(57)【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４１４３８０５号公報
【特許文献２】特開２００８−１１３４０２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】kuroda等、Proceeding of the 38 th European Microwave Conference, High-Efficiency GaN-HEMT Class-F Amplifier Operating at 5.7 GHz, pp 440-443(2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図１５に示すマイクロ波高調波処理回路では、接続点７０が肥大化しているとともに、隣接するスタブＴ２１〜Ｔ２４間の角度が９０度より小さくなり、電流により生ずる磁界が隣接するスタブと結合し、共振周波数が変化してしまう。また、スタブが近接する場所が存在するため、電気的結合による寄生容量も大きくなってしまう。
【００１２】
Ｆ級増幅負荷回路では、複数並列先端開放スタブを用いて、トランジスタから負荷側を見たインピーダンスが偶数次高調波で短絡し、奇数次高調波で開放とする必要がある。しかし、特許文献１の回路でも、上記理由により寄生回路素子の介在が回避できないため、基本波が２ＧＨｚ程度で、５次高調波が１０ＧＨｚ程度の回路への応用が限度であった。
【００１３】
また、特許文献２における並列先端開放スタブの実装では、多層化された層間に電気的なシールドされていないため、基板間の電気結合が多く存在する。また、同一基板内においても線路素子の直交性が保たれていないため、磁気結合が存在する。このため、回路動作周波数を飛躍的に増大させることはできなかった。
【００１４】
現在、各種応用が見込まれている５．８ＧＨｚ帯のＦ級増幅器を考えた場合、７次高調波である４０．６ＧＨｚまでの周波数に対して、精度良く処理する必要があるが、上記理由により理想的なＦ級増幅器は実現できなかった。このため、５．８ＧＨｚ帯Ｆ級増幅器では、非特許文献１に記載されるように、３次高調波までの処理が限界であり、増幅器の負荷電力効率も６８％程度であった。このため、必要とされるマイクロ波帯における８５％以上の電力効率とは大きな開きがあった。
【００１５】
本発明の課題は、電力効率を大幅に向上することができるマイクロ波高調波処理回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、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。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、多数の異なる長さの並列先端開放スタブを電気的に１つの接続点で接続し、接続点に接続される回路素子を第１伝送線路層と第２伝送線路層とに多層に分割し、第１伝送線路層と第２伝送線路層との間に接地層が存在するので、各層が電気的にシールドされ、第１伝送線路層と第２伝送線路層とが結合しなくなる。
【００１８】
また、第１伝送線路層の接続点と第２伝送線路層の接続点とをビアにより電気的に接続したので、接続部の物理的面積の増大により生ずる寄生成分と回路素子が近接して配置されることによる素子同士の磁気結合及び電気結合を抑制することができる。
【００１９】
これにより、理想的な複数の並列先端開放スタブを接続でき、マイクロ波帯における超高効率のＦ級電力増幅器などにおいて顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１のマイクロ波高調波処理回路の鳥瞰構成図である。
【図２】本発明の実施例１のマイクロ波高調波処理回路内の第１ストリップ導体を示す図である。
【図３】本発明の実施例１のマイクロ波高調波処理回路内の第２ストリップ導体を示す図である。
【図４】本発明の実施例１のマイクロ波高調波処理回路内の第２接地層を示す図である。
【図５】本発明の実施例１のマイクロ波高調波処理回路におけるＡ−Ａ´間の断面図である。
【図６】本発明の実施例１のマイクロ波高調波処理回路の目標の等価回路を示す図である。
【図７】本発明の実施例１のマイクロ波高調波処理回路の第１ストリップ導体と第２ストリップ導体とによる多層構造を反映した等価回路を示す図である。
【図８】本発明の実施例２のマイクロ波高調波処理回路の等価回路を示す図である。
【図９】本発明の実施例３のマイクロ波高調波処理回路内の第１ストリップ導体を示す図である。
【図１０】本発明の実施例３のマイクロ波高調波処理回路内の第２ストリップ導体を示す図である。
【図１１】本発明の実施例３のマイクロ波高調波処理回路の第１ストリップ導体と第２ストリップ導体とによる多層構造を反映した等価回路を示す図である。
【図１２】（ａ）は本発明の実施例４のマイクロ波高調波処理回路の鳥瞰構成図、（ｂ）はマイクロ波高調波処理回路の断面図である。
【図１３】（ａ）は本発明の実施例５のマイクロ波高調波処理回路の鳥瞰構成図、（ｂ）はマイクロ波高調波処理回路の断面図である。
【図１４】トランジスタ出力部に寄生する寄生キャパシタンスと寄生インダクタンスとによる寄生量を考慮してマイクロ波主線路Ｔ１１の電気長を、基本波の１／４λより短く設計する場合の説明図である。
【図１５】従来のマイクロ波高調波処理回路の例１を示す平面図である。
【図１６】図１５のマイクロ波高調波処理回路の目標の等価回路を示す図である。
【図１７】従来のマイクロ波高調波処理回路の例２を示す回路構成図である。
【図１８】従来のマイクロ波高調波処理回路の例３を示す平面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明のマイクロ波高調波処理回路の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、多数の異なる長さの並列先端開放スタブを電気的に１つの接続点で接続する必要があるマイクロ波帯平面回路において、接続点に接続される回路素子を複数の平面回路に分割して構成し、各々の平面回路が結合しないように各層が電気的にシールドされている多層ストリップ線路構成としたものである。
【００２２】
また、本発明は、同一層内の線路の角度を互いに９０度となるように線路を配置して磁気結合をなくし、さらに、複数の平面回路に分割された接続点をビアにより電気的に接続したものである。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明の実施例１のマイクロ波高調波処理回路の鳥瞰構成図である。図１の鳥瞰構成図及び図５の断面図に示すように、矩形状の第１接地層１は誘電体材２上に配置され、誘電体材２と誘電体材４との間には十字状の第２ストリップ導体（第２伝送線路層）３が配置されている。
【００２４】
誘電体材４の下面には矩形状の第２接地層５が配置され、第２接地層５の下面には誘電体材６が配置されている。誘電体材６と誘電体材８との間には十字状の第１ストリップ導体（第１伝送線路層）７が配置されている。誘電体材８の下面には矩形状の第３接地層９が配置されている。
【００２５】
第２ストリップ導体３の上部に配置された第１接地層１とにより第２ストリップ線路層を形成している。第１ストリップ導体７の下部に配置された第３接地層９とに第１ストリップ線路層を形成している。
【００２６】
第１接地層１、第２接地層５、第３接地層９は、導体からなる。誘電体材２，４，６，８は、テフロン、ガラスエポキシ樹脂、セラミック等からなる。
【００２７】
第１ストリップ導体７は、図２に示すように、マイクロ波主線路Ｔ１１と、マイクロ波主線路Ｔ１２と、マイクロ波主線路Ｔ１１，Ｔ１２と直交する２つの並列先端開放スタブＴ２５，Ｔ２６とで構成されている。マイクロ波主線路Ｔ１１，Ｔ１２と２つの並列先端開放スタブＴ２５，Ｔ２６とは、１つの接続部２０で接続され、接続部２０の中心には金属からなるビア１０が形成されている。
【００２８】
第２ストリップ導体３は、図３に示すように、互いに直交する４つの並列先端開放スタブＴ２１，Ｔ２２，Ｔ２３，Ｔ２４とで構成されている。４つの並列先端開放スタブＴ２１，Ｔ２２，Ｔ２３，Ｔ２４は、１つの接続部２２で接続され、接続部２２の中心にはビア１０が形成されている。
【００２９】
第１ストリップ導体７により構成されたマイクロ波主線路Ｔ１１，Ｔ１２への並列先端開放スタブＴ２５，Ｔ２６の取り付け位置（接続部２０）と、第２ストリップ導体３により構成された４つの並列先端開放スタブＴ２１〜Ｔ２４の分岐点（接続部２２）とは、互いに上下に目合わされて、ビア１０により最短で電気的に接続されている。
【００３０】
また、第１及び第２ストリップ導体３，７と第２接地層５とがビア１０を介して電気的に接触しないように、図４に示すように、第２接地層５にはビア１０の直径より大径の孔２４が設けられている。また、３つの接地層１，５，９は、接地層１，５，９の四隅に設けられたビア１１〜１６により接続され、接地層として電気的に一体化されている。
【００３１】
図６に本発明の実施例１のマイクロ波高調波処理回路の目標の等価回路を示す。図６に示すマイクロ波高調波処理回路は、入力端子がＨＥＭＴ等の高出力のトランジスタＱ１の出力端子に接続される基本波で１／４波長の電気長を有するマイクロ波主線路（直列伝送線路）Ｔ１１と、図示しない負荷との整合部に接続されるマイクロ波主線路Ｔ１２（これは、１／４波長に限らずともよい）と、マイクロ波主線路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（実施例１ではｎは７である）に対してそれぞれが１／４波長の電気長を持つ異なる長さの（ｎ−１＝６）個の並列先端開放スタブＴ２１〜Ｔ２６とを有する。
【００３２】
即ち、並列先端開放スタブＴ２１は、２次高調波に対して１／４波長の電気長を持ち、並列先端開放スタブＴ２２は、３次高調波に対して１／４波長の電気長を持ち、並列先端開放スタブＴ２３は、４次高調波に対して１／４波長の電気長を持ち、並列先端開放スタブＴ２４は、５次高調波に対して１／４波長の電気長を持ち、並列先端開放スタブＴ２５は、６次高調波に対して１／４波長の電気長を持ち、並列先端開放スタブＴ２６は、７次高調波に対して１／４波長の電気長を持つ。なお、並列先端開放スタブＴ２１〜Ｔ２６は、等価的に１／４波長の電気長を有すれば良い。
【００３３】
図７に本発明の実施例１のマイクロ波高調波処理回路の第１ストリップ導体７と第２ストリップ導体３とによる多層構造を反映した等価回路を示す。図７に示す構成は、図１及び図５に示す構成に対応している。
【００３４】
図７において、６個の並列先端開放スタブＴ２１〜Ｔ２６の内、最高次の高調波を処理する最も短い並列先端開放スタブＴ２６は、マイクロ波主線路Ｔ１１を有する第１ストリップ導体７上に設けられ、マイクロ波主線路Ｔ１１の出力端子に最短で接続されている。最低次の高調波を処理する最も長い並列先端開放スタブＴ２１は、第２ストリップ導体３上に設けられ、ビア１０を介してマイクロ波主線路Ｔ１１の出力端子に接続されている。
【００３５】
このように、実施例１のマイクロ波高調波処理回路によれば、多数の異なる長さの並列先端開放スタブＴ２１〜Ｔ２６を電気的に１つの接続点で接続し、接続点に接続される回路素子を第１ストリップ導体７と第２ストリップ導体３とに多層に分割し、第１ストリップ導体７と第２ストリップ導体３との間に第２接地層５が介在するので、第１ストリップ導体７と第２ストリップ導体３とが完全に電気的にシールドされて、第１ストリップ導体７と第２ストリップ導体３とが結合しなくなる。
【００３６】
また、第１ストリップ導体７の接続部２０と第２ストリップ導体３の接続部２２とをビア１０により電気的に接続したので、接続部２０，２２の物理的面積の増大により生ずる寄生成分と回路素子が近接して配置されることによる素子同士の磁気結合及び電気結合を抑制することができる。
【００３７】
これにより、理想的な複数の並列先端開放スタブを接続でき、マイクロ波帯やミリ波帯における超高効率のＦ級電力増幅器などにおいて顕著な効果が得られる。
【００３８】
また、第１ストリップ導体７のマイクロ波主線路Ｔ１１とマイクロ波主線路Ｔ１２と並列先端開放スタブＴ２５と並列先端開放スタブＴ２６とは、互いに９０度となるように配置され、第２ストリップ導体３の４つの並列先端開放スタブＴ２１，Ｔ２２，Ｔ２３，Ｔ２４は、互いに９０度となるように配置されているので、磁気結合をなくすことができる。
【００３９】
また、高調波を処理するスタブの長さは短いので、最も高次の並列先端開放スタブＴ２６は、第１ストリップ導体７に設けられ、最も低次の並列先端開放スタブＴ２１は、第２ストリップ導体３に設けられるので、より高調波において、実装時に位相誤差の影響を大幅に低減することができる。
【００４０】
また、従来のマイクロ波高調波処理回路では、周波数が５．８ＧＨｚにおいて３次高調波までの信号を処理するのが限界であった。
【００４１】
これに対して、実施例１のマイクロ波高調波処理回路では、ｎを７とし、異なる長さの６個の並列先端開放スタブＴ２１〜Ｔ２６を設け、トランジスタの出力端子から負荷側を見込んだインピーダンスを偶数次高調波で短絡し、奇数次高調波で開放することにより、７次高調波までの信号を処理して、電力効率を理想状態の１００％に近づけることができる。即ち、電力効率を大幅に向上させることができる。
【００４２】
特に、近年、マイクロ波電力送電等で注目されている５．８ＧＨｚ帯においては、７次高調波も４０．６ＧＨｚとなり、この帯域でのＦ級増幅器設計にはマイクロ波からミリ波に亘る高精度回路設計が必要となり、本発明の効果は大きい。ＧａＮ  ＨＥＭＴ等のマイクロ波トランジスタに本発明のマイクロ波高調波処理回路を適用することにより、５．８ＧＨｚ帯においても８５％以上の電力効率を達成することができる。
【実施例２】
【００４３】
図８は本発明の実施例２のマイクロ波高調波処理回路の等価回路を示す図である。図８に示す実施例２のマイクロ波高調波処理回路において、第２ストリップ導体３Ａに配置された各々の並列先端開放スタブＴ２１´，Ｔ２２´，Ｔ２３´，Ｔ２４´は、ビア１０の電気長を考慮して、それぞれのスタブ長を短く設定している。
【００４４】
即ち、各々の並列先端開放スタブＴ２１´，Ｔ２２´，Ｔ２３´，Ｔ２４´は、ビア１０の電気長を補正したスタブ長に設定されたので、多数のスタブをより高精度に電気的に１点で接続させることができる。
【実施例３】
【００４５】
図９は本発明の実施例３のマイクロ波高調波処理回路内の第１ストリップ導体を示す図である。図９に示す実施例３の第１ストリップ導体７ａは、マイクロ波主線路Ｔ１１，Ｔ１２と、接続部２０ａ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並列先端開放スタブＴ２４ａ，Ｔ２５ａとが１つの接続部２０ａで接続され、接続部２０ａの中心には金属からなるビア１０が形成されている。
【００４６】
第２ストリップ導体３ａは、図１０に示すように、接続部２２ａ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３つの並列先端開放スタブＴ２１ａ，Ｔ２２ａ，Ｔ２３ａで構成されている。３つの並列先端開放スタブＴ２１ａ，Ｔ２２ａ，Ｔ２３ａは、１つの接続部２２ａで接続され、接続部２２ａの中心にはビア１０が形成されている。
【００４７】
３つの並列先端開放スタブＴ２１ａ，Ｔ２２ａ，Ｔ２３ａは、互いに９０度となるように配置されているので、磁気結合をなくすことができる。
【００４８】
第１ストリップ導体７ａにより構成されたマイクロ波主線路Ｔ１１，Ｔ１２への並列先端開放スタブＴ２５ａ，Ｔ２６ａの取り付け位置（接続部２０ａ）と、第２ストリップ導体３ａにより構成された３つの並列先端開放スタブＴ２１ａ〜Ｔ２４ａの分岐点（接続部２２ａ）とは、互いに上下に目合わされて、ビア１０により最短で電気的に接続されている。
【００４９】
図１１に本発明の実施例３のマイクロ波高調波処理回路の第１ストリップ導体７ａと第２ストリップ導体３ａとによる多層構造を反映した等価回路を示す。
【００５０】
このように、実施例３のマイクロ波高調波処理回路によれば、実施例１のマイクロ波高調波処理回路の効果が得られるとともに、さらに、並列先端開放スタブＴ２１ａ〜Ｔ２５ａの形状をボータイスタブ（扇状スタブ）として、スタブの取り付け位置（接続部２０ａ，２２ａ）から離れるに従ってスタブ幅を広くしているので、よりスタブの取り付け位置の電気的な不確定性を小さくすることができる。
【００５１】
また、マイクロ波主線路Ｔ１１，Ｔ１２と異なる層に構成された並列先端開放スタブＴ２１ａ〜Ｔ２３ａは、電流が集中するスタブのエッジ同士の角度が直角を保つように、スタブの個数は３個としている。
【実施例４】
【００５２】
図１２は（ａ）は本発明の実施例４のマイクロ波高調波処理回路の鳥瞰構成図、（ｂ）はマイクロ波高調波処理回路の断面図である。図１２に示す実施例４のマイクロ波高調波処理回路は、図５に示す実施例１のマイクロ波高調波処理回路の第１接地層１と誘電体材２とを削除し、最上層の第２ストリップ導体３のみを開放型のマイクロストリップ線路としたことを特徴とする。
【００５３】
最上層の第２ストリップ導体３は、その下部に第２接地層５を有するため、マイクロ波主線路Ｔ１１，Ｔ１２にストリップ線路として構成された並列先端開放スタブＴ２５，Ｔ２６との電気的及び磁気的結合はない。このため、マイクロ波高調波処理回路のコストを低減することができる。
【実施例５】
【００５４】
図１３は（ａ）は本発明の実施例５のマイクロ波高調波処理回路の鳥瞰構成図、（ｂ）はマイクロ波高調波処理回路の断面図である。図１３に示す実施例５のマイクロ波高調波処理回路は、図１２に示す実施例４のマイクロ波高調波処理回路の第３接地層９と誘電体材８とを削除し、第１ストリップ導体７と最上層の第２ストリップ導体３とでマイクロストリップ線路を構成したことを特徴とする。
【００５５】
最上層の第２ストリップ導体３は、その下部に第２接地層５を有するため、マイクロ波主線路Ｔ１１，Ｔ１２にストリップ線路として構成された並列先端開放スタブＴ２５，Ｔ２６との電気的及び磁気的結合はない。このため、マイクロ波高調波処理回路のコストをさらに低減することができる。
【００５６】
なお、本発明は、上述した実施例１乃至実施例４のマイクロ波高調波処理回路に限定されるものではない。実施例１，３，４のマイクロ波高調波処理回路では、ｎ＝７とし、基本波から７次高調波までの信号を処理し、実施例２のマイクロ波高調波処理回路では、ｎ＝６とし、基本波から６次高調波までの信号を処理したが、本発明は、ｎが８以上の場合の高調波処理についても同様に適用できる。
【００５７】
例えば、ｎが８以上の場合には、さらに、図５に示す第１接地層１の上側に誘電体材を挟んで第３ストリップ導体（第３伝送線路層）を配置し、さらに、第３ストリップ導体の上側に誘電体と接地層を挟んで第４ストリップ導体（第４伝送線路層）と配置しても良い。
【００５８】
この場合、第２ストリップ導体３は、（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、残りの（ｎ−７）個の並列先端開放スタブは、第３ストリップ導体と第４ストリップ導体とにそれぞれ最大で４個ずつ配置されるようにする。
【００５９】
そして、第３ストリップ導体と第４ストリップ導体とに配置された並列先端開放スタブは、１つの接続点で接続されて各ビアを介して第２ストリップ導体３用のビア１０に接続すればよい。
【００６０】
また、第３ストリップ導体、第３ストリップ導体の各々において、隣接する並列先端開放スタブが、互いに９０度となるように配置されることで、磁気結合をなくすことができる。このようにｎが８以上の場合にも本発明は適用することができる。
【００６１】
なお、前記の各実施例では、マイクロ波主線路（直列伝送線路）Ｔ１１の電気長を、基本波の１／４λとして説明した。しかし、実際の設計にあっては、スイッチング素子であるトランジスタＱ１の出力部には、寄生キャパシタンスと寄生インダクタンスが存在するので、この寄生量を考慮してマイクロ波主線路Ｔ１１の電気長を、基本波の１／４λより短く設計することもあり得る。従って、マイクロ波主線路Ｔ１１の電気長を、等価的に、即ち実質的に、基本波の１／４λとなるように設計するものである。
【００６２】
この等価的な電気長１／４λの短縮許容長Δλは、以下の式で表される長さで決定される。例えば、マイクロ波主線路Ｔ１１の電気長は、寄生量に応じてλ／４に対して−２０％程度までの短縮が考えられる。
【００６３】
図１４（ａ）に示すようにトランジスタＱ１の出力部に寄生キャパシタンスＣＰ，寄生インダクタンスＬＰが存在するとき、補償のためにマイクロ波主線路Ｔ１１をλ／４より短くする短縮長は以下のように伝送線路に近似させることで求められる。
【００６４】
図１４（ｂ）に示すように、図１４（ａ）の破線部のみのＦ行列を求めると以下のようになる。
【数１】
0005549007.tif 000002
【００６５】
次に、以下のＦ行列と影像パラメータの関係を用いてこの回路の伝達定数θを求める。
【数２】
0005549007.tif 000003
【００６６】
式（１）に式（２）を代入して整理することで、coshθは以下のようになる。
【数３】
0005549007.tif 000004
【００６７】
遮断周波数
0005549007.tif 000005
が処理する最高次の高調波よりも十分高いならば上式の右辺は実数となるため、θ＝α＋ｊβとすると、（最高次の周波数が遮断周波数よりも高くなるときは、その次数まで処理する負荷回路は得られない）
【数４】
0005549007.tif 000006
【００６８】
図１４（ａ）の破線で囲まれた寄生成分を伝送線路とみた場合、その電気長はｗ０＝２πｆ０（ただしｆ０は基本波の周波数）を代入して
0005549007.tif 000007
となる。このため、マイクロ波主線路Ｔ１１の長さは基本波において
【数５】
0005549007.tif 000008
とすればよい。
【００６９】
ここでは寄生成分がＣＰ、ＬＰのみの単純な例を示したが、これより複雑な場合についても同様に求めることができる。
【００７０】
また、図４に示すた３つの接地層１，５，９が、接地層１，５，９の四隅に設けられたビア１１〜１６により接続される例を説明したが、このビアの数は４つに限られず、電気的な接地が得られる状態で増減が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のマイクロ波高調波処理回路は、マイクロ波帯のＦ級増幅器に適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  第１接地層
２，４，６，８  誘電体材
３  第２ストリップ導体
５  第２接地層
７  第１ストリップ導体
９  第３接地層
１０〜１６  ビア
２０，２２  接続部
Ｔ１１，Ｔ１２  マイクロ波主線路
Ｔ２１〜Ｔ２６  並列先端開放スタブ
Ｑ１  スイッチング素子
【図１】
0005549007.tif 000009
【図２】
0005549007.tif 000010
【図３】
0005549007.tif 000011
【図４】
0005549007.tif 000012
【図５】
0005549007.tif 000013
【図６】
0005549007.tif 000014
【図７】
0005549007.tif 000015
【図８】
0005549007.tif 000016
【図９】
0005549007.tif 000017
【図１０】
0005549007.tif 000018
【図１１】
0005549007.tif 000019
【図１２】
0005549007.tif 000020
【図１３】
0005549007.tif 000021
【図１４】
0005549007.tif 000022
【図１５】
0005549007.tif 000023
【図１６】
0005549007.tif 000024
【図１７】
0005549007.tif 000025
【図１８】
0005549007.tif 000026