JPH05243853A - 周波数逓倍器 - Google Patents

周波数逓倍器

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JPH05243853A
JPH05243853A JP4044667A JP4466792A JPH05243853A JP H05243853 A JPH05243853 A JP H05243853A JP 4044667 A JP4044667 A JP 4044667A JP 4466792 A JP4466792 A JP 4466792A JP H05243853 A JPH05243853 A JP H05243853A
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JP
Japan
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frequency
phase
directional coupler
input
output
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JP4044667A
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Inventor
Haruki Nishida
治樹 西田
Yoshiaki Nakano
義明 中野
Shin Watanabe
伸 渡辺
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B19/00Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source
    • H03B19/06Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source by means of discharge device or semiconductor device with more than two electrodes
    • H03B19/14Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source by means of discharge device or semiconductor device with more than two electrodes by means of a semiconductor device

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は周波数逓倍器に関し、入出力インピ
ーダンスの劣化を著しく改善した周波数逓倍器の提供を
目的とする。 【構成】 入力を2分する第1のリング形方向性結合器
1と、2分した夫々を分担して周波数逓倍する周波数逓
倍回路2a,2bと、周波数逓倍された各出力を合成す
る第2のリング形方向性結合器3と、第1のリング形方
向性結合器1と第2のリング形方向性結合器3の間に設
けた移相回路4であって、第2のリング形方向性結合器
3における各逓倍出力の合成位相を揃える移相量を有す
るものとを備える。好ましくは、移相回路4を周波数逓
倍回路2と第2のリング形方向性結合器3の間又は第1
のリング形方向性結合器1と周波数逓倍回路2の間に設
ける。又は移相回路4を周波数逓倍回路2と第2のリン
グ形方向性結合器3の間及び第1のリング形方向性結合
器1と周波数逓倍回路2の間に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は周波数逓倍器に関し、更
に詳しくは入力を2分し、夫々を周波数逓倍し、これら
を合成して出力する電力合成形の周波数逓倍器に関す
る。この種の周波数逓倍器は、マイクロ波、ミリ波帯の
無線装置の局部発振器又は送信周波数の逓倍用に用いら
れており、インピーダンス変動の少ない周波数逓倍器の
提供が要望されている。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の周波数逓倍器を説明する図
で、図4の(A)は単一FETによる周波数逓倍器の回
路図、図4の(B)は複数ダイオードによる電力合成形
の周波数逓倍器の回路図である。図4の(A)におい
て、11は入力周波数fにおける入力整合回路(M
N)、12はGaAsのFET、13aは背面に接地導
体を有するマイクロストリップ線路、13bはFET1
2のドレインから入力周波数fのλ/4電気長の位置に
設けた同λ/4電気長のオープンスタブ、14は出力周
波数2fにおける出力整合回路(MN)である。
【0003】入力信号fは入力整合回路11を経てFE
T12で増幅され、ドレインに出力される。この出力信
号fはマイクロストリップ線路13aを伝播するが、入
力周波数fのλ/4電気長の位置にはオープンスタブ1
3bがあるので、Q点は信号fに対しては短絡点にな
る。これにより、該出力信号fはQ点で反射され、ドレ
インに戻る。ドレインにおいては、新たに増幅した信号
fとオープンスタブ13bにより反射した信号fとが同
相にて合成され、これがドレイン・ソース間に過大振幅
として加わるので、FET12は飽和し、2f,3fの
高調波成分を発生する。このうち2fの成分について
は、Q点は開放に見えるので、該Q点をそのまま通過す
る。また3fの成分については、信号fと同様に反射さ
れる。そこで、2fの成分を出力整合回路14により効
率良く取り出す。
【0004】このように、FETを使用すると、逓倍と
同時に利得が得られるので、近年のマイクロ波、ミリ波
帯での応用が増えている。しかし、FET素子の能力を
超えるような出力を要求される場合もあり、単一のFE
Tではこれを満足できない。そこで、入力を2分し、夫
々を周波数逓倍し、これらを合成して出力の3dBアッ
プを図る電力合成形の周波数逓倍器が提案されている。
【0005】図4の(B)において、21は入力周波数
fに整合した同相ハイブリッド(HYB)、Rは入力の
特性インピーダンスZ0 の2倍の抵抗値2Z0 を有する
終端抵抗、22a,22bは入力周波数fにおける入力
整合回路(MN)、23a,23bはステップリカバリ
(step recovery )又はバラクタ(varactor)ダオイー
ド、24a,24bは出力周波数2fにおける出力整合
回路(MN)、25は出力周波数2fに整合した同相ハ
イブリッド(HYB)である。
【0006】入力信号fを同相ハイブリッド21により
2分し、夫々を入力整合回路22a,22bを経てダオ
イード23a,23bに加え、周波数逓倍する。そし
て、出力整合回路24a,24bにより例えば2fの成
分を効率よく取り出し、さらに、これらを同相ハイブリ
ッド25で合成し、出力する。ところで、このような同
相ハイブリッド21においては、もし端子,の側か
ら入力する反射成分があると、その一部は端子に現
れ、残りは抵抗Rに吸収される。このために、従来の周
波数逓倍器の入出力インピーダンスは常時安定ではな
く、特にダオイード23a,23bを使用した場合に
は、入力信号fのレベル変動によりダイオード23a,
23bに供給する電力が変わるため、そのデバイスイン
ピーダンスは大きく変動していた。このようなインピー
ダンス変動は、信号電力の不整合による損失を発生する
ので、電力合成形の逓倍器の目的からしても望ましくな
い。
【0007】なお、上記の点はダオイード23a,23
bの代わりにFET12を使用しても同様である。即
ち、FET12が飽和すると、ドレイン・ゲート間の逆
方向アイソレーションS12が劣化し、オープンスタブ1
3bで反射した信号fがFET12のドレインからゲー
ト側に漏れ込んでしまう。これが入力整合回路11を通
して入力端子に現れるため、入力インピーダンスは劣化
する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の電
力合成形の周波数逓倍では、同相ハイブリッドにより電
力を分離・合成する構成であるので、周波数逓倍器の入
出力インピーダンスの劣化を抑えることができなかっ
た。本発明の目的は、入出力インピーダンスの劣化を著
しく改善した周波数逓倍器を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題は図1の構成
により解決される。即ち、本発明の周波数逓倍器は、入
力を2分する第1のリング形方向性結合器1と、2分し
た夫々を分担して周波数逓倍する周波数逓倍回路2a,
2bと、周波数逓倍された各出力を合成する第2のリン
グ形方向性結合器3と、第1のリング形方向性結合器1
と第2のリング形方向性結合器3の間に設けた移相回路
4であって、第2のリング形方向性結合器3における各
逓倍出力の合成位相を揃える移相量を有するものとを備
える。
【0010】
【作用】本発明の周波数逓倍器においては、入力信号f
を該fに整合した第1のリング形方向性結合器1により
例えば90°の位相もって2分し、夫々を周波数逓倍回
路2a,2bで分担して周波数逓倍する。ところで、入
力信号fにつての90°の位相差は、例えば2逓倍した
出力周波数2fで比較をすると180°の位相差にな
る。従って、これらをそのまま2fに整合した90°の
第2のリング形方向性結合器3に入力しても各電力を同
相では合成できない。そこで、第2のリング形方向性結
合器3における各逓倍出力の合成位相を揃えるような移
相量の移相回路4を設ける。この例では2fに対して9
0°の移相量を有する移相回路4を設ける。従って、第
2のリング形方向性結合器3の各入力では90°の位相
差となり、第2のリング形方向性結合器3はこれらを同
相で合成できる。
【0011】好ましくは、移相回路4を周波数逓倍回路
2と第2のリング形方向性結合器3の間又は第1のリン
グ形方向性結合器1と周波数逓倍回路2の間に設ける。
また好ましくは、移相回路4を周波数逓倍回路2と第2
のリング形方向性結合器3の間及び第1のリング形方向
性結合器1と周波数逓倍回路2の間に設ける。また好ま
しくは、移相回路4は背面に接地導体を有するマイクロ
ストリップ線路である。
【0012】
【実施例】以下、添付図面に従って本発明による実施例
を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一
又は相当部分を示すものとする。図2は第1実施例の周
波数逓倍器の回路図で、図において1は入力周波数fに
整合した90°のブランチライン形ハイブリッド、2
a,2bはGaAsから成る同一特性のFET、5a,
5bは出力周波数2fの出力整合回路(MN)、4は出
力周波数2fについてλ/4電気長のマイクロストリッ
プ線路、3は出力周波数2fに整合した90°のブラン
チライン形ハイブリッド、Rは特性インピーダンスZ0
オームの終端抵抗である。なお、図4の(A)のマイク
ロストリップ線路13a及びオープンスタブ13bに相
当する部分は出力整合回路5a,5bに含まれていると
する。
【0013】入力のハイブリッド1においては、端子
からの入力信号fは、端子には現れず、端子と端子
とに2分されて現れる。そして、端子の信号は端子
の信号よりも90°位相が遅れている。一方、この状
態で、FET2a,2bの入力より端子,の側に反
射する信号成分を考えると、これらの信号成分の間には
反射以前に90°の位相差がある。従って、これらの反
射成分は端子では逆位相になるので、端子には戻ら
ない。また、端子に戻った成分は全て終端抵抗Rに吸
収される。従って、この例の周波数逓倍器は入力の整合
が常にとれた状態となっている。
【0014】この状態で、FET2a,2bはハイブリ
ッド1で2分した信号fを分担して周波数逓倍する。例
えば2逓倍の例で説明すると、入力信号fにつての90
°の位相差は、出力周波数2fで比較すると180°の
位相差になる。一方、ハイブリッド3の端子,には
位相差90°の各出力信号2fを加える必要がある。そ
こで、マイクロストリップ線路4によりFET2aの出
力を出力周波数2fについて90°だけ移相する。これ
により、ハイブリッド3の端子,には位相差90°
の出力信号2fが加えられ、その端子にはこれらの合
成出力が得られる。
【0015】図3は第2実施例の周波数逓倍器の回路図
で、図において4´は入力周波数fについてλ/8電気
長のマイクロストリップ線路である。この例ではハイブ
リッド1の端子の出力を予めマイクロストリップ線路
4´により入力信号fについて45°だけ移相してお
く。この状態で、FET2a,2bはハイブリッド1で
2分した信号fを分担して周波数逓倍する。例えば2逓
倍する例で説明すると、入力信号fにつての45°の位
相差は、出力周波数2fで比較をすると90°の位相差
になる。これにより、ハイブリッド3の端子,には
位相差90°の出力信号2fが加えられ、端子にはこ
れらの合成出力が得られる。
【0016】一方、出力のハイブリッド3において、F
ET2a,2bの出力より端子,の側に反射する信
号成分を考えると、これらの信号成分の間には反射以前
に90°の位相差がある。従って、これらの反射成分は
端子では逆位相になるので、端子には戻らない。ま
た、端子に戻った成分は全て終端抵抗Rに吸収され
る。従って、この例の周波数逓倍器は出力の整合が常に
とれた状態となっている。
【0017】また入力のハイブリッド1において、FE
T2a,2bの入力より端子,の側に反射する信号
成分を考えると、これらの信号成分の間には反射以前に
45°の位相差がある。従って、これらの反射成分は端
子では90°の位相差になるので、端子への戻り分
は軽減される。また、端子に戻った成分は全て終端抵
抗Rに吸収される。従って、この例の周波数逓倍器は入
力インピーダンスの変動が軽減された状態となってい
る。
【0018】ところで、第2実施例のマイクロストリッ
プ線路4´の電気長をこれより短くすると、この周波数
逓倍器の入力インピーダンスの変動はさらに軽減された
状態にる。一方、これによる移相量の不足分はFET2
aのドレイン側に第1実施例よりも短い電気長のマイク
ロストリップ線路4(不図示)を設けることで補うこと
ができる。こうすると、この周波数逓倍器の出力の整合
は常にとた状態とはならないが、出力インピーダンスの
変動はかなり軽減された状態になる。
【0019】以上からして、周波数逓倍器の使用目的、
使用環境等に照らし、第1実施例、第2実施例又はこれ
らを折衷した入出力インピーダンス特性の周波数逓倍器
を提供できる。なお、上記実施例では2逓倍の例を述べ
たがこれに限らない。一般に入力信号fにつてのα°の
位相差は、これをn逓倍した出力nfで比較をするとn
α°の位相差になるから、これをハイブリッド3の端子
,において位相差が90°になるように、FET2
a又はFET2bの系で信号を移相すれば良い。
【0020】また、上記実施例の周波数逓倍器はFET
を使用したが、バリスタ(varister)、ステップリカバ
リ(step recovery )又はバラクタ(varactor)を使用
しても良い。また、上記実施例ではブランチライン形ハ
イブリッドを使用したが、他にラットレース(rat-rac
e)形、位相反転形ハイブリッド等を使用しても良い。
【0021】
【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、入力を
2分する第1のリング形方向性結合器1と、2分した夫
々を分担して周波数逓倍する周波数逓倍回路2a,2b
と、周波数逓倍された各出力を合成する第2のリング形
方向性結合器3と、第1のリング形方向性結合器1と第
2のリング形方向性結合器3の間に設けた移相回路4で
あって、第2のリング形方向性結合器3における各逓倍
出力の合成位相を揃える移相量を有するものとを備える
ので、周波数逓倍器の入出力インピーダンスを著しく改
善すると共に、より高出力、より広帯域で安定な動作を
する周波数逓倍器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の原理的構成図である。
【図2】図2は第1実施例の周波数逓倍器の回路図であ
る。
【図3】図3は第2実施例の周波数逓倍器の回路図であ
る。
【図4】図4は従来の周波数逓倍器を説明する図であ
る。
【符号の説明】
1 第1のリング形方向性結合器 2a,2b 周波数逓倍回路 3 第2のリング形方向性結合器 4,41 〜43 移相回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力を2分する第1のリング形方向性結
    合器(1)と、 2分した夫々を分担して周波数逓倍する周波数逓倍回路
    (2a,2b)と、 周波数逓倍された各出力を合成する第2のリング形方向
    性結合器(3)と、 第1のリング形方向性結合器(1)と第2のリング形方
    向性結合器(3)の間に設けた移相回路(4)であっ
    て、第2のリング形方向性結合器(3)における各逓倍
    出力の合成位相を揃える移相量を有するものとを備える
    ことを特徴とする周波数逓倍器。
  2. 【請求項2】 移相回路(4)を周波数逓倍回路(2)
    と第2のリング形方向性結合器(3)の間又は第1のリ
    ング形方向性結合器(1)と周波数逓倍回路(2)の間
    に設けたことを特徴とする請求項1の周波数逓倍器。
  3. 【請求項3】 移相回路(4)を周波数逓倍回路(2)
    と第2のリング形方向性結合器(3)の間及び第1のリ
    ング形方向性結合器(1)と周波数逓倍回路(2)の間
    に設けたことを特徴とする請求項1の周波数逓倍器。
  4. 【請求項4】 移相回路(4)は背面に接地導体を有す
    るマイクロストリップ線路であることを特徴とする請求
    項1の周波数逓倍器。
JP4044667A 1992-03-02 1992-03-02 周波数逓倍器 Withdrawn JPH05243853A (ja)

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US08/024,295 US5392014A (en) 1992-03-02 1993-03-01 Frequency multiplier

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