JP5402887B2 - High frequency amplifier - Google Patents
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Description
この発明は、例えばVHF帯、UHF帯、マイクロ波帯およびミリ波帯等で使用される高周波増幅器に関するものである。 The present invention relates to a high-frequency amplifier used in, for example, a VHF band, a UHF band, a microwave band, a millimeter wave band, and the like.
以下、説明の便宜上、高周波増幅器として、マイクロ波帯で使用される、高出力のマイクロ波高出力増幅器を、一例として説明する。 Hereinafter, for convenience of description, a high-power microwave high-power amplifier used in the microwave band will be described as an example of the high-frequency amplifier.
一般に、マイクロ波高出力増幅器においては、高出力を得るために電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor, 以下でFETとする)やヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ(Heterojunction Bipolar Transistor, 以下でHBTとする)などの半導体素子を並列接続して動作させる。これらの半導体素子を複数個並列接続して、その出力を合成する場合には、一般的に半導体増幅素子の並列接続回路の入力側に電力分配回路を、出力側に電力合成回路をそれぞれ接続して、増幅器としての回路を構成するため、その回路内に閉ループが形成される。半導体素子の熱雑音などにより閉ループ回路内に不平衡モードが生じた場合、特定の周波数において、この閉ループ内で不平衡モードによるループ発振が生じ、増幅器が異常増幅動作する問題がある。特に、閉ループ内にf0/2の周波数(f0は高周波増幅器への入力周波数)の不平衡モードが発生した場合、半導体素子でf0とf0/2によるミキシングが行われ、f0とf0/2との差の成分であるf0/2が生じ、通常の熱雑音に重畳されるため、他の周波数より発振がしやすいという問題があった。 In general, in a microwave high-power amplifier, in order to obtain a high output, a semiconductor element such as a field effect transistor (hereinafter referred to as an FET) or a heterojunction bipolar transistor (hereinafter referred to as an HBT) is used. Operate in parallel. When these semiconductor elements are connected in parallel and their outputs are combined, generally, a power distribution circuit is connected to the input side of the parallel connection circuit of the semiconductor amplifying elements, and a power combining circuit is connected to the output side. Te, for configuring the circuit as an amplifier, a closed loop is formed within the circuit. When an unbalanced mode occurs in a closed loop circuit due to thermal noise of a semiconductor element or the like, there is a problem that a loop oscillation due to the unbalanced mode occurs in the closed loop at a specific frequency and the amplifier performs an abnormal amplification operation. In particular, the frequency of f 0/2 in the closed loop (f 0 is the input frequency to the high frequency amplifier) When unbalanced mode occurs, mixing by f 0 and f 0/2 is performed in the semiconductor device, and f 0 f 0/2 which is a component of the difference between f 0/2 occurs, since it is superimposed on the normal thermal noise, there is a problem that from the oscillator is likely to other frequencies.
この問題を解決するために、例えば特許文献1では、閉ループ回路内にいわゆるアイソレーション抵抗を接続し、このアイソレーション抵抗に不平衡モードを吸収させることにより、発振を抑制する高周波増幅器の構成が開示されている。
In order to solve this problem, for example,
しかしながら、上記従来の高周波増幅器では、アイソレーション抵抗を装荷しても、不平衡モードの発振を抑制できない場合があった。例えば、以下に示すような場合である。 However, the conventional high-frequency amplifier may not be able to suppress unbalanced mode oscillation even when an isolation resistor is loaded. For example, this is the case as shown below.
特許文献1に開示された高周波増幅器において、アイソレーション抵抗と閉ループとの接続点から入力整合回路側を見たインピーダンスをZt1、アイソレーション抵抗の抵抗値をRo1とすると、FETから入力整合回路側を見たインピーダンスZoutは下記の式で示される。
In the high-frequency amplifier disclosed in
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、並列接続された増幅素子の出力を合成する高周波増幅器において、不平衡モードの発振をより適正に抑制することができる高周波増幅器を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and in a high-frequency amplifier that synthesizes outputs of amplifying elements connected in parallel, a high-frequency amplifier that can more appropriately suppress unbalanced mode oscillation. To get.
この発明に係る高周波増幅器は、入力された信号を分配し、分配された信号を出力する電力分配回路と、前記電力分配回路の出力側に接続され、前記電力分配回路からの各出力信号をそれぞれ増幅する1組の増幅素子と、前記1組の増幅素子からの出力信号を合成し、前記電力分配回路および前記1組の増幅素子と協働して閉ループ回路を構成するように前記1組の増幅素子の出力側に接続された電力合成回路と、前記電力分配回路の出力側に、前記電力分配回路または前記電力合成回路の少なくとも一方と並列接続され、前記閉ループ回路内に発生する不平衡モードの電力を吸収する第1の受動回路と、前記不平衡モードに関する前記電力分配回路との合成インピーダンス及び前記不平衡モードに関する前記電力合成回路との合成インピーダンスの少なくとも一方の合成インピーダンスを、対応する前記電力分配回路のインピーダンス又は前記電力合成回路のインピーダンスと比べて大きくするようなインピーダンス値を有し、前記第1の受動回路による電力吸収量を調整するように前記閉ループ回路中に前記第1の受動回路に並列接続された第2の受動回路と、を備えたことを特徴としている。 A high frequency amplifier according to the present invention is connected to an output side of a power distribution circuit that distributes an input signal and outputs the distributed signal, and outputs each output signal from the power distribution circuit. A set of amplifying elements to be amplified and an output signal from the one set of amplifying elements are combined to form a closed loop circuit in cooperation with the power distribution circuit and the one set of amplifying elements. A power combining circuit connected to the output side of the amplifying element, and an unbalanced mode generated in the closed loop circuit connected in parallel to at least one of the power distribution circuit or the power combining circuit on the output side of the power distribution circuit A combined impedance of the first passive circuit that absorbs the power of the first power supply circuit and the power distribution circuit related to the unbalanced mode and the power combining circuit related to the unbalanced mode An impedance value that makes the combined impedance of at least one of the impedances larger than the corresponding impedance of the power distribution circuit or the impedance of the power combining circuit, and adjusts the amount of power absorbed by the first passive circuit As described above, the closed loop circuit includes a second passive circuit connected in parallel to the first passive circuit .
この発明によれば、並列接続された増幅素子の出力を合成する高周波増幅器において、増幅素子を含む閉ループ回路内で発生する不平衡モードの電力の吸収量を調整することにより、高周波増幅器の不平衡モードによる発振を、より適正に抑制することができる。 According to the present invention, in a high-frequency amplifier that synthesizes the outputs of amplifying elements connected in parallel, the amount of unbalanced mode power generated in a closed-loop circuit including the amplifying element is adjusted, so Oscillation due to the mode can be suppressed more appropriately.
以下に、本発明の実施の形態に係る高周波増幅器について、図面を参照しながら説明する。各実施の形態で示す各図において、同一の符号は、同一または相当の部分を表している。ここで示す高周波増幅器は、増幅素子としての複数のトランジスタと、それらを並列合成するための電力分配回路、電力合成回路から構成される。ここではトランジスタとして電界効果トランジスタ(FET)を用いた場合を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、FETに変えてバイポーラトランジスタ等を用いた場合にも同様に適用可能である。 Hereinafter, a high-frequency amplifier according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure shown in each embodiment, the same numerals indicate the same or corresponding parts. The high-frequency amplifier shown here includes a plurality of transistors as amplification elements, a power distribution circuit for combining them in parallel, and a power combining circuit. Here, the case where a field effect transistor (FET) is used as an example is illustrated, but the present invention is not limited to this, and can be similarly applied when a bipolar transistor or the like is used instead of the FET. It is.
ここでは閉ループ回路内のFETの出力側に本発明を適用した場合について説明を行うが、本発明を閉ループ内のFETの入力側に適用することも可能であり、入力側および出力側の両方に本発明を適用してもよい。また、本願発明の趣旨を逸脱しない限り、各実施の形態で示す構成の全部または一部を組み合わせてもよい。 Here, the case where the present invention is applied to the output side of the FET in the closed loop circuit will be described, but the present invention can also be applied to the input side of the FET in the closed loop, both on the input side and the output side. The present invention may be applied. Moreover, you may combine all or one part of the structure shown by each embodiment, unless it deviates from the meaning of this invention.
実施の形態1.
図1に、この発明の実施の形態1に係る高周波増幅器の回路構成図を示す。図1において、高周波増幅器は、高周波増幅器に信号を入力する入力端子10、入力された信号を分配する電力分配回路11、信号を増幅させる増幅素子としてFET12a、12b、FET12a、12bにより増幅された信号を合成する電力合成回路13、合成された信号を出力する出力端子14を備えており、図1中に点線で示す対称面に対して上下対称となるような閉ループ回路を構成している。また、電力分配回路11および電力合成回路13はそれぞれ信号を伝搬させる伝送線路15a、15bおよび伝送線路16a、16bを備えている。
FIG. 1 shows a circuit configuration diagram of a high-frequency amplifier according to
第1の受動回路を構成しているアイソレーション抵抗17は、電力合成回路13と並列に接続、すなわち、一端が電力分配回路により分配された一方の回路側(FET12aの出力側)に接続され、他端が分配されたもう一方の回路側(FET12bの出力側)に、図1中に点線で示す対称面に対して上下対称となるように接続されている。本願の特徴的構成である第2の受動回路18(以下では適宜受動回路18とする)は、アイソレーション抵抗17に対して並列に装荷、すなわち両端がそれぞれFET12a、12bの出力側と、電力合成回路13の入力側との間の位置に装荷されており、キャパシタ、インダクタ、伝送線路等の受動素子により構成されている。
The
なお、ここでは1対のFETの符号を12a、12bと数字の後にアルファベットを付加して区別しているが、これらを総称する場合や区別せず代表的に示す場合にはアルファベットを付加せずFET12のように記載する。また、以下の実施例に示す他の符号についても同様である。図1において、電力分配回路11の回路上の分岐点をA,電力合成回路13の回路上の合成点(結合点)をBとし、入力端子10、分岐点A、電力分配回路11、合成点(結合点)B、出力端子14を含む基準面を、対称面として記載している。
Here, the symbols of a pair of FETs are distinguished by adding alphabets after the
次に動作について説明する。まず、本回路の平衡モードに関する動作について述べる。周波数f0の信号が入力端子10から入力されると、その信号は電力分配回路11で等分配された信号は、伝送線路15を通ってそれぞれFET12a、12bに入力され増幅される。増幅された信号は伝送線路16を通過して出力合成回路により合成され、出力端子14から出力される。入力された信号は電力分配回路11により同振幅同位相で分配されて平衡モードとなるため、アイソレーション抵抗17および受動回路18の両端で同振幅同位相となり、アイソレーション抵抗17および受動回路18はほぼ影響しない。
Next, the operation will be described. First, the operation related to the balanced mode of this circuit will be described. When a signal of frequency f 0 is input from the
次に、不平衡モードに関する動作について述べる。ここで、不平衡モードは、例えばFETや伝送線路からの熱雑音により生じる。熱雑音の成分としては平衡モードeeと不平衡モードeoがあるが、ここではループ発振の直接の原因となる不平衡モードを主体的に説明する。 Next, the operation related to the unbalanced mode will be described. Here, the unbalanced mode is caused by, for example, thermal noise from an FET or a transmission line. As thermal noise components, there are a balanced mode ee and an unbalanced mode eo. Here, the unbalanced mode that directly causes loop oscillation will be mainly described.
図1に示す回路においてアイソレーション抵抗17と受動回路18とが共にない場合について述べる。これは、上述した従来技術と同様の構成である。FET12で増幅された不平衡モードeoは伝送線路16を通って図1におけるB点に達する。B点では位相が反転して全反射するため、不平衡モードeoはFET12側に帰還される。帰還された不平衡モードeoはFET12を通ってA点に達する。A点では同様に位相が反転し全反射する。このように不平衡モードeoは回路内においてA点・B点における反射とFETによる増幅を繰り返すことによって発振を引き起こす。不平衡モードの発振は不平衡モードeoの反射経路があたかも図1のループを描くように見えるためループ発振と呼ばれる。このループ発振はアイソレーション抵抗を閉ループ回路の所定の対向する位置に接続することにより、抑制することができる。すなわち、不平衡モードに関しては、アイソレーション抵抗の両端で同振幅逆位相となるためアイソレーション抵抗17上で合成されることにより吸収されループ発振を抑制することができる。しかし、閉ループ回路に単にアイソレーション抵抗を設けた場合では、上述のように不平衡モードの発振を抑制できない場合がある。
A case where the
そこで、図1に示すように閉ループ回路に、受動回路18をアイソレーション抵抗17と並列に接続する。図1に示す回路の不平衡モードに対する等価回路を図2に示す。電力合成回路13の不平衡モードに対するインピーダンス、すなわち、図2中の受動回路18と閉ループ回路との接続点から伝送線路16側を見たインピーダンスをZt1、電力分配回路13と受動回路18の合成インピーダンス、すなわち、図2中の受動回路18と閉ループ回路との接続点から伝送線路16と受動回路18側を見たインピーダンスをZt2とし、出力回路全体を見たインピーダンスをZoutとする。また、アイソレーション抵抗17の抵抗値を2Ro1とし、受動回路18のアドミッタンスをYR/2とする。このときZt2,Zoutは以下の式で表される。
Therefore, as shown in FIG. 1, the
次に、式(3)から、Zt2がRo1に比べて十分大きいときはZout≒Ro1となり、FET12にアイソレーション抵抗17のみが装荷されていることと等価になる。従って、Zt1がRo1に比べ十分小さい場合であっても、不平衡モードの電力は抵抗に吸収され、ループ発振は生じない。ここで、Zt2がRo1に比べて十分に大きくない場合でも、1+Zt1YR<1の条件を満足するYRをもつ受動回路18を装荷することによりZt2を大きくすることができ、アイソレーション抵抗17による不平衡モードを吸収する電力を、受動回路18を装荷しない場合と比べ大きくでき、ループ発振を抑制する効果が得られる。
Then, from equation (3), Z t2 is equivalent to that the Z out ≒ R o1 next when sufficiently larger than the R o1, only
本発明の実施の形態1に係る高周波増幅器では、以上のような構成をしているため、不平衡モードに関してインピーダンスを大きくする受動回路をアイソレーション抵抗に並列に装荷することにより、アイソレーション抵抗による不平衡モードの電力吸収効果を高め、発振を抑制できる。
Since the high-frequency amplifier according to
なお、ここではFETの電力合成回路側に受動回路を設け、受動回路と電力合成回路との不平衡モードに対する合成インピーダンスを大きくした場合について説明を行ったが、電力分配回路側に受動回路を設け、受動回路と電力分配回路との合成インピーダンスを大きくするようにした構成でも同様の効果が得られる。また、段間整合回路が設けられている場合には、受動回路と段間整合回路との合成インピーダンスを大きくするように構成してもよい。また、ここではアイソレーション抵抗を受動回路のFET側に配置する構成について示したが、逆に配置、すなわちアイソレーション抵抗を受動回路の電力合成回路側に配置する構成としてもよい。 In addition, although the case where a passive circuit is provided on the power combining circuit side of the FET and the combined impedance for the unbalanced mode of the passive circuit and the power combining circuit is increased is described here, a passive circuit is provided on the power distribution circuit side. The same effect can be obtained with a configuration in which the combined impedance of the passive circuit and the power distribution circuit is increased. When an interstage matching circuit is provided, the combined impedance of the passive circuit and the interstage matching circuit may be increased. In addition, although the configuration in which the isolation resistor is arranged on the FET side of the passive circuit is shown here, the arrangement may be reversed, that is, the isolation resistor may be arranged on the power combining circuit side of the passive circuit.
実施の形態2.
図3に、本発明の実施の形態2に係る高周波増幅器の回路構成を示す。その基本構成は実施の形態1と同様であり、第1の受動回路としてのアイソレーション抵抗17と並列に装荷する第2の受動回路としてキャパシタ19を用いている。
FIG. 3 shows a circuit configuration of the high-frequency amplifier according to
次に、動作について説明する。実施の形態1に示す場合と同様に、入力端子10から入力された信号は、FET12で増幅され出力端子14から出力される。また、FET12などから発生する熱雑音により、不平衡モードが生じることとなる。図3に示す回路の不平衡モードに対する等価回路を図4に示す。図4において、伝送線路16の特性インピーダンスをZo1、その電気長をθo1としアイソレーション抵抗17を2Ro1、キャパシタ19をCR/2とする。このとき、伝送線路16を見た不平衡モードに対するインピーダンスZt1は以下の式で表される。
Next, the operation will be described. As in the case of the first embodiment, the signal input from the
式(5)より、1−ωZo1CRtanθo1<1のときZt1<Zt2であり,電力合成回路13とキャパシタ19の合成インピーダンスを、キャパシタ19を設けない場合と比べ大きくできることがわかる。この条件を満たすキャパシタを装荷することにより、実施の形態1の場合と同様に、アイソレーション抵抗17による不平衡モードの吸収効果を高められ、ループ発振を抑制できる。また、1−ωZo1CRtanθo1=0の場合、Zt2⇒∞となり最もインピーダンスZt2を大きくすることができる。
From equation (5), it can be seen that when 1−ωZ o1 C R tanθ o1 <1, Z t1 <Z t2 , and the combined impedance of the
図5に、実施の形態2に係る高周波増幅器と従来回路の不平衡モードのループ利得の計算結果を示す。計算にはZi1=8.4Ω,θi1=90°,Zo1=20Ω,θo1=90°,Ro1=50Ω,CR=2.2pFとゲート幅=1.75mmのFETモデルを用いた。図5において、横軸を周波数、縦軸をループ利得としており、点線で従来回路の不平衡モードのループ利得、実線で本発明に実施の形態2に係る回路のループ利得の計算結果を示している。発振条件はループ利得>0dBである。 FIG. 5 shows the calculation result of the loop gain in the unbalanced mode between the high-frequency amplifier according to the second embodiment and the conventional circuit. For calculation, FET model with Z i1 = 8.4Ω, θ i1 = 90 °, Z o1 = 20Ω, θ o1 = 90 °, R o1 = 50Ω, C R = 2.2 pF and gate width = 1.75 mm is used. It was. In FIG. 5, the horizontal axis represents the frequency, and the vertical axis represents the loop gain. The dotted line indicates the loop gain of the unbalanced mode of the conventional circuit, and the solid line indicates the calculation result of the loop gain of the circuit according to the second embodiment of the present invention. Yes. The oscillation condition is a loop gain> 0 dB.
従来回路ではf=4.5GHz近傍においてループ利得>0dBとなっているのに対して、本実施の形態による高周波増幅器のループ利得はすべての周波数で0dB以下であり、発振しないことが計算から確認された。 In the conventional circuit, the loop gain is> 0 dB in the vicinity of f = 4.5 GHz, whereas the loop gain of the high-frequency amplifier according to the present embodiment is 0 dB or less at all frequencies, and it is confirmed from calculation that no oscillation occurs. It was done.
図6に、周波数をf0/2とした場合におけるループ利得とキャパシタの容量値の関係を示す。図6において、横軸をキャパシタ19の容量値、縦軸をループ利得としており、ループ利得>0(図中の一点鎖線)となる容量値ではループ発振が発生することとなる。図6より、CR=2.02pFにすることにより、ループ利得を大きく低下させることができ、−10dB以下にできることがわかる。この容量値は図4においてキャパシタ19が伝送線路16とf0/2で並列共振する値である。
Figure 6 shows the relationship between the capacitance value of the loop gain and the capacitor in the case where the frequency is f 0/2. In FIG. 6, the abscissa indicates the capacitance value of the
このように、本発明の実施の形態2に係る高周波増幅器では、キャパシタ19の容量値をf0/2において伝送線路16と共振する値を選ぶことで最もループ利得を低くでき、周波数がf0/2となる不平衡モードの発振を抑制できる。
Thus, in the high-frequency amplifier according to the second embodiment of the present invention, the capacitance value of the
なお、ここではFETの電力合成回路側にキャパシタを設け、キャパシタと電力合成回路との不平衡モードに対する合成インピーダンスを大きくした場合について説明を行ったが、電力分配回路側にキャパシタを設け、キャパシタと電力分配回路との合成インピーダンスを大きくするようにした構成でも同様の効果が得られる。また、段間整合回路が設けられている場合には、キャパシタと段間整合回路との合成インピーダンスを大きくするように構成してもよい。 Here, the case where a capacitor is provided on the power combining circuit side of the FET and the combined impedance for the unbalanced mode of the capacitor and the power combining circuit is increased has been described. However, a capacitor is provided on the power distribution circuit side, The same effect can be obtained with a configuration in which the combined impedance with the power distribution circuit is increased. If an interstage matching circuit is provided, the combined impedance of the capacitor and the interstage matching circuit may be increased.
ここではアイソレーション抵抗をキャパシタのFET側に配置する構成について示したが、逆に配置、すなわちアイソレーション抵抗をキャパシタの電力合成回路側に配置する構成としてもよい。また、ここでは第2の受動回路をキャパシタのみで構成した例について示したが、後述するインダクタや、例えばマイクロストリップ線路のような伝送線路と組み合わせて構成しても良い。 Although the configuration in which the isolation resistor is arranged on the FET side of the capacitor is shown here, the arrangement may be reversed, that is, the isolation resistor may be arranged on the power combining circuit side of the capacitor. In addition, although the example in which the second passive circuit is configured only by the capacitor is shown here, the second passive circuit may be configured in combination with an inductor described later or a transmission line such as a microstrip line.
実施の形態3.
図7は、本発明の実施の形態3に係る高周波増幅器の回路構成図である。その基本構成は実施の形態1とほぼ同様であるが、第1の受動回路としてのアイソレーション抵抗17と並列に装荷する第2の受動回路としてインダクタ20を用いており、また、伝送線路16a、16bの代わりにキャパシタ21a、21bを装荷した点で異なる。ここで、キャパシタ21a、21bは電力合成回路の一部と考えてもよく、その出力端子14の外側に出力整合回路を設けて整合をとっても良い。図7においてアイソレーション抵抗17の抵抗値を2Ro1、インダクタ20のインダクタンスを2Lo1、キャパシタ21の容量値をCo1とする。
FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a high-frequency amplifier according to
次に、動作について説明する。実施の形態1と同様に、入力端子10から入力された信号は、FET12で増幅され出力端子14から出力される。また、FET12などの熱雑音により、不平衡モードが生じることとなる。図7の不平衡モードに対する等価回路を図8に示す。図8のZt1,Zt2は以下の式で表される。
Next, the operation will be described. As in the first embodiment, the signal input from the
式(7)から1−(1/(ω2Co1Lo1))<1のときZt1<Zt2であり、この条件を満たすインダクタを装荷することにより、インダクタ20と電力合成回路13との不平衡モードに対するインピーダンスを、インダクタを装荷しない場合と比べ大きくすることができる。また、Lo1をZt1に対して共振させるように選んだとき、すなわち、1−(1/(ω2Co1Lo1))=0となるようにLo1を選ぶことにより、Zt2⇒∞となりインピーダンスZt2を最も大きくすることができる。
From Equation (7), when 1− (1 / (ω 2 C o1 L o1 )) <1, Z t1 <Z t2 , and by loading an inductor that satisfies this condition, the
本発明の実施の形態3に係る高周波増幅器は、以上のような構成をしているため、実施の形態1と同様にアイソレーション抵抗による不平衡モードの吸収効果を高めて発振を抑制できる。なお、インダクタ20はチップインダクタやマイクロストリップ線路やコプレナー線路で形成したスパイラルインダクタなどで実現できる。
Since the high-frequency amplifier according to the third embodiment of the present invention has the above-described configuration, it is possible to suppress the oscillation by enhancing the absorption effect of the unbalanced mode due to the isolation resistance as in the first embodiment. The
なお、ここではFETの電力合成回路側にインダクタを設け、インダクタと電力合成回路との不平衡モードに対する合成インピーダンスを大きくした場合について説明を行ったが、電力分配回路側にインダクタを設け、インダクタと電力分配回路との合成インピーダンスを大きくするようにした構成でも同様の効果が得られる。また、段間整合回路が設けられている場合には、インダクタと段間整合回路との合成インピーダンスを大きくするように構成してもよい。また、ここではアイソレーション抵抗をインダクタのFET側に配置する構成について示したが、逆に配置、すなわちアイソレーション抵抗をインダクタの電力合成回路側に配置する構成としてもよい。 In addition, although the case where an inductor is provided on the power combining circuit side of the FET and the combined impedance for the unbalanced mode of the inductor and the power combining circuit is increased has been described here, an inductor is provided on the power distribution circuit side, A similar effect can be obtained with a configuration in which the combined impedance with the power distribution circuit is increased. If an interstage matching circuit is provided, the combined impedance of the inductor and the interstage matching circuit may be increased. Also, here, the configuration in which the isolation resistor is arranged on the FET side of the inductor is shown, but conversely, that is, the isolation resistor may be arranged on the power combining circuit side of the inductor.
実施の形態4.
図9に、本発明の実施の形態4に係る高周波増幅器の回路構成図を示す。その基本構成は実施の形態3に示す場合とほぼ同様である。実施の形態3との相違点は第2の受動回路としてインダクタ20の代わりに、例えばマイクロストリップ線路のような伝送線路22を用いた点である。図9においてアイソレーション抵抗17の抵抗値を2Ro1、伝送線路22の特性インピーダンスをZR1、電気長を2θR1とし、キャパシタ21の容量値をCo1とする。
FIG. 9 shows a circuit configuration diagram of a high-frequency amplifier according to
次に、動作について説明する。実施の形態1と同様に、入力端子10から入力された信号は、FET12で増幅され出力端子14から出力される。また、FET12などの熱雑音により、不平衡モードが生じることとなる。図9に示す回路の不平衡モードに対する等価回路を図10に示す。図10のZt1,Zt2は以下の式で表される。
Next, the operation will be described. As in the first embodiment, the signal input from the
以上のように、本発明の実施の形態4に係る高周波増幅器では、実施の形態3と同様にZt2のインピーダンスを大きくことができ、アイソレーション抵抗による不平衡モードの吸収効果を高めてループ発振を抑制することができる。 As described above, in the high-frequency amplifier according to the fourth embodiment of the present invention, the impedance of Z t2 can be increased as in the third embodiment, and the absorption effect of the unbalanced mode due to the isolation resistance is enhanced, and the loop oscillation is performed. Can be suppressed.
なお、ここではFETの電力合成回路側に伝送線路を設け、伝送線路と電力合成回路との不平衡モードに対する合成インピーダンスを大きくした場合について説明を行ったが、電力分配回路側に伝送線路を設け、伝送線路と電力分配回路との合成インピーダンスを大きくするようにした構成でも同様の効果が得られる。また、段間整合回路が設けられている場合には、伝送線路と段間整合回路との合成インピーダンスを大きくするように構成してもよい。また、ここではアイソレーション抵抗を伝送線路のFET側に配置する構成について示したが、逆に配置、すなわちアイソレーション抵抗を伝送線路の電力合成回路側に配置する構成としてもよい。 In this example, a transmission line is provided on the power combining circuit side of the FET and the combined impedance for the unbalanced mode between the transmission line and the power combining circuit is increased. However, a transmission line is provided on the power distribution circuit side. The same effect can be obtained even when the combined impedance of the transmission line and the power distribution circuit is increased. When an interstage matching circuit is provided, the combined impedance of the transmission line and the interstage matching circuit may be increased. In addition, although the configuration in which the isolation resistor is arranged on the FET side of the transmission line is shown here, the arrangement may be reversed, that is, the isolation resistor may be arranged on the power combining circuit side of the transmission line.
実施の形態5.
図11に、この発明の実施の形態5に係る高周波増幅器の構成図を示す。図11に示す構成図は、実施の形態2に示す受動回路としてキャパシタを用いた高周波増幅器において、第1の受動回路としてのアイソレーション抵抗や、第2の受動回路としてのキャパシタを増幅素子と同一基板に形成した場合のレイアウトを示している。図11において、高周波増幅器は、半導体基板23上にFET12a、12b、アイソレーション抵抗17、受動回路としてのキャパシタ19が構成されている。また、FET12a、12bにおいて、ゲートパッド24a、24bとゲート電極29は接続されており、ドレインパッド25a〜25bとドレイン電極29は接続されている。ソース電極30はソースパッド26a〜26cと接続されており、ビアホール27a〜27cを通して接地されている。また、ソースパッド26bは、FET12a、12bで共用されている。アイソレーション抵抗17として薄膜抵抗を、アイソレーション抵抗と並列に接続されるキャパシタ19としてMIM(Metal−Insulator−Metal)キャパシタを用いている。なお、ここでは省略した入力端子10、電力分配回路11、電力合成回路13、および出力端子14は同一基板上に構成してもよく、別の誘電体基板上に構成してもよい。
Embodiment 5.
FIG. 11 shows a configuration diagram of a high-frequency amplifier according to Embodiment 5 of the present invention. In the high frequency amplifier using a capacitor as the passive circuit shown in the second embodiment, the configuration diagram shown in FIG. 11 is the same as the amplifying element in the isolation resistance as the first passive circuit and the capacitor as the second passive circuit. A layout when formed on a substrate is shown. In FIG. 11, the high-frequency amplifier includes
本発明の実施の形態5に係る高周波増幅器は、以上のような構成をしているため、実施の形態2に示す高周波増幅器と基本的な回路構成は変わらず、実施の形態2と同様の効果を有する。さらに増幅素子と同一基板上に薄膜抵抗とMIMキャパシタを形成することにより、高周波増幅器を小型化することができる。また、外部回路において抵抗やキャパシタを用意する必要がなくなり、部品点数を削減でき、低コスト化が可能となる。 Since the high-frequency amplifier according to the fifth embodiment of the present invention has the above-described configuration, the basic circuit configuration is the same as that of the high-frequency amplifier shown in the second embodiment, and the same effects as those of the second embodiment are obtained. Have Further, by forming the thin film resistor and the MIM capacitor on the same substrate as the amplification element, the high frequency amplifier can be reduced in size. Further, it is not necessary to prepare resistors and capacitors in the external circuit, the number of parts can be reduced, and the cost can be reduced.
実施の形態6.
図12に、この発明の実施の形態6に係る高周波増幅器の構成図を示す。図12に示す構成図は、実施の形態2に係る高周波増幅器において、各回路を半導体基板と誘電体基板で構成したときのレイアウトを示している。図12では、図11の構成に加え、ワイヤ31a〜31d、誘電体基板36を備えており、伝送線路16等を誘電体基板上の導体パターンで構成している。また、不平衡モードを吸収するアイソレーション抵抗17として誘電体基板上の薄膜抵抗、電力合成回路のインピーダンスを大きくするキャパシタ19として誘電体基板上のMIMキャパシタを設けている。なお、ここでは省略した入力端子10、電力分配回路11は同一基板上に構成してもよく、別の誘電体基板上に構成してもいい。
FIG. 12 shows a configuration diagram of a high-frequency amplifier according to
誘電体基板上の薄膜抵抗とMIMキャパシタにワイヤをボンディングすることにより、アイソレーション抵抗17と、キャパシタ19を構成している。
An
本発明の実施の形態6に係る高周波増幅器では、以上のような構成をしているため、基本的な回路構成は実施の形態2と同様であり、実施の形態2と同様の効果を有する。さらに、誘電体基板上に薄膜抵抗、MIMキャパシタを複数個用意しておくことにより、抵抗値や容量値の調整を容易にでき、アイソレーション抵抗による不平衡モードの吸収効果を可変できるという効果が得られる。 Since the high-frequency amplifier according to the sixth embodiment of the present invention has the above-described configuration, the basic circuit configuration is the same as that of the second embodiment and has the same effects as those of the second embodiment. Furthermore, by preparing a plurality of thin film resistors and MIM capacitors on the dielectric substrate, the resistance value and the capacitance value can be easily adjusted, and the absorption effect of the unbalanced mode by the isolation resistance can be varied. can get.
実施の形態7.
図13に、本発明の実施の形態7に係る高周波増幅器の回路構成図を示す。図13に示す回路では、図3に示す回路を2つ上下に並べ、これらの回路を伝送線路32a、32b、伝送線路33a、33b、電力分配回路36、電力合成回路37により並列接続している。また、第1の受動回路としてアイソレーション抵抗34および、第2の受動回路としてキャパシタ35を設けている。
FIG. 13 shows a circuit configuration diagram of a high-frequency amplifier according to
高周波増幅器の高出力化するために、図3に示す回路(以下で基本増幅回路とする)を複数用意し並列合成することが考えられる。それぞれの基本増幅回路中でのループ発振は、実施の形態2に示すような回路を用いることにより、抑制することができるが、例えば、それぞれの基本増幅回路中では平衡モードとなるが、2つの基本増幅回路の間で見ると、位相が180度異なり、不平衡モードとなる場合は、ループ発振が生じる可能性がある。このような場合でもループ発振を抑制するために、実施の形態7に示す高周波増幅器では、基本増幅回路を並列合成したあと、さらにアイソレーション抵抗34およびキャパシタ35を設けている。キャパシタ35と電力合成回路37との合成インピーダンスを大きくするように、キャパシタ35の素子値を選択することにより、キャパシタ35を装荷しない場合と比べアイソレーション抵抗34において吸収させる電力を大きくすることができる。
In order to increase the output of the high-frequency amplifier, it is conceivable to prepare a plurality of circuits shown in FIG. Loop oscillation in each basic amplifier circuit can be suppressed by using a circuit as shown in the second embodiment. For example, in each basic amplifier circuit, a balanced mode is set. When viewed between the basic amplifier circuits, when the phase differs by 180 degrees and the unbalanced mode is set, loop oscillation may occur. In order to suppress loop oscillation even in such a case, the high frequency amplifier shown in the seventh embodiment further includes an
以上のように実施の形態7に係る高周波増幅器においても実施の形態2と同様の効果を有する。さらに、本構成ではループ発振を抑制しつつFETの並列合成数を増やすことができるので、高出力化できる効果も有する。ここではFETを4合成する場合について例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、2N合成に適用可能である。 As described above, the high-frequency amplifier according to the seventh embodiment has the same effect as that of the second embodiment. Further, this configuration can increase the number of FETs combined in parallel while suppressing loop oscillation, and thus has the effect of increasing the output. Although the case where four FETs are synthesized is illustrated here, the present invention is not limited to this, and can be applied to 2N synthesis.
なお、ここでは実施の形態2に示すような第2の受動回路としてキャパシタを用いた場合について述べたが、実施の形態3または4に示すようにインダクタや伝送線路、または、これらを組み合わせて構成した場合でも同様の効果が得られる。 Here, the case where a capacitor is used as the second passive circuit as shown in the second embodiment has been described. However, as shown in the third or fourth embodiment, an inductor, a transmission line, or a combination thereof is used. Even in this case, the same effect can be obtained.
実施の形態8.
図14は、この発明の実施の形態8に係る高周波増幅器の回路構成図である。基本構成は図13と同様であるが、中央の第1の受動回路としてのアイソレーション抵抗と第2の受動回路としてのキャパシタの装荷位置が異なる。
FIG. 14 is a circuit configuration diagram of a high-frequency amplifier according to
実施の形態8に係る高周波増幅器は、基本構成が実施の形態7に示す高周波増幅器と同様であり、実施の形態7と同様の効果を有する。さらに、本構成ではFET間にアイソレーション抵抗とキャパシタを装荷するので、FETの合成数を任意に選択でき増幅器設計の自由度を高められる。これにより、増幅器の出力電力を自由に選ぶことができるという効果が得られる。 The basic configuration of the high-frequency amplifier according to the eighth embodiment is the same as that of the high-frequency amplifier shown in the seventh embodiment, and has the same effects as the seventh embodiment. Furthermore, in this configuration, since an isolation resistor and a capacitor are loaded between the FETs, the number of FETs can be arbitrarily selected, and the degree of freedom in amplifier design can be increased. Thereby, an effect that the output power of the amplifier can be freely selected is obtained.
なお、ここでは実施の形態2に示すような第2の受動回路としてキャパシタを用いた場合について述べたが、実施の形態3または4に示すようにインダクタや伝送線路、または、これらを組み合わせて構成した場合でも同様の効果が得られる。 Here, the case where a capacitor is used as the second passive circuit as shown in the second embodiment has been described. However, as shown in the third or fourth embodiment, an inductor, a transmission line, or a combination thereof is used. Even in this case, the same effect can be obtained.
10 入力端子、11 電力分配回路、12a〜d FET、13 電力合成回路、14 出力端子、15a〜d 伝送線路、16a〜d 伝送線路、17,17a〜c アイソレーション抵抗(第1の受動回路)、18 第2の受動回路、19,19a〜c キャパシタ、20 インダクタ、21a,b キャパシタ、22 伝送線路、23 誘電体基板、24a,b ゲートパッド、25a,b ドレインパッド、26a〜c ソースパッド、27a〜c ビアホール、28 ゲート電極、29 ドレイン電極、30 ソース電極、31a〜d 導電性ワイヤ、32a,b 伝送線路、33a,b 伝送線路、34 アイソレーション抵抗、35 キャパシタ、36 誘電体基板
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記電力分配回路の出力側に接続され、前記電力分配回路からの各出力信号をそれぞれ増幅する1組の増幅素子と、
前記1組の増幅素子からの出力信号を合成し、前記電力分配回路および前記1組の増幅素子と協働して閉ループ回路を構成するように前記1組の増幅素子の出力側に接続された電力合成回路と、
前記電力分配回路の出力側に、前記電力分配回路または前記電力合成回路の少なくとも一方と並列接続され、前記閉ループ回路内に発生する不平衡モードの電力を吸収する第1の受動回路と、
前記不平衡モードに関する前記電力分配回路との合成インピーダンス及び前記不平衡モードに関する前記電力合成回路との合成インピーダンスの少なくとも一方の合成インピーダンスを、対応する前記電力分配回路のインピーダンス又は前記電力合成回路のインピーダンスと比べて大きくするようなインピーダンス値を有し、前記第1の受動回路による電力吸収量を調整するように前記閉ループ回路中に前記第1の受動回路に並列接続された第2の受動回路と、
を備えたことを特徴とする高周波増幅器。 A power distribution circuit that distributes an input signal and outputs the distributed signal;
A set of amplifying elements connected to the output side of the power distribution circuit and amplifying each output signal from the power distribution circuit;
The output signals from the one set of amplifying elements are combined and connected to the output side of the one set of amplifying elements so as to form a closed loop circuit in cooperation with the power distribution circuit and the one set of amplifying elements. A power combining circuit;
A first passive circuit that is connected in parallel to at least one of the power distribution circuit or the power combining circuit on the output side of the power distribution circuit and absorbs unbalanced mode power generated in the closed loop circuit;
The combined impedance of at least one of the combined impedance with the power distribution circuit regarding the unbalanced mode and the combined impedance with the power combining circuit regarding the unbalanced mode is the impedance of the corresponding power distribution circuit or the impedance of the power combining circuit. A second passive circuit having an impedance value that is larger than the first passive circuit and connected in parallel to the first passive circuit in the closed loop circuit so as to adjust the amount of power absorbed by the first passive circuit; ,
A high frequency amplifier comprising:
前記第1および第2の受動回路は、両端が前記閉ループ回路上であって前記対称面について対称となる位置に接続されたこと、
を特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の高周波増幅器。 The closed loop circuit including the power distribution circuit , the power combining circuit, and the set of amplifying elements is configured to be symmetric with respect to a symmetry plane,
The first and second passive circuits are connected to positions where both ends are on the closed-loop circuit and symmetric with respect to the symmetry plane;
The high-frequency amplifier according to claim 1, wherein:
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