JP2009207060A - High-frequency semiconductor amplifier - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-efficiency and wide-band high-frequency semiconductor amplifier capable of performing higher harmonic wave processing by adjusting higher harmonic wave impedance without using a stub. <P>SOLUTION: A high-frequency semiconductor amplifier comprises: a semiconductor amplifying element 5; a first impedance transformer 1 formed with a length that is a 1/4 wavelength of a microwave; a second impedance transformer 2 formed with a length that is the 1/4 wavelength of the microwave; a higher harmonic wave impedance adjustment line 3 for matching with impedance transformed by the first and second impedance transformers; and an element neighborhood matching circuit 4 for performing impedance transformation using an induced reactance component. The higher harmonic wave impedance adjustment line 3 impedance-converts a higher harmonic wave, and the element neighborhood matching circuit 4 impedance-converts and settles a fundamental wave so as to be matched with impedance of the semiconductor amplifying element 5, or impedance-converts and settles a higher harmonic wave so as to be close to open impedance. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、電界効果トランジスタなどの半導体素子と整合回路とを備えた高周波半導体増幅器に関するものである。   The present invention relates to a high frequency semiconductor amplifier including a semiconductor element such as a field effect transistor and a matching circuit.

広帯域に亘る効率的な高調波処理を行う手段として高調波インピーダンスを短絡または開放とすることにより、高効率な増幅器を得ることが可能である。一般的には先端開放線路または先端短絡線路(以下スタブと呼ぶ)を用いた方法が用いられる。スタブを用いた回路構成として、例えば、特開平6−204764号公報図1(特許文献1参照)には、半導体デバイスを用いた高周波電力増幅器の整合回路に関し、多くの高調波に対し、短絡あるいは開放の処理を行う高調波処理回路が記載されている。すなわち、トランジスタ1の出力端子A点21に、基本波の1/8波長の先端開放の伝送線路4を接続し、それと並列に、出力端子A点に、基本波の1/8波長の伝送線路5を接続し、その先端B点に奇数次高調波の1/4波長の先端開放伝送線路を1種類以上接続するものが開示されている。   A high-efficiency amplifier can be obtained by short-circuiting or opening the harmonic impedance as means for performing efficient harmonic processing over a wide band. Generally, a method using an open-ended line or a short-circuited line (hereinafter referred to as a stub) is used. As a circuit configuration using a stub, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-204764, FIG. 1 (see Patent Document 1) relates to a matching circuit of a high-frequency power amplifier using a semiconductor device. A harmonic processing circuit that performs the opening process is described. That is, a transmission line 4 having a 1/8 wavelength of the fundamental wave is connected to the output terminal A point 21 of the transistor 1, and a transmission line having a wavelength of 1/8 wavelength of the fundamental wave is connected in parallel to the output terminal A point. 5 is connected, and one or more types of open-end transmission lines having a quarter wavelength of odd-order harmonics are connected to the tip B thereof.

また、特開2002−76802号公報図1(特許文献2参照)には、半導体素子13のゲートパッド131と回路基板14Aをワイヤ133B〜133Dで接続し、回路基板14A上に形成した整合回路141Aに基本波に対してλ/2オープンスタブ(1/2倍波に対してショートスタブ)のパターンを構成した半導体増幅器が開示されている。   FIG. 1 (see Patent Document 2) of Japanese Patent Laid-Open No. 2002-76802 discloses a matching circuit 141A formed on a circuit board 14A by connecting the gate pad 131 of the semiconductor element 13 and the circuit board 14A with wires 133B to 133D. Discloses a semiconductor amplifier having a pattern of a λ / 2 open stub (a short stub for a half-wave) with respect to the fundamental wave.

特開平6−204764号公報(第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 6-204764 (FIG. 1)

特開2002−76802号公報(第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 2002-76802 (FIG. 1)

しかし、特許文献1に記載のものでは、高周波電力増幅器の出力側にスタブを介して整合回路を設けているので、各種電気長の高調波処理のためのスタブが必要となり、パッケージ内の基板に設ける場合には、パッケージはスタブや整合回路を収容するだけのサイズのものが必要となり、収納スペースの都合からスタブ配置位置の制約により最適位置に多数のスタブを設置できないため広帯域の高調波処理が困難であるという課題があった。   However, in the thing of patent document 1, since the matching circuit is provided via the stub in the output side of the high frequency power amplifier, the stub for harmonic processing of various electric lengths is needed, and it is in the board | substrate in a package. When installing, the package must be large enough to accommodate the stub and matching circuit, and because of the limitation of the stub placement position, a large number of stubs cannot be installed at the optimal position due to the storage space. There was a problem that it was difficult.

また、特許文献2に記載のものは、半導体素子13のゲートパッド131の各セル毎にオープンスタブを設けるのですべてのセルの1/2倍波の利得を落とす利点があるものの、多数のオープンスタブを必要とするという課題があった。   Moreover, although the thing of patent document 2 provides an open stub for every cell of the gate pad 131 of the semiconductor element 13, since there exists an advantage which falls the gain of 1/2 frequency of all the cells, many open stubs are provided. There was a problem of requiring.

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、スタブを用いることなく高調波インピーダンスの調整を行い、高調波処理可能な高効率で広帯域の高周波半導体増幅器を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a high-efficiency and wide-band high-frequency semiconductor amplifier capable of performing harmonic processing by adjusting harmonic impedance without using a stub. Objective.

請求項1に係る高周波半導体増幅器は、入力端子から入力されたマイクロ波を所定のマイクロ波周波数帯域幅で増幅する半導体増幅素子と、出力端子側に配置され、前記マイクロ波周波数の1/4波長の長さで形成したマイクロストリップ線路構成の第1インピーダンス変成器と、この第1インピーダンス変成器に前置して配置され、前記マイクロ波周波数の1/4波長の長さで形成した前記第1インピーダンス変成器より幅広のマイクロストリップ線路構成の第2インピーダンス変成器と、この第2インピーダンス変成器と前記第1インピーダンス変成器とで変成されたインピーダンスと整合する前記第2インピーダンス変成器より幅広のマイクロストリップ線路構成の高調波インピーダンス調整線路と、この高調波インピーダンス調整線路に出力側が接続されると共に入力側が前記半導体増幅素子の出力と接続され、誘導性リアクタンス成分でインピーダンス変換する素子近傍整合回路とを備え、前記高調波インピーダンス調整線路は基本波に対するインピーダンスを維持し、高調波に対するインピーダンス変換を行い、前記素子近傍整合回路は基本波に対しては前記半導体増幅素子の特性インピーダンスと整合するようにインピーダンス変換して収束させ、高調波に対しては開放インピーダンス近傍となるようにインピーダンス変換して収束させるものである。   A high-frequency semiconductor amplifier according to claim 1 is disposed on the output terminal side of a semiconductor amplifying element that amplifies a microwave input from an input terminal with a predetermined microwave frequency bandwidth, and is a quarter wavelength of the microwave frequency. A first impedance transformer having a microstrip line configuration formed by the length of the first impedance transformer and the first impedance transformer disposed in front of the first impedance transformer and formed by a length of a quarter wavelength of the microwave frequency. A second impedance transformer having a microstrip line configuration wider than the impedance transformer, and a microstrip wider than the second impedance transformer that matches the impedance transformed by the second impedance transformer and the first impedance transformer. Harmonic impedance adjustment line in strip line configuration and this harmonic impedance adjustment line The output side is connected to the output side of the semiconductor amplifying element and the input side is connected to an element matching circuit for impedance conversion with an inductive reactance component, and the harmonic impedance adjustment line maintains the impedance with respect to the fundamental wave, Impedance conversion for harmonics is performed, and the near-element matching circuit performs impedance conversion so as to match the characteristic impedance of the semiconductor amplifying element for the fundamental wave and converges it, and near the open impedance for the harmonics Thus, the impedance is converted and converged.

請求項2に係る高周波半導体増幅器は、前記素子近傍整合回路の誘導性リアクタンス成分は、中継板を介して電気接続する線種の異なるワイヤのインダクタンスを含む請求項1に記載のものである。   The high-frequency semiconductor amplifier according to claim 2 is the high-frequency semiconductor amplifier according to claim 1, wherein the inductive reactance component of the near-element matching circuit includes inductances of wires of different line types that are electrically connected via the relay plate.

請求項1に係る高周波半導体増幅器によれば、開放スタブや短絡スタブを用いなくても変成器と高調波インピーダンス調整線路及び素子近傍整合回路を用いて高調波を開放インピーダンス近くの最適点に収束させることが可能になり、基本波整合、高調波処理とも広帯域に亘って行われ、広帯域幅で高効率の高周波半導体増幅器を構成することが可能である。   According to the high-frequency semiconductor amplifier according to claim 1, the harmonics are converged to an optimum point near the open impedance by using the transformer, the harmonic impedance adjustment line, and the element vicinity matching circuit without using the open stub or the short-circuit stub. Thus, both fundamental wave matching and harmonic processing are performed over a wide band, and a high-frequency semiconductor amplifier having a wide bandwidth and high efficiency can be configured.

請求項2に係る高周波半導体増幅器によれば、素子近傍整合回路の誘導性リアクタンス成分として中継板を介して異種のワイヤを用いるので半導体増幅素子の電極パッド形状に左右されず、ワイヤによる所望のインダクタンスでインピーダンス変換の調整を容易に行える効果がある。   According to the high-frequency semiconductor amplifier of the second aspect, since different types of wires are used via the relay plate as the inductive reactance component of the element vicinity matching circuit, the desired inductance due to the wires is not affected by the shape of the electrode pad of the semiconductor amplifying device. Thus, there is an effect that the impedance conversion can be easily adjusted.

実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1に係る高周波半導体増幅器ついて説明する。図1は、実施の形態1による高周波半導体増幅器のブロック構成図である。図1において、1は線路インピーダンスZ1の第1インピーダンス変成器、2は線路インピーダンスZ2の第2インピーダンス変成器、3は線路インピーダンスZ3の高調波インピーダンス調整線路、4は開放インピーダンスZ4を有する素子近傍整合回路、5はFETなどを用いた電力増幅用の高周波増幅素子である。
Embodiment 1 FIG.
The high frequency semiconductor amplifier according to the first embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a block configuration diagram of the high-frequency semiconductor amplifier according to the first embodiment. In FIG. 1, 1 is a first impedance transformer of line impedance Z1, 2 is a second impedance transformer of line impedance Z2, 3 is a harmonic impedance adjustment line of line impedance Z3, and 4 is a near-element matching having an open impedance Z4. A circuit 5 is a high-frequency amplification element for power amplification using an FET or the like.

6は第1インピーダンス変成器1、第2インピーダンス変成器2、高調波インピーダンス調整線路3を載置し、素子近傍整合回路4の一方端を端部に配置した地導体(図示せず)を有する外部基板、7は高周波増幅素子5としての半導体チップ(素子チップ)、8は半導体チップ7を収納し、素子近傍整合回路4の他端を端部に配置したパッケージ(高周波パッケージ)である。9は高周波パッケージ8の入力端子(高周波入力端子)、10は外部基板6の出力端子(高周波出力端子)である。なお、第1インピーダンス変成器1、第2インピーダンス変成器2、高調波インピーダンス調整線路3、素子近傍整合回路4を含めて出力整合回路と称す。図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。   6 has a ground conductor (not shown) on which the first impedance transformer 1, the second impedance transformer 2, and the harmonic impedance adjustment line 3 are mounted, and one end of the element vicinity matching circuit 4 is disposed at the end. An external substrate, 7 is a semiconductor chip (element chip) as the high-frequency amplifying element 5, and 8 is a package (high-frequency package) in which the semiconductor chip 7 is accommodated and the other end of the element vicinity matching circuit 4 is disposed at the end. Reference numeral 9 denotes an input terminal (high frequency input terminal) of the high frequency package 8, and 10 denotes an output terminal (high frequency output terminal) of the external substrate 6. The first impedance transformer 1, the second impedance transformer 2, the harmonic impedance adjustment line 3, and the element vicinity matching circuit 4 are collectively referred to as an output matching circuit. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

次に線路インピーダンスについて図2を用いて説明する。図2は、図1に示した高周波半導体増幅器のブロック構成図の線路インピーダンスと回路インピーダンスとを説明する図である。図2において、Γは高周波増幅素子5から出力側を見た回路インピーダンス、Γ’は高調波インピーダンス調整線路3から出力側を見た回路インピーダンス、Z1〜Z4はそれぞれの線路インピーダンスを示す。高周波出力端子10の端子負荷としての基準特性インピーダンスをZ0とする。Z0に対して、出力端子10側に設置した第1インピーダンス変成器1と第1インピーダンス変成器1に前置した第2インピーダンス変成器2の2種の伝送線路で形成した線路でリアクタンス成分を持たないリアルインピーダンスの変化で回路インピーダンス(Γ’)がZ3となるようにインピーダンス変換を行う。   Next, the line impedance will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining the line impedance and circuit impedance of the block configuration diagram of the high-frequency semiconductor amplifier shown in FIG. In FIG. 2, Γ is a circuit impedance when the output side is viewed from the high frequency amplifying element 5, Γ ′ is a circuit impedance when the output side is viewed from the harmonic impedance adjustment line 3, and Z1 to Z4 are line impedances. A reference characteristic impedance as a terminal load of the high-frequency output terminal 10 is Z0. With respect to Z0, there is a reactance component in a line formed by two types of transmission lines, a first impedance transformer 1 installed on the output terminal 10 side and a second impedance transformer 2 placed in front of the first impedance transformer 1. Impedance conversion is performed so that the circuit impedance (Γ ′) becomes Z3 when there is no change in real impedance.

次に第1インピーダンス変成器1と第2インピーダンス変成器2に前置した高調波インピーダンス調整線路3では、第1インピーダンス変成器1と第2インピーダンス変成器2で変成されたインピーダンスと基本波に対しては同一の特性インピーダンス(Z3)として整合させる。この場合、高調波に対しては整合していないことによりインピーダンスは変動する。   Next, in the harmonic impedance adjustment line 3 placed in front of the first impedance transformer 1 and the second impedance transformer 2, the impedance and the fundamental wave transformed by the first impedance transformer 1 and the second impedance transformer 2 are compared. Are matched as the same characteristic impedance (Z3). In this case, the impedance fluctuates because the harmonics are not matched.

次に素子近傍整合回路4は、本実施の形態1では、外部基板6と高周波パッケージ8とに跨って配置される。すなわち、素子近傍整合回路4の一端は、高調波インピーダンス調整線路3の入力に接続され、素子近傍整合回路4の入力側他端は高周波増幅素子5のドレイン(D)出力に接続される。   Next, the element vicinity matching circuit 4 is disposed across the external substrate 6 and the high-frequency package 8 in the first embodiment. That is, one end of the element vicinity matching circuit 4 is connected to the input of the harmonic impedance adjustment line 3, and the other end on the input side of the element vicinity matching circuit 4 is connected to the drain (D) output of the high frequency amplification element 5.

図3は、実施の形態1による高周波半導体増幅器の模式パターン化した平面図である。図3において、21は第1インピーダンス変成器1領域のパターン(マイクロストリップパターン)、22は第2インピーダンス変成器2領域のパターン(マイクロストリップパターン)、23は高調波インピーダンス調整線路3領域のパターン(マイクロストリップパターン)、24は素子近傍整合回路4領域のパターンである。31は半導体チップ7のドレインと素子近傍整合回路の他端とを接続する15〜20μm径のアルミ線又は金線などを用いたワイヤ、32は端子周辺にハーメチックシールを施した多極パターン又は細線導体リードなど用いて高インダクタンスとした高周波パッケージ8側のフィードスルー部、33は細線又はパターンで形成した接続用のリード、34はリード33と電気接続する外部基板6側のパッド領域部である。なお、ワイヤ31、フィードスルー部32、リード33及びパッド領域部34を含めて素子近傍整合回路4を構成する。   FIG. 3 is a schematic plan view of the high-frequency semiconductor amplifier according to the first embodiment. In FIG. 3, 21 is a pattern of the first impedance transformer 1 region (microstrip pattern), 22 is a pattern of the second impedance transformer 2 region (microstrip pattern), and 23 is a pattern of the harmonic impedance adjustment line 3 region (microstrip pattern). Microstrip pattern) 24 is a pattern of the element vicinity matching circuit 4 region. 31 is a wire using an aluminum wire or a gold wire having a diameter of 15 to 20 μm that connects the drain of the semiconductor chip 7 and the other end of the element vicinity matching circuit, and 32 is a multipolar pattern or a fine wire with a hermetic seal around the terminal. A feedthrough portion on the high frequency package 8 side having high inductance using a conductor lead or the like, 33 is a connection lead formed by a thin line or pattern, and 34 is a pad region portion on the external substrate 6 side electrically connected to the lead 33. The element vicinity matching circuit 4 includes the wire 31, the feedthrough portion 32, the lead 33, and the pad region portion 34.

第1インピーダンス変成器1領域のパターン21のパターン長は高周波増幅素子5の増幅帯域中心波長の1/4の電気長に設定される。第2インピーダンス変成器2領域のパターン22のパターン長も高周波増幅素子5の増幅帯域中心波長の1/4の電気長に設定されるがパターン幅は第1インピーダンス変成器1領域のパターン21のパターン幅より幅広に設定される。対して高周波インピーダンス調整回路3領域のパターン23のパターン長は高周波増幅素子5の増幅帯域中心波長の1/2電気長又はそれ以上に長く設定し、パターン幅は第2インピーダンス変成器2領域のパターン22のパターン幅よりさらに幅広に設定し、この伝送線路の基本波インピーダンスはZ3になるようにする。   The pattern length of the pattern 21 in the first impedance transformer 1 region is set to an electrical length that is ¼ of the center wavelength of the amplification band of the high-frequency amplification element 5. The pattern length of the pattern 22 in the second impedance transformer 2 region is also set to ¼ the electrical length of the center wavelength of the amplification band of the high-frequency amplification element 5, but the pattern width is the pattern of the pattern 21 in the first impedance transformer 1 region. It is set wider than the width. On the other hand, the pattern length of the pattern 23 in the high-frequency impedance adjustment circuit 3 region is set to be 1/2 electric length or longer than the center wavelength of the amplification band of the high-frequency amplification element 5, and the pattern width is the pattern of the second impedance transformer 2 region. It is set to be wider than the pattern width of 22, and the fundamental wave impedance of this transmission line is set to Z3.

図4は実施の形態1による高周波半導体増幅器の基本波及び高調波インピーダンスの軌跡を説明するインピーダンスチャートである。図4において、○内の数値1〜4は順に第1インピーダンス変成器1の線路、第2インピーダンス変成器2の線路、高調波インピーダンス調整線路3の線路、素子近傍整合回路4線路それぞれのインピーダンスの変動を示し、実線矢印は基本波インピーダンスの軌跡、破線矢印は高調波インピーダンスの軌跡を示す。   FIG. 4 is an impedance chart for explaining the loci of the fundamental wave and the harmonic impedance of the high-frequency semiconductor amplifier according to the first embodiment. In FIG. 4, numerical values 1 to 4 in the circles indicate the impedances of the first impedance transformer 1 line, the second impedance transformer 2 line, the harmonic impedance adjustment line 3, and the element vicinity matching circuit 4 line in order. The solid line arrow indicates the locus of fundamental wave impedance, and the broken line arrow indicates the locus of harmonic impedance.

次に作用について説明する。高調波の波長を基本波の2倍波、例えば高周波増幅素子5の増幅帯域中心周波数を基本波周波数(f0)とし、2倍波を高調波周波数(2f0)とすると第1インピーダンス変成器1と第2インピーダンス変成器2で変成された基本波インピーダンスと高調波インピーダンス調整線路3のインピーダンスは同一とするため、高調波インピーダンス調整線路3は基本波に対して整合しており基本波のインピーダンスは変動しないが高調波のインピーダンスは整合していないため変動する。   Next, the operation will be described. When the wavelength of the harmonic wave is a second harmonic wave of the fundamental wave, for example, the center frequency of the amplification band of the high frequency amplifying element 5 is the fundamental wave frequency (f0), and the second harmonic wave is the harmonic frequency (2f0), the first impedance transformer 1 Since the fundamental wave impedance transformed by the second impedance transformer 2 and the impedance of the harmonic impedance adjustment line 3 are the same, the harmonic impedance adjustment line 3 is matched to the fundamental wave and the impedance of the fundamental wave varies. Although the impedance of the harmonics is not matched, it fluctuates.

また、高調波のうち、主要な高調波である2倍波(2f0)のインピーダンスは図4の○内3に示すように高調波インピーダンスの周波数による広がりは大きい。   In addition, the impedance of the second harmonic (2f0), which is the main harmonic among the harmonics, has a large spread due to the frequency of the harmonic impedance as indicated by a circle 3 in FIG.

素子近傍整合回路4のワイヤ31、フィードスルー部32、リード33及びパッド領域部34は基本的に誘導性リアクタンス回路を形成しており、基本波インピーダンスは周波数によらず最適点近くに収束する。また、高調波インピーダンスは周波数によらず開放インピーダンス近くの最適点近くに収束する。すなわち、高周波増幅素子5の最大効率が得られる最適点付近に整合回路インピーダンスが収束する。   The wire 31, the feedthrough portion 32, the lead 33, and the pad region portion 34 of the element vicinity matching circuit 4 basically form an inductive reactance circuit, and the fundamental wave impedance converges near the optimum point regardless of the frequency. Further, the harmonic impedance converges near the optimum point near the open impedance regardless of the frequency. That is, the matching circuit impedance converges near the optimum point where the maximum efficiency of the high-frequency amplifying element 5 is obtained.

次に整合回路の基本波と高調波の最適点について説明する。図5は、図4に示したインピーダンスチャートの最適点の詳細を説明するインピーダンスチャートである。図5において、A部は基本波に対する最適点領域、B部は高調波に対する最適点領域であり、Γはそれぞれの周波数で出力側を見た整合回路インピーダンスとする。FLは高周波増幅素子5の帯域下限周波数、FHは高周波増幅素子5の帯域上限周波数である。図6は、高周波半導体素子5の増幅器としての周波数特性を説明する図である。図5、図6において最適点付近では、整合回路インピーダンスはA部拡大図の実線矢印で示すように基本波は低周波から高周波方向に向かって変化し、最適点も破線矢印で示すように移動する。   Next, the optimum points of the fundamental wave and harmonics of the matching circuit will be described. FIG. 5 is an impedance chart for explaining details of the optimum points of the impedance chart shown in FIG. In FIG. 5, part A is the optimum point region for the fundamental wave, part B is the optimum point region for the harmonics, and Γ is the matching circuit impedance when the output side is viewed at each frequency. FL is a band lower limit frequency of the high frequency amplifying element 5, and FH is a band upper limit frequency of the high frequency amplifying element 5. FIG. 6 is a diagram for explaining the frequency characteristics of the high-frequency semiconductor element 5 as an amplifier. 5 and 6, in the vicinity of the optimum point, the matching circuit impedance changes from the low frequency to the high frequency direction as indicated by the solid arrow in the enlarged view of part A, and the optimum point also moves as indicated by the broken line arrow. To do.

。同様に整合回路インピーダンスはB部拡大図の実線矢印で示すように高調波は低周波から高周波方向に向かって変化し、最適点も破線矢印で示すように移動する。   . Similarly, the matching circuit impedance changes from the low frequency to the high frequency direction as indicated by the solid line arrow in the enlarged view of part B, and the optimum point moves as indicated by the broken line arrow.

以上からこの発明の実施の形態1によれば開放スタブや短絡スタブを用いなくても最適点インピーダンス付近の高周波半導体素子5のインピーダンスに対応して、変成器と高調波インピーダンス調整線路3及び素子近傍整合回路4とを用いて高調波処理が可能となる。特に高調波に対するインピーダンスが高くなるので、高調波を開放インピーダンス近くの最適点近くに収束することが可能となり、基本波整合、高調波処理とも広帯域に行われることにより、広帯域に亘って高効率の高周波半導体増幅器を構成することが可能である。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, the transformer, the harmonic impedance adjustment line 3 and the vicinity of the element are provided corresponding to the impedance of the high-frequency semiconductor element 5 near the optimum point impedance without using an open stub or a short-circuit stub. Harmonic processing can be performed using the matching circuit 4. In particular, since the impedance to harmonics becomes high, it becomes possible to converge harmonics near the optimum point near open impedance, and both fundamental wave matching and harmonic processing are performed in a wide band, so that high efficiency can be achieved over a wide band. A high-frequency semiconductor amplifier can be configured.

実施の形態2.
実施の形態1では、素子近傍整合回路4にフィードスルー部32に直接ワイヤ31を接続したが実施の形態2では間接的に接続させた場合について図7を用いて説明する。図7は、実施の形態2による高周波半導体増幅器の模式パターン化した平面図である。図7において、35はワイヤ31を中継する小型中継基板(中継板)、36は小型中継基板35とフィードスルー部32とを接続するピッチを小さくすることにより高インダクタンスとしたワイヤである。その他構成は実施の形態1で説明した内容と同一とする。図中、図3と同一符号は同一又は相当部分を示す。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the wire 31 is directly connected to the feed-through portion 32 in the element vicinity matching circuit 4, but in the second embodiment, a case where the wire 31 is indirectly connected will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a schematic plan view of the high-frequency semiconductor amplifier according to the second embodiment. In FIG. 7, reference numeral 35 denotes a small relay board (relay plate) that relays the wire 31, and 36 denotes a wire that has a high inductance by reducing the pitch connecting the small relay board 35 and the feedthrough portion 32. Other configurations are the same as those described in the first embodiment. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same or corresponding parts.

実施の形態2によれば、小型中継基板35を介してワイヤ31及びワイヤ36でフィードスルー部32に接続するので、素子近傍整合回路4における誘導性リアクタンス成分を実施の形態1に比べて高く設定することもでき、ワイドバンドギャップ(WBG)素子などで比較的高い特性インピーダンスを保有する半導体チップ7であっても高調波インピーダンスの調整が可能である。   According to the second embodiment, since the wire 31 and the wire 36 are connected to the feedthrough portion 32 via the small relay board 35, the inductive reactance component in the element vicinity matching circuit 4 is set higher than that in the first embodiment. The harmonic impedance can be adjusted even in the semiconductor chip 7 having a relatively high characteristic impedance such as a wide band gap (WBG) element.

実施の形態3.
実施の形態1及び2では、パッケージ8に半導体チップ7を収納し、そのドレイン出力を外部基板6に接続したが、実施の形態3では、パッケージ内に半導体チップ7と整合回路とを収納した場合について図8を用いて説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, the semiconductor chip 7 is accommodated in the package 8 and the drain output thereof is connected to the external substrate 6. However, in the third embodiment, the semiconductor chip 7 and the matching circuit are accommodated in the package. Will be described with reference to FIG.

図8は実施の形態3による高周波半導体増幅器のブロック構成図である。図8において、80はパッケージ、90は裏面がパッケージと接触することで地導体を有するパッケージ80内に収納された内部基板であり、半導体チップ7以外の第1インピーダンス変成器1、第2インピーダンス変成器2、高調波インピーダンス調整線路3、素子近傍整合回路4を収納する出力整合回路を構成する。なお、動作・作用は実施の形態1で説明したものに準ずる。図中、図1と同一符号は同一又は相当部分を示す。   FIG. 8 is a block diagram of a high-frequency semiconductor amplifier according to the third embodiment. In FIG. 8, reference numeral 80 denotes a package, and 90 denotes an internal substrate housed in a package 80 having a ground conductor by contacting the back surface with the package. The first impedance transformer 1 and the second impedance transformer other than the semiconductor chip 7 are shown. And an output matching circuit that houses the harmonic impedance adjusting line 3 and the element vicinity matching circuit 4. The operation / action is similar to that described in the first embodiment. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.

実施の形態3によれば素子近傍整合回路4を含め、内部基板90側に出力整合回路を構成するので、半導体チップ7の特性インピーダンスに合わせた線路インピーダンスを形成すると共に高調波を抑圧することが可能である。   According to the third embodiment, since the output matching circuit is configured on the internal substrate 90 side including the element vicinity matching circuit 4, it is possible to form a line impedance that matches the characteristic impedance of the semiconductor chip 7 and suppress harmonics. Is possible.

実施の形態4.
実施の形態3では、パッケージ80に半導体チップ7と内部基板90とを分離して構成したが実施の形態4では、パッケージ内に半導体チップ7と出力整合回路とを一体化して収納した場合について図9を用いて説明する。
Embodiment 4 FIG.
In the third embodiment, the semiconductor chip 7 and the internal substrate 90 are separated from each other in the package 80. In the fourth embodiment, the semiconductor chip 7 and the output matching circuit are integrated and housed in the package. 9 will be used for explanation.

図9は、実施の形態4による高周波半導体増幅器のブロック構成図である。図9において、81はパッケージ、100はパッケージ81内に搭載した半導体チップ7、第1インピーダンス変成器1、第2インピーダンス変成器2、高調波インピーダンス調整線路3、素子近傍整合回路4を一体化して半導体基板に集積したMMIC(モノリシックマイクロ波集積回路)である。なお、動作・作用は実施の形態1で説明したものに準ずる。図中、図1と同一符号は同一又は相当部分を示す。 FIG. 9 is a block diagram of a high-frequency semiconductor amplifier according to the fourth embodiment. In FIG. 9, 81 is a package, 100 is a semiconductor chip 7 mounted in the package 81, the first impedance transformer 1, the second impedance transformer 2, the harmonic impedance adjustment line 3, and the element vicinity matching circuit 4 are integrated. An MMIC (monolithic microwave integrated circuit) integrated on a semiconductor substrate. The operation / action is similar to that described in the first embodiment. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.

実施の形態4によれば、半導体チップ7を含めてパッケージ81内にMMICを搭載したので超小型の高周波半導体増幅器を構成することができる。   According to the fourth embodiment, since the MMIC is mounted in the package 81 including the semiconductor chip 7, an ultra-small high-frequency semiconductor amplifier can be configured.

この発明の実施の形態1による高周波半導体増幅器のブロック構成図である。It is a block block diagram of the high frequency semiconductor amplifier by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による高周波半導体増幅器の線路インピーダンスと回路インピーダンスとを説明する図である。It is a figure explaining the line impedance and circuit impedance of the high frequency semiconductor amplifier by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による高周波半導体増幅器の模式パターン化した平面図である。1 is a plan view of a schematic pattern of a high-frequency semiconductor amplifier according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態1による高周波半導体増幅器の基本波及び高調波インピーダンスの軌跡を説明するインピーダンスチャートである。It is an impedance chart explaining the locus | trajectory of the fundamental wave and harmonic impedance of the high frequency semiconductor amplifier by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による高周波半導体増幅器のインピーダンスチャートである。It is an impedance chart of the high frequency semiconductor amplifier by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による高周波半導体増幅器の周波数特性を説明する図である。It is a figure explaining the frequency characteristic of the high frequency semiconductor amplifier by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2による高周波半導体増幅器の模式パターン化した平面図である。It is the top view which carried out the pattern pattern of the high frequency semiconductor amplifier by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3による高周波半導体増幅器のブロック構成図である。It is a block block diagram of the high frequency semiconductor amplifier by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4による高周波半導体増幅器のブロック構成図である。It is a block block diagram of the high frequency semiconductor amplifier by Embodiment 4 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・第1インピーダンス変成器 2・・第2インピーダンス変成器
3・・高調波インピーダンス調整線路 4・・素子近傍整合回路
5・・半導体増幅素子(増幅素子) 6・・外部基板
7・・素子チップ(半導体チップ) 8・・パッケージ(PKG)
9・・入力端子(高周波入力端子) 10・・出力端子(高周波出力端子)
21・・第1インピーダンス変成器領域のパターン
22・・第2インピーダンス変成器領域のパターン
23・・高調波インピーダンス調整線路領域のパターン
24・・素子近傍整合回路領域のパターン
31・・ワイヤ 32・・フィードスルー部 33・・リード
34・・外部基板側のパッド領域部
35・・小型中継基板(中継板) 36・・ワイヤ(高インダクタンスワイヤ)
80・・パッケージ(PKG) 81・・パッケージ(PKG) 90・・内部基板
100・・MMIC
1 .. First impedance transformer 2.. Second impedance transformer 3. Harmonic impedance adjustment line 4 .. Element vicinity matching circuit 5 .. Semiconductor amplification element (amplification element) 6 .. External substrate 7. Chip (semiconductor chip) 8. Package (PKG)
9. ・ Input terminal (high frequency input terminal) 10. ・ Output terminal (high frequency output terminal)
21.. First impedance transformer region pattern 22. Second impedance transformer region pattern 23. Harmonic impedance adjustment line region pattern 24... Element near matching circuit region pattern 31. Feedthrough part 33 ·· Lead 34 · · Pad area 35 on the external substrate side · · Small relay board (relay plate) 36 · · Wire (high inductance wire)
80..Package (PKG) 81..Package (PKG) 90..Internal substrate 100..MMIC

Claims (2)

入力端子から入力されたマイクロ波を所定のマイクロ波周波数帯域幅で増幅する半導体増幅素子と、出力端子側に配置され、前記マイクロ波周波数の1/4波長の長さで形成したマイクロストリップ線路構成の第1インピーダンス変成器と、この第1インピーダンス変成器に前置して配置され、前記マイクロ波周波数の1/4波長の長さで形成した前記第1インピーダンス変成器より幅広のマイクロストリップ線路構成の第2インピーダンス変成器と、この第2インピーダンス変成器と前記第1インピーダンス変成器とで変成されたインピーダンスと整合する前記第2インピーダンス変成器より幅広のマイクロストリップ線路構成の高調波インピーダンス調整線路と、この高調波インピーダンス調整線路に出力側が接続されると共に入力側が前記半導体増幅素子の出力と接続され、誘導性リアクタンス成分でインピーダンス変換する素子近傍整合回路とを備え、前記高調波インピーダンス調整線路は基本波に対するインピーダンスを維持し、高調波に対するインピーダンス変換を行い、前記素子近傍整合回路は基本波に対しては前記半導体増幅素子の特性インピーダンスと整合するようにインピーダンス変換して収束させ、高調波に対しては開放インピーダンス近傍となるようにインピーダンス変換して収束させる高周波半導体増幅器。 A semiconductor amplifying element that amplifies a microwave input from an input terminal with a predetermined microwave frequency bandwidth, and a microstrip line configuration that is arranged on the output terminal side and has a length of ¼ wavelength of the microwave frequency First impedance transformer, and a microstrip line configuration arranged in front of the first impedance transformer and wider than the first impedance transformer formed with a length of ¼ wavelength of the microwave frequency A second impedance transformer, and a harmonic impedance adjustment line having a microstrip line configuration wider than the second impedance transformer that matches the impedance transformed by the second impedance transformer and the first impedance transformer; The output side is connected to the harmonic impedance adjustment line and the input side is An element proximity matching circuit connected to the output of the semiconductor amplifying element and impedance-converting with an inductive reactance component, the harmonic impedance adjustment line maintains impedance for the fundamental wave, performs impedance conversion for the harmonic, The near-element matching circuit impedance-converts the fundamental wave so as to match the characteristic impedance of the semiconductor amplifying element and converges it, and converts the high-frequency wave to impedance and converge so that it is close to the open impedance. Semiconductor amplifier. 前記素子近傍整合回路の誘導性リアクタンス成分は、中継板を介して電気接続する線種の異なるワイヤのインダクタンスを含む請求項1に記載の高周波半導体増幅器。 The high frequency semiconductor amplifier according to claim 1, wherein the inductive reactance component of the near-element matching circuit includes an inductance of a wire of a different line type that is electrically connected via a relay plate.
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