JPS6022658Y2 - 高周波高出力トランジスタ増幅器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は高周波高出力トランジスタ増幅器に関し、とく
にＵＨＦ帯のＩＣ化電力増幅器の構造に係る。

最近高周波高出力トランジスタの開発が進み、これを用
いて高周波電力装置の固体化が計られつつある。

例えば飽和出力２０Ｗ程度のトランジスタ増幅器をＷ数
個結合腰出力数百ＷのＵＨＦＴＶサテライト局送信装置
の開発がすすめられつつある。

しかしながら一般に高周波高出力トランジスタの入力イ
ンピーダンス値は非常に小さく、広帯域整合回路の構成
が極めて困難である。

すなわち、インピーダンス抵抗成分は通常数オーム以下
であるので、わずかのりアクタンス戊分でも回路のＱ値
は大きくなってしまい、その結果帝域幅が制限される欠
点があった。

このような高出力トランジスタ増幅器にはインピーダン
ス変換比の大きな整合回路が必要であり、これを構成す
るには極めて低いインピーダンス線路あるいは極めて大
容量の素子を用いなければならない。

しかし、従来のいわゆるマイクロ波ＩＣ技術、すなわち
アルミナ基板を用いたマイクロストリップ線路とチップ
キャパシタを用いたハイブリッドＩＣ技術では、上記の
回路を高周波的に良好に表現することは難かしかかった
。

とくにＬＪＨＦ帯では、上記マイクロストリップ回路上
の波長は数１０ｃｍとなり実用的な大きさに小形化する
には、部分により集中定数化が必要である。

しかし一方従来の薄膜ＩＣ素子では必要な素子値や高周
波特性を有しておらず、さらに高出力回路としては、特
に回路損失を少くして、回路の発熱を抑えるとともにト
ランジスタ等のアクチブ素子の発熱を考慮して熱的に特
性変化の少いことが必須条件を満たすことができなかっ
たために実用的な高周波高出力トランジスタ増幅器を実
現することができなかった。

本考案の目的は以上に概略を述べたような問題点が解決
せしめ、電気的特性、また価格、信頼性等が大幅に改善
され実用に供し得る高周波高出力トランジスタ増幅器を
提供することにある。

本考案によれば接地導体に設けられたトランジスタと該
トランジスタに接続される少くとも１個以上の並列容量
あるいは少くとも１個以上の１７４波長インピーダンス
変換路線を含む入出力整合回路が（Ｌａ□−ＸＲＸ）２
０３・２ｙＴｉＯ２（ただしＲ＝Ｄｙ。

’Ｓｍ、 Ｅｕ、 Ｇｄ、 Ｅｒ、 Ｌｕ、 Ｎｄ）
（７）組成で０ ＜ ｘ ＜１ 、０．４＜ ｙ ＜２
．０の範囲で作られた誘電体基板上にＩＣ化されてなる
ことを特徴とする高周波高出力トランジスタ増幅器が得
られる。

誘電体基板（Ｌ−１１−ｘＲＸ）２０３・２ｙＴｉＯ２
（ただしＲ＝Ｄｙ、 Ｓｍ、 Ｅｕ、 Ｇｄ、 Ｅｒ、
Ｌｕ、 Ｎｄ）の誘電特性は円板状試料を用いてＸバ
ッドで測定した場合の一例を第１表に示す。

また同表におけるｔａｎδおよび比誘電率の温度変化も
同様にＸバンドで測定した値を示す。

第２表は通常の誘電体（アルミナ） 比較を示したものである。

との特性の 第１表から明らかなように本考案において用いられる誘
電体基板の特徴は組成全域にわたり高誘電率の特性が得
られその上ｔａｎδおよびＥの温度変化が±５００ｐｐ
ｍ／℃以下である。

第１表の組成にＭｇ、Ｊｉ２−２ｘＯ４−２ｘ（０＜
ｘ ＜ １ ）を更に置換した場合焼成温度が低くなり
ｔａｎδが改善され本考案の高出力トランジスタ増幅器
基板に極めて有効である事を確認した。

すなわち、第１表試料Ｎ０．６の組成をＭｇＴｉＯ３で
２０モル％置換し１３２０℃−２ｔ′Ｉｒで焼成した場
合Ｅ＝３９．０Ｘｔａｎδ＝ ０．０００２０、ａ ＝
＋４３±４ｐＩＩＴＩＩ℃の特性が得られた。

本考案の有効範囲はｙ＞２．ｏではｔａｎδが大きくな
りｙ＜０．４ではＥの温度変化が極端に大きくなり実用
上好ましくない。

したがって有効な高周波高出力トランジスタ増幅器用誘
電体基板の組成は０ ＜ ｘ ＜ １−０，０．４＜
ｙ ＜２．０の範囲であることが望ましい。

なお、４００ＭＨｚにおける誘電率はスロットライン法
で測定したがほとんどＸバンドの値と同じであった。

つぎに本考案の原理と作用・効果について、一実施例を
示す図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本考案の第１の実施例を示す図でａは平面図、
ｂはその等価回路図である。

同図において接地導体上に設けられたＵＨＦ高出力トラ
ンジスタ１の前後の高誘電率基板（第１表の試料鬼５）
２．２’上にそれぞれ入出力回路がＩＣ化されていて、
それらは接地導体を兼ねたケース４中に収められ、入出
力コネクタ５，５′を有するＵＨＦ高出力トランジスタ
増幅器となっている。

入力側整合回路はＬｌ、Ｃ２による低域通過形回路にさ
らに１ハ波長変戒器４および調整用容量Ｃ１が加わって
なり、出力側整合回路はＬ２− Ｃ３，Ｌ３．Ｃ４の低
域通過形回路によって構成されている。

他にＣ８はＤＣブロックあるいはＲＦ短絡用容量、ｚｏ
はｌ／４波長チヨーク線路、ＴＢ９ Ｔｃはベース、コ
レクタ端子Ｅは接地端子である。

基板全体の裏面は接地導体となっていて、接地端子Ｅも
これに接続されている。

いまｔＪＨＦ帯２０帯出０Ｗ出力βＴＣ社製のＣＴ１９
３３トランジスタを例に考えると、その入出力インピー
ダンス抵抗成分は、それぞれ例えば１．２５Ω、３．３
Ωであり、これを６００ＭＨｚ中心、比帯域４０％程度
で５０Ωに変換する第１図の整合回路の素子値は、例え
ば次のようになる。

Ｌｑ＝０．５ｎＨ９Ｃ２＝１３４ｐＦ、Ｚ１＝１４Ωｈ
＝１．８８ｎＨ９Ｃ３＝４３ｐＦ、Ｌ＝７．３ｒｌＨＣ
４＝ １１．３ｐＦ ここで、容量Ｃ２，Ｃ３は、Ｔｒとその前後のインダク
タＩ、、 Ｌ、、とのＱ値を低くしたままインピーダン
ス変換を行なうのに大容量値が必要である。

しかし通常用いるチップ型積層セラミックコンデンサー
あるいは薄膜キャパシタでは、このように容量値が大き
い場合ＵＨＦ帯で自己共振を起こすので用いられない。

とくに高出力用の場合、寸法的に０．数ｎＨの自己イン
ダクタンスは避けられない。

この点一方の電極がそのまま接地導体となる単板型キャ
パシタが最適であり、それで大容量を得るには、高誘電
率基板が適している。

第１図の基板２のように板厚をそれぞれ０．２５ｍｍと
すれば約１ｃＩｉで約１ ｏｏｐＦ’が得られる。

しかもこの容量用基板をそのままＩＣ基板として、Ｃ３
，Ｃ４、あるいはＣ１，Ｃ２と共に同一基板上にＩＣ化
して形成すれば、価格、工数の点で好都合である。

第１図においてはさらに１ハ波長のインピーダンス変換
線路が用いられているが、広帯域化整合回路で、このよ
うな変換器を使用する場合が多い。

第１図においてこの変換器はＬｌ、ＣＩによって約４Ω
になったＴｒ入力側インピーダンスを５００に変換する
ために約１４Ωの特性インピーダンスが要求されるが、
この例のように高出力トランジスタ増幅器では、極めて
低い特性インピーダンス線路が必要である。

今５〜２０Ωの特性インピーダンス線路を従来のアルミ
ナ基板と、本発明における前述の高誘電体基板とで実現
する場合の線路幅を比較すれば、板厚を０．５７７Ｅ＋
７１としたとき次のようになる。

したがって従来のアルミナ基板の場合１０〜２一角の通
常のｒｃ基板に１０Ω程度の線路を用いることは非常に
難かしいことである。

さらにこの変換器は１／４波長の長さを必要とするが、
■Ｗ帯の例えば６００ＭＨｚを例にとったとき、その１
７４波長の長さはアルミナの場合５−１本考案による高
誘電率基板の場合２５ｍｍである。

したがってこの場合もアルミナ基板を用い実用的な数セ
ンチの寸法内に増幅器を形成することは非常に難かしい
。

本考案によれば、従来のアルミナ系ＩＣ回路より約３〜
１０倍の大容量と、１７３〜１／１０の小面積の低イン
ピーダンス線路を実現することができ、これによって寸
法数センチの実用的大きさで、容易にかつ広帯域、高性
能のＩＪＨＦ帯電力トランジスタ増幅器が実現できる。

なお、前記第１の実施例においては、低域通過フィルタ
回路の直列インダクタＬｌ、Ｌ３も高誘電率基板上に形
成しであるがこれは製作上の容易であるが他方において
これらのインダクタは並列容量が大きく、分布定数線路
に近くなっているのでより小型化し、あるいはＱ値を下
げた集中定数インダクタとするには、接地に対するイン
ピーダンスをできるだけ上げる必要がある。

この点を改良した別の一実施例を次に示す。

第２図は本考案の第２の実施例を示す平面図である。

第２図において第１図と同一記号は同−構成要素を示す
。

また高周波高出力トランジスタ１の両側にそれぞれ三段
の低域通過形整合回路が形成され、増幅器が構成されて
いるが、その中で、高誘電率基板２，２′上には基板を
誘電体とする単板形容量２Ｌ ２２，２３および２１
’、２２’、２３’が形成され並列容量となっている。

高誘電率基板２，２′の見えない側の面全体は当然接地
面となっている。

而して本実施例においては、これらのキャパシタと基板
境界にて接続された直列インダクタが、別の誘電体基板
３および３′上に、３１，３２．３３あるいは３１’、
３２’、３３’のように形成されている。

４は増幅器ケース、５，５′は入出力コネクタ、６，６
′はＤＣブロックキャパシタ、７． ７．’はバイアス
用チョーク回路である。

本実施例においてキャパシタは第１の実施例と同様高誘
電率基板上に単に分離した電極をＩＣ技術で形成するだ
けで、極めて大容量で高周波に適したものを容易に得る
ことができる。

一方誘電体３．３′としてはアルミナ、石英等の従来か
ら用いられていたＩＣ用誘電体をそのまま用いれば、イ
ンダクタ線路のインピーダンスは充分大きくすることが
でき、高周波特性の優れたものとすることができる。

第３図は本考案の第３の実施例を示す図で、ａは平面図
、ｂはその一部の拡大斜視図である。

この実施例においても、前記各実施例同様、高誘電率基
板２，２′上に並列容量２０．２１）’が形成されてい
るが、これらに直列に挿入されるインダクタとしては、
別のチップ状誘電体上に形成されたチップ型インダクタ
３０．３０’が用いられている。

ｂ図はその拡大図で、チップインダクタはアルミナ等の
通常に誘電体基板３５．３５’等の上に３６．３６’の
ような導体パターンに形成され、そのチップがそのまま
容量電極２０上に乗せて接続される。

高誘電率基板の裏面の接地導体２９との間で大容量が得
られる。

また、インダクタ３６．３６’の不要並列容量は主にチ
ップの誘電体基板３５．３５’によって決められ、高周
波特性の優れたインダクタが得られ、小型かつ高性能の
高周波高出力トランジスタ増幅器が実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１の実施例を示す図で、ａは平面図
、ｂはその等価回路図である。 図において１はトランジスタ、２．２’は高誘電率誘電
体基板、４はケース、５．５’は入出力コネクタであり
、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は並列容量、Ｌｏ、Ｌ２．Ｌ
３は直列容量、４は１ハ波長変換器、ｃｏはＤＣブロッ
ク、ＲＦはショート容量、Ｚｏはチョーク線路を示す。 第２図は本考案の第２の実施例を示す平面図で、第１図
と同−構成要素は同一番号で示す。 ３．３′は別の誘電体基板、２１〜２３．２１’〜２３
′は並列容量、３１〜３３．３１’〜３３′は直列イン
ダクタである。 第３図は本考案の第３の実施例を示す図で、ａは平面図
すは一部拡大斜視図である。 ２０〜２０′は並列容量、３０〜３０′はチップ型イン
ダクタ、３５．３５’ははチップ状誘電体、３６．３６
’はインダクタ導体を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 一方の面のほぼ全面に接地導体が形成され、他方の面に
   インダクタと、このインダクタと接続され単板キャパシ
   タの一方の電極となる導体パターンとで構成された入出
   力整合回路が設けられた誘電体基板と、前記入出力整合
   回路の間に設けられたエミッタ接地の高周波トランジス
   タとを備え、前記入出力整合回路のインダクタにそれぞ
   れベース端子、コレクタ端子が接続された高周波高出力
   トランジスタ増幅器において、前記導体パターンが形成
   された部分の誘電体基板の組成が （Ｌｌｌ−ｘＲｘ）２０３・２ｙＴｉＯ２（ただしＲ＝
   Ｄｙ、 Ｓｍ。 Ｅｕ、 Ｇｄ、 Ｅｒ、 Ｌｕ、 Ｎｄ、 ０＜ｘ＜
   １．０．４＜ｙ＜２．０）であることを特徴とする高周
   波高出力トランジスタ増幅器。