JP2007274182A - 高周波回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】Ｔ型分岐回路の各分岐路を伝播するマイクロ波間の位相差に起因する合成点での利得の低下を防止するための調整が容易にできる高周波回路を提供すること。
【解決手段】L字に曲げられた伝送線路１１と線路長に差のある第１、第２の分岐線路１２、１３とから形成されている。L字に曲げられた伝送線路１１内には屈曲点Ａと２つの分岐線路１２、１３の分岐点Ｂを定義し、このＡＢ点間に調整導体を接続することにより、線路幅を調整し、合成点での利得低下を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は高周波回路に関し、特にマイクロ波帯の高周波半導体装置において複数個の同一トランジスタセルを用いて電力分配、電力合成するための高周波回路に関する。
現在衛星通信用等に使用される電力増幅器用高周波回路において、複数個の同一のトランジスタセルを並列配置し、マイクロストリップ線路からなるＴ型分岐回路を多段に用いて各トランジスタセルへの電力分配あるいは電力合成を行っている。図４に具体例を示す。パッケージ４０に４つの半導体チップ４１が実装され、その前後にＴ型分岐回路である分配器４２と合成器４３がツリー形状に配置されている。このような電力増幅器において、前記Ｔ型分岐回路の２つの分岐路の長さに差違を設けることで前記Ｔ型分岐回路の前記各分岐路を伝播するマイクロ波間の位相偏差を抑圧することができることが知られている（特許文献１参照）。
このような位相偏差抑圧手段においては、 位相偏差抑圧効果が２つの分岐路の長さの差違に対して感度が高く調整が困難という問題点がある。すなわちT型分岐回路を形成するマイクロストリップ線路のパターン精度の要求を厳しくする必要が生じる。
また上記のような２つの分岐枝の長さの差違を用いている場合、最適値が使用周波数によって異なってくるため、回路構成部品の共通化が出来ず使用周波数毎に設計する必要が生じていた。
特開平２００１−１６８６５６号公報
したがって本発明は前記に鑑みてなされたものでその目的とするところは、Ｔ型分岐回路の各分岐路を伝播するマイクロ波間の位相差に起因する合成点での利得の低下を防止するための調整が容易にできる高周波回路を提供することにある。
前記課題を解決するために、本願発明の一態様によれば、L字に曲げられたL字状伝送線路と、このL字状伝送線路の一端にほぼ直交するように接続され、前記L字状伝送線路の一端を分岐点として互いに反対側に延長され、互いに異なる線路長を有する第１および第２の分岐線路と、前記L字状伝送線路の屈曲点と分岐点とを相互に接続する調整導体とを備えることを特徴とする高周波回路が提供される。
また、本願発明の一態様によれば、前記L字状伝送線路における屈曲点と前記分岐点間の線路部分の線路幅は、前記L字状伝送線路の他の部分より細く形成されており、前記調整導体により、この部分の線路幅を拡大することを特徴とする高周波回路が提供される。
さらに本願発明の一態様によれば、前記調整導体は金箔あるいはワイヤであることを特徴とする高周波回路が提供される。
本発明によれば、Ｔ型分岐回路の各分岐路を伝播するマイクロ波間の位相差に起因する合成点での利得の低下を防止するための調整が容易にできる。
以下本発明の実施形態につき詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態におけるT型ウィルキンソン分配器もしくは合成器を表したものである。L字に曲げられた第１の伝送線路１１と線路長に差のある第１、第２分岐線路１２、１３とから形成されている。L字に曲げられた伝送線路１１内には屈曲点Ａと線路長に差のある２つの分岐線路１２、１３の分岐点Ｂを定義し、このＡＢ点間の距離をＬＡＢとする。
使用する基板としては例えば、アルミナ基板を用いる。アルミナ基板は比誘電率が９．８であり、０．２５ｍｍ厚のアルミナ基板を用いて従来のウィルキンソン分配器もしくは合成器を作成しようとすると、L字に曲げられた伝送線路１１の線路幅は約０．２５ｍｍで、２つの分岐線路１２、１３の線路幅は約０．１２５ｍｍとなる。
このようなT型のウィルキンソン分配回路と合成回路をパワー半導体素子を挟んで対向し接続したマイクロストリップ回路においては、伝搬するマイクロ波は屈曲点Ａから分岐点Ｂの線路内においてストリップ線路幅の中央を伝播せず、最短距離を通って伝播することとなる。このため、２分岐された２つのマイクロ波は分配、合成回路を通過する間に経路長に差が生じた状態で合成されてしまうため合成利得が低下する。このような利得の低下を防止するためには分岐点Ｂの水平方向の位置をずらせることで伝搬時間を等しくすることができ、合成利得の低下を防止できる。本発明の一実施形態においてはこのずらし量の最適値は0.3mmである。図２には、ずらし量と合成点での利得低下の関係を示している。同図から明らかなように、ずらし量の最適値0.3mm付近においては合成点での利得がピークになるが、少しでもその位置から外れると利得が急激に低下してしまい、感度が高すぎるため、僅かな線路幅の製造誤差により、最適値から外れてしまうという問題があった。
そこで本発明の一実施形態においては、屈曲点Ａと分岐点Ｂの線路幅を２０％程度最初から細く設計してパターンを作成する。そしてパターンのずれている方向を見極めて調整金属１４で線路幅を追加する。線路幅を追加する具体的方法としては、金箔を貼着する方法、ワイヤを複数ボンディングする方法が実際的である。精度を若干犠牲にすれば導電性ペーストを塗布、焼結するのも一つの方法である。なお、金箔の貼着は加熱し、超音波を印加しつつ圧着することで達成できる。線路幅を２０％程度細くすることによって線路の特性インピーダンスも変化するが、その変化は１０％程度の上昇に抑えることができる。その上調整導体１４で調整後はインピーダンスは設計値付近に戻すことが可能である。
線路長ＬＡＢの長さについては、屈曲点Ａと分岐点Ｂの線路長を波長λの１６分の１以下でしかも基板厚以上とすることによって位相差の発生を減少することができる。線路長を短くすればするほど位相差は少なくすることができるが、Ｌ字に曲げられた線路１１と分岐線路１２，１３とくっついてしまう。またくっつかなくてもＬ字に曲げられた線路１１と分岐線路１２，１３との間隔が狭いとお互いが干渉を起こし特性インピーダンスが変化してしまう。マイクロストリップ線路の場合、基板下が高周波グランドとなっており、この高周波グランドと線路で特性インピーダンスを決定しているので、基板厚以上他の線路が離れることができれば特性インピーダンスの変化を抑えることが可能である。
図３は、初期のずれ量に対し、追加するパターン幅と合成点での利得低下がどのように変化するかを示した図である。図３(ａ)は初期ずらし量０．３５ｍｍの場合で図３(ｂ)は初期ずらし量０．２５ｍｍの場合である。図３(ａ)では最初からずらし量を最適ずらし量より０．０５ｍｍ多くしておく。このような状態で屈曲点Ａと分岐点Ｂの線路幅の内側か外側にパターンを追加することを考える。パターンを外側に追加しても利得低下は解消されないが、内側に追加していくことによって利得低下は改善し、追加線路幅０．１ｍｍにおいて利得低下は０とすることができる。
一方、図３(ｂ)では最初からずらし量を最適ずらし量より０．０５ｍｍ少なくしておく。この場合、外側に線路幅を追加すれば利得低下は改善されるように思われるが、外側に線路幅を追加しても利得低下は改善されないことがわかる。
よって図３(ａ)のように最初からずらす量を最適ずらし量より多くしておき、内側に線路幅を追加するのがより効果的であることがわかる。
そこで本発明の実施形態に置いては、ずらし量を設計値よりも外側にパターンを形成しておき、内側に線路幅を追加する。
なお、調整導体１４で線路幅を追加する具体的方法としては、上述と同様、金箔を貼着する方法、ワイヤを複数ボンディングする方法が実際的である。精度を若干無視すれば導電性ペーストを塗布、焼結するのも一つの方法である。なお、金箔の貼着は加熱し、超音波を印加しつつ圧着することで達成できる。
以上のべたように、このように構成された本発明の実施形態に係る高周波回路によれば、T型ウィルキンソン分配器もしくは合成器はL字に曲げられた伝送線路と線路長に差のある２つの分岐線路とから形成され、前記L字に曲げられた屈曲点と分岐線路の分岐点とを結ぶ線路長が波長λの１６分の１以下および基板厚以上としているので調整を不要とすることができる。また前記L字に曲げられた屈曲点と分岐線路の分岐点とを結ぶ線路幅を最適インピーダンス点より細くしてあることにより調整が容易にできる。さらに前記線路長の差を最適位相条件からずらしてある場合にも調整が容易にできる。
本発明は前記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階でその要旨を逸脱しない範囲で具体化できる。
本発明の一実施形態におけるT型ウィルキンソン分配器もしくは合成器を表した図である。 本発明の一実施形態におけるずらし量と合成点での利得低下を示した図であ 本発明の一実施形態における初期のずれ量に対し、追加するパターン幅と合成点での利得低下がどのように変化するかを示した図である。 従来の電力増幅器の例を示した図である。
符号の説明
１１…L字伝送線路
１２、１３…分岐線路
１４…調整導体

Claims (3)

  1. L字に曲げられたL字状伝送線路と、このL字状伝送線路の一端にほぼ直交するように接続され、前記L字状伝送線路の一端を分岐点として互いに反対側に延長され、互いに異なる線路長を有する第１および第２の分岐線路と、前記L字状伝送線路の屈曲点と分岐点とを相互に接続する調整導体とを備えることを特徴とする高周波回路。
  2. 前記L字状伝送線路における屈曲点と前記分岐点間の線路部分の線路幅は、前記L字状伝送線路の他の部分より細く形成されており、前記調整導体により、この部分の線路幅を拡大することを特徴とする請求項１記載の高周波回路。
  3. 前記調整導体は金箔あるいはワイヤであることを特徴とする請求項２記載の高周波回路。
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