JP2009268004A - Impedance conversion circuit, high-frequency circuit, and impedance conversion characteristic adjusting method for impedance conversion circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、インピーダンス整合回路や出力回路・帰還回路等のインピーダンス変換回路、及びそれを備えた増幅回路・逓倍回路、混合回路・発振回路等の高周波回路に関するものである。 The present invention relates to an impedance conversion circuit such as an impedance matching circuit, an output circuit and a feedback circuit, and a high frequency circuit such as an amplifier circuit / multiplier circuit, a mixing circuit and an oscillation circuit provided with the same.
従来、高周波回路において、その特性調整のためにオープンスタブが調整されている。
高周波発振回路の出力回路部に調整用のオープンスタブを設けたものとして特許文献1が開示されている。この特許文献1に示されている高周波発振回路について図1を参照して説明する。
Conventionally, in a high-frequency circuit, an open stub is adjusted to adjust its characteristics.
図1に示すように、高周波発振回路100は、一方端が抵抗8を通じて接地されたマイクロストリップラインからなる線路7にFET9のゲート端が接続されている。線路7の所定位置には、誘電体共振器3が結合している。この誘電体共振器3には一方端を開放させた線路20が結合している。線路20と接地との間には可変容量ダイオード4が接続され、制御電圧入力端子6と線路20との間に抵抗5が接続されている。
As shown in FIG. 1, in the high-
FET9のソースは、結合線路11のうちの一方の線路を介して接地されている。結合線路11の他方の線路と出力端子13との間にはアッテネータ12が設けられている。FET9のソースにはオープンスタブ10が接続されている。
The source of the FET 9 is grounded through one of the coupled
FET9のドレインとドレインバイアス端子19との間には、線路長が略λ/4の線路15、線路長が略λ/4のオープンスタブ16、抵抗17が接続されている。また、ドレインバイアス端子19はコンデンサ18を介して接地されている。これらの回路部分によってドレインバイアス回路が構成されている。そして、FET9のドレインに線路長が略λ/4の調整用オープンスタブ14が接続されている。
このように特許文献1に示されている高周波発振回路においては、FETのドレイン端に、線路長が略1/4波長の調整用オープンスタブ14を備えていて、このオープンスタブ14をトリミングすることによって発振周波数を上昇させることができる。ところが、発振周波数を下降させるためには、調整用オープンスタブ14の開放端に誘電体チップを配置しなければならず、回路面積が大きくなってしまう。またマウンタを用いて誘電体チップを実装するといった新たな作業が必要となる。
As described above, in the high-frequency oscillation circuit disclosed in
なお、オープンスタブのカットの途中で反射位相が同じとなる点が2箇所以上存在するように、オープンスタブの長さを予め1/2波長以上にしておけば、トリミング量過多の場合に、再度所望の特性が得られるスタブ長に合わせる機会が生じるが、その分、回路基板が大きくなってしまう。しかも、逆方向への微調整はできない。また、スタブ長が長い程、線路損失が大きくなり出力電圧が低下するとともに、利得を有する部分が低周波帯に生じ、寄生発振を生じる可能性が高くなる。 If the length of the open stub is set to ½ wavelength or more in advance so that there are two or more points where the reflection phase is the same in the middle of the cut of the open stub, if the trimming amount is excessive, Although there is an opportunity to match the stub length with which desired characteristics can be obtained, the circuit board becomes larger correspondingly. Moreover, fine adjustment in the reverse direction is not possible. Further, as the stub length is longer, the line loss becomes larger and the output voltage is lowered, and a portion having a gain is generated in a low frequency band, and the possibility of causing parasitic oscillation is increased.
そこで、この発明の目的は、誘電体チップ等の付加がなく、インピーダンス変換の特性調整を可逆的に且つ微調整可能なようにしたインピーダンス変換回路、それを備えた高周波回路、及びインピーダンス変換回路のインピーダンス変換特性調整方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an impedance conversion circuit that is capable of reversibly and finely adjusting impedance conversion characteristics without adding a dielectric chip or the like, a high-frequency circuit including the impedance conversion circuit, and an impedance conversion circuit An object of the present invention is to provide a method for adjusting impedance conversion characteristics.
前記課題を解決するために、この発明は次のように構成する。
(1)入力端子または出力端子と能動素子との間に接続されるインピーダンス変換回路であって、
第1・第2のオープンスタブと、
前記第1のオープンスタブの接続点と前記第2のオープンスタブの接続点との間に直列に接続された線路またはインダクタンス素子である回路素子と、を備え、
前記第1・第2のオープンスタブのうち一方のオープンスタブの接続点からみたインピーダンスが、スミスチャートの中心とショート点とを直径とする円内に入るように、前記第1・第2のオープンスタブの長さおよび回路素子の定数・サイズを定めたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
(1) An impedance conversion circuit connected between an input terminal or an output terminal and an active element,
First and second open stubs;
A circuit element that is a line or an inductance element connected in series between a connection point of the first open stub and a connection point of the second open stub,
The first and second open stubs are arranged so that the impedance viewed from the connection point of one of the first and second open stubs falls within a circle whose diameter is the center of the Smith chart and the short point. The stub length and circuit element constant / size are defined.
これにより、オープンスタブのカット(トリミング)という簡易な方法により、周波数特性の可逆調整が可能になる。 Thereby, the frequency characteristic can be reversibly adjusted by a simple method of cutting (trimming) an open stub.
(2)前記第1・第2のオープンスタブのうち一方のオープンスタブの接続点からみたインピーダンスは、入力端子または出力端子に接続される回路のインピーダンスより低く、かつ略純抵抗となるように、第1・第2のオープンスタブの長さおよび回路素子の定数・サイズを定める。 (2) The impedance viewed from the connection point of one of the first and second open stubs is lower than the impedance of the circuit connected to the input terminal or the output terminal, and is substantially pure resistance. The lengths of the first and second open stubs and the constants and sizes of the circuit elements are determined.
このように、入力端子または出力端子に接続される回路のインピーダンスより低く、かつ略純抵抗となる領域においては、2つのオープンスタブをカットした際のインピーダンスの軌跡がほぼ反対方向となるため、理想的な可逆調整が可能になる。 In this way, in the region where the impedance is lower than the impedance of the circuit connected to the input terminal or the output terminal and becomes substantially pure resistance, the locus of the impedance when the two open stubs are cut is almost in the opposite direction. Reversible adjustment becomes possible.
(3)前記第1のオープンスタブおよび前記第2のオープンスタブは容量性のオープンスタブとする。 (3) The first open stub and the second open stub are capacitive open stubs.
これにより、第1・第2のオープンスタブと回路素子により構成されたπ型回路はローパスフィルタとなるため、簡易な構成で、第1・第2のオープンスタブのうち一方のオープンスタブの接続点からみたインピーダンスを、入力端子または出力端子に接続される回路のインピーダンスより低くすることができる。 As a result, the π-type circuit composed of the first and second open stubs and the circuit elements becomes a low-pass filter, so that the connection point of one open stub of the first and second open stubs can be simplified. The impedance seen from the circuit can be made lower than the impedance of the circuit connected to the input terminal or the output terminal.
(4)前記回路素子は、例えば所望の周波数において略1/8波長の長さをもつ線路で構成する。
これにより、前記所望の周波数においては、第1・第2のオープンスタブのうち一方のオープンスタブの接続点からみたインピーダンスを、略純抵抗とすることができる。
(4) The circuit element is constituted by a line having a length of about 1/8 wavelength at a desired frequency, for example.
As a result, at the desired frequency, the impedance viewed from the connection point of one of the first and second open stubs can be made substantially pure.
(5)前記第1のオープンスタブ及び前記第2のオープンスタブは、例えば線路長が1/4波長未満のオープンスタブとする。
これにより、オープンスタブ形成部の占有面積を大きくすることなく、可逆調整可能な調整範囲を広くとることができる。
(5) The first open stub and the second open stub are, for example, open stubs whose line length is less than ¼ wavelength.
Thereby, the adjustment range which can be reversibly adjusted can be widened, without increasing the occupation area of an open stub formation part.
(6)前記回路素子は、伝送すべき周波数にてインピーダンスが誘導性となる例えばチップコンデンサで構成する。
これにより、回路素子をコンデンサにすることで、DC成分のカットを兼ねることができる。
(6) The circuit element is composed of, for example, a chip capacitor whose impedance is inductive at the frequency to be transmitted.
Thereby, by making a circuit element into a capacitor | condenser, it can serve as a cut of DC component.
(7)必要に応じて前記出力端子と前記第1のオープンスタブとの間または前記第2のオープンスタブと前記能動素子との間に、位相調整用線路を設ける。
これにより、所定の位相に調整するとともに、インピーダンスの可逆調整ができる。
(7) If necessary, a phase adjustment line is provided between the output terminal and the first open stub or between the second open stub and the active element.
Thereby, while adjusting to a predetermined phase, the impedance can be reversibly adjusted.
(8)少なくとも一つの能動素子を備えるとともに、前記インピーダンス変換回路を、前記能動素子の少なくとも一つの端子と前記入力端子及び/又は出力端子との間に設けて高周波回路を構成する。
これにより、高周波回路の周波数特性調整を高精度で且つ高効率に調整できる。
(8) A high frequency circuit is configured by including at least one active element and providing the impedance conversion circuit between at least one terminal of the active element and the input terminal and / or the output terminal.
Thereby, the frequency characteristic adjustment of the high frequency circuit can be adjusted with high accuracy and high efficiency.
(9)入力端子または出力端子と能動素子との間に接続されるインピーダンス変換回路のインピーダンス変換特性調整方法であって、
前記インピーダンス変換回路に、第1・第2のオープンスタブと、前記第1のオープンスタブの接続点と前記第2のオープンスタブの接続点との間に直列に接続された線路またはインダクタンス素子である回路素子と、を設け、
前記第1・第2のオープンスタブのうち一方のオープンスタブの接続点からみたインピーダンスが、スミスチャートの中心とショート点とを直径とする円内に入るように、前記第1・第2のオープンスタブの長さおよび回路素子の定数・サイズを定める(スタブをトリミングすることにより)可逆調整が可能になる。
(9) A method for adjusting impedance conversion characteristics of an impedance conversion circuit connected between an input terminal or an output terminal and an active element,
A line or an inductance element connected in series between the first and second open stubs and a connection point of the first open stub and a connection point of the second open stub to the impedance conversion circuit. A circuit element,
The first and second open stubs are arranged so that the impedance viewed from the connection point of one of the first and second open stubs falls within a circle whose diameter is the center of the Smith chart and the short point. The length of the stub and the constant / size of the circuit element are determined (by trimming the stub), thereby enabling reversible adjustment.
この発明によれば、オープンスタブのカットという簡易な方法により、周波数特性の可逆調整が可能になる。また、所望の周波数特性を備えた高周波回路を効率よく得ることができる。 According to the present invention, the frequency characteristic can be reversibly adjusted by a simple method of cutting an open stub. In addition, a high-frequency circuit having desired frequency characteristics can be obtained efficiently.
《第1の実施形態》
第1の実施形態に係るインピーダンス変換回路及びそのインピーダンス変換特性の調整方法について図2〜図5を参照して説明する。
図4(A)はインピーダンス変換回路30の回路図である。このインピーダンス変換回路30は、第1のオープンスタブ(以下単にスタブという。)ST1の接続点と第2のスタブST2の接続点との間に、この発明に係る「回路素子」に相当する線路SL1が直列に接続されてπ型に構成されている。
<< First Embodiment >>
The impedance conversion circuit according to the first embodiment and the method for adjusting the impedance conversion characteristic will be described with reference to FIGS.
FIG. 4A is a circuit diagram of the
このインピーダンス変換回路30の第1のスタブST1、第2のスタブST2、及び線路SL1の長さを変化させたときの特性変化について順に説明する。
The characteristic changes when the lengths of the first stub ST1, the second stub ST2, and the line SL1 of the
図2は、線路SL1の線路長を0から1/4波長(以下波長をλで表す)まで変化させたときに、スミスチャート(一般的にはアドミッタンスチャートとインピーダンスチャートとを含めて表現する「イミッタンスチャート」と言うこともできる。この場合、アドミッタンスに着目したチャートであるので、以下「アドミッタンスチャート」という。)上でインピーダンスがどのように変化するかについて示す図である。 FIG. 2 shows a Smith chart (generally including an admittance chart and an impedance chart) when the line length of the line SL1 is changed from 0 to ¼ wavelength (hereinafter, the wavelength is represented by λ). It can also be referred to as an “immittance chart.” In this case, since it is a chart focusing on admittance, it is a diagram showing how the impedance changes in the following “admittance chart”).
図2(A)は、前記インピーダンス変換回路30のスタブST2の接続点から端子T1方向を見たインピーダンスZaについて示している。
FIG. 2A shows the impedance Za as seen from the connection point of the stub ST2 of the
図2(B)(C)は、線路SL1の線路長を0からλ/4まで変化させたときに、アドミッタンスチャート上でインピーダンスがどのように変化するかを表している。 2B and 2C show how the impedance changes on the admittance chart when the line length of the line SL1 is changed from 0 to λ / 4.
図2(B)に示した例では、回路の両端を50Ωの終端器Z1,Z2で終端させている。スタブST1は、特性インピーダンスZc=50Ω、長さL=λ/8で固定し、線路SL1は幅W=0.42mmとし、長さLを0からλ/4まで変化させる。 In the example shown in FIG. 2B, both ends of the circuit are terminated by 50Ω terminators Z1 and Z2. The stub ST1 is fixed with a characteristic impedance Zc = 50Ω and a length L = λ / 8, the line SL1 has a width W = 0.42 mm, and the length L is changed from 0 to λ / 4.
線路SL1の長さL=0のとき、図2(A)に示した破線から右側を見た周波数24GHzでのインピーダンスZaは、図2(C)において点P0で表される。 When the length L of the line SL1 is 0, the impedance Za at a frequency of 24 GHz viewed from the broken line shown in FIG. 2A is represented by a point P0 in FIG.
線路SL1の長さLを順次長くしていくと、図2(C)において矢印で示すように点が移動し、線路SL1の長さLがλ/8のとき上記インピーダンスは点P1で表される。線路SL1の長さLがλ/4のとき上記インピーダンスは点P2で表される。線路SL1の長さは、伝搬する信号の位相のみを変化させるので、このインピーダンス軌跡はアドミッタンスチャートの中心Oを中心とする円弧である。 When the length L of the line SL1 is sequentially increased, the point moves as shown by an arrow in FIG. 2C, and when the length L of the line SL1 is λ / 8, the impedance is represented by the point P1. The When the length L of the line SL1 is λ / 4, the impedance is represented by a point P2. Since the length of the line SL1 changes only the phase of the propagating signal, this impedance locus is an arc centered on the center O of the admittance chart.
図3は、スタブST1の長さLをλ/4から0にまで変化させたときに、アドミッタンスチャート上でインピーダンスがどのように変化するかについて示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing how the impedance changes on the admittance chart when the length L of the stub ST1 is changed from λ / 4 to 0.
図3(A)は、図2(A)と同様に前記インピーダンス変換回路30のスタブST2の接続点から端子T1方向を見たインピーダンスZaについて示している。
FIG. 3A shows the impedance Za as seen from the connection point of the stub ST2 of the
図3(B)(C)は、スタブST2の長さをλ/4から0まで変化させたときに、アドミッタンスチャート上でインピーダンスがどのように変化するかを表している。 3B and 3C show how the impedance changes on the admittance chart when the length of the stub ST2 is changed from λ / 4 to 0. FIG.
図3(B)に示すように、このとき線路SL1の長さLは24GHz帯においてλ/8に固定している。スタブST1の長さL=λ/4のとき、前記インピーダンスZaは図3(C)において点P2で表される。スタブST1の長さL=λ/8のとき、インピーダンスZaは図3(C)において点P1で表される。さらにST1の長さL=0とすれば、インピーダンスZaは点P0で表される。 As shown in FIG. 3B, at this time, the length L of the line SL1 is fixed to λ / 8 in the 24 GHz band. When the length L of the stub ST1 = λ / 4, the impedance Za is represented by a point P2 in FIG. When the length L of the stub ST1 is L = λ / 8, the impedance Za is represented by a point P1 in FIG. Further, assuming that the length L of ST1 is 0, the impedance Za is represented by a point P0.
このようなインピーダンス軌跡は、スタブST1の長さの変化による等コンダクタンス円上の軌跡を、線路SL1の長さに相当する位相分回転させたものとなる。 Such an impedance locus is obtained by rotating a locus on an isoconductance circle caused by a change in the length of the stub ST1 by a phase corresponding to the length of the line SL1.
図4は、インピーダンス変換回路30のスタブST1,ST2の長さによってインピーダンスがどのように変化するかを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing how the impedance changes depending on the length of the stubs ST1 and ST2 of the
図4(A)は、インピーダンス変換回路30のスタブST2を含めた破線から右側を見たインピーダンスZbについて示している。
4A shows the impedance Zb when the right side is viewed from the broken line including the stub ST2 of the
図4(B)(C)は、スタブST1の長さをλ/4から0まで変化させ、スタブST2の長さをλ/8から0まで変化させたときに、アドミッタンスチャート上でインピーダンスがどのように変化するかを表している。 FIGS. 4B and 4C show the impedance on the admittance chart when the length of the stub ST1 is changed from λ / 4 to 0 and the length of the stub ST2 is changed from λ / 8 to 0. How it changes.
図4(B)に示すように、線路SL1の長さはL24GHz帯においてλ/8で固定し、スタブST1,ST2の長さLをλ/4から0までの範囲でそれぞれ変化させる。 As shown in FIG. 4B, the length of the line SL1 is fixed at λ / 8 in the L24 GHz band, and the length L of the stubs ST1 and ST2 is changed in the range from λ / 4 to 0, respectively.
スタブST1の長さがλ/4、スタブST2の長さがλ/8であるとき、インピーダンスZbは図4(C)において点P20で表される。スタブST1の長さをλ/4としたままスタブST2の長さを短くすると、インピーダンスZbは等コンダクタンス円上を反時計回りに移動し、スタブST2の長さを0にまで短くしたとき、インピーダンスZbは図4(C)において点P2で表される。 When the length of the stub ST1 is λ / 4 and the length of the stub ST2 is λ / 8, the impedance Zb is represented by a point P20 in FIG. When the length of the stub ST2 is shortened while the length of the stub ST1 is λ / 4, the impedance Zb moves counterclockwise on the isoconductance circle, and when the length of the stub ST2 is shortened to 0, the impedance Zb is represented by a point P2 in FIG.
また、スタブST1の長さがλ/8で、スタブST2の長さがλ/8のときインピーダンスZbは図4(C)において点P10で表される。スタブST1の長さがλ/8のままスタブST2の長さを0にすると、インピーダンスZbは図4(C)において点P1で示される位置へ移動する。 When the length of the stub ST1 is λ / 8 and the length of the stub ST2 is λ / 8, the impedance Zb is represented by a point P10 in FIG. 4C. When the length of the stub ST2 is set to 0 while the length of the stub ST1 is λ / 8, the impedance Zb moves to a position indicated by a point P1 in FIG.
また、スタブST1の長さが0であり、スタブST2の長さがλ/8のとき、インピーダンスZbは図4(C)において点P00で表される。スタブST1の長さが0のままスタブST2の長さを0まで短くすると、インピーダンスZbは図4(C)において点P0まで移動する。 When the length of the stub ST1 is 0 and the length of the stub ST2 is λ / 8, the impedance Zb is represented by a point P00 in FIG. If the length of the stub ST2 is shortened to 0 while the length of the stub ST1 is 0, the impedance Zb moves to a point P0 in FIG.
このように、スタブST2の長さを短くすると、図4(C)において矢印A2で代表して示すようにインピーダンスZbは等コンダクタンス円上を反時計回りに回る。 As described above, when the length of the stub ST2 is shortened, the impedance Zb rotates counterclockwise on the equiconductance circle as shown by the arrow A2 in FIG. 4C.
また、スタブST1の長さを短くすると、インピーダンスZbは図4(C)において代表する矢印A1で示す方向に移動する。したがって図中破線の特に楕円で示す領域では、スタブST1,ST2のトリミングによってインピーダンスは互いに略反対方向に変化することになる。 Further, when the length of the stub ST1 is shortened, the impedance Zb moves in a direction indicated by an arrow A1 represented in FIG. Therefore, in the region indicated by a broken line, particularly an ellipse, the impedances change in substantially opposite directions due to the trimming of the stubs ST1 and ST2.
図5は上記インピーダンスの調整を可逆的に行える範囲について示している。オープンスタブST2の接続点からみたインピーダンスはスタブST1,ST2のトリミングによって移動するが、このインピーダンスの軌跡を見れば明らかなように、アドミッタンスチャートの中心Oとショート点Sとを結ぶ線を直径とする円Cの中に、オープンスタブST2の接続点からみたインピーダンスが入れば、インピーダンス変換の特性調整を可逆的に行える。したがって、オープンスタブST2の接続点からみたインピーダンスが、上記円Cの中に入るようにスタブST1,ST2の長さおよび線路SL1の定数・サイズを定めればよい。 FIG. 5 shows the range in which the impedance can be adjusted reversibly. The impedance viewed from the connection point of the open stub ST2 moves due to the trimming of the stubs ST1 and ST2. As is apparent from the locus of the impedance, the line connecting the center O of the admittance chart and the short point S is the diameter. If the impedance viewed from the connection point of the open stub ST2 is included in the circle C, the impedance conversion characteristic adjustment can be performed reversibly. Therefore, the length of the stubs ST1 and ST2 and the constant and size of the line SL1 may be determined so that the impedance viewed from the connection point of the open stub ST2 falls within the circle C.
より好ましくは、端子T1に接続される回路のインピーダンスより低くなり、かつ略純抵抗になるように第1のスタブST1、第2のスタブST2の長さ、及び線路SL1の定数・サイズを定める。これにより、2つのオープンスタブをカットした際のインピーダンスの軌跡がほぼ反対方向となるので、理想的な可逆調整が可能になる。 More preferably, the length of the first stub ST1 and the second stub ST2 and the constant and size of the line SL1 are determined so as to be lower than the impedance of the circuit connected to the terminal T1 and to have a substantially pure resistance. Thereby, since the locus | trajectory of the impedance at the time of cutting two open stubs becomes a reverse direction, ideal reversible adjustment is attained.
具体的には、第1のスタブST1、第2のスタブST2を容量性とすれば、端子T1に接続される回路のインピーダンスより低くすることが簡易に実現でき、線路SL1の長さを24GHz帯においてλ/8となるようにすれば、略純抵抗とすることができる。なお、第1のスタブST1、第2のスタブST2の長さをλ/4未満とすれば、オープンスタブ形成部の占有面積を小さくすることができる。 Specifically, if the first stub ST1 and the second stub ST2 are capacitive, it is possible to easily achieve an impedance lower than the impedance of the circuit connected to the terminal T1, and the length of the line SL1 is 24 GHz. In the case of λ / 8, substantially pure resistance can be obtained. If the lengths of the first stub ST1 and the second stub ST2 are less than λ / 4, the area occupied by the open stub forming portion can be reduced.
《第2の実施形態》
図6は第2の実施形態に係る高周波発振回路の回路図である。この高周波発振回路101は、共振回路1及び増幅(帰還)回路2とで構成されている。
<< Second Embodiment >>
FIG. 6 is a circuit diagram of a high-frequency oscillation circuit according to the second embodiment. The high-
共振回路1は、線路SL4、これに結合する誘電体共振器DR、及び誘電体共振器DRに結合する線路SL5を備えている。線路SL4の端部は抵抗R2で終端されている。線路SL5には可変容量ダイオードVDが接続され、そのバイアス回路として抵抗R3及び制御電圧入力端子Vcが設けられている。
The
増幅回路2は、能動素子であるFET Q1による増幅回路、インピーダンス変換回路30、及びアッテネータATを備えている。FET Q1のソースには帰還回路としての線路SL3が設けられている。ドレインには抵抗R1、オープンスタブST3、及び線路SL2、バイパスコンデンサC2からなるバイアス回路が接続されている。ドレインバイアス端子Vdにはドレインバイアス電圧が印加される。
The
インピーダンス変換回路30は第1の実施形態で示したものであり、第1のスタブST1、第2のスタブST2、及び線路SL1で構成されている。FET Q1のドレインからの出力信号は、インピーダンス変換回路30、DCカット用コンデンサC1、アッテネータATを経由して出力端子T1から出力される。
The
インピーダンス変換回路30は、FET Q1のドレインから見て、FET Q1のドレインから出力される信号の一部を透過させ、その他を共振回路1側へ反射させるために必要なインピーダンス(位相,反射強度)に見えるようにインピーダンスを変換する。すなわちこのインピーダンス変換回路30は高周波発振回路において反射と透過の調整を行う帰還回路又は出力回路と呼ぶこともできる。
The
図7は、図6に示したインピーダンス変換回路30の線路SL1の代わりにチップコンデンサを用いた例について示している。直流的には図7(A)に示すように、チップコンデンサCCは直流をカットするコンデンサとして作用し、自己共振周波数を超える高周波の領域では誘導性となり、図7(B)に示すように所定インダクタンスのインダクタンス素子L1として作用する。コンデンサの容量が十分に大きい場合には、このL1のもつ等価的なインダクタンス値は容量値によらず、ほぼチップサイズに依存する。
FIG. 7 shows an example in which a chip capacitor is used instead of the line SL1 of the
例えば0603(600μm×300μm)のチップコンデンサを用いれば、このチップコンデンサはプリント基板上で0.5nH程度の等価インダクタンス値を持つ。実装ランドとあわせ、0.8〜1.0mm程度の伝送線路と等価な役割を得ることができるため、10〜30GHz程度の高周波においては、2つのオープンスタブST1・ST2と、その間に設けた等価インダクタンスからなるπ型回路のインピーダンスは可逆調整可能な条件を満たす。さらに低い周波数ではチップコンデンサの両端に伝送線路を設けるか、またはチップサイズの大きいコンデンサを使用することにより、可逆調整可能な条件を適切に選択することができる。より高い周波数においては、より寄生インダクタンスの小さい0402(400μm×200μm)サイズのチップコンデンサなどを用いればよい。0402サイズのチップコンデンサであれば、40GHz〜50GHz程度まで使用できる。 For example, if a chip capacitor of 0603 (600 μm × 300 μm) is used, this chip capacitor has an equivalent inductance value of about 0.5 nH on the printed circuit board. In combination with the mounting land, an equivalent role to a transmission line of about 0.8 to 1.0 mm can be obtained, so at a high frequency of about 10 to 30 GHz, two open stubs ST1 and ST2 and an equivalent provided therebetween The impedance of the π-type circuit consisting of inductance satisfies the condition that allows reversible adjustment. At a lower frequency, by providing transmission lines at both ends of the chip capacitor or using a capacitor having a large chip size, it is possible to appropriately select a condition allowing reversible adjustment. At higher frequencies, a 0402 (400 μm × 200 μm) size chip capacitor having a smaller parasitic inductance may be used. A 0402 size chip capacitor can be used up to about 40 GHz to 50 GHz.
したがって、このようにインピーダンス変換回路30の線路SL1部分にチップコンデンサCCを用いれば、図6に示した直流カット用のコンデンサC1は不要となる。その分部品点数が削減でき、プリント基板が縮小化できる。
Therefore, if the chip capacitor CC is used in the line SL1 portion of the
《第3の実施形態》
図8は第3の実施形態に係る逓倍器の回路図である。この逓倍器102は、入力端子Taから入力される基本波を基に所定次数の高調波信号を発生し、出力端子Tbへ出力するものである。能動素子であるFET Q2のゲートと入力端子Taとの間に整合回路としてのインピーダンス変換回路31が設けられている。またFET Q2のドレインと出力端子Tbとの間に整合回路としてのインピーダンス変換回路32が設けられている。
<< Third Embodiment >>
FIG. 8 is a circuit diagram of a multiplier according to the third embodiment. The
インピーダンス変換回路31は、基本波の周波数で入力端子Ta側の回路のインピーダンスとFET Q1のゲート入力部のインピーダンスと整合させる。またインピーダンス変換回路32は、FET Q2のドレイン側のインピーダンスと出力端子Tbに接続される回路のインピーダンスとを整合させる。
The
インピーダンス整合回路31の出力部(FET Q2側)には高調波信号が入力端子Ta側へ透過しないように高調波反射用のオープンスタブST13が設けられている。またインピーダンス変換回路32の入力側(FET Q2側)には、基本波信号が出力端子Tb側へ透過しないように基本波反射用のオープンスタブST23が設けられている。
The output section (FET Q2 side) of the
ここで、高調波信号の整合を行うインピーダンス変換回路32の作用について図9を基に説明する。
図8に示したインピーダンス変換回路32のスタブST22の接続点から右側(出力端子Tb側を見たインピーダンスは、スタブST21,ST22のトリミングによって第1の実施形態で示したものと同様に変化する。図9において破線の楕円OA1及び矢印A1,A2はその動作を示している。
Here, the operation of the
The
図8において線路SL24は位相調整用線路である。この線路SL24の左側から出力端子Tb側を見たインピーダンスは、この線路SL24の位相分アドミッタンスチャート上を時計回りに回転する。図9において破線の楕円OA10及び矢印A11,A12はその様子を表している。 In FIG. 8, a line SL24 is a phase adjusting line. The impedance when the output terminal Tb side is viewed from the left side of the line SL24 rotates clockwise on the admittance chart for the phase of the line SL24. In FIG. 9, broken ellipses OA10 and arrows A11 and A12 represent such a state.
図9において、インピーダンス軌跡ZCは、周波数を変化させたときのFET Q2の出力反射特性S(2,2)を示している。ここでは、例としてマーカーM1で示した周波数での整合回路を考える。小信号設計において、FET Q2のドレインから右側を見たインピーダンスは、図9においてマーカーM2で示すように、M2に対して複素共役となるようにインピーダンス整合回路を設計するのが一般的である。図8に示したインピーダンス変換回路32においてスタブST21をトリミングすると、FET Q2のドレインから右側を見たインピーダンスは矢印A11方向に回転する。すなわち、より高い周波数で整合がとれる方向に移動する。一方、スタブST22をトリミングすると、矢印A12で示す方向に回転する。すなわち、より低い周波数で整合がとれる方向に移動することになる。このようにして本発明のインピーダンス変換回路を逓倍器の出力整合回路部に適用することによって、利得最大となる周波数を可逆的に調整可能となる。
In FIG. 9, the impedance locus ZC indicates the output reflection characteristic S (2, 2) of the FET Q2 when the frequency is changed. Here, a matching circuit at the frequency indicated by the marker M1 is considered as an example. In the small signal design, the impedance matching circuit is generally designed so that the impedance viewed from the drain of the FET Q2 is a complex conjugate with respect to M2, as indicated by a marker M2 in FIG. When the stub ST21 is trimmed in the
《第4の実施形態》
図10は第4の実施形態に係る混合器103の回路図である。この混合器103は、入力端子Tcから入力されるローカル信号LOと入力端子Tdから入力される高周波信号RFとをミキシングして、出力端子Teから中間周波信号IFを出力するものである。入力端子Tcと能動素子であるFET Q3のゲートまでの経路にインピーダンス整合回路としてのインピーダンス変換回路33が設けられている。また入力端子TdとFET Q3のドレインまでの経路にインピーダンス整合回路としてのインピーダンス変換回路34が設けられている。
<< Fourth Embodiment >>
FIG. 10 is a circuit diagram of the
FET Q3のドレインには、線路SL42、SL43、スタブST43を含むバイアス回路が接続されると共に、コンデンサCoを介して中間周波信号IFを出力するように回路が構成されている。 A bias circuit including lines SL42 and SL43 and a stub ST43 is connected to the drain of the FET Q3, and a circuit is configured to output the intermediate frequency signal IF through the capacitor Co.
バイアス端子Vdにはドレインバイアス電圧、Vgにはゲートバイアス電圧がそれぞれ印加される。 A drain bias voltage is applied to the bias terminal Vd, and a gate bias voltage is applied to the Vg.
このように混合器103においても、インピーダンス変換回路33及び34は入力端子Tc,TdとFET Q3との間のインピーダンス整合をとる。その際、インピーダンス変換回路33はローカル信号LOの周波数に応じて入力レベルが変化し、インピーダンス変換回路34はRF信号の周波数に応じてその入力レベルが変化する。この2つのインピーダンス変換回路33,34の構成は第1の実施形態で示したものと同様であり、2つのスタブと線路をπ型に構成したものである。そのためインピーダンスの周波数特性が可逆的に調整でき、これらのインピーダンス変換回路33,34の周波数特性によって、混合器としての周波数変換利得の周波数特性が可逆的に調整可能となる。
Thus, also in the
《第5の実施形態》
図11は第5の実施形態に係る分配器104の回路図である。この分配器104は入力端子Tfからの入力信号を分配して出力端子Tg,Thへ出力するものである。
<< Fifth Embodiment >>
FIG. 11 is a circuit diagram of the
能動素子であるFET Q4,Q5は分配された信号をそれぞれ増幅し、そのドレイン出力の信号をインピーダンス変換回路35,36を介してそれぞれ出力する。この2つのインピーダンス変換回路35,36の構成は第1の実施形態で示したものと同様であり、2つのスタブと線路をπ型に構成したものである。そのためインピーダンスの周波数特性が可逆的に調整でき、これらのインピーダンス変換回路35,36の周波数特性に応じて、周波数に対する分配特性が可逆的に調整できることになる。
FETs Q4 and Q5, which are active elements, amplify the distributed signals, respectively, and output drain output signals via
1…共振回路
2…増幅回路
30〜36…インピーダンス変換回路
100,101…高周波発振回路
102…逓倍器
103…混合器
104…分配器
AT…アッテネータ
SL1…線路
ST1,ST21,ST31,ST41,ST51,ST61…第1のオープンスタブ
ST2,ST22,ST32,ST42,ST52,ST62…第2のオープンスタブ
ST3,ST13,ST23,ST43…オープンスタブ
T1,T2…端子
Z1,Z2…終端器
Q1…FET
DESCRIPTION OF
Claims (9)
第1・第2のオープンスタブと、
前記第1のオープンスタブの接続点と前記第2のオープンスタブの接続点との間に直列に接続された線路またはインダクタンス素子である回路素子と、を備え、
前記第1・第2のオープンスタブのうち一方のオープンスタブの接続点からみたインピーダンスが、スミスチャートの中心とショート点とを直径とする円内に入るように、前記第1・第2のオープンスタブの長さおよび回路素子の定数・サイズを定めたことを特徴とするインピーダンス変換回路。 An impedance conversion circuit connected between an input terminal or an output terminal and an active element,
First and second open stubs;
A circuit element that is a line or an inductance element connected in series between a connection point of the first open stub and a connection point of the second open stub,
The first and second open stubs are arranged such that the impedance viewed from the connection point of one of the first and second open stubs falls within a circle whose diameter is the center of the Smith chart and the short point. An impedance conversion circuit characterized in that a stub length and circuit element constant / size are defined.
請求項1〜7のいずれかに記載のインピーダンス変換回路を、前記能動素子の少なくとも1つの端子と前記入力端子及び/又は前記出力端子との間に設けたことを特徴とする高周波回路。 Comprising at least one active element,
A high-frequency circuit comprising the impedance conversion circuit according to claim 1 provided between at least one terminal of the active element and the input terminal and / or the output terminal.
前記インピーダンス変換回路に、第1・第2のオープンスタブと、前記第1のオープンスタブの接続点と前記第2のオープンスタブの接続点との間に直列に接続された線路またはインダクタンス素子である回路素子と、を設け、
前記第1・第2のオープンスタブのうち一方のオープンスタブの接続点からみたインピーダンスが、スミスチャートの中心とショート点とを直径とする円内に入るように、前記第1・第2のオープンスタブの長さおよび回路素子の定数・サイズを定めることを特徴とするインピーダンス変換回路のインピーダンス変換特性調整方法。 An impedance conversion characteristic adjustment method for an impedance conversion circuit connected between an input terminal or an output terminal and an active element,
A line or an inductance element connected in series between the first and second open stubs and a connection point of the first open stub and a connection point of the second open stub to the impedance conversion circuit. A circuit element,
The first and second open stubs are arranged so that the impedance viewed from the connection point of one of the first and second open stubs falls within a circle whose diameter is the center of the Smith chart and the short point. A method for adjusting impedance conversion characteristics of an impedance conversion circuit, characterized by determining a length of a stub and a constant / size of a circuit element.
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JP5543024B2 (en) * | 2011-05-25 | 2014-07-09 | 三菱電機株式会社 | High efficiency active circuit |
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- 2008-04-30 JP JP2008118067A patent/JP2009268004A/en active Pending
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