CN108292908B - 高频多级放大器 - Google Patents

Abstract

在第一级的第一晶体管(5a)与第一输出匹配电路(10a)之间设置第一稳定电路(7a)，在第二级的第二晶体管(5b)与第二输出匹配电路(10b)之间设置第二稳定电路(7b)。第一稳定电路(7a)是并联连接使比作为放大器的使用频率的中心值fc低的频率f1通过的第一带通滤波器和第一电阻(103a)而构成的，第二稳定电路(7b)是并联连接使比中心值fc高的频率f2通过的第二带通滤波器和第二电阻(103b)而构成的。

Description

高频多级放大器

技术领域

本发明涉及对微波或毫米波等高频信号进行放大的高频功率放大器，特别涉及串联连接有2级以上的晶体管和匹配电路的高频多级放大器。

背景技术

在高频低噪声放大器中，需要使放大输出的高频信号的噪声较少，并且在使用频带以外的低频到高频的范围内具有稳定性。作为这种放大器，以往，例如如专利文献1所示，存在如下电路结构的放大器：在输入端子与晶体管的栅极侧之间配置稳定电路，该稳定电路通过由电感器和电容器构成的LC串联谐振电路(谐振频率与从输入端子输入的高频信号的频率相等)以及与该谐振电路并联连接的电阻构成。在该电路结构中，在LC串联谐振电路的谐振频率中，谐振电路发挥带通滤波器的作用，能够减少通过损失，另一方面，在使用频率以外(低频和高频)，由于与LC串联谐振电路并联配置的电阻的影响，能够增大通过损失。由此，在使用频带以外的低频到高频的范围内实现稳定化，而不损害使用频率下的噪声指数。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-217753号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在考虑串联多级连接上述专利文献1记载的电路结构的放大器的多级放大器的结构的情况下，存在如下问题：在LC串联谐振电路的谐振频率的下侧和上侧的频率中，各级的通过损失合并，在使用频率的频带端部损害噪声指数，而且，使用频带内的增益不是平坦的。例如，存在如下问题：在需要以13GHz～17GHz进行动作的多级低噪声放大器中，在设置由以其中心频率的15GHz进行谐振的LC串联谐振电路和电阻构成的稳定电路的情况下，在15GHz中可得到无损失的特性，另一方面，在使用频率的下限即13GHz和上限即17GHz中，各级的通过损失合并，损害噪声指数，而且，13GHz～17GHz中的增益平坦性恶化。

本发明正是为了解决该问题而完成的，其目的在于，提供能够在宽带内得到良好的噪声指数并且能够提高使用频率内的增益平坦性的高频多级放大器。

用于解决课题的手段

本发明的高频多级放大器经由输出匹配电路串联连接有2级以上的加装有源极电感器的晶体管，在多个晶体管中的至少一个晶体管的输出与晶体管的第一输出匹配电路之间设置第一稳定电路，该第一稳定电路是并联连接使比作为放大器的使用频率的中心值fc低的频率f1通过的第一带通滤波器、使中心值fc以上的频率通过的高通滤波器和第一电阻而成的，并且，在与至少一个晶体管不同的晶体管中的至少一个晶体管的输出与晶体管的第二输出匹配电路之间设置第二稳定电路，该第二稳定电路是并联连接使比中心值fc高的频率f2通过的第二带通滤波器、使中心值fc以下的频率通过的低通滤波器和第二电阻而成的。

发明效果

本发明的高频多级放大器多级串联连接第一稳定电路和第二稳定电路，该第一稳定电路是并联连接使频率f1通过的第一带通滤波器、高通滤波器和第一电阻而成的，该第二稳定电路是并联连接使频率f2通过的第二带通滤波器、低通滤波器和第二电阻而成的。由此，能够在宽带内得到良好的噪声指数，并且能够提高使用频率内的增益平坦性。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的高频多级放大器的结构图。

图2是示出本发明的实施方式1的高频多级放大器的通过损失的频率特性的说明图。

图3是示出将现有技术应用于多级放大器时的通过损失的频率特性的说明图。

图4是示出本发明的实施方式2的高频多级放大器的结构图。

图5是示出本发明的实施方式2的高频多级放大器的通过损失的频率特性的说明图。

图6是示出本发明的实施方式3的高频多级放大器的结构图。

图7是示出本发明的实施方式4的高频多级放大器的结构图。

具体实施方式

下面，为了更加详细地说明本发明，根据附图对用于实施本发明的方式进行说明。

实施方式1

图1是本实施方式的高频多级放大器的结构图。

本实施方式的高频多级放大器具有高频输入端子1、第一输入匹配电路2a、第一输入偏置电路3a、第一输入偏置电源端子4a、第一晶体管5a、第一源极电感器6a、第一稳定电路7a、第一输出偏置电路8a、第一输出偏置电源端子9a、第一输出匹配电路10a、电容器11、第二输入匹配电路2b、第二输入偏置电路3b、第二输入偏置电源端子4b、第二晶体管5b、第二源极电感器6b、第二稳定电路7b、第二输出偏置电路8b、第二输出偏置电源端子9b、第二输出匹配电路10b以及高频输出端子12。

高频输入端子1是对高频多级放大器输入高频信号的端子。第一输入匹配电路2a～第一输出匹配电路10a构成从高频输入端子1侧观察的第一级放大器，第一输入匹配电路2a是第一晶体管5a的输入侧匹配电路。第一输入偏置电路3a是对第一晶体管5a的栅极赋予偏置电压的电路，第一输入偏置电源端子4a是针对第一输入偏置电路3a的电源端子。第一晶体管5a是进行高频信号的放大的放大元件，在其源极端子连接有第一源极电感器6a，第一源极电感器6a的另一端接地。第一稳定电路7a设置在第一晶体管5a与第一输出匹配电路10a之间，是并联连接以频率f1进行谐振的第一电感器101a与第一电容器102a的串联谐振电路以及第一电阻103a而构成的。第一输出匹配电路10a是第一晶体管5a的输出侧匹配电路。并且，电容器11是遮断从第一输出匹配电路10a输出的信号的直流的DC截止电容器。

第二输入匹配电路2b～第二输出匹配电路10b构成从高频输入端子1侧观察的第二级放大器，它们的结构是与构成第一级放大器的第一输入匹配电路2a～第一输出匹配电路10a相同的结构。并且，第二稳定电路7b是并联连接以频率f2进行谐振的第二电感器101b与第二电容器102b的串联谐振电路以及第二电阻103b而构成的。这里，作为多级放大器的使用频率的中心值fc、频率f1、频率f2的关系为Δ＝fc-f1＝f2-fc。

另外，在低噪声放大器中，多数情况下使用源极电感器实现使用频带内的稳定性，但是，该情况下，由于加装源极电感器，使用频率的高频侧的稳定性受到损害。因此，不仅在使用频率的低频侧，而且在使用频率的高频侧，也需要插入具有通过损失的稳定电路。并且，需要针对构成各级的晶体管分别实现稳定化，因此，第一稳定电路7a和第二稳定电路7b不是连续地串联连接，而是需要分别配置在构成各级的第一晶体管5a与第一输出匹配电路10a之间以及第二晶体管5b与第二输出匹配电路10b之间。

在该结构中，第一稳定电路7a内的LC串联谐振电路作为使频率f1通过的第一带通滤波器发挥功能。在LC串联谐振电路和第一电阻103a并联连接时，在LC串联谐振电路的谐振频率f1中，谐振电路发挥带通滤波器的作用，理想情况下通过损失成为零。另一方面，当频率从f1偏离时，输入信号经由与LC串联谐振电路并联配置的第一电阻103a传播，因此，损失增大，实现稳定化。同样，第二稳定电路7b内的LC串联谐振电路作为使频率f2通过的第二带通滤波器发挥功能。在频率f2中，谐振电路发挥带通滤波器的作用，理想情况下通过损失成为零。另一方面，当频率从f2偏离时，输入信号经由与LC串联谐振电路并联配置的第二电阻103b传播，因此，损失增大，实现稳定化。另外，此时，频带以外的通过损失根据第一电阻103a和第二电阻103b的电阻值的大小而变化。即，根据需要的频带以外的稳定度设定第一电阻103a和第二电阻103b的电阻值。

接着，对串联多级连接第一稳定电路7a和第二稳定电路7b时的通过损失的频率特性进行说明。

图2示出实施方式1中的通过损失的频率特性。图2的上图是各稳定电路中的通过损失的频率特性，图2的下图是串联连接全级的稳定电路时的通过损失的总和的频率特性。理想情况下第一稳定电路7a的通过损失(实线所示的特性)在频率f1中成为零，理想情况下第二稳定电路7b的通过损失(虚线所示的特性)在频率f2中成为零。图3示出多级串联连接专利文献1所示的稳定电路时的通过损失的频率特性。与图2同样，图3的上图是各稳定电路中的通过损失的频率特性(实线所示的特性和虚线所示的特性)，图3的下图是串联连接全级的稳定电路时的通过损失的总和的频率特性。另外，在图3的上图中，实际上，实线所示的特性和虚线所示的特性相同，但是，为了在附图上容易理解而稍微错开示出。

理想情况下第一稳定电路7a和第二稳定电路7b的通过损失都在频率fc中成为零。在现有的电路结构中，在串联连接两个稳定电路的情况下，频率fc中的通过损失为零，但是，在频率fc的低频侧和高频侧，通过损失急剧增大。因此，在使用频带的端部损害噪声指数，而且，损害作为放大器的使用频带内的增益平坦性。另一方面，在本实施方式1中，与将现有的电路结构应用于多级放大器的情况相比，频率fc中的通过损失增加，但是，从频率f1到频率f2的通过损失的频率偏差减小，因此，与将现有技术应用于多级放大器的情况相比，作为放大器的使用频带内的增益平坦性提高。

如以上说明的那样，根据实施方式1的高频多级放大器，高频多级放大器经由输出匹配电路串联连接有2级以上的加装有源极电感器的晶体管，在多个晶体管中的至少一个晶体管的输出与晶体管的第一输出匹配电路之间设置第一稳定电路，该第一稳定电路是并联连接使比作为放大器的使用频率的中心值fc低的频率f1通过的第一带通滤波器和第一电阻而成的，并且，在与至少一个晶体管不同的晶体管中的至少一个晶体管的输出与晶体管的第二输出匹配电路之间设置第二稳定电路，该第二稳定电路是并联连接使比中心值fc高的频率f2通过的第二带通滤波器和第二电阻而成的。因此，能够在宽带内得到良好的噪声指数，并且能够提高使用频率内的增益平坦性。

实施方式2

图4是示出实施方式2的高频多级放大器的结构图。在实施方式2中，使第一稳定电路7c和第二稳定电路7d的结构成为与实施方式1的第一稳定电路7a和第二稳定电路7b不同的结构。在图4中，第一稳定电路7c和第二稳定电路7d以外的结构与图1所示的实施方式1相同，因此，对对应的部分标注相同标号并省略其说明。

第一稳定电路7c是并联连接以频率f1进行谐振的由第一电感器101a和第一电容器102a构成的LC串联谐振电路、第一电阻103a、使作为多级放大器的使用频率的中心值fc以上的频率通过的作为高通滤波器的电容器104而构成的。并且，第二稳定电路7d是并联连接以频率f2进行谐振的由第二电感器101b和第二电容器102b构成的LC串联谐振电路、第二电阻103b、使作为多级放大器的使用频率的中心值fc以下的频率通过的作为低通滤波器的电感器105而构成的。此时，设Δ＝fc-f1＝f2-fc。

接着，对串联多级连接实施方式2中的第一稳定电路7c和第二稳定电路7d时的通过损失的频率特性进行说明。

图5示出实施方式2中的通过损失的频率特性。图5的上图是各个第一稳定电路7c和第二稳定电路7d中的通过损失的频率特性，图5的下图是串联连接全级的第一稳定电路7c和第二稳定电路7d时的通过损失的总和的频率特性。另外，在图5的上图中，实线表示第一稳定电路7c的频率特性，虚线表示第二稳定电路7d的频率特性。

理想情况下第一稳定电路7c的通过损失在频率f1中成为零，理想情况下第二稳定电路7d的通过损失在频率f2中成为零。而且，关于第一稳定电路7c的通过损失，并联连接的电容器104发挥高通滤波器的效果，因此，比频率f1更高频的通过损失小于比频率f1更低频的通过损失。另一方面，关于第二稳定电路7d的通过损失，并联连接的电感器105发挥低通滤波器的效果，因此，比频率f2更低频的通过损失小于比频率f2更高频的通过损失。即，各个第一稳定电路7c和第二稳定电路7d的通过损失的频率特性相对于LC串联谐振电路的谐振频率f1、f2不对称。由此，在串联连接第一稳定电路7c和第二稳定电路7d的情况下，通过损失的频率特性平坦化，并且，与实施方式1的情况相比，频率fc中的通过损失减小。

这样，在本实施方式2中，从频率f1到频率f2的通过损失的频率偏差减小，因此，不仅与将现有的电路结构应用于多级放大器的情况相比，作为放大器的使用频带内的增益平坦性提高，而且，与实施方式1相比频率fc中的通过损失减小，因此，可得到如下效果：不会导致噪声指数的降低，与实施方式1相比显著提高增益的平坦性。

如以上说明的那样，根据实施方式2的高频多级放大器，高频多级放大器经由输出匹配电路串联连接有2级以上的加装有源极电感器的晶体管，在多个晶体管中的至少一个晶体管的输出与该晶体管的第一输出匹配电路之间设置第一稳定电路，该第一稳定电路是并联连接使比作为放大器的使用频率的中心值fc低的频率f1通过的第一带通滤波器、使中心值fc以上的频率通过的高通滤波器和第一电阻而成的，并且，在与至少一个晶体管不同的晶体管中的至少一个晶体管的输出与该晶体管的第二输出匹配电路之间设置第二稳定电路，该第二稳定电路是并联连接使比中心值fc高的频率f2通过的第二带通滤波器、使中心值fc以下的频率通过的低通滤波器和第二电阻而成的。因此，能够在宽带内得到良好的噪声指数，并且能够提高使用频率内的增益平坦性。

实施方式3

图6是示出实施方式3的高频多级放大器的结构图。在实施方式3中，使第一稳定电路7e和第二稳定电路7f的结构成为与实施方式1的第一稳定电路7a和第二稳定电路7b不同的结构。在图6中，第一稳定电路7e和第二稳定电路7f以外的结构与图1所示的实施方式1相同，因此，对对应的部分标注相同标号并省略其说明。

第一稳定电路7e是并联连接以频率f1进行谐振的由第一电感器101a和第一电容器102a构成的LC串联谐振电路与第三电阻106a的串联电路以及第一电阻103a而构成的。并且，第二稳定电路7f是并联连接以频率f2进行谐振的由第二电感器101b和第二电容器102b构成的LC串联谐振电路与第四电阻106b的串联电路以及第二电阻103b而构成的。在本结构中，串联插入电阻(第三电阻106a和第四电阻106b)，因此，在从频率f1到频率f2的频带中产生电路损失。即，具有增益平坦性，而且，通过任意设定第三电阻106a和第四电阻106b的值，能够自由变更使用频带内的稳定性，设计上的自由度增加。

如以上说明的那样，根据实施方式3的高频多级放大器，高频多级放大器经由输出匹配电路串联连接有2级以上的加装有源极电感器的晶体管，在多个晶体管中的至少一个晶体管的输出与该晶体管的第一输出匹配电路之间设置第一稳定电路，该第一稳定电路是并联连接使比作为放大器的使用频率的中心值fc低的频率f1通过的第一带通滤波器与第三电阻的串联电路和第一电阻而成的，并且，在与至少一个晶体管不同的晶体管中的至少一个晶体管的输出与该晶体管的第二输出匹配电路之间设置第二稳定电路，该第二稳定电路是并联连接使比中心值fc高的频率f2通过的第二带通滤波器与第四电阻的串联电路和第二电阻而成的。因此，能够在宽带内得到良好的噪声指数，并且能够提高使用频率内的增益平坦性。

实施方式4

图7是示出实施方式4的高频多级放大器的结构图。在实施方式4中，使第一稳定电路7g和第二稳定电路7h的结构成为与实施方式1的第一稳定电路7a和第二稳定电路7b不同的结构。在图7中，第一稳定电路7g和第二稳定电路7h以外的结构与图1所示的实施方式1相同，因此，对对应的部分标注相同标号并省略其说明。

第一稳定电路7g是并联连接以频率f1进行谐振的由第一电感器101a和第一电容器102a构成的LC串联谐振电路与第三电阻106a的串联电路、第一电阻103a以及使频率fc以上的频率通过的作为高通滤波器的电容器104而构成的。并且，第二稳定电路7h是并联连接以频率f2进行谐振的由第二电感器101b和第二电容器102b构成的LC串联谐振电路与第四电阻106b的串联电路、第二电阻103b以及使频率fc以下的频率通过的作为低通滤波器的电感器105而构成的。在本结构中，与实施方式3同样，串联插入电阻(第三电阻106a和第四电阻106b)，因此，在从频率f1到频率f2的频带中产生电路损失。即，具有增益平坦性，而且，通过任意设定第三电阻106a和第四电阻106b的值，能够自由变更使用频带内的稳定性，设计上的自由度增加。

如以上说明的那样，根据实施方式4的高频多级放大器，高频多级放大器经由输出匹配电路串联连接有2级以上的加装有源极电感器的晶体管，在多个晶体管中的至少一个晶体管的输出与该晶体管的第一输出匹配电路之间设置第一稳定电路，该第一稳定电路是并联连接使比作为放大器的使用频率的中心值fc低的频率f1通过的第一带通滤波器与第三电阻的串联电路、使中心值fc以上的频率通过的高通滤波器和第一电阻而成的，并且，在与至少一个晶体管不同的晶体管中的至少一个晶体管的输出与该晶体管的第二输出匹配电路之间设置第二稳定电路，该第二稳定电路是并联连接使比中心值fc高的频率f2通过的第二带通滤波器与第四电阻的串联电路、使中心值fc以下的频率通过的低通滤波器和第二电阻而成的。因此，能够在宽带内得到良好的噪声指数，并且能够提高使用频率内的增益平坦性。

另外，在上述实施方式1～4中，在单级的放大器中设置输入偏置电路和输出偏置电路，但是，偏置电源不需要必须是2个电源，也可以是多级串联连接由自偏置电路构成的单级放大器而成的放大器。

并且，在上述实施方式1～4中，从高频输入端子1侧观察，在第一级的第一晶体管5a与第一输出匹配电路10a之间设置第一稳定电路7a，从高频输入端子1侧观察，在第二级的第二晶体管5b与第二输出匹配电路10b之间设置第二稳定电路7b，但是，不限于该配置，可以在任何级设置第一稳定电路7a或第二稳定电路7b。进而，也可以在多个级的放大器设置第一稳定电路7a或第二稳定电路7b。

另外，本发明能够在其发明的范围内进行各实施方式的自由组合、或者各实施方式的任意结构要素的变形、或者在各实施方式中省略任意的结构要素。

产业上的可利用性

如上所述，本发明的高频多级放大器涉及串联多级连接具有稳定电路的放大器而成的结构，适合用于对微波或毫米波等高频信号进行放大的高频功率放大器。

标号说明

1：高频输入端子；2a：第一输入匹配电路；2b：第二输入匹配电路；3a：第一输入偏置电路；3b：第二输入偏置电路；4a：第一输入偏置电源端子；4b：第二输入偏置电源端子；5a：第一晶体管；5b：第二晶体管；6a：第一源极电感器；6b：第二源极电感器；7a：第一稳定电路；7b：第二稳定电路；8a：第一输出偏置电路；8b：第二输出偏置电路；9a：第一输出偏置电源端子；9b：第二输出偏置电源端子；10a：第一输出匹配电路；10b：第二输出匹配电路；11：电容器；12：高频输出端子；101a：第一电感器；101b：第二电感器；102a：第一电容器；102b：第二电容器；103a：第一电阻；103b：第二电阻；104：电容器；105：电感器；106a：第三电阻；106b：第四电阻。

Claims (2)

1.一种高频多级放大器，其特征在于，

所述高频多级放大器经由输出匹配电路串联连接有2级以上的加装有源极电感器的晶体管，

在多个所述晶体管中的至少一个第一晶体管的输出与该第一晶体管的第一输出匹配电路之间设置第一稳定电路，该第一稳定电路是并联连接使比作为放大器的使用频率的中心值fc低的频率f1通过的第一带通滤波器、使所述中心值fc以上的频率通过的高通滤波器和第一电阻而成的，并且，

在与所述至少一个第一晶体管不同的晶体管中的至少一个第二晶体管的输出与该第二晶体管的第二输出匹配电路之间设置第二稳定电路，该第二稳定电路是并联连接使比所述中心值fc高的频率f2通过的第二带通滤波器、使所述中心值fc以下的频率通过的低通滤波器和第二电阻而成的。

2.一种高频多级放大器，其特征在于，

所述高频多级放大器经由输出匹配电路串联连接有2级以上的加装有源极电感器的晶体管，

在多个所述晶体管中的至少一个第一晶体管的输出与该第一晶体管的第一输出匹配电路之间设置第一稳定电路，该第一稳定电路是并联连接使比作为放大器的使用频率的中心值fc低的频率f1通过的第一带通滤波器与第三电阻的串联电路、使所述中心值fc以上的频率通过的高通滤波器和第一电阻而成的，并且，

在与所述至少一个第一晶体管不同的晶体管中的至少一个第二晶体管的输出与该第二晶体管的第二输出匹配电路之间设置第二稳定电路，该第二稳定电路是并联连接使比所述中心值fc高的频率f2通过的第二带通滤波器与第四电阻的串联电路、使所述中心值fc以下的频率通过的低通滤波器和第二电阻而成的。

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