JP2002171138A - マイクロ波電力増幅器 - Google Patents

マイクロ波電力増幅器

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JP2002171138A JP2000366517A JP2000366517A JP2002171138A JP 2002171138 A JP2002171138 A JP 2002171138A JP 2000366517 A JP2000366517 A JP 2000366517A JP 2000366517 A JP2000366517 A JP 2000366517A JP 2002171138 A JP2002171138 A JP 2002171138A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】マイクロ波電力増幅器において、入力キャリア
周波数の間隔が大きくなっても、歪み特性の劣化を防止
する。 【解決手段】マイクロ波電力増幅器は、ソースが接地さ
れたＦＥＴ１と、ＦＥＴ１のドレイン側に接続され、キ
ャリア周波数相互間の差周波数で短絡する第１の差周波
短絡回路２０１と、ＦＥＴ１のゲート側に接続され、キ
ャリア周波数相互間の差周波数で短絡する第２の差周波
短絡回路２０２と、を備える。第２の差周波短絡回路２
０２は、ＦＥＴ１のゲート電極端子２に接続されたボン
ディングワイヤー３０と、一端においてボンディングワ
イヤー３０に接続され、他端において接地されているキ
ャパシタ２９と、からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波電力増
幅器に関し、より詳細には、複数のキャリア周波数を含
むマイクロ波信号を増幅するマイクロ波電力増幅器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】移動体通信システムにおける衛星搭載用
または基地局用のマイクロ波電力増幅器における増幅素
子としてＧａＡｓ電界効果トランジスタ（以後、電界効
果トランジスタを「ＦＥＴ」と呼ぶ）がよく用いられ
る。
【０００３】このようなマイクロ波電力増幅器は、装置
の小型化及び低消費電力化のために、高出力かつ高効率
の特性が要求される。さらに、情報の大容量化に伴い、
多数の信号を同時に増幅する機能が必要となる。そのた
めに、他のチャンネルに悪影響を与えることを防止する
ために、相互変調歪みが少なく、線形性に優れたマイク
ロ波電力増幅器が求められる。
【０００４】多数の信号が同時にマイクロ波電力増幅器
に入力されると、マイクロ波電力増幅器の非線形性によ
り、相互変調歪み成分以外に、入力信号の周波数差に等
しい周波数において、２次歪み電力成分が現れる。
【０００５】また、マイクロ波電力増幅器においては、
増幅素子としてのＦＥＴが並列に多フィンガ−状に配置
され、あるいは、複数のＦＥＴチップを並列に合成し
て、ゲ−ト幅を増大させることにより、高出力化が図ら
れている。
【０００６】このような高出力化されたマイクロ波電力
増幅器においては、低周波インピ−ダンスがある程度高
くなると、入力信号の周波数差に等しい周波数において
現れる２次歪み電圧成分が増大し、再度、ＦＥＴのドレ
イン端で出力信号とミキシングを起こし、マイクロ波電
力増幅器自身が持っている歪み特性以上に、相互変調歪
みを悪化させる。このため、ＦＥＴの線形性が有効に利
用されない。
【０００７】高出力ＦＥＴは、放熱性と汎用性の観点か
ら、パッケージ内部で並列動作する複数のＦＥＴを整合
する内部整合型が一般的である。このような高出力ＦＥ
Ｔに多数のキャリア周波数を含むマイクロ波信号を入力
した場合、キャリア周波数の差周波数による２次歪み成
分が相互変調歪みを悪化させる現象が生じる。
【０００８】このような問題点を解決するために、特許
公報第３０６０９８１号（特開平１０−２３３６３８号
公報）には、増幅するマイクロ波信号に多数のキャリア
周波数が含まれる場合であっても、歪み特性の劣化を防
止することができるマイクロ波電力増幅器が記載されて
いる。
【０００９】図６は上記公報に記載されているマイクロ
波電力増幅器の回路図であり、図７はその具体例を示す
構成図である。
【００１０】図６に示すように、このマイクロ波電力増
幅器は、信号入力端子７７と、信号入力端子７７から入
力された信号をパッケージ７０に伝送する入力伝送線路
７１と、信号入力端子７７と入力伝送線路７１との間に
接続され、信号中の直流成分をカットするＤＣカット用
キャパシタ７６と、パッケージ７０の内部に配置されて
いるＦＥＴ６１のゲートにバイアス電圧を印加するため
のゲートバイアス印加端子７５と、ゲートバイアス印加
端子７５に接続され、ゲートバイアス印加端子７５を介
して印加されたゲートバイアス電圧をＦＥＴ６１に伝送
するゲートバイアス回路用１／４波長線路７３と、ゲー
トバイアス回路用１／４波長線路７３と入力伝送線路７
１との間に接続されたゲート保護抵抗７２と、ゲートバ
イアス回路用１／４波長線路７３と接地８６との間に接
続されたゲートバイアス回路ＲＦ終端キャパシタ７４
と、パッケージ１０から出力される出力信号を出力する
信号出力端子８３と、パッケージ７０から出力される出
力信号を信号出力端子８３に伝送する出力伝送線路７８
と、出力伝送線路７８と信号出力端子８３との間に接続
され、出力信号から直流成分をカットするＤＣカット用
キャパシタ８２と、ＦＥＴ６１のドレインにバイアス電
圧を印加するためのドレインバイアス印加端子８１と、
ドレインバイアス印加端子８１に接続され、ドレインバ
イアス印加端子８１を介して印加されたドレインバイア
ス電圧をＦＥＴ６１に伝送するドレインバイアス回路用
１／４波長線路７９と、ドレインバイアス回路用１／４
波長線路７９と接地８７との間に接続されたドレインバ
イアス回路ＲＦ終端キャパシタ８０と、を備えている。
【００１１】パッケージ７０は、ソースが接地８４され
ている上述のＦＥＴ６１と、ＦＥＴ６１のゲートが接続
されているゲート電極端子６２と、ＦＥＴ６１のドレイ
ンが接続されているドレイン電極端子６３と、入力伝送
線路７１とゲート電極端子６２との間に接続されている
パッケージ入力端子リード部６８と、パッケージ入力端
子リード部６８とゲート電極端子６２との間に接続され
ている入力整合回路６６と、ドレイン電極端子６３と出
力伝送線路７８との間に接続されているパッケージ出力
端子リード部６９と、ドレイン電極端子６３とパッケー
ジ出力端子リード部６９との間に接続されている出力整
合回路６７と、ドレイン電極端子６３に一端が接続され
ている出力側差周波短絡インダクタ６５と、一端が出力
側差周波短絡インダクタ６５に、他端が接地８５されて
いる出力側差周波短絡キャパシタ６４と、を備えてい
る。
【００１２】出力側差周波短絡インダクタ６５と出力側
差周波短絡キャパシタ６４とは、マイクロ波に含まれる
キャリア周波数相互間の差周波数で短絡する差周波短絡
回路を形成している。
【００１３】また、入力整合回路６６と、基本周波数の
１／４波長線路７３と、ゲート保護抵抗７２と、ゲート
バイアス回路ＲＦ終端キャパシタ７４とはゲートバイア
ス回路を形成している。
【００１４】さらに、出力整合回路６７と、基本周波数
の１／４波長線路７９と、ドレインバイアス回路ＲＦ終
端キャパシタ８０とはドレインバイアス回路を形成して
いる。
【００１５】図７は、図６に示したような回路構成を有
するマイクロ波電力増幅器の一具体例を示す構成図であ
る。このマイクロ波電力増幅器は、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。
【００１６】図７に示すマイクロ波増幅器は、マイクロ
波信号を入力する入力端子９０と、入力されたマイクロ
波信号を分配する分配回路９１と、入力されたマイクロ
波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９２、９８と、分配され
たマイクロ波信号を増幅するＦＥＴチップ９３、９９
と、ＦＥＴチップ９３、９９のドレイン電極の近傍に設
けられたボンディングパターン９７、１０１と、ボンデ
ィングパターン９７、１０１の一端に接続され、キャリ
ア周波数の差周波数に基づく歪み成分を短絡するための
１／４波長より短いマイクロストリップ線路１０２、１
０３及びコンデンサ１０４、１０５からなる差周波短絡
ＬＣ回路と、ＦＥＴチップ９３、９９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９４、１００と、各
整合回路９４、１００で整合されたマイクロ波を合成す
る合成回路９５と、合成回路９５で合成されたマイクロ
波を出力する出力端子９６と、を備えている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】上記のような構成を有
する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周波数
による歪み成分が発生する。この歪み成分は、例えば、
マイクロ波が異なるキャリア周波数ｆ１及びｆ２を含む
ものである場合、キャリア周波数ｆ１とｆ２との差の絶
対値｜ｆ１−ｆ２｜を周波数とするものであり、この差
周数数により、２次歪み成分が増大し、相互変調歪みを
増大させる原因となる。
【００１８】このため、図７に示すマイクロ波電力増幅
器においては、マイクロストリップ線路１０２、１０３
及びコンデンサ１０４、１０５からなる差周波短絡ＬＣ
回路の共振によりインピーダンスを低下させ、差周波歪
み成分をＧＮＤに吸収することにより、差周波歪み成分
を平滑し、キャリア周波数の差周波数による歪みを少な
くしていた。
【００１９】しかしながら、図６及び図７に示した従来
のマイクロ波電力増幅器は、高出力特性にしようとする
と、次のような問題があった。
【００２０】従来のマイクロ波電力増幅器を高出力特性
にするためには、上記のように、通常、ＦＥＴ６１のゲ
ート幅を増大する。しかしながら、ゲート幅を増大する
と、ＦＥＴ６１の出力が増加するので、これに伴って、
各キャリア周波数の差周波数による歪み成分も増大す
る。
【００２１】この場合、従来のマイクロ波電力増幅器に
おいては、ＦＥＴ６１のドレイン電極６３の近傍に、差
周波短絡インダクタ６５及び差周波短絡キャパシタ６４
からなる差周波短絡回路を接続したとしても、入力キャ
リア周波数の間隔が大きくなるにつれて、相互変調歪み
が劣化することが判明した。
【００２２】伝送情報の大容量化のために、キャリア周
波数間隔及び帯域幅の広帯域化が要求されているが、上
記のような問題点により、キャリア周波数の間隔を大き
くすることは極めて困難であった。
【００２３】図８は、総ゲート幅６００ｍｍを有するＦ
ＥＴチップ６１のドレイン電極６３の近傍に差周波短絡
回路を接続した従来のマイクロ波電力増幅器において、
２波信号（ｆ１、ｆ２）を入力したときの３次相互変調
歪み（ＩＭ３＝２ｆ１−ｆ２）を評価した結果を示す。
【００２４】図８において、黒丸（●）は、ｆ１＝２．
１ＧＨｚ、ｆ２＝２．１０５ＧＨｚの５ＭＨｚ離れの２
波信号を入力したときのＩＭ３を示し、白丸（○）は、
ｆ１＝２．１ＧＨｚ、ｆ１＝２．１２０ＧＨｚの２０Ｍ
Ｈｚ離れの２波信号を入力したときのＩＭ３を示す。
【００２５】図８から明らかであるように、５ＭＨｚ離
れの２波信号を入力したときのＩＭ３（○）は、５ＭＨ
ｚ離れの２波信号を入力したときのＩＭ３（●）より
も、約５ｄＢ劣化してしまっている。
【００２６】このように、ＦＥＴ６１のドレイン電極近
傍に差周波短絡回路を接続して充分に低周波インピーダ
ンスを低下させているにも拘わらず、入力キャリア周波
数の間隔が大きくなるにつれて相互変調歪みが劣化す
る。
【００２７】これは、ＦＥＴ６１の出力側の非線形性に
より発生するキャリア周波数の間隔に相当する差周波成
分はドレイン電極近傍に接続した差周波短絡回路で短絡
されているにもかかわらず、ゲート幅を増大させたこと
により無視できなくなったＦＥＴ６１の入力側の非線形
性から生じるキャリア周波数の差周波数成分が相互変調
歪みを悪化させているためと考えられる。
【００２８】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、入力キャリア周波数の間隔が大きくな
っても、歪み特性が劣化しないマイクロ波電力増幅器を
提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、異なる複数のキャリア周波数を含むマイ
クロ波信号を能動素子を用いて増幅するマイクロ波電力
増幅器であって、ソースが接地された電界効果トランジ
スタと、電界効果トランジスタのドレイン側に接続さ
れ、キャリア周波数相互間の差周波数で短絡する第１の
差周波短絡回路と、電界効果トランジスタのゲート側に
接続され、キャリア周波数相互間の差周波数で短絡する
第２の差周波短絡回路と、を備えるマイクロ波電力増幅
器を提供する。
【００３０】本発明に係るマイクロ波電力増幅器におい
ては、電界効果トランジスタのドレイン側に第１の差周
波短絡回路を接続するのみならず、電界効果トランジス
タのゲート側にも第２の差周波短絡回路を接続する。こ
れにより、電界効果トランジスタの出力側ばかりでな
く、電界効果トランジスタの入力側で発生するキャリア
周波数の差周波成分を短絡で終端することにより、相互
変調歪みへの影響を除去することができる。
【００３１】第１の差周波短絡回路は、例えば、電界効
果トランジスタのドレインに接続されたインダクタと、
一端においてインダクタに接続され、他端において接地
されているキャパシタと、から構成することができる。
【００３２】また、同様に、第２の差周波短絡回路は、
例えば、電界効果トランジスタのゲートに接続されたイ
ンダクタと、一端においてインダクタに接続され、他端
において接地されているキャパシタと、から構成するこ
とができる。
【００３３】あるいは、第１の差周波短絡回路は複数の
第３差周波短絡回路から構成することができる。この場
合、第３差周波短絡回路の各々は、電界効果トランジス
タのドレインに接続されたインダクタと、一端において
インダクタに接続され、他端において接地されているキ
ャパシタと、から構成することができ、第３差周波短絡
回路におけるインダクタのインダクタンス及びキャパシ
タの容量は、第３差周波短絡回路が、差周波数におい
て、相互に共振するように設定される。
【００３４】また、第２の差周波短絡回路は複数の第３
差周波短絡回路から構成することができる。この場合、
第３差周波短絡回路の各々は、電界効果トランジスタの
ドレインに接続されたインダクタと、一端においてイン
ダクタに接続され、他端において接地されているキャパ
シタと、から構成することができ、第３差周波短絡回路
におけるインダクタのインダクタンス及びキャパシタの
容量は、第３差周波短絡回路が、差周波数において、相
互に共振するように設定される。
【００３５】第１及び第２の差周波短絡回路を構成する
インダクタは、例えば、ボンディングワイヤーから構成
することができる。
【００３６】また、第１及び第２の差周波短絡回路を構
成するキャパシタは積層セラミックコンデンサから構成
することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第一実施形態に
係るマイクロ波電力増幅器の回路図であり、図２は、図
１に示したような回路構成を有するマイクロ波電力増幅
器の一具体例を示す構成図である。
【００３８】図１に示すように、第一実施形態に係るマ
イクロ波電力増幅器は、信号入力端子１７と、信号入力
端子１７から入力された信号をパッケージ１０に伝送す
る入力伝送線路１１と、信号入力端子１７と入力伝送線
路１１との間に接続され、信号中の直流成分をカットす
るＤＣカット用キャパシタ１６と、パッケージ１０の内
部に配置されているＦＥＴ１のゲートにバイアス電圧を
印加するためのゲートバイアス印加端子１５と、ゲート
バイアス印加端子１５に接続され、ゲートバイアス印加
端子１５を介して印加されたゲートバイアス電圧をＦＥ
Ｔ１に伝送するゲートバイアス回路用１／４波長線路１
３と、ゲートバイアス回路用１／４波長線路１３と入力
伝送線路１１との間に接続されたゲート保護抵抗１２
と、ゲートバイアス回路用１／４波長線路１３と接地２
６との間に接続されたゲートバイアス回路ＲＦ終端キャ
パシタ１４と、パッケージ１０から出力される出力信号
を出力する信号出力端子２３と、パッケージ１０から出
力される出力信号を信号出力端子２３に伝送する出力伝
送線路１８と、出力伝送線路１８と信号出力端子２３と
の間に接続され、出力信号から直流成分をカットするＤ
Ｃカット用キャパシタ２２と、ＦＥＴ１のドレインにバ
イアス電圧を印加するためのドレインバイアス印加端子
２１と、ドレインバイアス印加端子２１に接続され、ド
レインバイアス印加端子２１を介して印加されたドレイ
ンバイアス電圧をＦＥＴ１に伝送するドレインバイアス
回路用１／４波長線路１９と、ドレインバイアス回路用
１／４波長線路１９と接地２７との間に接続されたドレ
インバイアス回路ＲＦ終端キャパシタ２０と、を備えて
いる。
【００３９】パッケージ１０は、ソースが接地２４され
ている上述のＦＥＴ１と、ＦＥＴ１のゲートが接続され
ているゲート電極端子２と、ＦＥＴ１のドレインが接続
されているドレイン電極端子３と、入力伝送線路１１と
ゲート電極端子２との間に接続されているパッケージ入
力端子リード部８と、パッケージ入力端子リード部８と
ゲート電極端子２との間に接続されている入力整合回路
６と、ドレイン電極端子３と出力伝送線路１８との間に
接続されているパッケージ出力端子リード部９と、ドレ
イン電極端子３とパッケージ出力端子リード部９との間
に接続されている出力整合回路７と、ドレイン電極端子
３に接続されている第１の差周波短絡回路２０１と、ゲ
ート電極端子２に接続されている第２の差周波短絡回路
２０２と、を備えている。
【００４０】第１の差周波短絡回路２０１は、ＦＥＴ１
のドレイン電極端子３に接続された出力側差周波短絡イ
ンダクタとしてのボンディングワイヤー５と、一端にお
いてボンディングワイヤー５に接続され、他端において
接地２５されている出力側差周波短絡キャパシタ４と、
からなっている。
【００４１】第２の差周波短絡回路２０２は、ＦＥＴ１
のゲート電極端子２に接続された入力側差周波短絡イン
ダクタとしてのボンディングワイヤー３０、一端におい
てボンディングワイヤー３０に接続され、他端において
接地２８されている入力側差周波短絡キャパシタ２９
と、からなっている。
【００４２】第１の差周波短絡回路２０１及び第２の差
周波短絡回路２０２は、信号入力端子１７を介してパッ
ケージ１０に入力されるマイクロ波信号に含まれるキャ
リア周波数相互間の差周波数で短絡するように構成され
ている。
【００４３】また、入力整合回路６と、基本周波数の１
／４波長線路１３と、ゲート保護抵抗１２と、ゲートバ
イアス回路ＲＦ終端キャパシタ１４とはゲートバイアス
回路を形成している。
【００４４】さらに、出力整合回路７と、基本周波数の
１／４波長線路１９と、ドレインバイアス回路ＲＦ終端
キャパシタ２０とはドレインバイアス回路を形成してい
る。
【００４５】本実施形態に係るマイクロ波電力増幅回路
においては、ボンディングワイヤー５、３０とキャパシ
タ４、２９とから構成される差周波短絡ＬＣ回路４１、
４２をＦＥＴ１のドレイン端子３の近傍及びゲート端子
２の近傍に接続するので、ボンディングワイヤー５、３
０を短くすることができ、ボンディングワイヤー５、３
０によるインダクタンス（Ｌ）成分による低周波インピ
ーダンスの増加を、基本波周波数に影響（損失）を与え
ることなく、抑制することができる。
【００４６】さらに、ボンディングワイヤー５、３０を
短くすることができるので、マイクロ波入力信号のキャ
リア周波数間の差周波数が大きい場合であっても、低周
波インピーダンスを広帯域に低い状態で終端しているの
で、低周波インピーダンスによるマイクロ波電力増幅器
の歪み特性の劣化を抑止することができる。
【００４７】これは以下の理由による。
【００４８】第１及び第２の差周波短絡ＬＣ回路２０
１、２０２のインピーダンスＺ１（絶対値）は、純抵抗
成分Ｒについては極めて小さいのでこれを無視すると、
次の式のように表すことができる。
【００４９】｜Ｚ１｜＝ωＬ＋１／ωＣ 差周波を短絡するために十分に大きな容量のコンデンサ
を用いれば、（１／ωＣ）は無視できるので、ＦＥＴの
ドレイン端あるいはゲート端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ー５、３０に
よるインダクタンス成分ωＬが支配的となる。上述のよ
うに、ボンディングワイヤー５、３０は短くすることが
できるので、このインダクタンス成分ωＬも小さくする
ことができ、結果的に、第１及び第２の差周波短絡ＬＣ
回路２０１、２０２のインピーダンスＺ１（絶対値）も
小さくすることができ、上述のように、低周波インピー
ダンスによるマイクロ波電力増幅器の歪み特性の劣化を
抑止することが可能になる。
【００５０】ゲート幅を増大させた高出力化ＦＥＴ１の
ドレイン端子３の近傍及びゲート端子２の近傍にそれぞ
れ第１及び第２の差周波短絡ＬＣ回路２０１、２０２を
接続した場合、ＦＥＴ１のドレイン端子３及びゲート端
子２における基本波のインピーダンスはそれぞれ０．５
Ω、０．１Ω程度と非常に小さくなっている。このた
め、第１及び第２の差周波短絡ＬＣ回路２０１、２０２
のインダクタンス成分Ｌを小さくし、第１及び第２の差
周波短絡ＬＣ回路２０１、２０２の基本波周波数のイン
ピーダンスを下げたとしても、差周波（２０ＭＨｚ以
下）と基本波周波数（２ＧＨｚ以上）には１００倍程度
の差があるので、基本波周波数にはほとんど影響はな
く、損失にはならない。
【００５１】例えば、入力信号の中心周波数が２ＧＨ
ｚ、入力信号間の最大の周波数差が２０ＭＨｚである場
合、第１及び第２の差周波短絡ＬＣ回路２０１、２０２
におけるボンディングワイヤー５、３０のインダクタン
スＬとしては０．５ｎＨ、キャパシタ４、２９のキャパ
シタンスＣとしては１μＦを選択すれば十分である。
【００５２】図２は、図１に示したような回路構成を有
する本実施形態に係るマイクロ波電力増幅器の一具体例
を示す構成図である。このマイクロ波電力増幅器は、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。
【００５３】図２に示したマイクロ波電力増幅器は、入
力されたマイクロ波信号を増幅する複数のＦＥＴチップ
１を有するパッケージ５０と、パッケージ５０にマイク
ロ波入力信号を入力する入力端子リード４８と、パッケ
ージ５０からの出力信号を出力する出力端子リード４９
と、からなっている。
【００５４】パッケージ５０は、上述の２個のＦＥＴチ
ップ３１と、２個の高誘電率基板３７と、高誘電率基板
３７の各々の上に２個ずつ設けられた入力整合用キャパ
シタ３８及び３９と、４個の入力側差周波短絡回路用キ
ャパシタ３２と、各入力整合用キャパシタ３８と各入力
側差周波短絡回路用キャパシタ３２とを接続する入力側
差周波短絡回路用ボンディングワイヤー３３と、各ＦＥ
Ｔチップ３１と各入力整合用キャパシタ３８とを接続す
る入力整合用ボンディングワイヤー３４と、各入力整合
用キャパシタ３８と３９とを接続する入力整合用ボンデ
ィングワイヤー３５と、入力端子リード４８と各入力整
合用キャパシタ３９とを接続する入力整合用ボンディン
グワイヤー３６と、２個の誘電体基板４５と、各誘電体
基板４５上に設けられ、各ＦＥＴチップ１により増幅さ
れたマイクロ波信号を負荷インピーダンスに整合するイ
ンピーダンスライン４６と、各インピーダンスライン４
６に対応して設けられた２個の出力整合用キャパシタ４
７と、各ＦＥＴチップ３１と各インピーダンスライン４
６とを接続する出力整合用ボンディングワイヤー４２
と、各インピーダンスライン４６と各出力整合用キャパ
シタ４７とを接続する出力整合用ボンディングワイヤー
４３と、各出力整合用キャパシタ４７と出力端子リード
４９とを接続する出力整合用ボンディングワイヤー４４
と、４個の出力側差周波短絡回路用キャパシタ４０と、
各インピーダンスライン４６と各出力側差周波短絡回路
用キャパシタ４０とを接続する出力側差周波短絡回路用
ボンディングワイヤー４１と、からなっている。
【００５５】ボンディングワイヤー３４、３５、３６が
有するインダクタンスと、高誘電率基板７上に形成され
た入力整合用キャパシタ３８、３９は、ＦＥＴ３１への
入力インピーダンスと基本波とを整合する整合回路を形
成している。
【００５６】本実施形態に係るマイクロ波増幅器におい
ては、ボンディングワイヤー３３及びキャパシタ３２
は、ＦＥＴチップ３１のゲート電極の近傍に接続され、
キャリア周波数の差周波数で短絡条件を満たすようなイ
ンダクタンスとキャパシタンスを有する差周波短絡ＬＣ
回路を形成している。
【００５７】本実施形態においては、差周波数を短絡す
るキャパシタ３２として、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。積層セラミッ
クコンデンサは、パッケージ５０の内部において、入力
整合用キャパシタ３８、３９が設けられていない領域に
配置されている。積層セラミックコンデンサ３２の下部
電極はパッケージ導体を通して接地され、上部電極はボ
ンディングワイヤー３３を介して入力整合回路と電気的
に接続されている。
【００５８】さらに、本実施形態に係るマイクロ波増幅
器においては、ボンディングワイヤー４１及びキャパシ
タ４０は、ＦＥＴチップ３１のドレイン電極の近傍に接
続され、キャリア周波数の差周波数で短絡条件を満たす
ようなインダクタンスとキャパシタンスを有する差周波
短絡ＬＣ回路を形成している。
【００５９】本実施形態においては、差周波数を短絡す
るキャパシタ４０として、積層セラミックコンデンサを
用いている。積層セラミックコンデンサは、パッケージ
５０の内部において、出力整合用キャパシタ４７が設け
られていない領域に配置されている。積層セラミックコ
ンデンサ４０の下部電極はパッケージ導体を通して接地
され、上部電極はボンディングワイヤー４１を介して出
力整合回路と電気的に接続されている。
【００６０】図３には、本実施形態に係るマイクロ波電
力増幅器に２波信号（ｆ１、ｆ２）を入力したときの３
次相互変調歪み（ＩＭ３＝２ｆ１−ｆ２）を評価した結
果を示す。なお、この場合のＦＥＴチップ１は６００ｍ
ｍの総ゲート幅を有しているものとする。
【００６１】図３において、黒丸（●）は、ｆ１＝２．
１ＧＨｚ、ｆ２＝２．１０５ＧＨｚの５ＭＨｚ離れの２
波信号を入力したときのＩＭ３を示し、白丸（○）は、
ｆ１＝２．１ＧＨｚ、ｆ１＝２．１２０ＧＨｚの２０Ｍ
Ｈｚ離れの２波信号を入力したときのＩＭ３を示す。
【００６２】図３から明らかであるように、５ＭＨｚ離
れの２波信号を入力したときのＩＭ３（○）と５ＭＨｚ
離れの２波信号を入力したときのＩＭ３（●）とはほぼ
同等である。
【００６３】このように、ＦＥＴ１のドレイン電極近傍
とゲート電極近傍の両方に差周波短絡回路２０１、２０
２を接続した本実施形態に係るマイクロ波電力増幅器に
よれば、入力キャリア周波数の間隔が大きくなる場合で
あっても、相互変調歪みの劣化を防止することができ
る。
【００６４】これは、ＦＥＴ１のドレイン端近傍ばかり
でなく、ＦＥＴのゲート端近傍にもボンディングワイヤ
ー３０とキャパシタ２９とから構成される差周波短絡回
路４２を接続したことにより、ＦＥＴ１の出力側ばかり
でなく、ＦＥＴ１の入力側において発生するキャリア周
波数の差周波成分を短絡で終端し、相互変調歪みへの影
響を除去できたからである。
【００６５】従来、入力側の低周波インピーダンスは、
マイクロ波電力増幅器の安定化のために、ゲートバイア
ス回路に設けられたゲート保護抵抗１２などにより、む
しろ高く設定されていた。これは、ＦＥＴ１の入力側で
発生する差周波歪みは出力側で発生する差周波歪みより
も小さく、これまでは無視されていたからである。この
ため、ＦＥＴ１の入力側で発生する差周波歪みによる影
響もこれまでは解明されていなかった。
【００６６】しかしながら、より高出力特性を得るため
にゲート幅を増大させたことによって、ＦＥＴ１の入力
側の非線形性に起因して生じる差周波歪み成分を無視す
ることがもはやできなくなった。
【００６７】この点、本実施形態に係るマイクロ波電力
増幅器によれば、ＦＥＴ１のドレイン端近傍ばかりでな
く、ＦＥＴ１のゲート端近傍にもボンディングワイヤー
３０とキャパシタ２９とから構成される差周波短絡回路
２０２を接続したことにより、ＦＥＴ１の出力側ばかり
でなくＦＥＴ１の入力側で発生するキャリア周波数の差
周波成分を短絡で終端することにより、相互変調歪みへ
の影響を除去することができる。
【００６８】また、第１及び第２の差周波短絡回路２０
１、２０２は、パッケージ１０の内部において、それぞ
れＦＥＴ１のゲート及びドレイン近傍に接続されるため
に、基本波周波数帯とキャリア周波数の差周波数帯が充
分離れている場合、基本波帯域に影響なく、差周波数帯
域を広帯域に短絡に近い条件で終端できるのである。
【００６９】このため、本実施形態によれば、入力キャ
リア周波数の間隔が大きくなっても、歪み特性の良いマ
イクロ波電力増幅器を提供することができる。
【００７０】図４は、本発明の第二実施形態に係るマイ
クロ波電力増幅器の回路図であり、図５は、図４に示し
たような回路構成を有するマイクロ波電力増幅器の一具
体例を示す構成図である。
【００７１】本実施形態においては、第１の差周波短絡
回路２０１Ａ及び第２の差周波短絡回路２０２Ａの構成
が前述の第一の実施形態における第１の差周波短絡回路
２０１及び第２の差周波短絡回路２０２の構成と異なっ
ている。第１の差周波短絡回路２０１Ａ及び第２の差周
波短絡回路２０２Ａの構成が異なる点以外は、本実施形
態に係るマイクロ波電力増幅器の構成は第一の実施形態
に係るマイクロ波電力増幅器と同じである。
【００７２】本実施形態における第１の差周波短絡回路
２０１Ａは３個の第３差周波短絡回路としてのＬＣ直列
共振回路からなり、ＬＣ直列共振回路の各々は、ドレイ
ン電極端子３に接続されたインダクタ５−１、５−２、
５−３と、一端においてインダクタ５−１、５−２、５
−３に接続され、他端において接地２５されているキャ
パシタ４−１、４−２、４−３と、からなっている。
【００７３】すなわち、第第１の差周波短絡回路２０１
Ａを構成するＬＣ直列共振回路の各々は相互に並列に接
続されている。
【００７４】また、ＬＣ直列共振回路の各々は相互に異
なる共振周波数を有しているが、各ＬＣ直列共振回路に
おけるインダクタ５−１、５−２、５−３のインダクタ
ンス及びキャパシタ４−１、４−２、４−３のキャパシ
タンスは、ＬＣ直列共振回路が、信号入力端子１７を介
してパッケージ１０に入力されるマイクロ波信号に含ま
れるキャリア周波数相互間の差周波数において、相互に
共振するように設定されている。
【００７５】また、本実施形態における第２の差周波短
絡回路２０２Ａは３個の第３差周波短絡回路としてのＬ
Ｃ直列共振回路からなり、ＬＣ直列共振回路の各々は、
ゲート電極端子２に接続されたインダクタ３０−１、３
０−２、３０−３と、一端においてインダクタ３０−
１、３０−２、３０−３に接続され、他端において接地
２８されているキャパシタ２９−１、２９−２、２９−
３と、からなっている。
【００７６】すなわち、第２の差周波短絡回路２０２Ａ
を構成するＬＣ直列共振回路路の各々は相互に並列に接
続されている。
【００７７】また、ＬＣ直列共振回路の各々は相互に異
なる共振周波数を有しているが、各ＬＣ直列共振回路に
おけるインダクタ３０−１、３０−２、３０−３のイン
ダクタンス及びキャパシタ２９−１、２９−２、２９−
３のキャパシタンスは、ＬＣ直列共振回路が、信号入力
端子１７を介してパッケージ１０に入力されるマイクロ
波信号に含まれるキャリア周波数相互間の差周波数にお
いて、相互に共振するように設定されている。
【００７８】本実施形態に係るマイクロ波電力増幅器に
よれば、共振周波数の異なるボンディングワイヤー（イ
ンダクタンスＬ１、Ｌ２、…）とキャパシタ（キャパシ
タンスＣ１、Ｃ２、…）から構成される複数個のＬＣ直
列共振回路からなる第１及び第２の差周波短絡回路２０
１Ａ、２０２ＡをＦＥＴ１のドレイン電極端子３及びゲ
ート電極端子２に接続させているので、基本波周波数に
影響すなわち損失を与えることなく、より広帯域に入出
力の低周波インピーダンスを充分低い値にすることがで
きる。
【００７９】これにより、マイクロ波入力信号のキャリ
ア周波数間の間隔が様々の場合であっても、低周波イン
ピーダンスを広帯域に低い状態で終端しているので、低
周波インピーダンスによるマイクロ波電力増幅器の歪み
特性の劣化を広帯域に抑止することが可能である。
【００８０】図５は、図４に示したような回路構成を有
するマイクロ波電力増幅器の一具体例を示す構成図であ
る。
【００８１】図５に示したマイクロ波電力増幅器は、図
２に示したマイクロ波電力増幅器と比較して、複数の出
力側差周波短絡回路用キャパシタ４０と、出力側差周波
短絡回路用キャパシタ４０の各々とインピーダンスライ
ン４６とを接続する複数の出力側差周波短絡回路用ボン
ディングワイヤー４１とから構成される複数個のＬＣ直
列共振回路からなる第１の差周波短絡回路２０１Ａ、並
びに、複数の入力側差周波短絡回路用キャパシタ３２
と、入力側差周波短絡回路用キャパシタ３２の各々と入
力整合用キャパシタ３８とを接続する複数の出力側差周
波短絡回路用ボンディングワイヤー３３とから構成され
る構成される複数個のＬＣ直列共振回路からなる第２の
差周波短絡回路２０２Ａの構成が異なっており、第１及
び第２の差周波短絡回路２０１Ａ、２０２Ａ以外の構成
は同じである。
【００８２】各ＬＣ直列共振回路の共振条件は異なって
いるが、各ＬＣ直列共振回路におけるボンディングワイ
ヤー４１、３３のインダクタンス及びキャパシタ４０、
３２のキャパシタンスは、ＬＣ直列共振回路が、入力端
子リード４８を介してパッケージ５０に入力されるマイ
クロ波信号に含まれるキャリア周波数相互間の差周波数
において、相互に共振するように設定されている。
【００８３】キャパシタ３２は、約０．３ｍｍ角の大き
さの積層セラミックコンデンサからなっている。
【００８４】積層セラミックコンデンサ３２は、パッケ
ージ５０の内部において、入力整合用キャパシタ３８、
３９が設けられていない領域に配置され、下部電極はパ
ッケージ導体を通して接地され、上部電極はボンディン
グワイヤー３３を介して入力整合回路と電気的に接続さ
れている。
【００８５】あるいは、高誘電基板３７に裏面と導通す
るスル−ホール５１を設け、その上に積層セラミックコ
ンデンサ３２の下部電極を配置することも可能である。
【００８６】キャパシタ４０は、積層セラミックコンデ
ンサからなる。
【００８７】積層セラミックコンデンサ４０は、パッケ
ージ５０の内部において出力整合回路が設けられてない
領域に配置され、下部電極はパッケージ導体を通して接
地され、上部電極はボンディングワイヤー４１を介して
出力整合回路と電気的に接続されている。
【００８８】あるいは、インピーダンスライン４６を形
成する誘電体基板４５に裏面と導通するスル−ホール５
２を設け、その上に積層セラミックコンデンサ４０を配
置することも可能である。
【００８９】本実施形態に係るマイクロ波電力増幅器に
よれば、ＦＥＴ１のゲート電極端子２及びドレイン電極
端子３に共振周波数の異なるＬＣ直列共振回路がそれぞ
れ設けられ、基本波周波数に影響すなわち損失を与える
ことなく、非常に広帯域に入出力の低周波インピーダン
スを充分に低い値にすることができる。
【００９０】すなわち、本実施形態によれば、広帯域に
歪み特性の良いマイクロ波電力増幅器を提供することが
できる。
【００９１】
【発明の効果】従来のマイクロ波電力増幅器において
は、より高出力特性を得るために電界効果トランジスタ
のゲート幅を増大させると、電界効果トランジスタの入
力側の非線形性に起因して生じる各キャリア周波数の差
周波数による差周波歪み成分も増大していた。
【００９２】これに対して、本発明に係るマイクロ波電
力増幅器によれば、電界効果トランジスタのドレイン端
近傍ばかりでなく、電界効果トランジスタのゲート端近
傍にもインダクタンスとキャパシタンスとから構成され
る差周波短絡回路を接続したことにより、電界効果トラ
ンジスタの出力側ばかりでなく、電界効果トランジスタ
の入力側で発生するキャリア周波数の差周波成分を短絡
で終端することにより、相互変調歪みへの影響を除去す
ることができる。
【００９３】また、差周波短絡回路は、電界効果トラン
ジスタのゲート及びドレイン近傍に接続されるために、
基本波周波数帯とキャリア周波数の差周波数帯が充分離
れている場合、基本波帯域に影響なく、差周波数帯域を
広帯域に短絡に近い条件で終端できる。このため、本発
明に係るマイクロ波電力増幅器によれば、入力キャリア
周波数の間隔が大きくなっても、歪み特性の劣化を防止
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るマイクロ波電力
増幅器の回路図である。
【図２】図１に示したような回路構成を有するマイクロ
波電力増幅器の一具体例を示す構成図である。
【図３】第一の実施形態に係るマイクロ波増幅器の歪み
特性の評価結果を示すグラフである。
【図４】本発明の第二の実施形態に係るマイクロ波電力
増幅器の回路図である。
【図５】図４に示したような回路構成を有するマイクロ
波電力増幅器の一具体例を示す構成図である。
【図６】従来のマイクロ波電力増幅器の回路図である。
【図７】図６に示したような回路構成を有するマイクロ
波電力増幅器の一具体例を示す構成図である。
【図８】従来のマイクロ波電力増幅器の歪み特性の評価
結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 電界効果トランジスタ ２ ゲート電極端子 ３ ドレイン電極端子 ４ 出力側差周波短絡キャパシタ ５ 出力側差周波短絡インダクタ ６ 入力整合回路 ７ 出力整合回路 ８ パッケージ入力端子リード部 ９ パッケージ出力端子リード部 １０ パッケージ １１ 入力伝送線路 １２ ゲート保護抵抗 １３ ゲートバイアス回路用１／４波長線路 １４ ゲートバイアス回路用ＲＦ終端キャパシタ １５ ゲートバイアス印加端子 １６ ＤＣカット用キャパシタ １７ 信号入力端子 １８ 出力伝送線路 １９ ドレインバイアス回路用１／４波長線路 ２０ ドレインバイアス回路用ＲＦ終端キャパシタ ２１ ドレインバイアス印加端子 ２２ ＤＣカット用キャパシタ ２３ 信号出力端子 ２９ 入力側差周波短絡キャパシタ ３０ 入力側差周波短絡インダクタ ２０１ 第１の差周波短絡回路 ２０２ 第２の差周波短絡回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J011 CA12 CA15 5J067 AA01 AA04 AA41 CA21 FA20 HA09 HA24 HA25 HA29 HA33 KA00 KA12 KA13 KA29 KA68 KS11 LS01 MA21 QA04 TA02 5J090 AA01 AA04 AA41 CA21 FA20 GN01 HA09 HA24 HA25 HA29 HA33 KA00 KA12 KA13 KA29 KA68 MA21 QA04 TA02 5J091 AA01 AA04 AA41 CA21 FA20 HA09 HA24 HA25 HA29 HA33 KA00 KA12 KA13 KA29 KA68 MA21 QA04 TA02 UW08

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異なる複数のキャリア周波数を含むマイ
    クロ波信号を能動素子を用いて増幅するマイクロ波電力
    増幅器であって、 ソースが接地された電界効果トランジスタと、 前記電界効果トランジスタのドレイン側に接続され、前
    記キャリア周波数相互間の差周波数で短絡する第１の差
    周波短絡回路と、 前記電界効果トランジスタのゲート側に接続され、前記
    キャリア周波数相互間の差周波数で短絡する第２の差周
    波短絡回路と、 を備えるマイクロ波電力増幅器。
  2. 【請求項２】 前記第１の差周波短絡回路は、 前記電界効果トランジスタのドレインに接続されたイン
    ダクタと、 一端において前記インダクタに接続され、他端において
    接地されているキャパシタと、 からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の
    マイクロ波電力増幅器。
  3. 【請求項３】 前記第２の差周波短絡回路は、 前記電界効果トランジスタのゲートに接続されたインダ
    クタと、 一端において前記インダクタに接続され、他端において
    接地されているキャパシタと、 からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の
    マイクロ波電力増幅器。
  4. 【請求項４】 前記第１の差周波短絡回路は複数の第３
    差周波短絡回路からなり、 前記第３差周波短絡回路の各々は、 前記電界効果トランジスタのドレインに接続されたイン
    ダクタと、 一端において前記インダクタに接続され、他端において
    接地されているキャパシタと、 からなり、 前記第３差周波短絡回路における前記インダクタのイン
    ダクタンス及び前記キャパシタの容量は、前記第３差周
    波短絡回路が、前記差周波数において、相互に共振する
    ように設定されていることを特徴とする請求項１に記載
    のマイクロ波電力増幅器。
  5. 【請求項５】 前記第２の差周波短絡回路は複数の第３
    差周波短絡回路からなり、 前記第３差周波短絡回路の各々は、 前記電界効果トランジスタのドレインに接続されたイン
    ダクタと、 一端において前記インダクタに接続され、他端において
    接地されているキャパシタと、 からなり、 前記第３差周波短絡回路における前記インダクタのイン
    ダクタンス及び前記キャパシタの容量は、前記第３差周
    波短絡回路が、前記差周波数において、相互に共振する
    ように設定されていることを特徴とする請求項１に記載
    のマイクロ波電力増幅器。
  6. 【請求項６】 前記インダクタはボンディングワイヤー
    からなるものであることを特徴とする請求項２乃至５の
    何れか一項に記載のマイクロ波電力増幅器。
  7. 【請求項７】 前記キャパシタは積層セラミックコンデ
    ンサからなるものであることを特徴とする請求項２乃至
    ６の何れか一項に記載のマイクロ波電力増幅器。
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