JPH0738549B2 - Multistage amplifier - Google Patents

Multistage amplifier

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JPH0738549B2
JPH0738549B2 JP5019791A JP1979193A JPH0738549B2 JP H0738549 B2 JPH0738549 B2 JP H0738549B2 JP 5019791 A JP5019791 A JP 5019791A JP 1979193 A JP1979193 A JP 1979193A JP H0738549 B2 JPH0738549 B2 JP H0738549B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波信号等の高周
波数信号を増幅する多段増幅器に関し、特に電力増幅用
に適する多段増幅器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multistage amplifier for amplifying high frequency signals such as microwave signals, and more particularly to a multistage amplifier suitable for power amplification.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のこの種の多段増幅器,特に電力増
幅用の多段増幅器は、高周波数信号の増幅素子としてM
ES FETを使用する増幅器を多段に接続して所要の
利得を得ていた。また、所要の増幅出力を得るために
は、ゲート幅の大きなMES FETを後段増幅器の増
幅素子として使用していた。
2. Description of the Related Art A conventional multi-stage amplifier of this type, particularly a multi-stage amplifier for power amplification, has an M element as an amplifying element for high frequency signals.
Amplifiers using ES FETs were connected in multiple stages to obtain the required gain. Further, in order to obtain a required amplification output, a MES FET having a large gate width has been used as an amplification element of a post-stage amplifier.

【0003】一方、近年になって、上記MES FET
に代わってヘテロ接合形FETが、高利得・低雑音特性
を有するマイクロ波信号の増幅素子として普及し、実用
化されている。そして、このヘテロ接合形FETが、低
雑音でしかも高利得を必要とする多段増幅器の増幅素子
として用いられ、小信号領域を扱う多段増幅器の増幅段
数の減少に寄与している。
On the other hand, in recent years, the above MES FET
In place of the above, a heterojunction FET has been widely used and put into practical use as a microwave signal amplifying element having high gain and low noise characteristics. The heterojunction FET is used as an amplifying element of a multistage amplifier that requires low noise and high gain, and contributes to a reduction in the number of amplification stages of the multistage amplifier that handles a small signal region.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前・後段増幅器ともヘ
テロ接合形FETを増幅素子とする多段増幅器は、飽和
出力を大きくするために上記ヘテロ接合形FETのゲー
ト幅を大きくすると、増幅器一段当りの利得は前・後段
ともMES FETを使用する多段増幅器より高くな
る。しかし、上記ヘテロ接合形FETのゲート幅当りの
飽和出力は上記MES FETとほぼ同じであるため、
上記ヘテロ接合形FET使用の多段電力増幅器の利得お
よび飽和出力を同一ゲート幅の上記MES FETを増
幅素子とする多段電力増幅器のそれと同じに設計する
と、上記ヘテロ接合形FET使用の多段電力増幅器の入
出力直線性が上記MES FET使用の多段電力増幅器
より劣る結果になるという欠点があった。
A multi-stage amplifier having a heterojunction FET as an amplifying element for both the front and rear amplifiers has a problem in that when the gate width of the heterojunction FET is increased to increase the saturation output, The gain is higher than that of the multi-stage amplifier using MES FET in both the front and rear stages. However, since the saturation output per gate width of the heterojunction FET is almost the same as that of the MES FET,
When the gain and saturation output of the multi-stage power amplifier using the heterojunction FET is designed to be the same as that of the multi-stage power amplifier using the MES FET having the same gate width as an amplifying element, the input of the multi-stage power amplifier using the heterojunction FET is reduced. The output linearity is inferior to that of the multistage power amplifier using the MES FET.

【0005】従って、本発明の目的は高周波信号を低雑
音特性および適度の高利得特性を保ちながらも入出力直
線性よく電力増幅する多段増幅器を提供することにあ
る。
Therefore, an object of the present invention is to provide a multi-stage amplifier for amplifying power of a high frequency signal with good input / output linearity while maintaining low noise characteristics and moderately high gain characteristics.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の多段増幅器は、
ヘテロ接合形FETを増幅素子とし高周波数信号を増幅
する前段増幅器と、MES FETを増幅素子とし前記
前段増幅器から増幅された前記高周波数信号を受ける後
段増幅器とを含んでいる。
The multistage amplifier of the present invention comprises:
It includes a pre-stage amplifier that uses a heterojunction FET as an amplification element to amplify a high frequency signal, and a post-stage amplifier that uses a MES FET as an amplification element and receives the amplified high frequency signal from the pre-stage amplifier.

【0007】また、本発明の多段増幅器の一つは、ヘテ
ロ接合形FETを増幅素子とし高周波数信号を増幅する
前段増幅器と、前記ヘテロ接合形FETのゲート幅とほ
ぼ同一のゲート幅を有するMES FETを増幅素子と
し前記前段増幅器から増幅された前記高周波数信号を受
ける後段増幅器とを含んでいる。
Further, one of the multistage amplifiers of the present invention is a MES having a gate width substantially the same as the gate width of the heterojunction FET and a prestage amplifier for amplifying a high frequency signal by using the heterojunction FET as an amplification element. It includes a post-stage amplifier which uses the FET as an amplifying element and receives the high frequency signal amplified from the pre-stage amplifier.

【0008】[0008]

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0009】図1は本発明の一実施例の回路図である。
また、図2は図1に示す実施例の斜視図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of the embodiment shown in FIG.

【0010】図1および図2を併せ参照すると、この多
段増幅器は接地導体12を裏面に配したプリント配線基
板11に搭載されている。プリント配線基板11の表面
には、接続線路6a,6b,6cおよび6dとオープン
スタブ3a,3b,3c,3d,3eおよび3fとが、
接地導体12との間に適切な値の特性インピーダンスお
よび線路長を有するようにパターン配線されている。ま
た、プリント基板11の表面には、多段増幅器の後述す
る別の回路素子を搭載している。
Referring to FIGS. 1 and 2 together, this multistage amplifier is mounted on a printed wiring board 11 having a ground conductor 12 on the back surface. On the surface of the printed wiring board 11, the connection lines 6a, 6b, 6c and 6d and the open stubs 3a, 3b, 3c, 3d, 3e and 3f,
Pattern wiring is performed between the ground conductor 12 and the ground conductor 12 so as to have an appropriate value of characteristic impedance and line length. Further, another circuit element of the multistage amplifier, which will be described later, is mounted on the surface of the printed board 11.

【0011】入力端子1が受けたマイクロ波帯信号等の
高周波数信号S1は、接続線路6aおよび信号結合用の
チップコンデンサ2aを介し、前段増幅器の増幅素子で
あるヘテロ接合形FET5のゲート端子に供給される。
ヘテロ接合形FET5は、高周波数信号S1を増幅し、
増幅信号S2をドレイン端子に生じる。増幅信号S2
は、接続線路6b,チップコンデンサ2bおよび接続線
路6cを介し、後段増幅器の増幅素子であるMES F
ET7のゲート端子に供給される。MES FET5
は、増幅信号S2を増幅し、出力信号S3をドレイン端
子に生じる。この出力信号S3が、チップコンデンサ2
cおよび接続線路6dを介して出力端子8に供給され、
この多段増幅器の出力信号となる。
The high frequency signal S1 such as a microwave band signal received by the input terminal 1 is passed through the connection line 6a and the chip capacitor 2a for signal coupling to the gate terminal of the heterojunction FET 5 which is an amplifying element of the preamplifier. Supplied.
The heterojunction FET 5 amplifies the high frequency signal S1,
An amplified signal S2 is produced at the drain terminal. Amplified signal S2
Is connected to the MES F which is the amplification element of the post-stage amplifier via the connection line 6b, the chip capacitor 2b and the connection line 6c.
It is supplied to the gate terminal of ET7. MES FET5
Amplifies the amplified signal S2 and produces an output signal S3 at the drain terminal. This output signal S3 is the chip capacitor 2
is supplied to the output terminal 8 via c and the connection line 6d,
It becomes the output signal of this multistage amplifier.

【0012】ヘテロ接合形FET5のゲート端子に接続
されたオープンスタブ3aが、前段増幅器の入力整合回
路を形成する。また、接続線路6b上の互いに異なる位
置に接続されたオープンスタブ3bおよび3cと接続線
路6c上の互いに異なる位置に接続されたオープンスタ
ブ3dおよび3eとが、接続線路6bおよび6cと併せ
てこの多段増幅器の段間整合回路を形成する。さらに、
MES FET7のドレイン端子に接続されたオープン
スタブ3fが、後段増幅器の出力整合回路を形成する。
The open stub 3a connected to the gate terminal of the heterojunction FET 5 forms the input matching circuit of the preamplifier. Further, the open stubs 3b and 3c connected to different positions on the connection line 6b and the open stubs 3d and 3e connected to different positions on the connection line 6c together with the connection lines 6b and 6c form a multi-stage structure. Form an interstage matching circuit for the amplifier. further,
The open stub 3f connected to the drain terminal of the MES FET 7 forms an output matching circuit of the post-stage amplifier.

【0013】なお、ヘテロ接合形FET5の二つのソー
ス端子がスルーホール13aおよび13bを介して接地
導体12にそれぞれ接続され、MES FET7の二つ
のソース端子がスルーホール13cおよび13dを介し
て接地導体12にそれぞれ接続されている。また、ヘテ
ロ接合形FET5およびMES FET7のゲート端子
の各各は、RFチョークコイル4aおよび4cをそれぞ
れ介してバイアス(電圧)端子9aおよび9cからゲー
トバイアス電圧をそれぞれ受けている。さらに、ヘテロ
接合形FET5およびMES FET7のドレイン端子
の各各は、RFチョークコイル4bおよび4dをそれぞ
れ介してバイアス端子9bおよび9dからドレインバイ
アス電圧をそれぞれ受けている。RFチョークコイル4
aは高周波数信号S1のバイアス端子9aへのリークを
防止し、RFチョークコイル4bおよび4cは増幅信号
S2のバイアス端子9bおよび9cへのリークをそれぞ
れ防止し、RFチョークコイル4dは出力信号S3のバ
イアス端子9dへのリークを防止する。
The two source terminals of the heterojunction FET 5 are connected to the ground conductor 12 via the through holes 13a and 13b, respectively, and the two source terminals of the MES FET 7 are connected to the ground conductor 12 via the through holes 13c and 13d. Respectively connected to. Further, each of the gate terminals of the heterojunction FET 5 and the MES FET 7 receives a gate bias voltage from bias (voltage) terminals 9a and 9c via RF choke coils 4a and 4c, respectively. Further, each of the drain terminals of the heterojunction FET 5 and the MES FET 7 receives the drain bias voltage from the bias terminals 9b and 9d via the RF choke coils 4b and 4d, respectively. RF choke coil 4
a prevents the high frequency signal S1 from leaking to the bias terminal 9a, the RF choke coils 4b and 4c prevent the amplified signal S2 from leaking to the bias terminals 9b and 9c, and the RF choke coil 4d prevents the output signal S3 from leaking. Leakage to the bias terminal 9d is prevented.

【0014】ここで、この多段増幅器における前段増幅
器の増幅素子であるヘテロ接合形FET5と後段増幅器
の増幅素子であるMES FET7とは、互いにほぼ等
しいゲート幅および飽和出力を有している。
Here, the heterojunction type FET 5 which is the amplification element of the pre-stage amplifier and the MES FET 7 which is the amplification element of the post-stage amplifier in this multi-stage amplifier have substantially the same gate width and saturation output.

【0015】以下、この多段増幅器の特徴の一つである
ヘテロ接合形FET5およびMESFET7のゲート幅
を互いにほぼ等しくする理由について説明する。
The reason why the gate widths of the heterojunction FET 5 and the MESFET 7 which are one of the characteristics of this multistage amplifier are made substantially equal to each other will be described below.

【0016】この多段増幅器においてヘテロ接合形FE
T5のゲート幅をMES FET7のゲート幅より広く
すると、後段増幅器より前段増幅器の飽和出力レベルが
大きくなり、非直線特性については前段増幅器の寄与す
る比率が小さくなるためこの多段増幅器の直線性の改善
が行われる。しかし、ヘテロ接合形FET5のゲート幅
を大きくすると、このFET5のドレイン電流を増加さ
せ、従って前段増幅器の電力消費を増加させるので好ま
しくない。また、ヘテロ接合形FET5のゲート幅の増
加は、このFET5を搭載する半導体チップ面積を増加
させることになり、半導体ウェハスの単位面積当りから
取り出せるFET5の数量を減少させるため、このヘテ
ロ接合形FET5の価格上昇を招く等の不都合を生じ
る。
In this multistage amplifier, a heterojunction FE is used.
When the gate width of T5 is made wider than the gate width of MES FET7, the saturation output level of the front stage amplifier becomes larger than that of the rear stage amplifier, and the ratio of contribution of the front stage amplifier to the non-linear characteristic becomes small, so that the linearity of this multi stage amplifier is improved. Is done. However, increasing the gate width of the heterojunction FET 5 increases the drain current of the FET 5, and therefore increases the power consumption of the preamplifier, which is not preferable. Further, an increase in the gate width of the heterojunction FET 5 increases the area of the semiconductor chip on which the FET 5 is mounted, and reduces the number of FETs 5 that can be taken out from a unit area of a semiconductor wafer. It causes inconvenience such as price increase.

【0017】一方、ヘテロ接合形FET5のゲート幅を
MES FET7のゲート幅より小さくすると、この多
段増幅器の非直線性については、前段増幅器の飽和出力
レベルが小さくなるため、非直線特性についての前段増
幅器の寄与する比率が増加し、直線性の劣化量が増加す
るのでやはり好ましくない。
On the other hand, if the gate width of the heterojunction FET 5 is made smaller than that of the MES FET 7, the non-linearity of this multi-stage amplifier is reduced because the saturation output level of the pre-stage amplifier is reduced. Is also unfavorable, since the ratio of contribution of C.sub.1 increases and the amount of deterioration of linearity increases.

【0018】従って、図1および図2の多段増幅器にお
いては、電力消費量,価格および非直線特性のバランス
上から、ヘテロ接合形FET5およびMES FET7
のゲート幅を互いにほぼ等しく設定するのが望ましいこ
とがわかる。
Therefore, in the multistage amplifiers of FIGS. 1 and 2, the heterojunction FET 5 and the MES FET 7 are considered in terms of balance of power consumption, price and nonlinear characteristics.
It can be seen that it is desirable to set the gate widths of the two to be almost equal to each other.

【0019】図3は、本実施例の多段増幅器の入出力特
性を従来技術と比較して示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the input / output characteristics of the multistage amplifier of this embodiment in comparison with the prior art.

【0020】Aはこの実施例の入出力特性を示し、Bは
後段増幅器についても増幅素子としてヘテロ接合形FE
T5と同一特性(同一ゲート幅)のヘテロ接合形FET
を使用した多段増幅器の入出力特性を示している。本実
施例によるAの方が幾分小さい利得ながら入出力特性の
直線性に優れているのが明らかである。なお、この多段
増幅器は、前段増幅器に用いるヘテロ接合形FET5の
高利得および低雑音特性の効果により、低雑音特性を基
本的に維持している。
A shows the input / output characteristics of this embodiment, and B shows a heterojunction FE as an amplifying element also in the latter stage amplifier.
Heterojunction FET with the same characteristics (same gate width) as T5
The input-output characteristic of the multistage amplifier using is shown. It is apparent that the A according to the present embodiment is superior in the linearity of the input / output characteristic although the gain is somewhat smaller. This multistage amplifier basically maintains the low noise characteristic due to the effect of the high gain and low noise characteristic of the heterojunction FET 5 used for the preamplifier.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、前段増幅
器の増幅素子としてヘテロ接合形FETを用い、後段増
幅器の増幅素子としてMES FETを用いるので、前
・後段ともヘテロ接合形FETを増幅素子とする多段増
幅器に比べて入出力特性の直線性に優れており、また前
・後段ともMES FETを増幅素子とする多段増幅器
に比べて高い利得を得ることができるという効果を有
し、特に低雑音特性を保持する電力増幅器として有用で
ある。
As described above, according to the present invention, since the heterojunction FET is used as the amplification element of the front stage amplifier and the MES FET is used as the amplification element of the rear stage amplifier, the heterojunction FET is used as the amplification element in both the front and rear stages. It has an excellent linearity of input / output characteristics as compared with a multi-stage amplifier, and has an effect that a higher gain can be obtained in both front and rear stages as compared with a multi-stage amplifier using an MES FET as an amplification element. It is useful as a power amplifier that maintains noise characteristics.

【0022】上述の効果は、上記ヘテロ接合形FETの
ゲート幅とMES FETのゲート幅とを互いにほぼ等
しくすることにより、さらに著しくなる。
The above-mentioned effect becomes more remarkable by making the gate width of the heterojunction FET and the gate width of the MES FET substantially equal to each other.

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

【図1】本発明の一実施例の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】同実施例の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the same embodiment.

【図3】同実施例の多段増幅器の入出力特性を従来技術
と比較して示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing input / output characteristics of the multistage amplifier of the same embodiment in comparison with a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力端子 2a〜2c チップコンデンサ 3a〜3f オープンスタブ 4a〜4d RFチョークコイル 5 ヘテロ接合形FET 6a〜6d 接続線路 7 MES FET 8 出力端子 9a〜9d バイアス(電圧)端子 1 Input terminal 2a-2c Chip capacitor 3a-3f Open stub 4a-4d RF choke coil 5 Heterojunction type FET 6a-6d Connection line 7 MES FET 8 Output terminal 9a-9d Bias (voltage) terminal

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ヘテロ接合形FETを増幅素子とし高周
波数信号を増幅する前段増幅器と、MES FETを増
幅素子とし前記前段増幅器から増幅された前記高周波数
信号を受ける後段増幅器とを含むことを特徴とする多段
増幅器。
1. A front-stage amplifier that uses a heterojunction FET as an amplification element to amplify a high-frequency signal, and a rear-stage amplifier that uses a MES FET as an amplification element to receive the high-frequency signal amplified from the front-stage amplifier. And multi-stage amplifier.
【請求項2】 前記ヘテロ接合形FETのゲート幅と前
記MES FETのゲート幅とがほぼ同一であることを
特徴とする請求項1記載の多段増幅器。
2. The multistage amplifier according to claim 1, wherein the gate width of the heterojunction FET and the gate width of the MES FET are substantially the same.
【請求項3】 ヘテロ接合形FETを増幅素子とし高周
波数信号を増幅する前段増幅器と、前記ヘテロ接合形F
ETのゲート幅とほぼ同一のゲート幅を有するMES
FETを増幅素子とし前記前段増幅器から増幅された前
記高周波数信号を受ける後段増幅器とを含むことを特徴
とする多段増幅器。
3. A front-stage amplifier for amplifying a high frequency signal by using a heterojunction FET as an amplification element, and the heterojunction F
MES having almost the same gate width as the ET gate width
A multi-stage amplifier comprising: a post-stage amplifier which uses an FET as an amplification element and receives the high frequency signal amplified from the pre-stage amplifier.
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