JP6550738B2 - 高周波増幅器 - Google Patents
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Description
本発明は入力された高周波信号を増幅する高周波増幅器に関する。
近年、地上マイクロ波通信や衛星通信などには１ＧＨｚ以上のマイクロ波領域の無線信号を送信するために、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）やＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などのプロセスを用いたＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を採用した高周波増幅器が使用されている。高周波増幅器は、大電力を得るために、入力された高周波信号が複数の増幅器で増幅された後に、増幅された高周波信号を合成して出力する構成であるのが一般的である。また増幅器として、複数のＦＥＴ素子やＦＥＴの集合体を一つの増幅器とし、高周波増幅器ではこれら増幅器を複数並列に配置することで電力増幅を行っている。このような構成においては、入力された高周波信号が複数の増幅器に均等に分配回路で分配され、各増幅器から出力された高周波信号が合成回路で合成され出力される。
最近になって、高周波増幅器はＦ級増幅が用いられるようになり、高調波を利用して電力効率を上げるようになってきている。Ｆ級増幅が用いられる高周波増幅器は、目的とする周波数の上の２倍波、３倍波などの高調波に対応できるような広帯域の高周波増幅器になっており、２倍波などの偶数次高調波を短絡、３倍波などの奇数次高調波などは開放とすることで全ての高調波で電力消費が零となり高効率化されている。しかしながら、２倍波、３倍波の高調波は波長が短く、様々な信号線に伝搬しやすい不具合がある。また、このような高調波に対しては、合成回路以降の出力側でこの高調波を出力させないように反射させる回路などが組まれている。しかしながら、例えば、入力された高周波信号が２つの並列配置された増幅器に分配回路で分配され、これら２つの増幅器からの出力が合成回路で合成される場合に、「一方の増幅器の出力側〜合成回路の線路〜他方の増幅器の出力側〜他方の増幅器の入力側〜分配回路の線路〜一方の増幅器の入力側〜一方の増幅器の出力側」といった経路のループが形成されることによって、このループ内で発振が発生してしまう場合がある。そのため、高周波増幅器における入力側と増幅器の間でのループ発振を抑制する方法が特許文献１に開示されている。
特許文献１に記載の従来の高周波増幅器１ｘの概略構成図を図９に示す。高周波増幅器１ｘは、図９から明らかのように、入力端子２０ｘに入力された高周波信号を分配する複数の分岐端子２１ｘ、２２ｘ、２３ｘ、２４ｘを有する導体パターンを備える分配回路基板４０ｘと、各分岐端子２１ｘ、２２ｘ、２３ｘ、２４ｘからの高周波信号をそれぞれ増幅する増幅回路基板５０ｘと、増幅回路基板５０ｘからの高周波信号を合成する合成回路基板６０ｘで構成されており、分配回路基板４０ｘの導体パターンは、入力端子２０ｘから分岐端子２１ｘ、２２ｘ、２３ｘ、２４ｘまでの間に絶縁基板上に抵抗パターン部４１ｘ、４２ｘ、４３ｘ、４４ｘが形成されている構造となっている。このため、高周波増幅器１ｘの入力端子２０ｘと増幅回路基板５０ｘの間にある抵抗パターン部４１ｘ、４２ｘ、４３ｘ、４４ｘにより、ループする高周波信号が減衰され、ループ発振の発生を抑止することができる。
例えば、増幅器がソース接地のＦＥＴを使用している場合は、一例として、入力された高周波信号が２つの並列配置された増幅器に分配回路で分配され、これら２つの増幅器からの出力が合成回路で合成される場合において、「一方の増幅器の出力側（ＦＥＴのドレイン側）〜合成回路の線路〜他方の増幅器の出力側（ＦＥＴのドレイン側）〜他方の増幅器の入力側（ＦＥＴのゲート側）〜分配回路の線路〜一方の増幅器の入力側（ＦＥＴのゲート側）〜一方の増幅器の出力側（ＦＥＴのドレイン側）」という経路のループについては、ＦＥＴのドレイン側からゲート側が高インピーダンスであるため、高周波信号が伝搬しにくい。
この場合、一方の増幅器の出力側から他方の増幅器の出力側に回り込んだ高周波信号は、ＦＥＴのドレイン側からソース側に至る経路を通過しやすいことから、「一方の増幅器の出力側（ＦＥＴのドレイン側）〜合成回路の線路〜他方の増幅器の出力側（ＦＥＴのドレイン側）〜他方の増幅器の接地側（ＦＥＴのソース側）〜一方の増幅器の接地側（ＦＥＴのソース側）〜一方の増幅器の出力側（ＦＥＴのドレイン側）」という経路（以下、この経路を「増幅器間の発振ループ経路」という）のループの方が伝搬しやすくなる。しかしながら、このループによる発振は、特許文献１に記載の方法では解決できないという問題があった。また、増幅器が高周波信号を増幅する際には熱が発生するため、複数の増幅器を用いた高周波増幅器を小型化するために隣り合う増幅器同士の間隔を小さくした場合には熱暴走が発生し、増幅器の電気的特性を悪くしてしまうという問題もあった。上記では増幅器としてＦＥＴを使用した場合について記載したが、ＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や他のトランジスタを増幅器として使用する場合においても同様のことが言える。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、増幅器と合成回路の間で発生するループ発振を抑制でき、熱暴走による電気的特性の悪化が抑制された高周波増幅器を提供することである。
上記目的を達成するための本発明に係る高周波増幅器は、入力された高周波信号を分配する分配回路と、前記分配回路によって分配された高周波信号を増幅し出力する並列に接続された複数の増幅器と、前記複数の増幅器によって増幅された高周波信号を合成する合成回路と、前記増幅器が配置される基板と、各々の前記増幅器の接地側に接続された導体パターンと、接地電極とを備え、前記導体パターンは、前記増幅器が隣り合う方向に伸びる第１の導体部分を有し、隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された２つの前記導体パターンの間にスロットが設けられ、隣り合う前記増幅器の間において、前記基板を貫通する２つのビアが前記スロットを挟んで設けられ、隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの一方が、前記２つのビアの一方により前記接地電極に接続され、隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの他方が、前記２つのビアの他方により前記接地電極に接続されていることを第１の特徴とする。
上記特徴の本発明によれば、隣り合う増幅器の一方から出力された高周波信号のうち、合成回路の線路を経由して隣り合う他方の増幅器の出力側に回り込み、他方の増幅器の接地側に流れる高周波信号は、スロットの存在により一方の増幅器側に流れることが抑制され、他方の増幅器の接地側に接続されている導体パターンおよびビアを経由して接地電極に流れる。
これにより、上記の増幅器間の発振ループ経路に高周波信号が流れることが抑制され、ループ発振を抑制できる。また、増幅器から発生する熱は、導体パターンおよび隣り合う増幅器の間に設けられたビアを経由して、接地電極に放熱されるため、熱暴走による増幅器の電気的特性の悪化を抑制することができる。
さらに本発明に係る高周波増幅器は、前記導体パターンは、隣り合う前記増幅器の間において前記第１の導体部分とは異なる方向に伸びる第２の導体部分を有し、隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの前記第２の導体部分は互いに離間する方向に伸び、前記第２の導体部分に前記ビアが接続されていることを第２の特徴とする。
２つのビアを形成するには、２つのビアの間隔がある程度必要となる。上記特徴の本発明によれば、増幅器にそれぞれ接続された２つの導体パターンの第２の導体部分は、増幅器が隣り合う方向に伸びる第１の導体部分とは異なる方向かつ互いに離間する方向に伸び、第２の導体部分にビアが接続されているので、増幅器同士の隣り合う方向の間隔を小さくしても、２つのビアの形成が可能となる。したがって、増幅器が隣り合う方向の間隔を小さくすることができ、小型の高周波増幅器を提供することができる。
さらに本発明に係る高周波増幅器は、前記スロットの長さは使用する高周波信号の周波数に対して概ね１／２波長以下であることを第３の特徴とする。
上記特徴の本発明によれば、スロットの長さは使用する高周波信号の周波数に対して概ね１／２波長以下であることにしたため、スロット部分は使用する高周波信号の周波数に対して共振しない。
これにより、スロットを設けたことによる発振を引き起こすことがなくなる。
さらに本発明に係る高周波増幅器は、隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの間に前記スロットと並列に接続された抵抗素子を備え、隣り合う前記増幅器同士が前記導体パターンと前記抵抗素子を介して接続されていることを第４の特徴とする。
上記特徴の本発明によれば、抵抗素子が、隣り合う増幅器にそれぞれ接続された２つの導体パターンの間にスロットと並列に接続されているので、増幅器間の発振ループ経路上に抵抗素子が存在することになり、増幅器間の発振ループ経路を流れる高周波信号が抵抗素子を通過する。
これにより、抵抗素子において増幅器間の発振ループ経路を流れる高周波信号が減衰されるため、全ての周波数領域の高周波信号に対してループ発振を抑制できる。
さらに本発明に係る高周波増幅器は、隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの前記導体パターンの間に前記スロットと並列に接続された共振回路を備え、隣り合う前記増幅器同士が前記導体パターンと前記共振回路を介して接続され、前記共振回路がローパスフィルタを構成していることを第５の特徴とする。
上記特徴の本発明によれば、スロットと並列に接続された共振回路を備え、隣り合う増幅器同士が導体パターンと共振回路を介して接続されているため、増幅器間の発振ループ経路上に共振回路が存在することになり、増幅器間の発振ループ経路を流れる高周波信号が共振回路を通過する。
共振回路はローパスフィルタを構成しているので、増幅器間の発振ループ経路を流れる高周波信号に含まれる高調波成分を減衰させることができる。これにより、高調波成分によるループ発振を抑制できる。
さらに本発明に係る高周波増幅器は、隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの間に前記スロットと並列に接続された共振回路を備え、隣り合う前記増幅器同士が前記導体パターンと前記共振回路を介して接続され、前記共振回路がノッチ型フィルタを構成し、前記ノッチ型フィルタの共振点は使用する高周波信号の周波数であることを第６の特徴とする。
上記特徴の本発明によれば、スロットと並列に接続された共振回路を備え、隣り合う増幅器同士が導体パターンと共振回路を介して接続されているため、増幅器間の発振ループ経路上に共振回路が存在することになり、増幅器間の発振ループ経路を流れる高周波信号が共振回路を通過する。
共振回路はノッチ型フィルタを構成し、ノッチ型フィルタの共振点は使用する高周波信号の周波数となっているので、使用する高周波信号の周波数成分が共振回路により減衰される。したがって、使用する高周波信号の周波数成分によるループ発振をさらに抑制できる。
さらに本発明に係る高周波増幅器は、前記スロット内部を埋めている絶縁材料は、前記スロットの周囲で使用されている絶縁材料よりも誘電率が低いことを第７の特徴とする。
上記特徴の本発明によれば、スロット内部を埋めている絶縁材料はスロットの周囲で使用されている絶縁材料よりも誘電率が低いため、増幅器間の発振ループ経路を流れる高周波信号に対する絶縁性が高くなる。
これにより、ループ発振をより抑制できる。また、スロット内部の絶縁性が高くなっているため、スロット幅を狭くしてもループ発振しにくくなり、高周波増幅器を小型化することが可能となる。
本発明によれば、増幅器と合成回路の間で発生するループ発振を抑制でき、熱暴走による電気的特性の悪化が抑制された高周波増幅器を提供することができる。
本発明を実施するための好適な形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係わる高周波増幅器１の全体構成を示す半導体のレイアウト図である。図２は図１のＡ−Ａ’間の断面図であり、図３は図１のＤ−Ｄ’間の断面図である。高周波増幅器１は、使用する高周波信号が入力側２から入力され、入力された高周波信号を分配する分配回路３と、分配された高周波信号を増幅し出力する並列に接続された複数の増幅器６と、複数の増幅器６によって増幅された高周波信号を合成して出力側７から出力する合成回路８と、増幅器６が配置されるベース基板４と、各々の増幅器６の接地側に接続された導体パターン９と、接地電極１１とを備えている。各々の増幅器６は複数のトランジスタ５からなる。複数の増幅器６は、分配回路３および合成回路８に接続されることにより、入力側２および出力側７に対して並列に接続されている。分配回路３、増幅器６および合成回路８はベース基板４の一方の面上に形成され、接地電極１１はベース基板４の他方の面上に形成されている。
図１は第１の実施形態に係わる高周波増幅器１の全体構成を示す半導体のレイアウト図である。図２は図１のＡ−Ａ’間の断面図であり、図３は図１のＤ−Ｄ’間の断面図である。高周波増幅器１は、使用する高周波信号が入力側２から入力され、入力された高周波信号を分配する分配回路３と、分配された高周波信号を増幅し出力する並列に接続された複数の増幅器６と、複数の増幅器６によって増幅された高周波信号を合成して出力側７から出力する合成回路８と、増幅器６が配置されるベース基板４と、各々の増幅器６の接地側に接続された導体パターン９と、接地電極１１とを備えている。各々の増幅器６は複数のトランジスタ５からなる。複数の増幅器６は、分配回路３および合成回路８に接続されることにより、入力側２および出力側７に対して並列に接続されている。分配回路３、増幅器６および合成回路８はベース基板４の一方の面上に形成され、接地電極１１はベース基板４の他方の面上に形成されている。
導体パターン９は、増幅器６が隣り合う方向に伸びる第１の導体部分９Ａと、隣り合う増幅器６の間において第１の導体部分９Ａとは異なる方向に伸びる第２の導体部分９Ｂとを有している。隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の第２の導体部分９Ｂは互いに離間する方向に伸びている。
高周波増幅器１は、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の間にスロット１４が設けられ、隣り合う増幅器６の間において、ベース基板４を貫通する２つのビア１０Ａがスロット１４を挟んで設けられている。第２の導体部分９Ｂにビア１０Ａが接続され、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の一方が、２つのビア１０Ａの一方により接地電極１１に接続され、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の他方が、２つのビア１０Ａの他方により接地電極に接続されている。また、導電パターン９における隣り合う増幅器と反対側の部分は、ベース基板４を貫通するビア１０Ｂを介して接地電極１１に接続されている。図１、２、３に示すように、スロット１４は、隣り合う増幅器６が導電パターン９を介して電気的に接続しないように２つの導体パターン９の間に設けられている。また、隣り合う増幅器６の間において、スロット１４を中心に、点対称的に２つの導体パターン９と２つのビア１０Ａが配置されている。スロット１４は、電気的に高周波信号を減衰させる機能を有する。図１のようにスロット１４は、第１の導体部分９Ａが伸びる方向に対して斜めに配置された平面視形状が矩形の空隙部に絶縁材料が埋められて形成されている。空隙部を埋めている絶縁材料は、後述する絶縁材料１５と同じものである。
トランジスタ５は電界効果トランジスタであり、増幅器６は複数のトランジスタ５を多段並列接続した構成になっている。図２に示すように、トランジスタ５はベース基板４上にゲート電極５Ａ、ドレイン５Ｂ、ドレイン電極５Ｃ、ソース５Ｄおよびソース電極５Ｅを有して構成されている。分配回路３とゲート電極５Ａが接続され、ドレイン電極５Ｃが合成回路８と接続され、ソース電極５Ｅが導電パターン９と接続されており、ゲート電極５Ａが増幅器６の入力側に相当し、ドレイン電極５Ｃが増幅器６の出力側に相当し、ソース電極５Ｅが増幅器６の接地側に相当する。
ゲート電極５Ａ、ドレイン電極５Ｃ、ソース電極５Ｅ、ビア１０Ａおよびビア１０Ｂの周囲は、ポリイミドや酸化シリコンなどの絶縁材料１５で埋められている。
次に図１を用いて高周波増幅器１の動作を説明する。まず高周波増幅器１に高周波信号が入力されると、分配回路３で２つに高周波信号が分配される。分配された高周波信号は増幅器６の入力側に入力され、高周波信号が増幅される。増幅された高周波信号は増幅器６の出力側より合成回路８を介して出力される。しかしながら、合成回路８には出力側７に出力される高周波信号だけではなく、その他に合成回路８の他方の線路（隣り合う他方の増幅器６に接続された線路）へ流れる高周波信号と、合成回路８の出力側７に接続された整合回路（図示せず）で反射された高周波信号が存在している。それらの高周波信号は合成回路８の他方の線路に流れ、隣り合う増幅器６の出力側に戻ってくる。隣り合う増幅器６の出力側７に戻ってきた高周波信号は、増幅器６内のトランジスタ５のドレイン側から接地側であるソース側に流れ、導体パターン９およびビア１０Ａを経由して接地電極１１に流れる。高周波増幅器１は隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の間にスロット１４が設けられ、隣り合う増幅器６同士は導体パターン９を介して電気的に接続されていないため、戻ってきた高周波信号は、スロット１４の存在により隣り合う一方の増幅器６側に流れることが抑制され、接地電極１１に流れる。これにより、戻ってきた高周波信号が減衰されループ発振の抑制ができる。
また、増幅器６で高周波信号を増幅する際には必ず熱が発生するが、増幅器から発生する熱は、導体パターン９および隣り合う増幅器の間に設けられたビア１０Ａを経由して、接地電極１１に放熱されるため、熱暴走による増幅器６の電気的特性の悪化を抑制することができる。放熱性は一般的に、ビアの厚みと周長と数に比例して良くなるため、高周波増幅器１内に導電パターン９と接地電極１１を接続するビアの数が多いと放熱が良くなる。高周波増幅器１は、ビア１０Ａだけでなくビア１０Ｂによっても導電パターン９と接地電極１１が接続されているので、放熱性が良い。
以上のように本第１の実施形態の高周波増幅器１は、入力された高周波信号を分配する分配回路３と、分配回路３によって分配された高周波信号を増幅し出力する並列に接続された複数の増幅器６と、複数の増幅器６によって増幅された高周波信号を合成する合成回路８と、増幅器６が配置されるベース基板４と、各々の増幅器６の接地側に接続された導体パターン９と、接地電極１１とを備え、導体パターン９は、増幅器６が隣り合う方向に伸びる第１の導体部分９Ａを有し、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の間にスロット１４が設けられ、隣り合う増幅器６の間において、ベース基板４を貫通する２つのビア１０Ａがスロット１４を挟んで設けられ、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の一方が、２つのビア１０Ａの一方により接地電極１１に接続され、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の他方が、２つのビア１０Ａの他方により接地電極１１に接続されている。
したがって、高周波増幅器１によれば、隣り合う増幅器６の一方から出力された高周波信号のうち、合成回路８の線路を経由して隣り合う他方の増幅器６の出力側に回り込み、他方の増幅器６の接地側に流れる高周波信号は、スロット１４の存在により一方の増幅器６側に流れることが抑制され、他方の増幅器６の接地側に接続されている導体パターン９およびビア１０Ａを経由して接地電極に流れる。これにより、増幅器６間の発振ループ経路に高周波信号が流れることが抑制され、ループ発振を抑制できる。また、増幅器６から発生する熱は、導体パターン９および隣り合う増幅器の間に設けられたビア１０Ａを経由して、接地電極１１に放熱されるため、熱暴走による増幅器６の電気的特性の悪化を抑制することができる。
また、本第１の実施形態の高周波増幅器１は、導体パターン９が、隣り合う増幅器６の間において第１の導体部分９Ａとは異なる方向に伸びる第２の導体部分９Ｂを有し、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の第２の導体部分９Ｂは互いに離間する方向に伸び、第２の導体部分９Ｂにビア１０Ａが接続されている。２つのビアを形成するには、２つのビアの間隔がある程度必要となるが、本第１の実施形態の高周波増幅器１は、増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の第２の導体部分９Ｂが、増幅器６が隣り合う方向に伸びる第１の導体部分９Ａとは異なる方向かつ互いに離間する方向に伸び、第２の導体部分９Ｂにビア１０Ａが接続されているので、増幅器６同士の隣り合う方向の間隔を小さくしても、２つのビア１０Ａの形成が可能となる。したがって、増幅器６が隣り合う方向の間隔を小さくすることができ、小型の高周波増幅器を提供することができる。
本実施形態の高周波増幅器１では、スロット１４の空隙部は絶縁材料で埋められているが、空隙部を絶縁材料で埋めずに、スロット１４を空隙部で構成するようにしてもよい。また、高周波増幅器１では、スロット１４は第１の導体部分９Ａが伸びる方向に対して斜めに配置されているが、スロット１４をその長辺が第１の導体部分９Ａが伸びる方向に対して垂直になるように配置してもよい。また、高周波増幅器１では、スロット１４の平面視形状は矩形であるが、スロット１４の平面視形状は矩形以外でも良い。
また、本実施形態の高周波増幅器１では、スロット１４は、隣り合う増幅器６が導電パターン９を介して電気的に接続しないように、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の間に設けられているが、２つの導体パターン９の一部同士がスロット１４の周囲で電気的に接続され、隣り合う増幅器６が導電パターン９を介して電気的に接続されていても良い。このような場合でも、スロット１４は電気的に高周波信号を減衰させる機能を有するので、スロット１４が２つの導体パターン９の間に設けられていれば、増幅器６間の発振ループ経路に高周波信号が流れることが抑制され、ループ発振を抑制できる一定の効果が得られる。
また、本実施形態では説明を簡略にするために、高周波増幅器１は高周波信号を２つに分配する分配回路３と、２つの増幅器６と、２分配された経路を合成する合成回路８の一般的な構成例を示したが、本実施形態以外の高周波増幅器のレイアウト構成でもよい。また増幅器６を形成している複数のトランジスタ５は、本第１実施形態の電界効果トランジスタ以外でも例えばバイポーラトランジスタでもよい。本実施形態の高周波増幅器１は半導体のレイアウトで示しているが、高周波増幅器はモジュールなどで構成されていても良い。
（第２の実施形態）
第２の実施形態について、上記第１の実施形態に対する追加構成部分についてのみ説明する。具体的には、第２の実施形態の高周波増幅器は、図１に示すスロット１４の平面視形状の矩形の長辺の長さが、使用する高周波信号の周波数に対して１／２波長以下になっている。一般的にスロット１４を設けると使用する高周波信号の周波数に対して共振が生じてしまい、スロット１４において発振が引き起こされる。しかし、スロット長を使用する高周波信号の周波数の１／２波長以下にすることで共振が生じなくなるため、スロット１４を設けたことによる発振を引き起こすことはなくなる。
第２の実施形態について、上記第１の実施形態に対する追加構成部分についてのみ説明する。具体的には、第２の実施形態の高周波増幅器は、図１に示すスロット１４の平面視形状の矩形の長辺の長さが、使用する高周波信号の周波数に対して１／２波長以下になっている。一般的にスロット１４を設けると使用する高周波信号の周波数に対して共振が生じてしまい、スロット１４において発振が引き起こされる。しかし、スロット長を使用する高周波信号の周波数の１／２波長以下にすることで共振が生じなくなるため、スロット１４を設けたことによる発振を引き起こすことはなくなる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態について、上記第１の実施形態とは構成が異なる部分について説明する。具体的には、第３の実施形態の高周波増幅器３００は、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の間にスロット１４と並列に接続された抵抗素子１６を備え、隣り合う増幅器６同士が導体パターン９と抵抗素子１６を介して接続されている。図４は上面から見た高周波増幅器３００のレイアウト図である。図５は図４のＢ−Ｂ’間の断面図である。図４、５に示すように、抵抗素子１６はスロット１４の下層（ベース基板４の上面）に形成され、抵抗素子１６は、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９にビア１０Ｃにより接続されている。抵抗素子１６はスロット１４と並列に接続されていればスロット１４の真下に配置されなくても良い。抵抗素子１６の抵抗値については、増幅器６の接地側に戻ってくる高周波信号の大きさに応じて適宜設定すればよい。
第３の実施形態について、上記第１の実施形態とは構成が異なる部分について説明する。具体的には、第３の実施形態の高周波増幅器３００は、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の間にスロット１４と並列に接続された抵抗素子１６を備え、隣り合う増幅器６同士が導体パターン９と抵抗素子１６を介して接続されている。図４は上面から見た高周波増幅器３００のレイアウト図である。図５は図４のＢ−Ｂ’間の断面図である。図４、５に示すように、抵抗素子１６はスロット１４の下層（ベース基板４の上面）に形成され、抵抗素子１６は、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９にビア１０Ｃにより接続されている。抵抗素子１６はスロット１４と並列に接続されていればスロット１４の真下に配置されなくても良い。抵抗素子１６の抵抗値については、増幅器６の接地側に戻ってくる高周波信号の大きさに応じて適宜設定すればよい。
高周波増幅器３００の動作について説明する。抵抗素子１６が、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の間にスロット１４と並列に接続されているので、増幅器６間の発振ループ経路上に抵抗素子１６が存在することになる。したがって、増幅器６間の発振ループ経路を流れる高周波信号が抵抗素子１６を通過する。これにより、抵抗素子１６において増幅器６間の発振ループ経路を流れる高周波信号が減衰されるため、全ての周波数領域の高周波信号に対してループ発振を抑制できる。
（第４の実施形態）
第４の実施形態について、上記第１の実施形態とは構成が異なる部分について説明する。具体的には、第４の実施形態の高周波増幅器４００は、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の間にスロット１４と並列に接続された共振回路１８を備え、隣り合う増幅器６同士が導体パターン９と共振回路１８を介して接続されている。図６は上面から見た高周波増幅器４００のレイアウト図である。図７は図６のＣ−Ｃ’間の断面図である。図６、７に示すように、共振回路１８はスロット１４の下層に形成され、共振回路１８は、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９にビア１０Ｃにより接続されている。共振回路１８はローパスフィルタを構成し、使用する高周波信号の高調波成分を減衰させる。共振回路１８はスロット１４と並列に接続されていればスロット１４の真下に配置されなくても良い。
第４の実施形態について、上記第１の実施形態とは構成が異なる部分について説明する。具体的には、第４の実施形態の高周波増幅器４００は、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の間にスロット１４と並列に接続された共振回路１８を備え、隣り合う増幅器６同士が導体パターン９と共振回路１８を介して接続されている。図６は上面から見た高周波増幅器４００のレイアウト図である。図７は図６のＣ−Ｃ’間の断面図である。図６、７に示すように、共振回路１８はスロット１４の下層に形成され、共振回路１８は、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９にビア１０Ｃにより接続されている。共振回路１８はローパスフィルタを構成し、使用する高周波信号の高調波成分を減衰させる。共振回路１８はスロット１４と並列に接続されていればスロット１４の真下に配置されなくても良い。
高周波増幅器４００の動作について説明する。共振回路１８が、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の間にスロット１４と並列に接続されているので、増幅器６間の発振ループ経路上に共振回路１８が存在することになる。したがって、増幅器６間の発振ループ経路を流れる高周波信号が共振回路１８を通過する。高周波信号が増幅器６で増幅されると高調波が発生するが、共振回路１８はローパスフィルタを構成しているので、増幅器６間の発振ループ経路を流れる高周波信号に含まれる高調波成分を減衰させることができる。これにより、使用する高周波信号の高調波成分によるループ発振を抑制できる。
（第５の実施形態）
第５の実施形態について、上記第４の実施形態とは構成が異なる部分について説明する。具体的には、第５の実施形態の高周波増幅器は、第４の実施形態の高周波増幅器４００における共振回路１８がノッチ型フィルタを構成し、ノッチ型フィルタの共振点は使用する高周波信号の周波数となっている。共振回路１８は、例えばＬとＣを並列共振させるような共振器によるノッチ型フィルタが好ましい。
第５の実施形態について、上記第４の実施形態とは構成が異なる部分について説明する。具体的には、第５の実施形態の高周波増幅器は、第４の実施形態の高周波増幅器４００における共振回路１８がノッチ型フィルタを構成し、ノッチ型フィルタの共振点は使用する高周波信号の周波数となっている。共振回路１８は、例えばＬとＣを並列共振させるような共振器によるノッチ型フィルタが好ましい。
第５の実施形態の高周波増幅器の動作について説明する。共振回路１８が、隣り合う増幅器６にそれぞれ接続された２つの導体パターン９の間にスロット１４と並列に接続されているので、増幅器６間の発振ループ経路上に共振回路１８が存在することになる。したがって、増幅器６間の発振ループ経路を流れる高周波信号が共振回路１８を通過する。共振回路１８はノッチ型フィルタを構成し、ノッチ型フィルタの共振点は使用する高周波信号の周波数となっているので、使用する高周波信号の周波数成分が共振回路１８により減衰される。したがって、使用する高周波信号の周波数成分によるループ発振をさらに抑制できる。
（第６の実施形態）
第６の実施形態について、上記第１の実施形態とは構成が異なる部分について説明する。具体的には、第６の実施形態の高周波増幅器は、スロット１４内部が、スロット１４の周囲で使用されている絶縁材料１５よりも誘電率が低い絶縁材料で埋められている。スロット１４内部を埋める絶縁材料はＬｏｗ−ｋ材などの誘電率が３．０以下の絶縁材料が好ましい。スロット１４内部を誘電率の低い絶縁材料で埋めることで、増幅器間の発振ループ経路を流れる高周波信号に対する絶縁性が高くなり、スロット１４において高周波信号が伝わりにくくなるため、ループ発振をより抑制可能となる。またスロット１４内部を低誘電率の材料で埋めることにより、波長短縮効果が作用し、スロット１４の幅も短くできるため、高周波増幅器を小型にすることが可能となる。
第６の実施形態について、上記第１の実施形態とは構成が異なる部分について説明する。具体的には、第６の実施形態の高周波増幅器は、スロット１４内部が、スロット１４の周囲で使用されている絶縁材料１５よりも誘電率が低い絶縁材料で埋められている。スロット１４内部を埋める絶縁材料はＬｏｗ−ｋ材などの誘電率が３．０以下の絶縁材料が好ましい。スロット１４内部を誘電率の低い絶縁材料で埋めることで、増幅器間の発振ループ経路を流れる高周波信号に対する絶縁性が高くなり、スロット１４において高周波信号が伝わりにくくなるため、ループ発振をより抑制可能となる。またスロット１４内部を低誘電率の材料で埋めることにより、波長短縮効果が作用し、スロット１４の幅も短くできるため、高周波増幅器を小型にすることが可能となる。
（シミュレーション例）
上記第１の実施形態から第５の実施形態に係る高周波増幅器と、比較例として第１の実施形態の高周波増幅器１に対しスロット１４が無く、それ以外の構成が同一の高周波増幅器の構成に対して、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のＡｄｖａｎｃｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｙｓｔｅｍ（ＡＤＳ）を用いて、隣り合う増幅器６間のアイソレーションのシミュレーションを行った。その結果を図８に示す。抵抗素子１６、共振回路１８は各々ＡＤＳの理想素子でシミュレーションしている。図８に示すｆｏｓｃが使用する高周波信号の周波数である。
上記第１の実施形態から第５の実施形態に係る高周波増幅器と、比較例として第１の実施形態の高周波増幅器１に対しスロット１４が無く、それ以外の構成が同一の高周波増幅器の構成に対して、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のＡｄｖａｎｃｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｙｓｔｅｍ（ＡＤＳ）を用いて、隣り合う増幅器６間のアイソレーションのシミュレーションを行った。その結果を図８に示す。抵抗素子１６、共振回路１８は各々ＡＤＳの理想素子でシミュレーションしている。図８に示すｆｏｓｃが使用する高周波信号の周波数である。
比較例はスロット１４が無いため、全周波数帯域でアイソレーションが悪い結果であり、ループ発振が生じ易いことがわかる。スロットが形成された第１と第２の実施形態は特に低い周波数帯域のアイソレーションが取れている。第３の実施形態では、全周波数帯域でほぼ平均的にアイソレーションが取れている。第４の実施形態では特に高い周波数帯域で良好なアイソレーションが取れるようになっており、高調波を特に減衰させることができることがわかる。第５の実施形態では特定の周波数成分、ここではｆｏｓｃの周波数成分を減衰させることが可能であり、使用する高周波信号の周波数成分によるループ発振を抑制できることがわかる。
以上のように第１から第５の実施形態のシミュレーション結果を示したが、用途や目的により高周波増幅器内のループ発振を抑制する方法は各々の実施形態で対応可能である。
以上のように、本発明の高周波増幅器は例えば無線通信機器に用いられる増幅器として利用可能である。
１、３００、４００ 高周波増幅器
２ 入力側
３ 分配回路
４ ベース基板
５ トランジスタ
６ 増幅器
７ 出力側
８ 合成回路
９ 導体パターン
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ ビア
１１ 接地電極
１４ スロット
１５ 絶縁材料
１６ 抵抗素子
１８ 共振回路
２ 入力側
３ 分配回路
４ ベース基板
５ トランジスタ
６ 増幅器
７ 出力側
８ 合成回路
９ 導体パターン
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ ビア
１１ 接地電極
１４ スロット
１５ 絶縁材料
１６ 抵抗素子
１８ 共振回路
Claims (5)
- 入力された高周波信号を分配する分配回路と、
前記分配回路によって分配された高周波信号を増幅し出力する並列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器によって増幅された高周波信号を合成する合成回路と、
前記増幅器が配置される基板と、
各々の前記増幅器の接地側に接続された導体パターンと、
接地電極と
を備え、
前記導体パターンは、前記増幅器が隣り合う方向に伸びる第１の導体部分と、隣り合う前記増幅器の間において前記第１の導体部分とは異なる方向に伸びる第２の導体部分を有し、
隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された２つの前記導体パターンの間にスロットが設けられ、
隣り合う前記増幅器の間において、前記基板を貫通する２つのビアが前記スロットを挟んで設けられ、
隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの一方が、前記２つのビアの一方により前記接地電極に接続され、隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの他方が、前記２つのビアの他方により前記接地電極に接続され、
隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの前記第２の導体部分は互いに離間する方向に伸び、前記第２の導体部分に前記ビアが接続されていることを特徴とする高周波増幅器。 - 入力された高周波信号を分配する分配回路と、
前記分配回路によって分配された高周波信号を増幅し出力する並列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器によって増幅された高周波信号を合成する合成回路と、
前記増幅器が配置される基板と、
各々の前記増幅器の接地側に接続された導体パターンと、
接地電極と
を備え、
前記導体パターンは、前記増幅器が隣り合う方向に伸びる第１の導体部分を有し、
隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された２つの前記導体パターンの間にスロットが設けられ、
隣り合う前記増幅器の間において、前記基板を貫通する２つのビアが前記スロットを挟んで設けられ、
隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの一方が、前記２つのビアの一方により前記接地電極に接続され、隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの他方が、前記２つのビアの他方により前記接地電極に接続され、
前記スロットの長さは使用する高周波信号の周波数に対して概ね１／２波長以下であることを特徴とする高周波増幅器。 - 入力された高周波信号を分配する分配回路と、
前記分配回路によって分配された高周波信号を増幅し出力する並列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器によって増幅された高周波信号を合成する合成回路と、
前記増幅器が配置される基板と、
各々の前記増幅器の接地側に接続された導体パターンと、
接地電極と
を備え、
前記導体パターンは、前記増幅器が隣り合う方向に伸びる第１の導体部分を有し、
隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された２つの前記導体パターンの間にスロットが設けられ、
隣り合う前記増幅器の間において、前記基板を貫通する２つのビアが前記スロットを挟んで設けられ、
隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの一方が、前記２つのビアの一方により前記接地電極に接続され、隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの他方が、前記２つのビアの他方により前記接地電極に接続され、
隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの間に前記スロットと並列に接続された抵抗素子を備え、隣り合う前記増幅器同士が前記導体パターンと前記抵抗素子を介して接続されていることを特徴とする高周波増幅器。 - 入力された高周波信号を分配する分配回路と、
前記分配回路によって分配された高周波信号を増幅し出力する並列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器によって増幅された高周波信号を合成する合成回路と、
前記増幅器が配置される基板と、
各々の前記増幅器の接地側に接続された導体パターンと、
接地電極と
を備え、
前記導体パターンは、前記増幅器が隣り合う方向に伸びる第１の導体部分を有し、
隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された２つの前記導体パターンの間にスロットが設けられ、
隣り合う前記増幅器の間において、前記基板を貫通する２つのビアが前記スロットを挟んで設けられ、
隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの一方が、前記２つのビアの一方により前記接地電極に接続され、隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの他方が、前記２つのビアの他方により前記接地電極に接続され、
隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの間に前記スロットと並列に接続された共振回路を備え、隣り合う前記増幅器同士が前記導体パターンと前記共振回路を介して接続され、前記共振回路がローパスフィルタを構成していることを特徴とする高周波増幅器。 - 入力された高周波信号を分配する分配回路と、
前記分配回路によって分配された高周波信号を増幅し出力する並列に接続された複数の増幅器と、
前記複数の増幅器によって増幅された高周波信号を合成する合成回路と、
前記増幅器が配置される基板と、
各々の前記増幅器の接地側に接続された導体パターンと、
接地電極と
を備え、
前記導体パターンは、前記増幅器が隣り合う方向に伸びる第１の導体部分を有し、
隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された２つの前記導体パターンの間にスロットが設けられ、
隣り合う前記増幅器の間において、前記基板を貫通する２つのビアが前記スロットを挟んで設けられ、
隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの一方が、前記２つのビアの一方により前記接地電極に接続され、隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの他方が、前記２つのビアの他方により前記接地電極に接続され、
隣り合う前記増幅器にそれぞれ接続された前記２つの導体パターンの間に前記スロットと並列に接続された共振回路を備え、隣り合う前記増幅器同士が前記導体パターンと前記共振回路を介して接続され、前記共振回路がノッチ型フィルタを構成し、前記ノッチ型フィルタの共振点は使用する高周波信号の周波数であることを特徴とする高周波増幅器。
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