(57)【要約】【課題】  主線路に近接して設けたバイアス回路の面積のコンパクト化を図ると共に電源回路に対する不要放射や回り込みを抑圧することが可能な高周波モジュールを提供する。【解決手段】  増幅器２で増幅された高周波を伝送する主線路１２と、主線路１２に沿って設けられた高調波抑圧スタブ１４と、主線路１２を介して前記増幅器２にバイアス電力を印加するバイアス線路１６と、バイアス線路１６から分岐した高調波短絡オープンスタブ２２と、主線路１２からバイアス線路１６に沿って高周波周波数の１／４波長離間した点でバイアス線路１６から分岐した第１の基本波短絡オープンスタブ２０と、第１の基本波短絡オープンスタブ２０の短絡点からバイアス線路１６に沿って高周波周波数の１／４波長離間した点でバイアス線路１６から分岐したシャント抵抗を設けた第２の基本波短絡オープンスタブ２１と、バイアス線路１６にバイアス電力を供給する電源５とを設けた。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子から入力された高周波を周波数帯域幅に亘って増幅する増幅器と、この増幅器で増幅された出力端からの高周波を伝送する主線路と、この主線路に沿って設けられた高調波抑圧スタブと、前記主線路を介して前記増幅器にバイアス電力を印加するバイアス線路と、このバイアス線路から分岐し、この分岐点が短絡点となって高調波を抑圧する高調波短絡オープンスタブと、前記主線路からバイアス線路に沿って高周波周波数の１／４波長離間した点で前記バイアス線路から分岐し、この分岐点が短絡点となって基本波を抑圧する第１の基本波短絡オープンスタブと、この第１の基本波短絡オープンスタブの短絡点から前記主線路から遠ざかる方向に前記バイアス線路に沿って高周波周波数の１／４波長離間した点で前記バイアス線路から分岐し、この分岐点が短絡点となって基本波を抑圧するシャント抵抗を設けた第２の基本波短絡オープンスタブと、前記バイアス線路にバイアス電力を供給する電源とを備えた高周波モジュール。
【請求項２】
入力端子から入力された高周波を周波数帯域幅に亘って増幅する増幅器と、この増幅器で増幅された出力端からの高周波を伝送する主線路と、この主線路に沿って設けられた高調波抑圧スタブと、前記主線路を介して前記増幅器にバイアス電力を印加するバイアス線路と、このバイアス線路から分岐し、この分岐点が短絡点となって高調波を抑圧する高調波短絡オープンスタブと、前記主線路からバイアス線路に沿って高周波周波数の１／４波長離間した点で前記バイアス線路から分岐し、この分岐点が短絡点となって基本波を抑圧する第１の基本波短絡オープンスタブと、この第１の基本波短絡オープンスタブの短絡点から前記主線路から遠ざかる方向に前記バイアス線路に沿って高周波周波数の１／４波長離間した点で前記バイアス線路から分岐し、この分岐点が短絡点となって基本波を抑圧するシャント抵抗を設けた第２の基本波短絡オープンスタブと、前記バイアス線路からそれぞれ分岐し、互いに異なる周波数を抑圧するシャント抵抗を設けた複数のスタブで形成した広帯域抑圧フィルタと、前記バイアス線路にバイアス電力を供給する電源とを備えた高周波モジュール。
【請求項３】
前記高調波短絡オープンスタブは、前記主線路からバイアス線路に沿って高周波周波数の１／８波長離間した点に設けられ、基本波の２倍の周波数を抑圧することを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波モジュール。
【請求項４】
前記バイアス線路は、前記主線路に沿って長く前記主線路と直交する方向には前記主線路に沿って設けたサイズよりも短いミアンダ状に配置した請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＦＥＴなどの能動素子後段に設置する回路を搭載する高周波モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波モジュール内の能動素子に電力を供給する場合、動作周波数における漏洩電力を抑圧しうるバイアス回路を介して給電することが望まれる。そのため高周波モジュールでは、能動素子から出力される不要波を抑圧する手法として、能動素子と出力ポートの間にフィルタを挿入することにより所望波以外の帯域を抑圧する。すなわち、広帯域に亘る効率的な高調波処理を行う手段として高調波インピーダンスを短絡または開放とすることにより、高効率な増幅器を得る。
【０００３】
一般的に先端開放線路または先端短絡線路（以下スタブと呼ぶ）を用いた方法が用いられる。スタブを用いた回路構成として、例えば、特開平６−２０４７６４号公報図１（特許文献１参照）には、半導体デバイスを用いた高周波電力増幅器の整合回路に関し、多くの高調波に対し、短絡あるいは開放の処理を行う高調波処理回路が記載されている。すなわち、トランジスタ１の出力端子Ａ点２１に、基本波の１／８波長の先端開放の伝送線路４を接続し、それと並列に、出力端子Ａ点に、基本波の１／８波長の伝送線路５を接続し、その先端Ｂ点に奇数次高調波の１／４波長の先端開放伝送線路を１種類以上接続するものが開示されている。
【０００４】
また、特開２００８−５１２８号公報図４（特許文献２参照）には、バイアス回路の損失が小さく、雑音特性が良好なマイクロ波増幅器として、バイアス回路４は、１／４波長オープンスタブ４２の代わりに、キャパシタ４８を設けたマイクロ波増幅器が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２０４７６４号公報（第１図）
【０００６】
【特許文献２】特開２００８−５１２８号公報（第４図）「段落００２６」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載のものは、高周波電力増幅器の出力側にスタブを介して整合回路を設け、基本波の１／８波長程度以下の比較的短い伝送線路を用いて、Ｆ級増幅に必要な、高調波に対する短絡、開放処理をかなりの次数の高調波まで正確に行っているものの、トランジスタ１を駆動するバイアス回路については言及されていない。
【０００８】
また、特許文献２に記載のものは、電界効果トランジスタ１のゲート電極と電源供給するバイアス電源端子４５との間に抵抗４３を介しているので電源負荷のアイソレーションを安定して確保することが可能なものの大電流を流す電源回路については抵抗４３における損失が大きくなり、発熱や耐電力不足による電力効率の低下が問題になるという課題があった。
【０００９】
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あり、モジュール内の能動素子後段に設ける主線路に近接して設けたバイアス回路の面積のコンパクト化を図ると共に電源回路に対する不要放射や回り込みを抑圧することが可能な高周波モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る高周波モジュールは、入力端子から入力された高周波を周波数帯域幅に亘って増幅する増幅器と、この増幅器で増幅された出力端からの高周波を伝送する主線路と、この主線路に沿って設けられた高調波抑圧スタブと、前記主線路を介して前記増幅器にバイアス電力を印加するバイアス線路と、このバイアス線路から分岐し、この分岐点が短絡点となって高調波を抑圧する高調波短絡オープンスタブと、前記主線路からバイアス線路に沿って高周波周波数の１／４波長離間した点で前記バイアス線路から分岐し、この分岐点が短絡点となって基本波を抑圧する第１の基本波短絡オープンスタブと、この第１の基本波短絡オープンスタブの短絡点から前記主線路から遠ざかる方向に前記バイアス線路に沿って高周波周波数の１／４波長離間した点で前記バイアス線路から分岐し、この分岐点が短絡点となって基本波を抑圧するシャント抵抗を設けた第２の基本波短絡オープンスタブと、前記バイアス線路にバイアス電力を供給する電源とを備えたものである。
【００１１】
請求項２に係る高周波モジュールは、入力端子から入力された高周波を周波数帯域幅に亘って増幅する増幅器と、この増幅器で増幅された出力端からの高周波を伝送する主線路と、この主線路に沿って設けられた高調波抑圧スタブと、前記主線路を介して前記増幅器にバイアス電力を印加するバイアス線路と、このバイアス線路から分岐し、この分岐点が短絡点となって高調波を抑圧する高調波短絡オープンスタブと、前記主線路からバイアス線路に沿って高周波周波数の１／４波長離間した点で前記バイアス線路から分岐し、この分岐点が短絡点となって基本波を抑圧する第１の基本波短絡オープンスタブと、この第１の基本波短絡オープンスタブの短絡点から前記主線路から遠ざかる方向に前記バイアス線路に沿って高周波周波数の１／４波長離間した点で前記バイアス線路から分岐し、この分岐点が短絡点となって基本波を抑圧するシャント抵抗を設けた第２の基本波短絡オープンスタブと、前記バイアス線路からそれぞれ分岐し、互いに異なる周波数を抑圧するシャント抵抗を設けた複数のスタブで形成した広帯域抑圧フィルタと、前記バイアス線路にバイアス電力を供給する電源とを備えたものである。
【００１２】
請求項３に係る高周波モジュールは、前記高調波短絡オープンスタブは、前記主線路からバイアス線路に沿って高周波周波数の１／８波長離間した点に設けられ、基本波の２倍の周波数を抑圧することを特徴とする請求項１又は２に記載のものである。
【００１３】
請求項４に係る高周波モジュールは、前記バイアス線路は、前記主線路に沿って長く前記主線路と直交する方向には前記主線路に沿って設けたサイズよりも短いミアンダ状に配置した請求項１乃至３のいずれか１項に記載のものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る高周波モジュールによれば、バイアス線路に基本波を抑圧するスタブとシャント抵抗を介したスタブとを設置し、高調波を抑圧するスタブも付加しているので電源側のインピーダンスに依存しない高周波モジュールを得る効果がある。
【００１５】
請求項２に係る高周波モジュールによれば、請求項１に記載の効果に加えてバイアス線路に広帯域フィルタを付加したので広い帯域幅に亘って漏洩電力を低減できる効果がある。
【００１６】
請求項３に係る高周波モジュールによれば、主線路からバイアス線路に沿って高周波周波数の１／８波長離間した点に高調波短絡オープンスタブを設けたので基本波の２倍の周波数を抑圧するので増幅器の負荷状況に応じて高調波のアイソレーションレベルを調整することができる効果がある。
【００１７】
請求項４に係る高周波モジュールによれば、バイアス線路は主線路に沿って長く、主線路に直交する方向に対しては前記主線路に沿って設けたサイズよりも短く配置したミアンダ状（蛇行状）で構成するのでバイアス線路間又は主線路近傍の電磁結合しない隙間にスタブを設けることでコンパクトなバイアス回路を搭載した高周波モジュールを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１について図を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１による高周波モジュールのブロック構成図である。図１において、１はバイアス回路（バイアス回路基板）であり、１ａは後段バイアス回路、１ｂは中段バイアス回路、１ｃは前段バイアス回路である。２はＷＢＧ（Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ  Ｇａｐ）素子やＦＥＴトランジスタなどの能動素子（増幅器）であり、２ａは後段増幅器、２ｂは前置増幅器である。増幅器２ａのアノード電極は後段バイアス回路１ａの入力端に接続される。
【００１９】
３は増幅前の高周波入力端子、４は増幅後の高周波出力端子、５は増幅器２のアノード電圧供給電源（電源）、６は増幅器２のゲート電圧供給電源、７は後段増幅器２ａ用のアノード電源配線（電源配線）、８は前置増幅器２ｂ用のアノード電源配線、９は後段増幅器２ａ用のゲート電源配線、１０は前置増幅器２ｂ用のゲート電源配線である。１１は電源５，６を構成する電源回路基板を示す。
【００２０】
図２は、この発明の実施の形態１による高周波モジュールの後段バイアス回路の回路構成を説明する図である。図２において、１２は後段増幅器２ａで増幅された高周波電力を伝送する１方向から略直線的に延在配置した伝送線路（主線路）、１３は高周波電力に重畳する直流成分をカットする直流カットコンデンサ、１４は主線路１２に伝送される不要波周波数である高調波を軽減する高調波抑圧フィルタ（高調波抑圧スタブ）、１５は電源インピーダンスの変動を吸収するインピーダンス変動抑圧抵抗器（シャント抵抗）、１６は電源５から供給され、増幅器２ａのアノードに電圧を供給する直流電圧供給線路（バイアス線路）、１７は主線路１２の出力端部、１８は直流電源入力ポート、２０は第１の基本波短絡オープンスタブ、２１は第２の基本波短絡オープンスタブ、２２は高調波短絡オープンスタブである。
【００２１】
２０ａは、第１の基本波短絡オープンスタブ２０の短絡点、２１ａは第２の基本波短絡オープンスタブ２１の短絡点、２２ａは高調波短絡オープンスタブ２２の短絡点、１４ａは高調波抑圧フィルタ１４による短絡条件となる点であると共に高調波短絡オープンスタブ２２の開放条件となる点とする。したがって、高調波抑圧フィルタ１４と高調波短絡オープンスタブ２２との間で共振は発生しない。１５ａは第１の基本波短絡オープンスタブ２０と第２の基本波短絡オープンスタブ２１により、基本波に対してはインピーダンス変動抑圧抵抗１５の抵抗値のインピーダンス値に固定される点を示す。図中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。
【００２２】
次に動作について図１及び図２を用いて説明する。高周波入力端子３に入力された高周波送信電力は前置増幅器２ｂで増幅され、さらにＷＢＧ素子などの後段増幅器２ａで増幅される。後段増幅器２ａのゲート電圧は、バイアス回路１ｂから供給され、後段増幅器２ａのアノード電圧は、バイアス回路１ａから供給される。後段増幅器２ａの高周波電力は主線路１２を通過して直流カットコンデンサ１３を介して出力端部１７に接続された高周波出力端子４から外部に設置したアンテナ素子などに高周波電力信号として送信される。主線路１２には高調波抑圧フィルタ１４が付加され送信電力の高調波成分が抑圧される。
【００２３】
主線路１２には、直流電圧供給線路（バイアス線路）１６が接続されており、後段増幅器２ａのアノード電極と接続される。したがって直流電圧供給線路１６には一部の高周波電力が流入しないように広帯域のフィルタ（抑圧）機能を有するスタブを挿入し電源回路基板１１側への高周波の基本波を含む高調波の漏洩電力の流入を防止する。
【００２４】
第１の基本波短絡オープンスタブ２０は主線路１２から１／４波長（波長λｇは回路内基本波波長又は電気長とも呼ぶ）離間した位置で直流電圧供給線路１６と接続する。さらに第２の基本波短絡オープンスタブ２１は第１の基本波短絡オープンスタブ２０から主線路１２とは反対側に１／４電気長離間した位置で直流電圧供給線路１６と接続する。また、高調波電力の抑圧に対しては、高調波短絡オープンスタブ２２を主線路１２と第１の基本波短絡オープンスタブ２０との中間位置で直流電圧供給線路１６と接続する。
【００２５】
図３は、この発明の実施の形態１による高周波モジュールの後段バイアス回路のパターン図である。図３において、Ｌ１は主線路１２から高調波短絡オープンスタブ２２までの距離、Ｌ２は高調波短絡オープンスタブ２２から第１の基本波短絡オープンスタブ２０までの距離、Ｌ３は第１の基本波短絡オープンスタブ２０から第２の基本波短絡オープンスタブ２１までの距離である。２３は直流電源入力ポート１８近傍の直流電圧供給線路１６にインピーダンス変動抑圧抵抗器１５を介して設置した複数の広帯域抑圧フィルタである。図中、図２と同一符号は、同一又は相当部分を示す。
【００２６】
直流電圧供給線路１６は主線路１２に沿って長く主線路１２に直交する方向に対しては主線路１２に沿って設けたサイズよりも短く配置したミアンダ状（蛇行状）で構成する。また、直流電圧供給線路１６間の隙間及び直流電圧供給線路１６と主線路１２との隙間で互いに電磁結合しない領域にスタブを設ける。主線路１２は略直線状に一方向から他方の出力端部１７に向かって最短距離で高周波電力を伝送することが好ましい。対して直流電圧供給線路１６は、互いに離間された多数のスタブを接続するので主線路１２に直交する方向の領域を有効活用するためにミアンダ状とすることでコンパクトなバイアス回路１を形成する。
【００２７】
図４は、この発明の実施の形態１による高周波モジュールの後段バイアス回路の主線路より電源配線側への漏洩電力(通過特性)を説明する図である。主線路１２から後段増幅器２ａのアノード電源配線７側（Ｓ２１）に対する漏洩電力（通過電力）は周波数帯域内で変動し、電源側インピーダンスの変動でも変動する。
【００２８】
図４では、増幅器２ａのアノード電圧供給電源（電源）５のインピーダンスを変動させて漏洩電力（通過電力）特性を各周波数帯域における波形として表示した。図４に示す一例では、使用帯域（基本波領域）に対して必要とする電源５側へのアイソレーション量を約−３０ｄＢ、使用帯域外（高調波領域  不要波領域とも呼ぶ）に対して必要とする電源５側へのアイソレーション量を−１５ｄＢとした場合、電源５側のインピーダンス変動により漏洩電力に変動はあるが、約４ＧＨｚ〜１３ＧＨｚの周波数帯域（抑圧帯域幅）内においては電源インピーダンスの変動があっても安定したアイソレーション量を確保していることが解かる。
【００２９】
次にスタブとフィルタについて説明する。高周波電力が通過する主線路１２から分岐して設けられた高調波抑圧フィルタ１４は主線路１２との接続点１４ａで短絡条件を満たす。この高調波抑圧フィルタ１４は、適宜主線路１２に沿って出力端１７側に複数個設けることで主線路１２側の高調波に対する抑圧を図っても良い。
【００３０】
主線路１２から分岐した直流電圧供給線路１６には、主線路１２から基本波周波数のλｇ／８電気長離れた点で高調波短絡オープンスタブ２２が設けられ、直流電圧供給線路１６との接続点２２ａを短絡点とする。
【００３１】
主線路１２から分岐した直流電圧供給線路１６には、主線路１２から基本波周波数のλｇ／４電気長離れた点で第１の基本波短絡オープンスタブ２０が設けられ、直流電圧供給線路１６との接続点２０ａを短絡点とする。
【００３２】
さらに主線路１２から分岐した直流電圧供給線路１６には、第１の基本波短絡オープンスタブ２０の短絡点２０ａから直流電源入力ポート１８側に基本波周波数のλｇ／４電気長離れた点でインピーダンス変動抑圧抵抗器１５を介して第２の基本波短絡オープンスタブ２１が設けられ、直流電圧供給線路１６との接続点２１ａを短絡点とする。
【００３３】
インピーダンス変動抑圧抵抗器１５は、基準インピーダンスが５０オーム（Ω）である場合にはそれ以下の抵抗値を電源５側に対してシャントに追加する。すなわち、インピーダンス変動抑圧抵抗器１５をシャント配置し直流的に開放端条件で使用することでインピーダンス変動抑圧抵抗器１５における電力消費はほぼ無視できる。また、インピーダンス変動抑圧抵抗器１５の抵抗値が比較的小さくてもインピーダンス変動抑圧抵抗器１５は直流電圧供給線路１６から分岐されているので直流電圧供給線路１６上の線路における電力消費は生じない。
【００３４】
第２の基本波短絡オープンスタブ２１は、適宜直流電圧供給線路１６に沿って直流電源入力ポート１８側に複数個設けることで基本波の抑圧を図っても良く、図３に示すようにインピーダンス変動抑圧抵抗器１５を介して複数の広帯域抑圧フィルタ２３として用いることにより抑圧帯域幅を広帯域化しても良い。
【００３５】
以上から電源インピーダンスが変動した場合でも高周波電力のアイソレーション特性を安定化すると共に高周波モジュールとしての消費電力の低減に対する効率の向上が図れる。
【００３６】
実施の形態１では、直流電圧供給線路１６には増幅器２ａのアノード電圧供給電源直流５から直流電圧を供給した場合について説明したが、これに限らず、電源５は定電流源でも良く、増幅器２ａが間欠的に電力増幅する場合には、そのタイミングに合わせて電源５はパルスで供給しても良い。
【００３７】
また、増幅器２ａはＷＢＧ素子やＦＥＴトランジスタなどのアノード電極を有するもので説明したがコレクタやエミッタなどを用いた高周波トランジスタを用いた場合であっても同様の効果を奏する。
【００３８】
実施の形態１では、第１及び第２の基本波短絡オープンスタブを用いて基本波の抑圧について説明したが、第１及び第２の基本波短絡オープンスタブに置き換えてコンデンサを用い、コンデンサ先端を接地することでコンデンサのリーク量が少ない場合には電源５側に対する基本波の抑圧について相応の効果を奏する。
【００３９】
実施の形態１では、主線路１２に設けた高調波抑圧フィルタ１４は、直流電圧供給線路１６に対向するように設け、主線路１２に高調波抑圧フィルタ１４の短絡条件となる点と高調波短絡オープンスタブ２２の開放条件となる点を一致させたが、例えば特定の基本波周波数が４．５ＧＨｚ、２倍高調波が９ＧＨｚであったとすると増幅器２ａによる歪による原因などで高調波のアイソレーションレベルを変更する場合には、主線路に沿って歪周波数に対応する基本波周波数の１／８電気長離間させた位置に適宜高調波抑圧フィルタ１４の開放点を設けることで増幅器２ａの負荷変動や増幅率のばらつきによる増幅器２ａから見た電源側の高調波レベルの変化に対応した抑圧帯域幅の調整ができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施の形態１による高周波モジュールのブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による高周波モジュールの後段バイアス回路の回路構成を説明する図である。
【図３】この発明の実施の形態１による高周波モジュールの後段バイアス回路のパターン図である。
【図４】この発明の実施の形態１による高周波モジュールの後段バイアス回路の主線路より電源配線側への漏洩電力(通過特性)を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・バイアス回路（バイアス回路基板）  １ａ・・後段バイアス回路
１ｂ・・中段バイアス回路  １ｃ・・前段バイアス回路
２・・能動素子（増幅器）  ２ａ・・後段増幅器  ２ｂ・・前置増幅器
３・・高周波入力端子  ４・・高周波出力端子
５・・増幅器２のアノード電圧供給電源（電源）
６・・増幅器２のゲート電圧供給電源
７・・後段増幅器２ａ用のアノード電源配線（電源配線）
８・・前置増幅器２ｂ用のアノード電源配線
９・・後段増幅器２ａ用のゲート電源電源配線
１０・・前置増幅器２ｂ用のゲート電源配線
１１・・電源回路基板  １２・・伝送線路（主線路）  １３・・直流カットコンデンサ
１４・・高調波抑圧フィルタ（高調波抑圧スタブ）
１４ａ・・高調波抑圧フィルタによる短絡点及び高調波短絡オープンスタブの開放点
１５・・インピーダンス変動抑圧抵抗器（シャント抵抗）
１５ａ・・インピーダンス変動抑圧抵抗器抵抗値のインピーダンス値に固定された点
１６・・直流電圧供給線路（バイアス線路）  １７・・出力端部
１８・・直流電源入力ポート
２０・・第１の基本波短絡オープンスタブ
２０ａ・・第１の基本波短絡オープンスタブの短絡点
２１・・第２の基本波短絡オープンスタブ
２１ａ・・第２の基本波短絡オープンスタブの短絡点
２２・・高調波短絡オープンスタブ
２２ａ・・高調波短絡オープンスタブの短絡点
２３・・広帯域抑圧フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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