JP5274332B2 - Microwave semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a microwave semiconductor device, for securing not only high stability by making a resistor absorb useless microwave generated in the semiconductor element but also securing high reliability even if a resistor is burnt. <P>SOLUTION: An input matching circuit 3 includes a first transmission line 7 and two second transmission lines 8a, 8b disposed in parallel. Between the two second transmission lines 8a, 8b, a resistor 18a is provided for connecting a point (a) and a point (b) respectively located on the two second transmission lines 8a, 8b with different distances from the signal input ends of the two second transmission lines 8a, 8b. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、レーダ装置やマイクロ波通信装置等で使用されるマイクロ波半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a microwave semiconductor device used in a radar device, a microwave communication device, or the like.

レーダ装置やマイクロ波通信装置等で使用されるマイクロ波半導体装置は、増幅器や発振器、ミクサ等を実現する半導体素子と、この半導体素子の入力側と出力側にそれぞれ設けられる整合回路とで構成される(例えば、特許文献1参照)。   A microwave semiconductor device used in a radar device, a microwave communication device, or the like includes a semiconductor element that realizes an amplifier, an oscillator, a mixer, and the like, and matching circuits provided on the input side and output side of the semiconductor element, respectively. (For example, see Patent Document 1).

近年、レーダ装置やマイクロ波通信装置等の高性能化、高周波化の要求に応えて、そこで使用されるマイクロ波半導体装置における半導体素子は、マイクロ波帯やミリ波帯のような非常に高い周波数帯においても十分な利得を有するものが使用されるようになってきている。   In recent years, in response to the demand for higher performance and higher frequency of radar devices, microwave communication devices, etc., the semiconductor elements in the microwave semiconductor devices used therein have very high frequencies such as microwave band and millimeter wave band. A band having a sufficient gain has also been used.

ところが、マイクロ波帯やミリ波帯で動作する半導体素子では、半導体素子自体が発生する熱雑音レベルの不要なマイクロ波が入力側に帰還された場合、或る周波数領域において不要発振が起こり、動作が不安定になるが、この動作不安定となる周波数領域が半導体素子の高性能化に伴って広がる傾向にある。   However, in a semiconductor device operating in the microwave band or the millimeter wave band, when an unnecessary microwave with a thermal noise level generated by the semiconductor element itself is fed back to the input side, unnecessary oscillation occurs in a certain frequency region, and the operation However, the frequency region in which the operation becomes unstable tends to be widened as the performance of the semiconductor element increases.

そのため、マイクロ波半導体装置を構成するには、低周波から高周波までの広帯域に渡って不要発振や不安定動作を避けるための工夫が必要となる。安定化を図る一手段として上記特許文献1では、半導体素子の入力整合回路を形成する入力伝送線路に、マイクロ波の伝搬方向に対して垂直方向の線路幅全体に渡って抵抗体を装荷した構成が開示されている。   Therefore, in order to configure the microwave semiconductor device, a device for avoiding unnecessary oscillation and unstable operation over a wide band from low frequency to high frequency is required. In Patent Document 1 as a means for achieving stabilization, a configuration in which a resistor is loaded over the entire line width in the direction perpendicular to the propagation direction of the microwave on the input transmission line forming the input matching circuit of the semiconductor element. Is disclosed.

この構成によれば、前記入力伝送線路を半導体素子の入力端子に向かって伝搬するマイクロ波が途中に介在させた抵抗体に吸収されて減衰するので、その伝搬するマイクロ波に半導体素子から帰還されて混入した雑音レベルの不要マイクロ波は、半導体素子が感応しない程度に減少することになり、高安定なマイクロ波半導体装置が得られる。   According to this configuration, since the microwave propagating through the input transmission line toward the input terminal of the semiconductor element is absorbed and attenuated by the resistor interposed in the middle, the microwave is fed back to the propagating microwave from the semiconductor element. Therefore, the unnecessary microwave with the noise level mixed in is reduced to the extent that the semiconductor element is not sensitive, and a highly stable microwave semiconductor device can be obtained.

特開2003−188665号公報JP 2003-188665 A

ところで、上記半導体素子として、従来では、GaAs(砒化ガリウム)によるHEMT(高電子移動度トランジスタ)やFET(電界効果トランジスタ)などが使用されているが、GaN(窒化ガリウム)によるHEMTやFETが出現してきた。そのため、マイクロ波半導体装置には、高周波化の他に、高出力化の要求が強まってきている。特に、GaN−HEMT、FETは、GaAs−HEMT、FETに比べて単位ゲート幅当たりの出力が1桁高いことから、TWTA(進行波管増幅器)置換用としてのマイクロ波半導体装置の開発が期待されている。   By the way, conventionally, HEMT (high electron mobility transistor) or FET (field effect transistor) made of GaAs (gallium arsenide) or the like is used as the semiconductor element, but HEMT or FET made of GaN (gallium nitride) appears. I have done it. For this reason, there is an increasing demand for higher output in microwave semiconductor devices in addition to higher frequencies. In particular, GaN-HEMTs and FETs are expected to develop microwave semiconductor devices for TWTA (traveling wave tube amplifier) replacement because the output per unit gate width is one digit higher than GaAs-HEMTs and FETs. ing.

このようなTWTA置換用としてのマイクロ波半導体装置では、より高い出力を得るために、従来のマイクロ波半導体装置よりも大きな入力信号が必要になる。そうすると、上記特許文献1に開示される安定化手段の構成では、半導体素子の入力端子に直列に装荷した抵抗体で消費される電力も増加するので、抵抗体が焼損してしまうという問題が発生する。抵抗体が焼損してしまうと、半導体素子に入力信号を供給できなくなり、当該マイクロ波半導体装置の機能を喪失する。   Such a microwave semiconductor device for TWTA replacement requires a larger input signal than a conventional microwave semiconductor device in order to obtain a higher output. Then, in the structure of the stabilization means disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, the power consumed by the resistor loaded in series with the input terminal of the semiconductor element also increases, which causes a problem that the resistor burns out. To do. If the resistor burns out, it becomes impossible to supply an input signal to the semiconductor element, and the function of the microwave semiconductor device is lost.

これを回避するには、抵抗体の耐電力を考慮した電力しか取り扱うことができず、より高出力のマイクロ波半導体装置の実現が困難になる。一方、抵抗体の耐電力を向上させるために抵抗体の面積を増やした場合、抵抗体で消費される入力信号が増加するので、マイクロ波半導体装置の性能が著しく低下してしまう、といった問題があった。   In order to avoid this, only the electric power considering the electric power resistance of the resistor can be handled, and it becomes difficult to realize a microwave semiconductor device with higher output. On the other hand, when the area of the resistor is increased in order to improve the power resistance of the resistor, the input signal consumed by the resistor increases, and thus the performance of the microwave semiconductor device is significantly deteriorated. there were.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、抵抗体に半導体素子で発生した不要なマイクロ波を吸収させて高安定化が図れるとともに、たとえ抵抗体が焼損しても高い信頼性を確保できるマイクロ波半導体装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and allows the resistor to absorb unnecessary microwaves generated in the semiconductor element to achieve high stability, and ensures high reliability even if the resistor burns out. An object of the present invention is to obtain a microwave semiconductor device.

上述した目的を達成するために、本発明は、半導体素子の入力側と出力側に整合回路がそれぞれ配置されるマイクロ波半導体装置において、前記入力側の整合回路は、並列に配置された2以上の伝送線路を備え、前記2以上の伝送線路のうち、隣接する2つの伝送線路間に、該2つの伝送線路の信号入力端からの距離が異なる前記2つの伝送線路上の2点間を接続する抵抗体が設けられていることを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, the present invention provides a microwave semiconductor device in which matching circuits are respectively arranged on an input side and an output side of a semiconductor element, wherein the matching circuits on the input side are two or more arranged in parallel. Between the two transmission lines adjacent to each other between the two transmission lines, the distance between the two transmission lines being different from the signal input end of the two transmission lines. It is characterized in that a resistor is provided.

本発明によれば、隣接する2つの伝送線路上における信号入力端からの距離が異なる2点間には、電位差が発生するので、該2つの伝送線路を伝搬するマイクロ波の入力信号の一部は抵抗体にて消費される。したがって、該2つの伝送線路を伝搬するマイクロ波の入力信号に重畳している半導体素子で発生した不要マイクロ波も一部が抵抗体で吸収され、該2つの伝送線路から入力される不要マイクロ波のレベルは、半導体素子が感応しない程度に減少するので、高安定化が図れるマイクロ波半導体装置を実現できるという効果を奏する。   According to the present invention, since a potential difference is generated between two points having different distances from the signal input end on two adjacent transmission lines, a part of the microwave input signal propagating through the two transmission lines. Is consumed by the resistor. Therefore, unnecessary microwaves generated in the semiconductor element superimposed on the microwave input signals propagating through the two transmission lines are partially absorbed by the resistor, and unnecessary microwaves input from the two transmission lines. This level is reduced to the extent that the semiconductor element is insensitive, so that it is possible to realize a microwave semiconductor device that can be highly stabilized.

また、たとえ抵抗体が焼損しても、半導体素子には入力信号の供給が行えるので、全機能喪失とはならず、安定性能が若干劣化する程度で済むので、高い信頼性を確保できるマイクロ波半導体装置を実現できるという効果も奏する。   In addition, even if the resistor burns out, the input signal can be supplied to the semiconductor element, so that all functions are not lost and the stability performance is only slightly degraded. There is also an effect that a semiconductor device can be realized.

図1は、本発明の実施の形態1によるマイクロ波半導体装置の構成を示す外観模式図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は側面図である。1A and 1B are schematic external views showing the configuration of the microwave semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a side view. 図2は、図1に示すマイクロ波半導体装置の電気的な構成を示す等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing an electrical configuration of the microwave semiconductor device shown in FIG. 図3は、図1に示すマイクロ波半導体装置の安定性を説明する特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating the stability of the microwave semiconductor device shown in FIG. 図4は、本発明の実施の形態2によるマイクロ波半導体装置の構成を示す外観模式図である。FIG. 4 is a schematic external view showing the configuration of the microwave semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施の形態3によるマイクロ波半導体装置の構成を示す外観模式図である。FIG. 5 is a schematic external view showing the configuration of the microwave semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 図6は、図5に示すマイクロ波半導体装置の電気的な構成を示す等価回路図である。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram showing an electrical configuration of the microwave semiconductor device shown in FIG. 図7は、本発明の実施の形態4によるマイクロ波半導体装置の構成を示す外観模式図である。FIG. 7 is a schematic external view showing the configuration of the microwave semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.

以下に、本発明にかかるマイクロ波半導体装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Embodiments of a microwave semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1によるマイクロ波半導体装置の構成を示す外観模式図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は側面図である。なお、本実施の形態1および以降で示す実施の形態2〜4では、マイクロ波半導体装置は、TWTA置換用としての増幅器を念頭に説明するが、発振器やミクサなどにも同様に適用できるものである。
Embodiment 1 FIG.
1A and 1B are schematic external views showing the configuration of the microwave semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a side view. In the first embodiment and the second to fourth embodiments described below, the microwave semiconductor device is described with an amplifier for TWTA replacement in mind, but it can be similarly applied to an oscillator, a mixer, and the like. is there.

図1において、マイクロ波半導体装置1aは、半導体素子2と、この半導体素子2の入力側と出力側にそれぞれ配置された入力整合回路3および出力整合回路4とで構成されている。これらは、金属製キャリア5上に装着されている。   In FIG. 1, a microwave semiconductor device 1a includes a semiconductor element 2, and an input matching circuit 3 and an output matching circuit 4 arranged on the input side and the output side of the semiconductor element 2, respectively. These are mounted on a metal carrier 5.

半導体素子2は、高周波化に加えて高出力化も可能なGaN−HEMT、FETなどである。入力整合回路3は、信号源インピーダンスと半導体素子2の入力インピーダンスとの整合を図る回路である。出力整合回路4は、半導体素子2の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの整合を図る回路である。   The semiconductor element 2 is a GaN-HEMT, FET, or the like that can achieve high output in addition to high frequency. The input matching circuit 3 is a circuit for matching the signal source impedance with the input impedance of the semiconductor element 2. The output matching circuit 4 is a circuit that matches the output impedance of the semiconductor element 2 and the load impedance.

入力整合回路3は、下面が金属製キャリア5上に固定される誘電体基板6と、この誘電体基板6の上面に形成された第1の伝送線路7および並行な2つの第2の伝送線路8a,8bとで構成される。   The input matching circuit 3 includes a dielectric substrate 6 whose lower surface is fixed on the metal carrier 5, a first transmission line 7 formed on the upper surface of the dielectric substrate 6, and two parallel second transmission lines. 8a and 8b.

第1の伝送線路7は、一端側に入力端子9が設けられ、この入力端子9に入力されたマイクロ波やミリ波の信号を、他端側に並列に配置される2つの第2の伝送線路8a,8bに分配伝達する線路である。   The first transmission line 7 is provided with an input terminal 9 on one end side, and two second transmissions arranged in parallel on the other end side for microwave and millimeter wave signals input to the input terminal 9. This is a line for distributing and transmitting to the lines 8a and 8b.

第2の伝送線路8a,8bは、第1の伝送線路7の他端側における導体層に設けた矩形状削除部10を挟んだ両側における帯状の導体層である。つまり、第2の伝送線路8a,8bの線路長は、矩形状削除部10の長手方向の長さであり、第2の伝送線路8a,8b間の間隔は、矩形状削除部10の短手方向の長さである。   The second transmission lines 8 a and 8 b are band-like conductor layers on both sides of the rectangular deletion portion 10 provided on the conductor layer on the other end side of the first transmission line 7. In other words, the line lengths of the second transmission lines 8a and 8b are the lengths in the longitudinal direction of the rectangular deletion part 10, and the interval between the second transmission lines 8a and 8b is short of the rectangular deletion part 10. The length of the direction.

第2の伝送線路8a,8bの開放端側(半導体素子2側)には、接続端子11が設けられる。半導体素子2は、2以上の入力端子、出力端子を有する。図1では、第2の伝送線路8a,8bの開放端側において、接続端子11に金属細線12a,12bを用いて半導体素子2の2つの入力端子を接続した場合を示してあるが、半導体素子2の入力端子は、第2の伝送線路8a,8bの開放端側間にも存在する。そのため、接続端子11は、第2の伝送線路8a,8bの開放端側間を短絡する形の細長い形状領域に設けられている。   A connection terminal 11 is provided on the open end side (semiconductor element 2 side) of the second transmission lines 8a and 8b. The semiconductor element 2 has two or more input terminals and output terminals. FIG. 1 shows a case where two input terminals of the semiconductor element 2 are connected to the connection terminal 11 using the metal thin wires 12a and 12b on the open end side of the second transmission lines 8a and 8b. The two input terminals also exist between the open ends of the second transmission lines 8a and 8b. For this reason, the connection terminal 11 is provided in an elongated shape region that short-circuits between the open ends of the second transmission lines 8a and 8b.

また、出力整合回路4は、下面が金属製キャリア5上に固定される誘電体基板13と、この誘電体基板13の上面に形成された第3の伝送線路14とで構成される。第3の伝送線路14の入力端側(半導体素子2側)には、第3の伝送線路14の全幅を跨ぐような細長い形状領域の接続端子15が設けられている。図示例では、この接続端子15に金属細線16a,16bを用いて半導体素子2の2つの出力端子が接続されている。また、第3の伝送線路14の出力端側には、出力端子17が設けられている。半導体素子2にて増幅された入力信号の増幅信号がこの出力端子17から外部へ出力される。   The output matching circuit 4 includes a dielectric substrate 13 whose lower surface is fixed on the metal carrier 5 and a third transmission line 14 formed on the upper surface of the dielectric substrate 13. On the input end side (semiconductor element 2 side) of the third transmission line 14, a connection terminal 15 having an elongated shape region that extends over the entire width of the third transmission line 14 is provided. In the illustrated example, the two output terminals of the semiconductor element 2 are connected to the connection terminal 15 using fine metal wires 16a and 16b. An output terminal 17 is provided on the output end side of the third transmission line 14. An amplified signal of the input signal amplified by the semiconductor element 2 is output from the output terminal 17 to the outside.

さて、以上のように構成されるマイクロ波半導体装置において、本実施の形態1では、第2の伝送線路8a,8b間の矩形状削除部10において、第2の伝送線路8a,8bの信号入力端からの距離がそれぞれ異なる第2の伝送線路8a,8b上の点aと点bとの間に、点aと点bとの間の距離Lとほぼ等しい長さの抵抗体18aが矩形状削除部10の長手方向に並行して装荷されている。抵抗体18aは、一端が第2の伝送線路8a上の点aにパターン接続され、他端が第2の伝送線路8b上の点bにパターン接続されている。   In the microwave semiconductor device configured as described above, in the first embodiment, signal input to the second transmission lines 8a and 8b is performed in the rectangular deletion unit 10 between the second transmission lines 8a and 8b. A resistor 18a having a length substantially equal to the distance L between the points a and b between the points a and b on the second transmission lines 8a and 8b having different distances from the ends is rectangular. It is loaded in parallel with the longitudinal direction of the deletion unit 10. One end of the resistor 18a is pattern-connected to a point a on the second transmission line 8a, and the other end is pattern-connected to a point b on the second transmission line 8b.

次に、図2は、図1に示すマイクロ波半導体装置の電気的な構成を示す等価回路図である。図2において、入力整合回路3は、入力端子9に、第1の伝送線路7および並列に接続された2個の第2の伝送線路8a,8bがこの順に縦属接続された構成となり、この2個の第2の伝送線路8a,8b上の距離L離れた点aと点bとの間に抵抗体18aを装荷した等価回路で表すことができる。   Next, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing an electrical configuration of the microwave semiconductor device shown in FIG. In FIG. 2, the input matching circuit 3 has a configuration in which a first transmission line 7 and two second transmission lines 8a and 8b connected in parallel are connected to an input terminal 9 in this order. It can be expressed by an equivalent circuit in which a resistor 18a is loaded between a point a and a point b that are separated by a distance L on the two second transmission lines 8a and 8b.

入力整合回路3と半導体素子2の入力端子(ゲート端子)との間を接続するインダクタ19は、図1に示す金属細線12a,12bのインダクタンス成分である。同様に、半導体素子2の出力端子(ドレイン端子)と出力整合回路4との間を接続するインダクタ20は、図1に示す金属細線16a,16bのインダクタンス成分である。そして、出力整合回路4は、インダクタ20と出力端子17との間を接続する第3の伝送線路14で表すことができる。   The inductor 19 that connects between the input matching circuit 3 and the input terminal (gate terminal) of the semiconductor element 2 is an inductance component of the thin metal wires 12a and 12b shown in FIG. Similarly, the inductor 20 that connects between the output terminal (drain terminal) of the semiconductor element 2 and the output matching circuit 4 is an inductance component of the thin metal wires 16a and 16b shown in FIG. The output matching circuit 4 can be represented by a third transmission line 14 that connects the inductor 20 and the output terminal 17.

この図2に示す等価回路において、入力整合回路3を構成する第1の伝送線路7および2個の第2の伝送線路8a,8bの各特性インピーダンスと各線路長は、インダクタ19を含む半導体素子2の入力インピーダンスと入力端子9が接続される図示しない信号源のインピーダンスとを整合させるように選択されている。   In the equivalent circuit shown in FIG. 2, the characteristic impedance and length of each of the first transmission line 7 and the two second transmission lines 8a and 8b constituting the input matching circuit 3 are the semiconductor elements including the inductor 19. 2 is selected so as to match the impedance of a signal source (not shown) to which the input terminal 9 is connected.

同様に、出力整合回路4を構成する第3の伝送線路14の特性インピーダンスと線路長は、インダクタ20を含む半導体素子2の出力インピーダンスと出力端子17に接続される図示しない負荷のインピーダンスとを整合させるように選択されている。   Similarly, the characteristic impedance and line length of the third transmission line 14 constituting the output matching circuit 4 match the output impedance of the semiconductor element 2 including the inductor 20 and the impedance of a load (not shown) connected to the output terminal 17. Have been selected to let.

このように、第1の伝送線路7、第2の伝送線路8a,8b、および第3の伝送線路14の各特性インピーダンスと各線路長を適切に選択することにより、入力端子9から入力された入力信号は、第1の伝送線路7を介して第2の伝送線路8a,8bにそれぞれ等分配されて半導体素子2に供給され、半導体素子2にて増幅され、第3の伝送線路14を介して出力端子17から出力される。   In this way, the first transmission line 7, the second transmission lines 8 a and 8 b, and the third transmission line 14 are input from the input terminal 9 by appropriately selecting each characteristic impedance and each line length. The input signal is equally distributed to the second transmission lines 8 a and 8 b via the first transmission line 7, supplied to the semiconductor element 2, amplified by the semiconductor element 2, and passed through the third transmission line 14. And output from the output terminal 17.

ここで、第1の伝送線路7にて等分配された入力信号が第2の伝送線路8a,8bを通過する際、第2の伝送線路8a,8bの点aと点bとの間で電位差が生じるため、入力信号の一部は抵抗体18aにて消費されるようになる。このとき、距離Lが零の場合、点aと点bとの間で電位差は生じないため、抵抗体18aにて消費される入力信号は無い。一方、距離Lが所要帯域で1/2波長の場合、点aと点bとの間の電位差が最も高くなるため、抵抗体18aにて消費される入力信号は最大となる。   Here, when the input signal equally distributed in the first transmission line 7 passes through the second transmission lines 8a and 8b, the potential difference between the points a and b of the second transmission lines 8a and 8b. Therefore, a part of the input signal is consumed by the resistor 18a. At this time, when the distance L is zero, there is no potential difference between the point a and the point b, so that there is no input signal consumed by the resistor 18a. On the other hand, when the distance L is ½ wavelength in the required band, the potential difference between the point a and the point b is the highest, so that the input signal consumed by the resistor 18a is maximized.

このように、抵抗体18aにて消費される入力信号は、点aと点bとの間の距離Lに依存するため、距離Lを適当に選ぶことにより、抵抗体18aの抵抗値が一定であっても、抵抗体18aにて消費される入力信号の大きさを制御することができる。   Thus, since the input signal consumed by the resistor 18a depends on the distance L between the points a and b, the resistance value of the resistor 18a is constant by appropriately selecting the distance L. Even if it exists, the magnitude | size of the input signal consumed with the resistor 18a is controllable.

以上のことは、逆に、第2の伝送線路8a,8bを伝搬する入力信号に漏れ込んだ半導体素子2で発生した不要なマイクロ波を抵抗体18aに吸収させることができ、吸収される量も制御できることを意味する。したがって、本実施の形態1によるマイクロ波半導体装置1aにおける第2の伝送線路8a,8b間に装荷した抵抗体18aと、従来のマイクロ波半導体装置においてマイクロ波の伝搬方向に対して垂直方向に伝送線路に装荷された抵抗体とは同じ機能がある。   Conversely, the above can cause the resistor 18a to absorb unnecessary microwaves generated in the semiconductor element 2 leaking into the input signal propagating through the second transmission lines 8a and 8b, and the amount absorbed. Can also be controlled. Therefore, the resistor 18a loaded between the second transmission lines 8a and 8b in the microwave semiconductor device 1a according to the first embodiment and the transmission in the direction perpendicular to the microwave propagation direction in the conventional microwave semiconductor device. The resistor loaded on the track has the same function.

図3は、図1に示すマイクロ波半導体装置の安定性を説明する特性図である。図3において、横軸は周波数であり、縦軸は安定係数である。安定係数=1のラインは、簡単に言うと、或る負荷条件の下で、発振することなく安定に動作するか否かの境界線であり、安定係数=1の上方が安定動作領域であり、安定係数=1の下方が不安定動作領域である。   FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating the stability of the microwave semiconductor device shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis is the frequency, and the vertical axis is the stability coefficient. In short, the line with stability coefficient = 1 is a boundary line indicating whether or not to operate stably without oscillation under a certain load condition, and the area above stability coefficient = 1 is a stable operation region. The region below stability coefficient = 1 is the unstable operation region.

図3では、抵抗体を設けない場合の安定特性(1)と、抵抗体を設けた場合の安定特性(2)とが示されている。安定特性(1)に示すように、抵抗体を設けない場合は、安定動作領域は、高い周波数側にあり、低い周波数帯での安定性はよくない。これに対して、安定特性(2)に示すように、抵抗体を設けた場合は、所要帯域を挟んで低い周波数帯から高い周波数帯までの広帯域に渡って、安定係数は1以上に改善され、安定化が可能になることが理解できる。   FIG. 3 shows a stability characteristic (1) when no resistor is provided and a stability characteristic (2) when a resistor is provided. As shown in the stability characteristic (1), when no resistor is provided, the stable operation region is on the high frequency side, and the stability in the low frequency band is not good. On the other hand, as shown in the stability characteristic (2), when the resistor is provided, the stability coefficient is improved to 1 or more over a wide band from a low frequency band to a high frequency band across the required band. It can be understood that stabilization is possible.

このように、本実施の形態1によるマイクロ波半導体装置1aでは、2個の第2の伝送線路8a,8bの信号入力端からの距離が異なる点aと点bとの間に抵抗体18aを装荷することにより、半導体素子の入力端子に直列に抵抗体を装荷する従来のマイクロ波半導体装置と同様に、入力整合回路3の第2の伝送線路8a,8bを伝搬する入力信号に重畳している半導体素子2で発生した不要なマイクロ波を吸収させることができ、マイクロ波半導体装置の安定化を図ることができる。   Thus, in the microwave semiconductor device 1a according to the first embodiment, the resistor 18a is provided between the point a and the point b having different distances from the signal input ends of the two second transmission lines 8a and 8b. By loading, it is superimposed on the input signal propagating through the second transmission lines 8a and 8b of the input matching circuit 3 as in the conventional microwave semiconductor device in which a resistor is loaded in series with the input terminal of the semiconductor element. The unnecessary microwave generated in the semiconductor element 2 can be absorbed, and the microwave semiconductor device can be stabilized.

このとき注意すべき点は、本実施の形態1によるマイクロ波半導体装置1aにおいて抵抗体18aにて消費されるのは入力信号の一部であるのに対して、従来のマイクロ波半導体装置においては入力信号の全部が消費される点である。   What should be noted at this time is that a part of the input signal is consumed by the resistor 18a in the microwave semiconductor device 1a according to the first embodiment, whereas in the conventional microwave semiconductor device, The point is that all of the input signal is consumed.

したがって、本実施の形態1によるマイクロ波半導体装置1aは、従来のマイクロ波半導体装置よりも大きな入力信号の供給が行えるので、半導体素子2としてGaN−HEMT、FETを用いて、高周波化に加えて、高出力化を図ることが可能になる。   Therefore, since the microwave semiconductor device 1a according to the first embodiment can supply a larger input signal than the conventional microwave semiconductor device, a GaN-HEMT or FET is used as the semiconductor element 2 in addition to higher frequency. It becomes possible to increase the output.

このとき、本実施の形態1によるマイクロ波半導体装置1aでは、大きな入力信号の供給によって抵抗体18aが焼損しても、入力信号は、2つの第2の伝送線路8a,8bを通して半導体素子2に入力されるので、従来のマイクロ波半導体装置のように完全に機能喪失となることは無く、安定化の面で若干特性が劣化するだけで済み、信頼性の高いマイクロ波半導体装置を実現できる。   At this time, in the microwave semiconductor device 1a according to the first embodiment, even if the resistor 18a burns out due to the supply of a large input signal, the input signal is transmitted to the semiconductor element 2 through the two second transmission lines 8a and 8b. Since it is input, there is no complete loss of function as in the conventional microwave semiconductor device, and the characteristics only need to be slightly deteriorated in terms of stabilization, and a highly reliable microwave semiconductor device can be realized.

また、本実施の形態1によるマイクロ波半導体装置1aでは、大きな入力信号の供給に耐える抵抗体18aは、抵抗体18aの面積を広げることで簡単に確保することができ、抵抗体18aの面積を広げたことによる入力信号の消失を該入力信号の増加によって補うことができるので、抵抗体18aの面積を広げたことによるマイクロ波半導体装置の特性劣化を抑圧できるとともに、より高出力のマイクロ波半導体装置を実現できる。   In the microwave semiconductor device 1a according to the first embodiment, the resistor 18a that can withstand the supply of a large input signal can be easily secured by increasing the area of the resistor 18a, and the area of the resistor 18a can be increased. The disappearance of the input signal due to the expansion can be compensated by the increase of the input signal, so that the characteristic degradation of the microwave semiconductor device due to the expansion of the area of the resistor 18a can be suppressed, and the microwave semiconductor with higher output can be suppressed. A device can be realized.

実施の形態2.
図4は、本発明の実施の形態2によるマイクロ波半導体装置の構成を示す外観模式図である。なお、図4では、図1(実施の形態1)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、本実施の形態2に関わる部分を中心に説明する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a schematic external view showing the configuration of the microwave semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same or similar components as those shown in FIG. 1 (Embodiment 1) are denoted by the same reference numerals. Here, the description will be focused on the portion related to the second embodiment.

図4に示すように、本実施の形態2によるマイクロ波半導体装置1bでは、図1(実施の形態1)に示した構成において、矩形状削除部10に、抵抗体18aに代えて抵抗体18bが設けられている。   As shown in FIG. 4, in the microwave semiconductor device 1b according to the second embodiment, in the configuration shown in FIG. 1 (Embodiment 1), the rectangular deletion unit 10 has a resistor 18b instead of the resistor 18a. Is provided.

抵抗体18bは、第2の伝送線路8a上の点aと第2の伝送線路8b上の点bとの間において、矩形状削除部10の短手方向に向けて装荷され、一端が金属細線23aを通して点aに接続され、他端が金属細線23bを通して点bに接続されている。   The resistor 18b is loaded between the point a on the second transmission line 8a and the point b on the second transmission line 8b toward the short direction of the rectangular deletion part 10, and one end thereof is a thin metal wire. The other end is connected to the point b through the thin metal wire 23b.

この構成によれば、抵抗体18bと第2の伝送線路8a,8b上の点a、点bとの接続を金属細線23a,23bを用いて行うので、第2の伝送線路8a,8b上の点a、点bを任意に選択して、距離Lを調節することができる。   According to this configuration, the resistor 18b and the points a and b on the second transmission lines 8a and 8b are connected using the metal thin wires 23a and 23b. The distance L can be adjusted by arbitrarily selecting the point a and the point b.

したがって、本実施の形態2では、実施の形態1と同様の作用・効果が得られるのに加えて、半導体素子2の特性がばらついても簡単に対処することができ、実施の形態1よりもマイクロ波半導体装置の高安定化が図れる利点がある。   Therefore, in the second embodiment, in addition to obtaining the same operation and effect as in the first embodiment, it is possible to easily cope with variations in the characteristics of the semiconductor element 2, which is more than in the first embodiment. There is an advantage that the microwave semiconductor device can be highly stabilized.

実施の形態3.
図5は、本発明の実施の形態3によるマイクロ波半導体装置の構成を示す外観模式図である。なお、図5では、図1(実施の形態1)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、本実施の形態3に関わる部分を中心に説明する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a schematic external view showing the configuration of the microwave semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same reference numerals are given to components that are the same as or equivalent to the components shown in FIG. 1 (Embodiment 1). Here, the description will focus on the part related to the third embodiment.

図5に示すように、本実施の形態3によるマイクロ波半導体装置1cでは、第2の伝送線路8a,8b上に定める点a、点bを矩形状削除部10の長手方向の両端とし、符号を変えた抵抗体18cが矩形状削除部10の長手方向両端の短手端間を接続する形でその長手方向に並行して設けられている。   As shown in FIG. 5, in the microwave semiconductor device 1 c according to the third embodiment, the points a and b defined on the second transmission lines 8 a and 8 b are both ends in the longitudinal direction of the rectangular deletion unit 10. Resistors 18c having different lengths are provided in parallel with the longitudinal direction so as to connect between the short ends of both ends in the longitudinal direction of the rectangular deletion portion 10.

矩形状削除部10の長手方向長さは、第2の伝送線路8a,8bの線路長であるので、点aと点bとの間の距離Lは、第2の伝送線路8a,8bの線路長となる。よって、抵抗体18cは、第2の伝送線路8a,8bと並行に装荷されていることになる。   Since the length in the longitudinal direction of the rectangular deletion part 10 is the line length of the second transmission lines 8a and 8b, the distance L between the point a and the point b is the line of the second transmission lines 8a and 8b. Become long. Therefore, the resistor 18c is loaded in parallel with the second transmission lines 8a and 8b.

図6は、図5に示すマイクロ波半導体装置の電気的な構成を示す等価回路図である。図6に示すように、入力整合回路3は、抵抗体18cと2個の第2の伝送線路8a,8bとからなる並列回路が第1の伝送線路7に縦続接続されたものとして表すことができる。   FIG. 6 is an equivalent circuit diagram showing an electrical configuration of the microwave semiconductor device shown in FIG. As shown in FIG. 6, the input matching circuit 3 can be expressed as a parallel circuit composed of a resistor 18 c and two second transmission lines 8 a and 8 b connected in cascade to the first transmission line 7. it can.

実施の形態1,2に示したマイクロ波半導体装置1a,1bでは、第2の伝送線路8a,8bは、抵抗体18a,18bが線路長の一部区間に装荷されたいわゆる損失線路となっているので、第2の伝送線路8a,8bの線路長を1/2波長とする周波数では、半導体素子2から入力整合回路3側を見た反射係数が1となる。そのため、入力信号周波数がこの周波数である場合は、半導体素子2で発生した不要なマイクロ波は、入力整合回路3側に漏れ込むことができず、抵抗体18a,18bは、半導体素子1で発生した不要なマイクロ波を吸収できない。   In the microwave semiconductor devices 1a and 1b shown in the first and second embodiments, the second transmission lines 8a and 8b are so-called loss lines in which the resistors 18a and 18b are loaded in a partial section of the line length. Therefore, the reflection coefficient when the input matching circuit 3 side is viewed from the semiconductor element 2 is 1 at a frequency where the line length of the second transmission lines 8a and 8b is ½ wavelength. Therefore, when the input signal frequency is this frequency, unnecessary microwaves generated in the semiconductor element 2 cannot leak into the input matching circuit 3 side, and the resistors 18a and 18b are generated in the semiconductor element 1. Unnecessary microwaves cannot be absorbed.

これに対し、本実施の形態3によるマイクロ波半導体装置1cでの第2の伝送線路8a,8bは、抵抗体18cが線路長の全体に渡って装荷されて、実施の形態1,2に示したマイクロ波半導体装置1a,1bでの第2の伝送線路8a,8bよりも低損失の線路になっており、上記の周波数でも半導体素子2から入力整合回路3側を見た反射係数は1以下となる。よって、半導体素子2で発生した不要なマイクロ波は、入力整合回路3側に漏れ込むことができ、抵抗体18cに、入力信号に重畳される半導体素子2で発生した不要なマイクロ波を吸収させることができる。   On the other hand, in the second transmission lines 8a and 8b in the microwave semiconductor device 1c according to the third embodiment, the resistor 18c is loaded over the entire length of the line, as shown in the first and second embodiments. In addition, the transmission line has a lower loss than the second transmission lines 8a and 8b in the microwave semiconductor devices 1a and 1b, and the reflection coefficient when the input matching circuit 3 side is viewed from the semiconductor element 2 is 1 or less even at the above frequency. It becomes. Therefore, unnecessary microwaves generated in the semiconductor element 2 can leak into the input matching circuit 3 side, and the resistor 18c absorbs unnecessary microwaves generated in the semiconductor element 2 superimposed on the input signal. be able to.

したがって、本実施の形態3によれば、実施の形態1,2よりも高安定なマイクロ波半導体装置1cを得ることができる。勿論、たとえ抵抗体18cが焼損した場合であってもマイクロ波半導体装置1cの機能を完全に喪失してしまうこともない。   Therefore, according to the third embodiment, a microwave semiconductor device 1c that is more stable than the first and second embodiments can be obtained. Of course, even if the resistor 18c is burned out, the function of the microwave semiconductor device 1c is not completely lost.

実施の形態4.
図7は、本発明の実施の形態4によるマイクロ波半導体装置の構成を示す外観模式図である。なお、図7では、図5(実施の形態3)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、本実施の形態4に関わる部分を中心に説明する。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a schematic external view showing the configuration of the microwave semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same reference numerals are given to components that are the same as or equivalent to those shown in FIG. 5 (Embodiment 3). Here, the description will be focused on the portion related to the fourth embodiment.

図7に示すように、本実施の形態4によるマイクロ波半導体装置1dでは、第1の伝送線路7の他端側(半導体素子2側)における導体層に、同じサイズの2つの矩形状削除部25,26を第1の伝送線路7の線路幅方向に並べて設けることで、第1の伝送線路7の他端側に並列に配置される3つの第2の伝送線路8a,8b,8cが形成されている。   As shown in FIG. 7, in the microwave semiconductor device 1d according to the fourth embodiment, two rectangular deletion portions of the same size are formed on the conductor layer on the other end side (semiconductor element 2 side) of the first transmission line 7. By arranging 25 and 26 side by side in the line width direction of the first transmission line 7, three second transmission lines 8 a, 8 b, and 8 c arranged in parallel on the other end side of the first transmission line 7 are formed. Has been.

そして、図5(実施の形態3)に示したのと同じ考えで、第2の伝送線路8a,8b上に定める点a、点bを矩形状削除部25の長手方向の両端とし、第2の伝送線路8b,8c上に定める点a、点bを矩形状削除部26の長手方向の両端とし、矩形状削除部25では、抵抗体18dが長手方向両端の短手端間を接続する形でその長手方向に並行して設けられ、矩形状削除部26では、抵抗体18eが長手方向両端の短手端間を接続する形でその長手方向に並行して設けられている。   Then, based on the same idea as shown in FIG. 5 (Embodiment 3), the points a and b defined on the second transmission lines 8a and 8b are both ends in the longitudinal direction of the rectangular deletion portion 25, and the second The points a and b defined on the transmission lines 8b and 8c are both ends in the longitudinal direction of the rectangular deletion portion 26. In the rectangular deletion portion 25, the resistor 18d connects the short ends at both ends in the longitudinal direction. In the rectangular deletion portion 26, the resistor 18e is provided in parallel to the longitudinal direction so as to connect the short ends at both ends in the longitudinal direction.

これによって、並列に配置される3つの第2の伝送線路8a,8b,8cのうち、隣接する2つの第2の伝送線路8a,8bに抵抗体18dが並行に装荷され、隣接する2つの第2の伝送線路8b,8cに抵抗体18eが並行に装荷される構成となる。なお、図7に示す構成から自明であるように、並列に配置される第2の伝送線路は、4以上に増やすことができる。   As a result, among the two second transmission lines 8a, 8b, 8c arranged in parallel, the resistor 18d is loaded in parallel on the two adjacent second transmission lines 8a, 8b, and the two adjacent second transmission lines 8a, 8b, 8b are loaded. The resistor 18e is loaded in parallel on the two transmission lines 8b and 8c. As is obvious from the configuration shown in FIG. 7, the number of second transmission lines arranged in parallel can be increased to 4 or more.

本実施の形態4においても、実施の形態3にて説明したように、抵抗体18d,18eに、入力信号に重畳される半導体素子2で発生した不要なマイクロ波を吸収させることができ、高安定なマイクロ波半導体装置1dを得ることができる。また、たとえ抵抗体18cが焼損した場合であってもマイクロ波半導体装置1dの機能を完全に喪失してしまうこともない。   Also in the fourth embodiment, as described in the third embodiment, the resistors 18d and 18e can absorb unnecessary microwaves generated in the semiconductor element 2 superimposed on the input signal. A stable microwave semiconductor device 1d can be obtained. Even if the resistor 18c is burned out, the function of the microwave semiconductor device 1d is not completely lost.

加えて、半導体素子2のチップサイズが大きくなると、入力端子数が増えてくるが、本実施の形態4では、入力整合回路3を形成する3以上の第2の伝送線路を並列に配置することができるので、半導体素子2のチップサイズが大きくなり、入力端子数が増えた場合に、実施の形態1〜3よりも、それらの多数の入力端子に入力信号を漏れなく一様に供給することが可能になる。したがって、半導体素子2のチップサイズが大きくなっても、半導体素子2を均一動作させることができ、より高出力なマイクロ波半導体装置を得ることができる。   In addition, as the chip size of the semiconductor element 2 increases, the number of input terminals increases. In the fourth embodiment, three or more second transmission lines forming the input matching circuit 3 are arranged in parallel. Therefore, when the chip size of the semiconductor element 2 is increased and the number of input terminals is increased, the input signals are more uniformly supplied to the larger number of input terminals than in the first to third embodiments. Is possible. Therefore, even if the chip size of the semiconductor element 2 is increased, the semiconductor element 2 can be operated uniformly, and a microwave semiconductor device with higher output can be obtained.

この点、実施の形態1,2にて示した抵抗体装荷構成には、実施の形態3にて説明したような難点はあるが、実施の形態1,2においても同様に、3以上の第2の伝送線路を並列に配置し、隣接する2つの第2の伝送線路間における矩形状削除部に、隣接する2つの第2の伝送線路上に定めた線路長よりも短い距離の2点間を接続する抵抗体を配置するようにすれば、同様の効果が得られる。   In this respect, the resistor loading configuration shown in the first and second embodiments has the difficulty as described in the third embodiment. Two transmission lines are arranged in parallel, and a rectangular deletion portion between two adjacent second transmission lines has a distance between two points shorter than the line length determined on the two adjacent second transmission lines. The same effect can be obtained by arranging a resistor to connect the two.

以上のように、実施の形態1〜4に示したマイクロ波半導体装置では、入力整合回路を形成する第2の伝送線路を複数個、並列に配置し、隣接する2個の第2の伝送線路の電位が異なる2点間に抵抗体を装荷する構成としたので、入力整合回路に漏れ込んだ半導体素子で発生した不要なマイクロ波を吸収させることができ、マイクロ波半導体装置の安定化が図れる。   As described above, in the microwave semiconductor devices shown in the first to fourth embodiments, a plurality of second transmission lines forming an input matching circuit are arranged in parallel, and two adjacent second transmission lines are arranged. Since the resistor is loaded between two points having different potentials, unnecessary microwaves generated in the semiconductor element leaking into the input matching circuit can be absorbed, and the microwave semiconductor device can be stabilized. .

また、大信号が入力され、抵抗体が焼損しても、マイクロ波半導体装置は、機能が完全に喪失することも無く、安定性能が若干劣化するだけで済むので、信頼性の高いマイクロ波半導体装置を得ることができる。   In addition, even if a large signal is input and the resistor burns out, the microwave semiconductor device does not lose its function completely, and the stability performance is only slightly degraded. A device can be obtained.

さらに、2個の第2の伝送線路間に装荷する抵抗体は、耐電力を考慮した面積とすることができるので、より高出力なマイクロ波半導体装置を得ることができる。   Furthermore, since the resistor loaded between the two second transmission lines can have an area in consideration of withstand power, a microwave semiconductor device with higher output can be obtained.

加えて、半導体素子のチップサイズが大きくなっても、半導体素子を均一動作させることが可能になるので、この点からも、より高出力なマイクロ波半導体装置が実現できる利点がある。   In addition, even if the chip size of the semiconductor element is increased, the semiconductor element can be operated uniformly. From this point as well, there is an advantage that a microwave semiconductor device with higher output can be realized.

なお、実施の形態1〜4では、マイクロ波半導体装置として増幅器の場合を念頭に説明したが、その説明内容は、発振器やミクサ、逓倍器などにも同様に適用できることは言うまでもない。   Although the first to fourth embodiments have been described with the amplifier as the microwave semiconductor device in mind, it is needless to say that the description can be applied to an oscillator, a mixer, a multiplier, and the like.

以上のように、本発明にかかるマイクロ波半導体装置は、抵抗体に半導体素子で発生した不要なマイクロ波を吸収させて高安定化が図れるとともに、たとえ抵抗体が焼損しても高い信頼性を確保できるマイクロ波半導体装置として有用であり、特に、半導体素子にGaN−HEMT、FETを用いて、広帯域化に加えて高出力化を図るのに適している。   As described above, the microwave semiconductor device according to the present invention can absorb the unnecessary microwave generated in the semiconductor element in the resistor and achieve high stability, and has high reliability even if the resistor burns out. It is useful as a microwave semiconductor device that can be secured, and is particularly suitable for increasing the output in addition to widening the bandwidth by using a GaN-HEMT or FET as a semiconductor element.

1a,1b,1c,1d マイクロ波半導体装置
2 半導体素子
3 入力整合回路
4 出力整合回路
5 金属製キャリア
6,13 誘電体基板
7 第1の伝送線路
8a,8b,8c 第2の伝送線路
9 入力端子
10,25,26 矩形状削除部
11,15 接続端子
12a,12b,16a,16b,23a,23b 金属細線
14 第3の伝送線路
17 出力端子
18a,18b,18c,18d,18e 抵抗体
19,20 インダクタ
1a, 1b, 1c, 1d Microwave semiconductor device 2 Semiconductor element 3 Input matching circuit 4 Output matching circuit 5 Metal carrier 6, 13 Dielectric substrate 7 First transmission line 8a, 8b, 8c Second transmission line 9 Input Terminal 10, 25, 26 Rectangular deletion part 11, 15 Connection terminal 12 a, 12 b, 16 a, 16 b, 23 a, 23 b Metal thin wire 14 Third transmission line 17 Output terminal 18 a, 18 b, 18 c, 18 d, 18 e Resistor 19, 20 Inductor

Claims (2)

半導体素子の入力側と出力側に整合回路がそれぞれ配置されるマイクロ波半導体装置において、
前記入力側の整合回路は、
並列に配置された2以上の伝送線路を備え、前記2以上の伝送線路のうち、隣接する2つの伝送線路間に、該2つの伝送線路の信号入力端からの距離が異なる前記2つの伝送線路上の2点間を接続する抵抗体が設けられている
ことを特徴とするマイクロ波半導体装置。
In the microwave semiconductor device in which matching circuits are respectively arranged on the input side and the output side of the semiconductor element,
The matching circuit on the input side is:
The two transmission lines comprising two or more transmission lines arranged in parallel, wherein two of the two or more transmission lines are different in distance from the signal input end of the two transmission lines between two adjacent transmission lines A microwave semiconductor device, characterized in that a resistor for connecting the upper two points is provided.
半導体素子の入力側と出力側に整合回路それぞれが配置されるマイクロ波半導体装置において、
前記入力側の整合回路は、
並列に配置された2以上の伝送線路を備え、前記2以上の伝送線路のうち、隣接する2つの伝送線路間に、該2つの伝送線路の信号入力端と信号出力端との間を接続する抵抗体が設けられている
ことを特徴とするマイクロ波半導体装置。
In the microwave semiconductor device in which the matching circuits are arranged on the input side and the output side of the semiconductor element,
The matching circuit on the input side is:
Two or more transmission lines arranged in parallel are provided, and a signal input end and a signal output end of the two transmission lines are connected between two adjacent transmission lines among the two or more transmission lines. A microwave semiconductor device comprising a resistor.
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