JP2953394B2 - Design method of high frequency power amplifier circuit - Google Patents

Design method of high frequency power amplifier circuit

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JP2953394B2 JP23464496A JP23464496A JP2953394B2 JP 2953394 B2 JP2953394 B2 JP 2953394B2 JP 23464496 A JP23464496 A JP 23464496A JP 23464496 A JP23464496 A JP 23464496A JP 2953394 B2 JP2953394 B2 JP 2953394B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体デバイス
を用い、F級動作を実現するマイクロ波電力増幅回路で
必要となる整合回路、特に第2高調波の制御を考慮した
整合回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a matching circuit required for a microwave power amplifying circuit for realizing class F operation using a semiconductor device, and more particularly to a matching circuit in consideration of control of a second harmonic. .

【0002】[0002]

【従来の技術】無線用送信機においては、その消費電力
の大部分が高出力電力増幅器で消費される。送信電力に
変換されないエネルギーは熱になって消費される。高出
力電力増幅器の効率が低い場合は、発熱量が多くなり、
装置の性能を保つためには、増大した発熱量に応じた放
熱器を取り付けなければならない。また、半導体デバイ
スを高温で動作させると、寿命も短くなり、信頼性も落
ちる。特に、排熱環境が厳しい宇宙空間や、地上用途で
も放熱器を大きくできない場合に構造設計上大きな問題
となる。
2. Description of the Related Art In a radio transmitter, most of the power consumption is consumed by a high output power amplifier. Energy that is not converted to transmission power is consumed as heat. When the efficiency of the high output power amplifier is low, the amount of heat generated increases,
In order to maintain the performance of the device, a radiator corresponding to the increased heat value must be installed. In addition, operating a semiconductor device at a high temperature shortens its life and lowers its reliability. In particular, when the heat radiator cannot be enlarged even in the space space where the exhaust heat environment is severe or in the terrestrial use, it becomes a major problem in the structural design.

【0003】このような理由から、増幅器の効率を上
げ、発熱量を低く抑える必要がある。増幅器の効率を上
げるための回路が種々研究されているが、F級増幅器は
その一つである。
[0003] For these reasons, it is necessary to increase the efficiency of the amplifier and to suppress the heat generation. Various circuits have been studied for increasing the efficiency of the amplifier, and a class F amplifier is one of them.

【0004】F級増幅器は増幅素子の出力端子を入力信
号の基本波及び奇数次高調波に対して開放、偶数次高調
波に対して短絡として、増幅器内部で発生する偶数次高
調波が上記短絡点からの反射波と打ち消しあって該偶数
次高調波の電力の消費がほとんど無くなるようにしたも
のである。
In the class F amplifier, the output terminal of the amplifying element is opened to the fundamental wave and odd-order harmonics of the input signal, and short-circuited to the even-order harmonics, so that even-order harmonics generated inside the amplifier are short-circuited. The power consumption of the even-order harmonic is almost eliminated by canceling out the reflected wave from the point.

【0005】図1〜図3は、従来のF級増幅器の構成図
である。1は半導体増幅素子、2は該増幅素子の出力端
子、3は基本波整合回路、4は基本波の2n次高調波で
短絡となる高調波制御回路で、ショート・スタブあるい
はオープン・スタブなどのストリップ・ラインにより分
布定数回路で構成されたものである。
FIGS. 1 to 3 are block diagrams of a conventional class F amplifier. 1 is a semiconductor amplifying element, 2 is an output terminal of the amplifying element, 3 is a fundamental wave matching circuit, 4 is a harmonic control circuit that is short-circuited by the 2nth harmonic of the fundamental wave, such as a short stub or open stub. It is composed of a distributed constant circuit by strip lines.

【0006】図1は、前記高調波制御回路をショート・
スタブで実現した場合を示す。前記高調波制御回路をシ
ョート・スタブで作ると、直流的にはカットし高周波で
短絡にするために、スタブの先端に、図の如くコンデン
サ5を設ける必要がある。このコンデンサとスタブは通
常金線で繋がれるが、この金線はインダクタとして作用
し、金線とコンデンサ、金線とスタブの間には寄生成分
が発生するので、ショート・スタブの動作解析は複雑と
なる。
FIG. 1 shows a short circuit of the harmonic control circuit.
Shown below is the case of realizing with a stub. If the harmonic control circuit is made of a short stub, it is necessary to provide a capacitor 5 at the tip of the stub as shown in FIG. This capacitor and stub are usually connected by a gold wire, but this gold wire acts as an inductor, and parasitic components are generated between the gold wire and the capacitor, and between the gold wire and the stub, so the operation analysis of the short stub is complicated. Becomes

【0007】従って、この構成では、基本波で無限大、
偶数次高調波で短絡となるインピーダンスを実現するこ
とはそれほど易しくない。また、偶数次高調波では、ス
タブの長さが基本波に対してλ0 /4(λ0 ;基本波の
波長)となるため、オープン・スタブに比較して長くな
り、小型化が難しい。
Therefore, in this configuration, the fundamental wave is infinite,
It is not so easy to realize an impedance that is short-circuited by even-order harmonics. Further, in the even-order harmonics, the stub length lambda 0/4 with respect to the fundamental wave; for a (lambda 0 the wavelength of the fundamental wave), increases as compared to the open stub is difficult miniaturization.

【0008】図2〜図3は、前記高調波制御回路をオー
プン・スタブで実現した場合で、基本波のλ0 /8(λ
0 ;基本波の波長)のオープン・スタブ6を用いる。オ
ープン・スタブで作製すると、コンデンサを使わないの
で寄生成分が発生しないし、スタブの長さが基本波に対
してλ0 /8となるので小型である。従って、前記短絡
点を作るためには、ショート・スタブよりオープン・ス
タブを用いる方が好ましい。
[0008] FIGS. 3, in case of realizing the harmonic control circuit in an open stub, the fundamental wave λ 0/8
0 ; wavelength of the fundamental wave). When making an open stub, parasitics do not occur because without a capacitor, a small since the length of the stub is lambda 0/8 with respect to the fundamental wave. Therefore, it is preferable to use an open stub rather than a short stub to make the short-circuit point.

【0009】このオープン・スタブは基本波で容量性の
負荷となり、そのまま基本波の設計を行うと、特に図2
の場合この容量分だけ基本波に対する整合回路が設計値
からずれが生じてしまう。しかし、このずれに対して、
どのような位相で設計すればよいかについて述べた文献
は無い。従って、回路設計は前記オープン・スタブを基
本波整合回路の後に接続する図3の構成の方が容易であ
る。
This open stub becomes a capacitive load due to the fundamental wave.
In this case, the matching circuit for the fundamental wave deviates from the design value by this amount of capacitance. However, for this shift,
There is no literature that describes what phase should be used for designing. Therefore, the circuit design is easier in the configuration of FIG. 3 in which the open stub is connected after the fundamental wave matching circuit.

【0010】また従来、図3と同様の構成で、半導体素
子の出力側にλ0 /4からなる基本波整合回路を設け、
該基本波整合回路の出力端子に基本波f0 で共振する並
列共振回路からなる高調波制御回路を接続した構成が知
られている。該構成において、並列共振回路は基本波で
開放、2倍波、3倍波で短絡となり、F級動作を実現し
ている。基本波整合回路としてλ0 /4の分布定数回路
を用いた場合、該基本波整合回路は第2高調波に対して
λ/2となるので、前記の如く基本波整合回路の出力端
が短絡となるならば、入力端も短絡となるのである。
[0010] Conventionally, the same configuration as FIG. 3, provided fundamental matching circuit consisting of lambda 0/4 on the output side of the semiconductor element,
Configured whereby a harmonic control circuit comprising a parallel resonance circuit which resonates at the fundamental wave f 0 to the output terminal of the fundamental wave matching circuit is known. In this configuration, the parallel resonance circuit is opened by the fundamental wave, short-circuited by the second harmonic, and short-circuited by the third harmonic, thereby realizing class F operation. When using a distributed constant circuit lambda 0/4 as a fundamental wave matching circuit, since the fundamental wave matching circuit is lambda / 2 with respect to the second harmonic, the output end of the as fundamental matching circuit is a short circuit If so, the input terminal is also short-circuited.

【0011】しかし、前記高調波制御回路を基本波整合
回路の入力端、出力端のいずれに結合するにしても、該
結合点から実際のFETの出力端までは、金線とか上記
短絡部までのストリップ線路とかが存在し、正確にFE
T素子の出力端を短絡しているわけではない。
However, regardless of whether the harmonic control circuit is connected to the input terminal or the output terminal of the fundamental wave matching circuit, from the connection point to the actual output terminal of the FET, a gold wire or the short-circuit portion is required. Strip line and so on, FE accurately
This does not mean that the output terminal of the T element is short-circuited.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
な観点に基づき、従来考慮されていなかった、高調波制
御回路の短絡点から実際の半導体素子(FET)出力端
との間に存在する位相差に着目し、実際の半導体素子
(FET)出力端で第2高調波が短絡となるように、該
半導体素子の出力端から上記短絡点までの伝送線路の長
さ(位相)を調整して、半導体素子内部で発生した第2
高調波と上記短絡点からの反射波が丁度打ち消し合うよ
うにしたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Based on such a viewpoint, the present invention exists between a short-circuit point of a harmonic control circuit and an actual output terminal of a semiconductor device (FET), which has not been considered in the prior art. Focusing on the phase difference, adjust the length (phase) of the transmission line from the output end of the semiconductor element to the short-circuit point so that the second harmonic is short-circuited at the actual output end of the semiconductor element (FET). And the second generated inside the semiconductor element
The harmonic wave and the reflected wave from the short-circuit point just cancel each other.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この発明のマイクロ波電
力増幅回路の設計方法は、半導体素子の出力側基本波整
合回路の入力端もしくは出力端に、第2高調波に対して
短絡点となるオープンスタブを接続し、半導体素子にお
ける該短絡点からの反射波の位相を反転させて該半導体
素子の第2高調波を抑制するマイクロ波電力増幅回路に
おいて、前記オープンスタブと伝送線路(マイクロスト
リップ・ライン)との結合点を変えたT字型のストリッ
プ・ライン(スタブ基板)を複数個作り、該T字型のス
トリップ・ライン(スタブ基板)を前記半導体を含むパ
ッケージの出力端と前記出力側基本波整合回路の入力端
の間もしくは前記出力側基本波整合回路の出力端に1個
づつ個別に接続して上記増幅回路の電力効率を測定する
ことにより、前記半導体素子と前記短絡点間に存在する
前記パッケージ内の浮遊インピーダンスの影響を加味し
た最適電力効率の前記T字型のストリップ・ライン(ス
タブ基板)を求め、該求めたT字型のストリップ・ライ
ンに対応する形状で前記第2高調波を抑制する回路を構
成して、前記半導体を含むパッケージの出力端と前記オ
ープンスタブの間の位相を最適電力効率となるように調
整したことを特徴とする。さらに、前記半導体素子がF
ETであり、前記増幅回路がF級である。
According to a method of designing a microwave power amplifier circuit of the present invention, a short-circuit point for a second harmonic is provided at an input terminal or an output terminal of an output-side fundamental wave matching circuit of a semiconductor device. In a microwave power amplifying circuit for connecting an open stub and inverting the phase of a reflected wave from the short-circuit point in the semiconductor element to suppress the second harmonic of the semiconductor element, the open stub and the transmission line (microstrip. A plurality of T-shaped strip lines (stub substrates) having different coupling points with the output end of the package including the semiconductor and the output side. By individually connecting the input terminals of the fundamental wave matching circuit or the output terminals of the output side fundamental wave matching circuit one by one and measuring the power efficiency of the amplifier circuit, The T-shaped strip line (stub substrate) having the optimum power efficiency taking into account the effect of stray impedance in the package existing between the conductor element and the short-circuit point is obtained, and the obtained T-shaped strip line is obtained. Wherein a circuit that suppresses the second harmonic is configured in a shape corresponding to the above, and the phase between the output terminal of the package including the semiconductor and the open stub is adjusted so as to have optimal power efficiency. . Further, the semiconductor element is F
ET, and the amplifier circuit is of class F.

【0014】[0014]

【0015】この発明に係るマイクロ波電力増幅回路
は、半導体増幅素子の出力側基本波整合回路の入力端、
もしくは出力端で、第2高調波に対して短絡となる高調
波制御回路を接続し、半導体増幅素子(FET)内部で
発生した第2高調波と前記短絡点からの反射波が丁度打
ち消し合うように該高調波制御回路の反射位相を調整す
ることにより、半導体素子の電力効率を最大にできる効
果がある。
The microwave power amplifying circuit according to the present invention comprises: an input terminal of an output-side fundamental wave matching circuit of a semiconductor amplifying element;
Alternatively, a harmonic control circuit that short-circuits the second harmonic is connected at the output end so that the second harmonic generated inside the semiconductor amplifying element (FET) and the reflected wave from the short-circuit point cancel each other. By adjusting the reflection phase of the harmonic control circuit, the power efficiency of the semiconductor element can be maximized.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1〜図3の従来例は、この発明
の基本的構成を示す。図1〜図2は、基本波整合回路3
の前に高調波制御回路を設けた例である。図1は、50
Ω線路(マイクロストリップライン)とショート・スタ
ブを用い、図2〜図3の高調波制御回路は50Ω線路と
オープン・スタブで構成される。
1 to 3 show a basic configuration of the present invention. 1 and 2 show a fundamental wave matching circuit 3.
This is an example in which a harmonic control circuit is provided before. FIG.
Using a Ω line (microstrip line) and a short stub, the harmonic control circuit shown in FIGS. 2 to 3 is composed of a 50 Ω line and an open stub.

【0017】図3は、基本波整合回路3の後に高調波制
御回路(オープン・スタブ)を設けた例である。図3の
構成の方が、図2の構成よりもオープン・スタブが基本
波整合回路に与える影響が少ないので、この発明の基本
的構成としてはより好適である。
FIG. 3 shows an example in which a harmonic control circuit (open stub) is provided after the fundamental wave matching circuit 3. The configuration of FIG. 3 is more preferable as the basic configuration of the present invention because the open stub has less influence on the fundamental wave matching circuit than the configuration of FIG.

【0018】ただし、この発明は図3のみならず、ショ
ート・スタブを用いた図1のものやオープン・スタブを
基本波整合回路の前に接続した図2のものにも適用する
ことができる。
However, the present invention can be applied not only to FIG. 3 but also to FIG. 1 using a short stub and FIG. 2 using an open stub connected before a fundamental wave matching circuit.

【0019】上記基本的構成は、従来知られている。し
かし、これら従来例は原理的には正しいが、具体的にマ
イクロ波電力増幅回路を作ると、第2高調波の短絡回路
を設けないものと比較して、さほど電力効率の向上が見
られないという欠点があった。
The above basic configuration is conventionally known. However, these conventional examples are correct in principle, but when a microwave power amplifier circuit is specifically made, the power efficiency is not so much improved as compared with a circuit without a second harmonic short circuit. There was a disadvantage.

【0020】それは、実際のマイクロ波電力増幅回路に
おいては、前記高調波制御回路による短絡点と半導体増
幅素子(FET)の増幅部分との間に金線(リード線)
とか伝送線路(ストリップ・ライン)が存在し、該金線
とか伝送線路のインダクタンスの影響で、半導体増幅素
子(FET)の増幅部分において、第2高調波が正確に
反対位相になっていないことに起因するものである。高
調波の反射位相は、50Ω線路を進んだ波がオープン・
スタブで反射され、信号源に戻るまでの伝送距離によっ
て決まる。
In an actual microwave power amplifying circuit, a gold wire (lead wire) is provided between a short-circuit point by the harmonic control circuit and an amplifying portion of a semiconductor amplifying element (FET).
Or the presence of a transmission line (strip line), and the second harmonic is not exactly in opposite phase in the amplifying portion of the semiconductor amplifying device (FET) due to the influence of the gold wire or the inductance of the transmission line. It is caused. The reflection phase of the harmonic wave is such that the wave traveling through the 50Ω line is open.
It is determined by the transmission distance before being reflected by the stub and returning to the signal source.

【0021】この点に着目し、この発明は図4に示す如
く、オープンスタブとマイクロストリップ・ラインとの
結合点を変えたT字型のストリップ・ライン(図4の
(イ)、(ロ))を複数個作り、該T字型のストリップ
・ラインをFET素子を含むパッケージと基本波整合回
路を形成するλ0 /4のマイクロストリップ・ラインの
間、あるいは上記基本波整合回路と出力端との間に挿入
して電力効率を測定した。
Focusing on this point, as shown in FIG. 4, the present invention provides a T-shaped strip line in which the connection point between the open stub and the microstrip line is changed ((A) and (B) in FIG. 4). ) a plurality making, the T-shaped strip line between the lambda 0/4 microstrip line to form a package and fundamental matching circuit including an FET element, or with the fundamental matching circuit and an output terminal And the power efficiency was measured.

【0022】図4において、7〜9は誘電体基板、11
は50Ωマイクロストリップライン、1は半導体素子
(FET)、3、10は基本波整合回路、12は入力
端、13は出力端、14、15はバイヤス回路である。
誘電体基板7上にはT字型状にオープンスタブが形成さ
れており、該誘電体基板7は前述の如く、同図(イ)、
(ロ)に示すように、間隔Dを変えたものを複数用意
し、種々取り替えて電力効率を測定する。その結果を図
6に示す。
In FIG. 4, 7 to 9 are dielectric substrates, 11
Is a 50Ω microstrip line, 1 is a semiconductor element (FET), 3 and 10 are fundamental wave matching circuits, 12 is an input terminal, 13 is an output terminal, and 14 and 15 are bias circuits.
An open stub is formed in a T-shape on the dielectric substrate 7, and the dielectric substrate 7 is formed as described above in FIG.
As shown in (b), a plurality of samples with different intervals D are prepared, and the power efficiency is measured after various replacements. FIG. 6 shows the result.

【0023】この回路の動作は以下のとおりである。半
導体素子で発生した基本波と高調波は、進行波となり高
調波制御回路に入る。高調波制御回路は、基本波に対す
る挿入損失は小さいので、基本波はわずかに減衰するだ
けで殆どの成分は通過する。一方、高調波は高調波制御
回路で反射され、半導体素子に反射波として戻る。半導
体素子からの高調波進行波と高調波制御回路からの反射
波は、位相が180°の場合互いに打ち消し合い、位相
差が0°の場合強め合う。高効率となるためには、偶数
次高調波が互いに打ち消し合う位相(ショート)、奇数
次高調波が強め合う位相(オープン)としなけれならな
い。
The operation of this circuit is as follows. The fundamental wave and the harmonic generated by the semiconductor element become traveling waves and enter the harmonic control circuit. Since the harmonic control circuit has a small insertion loss with respect to the fundamental wave, the fundamental wave is slightly attenuated and most components pass. On the other hand, the harmonic is reflected by the harmonic control circuit and returns to the semiconductor device as a reflected wave. The harmonic traveling wave from the semiconductor element and the reflected wave from the harmonic control circuit cancel each other out when the phase is 180 °, and strengthen each other when the phase difference is 0 °. In order to achieve high efficiency, the phase must be such that the even-order harmonics cancel each other (short), and the phase of the odd-order harmonics strengthens (open).

【0024】なお、マイクロ波電力増幅回路は通常B級
動作をさせるので、半波整流波形となり、高調波は偶数
次高調波のみとなって、奇数次高調波成分はほとんど生
じない。
Since the microwave power amplifying circuit normally operates in class B, it has a half-wave rectified waveform, and the harmonics are only even-order harmonics, and almost no odd-order harmonic components are generated.

【0025】図6は、出力電力1W級の半導体素子に、
本発明を適用した例である。図6において、縦軸は電力
効率、横軸はFET素子を含むパッケージの出力端から
短絡点までの第2高調波の電気長を計算し、パッケージ
の出力端における第2高調波の位相を表示したものであ
る。
FIG. 6 shows a semiconductor device having an output power of 1 W class.
It is an example to which the present invention is applied. In FIG. 6, the vertical axis shows the power efficiency, and the horizontal axis calculates the electrical length of the second harmonic from the output end of the package including the FET element to the short-circuit point, and displays the phase of the second harmonic at the output end of the package. It was done.

【0026】図6より明らかなように、半導体素子の出
力端から短絡点までの伝送線路の長さ(位相)をパラメ
ーターとして電力効率には最適点が存在する。これは明
らかに、短絡点と半導体増幅素子(FET)の増幅部分
との間に金線(リード線)とか伝送線路(ストリップ・
ライン)が存在し、該金線とか伝送線路のインダクタン
スの影響で、半導体増幅素子(FET)の増幅部分にお
いて、第2高調波が正確に反対位相になっていないこと
に起因するものである。
As is apparent from FIG. 6, there is an optimum point in the power efficiency using the length (phase) of the transmission line from the output end of the semiconductor element to the short-circuit point as a parameter. This is clearly a gold wire (lead) or a transmission line (strip) between the short-circuit point and the amplifying part of the semiconductor amplifier (FET).
This is due to the fact that the second harmonic is not exactly in opposite phase in the amplifying part of the semiconductor amplifying element (FET) due to the presence of the gold wire or the inductance of the transmission line.

【0027】ピーク値がー20°近辺となっているのは
上記パッケージ内におけるFET素子からパッケージ内
壁までのリード線の影響と考えられる。図5は、図4と
同様の構成でオープンスタブを基本波整合回路の後に接
続した実施例を示す。バイアス回路は記載を省略してい
る。この構成の方が基本波整合回路の直ぐ後にオープン
スタブを設けることができ、筐体全体の横幅を短くする
ことができる。
It is considered that the peak value is around -20 ° due to the influence of the lead wire from the FET element in the package to the inner wall of the package. FIG. 5 shows an embodiment in which an open stub is connected after the fundamental wave matching circuit in the same configuration as in FIG. The description of the bias circuit is omitted. With this configuration, an open stub can be provided immediately after the fundamental wave matching circuit, and the overall width of the housing can be reduced.

【0028】図7に上記高調波制御を行なわない場合と
行った場合の入力電力をパラメーターとした電力付加効
率の実験結果を示す。ただし、高調波制御回路は、オー
プン・スタブを基本波整合回路の出力側に接続したもの
である。出力電力1W級の場合、高調波制御を行わない
増幅器は最大電力付加効率は約62%であるのに対し、
高調波制御を行った増幅器では最大電力付加効率は72
〜73%が得られた。ただし、最大出力や線形利得など
は、高調波制御の有無には関係しない。
FIG. 7 shows experimental results of power added efficiency using the input power as a parameter when the harmonic control is not performed and when the harmonic control is performed. However, the harmonic control circuit has an open stub connected to the output side of the fundamental wave matching circuit. In the case of an output power of 1 W class, an amplifier without harmonic control has a maximum power added efficiency of about 62%,
The maximum power added efficiency is 72 in the amplifier with harmonic control.
~ 73% was obtained. However, the maximum output and the linear gain are not related to the presence or absence of harmonic control.

【0029】図8には、出力インピーダンスの低い10
W級の半導体素子に、この発明を上記図7と同様の構成
で適用した実験結果を示す。図より明らかなように、出
力電力1W級の場合と同様、電力付加効率が約10%向
上している。
FIG. 8 shows that the output impedance is 10
Experimental results obtained by applying the present invention to a W-class semiconductor device with the same configuration as that of FIG. 7 are shown. As is clear from the figure, similarly to the case of the output power of 1 W class, the power added efficiency is improved by about 10%.

【0030】[0030]

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、第2
高調波に対して短絡点となる高調波制御回路を伝送線路
に接続し、半導体素子から該短絡点までの伝送線路の長
さ(位相)を調整することにより、最大電力付加効率
は、該高調波制御を行わない場合に較べて約10%向上
するという顕著な効果を示した。
According to the present invention, as described above, the second
By connecting a harmonic control circuit, which is a short-circuit point for the harmonic, to the transmission line and adjusting the length (phase) of the transmission line from the semiconductor element to the short-circuit point, the maximum power added efficiency is reduced by the harmonic. A remarkable effect of about 10% improvement as compared with the case where the wave control is not performed was shown.

【0031】このように電力効率が向上したことによ
り、消費電力が少なくなり、発熱量が小さくなり、熱設
計が楽になると共に、軽量化が可能となり、また半導体
素子の温度が下がることによって信頼度が向上した。ま
たこの時、最大出力電力、線形利得の低下は生じないこ
とが確認された。
As described above, power efficiency is improved, power consumption is reduced, heat generation is reduced, thermal design is facilitated, weight is reduced, and the reliability of the semiconductor device is reduced by lowering the temperature of the semiconductor element. Improved. At this time, it was confirmed that the maximum output power and the linear gain did not decrease.

【0032】さらに、高調波制御回路としてオープン・
スタブを用いた場合、基本波に対するインピーダンスも
50Ω近傍に保たれるので、基本波整合回路の設計が容
易になるメリットもある。
Further, an open circuit is provided as a harmonic control circuit.
When a stub is used, the impedance for the fundamental wave is also kept close to 50Ω, so that there is an advantage that the design of the fundamental wave matching circuit is facilitated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来のF級増幅器の構成図を示し、この発明の
基本的構成の例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a conventional class F amplifier, and is a diagram illustrating an example of a basic configuration of the present invention.

【図2】従来のF級増幅器の構成図を示し、この発明の
基本的構成の他の例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a conventional class F amplifier, and showing another example of a basic configuration of the present invention.

【図3】従来のF級増幅器の構成図を示し、この発明の
好適な基本的構成の例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional class F amplifier and showing an example of a preferred basic configuration of the present invention.

【図4】この発明の高周波電力増幅回路の実施例を示す
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a high frequency power amplifier circuit of the present invention.

【図5】この発明の高周波電力増幅回路の他の実施例を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the high-frequency power amplifier circuit of the present invention.

【図6】出力電力1W級の半導体素子に、本発明を適用
した場合の実験結果を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing experimental results when the present invention is applied to a semiconductor device having an output power of 1 W class.

【図7】出力電力1W級の半導体素子に、本発明を適用
した場合としなかった場合の電力付加効率の比較を示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing a comparison of power added efficiency when the present invention is applied to a semiconductor device having a 1 W-class output power and when the present invention is not applied.

【図8】出力電力10W級の半導体素子に、本発明を適
用した場合としなかった場合の電力付加効率の比較を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a comparison of power added efficiency when the present invention is not applied to a semiconductor device having an output power of 10 W class.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体素子 2 半導体素子の出力端 3 基本波整合回路 4 高調波制御回路(ショート・スタブ) 5 コンデンサ 6 高調波制御回路(オープン・スタブ) 7 半導体素子から該短絡点までの伝送線路の長さ
(位相)を調整する部分(誘電体基板) 8〜9 誘電体基板 10 基本波整合回路 11 50Ωマイクロストリップライン 12 入力端 13 出力端 14、15 バイアス回路
Reference Signs List 1 semiconductor element 2 output terminal of semiconductor element 3 fundamental wave matching circuit 4 harmonic control circuit (short stub) 5 capacitor 6 harmonic control circuit (open stub) 7 length of transmission line from semiconductor element to the short-circuit point (Dielectric substrate) 8-9 Dielectric substrate 10 Basic wave matching circuit 11 50Ω microstrip line 12 Input terminal 13 Output terminal 14, 15 Bias circuit

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03F 3/60 JOISContinued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H03F 3/60 JOIS

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体素子の出力側基本波整合回路の入
力端もしくは出力端に、第2高調波に対して短絡点とな
るオープンスタブを接続し、半導体素子における該短絡
点からの反射波の位相を反転させて該半導体素子の第2
高調波を抑制するマイクロ波電力増幅回路において、 前記オープンスタブと伝送線路(マイクロストリップ・
ライン)との結合点を変えたT字型のストリップ・ライ
(スタブ基板)を複数個作り、該T字型のストリップ
・ライン(スタブ基板)を前記半導体を含むパッケージ
出力端と前記出力側基本波整合回路の入力端の間もし
くは前記出力側基本波整合回路の出力端に1個づつ個別
に接続して上記増幅回路の電力効率を測定することによ
り、前記半導体素子と前記短絡点間に存在する前記半導
体パッケージ内の浮遊インピーダンスの影響を加味した
最適電力効率の前記T字型のストリップ・ライン(スタ
ブ基板)を求め、該求めたT字型のストリップ・ライン
に対応する形状で前記第2高調波を抑制する回路を構成
して、前記半導体を含むパッケージの出力端と前記オー
プンスタブの間の位相を最適電力効率となるように調整
したことを特徴とするマイクロ波電力増幅回路の設計方
法。
1. An open stub, which is a short-circuit point for a second harmonic, is connected to an input terminal or an output terminal of an output-side fundamental wave matching circuit of a semiconductor element, and a reflected wave of the semiconductor element from the short-circuit point is connected. The phase of the semiconductor device is
In a microwave power amplifier circuit for suppressing harmonics, the open stub and a transmission line (microstrip
Strip line <br/> down T-shaped with different points of attachment of the line) (stub substrate) a plurality making, the output of the package containing the semiconductor and the T-shaped strip line (stub substrate) by measuring the power efficiency of the amplifier circuit connected to an output terminal or between the output side fundamental matching circuit on the input end of the output side fundamental matching circuit and an end one at individually, with the semiconductor element The semiconductor present between the short-circuit points
T-shaped strip line (star ) with optimum power efficiency taking into account the effect of stray impedance in the body package.
Seeking Breakfast substrate) constitute a suppressing circuit the second harmonic in a shape corresponding to the strip line of the T-shaped found the the output end of the package containing the semiconductor O
Adjust phase between punt stubs for optimal power efficiency
A method for designing a microwave power amplifier circuit, comprising:
【請求項2】 前記半導体素子がFETであり、前記増
幅回路がF級であることを特徴とする前記請求項1記載
のマイクロ波電力増幅回路の設計方法。
2. The method for designing a microwave power amplifier circuit according to claim 1, wherein said semiconductor element is an FET and said amplifier circuit is of class F.
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