JPH03228410A - 高出力マイクロ波ミリ波トランジスタ安定化回路 - Google Patents

高出力マイクロ波ミリ波トランジスタ安定化回路

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JPH03228410A JP1337414A JP33741489A JPH03228410A JP H03228410 A JPH03228410 A JP H03228410A JP 1337414 A JP1337414 A JP 1337414A JP 33741489 A JP33741489 A JP 33741489A JP H03228410 A JPH03228410 A JP H03228410A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、マイクロ波ミリ波トランジスタ回路に関して
おり、特に高出力安定動作が可能となる高出力マイクロ
波ミリ波トランジスタ安定化回路に関する。
(従来の技術) GaAsFETなどの能動素子を用いたマイクロ波ミリ
波高出力増幅器の進展は著しく、マイクロ波地上回線、
衛星通信、レーダ等各方面で固体増幅器が使われている
第3図(a)は従来のGaAsFET高出力増幅回路の
例である。同図においてチップキャリア上にろう付けさ
れたGaAsFET1のゲート電極と同じくろう付けさ
れたチタン酸バリウム基板2上に構成された第1の平行
平板キャパシタの上部電極3とがボンディング線15で
結ばれ、前記チタン酸バリウム基板2上に構成された第
2の平行平板キャパシタの上部電極4と前記上部電極3
とはボンディング線11で結ばれている。入力端子は該
チップキャリア上にろう付けされたアルミナセラミック
基板17に構成された50Ωマイクロストリツプコンダ
クタ9より成り、ストリップコンダクタ9と上部電極4
はボンディング線10により結ばれている。GaAsF
ET1のドレイン電極はボンディング線13により、該
チップキャリア上にろう付けされたアルミナセラミック
基板18上の電極パターン6と接続されている。7は並
列スタブで、8は出力端子を構成している。このような
回路の等価回路が同じく第3図(b)に示されている。
参照番号は構造図と同じである。
(発明が解決しようとする課題) 第3図の従来例のGaAsFET高出力増幅回路では第
4図に示す異状増幅現象が生ずる場合がある。第4図は
増幅回路の入出力電力特性(a)と周波数出力電力特性
(b)である。同図(a)に示されたように増幅帯域内
の特定の周波数(あるいは周波数範囲)においてヒステ
リシスを伴った入出力電力特性のジャンプが生ずる。こ
のようなジャンプが生じたときには動作周波数の1/2
の周波数で代表される分数調波が発生する。同図(b)
に示されたようにこのようなジャンプ現象は入力電力レ
ベルをある程度以上大きくしたときに生じ、さらに入力
電力レベルを大きくして行くと周波数特性で見る限りジ
ャンプの量は減少する傾向にある。
このような異状現象の起きるメカニズムは次のように説
明できる。すなわちGaAsFETの有する非線形性と
、GaAsFET自身および周辺回路が有する帰還容量
との相互作用によって説明できる。まずGaAsFET
の非線形性から説明する。第5図に示したようにGaA
sFETのドレイン電流IDは、飽和速度(Vsat)
モデルを用いて、 ID=qVsatb (a −w)No       
    (1)と表せる。ここでqは電子の電荷、Wは
空乏層幅、αはチャンネル厚すはゲート幅、Noはドー
ピング濃度と表せる。■、はゲート電圧、Vbiはショ
ットキー接合内蔵電圧、εはGaAsの誘電率である。
(1)、(2)式と表せる。なお、第5図は半絶縁性Q
aAs基板25上のn型ドーピング層24にソセス状に
形成されたゲートウヨットキー金属21を備えたGaA
sFETの模式図である。22.23はオーミック金属
でそれぞれソース電極、ドレイン電極を構成している。
(3)式で表されたgmは第6図に示すようなりg依存
性を有し、小信号動作時には準線形であるとすることが
できるが大信号動作時には非線形として表さなければな
らない。第5図中には空乏層に起因するドレイン・ゲー
ト間容量Cdg、28および電極間カップリングによる
ドレイン・ゲート間容量Cdg’、27がある。これら
の容量は入出力間の帰還回路を構成するが、以上に示し
た非線形性と帰還回路を等測的に表現すると第7図(a
Xb)のようになる。第7図はGaAsFET37と、
入力回路38、出力回路39とを含めた場合の非線形モ
デルで、gmの非線形性によるミキシング機能32、ト
ランジスタ本来の増幅機能31、およびCdg 十Cd
g’による帰還回路33から表される。図において、3
4はGaAsFETにとっても信号源インピーダンスを
示す。このような帰還回路を有する非線形回路の動作は
第8図に示すようになる。すなわち帰還ループ内に存在
する熱雑音の内fo/2の周波数成分は増幅器に入力さ
れるfo酸成分混合されfo/2の成分が生じる。この
新たに再生されたfo/2の成分は増幅され、帰還ルー
プを通り再びfoの入力成分と混合される。このfo/
2成分はこの系が許す飽和レベルまで振幅が成長する。
したがってこのときの出力はfoとfo/2の両方の成
分を有する。このような再生分周現象の起こる条件は GA、fo12 + GF、fo/2 + Gc(Pi
)> OdB      (4)である。(4)式にお
いてGA、 fo/2は増幅部のfo/2の成分に対す
る利得でGF、fo/2は帰還回路のfo/2成分に対
する帰還量でGc(Pi)はミキシング部の変換利得で
ある。第6図に示したように、小信号動作のときは準線
形として扱えるためGc(Pi)は非常に小さい。この
ため小信号時には(4)式の条件を満たすことはなく異
状現象は起こらない。ところが大信号動作に入って来る
とGc(Pi)は急激に増大し、ある入力レベルを越え
た瞬間に(4)式を満たすようになる。このときの出力
電力Pout=Pro+Pro/2となる。系の飽和出
力はfo酸成分fo/2成分の和で規定されるので、f
o/2成分が現れた瞬間(すなわち(4)式が満たされ
た瞬間)にfoの成分が急減少する。これが入出力特性
のジャンプとなって現れる。
本発明の目的は高出力マイクロ波ミリ波トランジスタ増
幅回路において前記異状現象を除去し、安定な動作が行
える高出力マイクロ波ミリ波トランジスタ安定化回路を
提供することにある。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明の高出力マイクロ波ミ
リ波トランジスタ安定化回路は、入力整合回路および出
力整合回路を備えた高出力マイクロ波ミリ波トランジス
タ回路において、マイクロ波ミリ波トランジスタの入力
端子と該入力整合回路との間に動作周波数の2分の1の
周波数に対するインピーダンスを選択的に低くするフィ
ルタ回路を設けたことを特徴としている。
さらに動作周波数に対して2分の1波長(すなわち動作
周波数の2分の1の周波数に対して4分の1波長)で先
端開放の並列伝送線路により前記フィルタ回路が構成さ
れていることを特徴としている。
(作用) 本発明においては第7図で示される回路のfo/2成分
に対する帰還量GF、f’o/2、すなわちにおいてZ
fo/2 = OとすることによりGF、ro/2を−
■とし条件式(4)の成立を避ける作用がある。基本波
foに対して2分の1波長の先端開放の伝送線路を、も
う一端から見込んだインピーダンスは(1)となるが、
fo/2成分に対しては該線路は他端開放の4分の1波
長伝送線路となるためもう一端から見込んだインピーダ
ンスは零となる。このため基本波の整合回路には何ら影
響を与えることなく、fo/2成分に対してはインピー
ダンスを零とできるためGF、fo/2を一ωとでき、
異状現象の発生を防止できる。
(実施例) 第1図は本発明の高出力マイクロ波ミリ波トランジスタ
安定化回路を示す図で50は基本波に対する入力整合回
路、52は基本波に対する出力整合回路、51は基本波
に対しては影響を与えずfo/2成分に対して短絡とな
るフィルタ回路で、1はGaAsFETである。
第2図は本発明の具体的実施例である。第2図と第3図
従来例の相違点は基本波に対して2分の1波長で先端開
放のマイクロストリップ線路5と、この線路とGaAs
FETのゲート電極とを結ぶボンディング線19が新た
に存在することである。他の参照番号は第3図と共通で
ある。
(発明の効果) 本発明の高出力マイクロ波ミリ波トランジスタ安定化回
路においてはfo/2成分の帰還を防止することができ
るため、入出力電力特性のジャンプ現象、周波数特性に
おけるバンド切れ現象を無くすることができる。このた
めマイクロ波ミリ波高出力増幅器の生産歩留りを大幅に
向上できるばかりでなく、帰還量が特に多くなるミリ波
帯において安定した増幅器を提供できるため工学上の意
義が大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の回路を示す図であり、第2図はその具
体的実施例を示す図である。第3図は従来例の回路を示
す図、第4図は従来観測された異状現象を示す図、第5
図は高出力GaAsFETの構造図、第6図〜第8図は
異状現象の原因を説明する図である。 これらの図において 1.37・・・GaAsFET、2・・・チタン酸バリ
ウム基板、3.4・・・キャパシタ、5.8.9・・・
マイクロストリップ線路、7・・・スタブ、10.11
.15.13.19・・・ボンディング線、6・・・電
極パターン、21・・・ゲート・ショットキー金属、2
2.23・・・オーミック金属、26・・・空乏層、2
5・・・半組性GaAs、38・・・入力整合回路、3
9−1.出力整合回路、32・・・ミキシング機能、3
1・・・増幅機能、33・・・帰還回路、34・・・G
aAsFETにとっての信号源インピーダンス

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入力整合回路および出力整合回路を備えた高出力
    マイクロ波ミリ波トランジスタ回路において、マイクロ
    波ミリ波トランジスタの入力端子と該入力整合回路との
    間に動作周波数の2分の1の周波数に対するインピーダ
    ンスを選択的に低くするフィルタ回路を設けたことを特
    徴とする高出力マイクロ波ミリ波トランジスタ安定化回
    路。
  2. (2)動作周波数に対して2分の1波長で先端開放の並
    列伝送線路によりフィルタ回路が構成されていることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の高出力マイクロ
    波ミリ波トランジスタ安定化回路。
JP1337414A 1989-12-25 1989-12-25 高出力マイクロ波ミリ波トランジスタ安定化回路 Expired - Lifetime JPH0785528B2 (ja)

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