JPH0239125B2 - - Google Patents
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- JPH0239125B2 JPH0239125B2 JP56100976A JP10097681A JPH0239125B2 JP H0239125 B2 JPH0239125 B2 JP H0239125B2 JP 56100976 A JP56100976 A JP 56100976A JP 10097681 A JP10097681 A JP 10097681A JP H0239125 B2 JPH0239125 B2 JP H0239125B2
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
- H03D13/00—Circuits for comparing the phase or frequency of two mutually-independent oscillations
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- Microwave Amplifiers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はマイクロ波信号の位相検出に適した位
相検出回路に関し、より詳細には、複数ゲート電
界効果トランジスタを用いて構成した、感度が高
くかつ安定性に優れたマイクロ波信号の位相検出
に好適な位相検出回路を提供せんとするものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a phase detection circuit suitable for detecting the phase of a microwave signal, and more specifically, the present invention relates to a phase detection circuit suitable for detecting the phase of a microwave signal. The present invention aims to provide a phase detection circuit suitable for phase detection of wave signals.
マイクロ波帯の信号を扱う回路装置に於ける位
相検出回路として、従来、図面の第1図に示す如
くのものが提案されている。第1図に於いて、1
及び2は夫々マイクロストリツプ線路で、その
各々の入力端1a及び2aからマイクロ波信号S1
及びS2が供給される。各線路1及び2は1/4波長
分岐線路方向性結合器3に接続され、その出力端
4及び5は、夫々、互いに逆向きとされたダイオ
ード6及び7を介して接地されている。そして、
ダイオード6のカソードとダイオード7のアノー
ドとが共通接続されて、高周波阻止用のインダク
タンス8及び負荷抵抗9を介して接地され、イン
ダクタンス8と負荷抵抗9の間の接続点から出力
端子10が導出されている。入力端1aからのマ
イクロ波信号S1は、線路1から、方向性結合器3
の1/4波長の長さを有する分岐線路3aを介して
出力端4へ、及び夫々同じく1/4波長の長さを有
する分岐線路3c及び3bまたは3a及び3dを
介して出力端5へ、夫々、π/2の相互位相差を
もつて伝搬する。また、入力端2aからのマイク
ロ波信号S2も、線路2から、方向性結合器3の
分岐線路3bを介して出力端5へ、及び分岐線路
3c及び3aまたは3b及び3dを介して出力端
4へ、夫々、π/2の相互位相差をもつて伝搬す
る。これら出力端4及び5へ伝搬した各マイクロ
波信号はダイオード6及び7で夫々検波され、両
ダイオード6及び7による検波出力が合成され
て、入力端1a及び2aに供給されたマイクロ波
信号S1及びS2が有する相互位相差に応じた位相検
波出力が出力端子10に得られる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a phase detection circuit as shown in FIG. 1 of the drawings has been proposed as a phase detection circuit in a circuit device that handles signals in the microwave band. In Figure 1, 1
and 2 are microstrip lines, and the microwave signal S 1 is inputted from their respective input ends 1a and 2a.
and S 2 are supplied. Each of the lines 1 and 2 is connected to a 1/4 wavelength branch line directional coupler 3, and its output ends 4 and 5 are grounded via diodes 6 and 7, respectively, which are oriented in opposite directions. and,
The cathode of the diode 6 and the anode of the diode 7 are commonly connected and grounded through an inductance 8 and a load resistor 9 for high frequency blocking, and an output terminal 10 is led out from the connection point between the inductance 8 and the load resistor 9. ing. The microwave signal S 1 from the input end 1a is transmitted from the line 1 to the directional coupler 3
to the output end 4 via a branch line 3a having a length of 1/4 wavelength, and to the output end 5 via branch lines 3c and 3b or 3a and 3d, each having a length of 1/4 wavelength, Each propagates with a mutual phase difference of π/2. Further, the microwave signal S2 from the input end 2a is also transmitted from the line 2 to the output end 5 via the branch line 3b of the directional coupler 3, and to the output end 4 via the branch lines 3c and 3a or 3b and 3d. , respectively, with a mutual phase difference of π/2. Each microwave signal propagated to these output terminals 4 and 5 is detected by diodes 6 and 7, respectively, and the detection outputs from both diodes 6 and 7 are combined to form a microwave signal S 1 supplied to input terminals 1a and 2a. A phase detection output corresponding to the mutual phase difference of S2 and S2 is obtained at the output terminal 10.
斯かる従来のマイクロ波信号用位相検出回路に
あつては、位相検出部が一対のダイオードで形成
されているため、検出感度が低いという欠点があ
り、さらに、各ダイオードに於けるマイクロ波信
号入力に対する反射特性及びマイクロ波信号入力
対直流出力特性の温度特性が、入力マイクロ波信
号の入力パワーに依存して変化するが、これら特
性変化を対で用いられる2つのダイオード間でそ
ろえることは困難であるので、位相検出動作に於
ける安定性に欠けるという欠点もあつた。 Such conventional phase detection circuits for microwave signals have the disadvantage of low detection sensitivity because the phase detection section is formed by a pair of diodes. The temperature characteristics of the microwave signal input vs. DC output characteristics change depending on the input power of the input microwave signal, but it is difficult to align these characteristics changes between two diodes used in a pair. Therefore, it also had the disadvantage of lacking stability in phase detection operation.
そこで本発明は、従来の位相検出回路にみられ
る欠点を一掃できる、複数ゲート電界効果トラン
ジスタを利用して構成された、新規なマイクロ波
信号の位相検出に適した位相検出回路を提供し、
さらに、斯かる位相検出回路が適用された新規な
周波数弁別回路をも開示するものである。以下、
図面の第2図以降を参照して本発明の実施例及び
適用例について説明する。 Therefore, the present invention provides a novel phase detection circuit suitable for detecting the phase of a microwave signal, configured using a multi-gate field effect transistor, which can eliminate the drawbacks seen in conventional phase detection circuits.
Furthermore, a novel frequency discrimination circuit to which such a phase detection circuit is applied is also disclosed. below,
Embodiments and application examples of the present invention will be described with reference to FIG. 2 and subsequent drawings.
第2図は本発明に係る位相検出回路の一例を示
す。11は複数ゲート電界効果トランジスタ(以
下、DG・FETと呼ぶ)で、第一及び第二の2つ
のゲート、ソース及びドレインを有しており、
夫々から第一ゲート電極G1、第二ゲート電極G2、
ソース電極S及びドレイン電極Dが導出されてい
る。第一ゲート電極G1及び第二ゲート電極G2に
は、夫々、信号入力用マイクロストリツプ線路1
2及び13が接続される。これら線路12及び1
3は高周波阻止用インダクタンス14及び15を
介して直流的に接地され、また、各々の入力端1
2a及び13aに、夫々、マイクロ波信号S1及び
S2が供給される。ここで、線路12の入力端12
aから第一ゲート電極G1へ至る長さは、線路1
3の入力端13aから第二ゲート電極G2へ至る
長さより、伝搬波長λgの1/4の奇数倍(λg/4・
(2n+1)、n=0,1,2,3……)だけ長く
されている。従つて、入力端12a及び13aに
供給されるマイクロ波信号S1及びS2が、夫々、第
一ゲート電極G1及び第二ゲート電極G2にまで伝
搬する間に、マイクロ波信号S1はマイクロ波信号
S2に対し、π/2の奇数倍(π/2・(2n+1)、
n=0.1,2,3……)の相互位相差を持つこと
になる。DG・FET11のソース電極Sには、伝
搬波長λgの1/4の奇数倍(λg/4・(2n+1)、n=
0,1,2,3……)の長さを有する開放マイク
ロストリツプ線路16が接続されて高周波的に接
地状態とされ、また、高周波阻止用インダクタン
ス17及びバイアス用抵抗18を介して接地され
ている。このバイアス用抵抗18の一端と電源+
Bとの間にバイアス電流供給用可変抵抗19が接
続されている。さらに、DG・FET11のドレイ
ン電極Dには、マイクロストリツプ線路20が接
続され、その端部は直流阻止用コンデンサ21を
介して終端抵抗22が接続されて高周波的に整合
終端され、高周波成分の反射が防止されている。
そして、線路20は高周波阻止用インダクタンス
23及び負荷抵抗24を介して電源+Bに接続さ
れ、インダクタンス23と負荷抵抗24との間の
接続点から出力端子25が導出されている。 FIG. 2 shows an example of a phase detection circuit according to the present invention. 11 is a multi-gate field effect transistor (hereinafter referred to as DG/FET), which has two gates, a first and second gate, a source and a drain;
a first gate electrode G 1 , a second gate electrode G 2 , and
A source electrode S and a drain electrode D are led out. The first gate electrode G1 and the second gate electrode G2 each have a microstrip line 1 for signal input.
2 and 13 are connected. These lines 12 and 1
3 is DC grounded via high frequency blocking inductances 14 and 15, and each input terminal 1
2a and 13a, respectively, microwave signals S 1 and
S2 is supplied. Here, the input end 12 of the line 12
The length from a to the first gate electrode G1 is the line 1
The length from the input end 13a of No. 3 to the second gate electrode G2 is an odd multiple of 1/4 of the propagation wavelength λg (λg/4・
It is lengthened by (2n+1), n=0, 1, 2, 3...). Therefore, while the microwave signals S 1 and S 2 supplied to the input terminals 12a and 13a propagate to the first gate electrode G 1 and the second gate electrode G 2 , respectively, the microwave signal S 1 is microwave signal
For S 2 , odd multiple of π/2 (π/2・(2n+1),
They have a mutual phase difference of n=0.1, 2, 3...). The source electrode S of the DG/FET 11 has an odd number multiple of 1/4 of the propagation wavelength λg (λg/4・(2n+1), n=
An open microstrip line 16 having a length of 0,1,2,3... has been done. One end of this bias resistor 18 and the power supply +
A variable resistor 19 for bias current supply is connected between the bias current supply voltage and the bias current supply voltage. Furthermore, a microstrip line 20 is connected to the drain electrode D of the DG/FET 11, and the end thereof is connected to a terminating resistor 22 via a DC blocking capacitor 21 for high frequency matching termination. reflection is prevented.
The line 20 is connected to a power supply +B via a high frequency blocking inductance 23 and a load resistor 24, and an output terminal 25 is led out from a connection point between the inductance 23 and the load resistor 24.
斯くの如くに構成された第2図に示される位相
検出回路は、直流等価回路的には第3図の如くに
表される。ここで、DG・FET11は、そのソー
ス電極Sに接続されたバイアス用抵抗18を流れ
る電流による電圧降下により、ソースに対してゲ
ートが負となる(ゲート電位がソース電位より低
くなる)動作ゲートバイアス電圧が与えられ、ピ
ンチオフ電圧付近にバイアス設定されて動作せし
められ、第一ゲート電極G1及び第二ゲート電極
G2に供給される高周波入力の変化に対応したド
レイン電流の変化を生じて、このドレイン電流の
変化により生ずる負荷抵抗24の両端電圧の変化
にもとずく出力が、出力端子25に得られるので
ある。この場合、上述の高周波入力の変化分に対
する出力の変化分の比の値を大とする、即ち、回
路の感度を高くするため、DG・FET11のソー
ス電極Sに接続されたバイアス用抵抗18の抵抗
値は可及的に小とされている。ところが、このバ
イアス用抵抗18の抵抗値が小であると、ピンチ
オフ電圧付近にバイアス設定されたDG・FET1
1のソースから流れ出る電流Ifは僅かであるの
で、この電流がバイアス用抵抗18を流れるだけ
では必要なゲートバイアス電圧を得ることができ
ない。そこで、バイアス用抵抗18の一端と電源
+Bとの間に接続されたバイアス電流供給用可変
抵抗19を通じて、電源+Bからバイアス用抵抗
18に付加バイアス電流Ipが流し込まれ、両電流
の和If+Ipにより必要なゲートバイアス電圧が得
られているのである。この付加バイアス電流Ipは
バイアス電流供給用可変抵抗19の調整により、
所定の値、例えば、Ifの10倍以上に調節される。
これにより、DG・FET11のソース電極Sに接
続されたバイアス用抵抗18の抵抗値を小として
回路の感度を高めることと、このバイアス用抵抗
18により必要なゲートバイアス電圧を得ること
が両立しているのである。 The phase detection circuit shown in FIG. 2 and constructed as described above is expressed as a DC equivalent circuit as shown in FIG. 3. Here, the DG FET 11 has an operational gate bias in which the gate becomes negative with respect to the source (the gate potential becomes lower than the source potential) due to a voltage drop due to the current flowing through the bias resistor 18 connected to the source electrode S. A voltage is applied and the bias is set near the pinch-off voltage to operate the first gate electrode G1 and the second gate electrode.
A change in the drain current occurs in response to a change in the high frequency input supplied to G 2 , and an output is obtained at the output terminal 25 based on the change in voltage across the load resistor 24 caused by the change in drain current. be. In this case, in order to increase the ratio of the output change to the above-mentioned high frequency input change, that is, to increase the sensitivity of the circuit, the bias resistor 18 connected to the source electrode S of the DG/FET 11 is The resistance value is made as small as possible. However, if the resistance value of this bias resistor 18 is small, the DG/FET 1 whose bias is set near the pinch-off voltage
Since the current If flowing out from the source of 1 is small , the necessary gate bias voltage cannot be obtained just by allowing this current to flow through the bias resistor 18. Therefore, through the bias current supply variable resistor 19 connected between one end of the bias resistor 18 and the power supply +B, an additional bias current Ip is flowed from the power supply +B into the bias resistor 18, and the required bias current is determined by the sum If+Ip of both currents. This means that a gate bias voltage of 100% is obtained. This additional bias current Ip can be adjusted by adjusting the bias current supply variable resistor 19.
It is adjusted to a predetermined value, for example, 10 times or more of If .
This makes it possible to increase the sensitivity of the circuit by reducing the resistance value of the bias resistor 18 connected to the source electrode S of the DG/FET 11, and to obtain the necessary gate bias voltage using this bias resistor 18. There is.
上述のDG・FET11は第一及び第二の2つの
ゲート電極を有するものであるが、斯かるDG・
FETは、第4図Aに示す如く、2つの単一ゲー
ト電界効果トランジスタ(以下、単にFETと呼
ぶ)26及び27が、それらのドレイン―ソース
通路を直列にして接続されたものと等価と考えら
れる。そして、第4図Bの如くFET26及び2
7のゲート電極を夫々G1及びG2、FET27のソ
ース電極をS、FET26のドレイン電極をDと
すれば、これはDG・FET11を等価的に表すも
のであり、ゲート電極G1及びG2に夫々入力端1
2a及び13aを接続し、ソース電極Sを接地
し、ドレイン電極Dに負荷抵抗24を接続した第
4図Bの回路は、第2図に示される位相検出回路
を高周波等価回路的に表わしたものである。 The above-mentioned DG/FET 11 has two gate electrodes, a first and a second gate electrode.
The FET can be thought of as being equivalent to two single-gate field effect transistors (hereinafter simply referred to as FETs) 26 and 27 connected in series with their drain-source paths, as shown in Figure 4A. It will be done. Then, as shown in Figure 4B, FET26 and 2
If the gate electrodes of FET 7 are G 1 and G 2 , the source electrode of FET 27 is S, and the drain electrode of FET 26 is D, this equivalently represents DG/FET 11, and the gate electrodes G 1 and G 2 input terminal 1 respectively
The circuit of FIG. 4B in which 2a and 13a are connected, the source electrode S is grounded, and the drain electrode D is connected to the load resistor 24 is a high-frequency equivalent circuit representation of the phase detection circuit shown in FIG. It is.
この第4図Bに示す回路に於いて、FET26
のゲート―ソース間電圧をvg1、FET27のゲー
ト―ソース間電圧をvg2、FET26のゲート―接
地間電圧をv′g1、FET27のドレイン―ソース間
電圧をvd2、FET26のドレイン電流をid1、FET
27のドレイン電流をid2とする。 In the circuit shown in FIG. 4B, FET26
The gate-source voltage of FET27 is vg 1 , the gate-source voltage of FET27 is vg 2 , the gate-ground voltage of FET26 is v'g 1 , the drain-source voltage of FET27 is v d2 , the drain current of FET26 is i d1 , FET
Let the drain current of 27 be i d2 .
DG・FET11は前述の如くゲートバイアス電
圧がピンチオフ電圧付近にバイアス設定されてい
るので、FET26及び27も夫々ゲートバイア
ス電圧がピンチオフ電圧付近に設定されているこ
とになる。一般に、FETはゲート―ソース間電
圧がピンチオフ電圧Vp付近である場合には、そ
のゲート―ソース間電圧vGとドレイン電流iDとの
間にはiD=α(Vp−k・vG)2、(但し、α,kは定
数)の関係が成立する。従つて、第4図Bに於い
て、FET26について、
id1=α(Vp1−k1・vg1)2、
(但し、α,k1は定数、Vp1はFET26のピン
チオフ電圧)
=α{Vp1−k1・(v′g1−vd2)}2 ……(1)
が成立する。ここで、vg2の函数・F(vg2)であ
り、vg2についての高次の項を省略すると、
vd2=avg2(但し、aは定数) ……(2)
と表わせる。(1)式に(2)式を代入し、展開すると、
id1=α{Vp1−k1・(v1g1−avg2)}2
=α{Vp1 2−2Vp1・k1(v1g1−avg2)
+k1 2・v1g1 2−2a・k1・v1g1・vg2
+k1 2・a2・vg2 2} ……(3)
となる。 Since the gate bias voltage of the DG FET 11 is set to be near the pinch-off voltage as described above, the gate bias voltage of the FETs 26 and 27 is also set to be near the pinch-off voltage. In general, when the gate-source voltage of a FET is near the pinch-off voltage Vp, the relationship between the gate-source voltage v G and the drain current i D is i D = α (Vp - k・v G ) 2 (however, α and k are constants) holds true. Therefore, in FIG. 4B, for FET 26, i d1 = α (Vp 1 − k 1 · vg 1 ) 2 , (α, k 1 are constants, Vp 1 is the pinch-off voltage of FET 26) = α {Vp 1 −k 1・(v′g 1 −v d2 )} 2 ...(1) holds true. Here, it is a function F(vg 2 ) of vg 2 , and if higher-order terms regarding vg 2 are omitted, it can be expressed as v d2 = avg 2 (where a is a constant)...(2). Substituting equation (2) into equation (1) and expanding, i d1 = α{Vp 1 −k 1・(v 1 g 1 −avg 2 )} 2 = α{Vp 1 2 −2Vp 1・k 1 (v 1 g 1 −avg 2 ) +k 1 2・v 1 g 1 2 −2a・k 1・v 1 g 1・vg 2 +k 1 2・a 2・vg 2 2 } ...(3).
ここで、v1g1及びvg2は入力端12a及び13
aに供給されるマイクロ波信号S1及びS2が、
夫々、第一ゲート電極G1及び第二ゲート電極G2
に加わる時の電圧値である。今、マイクロ波信号
S1及びS2の間に位相差θがあるものとし、S1=
cos(ωt+θ)及びS=cosωtとおくと、これらS1
及びS2が夫々第一ゲート電極及び第二ゲート電極
に加わる時には、前述の如くS1はS2に対してさら
にπ/2の奇数倍(π/2・(2n+1)、n=0,
1,2,3…)の相互位相差を持つので、
v1g1=cos{ωt+θ+π/2・(2n+1)}
=cos(ωt+φ)、(但し、φ=θ+π/2・
(2n+1)) ……(4)
vg2=cosωt ……(5)
となる。(3)式に(4)式及び(5)式を代入して、id1の
時間平均d1をとると、(3)式中の高周波項は零と
なるので、
d1=α{Vp1 2−2a・k1・cos(ωt+φ)・
cosωt}
=α〔Vp1 2+a・k1・{cos(2ωt+φ)+
cosφ}〕
となり、cos(2ωt+φ)も2倍の高周波項で平均
化されると零であるので、
d1=α(Vp1 2+a・k1・cosφ)
となり、φ=θ+π/2・(2n+1)であるから
d1=α(Vp1 2+a・k1・sinθ)
となる。即ち、d1は直流項とマイクロ波信号S1
とのS2との間の位相差θに応じて変化する項との
差から成る、θに関する奇函数となつているので
ある。 Here, v 1 g 1 and vg 2 are input terminals 12a and 13
The microwave signals S 1 and S 2 supplied to a are
respectively, a first gate electrode G 1 and a second gate electrode G 2
This is the voltage value when applied to Now the microwave signal
Assume that there is a phase difference θ between S 1 and S 2 , and S 1 =
If we set cos(ωt+θ) and S=cosωt, then these S 1
When S 2 and S 2 are added to the first gate electrode and the second gate electrode, respectively, S 1 is an odd number multiple of π/ 2 (π/2・(2n+1), n=0,
1, 2, 3...), so v 1 g 1 = cos {ωt+θ+π/2・(2n+1)} =cos(ωt+φ), (however, φ=θ+π/2・(2n+1))... …(4) vg 2 = cosωt …(5) Substituting equations (4) and (5) into equation (3) and taking the time average d1 of i d1 , the high frequency term in equation (3) becomes zero, so d1 = α{Vp 1 2 −2a・k 1・cos(ωt+φ)・cosωt} = α[Vp 1 2 +a・k 1・{cos(2ωt+φ)+cosφ}], and cos(2ωt+φ) is also averaged by twice the high frequency term. is zero, so d1 = α(Vp 1 2 +a・k 1・cosφ), and since φ=θ+π/2・(2n+1), d1 = α(Vp 1 2 +a・k 1・sinθ). . That is, d1 is the DC term and the microwave signal S 1
It is an odd function with respect to θ, consisting of a term that changes depending on the phase difference θ between S 2 and S 2 .
第2図及び第3図に示される回路の出力端子2
5に得られる出力VOは、電源+Bの電圧をVBと
すれば、電源電圧VBからDG・FET11のドレイ
ン電流、即ち、第4図BのFET26のドレイン
電流id1を時間平均したものと負荷抵抗24とで
生ずる電圧降下を引いたものとして得られるか
ら、電源電圧VBをFET26のドレイン電流id1の
時間平均d1と負荷抵抗24の抵抗値Rとの積と
の差で表わされ、
VO=VB−d1・R=(VB−R・α
・VP1 2)+α・a・k1・sinθ
となる。よつて、出力端子25に得られる出力
VOは、マイクロ波信号S1とS2との間の位相差θ
に関する奇函数となり、この出力VOは位相差θ
の変化に応じて変化する直流電圧、即ち、この場
合にはマイクロ波信号S2の位相に対するマイクロ
波信号S1の位相を検出した位相検出出力である。 Output terminal 2 of the circuit shown in Figs. 2 and 3
The output V O obtained in 5 is the time averaged value of the drain current of DG FET 11, i.e., the drain current i d1 of FET 26 in Figure 4 B, from the power supply voltage V B , assuming that the voltage of the power supply + B is V B. Since it is obtained by subtracting the voltage drop caused by Then, V O =V B − d1・R=(V B −R・α・V P1 2 )+α・a・k 1・sinθ. Therefore, the output obtained at the output terminal 25
V O is the phase difference θ between the microwave signals S 1 and S 2
This output V O is an odd function with respect to the phase difference θ
In other words, in this case, it is a phase detection output that detects the phase of the microwave signal S 1 with respect to the phase of the microwave signal S 2 .
以上により、第2図に示される回路は、入力端
子12a及び13aに夫々供給されるマイクロ波
信号S1及びS2の間の位相差に応じた出力が出力端
子25に得られる回路、即ち、位相検出回路とし
て動作するものであることがわかる。 As described above, the circuit shown in FIG. 2 is a circuit in which an output is obtained at the output terminal 25 according to the phase difference between the microwave signals S 1 and S 2 supplied to the input terminals 12a and 13a, respectively. It can be seen that it operates as a phase detection circuit.
この場合、前述の如くDG・FET11のソース
電極Sに接続されたバイアス用抵抗18の低抗値
が可及的に小に選定されていることにより、位相
差θの変化分、即ち、入力の変化分に対する出力
VOの変化分の割合は大とされており、従つて、
高い位相検出感度が得られている。また、マイク
ロ波信号入力が供給される位相検出部である
DG・FET11の第一及び第二のゲートは、同一
半導体チツプ上の互いに極めて近接した位置に形
成されているので、両ゲート間の各種特性の差異
はほとんどなく、位相検出動作の安定性は極めて
良好に保たれる。 In this case, as mentioned above, the low resistance value of the bias resistor 18 connected to the source electrode S of the DG/FET 11 is selected to be as small as possible, so that the change in the phase difference θ, that is, the input Output for change
The proportion of change in V O is considered to be large, and therefore,
High phase detection sensitivity is obtained. There is also a phase detection section to which the microwave signal input is supplied.
Since the first and second gates of the DG FET 11 are formed extremely close to each other on the same semiconductor chip, there are almost no differences in various characteristics between the two gates, and the stability of the phase detection operation is extremely high. Well kept.
第5図は、上述の第2図に示された本発明に係
る位相検出回路の一例が適用されて構成された周
波数弁別回路を示す。第5図に於いて28は第2
図に示された位相検出回路全体を示し、各部には
第2図と共通の番号を付して詳細説明を省略す
る。この位相検出回路28の入力端12a及び1
3aには夫々マイクロストリツプ線路29及び3
0が一体的に接続されている。そして、共振周波
数がfp(例えば、11.66GHz)である誘電体共振器
31が、これら両マイクロストリツプ線路29及
び30の夫々に結合するように配されている。マ
イクロストリツプ線路29の一端は入力端29a
とされ、ここからその周波数fsが、例えば、fp=
11.66GHzを中心とし、±10MHz程度変化する入力
マイクロ波信号S3が供給される。なお、この場
合、位相検出回路28の伝搬波長λgとしては、
例えば、周波数fpに対する波長が選定される。 FIG. 5 shows a frequency discrimination circuit constructed by applying an example of the phase detection circuit according to the present invention shown in FIG. 2 above. In Figure 5, 28 is the second
The entire phase detection circuit shown in the figure is shown, and each part is given the same number as in FIG. 2, and detailed explanation is omitted. Input terminals 12a and 1 of this phase detection circuit 28
3a have microstrip lines 29 and 3, respectively.
0 are integrally connected. A dielectric resonator 31 having a resonant frequency f p (for example, 11.66 GHz) is arranged to be coupled to each of these microstrip lines 29 and 30. One end of the microstrip line 29 is an input end 29a
From here, the frequency f s is given as, for example, f p =
An input microwave signal S 3 centered at 11.66 GHz and varying by about ±10 MHz is supplied. In this case, the propagation wavelength λg of the phase detection circuit 28 is as follows:
For example, a wavelength is selected for frequency f p .
斯かる構成に於いて、入力マイクロ波信号S3が
線路29の入力端29aに供給されると、線路2
9と誘電体共振器31との結合部を通つて線部2
9に接続された位相検出回路28の一方の入力端
12aに達するとともに、線路30と誘電体共振
器31との結合部を介して線路30にも乗り、線
路30に接続された位相検出回路28の他方の入
力端13aに達する。このとき、入力端12aに
達するマイクロ波信号をS′3、入力端13aに達
するマイクロ波信号をS″3とすると、S′3及びS″3
は、それらの位相がS3の周波数fsに対応した位相
量だけ互いに逆に変化したものとされる。即ち、
線路29と誘電体共振器31との結合部を通過し
てくるS′3は、その周波数f3が誘電体共振器31
の共振周波数fpと同一のときは誘電体共振器31
がない場合の位相に対して変化しない位相となる
が、fsがfpより低いときには誘電体共振器31が
ない場合の位相に対して遅れ位相となり、また、
fsがfpより高いときには誘導体共振器31がない
場合の位相に対して進み位相となつて、その位相
変化は±π/2の範囲で、fsとfpとの差に応じた
ものとなる。この様子を、周波数fsを横軸にと
り、誘電体共振器31がない場合に対する位相変
化を縦軸にとつて示すと第6図に於ける波線の
如くになる。一方、線路30と誘電体共振器31
との結合部を経てくるS″3は、その周波数fsがfpと
同一のときは線路29と誘電体共振器31との結
合点での位相に対して変化しない位相となるが、
fsがfpより低いときには線路29と誘電体共振器
31との結合点での位相に対して進み位相とな
り、また、fsがfpより高いときには線路29と誘
電体共振器31との結合点での位相に対して遅れ
位相となつて、その位相変化は±π/2の範囲
で、fsとfpとの差に応じたものとなる。これを、
周波数fsを横軸にとり、線路29と誘電体共振器
31との結合点での位相に対する位相変化を縦
軸にとつて示すと第6図に於ける実線の如くにな
る。これよりして、S′3とS″3とはfs=fpを中心周
波数として、fsに応じた相互位相差θ′を有すこと
になる。 In such a configuration, when the input microwave signal S3 is supplied to the input end 29a of the line 29, the line 2
9 and the dielectric resonator 31.
The phase detection circuit 28 connected to the line 30 reaches one input end 12a of the phase detection circuit 28 connected to the line 9, and also gets on the line 30 via the coupling part between the line 30 and the dielectric resonator 31. reaches the other input end 13a. At this time, if the microwave signal reaching the input end 12a is S' 3 and the microwave signal reaching the input end 13a is S'' 3 , then S' 3 and S'' 3
are assumed to have their phases changed inversely to each other by a phase amount corresponding to the frequency f s of S 3 . That is,
S' 3 passing through the coupling part between the line 29 and the dielectric resonator 31 has a frequency f 3 of the dielectric resonator 31.
When the resonant frequency f p is the same as that of the dielectric resonator 31
The phase remains unchanged compared to the phase when there is no dielectric resonator 31, but when f s is lower than f p , the phase is delayed compared to the phase when there is no dielectric resonator 31, and
When f s is higher than f p , the phase advances with respect to the phase without the dielectric resonator 31, and the phase change is in the range of ±π/2 and corresponds to the difference between f s and f p . becomes. If this situation is shown with the frequency f s on the horizontal axis and the phase change relative to the case without the dielectric resonator 31 on the vertical axis, it will become like the broken line in FIG. 6. On the other hand, the line 30 and the dielectric resonator 31
When the frequency f s is the same as f p , the phase of S″ 3 passing through the coupling point with the line 29 and the dielectric resonator 31 does not change with respect to the phase at the coupling point between the line 29 and the dielectric resonator 31.
When f s is lower than f p , the phase at the coupling point between the line 29 and the dielectric resonator 31 is advanced, and when f s is higher than f p , the phase between the line 29 and the dielectric resonator 31 is advanced. The phase lags behind the phase at the coupling point, and the phase change is in the range of ±π/2 and corresponds to the difference between f s and f p . this,
If the frequency f s is plotted on the horizontal axis and the phase change with respect to the phase at the coupling point between the line 29 and the dielectric resonator 31 is plotted on the vertical axis, the result will be as shown by the solid line in FIG. From this, S′ 3 and S″ 3 have a mutual phase difference θ′ corresponding to f s with f s =f p as the center frequency.
このことは、位相検出回路28の入力端12a
及び13aに入力マイクロ波信号S3の周波数fsの
変化に応じて変化する位相差θ′を相互位相差とす
るマイクロ波信号S′3及びS″3が供給されることに
なり、位相検出回路28の出力端子25には、第
2図に示される回路にて説明した如くの動作によ
り、位相差θ′に応じた出力V′Oが得られる。この
出力V′Oは位相差θ′に応じたもの、即ち、入力マ
イクロ波信号S3の周波数fsに応じたものであり、
第5図に示される回路全体で周波数弁別回路が構
成されているのである。なお、この場合、位相検
出回路28の入力端12a及び13aに供給され
るマイクロ波信号S′3及びS″3はその周波数が変化
するものであるが、その周波数変化は、例えば、
fp=11.66GHzを中心として±10MHz程度であるの
で、この周波数変化による1/4波長の長さの変化
の位相検出回路28の回路構成に対する影響は、
実質的に無視できる。 This means that the input terminal 12a of the phase detection circuit 28
and 13a are supplied with microwave signals S' 3 and S'' 3 whose mutual phase difference is the phase difference θ' that changes according to the change in the frequency f s of the input microwave signal S 3 , and the phase detection At the output terminal 25 of the circuit 28, an output V' O corresponding to the phase difference θ' is obtained by the operation as explained in the circuit shown in FIG. 2. This output V' O corresponds to the phase difference θ' , i.e., depending on the frequency f s of the input microwave signal S 3 ,
The entire circuit shown in FIG. 5 constitutes a frequency discrimination circuit. In this case, the microwave signals S' 3 and S'' 3 supplied to the input terminals 12a and 13a of the phase detection circuit 28 change in frequency, and the frequency change is, for example, as follows.
Since f p is approximately ±10 MHz centered around 11.66 GHz, the influence of the change in the length of the quarter wavelength due to this frequency change on the circuit configuration of the phase detection circuit 28 is as follows.
Virtually negligible.
第7図は本発明に係る位相検出回路の他の例の
部分を示す。この例に於いて、第2図に示される
例と対応する部分には第2図と共通の番号を付し
てその説明を省略するも、第2図に示される例に
於けるバイアス電流供給用可変抵抗19に代え
て、トランジスタ32が、そのエミツタをバイア
ス用抵抗18の一端に接続され、コレクタを電源
+Bに接続されて用いられている。このトランジ
スタ32はエミツタフオロワーの形となつて、バ
イアス用抵抗18に電流を供給するため、そのエ
ミツタに接続されたバイアス用抵抗18の一端の
電位VSは略トランジスタ32のベース電位Vbに
よつて定められ、DG・FET11のソース電流の
変化によるVSの変化は小となる。これは、等価
的にバイアス用抵抗18の抵抗値がより小となる
ことになり、回路の感度が向上する。また、トラ
ンジスタ32のベース電位Vbを、例えば、温度
制御することにより、出力端子25に得られる出
力の温度補償をすること等も可能である。 FIG. 7 shows a portion of another example of the phase detection circuit according to the present invention. In this example, the parts corresponding to the example shown in FIG. 2 are given the same numbers as in FIG. 2, and the explanation thereof is omitted. In place of the variable resistor 19, a transistor 32 is used with its emitter connected to one end of the bias resistor 18 and its collector connected to the power supply +B. Since this transistor 32 is in the form of an emitter follower and supplies current to the bias resistor 18, the potential V S at one end of the bias resistor 18 connected to its emitter is approximately the base potential V b of the transistor 32. The change in V S due to the change in the source current of the DG FET 11 is small. This equivalently means that the resistance value of the bias resistor 18 becomes smaller, and the sensitivity of the circuit improves. Furthermore, by temperature-controlling the base potential V b of the transistor 32, for example, it is possible to compensate for the temperature of the output obtained at the output terminal 25.
上述の各例に於いて、DG・FET11のドレイ
ン電極Dに接続された線路20の終端に用いられ
ている直流阻止用コンデンサ21及び終端抵抗2
2は、例えば、第8図A及びBに示される如く構
成された、コンデンサ・抵抗一体化部品33とさ
れるのが、回路構成上都合よい。第8図Aの例
は、シリコン基板34の一面上にシリコン低抵抗
層35が形成され、その上に酸化シリコンによる
絶縁層36が形成され、さらにその上に一対の電
極用金属層37a及び37bが形成されて構成さ
れている。この場合、電極用金属層37a及び3
7bとシリコン低抵抗層35との間でコンデンサ
が形成され、シリコン低抵抗層35の両電極用金
属層間部により抵抗が形成される。そして、例え
ば、電極用金属層37aが線路20に接続され、
電極用金属層37bが接地されて用いられ、電極
用金属層37a及び37bとシリコン低抵抗層3
5との間に形成されるコンデンサが直流阻止用コ
ンデンサ21となり、シリコン低抵抗層35の両
電極用金属層間部の抵抗が終端抵抗22となる。 In each of the above examples, the DC blocking capacitor 21 and the terminating resistor 2 used at the end of the line 20 connected to the drain electrode D of the DG/FET 11
It is convenient for the circuit configuration that 2 is a capacitor/resistance integrated component 33 configured as shown in FIGS. 8A and 8B, for example. In the example shown in FIG. 8A, a silicon low resistance layer 35 is formed on one surface of a silicon substrate 34, an insulating layer 36 made of silicon oxide is formed on the silicon substrate 34, and a pair of electrode metal layers 37a and 37b are further formed on the insulating layer 36 made of silicon oxide. is formed and configured. In this case, the electrode metal layers 37a and 3
A capacitor is formed between 7b and the silicon low resistance layer 35, and a resistance is formed between the silicon low resistance layer 35 and the metal layers for both electrodes. Then, for example, the electrode metal layer 37a is connected to the line 20,
The electrode metal layer 37b is grounded and used, and the electrode metal layers 37a and 37b and the silicon low resistance layer 3
5 becomes the DC blocking capacitor 21, and the resistance between the metal layers for both electrodes of the silicon low resistance layer 35 becomes the terminating resistor 22.
第8図Bの例は、第8図Aの例に於けるシリコ
ン低抵抗層35の代りに、シリコン基板34の一
面上に、例えば、H形パターンとされた薄い金属
抵抗膜38を形成して抵抗を作つたもので、他は
第8図Aの例と同様である。 In the example shown in FIG. 8B, instead of the silicon low resistance layer 35 in the example shown in FIG. 8A, a thin metal resistance film 38 in an H-shaped pattern is formed on one surface of the silicon substrate 34. The other parts are the same as the example shown in FIG. 8A.
これらのコンデンサと抵抗の一体化部品に於い
て、所望の容量値を得るには、電極用金属層37
a及び37bの面積及び酸化シリコンの絶縁層3
6の厚さを選定すればよく、また、所望の抵抗量
を得るには、シリコン低抵抗層35又は金属抵抗
膜38の両電極用金属層間部の寸法を選定すれば
よい。 In order to obtain the desired capacitance value in these integrated capacitor and resistor parts, the electrode metal layer 37 is
Areas of a and 37b and silicon oxide insulating layer 3
In addition, in order to obtain the desired amount of resistance, the dimensions of the portion between the metal layers for both electrodes of the silicon low resistance layer 35 or the metal resistance film 38 may be selected.
以上説明した如く、本発明に係る位相検出回路
は、位相検出部が能動素子であるDG・FETで構
成され、しかも、そのソースに接続されたバイア
ス用抵抗の抵抗値が可及的に小とされているの
で、位相検出感度が極めて高い。そして、位相検
出されるべき入力マイクロ波信号等が夫々供給さ
れる二つのゲートは、同一半導体チツプ上に極く
近接して形成されているので各種特性がそろつて
おり、極めて安定な動作が得られる。また、マイ
クロ波信号の位相検出の場合、従来の如く位相検
出部をダイオードで構成した場合には、ダイオー
ドのマイクロ波信号入力に対する反射特性が入力
マイクロ波信号の入力パワーに依存して変化する
が、本発明に於いてはDG・FETを用いているの
で、マイクロ波信号入力に対する反射特性の入力
パワーに対する依存性がほとんどなく、入力整合
回路の設計が容易になる利点もある。さらに、1/
4波長分岐線路方向性結合器等が不要であるので、
全体の構成を小型化することができることも特徴
である。 As explained above, in the phase detection circuit according to the present invention, the phase detection section is composed of a DG/FET which is an active element, and the resistance value of the bias resistor connected to the source thereof is as small as possible. Therefore, the phase detection sensitivity is extremely high. The two gates, to which input microwave signals to be phase-detected are supplied, are formed very close to each other on the same semiconductor chip, so they have the same characteristics and extremely stable operation. It will be done. In addition, in the case of phase detection of a microwave signal, when the phase detection section is configured with a diode as in the past, the reflection characteristics of the diode for microwave signal input change depending on the input power of the input microwave signal. Since the present invention uses a DG-FET, there is almost no dependence of the reflection characteristic on the input power of the microwave signal input, and there is an advantage that the input matching circuit can be easily designed. Furthermore, 1/
Since a 4-wavelength branch line directional coupler etc. is not required,
Another feature is that the overall configuration can be made smaller.
なお、本発明は上述の実施例に限られるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の構成
がとられてよいこと勿論である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various configurations may be adopted without departing from the scope of the invention.
第1図は従来のマイクロ波信号用位相検出回路
を示す回路接続図、第2図は本発明に係る位相検
出回路の一例を示す回路接続図、第3図及び第4
図は第2図に示される位相検出回路の説明に用い
られる等価回路図、第5図は本発明に係る位相検
出回路の一例が適用されて構成された周波数弁別
回路を示す回路接続図、第6図は第5図に示され
る周波数弁別回路の説明のための図、第7図は本
発明に係る位相検出回路の他の例を部分的に示す
回路接続図、第8図は本発明に係る位相検出回路
の部分を構成するに用いられ得る部品の例を示す
斜視図である。
図中、1,2,12,13,16,20,29
及び30はマイクロストリツプ線路、3は1/4波
長分岐線路方向性結合器、11は複数ゲート電界
効果トランジスタ(DG・FET)、18はバイア
ス用抵抗、19はバイアス電流供給用可変抵抗、
24は負荷抵抗、26及び27は単一ゲート電界
効果トランジスタ、31は誘電体共振器、32は
トランジスタ、33はコンデンサ・抵抗一体化部
品である。
FIG. 1 is a circuit connection diagram showing a conventional phase detection circuit for microwave signals, FIG. 2 is a circuit connection diagram showing an example of a phase detection circuit according to the present invention, and FIGS.
5 is an equivalent circuit diagram used to explain the phase detection circuit shown in FIG. 2, FIG. 6 is a diagram for explaining the frequency discrimination circuit shown in FIG. 5, FIG. 7 is a circuit connection diagram partially showing another example of the phase detection circuit according to the present invention, and FIG. 8 is a diagram for explaining the frequency discrimination circuit shown in FIG. FIG. 3 is a perspective view showing an example of components that may be used to configure a portion of such a phase detection circuit. In the figure, 1, 2, 12, 13, 16, 20, 29
and 30 is a microstrip line, 3 is a 1/4 wavelength branch line directional coupler, 11 is a multiple gate field effect transistor (DG/FET), 18 is a bias resistor, 19 is a variable resistor for bias current supply,
24 is a load resistor, 26 and 27 are single gate field effect transistors, 31 is a dielectric resonator, 32 is a transistor, and 33 is a capacitor/resistance integrated component.
Claims (1)
第二のゲートに、第一及び第二のマイクロストリ
ツプ線路が夫々接続されて、該第一及び第二のマ
イクロストリツプ線路が、それらの入力端から伝
搬波長を等しくする第一及び第二の高周波入力信
号が夫々供給されるとともに、上記第一のマイク
ロストリツプ線路の入力端から上記第一のゲート
に至る長さと上記第二のマイクロストリツプ線路
の入力端から上記第二のゲートに至る長さとの間
に上記伝搬波長の1/4の奇数倍に相当する差を有
するものとされ、上記電界効果トランジスタのソ
ースに上記伝搬波長の1/4の奇数倍の長さを有す
る開放マイクロストリツプ線路と一端が接地され
たバイアス用抵抗の他端とが接続されて、該バイ
アス用抵抗に電源から所定のバイアス用電流が供
給され、さらに、上記電界効果トランジスタのド
レインが負荷を介して電源に接続されて成り、上
記第一及び第二の高周波入力信号間の位相差に応
じた出力が、上記負荷に於ける電圧の変化にもと
ずいて得られる位相検出回路。1. First and second microstrip lines are connected to the first and second gates of the multi-gate field effect transistor, respectively, and the first and second microstrip lines are connected to their inputs. First and second high-frequency input signals having equal propagation wavelengths are respectively supplied from the ends, and the length from the input end of the first microstrip line to the first gate and the second microstrip line are The length from the input end of the strip line to the second gate is an odd number multiple of 1/4 of the propagation wavelength, and the source of the field effect transistor is connected to the propagation wavelength. An open microstrip line having a length that is an odd multiple of 1/4 of the line is connected to one end of a bias resistor whose other end is grounded, and a predetermined bias current is supplied from the power supply to the bias resistor. Further, the drain of the field effect transistor is connected to a power source via a load, and an output according to a phase difference between the first and second high frequency input signals is generated by a change in voltage at the load. A phase detection circuit obtained based on
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10097681A JPS583303A (en) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | phase detection circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10097681A JPS583303A (en) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | phase detection circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS583303A JPS583303A (en) | 1983-01-10 |
| JPH0239125B2 true JPH0239125B2 (en) | 1990-09-04 |
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ID=14288373
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP10097681A Granted JPS583303A (en) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | phase detection circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS583303A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03128820U (en) * | 1990-04-06 | 1991-12-25 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0278306A (en) * | 1988-09-14 | 1990-03-19 | Nec Corp | Phase detection circuit |
-
1981
- 1981-06-29 JP JP10097681A patent/JPS583303A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03128820U (en) * | 1990-04-06 | 1991-12-25 |
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|---|---|
| JPS583303A (en) | 1983-01-10 |
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