JP3883707B2 - 2周波整合回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は2つの周波数においてインピーダンスマッチングをとることができる整合回路に係り、特にマイクロ波帯において好適に利用することができる整合回路の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図9は「H.NAKAJIMA,M.MURAGUCHI:“Dual−Frequency Matching Technique and Its Application to an Octave−Band (30−60GHz)MMIC Amplifier”,IEICE Trance.Electron.,Vol.E80−C,Dec.,1997.」に掲載されている従来の2周波整合回路および電界効果トランジスタである。図において、1は整合回路の入力端子、2は整合回路の出力端子、47は入力端子1と出力端子2との間に接続された伝送線路、48は入力端子1と伝送線路47との間に配設され、高い角周波数ωH でλ/4の長さを有する先端短絡形スタブ、49は入力端子1と伝送線路47との間に配設された先端開放形スタブである。また、50は出力端子2にゲート電極が接続された電界効果トランジスタである。
【0003】
図10はこの従来の2周波整合回路における整合方法を説明するためのスミスチャートである。図において、51は電界効果トランジスタ50に対して低い周波数fL の信号を印加した場合の負荷インピーダンスであり、52は電界効果トランジスタ50に対して高い周波数fH の信号を印加した場合の負荷インピーダンスであり、53は定コンダクタンス円(例えば0.02Sの定コンダクタンス円)である。
【0004】
そして、伝送線路47を所定の長さに設定することにより、上記2つの電界効果トランジスタ50の負荷インピーダンスを上記定コンダクタンス円53上に設定する。54はこのようにして得られる低い周波数fL の信号を印加した場合の変換インピーダンスであり、55は高い周波数fH の信号を印加した場合の変換インピーダンスである。
【0005】
次に、先端開放形スタブ49の長さを所定の長さに設定することにより、上記2つのインピーダンスを上記定コンダクタンス円53上で移動させ、整合をとる。56はこの整合によって得られる整合点である。以上のようにして、この従来の整合回路は2つの周波数fL ,fH において整合をとることができる。
【0006】
次に動作について説明する。
上記入力端子1から電界効果トランジスタ50への入力信号を入力すると、上記2つの整合周波数fL ,fH においては入力信号に基づく反射波が生成されることなく、信号の入力が行われる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の2周波整合回路は以上のように構成されているので、上記伝送線路47の長さのみで異なる2つの周波数における電界効果トランジスタ50の入力インピーダンスを定コンダクタンス円53上に変換することになり、一方の周波数におけるインピーダンスを定コンダクタンス円53上に移動させるように伝送線路47を決定すると、この定コンダクタンス円53上に移動させることができる他方の周波数は自ずと決定されてしまうことになり、任意の2つの周波数において整合をとることができないという課題があった。
【0008】
また、上記従来の2周波整合回路では、伝送線路47を用いているため低周波帯において整合をとろうとすると、長大な伝送線路が必要となってしまい、整合回路自身の寸法が大きくなってしまうという問題もある。
【0009】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、任意の2つの周波数において整合をとることができる整合回路を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る整合回路は、負荷が接続される出力端子と、当該負荷への入力信号が入力される入力端子と、直列キャパシタおよびこの直列キャパシタに直列に接続された直列インダクタからなり、上記入力端子から見て上記負荷と直列に接続されるように配設された直列共振回路と、並列キャパシタおよびこの並列キャパシタに並列に接続された並列インダクタからなり、上記入力端子から見て上記負荷および上記直列共振回路の全体と並列に接続されるように配設された並列共振回路とを備えたものであって、負荷レジスタンスを Ri 、負荷キャパシタを Cgs 、 2 つの整合角周波数をω L 、ω H 、規格化アドミッタンスを Yo とした時に、直列インダクタ L1 、直列キャパシタ C1 、並列インダクタ L2 および並列キャパシタ C2 は下記数式群5を満たすものである。
L1=Xg/( ω H- ω L)
C1=( ω H- ω L)*Cgs/(Cgs* ω H* ω L*Xg-( ω H- ω L))
L2=( ω H- ω L)*Ri/( ω H* ω L*Yo*Xg)
C2=Yo*Xg/(( ω H- ω L)*Ri) ・・・数式群5
Xg= √ (Ri/Yo-Ri*Ri)
【0013】
この発明に係る整合回路は、負荷が接続される出力端子と、当該負荷への入力信号が入力される入力端子と、並列キャパシタおよびこの並列キャパシタに並列に接続された並列インダクタからなり、上記入力端子から見て上記負荷と直列に接続されるように配設された並列共振回路と、直列キャパシタおよびこの直列キャパシタに直列に接続された直列インダクタからなり、上記入力端子から見て上記負荷と並列に接続されるように配設された直列共振回路とを備えたものであって、負荷レジスタンスを Ri 、負荷キャパシタを Cgs 、 2 つの整合角周波数をω L 、ω H 、規格化インピーダンスをZ o とした時に、直列インダクタ L1 、直列キャパシタ C1 、並列インダクタ L2 および並列キャパシタ C2 は下記数式群6を満たすものである。
L1=( ω H*( β L-BgL)- ω L*( β H-BgH))/(( ω H* ω H- ω L* ω L)( β L-BgL)( β H-BgH))
C1=( ω H* ω H- ω L* ω L)( β L-BgL)( β H-BgH)
/( ω H* ω L*( ω L*( β L-BgL)- ω H*( β H-BgH)))
L2=Zo*( ω H* ω H- ω L* ω L)*BgH*BgL/( ω H* ω L*( ω H* α L*BgH- ω L* α H*BgL))
C2=( ω L* α L*BgH- ω H* α H*BgL)/(Zo*( ω H* ω H- ω L* ω L)*BgH*BgL)
α L=Ri/(Ri*Ri+1/( ω L* ω L*Cgs*Cgs)) ・・・数式群6
α H=Ri/(Ri*Ri+1/( ω H* ω H*Cgs*Cgs))
β L=(j/( ω L*Cgs))/(Ri*Ri+1/( ω L* ω L*Cgs*Cgs))
β H=(j/( ω H*Cgs))/(Ri*Ri+1/( ω H* ω H*Cgs*Cgs))
BgL= √ ( α L/Zo- α L* α L)
BgH= √ ( α H/Zo- α H* α H)
【0016】
この発明に係る整合回路は、負荷が接続される入力端子と、当該負荷に基づく出力信号を出力する出力端子と、直列キャパシタおよびこの直列キャパシタに直列に接続された直列インダクタからなり、上記出力端子から見て上記負荷と直列に接続されるように配設された直列共振回路と、並列キャパシタおよびこの並列キャパシタに並列に接続された並列インダクタからなり、上記出力端子から見て上記負荷と並列に接続されるように配設された並列共振回路とを備えたものであって、負荷レジスタンスを Rds 、負荷キャパシタを Cds 、 2 つの整合角周波数をω L 、ω H 、規格化インピーダンスを Zo とした時に、直列インダクタ L1 、直列キャパシタ C1 、並列インダクタ L2 および並列キャパシタ C2 は下記数式群7を満たすものである。
L1=Rds*Zo*Bd/( ω H- ω L)
C1=( ω H- ω L)/( ω H* ω L*Rds*Zo*Bd)
L2=( ω H- ω L)/( ω H* ω L*Bd)
C2=Bd/( ω H- ω L)-Cds ・・・数式群7
Bd= √ (1/(Zo*Rds)-1/(Rds*Rds))
【0019】
この発明に係る整合回路は、負荷が接続される入力端子と、当該負荷に基づく出力信号を出力する出力端子と、並列キャパシタおよびこの並列キャパシタに並列に接続された並列インダクタからなり、上記出力端子から見て上記負荷と直列に接続されるように配設された並列共振回路と、直列キャパシタおよびこの直列キャパシタに直列に接続された直列インダクタからなり、上記出力端子から見て上記負荷および上記並列共振回路の全体と並列に接続されるように配設された直列共振回路とを備えたものであって、負荷レジスタンスを Rds 、負荷キャパシタを Cds 、 2 つの整合角周波数をω L 、ω H 、規格化アドミッタンスを Yo とした時に、直列インダクタ L1 、直列キャパシタ C1 、並列インダクタ L2 および並列キャパシタ C2 は下記数式群8を満たすものである。
L1=( ω L* α L*XdH+ ω H* α H*XdL)/(Yo*( ω H* ω H- ω L* ω L)*XdH*XdL)
C1=Yo*( ω H* ω H- ω L* ω L)*XdH*XdL/( ω H* ω L*( ω H* α L*XdH+ ω L* α H*XdL))
L2=( ω H* ω H- ω L* ω L)/( ω H* ω L*( ω L*(XdH- β H)+ ω H*(XdL- β L)))
C2=( ω H*(XdH- β H)+ ω L*(XdL- β L))/( ω H* ω H- ω L* ω L)
α L=(1/Rds)/(1/(Rds*Rds)+ ω L* ω L*Cds*Cds) ・・・数式群8
α H=(1/Rds)/(1/(Rds*Rds)+ ω H* ω H*Cds*Cds)
β L= ω L*Cds/(1/(Rds*Rds)+ ω L* ω L*Cds*Cds))
β H= ω H*Cds/(1/(Rds*Rds)+ ω H* ω H*Cds*Cds))
XdL= √ ( α L/Yo- α L* α L)
XdH= √ ( α H/Yo- α H* α H)
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による2周波整合回路および負荷を示すブロック図である。図において、1は整合回路の入力端子、2は整合回路の出力端子、3はこの入力端子1と出力端子2との間に接続された直列インダクタ、4はこの直列インダクタ3と入力端子1との間に配設された直列キャパシタ、5はこの直列キャパシタ4と入力端子1との間に一端が接続され、他端がグランド電位に接地された並列インダクタ、6はこの直列キャパシタ4と入力端子1との間に一端が接続され、他端がグランド電位に接地された並列キャパシタである。
【0023】
また、7は出力端子2に接続された負荷キャパシタ、8は一端が負荷キャパシタ7の他端に接続され、他端がグランド電位に接地された負荷レジスタンスである。なお、以下においては、負荷レジスタンス8は整合インピーダンス(例えばマイクロ波の伝送経路に一般的に用いられる50Ωなど)よりも小さいことを前提として説明する。また、このように負荷キャパシタ7と負荷レジスタンス8とが直列に接続された等価回路にて表すことができる回路としては例えば、ソース接地した電界効果トランジスタをマイクロ波帯域で使用した場合のゲート電極からみた等価回路などがある。
【0024】
図2はこの発明の実施の形態1による2周波整合回路において2つの角周波数ωH ,ωL において整合をとる際の各素子(直列インダクタ3、直列キャパシタ4、並列インダクタ5、並列キャパシタ6)の役割を説明するためのスミスチャートである。図において、9は負荷レジスタンス8および負荷キャパシタ7に対して上記低い角周波数ωL の信号を印加した場合の負荷インピーダンスであり、10は負荷レジスタンス8および負荷キャパシタ7に対して上記高い角周波数ωH の信号を印加した場合の負荷インピーダンスであり、11は上記整合インピーダンスにより規格化された定コンダクタンス円(例えば0.02Sの定コンダクタンス円)である。
【0025】
そして、直列インダクタ3と直列キャパシタ4とからなる直列共振回路を2つの角周波数においてともに誘導性を呈するようにし、上記2つの角周波数ωH ,ωL におけるこの直列共振回路3,4と負荷7,8とを入力端子1側から見たアドミッタンスのコンダクタンス成分を上記定コンダクタンス円11上に移動させる。12はこれによって得られる低い角周波数ωL の信号を印加した場合の変換インピーダンスであり、13は高い角周波数ωH の信号を印加した場合の変換インピーダンスである。また、この場合の直列インダクタL1 ,直列キャパシタC1 値を下記数式群9に示す。
【0026】
次に、並列インダクタ5と並列キャパシタ6とからなる並列共振回路を、低い角周波数ωL は誘導性、高い角周波数ωH は容量性を呈するようにし、2つのインピーダンスを上記定コンダクタンス円11上で移動させ、整合をとる。14はこの整合によって得られる整合点である。また、この場合の並列インダクタL2 と並列キャパシタC2 の値を下記数式群9に示す。
【0027】
L1=Xg/(ωH-ωL)
C1=(ωH-ωL)*Cgs/(Cgs*ωH*ωL*Xg-(ωH-ωL))
L2=(ωH-ωL)*Ri/(ωH*ωL*Yo*Xg) ・・・数式群9
C2=Yo*Xg/((ωH-ωL)*Ri)
Xg=√(Ri/Yo-Ri*Ri)
【0028】
なお、上記数式群9からも明らかなように、2つの整合角周波数ωL ,ωH は互いに独立した角周波数として設定することができる。
【0029】
次に動作について説明する。
上記入力端子1から負荷への入力信号を入力すると、上記2つの整合角周波数ωL ,ωH においては入力信号に基づく反射波が生成されることなく、信号の入力が行われる。
【0030】
以上のように、この実施の形態1によれば、負荷7,8が接続される出力端子2と、当該負荷7,8への入力信号が入力される入力端子1と、直列キャパシタ3およびこの直列キャパシタ3に直列に接続された直列インダクタ4からなり、上記入力端子1から見て上記負荷7,8と直列に接続されるように配設された直列共振回路と、並列キャパシタ6およびこの並列キャパシタ6に並列に接続された並列インダクタ5からなり、上記入力端子1から見て上記負荷7,8および上記直列共振回路3,4の全体と並列に接続されるように配設された並列共振回路とからなる整合回路を用いて整合を図っているので、整合インピーダンスよりも小さい負荷7,8の入力レジスタンス(Ri )において、任意の2つの周波数において整合をとることができる効果がある。
【0031】
特に、負荷レジスタンス8をRi 、負荷キャパシタ7をCgs、2つの整合角周波数をωL ,ωH 、整合アドミッタンスをYo とした時に、直列インダクタL1 、直列キャパシタC1 、並列インダクタL2 および並列キャパシタC2 を上記数式群9を満たすように設定しているので、目標とする整合インピーダンス値において最適に整合をとることができる効果がある。
【0032】
また、各整合素子として伝送線路を用いる必要がないため、整合をとる周波数を低周波数帯に設定したとしても長大な線路を必要としなくなり、低周波数帯に適用した場合における回路の小形化の効果もある。
【0033】
実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2による2周波整合回路および負荷を示すブロック図である。図において、15は入力端子1と出力端子2との間に配設された並列インダクタ、16は入力端子1と出力端子2との間に配設された並列キャパシタ、17は出力端子2と並列インダクタ15との間に一端が接続された直列インダクタ、18は一端が直列インダクタ17の他端に接続され、他端がグランド電位に接地された直列キャパシタである。これ以外は実施の形態1と同様であり同一の符号を付して説明を省略する。
【0034】
なお、以下においては、負荷レジスタンス8は整合インピーダンス(例えばマイクロ波の伝送経路に一般的に用いられる50Ωなど)よりも大きいことを前提として説明する。
【0035】
図4はこの発明の実施の形態2による2周波整合回路において2つの角周波数ωH ,ωL において整合をとる際の各素子(直列インダクタ17、直列キャパシタ18、並列インダクタ15、並列キャパシタ16)の役割を説明するためのスミスチャートである。図において、19は負荷レジスタンス8および負荷キャパシタ7に対して上記低い角周波数ωL の信号を印加した場合の負荷インピーダンスであり、20は負荷レジスタンス8および負荷キャパシタ7に対して上記高い角周波数ωH の信号を印加した場合の負荷インピーダンスであり、21は上記整合インピーダンスにより規格化された定レジスタンス円(例えば50Ωの定レジスタンス円)である。
【0036】
そして、直列インダクタ17と直列キャパシタ18とからなる直列共振回路を、低い角周波数ωL では容量性、高い角周波数ωH では誘導性を呈するようにし、2つのインピーダンスを上記定レジスタンス円21上に移動させる。22はこれによって得られる低い角周波数ωL の信号を印加した場合の変換インピーダンスであり、23は高い角周波数ωH の信号を印加した場合の変換インピーダンスである。また、この場合の直列インダクタL1 と直列キャパシタC1 の値を下記数式群10に示す。
【0037】
次に並列インダクタ15と並列キャパシタ16とからなる並列共振回路を、低い角周波数ωL では誘導性、高い角周波数ωH では容量性を呈するようにし、2つのインピーダンスを上記定レジスタンス円21上で移動させ、整合をとる。24はこの整合によって得られる整合点である。また、この場合の並列インダクタL2 と並列キャパシタC2 の値を下記数式群10に示す。
【0038】
L1=(ωH*(βL-BgL)-ωL*(βH-BgH))/((ωH*ωH-ωL*ωL)(βL-BgL)(βH-BgH))
C1=(ωH*ωH-ωL*ωL)(βL-BgL)(βH-BgH)
/(ωH*ωL*(ωL*(βL-BgL)-ωH*(βH-BgH)))
L2=Zo*(ωH*ωH-ωL*ωL)*BgH*BgL/(ωH*ωL*(ωH*αL*BgH-ωL*αH*BgL))
C2=(ωL*αL*BgH-ωH*αH*BgL)/(Zo*(ωH*ωH-ωL*ωL)*BgH*BgL)
α L=Ri/(Ri*Ri+1/( ω L* ω L*Cgs*Cgs)) ・・・数式群10
α H=Ri/(Ri*Ri+1/( ω H* ω H*Cgs*Cgs))
β L=(j/( ω L*Cgs))/(Ri*Ri+1/( ω L* ω L*Cgs*Cgs))
β H=(j/( ω H*Cgs))/(Ri*Ri+1/( ω H* ω H*Cgs*Cgs))
BgL= √ ( α L/Zo- α L* α L)
BgH= √ ( α H/Zo- α H* α H)
【0039】
なお、上記数式群10からも明らかなように、2つの整合角周波数ωL ,ωH は互いに独立した角周波数として設定することができる。
【0040】
なお、動作は実施の形態1と同様であり説明を省略する。
【0041】
以上のように、この実施の形態2によれば、負荷7,8が接続される出力端子2と、当該負荷7,8への入力信号が入力される入力端子1と、並列キャパシタ16およびこの並列キャパシタ16に並列に接続された並列インダクタ15からなり、上記入力端子1から見て上記負荷7,8と直列に接続されるように配設された並列共振回路と、直列キャパシタ18およびこの直列キャパシタ18に直列に接続された直列インダクタ17からなり、上記入力端子1から見て上記負荷7,8と並列に接続されるように配設された直列共振回路とからなる整合回路を用いて整合を図っているので、整合インピーダンスよりも大きい負荷7,8の入力レジスタンス(Ri )において、任意の2つの周波数において整合をとることができる効果がある。
【0042】
特に、負荷レジスタンス8をRi 、負荷キャパシタ7をCgs、2つの整合角周波数をωL ,ωH 、整合インピーダンスをZo とした時に、直列インダクタL1 、直列キャパシタC1 、並列インダクタL2 および並列キャパシタC2 を上記数式群10を満たすように設定することにより、目標とする整合インピーダンス値において最適に整合をとることができる効果がある。
【0043】
また、各整合素子として伝送線路を用いる必要がないため、整合をとる周波数を低周波数帯に設定したとしても長大な線路を必要としなくなり、低周波数帯に適用した場合における回路の小形化の効果もある。
【0044】
実施の形態3.
図5はこの発明の実施の形態3による2周波整合回路および負荷を示すブロック図である。図において、25は入力端子1と出力端子2との間に接続された直列インダクタ、26はこの直列インダクタ25と入力端子1との間に配設された直列キャパシタ、27はこの直列キャパシタ26と入力端子1との間に一端が接続され、他端がグランド電位に接地された並列インダクタ、28はこの直列キャパシタ26と入力端子1との間に一端が接続され、他端がグランド電位に接地された並列キャパシタである。
【0045】
また、29は一端が入力端子1に接続され、他端がグランド電位に接地された負荷キャパシタ、30は一端が入力端子1に接続され、他端がグランド電位に接地された負荷レジスタンスである。なお、以下においては、負荷の出力レジスタンス30は、整合インピーダンス(例えばマイクロ波の伝送経路に一般的に用いられる50Ωなど)よりも大きいことを前提として説明する。また、このように負荷キャパシタ29と負荷レジスタンス30とが並列に接続された等価回路にて表すことができる回路としては、例えば、ソース接地した電界効果トランジスタをマイクロ波帯域で使用した場合のドレイン電極からみた等価回路などがある。これ以外は実施の形態1と同様であり同一の符号を付して説明を省略する。
【0046】
図6はこの発明の実施の形態3による2周波整合回路において2つの角周波数ωH ,ωL において整合をとる際の各素子(直列インダクタ25、直列キャパシタ26、並列インダクタ27、並列キャパシタ28)の役割を説明するためのスミスチャートである。図において、31は負荷レジスタンス30および負荷キャパシタ29に対して上記低い角周波数ωL の信号を印加した場合の負荷インピーダンスであり、32は負荷レジスタンス30および負荷キャパシタ29に対して上記高い角周波数ωH の信号を印加した場合の負荷インピーダンスであり、33は上記整合インピーダンスにより規格化された定レジスタンス円(例えば50Ωの定レジスタンス円)である。
【0047】
そして、並列インダクタ27と並列キャパシタ28とからなる並列共振回路を、低い角周波数ωL では誘導性、高い角周波数ωH では容量性を呈するようにし、上記2つの角周波数ωH ,ωL におけるこの並列共振回路と負荷とを出力端子2側から見たアドミッタンスを上記定レジスタンス円33上に移動させる。34はこれによって得られる低い角周波数ωL の信号を印加した場合の変換インピーダンスであり、35は高い角周波数ωH の信号を印加した場合の変換インピーダンスである。また、この場合の並列インダクタL2 と並列キャパシタC2 の値を下記数式群11に示す。
【0048】
次に、直列インダクタ25と直列キャパシタ26とからなる直列共振回路を、低い角周波数ωL では容量性、高い角周波数ωH では誘導性を呈するようにし、2つのインピーダンスを上記定レジスタンス円33上で移動させ、整合をとる。36はこの整合によって得られる整合点である。また、この場合の直列インダクタL1 と直列キャパシタC1 の値を下記数式群11に示す。
【0049】
L1=Rds*Zo*Bd/(ωH-ωL)
C1=(ωH-ωL)/(ωH*ωL*Rds*Zo*Bd)
L2=(ωH-ωL)/(ωH*ωL*Bd)
C2=Bd/(ωH-ωL)-Cds ・・・数式群11
Bd=√(1/(Zo*Rds)-1/(Rds*Rds))
【0050】
なお、上記数式群11からも明らかなように、2つの整合角周波数ωL ,ωH は互いに独立した角周波数として設定することができる。
【0051】
次に動作について説明する。
上記出力端子2から電界効果トランジスタなどからの出力信号を出力すると、上記2つの整合角周波数においては少なくとも出力信号に基づく反射波が生成されることなく、信号の出力が行われる。
【0052】
以上のように、この実施の形態3によれば、負荷29,30が接続される入力端子1と、当該負荷29,30に基づく出力信号を出力する出力端子2と、直列キャパシタ26およびこの直列キャパシタ26に直列に接続された直列インダクタ25からなり、上記出力端子2から見て上記負荷29,30と直列に接続されるように配設された直列共振回路と、並列キャパシタ28およびこの並列キャパシタ28に並列に接続された並列インダクタ27からなり、上記出力端子2から見て上記負荷29,30と並列に接続されるように配設された並列共振回路とからなる整合回路を用いて整合を図っているので、整合インピーダンスよりも大きい負荷29,30の出力レジスタンス(Rds)において、任意の2つの周波数において整合をとることができる効果がある。
【0053】
特に、負荷レジスタンス30をRds、負荷キャパシタ29をCds、2つの整合角周波数をωL ,ωH 、整合インピーダンスをZo とした時に、直列インダクタL1 、直列キャパシタC1 、並列インダクタL2 および並列キャパシタC2 を上記数式群11を満たすように設定することにより、目標とする整合インピーダンス値において最適に整合をとることができる効果がある。
【0054】
また、各整合素子として伝送線路を用いる必要がないため、整合をとる周波数を低周波数帯に設定したとしても長大な線路を必要としなくなり、低周波数帯に適用した場合における回路の小形化の効果もある。
【0055】
実施の形態4.
図7はこの発明の実施の形態4による2周波整合回路および負荷を示すブロック図である。図において、37は入力端子1と出力端子2との間に配設された並列インダクタ、38は入力端子1と出力端子2との間に配設された並列キャパシタ、39は出力端子2と並列インダクタ37との間に一端が接続された直列インダクタ、40は一端が直列インダクタ39の他端に接続され、他端がグランド電位に接地された直列キャパシタである。これ以外は実施の形態3と同様であり同一の符号を付して説明を省略する。
【0056】
なお、以下においては、負荷レジスタンス30は整合インピーダンス(例えばマイクロ波の伝送経路に一般的に用いられる50Ωなど)よりも小さいことを前提として説明する。
【0057】
図8はこの発明の実施の形態4による2周波整合回路において2つの角周波数ωH ,ωL において整合をとる際の各素子(直列インダクタ39、直列キャパシタ40、並列インダクタ37、並列キャパシタ38)の役割を説明するためのスミスチャートである。図において、41は負荷レジスタンス30および負荷キャパシタ29に対して上記低い角周波数ωL の信号を印加した場合の負荷インピーダンスであり、42は負荷レジスタンス30および負荷キャパシタ29に対して上記高い角周波数ωH の信号を印加した場合の負荷インピーダンスであり、43は上記整合インピーダンスにより規格化された定コンダクタンス円(例えば0.02Sの定コンダクタンス円)である。
【0058】
そして、並列インダクタ37と並列キャパシタ38とからなる並列共振回路を、低い角周波数ωL では誘導性に、高い角周波数ωH では容量性を呈するようにし、2つのインピーダンスを上記定コンダクタンス円43上に移動させる。44はこれによって得られる低い角周波数ωL の信号を印加した場合の変換インピーダンスであり、45は高い角周波数ωH の信号を印加した場合の変換インピーダンスである。また、この場合の並列インダクタL2 と並列キャパシタC2 の値を下記数式群12に示す。
【0059】
次に直列インダクタ39と直列キャパシタ40とからなる直列共振回路を、低い角周波数ωL では容量性、高い角周波数ωH では誘導性を呈するようにし、2つのインピーダンスを上記定コンダクタンス円43上で移動させ、整合をとる。46はこの整合によって得られる整合点である。また、この場合の直列インダクタL1 と直列キャパシタC1 の値を下記数式群12に示す。
【0060】
L1=(ωL*αL*XdH+ωH*αH*XdL)/(Yo*(ωH*ωH-ωL*ωL)*XdH*XdL)
C1=Yo*(ωH*ωH-ωL*ωL)*XdH*XdL/(ωH*ωL*(ωH*αL*XdH+ωL*αH*XdL))
L2=(ωH*ωH-ωL*ωL)/(ωH*ωL*(ωL*(XdH-βH)+ωH*(XdL-βL)))
C2=(ωH*(XdH-βH)+ωL*(XdL-βL))/(ωH*ωH-ωL*ωL)
α L=(1/Rds)/(1/(Rds*Rds)+ ω L* ω L*Cds*Cds) ・・・数式群12
α H=(1/Rds)/(1/(Rds*Rds)+ ω H* ω H*Cds*Cds)
β L= ω L*Cds/(1/(Rds*Rds)+ ω L* ω L*Cds*Cds))
β H= ω H*Cds/(1/(Rds*Rds)+ ω H* ω H*Cds*Cds))
XdL= √ ( α L/Yo- α L* α L)
XdH= √ ( α H/Yo- α H* α H)
【0061】
なお、上記数式群12からも明らかなように、2つの整合角周波数ωL ,ωH は互いに独立した角周波数として設定することができる。
【0062】
なお、動作は実施の形態1と同様であり説明を省略する。
【0063】
以上のように、この実施の形態4によれば、負荷29,30が接続される入力端子1と、当該負荷29,30に基づく出力信号を出力する出力端子2と、並列キャパシタ38およびこの並列キャパシタ38に並列に接続された並列インダクタ37からなり、上記出力端子2から見て上記負荷29,30と直列に接続されるように配設された並列共振回路と、直列キャパシタ40およびこの直列キャパシタ40に直列に接続された直列インダクタ39からなり、上記出力端子2から見て上記負荷29,30および上記並列共振回路の全体37,38と並列に接続されるように配設された直列共振回路とからなる整合回路を用いて整合を図っているので、整合インピーダンスよりも小さい負荷29,30の出力レジスタンス(Rds)において、任意の2つの周波数において整合をとることができる効果がある。
【0064】
特に、負荷レジスタンス30をRds、負荷キャパシタ29をCds、2つの整合角周波数をωL ,ωH 、整合アドミッタンスをYo とした時に、直列インダクタL1 、直列キャパシタC1 、並列インダクタL2 および並列キャパシタC2 を上記数式群12を満たすように設定することにより、目標とする整合インピーダンス値において最適に整合をとることができる効果がある。
【0065】
また、各整合素子として伝送線路を用いる必要がないため、整合をとる周波数を低周波数帯に設定したとしても長大な線路を必要としなくなり、低周波数帯に適用した場合における回路の小形化の効果もある。
【0066】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、直列キャパシタと直列インダクタの直列回路からなる直列共振回路の一端を、入力信号を入力する入力端子と接続するとともに、並列キャパシタと並列インダクタの並列回路からなる並列共振回路を入力端子とグランド間に接続し、その直列共振回路の他端に出力端子を接続するように構成したので、整合インピーダンスよりも小さい負荷の入力レジスタンス(Ri )において、任意の2つの周波数において整合をとることができる効果がある。また、各整合素子として伝送線路を用いる必要がないため、整合をとる周波数を低周波数帯に設定したとしても長大な線路を必要としなくなり、低周波数帯に適用した場合における回路の小形化の効果もある。
【0067】
特に、負荷レジスタンスをRi 、負荷キャパシタをCgs、2つの整合角周波数をωL ,ωH 、整合アドミッタンスをYo とした時に、直列インダクタL1 、直列キャパシタC1 、並列インダクタL2 および並列キャパシタC2 を上記数式群5を満たすように設定することにより、目標とする整合インピーダンス値において最適に整合をとることができる効果がある。
【0068】
この発明によれば、並列キャパシタと並列インダクタの並列回路からなる並列共振回路の一端を、入力信号を入力する入力端子と接続するとともに、直列キャパシタと直列インダクタの直列回路からなる直列共振回路を入力端子とグランド間に接続し、その並列共振回路の他端に出力端子を接続するように構成したので、整合インピーダンスよりも大きい負荷の入力レジスタンス(Ri )において、任意の2つの周波数において整合をとることができる効果がある。また、各整合素子として伝送線路を用いる必要がないため、整合をとる周波数を低周波数帯に設定したとしても長大な線路を必要としなくなり、低周波数帯に適用した場合における回路の小形化の効果もある。
【0069】
特に、負荷レジスタンスをRi 、負荷キャパシタをCgs、2つの整合角周波数をωL ,ωH 、整合インピーダンスをZo とした時に、直列インダクタL1 、直列キャパシタC1 、並列インダクタL2 および並列キャパシタC2 を上記数式群6を満たすように設定することにより、目標とする整合インピーダンス値において最適に整合をとることができる効果がある。
【0070】
この発明によれば、直列キャパシタと直列インダクタの直列回路からなる直列共振回路の一端を、負荷が接続される入力端子と接続するとともに、並列キャパシタと並列インダクタの並列回路からなる並列共振回路を入力端子とグランド間に接続し、その直列共振回路の他端に出力端子を接続するように構成したので、整合インピーダンスよりも大きい負荷の出力レジスタンス(Rds)において、任意の2つの周波数において整合をとることができる効果がある。また、各整合素子として伝送線路を用いる必要がないため、整合をとる周波数を低周波数帯に設定したとしても長大な線路を必要としなくなり、低周波数帯に適用した場合における回路の小形化の効果もある。
【0071】
特に、負荷レジスタンスをRds、負荷キャパシタをCds、2つの整合角周波数をωL ,ωH 、整合インピーダンスをZo とした時に、直列インダクタL1 、直列キャパシタC1 、並列インダクタL2 および並列キャパシタC2 を上記数式群7を満たすように設定することにより、目標とする整合インピーダンス値において最適に整合をとることができる効果がある。
【0072】
この発明によれば、並列キャパシタと並列インダクタの並列回路からなる並列共振回路の一端を、負荷が接続される入力端子と接続するとともに、直列キャパシタと直列インダクタの直列回路からなる直列共振回路を入力端子とグランド間に接続し、その並列共振回路の他端に出力端子を接続するように構成したので、整合インピーダンスよりも小さい負荷の出力レジスタンス(Rds)において、任意の2つの周波数において整合をとることができる効果がある。また、各整合素子として伝送線路を用いる必要がないため、整合をとる周波数を低周波数帯に設定したとしても長大な線路を必要としなくなり、低周波数帯に適用した場合における回路の小形化の効果もある。
【0073】
特に、負荷レジスタンスをRds、負荷キャパシタをCds、2つの整合角周波数をωL ,ωH 、整合アドミッタンスをYo とした時に、直列インダクタL1 、直列キャパシタC1 、並列インダクタL2 および並列キャパシタC2 を上記数式群8を満たすように設定することにより、目標とする整合インピーダンス値において最適に整合をとることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による整合回路および負荷を示すブロック図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による整合回路において2つの角周波数ωH ,ωL において整合をとる際の各素子の役割を説明するためのスミスチャートである。
【図3】 この発明の実施の形態2による整合回路および負荷を示すブロック図である。
【図4】 この発明の実施の形態2による整合回路において2つの角周波数ωH ,ωL において整合をとる際の各素子の役割を説明するためのスミスチャートである。
【図5】 この発明の実施の形態3による整合回路および負荷を示すブロック図である。
【図6】 この発明の実施の形態3による整合回路において2つの角周波数ωH ,ωL において整合をとる際の各素子の役割を説明するためのスミスチャートである。
【図7】 この発明の実施の形態4による整合回路および負荷を示すブロック図である。
【図8】 この発明の実施の形態4による整合回路において2つの角周波数ωH ,ωL において整合をとる際の各素子の役割を説明するためのスミスチャートである。
【図9】 従来の整合回路および電界効果トランジスタである。
【図10】 この従来の整合回路における整合方法を説明するためのスミスチャートである。
【符号の説明】
1 入力端子、2 出力端子、3,17,25,39 直列インダクタ、4,18,26,40 直列キャパシタ、5,15,27,37 並列インダクタ、6,16,28,38 並列キャパシタ、7,29 負荷キャパシタ、8,30 負荷レジスタンス。
Claims (4)
- 入力信号を入力する入力端子と、一端が上記入力端子と接続され、直列キャパシタ及び直列インダクタの直列回路からなる直列共振回路と、上記入力端子とグランド間に接続され、並列キャパシタ及び並列インダクタの並列回路からなる並列共振回路と、上記直列共振回路の他端と接続され、負荷が接続される出力端子とを備え、上記直列共振回路及び上記並列共振回路が任意の2つの周波数において整合を図る2周波整合回路において、負荷レジスタンスをR i 、負荷キャパシタをC gs 、2つの整合角周波数をω L ,ω H 、整合アドミッタンスをY o とした場合、上記直列インダクタL 1 、上記直列キャパシタC 1 、上記並列インダクタL 2 及び上記並列キャパシタC 2 が下記数式群1を満たすことを特徴とする2周波整合回路。
L 1 =X g /(ω H −ω L )
C 1 =(ω H −ω L )*C gs /(C gs *ω H *ω L *X g −(ω H −ω L ))
L 2 =(ω H −ω L )*R i /(ω H *ω L *Y o *X g )
C 2 =Y o *X g /((ω H −ω L )*R i )
X g =√(R i /Y o −R i *R i )
・・・数式群1 - 入力信号を入力する入力端子と、一端が上記入力端子と接続され、並列キャパシタ及び並列インダクタの並列回路からなる並列共振回路と、上記並列共振回路の他端とグランド間に接続され、直列キャパシタ及び直列インダクタの直列回路からなる直列共振回路と、上記並列共振回路の他端と接続され、負荷が接続される出力端子とを備え、上記並列共振回路及び上記直列共振回路が任意の2つの周波数において整合を図る2周波整合回路において、負荷レジスタンスをR i 、負荷キャパシタをC gs 、2つの整合角周波数をω L ,ω H 、整合インピーダンスをZ o とした場合、上記直列インダクタL 1 、上記直列キャパシタC 1 、上記並列インダクタL 2 及び上記並列キャパシタC 2 が下記数式群2を満たすことを特徴とする2周波整合回路。
L 1 =(ω H *(β L −B gL )−ω L *(β H +B gH ))
/((ω H *ω H −ω L *ω L )(β L −B gL )(β H +B gH ))
C 1 =(ω H *ω H −ω L *ω L )(β L −B gL )(β H +B gH )
/(ω H *ω L *(ω L *(β L −B gL )−ω H *(β H +B gH )))
L 2 =Z o *(ω H *ω H −ω L *ω L )*B gH *B gL
/(ω H *ω L *(ω H *α L *B gH −ω L *α H *B gL ))
C 2 =(ω L *α L *B gH −ω H *α H *B gL )
/(Z o *(ω H *ω H −ω L *ω L )*B gH *B gL )
α L =R i /(R i *R i +1/(ω L *ω L *C gs *C gs ))
α H =R i /(R i *R i +1/(ω H *ω H *C gs *C gs ))
β L =(j/(ω L *C gs ))/(R i *R i +1/(ω L *ω L *C gs *C gs ))
β H =(j/(ω H *C gs ))/(R i *R i +1/(ω H *ω H *C gs *C gs ))
B gL =√(α L /Z o −α L *α L )
B gH =√(α H /Z o −α H *α H )
・・・数式群2 - 負荷が接続される入力端子と、一端が上記入力端子と接続され、直列キャパシタ及び直列インダクタの直列回路からなる直列共振回路と、上記入力端子とグランド間に接続され、並列キャパシタ及び並列インダクタの並列回路からなる並列共振回路と、上記直列共振回路の他端と接続され、上記負荷に基づく出力信号を出力する出力端子とを備え、上記直列共振回路及び上記並列共振回路が任意の2つの周波数において整合を図る2周波整合回路において、負荷レジスタンスをR ds 、負荷キャパシタをC ds 、2つの整合角周波数をω L ,ω H 、整合インピーダンスをZ o とした場合、上記直列インダクタL 1 、上記直列キ ャパシタC 1 、上記並列インダクタL 2 及び上記並列キャパシタC 2 が下記数式群3を満たすことを特徴とする2周波整合回路。
L 1 =R ds *Z o *B d /(ω H −ω L )
C 1 =(ω H −ω L )/(ω H *ω L *R ds *Z o *B d )
L 2 =(ω H −ω L )/(ω H *ω L *B d )
C 2 =B d /(ω H −ω L )−C ds
B d =√(1/(Z o *R ds )−1/(R ds *R ds ))
・・・数式群3 - 負荷が接続される入力端子と、一端が上記入力端子と接続され、並列キャパシタ及び並列インダクタの並列回路からなる並列共振回路と、上記並列共振回路の他端とグランド間に接続され、直列キャパシタ及び直列インダクタの直列回路からなる直列共振回路と、上記並列共振回路の他端と接続され、上記負荷に基づく出力信号を出力する出力端子とを備え、上記並列共振回路及び上記直列共振回路が任意の2つの周波数において整合を図る2周波整合回路において、負荷レジスタンスをR ds 、負荷キャパシタをC ds 、2つの整合角周波数をω L ,ω H 、整合アドミッタンスをY o とした場合、上記直列インダクタL 1 、上記直列キャパシタC 1 、上記並列インダクタL 2 及び上記並列キャパシタC 2 が下記数式群4を満たすことを特徴とする2周波整合回路。
L 1 =(ω L *α L *X dH +ω H *α H *X dL )
/(Y o *(ω H *ω H −ω L *ω L )*X dH *X dL )
C 1 =Y o *(ω H *ω H −ω L *ω L )*X dH *X dL
/(ω H *ω L *(ω H *α L *X dH +ω L *α H *X dL ))
L 2 =(ω H *ω H −ω L *ω L )
/(ω H *ω L *(ω L *(X dH −β H )+ω H *(X dL −β L )))
C 2 =(ω H *(X dH −β H )+ω L *(X dL −β L ))
/(ω H *ω H −ω L *ω L )
α L =(1/R ds )/(1/(R ds *R ds )+ω L *ω L *C ds *C ds )
α H =(1/R ds )/(1/(R ds *R ds )+ω H *ω H *C ds *C ds )
β L =ω L *C ds /(1/(R ds *R ds )+ω L *ω L *C ds *C ds ))
β H =ω H *C ds /(1/(R ds *R ds )+ω H *ω H *C ds *C ds ))
X dL =√(α L /Y o −α L *α L )
X dH =√(α H /Y o −α H *α H )
・・・数式群4
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