(57)【要約】【課題】都度調整を不要としながらも能動素子の直列インダクタンス成分を打ち消すことが可能である高周波電子回路を提供する。【解決手段】接続点１０１には、伝送線路１３と、伝送線路１３の一方の端に接続されたＰＩＮダイオード１２Ａと、伝送線路１３の他の一方の端に接続されたＰＩＮダイオード１２Ｂと、からなる高周波電子回路が接続されている。ＰＩＮダイオードは、オン状態となると、その等価回路は直列インダクタンス成分と純抵抗成分で表される。そして、ＰＩＮダイオード１２Ａの複素インピーダンスの虚数部と、伝送線路１３およびＰＩＮダイオード１２Ｂの合成複素インピーダンスの虚数部と、を略同一で符号が反転した状態となるように、伝送線路１３の太さおよび長さを設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受動素子と、
前記受動素子の一方の端に接続された第１の能動素子と、
前記受動素子の他の一方の端に接続された第２の能動素子と、を備え、
前記第１の能動素子の複素インピーダンスの虚数部と、前記受動素子および前記第２の能動素子を接続した回路の複素インピーダンスの虚数部と、が略同一で符号が反転していることを特徴とする高周波電子回路。
【請求項２】
前記受動素子は、線路であることを特徴とする請求項１に記載の高周波電子回路。
【請求項３】
請求項２に記載の高周波電子回路において、
前記第１の能動素子と、前記第２の能動素子は、特性が略同一であり、
前記特性に応じて、前記受動素子を構成する線路の長さまたは太さが設定されることにより、前記第１の能動素子の複素インピーダンスの虚数部と、前記受動素子および前記第２の能動素子を接続した回路の複素インピーダンスの虚数部と、が略同一で符号が反転していることを特徴とする高周波電子回路。
【請求項４】
請求項１に記載の高周波電子回路において、
前記受動素子は、集中定数素子で構成されることを特徴とする高周波電子回路。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の高周波電子回路において、
前記第１の能動素子および前記第２の能動素子はダイオードであり、
振幅制限器として機能することを特徴とする高周波電子回路。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の高周波電子回路において、
前記第１の能動素子および前記第２の能動素子はダイオードであり、
スイッチとして機能することを特徴とする高周波電子回路。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の高周波電子回路において、
前記第１の能動素子および前記第２の能動素子はダイオードであり、
周波数混合器として機能することを特徴とする高周波電子回路。
【請求項８】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の高周波電子回路において、
前記第１の能動素子および前記第２の能動素子はトランジスタであり、
振幅制限器として機能することを特徴とする高周波電子回路。
【請求項９】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の高周波電子回路において、
前記第１の能動素子および前記第２の能動素子はトランジスタであり、
スイッチとして機能することを特徴とする高周波電子回路。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の高周波電子回路において、
前記第１の能動素子および前記第２の能動素子はトランジスタであり、
周波数混合器として機能することを特徴とする高周波電子回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、能動素子および受動素子を備えた高周波電子回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
能動素子および受動素子を備えた高周波電子回路の一例として、図７（Ａ）に示すようなリミッタがある。リミッタは、図７（Ａ）に示すように、主線路における接続点５０１および接続点５０２に、それぞれＰＩＮダイオード５２およびＰＩＮダイオード５６が接続されてなる。また、主線路には、ＤＣリターン回路５５が接続されている。
【０００３】
ＰＩＮダイオード５２は、アノードが接続点５０１において主線路に接続され、カソードが接地されている。同様に、ＰＩＮダイオード５６は、アノードが接続点５０２において主線路に接続され、カソードが接地されている。
【０００４】
接続点５０１および接続点５０２は、λ／４（λは波長である。）だけ隔てられているため、それぞれの接続点における高周波信号の反射成分が打ち消し合うようになっている。
【０００５】
ここで、低レベルの高周波信号が入力端５１から入力された場合、ＰＩＮダイオードは全てオフ状態となる。また、ＤＣリターン回路５５は主線路を伝搬する高周波信号に対して十分に高いインピーダンスを有する。したがって、入力端５１から入力された高周波信号は、ほとんど減衰することなく出力端５８に伝送される。
【０００６】
一方、高レベルの高周波信号が入力端５１から入力された場合、ＤＣリターン回路５５からＰＩＮダイオード５２およびＰＩＮダイオード５６に整流電流が流れ、ＰＩＮダイオード５２およびＰＩＮダイオード５６はオン状態となる。したがって、入力端５１から入力された高周波信号は、ほとんどが反射して、出力端５８には低レベルの高周波信号しか伝送されないことになる。
【０００７】
ただし、高周波領域においては、図７（Ｂ）の等価回路図に示すように、ＰＩＮダイオードの直列インダクタンス成分によって振幅制限量が阻害されることがある。
【０００８】
そこで、従来の高周波電子回路では、特許文献１に示すように、ＰＩＮダイオードと直列にキャパシタを設けることで、ＰＩＮダイオードの直列インダクタンス成分を打ち消すことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献２】特開２００８−２２２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、ＰＩＮダイオードのような能動素子は、個体差が大きく、所望の特性を得るためには都度調整を行う必要があった。
【００１１】
そこで、この発明は、都度調整を不要としながらも能動素子の直列インダクタンス成分を打ち消すことが可能である高周波電子回路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】
【００１２】
本発明の高周波電子回路は、受動素子と、前記受動素子の一方の端に接続された第１の能動素子と、前記受動素子の他の一方の端に接続された第２の能動素子と、を備えている。そして、本発明の高周波電子回路は、前記第１の能動素子の複素インピーダンスの虚数部と、前記受動素子および前記第２の能動素子を接続した回路の複素インピーダンスの虚数部と、が略同一で符号が反転していることを特徴とする。
【００１３】
このように、本発明の高周波電子回路は、能動素子を２つ設け、リアクタンスの符号を反転させることにより、能動素子の直列インダクタンス成分を打ち消すことができる。この場合、高周波電子回路全体としては、純抵抗となるため、例えば第１の能動素子および第２の能動素子をＰＩＮダイオードとした振幅制限器（リミッタやアッテネータ）として機能させた場合や、第１の能動素子および第２の能動素子をトランジスタとしたスイッチとして機能させた場合に、能動素子の不要成分（直列インダクタンス成分）によって振幅制限量が阻害されることがない。これにより、特にマイクロ波以上の領域では利用が難しかった、安価なパッケージに実装されたダイオードを用いて理想的な特性を得ることが可能となり、高周波回路を安価に構成することが可能となる。
【００１４】
なお、本発明の高周波電子回路は、能動素子が２つ設けられることで、各能動素子に印加される電圧が半分となる。したがって、耐電力が４倍に向上することになる。
【００１５】
なお、受動素子は、集中定数素子（チップ部品、リード部品等）で構成することも可能である。ただし、集中定数素子は個体差があるため、特に高周波領域においてはプリントパターン等の線路で構成されることが好ましい。
【００１６】
この場合、第１の能動素子と、第２の能動素子は、特性が略同一であることが望ましい。この場合、第１の能動素子および第２の能動素子の特性に応じて、線路の長さおよび太さを設定することで、第１の能動素子の複素インピーダンスの虚数部と、受動素子および第２の能動素子を接続した回路の複素インピーダンスの虚数部と、を略同一で符号が反転した状態とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の高周波電子回路によれば、都度調整を不要としながらも能動素子の直列インダクタンス成分を打ち消すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】リミッタを内蔵したレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】リミッタの構成を示す図である。
【図３】等価回路図である。
【図４】Ｓパラメータを示す図である。
【図５】図５（Ａ）はアッテネータの構成を示す図であり、図５（Ｂ）はミキサの構成を示す図である。
【図６】ＳＰＤＴスイッチの構成を示す図である。
【図７】従来のリミッタの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、リミッタを内蔵したレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、レーダ装置は、発振器１から出力された高周波信号をサーキュレータ２を介してアンテナ３に導き、外部に放射する。外部からのエコー信号は、アンテナ３で受信される。受信されたエコー信号は、サーキュレータ２およびリミッタ４を介して受信モジュール５に導かれる。リミッタ４は、受信モジュール５側に、大電力の高周波信号が入力されるのを防止するために設けられている。リミッタ４は、本発明の高周波電子回路を備えている。
【００２０】
図２は、リミッタ４の構成を示す図である。リミッタ４は、主線路における接続点１０１および接続点１０２に、それぞれＰＩＮダイオード１２ＡおよびＰＩＮダイオード１６Ａが接続されている。接続点１０１および接続点１０２は、λ／４（λは波長である。）だけ隔てられているため、それぞれの接続点における高周波信号の反射成分が打ち消し合うようになっている。また、主線路には、ＤＣリターン回路１５が接続されている。ただし、ＤＣリターン回路１５の接続位置は図２の例に限らない。
【００２１】
ＰＩＮダイオード１２Ａは、アノードが接続点１０１において主線路に接続され、カソードが伝送線路１３の一端に接続されている。さらに、伝送線路１３の他端には、ＰＩＮダイオード１２Ｂのアノードが接続され、ＰＩＮダイオード１２Ｂのカソードが接地されている。接続点１０１に接続されたＰＩＮダイオード１２Ａ、伝送線路１３、およびＰＩＮダイオード１２Ｂが、本発明の高周波電子回路に相当する。同様に、ＰＩＮダイオード１６Ａは、アノードが接続点１０２において主線路に接続され、カソードが伝送線路１７の一端に接続されている。さらに、伝送線路１７の他端には、ＰＩＮダイオード１６Ｂのアノードが接続され、ＰＩＮダイオード１６Ｂのカソードが接地されている。接続点１０２に接続されたＰＩＮダイオード１６Ａ、伝送線路１７、およびＰＩＮダイオード１６Ｂも、本発明の高周波電子回路に相当する。
【００２２】
すなわち、接続点１０１には、本発明の受動素子に相当する伝送線路１３と、受動素子の一方の端に接続された第１の能動素子に相当するＰＩＮダイオード１２Ａと、受動素子の他の一方の端に接続された第２の能動素子に相当するＰＩＮダイオード１２Ｂと、からなる高周波電子回路が接続されている。同様に、接続点１０２には、本発明の受動素子に相当する伝送線路１７と、受動素子の一方の端に接続された第１の能動素子に相当するＰＩＮダイオード１６Ａと、受動素子の他の一方の端に接続された第２の能動素子に相当するＰＩＮダイオード１６Ｂと、からなる高周波電子回路が接続されている。
【００２３】
ここで、低レベルの高周波信号が入力端１１から入力された場合、ＰＩＮダイオードは全てオフ状態となり、高周波信号は、出力端１８に伝送される。
【００２４】
一方、高レベルの高周波信号が入力端１１から入力された場合、ＤＣリターン回路１５からＰＩＮダイオードに整流電流が流れ、ＰＩＮダイオードが全てオン状態となる。したがって、入力端１１から入力された高周波信号は、ほとんどが反射する。このようにして、リミッタ４は、高周波信号の振幅を制限し、出力端１８に大電力の高周波信号を伝送することがない。
【００２５】
ＰＩＮダイオードは、オン状態となると、図３（Ａ）の回路図に示すように、直列インダクタンス成分と純抵抗成分からなる等価回路で表される。すなわち、ＰＩＮダイオード１２Ａは、直列インダクタンス成分ＬｓＡおよび純抵抗成分ＲｓＡで表され、ＰＩＮダイオード１２Ｂは、直列インダクタンス成分ＬｓＢおよび純抵抗成分ＲｓＢで表される。図示しないＰＩＮダイオード１６ＡおよびＰＩＮダイオード１６Ｂも同様である。
【００２６】
ここで、本実施形態に示すリミッタ４は、第１の能動素子であるＰＩＮダイオード１２Ａと、第２の能動素子であるＰＩＮダイオード１２Ｂの特性に合わせて、受動素子である伝送線路１３の長さおよび太さが設定されている。
【００２７】
すなわち、ＰＩＮダイオード１２Ａの複素インピーダンスの虚数部と、伝送線路１３およびＰＩＮダイオード１２Ｂの合成複素インピーダンスの虚数部と、を略同一で符号が反転した状態となるように、伝送線路１３の太さおよび長さが設定されている。
【００２８】
例えば、伝送線路１３の特性インピーダンスをＺ０、長さをλ／４とし、ＰＩＮダイオード１２ＡおよびＰＩＮダイオード１２Ｂの特性が同じであり、ＲｓＡおよびＲｓＢが同じ値（＝Ｒｓとする。）かつＬｓＡおよびＬｓＢが同じ値（＝Ｌｓ）とすると、接続点１０５から見た合成複素インピーダンスＺは、
【００２９】
【数１】
2014022883.tif 000003
となる。この合成複素インピーダンスＺの虚数部でＰＩＮダイオード１２Ａの複素インピーダンスの虚数部ｊωＬｓを打ち消すためには、
【００３０】
【数２】
2014022883.tif 000004
【００３１】
の条件を満たせばよい。すなわち、特性インピーダンスＺ０が
【００３２】
【数３】
2014022883.tif 000005
【００３３】
となるように、伝送線路１３の太さを設定する。なお、伝送線路１３の長さはλ／４に限らず、λ／４未満の線路長の奇数倍であればよい。
【００３４】
この場合、ＰＩＮダイオード１２Ｂのリアクタンスの符号が反転し、図３（Ｂ）の等価回路図に示すように、ＰＩＮダイオード１２Ｂの直列インダクタンス成分Ｌｓが、キャパシタＣｓに変換されたものとみなせる。したがって、接続点１０１から見た合成インピーダンスとしては、純抵抗成分（＝２Ｒｓ）で表されることになる。
【００３５】
チップ部品であるＰＩＮダイオードは、ロット毎のばらつきは存在するが、同一ロット内での特性は略同一であり、ＰＩＮダイオード１２ＡおよびＰＩＮダイオード１２Ｂのロットが同一であれば両者の等価回路は等しいものとみなせる。したがって、上述のようにＰＩＮダイオード１２Ａと、ＰＩＮダイオード１２Ｂの特性に合わせて、伝送線路１３の長さおよび太さを設定すれば、直列インダクタンス成分を打ち消すことができる。
【００３６】
図４（Ａ）は、本実施形態のリミッタ４において、ＰＩＮダイオードがオン状態のときのＳパラメータを示す図であり、図４（Ｂ）は、従来のリミッタ（図７に図示したもの）においてＰＩＮダイオードがオン状態のときのＳパラメータを示す図である。図４（Ｃ）は、本実施形態のリミッタ４においてＰＩＮダイオードがオフ状態のときのＳパラメータを示す図であり、図４（Ｄ）は、従来のリミッタ（図７に図示したもの）においてＰＩＮダイオードがオフ状態のときのＳパラメータを示す図である。
【００３７】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）を比較すると、例えば周波数が９．４１ＧＨｚにおいて、本実施形態のリミッタ４は、従来のリミッタに比べて約２０ｄＢほど振幅抑制量が改善していることがわかる。また、図４（Ｃ）および図４（Ｄ）を比較すると、本実施形態のリミッタ４は、ＰＩＮダイオードがオフ状態において、入力側への反射がない（ｓ２１パラメータがほぼ０ｄＢであり、Ｓ１１パラメータが−６０ｄＢよりも十分に低い）ことがわかる。
【００３８】
以上のように、本実施形態のリミッタ４は、ＰＩＮダイオードを２つ設け、リアクタンスの符号を反転させることにより、直列インダクタンス成分を打ち消すことができる。この場合、ＰＩＮダイオードは、オン状態において純抵抗とみなすことができるため、ＰＩＮダイオードの不要成分（直列インダクタンス成分）によってリミッタとしての振幅制限量が阻害されることがない。これにより、特にマイクロ波以上の領域では利用が難しかった、安価なパッケージに実装されたダイオードを用いて理想的な特性を得ることが可能となり、高周波回路を安価に構成することが可能となる。
【００３９】
また、本実施形態のリミッタ４は、ＰＩＮダイオードが直列に２つ設けられているため、各ＰＩＮダイオードに印加される電圧が半分となる。したがって、耐電力が４倍に向上することになる。
【００４０】
なお、本実施形態では、受動素子として伝送線路を示したが、集中定数素子（チップ部品、リード部品等）で構成することも可能である。ただし、集中定数素子は、個体差があるため、プリントパターン等の線路で構成されることが好ましい。
【００４１】
また、本実施形態では、能動素子としてＰＩＮダイオードを示したが、トランジスタ等の他の能動素子を用いる場合も同様である。
【００４２】
また、本実施形態では、本発明の高周波電子回路を用いてリミッタを実現する例について示したが、他の機能を実現することも可能である。
【００４３】
例えば、図５（Ａ）に示すように、ＳＰＳＴスイッチ（アッテネータ）を実現することも可能である。この場合、主線路の接続点１０１に本発明の高周波電子回路、およびＤＣリターン回路３１の一端が接続され、かつ当該ＤＣリターン回路３１の他端にコントロール端子３２が接続される。この場合、コントロール端子３２からのコントロール信号によってＰＩＮダイオードをオン／オフし、高周波信号の遮断／伝送を制御する。この場合も、ＰＩＮダイオードは、オン状態において純抵抗とみなすことができるため、ＰＩＮダイオードの不要成分（直列インダクタンス成分）によって遮断性能が低下することがない。また、耐電力も４倍に向上することになる。
【００４４】
また、図５（Ｂ）のようなミキサを実現することも可能である。この場合、トリプレクサ３７には、ＩＦ端子３３、ローカル端子３４、およびＲＦ端子３５が接続され、トリプレクサ３７の集合端子に本発明の高周波電子回路が接続されている。この場合、ＩＦ端子３３またはＲＦ端子３５から高周波信号を入力し、ローカル端子３４に所定の周波数の信号を入力することで、ミキシング（アップコンバートまたはダウンコンバート）を行う。この場合も、トリプレクサ３７の集合端子に存在するＰＩＮダイオードは純抵抗とみなすことができるため、ＰＩＮダイオードの不要成分（直列インダクタンス成分）によって変換損失や周波数特性が阻害されることがない。また、耐電力も４倍に向上することになる。
【００４５】
また、図６に示すようなＳＰＤＴスイッチを実現することも可能である。この場合、主線路の接続点１０１には、本発明の高周波電子回路、ポート４１、およびＤＣリターン回路４７の一端が接続され、かつ当該ＤＣリターン回路４７の他端にコントロール端子（Ｃｏｎｔｒｏｌ１）４５が接続される。また、接続点１０２には、本発明の高周波電子回路、ポート４２、およびＤＣリターン回路４８の一端が接続され、かつ当該ＤＣリターン回路４８の他端にコントロール端子（Ｃｏｎｔｒｏｌ２）４６が接続される。そして、主線路上の接続点１０３にポート４３およびＤＣリターン回路１５が接続され、接続点１０１から接続点１０３の間は、ＰＩＮダイオード１２Ｃおよびλ／２長さ（特性インピーダンスＺ０）の伝送線路が構成され、接続点１０２から接続点１０３の間は、ＰＩＮダイオード１６Ｃおよびλ／２長さ（特性インピーダンスＺ０）の伝送線路が構成されている。
【００４６】
このようなＳＰＤＴスイッチでは、各ＰＩＮダイオードのオン／オフ状態によって、ポート４３から入力された高周波信号をポート４１またはポート４２に伝送する。例えばＰＩＮダイオード１２Ｃ、ＰＩＮダイオード１６ＡおよびＰＩＮダイオード１６Ｂがオン状態で、ＰＩＮダイオード１６Ｄ、ＰＩＮダイオード１２ＡおよびＰＩＮダイオード１２Ｂがオフ状態であれば、ポート４３から入力された高周波信号がポート４１に伝送され、ポート４２には伝送されない。
【００４７】
この場合も、接続点１０１とグランドの間に存在するＰＩＮダイオード、および接続点１０２とグランドの間に存在するＰＩＮダイオードは、オン状態において純抵抗とみなすことができるため、ＰＩＮダイオードの不要成分（直列インダクタンス成分）によって遮断性能が低下することがない。また、耐電力も４倍に向上することになる。
【符号の説明】
【００４８】
１１…入力端
１２Ａ，１２Ｂ…ＰＩＮダイオード
１３…伝送線路
１５…ＤＣリターン回路
１６Ａ，１６Ｂ…ＰＩＮダイオード
１７…伝送線路
１８…出力端
１０１…接続点
１０２…接続点
【図１】
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【図２】
2014022883.tif 000007
【図３】
2014022883.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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