JP2006148443A - 高周波増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】 増幅素子の製造時における特性のばらつきを補償して所望の増幅特性を有し、かつ小型化・高集積化を図ることのできる高周波増幅器を得る。
【解決手段】 入力インピーダンス整合用に設けた先端短絡スタブ２のゲートバイアス印加端子側６と接地との間に可変容量素子７を接続し、この可変容量素子７の容量値をゲートバイアス電圧値を調整することによって変化させ、先端短絡スタブ２の電気長を等価的に変化させる。そして、高周波増幅器の入力側のインピーダンスを所定の値に整合させ、所望の増幅特性を得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波増幅器に係り、特に増幅素子の入力側のインピーダンス整合が調整可能な高周波増幅器に関する。

近年のマイクロ波・準ミリ波帯域の活用に伴い、これら帯域において良好な増幅特性を有する高周波増幅器が求められている。

増幅素子に高周波トランジスタを用い、入力側の整合回路に先端短絡スタブを用いて構成した、従来の高周波増幅器のブロック図の一例を図２に示す。この高周波増幅器は、増幅素子として高周波トランジスタ１、この増幅素子の入力インピーダンス整合用の素子としての先端短絡スタブ２、及び固定コンデンサ３から構成されている。また、増幅対象の高周波信号が入力される信号入力端子４、増幅後の高周波信号が出力される信号出力端子５、及び高周波トランジスタ１にゲートバイアス電圧を供給するゲートバイアス印加端子６を備えている。

高周波トランジスタ１は、高周波信号の増幅が可能な、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）である。そして、ソース電極（Ｓ）が接地されており、ゲート電極（Ｇ）に加えられた高周波信号を増幅してドレイン電極（Ｄ）に出力する。先端短絡スタブ２は、ゲートバイアス印加端子６への高周波信号の流出を阻止するとともに、高周波トランジスタ1の入力側のインピーダンス整合を行なう。固定コンデンサ３は、ゲートバイアス印加端子６に供給されるゲートバイアス電圧の交流成分を接地する。

上述のように構成された従来の高周波増幅器では、まず、ゲートバイアス印加端子６にゲートバイアス電圧を供給しておき、信号入力端子４に増幅対象の信号を入力すると、この入力された信号は高周波トランジスタ１により増幅され、高周波トランジスタ1のドレイン電極（Ｄ）側に現れる。また、このときの入力側のインピーダンス整合については、次の通りである。すなわち、入力インピーダンスは、高周波トランジスタ１固有のゲート電極（Ｇ）の入力インピーダンス値と、電気長によって決まる先端短絡スタブ２のリアクタンス値との合成値として表わされることから、この合成値が所定の値となるように、先端短絡スタブの電気長をあらかじめ固定長とすることによって行なわれる。

ところで、一般に、高周波トランジスタの製造時には、製造工程中の様々な要因により、製造された高周波トランジスタの電気的特性に統計的なばらつきを生ずる。入力インピーダンスも統計的なばらつきの範囲の中で、高周波トランジスタの個体ごとにそれぞれ異なった値となる。高周波トランジスタ等の増幅素子で効率よく信号を増幅するには、入力側におけるインピーダンス整合が十分に図られている必要があるが、上述した従来の高周波増幅器では、固定長の先端短絡スタブ２により入力側のインピーダンス整合を行なっている。このため、高周波トランジスタ１の製造時における電気的特性のわずかなばらつきに対して、この高周波増幅器の増幅特性が敏感に変化するという問題があった。

特に、周波数特性、すなわち入力高周波信号の周波数対増幅利得の特性に影響を及ぼしていた。そして、良好な増幅特性を得るためには、例えば、先端短絡スタブ２の電気長を調整するといった作業を必要としていた。

このような課題に対処するため、高周波トランジスタの特性のばらつきを電気的に補償しうる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１は、増幅素子の出力側のインピーダンス整合を電気的に調整する事例であり、高周波トランジスタのドレインと接地との間に、互いに直列に接続されたインピーダンス整合回路及び可変容量素子を新たに設け、この可変容量素子の容量を変化させることでインピーダンスを整合させている。
特開平７−８６８５１号公報（第６ページ、図１）

しかしながら、上記特許文献１においては、新たにインピーダンス整合回路及び可変容量素子を必要とする。加えて、可変容量素子の容量値を調整するために、この可変容量素子に印加する電圧とその供給端子も新たに必要とする。このため、高周波増幅器の小型化及び高集積化が困難であり、特に、集積化した場合における基板の面積の増加を抑えることのできる高周波増幅器が望まれていた。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、増幅素子の製造時における特性のばらつきを補償して所望の増幅特性を有し、かつ小型化・高集積化が容易な高周波増幅器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の高周波増幅器は、高周波信号を増幅する増幅素子と、一方の端子が前記増幅素子の入力側電極に接続された誘導性リアクタンス素子と、一方の端子が前記誘導性リアクタンス素子の他方の端子に接続され、他方の端子が接地された可変容量性リアクタンス素子とを備え、この可変容量性リアクタンス素子が接続された側の前記誘導性リアクタンス素子の端子を経由して前記増幅素子に印加される入力側バイアスを変化させることによって前記可変容量性リアクタンス素子の容量値を可変としたことを特徴とする。

本発明によれば、容量値を変化させるための電圧を、増幅素子に供給するゲートバイアス電圧と共用した可変容量素子を用いて、高周波増幅器の入力側のインピーダンス整合を行なっているので、増幅素子の製造時における特性のばらつきを補償して所望の増幅特性を有し、かつ小型化・高集積化を図ることのできる高周波増幅器を得ることができる。

以下に、本発明に係る高周波増幅器を実施するための最良の形態について、図１及び図２を参照して説明する。

図１は、本発明に係る高周波増幅器の一実施例を示すブロック図である。この図１の各部について、図２に示した従来の高周波増幅器と同一の部分は同一の符号で示し、詳細な説明は省略する。

この高周波増幅器は、増幅素子として高周波トランジスタ１、この増幅素子の入力インピーダンス整合用の素子としての先端短絡スタブ２、固定コンデンサ３、及び可変容量性リアクタンス素子としての可変容量素子７から構成されている。また、増幅対象の高周波信号が入力される信号入力端子４、増幅後の高周波信号が出力される信号出力端子５、及び高周波トランジスタ１にゲートバイアス電圧を供給するゲートバイアス印加端子６を備えている。

高周波トランジスタ１は、本実施の形態においてはＦＥＴとし、ソース電極（Ｓ）が接地されており、ゲート電極（Ｇ）に加えられた高周波信号を増幅してドレイン電極（Ｄ）側に出力する。先端短絡スタブ２は、固定長で誘導性リアクタンスを有し、高周波チョークコイルとしてゲートバイアス印加端子６への高周波信号の流出を阻止すると同時に、後述する可変容量素子７とともにこの高周波増幅器の前段に接続される機器と高周波トランジスタ１の入力側とのインピーダンス整合を行なう。固定コンデンサ３は、ゲートバイアス印加端子６に供給されるゲートバイアス電圧の交流成分を接地する。

可変容量素子７は、先端短絡スタブ２のゲートバイアス印加端子６側と接地との間に接続され、先端短絡スタブ２とともにこの高周波増幅器の前段に接続される機器と高周波トランジスタ１の入力側とのインピーダンス整合を行なう。本実施の形態においては、可変容量素子７は、電気的に容量値を変化させることのできる、例えばバラクタダイオードとしている。

次に、上述のように構成された本実施例による高周波増幅器の動作について、図１を参照して説明する。まず、ゲートバイアス印加端子６に、高周波トランジスタ１の増幅動作に必要な所定のゲートバイアス電圧を印加する。このゲートバイアス電圧は、固定コンデンサ３及び先端短絡スタブ２により交流成分が阻止され、直流成分のみが高周波トランジスタ１のゲート電極（Ｇ）に印加される。

信号入力端子４から見たこの高周波増幅器の入力インピーダンスは、高周波トランジスタ１の入力側であるゲート電極（Ｇ）に接続された先端短絡スタブ２、及び可変容量素子７により所定の入力インピーダンスに整合されている。そして、信号入力端子４に入力された高周波信号は、インピーダンス整合された高周波トランジスタ１のゲート電極（Ｇ）に印加され、この高周波トランジスタ１により増幅されてドレイン電極（Ｄ）側に現れる。

この高周波増幅器の入力インピーダンスは、高周波トランジスタ１固有のゲート電極（Ｇ）の入力インピーダンス値と、電気長によって決まる先端短絡スタブ２のリアクタンス値及び可変容量素子７のリアクタンス値との合成値として表わされる。ここで、高周波トランジスタ１の製造時における電気的特性のばらつきにより、入力側のインピーダンス整合が十分ではないために所望の増幅特性が得られない場合には、所定のインピーダンス整合を得るために、可変容量素子７の容量値を微調整する。すなわち、ゲートバイアス印加端子６に加えられているゲートバイアス電圧を所定の範囲内で調整し、可変容量素子７の容量値を電気的に変化させる。そして、等価的に先端短絡スタブ２の電気長を補正することによって入力側のインピーダンス整合を行ない、所望の増幅特性を得ている。

以上説明したように、本実施例による高周波増幅器においては、入力側に設けた可変容量素子の容量値を電気的に変化させて増幅素子の入力側のインピーダンスを整合させている。これにより、増幅素子の製造時における電気的特性のばらつきを補償して、所望の増幅特性を有する高周波増幅器を得ることができる。また、可変容量素子の容量値を変化させるための電圧は、増幅素子に供給するゲートバイアス電圧と共用し、可変容量素子の容量値を変化させる際は、このゲートバイアス電圧を所定の範囲内で調整している。このため、新たなバイアス電圧及びその供給回路等を必要とせず、集積時における回路の面積の増加を抑えることができ、高周波増幅器の小型化・高集積化を図ることができる。

本発明に係る高周波増幅器の一実施例を示すブロック図。 従来の高周波増幅器の一例を示すブロック図

符号の説明

１ 高周波トランジスタ
２ 先端短絡スタブ
３ 固定コンデンサ
４ 信号入力端子
５ 信号出力端子
６ ゲートバイアス印加端子
７ 可変容量素子

Claims (3)

1. 高周波信号を増幅する増幅素子と、
   一方の端子が前記増幅素子の入力側電極に接続された誘導性リアクタンス素子と、
   一方の端子が前記誘導性リアクタンス素子の他方の端子に接続され、他方の端子が接地された可変容量性リアクタンス素子とを備え、
   この可変容量性リアクタンス素子が接続された側の前記誘導性リアクタンス素子の端子を経由して前記増幅素子に印加される入力側バイアスを変化させることによって前記可変容量性リアクタンス素子の容量値を可変としたことを特徴とする高周波増幅器。
2. 前記誘導性リアクタンス素子は、先端短絡スタブにより構成したことを特徴とする請求項１に記載の高周波増幅器。
3. 前記増幅素子をＦＥＴ（電界効果トランジスタ）とし、前記増幅素子の入力側電極をゲート電極としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波増幅器。

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