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KR20020038569A - 다단 증폭기 - Google Patents

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KR20020038569A
KR20020038569A KR1020017012752A KR20017012752A KR20020038569A KR 20020038569 A KR20020038569 A KR 20020038569A KR 1020017012752 A KR1020017012752 A KR 1020017012752A KR 20017012752 A KR20017012752 A KR 20017012752A KR 20020038569 A KR20020038569 A KR 20020038569A
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impedance
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type matching
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KR1020017012752A
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모리카주토미
신조신타로우
키타바야시푸미마사
이케다유키오
Original Assignee
다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시
미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Publication date
Application filed by 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시, 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 filed Critical 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시
Publication of KR20020038569A publication Critical patent/KR20020038569A/ko
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Abstract

본 발명은 1단 고역 통과 필터 정합기(28)와 1단 저역 통과 필터 정합기(29)를 직렬로 접속하여, 단간 정합 회로(26)를 구성한다.

Description

다단 증폭기{Multistage amplifier}
일반적으로 FET, BJT, HBT 등의 반도체 소자를 사용한 다단 증폭기에 있어서는, 입력, 단간(段間), 출력의 정합 회로는 반도체 소자의 성능을 끌어내도록 구성된다.
도 1은 예를 들면 「신가쿠기보(信學技報)MW95-73(1995년 7월 발행)」에 나타난 종래의 다단 증폭기를 도시하는 등가 회로도이고, 도면에 있어서, 1은 신호를 입력하는 입력 단자, 2는 증폭 후의 신호를 출력하는 출력 단자, 3은 입력 단자(1)로부터 입력된 신호를 증폭하는 전단 증폭 소자, 4는 전단 증폭 소자(3)에 의해 증폭된 신호를 증폭하는 후단 증폭 소자이다.
5는 다단 증폭기의 입력 정합 회로, 6은 전단 증폭 소자(3)와 후단 증폭 소자(4)간의 임피던스 정합을 도모하는 단간 정합 회로, 7은 바이어스 회로, 8은 다단 증폭기의 출력 정합 회로, 9는 바이어스 공급용 쇼트 스터브, 10은 병렬 커패시터, 11은 직렬 선로, 12는 직렬 커패시터이다.
또, 전단 증폭 소자(3) 및 후단 증폭 소자(4)는 FET, BJT, MOSFET, HEMT,HBT 등에 의해 구성된다.
다음에 동작에 대하여 설명한다.
입력 단자(1)로부터 신호가 입력되면, 그 신호는 입력 정합 회로(5)를 통하여 전단 증폭 소자(3)에 입력되고, 전단 증폭 소자(3)에 의해 증폭된다.
전단 증폭 소자(3)에 의해 증폭된 신호는, 단간 정합 회로(6) 및 바이어스 회로(7)를 통하여 후단 증폭 소자(4)에 입력되고, 후단 증폭 소자(4)에 의해 증폭된다.
후단 증폭 소자(4)에 의해 증가된 신호는, 출력 정합 회로(8)를 통하여 출력 단자(2)로부터 출력된다.
여기서, 단간 정합 회로(6)의 작용을 설명한다.
단간 정합 회로(6)는, 단간이 있는 기준면에 있어서, 임피던스가 공역(共役)이 되도록 정합을 실시한다. 도 2는 다단 증폭기의 단간에서의 정합 조건의 일반 예를 도시하는 설명도이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 전단 증폭 소자(3)의 출력 임피던스를 SY_FET, 전단 증폭 소자(3)로부터 출력측을 본 임피던스(전단 증폭 소자(3)의 출력 부하 임피던스)를 Γout, 후단 증폭 소자(4)의 입력 임피던스를 SX_FET, 후단 증폭 소자(4)로부터 입력측을 본 임피던스(후단 증폭 소자(4)의 입력 전원 임피던스)를 Γin이라고 정의한다.
다단 증폭기가 소신호 동작하는 경우, 전단 증폭 소자(3)의 최적 출력 부하임피던스(Γopt_out)는 전단 증폭 소자(3)의 출력 임피던스의 복소 공역 임피던스(SY_FET*)와 일치하고, 후단 증폭 소자(4)의 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in)는 후단 증폭 소자(4)의 입력 임피던스의 복소 공역 임피던스(SX_FET*)와 일치한다.
따라서, 전단 증폭 소자(3)의 출력단(X)에 있어서, 복소 공역 정합을 실현하는 경우에는, 단간 정합 회로(6)는, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 후단 증폭 소자(4)의 입력 임피던스(SX_FET)로부터 전단 증폭 소자(3)의 출력 임피던스의 복소 공역 임피던스[SY_FET*( =Γopt_out)]로의 임피던스 변환을 행하도록 설계된다.
또한, 후단 증폭 소자(4)의 입력단(Y)에 있어서, 복소 공역 정합을 실현하는 경우에는, 단간 공역 정합 회로(6)는, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 전단 증폭 소자(3)의 출력 임피던스(SY_FET)로부터 후단 증폭 소자(4)의 입력 임피던스의 복소 공역 임피던스[SX_FET*( =Γopt_in)]로의 임피던스 변환을 행하도록 설계된다.
이로써, 단간 정합 회로(6)가 무손실인 경우에는, 일반적으로, 전단 증폭 소자(3)의 출력단(X)에 있어서 복소 공역 정합을 실현하면, 동시에 후단 증폭 소자(4)의 입력단(Y)에 있어서 복소 공역 정합을 실현할 수 있다.
그러나, 다단 증폭기를 사용하는 입력 레벨은, 다단 증폭기의 최종단의 증폭소자나, 그 전단의 증폭 소자에 있어서는, 소신호 동작이 아닌 대신호 동작으로 된다.
대신호 동작 시에 있어서는, 증폭 소자의 입출력 임피던스는 소신호 동작 시와는 다른 값이 되고, 더욱이, 효율을 최대로 하는 최적의 임피던스는 입출력 임피던스와 다른 값이 된다. 따라서, 대신호 동작 시에 있어서는, 전단 증폭 소자(3)의 최적 출력 부하 임피던스(Γopt_out)는, 전단 증폭 소자(3)의 출력 임피던스의 복소 공역 임피던스(SY_FET*)와 일치하지 않고서 다른 임피던스가 된다. 마찬가지로, 후단 증폭 소자(4)의 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in)는, 후단 증폭 소자(4)의 입력 임피던스의 복소 공역 임피던스(SX_FET*)와 일치하지 않고서 다른 임피던스가 된다.
이로써, 전단 증폭 소자(3)의 출력단(X)에 있어서 복소 공역 정합을 실현하는 경우에는, 단간 정합 회로(6)는, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 후단 증폭 소자(4)의 입력 임피던스(SX_FET)로부터 전단 증폭 소자(3)의 최적 출력 부하 임피던스[Γopt_out( ≠SY_FET*)]로의 임피던스 변환을 행하도록 설계된다. 또한, 후단 증폭 소자(4)의 입력단(Y)에 있어서 복소 공역 정합을 실현하는 경우에는, 단간 정합 회로(6)는, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 전단 증폭 소자(3)의 출력 임피던스(SY_FET)로부터 후단 증폭 소자(4)의 최적 입력 전원 임피던스[Γopt_in( ≠SX_FET*)]로의 임피던스 변환을 행하도록 설계된다.
이 경우, 일반적으로는, 전부 동일한 단간 정합 회로(6)를 사용하여, 전단 증폭 소자(3)의 출력단(X)에 있어서의 공역 정합과, 후단 증폭 소자(4)의입력단(Y)에 있어서의 공역 정합을 동시에 실현할 수 없다.
종래의 다단 증폭기는 이상과 같이 구성되어 있으므로, 전단 증폭 소자(3)의 출력 부하 임피던스(SY_FET)와, 후단 증폭 소자(4)의 입력 전원 임피던스(SX_FET)를 동시에 최적 임피던스에 정합할 수 없고, 다단 증폭기 전체의 효율이 낮아지는 과제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 전단 증폭 소자의 출력 부하 임피던스와 후단 증폭 소자의 입력 전원 임피던스의 양쪽을 최적 임피던스에 정합할 수 있는 다단 증폭기를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 입력 신호를 단계적으로 증폭하여 출력하는 다단 증폭기에 관한 것이다.
도 1은 종래의 다단 증폭기를 도시하는 등가 회로도.
도 2a 내지 2c는 다단 증폭기의 단간에 있어서의 정합 조건의 일반 예를 도시하는 설명도.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 실시예 1에 따른 다단 증폭기를 도시하는 등가 회로도.
도 4a 및 4b는 전단 증폭 소자의 최적 출력 부하 임피던스와 후단 증폭 소자의 최적입력 전원 임피던스를 도시하는 설명도.
도 5a 및 5b는 1단 고역 통과 필터형 정합기와 1단 저역 통과 필터형 정합기를 사용하여 단간 정합 회로를 구성한 경우의 단간의 임피던스를 도시하는 설명도.
도 6a 내지 6c는 본 발명의 실시예 2에 따른 다단 증폭기를 도시하는 등가 회로도.
도 7a 내지 7b는 1단 저역 통과 필터형 정합기와 1단 고역 통과 필터형 정합기를 사용하여 단간 정합 회로를 구성한 경우의 단간의 임피던스를 도시하는 설명도.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 다단 증폭기를 도시하는 등가 회로도.
도 9는 본 발명의 실시예 4에 따른 다단 증폭기를 도시하는 등가 회로도.
본 발명에 따른 다단 증폭기는, 1단 고역 통과(high pass)필터형 정합기와 1단 저역 통과(low pass) 필터형 정합기를 직렬로 접속하여, 정합 회로를 구성하도록 한 것이다.
이에 따라, 전단 증폭 소자의 출력 부하 임피던스와 후단 증폭 소자의 입력전원 임피던스의 양쪽을 최적 임피던스에 정합할 수 있기 때문에, 다단 증폭기 전체의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 다단 증폭기는, 최종단의 증폭 소자와, 그 전단의 증폭 소자사이에 삽입되는 정합 회로에 한하여, 1단 고역 통과 필터형 정합기와 1단 저역 통과 필터형 정합기를 직렬로 접속하여 구성하도록 한 것이다.
이에 따라, 다단 증폭기의 소형화를 도모할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 다단 증폭기는, 1단 고역 통과 필터형 정합 회로를 입력측에설치하고, 1단 저역 통과 필터형 정합기를 출력측에 설치하는 정합 회로를 설치한 것이다.
이에 따라, 전단 증폭 소자의 출력 부하 임피던스와 후단 증폭 소자의 입력 전원 임피던스의 양쪽을 최적 임피던스에 정합할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 다단 증폭기는, 1단 저역 통과 필터형 정합기를 입력측에 설치하고, 1단 고역 통과 필터형 정합기를 출력측에 설치하는 정합 회로를 설치한 것이다.
이에 따라, 전단 증폭 소자의 출력 부하 임피던스와 후단 증폭 소자의 입력 전원 임피던스의 양쪽을 최적 임피던스에 정합할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 다단 증폭기는, 병렬 인덕터와 직렬 커패시터로부터 1단 고역 통과 필터형 정합기를 구성하도록 한 것이다.
이에 따라, 소형의 1단 고역 통과 필터형 정합기를 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 다단 증폭기는, 병렬 인덕터로서, 길이가 4분의 1파장 이하의 바이어스 공급용 쇼트 스터브(short stub)를 사용하도록 한 것이다.
이에 따라, 전단 증폭 소자의 출력측의 바이어스 공급 선로를 겸할 수 있기 때문에, 다단 증폭기의 소형화를 도모할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 다단 증폭기는, 병렬 커패시터와 직렬 인덕터로부터 1단 저역 통과 필터형 정합기를 구성하도록 한 것이다.
이에 따라, 소형의 1단 저역 통과 필터형 정합기를 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 다단 증폭기는 직렬 인덕터로서 직렬 선로를 사용하도록 한 것이다.
이에 따라, 소형의 1단 저역 통과 필터형 정합기를 얻을 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위해서, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 예에 대하여, 첨부된 도면에 따라서 설명한다.
실시예 1
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 다단 증폭기를 도시하는 등가 회로도이고, 도면에 있어서, 21은 신호를 입력하는 입력 단자, 22는 증폭 후의 신호를 출력하는 출력 단자, 23은 입력 단자(21)로부터 입력된 신호를 증폭하는 전단 증폭 소자, 24는 전단 증폭 소자(23)에 의해 증폭된 신호를 증폭하는 후단 증폭 소자이다.
25는 다단 증폭기의 입력 정합 회로, 26은 전단 증폭 소자(23)와 후단 증폭 소자(24)간의 임피던스 정합을 도모하는 단간 정합 회로, 27은 다단 증폭기의 출력 정합 회로, 28은 단간 정합 회로(26)를 구성하는 1단 고역 통과 필터형 정합기, 29는 단간 정합 회로(26)를 구성하는 1단 저역 통과 필터형 정합기이다.
31은 1단 고역 통과 필터형 정합기(28)를 구성하는 병렬 인덕터, 32는 1단 고역 통과 필터형 정합기(28)를 구성하는 직렬 커패시터, 33은 1단 저역 통과 필터형 정합기(29)를 구성하는 병렬 커패시터, 34는 1단 저역 통과 필터형 정합기(29)를 구성하는 직렬 인덕터이다.
또, 전단 증폭 소자(23) 및 후단 증폭 소자(24)는 FET, BJT, MOSFET, HEMT, HBT 등에 의해 구성된다.
다음에 동작에 대하여 설명한다.
입력 단자(21)로부터 신호가 입력되면, 그 신호는 입력 정합 회로(25)를 통하여 전단 증폭 소자(23)에 입력되고, 전단 증폭 소자(23)에 의해 증폭된다.
전단 증폭 소자(23)에 의해 증폭된 신호는, 1단 고역 통과 필터형 정합기(28)와 1단 저역 통과 필터형 정합 회로(29)로 구성되는 단간 정합 회로(26)를 통하여 후단 증폭 소자(24)에 입력되어 증폭되고, 후단 증폭 소자(24)에 의해 증폭된다.
후단 증폭 소자(24)에 의해 증폭된 신호는, 출력 정합 회로(27)를 통하여 출력 단자(22)로부터 출력된다.
여기서, 도 4a에 전단 증폭 소자(23)로서, 예를 들면, 게이트 폭이 5.8mm의 HEMT 소자의 최적 출력 부하 임피던스(Γopt_out)를 나타냄과 동시에, 출력 임피던스의 복소 공역 임피던스(SY_FET*)를 나타낸다.
또한, 도 4b에 후단 증폭 소자(24)로서, 예를 들면, 게이트 폭이 17.5mm의 HEMT 소자의 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in)를 나타냄과 동시에, 입력 임피던스의 복소 공역 임피던스(SX_FET*)를 나타낸다.
어느 한쪽의 HEMT 소자도 바이어스 조건은 AB급이다. 이 경우, 전단 증폭 소자(23)의 게이트 폭은 후단 증폭 소자(24)의 게이트 폭의 2분의 1 이하로 되어 있다.
후단 증폭 소자(24; 게이트 폭이 17.5mm의 HEMT 소자)의 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in)는, 백오프(back off) 3dB 정도의 출력 전력 레벨에 있어서, 소정의 일그러짐(distortion)의 조건을 만족할 때, 최대의 효율이 얻어지는 임피던스이고, 로드 풀·소스 풀을 측정하여 구한 결과이다.
전단 증폭 소자(23; 게이트 폭이 5.8mm의 HEMT 소자)의 최적 출력 부하 임피던스(Γopt_out)는, 게이트 폭이 17.5mm의 상기 HEMT 소자에 대한 로드 풀·소스 풀 측정의 결과와, 게이트 폭이 5.8mm의 HEMT 소자에 대한 로드 풀·소스 풀 측정의 결과로부터, 전단 증폭 소자(23)와 후단 증폭 소자(24)의 특성를 조합하였을 때에, 2단 증폭기로서 백오프 3dB 정도의 출력 전력 레벨에 있어서, 소정의 일그러짐의 조건을 만족할 때, 최대의 효율이 얻어지는 조합을 구하여, 최대 효율이 얻어지는 조합의 경우의 전단 증폭 소자(23)의 출력 부하 임피던스로서 구할 수 있는 결과이다.
도 4a로부터, 전단 증폭 소자(23; 게이트 폭이 5.8mm의 HEMT 소자)의 최적 출력 부하 임피던스(Γopt_out)는 출력 임피던스의 복소 공역 임피던스(SY_FET*)와 비교하여, 임피던스의 실부(實部)는 저 임피던스 방향으로 이동하고, 임피던스의 허부(虛部)는 유도성 방향으로 이동하고 있다.
또한, 도 4b로부터, 후단 증폭 소자(24; 게이트 폭이 17.5mm의 HEMT 소자)의 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in)는, 입력 임피던스의 복소 공역 임피던스(SX_FET*) 와 비교하여, 임피던스의 실부는 고 임피던스 방향으로 이동하고, 임피던스의 허부는 유도성 방향으로 이동하고 있다.
다음에, 1단 고역 통과 필터형 정합기(28)와 1단 저역 통과 필터형 정합기(29)로 구성된 단간 정합 회로(26)를 다단 증폭기에 사용한 경우의 전단 증폭 소자(23)의 출력 부하 임피던스(Γout)와 후단 증폭 소자(24)의 입력 전원 임피던스(Γin)를 도 5에 도시한다.
도 5a, 도 5b에 있어서, ◆ 표시로 나타난 임피던스가 출력 임피던스의 복소 공역 임피던스(SY_FET*), 입력 임피던스의 복소 공역 임피던스(SX_FET*)를 각각 나타내고, 점선의 원으로 나타난 영역이 도 4a, 도 4b에서 도시된 최적 출력 부하 임피던스 (Γopt_out), 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in)의 근방의 영역을 각각 나타내고 있다.
여기서, 1단 고역 통과 필터형 정합기(28)와 1단 저역 통과 필터형 정합기(29)로 구성된 단간 정합 회로(26)를 다단 증폭기에 사용한 경우에 있어서, 후단 증폭 소자(24)의 입력 전원 임피던스(Γin)를, 후단 증폭 소자(24)의 입력 임피던스의 복소 공역 임피던스(SX_FET*)와는 다른 점에 정합하였을 때, 전단 증폭 소자(23)의 출력 부하 임피던스(Γout)가 어떠한 임피던스가 되는지를 상정한다.
예를 들면, 도 5b와 같이, 후단 증폭 소자(24)의 입력 전원 임피던스(Γin)가 A의 ●표시의 임피던스에 정합되도록 단간 정합 회로(26)를 작성하면, 전단 증폭 소자(23)의 출력 부하 임피던스(Γout)는 도 5a의 A의 ●표시의 임피던스가 된다.
그 외, B 내지 H의 ●표시의 임피던스에 대해서도, A의 ●표시의 임피던스와마찬가지로, 도 5a와 도 5b에 있어서 대응한 임피던스가 된다.
이와 같이, 정합해야 할 후단 증폭 소자(24)의 입력 전원 임피던스(Γin)를, A 내지 H의 ●표시의 임피던스와 같이 원주 상으로 변화시키면, B의 ●표시의 임피던스에 대해서는, 도 5a, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 점선의 원의 영역으로 나타난 최적 출력 부하 임피던스(Γopt_out) 근방의 영역에 존재하고, 또한, 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in) 근방의 영역에 존재한다.
따라서, 다단 증폭기의 단간 정합 회로(26)를 1단 고역 통과 필터형 정합기(28)와 1단 저역 통과 필터형 정합기(29)로 구성하는 것에 의해, 전단 증폭 소자(23)의 출력 부하 임피던스(Γout)를 최적 출력 부하 임피던스(Γopt_out)에 거의 일치시킬 수 있는 동시에, 후단 증폭 소자(24)의 입력전원 임피던스(Γin)를 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in)에 거의 일치시킬 수 있다.
이로써, 다단 증폭기의 단간 정합 조건을 보다 최적화할 수 있기 때문에, 다단 증폭기 전체의 효율을 높일 수 있는 효과를 나타낸다.
또, 단간 정합 회로(26)의 구성으로서, 1단 저역 통과 필터형 정합기, 1단 고역 통과 필터형 정합기, 2단 저역 통과 필터형 정합기 또는 2단 고역 통과 필터형 정합기를 사용하는 경우에는, 도 5b에 있어서, 후단 증폭 소자(24)의 입력 전원 임피던스(Γin)가 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in) 근방의 B의 ●표시의 임피던스가 되도록 단간 정합 회로(26)를 작성하면, 전단 증폭 소자(23)의 출력 부하 임피던스(Γout)는, 도 5a의 B의 ●표시의 임피던스와는 크게 다른 임피던스가 되고, 전단 증폭 소자(3)의 출력 부하 임피던스(Γout)를 최적 출력 부하 임피던스(Γopt_out)에 일치시킬 수 없고, 또한, 후단 증폭 소자(24)의 입력 전원 임피던스(Γin)를 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in)에 일치시킬 수 없다.
도 1의 종래 예의 경우, 바이어스 공급용 쇼트 스터브(9)는 4분의 1 파장에 가까운 길이를 갖고, 직렬 커패시터(12)는 충분히 큰 값을 갖고, 어느쪽도 사용 주파수에 있어서 임피던스에 영향을 주지 않는 값으로 하고 있기 때문에, 단간 정합 회로(6)는 병렬 커패시터(10)와 직렬 선로(11)로 구성되는 1단 저역 통과 필터형 정합기를 얻는다. 따라서, 전단 증폭 소자(3)의 출력 부하 임피던스(Γout)를 최적 출력 부하 임피던스(Γopt_out)에 일치시킬 수 없고, 또한, 후단 증폭 소자(4)의 입력 전원 임피던스(Γin)를 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in)에 일치시킬 수 없다.
이 실시예 1에서는, 단수가 2단의 다단 증폭기에 대하여 나타내었지만, 단수가 3단 이상의 다단 증폭기의 경우에는, 적어도, 최종단의 증폭 소자와, 그 전단의 증폭 소자간의 단간 정합 회로(26; 이하, 「최종단의 단간 정합 회로」라고 한다)가, 1단 고역 통과 필터형 정합기(28)와 1단 저역 통과 필터형 정합기(29)로 구성되어 있으면 좋고, 최종단의 단간 정합 회로(26)로부터 입력측 방향에 존재하는 단간 정합 회로(26)에 대해서는, 1단 고역 통과 필터형 정합기(28)와 1단 저역 통과 필터형 정합기(29)로 구성되어 있지 않아도, 이 실시예 1과 동일한 효과를 가질 수있다.
이로써, 최종단의 단간 정합 회로(26)로부터 입력측 방향에 존재하는 단간 정합 회로(26)에 대해서는, 예를 들면, 1단 저역 통과 필터형 정합기 등의 소형의 정합 회로를 사용할 수 있기 때문에, 다단 증폭기의 소형화를 도모할 수 있는 효과를 갖는다.
실시예 2
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 다단 증폭기를 도시하는 등가 회로도이고, 도면에 있어서, 도 3과 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 도시하기 때문에 설명을 생략한다.
41은 전단 증폭 소자(23)와 후단 증폭 소자(24)간의 임피던스 정합을 도모하는 단간 정합 회로, 42는 단간 정합 회로(41)를 구성하는 1단 저역 통과 필터형 정합기, 43은 단간 정합 회로(41)를 구성하는 1단 고역 통과 필터형 정합기이다.
44는 1단 저역 통과 필터형 정합기(42)를 구성하는 병렬 커패시터, 45는 1단 저역 통과 필터형 정합기(42)를 구성하는 직렬 인덕터, 46은 1단 고역 통과 필터형 정합기(43)를 구성하는 병렬 인덕터, 47은 1단 고역 통과 필터형 정합기(43)를 구성하는 직렬 커패시터이다.
다음에 동작에 대하여 설명한다.
상기 실시예 1에서는, 입력측에 1단 고역 통과 필터형 정합기(28)를 설치하고, 출력측에 1단 저역 통과 필터형 정합기(29)를 설치하는 단간 정합 회로(26)를 사용하는 것에 대하여 나타내고 있지만, 입력측에 1단 저역 통과 필터 정합기(42)를 설치하고, 출력측에 1단 고역 통과 필터 정합기(43)를 설치하는 단간 정합 회로(41)를 사용하도록 하여도 좋다. 구체적으로는 다음과 같다.
1단 저역 통과 필터형 정합기(42)와 1단 고역 통과 필터형 정합기(43)로 구성된 단간 정합 회로(41)를 다단 증폭기에 사용한 경우의 전단 증폭 소자(23)의 출력 부하 임피던스(Γout)와 후단 증폭 소자(24)의 입력 전원 임피던스(Γin)를 도 7에 도시한다.
도 7a, 도 7b에 있어서, ◆ 표시로 나타난 임피던스가 출력 임피던스의 복소 공역 임피던스(SY_FET*), 입력 임피던스의 복소 공역 임피던스(SX_FET*)를 각각 나타내고, 점선의 원으로 나타난 영역이 도 4a, 도 4b에서 도시된 최적 출력 부하 임피던스(Γopt_out), 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in) 근방의 영역을 각각 나타내고 있다.
여기서, 1단 저역 통과 필터형 정합기(42)와 1단 고역 통과 필터형 정합기(43)로 구성된 단간 정합 회로(41)를 다단 증폭기에 사용한 경우에 있어서, 후단 증폭 소자(24)의 입력 전원 임피던스(Γin)를, 후단 증폭 소자(24)의 입력 임피던스의 복소 공역 임피던스(SX_FET*)와는 다른 점에 정합하였을 때, 전단 증폭 소자(23)의 출력 부하 임피던스로 되는지를 상정한다.
예를 들면, 도 7b와 같이, 후단 증폭 소자(24)의 입력 전원 임피던스(Γin)가 A의 ●표시의 임피던스에 정합되도록 단간 정합 회로(41)를 작성하면, 전단 증폭 소자(23)의 출력 부하 임피던스(Γout)는 도 7a의 A의 ●표시의 임피던스가 된다.
그 외, B 내지 H의 ●표시의 임피던스에 대해서도, A의 ●표시의 임피던스와 마찬가지로, 도 7a와 도 7b에 있어서 대응한 임피던스가 된다.
이와 같이, 정합해야 할 후단 증폭 소자(24)의 입력 전원 임피던스(Γin)를, A 내지 H의 ●표시의 임피던스와 같이 원주 상으로 변화시키면, B의 ●표시의 임피던스에 대해서는, 도 7a, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 점선의 원의 영역으로 도시된 최적 출력 부하 임피던스(Γopt_out) 근방의 영역에 존재하고, 또한, 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in) 근방의 영역에 존재한다.
따라서, 다단 증폭기의 단간 정합 회로(41)를 1단 저역 통과 필터형 정합기(42)와 1단 고역 통과 필터형 정합기(43)로 구성하는 것에 의해, 전단 증폭 소자(23)의 출력 부하 임피던스(Γout)를 최적 출력 부하 임피던스(Γopt_out)에 거의 일치시킬 수 있는 동시에, 후단 증폭 소자(24)의 입력 전원 임피던스(Γin)를 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in)에 거의 일치시킬 수 있다.
이로써, 다단 증폭기의 단간 정합 조건을 보다 최적화할 수 있기 때문에, 다단 증폭기 전체의 효율을 높일 수 있는 효과를 갖는다.
실시예 3
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 다단 증폭기를 도시하는 등가 회로도이고, 도면에 있어서, 도 3과 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 도시하므로 설명을 생략한다.
51은 1단 고역 통과 필터형 정합기(28)를 구성하는 길이가 4분의 1 파장 이하의 바이어스 공급용 쇼트 스터브, 52는 1단 저역 통과 필터형 정합기(29)를 구성하는 직렬 선로이다.
다음에 동작에 대하여 설명한다.
상기 실시예 1에서는, 1단 고역 통과 필터형 정합기(28)를 병렬 인덕터(31)와 직렬 커패시터(32)로 구성하고, 1단 저역 통과 필터형 정합기(29)를 병렬 커패시터(33)와 직열 인덕터(34)로 구성하는 것에 대하여 나타내었지만, 병렬 인덕터(31)의 대신에 길이가 4분의 1 파장 이하의 바이어스 공급 쇼트 스터브(51)를 사용하여 1단 고역 통과 필터형 정합기(28)를 구성하고, 직렬 인덕터(34)의 대신에 직렬 선로(52)를 사용하여 1단 저역 통과 필터형 정합기(29)를 구성하여도 좋다.
병렬의 쇼트 스터브는 장점이 4분의 1 파장 이하인 경우에는, 병렬의 인덕터와 동등한 전기적 특성을 갖는다. 또한, 직렬 선로도 직렬의 인덕터와 동등한 전기적 특성을 갖는다.
따라서, 바이어스 공급용 쇼트 스터브(51)를 구성 요소로 하는 1단 고역 통과 필터형 정합기(28)와, 직렬 선로(52)를 구성 요소로 하는 1단 저역 통과 필터형 정합기(29)로 다단 증폭기의 단간 정합 회로(26)를 구성하는 것에 의해, 전단 증폭 소자(23)의 출력 부하 임피던스(Γout)를 최적 출력 부하 임피던스(Γopt_out)에 거의 일치시킬 수 있는 동시에, 후단 증폭 소자(24)의 입력 전원 임피던스(Γin)를 최적입력 전원 임피던스(Γopt_in)에 거의 일치시킬 수 있다.
이로써, 다단 증폭기의 단간 정합 조건을 보다 최적화할 수 있기 때문에, 다단 증폭기 전체에서의 효율을 높일 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 병렬 인덕터(31)의 대신에 길이가 4분의 1 파장 이하의 바이어스 공급용 쇼트 스터브(51)를 사용하여 1단 고역 통과 필터형 정합기(28)를 구성하는 것에 의해, 전단 증폭 소자(23)의 출력측의 바이어스 공급 선로를 겸할 수 있기 때문에, 다단 증폭기의 소형화를 도모할 수 있는 효과를 갖는다.
실시예 4
도 9는 본 발명의 실시예 4에 따른 다단 증폭기를 도시하는 등가 회로도이고, 도면에 있어서, 도 6과 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 도시하기 때문에 설명을 생략한다.
61은 1단 저역 통과 필터형 정합기(42)를 구성하는 직렬 회로, 62는 1단 고역 통과 필터 정합기(43)를 구성하는 길이가 4분의 1 파장 이하의 바이어스 공급용 쇼트 스터브이다.
다음에 동작에 대하여 설명한다.
상기 실시예 2에서는, 1단 저역 통과 필터형 정합기(42)를 병렬 커패시터(44)와 직렬 인덕터(45)로 구성하고, 1단 고역 통과 필터형 정합기(43)를 병렬 인덕터(46)와 직렬 커패시터(47)로 구성하는 것에 대하여 나타내었지만, 직렬 인덕터(45)의 대신에 직렬 선로(61)를 사용하여 1단 저역 통과 필터형 정합기(42)를 구성하고, 병렬 인덕터(46)의 대신에 길이가 4분의 1 파장 이하의 바이어스 공급용 쇼트 스터브(62)를 사용하여 1단 고역 통과 필터형 정합기(43)를 구성하도록 하여도 좋다.
직렬 선로는 직렬의 인덕터와 동등한 전기적 특성을 갖고, 또한, 병렬의 쇼트 스터브는 길이가 4분의 1 파장 이하의 경우에는, 병렬의 인덕터와 동등한 전기적 특성을 갖는다.
따라서, 직렬 선로(61)를 구성 요소로 하는 1단 저역 통과 필터형 정합기(42)와 바이어스 공급용 쇼트 스터브(62)를 구성 요소로 하는 1단 고역 통과 필터형 정합기(43)로 다단 증폭기의 단간 정합 회로(26)를 구성하는 것에 의해, 전단 증폭 소자(23)의 출력 부하 임피던스(Γout)를 최적 출력 부하 임피던스(Γopt_out)에 거의 일치시킬 수 있는 동시에, 후단 증폭 소자(24)의 입력 전원 임피던스(Γin)를 최적 입력 전원 임피던스(Γopt_in)에 거의 일치시킬 수 있다.
이로써, 다단 증폭기의 단간 정합 조건을 보다 최적화할 수 있기 때문에, 다단 증폭기 전체에서의 효율을 높일 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 병렬 인덕터(46)의 대신에 길이가 4분의 1 파장 이하의 바이어스 공급용 쇼트 스터브(62)를 사용하여 1단 고역 통과 필터 정합 회로(43)를 구성하는 것에 의해, 전단 증폭 소자(23)의 출력측의 바이어스 공급 선로를 겸할 수 있기 때문에, 다단 증폭기의 소형화를 구성할 수 있는 효과를 갖는다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 다단 증폭기는, 위성 통신, 지상 마이크로파통신, 이동체 통신 등을 실시할 때, 송신 신호나 수신 신호 등을 증폭하는 것 등에 적합하다.

Claims (8)

  1. 입력 신호를 단계적으로 증가하여 출력하는 복수의 증폭 소자와, 상기 각 증폭 소자간에 각각 삽입되고, 서로 인접하는 증폭 소자간의 임피던스 정합을 도모하는 정합 회로를 구비한 다단 증폭기에 있어서, 1단 고역 통과 필터형 정합기와 1단 저역 통과 필터형 정합기를 직렬로 접속하고, 상기 정합 회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 다단 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    최종단의 증폭 소자와, 그 전단의 증폭 소자간에 삽입되는 정합 회로에 한하여, 1단 고역 통과 필터형 정합기와 1단 저역 통과 필터형 정합기를 직렬로 접속하여 구성하는 것을 특징으로 하는 다단 증폭기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    1단 고역 통과 필터형 정합기를 입력측에 설치하고, 1단 저역 통과 필터형 정합기를 출력측에 설치하는 것을 특징으로 하는 다단 증폭기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    1단 저역 통과 필터형 정합기를 입력측에 설치하고, 1단 고역 통과 필터형 정합기를 출력측에 설치하는 것을 특징으로 하는 다단 증폭기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    병렬 인덕터와 직렬 커패시터로부터 1단 고역 통과 필터형 정합기를 구성하는 것을 특징으로 하는 다단 증폭기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    병렬 인덕터로서, 길이가 4분의 1 파장 이하의 바이어스 공급용 쇼트 스터브를 사용하는 것을 특징으로 하는 다단 증폭기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    병렬 커패시터와 직렬 인덕터로부터 1단 저역 통과 필터 정합기를 구성하는 것을 특징으로 하는 다단 증폭기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    직렬 인덕터로서, 직렬 선로를 사용하는 것을 특징으로 하는 다단 증폭기.
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