor C20 and the ground G
A resistor R2 connected between ND, a transistor Q as a semiconductor element having a non-linear characteristic in which a base terminal is connected to the other end of the DC cut capacitor C20, and an emitter terminal is connected to the ground GND; A coil L3 whose one end is connected to the collector terminal of Q,
It has a capacitor C3 whose one end is connected to the collector terminal of the transistor Q, and the resistors R1 and R2 form a bias circuit.

【0052】また、上記トラップ回路20は、非線形ブ
ロック17のコンデンサC3の他端に一端が接続された
位相調整のための伝送線路TL1と、その伝送線路TL1
の他端に一端が接続されたコイルL4と、上記コイルL4
の他端とグランドGNDとの間に接続されたコンデンサ
C4とを有し、周波数f1においてコイルL4とコンデン
サC4が直列共振を起こすように設計してある。なお、
位相調整のために設けた伝送線路TL1の働きは、例え
ば特開2000−156611号公報において説明され
ている。
In the trap circuit 20, the transmission line TL1 for phase adjustment, one end of which is connected to the other end of the capacitor C3 of the nonlinear block 17, and the transmission line TL1.
A coil L4 having one end connected to the other end of the
Has a capacitor C4 connected between the other end and the ground GND, and is designed so that the coil L4 and the capacitor C4 cause series resonance at the frequency f1. In addition,
The function of the transmission line TL1 provided for phase adjustment is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-156611.

【0053】また、上記トラップ回路21は、トラップ
回路20の伝送線路TL1の他端に一端が接続された位
相調整のための伝送線路TL2と、その伝送線路TL2の
他端に一端が接続されたコイルL5と、上記コイルL5に
並列接続されたコンデンサC5とを有している。
The trap circuit 21 has one end connected to the other end of the transmission line TL2 and a transmission line TL2 for phase adjustment, one end of which is connected to the other end of the transmission line TL1 of the trap circuit 20. It has a coil L5 and a capacitor C5 connected in parallel to the coil L5.

【0054】また、上記整合回路22は、トラップ回路
21のコイルL5の他端とグランドGNDとの間に接続
されたコンデンサC6と、そのコンデンサC6の一端に一
端が接続され、他端が出力端子2に接続されたコイルL
6とを有している。
The matching circuit 22 has a capacitor C6 connected between the other end of the coil L5 of the trap circuit 21 and the ground GND, one end of which is connected to one end of the capacitor C6, and the other end of which is an output terminal. Coil L connected to 2
It has 6 and.

【0055】さらに、上記帰還回路23は、トラップ回
路20の伝送線路TL1の他端に一端が接続された位相
調整のための伝送線路TL3と、上記伝送線路TL3の他
端に一端が接続された周波数f2における整合回路25
と、上記整合回路25の他端に一端が接続された2次高
調波(周波数f2)に対するバンドパスフィルタ24と、
上記バンドパスフィルタ24の他端に一端が接続された
位相調整のための伝送線路TL4と、上記伝送線路TL4
の他端に一端が接続され、非線形ブロック17のDCカ
ットコンデンサC20の一端に他端が接続された帰還量を
調整するための抵抗R3とを有している。上記整合回路
25は、伝送線路TL3の他端とグランドGNDとの間
に接続されたコンデンサC7と、そのコンデンサC7の一
端に一端が接続されたコイルL7とを有している。ま
た、上記バンドパスフィルタ24は、整合回路25のコ
イルL7の他端に一端が接続されたコンデンサC8と、そ
のコンデンサC8の他端に一端が接続され、他端が伝送
線路TL4の一端に接続されたコイルL8と、上記コンデ
ンサC8の一端とグランドGNDとの間に接続されたコ
ンデンサC9と、そのコンデンサC9に並列接続されたコ
イルL9と、上記コイルL8の他端とグランドGNDとの
間に接続されたコンデンサC10と、そのコンデンサC10
に並列接続されたコイルL10とを有している。
Further, the feedback circuit 23 has one end connected to the other end of the transmission line TL3 and the transmission line TL3 for phase adjustment, one end of which is connected to the other end of the transmission line TL1 of the trap circuit 20. Matching circuit 25 at frequency f2
And a bandpass filter 24 for the second harmonic (frequency f2), one end of which is connected to the other end of the matching circuit 25,
A transmission line TL4, one end of which is connected to the other end of the bandpass filter 24 for phase adjustment, and the transmission line TL4.
One end of the DC cut capacitor C20 of the non-linear block 17 is connected to the other end thereof, and the other end thereof is connected to the resistor R3 for adjusting the amount of feedback. The matching circuit 25 has a capacitor C7 connected between the other end of the transmission line TL3 and the ground GND, and a coil L7 having one end connected to one end of the capacitor C7. The bandpass filter 24 has a capacitor C8 having one end connected to the other end of the coil L7 of the matching circuit 25, one end connected to the other end of the capacitor C8, and the other end connected to one end of the transmission line TL4. Between the coil L8, the capacitor C9 connected between one end of the capacitor C8 and the ground GND, the coil L9 connected in parallel with the capacitor C9, and the other end of the coil L8 and the ground GND. Connected capacitor C10 and its capacitor C10
And a coil L10 connected in parallel with.

【0056】図4は図3に示す3逓倍器の入出力特性の
グラフを示しており。図4において、横軸は入力電力P
inを表し、縦軸は出力電力Poutを表している。図3の
3逓倍器において、1GHzの入力信号を3GHzの出力
信号に周波数変換するように、整合回路18,22,25
やトラップ回路19,20,21やバンドパスフィルタ2
4や位相線路26,27等の素子定数をチューニングし
ている。上記非線形ブロック17では、非線形特性を有
する半導体素子としては、fmax=160GHz程度のH
BT(Heterojunction Bipolar Transistor:ヘテロ接合
バイポーラトランジスタ)を用いている。このエミッタ
接地されたHBTにおいて、コレクタ端子に供給される
電源電圧を3Vとしたところ、この電源条件下では、H
BTの1〜4GHz帯の飽和出力電力は、概ね13dB
m程度であった。図4の入出力特性に示すように、この
3逓倍器では、入力電力Pin=0dBmに対して出力電
力Pout=10dBm強が得られており、周波数の変換
効率で言えば+10dB強という結果が得られた。従来
の3逓倍器では、周波数の変換効率はマイナスになり、
すなわち変換損失が生じることが一般的であるのに対し
て、この第1実施形態の3逓倍器では、変換効率を著し
く改善することができた。
FIG. 4 shows a graph of input / output characteristics of the tripler shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents the input power P
represents the in and the vertical axis represents the output power Pout. In the triple multiplier shown in FIG. 3, matching circuits 18, 22, 25 are provided so as to frequency-convert an input signal of 1 GHz into an output signal of 3 GHz.
And trap circuits 19, 20, 21 and band pass filter 2
4 and the phase constants of the phase lines 26 and 27 are tuned. In the non-linear block 17, as a semiconductor element having non-linear characteristics, H of about fmax = 160 GHz is used.
A BT (Heterojunction Bipolar Transistor) is used. In this HBT with the emitter grounded, when the power supply voltage supplied to the collector terminal is set to 3 V, under this power supply condition, H
The saturated output power of BT in the 1 to 4 GHz band is approximately 13 dB.
It was about m. As shown in the input / output characteristics of FIG. 4, in this tripler, the output power Pout = more than 10 dBm is obtained with respect to the input power Pin = 0 dBm, and in terms of frequency conversion efficiency, a result of more than +10 dB is obtained. Was given. In the conventional tripler, the frequency conversion efficiency becomes negative,
That is, conversion loss is generally generated, whereas the triple multiplier of the first embodiment can significantly improve the conversion efficiency.

【0057】(第2実施形態)図5は、この発明の第2実
施形態の周波数逓倍回路としての4逓倍器の原理を表す
ブロック図である。この4逓倍器は、図5に示すよう
に、整合回路(周波数f4)14を除き第1実施形態の3
逓倍器と同一の構成をしており、同一構成部は同一参照
番号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment) FIG. 5 is a block diagram showing the principle of a quadrupler as a frequency multiplier circuit according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, this quadruple multiplier is the same as the third embodiment, except for the matching circuit (frequency f4) 14.
It has the same configuration as the multiplier, and the same components are assigned the same reference numerals and their explanations are omitted.

【0058】上記構成の4逓倍器において、入力された
信号(周波数f1)が、半導体素子3の内部で2次の歪み
係数a2によって周波数変換された結果、周波数f2(=
f1×2)の信号になる。この周波数f2の成分が、帰
還回路9を通って半導体素子3の入力側に再度戻され
る。この周波数f2の信号が、再度、半導体素子3の内
部で2次の歪み係数a2によって周波数変換された結
果、周波数f4(=f2+f2)の成分を生み出す。ま
た、このような信号の流れをコントロールするためにト
ラップ回路5,7,13を設けている。なお、図5ではト
ラップ回路13はトラップ回路7や帰還回路9の前に置
かれているが、このような位置は、この発明の趣旨であ
る信号の流れを妨げない限り、ある程度の自由度が許さ
れる。また、整合回路4やトラップ回路5の位置につい
ても、同様にある程度の自由度がある。また、整合回路
4,14により信号の入力と取り出しが効率良く行われ
る。また、帰還回路9による発振を防ぐために、バンド
パスフィルタ機能を有するBPF回路10を挿入してい
る。このBPF回路10は、回路が発振を起こす心配が
何らかの他の理由によって払拭されている場合には、必
ずしも必要なものではない。
In the quadrupler configured as described above, the frequency of the input signal (frequency f1) is converted by the quadratic distortion coefficient a 2 inside the semiconductor element 3, resulting in frequency f2 (=
The signal becomes f1 × 2). The component of the frequency f2 is returned to the input side of the semiconductor element 3 through the feedback circuit 9. The signal of the frequency f2 is again frequency-converted by the second-order distortion coefficient a 2 inside the semiconductor element 3, and as a result, a component of the frequency f4 (= f2 + f2) is generated. Further, trap circuits 5, 7, and 13 are provided to control such a signal flow. Although the trap circuit 13 is placed in front of the trap circuit 7 and the feedback circuit 9 in FIG. 5, such a position has a certain degree of freedom as long as it does not disturb the signal flow, which is the gist of the present invention. forgiven. The positions of the matching circuit 4 and the trap circuit 5 also have some degree of freedom. Further, the matching circuits 4 and 14 efficiently input and output signals. Further, in order to prevent oscillation by the feedback circuit 9, a BPF circuit 10 having a bandpass filter function is inserted. The BPF circuit 10 is not always necessary when the fear that the circuit will oscillate is eliminated for some other reason.

【0059】以上述べてきた原理に注目すれば、図5の
回路は等価的に図6の回路で表すことができる。この図
6に示す4逓倍器は、入力端子1に一端が接続された整
合回路(周波数f1)4と、上記整合回路(周波数f1)4
の他端に一端が接続された2逓倍器15と、上記2逓倍
器11の他端に一端が接続されたBPF回路(周波数f
2)10と、上記BPF回路(周波数f2)10の他端に
一端が接続された2逓倍器16と、上記2逓倍器16の
他端に一端が接続され、他端が出力端子2に接続された
整合回路(周波数f4)14とを備えている。
Focusing on the principle described above, the circuit of FIG. 5 can be equivalently represented by the circuit of FIG. The quadruple multiplier shown in FIG. 6 includes a matching circuit (frequency f1) 4 whose one end is connected to the input terminal 1 and the matching circuit (frequency f1) 4 described above.
A doubler 15 having one end connected to the other end, and a BPF circuit (frequency f having one end connected to the other end of the doubler 11).
2) 10, a doubler 16 having one end connected to the other end of the BPF circuit (frequency f2) 10, one end connected to the other end of the doubler 16 and the other end connected to the output terminal 2. The matching circuit (frequency f4) 14 is provided.

【0060】図6に示す4逓倍器では、入力された周波
数f1の信号の一部が、2逓倍器15によって周波数f
2の信号に変換される。この2逓倍器15は、図5にお
ける半導体素子3の2次歪みa2成分によって実現され
ている。この周波数f2の信号は、再度、2逓倍器16
によって周波数f4の信号に変換される。上記2逓倍器
16は、図5における半導体素子3の2次歪みa2成分
によって実現されている。この図6の回路は、このまま
作成すれば、半導体素子2個を使った大規模な回路にな
り、消費電力も大きくなる。そこで、図6の回路を「帰
還回路」というテクニックを用いて折り畳んで1個の半
導体素子で実現したのが、図5の回路である。
In the quadruple multiplier shown in FIG. 6, a part of the input signal of the frequency f1 is fed to the doubling multiplier 15 to generate the frequency f.
2 signal is converted. This doubler 15 is realized by the second-order distortion a 2 component of the semiconductor element 3 in FIG. The signal of the frequency f2 is again fed to the doubler 16
Is converted into a signal of frequency f4. The doubler 16 is realized by the second-order distortion a 2 component of the semiconductor element 3 in FIG. If the circuit of FIG. 6 is produced as it is, it becomes a large-scale circuit using two semiconductor elements, and power consumption becomes large. Therefore, the circuit of FIG. 5 is obtained by folding the circuit of FIG. 6 using a technique called “feedback circuit” and realizing it with one semiconductor element.

【0061】図7は図5に示す4逓倍器のブロック図を
実際の電子回路で具体化した回路図である。この図7に
示す4逓倍器は、トラップ回路29と整合回路30を除
き第1実施形態の図3に示す3逓倍器と同一の構成をし
ており、同一構成部は同一参照番号を付して説明を省略
する。
FIG. 7 is a circuit diagram in which the block diagram of the quadruple multiplier shown in FIG. 5 is embodied by an actual electronic circuit. The 4 × multiplier shown in FIG. 7 has the same configuration as the 3 × multiplier shown in FIG. 3 of the first embodiment except for the trap circuit 29 and the matching circuit 30, and the same components are designated by the same reference numerals. And the description is omitted.

【0062】図7に示すように、トラップ回路29は、
非線形ブロック17のコンデンサC3の他端に一端が接
続された位相調整のための伝送線路TL1と、その伝送
線路TL1の他端に一端が接続されたコイルL4と、上記
コイルL4の他端に一端が接続され、他端がグランドG
NDに接続されたコンデンサC4と、上記伝送線路TL1
の他端に一端が接続されたコイルL11と、上記コイルL
11の他端に一端が接続され、他端がグランドGNDに接
続されたコンデンサC11とを有している。このトラップ
回路29では、周波数f1においてコイルL4とコンデ
ンサC4が直列共振を起こすように設計すると共に、周
波数f3においてコイルL11とコンデンサC11が直列共
振を起こすように設計している。
As shown in FIG. 7, the trap circuit 29 is
A transmission line TL1 for phase adjustment, one end of which is connected to the other end of the capacitor C3 of the nonlinear block 17, a coil L4 whose one end is connected to the other end of the transmission line TL1, and one end of which is the other end of the coil L4. Is connected and the other end is ground G
The capacitor C4 connected to ND and the transmission line TL1
The coil L11 having one end connected to the other end of the
It has a capacitor C11 having one end connected to the other end of 11 and the other end connected to the ground GND. In the trap circuit 29, the coil L4 and the capacitor C4 are designed to cause series resonance at the frequency f1, and the coil L11 and the capacitor C11 are designed to cause series resonance at the frequency f3.

【0063】また、整合回路30は、トラップ回路21
のコイルL5の他端とグランドGNDとの間に接続され
たコンデンサC12と、そのコンデンサC12の一端に一端
が接続され、他端が出力端子2に接続されたコイルL12
とを有している。
The matching circuit 30 includes the trap circuit 21.
Of the capacitor C12 connected between the other end of the coil L5 and the ground GND, and the coil L12 having one end connected to one end of the capacitor C12 and the other end connected to the output terminal 2.
And have.

【0064】図8は、図7の4逓倍器の入出力特性のグ
ラフである。図8において、横軸は入力電力Pinを表
し、縦軸は出力電力Poutを表している。なお、ここで
は図7の回路を、1GHzの入力信号を4GHzの出力信
号へ周波数変換するようにチューニングしている。ま
た、半導体素子や電源電圧等の条件は、図4において説
明した条件と同じである。図8の入出力特性に示すよう
に、この4逓倍器では、入力電力Pinが0dBmのとき
に出力電力Poutが9dBm強であり、周波数の変換効
率で言えば+9dB強という結果が得られた。従来技術
の4逓倍器では、周波数の変換効率はマイナスになり、
すなわち変換損失が生じることが一般的であるのに対し
て、この第2実施形態の4逓倍器では、変換効率を著し
く改善することができた。
FIG. 8 is a graph of input / output characteristics of the quadruple multiplier of FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the input power Pin and the vertical axis represents the output power Pout. Here, the circuit of FIG. 7 is tuned so as to frequency-convert the input signal of 1 GHz into the output signal of 4 GHz. The conditions such as the semiconductor element and the power supply voltage are the same as the conditions described in FIG. As shown in the input / output characteristics of FIG. 8, in this quadrupler, the output power Pout was a little over 9 dBm when the input power Pin was 0 dBm, and the result was +9 dB in terms of frequency conversion efficiency. In the quadrupler of the prior art, the frequency conversion efficiency becomes negative,
That is, while conversion loss is generally generated, the quadrupler according to the second embodiment can significantly improve the conversion efficiency.

【0065】(第3実施形態)図9はこの発明の第3実施
形態の3逓倍器を用いたミリ波帯の無線通信装置の送信
側のブロック図である。このミリ波帯の無線通信装置
は、図13に示す従来の無線通信装置にこの発明の周波
数逓倍回路を適用したもので、図13に示す無線通信装
置とローカル発振部が異なり、ミキサ35〜アンテナ3
8および発振器39は同一の構成である。図9におい
て、46は発振器39の出力信号の周波数を3逓倍する
3逓倍器、47は上記3逓倍器46により3逓倍された
信号の周波数をさらに4逓倍する4逓倍器である。
(Third Embodiment) FIG. 9 is a block diagram of a transmitting side of a millimeter wave band wireless communication apparatus using a tripler according to a third embodiment of the present invention. This millimeter-wave band wireless communication device is obtained by applying the frequency multiplication circuit of the present invention to the conventional wireless communication device shown in FIG. 13. The local communication unit is different from the wireless communication device shown in FIG. Three
8 and the oscillator 39 have the same configuration. In FIG. 9, 46 is a tripler that multiplies the frequency of the output signal of the oscillator 39 by 3, and 47 is a 4-multiplier that further multiplies the frequency of the signal tripled by the tripler 46 by 4.

【0066】以下、図13の無線通信装置と対比させな
がら図9の無線通信装置について説明する。
The radio communication apparatus of FIG. 9 will be described below in comparison with the radio communication apparatus of FIG.

【0067】まず、図13のアンプ40を有する発振ブ
ロック43に対して、この無線通信装置では、アンプを
省いた発振器39だけで良くなる。なぜならば、図4や
図8から分かるように、この発明による周波数逓倍回路
は、周波数変換効率が非常に高いために、例えば0dB
m程度の比較的低い入力電力でも十分に動作するためで
ある。
First, in contrast to the oscillation block 43 having the amplifier 40 of FIG. 13, this radio communication apparatus requires only the oscillator 39 without the amplifier. This is because, as can be seen from FIG. 4 and FIG. 8, the frequency multiplication circuit according to the present invention has a very high frequency conversion efficiency, and therefore, for example, 0 dB.
This is because a sufficiently low input power of about m is sufficient for operation.

【0068】次に、図13のアンプ40を有する3逓倍
器ブロック44に対して、この無線通信装置では、アン
プを省いた3逓倍器46だけで良くなる。なぜならば、
図4から分かるように、この発明による3逓倍器46
は、それ単体でも例えば10dB程度の高い周波数変換
効率を持つためである。
Next, with respect to the tripler block 44 having the amplifier 40 of FIG. 13, this radio communication apparatus requires only the tripler 46 without the amplifier. because,
As can be seen from FIG. 4, the tripler 46 according to the invention
This is because, even by itself, it has a high frequency conversion efficiency of, for example, about 10 dB.

【0069】最後に、図13のアンプ40を有する4逓
倍器ブロック45に対して、この無線通信装置では、ア
ンプを省き、また2個あった逓倍器の数を減らし、1個
の4逓倍器47だけで良くなる。なぜならば、図8から
分かるように、この発明による4逓倍器47は、それ単
体でも例えば9dB程度の高い周波数変換効率を持つた
めである。
Finally, with respect to the quadrupler block 45 having the amplifier 40 of FIG. 13, in this radio communication device, the amplifier is omitted, and the number of the multipliers which are two is reduced to make one quadrupler. Only 47 will improve. This is because, as can be seen from FIG. 8, the quadrupler 47 according to the present invention has a high frequency conversion efficiency of about 9 dB by itself.

【0070】以上、図9と図13を比較すれば明らかな
ように、この発明による3逓倍器を高周波通信装置のロ
ーカル発振部に用いることによって、ミリ波帯などの無
線通信装置において、大幅な回路の簡略化、部品数の削
減、装置の小型化、消費電力の低減、価格の低減が可能
になる。
As is apparent from the comparison between FIG. 9 and FIG. 13, the triple multiplier according to the present invention is used in the local oscillating unit of the high-frequency communication device, so that the radio communication device in the millimeter-wave band or the like can be greatly improved. It is possible to simplify the circuit, reduce the number of parts, downsize the device, reduce power consumption, and reduce cost.

【0071】上記第1,第2実施形態では、周波数逓倍
回路としての3逓倍器と4逓倍器について説明したが、
2逓倍器または5倍以上の高次の周波数変換を行う周波
数逓倍回路にこの発明を適用してもよい。
In the first and second embodiments described above, the 3 × multiplier and the 4 × multiplier as the frequency multiplying circuit have been described.
The present invention may be applied to a frequency doubler or a frequency multiplier circuit that performs higher-order frequency conversion of 5 times or more.

【0072】また、上記第3実施形態では、この発明の
周波数逓倍回路を用いた高周波通信装置について説明し
たが、高周波通信装置に限らず、他の装置にこの発明の
周波数逓倍回路を適用してもよい。
Further, although the high frequency communication device using the frequency multiplication circuit of the present invention has been described in the third embodiment, the frequency multiplication circuit of the present invention is applied to other devices as well as the high frequency communication device. Good.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の周
波数逓倍回路によれば、特に3倍以上の高次の周波数変
換を行う逓倍器において、周波数の変換効率を大幅に高
めることができる。例えば、3逓倍器や4逓倍器におい
ても、変換損失がなく、高い変換ゲインを得ることがで
きる。また、帰還回路を用いているにも関わらず、発振
が起こりにくく安定な回路動作が実現できる。
As is apparent from the above, according to the frequency multiplication circuit of the present invention, the frequency conversion efficiency can be greatly increased, especially in the multiplier for performing high-order frequency conversion of 3 times or more. For example, even in a tripler or a quadrupler, there is no conversion loss and a high conversion gain can be obtained. Further, although the feedback circuit is used, stable circuit operation can be realized with less oscillation.

【0074】また、この発明のこの発明の高周波通信装
置によれば、上記周波数逓倍回路をローカル発振部に用
いることによって、大幅な回路の簡略化、部品数の削
減、装置の小型化、消費電力の低減、価格の低減ができ
る。
Further, according to the high frequency communication device of the present invention of the present invention, by using the frequency multiplier circuit in the local oscillating section, the circuit is greatly simplified, the number of parts is reduced, the device is miniaturized, and the power consumption is reduced. Can be reduced and the price can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 図1はこの発明の第1実施形態の周波数逓倍
回路としての3逓倍器のブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a tripler as a frequency multiplier circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図2は上記3逓倍器の等価ブロック図であ
る。
FIG. 2 is an equivalent block diagram of the tripler.

【図3】 図3は上記3逓倍器の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of the tripler.

【図4】 図4は上記3逓倍器の入出力特性を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing input / output characteristics of the tripler.

【図5】 図5はこの発明の第2実施形態の周波数逓倍
回路としての4逓倍器のブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram of a 4 × multiplier as a frequency multiplying circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図6】 図6は上記4逓倍器の等価ブロック図であ
る。
FIG. 6 is an equivalent block diagram of the quadrupler.

【図7】 図7は上記4逓倍器の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of the quadruple multiplier.

【図8】 図8は上記4逓倍器の入出力特性を示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram showing input / output characteristics of the quadruple multiplier.

【図9】 図9はこの発明の第3実施形態の周波数逓倍
回路としての3逓倍器を用いたミリ波帯の無線通信装置
の送信側のブロック図である
FIG. 9 is a block diagram of a transmitting side of a millimeter-wave band wireless communication device using a tripler as a frequency multiplying circuit of a third embodiment of the present invention.

【図10】 図10は従来の2逓倍器のブロック図であ
る。
FIG. 10 is a block diagram of a conventional doubler.

【図11】 図11は従来の3逓倍器のブロック図であ
る。
FIG. 11 is a block diagram of a conventional tripler.

【図12】 図12は従来の4逓倍器のブロック図であ
る。
FIG. 12 is a block diagram of a conventional quadruple multiplier.

【図13】 図13は従来の無線通信装置のブロック図
である。
FIG. 13 is a block diagram of a conventional wireless communication device.

【図14】 図14は能動素子の非線形応答のモデルを
表すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing a model of a nonlinear response of an active device.

【図15】 図15は従来の高次逓倍器のブロック図で
ある。
FIG. 15 is a block diagram of a conventional high-order multiplier.

【図16】 図16は上記高次逓倍器の等価ブロック図
である。
FIG. 16 is an equivalent block diagram of the high-order multiplier.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…入力端子、 2…出力端子、 3…半導体素子、 4…整合回路(周波数f1)、 5…トラップ回路(周波数f2)、 6…トラップ回路(周波数f1)、 7…トラップ回路(周波数f2)、 8…整合回路(周波数f3)、 9…帰還回路、 10…バンドパスフィルタ回路(周波数f2)、 11…2逓倍器、 12…ミキサ、 13…トラップ回路(周波数f1,f3)、 14…整合回路(周波数f4)、 15…2逓倍器、 16…2逓倍器、 17…非線形ブロック、 18…整合回路(周波数f1)、 19…トラップ回路(周波数f2)、 20…トラップ回路(周波数f1)、 21…トラップ回路(周波数f2)、 22…整合回路(周波数f3)、 23…帰還回路、 24…バンドパスフィルタ(周波数f2)、 25…整合回路、 29…トラップ回路(周波数f1,f3)、 30…整合回路(周波数f4)、 31…トラップ回路(周波数f1)、 32…整合回路(周波数f2)、 33…トラップ回路(周波数f1,f2)、 34…トラップ回路(周波数f1,f2,f3)、 35…ミキサ、 36…BPF回路、 37…アンプ、 38…アンテナ、 39…発振器、 40…アンプ、 41…3逓倍器、 42…2逓倍器、 43…発振ブロック、 44…3逓倍ブロック、 45…4逓倍ブロック、 46…3逓倍器、 47…4逓倍器、 48…整合回路(周波数fn)、 49…帰還回路(周波数fn)、 50…n逓倍器、 51…アンプ、 C1〜C12…コンデンサ、 C20…DCカットコンデンサ、 L1〜L12…コイル、 Q…トランジスタ、 TL1〜TL4…位相線路、 R1〜R3…抵抗。 1 ... input terminal, 2 ... Output terminal, 3 ... Semiconductor element, 4 ... Matching circuit (frequency f1), 5 ... Trap circuit (frequency f2), 6 ... Trap circuit (frequency f1), 7 ... Trap circuit (frequency f2), 8 ... Matching circuit (frequency f3), 9 ... Feedback circuit, 10 ... bandpass filter circuit (frequency f2), 11 ... doubler, 12 ... mixer, 13 ... Trap circuit (frequency f1, f3), 14 ... Matching circuit (frequency f4), 15 ... doubler, 16 ... 2 multiplier, 17 ... Non-linear block, 18 ... Matching circuit (frequency f1), 19 ... Trap circuit (frequency f2), 20 ... Trap circuit (frequency f1), 21 ... Trap circuit (frequency f2), 22 ... Matching circuit (frequency f3), 23 ... Feedback circuit, 24 ... bandpass filter (frequency f2), 25 ... Matching circuit, 29 ... Trap circuit (frequency f1, f3), 30 ... Matching circuit (frequency f4), 31 ... Trap circuit (frequency f1), 32 ... Matching circuit (frequency f2), 33 ... Trap circuit (frequency f1, f2), 34 ... Trap circuit (frequency f1, f2, f3), 35 ... mixer, 36 ... BPF circuit, 37 ... amplifier, 38 ... antenna, 39 ... Oscillator, 40 ... amplifier, 41 ... tripler, 42 ... a doubler, 43 ... Oscillation block, 44 ... 3 multiplication block, 45 ... 4 multiplication block, 46 ... 3 multiplier, 47 ... Quadrupler, 48 ... Matching circuit (frequency fn), 49 ... Feedback circuit (frequency fn), 50 ... n multiplier, 51 ... amplifier, C1 to C12 ... capacitors, C20 ... DC cut capacitor, L1 to L12 ... coil, Q: Transistor, TL1 to TL4 ... Phase line, R1 to R3 ... Resistance.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周波数f1の入力信号が入力される非線
形特性を有する半導体素子を備え、上記非線形特性を有
する半導体素子の出力側から上記入力信号の周波数f1
のn倍(nは自然数)の周波数fnの出力信号を出力する
周波数逓倍回路において、 上記非線形特性を有する半導体素子から出力された高調
波成分のうちの上記入力信号の周波数f1のm倍(mは
自然数)の周波数fmの信号を上記非線形特性を有する
半導体素子の入力側に正帰還させる帰還回路を設け、 上記入力信号と上記周波数fmの信号および上記出力信
号の各周波数f1,fn,fmが、 f1<fm<fn の条件を満足することを特徴とする周波数逓倍回路。
1. A semiconductor device having a non-linear characteristic to which an input signal having a frequency f1 is inputted, wherein the frequency f1 of the input signal is output from the output side of the semiconductor device having the non-linear characteristic.
In a frequency multiplication circuit that outputs an output signal with a frequency fn that is n times (n is a natural number), the frequency component is multiplied by m (m) of the frequency f1 of the input signal among the harmonic components output from the semiconductor element having the above-mentioned nonlinear characteristic. A feedback circuit that positively feeds back a signal of frequency fm (a natural number) to the input side of the semiconductor element having the above-mentioned non-linear characteristic, and the frequencies f1, fn, fm of the input signal, the signal of the frequency fm, and the output signal are , F1 <fm <fn, which is a frequency multiplication circuit.
【請求項2】 請求項1に記載の周波数逓倍回路におい
て、 上記帰還回路に、上記周波数fmの信号のみを通過させ
るバンドパスフィルタ機能を有する回路を設けたことを
特徴とする周波数逓倍回路。
2. The frequency multiplying circuit according to claim 1, wherein the feedback circuit is provided with a circuit having a bandpass filter function for passing only a signal of the frequency fm.
【請求項3】 請求項1または2に記載の周波数逓倍回
路において、 上記周波数fmの信号が上記入力信号の周波数f1の2
倍であって、 上記出力信号の周波数fnが上記入力信号の周波数f1
の3倍または4倍であることを特徴とする周波数逓倍回
路。
3. The frequency multiplication circuit according to claim 1, wherein the signal of the frequency fm is 2 times the frequency f1 of the input signal.
And the frequency fn of the output signal is equal to the frequency f1 of the input signal.
Frequency multiplication circuit characterized by being 3 times or 4 times.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1つに記載の
周波数逓倍回路において、 上記非線形特性を有する半導体素子の出力側に、上記非
線形特性を有する半導体素子から出力された基本波成分
を除去する基本波成分除去回路を備えたことを特徴とす
る周波数逓倍回路。
4. The frequency multiplier circuit according to claim 1, wherein a fundamental wave component output from the semiconductor element having the non-linear characteristic is output to the output side of the semiconductor element having the non-linear characteristic. A frequency multiplication circuit comprising a fundamental wave component removal circuit for removal.
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1つに記載の
周波数逓倍回路を用いたローカル発振部を備えたことを
特徴とする高周波通信装置。
5. A high-frequency communication device comprising a local oscillating unit using the frequency multiplication circuit according to any one of claims 1 to 4.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011160400A (en) * 2010-01-29 2011-08-18 National Chiao Tung Univ Frequency multiplier device and method of operating the same
US8073408B2 (en) 2008-06-23 2011-12-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor integrated circuit including a mixer and wireless communication apparatus
US8680898B2 (en) 2011-02-09 2014-03-25 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Multiplier circuit with improved wide band tripled wave output

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