JP4925096B2 - 高周波増幅器 - Google Patents

Description

この発明は、整合回路に高誘電率基板を使用する高周波増幅器に関するものである。

高周波高出力増幅器において、トランジスタチップの入力インピーダンスあるいは出力インピーダンスは非常に低く、たとえば５０Ｗ以上の出力を有するＧａＡｓトランジスタでは通常１Ω程度であり、高誘電率基板を使用して５０Ωへのインピーダンス整合を実現している。この際、広帯域にインピーダンス整合を取るために２種類以上の誘電率の異なる高誘電率基板が使用されること多い。

図５は、出力インピーダンス２Ωのトランジスタチップに対して、（ａ）特性インピーダンス１０Ωの１／４波長線路１本でインピーダンス整合した場合、（ｂ）特性インピーダンス５Ω、２５Ωの２本の１／４波長線路でインピーダンス整合した場合の出力反射特性（出力ＶＳＷＲ）の計算結果を示す。このように２個以上のインピーダンス整合回路を使用して、徐々にインピーダンス整合を実現する方がより広帯域な基本波インピーダンス整合が実現できることが知られている。従来の高出力増幅器では、通常、トランジスタチップに近い側のインピーダンス整合回路ほどより高誘電率の基板を使用することでこのような構成を実現していた。

また、高出力増幅器のドレイン効率を高めるために高調波反射プリマッチ回路を用いる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。図６は高周波増幅器であるが、第２次高調波制御回路３１および３２より２倍波周波数におけるトランジスタに対する終端インピーダンスを適切に制御することで高効率動作を実現している。

特開平８−３７４３３号公報

上述したような、従来の、トランジスタチップに近い側により高誘電率の基板を使用した高周波高出力増幅器は、広帯域な基本波整合を実現するのに有効である。また、高調波制御回路をトランジスタ近傍に配置した高周波増幅器は、トランジスタの高効率動作を実現する上で有効である。しかしながら、トランジスタチップ近傍の整合回路基板に高誘電率基板を使用した場合、この高誘電率基板上に高調波制御回路を形成しようとすると、線路インピーダンスが低くなりすぎて必ずしも所望の高調波終端を実現できないという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、広帯域な基本波整合を保ちつつ、高調波整合による高効率動作を提供することができる高周波増幅器を得るものである。

この発明に係る高周波増幅器は、トランジスタチップと、前記トランジスタチップのドレイン側に直接接続される第１の高誘電率基板と、前記第１の高誘電率基板に接続され、出力整合のための第２の高誘電率基板とを備えた高周波増幅器であって、前記第１の高誘電率基板の第１の誘電率が前記第２の高誘電率基板の第２の誘電率よりも低く選ばれ、出力整合のための第３の高誘電率基板をさらに備え、前記第１及び第３の高誘電率基板を同一基板とするものである。

この発明に係る高周波増幅器は、広帯域な基本波整合を保ちつつ、高調波整合による高効率動作を提供することができるという効果を奏する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る高周波増幅器について図１を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１において、この実施の形態１に係る高周波増幅器は、高周波入力端子１と、高周波出力端子２と、トランジスタチップ３と、出力側プリマッチ基板４と、出力整合のための出力整合高誘電率基板５、６と、入力整合のための入力整合高誘電率基板７、８とが設けられている。

出力側プリマッチ基板４の誘電率は、出力整合高誘電率基板５の誘電率よりも低く選ぶものとする。

つぎに、この実施の形態１に係る高周波増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。

出力整合高誘電率基板５、６により出力側負荷インピーダンスは、トランジスタの出力インピーダンスＺｏｕｔにほぼ等しいインピーダンスにインピーダンス変成される。他方、出力側プリマッチ基板４により、トランジスタに対しては高効率動作を実現する高調波負荷インピーダンスが与えられる。出力側プリマッチ基板４の誘電率は、出力整合高誘電率基板５の誘電率よりも低く選んでいるので、基本波整合に影響を与えることはほとんどない。

あるいは出力側プリマッチ基板４の基本波整合における寄生成分は、出力整合高誘電率基板５、６の誘電率、幅、長さを微調整することで、基本波での比帯域特性を犠牲にすること無しに実現できる。

すなわち、この実施の形態１に係る高周波増幅器は、トランジスタチップ３と、トランジスタチップ３のドレイン側に直接接続される出力側プリマッチ基板（第１の高誘電率基板）４と、出力側プリマッチ基板４に接続され、出力整合のための出力整合高誘電率基板（第２の高誘電率基板）５と、出力整合高誘電率基板５に接続され、出力整合のための出力整合高誘電率基板６と、トランジスタチップ３に接続され、入力整合のための入力整合高誘電率基板７と、入力整合高誘電率基板７に接続され、入力整合のための入力整合高誘電率基板８とが設けられ、出力側プリマッチ基板４の誘電率が、出力整合高誘電率基板５の誘電率よりも低く選ばれているものである。

以上のように、この実施の形態１の構成によれば、基本波での広帯域整合を保ちつつ、高調波における高効率整合を同時に実現することができる。つまり、この実施の形態１の整合回路構成によれば、出力側の基本波整合について、広帯域な特性を保ちつつ、出力側プリマッチ基板４により高調波での高効率整合が実現できるという効果がある。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る高周波増幅器について図２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係る高周波増幅器の構成を示す図である。

上記の実施の形態１では、高効率動作のためのプリマッチ回路（出力側プリマッチ基板４）と、基本波整合のための高周波整合回路（出力整合高誘電率基板５、６）が独立している構成を示したが、プリマッチ回路と２つの高周波整合回路のうちの１つの誘電率、基板厚みが同じであれば、図２に示すように、プリマッチ回路と高周波整合回路（出力整合高誘電率基板（第３の高誘電率基板）６）を同一の基板（出力側プリマッチ基板兼出力整合高誘電率基板１０）上に構成しても構わない。これにより、上記実施の形態１で示したような利点を持ちつつ、小型化できるという効果を生じる。

以上のように、この実施の形態２の構成によれば、プリマッチ回路と高周波整合回路の一部を同一基板上に構成することにより小型化できる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る高周波増幅器について図３を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態３に係る高周波増幅器の構成を示す図である。

図３において、この実施の形態３に係る高周波増幅器は、高周波入力端子１と、高周波出力端子２と、トランジスタチップ３と、出力整合のための出力整合高誘電率基板５、６と、入力整合のための入力整合高誘電率基板７、８と、入力側プリマッチ基板９とが設けられている。

入力側プリマッチ基板９の誘電率は、入力整合高誘電率基板７の誘電率よりも低く選ぶものとする。

つぎに、この実施の形態３に係る高周波増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。

入力整合高誘電率基板７、８により入力側負荷インピーダンスは、トランジスタの入力インピーダンスＺｉｎにほぼ等しいインピーダンスにインピーダンス変成される。他方、入力側プリマッチ基板９により、トランジスタに対しては高効率動作を実現する高調波負荷インピーダンスが与えられる。入力側プリマッチ基板９の誘電率は、入力整合高誘電率基板７の誘電率よりも低く選んでいるので、基本波整合に影響を与えることはほとんどない。

あるいは入力側プリマッチ基板９の基本波整合における寄生成分は、入力整合高誘電率基板７、８の誘電率、幅、長さを微調整することで、基本波での比帯域特性を犠牲にすること無しに実現できる。

すなわち、この実施の形態３に係る高周波増幅器は、トランジスタチップ３と、トランジスタチップ３に接続され、出力整合のための出力整合高誘電率基板５と、出力整合高誘電率基板５に接続され、出力整合のための出力整合高誘電率基板６と、トランジスタチップ３のゲート側に直接接続される入力側プリマッチ基板（第１の高誘電率基板）９と、入力側プリマッチ基板９に接続され、入力整合のための入力整合高誘電率基板（第２の高誘電率基板）７と、入力整合高誘電率基板７に接続され、入力整合のための入力整合高誘電率基板８とが設けられ、入力側プリマッチ基板９の誘電率が、入力整合高誘電率基板７の誘電率よりも低く選ばれているものである。

以上のように、この実施の形態３の構成によれば、基本波での広帯域整合を保ちつつ、高調波における高効率整合を同時に実現することができる。つまり、入力側の基本波整合について、広帯域な特性を保ちつつ、入力側プリマッチ基板９により高調波での高効率整合が実現できるという効果がある。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る高周波増幅器について図４を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態４に係る高周波増幅器の構成を示す図である。

上記の実施の形態３では、高効率動作のためのプリマッチ回路（入力側プリマッチ基板９）と、基本波整合のための高周波整合回路（入力整合高誘電率基板７、８）が独立している構成を示したが、プリマッチ回路と２つの高周波整合回路のうちの１つの誘電率、基板厚みが同じであれば、図４に示すように、同一の基板（入力側プリマッチ基板兼入力整合高誘電率基板１１）上に構成しても構わない。これにより、上記の実施の形態３で示したような利点を持ちつつ、製造コストが下げられるという効果を生じる。

以上のように、この実施の形態４の構成によれば、プリマッチ回路と高周波整合回路の一部を同一基板上に構成することにより小型化できる。

この発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る高周波増幅器の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る高周波増幅器の構成を示す図である。 この発明の実施の形態４に係る高周波増幅器の構成を示す図である。 トランジスタチップの出力反射特性（出力ＶＳＷＲ）を示す図である。 従来の高周波増幅器の回路構成を示す図である。

符号の説明

１ 高周波入力端子、２ 高周波出力端子、３ トランジスタチップ、４ 出力側プリマッチ基板、５ 出力整合高誘電率基板、６ 出力整合高誘電率基板、７ 入力整合高誘電率基板、８ 入力整合高誘電率基板、９ 入力側プリマッチ基板、１０ 出力側プリマッチ基板兼出力整合高誘電率基板、１１ 入力側プリマッチ基板兼入力整合高誘電率基板。

Claims (2)

1. トランジスタチップと、
   前記トランジスタチップのドレイン側に直接接続される第１の高誘電率基板と、
   前記第１の高誘電率基板に接続され、出力整合のための第２の高誘電率基板とを備えた高周波増幅器であって、
   前記第１の高誘電率基板の第１の誘電率が前記第２の高誘電率基板の第２の誘電率よりも低く選ばれ、出力整合のための第３の高誘電率基板をさらに備え、
   前記第１及び第３の高誘電率基板を同一基板とする
   ことを特徴とする高周波増幅器。
2. トランジスタチップと、
   前記トランジスタチップのゲート側に直接接続される第１の高誘電率基板と、
   前記第１の高誘電率基板に接続され、入力整合のための第２の高誘電率基板とを備えた高周波増幅器であって、
   前記第１の高誘電率基板の第１の誘電率が前記第２の高誘電率基板の第２の誘電率よりも低く選ばれ、入力整合のための第３の高誘電率基板をさらに備え、
   前記第１及び第３の高誘電率基板を同一基板とする
   ことを特徴とする高周波増幅器。

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