JPH021942Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は超高周波高域遮断周波数を持つ電界効
果トランジスタ増幅器の入力回路に関する。

光通信、同軸PCM通信などの進展により
Gbit／secの超高速データ信号速度のパルス信号
を増幅する超広帯域増幅器が必要となりつつあ
る。このような増幅に適した半導体デバイスとし
て、砒化ガリウム（GaAs）を素材とするような
1μｍ程度のゲート長を持つ電界効果トランジス
タが考えられる。1μｍ程度のゲート長を持つ
GaAs電界効果トランジスタは最大発振周波数
（最大有能電力利得が１になる周波数）が数十
GHzあり、10GHz程度の高域遮断周波数（電力
利得が3dB低下する高域側周波数）を持つ超広帯
域増幅器が実現できる可能性を持つている。この
種の増幅器の典型的な応用として、上記各種受信
機の前置増幅器および主増幅器がある。これら増
幅器に要求される電気的特性として、所定の利得
を所定の周波数帯域において、入力における信号
反射を極力小さくした状態で実現することが求め
られる。

ソース接地の電界効果トランジスタは低周波域
では極めて高い入力インピーダンスを有している
ため、信号源の内部抵抗に等しい抵抗を入力に並
列に接続して、入力での信号反射を広帯域にわた
つて小さく抑え、多重反射による波形歪みを小さ
くする必要がある。一方、高域遮断周波数を高め
る一方法として高域補償がある。第１図は、内部
抵抗50Ωの信号源（あるいは特性インピーダンス
が50Ωの伝送系）に接続されたソース接地電界効
果トランジスタ増幅器の入力部を示した回路図で
ある。図において、ソース接地電界効果トランジ
スタ１のゲート入力に、50Ωの抵抗２とインダク
タ３の直列回路が並列に接続されている。４およ
び５は直流阻止用キヤパシタ、６はゲートバイア
ス供給端子である。入力信号は信号源７から特性
インピーダンス50Ωの伝送線路８を介してトラン
ジスタ入力に送り込まれる。信号源７は電圧源９
および50Ω内部抵抗１０を有している。50Ω抵抗
２は入力での信号反射を抑えるため、インダクタ
は高域補償用である。このような回路を高域遮断
周波数がマイクロ波域に及ぶ超広帯域増幅器にお
いて実現するためには、マイクロ波域でも働くイ
ンダクタが必要であるが、これは極めて困難であ
つた。

本考案の目的は、前記問題点を解決した新規な
構成の超広帯域特性を有する電界効果トランジス
タ回路を提供することにある。

本考案によれば、ソース接地、ゲート入力の電
界効果トランジスタ増幅器において、信号源内部
抵抗Ｒに等しい抵抗Ｒを、あるいは該抵抗Ｒと直
流阻止用キヤパシタの直列回路を、その先端に備
え、かつ、その特性インピーダンスが抵抗Ｒより
大きく、そのその線路長が、その線路が無かつた
場合（電気長零）の電界効果トランジスタ回路の
高域遮断周波数_Cに対してほぼ1/3〜1/4波長であ
るところの伝送線路を、入力に並列に備えたこと
を特徴とする電界効果トランジスタ回路が得られ
る。

本考案による電界効果トランジスタ回路におい
ては、信号源内部抵抗Ｒと整合を取つて入力信号
の反射を抑えるための抵抗Ｒを、特性インピーダ
ンスがＲより大きく、線路長が所望の高域遮断周
波数_Cに対して1/3〜1/4波長程度の伝送線路の先
端に接続することにより、高域利得低下周波数域
に中心を置く高域補償が、マイクロ波域のような
高い周波数においても容易に実現できる。このよ
うな構成はアルミナセラミツク基板などを用いた
マイクロストリツプ線路を用いて構成すれば極め
て容易にかつ小型に実現され、その効果は著し
い。

以下、本考案の詳細を図面を用いて説明する。

第２図は本考案の実施例であるところの砒化ガ
リウム電界効果トランジスタ超広帯域トランジス
タ増幅器入力回路部を説明するための回路図であ
る。図において、砒化ガリウム電界効果トランジ
スタ１１のゲート入力に、アルミナ基板上に構成
された特性インピーダンス100Ω、長さ５mmのマ
イクロストリツプ線路１３が並列に接続され、該
マイクロストリツプ線路１３の先端に50Ωの抵抗
１２および直流阻止用大容量チツプキヤパシタ１
４が直列に接続されている。該キヤパシタ４の一
端にはゲートバイアス供給端子１６が備わつてい
る。入力信号は信号源１７から特性インピーダン
ス50Ωの伝送線路１８、および直流阻止用大容量
チツプキヤパシタ１５を介してトランジスタ入力
に送り込まれる。信号源１７は電圧源１９および
50Ω内部抵抗２０を有している。直流阻止用チツ
プキヤパシタ１４のインピーダンスが充分に低い
周波数域で、主線路からマイクロストリツプ線路
１３の方を見込んだインピーダンスは Ｚ＝ZoＲ＋jZotanβl／Zo＋jRtanβl ただし、Zoはマイクロストリツプ線路１３の
特性インピーダンスで100Ω、ｌはその線路長で
５mm、βは位相定数である。アルミナ基板マイク
ロストリツプ線路の波長短縮率を2.5とすると、
6GHz近傍でtanβl＞＞100となり、 ＺZo₂／Ｒ となる。したがつてZo＞Ｒにマイクロストリツ
プ線路１３の特性インピーダンスを選び、その線
路長を高域補償周波数_Pに対してほぼ1/4波長に
選ぶと、_P近傍でＺはＲに対して十分大きくする
ことができ、高域での利得低下を抑えて補償が実
現できる。なお、本増幅器は高域補償を行なわな
い場合、_C〜3GHzであり、2GHz近傍から利得低
下が生じている。補償の程度および補償帯域は
Zoを選択することにより制御できる。

また、補償周波数_Pは高域遮断周波数_Cに対し
てやや低めに設定しておけば補償回路は_Cを保つ
ために働く。したがつて、マイクロストリツプ線
路１３の長さは_Pに対してほぼ1/4波長、_Cに対
して1/3〜1/4波長程度に選べばよい。

なお、ゲートバイアスの供給が不要の場合は直
流阻止用キヤパシタ１４および１５を備える必要
はない。低域の遮断周波数は直流阻止キヤパシタ
１４および１５で決まる。

本実施の電界効果トランジスタ回路において
は、低周波数域ではマイクロストリツプ線路は電
気長が限りなく零に近い単なる接続回路として働
き、直流阻止キヤパシタがその機能（低インピー
ダンス、かつ直流阻止）を保つている周波数範囲
においては本回路の入力インピーダンスは抵抗１
２（本実施例では50Ω）のみによつて決まる一定
値となる。何故なら電界効果トランジスタの入力
インピーダンスは低周波数域では非常に大きな値
となるからである。一方利得が低下し始める高周
波数域では電界効果トランジスタの入力インピー
ダンスは低下してくる。このとき本実施の回路に
おいては抵抗１２はマイクロストリツプ線路１３
により高インピーダンスに変換されるため本回路
の入力インピーダンスは一定値を保つ傾向を有す
る。このため低域遮断周波数から6GHz程度まで
利得一定でかつ入力信号反反射の小さい超広帯域
増幅器の入力回路が実現される。

定義より_Cはマイクロストリツプ線路１３を用
いない場合に電力利得が3dB低下する周波数であ
るので、該線路１３の長さを_Cに対してλ／４に
設定した場合には周波数_Cにおける電力利得の低
下量は3dBより小さくなる。このことは該線路１
３を備えた電界効果トランジスタ回路の高域側
3dB利得低下周波数が_Cより高くなることを意味
する。しかしながらこのときの帯域内の電力利得
のリツプルが大きくなる（ただし最大でも3dB以
内である）。この利得のリツプルは、電界効果ト
ランジスタ回路の高域遮断周波数を多少犠牲にす
ることにより改善できる。すなわち高域側で利得
が0.5dB低下する周波数を_C0.5とすると（_C−
_C0.5）／_Cは通常0.3程度となる。このことは_Pは
_Cに対して比帯域で0.3程度以内であればよく、
該線路１３の長さは_Cに対してλ／４〜λ／３で
十分である。

【図面の簡単な説明】

第１図は内部抵抗50Ωの信号源に接続された、
従来のソース接地電界効果トランジスタ増幅器の
入力部を示した回路図、第２図は内部抵抗50Ωの
信号源に接続された、本考案の、ソース接地電界
効果トランジスタ増幅器の入力部を示した回路図
である。図において、１はソース接地電界効果ト
ランジスタ、２は50Ω抵抗、３はインダクタ、４
および５は直流阻止用キヤパシタ、６はゲートバ
イアス供給端子、７は信号源、８は伝送線路、９
は電圧源、１０は内部抵抗、１１はソース接地砒
化ガリウム電界効果トランジスタ、１２は50Ω抵
抗、１３はマイクロストリツプ線路、１４および
１５は直流阻止用キヤパシタ、１６はゲートバイ
アス供給端子、１７は信号源、１８は伝送線路、
１９は電圧源、２０は内部抵抗である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ソース接地、ゲート入力の電界効果トランジス
   タ増幅器において、信号源内部抵抗Ｒに等しい抵
   抗Ｒを、あるいは該抵抗Ｒと直流阻止用キヤパシ
   タの直列回路を、その先端に備え、かつ、その特
   性インピーダンスが抵抗Ｒより大きく、その線路
   長が、その線路が無かつた場合（電気長零）の電
   界効果トランジスタ回路の高域遮断周波数に対し
   てほぼ1/3〜1/4波長であるところの伝送線路を入
   力に並列に備えたことを特徴とする電界効果トラ
   ンジスタ回路。