WO2020203182A1

WO2020203182A1 - 分布型回路

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Publication number: WO2020203182A1
Application number: PCT/JP2020/011103
Authority: WO
Inventors: 照男徐; 宗彦長谷; 秀之野坂
Original assignee: 日本電信電話株式会社
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2020-10-08
Also published as: JP7263884B2; US20220123702A1; US11764744B2; JP2020167503A

Abstract

【課題】回路の利得を向上させる。　分布型増幅器は、入力用の伝送線路ＣＰＷ１と、出力用の伝送線路ＣＰＷ２と、伝送線路ＣＰＷ１の終端と電源電圧ＶＥＥとを接続する入力終端抵抗Ｒ１と、伝送線路ＣＰＷ２の入力端と接地とを接続する出力終端抵抗Ｒ２と、入力端子が伝送線路ＣＰＷ１に接続され、出力端子が伝送線路ＣＰＷ２に接続された単位セル３ａ－１～３ａ－Ｎと、各単位セル３ａ－１～３ａ－Ｎ内の入力トランジスタにバイアス電圧を供給するバイアスティー４とから構成される。単位セル３ａ－１～３ａ－Ｎのそれぞれの入力トランジスタに流れるコレクタ電流またはドレイン電流が均一になるように、単位セル３ａ－１～３ａ－Ｎのそれぞれの入力トランジスタのエミッタ抵抗またはソース抵抗が異なる値に設定されている。

Description

分布型回路

　本発明は、分布型増幅器や分布型ミキサなどの分布型回路に関するものである。

　分布型ミキサや分布型増幅器などの分布型回路は、広帯域性に優れ、高速光通信や高分解能レーダー等の様々なシステムで使用されている。分布型回路では、トランジスタの寄生容量を入出力の伝送線路に組み込んだ状態でインピーダンスマッチングを取り、さらに入出力間の伝送線路の伝搬定数を合わせることで、広帯域に信号を増幅したり、ミキシングしたりすることが可能である。

　分布型回路を適切に動作させるためには、使用する各トランジスタに適切な電流（バイポーラトランジスタの場合にはコレクタ電流、電界効果トランジスタの場合にはドレイン電流）を流す必要がある。図９は従来の分布型増幅器の構成を示す回路図である。分布型増幅器は、入力端が信号入力端子１に接続された入力用の伝送線路ＣＰＷ１と、終端が信号出力端子２に接続された出力用の伝送線路ＣＰＷ２と、伝送線路ＣＰＷ１の終端と電源電圧ＶＥＥとを接続する入力終端抵抗Ｒ１と、伝送線路ＣＰＷ２の入力端と接地とを接続する出力終端抵抗Ｒ２と、伝送線路ＣＰＷ１，ＣＰＷ２に沿って配置され、入力端子が伝送線路ＣＰＷ１に接続され、出力端子が伝送線路ＣＰＷ２に接続された複数の単位セル３－１～３－Ｎと、各単位セル３－１～３－Ｎ内の入力トランジスタにバイアス電圧を供給するバイアスティー４とから構成される。図９の例では、単位セル３（３－１～３－Ｎ）をＮ段設けている。

　図１０に示すように、各単位セル３（３－１～３－Ｎ）は、それぞれベース端子が伝送線路ＣＰＷ１に接続された入力トランジスタＱ３０と、コレクタ端子が伝送線路ＣＰＷ２に接続され、エミッタ端子が入力トランジスタＱ３０のコレクタ端子に接続された出力トランジスタＱ３１と、一端が入力トランジスタＱ３０のエミッタ端子に接続され、他端が電源電圧ＶＥＥに接続されたエミッタ抵抗ＲＥＥと、一端が電源電圧ＶＥＥに接続され、他端が出力トランジスタＱ２のベース端子に接続された抵抗Ｒ３０と、一端が出力トランジスタＱ２のベース端子に接続され、他端が接地された抵抗Ｒ３１と、一端が出力トランジスタＱ２のベース端子に接続され、他端が接地されたキャパシタＣ３０とから構成される。

　バイアスティー４は、図９に示すように、信号入力端子１と伝送線路ＣＰＷ１の入力端との間に挿入されたキャパシタＣ１と、一端が伝送線路ＣＰＷ１の入力端に接続され、他端がバイアス電圧ｖｂｉｎに接続されたインダクタＬ１とから構成される。

　例えば集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）で実現する図９のような分布型増幅器の場合、各単位セル３のトランジスタＱ３０，Ｑ３１に適切な電流を流すためには、各単位セル３の入力トランジスタＱ３０のベース端子に適切なバイアス電圧を与える必要がある。入力トランジスタＱ３０のバイアス電圧を与える時に、前段回路の直流電圧が影響しないように、直流電圧をカットするバイアスティー４（オフチップ）が用いられることがある（非特許文献１参照）。

　しかしながら、バイアスティー４を用いる時に、インダクタＬ１から入力終端抵抗Ｒ１へ流れる電流が原因で増幅器の利得が低下するという課題があった。この現象は以下のように説明できる。伝送線路ＣＰＷ１，ＣＰＷ２は小さいながらも抵抗成分を持つために、図１１のようにバイアスティー４のインダクタＬ１から伝送線路ＣＰＷ１を通って入力終端抵抗Ｒ１へ流れる電流Ｉによって電圧降下が起きる。この電圧降下によってバイアスティー４側と入力終端抵抗Ｒ１側とで電圧値が異なる。

　各単位セル３においては、図１２の（ａ）、（ｂ）に示すように入力トランジスタＱ３０にコレクタ電流が流れるが、バイアスティー４側と入力終端抵抗Ｒ１側とで電圧値が異なるために、各単位セル３の入力トランジスタＱ３０のベース電圧Ｖｉｃが不均一になるため、コレクタ電流の値も不均一になる。図１２の（ａ）、（ｂ）の例では、１段目の単位セル３－１の入力トランジスタＱ３０に流れるコレクタ電流の方が、Ｎ段目の単位セル３－Ｎの入力トランジスタＱ３０に流れるコレクタ電流よりも大きい。

　一方で、トランジスタの最大利得を引き出すための最適なコレクタ電流の値が存在する。しかしながら、上記のとおりコレクタ電流が不均一なために、終端側に近い単位セル程、最適なコレクタ電流の値から外れるため、従来の分布型増幅器では利得が低下するという課題があった。

　この課題を解決するための方法がいくつか提案されている。例えば、非特許文献２のように入力終端抵抗Ｒ１に直列にキャパシタを挿入し、直流電流をカットする方法がある。しかし、非特許文献２に開示された方法では、挿入するキャパシタの容量値が小さいと低周波側の反射特性が悪化するため、大きな容量値が必要となる。しかしながら、オンチップの構成では大きな容量値を実現できないため、非特許文献２に開示された方法を、低い周波数から良好な反射特性を必要とするベースバンド信号の増幅に適用することはできない。

　また、利得が低下するという課題に対して、入力終端抵抗Ｒ１の片方の端子をチップの外に取り出し、この端子を、大きな容量値を実現できるオフチップのキャパシタと直列に接続することによって低周波側の反射特性を改善する方法も考えられる。しかしながら、入力終端抵抗Ｒ１の片方の端子をチップの外に取り出すためには、配線を長く引き回す必要がある。この長い配線は、入力終端抵抗Ｒ１とオフチップのキャパシタとの間に大きなインダクタンスが接続されていることと等価なため、高周波側の反射特性が悪化する。このため、オフチップのキャパシタを用いる方法を、広帯域なベースバンド信号の増幅に適用することはできない。

　このように従来では、良好な反射特性を維持しながら、不均一なコレクタ電流に起因する増幅器の利得低下を防ぐことが困難であるという課題があった。この課題は増幅器のみならず例えば図１３、図１４のようなバイアスティーを用いた分布型ミキサでも同様に起き、変換利得の低下を招く原因となる。

　分布型ミキサは、入力端が信号入力端子（ＩＦ（Intermediate Frequency）端子）１に接続された伝送線路ＣＰＷ１と、終端が信号出力端子２ｐ，２ｎに接続されたＲＦ（Radio Frequency）信号出力用の伝送線路ＣＰＷ２ｐ，ＣＰＷ２ｎと、ＬＯ（Local Oscillator）信号入力用の伝送線路ＣＰＷ３ｐ，ＣＰＷ３ｎと、伝送線路ＣＰＷ１の終端と電源電圧ＶＥＥとを接続する入力終端抵抗Ｒ１と、伝送線路ＣＰＷ２ｐ，ＣＰＷ２ｎの入力端と接地とを接続する出力終端抵抗Ｒ２ｐ，Ｒ２ｎと、伝送線路ＣＰＷ３ｐ，ＣＰＷ３ｎの終端とバイアス電圧ｖｂｌｏとを接続する終端抵抗Ｒ３ｐ，Ｒ３ｎと、伝送線路ＣＰＷ１，ＣＰＷ２ｐ，ＣＰＷ２ｎ，ＣＰＷ３ｐ，ＣＰＷ３ｎに沿って配置され、ＩＦ入力端子が伝送線路ＣＰＷ１に接続され、ＬＯ入力端子が伝送線路ＣＰＷ３ｐ，ＣＰＷ３ｎに接続され、ＲＦ出力端子が伝送線路ＣＰＷ２ｐ，ＣＰＷ２ｎに接続された複数の単位セル５－１～５－Ｎと、各単位セル５－１～５－Ｎ内の入力トランジスタにバイアス電圧を供給するバイアスティー４と、ＬＯ信号を２分岐させて伝送線路ＣＰＷ３ｐ，ＣＰＷ３ｎの入力端に入力する分岐導波管６とから構成される。

　図１４に示すように、各単位セル５（５－１～５－Ｎ）は、それぞれベース端子が伝送線路ＣＰＷ１に接続された入力トランジスタＱ５０と、ベース端子が伝送線路ＣＰＷ３ｐ，ＣＰＷ３ｎに接続され、コレクタ端子が伝送線路ＣＰＷ２ｐ，ＣＰＷ２ｎに接続され、エミッタ端子がトランジスタＱ５０のコレクタ端子に接続された出力トランジスタＱ５１，Ｑ５２と、一端が入力トランジスタＱ５０のエミッタ端子に接続され、他端が電源電圧ＶＥＥに接続されたエミッタ抵抗ＲＥＥとから構成される。

　図１３の構成においても、バイアスティー４側と入力終端抵抗Ｒ１側とで電圧値が異なるために、各単位セル５の入力トランジスタＱ５０のベース電圧Ｖｉｆが不均一になるため、コレクタ電流の値も不均一になる。図１４の（ａ）、（ｂ）の例では、１段目の単位セル５－１の入力トランジスタＱ５０に流れるコレクタ電流の方が、Ｎ段目の単位セル５－Ｎの入力トランジスタＱ５０に流れるコレクタ電流よりも大きい。

Satoshi Masuda，Tsuyoshi Takahashi，and Kazukiyo Joshin，"An over-110-GHz InP HEMT flip-chip distributed baseband amplifier with inverted microstrip line structure for optical transmission system"，IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.38，No.9，pp.1479-1484，2003 Kevin W.Kobayashi，Reza Esfandiari，and Aaron K.Oki，"A novel HBT distributed amplifier design topology based on attenuation compensation techniques"，IEEE transactions on microwave theory and techniques，Vol.42，No.12，pp.2583-2589，1994

　本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来よりも利得を向上させることができる分布型回路を提供することを目的とする。

　本発明の分布型回路は、入力端に入力信号が入力されるように構成された第１の伝送線路と、出力端から出力信号を出力するように構成された第２の伝送線路と、前記第１の伝送線路の終端に接続された終端抵抗と、前記第１、第２の伝送線路に沿って配置され、入力端子が前記第１の伝送線路に接続され、出力端子が前記第２の伝送線路に接続された複数の単位セルと、前記第１の伝送線路の入力端に接続され、前記複数の単位セルのそれぞれの入力トランジスタにバイアス電圧を供給するように構成されたバイアスティーとを備え、前記単位セルは、ベース端子またはゲート端子が前記第１の伝送線路に接続された前記入力トランジスタと、前記入力トランジスタのエミッタ端子またはソース端子に接続されたエミッタ抵抗またはソース抵抗とを少なくとも備え、前記複数の単位セルのそれぞれの入力トランジスタに流れるコレクタ電流またはドレイン電流が均一になるように、前記複数の単位セルのそれぞれの前記エミッタ抵抗またはソース抵抗が異なる値に設定されていることを特徴とするものである。

　また、本発明の分布型回路の１構成例は、前記バイアスティーから前記第１の伝送線路を通って前記終端抵抗の方向に電流が流れる場合に、前記複数の単位セルのそれぞれの前記エミッタ抵抗またはソース抵抗を、前記バイアスティーに近いほど値が大きく、前記終端抵抗に近いほど値が小さくなるように設定することを特徴とするものである。
　また、本発明の分布型回路の１構成例は、前記終端抵抗から前記第１の伝送線路を通って前記バイアスティーの方向に電流が流れる場合に、前記複数の単位セルのそれぞれの前記エミッタ抵抗またはソース抵抗を、前記バイアスティーに近いほど値が小さく、前記終端抵抗に近いほど値が大きくなるように設定することを特徴とするものである。

　また、本発明の分布型回路の１構成例において、前記単位セルは、ベース端子またはゲート端子が前記第１の伝送線路に接続された前記入力トランジスタと、一端が前記入力トランジスタのエミッタ端子またはソース端子に接続され、他端が第１の電圧に接続された前記エミッタ抵抗またはソース抵抗と、ベース端子またはゲート端子が第２の電圧に接続され、コレクタ端子またはドレイン端子が前記第２の伝送線路に接続され、エミッタ端子またはソース端子が前記入力トランジスタのコレクタ端子またはドレイン端子に接続された出力トランジスタとから構成され、分布型増幅器として動作することを特徴とするものである。
　また、本発明の分布型回路の１構成例において、前記入力信号はＩＦ信号、前記出力信号はＲＦ信号であり、入力端にＬＯ信号が入力されるように構成された第３の伝送線路をさらに備え、前記単位セルは、ベース端子またはゲート端子が前記第１の伝送線路に接続された前記入力トランジスタと、ベース端子またはゲート端子が前記第３の伝送線路に接続され、コレクタ端子またはドレイン端子が前記第２の伝送線路に接続され、エミッタ端子またはソース端子が前記入力トランジスタのコレクタ端子またはドレイン端子に接続された出力トランジスタと、一端が前記入力トランジスタのエミッタ端子またはソース端子に接続され、他端が第１の電圧に接続された前記エミッタ抵抗またはソース抵抗とから構成され、分布型ミキサとして動作することを特徴とするものである。
　また、本発明の分布型回路の１構成例において、前記バイアスティーは、一端に前記入力信号が入力され、他端が前記第１の伝送線路の入力端に接続されたキャパシタと、一端が前記第１の伝送線路の入力端に接続され、他端が第３の電圧に接続されたインダクタとから構成されることを特徴とするものである。

　本発明によれば、複数の単位セルのそれぞれの入力トランジスタに流れるコレクタ電流またはドレイン電流が均一になるように、複数の単位セルのそれぞれのエミッタ抵抗またはソース抵抗を異なる値に設定することにより、分布型回路の利得を向上させることができる。

図１は、本発明の第１の実施例に係る分布型増幅器の構成を示す回路図である。図２は、本発明の第１の実施例に係る分布型増幅器の単位セルの構成を示す回路図である。図３は、本発明の第１の実施例に係る分布型増幅器の効果を説明する図である。図４は、従来および本発明の第１の実施例に係る分布型増幅器の利得のシミュレーション結果を示す図である。図５は、本発明の第２の実施例に係る分布型ミキサの構成を示す回路図である。図６は、本発明の第２の実施例に係る分布型ミキサの単位セルの構成を示す回路図である。図７は、本発明の第２の実施例に係る分布型ミキサの効果を説明する図である。図８は、従来および本発明の第２の実施例に係る分布型ミキサの変換利得のシミュレーション結果を示す図である。図９は、バイアスティーを用いた従来の分布型増幅器の構成を示す回路図である。図１０は、図９の分布型増幅器の単位セルの構成を示す回路図である。図１１は、バイアスティーを用いた従来の分布型増幅器の課題を説明する図である。図１２は、バイアスティーを用いた従来の分布型増幅器の課題を説明する図である。図１３は、バイアスティーを用いた従来の分布型ミキサの課題を説明する図である。図１４は、バイアスティーを用いた従来の分布型ミキサの課題を説明する図である。

［発明の原理］
　本発明では、各単位セルのコレクタ電流が均一になるように、各単位セルのエミッタ抵抗を同じ値ではなく、バイアスティーに近い側程大きく、入力終端抵抗側程小さく設定する。これにより、単位セルのコレクタ電流は、バイアスティーに近い側程比較的流れにくく、入力終端抵抗側程比較的流れ易くなるため、各単位セルのエミッタ抵抗の値を適切に設定することにより、全ての単位セルのコレクタ電流を均一にすることができる。
　本発明により、従来不均一だった各単位セルのコレクタ電流を均一となるように補償でき、回路の利得を向上させることが可能になる。

［第１の実施例］
　以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る分布型増幅器の構成を示す回路図である。本実施例の分布型増幅器は、入力端が信号入力端子１に接続された入力用の伝送線路ＣＰＷ１と、終端が信号出力端子２に接続された出力用の伝送線路ＣＰＷ２と、伝送線路ＣＰＷ１の終端と電源電圧ＶＥＥ（第１の電圧）とを接続する入力終端抵抗Ｒ１と、伝送線路ＣＰＷ２の入力端と接地とを接続する出力終端抵抗Ｒ２と、伝送線路ＣＰＷ１，ＣＰＷ２に沿って配置され、入力端子が伝送線路ＣＰＷ１に接続され、出力端子が伝送線路ＣＰＷ２に接続された複数の単位セル３ａ－１～３ａ－Ｎと、各単位セル３ａ－１～３ａ－Ｎ内の入力トランジスタにバイアス電圧を供給するバイアスティー４とから構成される。

　図１の例では、単位セル３ａ（３ａ－１～３ａ－Ｎ）をＮ段設けている（Ｎは２以上の整数）。図１のＶｉｎは分布型増幅器の入力信号、Ｖｏｕｔは分布型増幅器の出力信号、Ｖｉｃは単位セル３ａの入力信号（入力トランジスタのベース電圧）、Ｖｉｏは単位セル３ａの出力信号である。

　図２に示すように、各単位セル３ａ（３ａ－１～３ａ－Ｎ）は、それぞれベース端子が伝送線路ＣＰＷ１に接続された入力トランジスタＱ３０と、コレクタ端子が伝送線路ＣＰＷ２に接続され、エミッタ端子が入力トランジスタＱ３０のコレクタ端子に接続された出力トランジスタＱ３１と、一端が入力トランジスタＱ３０のエミッタ端子に接続され、他端が電源電圧ＶＥＥに接続されたエミッタ抵抗ＲＥＥａと、一端が電源電圧ＶＥＥに接続され、他端が出力トランジスタＱ２のベース端子に接続された抵抗Ｒ３０と、一端が出力トランジスタＱ２のベース端子に接続され、他端が接地された抵抗Ｒ３１と、一端が出力トランジスタＱ２のベース端子に接続され、他端が接地されたキャパシタＣ３０とから構成される。出力トランジスタＱ３１のゲート端子の直流電位（第２の電圧）は、電源電圧ＶＥＥよりも高い電圧（本実施例では接地電圧と電源電圧ＶＥＥとの間の電圧）に設定される。

　バイアスティー４は、図１に示すように、信号入力端子１と伝送線路ＣＰＷ１の入力端との間に挿入されたキャパシタＣ１と、一端が伝送線路ＣＰＷ１の入力端に接続され、他端がバイアス電圧ｖｂｉｎ（第３の電圧）に接続されたインダクタＬ１とから構成される。

　上記のとおり、従来の分布型増幅器では、各単位セル３の入力トランジスタＱ３０のエミッタ抵抗ＲＥＥが同一の値であった。これに対して、本実施例では、各単位セル３ａのコレクタ電流が均一になるように、各単位セル３ａの入力トランジスタＱ３０のエミッタ抵抗ＲＥＥａを、異なる値、具体的にはバイアスティー４に近いほど値が大きく、入力終端抵抗Ｒ１に近いほど値が小さくなるように設定する。

　これにより、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように各単位セル３ａの入力トランジスタＱ３０のベース電圧Ｖｉｃが不均一であっても、各単位セル３ａの入力トランジスタＱ３０に流れるコレクタ電流をほぼ同一の値にすることが可能となり、各単位セル３ａの入力トランジスタＱ３０に流れるコレクタ電流を最適な値に設定することが可能となる。

　発明者は、図９、図１０に示した従来の分布型増幅器と図１、図２に示した本実施例の分布型増幅器のシミュレーションを行った。ここでは、従来および本実施例共にＮ＝６とした。従来の分布型増幅器の各単位セル３（３－１～３－６）のエミッタ抵抗ＲＥＥは全て１５Ωである。一方、本実施例の分布型増幅器では、バイアスティー４に近い方から順に１段目の単位セル３ａ－１のエミッタ抵抗ＲＥＥａを１５Ω、２段目の単位セル３ａ－２のエミッタ抵抗ＲＥＥａを１４Ω、３段目の単位セル３ａ－３のエミッタ抵抗ＲＥＥａを１３Ω、４段目の単位セル３ａ－４のエミッタ抵抗ＲＥＥａを１１．５Ω、５段目の単位セル３ａ－５のエミッタ抵抗ＲＥＥａを１１Ω、６段目の単位セル３ａ－６のエミッタ抵抗ＲＥＥａを１０Ωに設定している。

　従来の分布型増幅器では、１段目の単位セル３－１に比べて６段目の単位セル３－６のコレクタ電流は２０％小さくなる。一方、本実施例の分布型増幅器では、全ての単位セル間のコレクタ電流の差を１％以内に抑えることが可能となる。

　図４に従来および本実施例の分布型増幅器の利得（Ｓ２１）のシミュレーション結果を示す。図４の４０は従来の分布型増幅器の利得を示し、４１は本実施例の分布型増幅器の利得を示している。２０ＧＨｚにおける利得が従来の分布型増幅器では８．８ｄＢであるのに対して、本実施例の分布型増幅器の場合、９．５ｄＢに向上させることが可能である。

［第２の実施例］
　次に、本発明の第２の実施例について説明する。図５は本発明の第２の実施例に係る分布型ミキサの構成を示す回路図である。本実施例の分布型ミキサは、入力端が信号入力端子（ＩＦ端子）１に接続された伝送線路ＣＰＷ１と、終端が信号出力端子（ＲＦ端子）２ｐ，２ｎに接続されたＲＦ信号出力用の伝送線路ＣＰＷ２ｐ，ＣＰＷ２ｎと、ＬＯ信号入力用の伝送線路ＣＰＷ３ｐ，ＣＰＷ３ｎと、伝送線路ＣＰＷ１の終端と電源電圧ＶＥＥとを接続する入力終端抵抗Ｒ１と、伝送線路ＣＰＷ２ｐ，ＣＰＷ２ｎの入力端と接地とを接続する出力終端抵抗Ｒ２ｐ，Ｒ２ｎと、伝送線路ＣＰＷ３ｐ，ＣＰＷ３ｎの終端とバイアス電圧ｖｂｌｏとを接続する終端抵抗Ｒ３ｐ，Ｒ３ｎと、伝送線路ＣＰＷ１，ＣＰＷ２ｐ，ＣＰＷ２ｎ，ＣＰＷ３ｐ，ＣＰＷ３ｎに沿って配置され、ＩＦ入力端子が伝送線路ＣＰＷ１に接続され、ＬＯ入力端子が伝送線路ＣＰＷ３ｐ，ＣＰＷ３ｎに接続され、ＲＦ出力端子が伝送線路ＣＰＷ２ｐ，ＣＰＷ２ｎに接続された複数の単位セル５ａ－１～５ａ－Ｎと、各単位セル５ａ－１～５ａ－Ｎ内の入力トランジスタにバイアス電圧を供給するバイアスティー４と、ＬＯ信号を２分岐させて伝送線路ＣＰＷ３ｐ，ＣＰＷ３ｎの入力端に入力する分岐導波管６とから構成される。

　図１のＶｉｎは分布型ミキサの入力信号（ＩＦ信号）、Ｖｏｕｔ＋は分布型ミキサの正相側の出力信号（ＲＦ＋信号）、Ｖｏｕｔ－は分布型ミキサの逆相側の出力信号（ＲＦ－信号）、ＬＯ＋は正相側のＬＯ信号、ＬＯ－は逆相側のＬＯ信号である。

　図６に示すように、各単位セル５ａ（５ａ－１～５ａ－Ｎ）は、それぞれベース端子が伝送線路ＣＰＷ１に接続された入力トランジスタＱ５０と、ベース端子が伝送線路ＣＰＷ３ｐ，ＣＰＷ３ｎに接続され、コレクタ端子が伝送線路ＣＰＷ２ｐ，ＣＰＷ２ｎに接続され、エミッタ端子がトランジスタＱ５０のコレクタ端子に接続された出力トランジスタＱ５１，Ｑ５２と、一端が入力トランジスタＱ５０のエミッタ端子に接続され、他端が電源電圧ＶＥＥに接続されたエミッタ抵抗ＲＥＥａとから構成される。

　上記のとおり、従来の分布型ミキサでは、各単位セル５の入力トランジスタＱ５０のエミッタ抵抗ＲＥＥが同一の値であった。これに対して、本実施例では、各単位セル５ａのコレクタ電流が均一になるように、各単位セル５ａの入力トランジスタＱ５０のエミッタ抵抗ＲＥＥａを、異なる値、具体的にはバイアスティー４に近いほど値が大きく、入力終端抵抗Ｒ１に近いほど値が小さくなるように設定する。

　これにより、図７の（ａ）、（ｂ）に示すように各単位セル５ａの入力トランジスタＱ５０のベース電圧Ｖｉｆが不均一であっても、各単位セル５ａの入力トランジスタＱ５０に流れるコレクタ電流をほぼ同一の値にすることが可能となり、各単位セル５ａの入力トランジスタＱ５０に流れるコレクタ電流を最適な値に設定することが可能となる。

　発明者は、図１３、図１４に示した従来の分布型ミキサと図５、図６に示した本実施例の分布型ミキサのシミュレーションを行った。ここでは、従来および本実施例共にＮ＝６とした。従来の分布型ミキサの各単位セル５（５－１～５－６）のエミッタ抵抗ＲＥＥは全て１５Ωである。一方、本実施例の分布型ミキサでは、バイアスティー４に近い方から順に１段目の単位セル５ａ－１のエミッタ抵抗ＲＥＥａを１５Ω、２段目の単位セル５ａ－２のエミッタ抵抗ＲＥＥａを１４．５Ω、３段目の単位セル５ａ－３のエミッタ抵抗ＲＥＥａを１４Ω、４段目の単位セル５ａ－４のエミッタ抵抗ＲＥＥａを１３．５Ω、５段目の単位セル５ａ－５のエミッタ抵抗ＲＥＥａを１２Ω、６段目の単位セル５ａ－６のエミッタ抵抗ＲＥＥａを１０．５Ωに設定している。

　従来の分布型ミキサでは、１段目の単位セル５－１に比べて６段目の単位セル５－６のコレクタ電流は２２％小さくなる。一方、本実施例の分布型ミキサでは、全ての単位セル間のコレクタ電流の差を１％以内に抑えることが可能となる。従来の分布型増幅器では、１段目の単位セル３－１に比べて６段目の単位セル３－６のコレクタ電流は２０％小さくなる。一方、本実施例の分布型増幅器では、全ての単位セル間のコレクタ電流の差を１％以内に抑えることが可能となる。

　図８に従来および本実施例の分布型ミキサの変換利得のシミュレーション結果を示す。ＩＦ信号の周波数はＤＣから１００ＧＨｚであり、ＬＯ信号の周波数は１００ＧＨｚである。分布型ミキサはダブルサイドバンドミキサであり、周波数変換後のＲＦ信号は、上側帯波（１００ＧＨｚ－２００ＧＨｚ）と下側帯波（ＤＣ－１００ＧＨｚ）の信号帯域を持つ。図８の８０は従来の分布型ミキサの変換利得を示し、８１は本実施例の分布型ミキサの変換利得を示している。ＲＦ周波数２０ＧＨｚにおける変換利得が従来の分布型ミキサでは－３．３ｄＢであるのに対して、本実施例の分布型ミキサの場合、－２．３ｄＢに向上させることが可能である。

　なお、第１、第２の実施例では、入力終端抵抗Ｒ１を電源電圧ＶＥＥ（第１の電圧であり、負電圧）に接続しており、バイアス電圧ｖｂｉｎの方が電源電圧ＶＥＥよりも高いため、図１、図５に示したように、バイアスティー４のインダクタＬ１から伝送線路ＣＰＷ１を通って入力終端抵抗Ｒ１へと電流Ｉが流れる。

　一方、入力終端抵抗Ｒ１を接地電圧（第１の電圧）に接続した場合には、接地電圧の方がバイアス電圧ｖｂｉｎよりも高いため、入力終端抵抗Ｒ１から伝送線路ＣＰＷ１を通ってバイアスティー４のインダクタＬ１へと電流が流れる。この場合には、各単位セル３ａ，５ａの入力トランジスタＱ３０，Ｑ５０のエミッタ抵抗ＲＥＥａを、バイアスティー４に近いほど値が小さく、入力終端抵抗Ｒ１に近いほど値が大きくなるように設定すればよい。

　また、第１、第２の実施例では、分布型回路の例として図１、図５を例に挙げて説明しているが、各単位セルの入力トランジスタのエミッタ抵抗をそれぞれ異なる適切な値に設定し、電流の不均一性を補償する分布型回路であれば、回路構成は図１、図５に限るものではない。

　また、第１、第２の実施例では、トランジスタＱ３０，Ｑ３１，Ｑ５０～Ｑ５２としてバイポーラトランジスタを使用した例を示しているが、電界効果トランジスタを使用してもよい。電界効果トランジスタを使用する場合には、上記の説明において、ベース端子をゲート端子に置き換え、コレクタ端子をドレイン端子に置き換え、エミッタ端子をソース端子に置き換え、エミッタ抵抗をソース抵抗に置き換えるようにすればよい。

　本発明は、分布型回路に適用することができる。

　１…信号入力端子、２，２ｐ，２ｎ…信号出力端子、３ａ，５ａ…単位セル、４…バイアスティー、ＣＰＷ１，ＣＰＷ２，ＣＰＷ２ｐ，ＣＰＷ２ｎ，ＣＰＷ３ｐ，ＣＰＷ３ｎ…伝送線路、Ｑ３０，Ｑ３１，Ｑ５０～Ｑ５２…トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２ｐ，Ｒ２ｎ，Ｒ３ｐ，Ｒ３ｎ，Ｒ３０，Ｒ３１，ＲＥＥａ…抵抗、Ｃ１，Ｃ３０…キャパシタ、Ｌ１…インダクタ。

Claims

　入力端に入力信号が入力されるように構成された第１の伝送線路と、
　出力端から出力信号を出力するように構成された第２の伝送線路と、
　前記第１の伝送線路の終端に接続された終端抵抗と、
　前記第１、第２の伝送線路に沿って配置され、入力端子が前記第１の伝送線路に接続され、出力端子が前記第２の伝送線路に接続された複数の単位セルと、
　前記第１の伝送線路の入力端に接続され、前記複数の単位セルのそれぞれの入力トランジスタにバイアス電圧を供給するように構成されたバイアスティーとを備え、
　前記単位セルは、
　ベース端子またはゲート端子が前記第１の伝送線路に接続された前記入力トランジスタと、
　前記入力トランジスタのエミッタ端子またはソース端子に接続されたエミッタ抵抗またはソース抵抗とを少なくとも備え、
　前記複数の単位セルのそれぞれの入力トランジスタに流れるコレクタ電流またはドレイン電流が均一になるように、前記複数の単位セルのそれぞれの前記エミッタ抵抗またはソース抵抗が異なる値に設定されていることを特徴とする分布型回路。
　請求項１記載の分布型回路において、
　前記バイアスティーから前記第１の伝送線路を通って前記終端抵抗の方向に電流が流れる場合に、前記複数の単位セルのそれぞれの前記エミッタ抵抗またはソース抵抗を、前記バイアスティーに近いほど値が大きく、前記終端抵抗に近いほど値が小さくなるように設定することを特徴とする分布型回路。
　請求項１記載の分布型回路において、
　前記終端抵抗から前記第１の伝送線路を通って前記バイアスティーの方向に電流が流れる場合に、前記複数の単位セルのそれぞれの前記エミッタ抵抗またはソース抵抗を、前記バイアスティーに近いほど値が小さく、前記終端抵抗に近いほど値が大きくなるように設定することを特徴とする分布型回路。
　請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分布型回路において、
　前記単位セルは、
　ベース端子またはゲート端子が前記第１の伝送線路に接続された前記入力トランジスタと、
　一端が前記入力トランジスタのエミッタ端子またはソース端子に接続され、他端が第１の電圧に接続された前記エミッタ抵抗またはソース抵抗と、
　ベース端子またはゲート端子が第２の電圧に接続され、コレクタ端子またはドレイン端子が前記第２の伝送線路に接続され、エミッタ端子またはソース端子が前記入力トランジスタのコレクタ端子またはドレイン端子に接続された出力トランジスタとから構成され、
　分布型増幅器として動作することを特徴とする分布型回路。
　請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分布型回路において、
　前記入力信号はＩＦ信号、前記出力信号はＲＦ信号であり、
　入力端にＬＯ信号が入力されるように構成された第３の伝送線路をさらに備え、
　前記単位セルは、
　ベース端子またはゲート端子が前記第１の伝送線路に接続された前記入力トランジスタと、
　ベース端子またはゲート端子が前記第３の伝送線路に接続され、コレクタ端子またはドレイン端子が前記第２の伝送線路に接続され、エミッタ端子またはソース端子が前記入力トランジスタのコレクタ端子またはドレイン端子に接続された出力トランジスタと、
　一端が前記入力トランジスタのエミッタ端子またはソース端子に接続され、他端が第１の電圧に接続された前記エミッタ抵抗またはソース抵抗とから構成され、
　分布型ミキサとして動作することを特徴とする分布型回路。
　請求項１乃至５のいずれか１項に記載の分布型回路において、
　前記バイアスティーは、
　一端に前記入力信号が入力され、他端が前記第１の伝送線路の入力端に接続されたキャパシタと、
　一端が前記第１の伝送線路の入力端に接続され、他端が第３の電圧に接続されたインダクタとから構成されることを特徴とする分布型回路。