JPH09121130A - 高周波用電子回路 - Google Patents
高周波用電子回路Info
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Abstract
増幅機能を維持しつつ、イメージ周波数のみを抑圧する
FET増幅器を提供する。 【解決手段】 ゲートGに注入されたRF信号を増幅し
てドレインDへ出力するFET15を有し、このFET
15のドレインDからゲートGへ高周波信号成分が帰還
する周波数帯域で使用されるFET増幅器において、F
ET15のゲート−ドレイン間に帰還調整回路16を接
続し、該帰還調整回路16を含むゲート−ドレイン間の
合成インピーダンスを、所要の信号周波数帯域について
は高周波信号成分を中和するとともにイメージ周波数帯
域についてはゲートGへの入力信号を抑圧する高周波信
号成分を帰還させる値とする。
Description
リ波帯で使用される高周波用電子回路に関し、特に、電
界効果トランジスタ(FET)を含んで成る高周波用電
子回路におけるイメージ周波数の抑圧技術に関する。
として高周波受信回路が挙げられる。この高周波受信回
路に望まれる一般的な機能は、所要の信号成分を含む微
弱な高周波入力信号(RF信号)をできるだけ低雑音で
増幅するとともに、この信号成分を復調するために、所
定の中間周波信号(IF信号)に確実に周波数変換する
ことである。この場合、周波数変換部(ミクサ)で発生
するイメージ周波数と同一周波数の外来波、すなわち雑
音成分がミクサに注入されると、IF信号にこの雑音成
分が相加されて復調後の信号成分の品質が劣化する。そ
のため、従来は、イメージ阻止フィルタをミクサの前段
に配置してイメージ周波数を抑圧しているのが通常であ
る。
構成図であり、RF入力端子1に入力されたRF信号
は、低雑音増幅器10で増幅され、イメージ阻止フィル
タ20でイメージ周波数が十分減衰された後、ミクサ3
0に入力される。ミクサ30は、上記イメージ阻止フィ
ルタ20の出力を、ローカル波入力端子3より入力され
る所定のローカル波(RF信号との差がIF周波数とな
る局部発振波)と混合してIF信号に変換し、これを出
力端子2より外部に出力する。
いた場合の構成例を図7に示す。図示の構成において、
RF入力端子11から送られるRF信号は、入力整合回
路13により整合がとられ、ソース接地されたFET1
5のゲートGに注入され、ドレインDから所定の利得を
得て出力された後、出力整合回路14で整合がとられて
出力端子12よりミクサ側に出力される。なお、FET
増幅器の場合、バイアス回路が必要となるが、これは入
力整合回路13と出力整合回路14に含まれるので、こ
こでは説明を省略している。
選定により周波数応答特性が決定され、平面回路フィル
タ,導波管フィルタ,SAW(弾性表面波)フィルタな
どの選択がなされる。SAWフィルタは、周波数特性が
急峻なので、帯域フィルタとしてはより好ましいが、他
の種類のフィルタに比べて損失が大きいという欠点があ
る。
用いてゲート注入形ミクサとしたFETミクサの一般的
な構成を示す図である。図8を参照すると、イメージ抑
制フィルタ20を経てRF入力端子31より入力された
RF信号は、合波回路33でローカル波入力端子3から
入力されたローカル波と合波され、入力整合回路34で
整合がとられてFET36のゲートGに注入される。F
ET36は、そのソースSが接地されており、トランス
コンダクタンスgmの非線形性によりIF信号を生成し
て、これをドレインDから出力する。このIF信号は、
出力整合回路35を経て出力端子32に出力される。
増幅器やFETミクサの設計は、いずれも入力されるR
F信号に対する整合に重点がおかれており、イメージ周
波数の抑圧性能は、もっぱらイメージ阻止フィルタ20
の減衰特性に支配されている。このため、IF信号を低
い値に選んだ場合、イメージ阻止フィルタ20による抑
圧量を十分に確保するために狭帯域のフィルタを多段接
続したり、場合によってはSAWフィルタを採用しなけ
ればならなかった。しかし、そうすると、フィルタの挿
入損失の増大による利得低下を招くほか、実装性、コス
ト、特性ばらつきの調整等の点で不利となり、さらに高
周波受信回路全体の寸法が大型化するという問題があっ
た。
み、信号成分の周波数(以下、信号周波数)帯域につい
ては従来と同様の機能を維持しつつ、イメージ周波数帯
域については十分なイメージ抑圧量を確保し得る構成の
高周波用電子回路を提供することにある。
としての用途に適した第1の高周波用電子回路を提供す
る。この高周波用電子回路は、入力端より注入されたR
F信号を所定利得で増幅して出力端へ出力するFETを
有し、このFETの出力端から入力端へ高周波信号成分
が帰還する周波数帯域で使用される高周波用電子回路で
あって、前記FETの入出力端間に帰還調整回路を接続
したものである。そして、該帰還調整回路を含む前記入
出力端間の合成インピーダンスを、所要の信号周波数帯
域については前記高周波信号成分を中和するとともにイ
メージ周波数帯域については前記RF信号を抑圧する高
周波信号成分を帰還させる値としたものである。
回路の動作を、FETと帰還調整回路の相互作用を中心
に説明する。図4は、一般的なFETの等価回路と帰還
調整回路との接続例を示す図であり、便宜上、本発明の
動作を説明するため必要最低限の要素のみが示されてい
る。図中、ゲートG−ドレインD間のキャパシタCgd
は、FETの動作時に、その出力端(ドレイン側)から
入力端(ゲート側)へ高周波信号成分の一部を帰還させ
る。この場合のキャパシタCgdと利得(増幅器の無条件
安定時:安定係数≧1)に入出力のインピーダンス整合
を同時にとったときの電力利得として定義される最大有
能電力利得)との関係は図9の特性図に示すとおりであ
り、キャパシタCgdが小さくなるほど最大有能電力利得
が大きくなる。
と並列に、すなわちFETの入出力端間に、インダクタ
LおよびキャパシタC1,C2から成る帰還調整回路を付
加し、所要の信号周波数帯域においては帰還する上記高
周波信号成分を中和させる。ここで高周波信号成分の中
和とは、キャパシタCgdと帰還調整回路との合成インピ
ーダンスをFETの入力端からみて無限大にして高周波
信号成分の帰還を止めることをいう。この場合の合成イ
ンピーダンスZを(1)式に示し、合成インピーダンスZ
が信号周波数帯域で無限大になるための周波数fRF(=
ω/2π)を(2)式に示す。
キャパシタCgdはFETにとってあたかも存在しないの
と同等になり、図9に示すように、最大有能電力利得は
最大となる。したがって、入出力端の整合を十分にとれ
ば、FET増幅器の電力利得として最大有能電力利得に
限りなく近い値が得られる。
波数帯域でのFETへの入力信号(RF信号)を抑圧す
る原理を図5を参照して説明する。図5において、Zは
上記帰還調整回路のインピーダンスである。いま、入力
信号であるVexpーjωtがFETのゲートGに入力される
と、この入力信号がFETで増幅されてドレインDに出
力されるが、帰還調整回路のインピーダンスとキャパシ
タCgdとの合成インピーダンスにより決定される高周波
信号成分βexp-jφがゲートGに帰還される。このとき
の合計の入力信号Vg(t)は、(3)式のようになる。
上記入力信号Vg(t)をイメージ周波数帯域のときに限り
なくゼロ値にすることであり、その条件は、最初の入力
信号と帰還される高周波信号成分とが同振幅且つ逆位相
で合成される場合である。すなわち下記(4)式および(5)
式が成立する場合である。
を満たす素子値は(6)式により求められる。
メータのうち、ゲートGからドレインDへの透過係数の
位相角であり、ANG[2/(2+Zn)]は、帰還回
路の透過位相であり、Znは帰還調整回路の正規化イン
ピーダンスである。
満たす素子値により帰還調整回路を実現することで、所
要の信号周波数帯域については減衰なくFETに入力さ
れ、イメージ周波数帯域については抑圧されてFETに
入力される。
とする直列共振回路の出力端と、一端が接地線に接続さ
れた並列共振回路の他端とを接続するとともに、前記直
列共振回路および並列共振回路を、各々所要の信号周波
数帯域で共振する回路素子を含んで構成することによ
り、該信号周波数帯域におけるFETの負性抵抗に起因
する発振防止が図れ、増幅作用が安定になる。
途に適した第2の高周波電子回路を提供する。この電子
回路は、入力端より注入された高周波信号(増幅された
RF信号)とローカル波との混合波を所定のIF信号に
変換して出力端へ出力するFETを有し、このFETの
出力端から入力端へ高周波信号成分が帰還する周波数帯
域で使用される高周波用電子回路であって、前記FET
の入出力端間に帰還調整回路を接続したものである。そ
して、該帰還調整回路を含む前記入出力端間の合成イン
ピーダンスを、所要の信号周波数帯域については前記高
周波信号成分を中和するとともに該信号周波数のイメー
ジ周波数帯域については前記混合波を抑圧する高周波信
号成分を帰還させる値としたものである。
て用いた場合、高周波信号に対してはFET増幅器とし
て動作するため、帰還調整回路の作用については、基本
的には上述の第1の高周波用電子回路の場合と同様とな
り、イメージ周波数の抑圧がなされる。
回路として用いることができる第3の高周波電子回路を
提供する。この電子回路は、入力端に注入されたRF信
号を増幅して出力端へ出力する第1FETと、入力端よ
り注入された高周波信号(増幅されたRF信号)とロー
カル波との混合波を所定のIF信号に変換して出力端へ
出力する第2FETと、前記第1FETの出力端と前記
第2FETの入力端との間に位置して前記第1FETで
増幅されたRF信号からイメージ周波数成分を抑圧する
イメージ抑圧フィルタと、を有し、各FETの出力端か
ら入力端へ各々高周波信号成分が帰還する周波数帯域で
使用される従来の高周波用電子回路において、前記イメ
ージ抑圧フィルタに代えて、前記第1FETと第2FE
Tの少なくとも一方の入出力端間に帰還調整回路を接続
し、該帰還調整回路を含む前記入出力端間の合成インピ
ーダンスを、所要の信号周波数帯域については前記高周
波信号成分を中和するとともに該信号周波数のイメージ
周波数帯域については前記入力端に注入される信号を抑
圧する高周波信号成分を帰還させる値としたことを特徴
とする。
器、第2FETをFETミクサとして動作させることに
なるのが一般的であるが、これらFETの少なくとも一
方、好ましくは両方の入出力端間に上記帰還調整回路を
接続することで、イメージ周波数が効果的に抑制される
ので、従来のようにイメージ阻止フィルタを設ける必要
がなくなり、回路規模の縮小化と低損失化とを同時に実
現することができる。
入力とする直列共振回路の出力端と、一端が接地線に接
続された並列共振回路の他端とを接続するとともに、前
記直列共振回路および並列共振回路を、各々RF信号に
おける所要の信号周波数帯域で共振する回路素子を含ん
で構成することにより、該信号周波数帯域における第1
FETの負性抵抗に起因する発振防止が図れ、高周波受
信回路としての動作が安定する。
路をFET増幅器に適用する場合の実施形態を具体的に
説明する。図1は、この実施形態によるFET増幅器の
構成例を示す図であり、図7に示す従来品と同一の構成
部品については同一符号を付してある。
力整合回路13、直列安定化回路17、および並列安定
化回路18を介してソース接地FET15のゲートGに
接続されており、FET15のドレインDは、出力整合
回路14を介して出力端子2に接続されている。FET
15のゲート−ドレイン間には帰還調整回路16が接続
されている。この帰還調整回路16は、例えばインダク
タLおよびキャパシタC1の並列回路とキャパシタC2と
の直列回路から構成される。なお、FET15の動作に
必要なゲートバイアス回路とドレインバイアス回路につ
いては、入力整合回路13と出力整合回路14内に含ま
れている。
整回路16の未接続時には前述のようにゲート−ドレイ
ン間にキャパシタCgdが寄生して高周波信号成分の一部
が帰還する。そこで、帰還調整回路16を付加してゲー
ト−ドレイン間の合成インピーダンスを調整することに
より、信号周波数帯域については従来通りの増幅利得を
保持しつつ、イメージ周波数を効果的に抑圧するように
したものである。このときの帰還調整回路16を構成す
るインダクタL,キャパシタC1,C2の値は、例えばソ
ース接地FETのSパラメータのうち、S12が信号周波
数成分で最小、且つS21がイメージ周波数で最小となる
ように決定する。条件付安定でFET増幅器を動作させ
る場合は、このあと入出力整合回路13,14を利得と
雑音指数の要求性能を満たす条件で決定すればよいが、
この実施形態では、図1から明らかなように、無条件安
定のFET増幅器の構成例を示しているので、安定化回
路について説明する。
15のゲートGと入力整合回路13との間に挿入接続さ
れた直列安定化回路17と、FET15のゲートGと接
地線との間に接続された並列安定化回路18とで構成さ
れる。直列安定化回路17は、信号周波数で直列共振す
るキャパシタC3およびインダクタL3の直列共振回路
と、この直列共振回路と並列の直列安定化抵抗R3とで
構成されており、直列安定化抵抗R3は、信号周波数以
外の周波数成分に対して効果を発揮する。一方、並列安
定回路は、信号周波数で共振するキャパシタC4および
インダクタL4の並列共振回路と、この並列共振回路と
ゲートGとの間に挿入接続された並列安定化抵抗R4と
で構成されており、並列安定化抵抗R4は、信号周波数
以外の周波数に対して効果を発揮する。このような構成
の安定化回路をFET15の入力段に設けることによ
り、信号周波数帯域での負性抵抗に起因する発振を防止
することができ、増幅作用を安定化させることができ
る。なお、入力整合回路13は、直列安定化回路17と
並列安定化回路18および帰還調整回路16の影響を含
めて最適な素子値を決定する必要がある。
域を2GHz帯とするFET増幅器のS21パラメータ、
S12パラメータ、および安定係数と周波数との関係図で
あり、図1の構成において、直列安定化回路17のキャ
パシタC3を7.12pF、インダクタL3を1nH、イ
ンダクタL3の抵抗分を2Ω、直列安定化抵抗R3を20
Ω、並列安定化回路のキャパシタC4を1.78pF、
インダクタL4を4nH、その抵抗分を3Ω、直列安定
化抵抗R4を100Ω、帰還調整回路のキャパシタC1を
0.58pF、C2を0.9pF、インダクタLを10
nH、その抵抗分を9Ωとした場合の計算例を示すもの
である。
12が信号周波数(RF)である2GHz帯で最小、且つ
S21がイメージ周波数帯域で最小となり、所期の目的を
達成することができる。また、安定係数も全ての帯域
で”1”以上となり、負性抵抗による発振は防止され
る。
ETミクサに適用した場合の構成例を示す図であり、図
8に示した従来品と同一構成要素については同一符号を
付してある。ここではゲート注入形ミクサの例を示して
いるが、ドレイン注入形ミクサでも本発明の高周波用電
子回路は、ほぼ同様に適用することができる。
されたRF信号は、合波回路33でローカル波入力端子
3から入力されたローカル波と合波され、入力整合回路
34で整合がとられてFET36のゲートGに注入され
る。FET36は、トランスコンダクタンスgmの非線
形性によりIF信号を生成して、これをドレインDから
出力する。その際、ゲート−ドレイン間にキャパシタC
gdが寄生して高周波信号成分の帰還が問題になるが、帰
還調整回路16を付加してゲート−ドレイン間の合成イ
ンピーダンスを調整することにより、信号周波数帯域に
ついては従来通りの利得を保持しつつ、イメージ周波数
を効果的に抑圧する。このときの帰還調整回路16を構
成するインダクタL,キャパシタC1,C2の決定手法
は、上述のFET増幅器の場合と同様である。FET3
6のドレインDより得られるIF信号は、出力整合回路
35を経て出力端子32に出力される。
FET増幅器として使用する場合であっても、あるいは
FETミクサとして使用する場合であっても、FETに
入力されるイメージ周波数が確実に抑圧されるので、そ
れぞれ増幅器あるいはミクサとしての本来の機能のほか
に、イメージ阻止フィルタとしての機能をも併有するこ
とができ、簡易な高周波受信回路を構成する上で好適と
なる。
ように、急峻な周波数特性を要する用途においては、従
来、高価で挿入損失の大きいSAWフィルタをイメージ
抑制フィルタを使用し、イメージ周波数帯域において約
40dB程度の抑圧量を確保しているのが通常である
が、本実施形態のFET増幅器とFETミクサを縦続
し、それぞれイメージ周波数帯域で20dBのイメージ
抑圧量が得られるようにすれば、それだけで合計40d
Bのイメージ抑圧量が得られるのでイメージ阻止フィル
タそのものが不要となり、回路規模の縮小、コストダウ
ン、および回路部品の削減に伴う電気性能改善等が期待
される。他の用途の高周波受信回路の場合においても、
例外なくイメージ周波数が抑圧されるので、従来のイメ
ージ阻止フィルタをより簡便なフィルタ、例えばマイク
ロストリップ線路のフィルタに置き換えることが可能と
なり、コスト面、実装性、および電気性能の面で従来技
術を大きく改善することができる。
明の高周波用電子回路によれば、所要の信号周波数帯域
については従来と同様の増幅機能が維持されるととも
に、イメージ周波数帯域に対しては十分なイメージ抑圧
量が確保される効果がある。また、第2発明の高周波用
電子回路によれば、所要の信号周波数帯域については従
来と同様のミクサ機能が維持されるとともに、イメージ
周波数帯域に対しては十分なイメージ抑圧量が確保され
る効果がある。したがって、これらの回路を含んで構成
される第3発明の高周波用電子回路を、従来の高周波受
信回路と同様の用途に適用することにより、回路規模の
縮小、コストダウン、部品点数の削減に伴う電気性能改
善等が可能になる。
用した場合の構成図。
用した場合の構成図。
ータと安定係数の計算図。
との接続状態を示す図。
原理を示す説明図。
た場合の構成図。
図。
であるキャパシタCgdとの関係を示す図。
Claims (5)
- 【請求項1】 入力端より注入された高周波入力信号を
所定利得で増幅して出力端へ出力する電界効果トランジ
スタを有し、この電界効果トランジスタの出力端から入
力端へ高周波信号成分が帰還する周波数帯域で使用され
る高周波用電子回路において、 前記電界効果トランジスタの入出力端間に帰還調整回路
を接続し、該帰還調整回路を含む前記入出力端間の合成
インピーダンスを、所要の信号周波数帯域については前
記高周波信号成分を中和するとともにイメージ周波数帯
域については前記高周波入力信号を抑圧する高周波信号
成分を帰還させる値としたことを特徴とする高周波用電
子回路。 - 【請求項2】 前記電界効果トランジスタの入力端に、
前記高周波入力信号を入力とする直列共振回路の出力端
と、一端が接地線に接続された並列共振回路の他端とを
接続するとともに、前記直列共振回路および並列共振回
路を、各々前記高周波入力信号における所要の信号周波
数帯域で共振する回路素子を含んで構成したことを特徴
とする請求項1記載の高周波用電子回路。 - 【請求項3】 入力端より注入された高周波信号とロー
カル波との混合波を所定の中間周波信号に変換して出力
端へ出力する電界効果トランジスタを有し、この電界効
果トランジスタの出力端から入力端へ高周波信号成分が
帰還する周波数帯域で使用される高周波用電子回路にお
いて、 前記電界効果トランジスタの入出力端間に帰還調整回路
を接続し、該帰還調整回路を含む前記入出力端間の合成
インピーダンスを、所要の信号周波数帯域については前
記高周波信号成分を中和するとともにイメージ周波数帯
域については前記混合波を抑圧する高周波信号成分を帰
還させる値としたことを特徴とする高周波用電子回路。 - 【請求項4】 入力端に注入された高周波入力信号を増
幅して出力端へ出力する第1の電界効果トランジスタ
と、 入力端より注入された高周波信号とローカル波との混合
波を所定の中間周波信号に変換して出力端へ出力する第
2の電界効果トランジスタと、 前記第1の電界効果トランジスタの出力端と前記第2の
電界効果トランジスタの入力端との間に位置して前記第
1の電界効果トランジスタで増幅された高周波入力信号
からイメージ周波数成分を抑圧するイメージ抑圧フィル
タと、を有し、各電界効果トランジスタの出力端から入
力端へ各々高周波信号成分が帰還する周波数帯域で使用
される高周波用電子回路において、 前記イメージ抑圧フィルタに代えて前記第1の電界効果
トランジスタと第2の電界トランジスタの少なくとも一
方の入出力端間に帰還調整回路を接続し、該帰還調整回
路を含む前記入出力端間の合成インピーダンスを、所要
の信号周波数帯域については前記高周波信号成分を中和
するとともにイメージ周波数帯域については前記入力端
に注入される信号を抑圧する高周波信号成分を帰還させ
る値としたことを特徴とする高周波用電子回路。 - 【請求項5】 前記第1の電界効果トランジスタの入力
端に、前記高周波入力信号を入力とする直列共振回路の
出力端と、一端が接地線に接続された並列共振回路の他
端とを接続するとともに、前記直列共振回路および並列
共振回路を、各々前記高周波入力信号における所要の信
号周波数帯域で共振する回路素子を含んで構成したこと
を特徴とする請求項4記載の高周波用電子回路。
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JP27854995A JP3442208B2 (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | 高周波用電子回路 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP27854995A JP3442208B2 (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | 高周波用電子回路 |
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JPH09121130A true JPH09121130A (ja) | 1997-05-06 |
JP3442208B2 JP3442208B2 (ja) | 2003-09-02 |
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ID=17598814
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