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マイクロ波高調波処理回路 外国出願あり

国内特許コード P110002315
整理番号 S2009-1020-N0
掲載日 2011年4月12日
出願番号 特願2009-217816
公開番号 特開2011-066839
登録番号 特許第5549007号
出願日 平成21年9月18日(2009.9.18)
公開日 平成23年3月31日(2011.3.31)
登録日 平成26年5月30日(2014.5.30)
発明者
  • 黒田 健太
  • 本城 和彦
出願人
  • 国立大学法人電気通信大学
発明の名称 マイクロ波高調波処理回路 外国出願あり
発明の概要 【課題】電力効率を向上できるマイクロ波高調波処理回路。
【解決手段】入力端子がトランジスタの出力端子に接続され、所定の電気長を有する直列伝送線路T11の出力端子に1点で並列接続され2次以上でn次(nは任意の整数)までの高調波に対してそれぞれが所定の電気長を持つ異なる長さの(n-1)個の並列先端開放スタブT21~T26、直列伝送線路と(n-1)個の並列先端開放スタブの内の2つの並列先端開放スタブT25,T26が1つの接続点で接続されて構成された第1ストリップ導体7、(n-3)個の並列先端開放スタブT21,T22,T34,T24が1つの接続点で接続されて構成された第2ストリップ導体3、第1ストリップ導体と第2ストリップ導体との間に配置された接地層5、第1ストリップ導体の接続部20と第2ストリップ導体の接続部22とを電気的に接続するビア10を有する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



高出力HEMT(High Electron Mobility Transistor)等のトランジスタを用いた増幅器の電力効率を向上させる手段として、トランジスタの出力端子に高調波を反射するマイクロ波高調波処理回路を接続することが通常行われる。





このマイクロ波高調波処理回路は、トランジスタの出力端子におけるインピーダンスを、偶数次高調波に対して短絡にし奇数次高調波に対して開放にして、高調波をトランジスタへ反射させることによりトランジスタ出力端子の電流および電圧波形を制御するが、この動作をF級動作という。F級動作では、トランジスタ出力の瞬時電流と瞬時電圧との重なりを排除することができ、トランジスタでの電力消費が抑えられ、よって増幅器の電力効率を向上させることができる。

図15に従来のマイクロ波高調波処理回路の例1の平面図を示す。図16に図15のマイクロ波高調波処理回路の設計目標となるマイクロ波特性が得られる等価回路を示す。図15に示すマイクロ波高調波処理回路は、単一平面上にマイクロストリップ線路を用いて構成され、入力用のマイクロ波主線路T11と出力用のマイクロ波主線路T12と一端が開放された4つのスタブT21~T24とが単一の接続点70で接続されている。図15に示すマイクロストリップ線路を用いることにより、図16に示す等価回路を実現することができる。





また、従来の技術として、図17に示すF級高効率電力増幅器用のマイクロ波高調波処理回路が知られている(特許文献1)。このマイクロ波高調波処理回路は、マイクロ波主線路T11、マイクロ波主線路T12、複数の第1スタブT2~T7、合成補償スタブT*を有する。マイクロ波主線路T11,T12の長さは、トランジスタの出力における基本波の波長λの1/4の長さであり、複数の第1スタブT2~T7の長さLは、L=λ/4mとされ、合成補償スタブT*のアドミタンスは、複数の第1スタブT2~T7の合成入力アドミタンスと大きさが等しくかつ逆符号とされている。





これにより、マイクロ波主線路T11により基本波に対する入力インピーダンスをゼロとし、複数の第1スタブT2~T7により各高調波におけるA点のインピーダンスをゼロとすることができ、合成補償スタブT*により複数の第1スタブT2~T7が基本波に与える影響を除去することができる。





また、従来の技術として、図18に示すマイクロ波高調波処理回路を用いた高効率の増幅器が知られている(特許文献2)。この増幅器は、増幅用トランジスタ10Aの出力端子に接続され、基本周波数foの整数倍となる複数の周波数において入力サセプタンスが発散する高調波反射用スタブ20Aと、一端が増幅用トランジスタ10Aの出力端子に高調波反射用スタブ20Aと並列に接続され、他端が負荷回路に接続され、増幅用トランジスタ10Aの出力アドミタンスと高調波反射用スタブ20Aの入力サセプタンスの和を、負荷回路のインピーダンス値にインピーダンス整合させる基本波整合回路30とを備えている。





高調波反射用スタブ20Aは、一端が増幅用トランジスタ10Aの出力端子に接続される1つの幹スタブT21Aと、幹スタブT21Aの他端に分岐して並列接続される複数の枝スタブT22A,T23Aとを含む。これにより、高効率、且つ、広帯域な特性が、小型な実装面積の増幅器により得られるとされている。





また、従来の技術として、本発明者らは、ヨーロッパマイクロ波会議論文に5.8GHz帯のF級増幅器を開示している(非特許文献1)。

産業上の利用分野



本発明は、特にマイクロ波帯に適用されるマイクロ波高調波処理回路に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
入力端子がトランジスタの出力端子に接続され、所定の電気長を有する直列伝送線路と、前記直列伝送線路の出力端子に1点で並列接続され、2次以上でn次(nは4以上の整数)までの高調波に対してそれぞれが所定の電気長を持つ異なる長さの(n-1)個の並列先端開放スタブとを有するマイクロ波高調波処理回路であって、
前記直列伝送線路と前記(n-1)個の並列先端開放スタブの内の2つの並列先端開放スタブが1つの接続点で接続されて構成された第1伝送線路層と、
前記2つの並列先端開放スタブを除く前記(n-3)個の並列先端開放スタブが1つの接続点で接続されて構成された第2伝送線路層と、
前記第1伝送線路層と前記第2伝送線路層との間に配置された接地層と、
前記第1伝送線路層における接続点と前記第2伝送線路層における接続点とを電気的に接続するビアと、
を有することを特徴とするマイクロ波高調波処理回路。

【請求項2】
入力端子がトランジスタの出力端子に接続され、所定の電気長を有する直列伝送線路と、前記直列伝送線路の出力端子に1点で並列接続され、2次以上でn次(nは9以上15以下の整数)までの高調波に対してそれぞれが所定の電気長を持つ異なる長さの(n-1)個の並列先端開放スタブとを有するマイクロ波高調波処理回路であって、
前記直列伝送線路と前記(n-1)個の並列先端開放スタブの内の2つの並列先端開放スタブが1つの接続点で接続されて構成された第1伝送線路層と、
前記2つの並列先端開放スタブを除く前記(n-3)個の並列先端開放スタブの内の4個の並列先端開放スタブが1つの接続点で接続されて構成された第2伝送線路層と、
前記第1伝送線路層と前記第2伝送線路層との間に配置された接地層と、
前記第1伝送線路層における接続点と前記第2伝送線路層における接続点とを電気的に接続するビアと、
第3伝送線路層と、
第4伝送線路層とを有し、
残りの(n-7)個の並列先端開放スタブは、前記第3伝送線路層と前記第4伝送線路層とにそれぞれ最大で4個ずつ配置されることを特徴とするマイクロ波高調波処理回路。

【請求項3】
前記直列伝送線路は、等価的に基本波で1/4波長の電気長を有する直列伝送線路であることを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロ波高調波処理回路。

【請求項4】
最も高次の並列先端開放スタブは、前記第1伝送線路層に設けられ、最も低次の並列先端開放スタブは、前記第2伝送線路層に設けられることを特徴とする請求項1~3の何れかに記載のマイクロ波高調波処理回路。

【請求項5】
前記並列先端開放スタブは、前記接続点から離れるに従って扇状に広がった扇状スタブからなることを特徴とする請求項1~4の何れかに記載のマイクロ波高調波処理回路。

【請求項6】
前記第2伝送線路層の上部に配置された上部接地層とにより第2ストリップ線路層を形成することを特徴とする請求項1~5の何れかに記載のマイクロ波高調波処理回路。

【請求項7】
前記第1伝送線路層の下部に配置された下部接地層とに第1ストリップ線路層を形成することを特徴とする請求項1~6の何れかに記載のマイクロ波高調波処理回路。

【請求項8】
前記第2伝送線路層に配置された各々の並列先端開放スタブは、前記ビアが持つ微小電気長を補正したスタブ長を有することを特徴とする請求項1~7の何れかに記載のマイクロ波高調波処理回路。

【請求項9】
前記第2伝送線路層は、4個以下の並列先端開放スタブからなり、隣接する並列先端開放スタブ間の角度は、90度であることを特徴とする請求項1、3~8の何れかに記載のマイクロ波高調波処理回路。

【請求項10】
隣接する並列先端開放スタブ間の角度は、90度であることを特徴とする請求項2に記載のマイクロ波高調波処理回路。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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