JP6189881B2 - 高周波半導体増幅器 - Google Patents
高周波半導体増幅器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6189881B2 JP6189881B2 JP2015013502A JP2015013502A JP6189881B2 JP 6189881 B2 JP6189881 B2 JP 6189881B2 JP 2015013502 A JP2015013502 A JP 2015013502A JP 2015013502 A JP2015013502 A JP 2015013502A JP 6189881 B2 JP6189881 B2 JP 6189881B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- impedance
- transmission line
- line
- microstrip line
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
- H03F1/0205—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/56—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
- H01L23/64—Impedance arrangements
- H01L23/66—High-frequency adaptations
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/02—Coupling devices of the waveguide type with invariable factor of coupling
- H01P5/022—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions
- H01P5/028—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions between strip lines
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/189—High frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
- H03F3/19—High frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
- H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2223/00—Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
- H01L2223/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for
- H01L2223/64—Impedance arrangements
- H01L2223/66—High-frequency adaptations
- H01L2223/6605—High-frequency electrical connections
- H01L2223/6611—Wire connections
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2223/00—Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
- H01L2223/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for
- H01L2223/64—Impedance arrangements
- H01L2223/66—High-frequency adaptations
- H01L2223/6605—High-frequency electrical connections
- H01L2223/6627—Waveguides, e.g. microstrip line, strip line, coplanar line
- H01L2223/6633—Transition between different waveguide types
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2223/00—Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
- H01L2223/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for
- H01L2223/64—Impedance arrangements
- H01L2223/66—High-frequency adaptations
- H01L2223/6644—Packaging aspects of high-frequency amplifiers
- H01L2223/6655—Matching arrangements, e.g. arrangement of inductive and capacitive components
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/24—Terminating devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/24—Terminating devices
- H01P1/28—Short-circuiting plungers
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
- H03F2200/451—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/60—Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
Description
マイクロ波において、半導体増幅素子の出力電極端からみた2倍波の負荷インピーダンスを短絡近傍、3倍波の負荷インピーダンスを開放近傍とするとF級モードという高効率動作が可能となる。半導体増幅素子の出力電極端からみた2倍波の負荷インピーダンスを短絡近傍とするために半導体増幅素子の出力電極端に基本波の1/8波長の先端開放の伝送線路を接続し、3倍波の負荷インピーダンスを開放近傍とするために半導体増幅素子の出力電極端から基本波の1/8波長の伝送線路を介して基本波の1/12波長の先端開放の伝送線路を接続する技術がある(特許文献1)。
また、マイクロ波において、半導体増幅素子の出力電極端からみた2倍波の負荷インピーダンスを開放近傍、3倍波の負荷インピーダンスを短絡近傍とすると逆F級モードという高効率動作が可能となる。2倍波の負荷インピーダンスを開放近傍とするために高調波インピーダンス調整線路により基本波には影響を与えずに2倍波のインピーダンスを制御する技術がある(特許文献2)。
第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る高周波半導体増幅器の構成を示す模式図である。
図1に示すように、高周波半導体増幅器1は、周波数帯域を有する高周波信号が入力される入力端子10、入力端子10に接続された入力整合回路12、入力整合回路12に接続された高周波半導体増幅素子14、高周波半導体増幅素子14に接続された出力整合回路21及び出力整合回路21に接続された出力端子18とから構成されている。
なお、高周波半導体増幅素子14に電圧を供給する直流回路は省略してある。
図2は、図1に示す基準面P0から見たインピーダンスを例示する負荷インピーダンス図である。
図3は、図1に示す基準面P1から見たインピーダンスを例示する負荷インピーダンス図である。
図4は、図1に示す基準面P2から見たインピーダンスを例示する負荷インピーダンス図である。
図5は、図1に示す基準面P3から見たインピーダンスを例示する負荷インピーダンス図である。
図6は、図1に示す基準面P4から見たインピーダンスを例示する負荷インピーダンス図である。
図7は、図1に示す基準面P5から見たインピーダンスを例示する負荷インピーダンス図である。
図3(а)のインピーダンス図は、中心点Oが50Ωとなるように正規化している。図3(b)のインピーダンス図は、中心点Oが1Ωとなるように正規化している。
図4〜図7のインピーダンス図は、中心点Oが1Ωとなるように正規化している。
図3〜図7の図中、m1は基本波の周波数における負荷インピーダンスを示し、m2は2倍波の周波数における負荷インピーダンスを示し、m3は3倍波の周波数における負荷インピーダンスを示す。
なお、基本波、2倍波及び3倍波の周波数におけるインピーダンスは、測定やシミュレーションにより求めることができ、インピーダンス図に表示される。
マイクロストリップ線路111は2倍波においては4分の2波長程度となり、2倍波の周波数におけるインピーダンスm2は、あまり変化せずに50Ω付近のままである。この50Ω付近の部分を、図3の中で部分3Bとして示す。この時点で2倍波の負荷インピーダンスだけが基本波、3倍波の負荷インピーダンスから分離された。
従って、マイクロストリップ線路114を付加することにより発生する容量性と、ワイヤ部115の持つ誘導性とが共振するようなマイクロストリップ線路114の電気長を選択する必要がある。
高周波半導体増幅器において、高い電力付加効率を得るには、高周波半導体増幅素子の出力に接続された出力整合回路により、基本波の周波数における負荷インピーダンスを所望のインピーダンスに整合させ、偶数次高調波、例えば2倍波の周波数における負荷インピーダンスを∞Ωにし、奇数次高調波、例えば3倍波の周波数における負荷インピーダンスを0Ωとすればよい。このような高周波半導体増幅器の動作を逆F級動作という。高周波半導体増幅器を逆F級動作させることにより、電圧の偶数次高調波と電流の奇数次高調波が存在せず、基本波の周波数においてのみ電圧と電流が共に存在することになり高い電力付加効率が実現される。
2.7GHzから3.1GHz程度までの周波数において、基本波の反射損失を、−30dB以下にできる。
図9は、本比較例に係る高周波半導体増幅器の構成を示す模式図である。
図10は、図9に示す基準面P1から見たインピーダンスを例示する負荷インピーダンス図である。
図11は、図9に示す基準面P2から見たインピーダンスを例示する負荷インピーダンス図である。
図12は、図9に示す基準面P5から見たインピーダンスを例示する負荷インピーダンス図である。
図10〜図12のインピーダンス図は、中心点Oが1Ωとなるように正規化している。
(表2)は、本実施形態に係る第1の比較例におけるマイクロストリップ線路の電気的特性及び寸法を例示する表である。
図13は、第1の実施形態の第2の比較例に係る高周波半導体増幅器の構成を示す模式図である。
図14は、図13に示す基準面P3から見たインピーダンスを例示する負荷インピーダンス図である。
図15は、図13に示す基準面P5から見たインピーダンスを例示する負荷インピーダンス図である。
図14及び図15のインピーダンス図は、中心点Oが1Ωとなるように正規化している。
(表3)は、本実施形態に係る第2の比較例におけるマイクロストリップ線路の電気的特性及び寸法を例示する表である。
図16は、第1の実施形態の第3の比較例に係る高周波半導体増幅器の構成を示す模式図である。
(表4)は、本実施形態に係る第3の比較例におけるマイクロストリップ線路の電気的特性及び寸法を例示する表である。
Claims (7)
- 周波数帯域を有する信号が入力される入力端子と、
前記入力端子に接続された入力整合回路と、
前記入力整合回路に接続され、前記信号の増幅を行う高周波半導体増幅素子と、
前記高周波半導体増幅素子に接続された出力整合回路と、
出力端子と、
を備え、
前記出力整合回路は、
前記出力端子に接続され、電気長が前記周波数帯域の中心周波数において72度から108度であり、特性インピーダンスが外部負荷のインピーダンスである50Ωと比べて低い第1伝送線路と、
前記第1伝送線路に接続され、電気長が前記中心周波数において18度から27度であり、特性インピーダンスが前記第1伝送線路の前記特性インピーダンスよりも低い第2伝送線路と、
前記第2伝送線路に接続され、電気長が前記中心周波数において18度から27度であり、特性インピーダンスが前記第1伝送線路の前記特性インピーダンスよりも低く、かつ前記第2伝送線路の前記特性インピーダンスおよび前記高周波半導体増幅素子に与えたい所望の負荷インピーダンスの抵抗成分よりもそれぞれ高く、線路幅が前記第2伝送線路の線路幅の0.8倍から1.2倍である第3伝送線路と、
前記第3伝送線路に接続され、電気長が前記中心周波数において5度から10度であり、特性インピーダンスが前記所望の負荷インピーダンスの前記抵抗成分と等しい第4伝送線路と、
前記第4伝送線路と前記高周波半導体増幅素子との間に並列に接続された複数のボンディングワイヤと、
を有する、高周波半導体増幅器。 - 前記第2伝送線路の基板の比誘電率が、前記第4伝送線路の基板の比誘電率の1.6倍から2.4倍である請求項1記載の高周波半導体増幅器。
- 前記第3伝送線路の基板の比誘電率が、前記第4伝送線路の前記基板の前記比誘電率の0.08倍から0.12倍である請求項2記載の高周波半導体増幅器。
- 前記第2伝送線路の前記特性インピーダンスが、前記第4伝送線路の前記特性インピーダンスよりも高い請求項1〜3のいずれか1つに記載の高周波半導体増幅器。
- 前記第3伝送線路の前記線路幅が、前記第4伝送線路の線路幅の0.8倍から1.2倍である請求項1〜4のいずれか1つに記載の高周波半導体増幅器。
- 前記第2伝送線路の基板厚が、前記第4伝送線路の基板厚の1.3倍から1.9倍である請求項2記載の高周波半導体増幅器。
- 前記第2伝送線路の基板の比誘電率が、前記第4伝送線路の基板の比誘電率の1.6倍から2.4倍であり、前記第3伝送線路の基板の比誘電率が前記第4伝送線路の前記基板の前記比誘電率の0.08倍から0.12倍である請求項1記載の高周波半導体増幅器。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015013502A JP6189881B2 (ja) | 2015-01-27 | 2015-01-27 | 高周波半導体増幅器 |
EP16152705.6A EP3051693B1 (en) | 2015-01-27 | 2016-01-26 | High-frequency semiconductor amplifier |
US15/008,072 US9929693B2 (en) | 2015-01-27 | 2016-01-27 | High-frequency semiconductor amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015013502A JP6189881B2 (ja) | 2015-01-27 | 2015-01-27 | 高周波半導体増幅器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016139923A JP2016139923A (ja) | 2016-08-04 |
JP6189881B2 true JP6189881B2 (ja) | 2017-08-30 |
Family
ID=55236272
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015013502A Active JP6189881B2 (ja) | 2015-01-27 | 2015-01-27 | 高周波半導体増幅器 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9929693B2 (ja) |
EP (1) | EP3051693B1 (ja) |
JP (1) | JP6189881B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6049673B2 (ja) | 2014-10-31 | 2016-12-21 | 株式会社東芝 | 半導体増幅装置 |
CN107834139A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-03-23 | 绵阳鑫阳知识产权运营有限公司 | 一种低噪声放大器的传输线结构 |
JP2019110458A (ja) * | 2017-12-19 | 2019-07-04 | 住友電気工業株式会社 | 増幅回路及び基板 |
Family Cites Families (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0738548B2 (ja) * | 1993-01-07 | 1995-04-26 | 日本電気株式会社 | 電力整合回路 |
JP2513146B2 (ja) | 1993-09-20 | 1996-07-03 | 日本電気株式会社 | 高効率増幅回路 |
JP2001111362A (ja) | 1999-10-06 | 2001-04-20 | Nec Corp | 高調波処理回路及びそれを用いた高電力効率増幅回路 |
JP4520204B2 (ja) * | 2004-04-14 | 2010-08-04 | 三菱電機株式会社 | 高周波電力増幅器 |
US7183873B1 (en) * | 2004-09-29 | 2007-02-27 | Rockwell Collins, Inc. | Tapered thickness broadband matching transformer |
WO2008007303A1 (en) * | 2006-07-07 | 2008-01-17 | Nxp B.V. | Circuit comprising transmission lines |
KR100814415B1 (ko) * | 2007-02-14 | 2008-03-18 | 포항공과대학교 산학협력단 | 하모닉 제어 회로를 이용한 고효율 도허티 전력 증폭기 |
JP5056480B2 (ja) * | 2008-02-29 | 2012-10-24 | 三菱電機株式会社 | 高周波半導体増幅器 |
JP2010087934A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Panasonic Corp | 整合回路、高周波電力増幅器および携帯電話機 |
JP5083201B2 (ja) | 2008-12-25 | 2012-11-28 | 三菱電機株式会社 | 高周波半導体増幅器 |
US9035702B2 (en) * | 2012-03-08 | 2015-05-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Microwave semiconductor amplifier |
JP5603893B2 (ja) * | 2012-03-08 | 2014-10-08 | 株式会社東芝 | 高周波半導体増幅器 |
JP5468095B2 (ja) | 2012-03-08 | 2014-04-09 | 株式会社東芝 | 高周波半導体増幅器 |
JP5619055B2 (ja) | 2012-03-08 | 2014-11-05 | 株式会社東芝 | 高周波半導体増幅器 |
JP6098195B2 (ja) * | 2013-02-01 | 2017-03-22 | 富士通株式会社 | 増幅器 |
JP2015149627A (ja) | 2014-02-06 | 2015-08-20 | 株式会社東芝 | 高周波半導体増幅器 |
JP2015149626A (ja) | 2014-02-06 | 2015-08-20 | 株式会社東芝 | 高周波半導体増幅器 |
JP5812158B2 (ja) * | 2014-06-02 | 2015-11-11 | 富士通株式会社 | 伝送線路、インピーダンス変換器、集積回路搭載装置および通信機モジュール |
US9641140B2 (en) * | 2014-06-27 | 2017-05-02 | Nxp Usa, Inc. | Method and apparatus for a multi-harmonic matching network |
CN204119176U (zh) * | 2014-10-24 | 2015-01-21 | 天津大学 | 一种高效率f类/逆f类功率放大器 |
JP6648979B2 (ja) | 2015-04-06 | 2020-02-19 | 株式会社東芝 | 半導体増幅装置 |
-
2015
- 2015-01-27 JP JP2015013502A patent/JP6189881B2/ja active Active
-
2016
- 2016-01-26 EP EP16152705.6A patent/EP3051693B1/en active Active
- 2016-01-27 US US15/008,072 patent/US9929693B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016139923A (ja) | 2016-08-04 |
US20160218677A1 (en) | 2016-07-28 |
EP3051693B1 (en) | 2019-07-24 |
EP3051693A1 (en) | 2016-08-03 |
US9929693B2 (en) | 2018-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5603893B2 (ja) | 高周波半導体増幅器 | |
JP6190399B2 (ja) | 高周波半導体増幅器 | |
JP2009232076A (ja) | 高周波電力増幅器 | |
JP5424790B2 (ja) | 高出力増幅器 | |
JP6189881B2 (ja) | 高周波半導体増幅器 | |
JP5468095B2 (ja) | 高周波半導体増幅器 | |
JP6388747B2 (ja) | 電力増幅器 | |
JP6189880B2 (ja) | 高周波半導体増幅器 | |
US11296662B2 (en) | High-frequency power amplifier | |
JP6366887B2 (ja) | 高周波電力増幅器 | |
JP6431002B2 (ja) | 電力伝送通信ユニット及び電力伝送通信装置 | |
JP2009246871A (ja) | 2倍高調波抑圧回路 | |
JP2021069068A (ja) | 半導体装置 | |
KR102564085B1 (ko) | 도허티 증폭기 | |
US11621674B2 (en) | High-efficiency amplifier | |
JP6678827B2 (ja) | 高周波増幅器 | |
JP6523108B2 (ja) | 高周波半導体増幅器 | |
JP2013219484A (ja) | 高周波半導体増幅器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20161020 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161108 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170104 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170705 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170803 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6189881 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |