JP4143805B2 - Harmonic processing circuit and amplifier circuit using the same - Google Patents
Harmonic processing circuit and amplifier circuit using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP4143805B2 JP4143805B2 JP2002034513A JP2002034513A JP4143805B2 JP 4143805 B2 JP4143805 B2 JP 4143805B2 JP 2002034513 A JP2002034513 A JP 2002034513A JP 2002034513 A JP2002034513 A JP 2002034513A JP 4143805 B2 JP4143805 B2 JP 4143805B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stub
- transmission line
- stubs
- output terminal
- processing circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/56—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/60—Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
- H03F3/601—Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators using FET's, e.g. GaAs FET's
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microwave Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高調波処理回路およびこれを用いた増幅回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、HEMTやHBTなどの、高速動作可能なトランジスタが実用化されている。これらの素子によれば、50〜60GHz帯の動作周波数を実現することができる。ところで、これらの素子においては、利得を向上させるために、高調波を積極的に利用することがある。この場合は、高調波による電力消費を抑えることが、電力効率を向上させるために望ましい。
【0003】
こうした目的のために、いわゆるF級の増幅動作を実現できる負荷回路が望まれる。理想的なF級増幅においては、トランジスタの出力における瞬時電流と瞬時電圧との重なりがないため、消費電力を少なくできる。そのための負荷回路としては、例えば、特開平2001−111362公報(文献1)や特許第2513146公報(文献2)に示されたものがある。文献1に示された負荷回路および実装レイアウトを図1および図2に示す。
【0004】
この負荷回路は、増幅用トランジスタQ1の出力端子に接続されたものである。この負荷回路は、第1伝送線路T11と、第2伝送線路T12と、スタブT2〜T7と、補償スタブT2′〜T7′とを主要な構成として備えている。第2伝送線路T12の出力端子は、負荷抵抗R0に接続されている。
【0005】
この回路によれば、スタブT2〜T7を設けたので、端子Aにおいて、2次〜7次の高調波2f0,3f0,4f0,5f0,6f0,7f0に対して、インピーダンスを零とすることができる。ここで、増幅動作の基本波周波数をf0としている。また、この回路によれば、補償スタブT2′〜T7′を設けたので、スタブT2〜T7における残留リアクタンス成分を零とすることが可能になる。これらの構成により、電力効率を向上させることができる。
【0006】
しかしながら、この負荷回路を実装しようとすると、図2に示されるように、限られたスペースに多数のスタブを設ける必要がある。図ではT6まで記載している。この状態でも、実装面積が大きくなってしまうばかりか、狭い空間にスタブを構成する作業が繁雑となってしまう。また、T7以上のスタブを設けることは、かなりの困難を伴うことになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものである。本発明は、スタブ数を減少させることができる負荷回路を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の高調波処理回路は、増幅用トランジスタの出力端子と負荷抵抗との間に接続されて、前記トランジスタの出力端子に現れる高調波を処理するための回路である。この回路は、増幅用トランジスタの出力が入力され、かつ、増幅用トランジスタの出力における基本波の波長(λ)の1/4の長さを有する第1伝送線路と、前記第1伝送線路の出力端子に互いに並列に接続された複数の第1スタブとを有する。
さらに、前記複数の第1スタブは、
L=λ/4m (ただし、m=2,3,4,…,n)
で表される伝送線路長Lを各々有しており、
かつ、
m'=pk (ただし、pは3以上の奇数、kは、前記mのうちで現に設けられている第1スタブにおけるm)
で表されるm'に対応する伝送線路長を有する前記第1スタブのいずれかまたはすべての設置が省略されたものとなっている。
さらに、この高調波処理回路は、さらに合成補償スタブを備えている。この合成補償スタブは、前記第1伝送線路の出力端子に接続されており、基本波に対する前記合成補償スタブのアドミタンスは、前記第1スタブの合成入力アドミタンスと大きさが等しくかつ逆符号とされている。
【0009】
請求項2記載の高調波処理回路は、請求項1記載のものにおいて、さらに、前記第1伝送線路の出力端子に互いに並列に接続された複数の第2スタブを有している。これらの第2スタブの伝送線路長Lhは、Lh+L=λ/2を満たす長さに各々設定されている。
【0011】
請求項2記載の高調波処理回路は、請求項1記載のものにおいて、前記合成補償スタブを、先端開放のものとしている。
【0012】
請求項3記載の高調波処理回路は、請求項1記載のものにおいて、前記合成補償スタブを、先端短絡のものとしている。
【0015】
請求項4記載の高調波処理回路は、請求項1〜3のいずれか1項記載のものにおいて、前記第1の伝送線路の出力端子と前記負荷抵抗との間に接続され、かつ、前記基本波の波長(λ)の1/4の長さを有する第2伝送線路をさらに備えた構成となっている。
【0017】
請求項5記載の高調波処理回路は、請求項1〜4のいずれか1項記載のものにおいて、前記増幅用トランジスタに代えて、負性抵抗2端子増幅素子を用いている。
【0018】
請求項6記載の高調波処理回路は、増幅用トランジスタの出力端子と負荷抵抗との間に接続されて、前記トランジスタの出力端子に現れる高調波を処理するための回路であって、前記増幅用トランジスタの出力が入力される入力端子と、前記増幅用トランジスタの出力における基本波の波長(λ)の1/4の長さを有する第1伝送線路と、前記第1の伝送線路の出力端子に互いに並列に接続された複数の第1スタブとを有し、
前記複数の第1スタブは、
L=λ/4m (ただし、m=2,3,4,…,n)
で表される伝送線路長Lを各々有するものであり、
さらに合成補償スタブを備え、前記合成補償スタブは、前記第1伝送線路の出力端子に接続されており、基本波に対する前記合成補償スタブのアドミタンスは、前記第1スタブの合成入力アドミタンスと大きさが等しくかつ逆符号とされているものである。
請求項7記載の高調波処理回路は、請求項1に記載のものにおいて、前記合成補償スタブに代えて、前記第1の伝送線路の出力端子に接続され、かつ、前記第1スタブの合成入力アドミタンスと大きさが等しくかつ逆符号であるリアクタンス素子を有する構成となっている。
【0019】
請求項8記載の増幅回路は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の高調波処理回路における前記第1の伝送線路の入力端子が、前記増幅用トランジスタの出力端子に接続されている構成となっている。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明の第1実施形態に係る負荷回路を、添付の図面を参照しながら説明する。まず、図3に基づいて、この負荷回路の構成を説明する。この負荷回路は、増幅用トランジスタ(後述)の出力端子と負荷抵抗R0との間に接続されるものである。この負荷回路は、第1伝送線路T11と、第2伝送線路T12と、複数の第1スタブT2〜T7と、合成補償スタブT*とを主要な構成として備えている。
【0021】
第1伝送線路T11の入力端子Cは、トランジスタの出力端子に接続されている。第1伝送線路T11の長さは、トランジスタの出力における基本波の波長(λ)の1/4の長さを有している。
【0022】
第2伝送線路T12の入力側は、第1伝送線路T11の出力端子Aに直列に接続されている。第2伝送線路T12の出力側は、負荷抵抗R0に接続されている。第2伝送線路T12の長さは、第1伝送線路T11と同様とされている。
【0023】
複数の第1スタブT2〜Tn(図ではT7まで)は、互いに並列に、第1伝送線路T11の出力端子Aに接続されている。ここでnは任意の正の整数である。これらの第1スタブT2〜Tnの、各々の伝送線路長Lは、
L=λ/4m (ただし、m=2,3,4,…,n)
とされている。
【0024】
さらに、本実施形態では、複数の第1スタブT2〜Tnは、連続的にすべて設けられているものではない。すなわち、本実施形態では、
「m'=pk (ただし、pは3以上の奇数、kは、前記mのうちで現に設けられている第1スタブにおけるm)で表されるm'に対応する伝送線路長を有する第1スタブT2〜Tn」のうち、いずれかまたはすべての設置が省略されたものとなっている。ここで、「省略された」とは、設けられていないことを意味する。例えば、図示例では、p=3でかつk=2の場合として、スタブT6が省略されている。また、kは、前記の通り、実際に設けられたスタブTkにおけるkを意味する。したがって、T2を設けた場合に、T6を省略するという意味である。T3を設けた場合には、p=3でかつk=3の場合として、スタブT9を省略できる。スタブを省略できる理由は後述する。
【0025】
合成補償スタブT*は、第1の伝送線路の出力端子Aに接続されている。合成補償スタブT*のアドミタンスは、複数の第1スタブT2〜Tn(ただし省略されたスタブを除く)の合成入力アドミタンスと大きさが等しくかつ逆符号とされている。図示例では、このような合成補償スタブT*を、先端開放のスタブにより構成している。また、合成補償スタブT*を、先端短絡のスタブによって構成することもできる。さらに、合成補償スタブT*に代えて、第1スタブT2〜Tn(ただし省略されたスタブを除く)の合成入力アドミタンスと大きさが等しくかつ逆符号とされたアドミタンスを有するリアクタンス素子を用いてもよい。そのようなリアクタンス素子の例としては、例えば、集中定数インダクタL、集中定数キャパシタC、ならびに先端にインダクタLまたはキャパシタCが装荷されたスタブがある。なお、図3中で符号ZLは、この負荷回路の合成インピーダンスを示している。
【0026】
つぎに、本実施形態の負荷回路を用いた増幅回路の例を図4に基づき説明する。この例では、増幅用トランジスタSの出力端子に、第1の伝送線路T11の入力端子Cが接続されている。また、増幅用トランジスタSと負荷抵抗R0との間には、直流阻止用のカップリングコンデンサC1およびC2が接続されている。さらに、トランジスタSには、電源電圧Vddが供給されている。
【0027】
つぎに、本実施形態に係る負荷回路の動作について説明する。
まず、第1伝送線路T11を設けたことにより、基本波f0に対する入力インピーダンスは零となる。さらに、m次の各高調波に対する第1スタブTm(m=2,3,4,…,n)により、各高調波におけるA点のインピーダンスを零とすることができる。これらの動作は、文献1に示された従来の負荷回路と同様である。
【0028】
さらに、本実施形態では、第1スタブT2〜Tnのうちで、一つまたはそれ以上のスタブが省略されている。その動作を以下に説明する。まず、第1スタブ全体(以下「Tk」で示す)を、図5に示されるような2端子対回路(4端子回路)として考える。すると、第1スタブTkのF行列は、すべての周波数fに対して、fk=kf0をk次高調波の周波数として、
【数1】
で表される。(1)式は、f=fk,3fk,5fk,7fk…=kf0,3kf0,5kf0,…において
【数2】
ただし、f=f0,5f0,9f0,… のとき+,
f= 3f0,7f0,11f0,…のとき−
となり、従って、このときの入力インピーダンスZinkは、
【数3】
となる。さらに、Tkは先端開放であるから、I2=0によりZink=0となる。
【0029】
このことから、第1スタブTkを設けることで、k次高調波以外にも3k次、5k次、7k次、・・・という各高調波におけるA点でのインピーダンスが零となることが判る。従来は、各高調波に対応する第1スタブを一本づつ設けていた。つまり、2次高調波に対しT2、3次高調波に対しT3というスタブを設けていた。しかしながら、前記の考察から明らかなように、スタブTkがあれば、T3k,T5k,T7k,・・・を設ける必要はない。つまり、T3k,T5k,T7k,・・・を省いても、Tkがそれらの代わりとなり、省く前と同様の負荷インピーダンス特性(奇数次高調波に対し開放、偶数次高調波に対し短絡)を実現できる。具体的には、T2によって代替可能なT6,T10,T14,・・・、T3によって代替可能なT9,T15,T21,・・・、T4によって代替可能なT12,T20,T28,・・・を省く事ができる。表1に、Tkを設けた場合に省略できるスタブを示す。
【0030】
【表1】
【0031】
以上をまとめると、省くことのできる高調波処理スタブは「既に設けられているスタブにおけるmの値が2以上の整数であるときに、そのmの奇数倍の高調波に対応するスタブTm」と言える。言い換えれば、この定義に当てはまらない、mの値が2の階乗と素数とであるスタブ、具体的には T2,T3,T4,T5,T7,・・・は、省かれずに残る。そして、それらのみで、所望の負荷インピーダンス特性が得られる。もちろん、どの次数までを考慮してスタブを設けるかは任意の設計事項である。また、省略できるすべてのスタブを省略することは必須ではなく、一部を残存させておくことも理論的には可能である。
【0032】
このように、本実施形態では、第1スタブの数を従来に比べて削減することができる。したがって、スタブ設置に要する面積を小さくすることができ、さらに、スタブ実装工程が容易となるという利点がある。
【0033】
本実施形態に係る負荷回路の負荷インピーダンス特性を図6(b)に示す。比較のため、第1スタブを削減していない場合(図1に示す従来技術)の負荷インピーダンスを図6(a)に示す。本実施形態の回路においても、削減前の回路と同様に、負荷インピーダンスは、奇数次高調波に対して開放、偶数次高調波に対して短絡となっている。しかも、基本波(1.9GHz)に対する負荷インピーダンスは等しい。これにより、本実施形態の回路は、削減前の回路と同様の負荷インピーダンスを有していることが判る。
【0034】
つぎに、合成補償スタブT*を用いることができる理由について説明する。前記した第1スタブT2〜Tn(前記に従って一部のスタブが削減されたもの)の合成入力アドミタンスをYinTとする。スタブT*は、このアドミタンスYinTと大きさが等しく逆符号の入力アドミタンスを有している。したがって、この一本のスタブT*により、第1スタブT2〜Tnが基本波に与える影響(残留リアクタンスの影響)を除去することができる。従来は、第1スタブの一本ごとに一本の補償スタブを設けていた。しかしながら、本実施形態では、前記した理由により、補償スタブの数を削減することができる。よって、本実施形態では、スタブ設置に要する面積をさらに、小さくすることができる。また、本実施形態では、スタブ実装工程をさらに容易とすることができる。
【0035】
合成補償スタブT*を得る方法についてさらに具体的に説明する。先端開放の伝送線路(長さl、伝搬定数β、特性インピーダンスZ0)の入力アドミタンスYは、
【数4】
で表される。これから、スタブTkにおける、基本波に対する入力アドミタンスYinkは、以下の通りとなる。すなわち、まず、基本波の伝搬定数βは、β=β0=2π/λ0となる。さらに、スタブTkは、k次高調波(波長λk=λ0/k)に対する4分の1波長線路であるから、その長さlは、l=λk/4=λ0/4kとなる。これらを(4)式に代入すると、
【数5】
となる。
【0036】
一方、第1スタブT2〜T7全体の合成入力アドミタンスをYinTとすると、
【数6】
となる。したがって、合成補償スタブT*(長さLh)の入力インピーダンスYinhをYinh=−YinTとすることにより、第1スタブが基本波に与える影響を、一本の合成補償スタブによって除去することができる。
【0037】
つぎに、先端開放の伝送線路により合成補償スタブT*を構成する例について説明する。前記(4)および(6)式より、
【数7】
である。すると、長さLhは、
【数8】
となる。これを実際に計算すると、
Lh=0.30959253λ0≒0.3λ0
のように求めることができる。
【0038】
なお、この実施形態では、第1の伝送線路T11の出力端子と負荷抵抗R0との間に、基本波の波長(λ)の1/4の長さを有する第2伝送線路T12を接続している。このため、この実施形態では、基本波における増幅動作に対して適切な負荷インピーダンスを、伝送線路T12の特性インピーダンスを変化させることにより実現できるという利点がある。しかも、この場合には、伝送線路T12の特性インピーダンスの変化は、高調波のための負荷インピーダンスには一切影響を与えないという利点もある。
【0039】
【実施例】
本実施形態の負荷回路を、下記条件の増幅用トランジスタSに適用した。
飽和ドレイン電流:60mA
しきい値電圧:−0.9V
電源電圧:3.4V
最大発振周波数fmax:70GHz
構成:ヘテロ接合FET
【0040】
この場合の、ドレイン電流端子における電圧・電流特性を、ハーモニックバランスシミュレータにより計算した。その結果を図7に示す。瞬時電圧と瞬時電流との重なりがほぼ無くなっており、理想的なF級動作に近い動作を実現している。このときの付加電力効率(Power-added Efficiency, PAE)を図8に示す。この図から、PAEはほぼ90%に達することが判る。なお、この図において、Poutは、負荷抵抗において得られる出力電力を示している。
【0041】
次に、本発明の第2実施形態に係る負荷回路を説明する。前記した第1実施形態においては、補償用のスタブとして、合成補償スタブT*を用いた。しかしながら、第2実施形態では、これに代えて、複数の補償用の第2スタブを設ける構成とした。その回路の例を図9に示す。ここでは、第1スタブT2〜T7に対応して、補償用の第2スタブT2 *〜T7 *が設けられている。もちろん、省略された第1スタブに対応する第2スタブは省略されている。この構成においても、前記した実施形態と同様に、残留リアクタンスによる、基本波への影響を除去することができる。この場合の動作は、前記した文献1に記載された通りなので、詳細の説明は省略する。また、この実施形態においても、第1スタブT6と第2スタブT6 *とを省略しているので、その分、スタブの数を削減することができる。また、第2実施形態においては、さらに、第2スタブのそれぞれの伝送線路長Lhを、
Lh=(2m−1)λ/4m (ただしm=2,3,4,…,n)
という関係を満たすものとした。このように設定すると、伝送線路長Lh+Lが常にλ/2となるので、インピーダンス補償の設計が容易であるという利点がある。
【0042】
さらに、第2実施形態においては、複数の第1スタブと複数の第2スタブとが、互いに線対称となる位置に配置されている。このように配置することにより、多数のスタブを、一点(この例では出力端子A)を基準として並列接続することができる。このため、スタブ配置に要する面積を小さくしうるという利点がある。
【0043】
なお、前記各実施形態の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。例えば、前記実施形態では、増幅用素子としてトランジスタを用いたが、これに代えて、負性抵抗の2端子増幅素子を用いることもできる。そのような素子の一例は、ガンダイオードである。
【0044】
【発明の効果】
本発明によれば、スタブ数を減少させることができる負荷回路、および、それを用いた高効率な増幅回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の負荷回路を用いた増幅回路を示す図である。
【図2】図1に示す回路を基板上に実装した一例を示す説明図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る負荷回路を示す図である。
【図4】図3に示す負荷回路を用いた増幅回路を示す図である。
【図5】第1実施形態を説明するために用いる2端子回路を示す図である。
【図6】図(a)は、従来の負荷回路における負荷インピーダンス特性を示すグラフであり、図(b)は、第1実施形態の負荷回路における負荷インピーダンス特性を示すグラフである。
【図7】本発明の第1実施形態に係る増幅回路を用いた実施例の結果を示す図であり、トランジスタのドレイン端子における電圧・電流特性を示すグラフである。
【図8】本発明の第1実施形態に係る増幅回路を用いた実施例の結果を示す図であり、回路の負荷電力特性を示すグラフである。
【図9】本発明の第2実施形態に係る負荷回路を示す図である。
【符号の説明】
f0 基本波の周波数
2f0,3f0,4f0,5f0,6f0,7f0 高調波の周波数
A 第1伝送線路の出力端子
C 第1伝送線路の入力端子
C1・C2 カップリングコンデンサ
S 増幅用トランジスタ
R0 負荷抵抗
T* 合成補償スタブ
T11 第1伝送線路
T12 第2伝送線路
T2〜Tn 第1スタブ
T2 *〜Tn * 第2スタブ(補償スタブ)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a harmonic processing circuit and an amplifier circuit using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, transistors capable of high-speed operation such as HEMT and HBT have been put into practical use. According to these elements, an operating frequency in the 50 to 60 GHz band can be realized. By the way, in these elements, in order to improve a gain, a harmonic may be utilized actively. In this case, it is desirable to suppress power consumption due to harmonics in order to improve power efficiency.
[0003]
For such a purpose, a load circuit capable of realizing a so-called class F amplification operation is desired. In an ideal class F amplification, there is no overlap between the instantaneous current and the instantaneous voltage at the output of the transistor, so that power consumption can be reduced. As load circuits for that purpose, for example, there are those disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-111362 (Reference 1) and Japanese Patent No. 2513146 (Reference 2). The load circuit and mounting layout shown in
[0004]
The load circuit is one which is connected to the output terminal of the amplifying transistor Q 1. This load circuit includes a first transmission line T 11, the second transmission line T 12, the
[0005]
According to this circuit, since the stubs T 2 to T 7 are provided, with respect to the second to seventh harmonics 2f 0 , 3f 0 , 4f 0 , 5f 0 , 6f 0 , 7f 0 at the terminal A, Impedance can be made zero. Here, it is the f 0 the fundamental frequency of the amplification. Further, according to this circuit, since the compensation stubs T 2 ′ to T 7 ′ are provided, the residual reactance component in the stubs T 2 to T 7 can be made zero. With these configurations, power efficiency can be improved.
[0006]
However, if this load circuit is to be mounted, it is necessary to provide a large number of stubs in a limited space as shown in FIG. It describes to T 6 in FIG. Even in this state, not only does the mounting area increase, but the work of configuring the stub in a narrow space becomes complicated. Moreover, the provision of the T 7 or more stubs will be accompanied by considerable difficulties.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances. It is an object of the present invention to provide a load circuit that can reduce the number of stubs.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The harmonic processing circuit according to
Further, the plurality of first stubs are:
L = λ / 4m (where m = 2, 3, 4,..., N)
Each having a transmission line length L represented by
And,
m ′ = pk (where p is an odd number greater than or equal to 3, and k is m in the first stub currently provided among the m)
Any or all of the first stubs having a transmission line length corresponding to m ′ represented by
The harmonic processing circuit further includes a synthesis compensation stub. The composite compensation stub is connected to the output terminal of the first transmission line, and the admittance of the composite compensation stub with respect to the fundamental wave is equal in magnitude and opposite to the composite input admittance of the first stub. Yes.
[0009]
A harmonic processing circuit according to a second aspect is the one according to the first aspect, further comprising a plurality of second stubs connected in parallel to the output terminal of the first transmission line. The transmission line lengths Lh of these second stubs are set to lengths that satisfy Lh + L = λ / 2.
[0011]
Harmonic processing circuit of
[0012]
A harmonic processing circuit according to a third aspect is the one according to the first aspect, wherein the composite compensation stub is a short-circuited tip.
[0015]
The harmonic processing circuit according to
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, in the harmonic processing circuit according to any one of the first to fourth aspects, a negative resistance two-terminal amplifying element is used instead of the amplifying transistor.
[0018]
6. The harmonic processing circuit according to
The plurality of first stubs are:
L = λ / 4m (where m = 2, 3, 4,..., N)
Each having a transmission line length L represented by:
Further, a composite compensation stub is provided, and the composite compensation stub is connected to an output terminal of the first transmission line, and an admittance of the composite compensation stub with respect to a fundamental wave is equal to a composite input admittance of the first stub. They are equal and have opposite signs.
Harmonic processing circuit of
[0019]
The amplifier circuit according to
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A load circuit according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, the configuration of this load circuit will be described with reference to FIG. This load circuit is connected between an output terminal of an amplifying transistor (described later) and a load resistor R0 . This load circuit includes a first transmission line T 11, the second transmission line T 12, includes a plurality of
[0021]
Input terminal C of the first transmission line T 11 is connected to the output terminal of the transistor. The length of the first transmission line T 11 has a length of 1/4 the wavelength of the fundamental wave (lambda) at the output of the transistor.
[0022]
Input of the second transmission line T 12 is connected in series with the output terminal A of the first transmission line T 11. The output side of the second transmission line T 12 is connected to the load resistor R 0. The length of the second transmission line T 12 is the same as the first transmission line T 11.
[0023]
The plurality of first stubs T 2 to T n (up to T 7 in the figure) are connected in parallel to the output terminal A of the first transmission line T 11 . Here, n is an arbitrary positive integer. The transmission line length L of each of these first stubs T 2 to T n is
L = λ / 4m (where m = 2, 3, 4,..., N)
It is said that.
[0024]
Further, in the present embodiment, the plurality of first stubs T 2 to T n are not all provided continuously. That is, in this embodiment,
The first transmission line length corresponding to m ′ represented by “m ′ = pk (where p is an odd number equal to or greater than 3 and k is m in the first stub currently provided among the m). Any or all of the stubs T 2 to T n are omitted. Here, “omitted” means not provided. For example, in the illustrated example, as the case of p = 3 a and k = 2, the stub T 6 are omitted. Further, k means k in the stub T k actually provided as described above. Therefore, the case of providing the T 2, it is meant that omit the T 6. When provided with the T 3 has a case of p = 3 a and k = 3, it can be omitted stub T 9. The reason why the stub can be omitted will be described later.
[0025]
The combined compensation stub T * is connected to the output terminal A of the first transmission line. The admittance of the combined compensation stub T * is equal in magnitude to the combined input admittance of the plurality of first stubs T 2 to T n (excluding the omitted stubs) and has an opposite sign. In the illustrated example, such a combined compensation stub T * is constituted by a stub having an open end. Further, the combined compensation stub T * can be configured by a short-circuited stub. Further, instead of the combined compensation stub T * , a reactance element having an admittance having the same magnitude and the opposite sign as the combined input admittance of the first stubs T 2 to T n (excluding the omitted stub) is used. May be. Examples of such reactance elements include a lumped constant inductor L, a lumped constant capacitor C, and a stub loaded with the inductor L or the capacitor C at the tip. In FIG. 3, the symbol Z L indicates the combined impedance of this load circuit.
[0026]
Next, an example of an amplifier circuit using the load circuit of the present embodiment will be described with reference to FIG. In this example, the input terminal C of the first transmission line T 11 is connected to the output terminal of the amplifying transistor S. Further, coupling capacitors C 1 and C 2 for blocking DC are connected between the amplifying transistor S and the load resistor R 0 . Further, the power supply voltage V dd is supplied to the transistor S.
[0027]
Next, the operation of the load circuit according to the present embodiment will be described.
First, by providing the first transmission line T 11, the input impedance becomes zero with respect to the fundamental wave f 0. Furthermore, the impedance of the point A in each harmonic can be made zero by the first stub T m (m = 2, 3, 4,..., N) for each m-th harmonic. These operations are the same as those of the conventional load circuit shown in
[0028]
Furthermore, in this embodiment, one or more stubs are omitted from the first stubs T 2 to T n . The operation will be described below. First, the entire first stub (hereinafter referred to as “T k ”) is considered as a two-terminal pair circuit (four-terminal circuit) as shown in FIG. Then, the F matrix of the first stub T k has f k = kf 0 as the frequency of the k-order harmonic for all frequencies f.
[Expression 1]
It is represented by Equation (1) is expressed as follows when f = f k , 3f k , 5f k , 7f k ... = Kf 0 , 3kf 0 , 5kf 0 ,.
However, when f = f 0 , 5f 0 , 9f 0 ,.
When f = 3f 0 , 7f 0 , 11f 0 ,.
Therefore, the input impedance Zink at this time is
[Equation 3]
It becomes. Furthermore, since T k is open at the tip, Z 2 ink becomes 0 by I 2 = 0.
[0029]
From this, it can be seen that by providing the first stub T k , the impedance at point A in each of the 3k, 5k, 7k,... Harmonics other than the kth harmonic becomes zero. . Conventionally, one first stub corresponding to each harmonic is provided one by one. That is, a stub of T 2 for the second harmonic and T 3 for the third harmonic is provided. However, as is clear from the above consideration, if there is a stub T k , it is not necessary to provide T 3k , T 5k , T 7k,. In other words, even if T 3k , T 5k , T 7k ,... Are omitted, Tk replaces them, and the load impedance characteristics are the same as before (open to odd harmonics, short to even harmonics). ) Can be realized. Specifically, T 6 can be replaced by T 2, T 10, T 14 , ···, T 9 can be replaced by T 3, T 15, T 21 , ···, fungible T by T 4 12 , T 20 , T 28 ,... Can be omitted. Table 1 shows stubs that can be omitted when Tk is provided.
[0030]
[Table 1]
[0031]
In summary, the harmonic processing stub that can be omitted is “a stub T m corresponding to a harmonic that is an odd multiple of m when the value of m in an existing stub is an integer greater than or equal to 2”. It can be said. In other words, stubs where the value of m is a factorial of 2 and a prime number, specifically T 2 , T 3 , T 4 , T 5 , T 7 ,. Remains. And only with them, a desired load impedance characteristic is obtained. Of course, up to which order the stub is provided is an arbitrary design matter. Moreover, it is not essential to omit all stubs that can be omitted, and it is theoretically possible to leave a part of them.
[0032]
Thus, in the present embodiment, the number of first stubs can be reduced as compared to the conventional case. Therefore, the area required for stub installation can be reduced, and the stub mounting process is facilitated.
[0033]
FIG. 6B shows the load impedance characteristics of the load circuit according to the present embodiment. For comparison, the load impedance when the first stub is not reduced (prior art shown in FIG. 1) is shown in FIG. Also in the circuit of the present embodiment, the load impedance is open to the odd-order harmonics and short-circuited to the even-order harmonics, as in the circuit before reduction. Moreover, the load impedance for the fundamental wave (1.9 GHz) is equal. Thereby, it turns out that the circuit of this embodiment has the same load impedance as the circuit before reduction.
[0034]
Next, the reason why the combined compensation stub T * can be used will be described. Let Y inT be the combined input admittance of the first stubs T 2 to T n described above (in which some stubs are reduced according to the above). The stub T * has an input admittance that is equal in magnitude and opposite to the admittance Y inT . Therefore, the influence of the first stubs T 2 to T n on the fundamental wave (the influence of residual reactance) can be removed by this single stub T * . Conventionally, one compensation stub is provided for each first stub. However, in the present embodiment, the number of compensation stubs can be reduced for the reasons described above. Therefore, in this embodiment, the area required for stub installation can be further reduced. In this embodiment, the stub mounting process can be further facilitated.
[0035]
A method for obtaining the combined compensation stub T * will be described more specifically. The input admittance Y of a transmission line (length l, propagation constant β, characteristic impedance Z 0 ) with an open end is
[Expression 4]
It is represented by From this, the input admittance Y ink for the fundamental wave in the stub T k is as follows. That is, first, the fundamental wave propagation constant β is β = β 0 = 2π / λ 0 . Furthermore, since the stub T k is a quarter wavelength line with respect to the k -order harmonic (wavelength λ k = λ 0 / k), its length l is 1 = λ k / 4 = λ 0 / 4k. Become. Substituting these into equation (4) gives
[Equation 5]
It becomes.
[0036]
On the other hand, if the combined input admittance of the entire first stubs T 2 to T 7 is Y inT ,
[Formula 6]
It becomes. Therefore, by setting the input impedance Y inh of the combined compensation stub T * (length L h ) to Y inh = −Y inT , the influence of the first stub on the fundamental wave is removed by a single combined compensation stub. be able to.
[0037]
Next, an example in which the composite compensation stub T * is configured by a transmission line having an open end will be described. From the equations (4) and (6),
[Expression 7]
It is. Then, the length L h is
[Equation 8]
It becomes. When this is actually calculated,
Lh = 0.039959253λ 0 ≈0.3λ 0
Can be obtained as follows.
[0038]
In this embodiment, between the output terminal and the load resistance R 0 of the first transmission line T11, connect the second transmission line T 12 having a length of 1/4 the wavelength of the fundamental wave (lambda) is doing. Therefore, in this embodiment, the proper load impedance for the amplifier operating in the fundamental wave, there is an advantage that can be realized by changing the characteristic impedance of the transmission line T 12. Moreover, in this case, change in the characteristic impedance of the transmission line T 12 is the load impedance for the harmonic is also an advantage that no influence at all.
[0039]
【Example】
The load circuit of the present embodiment was applied to the amplifying transistor S under the following conditions.
Saturated drain current: 60 mA
Threshold voltage: -0.9V
Power supply voltage: 3.4V
Maximum oscillation frequency f max : 70 GHz
Configuration: Heterojunction FET
[0040]
In this case, the voltage / current characteristics at the drain current terminal were calculated using a harmonic balance simulator. The result is shown in FIG. The overlap between the instantaneous voltage and the instantaneous current is almost eliminated, and an operation close to an ideal class F operation is realized. FIG. 8 shows the added power efficiency (PAE) at this time. From this figure, it can be seen that PAE reaches almost 90%. In this figure, P out indicates the output power obtained at the load resistance.
[0041]
Next, a load circuit according to a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the combined compensation stub T * is used as the compensation stub. However, in the second embodiment, instead of this, a plurality of compensation second stubs are provided. An example of the circuit is shown in FIG. Here, second stubs T 2 * to T 7 * for compensation are provided corresponding to the first stubs T 2 to T 7 . Of course, the second stub corresponding to the omitted first stub is omitted. Also in this configuration, the influence on the fundamental wave due to the residual reactance can be removed as in the above-described embodiment. Since the operation in this case is as described in the above-mentioned
L h = (2m−1) λ / 4m (where m = 2, 3, 4,..., N)
It was assumed that the relationship was satisfied. With this setting, the transmission line length L h + L is always λ / 2, which has the advantage that the impedance compensation design is easy.
[0042]
Further, in the second embodiment, the plurality of first stubs and the plurality of second stubs are arranged at positions that are line-symmetric with each other. By arranging in this way, a large number of stubs can be connected in parallel with one point (in this example, the output terminal A) as a reference. For this reason, there exists an advantage that the area required for stub arrangement | positioning can be made small.
[0043]
Note that the description of each of the embodiments is merely an example, and does not indicate a configuration essential to the present invention. The configuration of each part is not limited to the above as long as the gist of the present invention can be achieved. For example, in the above embodiment, a transistor is used as the amplifying element, but a two-terminal amplifying element having a negative resistance may be used instead. An example of such a device is a Gunn diode.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a load circuit capable of reducing the number of stubs and a highly efficient amplifier circuit using the load circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an amplifier circuit using a conventional load circuit.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example in which the circuit shown in FIG. 1 is mounted on a substrate.
FIG. 3 is a diagram showing a load circuit according to the first embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing an amplifier circuit using the load circuit shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a two-terminal circuit used for explaining the first embodiment.
FIG. 6A is a graph showing the load impedance characteristic in the conventional load circuit, and FIG. 6B is a graph showing the load impedance characteristic in the load circuit of the first embodiment.
FIG. 7 is a graph showing the results of an example using the amplifier circuit according to the first embodiment of the present invention, and is a graph showing the voltage / current characteristics at the drain terminal of a transistor.
FIG. 8 is a diagram showing the results of an example using the amplifier circuit according to the first embodiment of the present invention, and is a graph showing the load power characteristics of the circuit.
FIG. 9 is a diagram showing a load circuit according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
f 0 fundamental wave frequency 2f 0 , 3f 0 , 4f 0 , 5f 0 , 6f 0 , 7f 0 harmonic frequency A first transmission line output terminal C first transmission line input terminal C 1 · C 2 coupling Capacitor S Amplifying transistor R 0 Load resistor T * Composite compensation stub T 11 First transmission line T 12 Second transmission line T 2 to T n First stub T 2 * to T n * Second stub (compensation stub)
Claims (8)
前記複数の第1スタブは、
L=λ/4m (ただし、m=2,3,4,…,n)
で表される伝送線路長Lを各々有しており、
かつ、
m'=pk (ただし、pは3以上の奇数、kは、前記mのうちで現に設けられている第1スタブにおけるm)
で表されるm'に対応する伝送線路長を有する前記第1スタブのいずれかまたはすべての設置は省略されており、
さらに合成補償スタブを備え、前記合成補償スタブは、前記第1伝送線路の出力端子に接続されており、基本波に対する前記合成補償スタブのアドミタンスは、前記第1スタブの合成入力アドミタンスと大きさが等しくかつ逆符号とされている
ことを特徴とする高調波処理回路。A circuit connected between an output terminal of an amplifying transistor and a load resistor for processing harmonics appearing at the output terminal of the transistor, wherein the output of the amplifying transistor is input, and the amplification And a plurality of first stubs connected in parallel to the output terminal of the first transmission line. And
The plurality of first stubs are:
L = λ / 4m (where m = 2, 3, 4,..., N)
Each having a transmission line length L represented by
And,
m ′ = pk (where p is an odd number greater than or equal to 3, and k is m in the first stub currently provided among the m)
The installation of any or all of the first stubs having a transmission line length corresponding to m ′ represented by
Further, a composite compensation stub is provided, and the composite compensation stub is connected to an output terminal of the first transmission line. A harmonic processing circuit having equal and opposite signs.
前記複数の第1スタブは、
L=λ/4m (ただし、m=2,3,4,…,n)
で表される伝送線路長Lを各々有するものであり、
さらに合成補償スタブを備え、前記合成補償スタブは、前記第1伝送線路の出力端子に接続されており、基本波に対する前記合成補償スタブのアドミタンスは、前記第1スタブの合成入力アドミタンスと大きさが等しくかつ逆符号とされていることを特徴とする高調波処理回路。A circuit for processing harmonics appearing at the output terminal of the transistor, connected between the output terminal of the transistor for amplification and a load resistor, and an input terminal to which the output of the transistor for amplification is input; A first transmission line having a length of ¼ of the fundamental wavelength (λ) at the output of the amplifying transistor, and a plurality of first stubs connected in parallel to the output terminal of the first transmission line; And
The plurality of first stubs are:
L = λ / 4m (where m = 2, 3, 4,..., N)
Each having a transmission line length L represented by:
Further, a composite compensation stub is provided, and the composite compensation stub is connected to an output terminal of the first transmission line, and an admittance of the composite compensation stub with respect to a fundamental wave is equal to a composite input admittance of the first stub. A harmonic processing circuit having equal and opposite signs.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002034513A JP4143805B2 (en) | 2002-02-12 | 2002-02-12 | Harmonic processing circuit and amplifier circuit using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002034513A JP4143805B2 (en) | 2002-02-12 | 2002-02-12 | Harmonic processing circuit and amplifier circuit using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003234626A JP2003234626A (en) | 2003-08-22 |
JP4143805B2 true JP4143805B2 (en) | 2008-09-03 |
Family
ID=27776992
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002034513A Expired - Fee Related JP4143805B2 (en) | 2002-02-12 | 2002-02-12 | Harmonic processing circuit and amplifier circuit using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4143805B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8680941B2 (en) | 2009-09-18 | 2014-03-25 | The University Of Electro-Communications | Microwave harmonic processing circuit |
JP2017120846A (en) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 日本電信電話株式会社 | Optical semiconductor device |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008018338A1 (en) | 2006-08-08 | 2008-02-14 | National University Corporation The University Of Electro-Communications | Harmonic processing circuit and amplifying circuit using the same |
JP5408616B2 (en) * | 2009-08-31 | 2014-02-05 | 国立大学法人電気通信大学 | Amplifier circuit |
JP5720545B2 (en) | 2011-11-24 | 2015-05-20 | 富士通株式会社 | Power amplifier |
CN108736838A (en) * | 2017-04-16 | 2018-11-02 | 天津大学(青岛)海洋工程研究院有限公司 | A kind of novel F classes power amplifier match circuit that higher hamonic wave is controllable |
CN110677989A (en) * | 2019-11-04 | 2020-01-10 | 成都凌德科技有限公司 | Matching structure of microwave circuit through hole of multilayer printed board and design method thereof |
-
2002
- 2002-02-12 JP JP2002034513A patent/JP4143805B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8680941B2 (en) | 2009-09-18 | 2014-03-25 | The University Of Electro-Communications | Microwave harmonic processing circuit |
JP2017120846A (en) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 日本電信電話株式会社 | Optical semiconductor device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003234626A (en) | 2003-08-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4206589B2 (en) | Distributed amplifier | |
JP5085179B2 (en) | Class F amplifier circuit | |
US6396348B1 (en) | Circuit for dealing with higher harmonics and circuit for amplifying power efficiency | |
JP5260801B2 (en) | High frequency amplifier circuit | |
JP2513146B2 (en) | High efficiency amplifier circuit | |
JPH0732335B2 (en) | High frequency amplifier | |
KR102602394B1 (en) | Multi-band amplifiers and dual-band amplifiers | |
KR960027257A (en) | Power amplifiers for both analog and digital cell phones | |
JP4143805B2 (en) | Harmonic processing circuit and amplifier circuit using the same | |
JP5646302B2 (en) | Frequency multiplier | |
JPH10190379A (en) | Plural-frequency-band highly efficient linear power amplifier | |
JP4335633B2 (en) | Class F amplifier circuit and load circuit for class F amplifier | |
JP5655526B2 (en) | Electronic circuit | |
Wu et al. | A 50 MHz to 6 GHz 1-Watt GaAs pHEMT stacked distributed power amplifier | |
US20060022755A1 (en) | Nagative conductance power amplifier | |
Li et al. | A 160 GHz high output power and high efficiency power amplifier in a 130-nm SiGe BiCMOS technology | |
JP5161856B2 (en) | Bias circuit | |
Jahanian et al. | A CMOS distributed amplifier with active input balun using GBW and linearity enhancing techniques | |
Afanasyev et al. | Broadband operation of class-E power amplifier with shunt filter | |
Traiche et al. | 3 GHz CMOS Doherty power amplifier for high efficiency | |
CN208063143U (en) | 1-2GHz wideband low noise amplifiers | |
Hu et al. | An ultra-wideband GaAs pHEMT distributed power amplifier | |
JP5752515B2 (en) | amplifier | |
Dai et al. | Co‐design of two‐way doherty power amplifier and filter for concurrent dual‐band application | |
JP5347992B2 (en) | High frequency amplifier circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050201 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20050201 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20050201 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071113 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080204 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080404 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080507 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080603 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110627 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |