CN100557955C - 多频带稳定电路和使用它的多频带放大电路 - Google Patents

多频带稳定电路和使用它的多频带放大电路 Download PDF

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Abstract

本发明的稳定电路(100)包括：对于放大对象的信号成为与放大元件串联连接的配置的一个以上的串联稳定块(110、120)；对于放大对象的信号成为与放大元件并联连接的配置的一个以上的并联稳定块(130、140)；以及将所述并联稳定块的至少一个相对于放大对象的信号可连接、断路的一个以上的开关单元(150)。

Description

多频带稳定电路和使用它的多频带放大电路
技术领域
本发明涉及使放大元件稳定动作的稳定电路、以及利用了该稳定电路的多频带放大电路。
背景技术
随着由无线通信提供的服务的多样化，要求无线机处理多个频带的信息的多频带化。作为无线机中包含的不可缺少的装置有功率放大器。为了进行高效的放大，实际上需要取得放大信号的放大元件及其周边电路的阻抗匹配。匹配电路被用于该用途。而且，周边电路的输入输出的阻抗一般与某个一定的值Z0(例如为50Ω、70Ω等)一致，以下，将周边电路的输入输出的阻抗称为“系统的阻抗”。
图1表示在放大器中使用的放大元件的输入输出的散射参数(S参数)的例子。在该例子中，S11是输出负载为50Ω时的放大元件输入反射系数，S22是输入负载为50Ω时的放大元件的输出反射系数。而且，可以通过使用这些反射系数和史密斯圆图，求放大元件的输入输出阻抗。放大元件的输入输出阻抗如图1的粗实线所示，具有频率特性，其值由S参数和系统的阻抗Z0求出。因此，在利用这样的放大元件设计放大器的情况下，需要设计频率下的放大元件的输入输出阻抗和系统的阻抗Z0的阻抗匹配。即，在设计多频带放大器的情况下，需要在多个设计频率的放大元件的输入输出阻抗和系统的阻抗Z0的阻抗匹配。
因此，在放大不同的频带的信号的情况下，例如，在文献1(千葉耕司他、“移動機”、NTT DoCoMoテクニカルジヤ一ナル、Vol.10、No.1、pp.15-20.)记载的频带共用移动机内使用的放大器那样，有以下方法：(1)将仅具有频带的数量的放大元件和匹配电路组合的放大器，根据使用的频带选择放大器的方法，(2)具有可放大的频率区域相对于匹配电路的工作频率频带足够大的一个放大元件，以及可变更电路常数的匹配电路，根据使用的频带来变更匹配电路的电路常数的方法。特别是，(2)的方法与(1)的方法相比，具有可以使放大器小型化等优点。
在图2中表示文献2(A.Fukuda，H.Okazaki，T.Hirota and Y.Yamao，“Multi-band Power Amplifier Employing MEMS Switches for OptimumMatching”，C-2-4，2004)中所示的损耗小的多频带匹配电路的例子。多频带匹配电路900由以下部件构成：主匹配块910、一端被连接到主匹配块910的延迟电路920、副匹配块930、被连接在延迟电路920的另一端和副匹配块930的一端之间的开关元件940。多频带匹配电路900是在将具有阻抗ZL(f)的频率特性的负载1020连接到端口952时，使信号频带下的从端口951看多频带匹配电路900侧的阻抗匹配到负载1010的阻抗Z0的匹配电路。例如，如图3所示那样，可以使阻抗在将中心频率设为f1、f2的两个频带下匹配。
首先，对频率f1下的阻抗匹配进行说明。这时，将开关元件940设为截止(OFF)状态。例如，从端口952侧输入的信号仅通过主匹配块910和延迟电路920而被传送到端口951侧。这里，主匹配块910可以采用任意的结构，设为在频率f1下，使阻抗ZL(f1)和阻抗Z0匹配的电路。而且，延迟电路920设为特性阻抗Z0的传输线路。因此，从图2所示的主匹配块910和延迟电路920的连接点953观察端口951侧的阻抗为Z0。即，多频带匹配电路900在频率f1下，以电路整体实现阻抗匹配。
接着，以上述频率f1下的阻抗匹配的设计为前提，对频率f2下的阻抗匹配进行说明。这时，将开关元件940设为导通(ON)状态。主匹配块910在频率f2下也作为阻抗变换器动作。因此，从连接点953观察端口952侧的阻抗成为变换了端口952的阻抗ZL(f2)的阻抗ZL’(f2)。
这里，不论阻抗ZL’(f2)为何值，通过将传输线路构成的延迟电路920的线路长度和与延迟电路920并联连接的副匹配块930的电抗值作为设计事项而预先适当地设定，基于信号短线匹配(signal stub matching)原理，可以将从端口951观察的多频带匹配电路900侧的阻抗值变换为Z0。即，多频带匹配电路900作为电路整体，即使在频率f2下也可以取得阻抗匹配。
这样，通过对主匹配块910附加特性阻抗为Z0的延迟电路920和经由开关元件940附加副匹配块930，多频带匹配电路900无论在频率f1下或在频率f2下都可以作为匹配电路来动作。即，多频带匹配电路900通过切换一个开关元件的状态(导通/截止)，可以具有两个频带的匹配电路的功能。
另外，近年来，开发了宽频带下高增益的晶体管等放大元件，一般来说，频率越低这些放大元件的增益越高，频率越高增益越低。例如，可进行数GHz频带那样高频带下的放大的微波频带晶体管等，在数十MHz频带以下的低频带，具有极高的放大增益。
而且，一般在放大元件的周边形成某些反馈环路。这时，如果该反馈环路的增益超过1，则满足振荡条件，有可能产生寄生振荡。为了防止寄生振荡，重要的是无论什么样的负载被连接到放大元件，在所有频带下都不满足振荡条件(即，满足稳定条件)。因此，被称为稳定电路的电路被用于放大器。
稳定电路通常以不对要进行放大的高频带产生影响，而将容易引起寄生振荡的低频带下的反馈环路的增益降低来设计。于是，稳定电路被串联或者并联在放大元件的输入输出端子的两侧或者单侧。通过被连接到放大元件的附近的稳定电路，放大器稳定地动作。即，通过稳定电路，放大器可以得到要进行放大的高频带下的必要的增益，在低频带下不产生寄生振荡。
图4表示以往的稳定电路的例子。稳定电路960由并联连接的电阻961和电容器962构成。电阻961和电容器962在作为设计事项被适当地设定为设计值后，被连接到由晶体管(Transistor)、FET(Field Effect Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET)、TFT(Thin film Transistor)等所例示的放大元件970。放大元件970和稳定电路960构成的电路无论连接什么样的负载，在所有频带都不满足振荡条件。即，该电路为被稳定化的电路。以下，也将该电路称为“被稳定的放大元件”。
发明内容
本发明的多频带稳定电路，用于放大元件，该多频带稳定电路连接到所述放大元件的输入端子和输出端子的至少其中一个，该多频带稳定电路包括：串联连接到所述放大元件一个串联稳定块；一个以上的开关单元；以及多个并联稳定块，经由所述开关单元并联连接到所述串联稳定块和所述放大元件所构成的串联电路；其中，所述放大元件放大至少两个不同频带中的每一个的信号；每一个所述开关单元根据每一个所述频带而成为导通或者截止状态；以及所述串联稳定块、以及经由导通状态的所述开关单元连接到所述串联电路的所述并联稳定块确保每一个频带下所述放大元件的稳定性。
本发明的多频带放大电路，对应于两个以上的频带，它包括：放大元件，能够放大每一个频带的信号；多频带稳定电路，该多频带稳定电路包括：串联连接到所述放大元件的输入端子或输出端子的串联稳定块；一个以上的开关单元；以及多个并联稳定块，经由所述开关单元并联连接到所述串联稳定块和所述放大元件的串联电路；每一个所述开关单元根据每一个所述频带而成为导通或者截止状态；所述串联稳定块、以及经由导通状态的所述开关单元连接到所述串联电路的所述并联稳定块确保每一个频带下所述放大元件的稳定性；以及多频带匹配电路，可以在每一个所述频带进行阻抗匹配，被连接到与所述多频带稳定电路的一个端子，该端子是与连接到所述放大元件的端子相反侧的端子。
附图说明
图1是表示放大器中使用的放大元件的输入输出的散射参数(S参数)的例子的图。
图2是表示以往的损耗小的多频带匹配电路的例子的图。
图3是表示将中心频率设为f1、f2的两个频带的图形的图。
图4是表示以往的稳定电路的例子的图。
图5是表示对应于多频带化的稳定电路的结构例的图。
图6是表示对应于多频带化的稳定电路的结构的变形例的图。
图7是表示第一实施方式的稳定电路的具体例的图。
图8是表示利用了第一实施方式的稳定电路的具体例的一例多频带放大电路的图。
图9是表示可以应对N个频带的稳定电路的结构例的图。
图10是表示可以应对N个频带的稳定电路的结构的变形例的图。
图11是表示可以应对N个频带的稳定电路的结构的另一个变形例的图。
图12是表示利用了第一实施方式的稳定电路的多频带放大电路的具体例的图。
图13是表示利用了第一实施方式的稳定电路的多频带放大电路的、5GHz模式下的工作频率附近的频率特性的模拟结果的图。
图14是表示利用了第一实施方式的稳定电路的多频带放大电路的、2GHz模式下的工作频率附近的频率特性的模拟结果的图。
图15是表示利用了以往的稳定电路的多频带放大电路的具体例的图。
图16是表示利用了以往的稳定电路的多频带放大电路的、5GHz模式下的工作频率附近的频率特性的模拟结果的图。
图17是表示利用了以往的稳定电路的多频带放大电路的、2GHz模式下的工作频率附近的频率特性的模拟结果的图。
具体实施方式
以下说明本发明的实施方式。而且，对具有相同功能的结构要素赋予相同的标号，省略重复说明。
〔第一实施方式〕
在图5中表示本发明的对应于多频带的稳定电路的结构例。在该方式中，为了使本发明的要点容易理解，作为两个频带化的情况进行说明。第一实施方式的稳定电路100由两个串联稳定块110、120，两个并联稳定块130、140，以及开关单元150构成。所谓稳定块是稳定电路的结构要素，是为了放大元件的稳定而使用的分布常数线路、元件或者它们的组合，或者多个分布常数线路、多个元件或者它们的组合构成的电路。这里的元件广泛地包含电阻、电容器、线圈那样的线性元件，二极管等非线性元件等，没有特别的限定。串联稳定块110和串联稳定块120对于放大对象的信号，即对于信号路径，与放大元件970串联连接。放大元件970可以例示晶体管、FET、MOSFET、TFT等。在各图中，作为放大元件970图示了n沟道结型FET，但是不意味着限定于n沟道结型FET，不过是放大元件的例示。并联稳定块130和并联稳定块140对于放大对象的信号，即对于信号路径，被与放大元件970并联连接。并联稳定块130的一个端子被连接在串联稳定块110和串联稳定块120之间。开关单元150如图5所示，开关单元150的一端被连接到并联稳定块130，开关单元150的另一端被连接到并联稳定块140，进行连接并联稳定块130和并联稳定块140的状态〔导通状态〕和不连接并联稳定块130和并联稳定块140的状态〔截止状态〕的切换。而且，不限于开关单元150，本说明书中所谓的开关不限于接点型的开关，例如也可以设为具有利用了二极管、晶体管、MOS元件等的、以在电路网中不设置接点的方式进行电路的开关的功能的所谓开关元件(switching element)。作为具体例，举出MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems)开关、开关二极管等。而且，有时串联稳定块也可以根据设计目的等而省略。在图5所示的实施方式的例子中，可以设为不设置串联稳定块110、120的任意一个。
稳定电路100对于第一频率f1，使开关单元150为截止状态。设计由串联稳定块110、120和并联稳定块130构成的电路，以便确保放大元件970的稳定性，并且成为在频率f1下可将多频带匹配电路990例如设计为小型化的、由稳定电路100稳定的放大元件的输入阻抗。这时的设计是工作频率仅为f1的设计，用以往的设计方法即可。作为串联稳定块110、串联稳定块120以及并联稳定块130的电路结构，在有多个候选的情况下，被反映在对于后述的频率f2的设计时的自由度中。
稳定电路100对于第二频率f2，使开关单元150为导通状态。设计由串联稳定块110、120和并联稳定块130、140构成的电路，以便确保放大元件970的稳定性，并且成为在频率f2下可将多频带匹配电路990例如设计为小型化的、由稳定电路100稳定的放大元件的输入阻抗。这时的设计只要对上述工作频率f1下的设计候选的其中一个附加适当的并联稳定块140即可。
而且，所谓可将多频带匹配电路成为小型的设计，从多频带放大器的性能的观点来说可以将难以小型化的结构部分(例如，被串联连接的传输线路那样，不能置换为集中常数元件的结构部分)的设计值变小(缩短长度)。
如上所述，稳定电路100可以一边在宽频率范围确保放大元件970的稳定性，一边设定在两个频率范围内的输入阻抗。因此，在可以设计多频带匹配电路990，以便可以取得对应于多个(在第一实施方式中为两个)频带而设计的、被稳定的放大元件的输入阻抗和系统的阻抗的匹配这一点上，多频带匹配电路990的设计的自由度扩大。而且，在这里的说明中，为了表示将稳定电路配置在放大元件的输入侧的例子而利用了“被稳定的放大元件的输入阻抗”的表现例，但是，在将稳定电路配置在放大元件的输出侧的情况下，必须注意应指被稳定的放大元件的输出阻抗。
详细地说明该情况。假设稳定电路100不具有开关单元150和并联稳定块140。这样的稳定电路是以往的稳定电路，所以方便地称为以往的稳定电路。如已经说明的那样，放大元件970的输入阻抗具有频率特性，被连接到放大元件970的以往的稳定电路的输入阻抗也随着频率而变化。如果以两个频带的多频带放大器为例，则对以往的稳定电路连接两个频带的多频带匹配电路(例如参照图2)。从该多频带匹配电路和以往稳定电路的连接点观察以往的稳定电路侧，由以往的稳定电路稳定的放大元件的输入阻抗对于频率f1为Z(f1)，对于频率f2为Z(f2)。因此，设计多频带匹配电路，使其具有被稳定的放大元件的输入阻抗Z(f1)和被稳定的放大元件的输入阻抗Z(f2)与系统的阻抗匹配的功能。这时，在以往的设计方法中，可以对于频率f1以最佳或者以最佳为标准来设计多频带匹配电路。多频带匹配电路必须被设计为以频率f1中的设计为前提，对于频率f2也具有匹配电路的功能。即，设计多频带匹配电路，使得对于频率f2由以往的稳定电路稳定的放大元件的输入阻抗因Z(f2)而唯一，将被稳定的放大元件的输入阻抗Z(f2)和系统的阻抗匹配。但是，从匹配对象由被稳定的放大元件的输入阻抗Z(f2)和系统的阻抗决定，以频率f1中的设计为前提而将多频带匹配电路尽可能小型化地进行设计的观点出发，一般来说，对于频率f2多频带匹配电路的设计的自由度受到限制。关键在于，以频率f1为前提，例如，如果频率f2中的由以往的稳定电路稳定的放大元件的输入阻抗为Za(f2)，则即使在可以将多频带匹配电路设计为小型化的情况下，由于对于频率f2由以往的稳定电路稳定的放大元件的输入阻抗为Z(f2)且是唯一的，所以多频带匹配电路的设计的自由度受到限制。这种道理在三个频带以上的多频带化中也适用，越是多频带，设计条件越严格。
相反，按照本发明的稳定电路，稳定电路自身被多频带化，可以根据频率而适当地设定稳定电路的阻抗。按照上述例子中说明的那样，本发明的稳定电路具有开关单元150和并联稳定块140，在将开关单元150设为导通状态的情况下，设计并联稳定块140的设计值，使得在频率f2中由稳定电路稳定的放大元件的输入阻抗变为Za(f2)即可。换言之，在使用了以往的稳定电路的情况下，可以设计多频带匹配电路，以使得将由以往的稳定电路稳定的放大元件阻抗Za(f2)和系统的阻抗匹配，但是按照本发明的稳定电路，由于可以进行对应的设计，所以设计的自由度扩大。而且，作为其结果，在频率f2中由稳定电路稳定的放大元件的输入阻抗为Za(f2)，所以可以将多频带匹配电路设计为更小型。本发明的稳定电路的基本的特征是一边可以作为与以往的稳定电路一样确保放大元件的稳定性来起作用，一边扩大多频带匹配电路的设计自由度这一点，作为派生的特征有，可以与多频带匹配电路的设计自由度的扩大相呼应，自由地设计稳定电路，以使其成为可将多频带匹配电路设计为小型化的稳定电路的阻抗。
而且，虽然在后述的实施方式、实施例中变得清楚，但是本发明的稳定电路的具体的结构和结构各部分的设计值是在与多频带匹配电路的相关和例如在为多频带放大器时与其设计事项的相关中决定的设计值。即，稳定电路的结构和各结构部分的设计值由作为对象的放大器的特性，或放大元件的频率特性等各特性决定。对此，将匹配电路设计为使被稳定的放大元件的输入输出阻抗和系统的阻抗匹配。因此，由于包含稳定电路的放大元件的输入输出阻抗，有时仅用小型元件构成匹配电路比较困难。这时，匹配电路大型化，放大器整体也大型化。特别是，在多频带匹配电路的情况下，需要对全部多个频率，取得各个阻抗匹配。因此，即使假设在某个频率可以将多频带匹配电路设计为小型，在其他频率中不一定能够将匹配电路设计为小型。在这样的情况下，结果是多频带匹配电路变为大型。例如，在图2的多频带匹配电路900中，为了即使在频率f2下也得到足够的放大增益，有时需要增大延迟电路920的延迟量。这时，必须确保加长作为延迟电路920的传输线路的线路长度，导致电路的大型化。进而，在考虑了两个以上的多频带化的情况下，由于同样的理由，设置面积增大的问题变得显著。本发明的稳定电路，由于稳定电路自身被多频带化，可以根据频率适当地设定稳定电路的阻抗，所以可以将多频带匹配电路设计为小型，具有可否上述那样的问题的效果。
〔第一实施方式的变形例〕
图6表示第一实施方式所示的稳定电路的结构的变形例。稳定电路200由两个串联稳定块210、210’、四个并联稳定块220、230、240、250、两个开关单元260、270构成。串联稳定块210、210’对于放大对象的信号，即对于信号路径与放大元件970串联连接。并联稳定块220的一个端子被连接到串联稳定块210的一端。并联稳定块220的另一个端子经由开关单元260被连接到并联稳定块230。并联稳定块240的一个端子被连接到串联稳定块210的另一端(没有连接并联稳定块220的一侧)。并联稳定块240的另一个端子经由开关单元270被连接到并联稳定块250。
稳定电路200对于第一频率f1，使开关单元260、270为截止状态。串联稳定块210、210’以及并联稳定块220、240构成的电路被设计为确保放大元件970的稳定性，并且成为可以在频率f1下将多频带匹配电路990例如设计为小型的、由稳定电路200稳定的放大元件的输入阻抗。这种情况下的设计是工作频率仅为f1的设计，用以往的设计方法就可以。作为串联稳定块210、210’以及并联稳定块220、240的电路结构，在有多个候选的情况下，被反映在后述的对于频率f2的设计时的自由度中。
稳定电路200对于第二频率f2，开关单元260、270被设为导通状态。串联稳定块210、210’和并联稳定块220、230、240、250构成的电路被设计为确保放大元件970的稳定性，并且成为可以在频率f2下将多频带匹配电路990例如设计为小型化的、由稳定电路200稳定的放大元件的输入阻抗。这种情况下的设计只要对前述的工作频率为f1下的设计候选的其中一个附加适当的并联稳定块230和并联稳定块250即可。
如上所述，稳定电路200与实施方式1一样，可以一边在宽频率范围确保放大元件970的稳定性，一边设定两个频率范围下的被稳定的放大元件的输入阻抗。因此，在可以设计多频带匹配电路，使得在取得对应于多个(在第一实施方式的变形例下为两个)的频带而设定的、被稳定的放大元件的输入阻抗(但是，在将稳定电路配置在放大元件的输出侧的情况下，为被稳定的放大元件的输出阻抗)和系统的阻抗的匹配这方面，多频带匹配电路的设计的自由度扩大。
串联稳定块以及并联稳定块的结构要素可以利用分布常数线路、集中常数元件、或者它们的组合等。通过频率等设计诸元，还可以根据设计目的省略串联稳定块。在图6所示的实施方式的例子中，可以不设置串联稳定块210’。
在第一实施方式及其变形例中，将稳定电路连接到放大元件970的输入端子侧。但是，也可以将同样设计的稳定电路连接到输出端子侧，也可以连接到输入端子侧和输出端子侧两个。而且，在输出端子侧连接稳定电路的情况下的稳定电路的结构一般是相对于放大元件，与连接到输入端子侧的情况下的稳定电路的结构对称。
在第一实施方式及其变形例中，由于具有开关单元150，所以在成为导通状态时产生插入损耗。但是，由于开关单元150相对于信号路径被并联连接，所以可以通过在频率f2的设计阶段设计为将插入损耗设为最小限度而降低影响。
〔第二实施方式〕
在第二实施方式中，表示第一实施方式的稳定电路的具体例和利用了该稳定电路的多频带放大电路。图7是具体表示第一实施方式的稳定电路的结构例。稳定电路100’除了省略了图5的串联稳定块120以外，是与第一实施方式的稳定电路100(图5)同样的结构。串联稳定块110’相当于串联稳定块110，传输线路130’相当于并联稳定块130’，电容器140’相当于并联稳定块140。串联稳定块110’由被并联连接的电阻111和电容器112构成。
图8表示利用了本发明的稳定电路的多频带放大电路的具体的结构例。在放大元件970和信号源1050侧的端口161之间，串联插入稳定电路100’和多频带输入匹配电路901。而且，在放大元件970和输出端子侧的端口162之间，串联插入多频带输出匹配电路902。而且，码1030表示信号源1050的输入阻抗，码1040表示输出负载阻抗。多频带输入匹配电路901和多频带输出匹配电路902通过上述文献2中记载的方法，可以设计为在两个不同的频带下取得阻抗匹配。通过这样构成，图8所示的多频带放大电路可以在两个不同的频带下取得阻抗匹配并同时进行动作。
〔第三实施方式〕
在第三实施方式中，对可应对三个以上的频带的本发明的稳定电路进行说明。在图9中表示可应对N个频带的稳定电路的结构例。稳定电路300由两个串联稳定块311、312、N个并联稳定块3201、3202、…、320N、N-1个开关单元3301、3302、…、330N-1构成。串联稳定块311、312与放大元件串联连接。并联稳定块3201的一个端子被连接到串联稳定块311和串联稳定块312之间。并联稳定块3201的另一个端子被连接到开关单元3301。并联稳定块320n的一个端子被连接到开关单元330n-1。并联稳定块320n的另一个端子被连接到开关单元330n。并联稳定块320N-1的一个端子与开关单元330N-2连接。并联稳定块320N-1的另一个端子经由开关单元330N-1连接到并联稳定块320N。这里，n为2，3，…，N-2的整数。
稳定电路300在对应于第i频率fi时，使开关单元3301、3302、…、330i -1为导通状态，使开关单元330i为截止状态。这里，在i＝1的情况下，使开关单元3301为截止状态。各部分的结构要素的设计值的设计对于各频率与第一实施方式一样进行。
而且，接着截止状态的开关单元330i的开关单元330i+1、330i+2、…、330N -1的各状态(导通状态或者截止状态)为任意状态。而且，在频率fi的情况下，通过将从开关单元330i观察的并联稳定块320i+1、320i+2、…、并联稳定块320N的阻抗控制为接近无限大，即使在开关单元的绝缘特性差的情况下，也可以防止电路整体的特性的恶化。
而且，各串联稳定块、各并联稳定块有时可以根据设计目的等省略。在图9所示的实施方式的例子中，可以不设置串联稳定块311、312的任意一个，并联稳定块的个数也可以根据设计目的而适当地设定。
〔第三实施方式的变形例1〕
图10是可以应对N个频带的本发明的稳定电路的结构的变形例。稳定电路400由两个串联稳定块410、410’、2N个并联稳定块4201、4202、…、4202N、2N-2个开关单元4301、4302、…、4302N-2构成。串联稳定块410、410’对于放大对象的信号，与放大元件970串联连接。并联稳定块4201的一个端子被连接到串联稳定块410的一端。并联稳定块4201的另一个端子被连接到开关单元4301。并联稳定块4202的一个端子被连接到串联稳定块410的另一端(未连接并联稳定部4201的一侧)。并联稳定块4202的另一个端子被连接到开关单元4302。并联稳定块420n的一个端子被连接到开关单元430n-2。并联稳定块420n的另一个端子被连接到开关单元430n。这里，是n＝3，4，…，2N-4的整数。并联稳定块4202N-3的一个端子被连接到开关单元4302N-5。并联稳定块4202N-3的另一个端子经由开关单元4302N-3连接到并联稳定块4202N-1。并联稳定块4202N-2的一个端子被连接到开关单元4302N-4。并联稳定块4202N -2的另一个端子经由开关单元4302N-2连接到并联稳定块4202N。
稳定电路400在对应于第i频率fi时，使开关单元4301、4302、…、4302i -2为导通状态，使开关单元4302i-1和开关单元4302i为截止状态。但是，在i＝1的情况下，使开关单元4301和开关单元4302为截止状态。各部分的结构要素的设计值的设计对于各频率与第一实施方式的变形例一样进行。
而且，开关单元4302i+1、4302i+2、…、4302N-2的各状态(导通状态或者截止状态)为任意状态。而且，在频率fi的情况下，通过将从开关单元4302i -1观察的并联稳定块4202i+1、4202i+3、…、4202N-1的阻抗，以及从开关单元4302i观察的并联稳定块4202i+2、4202i+4、…、4202N的阻抗控制为接近无限大，即使在开关单元的绝缘特性差的情况下，也可以防止电路整体的特性的恶化。
而且，有时各串联稳定块、各并联稳定块可以根据设计目的等而省略。在图10所示的实施方式的例子中，可以不设置串联稳定块410’，并联稳定块的个数也可以根据设计目的而适当地设定。
〔第三实施方式的变形例2〕
图11是可以应对N个频带的稳定电路的结构的另一个变形例。稳定电路500由两个串联稳定块511、512、N个并联稳定块5201～520N、进行1对N的切换的单刀N掷开关单元530构成。而且，单刀N掷开关单元530包括仅具有一个端子的主侧和具有N个端子的切换侧，对将主侧与切换侧的哪个端子连接进行切换。串联稳定块511和串联稳定块512对于放大对象的信号，与放大元件970串联连接。单刀N掷开关单元530的主侧的端子被连接在串联稳定块511和串联稳定块512之间。单刀N掷开关单元530的切换侧的N个端子被分别与并联稳定块5201、5202、…、520N连接。
稳定电路500在对应于第i频率fi时，单刀N掷开关单元530连接主侧的端子和对第i频率fi分配的切换侧端子。各部分的结构要素的设计值的设定对于各频率与第一实施方式一样进行。而且，有时各串联稳定块、各并联稳定块可以根据设计目的等省略。在图11所示的实施方式的例子中，可以不设置串联稳定块511、512中的任意一个，或者两个都不设置，并联稳定块的个数也可以根据设计目的而适当地设定。
在第三实施方式中，虽然将稳定电路300、400、500连接到放大元件970的输入端子侧，但是也可以连接到放大元件970的输出端子侧。而且，也可以连接到放大元件970的输入端子侧和输出端子侧两者。
〔电路模拟的具体例〕
图12是利用了本发明的第一实施方式的稳定电路的多频带放大电路的具体例。进行了将该多频带放大电路设计为在两个频率(f1＝5GHz、f2＝2GHz)下可放大的多频带放大电路的模拟。该多频带放大电路被看做由放大元件970、被连接到放大元件970的输入端子侧的稳定电路600和多频带输入匹配电路810、被连接到放大元件970的输出端子侧的多频带输出匹配电路820构成。对放大元件970，选择了在市场上可得到的GaAs FET(具有图1那样的频率特性)，以及介电常数9.5，基板厚度0.635mm的铝基板。这里，传输线路的特性阻抗Z0都设为50Ω。稳定电路600利用图7所示的结构例。首先，将开关单元650设为截止状态，设计稳定电路600，以便可以将对于频率f1(5GHz频带)的多频带输入匹配电路810设计为小型。其结果，串联稳定块610为了确保放大元件970的稳定，成为10Ω的电阻611和8pF的电容器612的并联连接的结构。而且，第一并联稳定块设为4.6mm的传输线路630。接着，以频率f1下的设计为前提，将开关单元650设为导通状态，设计了稳定电路600，以便可以将对于频率f2(2GHz频带)的多频带输入匹配电路810设计为小型。其结果，将第二并联稳定块作为0.5pF的电容器。
考虑作为本发明的一个方式的稳定电路600和放大元件970的各自的输入输出阻抗，设计了多频带输入匹配电路810和多频带输出匹配电路820。即，设计了多频带输入匹配电路810，以便可以匹配由稳定电路600稳定的放大元件的输入阻抗和信号源1050的输入阻抗。而且，设计了多频带输出匹配电路820，以便可以匹配放大元件970的输出阻抗和负载阻抗。
其结果，由主匹配块811、1.4mm的传输线路814、12.6mm的短截线815、开关单元816构成多频带输入匹配电路810。而且，主匹配块811由1.7mm的传输线路812和7.5mm的短截线813构成。多频带输出匹配电路820由主匹配块821、8mm的传输线路824、8.5mm的短截线825、开关单元826构成。主匹配块821由1mm的传输线路822和4.5mm的短截线823构成。而且，在该实验例中以图2所示的多频带匹配电路为基准来进行了设计。但是，本发明的稳定电路不是仅能与图2所示的多频带匹配电路共存，而能够没有任何限制地与各种匹配电路共存，进一步说，即使对于各种匹配电路，都能够适当地设定稳定电路的阻抗，以便可以将这些种类的匹配电路例如设计为小型。
图12所示的多频带放大电路在开关部650、816、826为截止状态时成为在5GHz频带下动作的放大电路(5GHz频带模式)，在导通状态时成为在2GHz频带下动作的放大电路(2GHz频带模式)。
在图13中表示5GHz模式下的工作频率附近的频率特性的模拟结果，图14表示2GHz模式下的工作频率附近的频率特性的模拟结果。S11是表示输入侧的反射率的S参数，S22是表示输出侧的反射率的S参数，S21是表示透过率的S参数。可知在各个设计频率下阻抗匹配，得到最大增益。
〔电路模拟的比较例〕
在图15中表示利用的以往例子的稳定电路的情况下的多频带放大电路的具体例。该多频带放大电路是可以在两个频率(f1＝5GHz，f2＝2GHz)下进行放大的多频带放大电路。就放大元件970来说，选择了与图12相同的FET和铝基板。而且，传输线路的特性阻抗Z0全部设为50Ω。稳定电路700是仅在图12所示的5GHz频带下可以将多频带匹配电路设计为小型的稳定电路。即，以往的稳定电路700以在5GHz频带下将多频带匹配电路设计为小型为前提，不保证在2GHz频带中也能够将多频带匹配电路设计为小型。其结果，串联稳定块710设为并联连接10Ω的电阻711和8pF的电容器712的结构。而且，并联稳定块为4.6mm的传输线路713。而且，通过稳定电路700，放大元件不仅对于5GHz而且对于2GHz的频率也可以被稳定。
考虑由稳定电路700稳定的放大元件的输入阻抗，设计了多频带输入匹配电路810’。其结果，由主匹配块811、3.2mm的传输线路814’、11mm的短截线815’、开关单元816构成多频带输入匹配电路810’。
图15所示的多频带放大电路在开关单元816和开关单元826为截止状态时成为5GHz频带下动作的放大电路(5GHz频带模式)，在两者都为导通状态时成为在2GHz频带下动作的放大电路(2GHz频带模式)。
在图16中表示5GHz模式下的工作频率附近的频率特性的模拟结果，图17表示2GHz模式下的工作频率附近的频率特性的模拟结果。S11是表示输入侧的反射率的S参数，S22是表示输出侧的反射率的S参数，S21是表示透过率的S参数。图16和图17的结果与图13和图14的结果大致相同。但是，图15所示的多频带输入匹配电路的产生路径814’为3.2mm，图12所示的多频带输入匹配电路的产生路径814为1.4mm。即，在要设计相同性能的多频带放大电路的情况下，如果使用本发明的稳定电路，则与使用以往的放大电路的情况相比，可以使传输线路的线路长度为1/2左右。即，通过将如本发明的稳定电路多频带化，可以实现电路整体的小型化，设置面积的降低。
而且，图12所示的多频带输入匹配电路810的短截线815的长度为12.6mm，图15所示的多频带输入匹配电路810’的短截线815’的长度为11mm。因此，利用本发明的稳定电路与使用以往的稳定电路相比，短截线的长度长。但是，短截线815、815’可以折曲成弯曲状，或者置换为在单一频带下得到规定的电抗值的线圈或电容器等集中产生以及，可以容易地小型化。另一方面，传输线路814、814’的特性直接连接放大器的特性，所以因为折弯为弯曲状来进行小型化成为使特性恶化的原因而应该避免。而且，由于传输线路814、814’需要覆盖多频率而保持阻抗，所以难以置换为集中常数元件。因此，按照本发明，可将传输线路814’缩短至传输线路814在电路的小型化方面的效果显著。
而且，考虑利用了将图12所示的稳定电路600的开关单元650固定为导通状态(在2GHz下最佳)的稳定电路的多频带放大电路。在使该多频带放大电路在2GHz下动作时，将多频带匹配电路内的开关单元816设为导通状态。通过将稳定电路的开关单元650设为导通状态，可以设定被连接的电容器640的电容量，以便传输线路814比图15所示的传输线路814’短。这样，虽然对于作为放大对象的多频带的全部频率，在不变更电路常数的情况下难以达到放大元件的稳定和电路整体的小型化，但是按照本发明，通过图12所示的稳定电路的开关单元650的通断而成为变更稳定电路内的并联稳定网络690的电抗值的结果，达到多频带放大电路整体的小型化。
如果将本发明的多频带化的稳定电路用于放大器的输出匹配电路中，则在输出匹配电路中也可以得到同样的效果。而且，多频带匹配电路的构成方法不限于前述的实施方式和模拟例。例如，即使在通过集中常数元件构成多频带匹配电路的情况下，也可以减小线圈的电感或电容的容量。即使在集中常数元件的情况下，各元件的设计值越小，越容易将电路整体集成，越容易实现电路整体的小型化。

Claims (10)

1、一种多频带稳定电路，用于放大元件，该多频带稳定电路连接到所述放大元件的输入端子和输出端子的至少其中一个，该多频带稳定电路包括：
串联连接到所述放大元件一个串联稳定块；
一个以上的开关单元；以及
多个并联稳定块，经由所述开关单元并联连接到所述串联稳定块和所述放大元件所构成的串联电路；
其中，所述放大元件放大至少两个不同频带中的每一个的信号；
每一个所述开关单元根据每一个所述频带而成为导通或者截止状态；以及
所述串联稳定块、以及经由导通状态的所述开关单元连接到所述串联电路的所述并联稳定块确保每一个频带下所述放大元件的稳定性。
2、如权利要求1所述的多频带稳定电路，其中，
所述并联稳定块的数目为两个，以下，将其中一个称为“第1并联稳定块”，将另一个称为“第2并联稳定块”，
所述开关单元的数目为一个，
所述第1并联稳定块的一个端子被连接到所述串联稳定块的一端，
所述第1并联稳定块的另一个端子经由所述开关单元连接到所述第2并联稳定块。
3、如权利要求1所述的多频带稳定电路，
还包括一个串联稳定块，以下将其称为“第2串联稳定块”，
其中，
所述并联稳定块的数目为两个，以下，将其中一个称为“第1并联稳定块”，将另一个称为“第2并联稳定块”，
所述开关单元的数目为一个，
所述第1并联稳定块的一个端子被连接到所述串联稳定块和所述第2串联稳定块之间，
所述第1并联稳定块的另一个端子经由所述开关单元被连接到所述第2并联稳定块。
4、如权利要求1所述的多频带稳定电路，其中，
所述并联稳定块的数目为四个，以下，称为“第1并联稳定块”、“第2并联稳定块”、“第3并联稳定块”、“第4并联稳定块”，
所述开关单元的数目为两个，以下，将其中一个称为“第1开关单元”，将另一个称为“第2开关单元”，
所述第1并联稳定块的一个端子被连接到所述串联稳定块的一端，
所述第1并联稳定块的另一个端子经由所述第1开关单元被连接到所述第2并联稳定块，
所述第3并联稳定块的一个端子被连接到所述串联稳定块的另一端，该另一端是没有连接到所述第1并联稳定块的一侧，
所述第3并联稳定块的另一个端子经由所述第2开关单元被连接到所述第4并联稳定块。
5、如权利要求1所述的多频带稳定电路，其中，
在将N设为大于或等于3的预定整数，并且将n设为大于或等于2且小于或等于N-1的整数时，
所述并联稳定块的数目为所述N个，以下分别称为“第1并联稳定块”、“第2并联稳定块”、…、“第N并联稳定块”，
所述开关单元的数目为N-1个，以下称为“第1开关单元”、“第2开关单元”、…、“第N-1开关单元”，
所述第1并联稳定块的一个端子被连接到所述串联稳定块的一端，
所述第1并联稳定块的另一个端子被连接到所述第1开关单元，
第n并联稳定块的一个端子被连接到第n-1开关单元，
第n并联稳定块的另一个端子被连接到第n开关单元，
所述第N并联稳定块被连接到所述第N-1开关单元。
6、如权利要求1所述的多频带稳定电路，其中，
在将N设为大于或等于3的预定整数，并且将n设为大于2且小于或等于2N-2的整数时，
所述并联稳定块的数目为2N个，以下称为“第1并联稳定块”、“第2并联稳定块”、…、“第2N-1并联稳定块”、“第2N并联稳定块”，
所述开关单元的数目为2N-2个，以下称为“第1开关单元”、“第2开关单元”、…、“第2N-2开关单元”，
所述第1并联稳定块的一个端子被连接到所述串联稳定块的一端，
所述第1并联稳定块的另一个端子被连接到所述第1开关单元，
所述第2并联稳定块的一个端子被连接到所述串联稳定块的另一端，该另一端是没有连接到所述第1并联稳定块的一侧，
所述第2并联稳定块的另一个端子被连接到所述第2开关单元，
第n并联稳定块的一个端子被连接到第n-2开关单元，
第n并联稳定块的另一个端子被连接到第n开关单元，
所述第2N-1并联稳定块的一个端子连接到第2N-3开关单元，
所述第2N并联稳定块的一个端子连接到所述第2N-2开关单元。
7、如权利要求1所述的多频带稳定电路，
在将N设为大于或等于2的预定整数时，
所述并联稳定块的数目为所述N个，
所述开关单元的数目为1个，
所述开关单元是进行1对N的切换的开关，
所述开关单元被连接到所述串联稳定块的一端，
所述开关单元从N个所述并联稳定块中选择并连接一个并联稳定块。
8、如权利要求1所述的多频带稳定电路，其中，
通过一个所述开关单元连接邻近的并联稳定块所形成的所述并联稳定块的串联电路连接到所述串联稳定块和所述放大元件的串联电路而不使用所述开关单元。
9、如权利要求1所述的多频带稳定电路，其中，
所述多频带稳定电路被串联连接在所述放大元件和多频带匹配电路之间，所述多频带匹配电路能够在两个或多个频带中的每一个进行阻抗匹配。
10、一种多频带放大电路，对应于两个以上的频带，它包括：
放大元件，能够放大每一个频带的信号；
多频带稳定电路，该多频带稳定电路包括：串联连接到所述放大元件的输入端子或输出端子的串联稳定块；
一个以上的开关单元；以及
多个并联稳定块，经由所述开关单元并联连接到所述串联稳定块和所述放大元件的串联电路；
每一个所述开关单元根据每一个所述频带而成为导通或者截止状态；
所述串联稳定块、以及经由导通状态的所述开关单元连接到所述串联电路的所述并联稳定块确保每一个频带下所述放大元件的稳定性；以及
多频带匹配电路，可以在每一个所述频带进行阻抗匹配，被连接到与所述多频带稳定电路的一个端子，该端子是与连接到所述放大元件的端子相反侧的端子。
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