JPH03201709A - Distributed microwave amplifier - Google Patents

Distributed microwave amplifier

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JPH03201709A
JPH03201709A JP33945389A JP33945389A JPH03201709A JP H03201709 A JPH03201709 A JP H03201709A JP 33945389 A JP33945389 A JP 33945389A JP 33945389 A JP33945389 A JP 33945389A JP H03201709 A JPH03201709 A JP H03201709A
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JP
Japan
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output
microwave signal
transmission line
branched
microwave
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JP33945389A
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Japanese (ja)
Inventor
Kyoichi Ishii
恭一 石井
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

PURPOSE:To increase power gain and output power by reflecting other microwave signal sent through two branched output transmission lines in high frequency ground and synthesizing the reflecting wave signals into one microwave signal of two branched signals with phase synchronization. CONSTITUTION:A 1st stage side of an output transmission line 2 is connected to ground in terms of high frequencies through a decoupling capacitor CD1 and a termination resistor RD whose resistance is 0ohm. Then the inductance of plural inductance elements L1-L6, L11-L15, L21-L26 connected in series with input output transmission lines 1, 2 is specified so that other amplified microwave signal propagated in two branches at each multi-stage connecting point of GaAs MISFETs T1-T5 keeps the synchronization relation with one amplified microwave signal being one of two branched reflection signals reflected at a high frequency ground point. Thus, the reflecting wave signal is phase- synchronized with one microwave signal being one of two branched reflection wave signals to extract part of the power of the reflecting wave signal thereby enhancing the power gain and the output power.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 広帯域発振器、広帯域受信機、マイクロ波測定器等の分
野で使用される分布型マイクロ波増幅器に関し、 本発明は上記課題を解決するためになされたもので、電
力利得及び出力電力を高くすることができる分布型マイ
クロ波増幅器を提供することを目的とし、 マイクロ波信号が入力され伝搬する入力伝送線路と複数
のインダクタンス素子を直列接続して形成される出力伝
送線路との間に、上記複数のインダクタンス素子の接続
点に初段から出力段に至る複数のトランジスタを分布的
に多段接続し、該多段接続点で二分岐して伝搬する一方
の出力マイクロ波信号を上記出力伝送線路の出力端から
出力する分布型マイクロ波増幅器において、上記出力伝
送線路の初段側に抵抗値0〔Ω〕の終端抵抗を介して高
周波的に接地すると共に、上記多段接続点で二分岐して
伝搬する他方の出力マイクロ波信号が上記高周波接地点
で反射されて射出される反射波信号を上記二分岐した各
々対応する一方の出力マイクロ波信号と同期関係を保持
するように上記複数のインダクタンス素子のインダクタ
ンス値を特定するよう構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] The present invention has been made to solve the above problems regarding distributed microwave amplifiers used in the fields of wideband oscillators, wideband receivers, microwave measuring instruments, etc. The aim is to provide a distributed microwave amplifier that can increase power gain and output power.The output transmission line is formed by connecting an input transmission line through which a microwave signal is input and propagated in series with multiple inductance elements. A plurality of transistors from the first stage to the output stage are connected in multiple stages in a distributed manner to the connection points of the plurality of inductance elements, and one output microwave signal is split into two at the multi-stage connection points and propagated. In the distributed microwave amplifier that outputs from the output end of the output transmission line, the first stage side of the output transmission line is grounded at high frequency via a terminating resistor with a resistance value of 0 [Ω], and the multistage connection point is connected to the ground at high frequency. The other output microwave signal that is branched and propagated is reflected by the high frequency grounding point and emitted, and the reflected wave signal is maintained in synchronization with the corresponding one of the two branched output microwave signals. The inductance value of the inductance element is specified.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

この発明は、広帯域発振器、広帯域受信機、マイクロ波
測定器等の分野で使用される分布型マイクロ波増幅器に
関する。
The present invention relates to a distributed microwave amplifier used in the fields of wideband oscillators, wideband receivers, microwave measuring instruments, and the like.

近年、マイクロ波帯における超広帯域増幅器は、GaA
s  MES  FET又はHEMTデバイスを増幅素
子とし、入力側と出力側との2つの人工的な伝送線路(
Artificial Transmission L
ine −低域通過型伝送線路)の間に分布的に配置し
た分布型増幅器(又は進行波型増幅器ともいう)として
開発されている。この分布型増幅器は広帯域における発
振器、受信機、測定器、軍用エレクトロニクス等に使用
され始めている。
In recent years, ultra-wideband amplifiers in the microwave band have been developed using GaA
s MES FET or HEMT device is used as the amplifying element, and two artificial transmission lines (on the input side and the output side)
Artificial Transmission L
It has been developed as a distributed amplifier (also referred to as a traveling wave amplifier) disposed in a distributed manner between low-pass transmission lines (low-pass transmission lines). This distributed amplifier is beginning to be used in broadband oscillators, receivers, measuring instruments, military electronics, etc.

この分布型増幅器の特徴は、■増幅帯域が非常に広く、
且つゲインフラットネスが良好であること(例えば、2
〜20GHzの帯域を単一の増幅器で対応できる)、■
入出力の電圧定在波比(VSWR)が広帯域にわたり低
い(例えば、2〜20GHzで2以下)、■増幅度を向
上させるために複数段のアンプを直接カスケード接続が
可能等が挙げられる。
The characteristics of this distributed amplifier are: ■The amplification band is extremely wide.
and gain flatness is good (for example, 2
~20GHz band can be supported with a single amplifier),■
The input/output voltage standing wave ratio (VSWR) is low over a wide band (for example, 2 or less from 2 to 20 GHz), and (2) multiple stages of amplifiers can be directly cascaded to improve amplification.

上記特徴を有する分布型マイクロ波増幅器は他の型の増
幅器と比較した場合には、■アンプ1段当りの電力利得
が低い(或は、バイアス消費電流当りの電力利得が低い
)、■出力電力が小さい(バイアス消費電力当りの効率
が低い)の欠点があり、この欠点を改善する必要がある
When compared to other types of amplifiers, distributed microwave amplifiers with the above characteristics have: ■ low power gain per amplifier stage (or low power gain per bias current consumption); ■ low output power. However, it is necessary to improve this drawback.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、この種の分布型マイクロ波増幅器は、マイクロ波
信号が入力端子INから入力され伝搬する入力伝送線路
1と複数のインダクタンス素子り、2Lを直列接続して
形成される出力伝送線路2との間に、上記複数のインダ
クタンス素子り、2Lの各接続点に初段から出力段に至
る複数のGaAs  MES  FETT  (又は(
T2−・・T )を分布的に多段接続し、該多段接続点
で二分岐して伝搬する一方の出力マイクロ波信号を上記
出力伝送線路2の出力端子OUTから出力する構成であ
る。
Conventionally, this type of distributed microwave amplifier consists of an input transmission line 1 through which a microwave signal is input from an input terminal IN and propagated, and an output transmission line 2 formed by connecting a plurality of inductance elements 2L in series. In between, there are a plurality of inductance elements and a plurality of GaAs MES FETs (or (
T2-...T) are connected in multiple stages in a distributed manner, and one output microwave signal that is branched into two and propagated at the multi-stage connection point is outputted from the output terminal OUT of the output transmission line 2.

上記GaAs  M、ES  FET  T、(又は(
T2・・・T、)は、構造上から固有に有する電気容量
が上記コイルL(又は2L)と共に低域通過型のフィル
タ回路を形成している。
The above GaAs M, ES FET T, (or (
T2, .

また、上記出力伝送線路2の初段側終端には、所定の抵
抗値を有する終端抵抗R9を介してデカップリングコン
デンサCDIが接続され、高周波的に接地状態とされて
いる。
Further, a decoupling capacitor CDI is connected to the first-stage end of the output transmission line 2 via a terminating resistor R9 having a predetermined resistance value, and is grounded at high frequencies.

次に、上記構成に基づ〈従来増幅器の動作について説明
する。まず。入力端子INから入力されるマイクロ波信
号は、入力側伝送線路1を右方向に進行し、最後に終端
抵抗R6に吸収される。
Next, the operation of the conventional amplifier will be explained based on the above configuration. first. The microwave signal input from the input terminal IN travels rightward along the input transmission line 1 and is finally absorbed by the terminating resistor R6.

上記入力側伝送線路1の途中で個々のGaAsMES 
 FET  T、・・・Tnのゲートに達したマイクロ
波信号は、増幅されてドレイン電流を発生する。このド
レイン電流は増幅マイクロ波信号となり、出力側伝送線
路2に入り、右方向と左方向とに半分に分岐してそれぞ
れ伝搬進行する。右方向に進行した増幅マイクロ波信号
は、出力端子OUTから出力されることとなる。残りの
左方向に進行した増幅マイクロ波信号は終端抵抗R8に
吸収される。各GaAs  MES  FET  T。
In the middle of the above input side transmission line 1, individual GaAs MES
The microwave signal reaching the gate of FET T,...Tn is amplified and generates a drain current. This drain current becomes an amplified microwave signal, enters the output side transmission line 2, branches into halves to the right and left, and propagates, respectively. The amplified microwave signal that has progressed to the right will be output from the output terminal OUT. The remaining amplified microwave signal traveling to the left is absorbed by the terminating resistor R8. Each GaAs MES FET T.

・・・T により増幅出力した電力は、その半分が出刃
端子OUTから取り出されることとなる。
...Half of the power amplified and outputted by T is taken out from the blade terminal OUT.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来の分布型マイクロ波増幅器は以上のように構成され
ていることから、各FETの増幅出力のうち半分のみを
出力端子OUTから取り出すこととなり、電力利得、出
力電力が低くなるという課題を有していた。
Since the conventional distributed microwave amplifier is configured as described above, only half of the amplified output of each FET is taken out from the output terminal OUT, which has the problem of low power gain and low output power. was.

また、電力利得、出力電力は他の型の増幅器と比較して
低いのは分布型増幅器固有のものである。
Furthermore, the power gain and output power are lower than other types of amplifiers, which is unique to distributed amplifiers.

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、電
力利得及び出力電力を高くすることができる分布型マイ
クロ波増幅器を提供することを目的とする。
The present invention was made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a distributed microwave amplifier that can increase power gain and output power.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明に係る分布型マイクロ波増幅器は、マイクロ波信
号が入力され伝搬する入力伝送線路と複数のインダクタ
ンス素子を直列接続して形成される出力伝送線路との間
に、上記複数のインダクタンス素子の接続点に初段から
出力段に至る複数のトランジスタを分布的に多段接続し
、該多段接続点で二分岐して伝搬する一方の出力マイク
ロ波信号を上記出力伝送線路の出力端から出力する分布
型マイクロ波増幅器において、上記出力伝送線路の初段
側に抵抗値0〔Ω〕の終端抵抗を介して高周波的に接地
すると共に、上記多段接続点で二分岐して伝搬する他方
の出力マイクロ波信号が上記高周波接地点で反射されて
射出される反射波信号を上記二分岐した対応する一方の
出力マイクロ波信号と同期関係を保持するように上記複
数のインダクタンス素子のインダクタンス値を特定する
ものである。
In the distributed microwave amplifier according to the present invention, the plurality of inductance elements are connected between an input transmission line through which a microwave signal is input and propagated, and an output transmission line formed by connecting a plurality of inductance elements in series. A distributed micro-wavelength micro-wave that connects a plurality of transistors in multiple stages from the first stage to the output stage in a distributed manner at a point, and outputs one output microwave signal that is split into two at the multi-stage connection point and propagated from the output end of the output transmission line. In the wave amplifier, the first stage side of the output transmission line is grounded at high frequency via a terminating resistor with a resistance value of 0 [Ω], and the other output microwave signal that is split into two and propagated at the multistage connection point is The inductance values of the plurality of inductance elements are specified so that the reflected wave signal reflected at the high frequency ground point and emitted is maintained in a synchronous relationship with the corresponding one of the two branched output microwave signals.

〔作用〕[Effect]

本発明においては、出力伝送線路を二分岐して伝送する
他方のマイクロ波信号を高周波接地で反射させ、この反
射波信号を二分岐した対応する一方のマイクロ波信号に
位相同期合成することにより、反射波信号の電力の一部
を出力として取り出せることとなり、電力利得及び出力
電力を高くする。
In the present invention, the output transmission line is branched into two, the other microwave signal to be transmitted is reflected at a high frequency ground, and this reflected wave signal is phase synchronized and synthesized with the corresponding one of the two branched microwave signals. A part of the power of the reflected wave signal can be extracted as an output, increasing power gain and output power.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図及び第2図に基づいて
説明する。この第1図は本実施例増幅器の概略回路構成
図、第2図は本実施例と従来技術との周波数−電力利得
特性比較図を示す。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic circuit diagram of the amplifier of this embodiment, and FIG. 2 is a comparison diagram of the frequency-power gain characteristics of this embodiment and the prior art.

上記各図において本実施例に係る分布型マイクロ波増幅
器は、出力伝送線路2の初段側に抵抗値0〔Ω〕の終端
抵抗R8を介してデカップリングコンデンサCDIで高
周波的に接地すると共に、上記GaAs  MES  
FET  T、 〜T5の各多段接続点で二分岐して伝
搬する他方の増幅マイクロ波信号が上記高周波接地点で
反射された反射波波信号を上記二分岐して各々対応する
一方の増幅マイクロ波信号と同期関係を保持するように
入力・出力側伝送線路1.2に複数直列接続されたイン
ダクタンス素子L−L、L−LL 1  6  11   +5ゝ 21 〜L26のインダクタンス値を特定する構成である。
In each of the above figures, the distributed microwave amplifier according to this embodiment is grounded at high frequency with a decoupling capacitor CDI via a terminating resistor R8 with a resistance value of 0 [Ω] on the first stage side of the output transmission line 2. GaAs MES
The other amplified microwave signal is split into two at each multi-stage connection point of FETs T, ~T5 and propagated.The reflected wave signal reflected at the high frequency grounding point is split into two and the corresponding amplified microwave signal is split into two. It is configured to specify the inductance value of a plurality of inductance elements LL, L-LL 1 6 11 +5ゝ 21 to L26 connected in series to the input/output side transmission line 1.2 so as to maintain a synchronous relationship with the signal. .

上記マイクロ波信号が入力される入力側伝送線路1の入
力端子IN、出力端子OUTは、各人・出力側にカップ
リングコンデンサCPが各々接続され、バイアス電圧に
よる直流電流の入力端子IN−出力端子OUTへの流入
が阻止されている。
The input terminal IN and output terminal OUT of the input side transmission line 1 to which the microwave signal is input are each connected with a coupling capacitor CP on the output side, and the input terminal IN and the output terminal of the DC current by the bias voltage are connected to each other. The flow to OUT is blocked.

次に、上記構成に基づく本実施例増幅器の動作について
説明する。入力端子INから入力されたマイクロ波信号
は入力側伝送線路1を右方向に伝搬進行し、最後に終端
抵抗R6に吸収される。
Next, the operation of the amplifier of this embodiment based on the above configuration will be explained. The microwave signal input from the input terminal IN propagates rightward through the input transmission line 1 and is finally absorbed by the terminating resistor R6.

上記入力側伝送線路1の途中で個々のGaASMES 
 FET  Tl・・・T5の各ゲートに入力されたマ
イクロ波信号は、増幅されてドレイン電流をソース−ド
レイン間に発生させる。このドレイン電流は出力側伝送
線路2に入り、右方向と左方向とに半分に分岐し、それ
ぞれ伝搬進行する増幅マイクロ波信号を発生する。
In the middle of the above input side transmission line 1, individual GaASMES
The microwave signal input to each gate of the FETs Tl...T5 is amplified to generate a drain current between the source and drain. This drain current enters the output transmission line 2 and is branched into right and left halves, generating amplified microwave signals that propagate in each half.

上記右方向へ分岐し伝搬する増幅マイクロ波信号は、そ
のまま出力端子OUTから出力される。
The amplified microwave signal branched and propagated in the right direction is output as is from the output terminal OUT.

他方、上記右方向に分岐し伝搬する増幅マイクロ波信号
は、終端抵抗Raが抵抗値0〔Ω〕であり、また、高周
波接地コンデンサCPIにより高周波的に接地状態であ
ることから、上記出力側伝送線路2を右方向に反射され
る。
On the other hand, the amplified microwave signal that branches and propagates to the right is not transmitted on the output side because the terminating resistor Ra has a resistance value of 0 [Ω] and is grounded at high frequency by the high frequency grounding capacitor CPI. It is reflected to the right on track 2.

従って、上記反射された反射波信号は、右方向に分岐し
伝搬する増幅マイクロ波信号と合成され、出力端子OU
Tから出力されることとなる。この出力端子OUTから
の出力は、従来出力されていた右方向に分岐した増幅マ
イクロ波信号に加え、上記反射波信号に相当する電力が
増加できることとなる。これを第2図に従来技術と比較
して示し、特に周波数4〜21 CGHz)において顕
著な電力増加が認められる。
Therefore, the reflected wave signal is combined with the amplified microwave signal branched and propagated in the right direction, and the output terminal OU
It will be output from T. The output from this output terminal OUT can increase the power corresponding to the reflected wave signal, in addition to the amplified microwave signal branched to the right that has been conventionally output. This is shown in FIG. 2 in comparison with the prior art, and a remarkable increase in power is observed, especially in the frequency range of 4 to 21 CGHz.

上記マイクロ波信号を反射する構成としては、伝送線路
の終端を開放状態(反射係数+1)又は高周波的に接地
状態(反射係数−■)とすることが考えられる。ただ、
開放状態とする場合にはドレインバイアスの供給が困難
となることから、接地状態とすることによりインピーダ
ンスを最も低くしてバイアス回路の設計を容易にしてい
る。
As a configuration for reflecting the microwave signal, it is conceivable to set the terminal end of the transmission line in an open state (reflection coefficient +1) or in a high frequency grounded state (reflection coefficient -■). just,
Since it is difficult to supply a drain bias when it is in an open state, the impedance is minimized by making it in a grounded state, thereby facilitating the design of the bias circuit.

さらに、上記反射波信号と右方向に分岐し増幅マイクロ
波信号との位相合成について説明する。
Furthermore, phase synthesis of the reflected wave signal and the amplified microwave signal branched to the right will be explained.

上記インダクタンス素子L1 =L6 ” +1〜L 
 5L−L  は、増幅器自体を集積回路化す15  
2+   26 ることにより、該集積回路における高インピーダンスの
マイクロストリップ線路で所定のインダクタンス値とし
て形成される。上記インダクタンス素子Lt〜L6・L
11〜L15・L21〜L26(’)インダクタンス値
は、各増幅回路毎にマイクロストリップ線路の幅及び長
さを最適設計することによりそれぞれ決定される。
The above inductance element L1 =L6'' +1~L
5L-L is an integrated circuit for the amplifier itself15
2+ 26 is formed as a predetermined inductance value in the high impedance microstrip line in the integrated circuit. The above inductance element Lt~L6・L
The inductance values of 11 to L15 and L21 to L26 (') are determined by optimally designing the width and length of the microstrip line for each amplifier circuit.

上記最適設計されたマイクロストリップ線路(G a 
A s基板の厚さ75μm)の幅及び長さを従来技術の
場合と比較して第3図に示す。同図において終端抵抗R
=0〔Ω〕、R6−42〔Ω〕とし、各インダクタンス
素子のインダクタンス値をマイクロストリップ線路幅(
Wμm)x長さ(Ltim)により各々特定している。
The optimally designed microstrip line (G a
The width and length of the As substrate (thickness 75 μm) are shown in FIG. 3 in comparison with those of the prior art. In the same figure, the terminating resistance R
=0 [Ω], R6-42 [Ω], and the inductance value of each inductance element is the microstrip line width (
Each is specified by Wμm) x length (Ltim).

上記マイクロストリップ線路の設計作業は、CADによ
り最適値を求めて行なわれる。
The design work for the microstrip line described above is performed by finding the optimum value using CAD.

なお、上記実施例においては増幅素子としてGaAs 
 MES  FET  で構成したが、HEMTデイバ
イス等の他のトランジスタ素子で構成することもできる
Note that in the above embodiment, GaAs is used as the amplification element.
Although it is constructed using MES FETs, it can also be constructed using other transistor elements such as HEMT devices.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明においては、出力伝送線路を
二分岐して伝送する他方のマイクロ波信号を高周波接地
で反射させ、この反射波信号を二分岐した対応する一方
のマイクロ波信号に位相同期合成することにより、反射
波信号の電力の一部を出力として取り出せることとなり
、電力利得及び出力電力を高くすることができる効果を
奏する。
As explained above, in the present invention, the output transmission line is branched into two, the other microwave signal to be transmitted is reflected by the high frequency ground, and this reflected wave signal is phase synchronized with the corresponding one of the two branched microwave signals. By combining, a part of the power of the reflected wave signal can be extracted as an output, resulting in an effect that the power gain and output power can be increased.

R,、R,・・・終端抵抗 C,CC・・・終端抵抗 DI   D2’  G c、・・・パスコンデンサ ト・・入力側伝送線路 2・・・出力側伝送線路R,,R,...terminal resistor C, CC...terminal resistor DI   D2’ G c,...pass capacitor G...Input side transmission line 2... Output side transmission line

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例概略回路構成図、第2図は本
発明の一実施例と従来技術との周波数−電力利得特性比
較図、 第3図は本発明の一実施例と従来技術とのマイクロスト
リップ線路最適設計比較図、 第4図は従来の分布型マイクロ波増幅器の概略回路構成
図を示す。 T、−Tn・・・GaAs  MES  FETL  
−L  SL  −L   L  −L  、L。 1  6  11  15ゝ 21262L・・・イン
ダクタンス素子
FIG. 1 is a schematic circuit configuration diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a comparison diagram of frequency-power gain characteristics between an embodiment of the present invention and the conventional technology, and FIG. Figure 4 shows a schematic circuit configuration diagram of a conventional distributed microwave amplifier. T, -Tn...GaAs MES FETL
-L SL -L L -L,L. 1 6 11 15ゝ 21262L...Inductance element

Claims (1)

【特許請求の範囲】 マイクロ波信号が入力され伝搬する入力伝送線路と複数
のインダクタンス素子を直列接続して形成される出力伝
送線路との間に、上記複数のインダクタンス素子の接続
点に初段から出力段に至る複数のトランジスタを分布的
に多段接続し、該多段接続点で二分岐して伝搬する一方
の出力マイクロ波信号を上記出力伝送線路の出力端から
出力する分布型マイクロ波増幅器において、 上記出力伝送線路の初段側に抵抗値0〔Ω〕の終端抵抗
を介して高周波的に接地すると共に、上記多段接続点で
二分岐して伝搬する他方の出力マイクロ波信号が上記高
周波接地点で反射されて射出される反射波信号を上記二
分岐した対応する一方の出力マイクロ波信号と同期関係
を保持するように上記複数のインダクタンス素子のイン
ダクタンス値が設定されてなることを 特徴とする分布型マイクロ波増幅器。
[Claims] Between an input transmission line through which a microwave signal is input and propagated, and an output transmission line formed by connecting a plurality of inductance elements in series, an output signal is provided from the first stage to the connection point of the plurality of inductance elements. In the distributed microwave amplifier in which a plurality of transistors connected in multiple stages are connected in a distributed manner in multiple stages, one output microwave signal that is branched into two and propagated at the multi-stage connection point is outputted from the output end of the output transmission line, The first stage side of the output transmission line is grounded at high frequency via a terminating resistor with a resistance value of 0 [Ω], and the other output microwave signal, which is split into two at the multistage connection point and propagated, is reflected at the high frequency ground point. The inductance values of the plurality of inductance elements are set so that the reflected wave signal emitted from the inductance is maintained in a synchronous relationship with the corresponding one of the two branched output microwave signals. wave amplifier.
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Cited By (2)

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