WO2019106909A1

WO2019106909A1 - 高周波増幅器、電子機器および通信機器

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Publication number: WO2019106909A1
Application number: PCT/JP2018/033733
Authority: WO
Inventors: 昂川村; 佐藤　正啓
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2020-05-30
Also published as: JP2019102908A; US11336241B2; US20210265961A1

Abstract

回路基板を小型化してコストを削減できる高周波増幅器を提供すること。　高周波増幅器は、整合部を有する第１基板と、互いに接続されたトランジスタおよび第１のインピーダンス変換部を有する第２基板と、を備え、第１基板の整合部と第１のインピーダンス変換部とが第１の接続部を介して接続されている。また、高周波増幅器は、整合部を有する第３基板をさらに備え、第２基板は、トランジスタに接続された第２のインピーダンス変換部をさらに有し、第２のインピーダンス変換部と第３基板の整合部とが第２の接続部を介して接続されていてもよい。

Description

高周波増幅器、電子機器および通信機器

　本技術は、高周波増幅器、電子機器および通信機器に関し、特に、インピーダンスを整合する構成を備える高周波増幅器の技術に関する。

　近年開発が進められている第５世代移動通信システム（５Ｇ）用のアンテナ側の送受信端回路であるフロントエンド回路では、５Ｇ向けの電力増幅器（ＰＡ）が、GaAs基板やGaN基板等の半導体チップ上に、例えば50Ωまでの整合回路を含めて実装されている。

　このような電力増幅器は、消費電力が大きいため、低消費電力化および発熱抑制の観点から、高効率化が重要である。特に、５Ｇで使われるような高周波数（例えば、28GHzなど）では、トランジスタの性能が悪化するため、電力増幅器の高効率化はより重要となる。ところが、トランジスタの入出力インピーダンスを増幅器の入出力インピーダンス(一般に50Ω)まで変換する整合部が半導体チップ内にあり、チップサイズの大半を占めていることから整合回路のサイズが大きく、より高性能とされるGaN基板等の高価な材料を使う場合にコストが嵩むこととなる。

　この半導体チップサイズの低減による低コスト化を図る手法としては、例えば、整合回路を別基板に形成し、その別基板と半導体チップとの接続部として使用する、ワイヤやバンプのバラつきを調整することが知られている。

　ここで、半導体チップのワイヤのバラつきを調整する技術の一例として、特許文献１には、誘導体基板上に形成された入力整合回路および出力整合回路と、上記入力整合回路からの信号を増幅して、上記出力整合回路へ出力するトランジスタとを有する集積回路のマイクロ波増幅器において、上記トランジスタの接地端子に接続される誘導性リアクタンス回路を、上記誘電体基板上にマイクロ波の伝搬方向と垂直に設けられるストリップ導体と金属細線とを含み構成したことを特徴とするマイクロ波増幅器が開示されている。

　また、特許文献２には、入力側及び出力側に整合回路が接続されたトランジスタと、上記トランジスタと入力側の整合回路間に挿入されたプリマッチ回路とを備えたマイクロ波増幅器において、上記プリマッチ回路の特性インピーダンスと線路長が所定の関係を満足するように、その特性インピーダンスと線路長を設定することを特徴とするマイクロ波増幅器が開示されている。

　また、特許文献３には、マイクロ波集積回路が設けられた半導体素子と、前記半導体素子が接合された金属板と、前記半導体素子を囲みかつ前記金属板に接合された絶縁体枠部と、前記絶縁体枠部に設けられかつ５０Ωの特性インピーダンスを有する第１の伝送線路と、を有する実装部材と、前記半導体素子と前記第１の伝送線路との間の前記金属板上に配置され、５０Ωの特性インピーダンスを有する第２の伝送線路と、前記第２の伝送線路から離間して配置され前記第２の伝送線路の中央部に接続可能な容量性スタブと、を有する中継基板と、前記第１の伝送線路の内部端と、前記第２の伝送線路の第１の端部と、を接続する第１のボンディングワイヤと、前記半導体素子の第１の電極と、前記第２の伝送線路の前記第１の端部とは反対の側の第２の端部と、を接続する第２のボンディングワイヤと、を備えた高周波半導体装置が開示されている。

特開平０２－０７９６０７号公報特開２００２－０６４３４６号公報特開２０１７－０５５２２４号公報

　しかしながら、特許文献１から３で提案された技術では、回路基板を小型化してコストを削減する技術のさらなる向上が図れないおそれがある。

　そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、回路基板を小型化してコストを削減できる高周波増幅器を提供することを主目的とする。

　上記目的を解決するために、本技術の一例である高周波増幅器は、整合部を有する第１基板と、互いに接続されたトランジスタおよび第１のインピーダンス変換部を有する第２基板と、を備え、第１基板の整合部と第１のインピーダンス変換部とが第１の接続部を介して接続されている。また、本技術の一例である高周波増幅器は、整合部を有する第３基板をさらに備え、第２基板は、トランジスタに接続された第２のインピーダンス変換部をさらに有し、第２のインピーダンス変換部と第３基板の整合部とが第２の接続部を介して接続されていてもよい。

　また、本技術の一例である電子機器は、入力信号または出力信号を増幅し、整合部を有する第１基板と、互いに接続されたトランジスタおよび第１のインピーダンス変換部を有する第２基板と、を備え、第１基板の整合部と第１のインピーダンス変換部とが第１の接続部を介して接続されている高周波増幅器を備えている。

　また、本技術の一例である通信機器は、送信信号または受信信号を増幅し、整合部を有する第１基板と、互いに接続されたトランジスタおよび第１のインピーダンス変換部を有する第２基板と、を備え、第１基板の整合部と第１のインピーダンス変換部とが第１の接続部を介して接続されている高周波増幅器を備えている。

　本技術によれば、回路基板を小型化してコストを削減できる高周波増幅器を提供することができる。なお、本技術の効果は、必ずしも上記の効果に限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術に係る第１実施形態の高周波増幅器を示す回路構成図である。図１の高周波増幅器を流れる信号を示す回路構成図である。図１の高周波増幅器の出力側インピーダンス変換部を示す模式図である。図１の高周波増幅器内のインピーダンスの動きを示すスミスチャート図である。本技術に係る第２実施形態の高周波増幅器を示す回路構成図である。図５の高周波増幅器の出力側インピーダンス変換部を示す模式図である。図５の高周波増幅器内のインピーダンスの動きを示すスミスチャート図である。スミスチャートとアドミタンスチャートの関係を示す図である。（Ａ）はスミスチャート図であり、（Ｂ）はアドミタンスチャート図である。接続部の挿入損失劣化量とインピーダンス実部との関係を示すグラフである。従来技術を適用した高周波増幅器の接続部のワイヤ長の変化量と通過特性との関係を示すグラフである。本技術を適用した高周波増幅器の接続部のワイヤ長の変化量と通過特性との関係を示すグラフである。本技術を適用した高周波増幅器の使用例を示す図である。

　以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。また、本技術は、下記の各実施形態およびその変形例のいずれかを互いに組み合わせることもできる。

　なお、説明は以下の順序で行う。
　１．第１実施形態の高周波増幅器
　（１－１）高周波増幅器の回路構成例
　（１－２）高周波増幅器の動作例
　（１－３）インピーダンス変換部の構成例
　（１－４）インピーダンスの動き
　２．第２実施形態の高周波増幅器
　（２－１）高周波増幅器の回路構成例
　（２－２）インピーダンス変換部の構成例
　（２－３）インピーダンスの動き
　（２－４）インピーダンスとアドミタンスとの関係
　３．本技術を適用した高周波増幅器の実施例
　４．第３実施形態の電子機器
　５．第４実施形態の通信機器
　６．本技術を適用した高周波増幅器の使用例

＜１．第１実施形態の高周波増幅器＞
　図１から図４を用いて、本技術に係る第１実施形態の高周波増幅器について説明する。本実施形態の高周波増幅器は、例えば、第５世代移動通信システム（５Ｇ）用のアンテナ側の送受信端回路であるフロントエンド回路に用いることができる高周波増幅器である。

　（１－１）高周波増幅器の回路構成例
　まず、図１を用いて、本実施形態に係る高周波増幅器の回路構成の一例について説明する。図１は、本実施形態の高周波増幅器を示す回路構成図である。図１に示すように、本実施形態の高周波増幅器１００は、入力側の外部基板である第１基板１０１と、半導体チップからなる回路基板の第２基板１０２と、出力側の外部基板である第３基板１０３と、を備えている。

　第１基板１０１は、入力側バイアス回路１０４と、入力側バイアス回路１０４と電気的に接続されている入力整合部１０５と、を有している。入力側バイアス回路１０４は、入力側のバイアス電圧またはバイアス電流を加えるための電子回路である。入力整合部１０５は、入力側のインピーダンスと回路内のインピーダンスとを、例えば５０Ωに整合させる構成である。

　第２基板１０２は、第１のインピーダンス変換部である入力側インピーダンス変換部１０６と、トランジスタ１０７と、第２のインピーダンス変換部である出力側インピーダンス変換部１０８と、を有している。入力側インピーダンス変換部１０６は、トランジスタ１０７のゲート端子と電気的に接続されている。トランジスタ１０７のドレイン端子は、出力側インピーダンス変換部１０８と電気的に接続され、トランジスタ１０７のソース端子は、グランドに接続されている。入力側インピーダンス変換部１０６および出力側インピーダンス変換部１０８は、高周波増幅器１００の入力インピーダンスＺinおよび高周波増幅器１００の出力インピーダンスＺoutとトランジスタ１０７のインピーダンスとを整合させる構成である。

　第３基板１０３は、出力側バイアス回路１０９と、出力側バイアス回路１０９と電気的に接続されている出力整合部１１０と、を有している。出力側バイアス回路１０９は、出力側のバイアス電圧またはバイアス電流を加えるための電子回路である。出力整合部１１０は、回路内のインピーダンスと出力側のインピーダンスとを、例えば５０Ωに整合させる構成である。

　高周波増幅器１００の入力端子１１１は、入力整合部１０５の一端と接続されている。入力整合部１０５の他端は、第１の接続部である入力側接続部１１２を介して入力側インピーダンス変換部１０６と接続されている。また、出力側インピーダンス変換部１０８は、第２の接続部である出力側接続部１１３を介して出力整合部１１０の一端と接続されている。出力整合部１１０の他端は、高周波増幅器１００の出力端子１１４と接続されている。入力側接続部１１２および出力側接続部１１３には、例えば、ワイヤやバンプ等が使用される。このように、高周波増幅器１００は、入力側インピーダンス変換部１０６および／または出力側インピーダンス変換部１０８によってトランジスタの出力インピーダンス実部を高くしてから入力側接続部１１２／または出力側接続部１１３を接続し、接続部の影響を低減している。

　（１－２）高周波増幅器の動作例
　次に、図１および図２を用いて、本実施形態に係る高周波増幅器の動作の一例について説明する。図２は、本実施形態の高周波増幅器を流れる信号を示す回路構成図である。

　図２に示すように、本実施形態の高周波増幅器１００では、例えば、ミキサや直交変調器などからＲＦ信号２０１が入力端子１１１を介して入力整合部１０５に入力される。入力整合部１０５に入力されたＲＦ信号２０１は、入力側接続部１１２を介して入力側インピーダンス変換部１０６に入力され、入力側インピーダンス変換部１０６からトランジスタ１０７を介して増幅され、出力側インピーダンス変換部１０８に入力される。出力側インピーダンス変換部１０８に増幅されて入力されたＲＦ信号２０１は、出力側接続部１１３を介して出力整合部１１０に入力される。そして、出力整合部１１０に入力されたＲＦ信号２０１は、出力端子１１４を介して、例えば、アンテナに出力される。

　図１および図２に示すように、本実施形態では、トランジスタ１０７の入力インピーダンスをＺ1i［ohm］とし、入力側接続部１１２の第２基板１０２側の端点のインピーダンスをＺ2i［ohm］とし、高周波増幅器１００の入力インピーダンスをＺin［ohm］としている。また、本実施形態では、トランジスタ１０７の出力インピーダンスをＺ1o［ohm］とし、出力側接続部１１３の第２基板１０２側の端点のインピーダンスをＺ2o［ohm］とし、高周波増幅器１００の出力インピーダンスをＺout［ohm］としている。

　ここで、インピーダンスＺの実部をRe（Ｚ）とすると、高周波増幅器１００は、
　Re（Ｚ1i）＜Re（Ｚ2i）＜Re（Ｚin）・・・（式１）
または、
　Re（Ｚ1o）＜Re（Ｚ2o）＜Re（Ｚout）・・・（式２）
の少なくとも一方を満たしている。
　例えば、Ｚ1i=5-5j[Ω]、Ｚin=50[Ω]なら、（式１）より、５＜Re(Ｚ2i)＜50であれば良い。

　さらに、高周波増幅器１００は、
　0.1＊Re（Ｚin）＜Re（Ｚ2i）＜0.9＊Re（Ｚin）・・・（式３）
または、
　0.1＊Re（Ｚout）＜Re（Ｚ2o）＜0.9＊Re（Ｚout）・・・（式４）
の少なくとも一方を満たしている。
　例えば、Ｚin=50[Ω]なら、（式３）より、５＜Re(Ｚ2i)＜45であれば良い。

　（１－３）インピーダンス変換部の構成例
　次に、図３を用いて、本実施形態に係る第２基板１０２の出力側インピーダンス変換部１０８の構成の一例について説明する。図３は、本実施形態の高周波増幅器の出力側インピーダンス変換部を示す模式図である。

　出力側インピーダンス変換部１０８は、伝送線路３０１と、伝送線路３０１と電気的に接続されている容量性素子３０２と、を備えている。伝送線路３０１は、出力側インピーダンス変換部１０８のトランジスタ側入力端子３０３と接続部側出力端子３０４との間に直列接続されている。容量性素子３０２は、伝送線路３０１と接続部側出力端子３０４との間で分岐して接続されている。容量性素子３０２の構成例としては、ＭＩＭ容量＋Backside ＶＩＡや容量性オープンスタブ等がある。

　ここで、一例として、高周波増幅器１００のインピーダンスを、Re(Ｚ1o)＝10Ω、Re(Ｚ2o)＝30Ω、Re(Ｚout)=50Ωとすると、トランジスタ側入力端子３０３のインピーダンスは、10－ｊ＊10［ohm］であり、接続部側出力端子３０４のインピーダンスは、30－j＊10［ohm］である。

　（１－４）インピーダンスの動き
　次に、図４を用いて、本実施形態に係る高周波増幅器１００内のインピーダンスの動きの一例について説明する。図４は、本実施形態の出力側インピーダンス変換部１０８のインピーダンスの動きを示すスミスチャート図である。

　図４のスミスチャート図に示すように、同心円の円周状の曲線群４０１は、インピーダンス実部の等高線を表し、曲線群４０１と交わる曲線群４０２は、インピーダンス虚部の等高線を表している。スミスチャートの円の直径を表す左右方向の線分上において、図４の左端が０Ωで右端が∞Ωを示し、左端から右端に向かうにつれてインピーダンス実部が大きくなっている。一例として、基準インピーダンスを50Ωとすると、図４の点Ｐ_０は、25-j＊25Ωである。

　図４の点Ｐ１から点Ｐ２に向かう曲線４０３は、伝送線路３０１によるインピーダンスの変化を表し、図４の点Ｐ２から点Ｐ３に向かう曲線４０４は、容量性素子３０２によるインピーダンスの変化を表す。図４に示すように、出力側インピーダンス変換部１０８では、インピーダンス虚部を変化させずに、点Ｐ１から点Ｐ３へインピーダンス実部を高く変換している。ただし、インピーダンス虚部は変換の前後で変化していてもよい。

　以上述べたように、本実施形態に係る高周波増幅器１００は、従来、半導体チップの第２基板１０２内に配置されていた入力整合部１０５および出力整合部１１０を、それぞれの外部基板である第１基板１０１および第３基板１０３に設置している。これにより、高周波増幅器１００のより高性能とされるＧａＮ基板などの高価な材料を使う半導体チップサイズを低減することができる。また、出力側インピーダンス変換部１０８は、インピーダンス変換比を小さくできるため、トランジスタ１０７のインピーダンスを高周波増幅器１００の入出力インピーダンスまで変換しなくて良いので、半導体チップを小型化できる。したがって、出力側接続部１１３のワイヤ長等を調整することなく、高周波増幅器１００の第２基板１０２を小型化してコストを削減することができる。

　さらに、本実施形態に係る高周波増幅器１００は、出力側インピーダンス変換部１０８でインピーダンス実部を増加させるため、出力側接続部１１３での製造バラつきが高周波増幅器１００の特性に与える影響を低減することができる。このように、高周波増幅器１００は、半導体チップと外部基板間にワイヤ等を使ったとしても、製造バラつきの影響を十分小さく抑えることができるので、製造バラつきに対してロバストな（誤差因子に強い）設計が可能となる。また、高周波増幅器１００は、出力側接続部１１３のインピーダンス実部をトランジスタ１０７の端子部分より高くすることができる。これによっても、高周波増幅器１００は、出力側接続部１１３の製造バラつきに対してロバストな設計を実現することができる。なお、製造バラつきとは、例えば、ワイヤの長さの違いにより、インダクタンスがずれることをいう。

＜２．第２実施形態の高周波増幅器＞
　図５から図８を用いて、本技術に係る第２実施形態の高周波増幅器について説明する。本実施形態の高周波増幅器が、第１実施形態の高周波増幅器１００と相違する点は、第２基板内のインピーダンス変換部の途中にバイアス接続部が接続されている点である。なお、第１実施形態の構成と同様の構成には、同一の符号を記し、説明は省略する。

　（２－１）高周波増幅器の回路構成例
　まず、図５を用いて、本実施形態に係る高周波増幅器の回路構成の一例について説明する。図５は、本実施形態の高周波増幅器を示す回路構成図である。図５に示すように、本実施形態の高周波増幅器５００は、入力側の外部基板である第１基板５０１と、半導体チップからなる第２基板５０２と、出力側の外部基板である第３基板５０３と、を備えている。

　第１基板５０１は、入力側バイアス回路１０４と、入力整合部１０５と、を有している。ただし、第１基板５０１では、入力側バイアス回路１０４と入力整合部１０５とは、電気的な接続がされていない。

　第２基板５０２は、第１のインピーダンス変換部である入力側インピーダンス変換部５０６と、トランジスタ１０７と、第２のインピーダンス変換部である出力側インピーダンス変換部５０８と、を有している。入力側インピーダンス変換部５０６は、トランジスタ１０７のゲート端子と電気的に接続されている。トランジスタ１０７のドレイン端子は、出力側インピーダンス変換部５０８と電気的に接続され、トランジスタ１０７のソース端子は、グランドに接続されている。

　入力側インピーダンス変換部５０６は、直列に接続された２つの伝送線路５１５および伝送線路５１６を有している。出力側インピーダンス変換部５０８は、直列に接続された２つの伝送線路５１７および伝送線路５１８を有している。なお、入力側インピーダンス変換部５０６および出力側インピーダンス変換部５０８が有する伝送線路は、２つに限らず３つ以上であってもよい。

　第３基板５０３は、出力側バイアス回路１０９と、出力整合部１１０と、を有している。ただし、第３基板５０３では、出力側バイアス回路１０９と出力整合部１１０とは、電気的な接続がされていない。

　高周波増幅器５００の入力端子１１１は、入力整合部１０５の一端と接続されている。入力整合部１０５の他端は、入力側接続部１１２を介して入力側インピーダンス変換部５０６と接続されている。また、出力側インピーダンス変換部５０８は、出力側接続部１１３を介して出力整合部１１０の一端と接続されている。出力整合部１１０の他端は、高周波増幅器５００の出力端子１１４と接続されている。

　一方、入力側バイアス回路１０４は、入力側バイアス接続部５２２を介して入力側インピーダンス変換部５０６内の伝送線路５１５および伝送線路５１６の間に接続されている。また、出力側バイアス回路１０９は、出力側バイアス接続部５２３を介して出力側インピーダンス変換部５０８内の伝送線路５１７および伝送線路５１８の間に接続されている。入力側バイアス接続部５２２および出力側バイアス接続部５２３には、例えば、ワイヤやバンプ等が使用される。

　また、第１実施形態と同様に、トランジスタ１０７の入力インピーダンスをＺ1i［ohm］とし、入力側接続部１１２の第２基板５０２側の端点のインピーダンスをＺ2i［ohm］とし、高周波増幅器５００の入力インピーダンスをＺin［ohm］としている。また、トランジスタ１０７の出力インピーダンスをＺ1o［ohm］とし、出力側接続部１１３の第２基板５０２側の端点のインピーダンスをＺ2o［ohm］とし、高周波増幅器５００の出力インピーダンスをＺout［ohm］としている。さらに、伝送線路５１５および伝送線路５１６間の入力側バイアス接続部５２２への分岐点の入力インピーダンスをＺ0i［ohm］とし、伝送線路５１７および伝送線路５１８間の出力側バイアス回路１０９への分岐点の出力インピーダンスをＺ0o［ohm］としている。

　ここで、高周波増幅器５００は、第１実施形態と同様に、上述の（式１）または（式２）の少なくとも一方を満たしている。さらに、高周波増幅器５００は、上述の（式３）または（式４）の少なくとも一方を満たしている。

　（２－２）インピーダンス変換部の構成例
　次に、図６を用いて、本実施形態に係る第２基板５０２の出力側インピーダンス変換部５０８の構成の一例について説明する。図６は、本実施形態の高周波増幅器の出力側インピーダンス変換部を示す模式図である。

　出力側インピーダンス変換部５０８は、直列に接続された２つの伝送線路５１７および伝送線路５１８と、２つの容量性素子６０１および容量性素子６０２と、を備えている。伝送線路５１７および伝送線路５１８は、出力側インピーダンス変換部５０８のトランジスタ側入力端子６０３と接続部側出力端子６０４との間に直列接続されている。容量性素子６０１は、トランジスタ側入力端子６０３と伝送線路５１７との間で分岐して接続されている。容量性素子６０２は、伝送線路５１８と接続部側出力端子６０４との間で分岐して接続されている。

　出力側インピーダンス変換部５０８は、伝送線路５１７および伝送線路５１８の間の分岐点Ｑとバイアス接続部側出力端子６０５とが接続されている。本実施形態において、分岐点Ｑは、給電点を示している。

　ここで、一例として、高周波増幅器５００のインピーダンスを、Re(Ｚ1o)＝10Ω、Re(Ｚ2o)＝30Ω、Re(Ｚout)=50Ωとし、Re(１／Ｚ1o)=0.05S、Re(１／Ｚ0o)=0.25S、Re(１／Ｚout)=0.02Sとする。このとき、トランジスタ側入力端子６０３のインピーダンスは、10－ｊ＊10［ohm］であり、給電点である分岐点Ｑのインピーダンスは、４［ohm］であり、接続部側出力端子６０４のインピーダンスは、30－j＊10［ohm］である。

　（２－３）インピーダンスの動き
　次に、図７を用いて、本実施形態に係る高周波増幅器５００内のインピーダンスの動きの一例について説明する。図７は、本実施形態の出力側インピーダンス変換部５０８のインピーダンスの動きを示すスミスチャート図である。図４と同様に、図７のスミスチャート図に示す同心円の円周状の曲線群４０１は、インピーダンス実部の等高線を表し、曲線群４０１と交わる曲線群４０２は、インピーダンス虚部の等高線を表している。

　図７の点Ｑ２から点Ｑ３に向かう曲線７０１は、伝送線路５１７によるインピーダンスの変化を表し、図７の点Ｑ３から点Ｑ４に向かう曲線７０２は、伝送線路５１８によるインピーダンスの変化を表す。図７の点Ｑ１から点Ｑ２に向かう曲線７０３は、容量性素子６０１によるインピーダンスの変化を表し、図７の点Ｑ４から点Ｑ５に向かう曲線７０４は、容量性素子６０２によるインピーダンスの変化を表す。図７に示すように、出力側インピーダンス変換部５０８では、インピーダンス虚部を変化させずに、点Ｑ１から点Ｑ５へインピーダンス実部を高く変換している。ただし、インピーダンス虚部は変換の前後で変化していてもよい。

　（２－４）インピーダンスとアドミタンスとの関係
　次に、図８を用いて、本実施形態に係る高周波増幅器５００のインピーダンスとアドミタンスとの関係の一例について説明する。図８は、スミスチャートとアドミタンスチャートの関係を示す図である。図８Ａは、図７と同様のスミスチャート図であり、図８Ｂは、図８Ａに対応するアドミタンスチャート図である。

　図８Ａのスミスチャート図に示す同心円の円周状の曲線群４０１は、図７と同様に、インピーダンス実部の等高線を表し、曲線群４０１と交わる曲線群４０２は、インピーダンス虚部の等高線を表している。一例として、基準インピーダンスを50Ωとすると、図８Ａの点Ｐ_Ａは、25-j＊25Ωである。

　図８Ｂのアドミタンスチャート図に示すように、同心円の円周状の曲線群８０１は、アドミタンス実部の等高線を表し、曲線群８０１と交わる曲線群８０２は、アドミタンス虚部の等高線を表している。アドミタンスチャートの円の直径を表す左右方向の線分上において、図８Ｂの右端が０Ｓで左端が∞Ｓを示し、右端から左端に向かうにつれてアドミタンス実部が大きくなっている。一例として、基準インピーダンスを50［Ω］＝0.02［Ｓ］とすると、図８Ｂの点Ｐ_Ｂは、１／（25-j＊25）［Ω］＝0.02+j0.02［Ｓ］である。

　上記より、トランジスタ１０７の入力アドミタンスは、１／Ｚ1i［Ｓ］となり、入力側バイアス接続部５２２の第２基板５０２側の端点（分岐点）におけるアドミタンスは、１／Ｚ0i［Ｓ］となる。また、トランジスタ１０７の出力アドミタンスは、１／Ｚ1o［Ｓ］となり、出力側バイアス接続部５２３の第２基板５０２側の端点（分岐点）におけるアドミタンスは、１／Ｚ0o［Ｓ］となる。

　ここで、アドミタンス１／Ｚの実部をRe（１／Ｚ）とすると、高周波増幅器５００は、
　Re（１／Ｚ1i）≦Re（１／Ｚ0i）・・・（式５）
と、
　Re（１／Ｚ1o）≦Re（１／Ｚ0o）・・・（式６）
の少なくとも一方を満たしている。
　例えば、Ｚ1i=5-5j[Ω]なら、１／(Ｚ1i)＝0.1+0.1j[S]なので、（式５）より、0.1≦Re(１／Ｚ0i)であれば良い。

　さらに、高周波増幅器５００は、
　Re（１／Ｚ0i）＞２＊Re（１／Ｚin）・・・（式７）
または、
　Re（１／Ｚ0o）＞２＊Re（１／Ｚout）・・・（式８）
の少なくとも一方を満たしている。
　例えば、Ｚin=50[Ω]なら、１／Ｚin=0.02[S]なので、（式７）より、0.04＜Re(１／Ｚ0i)であれば良い。

　以上述べたように、本実施形態に係る高周波増幅器５００は、第１実施形態に係る高周波増幅器１００と同様に、高周波増幅器５００の第２基板５０２を小型化してコストを削減することができる。また、高周波増幅器５００は、第１実施形態に係る高周波増幅器１００と同様に、入力側インピーダンス変換部５０６および／または出力側インピーダンス変換部５０８でインピーダンス実部を増加させて製造バラつきの影響を十分小さく抑えることができるので、製造バラつきに対してロバストな設計が可能となる。また、高周波増幅器５００は、第１実施形態に係る高周波増幅器１００と同様に、出力側接続部１１３のインピーダンス実部をトランジスタ１０７の端子部分より高くすることができる。これによっても、高周波増幅器５００は、出力側接続部１１３の製造バラつきに対してロバストな設計を実現することができる。

　さらに、本実施形態に係る高周波増幅器５００は、入力側バイアス接続部５２２および／または出力側バイアス接続部５２３のアドミタンス実部がトランジスタ１０７の入出力アドミタンス以上になるように、入力側インピーダンス変換部５０６および／または出力側インピーダンス変換部５０８を構成している。これにより、入力側バイアス回路１０４および／または出力側バイアス回路１０９内の回路は、高周波増幅器５００の入出力部やトランジスタ１０７からあまり変化しなくなり、特性への影響が小さくなるので、上記バイアス回路を容易に調整することができる。

＜３．本技術を適用した高周波増幅器の実施例＞
　図９から図１１を用いて、本技術を適用した高周波増幅器の実施例について説明する。

　まず、図９を用いて、接続部の挿入損失劣化量とインピーダンス実部との関係について説明する。図９は、接続部の挿入損失劣化量とインピーダンス実部との関係を示すグラフである。図９の横軸は、高周波増幅器の出力インピーダンス（Ｚout）に対するトランジスタの出力インピーダンス（Ｚtr）の割合の実部Re（Ｚtr／Ｚout）を示し、図９の縦軸は、高周波増幅器の接続部の挿入損失劣化量［ｄＢ］を示している。本実施例では、一例として、Ｚout＝50Ωを用いている。

　図９中の曲線Ｌ１は、周波数ｆ＝２８ＧＨｚにおいて、約0.1ｎＨからのずれが＋0.02ｎＨの場合を表している。図９中の曲線Ｌ２は、周波数ｆ＝２８ＧＨｚにおいて、0.1ｎＨからのずれが＋0.04ｎＨの場合を表している。

　図９に示すように、例えば、トランジスタの出力インピーダンス実部Re（Ｚtr）が10Ω以下の場合は、接続部の通過特性が大きく低下することがわかる。特に、上記インピーダンス実部Re（Ｚtr／Ｚout）の約0.1ｎＨからのずれが大きい曲線Ｌ２の方が、ずれが小さい曲線Ｌ１よりも、接続部の通過特性が顕著に低下している。そこで、接続部の直前のインピーダンス実部を大きくし、接続部（ワイヤ）の影響を低減することが必要となる。

　次に、接続部であるワイヤ長の変化量と通過特性との関係について説明する。図１０は、従来技術を適用した高周波増幅器の接続部のワイヤ長の変化量と通過特性との関係を示すグラフである。図１１は、本技術を適用した高周波増幅器の接続部のワイヤ長の変化量と通過特性との関係を示すグラフである。図１０および図１１において、横軸は周波数［ＧＨｚ］を示し、縦軸はトランジスタのドレイン端子の出力から高周波増幅器（整合回路）の出力までの挿入損失[dB]を示している。

　図１０および図１１において、元のワイヤ長３００ｕｍに対し、曲線Ｃ１はワイヤ長の変化量が±０ｕｍの場合、曲線Ｃ２はワイヤ長の変化量が＋５０ｕｍの場合、曲線Ｃ３はワイヤ長の変化量が＋１００ｕｍの場合、曲線Ｃ４はワイヤ長の変化量が＋１５０ｕｍの場合、曲線Ｃ５はワイヤ長の変化量が＋２００ｕｍの場合、を表している。

　図１０に示すように、例えばワイヤ長＋２００ｕｍで、２８ＧＨｚにおける挿入損失が±０ｕｍに対して約１ｄＢ劣化している。このことから、図１０の曲線Ｃ１から曲線Ｃ５に示すように、従来技術を適用した高周波増幅器は、周波数が高くなると、ワイヤ長の変化量によって出力側のワイヤ長の製造バラつきによる影響が大きくなることがわかる。

　これに対し、図１１に示すように、例えばワイヤ長＋２００ｕｍで、２８ＧＨｚにおける挿入損失が劣化せずに改善されている。したがって、図１１の曲線Ｃ１から曲線Ｃ５に示すように、本技術を適用した高周波増幅器は、周波数が高くなっても、ワイヤ長の変化量によって出力側のワイヤ長の製造バラつきによる影響を低減できることがわかった。

　＜４．第３実施形態の電子機器＞
　本技術に係る第３実施形態の電子機器は、本技術に係る第１実施形態および第２実施形態のいずれかの高周波増幅器を備える電子機器である。本技術に係る第１実施形態および第２実施形態の高周波増幅器は上記のとおりであるので、ここでは説明を省略する。本技術に係る第３実施形態の電子機器は、小型化して優れた信頼性を有する高周波増幅器を備えるので、電子機器の小型化や特性等の性能の向上を図ることができる。

　＜５．第４実施形態の通信機器＞
　本技術に係る第４実施形態の通信機器は、本技術に係る第１実施形態および第２実施形態のいずれかの高周波増幅器を備える機器である。本技術に係る第１実施形態および第２実施形態の高周波増幅器は上記のとおりであるので、ここでは説明を省略する。本技術に係る第４実施形態の通信機器は、小型化して優れた信頼性を有する高周波増幅器を備えるので、送受信信号の増幅等の性能の向上を図ることができる。本実施形態の通信機器としては、例えば、移動通信端末（携帯電話、スマートホン）、移動通信基地局、その他の無線局、IoT機器、レーダー等がある。

　＜６．本技術を適用した高周波増幅器の使用例＞
　図１２は、本技術に係る第１実施形態および第２実施形態の高周波増幅器の使用例を示す図である。

　上述した第１実施形態および第２実施形態の高周波増幅器は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングするさまざまなケースに使用することができる。すなわち、図１２に示すように、例えば、鑑賞の用に供される画像を撮影する鑑賞の分野、交通の分野、家電の分野、医療・ヘルスケアの分野、セキュリティの分野、美容の分野、スポーツの分野、農業の分野等において用いられる固体撮像素子（イメージセンサ）を備える装置（例えば、上述した第３の実施形態の電子機器）に、第１実施形態および第２実施形態の高周波増幅器を使用することができる。

　具体的には、鑑賞の分野においては、例えば、デジタルカメラやスマートフォン、カメラ機能付きの携帯電話機等の、鑑賞の用に供される画像を撮影するための装置に、第１実施形態および第２実施形態の高周波増幅器を使用することができる。

　交通の分野においては、例えば、自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置に、第１実施形態および第２実施形態の高周波増幅器を使用することができる。

　家電の分野においては、例えば、ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、テレビ受像機や冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置で、第１実施形態および第２実施形態の高周波増幅器を使用することができる。

　医療・ヘルスケアの分野においては、例えば、内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置に、第１実施形態および第２実施形態の高周波増幅器を使用することができる。

　セキュリティの分野においては、例えば、防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置に、第１実施形態および第２実施形態の高周波増幅器を使用することができる。

　美容の分野においては、例えば、肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置に、第１実施形態および第２実施形態の高周波増幅器を使用することができる。

　スポーツの分野において、例えば、スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラプルカメラ等の、スポーツの用に供される装置に、第１実施形態および第２実施形態の高周波増幅器を使用することができる。

　農業の分野においては、例えば、畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置に、第１実施形態および第２実施形態の高周波増幅器を使用することができる。

　なお、本技術の実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上述した複数の実施形態の全てまたは一部を組み合わせた形態を採用することができる。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

　また、本技術は、以下のような構成を取ることができる。
（１）
　整合部を有する第１基板と、互いに接続されたトランジスタおよび第１のインピーダンス変換部を有する第２基板と、を備え、
　前記第１基板の整合部と前記第１のインピーダンス変換部とが第１の接続部を介して接続されている高周波増幅器。
（２）
　整合部を有する第３基板をさらに備え、
　前記第２基板は、前記トランジスタに接続された第２のインピーダンス変換部をさらに有し、
　前記第２のインピーダンス変換部と前記第３基板の整合部とが第２の接続部を介して接続されている（１）に記載の高周波増幅器。
（３）
　前記第１基板および前記第３基板の少なくとも一方が、バイアス回路を有し、
　前記バイアス回路を有する基板内において、前記バイアス回路が前記整合部に接続されている（２）に記載の高周波増幅器。
（４）
　前記トランジスタの入力（出力）インピーダンスをZ1i（Z1o）とし、入力（出力）側接続部の第２基板側の端点のインピーダンスをZ2i（Z2o）とし、増幅器の入力（出力）インピーダンスをZin（Zout）としたとき、
　Re（Z1i）＜Re（Z2i）＜Re（Zin）、または、Re（Z1o）＜Re（Z2o）＜Re（Zout）の少なくとも一方を満たす、（２）または（３）に記載の高周波増幅器。
（５）
　0.1＊Re（Zin）＜Re（Z2i）＜0.9＊Re（Zin）、または、0.1＊Re（Zout）＜Re（Z2o）＜0.9＊Re（Zout）の少なくとも一方を満たす、（４）に記載の高周波増幅器。
（６）
　前記第１基板および前記第３基板内の少なくとも一方の前記バイアス回路が、バイアス接続部を介して前記第１または前記第２のインピーダンス変換部に接続されている、（３）に記載の高周波増幅器。
（７）
　前記トランジスタの入力（出力）アドミタンスを１／Z1i（１／Z1o）とし、前記バイアス接続部の第２基板側の端点におけるアドミタンスを１／Z0i（１／Z0o）としたとき、
　Re（１／Z1i）≦Re（１／Z0i）と、Re（１／Z1o）≦Re（１／Z0o）の少なくとも一方を満たす、（６）に記載の高周波増幅器。
（８）
　Re（１／Z0i）＞２＊Re（１／Zin）またはRe（１／Z0o）＞２＊Re（１／Zout）の少なくとも一方を満たす、（７）に記載の高周波増幅器。
（９）
　前記第１のインピーダンス変換部は、前記第１の接続部と直列接続される伝送線路と、前記第１の接続部と並列接続される容量性素子と、を有する（１）から（８）のいずれかに記載の高周波増幅器。
（１０）
　入力信号または出力信号を増幅する、（１）から（９）のいずれかに記載の高周波増幅器を備える電子機器。
（１１）
　送信信号または受信信号を増幅する、（１）から（９）のいずれかに記載の高周波増幅器を備える通信機器。

１００、５００　高周波増幅器
１０１、５０１　第１基板
１０２、５０２　第２基板
１０３、５０３　第３基板
１０４　入力側バイアス回路
１０５　入力整合部
１０６、５０６　入力側インピーダンス変換部
１０７　トランジスタ
１０８、５０８　出力側インピーダンス変換部
１０９　出力側バイアス回路
１１０　出力整合部
１１１、３０３、６０３　入力端子
１１２、１１３、５２２、５２３　接続部
１１４、３０４、６０４、６０５　出力端子
２０１　ＲＦ信号
３０１、５１５～５１８　伝送線路
３０２、６０１、６０２　容量性素子
４０１、４０２、８０１、８０２　曲線群（等高線）

Claims

　整合部を有する第１基板と、互いに接続されたトランジスタおよび第１のインピーダンス変換部を有する第２基板と、を備え、
　前記第１基板の整合部と前記第１のインピーダンス変換部とが第１の接続部を介して接続されている高周波増幅器。
　整合部を有する第３基板をさらに備え、
　前記第２基板は、前記トランジスタに接続された第２のインピーダンス変換部をさらに有し、
　前記第２のインピーダンス変換部と前記第３基板の整合部とが第２の接続部を介して接続されている請求項１に記載の高周波増幅器。
　前記第１基板および前記第３基板の少なくとも一方が、バイアス回路を有し、
　前記バイアス回路を有する基板内において、前記バイアス回路が前記整合部に接続されている請求項２に記載の高周波増幅器。
　前記トランジスタの入力（出力）インピーダンスをZ1i（Z1o）とし、入力（出力）側接続部の第２基板側の端点のインピーダンスをZ2i（Z2o）とし、増幅器の入力（出力）インピーダンスをZin（Zout）としたとき、
　Re（Z1i）＜Re（Z2i）＜Re（Zin）、または、Re（Z1o）＜Re（Z2o）＜Re（Zout）の少なくとも一方を満たす、請求項２に記載の高周波増幅器。
　0.1＊Re（Zin）＜Re（Z2i）＜0.9＊Re（Zin）、または、0.1＊Re（Zout）＜Re（Z2o）＜0.9＊Re（Zout）の少なくとも一方を満たす、請求項４に記載の高周波増幅器。
　前記第１基板および前記第３基板内の少なくとも一方の前記バイアス回路が、バイアス接続部を介して前記第１または前記第２のインピーダンス変換部に接続されている、請求項３に記載の高周波増幅器。
　前記トランジスタの入力（出力）アドミタンスを１／Z1i（１／Z1o）とし、前記バイアス接続部の第２基板側の端点におけるアドミタンスを１／Z0i（１／Z0o）としたとき、
　Re（１／Z1i）≦Re（１／Z0i）と、Re（１／Z1o）≦Re（１／Z0o）の少なくとも一方を満たす、請求項６に記載の高周波増幅器。
　Re（１／Z0i）＞２＊Re（１／Zin）またはRe（１／Z0o）＞２＊Re（１／Zout）の少なくとも一方を満たす、請求項７に記載の高周波増幅器。
　前記第１のインピーダンス変換部は、前記第１の接続部と直列接続される伝送線路と、前記第１の接続部と並列接続される容量性素子と、を有する請求項１に記載の高周波増幅器。
　入力信号または出力信号を増幅する、請求項１に記載の高周波増幅器を備える電子機器。
　送信信号または受信信号を増幅する、請求項１に記載の高周波増幅器を備える通信機器。