(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の伝送線路の一端、第２の伝送線路の一端及び第３の伝送線路の一端を第１の接続点で接続してなり、前記第１の伝送線路の他端を第１の入力端とし、前記第２の伝送線路の他端を第２の入力端とする入力疑似伝送線路と、第４の伝送線路の一端、第５の伝送線路の一端及び第６の伝送線路の一端を第２の接続点で接続してなり、前記第４の伝送線路の他端を第１の出力端とし、前記第５の伝送線路の他端を第２の出力端とする出力疑似伝送線路と、入力端子が前記第３の伝送線路の他端と接続され、出力端子が前記第６の伝送線路の他端と接続された増幅部とからなる単位増幅器と、
第１の容量素子の一端に第７の伝送線路の一端が接続され、前記第７の伝送線路の他端と第８の伝送線路の一端が第３の接続点において接続され、第２の容量素子の一端が前記第８の伝送線路の他端と接続され、第９の伝送線路の一端が前記第３の接続点と接続され、前記第９の伝送線路の他端が接地され、第３の容量素子の一端が前記第３の接続点と接続され、前記第３の容量素子の他端が接地され、前記第１の容量素子の他端を第１の入出力端子とし、前記第２の容量素子の他端を第２の入出力端子とし、第１の周波数帯域において左手系の伝搬特性となり、前記第１の周波数帯域より高い周波数の第２の周波数帯域において右手系の伝搬特性となる左手／右手系複合線路と、
を複数接続して構成される分布増幅器であり、
信号入力端子を初段の前記単位増幅器の前記第１の入力端に接続し、前記第２の入力端を次段の前記単位増幅器の前記第１の入力端に接続し、最終段の前記単位増幅器の第２の入力端を終端回路に接続し、
第１の信号出力端子が前記初段の前記単位増幅器の前記第１の出力端に接続され、前記第２の出力端と前記左手／右手系複合線路の前記第１の入出力端子が接続され、前記左手／右手系複合線路の前記第２の入出力端子が次段の前記単位増幅器の前記第１の出力端に接続され、前記最終段の前記単位増幅器の前記第２出力端が第２の信号出力端子に接続されており、
前記左手／右手系複合線路は、それぞれ、
前記第１及び第２の容量素子の容量値をＣ１とし、前記第３の容量素子の容量値をＣ２とし、前記第７及び第８の伝送線路のインダクタンスをＬ１とし、前記第９の伝送線路のインダクタンスをＬ２とし、下記の（１）式を満足させるように、容量値Ｃ１及びＣ２とインダクタンスＬ１及びＬ２とが設定され、前記第１の周波数帯域の上限及び前記第２の周波数帯域の下限がいずれも角周波数ωに対応する周波数である
ことを特徴とする分布増幅器。
ω＝１／（Ｃ１・Ｌ１）１／２＝１／（Ｃ２・Ｌ２）１／２ …（１）
【請求項２】
前記信号入力端子に前記第１の周波数帯域の入力信号が入力された場合、前記第１の信号出力端子から出力信号が出力され、前記第２の周波数帯域の入力信号が入力された場合、前記第２の信号出力端子から出力信号が出力される
ことを特徴とする請求項１に記載の分布増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる周波数の信号を分離する分波機能を有する分布増幅器及び分布ミキサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、非特許文献１に、広帯域で入力信号を増幅、周波数変換する能動回路として、分布回路が報告されている。
この分布回路の機能を分布増幅器を例とし、図１０を用いて分布増幅器の動作を説明する。図１０は、従来の分布増幅器の回路の構成を示す図である。
この図１０において、符号５１は入力端子、符号５２及び５３は出力端子、符号５４は終端回路、符号５５、５６、５７、５８、５９及び６０は伝送線路、符号６１は増幅器部、符号６２は単位増幅器を示している。
【０００３】
次に、図１１は図１０に示す各単位増幅器における擬似伝送線路（擬似的に５０Ωを実現する伝送線路であり、伝送線路５５、５６及び増幅器部６１を構成するトランジスタの入力−接地間の容量（例えば、増幅器部６１がエミッタ／ソース接地増幅器の場合、ベース−エミッタ／ゲート−ソース間容量）から構成される入力疑似伝送線路、また伝送線路５８、５９及び増幅器部６１を構成するトランジスタの出力−接地間の容量（例えば、増幅器部６１がエミッタ／ソース接地増幅器の場合、コレクタ−エミッタ／ドレイン−ソース間容量）から構成される出力擬似伝送線路）の回路構成を示す図である。
この図１１において、符号７１及び７２の各々は入出力端子、符号７３及び７４の各々は伝送線路、符号７５は容量素子である。
図１０の分布増幅器の入力側（入力端子５１側）において、図１０における伝送線路５５及び５６は、図１１の伝送線路７３及び７４に対応し、また図１０の増幅器部６１を構成するトランジスタの入力−接地間の容量が図１１の容量素子７５に対応している。
一方、図１０の分布増幅器の出力側（出力端子５３側）においては、図１０の伝送線路５８及び５９は、図１１の伝送線路７３及び７４に対応し、また図１０の増幅器部６１を構成するトランジスタの出力−接地間の容量が容量素子７５に対応している。
この図１１においては、説明を簡略化するため、図１０の伝送線路５７及び６０を省略している。
【０００４】
ここで、伝送線路７３及び７４のインダクタンスをＬ０、容量素子の容量値をＣ０とすると、擬似伝送線路の特性インピーダンスＺ０が５０Ωとなるように、伝送線路を決定することにより、カットオフ周波数ｆｃ以下において、５０Ωの伝送線路として用いることができる。
ここで、特性インピーダンスＺ０とカットオフ周波数ｆｃとは、それぞれ以下の式により算出する。
Ｚ０＝（Ｌ０／Ｃ０）１／２
ｆｃ＝１／｛π（Ｌ０／Ｃ０）１／２｝
上述した擬似伝送線路を入出力における伝送線路に用いることにより、特性インピーダンスを広帯域に渡り５０Ωの整合を図った増幅器（回路）を実現することが可能となる。
【０００５】
次に、図１２は、図１０おける入力端子５１を端子１とし、出力端子５２を端子２とし、単位増幅器６２を４段接続した構成にて計算したＳパラメータの計算結果（順方向伝達係数Ｓ２１及び出力側の反射係数Ｓ２２）を示す図である。
この図１２における順方向伝達係数Ｓ２１により、各単位増幅器において出力信号が進行方向（順方向）で合成されることにより、出力端子５２からの信号に対し、広帯域に渡り、約８ｄＢの利得が得られていることが分かる。
【０００６】
また、図１３は、図１０おける入力端子５１を端子１とし、出力端子５３を端子３とし、単位増幅器を４段接続した構成にて計算したＳパラメータの計算結果（順方向伝達係数Ｓ３１及び出力側の反射係数Ｓ３３）を示す図である。
この図１３における順方向伝達係数Ｓ３１により、各単位増幅器において出力信号が進行方向と逆の方向にて合成されないことにより、出力端子５３からの信号に対し、広帯域に渡り、約８ｄＢの利得が得られていないことが分かる。
【０００７】
次に、分布回路の機能を分布ミキサを例とし、図１４を用いて分布ミキサの動作を説明する。図１４は従来の分布ミキサの回路の構成を示す図である。
図１４において、符号８１はＩＦ（Intermediate Frequency；中間周波数）信号が入力されるＩＦ入力端子、符号８２はＬＯ（Local Oscillation；局部発振）信号が入力されるＬＯ入力端子、符号８３及び８４はＲＦ（Radio Frequency；高周波）信号が出力されるＲＦ出力端子、符号８５及び８６は終端回路、符号８７、８８、８９、９０、９１、９２及び９３は伝送線路、符号９５はミキサ部、符号９６は単位ミキサを示している。この伝送線路８７、８８、９０、９１、９２、９３及び９４の各々は、すでに説明した分布増幅器の入出力擬似伝送線路と同様に、それぞれ線路定数を設定することにより、広帯域な特性を実現することができる。
【０００８】
図１５は、図１４おける単位ミキサを６段接続した場合の、分布ミキサの出力端子８３から出力されるＵＳＢ（Upper Side Band；上側波帯）側のＲＦ出力信号と、ＬＳＢ（Lower Side Band；下側波帯）側のＲＦ出力信号と、ＬＯ漏洩出力とのＩＦ信号の入力電力に対する依存性の計算結果を示す図である。
図１６は、図１４おける単位ミキサを６段接続した場合の、分布ミキサの出力端子８４から出力されるＵＳＢ（Upper Side Band；上側波帯）側のＲＦ出力信号と、ＬＳＢ（Lower Side Band；下側波帯）側のＲＦ出力信号と、ＬＯ信号入力端子からの漏洩出力とのＩＦ信号の入力電力に対する依存性の計算結果を示す図である。
図１５及び図１６ともに、ＬＯ信号の周波数は２５ＧＨｚであり、ＩＦ信号の周波数は５ＧＨｚである。また、図１５及び図１６ともに、ＲＦ出力端子（８３または８４）からＩＦ信号がＬＯ信号によりミキシングされたＲＦ出力信号（ＵＳＢ側及びＬＳＢ側の双方）が出力されていることが判る。
【０００９】
一方、非特許文献２には、誘電率と透磁率とが共に正である右手系媒質と、誘電率と透磁率とが共に負である左手系媒質との双方の特性を有する右手／左手系複合（ＣＲＬＨ：Composite Right/Left-Handed）線路が報告されている。
図２は、ＣＲＬＨ線路の単位セルの構成例を示す図である。この図２において、符号１５及び１６は入出力端子、符号１７、１８及び１９は容量素子、符号２０、２１及び２２は伝送線路を示している。
このＣＲＬＨ線路の単位セルは、伝送線路２０及び２１、容量素子１８を入出力端子１５及び１６の間で直列接続し、伝送線路２０及び２１の接続点Ａを、伝送線路２２及び容量素子１９の各々にて並列に接地して構成されている。
すなわち、容量素子１７は、一端が入出力端子１５に接続されている。伝送線路２０は、一端が容量素子１７の他端に接続されている。伝送線路２１は、一端が伝送線路２０の他端と接続点Ａにおいて接続されている。容量素子１８は、一端が伝送線路２１の他端と接続され、他端が入出力端子１６と接続されている。容量素子１９は、一端が接続点Ａと接続され、他端が接地されている。伝送線路２２は、一端が接続点Ａと接続され、他端が接地されている。
【００１０】
上述したＣＲＬＨ線路の単位セルにおいて、容量素子１７及び１８の容量値をＣ１とし、容量素子１９をＣ２とし、伝送線路２０及び２１のインダクタンスをＬ１とし、伝送線路２２のインダクタンスをＬ２とする。そして、角周波数ωを示す以下の（１）式を満足させるように、容量値Ｃ１及びＣ２とインダクタンスＬ１及びＬ２とを設定する。
ω＝１／（Ｃ１・Ｌ１）１／２＝１／（Ｃ２・Ｌ２）１／２          …（１）
上記式の条件を満足する各周波数ωにより、入出力インピーダンスＺが以下の（２）式で表され、右手系／左手系複合線路において、右手系伝送帯域と左手系伝送帯域との間のバンドギャップが消失するバランス条件となり、入出力インピーダンスが一定値となる。
Ｚ＝（Ｌ２／Ｃ１）１／２＝一定                         …（２）
【００１１】
次に、図３は図２に示すＣＲＬＨ線路の単位セルを３段接続した場合の通過及び反射特性の計算結果の一例を示す図である。
この図３は、ＧａＡｓ基板（誘電率１２．８、基板厚さ１００μｍ）上に、上述した右手系伝送帯域と左手系伝送帯域との間のバンドギャップが消失するバランス条件となるように、容量値Ｃ１及びＣ２とインダクタンスＬ１及びＬ２との各々を設定し、ＣＲＬＨ線路の単位セルを３段接続したＳパラメータの計算結果を示している。ここで、図２におけるＣＲＬＨ線路の単位セルにおいて、容量素子１７、１８及び１９は０．１ｐＦであり、伝送線路２０及び２１は線路長３７０μｍ、線路幅５μｍで構成された、伝送線路と接地（グランド）線との間隔が３７．５μｍのコプレーナ線路であり、伝送線路２２は線路長２３５μｍ、線路幅５μｍで構成された、伝送線路と接地線との間隔が３７．５μｍのコプレーナ線路である。このＣＲＬＨ線路は入出力のインピーダンスが５０Ωである。
【００１２】
図３における順方向伝達係数Ｓ２１の計算結果から判るように、１８ＧＨｚから５０ＧＨｚの広帯域な周波数に渡り、５０Ω整合が図られていることが分かる。
また、容量素子の容量値及び伝送線路のインダクタンスとから決まる共振周波数２５ＧＨｚにおいても、入力側の反射係数Ｓ１１が−７．５ｄＢ以下となり、共振周波数においても５０Ω整合が図られ、右手系／左手系複合線路における右手系伝送帯域と左手系伝送帯域との間のバンドギャップが生じていないことが分かる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｉ．  Ｄ．  Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ  ａｎｄ  Ｓ．  Ｌｕｃｙｓｚｙｎ，“ＲＦＩＣ  ａｎｄ  ＭＭＩＣ  ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，  ｐｐ．  ２１３−２２５，  Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ
【非特許文献２】真田篤志、「右手／左手系複合メタマテリアルの基礎と回路設計」、ＭＷＥ２００７ダイジェストｐｐ．４７１−４７８、平成２０年１１月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
すでに述べたように、図１３は図１０における入力端子５１を端子１、出力端子５３を端子３とし、単位増幅器を４段接続した場合の出力端子５３に対するＳパラメータの計算結果である。
しかしながら、出力端子５３の端子位置が右手系伝送経路の進行方向に対して反対の位置にあり、図１３から判るように、各単位増幅器６２の出力信号が合成されない。このため、出力端子５３から出力される信号の出力レベルが、図１０の右手系伝送経路の進行方向の位置にある出力端子５１から出力される信号の出力レベルに比較して低下している。
このため、図１０に示す構成の分布増幅器においては、出力端子５３が出力信号を出力させる端子として、有効に活用できないという問題点があった。
【００１５】
また、分布ミキサにおいては、図１５及び図１６に示す計算結果から判るように、図１４における出力端子８３及び８４から出力される、ミキシング結果のＵＳＢ側及びＬＳＢ側のＲＦ出力信号の出力レベルが等しい。
このため、送信機で使用する場合、ＲＦ出力信号におけるＵＳＢ側及びＬＳＢ側のいずれかの出力レベルを低く落とす設定を行うことができないという問題点があった。
さらに、図１５及び図１６に示す計算結果から明らかなように、ＬＯ漏洩出力レベルがＲＦ出力信号より高いレベルにあるという問題点があった。
【００１６】
また、ＣＲＬＨ線路は受動素子を多段に接続するため、出力信号の通過損失が大きくなるという問題点があった。
また、２端子で使用する場合、左手系領域の周波数帯域においても、図２における入出力端子１５に入力された信号は、図２における入出力端子１６に出力され、右手系領域の周波数帯域の信号と区分して回路を用いる事が出来ないという問題点があった。
【００１７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、異なる周波数帯の分波を可能とする増幅器及びＬＯ漏洩出力レベルを低減し、かつＬＳＢ、ＵＳＢの信号の分波を可能とするミキサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の分布増幅器は、第１の伝送線路の一端、第２の伝送線路の一端及び第３の伝送線路の一端を第１の接続点で接続してなり、前記第１の伝送線路の他端を第１の入力端とし、前記第２の伝送線路の他端を第２の入力端とする入力疑似伝送線路と、第４の伝送線路の一端、第５の伝送線路の一端及び第６の伝送線路の一端を第２の接続点で接続してなり、前記第４の伝送線路の他端を第１の出力端とし、前記第５の伝送線路の他端を第２の出力端とする出力疑似伝送線路と、入力端子が前記第３の伝送線路の他端と接続され、出力端子が前記第６の伝送線路の他端と接続された増幅部とからなる単位増幅器と、第１の容量素子の一端に第７の伝送線路の一端が接続され、前記第７の伝送線路の他端と第８の伝送線路の一端が第３の接続点において接続され、第２の容量素子の一端が前記第８の伝送線路の他端と接続され、第９の伝送線路の一端が前記第３の接続点と接続され、前記第９の伝送線路の他端が接地され、第３の容量素子の一端が前記第３の接続点と接続され、前記第３の容量素子の他端が接地され、前記第１の容量素子の他端を第１の入出力端子とし、前記第２の容量素子の他端を第２の入出力端子とし、第１の周波数帯域において左手系の伝搬特性となり、前記第１の周波数帯域より高い周波数の第２の周波数帯域において右手系の伝搬特性となる左手／右手系複合線路と、を複数接続して構成される分布増幅器であり、信号入力端子を初段の前記単位増幅器の前記第１の入力端に接続し、前記第２の入力端を次段の前記単位増幅器の前記第１の入力端に接続し、最終段の前記単位増幅器の第２の入力端を終端回路に接続し、第１の信号出力端子が前記初段の前記単位増幅器の前記第１の出力端に接続され、前記第２の出力端と前記左手／右手系複合線路の前記第１の入出力端子が接続され、前記左手／右手系複合線路の前記第２の入出力端子が次段の前記単位増幅器の前記第１の出力端に接続され、前記最終段の前記単位増幅器の前記第２出力端が第２の信号出力端子に接続されており、前記左手／右手系複合線路は、それぞれ、前記第１及び第２の容量素子の容量値をＣ１とし、前記第３の容量素子の容量値をＣ２とし、前記第７及び第８の伝送線路のインダクタンスをＬ１とし、前記第９の伝送線路のインダクタンスをＬ２とし、下記の（１）式を満足させるように、容量値Ｃ１及びＣ２とイン
ダクタンスＬ１及びＬ２とが設定され、前記第１の周波数帯域の上限及び前記第２の周波数帯域の下限がいずれも角周波数ωに対応する周波数であることを特徴とする。
ω＝１／（Ｃ１・Ｌ１）１／２＝１／（Ｃ２・Ｌ２）１／２ …（１）
【００１９】
本発明の分布増幅器は、前記信号入力端子に前記第１の周波数帯域の入力信号が入力された場合、前記第１の信号出力端子から出力信号が出力され、前記第２の周波数帯域の入力信号が入力された場合、前記第２の信号出力端子から出力信号が出力されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、単位増幅器を多段に接続して構成される分布増幅器において、単位増幅器の出力端子の接続間にＣＲＬＨ線路を介挿することにより、右手系領域の周波数帯域と左手系領域の周波数帯域との信号の伝送方向を制御することが可能となり、異なる周波数帯の信号を分波させ、分布増幅器の異なる出力端子からそれぞれ出力することができる。
【００２５】
また、この発明によれば、単位ミキサを多段に接続して構成される分布ミキサにおいて、単位ミキサのＲＦ出力端子の接続間にＣＲＬＨ線路を介挿することにより、右手系領域の周波数帯域と左手系領域の周波数帯域との信号の伝送方向を制御することが可能となり、ＬＳＢ及びＵＳＢの周波数帯の信号を分波させ、分布増幅器の異なる出力端子からそれぞれ出力することができ、かつＬＯ信号漏洩レベルを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態による分布増幅器の構成例を示す概略ブロック図である。
【図２】図１におけるＣＲＬＨ線路の構成例を示す図である。
【図３】図２のＣＲＬＨ線路を３個直列に多段接続した場合のＳパラメータの計算結果を示す図である。
【図４】図１の分布増幅器において単位増幅器を４個直列に多段接続した場合のＳパラメータの計算結果を示す図である。
【図５】図１の分布増幅器において単位増幅器を４個直列に多段接続した場合のＳパラメータの計算結果を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による分布ミキサの構成例を示す概略ブロック図である。
【図７】図２のＣＲＬＨ線路を３個直列に多段接続した場合のＳパラメータの計算結果を示す図である。
【図８】図６の分布ミキサにおいて単位ミキサを６個直列に多段接続した場合のＳパラメータの計算結果を示す図である。
【図９】図６の分布ミキサにおいて単位ミキサを６個直列に多段接続した場合のＳパラメータの計算結果を示す図である。
【図１０】従来の分布増幅器の構成を示す図である。
【図１１】図１０における各伝送線路を構成する疑似伝送線路の回路構成を示す図である。
【図１２】図１０の分布増幅器において単位増幅器を４個直列に多段接続した場合のＳパラメータの計算結果を示す図である。
【図１３】図１０の分布増幅器において単位増幅器を４個直列に多段接続した場合のＳパラメータの計算結果を示す図である。
【図１４】従来の分布ミキサの構成を示す図である。
【図１５】図１４の分布ミキサにおいて単位ミキサを６個直列に多段接続した場合のＳパラメータの計算結果を示す図である。
【図１６】図１４の分布ミキサにおいて単位ミキサを６個直列に多段接続した場合のＳパラメータの計算結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、この発明の一実施形態による分布増幅器の構成例を示す概略ブロック図である。
同図において、分布増幅器は、符号１２の単位増幅器が多段に直列に接続されて構成されており、各単位増幅器１２の出力端子の接続間に、符号１３のＣＲＬＨ線路が介挿されている。
また、符号１は分布増幅器の入力端子であり、符号２及び３の各々は分布増幅器の出力端子である。符号４は終端回路である。ここで、終端回路４はインピーダンスが５０Ωに設定されている。
このため、分布増幅器は、入力端子１から入力された入力信号が各単位増幅器において増幅され、増幅結果の出力信号（増幅信号）が出力端子２または３から出力される。
【００２８】
単位増幅器１２は、符号５、６、７、８、９及び１０の伝送線路と、入力信号を増幅し出力信号として出力する符号１１の増幅器部とを有している。
この単位増幅器１２において、伝送線路５の一端（単位増幅器１２の第１の入力端）が入力端子１に接続され、伝送線路５の他端と伝送線路６の一端とが接続されている。また、伝送線路６の他端が単位増幅器の第２の入力端となっている。また、伝送線路７は、一端が伝送線路５及び伝送線路６の接続点Ｂに接続され、他端が増幅器部１１の入力端に接続されている。
【００２９】
図１の分布増幅器の入力側（入力端子１側）において、図１の単位増幅器１２における伝送線路５及び６は、図１１に示す疑似伝送線路を構成する伝送線路７３及び７４に対応し、また図１の増幅器部１１の入力側の寄生容量が図１１の容量素子７５に対応している。
一方、図１の分布増幅器の出力側（出力端子３側）においては、図１の単位増幅器１２における伝送線路８及び９は、図１１に示す疑似伝送線路を構成する伝送線路７３及び７４に対応し、また図１の増幅器部１１の出力側の寄生容量が容量素子７５に対応している。
この図１１においては、説明を簡略化するため、図１の伝送線路７及び１０を省略している。
【００３０】
単位増幅器１２において、伝送線路５の一端と、伝送線路６の一端とが接続点Ｂで接続され、伝送線路７の一端が接続点Ｂに接続されている。ここで、伝送線路５の他端が単位増幅器１２の第１入力端であり、伝送線路６の他端が単位増幅器１２の第２入力端である。
また、単位増幅器１２において、伝送線路８の一端と、伝送線路９の一端とが接続点Ｃで接続され、伝送線路１０の一端が接続点Ｃに接続されている。ここで、伝送線路８の他端が単位増幅器１２の第１出力端であり、伝送線路９の他端が単位増幅器１２の第２出力端である。
増幅器部１１は、入力端子が伝送線路７の他端と接続され、出力端子が伝送線路１０の他端と接続されている。
【００３１】
図１に示すように、分布増幅器は、単位増幅器１２を直列に複数個、すなわち多段接続して構成されている。
この分布増幅器における単位増幅器１２の多段接続において、初段の単位増幅器１２は、第１入力端が入力端子１に接続され、第１出力端が出力端子３に接続され、第２入力端が次段の単位増幅器１２の第１入力端に接続され、第２出力端がＣＲＬＨ線路１３を介して次段の単位増幅器１２の第１出力端に接続されている。
また、単位増幅器１２の多段接続において、最終段の単位増幅器１２は、第１入力端が前段の単位増幅器１２の第２入力端に接続され、第１出力端がＣＲＬＨ線路１３を介して前段の単位増幅器１２の第２の出力端と接続され、第２入力端が終端回路４にて終端処理され、第２出力端が出力端子２と接続されている。
【００３２】
また、単位増幅器１２の多段接続において、初段と最終段との間の単位増幅器１２は、第１入力端が前段の単位増幅器１２の第２入力端に接続され、第１出力端がＣＲＬＨ線路１３を介して前段の単位増幅器１２の第２の出力端と接続され、第２入力端が次段の単位増幅器１２の第１入力端と接続され、第２出力端がＣＲＬＨ線路１３を介して次段の単位増幅器１２の第１出力端と接続されている。
したがって、分布増幅器は、入力端子１及び出力端子３と、出力端子２及び終端回路４との間において、複数の単位増幅器１２が、接続される前段の単位増幅器の第２出力端と後段の第１出力端との間にＣＲＬＨ線路１３を介挿し、直列に複数段接続して構成されている。
【００３３】
次に、図２は、すでに述べたように、ＣＲＬＨ線路の単位セルの構成を示す図である。図３は図２に示すＣＲＬＨ線路の単位セルを３段接続した場合の通過特性及び反射特性の計算結果の一例を示す図である。図２における入出力端子１５及び入出力端子１６における入出力のインピーダンスは、上述した単位増幅器１２の特性インピーダンスと同様に５０Ωに設定されている。図３において、横軸は入力信号の周波数を示し、縦軸はＳパラメータの計算結果（ｄＢ値）を示す。
図２において、容量素子１７、１８及び１９の各々は０．１ｐＦであり、伝送線路２０及び２１の各々は線路長３７μｍ×線路幅５μｍの、各線路と接地点との間隔が３７．５μｍのコプレーナ線路であり、伝送線路２３は線路長２３５μｍ×線路幅５μｍの、線路と接地点との間隔が３７．５μｍのコプレーナ線路であり、入出力のインピーダンスはすでに述べたように５０Ωである。
【００３４】
すなわち、上記（１）式を満足させるように、容量素子１７及び１８の各々の容量値Ｃ１とＣ２と、伝送線路２０及び２１の各々のインダクタンスＬ１及びＬ２とを設定している。このため、（１）式の条件を満足する各周波数ωにより、入出力インピーダンスＺが（２）式で表され、右手系／左手系複合線路において、右手系伝送帯域と左手系伝送帯域との間のバンドギャップが消失するバランス条件となり、入出力インピーダンスが一定値となる。
【００３５】
図３に示すように、図２の共振周波数２５ＧＨｚの周波数領域において、Ｓパラメータにおける入力側の反射係数Ｓ１１が−７．５ｄＢ以下と小さい。
したがって、図２のＣＲＬＨ線路において、（１）式を満足させる容量値及びインダクタンスの設定とすることで、このＣＲＬＨ線路を３段接続（３個を直列に接続）した場合、共振周波数においても、入力に対して、反射係数Ｓ１１の小さな反射特性を得ることができ、共振周波数においても５０Ωでのインピーダンス整合が図られ、周波数帯域のバンドギャップを生じさせないことが判る。
【００３６】
図１に示すように、単位増幅器１２を多段に直列に接続し、疑似伝送線路における前段及び後段の単位増幅器１２各々の第２出力端子と第１出力端子との間に、図２に示すＣＲＬＨ線路１３を介挿（挿入）した場合、図３に示すように、このＣＲＬＨ線路１３が２２ＧＨｚから５０ＧＨｚまでの周波数帯域においては５０Ωにインピーダンス整合されている。このため、ＣＲＬＨ線路１３を付加した図１の疑似伝送線路も、ＣＲＬＨ線路１３の整合条件が保持され、２２ＧＨｚから５０ＧＨｚまでの周波数帯域においては５０Ωにインピーダンス整合されている。
ここで、２２ＧＨｚから２５ＧＨｚまでの周波数帯域においては、ＣＲＬＨ線路１３は左手系の伝搬特性を示し、出力信号（増幅信号）が出力端子３に出力される。
また、２５ＧＨｚから５０ＧＨｚまでの周波数帯域においては、ＣＲＬＨ線路１３は右手系の伝搬特性を示し、出力信号が出力端子２に出力される。
すなわち、出力端子３から出力される周波数帯域の増幅された出力信号に比較し、より高い周波数帯域の出力信号が出力端子２から出力される。
【００３７】
次に、図４は、図１に示す本実施形態による分布増幅器において、単位増幅器１２を４段接続し、図２で説明したＣＲＬＨ線路１３を疑似伝送線路に介挿した際のＳパラメータのシミュレーションによる計算結果を示す図である。この図４において、図１おける入力端子１を端子１とし、出力端子２を端子２とし、単位増幅器を接続した構成にて計算したＳパラメータの計算結果（順方向伝達係数Ｓ１２及び出力側の反射係数Ｓ２２）を示している。図４において、横軸は入力信号の周波数を示し、縦軸はＳパラメータの計算結果（ｄＢ値）を示す。
Ｓパラメータにおいて、Ｓ２１が順方向伝達係数であり、出力端子２へ伝搬される伝送波の伝搬特性示し、Ｓ２２が出力側の反射係数である。
【００３８】
次に、図５は、図１に示す本実施形態による分布増幅器において、単位増幅器１２を４段接続し、図２で説明したＣＲＬＨ線路１３を疑似伝送線路に介挿した際のＳパラメータのシミュレーションによる計算結果を示す図である。この図５において、図１おける入力端子１を端子１とし、出力端子３を端子３とし、単位増幅器を接続した構成にて計算したＳパラメータの計算結果（順方向伝達係数Ｓ１３及び出力側の反射係数Ｓ３３）を示している。図５において、横軸は入力信号の周波数を示し、縦軸はＳパラメータの計算結果（ｄＢ値）を示す。
Ｓパラメータにおいて、Ｓ３１が順方向伝達係数であり、出力端子３へ伝搬される伝送波の伝搬特性示し、Ｓ３３出力側の反射係数である。
【００３９】
上述した図４のＳ２１の特性から判るように、入力端子１から供給された信号は、２５ＧＨｚから５０ＧＨｚの周波数帯域において、ＣＲＬＨ線路１３が右手系の伝搬特性を示すため、増幅器部１１により増幅された信号が出力端子２から出力される。
また、図５のＳ３１の特性から判るように、入力端子１から供給された信号は、２２ＧＨｚから２５ＧＨｚの周波数帯域において、ＣＲＬＨ線路１３が左手系の伝搬特性を示すため、増幅器部１１により増幅された信号が出力端子３から出力される。
【００４０】
すなわち、端子1から入力した信号は単位増幅器で増幅され、出力側の擬似伝送線路に接続されたＣＲＬＨ線路１３により、右手系の特性を示す周波数帯では、通常の分布増幅器と同様に出力端子２に出力され（図４）、左手系の特性を示す周波数帯では、通常の分布増幅器では出力されない出力端子３に出力される（図５）。
このように、本実施形態の分布増幅器は、単位増幅器を多段に接続して構成された構成において、単位増幅器の疑似伝送線路における出力端子の接続間にＣＲＬＨ線路１３を介挿することにより、右手系領域の周波数帯域と左手系領域の周波数帯域との信号の伝送方向を制御することが可能となり、異なる周波数帯域の信号を分波させ、分布増幅器の異なる出力端子２及び３からそれぞれ出力することができる。
【００４１】
＜第２の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、この発明の一実施形態による分布ミキサの構成例を示す概略ブロック図である。
同図において、分布ミキサは、符号４６の単位ミキサが多段に直列に接続されて構成されており、各単位ミキサ４６の出力端子の接続間に、符号４７のＣＲＬＨ線路が介挿されている。
また、符号３１は分布ミキサのＩＦ入力端子であり、符号３２はＬＯ入力端子であり、符号３３及び３４はＲＦ出力端子である。符号３５及び３６は終端回路である。ここで、終端回路３５及び３６はインピーダンスが５０Ωに設定されている。
分布ミキサは、ＬＯ入力端子３２から入力されるＬＯ信号と、ＩＦ入力端子３１から入力されるＩＦ信号とを、各単位ミキサ４６においてミキシングし、ミキシング結果としてＲＦ出力端子３３または３４から、ＲＦ出力信号を出力する。
【００４２】
単位ミキサ４６は、符号３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３及び４４の伝送線路と、ＩＦ信号とＬＯ信号とをミキシングしてＲＦ信号として出力する符号４５のミキサ部とを有している。
この単位ミキサ４６において、伝送線路３７の一端がＩＦ入力端子３１に接続され、伝送線路３７の他端と伝送線路３８との一端が接続されている。また、伝送線路３９は、一端が伝送線路３７及び伝送線路３８の接続点Ｄに接続され、他端がミキサ部４５のＩＦ入力端に接続されている。
【００４３】
図６の分布ミキサのＩＦ信号の入力側（ＩＦ入力端子３１側）において、単位ミキサ４６の伝送線路３７及び３８は、図１１に示す疑似伝送線路を構成する伝送線路７３及び７４に対応し、また図６のミキサ部４５のＩＦ入力端の寄生容量が図１１の容量素子７５に対応している。
一方、図６の分布ミキサのＬＯ信号の入力側（ＬＯ入力端子３２側）においては、図６における単位ミキサ４６の伝送線路４０及び４１は、図１１に示す疑似伝送線路を構成する伝送線路７３及び７４に対応し、またミキサ部４５のＬＯ入力端の寄生容量が容量素子７５に対応している。
また、図６の分布ミキサのＲＦ出力信号の出力側（ＲＦ出力端子３４側）においては、図６における単位ミキサ４６の伝送線路４２及び４３は、図１１に示す疑似伝送線路を構成する伝送線路７３及び７４に対応し、またミキサ部４５のＲＦ出力端の寄生容量が容量素子７５に対応している。
この図１１においては、説明を簡略化するため、図６の伝送線路３９及び４４を省略している。
【００４４】
単位ミキサ４６において、伝送線路３７の一端と、伝送線路３８の一端とが接続点Ｄで接続され、伝送線路３９の一端が接続点Ｄに接続されている。ここで、伝送線路３７の他端が単位ミキサ４６の第１ＬＦ入力端であり、伝送線路３８の他端が単位ミキサ４６の第２ＬＦ入力端である。
また、単位ミキサ４６において、伝送線路４０の一端と、伝送線路４１の一端とが接続点Ｅで接続されている。ここで、伝送線路４０の他端が単位ミキサ４６の第１ＬＯ入力端であり、伝送線路４１の他端が単位ミキサ４６の第２ＬＯ入力端である。
単位ミキサ４６において、伝送線路４２の一端と、伝送線路４３の一端とが接続点Ｆで接続され、伝送線路４４の一端が接続点Ｆに接続されている。ここで、伝送線路４２の他端が単位ミキサ４６の第１ＲＦ出力端であり、伝送線路４３の他端が単位ミキサ４６の第２ＲＦ出力端である。
ミキサ部４５は、ＩＦ端子が伝送線路３９の他端と接続され、ＬＯ端子が接続点Ｅと接続され、ＲＦ端子が伝送線路４４の他端と接続されている。
【００４５】
図６に示すように、分布ミキサは、単位ミキサ４６を直列に複数個、すなわち多段接続して構成されている。
この分布ミキサにおける単位ミキサ４６の多段接続において、初段の単位ミキサ４６は、第１ＩＦ入力端がＩＦ入力端子３１に接続され、第１ＬＯ入力端がＬＯ入力端子３２に接続され、第１ＲＦ出力端がＲＦ出力端子３４に接続され、第２ＬＯ入力端が次段の単位ミキサ４６の第１ＬＯ入力端に接続され、第２ＲＦ出力端がＣＲＬＨ線路４７を介して次段の単位ミキサ４６の第１ＲＦ出力端に接続されている。
また、単位ミキサ４６の多段接続において、最終段の単位ミキサ４６は、第１ＩＦ入力端が前段の単位ミキサ４６の第２ＩＦ入力端に接続され、第１ＬＯ入力端が前段の単位ミキサ４６の第２ＬＯ入力端に接続され、第１ＲＦ出力端がＣＲＬＨ線路４７を介して前段の単位ミキサ４６の第２ＲＦ出力端と接続され、第２ＩＦ入力端が終端回路３５により終端処理され、第２ＬＯ入力端が終端回路３６により終端処理し、第２ＲＦ出力端がＲＦ出力端子３３と接続されている。
【００４６】
また、単位ミキサ４６の多段接続において、初段と最終段との間の単位ミキサ４６は、第１ＩＦ入力端が前段の単位ミキサ４６の第２ＩＦ入力端に接続され、第１ＬＯ入力端が前段の単位ミキサ４６の第２ＬＯ入力端に接続され、第１ＲＦ出力端がＣＲＬＨ線路４７を介して前段の単位ミキサ４６の第２ＲＦ出力端と接続され、第２ＩＦ入力端が次段の単位ミキサ４６の第１ＩＦ入力端と接続され、第２ＬＯ入力端が次段の単位ミキサ４６の第１ＬＯ入力端と接続され、第２ＲＦ出力端がＣＲＬＨ線路４７を介して次段の単位ミキサ４６の第１ＲＦ出力端と接続されている。
したがって、分布ミキサは、ＩＦ入力端子３１、ＬＯ入力端子３２及びＲＦ出力端子３４と、終端回路３５、終端回路３６及びＲＦ出力端子３３との間において、複数の単位ミキサ４６が、接続される前段の単位ミキサの伝送線路４３の他端と後段の単位ミキサの伝送線路４２の一端との間にＣＲＬＨ線路４７を介挿し、直列に複数段を接続して構成されている。
また、図６におけるＣＲＬＨ線路４７は、図１におけるＣＲＬＨ線路１３と同様に、図２に示す構成をしており、入出力端子１５及び１６、容量素子１７、１８及び１９、伝送線路２０、２１及び２２から構成されている。
【００４７】
次に、図７は、図２に示すＣＲＬＨ線路の単位セルを３段接続した場合の通過及び反射特性の計算結果の一例を示す図である。このとき、ＣＲＬＨ線路の入出力のインピーダンスは５０Ωに設定されている。図７において、横軸は入力信号の周波数を示し、縦軸はＳパラメータの計算結果（ｄＢ値）を示す。この計算において、図２の容量素子１７、１８及び１９の各々は０．１ｐＦであり、伝送線路２０及び２１の各々は線路長３６０μｍ×線路幅５μｍの、各線路と接地点との間隔が３７．５μｍのコプレーナ線路であり、伝送線路２２は線路長２４０μｍ×線路幅５μｍの、線路と接地点との間隔が３７．５μｍのコプレーナ線路である。ＣＲＬＨ線路４７は、入出力のインピーダンスがすでに述べたように５０Ωに設定されている。
【００４８】
上述したＣＲＬＨ線路４７の容量素子及びインダクタンスの各パラメータは、図３におけるシミュレーションを行った際に比較し、右手系特性の周波数帯域と左手系特性の周波数帯域との周波数ギャップが広がるように設定されている。
図７の計算結果から、共振周波数２５ＧＨｚ帯（２４ＧＨｚから２６ＧＨｚの間の帯域）においても、Ｓパラメータにおける反射係数Ｓ１１が−６．５ｄＢとなり、共振周波数において反射特性が低下するとともに、通過損失も−３．５ｄＢと低下し、バンドギャップが生じていることが判る。
【００４９】
図６に示すように、単位ミキサ４６を多段に、例えば６段直列に接続し、疑似伝送線路における前段の単位ミキサ４７各々の伝送線路４３の他端と、後段の単位ミキサ４６各々の伝送線路４２の一端との間に、図２に示すＣＲＬＨ線路４７を介挿（挿入）した場合、図６に示すように、このＣＲＬＨ線路４７が２２ＧＨｚから２４ＧＨｚ、２６ＧＨｚから５０ＧＨｚまでの周波数帯域においてはそれぞれ５０Ωにインピーダンス整合されている。このため、ＣＲＬＨ線路４７を付加した図６の疑似伝送線路も、ＣＲＬＨ線路４７の整合条件が保持され、２２ＧＨｚから２４ＧＨｚと２６ＧＨｚから５０ＧＨｚまでの周波数帯域においては５０Ωにインピーダンス整合されている。すなわち、２５ＧＨｚにおいては、インピーダンスが５０Ωとはなっていない。
【００５０】
ここで、２２ＧＨｚから２４ＧＨｚまでの周波数帯域（低周波数帯域側のＬＳＢ）においては、ＣＲＬＨ線路４７は左手系の伝搬特性を示し、ＲＦ出力信号がＲＦ出力端子３４に出力される。
また、２６ＧＨｚから５０ＧＨｚまでの周波数帯域（高周波数帯域側のＵＳＢ）においては、ＣＲＬＨ線路４７は右手系の伝搬特性を示し、ＲＦ出力信号がＲＦ出力端子３３に出力される。
２５ＧＨｚの周波数を挟む２つの周波数帯域において、ＲＦ出力端子３４から出力される周波数に比較し、より高い周波数のＲＦ出力信号がＲＦ出力端子３３から出力される
【００５１】
次に、図８は、図６に示す本実施形態による分布ミキサにおいて、単位ミキサ４６を６段接続し、図２で説明したＣＲＬＨ線路４７を疑似伝送線路に介挿した際のＲＦ出力信号及びＬＯ漏洩出力のＩＦ入力の依存性のミュレーションによる計算結果を示す図である。図８において、横軸は入力されるＩＦ信号のレベル（ｄＢ値）を示し、縦軸は出力されるＲＦ信号の計算結果（ｄＢ値）を示す。
この図８においては、図６おけるＲＦ出力端子３３から出力されるＲＦ出力（ＵＳＢ及びＬＳＢ）とＬＯ漏洩出力ＬＯ＿ｌｅａｋのＩＦ入力信号に対する依存性を示している。このシミュレーションにおいて、ＬＯ信号の周波数は反射特性及び通過損失が低下する２５ＧＨｚであり、ＩＦ信号の周波数は５ＧＨｚである。
この図８により、ＬＯ信号の周波数をＣＲＬＨ線路４７のバンドギャップである２５ＧＨｚに設定することにより、図１５の従来例に比較し、ＬＯ＿ｌｅａｋの信号のレベルが約１０ｄＢ低下していることが分かる。
また、図８により、ＬＳＢの信号レベルが所望信号である、ＬＳＢより高い周波数帯域であるＵＳＢに比較して、１０ｄＢ低下していることが分かる。
【００５２】
次に、図９は、図６に示す本実施形態による分布ミキサにおいて、単位ミキサ４６を６段接続し、図２で説明したＣＲＬＨ線路４７を疑似伝送線路に介挿した際のＲＦ出力信号及びＬＯ漏洩出力のＩＦ入力の依存性のミュレーションによる計算結果を示す図である。図９において、横軸は入力されるＩＦ信号のレベル（ｄＢ値）を示し、縦軸は出力されるＲＦ信号の計算結果（ｄＢ値）を示す。
この図９においては、図６おけるＲＦ出力端子３４から出力されるＲＦ出力（ＵＳＢ及びＬＳＢ）とＬＯ漏洩出力ＬＯ＿ｌｅａｋのＩＦ入力信号に対する依存性を示している。このシミュレーションにおいて、ＬＯ信号の周波数は反射特性及び通過損失が低下する２５ＧＨｚであり、ＩＦ信号の周波数は５ＧＨｚである。
この図９により、ＬＯ信号の周波数をＣＲＬＨ線路４７のバンドギャップである２５ＧＨｚに設定することにより、図１６の従来例に比較し、ＬＯ＿ｌｅａｋの信号のレベルが低下していることが分かる。
また、図９により、ＵＳＢの信号レベルが所望信号であるＬＳＢに比較して、１５ｄＢ以上抑圧されていることが分かる。
【００５３】
このように、本実施形態の分布ミキサは、単位ミキサ４６を多段に接続して構成された構成において、単位ミキサ４６の疑似伝送線路におけるＲＦ出力端子の接続間にＣＲＬＨ線路４７を介挿することにより、右手系領域の周波数帯域に設定したＵＳＢ信号と、左手系領域の周波数帯域に設定したＬＳＢ信号との伝送方向を制御することが可能となり、異なる周波数帯域の信号を分波させ、かつＬＯ漏洩出力レベルを低下させ、分布ミキサの異なるＲＦ出力端子３３及び３４からそれぞれ出力することができる。
また、本実施形態の分布ミキサにおいて、左手系領域の周波数帯域にＬＯ信号の周波数を、右手系領域の周波数帯域にＵＳＢ信号の周波数を設定することにより、右手系領域の周波数帯域に設定したＵＳＢ信号と左手系領域の周波数帯域に設定したＬＯ信号の伝送方向を制御することが可能となり、ＬＯ漏洩出力レベルを低下させ、ＵＳＢ信号をＲＦ出力端子３３から出力することができる。
また、同様に、本実施形態の分布ミキサにおいて、右手系領域の周波数帯域にＬＯ信号の周波数を、左手系領域の周波数帯域にＬＳＢ信号の周波数を設定することにより、左手系領域の周波数帯域に設定したＬＳＢ信号と右手系領域に設定したＬＯ信号の伝送方向を制御することが可能となり、ＬＯ漏洩出力レベルを低下させ、ＬＳＢ信号をＲＦ出力端子３４から出力することができる。
【００５４】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
すなわち、上述した各実施形態は全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は種々の変形態様で実施することができる。
したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１…入力端子
２，３，３３，３４…出力端子
４，３５，３６…終端回路
５，６，７，８，９，１０，２０，２１，２２…伝送線路
１１…増幅器部
１２…単位増幅器
１３，４７…ＣＲＬＨ線路
１５，１６…入出力端子
１７，１８，１９…容量素子
３１…ＩＦ入力端子
３２…ＬＯ入力端子
３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４…伝送線路
４５…ミキサ部
４６…単位ミキサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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