JP2002536861A

JP2002536861A - マイクロ波増幅器

Info

Publication number: JP2002536861A
Application number: JP2000596662A
Authority: JP
Inventors: アンドリューロバートバーナス; マークテレンスムーア; マイケルバリーアレンソン; ロバートゴードンデイヴィス
Original assignee: Qinetiq Ltd
Current assignee: Qinetiq Ltd
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2002-10-29
Also published as: AU2118400A; EP1151533A1; GB9901634D0; WO2000045508A1

Abstract

(57)【要約】少なくとも1つのトランジスタを有する少なくとも1つのチャネルを備えた半導体パワー増幅器が提供されている。前記増幅器は少なくとも８Ｗの出力パワー信号を有し、少なくとも２００％の周波数帯域幅を有する信号を増幅することができる。前記増幅器を２つ以上備えた増幅器モジュールが提供されており、このモジュールのパワー出力信号は、増幅器のパワー出力信号が組み合わせられたものである。それぞれに少なくとも１つのトランジスタを備えた少なくとも1つのチャネルを有する、少なくとも２つの半導体パワー増幅器（８０，８１）を備えた増幅器モジュールも提供されている。各増幅器は、出力が少なくとも５Ｗであり、約又は少なくとも２００％の周波数帯域幅を有する信号を増幅することができる。このモジュールの出力パワー信号は、増幅器の出力パワー信号が組み合わせられたものである。

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増幅器に、厳密には、半導体であり且つ広帯域の周波数に
亘って高いパワー出力を提供するような増幅器に関する。

【０００２】（発明の背景）各種アプリケーションに、広帯域の周波数に亘って高いパワー出力を有するマ
イクロ波増幅器が使用されている。高いパワー出力とは、４から２５Ｗの領域の
パワーを意味しており、又、広帯域の周波数とは約又は少なくとも２００％の周
波数帯域幅を意味する。このようなアプリケーションには、汎用インストルメン
テーション、電磁気相溶性テスト、及びレーダーアプリケーションが含まれる。
従来、マイクロ波増幅器に高い出力パワーが要求されるときには、進行波管増幅
器（ＴＷＴＡ）が必要であった。しかしながら、これにはいくつもの欠点があっ
た。これは、製造に費用がかさみ、大きくて重い。進行波管増幅器は、信頼でき
ないこともしばしばであり、１日１度という比率で交換が必要となる状況も幾度
となくある。それらは又、使用前に暖機が必要であり、そのため通常は待機モー
ドにされているので、実際に使用されていないときでさえ電力の供給が必要とな
る。

【０００３】半導体マイクロ波増幅器はこれらの問題の多くを克服する。半導体マイクロ波
増幅器は小型軽量で、低電圧で運転でき、信頼性が高く、反復性に優れ、且つ暖
機時間は極わずかである。市販されている６から１８ＧＨｚの半導体モノリシッ
クマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）増幅器からの出力パワー信号で、最も高いも
のは１．８Ｗと報告されている。より高い出力パワー信号を有する半導体増幅器
は、１９９７年のＩＥＥＥＭＴＴ−Ｓダイジェストにある、Ａ．Ｒ．バーンズ、
Ｍ．Ｔ．ムーア、Ｍ．Ｂ．アレンソンによる「ＥＷアプリケーション用の６から
１８ＧＨｚ広帯域高出力パワーＭＭＩＣ」に開示されている。しかしながら、こ
の増幅器でさえ、上記アプリケーション用の広帯域周波数範囲に亘って、十分な
高出力パワーを有してはいない。

【０００４】（発明の概要）本発明の第１の態様では、少なくとも２つの半導体マイクロ波パワー増幅器を
備えた半導体マイクロ波パワー増幅器モジュールにおいて、各半導体マイクロ波
増幅器は少なくとも１つのトランジスタを備えた少なくとも１つのチャネルを有
しており、且つ各増幅器は少なくとも５Ｗの出力パワー信号を有し大凡又は少な
くとも２００％の周波数帯域幅を有する信号を増幅可能であり、増幅器モジュー
ルの出力パワー信号はこれら増幅器の出力パワー信号を組み合わせたものである
ことを特徴とする半導体マイクロ波パワー増幅器モジュールが提供されている。

【０００５】各個別増幅器からの高出力パワー信号を、多数の増幅器の効率的な組み合わせ
と共に達成することにより、高パワー増幅器モジュールが実現可能となり、ＴＷ
ＴＡに取って代わり使用できるようになる。しかし、効率的に組み合わせること
のできる増幅器の数には上限がある。これには、送信回線の損失が増加し、使用
される結合器の構成単位の製造公差要件がより厳しさを増すという条件が課され
る。薄膜アルミナマイクロストリップを使用している増幅器の数の実用的な上限
は、現在のところ、８から１６個程度であるが、とはいってもこれには改善の余
地がある。

【０００６】増幅器モジュールの好ましい周波数帯域幅は、少なくとも２００％である。増
幅器モジュールは、周波数が少なくとも６から１８ＧＨｚの信号を増幅するのが
望ましいが、周波数が少なくとも５から１７ＧＨｚ又は少なくとも７から１９Ｇ
Ｈｚの信号を増幅できるものでもよい。

【０００７】各増幅器は２又はそれ以上のチャネルを備えている。その場合に、チャネルは
同一の半導体チップ上に設けられているのが望ましい。

【０００８】ある好適な実施例では、増幅器モジュールは少なくとも２つの（２つが好まし
い）増幅器を備え、各増幅器は少なくとも２つの（２つが好ましい）のチャネル
を備えている。各チャネルは、少なくとも２．５Ｗの出力パワー信号を有してい
る。これらが組み合わせられ、少なくとも５Ｗの出力パワー信号が各増幅器に与
えられ、それら出力パワー信号はここで更に組み合わせられて、少なくとも１０
Ｗの増幅器モジュール出力パワー信号が与えられることになる。

【０００９】増幅器モジュールは、１つ又はそれ以上のパワー分割器を備えているのが望ま
しい。それらを使って、モジュールが受信するパワー信号及び／又はモジュール
内で生成されるパワー信号が分割される。例えば、増幅器モジュールが受信する
入力パワー信号は、分割されて各増幅器に送られるのが望ましい。増幅器が２つ
又はそれ以上のチャネルを備えている場合には、各増幅器が受信する入力パワー
信号は分割されて各チャネルに送られる。代わりに、増幅器モジュールが受信す
る入力パワー信号が分割され、各チャネルに送られてもよい。チャネルが２つ以
上のトランジスタを備えている場合には、各チャネルが受信する入力パワー信号
は分割され、各トランジスタに送られる。１つ又はそれ以上のトランジスタの出
力パワー信号は分割され、他のトランジスタに送られる。

【００１０】当該分割器、又はある分割器、又は各分割器は対称分割器であってもよい。そ
れらは多くの点で都合がよい。対称分割器は非対称分割器よりも広帯域の周波数
に亘って実現し易い。分割器が接続されているトランジスタを過剰駆動する可能
性が低減される。分割器の処理中に変動があれば、如何なる変動であってもそれ
は同様の様式で分割器の各部分に影響を及ぼす。

【００１１】当該分割器、又はある分割器、又は各分割器は、共同分割器であってもよい。
当該分割器、又はある分割器、又は各分割器は、直列パワー分割器であってもよ
い。増幅器モジュールが、２つ以上の分割器を備えている場合には、共同分割器
と直列分割器を組み合わせて使用することもできる。直列分割器は狭い帯片状に
製造されるので占める空間がより少なくてすむ。しかしながら、直列分割器は周
波数の広い帯域幅に亘って実現するのが難しく、共同分割器に比べてもより難し
いことから、共同分割器が分割器の好ましい型である。当該分割器、又はある分
割器、又は各分割器は、共同型であれ直列型であれ、多数の構成単位から成る。
構成単位にとって最も重要な要件は、広帯域運転（少なくとも２００％の帯域幅
に亘ることが望ましい）と、低挿入損失（分割器の区間当たり０．５ｄＢ未満が
望ましい）と、作動周波数に亘って等しいパワー分割と、良好なポート反射減衰
量（１５ｄＢを超えているのが望ましい）と、小寸法（モジュールの増幅器チッ
プの寸法に匹敵する寸法、又はその寸法の２倍又は３倍が望ましい）と、モノリ
シックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）集積との互換性と、製造の容易さとであ
る。最後の２つの評価基準を満たすためには、構成単位は平面トポロジーで組み
合わせられ且つプリント回路技術を使用するのが望ましい。

【００１２】構成単位はパワー信号を位相に分割するように動作するか、又はパワー信号を
位相象限に分割するように動作する。どちらにも都合のよい面と悪い面がある。
オクターブを超える帯域幅に亘って作動する場合には、実現可能な象限パワー分
割器は過結合されねばならず、その結果パワー分割は不等になる。増幅器モジュ
ールにおいて、このことは、増幅器の中に過剰駆動されるものが出て、その結果
電位信頼性問題又は挿入位相の急激な変化が起こり、パワー結合効率の低下を招
く可能性があるということを意味する。しかしながら、象限アプローチの都合の
よい点は、均衡の取れた増幅器トポロジーが使用できるようになることであり、
それにより良好な入力及び出力反射減衰量が容易に達成できるようになることで
ある。位相分割器は、本来的に対称型であり全周波数において均等なパワー分割
を与えることから、広帯域増幅器モジュールに使用するには都合がよい。

【００１３】入力又は出力信号を分割する際、分割される信号と信号の間に位相遅延が導入
されることが望ましい。これは、例えば、モジュールの増幅器と当該又は各分割
器の回路と間の不整合反射を取り消すのを支援する。どのような反射も位相から
は現れず、分離レジスタをまたいで消散するように、分割器の出力と出力の間の
挿入位相は互い違いになっていることが望ましい。このような位相遅延は分割さ
れる信号の多数の周波数に亘って導入されることが望ましく、増幅器モジュール
の周波数帯域幅の相当な部分に亘って導入されるのが望ましい。

【００１４】増幅器モジュールは、更に、１つ又はそれ以上のパワー結合器を備えていても
よい。それらは、モジュール内で発生したパワー信号を組み合わせるのに使われ
る。例えば、増幅器の出力パワー信号を組み合わせることができる。増幅器が２
つ以上のチャネルを備えている場合には、それらの出力パワー信号を組み合わせ
ることができる。チャネルが２つ以上のトランジスタを備えている場合には、そ
れらの出力パワー信号を組み合わせることができる。当該結合器、又はある結合
器、又は各結合器は、対称結合器であってよい。当該結合器、又はある結合器、
又は各結合器は、共同パワー結合器であってもよい。当該結合器、又はある結合
器、又は各結合器は、直列パワー結合器であってもよい。増幅器モジュールが２
つ以上の結合器を備えている場合には、共同結合器と直列結合器を組み合わせて
使用することもできる。結合器の各タイプ別の都合のよい点／悪い点は分割器の
タイプ別の都合のよい点／悪い点と同じである。共同結合器が使用されることが
望ましい。当該分割器、又はある分割器、又は各分割器は、共同型であれ直列型
であれ、多数の構成単位から成る。構成単位にとって最も重要な要件は、パワー
分割器の構成単位について先に述べた条件と同じである。結合器の構成単位にと
ってのキー的要件は、それらがそれらにより結合される信号の損失を最小限にす
ることである。構成単位は、位相内のパワー信号を結合するように動作（例；ウ
ィルキンソン・コンバイナ、又はＮ−ウェイ平面コンバイナ）してもよいし、又
は位相象限内のパワー信号を結合するように動作（例；ブランチアームカプラ、
ランゲカプラ、又は並列結合ストリップライン）してもよい。結合器はチップと
一体化してもよいし、或いはチップに対して外付にしてもよい。

【００１５】増幅器モジュールが２つ以上のチャネルを有する増幅器を備えている場合は、
複数のチャネルの出力パワー信号を組み合わせるのに１つ又はそれ以上のウィル
キンソン・コンバイナを使用するのが好ましい。これらコンバイナは、０．０１
５”アルミナの上に薄膜のマイクロストリップを組み込んだものが好ましい。こ
れを使えば、必要な周波数帯に亘って作動を達成することと、優れたパワー結合
器振幅平衡（少なくとも±０．２５ｄＢ）と、低挿入損失と、製造の容易さ及び
低コストとの間に合理的な妥協点が与えられる。当該又は各結合器は、チャネル
が設けられるチップの外に設けるのが望ましい。

【００１６】出力信号を結合する際には、結合される信号と信号の間に位相遅延を導入する
のが望ましい。これは、モジュールの増幅器と当該又は各結合器の回路との間の
不整合反射を取り消すのを支援する。どのような反射も位相からは現れず、例え
ば、分離レジスタをまたいで消散するように、結合器の入力と入力との間の挿入
位相は互い違いになっていることが望ましい。このような位相遅延は結合される
信号の多数の周波数に亘って導入されることが望ましく、増幅器モジュールの周
波数帯域幅の相当な部分に亘って導入されるのが望ましい。等しく且つ逆位相の
遅延が、増幅器モジュールへの信号入力を分割するために使用される分割器と、
増幅器からの信号を結合するために使用される結合器とに導入されることが望ま
しい。

【００１７】増幅器は、入力及び出力反射減衰量が良好であること、即ち少なくとも１５ｄ
Ｂであるのが望ましい。増幅器の入力及び出力減衰量が劣悪であると、増幅器モ
ジュールの入力及び出力においても減衰量が劣悪となり、数オクターブの帯域幅
に亘って不要な利得リプルを招く結果となりうる。

【００１８】組み立てに先立ち、増幅器は、効率的パワー信号結合にとって重要である最適
利得及び挿入位相トラッキングを保証するために測定され事前に選択された、ウ
ェーハ上のＲＦ（ＲＦＯＷ）であることが望ましい。

【００１９】増幅器は、例えば厚さ１ｍｍの銀キャリア上に、望ましくはＡｕＳｕペースト
を使ってはんだ付けされていることが望ましい。パワーモジュールアッセンブリ
のダイを均等に取り付けることは重要であり、それは、熱抵抗に変動があると増
幅器のチャネルが異なる温度で作動することになり、利得と出力パワーの均衡が
崩れてしまうからである。走査型赤外線顕微鏡を使って、公称作動バイアス条件
下でキャリア上の熱測定を行った。その結果、はんだ空隙が、特に回路上のビア
ホール集中部の近くに存在することが分かった。この問題は、銀キャリアをはん
だで事前スズめっきすることにより克服された。事前スズめっきされたキャリア
は温度分布がより均一になり、代表的には２０度から３０度低くなる。これによ
り、利得及び出力パワーは改善され、構成要素の信頼性もより良好になる。

【００２０】増幅器は交換可能であるのが望ましく、それらは別々にテスト測定するのがよ
い。増幅器はこのようなテストを行う場合、１．５ｍｍ長の５０オームの線でイ
ンターフェースされるのが望ましい。これらの線はマイクロストリップ伝送回線
であるのが望ましい。

【００２１】ＤＣバイアス電圧を各増幅器に対称に印加するのが好ましい。そうすると、電
圧の不均衡は最小となり、出力パワー能力を最大となる。

【００２２】増幅器は、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）増幅器であってもよ
く、公知のＧａＡｓ製造技術を使って製造される。これにより寄生要素を減らし
且つ厳格に制御でき、配線接着相互接続を大幅に排除できるようになるので、こ
れはこのような増幅器には特に適している。このおかげで、広範な作動帯域幅を
低コストで実現できるようになると同時に、良好なチップ対チップ反復率と５０
オームのインピーダンスによりパワー結合がより容易に実施できるようになる。

【００２３】増幅器はそれぞれに、入力ネットワークにより入力回路に接続され、出力ネッ
トワークにより出力回路に接続されている。入力及び／又は出力ネットワークは
伝送回線ネットワークであってもよい。インピーダンス整合要素は入力及び／又
は出力ネットワークに設けられるのが望ましい。これらの構成要素は、容量性要
素、誘導性要素、又は抵抗性要素であってよく、或いはそれらの組み合わせであ
ってもよい。損失性整合技術を使用してもよい。

【００２４】増幅器の当該、又は各チャネルは、入力ネットワークにより入力回路に接続さ
れ、出力ネットワークにより出力回路に接続されているのが望ましい。入力及び
／又は出力ネットワークは伝送回線ネットワークであるのが望ましい。インピー
ダンス整合要素は、入力回路のインピーダンスをチャネルの当該又は第１のトラ
ンジスタのインピーダンスと整合させるために、入力ネットワークに設けられる
のが望ましい。インピーダンス整合要素は、チャネルの当該又は最後のトランジ
スタのインピーダンスを出力回路のインピーダンスに整合させるために、出力ネ
ットワークに設けられるのが望ましい。整合要素は、容量性要素、誘導性要素、
又は抵抗性要素であってよく、或いはそれらの組み合わせであってもよい。損失
性整合技術を使用してもよい。

【００２５】増幅器の当該又は各チャネルは、３段階の増幅を備えている。第１段階は、分
布増幅器、即ちフィードバックトポロジーを使用する。これを使って、帯域幅に
亘って良好な入力信号整合を達成し、正利得傾斜補償を提供する。第２段階は、
１２００μｍゲート幅のトランジスタ２器から構成される。第３段階は、１２０
０μｍゲート幅のトランジスタ４器から構成される。第1段階の単数又は複数の
出力パワー信号は第2段階に送られ、第2段階の単数又は複数の出力パワー信号は
第3段階に送られるのが望ましい。これらの段階は伝送回線ネットワークを使っ
て相互接続されているのが望ましい。

【００２６】インピーダンス整合要素（例；容量性要素、誘導性要素、又は抵抗性要素、或
いはそれらの組み合わせ）は、段階と段階の間のネットワークに設けられるのが
好ましい。これらは、利得傾斜補償とインピーダンス整合用の最適インピーダン
スレベルを提供する。出力ネットワークは、使用される周波数の範囲に亘り、最
適インピーダンスを最終の増幅段階（例；１２００μｍトランジスタ４器）に提
供するのが望ましい。インピーダンス整合と挿入損失との間に合理的な妥協点を
提供するために、整合ネットワークトポロジーは選択される。損失性整合技術を
使用してもよい。

【００２７】増幅器には１つ又はそれ以上のテスト構造体が設けられているのが望ましい。
そうすれば、例えば、分布増幅器及び／又は出力増幅器の段階が、診断を目的と
して別々に測定することができる。

【００２８】半導体マイクロ波パワー増幅器の能力は、その中のトランジスタの性能に決定
的に左右される。トランジスタは仮像高電子モビリティトランジスタ（ＰＨＥＭ
Ｔ）であるのが望ましいが、ＦＥＴ又はＨＢＴトランジスタであってもよい。ト
ランジスタはＧａＡｓから製造されるのが望ましい。使用されるＭＭＩＣプロセ
スは０．２５μｍパワーＰＨＥＭＴプロセスであるのが望ましい。このプロセス
は、少なくとも３２ＧＨｚのｆ₁を有し、通常は１６から１８Ｖのゲートドレイ
ンブレークダウンと大凡０．７Ｗ／ｍｍの出力パワー密度とを備えたトランジス
タを提供することが望ましい。

【００２９】代表的には厚さが約２ｍｍの金属製母線を使って、当該又は各トランジスタド
レインバイアスパッドを相互接続するのが望ましい。これにより、ドレインバイ
アスラインの抵抗電圧低下が最小限になる。母線はモジュールに設けられるが、
増幅器チップ上でないのが好ましい。

【００３０】外部バイアス調整盤を使って、当該又は各トランジスタのゲート及びドレイン
バイアス電圧を提供し、必要に応じてパルスバイアス作動を許容するのが望まし
い。

【００３１】抵抗器は、各トランジスタのゲートバイアスライン間、及び各トランジスタの
ドレインバイアスライン間に接続されるのが望ましい。これにより不揃いモード
振動の発生が防止される。

【００３２】増幅器モジュールは、パワー測定の場合は、ウィルトラン「Ｋ」コネクタによ
りインターフェースされ、強制空冷でヒートシンク上に取り付けられる。

【００３３】増幅器モジュールの大きさは、４０ｍｍｘ５３ｍｍｘ１６ｍｍであってもよい
が、もっと小型であるのが望ましい。

【００３４】本発明の第2の態様では、少なくとも１つのトランジスタを備えた少なくとも
１つのチャネルを有する半導体マイクロ波パワー増幅器であって、その出力パワ
ー信号は大凡又は少なくとも８Ｗであり、少なくとも２００％の周波数帯域幅を
有する信号を増幅可能である半導体マイクロ波パワー増幅器が提供される。

【００３５】増幅器は、少なくとも６から１８ＧＨｚの周波数を有する信号を増幅可能であ
ることが望ましいが、少なくとも５から１７ＧＨｚ、又は少なくとも７から１９
ＧＨｚの周波数を有する信号を増幅できるものであってもよい。増幅器の利得は
２０ｄＢの領域にあるか、又は少なくとも２０ｄＢであることが望ましい。

【００３６】増幅器にはチャネルが２つ以上あることが望ましい。その場合には、当該複数
チャネルは同一チップ上に作られているのが望ましい。チャネルを同一チップ上
に設けることにより、チャネルトラッキングが向上し、以降のパワー結合が向上
する。異なるチップが使用された場合に発生すると考えられる、チップ材料の違
いによるチャネルの作動上の違いが低減される。

【００３７】ある好適な実施例では、増幅器は２つのチャネルを備えている。それらチャネ
ルの各々は、大凡又は少なくとも４Ｗの出力パワー信号を発生させるが、それら
の信号は組み合わせられて、大凡又は少なくとも８Ｗの増幅器出力パワー信号を
与えることになる。

【００３８】ウィルキンソン・コンバイナを使ってチャネルの出力信号を結合することが望
ましい。このコンバイナは、アルミナの、厳密には厚さが０．０１５”のアルミ
ナの絶縁体上に取り付けられるのが望ましい。チャネルの出力信号は、チャネル
が設けられているチップに外付けされた結合器を使って結合されることが望まし
い。これによりチップ製造にかかる費用が削減できる。

【００３９】当該又は各チャネルは、入力ネットワークにより入力回路に、そして出力ネッ
トワークにより出力回路に接続されているのが望ましい。入力及び／又は出力ネ
ットワークは、伝送回線ネットワークであるのが望ましい。インピーダンス整合
要素は、入力回路のインピーダンスをチャネルの当該又は第１のトランジスタの
インピーダンスと整合させるために、入力ネットワークに設けられるのが望まし
い。インピーダンス整合要素は、チャネルの当該又は最後のトランジスタのイン
ピーダンスを出力回路のインピーダンスに整合させるために、出力ネットワーク
に設けられるのが望ましい。整合要素は、容量性要素、誘導性要素、又は抵抗性
要素であってよく、或いはそれらの組み合わせであってもよい。

【００４０】当該及び各チャネルは、３つ又は好ましくは３つ未満の増幅段階を備えている
のがよい。第１段階は、ゲート幅が大凡又は少なくとも０．７５ｍｍのトランジ
スタを備えている。第２段階は、ゲート幅が大凡又は少なくとも３ｍｍのトラン
ジスタを１器備えている。第３段階はゲート幅が約７．６８ｍｍ（又はゲート幅
が大凡或いは少なくとも７又は８ｍｍ）のトランジスタを１器備えている。これ
を、先行技術による増幅器のこれら段階で使用される多数のトランジスタと比較
してみよう。先行技術の多数のトランジスタと大凡同じ領域を網羅するトランジ
スタを１器使うので、結果的にトランジスタの寸法が大きくなり、増幅器の能力
を上げることになる。バイアス電圧は、第3段階のトランジスタの２つ又はそれ
以上の点に印加される。これは、このトランジスタ上でバイアス電圧の均衡が保
たれるのを支援する。

【００４１】第１段階の単数又は複数の出力パワー信号は分割され、当該段階のトランジス
タに沿って第２段階の４点（又は少なくとも４点、或いは４点未満）に送られる
のが望ましく、第２段階の単数又は複数の出力パワー信号は、当該段階のトラン
ジスタに沿って第３段階の８点（又は少なくとも８点、或いは８点未満）に送ら
れるのが望ましい。

【００４２】これらの段階は伝送回線ネットワークを使って相互接続されているのが望まし
い。伝送回線ネットワークは、マイクロストリップ伝送回線ネットワークである
のが望ましい。

【００４３】インピーダンス整合要素は、第１段階のインピーダンスを第２段階のインピー
ダンスに整合させるために、第１段階と第２段階の間に設けることが望ましい。
インピーダンス整合要素は、第２段階のインピーダンスを第３段階のインピーダ
ンスに整合させるために、第２段階と第３段階の間に設けることが望ましい。そ
のようなインピーダンス整合により増幅器は確実に正しく作動するようになる。
整合要素は、容量性、誘導性、又は抵抗性であってよいし、或いはそれらの組み
合わせであってもよい。

【００４４】先行技術による増幅器の出力パワー信号よりも高い出力パワー信号を得るため
に、本増幅器のトランジスタの寸法は大きくされている。トランジスタの寸法が
大きくなったことにより、そのインピーダンスは小さくなっている。先行技術に
よる増幅器に使用される入力回路及び出力回路は、大凡５０オームのインピーダ
ンスを有している。これらの回路を本発明の増幅器に使用すると、本増幅器のト
ランジスタはインピーダンスがより小さいので、トランジスタのインピーダンス
整合はより困難となり、特に周波数の広い範囲に亘って整合が難しくなる。本発
明の増幅器のインピーダンス整合要素のトポロジーは、そのようなわけで、注意
深く設計されている。

【００４５】当該、又は各トランジスタは、仮象高電子モビリティトランジスタ（ＰＨＥＭ
Ｔ）であるのが望ましい。当該、又は各トランジスタは、ＧａＡｓから製造され
るのが好ましい。窒化ガリウム又は炭化けい素を使用することもできる。シリコ
ンを使ってもよいが、それでは好適な実施例に望まれている性能を与えることは
期待できず、シリコンは、周波数がもっと低い場合の増幅に有用である。

【００４６】当該又は各トランジスタには多数のフィンガがあるのが望ましい。フィンガの
長さは０．２５μｍ程度であるのが望ましい。フィンガの幅は８０μｍ程度又は
８０μｍ未満であるのが望ましい。選定される幅は、必要とされるインピーダン
ス整合及び必要な出力パワーにより異なるのが望ましい。フィンガが短すぎると
トランジスタのパワー出力信号は低下し、フィンガが長すぎると位相問題を起こ
すおそれがある。約１８ＧＨｚの周波数で増幅器を動作させるためには、トラン
ジスタフィンガの幅は８０μｍ以下でなくてはならず、そうでないと位相問題が
発生することになる。ゲートフィンガ間の間隔は３０μｍ±０．１μｍ程度であ
るのが好ましい。

【００４７】これにより、フィンガの集積密度と温度考慮条件の間に妥当な妥協が提供され
る。この間隔はトランジスタの過熱を防ぐ支援をする。しかしながら、この間隔
グが大きいとトランジスタの寸法と、ひいては費用が増大するので、この間隔は
大きくとりすぎない方がよい。トランジスタの寸法が大きくなると、また、トラ
ンジスタに沿った異なる点で異なる加熱が起きることにもつながる。当該又は各
トランジスタに使用されるフィンガの数は、トランジスタにより必要とされるパ
ワー出力信号により異なる。使用されるフィンガの数が増加すると、トランジス
タが処理できる電流が増加し、その結果トランジスタが達成できるパワー増幅が
増大する。フィンガの数もトランジスタ用に選定された幅と間隔取り及びトラン
ジスタ用に選定された幅により異なる。第１段階のトランジスタ内のフィンガの
数は約８本であるのが望ましく、第２段階のトランジスタ内のフィンガの数は約
４８本、そして第３段階のトランジスタ内のフィンガの数は約９６本であるのが
望ましい。

【００４８】当該又は各トランジスタは、大凡２．５Ａの電流（少なくとも）を流すことが
可能である。

【００４９】当該又は各トランジスタが受信する入力パワー信号は、並列につながれた抵抗
とキャパシタを通して入力されるのが望ましい。これは、トランジスタの利得傾
斜を安定させるのを支援する。当該又は各トランジスタの出力パワー信号のイン
ピーダンスは、一般的に、不必要な容量性要素を有している。各出力パワー信号
は、１つ又はそれ以上の誘導性要素に送られることが望ましく、この誘導性要素
は容量性要素を取り消すのを支援する。

【００５０】トランジスタのゲートバイアスラインは、それらの電位が等しくなるように、
制動抵抗によりまとめてストラップされるのが望ましい。ドレインバイアスライ
ンもまたまとめてストラップされるのが好ましい。これは、増幅器の望ましくな
いリングモードや不揃いモード振動を防ぐのを支援する。減衰要素は、当該又は
各トランジスタのゲート及び／又はドレインバイアスライン上に設けるのが望ま
しい。これらはＲＣネットワークである。これらは、増幅器の望ましくないパラ
メトリック振動を防止するのを支援する。追加的なＲＤ減衰要素は、増幅の第２
及び第３段階の当該又は各トランジスタのドレインバイアスライン上に設けるの
が望ましい。

【００５１】外付のバイアス調整盤を使用して、当該又は各トランジスタのゲート及びドレ
インバイアス電圧を掛けるのが望ましい。これにより、必要に応じてパルスバイ
アス作動を可能にすることが望ましい。

【００５２】増幅器は、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）増幅器であるのが望
ましく、公知のＧａＡｓ製造技術を使って製造することができる。これにより寄
生要素を減らし且つ厳格に制御でき、回線接着相互接続を大幅に排除できるよう
になるので、このような増幅器には特に適している。このおかげで、広範な作動
帯域幅を低コストで実現できるようになると同時に、良好なチップ対チップ反復
率と５０オームインピーダンスによりパワー結合がより容易に実施できるように
なる。

【００５３】増幅器には１つ又はそれ以上のテスト構造体が設けられているのが望ましい。
これらは、増幅器回路の部品の作動のテストができるようになっているのが望ま
しい。これにより、例えば、分布増幅器及び出力増幅器の段階は、診断を目的と
して別々に測定することができるようになる。

【００５４】説明してきた増幅器はノイズが低く、６から１８ＧＨｚでは、７ｄＢ未満とな
る。

【００５５】増幅器の各チャネルは、寸法が６．７３１ｍｍｘ３．１２４ｍｍである。チャ
ネル面積は２０ｍｍ²未満であることが望ましく、大凡１９ｍｍ²であるのが好ま
しい。面積がこの値であれば、このような単数又は複数のチャネルを備えた増幅
器を商業的に実現できる可能性が高くなる。このようなチャネルを備えた半導体
増幅器は、ＴＷＴＡ又は他に市販されている半導体増幅器よりもはるかに小型且
つ軽量である。その重量は５００ｇ未満であることが望ましく、それに比較して
ＴＷＴＡでは多分５ｋｇであろう。本発明の増幅器の小型軽量化と広帯域の周波
数に亘るそれらの高出力パワーとを合体させることにより、公知の増幅器に比較
して、例えば位相調整システム等の多くのアプリケーションにより容易に使用で
きるようになる。

【００５６】本発明の第３の態様では、本発明の第２の態様による少なくとも２つの増幅器
を備えた半導体マイクロ波パワー増幅器モジュールであって、増幅器モジュール
のパワー出力信号が複数の増幅器のパワー出力信号を組み合わせたものである半
導体マイクロ波パワー増幅器モジュールが提供されている。

【００５７】モジュールは４器（又は少なくとも４器）の増幅器を備え、それらのパワー出
力信号は結合され、大凡２５Ｗ又は少なくとも２５Ｗの増幅器モジュールパワー
出力信号を提供するのが望ましい。増幅器は、良好な位相及び増幅トラッキング
を実現するため、増幅器モジュールを形成するための結合の前に事前選択される
のが望ましい。

【００５８】本発明の第４の態様では、本発明の第１の態様による２つ又はそれ以上の増幅
器モジュールを備えた半導体整相アレイシステムが提供されている。

【００５９】本発明の第５の態様では、本発明の第２の態様による２つ又はそれ以上の増幅
器を備えた半導体整相アレイシステムが提供されている。

【００６０】本発明の第６の態様では、本発明の第３の態様による２つ又はそれ以上の増幅
器モジュールを備えた半導体整相アレイシステムが提供されている。

【００６１】整相アレイシステムは、位相内に多数のパワー増幅要素を備えている。提供さ
れる要素が多ければ多いほど、システムの出力パワー信号（又は、受信器として
使用される場合にはその感度）がより大きくなる。しかし、要素を増やせばシス
テムの費用もかさむ。選定されたシステムパワー出力信号要件（又は感度）につ
いては、各アレイ要素のパワー出力信号が大きくなればなるほど（又は感度が良
くなればなるほど）必要とされる要素の数は少なくてすむことは明白である。ア
レイ要素にパワー出力能力が大きい半導体増幅器又は増幅器モジュールを使用す
ると、必要な要素の数は減少する。これにより、２Ｄアレイよりも安価な線形ア
レイが使用できるようになる。

【００６２】本発明の第７の態様では、本発明の第４の態様、第５の態様、又は第６の態様
の整相アレイシステムを備えた広帯域レーダーシステムが提供されている。

【００６３】本発明の第８の態様では、本発明の第４の態様、第５の態様、又は第６の態様
の整相アレイシステムを備えた電磁エミッタ装置が提供されている。

【００６４】このような装置は電磁波を妨害するための妨害器システムに使用することがで
きる。以前は、このようなシステムはＴＷＴＡに依存していたが、ＴＷＴＡは信
頼性に劣り「待機」モードに保つ必要があった。半導体整相アレイに移行するこ
とにより、妨害器システムの信頼整が上がり、待機モードは不要となる。これま
で、このアプリケーションを考慮するに値するほど十分なパワーを半導体増幅器
を介して得ることは不可能であると考えられていた。

【００６５】本発明の第９の態様では、本発明の第１、第２、又は第３の態様による1つ又
はそれ以上の増幅器モジュール又は増幅器を備えた電磁受信器システムが提供さ
れている。

【００６６】この増幅器及び増幅器モジュールは、広い周波数領域に亘って高い出力パワー
信号を有し、ノイズの低い受信器に使用するのに特に適している。それらは、こ
のような受信器の「前端」に使用するのに特に適している。それらは、そのパワ
ー出力能力が高いために、飽和することなく広範なダイナミックレンジを有する
ことができる。

【００６７】本発明の第１０の態様では、本発明の第１、第２、又は第３の態様による1つ
又はそれ以上の増幅器モジュール又は増幅器を備えた電磁エミッタシステムが提
供されている。

【００６８】このようなエミッタシステムは、レーダー通信のような広帯域通信に使用する
ことができる。

【００６９】本発明の第１１の態様では、本発明の第２の態様による１つ又はそれ以上の増
幅器を備えた、コンフォーマルアレイ・レーダーシステムに使用される広帯域送
信機装置が提供されている。

【００７０】本来、このようなエミッタシステム及び受信器システムは、組み合わせられて
トランシーバシステムとして使用されるものである。これにより、使用される構
成要素を少なくすることができる。

【００７１】我々は、本発明の第１の態様による増幅器モジュール、及び／又は本発明の第
２の態様による増幅器、及び／又は本発明の第３の態様による増幅器モジュール
を有する汎用電磁機器についても保護を求める。

【００７２】我々は、本発明の増幅器及び／又は増幅器モジュールを有する遠距離通信機器
についても保護を求める。

【００７３】我々は、増幅器及び増幅器モジュールの製造方法及び使用方法についても保護
を求める。

【００７４】（好適な実施例の詳細な説明）図１に、従来技術の増幅器を示す。この型式の増幅器は、図３の増幅器モジュ
ールに用いられている。この増幅器は、第１チャネル１と第２チャネル２とを備
えており、それぞれが同じ構成要素を有している。チャネルは、同じ半導体チッ
プ上に鏡像のように形成されている。これにより、各チャネルへのゲート及びド
レインバイアスラインへアクセスできるようになる。各チャネルは、３段階の増
幅を備えている。それらの段階は、伝送回線ネットワークによって相互接続され
ている。各段階は、１つ又はそれ以上のトランジスタを備えている。これらは全
て、ＧａＡｓから製造されているＰＨＥＭＴトランジスタである。増幅器は全体
として、既知のＧａＡｓ製造技術を使って製造されている。

【００７５】増幅の第１段階はトランジスタ３を備えており、トランジスタ３はゲートバイ
アスライン４と、それに対するドレインバイアスライン５とを有している。ドレ
インバイアスラインには、寄生振動の防止を支援する減衰要素６が設けられてい
る。トランジスタ３からの出力パワー信号は、伝送回線８に沿って増幅の第２段
階へ送られる。伝送回線８には、トランジスタ３のインピーダンスを第２段階の
インピーダンスと整合させるのに用いられるインピーダンス整合要素９が設けら
れている。トランジスタ３の出力パワー信号は、伝送回線８に沿って分割器１０
へ送られ、そこで２つの信号に分割され、第２段階へ送られる。

【００７６】増幅の第２段階は、第１トランジスタ１５と第２トランジスタ１６を備えてい
る。これらのトランジスタはそれぞれ、１２００μmのゲート幅を有している。
第１トランジスタはゲートバイアスライン１７と、これに対するドレインバイア
スライン１８とを有しており、第２トランジスタはゲートバイアスライン１９と
これに対するドレインバイアスライン２０とを有している。ドレインバイアスラ
イン１８には減衰要素２１が設けられており、ドレインバイアスライン２０には
減衰要素２２が設けられている。トランジスタ１５の出力パワー信号は、伝送回
線２３に沿って分割器２４へ送られる。伝送回線２３には、インピーダンス整合
要素２５が設けられている。出力パワー信号は２つに分割され、伝送回線２６、
２７に沿って増幅の第３段階へ送られる。伝送回線２６、２７には、インピーダ
ンス整合要素２８が設けられている。トランジスタ１５のインピーダンスを第３
段階のインピーダンスと整合させるために、様々な整合要素が用いられている。
第２トランジスタ１６の出力パワー信号は、伝送回線２９に沿って分割器３０へ
送られる。伝送回線２９にはインピーダンス整合要素３１が設けられている。出
力パワー信号は、２つに分割され、伝送回線３２、３３に沿って増幅の第３段階
へ送られる。伝送回線３２、３３には、インピーダンス整合要素３４が設けられ
ている。トランジスタ１６のインピーダンスを第３段階のインピーダンスと整合
させるために、様々な整合要素が用いられている。

【００７７】増幅の第３段階は、第１トランジスタ４０と、第２トランジスタ４１と、第３
トランジスタ４２と、第４トランジスタ４３とを備えている。これらの各トラン
ジスタは、１２００μmのゲート幅を有している。第１トランジスタ４０は、ゲ
ートバイアスライン４５と、これに対するドレインバイアスライン４６とを有し
ている。ドレインバイアスラインには減衰要素４７が設けられている。第２トラ
ンジスタ４１は、ゲートバイアスライン４８と、これに対するドレインバイアス
ライン４９とを有している。ドレインバイアスラインには減衰要素５０が設けら
れている。第３トランジスタ４２は、ゲートバイアスライン５１と、これに対す
るドレインバイアスライン５２とを有している。ドレインバイアスラインには減
衰要素５０が設けられている。第４トランジスタ４３は、ゲートバイアスライン
５４と、これに対するドレインバイアスライン５５とを有している。ドレインバ
イアスラインには減衰要素５６が設けられている。第１トランジスタ４０の出力
パワー信号は、伝送回線５７に沿って結合器５８へ送られる。第２トランジスタ
４１の出力パワー信号は、伝送回線５９に沿って結合器５８へ送られる。そこで
２つの信号は組み合わせられ、伝送回線６０に沿って結合器６１へ送られる。ト
ランジスタ４０、４１の組み合わせられた出力パワー信号のインピーダンスを、
チャネルの出力が接続されて用いられる回路（図示せず）のインピーダンスと整
合させるために、伝送回線６０には、インピーダンス整合要素６２が設けられて
いる。回路のインピーダンスは、約５０オームである。第４トランジスタ４３の
出力パワー信号は、伝送回線６５に沿って結合器６４へ送られる。そこで２つの
信号は組み合わせられ、伝送回線６６に沿って結合器６１へと送られる。トラン
ジスタ４２、４３の組み合わせられた出力パワー信号のインピーダンスを、チャ
ネルの出力が接続されて用いられる回路（図示せず）のインピーダンスと整合さ
せるために、伝送回線６６にはインピーダンス整合要素６７が設けられている。
回路のインピーダンスは、約５０オームである。第１トランジスタ及び第２トラ
ンジスタからの組み合わせられた信号と、第３トランジスタ及び第４トランジス
タからの組み合わせられた信号とは、結合器６１によって組み合わせられ、その
結果としての１つの出力パワー信号が、伝送回線６８に沿って増幅器のチャネル
の出力へ送られる。

【００７８】第２チャネル２は、第１チャネルと同じ要素を有しており、第１チャネルと同
じ方法で作動する。２つのチャネルは鏡面対称である。使われる場合には、２つ
のチャネルからの出力信号が組み合わせられて、増幅器からの１つの出力信号が
作り出される。

【００７９】図２は、図１のチャネル１、２の要素の概略図である。これは、入力信号等が
分割され、整合され、増幅され、組み合わせられ、出力されるのを示している。

【００８０】図３は、本発明の第１の態様の増幅器モジュールの平面図である。この増幅器
モジュールの寸法は、４０ｍｍｘ５３ｍｍｘ１６ｍｍである。この増幅器モジュ
ールには、第１増幅器８０と第２増幅器８１が備えられている。これら各増幅器
は、先に述べた型式の増幅器である。増幅器は、ＡｕＳｎのペーストを使って厚
さ１ｍｍの銀キャリア上にはんだ付けされている。キャリアは、はんだで事前ス
ズめっきされている。各増幅器は２つのチャネルを備えている。各チャネルは、
少なくとも２．５Ｗの出力パワー信号を有している。これらが組み合わせられ各
増幅器毎に少なくとも５Ｗの出力パワー信号となり、次にこれが組み合わせられ
て少なくとも１０Ｗの増幅器モジュール出力パワー信号となる。

【００８１】増幅されるべきマイクロ波パワー信号は、モジュールの入力回路８２へ送られ
る。これは、伝送回線８３に沿って分割器８４へ送られる。ここで、マイクロ波
パワー信号は、伝送回線８５に沿って分割器８６へ送らる第１信号と、伝送回線
８７に沿って分割器８８へ送られる第２信号とに分割される。第１信号は、分割
器８６で更に分割され、伝送回線８９、９０に沿って第１増幅器８０へと送られ
る。第２信号も、分割器８８で更に分割され、伝送回線９１、９２に沿って第２
増幅器８１へ送られる。

【００８２】増幅器の出力信号は、増幅器モジュールの出力回路１０３へ送られる。増幅器
８０の出力パワー信号は、伝送回線９３、９４に沿って結合器９５へ送られる。
増幅器８１の出力パワー信号は、伝送回線９６、９７に沿って結合器９８へ送ら
れる。増幅器８０からの信号は、組み合わせられて、伝送回線９９に沿って結合
器１００へ送られる。増幅器８１からの信号は、組み合わせられて、伝送回線１
０１に沿って結合器１００へ送られる。この組み合わせられた２つの信号が、再
度組み合わせられて、１つの出力パワー信号が作り出され、伝送回線１０２に沿
って増幅器モジュールの出力へ送られる。

【００８３】図４で見るとよく分かるように、増幅器モジュールの入力及び出力回路８２、
１０３には、第１位相遅延１０５、第２位相遅延１０６及び第３位相遅延１０７
が設けられている。これらの各位相遅延は、第２信号が沿って進む伝送回線より
も第１信号が沿って進む伝送回線を長くすることによって作り出される。このよ
うな位相遅延は、振動が増幅器モジュール内に生じるのを防ぐのを支援し、結合
器と分割器の構成要素の間の不整合反射を最小にする。

【００８４】図５は、図３の増幅器モジュールの出力パワー信号を測定した結果のグラフで
ある。出力信号は、パルスバイアス状況下で２デシベルの利得圧縮に対して測定
された。６から１４ＧＨｚの周波数範囲では、１０Ｗ（４０ｄＢｍ）を上回る出
力パワーが得られ、６から１７．５ＧＨｚの周波数範囲では、出力は、７．９Ｗ
（３９ｄＢｍ）以上である。

【００８５】図６は、本発明の第２の様態の増幅器の１つのチャネルの、縮尺を合わせた物
理的レイアウトを示している。この寸法は、６．７３１ｍｍ×３．１２４ｍｍで
ある。このチャネルは、３段階の増幅を備えている。各段階は、伝送回線ネット
ワークによって相互接続されている。各段階は、１つ又はそれ以上のトランジス
タを備えている。これらのトランジスタは全て、ＧａＡｓから製造されているＰ
ＨＥＭＴトランジスタである。全体として増幅器は、公知のＧａＡｓ製造技術を
使って製造されている。

【００８６】様々なインピーダンス整合要素が、増幅器全体を通して用いられている。これ
らは、容量性要素、誘導性要素又は抵抗性要素を備えているか、あるいはそれら
の組み合わせを備えている。それらは、図６に、次のように表示されている。

【００８７】

【表１】スタブコンデンサは、コンデンサとして作用する開回路伝送回線である。これ
は非常に効率がよいが嵩むので、スペースがないために、増幅の第１段階後には
使用されない。伝送回線には誘電性要素が設けられている。

【００８８】第１段階は、０．７５ｍｍのゲート幅を有するトランジスタ１２０を備えてお
り、それぞれ９３．７５μｍの幅を有する８つのフィンガを備えている。トラン
ジスタ１２０は、ゲートバイアスライン１２１と、これに対するドレインバイア
スライン１２２とを有している。ゲート及びドレインバイアスラインには、パラ
メトリック振動を防ぐ支援をする減衰要素１２３が設けられている。増幅器への
入力電力信号は、チャネルの入力１２４へ送られ、そこから伝送回線１２５に沿
ってトランジスタ１２０へ送られる。チャネルの入力が接続されて用いられる回
路（図示せず）のインピーダンスを、トランジスタ１２０のインピーダンスと整
合させるために、伝送回線１２５には、インピーダンス整合要素１２６が設けら
れている。この回路のインピーダンスは、約５０オームである。トランジスタ１
２０からの出力パワー信号は、伝送回線１２７に沿って増幅の第２段階へ送られ
る。ここには、トランジスタ１２０のインピーダンスを、第２段階のインピーダ
ンスと整合させるために、インピーダンス整合要素１２８、ＤＣブロッキングコ
ンデンサが設けられている。トランジスタ１２０の出力パワー信号は、伝送回線
１２７に沿って分割器１２９へ送られ、そこで、伝送回線１３０に沿って分割器
１３２へ送られる第１信号と、伝送回線１３１に沿って分割器１３５へ送られる
第２信号とに分割される。伝送回線１３０、１３１には、整合要素１３８が設け
られている。第１信号は、分割され、伝送回線１３３、１３４に沿って、抵抗器
１３９を経由して増幅の第２段階へ送られる。同様に、第２信号は、分割され、
伝送回線１３６、１３７に沿って、抵抗器１３９を経由して増幅の第２段階へ送
られる。

【００８９】増幅の第２段階は、トランジスタ１４０を備えている。トランジスタ１４０は
３ｍｍのゲート幅を有し、それぞれが６２．５μｍの幅を有するの４８個のフィ
ンガを備えている。このトランジスタは、ターミナル１４１によって接地されて
いる。このトランジスタは、第１ゲートバイアスライン１４２と、これに対する
第２ゲートバイアスライン１４３とを有している。このトランジスタは、第１ド
レインバイアスライン１４４と、これに対する第２ドレインバイアスライン１４
５も有している。２つのゲートバイアスラインと２つのドレインバイアスライン
とは、トランジスタの電圧バランスを良くするために設けられている。各ドレイ
ンバイアスラインには、減衰要素１４６が設けられている。出力パワー信号は、
トランジスタ１４０から４つの点で取られる。第１信号は、伝送回線１４７に沿
って結合器１４９へ送られる。第２信号は、伝送回線１４８に沿って結合器１４
９へ送られる。第３信号は、伝送回線１５０に沿って結合器１５２へ送られる。
第４信号は、伝送回線１５１に沿って結合器１５２へ送られる。第１信号と第２
信号とが組み合わせられ、伝送回線１５３に沿って分割器１５４へ送られる。伝
送回線１５３には、インピーダンス整合要素１５５が備えられている。第３信号
と第４信号とが組み合わせられ、伝送回線１５６に沿って分割器１５２へ送られ
る。伝送回線１５６には、インピーダンス整合要素１５８が設けられている。分
割器１５４は、前記信号を２つの信号に分割し、それらを伝送回線１５９、１６
０に沿って、更に分割器１６１、１６２へ送る。伝送回線１５９、１６０には、
整合要素１６３も設けられている。分割器１５７は、前記信号を２つの信号に分
割し、それらを伝送回線１６４、１６５に沿って、更に分割器１６６、１６７へ
送る。伝送回線１６４、１６５には、整合要素１６８も設けられている。分割器
１６１、１６２、１６６、１６７は、分割器で受信した信号を分割し、この分割
された信号を増幅の第３段階へ送る。

【００９０】増幅の第３段階は、トランジスタ１７０を備えている。トランジスタ１７０は
７．６８ｍｍのゲート幅を有し、それぞれ８０μｍの幅を有する９６個のフィン
ガを備えている。このトランジスタは、第１ゲートバイアスライン１７１と、こ
れに対する第２ゲートバイアスライン１７２とを有している。このトランジスタ
は、第１ドレインバイアスライン１７３と、これに対する第２ドレインバイアス
ライン１７４も有している。ドレインバイアスラインには、減衰要素１７５が設
けられている。このトランジスタは、ターミナル１７６を経由して接地されてい
る。出力パワー信号は、トランジスタから８つの点で取り出される。これらの信
号は、伝送回線１７７に沿って結合器１７８へ送られる。結合器１７８は、８つ
の信号を２つの信号に組み合わせ、それを伝送回線１７９、１８０に沿って結合
器１８１へ送る。伝送回線１７９、１８０には、トランジスタ１７０の組み合わ
せられた出力パワー信号のインピーダンスを、チャネルの出力が接続されて使用
されている回路（図示せず）のインピーダンスと整合させるために、インピーダ
ンス整合要素１８２が設けられている。この回路のインピーダンスは、約５０オ
ームである。結合器１８１は、受信した信号を組み合わせ、単一の出力パワー信
号を伝送回線１８３に沿って増幅器のチャネルの出力１８４へ送る。伝送回線１
８３には、組み合わせられた出力パワー信号のインピーダンスを、チャネルの出
力が接続されて使用されている回路（図示せず）のインピーダンスと整合させる
ために、インピーダンス整合要素１８５が設けられている。

【００９１】本発明の第２の態様の増幅器は、このようなチャネルを２つ備えている。これ
ら各チャネルの出力パワー信号は少なくとも４Ｗであり、これらの出力パワー信
号組み合わせられ、少なくとも８Ｗの、増幅器の出力パワー信号となる。

【００９２】図７は、図６の増幅器チャネルの要素の回路の詳細を示している。図７は便宜
上２つの部分に分けて示されており、その部分は、図にあるように参照番号１と
２で接続される。

【００９３】広帯域高出力パワー信号の仕様を達成するのに重要な要素は、最高周波数で、
増幅の段階当たりに十分に高い利得を維持する能力であると、我々は確信してい
る。それは、パワー増幅器の出力段階が、過度に大きなドライバ段階を必要とす
ることなく、常に圧縮に駆動できるからである。

【００９４】マイクロ波信号の増幅について論じてきたが、本発明は、マイクロ波以外の波
長にも適用することができる。増幅器及び増幅器モジュールのトポロジーは、マ
イクロ波以外の電磁信号の増幅が可能となるように修正することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】先行技術による増幅器の写真である。

【図２】図１の増幅器の１つのチャネルの構成要素の概略図である。

【図３】本発明の第１の態様による増幅器モジュールの平面図である。

【図４】図３の増幅器と共に用いられる連結器の図である。

【図５】図３の増幅器モジュールの出力パワー信号の測定結果を示すグラフである。

【図６】本発明の第２の態様による増幅器の１つのチャネルの縮尺を合わせた物理的レ
イアウトである。

【図７】図６のチャネルの構成要素の概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ムーアマークテレンスイギリスウースターシャーダブリューアール14 ３ピーエスモルヴァーンセントアンドリュースロード（番地なし）ディーイーアールエイモルヴァーン (72)発明者アレンソンマイケルバリーイギリスウースターシャーダブリューアール14 ３ピーエスモルヴァーンセントアンドリュースロード（番地なし）ディーイーアールエイモルヴァーン (72)発明者デイヴィスロバートゴードンイギリスウースターシャーダブリューアール14 ３ピーエスモルヴァーンセントアンドリュースロード（番地なし）ディーイーアールエイモルヴァーンＦターム(参考） 5J067 AA01 AA04 AA41 CA62 FA15 HA12 HA24 HA25 HA29 KA15 KA23 KA29 KA68 KS01 KS11 LS12 QA04 QS04 TA01 TA02 TA03 5J091 AA01 AA04 AA41 CA62 HA12 HA24 HA25 HA29 KA15 KA23 KA29 KA68 QA04 TA01 TA02 TA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つのトランジスタを備えた少なくとも１つのチ
ャネルを有する半導体パワー増幅器において、前記増幅器は少なくとも８Ｗの出
力パワー信号を有し、少なくとも２００％の周波数帯域幅を有する信号を増幅可
能であることを特徴とする半導体パワー増幅器。
【請求項２】少なくとも６から１８ＧＨｚの周波数を有する信号を増幅可
能であることを特徴とする請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】利得は約２０ｄＢ又はそれ以上の領域にあることを特徴とす
る請求項１又は２の何れかに記載の増幅器。
【請求項４】２つ以上のチャネルを備え、前記複数チャネルが同一チップ
上に製造されることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の増幅器。
【請求項５】２つのチャネルを備え、各チャネルは少なくとも４Ｗの出力
パワー信号を生成し、それらの信号は組み合わせられて少なくとも８Ｗの増幅器
出力パワー信号が与えられることを特徴とする上記請求項の何れかに記載の増幅
器。
【請求項６】少なくとも２つのチャネルがあり、前記チャネルの出力信号
を組み合わせるためにウィルキンソン・コンバイナが使用されることを特徴とす
る上記請求項の何れかに記載の増幅器。
【請求項７】前記又は各チャネルは、入力伝送回線ネットワークにより入
力回路に接続されており、出力伝送回線ネットワークにより出力回路に接続され
ており、インピーダンス整合要素は、入力回路のインピーダンスをチャネルの前
記又は第1トランジスタのインピーダンスに整合させるために、入力ネットワー
クに設けられ、インピーダンス整合要素は、チャネルの前記又は最後のトランジ
スタのインピーダンスを出力回路のインピーダンスに整合させるために、出力ネ
ットワークに設けられていることを特徴とする前記請求項の何れかに記載の増幅
器。
【請求項８】前記又は各、或いは少なくとも１つの、チャネルは、３つの
増幅段階を備えていることを特徴とする上記請求項の何れかに記載の増幅器。
【請求項９】前記第1の段階はゲート幅が大凡又は少なくとも０．７５ｍ
ｍのトランジスタを備え、前記第２の段階はゲート幅が大凡又は少なくとも３ｍ
ｍの単一のトランジスタを備え、前記第３の段階はゲート幅が大凡７又は８ｍｍ
か、又は少なくとも７ｍｍの単一のトランジスタを備えていることを特徴とする
請求項１３に記載の増幅器。
【請求項１０】前記第１段階の出力パワー信号は、本段階のトランジスタ
に沿う４点（又は少なくとも４点又は４点未満）で、分割され、第２段階に送ら
れ、前記第２段階の出力パワー信号は、本段階のトランジスタに沿う８点（又は
少なくとも８点又は８点未満）で、分割され、第３段階に送られることを特徴と
する請求項８又は９の何れかに記載の増幅器。
【請求項１１】前記又は各、或いは少なくとも１つの、トランジスタは、
仮象仮象高電子モビリティトランジスタ（ＰＨＥＭＴ）であることを特徴とする
請求項８から１０の何れかに記載の増幅器。
【請求項１２】前記又は各トランジスタは、幅が約８０μｍ又は８０μｍ
未満の領域にある複数のフィンガを備え、フィンガとフィンガの間の間隔は３０
μｍの領域にあることを特徴とする請求項８から１１の何れかに記載の増幅器。
【請求項１３】前記又は各トランジスタは、大凡又は少なくとも２．５Ａ
の電流を流すことができることを特徴とする、上記請求項の何れかに記載の増幅
器。
【請求項１４】前記増幅器は、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩ
Ｃ）増幅器であることを特徴とする上記請求項の何れかに記載の増幅器。
【請求項１５】ノイズが低い（６から１８ＧＨｚでノイズは７ｄＢ未満）
ことを特徴とする上記請求項何れかに記載の増幅器。
【請求項１６】上記請求項の何れかによる少なくとも２つの増幅器を備え
た半導体マイクロ波パワー増幅器モジュールにおいて、前記増幅器モジュールの
パワー出力信号は増幅器のパワー出力信号を組み合わせたものであることを特徴
とする半導体マイクロ波パワー増幅器モジュール。
【請求項１７】少なくとも４つの増幅器を備え、それらのパワー出力信号
は組み合わせられて、大凡２５Ｗの増幅器モジュールパワー出力信号が提供され
ることを特徴とする請求項１６に記載の増幅器モジュール。
【請求項１８】上記請求項１から１５の何れかによる少なくとも２つの半
導体マイクロ波パワー増幅器を備えた半導体マイクロ波パワー増幅器モジュール
において、各増幅器は少なくとも１つのトランジスタを備えた少なくとも1つの
チャネルを有し、各増幅器は少なくとも５Ｗの出力パワー信号を有し、且つ約又
は少なくとも２００％の周波数帯域幅を有する信号を増幅可能であり、前記増幅
器モジュールの出力パワー信号は前記増幅器の出力パワー信号を組み合わせたも
のであり、前記増幅器は少なくとも６から１８ＧＨｚの周波数を有する信号を増
幅可能であることを特徴とする半導体マイクロ波パワー増幅器モジュール。
【請求項１９】２つの増幅器を備えており、前記増幅器はそれぞれ２つの
チャネルを備え、前記チャネルはそれぞれ少なくとも２．５Ｗの出力パワー信号
を有しており、それら信号は組み合わせられて前記増幅器それぞれに少なくとも
５Ｗの出力パワー信号を与え、それらの信号は更に組み合わせられて、増幅器モ
ジュールに、少なくとも１０Ｗの出力パワー信号を与えることを特徴とする請求
項１６から１８の何れかに記載の増幅器モジュール。
【請求項２０】前記モジュールにより受信されたパワー信号を分割するた
めに使用される１つ又はそれ以上のパワー分割器を備え、パワー分割器を使って
モジュール内で生成されたパワー信号を分割することを特徴とする上記請求項１
６から１８の何れかに記載の増幅器モジュール。
【請求項２１】１つ又はそれ以上のパワー結合器を備え、パワー結合器を
使ってモジュール内で生成されたパワー信号を結合することを特徴とする請求項
１６から２０の何れかに記載の増幅器モジュール。
【請求項２２】前記又は各結合器は、チャネルが設けられているチップに
対して外付であることを特徴とする請求項２１に記載の増幅器モジュール。
【請求項２３】位相遅延が、組み合わせられる信号と信号の間に導入され
ることを特徴とする請求項２１又は２２の何れかに記載の増幅器モジュール。
【請求項２４】前記増幅器は入出力反射減衰量が良好である、即ち、少な
くとも１５ｄＢであることを特徴とする請求項１７から２３の何れかに記載の増
幅器モジュール。
【請求項２５】前記増幅器は、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩ
Ｃ）増幅器であることを特徴とする請求項１７から２４の何れかに記載の増幅器
モジュール。
【請求項２６】前記増幅器の前記又は各チャネルは少なくとも３つの増幅
段階を備えており、第1段階は分布増幅器トポロジーを使用し、第２段階はゲー
ト幅が少なくとも１２００μｍの少なくとも２つのトランジスタから構成され、
第３段階はゲート幅が少なくとも１２００μｍの少なくとも４つのトランジスタ
から構成されることを特徴とする上記請求項３５から６４の何れかに記載の増幅
器モジュール。
【請求項２７】上記請求項１６から２６の何れかによる２つ又はそれ以上
の増幅器モジュールを備えていることを特徴とする半導体整相アレイシステム。
【請求項２８】上記請求項１から１５の何れかによる２つ又はそれ以上の
増幅器を備えていることを特徴とする半導体整相アレイシステム。
【請求項２９】上記請求項２７又は２８の何れかによる半導体整相アレイ
システムを備えていることを特徴とする広帯域レーダーシステム。