JP2004072625A

JP2004072625A - 高周波電力増幅回路

Info

Publication number: JP2004072625A
Application number: JP2002231948A
Authority: JP
Inventors: Shin Chagi; 茶木　伸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-03-04
Also published as: US20040029535A1; US6982603B2

Abstract

【課題】設計帯域前後の周波数領域での利得の安定化と、設計帯域での高利得化とを両立する高周波電力増幅回路を提供する。
【解決手段】トランジスタ１０と、このトランジスタ１０の前段に配置された安定化回路２０とを備えた高周波電力増幅回路であって、安定化回路２０は、一端がトランジスタ１０に接続され、他端が入力端子１に接続された直列抵抗（Ｒ１）２１と、一端が直列抵抗２１の他端に接続された抵抗素子（Ｒ２）２２と、一端が抵抗素子２２の他端に接続され、他端が容量素子２４を介して接続されたショートスタブ（Ｐ１）２３とを備えている。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電力増幅回路に係り、特に高周波電力増幅回路の利得を安定化させる安定化回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波、準ミリ波、ミリ波帯で使用される高周波電力増幅回路（以下「増幅回路」と略称する。）やＭＭＩＣ（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ）を設計する場合、要求される周波数、利得および出力等に応じて、最適な能動素子の種類及びそのゲート幅ならびにバイアス条件等を選択する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、発振器、ミクサ、逓倍器等を含めたマイクロ波／ミリ波システム全体（チップセット全体）で高性能化、低コスト化を実現しようとすると、必ずしも増幅回路にとって最適な能動素子の種類およびゲート幅、ならびにバイアス条件等を選択できない場合が生じる。
例えば、ミリ波システムに用いられる中間周波数の増幅回路を設計する際、必要以上に高周波で動作する能動素子を選択しなければならない場合がある。これは、上記増幅回路が、ミリ波システムの性能に直接影響を与えるデバイスではないため、他のデバイスが最適となる条件を優先させるためである。この場合、設計周波数帯域（以下「設計帯域」と略称する。）の前後の広い周波数範囲を安定化回路によって安定化させることが必要になる。
【０００４】
図４は、従来の高周波電力増幅回路を説明するための回路図である。
図４において、参照符号１０は能動素子としての電界効果トランジスタ（以下「トランジスタ」と略称する。）、４０は能動素子１０の前段に配置された安定化回路を示している。安定化回路４０は、一端がトランジスタ１０のゲート端子と入力端子１とに接続された抵抗素子４２と、一端が抵抗素子４２の他端に接続されたショートスタブ４３と、一端がショートスタブ４３の他端に接続され、他端が接地された容量素子４４と、を備えている。
また、トランジスタ１０のドレイン端子は出力端子に接続され、トランジスタ１０のソース端子は接地されている。
【０００５】
図５は、図４に示した従来の高周波電力増幅回路の利得（ＭＡＧ，ＭＳＧ）の周波数特性を示す図である。
図５において、点線Ａは能動素子単体の利得（ＭＡＧ，ＭＳＧ）の周波数特性を示し、実線Ｃは安定化回路を能動素子に付加した場合の利得（ＭＡＧ，ＭＳＧ）の周波数特性を示している。なお、図５において、周波数を表す横軸は対数軸である。
【０００６】
点線Ａが示すように、能動素子単体の場合には、設計帯域の前後の広い周波数範囲において増幅回路の利得を安定化できておらず、ＭＳＧ領域（安定化係数ｋ＜１となる不安定領域）となっている。
一方、実線Ｃが示すように、安定化回路４０を能動素子１０に付加した場合には、設計帯域の前後の広い周波数範囲において増幅回路の利得を安定化できている。
しかしながら、図５中の矢印で示すように、従来の安定化回路４０を用いて設計帯域よりも高い周波数で利得を安定化しようとした場合、設計帯域における増幅回路の利得が著しく低下してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、設計帯域前後の周波数領域での利得の安定化と、設計帯域での高利得化とを両立する高周波電力増幅回路を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る高周波電力増幅回路は、能動素子と、該能動素子の前段に配置された安定化回路とを備えた高周波電力増幅回路であって、
前記安定化回路は、
一端が前記能動素子に接続され、他端が入力端子に接続された第１の抵抗素子と、
一端が前記第１の抵抗素子の他端に接続された第２の抵抗素子と、
一端が前記第２の抵抗素子の他端に接続され、他端が接地されたショートスタブと、
を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明に係る高周波電力増幅回路は、請求項１に記載の高周波電力増幅回路において、
前記能動素子は、ゲート端子が前記第１の抵抗素子に接続され、ソース端子が接地されたトランジスタであり、
前記ソース端子と、前記ショートスタブとが共通のグランドに接地されたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３の発明に係る高周波電力増幅回路は、請求項１又は２に記載の高周波電力増幅回路において、
前記ショートスタブが容量素子を介して接地されたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による高周波電力増幅回路を説明するための回路図である。
図１において、参照符号１は入力端子（外部入力端子）、２は出力端子（外部出力端子）、１０は能動素子の一例である電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「トランジスタ」と略称する。）、２０は安定化回路、２１は第１の抵抗素子としての直列抵抗（Ｒ１）、２２は第２の抵抗素子としての抵抗素子（Ｒ２）、２３はショートスタブ（Ｐ１）、２４は容量素子を示している。
【００１３】
図１に示すように、トランジスタ１０の前段（直前）に、安定化回路２０が配置されている。言い換えれば、入力端子１とトランジスタ１０との間に、安定化回路２０が配置されている。
安定化回路２０は、一端がトランジスタ１０のゲート端子に接続された直列抵抗（Ｒ１）２１と、この直列抵抗２１の他端および入力端子１に一端が接続された抵抗素子（Ｒ２）２２と、抵抗素子２２の他端に一端が接続されたショートスタブ２３と、一端がショートスタブ２３の他端に接続され、他端が接地された直流成分分離用の容量素子２４と、を備えている。
【００１４】
すなわち、安定化回路２０は、直列抵抗（Ｒ１）２１と、抵抗素子（Ｒ２）２２を有するショートスタブ２３と、を組み合わせた回路構成である。また、ショートスタブ２３の他端（ショート端）は、容量素子２４を介して接地されている。
なお、トランジスタ１０のソース端子は接地され、ドレイン端子は出力端子２に接続されている。
【００１５】
図２は、図１に示した本実施の形態１による高周波電力増幅回路の利得（ＭＡＧ，ＭＳＧ）の周波数特性を示す図である。
図２において、点線Ａは能動素子単体の利得（ＭＡＧ，ＭＳＧ）の周波数特性を示し、実線Ｂは安定化回路を能動素子に付加した場合の利得（ＭＡＧ，ＭＳＧ）の周波数特性を示している。なお、図２において、周波数を表す横軸は対数軸である。
【００１６】
点線Ａが示すように、能動素子単体の場合には、設計帯域の前後の広い周波数範囲において増幅回路の利得を安定化できておらず、ＭＳＧ領域（安定化係数ｋ＜１となる不安定領域）となっている。
一方、実線Ｂが示すように、安定化回路２０を能動素子１０に付加した場合には、直列抵抗（Ｒ１）２１によって設計帯域よりも高い周波数でのＭＳＧ領域を安定化し、抵抗素子（Ｒ２）２２付きショートスタブ２３（すなわち抵抗素子２２及びショートスタブ２３）によって設計帯域よりも低い周波数でのＭＳＧ領域を安定化できている。
また、設計帯域よりも高い周波数で、大きい利得抑制効果が得られる。
更に、設計帯域において、従来の増幅回路と比較して、利得の低下を大幅に低減できる。
【００１７】
以上のように、本実施の形態１では、直列抵抗２１と、抵抗素子２２付きのショートスタブ２３とを組み合わせてなる安定化回路２０を、高周波電力増幅回路の能動素子１０の前段に配置した。
【００１８】
本実施の形態１によれば、直列抵抗２１によって設計帯域よりも高い周波数領域の利得を安定させることができ、抵抗素子２２及びショートスタブ２３によって設計帯域よりも低い周波数領域の利得を安定化させることができる。よって、設計帯域前後の周波数領域での増幅回路の利得を安定化が可能である。また、本実施の形態１によれば、設計帯域での利得低下を従来よりも大幅に低減することができ、設計帯域での高利得化が可能である。
従って、設計帯域前後の周波数領域での利得の安定化と、設計帯域での高利得化とを両立する高周波電力増幅回路を提供することができる。
【００１９】
なお、本実施の形態１では、能動素子１０の一例として電界効果トランジスタを用いたが、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：ｈｉｇｈ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｏｂｉｌｉｔｙ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｂｉ−ｐｏｌａｒ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いてもよい。
【００２０】
また、本実施の形態１では、ショートスタブ２３は容量素子２４を介して接地されているが、直接ショートスタブ２３を接地してもよい。
【００２１】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２による高周波電力増幅回路を説明するための回路図である。
本実施の形態２による増幅回路は、前述した実施の形態１による増幅回路と概略同一の回路構成を有する。以下、本実施の形態２による増幅回路と、実施の形態１による増幅回路との相違点について説明する。
【００２２】
本実施の形態２による増幅回路と、実施の形態１による増幅回路との相違点は、安定化回路３０にある。詳細には、安定化回路３０において、容量素子２４と、トランジスタ１０のソース端子とが共通のグランドに接地されている。言い換えれば、ショートスタブ２３のグランドと、トランジスタ１０のグランドとを共通化した。
【００２３】
本実施の形態２によれば、前述した実施の形態１で得られる効果に加えて、ショートスタブ２３のグランドと、トランジスタ１０のグランドを共通化することにより増幅回路全体のレイアウトがコンパクトになり、回路全体を小型化することができるという効果が得られる。また、能動素子１０と安定化回路３０とを一体化したセルとして設計パラメータを取得することで、増幅回路の設計を容易にすることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、設計帯域前後の周波数領域での利得の安定化と、設計帯域での高利得化とを両立する高周波電力増幅を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による高周波電力増幅回路を説明するための回路図である。
【図２】図１に示した本実施の形態１による高周波電力増幅回路の利得（ＭＡＧ，ＭＳＧ）の周波数特性を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２による高周波電力増幅回路を説明するための回路図である。
【図４】従来の高周波電力増幅回路を説明するための回路図である。
【図５】図４に示した従来の高周波電力増幅回路の利得（ＭＡＧ，ＭＳＧ）の周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１　入力端子、　２　出力端子、　１０　電界効果トランジスタ（能動素子）、　２０，３０　安定化回路、　２１　直列抵抗（Ｒ１、第１の抵抗素子）、　２２　抵抗素子（Ｒ２、第２の抵抗素子）、　２３　ショートスタブ（Ｐ１）、
２４　容量素子。

Claims

能動素子と、該能動素子の前段に配置された安定化回路とを備えた高周波電力増幅回路であって、
前記安定化回路は、
一端が前記能動素子に接続され、他端が入力端子に接続された第１の抵抗素子と、
一端が前記第１の抵抗素子の他端に接続された第２の抵抗素子と、
一端が前記第２の抵抗素子の他端に接続され、他端が接地されたショートスタブと、
を備えたことを特徴とする高周波電力増幅回路。
請求項１に記載の高周波電力増幅回路において、
前記能動素子は、ゲート端子が前記第１の抵抗素子に接続され、ソース端子が接地されたトランジスタであり、
前記ソース端子と、前記ショートスタブとが共通のグランドに接地されたことを特徴とする高周波電力増幅回路。
請求項１又は２に記載の高周波電力増幅回路において、
前記ショートスタブが容量素子を介して接地されたことを特徴とする高周波電力増幅回路。