JP2878900B2 - High power semiconductor amplifier - Google Patents
High power semiconductor amplifierInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、衛星通信，地上マイ
クロ波通信，移動体通信等に使用するＵＨＦ，ＳＨＦ帯
の高出力半導体増幅器に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a UHF and SHF band high-power semiconductor amplifier used for satellite communication, terrestrial microwave communication, mobile communication and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図５は、例えば、昭和６３年電子情報通
信学会春季全国大会Ｃ−６４５“２０ＧＨｚ帯外囲器入
り電力ＧａＡｓＦＥＴ”に示された従来の高出力半導体
増幅器の等価回路図である。図において、１は入力端
子、２は出力端子、３１〜３ｎは電界効果トランジスタ
（以下、ＦＥＴと略す）、４１〜４ｎは入力側１／４波
長分布定数線路、５１〜５ｎは出力側１／４波長分布定
数線路である。なお、従来の発表例は２個のＦＥＴを用
いる場合について記載しているが、図５はこれをｎ個の
ＦＥＴを用いる場合に拡張して示している。ここでは、
入力側１／４波長分布定数線路４１〜４ｎにより電力分
配器１０が構成され、出力側１／４波長分布定数線路５
１〜５ｎにより電力合成器２０が構成されている。2. Description of the Related Art FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a conventional high-power semiconductor amplifier shown in, for example, "Power GaAs FET with 20 GHz band envelope" C-645, National Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Spring 1988. . In the figure, 1 is an input terminal, 2 is an output terminal, 31 to 3n are field effect transistors (hereinafter abbreviated as FETs), 41 to 4n are input side 1/4 wavelength distribution constant lines, and 51 to 5n are output side 1 /. This is a four-wavelength distributed constant line. Although the conventional example describes the case where two FETs are used, FIG. 5 shows this expanded to the case where n FETs are used. here,
The power divider 10 is constituted by the input side quarter wavelength distribution constant lines 41 to 4n, and the output side quarter wavelength distribution constant line 5
The power combiner 20 is constituted by 1 to 5n.
【０００３】次に動作について説明する。入力端子１か
ら入力した信号は、入力側１／４波長分布定数線路４１
〜４ｎよりなる電力分配器１０を介して各ＦＥＴ３１〜
３ｎで増幅され、出力側１／４波長分布定数線路５１〜
５ｎよりなる電力合成器２０を介して出力端子２に出力
される。ＦＥＴ３１〜３ｎの入力インピーダンスを
Ｚin，出力インピーダンスをＺout，合成数をｎとし、
電源インピーダンスおよび負荷インピーダンスをＺoと
すると、入力側１／４波長分布定数線路４１〜４ｎの特
性インピーダンスＺ1と出力側１／４波長分布定数線路
５１〜５ｎの特性インピーダンスＺ2は次の式（１），
式（２）のように与えられる。Next, the operation will be described. The signal input from the input terminal 1 is input to the input side 1/4 wavelength distribution constant line 41.
Through FETs 31 through 4n.
3n, the output side 1/4 wavelength distribution constant lines 51 to 51
The signal is output to the output terminal 2 via the power combiner 20 composed of 5n. The input impedance of the FETs 31 to 3n is Z in , the output impedance is Z out , and the combined number is n.
If the source impedance and load impedance and Z o, the characteristic impedance Z 2 of the characteristic impedance of the input side quarter-wave distributed constant line 41 to 4n Z 1 and the output-side quarter-wave distributed constant line 51~5n following formula (1),
It is given as in equation (2).
【０００４】[0004]
【数１】 (Equation 1)
【０００５】また、この時の分布定数線路部分のインピ
ーダンス変換比は次のように与えられる。 入力側１／４波長分布定数線路のインピーダンス変換
比：ｎ×Ｚo／Ｚin 出力側１／４波長分布定数線路のインピーダンス変換
比：ｎ×Ｚo／Ｚout Ｚ1，Ｚ2を上記式（１），式（２）を満足するように設
定すると、ＦＥＴ３１〜３ｎの入力インピーダンスＺin
は電源インピーダンスＺoに，ＦＥＴ３１〜３ｎの出力
インピーダンスＺoutは負荷インピーダンスＺoにそれぞ
れインピーダンス整合され、入力電力は有効にＦＥＴ３
１〜３ｎに供給され、またＦＥＴ３１〜３ｎの出力電力
も有効に取り出される。At this time, the impedance conversion ratio of the distributed constant line portion is given as follows. Impedance transformation ratio of the input-side quarter-wave distributed constant line: n × Z o / Z in impedance transformation ratio of the output-side quarter-wave distributed constant line: n × Z o / Z out Z 1, Z 2 and the formula When setting is made so as to satisfy (1) and Expression (2), the input impedance Z in of the FETs 31 to 3n is obtained.
Is matched to the power supply impedance Z o , the output impedance Z out of the FETs 31 to 3n is matched to the load impedance Z o , and the input power is effectively
1 to 3n, and the output power of the FETs 31 to 3n is also effectively extracted.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】一般的に、増幅器の高
出力化を図る方法として次の（Ｉ），（II）がある。 （Ｉ）ゲート幅の大きなＦＥＴを使用する。 （II）合成数を増大する。 しかし、従来の高出力半導体増幅器では、（Ｉ）の場
合、Ｚin，Ｚoutが小さくなって分布定数線路部分のイ
ンピーダンス変換比が増大し、増幅器のインピーダンス
整合が狭帯域となる問題が生じる。また、（II）の場合
にも、ｎが大きくなって分布定数線路部分のインピーダ
ンス変換比が増大し、増幅器のインピーダンス整合が狭
帯域となる問題が生じる。Generally, there are the following methods (I) and (II) for increasing the output of an amplifier. (I) An FET having a large gate width is used. (II) Increase the number of synthesis. However, in the case of the conventional high-output semiconductor amplifier, in the case of (I), Z in and Z out are reduced, the impedance conversion ratio of the distributed constant line portion is increased, and there is a problem that the impedance matching of the amplifier has a narrow band. Also in the case of (II), there is a problem that the impedance conversion ratio of the distributed constant line portion increases due to the increase of n, and the impedance matching of the amplifier becomes narrower.
【０００７】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、高出力でインピーダンス整合が
広帯域な高出力半導体増幅器を得ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to obtain a high-output semiconductor amplifier having high output and wide impedance matching.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明に係る高出力半
導体増幅器は、電力分配器を、一端が半導体素子の入力
端子に接続され、信号周波数で約１／４波長の長さを有
する複数の分布定数線路と、当該分布定数線路に直列に
接続され一端が当該電力分配器の入力端子に接続される
抵抗とから構成したものである。In a high-power semiconductor amplifier according to the present invention, a power divider has one end connected to an input terminal of a semiconductor element and has a length of about 1/4 wavelength at a signal frequency.
A plurality of distributed constant lines you are those end connected in series to the distributed constant line has a resistor and connected to the input terminal of the power divider.
【０００９】[0009]
【作用】この発明において、分布定数線路は半導体素子
を見込むインピーダンスを電源インピーダンスから直列
抵抗の抵抗値を引いた値に変換すれば良く、分布定数線
路部分のインピーダンス変換比は小さくなる。その結
果、広帯域なインピーダンス整合が実現される。In the present invention, the distributed constant line only has to convert the impedance for the semiconductor element into a value obtained by subtracting the resistance value of the series resistance from the power supply impedance, and the impedance conversion ratio of the distributed constant line portion becomes small. As a result, wideband impedance matching is realized.
【００１０】[0010]
【実施例】実施例１．図１は、この発明の一実施例によ
る高出力半導体増幅器の等価回路図で、ｎ個のＦＥＴ３
１〜３ｎの出力を合成する場合について示しており、電
力合成器２０は図５の従来例と同一である。図におい
て、６１〜６ｎは直列抵抗、７１〜７ｎは分布定数線路
であり、各分布定数線路７１〜７ｎの一端は各ＦＥＴ３
１〜３ｎの入力端子に接続されており、各分布定数線路
７１〜７ｎに直列に接続された各抵抗６１〜６ｎの一端
が入力端子１に接続され、これらにより電力分配器１０
が構成されている。各分布定数線路７１〜７ｎは、信号
周波数で約１／４波長の長さに設定する。各直列抵抗６
１〜６ｎの抵抗値Ｒx，各分布定数線路７１〜７ｎの特
性インピーダンスＺxを次の式（３）を満足するように
定めると、当該高出力半導体増幅器は電源インピーダン
スＺoに整合される。[Embodiment 1] FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a high-power semiconductor amplifier according to an embodiment of the present invention.
This shows a case where outputs of 1 to 3n are combined, and the power combiner 20 is the same as the conventional example of FIG. In the figure, 61 to 6n are series resistors, 71 to 7n are distributed constant lines, and one end of each distributed constant line 71 to 7n is connected to each FET3.
1 to 3n, and one end of each of the resistors 61 to 6n connected in series to each of the distributed constant lines 71 to 7n is connected to the input terminal 1.
Is configured. Each of the distributed constant lines 71 to 7n is set to have a length of about １ ／ wavelength at the signal frequency. Each series resistance 6
1~6n of the resistance value R x, when determining the characteristic impedance Z x of the distributed constant line 71~7n so as to satisfy the following equation (3), the high output semiconductor amplifier is matched to the source impedance Z o .
【００１１】[0011]
【数２】 (Equation 2)
【００１２】この場合、入力側の分布定数線路部分のイ
ンピーダンス変換比は（ｎ×Ｚo−Ｒx）／Ｚinで与えら
れる。[0012] In this case, the impedance conversion ratio of the distributed constant line portion of the input side is given by (n × Z o -R x) / Z in.
【００１３】次に動作について説明する。式（３）を満
足するようにＲxとＺxを設定すると、高出力半導体増幅
器の入力側のインピーダンス整合が実現される。入力側
の分布定数線路部分のインピーダンス変換比は、この発
明では（ｎ×Ｚo−Ｒx）／Ｚin，従来例ではｎ×Ｚo／
Ｚi nである。この発明では、入力側の分布定数線路部分
でのインピーダンス変換比が小さくなり、入力側のイン
ピーダンス整合が広帯域となる。Next, the operation will be described. When R x and Z x are set so as to satisfy Expression (3), impedance matching on the input side of the high-power semiconductor amplifier is realized. Impedance transformation ratio of the distributed constant line portion of the input side, in the present invention (n × Z o -R x) / Z in, in the conventional example n × Z o /
Is Z i n. According to the present invention, the impedance conversion ratio in the distributed constant line portion on the input side is reduced, and the impedance matching on the input side is wide.
【００１４】実施例２．図２は、この発明の他の実施例
による高出力半導体増幅器の等価回路図であり、図中、
８は１個の直列抵抗、９１〜９ｎは分布定数線路で、こ
れらにより電力分配器１０が構成されている。この図２
もｎ個のＦＥＴ３１〜３ｎの出力を合成する場合につい
て示しており、電力合成器２０は図５の従来例と同一で
ある。直列抵抗８の抵抗値Ｒy，各分布定数線路９１〜
９ｎの特性インピーダンスＺyを次の式（４）を満足す
るように定めると、当該高出力半導体増幅器は電源イン
ピーダンスＺoに整合される。Embodiment 2 FIG. FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a high-power semiconductor amplifier according to another embodiment of the present invention.
Reference numeral 8 denotes one series resistor, and reference numerals 91 to 9n denote distributed constant lines, which constitute the power distributor 10. This figure 2
5 also shows a case where outputs of n FETs 31 to 3n are combined, and the power combiner 20 is the same as the conventional example of FIG. The resistance value R y of the series resistor 8, each distributed constant line 91-
When determining the characteristic impedance Z y of 9n so as to satisfy the following equation (4), the high output semiconductor amplifier is matched to the source impedance Z o.
【００１５】[0015]
【数３】 (Equation 3)
【００１６】この場合、入力側の分布定数線路部分のイ
ンピーダンス変換比はｎ×（Ｚo−Ｒy）／Ｚinで与えら
れる。この図２に示すように、本発明は複数個の分布定
数線路と１個の直列抵抗を用いる場合に適用しても良
い。[0016] In this case, the impedance conversion ratio of the distributed constant line portion of the input side is given by n × (Z o -R y) / Z in. As shown in FIG. 2, the present invention may be applied to a case where a plurality of distributed constant lines and one series resistor are used.
【００１７】実施例３．図３は、この発明の他の実施例
による高出力半導体増幅器の等価回路図であり、図中、
１０１，１０２は直列抵抗、１１１，１１２は第１の分
布定数線路、１２１〜１２４は第２の分布定数線路であ
り、これらにより電力分配器１０が構成されている。こ
の図３は４個のＦＥＴ３１〜３４の出力を合成する場合
について示しており、電力合成器２０は上記電力分配器
１０と同様に接続された第３の分布定数線路１３１〜１
３４および第４の分布定数線路１４１，１４２で構成さ
れている。第１の分布定数線路１１１，１１２と第２の
分布定数線路１２１〜１２４の線路長は、その和が信号
周波数で約１／４波長となるように設定している。ま
た、第２の分布定数線路１２１〜１２４の特性インピー
ダンスは第１の分布定数線路１１１，１１２の特性イン
ピーダンスの約２倍とする。これは電力合成器２０も同
様である。この図３に示すように、本発明は２個の分布
定数線路毎に１個の直列抵抗を設ける構成としても良
い。Embodiment 3 FIG. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a high-power semiconductor amplifier according to another embodiment of the present invention.
Reference numerals 101 and 102 denote series resistors, 111 and 112 denote first distributed constant lines, 121 to 124 denote second distributed constant lines, and these constitute the power distributor 10. FIG. 3 shows a case where the outputs of the four FETs 31 to 34 are combined, and the power combiner 20 includes third distributed constant lines 131 to 1 connected in the same manner as the power distributor 10.
34 and the fourth distributed constant lines 141 and 142. The line lengths of the first distributed constant lines 111 and 112 and the second distributed constant lines 121 to 124 are set such that the sum thereof is about 1/4 wavelength at the signal frequency. Further, the characteristic impedance of the second distributed constant lines 121 to 124 is about twice the characteristic impedance of the first distributed constant lines 111 and 112. The same applies to the power combiner 20. As shown in FIG. 3, the present invention may have a configuration in which one series resistor is provided for every two distributed constant lines.
【００１８】実施例４．図４は、この発明の他の実施例
による高出力半導体増幅器の構造図である。図中、１５
はパッケージ、１６１，１６２は誘電体基板、１７１，
１７２は薄膜抵抗、１８１，１８２は第１の入力側マイ
クロストリップ線路、１９１〜１９４は第２の入力側マ
クロストリップ線路、２０１〜２０４は第３の出力側マ
イクロストリップ線路、２１１，２１２は第４の出力側
マイクロストリップ線路である。この図４は分布定数線
路をマイクロストリップ線路で実現した場合を示してお
り、薄膜抵抗１７１，１７２と第１の入力側マイクロス
トリップ線路１８１，１８２及び第２の入力側マイクロ
ストリップ線路１９１〜１９４により電力分配器１０が
構成され、第３の出力側マイクロストリップ線路２０１
〜２０４及び第４の出力側マイクロストリップ線路２１
１，２１２により電力合成器２０が構成されている。前
記実施例３同様、第１の入力側マイクロストリップ線路
１８１，１８２と第２の入力側マイクロストリップ線路
１９１〜１９４の長さの和は信号周波数で約１／４波長
となるように設定している。Embodiment 4 FIG. FIG. 4 is a structural diagram of a high-power semiconductor amplifier according to another embodiment of the present invention. In the figure, 15
Denotes a package, 161, 162 denotes a dielectric substrate, 171,
172 is a thin film resistor, 181 and 182 are first input side microstrip lines, 191 to 194 are second input side macrostrip lines, 201 to 204 are third output side microstrip lines, and 211 and 212 are fourth side microstrip lines. Output side microstrip line. FIG. 4 shows a case where the distributed constant line is realized by a microstrip line. The thin film resistors 171 and 172, the first input side microstrip lines 181 and 182, and the second input side microstrip lines 191 to 194 are used. The power distributor 10 is configured, and a third output side microstrip line 201 is formed.
To 204 and the fourth output side microstrip line 21
The power combiner 20 is constituted by 1 and 212. As in the third embodiment, the sum of the lengths of the first input side microstrip lines 181 and 182 and the second input side microstrip lines 191 to 194 is set so as to be about ４ wavelength in signal frequency. I have.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、信号
周波数で約１／４波長の長さを有する分布定数線路に直
列に抵抗を装荷して電力分配器を構成したことにより、
分布定数線路部分のインピーダンス変換比を小さくする
ことができ、広帯域なインピーダンス整合を実現できる
効果がある。As described above, according to the present invention, the signal
By configuring a power divider by loading a resistor in series with a distributed constant line having a length of about 1/4 wavelength in frequency ,
The impedance conversion ratio of the distributed constant line portion can be reduced, and there is an effect that a wideband impedance matching can be realized.
【図１】この発明の一実施例による高出力半導体増幅器
の等価回路図である。FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a high-power semiconductor amplifier according to one embodiment of the present invention.
【図２】この発明の他の実施例による高出力半導体増幅
器の等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a high-power semiconductor amplifier according to another embodiment of the present invention.
【図３】この発明の他の実施例による高出力半導体増幅
器の等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a high-power semiconductor amplifier according to another embodiment of the present invention.
【図４】この発明の他の実施例による高出力半導体増幅
器の構造図である。FIG. 4 is a structural diagram of a high-power semiconductor amplifier according to another embodiment of the present invention.
【図５】従来の高出力半導体増幅器の等価回路図であ
る。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a conventional high-power semiconductor amplifier.
１ 入力端子 ２ 出力端子 １０ 電力分配器 ２０ 電力合成器 ３１〜３ｎ ＦＥＴ（半導体素子） ４１〜４ｎ 入力側１／４波長分布定数線路 ５１〜５ｎ 出力側１／４波長分布定数線路 ６１〜６ｎ，８，１０１，１０２ 直列抵抗 ７１〜７ｎ，９１〜９ｎ 分布定数線路 １１１，１１２ 第１の分布定数線路 １２１〜１２４ 第２の分布定数線路 １３１〜１３４ 第３の分布定数線路 １４１，１４２ 第４の分布定数線路 １５ パッケージ １６１，１６２ 誘電体基板 １７１，１７２ 薄膜抵抗 １８１，１８２ 第１の入力側マイクロストリップ線路 １９１〜１９４ 第２の入力側マイクロストリップ線路 ２０１〜２０４ 第３の出力側マイクロストリップ線路 ２１１，２１２ 第４の出力側マイクロストリップ線路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input terminal 2 Output terminal 10 Power divider 20 Power combiner 31-3n FET (semiconductor element) 41-4n Input side 1/4 wavelength distribution constant line 51-5n Output side 1/4 wavelength distribution constant line 61-6n, 8, 101, 102 Series resistance 71 to 7n, 91 to 9n Distributed constant line 111, 112 First distributed constant line 121 to 124 Second distributed constant line 131 to 134 Third distributed constant line 141, 142 Fourth Distributed constant line 15 Package 161, 162 Dielectric substrate 171, 172 Thin film resistor 181, 182 First input-side microstrip line 191 to 194 Second input-side microstrip line 201 to 204 Third output-side microstrip line 211 , 212 Fourth output side microstrip line
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 直 鎌倉市大船五丁目１番１号 三菱電機株 式会社 電子システム研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−283202（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−65104（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4367445（ＵＳ，Ａ) 米国特許4785267（ＵＳ，Ａ) 米国特許4556856（ＵＳ，Ａ) 昭和63年電子情報学会春季全国大会 Ｃ−721 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01P 5/12 G03F 3/60 G03F 3/68 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor, Naoki Takagi 5-1-1, Ofuna, Kamakura-shi Mitsubishi Electric Corporation Electronic Systems Laboratory (56) References JP-A-63-283202 (JP, A) Hei 5-65104 (JP, U) U.S. Patent 4,674,445 (US, A) U.S. Patent 4,785,267 (US, A) U.S. Patent 4,556,856 (US, A) Field (Int.Cl. 6 , DB name) H01P 5/12 G03F 3/60 G03F 3/68
Claims (1)
半導体素子の入力端子を接続し、これらの半導体素子の
出力端子にそれぞれ電力合成器の複数の入力端子を接続
し、電力分配器の入力端子に入力した電力を複数の半導
体素子で増幅し電力合成器の出力端子に取り出す高出力
半導体増幅器において、 上記電力分配器を、一端が半導体素子の入力端子に接続
され、信号周波数で約１／４波長の長さを有する複数の
分布定数線路と、当該分布定数線路に直列に接続され一
端が当該電力分配器の入力端子に接続される抵抗とから
構成したことを特徴とする高出力半導体増幅器。An input terminal of a semiconductor device is connected to a plurality of output terminals of a power divider, and a plurality of input terminals of a power combiner are connected to output terminals of these semiconductor devices. In a high-power semiconductor amplifier for amplifying power input to a terminal with a plurality of semiconductor elements and extracting the amplified power to an output terminal of a power combiner, one end of the power divider is connected to an input terminal of the semiconductor element, and a signal frequency is approximately 1 / 4 and a plurality of distributed constant lines that have a length of wavelength, high output, characterized in that one end is connected in series to the distributed constant line has a resistor and connected to the input terminal of the power divider Semiconductor amplifier.
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| JP4115391A JP2878900B2 (en) | 1992-04-08 | 1992-04-08 | High power semiconductor amplifier |
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1992
- 1992-04-08 JP JP4115391A patent/JP2878900B2/en not_active Expired - Fee Related
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