JP2015149594A - マイクロ波増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】ドレインバイアス回路の線路幅を確保しつつ、ドレインバイアス回路の特性インピーダンスを高くすることが可能なマイクロ波増幅器を提供する。
【解決手段】マイクロ波増幅器は、信号を増幅する増幅素子と、入力基板の上に設けられ、増幅素子のゲート端子に信号を入力する第１のマイクロ波ストリップ線路と、第１のマイクロストリップ線路に接続し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第１のλ／４線路を有するゲートバイアス回路と、出力基板の上に設けられ、増幅素子のドレイン端子から信号を出力する第２のマイクロストリップ線路と、第２のマイクロストリップ線路に接続し、出力基板の誘電体層の下層に空間を有し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第２のλ／４線路を有するドレインバイアス回路と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、マイクロ波増幅器に関する。

従来のマイクロ波増幅器は、増幅素子のゲート端子にゲートバイアス電圧を印加し、ドレイン端子にドレインバイアス電圧を印加し、ゲート端子から入力した信号を増幅してドレイン端子から出力する。

信号を伝送する伝送路は、マイクロ波の損失を抑えるためにマイクロストリップ線路によって形成され、インピーダンスを一定にしてある。

ゲートバイアス電圧とドレインバイアス電圧とはこのマイクロストリップ線路に印加する必要がある。ここで、マイクロ波の伝送に影響を与えないように、ゲートバイアス電圧を供給するゲートバイアス回路と、ドレインバイアス電圧を供給するドレインバイアス回路と、は特性インピーダンスがマイクロストリップ線路の特性インピーダンスより高くすることが望ましい。

ゲートバイアス回路は、電流を多く流さないため、線路幅を細くして特性インピーダンスを高くすることができる。

一方ドレインバイアス回路は、増幅素子に電流を多く流す必要がある。従って、流す電流に応じて線路幅が定まり、線路幅を細くすることによって特性インピーダンスを高くするという方法はとれない。

特開平５−３２７３７２号公報

従って、ドレインバイアス回路の線路幅を確保しつつ、ドレインバイアス回路の特性インピーダンスを高くすることが可能なマイクロ波増幅器が求められている。

上記の課題を解決するために、信号を増幅する増幅素子と、入力基板の上に設けられ、増幅素子のゲート端子に信号を入力する第１のマイクロ波ストリップ線路と、第１のマイクロストリップ線路に接続し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第１のλ／４線路を有するゲートバイアス回路と、出力基板の上に設けられ、増幅素子のドレイン端子から信号を出力する第２のマイクロストリップ線路と、第２のマイクロストリップ線路に接続し、出力基板の誘電体層の下層に空間を有し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第２のλ／４線路を有するドレインバイアス回路と、を備えるマイクロ波増幅器を提供する。

マイクロ波増幅器の構成を示す図である。 マイクロ波増幅器の図１におけるＡＡ線断面図である。 応用例に係るマイクロ波増幅器１の図１におけるＡＡ線断面図である。

以下、マイクロ波増幅器の一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

本実施形態のマイクロ波増幅器は、信号を増幅する増幅素子と、入力基板の上に設けられ、増幅素子のゲート端子に信号を入力する第１のマイクロ波ストリップ線路と、第１のマイクロストリップ線路に接続し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第１のλ／４線路を有するゲートバイアス回路と、出力基板の上に設けられ、増幅素子のドレイン端子から信号を出力する第２のマイクロストリップ線路と、第２のマイクロストリップ線路に接続し、出力基板の誘電体層の下層に空間を有し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第２のλ／４線路を有するドレインバイアス回路と、を備える。

図１は、マイクロ波増幅器１の構成を示す図である。図２は、マイクロ波増幅器１の図１におけるＡＡ線断面図である。図１及び図２に示すように、マイクロ波増幅器１は、増幅素子１７と、入力基板１１の上に設けられ、増幅素子１７のゲート端子１７Ａに信号を入力する第１のマイクロストリップ線路３１と、第１のマイクロストリップ線路３１に接続し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第１のλ／４線路１６を有するゲートバイアス回路１４と、出力基板１２の上に設けられ、増幅素子１７のドレイン端子１７Ｂから信号を出力する第２のマイクロストリップ線路３２と、第２のマイクロストリップ線路３２に接続し、出力基板１２のベース金属層２０１及び導体パターン２０２がベース金属層２０１を貫通しないように除去され、伝送する信号の波長の１／４の長さの第２のλ／４線路１８を有するドレインバイアス回路１９と、を備える。

増幅素子１７はマイクロ波を増幅する素子である。増幅素子１７は、例えばＧａＡｓ、ＧａＮなどの半導体素子を用いることができる。

入力基板１１及び出力基板１２は、金属によって形成されるベース金属層２０１と、ベース金属層２０１の第１の面に形成される導体パターン２０２と、導体パターン２０２の表面に設けられる誘電体層２０３と、を備える。

増幅素子１７のゲート端子１７Ａは、リードを介して第１のマイクロストリップ線路３１に接続する。第１のマイクロストリップ線路３１は直流成分を除去するコンデンサ１５を備える。

ゲートバイアス回路１４は、第１のマイクロストリップ線路３１に接続し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第１のλ／４線路１６を有し、ゲートバイアス電圧を印加する。

第１のλ／４線路１６は、特性インピーダンスを第１のマイクロストリップ線路３１の特性インピーダンスより高くなるように線路幅が第１のマイクロストリップ線路３１より細い。

増幅素子１７のドレイン端子１７Ｂは、リードを介して第２のマイクロストリップ線路３２に接続する。第２のマイクロストリップ線路３２は直流成分を除去するコンデンサ２０を備える。

ドレインバイアス回路１９は、第２のマイクロストリップ線路３２に接続し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第２のλ／４線路１８を有し、ドレインバイアス電圧を印加する。

第２のλ／４線路１８は一端が第２のマイクロストリップ線路３２に接続し、他端にコンデンサを有する。このコンデンサ２１は、第１の端子が第２のλ／４線路１８の端部に接続し、第２の端子が接地する。このコンデンサ２１は高周波信号がドレインバイアス回路１９に漏れ出すのを防止する。

第２のλ／４線路１８は、線路幅Ｗと、線路の厚さｔと、誘電体層の厚さｈと、誘電体層２０３の比誘電率ε_ｒによって近似される特性インピーダンスＺ_０が、第２のマイクロストリップ線路３２の特性インピーダンスより十分高くなるように線路幅Ｗと、線路の厚さｔと、が定められる。

本実施形態においては、第２のλ／４線路１８の特性インピーダンスＺ_０をさらに高くするために、第２のマイクロストリップ線路３２の下層のベース金属層２０１に空間２０４を設ける。

空気の比誘電率は誘電体層の比誘電率よりを小さいために、第２のλ／４線路１８特性インピーダンスＺ_０をさらに高くすることが可能である。

空間２０４は第２のλ／４線路１８の全域Ｌ１にわたって設けられる。空間２０４の幅Ｗ１は線路幅Ｗより広いことが望ましい。

ドレインバイアス回路１９は、第２のλ／４線路１８に接続する線路Ｌ２の下層のベース金属層２０１に空間２０４をさらに設けてもよい。

空間２０４の深さＤは、伝送線路が実現する範囲で深いほどよい。ここで、伝送線路が実現する範囲とは、伝送線路として機能する線路を形成することができる範囲を意味する。

図３は、応用例に係るマイクロ波増幅器１の図１におけるＡＡ線断面図である。図１及び図３に示すように、マイクロ波増幅器１は、増幅素子１７と、入力基板１１の上に設けられ、増幅素子１７のゲート端子１７Ａに信号を入力する第１のマイクロストリップ線路３１と、第１のマイクロストリップ線路３１に接続し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第１のλ／４線路１６を有するゲートバイアス回路１４と、出力基板１２の上に設けられ、増幅素子１７のドレイン端子１７Ｂから信号を出力する第２のマイクロストリップ線路３２と、第２のマイクロストリップ線路３２に接続し、出力基板１２のベース金属層２０１、導体パターン２０２、及び誘電体層２０３がベース金属層２０１及び誘電体層２０３を貫通しないように除去され、伝送する信号の波長の１／４の長さの第２のλ／４線路１８を有するドレインバイアス回路１９と、を備える。

増幅素子１７はマイクロ波を増幅する素子である。増幅素子１７は、例えばＧａＡｓ、ＧａＮなどの半導体素子を用いることができる。

入力基板１１及び出力基板１２は、金属によって形成されるベース金属層２０１と、ベース金属層２０１の第１の面に形成される導体パターン２０２と、導体パターン２０２の表面に設けられる誘電体層２０３と、を備える。

増幅素子１７のゲート端子１７Ａは、リードを介して第１のマイクロストリップ線路３１に接続する。第１のマイクロストリップ線路３１は直流成分を除去するコンデンサ１５を備える。

ゲートバイアス回路１４は、第１のマイクロストリップ線路３１に接続し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第１のλ／４線路１６を有する。

第１のλ／４線路１６は、特性インピーダンスを第１のマイクロストリップ線路３１の特性インピーダンスより高くなるように線路幅が第１のマイクロストリップ線路３１より狭い。

増幅素子１７のドレイン端子１７Ｂは、リードを介して第２のマイクロストリップ線路３２に接続する。第２のマイクロストリップ線路３２は直流成分を除去するコンデンサ２０を備える。

ドレインバイアス回路１９は、第２のマイクロストリップ線路３２に接続し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第２のλ／４線路１８を有する。

第２のλ／４線路１８は一端が第２のマイクロストリップ線路３２に接続し、他端にコンデンサを有する。このコンデンサ２１は、第１の端子が第２のλ／４線路１８の端部に接続し、第２の端子が接地する。このコンデンサ２１は高周波信号がドレインバイアス回路１９に漏れ出すのを防止する。

第２のλ／４線路１８は、線路幅Ｗと、線路の厚さｔと、誘電体層の厚さｈと、誘電体層２０３の比誘電率ε_ｒによって近似される特性インピーダンスＺ_０が、第２のマイクロストリップ線路３２の特性インピーダンスより十分高くなるように線路幅Ｗと、線路の厚さｔと、が定められる。

本実施形態においては、第２のλ／４線路１８の特性インピーダンスＺ_０をさらに高くするために、第２のマイクロストリップ線路３２の下層の誘電体層２０３に空間２０４Ａと、第２のマイクロストリップ線路３２の下層のベース金属層２０１に空間２０４Ａと連結した空間２０４と、を設ける。

空気の比誘電率は誘電体層の比誘電率よりを小さいために、第２のλ／４線路１８特性インピーダンスＺ_０をさらに高くすることが可能である。

空間２０４及び空間２０４Ａは第２のλ／４線路１８の全域Ｌ１にわたって設けられる。空間２０４及び空間２０４Ａの幅Ｗ１は線路幅Ｗより広いことが望ましい。

ドレインバイアス回路１９は、第２のλ／４線路１８に接続する線路Ｌ２の下層のベース金属層２０１に空間２０４及び空間２０４Ａをさらに設けてもよい。

空間２０４の深さＤは、伝送線路が実現する範囲で深いほどよい。空間２０４Ａの深さＤ１は、伝送線路が実現する範囲で深いほどよい。

空間２０４Ａは誘電体層２０３を貫通しないため、第２のλ／４線路１８は誘電体層２０３と全域にわたって接触している。

ドレインバイアス回路１９は、第２のλ／４線路１８に接続する線路Ｌ２の下層のベース金属層２０１及び誘電体層２０３に空間２０４及び空間２０４Ａをさらに設けてもよい。

以上述べたように、マイクロ波増幅器１は、増幅素子１７と、入力基板１１の上に設けられ、増幅素子１７のゲート端子１７Ａに信号を入力する第１のマイクロストリップ線路３１と、第１のマイクロストリップ線路３１に接続し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第１のλ／４線路１６を有するゲートバイアス回路１４と、出力基板１２の上に設けられ、増幅素子１７のドレイン端子１７Ｂから信号を出力する第２のマイクロストリップ線路３２と、第２のマイクロストリップ線路３２に接続し、出力基板１２の誘電体層２０３の下層に空間２０４を有し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第２のλ／４線路１８を有するドレインバイアス回路１９と、を備える。

従って、ドレインバイアス回路１９の線路幅Ｗを確保しつつ、ドレインバイアス回路１９の特性インピーダンスＺ_０を高くすることが可能となるという効果がある。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１７：増幅器
１７Ｂ：ドレイン端子
１８：第２のλ／４線路
１９：ドレインバイアス回路
２０１：ベース金属層
２０２：導体パターン
２０３：誘電体層
２０４：空間

Claims (4)

1. 信号を増幅する増幅素子と、
   入力基板の上に設けられ、前記増幅素子のゲート端子に信号を入力する第１のマイクロストリップ線路と、
   前記第１のマイクロストリップ線路に接続し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第１のλ／４線路を有するゲートバイアス回路と、
   出力基板の上に設けられ、前記増幅素子のドレイン端子から信号を出力する第２のマイクロストリップ線路と、
   前記第２のマイクロストリップ線路に接続し、前記出力基板の誘電体層の下層に空間を有し、伝送する信号の波長の１／４の長さの第２のλ／４線路を有するドレインバイアス回路と、
   を備えるマイクロ波増幅器。
2. 前記空間は、
   前記出力基板の導体パターンを設けず、ベース金属層を貫通しないように設けないことにより形成される請求項１記載のマイクロ波増幅器。
3. 前記空間は、
   前記出力基板の導体パターンを設けず、ベース金属層を貫通しないように設けず、前記出力基板の前記誘電体層の一部を、前記第２のマイクロストリップ線路が全域にわたって前記誘電体層に接触を維持したまま除去した形状である請求項１記載のマイクロ波増幅器。
4. 前記ドレインバイアス回路は、
   前記第２のλ／４線路に接続する線路の下層の前記ベース金属層に前記空間をさらに有する請求項２又は請求項３に記載のマイクロ波増幅器。

Images