JPH0260215A - 超伝導分布型増幅器 - Google Patents
超伝導分布型増幅器Info
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- JPH0260215A JPH0260215A JP21188088A JP21188088A JPH0260215A JP H0260215 A JPH0260215 A JP H0260215A JP 21188088 A JP21188088 A JP 21188088A JP 21188088 A JP21188088 A JP 21188088A JP H0260215 A JPH0260215 A JP H0260215A
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- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 28
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Landscapes
- Microwave Amplifiers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は分布型増幅器（進行波型増幅器ともいう）に関
し特に超伝導薄膜をマイクロストリップ導体に用いた分
布型増幅器に関する。
し特に超伝導薄膜をマイクロストリップ導体に用いた分
布型増幅器に関する。
（従来の技術）
分布型増幅器においては総合利得は各段の利得の和で表
わされるため、積で利得が表わされる縦続接続増幅器に
比べて、素子１段当りの利得が低い場合には高い利得が
得られる。したがって直流から能動素子の増幅限界（電
力利得＝１）に近い周波数までを帯域とする平坦利得増
幅器を設計する場合には、分布型増幅器構成の方が少い
段数で高い利得が得られ有利である。このため、近年Ｇ
ａＡｓ基板上にＧａＡｓ ＦＥＴとマイクロストリップ
線路を集積化した分布型増幅器の研究開発が進み、一部
には商品化されたものもある。
わされるため、積で利得が表わされる縦続接続増幅器に
比べて、素子１段当りの利得が低い場合には高い利得が
得られる。したがって直流から能動素子の増幅限界（電
力利得＝１）に近い周波数までを帯域とする平坦利得増
幅器を設計する場合には、分布型増幅器構成の方が少い
段数で高い利得が得られ有利である。このため、近年Ｇ
ａＡｓ基板上にＧａＡｓ ＦＥＴとマイクロストリップ
線路を集積化した分布型増幅器の研究開発が進み、一部
には商品化されたものもある。
第２図は分布型増幅器の等価回路である。第３図におい
てソース接地させた電界効果トランジスタ３２．３３．
３４．３５．３６、の各ゲート電極と入力端子３７、終
端抵抗５１の間がマイクロストリップ線路３９．４０．
４１．４２．４３．４４から成る入力伝送線路によって
結ばれている。一方、各トランジスタのドレイン電極と
終端抵抗５２、出力端子３８との間はマイクロストリッ
プ線路４５．４６．４７．４８１．４９．５０によって
結ばれている。各トランジスタのゲート電極にはゲート
・ソース間容量Ｃｇｓが存在し、ドレイン電極にはドレ
イン・ソース間容量Ｃｄｓが存在する。
てソース接地させた電界効果トランジスタ３２．３３．
３４．３５．３６、の各ゲート電極と入力端子３７、終
端抵抗５１の間がマイクロストリップ線路３９．４０．
４１．４２．４３．４４から成る入力伝送線路によって
結ばれている。一方、各トランジスタのドレイン電極と
終端抵抗５２、出力端子３８との間はマイクロストリッ
プ線路４５．４６．４７．４８１．４９．５０によって
結ばれている。各トランジスタのゲート電極にはゲート
・ソース間容量Ｃｇｓが存在し、ドレイン電極にはドレ
イン・ソース間容量Ｃｄｓが存在する。
このような分布増幅器が動作するための条件は、入力お
よび出力伝送線路において位相が揃うことと、画伝送線
路の特性インピーダンスＺｏがマイクロ波ミリ波で通常
用いられる５０Ω系に整合がとれることである。すなわ
ち （位相整合条件） １ｉ １゜ となる。（１）、 （２）式において１１は１段当りの
入力伝送線路長で１０は１段当りの出力伝送線路長であ
る。Ｌｉ。
よび出力伝送線路において位相が揃うことと、画伝送線
路の特性インピーダンスＺｏがマイクロ波ミリ波で通常
用いられる５０Ω系に整合がとれることである。すなわ
ち （位相整合条件） １ｉ １゜ となる。（１）、 （２）式において１１は１段当りの
入力伝送線路長で１０は１段当りの出力伝送線路長であ
る。Ｌｉ。
Ｃｉは入力伝送線路の単位長当りの、各々直列インダク
タンス、並列キャパシタンスで、Ｌｏ、 Ｃｏは出力伝
送線路の単位長当りの、直列インダクタンス、並列キャ
パシタンスである。
タンス、並列キャパシタンスで、Ｌｏ、 Ｃｏは出力伝
送線路の単位長当りの、直列インダクタンス、並列キャ
パシタンスである。
一方、この増幅器の利得Ｇは
と表わされる。（３）式においてｎはトランジスタの段
数、ｇｍは、トランジスタの相互コンダクタンス、αｉ
、α０は各々入力伝送線路、出力伝送線路の減衰定数で
ある。
数、ｇｍは、トランジスタの相互コンダクタンス、αｉ
、α０は各々入力伝送線路、出力伝送線路の減衰定数で
ある。
第３図は上述の分布型増幅器の従来例である。
第３図において、半絶縁性ＧａＡｓ基板３１上に５個の
ＦＥＴ３２．３３．３４．３５．３６が設けられ、各Ｆ
ＥＴのゲート電極間を結ぶ入力回路はマイクロストリッ
プ線路３９．４０．４１．４２．４３．４４により構成
されこの入力回路の先端は５０Ω抵抗５１によって終端
されている。一方各ＦＥＴのドレイン電極間を結ぶ出力
回路はマイクロストリップ線路４５．４６．４７．４８
．４９．５０によって構成されている。またマイクロス
トリップ線路の一端は５０Ω抵抗５２によって終端され
ている。５３．３９．５５．５６．５７．５８は接地電
極でバイアホール接地回路８２を通じてチップの裏面電
極６０に接続され接地電極を構成している。３７は入力
端子、３８は出力端子である。
ＦＥＴ３２．３３．３４．３５．３６が設けられ、各Ｆ
ＥＴのゲート電極間を結ぶ入力回路はマイクロストリッ
プ線路３９．４０．４１．４２．４３．４４により構成
されこの入力回路の先端は５０Ω抵抗５１によって終端
されている。一方各ＦＥＴのドレイン電極間を結ぶ出力
回路はマイクロストリップ線路４５．４６．４７．４８
．４９．５０によって構成されている。またマイクロス
トリップ線路の一端は５０Ω抵抗５２によって終端され
ている。５３．３９．５５．５６．５７．５８は接地電
極でバイアホール接地回路８２を通じてチップの裏面電
極６０に接続され接地電極を構成している。３７は入力
端子、３８は出力端子である。
第３図において入力端子３７に加えられた入力信号は入
力回路の線路３９．４０．４１．４２．４３．４４を順
次通過した後、抵抗終端される。このとき各ＦＥＴのゲ
ート端子に順次信号電圧が加わるが、この電圧に応じた
出力電流がＦＥＴのドレイン回路に生じ、この電流は２
分され出力回路の環路を通過し一方は出力端子３８に達
し、他方は終端抵抗５２に達する。
力回路の線路３９．４０．４１．４２．４３．４４を順
次通過した後、抵抗終端される。このとき各ＦＥＴのゲ
ート端子に順次信号電圧が加わるが、この電圧に応じた
出力電流がＦＥＴのドレイン回路に生じ、この電流は２
分され出力回路の環路を通過し一方は出力端子３８に達
し、他方は終端抵抗５２に達する。
（発明が解決しようとする問題点）
（１）、 （２）式においてｌｉ ＝ ｌｏとし両式を
同時に満足させる場合には Ｌｉ ＝ Ｌｏ （４）（
４）、 （５）式が成立するのと等価であるが、Ｃｇｓ
は通常Ｃｄｓより数倍大きいため、（５）式を満足する
ように伝送線路の容量を選ぶと（４）式が成立しなくな
る。
同時に満足させる場合には Ｌｉ ＝ Ｌｏ （４）（
４）、 （５）式が成立するのと等価であるが、Ｃｇｓ
は通常Ｃｄｓより数倍大きいため、（５）式を満足する
ように伝送線路の容量を選ぶと（４）式が成立しなくな
る。
このため従来例では１１≠ｌｏとなり特性インピーダン
ス整合条件（（２）式）を優先する。結果として生ずる
位相速度ｐの不一致を１段当りに線路長１を変えて電気
長θ＝−１ｐを一定に保つことにより補っていた。この
ため第３図従未例に示されたように１段当りの線路長が
入力回路と出力回路でアンバランスとなり加えて伝送線
路長が著しく長くなるという欠点があった。伝送線路長
が長くなるとチップ面積が増大し、量産に向かないばか
りでなく、（３）式で示されるように損失が増大し利得
が低下する。利得低下量は第３図の例で２ｄＢ程度であ
った。
ス整合条件（（２）式）を優先する。結果として生ずる
位相速度ｐの不一致を１段当りに線路長１を変えて電気
長θ＝−１ｐを一定に保つことにより補っていた。この
ため第３図従未例に示されたように１段当りの線路長が
入力回路と出力回路でアンバランスとなり加えて伝送線
路長が著しく長くなるという欠点があった。伝送線路長
が長くなるとチップ面積が増大し、量産に向かないばか
りでなく、（３）式で示されるように損失が増大し利得
が低下する。利得低下量は第３図の例で２ｄＢ程度であ
った。
本発明の目的は短い線路長で分布型増幅器を動作させる
ことにより、チップの面積を大幅に小型化し、増幅利得
を上げることにある。
ことにより、チップの面積を大幅に小型化し、増幅利得
を上げることにある。
（問題点を解決するための手段）
上記目的を達成するために、本発明の超伝導分布型増幅
器は、半絶縁性化合物半導体基板上に能動素子とマイク
ロストリップ型の入力伝送線路ならびに出力伝送線路と
を搭載した分布型増幅器において、入力および出力伝送
線路のストリップ導体ならびに接地導体が超伝導体薄膜
により形成され、出力伝送線路のストリップ導体の幅が
入力伝送線路のストリップ導体の幅より広く、出力伝送
線路のストリップ導体厚が入力伝送線路のストノツプ導
体厚より薄く、かつ少なくとも出力伝送線路のストリッ
プ導体厚がロンドンの侵入長より薄くしてある構成を含
むことを特徴としている。
器は、半絶縁性化合物半導体基板上に能動素子とマイク
ロストリップ型の入力伝送線路ならびに出力伝送線路と
を搭載した分布型増幅器において、入力および出力伝送
線路のストリップ導体ならびに接地導体が超伝導体薄膜
により形成され、出力伝送線路のストリップ導体の幅が
入力伝送線路のストリップ導体の幅より広く、出力伝送
線路のストリップ導体厚が入力伝送線路のストノツプ導
体厚より薄く、かつ少なくとも出力伝送線路のストリッ
プ導体厚がロンドンの侵入長より薄くしてある構成を含
むことを特徴としている。
（作用）
本発明においては、トランジスタ容量（Ｃｄｓ）の小さ
い出力側の伝送線路のストリップ導体幅を、トランジス
タ容量（Ｃｓｇ）の大きい入力側の伝送線路のストリッ
プ導体幅より広げることにより（５）式を満足させ、か
つ、超伝導体で形成された出力伝送線路のストップ導体
厚を、同じく超伝導体で形成された入力伝送線路のスト
リップ導体厚より薄く、ロンドンの侵入長以下の値にす
ることにより（４）式も同時に満足する。
い出力側の伝送線路のストリップ導体幅を、トランジス
タ容量（Ｃｓｇ）の大きい入力側の伝送線路のストリッ
プ導体幅より広げることにより（５）式を満足させ、か
つ、超伝導体で形成された出力伝送線路のストップ導体
厚を、同じく超伝導体で形成された入力伝送線路のスト
リップ導体厚より薄く、ロンドンの侵入長以下の値にす
ることにより（４）式も同時に満足する。
すなわちｌｉ ＝ ｌｏにおいても超伝導薄膜の有する
カイネティックインダクタンスによ一η（６）式、（７
）式を同時に満足する構造が実現できる。ここで８０、
戸は各々真空中の誘電率、透磁率、εｒは比誘電率、Ｓ
は誘電体厚、Ｗｌは入力マイクロストリップ導体幅、Ｗ
２は出力マイクロストリップ導体幅、Ｔ１、Ｔ２、Ｔｏ
は各々入力マイクロストリップ導体、出力マイクロスト
リップ導体、接地導体の厚さであり、入はロンドンの侵
入長である。加えて超伝導体を用いているため伝送損失
を低減でき、利得を上げることもできる。
カイネティックインダクタンスによ一η（６）式、（７
）式を同時に満足する構造が実現できる。ここで８０、
戸は各々真空中の誘電率、透磁率、εｒは比誘電率、Ｓ
は誘電体厚、Ｗｌは入力マイクロストリップ導体幅、Ｗ
２は出力マイクロストリップ導体幅、Ｔ１、Ｔ２、Ｔｏ
は各々入力マイクロストリップ導体、出力マイクロスト
リップ導体、接地導体の厚さであり、入はロンドンの侵
入長である。加えて超伝導体を用いているため伝送損失
を低減でき、利得を上げることもできる。
（実施例）
第１図は、本発明の一実施例の分布型増幅器であり、９
．１０．１１．１２．１３； １４は入力マイクロスト
ノツプ線路でＹＢａ２Ｃｕ３０□薄膜から構成され、１
５．１６．１７．１８．１９．２０は出力マイクロスト
リップ線路でＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７薄膜で構成される。２
．３．４．５．６は能動素子でゲート長０．３ｐｍ、ゲ
ート幅１０ｐｍのＧａＡｓの電界効果トランジスタ（Ｆ
ＥＴ）で、７は入力端子、８は出力端子である。２３．
２４．２５．２６．２７．２８は接地電極でバイアホー
ル接地回路８１を通じてチップの裏面電極２９に接続さ
れている。３０は接地導体でＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７薄膜か
らなる。２２および２１は終端抵抗である。７１はεｒ
＝２の酸化膜である。
．１０．１１．１２．１３； １４は入力マイクロスト
ノツプ線路でＹＢａ２Ｃｕ３０□薄膜から構成され、１
５．１６．１７．１８．１９．２０は出力マイクロスト
リップ線路でＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７薄膜で構成される。２
．３．４．５．６は能動素子でゲート長０．３ｐｍ、ゲ
ート幅１０ｐｍのＧａＡｓの電界効果トランジスタ（Ｆ
ＥＴ）で、７は入力端子、８は出力端子である。２３．
２４．２５．２６．２７．２８は接地電極でバイアホー
ル接地回路８１を通じてチップの裏面電極２９に接続さ
れている。３０は接地導体でＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７薄膜か
らなる。２２および２１は終端抵抗である。７１はεｒ
＝２の酸化膜である。
本実施例で用いられているトランジスタはゲート長０．
３１１ｍ、ゲート幅１０１１ｍのＧａＡｓ ＦＥＴであ
り、素子１個当りのＣｇｓは５ｆＦ、 Ｃｄｓは３ｆＦ
である。したがって１ｉ＝１ｏ＝１００ｐｍとしたとき となる。したがって（６）式より２０ｐＦ／ｍ分だけＷ
２をＷｌより広くする必要がある。これよりＳ＝２μｍ
、εｒ＝２としたときＷ２＝Ｗ１＋２ｐｍとなる。λ＝
５００人、Ｔ１＝Ｔｏ＝１０００人、Ｗ１＝＆ｐｍ、
Ｗ２＝１０ｐｍとすると（７）式より’ｒ２＝４ｏ入と
なる。
３１１ｍ、ゲート幅１０１１ｍのＧａＡｓ ＦＥＴであ
り、素子１個当りのＣｇｓは５ｆＦ、 Ｃｄｓは３ｆＦ
である。したがって１ｉ＝１ｏ＝１００ｐｍとしたとき となる。したがって（６）式より２０ｐＦ／ｍ分だけＷ
２をＷｌより広くする必要がある。これよりＳ＝２μｍ
、εｒ＝２としたときＷ２＝Ｗ１＋２ｐｍとなる。λ＝
５００人、Ｔ１＝Ｔｏ＝１０００人、Ｗ１＝＆ｐｍ、
Ｗ２＝１０ｐｍとすると（７）式より’ｒ２＝４ｏ入と
なる。
このときの特性インピーダンスＺｏは
Ｚｏ＝
＝５２Ω
となる。
（発明の効果）
本発明の超伝導分布型増幅器はカイネテイツクインダク
タンスを利用して１段当りの入力及び出力伝送線路長を
等しくするので線路長も短かくすることができる。この
ため、チップ面積を大幅に小さくすることができるので
大量生産が可能となる。加えて超伝導体を用いるため伝
送損失を大幅に低減され利得を従来例に比べて２ｄＢ改
善できる。
タンスを利用して１段当りの入力及び出力伝送線路長を
等しくするので線路長も短かくすることができる。この
ため、チップ面積を大幅に小さくすることができるので
大量生産が可能となる。加えて超伝導体を用いるため伝
送損失を大幅に低減され利得を従来例に比べて２ｄＢ改
善できる。
この増幅器により例えばＤＣ−６０ＧＨｚ帯域で１２ｄ
Ｂの平坦利得が実現でき超高速計測器、レーダーの分野
において効果が大きい なお、本発明においては超伝導体としてＹＢａ２Ｃｕ２
Ｏ７を用いたが、超伝導体はこれに限らずタリウム系、
ビスマス系などの高温超伝導体でもよく、またＮｂなと
の低Ｔｃ超伝導体でもよいことはいうまでもない。また
能動素子のＧａＡｓ ＦＥＴに限らずＨＥＭＴ、ＨＢＴ
、ＩｎＰＦＥＴなどいずれでもよい。
Ｂの平坦利得が実現でき超高速計測器、レーダーの分野
において効果が大きい なお、本発明においては超伝導体としてＹＢａ２Ｃｕ２
Ｏ７を用いたが、超伝導体はこれに限らずタリウム系、
ビスマス系などの高温超伝導体でもよく、またＮｂなと
の低Ｔｃ超伝導体でもよいことはいうまでもない。また
能動素子のＧａＡｓ ＦＥＴに限らずＨＥＭＴ、ＨＢＴ
、ＩｎＰＦＥＴなどいずれでもよい。
第１図（ａ） （ｂ）は本発明の一実施例の分布増幅器
を示す図、第２図は分布増幅器一般の等節回路を示す図
、第３図（ａ）（ｂ）は従来例の分布増幅器を示す図で
ある。これらの図において ２、３．４．５．６．３２．３３．３４．３５．３６・
・・電界効果トランジスタ、９．１０．１１．１２．１
３．１４．１５・・・入力マイクロストリップ線路、１
６，１７，１８．１９．２０・・・出力マイクロストリ
ップ線路、３０・・・接地導体、３９．４０．４１．４
２．４３．４４゜４５、４６．４７．４８．４９．５０
・・・マイクロストリップ線路、１゜３１・・・基板、
７１・・・酸化膜、７・・・入力端子、８・・・出力端
子、６０・・・裏面電極、２１．２２．５１．５２・・
・終端抵抗、２３゜２４、２５．２６．２７，２８．５
３．５４．５５．５６．５７．５８−・・接地電極、８
１、８２−・・バイアホール接地回路。
を示す図、第２図は分布増幅器一般の等節回路を示す図
、第３図（ａ）（ｂ）は従来例の分布増幅器を示す図で
ある。これらの図において ２、３．４．５．６．３２．３３．３４．３５．３６・
・・電界効果トランジスタ、９．１０．１１．１２．１
３．１４．１５・・・入力マイクロストリップ線路、１
６，１７，１８．１９．２０・・・出力マイクロストリ
ップ線路、３０・・・接地導体、３９．４０．４１．４
２．４３．４４゜４５、４６．４７．４８．４９．５０
・・・マイクロストリップ線路、１゜３１・・・基板、
７１・・・酸化膜、７・・・入力端子、８・・・出力端
子、６０・・・裏面電極、２１．２２．５１．５２・・
・終端抵抗、２３゜２４、２５．２６．２７，２８．５
３．５４．５５．５６．５７．５８−・・接地電極、８
１、８２−・・バイアホール接地回路。
Claims (1)
- （１）半絶縁性化合物半導体基板上に能動素子とマイク
ロストリップ型の入力伝送線路ならびに出力伝送線路と
が配置された分布型増幅器において、入力および出力伝
送線路のストリップ導体ならびに接地導体が超伝導体薄
膜により形成されてあり、出力伝送線路のストリップ導
体の幅が入力伝送線路のストリップ導体の幅より広く、
出力伝送線路のストリップ導体厚が入力伝送線路のスト
リップ導体厚より薄く、かつ少くとも出力伝送線路のス
トリップ導体厚がロンドンの侵入長より薄くしてある構
成を含むことを特徴とする超伝導分布型増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21188088A JP2671423B2 (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | 超伝導分布型増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21188088A JP2671423B2 (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | 超伝導分布型増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0260215A true JPH0260215A (ja) | 1990-02-28 |
| JP2671423B2 JP2671423B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=16613154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21188088A Expired - Fee Related JP2671423B2 (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | 超伝導分布型増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2671423B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06216673A (ja) * | 1993-01-14 | 1994-08-05 | Nec Corp | 低雑音増幅器 |
| US7733185B2 (en) | 2005-10-24 | 2010-06-08 | Nec Corporation | Distributed amplifier and integrated circuit |
| JP2011530870A (ja) * | 2008-08-05 | 2011-12-22 | ノースロップ グルムマン コーポレイション | ジョセフソン分布出力増幅器のための方法および装置 |
| JP2015106863A (ja) * | 2013-12-02 | 2015-06-08 | 日本電信電話株式会社 | 外部インターフェース回路 |
-
1988
- 1988-08-25 JP JP21188088A patent/JP2671423B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
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| JP2671423B2 (ja) | 1997-10-29 |
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