JP4688410B2 - 広帯域増幅器 - Google Patents

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本発明は、広帯域増幅器に関し、特にその直流電圧印加回路に関するものである。
図２の（ａ）、（ｂ）はこの種の広帯域増幅器の直流電圧印加回路の構成を示す図である。同図において、Ｃｉは入力（ＩＮ）側のキャパシタ（コンデンサ）、Ｃｏは出力（ＯＵＴ）側のキャパシタ、Ｑは高周波伝送線路１に接続された増幅用のＦＥＴ、Ｌ１１，Ｌ１２は高インダクタンスで低自己共振周波数を持つチョークコイルで、それぞれＦＥＴ Ｑのゲートバイアス回路、ドレインバイアス回路に接続されている。Ｃ１１，Ｃ１２はショート用のキャパシタ、ＢＰ１，ＢＰ２はライン長λ／４（λ＝基板上での波長）のバイアスパターンで、それぞれＦＥＴ Ｑのゲートバイアス回路、ドレインバイアス回路に接続されている。
従来の直流電圧印加回路は、上記の図２の（ａ）に示すように、高周波的には高インピーダンスとなるようなインダクタンスの大きなチョークコイルＬ１１，Ｌ１２を使用し、ＦＥＴ Ｑ等に電源を供給している。また同図の（ｂ）に示すように、高周波帯ではλ／４のラインの先にＧＮＤ間とのショート用キャパシタＣ１１，Ｃ１２を用い、高周波的にバイアス回路がオープンとなる回路で電源供給を行っている。
また、少ない付加素子で利得の周波数特性を広帯域化したトランジスタによる広帯域増幅器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−２０６７４５号公報
ところで、上記のような一般市販品のインダクタンスの大きなチョークコイルは自己共振周波数が低く、自己共振周波数を超えた帯域では純粋なコイル成分ではなくなってしまい、特性の悪化が生じていた。そして、チョークコイルではインダクタンスが高くなれば高くなるほど自己共振周波数が低くなる。また、λ／４ラインを用いた回路では、その波長の周波数を中心に１０％程度の帯域しか直流電圧印加回路として効果がなかった。
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、広帯域にわたって高周波伝送線路に影響を与えずに直流電圧の印加が可能な広帯域増幅器の直流電圧印加回路を提供することを目的としている。
本発明に係る広帯域増幅器は、増幅素子を接続した高周波伝送線路に、自己共振周波数の異なるコイルを複数個直列に接続してなり、該高周波伝送線路側のコイルに自己共振周波数の高い低インダクタンスのコイルを使用し、順にこれより自己共振周波数の低い高インダクタンスのコイルを直列に接続し、
該高周波伝送線路に接続するコイルと次段のコイルとの間に高周波帯を高周波的にショートに近づける小容量キャパシタを接続するとともに、前記次段のコイルの逆側に低周波帯を高周波的にショートに近づける大容量キャパシタを接続し、
該高インダクタンスのコイルの自己共振周波数は、該低インダクタンスのコイルが、チョークコイルとして働く周波数の下限を考慮して決定され、該低インダクタンスのコイルのインピーダンスが、数百オームとなる周波数以上であり、該高インダクタンスのコイルのインダクタンスは、下限周波数にて数百オームのインピーダンスとなるように選定され、
該コイルの直列回路に直流電圧が印加されることを特徴とするものである。
本発明によれば、広帯域にわたって高周波伝送線路に影響を与えずに直流電圧の印加が可能になる。
以下、本発明の実施例を図面について説明する。
図１は本発明の実施例の構成を示す図であり、図２と同一符号は同一構成要素を示している。本実施例の広帯域増幅器及びその直流電圧印加回路は、高周波伝送線路１に増幅素子としてＦＥＴ Ｑを接続している。Ｄはそのドレイン、Ｇはゲート、Ｓはソースである。また、Ｃｉは入力（ＩＮ）側のキャパシタ（コンデンサ）、Ｃｏは出力（ＯＵＴ）側のキャパシタである。
上記ＦＥＴ Ｑを接続した高周波伝送線路１のゲート側及びドレイン側には、自己共振周波数の異なる複数個のチョークコイルＬ１，Ｌ２及びＬ３，Ｌ４がそれぞれ直列に接続されており、該チョークコイルのそれぞれの直列回路の先にゲートバイアス回路、ドレインバイアス回路が接続されている。
また、高周波伝送線路１側のチョークコイルＬ１，Ｌ３には低インダクタンスで自己共振周波数の高いコイルを使用し、次段のチョークコイルＬ２，Ｌ４には高インダクタンスでこれより自己共振周波数の低いコイルを用いて、順に直列に接続している。
更に、上記高周波伝送回路１に接続するチョークコイルＬ１，Ｌ３と次段のチョークコイルＬ２，Ｌ４との間に高周波帯を高周波的にショートに近づける小容量キャパシタＣ１，Ｃ３を接続するとともに、上記次段のチョークコイルＬ２，Ｌ４の逆側に低周波帯を高周波的にショートに近づける大容量キャパシタＣ２，Ｃ４を接続している。
本実施例では、チョークコイルを自己共振周波数の違いによる２段構成にし、直流電圧印加を行う高周波伝送線路１に接続するチョークコイルＬ１、Ｌ３には低インダクタンスではあるが自己共振周波数が必要周波数帯域より高いコイルを使用する。そして、これらのコイルの先に直列接続するチョークコイルＬ２、Ｌ４として、高インダクタンスで自己共振周波数の低いコイルを使用する。
上記高インダクタンスのコイルの自己共振周波数の選定は、低インダクタンスのコイルのチョークコイルとして働く周波数の下限を考慮して決定する。
例として、自己共振周波数：２ＧＨｚ、インダクタンス：１００ｎＨのコイルを使用したとき、コイルのインピーダンスが数百オームとなる周波数は８００ＭＨｚ程度となる。
したがって、下限周波数にてコイルのインピーダンスが数百オームとなるようにインダクタンスを選定するとともに、自己共振周波数が８００ＭＨｚ以上のものを選定すれば、下限周波数から２ＧＨｚまでのチョークコイル回路を形成することが可能となる。必要であれば、２段構成ではなくそれ以上の多段構成とすることも可能である。
また、キャパシタＣ１、Ｃ３として高周波数帯を高周波的にショートに近づける小容量のものを用い、キャパシタＣ２，Ｃ４として低周波数帯を高周波的にショートに近づける大容量のものを用いることにより、効果をより高めることができる。
従来では、高インダクタンスのコイルのみを用いて直流電圧を印加していたため、コイルの自己共振周波数を超える周波数帯では伝送線路の損失が増える等周波数特性の悪化の影響が出ていたが、本実施例の直流電圧印加回路を使用することにより、広帯域にわたって高周波伝送線路１に影響を与えずに直流電圧の印加が可能となる。
本発明は、光高速通信用の広帯域増幅器として有用である。
本発明の実施例の構成を示す図 従来例の構成を示す図
符号の説明
１ 高周波伝送線路
Ｑ ＦＥＴ（増幅素子）
Ｌ１，Ｌ３ 低インダクタンスで高共振周波数のチョークコイル
Ｌ２，Ｌ４ 高インダクタンスで低共振周波数のチョークコイル
Ｃ１，Ｃ３ 小容量キャパシタ
Ｃ２，Ｃ４ 大容量キャパシタ

Claims (1)

  1. 増幅素子を接続した高周波伝送線路に、自己共振周波数の異なるコイルを複数個直列に接続してなり、該高周波伝送線路側のコイルに自己共振周波数の高い低インダクタンスのコイルを使用し、順にこれより自己共振周波数の低い高インダクタンスのコイルを直列に接続し、
    該高周波伝送線路に接続するコイルと次段のコイルとの間に高周波帯を高周波的にショートに近づける小容量キャパシタを接続するとともに、前記次段のコイルの逆側に低周波帯を高周波的にショートに近づける大容量キャパシタを接続し、
    該高インダクタンスのコイルの自己共振周波数は、該低インダクタンスのコイルが、チョークコイルとして働く周波数の下限を考慮して決定され、該低インダクタンスのコイルのインピーダンスが、数百オームとなる周波数以上であり、該高インダクタンスのコイルのインダクタンスは、下限周波数にて数百オームのインピーダンスとなるように選定され、
    該コイルの直列回路に直流電圧が印加されることを特徴とする広帯域増幅器。
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