JP2008005128A - マイクロ波増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域にバイアス回路の損失が小さく、雑音特性が良好なマイクロ波増幅器を得る。
【解決手段】ゲートに入力端子２が接続され、かつドレインに出力端子３が接続された電界効果トランジスタ１と、入力端子２及び出力端子３を結ぶ信号線に接続されたバイアス回路４とを設けたマイクロ波増幅器であって、バイアス回路４は、前記信号線に一端が接続された１／４波長伝送線路４１と、１／４波長伝送線路４１の他端に接続された１／４波長オープンスタブ４２と、１／４波長伝送線路４１の他端に接続された抵抗４３と、抵抗４３に一端が接続された１／４波長伝送線路４６と、１／４波長伝送線路４６の他端に一端が接続され、他端が接地されたキャパシタ４４とを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、マイクロ波及びミリ波で使用されるマイクロ波増幅器に関するものである。

従来のマイクロ波増幅器について図面を参照しながら説明する。図５は、従来のマイクロ波増幅器の構成を示す図である（例えば、特許文献１参照）。

図５において、従来のマイクロ波増幅器は、ゲートに入力端子２が接続され、ドレインに出力端子３が接続され、ソースが接地された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１と、ＦＥＴ１のゲートに接続されたバイアス回路４とが設けられている。

バイアス回路４は、１／４波長伝送線路４１と、１／４波長オープンスタブ４２と、抵抗４３と、キャパシタ４４と、バイアスを印加するためのバイアス電源端子４５とが設けられている。

バイアス回路４を構成する１／４波長オープンスタブ４２は、電気長が１／４波長であるから、１／４波長伝送線路４１と１／４波長オープンスタブ４２の接続点は、使用する周波数において短絡点となる。１／４波長伝送線路４１は先端が短絡点となるので、使用する周波数において、入力端子２から１／４波長伝送線路４１側を見たインピーダンスは開放となる。使用する周波数において、バイアス回路４側を見たインピーダンスは開放となり、バイアス回路４側に信号は流れない。入力端子２から入力された信号は、バイアス回路４に流れず、ＦＥＴ１に入力され、ＦＥＴ１で増幅された信号が出力端子３から出力される。バイアス回路４は使用する周波数において、入力信号に損失を与えず、直流バイアスを印加できる。使用する周波数以外の周波数、特に低い周波数において、入力端子２から入力される信号はバイアス回路４に流れ、抵抗４３により消費される。このことにより、抵抗４３は、使用する周波数以外の周波数において、ＦＥＴ１の安定化に作用している。

特開平３−１９２８０１号公報

上述したような従来のマイクロ波増幅器では、使用する周波数において、損失を与えず、直流バイアスを印加でき、信号を増幅できる。しかしながら、従来のマイクロ波増幅器のバイアス回路４では、広帯域に損失の小さい回路を実現できない。増幅器の使用周波数帯域の中心周波数をＦ_Ｃ、上限周波数をＦ_Ｈ、下限周波数をＦ_Ｌとする。１／４波長伝送線路４１と１／４波長オープンスタブ４２は、Ｆ_Ｃにおいて電気長が１／４波長とする。バイアス回路４は、１／４波長伝送線路４１と１／４波長オープンスタブ４２で構成されており、Ｆ_Ｃにおいてバイアス回路４を見込んだインピーダンスは開放となるが、Ｆ_ＨもしくはＦ_Ｌでは開放とならない。従って、Ｆ_ＨもしくはＦ_Ｌの信号が、入力端子２から入力されると、入力信号の一部はバイアス回路４に流れこむ。１／４波長伝送線路４１と１／４波長オープンスタブ４２の接続点は、Ｆ_ＨもしくはＦ_Ｌでは短絡点とならないから、バイアス回路４に流れこんだ信号は、１／４波長伝送線路４１を通り、抵抗４３で消費され、損失となる。バイアス回路４の損失が増えると増幅器の雑音指数（以下、ＮＦと略す）は劣化するので、従来のマイクロ波増幅器ではＦ_ＨもしくはＦ_ＬにおいてＮＦが劣化することが分かる。このように、従来のマイクロ波増幅器は、広帯域にバイアス回路の損失を小さくできず、広帯域にＮＦの良い増幅器を実現することが難しいという問題点があった。

また、図５示す回路を実際に製作した場合、１／４波長伝送線路４１と１／４波長オープンスタブ４２の接続点は物理的な大きさを持つので、完全短絡点を作ることが難しく、抵抗４３をわずかに信号が流れ、損失が生じるので、増幅器のＮＦが劣化するという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、広帯域にバイアス回路の損失が小さく、雑音特性が良好なマイクロ波増幅器を得るものである。

この発明に係るマイクロ波増幅器は、ゲートに入力端子が接続され、かつドレインに出力端子が接続された電界効果トランジスタと、前記入力端子及び前記出力端子を結ぶ信号線に接続されたバイアス回路とを設けたマイクロ波増幅器であって、前記バイアス回路は、前記信号線に一端が接続された第１の１／４波長伝送線路と、前記第１の１／４波長伝送線路の他端に接続された１／４波長オープンスタブと、前記第１の１／４波長伝送線路の他端に接続された抵抗と、前記抵抗に一端が接続された第２の１／４波長伝送線路と、前記第２の１／４波長伝送線路の他端に一端が接続され、他端が接地された第１のキャパシタとを含むものである。

この発明に係るマイクロ波増幅器は、広帯域にバイアス回路の損失が小さく、雑音特性が良好であるという効果を奏する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るマイクロ波増幅器について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るマイクロ波増幅器の回路構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１において、この実施の形態１に係るマイクロ波増幅器は、ゲートに入力端子２が接続され、ドレインに出力端子３が接続され、ソースが接地された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１と、ＦＥＴ１のゲートに接続されたバイアス回路４とが設けられている。

バイアス回路４は、１／１６波長以上、１／４波長以下の伝送線路（第１の１／４波長伝送線路）４１と、１／４波長オープンスタブ４２と、抵抗４３と、１／１６波長以上、１／４波長以下の伝送線路（第２の１／４波長伝送線路）４６と、キャパシタ（第１のキャパシタ）４４と、バイアスを印加するためのバイアス電源端子４５とが設けられている。

つぎに、この実施の形態１に係るマイクロ波増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係るマイクロ波増幅器と従来のマイクロ波増幅器の最小雑音指数（ＮＦｍｉｎ）の周波数特性を示す図である。

増幅器の使用周波数帯域の中心周波数をＦ_Ｃ、上限周波数をＦ_Ｈ、下限周波数をＦ_Ｌとする。１／４波長オープンスタブ４２は、中心周波数Ｆ_Ｃにおいて電気長が１／４波長とする。伝送線路４６は、キャパシタ４４により使用周波数帯域において十分に短絡されているとする。バイアス回路４の抵抗４３側を見込んだインピーダンスをＺ_Ａとすると、このインピーダンスＺ_Ａは次の式で表される。

ここで、Ｒは抵抗４３の抵抗値、Ｚ_Ｃは伝送線路４６の特性インピーダンス、λ_Ｃは中心周波数Ｆ_Ｃにおける１波長、θは電気長である。抵抗４３とキャパシタ４４の間に伝送線路４６を装荷することでインピーダンスＺ_Ａを高くすることができる。特に、伝送線路４６の電気長が１／４波長のときインピーダンスＺ_Ａは開放となり、抵抗４３側に信号が流れこまない。

本実施の形態１のマイクロ波増幅器は、中心周波数Ｆ_Ｃにおいて、従来のマイクロ波増幅器と同様にバイアス回路４の１／４波長オープンスタブ４２によって、短絡点ができるので、抵抗４３に信号は流れず、損失は生じない。従って、増幅器のＮＦも劣化しない。上限周波数Ｆ_Ｈ、下限周波数Ｆ_Ｌでは、伝送線路４１と１／４波長オープンスタブ４２の接続点は短絡点とならないが、伝送線路４６により抵抗４３側を見込んだインピーダンスＺ_Ａを十分高くできるので、抵抗４３にほとんど信号は流れず、損失は小さい。従って、上限周波数Ｆ_Ｈ、下限周波数Ｆ_ＬにおいてもＮＦの良い増幅器を得ることができる。

同様に、図１示す回路を実際に製作した場合、物理的な制約により伝送線路４１と１／４波長オープンスタブ４２の接続点において完全短絡点が得られなくても、ＮＦが良い増幅器を得ることができる。

図２を見ると、従来の増幅器（破線）と比べて本発明の増幅器（実線）は、広帯域にＮＦが良いことが分かる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るマイクロ波増幅器について図３を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係るマイクロ波増幅器の回路構成を示す図である。

図３において、バイアス回路４は、１／４波長オープンスタブ４２の代りに、ラジアルスタブ４７が設けられている。

このラジアルスタブ４７を用いることにより、ラジアルスタブ４７と伝送線路４１の接続点において、広帯域に短絡点を作ることができる。この実施の形態２に係るマイクロ波増幅器の動作及び作用は、上記の実施の形態１と同様である。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るマイクロ波増幅器について図４を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態３に係るマイクロ波増幅器の回路構成を示す図である。

図４において、バイアス回路４は、１／４波長オープンスタブ４２の代りに、キャパシタ（第２のキャパシタ）４８が設けられている。

キャパシタ４８の値は、中心周波数Ｆ_Ｃにおいて短絡となるように決定する。１／４波長オープンスタブ４２の代わりにキャパシタ４８を用いることにより、キャパシタ４８と伝送線路４１の接続点において、短絡点を作っている。この実施の形態３に係るマイクロ波増幅器の動作及び作用は、上記の実施の形態１と同様である。

この発明の実施の形態１に係るマイクロ波増幅器の回路構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るマイクロ波増幅器と従来のマイクロ波増幅器の最小雑音指数（ＮＦｍｉｎ）の周波数特性を示す図である。 この発明の実施の形態２に係るマイクロ波増幅器の回路構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係るマイクロ波増幅器の回路構成を示す図である。 従来のマイクロ波増幅器の構成を示す図である。

符号の説明

１ 電界効果トランジスタ、２ 入力端子、３ 出力端子、４ バイアス回路、４１ １／４波長伝送線路、４２ １／４波長オープンスタブ、４３ 抵抗、４４ キャパシタ、４５ バイアス電源端子、４６ １／４波長伝送線路、４７ ラジアルスタブ、４８ キャパシタ。

Claims (3)

1. ゲートに入力端子が接続され、かつドレインに出力端子が接続された電界効果トランジスタと、前記入力端子及び前記出力端子を結ぶ信号線に接続されたバイアス回路とを備えたマイクロ波増幅器であって、
   前記バイアス回路は、
   前記信号線に一端が接続された第１の１／４波長伝送線路と、
   前記第１の１／４波長伝送線路の他端に接続された１／４波長オープンスタブと、
   前記第１の１／４波長伝送線路の他端に接続された抵抗と、
   前記抵抗に一端が接続された第２の１／４波長伝送線路と、
   前記第２の１／４波長伝送線路の他端に一端が接続され、他端が接地された第１のキャパシタとを含む
   ことを特徴とするマイクロ波増幅器。
2. 前記バイアス回路は、
   前記１／４波長オープンスタブの代りに、前記第１の１／４波長伝送線路の他端に接続されたラジアルスタブを含む
   ことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波増幅器。
3. 前記バイアス回路は、
   前記１／４波長オープンスタブの代りに、前記第１の１／４波長伝送線路の他端に接続された第２のキャパシタを含む
   ことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波増幅器。

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