(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線で送信された高周波信号と局部発振信号を受信する受信機であって、
受信された高周波信号に基づく信号と、受信された局部発振信号に基づく信号とから、上記高周波信号よりも低い周波数帯の中間周波数信号を生成するＨＢＴＥＤを含む自己ヘテロダインダウンコンバータ回路を備え、
上記局部発振信号に基づく信号は、上記局部発振信号を上記ＨＢＴＥＤが内部でトランスファードエレクトロン効果によって増幅した信号であることを特徴とする受信機。
【請求項２】
請求項１に記載の受信機において、
上記ＨＢＴＥＤがIII−Ｖ族化合物半導体によって形成され、
上記III族の元素としてＩｎ、Ｇａ、Ａｌのうちの少なくとも一つが含まれ、上記Ｖ族の元素としてＡｓ、Ｐ、Ｎ、Ｓｂのうちの少なくとも一つ含まれることを特徴とする受信機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の受信機において、
上記ＨＢＴＥＤが半絶縁性ＧａＡｓ基板上に形成されていることを特徴とする受信機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の受信機において、
上記ＨＢＴＥＤがベース接地になっていることを特徴とする受信機。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の受信機において、
上記ＨＢＴＥＤがカソード接地になっていることを特徴とする受信機。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の受信機において、
上記自己ヘテロダインダウンコンバータ回路では、上記ＨＢＴＥＤのベース端子とカソード端子のうち一方の端子が接地され、上記ベース端子とカソード端子のうち他方の端子に入力される信号パワーが上記局部発振信号の周波数帯で高くなるように、上記他方の端子に受動回路（１６，２６，７６，８６，９６）が接続されていることを特徴とする受信機。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の受信機において、
上記自己ヘテロダインダウンコンバータ回路では、上記ＨＢＴＥＤが出力する信号パワーが上記中間周波数信号の周波数帯で高くなるように、上記ＨＢＴＥＤのアノード端子に受動回路（１９，２９，８９，９９）が接続されていることを特徴とする受信機。
【請求項８】
請求項６または７に記載の受信機において、
上記ＨＢＴＥＤと上記受動回路が半導体基板上に一体に形成されていることを特徴とする受信機。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか一つに記載の受信機において、
上記ＨＢＴＥＤと、このＨＢＴＥＤが生成した中間周波数信号を増幅するためのＩＦ信号増幅器とが、同じ半導体基板上に一体に形成され、
上記ＩＦ信号増幅器は、上記ＨＢＴＥＤの層構造と同じ層構造を持つ少なくとも１個のトランジスタで構成されていることを特徴とする受信機。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか一つに記載の受信機において、
上記ＨＢＴＥＤと、このＨＢＴＥＤに入力される信号を増幅するための低雑音増幅器とが、同じ半導体基板上に一体に形成され、
上記低雑音増幅器は、上記ＨＢＴＥＤの層構造と同じ層構造を持つ少なくとも１個のトランジスタで構成されていることを特徴とする受信機。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の受信機を用いるミリ波映像伝送システム。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の受信機において、
上記ＨＢＴＥＤは、半絶縁性基板上に少なくとも、アノード層と、活性層と、ベース層と、カソードグレーデッド層と、カソード層と、カソードバラスト層と、カソードバラストグレーデッド層と、カソードカップ層とを順に備え、
上記カソードグレーデッド層、カソード層、カソードバラスト層、カソードバラストグレーデッド層およびカソードカップ層は、上記ベース層よりも面積が小さい円形のパターン形状を持つことを特徴とする受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は受信機に関し、より詳しくは、ヘテロ接合バイポーラトランスファードエレクトロンデバイス（この明細書を通して、適宜「ＨＢＴＥＤ」と略称する。）を含む自己ヘテロダインダウンコンバータ回路を備えて自己ヘテロダインダウンコンバートを行う受信機に関する。
【０００２】
また、この発明は、そのような受信機を用いるミリ波映像伝送システムに関する。
【０００３】
【従来の技術】
特開２００１−５３６４０号公報には、図１１に示すように、送信機から無線で変調信号（ＲＦ信号）１１１とともに局部発振信号（ＬＯ信号）１１２を送信し、それらの信号を受けた受信機で、２乗器を用いて自己ヘテロダインダウンコンバートして中間周波数信号（ＩＦ信号）１１３を得るようにした無線通信システムが開示されている。また、同公報には、２乗器に代えて、帯域ろ波器と注入同期型発振器（または単一同調増幅器）とミキサを用いた自己ヘテロダインダウンコンバータ回路を用いた無線通信システムが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に自己ヘテロダインを行う場合、受信するＲＦ信号の帯域幅（ＲＦｍａｘ−ＲＦｍｉｎ）がＲＦの最低周波数とＬＯの周波数の差（ＲＦｍｉｎ−ＬＯ）より狭いのが望ましい。しかしながら、ミリ波帯通信システムのように帯域幅の広い信号を送受信しようとすると、この条件を満たすことができない。このため、図１１中に示すように、ＲＦ帯中の信号１１１が自己ミキシングして、ＩＦ帯に不要信号成分（最低周波数がゼロで、必要ＩＦ信号１１３の帯域幅と同じ帯域幅を持つ）１１４が発生する。ここで、上述のように２乗器を用いて自己ヘテロダインダウンコンバートを行う場合、ＬＯ信号１１２のパワーがＲＦ信号１１１のパワーと同程度であるため、ＩＦ帯の不要信号成分１１４のパワーが必要ＩＦ信号１１３のパワーに対して無視できないほど大きくなり、問題となる。
【０００５】
また、もう一方の、帯域ろ波器と注入同期型発振器とミキサを用いた受信回路は、構成が複雑で、単価が高く、構成要素の間のＬＯ帯整合インピーダンスが調整しにくいという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、自己ヘテロダインダウンコンバートを行う受信機であって、簡単な回路構成で、特性の良好なものを提供することにある。
【０００７】
また、この発明の課題は、そのような受信機を用いるミリ波映像伝送システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の受信機は、無線で送信された高周波信号（以下「ＲＦ信号」という。）と局部発振信号（以下「ＬＯ信号」という。）を受信する受信機であって、
受信されたＲＦ信号に基づく信号と、受信されたＬＯ信号に基づく信号とから、上記ＲＦ信号よりも低い周波数帯の中間周波数信号（以下「ＩＦ信号」という。）を生成するＨＢＴＥＤを含む自己ヘテロダインダウンコンバータ回路を備え、
上記ＬＯ信号に基づく信号は、上記ＬＯ信号を上記ＨＢＴＥＤが内部でトランスファードエレクトロン効果によって増幅した信号であることを特徴とする。
【０００９】
ここで「ＨＢＴＥＤ」（ヘテロ接合バイポーラトランスファードエレクトロンデバイス）は、一体に形成された３端子型または４端子型の素子である。３端子型のものはヘテロ接合バイポーラガントリオードとも呼ばれ、また、４端子型のものは４端子ヘテロ接合バイポーラガンデバイスとも呼ばれる。
【００１０】
この発明の受信機によれば、ＨＢＴＥＤを含む自己ヘテロダインダウンコンバータ回路が、受信されたＲＦ信号に基づく信号と、受信されたＬＯ信号に基づく信号とから、上記ＲＦ信号よりも周波数帯が低いＩＦ信号を生成する。ＨＢＴＥＤを用いることにより簡単な回路構成で自己ヘテロダインダウンコンバートが可能となる。なお、特性が改善される点については、後述する。
【００１１】
また、この発明の受信機は、上記ＬＯ信号に基づく信号は、上記ＬＯ信号を上記ＨＢＴＥＤが内部でトランスファードエレクトロン効果によって増幅した信号であることを特徴とする。この自己ヘテロダインダウンコンバータ回路では、ＨＢＴＥＤは、ＬＯ信号をトランスファードエレクトロン効果によって増幅する機能と、その増幅されたＬＯ信号を上記ＲＦ信号に基づく信号とミキシングしてＩＦ信号を生成する機能とを実行する。このようなＨＢＴＥＤの動作モードを「増幅器・ミキサモード」と呼ぶ。
【００１２】
また、上記ＬＯ信号に基づく信号は、上記ＬＯ信号を受けて上記ＨＢＴＥＤが内部でトランスファードエレクトロン効果によって注入同期発振した信号であっても良い。この自己ヘテロダインダウンコンバータ回路では、ＨＢＴＥＤは、ＬＯ信号を受けてトランスファードエレクトロン効果によって注入同期発振する機能と、その注入同期発振されたＬＯ信号を上記ＲＦ信号に基づく信号とミキシングしてＩＦ信号を生成する機能とを実行する。このようなＨＢＴＥＤの動作モードを「発振器・ミキサモード」と呼ぶ。
【００１３】
さて、ＨＢＴＥＤは、高周波帯、特にミリ波帯では下記（１）〜（４）のような機能を持っている。なお、第４番目の機能（増幅器・ミキサモード）は、最近我々が発見した機能である。
（１）ミリ波帯で発振する機能（発振器モード）
（２）ミリ波帯で発振して、入力信号とミキシング（アップコンバートまたはダウンコンバート）する機能（発振器・ミキサモード）
（３）入力したミリ波帯信号を増幅する機能（増幅モード）
（４）入力したミリ波帯信号を単一同調増幅して、もう一つの入力した信号とミキシング（アップコンバートまたはダウンコンバート）する機能（増幅器・ミキサモード）
【００１４】
ＨＢＴＥＤについては、発振器・ミキサモード動作の物理と、増幅器・ミキサモード動作の物理が特に複雑になっている。発振や増幅の機構はトランスファードエレクトロン効果であって、トランスファードエレクトロン効果の電流依存性によってミキシングすることが可能になる。後述するように、適正に設計された構造を持つＨＢＴＥＤ、特に活性層のドーピング濃度のグラデーションが適正に設定されたＨＢＴＥＤに対して、所定範囲のバイアス電流やバイアス電圧を印加することによって、上述の発振器・ミキサモードの動作も、増幅器・ミキサモードの動作も可能になる。
【００１５】
図１と図２は、受信機の自己ヘテロダインダウンコンバータ回路１５、２５にＨＢＴＥＤ１７、２７をそれぞれカソード接地型、ベース接地型で備えた態様を例示している。図１中のカソード接地ＨＢＴＥＤ１７または図２中のベース接地ＨＢＴＥＤ２７が発振器・ミキサモードで動作すると、図３中に示す帯域濾波器３４、発振器３５、ミキサ３６およびＩＦ信号増幅器３７のような等価機能を示す。
【００１６】
この発振器・ミキサモードでは、ＬＯ信号とＲＦ信号が受信アンテナ３１に受信されて、低雑音増幅器３２に増幅されて、ＨＢＴＥＤ３３の入力端子に入力される。ＨＢＴＥＤ３３の電流と電圧バイアスはこのＨＢＴＥＤ３３が発振するように設定されていて、その発振周波数は主にＨＢＴＥＤ３３の活性層の厚みと出力インピーダンスに依存する。ＨＢＴＥＤ３３と出力回路は、その発振周波数が受信するＬＯ信号の周波数とほぼ同じになるように予め設計されている。ＨＢＴＥＤ３３の入力端子にＬＯ信号が入ると、ＬＯ信号がＨＢＴＥＤ３３の発振周波数を注入同期させるので、その発振信号の周波数および位相は、入力信号であるＬＯ信号のそれらと同一になる。
【００１７】
同時に、ＨＢＴＥＤ３３の入力端子に入るＲＦ信号は非線形トランスファードエレクトロン効果で発振信号とミキシングして、ＨＢＴＥＤ３３の内部にＩＦ信号が現れる。このＩＦ信号の低い周波数では、ＨＢＴＥＤ３３は通常のトランジスタとしてＩＦ信号増幅器３７のように動作するので、ＩＦ信号が増幅される。
【００１８】
このようにしてＨＢＴＥＤは、発振器・ミキサモードで、図３中に示したような等価機能を示す。ＨＢＴＥＤを発振器・ミキサモードで動作させるためには、トランスファードエレクトロン効果による発振が起こりやすいようなバイアス電流と電圧設定が必要である。
【００１９】
ＨＢＴＥＤのバイアス電流かバイアス電圧が発振する範囲外であれば、発振は起こらないが、その発振周波数と同じ領域で増幅することは可能である。図１のカソード接地ＨＢＴＥＤと図２のベース接地ＨＢＴＥＤが増幅器・ミキサモード動作すると、図４中に示す帯域濾波器４４、増幅器４５、ミキサ４６およびＩＦ信号増幅器４７のような等価機能を示す。
【００２０】
この増幅器・ミキサモードではＬＯ信号とＲＦ信号が受信アンテナ４１に受信されて、低雑音増幅器４２に増幅されて、ＨＢＴＥＤ４３の入力端子に入力される。ＨＢＴＥＤ４４は発振せずに単一周波数増幅するようなバイアス電流と電圧に設定されている。増幅する周波数はＨＢＴＥＤ４４の活性層の厚みと回路の出力インピーダンスに依存する。ＨＢＴＥＤ４４と出力回路は、ＬＯ信号の増幅率がＲＦ信号の増幅率より高くなるように予め設計されている。このように設計することによりＨＢＴＥＤ４４の入力端子に入るＬＯ信号が増幅される。ＨＢＴＥＤ４４の入力端子に入るＲＦ信号が増幅されずに、増幅されたＬＯ信号と、非線形トランスファードエレクトロン効果で、ミキシングされてＩＦ信号を発生する。このＩＦ信号は周波数が低いので、ＨＢＴＥＤ４４は通常のトランジスタとしてＩＦ信号増幅器４７のように動作し、ＩＦ信号は増幅される。
【００２１】
このようにしてＨＢＴＥＤは、増幅器・ミキサモードＨＢＴＥＤは、図４に示したような等価機能を示す。増幅器・ミキサモードの動作は発振器・ミキサモードの動作に比べて、バイアス条件と出力回路インピーダンスへの依存性が少ないという利点がある。
【００２２】
増幅器・ミキサモードＨＢＴＥＤは電流をミキシングするデバイスである。ここで、ＩＦ信号の出力パワーが活性層に流れるＬＯ信号電流とＲＦ信号電流との積になるので、ＬＯ信号の周波数での電流増幅率が高いことは大切である。さらに、ＲＦ帯中の信号が自己ミキシングして、ＩＦ帯に不要信号成分が出ないように、ＬＯ信号の周波数での電流増幅率がＲＦ信号の周波数での電流増幅率より高いことは大切である。
【００２３】
図５は、単体ベース接地ＨＢＴＥＤについての、電流増幅率対周波数の特性測定結果を示している。なお、このＨＢＴＥＤはトランスファードエレクトロン効果によって、増幅モード動作を行うようなバイアス電流と電圧を有している。図５から分かるように、この電流増幅特性には周波数ｆ０＝５８ＧＨｚに急なピークがある。この電流増幅特性のピーク周波数をｆ０、電子の飽和速度をＶｓａｔ、活性層の厚みをｘとすると、それらの関係式は、
ｆ０＝Ｖｓａｔ／ｘ
で表される。このＨＢＴＥＤの活性層の材料はＧａＡｓ（電子の飽和速度はＶｓａｔ＝１０7ｃｍ・ｓ-1）、活性層の厚みは１．７μｍであって、電流増幅のピークが５８ＧＨｚぐらいに発生する。ｆ０から離れた周波数での増幅率が低いから、このＨＢＴＥＤの特性は自己ヘテロダインダウンコンバータ回路への応用には最適である。
【００２４】
図６は、増幅器・ミキサモードで自己ヘテロダインドウンコンバートを行う単体カソード接地ＨＢＴＥＤについての、変換ロス対周波数の特性測定結果を示している。この測定では、入力ＬＯ信号のパワーが−２０ｄＢｍまたは−３０ｄＢｍで、ＬＯ信号の周波数が５９．０１ＧＨｚに設定されている。入力ＲＦ信号は、パワーがＬＯ信号と同じで、周波数が５９．４ＧＨｚから６２．６ＧＨｚまで振られた。このＨＢＴＥＤによって、ＬＯ信号が増幅され、増幅されたＬＯ信号がＲＦ信号とミキシングされ、発生したＩＦ信号が増幅される。発生した出力ＩＦ信号の周波数は０．３９ＧＨｚから３．６９ＧＨｚまでである。入力ＬＯ信号のパワーとＲＦ信号のパワーが低いのに、このＨＢＴＥＤの変換ロスは低い。このように、本発明の自己ヘテロダインダウンコンバータ回路によれば、良好な特性が得られる。
【００２５】
上記の測定結果は単体のＨＢＴＥＤについての結果であり、ＨＢＴＥＤの入力端子、アノード端子には入力回路や出力回路が付加されていない状態のものである。しかしながら、ＨＢＴＥＤは電流をミキシングするデバイスであるから、入力されるＬＯ信号電流とＲＦ信号電流を最大化するためには入力回路を付けるほうが好ましい。そこで、一実施形態の受信機においては、上記自己ヘテロダインダウンコンバータ回路では、上記ＨＢＴＥＤのベース端子とカソード端子のうち一方の端子が接地され、上記ベース端子とカソード端子のうち他方の端子に入力される信号パワーが上記ＬＯ信号の周波数帯で高くなるように、上記他方の端子に受動回路（１６，２６，７６，８６，９６）が接続されていることを特徴とする。
【００２６】
また、出力回路に関しては、ＩＦ信号の周波数帯で電流増幅率が高くなるようにする回路が望ましい。さらに、変換ロスを更に改善するためには、ＩＦ出力パワーを最大化する出力回路インピーダンスが望ましい。そこで、一実施形態の受信機においては、上記自己ヘテロダインダウンコンバータ回路では、上記ＨＢＴＥＤが出力する信号パワーが上記ＩＦ信号の周波数帯で高くなるように、上記ＨＢＴＥＤのアノード端子に受動回路（１９，２９，８９，９９）が接続されていることを特徴とする。
【００２９】
ＨＢＴＥＤが発振器・ミキサモード動作するためのバイアス範囲は比較的狭くて、増幅器・ミキサモード動作するためのバイアス範囲は比較的広い。バイアス電流や電圧がトランスファードエレクトロン効果が起こるための範囲外であっても、ＨＢＴＥＤは通常のトランジスタとして動作することができる。普通のトランジスタとして動作するＨＢＴＥＤはＩＦ帯増幅器として使用することができる。
【００３０】
また、ＨＢＴＥＤを普通のトランジスタとして動作させるために、ＨＢＴＥＤの寸法をトランスファードエレクトロン効果が起こりにくいように設定することも可能である。文献"Demonstrationofa77-GHzHeterojunctionBipolarTransferredElectronDevice" (J.K.Twynam, M.Yagura, N.Takahashi, E.Suematsu, and H.Sato, IEEE Electron Device Lett. 21(01), pp.2-4, 2000)、特開2001−077444号公報、特願2001−078528号の明細書または図面、特開2001-284682号公報に書いてあるように、電流広がり（Current Spreading)効果のため、ＨＢＴＥＤの活性層には特別なドーピンググラデーションが必要である。ＨＢＴＥＤの最適なカソード幅は活性層のドーピンググラデーションの程度によって変わる。例えば、カソード幅が最適な幅に比較して非常に狭いデバイスは、トランスファードエレクトロン効果が起こらず、普通のトランジスタとして動作することがある。逆に、カソード幅が最適な幅に比較して非常に広いデバイスも、トランスファードエレクトロン効果が起こらず、普通のトランジスタとして動作することがある。たとえば、カソード幅が最適な幅よりかなり狭いデバイスを、ＨＢＴＥＤの入力信号を増幅するための低雑音増幅器として用いることも可能である。このカソード幅が狭いデバイスは、高周波数特性が良いので、低雑音増幅器として用いるのは望ましい。
【００３１】
本発明の自己ヘテロダインダウンコンバータ回路を具体化する際には、動作効率を高くしてコストを低くするために、上記ＨＢＴＥＤと上述の各受動回路とが同じ半導体基板上に一体に形成されているのが望ましい。
【００３２】
同様に、上記ＨＢＴＥＤを含む自己ヘテロダインダウンコンバータ回路のような受動回路と、上記ＨＢＴＥＤの層構造と同じ層構造を持つトランジスタからなる能動回路（ＩＦ帯増幅器や低雑音増幅器）とが、同じ半導体基板上に一体に形成されているのが望ましい。それらの受動回路と能動回路とは同じプロセスで同時に作製でき、したがって、ミリ波帯通信システムに用いられる受信機を安価に作製できるからである。
【００３３】
通信システムで実際に用いられるＬＯ信号の周波数に合わせて上記ＨＢＴＥＤの構造を設計する必要がある。ＨＢＴＥＤの活性層の厚みと半導体材料の組成を変化させることにより、ＨＢＴＥＤを広い周波数範囲で動作させることができる。より低い周波数とより高い周波数の動作は不可能ではないが、本発明の望ましい通信システムのＬＯ信号の周波数は３０ＧＨｚから１２０ＧＨｚまでである。さらに、最も望ましい通信システムのＬＯ周波数範囲は、コストが安いＧａＡｓＭＭＩＣ技術によって作製できる、５５ＧＨｚから８５ＧＨｚまでの範囲である。
【００３４】
色々なIII−Ｖ族化合物半導体を用いてＨＢＴＥＤを製造することができる（たとえば、ＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＮ，等）。ＨＢＴＥＤが半絶縁性ＧａＡｓ基板上に形成されＨＢＴＥＤの活性層がＧａＡｓであるものが望ましく、これはコストが安くて、パーフォーマンスが高いミリ波技術であって、量産にも適している。つまり、そのようなＨＢＴＥＤは、ミリ波帯アクティブデバイス（ミリ波トランジスタ等）に比べて、寸法が細かくなくて、製造がしやすくてコストが安いものである。
【００３５】
送信機から無線でＲＦ信号とＬＯ信号を送信し、それらの信号を受信機で受信し、その受信機で上述の増幅器・ミキサモードＨＢＴＥＤまたは発振器・ミキサモードＨＢＴＥＤを備えた自己ヘテロダインダウンコンバータ回路によってＩＦ信号を生成する通信システム、例えばテレビジョンのようなミリ波帯映像伝送システムが成り立つ。このような通信システムによれば、広いＩＦ帯域幅、具体的には最大周波数が最低周波数より２倍以上高いＩＦ帯域幅でも、実用に耐えることができる。また、ＨＢＴＥＤ回路の変換効率が高いので、受信機の消費電力を低減することができる。
【００３６】
また、この種のＨＢＴＥＤの入力インピーダンスは高いことが要求される。そこで、一実施形態の受信機においては、上記ＨＢＴＥＤは、半絶縁性基板上に少なくとも、アノード層と、活性層と、ベース層と、カソードグレーデッド層と、カソード層と、カソードバラスト層と、カソードバラストグレーデッド層と、カソードカップ層とを順に備えたＨＢＴＥＤにおいて、上記カソードグレーデッド層、カソード層、カソードバラスト層、カソードバラストグレーデッド層およびカソードカップ層は、上記ベース層よりも面積が小さい円形のパターン形状を持つことを特徴とする。円形のカソードは、公知の細長い長方形のカソードに比して、小型に形成され得る。したがって、入力インピーダンスを容易に高めることができる。また、円形のカソードは、活性層のドーピンググラデーション（電流広がり効果を抑えて、トランスファードエレクトロン効果を安定に起こさせるために必要とされる。小面積であれば、ドーピンググラデーションの程度が高いことが要求される。）の程度を、小面積の割に比較的低くすることができる。これにより、トランスファードエレクトロン効果を安定に起こさせることができ、ＨＢＴＥＤを容易に増幅器・ミキサモードまたは発振器・ミキサモードで動作させることができる。したがって、円形のカソードを持つＨＢＴＥＤは、ミリ波帯の受信機の自己ヘテロダインコンバータ回路の部品として適する。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３８】
（第１実施形態）
図１は、受信機の自己ヘテロダインダウンコンバータ回路１５にカソード接地ＨＢＴＥＤ１７を備えた実施形態を示している。この自己ヘテロダインドウンコンバート回路１５は、概して言って、無線で送信された信号（ＬＯ信号とＲＦ信号）１２を受けて、ＲＦ信号よりも低い周波数帯のＩＦ信号１１０を出力する。カソード接地ＨＢＴＥＤ１７は増幅器・ミキサモードで動作するようにバイアス条件が設定されている。
【００３９】
詳しくは、送信機の送信アンテナ１１からＬＯ信号とＲＦ信号からなる送信信号１２が送信され、受信機の受信アンテナ１３に受信される。ＬＯ信号とＲＦ信号は低雑音増幅器１４によって増幅され、自己ヘテロダインダウンコンバータ回路１５に入る。入力整合回路１６の影響でカソード接地ＨＢＴＥＤ１７に入るＬＯ信号とＲＦ信号のパワーを高くできる。このＬＯ信号は、カソード接地ＨＢＴＥＤ１７の内部でトランスファードエレクトロン効果によって増幅される。さらに、カソード接地ＨＢＴＥＤ１７の内部で、この増幅されたＬＯ信号とＲＦ信号とがミキシングされて、ＲＦ信号よりも低い周波数帯のＩＦ信号が発生する。発生したＩＦ信号は、カソード接地ＨＢＴＥＤ１７のトランジスタ動作によって、増幅される。出力回路のλ／4オープンスタブ１８（ＬＯ信号周波数の波長に対して長さが４分の１に設定されている。）の影響で、ＨＢＴＥＤ活性層中のＬＯ信号電流が最大化されて、ＬＯ信号があまり自己ヘテロダインダウンコンバート回路１５からは出力されない。また、出力ＩＦ整合回路１９の影響で、出力ＩＦ信号１１０のパワーを高くできる。
【００４０】
この実施形態では、ＬＯ信号周波数が５９．０１ＧＨｚで、ＲＦ信号周波数が５９．４ＧＨｚ−６２．５ＧＨｚで、ＩＦ信号周波数が０．３９ＧＨｚ−３．４９ＧＨｚである。ＩＦ信号の帯域幅は３．１ＧＨｚであって、ＩＦの最低周波数の０．３９ＧＨｚより大きいから、ＬＯ信号の増幅率が高いのは大切なことである。従来技術に関して図１１に示したように、ミキシングされるＬＯ信号１１２のパワーがＲＦ信号１１１のパワーと同程度であれば、ＩＦ帯の不要信号成分１１４のパワーが必要ＩＦ信号１１３のパワーに対して無視できないほど大きくなり、問題となる。これに対して、本実施形態では、図１２に示すように、ミキシングされるＬＯ信号（ＨＢＴＥＤ１７の内部で増幅されたもの）１２２のパワーがＲＦ信号１２１のパワーよりも大きいので、必要ＩＦ信号１２３のパワーがＩＦ帯の不要信号成分１２４のパワーより大きく上回って、ＩＦ帯の不要信号成分１２４が問題にならない。
【００４１】
ＨＢＴＥＤ１７のカソードは細長い長方形のパターン形状を持ち、カソード幅が４μｍで、カソード長さが２０μｍである。ＨＢＴＥＤ１７の活性層はＧａＡｓで、厚みが１．７μｍで、ドーピングされている。活性層のドーピング濃度には、アノード界面でのＮD＝１．７×１０16cm-3からベース界面でのＮD＝３×１０16cm-3までのグラデーションがある。このＨＢＴＥＤ１７の構造については、後に詳述する。
【００４２】
λ／4オープンスタッブ１８は、出力回路インピーダンスがＬＯ信号の周波数に対してほとんどゼロオームになるように設計されている。入力整合回路１６とλ／4オープンスタッブ１８は通常のマイクロストリップ線路またはコプレーナ線路で作られている。出力ＩＦ整合回路１９はＭＭＩＣ用の容量とインダクタで作られている。
【００４３】
（第２実施形態）
図２は、受信機の自己ヘテロダインダウンコンバータ回路２５にベース接地ＨＢＴＥＤ２７を備えた実施形態を示している。この自己ヘテロダインドウンコンバート回路２５は、概して言って、無線で送信された信号（ＬＯ信号とＲＦ信号）２２を受けて、ＲＦ信号よりも低い周波数帯のＩＦ信号２１０を出力する。ベース接地ＨＢＴＥＤ２７は増幅器・ミキサモードで動作するようにバイアス条件が設定されている。
【００４４】
詳しくは、送信機の送信アンテナ２１からＬＯ信号とＲＦ信号からなる送信信号２２が送信され、受信機の受信アンテナ２３に受信される。ＬＯ信号とＲＦ信号は低雑音増幅器２４によって増幅され、自己ヘテロダインドウンコンバート回路２５に入る。入力整合回路２６の影響でベース接地ＨＢＴＥＤ２７に入るＬＯ信号とＲＦ信号のパワーを高くできる。このＬＯ信号は、ベース接地ＨＢＴＥＤ２７の内部でトランスファードエレクトロン効果によって増幅される。さらに、ベース接地ＨＢＴＥＤ２７の内部で、この増幅されたＬＯ信号とＲＦ信号とがミキシングされて、ＲＦ信号よりも低い周波数帯のＩＦ信号が発生する。発生したＩＦ信号は、ベース接地ＨＢＴＥＤ２７のトランジスタ動作によって、増幅される。出力回路のλ／4オープンスタッブ２８（ＬＯ信号周波数の波長に対して長さが４分の１に設定されている。）の影響で、ＨＢＴＥＤ活性層中のＬＯ信号電流が最大化されて、ＬＯ信号があまり自己ヘテロダインドウンコンバート回路２５からは出力されない。また、出力ＩＦ整合回路２９の影響で、出力ＩＦ信号２１０のパワーを高くできる。
【００４５】
この実施形態では、ＬＯ信号周波数が５９．０１ＧＨｚで、ＲＦ信号周波数が５９．４ＧＨｚ−６２．５ＧＨｚで、ＩＦ信号周波数が０．３９ＧＨｚ−３．４９ＧＨｚである。ＩＦ信号の帯域幅は３．１ＧＨｚであって、ＩＦの最低周波数の０．３９ＧＨｚより大きいから、ＬＯ信号の増幅率が高いのは大切なことである。本実施形態では、図１２に示すように、ミキシングされるＬＯ信号（ＨＢＴＥＤ２７の内部で増幅されたもの）１２２のパワーがＲＦ信号１２１のパワーよりも大きいので、必要ＩＦ信号１２３のパワーがＩＦ帯の不要信号成分１２４のパワーより大きく上回って、ＩＦ帯の不要信号成分１２４が問題にならない。
【００４６】
ＨＢＴＥＤ２７のカソードは細長い長方形のパターン形状を持ち、カソード幅が５μｍで、カソード長さが３０μｍである。ＨＢＴＥＤ２７の活性層はＧａＡｓで、厚みが１．７μｍで、ドーピングされている。活性層のドーピング濃度には、アノード界面でのＮD＝１．３×１０16cm-3からベース界面でのＮD＝２×１０16cm-3までのグラデーションがある。このＨＢＴＥＤ２７の構造については、後に詳述する。
【００４７】
入力整合回路２６とλ／4オープンスタブ２８は通常のマイクロストリップ線路またはコプレーナ線路で作られている。出力ＩＦ整合回路２９はＭＭＩＣ用の容量とインダクタで作られている。
【００４８】
（第３実施形態）
図７は、受信機の自己ヘテロダインダウンコンバータ回路７５にカソード接地ＨＢＴＥＤ７７を備えた実施形態を示している。この自己ヘテロダインドウンコンバート回路７５は、概して言って、無線で送信された信号（ＬＯ信号とＲＦ信号）７２を受けて、ＲＦ信号よりも低い周波数帯のＩＦ信号７１０を出力する。
【００４９】
詳しくは、送信機の送信アンテナ７１からＬＯ信号とＲＦ信号からなる送信信号７２が送信され、受信機の受信アンテナ７３に受信される。ＬＯ信号とＲＦ信号は低雑音増幅器７４によって増幅され、自己ヘテロダインダウンコンバータ回路７５に入る。入力整合回路７６の影響でカソード接地ＨＢＴＥＤ７７に入るＬＯ信号とＲＦ信号のパワーを高くできる。このＬＯ信号は、カソード接地ＨＢＴＥＤ７７の内部でトランスファードエレクトロン効果によって増幅される。さらに、カソード接地ＨＢＴＥＤ７７の内部で、この増幅されたＬＯ信号とＲＦ信号とがミキシングされて、ＲＦ信号よりも低い周波数帯のＩＦ信号が発生する。発生したＩＦ信号は、カソード接地ＨＢＴＥＤ７７のトランジスタ動作によって、増幅される。出力回路のλ／8伝送線路７１１とλ／8オープンスタブ７１２（両方ともＬＯ信号周波数の波長に対して長さが８分の１に設定されている。）の影響でＨＢＴＥＤ活性層中のＬＯ信号電流が最大化されて、ＬＯ信号があまり自己ヘテロダインドウンコンバート回路７５からは出力されない。更に、λ／8伝送線路７１１とλ/8オープンスタッブ７１２の影響でＬＯ信号の２倍波の電流が抑えられて、ＩＦ信号の２倍波がほとんど発生しない。また、出力ＩＦ整合回路７９の影響で、出力ＩＦ信号７１０のパワーを高くできる。
【００５０】
この実施形態では、ＬＯ周波数が５９．０１ＧＨｚで、ＲＦ周波数が５９．４ＧＨｚ−６２．５ＧＨｚで、ＩＦ周波数が０．３９ＧＨｚ−３．４９ＧＨｚである。ＩＦ信号の帯域幅は３．１ＧＨｚであって、ＩＦ信号の最低周波数の０．３９ＧＨｚより大きいから、ＬＯ信号の増幅率が高いのは大切なことである。本実施形態では、図１２に示すように、ミキシングされるＬＯ信号（ＨＢＴＥＤ７７の内部で増幅されたもの）１２２のパワーがＲＦ信号１２１のパワーよりも大きいので、必要ＩＦ信号１２３のパワーがＩＦ帯の不要信号成分１２４のパワーより大きく上回って、ＩＦ帯の不要信号成分１２４が問題にならない。
【００５１】
カソード接地ＨＢＴＥＤ７７は増幅器・ミキサモードで動作するようにバイアス条件が設定されている。ＨＢＴＥＤ７７のカソードは細長い長方形のパターン形状を持ち、カソード幅が４μｍで、カソード長さが２０μｍである。ＨＢＴＥＤ７７の活性層はＧａＡｓで、厚みが１．７μｍで、ドーピングされている。活性層のドーピング濃度には、アノード界面でのＮD＝１．７×１０16cm-3からベース界面でのＮD＝３×１０16cm-3までのグラデーションがある。このＨＢＴＥＤ７７の構造については、後に詳述する。
【００５２】
入力整合回路７６とλ/8伝送線路７１１とλ/８オープンスタッブ７１２は通常のマイクロストリップ線路またはコプレーナ線路で作られている。出力ＩＦ整合回路７９はＭＭＩＣ用の容量とインダクタで作られている。
【００５３】
（第４実施形態）
図８は、受信機の自己ヘテロダインダウンコンバータ回路８５にカソード接地ＨＢＴＥＤ８７を備えた実施形態を示している。この自己ヘテロダインドウンコンバート回路８５は、概して言って、無線で送信された信号（ＬＯ信号とＲＦ信号）８２を受けて、ＲＦ信号よりも低い周波数帯のＩＦ信号８１０を出力する。カソード接地ＨＢＴＥＤ８７は増幅器・ミキサモードで動作するようにバイアス条件が設定されている。
【００５４】
詳しくは、送信機の送信アンテナ８１からＬＯ信号とＲＦ信号とからなる送信信号８２が送信され、受信機の受信アンテナ８３に受信される。ＬＯ信号とＲＦ信号は低雑音増幅器８４によって増幅され、自己ヘテロダインダウンコンバート回路８５に入る。入力整合回路８６の影響でカソード接地ＨＢＴＥＤ８７に入るＬＯ信号とＲＦ信号パワーを高くできる。このＬＯ信号は、カソード接地ＨＢＴＥＤ８７の内部でトランスファードエレクトロン効果によって増幅される。さらに、カソード接地ＨＢＴＥＤ８７の内部で、この増幅されたＬＯ信号とＲＦ信号とがミキシングされて、ＲＦ信号よりも低い周波数帯のＩＦ信号が発生する。発生したＩＦ信号はカソード接地ＨＢＴＥＤ８７のトランジスタ動作によって、増幅される。出力回路のλ/4オープンスタッブ８８（ＬＯ信号周波数の波長に対して長さが４分の１に設定されている。）の影響で、ＨＢＴＥＤ活性層中のＬＯ信号電流が最大化されて、ＬＯ信号があまり自己ヘテロダインダウンコンバート回路８５からは出力されない。出力ＩＦ整合回路８９の影響で、出力ＩＦ信号８１０のパワーを高くできる。出力ＩＦ整合回路８９の後段に設けられたＩＦ増幅器８１３の影響で、さらにＩＦ信号が増幅される。したがって、さらに出力ＩＦ信号８１０のパワーを高くできる。
【００５５】
この実施形態では、ＬＯ周波数が５９．０１ＧＨｚで、ＲＦ周波数が５９．４ＧＨｚ−６２．５ＧＨｚで、ＩＦ周波数が０．３９ＧＨｚ−３．４９ＧＨｚである。ＩＦ信号の帯域幅は３．１ＧＨｚであって、ＩＦ信号の最低周波数の０．３９ＧＨｚより大きいから、ＬＯ信号の増幅率が高いのは大切なことである。本実施形態では、図１２に示すように、ミキシングされるＬＯ信号（ＨＢＴＥＤ８７の内部で増幅されたもの）１２２のパワーがＲＦ信号１２１のパワーよりも大きいので、必要ＩＦ信号１２３のパワーがＩＦ帯の不要信号成分１２４のパワーより大きく上回って、ＩＦ帯の不要信号成分１２４が問題にならない。
【００５６】
ＨＢＴＥＤ８７のカソードは細長い長方形のパターン形状を持ち、カソード幅が４μｍで、カソード長さが２０μｍである。ＨＢＴＥＤ８７の活性層はＧａＡｓで、厚みが１．７μｍで、ドーピングされている。活性層のドーピング濃度には、アノード界面でのＮD＝１．７×１０16cm-3からベース界面でのＮD＝３×１０16cm-3までのグラデーションがある。このＨＢＴＥＤ８７の構造については、後に詳述する。
【００５７】
ＩＦ増幅器８１３は、ＨＢＴＥＤ８７の層構造と同じ層構造を持つトランジスタからなっている。このトランジスタは、ＨＢＴＥＤ８７と一体に、同じ半導体基板上に同じ製造プロセスで形成されている。言い換えれば、このトランジスタは、ＨＢＴＥＤをトランスファードエレクトロン効果が起こらないようなバイアス条件で使用したものである。
【００５８】
入力整合回路８６とλ/4オープンスタッブ８８は、通常のマイクロストリップ線路またはコプレーナ線路で作られている。出力ＩＦ整合回路８９はＭＭＩＣ用の容量とインダクタで作られている。
【００５９】
（第５実施形態）
図９は、受信機の自己ヘテロダインダウンコンバータ回路９５にカソード接地ＨＢＴＥＤ９７を備えた実施形態を示している。この自己ヘテロダインドウンコンバート回路９５は、概して言って、無線で送信された信号（ＬＯ信号とＲＦ信号）９２を受けて、ＲＦ信号よりも低い周波数帯のＩＦ信号９１０を出力する。カソード接地ＨＢＴＥＤ９７は発振器・ミキサモード動作するようにバイアス条件が設定されている。
【００６０】
詳しくは、送信機の送信アンテナ９１からＬＯ信号とＲＦ信号からなる送信信号９２が送信され、受信機の受信アンテナ９３に受信される。ＬＯ信号とＲＦ信号は自己ヘテロダインダウンコンバート回路９５に入って、初段の低雑音増幅器９１４によって増幅される。入力整合回路９６の影響でカソード接地ＨＢＴＥＤ９７に入るＬＯ信号とＲＦ信号パワーを高くできる。このＬＯ信号を受けたカソード接地ＨＢＴＥＤ９７は内部でトランスファードエレクトロン効果によって注入同期発振してＬＯ信号を生成する。カソード接地ＨＢＴＥＤ９７の内部で、この注入同期発振されたＬＯ信号とＲＦ信号とがミキシングされて、ＲＦ信号よりも低い周波数帯のＩＦ信号が発生する。発生したＩＦ信号は、カソード接地ＨＢＴＥＤ９７のトランジスタ動作によって、増幅される。出力回路のλ/4オープンスタッブ９８（ＬＯ信号周波数の波長に対して長さ４分の１に設定されている。）の影響で、ＨＢＴＥＤ活性層中のＬＯ信号電流が最大化されて、ＬＯ信号があまり自己ヘテロダインドウンコンバート回路９５からは出力されない。また、出力ＩＦ整合回路９９の影響で、出力ＩＦ信号９１０のパワーを高くできる。
【００６１】
この実施形態では、ＬＯ周波数が５９．０１ＧＨｚで、ＲＦ周波数が５９．４ＧＨｚ−６２．５ＧＨｚで、ＩＦ周波数が０．３９ＧＨｚ−３．４９ＧＨｚである。ＩＦ信号の帯域幅は３．１ＧＨｚであって、ＩＦ信号の最低周波数の０．３９ＧＨｚより大きいから、ＬＯ信号の増幅率が高いのは大切なことである。本実施形態では、図１２に示すように、ミキシングされるＬＯ信号（ＨＢＴＥＤ９７の内部で増幅されたもの）１２２のパワーがＲＦ信号１２１のパワーよりも大きいので、必要ＩＦ信号１２３のパワーがＩＦ帯の不要信号成分１２４のパワーより大きく上回って、ＩＦ帯の不要信号成分１２４が問題にならない。
【００６２】
ＨＢＴＥＤ９７のカソードは細長い長方形のパターン形状を持ち、カソード幅が４μｍで、カソード長さが２０μｍである。ＨＢＴＥＤ９７の活性層はＧａＡｓで、厚みが１．７μｍで、ドーピングされている。活性層のドーピング濃度には、アノード界面でのＮD＝１．７×１０16cm-3からベース界面でのＮD＝３×１０16cm-3までのグラデーションがある。このＨＢＴＥＤ９７の構造については、後に詳述する。
【００６３】
低雑音増幅器９１４は、ＨＢＴＥＤ９７の層構造と同じ層構造を持つトランジスタからなっている。このトランジスタは、ＨＢＴＥＤ８７と一体に、同じ半導体基板上に同じ製造プロセスで形成されている。言い換えれば、このトランジスタは、ＨＢＴＥＤをトランスファードエレクトロン効果が起こらないようなバイアス条件で使用したものである。このトランジスタはカソード幅が１μｍで、カソード長さが５μｍである。この寸法ならば、トランスファードエレクトロン効果が起こらない。
【００６４】
入力整合回路９６とλ/4オープンスタッブ９８は、通常のマイクロストリップ線路またはコプレーナ線路で作られている。出力ＩＦ整合回路９９はＭＭＩＣ用の容量とインダクタで作られている。
【００６５】
（第６実施形態）
図１０は、本発明の自己ヘテロダインダウンコンバータ回路をミリ波帯受信機１０８に内蔵して構成された６０ＧＨｚ帯家庭内ミリ波映像伝送システムの実施形態を模式的に示している。
【００６６】
この実施形態では、日本のＢＳ（放送衛星）および／またはＣＳ（通信衛星）からの放送／通信信号１０２を家屋１０１の屋根に設けられたＢＳ／ＣＳアンテナ１０３で受信する。そのＢＳ／ＣＳアンテナ１０３にケーブルを介してミリ波帯アップコンバータ１０４が接続されている。このミリ波帯アップコンバータ１０４は、受信した放送／通信信号１０２をＩＦ信号とし、５９．０１ＧＨｚのＬＯ信号を使ってアップコンバートして、ミリ波帯のＲＦ信号を生成する。このミリ波帯ＲＦ信号は、５９．０１ＧＨｚのＬＯ信号と一緒に、ミリ波帯送信アンテナ１０５から家屋１０１内へ無線で送信される。
【００６７】
家屋１０１内のさまざまな場所に、通常のテレビ受像機１０９が配置されている。各テレビ受像機１０９には、自己ヘテロダインダウンコンバータ回路を内蔵したミリ波帯受信機１０８と、ミリ波帯受信アンテナ１０７とがケーブルを介して接続されている。ミリ波帯アンテナ１０５から送信された信号（ミリ波帯ＲＦ信号とＬＯ信号）１０６は、ミリ波帯受信アンテナ１０７に受信される。そして、ミリ波帯受信機１０８は、ミリ波帯ＲＦ信号を、本発明の自己ヘテロダインダウンコンバータ回路を使ってダウンコンバートして、ＢＳとＣＳの元のＩＦ信号を再生する。これで、各テレビ受像機１０９に全てのＢＳとＣＳの信号が入ってきて、チャネルの選択が自由になる。
【００６８】
このような通信システムによれば、広いＩＦ帯域幅、具体的には最大周波数が最低周波数より２倍以上高いＩＦ帯域幅でも、実用に耐えることができる。また、ＨＢＴＥＤ回路の変換効率が高いので、受信機の消費電力を低減することができる。また、ＨＢＴＥＤの高機能動作の影響で、受信機１０８の回路の多くが一体の半導体基板に製造されるので、製造コストが安い。
【００６９】
（第７実施形態）
図１４は、上述の各実施形態で用いられるＨＢＴＥＤの断面構造を示している。このＨＢＴＥＤのカソードは細長い長方形のパターン形状を持ち、カソード幅が４μｍで、カソード長さが２０μｍに設定されている。
【００７０】
具体的には、このＨＢＴＥＤは、半絶縁性ＧａＡｓ基板１４１上にＧａＡｓアノード層（厚さ５００ｎｍ，ドナーのドーピング濃度ＮD＝５×１０18ｃｍ-3）１４２を備えている。このＧａＡｓアノード層１４２上の一部の領域に、Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐアノード層（厚さ２０ｎｍ，ドナーのドーピング濃度ＮD＝３×１０18ｃｍ-3）１４３と、ＧａＡｓ活性層（厚さ１７００ｎｍ，ドナーのドーピング濃度ＮD＝１．４×１０16ｃｍ-3→３×１０16ｃｍ-3）１４４と、ＧａＡｓベース層（厚さ１５０ｎｍ，アクセプタのドーピング濃度ＮA＝４×１０19ｃｍ-3）１４５とが、この順に同じパターンで積層されている。さらに、このＧａＡｓベース層１４５上の一部の領域に、ＡｌxＧａ1-xＡｓカソードグレーデッド層（厚さ２０ｎｍ，ドナーのドーピング濃度ＮD＝５×１０17ｃｍ-3，混晶比ｘ＝０．２→０．３５）１４６と、Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓカソード層（厚さ４０ｎｍ，ドナーのドーピング濃度ＮD＝５×１０17ｃｍ-3）１４７と、Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓカソードバラスト層（厚さ１５０ｎｍ，ドナーのドーピング濃度ＮD＝１×１０17ｃｍ-3）１４８と、ＡｌxＧａ1-xＡｓカソードバラストグレーデッド層（厚さ５０ｎｍ，ドナーのドーピング濃度ＮD＝５×１０17ｃｍ-3，混晶比ｘ＝０．３５→０．０）１４９と、ＧａＡｓカソードカップ層（厚さ２００ｎｍ，ドナーのドーピング濃度ＮD＝５×１０18ｃｍ-3）１４１０とが、この順に同じパターンで積層されている。１４１１はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕアノードオーミツク電極、１４１２はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕベースオーミック電極、１４１３はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕカソードオーミック電極をそれぞれ示している。
【００７１】
上述のドーピング濃度、混晶比における矢印「→」は、図１４中の下から上へ向かうにつれて値が変化することを表している。ＧａＡｓ活性層１４４におけるドナーのドーピング濃度ＮDがアノード界面での１．４×１０16ｃｍ-3からベース界面での３×１０16ｃｍ-3まで変化していることが注目される。このＨＢＴＥＤの測定を行って、既に説明した図５および図６と、次に説明する図１３の結果が得られた。
【００７２】
図１３は、ベース接地ＨＢＴＥＤの最大電流利得のバイアス依存性を示している。この測定の入力インピーダンスと出力インピーダンスは５０Ωである。この図１３には、アノード電流対アノード・ベース電圧の平面内に設定された幾つかの測定点（それぞれ記号「◇」で表す。）での、ベース接地ＨＢＴＥＤの電流利得の測定値が記入されている。ここで、電流利得は図５に示したような強い周波数依存性を示す。図１３の各測定点に記入された値は、周波数を変化させて得られた最も高い電流利得の値である。ベース接地の場合は、通常のトランジスタ動作による電流利得が０ｄＢ以下であるので、図１３に示した高い電流利得の結果はトランスファードエレクトロン効果によると言える。最も高い電流利得が５７ＧＨｚから６ＯＧＨｚまでの範囲に起こる。図１３中に記号「○」で示したように、バイアス条件によっては、ＨＢＴＥＤがトランスファードエレクトロン効果による発振を行うことがある。このトランスファードエレクトロン効果による発振は、発振発振数が５７ＧＨｚから６ＯＧＨｚまでの範囲で起こる。このように、同一のＨＢＴＥＤがバイアス条件に応じて増幅器・ミキサモードと発振器・ミキサモードで動作する。
【００７３】
（第８実施形態）
図１５は、受信機の自己ヘテロダインダウンコンバータ回路１６５にカソード接地ＨＢＴＥＤ１６７を備えた実施形態を示している。この自己ヘテロダインドウンコンバート回路１６５は、概して言って、無線で送信された信号（ＬＯ信号とＲＦ信号）１６２を受けて、ＲＦ信号よりも低い周波数帯のＩＦ信号１６１０を出力する。カソード接地ＨＢＴＥＤ１６７は増幅器・ミキサモードで動作するようにバイアス条件が設定されている。後に詳述するが、この実施形態は、ＨＢＴＥＤ１６７のカソードが円形のパターン形状を持つ点に特徴がある。
【００７４】
既述の例えば第１実施形態と同様に、送信機の送信アンテナ１６１からＬＯ信号とＲＦ信号からなる送信信号１６２が送信され、受信機の受信アンテナ１６３に受信される。ＬＯ信号とＲＦ信号は低雑音増幅器１６４によって増幅され、自己ヘテロダインダウンコンバータ回路１６５に入る。入力整合回路１６６の影響でカソード接地ＨＢＴＥＤ１６７に入るＬＯ信号とＲＦ信号のパワーを高くできる。このＬＯ信号は、カソード接地ＨＢＴＥＤ１６７の内部でトランスファードエレクトロン効果によって増幅される。さらに、カソード接地ＨＢＴＥＤ１６７の内部で、この増幅されたＬＯ信号とＲＦ信号とがミキシングされて、ＲＦ信号よりも低い周波数帯のＩＦ信号が発生する。発生したＩＦ信号は、カソード接地ＨＢＴＥＤ１６７のトランジスタ動作によって、増幅される。出力回路のλ／4オープンスタブ１６８（ＬＯ信号周波数の波長に対して長さが４分の１に設定されている。）の影響で、ＨＢＴＥＤ活性層中のＬＯ信号電流が最大化されて、ＬＯ信号があまり自己ヘテロダインダウンコンバート回路１６５からは出力されない。また、出力ＩＦ整合回路１６９の影響で、出力ＩＦ信号１６１０のパワーを高くできる。
【００７５】
この実施形態では、ＬＯ信号周波数が５９．０１ＧＨｚで、ＲＦ信号周波数が５９．４ＧＨｚ−６２．５ＧＨｚで、ＩＦ信号周波数が０．３９ＧＨｚ−３．４９ＧＨｚである。ＩＦ信号の帯域幅は３．１ＧＨｚであって、ＩＦの最低周波数の０．３９ＧＨｚより大きいから、ＬＯ信号の増幅率が高いのは大切なことである。本実施形態では、図１２に示すように、ミキシングされるＬＯ信号（ＨＢＴＥＤ１７の内部で増幅されたもの）１２２のパワーがＲＦ信号１２１のパワーよりも大きいので、必要ＩＦ信号１２３のパワーがＩＦ帯の不要信号成分１２４のパワーより大きく上回って、ＩＦ帯の不要信号成分１２４が問題にならない。
【００７６】
ＨＢＴＥＤ１６７は、図１４に示したＨＢＴＥＤの層構造と同じ層構造を有している。ＨＢＴＥＤ１６７の活性層はＧａＡｓで、厚みが１．７μｍで、ドーピングされている。活性層のドーピング濃度には、アノード界面でのＮD＝１．０×１０16cm-3からベース界面でのＮD＝３×１０16cm-3までのグラデーションがある。このＨＢＴＥＤ１６７のカソードは、長方形ではなく、円形のパターン形状を持っている。円形のカソードは、公知の細長い長方形のカソードに比して、小型に形成され得る。したがって、入力インピーダンスを容易に高めることができる。また、円形のカソードは、活性層のドーピンググラデーション（電流広がり効果を抑えて、トランスファードエレクトロン効果を安定に起こさせるために必要とされる。小面積であれば、ドーピンググラデーションの程度が高いことが要求される。）の程度を、小面積の割に比較的低くすることができる。これにより、トランスファードエレクトロン効果を安定に起こさせることができ、ＨＢＴＥＤを容易に増幅器・ミキサモードまたは発振器・ミキサモードで動作させることができる。このように、円形のカソードを持つＨＢＴＥＤは、ミリ波帯の受信機の自己ヘテロダインコンバータ回路の部品として適する。
【００７７】
λ／4オープンスタッブ１６８は、出力回路インピーダンスがＬＯ信号の周波数に対してほとんどゼロオームになるように設計されている。入力整合回路１６６とλ／4オープンスタッブ１６８は通常のマイクロストリップ線路またはコプレーナ線路で作られている。出力ＩＦ整合回路１６９はＭＭＩＣ用の容量とインダクタで作られている。
【００７８】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の受信機は、ＨＢＴＥＤを含む自己ヘテロダインダウンコンバータ回路を備えて、簡単な回路構成で、良好な特性を示すことができる。
【００７９】
また、この発明のミリ波映像伝送システムは、そのような受信機を用いているので、広いＩＦ帯域幅、具体的には最大周波数が最低周波数より２倍以上高いＩＦ帯域幅でも、実用に耐えることができる。また、ＨＢＴＥＤ回路の変換効率が高いので、受信機の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明のカソード接地ＨＢＴＥＤ自己ヘテロダイン受信機の実施形態を示す図である。
【図２】  この発明のベース接地ＨＢＴＥＤ自己ヘテロダイン受信機の実施形態を示す図である。
【図３】  自己ヘテロダインダウンコンバータ回路に入っている発振器・ミキサモードＨＢＴＥＤの等価機能を示す図である。
【図４】  自己ヘテロダインダウンコンバータ回路に入っている増幅器・ミキサモードＨＢＴＥＤの等価機能を示す図である。
【図５】  測定した増幅器モードの単体ベース接地ＨＢＴＥＤの電流利得対周波数特性を示す図である。
【図６】  測定した増幅器モードの単体カソード接地ＨＢＴＥＤの変換ロス対周波数特性を示す図である。
【図７】  この発明のカソード接地ＨＢＴＥＤ自己ヘテロダイン受信機の実施形態を示す図である。
【図８】  この発明のカソード接地ＨＢＴＥＤとＩＦ増幅器とが一体に形成された自己ヘテロダイン受信機の実施形態を示す図である。
【図９】  この発明のカソード接地ＨＢＴＥＤと低雑音増幅器とが一体に形成された自己ヘテロダイン受信機の実施形態を示す図である。
【図１０】  本発明の自己ヘテロダインダウンコンバータ回路を含むミリ波帯受信機を用いた６０ＧＨｚ帯家庭内ミリ波映像伝送システムの実施形態を示す図である。
【図１１】  ミリ波帯通信システムのように帯域幅の広い信号を送受信しようとするとき、ＩＦ帯に不要信号成分が発生する問題を説明する図である。
【図１２】  ミリ波帯通信システムのように帯域幅の広い信号を送受信しようとするとき、本発明により、必要ＩＦ信号に対してＩＦ帯の不要信号成分が相対的に小さくなった状態を示す図である。
【図１３】  ベース接地ＨＢＴＥＤの最大電流利得のバイアス依存性を示すとともに、同じＨＢＴＥＤがバイアス条件に応じて増幅器・ミキサモードと発振器・ミキサモードで動作することを示す図である。
【図１４】  本発明の各実施形態で用いられるＨＢＴＥＤの断面構造を示す図である。
【図１５】  本発明の一実施形態の円形カソードを持つＨＢＴＥＤを備えた自己ヘテロダインコンバータ回路を用いる受信機の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１１，２１，７１，８１，９１  送信アンテナ
１２，２２，７２，８２，９２  送信したＬＯ信号とＲＦ信号
１３，２３，７３，８３，９３  受信アンテナ
１４，２４，７４，８４，９４  低雑音増幅器
１５，２５，７５，８５，９５  自己ヘテロダインダウンコンバータ回路
１６，２６，７６，８６，９６  入力整合回路
１７，７７，８７，９７  カソード接地ＨＢＴＥＤ
２７  ベース接地ＨＢＴＥＤ
１８，２８，７８，８８，９８  λ／４オープンスタッブ
１９，２９，７９，８９，９９  ＩＦ出力整合回路
１１０，２１０，７１０，８１０，９１０  ＩＦ出力信号
７１１  λ／８伝送線路
７１２  λ／８オープンスタッブ
８１３  一体化されたＩＦ増幅器
９１４  一体化された低雑音増幅器
【図１】
0004014405.tif 000002
【図２】
0004014405.tif 000003
【図３】
0004014405.tif 000004
【図４】
0004014405.tif 000005
【図５】
0004014405.tif 000006
【図６】
0004014405.tif 000007
【図７】
0004014405.tif 000008
【図８】
0004014405.tif 000009
【図９】
0004014405.tif 000010
【図１０】
0004014405.tif 000011
【図１１】
0004014405.tif 000012
【図１２】
0004014405.tif 000013
【図１３】
0004014405.tif 000014
【図１４】
0004014405.tif 000015
【図１５】
0004014405.tif 000016