JP3006252B2 - 半導体増幅器 - Google Patents
半導体増幅器Info
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- JP3006252B2 JP3006252B2 JP4002994A JP299492A JP3006252B2 JP 3006252 B2 JP3006252 B2 JP 3006252B2 JP 4002994 A JP4002994 A JP 4002994A JP 299492 A JP299492 A JP 299492A JP 3006252 B2 JP3006252 B2 JP 3006252B2
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Description
【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準マイクロ波、マイ
クロ波帯の半導体増幅器に関するものである。
ロ波通信、移動体通信等に使用する準マイクロ波、マイ
クロ波帯の半導体増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図2は、例えば、公開特許公報、昭58
−159002、”高調波電力用半導体増幅器”に示さ
れた従来の半導体増幅器の回路構成図であり、図におい
て、1は入力端子、2は出力端子、3は電界効果トラン
ジスタ(以下、FETと略す。)、12はゲート端子、
13はドレイン端子、14はソース端子、15はゲート
バイアス端子、16はドレインバイアス端子、17はゲ
ートバイアス印加用線路、18はドレインバイアス印加
用線路、19は入力用直流阻止コンデンサ、20は出力
用直流阻止コンデンサ、21は入力側インピーダンス整
合用線路、22は出力側インピーダンス整合用線路、2
3は入力側インピーダンス整合用コンデンサ、24は出
力側インピーダンス整合用コンデンサ、25は基本波で
1/4波長の線路、26は第2のRF短絡用コンデンサ
である。
−159002、”高調波電力用半導体増幅器”に示さ
れた従来の半導体増幅器の回路構成図であり、図におい
て、1は入力端子、2は出力端子、3は電界効果トラン
ジスタ(以下、FETと略す。)、12はゲート端子、
13はドレイン端子、14はソース端子、15はゲート
バイアス端子、16はドレインバイアス端子、17はゲ
ートバイアス印加用線路、18はドレインバイアス印加
用線路、19は入力用直流阻止コンデンサ、20は出力
用直流阻止コンデンサ、21は入力側インピーダンス整
合用線路、22は出力側インピーダンス整合用線路、2
3は入力側インピーダンス整合用コンデンサ、24は出
力側インピーダンス整合用コンデンサ、25は基本波で
1/4波長の線路、26は第2のRF短絡用コンデンサ
である。
【0003】次に動作について説明する。入力端子1か
ら入力した準マイクロ波あるいはマイクロ波の信号はF
ET3で増幅され出力端子2に出力される。半導体増幅
器の出力回路は、基本波で1/4波長の線路25、第2
のRF短絡用コンデンサ26、出力側インピーダンス整
合用線路22、出力側インピーダンス整合用コンデンサ
24、ドレインバイアス印加用線路18で構成されてい
る。基本波で1/4波長の線路25によりFETのドレ
イン端子で2倍波は短絡され、つまり、FETのドレイ
ン端子から負荷側を見込む2倍波負荷反射係数の振幅が
1、位相が−180゜となる。出力側インピーダンス整
合用線路22、出力側インピーダンス整合用コンデンサ
24は基本波において、FETの出力インピーダンスを
負荷インピーダンスに整合している。
ら入力した準マイクロ波あるいはマイクロ波の信号はF
ET3で増幅され出力端子2に出力される。半導体増幅
器の出力回路は、基本波で1/4波長の線路25、第2
のRF短絡用コンデンサ26、出力側インピーダンス整
合用線路22、出力側インピーダンス整合用コンデンサ
24、ドレインバイアス印加用線路18で構成されてい
る。基本波で1/4波長の線路25によりFETのドレ
イン端子で2倍波は短絡され、つまり、FETのドレイ
ン端子から負荷側を見込む2倍波負荷反射係数の振幅が
1、位相が−180゜となる。出力側インピーダンス整
合用線路22、出力側インピーダンス整合用コンデンサ
24は基本波において、FETの出力インピーダンスを
負荷インピーダンスに整合している。
【0004】ここで、従来技術ではFETを高効率動作
させるためには出力端子であるドレインから負荷を見込
む2倍波負荷反射係数の振幅を1、位相を−180゜に
設定することが有効であると報告されており、従来の半
導体増幅器の例においては上記条件を満たす構成として
基本波で1/4波長の先端短絡線路をFETのドレイン
端子に設けていた。しかし、その後に効率を最大とする
2倍波負荷反射係数の位相は−90゜〜−180゜付近
であることが報告されており、(参考文献、池田
他:”2倍波注入法によるFETの高効率動作特性”、
平2年度電子情報通信学会春季全国大会、C−6)、従
来の半導体増幅器では効率を十分高めることはできな
い。従来技術を改良し、2倍波負荷反射係数の振幅を
1、位相を−90゜〜−180゜とする半導体増幅器を
構成するためにはFETのドレイン端子13と基本波で
1/4波長の線路25の間に位相調整用線路が必要とな
る。図3に、上記従来例の改良による半導体増幅器の回
路構成図を示す。図中、27は位相調整用線路である。
位相調整用線路27の長さは2倍波で3/8〜1/2波
長である。
させるためには出力端子であるドレインから負荷を見込
む2倍波負荷反射係数の振幅を1、位相を−180゜に
設定することが有効であると報告されており、従来の半
導体増幅器の例においては上記条件を満たす構成として
基本波で1/4波長の先端短絡線路をFETのドレイン
端子に設けていた。しかし、その後に効率を最大とする
2倍波負荷反射係数の位相は−90゜〜−180゜付近
であることが報告されており、(参考文献、池田
他:”2倍波注入法によるFETの高効率動作特性”、
平2年度電子情報通信学会春季全国大会、C−6)、従
来の半導体増幅器では効率を十分高めることはできな
い。従来技術を改良し、2倍波負荷反射係数の振幅を
1、位相を−90゜〜−180゜とする半導体増幅器を
構成するためにはFETのドレイン端子13と基本波で
1/4波長の線路25の間に位相調整用線路が必要とな
る。図3に、上記従来例の改良による半導体増幅器の回
路構成図を示す。図中、27は位相調整用線路である。
位相調整用線路27の長さは2倍波で3/8〜1/2波
長である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の半
導体増幅器では、効率を最大とする2倍波負荷反射係数
の位相が−90゜〜−180゜であるので、FET3と
基本波で1/4波長の線路25の間に位相調整用線路2
7が存在し、FET3から離れ基本波における位相回転
が大きくなっているところで基本波のインピーダンス整
合をすることになり、基本波におけるインピーダンス整
合が狭帯域となる問題点があった。
導体増幅器では、効率を最大とする2倍波負荷反射係数
の位相が−90゜〜−180゜であるので、FET3と
基本波で1/4波長の線路25の間に位相調整用線路2
7が存在し、FET3から離れ基本波における位相回転
が大きくなっているところで基本波のインピーダンス整
合をすることになり、基本波におけるインピーダンス整
合が狭帯域となる問題点があった。
【0006】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたもので、基本波におけるインピーダンス整合
が広帯域にされた半導体増幅器を得ることを目的とす
る。
になされたもので、基本波におけるインピーダンス整合
が広帯域にされた半導体増幅器を得ることを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体増
幅器は、高調波処理回路を含む半導体増幅器において、
半導体増幅素子の出力端子と半導体増幅器の出力端子と
の間に設けた半導体増幅器の出力回路が、使用する基本
波の2倍波に対する開放点が入力端に形成される並列共
振回路と、上記半導体増幅素子の出力端子と上記並列共
振回路の入力端との間に接続され、上記半導体増幅素子
の出力端子に一端が接続された第1の接続線路、上記第
1の接続線路の他端に一端が接続され、他端が上記並列
共振回路の入力端に接続された第2の接続線路、上記第
1の接続線路と上記第2の接続線路との接続点に一端が
接続され、この接続点に2倍波での短絡点を形成しない
長さの他端が交流的に短絡された先端短絡線路から成る
位相調整用回路とを備え、上記位相調整用回路におい
て、先端短絡線路により基本波におけるインピーダンス
整合をとると共に、第1の接続線路と第2の接続線路お
よび先端短絡線路の或いは線路長或いは線路幅を、上記
2倍波での開放点に対して、上記半導体増幅素子から上
記半導体増幅器の出力端子側を見込む2倍波負荷反射係
数の位相を上記半導体素子の効率を最大にする所定の値
にするよう設定したことを特徴とするものである。
幅器は、高調波処理回路を含む半導体増幅器において、
半導体増幅素子の出力端子と半導体増幅器の出力端子と
の間に設けた半導体増幅器の出力回路が、使用する基本
波の2倍波に対する開放点が入力端に形成される並列共
振回路と、上記半導体増幅素子の出力端子と上記並列共
振回路の入力端との間に接続され、上記半導体増幅素子
の出力端子に一端が接続された第1の接続線路、上記第
1の接続線路の他端に一端が接続され、他端が上記並列
共振回路の入力端に接続された第2の接続線路、上記第
1の接続線路と上記第2の接続線路との接続点に一端が
接続され、この接続点に2倍波での短絡点を形成しない
長さの他端が交流的に短絡された先端短絡線路から成る
位相調整用回路とを備え、上記位相調整用回路におい
て、先端短絡線路により基本波におけるインピーダンス
整合をとると共に、第1の接続線路と第2の接続線路お
よび先端短絡線路の或いは線路長或いは線路幅を、上記
2倍波での開放点に対して、上記半導体増幅素子から上
記半導体増幅器の出力端子側を見込む2倍波負荷反射係
数の位相を上記半導体素子の効率を最大にする所定の値
にするよう設定したことを特徴とするものである。
【0008】
【作用】上記のように構成された半導体増幅器では、半
導体増幅素子の出力端子と並列共振回路の入力端との間
に接続され、上記半導体増幅素子の出力端子に一端が接
続された第1の接続線路、上記第1の接続線路の他端に
一端が接続され、他端が上記並列共振回路の入力端に接
続された第2の接続線路、上記第1の接続線路と上記第
2の接続線路との接続点に一端が接続され、この接続点
に2倍波での短絡点を形成しない長さの他端が交流的に
短絡された先端短絡線路から成る位相調整用回路を備
え、上記位相調整用回路において、先端短絡線路により
基本波におけるインピーダンス整合をとると共に、第1
の接続線路と第2の接続線路および先端短絡線路の或い
は線路長或いは線路幅を、上記2倍波での開放点に対し
て、上記半導体増幅素子から上記半導体増幅器の出力端
子側を見込む2倍波負荷反射係数の位相を上記半導体素
子の効率を最大にする所定の値にするよう設定したの
で、第1の接続線路と第2の接続線路の長さを短く設定
でき、上記半導体増幅素子の2倍波負荷反射係数の位相
を所定の値にすると共に、基本波における位相回転が小
さい場所で基本波に対するインピーダンス整合ができ、
高効率とすることができると共に、広帯域に亙り基本波
におけるインピーダンス整合ができる。
導体増幅素子の出力端子と並列共振回路の入力端との間
に接続され、上記半導体増幅素子の出力端子に一端が接
続された第1の接続線路、上記第1の接続線路の他端に
一端が接続され、他端が上記並列共振回路の入力端に接
続された第2の接続線路、上記第1の接続線路と上記第
2の接続線路との接続点に一端が接続され、この接続点
に2倍波での短絡点を形成しない長さの他端が交流的に
短絡された先端短絡線路から成る位相調整用回路を備
え、上記位相調整用回路において、先端短絡線路により
基本波におけるインピーダンス整合をとると共に、第1
の接続線路と第2の接続線路および先端短絡線路の或い
は線路長或いは線路幅を、上記2倍波での開放点に対し
て、上記半導体増幅素子から上記半導体増幅器の出力端
子側を見込む2倍波負荷反射係数の位相を上記半導体素
子の効率を最大にする所定の値にするよう設定したの
で、第1の接続線路と第2の接続線路の長さを短く設定
でき、上記半導体増幅素子の2倍波負荷反射係数の位相
を所定の値にすると共に、基本波における位相回転が小
さい場所で基本波に対するインピーダンス整合ができ、
高効率とすることができると共に、広帯域に亙り基本波
におけるインピーダンス整合ができる。
【0009】
【実施例】実施例1. 図1はこの発明の半導体増幅器の一実施例の構成を示す
回路構成図である。図において、1は入力端子、2は出
力端子、3は半導体増幅素子であるFET、4は入力整
合回路、5は第1の接続線路、6は第2の接続線路、7
は先端短絡線路、8は第1のRF短絡用コンデンサ、9
はキャパシタ、10はインダクタ、11は基本波インピ
ーダンス整合回路、100はキャパシタ9およびインダ
クタ10により構成された使用する基本波の2倍波に対
する並列共振回路である。ここで、出力回路は第1の接
続線路5、第2の接続線路6、先端短絡線路7、第1の
RF短絡用コンデンサ8、並列共振回路100、基本波
インピーダンス整合回路11で構成されている。インダ
クタ10のインダクタンス値およびキャパシタ9のキャ
パシタンス値は、並列共振回路100が2倍波で並列共
振するように選ぶ。また、第1の接続線路5、第2の接
続線路6、先端短絡線路7の線路幅および線路長は、F
ETから負荷を見込む2倍波負荷反射係数の位相が−9
0゜〜−180゜となるように選ぶ。特に、先端短絡線
路7の線路長を2倍波で1/4波長とする場合には、第
1の接続線路5と第2の接続線路6の長さの和は2倍波
で1/8〜1/4波長となる。また、基本波インピーダ
ンス整合回路11は、第1の接続線路5、先端短絡線路
7、第2の接続線路6および並列共振回路100を介し
てFET3を見込む基本波におけるインピーダンスを負
荷インピーダンスに整合させるように構成する。
回路構成図である。図において、1は入力端子、2は出
力端子、3は半導体増幅素子であるFET、4は入力整
合回路、5は第1の接続線路、6は第2の接続線路、7
は先端短絡線路、8は第1のRF短絡用コンデンサ、9
はキャパシタ、10はインダクタ、11は基本波インピ
ーダンス整合回路、100はキャパシタ9およびインダ
クタ10により構成された使用する基本波の2倍波に対
する並列共振回路である。ここで、出力回路は第1の接
続線路5、第2の接続線路6、先端短絡線路7、第1の
RF短絡用コンデンサ8、並列共振回路100、基本波
インピーダンス整合回路11で構成されている。インダ
クタ10のインダクタンス値およびキャパシタ9のキャ
パシタンス値は、並列共振回路100が2倍波で並列共
振するように選ぶ。また、第1の接続線路5、第2の接
続線路6、先端短絡線路7の線路幅および線路長は、F
ETから負荷を見込む2倍波負荷反射係数の位相が−9
0゜〜−180゜となるように選ぶ。特に、先端短絡線
路7の線路長を2倍波で1/4波長とする場合には、第
1の接続線路5と第2の接続線路6の長さの和は2倍波
で1/8〜1/4波長となる。また、基本波インピーダ
ンス整合回路11は、第1の接続線路5、先端短絡線路
7、第2の接続線路6および並列共振回路100を介し
てFET3を見込む基本波におけるインピーダンスを負
荷インピーダンスに整合させるように構成する。
【0010】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、FET3で増幅され、出力回路を経
て出力端子2に出力される。出力回路において、2倍波
に対する並列共振回路100により2倍波に対する開放
点が作られ、この位相が第2の接続線路6、先端短絡線
路7、第1の接続線路5により調整され、FETから負
荷を見込む2倍波負荷反射係数の位相は−90゜〜−1
80゜となる。ここで、先端短絡線路7の線路長を2倍
波で1/4波長とする場合には、先端短絡線路7は2倍
波に対しては影響なく、基本波に対しては1/8波長と
なりインダクタンスとして作用する。このとき第1の接
続線路5と第2の接続線路6の長さの和は2倍波で1/
8〜1/4波長となり、従来の位相調整用線路27と比
べて短くできる。FETの基本波における出力インピー
ダンスは容量性であるので、先端短絡線路7は基本波イ
ンピーダンスの容量成分を小さくするとともに抵抗成分
を大きくするように働き、基本波におけるインピーダン
ス整合素子として作用する。従って、基本波における位
相回転が小さい場所で基本波に対するインピーダンス整
合できるので、基本波におけるインピーダンス整合を広
帯域にできる。また、この実施例では、短い第1の接続
線路5および第2の接続線路6の後方に設けた基本波イ
ンピーダンス整合回路11により、さらに基本波におけ
るインピーダンス整合を調整できるので、完全な広帯域
整合が可能となる。
ら入力した信号は、FET3で増幅され、出力回路を経
て出力端子2に出力される。出力回路において、2倍波
に対する並列共振回路100により2倍波に対する開放
点が作られ、この位相が第2の接続線路6、先端短絡線
路7、第1の接続線路5により調整され、FETから負
荷を見込む2倍波負荷反射係数の位相は−90゜〜−1
80゜となる。ここで、先端短絡線路7の線路長を2倍
波で1/4波長とする場合には、先端短絡線路7は2倍
波に対しては影響なく、基本波に対しては1/8波長と
なりインダクタンスとして作用する。このとき第1の接
続線路5と第2の接続線路6の長さの和は2倍波で1/
8〜1/4波長となり、従来の位相調整用線路27と比
べて短くできる。FETの基本波における出力インピー
ダンスは容量性であるので、先端短絡線路7は基本波イ
ンピーダンスの容量成分を小さくするとともに抵抗成分
を大きくするように働き、基本波におけるインピーダン
ス整合素子として作用する。従って、基本波における位
相回転が小さい場所で基本波に対するインピーダンス整
合できるので、基本波におけるインピーダンス整合を広
帯域にできる。また、この実施例では、短い第1の接続
線路5および第2の接続線路6の後方に設けた基本波イ
ンピーダンス整合回路11により、さらに基本波におけ
るインピーダンス整合を調整できるので、完全な広帯域
整合が可能となる。
【0011】なお、上記では、先端短絡線路7の線路長
を2倍波で1/4波長とする場合について説明してきた
が、この発明はこれに限らず先端短絡線路7の線路長を
2倍波で1/4波長以外の値に設定する場合でも、第1
の接続線路5と第2の接続線路6との接続点に2倍波で
の短絡点を形成しない長さであれば、前記したように2
倍波に対する並列共振回路100により形成された2倍
波に対する開放点に対して、この位相を第1の接続線路
5と第2の接続線路6の線路長、線路幅を調整すること
により、FETから負荷側を見込む2倍波負荷反射係数
の位相を効率を最大にする所定の値にできるので、高効
率とすることができると共に、基本波におけるインピー
ダンス整合を広帯域にできる。
を2倍波で1/4波長とする場合について説明してきた
が、この発明はこれに限らず先端短絡線路7の線路長を
2倍波で1/4波長以外の値に設定する場合でも、第1
の接続線路5と第2の接続線路6との接続点に2倍波で
の短絡点を形成しない長さであれば、前記したように2
倍波に対する並列共振回路100により形成された2倍
波に対する開放点に対して、この位相を第1の接続線路
5と第2の接続線路6の線路長、線路幅を調整すること
により、FETから負荷側を見込む2倍波負荷反射係数
の位相を効率を最大にする所定の値にできるので、高効
率とすることができると共に、基本波におけるインピー
ダンス整合を広帯域にできる。
【0012】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、半導体
増幅素子の出力端子と並列共振回路の入力端との間に接
続され、上記半導体増幅素子の出力端子に一端が接続さ
れた第1の接続線路、上記第1の接続線路の他端に一端
が接続され、他端が上記並列共振回路の入力端に接続さ
れた第2の接続線路、上記第1の接続線路と上記第2の
接続線路との接続点に一端が接続され、この接続点に2
倍波での短絡点を形成しない長さの他端が交流的に短絡
された先端短絡線路から成る位相調整用回路を備え、上
記位相調整用回路において、先端短絡線路により基本波
におけるインピーダンス整合をとると共に、第1の接続
線路と第2の接続線路および先端短絡線路の或いは線路
長或いは線路幅を、上記2倍波での開放点に対して、上
記半導体増幅素子から上記半導体増幅器の出力端子側を
見込む2倍波負荷反射係数の位相を上記半導体素子の効
率を最大にする所定の値にするよう設定したので、基本
波におけるインピーダンス整合が広帯域にされた高効率
な半導体増幅器を得られる効果がある。
増幅素子の出力端子と並列共振回路の入力端との間に接
続され、上記半導体増幅素子の出力端子に一端が接続さ
れた第1の接続線路、上記第1の接続線路の他端に一端
が接続され、他端が上記並列共振回路の入力端に接続さ
れた第2の接続線路、上記第1の接続線路と上記第2の
接続線路との接続点に一端が接続され、この接続点に2
倍波での短絡点を形成しない長さの他端が交流的に短絡
された先端短絡線路から成る位相調整用回路を備え、上
記位相調整用回路において、先端短絡線路により基本波
におけるインピーダンス整合をとると共に、第1の接続
線路と第2の接続線路および先端短絡線路の或いは線路
長或いは線路幅を、上記2倍波での開放点に対して、上
記半導体増幅素子から上記半導体増幅器の出力端子側を
見込む2倍波負荷反射係数の位相を上記半導体素子の効
率を最大にする所定の値にするよう設定したので、基本
波におけるインピーダンス整合が広帯域にされた高効率
な半導体増幅器を得られる効果がある。
【図1】この発明の実施例1を示す回路構成図である。
【図2】従来の半導体増幅器を示す構成図である。
【図3】従来のさらに他の半導体増幅を示す構成図であ
る。
る。
1 入力端子 2 出力端子 3 FET 5 第1の接続線路 6 第2の接続線路 7 先端短絡線路 8 第1のRF短絡用コンデンサ 9 キャパシタ 10 インダクタ 11 基本波インピーダンス整合回路 12 ゲート端子 13 ドレイン端子 14 ソース端子 15 ゲートバイアス端子 16 ドレインバイアス端子 100 並列共振回路 200 位相調整用回路
───────────────────────────────────────────────────── 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63−92106(JP,A) 特開 昭63−279608(JP,A) 特開 平3−277005(JP,A) 特開 平2−260905(JP,A) 特開 昭60−103703(JP,A) 実開 昭62−147921(JP,U) 豊崎、等、「900MHz帯高効率モノ リシックFET増幅器」(電子情報通信 学会技術研究報告MW91−46、平成3年 7月18日発行)の図5。 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03F 3/60 JICSTファイル(JOIS)
Claims (1)
- 【請求項1】 高調波処理回路を含む半導体増幅器にお
いて、半導体増幅素子の出力端子と半導体増幅器の出力
端子との間に設けた半導体増幅器の出力回路が、使用す
る基本波の2倍波に対する開放点が入力端に形成される
並列共振回路と、上記半導体増幅素子の出力端子と上記
並列共振回路の入力端との間に接続され、上記半導体増
幅素子の出力端子に一端が接続された第1の接続線路、
上記第1の接続線路の他端に一端が接続され、他端が上
記並列共振回路の入力端に接続された第2の接続線路、
上記第1の接続線路と上記第2の接続線路との接続点に
一端が接続され、この接続点に2倍波での短絡点を形成
しない長さの他端が交流的に短絡された先端短絡線路か
ら成る位相調整用回路とを備え、上記位相調整用回路に
おいて、先端短絡線路により基本波におけるインピーダ
ンス整合をとると共に、第1の接続線路と第2の接続線
路および先端短絡線路の或いは線路長或いは線路幅を、
上記2倍波での開放点に対して、上記半導体増幅素子か
ら上記半導体増幅器の出力端子側を見込む2倍波負荷反
射係数の位相を上記半導体素子の効率を最大にする所定
の値にするよう設定したことを特徴とする半導体増幅
器。
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Non-Patent Citations (1)
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豊崎、等、「900MHz帯高効率モノリシックFET増幅器」(電子情報通信学会技術研究報告MW91−46、平成3年7月18日発行)の図5。 |
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