JP2001111364A - マイクロ波増幅器 - Google Patents

マイクロ波増幅器

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JP2001111364A JP29004599A JP29004599A JP2001111364A JP 2001111364 A JP2001111364 A JP 2001111364A JP 29004599 A JP29004599 A JP 29004599A JP 29004599 A JP29004599 A JP 29004599A JP 2001111364 A JP2001111364 A JP 2001111364A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高出力特性で且つ歪み成分の少ないマイクロ
波信号出力が得られるマイクロ波増幅器を提供する。 【解決手段】 入力されたマイクロ波信号を増幅する増
幅素子と、該増幅素子と出力端間に前記マイクロ波信号
に複数のキャリア周波数が含まれているときに該複数の
キャリア周波数間の差分周波数により生じる歪み成分を
平滑化する平滑手段とを備えるマイクロ波増幅器におい
て、前記平滑手段は、前記増幅された前記マイクロ波信
号に前記歪みが生じないように、前記増幅素子と容量素
子とを複数のボンディングワイヤにより電気的に接続し
て平滑化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、衛星通信、セルラ
ー、ＩＳＭ（Industrial Scientific Medical）などの
マイクロ波電力を増幅するマイクロ波増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、衛星通信などの通信用マイクロ波
（高周波）増幅器には、増幅素子としてＧaＡsなどから
なる電界効果トランジスタ（field effect transisto
r：以下、「ＦＥＴ」と称する。）がよく用いられる。
とりわけ、電力増幅器として用いられるマイクロ波増幅
器には、装置の小型化、低消費電力化のために、高出力
且つ高効率な特性が要求される。
【０００３】そのために、他のチャンネルに悪影響を与
えないよう、相互変調歪みの少ない、線形性に優れたマ
イクロ波増幅器が求められる。しかし、複数のキャリア
周波数を含むマイクロ波が同時にマイクロ波増幅器に入
力されると、増幅器の非線形性により、相互変調歪み成
分以外に、キャリア周波数の差分周波数による２次歪み
成分が生じる。
【０００４】また、マイクロ波増幅器は、高出力特性と
するために、ＦＥＴを並列に多フィンガー構成したり、
ＦＥＴを多数並列に合成してゲート幅を増大している。
このようなマイクロ波増幅器は、低周波インピーダンス
がある程度高いと、入力信号の周波数差の周波数に現れ
る２次歪み成分が増大し、再度、ＦＥＴのドレイン電極
で増幅信号とミキシングを起こし、相互変調歪みを悪化
させる。これでは、ＦＥＴの線形性が有効に利用されて
いないことになる。
【０００５】上記のような問題点を解決するために、特
開平１０−２３３６３８号公報には、増幅するマイクロ
波に多数のキャリア周波数が含まれる場合でも、歪み特
性のよいマイクロ波増幅器が記載されている。
【０００６】図５は、上記公報に記載されているマイク
ロ波増幅器の構成図であり、パッケージ内部で並列動作
する複数のＦＥＴを整合する内部整合型のものである。
このマイクロ波増幅器は、マイクロ波を入力するゲート
電極７０と、入力されたマイクロ波を分配する分配回路
７１と、分配されたマイクロ波を増幅する各ＦＥＴ回路
７３，８３と、増幅信号をインダクタンスやキャパシタ
ンスなどによりインピーダンス整合する整合回路７２，
８２とを備えている。
【０００７】また、従来のマイクロ波増幅器は、ＦＥＴ
回路７３，８３のドレイン電極の近傍に設けたボンディ
ングパターン７７，８７と、ボンディングパターン７
７，８７の一端に接続されキャリア周波数の差分周波数
に基づく歪み成分を平滑するための１／４波長より短い
マイクロストリップ線路５１，５２及びコンデンサ５
５，５６とからなるＬＣ回路を備えている。
【０００８】さらに、従来のマイクロ波増幅器は、各Ｆ
ＥＴ回路７３，８３により増幅されたマイクロ波をイン
ダクタンスやキャパシタンスなどによりインピーダンス
整合する整合回路７４，８４と、各整合回路７４，８４
で整合されたマイクロ波を合成する合成回路７５と、合
成されたマイクロ波を出力するドレイン電極７６とを備
えている。
【０００９】上記のように構成したマイクロ波増幅器
に、複数のキャリア周波数を含むマイクロ波が入力され
ると、キャリア周波数の差分周波数による歪み成分が発
生する。この歪み成分は、たとえばマイクロ波が異なる
キャリア周波数ｆ１，ｆ２を含むものである場合、［ｆ
２−ｆ１］を周波数とするものであり、この差分周波数
により２次歪み成分が増大して、相互変調歪みを増大さ
せる原因となる。
【００１０】そのため、歪み成分をマイクロストリップ
線路５１及びコンデンサ５５からなるＬＣ回路の共振に
よりインピーダンスを低下させ、アースに吸収すること
により平滑して、キャリア周波数の差分周波数による歪
みを少なくしていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のマイク
ロ波増幅器は、高出力特性にしようとすると問題があ
る。それは、マイクロ波増幅器を高出力特性にするに
は、上記のように、通常ＦＥＴのゲート幅を増大する。
ゲート幅を増大すると、ＦＥＴの出力電力が増加するの
で、これに伴って各キャリア周波数の差分周波数による
歪み成分も増大する。
【００１２】このとき、従来の技術では、マイクロスト
リップ線路５１及びコンデンサ５５からなるＬＣ回路に
より歪み成分を平滑するが、マイクロストリップ線路５
１は、ボンディングパターン７７の一端にしかないた
め、この近傍の歪み成分しかコンデンサ５５側へ送れな
い。すなわち、高出力特性にしようとしてゲート幅を増
大すると、マイクロストリップ線路５１が設けられてい
ない他端付近で生じる歪み成分は平滑化されず、そのた
め増幅出力に差分周波数の歪みが増えることになる。
【００１３】そこで、本発明は、高出力特性で且つ歪み
成分の少ないマイクロ波出力が得られるマイクロ波増幅
器を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、入力されたマイクロ波信号を増幅する増
幅素子と、該増幅素子と出力端間に前記マイクロ波信号
に複数のキャリア周波数が含まれているときに該複数の
キャリア周波数間の差分周波数により生じる歪み成分を
平滑化する平滑手段とを備えるマイクロ波増幅器におい
て、前記平滑手段は、前記増幅された前記マイクロ波信
号に前記歪みが生じないように、前記増幅素子と容量素
子とを複数のボンディングワイヤにより電気的に接続し
て平滑化する。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。
【００１６】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１のマイクロ波増幅器のＦＥＴ回路１より出力側の構成
図である。図１に示すように、本実施形態のマイクロ波
増幅器は、パッケージ１３上に、入力され図示しない分
配手段により分配されたマイクロ波信号を増幅するＦＥ
Ｔを複数有するＦＥＴチップ２４を具備するＦＥＴ回路
１と、各ＦＥＴで得られた増幅信号のうち歪み成分を平
滑するＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3）などの高誘電体からなる
平滑用キャパシタ２及びボンディングワイヤ３と、増幅
信号のうちマイクロ波成分を整合するインピーダンスラ
イン７及び整合用キャパシタ８とを備えている。さら
に、パッケージ１３の内外に、パッケージ外周部１１を
介してマイクロ波成分を外部に出力する出力端子９とを
備えている。
【００１７】なお、平滑用キャパシタ２及びボンディン
グワイヤ３によりＬＣ回路（平滑回路）を構成してお
り、入力するマイクロ波信号に含まれる複数のキャリア
周波数の差分周波数で直列共振するようにしている。
【００１８】また、インピーダンスライン７と整合用キ
ャパシタ８及び整合用キャパシタ８と出力端子９とは、
各々ボンディングワイヤ５，６により接続している。さ
らに、平滑用キャパシタ２はたとえばＦＥＴ回路１内に
備えられ、インピーダンスライン７はたとえばアルミナ
基板１２内に備えられ、整合用キャパシタ８はたとえば
メタルキャリア２２に備えられている。
【００１９】ここで、平滑用キャパシタ２をＦＥＴ回路
１内に備えているのは、平滑用キャパシタ２を電気的に
ＦＥＴチップ２４に近い位置に備えた方が、増幅信号の
歪み成分を早く少なくできるということや、ボンディン
グワイヤ３が短くてよいのでボンディングワイヤ３のリ
アクタンスを小さくできるということからである。した
がって、たとえばＦＥＴチップ２４と平滑用キャパシタ
２とを直接ボンディングワイヤ３により接続することに
より、ＬＣ共振回路を備えてもよい。
【００２０】なお、ボンディングワイヤ３，４の本数が
多い場合に、図１に示すように、ＦＥＴチップ２４とイ
ンピーダンスライン７とを接続し、インピーダンスライ
ン７とキャパシタ２とを接続すれば、ＦＥＴチップ２４
とキャパシタ２とを電気的に近くに配置することができ
る。
【００２１】また、ＬＣ回路のリアクタンスをボンディ
ングワイヤ３としているため、たとえばインピーダンス
ライン７の長手方向と平滑用キャパシタ２の長手方向と
を、電気的に接続するように複数のボンディングワイヤ
３を設ければ、ＦＥＴチップ２４に備える複数のＦＥＴ
の各ゲート幅を増大しても、その幅に拘わらず、歪み成
分を平滑化できる。
【００２２】さらに、ボンディングワイヤ３を短くする
と、キャリア周波数の差が大きくても、低周波インピー
ダンスを広帯域に低い状態とすることできるため、低周
波インピーダンスによる増幅器の歪み特性を向上するこ
とができる。
【００２３】これは、ボンディングワイヤ３の純抵抗成
分Ｒを無視すると、ＬＣ回路のインピーダンスは、［ω
Ｌ＋１／ωＣ］と表せるため、平滑用キャパシタ２の容
量を大きくすれば、ＦＥＴのドレイン電極から負荷側を
見たときの低周波インピーダンスは、ボンディングワイ
ヤ３のインダクタンス成分により決定されるからであ
る。これは、ボンディングワイヤ３による低周波インピ
ーダンスの増加が、増幅されたマイクロ波成分に影響し
ないことを意味する。
【００２４】図２は、図１のＬＣ回路付近の拡大図であ
る。上記のように、ＦＥＴ回路１はＦＥＴチップ２４と
平滑用キャパシタ２とを備えているが、図２に示すよう
に、ＦＥＴチップ２４は、ＧａＡｓなどの基板１７上に
能動領域１４及びゲート電極１５、ドレイン電極１６を
形成したものである。また、平滑用キャパシタ２は、下
部電極１８及びＳＴＯ層１９、上部電極２０を形成した
ものである。
【００２５】また、下部電極１８は、スルーホール２１
を介して接地電位２３に電気的に接続されている。基板
１７上に、Ａｕメッキからなる下部電極１８を形成した
後に、誘電率εrがたとえば２００以上のＳＴＯ層１９
を蒸着によりパターン形成して、その上にＡｕメッキか
らなる上部電極２０を形成して平滑用キャパシタ２がＦ
ＥＴ回路１内に備えられる。
【００２６】さらに、ボンディングワイヤ３は、たとえ
ば、ＦＥＴチップ２４のチップ幅に応じて設けることが
でき、具体的に本実施形態では、ＦＥＴチップ２４のチ
ップ幅を４ｍｍと設定して、ボンディングワイヤ３を６
本設けている。
【００２７】図３は、図１のマイクロ波増幅器及びそれ
に接続される外部回路の回路図である。図３において、
Ｃ１は平滑用キャパシタ２のキャパシタンス、Ｌ１はボ
ンディングワイヤ３の自己インダクタンス、Ｚ１はイン
ピーダンスライン７及び整合用キャパシタ８などのイン
ピーダンス、Ｚ２は外部回路のインピーダンス、Ｃ２は
外部回路のキャパシタンスを示している。外部回路は、
マイクロ波増幅器からの増幅出力の周波数の１／４波長
線路と、コンデンサとを備えている。また、図示しない
種々の部材のインピーダンスをＺ２としている。
【００２８】本実施形態のマイクロ波増幅器は、ＦＥＴ
のゲート幅を増大することにより、電流増幅を増大させ
て高出力特性を得ているが、ＦＥＴのドレイン電極に、
平滑用キャパシタ２及びボンディングワイヤ３からなる
ＬＣ回路を接続しているため、ＦＥＴのドレイン電極か
ら出力される増幅信号のうち、マイクロ波成分のインピ
ーダンスはせいぜい０．５Ω程度と小さくなる。
【００２９】そのため、ＬＣ回路のリアクタンスを小さ
くすることにより、マイクロ波成分のインピーダンスを
低くしても、複数キャリア周波数の各差分周波数は２０
ＭＨｚ程度であり、増幅されたマイクロ波周波数は２Ｇ
Ｈｚ程度であるため、キャリア周波数の差分周波数と増
幅されたマイクロ波周波数とでは１００倍程度の差があ
り、マイクロ波成分には影響しない。
【００３０】したがって、たとえば、入力するマイクロ
波信号の中心周波数が２ＧＨｚであって、これに含まれ
るキャリア周波数の差分周波数の最大がおおよそ２０Ｍ
Ｈｚであると、ＬＣ回路は、ボンディングワイヤ３の自
己インダクタンスをおおよそ０．５ｎＨとし、平滑用キ
ャパシタ２の容量をおおよそ１μＦとすればよい。
【００３１】つづいて、本実施形態のマイクロ波増幅器
の動作について説明する。まず、複数のキャリア周波数
を含むマイクロ波信号が入力されると、図示しない分配
手段により分配され、ゲート電極１５からＦＥＴチップ
２４の各ＦＥＴに入力される。そして、各ＦＥＴの能動
領域１４で増幅され、ドレイン電極１６から増幅信号が
出力される。増幅信号は、ボンディングワイヤ４を介し
てインピーダンスライン７に送られる。
【００３２】ここで、増幅信号には、キャリア周波数の
差分による歪み成分が含まれているため、ボンディング
ワイヤ４の先端でこれを平滑用キャパシタ２及びボンデ
ィングワイヤ３からなるＬＣ回路により平滑化する。な
お、ＬＣ回路は、キャリア周波数差で直列共振するよう
に定数を設定しているため、キャリア周波数に対して高
インピーダンスである。また、図３でいえば、ＦＥＴの
ドレイン電極と、Ｌ１及びＣ１との共振回路の間にボン
ディングワイヤ４が配置されている。
【００３３】一方、増幅されたマイクロ波信号は、イン
ピーダンスライン７のインダクタンス及び整合用キャパ
シタ８のキャパシタンスによりインピーダンス整合され
る。整合されたマイクロ波信号は、出力端子９において
合成され、外部に接続される外部回路側へ出力される。
【００３４】（実施形態２）図４は、本発明の実施形態
２のマイクロ波増幅器のＦＥＴ回路１より出力側の構成
図であり、図１に対応したものである。本実施形態のマ
イクロ波増幅器は、既存のマイクロ波増幅器に、ＬＣ回
路を搭載したものである。図４に示すように、本実施形
態のマイクロ波増幅器は、平滑用キャパシタ２としてた
とえば０．３ｍｍ角程度の大きさの積層セラミックコン
デンサを用いている。
【００３５】積層セラミックコンデンサは、たとえばメ
タルキャリア２２のうち整合用キャパシタ８が設けられ
ていない部分や、アルミナ基板１２のうちインピーダン
スライン７が設けられていない部分に備える。そして、
ボンディングワイヤ３を介してインピーダンスライン７
と電気的に接続する。
【００３６】こうすることにより、既存のＬＣ回路が搭
載されていないマイクロ波増幅器に、ＬＣ回路を搭載で
きる。したがって、ＦＥＴチップ２４の複数のＦＥＴの
各ゲート幅に拘わらず、キャリア周波数の差分周波数に
より生じる歪み成分を少なくすることができる。
【００３７】また、従来の技術と比較すると、ボンディ
ングワイヤ３のインダクタンスとキャパシタ２とで共振
ＬＣ回路を構成することができるため、ボンディングパ
ターンが不要となる。
【００３８】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明のマイク
ロ波増幅器は、増幅されたマイクロ波信号に複数キャリ
アの差分周波数による歪みが生じないように、増幅素子
と容量素子とを複数のボンディングワイヤにより電気的
に接続して平滑化するため、高出力特性で且つ歪み成分
の少ないマイクロ波信号出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１のマイクロ波増幅器のＦＥ
Ｔ回路１より出力側の構成図である。
【図２】図１のＬＣ回路付近の拡大図である。
【図３】図１のマイクロ波増幅器及びそれに接続される
外部回路の回路図である。
【図４】本発明の実施形態２のマイクロ波増幅器のＦＥ
Ｔ回路１より出力側の構成図である。
【図５】従来のマイクロ波増幅器の構成図である。
【符号の説明】
１ ＦＥＴ回路 ２ 平滑用キャパシタ ３〜６ ボンディングワイヤ ７ インピーダンスライン ８ 整合用キャパシタ ９ 出力端子 １１ パッケージ外周部 １２ アルミナ基板 １３ パッケージ １４ 能動領域 １５ ゲート電極 １６ ドレイン電極 １７ 基板 １８ 下部電極 １９ ＳＴＯ層 ２０ 上部電極 ２１ スルーホール ２２ メタルキャリア ２３ 接地電位 ２４ ＦＥＴチップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J067 AA01 AA04 AA41 CA21 CA35 FA16 HA09 HA29 HA33 KA13 KA29 KA42 KA66 KA68 KS11 KS21 LS01 QA04 QS02 QS17 5J069 AA01 AA04 AA21 CA21 CA35 FA16 HA09 HA29 HA33 KA13 KA29 KA42 KA66 KA68 QA04 5J090 AA01 AA04 AA21 AA41 CA21 CA35 FA16 GN01 HA09 HA29 HA33 KA13 KA29 KA42 KA66 KA68 QA04 5J091 AA01 AA04 AA21 AA41 CA21 CA35 FA16 HA09 HA29 HA33 KA13 KA29 KA42 KA66 KA68 QA04 5J092 AA01 AA04 AA21 AA41 CA21 CA35 FA16 HA09 HA29 HA33 KA13 KA29 KA42 KA66 KA68 QA04 VL08

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力されたマイクロ波信号を増幅する増
    幅素子と、該増幅素子と出力端間に前記マイクロ波信号
    に複数のキャリア周波数が含まれているときに該複数の
    キャリア周波数間の差分周波数により生じる歪み成分を
    平滑化する平滑手段とを備えるマイクロ波増幅器におい
    て、 前記平滑手段は、前記増幅された前記マイクロ波信号に
    前記歪みが生じないように、前記増幅素子と容量素子と
    を複数のボンディングワイヤにより電気的に接続して平
    滑化することを特徴とするマイクロ波増幅器。
  2. 【請求項２】 前記増幅素子と前記容量素子とを同一基
    板上に備えることを特徴とする請求項１に記載のマイク
    ロ波増幅器。
  3. 【請求項３】 前記増幅されたマイクロ波信号を前記出
    力端側インピーダンスに整合する整合手段を備えること
    を特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のマ
    イクロ波増幅器。
  4. 【請求項４】 前記整合手段と前記容量素子とを同一基
    板上に備えることを特徴とする請求項１に記載のマイク
    ロ波増幅器。
  5. 【請求項５】 前記ボンディングワイヤは、前記増幅素
    子と前記出力端間の方向に複数設けることを特徴とする
    請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロ波増幅
    器。
  6. 【請求項６】 前記増幅素子と前記出力端間の方向の長
    さと前記容量素子の方向の長さとを同じにすることを特
    徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ
    波増幅器。
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