CN115940844A - 高频电路 - Google Patents
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Abstract
本发明使高频电路的工作稳定化并且抑制高频电路的特性劣化。高频电路具备：晶体管，具有供高频信号输入的输入电极和供高频信号被放大后输出的输出电极；线路，连接于输入电极和输出电极中的任一个电极，供高频信号或高频信号被放大后的信号传输；偏置端子，被供给施加于晶体管的所述任一个电极的偏置电压；偏置电路，第一端连接于所述线路内的第一节点，第二端连接于所述偏置端子，该偏置电路抑制高频信号或高频信号被放大后的信号中的具有晶体管的工作频率频带内的频率的高频信号从第一节点向偏置端子通过；以及谐振电路，连接于偏置端子和偏置电路之间的第二节点与基准电位之间，在谐振频率下使第二节点与基准电位之间的阻抗极小。
Description
技术领域
本发明涉及一种高频电路。
背景技术
已知：将开路短截线的第一端连接于高频电路中的供高频信号传输的主要线路，使传输线路接近开路短截线，使传输线路的两端经由电阻接地(例如专利文献1)。已知：在向晶体管供给偏置电压的偏置电路的扼流线圈设置被分路连接的电容器，通过扼流线圈和电容器设置并联谐振电路(例如专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9－284051号公报
专利文献2：日本特开2000－183773号公报
在专利文献1、2中，能使高频电路的工作稳定化。然而，若将使高频电路的工作稳定化的稳定化电路直接连接于供高频信号传输的线路，则会影响高频电路的特性，高频电路的特性会劣化。
发明内容
本公开是鉴于上述问题而完成的，其目的在于使高频电路的工作稳定化并且抑制高频电路的特性劣化。
本公开的一个实施方式是一种高频电路，具备：晶体管，具有供高频信号输入的输入电极和供所述高频信号被放大后输出的输出电极；线路，连接于所述输入电极和所述输出电极中的任一个电极，供所述高频信号或所述高频信号被放大后的信号传输；偏置端子，被供给施加于所述晶体管的所述任一个电极的偏置电压；偏置电路，所述偏置电路的第一端连接于所述线路内的第一节点，所述偏置电路的第二端连接于所述偏置端子，所述偏置电路抑制所述高频信号或所述高频信号被放大后的信号中的具有所述晶体管的工作频率频带内的频率的高频信号从所述第一节点向所述偏置端子通过；以及谐振电路，连接于所述偏置端子和所述偏置电路之间的第二节点与基准电位之间，在谐振频率下使所述第二节点与基准电位之间的阻抗极小。
发明效果
根据本公开，能使高频电路的工作稳定化并且抑制高频电路的特性劣化。
附图说明
图1是实施例1的高频电路的电路图。
图2是实施例1中的偏置电路和谐振电路的俯视图。
图3是图2的A－A剖视图。
图4是比较例1的高频电路的电路图。
图5是实施例1的变形例1的高频电路的电路图。
图6是实施例2的高频电路的电路图。
图7是表示电路A中的相对于频率的S21的图。
图8是表示电路B中的相对于频率的S21的图。
附图标记说明
12：谐振电路
16、18：线路
20：放大器
21：晶体管
22、24：偏置电路
23、25：偏置端子
26、28：匹配电路
30：电介质基板
32、34：金属层
32a～32g：图案
35：接合件
36：贯通电极
38a～38c：电子部件
50、52：高频信号
100、102、104、110：高频电路
S：源极
G：栅极(输入电极)
D：漏极(输出电极)
N1：节点(第一节点)
N2：节点(第二节点)
C1：电容器(第一电容器)
C2：电容器(第二电容器)
L1：电感器(第一电感器)
S1：传输线路(第二电感器)
Tin：输入端子
Tout：输出端子。
具体实施方式
[本公开的实施方式的说明]
首先，列举本公开的实施方式的内容来进行说明。
(1)本公开的一个实施方式是一种高频电路，具备：晶体管，具有供高频信号输入的输入电极和供所述高频信号被放大后输出的输出电极；线路，连接于所述输入电极和所述输出电极中的任一个电极，供所述高频信号或所述高频信号被放大后的信号传输；偏置端子，被供给施加于所述晶体管的所述任一个电极的偏置电压；偏置电路，所述偏置电路的第一端连接于所述线路内的第一节点，所述偏置电路的第二端连接于所述偏置端子，所述偏置电路抑制所述高频信号或所述高频信号被放大后的信号中的具有所述晶体管的工作频率频带内的频率的高频信号从所述第一节点向所述偏置端子通过；以及谐振电路，连接于所述偏置端子和所述偏置电路之间的第二节点与基准电位之间，在谐振频率下使所述第二节点与基准电位之间的阻抗极小。通过在偏置端子与偏置电路之间设置谐振电路，能抑制高频电路的特性劣化并且能使高频电路的工作稳定化。
(2)优选的是，所述高频电路具备：输入端子，供所述高频信号输入；以及匹配电路，连接于所述输入端子与所述输入电极之间，所述匹配电路使从所述输入端子看向所述匹配电路的阻抗与从所述匹配电路看向所述输入电极的阻抗匹配，所述线路将所述匹配电路与所述输入电极连接。
(3)优选的是，所述高频电路具备：输出端子，供所述高频信号被放大后的信号输出；以及匹配电路，连接于所述输出电极与所述输出端子之间，所述匹配电路使从所述输出电极看向所述匹配电路的阻抗与从所述匹配电路看向所述输出端子的阻抗匹配，所述线路将所述输出电极与所述匹配电路连接。
(4)优选的是，所述谐振电路的谐振频率下的未设置所述谐振电路时的所述高频电路的稳定系数小于1。
(5)优选的是，所述谐振电路的谐振频率比所述高频电路的工作频率频带低。
(6)优选的是，所述输入电极是所述晶体管的栅极，所述输出电极是所述晶体管的漏极。
(7)优选的是，所述谐振电路具备串联连接于所述第二节点与所述基准电位之间的第一电感器和第一电容器。
(8)优选的是，所述偏置电路具备：第二电感器，所述第二电感器的第一端连接于所述第一节点，所述第二电感器的第二端连接于所述第二节点；以及第二电容器，所述第二电容器的第一端连接于所述第二节点，所述第二电容器的第二端连接于所述基准电位。
[本公开的实施方式的详情]
以下，参照附图对本公开的实施方式的高频电路的具体例进行说明。需要说明的是，本公开并不限定于这些示例，而是由权利要求书示出，意图在于包括与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更。
[实施例1]
在实施例1中，作为高频电路以用于移动通信的基站的高频功率放大器为例进行说明。图1是实施例1的高频电路的电路图。如图1所示，高频电路100具备谐振电路12、放大器20、偏置电路22和24、匹配电路26和28。放大器20具备晶体管21。晶体管21例如是GaNHEMT(Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor：氮化镓高电子迁移率晶体管)等FET(Field Effect Transistor：场效应晶体管)。高频电路100的工作频率频带的中心频率例如为0.5GHz～10GHz。
输入端子Tin经由匹配电路26连接于晶体管21的栅极G(供高频信号输入的输入电极)，晶体管21的漏极D(供高频信号被放大后输出的输出电极)经由匹配电路28连接于输出端子Tout。晶体管21的源极S连接于接地电位(基准电位)。晶体管21将输入至输入端子Tin的高频信号50放大并输出至输出端子Tout。要由放大器20放大的高频信号50的频率f1例如是高频电路100的工作频率频带的中心频率。匹配电路26是使频率f1下的从外部电路看向输入端子Tin的输入阻抗与从匹配电路26看向栅极G的输入阻抗匹配的电路。即，匹配电路26使从输入端子Tin看向匹配电路26的阻抗与从匹配电路26看向栅极G的阻抗匹配。匹配电路28是使频率f1下的从漏极D看向匹配电路28的输出阻抗与从输出端子Tout看向外部电路的输出阻抗匹配的电路。即，匹配电路28使从漏极D看向匹配电路28的阻抗与从匹配电路28看向输出端子Tout的阻抗匹配。
在将匹配电路26与栅极G之间连接的线路16内的节点N1连接有偏置电路22。偏置电路22具备传输线路S1和电容器C2。传输线路S1的第一端连接于节点N1，传输线路S1的第二端连接于偏置端子23。电容器C2的第一端连接于传输线路S1与偏置端子23之间的节点N2，电容器C2的第二端连接于地等基准电位。在将频率f1下的波长设为λ时，传输线路S1的长度例如为λ/4。偏置电路22将供给至偏置端子23的偏置电压Vg经由线路16施加于栅极G，并且抑制高频信号50从节点N1向偏置端子23通过。
在将漏极D与匹配电路28之间连接的线路18内的节点N3连接有偏置电路24。偏置电路24具备传输线路S2和电容器C3。传输线路S2的第一端连接于节点N3，传输线路S2的第二端连接于偏置端子25。电容器C3的第一端连接于传输线路S2与偏置端子25之间的节点，电容器C3的第二端连接于地。传输线路S2的长度例如为λ/4。偏置电路24将供给至偏置端子25的偏置电压Vd经由线路18施加于漏极D，并且抑制高频信号50从节点N3向偏置端子25通过。
谐振电路12是具备电感器L1和电容器C1的串联谐振电路。电感器L1和电容器C1串联连接于偏置电路22和偏置端子23之间的节点N2与地等基准电位之间。在谐振电路12的谐振频率fr下，节点N2与基准电位之间的阻抗成为极小。谐振频率fr例如设为在未设置谐振电路12的情况下高频电路100容易振荡的(即高频电路100的工作不稳定的)频率f2附近。频率f2的高频信号52通过偏置电路22。
高频电路100的稳定系数K成为以下的公式1。
[数式1]
在此，D＝S11×S22－S12×S21，S11、S22、S21以及S12是将输入端子Tin和输出端子Tout分别设为端口1和端口2时的S参数。
在稳定系数K为1以下时，高频电路100变得不稳定而变得容易振荡。高频电路100使用匹配电路26和28设计为在高频电路100的工作频率频带下稳定系数K大于1。但是，当在工作频率频带以外的频率下稳定系数K成为1以下时，高频电路100变得容易振荡。具有谐振频率fr附近的频率f2的高频信号52从线路16经由偏置电路22和谐振电路12流到地，因此频率f2下的S21下降。根据公式1，当S21下降时，稳定系数K变大。由此，能增大频率f2附近的稳定系数K。频率f1的高频信号50不易通过偏置电路22。因此，高频信号50不会流到基准电位。由此，在频率f1下谐振电路12几乎不影响线路16，高频电路100的频率f1下的增益在有无谐振电路12时几乎不变。
图2是实施例1中的偏置电路和谐振电路的俯视图。图3是图2的A－A剖视图。如图2和图3所示，在电介质基板30的上表面设有金属层32，在电介质基板30的下表面设有金属层34。电介质基板30例如是FR－4(Flame Retardant Type 4：阻燃型4)等的树脂或陶瓷等电介质基板。金属层32和34例如是铜层或金层。金属层34设于电介质基板30的整个下表面，被供给接地电位等基准电位。金属层32形成图案32a～32g。
图案32a是线路16的信号线路。由图案32a和金属层32形成微带线路。图案32b的第一端连接于图案32a，图案32b的第二端是偏置端子23。由图案32b和金属层32形成微带线路。图案32b的一部分和金属层34形成传输线路S1。图案32a和32b的宽度为W1和W2。宽度W1、W2和厚度T1被设计为在频率f1下线路16和传输线路S1的特性阻抗成为所期望的值。
图案32c连接于图案32b中的传输线路S1与偏置端子23之间。图案32d被设为与图案32c分离，图案32e被设为与图案32d分离。电子部件38a的两端使用接合件35分别接合于图案32c和32d上。电子部件38b的两端使用接合件35分别接合于图案32d和32e上。图案32e通过贯通电介质基板30的贯通电极36电连接于金属层34而被短路。电子部件38a是线圈部件，相当于电感器L1。电子部件38b是电容部件，相当于电容器C1。由电子部件38a和38b形成谐振电路12。
图案32f连接于图案32b中的传输线路S1与偏置端子23之间。图案32g被设为与图案32f分离。电子部件38c的两端使用接合件35分别接合于图案32f和32g上。图案32g通过贯通电介质基板30的贯通电极36电连接于金属层34而被短路。电子部件38c是电容部件，相当于电容器C2。
对使用电子部件38a～38c作为电感器L1、电容器C1和C2的例子进行了说明，但电感器L1也可以是由金属层32形成的线路图案。电容器C1和C2也可以是设于电介质基板30上的MIM(Metal Insulator Metal：金属绝缘体金属)电容器。
[比较例]
图4是比较例1的高频电路的电路图。如图4所示，在比较例1中的高频电路110中，在匹配电路26与栅极G之间的线路分路连接有谐振电路12。在比较例1中，与实施例1同样地，通过将谐振电路12的谐振频率fr设为高频信号52的频率f2附近，能增大频率f2下的高频电路110的稳定系数K。另一方面，高频电路110的工作频率频带与谐振电路12的谐振频率不同。因此，在高频信号50的频率f1附近，谐振电路12的阻抗变高。由此，频率f1下的高频电路110的增益的下降被抑制。
然而，虽然在频率f1下谐振电路12的阻抗高但并不是无限大。因此，高频信号50的一部分经由谐振电路12泄漏到基准电位。由此，频率f1下的损耗增大。此外，谐振电路12的电感器L1和电容器C1会影响线路16。例如，谐振电路12会影响输入端子Tin与栅极G的阻抗匹配。由此，由匹配电路26进行的阻抗的匹配从最佳的状态变化，高频电路110的高频特性劣化。
根据实施例1，如图1那样，供高频信号50传输的线路16连接于晶体管21的栅极G(供高频信号输入的输入电极)。施加于栅极G的偏置电压被供给至偏置端子23。偏置电路22的第一端连接于线路16内的节点N1(第一节点)，偏置电路22的第二端连接于偏置端子23。具有与频率f1不同的频率f2的高频信号52的一部分通过偏置电路22。谐振电路12连接于节点N2(第二节点)与地(基准电位)之间，在谐振频率fr下使节点N2与地之间的阻抗极小。由此，通过了偏置电路22的高频信号中的频率f2的高频信号52经由谐振电路12流到地。由此，能在频率f2下使高频电路100的工作稳定化。偏置电路22抑制输入至输入端子Tin的高频信号中的具有晶体管的工作频率频带内的频率的高频信号50从节点N1向偏置端子23通过。由此，能抑制频率f1的高频信号50流到地，能抑制频率f1下的增益的下降。此外，由于对在线路16中传输的高频信号50来说谐振电路12是不可见的，因此能抑制谐振电路12影响高频信号50。
线路16将使输入端子Tin的输入阻抗与栅极G的输入阻抗匹配的匹配电路26与栅极G连接。偏置电路22连接于线路16内的节点N1。若如比较例1那样谐振电路12直接连接于线路16，则由匹配电路26进行的阻抗匹配会由于谐振电路12而偏离最佳值。由此，优选的是，如实施例1那样，将谐振电路12连接于节点N2与地之间。
谐振电路12具备串联连接于节点N2与地之间的电感器L1(第一电感器)和电容器C1(第一电容器)。由此，谐振电路12在谐振频率fr下成为短路，能使谐振频率fr附近的频率f2的高频信号52通过到地从而增大频率f2下的稳定系数K。电感器L1和电容器C1的连接顺序也可以与实施例1相反。
偏置电路22具备：传输线路S1(第二电感器)，该传输线路S1(第二电感器)的第一端连接于节点N1，该传输线路S1(第二电感器)的第二端连接于节点N2；以及电容器C2(第二电容器)，该电容器C2(第二电容器)的第一端连接于节点N2，该电容器C2(第二电容器)的第二端连接于基准电位。由此，能形成抑制高频信号50的通过的偏置电路22。第二电感器作为扼流线圈发挥功能即可。例如，传输线路S1的电长度例如在将频率f1的波长设为λ时为λ/4，大于λ/8且小于3λ/8。由此，传输线路S1作为扼流线圈发挥功能。
[实施例1的变形例1]
图5是实施例1的变形例1的高频电路的电路图。如图5所示，在实施例1的变形例1的高频电路102中，线路18将使漏极D的输出阻抗与输出端子Tout的输出阻抗匹配的匹配电路28与漏极D连接，供在晶体管21被放大后的高频信号传输。偏置电路24连接于线路18内的节点N3，抑制高频信号被放大后的信号中的具有晶体管21的工作频率频带内的频率的高频信号从节点N3向偏置端子25通过。谐振电路12设于偏置电路24和偏置端子25之间的节点N2与地之间。其他构成与实施例1相同并省略说明。如实施例1的变形例1那样，谐振电路12也可以设于供给漏极偏置电压Vd的偏置电路24与偏置端子25之间。
在晶体管21是放大器20的情况下，功率大的高频信号被输出至漏极D。因此，在实施例1的变形例1中，谐振电路12中的各电子部件(图2～图3的电子部件38a～38c)成为高耐压的昂贵的部件。由此，优选的是，如实施例1那样，谐振电路12设于偏置电路22与偏置端子23之间。在晶体管21作为倍频器或混频器发挥功能的情况下，如实施例1的变形例1那样，谐振电路12也可以设于偏置电路24与偏置端子25之间。
[实施例2]
实施例2是实施例1的具体例。图6是实施例2的高频电路的电路图。如图6所示，在高频电路104中，在输入端子Tin与匹配电路26之间连接有传输线路S3、电容器C7以及传输线路S4。在匹配电路28与输出端子Tout之间连接有传输线路S5、电容器C8、传输线路S6。传输线路S3～S6是高频信号进行传播的线路。电容器C7和C8是使高频信号通过并切断DC(Direct Current：直流)分量的DC切断电容器。
匹配电路26具备被串联连接的电感器L2和被分路连接的电容器C2。匹配电路28具备被串联连接的电感器L3和被分路连接的电容器C5。对于匹配电路26和28，可以使用电感器和电容器适当地形成LCL-T型电路和CLC-π型电路等。匹配电路26和28也可以使用分布常数电路形成。其他构成与实施例1的图1相同并省略说明。
[模拟]
进行了实施例2中的高频电路104的模拟。对未设置谐振电路12的电路A和设置了谐振电路12的电路B进行了模拟。模拟条件为以下。
工作频率频带的中心频率f1：4.8GHz
晶体管21：GaN HEMT
L1(nH)、C1(pF)：以由L1和C1构成的串联谐振电路的谐振频率包含于在未设置谐振电路12的电路A中稳定系数K＜1的频率频带内的方式选择了元件的值。
表1是表示电路A和电路B中的fo、K@fo、S21@fo以及S21@fc的表。频率fo是在1.5GHz～7GHz中稳定系数成为最小的频率，K@fo和S21@fo是频率fo下的稳定系数K和S21。S21@fc是工作频率频带的中心频率fc下的S21。
[表1]
| 电路 | 谐振电路 | fo[GHz] | K@fo | S21@fo[dB] | S21@fc[dB] |
| A | 无 | 1.71 | 0.757 | 15.17 | 11.45 |
| B | 有 | 1.64 | 0.984 | 12.92 | 11.45 |
图7是表示电路A中的相对于频率的S21的图。如图7和表1所示，中心频率fc下的S21＠fc为11.45dB。在频率fo＝1.71GHz下，S21＠fo为15.17dB。由于S21大，因此如公式1那样K变小。频率fo下的K＠fo为0.757，高频电路的工作变得不稳定。
图8是表示电路B中的相对于频率的S21的图。如图8和表1所示，中心频率fc下的S21＠fc为11.45dB，与电路A相同。在频率fo＝1.64GHz下，S21＠fo为12.92dB，比电路A小。由此，K＠fo比电路A大。频率fo下的K＠fo为0.984，高频电路的工作比电路A稳定。
如此，将谐振电路12的谐振频率设定在电路A中增益S21变大从而稳定系数K变小的频率fo附近。由此，频率fo下的S21＠fo变小，稳定系数K＠fo变大。由此，高频电路104的工作变得稳定。此外，即使设置谐振电路12，中心频率fc下的增益S21也几乎不会劣化。
如电路A那样，谐振电路12的谐振频率下的未设置谐振电路12时的高频电路的稳定系数K小于1。通过在这样的高频电路如电路B那样设置谐振电路12，能增大稳定系数K。在高频电路未设置谐振电路12时的谐振电路12的谐振频率下的稳定系数K为0.95以下或0.9以下时，优选设置谐振电路12。
如电路A那样，在比高频电路的工作频率频带的频率低的频率下，增益变大，稳定系数K容易变小。由此，优选的是，使谐振电路12的谐振频率比高频电路的工作频率频带的频率低，更优选的是，使谐振电路12的谐振频率为工作频率频带的频率的1/2以下的频率，进一步优选的是，使谐振电路12的谐振频率为工作频率频带的频率的1/3以下的频率。
在实施例1和2中，作为晶体管21对GaN HEMT等FET的例子进行了说明，但晶体管21也可以是双极晶体管。在晶体管21是FET、输入电极是栅极、输出电极是漏极的高频电路中，当未设置谐振电路12时，在比工作频带低的频率下稳定系数K容易小于0.9。由此，为了使稳定系数K为1以上，优选设置谐振电路12。
应该认为本次公开的实施方式在所有方面都是示例而不是限制性的。本公开的范围并不是由上述的含义示出，而是由权利要求书示出，意图在于包括与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更。
Claims (8)
1.一种高频电路，具备：
晶体管，具有供高频信号输入的输入电极和供所述高频信号被放大后输出的输出电极；
线路，连接于所述输入电极和所述输出电极中的任一个电极，供所述高频信号或所述高频信号被放大后的信号传输；
偏置端子，被供给施加于所述晶体管的所述任一个电极的偏置电压；
偏置电路，所述偏置电路的第一端连接于所述线路内的第一节点，所述偏置电路的第二端连接于所述偏置端子，所述偏置电路抑制所述高频信号或所述高频信号被放大后的信号中的具有所述晶体管的工作频率频带内的频率的高频信号从所述第一节点向所述偏置端子通过；以及
谐振电路，连接于所述偏置端子和所述偏置电路之间的第二节点与基准电位之间，在谐振频率下使所述第二节点与基准电位之间的阻抗极小。
2.根据权利要求1所述的高频电路，具备：
输入端子，供所述高频信号输入；以及
匹配电路，连接于所述输入端子与所述输入电极之间，
所述匹配电路使从所述输入端子看向所述匹配电路的阻抗与从所述匹配电路看向所述输入电极的阻抗匹配，
所述线路将所述匹配电路与所述输入电极连接。
3.根据权利要求1所述的高频电路，具备：
输出端子，供所述高频信号被放大后的信号输出；以及
匹配电路，连接于所述输出电极与所述输出端子之间，
所述匹配电路使从所述输出电极看向所述匹配电路的阻抗与从所述匹配电路看向所述输出端子的阻抗匹配，
所述线路将所述输出电极与所述匹配电路连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的高频电路，其中，
所述谐振电路的谐振频率下的未设置所述谐振电路时的所述高频电路的稳定系数小于1。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的高频电路，其中，
所述谐振电路的谐振频率比所述高频电路的工作频率频带低。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的高频电路，其中，
所述输入电极是所述晶体管的栅极，所述输出电极是所述晶体管的漏极。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的高频电路，其中，
所述谐振电路具备串联连接于所述第二节点与所述基准电位之间的第一电感器和第一电容器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的高频电路，其中，
所述偏置电路具备：
第二电感器，所述第二电感器的第一端连接于所述第一节点，所述第二电感器的第二端连接于所述第二节点；以及
第二电容器，所述第二电容器的第一端连接于所述第二节点，所述第二电容器的第二端连接于所述基准电位。
Applications Claiming Priority (2)
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