JPWO2017216839A1 - 高周波整流器 - Google Patents

Abstract

被整流波である高周波ＲＦの電力を分配する電力分配器（２）と、電力分配器（２）と第１の整流器（１０）との間に流れる直流を遮断するキャパシタ（３）と、電力分配器（２）と第２の整流器（２０）との間に流れる直流を遮断するキャパシタ（４）とを備え、第１の整流器（１０）が、電力分配器（２）から出力された高周波ＲＦ_１を整流して直流電圧ＤＣ_１を生成し、その直流電圧ＤＣ_１を負荷（７）の一端に出力し、第２の整流器（２０）が、電力分配器（２）から出力された高周波ＲＦ_２を整流して、その直流電圧ＤＣ_１と極性が異なる直流電圧ＤＣ_２を生成し、その直流電圧ＤＣ_２を負荷（７）の他端に出力するように構成する。

Description

この発明は、高周波を直流に変換する高周波整流器に関するものである。

高周波整流器として、シングルシャント型整流器が知られている。
シングルシャント型整流器は、例えば、アノード端子が接地又は基準電位に接続されている整流素子であるショットキーダイオードと、そのショットキーダイオードのカソード端子と信号源又は受信アンテナとの間に接続されている入力フィルタと、そのショットキーダイオードのカソード端子と負荷抵抗との間に接続されている出力フィルタとで構成されている。

信号源又は受信アンテナからシングルシャント型整流器に出力された被整流波である高周波は、入力フィルタを介して、ショットキーダイオードに入力される。
高周波がショットキーダイオードに入力されると、ショットキーダイオードの非線形性によって、ショットキーダイオードで高調波が生成される。
ショットキーダイオードで生成された高調波のうち、偶数次の高調波が、出力フィルタ内のキャパシタによって平滑化されることで、直流に変換される。

ここで、高周波を高効率に直流に変換するためには、入力される所望の被整流波の電力が反射することなく、ショットキーダイオードに伝達され、ショットキーダイオードで生じる高調波が再放射されないように閉じ込められている必要がある。このため、ショットキーダイオードのカソード端子から見た入力フィルタのインピーダンスと、ショットキーダイオードのカソード端子から見た出力フィルタのインピーダンスとが一定の条件を満足している必要がある。

例えば、以下の特許文献１に開示されている高周波整流器は、整流素子であるダイオードの入力側に、インピーダンス整合回路と高調波フィルタを備えるとともに、ダイオードの出力側に、出力フィルタを備えている。
この出力フィルタは、負荷と並列に接続されているキャパシタと、そのキャパシタとダイオードとを接続している伝送線路とを備えており、この伝送線路は、被整流波における基本波の周波数で４分の１波長の長さを有している。
この出力フィルタの入力インピーダンスは、基本波を含む奇数次の高調波で開放となり、偶数次の高調波で短絡となる。このため、ダイオードに印加される高周波の電圧は矩形波に近づき、理論上、全波整流波形になるので、高周波から直流への変換効率であるＲＦ−ＤＣ変換効率は１００％になる。

特開２０１４−２３０６９号公報

従来の高周波整流器は以上のように構成されているので、高効率なＲＦ−ＤＣ変換が得られるが、高周波の入力電力が高くなり、整流素子であるダイオードに印加される電圧がブレークダウン電圧に到達してしまうと、逆方向に電流が流れてしまうため、ＲＦ−ＤＣ変換効率が低下し、最悪の場合には、ダイオードに故障が生じてしまうことがあるという課題があった。
なお、複数のダイオードを同じ向きに直列に接続するようにすれば、ダイオードに印加される電圧がブレークダウン電圧に到達し難くなるが、複数のダイオード間に生じるインダクタンスなどの寄生成分による影響で、複数のダイオードに印加される電圧にアンバランスが生じることがある。その結果、複数のダイオードにおける電圧電流特性に異常が生じてＲＦ−ＤＣ変換効率が低下し、最悪の場合には、ダイオードに故障が生じてしまうことがあるという課題があった。

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、被整流波の入力電力が高くても、高効率なＲＦ−ＤＣ変換を実現することができる高周波整流器を得ることを目的とする。

この発明に係る高周波整流器は、被整流波の電力を分配し、電力分配後の被整流波として第１の被整流波と第２の被整流波を出力する電力分配器と、電力分配器から出力された第１の被整流波を整流して第１の直流電圧を生成し、第１の直流電圧を負荷の一端に出力する第１の整流器と、電力分配器から出力された第２の被整流波を整流して、第１の直流電圧と極性が異なる第２の直流電圧を生成し、第２の直流電圧を負荷の他端に出力する第２の整流器と、電力分配器と第１の整流器との間に流れる直流を遮断する第１の直流遮断器と、電力分配器と第２の整流器との間に流れる直流を遮断する第２の直流遮断器とを備えるようにしたものである。

この発明によれば、被整流波の電力を分配する電力分配器と、電力分配器と第１の整流器との間に流れる直流を遮断する第１の直流遮断器と、電力分配器と第２の整流器との間に流れる直流を遮断する第２の直流遮断器とを備え、第１の整流器が、電力分配器から出力された第１の被整流波を整流して第１の直流電圧を生成し、第１の直流電圧を負荷の一端に出力し、第２の整流器が、電力分配器から出力された第２の被整流波を整流して、第１の直流電圧と極性が異なる第２の直流電圧を生成し、第２の直流電圧を負荷の他端に出力するように構成したので、被整流波の入力電力が高くても、高効率なＲＦ−ＤＣ変換を実現することができる効果がある。

この発明の実施の形態１による高周波整流器を示す構成図である。 第１及び第２の整流器１０，２０に含まれている入力フィルタ１１，２１を示す構成図である。 第１及び第２の整流器１０，２０に含まれている出力フィルタ１３，２３を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による高周波整流器の電力分配器２を示す構成図である。 この発明の実施の形態２による高周波整流器を示す構成図である。 この発明の実施の形態３による高周波整流器を示す構成図である。 この発明の実施の形態３による高周波整流器の電力分配器８を示す構成図である。 この発明の実施の形態３による高周波整流器の他の電力分配器８を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による高周波整流器を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による高周波整流器の電力分配器９を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による高周波整流器の他の電力分配器９を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による高周波整流器の他の電力分配器９を示す構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による高周波整流器を示す構成図である。
図１において、入力端子１は被整流波である高周波ＲＦが入力される端子である。
電力分配器２は入力端子１から入力された高周波ＲＦの電力を分配し、電力分配後の高周波ＲＦとして、高周波ＲＦ_１（第１の被整流波）と高周波ＲＦ_２（第２の被整流波）を出力する。
この実施の形態１では、電力分配器２が、入力端子１から入力された高周波ＲＦの電力を２等分することを想定しているが、電力分配器２における電力の分配比は任意である。
また、この実施の形態１では、電力分配器２として、同相分配器が用いられており、電力分配器２から出力される高周波ＲＦ_１と高周波ＲＦ_２の位相が同相であるものを想定している。

キャパシタ３は電力分配器２と第１の整流器１０との間に流れる直流を遮断する第１の直流遮断器である。
キャパシタ４は電力分配器２と第２の整流器２０との間に流れる直流を遮断する第２の直流遮断器である。
ここでは、第１及び第２の直流遮断器が、キャパシタ３，４である例を示しているが、電力分配器２と第１及び第２の整流器１０，２０との間に流れる直流を遮断することができればよく、第１及び第２の直流遮断器として、例えば、高周波ＲＦの通過を許可して、直流の通過を阻止する結合線路などを用いることができる。

第１の整流器１０は入力フィルタ１１、整流部１２及び出力フィルタ１３を備えており、電力分配器２から出力された高周波ＲＦ_１を整流して直流電圧ＤＣ_１（第１の直流電圧）を生成し、その直流電圧ＤＣ_１を出力端子５に出力する。
第２の整流器２０は入力フィルタ２１、整流部２２及び出力フィルタ２３を備えており、電力分配器２から出力された高周波ＲＦ_２を整流して、直流電圧ＤＣ_１と極性が異なる直流電圧ＤＣ_２（第２の直流電圧）を生成し、その直流電圧ＤＣ_２を出力端子６に出力する。
出力端子５は第１の整流器１０から出力された直流電圧ＤＣ_１を負荷７の一端に出力するための端子である。
出力端子６は第２の整流器２０から出力された直流電圧ＤＣ_２を負荷７の他端に出力するための端子である。

入力フィルタ１１はキャパシタ３と整流部１２との間のインピーダンス整合を図るとともに、キャパシタ３に対して整流部１２で生じた高調波の伝搬を遮断するためのフィルタである。
整流部１２はダイオード１２ａを有しており、入力フィルタ１１を通過してきた高周波ＲＦ_１を整流して直流電圧ＤＣ_１を生成し、その直流電圧ＤＣ_１を出力フィルタ１３に出力する。
ダイオード１２ａはアノード端子（陽極）が接地され、カソード端子（陰極）が入力フィルタ１１の出力側と出力フィルタ１３の入力側とに接続されている第１の整流素子である。したがって、ダイオード１２ａのカソード端子は、入力フィルタ１１を介してキャパシタ３と接続され、また、出力フィルタ１３を介して負荷７の一端と接続されている。
出力フィルタ１３は負荷７に対して、入力端子１から入力された高周波ＲＦ及び整流部１２で生じた高調波の伝搬を遮断するためのフィルタである。
ここでは、整流部１２がダイオード１２ａを有している例を示しているが、高周波ＲＦ_１を整流して直流電圧ＤＣ_１を生成することができればよく、整流部１２が、ダイオード１２ａの代わりに、例えば、サイリスタ、トランジスタなどを有しているものであってもよい。

入力フィルタ２１はキャパシタ４と整流部２２との間のインピーダンス整合を図るとともに、キャパシタ４に対して整流部２２で生じた高調波の伝搬を遮断するためのフィルタである。
整流部２２はダイオード２２ａを有しており、入力フィルタ２１を通過してきた高周波ＲＦ_２を整流して、直流電圧ＤＣ_１と極性が異なる直流電圧ＤＣ_２を生成し、その直流電圧ＤＣ_２を出力フィルタ２３に出力する。
ダイオード２２ａはカソード端子（陰極）が接地され、アノード端子（陽極）が入力フィルタ２１の出力側と出力フィルタ２３の入力側とに接続されている第２の整流素子である。したがって、ダイオード２２ａのアノード端子は、入力フィルタ２１を介してキャパシタ４と接続され、また、出力フィルタ２３を介して負荷７の他端と接続されている。
出力フィルタ２３は負荷７に対して、入力端子１から入力された高周波ＲＦ及び整流部２２で生じた高調波の伝搬を遮断するためのフィルタである。
ここでは、整流部２２がダイオード２２ａを有している例を示しているが、高周波ＲＦ_２を整流して直流電圧ＤＣ_２を生成することができればよく、整流部２２が、ダイオード２２ａの代わりに、例えば、サイリスタ、トランジスタなどを有しているものであってもよい。

図２は第１及び第２の整流器１０，２０に含まれている入力フィルタ１１，２１を示す構成図である。
図２において、整合回路３１はキャパシタ３（または４）と整流部１２（または２２）との間のインピーダンス整合を図る回路であり、伝送線路３２と開放スタブ３３を備えている。
伝送線路３２は一端がキャパシタ３と接続されている線路である。
開放スタブ３３は一端がキャパシタ３と接続されているスタブである。

高調波処理回路３４はキャパシタ３（または４）に対して整流部１２（または２２）で生じた高調波の伝搬を遮断する回路である。
伝送線路３５は一端が伝送線路３２の他端と接続され、他端が整流部１２（または２２）と接続されており、入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを有している線路である。図２では、基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを「λ／４＠ｆ_１」で表記している。
開放スタブ３６は一端が伝送線路３２の他端と接続され、入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている２次高調波の周波数ｆ_２で４分の１波長の長さを有しているスタブである。図２では、２次高調波の周波数ｆ_２で４分の１波長の長さを「λ／４＠ｆ_２」で表記している。

図３は第１及び第２の整流器１０，２０に含まれている出力フィルタ１３，２３を示す構成図である。
図３において、伝送線路４１は一端が整流部１２（または２２）と接続され、他端が出力端子５（または６）と接続されており、入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを有している線路である。図３では、基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを「λ／４＠ｆ_１」で表記している。
キャパシタ４２は一端が伝送線路４１の他端と接続され、他端が接地されており、入力端子１から入力された高周波ＲＦ及び整流部１２（または２２）で生じた高調波を短絡する。

図４はこの発明の実施の形態１による高周波整流器の電力分配器２を示す構成図である。
図４において、伝送線路２ａは一端が入力端子１と接続され、他端がキャパシタ３と接続されている線路であり、伝送線路２ａは入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを有し、√２×Ｚ_０のインピーダンスを有している。図４では、基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを「λ／４＠ｆ_１」で表記している。
伝送線路２ｂは一端が入力端子１と接続され、他端がキャパシタ４と接続されている線路であり、伝送線路２ｂは入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを有し、√２×Ｚ_０のインピーダンスを有している。
抵抗２ｃは一端が伝送線路２ａの他端と接続され、他端が伝送線路２ｂの他端と接続されている。

次に動作について説明する。
電力分配器２は、入力端子１から入力された高周波ＲＦの電力を２等分し、電力分配後の高周波ＲＦとして、高周波ＲＦ_１と高周波ＲＦ_２を出力する。
電力分配器２から出力された高周波ＲＦ_１は、キャパシタ３を介して、第１の整流器１０に入力され、電力分配器２から出力された高周波ＲＦ_２は、キャパシタ４を介して、第２の整流器２０に入力される。
第１及び第２の整流器１０，２０に入力される高周波ＲＦ_１，高周波ＲＦ_２の電力は、電力分配器２によって、入力端子１から入力された高周波ＲＦの電力が２等分された電力であるため、高周波ＲＦの電力の２分の１に低減されている。このため、ダイオード１２ａ，２２ａに印加される電圧は、入力端子１から入力された高周波ＲＦが直接与えられる場合よりも、ブレークダウン電圧に到達し難くなっている。

第１の整流器１０に入力された高周波ＲＦ_１は、入力フィルタ１１を介して、整流部１２まで伝搬される。
整流部１２が有するダイオード１２ａは、入力された高周波ＲＦ_１によってアノード端子とカソード端子間の導通状態が切り替えられる。
即ち、ダイオード１２ａは、交流である高周波ＲＦ_１の極性が負の期間中、高周波ＲＦ_１の電圧がダイオード１２ａの閾値電圧を超えた場合、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオンの状態となり、高周波ＲＦ_１の電圧がダイオード１２ａの閾値電圧を超えない場合、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオフの状態となる。
また、ダイオード１２ａは、高周波ＲＦ_１の極性が正の期間中、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオフの状態となる。
ダイオード１２ａの導通状態がオンの状態である場合、即ち、アノード端子とカソード端子間が導通している状態の場合、ダイオード１２ａには順方向の電流が流れて、アノード端子とカソード端子間の電圧が小さくなる。
ダイオード１２ａの導通状態がオフの状態である場合、即ち、アノード端子とカソード端子間が導通していない状態の場合、ダイオード１２ａには逆方向の電流が流れず、アノード端子とカソード端子間の電圧が大きくなる。

したがって、ダイオード１２ａにおけるアノード端子とカソード端子間の電圧は、時間平均すると、逆方向の端子間電圧にオフセットされており、出力フィルタ１３で平滑化されることで整流される。
これにより、出力フィルタ１３から出力される直流電圧ＤＣ_１は、出力端子５を介して、負荷７の一端に出力される。
ダイオード１２ａは、アノード端子が接地されており、入力フィルタ１１を通過してきた高周波ＲＦ_１がカソード端子に与えられるため、逆方向の端子間電圧は正電位となる。したがって、出力端子５から出力される直流電圧ＤＣ_１は、正電位＋Ｖｏｕｔである。

第２の整流器２０に入力された高周波ＲＦ_２は、入力フィルタ２１を介して、整流部２２まで伝搬される。
整流部２２が有するダイオード２２ａは、入力された高周波ＲＦ_２によってアノード端子とカソード端子間の導通状態が切り替えられる。
即ち、ダイオード２２ａは、高周波ＲＦ_２の極性が正の期間中、高周波ＲＦ_２の電圧がダイオード２２ａの閾値電圧を超えた場合、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオンの状態となり、高周波ＲＦ_２の電圧がダイオード２２ａの閾値電圧を超えない場合、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオフの状態となる。
また、ダイオード２２ａは、高周波ＲＦ_２の極性が負の期間中、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオフの状態となる。
ダイオード２２ａの導通状態がオンの状態である場合、即ち、アノード端子とカソード端子間が導通している状態の場合、ダイオード２２ａには順方向の電流が流れて、アノード端子とカソード端子間の電圧が小さくなる。
ダイオード２２ａの導通状態がオフの状態である場合、即ち、アノード端子とカソード端子間が導通していない状態の場合、ダイオード２２ａには逆方向の電流が流れず、アノード端子とカソード端子間の電圧が大きくなる。

したがって、ダイオード２２ａにおけるアノード端子とカソード端子間の電圧は、時間平均すると、逆方向の端子間電圧にオフセットされており、出力フィルタ２３で平滑化されることで整流される。
これにより、出力フィルタ２３から出力される直流電圧ＤＣ_２は、出力端子６を介して、負荷７の他端に出力される。
ダイオード２２ａは、カソード端子が接地され、入力フィルタ２１を通過してきた高周波ＲＦ_２がアノード端子に与えられるため、逆方向の端子間電圧は負電位になる。したがって、出力端子６から出力される直流電圧ＤＣ_２は、負電位−Ｖｏｕｔである。

このとき、第１の整流器１０の入力側にはキャパシタ３が接続されているため、第１の整流器１０によって生成された直流電圧ＤＣ_１は、キャパシタ３によって遮断されて、電力分配器２側には流れない。
また、第２の整流器２０の入力側にはキャパシタ４が接続されているため、第２の整流器２０によって生成された直流電圧ＤＣ_２は、キャパシタ４によって遮断されて、電力分配器２側には流れない。
したがって、互いに逆極性である直流電圧ＤＣ_１と直流電圧ＤＣ_２はショートされず、出力端子５から出力される正電位＋Ｖｏｕｔの直流電圧ＤＣ_１が負荷７の一端に出力され、出力端子６から出力される負電位−Ｖｏｕｔの直流電圧ＤＣ_２が負荷７の他端に出力される。

電力分配器２により高周波ＲＦの電力が等分配され、ダイオード１２ａとダイオード２２ａの極性を除いて、第１の整流器１０と第２の整流器２０が同じ構成であるとすれば、整流器の数が１つである場合と比べて、２倍の直流電圧が負荷７に供給される。
即ち、負荷７には、下記の式（１）に示すように、直流電圧ＤＣ_１と直流電圧ＤＣ_２の電位差ΔＶである高い電圧が供給される。
ΔＶ＝ＤＣ_１−ＤＣ_２
＝＋Ｖｏｕｔ−（−Ｖｏｕｔ）
＝２×Ｖｏｕｔ （１）

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、被整流波である高周波ＲＦの電力を分配し、電力分配後の高周波ＲＦとして、高周波ＲＦ_１と高周波ＲＦ_２を出力する電力分配器２と、電力分配器２と第１の整流器１０との間に流れる直流を遮断するキャパシタ３と、電力分配器２と第２の整流器２０との間に流れる直流を遮断するキャパシタ４とを備え、第１の整流器１０が、電力分配器２から出力された高周波ＲＦ_１を整流して直流電圧ＤＣ_１を生成し、その直流電圧ＤＣ_１を負荷７の一端に出力し、第２の整流器２０が、電力分配器２から出力された高周波ＲＦ_２を整流して、直流電圧ＤＣ_１と極性が異なる直流電圧ＤＣ_２を生成し、その直流電圧ＤＣ_２を負荷７の他端に出力するように構成したので、被整流波である高周波ＲＦの入力電力が高くても、高効率なＲＦ−ＤＣ変換を実現することができる効果を奏する。また、負荷７に出力する直流電圧を高めることができる。

また、この実施の形態１によれば、ダイオード１２ａとダイオード２２ａの間に寄生のインダクタンス成分が生じていても、ダイオード１２ａ，２２ａが独立に接地されているため、ダイオード１２ａ，２２ａの電圧電流特性に異常が生じることがなく、ダイオード１２ａ，２２ａに故障が生じることもない。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、第１の整流器１０の整流部１２がダイオード１２ａを有し、第２の整流器２０の整流部２２がダイオード２２ａを有している例を示したが、この実施の形態２では、第１の整流器１０の整流部１４が２つのダイオード１４ａ，１４ｂを有し、第２の整流器２０の整流部２４が２つのダイオード２４ａ，２４ｂを有している例を説明する。

図５はこの発明の実施の形態２による高周波整流器を示す構成図であり、図５において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
整流部１４はダイオード１４ａ，１４ｂを有しており、入力フィルタ１１を通過してきた高周波ＲＦ_１を整流して直流電圧ＤＣ_１を生成し、その直流電圧ＤＣ_１を出力フィルタ１３に出力する。
ダイオード１４ａはアノード端子（陽極）が接地され、カソード端子（陰極）が入力フィルタ１１の出力側と接続されている第１の整流素子である。
ダイオード１４ｂはアノード端子（陽極）が入力フィルタ１１の出力側と接続され、カソード端子（陰極）が出力フィルタ１３の入力側に接続されている第２の整流素子である。したがって、ダイオード１４ａのカソード端子及びダイオード１４ｂのアノード端子は、入力フィルタ１１を介してキャパシタ３と接続され、ダイオード１４ｂのカソード端子は、出力フィルタ１３を介して負荷７の一端と接続されている。
ここでは、整流部１４がダイオード１４ａ，１４ｂを有している例を示しているが、高周波ＲＦ_１を整流して直流電圧ＤＣ_１を生成することができればよく、整流部１４が、ダイオード１４ａ，１４ｂの代わりに、例えば、サイリスタ、トランジスタなどを有しているものであってもよい。

整流部２４はダイオード２４ａ，２４ｂを有しており、入力フィルタ２１を通過してきた高周波ＲＦ_２を整流して、直流電圧ＤＣ_１と極性が異なる直流電圧ＤＣ_２を生成し、その直流電圧ＤＣ_２を出力フィルタ２３に出力する。
ダイオード２４ａはカソード端子（陰極）が接地され、アノード端子（陽極）が入力フィルタ２１の出力側と接続されている第３の整流素子である。
ダイオード２４ｂはカソード端子（陰極）が入力フィルタ２１の出力側と接続され、アノード端子（陽極）が出力フィルタ２３の入力側に接続されている第４の整流素子である。したがって、ダイオード２４ａのアノード端子及びダイオード２４ｂのカソード端子は、入力フィルタ２１を介してキャパシタ４と接続され、ダイオード２４ｂのアノード端子は、出力フィルタ２３を介して負荷７の他端と接続されている。
ここでは、整流部２４がダイオード２４ａ，２４ｂを有している例を示しているが、高周波ＲＦ_２を整流して直流電圧ＤＣ_２を生成することができればよく、整流部２４が、ダイオード２４ａ，２４ｂの代わりに、例えば、サイリスタ、トランジスタなどを有しているものであってもよい。
この実施の形態２では、出力フィルタ１３，２３における図３の伝送線路４１が実装されない。

次に動作について説明する。
整流部１４，２４以外は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは、整流部１４，２４の動作だけを説明する。
整流部１４，２４は、倍電圧整流動作を行うことで、直流電圧２×ＤＣ_１，２×ＤＣ_２を出力端子５，６に出力する。

第１の整流器１０に入力された高周波ＲＦ_１は、入力フィルタ１１を介して、整流部１４まで伝搬される。
整流部１４が有するダイオード１４ａ，１４ｂは、導通状態が交互にオンの状態になる倍電圧整流動作を行う。
即ち、ダイオード１４ａは、交流である高周波ＲＦ_１の極性が負の期間中、高周波ＲＦ_１の電圧がダイオード１４ａの閾値電圧を超えた場合、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオンの状態となり、高周波ＲＦ_１の電圧がダイオード１４ａの閾値電圧を超えない場合、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオフの状態となる。
また、ダイオード１４ａは、高周波ＲＦ_１の極性が正の期間中、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオフの状態となる。
一方、ダイオード１４ｂは、交流である高周波ＲＦ_１の極性が正の期間中、高周波ＲＦ_１の電圧がダイオード１４ｂの閾値電圧を超えた場合、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオンの状態となり、高周波ＲＦ_１の電圧がダイオード１４ｂの閾値電圧を超えない場合、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオフの状態となる。
また、ダイオード１４ｂは、高周波ＲＦ_１の極性が負の期間中、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオフの状態となる。

ダイオード１４ａ，１４ｂの導通状態がオンの状態である場合、即ち、アノード端子とカソード端子間が導通している状態の場合、ダイオード１４ａ，１４ｂには順方向の電流が流れて、アノード端子とカソード端子間の電圧が小さくなる。
ダイオード１４ａ，１４ｂの導通状態がオフの状態である場合、即ち、アノード端子とカソード端子間が導通していない状態の場合、ダイオード１４ａ，１４ｂには逆方向の電流が流れず、アノード端子とカソード端子間の電圧が大きくなる。
したがって、ダイオード１４ａ，１４ｂにおけるアノード端子とカソード端子間の電圧は、時間平均すると、逆方向の端子間電圧にオフセットされるが、どの時間においても、ダイオード１４ａ，１４ｂのうち、いずれかの一方のダイオードにおけるアノード端子とカソード端子間の電圧が大きくなるため、オフセットされる電圧が、上記実施の形態１における整流部１２の２倍になる。

整流部１４の出力電圧は、出力フィルタ１３で平滑化されることで整流され、出力フィルタ１３から出力される直流電圧２×ＤＣ_１は、出力端子５を介して、負荷７の一端に出力される。
ダイオード１４ａのアノード端子が接地されており、入力フィルタ１１を通過してきた高周波ＲＦ_１がダイオード１４ａのカソード端子及びダイオード１４ｂのアノード端子に与えられるため、逆方向の端子間電圧は正電位となる。したがって、出力端子５から出力される直流電圧２×ＤＣ_１は、正電位＋Ｖｏｕｔになる。

第２の整流器２０に入力された高周波ＲＦ_２は、入力フィルタ２１を介して、整流部２４まで伝搬される。
整流部２４が有するダイオード２４ａ，２４ｂは、導通状態が交互にオンの状態になる倍電圧整流動作を行う。
即ち、ダイオード２４ａは、交流である高周波ＲＦ_２の極性が正の期間中、高周波ＲＦ_２の電圧がダイオード２４ａの閾値電圧を超えた場合、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオンの状態となり、高周波ＲＦ_２の電圧がダイオード２４ａの閾値電圧を超えない場合、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオフの状態となる。
また、ダイオード２４ａは、高周波ＲＦ_２の極性が負の期間中、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオフの状態となる。
一方、ダイオード２４ｂは、交流である高周波ＲＦ_２の極性が負の期間中、高周波ＲＦ_２の電圧がダイオード２４ｂの閾値電圧を超えた場合、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオンの状態となり、高周波ＲＦ_２の電圧がダイオード２４ｂの閾値電圧を超えない場合、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオフの状態となる。
また、ダイオード２４ｂは、高周波ＲＦ_２の極性が正の期間中、アノード端子とカソード端子間の導通状態がオフの状態となる。

ダイオード２４ａ，２４ｂの導通状態がオンの状態である場合、即ち、アノード端子とカソード端子間が導通している状態の場合、ダイオード２４ａ，２４ｂには順方向の電流が流れて、アノード端子とカソード端子間の電圧が小さくなる。
ダイオード２４ａ，２４ｂの導通状態がオフの状態である場合、即ち、アノード端子とカソード端子間が導通していない状態の場合、ダイオード２４ａ，２４ｂには逆方向の電流が流れず、アノード端子とカソード端子間の電圧が大きくなる。
したがって、ダイオード２４ａ，２４ｂにおけるアノード端子とカソード端子間の電圧は、時間平均すると、逆方向の端子間電圧にオフセットされるが、どの時間においても、ダイオード２４ａ，２４ｂのうち、いずれかの一方のダイオードにおけるアノード端子とカソード端子間の電圧が大きくなるため、オフセットされる電圧が、上記実施の形態１における整流部２２の２倍になる。

整流部２４の出力電圧は、出力フィルタ２３で平滑化されることで整流され、出力フィルタ２３から出力される直流電圧２×ＤＣ_２は、出力端子６を介して、負荷７の他端に出力される。
ダイオード２４ａのカソード端子が接地されており、入力フィルタ２１を通過してきた高周波ＲＦ_２がダイオード２４ａのアノード端子及びダイオード２４ｂのカソード端子に与えられるため、逆方向の端子間電圧は負電位となる。したがって、出力端子６から出力される直流電圧２×ＤＣ_２は、負電位−Ｖｏｕｔになる。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、整流部１４が、アノード端子が接地され、カソード端子が入力フィルタ１１の出力側と接続されているダイオード１４ａと、アノード端子が入力フィルタ１１の出力側と接続され、カソード端子が出力フィルタ１３の入力側に接続されているダイオード１４ｂとを有し、整流部２４が、カソード端子が接地され、アノード端子が入力フィルタ２１の出力側と接続されているダイオード２４ａと、カソード端子が入力フィルタ２１の出力側と接続され、アノード端子が出力フィルタ２３の入力側に接続されているダイオード２４ｂとを有するように構成したので、上記実施の形態１と同様に、被整流波である高周波ＲＦの入力電力が高くても、高効率なＲＦ−ＤＣ変換を実現することができるほか、上記実施の形態１よりも更に、負荷７に出力する直流電圧を高めることができる効果を奏する。

実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、電力分配器２として、同相分配器が用いられている例を示したが、電力分配器として、９０度分配器が用いられているものであってもよい。

図６はこの発明の実施の形態３による高周波整流器を示す構成図であり、図６において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
電力分配器８は入力端子１から入力された高周波ＲＦの電力を分配し、電力分配後の高周波ＲＦとして、高周波ＲＦ_１（第１の被整流波）と高周波ＲＦ_２（第２の被整流波）を出力する。
この実施の形態３では、電力分配器８が、入力端子１から入力された高周波ＲＦの電力を２等分することを想定しているが、電力分配器８における電力の分配比は任意である。
また、この実施の形態３では、電力分配器８として、９０度分配器が用いられており、電力分配器８から出力される高周波ＲＦ_１と高周波ＲＦ_２の位相差が９０度であるものを想定している。
図６の高周波整流器は、図１の高周波整流器における電力分配器２の代わりに、電力分配器８が設けられている例を示しているが、図５の高周波整流器における電力分配器２の代わりに、電力分配器８が設けられているものであってもよい。

図７はこの発明の実施の形態３による高周波整流器の電力分配器８を示す構成図である。
図７において、伝送線路８ａは一端が入力端子１と接続され、他端がキャパシタ３と接続されている線路であり、伝送線路８ａは入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを有し、√２×Ｚ_０のインピーダンスを有している。図７では、基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを「λ／４＠ｆ_１」で表記している。
伝送線路８ｂは一端が入力端子１と接続されている線路であり、伝送線路８ｂは入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを有し、√２×Ｚ_０のインピーダンスを有している。
抵抗８ｃは一端が伝送線路８ａの他端と接続され、他端が伝送線路８ｂの他端と接続されている。
伝送線路８ｄは一端が伝送線路８ｂの他端と接続され、他端がキャパシタ４と接続されている線路であり、伝送線路８ｄは入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを有している。

この実施の形態３では、電力分配器８として、９０度分配器が用いられているため、電力分配器８から出力される高周波ＲＦ_１と高周波ＲＦ_２の位相差が９０度であり、電力分配器８の出力が直交出力となっている。
このように、電力分配器８として、９０度分配器を用いることで、入力端子１から電力分配器８に入力される高周波ＲＦの反射が抑圧され、図示せぬ他のデバイスへの影響を低減することができる。

この実施の形態３では、電力分配器８として、図７に示す９０度分配器が用いられている例を示しているが、９０度分配器は図７の構成に限るものではなく、図８に示すような９０°ハイブリッドであってもよい。

図８はこの発明の実施の形態３による高周波整流器の他の電力分配器８を示す構成図である。
図８において、伝送線路８ｅは一端が入力端子１と接続され、他端がキャパシタ３と接続されている線路であり、伝送線路８ｅは入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを有し、Ｚ_０／√２のインピーダンスを有している。図８では、基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを「λ／４＠ｆ_１」で表記している。
伝送線路８ｆは一端が抵抗８ｈを介して接地され、他端がキャパシタ４と接続されている線路であり、伝送線路８ｆは入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを有し、Ｚ_０／√２のインピーダンスを有している。

伝送線路８ｇは一端が入力端子１と接続され、他端が抵抗８ｈを介して接地されている線路であり、伝送線路８ｇは入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを有し、Ｚ_０のインピーダンスを有している。
抵抗８ｈは一端が伝送線路８ｆの一端及び伝送線路８ｇの他端と接続され、他端が接地されている。
伝送線路８ｉは一端が伝送線路８ｅの他端と接続され、他端が伝送線路８ｆの他端と接続されている線路であり、伝送線路８ｇは入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを有し、Ｚ_０のインピーダンスを有している。

実施の形態４．
上記実施の形態１，２では、電力分配器２として、同相分配器が用いられている例を示したが、電力分配器として、１８０度分配器が用いられているものであってもよい。

図９はこの発明の実施の形態４による高周波整流器を示す構成図であり、図９において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
電力分配器９は入力端子１から入力された高周波ＲＦの電力を分配し、電力分配後の高周波ＲＦとして、高周波ＲＦ_１（第１の被整流波）と高周波ＲＦ_２（第２の被整流波）を出力する。
この実施の形態４では、電力分配器９が、入力端子１から入力された高周波ＲＦの電力を２等分することを想定しているが、電力分配器９における電力の分配比は任意である。
また、この実施の形態４では、電力分配器９として、１８０度分配器が用いられており、電力分配器９から出力される高周波ＲＦ_１と高周波ＲＦ_２の位相差が１８０度であるものを想定している。
図９の高周波整流器は、図１の高周波整流器における電力分配器２の代わりに、電力分配器９が設けられている例を示しているが、図５の高周波整流器における電力分配器２の代わりに、電力分配器９が設けられているものであってもよい。

図１０はこの発明の実施の形態４による高周波整流器の電力分配器９を示す構成図である。
図１０において、伝送線路９ａは一端が入力端子１と接続され、他端がキャパシタ３と接続されている線路であり、伝送線路９ａは入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを有し、√２×Ｚ_０のインピーダンスを有している。図１０では、基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを「λ／４＠ｆ_１」で表記している。
伝送線路９ｂは一端が入力端子１と接続されている線路であり、伝送線路９ｂは入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを有し、√２×Ｚ_０のインピーダンスを有している。
抵抗９ｃは一端が伝送線路９ａの他端と接続され、他端が伝送線路９ｂの他端と接続されている。
伝送線路９ｄは一端が伝送線路９ｂの他端と接続され、他端がキャパシタ４と接続されている線路であり、伝送線路９ｄは入力端子１から入力された高周波ＲＦに含まれている基本波の周波数ｆ_１で２分の１波長の長さを有している。図１０では、基本波の周波数ｆ_１で２分の１波長の長さを「λ／２＠ｆ_１」で表記している。

この実施の形態４では、電力分配器９として、１８０度分配器が用いられているため、電力分配器９から出力される高周波ＲＦ_１と高周波ＲＦ_２の位相差が１８０度であり、電力分配器９の出力が差動出力となっている。
このように、電力分配器９として、１８０度分配器を用いることで、負荷７に出力する直流電圧ＤＣ_１，ＤＣ_２のリップルが、出力端子５と出力端子６で逆相になって、直流電圧ＤＣ_１，ＤＣ_２のリップルが相殺されるため、安定した直流電圧ＤＣ_１，ＤＣ_２を負荷７に供給することができる。

この実施の形態４では、電力分配器９として、図１０に示す１８０度分配器が用いられている例を示しているが、１８０度分配器は図１０の構成に限るものではなく、図１１や図１２に示すような構成であってもよい。

図１１はこの発明の実施の形態４による高周波整流器の他の電力分配器９を示す構成図である。図１１において、図１０と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ハイパスフィルタ９ｅは例えばキャパシタ及びインダクタから構成されているＴ型フィルタであり、一端が伝送線路９ａの他端と接続され、他端がキャパシタ３と接続されている。
ローパスフィルタ９ｆは例えばインダクタ及びキャパシタから構成されているＴ型フィルタであり、一端が伝送線路９ｂの他端と接続され、他端がキャパシタ４と接続されている。

図１２はこの発明の実施の形態４による高周波整流器の他の電力分配器９を示す構成図である。
図１２の例では、電力分配器９として、１８０°ハイブリッドが用いられており、１周が基本波の周波数ｆ_１で４分の６波長の長さであるリング状線路９ｇを有している。
リング状線路９ｇにおいて、入力端子１との接続点９ｇ_１から、基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の位置にキャパシタ３との接続点９ｇ_２が設けられ、キャパシタ３との接続点９ｇ_２から、基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の位置に抵抗９ｈとの接続点９ｇ_３が設けられている。
また、抵抗９ｈとの接続点９ｇ_３から、基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の位置にキャパシタ４との接続点９ｇ_４が設けられている。
図１２では、基本波の周波数ｆ_１で４分の１波長の長さを「λ／４＠ｆ_１」で表記し、基本波の周波数ｆ_１で４分の３波長の長さを「３λ／４＠ｆ_１」で表記している。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明は、被整流波を直流に変換する高周波整流器に適している。

１ 入力端子、２ 電力分配器、２ａ，２ｂ 伝送線路、２ｃ 抵抗、３ キャパシタ（第１の直流遮断器）、４ キャパシタ（第２の直流遮断器）、５，６ 出力端子、７ 負荷、８ 電力分配器、８ａ，８ｂ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｉ 伝送線路、８ｃ，８ｈ 抵抗、９ 電力分配器、９ａ，９ｂ，９ｄ 伝送線路、９ｃ 抵抗、９ｅ ハイパスフィルタ、９ｆ ローパスフィルタ、９ｇ リング状線路、９ｇ_１〜９ｇ_４ 接続点、９ｈ 抵抗、１０ 第１の整流器、１１ 入力フィルタ、１２ 整流部、１２ａ ダイオード（第１の整流素子）、１３ 出力フィルタ、１４ａ ダイオード（第１の整流素子）、１４ｂ ダイオード（第２の整流素子）、２０ 第２の整流器、２１ 入力フィルタ、２２ 整流部、２２ａ ダイオード（第２の整流素子）、２３ 出力フィルタ、２４ａ ダイオード（第３の整流素子）、２４ｂ ダイオード（第４の整流素子）、３１ 整合回路、３２ 伝送線路、３３ 開放スタブ、３４ 高調波処理回路、３５ 伝送線路、３６ 開放スタブ、４１ 伝送線路、４２ キャパシタ。

この発明に係る高周波整流器は、被整流波の電力を分配し、電力分配後の被整流波として第１の被整流波と第２の被整流波を出力する電力分配器と、電力分配器から出力された第１の被整流波を整流して第１の直流電圧を生成し、第１の直流電圧を負荷の一端に出力する第１の整流器と、電力分配器から出力された第２の被整流波を整流して、第１の直流電圧と極性が異なる第２の直流電圧を生成し、第２の直流電圧を負荷の他端に出力する第２の整流器と、電力分配器と第１の整流器との間に流れる直流を遮断する第１の直流遮断器と、電力分配器と第２の整流器との間に流れる直流を遮断する第２の直流遮断器とを備えるようにしたものである。
また、第１の整流器が、陽極が接地され、陰極が第１の直流遮断器及び負荷の一端と接続されている第１の整流素子を有し、第２の整流器が、陰極が接地され、陽極が第２の直流遮断器及び負荷の他端と接続されている第２の整流素子を有しているようにしたものである。

Claims (6)

1. 被整流波の電力を分配し、電力分配後の被整流波として第１の被整流波と第２の被整流波を出力する電力分配器と、
   前記電力分配器から出力された第１の被整流波を整流して第１の直流電圧を生成し、前記第１の直流電圧を負荷の一端に出力する第１の整流器と、
   前記電力分配器から出力された第２の被整流波を整流して、前記第１の直流電圧と極性が異なる第２の直流電圧を生成し、前記第２の直流電圧を前記負荷の他端に出力する第２の整流器と、
   前記電力分配器と前記第１の整流器との間に流れる直流を遮断する第１の直流遮断器と、
   前記電力分配器と前記第２の整流器との間に流れる直流を遮断する第２の直流遮断器と
   を備えた高周波整流器。
2. 前記第１の整流器は、陽極が接地され、陰極が前記第１の直流遮断器及び前記負荷の一端と接続されている第１の整流素子を有し、
   前記第２の整流器は、陰極が接地され、陽極が前記第２の直流遮断器及び前記負荷の他端と接続されている第２の整流素子を有していることを特徴とする請求項１記載の高周波整流器。
3. 前記第１の整流器は、陽極が接地され、陰極が前記第１の直流遮断器と接続されている第１の整流素子と、陽極が前記第１の直流遮断器と接続され、陰極が前記負荷の一端と接続されている第２の整流素子とを有し、
   前記第２の整流器は、陰極が接地され、陽極が前記第２の直流遮断器と接続されている第３の整流素子と、陰極が前記第２の直流遮断器と接続され、陽極が前記負荷の他端と接続されている第４の整流素子とを有していることを特徴とする請求項１記載の高周波整流器。
4. 前記電力分配器として、同相分配器が用いられ、前記電力分配器から出力される前記第１の被整流波と前記第２の被整流波の位相が同相であることを特徴とする請求項１記載の高周波整流器。
5. 前記電力分配器として、９０度分配器が用いられ、前記電力分配器から出力される前記第１の被整流波と前記第２の被整流波の位相差が９０度であることを特徴とする請求項１記載の高周波整流器。
6. 前記電力分配器として、１８０度分配器が用いられ、前記電力分配器から出力される前記第１の被整流波と前記第２の被整流波の位相差が１８０度であることを特徴とする請求項１記載の高周波整流器。

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