CN102480270A - 功率放大器和使用了该功率放大器的mmic - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种功率放大器和使用了该功率放大器的MMIC，能够对施加在放大用晶体管的栅极上的功率从高功率转移到了低功率之后的漏极电流的骤减进行抑制。本申请发明的功率放大器具有：输入端子；输入匹配电路，与该输入端子连接；放大用晶体管，栅极与该输入匹配电路连接；输出匹配电路，与该放大用晶体管的漏极连接；输出端子，与该输出匹配电路连接；反转微分电路，将该输入端子的信号反转之后进行微分或者将该输入端子的信号微分之后进行反转。并且，以该反转微分电路的输出与该栅极连接为特征。

Description

功率放大器和使用了该功率放大器的MMIC

技术领域

本发明涉及利用放大用晶体管将输入功率放大并输出的功率放大器和使用了该功率放大器的MMIC。

背景技术

在专利文献1中公开了如下的功率放大器：在放大用晶体管的栅极端子和对该栅极端子供给栅极电压的栅极电压端子之间连接了栅极电压抑制用电阻。

[专利文献1]：日本特开2008-245081号公报。

[专利文献2]：日本特开平1-49334号公报。

[专利文献3]：日本特开2002-237728号公报。

在构成功率放大器的放大用晶体管的栅极上交替地施加高功率和低功率。此处，在施加在栅极上的功率从高功率转移到了低功率的情况下，与该转移对应地放大用晶体管的漏极电流也减少。但是，在该转移后的一定期间，存在漏极电流过度地骤减的情况(将该现象称为漏极电流的骤减)。其结果是，存在引起功率放大器的增益的下降以及噪音指数的增加的情况。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种如下的功率放大器和使用了该功率放大器的MMIC：能够维持功率放大器的性能，并且，能够对施加在栅极上的功率从高功率转移到了低功率之后的漏极电流的骤减进行抑制。

本申请发明的功率放大器具有：输入端子；输入匹配电路，与该输入端子连接；放大用晶体管，栅极与该输入匹配电路连接；输出匹配电路，与该放大用晶体管的漏极连接；输出端子，与该输出匹配电路连接；以及反转微分电路（inverting differentiator circuit），将该输入端子的信号反转之后进行微分或者将该输入端子的信号微分之后进行反转。并且，以该反转微分电路的输出与该栅极连接为特征。

本申请发明的MMIC具有：输入端子；输入匹配电路，与该输入端子连接；放大用晶体管，栅极与该输入匹配电路连接；反转微分电路，将该输入端子的信号反转之后进行微分或者将该输入端子的信号微分之后进行反转，并且具有检波电路和边缘检测电路；第一基板，形成有该输入匹配电路、该放大用晶体管以及该检波电路；第二基板，形成有该边缘检测电路。并且，以该反转微分电路的输出与该栅极连接为特征。

本申请发明的MMIC具有：输入端子；输入匹配电路，与该输入端子连接；放大用晶体管，栅极与该输入匹配电路连接；反转微分电路，将该输入端子的信号反转之后进行微分或者将该输入端子的信号微分之后进行反转，并且具有检波电路和边缘检测电路；第一基板，形成有该输入匹配电路以及该放大用晶体管；第二基板，形成有该检波电路以及该边缘检测电路。并且，以该反转微分电路的输出与该栅极连接为特征。

根据本发明，能够对施加在放大用晶体管的栅极上的功率从高功率转移到了低功率之后的漏极电流的骤减进行抑制。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的功率放大器的图。

图2是示出本发明的实施方式1的功率放大器的各部分的波形的图。

图3是示出比较例的功率放大器的图。

图4是示出比较例的功率放大器的各部分的波形的图。

图5是示出本发明的实施方式1的功率放大器的第一变形例的图。

图6是示出本发明的实施方式1的功率放大器的第二变形例的图。

图7是示出本发明的实施方式2的功率放大器的图。

图8是示出本发明的实施方式2的功率放大器的变形例的图。

图9是示出本发明的实施方式2的功率放大器的另一变形例的图。

图10是示出本发明的实施方式3的MMIC的图。

图11是示出本发明的实施方式3的MMIC的变形例的图。

图12是示出本发明的实施方式3的MMIC的另一变形例的图。

图13是示出本发明的实施方式3的MMIC的另一变形例的图。

图14是示出本发明的实施方式4的MMIC的图。

图15是示出本发明的实施方式4的MMIC的变形例的图。

图16是示出本发明的实施方式4的MMIC的变形例的图。

图17是示出本发明的实施方式4的MMIC的变形例的图。

附图标记说明：

P1 输入端子

M1 输入匹配电路

T1 放大用晶体管

M2 输出匹配电路

P2 输出端子

K1 检波电路

E1 边缘检测电路。

具体实施方式

实施方式1

图1是示出本发明的实施方式1的功率放大器的图。功率放大器10利用放大用晶体管T1对从输入端子P1输入的输入功率进行放大，并且从输出端子P2进行输出。以下，对功率放大器10的详细情况进行说明。

功率放大器10具有放大用晶体管T1。放大用晶体管T1以半绝缘基板上的场效应晶体管形成。输入匹配电路M1与放大用晶体管T1的栅极连接。输入匹配电路M1将输入端子P1和放大用晶体管T1的栅极连接。

检波电路K1与输入匹配电路M1连接。检波电路K1是如下电路：对来自输入端子P1的信号进行检波，将该信号反转并进行输出。边缘检测电路E1与检波电路K1的输出连接。边缘检测电路E1是以将检波电路K1的输出进行微分并输出的方式构成的微分电路。该边缘检测电路E1将电容和电阻组合而构成。检波电路K1和边缘检测电路E1统称为反转微分电路KE1。

边缘检测电路E1的输出(反转微分电路KE1的输出)经由栅极偏置电阻R1以及输入匹配电路M1与放大用晶体管T1的栅极连接。并且，DC切断电容C1的一端连接在栅极偏置电阻R1和输入匹配电路M1之间。DC切断电容C1的另一端接地。此外，供给栅极电压的栅极电压端子V1与边缘检测电路E1连接。

输出匹配电路M2与放大用晶体管T1的漏极连接。输出匹配电路M2将放大用晶体管T1的漏极和输出端子P2连接。并且，供给漏极电压的漏极电压端子V2与输出匹配电路M2连接。DC切断电容C2的一端连接在漏极电压端子V2和输出匹配电路M2之间。DC切断电容C2的另一端接地。

放大用晶体管T1的源极接地。本发明的实施方式1的功率放大器10具有上述的结构。然后，参照图2对功率放大器10的动作进行说明。图2是示出本发明的实施方式1的功率放大器10的各部分的波形的图。图2的波形从上而下表示输入端子P1的输入功率的波形、检波电路K1的输出电压的波形、边缘检测电路E1的输出电压的波形、输出端子P2的输出功率的波形以及放大用晶体管T1的漏极电流的波形。

首先，对输入端子P1施加稳定状态的功率(以后，称为低功率)，使功率放大器为稳定状态。然后，使施加在输入端子P1上的功率从低功率升高到预定的高功率。由此，功率放大器10从稳定状态向高输入状态转移(以后，将从稳定状态向高输入状态的转移称为第一转移)。伴随第一转移，检波电路K1使输入端子P1的高功率反转，作为负电压进行检波，输出负电压。并且，在边缘检测电路E1中对上述的检波电路K1的输出的微分波形进行输出。该微分波形如图2的虚线的圆所示那样向下凸。边缘检测电路E1的输出经由栅极偏置电阻R1以及输入匹配电路M1施加在放大用晶体管T1的栅极上。

这样，在第一转移之后的放大用晶体管T1的栅极上，除了来自输入端子P1的高功率以外，以使该高功率减少的方式施加了边缘检测电路E1的输出功率。其结果是，第一转移之后的栅极的功率被抑制，输出端子P2的功率平缓地上升。

接着，功率放大器10从高输入状态向稳定状态转移(以后，将从高输入状态向稳定状态的转移称为第二转移)。伴随第二转移，检波电路K1使输入端子P1的低功率反转，作为正电压进行检波，输出正电压。并且，在边缘检测电路E1中，对上述的检波电路K1的输出的微分波形进行输出。该微分波形如图2的点划线的圆所示那样向上凸。边缘检测电路E1的输出经由栅极偏置电阻R1以及输入匹配电路M1施加在放大用晶体管T1的栅极上。

这样，在第二转移之后的放大用晶体管T1的栅极上，除了来自输入端子P1的低功率以外，以使该低功率增加的方式施加了边缘检测电路E1的输出功率。

以下，为了使本发明的实施方式1的功率放大器10的理解变得容易，对比较例进行说明。图3是示出比较例的功率放大器的图。比较例的功率放大器20从本发明的实施方式1的功率放大器10中除去了检波电路K1和边缘检测电路E1。即，功率放大器20仅将输入端子P1的输入功率施加在放大用晶体管T1的栅极上。

图4是示出比较例的功率放大器20的各部分的波形的图。图4的波形从上而下表示输入端子P1的输入功率的波形、输出端子P2的输出功率的波形、放大用晶体管T1的漏极电流的波形。在比较例的功率放大器20中，在第二转移之后的一定期间产生漏极电流的骤减。漏极电流的骤减的原因如下：由于高输入状态时的漏极电流增加以及向栅极施加高电压，载流子被捕获到放大用晶体管T1的界面的陷阱能级。漏极电流骤减的期间持续一定期间，然后，恢复到稳定动作。将第二转移后恢复到漏极电流稳定了的值为止所需要的期间称为恢复期间(在图4中以期间T示出)。在比较例的功率放大器20中，由于产生该恢复期间，所以，功率放大器20的增益下降，噪音指数增加。

但是，根据本发明的实施方式1的功率放大器10，在第二转移之后，除了来自输入端子P1的低功率以外，能够将边缘检测电路E1的输出功率施加在栅极上。因此，在第二转移之后，与比较例的情况相比，能够施加较大的栅极电压。因此，能够抑制上述的漏极电流的骤减，在第二转移之后能够瞬时地开始稳定动作。

并且，根据本发明的实施方式1的功率放大器10，在第一转移时，对栅极施加边缘检测电路E1的输出功率。第一转移时的边缘检测电路E1的输出电压减少高功率。因此，与比较例的情况相比，能够降低第一转移之后的栅极电压，对于高功率能够保护放大用晶体管T1。这样，本发明的实施方式1的功率放大器10是对比较例的结构添加了检波电路K1和边缘检测电路E1的简单的结构，但是，能够避免第一转移之后的急剧的栅极电压上升，并且，能够抑制第二转移之后的漏极电流的骤减。

此处，在第一转移中，以限制一定以上的输入功率为目的，考虑在输入端子P1的前级设置限制器（limiter），或者，以相同目的在输入端子P1的前级设置开关。但是，在设置了限制器或开关的情况下，导致包括功率放大器的接收系统的噪音指数的增加，接收灵敏度下降。此外，在限制器或开关中不能够应对第二转移时的漏极电流的骤减的问题。但是，本发明的实施方式1的功率放大器10具有检波电路K1和边缘检测电路E1，所以，不需要在输入端子的前级设置限制器或开关。因此，能够维持接收系统的性能，并且，能够得到前述的各效果。

图5是示出本发明的实施方式1的功率放大器的第一变形例的图。功率放大器30在放大用晶体管T1的后级具有放大用晶体管T2。并且，边缘检测电路E1的输出功率不仅施加在放大用晶体管T1的栅极上，也施加在放大用晶体管T2的栅极上。由此，不仅对于放大用晶体管T1，对于放大用晶体管T2也能够得到避免漏极电流的骤减等的效果。并且，此处设置了两个放大用晶体管，但是，能够将边缘检测电路的输出连接到多个放大用晶体管的栅极，所以，不限定于此，也可以使用三个以上的放大用晶体管。

图6是示出本发明的实施方式1的功率放大器的第二变形例的图。功率放大器40在放大用晶体管T1的后级具有放大用晶体管T2。该变形例的特征在于，具有多个放大用晶体管，按每个放大用晶体管设置了检波电路和边缘检测电路。具体地说，为了使放大用晶体管T1的栅极功率以上述的方式增减，设置有检波电路K1以及边缘检测电路E1。此外，为了使放大用晶体管T2的栅极功率以上述的方式增减，设置有检波电路K2以及边缘检测电路E2。检波电路K1以及K2和边缘检测电路E1以及E2的功能与上述相同，所以省略。

在做成具有多个放大用晶体管的结构(以后，称为多级结构)的情况下，根据输入功率的水平（level），即使第一级(放大用晶体管T1)是稳定状态，也存在输入了由第一级放大后的信号的后级(放大用晶体管T2)成为高输入状态的情况。这样，存在即使对于动作状态不同的多个放大用晶体管的栅极共同地施加一个边缘检测电路的输出功率也不能够得到本发明的效果的情况。

因此，如图6所示的变形例那样，对第一级(放大用晶体管T1)和后级(放大用晶体管T2)使用单独的检波电路和边缘检测电路，由此，能够对后级施加与后级的动作状态对应的栅极电压。并且，在本变形例中，说明了放大用晶体管为两级的情况，但是，只要是多级结构，则不特别限定。

此外，在多级结构的情况下，存在第一级始终为稳定状态而不成为高输入状态的情况。在该情况下，不需要对第一级设置检波电路和边缘检测电路。

在本发明的实施方式1的功率放大器10的反转微分电路KE1中，利用检波电路K1将输入端子P1的信号进行反转之后，利用边缘检测电路E1进行微分。但是，反转微分电路KE1的结构不限定于此。即，也可以调换检波电路K1和边缘检测电路E1，由此，以边缘检测电路E1对输入端子P1的信号进行微分之后以检波电路K1进行反转。在以下的本发明的实施方式中也同样。

实施方式2

图7是示出本发明的实施方式2的功率放大器的图。对于功率放大器50，以与本发明的实施方式1的功率放大器10的不同点为中心进行说明。

与边缘检测电路E1连接的栅极电压端子V1接地。此外，电阻R3以及电容器C3的一端与放大用晶体管T1的源极连接，电阻R3的另一端以及电容器C3的另一端接地。

在功率放大器50的稳定状态下，放大用晶体管T1的栅极电压被接地，成为0V，不需要从外部施加栅极电压。因此，能够使功率放大器50小型且简单。此外，具有与实施方式1同样的效果。

图8是示出本发明的实施方式2的功率放大器50的变形例的图。图8所示的功率放大器60具有放大用晶体管T1以及T2。电阻R4以及电容器C4的一端与放大用晶体管T2的源极连接，电阻R4的另一端以及电容器C4的另一端接地。并且，以将一个边缘检测电路E1的输出功率施加在放大用晶体管T1以及T2的栅极上的方式构成。因此，使稳定状态下的栅极电压为0V，由此，能够使功率放大器小型且简单，并且，不仅对于放大用晶体管T1，对于放大用晶体管T2也能够得到避免漏极电流的骤减等的效果。

图9是示出本发明的实施方式2的功率放大器50的另一变形例的图。图9所示的功率放大器70对于第一级的放大用晶体管T1具有检波电路K1以及边缘检测电路E1，对于后级的放大用晶体管T2具有检波电路K2以及边缘检测电路E2。这样，按每个放大用晶体管使用单独的检波电路和边缘检测电路，由此，也能够对后级施加与后级的动作状态对应的栅极电压。

此外，至少能够进行与本发明的实施方式1的功率放大器同等的变形。

实施方式3

图10是示出本发明的实施方式3的MMIC80的图。对于MMIC80，以与本发明的实施方式1的功率放大器10的不同点为中心进行说明。

MMIC80具有形成有输入端子P1、匹配电路M、放大用晶体管T1以及T2、以及检波电路K1的第一基板S1。第一基板S1由半绝缘基板形成。并且，具有形成有边缘检测电路E1的第二基板S2。当这样构成MMIC时，能够从外部对边缘检测电路E1的电容值以及电阻值进行调整，所以，能够变更时间常数。因此，利用放大用晶体管T1的性能变动等，在需要调整恢复期间的情况下等，能够对时间常数进行调整以及最优化。

图11是示出本发明的实施方式3的MMIC的变形例的图。在MMIC90构成多级放大用晶体管的情况下，引入了本发明的实施方式1的第一变形例的特征，并且，将边缘检测电路E1形成在单独的基板(第二基板S2)上。

图12是示出本发明的实施方式3的MMIC的另一变形例的图。在MMIC100构成多级放大用晶体管的情况下，引入本发明的实施方式1的第二变形例的特征，并且，将边缘检测电路E1以及E2形成在单独的基板(第二基板S2和第3基板S3)上。

图13是示出本发明的实施方式3的MMIC的另一变形例的图。在MMIC110构成多级放大用晶体管的情况下，引入本发明的实施方式2的特征，并且，将边缘检测电路E1以及E2形成在单独的基板(第二基板S2和第3基板S3)上。这样，可以在本发明的实施方式3的MMIC中附加前述的实施方式1以及2的特征。

实施方式4

图14是示出本发明的实施方式4的MMIC的图。对于MMIC120，以与本发明的实施方式3的MMIC80的不同点为中心进行说明。

MMIC120具有形成有检波电路K1以及边缘检测电路E1的第二基板S4。即，在本发明的实施方式3的MMIC80中，仅将边缘检测电路E1形成在单独的基板上，但是，在本发明的实施方式4的MMIC120中，检波电路K1也形成在第二基板S4上。因此，能够进行与输入功率对应的检波电压的电平调整。由此，也能够对应输入功率的水平（level）不同的系统。

图15、图16以及图17是示出本发明的实施方式4的MMIC的变形例的图。图15、图16以及图17将前述的图11、图12以及13中的检波电路形成在第一基板的外部的基板上。此外，能够进行与实施方式3相同程度的变形。

Claims (6)

1.一种功率放大器，其特征在于，具有：

输入端子；

输入匹配电路，与所述输入端子连接；

放大用晶体管，栅极与所述输入匹配电路连接；

输出匹配电路，与所述放大用晶体管的漏极连接；

输出端子，与所述输出匹配电路连接；以及

反转微分电路，将所述输入端子的信号反转之后进行微分或者将所述输入端子的信号微分之后进行反转，

所述反转微分电路的输出与所述栅极连接。

2.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，

具有多个所述放大用晶体管，

所述反转微分电路的输出连接到所述多个放大用晶体管的栅极。

3.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，

具有多个所述放大用晶体管，

按每个所述放大用晶体管具有所述反转微分电路。

4.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，具有：

栅极电压端子，与所述反转微分电路连接；

电阻，一端与所述放大用晶体管的源极连接；以及

电容器，一端与所述放大用晶体管的源极连接，

所述栅极电压端子接地，

所述电阻的另一端以及所述电容器的另一端接地。

5.一种MMIC，其特征在于，具有：

输入端子；

输入匹配电路，与所述输入端子连接；

放大用晶体管，栅极与所述输入匹配电路连接；

反转微分电路，将所述输入端子的信号反转之后进行微分或者将所述输入端子的信号微分之后进行反转，并且具有检波电路和边缘检测电路；

第一基板，形成有所述输入匹配电路、所述放大用晶体管以及所述检波电路；以及

第二基板，形成有所述边缘检测电路，

所述反转微分电路的输出与所述栅极连接。

6.一种MMIC，其特征在于，具有：

输入端子；

输入匹配电路，与所述输入端子连接；

放大用晶体管，栅极与所述输入匹配电路连接；

反转微分电路，将所述输入端子的信号反转之后进行微分或者将所述输入端子的信号微分之后进行反转，并且具有检波电路和边缘检测电路；

第一基板，形成有所述输入匹配电路以及所述放大用晶体管；以及

第二基板，形成有所述检波电路以及所述边缘检测电路，

所述反转微分电路的输出与所述栅极连接。

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