(57)【要約】  トランジスタ１の動作効率を高める高調波処理回路３ａ，３ｂが、トランジスタ１の動作周波数の２倍波周波数２ｆｏで電気長が９０°未満の分布定数線路４ａ，４ｂと、その２倍波周波数２ｆｏで電気長が９０°未満の先端開放スタブ５ａ，５ｂがインターデジタル型に交差されている容量性結合線路とが並列に接続されることで構成されている。
2012160810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動素子の動作効率を高める高調波処理回路が上記能動素子の出力側に接続されている高効率能動回路において、
上記高調波処理回路は、所定の高調波周波数で電気長が９０°未満の分布定数線路と、上記高調波周波数で電気長が９０°未満の容量性結合線路とが並列に接続されることで構成されていることを特徴とする高効率能動回路。
【請求項２】
能動素子の動作効率を高める高調波処理回路が上記能動素子の出力側及び入力側に接続されている高効率能動回路において、
上記高調波処理回路は、所定の高調波周波数で電気長が９０°未満の分布定数線路と、上記高調波周波数で電気長が９０°未満の容量性結合線路とが並列に接続されることで構成されていることを特徴とする高効率能動回路。
【請求項３】
容量性結合線路は、所定の高調波周波数で電気長が９０°未満の先端開放スタブ又は先端短絡スタブがインターデジタル型に交差されることで構成されていることを特徴とする請求項１記載の高効率能動回路。
【請求項４】
容量性結合線路は、所定の高調波周波数で電気長が９０°未満の先端開放スタブ又は先端短絡スタブがインターデジタル型に交差されることで構成されていることを特徴とする請求項２記載の高効率能動回路。
【請求項５】
高調波処理回路は、能動素子の動作周波数の２倍波周波数で共振状態になる２倍波処理回路であることを特徴とする請求項１記載の高効率能動回路。
【請求項６】
高調波処理回路は、能動素子の動作周波数の２倍波周波数で共振状態になる２倍波処理回路であることを特徴とする請求項２記載の高効率能動回路。
【請求項７】
能動素子の動作周波数の３倍波以上の各次高調波周波数で共振状態になるｎ倍波処理回路が、２倍波処理回路と従続接続されていることを特徴とする請求項５記載の高効率能動回路。
【請求項８】
能動素子の動作周波数の３倍波以上の各次高調波周波数で共振状態になるｎ倍波処理回路が、２倍波処理回路と従続接続されていることを特徴とする請求項６記載の高効率能動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、トランジスタなどの能動素子の動作効率を高める高調波処理回路が付加されている高効率能動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタなどの能動素子の動作効率を高める分布定数回路（高調波処理回路）が付加されている高効率能動回路では、分布定数回路として、高調波周波数で電気長が９０°（長さが１／４波長）である先端開放スタブが用いられているものがある（例えば、非特許文献１を参照）。
図４は非特許文献１に開示されている高効率能動回路を示す構成図である。【０００３】
図４の高効率能動回路は、能動素子であるトランジスタの基本次動作周波数ｆｏの２倍波周波数２ｆｏ及び３倍波周波数３ｆｏにおいて、トランジスタ側から見たインピーダンスＺＬを適切な値に設定するものであり、分布定数線路１００は、トランジスタの基本次動作周波数ｆｏで電気長がλ／４（λは波長）になり、２倍波周波数２ｆｏで電気長がλ／２になる。
また、先端開放スタブ１０１は、２倍波周波数２ｆｏで電気長がλ／４になり、先端開放スタブ１０２は、３倍波周波数３ｆｏで電気長がλ／４になる。
なお、１０３ａはトランジスタが接続される端子であり、１０３ｂは負荷が接続される出力側の端子である。【０００４】
図４の高効率能動回路では、トランジスタ側から出力側を見込んだインピーダンスＺＬの偶数次高調波成分を０（反射位相１８０°）、そのインピーダンスＺＬの奇数次高調波成分を無限大（反射位相０°）とするＦ級動作増幅器を実現することができる。
即ち、図４の高調波処理回路では、２倍波周波数２ｆｏ，３倍波周波数３ｆｏで電気長が９０°となる先端開放スタブ１０１，１０２を含んでいるため、その先端開放スタブ１０１と先端開放スタブ１０２の接続点における各高調波周波数のインピーダンスが０となり、電気的に短絡状態となる。【０００５】
また、その接続点とトランジスタの接続端子１０３ａの間には、基本次動作周波数ｆｏで電気長が９０°の分布定数線路１００が接続されており、その偶数次高調波周波数では、その分布定数線路１００の電気長が１８０°の整数倍となるため、前述した電気的短絡状態がそのままトランジスタの接続端子１０３ａでも実現される。
しかし、奇数次高調波周波数では、その電気長が９０°の奇数倍となるため、そのインピーダンス変換機能によってトランジスタの出力端子は、インピーダンス無限大の電気的開放状態となる。
したがって、図４の高効率能動回路によって、Ｆ級動作増幅器が実現されることになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】電子情報通信学会２００４年総合大会講演論文集、Ｃ−２−３８「１．９ＧＨｚ帯Ｆ級ＨＢＴ増幅回路の実験的検討」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の高効率能動回路は以上のように構成されているので、Ｆ級動作増幅器を実現することができるが、２倍波周波数２ｆｏで電気長がλ／４になる先端開放スタブ１０１と、３倍波周波数３ｆｏで電気長がλ／４になる先端開放スタブ１０２とを実装する必要があるため、回路の大型化を招く課題があった。
特に、高効率能動回路で２倍波処理回路を構成する場合、２倍波周波数２ｆｏで電気長がλ／４（基本波で電気長が１／８波長となり、決して無視できない長さ）の先端開放スタブ１０１が必要であり、とりわけ、並列配置された複数個のトランジスタと整合回路基板が小型なパッケージ内に収納されて構成される内部整合型の増幅器においては、上記の先端開放スタブ１０１を配置することが難しくなる。
たとえ、先端開放スタブ１０１を配置することができても、並列配置された各トランジスタの直近ではなく、各トランジスタから遠い箇所に配置される（各トランジスタから相当の長さの伝送線路で接続される箇所に配置される）ことになるため、その伝送線路に起因して高調波処理回路の周波数依存性が大きくなる「長線路効果」によって、能動素子であるトランジスタの高効率動作が見込める動作周波数帯域が狭帯域化されてしまう課題もあった。【０００８】
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、回路寸法の大型化を招くことなく、能動素子の動作効率を高めることができる高効率能動回路を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る高効率能動回路は、能動素子の動作効率を高める高調波処理回路が、所定の高調波周波数で電気長が９０°未満の分布定数線路と、その高調波周波数で電気長が９０°未満の容量性結合線路とが並列に接続されることで構成されているものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、能動素子の動作効率を高める高調波処理回路が、所定の高調波周波数で電気長が９０°未満の分布定数線路と、その高調波周波数で電気長が９０°未満の容量性結合線路とが並列に接続されることで構成されているので、回路寸法の大型化を招くことなく、能動素子の動作効率を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による高効率能動回路を示す構成図である。
【図２】高調波処理回路３ａ，３ｂの近似的な等価回路を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２による高効率能動回路を示す構成図である。
【図４】非特許文献１に開示されている高効率能動回路を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による高効率能動回路を示す構成図である。
図１では、高効率能動回路が高出力増幅器として動作するものを想定しているが、図１の高効率能動回路が発振器として動作するものであってもよい。
図１において、トランジスタ１は高調波処理回路３ａ，３ｂによって動作効率が高められる能動素子である。
この実施の形態１では、能動素子がトランジスタ１である例を説明するが、能動素子がトランジスタ１であるものに限るものではなく、例えば、ダイオードやＩＣなどの能動素子であってもよい。
【００１３】
高調波処理回路３ａはワイヤ２ａによってトランジスタ１の入力側と接続されており、トランジスタ１の動作周波数の２倍波周波数２ｆｏ（所定の高調波周波数）で、その通過係数が０になる共振状態が発生するように設計されている２倍波処理回路である。
高調波処理回路３ａの分布定数線路４ａはトランジスタ１の動作周波数の２倍波周波数２ｆｏで電気長が９０°未満になる線路である。
高調波処理回路３ａの先端開放スタブ５ａはトランジスタ１の動作周波数の２倍波周波数２ｆｏで電気長が９０°未満になる容量性結合線路である。
図１の例では、先端開放スタブ５ａがインターデジタル型に交差されることで容量性結合線路が構成されている。
【００１４】
高調波処理回路３ｂはワイヤ２ｂによってトランジスタ１の出力側と接続されており、トランジスタ１の動作周波数の２倍波周波数２ｆｏで、その通過係数が０になる共振状態が発生するように設計されている２倍波処理回路である。
高調波処理回路３ｂの分布定数線路４ｂはトランジスタ１の動作周波数の２倍波周波数２ｆｏで電気長が９０°未満になる線路である。
高調波処理回路３ｂの先端開放スタブ５ｂはトランジスタ１の動作周波数の２倍波周波数２ｆｏで電気長が９０°未満になる容量性結合線路である。
図１の例では、先端開放スタブ５ｂがインターデジタル型に交差されることで容量性結合線路が構成されている。
【００１５】
次に動作について説明する。
高調波処理回路３ａ，３ｂは、トランジスタ１の動作周波数の２倍波周波数２ｆｏで、その通過係数が０になる共振状態が発生するように設計されている２倍波処理回路である。
ここで、図２は高調波処理回路３ａ，３ｂの近似的な等価回路を示す説明図である。
以下、図２を参照しながら、高調波処理回路３ａ，３ｂの共振条件を説明する。
【００１６】
図２において、高調波処理回路３ａ，３ｂは、特性インピーダンスがＺで、電気長がθの分布定数線路と、サセプタンスＢの容量性結合線路から構成されている。
トランジスタ１の動作周波数の２倍波周波数２ｆｏで、その通過係数が０になる条件は、下記の式（１）のようになる。
Ｚ・Ｂｓｉｎθ＝１                          （１）
【００１７】
高調波処理回路３ａ，３ｂの一方の端子（図中、左側の端子）から、高調波処理回路３ａ，３ｂを見たときのインピーダンスＺＬは、他方の端子（図中、右側の端子）に接続される負荷に依らず、下記の式（２）が回路理論により導出される。
ＺＬ＝−ｊＺ／ｔａｎ（θ／２）              （２）
したがって、容量性結合線路のサセプタンスＢを適切な正値に設定して、共振周波数（２倍波周波数）で９０°未満の電気長θを設定することで、ＺＬ＜０の容量性インピーダンスを呈する２倍波処理回路が得られる。
【００１８】
なお、容量性結合線路は、その電気長θが９０°未満のときにＢ＞０となるため、上記の２倍波処理回路は、いずれも電気長９０°未満の線路から構成される。
そのため、図４に示す従来の高効率能動回路と比べて回路の小型化を図ることが可能となる。
この実施の形態１では、トランジスタ１がワイヤ２ａ，２ｂを介して適切な長さの分布定数線路４ａ，４ｂと接続されており、その分布定数線路４ａ，４ｂによってインピーダンスＺＬを所望の値に設定することができる。例えば、Ｆ級動作増幅器を実現する場合には、２倍波の出力側インピーダンスが０の電気的な短絡状態とすることができる。
なお、図１の高効率能動回路の外側には（高調波処理回路３ａの左側、高調波処理回路３ｂの右側）、基本波インピーダンスを適切な値に設定するための基本波整合回路が適宜接続される。
【００１９】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、トランジスタ１の動作効率を高める高調波処理回路３ａ，３ｂが、トランジスタ１の動作周波数の２倍波周波数２ｆｏで電気長が９０°未満の分布定数線路４ａ，４ｂと、その２倍波周波数２ｆｏで電気長が９０°未満の先端開放スタブ５ａ，５ｂがインターデジタル型に交差されている容量性結合線路とが並列に接続されることで構成されているので、回路寸法の大型化を招くことなく、トランジスタ１の動作効率を高めることができる効果を奏する。
【００２０】
なお、この実施の形態１では、高調波処理回路３ａ，３ｂの容量性結合線路が、２倍波周波数２ｆｏで電気長が９０°未満の先端開放スタブ５ａ，５ｂから構成されているものを示したが、２倍波周波数２ｆｏで電気長が９０°未満の先端短絡スタブから高調波処理回路３ａ，３ｂの容量性結合線路が構成されていてもよく、同様の効果を奏することができる。
【００２１】
また、この実施の形態１では、トランジスタ１の入力側に高調波処理回路３ａを接続し、トランジスタ１の出力側に高調波処理回路３ｂに接続しているものを示したが、トランジスタ１の動作効率は、主に出力側の基本波及び高調波のインピーダンスに依存しているため、少なくともトランジスタ１の出力側に高調波処理回路３ｂに接続していれば、トランジスタ１の入力側には、必ずしも高調波処理回路３ａを接続していなくてもよい。
ただし、トランジスタ１の動作効率は、トランジスタ１の入力側の高調波インピーダンスにも、ある程度依存していることが知られているため、入力側の高調波インピーダンスも併せて適切な値に設定することで、トランジスタ１の動作効率を更に向上させることができる。
【００２２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、高調波処理回路３ａ，３ｂが、トランジスタ１の動作周波数の２倍波周波数２ｆｏで共振状態になる２倍波処理回路であるものを示したが、図３に示すように、トランジスタ１の動作周波数の３倍波以上の各次高調波周波数ｎｆｏ（ｎ＝３，４，５・・・）で共振状態になるｎ倍波処理回路６ａ，６ｂが、２倍波処理回路である高調波処理回路３ａ，３ｂと従続接続されていてもよい。
【００２３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
この発明に係る高効率能動回路は、２倍波周波数で電気長がλ／４になる先端開放スタブと、３倍波周波数で電気長がλ／４になる先端開放スタブを備え、解放寸法の大型化を招くことなく、能動素子の動作効率を高めることができるので、トランジスタなどの能動素子の動作効率を高める高調波処理回路が付加されている高効率能動回路に適用することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１  トランジスタ（能動素子）、２ａ，２ｂ  ワイヤ、３ａ，３ｂ  高調波処理回路、４ａ，４ｂ  分布定数線路、５ａ，５ｂ  先端開放スタブ（容量性結合線路）、６ａ，６ｂ  ｎ倍波処理回路、１００  分布定数線路、１０１，１０２  先端開放スタブ、１０３ａ，１０３ｂ  接続端子。
【図１】
2012160810.tif 000003
【図２】
2012160810.tif 000004
【図３】
2012160810.tif 000005
【図４】
2012160810.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月6日(2014.1.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動素子の動作効率を高める高調波処理回路が上記能動素子の出力側に接続されている高効率能動回路において、
上記高調波処理回路は、所定の高調波周波数で電気長が９０°未満の分布定数線路と、上記高調波周波数で電気長が９０°未満の容量性結合線路とが並列に接続されることで構成されていることを特徴とする高効率能動回路。
【請求項２】
能動素子の動作効率を高める高調波処理回路が上記能動素子の出力側及び入力側に接続されている高効率能動回路において、
上記高調波処理回路は、所定の高調波周波数で電気長が９０°未満の分布定数線路と、上記高調波周波数で電気長が９０°未満の容量性結合線路とが並列に接続されることで構成されていることを特徴とする高効率能動回路。
【請求項３】
容量性結合線路は、所定の高調波周波数で電気長が９０°未満の先端開放スタブがインターデジタル型に交差されることで構成されていることを特徴とする請求項１記載の高効率能動回路。
【請求項４】
容量性結合線路は、所定の高調波周波数で電気長が９０°未満の先端開放スタブがインターデジタル型に交差されることで構成されていることを特徴とする請求項２記載の高効率能動回路。
【請求項５】
高調波処理回路は、能動素子の動作周波数の２倍波周波数で共振状態になる２倍波処理回路であることを特徴とする請求項１記載の高効率能動回路。
【請求項６】
高調波処理回路は、能動素子の動作周波数の２倍波周波数で共振状態になる２倍波処理回路であることを特徴とする請求項２記載の高効率能動回路。
【請求項７】
能動素子の動作周波数の３倍波以上の各次高調波周波数で共振状態になるｎ倍波処理回路が、２倍波処理回路と従続接続されていることを特徴とする請求項５記載の高効率能動回路。
【請求項８】
能動素子の動作周波数の３倍波以上の各次高調波周波数で共振状態になるｎ倍波処理回路が、２倍波処理回路と従続接続されていることを特徴とする請求項６記載の高効率能動回路。
【国際調査報告】
2012160810.tif 000007
2012160810.tif 000008
2012160810.tif 000009
2012160810.tif 000010