JP3852603B2

JP3852603B2 - 周波数イコライザ

Info

Publication number: JP3852603B2
Application number: JP2003082331A
Authority: JP
Inventors: 清春清野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: JP2004289749A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はマイクロ波帯のレーダあるいは通信装置に使用され、増幅器、ミクサ等の振幅周波数特性を改善するための周波数イコライザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の衛星放送用のマイクロ波増幅器整合回路においては、ミキサー部のバイアス回路とＩＦ増幅部の利得周波数補償回路が必要だが、この方法では基板占有面積が大きく、又、部品点数の削減も行えず、コスト削減が容易ではなかったので、ミキサー部とＩＦ増幅部の段間に、ＩＦ信号の利得周波数特性を補償する吸収型フィルタを設置し、バイアス回路と利得周波数補償回路の機能を、単一の回路で共有する構造とすることにより解決したことは開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１８３７７３号公報（段落番号（０００６）、第1図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の周波数イコライザでは損失の周波数特性が右上がり、凸形およ右下がりの特性を有するため、増幅器、ミクサ等の振幅周波数特性として右下がり、凹形および右上がりのものについて補償ができる。
しかし、一般の増幅器、ミクサ等では凸形の振幅周波数特性を持つものが多く、この場合、従来の周波数イコライザでは補償できない課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、従来の周波数イコライザの損失の周波数特性の他に、凹形の特性も兼ね備えた周波数イコライザを得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明による周波数イコライザは、増幅器、ミクサ等の振幅周波数特性を改善するための周波数イコライザにおいて、マイクロ波信号が伝搬する主線路と接地間に設け、抵抗と伝送線路とインダクタとが直列に順次接続した直列回路と、伝送線路とインダクタとの間に接続された先端開放線路とを具備し、伝送線路と先端開放線路の電気長が所望の周波数帯で１／４波長よりも短く設定したものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は一般的な増幅器の利得の周波数特性および周波数イコライザの応用例を示す図であり、１は増幅器、２は周波数イコライザ、３はイコライザの入力端子、４はイコライザの入力端子、５はイコライザの出力端子である。
【０００８】
図１(ａ)は一般的な増幅器の利得の周波数特性の一例を示す図である。
通常、増幅器は周波数に対して平坦な利得特性が得られるように設計されるが、出力電力、歪、雑音指数等の利得以外を優先して設計する場合がある。また、MMIC増幅器においては半導体、整合素子等の製造バラツキにより、利得の周波数特性にバラツキが生じてしまう。このような場合、必ずしも平坦な利得特性が得られず、この図に示すように右下がりの利得特性になってしまう場合がある。
【０００９】
図１(ｂ)はこのような特性を補償するために用いる周波数イコライザの応用例を示す図である。
増幅器１の出力段に、振幅周波数特性を改善するための周波数イコライザ２がしばしば用いられる。この場合、増幅器の入力端子から入射したマイクロ波信号は順次増幅器入力端子３、増幅器１、イコライザの入力端子３、周波数イコライザ２を通り、イコライザの出力端子５から出力される。
従って、周波数イコライザ２の損失の周波数特性として、増幅器１の利得の周波数特性を補償するようなものであれば、全体として平坦な利得特性を得ることができる。
【００１０】
実施の形態１．
図２は実施の形態１の周波数イコライザの構成および斜視図を示す図であり、６は主線路、７は抵抗、１１は伝送線路、１２はインダクタ、１３は先端開放線路であり、４、５は図１と同じものである。
【００１１】
図２（ａ）は実施の形態１の周波数イコライザの構成を示す図である。
この周波数イコライザは主線路６と接地間に抵抗７と伝送線路１１とインダクタ１２との直列回路を設け、この直列回路の伝送線路１１とインダクタ１２との間に先端開放線路１３を接続したものである。
【００１２】
図２（ｂ）は実施の形態１の周波数イコライザの斜視図を示す図である。
アルミナ基板などの誘電体基板１４上に主線路６、抵抗７、伝送線路１１および先端開放線路１３がマイクロ波集積回路技術を用いて一体形成されている。また、インダクタ１２は伝送線路１１の一端を側面メタライズあるいは金リボン等で接地することにより実現している。
【００１３】
これらの伝送線路１１および先端開放線路１３の電気長は所望の周波数ｆ０で１／４波長よりもやや短く選ばれており、また、インダクタ１２はｆ０で伝送線路１１および先端開放線路１３を含む回路として直列共振するような値に選ばれている。
【００１４】
図３はこの発明の周波数イコライザの損失の周波数特性を示す図である。
ｆ０よりも低い周波数ｆ１ではインダクタ１２と先端開放線路１３との並列回路は等価的にインダクタとなるため、伝送線路１３の先端はこのインダクタを介して接地されたことになる。
【００１５】
従って、伝送線路１１の電気長が等価的にｆ１で１／４波長線路と見なすことができ、主線路６から抵抗７側を見たインピーダンスは非常に高くなるため損失は小さくなる。
【００１６】
また、ｆ０ではインダクタ１２と先端開放線路１３との並列回路は等価的にキャパシタと見なすことができ、このキャパシタと伝送線路１１に起因するインダクタとが直列共振するため、主線路６から抵抗７側を見たインピーダンスは抵抗７の値に等しくなる。このため、インピーダンスは低くなり、損失は増加する。
【００１７】
さらに、ｆ０よりも高い周波数ｆ２では先端開放線路１３により伝送線路１１の先端が高周波的に接地され、また、伝送線路１１の電気長がｆ２で１／４波長に近づくため、主線路６から抵抗７側をみたインピーダンスは非常に高くなる。このため損失は小さくなる。
【００１８】
このようにこの発明の周波数イコライザでは損失が右上がりするA部、凸形を示すB部、右下がりするC部の他に、凹形を示すD部の特性が同時に得られる。この周波数イコライザにおいても従来のものと同様、A部、B部の損失の傾きおよびC部、D部の形は抵抗７に依存し、抵抗値が高いほど緩やかになる。
【００１９】
次に動作原理について説明する。
この発明の周波数イコライザ２を図１（ｂ）のように増幅器１の出力側に接続することにより、増幅器の利得に周波数特性があってもこのイコライザ２で補償することができ、イコライザ入力端子３から入射したマイクロ波信号を増幅し、イコライザの出力端子５からほぼ同レベルの信号を出力させることができる。
なお、このイコライザ２は増幅器１の入力側に接続しても同様に平坦な利得特性が得られる。
【００２０】
以上のように、この発明の周波数イコライザ２では凹形の損失特性も兼ね備えているため、従来の周波数イコライザ２では補償することができなかった凸形の利得特性を持つ増幅器１の補償もできる利点がある。
なお、上記実施例では増幅器の利得の周波数特性が変化しない場合に有効な周波数イコライザについて述べた。
【００２１】
しかし、図４に示すように増幅器の利得の周波数特性は温度により変化する場合がある。一般に温度が高くなると増幅器を構成する半導体の位相が遅れるため、等価的に電気長が長くなったように見える。このため、利得が最大となる周波数が低い方にずれ、逆に低温では高い方にずれる場合がある。この場合、所要帯域では図に示すように高温では右下がり、低温では右上がりの利得の周波数特性となる。
【００２２】
以上によれば、マイクロ波信号が伝搬する主線路６と接地間に、抵抗７と伝送線路１１とインダクタ１２との直列回路を設け、この直列回路の伝送線路１１とインダクタ１２との間に先端開放線路１３を接続することにより、従来の周波数イコライザ２では補償できなかった凸形の振幅の周波数特性をもつ増幅器１、ミクサ等の補償もできる効果がある。以下、増幅器１の利得の周波数特性が温度で変化する場合に有効な周波数イコライザ２について述べる。
【００２３】
実施の形態２．
図５は実施の形態２の周波数イコライザの構成および損失の周波数特性を示す図であり、１５はキャパシタであり、４、５は図１と同じ、６、７、１１〜１３は図２と同じものである。
【００２４】
図５（ａ）は実施の形態２の周波数イコライザの構成を示す図である。
この周波数イコライザ２は実施の形態１で示した周波数イコライザの先端開放線路１３に、温度が高くなるに従いキャパシタンスが増加するようなキャパシタ１５を直列接続したものである。
【００２５】
この場合、先端開放線路１３の電気長はキャパシタ１５の影響により、等価的に短縮されたように見える。このため、常温において実施の形態１のもと電気的に等しくするため、実施の形態１よりもやや長く選ばれている。従って、この発明の周波数イコライザ２に用いた先端開放線路１３の電気長は実施の形態１のものに比べ、等価的に低温ではキャパシタ１５のキャパシタンスが小さくなるため短く、常温では等しく、また、高温では逆に長くなる。
【００２６】
図５（ｂ）は実施の形態２の周波数イコライザの損失の周波数特性を示すものである。ここでは凹形の特性が得られるｆ０近傍のみ示している。低温において、先端開放線路１３の電気長は等価的に短くなるため、伝送線路１１およびインダクタ１２を含む回路の直列共振周波数はｆ０よりも高い方にずれる。このため、損失が最大となる周波数は高い方にずれることになる。また、高温においては逆に低いほうにずれる。
【００２７】
従って、所要帯域における損失の傾きは低温で右下がり、高温では右上がりの特性が得られる。この場合でも所望の抵抗７を選ぶことにより、増幅器１の利得の傾きに応じて損失の傾きを設定できる。
【００２８】
以上のように、この発明の周波数イコライザ２を増幅器１の利得の周波数特性の補償に使用することにより、図４のように増幅器１の利得の傾きが高温で右下がり、低温で右上がりするような場合であっても、図５（ｂ）に示すように、これらの傾きを補償するような損失の傾きが得られ、低温〜高温まで補償できる利点がある。
【００２９】
以上によれば、実施例１の周波数イコライザ２の先端開放線路１３に、温度が高くなるに従いキャパシタンスが増加するようなキャパシタ１５を直列接続することにより、温度により振幅の周波数特性が変化するような増幅器１、ミクサ等に対しても低温〜高温にわたって補償ができる効果がある。
【００３０】
実施の形態３．
図６は実施の形態３の周波数イコライザの構成および損失の周波数特性を示す図であり、１６は可変容量素子、１７は抵抗、１８はバイアス端子であり、４、５は図1と同じ、６、７、１１〜１３は図２と同じものである。
【００３１】
図６（ａ）は実施の形態３の周波数イコライザの構成を示す図である。
この周波数イコライザ２は実施の形態１で示した周波数イコライザ２の先端開放線路１３に、バラクタダイオード、FET等のバイアス電圧によりキャパシタンスが変化する可変容量素子１６を直列接続したものであり、可変容量素子１６と先端開放線路１３との接続部には抵抗１７を介してバイアス端子１８が接続されている。このため、可変容量素子１６には抵抗１７を介してバイアス端子１８から所望のバイアス電圧を印加することができる。なお、抵抗１７は高周波的に影響が小さい高抵抗のものが使われている。
【００３２】
この場合においても実施の形態２と同様に先端開放線路１３の電気長は可変容量素子１６の影響により、等価的に短縮されたように見える。このため、常温において実施の形態１のもと電気的に等しくするため、実施の形態１よりもやや長く選ばれている。可変容量素子１６は印加する逆バイアス電圧によりキャパシタンスが変化し、一般にバイアス電圧が高いほどキャパシタンスが小さくなる。
【００３３】
図６（ｂ）はこの発明の実施の形態３の周波数イコライザの損失の周波数特性を示す図である。この図においても凹形の特性が得られるｆ０近傍のみ示している。
可変容量素子１６に印加するバイアス電圧を常温時よりも高くすると、可変容量素子１６のキャパシタンスが小さくなり、先端開放線路１３の電気長は等価的に短くなる。このため、伝送線路１１およびインダクタ１２を含む回路の直列共振周波数はｆ０よりも高い方にずれる。即ち、損失が最大となる周波数は高い方にずれることになる。逆に、バイアス電圧が低くなると低い方にずれる。
【００３４】
従って、所要帯域における損失の傾きはバイアス電圧を高くすると右下がり、低くすると右上がりの特性が得られる。この場合でも所望の抵抗７を選ぶことにより、増幅器の利得の傾きに応じて損失の傾きを設定できる。
【００３５】
以上のように、この発明の周波数イコライザを増幅器１の利得の周波数特性の補償に使用することにより、図４のように増幅器１の利得が高温で右下がりするような場合は可変容量素子１６に印加するバイアス電圧を低く、逆に、低温で右上がりするような場合は高く設定することにより、低温〜高温まで補償できる。また、印加するバイアス電圧により、直列共振周波数を簡単に調整できるため、増幅器、ミクサ等の振幅の周波数特性にバラツキがあっても容易に対処できる利点もある。
【００３６】
以上によれば、実施例1の周波数イコライザ２の先端開放線路１３に、印加電圧によりキャパシタンスが変化するような可変容量素子１６を直列接続することにより、温度により振幅の周波数特性が変化するような増幅器１、ミクサ等の振幅補償ができ、また、増幅器１、ミクサ等の特性がバラツキがあっても可変容量素子１６の印加するバイアス電圧の設定を見直すだけで容易に対処できる効果がある。
【００３７】
実施の形態４．
図７は実施の形態４の周波数イコライザの構成を示すものであり、１９は１／４波長線路であり、２は図１と同じものである。
【００３８】
この周波数イコライザは実施の形態１〜実施の形態３で示した周波数イコライザ２を所要帯域の中心周波数で１／４波長を有する１／４波長線路１９を介して縦続接続した構成のものである。
【００３９】
このように複数個の周波数イコライザ２を１／４波長線路１９を介して接続することにより、それぞれの周波数イコライザ２で発生した反射波が互いに打ち消し合い、良好なリターンロス特性の周波数イコライザを得ることができる。なお、このように縦続接続した場合でも本来の周波数イコライザの機能を損なうことはない。
【００４０】
以上によれば、実施例１〜実施例３の周波数イコライザ２を１／４波長間隔で複数個縦続接続することにより、温度により振幅の周波数特性が変化するような増幅器１、ミクサ等の振幅補償ができとともに、リターンロスの良好な周波数イコライザ２を実現できる効果がある。
【００４１】
【発明の効果】
この発明の周波数イコライザによれば、以上で述べたように、マイクロ波信号が伝搬する主線路と接地間に、抵抗と伝送線路とインダクタとの直列回路を設け、この直列回路の伝送線路とインダクタとの間に先端開放線路を接続し、伝送線路と先端開放線路の電気長を所望の周波数帯で１／４波長よりも短く選ぶことにより、従来の周波数イコライザの損失の周波数特性の他に、凹形の特性も兼ね備えた周波数イコライザを得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な増幅器の利得の周波数特性および周波数イコライザの応用例を示す図である。
【図２】この発明による実施の形態１の周波数イコライザの構成および斜視図を示す図である。
【図３】この発明による実施の形態１の周波数イコライザの損失の周波数特性を示す図である。
【図４】一般的な増幅器の温度に対する利得の周波数特性の一例を示す図である。
【図５】この発明による実施の形態２の周波数イコライザの構成および損失の周波数特性を示す図である。
【図６】この発明による実施の形態３の周波数イコライザの構成および損失の周波数特性を示す図である。
【図７】この発明による実施の形態４の周波数イコライザの構成を示す図である。
【符号の説明】
１増幅器、２周波数イコライザ、３増幅器の入力端子、４イコライザの入力端子、５イコライザの出力端子、６主線路、７抵抗、１１伝送線路、１２インダクタ、１３先端開放線路、１４誘電体基板、１５キャパシタ、１６可変容量素子、１７抵抗、１８バイアス端子、１９１／４波長線路。

Claims

増幅器、ミクサ等の振幅周波数特性を改善するための周波数イコライザにおいて、
マイクロ波信号が伝搬する主線路と接地間に設け、抵抗と伝送線路とインダクタとが直列に順次接続した直列回路と、
上記伝送線路と上記インダクタとの間に接続された先端開放線路とを具備し、
上記伝送線路と上記先端開放線路の電気長が所望の周波数帯で１／４波長よりも短く設定したことを特徴とする周波数イコライザ。
上記先端開放線路に、
温度が高くなるに従いキャパシタンスが増加するようなキャパシタを直列接続したことを特徴とする請求項１記載の周波数イコライザ。
上記先端開放線路に、
印加電圧によりキャパシタンスが変化するような可変容量素子を直列接続したことを特徴とする請求項１記載の周波数イコライザ。
上記周波数イコライザを所望の周波数帯で１／４波長間隔で複数個縦続接続したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の周波数イコライザ。