JP3731122B2 - マイクロ波高出力増幅器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明はレーダあるいは通信等に用いるマイクロ波高出力増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、FET等の半導体増幅素子の高周波化、高出力化が進み、レーダあるいは通信用の高出力増幅器として、半導体増幅素子を用いたものが一般に用いられている。
図3は例えば電子情報通信学会、マイクロ波研究会資料MW88−52に記載された従来のマイクロ波高出力増幅器の斜視図である。公知資料では入出力整合回路として、マイクロストリップ線路から成る2段のインピーダンス変成器を用いた場合について示しているが、ここでは説明を簡単にするために、入出力整合回路として、マイクロストリップ線路から成る1段のインピーダンス変成器を用い、かつ、半導体増幅素子としてFETを用いた場合について述べる。
図において、1は半導体増幅素子の一つであるFET、2はマイクロストリップ線路、3は誘電体基板、4は入力端子、5は入力整合回路、6はマイクロストリップ線路、7は出力端子、8は出力整合回路、9は金属細線である。
このマイクロ波高出力増幅器はチップ状のFET1とFET1の入出力部にそれぞれ設けた入力整合回路5、出力整合回路8とからなり、入力整合回路5とFET1間及び出力整合回路8とFET1間を金属細線9によりそれぞれ接続した構成のものである。
入力整合回路5はアルミナセラミック基板等の誘電体基板3上に形成されたマイクロストリップ線路2からなり、マイクロストリップ線路2の一端には入力端子4が接続されている。また、マイクロストリップ線路2の長さ及び特性インピーダンスはFET1の入力インピーダンスと入力端子4に接続される電源インピーダンスとを整合させるような値に選ばれており、通常、長さは所要周波数帯で1/4波長に、特性インピーダンスはFET1の入力インピーダンスと電源インピーダンスとの相乗平均値に選ばれている。このように入力整合回路5はFET1の入力インピーダンスと電源インピーダンスとを整合させる働きを有し、長さが約1/4波長のマイクロストリップ線路2からなる1段のインピーダンス変成器となっている。
一方、出力整合回路8は誘電体基板3上に形成されたマイクロストリップ線路6からなり、マイクロストリップ線路6の一端には出力端子7が接続されている。この出力整合回路8はFET1の出力インピーダンスと出力端子7に接続される負荷インピーダンスとを整合させるために設けており、マイクロストリップ線路6の長さ及び特性インピーダンスはそれぞれ1/4波長及びFET1の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの相乗平均値に選ばれている。
従って、出力整合回路8も入力整合回路5と同様に、長さが約1/4波長のマイクロストリップ線路6からなる1段のインピーダンス変成器となっている。
さらに、増幅器出力は使用するFET1のゲート幅に依存するため、所望の出力が得られるようなゲート幅のFET1が用いられており、通常、FET1はゲート幅10mm当り3wの出力が得られる。
【0003】
次に動作について説明する。マイクロ波高出力増幅器の入力端子4から入射したマイクロ波信号は入力整合回路5を通り、FET1に供給される。供給されたマイクロ波信号はFET1で増幅され、出力整合回路8を介して出力端子7に出力され、さらに、アンテナ等の負荷へ供給される。
このように所望のゲート幅のFET1を用い、FET1の入力インピーダンスと電源インピーダンス、FET1の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させる入力整合回路5、出力整合回路8をFET1の入出力部にそれぞれ設けることにより、マイクロ波高出力増幅器を実現することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
近年、マイクロ波高出力増幅器には高周波化、高出力化が増々要求されるようになって来ている。このため、高周波帯においても波長に比べて無視できないチップサイズの大きなゲート幅の広いFET1が用いられるようになった。このようなゲート幅の広いFET1を高周波帯で使用する場合、次のような問題点が発生する。
【0005】
図4に示すように、マイクロストリップ線路2,6では中央部よりも両端の方がマイクロ波信号の電流密度が高くなる。このため、FET1の中央部に比べ両端部には大きな振幅のマイクロ波信号が供給される。従って、FET1の両端部は過飽和状態で動作するのに対し、中央部はあまり飽和しない状態で動作するようになる。このように入力端子4から入射したマイクロ波信号はFET1で増幅される際、FET1の各部に振幅差が生じるため、増幅されたマイクロ波信号がマイクロストリップ線路6の出力端子7側で、効率良く合成されなくなり、大きな出力が得られない問題点があった。
【0006】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、出力を向上させることができるマイクロ波増幅器を得る事を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るマイクロ波高出力増幅器は、入力整合回路をマイクロストリップ線路で構成し、かつ、このマイクロストリップ線路の中央部からマイクロ波の伝ぱん方向と垂直をなす方向に向って徐々に抵抗値が大きくなるような抵抗をマイクロストリップ線路に直列に装荷したものである。
【0008】
また、この発明に係るマイクロ波高出力増幅器は、入力整合回路をマイクロストリップ線路で構成し、かつ、このマイクロストリップ線路の中央部からマイクロ波の伝ぱん方向と垂直をなす方向に向かって、徐々に抵抗値が大きくなるような抵抗をマイクロストリップ線路に直列に装荷し、さらにこの抵抗の一部を金属細線で短絡したものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1(a),(b)はFET1の中央部及び両端部に供給されるマイクロ波の振幅を等しくし、高出力化を図るためのマイクロ波高出力増幅器の一実施例を示す斜視図であり、図中、18は抵抗である。
図1(a)に示したマイクロ波高出力増幅器ではマイクロストリップ線路2に直列に、マイクロ波の伝ぱん方向と垂直をなす方向、つまり、マイクロストリップ線路2の中央部から両端部に向かって抵抗値が大きくなる複数個の抵抗18を設けたものであり、抵抗18はマイクロストリップ線路2と同時にマイクロ波集積回路技術により誘電体基板3上に構成されている。
このように中央部よりも両端部の方が大きな抵抗値の抵抗18をマイクロストリップ線路2に直列に装荷することにより、入力端子4から入射し、マイクロストリップ線路2を伝ぱんするマイクロ波信号は図の矢印で示すように中央部よりも両端部を通る方が大きく減衰される。
このため、入力端子4から入射し、マイクロストリップ線路2の両端部を通る振幅の大きなマイクロ波信号は大きく減衰されるようになる。従って、FET1の中央部及び両端部に供給されるマイクロ波信号の振幅をほぼ等しくでき、FET1を同振幅で動作させることができるため高出力を図ることができる。
特にこのマイクロ波高出力増幅器ではFET1の入力側に直列に抵抗18が装荷される構成となるため、利得はやや低くなるが高安定なマイクロ波高出力増幅器を得ることもできる。
なお、上記、実施例ではマイクロストリップ線路2に直列に3個の抵抗18を装荷した場合について述べたが、この発明のマイクロ波高出力増幅器では、図1(b)に示すようにマイクロストリップ線路2の中央部から両端部に向かって徐々に幅が広がるような1個の抵抗18を設けた場合であっても良い。
【0010】
実施の形態2.
図2(a),(b)はFET1の各部に供給されるマイクロ波の振幅を等しくし、高出力化を図ることができるマイクロ波高出力増幅器の他の実施例を示す斜視図であり、図2(a)はマイクロストリップ線路2の両端部にのみ抵抗18を装荷した場合、図2(b)はマイクロストリップ線路2の中央部から両端部まで抵抗18を装荷した場合である。これらは図1(a),(b)に示した実施例5のものと基本的な回路構成は同じであるが、この発明のマイクロ波高出力増幅器ではマイクロストリップ線路2に直列に装荷した抵抗18の一部を金属細線14で短絡したものである。これにより抵抗18でのマイクロ波の減衰量を決めることができる。即ち、金属細線14の長さが短く、本数が多いほど、短絡近傍での抵抗18によるマイクロ波の減衰量が小さくなる。以上のように、この発明のマイクロ波高出力増幅器では抵抗18の一部を金属細線14で短絡することにより、その近傍での抵抗18によるマイクロ波の減衰量を可変することができ、入力端子4から入射したマイクロ波信号のFET1端での振幅をより等しくすることができる。これにより、FET1の各部を同振幅で動作させることができ、より高出力化を図ることができる。
【0012】
【発明の効果】
この発明によれば入力整合回路をマイクロ波の伝ぱん方向と垂直をなす両端部に向かって徐々に抵抗値が大きくなるような抵抗を直列に装荷したマイクロストリップ線路で構成することにより、マイクロストリップ線路の両端部を通るマイクロ波信号を大きく減衰させることができ、半導体増幅素子の中央部あるいは両端部に供給されるマイクロ波信号の振幅をほぼ一定にできる。このため、半導体増幅素子の中央部あるいは両端部を同振幅で動作させることができ、マイクロ波高出力増幅器の高出力化を図ることができるとともに安定化も図れる効果がある。
【0013】
また、この発明によれば上記抵抗の一部を金属細線で短絡することにより、抵抗でのマイクロ波の減衰量を調整できるため、半導体増幅素子の中央部あるいは両端部に供給されるマイクロ波信号の振幅をより等しくすることができ、マイクロ波高出力増幅器のより高出力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のまた他の実施例を示すマイクロ波高出力増幅器の斜視図である。
【図2】この発明のまた他の実施例を示すマイクロ波高出力増幅器の斜視図である。
【図3】従来のマイクロ波高出力増幅器の斜視図である。
【図4】マイクロ波信号の流れを表わすモデル図である。
【符号の説明】
1 FET
2 マイクロストリップ線路
3 誘電体基板
4 入力端子
5 入力整合回路
6 マイクロストリップ線路
7 出力端子
8 出力整合回路
9 金属細線
10 スリット
11 スリット
12 スリット
13 キャパシタ
14 金属細線
15 絶縁体膜
16 先端開放線路
17 コの字形のスリット
18 抵抗
19 1/4波長の先端開放線路
Claims (2)
- 入力整合回路と、出力整合回路と、所定のゲート幅を有する半導体増幅素子とから成るマイクロ波高出力増幅器において、
上記入力整合回路を誘電体基板あるいは半導体基板上に形成されたマイクロストリップ線路で構成し、
上記マイクロストリップ線路の中央部と上記半導体増幅素子の中央部を電気的に接続するとともに、当該マイクロストリップ線路の両端部と上記半導体増幅素子の両端部を電気的に接続し、
かつ、上記半導体増幅素子の中央部および両端部に供給されるマイクロ波信号の振幅がほぼ等しくなるように、上記マイクロストリップ線路の中央部からマイクロ波の伝ぱん方向と垂直をなす方向に向かって徐々に抵抗値が大きくなる抵抗を、上記マイクロストリップ線路に直列に装荷した、
ことを特徴とするマイクロ波高出力増幅器。 - 上記、抵抗の一部を金属細線で短絡したことを特徴とする請求項1記載のマイクロ波高出力増幅器。
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