(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を増幅するトランジスタと、
前記トランジスタの入力側に接続されている第１の整合回路と、
前記トランジスタの出力側に接続されている第２の整合回路と、
前記第１の整合回路の入力側から前記第２の整合回路の出力側に至る前記高周波信号の伝送線路と一端が接続されて、他端が接地されているＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）キャパシタとを備え、
前記ＭＩＭキャパシタは、前記第１の整合回路及び前記第２の整合回路のうち、いずれか１つ以上の整合回路に含まれており、
前記ＭＩＭキャパシタは、前記伝送線路との間で、前記高周波信号に含まれている基本波のインピーダンス整合を図り、かつ、前記伝送線路との接続点に、前記高周波信号に含まれている高調波に対する短絡点を構成するものであり、
一端が前記伝送線路と接続されており、前記高調波の波長の４分の１の長さを有する上地電極と、
ソースビアを介して接地されており、前記上地電極と向かい合っている下地電極とを備えていることを特徴とする高周波増幅器。
【請求項２】
前記下地電極の長さが、前記高調波と異なる次数の高調波の波長の４分の１の長さであることを特徴とする請求項１記載の高周波増幅器。
【請求項３】
高周波信号を増幅するトランジスタと、
前記トランジスタの入力側に接続されている第１の整合回路と、
前記トランジスタの出力側に接続されている第２の整合回路と、
前記第１の整合回路の入力側から前記第２の整合回路の出力側に至る前記高周波信号の伝送線路と一端が接続されて、他端が接地されているＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）キャパシタとを備え、
前記ＭＩＭキャパシタは、前記第１の整合回路及び前記第２の整合回路のうち、いずれか１つ以上の整合回路に含まれており、
前記ＭＩＭキャパシタは、前記伝送線路との間で、前記高周波信号に含まれている基本波のインピーダンス整合を図り、かつ、前記伝送線路との接続点に、前記高周波信号に含まれている高調波に対する短絡点を構成するものであり、
一端が前記伝送線路と接続されており、前記高調波の波長の４分の１の長さを有する下地電極と、
ソースビアを介して接地されており、前記下地電極と向かい合っている上地電極とを備えていることを特徴とする高周波増幅器。
【請求項４】
前記上地電極の長さが、前記高調波と異なる次数の高調波の波長の４分の１の長さであることを特徴とする請求項３記載の高周波増幅器。
【請求項５】
高周波信号を増幅するトランジスタと、
前記トランジスタの入力側に接続されている第１の整合回路と、
前記トランジスタの出力側に接続されている第２の整合回路と、
前記第１の整合回路の入力側から前記第２の整合回路の出力側に至る前記高周波信号の伝送線路と一端が接続されて、他端が接地されているＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）キャパシタとを備え、
前記ＭＩＭキャパシタは、前記第１の整合回路及び前記第２の整合回路のうち、いずれか１つ以上の整合回路に含まれており、
前記ＭＩＭキャパシタは、前記伝送線路との間で、前記高周波信号に含まれている基本波のインピーダンス整合を図り、かつ、前記伝送線路との接続点に、前記高周波信号に含まれている高調波に対する短絡点を構成するものであり、
一端が前記伝送線路と接続されている上地電極と、
ソースビアを介して接地されており、前記上地電極と向かい合っている下地電極と、
一端が前記上地電極の他端と接続されており、前記上地電極と合わせた長さが、前記高調波の波長の４分の１の長さである導体とを備えていることを特徴とする高周波増幅器。
【請求項６】
前記下地電極の長さが、前記高調波と異なる次数の高調波の波長の４分の１の長さであることを特徴とする請求項５記載の高周波増幅器。
【請求項７】
高周波信号を増幅するトランジスタと、
前記トランジスタの入力側に接続されている第１の整合回路と、
前記トランジスタの出力側に接続されている第２の整合回路と、
前記第１の整合回路の入力側から前記第２の整合回路の出力側に至る前記高周波信号の伝送線路と一端が接続されて、他端が接地されているＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）キャパシタとを備え、
前記ＭＩＭキャパシタは、前記第１の整合回路及び前記第２の整合回路のうち、いずれか１つ以上の整合回路に含まれており、
前記ＭＩＭキャパシタは、前記伝送線路との間で、前記高周波信号に含まれている基本波のインピーダンス整合を図り、かつ、前記伝送線路との接続点に、前記高周波信号に含まれている高調波に対する短絡点を構成するものであり、
一端が前記伝送線路と接続されている下地電極と、
ソースビアを介して接地されており、前記上地電極と向かい合っている上地電極と、
一端が前記下地電極の他端と接続されており、前記下地電極と合わせた長さが、前記高調波の波長の４分の１の長さである導体とを備えていることを特徴とする高周波増幅器。
【請求項８】
前記上地電極の長さが、前記高調波と異なる次数の高調波の波長の４分の１の長さであることを特徴とする請求項７記載の高周波増幅器。
【請求項９】
前記トランジスタにおける動作周波数帯域は、前記短絡点が構成される高調波の周波数を含まない周波数帯域であることを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の高周波増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波信号を増幅する高周波増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波信号を増幅する高周波増幅器は、高効率な動作を実現するために高調波処理を実施することがある。
例えば、高周波信号に含まれている高調波の波長の４分の１の長さを有するオープンスタブを高周波信号の伝送線路に接続することで、高調波処理を実施している高周波増幅器が知られている。
しかし、広帯域に亘って高調波処理を実施するには、オープンスタブの線路幅を太くする必要がある。このため、高調波処理の広帯域化を図るほど、回路サイズが大型化する。【０００３】
以下の非特許文献１には、回路サイズの大型化を招く、オープンスタブを用いずに、共振回路を用いて、高調波処理を実施する高周波増幅器が開示されている。
この共振回路は、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）キャパシタを備えており、ＭＩＭキャパシタと伝送線路のインダクタンス成分とが、高調波の周波数で共振する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Xuming Yu 他著、“C-band 60W GaN power amplifier MMIC designed with harmonic tuned approach”, 2016. IEEE ELECTRONICS LETTERS
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に開示されている高周波増幅器は、オープンスタブを用いる高周波増幅器よりも、高調波処理の実施に必要な回路のサイズを小型化することができる。しかし、高調波処理を実施する共振回路と別個に、高周波信号に含まれている基本波のインピーダンス整合を図る整合回路を設ける必要がある。このため、共振回路と整合回路の双方を実装する面積を確保する必要があるという課題があった。【０００６】
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、共振回路と整合回路を別個に実装する場合よりも、回路サイズを低減することができる高周波増幅器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る増幅器は、高周波信号を増幅するトランジスタと、トランジスタの入力側に接続されている第１の整合回路と、トランジスタの出力側に接続されている第２の整合回路と、第１の整合回路の入力側から第２の整合回路の出力側に至る高周波信号の伝送線路と一端が接続されて、他端が接地されているＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）キャパシタとを備え、ＭＩＭキャパシタが、第１の整合回路及び第２の整合回路のうち、いずれか１つ以上の整合回路に含まれており、ＭＩＭキャパシタが、伝送線路との間で、高周波信号に含まれている基本波のインピーダンス整合を図り、かつ、伝送線路との接続点に、高周波信号に含まれている高調波に対する短絡点を構成するものであり、一端が伝送線路と接続されており、高調波の波長の４分の１の長さを有する上地電極と、ソースビアを介して接地されており、上地電極と向かい合っている下地電極とを備えているものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ＭＩＭキャパシタが、第１の整合回路及び第２の整合回路のうち、いずれか１つ以上の整合回路に含まれており、ＭＩＭキャパシタが、伝送線路との間で、高周波信号に含まれている基本波のインピーダンス整合を図り、かつ、伝送線路との接続点に、高周波信号に含まれている高調波に対する短絡点を構成するので、共振回路と整合回路を別個に実装する場合よりも、回路サイズを低減することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による高周波増幅器を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による他の高周波増幅器を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による高周波増幅器のＭＩＭキャパシタ７を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１による高周波増幅器のＭＩＭキャパシタ７を示す断面図である。
【図５】主線路から見た反射位相の周波数特性の計算結果を示す説明図である。
【図６】特性インピーダンスがＺｃｏで、１の規格化周波数で４分の１波長の長さとなるオープンスタブの例を示す説明図である。
【図７】特性インピーダンスＺｃｏが１０Ω，４０Ω，７０Ω，１００Ωである場合の反射位相Γ０の規格化周波数依存性の計算結果を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１による高周波増幅器の他のＭＩＭキャパシタ７を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態１による他の高周波増幅器を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による高周波増幅器を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による増幅器のＭＩＭキャパシタ７を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による他の高周波増幅器を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態２による他の高周波増幅器を示す構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態２による高周波増幅器の他のＭＩＭキャパシタ７を示す構成図である。
【図１５】主線路から見た反射位相の周波数特性の計算結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による高周波増幅器を示す構成図である。
図１において、入力端子１は、高周波信号を入力する端子である。
トランジスタ２は、入力端子１から入力されたのち、第１の整合回路４を通過してきた高周波信号を増幅し、増幅後の高周波信号を第２の整合回路５に出力する高周波トランジスタである。
第１の整合回路４は、一端が入力端子１と接続され、他端がトランジスタ２の入力側と接続されている。
第１の整合回路４は、入力端子１と接続されている高周波信号の信号源の出力インピーダンスとトランジスタ２の入力インピーダンスとの間で、高周波信号に含まれている基本波でのインピーダンス整合をとる入力整合回路である。
図１では、トランジスタ２の入力側に第１の整合回路４が接続されている例を示しているが、トランジスタ２の入力側に段間整合回路が接続されているものであってもよい。
【００１２】
出力端子３は、トランジスタ２により増幅されたのち、第２の整合回路５を通過してきた高周波信号を出力する端子である。
第２の整合回路５は、一端がトランジスタ２の出力側と接続され、他端が出力端子３と接続されており、出力整合回路６及びＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）キャパシタ７を備えている。
出力整合回路６は、トランジスタ２の出力インピーダンスと出力端子３と接続されている負荷のインピーダンスとの間で、高周波信号に含まれている基本波でのインピーダンス整合をとる基本波整合回路である。
一般的な基本波整合回路として、例えば、伝送線路と直列に接続されるインダクタと、伝送線路と並列に接続されるキャパシタとを備える構成が考えられる。しかし、出力整合回路６は、ＭＩＭキャパシタ７の一端が伝送線路８と接続されているため、伝送線路と並列に接続されるキャパシタを備える必要がない。
つまり、ＭＩＭキャパシタ７が基本波整合回路の一部を構成しており、出力整合回路６とＭＩＭキャパシタ７の組が、いわゆる基本波整合回路として機能する。
したがって、出力整合回路６の回路サイズは、一般的な基本波整合回路の回路サイズよりも小さい。
図１では、トランジスタ２の出力側に出力整合回路６が接続されている例を示しているが、トランジスタ２の出力側に段間整合回路が接続されているものであってもよい。
【００１３】
ＭＩＭキャパシタ７は、第２の整合回路５に含まれている。
ＭＩＭキャパシタ７は、上地電極７ａ及び下地電極７ｂを備えており、第１の整合回路４の入力側から出力整合回路６の出力側に至る高周波信号の伝送線路８と一端が接続されて、他端が接地されている。
ＭＩＭキャパシタ７は、伝送線路８との間で、高周波信号に含まれている基本波のインピーダンス整合を図り、かつ、伝送線路８との接続点に、高周波信号に含まれている高調波に対する短絡点を構成するように作用する。
この実施の形態１では、高周波信号に含まれている高調波は、２次の高調波を想定しているが、３次以上の高調波であってもよい。
図１では、ＭＩＭキャパシタ７が、第２の整合回路５に含まれている例を示しているが、これに限るものではない。
例えば、図２に示すように、ＭＩＭキャパシタ７が、第１の整合回路４に含まれているものであってもよい。
図２は、この発明の実施の形態１による他の高周波増幅器を示す構成図である。
ＭＩＭキャパシタ７は、第１の整合回路４に含まれている場合であっても、伝送線路８との間で、高周波信号に含まれている基本波のインピーダンス整合を図り、かつ、伝送線路８との接続点に、高周波信号に含まれている高調波に対する短絡点を構成するように作用する。
図２において、入力整合回路９は、入力端子１と接続されている高周波信号の信号源の出力インピーダンスとトランジスタ２の入力インピーダンスとの間で、高周波信号に含まれている基本波でのインピーダンス整合をとる基本波整合回路である。
図２の場合、入力整合回路９は、ＭＩＭキャパシタ７の一端が伝送線路８と接続されているため、伝送線路と並列に接続されるキャパシタを備える必要がない。
つまり、ＭＩＭキャパシタ７が基本波整合回路の一部を構成しており、入力整合回路９とＭＩＭキャパシタ７の組が、いわゆる基本波整合回路として機能する。
したがって、入力整合回路９の回路サイズは、一般的な基本波整合回路の回路サイズよりも小さい。
【００１４】
図３は、この発明の実施の形態１による高周波増幅器のＭＩＭキャパシタ７を示す構成図である。
図４は、この発明の実施の形態１による高周波増幅器のＭＩＭキャパシタ７を示す断面図である。
図３及び図４において、ｐｏｒｔ（１）は、トランジスタ２の出力側と接続され、ｐｏｒｔ（２）は、第２の整合回路５と接続されている。
上地電極７ａは、ＭＩＭキャパシタ７における一方の電極であり、一端がエアブリッジ１１ａを介して伝送線路８と接続されている。
上地電極７ａの長さは、高周波信号に含まれている高調波の波長の４分の１の長さである。
下地電極７ｂは、上地電極７ａと向かい合っている電極であり、上地電極７ａと下地電極７ｂとの間には、誘電体層１２が挿入されている。
【００１５】
エアブリッジ１１ａは、上地電極７ａと伝送線路８とを電気的に接続する接続部材である。
エアブリッジ１１ｂは、下地電極７ｂと導体板１３とを電気的に接続する接続部材である。
導体板１３は、エアブリッジ１１ｂを介して下地電極７ｂと電気的に接続されている。
ソースビア１４は、一端が導体板１３と電気的に接続され、他端がグランド１５と接続されており、ＭＩＭキャパシタ７の下地電極７ｂを接地している。
【００１６】
次に動作について説明する。
入力端子１から高周波信号が入力されると、高周波信号に含まれている基本波は、第１の整合回路４を通過して、トランジスタ２の入力側に到達する。
即ち、第１の整合回路４は、基本波でのインピーダンス整合をとっているため、基本波は、第１の整合回路４を通過する。
第１の整合回路４は、高周波信号に含まれている高調波でのインピーダンス整合をとっていないため、高調波の一部は、第１の整合回路４を通過しないが、トランジスタ２の入力側に到達する高周波もある。
【００１７】
トランジスタ２は、第１の整合回路４を通過してきた高周波信号を増幅し、増幅後の高周波信号を第２の整合回路５に出力する。
トランジスタ２により増幅された高周波信号に含まれている基本波は、第２の整合回路５における出力整合回路６を通過して、出力端子３から外部の負荷に出力される。
即ち、第２の整合回路５における出力整合回路６は、基本波でのインピーダンス整合をとっているため、基本波は、出力整合回路６を通過する。
第２の整合回路５における出力整合回路６は、高調波でのインピーダンス整合をとっていないため、高周波の一部は、出力整合回路６を通過しないが、出力端子３に到達する高周波もある。
ただし、ＭＩＭキャパシタ７が、伝送線路８との間で、基本波のインピーダンス整合をとるように作用する。また、ＭＩＭキャパシタ７が、伝送線路８との接続点に、高調波に対する短絡点を構成するように作用する。このため、出力端子３に到達する基本波の低減を抑えることができる。また、トランジスタ２から出力された高周波が、当該短絡点で反射されて、トランジスタ２に戻るため、トランジスタ２の効率が向上する。
【００１８】
ここで、ＭＩＭキャパシタ７について具体的に説明する。
ＭＩＭキャパシタ７における上地電極７ａ及び下地電極７ｂのそれぞれの形状は、図３に示すように、ｘ軸方向に長い長方形である。
上地電極７ａのｘ軸方向の長さは、高調波の波長の４分の１の長さである。
下地電極７ｂのｘ軸方向の長さは、上地電極７ａの長さと同じ長さ、あるいは、上地電極７ａよりも長い長さである。
図３及び図４の例では、下地電極７ｂのｘ軸方向の長さは、上地電極７ａよりも長くなっている。
【００１９】
ＭＩＭキャパシタ７は、上地電極７ａの総面積に正比例する容量値Ｃを有しており、この容量値Ｃは、第２の整合回路５の内部において、並列キャパシタとして作用する。
伝送線路８は、高周波信号に対して、インダクタンス成分及びキャパシタンス成分を有している。
ＭＩＭキャパシタ７が有する容量値Ｃ、伝送線路８が有するインダクタンス成分及び伝送線路８が有するキャパシタンス成分の組み合わせによって、ＭＩＭキャパシタ７と伝送線路８との間で、基本波の整合が取られている。
【００２０】
ＭＩＭキャパシタ７の上地電極７ａは、高調波の波長の４分の１の長さを有しているため、伝送線路８と上地電極７ａとの接続点であるエアブリッジ１１ａに、高調波に対する短絡点を構成するように作用する。この作用は、高調波の波長の４分の１の長さを有するオープンスタブと同様の作用である。
したがって、ＭＩＭキャパシタ７は、伝送線路８との組み合わせによる基本波の整合効果と、高調波に対する短絡点を構成することによる高調波処理効果とを果すように作用する。
基本波の整合効果は、ＭＩＭキャパシタ７が有する容量値Ｃに依存している。
ＭＩＭキャパシタ７が有する容量値Ｃは、上地電極７ａの面積に依存する集中定数的効果であり、上地電極７ａの形状には依存しない。
ＭＩＭキャパシタ７の上地電極７ａは、高調波処理効果を果すために、高調波の波長の４分の１の長さを有していればよく、上地電極７ａの面積は、基本波の整合効果のみを果すＭＩＭキャパシタと同じ面積でよい。このため、面積の増加を伴うことなく、基本波の整合効果と高調波処理効果の双方を実現することができる。
【００２１】
以下、この実施の形態１の高周波増幅器の効果について説明する。
ここでは、説明の便宜上、ソースビア１４の長さに相当する基板が、厚み１００ｕｍのＧａＡｓ基板、誘電体層１２の厚みが１ｕｍで、誘電体層１２の比誘電率が６、ＭＩＭキャパシタ７が有する容量値Ｃが０．６３ｐＦであるとする。
また、主線路である伝送線路８に接続されるＭＩＭキャパシタ７の上地電極７ａの電気長が、周波数１８．５ＧＨｚで４分の１波長の長さである。
オープンスタブを用いる高周波増幅器（以下、従来の高周波増幅器と称する）では、主線路に接続されるキャパシタの容量値が０．６３ｐＦ、主線路に接続されるオープンスタブの電気長が周波数１８．５ＧＨｚで４分の１波長の長さであり、オープンスタブの幅が１０ｕｍであるとする。
【００２２】
図５は、主線路から見た反射位相の周波数特性の計算結果を示す説明図である。
図５に示す周波数特性の計算結果より、この実施の形態１の高周波増幅器と、従来の高周波増幅器とは、共に、周波数１８．５ＧＨｚでのインピーダンスがショートであることが分かる。
このため、この実施の形態１の高周波増幅器と、従来の高周波増幅器とは、同じインピーダンス条件を作り出すことが可能である。
例えば、厚み１００ｕｍのＧａＡｓ基板では、周波数１８．５ＧＨｚで電気長が４分の１波長の長さとなる１０ｕｍ幅のオープンスタブの物理長が１．５ｍｍとなる。この実施の形態１の高周波増幅器では、面積が１０ｕｍ×１．５ｍｍとなるオープンスタブが不要であるため、オープンスタブを用いる従来の高周波増幅器よりも面積を削減することができる。
なお、マルチセル又はマルチステージの従来の高周波増幅器では、多数のオープンスタブを配置する必要があるため、この実施の形態１の高周波増幅器の面積と、従来の高周波増幅器の面積との差異が大きくなる。
【００２３】
図５に示す周波数１８．５ＧＨｚ付近での位相角の周波数特性から、例えば、位相角が１８０度±３０度となる位相範囲での周波数範囲を算出すると、従来の高周波増幅器では、１８．０６〜１８．８４ＧＨｚとなり、約０．８ＧＨｚの帯域幅となる。
この実施の形態１の高周波増幅器では、周波数範囲が１６．７２〜１９．８ＧＨｚとなり、約３．１ＧＨｚの帯域幅となる。
したがって、この実施の形態１の高周波増幅器は、従来の高周波増幅器と比べて、帯域幅を４倍近く広げることができる。
この帯域幅の差は、オープンスタブの特性インピーダンスの違いによって生じるものであり、オープンスタブは、低インピーダンスであるほど、広帯域な短絡点を構成できることが知られている。
【００２４】
図６は、特性インピーダンスがＺｃｏで、１の規格化周波数で４分の１波長の長さとなるオープンスタブの例を示す説明図である。図６において、Γ０は、トランジスタ２との接続点からオープンスタブをみた反射位相である。
図７は、特性インピーダンスＺｃｏが１０Ω，４０Ω，７０Ω，１００Ωである場合の反射位相Γ０の規格化周波数依存性の計算結果を示す説明図である。
図７において、反射位相Γ０＝−１８０は、短絡点であり、複素インピーダンスが０Ωである。
規格化周波数が１から変化すると、反射位相Γ０が変化する。この反射位相Γ０が短絡点に近い範囲は、特性インピーダンスＺｃｏによって変動する。
例えば、所望の反射位相の範囲が−１８０±３０である場合、Ｚｃｏ＝１０Ωであるときの規格化周波数範囲ΔＦは１．２、Ｚｃｏ＝４０Ωであるときの規格化周波数範囲ΔＦは０．４１である。
また、Ｚｃｏ＝７０Ωであるときの規格化周波数範囲ΔＦは０．２４、Ｚｃｏ＝１００Ωであるときの規格化周波数範囲ΔＦは０．１７である。
以上より、オープンスタブの特性インピーダンスＺｃｏを低くすることで、短絡点近傍のインピーダンスとなる周波数帯域を広帯域化できることが分かる。
【００２５】
この実施の形態１の高周波増幅器では、下地電極７ｂが、エアブリッジ１１ｂ、導体板１３及びソースビア１４を介して、グランド１５と接続されているため、下地電極７ｂの電位は、接地電位と同電位である。このため、下地電極７ｂの対地容量が大きくなり、上地電極７ａによって構成されるオープンスタブの特性インピーダンスが低くなる。
また、上地電極７ａと下地電極７ｂとの間の誘電体層１２の厚みは、キャパシタを構成するという観点より、一般的に、ソースビア１４の長さに相当する基板の厚みと比べて極めて薄く形成される。
誘電体層１２の厚みが薄く形成されることで、上地電極７ａと下地電極７ｂとの間が狭くなることで、特性インピーダンスが低くなる。
この実施の形態１の高周波増幅器は、従来の高周波増幅器と比べて、オープンスタブの特性インピーダンスが低くなるため、広帯域な短絡点を構成することができる。
【００２６】
図１の高周波増幅器では、トランジスタ２の出力側に短絡点を構成する例を示しており、２次高調波の周波数に対して短絡点を構成する場合はＦ級増幅器、３次高調波の周波数に対して短絡点を構成する場合は逆Ｆ級増幅器となる。
Ｆ級増幅器及び逆Ｆ級増幅器などは、高効率な動作級の高周波増幅器であり、広帯域化を実現することができる。
【００２７】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、ＭＩＭキャパシタ７が、第１の整合回路４及び第２の整合回路５のうち、いずれか１つ以上の整合回路に含まれており、ＭＩＭキャパシタ７が、伝送線路８との間で、高周波信号に含まれている基本波のインピーダンス整合を図り、かつ、伝送線路８との接続点に、高周波信号に含まれている高調波に対する短絡点を構成しているので、共振回路と整合回路を別個に実装する場合よりも、回路サイズを低減することができる効果を奏する。
【００２８】
この実施の形態１では、ＭＩＭキャパシタ７が、伝送線路８との接続点に、高調波に対する短絡点を構成しているが、高周波増幅器において、短絡点は、高調波の反射に用いられるだけでなく、高周波の電力の漏洩抑圧にも用いられる。つまり、ＭＩＭキャパシタ７は、高周波の電力の漏洩を抑圧するフィルタとして用いることもできる。例えば、通信時において、隣接チャネルへの高周波の電力の漏洩を抑圧することができる。
【００２９】
この実施の形態１では、ＭＩＭキャパシタ７が備える上地電極７ａの長手方向がｘ軸方向に配置されている例を示しているが、上地電極７ａが一直線上に伸びているものに限るものではなく、例えば、途中でＬ字形に折り曲げられていてもよいし、Ｕ字形に折り曲げられていてもよい。
また、上地電極７ａの形状は、楕円型などの任意の形状でもよい。
【００３０】
この実施の形態１では、上地電極７ａが、エアブリッジ１１ａを介して伝送線路８と接続され、下地電極７ｂが、エアブリッジ１１ｂ、導体板１３及びソースビア１４を介して、グランド１５と接続されている例を示している。
これに限るものではなく、例えば、図８に示すように、下地電極７ｂが、エアブリッジ１１ａを介して伝送線路８と接続され、上地電極７ａが、エアブリッジ１１ｂ、導体板１３及びソースビア１４を介して、グランド１５と接続されているものであってもよい。
図８は、この発明の実施の形態１による高周波増幅器の他のＭＩＭキャパシタ７を示す断面図である。
図８の例では、下地電極７ｂのｘ軸方向の長さは、高調波の波長の４分の１の長さである。
また、上地電極７ａのｘ軸方向の長さは、下地電極７ｂよりも長い長さである。上地電極７ａのｘ軸方向の長さは、下地電極７ｂの長さと同じ長さであってもよい。
【００３１】
この実施の形態１では、上地電極７ａのｘ軸方向の長さ、あるいは、下地電極７ｂのｘ軸方向の長さが、高調波の波長の４分の１の長さである例を示している。
これに限るものではなく、上地電極７ａのｘ軸方向の長さが、高調波の波長の４分の１の長さであり、かつ、下地電極７ｂのｘ軸方向の長さが、当該高調波と異なる次数の高調波の波長の４分の１の長さであるものであってもよい。
例えば、上地電極７ａのｘ軸方向の長さが、２次の高調波の波長の４分の１の長さであり、下地電極７ｂのｘ軸方向の長さが、３次又は４次の高調波の波長の４分の１の長さである態様が考えられる。
また、下地電極７ｂのｘ軸方向の長さが、２次の高調波の波長の４分の１の長さであり、上地電極７ａのｘ軸方向の長さが、３次又は４次の高調波の波長の４分の１の長さである態様が考えられる。
【００３２】
この実施の形態１では、ＭＩＭキャパシタ７が、第２の整合回路５に含まれている例と、ＭＩＭキャパシタ７が、第１の整合回路４に含まれている例とを示しているが、図９に示すように、ＭＩＭキャパシタ７が、第２の整合回路５に含まれ、かつ、ＭＩＭキャパシタ７が、第１の整合回路４に含まれているものであってもよい。
図９は、この発明の実施の形態１による他の高周波増幅器を示す構成図である。
【００３３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、ＭＩＭキャパシタ７が、上地電極７ａと下地電極７ｂとを備えている例を示している。
この実施の形態２では、ＭＩＭキャパシタ７が、さらに、導体３０を備えている例を説明する。
【００３４】
図１０は、この発明の実施の形態２による高周波増幅器を示す構成図である。
図１１は、この発明の実施の形態２による増幅器のＭＩＭキャパシタ７を示す構成図である。
図１０及び図１１において、図１及び図３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
導体３０は、一端が上地電極７ａの他端と接続されている電極である。
この実施の形態２では、上地電極７ａと導体３０とを合わせた長さは、高周波信号に含まれている高調波の波長の４分の１の長さである。
基本波のインピーダンス整合に必要なＭＩＭキャパシタ７の容量値Ｃによって、上地電極７ａの総面積が決まるため、高調波処理に必要な上地電極７ａのｘ軸方向の長さを確保できない場合がある。
言い換えると、高調波処理に必要な上地電極７ａのｘ軸方向の長さを確保すると、ＭＩＭキャパシタ７の容量値Ｃが大きくなり過ぎて、基本波のインピーダンス整合がとれないことがある。
【００３５】
この実施の形態２では、ＭＩＭキャパシタ７の容量値Ｃが大きくなり過ぎないようにするために、上地電極７ａのｘ軸方向の長さを抑える代わりに、上地電極７ａの他端に導体３０を接続し、上地電極７ａと導体３０とを合わせた長さが、高調波の波長の４分の１の長さと一致するようにする。
このとき、導体３０は、図１１に示すように、ｚ軸方向から見たとき、下地電極７ｂとの重なりが小さいため、導体３０を接続しても、ＭＩＭキャパシタ７の容量値Ｃの変化がほとんどない。
したがって、基本波のインピーダンス整合に影響を与えることなく、高調波処理に必要なオープンスタブの電気長を確保することが可能となる。
【００３６】
この実施の形態２では、導体３０の形状がｘ軸方向に長い長方形である例を示しているが、上地電極７ａと導体３０とを合わせた長さが、高調波の波長の４分の１の長さであればよく、導体３０の長手方向が、どの方向であってもよい。
【００３７】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、ＭＩＭキャパシタ７が、一端が伝送線路８と接続されている上地電極７ａと、ソースビア１４を介して接地されており、上地電極７ａと向かい合っている下地電極７ｂと、一端が上地電極７ａの他端と接続されている導体３０とを備え、上地電極７ａと導体３０とを合わせた長さが、高調波の波長の４分の１の長さであるように構成したので、上記実施の形態１と同様の効果を奏するほかに、基本波のインピーダンス整合に必要なＭＩＭキャパシタ７の容量値Ｃが小さい場合でも、高調波処理に必要なオープンスタブの電気長を確保することができる効果を奏する。
【００３８】
この実施の形態２では、上地電極７ａと導体３０とを合わせたｘ軸方向の長さが、高調波の波長の４分の１の長さである例を示している。
これに限るものではなく、上地電極７ａと導体３０とを合わせたｘ軸方向の長さが、高調波の波長の４分の１の長さであり、かつ、下地電極７ｂのｘ軸方向の長さが、当該高調波と異なる次数の高調波の波長の４分の１の長さであるものであってもよい。
例えば、上地電極７ａと導体３０とを合わせたｘ軸方向の長さが、２次の高調波の波長の４分の１の長さであり、下地電極７ｂのｘ軸方向の長さが、３次又は４次の高調波の波長の４分の１の長さである態様が考えられる。
また、下地電極７ｂのｘ軸方向の長さが、２次の高調波の波長の４分の１の長さであり、上地電極７ａと導体３０とを合わせたｘ軸方向の長さが、３次又は４次の高調波の波長の４分の１の長さである態様が考えられる。
【００３９】
この実施の形態２では、導体３０を備えるＭＩＭキャパシタ７が、第２の整合回路５に含まれている例を示しているが、これに限るものではない。
例えば、図１２に示すように、導体３０を備えるＭＩＭキャパシタ７が、第１の整合回路４に含まれているものであってもよい。
図１２は、この発明の実施の形態２による他の高周波増幅器を示す構成図である。
【００４０】
この実施の形態２では、ＭＩＭキャパシタ７が、第２の整合回路５に含まれている例と、ＭＩＭキャパシタ７が、第１の整合回路４に含まれている例とを示しているが、図１３に示すように、ＭＩＭキャパシタ７が、第２の整合回路５に含まれ、かつ、ＭＩＭキャパシタ７が、第１の整合回路４に含まれているものであってもよい。
図１３は、この発明の実施の形態２による他の高周波増幅器を示す構成図である。
【００４１】
この実施の形態２では、導体３０と接続されている上地電極７ａが、エアブリッジ１１ａを介して伝送線路８と接続され、下地電極７ｂが、エアブリッジ１１ｂ、導体板１３及びソースビア１４を介して、グランド１５と接続されている例を示している。
これに限るものではなく、例えば、図１４に示すように、導体３０と接続されている下地電極７ｂが、エアブリッジ１１ａを介して伝送線路８と接続され、上地電極７ａが、エアブリッジ１１ｂ、導体板１３及びソースビア１４を介して、グランド１５と接続されているものであってもよい。
図１４は、この発明の実施の形態２による高周波増幅器の他のＭＩＭキャパシタ７を示す構成図である。
図１４の例では、下地電極７ｂと導体３０とを合わせたｘ軸方向の長さは、高調波の波長の４分の１の長さである。
【００４２】
ここでは、下地電極７ｂと導体３０とを合わせたｘ軸方向の長さが、高調波の波長の４分の１の長さである例を示している。
これに限るものではなく、下地電極７ｂと導体３０とを合わせたｘ軸方向の長さが、高調波の波長の４分の１の長さであり、かつ、上地電極７ａのｘ軸方向の長さが、当該高調波と異なる次数の高調波の波長の４分の１の長さであるものであってもよい。
例えば、下地電極７ｂと導体３０とを合わせたｘ軸方向の長さが、２次の高調波の波長の４分の１の長さであり、上地電極７ａのｘ軸方向の長さが、３次又は４次の高調波の波長の４分の１の長さである態様が考えられる。
また、上地電極７ａのｘ軸方向の長さが、２次の高調波の波長の４分の１の長さであり、下地電極７ｂと導体３０とを合わせたｘ軸方向の長さが、３次又は４次の高調波の波長の４分の１の長さである態様が考えられる。
【００４３】
上記実施の形態１，２では、下地電極７ｂが、エアブリッジ１１ｂ、導体板１３及びソースビア１４を介して、グランド１５と接続されている例を示している。
このため、下地電極７ｂと導体板１３の接続点の電位は、概ね接地電位となるが、完全な接地電位とならない場合があり、この場合、上地電極７ａと下地電極７ｂのそれぞれを、独立したオープンスタブとしてみなすことができる。
以下、短絡点を構成する周波数が変化する点について説明する。
ここでは、説明の便宜上、ソースビア１４の長さに相当する基板が、厚み１００ｕｍのＧａＡｓ基板、誘電体層１２の厚みが１ｕｍで、誘電体層１２の比誘電率が６であるとする。
図１５は、主線路から見た反射位相の周波数特性の計算結果を示す説明図である。
図１５は、上地電極７ａの電気長が、周波数１８．５ＧＨｚで４分の１波長の長さとなり、かつ、下地電極７ｂの電気長が、周波数２８．５ＧＨｚで４分の１波長の長さとなるように、上地電極７ａ及び下地電極７ｂの物理長がそれぞれ設定される場合の計算結果を示している。
また、図１５は、上地電極７ａの電気長が、周波数１８．５ＧＨｚで４分の１波長の長さとなり、かつ、下地電極７ｂの電気長が、周波数３４．５ＧＨｚで４分の１波長の長さとなるように、上地電極７ａ及び下地電極７ｂの物理長がそれぞれ設定される場合の計算結果を示している。
図１５より、上地電極７ａの物理長と下地電極７ｂの物理長とが変化すると、短絡点を構成する周波数が変化することが分かる。
【００４４】
高周波増幅器に用いるトランジスタ２の単体の動作効率は、高周波信号の周波数が高くなるほど、低下することが知られている。
したがって、トランジスタ２を含む高周波増幅器の効率も、高周波信号の周波数が高くなるほど、低下する。
高周波増幅器の効率の低下は、消費電力が増大するため、高周波増幅器に接続される電源装置の大型化につながる。
そこで、上記実施の形態１，２では、トランジスタ２の動作効率が特に低下する周波数帯域の高周波信号が入力される場合に、ＭＩＭキャパシタ７が、第２の整合回路５及び第１の整合回路４のうち、少なくとも一方の整合回路に含まれていることが望ましい。
【００４５】
上記実施の形態１，２の高周波増幅器は、例えば、動作周波数の半分の周波数〜動作周波数の上限周波数が適用されることを想定している。
トランジスタ２における動作周波数帯域は、ＭＩＭキャパシタ７によって、短絡点が構成される高調波の周波数を含まない周波数帯域である。
これにより、動作周波数の高域側の効率を改善し、増幅器の効率を広帯域に亘って高効率かつ平坦にすることができる。
【００４６】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
この発明は、高周波信号を増幅する増幅器に適している。
【符号の説明】
【００４８】
１  入力端子、２  トランジスタ、３  出力端子、４  第１の整合回路、５  第２の整合回路、６  出力整合回路、７  ＭＩＭキャパシタ、７ａ  上地電極、７ｂ  下地電極、８  伝送線路、９  入力整合回路、１１ａ，１１ｂ  エアブリッジ、１２  誘電体層、１３  導体板、１４  ソースビア、１５  グランド、３０  導体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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