JPH08222975A - ツリー状分散トポロジーを有する大規模集積モノリシック・マイクロ波増幅器 - Google Patents
ツリー状分散トポロジーを有する大規模集積モノリシック・マイクロ波増幅器Info
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- JPH08222975A JPH08222975A JP7306209A JP30620995A JPH08222975A JP H08222975 A JPH08222975 A JP H08222975A JP 7306209 A JP7306209 A JP 7306209A JP 30620995 A JP30620995 A JP 30620995A JP H08222975 A JPH08222975 A JP H08222975A
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- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 11
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 3
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
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-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/60—Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
- H03F3/602—Combinations of several amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/73—Bipolar junction transistors
- H01L29/737—Hetero-junction transistors
- H01L29/7371—Vertical transistors
-
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03F3/60—Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
- H03F3/605—Distributed amplifiers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高度に集積化されたモノリシック・マイクロ
波増幅器の最新トポロジーを提供する。 【解決手段】 これは、2段またはツリー状構造に分割
された、よりコンパクトなトポロジーであり、ここで入
力信号の分割は第1に各トランジスタTij上で、第2
にトランジスタTijの基本トランジスタtijkの各
々の上で行われる。具体的には、入力線LEは様々な基
本線liに分割され、各線liはその線liのいずれの
側にも分配された線lijに電力供給し、こうして線l
ijはパワートランジスタTijに電力供給する。これ
はマイクロ波増幅器に適用される。
波増幅器の最新トポロジーを提供する。 【解決手段】 これは、2段またはツリー状構造に分割
された、よりコンパクトなトポロジーであり、ここで入
力信号の分割は第1に各トランジスタTij上で、第2
にトランジスタTijの基本トランジスタtijkの各
々の上で行われる。具体的には、入力線LEは様々な基
本線liに分割され、各線liはその線liのいずれの
側にも分配された線lijに電力供給し、こうして線l
ijはパワートランジスタTijに電力供給する。これ
はマイクロ波増幅器に適用される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上の、
特にGaAs上の、モノリシック・マイクロ波集積チッ
プ(MMIC)増幅器としても知られている高出力モノ
リシック集積増幅器の分野に関する。
特にGaAs上の、モノリシック・マイクロ波集積チッ
プ(MMIC)増幅器としても知られている高出力モノ
リシック集積増幅器の分野に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、このような増幅器は、限られた
表面積に集積化することが求められる、並列接続された
数組の基本トランジスタの組合せの結果得られる。現在
採用されているトポロジーの一つを図1に示す。この図
は、基本トランジスタの基本ベースとの接続部を含む、
基線lBiのいずれかの側に並列接続された基本トラン
ジスタtijを有する別々のパワートランジスタTiの
概略図を示す。これらの異なる基線lBiは互いに接続
され、かつ主入力線LEに接続されている。基本トラン
ジスタのエミッタは、エミッタを基板の裏に位置する接
地面に接続するように、半導体基板を貫通するヴァイア
ホールを有する共通ゾーンに接続されている。基本コレ
クタはコレクタ・ブリッジpiによって互いに接続さ
れ、コレクタ・ブリッジpiは出力線LSと互いに接続
されている。
表面積に集積化することが求められる、並列接続された
数組の基本トランジスタの組合せの結果得られる。現在
採用されているトポロジーの一つを図1に示す。この図
は、基本トランジスタの基本ベースとの接続部を含む、
基線lBiのいずれかの側に並列接続された基本トラン
ジスタtijを有する別々のパワートランジスタTiの
概略図を示す。これらの異なる基線lBiは互いに接続
され、かつ主入力線LEに接続されている。基本トラン
ジスタのエミッタは、エミッタを基板の裏に位置する接
地面に接続するように、半導体基板を貫通するヴァイア
ホールを有する共通ゾーンに接続されている。基本コレ
クタはコレクタ・ブリッジpiによって互いに接続さ
れ、コレクタ・ブリッジpiは出力線LSと互いに接続
されている。
【0003】累積効果を得、かつ出力部において非常に
高い電力値を達成するためには、入力信号をできるだけ
対称的に分割して、次いでまた非常に対称的な形でこれ
を再組合せすることが必須である。実際に、このような
条件が満たされない場合には、移相(phase−sh
ifting)の問題が、各トランジスタTiにおける
基本増幅器の加算に不利に影響する。
高い電力値を達成するためには、入力信号をできるだけ
対称的に分割して、次いでまた非常に対称的な形でこれ
を再組合せすることが必須である。実際に、このような
条件が満たされない場合には、移相(phase−sh
ifting)の問題が、各トランジスタTiにおける
基本増幅器の加算に不利に影響する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図1に
概略的に示すように、この形式のトポロジーには2種類
の欠点がある。すなわち、 − 第1に、サイズDは並列接続されたパワートランジ
スタの数に比例するので、多数の基本トランジスタを所
定の表面積に集積するのが困難である。
概略的に示すように、この形式のトポロジーには2種類
の欠点がある。すなわち、 − 第1に、サイズDは並列接続されたパワートランジ
スタの数に比例するので、多数の基本トランジスタを所
定の表面積に集積するのが困難である。
【0005】− 第2に、入力部とトランジスタとの
間、並びにこれらのトランジスタと出力部との間に置か
れたインピーダンス整合回路における損失が増加する。
これらの損失は、入力線LE及び出力線LSから離れた
所に位置するトランジスタほど大きくなる。
間、並びにこれらのトランジスタと出力部との間に置か
れたインピーダンス整合回路における損失が増加する。
これらの損失は、入力線LE及び出力線LSから離れた
所に位置するトランジスタほど大きくなる。
【0006】図2a、図2bは、それぞれ5W(図2
a)及び10W(図2b)の出力電力値について、出力
ネットワークにおける損失を考慮して、1組のトランジ
スタが提供すべき必要電力値を示す。ここで、2dBの
損失は整合ネットワークにおける電力の30%の損失を
引き起こし、これによって基板の関連部分における熱放
散という深刻な問題が生ずる。
a)及び10W(図2b)の出力電力値について、出力
ネットワークにおける損失を考慮して、1組のトランジ
スタが提供すべき必要電力値を示す。ここで、2dBの
損失は整合ネットワークにおける電力の30%の損失を
引き起こし、これによって基板の関連部分における熱放
散という深刻な問題が生ずる。
【0007】一般に、GaAsに関するモノリシック技
術では、損失は0.5〜1.5dBの範囲にあり、従っ
てこれは線LSに記録される電力の相当な低下を引き起
こす。
術では、損失は0.5〜1.5dBの範囲にあり、従っ
てこれは線LSに記録される電力の相当な低下を引き起
こす。
【0008】図1に示す電力増幅器のサイズDを減ら
し、電力増幅器のオンライン損失を制限するために、本
発明は、多数のパワートランジスタを限られた量のスペ
ースに集積できる、また線が長くならないようにするこ
とができる、固有のトポロジーを有するよりコンパクト
な構成部品を提案する。
し、電力増幅器のオンライン損失を制限するために、本
発明は、多数のパワートランジスタを限られた量のスペ
ースに集積できる、また線が長くならないようにするこ
とができる、固有のトポロジーを有するよりコンパクト
な構成部品を提案する。
【0009】
【課題を解決するための手段】提案されるトポロジーで
は、パワートランジスタTiの限界寸法Diが、図1に
示す従来技術の構成に対して90度だけ回転している。
従って、この寸法Diはマイクロ波構成部品の入出力軸
に平行となる。
は、パワートランジスタTiの限界寸法Diが、図1に
示す従来技術の構成に対して90度だけ回転している。
従って、この寸法Diはマイクロ波構成部品の入出力軸
に平行となる。
【0010】この回転を実現するために、本発明におい
て使用されるトポロジーを、2段またはツリー状に分割
された構造と比較することもできる。というのは、入力
信号の分割が、 − 各パワートランジスタTijについて、 − トランジスタTijの基本トランジスタtijkの
各々について行われるからである。
て使用されるトポロジーを、2段またはツリー状に分割
された構造と比較することもできる。というのは、入力
信号の分割が、 − 各パワートランジスタTijについて、 − トランジスタTijの基本トランジスタtijkの
各々について行われるからである。
【0011】さらに詳細には、本発明は、入力線LEに
よって電力供給され、n個のパワートランジスタTij
を含み、各トランジスタTijが、基本入力線lijの
各側に並列接続されたmij個の基本トランジスタti
jを含み、線LEが平行な線liに分割され、そのどち
らの側にもトランジスタTijに電力供給する線lij
が分配されている、電力半導体構成部品を対象とする。
よって電力供給され、n個のパワートランジスタTij
を含み、各トランジスタTijが、基本入力線lijの
各側に並列接続されたmij個の基本トランジスタti
jを含み、線LEが平行な線liに分割され、そのどち
らの側にもトランジスタTijに電力供給する線lij
が分配されている、電力半導体構成部品を対象とする。
【0012】ユニット全体の集密性をさらに増すため
に、各パワートランジスタTijはその最も近い1個又
は複数の隣接するパワートランジスタと一つのエミッタ
Eijを共用することもでき、このエミッタEijは、
同一のトランジスタTijのトランジスタtijkの複
数のエミッタeijk間を連結する。
に、各パワートランジスタTijはその最も近い1個又
は複数の隣接するパワートランジスタと一つのエミッタ
Eijを共用することもでき、このエミッタEijは、
同一のトランジスタTijのトランジスタtijkの複
数のエミッタeijk間を連結する。
【0013】本発明によるトポロジーでは、伝ぱん線と
パワートランジスタの入力部又は出力部との間にインピ
ーダンス整合回路を設けると有利であり、これらのイン
ピーダンス整合回路は、別々の基本線lijにおける線
liからの基本電流の分配中に生成される移相を補償で
きるようにする。
パワートランジスタの入力部又は出力部との間にインピ
ーダンス整合回路を設けると有利であり、これらのイン
ピーダンス整合回路は、別々の基本線lijにおける線
liからの基本電流の分配中に生成される移相を補償で
きるようにする。
【0014】各トランジスタTij間のこれらのインピ
ーダンス整合回路は、エミッタと線liとの間に結合さ
れた自由空間中に導入することが好ましい。これは、本
発明によって提案されるツリー状トポロジーの集密性を
低下させるものではない。
ーダンス整合回路は、エミッタと線liとの間に結合さ
れた自由空間中に導入することが好ましい。これは、本
発明によって提案されるツリー状トポロジーの集密性を
低下させるものではない。
【0015】下記の非限定的な実施例の説明と添付の図
面から、本発明はより明確に理解され、かつその他の利
点も明らかになろう。
面から、本発明はより明確に理解され、かつその他の利
点も明らかになろう。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明は、特に(MMIC)増幅
器に適用することのできる電力半導体構成部品の最新ト
ポロジーを提案するものである。この増幅器は、GaA
s型であることが有利である基板上に集積することによ
って作成される。
器に適用することのできる電力半導体構成部品の最新ト
ポロジーを提案するものである。この増幅器は、GaA
s型であることが有利である基板上に集積することによ
って作成される。
【0017】すなわち、所与の基板上に、電力利得を合
計しようとする対象である、1組の基本トランジスタt
ijkを含む電力セルを画定することが可能になる。こ
の目的のために図3に概略的に示すトポロジーが採用さ
れるが、この図では、限られた個数のトランジスタti
jkのみが示されている。これらの基本トランジスタ
は、電力の応用例にはひときわすぐれた働きをするバイ
ポーラ・ヘテロ接合トランジスタとすることもできる。
計しようとする対象である、1組の基本トランジスタt
ijkを含む電力セルを画定することが可能になる。こ
の目的のために図3に概略的に示すトポロジーが採用さ
れるが、この図では、限られた個数のトランジスタti
jkのみが示されている。これらの基本トランジスタ
は、電力の応用例にはひときわすぐれた働きをするバイ
ポーラ・ヘテロ接合トランジスタとすることもできる。
【0018】様々なトランジスタtijkが、複数のパ
ワートランジスタTijの間に、線liのいずれの側に
も分配された前記パワートランジスタTijに電力供給
する基本線lijの周りに分配されている。基本線は2
本づつ互いに接続される。なお図3に、例として共通線
l1−2における線l1及びl2の接続を図示する。こ
のような入力信号の分割は、様々なパワートランジスタ
の整相(phasing)を促進する。
ワートランジスタTijの間に、線liのいずれの側に
も分配された前記パワートランジスタTijに電力供給
する基本線lijの周りに分配されている。基本線は2
本づつ互いに接続される。なお図3に、例として共通線
l1−2における線l1及びl2の接続を図示する。こ
のような入力信号の分割は、様々なパワートランジスタ
の整相(phasing)を促進する。
【0019】この形式のトポロジーにより、N次の水平
集積セル(1本の線に沿ったN個のトランジスタTi
j)及びM次の垂直集積セル(トランジスタTijは線
liに沿ってどちらかの側に分配されているので、垂直
軸Yに沿った2M個のトランジスタTij)を作成する
ことも可能になる。
集積セル(1本の線に沿ったN個のトランジスタTi
j)及びM次の垂直集積セル(トランジスタTijは線
liに沿ってどちらかの側に分配されているので、垂直
軸Yに沿った2M個のトランジスタTij)を作成する
ことも可能になる。
【0020】しかし、水平対称が存在している場合で
も、垂直対称は存在しない。線lijと隣接線lij+
2中を流れる基本電流は位相が同じではない。
も、垂直対称は存在しない。線lijと隣接線lij+
2中を流れる基本電流は位相が同じではない。
【0021】これらの移相を補償するために、整合回路
(LC)Zijが様々な線li中に導入されている。こ
れらの回路Zijは、整合線の長さと幅、並びに設計容
量のコンデンサによって形成されている。詳しくは、こ
れらのコンデンサは二つの金属電極間の誘電層によって
形成されている。上部電極は基本線に接続され、下部電
極は、接地接続を形成するヴァイアホールを有するエミ
ッタ・ゾーンに接続されている。
(LC)Zijが様々な線li中に導入されている。こ
れらの回路Zijは、整合線の長さと幅、並びに設計容
量のコンデンサによって形成されている。詳しくは、こ
れらのコンデンサは二つの金属電極間の誘電層によって
形成されている。上部電極は基本線に接続され、下部電
極は、接地接続を形成するヴァイアホールを有するエミ
ッタ・ゾーンに接続されている。
【0022】各トランジスタTiには、望むならば様々
な電力特性を有するトランジスタの並列接続部、すなわ
ち可変個数の基本トランジスタをセットアップすること
が可能である。
な電力特性を有するトランジスタの並列接続部、すなわ
ち可変個数の基本トランジスタをセットアップすること
が可能である。
【0023】このような構成、すなわち垂直軸に沿った
1組のパワートランジスタの並列接続、及び基本線li
に沿ったパワートランジスタの分配は、トランジスタが
分散増幅器構成によって得られる帯域幅で並列接続され
ている、増幅器の電力性能特性の組合せを可能にする。
1組のパワートランジスタの並列接続、及び基本線li
に沿ったパワートランジスタの分配は、トランジスタが
分散増幅器構成によって得られる帯域幅で並列接続され
ている、増幅器の電力性能特性の組合せを可能にする。
【0024】上記の3つの構成において得ることのでき
る性能特性を次の表Iに示す。
る性能特性を次の表Iに示す。
【0025】
【表1】
【0026】1オクターブは、周波数範囲(fo−2f
o)に相当する。
o)に相当する。
【0027】本発明によるトポロジーの集密性を並列接
続トランジスタの従来型構成と比較するために、表II
に、それぞれ2.5W、5W、10Wの電力値を得るた
めに必要なそれぞれ図1に示した軸X及びYに沿った寸
法Dx及びDyを示す。
続トランジスタの従来型構成と比較するために、表II
に、それぞれ2.5W、5W、10Wの電力値を得るた
めに必要なそれぞれ図1に示した軸X及びYに沿った寸
法Dx及びDyを示す。
【0028】
【表2】
【図1】従来の技術による電力増幅器構成の概略図であ
る。
る。
【図2a】5Wを得るために1組のパワートランジスタ
が与えるべき電力値を出力整合回路上の損失の関数とし
て示す図である。
が与えるべき電力値を出力整合回路上の損失の関数とし
て示す図である。
【図2b】10Wを得るために1組のパワートランジス
タが与えるべき電力値を出力整合回路上の損失の関数と
して示す図である。
タが与えるべき電力値を出力整合回路上の損失の関数と
して示す図である。
【図3】本発明によるパワー半導体構成部品のトポロジ
ーの概略図である。
ーの概略図である。
Eij エミッタ lBi 基線 lij 平行線、基本入力線 LE 主入力線、基本線 LS 出力線 pi コレクタ・ブリッジ Tij パワートランジスタ tij 基本トランジスタ Zij 整合回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パスカル・ルー フランス国、91430・ボウアラン、プラ ス・ドユ・ジエネラル・ルクレール、1 (72)発明者 ジユアン・オブルゴン フランス国、87480・サン・プリエスト・ トーリオン、ルート・デ・マルテイネス、 ル・ボワ・ペンテユ(番地なし)
Claims (5)
- 【請求項1】 入力線LEによって電力供給され、n個
のパワートランジスタTijを含み、各トランジスタT
ijが基本入力線lijの各側に並列接続されたmij
個の基本トランジスタtijを含み、線LEが複数の平
行な線liに分割され、そのどちらの側にもトランジス
タTijに電力供給する線lijが分配されている、電
力半導体構成部品。 - 【請求項2】 基本トランジスタtijkの出力部がコ
レクタ・ブリッジPijによって互いに接続され、これ
らのブリッジが線liのどちらの側にも分配され、線l
iの同じ側の各ブリッジが出力線Lpiによって接続さ
れ、様々な線Lpiが1本の共通出力線LSに接続され
ていることを特徴とする、請求項1に記載の電力半導体
構成部品。 - 【請求項3】 パワートランジスタTijが、その最も
近い1個または複数の隣接トランジスタと共通のエミッ
タEijを有し、前記エミッタEijが、トランジスタ
tjkのエミッタeijkを同一のトランジスタTij
に接続できるようにすることを特徴とする、請求項1ま
たは2に記載の電力半導体構成部品。 - 【請求項4】 線liとエミッタEijとの間に接続さ
れたコンデンサによって形成されるインピーダンス整合
回路を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の
電力半導体構成部品。 - 【請求項5】 トランジスタがGaAs基板上に製作さ
れることを特徴とする、電力半導体構成部品。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9414148A FR2727570B1 (fr) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | Amplificateur hyperfrequence monolithique haute integration, a topologie distribuee arborescente |
FR9414148 | 1994-11-25 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08222975A true JPH08222975A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=9469156
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7306209A Pending JPH08222975A (ja) | 1994-11-25 | 1995-11-24 | ツリー状分散トポロジーを有する大規模集積モノリシック・マイクロ波増幅器 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5689212A (ja) |
EP (1) | EP0714138A1 (ja) |
JP (1) | JPH08222975A (ja) |
FR (1) | FR2727570B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009094921A (ja) * | 2007-10-11 | 2009-04-30 | Mitsubishi Electric Corp | 高周波電力増幅器 |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2764118B1 (fr) | 1997-05-30 | 2000-08-04 | Thomson Csf | Transistor bipolaire stabilise avec elements isolants electriques |
FR2793953B1 (fr) | 1999-05-21 | 2002-08-09 | Thomson Csf | Capacite thermique pour composant electronique fonctionnant en impulsions longues |
US6300835B1 (en) | 1999-12-10 | 2001-10-09 | Motorola, Inc. | Power amplifier core |
FR2803102B1 (fr) | 1999-12-23 | 2002-03-22 | Thomson Csf | Transistor bipolaire a heterojonction a collecteur en haut et procede de realisation |
US6448858B1 (en) * | 2000-09-15 | 2002-09-10 | International Business Machines Corporation | Mask layout for sidefed RF power amplifier |
EP1274165A1 (en) * | 2001-07-06 | 2003-01-08 | Marconi Communications GmbH | Multicell amplifier and power divider/combiner |
WO2006036091A1 (en) * | 2004-09-30 | 2006-04-06 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | An amplifier coupling on a reduced area |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2419609A1 (fr) * | 1978-03-07 | 1979-10-05 | Thomson Csf | Oscillateur du type " tri-porte ", accordable electroniquement sur une tres large bande de frequences |
FR2600215B1 (fr) * | 1986-06-13 | 1988-08-19 | Thomson Csf | Oscillateur doubleur de frequence, fonctionnant en hyperfrequences |
FR2667724B1 (fr) * | 1990-10-09 | 1992-11-27 | Thomson Csf | Procede de realisation des metallisations d'electrodes d'un transistor. |
US5252841A (en) * | 1991-05-09 | 1993-10-12 | Hughes Aircraft Company | Heterojunction bipolar transistor structure having low base-collector capacitance, and method of fabricating the same |
FR2697945B1 (fr) * | 1992-11-06 | 1995-01-06 | Thomson Csf | Procédé de gravure d'une hétérostructure de matériaux du groupe III-V. |
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-
1994
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1995
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009094921A (ja) * | 2007-10-11 | 2009-04-30 | Mitsubishi Electric Corp | 高周波電力増幅器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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US5689212A (en) | 1997-11-18 |
EP0714138A1 (fr) | 1996-05-29 |
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