JP2016072755A - High-frequency rectifier - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、交流または高周波を高効率に直流に変換する高周波整流器に関するものである。 The present invention relates to a high frequency rectifier that converts alternating current or high frequency into direct current with high efficiency.
交流または高周波を直流に変換する高周波整流器として、シングルシャント型整流器がある（例えば、特許文献１を参照）。
シングルシャント型整流器は、例えば、アノードが接地（または、基準電位に接続）されているショットキーダイオードと、そのショットキーダイオードのカソードと信号源（または、受信アンテナ）との間に接続されている入力フィルタと、そのショットキーダイオードのカソードと負荷抵抗との間に接続されている出力フィルタとから構成されている。 この構成では、信号源から出力された高周波（ＲＦ）が入力フィルタを介してショットキーダイオードに入力されると、そのショットキーダイオードの非線形性によって高調波が生成される。
ショットキーダイオードの非線形性によって生成された高調波のうち、偶数次の電流が出力フィルタを構成しているキャパシタにより平滑化され、直流（ＤＣ）に変換される。
As a high-frequency rectifier that converts alternating current or high frequency into direct current, there is a single shunt rectifier (see, for example, Patent Document 1).
The single shunt rectifier is connected, for example, between a Schottky diode whose anode is grounded (or connected to a reference potential), and a cathode of the Schottky diode and a signal source (or receiving antenna). An input filter and an output filter connected between the cathode of the Schottky diode and a load resistor are included. In this configuration, when the high frequency (RF) output from the signal source is input to the Schottky diode via the input filter, a harmonic is generated by the non-linearity of the Schottky diode.
Of the harmonics generated by the nonlinearity of the Schottky diode, the even-order current is smoothed by the capacitor constituting the output filter and converted to direct current (DC).
シングルシャント型整流器において、ＲＦを高効率にＤＣに変換するには、整流器に入力されるＲＦ（所望の被整流周波数）の電力が反射されることなくショットキーダイオードに伝達され、ショットキーダイオードにより生じる高調波が再放射しないように閉じ込められ、ショットキーダイオードのカソードから見た入力フィルタと出力フィルタのインピーダンスが一定の条件を満足する必要がある。 In a single shunt rectifier, in order to convert RF into DC with high efficiency, the power of RF (desired frequency to be rectified) input to the rectifier is transmitted to the Schottky diode without being reflected by the Schottky diode. The generated harmonics are confined so as not to be re-radiated, and the impedance of the input filter and the output filter viewed from the cathode of the Schottky diode needs to satisfy a certain condition.
このシングルシャント型整流器では、出力フィルタを構成しているキャパシタが負荷抵抗と並列に接続され、その出力フィルタを構成している伝送線路（所望の被整流周波数で電気長が４分の１波長となる伝送線路）によって、そのキャパシタとショットキーダイオードが接続されている。さらに、入力部に整合回路と高調波フィルタとを備えている。 したがって、出力フィルタの入力インピーダンスが所望の被整流波の基本波及び奇数次高調波で開放となり、偶数次高調波で短絡となる高調波処理の条件を満足していれば、ショットキーダイオードに印加される高周波の電圧波形が矩形波に近づき、理論上、全波整流波形となり、ＲＦ−ＤＣ変換効率は１００％になる。 これにより、ＲＦが高効率に変換されたＤＣが負荷抵抗に供給されることになる。 In this single shunt type rectifier, the capacitor constituting the output filter is connected in parallel with the load resistor, and the transmission line constituting the output filter (the electrical length is a quarter wavelength at the desired rectified frequency). The capacitor and the Schottky diode are connected by a transmission line). Further, the input unit is provided with a matching circuit and a harmonic filter. Therefore, if the input impedance of the output filter satisfies the harmonic processing conditions that are open at the fundamental wave and odd harmonics of the desired rectified wave and short-circuited at even harmonics, it is applied to the Schottky diode. The high-frequency voltage waveform to be approximated to a rectangular wave, theoretically becomes a full-wave rectified waveform, and the RF-DC conversion efficiency is 100%. Thereby, DC in which RF is converted to high efficiency is supplied to the load resistor.
従来の高周波整流器は以上のように高効率なＲＦ−ＤＣ変換を得るために、出力フィルタの入力インピーダンスを基本波及び奇数次高調波において開放、偶数次高調波において短絡としていた。しかし、実装時には、通常、出力フィルタとショットキーダイオードとの間にワイヤなどによる直列のインダクタンス成分が生じてしまうため、このインダクタンス成分の影響で、ダイオードの一端において奇数次高調波で開放、偶数次高調波で短絡という条件を満足しなくなり、ＲＦ−ＤＣ変換効率が劣化してしまうという問題があった。
また、出力フィルタの入力インピーダンスを偶数次高調波で短絡とし、ショットキーダイオードの端面で偶数次高調波を短絡とすると、出力フィルタの入力端子において、偶数次高調波に近接した周波数で開放点が生じてしまう。そのため、僅かなずれで偶数次高調波で不要な並列共振が生じてしまい、所望の高調波処理が得られなくなる問題があった。
In order to obtain a high-efficiency RF-DC conversion as described above, the conventional high-frequency rectifier is configured such that the input impedance of the output filter is open at the fundamental wave and odd-order harmonics and short-circuited at even-order harmonics. However, when mounting, a series inductance component such as a wire is usually generated between the output filter and the Schottky diode. Therefore, due to the influence of this inductance component, the odd-order harmonic is opened at one end of the diode, and the even-order There is a problem that the condition of short circuit due to harmonics is not satisfied, and the RF-DC conversion efficiency is deteriorated.
Also, if the input impedance of the output filter is short-circuited with even-order harmonics and the even-order harmonics are short-circuited at the end face of the Schottky diode, an open point is formed at a frequency close to the even-order harmonics at the input terminal of the output filter. It will occur. For this reason, there is a problem that unnecessary parallel resonance occurs in even-order harmonics with a slight deviation, and desired harmonic processing cannot be obtained.
この発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、寄生のインダクタンス成分が生じても、被整流波を高効率に直流に変換することができるとともに、不要な並列共振を抑圧することができる高周波整流器を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Even if a parasitic inductance component is generated, the rectified wave can be converted into direct current with high efficiency and unnecessary parallel resonance can be suppressed. The object is to obtain a high-frequency rectifier that can be used.
この発明に係る高周波整流器は、一端が入力端子と接続されている伝送線路と、前記入力端子から入力された被整流波の高調波に対する短絡点を前記入力端子と前記伝送線路との間に形成して、前記高調波の通過を阻止する高調波短絡手段とからなる入力フィルタと、一端が前記伝送線路の他端と接続されているインダクタと、一端が前記インダクタの他端と接続され、他端が接地されているキャパシタと、一端が前記インダクタの他端と接続され、他端が接地又は高周波的に短絡されており、前記伝送線路を通過してきた被整流波の電力に応じて直流成分と高調波成分を生成する整流素子とからなる整流手段と、一端が前記インダクタの一端と接続され、他端が負荷と接続されており、前記整流素子により生成された直流成分を前記負荷に供給する出力フィルタとを備え、前記短絡点と前記整流素子との間の電気長を前記被整流波の基本波の周波数で９０度とし、前記出力フィルタの入力インピーダンスを、前記被整流波の基本波、偶数次高調波及び奇数次高調波において開放としたものである。 The high-frequency rectifier according to the present invention has a transmission line, one end of which is connected to the input terminal, and a short-circuit point between the input terminal and the transmission line for a harmonic of the rectified wave input from the input terminal. An input filter comprising a harmonic short-circuit means for blocking the passage of the harmonic, an inductor having one end connected to the other end of the transmission line, one end connected to the other end of the inductor, and the like A capacitor having one end grounded, one end connected to the other end of the inductor, the other end grounded or short-circuited in high frequency, and a direct current component according to the power of the rectified wave that has passed through the transmission line And a rectifying unit that generates a harmonic component, one end of which is connected to one end of the inductor, and the other end is connected to a load, and the DC component generated by the rectifying element is applied to the load. An output filter for supplying the output filter, the electrical length between the short-circuit point and the rectifying element is 90 degrees at the fundamental wave frequency of the rectified wave, and the input impedance of the output filter is the fundamental of the rectified wave Waves, even harmonics and odd harmonics are open.
この発明によれば、出力フィルタの入力インピーダンスが、被整流波の基本波、偶数次高調波及び奇数次高調波において開放となるように構成したので、寄生のインダクタンス成分が生じても、高調波短絡手段により形成される短絡点と整流素子との間の電気長が被整流波の基本波の周波数で９０度になっており、被整流波を高効率に直流に変換することができるとともに、不要な並列共振を抑圧することができる効果がある。 According to the present invention, since the input impedance of the output filter is configured to be open in the fundamental wave, the even harmonic, and the odd harmonic of the rectified wave, even if a parasitic inductance component occurs, the harmonic The electrical length between the short-circuit point formed by the short-circuit means and the rectifying element is 90 degrees at the fundamental wave frequency of the rectified wave, and the rectified wave can be converted into direct current with high efficiency. There is an effect that unnecessary parallel resonance can be suppressed.
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による高周波整流器を示す構成図である。
図１において、高周波整流器１は入力端子２から入力された被整流波を高効率に直流に変換して、その直流を負荷抵抗３に供給する整流器である。
入力フィルタ１１は伝送線路１２と高調波短絡手段１３から構成されており、入力端子２から入力された被整流波の基本波を通過させ、その被整流波の高調波の通過を阻止するフィルタである。
1 is a block diagram showing a high-frequency rectifier according to
In FIG. 1, a high-
The
入力フィルタ１１の伝送線路１２は被整流波の基本波の周波数ｆ１での電気長が９０度より短い線路であり、一端が入力端子２と接続されて、他端が入力フィルタ１１の出力端子１５と接続されている。
高調波短絡手段１３は入力端子２から入力された被整流波の高調波の通過を阻止するために、被整流波の偶数次高調波に対する短絡点と、被整流波の奇数次高調波に対する短絡点を同一の点（以下、この点を「短絡点１４」と称する）に形成している。
The
The harmonic short-circuit means 13 short-circuits the even-order harmonic of the rectified wave and the short-circuit to the odd-order harmonic of the rectified wave in order to block the passage of the harmonic of the rectified wave input from the
入力端子２０は整流手段２１の入力端子であり、入力フィルタ１１の出力端子１５と接続されている。
整流手段２１は直列インダクタ２２、並列キャパシタ２３及びダイオード２４から構成されているシングルシャント型整流器であり、ダイオード２４は接合容量２５と接合抵抗２６から構成されている。
整流手段２１の直列インダクタ２２は一端が整流手段２１の入力端子２０と接続されている。
並列キャパシタ２３は一端が直列インダクタ２２の他端と接続されて、他端が接地されている。
The
The rectifying
One end of the
The
ダイオード２４はカソード（一端）が直列インダクタ２２の他端と接続されて、アノード（他端）が接地又は高周波的に短絡されており、入力フィルタ１１の伝送線路１２を通過してきた被整流波の電力に応じて接合容量２５と接合抵抗２６が変化することでスイッチング動作を行って、直流成分と高調波成分を生成する整流素子である。
この実施の形態１では、伝送線路１２による位相特性と、直列インダクタ２２及び並列キャパシタ２３による位相特性とによって、短絡点１４とダイオード２４との間の電気長が被整流波の基本波の周波数ｆ１で９０度になっている。
The
In the first embodiment, the electrical length between the short-
出力フィルタ３０は一端が直列インダクタ２２の一端と接続され、他端が負荷抵抗３と接続されており、整流手段２１のダイオード２４により生成された整流波形を平滑化して、直流成分を負荷抵抗３に供給するフィルタである。
この実施の形態１では、出力フィルタ３０の入力インピーダンスが、被整流波の基本波（周波数ｆ１）、偶数次高調波（周波数ｆ２，ｆ４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ３，ｆ５，・・・）において開放になっている。
The
In the first embodiment, the input impedance of the
次に動作について説明する。
入力端子２から入力された所望の被整流波は、入力フィルタ１１を介して整流手段２１に伝達され、整流手段２１に備えられたダイオード２４に入力される。
Next, the operation will be described.
A desired rectified wave input from the
整流手段２１のダイオード２４は、被整流波が入力されると、その被整流波の電力に応じて接合容量２５と接合抵抗２６が変化することでスイッチング動作を行って、直流成分と高調波成分をもつ整流波形を生成する。
出力フィルタ３０は、その整流波形を平滑化して、直流成分を負荷抵抗３に供給する。
なお、出力フィルタ３０の入力インピーダンスが、被整流波の基本波（周波数ｆ１）、偶数次高調波（周波数ｆ２，ｆ４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ３，ｆ５，・・・）に対して開放であるため、被整流波の基本波（周波数ｆ１）、偶数次高調波（周波数ｆ２，ｆ４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ３，ｆ５，・・・）は、出力フィルタ３０に入力されず、負荷抵抗３に供給されない。
また、入力フィルタ１１の高調波短絡手段１３が、被整流波の高調波（偶数次高調波、奇数次高調波）に対する短絡点１４を形成しているため、ダイオード２４のスイッチング動作により生じた高調波（偶数次高調波、奇数次高調波）は入力端子２へ通過できず、再放射しない。
When the rectified wave is input, the
The
Note that the input impedance of the
Further, since the harmonic short-circuit means 13 of the
ここで、被整流波から負荷抵抗３に供給する直流への変換効率を高めるインピーダンス条件は、ダイオード２４のカソードにおいて、偶数次高調波に対しては短絡となり、かつ、奇数次高調波に対しては開放となることである。
この実施の形態１では、入力フィルタ１１の高調波短絡手段１３が、被整流波の高調波（偶数次高調波、奇数次高調波）に対する短絡点１４を形成し、被整流波の基本波の周波数ｆ１での電気長が９０度より短い伝送線路１２による位相特性と、直列インダクタ２２及び並列キャパシタ２３による位相特性とによって、短絡点１４からダイオード２４のカソードまでの電気長が被整流波の基本波の周波数ｆ１で９０度である。
このため、ダイオード２４のカソードにおいて、偶数次高調波に対しては短絡となり、かつ、奇数次高調波に対しては開放となるインピーダンス条件が得られるので、被整流波から高効率に直流に変換することができる。
Here, the impedance condition for increasing the conversion efficiency from the rectified wave to the direct current supplied to the load resistor 3 is a short circuit for the even-order harmonics and the odd-order harmonics at the cathode of the
In the first embodiment, the harmonic short-circuit means 13 of the
For this reason, an impedance condition is obtained at the cathode of the
また、出力フィルタ３０の入力インピーダンスは、被整流波の基本波（周波数ｆ１）、偶数次高調波（周波数ｆ２，ｆ４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ３，ｆ５，・・・）に対して開放であるため、上述したように、被整流波の基本波（周波数ｆ１）、偶数次高調波（周波数ｆ２，ｆ４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ３，ｆ５，・・・）が出力フィルタ３０に入力されない。このため、入力フィルタ１１、直列インダクタ２２及び並列キャパシタ２３による高調波処理に影響することなく、直流を取り出すことができる。
また、出力フィルタ３０の入力インピーダンスが偶数次高調波（周波数ｆ２，ｆ４，・・・）に対して開放であるため、偶数次高調波の近接周波数における短絡点によって生じる不要共振が抑圧される。
Further, the input impedance of the
In addition, since the input impedance of the
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、出力フィルタ３０の入力インピーダンスが、被整流波の基本波（周波数ｆ１）、偶数次高調波（周波数ｆ２，ｆ４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ３，ｆ５，・・・）に対して開放となるように構成したので、寄生のインダクタンス成分が生じても、高調波短絡手段１３により形成される短絡点１４とダイオード２４との間の電気長を被整流波の基本波の周波数ｆ１で９０度にして、ダイオード２４の一端におけるインピーダンス条件を偶数次高調波に対して短絡、かつ奇数次高調波に対して開放とすることができ、被整流波を高効率に直流に変換することができるとともに、不要な並列共振を抑圧することができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the first embodiment, the input impedance of the
即ち、短絡点１４とダイオード２４との間の電気長が被整流波の基本波の周波数ｆ１で９０度であるため、偶数次高調波（周波数ｆ２，ｆ４，・・・）においては反射位相が３６０度の倍数になり、奇数次高調波（周波数ｆ３，ｆ５，・・・）においては反射位相が１８０度の奇数倍になる。このため、出力フィルタ３０とダイオード２４との間に物理的または実装により寄生成分が生じる場合でも、ダイオード２４のカソードにおいて、偶数次高調波に対しては短絡、かつ、奇数次高調波に対しては開放となる所望のインピーダンス条件が自動的に得られるので、高いＲＦ−ＤＣ変換効率を得ることができる。
なお、直列インダクタ２２と並列キャパシタ２３は、集中定数として取り扱えるので、小型化を図ることができる。
また、並列キャパシタ２３は、ダイオード２４の接合容量２５の一部もしくは全てで代用しても良い。
また、入力端子２に被整流波の基本波に対して整合回路を備えても良いことは、当業者であれば自明のことである。
That is, since the electrical length between the short-
Since the
Further, the
It is obvious to those skilled in the art that the
実施の形態２．
上記実施の形態１では、入力インピーダンスが、被整流波の基本波（周波数ｆ１）、偶数次高調波（周波数ｆ２，ｆ４，・・・）及び奇数次高調波（周波数ｆ３，ｆ５，・・・）に対して開放である出力フィルタ３０を示したが、そのような出力フィルタ３０は、被整流波の基本波の周波数ｆ１で電気長が４分の１波長となる伝送線路（１次伝送線路）と、被整流波の基本波の周波数ｆ１で電気長が４分の１波長（または、９０度）となるオープンスタブ（１次オープンスタブ）と、被整流波の２ｎ次（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の高調波の周波数で電気長が４分の１波長となるＮ個の伝送線路（２ｎ次伝送線路）と、被整流波の２ｎ次（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の高調波の周波数で電気長が４分の１波長となるＮ個のオープンスタブ（２ｎ次オープンスタブ）とから構成することができる。
In the first embodiment, the input impedances are the fundamental wave (frequency f 1 ) of the rectified wave, the even-order harmonics (frequency f 2 , f 4 ,...), And the odd-order harmonics (frequency f 3 , f 5 ,...), The
図２はＮ＝３である場合の出力フィルタ３０の一例を示す構成図である。
図２において、伝送線路３１は一端が整流手段２１のインダクタの一端と接続され、被整流波の基本波の周波数ｆ１で電気長が４分の１波長となる１次伝送線路である。
伝送線路３２は一端が伝送線路３１の他端と接続され、被整流波の２次高調波の周波数ｆ２で電気長が４分の１波長となる２次伝送線路である。
伝送線路３３は一端が伝送線路３２の他端と接続され、被整流波の４次高調波の周波数ｆ４で電気長が４分の１波長となる４次伝送線路である。
伝送線路３４は一端が伝送線路３３の他端と接続され、被整流波の８次高調波の周波数ｆ８で電気長が４分の１波長となる８次伝送線路である。
図２の例では、Ｎ＝３個の伝送線路（２ｎ次伝送線路）は、ｎの値が小さい順に縦続に接続されており、ｎの値が１である伝送線路３２（２次伝送線路）の一端が伝送線路３１の他端と接続され、ｎの値が３である伝送線路３４（８次伝送線路）の他端が負荷抵抗３と接続されている。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of the
In FIG. 2, the
The
The
The
In the example of FIG. 2, N = 3 transmission lines (2 n-th order transmission lines) are connected in cascade in ascending order of the value of n, and the transmission line 32 (secondary transmission line) where the value of n is 1 ) Is connected to the other end of the
オープンスタブ３５は伝送線路３１の他端と接続され、被整流波の基本波の周波数ｆ１で電気長が４分の１波長となる１次オープンスタブである。
オープンスタブ３６は伝送線路３２の他端と接続され、被整流波の２次高調波の周波数ｆ２で電気長が４分の１波長となる２次オープンスタブである。
オープンスタブ３７は伝送線路３３の他端と接続され、被整流波の４次高調波の周波数ｆ４で電気長が４分の１波長となる４次オープンスタブである。
オープンスタブ３８は伝送線路３４の他端と接続され、被整流波の８次高調波の周波数ｆ８で電気長が４分の１波長となる８次オープンスタブである。
図２の例では、Ｎ＝３個のオープンスタブ（２ｎ次オープンスタブ）は、ｎの値が同じ２ｎ次伝送線路の他端と接続されている。
The
The
The
In the example of FIG. 2, N = 3 open stubs (2 n order open stubs) are connected to the other end of the 2 n order transmission line having the same value of n .
次に動作について説明する。
出力フィルタ３０は、オープンスタブ３５を備えているため、被整流波の基本波及び奇数次高調波に対しては、伝送線路３１と伝送線路３２の接続点で短絡となる。このため、伝送線路３２より負荷抵抗３側の回路は等価的に見えておらず、伝送線路３１によってインピーダンスが反転して、その入力インピーダンスが開放となる。
一方、偶数次高調波である２次高調波、４次高調波及び８次高調波に対しては、２次高調波、４次高調波及び８次高調波に対応するオープンスタブ３６，３７，３８を備えているため、オープンスタブ３６，３７，３８の接続点で短絡となる。このため、２次高調波は、伝送線路３３より負荷抵抗３側の回路が等価的に見えず、４次高調波は、伝送線路３４より負荷抵抗３側の回路が等価的に見えず、８次高調波は、オープンスタブ３８の接続点より負荷抵抗３側の回路が等価的に見えない。
また、２次高調波においてはオープンスタブ３５が開放となり、４次高調波においてはオープンスタブ３５，３６が開放となり、８次高調波においてはオープンスタブ３５，３６，３７が開放となるため等価的に見えず、出力フィルタ３０の入力インピーダンスは、２次高調波、４次高調波及び８次高調波において開放となる。
Next, the operation will be described.
Since the
On the other hand, for the second harmonic, the fourth harmonic and the eighth harmonic which are even harmonics, the
In addition, the
なお、６次高調波においてはオープンスタブ３６により、その接続点で短絡となり、オープンスタブ３５が開放であるため、出力フィルタ３０の入力インピーダンスは開放となる。
上述から分かるように、出力フィルタ３０の入力インピーダンスが高調波において開放になることは、（２ｎ−１）次の高調波まで同様に成立する。
したがって、図２の出力フィルタ３０は、１５次高調波までの偶数次開放手段が備えられ、低次の偶数次開放手段は、高次の偶数次開放手段に影響を与えずに構成され、容易に１５次高調波までの入力インピーダンスを開放とすることができる。
In the sixth harmonic, the
As can be seen from the above, the fact that the input impedance of the
Therefore, the
この実施の形態２では、出力フィルタ３０が図２のように構成されているものを示したが、図３に示すように、出力フィルタ３０の出力端子に平滑コンデンサ３９を接続するようにしてもよい。
また、オープンスタブ３８と平滑コンデンサ３９との間に任意の伝送線路が接続されていてもよい。
In the second embodiment, the
An arbitrary transmission line may be connected between the
図２の出力フィルタ３０では、１５次高調波までが開放となるが、高いＲＦ−ＤＣ変換効率を得るために最も重要な高調波は２次高調波と３次高調波であるため、図４に示すように、Ｎ＝１であってもよい。
この場合、入力フィルタ１１の高調波短絡手段１３は、図５に示すように、被整流波の２次高調波の周波数ｆ２で電気長が４分の１波長となるオープンスタブ４１（第１のオープンスタブ）と、被整流波の３次高調波の周波数ｆ３で電気長が４分の１波長となるオープンスタブ４２（第２のオープンスタブ）とから構成されてもよい。
ただし、この場合、ダイオード２４のカソードで、２次高調波は短絡となり、かつ、３次高調波は開放となるが、４次以上の高調波は不定である。よって、高調波短絡手段１３によって、高次までの短絡点を形成する場合には、例えば、該当周波数で４分の１波長となるオープンスタブをオープンスタブ４１，４２と並列に接続するようにすればよい。
In the
In this case, as shown in FIG. 5, the harmonic short-circuit means 13 of the
However, in this case, the second harmonic is short-circuited at the cathode of the
上記実施の形態１と同様に、並列キャパシタ２３が直列インダクタ２２の他端と接続されているものを示したが、ダイオード２４の接合容量２５、または、接合容量２５の一部を並列キャパシタ２３として利用するようにしてもよい。
Although the
直列インダクタ２２のインダクタンスＬと、並列キャパシタ２３のキャパシタンスＣとについては、例えば、下記の式（１）に示すように、伝送線路１２の特性インピーダンスＺｃに応じて決定されるようにしてもよい。
また、上記実施の形態１と同様に、高周波整流器において入力整合をとるようにしてもよいことは言うまでもない。
また、上記実施の形態１，２で記述している全ての伝送線路（伝送線路１２，３１〜３４）及び全てのオープンスタブ（オープンスタブ３５〜３８，４１，４２）は、高周波を伝搬するものであればよく、例えば、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレナー線路、導波管などで構成される。あるいは、これらの組み合わせで構成される。
また、特性インピーダンスを調整することや、線路形状をステップ型として小型化することなどは設計事項であり、本発明に含まれる。
Needless to say, input matching may be performed in the high-frequency rectifier as in the first embodiment.
Further, all the transmission lines (
Further, adjusting the characteristic impedance and miniaturizing the line shape as a step type are design matters and are included in the present invention.
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３による高周波整流器を示す構成図であり、図６において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
入力フィルタ５０は伝送線路１２と高調波短絡手段５１から構成されており、入力端子２から入力された被整流波の基本波を通過させ、その被整流波の高調波の通過を阻止するフィルタである。
入力フィルタ５０の高調波短絡手段５１は入力端子２から入力された被整流波の高調波の通過を阻止するため、図１の高調波短絡手段１３と同様に、被整流波の偶数次高調波に対する短絡点と、被整流波の奇数次高調波に対する短絡点を同一の点（短絡点１４）に形成している。
ただし、高調波短絡手段５１の一端は入力端子２と接続され、他端は負荷抵抗３と接続され、短絡点１４からみた高調波短絡手段５１の入力インピーダンスは、被整流波の基本波の周波数ｆ１に対して開放である。
Embodiment 3 FIG.
6 is a block diagram showing a high-frequency rectifier according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 6, the same reference numerals as those in FIG.
The
Since the harmonic short-circuit means 51 of the
However, one end of the harmonic short-circuit means 51 is connected to the
次に動作について説明する。
入力端子２から入力された所望の被整流波は、入力フィルタ５０を介して整流手段２１に伝達され、整流手段２１に備えられたダイオード２４に入力される。
Next, the operation will be described.
A desired rectified wave input from the
整流手段２１のダイオード２４は、被整流波が入力されると、その被整流波の電力に応じて接合容量２５と接合抵抗２６が変化することでスイッチング動作を行って、直流成分と高調波成分をもつ整流波形を生成する。
入力フィルタ５０の高調波短絡手段５１は、その整流波形を平滑化して、直流成分を負荷抵抗３に供給する。
なお、入力フィルタ５０の高調波短絡手段５１が、被整流波の高調波（偶数次高調波、奇数次高調波）に対する短絡点１４を形成しているため、ダイオード２４のスイッチング動作により生じた高調波（偶数次高調波、奇数次高調波）は入力端子２へ通過できず、再放射しない。
また、実施の形態１または２に示した出力フィルタ３０を備えていないため、不要な共振はさらに生じにくくなる。
When the rectified wave is input, the
The harmonic short-circuit means 51 of the
Since the harmonic short-circuit means 51 of the
Further, since the
ここで、被整流波から負荷抵抗３に供給する直流への変換効率を高めるインピーダンス条件は、ダイオード２４のカソードにおいて、偶数次高調波に対しては短絡となり、かつ、奇数次高調波に対しては開放となることである。
この実施の形態３では、入力フィルタ５０の高調波短絡手段５１が、被整流波の高調波（偶数次高調波、奇数次高調波）に対する短絡点１４を形成し、被整流波の基本波の周波数ｆ１での電気長が９０度より短い伝送線路１２による位相特性と、直列インダクタ２２及び並列キャパシタ２３による位相特性とによって、短絡点１４からダイオード２４のカソードまでの電気長が被整流波の基本波の周波数ｆ１で９０度である。
このため、ダイオード２４のカソードにおいて、偶数次高調波に対しては短絡となり、かつ、奇数次高調波に対しては開放となるインピーダンス条件が得られるので、被整流波から高効率に直流に変換することができる。
Here, the impedance condition for increasing the conversion efficiency from the rectified wave to the direct current supplied to the load resistor 3 is a short circuit for the even-order harmonics and the odd-order harmonics at the cathode of the
In the third embodiment, the harmonic short-circuit means 51 of the
For this reason, an impedance condition is obtained at the cathode of the
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、実施の形態１または２に示した出力フィルタ３０を備えずに、短絡点１４からみた高調波短絡手段５１の入力インピーダンスが被整流波の基本波の周波数ｆ１において開放となるように構成したので、寄生のインダクタンス成分が生じても、高調波短絡手段５１により形成される短絡点１４とダイオード２４との間の電気長を被整流波の基本波の周波数ｆ１で９０度にして、ダイオード２４の一端におけるインピーダンス条件を偶数次高調波に対して短絡、かつ奇数次高調波に対して開放とすることができ、被整流波を高効率に直流に変換することができるとともに、不要な並列共振を抑圧することができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the third embodiment, the input impedance of the harmonic short-circuit means 51 viewed from the short-
即ち、短絡点１４とダイオード２４との間の電気長が被整流波の基本波の周波数ｆ１で９０度であるため、偶数次高調波（周波数ｆ２，ｆ４，・・・）においては反射位相が３６０度の倍数になり、奇数次高調波（周波数ｆ３，ｆ５，・・・）においては反射位相が１８０度の奇数倍になる。このため、整流手段２１の入力端子２０とダイオード２４との間に物理的または実装により寄生成分が生じていても、ダイオード２４のカソードにおいて、偶数次高調波に対しては短絡、かつ、奇数次高調波に対しては開放となる所望のインピーダンス条件が自動的に得られるので、高いＲＦ−ＤＣ変換効率を得ることができる。
また、直列インダクタ２２と並列キャパシタ２３は、集中定数として取り扱えるので、小型化を図ることができる。
また、並列キャパシタ２３は、ダイオード２４の接合容量２５の一部もしくは全てで代用しても良い。
また、入力端子２に被整流波の基本波に対して整合回路を備えても良いことは、当業者であれば自明のことである。
That is, since the electrical length between the short-
Further, since the
Further, the
It is obvious to those skilled in the art that the
また、高調波短絡手段５１の入力インピーダンスが、被整流波の基本波の周波数ｆ１に対しては開放であり、ダイオード２４により生成された直流成分が高調波短絡手段５１を介して負荷抵抗３に供給されるため、上記実施の形態１，２で示すような出力フィルタ３０が不要になり、小型化を図ることができる効果を奏する。
出力フィルタ３０を備えていないため、近接周波数における短絡点によって生じる不要共振の問題が解消される効果を奏する。また、高調波短絡手段５１の入力インピーダンスが被整流波の基本波の周波数ｆ１に対して開放であるため、高調波短絡手段５１による整流器の入力インピーダンスへの影響が小さく、入力された被整流波がダイオード２４に効率よく伝達される効果や簡易に整合がとれる効果を奏する。
Further, the input impedance of the harmonic short-circuit means 51 is open to the fundamental wave frequency f 1 of the rectified wave, and the DC component generated by the
Since the
実施の形態４．
上記実施の形態３では、入力フィルタ５０の高調波短絡手段５１が、被整流波の高調波（偶数次高調波、奇数次高調波）に対する短絡点１４を形成して、その被整流波の高調波の通過を阻止しているものを示したが、高効率を得るために最も重要な高調波は２次高調波と３次高調波であるため、入力フィルタ５０の高調波短絡手段５１が、被整流波の２次高調波と３次高調波の通過を阻止するようにしてもよい。
In the third embodiment, the harmonic short-circuit means 51 of the
図７はこの発明の実施の形態４による高周波整流器の高調波短絡手段５１の一例を示す構成図である。
図７において、オープンスタブ６１は入力端子２と接続され、被整流波の３次高調波の周波数ｆ３で電気長が４分の１波長（または、９０度）となる第１のオープンスタブである。
伝送線路６２は一端が入力端子２と接続され、被整流波の３次高調波の周波数ｆ３で電気長が２分の１波長となる第１の伝送線路である。
伝送線路６３は一端が伝送線路６２の他端と接続され、他端が負荷抵抗３と接続されており、被整流波の３次高調波の周波数ｆ３で電気長が４分の１波長となる第２の伝送線路である。
オープンスタブ６４は伝送線路６２の他端と接続され、被整流波の基本波の周波数ｆ１で電気長が４分の１波長となる第２のオープンスタブである。
キャパシタ６５は一端が伝送線路６３の他端と接続され、他端が接地されている。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of the harmonic short-circuit means 51 of the high-frequency rectifier according to
In FIG. 7, an
The
One end of the
The
One end of the
次に動作について説明する。
高調波短絡手段５１は、オープンスタブ６４を備えているため、伝送線路６２の他端が基本波及び奇数次高調波で短絡であり、オープンスタブ６１と伝送線路６２で形成される回路が、被整流波の基本波及び奇数次高調波（３次高調波を除く）で並列共振する。
したがって、被整流波の基本波及び奇数次高調波（３次高調波を除く）に対する高調波短絡手段５１の入力インピーダンスが開放となる。
３次高調波においては、オープンスタブ６１のために高調波短絡手段５１の入力インピーダンスが短絡となる。
Next, the operation will be described.
Since the harmonic short-circuit means 51 includes an
Therefore, the input impedance of the harmonic short-circuit means 51 for the fundamental wave and odd-numbered harmonics (excluding the third harmonic) of the rectified wave is opened.
In the third harmonic, because of the
偶数次高調波においては、オープンスタブ６４が開放であるため、入力端子２とキャパシタ６５の一端は、伝送線路６２と伝送線路６３とによる全長、つまり被整流波の基本波の周波数ｆ１で電気長が４分の１波長となる伝送線路で接続されていることになる。したがって、伝送線路６３の他端はキャパシタ６５によって短絡であるため、偶数次高調波に対する高調波短絡手段５１の入力インピーダンスは短絡となる。
よって、図７に示す高調波短絡手段５１の入力インピーダンスは、被整流波の基本波で開放となり、３次高調波及び偶数次高調波で短絡となり、４次高調波まで考慮された高調波短絡手段５１が構成される。
In the even-order harmonics, the
Therefore, the input impedance of the harmonic short-circuit means 51 shown in FIG. 7 is opened at the fundamental wave of the rectified wave, short-circuited at the third-order harmonic and even-order harmonic, and the harmonic short-circuit considering the fourth-order harmonic. A means 51 is configured.
図７の高調波短絡手段５１では、キャパシタ６５が伝送線路６３の他端と接続されているものを示したが、４次高調波までの考慮であれば、図８に示すように、キャパシタ６５の代わりに、被整流波の２次高調波の周波数ｆ２で電気長が４分の１波長となるオープンスタブ６６と、被整流波の４次高調波の周波数ｆ４で電気長が４分の１波長となるオープンスタブ６７とを伝送線路６３の他端に接続するようにしてもよい。
また、図９に示すように、キャパシタ６５を残して、平滑コンデンサとして利用するようにしてもよい。その際、伝送線路６３とキャパシタ６５の間に任意の伝送線路６８を接続するようにしてもよい。
In the harmonic short-circuit means 51 of FIG. 7, the
Further, as shown in FIG. 9, the
高効率を得るために最も重要な高調波は２次高調波と３次高調波であるため、図１０に示すように、キャパシタ６５の代わりに、被整流波の２次高調波の周波数ｆ２で電気長が４分の１波長となるオープンスタブ６６を伝送線路６３の他端に接続して、３次高調波まで考慮された高調波短絡手段５１を構成するようにしてもよい。また、図９と同様に、キャパシタ６５を残して、平滑コンデンサとして利用するようにしてもよい。
Since the most important harmonics for obtaining high efficiency are the second harmonic and the third harmonic, the frequency f 2 of the second harmonic of the rectified wave is used instead of the
高調波短絡手段５１による高調波短絡点を５次以上の奇数次高調波で得る場合は、例えば、図１１に示すように、該当周波数（ここでは５次と７次）で電気長が４分の１波長となるオープンスタブ６９，７０をオープンスタブ６１と並列に接続し、被整流波の基本波の周波数ｆ１での４分の１波長と該当周波数での４分の１波長との差分と等しい電気長を有するショートスタブ７１，７２（ただし、直流的には開放）を接続するようにすればよい。
オープンスタブ６９とショートスタブ７１による並列回路と、オープンスタブ７０とショートスタブ７２による並列回路は、それぞれ基本波で並列共振するため、基本波のインピーダンスに影響を与えず、５次高調波及び７次高調波に関しては高調波短絡点において短絡となる。
When the harmonic short-circuiting point by the harmonic short-circuit means 51 is obtained as an odd-order harmonic of the fifth or higher order, for example, as shown in FIG. 11, the electrical length is 4 minutes at the corresponding frequency (here, the fifth and seventh orders). Are connected in parallel with the
Since the parallel circuit composed of the
上記実施の形態３と同様に、並列キャパシタ２３が直列インダクタ２２の他端と接続されているものを示したが、ダイオード２４の接合容量２５、または、接合容量２５の一部を並列キャパシタ２３として利用するようにしてもよい。
Although the
直列インダクタ２２のインダクタンスＬと、並列キャパシタ２３のキャパシタンスＣとについては、例えば、下記の式（２）に示すように、伝送線路１２の特性インピーダンスＺｃに応じて決定されるようにしてもよい。
また、上記実施の形態３と同様に、高周波整流器において入力整合をとるようにしてもよいことは言うまでもない。
また、上記実施の形態３，４で記述している全ての伝送線路及び全てのオープンスタブは、高周波を伝搬するものであればよく、例えば、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレナー線路、導波管などで構成される。あるいは、これらの組み合わせで構成される。
また、特性インピーダンスを調整することや、線路形状をステップ型として小型化することなどは設計事項であり、本発明に含まれる。
Needless to say, input matching may be performed in the high-frequency rectifier as in the third embodiment.
Further, all the transmission lines and all the open stubs described in the third and fourth embodiments are only required to propagate a high frequency. For example, a microstrip line, a strip line, a coplanar line, a waveguide Etc. Or it is comprised by these combination.
Further, adjusting the characteristic impedance and miniaturizing the line shape as a step type are design matters and are included in the present invention.
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
１ 高周波整流器、２ 入力端子、３ 負荷抵抗、１１ 入力フィルタ、１２ 伝送線路、１３ 高調波短絡手段、１４ 短絡点、１５ 入力フィルタの出力端子、２０ 整流手段の入力端子、２１ 整流手段、２２ 直列インダクタ、２３ 並列キャパシタ、２４ ダイオード（整流素子）、２５ 接合容量、２６ 接合抵抗、３０ 出力フィルタ、３１ 伝送線路（１次伝送線路）、３２ 伝送線路（２次伝送線路）、３３ 伝送線路（４次伝送線路）、３４ 伝送線路（８次伝送線路）、３５ オープンスタブ（１次オープンスタブ）、３６ オープンスタブ（２次オープンスタブ）、３７ オープンスタブ（４次オープンスタブ）、３８ オープンスタブ（８次オープンスタブ）、３９ 平滑コンデンサ、４１ オープンスタブ（第１のオープンスタブ）、４２ オープンスタブ（第２のオープンスタブ）、５０ 入力フィルタ、５１ 高調波短絡手段、６１ オープンスタブ（第１のオープンスタブ）、６２ 伝送線路（第１の伝送線路）、６３ 伝送線路（第２の伝送線路）、６４ オープンスタブ（第２のオープンスタブ）、６５ キャパシタ、６６，６７ オープンスタブ、６８ 伝送線路、６９，７０ オープンスタブ、７１，７２ ショートスタブ。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
一端が前記伝送線路の他端と接続されているインダクタと、一端が前記インダクタの他端と接続され、他端が接地されているキャパシタと、一端が前記インダクタの他端と接続され、他端が接地又は高周波的に短絡されており、前記伝送線路を通過してきた被整流波の電力に応じて直流成分と高調波成分を生成する整流素子とからなる整流手段と、
一端が前記インダクタの一端と接続され、他端が負荷と接続されており、前記整流素子により生成された直流成分を前記負荷に供給する出力フィルタとを備え、
前記短絡点と前記整流素子との間の電気長が前記被整流波の基本波の周波数で９０度になっており、前記出力フィルタの入力インピーダンスが、前記被整流波の基本波、偶数次高調波及び奇数次高調波において開放になっていることを特徴とする高周波整流器。 A transmission line having one end connected to the input terminal, and a short-circuit point for the harmonic of the rectified wave input from the input terminal is formed between the input terminal and the transmission line, so that the harmonic passes therethrough. An input filter comprising harmonic short-circuit means for preventing
One end connected to the other end of the transmission line, one end connected to the other end of the inductor, the other end connected to the ground, one end connected to the other end of the inductor, the other end Rectifying means comprising a rectifying element that is short-circuited to ground or high frequency and generates a direct current component and a harmonic component in accordance with the power of the rectified wave that has passed through the transmission line;
One end is connected to one end of the inductor, the other end is connected to a load, and includes an output filter that supplies a DC component generated by the rectifying element to the load,
The electrical length between the short-circuit point and the rectifying element is 90 degrees at the fundamental wave frequency of the rectified wave, and the input impedance of the output filter is the fundamental wave of the rectified wave, even harmonics A high-frequency rectifier characterized by being open to waves and odd harmonics.
前記伝送線路による位相特性と、前記インダクタ及び前記キャパシタによる位相特性とによって、前記短絡点と前記整流素子との間の電気長が前記被整流波の基本波の周波数で９０度になっていることを特徴とする請求項１記載の高周波整流器。 The electrical length of the transmission line at the fundamental wave frequency of the rectified wave is shorter than 90 degrees,
Due to the phase characteristic due to the transmission line and the phase characteristic due to the inductor and the capacitor, the electrical length between the short-circuit point and the rectifier element is 90 degrees at the fundamental wave frequency of the rectified wave. The high-frequency rectifier according to claim 1.
一端が前記インダクタの一端と接続され、前記被整流波の基本波の周波数で電気長が４分の１波長となる１次伝送線路と、
前記１次伝送線路の他端と接続され、前記被整流波の基本波の周波数で電気長が４分の１波長となる１次オープンスタブと、
前記被整流波の２ｎ次（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の高調波の周波数で電気長が４分の１波長となるＮ個の２ｎ次伝送線路と、
前記被整流波の２ｎ次（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の高調波の周波数で電気長が４分の１波長となるＮ個の２ｎ次オープンスタブとを備え、
前記Ｎ個の２ｎ次伝送線路は、ｎの値が小さい順に縦続に接続されており、ｎの値が１である２ｎ次伝送線路の一端が前記１次伝送線路の他端と接続され、ｎの値がＮである２ｎ次伝送線路の他端が前記負荷と接続されており、
前記Ｎ個の２ｎ次オープンスタブは、ｎの値が同じ前記２ｎ次伝送線路の他端と接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波整流器。 The output filter is
A primary transmission line having one end connected to one end of the inductor and having an electrical length of a quarter wavelength at the frequency of the fundamental wave of the rectified wave;
A primary open stub connected to the other end of the primary transmission line and having an electrical length of a quarter wavelength at the frequency of the fundamental wave of the rectified wave;
N number of 2 n order transmission lines whose electrical length is a quarter wavelength at the frequency of the 2 n order (n = 1, 2,..., N) harmonics of the rectified wave;
The 2 n following the rectification wave (n = 1,2, ···, N ) and a N number of 2 n following the open stub electrical length is a quarter wavelength at the frequency of the harmonics,
The N 2 n- order transmission lines are connected in cascade in ascending order of the value of n, and one end of the 2 n- order transmission line whose n value is 1 is connected to the other end of the primary transmission line. , The other end of the 2 n order transmission line having a value of n is connected to the load,
3. The high-frequency rectifier according to claim 1, wherein the N number of 2 n-th order open stubs are connected to the other end of the 2 n-th order transmission line having the same value of n . 4.
一端が前記伝送線路の他端と接続されているインダクタと、一端が前記インダクタの他端と接続され、他端が接地されているキャパシタと、一端が前記インダクタの他端と接続され、他端が接地又は高周波的に短絡されており、前記伝送線路を通過してきた被整流波の電力に応じて直流成分と高調波成分を生成する整流素子とからなる整流手段とを備え、
前記短絡点と前記整流素子との間の電気長が前記被整流波の基本波の周波数で９０度になっており、前記高調波短絡手段の入力インピーダンスが、前記被整流波の基本波において開放になっており、前記整流素子により生成された直流成分が前記高調波短絡手段を介して負荷に供給されることを特徴とする高周波整流器。 A transmission line having one end connected to the input terminal, and a short-circuit point for the harmonic of the rectified wave input from the input terminal is formed between the input terminal and the transmission line, so that the harmonic passes therethrough. An input filter comprising harmonic short-circuit means for preventing
One end connected to the other end of the transmission line, one end connected to the other end of the inductor, the other end connected to the ground, one end connected to the other end of the inductor, the other end Rectifying means comprising a rectifying element that generates a direct current component and a harmonic component according to the power of the rectified wave that has passed through the transmission line, and is short-circuited at ground or at a high frequency,
The electrical length between the short-circuit point and the rectifying element is 90 degrees at the fundamental wave frequency of the rectified wave, and the input impedance of the harmonic short-circuit means is open in the fundamental wave of the rectified wave. A high frequency rectifier, wherein a direct current component generated by the rectifying element is supplied to a load via the harmonic short-circuit means.
前記伝送線路による位相特性と、前記インダクタ及び前記キャパシタによる位相特性とによって、前記短絡点と前記整流素子との間の電気長が前記被整流波の基本波の周波数で９０度になっていることを特徴とする請求項５記載の高周波整流器。 The electrical length of the transmission line at the fundamental wave frequency of the rectified wave is shorter than 90 degrees,
Due to the phase characteristic due to the transmission line and the phase characteristic due to the inductor and the capacitor, the electrical length between the short-circuit point and the rectifier element is 90 degrees at the fundamental wave frequency of the rectified wave. The high-frequency rectifier according to claim 5.
前記入力端子と接続され、前記被整流波の３次高調波の周波数で電気長が４分の１波長となる第１のオープンスタブと、
一端が前記入力端子と接続され、前記被整流波の３次高調波の周波数で電気長が２分の１波長となる第１の伝送線路と、
一端が前記第１の伝送線路の他端と接続され、前記被整流波の３次高調波の周波数で電気長が４分の１波長となる第２の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の他端と接続され、前記被整流波の基本波の周波数で電気長が４分の１波長となる第２のオープンスタブとを備え、
前記第２の伝送線路の他端が少なくとも２次高調波で短絡され、かつ、前記高調波短絡手段の出力端子が前記負荷と接続されていることを特徴とする請求項７記載の高周波整流器。 The harmonic short-circuit means is
A first open stub connected to the input terminal and having an electrical length of a quarter wavelength at a frequency of a third harmonic of the rectified wave;
A first transmission line having one end connected to the input terminal and having an electrical length of one-half wavelength at the third harmonic frequency of the rectified wave;
A second transmission line having one end connected to the other end of the first transmission line and having an electrical length of a quarter wavelength at the third harmonic frequency of the rectified wave;
A second open stub connected to the other end of the first transmission line and having an electrical length of a quarter wavelength at the frequency of the fundamental wave of the rectified wave;
8. The high-frequency rectifier according to claim 7, wherein the other end of the second transmission line is short-circuited by at least a second harmonic, and an output terminal of the harmonic short-circuit means is connected to the load.
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