JP5481357B2 - 高周波処理回路 - Google Patents

Description

この発明の実施形態は、マイクロ波やミリ波などの高周波信号を効率的に増幅処理する高周波処理回路に関する。

従来、マイクロ波やミリ波などの高周波信号を処理する回路では、電力増幅の高効率化の要求がますます高まってきている。高周波電力処理では、伝送線路を長さが使用周波数のλ／４のオープンスタブにより整合を図ることで、電力増幅の効率化処理が図られている。

また、高周波電力増幅では、大電力を得るため入力信号を分配して複数の増幅素子で増幅した後に、増幅された信号を合成して出力することが行われている。

特開２００８−１６０４４９公報 特開２００３−２３４６２６公報

従来の技術は、高周波処理回路は、基板の中心部に抵抗を配置していることから、高周波処理は抵抗のない外側に接続されている。このため高周波処理スタブの接続に自由度がないばかりか、半導体チップが大型であった場合は分布定数として振る舞う現象によりスタブ接続位置近傍のチップ上のセルとスタブから離れたセルとの間に電気的特性に差が生じる、という問題があった。

この発明の目的は、発振抑制用の抵抗を備えながら、高周波処理による高効率化を実現した高周波処理回路を提供することにある。

上記課題を解決するために、実施形態の高周波処理回路は、 分配された高周波入力信号が供給される第１および第２伝送線路と、前記第１伝送線路に直列に接続され、被増幅信号として導出される第３伝送線路と、前記第２伝送線路に直列に接続され、被増幅信号として導出される第４伝送線路と、前記第１伝送線路と前記第３伝送線路間に一方が接続された前記入力信号のλ／８〜λ／１６に相当する長さの第１スタブと、前記第２伝送線路と前記第４伝送線路間に一方が接続された前記入力信号のλ／８〜λ／１６に相当する長さの第２スタブと、前記第１および第２のスタブとの間に介挿接続された発振抑制用抵抗と、を具備したことを特徴とする。

高周波処理回路に関する第１の実施形態について説明するための模式的な構成図である。 図１要部の等価回路図である。 高周波処理回路に関する第２の実施形態について説明するための等価回路図である。 第２の実施形態の図１に相当する模式的な構成図である。 高周波処理回路に関する第３の実施形態について説明するための等価回路図である。

以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１、図２は、高周波処理回路に関する第１の実施形態について説明するためのもので、図１は２個の増幅素子を備えた高周波処理回路の模式的な構成を示す図で、図２は図１要部の等価回路図である。

図１および図２に示すＩＮは、増幅対象の高周波信号が入力される入力端子であり、この入力端子ＩＮは、伝送線路１１の長手方向の中間部に接続されている。伝送線路１１の一端は、ボンディングワイヤ１２ａを介して入力部１３ａとなる伝送線路１４ａの一端に接続される。伝送線路１１の他端は、ボンディングワイヤ１２ｂを介して入力部１３ｂとなる伝送線路１４ｂの一端に接続される。

伝送線路１４ａの他端は伝送線路１５ａの一端に、出力部１６ａとなる伝送線路１５ａの他端は、ボンディングワイヤ１７ａを介して例えばＭＥＳＦＥＴ(Metal-Semiconductor Field Effect Transistor)を用いた電力増幅用のトランジスタＱ１のゲート電極に接続される。伝送線路１４ｂの他端は伝送線路１５ｂの一端に、出力部１６ｂとなる伝送線路１５ｂの他端は、ボンディングワイヤ１７ｂを介して例えばＭＥＳＦＥＴを用いた電力増幅用のトランジスタＱ２のゲート電極に接続される。ソース電極が基準電位点に接続されたトランジスタＱ１のドレイン電極は出力端子ＯＵＴ１に、ソース電極が基準電位点に接続されたトランジスタＱ２のドレイン電極は出力端子ＯＵＴ２にそれぞれ接続される。出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２に導出された高周波信号は、図示しない合成手段で合成されて電力増幅された高周波信号として取り出される。

なお、伝送線路１４ａは第１伝送線路に、伝送線路１５ａは第２伝送線路に、伝送線路１５ａは第３伝送線路に、伝送線路１５ｂは第４伝送線路にそれぞれ相当する。

さらに、伝送線路１４ａと伝送線路１５ａの接続点にはスタブ１９ａの一端が接続される。伝送線路１５ｂと伝送線路１５ｂの接続点にはスタブ１９ｂの一端が接続される。対向配置されたスタブ１９ａの他端とスタブ１９ｂの他端との間には、発振抑制用抵抗Ｒ１が形成されている。スタブ１９ａ，１９ｂは、例えば使用周波数帯の２倍〜４倍で、周波数のλ／４に見えるλ／８〜λ／１６に相当する長さを選択する。使用周波数帯の倍数の何倍を選択するかは設計値により異なってくる。

各伝送線路１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ、それにスタブ１９ａ，１９ｂは、例えばマイクロストリップ線によって構成されている。また、図２に示すように、伝送線路１４ａ，１５ａとスタブ１９ａは、高周波信号を伝送するセルＡを、伝送線路１４ｂ，１５ｂとスタブ１９ｂは、高周波信号を伝送するセルＢをそれぞれ構成する。

次に、このように構成された高周波処理回路の作用について説明する。入力端子ＩＮに供給された高周波信号は、伝送線路１１の長手方向の中間部に供給され、伝送線路１１の両端に分配する。伝送線路１１の一端から入力部１３ａに供給された高周波信号は、セルＡの伝送線路１４ａ，１５ａを介して出力部１６ａを介してトランジスタＱ１のゲート電極に供給し、トランジスタＱ１で高周波増幅されてドレイン電極から出力信号として導出する。

伝送線路１１で分配された他方から入力部１３ｂに供給された高周波信号は、伝送線路１４ｂ，１５ｂを介して出力部１６ｂを介してトランジスタＱ２のゲート電極に供給され、トランジスタＱ２で高周波増幅されドレイン電極から出力として導出する。

ところで、図２に示す伝送線路１４ａと伝送線路１５ａとの間の電圧が例えば１Ｖで、伝送線路１４ｂと伝送線路１５ｂとの間の電圧が例えば１Ｖであった場合は、電位差がないことから抵抗Ｒ１に電流が流れないことになる。このため、見掛け上は抵抗Ｒ１が接続されていない状態となる。

従って、抵抗Ｒ１と伝送線路１４ａおよび伝送線路１５ａの接続点Ｐａ間にある伝送線路は、オープンスタブ１９ａとして機能する。また、抵抗Ｒ１と伝送線路１４ｂおよび伝送線路１５ｂの接続点Ｐｂ間にある伝送線路は、オープンスタブ１９ｂとして機能する。セルＡとセルＢとの間に接続された抵抗Ｒ１は、見掛け上接続されていない状態にはなる。しかし、実際には抵抗Ｒ１は接続されており、ループ発振の抑制効果を備えていることになる。

セルＡの接続点ＰａとセルＢの接続点Ｐｂとの間に多少の電位差が生じた場合は、セルＡとセルＢ間に流れるエネルギーを抵抗Ｒ１で吸収できることから、抵抗Ｒ１によるループ発振の抑制を維持させることが可能となる。

このように、使用周波数の数倍の高調波のλ／４のスタブ１９ａ，１９ｂを接続することで、スタブ長を短くすることが可能となり、高周波処理回路の構成のコンパクト化を図ることができる。

また、伝送線路１４ａ，１４ｂが同位相で動作する場合の入力部１３ａから出力部１６ａへの回路動作は、図２の一点鎖線で示す片側（上側）のみが影響する範囲となる。このとき中央に配置された抵抗Ｒ１は影響されずにスタブ１９ａは、オープンスタブとして機能する。抵抗Ｒ１は、伝送線路１４ａと１４ｂ間に接続された状態は維持されることからループ発振を抑制することが可能となる。

この実施形態では、電力増幅の効率化に寄与するオープンスタブの長さ短くできるばかりか、単位セル間の電位差をなくすことで単位セル間のそれぞれ形成されたオープンスタブにループ発振を抑制する抵抗を接続することができる。

図３、図４は、高周波処理回路に関する第２の実施形態について説明するための、図３は等価回路図で、図４は図１に相当する模式的な構成図である。なお、この実施形態以降において、上記実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して説明する。

この実施形態は、接続点Ｐａに接続されたスタブ１９ａ１と同条件のスタブ１９ａ２を接続点Ｐａに接続するとともに、接続点Ｐｂに接続されたスタブ１９ｂ１と同条件のスタブ１９ｂ２を接続点Ｐｂにそれぞれ接続したものである。この発明でいうところの、スタブ１９ａ１は第１スタブに、スタブ１９ｂ１は第２のスタブにそれぞれ相当する。

接続点Ｐａおよび接続点Ｐｂにそれぞれ接続されるスタブのもつ特性インピーダンスは、それぞれ接続点Ｐａ，Ｐｂに並列接続された状態になり、特性インピーダンスが増加することになる。スタブが並列接続された場合は、スタブが並列接続されない状態のスタブの幅に比して１／２の幅で同じ特性インピーダンスを確保することができる。

スタブ１９ａ１，１９ｂ１の幅を狭くできることから、図４に示すように、スタブを曲げた形状とした場合に、伝送線路１４ａ，１５ａと伝送線路１４ｂ，１５ｂ間の距離を狭くすることが可能となり、高周波処理回路の小型化に寄与する。

なお、図１に示すスタブ１９ａ，１９ｂも、スタブ１９ａ１，１９ａ２と同じように曲げた形状にもすることができるが、幅が広いために、第２の実施形態の方が省スペース化には有利となる。

この実施形態では、オープンスタブの長さ短くできるばかりか、ループ発振を抑制する抵抗を接続することができることに加え、スタブの幅を狭くすることが可能となり、回路全体構成の小型化に寄与する。

図５は、高周波処理回路に関する第３の実施形態について説明するための等価回路図である。この実施形態は、第２の実施形態にさらにセルＣを追加し３ラインとしたものである。

すなわち、セルＣは、伝送線路１４ｃ，１５ｃ、スタブ１９ｃ１，１９ｃ２から構成される。前段の伝送線路で３分配された高周波信号は伝送線路１４ｃの一端の入力部１３ｃに供給される。伝送線路１４ｃの他端は伝送線路１５ｃの一端に、伝送線路１５ｃの他端は出力部１６ｃとなる。出力部１６ｃからは、入力部１３ｃに供給された高周波信号を増幅する次段の増幅用トランジスタに供給する。

伝送線路１４ｃ，１５ｃの接続点Ｐｃにはスタブ１９ｃ１，１９ｃ２の一端が並列的に接続される。スタブ１９ｃ１とセルＢのスタブ１９ｂ２との間には、発振抑制用の抵抗Ｒ２が形成されている。スタブ１９ｃ１，１９ｃ２は、同じ特性インピーダンスを備えている。

図５に示す構成では、３分配された高周波信号に対して、抵抗Ｒ２はループ発振を抑制し、スタブ１９ｃ１，１９ｃ２は高周波信号処理の高効率化に寄与するとともに、スタブ幅を狭くすることができる。

この実施形態では、３分配された高周波信号の処理に対しても、高効率の信号処理に加え、ループ発振の抑制も可能となる。さらに、スタブの幅が狭くできることから、セルの数が増えればさらに省スペース化による小型化の効果がより顕著なものとなる。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１３ａ〜１３ｃ 入力部
１４ａ〜１４ｃ，１５ａ〜１５ｃ 伝送線路
１６ａ，１６ｂ 出力部
１９ａ，１９ｂ，１９ａ１，１９ａ２，１９ｂ１，１９ｂ２，１９ｃ１，１９ｃ２ スタブ
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗

Claims (2)

1. 分配された高周波入力信号が供給される第１および第２伝送線路と、
   前記第１伝送線路に直列に接続され、被増幅信号として導出される第３伝送線路と、
   前記第２伝送線路に直列に接続され、被増幅信号として導出される第４伝送線路と、
   前記第１伝送線路と前記第３伝送線路間に一方が接続された前記入力信号のλ／８〜λ／１６に相当する長さの第１スタブと、
   前記第２伝送線路と前記第４伝送線路間に一方が接続された前記入力信号のλ／８〜λ／１６に相当する長さの第２スタブと、
   前記第１および第２のスタブとの間に介挿接続された発振抑制用抵抗と、を具備したことを特徴とする高周波処理回路。
2. 前記スタブに同特性インピーダンスのスタブを並列的に接続したことを特徴する請求項１記載の高周波処理回路。

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