JP2653088B2 - Frequency multiplier - Google Patents

Frequency multiplier

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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 マイクロ波,準ミリ波帯の送受信機の,例えばローカ
ル信号源として使用する周波数逓倍器に関し、 広い周波数範囲にわたって交換損失が少なく,且つ出
力信号のD/Uを大きくすることを目的とし、基本周波数
で逓倍素子と信号源とのインピーダンス整合を取る入力
側整合器と,非線形特性を有する該逓倍素子と,希望逓
倍周波数で該逓倍素子と負荷とのインピーダンス整合を
取る出力側整合器とを有する周波数逓倍器において、該
出力側整合器の出力のうち、該希望逓倍周波数成分を通
過させ、該希望逓倍周波数以外の周波数成分を反射させ
るが、入力側線路の開放端位置を移動して、反射成分の
位相調整を可能にした帯域通過形フィルタを設け、位相
調整による帯域通過形フィルタのインピーダンス変化
を、該出力側整合器で補正する様に構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] The present invention relates to a frequency multiplier used as a local signal source of a transceiver in a microwave or quasi-millimeter wave band, for example, which has a small exchange loss over a wide frequency range and a D / U of an output signal. Input matching device for impedance matching between the multiplier and the signal source at the fundamental frequency, the multiplier having non-linear characteristics, and impedance matching between the multiplier and the load at the desired frequency. In the frequency multiplier having an output-side matching device, the desired-multiplied frequency component of the output of the output-side matching device is passed, and a frequency component other than the desired multiplied frequency is reflected. By moving the open end position and providing a band-pass filter that enables phase adjustment of the reflected component, the impedance change of the band-pass filter due to the phase adjustment Constructed as to be corrected by the output side matching device.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明はマイクロ波,準ミリ波帯の送受信機の,例え
ばローカル信号源として使用する周波数逓倍器に関する
ものである。
The present invention relates to a frequency multiplier used as a local signal source in a transceiver in a microwave or quasi-millimeter wave band.

例えば、周波数が高く,且つ高安定なローカル信号源
を得る手段として低い周波数の発振器出力を周波数逓倍
する方法があるが、低次の逓倍,特に2逓倍の場合には
非線形素子としてバラクタダイオードよりも,入出力整
合器の調整が容易な電界効果トランジスタ(以下,FETと
省略する)等の3端子素子を用いることが多い。
For example, as a means of obtaining a local signal source having a high frequency and high stability, there is a method of multiplying the frequency of a low-frequency oscillator output. In addition, a three-terminal element such as a field-effect transistor (hereinafter abbreviated as FET) for easily adjusting an input / output matching device is often used.

この時、周波数逓倍器としては広い周波数範囲にわた
って変換損失が少なく,且つ出力信号のD/Uが大きいこ
とが必要である。
At this time, it is necessary for the frequency multiplier to have a small conversion loss over a wide frequency range and a large D / U of the output signal.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第3図はFET周波数逓倍器の動作説明図を示す。 FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the FET frequency multiplier.

以下,逓倍次数は,例えば2として図により周波数逓
倍器の動作を説明する。
In the following, the operation of the frequency multiplier will be described with reference to the drawing, assuming that the multiplier order is 2, for example.

先ず、周波数f1(以下,f1と省略する)の信号が入力
側整合器1を介して、バイアス電圧が0,又はピンチオフ
に設定されたFET2に加えられるが、この時,入力側の反
射損失が最小になる様に入力側整合器1を調整する。
First, a signal having a frequency f 1 (hereinafter abbreviated as f 1 ) is applied to an FET 2 in which a bias voltage is set to 0 or pinch-off via an input-side matching device 1. The input matching device 1 is adjusted so that the loss is minimized.

次に、FET2の非直線性を利用して出力側f1成分,nf1
分等(nは正の整数)が得られるが、出力側整合器3を
用いて2f1で負荷とFET2との整合を取ると共に,中心周
波数が2f1の帯域通過形フィルタ4(以下,BPFと省略す
る)を用いることにより変換損失が小さく,D/U(希望信
号のレベル/不要信号のレベル)の大きい2f1成分が得
られる。
Next, nonlinearity utilized to output f 1 component of the FET2, (n is a positive integer) nf 1 component or the like but can be obtained, the load and the FET2 by 2f 1 using the output-side matching unit 3 with matching, bandpass type filter 4 of the center frequency 2f 1 (hereinafter abbreviated as BPF) small conversion loss by the use of, D / U large 2f (level level / unnecessary signal of the desired signal) One component is obtained.

第4図は従来例の構成図で,図中の符号の部分は第3
図の符号の部分を具体化したものの一例である。
FIG. 4 is a block diagram of a conventional example.
It is an example of a specific example of the reference numeral in the figure.

図に示す様に,第1のアルミナ基板11の上にはマイク
ロストリップラインで入力側整合器1,出力側整合器3と
が形成され、これら整合器の間にFET2が配置されてい
る。又、第2のアルミナ基板41の上には中心周波数が2f
1のBPF4が形成され,出力側整合器3とBPF4との間は導
線で接続されてFET周波数逓倍器を構成している。
As shown in the figure, an input side matching unit 1 and an output side matching unit 3 are formed on a first alumina substrate 11 by microstrip lines, and an FET 2 is arranged between these matching units. The center frequency is 2f on the second alumina substrate 41.
One BPF 4 is formed, and the output-side matching unit 3 and the BPF 4 are connected by a conductor to form an FET frequency multiplier.

そして、このFET周波数逓倍器にf1の信号が入力する
と,2f1成分が得られる。
When the signal f 1 is inputted to the FET frequency multiplier, 2f 1 ingredient.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

一般に、第3図に示す様なFETを用いた周波数逓倍器
ではBPF4で反射され,FETに戻されるf1成分,即ち基本周
波数成分の振幅及び位相が交換損失に大きく影響を与え
ることが特徴である。
In general, the frequency multiplier employing a FET such as illustrated in Figure 3 are reflected by the BPF 4, f 1 component is returned to the FET, that is, it is characterized that the fundamental frequency component amplitude and phase greatly affect the exchange loss is there.

そこで、交換損失を少なくする為には下記の事が必要
となる。即ち、 BPF4でf1成分を全反射させて,FETで再度,2逓倍させ
る。
Therefore, the following is necessary to reduce the exchange loss. That is, by total reflection of the f 1 component BPF 4, again FET, is doubled.

この時,FETに戻ってきた反射波の位相θを2f1成分
がより多くなる様に調整する。
In this case, adjusting the phase θ of the reflected wave that has returned to the FET as 2f 1 component is more.

しかし、第4図の構成では項は満足させることがで
きるが、反射位相が固定のために項を充分に満足させ
ることができない。
However, although the term can be satisfied in the configuration of FIG. 4, the term cannot be sufficiently satisfied because the reflection phase is fixed.

そこで、入出力側の整合器1,3を調整しても交換損失
をより少なくすることが困難であると云う問題がある。
Therefore, there is a problem that it is difficult to further reduce the exchange loss even if the matching devices 1 and 3 on the input and output sides are adjusted.

本発明は広い周波数範囲にわたって交換損失が少な
く,且つ出力信号のD/Uが大きくすることを目的とす
る。
An object of the present invention is to reduce the exchange loss over a wide frequency range and increase the D / U of an output signal.

〔課題を解決する為の手段〕[Means for solving the problem]

第1図は本発明の原理ブロック図を示す。 FIG. 1 is a block diagram showing the principle of the present invention.

図中、1は基本周波数で逓倍素子と信号源とのインピ
ーダンス整合を取る入力側整合器で、5は非線形特性を
有する逓倍素子である。
In the drawing, reference numeral 1 denotes an input-side matching device for performing impedance matching between a multiplier and a signal source at a fundamental frequency, and 5 denotes a multiplier having nonlinear characteristics.

又、3は希望逓倍周波数で該逓倍素子と負荷とのイン
ピーダンス整合を取る出力側整合器で、6は出力側整合
器の出力のうち、希望逓倍周波数成分を通過させ、希望
逓倍周波数以外の周波数成分を反射させるが、入力側線
路の開放端位置を移動して、反射成分の位相調整を可能
にした帯域通過形フィルタである。そして、位相調整に
よる帯域通過形フィルタのインピーダンス変化を該出力
側整合器で補正する様にした。
Reference numeral 3 denotes an output-side matching device for obtaining impedance matching between the multiplying element and the load at a desired multiplied frequency. This is a band-pass filter that reflects components but moves the open end position of the input-side line to adjust the phase of the reflected components. Then, the impedance change of the band-pass filter due to the phase adjustment is corrected by the output-side matching device.

〔作用〕[Action]

前記の様に逓倍素子5の出力側に現れた基本周波数成
分の一部は出力側整合器3でも反射されるが大部分は帯
域通過形フィルタ6で反射される。
As described above, a part of the fundamental frequency component appearing on the output side of the multiplier 5 is reflected by the output-side matching unit 3, but most of the fundamental frequency component is reflected by the band-pass filter 6.

この時、前記の様に、逓倍素子に戻される基本周波数
成分の振幅及び位相が変換損失に大きな影響を与えるの
で、逓倍素子5から帯域通過形フィルタ6までの位相長
θをある程度,微調整できる様にする必要がある。
At this time, as described above, since the amplitude and phase of the fundamental frequency component returned to the multiplier have a great effect on the conversion loss, the phase length θ from the multiplier 5 to the bandpass filter 6 can be finely adjusted to some extent. It is necessary to do.

ここで、反射の形態としてオープン点で反射させる場
合とショート点で反射させる場合の2通りがあるが,前
者の場合は反射点の移動が容易であるのに対して,後者
の場合には反射点の移動が困難である。そこで、本発明
では帯域通過形フィルタ6としで基本周波数成分の反射
点がオープン点である様なものを用い、この点の位置を
調整すると共に、この位置の調整(即ち、位相調整)よ
る帯域通過形フィルタのインピーダンス変化を、該出力
側整合器で補正することにより、より広い周波数範囲に
わたって変換損失が少なく,且つ出力信号のD/Uを大き
くすることができる。
Here, there are two types of reflection, that is, reflection at an open point and reflection at a short point. In the former case, the reflection point can be easily moved, whereas in the latter case, the reflection point can be easily reflected. Point movement is difficult. Therefore, in the present invention, a band-pass filter 6 is used in which the reflection point of the fundamental frequency component is an open point, and the position of this point is adjusted, and the band by adjusting this position (that is, phase adjustment) is adjusted. By correcting the impedance change of the pass filter by the output-side matching device, the conversion loss can be reduced over a wider frequency range and the D / U of the output signal can be increased.

〔実施例〕〔Example〕

第2図は本発明の実施例の構成図を示す。 FIG. 2 shows a configuration diagram of an embodiment of the present invention.

尚、FET51は逓倍素子5の構成成分を示す。又、全図
を通じて同一符号は同一対象物を示す。
The FET 51 is a component of the multiplier 5. The same reference numerals indicate the same objects throughout the drawings.

以下、f1は基本周波数,2f1は希望逓倍周波数として,
第2図の動作,構成について説明する。
Below, f 1 is the fundamental frequency, 2f 1 is as desired multiplied frequency,
The operation and configuration of FIG. 2 will be described.

先ず、入力側整合器1,出力側整合器3,BPF6はフローグ
ラスやアルミナセラミック等の同一基板上にマイクロス
トリップラインで形成され,入力側整合器1と出力側整
合器3との間にFET51が配置されている。
First, the input-side matching box 1, the output-side matching box 3, and the BPF 6 are formed by microstrip lines on the same substrate such as flow glass or alumina ceramic, and a FET 51 is provided between the input-side matching box 1 and the output-side matching box 3. Is arranged.

ここで、BPF6は,例えば特性インピーダンス50Ωで2f
1成分のみを抽出する様になっていているので、f1成分
は線路61のオープン点aで全反射して出力側整合器3を
通ってFET51に戻る。そこで、線路61を,例えば矢印の
様に短くすると,FET51に戻るf1成分の位相を調整でき
る。
Here, BPF6 is, for example, 2f
Since only one component is extracted, the f 1 component is totally reflected at the open point a of the line 61 and returns to the FET 51 through the output-side matching device 3. Therefore, the line 61, for example, shortened as an arrow, can be adjusted f 1 component of the phase back to FET 51.

尚、この調整によりBPF6のインピーダンスが変化する
が,この変化は出力側整合器3で2f1成分が最大になる
様にスタブ31,32の長さを可変して整合を取り直すこと
により、この変化を補償するが、この補償による反射位
相の変化及びa点の移動によるBPF6の通過特性の変化は
実用上問題にならない程度,小さいことが確かめられて
いる。例えば、基本周波数13GHzで希望逓倍周波数26GHz
4の場合、26GHzの出力が最大となる様に、a点を最良点
近傍に移動させることにより、1〜2dB程度の変換損失
が得られる。更に、出力側整合器3に設けてあるスタブ
31、32の長さを調整することにより変換損失を1d前後改
善できる。つまり、出力側整合器と帯域通過形フィルタ
の調整を行うことにより、変換損失が0〜1dB程度と低
くなる。
Although the impedance of BPF6 This adjustment is changed by the change take heart variable to match the length of the stub 31, 32 so as to 2f 1 component at the output matching unit 3 is maximum, the change It has been confirmed that the change in the reflection phase due to this compensation and the change in the passing characteristic of the BPF 6 due to the movement of the point a are small enough to cause no practical problem. For example, a fundamental frequency of 13 GHz and a desired multiplication frequency of 26 GHz
In the case of 4, a conversion loss of about 1 to 2 dB can be obtained by moving the point a to the vicinity of the best point so that the output of 26 GHz becomes maximum. Further, a stub provided in the output-side matching device 3
By adjusting the length of 31, 32, the conversion loss can be improved by about 1d. That is, by adjusting the output-side matching device and the band-pass filter, the conversion loss is reduced to about 0 to 1 dB.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳細に説明した様に本発明によれば広い周波数範
囲にわたって変換損失が少なく,且つ出力信号のD/Uを
大きくすることができると云う効果がある。
As described in detail above, according to the present invention, there is an effect that conversion loss is small over a wide frequency range and D / U of an output signal can be increased.

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

第1図は本発明の原理ブロックツ図、 第2図は本発明の実施例の構成図、 第3図はFET周波数逓倍器の動作説明図、 第4図は従来例の構成図を示す。 図において、 1は入力側整合器、 3は出力側整合器、 5は逓倍素子、 6は帯域通過形フィルタを示す。 FIG. 1 is a block diagram showing the principle of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of the present invention, FIG. In the figure, 1 is an input-side matching device, 3 is an output-side matching device, 5 is a multiplier, and 6 is a band-pass filter.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基本周波数で逓倍素子(5)と信号源との
インピーダンス整合をとる入力側整合器(1)と、非線
形特性を有する該逓倍素子(5)と、希望逓倍周波数で
該逓倍素子と負荷とのインピーダンス整合を取る出力側
整合器(3)とを有する周波数逓倍において、 該出力側整合器(3)の出力のうち該希望逓倍周波数成
分を通過させ、該希望逓倍周波数以外の周波数成分を反
射させるが、入力側線路の開放端位置を移動して、反射
成分の位相調整を可能にした帯域通過形フィルタ(6)
を設け、 位相調整による該帯域通過形フィルタのインピーダンス
変化を、該出力側整合器で補正する構成にしたことを特
徴とする周波数逓倍器。
An input-side matching device (1) for impedance matching between a multiplier element (5) and a signal source at a fundamental frequency, the multiplier element (5) having nonlinear characteristics, and the multiplier element at a desired frequency. And a load matching device (3) for impedance matching between the load and the load, wherein the frequency of the desired multiplied frequency component of the output of the output matching device (3) is passed and the frequency other than the desired multiplied frequency is passed. A band-pass filter that reflects the component but moves the open end of the input line to adjust the phase of the reflected component (6)
Wherein the output-side matching device corrects the impedance change of the band-pass filter due to the phase adjustment.
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