JP5797154B2 - Distributed amplifier - Google Patents

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Description

本発明は、高出力かつ高周波な分布形増幅器に関するものであり、特に、高利得、高出力、高効率、広帯域な特性を得るための分布形増幅器に関するものである。   The present invention relates to a high-power and high-frequency distributed amplifier, and more particularly to a distributed amplifier for obtaining high gain, high power, high efficiency, and wideband characteristics.

従来、複数個のトランジスタセルから構成される分布形増幅器としては、例えば非特許文献1に示されたものがあった。
このような従来の分布形増幅器では、トランジスタの出力端子を結ぶ各伝送線路について、各伝送線路とトランジスタの出力容量とを合わせて各々擬似伝送線路とみなしている。また、各擬似伝送線路の特性インピーダンスはトランジスタセルのゲート幅と最適負荷インピーダンスの実部により与えられている。そのため、各伝送線路の線路長は各擬似伝送線路の特性インピーダンスとトランジスタセルの出力容量によって一意に決まっていた。
Conventionally, as a distributed amplifier composed of a plurality of transistor cells, for example, there is one shown in Non-Patent Document 1.
In such a conventional distributed amplifier, regarding each transmission line connecting the output terminals of the transistors, the transmission lines and the output capacitance of the transistors are combined and regarded as pseudo transmission lines. The characteristic impedance of each pseudo transmission line is given by the real part of the gate width of the transistor cell and the optimum load impedance. Therefore, the line length of each transmission line is uniquely determined by the characteristic impedance of each pseudo transmission line and the output capacity of the transistor cell.

C. Campbell, C. Lee; V. Williams, M. Kao; H. Tserng, and P. Saunier, “A Wideband Power Amplifier MMIC Utilizing GaN on SiC HEMT Technology,” 30th IEEE Compound Semiconductor IC Symposium, I.1, October, 2008.C. Campbell, C. Lee; V. Williams, M. Kao; H. Tserng, and P. Saunier, “A Wideband Power Amplifier MMIC Utilizing GaN on SiC HEMT Technology,” 30th IEEE Compound Semiconductor IC Symposium, I.1, October, 2008.

しかしながら、従来技術には以下の課題があった。すなわち、従来の分布形増幅器では、上述したように伝送線路のインダクタンス成分とトランジスタセルの出力容量を元に擬似伝送線路を構成しているが、擬似伝送線路は理想的な伝送線路ではないため狭帯域である。具体的には、擬似伝送線路は直列インダクタンスと並列キャパシタンスで構成した低域通過型フィルタそのものであるため、分布形増幅器のカットオフ周波数は出力擬似伝送線路により制限され、広帯域化への妨げとなっていた。   However, the prior art has the following problems. That is, in the conventional distributed amplifier, as described above, the pseudo transmission line is configured based on the inductance component of the transmission line and the output capacity of the transistor cell. However, the pseudo transmission line is not an ideal transmission line and thus is narrow. It is a band. Specifically, since the pseudo transmission line is a low-pass filter itself composed of a series inductance and a parallel capacitance, the cutoff frequency of the distributed amplifier is limited by the output pseudo transmission line, which hinders broadbandization. It was.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、広帯域化を図ることのできる分布形増幅器を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a distributed amplifier capable of widening the bandwidth.

この発明に係る分布形増幅器は、n個(nは3以上の自然数)のトランジスタセルから構成される分布形増幅器において、最も増幅器の入力端子に近いトランジスタセルを1番目としたとき、入力端子から出力端子までの全ての2m番目(mは1以上の自然数)と(2m+1)番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さについて、出力伝送線路のインダクタンス成分とトランジスタセルの出力容量から構成される擬似伝送線路のカットオフ周波数が高域へ伸びるように、(2m−1)番目と2m番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さよりも短くしてインダクタンス成分を減らしたものである。 In the distributed amplifier according to the present invention, in a distributed amplifier composed of n (n is a natural number of 3 or more) transistor cells, when the transistor cell closest to the input terminal of the amplifier is the first, from the input terminal The length of the output transmission line connecting all the 2mth (m is a natural number of 1 or more) and (2m + 1) th transistor cells up to the output terminal is composed of the inductance component of the output transmission line and the output capacitance of the transistor cell. as the cutoff frequency of the pseudo transmission line extending in the high range that is obtained by reducing the inductance component short comb than the length of the output transmission line connecting the (2m-1) th and 2m th transistor cells.

この発明の分布形増幅器は、2m番目と(2m+1)番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さを、(2m−1)番目と2m番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さよりも短くしたので、分布形増幅器として広帯域化を図ることができる。   In the distributed amplifier according to the present invention, the length of the output transmission line connecting the 2m-th and (2m + 1) -th transistor cells is determined from the length of the output transmission line connecting the (2m-1) -th and 2m-th transistor cells. Therefore, the bandwidth of the distributed amplifier can be increased.

この発明の実施の形態1による分布形増幅器を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating a distributed amplifier according to a first embodiment of the present invention. FIG. この発明の実施の形態1による分布形増幅器を簡略化した回路を示す構成図である。It is a block diagram which shows the circuit which simplified the distributed amplifier by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による分布形増幅器を更に簡略化した回路を示す構成図である。It is a block diagram which shows the circuit which further simplified the distributed amplifier by Embodiment 1 of this invention. 図2の疑似伝送線路を置き換えた場合の構成図である。It is a block diagram at the time of replacing the pseudo transmission line of FIG. 従来回路のインダクタンス成分の値を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the value of the inductance component of a conventional circuit. この発明の実施の形態1による分布形増幅器のトランジスタセル出力端子5aから擬似伝送線路4a側を見込んだ実際のインピーダンスを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the actual impedance which anticipated the pseudo | simulation transmission line 4a side from the transistor cell output terminal 5a of the distributed amplifier by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による分布形増幅器のトランジスタセル出力端子5bから擬似伝送線路4b側を見込んだ実際のインピーダンスを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the actual impedance which anticipated the pseudo transmission line 4b side from the transistor cell output terminal 5b of the distributed amplifier by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による分布形増幅器のインダクタンス成分7bを変化させた場合のカットオフ周波数の変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change of the cutoff frequency at the time of changing the inductance component 7b of the distributed amplifier by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による分布形増幅器の計算結果と従来の分布形増幅器の計算結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the calculation result of the distributed amplifier by Embodiment 1 of this invention, and the calculation result of the conventional distributed amplifier. この発明の実施の形態2による分布形増幅器を示す構成図である。It is a block diagram which shows the distributed amplifier by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2による分布形増幅器の計算結果と従来の分布形増幅器の計算結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the calculation result of the distributed amplifier by Embodiment 2 of this invention, and the calculation result of the conventional distributed amplifier.

実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による分布形増幅器を示す構成図である。
図1に示す分布形増幅器は、複数個のトランジスタセル1と、これらトランジスタセル1の出力側を接続するための出力伝送線路2a,2b,2c,…,2hと、これらトランジスタセル1の入力側を接続するための入力伝送線路3とを備えている。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a distributed amplifier according to Embodiment 1 of the present invention.
The distributed amplifier shown in FIG. 1 includes a plurality of transistor cells 1, output transmission lines 2a, 2b, 2c,..., 2h for connecting the output sides of these transistor cells 1, and the input sides of these transistor cells 1. And an input transmission line 3 for connecting the two.

図示の分布形増幅器は、最も入力端子(RFin)に近いトランジスタセル1を1番目としたとき、2m番目(mは1以上の自然数)と(2m+1)番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路2b,2d,2f,2hの長さについて、(2m−1)番目と2m番目のトランジスタセル1を接続する出力伝送線路2a,2c,2e,2hの長さよりも短くなるように設定されている。即ち、2m番目と(2m+1)番目のトランジスタセル1を接続する伝送線路長をα、(2m−1)番目と2m番目のトランジスタセル1を接続する伝送線路長をβと定義した場合、入力端子RFinから出力端子RFoutまでのαとβとの関係が常にα<βとなるよう構成されている。   In the illustrated distributed amplifier, when the transistor cell 1 closest to the input terminal (RFin) is the first, the output transmission line 2b connecting the 2m-th (m is a natural number of 1 or more) and the (2m + 1) -th transistor cell. , 2d, 2f, and 2h are set to be shorter than the lengths of the output transmission lines 2a, 2c, 2e, and 2h connecting the (2m-1) th and 2mth transistor cells 1. That is, when the transmission line length connecting the 2m-th and (2m + 1) -th transistor cells 1 is defined as α, and the transmission line length connecting the (2m−1) -th and 2m-th transistor cells 1 is defined as β, the input terminal The relationship between α and β from RFin to output terminal RFout is always such that α <β.

分布形増幅器の性能を決める一つの指標として、トランジスタセル1の出力端子におけるインピーダンスのミスマッチを見る方法がある、このミスマッチのうち、実部については既存の文献(例えば、非特許文献1参照)で既に説明されているが、以降の説明で必要であるため、ここで改めて簡単に説明する。   As an index for determining the performance of the distributed amplifier, there is a method of looking at an impedance mismatch at the output terminal of the transistor cell 1. Of this mismatch, the actual part is described in existing literature (for example, see Non-Patent Document 1). Although already described, since it is necessary in the following description, it will be briefly described here again.

分布形増幅器のうち、特に不均一形増幅器では、各トランジスタセルの最適負荷インピーダンスが全てのトランジスタセルに対して与えられるように設計する。最初は最適負荷インピーダンスの実部にのみ注目してトランジスタセルと出力線路で構成する擬似伝送線路の特性インピーダンスを決定する。ここで利用されるのはキルヒホッフの電流則であり、説明を単純化するため、図1の回路を図2の回路へと簡略化する。図2において、1’はトランジスタセル1の最適負荷抵抗、4a,4b,…,4hはそれぞれ出力擬似伝送線路、5a,5b,…,5gはそれぞれトランジスタセル出力端子を示す。伝送線路の特性インピーダンスとその両端に接続された負荷抵抗が等しければ,その伝送線路の振る舞いは無視する事ができる。そこで、図2の構成は更に図3の構成へと簡略化する事ができる。不均一分布形増幅器は、この図3のトランジスタセル出力端子5a,5b,…,5gにおいてキルヒホッフの電流側を満たす構成とすることで、広帯域な整合を実現している。   Among distributed amplifiers, in particular, non-uniform amplifiers are designed so that the optimum load impedance of each transistor cell is given to all transistor cells. At first, paying attention only to the real part of the optimum load impedance, the characteristic impedance of the pseudo transmission line composed of the transistor cell and the output line is determined. Here, Kirchhoff's current law is used, and the circuit of FIG. 1 is simplified to the circuit of FIG. 2 in order to simplify the explanation. In FIG. 2, 1 'is the optimum load resistance of the transistor cell 1, 4a, 4b,..., 4h are output pseudo transmission lines, 5a, 5b,. If the characteristic impedance of a transmission line is equal to the load resistance connected at both ends, the behavior of the transmission line can be ignored. Therefore, the configuration of FIG. 2 can be further simplified to the configuration of FIG. The non-uniform distribution type amplifier achieves wideband matching by satisfying the Kirchhoff current side at the transistor cell output terminals 5a, 5b,..., 5g of FIG.

次に、擬似伝送線路4a,4b,…,4hを設計する。擬似伝送線路の特性インピーダンスは図3に対して擬似伝送線路を付加してもキルヒホッフの電流側を満たすように与える。例えば、擬似伝送線路4aの特性インピーダンスは、図3のトランジスタセル出力端子5aから左側の分岐線路を見込んだインピーダンスと等しい特性インピーダンスとし、擬似伝送線路4bは、図3のトランジスタセル出力端子5bから左側の分岐線路を見込んだインピーダンスと等しい特性インピーダンスとする。このようにして擬似伝送線路4a,4b,…,4hの特性インピーダンスを決定した後、トランジスタセル1の出力容量と擬似伝送線路4a,4b,…,4hのインダクタンス成分を用いて擬似伝送線路4a,4b,…,4hの特性インピーダンスを与える。一般的にはトランジスタ1の出力容量を固定し擬似伝送線路4a,4b,…,4hのインダクタンス成分を擬似伝送線路毎に変える事で、擬似伝送線路4a,4b,…,4hに対して所望の特性インピーダンスを与える。   Next, the pseudo transmission lines 4a, 4b, ..., 4h are designed. The characteristic impedance of the pseudo transmission line is given so as to satisfy Kirchhoff's current side even if a pseudo transmission line is added to FIG. For example, the characteristic impedance of the pseudo transmission line 4a is equal to the impedance of the left branch line from the transistor cell output terminal 5a in FIG. 3, and the pseudo transmission line 4b is from the transistor cell output terminal 5b in FIG. The characteristic impedance is equal to the impedance that anticipates the branch line. After the characteristic impedances of the pseudo transmission lines 4a, 4b,..., 4h are determined in this way, the pseudo transmission lines 4a, 4b,. A characteristic impedance of 4b,..., 4h is given. Generally, the output capacitance of the transistor 1 is fixed and the inductance components of the pseudo transmission lines 4a, 4b,..., 4h are changed for each pseudo transmission line, so that the desired values for the pseudo transmission lines 4a, 4b,. Gives characteristic impedance.

分布形増幅器において、最も問題となるのが擬似伝送線路のカットオフ周波数である。ここで、トランジスタセル1のゲート幅は全て等しく、その出力容量をCaとする。すると、図2の擬似伝送線路4a,4b,…,4hは、それぞれ図4のように置き換えることができる。図4において、6a,6a’,6b,6b’,…,6g,6g’はそれぞれトランジスタセルの出力容量、7a,7b,…,7hは、擬似伝送線路4a〜4hのインダクタンス成分である。図4から、擬似伝送線路はπ型低域通過型フィルタ(LPF)であることが分かる。このLPFのカットオフ周波数が擬似伝送線路4a,4b,…,4hのカットオフ周波数である。   In the distributed amplifier, the most serious problem is the cutoff frequency of the pseudo transmission line. Here, the gate widths of the transistor cells 1 are all equal, and the output capacitance is Ca. Then, the pseudo transmission lines 4a, 4b,..., 4h in FIG. 2 can be replaced as shown in FIG. In FIG. 4, 6a, 6a ', 6b, 6b', ..., 6g, 6g 'are output capacities of the transistor cells, and 7a, 7b, ..., 7h are inductance components of the pseudo transmission lines 4a to 4h. FIG. 4 shows that the pseudo transmission line is a π-type low-pass filter (LPF). The cut-off frequency of this LPF is the cut-off frequency of the pseudo transmission lines 4a, 4b,.

前記LPFは反射型フィルタであり、高い周波数はフィルタに電力が入射せずに反射する事でフィルタとしての機能を実現している。つまり、何らかの操作で所望の高い周波数領域におけるフィルタの反射量を削減することで、擬似伝送線路のカットオフ周波数を高域へと伸ばす。つまり不均一分布形増幅器を高周波化することができる。   The LPF is a reflection type filter, and a function as a filter is realized by reflecting a high frequency without power entering the filter. That is, the cut-off frequency of the pseudo transmission line is extended to a high frequency range by reducing the amount of reflection of the filter in a desired high frequency range by some operation. That is, the frequency of the nonuniformly distributed amplifier can be increased.

従来回路と本発明の回路の動作について,トランジスタセルの特性を仮定してそれぞれ説明する。トランジスタセルのゲート幅は全て等しいとし、各トランジスタセルの出力容量Caは0.2pF、トランジスタセルの最適負荷抵抗Roptは250Ωとする。この場合の従来回路における擬似伝送線路4a〜4hのインダクタンス成分7a,7b,…,7hを図5に示す。   The operation of the conventional circuit and the circuit of the present invention will be described assuming the characteristics of the transistor cell. The gate widths of the transistor cells are all equal, the output capacitance Ca of each transistor cell is 0.2 pF, and the optimum load resistance Ropt of the transistor cell is 250Ω. FIG. 5 shows inductance components 7a, 7b,..., 7h of the pseudo transmission lines 4a to 4h in the conventional circuit in this case.

まずは、図2のトランジスタセル出力端子5aから擬似伝送線路4a側を見込んだインピーダンスの周波数特性に注目する。トランジスタセル出力端子5aから擬似伝送線路4a側を見込んだインピーダンスは、理想的には周波数特性が無く250Ωとなる。これに対し、実際にインピーダンスを計算すると図6のようになる。なおスミスチャートは250Ωで正規化している。高い周波数では250Ωからインピーダンスが外れ、約4.1GHzがカットオフ周波数となっている。次に従来回路の場合、すなわち計算値どおりにインダクタンス成分7bを与えた場合の、図2のトランジスタセル出力端子5bから擬似伝送線路4b側を見込んだインピーダンスの周波数特性に注目する。   First, attention is paid to the frequency characteristics of the impedance when the pseudo transmission line 4a side is expected from the transistor cell output terminal 5a of FIG. The impedance of the pseudo cell line 4a from the transistor cell output terminal 5a is ideally 250Ω with no frequency characteristics. On the other hand, the actual impedance is calculated as shown in FIG. The Smith chart is normalized by 250Ω. At a high frequency, the impedance deviates from 250Ω, and the cutoff frequency is about 4.1 GHz. Next, attention will be paid to the frequency characteristics of the impedance in anticipation of the pseudo transmission line 4b side from the transistor cell output terminal 5b of FIG. 2 in the case of the conventional circuit, that is, when the inductance component 7b is given as calculated.

トランジスタセル出力端子5bから擬似伝送線路4b側を見込んだインピーダンスは、理想的には周波数特性が無く125Ωとなる。これに対し、実際にインピーダンスを計算すると図7のようになる。なおスミスチャートは125Ωで正規化している。トランジスタセル出力端子5aと同様に高い周波数では125Ωからインピーダンスが外れるが、それぞれの周波数特性が打ち消しあいカットオフ周波数が10.4GHzへと伸びている。本発明の回路は、更に周波数特性を打ち消し広帯域な特性を実現するため、インダクタンス成分7bを小さくする。図8にインダクタンス成分7bをそれぞれ1.5倍〜0.3倍まで変化させた場合のトランジスタセル出力端子5bから擬似伝送線路4b側のカットオフ周波数の変化を示す。   The impedance of the pseudo cell line 4b from the transistor cell output terminal 5b is ideally 125Ω with no frequency characteristics. On the other hand, the actual impedance is calculated as shown in FIG. The Smith chart is normalized at 125Ω. Similar to the transistor cell output terminal 5a, the impedance deviates from 125Ω at a high frequency, but the frequency characteristics cancel each other and the cut-off frequency extends to 10.4 GHz. In the circuit of the present invention, the inductance component 7b is reduced in order to cancel the frequency characteristic and realize a wide band characteristic. FIG. 8 shows a change in cutoff frequency from the transistor cell output terminal 5b to the pseudo transmission line 4b when the inductance component 7b is changed from 1.5 times to 0.3 times.

図8より、インダクタンス成分7bを小さくするとカットオフ周波数が改善すること、大きくするとカットオフ周波数が劣化すること、小さくしすぎるとカットオフ周波数が逆に劣化することがわかる。
このように、インダクタンス成分7aで生じた周波数特性をインダクタンス成分7bで打ち消し、更に、インダクタンス成分7cで生じた周波数特性をインダクタンス成分7dで打ち消し…と繰り返すことで、本実施の形態の分布形増幅器は従来の分布形増幅器と比較してカットオフ周波数が改善する。図9に従来の分布形増幅器の出力回路の通過量(図中、Bで示す)と、従来回路に対してインダクタンス成分7b,7d,7f,7hのインダクタンス成分を0.8倍とした本実施の形態の分布形増幅器の出力回路の通過量(図中、Aで示す)をそれぞれ示す。図9より、本実施の形態の回路は明らかにカットオフ周波数が高周波化しており、本発明が有効である。
FIG. 8 shows that the cut-off frequency is improved when the inductance component 7b is reduced, the cut-off frequency is deteriorated when the inductance component 7b is increased, and the cut-off frequency is deteriorated when it is too small.
In this way, the frequency characteristic generated by the inductance component 7a is canceled by the inductance component 7b, and the frequency characteristic generated by the inductance component 7c is canceled by the inductance component 7d. The cut-off frequency is improved as compared with the conventional distributed amplifier. FIG. 9 shows the amount of passage through the output circuit of the conventional distributed amplifier (indicated by B in the figure) and the inductance components 7b, 7d, 7f, and 7h of the conventional circuit are increased by a factor of 0.8. The amount of passage (indicated by A in the figure) of the output circuit of the distributed amplifier of the form is shown. From FIG. 9, the circuit of the present embodiment clearly has a higher cutoff frequency, and the present invention is effective.

次に、2m番目と(2m+1)番目のトランジスタセル1を接続する伝送線路の長さについて、(2m−1)番目と2m番目のトランジスタセル1を接続する伝送線路の長さよりも短いだけでなく、更に、(2m+1)番目と(2m+2)番目のトランジスタセル1を接続する伝送線路の長さよりも短い場合について説明する。   Next, the length of the transmission line connecting the 2mth and (2m + 1) th transistor cells 1 is not only shorter than the length of the transmission line connecting the (2m-1) th and 2mth transistor cells 1. Further, a case where the length is shorter than the length of the transmission line connecting the (2m + 1) th and (2m + 2) th transistor cells 1 will be described.

上記例では、2m番目と(2m+1)番目のトランジスタセル1を接続する伝送線路の長さについて、(2m−1)番目と2m番目のトランジスタセル1を接続する伝送線路の長さよりも短い場合は、インダクタンス成分7aで生じた周波数特性をインダクタンス成分7bで打ち消し、更にインダクタンス成分7cで生じた周波数特性をインダクタンス成分7dで打ち消し…と繰り返すことで、本実施の形態の分布形増幅器は従来の分布形増幅器と比較してカットオフ周波数を改善していた。更に、(2m+1)番目と(2m+2)番目のトランジスタセル1を接続する出力伝送線路の長さよりも短い場合は、インダクタンス成分7aで生じた周波数特性をインダクタンス成分7bで打ち消し、インダクタンス成分7cで生じた周波数特性をインダクタンス成分7bとインダクタンス成分7dで打ち消し、インダクタンス成分7eで生じた周波数特性をインダクタンス成分7dとインダクタンス成分7fで打ち消し…となる。これは1つの線路で生じた周波数特性を2つの線路で補償する形となるため、本実施の形態の分布形増幅器は従来の分布形増幅器と比較してカットオフ周波数を改善することができる。   In the above example, when the length of the transmission line connecting the 2m-th and (2m + 1) -th transistor cells 1 is shorter than the length of the transmission line connecting the (2m-1) -th and 2m-th transistor cells 1 By repeating the frequency characteristics generated by the inductance component 7a with the inductance component 7b, and further canceling the frequency characteristics generated by the inductance component 7c with the inductance component 7d, the distributed amplifier of this embodiment is a conventional distributed type. The cut-off frequency was improved compared to the amplifier. Further, when the length of the output transmission line connecting the (2m + 1) th and (2m + 2) th transistor cells 1 is shorter, the frequency characteristic generated by the inductance component 7a is canceled by the inductance component 7b and generated by the inductance component 7c. The frequency characteristic is canceled by the inductance component 7b and the inductance component 7d, the frequency characteristic generated by the inductance component 7e is canceled by the inductance component 7d and the inductance component 7f, and so on. This is a form in which the frequency characteristic generated in one line is compensated by two lines, so that the distributed amplifier of the present embodiment can improve the cut-off frequency as compared with the conventional distributed amplifier.

このように、実施の形態1の分布形増幅器は、従来と比較してカットオフ周波数を高周波化する事ができる。また、従来の分布形増幅器と同等のカットオフ周波数で良い場合は、トランジスタの出力容量を大きくできるのでトランジスタのゲート幅を大きくでき、分布形増幅器を高出力化できる。また、カットオフ周波数が高周波化したことで、高い周波数での動作利得が高利得化する。更に、一般的に広帯域な増幅器が要求されるシステムでは増幅器の帯域が不足する場合は動作帯域が異なる複数の増幅器を利用してシステムの要求帯域に対応していたが、増幅器が高周波化されることで動作帯域が広くなり、システムに必要な増幅器の数を削減できる。   As described above, the distributed amplifier according to the first embodiment can increase the cutoff frequency as compared with the conventional one. Further, when the cut-off frequency equivalent to that of the conventional distributed amplifier is sufficient, the transistor output capacity can be increased, so that the gate width of the transistor can be increased, and the distributed amplifier can be increased in output. Further, since the cut-off frequency is increased, the operation gain at a high frequency is increased. Furthermore, in a system where a wideband amplifier is generally required, when the amplifier bandwidth is insufficient, a plurality of amplifiers having different operation bands are used to cope with the required bandwidth of the system. This widens the operating band and reduces the number of amplifiers required for the system.

なお、上記例では各トランジスタセル1のゲート幅が等しい分布形増幅器を例に説明を行ったが、各トランジスタセル1のゲート幅が異なる分布形増幅器であっても同様の効果を得ることができる。   In the above example, a distributed amplifier having the same gate width of each transistor cell 1 has been described as an example. However, the same effect can be obtained even with a distributed amplifier having a different gate width of each transistor cell 1. .

以上説明したように、実施の形態1の分布形増幅器によれば、n個(nは3以上の自然数)のトランジスタセルから構成される分布形増幅器において、最も増幅器の入力端子に近いトランジスタセルを1番目としたとき、2m番目(mは1以上の自然数)と(2m+1)番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さについて、(2m−1)番目と2m番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さよりも短いようにしたので、分布形増幅器として広帯域化を図ることができる。   As described above, according to the distributed amplifier of the first embodiment, in the distributed amplifier composed of n (n is a natural number of 3 or more) transistor cells, the transistor cell closest to the input terminal of the amplifier is selected. When the first is set, the length of the output transmission line connecting the 2m-th (m is a natural number of 1 or more) and the (2m + 1) -th transistor cell is connected to the (2m-1) -th and 2m-th transistor cells. Since it is shorter than the length of the output transmission line, a wide band can be achieved as a distributed amplifier.

また、実施の形態1の分布形増幅器によれば、n個(nは4以上の自然数)のトランジスタセルから構成される分布形増幅器において、最も増幅器の入力端子に近いトランジスタセルを1番目としたとき、2m番目(mは1以上の自然数)と(2m+1)番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さについて、(2m−1)番目と2m番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さよりも短く、かつ、(2m+1)番目と(2m+2)番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さよりも短いようにしたので、分布形増幅器として広帯域化を図ることができる。   Further, according to the distributed amplifier of the first embodiment, in the distributed amplifier composed of n (n is a natural number of 4 or more) transistor cells, the transistor cell closest to the input terminal of the amplifier is the first. When the length of the output transmission line connecting the 2m-th (m is a natural number equal to or greater than 1) and the (2m + 1) -th transistor cell, the output transmission line connecting the (2m-1) -th and 2m-th transistor cells Since it is shorter than the length and shorter than the length of the output transmission line connecting the (2m + 1) -th and (2m + 2) -th transistor cells, the bandwidth of the distributed amplifier can be increased.

実施の形態2.
図10は、実施の形態2の分布形増幅器を示す構成図である。
実施の形態2の分布形増幅器は、最も増幅器の入力端子RFinに近いトランジスタセル1を1番目としたとき、(3m−1)番目(mは1以上の自然数)と3m番目のトランジスタセル1を接続する出力伝送線路8a,8b,8c,…,8hと、3m番目と(3m+1)番目のトランジスタセル1を接続する出力伝送線路8a,8b,8c,…,8hの長さについて、(3m−2)番目と(3m−1)番目のトランジスタセル1を接続する出力伝送線路8a,8b,8c,…,8hの長さよりも短くなるように設定したものである。なお、入力伝送線路3については実施の形態1と同様である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 10 is a configuration diagram illustrating the distributed amplifier according to the second embodiment.
In the distributed amplifier of the second embodiment, when the transistor cell 1 closest to the input terminal RFin of the amplifier is the first, the (3m−1) th (m is a natural number of 1 or more) and the 3mth transistor cell 1 .., 8h and the lengths of the output transmission lines 8a, 8b, 8c,..., 8h connecting the 3m-th and (3m + 1) -th transistor cells 1 (3m− 2) It is set to be shorter than the length of the output transmission lines 8a, 8b, 8c,..., 8h connecting the (3m-1) th transistor cell 1. The input transmission line 3 is the same as that in the first embodiment.

実施の形態1では2m番目(mは1以上の自然数)と(2m+1)番目のトランジスタセル1を接続する出力伝送線路の長さについて,(2m−1)番目と2m番目のトランジスタセル1を接続する出力伝送線路の長さよりも短くして、(2m−1)番目と2m番目のトランジスタセル1を接続する出力伝送線路で生じたインピーダンス不整合を2m番目と(2m+1)番目のトランジスタセル1を接続する出力伝送線路によって補償してカットオフ周波数の高周波化を実現した。実施の形態2では、実施の形態1とは異なり、(3m−2)番目と(3m−1)番目のトランジスタセル1を接続する出力伝送線路で生じた不整合量を、(3m−1)番目と3m番目のトランジスタセル1を接続する出力伝送線路と、3m番目と(3m+1)番目のトランジスタセル1を接続する出力伝送線路の長さを変える事で補償する。   In the first embodiment, for the length of the output transmission line connecting the 2m-th (m is a natural number of 1 or more) and the (2m + 1) -th transistor cell 1, the (2m-1) -th and 2m-th transistor cells 1 are connected. The impedance mismatch occurring in the output transmission line connecting the (2m-1) th and 2mth transistor cells 1 is made shorter than the length of the output transmission line to be connected to the 2mth and (2m + 1) th transistor cells 1. The cut-off frequency was increased by compensating for the connected output transmission line. In the second embodiment, unlike the first embodiment, the mismatch amount generated in the output transmission line connecting the (3m-2) th and (3m-1) th transistor cells 1 is expressed as (3m-1). Compensation is performed by changing the lengths of the output transmission line connecting the 3rd and 3m-th transistor cells 1 and the output transmission line connecting the 3m-th and (3m + 1) -th transistor cells 1.

図11に、従来の分布形増幅器の出力回路の通過量(図中、Bで示す)と、従来回路に対してインダクタンス成分7b,7c,7e,7f,7h(図4参照)のインダクタンス成分を0.8倍とした本実施の形態の分布形増幅器の出力回路の通過量(図中、Aで示す)をそれぞれ示す。図11に示すように、本実施の形態の回路は明らかにカットオフ周波数が高周波化しており、本実施の形態の分布形増幅器が有効であることが分かる。   FIG. 11 shows the amount of passage through the output circuit of the conventional distributed amplifier (indicated by B in the figure) and the inductance components 7b, 7c, 7e, 7f, and 7h (see FIG. 4) with respect to the conventional circuit. The amount of passage through the output circuit of the distributed amplifier of this embodiment, which is 0.8 times (indicated by A in the figure), is shown. As shown in FIG. 11, the circuit of this embodiment clearly has a higher cutoff frequency, and it can be seen that the distributed amplifier of this embodiment is effective.

このように実施の形態2の分布形増幅器では、従来と比較してカットオフ周波数を高周波化する事ができる。また、従来の分布形増幅器と同等のカットオフ周波数で良い場合は、トランジスタの出力容量を大きくできるのでトランジスタのゲート幅を大きくでき、分布形増幅器を高出力化できる。また、カットオフ周波数が高周波化されたことで、高い周波数での動作利得が高利得化する。また、一般的に広帯域な増幅器が要求されるシステムでは増幅器の帯域が不足する場合は動作帯域が異なる複数の増幅器を利用してシステムの要求帯域に対応していたが、本実施の形態では増幅器を高周波化することができるため、動作帯域が広くなりシステムに必要な増幅器の数を削減できる。なお、図10では各トランジスタセル1のゲート幅が等しい分布形増幅器を例に説明を行ったが、各トランジスタセル1のゲート幅が異なる分布形増幅器であっても同様の効果を得ることができる。   Thus, in the distributed amplifier according to the second embodiment, the cut-off frequency can be increased as compared with the conventional one. Further, when the cut-off frequency equivalent to that of the conventional distributed amplifier is sufficient, the transistor output capacity can be increased, so that the gate width of the transistor can be increased, and the distributed amplifier can be increased in output. Further, since the cut-off frequency is increased, the operation gain at a high frequency is increased. In general, in a system where a broadband amplifier is required, when the amplifier bandwidth is insufficient, a plurality of amplifiers having different operation bands are used to cope with the required bandwidth of the system. Therefore, the operating band is widened and the number of amplifiers necessary for the system can be reduced. In FIG. 10, a distributed amplifier having the same gate width of each transistor cell 1 has been described as an example. However, the same effect can be obtained even with a distributed amplifier having a different gate width of each transistor cell 1. .

以上説明したように、実施の形態2の分布形増幅器によれば、n個(nは4以上の自然数)のトランジスタセルから構成される分布形増幅器において、最も増幅器の入力端子に近いトランジスタセルを1番目としたとき、(3m−1)番目(mは1以上の自然数)と3m番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路と、3m番目と(3m+1)番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さについて、(3m−2)番目と(3m−1)番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さよりも短いようにしたので、分布形増幅器として広帯域化を図ることができる。   As described above, according to the distributed amplifier of the second embodiment, in the distributed amplifier composed of n (n is a natural number of 4 or more) transistor cells, the transistor cell closest to the input terminal of the amplifier is selected. An output transmission line connecting the (3m-1) th (m is a natural number greater than or equal to 1) and the 3mth transistor cell, and an output transmission line connecting the 3mth and (3m + 1) th transistor cells. Is shorter than the length of the output transmission line connecting the (3m-2) th and (3m-1) th transistor cells, so that the bandwidth of the distributed amplifier can be increased.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。   In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .

1 トランジスタセル、1’ 最適負荷抵抗、2a,2b,2c,…,2h,8a,8b,8c,…,8h 出力伝送線路、3 入力伝送線路、4a,4b,…,4h 擬似伝送線路、5a,5b,…,5g トランジスタセル出力端子、6a,6a’,6b,6b’,…,6g,6g’ トランジスタセルの出力容量、7a,7b,…,7h インダクタンス成分。   1 transistor cell, 1 'optimum load resistance, 2a, 2b, 2c, ..., 2h, 8a, 8b, 8c, ..., 8h output transmission line, 3 input transmission line, 4a, 4b, ..., 4h pseudo transmission line, 5a , 5b, ..., 5g Transistor cell output terminals, 6a, 6a ', 6b, 6b', ..., 6g, 6g 'Output capacitance of the transistor cells, 7a, 7b, ..., 7h Inductance components.

Claims (3)

n個(nは3以上の自然数)のトランジスタセルから構成される分布形増幅器において、
最も増幅器の入力端子に近いトランジスタセルを1番目としたとき、前記入力端子から出力端子までの全ての2m番目(mは1以上の自然数)と(2m+1)番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さについて、前記出力伝送線路のインダクタンス成分と前記トランジスタセルの出力容量から構成される擬似伝送線路のカットオフ周波数が高域へ伸びるように、(2m−1)番目と2m番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さよりも短くして前記インダクタンス成分を減らしたことを特徴とする分布形増幅器。
In a distributed amplifier composed of n transistor cells (n is a natural number of 3 or more),
When the transistor cell closest to the input terminal of the amplifier is first, the output transmission line connecting all the 2m-th (m is a natural number of 1 or more) and (2m + 1) -th transistor cells from the input terminal to the output terminal. (2m−1) th and 2mth transistor cells so that the cut-off frequency of the pseudo transmission line composed of the inductance component of the output transmission line and the output capacitance of the transistor cell extends to a high frequency. short comb than the length of the output transmission line connecting the in distribution type amplifier, characterized in that reduced the inductance component.
n個(nは4以上の自然数)のトランジスタセルから構成される分布形増幅器において、
最も増幅器の入力端子に近いトランジスタセルを1番目としたとき、前記入力端子から出力端子までの全ての2m番目(mは1以上の自然数)と(2m+1)番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さについて、前記出力伝送線路のインダクタンス成分と前記トランジスタセルの出力容量から構成される擬似伝送線路のカットオフ周波数が高域へ伸びるように、(2m−1)番目と2m番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さよりも短く、かつ、(2m+1)番目と(2m+2)番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さよりも短くして前記インダクタンス成分を減らしたことを特徴とする分布形増幅器。
In a distributed amplifier composed of n transistor cells (n is a natural number of 4 or more),
When the transistor cell closest to the input terminal of the amplifier is first, the output transmission line connecting all the 2m-th (m is a natural number of 1 or more) and (2m + 1) -th transistor cells from the input terminal to the output terminal. (2m−1) th and 2mth transistor cells so that the cut-off frequency of the pseudo transmission line composed of the inductance component of the output transmission line and the output capacitance of the transistor cell extends to a high frequency. shorter than the length of the output transmission line connecting the and is characterized in that a reduced (2m + 1) th and (2m + 2) -th inductance component short comb than the length of the output transmission line connecting the transistor cells Distributed amplifier.
n個(nは4以上の自然数)のトランジスタセルから構成される分布形増幅器において、
最も増幅器の入力端子に近いトランジスタセルを1番目としたとき、前記入力端子から出力端子までの全ての(3m−1)番目(mは1以上の自然数)と3m番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路と、3m番目と(3m+1)番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さについて、(3m−2)番目と(3m−1)番目のトランジスタセルを接続する出力伝送線路の長さよりも短いことを特徴とする分布形増幅器。
In a distributed amplifier composed of n transistor cells (n is a natural number of 4 or more),
When the transistor cell closest to the input terminal of the amplifier is the first, the output connecting all the (3m-1) th (m is a natural number of 1 or more) and 3mth transistor cells from the input terminal to the output terminal. The length of the output transmission line that connects the transmission line and the 3m-th and (3m + 1) -th transistor cells, from the length of the output transmission line that connects the (3m-2) -th and (3m-1) -th transistor cells A distributed amplifier characterized by a short length.
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