JP2003264407A

JP2003264407A - 高周波回路

Info

Publication number: JP2003264407A
Application number: JP2002061435A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sugano; 浩菅野; Michio Okajima; 道生岡嶋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の先端開放スタブ回路の反射インピーダ
ンスの位相特性が周波数依存性が大きいため、少ない段
数の無損失整合回路で、能動素子の広帯域整合を実現す
ることが困難である。【解決手段】従来の先端開放スタブのスタブ部を少な
くとも２本以上の先端開放スタブに分岐し、そのうち少
なくとも一本のスタブには任意値の容量値を有するキャ
パシタを挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高周波回路の構造に
係わり、特にＭＭＩＣ等のマイクロ波帯・ミリ波帯半導
体装置内で使用される高周波回路の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の情報通信量の飛躍的な需要の増大
により、マイクロ波帯、さらにはミリ波帯における通信
システムの実用化が進んでいる。これらのシステムに用
いられる低雑音増幅器、電力増幅器、ミキサ、周波数逓
倍器、等のＲＦ半導体装置には更なる特性の向上、小型
化、低価格化、が求められている。

【０００３】これらのＲＦ半導体装置において能動素子
として使用される典型的なＨＥＭＴ（高電子移動度トラ
ンジスタ）の、２０ＧＨｚでの入力インピーダンスを図
４の点Ａに示す。典型的な一例として、このトランジス
タの入力インピーダンスは振幅０．７５４、位相−１４
５度の位置にあるが、入力端子へ少なくとも二つの回路
を順に接続することにより、５０Ω系への入力整合が実
現される。第一の回路は位相回転により図４のＢ点へと
入力インピーダンスを移動させるための信号線路であ
り、第二の回路は、Ｂ点から５０Ω系へと入力整合する
ための先端開放スタブである。

【０００４】図５に示すのは、一般的に用いられる先端
開放スタブの上面図である。１１は主信号線路、１４が
主信号線路から分岐してなる先端開放スタブである。基
板厚１００ｕｍのＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板上回路
において、線路幅５０ｕｍの主信号線路１１より分岐す
る線路幅５０ｕｍのマイクロストリップ線路による長さ
９５０ミクロンの先端開放スタブ１５の２０ＧＨｚから
３０ＧＨｚでの反射インピーダンスの特性を図６に示
す。同図には、図４の点Ｂに既に示した、入力端子に幅
５０ミクロン、長さ５００ミクロンの信号線路を付加し
たＨＥＭＴの２０ＧＨｚでの入力インピーダンスも示し
ているが、２０ＧＨｚにおいて両インピーダンスは共役
整合の関係になっていることが分かる。すなわち、スミ
ス図表において両インピーダンスの位置は、スミス図表
の実数軸を対称軸として上下反転の関係にある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上に
示した従来の高周波回路では、広帯域整合という点で問
題があった。従来例において示した信号線を入力側へ付
加した能動素子の入力インピーダンスの位相は、図７の
曲線Ａに示すように符号は正であり、高周波化につれて
その絶対値は低下する傾向がある。広帯域にわたってこ
の能動素子と入力共役整合を取るためには、図７の曲線
Ｂに示すような、符号は負で、高周波化するにつれ絶対
値が低下する傾向の回路が必要となる。しかし、従来例
で示した先端開放スタブの反射インピーダンスの位相特
性は、曲線Ｃで示すように、符号は負であるが、高周波
化するにつれ絶対値の傾向は所望の傾向と逆傾向であり
増加する。したがって高周波化するにつれて、曲線Ｂと
曲線Ｃ間の位相差は増加し、能動素子と先端開放スタブ
間での反射量も増加してしまう。すなわち、曲線Ｃの位
相特性の周波数依存性が大きいほど能動素子の入力整合
の広帯域化が困難となる。

【０００６】また、上述したインピーダンスの位相特性
の周波数依存性傾向は、能動素子の入力特性のみならず
出力特性においても同様である。このため、従来の先端
開放スタブにより広帯域にわたって能動素子の入出力共
役整合をとることは不可能である。

【０００７】無損失回路を用いて能動素子の入出力整合
を行なう回路構成においては、回路の段数を増加するこ
とにより広帯域特性を得ることは可能であるが、回路面
積の増大、プロセスばらつきの許容度の低下に伴う製造
歩留まり低下、回路損失の増加などをまねく。また、整
合回路への抵抗素子導入などの手法によっても能動素子
の広帯域整合を得ることは可能であるが、雑音特性や利
得特性などの高周波特性の劣化をまねく。

【０００８】上記課題を解決するために、本発明は、先
端開放スタブの反射インピーダンスの所定帯域内での位
相変化量の低減、さらには広帯域無損失整合回路の提供
を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の高周波回路は、主信号線路から分岐してな
る分岐配線の先端側が少なくとも２本以上の先端開放ス
タブ配線群へと分岐されてなり、前記先端開放スタブ配
線群のうち少なくとも一本の先端開放スタブ配線が、そ
の所定位置において任意容量値のキャパシタにより分割
されていることを特徴とする。本構造の採用により、先
端開放スタブの位相特性が制御可能となるため、帯域特
性が改善された能動素子の提供が可能となる。

【００１０】なお、本発明の高周波回路においては、キ
ャパシタにより分割される先端開放スタブの電気長が、
キャパシタにより分割されない先端開放スタブの電気長
よりも短く設定されていることが好ましい。また、本発
明の高周波回路においては、容量値が低いキャパシタに
より分割される先端開放スタブの電気長が、容量値が高
いキャパシタにより分割される先端開放スタブの電気長
よりも短く設定されていることが好ましい。なお、各先
端開放スタブの電気長とは、各キャパシタから各先端開
放スタブの先端部までの電気長と定義している。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は
実施の形態に限定されない。

【００１２】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態を示す高周波回路の上面図である。図１において、１
１は主信号線路、１２が主信号線路から分岐してなる分
岐配線、さらに分岐配線１２の先端側が分岐点１３にお
いて先端開放スタブ１４、１５への２本に分岐されてお
り、先端開放スタブ１５と分岐点１３間にはキャパシタ
１６が配置されている。

【００１３】本実施の形態においては、従来例と同様
に、回路基板を厚さ１００ミクロンのＧａＡｓ基板と
し、裏面をグラウンドとするマイクロストリップ線路に
より分布定数回路を構成した。主信号線路１１、分岐配
線１２、先端開放スタブ１４、１５の線幅は全て５０ミ
クロンに統一した。分岐配線部分の長さを１５０ミクロ
ン、キャパシタを挿入しない側のスタブ１５の長さを７
００ミクロン、キャパシタを挿入する側のスタブ１４の
長さを３２０ミクロンとした。キャパシタ１６は０．２
５ｐＦのＭＩＭキャパシタで構成した。上記条件下での
本発明の実施の形態の高周波回路の２０ＧＨｚから３０
ＧＨｚまでの反射特性を図２に示す。図中のマーカーは
それぞれ２０ＧＨｚ、２５ＧＨｚ、３０ＧＨｚの特性を
示している。ここで、従来技術例で示した従来の先端開
放スタブと本発明の実施の形態の高周波回路間の反射位
相特性比較を図３に示す。図より、２０ＧＨｚでは両者
の位相差は無いが、高周波数化につれ本発明の高周波回
路の位相回転量が相対的に減少しており、両回路の位相
差が３０ＧＨｚにおいては２０度にも達することが明示
されている。以上のように、本発明の実施の形態の高周
波回路により、従来の先端開放スタブ回路よりも反射特
性の位相回転周波数分散が少なく、広帯域整合に有利な
回路特性が得られた。

【００１４】本発明の実施の形態の高周波回路の動作原
理を説明する。主信号線路を二種の周波数ｆ１、ｆ２
（ｆ１＜ｆ２とする）の高周波信号が伝搬する場合にお
いて、相対的に低い周波数ｆ１の信号には、高域通過フ
ィルタとして機能する図１中のキャパシタ１６により反
射されるため、キャパシタにより分割されている側の先
端開放スタブ１５の影響が低下する。よって本発明の実
施の形態の高周波回路の低周波特性には、キャパシタを
設けていない先端開放スタブ１４の特性が強く反映され
ることとなる。

【００１５】一方、より高い周波数ｆ２の信号が伝搬す
る場合、相対的にキャパシタ１６の通過量が増加するた
め、高周波化するにつれ、キャパシタ１６の先に接続さ
れる先端開放スタブ１５が与える影響が増加する。よっ
て、本発明の実施の形態の高周波回路の高周波特性に
は、キャパシタを設けている先端開放スタブ１５の特性
が反映され、高周波化するにつれてその影響が顕著にな
ることとなる。

【００１６】また、キャパシタ１６の容量値、先端開放
スタブ１４、１５の線幅、長さ、主信号線路１１から分
岐点１３までの距離、などのパラメータを最適調整する
ことにより、両スタブ１４、１５の与える影響を調整す
ることが可能となり、反射インピーダンスの位相回転周
波数依存性が低減された高周波回路の実現が可能とな
る。

【００１７】以上のように、本発明の実施の形態によ
り、従来の先端開放スタブよりも周波数分散が低減され
た先端開放スタブ特性を示す高周波回路が実現可能とな
り、能動素子の広帯域整合に有利な効果が得られる。

【００１８】なお、本発明の実施の形態においては、ス
タブの本数を２本と限定した例について説明したが、ス
タブ本数を調整することにより更なる高精度な整合回路
が実現可能となることはいうまでもない。

【００１９】なお、本発明の実施の形態においては、主
信号線路との間にキャパシタが挿入されるスタブ数を一
つとしたが、二本以上のスタブにキャパシタを導入する
ことにより更なる高精度な整合回路が実現可能となるこ
とはいうまでもない。なおこの場合、二つ以上のキャパ
シタが異なる容量値を有し、大きい容量値を有するキャ
パシタに接続されたスタブ長よりも、小さい容量値を有
するキャパシタに接続されたスタブ長を短く設定するこ
とが好ましい。これは、使用されるキャパシタがそれぞ
れ高域通過フィルタとして機能し、そのカットオフ周波
数がキャパシタの容量で決定されるからである。

【００２０】図８に本発明の実施の形態において、二本
のスタブにキャパシタが導入される場合の回路構造例を
示す。図８において、スタブ８Ｂはスタブ１５と同様に
キャパシタにより分割される。上述したように、キャパ
シタ８Ａよりキャパシタ１６の容量値が小さい場合、ス
タブ１５の電気長はスタブ８Ｂよりも短く設定されてい
ることが好ましい。

【００２１】なお、本発明の実施の形態においては、主
信号線路との間に挿入されるキャパシタの構造について
はＭＩＭキャパシタで構成した例について説明したが、
インターディジタルキャパシタや、配線間の間隙や結合
線路などの採用によっても、本発明の効果が得られるこ
とはいうまでもない。

【００２２】（実施の形態２）本実施の形態では、実施
の形態１の高周波回路素子をＲＦ半導体装置における能
動素子であるＨＥＭＴの入力整合素子および出力整合素
子として用いた。

【００２３】図９に本発明の実施の形態を示す。図９に
おいて、９Ａ、９Ｂは実施の形態１において説明した高
周波回路素子であり、９ＣはＨＭＥＴである。ＨＥＭＴ
の入出力部には整合回路として９Ｄ、９Ｅで示したよう
な短絡スタブ回路を用いていもよい。また、短絡スタブ
回路９Ｄ、９Ｅを介してバイアス給電する回路構造とし
てもよい。

【００２４】従来の先端開放スタブをＨＥＭＴの２０Ｇ
Ｈｚでの入力整合回路に用いた場合に、−１５ｄＢ以下
の反射損失特性であったのは１８ＧＨｚから２２ＧＨｚ
の４ＧＨｚの帯域幅であったのに比べ、本実施の形態で
は、１８ＧＨｚから２８ＧＨｚまでの１０ＧＨｚの周波
数帯域において−１５ｄＢ以下の反射損失特性を得るこ
とが可能であった。

【００２５】また、同様に本発明の高周波回路を能動素
子の出力整合回路の一部として用いた場合においても、
同様に従来の先端開放スタブを使用した場合と比較して
２倍以上の広帯域な出力反射特性が得られた。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、Ｍ
ＩＣ、ＭＭＩＣ等の高周波回路において使用される先端
開放スタブの反射位相特性の周波数分散特性制御が可能
となる。低周波信号に対してはキャパシタを介さない、
もしくは大きい容量値のキャパシタを介して接続される
先端開放スタブの影響が支配的となるが、高周波信号に
対しては、高域通過フィルタとして機能するキャパシタ
を介して接続される先端開放スタブの影響が増加するた
め、従来の先端開放スタブより周波数分散を低減した反
射位相特性の先端開放スタブが実現可能となる。本先端
開放スタブの使用により、能動素子の無損失入出力整合
回路の帯域特性が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の高周波回路の上面図

【図２】本発明の実施の形態の高周波回路の２０ＧＨｚ
から３０ＧＨｚまでの反射特性を示す図

【図３】従来の先端開放スタブと本発明の実施の形態の
先端開放スタブの反射位相特性比較図

【図４】Ａ典型的なＨＥＭＴ（高電子移動度トランジ
スタ）の２０ＧＨｚでの入力インピーダンスを示す図Ｂ
典型的なＨＥＭＴの入力端子に信号線を付加した場合
の２０ＧＨｚでの入力インピーダンスを示す図

【図５】従来の先端開放スタブの上面図

【図６】従来の先端開放スタブの２０ＧＨｚから３０Ｇ
Ｈｚでの反射インピーダンス特性を示す図

【図７】各インピーダンスの位相特性の周波数依存性を
示す図

【図８】本発明の第１の実施の形態の一例を示す図

【図９】本発明の第２の実施の形態の一例を示す図

【符号の説明】

１１主信号線路１２主信号線路から分岐してなる分岐配線１３分岐配線１２から二本の先端開放スタブが分岐す
る分岐点１４，１５先端開放スタブ１６キャパシタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5J067 AA04 CA62 CA75 FA12 HA12 HA29 KA29 KA68 KS18 LS12 QS04 SA13 TA03 TA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主信号線路と、前記主信号線路から分岐
した分岐配線と、前記分岐配線の先端側から分岐した少
なくとも２本以上の先端解放スタブ配線と、を具備する
高周波回路において、前記先端解放スタブのうち少なくとも１本以上が、任意
の位置において任意の容量のキャパシタにより分断され
ていることを特徴とする、高周波回路。
【請求項２】キャパシタにより分割される前記先端開
放スタブ配線の電気長が、キャパシタにより分割されな
い先端開放スタブ配線電気長よりも短く設定されている
こと、を特徴とする請求項１に記載の高周波回路。
【請求項３】容量値が低いキャパシタにより分割され
る先端開放スタブ配線の電気長が、容量値が高いキャパ
シタにより分割される前記先端開放スタブ配線の電気長
よりも長く、設定されていること、を特徴とする請求項１に記載の高
周波回路。
【請求項４】キャパシタの容量は、分断される配線の
分断間距離によって決定することを特徴とする、請求項
１〜３に記載の高周波回路。
【請求項５】請求項１〜４に記載の高周波回路を、能
動素子の入力整合回路および／または出力整合回路のう
ちいずれかの一部として具備する高周波回路装置。