(57)【要約】      （修正有）【課題】不要信号を十分に減衰させ、通過させるべき高周波信号の減衰を少なくできるリミッタ回路を提供する。【解決手段】リミッタ回路１は、オープンスタブ１２と、ダイオード１４と、ショートスタブ１６とを備える。オープンスタブは、高周波信号の伝送線路に接続され、その長さは高周波信号の波長の１／８とされる。ダイオードは、伝送線路とグラウンドとに接続され、伝送線路を流れる高周波信号の振幅を制限する。ショートスタブは、伝送線路とグラウンドとに接続され、その長さは高周波信号の波長の１／４よりも短くされ、高周波信号がダイオードにより整流されて生じた直流電力をグラウンドに流す。【選択図】図２
2019149770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号の伝送線路に接続され、前記高周波信号の波長の１／８の長さのオープンスタブと、
前記伝送線路とグラウンドとに接続され、前記伝送線路を流れる前記高周波信号の振幅を制限するダイオードと、
前記伝送線路とグラウンドとに接続され、前記高周波信号の波長の１／４よりも短い長さで、前記高周波信号が前記ダイオードにより整流されて生じた直流電力をグラウンドに流すショートスタブと、
を備えるリミッタ回路。
【請求項２】
前記オープンスタブは、前記伝送線路とグラウンドとに接続された前記高周波信号に対する第１のキャパシタとなり、
前記ダイオードは、前記伝送線路とグラウンドとに接続された前記高周波信号に対する第２のキャパシタとなり、
前記ショートスタブは、前記伝送線路とグラウンドとに接続され、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとに並列接続されたときに、前記第１のキャパシタのキャパシタンスと前記第２のキャパシタのキャパシタンスとの合計値を打ち消す値の前記高周波信号に対するインダクタンスを有するインダクタとなる
請求項１に記載のリミッタ回路。
【請求項３】
前記ショートスタブは、前記ダイオードの非直線性により生じる前記高周波信号の第２高調波をグラウンドに短絡させて減衰させる
請求項１または２に記載のリミッタ回路。
【請求項４】
前記ダイオードは、ＰＩＮダイオードである
請求項１〜３のいずれか１項に記載のリミッタ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、リミッタ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
リミッタ回路のＰＩＮダイオードに対して入力端側と出力端側との両方にインダクタンス成分を挿入し、ＰＩＮダイオードのキャパシタンス成分を用いてローパスフィルタを構成し、不要信号を減衰させるリミッタ回路が知られている。しかしながら、このようなリミッタ回路においては、ローパスフィルタの構成のために挿入されたインダクタのインダクタンスおよびＰＩＮダイオードのキャパシタンスが、通過させるべき高周波信号に損失を与えてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８６７２３号公報
【特許文献２】特開２０１５−０５６７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施の形態は上述した問題を解消するためになされ、不要信号を十分に減衰させ、通過させるべき高周波信号の減衰を少なくできるリミッタ回路を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記に記載された課題を解決するために、実施の形態にかかるリミッタ回路は、オープンスタブと、ダイオードと、ショートスタブとを備える。オープンスタブは、高周波信号の伝送線路に接続され、その長さは高周波信号の波長の１／８とされる。ダイオードは、伝送線路とグラウンドとに接続され、伝送線路を流れる高周波信号の振幅を制限する。ショートスタブは、伝送線路とグラウンドとに接続され、その長さは高周波信号の波長の１／４よりも短くされ、高周波信号がダイオードにより整流されて生じた直流電力をグラウンドに流す。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施の形態にかかるリミッタ回路の実装図
【図２】図１に示されたリミッタ回路の回路図
【図３】図１，図２に示されたリミッタ回路の各構成要素の目的の周波数成分に対する等価回路を示す図
【図４】図１〜図３に示されたリミッタ回路の伝送線路に対するオープンスタブ、ＰＩＮダイオードおよびショートスタブの影響をスミスチャートの形式で例示する図
【図５】図１〜図３に示されたリミッタ回路においてショートスタブによるキャパシタンスの補償を行わない場合のリミッタ回路の挿入損失を示す図
【図６】図１〜図３に示されたリミッタ回路において、ショートスタブを適切な形状とすることにより、伝送線路とグラウンドとに接続されたオープンスタブおよびＰＩＮダイオードに起因するキャパシタの影響を排除した効果をグラフ形式で例示する図
【図７】図６に示されたキャパシタの影響を排除した効果を、挿入損失および反射損失を示す軸を拡大して示す図
【発明を実施するための形態】
【０００７】
［リミッタ回路１の構成］
以下、実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかるリミッタ回路１の実装図である。なお、図１に示す各構成要素の寸法の比率は、実際のリミッタ回路１における各構成要素の寸法の比率とは必ずしも一致しない。図２は、図１に示されたリミッタ回路１の回路図である。図３は、図１，図２に示されたリミッタ回路１の各構成要素の目的の周波数成分に対する等価回路を示す図である。図４は、図１〜図３に示されたリミッタ回路１の伝送線路１０に対するオープンスタブ１２、ＰＩＮダイオード１４およびショートスタブ１６の影響をスミスチャートの形式で例示する図である。
【０００８】
図１，図２に示すように、リミッタ回路１は、ＬＮＡ１８による増幅の対象となる目的の高周波信号を伝送する伝送線路１０にそれぞれ接続されたオープンスタブ１２、ＰＩＮダイオード１４およびショートスタブ１６を備える。伝送線路１０は、５０Ωのインピーダンスで、マイクロ波帯、例えば９ＧＨｚの目的の高周波信号を入力端子からＬＮＡ１８の入力（ＬＮＡ入力）に伝送する。
【０００９】
ＰＩＮダイオード１４のアノードはスルーホールを介してＰＩＮダイオード１４の裏面のグラウンドに接続され、ＰＩＮダイオード１４のカソードは伝送線路１０に接続され、伝送線路１０を伝送される高周波信号の振幅を制限する。また、ショートスタブ１６の一端は伝送線路１０に接続され、ショートスタブ１６の他端は、スルーホールを介して裏面のグラウンドに接続される。なお、図１，図２においては、目的の高周波信号の波長はλ０と記される。また、以下、目的の高周波信号の周波数はｆ０と記される。また、伝送線路１０、オープンスタブ１２およびショートスタブ１６は、マイクロストリップラインにより構成される。また、リミッタ回路１の用途によっては、ＰＩＮダイオード１４の代わりに高速スイッチングダイオード、高周波用ショットキーバリアダイオードなどが使われ得る。
【００１０】
目的の高周波信号およびその高調波成分がＰＩＮダイオード１４により制限されるときには整流され、ＤＣ電流が生じる。ＰＩＮダイオード１４およびショートスタブ１６は、図２に示されるように、このＤＣ成分をグラウンドに流すＤＣリターン用短絡線路を形成する。目的の高周波信号の振幅がＰＩＮダイオード１４の非線形領域に入ったときには、ＰＩＮダイオード１４の特性の非直線性に起因して、目的の高調波信号の高調波成分が生じる。この高調波成分には、通常、第２高調波成分が最も多く含まれる。第２高調波成分の周波数は、目的の高周波信号の周波数ｆ０の２倍（２ｆ０）である。また、第２高調波成分の波長は、目的の高周波信号の波長λ０の１／２（λ０／２）である。
【００１１】
オープンスタブ１２の伝送線路１０から見た長さは、第２高調波成分の波長λ０／２の１／４（λ０／８）とされ、オープンスタブ１２は、第２高調波成分をグラウンドに短絡させる。従って、第２高調波成分の電力はオープンスタブ１２により−３５ｄＢ程度に減衰される。つまり、リミッタ回路１の入力端子からアンテナなどに出力される第２高調波成分の反射電力は、リミッタ回路１がオープンスタブ１２を備えない場合に比べて非常に小さくなる。
【００１２】
一方、オープンスタブ１２の伝送線路１０から見た長さは、目的の高周波信号の波長λ０の１／４（λ０／４）よりも短くされる。従って、オープンスタブ１２は、伝送線路１０を伝送される目的の高周波信号にとっては、図３，図４に示されるように、伝送線路１０とグラウンドとに接続されたキャパシタ（インピーダンス＝−ｊωＡ）と等価になる。また、ＰＩＮダイオード１４は、そのＰＮ接合面の容量に起因して、伝送線路１０を伝送される目的の高周波信号にとっては、図３，図４に示されるように、伝送線路１０とグラウンドとに接続されたキャパシタ（インピーダンス＝−ｊω（Ｂ−Ａ））と等価になる。ただし、Ａ，Ｂは正の実数であり、Ｂ＞Ａである。
【００１３】
つまり、目的の高周波信号の振幅がＰＩＮダイオード１４によりグラウンドに短絡されない範囲において、オープンスタブ１２およびＰＩＮダイオード１４は、伝送線路１０とグラウンドとに接続され、インピーダンス−ｊωＢのキャパシタとなる。なお、ＰＩＮダイオード１４により目的の高周波信号が制限されるときには、ＰＩＮダイオード１４により伝送線路１０は、図４の点Ｃに示されるように、グラウンドに短絡された状態となる。
【００１４】
一方、リミッタ回路１以外において、ＰＩＮダイオード１４とともにＤＣリターン用短絡線路を構成するショートスタブの伝送線路１０から見た長さは、一般的には、目的の高周波信号の波長λ０の１／４（λ０／４）とされる。従って、このようなショートスタブは、目的の高周波信号から見て開放状態となる。一方、リミッタ回路１において、ショートスタブ１６の代わりに、送線路１０から見た長さがλ０／４のショートスタブが用いられると、オープンスタブ１２およびＰＩＮダイオード１４に起因するキャパシタンスの影響を排除することはできない。そこで、リミッタ回路１において、ショートスタブ１６の伝送線路１０から見た長さは、目的の高周波信号の波長λ０の１／４（λ０／４）よりも短くされる。従って、ショートスタブ１６は、伝送線路１０を伝送される目的の高周波信号にとってインダクタと等価になる。
【００１５】
図５は、図１〜図３に示されたリミッタ回路１においてショートスタブ１６によるキャパシタンスの補償を行わない場合のリミッタ回路１の挿入損失を示す図である。リミッタ回路１において、オープンスタブ１２および適切な形状のショートスタブ１６が用いられず、伝送線路１０から見たＰＩＮダイオード１４の合計の容量値が０．２５ｐＦで、目的の高周波信号の周波数ｆ０が９ＧＨｚである場合が想定される。この想定においては、図５に示されるように、９ＧＨｚの目的の高周波信号は、ＰＩＮダイオード１４のキャパシタンス性のインピーダンスにより、−０．５ｄＢ程度、減衰してしまう。
【００１６】
一方、ショートスタブ１６の伝送線路１０から見た長さは、目的の高周波信号の波長λ０の１／４（λ０／４）よりも短くされる。従って、ショートスタブ１６は、伝送線路１０を伝送される目的の高周波信号にとって、伝送線路１０とグラウンドとに接続されたインダクタと等価になる。つまり、ショートスタブ１６を適切な形状とすることにより、図３，図４に示されるように、ショートスタブ１６の目的の高周波信号に対するインダクタンスのインピーダンスを＋ｊωＢとすることができる。このように、ショートスタブ１６を適切な形状とすることにより、伝送線路１０とグラウンドとに接続されたオープンスタブ１２およびＰＩＮダイオード１４に起因するキャパシタの影響を排除することができる。
【００１７】
［実施例］
図６は、図１〜図３に示されたリミッタ回路１において、ショートスタブ１６を適切な形状とすることにより、伝送線路１０とグラウンドとに接続されたオープンスタブ１２およびＰＩＮダイオード１４に起因するキャパシタの影響を排除した効果をグラフ形式で例示する図である。図７は、図６に示されたキャパシタの影響を排除した効果を、挿入損失および反射損失を示す軸を拡大して示す図である。
【００１８】
リミッタ回路１において、ショートスタブ１６は適切な形状に形成されて、オープンスタブ１２およびＰＩＮダイオード１４のキャパシタンスを打ち消す。従って、図６，図７に示されるように、９ＧＨｚの目的の高周波信号の反射は小さくなり、入力端子から見た目的の高周波信号の反射損失は−３５ｄＢ程度となる。また、入力端子から見た目的の高周波信号の挿入損失は−０．２ｄＢ程度と非常に小さくなる。また、図６，図７に示されるように、１８ＧＨｚの目的の高周波信号の第２高調波成分の大部分は反射されて、入力端子から見た第２高調波成分の挿入損失は−３５ｄＢ程度となる。
【００１９】
このように、目的の高周波信号はリミッタ回路１により反射されず、その反射損失は非常に小さくなる。一方、目的の高周波信号の第２高調波はリミッタ回路１により反射されて、その挿入損失は非常に大きくなる。つまり、リミッタ回路１によれば、入力端子からＬＮＡ１８の入力までに目的の高周波信号に与えられる損失は非常に小さくなり、入力端子から出力される目的の高周波信号の第２高調波の電力は非常に小さくなる。
【００２０】
本発明の実施の形態を説明したが、この実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２１】
１  リミッタ回路、１０  伝送線路、１２  オープンスタブ、１４  ＰＩＮダイオード、１６  ショートスタブ、１８  ＬＮＡ
【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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