JPH09162657A - マイクロ波電力増幅回路 - Google Patents

マイクロ波電力増幅回路

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JPH09162657A
JPH09162657A JP32294995A JP32294995A JPH09162657A JP H09162657 A JPH09162657 A JP H09162657A JP 32294995 A JP32294995 A JP 32294995A JP 32294995 A JP32294995 A JP 32294995A JP H09162657 A JPH09162657 A JP H09162657A
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JP
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gate
signal
microwave power
power amplifier
transmission line
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JP32294995A
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Shigeru Watanabe
茂 渡辺
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 歪が少なく、また動作が安定なマイクロ波電
力増幅回路を提供すること。 【解決手段】 信号が入力されるゲートGおよび信号が
出力されるドレインD、そして接地されるソースSの各
電極を有する電界効果トランジスタ15を用いたマイク
ロ波電力増幅回路において、電界効果トランジスタ15
のゲートGに、入力信号の波長の約1/8の長さを有
し、その一端が開放された伝送線路21を接続してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波通信装
置などに用いられるマイクロ波電力増幅回路に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波帯の電力増幅回路に使用され
るマイクロ波電力増幅回路では、その増幅素子として電
界効果トランジスタ(以下FETと略称する)が多く用
いられている。
【0003】ここで、従来のマイクロ波電力増幅回路に
ついて、FETを使用した場合を例に取って図4を参照
して説明する。41は高周波信号源で、42は、高周波
信号源41の内部インピーダンスを示している。高周波
信号源41は、図に示すように直流を阻止するコンデン
サ43を通して入力整合回路44に接続され、入力整合
回路44はFET45のゲートGに接続されている。
【0004】FET45は、ゲートGやドレインD、ソ
ースSの各電極を有し、ソースSは接地されている。ま
た、ドレインDは出力整合回路46に接続され、出力整
合回路46は直流を阻止するコンデンサ47に接続され
ている。そして、コンデンサ47は負荷48に接続され
ている。
【0005】また、FET45のゲートGに対し直流バ
イアスを印加するゲートバイアス回路49が入力整合回
路44に接続され、また、FET45のドレインDに対
しドレインバイアスを印加するドレインバイアス回路5
0が出力整合回路46に接続されている。なお、ゲート
バイアス回路49にはゲートバイアス電圧Vgが、ま
た、ドレインバイアス回路50にはドレインバイアス電
圧Vdが供給されている。 上記した構成の場合、FE
T45のゲートGのインピーダンスと高周波信号源41
の内部インピーダンス42は入力整合回路44で整合が
取られ、また、ドレインDのインピーダンスと負荷48
のインピーダンスは出力整合回路46で整合が取られ、
効率よく電力を増幅できるようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した構成のマイク
ロ波電力増幅回路では、高周波信号の入力電力が大きく
なるとこれに従い出力電力も増大する。このとき、最大
に流れるドレイン電流に制限があるため、入力電力と出
力電力の関係は図5に示すような特性となる。
【0007】図5の横軸は入力電力を、また縦軸は出力
電力を示している。曲線Aは、小信号時の動作電流を飽
和ドレイン電流の約1/2とした場合で、一般にA級動
作と呼ばれている。また、曲線Bは、曲線Aに対してゲ
ートバイアス電圧を深くバイアスし、動作電流を小さく
した場合である。
【0008】ゲートバイアスを深くし動作電流を小さし
た場合(曲線B)は、A級動作の場合(曲線A)に比べ
て線形動作するドレイン電流の許容振幅が小さくなって
いる。したがって、小さな入力レベルから非線形性が現
れることになる。このとき、入力電力をさらに大きくし
ていくと、出力レベルが急激に増大する非線形特性が現
れる。
【0009】このような現象を調和平衡法で解析したと
ころ、高周波信号によってピンチオフ電圧より深い電圧
がゲートに印加されると、ゲート側に発生した高調波成
分の影響でゲート電圧が負側に急激に深く振り込まれる
ことが分かった。この結果、ゲートとドレイン間の電圧
がブレイクダウン電圧以上となり、ドレインからゲート
に電流が流れ、そして、ゲートバイアス回路の抵抗によ
ってゲートバイアスが変動することになる。
【0010】このようなゲートバイアスの変動は、歪の
増大や不安定動作の原因となる。したがって、信号の線
形性が強く要求される通信機器用の電力増幅装置に使用
する場合などに問題があった。
【0011】本発明は、上記欠点を解除するもので、歪
が少なく、また動作が安定なマイクロ波電力増幅回路を
提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、信号が入力さ
れるゲートおよび信号が出力されるドレイン、そして接
地されるソースの各電極を有する電界効果トランジスタ
を用いたマイクロ波電力増幅回路において、前記電界効
果トランジスタの前記ゲートに、入力信号の波長の約1
/8の長さを有し、その一端が開放された伝送線路を接
続している。
【0013】また、信号が入力されるゲートおよび信号
が出力されるドレイン、そして接地されるソースの各電
極を有する電界効果トランジスタを用いたマイクロ波電
力増幅回路において、前記電界効果トランジスタの前記
ゲートに、入力信号の波長の約1/4の長さを有し、そ
の一端がキャパシタ等で高周波的に接地された伝送線路
を接続している。
【0014】また、信号が入力されるゲートおよび信号
が出力されるドレイン、そして接地されるソースの各電
極を有する電界効果トランジスタを用いたマイクロ波電
力増幅回路において、前記電界効果トランジスタの前記
ゲートに、インダクタとキャパシタが直列に接続され、
共振周波数が入力信号の約2倍の直列共振回路の一端を
接続し、かつ、他端を接地している。
【0015】また、信号が入力されるゲートおよび信号
が出力されるドレイン、そして接地されるソースの各電
極を有する電界効果トランジスタを用いたマイクロ波電
力増幅回路において、前記電界効果トランジスタの前記
ゲートに、一端が開放の第1伝送線路および第2伝送線
路を接続し、前記第1伝送線路または前記第2伝送線路
の一方の長さを入力信号の下限周波数の波長の約1/8
の長さとし、他方の長さを入力信号の上限周波数の波長
の約1/8の長さとしている。
【0016】また、信号が入力されるゲートおよび信号
が出力されるドレイン、そして接地されるソースの各電
極を有する電界効果トランジスタを用いたマイクロ波電
力増幅回路において、前記電界効果トランジスタの前記
ゲートに、一端がキャパシタ等で高周波的に接地された
第1伝送線路および第2伝送線路を接続し、前記第1伝
送線路または前記第2伝送線路の一方の長さを入力信号
の下限周波数の波長の約1/4とし、他方の長さを入力
信号の上限周波数の波長の約1/4としている。 ま
た、信号が入力されるゲートおよび信号が出力されるド
レイン、そして接地されるソースの各電極を有する電界
効果トランジスタを用いたマイクロ波電力増幅回路にお
いて、前記電界効果トランジスタの前記ゲートに、キャ
パシタとインダクタを直列に接続した第1直列共振回路
および第2直列共振回路のそれぞれの一端を接続し、そ
して、それぞれの他端を接地し、かつ、前記第1直列共
振回路または前記第2直列共振回路の一方の共振周波数
を入力信号の下限周波数の約2倍とし、他方の共振周波
数を入力信号の上限周波数の約2倍としている。
【0017】上記した構成によれば、電界効果トランジ
スタの信号が入力されるゲートに、入力信号の波長の約
1/8の長さを有してその一端が開放された伝送線路
や、入力信号の波長の約1/4の長さを有してその一端
がキャパシタで高周波的に接地された伝送線路、そし
て、インダクタとキャパシタが直列に接続され、共振周
波数が入力信号の約2倍で他端が接地された直列共振回
路など、高調波電圧を処理する回路が接続されている。
【0018】このような高調波電圧を処理する回路をゲ
ートに接続することにより、ゲートとドレイン間の電圧
増大を抑止できる。この結果、動作電流を小さくした場
合でも、入力電力を大きくした場合に見られるような出
力レベルの急激な増大のないマイクロ波電力増幅回路を
実現できる。また、高調波電圧を処理する回路によっ
て、ゲートに発生する高調波電圧が抑圧される。このた
め、高周波信号によりピンチオフ電圧以下に印加された
場合でも、ゲートの電圧が負側に深く振り込まれず、ゲ
ートとドレイン間の電圧をブレイクダウン電圧以下に抑
圧できる。
【0019】この結果、歪が少なく、また動作が安定な
マイクロ波電力増幅回路が実現される。
【0020】また、一端が開放された第1および第2伝
送線路や、一端がキャパシタで高周波的に接地された第
1および第2伝送線路、インダクタとキャパシタが直列
に接続された他端が接地された第1および第2直列共振
回路など、高調波電圧を処理する複数の回路を、電界効
果トランジスタに信号入力されるゲートに接続してい
る。そして、一端が開放された第1および第2伝送線路
では、第1伝送線路または第2伝送線路の一方の長さを
入力信号の下限周波数の波長の約1/8の長さとし、他
方の長さを入力信号の上限周波数の波長の約1/8の長
さとしている。また、一端がキャパシタで高周波的に接
地された第1および第2伝送線路では、第1伝送線路ま
たは第2伝送線路の一方の長さを入力信号の下限周波数
の波長の約1/4とし、他方の長さを入力信号の上限周
波数の波長の約1/4としている。また、第1および第
2直列共振回路では、第1直列共振回路または第2直列
共振回路の一方の共振周波数を入力信号の下限周波数の
約2倍とし、他方の共振周波数を入力信号の上限周波数
の約2倍としている。
【0021】このような構成の場合は、広帯域に亘って
第2高調波を抑圧できる。この結果、広帯域に亘って歪
が少なく、また動作が安定なマイクロ波電力増幅回路を
実現できる。
【0022】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図1
を参照して説明する。
【0023】11は高周波信号源で、12は、高周波信
号源11の内部インピーダンスを示している。高周波信
号源11は、図に示すように直流を阻止するコンデンサ
13を通して入力整合回路14に接続され、入力整合回
路14はFET15のゲートGに接続されている。FE
T15は、ゲートGやドレインD、ソースSの各電極を
有し、ソースSは接地されている。また、ドレインD
は、出力整合回路16に接続され、出力整合回路16は
直流を阻止するコンデンサ17に接続されている。な
お、コンデンサ17は負荷18に接続されている。
【0024】また、FET15のゲートGに対し直流バ
イアスを印加するゲートバイアス回路19が入力整合回
路14に接続され、また、FET15のドレインDに対
し直流バイアスを印加するドレインバイアス回路20が
出力整合回路16に接続されている。なお、ゲートバイ
アス回路19にはゲートバイアス電圧Vgが、また、ド
レインバイアス回路20にはドレインバイアス電圧Vd
が供給されている。
【0025】そして、FET15のゲートGに入力信号
の波長の約1/8の長さを有し、一端が開放の伝送線路
21が接続されている。
【0026】上記した構成の場合、ゲートGのインピー
ダンスと高周波信号源11の内部インピーダンス12は
入力整合回路14で整合が取られ、また、ドレインDの
インピーダンスと負荷18のインピーダンスは出力整合
回路16で整合が取られ、効率よく電力を増幅できるよ
うにしている。
【0027】また、ゲートGに接続された一端が開放の
伝送線路21は、入力信号の波長の約1/8の長さであ
るため、第2高調波の波長に対しては約1/4の長さと
なっている。したがって、伝送線路21が接続されてい
るゲートGは、第2高調波に対して高周波的に短絡とな
る。このため、ゲートGにおける第2高調波電圧の発生
が抑えられる。
【0028】例えば、調和平衡法により計算した結果に
よると、出力が3dB圧縮されるレベルまで、入力電力
を入力させた場合でも、ブレイクダウンによるドレイン
D・ゲートG間の電流が抑えられている。そして、入力
電力対出力電力の関係は図3のような特性になってい
る。図3の横軸は入力電力を、また縦軸は出力電力を示
し、曲線CはA級動作の場合で、曲線Dはゲートバイア
ス電圧を深くバイアスし、動作電流を小さくした場合で
ある。
【0029】図5の曲線B(従来技術)と図3の曲線D
(本発明)を比べると、曲線Dの方が非線形性が改善さ
れている。また、ブレイクダウンによる電流も流れない
ことから、信頼性も改善される。
【0030】なお、一端を開放した伝送線路は、入力信
号の周波数では容量性の素子としてみることができる。
したがって、入力整合回路の回路定数を調整することに
よって、従来例と同様なインピーダンス整合(VSW
R)や利得を入力信号に対して得ることができる。
【0031】次に、本発明の他の実施態様について図2
を参照して説明する。なお、図2では図1に対応する部
分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0032】図2では、FET15のゲートGに、一端
を開放した第1伝送線路21、および、一端を開放した
第2伝送線路22が接続されている。そして、第1伝送
線路21の長さを入力信号の下限周波数の波長の約1/
8とし、また、第2伝送線路22の長さを入力信号の上
限周波数の波長の約1/8としている。
【0033】図2の構成の場合、その動作周波数帯域が
広い場合であっても、第1伝送線路21と第2伝送線路
22によって、広帯域に亘って第2高調波を抑圧でき
る。この場合、第1伝送線路21の長さを入力信号の上
限周波数の波長の約1/8とし、第2伝送線路52の長
さを入力信号の下限周波数の波長の約1/8とした場合
でも同様である。
【0034】なお、上記した実施の形態では、FETの
ゲートに加わる高調波を抑圧するために、入力信号の約
1/8の長さで一端を開放した伝送線路を用いている。
しかし、伝送線路の長さを、入力信号の波長の約1/4
の長さとし、その一端をキャパシタ等により高周波的に
接地した場合や、あるいは、伝送線路に代えて、共振周
波数が入力信号の約2倍となるようなインダクタとキャ
パシタを直列に接続した直列共振回路を用いた場合で
も、同様の効果が得られる。また、一端が開放、あるい
は一端が高周波的に接地された上記寸法の伝送線路と直
列共振回路を組み合わせて接続することもできる。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、歪が少なく、動作が安
定なマイクロ波電力増幅回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施態様を示す回路図である。
【図2】本発明の他の実施態様を示す回路図である。
【図3】本発明の特性を説明する特性図である。
【図4】従来例を示す回路図である。
【図5】従来例の特性を説明する特性図である。
【符号の説明】
11…高周波信号源 12…高周波信号源の内部インピーダンス 13…コンデンサ 14…入力整合回路 15…電界効果トランジスタ(FET) 16…出力整合回路 17…コンデンサ 18…負荷 19…ゲートバイアス回路 20…ドレインバイアス回路 21…第1伝送線路 22…第2伝送線路 G…ゲート D…ドレイン S…ソース

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 信号が入力されるゲートおよび信号が出
    力されるドレイン、そして接地されるソースの各電極を
    有する電界効果トランジスタを用いたマイクロ波電力増
    幅回路において、前記電界効果トランジスタの前記ゲー
    トに、入力信号の波長の約1/8の長さを有し、その一
    端が開放された伝送線路を接続したことを特徴とするマ
    イクロ波電力増幅回路。
  2. 【請求項2】 信号が入力されるゲートおよび信号が出
    力されるドレイン、そして接地されるソースの各電極を
    有する電界効果トランジスタを用いたマイクロ波電力増
    幅回路において、前記電界効果トランジスタの前記ゲー
    トに、入力信号の波長の約1/4の長さを有し、その一
    端が高周波的に接地された伝送線路を接続したことを特
    徴とするマイクロ波電力増幅回路。
  3. 【請求項3】 信号が入力されるゲートおよび信号が出
    力されるドレイン、そして接地されるソースの各電極を
    有する電界効果トランジスタを用いたマイクロ波電力増
    幅回路において、前記電界効果トランジスタの前記ゲー
    トに、インダクタとキャパシタが直列に接続され、共振
    周波数が入力信号の約2倍の直列共振回路の一端を接続
    し、かつ、他端を接地したことを特徴とするマイクロ波
    電力増幅回路。
  4. 【請求項4】 信号が入力されるゲートおよび信号が出
    力されるドレイン、そして接地されるソースの各電極を
    有する電界効果トランジスタを用いたマイクロ波電力増
    幅回路において、前記電界効果トランジスタの前記ゲー
    トに、一端が開放の第1伝送線路および第2伝送線路を
    接続し、前記第1伝送線路または前記第2伝送線路の一
    方の長さを入力信号の下限周波数の波長の約1/8の長
    さとし、他方の長さを入力信号の上限周波数の波長の約
    1/8の長さとしたことを特徴とするマイクロ波電力増
    幅回路。
  5. 【請求項5】 信号が入力されるゲートおよび信号が出
    力されるドレイン、そして接地されるソースの各電極を
    有する電界効果トランジスタを用いたマイクロ波電力増
    幅回路において、前記電界効果トランジスタの前記ゲー
    トに、一端が高周波的に接地された第1伝送線路および
    第2伝送線路を接続し、前記第1伝送線路または前記第
    2伝送線路の一方の長さを入力信号の下限周波数の波長
    の約1/4とし、他方の長さを入力信号の上限周波数の
    波長の約1/4としたことを特徴とするマイクロ波電力
    増幅回路。
  6. 【請求項6】 信号が入力されるゲートおよび信号が出
    力されるドレイン、そして接地されるソースの各電極を
    有する電界効果トランジスタを用いたマイクロ波電力増
    幅回路において、前記電界効果トランジスタの前記ゲー
    トに、キャパシタとインダクタを直列に接続した第1直
    列共振回路および第2直列共振回路のそれぞれの一端を
    接続し、そして、それぞれの他端を接地し、かつ、前記
    第1直列共振回路または前記第2直列共振回路の一方の
    共振周波数を入力信号の下限周波数の約2倍とし、他方
    の共振周波数を入力信号の上限周波数の約2倍としたこ
    とを特徴とするマイクロ波電力増幅回路。
JP32294995A 1995-12-12 1995-12-12 マイクロ波電力増幅回路 Abandoned JPH09162657A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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