JP4122600B2 - Field effect transistor and semiconductor circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インピーダンス可変機能を拡張した電解効果トランジスタ(以下FETと称す)、あるいはこのFETを回路素子として用いた半導体移相器、半導体増幅器などの半導体回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
FETやこれを用いた半導体回路は、マイクロ波帯やミリ波帯等の各種装置に広く用いられており、移動体通信、車載、衛星通信の分野などへの適用が図られている。図28は従来のFETを用いて構成される、スイッチドライン形移相器と呼ばれる半導体回路の金属パターン構造の一例である。この図の構成は、「X帯5ビットモノリシックGaAsFET移相器」、伊山他、昭和59年度電子通信学会光・電波部門全国大会、pp1−143にて開示されたものである。
【0003】
この図に示される移相器は、入力線路1、出力線路2、2個のSPDTスイッチ3及び4、基準伝送線路5及び遅延伝送線路6から構成されており、2つの位相状態を実現する機能を有している。入力側のSPDTスイッチ3は、2個のFETQ1及びQ2ならびにドレイン・ソース間に接続された2個の共振用インダクタ線路7から構成されており、入力線路1を基準伝送線路5あるいは遅延伝送線路6のいずれかに選択接続するための手段である。一方、出力側のSPDTスイッチ4は、上記SPDTスイッチ3と同様にして、2個のFETQ3及びQ4ならびにドレイン・ソース間に接続された2個の共振用インダクタ線路7から構成されており、出力線路2を基準伝送線路5あるいは遅延伝送線路6のいずれかに選択接続するための手段である。上記のFETQ1〜Q4には、それぞれ外部よりゲートバイアス端子8を介してバイアスが印加されるが、ここではそのためのバイアス回路等は図示を省略している。
【0004】
上記FETの構造についてさらに詳しく説明する。上記4個のFETは同様の構造であるので、ここではこの内のFETQ1をとりあげて、その電極構造例を図29に示す。ドレイン電極フィンガ9とソース電極フィンガ10を指交叉状に形成し、さらに、上記ドレイン電極フィンガ9とソース電極フィンガ10との間にゲート電極フィンガ11を配置した形状である。ゲート電極フィンガ11はゲート接続配線12によって相互に接続され外部に引き出され、ゲートバイアス端子11に接続されている。また、ゲート接続配線12との競合・干渉を避けるため、ソース電極フィンガ10はエアブリッジ13を介して外部に引き出されている。
【0005】
次に上記の従来の半導体移相器の動作について説明する。
まず、FETQ1及びQ3のゲート(G)に0Vを印加し、FETQ2及びQ4のゲート(G)にピンチオフ電圧を印加した通過状態の場合には、FETQ1及びQ3のドレイン(D)とソース(S)間は、図30(a)に示すように等価抵抗14で表される抵抗性の低インピーダンス(ON状態)となっており、一方、FETQ2及びQ4のドレイン(D)とソース(S)間は、図30(b)に示すように等価容量15で表される容量性の高インピーダンス(OFF状態)となっている。ON状態では、ドレイン電極(D)とソース電極(S)間が一面同電位となって低抵抗となり、共振用インダクタ線路7の影響が残るものの、この間は導通状態となる。一方、OFF状態では、FETQ2及びQ4が呈する容量とそれぞれのFETに接続された共振用インダクタ線路7とが並列共振する周波数においては、ドレイン電極(D)とソース電極(S)間は遮断状態となる。従って、入力線路1と遅延伝送線路6との間、および、遅延伝送線路6と出力線路2との間は遮断され、一方、FETQ1及びQ3は導通となっているので、入力線路1から入射した信号は、基準伝送線路5を通過して出力線路2に現れる。
【0006】
ついで、それぞれのFETに印加するバイアスを逆転させる。この場合には、上述とは逆に、入力線路1と基準伝送線路5との間、および、基準伝送線路5と出力線路2との間が遮断となる。この時、FETQ2及びQ4は低インピーダンスとなっているので、入力線路1から入射した信号は、遅延伝送線路6を通過して出力線路2に現れる。基準伝送線路5に比べ遅延伝送線路6はその電気長が長く、従ってSPDTスイッチ3及び4がともに基準伝送線路5側に切り換えられているときに比べ、遅延伝送線路6側に切り換えられているときのほうが、移相器内での伝搬遅延が大きくなる。このように、4個のFETに印加するバイアス電圧を変えることにより、SPDTスイッチ3および4の通過端子を切り換え、信号の伝搬経路を切り換えることによって遅延位相を変えて移相器として動作させている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来技術のように、共振用インダクタ線路や基準伝送線路、遅延伝送線路などの線路とFETとを組み合わせて位相制御作用を施す構成においては、線路構造を必要とすることから、配線パターン占有面積に応じた基板面積が必要となり、回路規模ならびにデバイスが大型化する問題があった。また、FETの外部にインダクタ線路を設ける構造であることから、近接したインダクタ線路相互間の結合による電波の漏洩が生じやすく、その干渉作用によってスイッチ特性や移相器性能が劣化する電気的問題があった。これらの問題は、多数の位相状態の実現が必要となる多ビット移相器などでは一層顕著になっていた。
【0008】
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、FETのインピーダンス可変機能を拡張すると共に、これを用いて構成される半導体移相器、半導体増幅器などの半導体回路の小形化、多機能化、を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
第1の発明によるFETは、ゲート配線との競合ないし接触が生じないような配線方法によって、一端がドレイン電極あるいはソース電極のうちの一方に橋絡接続されて、他端が前記一端と同様な橋絡接続あるいは延設された構造で他方の電極に接続された導波路フィンガを有し、かつ、上記導波路フィンガと隣接するドレイン電極フィンガないしソース電極フィンガとの間に、長さ方向で2分割されたゲート電極フィンガを設け、上記分割されたゲート電極フィンガに独立してバイアスを印加するように構成したことを特徴とする。
【0010】
また、第2の発明によるFETは、導波路フィンガが長さ方向で2分割されてスタブ形状となっており、かつ、上記分割された導波路フィンガの長さと、それに隣接して設けられている分割されたゲート電極フィンガの長さとを、ほぼ等しくするようにして、形成していることを特徴とする。
【0011】
また、第3の発明によるFETは、複数の導波路フィンガを有しており、上記それぞれの導波路フィンガに隣接して設けられた分割されたゲート電極フィンガの長さがそれぞれ異なることを特徴とする。
【0012】
また、第4の発明によるFETは、第1〜3の発明によるFETを、ドレイン電極あるいはソース電極が互いに電気的に接続されるようにして直列接続したことを特徴とする。
【0013】
また、第5の発明によるFETは、ドレイン電極及びソース電極のうち一方から延設されて、ゲート配線との競合ないし接触が生じないような配線方法によって他方に橋絡接続された3つの導波路フィンガを有し、かつ、上記導波路フィンガ間に、ゲート電極フィンガを設けており、さらに、中央の導波路フィンガの幅に比べて他の導波路フィンガの幅が広いことを特徴とする。
【0014】
また、第6の発明によるFETは、ドレイン電極及びソース電極のうち一方から延設されて、ゲート配線との競合ないし接触が生じないような配線方法によって他方に橋絡接続された3つの導波路フィンガを有し、上記導波路フィンガ間に、ゲート電極フィンガを設けており、かつ、このうち中央の導波路フィンガが2分割されてスタブ形状となっており、さらに、中央の導波路フィンガの幅が他の導波路フィンガの幅より広いことを特徴とする。
【0015】
また、第7の発明によるFETは、最外部に配置されたドレイン電極フィンガあるいはソース電極フィンガに並列になるようにして、上記フィンガーと同種の電極フィンガを設け、かつ、上記複数のドレイン電極フィンガあるいはソース電極フィンガ間に、ゲート電極フィンガを設けたことを特徴とする。
【0016】
また、第8の発明による半導体回路は、第1〜7のこの発明による複数のFETが、概略所要周波数において1/4波長となる長さの線路を介して接続されていることを特徴とする。
【0017】
また、第9の発明による半導体回路は、第1〜7のこの発明による複数のFETのゲート電極フィンガが、互いに接続された形状を有することを特徴とする。
【0018】
また、第10の発明による半導体回路は、ハイブリッド結合器の電力が分配される2つの出力端子それぞれに、第1〜7のこの発明によるFETのドレイン電極あるいはソース電極を接続してなることを特徴とする。
【0019】
また、第11の発明による半導体回路は、線路切り換え形半導体移相器の基準位相側伝送路および遅延位相側伝送路中に、この発明によるFETを設けた構成を有することを特徴とする。
【0020】
また、第12の発明による半導体回路は、第7の発明による2つのFETを用い、互いのドレイン電極あるいはソース電極フィンガ同士を接続してなることを特徴とする。
【0021】
また、第13の発明による半導体回路は、この発明によるFETを整合回路の一部に用いてなることを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施例について図面に基づき説明する。なお、図28、図29に示される従来例と同様の構成又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【0023】
実施の形態1.
図1は、第1の発明による、この発明の実施の形態1を示すFET構成図である。この図に示されるFETは、その中央に第1導波路フィンガ16を配しており、その両端はゲート接続配線12と競合しないようエアブリッジ13を介して、それぞれドレイン電極(D)、ソース電極(S)に接続されている。上記第1導波路フィンガ16とこれに隣接するソース電極フィンガ10との間には、ソース電極(S)側に第1隣接ゲート電極フィンガ17が、ドレイン電極(D)側に第2隣接ゲート電極フィンガ18が、それぞれ設けられて、ゲート接続配線12を介して第1ゲートバイアス端子19と第2ゲートバイアス端子20とにそれぞれ電気的に接続されている。
【0024】
この図に示されるFETのすべてのゲートに0[V]を印加した状態の等価回路を図2(a)に示す。この場合には、ゲート電極フィンガ11および第1、第2隣接ゲート電極フィンガ17、18直下近傍のチャネルが導通となることから、ドレイン電極フィンガ9、ソース電極フィンガ10、ならびに第1導波路フィンガ16は同電位となる。従って、これらフィンガが設けられた部分が一面導体として作用することになり、この場合は微少な抵抗を有する等価抵抗14−1で表される。この結果、FETは全体として伝送路として機能することになり、FETのドレイン電極(D)とソース電極(S)との間は通過状態となる。
【0025】
一方、図1に示されるFETのすべてのゲートにピンチオフ電圧相当のバイアス電圧を印加した状態の等価回路を図2(b)に示す。ゲート電極フィンガ11および第1、第2隣接ゲート電極フィンガ17、18直下近傍のチャネルが遮断されることから、ドレイン電極フィンガ9、ソース電極フィンガ10、ならびに第1導波路フィンガ16はそれぞれ独立した回路要素として機能する。この際、ドレイン電極フィンガ9、ソース電極フィンガ10間は、従来のFETで図30(b)に示した場合と同様に等価容量15であらわされる。また、第1導波路フィンガ16は独立導波路導体21−1として表される。この結果、上記導波路導体が呈するインダクタンスと上記容量との並列共振周波数より低い周波数において、この回路は誘導性のリアクタンスを呈することになる。また、並列共振周波数より高い周波数において、この回路は容量性のリアクタンスを呈することになる。
【0026】
さらに、図1に示されるFETの第1ゲートバイアス端子19に0[V]を印加し、第2ゲートバイアス端子20にピンチオフ電圧相当のバイアス電圧を印加した状態の等価回路を図2(c)に示す。この場合には、ゲート電極フィンガ11および第1隣接ゲート電極フィンガ17直下近傍のチャネルのみが導通となることから、ドレイン電極フィンガ9、ソース電極フィンガ10、ならびに第1導波路フィンガ16の第1隣接ゲート電極フィンガ17に沿った部分のみが同電位となる。従って、上記の図2(a)で示した場合とは異なり、これらフィンガが設けられた部分のみが一面導体として作用し、この部分のみが等価抵抗14−2で表される低抵抗の伝送路として機能する。一方、第2隣接ゲート電極フィンガ18直下近傍のチャネルが遮断されることから、第1導波路フィンガ16の第2隣接ゲート電極フィンガ18に沿った部分は独立した回路要素として機能し、独立導波路導体21−2としてあらわされる。ただし、その長さは、第1導波路フィンガ16全体の長さより短い。ここで、上記の独立した導波路導体の両端がほぼ同相で励振されることから、この部分は等価的に図2(d)に示すように、等価的に先端開放スタブ22として表示される。従って、この部分の電気長が1/4波長より短い場合には容量性のサセプタンスが装荷され、これを超えて1/2波長の長さまでは誘導性のサセプタンスが装荷されることになる。
【0027】
以上で述べたように、この実施例のFETは、ゲートバイアス端子への印加バイアスを切り換えることによって、その呈するインピーダンスを3種に変えることができる。従って、3種の異なる通過位相を得ることができて、これを位相制御素子として用いることにより、小形な移相器が実現される。ここで、インピーダンスの決定要素である導波路フィンガをFET中に形成していることから、FET外部におけるパターン占有がなく小型であり、これを複数個用いて構成される回路も小型にできる。また、このFET構成によって線路要素である導波路フィンガ間の結合が妨げられるため、FETを複数個用いた場合の電波の漏洩や結合を少なくできる。さらに、すべての印加バイアスを0[V]とするFETのON状態で、上記線路要素がFETの導通部(ドレイン・ソース間伝送線路)の一部となり、反射源となるスタブとならないため、この状態で良好な反射特性を実現できる。加えて、導波路フィンガの長さだけでなく、第1、第2隣接ゲート電極フィンガの長さに応じてのサセプタンス装荷が可能であることから、FETのサイズ、ドレイン電極フィンガやソース電極フィンガの形状、本数などと独立して、インピーダンスを設定でき、要求性能に見合った回路特性を実現できる利点がある。特に、第2隣接ゲート電極フィンガの長さを非常に短くすることによって、非常に小さなサセプタンスの装荷が可能であることから、移相量の小さい移相器の実現に効果的である。
【0028】
なお、この発明においては、FETを構成するドレインとソースは電気的に等価な働きを行うことから、上記構成、説明におけるドレインとソースを逆としても、上記説明と同等な効果が得られる。同様に、上記のドレイン電極フィンガーとソース電極フィンガーとを互いに逆にしても、上記説明と同等な効果が得られることは明らかである。
【0029】
実施の形態2.
図3は、第1の発明による、この発明の実施の形態2を示すFET構成図である。前記実施の形態1では、ゲート電極フィンガ11が第1、第2隣接ゲート電極フィンガ17、18と異なる長さで構成されていた。しかし、この実施例では、ゲート電極フィンガ11も分割し、このうちのドレイン電極(D)側の部分を第2隣接ゲート電極フィンガ18と同時に制御し、ソース電極(S)側の部分を第1隣接ゲート電極フィンガ17と同時に制御するように構成している。この場合、すべてのゲートに同一のバイアスを印加する場合には、上記実施の形態1と同様にして、図2(a)、図2(b)に示す等価回路が実現される。さらに、第1ゲートバイアス端子19にピンチオフ電圧相当のバイアス電圧を印加し、第2ゲートバイアス端子20に0[V]を印加した状態では、図4(a)に示す等価回路が実現される。この場合には、等価抵抗14−1がドレイン(D)側に形成され、かつ、独立導波路導体12−1と等価容量15−1との並列回路がソース(S)側に形成されている。一方、印加バイアスを逆転して、第1ゲートバイアス端子19に0[V]を印加し、第2ゲートバイアス端子20にピンチオフ電圧相当のバイアス電圧を印加した状態では、図4(b)に示す等価回路が実現される。この場合には、等価抵抗14−2がソース(S)側に形成され、かつ、独立導波路導体21−2と等価容量15−2との並列回路がドレイン(D)側に形成されている。従って、第1、第2隣接ゲート電極フィンガ17、18の長さを適切に選定することによって、4種の異なる通過位相を得ることができる。
【0030】
実施の形態3.
図5は、第2の発明による、この発明の実施の形態3を示すFET構成図である。導波路フィンガが長さ方向で2分割されてスタブ形状となって第1分割導波路フィンガ23と第2分割導波路フィンガ24とを形成しており、かつ、上記分割された導波路フィンガの長さと、それに隣接して設けられている分割された第1隣接ゲート電極17、第2隣接ゲート電極18の長さとを、ほぼ等しくするようにして形成している。この結果、FET中に図6に示した等価回路のように等価抵抗14とともに先端開放スタブ22を実現できることから、比較的大きな容量性サセプタンスの実現が容易になる。
【0031】
実施の形態4.
図7は、第2の発明による、この発明の実施の形態4を示すFET構成図である。前記の実施の形態3に比べて、さらに第1隣接ゲート電極フィンガ17を独立に制御するための第3ゲートバイアス端子25を設けた点が特長である。これによって、図8に示すように、実施の形態3の場合に加えて、さらに異なるサセプタンスの装荷が可能となる利点がある。なお、ここではゲート接続配線の輻輳を避けるために、特に、第4ゲートバイアス端子26を別個設けた場合を示している。
【0032】
実施の形態5.
図9は、第3の発明による、この発明の実施の形態5を示すFET構成図である。前記の実施の形態1、2の場合に比べて、さらに第2導波路フィンガ27を設けており、それぞれの導波路フィンガに隣接して設けられた分割された構造の第2隣接ゲート電極フィンガ18と第3隣接ゲート電極フィンガ28の長さがそれぞれ異なっており、かつ、それらを個別に制御するための第2、第3ゲートバイアス端子20、25を設けている。このように、制御可能な複数の導波路フィンガを有しているので、FETサイズを増大させることなく、実施の形態1、2の場合に比べて、さらに多数のインピーダンス状態を実現できる。なお、ここでは導波路フィンガの数が2本の場合を示しているが、これに限らず、さらに多数の導波路フィンガが、さらに多数のドレイン電極フィンガ、ソース電極フィンガとともに設けられてもよい。
【0033】
実施の形態6.
図10は、第4の発明による、この発明の実施の形態6を示すFET構成図である。前記の実施の形態5の場合に比べて、さらに第4ゲートバイアス端子26を設けて、第4隣接ゲート電極フィンガ29に個別バイアス印加を可能とし、独立制御可能な導波路フィンガ部分を増したものである。これによって、FETを大きくすることなく、より多数の位相状態が実現できる。
【0034】
実施の形態7.
図11は、第4の発明による、この発明の実施の形態7を示すFET構成図である。ここでは一例として実施の形態4に係わるこの発明によるFETQ1,Q2を2個用い、そのソース電極S1とドレイン電極D1が互いに電気的に接続されるようにして直列接続している。狭いエリアに制御可能な電極フィンガを一層多数設けることができる構成であるので、一段と多数のインピーダンス状態を実現される。また、周期的なインピーダンス不連続を実現できるので、形状に応じた周波数応答特性の実現が可能となる。なお、上記実施例では、実施の形態4に係わるFETを用いた場合について説明したが、これに限らず、実施の形態1〜6のいずれのFETを用いても良い。
【0035】
実施の形態8.
図12は、第5の発明による、この発明の実施の形態8を示すFET構成図である。ドレイン電極(D)から延設されて、ソース電極(S)に接続された第3導波路フィンガ30と、ソース電極(S)から延設されて、ゲート配線との競合ないし接触が生じないようエアブリッジ13を介してドレイン電極(D)に橋絡接続された第4導波路フィンガ31と、これら2つの導波路フィンガの間に設けられて、両端をドレイン電極及びソース電極にエアブリッジ13を介してあるいは直接に接続された第5導波路フィンガ32の3つの導波路フィンガを有し、かつ、上記導波路フィンガ間に、第5隣接ゲート電極フィンガ33を設けて、第2ゲートバイアス端子20よりバイアス印加する構成としている。さらに、中央の第5導波路フィンガ32の幅に比べて他の導波路フィンガの幅を広くして構成している。この構成では、リアクタンス特性を呈しないドレイン・ソース電極間の導体部分が広いため、この間が低抵抗になる。従って、通過損失の小さいFETが実現される。
【0036】
実施の形態9.
図13は、第5の発明による、この発明の実施の形態9を示すFET構成図である。前記実施の形態8に比べて、第5隣接ゲート電極フィンガ33の長さを短くしたものである。これによって、印加バイアスを変化させて、寄生抵抗の小さい2つの異なる装荷サセプタンスを実現できる。
【0037】
実施の形態10.
図14は、第6の発明による、この発明の実施の形態10を示すFET構成図である。ドレイン電極(D)から延設されてエアブリッジ13を介してソース電極(S)に接続された第6導波路フィンガ34と、ソース電極から延設されてエアブリッジ13を介してドレイン電極(D)に接続された第7導波路フィンガ35と、これら2つの導波路フィンガ間に設けられて、それぞれ一端がドレイン電極とソース電極とにエアブリッジ13を介して電気的に接続された第3、第4分割導波路フィンガ36、37とを設けて、上記導波路フィンガ間にはゲート電極フィンガを設けて、第1、第2ゲートバイアス端子19、20より独立にバイアス印加する構成としている。さらに、中央の導波路フィンガの幅を他の導波路フィンガの幅より広くして形成してある。この構成によって、幅の広いストリップ導体でスタブを構成できるので、比較的大きな容量性サセプタンスの実現が可能となる。
【0038】
実施の形態11.
図15は、第7の発明による、この発明の実施の形態11を示すFET構成図である。内部には、第1導波路フィンガ16が設けてあり、さらに、最外部に配置された最外部ソース電極フィンガ38に並列になるようにして、上記フィンガと同種の外部電極フィンガ39を設け、かつ、上記複数のソース電極フィンガ間に、外部ゲート電極フィンガ40を設けたものである。この構成においては、第1、第2ゲートバイアス端子19、20からの印加バイアスに応じて、図16(a)に示す等価容量15−1ならびに独立導波路導体の呈する等価インダクタ41からなる従来と同様な並列回路のほかに、図16(b)に示すように、外部電極フィンガ39が先端開放スタブとして機能することによる等価容量15−2をも実現できる。この結果としてキャパシタンス、インダクタンスからなる逆L形回路をFET自身で形成できるので、寄生分の小さい小型なフィルタ回路を実現できる効果がある。
【0039】
実施の形態12.
図17は、第7の発明による、この発明の実施の形態12を示すFET構成図である。前記実施の形態11とは異なり、内部はたとえば図29に示したような従来FETと同様な電極フィンガ構造であり、外辺部に、エアブリッジ13を利用した折り返し構造を用いて外部電極フィンガ39−1,39−2と、外部ゲート電極フィンガ40−1,40−2とを設けたものである。外部電極フィンガ39−1,39−2の全体の長さが1/4波長より長くなる周波数において、第1、第2ゲートバイアス端子19、20にピンチオフ電圧を印加した場合の等価回路を図18に示す。この場合には、前記の実施の形態11に係わるFETでは実現が困難であった、等価容量15と等価インダクタ41とからなるハイパス型の逆L回路が新たに実現できる。
【0040】
実施の形態13.
図19は、第8の発明による、この発明の実施の形態13を示す半導体回路構成図である。ここでは、この発明による複数の電解効果トランジスタとして、発明の形態1に関わる2つのFETQ1,Q2を、概略所要周波数において1/4波長となる長さの第1線路42を介して接続している。この構成では、第1線路42の効果によって、サセプタンスあるいはリアクタンスが装荷される状態における反射を打ち消すことができ、反射特性の良好な半導体回路が実現できる。ここで重要な点は、この発明によるFETでは、いわゆるON状態では反射が抵抗成分によるものだけで、きわめて小さい点である。したがって、2つの位相状態が実現される中で、そのうちの一つの状態に対しては反射の悪影響を考慮する必要がない。このため、ここで示した構成によって、2つの位相状態においてともに反射の良好な位相制御回路が実現される。なお、FETはこれに限らず、この発明による他のFETであっても良い。
【0041】
実施の形態14.
図20には、第9の発明による、この発明の実施の形態14を示す半導体回路構成図である。ここでは、複数の電解効果トランジスタとして、実施の形態1に関わるFETQ1,Q2を用い、第1線路42を介してそれぞれを接続し、かつ、その同種のゲート電極フィンガを、互いに電気的に接続して、第1、第2ゲートバイアス端子19、20より一括してバイアス印加するようにしたものである。隣接する複数のFETが一体化される構成となるので、半導体回路の一層の小型化が可能となる。
【0042】
実施の形態15.
図21は、第10の発明による、この発明の実施の形態15を示す半導体回路構成図である。ハイブリッド結合器43の電力が分配される2つの出力端子44それぞれに、上記実施例記載の構成を有するFETとして、図9に示した構成の実施の形態5に係わるFETQ1,Q2のドレイン電極(D)を接続し、そのソース電極(S)をバイアホール45に接続して接地している。ハイブリッド結合器43の電力合成特性を利用して入力側への反射を低減できるので、複数の位相状態を実現する場合でも、FET相互間の影響がなく低反射で小形な半導体回路が可能になる。なお、ここではハイブリッド結合器43として、いわゆるランゲカプラを用いた場合について示しているが、これに限らず、ブランチライン形ハイブリッドやラットレース回路、ブロードサイドカプラなど他のハイブリッド結合器であってもよい。
【0043】
実施の形態16.
図22は、第11の発明による、この発明の実施の形態16を示す半導体回路構成図である。従来例で説明した構造の、従来のFETQ1〜Q4を用いてなる線路切り換え形半導体移相器の基準伝送路5および遅延伝送路6中に、たとえば図5に示した構成の実施の形態3に係わるFETを設けた構成を有している。異なる位相状態を実現できる本発明によるFETを、線路切り換え形移相器中の伝送線路に設けているので、パターン専有面積を増加させることなく、移相器の多ビット化が可能になる。特に、大きな移相量を線路切り換え形半導体移相器で実現し、小さな移相量を本発明によるFETで実現すれば、互いの長所が生かせて効果的である。
【0044】
実施の形態17.
図23は、第12の発明による、この発明の実施の形態17を示す半導体回路構成図である。図11に示した実施の形態7に係わる2つのFETQ1,Q2を用い、互いのドレイン電極(D)同士を接続している。これまでに示してきた発明による1つのFETで通過状態とリアクタンスならびにサセプタンス装荷状態とを切り換えることができることを利用して、2つのFETを組み合わせて図24に示すような、等価インダクタ41と等価容量15とから成るπ形の低域通過形回路を形成してインピーダンス整合がとれるようにし、小型な低域通過形フィルタを実現できる上、印加バイアスの切り換えによって、通過振幅特性や通過位相特性を切り換えることのできる半導体回路を実現できる。
【0045】
実施の形態18.
図25は、第12の発明による、この発明の実施の形態18を示す半導体回路構成図である。図17に示した実施の形態12に係わる2つのFETQ1,Q2を用い、互いのドレイン電極(D)同士を接続している。この発明による1つのFETで通過状態とリアクタンスならびにサセプタンス装荷状態とを切り換えることができることを利用して、2つのFETを組み合わせて図26に示すような、等価容量15と等価インダクタ41とから成るπ形の高域通過形回路を形成してインピーダンス整合がとれるようにし、小型な高域通過形フィルタを実現できる上、印加バイアスの切り換えによって、通過振幅特性や通過位相特性を切り換えることのできる半導体回路を実現できる。
【0046】
実施の形態19.
図27は、第13の発明による、この発明の実施の形態19を示す半導体回路構成図である。ここでは、増幅器を一例としてとりあげて、その入力整合回路の一部に前記発明によるFETを用いた場合を示している。ソース接地の増幅FET46のゲートに第1、第2の整合線路47、48、整合スタブ49を介して、たとえば実施の形態1に係わる図1に示したFETQ1が接続されて、入力整合回路50が構成されている。FETQ1のすべてのゲートに0[V]を印加した場合には、このFET部分は伝送線路と同様の状態となって入力信号が増幅FETに伝送される。一方、この状態で第2ゲートバイアス端子20のみにピンチオフ電圧を印加すると、このFET部分にたとえば容量性スタブが形成される。したがって、温度変化や経年変化などによって増幅FETの特性に変化が合った場合でも、あるいは増幅FETの特性が製造条件でばらついた場合でも、電気的な手段によって入力整合回路のインピーダンス特性を変化させて、良好な整合条件を維持することが可能となる。このように、この発明によるFETによって、任意の範囲で装荷リアクタンスあるいは装荷サセプタンスを段階的に切り換えることができることを利用し、整合特性を電気的手段によって調整・制御できる機能を半導体回路に付与できる。上記実施例では、この発明によるFETを1つ用いた場合について示したが、これに限らず、さらに複数のこの発明によるFETを用いて、さらに精密あるいは広範囲な補償を行うことができる。また、上記実施例では、増幅器の入力整合回路にこの発明によるFETを用いた場合について述べたが、これに限らず、出力整合回路であっても良く、増幅器以外のミクサや変調器、発振器、逓倍器などのデバイスであっても良い。さらに、これらデバイスが複合されてなる、モジュールやBFN回路などの複合化した半導体回路で用いても、有効であることは明らかである。
【0047】
【発明の効果】
第1の発明によれば、ゲート配線との競合ないし接触が生じないような配線方法によって、一端がドレイン電極あるいはソース電極のうちの一方に橋絡接続されて、他端が前記一端と同様にして橋絡接続あるいは延設された構造で他方の電極に接続された導波路フィンガを有し、かつ、上記導波路フィンガと隣接するドレイン電極フィンガないしソース電極フィンガとの間に、長さ方向で2分割されたゲート電極フィンガを設け、上記分割されたゲート電極フィンガに独立してバイアスを印加する手段を具備しているので、ゲートバイアス端子への印加バイアスを切り換えることによって、FETの呈するインピーダンスを3種に変えることができる。従って、3種あるいは4種の異なる通過位相を得ることができて、これを位相制御素子として用いることにより、小形な移相器が実現される。ここで、インピーダンスの決定要素である導波路フィンガをFET中に形成していることから、FET外部におけるパターン占有がなく小型であり、これを複数個用いて構成される回路も小型にできる。また、このFET構成によって線路要素である導波路フィンガ間の結合が妨げられるため、FETを複数個用いた場合の電波の漏洩や結合を少なくできる。さらに、すべての印加バイアスを0[V]とするFETのON状態で、上記線路要素がFETの導通部(ドレイン・ソース間伝送線路)の一部となり、反射源となるスタブとならないため、この状態で良好な反射特性を実現できる。加えて、導波路フィンガの長さだけでなく、第1、第2隣接ゲート電極フィンガの長さに応じてのサセプタンス装荷が可能であることから、FETのサイズ、ドレイン電極フィンガやソース電極フィンガの形状、本数などと独立して、インピーダンスを設定でき、要求性能に見合った回路特性を実現できる利点がある。特に、第2隣接ゲート電極フィンガの長さを非常に短くすることによって、非常に小さなサセプタンスの装荷が可能であることから、移相量の小さい移相器の実現に効果的である。
【0048】
また、第2の発明によれば、導波路フィンガが長さ方向で2分割されてスタブ形状となっており、かつ、上記分割された導波路フィンガの長さと、それに隣接して設けられている分割されたゲート電極フィンガの長さとを、ほぼ等しくするようにして形成している。この結果、先端開放スタブを実現できることから、比較的大きな容量性サセプタンスの実現が容易になる。
【0049】
また、第3の発明によれば、前記の第1の発明の場合に比べて、複数の導波路フィンガを有しており、上記それぞれの導波路フィンガに隣接して設けられた分割されたゲート電極フィンガの長さがそれぞれ異なっており、かつ、それらを個別に制御するための第2、第3ゲートバイアス端子を設けている。このように、制御可能な複数の導波路フィンガを有しているので、FETサイズを増大させることなく、さらに多数のインピーダンス状態を実現できる。
【0050】
また、第4の発明によれば、前記第1〜3のいずれかの発明に係わるFETを、ドレイン電極あるいはソース電極が互いに電気的に接続されるようにして直列接続して、狭いエリアに制御可能な電極フィンガを一層多数設けることができる構成であるので、一段と多数のインピーダンス状態を実現される。また、周期的なインピーダンス不連続を実現できるので、形状に応じた周波数応答特性の実現が可能となる。
【0051】
また、第5の発明によれば、ドレイン電極及びソース電極のうち一方から延設されて、ゲート配線との競合ないし接触が生じないようエアブリッジを介す等の手段によって他方に橋絡接続された3つの導波路フィンガを有し、かつ、上記導波路フィンガ間に、ゲート電極フィンガを設けて、さらに、中央の導波路フィンガの幅に比べて他の導波路フィンガの幅を広くして構成している。この構成では、ドレイン・ソース間の導体部分が広いため、この間が低抵抗になる。従って、通過損失の小さいFETが実現される。
【0052】
また、第6の発明によれば、途中で2分割されてスタブ状となった導波路フィンガを、他の導波路フィンガより幅広で形成しているため、幅の広いストリップ導体でスタブを構成でき、比較的大きな容量性サセプタンスの実現が可能となる。
【0053】
また、第7の発明によれば、最外部に配置されたドレイン電極フィンガあるいはソース電極フィンガに並列になるようにして、上記フィンガと同種の外部電極フィンガを設け、かつ、上記複数のドレイン電極フィンガあるいはソース電極フィンガ間に、外部ゲート電極フィンガを設けて、外部ゲート電極フィンガに印加するバイアスを制御することによって、伝送路に容量性、誘導性のサセプタンスを装荷することができ、FETの他の部分と競合して、伝送路中に伝送特性が切り換え可能な逆L形のフィルタ回路を形成できる。
【0054】
また、第8の発明によれば、前記第1〜第7のいずれかの発明による複数の電解効果トランジスタが、概略所要周波数において1/4波長となる長さの線路を介して接続されているので、サセプタンスあるいはリアクタンスが装荷される状態における反射を打ち消すことができ、反射特性の良好な半導体回路が実現できる。
【0055】
また、第9の発明によれば、前記第1〜第7のいずれかの発明による複数のFETのゲート電極フィンガが、互いに接続された形状を有するので、隣接する複数のFETが一体化される構成となり、半導体回路の一層の小型化が可能となる。
【0056】
また、第10の発明によれば、ハイブリッド結合器の電力が分配される2つの出力端子それぞれに、前記第1〜第7のいずれかの発明によるFETのドレイン電極あるいはソース電極を接続しているので、ハイブリッド結合器の電力合成特性を利用して入力側への反射を低減できる結果、複数の位相状態を実現する場合でも、FET相互間の影響がなく低反射で小形な半導体回路が可能になる。
【0057】
また、第11の発明によれば、線路切り換え形半導体移相器の基準位相側伝送路および遅延位相側伝送路中に、前記第1〜第7のいずれかの発明によるFETを設けているので、線路切り換え形半導体移相器のもつパターン専有面積をほとんど増加させることなく、移相器の多ビット化が可能になる。
【0058】
また、第12の発明によれば、前記第7の発明に係わる2つのFETを用い、互いのドレイン電極あるいはソース電極フィンガ同士を接続して構成しているので、2つのFETを組み合わせてπ形の低域通過形回路あるいは高域通過形回路を形成してインピーダンス整合がとれるようにし、小型なフィルタを実現できる上、印加バイアスの切り換えによって、通過振幅特性や通過位相特性を切り換えることのできる半導体回路を実現できる。
【0059】
また、第13の発明によれば、前記第1〜第7のいずれかの発明によるFETを整合回路の一部に用いて、任意の範囲で装荷リアクタンスあるいは装荷サセプタンスを段階的に切り換えることができることを利用し、増幅器やミクサあるいはこれらを組み合わせた複合的なモジュールの整合特性を電気的手段によって調整・制御できる機能を、これらの半導体回路に付与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明によるFETの実施の形態1を示す構成図である。
【図2】 実施の形態1によるFETの動作を示す等価回路図である。
【図3】 この発明によるFETの実施の形態2を示す構成図である。
【図4】 実施の形態2によるFETの動作を示す等価回路図である。
【図5】 この発明によるFETの実施の形態3を示す構成図である。
【図6】 実施の形態3によるFETの動作を示す等価回路図である。
【図7】 この発明によるFETの実施の形態4を示す構成図である。
【図8】 実施の形態4によるFETの動作を示す等価回路図である。
【図9】 この発明によるFETの実施の形態5を示す構成図である。
【図10】 この発明によるFETの実施の形態6を示す構成図である。
【図11】 この発明によるFETの実施の形態7を示す構成図である。
【図12】 この発明によるFETの実施の形態8を示す構成図である。
【図13】 この発明によるFETの実施の形態9を示す構成図である。
【図14】 この発明によるFETの実施の形態10を示す構成図である。
【図15】 この発明によるFETの実施の形態11を示す構成図である。
【図16】 実施の形態11によるFETの動作を示す等価回路図である。
【図17】 この発明によるFETの実施の形態12を示す構成図である。
【図18】 実施の形態12によるFETの動作を示す等価回路図である。
【図19】 この発明による半導体回路の実施の形態13を示す構成図である。
【図20】 この発明による半導体回路の実施の形態14を示す構成図である。
【図21】 この発明による半導体回路の実施の形態15を示す構成図である。
【図22】 この発明による半導体回路の実施の形態16を示す構成図である。
【図23】 この発明による半導体回路の実施の形態17を示す構成図である。
【図24】 実施の形態17による半導体回路の動作を示す等価回路図である。
【図25】 この発明による半導体回路の実施の形態18を示す構成図である。
【図26】 実施の形態18による半導体回路の動作を示す等価回路図である。
【図27】 この発明による半導体回路の実施の形態19を示す構成図である。
【図28】 従来例に係わる従来の半導体移相器の構成を示す回路図。
【図29】 従来例における従来のFETの構成図。
【図30】 従来例のFETの動作を示す等価回路図。
【符号の説明】
1 入力線路、2 出力線路、3、4 従来のSPDTスイッチ、5 基準伝送線路、6 遅延伝送線路、7 共振用インダクタ線路、8 ゲートバイアス端子、9 ドレイン電極フィンガ、10 ソース電極フィンガ、11 ゲート電極フィンガ、12 ゲート接続配線、13 エアブリッジ、14 等価抵抗、15等価容量、16 第1導波路フィンガ、17 第1隣接ゲート電極フィンガ、18 第2隣接ゲート電極フィンガ、19 第1ゲートバイアス端子、20 第2ゲートバイアス端子、21 独立導波路導体、22 先端開放スタブ、23 第1分割導波路フィンガ、24 第2分割導波路フィンガ、25 第3ゲートバイアス端子、26 第4ゲートバイアス端子、27 第2導波路フィンガ、28第3隣接ゲート電極フィンガ、29 第4隣接ゲート電極フィンガ、30 第3導波路フィンガ、31 第4導波路フィンガ、32 第5導波路フィンガ、33 第5隣接ゲート電極フィンガ、34 第6導波路フィンガ、35 第7導波路フィンガ、36 第3分割導波路フィンガ、37 第4分割導波路フィンガ、38 最外部ソース電極フィンガ、39 外部電極フィンガ、40 外部ゲート電極フィンガ、41 等価インダクタ、42 第1線路、43 ハイブリッド結合器、44 ハイブリッド結合器の出力端子、45 バイアホール、46 増幅FET、47 第1の整合線路、48 第2の整合線路、49 整合スタブ、50 入力整合回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a field effect transistor (hereinafter referred to as FET) having an expanded impedance variable function, or a semiconductor circuit such as a semiconductor phase shifter or semiconductor amplifier using the FET as a circuit element.
[0002]
[Prior art]
An FET and a semiconductor circuit using the FET are widely used in various devices such as a microwave band and a millimeter wave band, and are applied to the fields of mobile communication, in-vehicle, and satellite communication. FIG. 28 shows an example of a metal pattern structure of a semiconductor circuit called a switched line type phase shifter configured using a conventional FET. The configuration of this figure is disclosed in “X-band 5-bit monolithic GaAsFET phase shifter”, Iyama et al.
[0003]
The phase shifter shown in this figure is composed of an
[0004]
The structure of the FET will be described in more detail. Since the four FETs have the same structure, the FET Q1 is taken up here and an example of the electrode structure is shown in FIG. A
[0005]
Next, the operation of the conventional semiconductor phase shifter will be described.
First, in a passing state in which 0V is applied to the gates (G) of the FETs Q1 and Q3 and a pinch-off voltage is applied to the gates (G) of the FETs Q2 and Q4, the drain (D) and source (S) of the FETs Q1 and Q3. As shown in FIG. 30 (a), the resistance is low impedance (ON state) represented by the
[0006]
Next, the bias applied to each FET is reversed. In this case, contrary to the above, between the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the configuration in which the phase control action is performed by combining the FET such as the resonant inductor line, the reference transmission line, the delay transmission line and the like as in the prior art described above, a line structure is required. A substrate area corresponding to the occupied area is required, and there is a problem that the circuit scale and the device are increased. In addition, since the inductor line is provided outside the FET, radio wave leakage is likely to occur due to coupling between adjacent inductor lines, and the electrical problem that the switching characteristics and phase shifter performance deteriorate due to the interference action. there were. These problems have become more prominent in multi-bit phase shifters and the like that need to realize a large number of phase states.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and expands the impedance variable function of the FET and reduces the size of a semiconductor circuit such as a semiconductor phase shifter and a semiconductor amplifier configured by using this function. The purpose is to make it multifunctional.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the FET according to the first invention, one end is bridge-connected to one of the drain electrode and the source electrode by a wiring method that does not cause competition or contact with the gate wiring, and the other end is the same as the one end. A waveguide finger connected to the other electrode in a bridge connection or extended structure, and 2 in the length direction between the waveguide finger and the adjacent drain electrode source or source electrode finger. A divided gate electrode finger is provided, and a bias is applied independently to the divided gate electrode finger.
[0010]
In the FET according to the second invention, the waveguide finger is divided into two in the length direction to form a stub shape, and is provided adjacent to the length of the divided waveguide finger. The divided gate electrode fingers are formed so as to have substantially the same length.
[0011]
The FET according to the third invention has a plurality of waveguide fingers, and the lengths of the divided gate electrode fingers provided adjacent to each of the waveguide fingers are different from each other. To do.
[0012]
The FET according to the fourth invention is characterized in that the FETs according to the first to third inventions are connected in series so that the drain electrode or the source electrode is electrically connected to each other.
[0013]
The FET according to the fifth invention has three waveguides extending from one of the drain electrode and the source electrode and bridge-connected to the other by a wiring method that does not cause competition or contact with the gate wiring. A gate electrode finger is provided between the waveguide fingers, and the width of the other waveguide finger is wider than the width of the central waveguide finger.
[0014]
The FET according to the sixth invention includes three waveguides extending from one of the drain electrode and the source electrode and bridged to the other by a wiring method that does not cause competition or contact with the gate wiring. A gate electrode finger is provided between the waveguide fingers, and the central waveguide finger is divided into two to form a stub, and the width of the central waveguide finger Is wider than the width of other waveguide fingers.
[0015]
The FET according to the seventh invention is provided with an electrode finger of the same type as the finger so as to be in parallel with the drain electrode finger or the source electrode finger arranged on the outermost side, and the plurality of drain electrode fingers or A gate electrode finger is provided between the source electrode fingers.
[0016]
A semiconductor circuit according to an eighth invention is characterized in that a plurality of FETs according to the first to seventh inventions are connected via a line having a length of ¼ wavelength at an approximate required frequency. .
[0017]
A semiconductor circuit according to a ninth invention is characterized in that the gate electrode fingers of the plurality of FETs according to the first to seventh inventions are connected to each other.
[0018]
The semiconductor circuit according to the tenth invention is characterized in that the drain electrode or the source electrode of the FET according to the first to seventh inventions is connected to each of two output terminals to which the power of the hybrid coupler is distributed. And
[0019]
A semiconductor circuit according to an eleventh invention is characterized in that the FET according to the present invention is provided in a reference phase side transmission line and a delay phase side transmission line of a line switching type semiconductor phase shifter.
[0020]
A semiconductor circuit according to a twelfth aspect of the present invention is characterized in that two FETs according to the seventh aspect of the present invention are used and their drain electrodes or source electrode fingers are connected to each other.
[0021]
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor circuit using the FET according to the present invention as a part of a matching circuit.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to the prior art example shown by FIG. 28, FIG. 29, or a corresponding structure, and description is abbreviate | omitted.
[0023]
FIG. 1 is an FET configuration
[0024]
FIG. 2A shows an equivalent circuit in a state where 0 [V] is applied to all the gates of the FET shown in this figure. In this case, since the
[0025]
On the other hand, FIG. 2B shows an equivalent circuit in a state where a bias voltage corresponding to the pinch-off voltage is applied to all the gates of the FET shown in FIG. Since the
[0026]
Further, an equivalent circuit in a state where 0 [V] is applied to the first
[0027]
As described above, the impedance of the FET of this embodiment can be changed to three types by switching the bias applied to the gate bias terminal. Accordingly, three different passing phases can be obtained, and a small phase shifter can be realized by using these as phase control elements. Here, since the waveguide finger, which is a determinant of impedance, is formed in the FET, the pattern is not occupied outside the FET, so that the circuit is small, and a circuit constituted by using a plurality of these can be miniaturized. Further, since this FET configuration prevents the coupling between waveguide fingers as line elements, leakage and coupling of radio waves when using a plurality of FETs can be reduced. Furthermore, in the ON state of the FET in which all applied biases are set to 0 [V], the above line element becomes a part of the conduction part (drain-source transmission line) of the FET and does not become a stub as a reflection source. Good reflection characteristics can be realized in the state. In addition, since susceptance loading according to not only the length of the waveguide finger but also the length of the first and second adjacent gate electrode fingers is possible, the size of the FET, the drain electrode finger, and the source electrode finger There is an advantage that the impedance can be set independently of the shape, number, etc., and circuit characteristics corresponding to the required performance can be realized. In particular, it is possible to load a very small susceptance by making the length of the second adjacent gate electrode finger very short, which is effective for realizing a phase shifter with a small amount of phase shift.
[0028]
In the present invention, since the drain and source constituting the FET perform an electrically equivalent function, the same effect as in the above description can be obtained even if the drain and source in the above configuration and description are reversed. Similarly, it is apparent that the same effect as described above can be obtained even if the drain electrode finger and the source electrode finger are reversed.
[0029]
FIG. 3 is an FET configuration diagram showing a second embodiment of the present invention according to the first invention. In the first embodiment, the
[0030]
FIG. 5 is an FET configuration
[0031]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is an FET configuration diagram showing Embodiment 4 of the present invention according to the second invention. Compared to the third embodiment, the third gate bias terminal 25 for independently controlling the first adjacent
[0032]
FIG. 9 is an FET configuration
[0033]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 10 is an FET configuration diagram showing Embodiment 6 of the present invention according to the fourth invention. Compared to the case of the fifth embodiment, a fourth
[0034]
FIG. 11 is an FET configuration
[0035]
FIG. 12 is an FET configuration diagram showing an eighth embodiment of the present invention according to the fifth invention. The
[0036]
FIG. 13 is an FET configuration
[0037]
FIG. 14 is an FET configuration
[0038]
FIG. 15 is an FET configuration
[0039]
FIG. 17 is an FET configuration
[0040]
FIG. 19 is a semiconductor circuit configuration
[0041]
FIG. 20 is a semiconductor circuit configuration
[0042]
FIG. 21 is a semiconductor circuit configuration
[0043]
FIG. 22 is a semiconductor circuit configuration diagram showing the sixteenth embodiment of the present invention according to the eleventh invention. In the
[0044]
FIG. 23 is a semiconductor circuit configuration
[0045]
FIG. 25 is a semiconductor circuit configuration
[0046]
FIG. 27 is a semiconductor circuit configuration
[0047]
【The invention's effect】
According to the first invention, one end is bridge-connected to one of the drain electrode and the source electrode and the other end is made the same as the one end by a wiring method that does not cause competition or contact with the gate wiring. A waveguide finger connected to the other electrode in a bridge-connected or extended structure, and in the length direction between the waveguide finger and a drain electrode finger or a source electrode finger adjacent to the waveguide finger. Since the gate electrode finger divided into two is provided and a means for applying a bias independently to the divided gate electrode finger is provided, the impedance exhibited by the FET can be changed by switching the bias applied to the gate bias terminal. It can be changed to 3 types. Accordingly, three or four different passing phases can be obtained, and a small phase shifter can be realized by using these as phase control elements. Here, since the waveguide finger, which is a determinant of impedance, is formed in the FET, the pattern is not occupied outside the FET, so that the circuit is small, and a circuit constituted by using a plurality of these can be miniaturized. Further, since this FET configuration prevents the coupling between waveguide fingers as line elements, leakage and coupling of radio waves when using a plurality of FETs can be reduced. Furthermore, in the ON state of the FET in which all applied biases are set to 0 [V], the above line element becomes a part of the conduction part (drain-source transmission line) of the FET and does not become a stub as a reflection source. Good reflection characteristics can be realized in the state. In addition, since susceptance loading according to not only the length of the waveguide finger but also the length of the first and second adjacent gate electrode fingers is possible, the size of the FET, the drain electrode finger, and the source electrode finger There is an advantage that the impedance can be set independently of the shape, number, etc., and circuit characteristics corresponding to the required performance can be realized. In particular, it is possible to load a very small susceptance by making the length of the second adjacent gate electrode finger very short, which is effective for realizing a phase shifter with a small amount of phase shift.
[0048]
According to the second invention, the waveguide finger is divided into two stubs in the length direction, and the length of the divided waveguide finger is provided adjacent to the stub shape. The divided gate electrode fingers are formed to have substantially the same length. As a result, since the open end stub can be realized, a relatively large capacitive susceptance can be easily realized.
[0049]
Further, according to the third invention, as compared with the case of the first invention, the divided gate is provided with a plurality of waveguide fingers and provided adjacent to each of the waveguide fingers. The electrode fingers have different lengths and are provided with second and third gate bias terminals for individually controlling them. As described above, since a plurality of controllable waveguide fingers are provided, a larger number of impedance states can be realized without increasing the FET size.
[0050]
According to the fourth invention, the FETs according to any one of the first to third inventions are connected in series so that the drain electrodes or the source electrodes are electrically connected to each other, and are controlled in a narrow area. Since the number of possible electrode fingers can be increased, a larger number of impedance states can be realized. In addition, since periodic impedance discontinuity can be realized, it is possible to realize frequency response characteristics corresponding to the shape.
[0051]
Further, according to the fifth aspect of the present invention, it extends from one of the drain electrode and the source electrode and is bridged to the other by means such as via an air bridge so as not to cause competition or contact with the gate wiring. In addition, there are three waveguide fingers, a gate electrode finger is provided between the waveguide fingers, and the width of the other waveguide fingers is wider than the width of the central waveguide finger. is doing. In this configuration, since the conductor portion between the drain and the source is wide, the resistance between them is low. Therefore, an FET with a small passage loss is realized.
[0052]
Further, according to the sixth invention, since the waveguide finger that is divided into two in the middle to form a stub is formed wider than the other waveguide fingers, the stub can be constituted by a wide strip conductor. A relatively large capacitive susceptance can be realized.
[0053]
According to the seventh invention, the external electrode finger of the same type as the finger is provided in parallel with the drain electrode finger or the source electrode finger arranged at the outermost part, and the plurality of drain electrode fingers are provided. Alternatively, by providing an external gate electrode finger between the source electrode fingers and controlling the bias applied to the external gate electrode finger, a capacitive and inductive susceptance can be loaded on the transmission line, Competing with the portion, an inverted L-type filter circuit whose transmission characteristics can be switched can be formed in the transmission line.
[0054]
According to the eighth invention, the plurality of field effect transistors according to any one of the first to seventh inventions are connected via a line having a length of ¼ wavelength at an approximate required frequency. Therefore, reflection in a state where susceptance or reactance is loaded can be canceled, and a semiconductor circuit with good reflection characteristics can be realized.
[0055]
According to the ninth invention, since the gate electrode fingers of the plurality of FETs according to any one of the first to seventh inventions are connected to each other, a plurality of adjacent FETs are integrated. Thus, the semiconductor circuit can be further miniaturized.
[0056]
According to the tenth invention, the drain electrode or the source electrode of the FET according to any one of the first to seventh inventions is connected to each of the two output terminals to which the power of the hybrid coupler is distributed. As a result, it is possible to reduce the reflection to the input side by using the power combiner characteristics of the hybrid coupler. As a result, even when multiple phase states are realized, there is no influence between FETs, and a small semiconductor circuit with low reflection is possible. Become.
[0057]
According to the eleventh invention, the FET according to any one of the first to seventh inventions is provided in the reference phase side transmission line and the delay phase side transmission line of the line switching type semiconductor phase shifter. Thus, it is possible to increase the number of bits of the phase shifter without substantially increasing the pattern occupation area of the line switching type semiconductor phase shifter.
[0058]
Further, according to the twelfth invention, the two FETs according to the seventh invention are used and the drain electrodes or the source electrode fingers are connected to each other. A low-pass or high-pass circuit can be formed so that impedance matching can be achieved, a small filter can be realized, and the pass amplitude characteristics and pass phase characteristics can be switched by switching the applied bias A circuit can be realized.
[0059]
According to the thirteenth invention, the loading reactance or the loading susceptance can be switched stepwise within an arbitrary range by using the FET according to any one of the first to seventh inventions as a part of the matching circuit. The semiconductor circuit can be provided with a function capable of adjusting and controlling the matching characteristics of an amplifier, a mixer, or a complex module combining these by means of electrical means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an FET according to the present invention;
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing the operation of the FET according to the first embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the FET according to the present invention.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing the operation of the FET according to the second embodiment.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a third embodiment of the FET according to the present invention;
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram showing the operation of the FET according to the third embodiment.
FIG. 7 is a block diagram showing a fourth embodiment of the FET according to the present invention.
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram showing the operation of the FET according to the fourth embodiment.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of an FET according to the present invention;
FIG. 10 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of the FET according to the present invention;
FIG. 11 is a block diagram showing a seventh embodiment of the FET according to the present invention.
FIG. 12 is a configuration diagram showing an eighth embodiment of an FET according to the present invention;
FIG. 13 is a block diagram showing a ninth embodiment of the FET according to the present invention.
FIG. 14 is a configuration diagram showing a tenth embodiment of an FET according to the present invention;
FIG. 15 is a configuration diagram showing an eleventh embodiment of an FET according to the present invention;
FIG. 16 is an equivalent circuit diagram showing the operation of the FET according to the eleventh embodiment.
FIG. 17 is a block
FIG. 18 is an equivalent circuit diagram showing the operation of the FET according to the twelfth embodiment.
FIG. 19 is a block diagram showing a semiconductor circuit according to a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a configuration diagram showing a fourteenth embodiment of a semiconductor circuit according to the present invention.
FIG. 21 is a block diagram showing a fifteenth embodiment of a semiconductor circuit according to the present invention.
FIG. 22 is a block diagram showing a sixteenth embodiment of a semiconductor circuit according to the present invention.
FIG. 23 is a block diagram showing a seventeenth embodiment of a semiconductor circuit according to the present invention.
FIG. 24 is an equivalent circuit diagram showing an operation of the semiconductor circuit according to the seventeenth embodiment;
FIG. 25 is a block diagram showing a semiconductor circuit according to an eighteenth embodiment of the present invention.
FIG. 26 is an equivalent circuit diagram showing the operation of the semiconductor circuit according to the eighteenth embodiment;
FIG. 27 is a configuration diagram showing a nineteenth embodiment of a semiconductor circuit according to the present invention.
FIG. 28 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional semiconductor phase shifter according to a conventional example.
FIG. 29 is a configuration diagram of a conventional FET in a conventional example.
FIG. 30 is an equivalent circuit diagram showing the operation of a conventional FET.
[Explanation of symbols]
1 input line, 2 output line, 3, 4 conventional SPDT switch, 5 reference transmission line, 6 delay transmission line, 7 resonance inductor line, 8 gate bias terminal, 9 drain electrode finger, 10 source electrode finger, 11 gate electrode Finger, 12 gate connection wiring, 13 air bridge, 14 equivalent resistance, 15 equivalent capacitance, 16 first waveguide finger, 17 first adjacent gate electrode finger, 18 second adjacent gate electrode finger, 19 first gate bias terminal, 20 Second gate bias terminal, 21 Independent waveguide conductor, 22 Open-ended stub, 23 First divided waveguide finger, 24 Second divided waveguide finger, 25 Third gate bias terminal, 26 Fourth gate bias terminal, 27 Second Waveguide finger, 28 third adjacent gate electrode finger, 29 fourth adjacent gate electrode field , 30 Third waveguide finger, 31 Fourth waveguide finger, 32 Fifth waveguide finger, 33 Fifth adjacent gate electrode finger, 34 Sixth waveguide finger, 35 Seventh waveguide finger, 36 Third divided conductor Waveguide finger, 37 Fourth divided waveguide finger, 38 Outermost source electrode finger, 39 External electrode finger, 40 External gate electrode finger, 41 Equivalent inductor, 42 First line, 43 Hybrid coupler, 44 Output terminal of hybrid coupler , 45 via hole, 46 amplifying FET, 47 first matching line, 48 second matching line, 49 matching stub, 50 input matching circuit.
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