JP2010268113A - マイクロ波増幅器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 増幅素子と、この増幅素子に接続された整合回路と、を備え、この整合回路に対応した所定の動作帯域で増幅動作を行うものであって、前記整合回路は、前記増幅素子に接続された、キャパシタを含む第1のインピーダンス変成回路と、この第1のインピーダンス変成回路に直列に接続され、前記所定の動作帯域の周波数で(−90°+180°×n)以上で(180°×n)以下(nは正の整数)の電気長の伝送線路、および、この伝送線路の他端に並列接続されたキャパシタを含み、前記所定の動作帯域の周波数より低い共振周波数の直列共振回路、を有する第2のインピーダンス変成回路と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
図12を見ると分かるようにキャパシタの容量値のばらつき(以下Cばらつきとする)により反射特性が大きく変化している。例えば反射特性が-10dBとなる下限周波数のCばらつきによる変動は、この計算の範囲で約3.7GHzであり、周波数が大きく変化している。また、この従来構成のマイクロ波増幅器の設計動作帯域は30〜40GHzであり、この周波数範囲で反射特性が-10dB以下程度となることが望ましいものである。しかし、図示した範囲でCばらつきが生じると、反射特性が-5dB以上と大きくなる周波数が生じてしまう。このように、従来構成はインダクタとキャパシタからなる簡単な構成で広帯域な特性が得られる半面、Cばらつきによる周波数変動が大きいという問題がある。
増幅素子と、この増幅素子に接続された整合回路と、を備え、この整合回路に対応した所定の動作帯域で増幅動作を行うものであって、
前記整合回路は、
前記増幅素子に接続された、キャパシタを含む第1のインピーダンス変成回路と、
この第1のインピーダンス変成回路に直列に接続され、前記所定の動作帯域の周波数で(−90°+180°×n)以上で(180°×n)以下(nは正の整数)の電気長の伝送線路、および、この伝送線路の他端に並列接続されたキャパシタを含み、前記所定の動作帯域の周波数より低い共振周波数の直列共振回路、を有する第2のインピーダンス変成回路と、
を備えたことを特徴とするものである。
図1はこの発明の実施の形態1によるマイクロ波増幅器を示す回路構成図である。図1において、1は増幅素子であるFET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)、2は整合回路である入力整合回路、3は出力整合回路、4、7はインダクタ、5、8はキャパシタ、6は伝送線路である。インダクタ4とキャパシタ5を逆L形に接続して第1のインピーダンス変成回路9が構成されている。インダクタ7とキャパシタ8から直列共振回路10が構成され、伝送線路6とグランドの間に接続されている。伝送線路6と直列共振回路10とで第2のインピーダンス変成回路構成している。本実施例において、所定の動作帯域は30GHzから40GHzまでに設定されており、その中心周波数は35GHzである。図1において、FET1と入力整合回路2はMMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit:モノリシックマイクロ波集積回路)として集積化して作られている。また、キャパシタ5、8はMIM(Metal-Insulator-Metal)キャパシタで作られている。
Y2(ω0)=Y1(ω0)+jω0C1 ・・・(1)
Y1(ω0)=G(ω0)+jB(ω0) とおくと、
Y2=G+j(B+ω0C1) ・・・(2)
となる。ここで、Y2=Y2(ω0)、G=G(ω0)、B=B(ω0) である。
L≒Z tanθ/ω0 ・・・(3)
ここで、Lは等価インダクタンス、Zは伝送線路の特性インピーダンス、θは伝送線路の電気長である。
このように仮想的な負のインダクタを導くことができるのは、伝送線路6の電気長が90°以上180°以下となるように設定されているためである。
インピーダンス変成回路9によりアドミッタンスY2は実数に近い値となっているので、Y2の虚数部である B+ω0C1 は実数部 G に対し絶対値が小さくなっている。また、式(11)大括弧内の第一項において、分子の中括弧内の定数1は影響が小さく無視できる。したがって、先頭の負号も考慮すると、式(11)大括弧内の第一項は全体として負の値となっている。
図5はこの発明の実施の形態2によるマイクロ波増幅器を示す回路構成図である。図5において、1は増幅素子であるFET、2aは入力整合回路、3は出力整合回路、4、6−L、7はインダクタ、5、6−C、8はキャパシタである。インダクタ4とキャパシタ5を逆L形に接続してインピーダンス変成回路9が構成されている。インダクタ6−Lとキャパシタ6−Cから第1の直列共振回路が構成され、インダクタ7とキャパシタ8から第2の直列共振回路10が構成されている。第1の直列共振回路の共振周波数はマイクロ波増幅器の動作帯域の中心周波数よりも高く設定されており、第2の直列共振回路の共振周波数はマイクロ波増幅器の動作帯域の中心周波数よりも低く設定されている。キャパシタ5、6−C、8はMIMキャパシタで作られている。
図6はこの発明の実施の形態3によるマイクロ波増幅器を示す回路構成図である。図6において、1はFET、2bは入力整合回路、3は出力整合回路、7、12はインダクタ、8、11はキャパシタ、6は伝送線路であり、キャパシタ11とインダクタ12を逆L形に接続してインピーダンス変成回路9が構成されている。インダクタ7とキャパシタ8から直列共振回路10が構成され、伝送線路6とグランドの間に接続されている。キャパシタ8、11はMIMキャパシタで作られている。
図8はこの発明の実施の形態4によるマイクロ波増幅器を示す回路構成図である。図8において、1はFET、2、13は入力整合回路、3は出力整合回路、4、7、14、17はインダクタ、5、8、15、18はキャパシタ、6、16は伝送線路であり、インダクタ4とキャパシタ5からインピーダンス変成回路9、インダクタ14とキャパシタ15からインピーダンス変成回路19が構成されており、インダクタ7とキャパシタ8から直列共振回路10、インダクタ17とキャパシタ18から直列共振回路20が構成されている。キャパシタ5、8、15、18はMIMキャパシタで作られている。
図9はこの発明の実施の形態5によるマイクロ波増幅器を示す回路構成図である。図で対称性をもつものに対しては、一般に1a、1bのように符号を付加している。1a、1bの両方を総称して適宜1と呼ぶ。また、伝送線路などのように分割しても同様の動作を示すものに対して、一般に分割した線路を6−1、6−2のように符号を付加し、両方を総称して適宜6と呼ぶ。図9において、1はFET、2cは入力整合回路、3は出力整合回路、4、7はインダクタ、5、8はキャパシタ、6は伝送線路であり、インダクタ4とキャパシタ5からインピーダンス変成回路9が構成されており、インダクタ7とキャパシタ8から直列共振回路10が構成されている。キャパシタ5、8はMIMキャパシタで作られている。
2、2a、2b、2c、13 入力整合回路
3 出力整合回路
4、4a、4b、6−L、7、12、14、17、21 インダクタ
5、5a、5b、6−C、8、11、15、18、22 キャパシタ
6、6−1a、6−1b、6−2、16 伝送線路
9、9a、9b、19 インピーダンス変成回路
10、20 直列共振回路
Claims (8)
- 増幅素子と、この増幅素子に接続された整合回路と、を備え、この整合回路に対応した所定の動作帯域で増幅動作を行うマイクロ波増幅器であって、
前記整合回路は、
前記増幅素子に接続された、キャパシタを含む第1のインピーダンス変成回路と、
この第1のインピーダンス変成回路に直列に接続され、前記所定の動作帯域の周波数で(−90°+180°×n)以上で(180°×n)以下(nは正の整数)の電気長の伝送線路、および、この伝送線路の他端に並列接続されたキャパシタを含み、前記所定の動作帯域の周波数より低い共振周波数の直列共振回路、を有する第2のインピーダンス変成回路と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波増幅器。 - 増幅素子と、この増幅素子に接続された整合回路と、を備え、この整合回路に対応した所定の動作帯域で増幅動作を行うマイクロ波増幅器であって、
前記整合回路は、
前記増幅素子に接続された、キャパシタを含む第1のインピーダンス変成回路と、
この第1のインピーダンス変成回路に直列に接続され、前記所定の動作帯域の周波数より高い共振周波数の第1の直列共振回路、および、この第1の直列共振回路の他端に並列接続されたキャパシタを含み、前記所定の動作帯域の周波数より低い共振周波数の第2の直列共振回路、を有する第2のインピーダンス変成回路と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波増幅器。 - 上記第1のインピーダンス変成回路は、前記増幅素子に直列接続されたインダクタと、このインダクタに並列接続されたキャパシタを含むことを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記載のマイクロ波増幅器。
- 上記第1のインピーダンス変成回路は、前記増幅素子に直列接続されたキャパシタと、このキャパシタに並列接続されたインダクタを含むことを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記載のマイクロ波増幅器。
- 上記整合回路を複数個縦続接続したことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のマイクロ波増幅器。
- 上記増幅素子を複数個並列合成したことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載のマイクロ波増幅器。
- 上記整合回路は、上記増幅素子の入力部および/または出力部に接続されたことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載のマイクロ波増幅器。
- 前記所定の動作帯域の前期周波数は、前記所定の動作帯域の中心周波数であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載のマイクロ波増幅器。
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