DE4213357C1 - Wideband power amplifier using parallel transistors - has input circuit between successive input line sections and respective transistors for distributing input load - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Breitbandverstärker mit einer oberen Grenzfrequenz von mehreren GHz laut Oberbegriff des Patentanspruches.

Breitbandverstärker dieser Art sind als sogenannte Distributed Amplifier bekannt (US-PS 50 28 879, KIM et al.: 0,5W 2-21 GHz Monolithic GaAs Distributed Amplifier. Iu: Electronics Letters 1984, Nr. 7, S. 288-289, Texas Instruments TGA8334-SCC 2-TO 20-GHz Power Amplifier, Datenblatt 1990 bzw. Halladay, Pavio, Crabill "A 1-20 GHz Dual Gate Distributed Power Amplifier" 1987, IEEE GaAs IC Symposium, S. 219). Es ist auch bekannt, die Eingangsschaltung zwischen dem Gate-Anschluß jedes der parallelgeschalteten Transistoren und der Eingangsleitung durch die Parallel­ schaltung eines Kondensators und eines Ohm′schen Wider­ standes auszubilden. Dadurch wird zwar die Leistungsver­ teilung auf die Steuereingänge der parallelgeschalteten Transistoren etwas verbessert, eine tatsächlich homogene Verteilung für alle Frequenzen ist mit dieser bekannten Schaltung jedoch nicht erreichbar. Bei der bekannten Schaltung werden die Kondensatoren so bemessen, daß die Kapazitätswerte vom Beginn der Eingangsleitung bei den aufeinanderfolgenden Transistoren bis zum Ende der Ein­ gangsleitung kontinuierlich ansteigen, so daß bei hohen Frequenzen die weiter hinten liegenden Transistoren von der durch Verluste bereits erheblich reduzierten Ein­ gangsleistung einen relativ höheren Anteil erhalten. Die Werte der parallel zu den Kondensatoren geschalteten Widerstände können bei dieser bekannten Schaltung jedoch nur in einem engen Bereich variiert werden. Einerseits müssen die Widerstände so klein sein, daß die Gate-Ströme der Transistoren nicht zu unterschiedlichen Arbeitspunkten führen, andererseits müssen sie groß genug sein, damit sie die Wirkung der Kapazitäten bei hohen Frequenzen nicht aufheben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Breitbandverstärker (Distributed Amplifier) zu schaffen, der eine nahezu vollständige homogene Verteilung der Eingangsleistung auf die einzelnen Transistoren und zwar für alle Fre­ quenzen des Arbeitsbereiches ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Breitbandverstärker laut Oberbegriff des Patentanspruches durch dessen kenn­ zeichnende Merkmale gelöst.

Durch die Aufteilung der jedem einzelnen Transistor vor dem Gate-Anschluß zugeordneten Eingangsschaltung in zwei oder mehrere parallelgeschaltete Kondensatoren und Wider­ stände wird die Zahl der Freiheitsgrade für die Dimen­ sionierung der Schaltung erhöht, so daß für jeden Tran­ sistor getrennt die Kapazitätswerte für die zwei oder mehreren Kondensatoren und auch das Verhältnis der dazu jeweils parallelgeschalteten mindestens zwei Ohm′schen Widerstände bei der Dimensionierung beliebig variiert werden können. Bei n aufeinanderfolgenden parallelge­ schalteten Transistoren ergeben sich damit 3n Frei­ heitsgrade gegenüber nur n Freiheitsgraden bei der bekannten Schaltung der eingangs erwähnten Art.

Für die Parallelschaltung von jeweils mindestens zwei Kondensatoren mit jeweils mindestens zwei zugeordneten Widerständen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die einfachste Schaltung auch bezüglich der Dimensionierung ist, die Eingangsschaltung jeweils aus der Parallel­ schaltung eines Widerstandes und einer zugehörigen Kapazität und dazu in Reihe wiederum die Parallelschaltung eines Widerstandes und einer Kapazität anzuordnen.

Das erfindungsgemäße Prinzip ist sowohl für Breitbandver­ stärker geeignet, die mit bipolaren oder mit Feldeffekt­ transistoren aufgebaut sind, bei letzteren mit Tran­ sistoren, die nur einen einzigen Gate-Anschluß aufweisen oder auch bei Transistoren mit zwei Gate-Anschlüssen (Single-Gate oder Dual-Gate Distributed Amplifiers).

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Breitbandver­ stärkers bestehend aus der Parallelschaltung von mehreren in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von vier Feldeffekt­ transistoren T1 bis T4, die mit ihren Gate-Anschlüssen jeweils über eine aus Widerständen und Kondensatoren aufgebauten Eingangsschaltung S1 bis S4 mit einer Ein­ gangsleitung E verbunden ist, die jeweils aus einzelnen in Reihe geschalteten Leitungsabschnitten E1 bis E5 besteht. Die Drain-Anschlüsse der Transistoren T1 bis T4 sind direkt mit einer Ausgangsleitung A verbunden, die in gleicher Weise aus mehreren hintereinanderge­ schalteten Leitungsabschnitten A1 bis A4 besteht. Die Source-Anschlüsse der einzelnen Transistoren liegen jeweils an Masse.

Die einzelnen Eingangsschaltungen S1 bis S4 bestehen jeweils aus mindestens zwei parallelgeschalteten Wider­ ständen und Kondensatoren, in dem gezeigten Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 sind zwei Schaltungsglieder, die jeweils aus der Parallelschaltung eines Widerstandes R1 und eines Kondensators C1 bzw. eines Widerstandes R2 und eines Kondensators C2 bestehen, in Reihe geschal­ tet, in gleicher Weise sind die nachfolgenden Eingangs­ schaltungen S2, S3 und S4 aus entsprechend mehreren Widerständen R3 bis R8 bzw. C3 bis C8 aufgebaut. Eine andere Möglichkeit für die Parallelschaltung von mehreren Widerständen und mehreren Kondensatoren zeigt schematisch die Fig. 2.

Der Aufbau der Eingangsschaltungen S1 bis S4 jeweils aus mehreren Widerständen und Kondensatoren besitzt den Vorteil, daß für die Dimensionierung der Schaltung mehr Freiheitsgrade zur Verfügung stehen und damit eine nahezu völlig homogene Aufteilung der Eingangsleistung auf die Eingänge der aufeinanderfolgendne Transistoren erreicht werden kann. Die Dimensionierung der Schaltung erfolgt in bekannter Weise über ein Entwicklungssystem mit einem Simulator und einem Schaltungsoptimierer. In diesem Entwicklungssystem wird zunächst der Schaltplan bei­ spielsweise nach Fig. 1 vorgegeben. Außerdem werden die Optimierungsziele vorgegeben, beispielsweise für einen Verstärker von 2 bis 20 GHz eine Verstärkung von jeweils größer als 7 dB. Der Simulator errechnet dann in bekannter Weise die Eigenschaften der eingegebenen Schaltung und eine zugehörige Fehlerfunktion, die den Grad der Abwei­ chung von den Optimierungszielen wiedergibt. Anschließend werden dann die Werte der für die Optimierung freige­ gebenen Größen, neben der Leitungslänge und Leitungsbreite der Leitungsabschnitt E1 bis E5 bzw. A1 bis A4 die Wider­ stände R1 bis R8 und die zugehörigen Kapazitätswerte C1 bis C8 so lange variiert, bis die Fehlerfunktion minimal ist. Dazu werden beispielsweise die Anfangswerte für die Widerstände R1 bis R8 als gleich groß eingegeben, die Werte für die Kapazitäten werden vom ersten Transistor T1 bis zum letzten Transistor T4 als kontinuierlich ansteigende Werte eingesetzt. Diese vorgegebenen Werte werden dann im Schaltungsoptimierer auf diejenigen Werte optimiert, die eine minimale Fehlerfunktion ergeben. Da bei der erfindungsgemäße Schaltung wesentlich mehr Freiheitsgrade für die Dimensionierung der Schaltung zur Verfügung stehen ist es möglich, durch Optimierung dieser Bauelemente der Eingangsschaltung die Gate-Span­ nungen an allen Transistoren exakt gleich zu machen.

Claims (1)

1. Breitbandverstärker mit einer oberen Grenzfrequenz von mehreren GHz, bestehend aus mehreren parallelgeschalteten Transistoren (T1 bis T4), deren Steueranschlüsse (Gates) jeweils über eine Eingangsschaltung (S1 bis S4) mit den Leitungsabschnitten (E1 bis E5) einer Eingangsleitung (E) und deren Ausgänge (Drain-Anschlüsse) jeweils mit den Leitungsabschnitten (A1 bis A4) einer Ausgangsleitung (A) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Eingangsschaltung (S1 bis S4) aus mehreren parallelgeschalteten Kondensatoren (C1 bis C8) und zugehörigen Widerständen (R1 bis R8) besteht.