JP2012015731A - High frequency multistep active circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、高周波帯において用いられるインターデジタルキャパシタなどの直列キャパシタ素子で生じる地板間寄生キャパシタンスを抑圧し、その寄生キャパシタンスに起因する高域周波数帯での通過量劣化を抑圧する高周波多段能動回路に関するものである。 The present invention relates to a high-frequency multistage active circuit that suppresses parasitic capacitance between ground planes generated in a series capacitor element such as an interdigital capacitor used in a high-frequency band, and suppresses deterioration in passing amount in a high-frequency band due to the parasitic capacitance. Is.
多段能動回路において、その段間整合回路にはインピーダンス整合の機能のほか、前後段の能動デバイスへのバイアス電圧印加、および同バイアス電圧を分離するDCカットの機能が求められ、それらの機能を実現する素子として直列キャパシタが用いられる。高周波帯において直列のキャパシタを実現する手段の一つとして、誘電体基板上で一対のくし型の導体電極パターンを対向させたインターデジタルキャパシタがある(例えば、非特許文献1参照)。 In a multistage active circuit, the matching circuit between the stages is required to have an impedance matching function, a bias voltage application to the active device in the front and rear stages, and a DC cut function that separates the bias voltage. A series capacitor is used as an element to perform. One means for realizing a series capacitor in a high-frequency band is an interdigital capacitor in which a pair of comb-shaped conductor electrode patterns are opposed to each other on a dielectric substrate (for example, see Non-Patent Document 1).
インターデジタルキャパシタについて図5を参照しながら説明する。図5は、インターデジタルキャパシタの構成を示す図である。同図(a)は上面、同図(b)は側面をそれぞれ示す。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。 The interdigital capacitor will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the interdigital capacitor. The figure (a) shows an upper surface and the figure (b) shows a side surface, respectively. In the following, in each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
図5において、インターデジタルキャパシタは、誘電体基板21と、入出力端子22a、22bと、くし型電極23a、23bと、地板導体24とが設けられている。
In FIG. 5, the interdigital capacitor includes a
このインターデジタルキャパシタは、誘電体基板21上において一対の長さ1/4波長未満のくし型の導体電極パターン23a、23bが対向して形成される。入出力端子22a、22bは、高周波信号が入出力される。また、誘電体基板21の裏面には地板導体24が形成されており、入出力端子22a、22bは地板導体24と併せてマイクロストリップ線路を構成している。くし型電極23a、23bは、およそ数十μmの微小な距離で互いに対向、近接して配置されており、その間にキャパシタが形成され、それは入出力端子22a、22bからみると直列のキャパシタとなる。
In the interdigital capacitor, a pair of comb-shaped
しかしながら、上述したインターデジタルキャパシタは、所望の直列キャパシタンス成分に加えて、くし型電極23a、23bと地板導体24の間にシャントのキャパシタンス成分が寄生的に生じる。このシャントのキャパシタンス成分は低域通過、高域遮断型の特性を呈するため、インターデジタルキャパシタを多段能動回路に適用した場合、その高域周波数帯において特性劣化が生じてしまうという問題点があった。
However, in the above-described interdigital capacitor, a shunt capacitance component is parasitically generated between the
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、インターデジタルキャパシタに対してシャントにインダクタンスを接続することでキャパシタが有するシャントの寄生キャパシタンス成分を相殺することができ、高域周波数帯における特性劣化を抑圧することができる高周波多段能動回路を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and by connecting an inductance to the shunt with respect to the interdigital capacitor, the parasitic capacitance component of the shunt of the capacitor can be offset. An object of the present invention is to obtain a high-frequency multi-stage active circuit capable of suppressing characteristic deterioration in a frequency band.
本発明に係る高周波多段能動回路は、前段能動デバイス及び後段能動デバイス間に接続された段間インピーダンス整合回路を備えた高周波多段能動回路であって、前記段間インピーダンス整合回路は、誘電体基板上に形成された一対のくし型電極から構成されるインターデジタルキャパシタと、前記くし型電極の高周波信号の伝送方向の入出力側に接続された誘導性スタブとを有し、前記誘導性スタブは、前段能動デバイス及び後段能動デバイスに前記誘導性スタブを介してバイアス電圧を印加するためのバイアス印加端子を含むものである。 A high-frequency multistage active circuit according to the present invention is a high-frequency multistage active circuit including an interstage impedance matching circuit connected between a front-stage active device and a rear-stage active device, and the interstage impedance matching circuit is provided on a dielectric substrate. An interdigital capacitor composed of a pair of comb-shaped electrodes, and an inductive stub connected to the input / output side of the comb-shaped electrode in the high-frequency signal transmission direction, A bias application terminal for applying a bias voltage to the front-stage active device and the rear-stage active device via the inductive stub is included.
本発明に係る高周波多段能動回路によれば、インターデジタルキャパシタに対してシャントにインダクタンスを接続することでキャパシタが有するシャントの寄生キャパシタンス成分を相殺することができ、高域周波数帯における特性劣化を抑圧することができる。 According to the high-frequency multistage active circuit of the present invention, the parasitic capacitance component of the shunt of the capacitor can be canceled by connecting the inductance to the shunt with respect to the interdigital capacitor, and the characteristic deterioration in the high frequency band is suppressed. can do.
以下、本発明の高周波多段能動回路の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the high-frequency multistage active circuit of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る高周波多段能動回路について図1から図3まで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に係る高周波多段能動回路の構成を示す図である。また、図2は、この発明の実施の形態1に係る高周波多段能動回路の等価回路を示す図である。なお、図1は、2段増幅器の段間部分のみを描いたものである。
Embodiment 1 FIG.
A high-frequency multistage active circuit according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a diagram showing a configuration of a high-frequency multistage active circuit according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the high-frequency multistage active circuit according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 illustrates only the interstage part of the two-stage amplifier.
図1において、この発明の実施の形態1に係る高周波多段能動回路は、前段電界効果トランジスタ(FET)(前段能動デバイス)10と、段間インピーダンス整合回路20と、後段電界効果トランジスタ(FET)(後段能動デバイス)30とが設けられている。
1, the high-frequency multistage active circuit according to Embodiment 1 of the present invention includes a front-stage field effect transistor (FET) (front-stage active device) 10, an interstage
また、前段電界効果トランジスタ10と段間インピーダンス整合回路20の間、段間インピーダンス整合回路20と後段電界効果トランジスタ30の間は、導体ワイヤ4a、4bにより接続されている。なお、前段電界効果トランジスタ10の入力側、後段電界効果トランジスタ30の出力側にもインピーダンス整合回路が適宜接続されるものとする。
段間インピーダンス整合回路20は、裏面に地板導体24が形成された誘電体基板21と、入出力端子22a、22bと、インターデジタルキャパシタを構成するくし型電極23a、23bと、トランジスタ10、30にバイアス電圧を印加するためのバイアス印加端子25a、25bと、マイクロストリップ線路26a、26bと、MIM(Metal-Insulator-Metal)キャパシタ27a、27bと、スルーホール28a、28bと、一部省略(22a−23a、22b−23b間)したマイクロストリップ線路とが設けられている。
The interstage impedance matching
なお、図1中のマイクロストリップ線路26a、26bの線路長さdは、高周波多段能動回路の動作周波数において4分の1波長未満となっている。この線路長さdは、入出力端子22a(22b)とくし型電極23a(23b)の間のマイクロストリップ線路を構成する金属導体パターンの上端から、MIMキャパシタ27a(27b)の中心までの距離である。
Note that the line length d of the
つぎに、この実施の形態1に係る高周波多段能動回路の動作について図面を参照しながら説明する。図3は、この発明の実施の形態1に係る高周波多段能動回路の利得の周波数特性を示す図である。 Next, the operation of the high-frequency multistage active circuit according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram showing the frequency characteristics of the gain of the high-frequency multistage active circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
まず、図1において、MIMキャパシタ27a、27bと、スルーホール28a、28bにより、多段増幅器である高周波多段能動回路の動作周波帯で電気的接地点が形成される。それにより、マイクロストリップ線路26a、26bは、その一端が電気的に接地された誘導性スタブとして機能する。
First, in FIG. 1, an electrical ground point is formed by the
なお、前述したように、くし型電極23a、23bからなるインターデジタルキャパシタは、直列キャパシタンス成分に加えて、シャントの寄生キャパシタンス成分を有する。このインターデジタルキャパシタは、サセプタンス素子としてインピーダンス整合回路の構成要素として機能していることに加えて、その直流阻止特性により前段電界効果トランジスタ10及び後段電界効果トランジスタ30の各々へのバイアス電圧の相互干渉を防ぐ、いわゆるDCカット素子としても機能している。
As described above, the interdigital capacitor including the
一般に、多段増幅器においては段間のDCカット素子が必須となり、その容量値の設定においては単に増幅器の動作周波数でそのサセプタンスが十分大きくなるようその容量値を十分大きく取るが、ここでは適度な容量値として当該キャパシタ素子の物理寸法を小さく抑えると共に、DCカット兼インピーダンス整合素子として活用している。 In general, in a multistage amplifier, an interstage DC cut element is indispensable, and in setting the capacitance value, the capacitance value is set to be sufficiently large so that the susceptance is sufficiently large at the operating frequency of the amplifier. As a value, the physical dimension of the capacitor element is kept small, and the capacitor element is used as a DC cut / impedance matching element.
図2の等価回路中、Lpは誘導性スタブのインダクタンス、またCrfはMIMキャパシタ27a、27bのキャパシタンスで多段増幅器の動作周波数においてそのサセプタンスは十分大きいものとする。また図2中、CとCpは、それぞれインターデジタルキャパシタの直列キャパシタンスと、シャントのキャパシタンス成分を表している。
In the equivalent circuit of FIG. 2, Lp is the inductance of the inductive stub, and Clf is the capacitance of the
ここで、シャントのキャパシタンスは、一般に低域通過型の素子であるため、インターデジタルキャパシタ単体の通過量は周波数の増加につれて減少することになる。よって、図2中のインダクタンスLpが無いとすると(Lp=∞)、多段増幅器の利得はCpによってその高域周波数端で低下してしまう。それに対して、本実施の形態1にあるようにインダクタンスLpを有する誘導性スタブを付加し、多段増幅器の動作周波数の高域端fHにおいて、次の式(1)の並列共振条件を満たすようにLpを与えることにより、fHにてキャパシタンスCpを流れる電流が0となるため、上述した高域周波数端fHにおける利得劣化を抑圧することが可能となる。 Here, since the capacitance of the shunt is generally a low-pass element, the passing amount of the interdigital capacitor alone decreases as the frequency increases. Therefore, if there is no inductance Lp in FIG. 2 (Lp = ∞), the gain of the multistage amplifier is reduced at the high frequency end by Cp. On the other hand, an inductive stub having an inductance Lp is added as in the first embodiment so that the parallel resonance condition of the following equation (1) is satisfied at the high frequency end fH of the operating frequency of the multistage amplifier. By giving Lp, the current flowing through the capacitance Cp becomes 0 at fH, so that it is possible to suppress the above-described gain deterioration at the high frequency end fH.
(2πfH)2=1/(LpCp) (1) (2πfH) 2 = 1 / (LpCp) (1)
図3には、Lp≠∞としてその値を式(1)により与えた本実施の形態1の場合Aと、Lp=∞とした場合Bにおける高周波多段能動回路の利得の周波数特性を示す。本実施の形態1により、高域周波数端における利得劣化を抑圧できることが分かる。 FIG. 3 shows the frequency characteristics of the gain of the high-frequency multistage active circuit in the case A of the first embodiment where Lp ≠ ∞ and the value is given by the equation (1) and in the case B where Lp = ∞. It can be seen that the first embodiment can suppress the gain deterioration at the high frequency end.
また、図1において、FET10、30へのバイアス電圧は、誘導性スタブにより電気的短絡点を形成するMIMキャパシタ27a、27b及びスルーホール28a、28bの外部より印加される。この電気的短絡点は、高周波多段能動回路の動作周波数では十分にインピーダンスの小さな点となるため、その外部に電源回路を接続しても当該回路の高周波特性には影響を与えない。よって、本実施の形態1に含まれる誘導性スタブは、高周波多段能動回路のFET10、30へのバイアス印加端子としても機能するため、別途バイアス回路を設ける必要がなくなる。
In FIG. 1, the bias voltage to the
このように、段間インピーダンス整合用素子かつDCカット素子として、多段増幅器である高周波多段能動回路の段間インピーダンス整合回路に誘導性スタブを装荷したインターデジタルキャパシタを用いることにより、回路全体の小型化が図れると共に、同キャパシタの有する寄生的な地板間キャパシタンス成分を相殺して多段増幅器の高域周波数帯での利得低下を抑圧することが可能となる。 In this way, as an interstage impedance matching element and a DC cut element, an interdigital capacitor loaded with an inductive stub is used in the interstage impedance matching circuit of a high-frequency multistage active circuit that is a multistage amplifier, thereby reducing the size of the entire circuit. In addition, the parasitic ground plane capacitance component of the capacitor can be canceled, and the gain reduction in the high frequency band of the multistage amplifier can be suppressed.
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る高周波多段能動回路について図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2に係る高周波多段能動回路の構成を示す図である。
Embodiment 2. FIG.
A high-frequency multistage active circuit according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a high-frequency multistage active circuit according to Embodiment 2 of the present invention.
図4において、この発明の実施の形態2に係る高周波多段能動回路は、前段電界効果トランジスタ(FET)(前段能動デバイス)10と、段間インピーダンス整合回路20Aと、後段電界効果トランジスタ(FET)(後段能動デバイス)30とが設けられている。
4, the high-frequency multistage active circuit according to Embodiment 2 of the present invention includes a front-stage field effect transistor (FET) (front-stage active device) 10, an interstage
また、前段電界効果トランジスタ10と段間インピーダンス整合回路20Aの間、段間インピーダンス整合回路20Aと後段電界効果トランジスタ30の間は、導体ワイヤ4a、4bにより接続されている。なお、前段電界効果トランジスタ10の入力側、後段電界効果トランジスタ30の出力側にもインピーダンス整合回路が適宜接続されるものとする。
段間インピーダンス整合回路20Aは、裏面に地板導体24が形成された誘電体基板21と、入出力端子22a、22bと、インターデジタルキャパシタを構成するくし型電極23a、23bと、トランジスタ10、30にバイアス電圧を印加するためのバイアス印加端子25a、25bと、マイクロストリップ線路26a、26bと、MIM(Metal-Insulator-Metal)キャパシタ27a、27bと、スルーホール28a、28bと、入出力端子22a−くし型電極23a間、及び入出力端子22b−くし型電極23b間のマイクロストリップ線路とが設けられている。
The interstage
なお、図4中のマイクロストリップ線路26a、26bの線路長さdは、高周波多段能動回路の動作周波数において4分の1波長未満となっている。この線路長さdは、くし型電極23a、23bを構成する金属導体パターンの上端から、MIMキャパシタ27a、27bの中心までの距離である。
Note that the line length d of the
つぎに、この実施の形態2に係る高周波多段能動回路の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the high-frequency multistage active circuit according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.
段間インピーダンス整合回路20Aは、上記の実施の形態1と同様に、インターデジタルキャパシタと誘導性スタブを含む点で同一であるが、誘導性スタブがインターデジタルキャパシタに接続される位置が実施の形態1とは異なる。
Similar to the first embodiment, the interstage
上記の実施の形態1では、誘導性スタブがくし型電極23a、23bの要(かなめ)の部分、つまり、くし型電極23a、23bの高周波信号の伝送方向の入出力側に接続されていたが、それに対して、この実施の形態2では、くし型電極23a、23bのコーナー部、つまり、くし型電極23a、23bの高周波信号の伝送方向と直交する上方の側(一方の片側)に接続されている。
In the first embodiment, the inductive stub is connected to the main part of the comb-shaped
このような構成を採り、かつ式(1)に従い誘導性スタブのインダクタンスLpを与えることにより、実施の形態1と同様に、高域周波数帯での通過量の劣化を抑圧する効果を得つつ、さらに高周波信号の伝送方向の回路寸法、つまり図4上で横方向の回路寸法をより一層低減することが可能となる。しかし、誘導性スタブをくし型電極23a、23bのコーナー部に接続することにより、各々のくし間での電圧、電流分布の均一性が乱れる場合があるため、その具体設計における煩雑さは実施の形態1にある容量性回路に比べてやや増大してしまう。
By adopting such a configuration and giving the inductance Lp of the inductive stub according to the equation (1), while obtaining the effect of suppressing the deterioration of the passing amount in the high frequency band as in the first embodiment, Furthermore, the circuit dimension in the transmission direction of the high frequency signal, that is, the circuit dimension in the horizontal direction on FIG. 4 can be further reduced. However, connecting the inductive stubs to the corners of the
このように、インターデジタルキャパシタのくし型電極23a、23bのコーナー部に誘導性スタブを装荷することにより、回路寸法の増大を極力抑えつつ同キャパシタの有する寄生的な地板間キャパシタンス成分を相殺し、その高域周波数帯での通過量の低下を抑圧することが可能となる。
In this way, by loading inductive stubs at the corners of the interdigital
上記の実施の形態1や、実施の形態2では、直列キャパシタとして、インターデジタルキャパシタを用いることを説明したが、このインターデジタルキャパシタに代えて、チップコンデンサ、MIM(Metal-Insulator-Metal)キャパシタ、あるいは一対の先端開放型の電極パターンを近接して構成されるギャップキャパシタを用いても良い。 In the first embodiment and the second embodiment, it has been described that an interdigital capacitor is used as a series capacitor, but instead of this interdigital capacitor, a chip capacitor, a MIM (Metal-Insulator-Metal) capacitor, Alternatively, a gap capacitor configured by adjoining a pair of open-ended electrode patterns may be used.
4a、4b 導体ワイヤ、10 前段電界効果トランジスタ、20 段間インピーダンス整合回路、20A 段間インピーダンス整合回路、21 誘電体基板、22a、22b 入出力端子、23a、23b くし型電極、24 地板導体、25a、25b バイアス印加端子、26a、26b マイクロストリップ線路、27a、27b MIMキャパシタ、28a、28b スルーホール、30 後段電界効果トランジスタ。 4a, 4b Conductor wire, 10 Pre-stage field effect transistor, 20-stage impedance matching circuit, 20A Inter-stage impedance matching circuit, 21 Dielectric substrate, 22a, 22b Input / output terminal, 23a, 23b Comb electrode, 24 Ground plane conductor, 25a , 25b Bias application terminal, 26a, 26b Microstrip line, 27a, 27b MIM capacitor, 28a, 28b Through-hole, 30 Subsequent field effect transistor.
Claims (3)
前記段間インピーダンス整合回路は、
誘電体基板上に形成された一対のくし型電極から構成されるインターデジタルキャパシタと、
前記くし型電極の高周波信号の伝送方向の入出力側に接続された誘導性スタブとを有し、
前記誘導性スタブは、
前段能動デバイス及び後段能動デバイスに前記誘導性スタブを介してバイアス電圧を印加するためのバイアス印加端子を含む
ことを特徴とする高周波多段能動回路。 A high-frequency multistage active circuit comprising an interstage impedance matching circuit connected between a front stage active device and a backstage active device,
The interstage impedance matching circuit is:
An interdigital capacitor composed of a pair of comb-shaped electrodes formed on a dielectric substrate;
An inductive stub connected to the input / output side of the comb electrode high-frequency signal transmission direction,
The inductive stub is
A high-frequency multi-stage active circuit comprising a bias application terminal for applying a bias voltage to the front-stage active device and the rear-stage active device via the inductive stub.
前記くし型電極の高周波信号の伝送方向の入出力側に接続された誘導性スタブに代えて、
前記くし型電極の高周波信号の伝送方向と直交する一方の片側に接続された誘導性スタブを有する
ことを特徴とする請求項1記載の高周波多段能動回路。 The interstage impedance matching circuit is:
Instead of the inductive stub connected to the input / output side of the comb electrode high-frequency signal transmission direction,
The high frequency multistage active circuit according to claim 1, further comprising an inductive stub connected to one side of the comb electrode that is orthogonal to a transmission direction of the high frequency signal.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の高周波多段能動回路。 3. The high-frequency multistage active circuit according to claim 1, wherein a chip capacitor, an MIM capacitor, or a gap capacitor formed by adjoining a pair of open-ended electrode patterns is used instead of the interdigital capacitor. .
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