JP2016058821A - 半導体増幅器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体増幅器は、半導体増幅素子と、出力端子と、出力整合回路と、出力バイアス回路と、を有する。出力整合回路は、ボンディングワイヤと、第1特性インピーダンスおよび第1電気長を有する第1伝送線路と、第2特性インピーダンスおよび第2電気長を有する第2伝送線路と、を有する。第1伝送線路の端部は、第2伝送線路の一方の端部に接続される。第2伝送線路の他方の端部は、出力端子に接続される。出力バイアス回路は、電気長が概ね90°となる第3伝送線路と、接地キャパシタと、電源端子と、を含む。第3伝送線路は、第2伝送線路において電気長が概ね45°となる位置に接続された一方の端部と接地キャパシタに接続された他方の端部とを有する。第1電気長は、上限周波数において90°以下である。
【選択図】図1
Description
図1は、第1の実施形態にかかる半導体増幅器の回路図である。
半導体増幅器5は、半導体増幅素子14と、入力整合回路12と、出力整合回路20と、出力バイアス回路34と、を有する。
半導体増幅器は、要求に対応した所定帯域を有する。帯域は、たとえば、電力付加効率がそのピーク値よりも所定量低下する下限周波数fLと上限周波数fHとの間として定義することができる。中心周波数fCは、略中心の周波数となる。基本波や高調波の負荷インピーダンスが所望の値から外れていく周波数では電力付加効率が低下する。
半導体増幅器5は、入力端子10と、入力整合回路12と、出力端子18と、をさらに有することができる。半導体増幅器5は、たとえば、破線に表すパッケージ内に搭載される。接地面は、たとえば、パッケージの底面側に設けることができる。
基本波(ここでは2.7〜3.3GHzで設計)では開放に近いインピーダンス、2倍波では短絡に近いインピーダンスとなっていることがわかる。
以下の図5〜図8は、第1の実施形態をにおいて、それぞれの基準面からみた負荷インピーダンスを示すスミス図である。なお、第1伝送線路16は第1電気長EL1=90°(@fH)として説明するが、第1電気長EL1≦90°(@fH)であればよい。また、fL=2.7GHz、fC=3GHz、fH=3.3GHzとする。また、それぞれのスミス図は、基本波のインピーダンスと比較しやすいように基本波のインピーダンスに近い特性インピーダンスZoで正規化されている。
バイアス回路34が2倍波では短絡に近いインピーダンスをもつ影響により、下限周波数fLの2倍の周波数2fL(=5.4GHz)におけるインピーダンスm4から上限周波数fHの2倍の周波数2fH(=6.6GHzにおけるインピーダンスm6までの負荷インピーダンスは、短絡インピーダンス(ゼロ)付近となっている。
第2伝送線路21の第2電気長EL2aは45°(@fC)である。2倍波において、第2伝送線路21は、4分の1波長インピーダンス変換器として作用する。このため周波数2fL(=5.4GHz)〜2fH(=6.6GHz)の間で、2倍波インピーダンスは、開放インピーダンスの近傍に集まる。
第1電気長EL1≦90°(@fH)とすることで、2倍波の負荷インピーダンスは、誘導性かつ開放インピーダンス近傍とすることができる。このため、2倍波インピーダンスは、2fL〜2fHの範囲で開放インピーダンス近傍にすることができる。
ボンディングワイヤ15の一方の端部15aは、半導体増幅素子14の出力電極(たとえばHEMTのドレイン電極)14bに接続される。基準面Q3における負荷インピーダンスにボンディングワイヤ15による誘導性リアクタンスが加算されるので、2倍波の負荷インピーダンスは開放インピーダンスの近傍にさらに集まる。この結果、高効率動作が容易となる。
図10(a)に表すように、出力バイアス回路134を構成する第3伝送線路130の一方の端部130aは、第2伝送線路121の他方の端部121bと出力端子118との接続位置Sに接続される。
図11(a)に表すように、出力バイアス回路134を構成する第3伝送線路130の一方の端部130aは、第1伝送線路116の一方の端部116aから他方の端部116bに向かって49.5°(@fH)離間した位置Tに接続される。
図11(d)は、半導体増幅素114子とボンディングワイヤ115との接続位置である基準面Q4からみた負荷インピーダンスを示すスミス図、である。2倍波の負荷インピーダンスは、帯域内のほとんどの周波数で、開放インピーダンスから乖離する。
第3伝送線路30の第3特性インピーダンスZC3は、半導体増幅素子14に電流を供給可能かつ細い線路幅を加工可能な範囲内で高くすることが好ましい。
Claims (3)
- 入力電極と出力電極とを有する半導体増幅素子と、
外部負荷が接続される出力端子と、
ボンディングワイヤと、第1特性インピーダンスおよび第1電気長を有する第1伝送線路と、第2特性インピーダンスおよび第2電気長を有する第2伝送線路と、を有する出力整合回路であって、前記ボンディングワイヤは前記出力電極に接続された一方の端部と前記第1伝送線路の一方の端部に接続された他方の端部とを有し、前記第1伝送線路の他方の端部は前記第2伝送線路の一方の端部に接続され、前記第2伝送線路の他方の端部が前記出力端子に接続された、出力整合回路と、
所定帯域内の中心周波数で電気長が概ね90°である第3伝送線路と、接地キャパシタと、電源端子と、を含む出力バイアス回路であって、前記第3伝送線路は前記第2伝送線路において前記一方の端部から前記他方の端部に向かって電気長が前記中心周波数で概ね45°である位置に接続された一方の端部と前記接地キャパシタに接続された他方の端部とを有し、前記電源端子は前記第3伝送線路の前記他方の端部に接続された、出力バイアス回路と、
を備え、
前記第1電気長は、前記所定帯域の上限周波数において90°以下であり、
前記第2特性インピーダンスは、前記第1特性インピーダンスよりも大きい、半導体増幅器。 - 前記第3特性インピーダンスは、前記第2特性インピーダンスよりも大きい請求項1記載の半導体増幅器。
- 前記半導体増幅素子は、窒化物系半導体、またはAlxGa1−xAs(0≦x≦1)系半導体からなる電界効果トランジスタである請求項1または2に記載の半導体増幅器。
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