DE60118087T2

DE60118087T2 - Hochfrequenzleistungsverstärker

Info

Publication number: DE60118087T2
Application number: DE60118087T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Moriguchi-shi Morimoto; Hidetoshi Kyoto-shi Ishida; Motonari Kyoto-shi Katsuno; Masahiro Osaka-shi Maeda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: DE60118087D1; EP1225692B1; EP1225692A2; EP1225692A3; US20020079970A1; US6621347B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft HF-Leistungsverstärker mit hoher Ausgangsleitung, und im Besonderen betrifft die Erfindung einen Gegentakt-HF-Leistungsverstärker.
Bei einem HF-Leistungsverstärker zum Übertragen von Daten, der in Funkkommunikationsgeräten wie beispielsweise in einem Mobiltelefon verwendet wird, war es notwendig, seine Größe zu reduzieren und ihn so zu gestalten, dass er hocheffizient mit einer hohen Ausgangsleistung arbeitet. Als ein Beispiel für eine Einrichtung zum Erhöhen der Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers ist bereits eine Gegentakt-Leistungsverstärkerschaltung bekannt, die leistungsverstärkende Elemente, die aus einem Paar Feldeffekt-Transistoren (TFTs) bestehen, gegenphasig schaltet, die Ausgangssignale der einzelnen FETs verbindet und die ein resultierendes Signal ausgibt.
HERKÖMMLICHES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1
Im Folgenden wird in Bezug auf die Zeichnungen ein HF-Leistungsverstärker entsprechend einem ersten herkömmlichen Ausführungsbeispiel beschrieben, das in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. HEI 11-251849 offenbart wird.
4 zeigt einen Aufbau einer Schaltung des Gegentakt-HF-Leistungsverstärkers entsprechend dem ersten herkömmlichen in der oben genannten Veröffentlichung offenbarten Ausführungsbeispiel.
Wie in 4 dargestellt, umfasst der HF-Leistungsverstärker: eine Leistungsverteilungsschaltung 102 zum Verteilen eines in einen Eingangsanschluss 101 eingegebenen Signals in solch einer Art und Weise, dass die ersten und zweiten verteilten Signale, die dieselbe Amplitude und einen Phasenunterschied von 180° dazwischen aufweisen, davon ausgegeben werden; einen Verstärker-Hauptteilabschnitt 103, der aus einem Paar FET-Elementen 103a besteht, die eine gemeinsame Source und entsprechende Gates zum Empfangen der ersten und zweiten verteilten Signale haben, eine Leistungsverstärkung hinsichtlich der ersten und zweiten verteilten Signale durchführen und erste und zweite verstärkte Signale ausgeben; eine Leistungsverbindungsschaltung 105, die die ersten und zweiten verstärkten Signale empfängt, die ersten und zweiten verstärkten Signale verbindet, die empfangen wurden und das resultierende Signal an einen Ausgangsanschluss 104 ausgibt.
Zwischen der Leistungsverteilungsschaltung 102 und dem Verstärker-Hauptteilabschnitt 103 ist eine Eingangsanpassungsschaltung 107 zum Anpassen der Impedanz einer eingangsseitigen Einrichtung, die mit dem Eingangsanschluss 101 verbunden ist und der Eingangsimpedanz des Verstärker-Hauptteilabschnittes 103 über ein Paar Eingangskondensatoren 106 zum Unterbrechen eines Gleichspannungssignals, die sich auf der Eingangsseite befinden, angeordnet.
Zwischen dem Verstärker-Hauptteilabschnitt 103 und der Leistungsverbindungsschaltung 105 ist eine Ausgangsanpassungsschaltung 109 zum Anpassen der Ausgangsimpedanz des Verstärker-Hauptteilabschnittes 103 und der Impedanz einer ausgangsseitigen Einrichtung, die mit dem Ausgangsanschluss 104 über ein Paar Ausgangskondensatoren 108 zum Unterbrechen eines Gleichspannungssignals, die sich an der Ausgangsseite befinden, angeordnet.
Die Eingangsanpassungsschaltung 107 umfasst: ein Paar Mikrostreifenleitungen 107a, die jeden der Eingangskondensatoren 106 in Reihe mit dem Verstärker-Hauptteilabschnitt 103 schalten; und einen Eingangsanpassungskondensator 107b, um das Paar Mirkostreifenleitungen 107a miteinander zu verbinden. Die Ausgangsanpassungsschaltung 109 umfasst gleichermaßen: ein Paar Mikrostreifenleitungen 109a, die den Verstärker-Hauptteilabschnitt 103 mit jedem der Ausgangskondensatoren 108 in Reihe schalten; und einen Ausgangsanpassungskondensator 109b, um das Paar Mikrostreifenleitungen 109a miteinander zu verbinden.
Die Gate-Spannungsanschlüsse 110, an die jeweils ein Gate-Spannungssignal angelegt wird, sind mit den jeweiligen Gates der FET-Elemente 103a des Verstärker-Hauptteilabschnittes 103 über die entsprechenden Leitungen 111 verbunden. Die Gate-Spannungsanschlüsse 110 sind über die entsprechenden Kondensatoren 112 geerdet.
Die Drain-Spannungsanschlüsse 113, an die jeweils ein Drain-Spannungssignal angelegt wird, sind mit den jeweiligen Drains der FET-Elemente 103a des Verstärker-Hauptteilabschnittes 103 über die entsprechenden Leitungen 114 verbunden. Die Drain-Spannungsanschlüsse 113 sind über die entsprechenden Kondensatoren 115 geerdet.
HERKÖMMLICHES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2
Im Folgenden wird in Bezug auf die Zeichnungen ein Gegentakt-HF-Leistungsverstärker entsprechend einem zweiten herkömmlichen Ausführungsbeispiel beschrieben.
5 zeigt den Verstärker-Hauptteilabschnitt 103, der vor dem Versiegeln auf einer Kompaktbaugruppe 201 gebildet wird. Das zweite herkömmliche Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass in dem Verstärker-Hauptteilabschnitt 103 eine erste Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 211 und eine zweite Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 212 angeordnet sind.
Wie in 5 dargestellt, umfasst die Kompaktbaugruppe 201: das Paar FET-Elemente 103a; ein Paar Eingangsanschlüsse 202 zum Empfangen der ersten und zweiten verteilten Signale aus der in 4 dargestellten Leistungsverteilungsschaltung 107; und ein Paar Ausgangsanschlüsse 203 zum Ausgeben der ersten und zweiten verstärkten Signale. Zwischen den Eingangsanschlüssen 202 und den FET-Elementen 103a werden ein Paar Eingangsanschlusselektroden 205 und ein Paar interne Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 206, die über Verbindungsdrähte 204 elektrisch miteinander verbunden sind, bereitgestellt. Gleichermaßen werden zwischen den FET-Elementen 103a und den Ausgangsanschlüssen 203 ein Paar interne Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 207 und ein Paar Ausgangsanschlusselektroden 208, die über Verbindungsdrähte 204 elektrisch miteinander verbunden sind, bereitgestellt.
Ein erstes hoch dielektrisches Trägermaterial 209 ist unter jeder der internen Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 206 bereitgestellt, während ein zweites hoch dielektrisches Trägermaterial 210 unter jeder der internen Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 207 bereitgestellt ist.
Jede der internen Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 206 auf dem ersten hoch elektrischen Trägermaterial 209 ist mit der ersten Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 211 verbunden. Die erste Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 211 umfasst ein Paar Mikrostreifenleitungen 211a, wobei die einen entsprechenden Enden einzeln mit den internen Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 206 verbunden sind; und einen dazwischen geschalteten Chip-Kondensator 211b, der mit den entsprechenden anderen Enden des Paars Mikrostreifenleitungen 211a verbunden ist. Jede der Mikrostreifenleitungen 211a hat eine Länge, die 1/12 der Grundwellenlänge λ eines Eingangssignals entspricht.
Gleichermaßen ist jede der internen Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 207 auf dem zweiten hoch dielektrischen Trägermaterial 210 mit der zweiten Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 212 verbunden. Die zweite Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 212 umfasst ein Paar Mikrostreifenleitungen 212a, wobei die einen entsprechenden Enden einzeln mit den internen Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 207 verbunden sind; und einen dazwischen geschalteten Chip-Kondensator 212b, der mit den entsprechenden anderen Enden des Paars Mikrostreifenleitungen 212a verbunden ist. Jede der Mikrostreifenleitungen 212a hat eine Länge, die 1/12 der Grundwellenlänge λ eines Eingangssignals entspricht.
Im Folgenden werden die Kennwerte der HF-Leistungsverstärkerschaltung entsprechend dem zweiten herkömmlichen Ausführungsbeispiel beschrieben.
Um eine hohe Ausgangsleistung von jedem der FET-Elemente zu erhalten, ist es normalerweise erforderlich, die Gate-Breite des FET-Elements zu vergrößern. Die vergrößerte Gate-Breite verringert die Eingangs-/Ausgangs-Impedanzen des FET-Elements so, dass das Impedanzverhältnis zwischen dem FET-Element und einer externen Auspassungsschaltung erhöht wird. Als Ergebnis wird der Verlust bei der Impedanzwandlung der Anpassungsschaltung nachteilig erhöht.
Um den erhöhten Verlust zu vermeiden, besitzt der HF-Leistungsverstärker entsprechend dem herkömmlichen Ausführungsbeispiel das erste und zweite hoch dielektrische Trägermaterial 209 und 210, die in der Nähe der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 202 und 203 eines jeden FET-Elements 103a angeordnet sind und dadurch die Wandlung so ausführen, dass die Impedanz in der Nähe des FET-Elements 103a maximiert und ein Verlust bei der Impedanzwandlung, der durch die externe Anpassungsschaltung entsteht, verhindert wird. Eine solche Schaltung wird als eine interne Anpassungsschaltung bezeichnet, da sie innerhalb der Kompaktbaugruppe 201 angeordnet ist.
Wie allgemein bekannt ist, werden die ersten und zweiten in jedes der FET-Elemente 103 eingegebenen verteilten Signale verstärkt und ausgegeben. Wenn die eingegebenen Signale jedoch große Amplituden aufweisen, erzeugt das FET-Element 103a nicht nur eine Grundwellenlänge, sondern auch eine Harmonische. Zusätzlich dazu weisen die ersten und zweiten verteilten Signale einen Phasenunterschied von 180° dazwischen auf. Wenn Vergleiche zwischen den Signalen an den jeweiligen Eingangsanschlüssen 202 der FET-Elemente 103a und den Signalen an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen 203 der FET-Elemente 103a angestellt werden, weist jede Grundwelle und eine ungeradzahlige Harmonische einen Phasenunterschied von 180° auf, während eine geradzahlige Harmonische einen Phasenunterschied von 0° aufweist.
In dem zweiten herkömmlichen Ausführungsbeispiel hält die erste Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 211, die auf der Eingangsseite angeordnet ist, eine Lastimpedanz zu einer ungeradzahligen Harmonischen an dem Eingangsanschluss 202 auf einem hohen Wert, der beinahe der Impedanz eines offenen Schaltkreises entspricht, so dass jedes der FET-Elemente 103a eine Funktionalitätsklassenfunktion ausführt und ein leistungsverstärkter Wirkungsgrad [power-added-efficiency = PAE])(Drain-Wirkungsgrad) verbessert wird.
Gleichermaßen hält die zweite Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 212, die auf der Ausgangsseite angeordnet ist, eine Lastimpedanz zu einer ungeradzahligen Harmonischen an dem Ausgangsanschluss 203 auf einem hohen Wert, der beinahe der Impedanz eines offenen Schaltkreises entspricht, so dass jedes der FET-Elemente 103a eine Funktionalitätsklassenfunktion ausführt und der leistungsverstärkte Wirkungsgrad verbessert wird.
Wenn die Gate-Breite von jedem der FET-Elemente 103a so vergrößert wird, dass eine hohe Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers erzielt wird, werden die Eingangs-/ Ausgangsimpedanzen des FET-Elements 103a verringert. Demzufolge ist es erforderlich, dass jedes der hoch dielektrischen Trägermaterialien 209 und 210, die für die interne Anpassungsschaltung verwendet werden, als ein Kondensator mit hoher Kapazität fungiert. Der Kapazitätswert des Kondensators, der aus dem hoch dielektrischen Trägermaterial 209 oder 210 besteht, wird durch die dielektrische Konstante und die Dicke des Trägermaterials bestimmt. Da die dielektrische Konstante durch ein Material bestimmt wird, wird eine Feinanpassung des Kapazitätswertes durch das Anpassen der Dicke erreicht.
Um Kondensatoren mit hohen Kapazitäten in den HF-Leistungsverstärkern entsprechend dem ersten und zweiten herkömmlichen Ausführungsbeispiel auszuführen, sollte die Dicke von jedem des ersten und zweiten hoch dielektrischen Trägermaterials 209 und 210 so reduziert werden, dass die Trägermaterialien während des Einbauens im Herstellungsprozess leicht zu brechen sind. Ein weiteres Problem besteht beim Abschleifen der Rückseite, das durchgeführt wird, um die Dicke von jedem der hoch dielektrischen Trägermaterialien 209 und 210 anzupassen. Bei jedem Abschleifen entstehen Abweichungen von normalerweise ungefähr 10% in der Dicke der Trägermaterialien 209 und 210, so dass ebenfalls Abweichungen hinsichtlich der Kapazitätswerte der Kondensatoren auftreten.
Ein weiteres Problem tritt beim Ausbilden der Steuerschaltungen für die Dritte Harmonische 211 und 212 auf dem ersten und zweiten dielektrischen Trägermaterial 209 und 210 für einen höheren Wirkungsgrad auf. Obwohl die Chip-Kondensatoren 211b und 212b als die für die jeweiligen Steuerschaltungen für die Dritte Harmonische 211 und 212 erforderlichen Kondensatoren verwendet werden, treten Abweichungen hinsichtlich der Kapazitätswerte der Chip-Kondensatoren auf. Des Weiteren sollte auch ein Extraschritt zum Befestigen der Chip-Kondensatoren 211b und 212b auf den entsprechenden hoch dielektrischen Trägermaterialien 209 und 210 durchgeführt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aus diesem Grund ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein leichtes Erhöhen der Kapazität eines Kondensators in der internen Anpassungsschaltung eines HF-Leistungsverstärkers durch das Lösen der oben angeführten herkömmlichen Prob leme zu ermöglichen. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Abweichungen hinsichtlich der Kapazität eines Kondensators in einer Steuerschaltung für die Dritte Harmonische zu verhindern und die Notwendigkeit eines Befestigungsschrittes zu umgehen.
Um die erste Aufgabe zu erfüllen, besteht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Aufbau, bei dem ein Paar hervorstehender Abschnitte jeweils voneinander getrennt und einander gegenüberliegend so zueinander angeordnet ist, dass ein Kondensatorbauelement auf einem Paar Übertragungsleitungen ausgebildet wird, die Eingangs- und Ausgangssignalen zu und von einem Paar leistungsverstärkender Elemente, die einen Betrieb in Gegentaktschaltung durchführen, entsprechen.
Um die erste Aufgabe zu erfüllen, besteht ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Aufbau, bei dem ein Kondensator, der an Übertragungsleitungen angeschlossen ist, wobei jede 1/12 einer Grundwellenlänge entspricht, aus einem Abstand zwischen den hervorstehenden Abschnitten der Übertragungsleitungen gebildet wird.
Im Einzelnen umfasst ein HF-Leistungsverstärker entsprechend der vorliegenden Erfindung: ein Paar leistungsverstärkende Elemente zum Empfangen erster und zweiter verteilter Signale, die aus der Verteilung eines Eingangssignals von außen entstehen und Kennwerte derselben Amplitude und entgegengesetzter Phasen aufweisen, zum Durchführen einer Leistungsverstärkung eines jeden der ersten und der zweiten verteilten Signale, die empfangen wurden, und zum Ausgeben der ersten und zweiten verstärkten Signale; und ein Paar Übertragungsleitungen, die dementsprechend an das Paar leistungsverstärkender Elemente angeschlossen sind, wobei das Paar Übertragungsleitungen ein Paar hervorstehender Abschnitte besitzt, die an den jeweiligen einander gegenüberstehenden Kantenabschnitten dieser hervorstehenden Abschnitte angeordnet sind, und wobei das Paar hervorstehender Abschnitte jeweils voneinander getrennt und einander gegenüberliegend so zueinander angeordnet ist, dass es einen Kondensator bildet.
In dem HF-Leistungsverstärker entsprechend der vorliegenden Erfindung besitzen die gegenüberstehenden Kantenabschnitte des Paares Übertragungsleitungen ein Paar hervorstehender Abschnitte, die zueinander beabstandet so gegenüberliegen, dass der Kondensator zum Durchführen der Impedanzwandlung hinsichtlich des Paars leistungsverstärkender Elemente aus den hervorstehenden Abschnitten gebildet wird. Durch das Anpassen des Abstandes zwischen den hervorstehenden Abschnitten kann demzufolge ein Hochpräzisionskondensator mit einer hohen Kapazität ausgeführt werden.
Da durch das Paar hervorstehender Abschnitte der Kapazitätswert des Kondensators und dessen Position auf einem Trägermaterial angepasst werden kann, ist ein Durchführen einer Impedanzanpassung hinsichtlich des Paares leistungsverstärkender Elemente mit größerer Genauigkeit möglich.
Des Weiteren umfasst der HF-Leistungsverstärker entsprechend der vorliegenden Erfindung vorzugsweise: einen die Kondensatorkapazität anpassenden Film, der aus einem hoch dielektrischen Material besteht und der das Paar hervorstehender Abschnitte ohne Unterbrechung überzieht. Durch diese Struktur wird ein Hochpräzisionskondensator mit einer hohen Kapazität durch das Anpassen der dielektrischen Konstante und der Dicke des die Kondensatorkapazität anpassenden Films sowie der Position, an der er ausgebildet wird, ausgeführt.
In dem HF-Leistungsverstärker entsprechend der vorliegenden Erfindung hat jedes Paar hervorstehender Abschnitte vorzugsweise eine Leitungslänge, die ungefähr 1/12 einer Grundwellenlänge des Eingangssignals entspricht.
Bei diesem Aufbau bildet der Kondensator, der aus einem Paar hervorstehender Abschnitte gebildet wird, eine Steuerschaltung für die Dritte Harmonische. Demzufolge kann durch das Anpassen des Abstandes zwischen den hervorstehenden Abschnitten oder der Breite von jedem der hervorstehenden Abschnitte ein Hochpräzisionskondensator mit einem optimalen Kapazitätswert in einfacher Art und Weise gebildet werden. Dadurch werden die Abweichungen hinsichtlich des Kapazitätswertes des Kondensators vermieden und die Notwendigkeit eines Chip-Kondensator umgangen, wodurch auch der Schritt des Einbaus des Chip-Kondensators nicht weiter erforderlich ist.
In dem HF-Leistungsverstärker entsprechend der vorliegenden Erfindung wird das Paar Übertragungsleitungen vorzugsweise auf den entsprechenden Trägermaterialien ausgebildet, die jeweils aus einem hoch dielektrischen Material bestehen. Durch diesen Aufbau wird die Länge der Übertragungsleitungen verkürzt und die Größe des Verstärkers reduziert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht eines Verstärker-Hauptteilabschnittes eines HF-Leistungsverstärkers entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Schaltplan des HF-Leistungsverstärkers entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Draufsicht eines Verstärker-Hauptteilabschnittes eines HF-Leistungsverstärkers entsprechend einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Schaltplan eines Gegentakt-HF-Leistungsverstärkers entsprechend einem ersten herkömmlichen Ausführungsbeispiel; und
5 ist eine Draufsicht eines Gegentakt-HF-Leistungsverstärkers entsprechend einem zweiten herkömmlichen Ausführungsbeispiel.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird in Bezug auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 zeigt einen ebenen Aufbau eines Verstärker-Hauptteilabschnittes eines HF-Leistungsverstärkers entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der in 1 dargestellte Verstärker-Hauptteilabschnitt 10 wird auf einer Kompaktbaugruppe 11 gebildet.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Kompaktbaugruppe 11: ein Paar FET-Elemente als leistungsverstärkende Elemente; ein Paar Eingangsanschlüsse 13 zum Empfangen erster und zweiter verteilter Signale von einer Leistungsverteilungsschaltung, die später beschrieben wird; und ein Paar Ausgangsanschlüsse 14 zum Ausgeben erster und zweiter verstärkter Signale.
Zwischen den Eingangsanschlüssen 13 und den FET-Elementen 12 sind ein Paar Eingangsanschlusselektroden 16 und ein Paar interne Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 17 angeordnet, die durch eine Vielzahl von Verbindungsdrähten 15 elektrisch miteinander verbunden sind.
Gleichermaßen sind ein Paar interne Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 18 und ein Paar Ausgangsanschlusselektroden 19, die durch eine Vielzahl von Verbindungsdrähten 15 elektrisch miteinander verbunden sind, zwischen den FET-Elementen 12 und den Ausgangsanschlüssen 14 angeordnet.
Die internen Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 17 und die internen Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 18 sind auf dem ersten und zweiten hoch dielektrischen Trägermaterial 20 und 21 ausgebildet, die auf der Kompaktbaugruppe 11 bereitgestellt sind. Durch diesen Aufbau können das erste und zweite hoch dielektrische Trägermaterial 20 und 21 als Kondensator mit einer hohen Kapazität relativ zur Masse auf den entsprechenden Oberflächen (Rückseiten) der Trägermaterialien 20 und 21 gegenüber der Übertragungsleitungen 17 und 18 fungieren.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Paarhervorstehender und aus einem leitfähigen Material bestehender Abschnitte 17a in dem Bereich des ersten hoch dielektrischen Trägermaterials 20 bereitgestellt und zwischen den internen Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 17 sowie näher an den Eingangsanschlusselektroden 16 so angeordnet ist, dass ein Abstand (Lücke) 17b zwischen den gegenüberstehenden Kantenabschnitten des Paares interner Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 17 gebildet wird.
In dem Bereich des ersten hoch dielektrischen Trägermaterials 20, das zwischen den internen Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 17 und näher an dem FET-Element 12 angeordnet ist, ist eine erste Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 22 bereitgestellt. Die erste Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 22 besteht aus: einem Paar Mikrostreifenleitungen 22a, wobei die entsprechenden einen Enden mit den internen Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 17 verbunden sind und eine Leitungslänge haben, die 1/12 der Grundwellenlänge λ eines Eingangssignals entspricht; und einem Kondensator 22b, der aus den entsprechenden anderen Enden des Paares Mikrostreifenleitungen 22a, die zueinander beabstandet und einander gegenüberliegend angeordnet sind, gebildet wird.
Ähnlich zu der Eingangsseite ist ein Paar hervorstehender und aus einem leitfähigen Material bestehender Abschnitte 18a in dem Bereich des zweiten hoch dielektrischen Trägermaterials 21 bereitgestellt und zwischen den internen Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 18 sowie näher an den Ausgangsanschlusselektroden 19 so angeordnet, dass ein Abstand (Lücke) 18b zwischen den gegenüberstehenden Kantenabschnitten des Paares interner Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 18 gebildet wird.
Eine zweite Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 23 ist in dem Bereich des zweiten hoch dielektrischen Trägermaterials 21 zwischen den internen Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 18 und näher an dem FET-Element 12 angeordnet. Die zweite Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 23 besteht aus: einem Paar Mikrostreifenleitungen 23a, wobei die entsprechenden einen Enden mit den internen Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 18 verbunden sind und eine Leitungslänge haben, die 1/12 der Grundwellenlänge λ eines Eingangssignals entspricht; und einem Kondensator 23b, der aus den entsprechenden anderen Enden des Paares Mikrostreifenleitungen 23a, die voneinander beabstandet und einander gegenüberliegend abgeordnet sind, gebildet wird.
Dementsprechend sind die erste und die zweite Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 22 und 23 jeweils auf dem ersten und zweiten hoch dielektrischen Trägermaterial 20 und 21, das aus jeweils aus einem hoch dielektrischen Material bestehen, so ausgebildet, dass die Wellenlänge eines sich verbreitenden Signals wesentlich verkürzt und deshalb auch die Länge der beiden Mikrostreifenleitungen 22a verringert wird. Dadurch kann die Größe der ersten und zweiten Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 22 und 23 reduziert werden.
Da die erste und die zweite Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 22 und 23 jeweils neben den FET-Elementen 12 angeordnet sind, kann eine Dritte Harmonische positiver gesteuert werden.
2 zeigt einen Schaltplan des HF-Leistungsverstärkers entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 2 werden dieselben Komponenten wie die, die in 1 gezeigt werden, mit denselben Referenznummern bezeichnet.
In der zu dem Verstärker-Hauptteilabschnitt 10 des HF-Leistungsverstärkers vorgeschalteten ist, wie in 2 dargestellt, eine Leistungsverteilungsschaltung 32 zum Verteilen eines in einen Eingangsanschluss 31 eingegebenen Signals in einer Art und Weise; dass erste und zweite verteilte Signale mit derselbe Amplitude und einem Phasenunterschied von 180° dazwischen, davon ausgegeben werden, über ein Paar Eingangskondensatoren 33 zum Unterbrechen eines Gleichstromsignals angeschlossen. In der zu dem Verstärker-Hauptteilabschnitt 10 nachgeschalteten Stufe ist eine Leistungsverbindungsschaltung 35, die erste und zweite verstärkte Signale empfängt, die ersten und zweiten empfangenen verstärkten Signale verbindet und ein resultierendes Signal an einen Ausgangsanschluss 34 ausgibt über ein Paar Ausgangskondensatoren 36 zum Unterbrechen eines Gleichstromsignals an den Abschnitt 10 angeschlossen.
Die Gate-Spannungsanschlüsse 37, an die jeweils ein Gate-Spannungssignal angelegt wird, sind mit den jeweiligen Gates der FET-Elemente 12 des Verstärker-Hauptteilabschnittes 10 über die entsprechenden Leitungen 38 verbunden. Die Gate-Spannungsanschlüsse 37 sind über die entsprechenden Kondensatoren 39 geerdet.
Gleichermaßen sind die Drain-Spannungsanschlüsse 40, an die jeweils ein Drain-Spannungssignal angelegt wird, mit den jeweiligen Drains der FET-Elemente 12 des Verstärker-Hauptteilabschnitts 10 über die entsprechenden Leitungen 41 verbunden. Die Drain-Spannungsanschlüsse 40 sind über die entsprechenden Kondensatoren 42 geerdet.
Im Folgenden wird die Funktionsweise eines HF-Leistungsverstärkers mit einem solchen Aufbau beschrieben.
Die ersten und zweiten verteilten Signale, die die Kennlinien derselben Amplitude und entgegengesetzter Phasen aufweisen und von der Leistungsverteilungsschaltung 32 erzeugt werden, werden in das Paar Eingangsanschlüsse 13 der Kompaktbaugruppe 11 eingegeben. Die eingegebenen verteilten Signale werden einzeln in das Paar FET-Chips 12 über das Paar Eingangsanschlusselektroden 16 und an das Paar interne Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 17 auf dem ersten hoch dielektrischen Trägermaterial 20 eingegeben.
Da die ersten und zweiten verteilten Signale entgegengesetzte Phasen an dem Paar interner Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 17 aufweisen, weist eine der internen Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 17 ein Kondensatorkapazitätsbauelement auf, das durch den Abstand 17b relativ zu der anderen der internen Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 17 gebildet wird. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass ein Kondensator, der aus einem Paar hervorstehender Abschnitte 17a gebildet wird, die auf dem ersten hoch dielektrischen Trägermaterial 20 jeweils zueinander beabstandet und einander gegenüberliegend angeordnet sind, einen Kapazitätswert aufweist, der größer als der Kapazitätswert ist, der hinsichtlich der Masse auf der Rückseite erhalten wird.
Mit Hilfe der Feinanpassung der Impedanz durch Anpassen (Vergrößern oder Verkleinern) der Größe des Abstandes 17b zwischen den hervorstehenden Abschnitten 17a oder durch Anpassen der Größe eines jeden der hervorstehenden Abschnitte 17b, kann ein optimaler Impedanzwert hinsichtlich der Eingangsimpedanzen eines jeden der FET-Elemente 12 erzielt werden.
Wenn die FET-Elemente 12 Abweichungen hinsichtlich der Eingangs-/Ausgangsimpedanzkennlinien aufgrund von individuellen Unterschieden aufweisen, kann die Größe des Abstandes 17b auch durch das Kürzen der hervorstehenden Abschnitte 17a mit Hilfe eines Laserstrahls oder Ähnlichem angepasst werden, während die Impedanzkennlinie oder die HF-Kennlinie in Echtzeit überwacht werden.
Aus diesem Grund kann entsprechend der vorliegenden Erfindung der Schritt des Abschleifens der Rückseitenoberfläche zum Anpassen der Kapazität der internen Eingang sanpassungs-Übertragungsleitungen 17 weggelassen werden, da der Kondensator mit einer hohen Kapazität, die für die interne Anpassungsschaltung erforderlich ist, aus dem Abstand zwischen den internen Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 17 gebildet wird.
In der ersten Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 22, die auf dem ersten hoch dielektrischen Trägermaterial 20 gebildet ist, wurde der Kapazitätswert des Kondensators 22b mit Hilfe der entsprechenden Kantenabschnitte des Paares Mikrostreifenleitungen 22a als die entgegengesetzten Elektroden so angepasst, dass die Impedanzkennlinie der eingangsseitigen Schaltung zu einer dritten harmonischen Frequenz, von jedem der FET-Elemente 12 aus gesehen, im Wesentlichen der eines offenen Schaltkreises entspricht. Aus diesem Grund kann jedes der FET-Elemente 12 Funktionsklassenfunktionen mit einem hohen Wirkungsgrad ausführen. Durch des Anpassen der Größe des Abstandes zwischen den jeweiligen Kantenabschnitten des Paares Mikrostreifenleitungen 22a und der Breite jeder der Leitungen kann der Kapazitätswert des Kondensators, der aus den Kantenabschnitten gebildet wird, mit größerer Genauigkeit und mehr Flexibilität als im Fall der Verwendung eines Chip-Kondensators oder Ähnlichem angepasst werden. Des Weiteren kann auch der Schritt des Befestigens des Chip-Kondensators weggelassen werden.
Die ersten und zweiten durch das Paar FET-Chipelemente 12 verstärkten und ausgegebenen Signale weisen die Kennlinien derselben Amplitude und entgegengesetzter Phasen auf und werden an das Paar Ausgangsanschlüsse 14 über die internen Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 18 auf dem zweiten hoch dielektrischen Trägermaterial 21 und über das Paar Ausgangsanschlusselektroden 19 angelegt.
Das zweite hoch dielektrische Trägermaterial 21 fungiert als ein Kondensator mit einer hohen Kapazität relativ zu der Masse an dessen Rückseitenoberfläche in ähnlicher Art und Weise wie das erste hoch dielektrische Trägermaterial 20, das auf der Eingangsseite angeordnet ist.
Da die ersten und zweiten verstärkten Signale entgegengesetzte Phasen an dem Paar interner Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 18 auf dem zweiten hoch dielektrischem Trägermaterial 21 aufweisen, weist eine der internen Ausgangsanpassungs- Übertragungsleitungen 18 ein Kondensatorkapazitätsbauelement auf, das durch den Abstand 18b relativ zu der anderen der internen Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 18 gebildet wird. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass ein Kondensator, der aus einem Paar hervorstehender Abschnitte 18a gebildet wird, die auf dem zweiten hoch dielektrischen Trägermaterial 21 jeweils voneinander beabstandet und einander gegenüberliegend angeordnet sind, einen Kapazitätswert aufweist, der größer als der Kapazitätswert ist, der hinsichtlich der Masse auf der Rückseitenoberfläche erhalten wird.
Mit Hilfe der Feinanpassung der Impedanz durch Anpassen (Vergrößern oder Verkleinern) der Größe des Abstandes 18b zwischen den hervorstehenden Abschnitten 18a oder durch Anpassen der Größe eines jeden der hervorstehenden Abschnitte 18b, kann ein optimaler Impedanzwert hinsichtlich der Ausgangsimpedanzen eines jeden FET-Elements 12 erzielt werden.
In der zweiten Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 23, die auf dem zweiten hoch dielektrischen Trägermaterial 21 gebildet ist, wurde auch der Kapazitätswert des Kondensators 23b mit Hilfe der entsprechenden Kantenabschnitte des Paares Mikrostreifenleitungen 23a als die entgegengesetzten Elektroden so angepasst, dass die Impedanzkennlinie der ausgangsseitigen Schaltung zu einer dritten harmonischen Frequenz, von jedem der FET-Elemente 12 aus gesehen, im Wesentlichen der eines offenen Schaltkreises entspricht, ähnlich zu der ersten Steuerschaltung für die Dritte Harmonische 22, die auf der Eingangsseite angeordnet ist. Aus diesem Grund kann jedes der FET-Elemente 12 Funktionsklassenfunktionen mit einem hohen Wirkungsgrad ausführen.
Anschließend werden die ersten und zweiten verstärkten Signale, die von dem Paar Ausgangsanschlüssen 14 ausgegeben wurden und dieselbe Amplitude und entgegengesetzte Phasen aufweisen, durch die Leistungsverbindungsschaltung 35 verbunden und daraus ausgegeben.
Obwohl die internen Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 17 und die internen Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 18 mit den jeweiligen hervorstehenden Abschnitten 17a und 18a bereitgestellt sind, ist es auch möglich, entweder nur die her vorstehenden Abschnitte 17a oder nur die hervorstehenden Abschnitte 18a bereitzustellen.
Obwohl die FET-Elemente 12 als die leistungsverstärkenden Elemente verwendet wurden, können auch bipolare Transistoren anstatt der FETs eingesetzt werden.
ABGEWANDELTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Im Folgenden wird in Bezug auf die Zeichnungen ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
3 zeigt einen ebenen Aufbau eines Verstärker-Hauptteilabschnittes eines HF-Leistungsverstärkers entsprechend dem abgewandelten Ausführungsbeispiel. Auf die Beschreibung der in 3 gezeigten Bauelemente, die dieselben sind wie die in 1 gezeigten Bauelemente, wird verzichtet, es werden jedoch die gleichen Referenznummern beibehalten.
Wie in 3 dargestellt, besitzt der Verstärker-Hauptteilabschnitt 10 entsprechend dem vorliegenden abgewandelten Ausführungsbeispiel einen ersten die Kondensatorkapazität anpassenden Film 25, der aus einem hoch dielektrischen Material wie beispielsweise einem Strontium-Titanat (STO) besteht und die einander gegenüberstehenden Kantenabschnitte der hervorstehenden Abschnitte 17a des Paares interner Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 17 ohne Unterbrechung überzieht. Gleichermaßen überzieht ein zweiter die Kondensatorkapazität anpassender Film 26, der aus einem hoch dielektrischen Material besteht, die einander gegenüberstehenden Kantenabschnitte der hervorstehenden Abschnitte 18a des Paares interner Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 18 ohne Unterbrechung.
Wenn ein Kondensator mit einer höheren Kapazität auf dem ersten oder zweiten hoch dielektrischen Trägermaterial 20 und 21 erforderlich ist, kann folglich mit dem vorliegenden abgewandelten Ausführungsbeispiel ein Hochpräzisionskondensator mit einer höheren Kapazität ausgeführt werden, indem die Dicke des ersten oder des zweiten die Kondensatorkapazität anpassenden Films 25 oder 26 oder die Position, an der er ausgebildet wird, angepasst wird.
Obwohl der erste und der zweite die Kondensatorkapazität anpassende Film 25 und 26 jeweils an den internen Eingangsanpassungs-Übertragungsleitungen 17 und den internen Ausgangsanpassungs-Übertragungsleitungen 18 angeordnet sind, ist es auch möglich, entweder nur den ersten oder nur den zweiten die Kondensatorkapazität anpassenden Film 25 oder 26 aufzubringen.

Claims

Hochfrequenzverstärker, umfassend: ein Paar leistungsverstärkender Elemente zum Empfangen von ersten und zweiten verteilten Signalen, die aus der Verteilung eines Eingangssignals von außen resultieren und Eigenschaften derselben Amplitude und entgegengesetzter Phasen aufweisen, die in Bezug auf jedes der ersten und der zweiten verteilten Signale, die empfangen wurden, eine Leistungsverstärkung durchführen und die ersten und zweiten verstärkten Signale ausgeben; und ein Paar Übertragungsleitungen, die entsprechend an das Paar leistungsverstärkender Elemente angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar Übertragungsleitungen an jeweiligen einander gegenüberliegend angeordneten Kantenabschnitten davon ein Paar hervorstehender Abschnitte aufweist, dass das Paar hervorstehender Abschnitte gegenseitig getrennt und einander gegenüberliegend angeordnet ist, um einen Kondensator zu bilden.
Hochfrequenzleistungsverstärker nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: einen die Kondensatorkapazität anpassenden Film, der aus einem hoch dielektrischen Material besteht und der das Paar hervorstehender Abschnitte ohne Unterbrechung überzieht.
Hochfrequenzleistungsverstärker nach Anspruch 1, wobei jedes Paar hervorstehender Abschnitte eine Leitungslänge hat, die ungefähr 1/12 einer Grundwellenlänge des Eingangssignals entspricht.
Hochfrequenzleistungsverstärker nach Anspruch 1, wobei das Paar Übertragungsleitungen auf jeweiligen Substraten, von denen jedes aus einem hoch dielektrischen Material besteht, ausgebildet ist.