JPH0553321B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は電力増幅器に関し、特に
GaAsMESFET（メタルセミコンダクタ型電界効
果トランジスタ）を用いたマイクロ波帯の電力増
幅器に関するものである。

従来技術 マイクロ波帯の電力増幅器は進行波管増幅器の
代替品として各種通信装置に実用化されている。
通信装置において歪み特性が問題となる場合、増
幅器にはＡ級動作が要求される。しかしながら、
このＡ級動作は直流入力からマイクロ波出力への
変換効率が悪く、特に人工衛星や移動通信用等の
通信装置は電池により駆動されることから、高い
効率が要求されるので、歪み特性は若干劣化する
が実際にはAB級動作が使用されている。

第５図は従来のマイクロ波帯の
GaAsMESFET（以下、単にFETと称す）電力増
幅器の等価回路を示しており、入力電力は整合器
１を介して増幅素子であるFET２のゲート入力
となつている。このFET２のドレイン出力は整
合器３を介して次段回路へ導出される。

このFET２のゲートバイアス回路としては、
チヨークコイル４とコンデンサ５とからなる交流
阻止用フイルタ回路と更にはバイアス抵抗６とか
らなつており、端子７から直流電圧が印加され
る。またドレインバイアス回路としては、チヨー
クコイル８とコンデンサ９からなるフイルタ回路
であり、端子１０から直流電圧が印加される。

第６図は第５図の回路において、入力端子IN
に入力されるマイクロ波電力PinとFET２に流れ
る直流ドレイン電流Id及び直流ゲート電流Igとの
関係を示す図である。同図で横軸Pinの単位は
dBm、縦軸Idの単位は（アンペア）、縦軸Igの単
位はmA（ミリアンペア）である。

一例として、概略値を示すと、6GHzの帯域で
飽和出力が40dBmの増幅器の場合、Ig，Idがピ
ークを示すPinの値は30dBm，抵抗６の値が
100Ωのとき，Igのピーク値は−2mA、IdのRF無
入力の時の値2A、ピーク値2.5Aである。実線１
１，１２はゲートバイアス抵抗６の抵抗値が大き
い場合であり、点線１３，１４が当該抵抗値が小
さい場合である。ドレイン電流のピーク値は抵抗
６が大きい方が大きくなる。マイクロ波出力電力
はドレイン電流には大きく依存しないので、ドレ
イン電流が大きくなつた分だけ効率が劣化するこ
とになる。よつて、効率の点からは抵抗６の値は
小さい方が好ましいことになる。

一方、ゲート電流は抵抗６が小さい方が大きく
なる。ゲート電流が大きいと、マイグレーシヨン
の問題が生じて信頼性が低下するので、この抵抗
６の値はある程度大きくする必要がある。

かかる事実から明白なように、従来のマイクロ
波帯電力増幅器は信頼性の点からゲートバイアス
抵抗を大きくせざるを得ず、よつて効率が低下す
るという欠点がある。

発明の目的 本発明の目的は、高信頼性でかつ高効率のマイ
クロ波帯GaAsMESFET電力増幅器を提供する
ことである。

発明の構成 本発明による電力増幅器は、印加電圧に応じて
抵抗値が非直線的に変化する非線形抵抗素子を介
して電力増幅素子であるGaAsMESFETトラン
ジスタのゲートバイアスを印加するようにした構
成である。

実施例 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

第１図は本発明の実施例の回路図である。第５
図と同等部分は同一符号により示している。第５
図の回路におけるゲートバイアス抵抗６として本
発明の実施例では、非線形抵抗２０を使用するも
のであり、他の構成は第５図の例と同一となつて
いる。この非線形抵抗２０は、その印加電圧が低
いときに抵抗値が小さく、印加電圧が高いときに
抵抗値が大きくなるような非直線性抵抗特性を有
するものである（第４図の特性例参照）。

第２図は、第１図の増幅器において入力電力
Pinを増加した場合のドレイン電流Id及びゲート
電流Igの各変化の様子を示す特性図であり、従来
の増幅器（第５図）による特性結果（第６図）を
も併記してある。すなわち、実線１１，１２は従
来増幅器において抵抗値が大きい場合、点線１
３，１４は抵抗値が小さい場合である。そして鎖
線２１が本発明の増幅器によるゲート電流Igの変
化特性例である。

本発明の実施例では、ゲート電流Igは入力電力
Pinが小さい場合には点線１４と同一となつてい
るが、Pinが大きくなると鎖線２１で示す様にゲ
ート電流は飽和状態となつて増大しなくなる。
Pinが小さい場合はゲート電流Igも小さく、した
がつて非線形抵抗２０は抵抗値が小さい領域で使
用される。よつて、小さい抵抗値の線形抵抗を用
いた場合と同様な挙動を呈する。一方、Pinが大
きくなるとゲート電流Igも増大し、非直線抵抗２
０が高抵抗領域で使用されるようになるので、鎖
線２１のようにゲート電流は飽和特性を示すので
ある。

一方、ドレイン電流Idは、従来の増幅器で抵抗
が小さい場合とほぼ同様になる。Pinが小さい場
合、抵抗２０の抵抗値は等価的に小さいので、点
線１３と同様な特性となる。Pinが増大すると抵
抗値は等化的に大きくなるので実線１１と同様と
なるが、かかる領域では、１１と１３とは同一の
特性となつてしまうからである。

以上の説明から明白な様に、ドレイン電流のピ
ーク値を低く維持したままで、ゲート電流の最大
値をも小さくすることが可能となるのである。

第３図は非線形抵抗２０を得るための具体例を
示しており、GaAsMESFETのゲートＧとソー
スＳとを共通接続して２端子素子としたもので、
この素子の印加電圧Ｖに対する電流Ｉの特性が第
４図に示されており、目的とする非線形抵抗が実
現されていることが分かる。

ここで、低電圧の時の抵抗値はFETのゲート
幅に反比例し、電流が飽和し始める電圧、すなわ
ち抵抗値が高くなり始める電圧はFETのソース
ドレイン間隔に比例するので、FETのゲート幅
とソースドレイン間隔とを適宜選択することによ
り、所望の特性を得ることが可能である。例え
ば、第２図の特性２１を得るには必要な非線形抵
抗２０の特性が、低電圧のときの抵抗値50Ω、電
流が飽和し始める電圧値0.2V（よつてこのときの
電流値は4mA）とすれば、使用すべきFETのゲ
ート幅は200μm，ドレインソース間隔は0.7μmと
なり、容易に実現可能なサイズである。この時、
第２図のIdがピークを過ぎた辺りのPin付近（高
電圧付近）で約100Ωの抵抗値となる。

この方法では極性があるので、ドレインＤ側の
端子３２に正電圧を、ソースＳ側の端子３３に負
電圧をそれぞれ印加する必要がある。ゲートは負
電圧がバイアスとして印加されることになるの
で、端子３３を第１図のゲートバイアス端子７
に、端子３２をコンデンサ５側に接続するように
すれば良いことになる。

発明の効果 叙上の如く、本発明によれば、増幅素子の
FETのゲートバイアスを非線形抵抗素子を用い
て供給するようにしたので、ドレイン電流のピー
ク値を小さく押えかつゲート電流の最大値をも小
さくすることができるので、高信頼性で高効率の
マイクロ波帯GaAsMESFET電力増幅器を得る
ことが可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の回路図、第２図は本
発明の増幅器の特性を説明する図、第３図は非線
形抵抗の具体例を示す図、第４図は第３図の抵抗
の特性図、第５図は従来の電力増幅器の回路図、
第６図は第５図の回路の特性図である。 主要部分の符号の説明、２……
GaAsMESFET、２０……非線形抵抗、２１…
…本発明によるPin対Ig特性。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 増幅素子としてGaAs電界効果トランジスタ
   を用いたマイクロ波帯電力増幅器であつて、印加
   電圧が小さいとき抵抗値が小さく印加電圧が大き
   いとき抵抗値が大きくなる性質の非線形抵抗素子
   を介して前記トランジスタのゲートバイアスを印
   加するようにしたことを特徴とする電力増幅器。