JP2005223502A - Bias circuit for microwave device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、増幅器、発振器等のマイクロ波装置に使用されるマイクロ波装置用バイアス回路に関するものである。 The present invention relates to a bias circuit for a microwave device used in a microwave device such as an amplifier and an oscillator.
レーダあるいは通信用の増幅器、発振器等のマイクロ波装置には電界効果トランジスタ(以下FET)、高電子移動度トランジスタ(以下HEMT)等の半導体が使用され、これらの半導体に所望のバイアス電圧を印加するためのマイクロ波装置用バイアス回路が必要となる。 Semiconductors such as field effect transistors (hereinafter referred to as FET) and high electron mobility transistors (hereinafter referred to as HEMT) are used in microwave devices such as radar and communication amplifiers and oscillators, and a desired bias voltage is applied to these semiconductors. Therefore, a bias circuit for a microwave device is required.
このようなマイクロ波装置用バイアス回路の一例として、一端がキャパシタにより高周波的に接地され、基本波で1/4波長の長さを有する伝送線路からなる従来技術が知られている(特許文献1)。 As an example of such a bias circuit for a microwave device, there is known a prior art including a transmission line having one end grounded in a high frequency by a capacitor and having a quarter wave length of a fundamental wave (Patent Document 1). ).
然るに、所望の周波数帯で十分低インピーダンスを有するキャパシタで伝送線路の一端を高周波的に接地することにより、増幅器からバイアス回路側を見たインピーダンスは無限大となる。従って、増幅器から出力されたマイクロ波信号はバイアス回路で影響を受けることなく出力整合回路へ伝搬される。一方、このバイアス回路のインピーダンスは偶数倍の周波数帯ではほぼ零Ω、奇数倍の周波数帯では無限大となる。このため、増幅器の大信号動作で発生した主要な2倍および3倍の高調波の内、2倍の高調波のみ増幅器側へ全反射されるが、3倍の高調波は反射されることなく、出力整合回路側へ伝搬される。さらに、伝送線路のキャパシタ側の一端にバイアス端子が設けられており、この端子に直流電源を接続することにより、伝送線路を介して増幅器へバイアス電圧を供給することができる。 However, when one end of the transmission line is grounded at a high frequency with a capacitor having a sufficiently low impedance in a desired frequency band, the impedance when the bias circuit side is viewed from the amplifier becomes infinite. Therefore, the microwave signal output from the amplifier is propagated to the output matching circuit without being affected by the bias circuit. On the other hand, the impedance of the bias circuit is almost zero Ω in the even frequency band and infinite in the odd frequency band. For this reason, of the main double and triple harmonics generated by the large signal operation of the amplifier, only the double harmonic is totally reflected to the amplifier side, but the triple harmonic is not reflected. Is propagated to the output matching circuit side. Further, a bias terminal is provided at one end of the transmission line on the capacitor side, and a bias voltage can be supplied to the amplifier via the transmission line by connecting a DC power source to this terminal.
このように従来のバイアス回路は基本波で増幅特性に影響を与えることなく、主要な高調波である2倍の高調波のみ抑圧する機能を有し、増幅器に所望のバイアス電圧を供給することができる。 As described above, the conventional bias circuit has a function of suppressing only the double harmonic, which is the main harmonic, without affecting the amplification characteristic with the fundamental wave, and can supply a desired bias voltage to the amplifier. it can.
一般に、増幅器、発振器等のマイクロ波装置では高出力で低消費電力なものが要求され、高効率化が必要となる。これを実現するにはできる限り回路損失を減らすとともに、マイクロ波装置で発生した主要な高調波をマイクロ波装置側へ反射させ、これを再び基本波に変換する高調波処理を行う方法がある。 In general, microwave devices such as amplifiers and oscillators are required to have high output and low power consumption, and high efficiency is required. In order to realize this, there is a method of performing harmonic processing in which the circuit loss is reduced as much as possible, and the main harmonics generated in the microwave device are reflected to the microwave device side and converted into the fundamental wave again.
従来のマイクロ波装置用バイアス回路では基本波で1/4波長の伝送線路を用いているため、所望の周波数が低い場合、例えば1GHzでは伝送線路の長さが自由空間で75mm必要となる。この伝送線路をマイクロ波集積回路技術を用いてアルミナ基板上に形成した場合、約30mmの物理長が必要となり、0.5Ω程度の直流抵抗が発生する。この伝送線路に1Aの電流が流れたとすると0.5Wの消費電力が発生し、マイクロ波装置の効率が著しく低下する課題がある。 Since the conventional microwave device bias circuit uses a quarter-wave transmission line at the fundamental wave, when the desired frequency is low, for example, at 1 GHz, the length of the transmission line needs to be 75 mm in free space. When this transmission line is formed on an alumina substrate using microwave integrated circuit technology, a physical length of about 30 mm is required, and a DC resistance of about 0.5Ω is generated. If a current of 1 A flows through this transmission line, power consumption of 0.5 W is generated, and there is a problem that the efficiency of the microwave device is significantly reduced.
また、このマイクロ波装置用バイアス回路では主要な高調波である2倍の高調波のみ増幅器側へ反射させ、再び基本波に変換させることにより、ある程度の効率向上が図れるものの、もう一つの3倍の高調波を処理することができず、高調波処理による効率向上が不十分である課題もあった。 In addition, this microwave device bias circuit can improve efficiency to some extent by reflecting only the double harmonics, which are the main harmonics, to the amplifier side, and converting them back to the fundamental wave, but it is another triple. There is a problem that the higher harmonics cannot be processed, and the efficiency improvement by the harmonic processing is insufficient.
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、主要な高調波である2倍および3倍の周波数帯でインピーダンスが低く、かつ、直流抵抗の小さなマイクロ波装置用バイアス回路を得ることを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. A bias circuit for a microwave device having a low impedance and a low DC resistance in a double and triple frequency bands which are main harmonics is provided. The purpose is to get.
本発明に係わるマイクロ波装置用バイアス回路は、トランジスタのドレイン端子にバイアスを印加するマイクロ波装置用バイアス回路において、一対の伝送線路からなり、それぞれの伝送線路の一端が前記ドレイン端子に接続される結合線路と、前記結合線路を構成する一方の伝送線路の他端に接続されるキャパシタと、を備え、前記伝送線路の他端と前記キャパシタとの間にバイアスが印可されるものである。 A bias circuit for a microwave device according to the present invention is a bias circuit for a microwave device that applies a bias to a drain terminal of a transistor, and includes a pair of transmission lines, and one end of each transmission line is connected to the drain terminal. A coupling line and a capacitor connected to the other end of one transmission line constituting the coupling line, and a bias is applied between the other end of the transmission line and the capacitor.
主要な高調波である2倍および3倍の周波数帯でインピーダンスが低く、かつ、直流抵抗の小さなマイクロ波装置用バイアス回路を得ることができる。 A bias circuit for a microwave device having a low impedance and a low DC resistance can be obtained in the frequency bands of double and triple which are main harmonics.
実施の形態1.
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態1について説明する。図1は実施の形態1によるマイクロ波装置用バイアス回路を用いたマイクロ波装置の構成およびマイクロ波装置用バイアス回路の特性例を示す図である。ここではマイクロ波装置として増幅器の場合について示す。図1(a)において、1はFET、2は入力整合回路、3は出力整合回路、4は入力端子、5は出力 端子、6および7はそれぞれ伝送線路、8はこれらの伝送線路6と7で形成された結合線路、9はキャパシタ、10はバイアス端子である。なお、FET1は、HEMT等のトランジスタであればよい。
この増幅器は入力整合回路2と、半導体素子であるFET1と、出力整合回路3およびFET1のドレイン端子に所望のバイアス電圧を印加するためのマイクロ波装置用バイアス回路とからなる。また、マイクロ波信号が入力される入力端子4は入力整合回路2の一端に、マイクロ波信号を出力するための出力端子5は出力整合回路3の一端にそれぞれ設けられている。
This amplifier comprises an
さらに、マイクロ波装置用バイアス回路は結合線路8と、この結合線路8を構成する伝送線路6の一端に接続されたキャパシタ9と、伝送線路6とキャパシタ9間に設けられたバイアスを印可するバイアス端子10とから構成されており、FET1のドレイン端子と接地間に設けられている。なお、実際はFET1のゲート端子にバイアス電圧を印加するためのバイアス回路も必要であるが、図中では省略している。
Furthermore, the microwave device bias circuit includes a
結合線路8は所望の特性インピーダンスが得られるように、伝送線路6と7の線路幅および間隔が選ばれており、長さは1/8波長が基準として選ばれている。もちろん、設計に応じて、前記長さを1割程度変化させても良い。また、キャパシタ9は所望の周波数帯でインピーダンスが十分低くなるような値に選ばれている。
The
従って、比較的伝送線路6と7との結合が弱い所望の周波数帯においては一端短絡の伝送線路6と先端開放の伝送線路7とが並列接続されたものと見なすことができる。このため、これらの伝送線路6、7とが並列共振し、FET1のドレイン端子からマイクロ波装置用バイアス回路側をみたインピーダンスZiはほぼ無限大となる。また、2倍の周波数帯では先端開放の伝送線路7によりZiはほぼ零Ωになる。さらに、結合が強くなる3倍の周波数帯ではZiはあるインピーダンスを持つようになる。
Therefore, in a desired frequency band where the coupling between the
このため、図1(b)に示すようにFET1のドレイン端子から出力整合回路3へのマイクロ波信号は所望の周波数帯f0では損失無しで伝搬し、2倍の周波数帯2f0では大きな損失となり、伝搬されない。また、3倍の周波数帯3f0ではある程度減衰されながら伝搬される。このようにこのマイクロ波装置用バイアス回路では基本波に影響を与えることなく、2倍の高調波をFET1側へ全反射させることができ、従来のものと同じ機能がある。
Therefore, as shown in FIG. 1B, the microwave signal from the drain terminal of the
また、電流は伝送線路6を介してFET1に供給されるが、伝送線路6と伝送線路7とをマイクロ波集積回路技術を用いてアルミナ基板上に形成した場合、約15mmの物理長でよく、0.25Ω程度の直流抵抗が発生する。この伝送線路に1Aの電流が流れたとすると0.25Wの消費電力となる。
In addition, the current is supplied to the
次に動作について説明する。バイアス端子10に印加されたバイアス電圧は伝送線路6を介してFET1に供給され、FET1 は動作状態となる。このような状態において、入力端子4に入力された微弱なマイクロ波信号は入力整合回路2を介してFET1に供給され、そこで増幅される。増幅されたマイクロ波信号はマイクロ波装置用バイアス回路で減衰されることなく、出力整合回路3を介して出力端子5から出力される。また、FET1の大信号動作で発生した2倍の高調波はマイクロ波装置用バイアス回路でFET1側へ全反射され、そこで基本波に変換され、出力整合回路3を介して出力端子5から出力される。
Next, the operation will be described. The bias voltage applied to the
以上のように、トランジスタのドレイン端子にバイアスを印加するマイクロ波装置用バイアス回路において、一対の伝送線路からなり、それぞれの伝送線路6、7の一端が前記ドレイン端子に接続される結合線路8と、前記結合線路を構成する一方の伝送線路6の他端に接続されるキャパシタ9と、を備え、伝送線路6の他端とキャパシタ9との間にバイアスが印可されるマイクロ波装置用バイアス回路では、従来のバイアス回路の機能を損なうことなく、従来用いていた伝送線路の約半分の長さの結合線路8を用いることにより、この結合線路8での消費電力を約半分に低減でき、マイクロ波装置の高効率化を図ることができる効果がある。
As described above, in the bias circuit for a microwave device that applies a bias to the drain terminal of the transistor, the
実施の形態2.
図2は実施の形態2によるマイクロ波装置用バイアス回路を用いたマイクロ波装置の構成およびマイクロ波装置用バイアス回路の特性例を示す図である。ここで示したマイクロ波装置用バイアス回路は図2(a)に示すように、図1(a)の実施の形態1で示したものと基本的には同じであるが、このマイクロ波装置用バイアス回路では伝送線路6とバイアス端子10間に長さの短い伝送線路部11を設けたものである。つまり、伝送線路部11は、基本波の1/8波長よりも短い。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a microwave device using the microwave device bias circuit according to the second embodiment and a characteristic example of the microwave device bias circuit. As shown in FIG. 2A, the bias circuit for the microwave device shown here is basically the same as that shown in the first embodiment in FIG. 1A, but for this microwave device. In the bias circuit, a transmission line portion 11 having a short length is provided between the
この伝送線路部11を設けることにより、マイクロ波装置用バイアス回路側を見たインピーダンスZiを変化させることができる。即ち、実施の形態1で示したものではZiがほぼ零Ωとなる周波数が2f0と、3f0と4f0との間にあったのに対し、この伝送線路部11を設けることにより低域側へずらすことができる。これによりf0におけるZiも多少影響を受けるが、周波数が低い分無視できる。また、2f0におけるZiは結合線路8を形成する伝送線路7で決まるため影響されない。
By providing this transmission line portion 11, it is possible to change the impedance Zi viewed from the microwave device bias circuit side. That is, in the case shown in the first embodiment, the frequency at which Zi is almost zero Ω was between 2f0, 3f0, and 4f0, but by providing this transmission line portion 11, it can be shifted to the low frequency side. it can. As a result, Zi at f0 is slightly affected, but can be ignored because of the low frequency. Further, Zi at 2f0 is not affected because it is determined by the
このため、FET1から出力整合回路3側へのマイクロ波信号は図2(b)に示すように基本波では減衰されることなく伝搬される。これに対して、FET1で発生した2倍および3倍の主要な高調波は伝搬することなく、FET1側へ全反射され、基本波に変換されたのち出力端子5から出力される。
Therefore, the microwave signal from the
マイクロ波装置用バイアス回路は、一対の伝送線路からなり、それぞれの伝送線路6、7の一端がドレイン端子に接続される結合線路8と、結合線路8を構成する一方の伝送線路6の他端に接続される伝送線路部11と、伝送線路部11に接続されるキャパシタ9と、を備え、伝送線路部11とキャパシタ9との間にバイアスが印可される。これにより、マイクロ波装置用バイアス回路では結合線路8を構成する伝送線路6とバイアス端子10間に伝送線路部11を設けることにより、2倍および3倍の高調波を同時にFET1側に全反射させることができる。また、バイアス端子10から印加したバイアス電圧は長さの短い伝送線路部11および1/8波長の伝送線路6を介してFET1に供給されるため、これらの伝送線路6、伝送線路部11での電圧降下は増大することもない。
The bias circuit for a microwave device includes a pair of transmission lines, one end of each
従って、このマイクロ波装置用バイアス回路を用いることにより、2倍および3倍の高調波を同時に処理することができ、しかも伝送線路6、伝送線路部11による電圧降下も小さいので、マイクロ波装置のより高効率化が図れる効果がある。
Accordingly, by using this microwave device bias circuit, double and triple harmonics can be processed simultaneously, and the voltage drop due to the
実施の形態3.
図3はこの発明の実施の形態3のマイクロ波装置用バイアス回路を用いたマイクロ波装置の構成を示す図であり、12は抵抗、13はキャパシタである。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a microwave device using a microwave device bias circuit according to
図3(a)、(b)はそれぞれ実施の形態1、実施の形態2で示したマイクロ波装置用バイアス回路のキャパシタ9に、抵抗12とキャパシタ13の直列回路を並列に接続したものである。キャパシタ13はキャパシタ9の値に比べ十分大きな値に選ばれており、非常に低周波帯においても低インピーダンスとなるような値に選ばれている。従って、低周波帯では伝送線路6、伝送線路部11の長さは無視できるため、このマイクロ波装置用バイアス回路は等価的に抵抗12と見なすことができる。
FIGS. 3A and 3B are obtained by connecting a series circuit of a
以上のように、この発明の実施の形態3では実施の形態1および実施の形態2で示したマイクロ波装置用バイアス回路での電圧降下を小さく抑え、高調波処理による高効率化の利点を保ちつつ、低周波帯での不安定動作を抑えることができる効果がある。 As described above, in the third embodiment of the present invention, the voltage drop in the bias circuit for the microwave device shown in the first and second embodiments is suppressed, and the advantage of higher efficiency by harmonic processing is maintained. On the other hand, there is an effect that the unstable operation in the low frequency band can be suppressed.
1 FET
2 入力整合回路
3 出力整合回路
4 入力端子
5 出力端子
6 伝送線路
7 伝送線路
8 結合線路
9 キャパシタ
10 バイアス端子
11 伝送線路部
12 抵抗
13 キャパシタ
1 FET
2
Claims (6)
一対の伝送線路からなり、それぞれの伝送線路の一端が前記ドレイン端子に接続される結合線路と、
前記結合線路を構成する一方の伝送線路の他端に接続されるキャパシタと、
を備え、前記伝送線路の他端と前記キャパシタとの間にバイアスが印可されるマイクロ波装置用バイアス回路。 In a bias circuit for a microwave device that applies a bias to the drain terminal of a transistor,
Composed of a pair of transmission lines, one of each transmission line is connected to the drain terminal, a coupled line,
A capacitor connected to the other end of one of the transmission lines constituting the coupling line;
A bias circuit for a microwave device, wherein a bias is applied between the other end of the transmission line and the capacitor.
一対の伝送線路からなり、それぞれの伝送線路の一端が前記ドレイン端子に接続される結合線路と、
前記結合線路を構成する一方の伝送線路の他端に接続される伝送線路部と、
前記伝送線路部に接続されるキャパシタと、
を備え、前記伝送線路部と前記キャパシタとの間にバイアスが印可されるマイクロ波装置用バイアス回路。 In a bias circuit for a microwave device that applies a bias to the drain terminal of a transistor,
Composed of a pair of transmission lines, one of each transmission line is connected to the drain terminal, a coupled line,
A transmission line portion connected to the other end of one transmission line constituting the coupling line;
A capacitor connected to the transmission line section;
A bias circuit for a microwave device, wherein a bias is applied between the transmission line unit and the capacitor.
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CN108173522A (en) * | 2017-12-30 | 2018-06-15 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | Grid power supply biasing circuit and power amplifier |
JP2018142827A (en) * | 2017-02-27 | 2018-09-13 | 三菱電機特機システム株式会社 | Semiconductor device and electronic equipment |
WO2019012691A1 (en) * | 2017-07-14 | 2019-01-17 | 三菱電機株式会社 | High-frequency amplifier |
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2004
- 2004-02-04 JP JP2004027921A patent/JP2005223502A/en not_active Withdrawn
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WO2019012691A1 (en) * | 2017-07-14 | 2019-01-17 | 三菱電機株式会社 | High-frequency amplifier |
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