JP5161856B2 - バイアス回路 - Google Patents

Description

本発明は、増幅器等に利用されるバイアス回路に関する。

バイアス回路は、交流信号を扱うトランジスタなどの能動素子の動作に必要な直流電圧、あるいは直流電流、あるいはその両者を、交流信号の伝送特性にできる限り影響を与えないように能動素子へ供給するために設けられる回路である。

例えば増幅素子へ入力された交流信号は増幅素子で増幅されて出力端子から出力される。この出力信号のエネルギー源は直流電源である。つまり、増幅器は直流電源のエネルギーを交流信号のエネルギーに変換する。バイアス回路は、直流電源のエネルギーを増幅素子へ供給する役割を果たす。このようなバイアス回路は、交流信号に対してバイアス回路が影響を与えないように交流信号のバイアス回路への流れを阻止するフィルタ機能を持つ必要がある。

図１は能動素子１８０（例えば電界効果トランジスタなどの増幅素子）に直流電圧および直流電流を供給する従来のバイアス回路９００の構成例を示している。交流信号源１と能動素子１８０が交流回路上で直列接続されており、交流信号源１と能動素子１８０との間の経路上（ポートＡ−ポートＢ）にバイアス回路９００がバイアス供給端子８００により接続されている。つまり、バイアス回路９００は、能動素子１８０の入力交流信号供給端子（図１の例では電界効果トランジスタのゲート端子）に接続されている。バイアス回路９００は、キャパシタンス値Ｃ_１のキャパシタ７とインダクタンス値Ｌ_１のインダクタ８とが並列接続された並列共振回路７８ｐを含む。並列共振回路７８ｐの一端はバイアス供給端子８００であり、並列共振回路７８ｐの他端は直流電源接続端子６００である。直流電源接続端子６００には、一端が接地されキャパシタンス値が十分に大きいキャパシタ４および直流回路部１０が接続している。直流回路部１０は、直流電源接続端子６００に一端が接続された直流回路５であるチョークコイル、および、チョークコイルの他端に接続された、接地電位に対して或る一定の直流電圧を発生する直流電源６を含む。直流電源６のエネルギーは、バイアス供給端子８００を経由して能動素子１８０に供給される。

ここで、キャパシタンス値Ｃ_１とインダクタンス値Ｌ_１で決まる並列共振回路７８ｐの共振周波数をｆとすると、共振周波数ｆでバイアス供給端子８００から直流電源６側を見たインピーダンスは無限大とみなせるため、交流信号のバイアス回路への侵入は阻止される。つまり、バイアス回路９００は並列共振回路７８ｐの共振周波数ｆで動作するバイアス回路である。一般に、従来のバイアス回路９００に用いられている共振回路と同様なフィルタ機能は或る特定の一つの周波数付近でのみ有効である。

ところで近年、無線機にはマルチバンドで動作する機能が要求されている。無線機に含まれる不可欠な装置として増幅器がある。つまり、増幅器自身にマルチバンドで動作する機能が要求されている。増幅器がマルチバンドで動作するために幾つかの方法が考えられている。その一つとして、複数の周波数帯域の信号を同時に増幅可能なマルチバンド増幅器がある（非特許文献１参照）。非特許文献１に開示されるマルチバンド増幅器は２つの周波数帯域の信号を同時に増幅することができる。このマルチバンド増幅器は、スペクトラムアグリゲーションなど、複数の周波数帯域を使って高速伝送を達成しうるシステムに使用することができる。このようなマルチバンド増幅器に直流電源のエネルギーを供給するためには、バイアス回路自身がマルチバンドで動作する機能を持つ必要がある。つまり、マルチバンド増幅器のために従来のバイアス回路９００を使用することは難しい。このため非特許文献１に開示されるマルチバンド増幅器は、並列共振回路と当該並列共振回路と同様な効果を持つ伝送線路とを直列接続したバイアス回路を持つ。このバイアス回路は、第１の周波数を並列共振回路の共振周波数とし、伝送線路を第２の周波数で先端短絡となる１／４波長線路とすることで、異なる２つの周波数で同時に直流電源のエネルギーを供給する機能を持つ。しかし、この構成によると、３以上の周波数帯域で同時に当該機能を果たすバイアス回路を設計することは困難である。

また、マルチバンドで動作する機能を持つバイアス回路として特許文献１に開示されるバイアス回路も知られている。このバイアス回路は、スイッチの切り替えによって複数の周波数帯域について個別に直流電源のエネルギーを供給する機能を果たすものであり、複数の周波数帯域で同時に直流電源のエネルギーを供給する機能を持っていない。

特開２００６−２５４３７８号公報

内田他、"デュアルバンド電力ＳｉＭＯＳＦＥＴ増幅器の設計試作"、２００４年電子情報通信学会総合大会Ｃ−２−３９

このような状況に鑑みて、本発明は、設計が容易な構成を持ち、複数の周波数帯域で同時に直流電圧および／または直流電流を能動素子に供給可能なバイアス回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のバイアス回路は、次の構成とされる。即ち、能動素子に直流電圧および／または直流電流を供給するためのバイアス供給端子と、バイアス供給端子に一端が接続され、他端が接地されたキャパシタ（並列キャパシタ）と、並列キャパシタと並列に接続され、一端がバイアス供給端子に接続された並列回路とを含む。ここでＮを２以上の予め定められた整数とし、Ｎ≧３の場合には、ｑを２以上Ｎ−１以下の各整数とし、ｍを１以上Ｎ−１以下の各整数とすると、上記並列回路は、直流電源を含む直流回路部に接続される直流電源接続端子と、直列接続されたＮ個のインダクタ（並列インダクタ）と、Ｎ−１個の直列共振器とを含み、第１の並列インダクタの一端はバイアス供給端子に接続され、第ｑの並列インダクタの一端は、第（ｑ−１）の並列インダクタの他端に接続され、第ｑの並列インダクタの他端は、第（ｑ＋１）の並列インダクタの一端に接続され、第Ｎの並列インダクタに他端は直流電源接続端子に接続され、第ｍの直列共振器は、その一端が第ｍの並列インダクタと第（ｍ＋１）の並列インダクタとの接続部に接続され、その他端が接地されており、直列接続された第ｍのキャパシタ（共振キャパシタ）と第ｍのインダクタ（共振インダクタ）とを含み、Ｎ＝２の場合には、上記並列回路は、直流電源を含む直流回路部に接続される直流電源接続端子と、直列接続された２個のインダクタ（並列インダクタ）と、１個の直列共振器とを含み、第１の並列インダクタの一端はバイアス供給端子に接続され、第２の並列インダクタの一端は、第１の並列インダクタの他端に接続され、第２の並列インダクタの他端は直流電源接続端子に接続され、直列共振器は、その一端が第１の並列インダクタと第２の並列インダクタとの接続部に接続され、その他端が接地されており、直列接続されたキャパシタ（共振キャパシタ）とインダクタ（共振インダクタ）とを含む。

本発明によれば、詳細は実施形態で明らかになるが、バイアス回路に含まれる或る直列共振器の共振周波数で当該直列共振器のインピーダンスがゼロになるため、当該周波数にて当該直列共振器が接続された接続部（並列インダクタ同士の接続部）がショート（交流信号の観点から短絡されている状態）となり、当該周波数ではバイアス回路が実質的に、並列キャパシタと、ショートとなる接続部とバイアス供給端子との間に存在する並列インダクタおよび直列共振器とを含む構成と等価になる。このことはバイアス回路に含まれる各直列共振器について独立に成立するため、各共振周波数でバイアス供給端子からバイアス回路側を見たインピーダンスが無限大（アドミタンスがゼロ）になるようにバイアス回路に含まれる各構成要素のリアクタンス値を適切に設定しておくことで、例えばスイッチなどの切替操作を行うことなく、複数の周波数帯域で同時に直流電圧および／または直流電流を能動素子に供給することができる。また、直流では直列共振器のインピーダンスが無限大になるため直列共振器に直流電流が流れず、特に共振インダクタの設計に関して制約が少なく、バイアス回路の設計が容易である。また、バイアス回路の構成要素の多くが集中定数素子であるため、小型なバイアス回路が実現する。

従来のバイアス回路の構成例を示すブロック図。 本発明であるバイアス回路の実施形態（デュアルバンド対応）を示すブロック図。 第１の周波数ｆ_１=2.5 GHz，第２の周波数ｆ_２=2 GHzとして設計された、デュアルバンド対応の実施形態のバイアス回路の具体例を示す図。 図３に示すデュアルバンド対応の実施形態のバイアス回路において第１の周波数ｆ_１と第２の周波数ｆ_２での通過特性（Ｓ２１）のシミュレーション結果を示す図。 本発明であるバイアス回路の実施形態（Ｎバンド対応）を示すブロック図。 第１の周波数ｆ_１=2.5 GHz、第２の周波数ｆ_２=2 GHz、第３の周波数ｆ_３=1.5 GHz、第４の周波数ｆ_４=1 GHzとして設計された、４バンド対応の実施形態のバイアス回路の具体例を示す図。 図６に示すデュアルバンド対応の実施形態のバイアス回路において第１から第４の各周波数での通過特性（Ｓ２１）のシミュレーション結果を示す図。 本発明であるバイアス回路の実施形態の変形例（Ｎバンド対応）を示すブロック図。

図面を参照しながら、この発明の実施形態を説明する。各図面において対応する部分については、同一の参照符号をつけて重複説明を省略する。

本発明の理解のため、まず二つの周波数帯域ｆ_１，ｆ_２で同時に直流電源６の直流電圧および／または直流電流を供給可能なバイアス回路の実施形態を図２に示す。この実施形態は、バイアス回路１００を増幅器の入力端子側に使用した例である。

交流信号源１と能動素子１８０が交流回路上で直列接続されており、交流信号源１と能動素子１８０との間の経路上（ポートＡ−ポートＢ）にバイアス回路１００がそのバイアス供給端子８００により接続されている。つまり、バイアス回路１００は、能動素子１８０の入力交流信号供給端子（図２の例ではｎチャンネル接合型電界効果トランジスタのゲート端子）に接続されている。

能動素子１８０としては、トランジスタ（Transistor）、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor;ＦＥＴ）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor FET）、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）などを例示できる。なお、各図では、能動素子１８０としてｎチャンネル接合型ＦＥＴを図示しているが、ｎチャンネル接合型ＦＥＴに限定する趣旨ではなく、能動素子１８０の例示に過ぎない。

バイアス回路１００は、一端が接地され他端がバイアス供給端子８００に接続されたキャパシタンス値Ｃ_ｐのキャパシタ３（以下、並列キャパシタという。）と、並列キャパシタ３と並列に接続され一端がバイアス供給端子８００に接続された並列回路３Ｒとを含む。並列回路３Ｒは、一端がバイアス供給端子８００に接続されたインダクタンス値Ｌ_ｐ１のインダクタ２_１（以下、第１並列インダクタという。）と、一端が第１並列インダクタ２_１の他端に接続され他端が直流電源接続端子６００に接続されたインダクタンス値Ｌ_ｐ２のインダクタ２_２（以下、第２並列インダクタという。）と、第１並列インダクタ２_１と第２並列インダクタ２_２との接続部７００_１に一端が接続された第１直列共振器９_１と、一端が直流電源接続端子６００に接続され他端が接地されたキャパシタンス値Ｃのキャパシタ４（以下、接地用キャパシタという。）と、直流電源接続端子６００に接続された直流回路部１０を含む。第１直列共振回路９_１は、一端が接続部７００_１に接続されたキャパシタンス値Ｃ_ｓ１のキャパシタ７_１（以下、第１共振キャパシタという。）と、一端がキャパシタ７_１の他端に接続され他端が接地されたインダクタンス値Ｌ _ｓ１ のインダクタ８_１（以下、第１共振インダクタという。）とを含む。直流回路部１０は、直流電源接続端子６００に一端が接続された直流回路５であるチョークコイル、および、チョークコイルの他端に接続された、接地電位に対して或る一定の直流電圧を発生する直流電源６を含む。直流電源６のエネルギーは、バイアス供給端子８００を経由して能動素子１８０に供給される。

ここで、接地用キャパシタ４のキャパシタンス値Ｃは十分に大きく、所望の周波数帯域のいずれにおいても接地用キャパシタ４のインピーダンスはほぼゼロ（ショート）とする。

第１直列共振器９_１の共振周波数を第１周波数ｆ_１とする。ｆ_１，Ｌ_ｓ１，Ｃ_ｓ１の間には式（１）の関係が成り立つ。

このとき、第１周波数ｆ_１で第１直列共振器９_１の接続部７００_１から第１直列共振器９_１側を見たインピーダンスはゼロ（ショート）となる。よってバイアス供給端子８００からバイアス回路１００側を見たとき、接続部７００_１でショートという状態は接続部７００_１と直流電源接続端子６００との間にどのような回路が接続されても変わらない。従って、第１周波数ｆ_１でバイアス供給端子８００からバイアス回路１００側を見たときのインピーダンスは並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１によって決定される。

第１周波数ｆ_１において並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１の合成アドミタンスＹ_ｐ１は式（２）で表される。ここで、ω_ｘは第ｘ周波数ｆ_ｘの角周波数である。

ここで、合成アドミタンスＹ_ｐ１がゼロとなるように並列キャパシタ３のキャパシタンス値Ｃ_ｐに対応する第１並列インダクタ２_１のインダクタンス値Ｌ_ｐ１を式（３）より求める。

このとき、並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１の合成アドミタンスＹ_ｐ１が０、すなわち並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１の合成インピーダンスＺ_ｐ１は無限大となるため、バイアス供給端子８００からバイアス回路１００側を見たときのインピーダンスは無限大となり、バイアス回路１００は第１周波数ｆ_１での信号に対して影響を与えない。

次に、第２周波数ｆ_２では、接続部７００_１はショートにならず、並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１と第１直列共振器９_１と第２並列インダクタ２_２の合成インピーダンスが無限大となるように第２並列インダクタのインダクタンス値Ｌ_ｐ２を設定する。

ここで、式（１）の条件の下、第１直列共振器９_１の第２周波数ｆ_２でのインピーダンスが十分大きくなるように、つまり第２周波数ｆ_２での交流信号の立場からすると第１直列共振器９_１のアドミタンスがほぼゼロになるように、インダクタンス値Ｌ_ｓ１とキャパシタンス値Ｃ_ｓ１を設定することによって、第２周波数ｆ_２でのバイアス回路１００（この場合、並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１と第１直列共振器９_１と第２並列インダクタ２_２）の合成アドミタンスＹ_ｐ２は式（４）で表される。

つまり、合成アドミタンスＹ_ｐ２がゼロとなるように第２並列インダクタのインダクタンス値Ｌ_ｐ２を式（５）より求める。

このとき、並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１と第２並列インダクタ２_２の第２周波数ｆ_２での合成インピーダンスＺ_ｐ２は無限大となるため、バイアス供給端子８００からバイアス回路１００側を見たときのインピーダンスは無限大となり、バイアス回路１００は第２周波数ｆ_２での信号に対しても影響を与えない。よって、直流電源６より供給される直流電圧および／または直流電流は、目的とする二つの周波数ｆ_１，ｆ_２の交流信号の伝送特性に影響を与えることなく能動素子１８０に供給される。

なお、設計においては式（３）と式（５）からｆ_１＞ｆ_２となるように設計することが望ましい。

ところで、第１直列共振器９_１の第２周波数ｆ_２でのインピーダンスＺ_ｓ１２は式（６）で表される。

式（６）からインピーダンスＺ_ｓ１２は第１共振キャパシタのキャパシタンス値Ｃ_ｓ１を小さくすればするほど、大きくなることがわかる。一方、式（１）からキャパシタンス値Ｃ_ｓ１を小さくした場合には第１共振インダクタのインダクタンス値Ｌ_ｓ１を大きくする必要がある。一般に、インダクタは巻き線にて構成されるため、線材の許容電流量を保ちつつインダクタンス値を大きくすればインダクタが大型化し、また一方で寄生容量も増大するため高周波帯域で所望のインダクタンス値を得ることができないこともあるなど、大電流を流しうる高インダクタンス値を有するインダクタを設計し使用することは難しい。本発明のバイアス回路も電力増幅器などに使用する場合には、大きな直流電流を扱うことになることが想定されるが、式（６）から第１直列共振器９_１の直流でのインピーダンスは無限大となるため、第１共振インダクタ８_１には直流電流は流れない。従って、第１直列共振器９_１に含まれる共振インダクタとして、許容電流量が小さなインダクタを用いることができる。すなわち、本発明のバイアス回路では、直列共振器に含まれるキャパシタのキャパシタンス値を小さく設計しインダクタのインダクタンス値を大きく設計することは困難でなく、結果、直列共振器の共振周波数以外の各周波数でのインピーダンスを大きくでき、バイアス回路の設計が容易である。

図３は、ｆ_１=2.5 GHz，ｆ_２=2 GHzとして設計されたバイアス回路１００を含む回路図を示している。図４は、図３に示すバイアス回路のポートＡからポートＢへの交流信号の通過特性を示したものである。各周波数においてそれぞれ損失が非常に小さく、バイアス回路１００の影響がほとんどないことがわかる。

バイアス回路１００は、異なる二つの周波数帯域で同時に直流電圧および／または直流電流を能動素子に供給可能なバイアス回路であった。次の実施形態は、バイアス回路１００を拡張して、異なるＮ個（Ｎは２以上の予め定められた整数）の周波数帯域ｆ_１，ｆ_２，・・・，ｆ_Ｎで同時に直流電圧および／または直流電流を能動素子に供給可能なバイアス回路２００を説明する（図５参照）。つまり、バイアス回路１００は、Ｎ＝２の場合のバイアス回路２００に相当する。

バイアス回路２００は、一端が接地され他端がバイアス供給端子８００に接続されたキャパシタンス値Ｃ_ｐの並列キャパシタ３と、並列キャパシタ３と並列に接続され一端がバイアス供給端子８００に接続された並列回路３Ｌとを含む。並列回路３Ｌは、一端がバイアス供給端子８００に接続されたインダクタンス値Ｌ_ｐ１の第１並列インダクタ２_１と、ｑを２以上Ｎ−１以下の各整数として、一端が第（ｑ−１）並列インダクタ２_ｑ−１の他端に接続され他端が第（ｑ＋１）並列インダクタ２_ｑ＋１の一端に接続されたインダクタンス値Ｌ_ｐ（ｑ）の第ｑ並列インダクタ２_ｑと、一端が第（Ｎ−１）並列インダクタ２_Ｎ−１の他端に接続され他端が直流電源接続端子６００に接続されたインダクタンス値Ｌ_ｐ（Ｎ）の第Ｎ並列インダクタ２_Ｎと、ｍを１以上Ｎ−１以下の各整数として、第ｍ並列インダクタ２_ｍと第（ｍ＋１）並列インダクタ２_ｍ＋１との接続部７００_ｍに一端が接続された第ｍ直列共振器９_ｍと、一端が直流電源接続端子６００に接続され他端が接地されたキャパシタンス値Ｃの接地用キャパシタ４と、直流電源接続端子６００に接続された直流回路部１０を含む。第ｍ直列共振回路９_ｍは、一端が接続部７００_ｍに接続されたキャパシタンス値Ｃ_ｓｍの第ｍ共振キャパシタ７_ｍと、一端が第ｍ共振キャパシタ７_ｍの他端に接続され他端が接地されたインダクタンス値Ｌ_ｓｍの第ｍ共振インダクタ８_ｍとを含む。直流回路部１０は、直流電源接続端子６００に一端が接続された直流回路５であるチョークコイル、および、チョークコイルの他端に接続された、接地電位に対して或る一定の直流電圧を発生する直流電源６を含む。直流電源６のエネルギーは、バイアス供給端子８００を経由して能動素子１８０に供給される。

ｎを２以上Ｎ以下の各整数として、第（ｎ−１）直列共振器９_ｎ−１の共振周波数を第（ｎ−１）周波数ｆ_ｎ−１とする。

ｆ_ｎ−１，Ｌ_{ｓ（ｎ−１）}，Ｃ_{ｓ（ｎ−１）}の間には式（７）の関係が成り立つ。

［１］ｎが２の場合について、バイアス回路１００について説明したとおりに第１並列インダクタ２_１と第１並列インダクタ２_２の各インダクタンス値を決定すればよい。

［２］ｎが３以上Ｎ以下の各整数の場合について、第（ｎ−１）周波数ｆ_ｎ−１では、第（ｎ−１）直列共振器９_ｎ−１の接続部７００_ｎ−１から第（ｎ−１）直列共振器９_ｎ−１側を見たインピーダンスはゼロ（ショート）となるが、接続部７００_１から接続部７００_ｎ−２はショートにならない。よって、バイアス供給端子８００からバイアス回路２００側を見たとき、接続部７００_ｎ−１でショートという状態は接続部７００_ｎ−１と直流電源接続端子６００との間にどのような回路が接続されても変わらない。従って、第（ｎ−１）周波数ｆ_ｎ−１でバイアス供給端子８００からバイアス回路２００側を見たときのインピーダンス（並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１，・・・，第（ｎ−１）並列インダクタ２_ｎ−１と第１直列共振器９_１，・・・，第（ｎ−２）直列共振器９_ｎ−２の合成インピーダンス）が無限大となるように第（ｎ−１）並列インダクタ２_ｎ−１のインダクタンス値Ｌ_{ｐ（ｎ−１）}を決定する。ここで、第１直列共振器９_１，・・・，第（ｎ−２）直列共振器９_ｎ−２の第（ｎ−１）周波数ｆ_ｎ−１でのインピーダンスをそれぞれ十分大きくすれば、つまり第（ｎ−１）周波数ｆ_ｎ−１での交流信号の立場からすると第１直列共振器９_１，・・・，第（ｎ−２）直列共振器９_ｎ−２のそれぞれのアドミタンスがほぼゼロになるようにすれば、第（ｎ−１）周波数ｆ_ｎ−１でのバイアス回路（この場合、並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１，・・・，第（ｎ−１）並列インダクタ２_ｎ−１と第１直列共振器９_１，・・・，第（ｎ−２）直列共振器９_ｎ−２）の合成アドミタンスＹ_{ｐ（ｎ−１）}は式（８）で表される。

つまり、合成アドミタンスＹ_{ｐ（ｎ−１）}がゼロとなるようにインダクタンス値Ｌ_{ｐ（ｎ−１）}を式（９）より求める。

このとき、並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１，・・・，第（ｎ−１）並列インダクタ２_ｎ−１の第（ｎ−１）周波数ｆ_ｎ−１での合成アドミタンスＹ_{ｐ（ｎ−１）}が０、つまり並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１，・・・，第（ｎ−１）並列インダクタ２_ｎ−１の合成インピーダンスＺ_{ｐ（ｎ−１）}は無限大となるため、バイアス供給端子８００からバイアス回路２００側を見たときのインピーダンスは無限大となり、バイアス回路２００は第（ｎ−１）周波数ｆ_ｎ−１での信号に対して影響を与えない。

第Ｎ周波数ｆ_Ｎでは、接続部７００_１，・・・，接続部７００_Ｎ−１はそれぞれショートにならず、第Ｎ周波数ｆ_Ｎにおいて、並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１，・・・，第Ｎ並列インダクタ２_Ｎと第１直列共振器９_１，・・・，第（Ｎ−１）直列共振器９_Ｎ−１の合成インピーダンスが無限大となるように第Ｎ並列インダクタ２_Ｎのインダクタンス値Ｌ_ｐＮを設定する。

ここで、第１直列共振器９_１，・・・，第（Ｎ−１）直列共振器９_Ｎ−１の第Ｎ周波数ｆ_Ｎでのインピーダンスをそれぞれ十分大きくすれば、つまり第Ｎ周波数ｆ_Ｎでの交流信号の立場からすると第１直列共振器９_１，・・・，第（Ｎ−１）直列共振器９_Ｎ−１のそれぞれのアドミタンスがほぼ０になるようにすれば、第Ｎ周波数ｆ_Ｎでのバイアス回路（つまり、並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１，・・・，第Ｎ並列インダクタ２_Ｎと第１直列共振器９_１，・・・，第（Ｎ−１）直列共振器９_Ｎ−１）の合成アドミタンスＹ_ｐＮは式（１０）で表される。

つまり、合成アドミタンスＹ_ｐＮがゼロとなるように第Ｎ並列インダクタ２_Ｎのインダクタンス値Ｌ_ｐＮを式（１１）より求める。

このとき、並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１，・・・，第Ｎ並列インダクタ２_Ｎの第Ｎ周波数ｆ_Ｎでの合成アドミタンスＹ_ｐＮが０、つまり並列キャパシタ３と第１並列インダクタ２_１，・・・，第Ｎ並列インダクタ２_Ｎの合成インピーダンスＺ_ｐＮは無限大となるため、バイアス供給端子８００からバイアス回路２００側を見たときのインピーダンスは無限大となり、バイアス回路２００は第Ｎ周波数ｆ_Ｎでの信号に対しても影響を与えない。

なお、バイアス回路２００の設計においては式（９）と式（１１）からｆ_１＞ｆ_２＞・・・＞ｆ_Ｎ−１＞ｆ_Ｎとなるように設計することが望ましい。また、この場合、第（ｎ−１）周波数ｆ_ｎ−１において、第１直列共振器９_１，・・・，第（ｎ−２）直列共振器９_ｎ−２のインピーダンスをそれぞれ十分大きくなるように（それぞれのアドミタンスがほぼゼロになるように）各共振キャパシタのキャパシタンス値と各共振インダクタのインダクタンス値を設定すると、第ｎ周波数ｆ_ｎにおいても第１直列共振器９_１，・・・，第（ｎ−２）直列共振器９_ｎ−２のインピーダンスはそれぞれ十分大きくなる（それぞれのアドミタンスはほぼゼロになる）。なぜなら、共振キャパシタンスのインピーダンスは周波数に反比例するからである。よって、第ｎ周波数ｆ_ｎでは、第（ｎ−１）直列共振器９_ｎ−１のインピーダンスが十分大きくなるように（アドミタンスがほぼゼロになるように）その共振キャパシタのキャパシタンス値と共振インダクタのインダクタンス値を設定すればよい。

ところで、第ｎ直列共振器９_ｎの第ｙ周波数ｆ_ｙ（ｎ＜ｙ≦Ｎ）でのインピーダンスＺ_ｓｎｙは式（１２）で表される。

式（６）からインピーダンスＺ_ｓｎｙは第ｎ共振キャパシタ７_ｎのキャパシタンス値Ｃ_ｓｎを小さくすればするほど、大きくなることがわかる。一方、式（７）からキャパシタンス値Ｃ_ｓｎを小さくした場合には第ｎ共振インダクタ８_ｎのインダクタンス値Ｌ_ｓｎを大きくする必要がある。しかし、既述のとおり、第ｎ直列共振器９_ｎの直流でのインピーダンスは無限大となるため、第ｎ共振インダクタ８_ｎには直流電流は流れない。従って、第ｎ直列共振器９_ｎに含まれる共振インダクタとして、許容電流量が小さなインダクタを用いることができる。すなわち、本発明によれば、異なるＮ個の周波数で同時にバイアス可能なバイアス回路を設計するにしても、直列共振器に含まれるキャパシタのキャパシタンス値を小さく設計しインダクタのインダクタンス値を大きく設計することは困難でなく、結果、直列共振器の共振周波数以外の各周波数でのインピーダンスを大きくでき、バイアス回路の設計が容易である。

図６は、Ｎ＝４の場合のバイアス回路２００として、ｆ_１=2.5 GHz、ｆ_２=2 GHz、ｆ_３=1.5 GHz、ｆ_４=1 GHzを動作周波数として設計されたバイアス回路２００ｗを含む回路図を示している。図７は、図６に示すバイアス回路のポートＡからポートＢへの交流信号の通過特性を示したものである。各周波数においてそれぞれ損失が非常に小さく、バイアス回路２００ｗの影響がほとんどないことがわかる。

なお、本発明のバイアス回路によれば、異なるＮ個の周波数帯域で同時に直流電圧および／または直流電流を能動素子に供給できるが、必ずＮ個の周波数帯域の交流信号がポートＡ−ポートＢ上に流れることを要するものではなく、その一部の周波数帯域の交流信号がポートＡ−ポートＢ上に流れる場合であっても直流電圧および／または直流電流を能動素子に供給できる。

これらの実施形態では、第ｍ直列共振回路９_ｍが、一端が接続部７００_ｍに接続されたキャパシタンス値Ｃ_ｓｍの第ｍ共振キャパシタ７_ｍと、一端が第ｍ共振キャパシタ７_ｍの他端に接続され他端が接地されたインダクタンス値Ｌ_ｓｍの第ｍ共振インダクタ８_ｍとを含む構成例を示したが、このような構成に限定されない。例えば、図８に示す第２直列共振回路９１_２のように、バイアス回路２００に含まれる（Ｎ−１）個の直列共振回路の全部または一部が、一端が接続部７００_ｍに接続されたインダクタンス値Ｌ_ｓｍの第ｍ共振インダクタ８_ｍと、一端が第ｍ共振インダクタ８_ｍの他端に接続され他端が接地されたキャパシタンス値Ｃ_ｓｍの第ｍ共振キャパシタ７_ｍとを含む構成でもよい。

以上の実施形態の他、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

Claims (4)

1. バイアス回路であって、
   能動素子に直流電圧および／または直流電流を供給するためのバイアス供給端子と、
   上記バイアス供給端子に一端が接続され、他端が接地されたキャパシタ（以下、並列キャパシタという。）と、
   上記並列キャパシタと並列に接続され、一端が上記バイアス供給端子に接続された並列回路と
   を含み、
   Ｎを２以上の予め定められた整数とし、
   Ｎ≧３の場合には、ｑを２以上Ｎ−１以下の各整数とし、ｍを１以上Ｎ−１以下の各整数として、
   上記並列回路は、
   直流電源を含む直流回路部に接続される直流電源接続端子と、
   直列接続されたＮ個のインダクタ（以下、並列インダクタという。）と、
   Ｎ−１個の直列共振器とを含み、
   第１の上記並列インダクタの一端は上記バイアス供給端子に接続され、
   第ｑの上記並列インダクタの一端は、第（ｑ−１）の上記並列インダクタの他端に接続され、第ｑの上記並列インダクタの他端は、第（ｑ＋１）の上記並列インダクタの一端に接続され、
   第Ｎの上記並列インダクタに他端は上記直流電源接続端子に接続され、
   第ｍの上記直列共振器は、その一端が第ｍの上記並列インダクタと第（ｍ＋１）の上記並列インダクタとの接続部に接続され、その他端が接地されており、直列接続された第ｍのキャパシタ（以下、共振キャパシタという。）と第ｍのインダクタ（以下、共振インダクタという。）とを含み、
   Ｎ＝２の場合には、
   上記並列回路は、
   直流電源を含む直流回路部に接続される直流電源接続端子と、
   直列接続された２個のインダクタ（以下、並列インダクタという。）と、
   １個の直列共振器とを含み、
   第１の上記並列インダクタの一端は上記バイアス供給端子に接続され、
   第２の上記並列インダクタの一端は、第１の上記並列インダクタの他端に接続され、第２の上記並列インダクタの他端は上記直流電源接続端子に接続され、
   上記直列共振器は、その一端が第１の上記並列インダクタと第２の上記並列インダクタとの接続部に接続され、その他端が接地されており、直列接続されたキャパシタ（以下、共振キャパシタという。）とインダクタ（以下、共振インダクタという。）とを含む
   バイアス回路。
2. 請求項１に記載のバイアス回路であって、
   上記第ｍの直列共振器の共振周波数を第ｍの周波数ｆ_ｍとして、
   上記第ｍの周波数ｆ_ｍにおいて、上記並列キャパシタと第１の上記並列インダクタから第ｍの上記並列インダクタと第１の上記直列共振器から第（ｍ−１）の上記直列共振器との合成アドミタンスがゼロとなり、第Ｎの周波数ｆ_Ｎにおいて、上記並列キャパシタと第１の上記並列インダクタから第Ｎの上記並列インダクタと第１の上記直列共振器から第（Ｎ−１）の上記直列共振器との合成アドミタンスがゼロとなるように、上記並列キャパシタのキャパシタンスと、上記各並列インダクタのインダクタンスと、上記各共振インダクタのインダクタンスおよび各共振キャパシタのキャパシタンスが設定されている
   ことを特徴とするバイアス回路。
3. 請求項２に記載のバイアス回路であって、
   第（ｍ＋１）の周波数ｆ_ｍ＋１において、第１の上記直列共振器から第ｍの上記直列共振器の各インピーダンスが十分に大きくなるように、上記各共振インダクタのインダクタンスおよび各共振キャパシタのキャパシタンスが設定されている
   ことを特徴とするバイアス回路。
4. 請求項２または請求項３に記載のバイアス回路であって、
   ｆ_１＞ｆ_２＞・・・＞ｆ_Ｎ−１＞ｆ_Ｎである
   ことを特徴とするバイアス回路。