(57)【要約】直流信号とマイクロ波信号との交差配線の増幅回路は直流給電回路およびマイクロ波パワー信号回路を含む。直流給電回路は高電子移動度トランジスタドレイン電圧印加接合点から、並列接続される第一ＭＩＭコンデンサ、直列接続される第一マイクロストリップインダクタ、対称な分岐マイクロストリップを介し第二ＭＩＭコンデンサの電極の一方に直列接続後、対応するラインを介し最終段ＨＥＭＴダイの給電端に接続される。マイクロ波パワー信号回路は最終段ＨＥＭＴダイの信号端から、対応するラインを介し二経路に集束され、二つの第三ＭＩＭコンデンサに並列接続され、かつ第二ＭＩＭコンデンサの他方の電極に直列接続され、さらに並列接続される接地マイクロストリップインダクタを介し第二マイクロストリップインダクタに直列接続された後、合成されて第三マイクロストリップインダクタに接続され、並列接続される第四ＭＩＭコンデンサを介した後に出力される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流給電回路およびマイクロ波パワー信号回路により構成される回路ネットワークユニットを含み、前記直流給電回路は、ＨＥＭＴトランジスタドレイン電圧印加接合点（２１１）から、並列接続される第一ＭＩＭコンデンサ（２２１）、直列接続される第一マイクロストリップインダクタ（２２２）を介した後に、二本の対称な分岐マイクロストリップ（２２３）に接続され、前記二本の分岐マイクロストリップはそれぞれ第二ＭＩＭコンデンサ（２３１、２３４）の電極のうちの一方に直列接続された後、最終段ＨＥＭＴダイの合成マイクロストリップの対応するラインを介して最終段ＨＥＭＴダイ（２５０）の給電端に接続され、前記マイクロ波パワー信号回路は、最終段ＨＥＭＴダイ（２５０）の信号端から、最終段ＨＥＭＴダイの合成マイクロストリップの対応するラインを介して二つの経路に集束され、二つの第三ＭＩＭコンデンサ（２４１、２４２）にそれぞれ並列接続され、かつ前記第二ＭＩＭコンデンサ（２３１、２３４）の他方の電極にそれぞれ直列接続され、さらに並列接続される接地マイクロストリップインダクタ（２３２、２３５）をそれぞれ介し、かつ第二マイクロストリップインダクタ（２３３、２３６）にそれぞれ直列接続された後に、一つの経路に合成されて第三マイクロストリップインダクタ（２３８）に接続され、並列接続される第四ＭＩＭコンデンサ（２３９）を介した後に出力される、直流信号とマイクロ波信号との交差配線の増幅回路。
【請求項２】
前記第二ＭＩＭコンデンサの二つの電極が上・下に分布して、前記直流給電回路とマイクロ波パワー信号回路との立体交差が構成されることを特徴とする請求項１に記載の直流信号とマイクロ波信号との交差配線の増幅回路。
【請求項３】
前記マイクロ波パワー信号回路において一つの経路に合成される箇所は、エアブリッジ（２３７）により前記直流給電回路における二つの分岐マイクロストリップのうちの一つと立体交差を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の直流信号とマイクロ波信号との交差配線の増幅回路。
【請求項４】
前記立体交差の夾角はいずれも９０°であることを特徴とする請求項３に記載の直流信号とマイクロ波信号との交差配線の増幅回路。
【請求項５】
前記回路ネットワークユニットを二つ有し、両者は互いに鏡像回路であり、前記二つの回路ネットワークユニットのマイクロ波パワー信号回路の出力は、並列接続されるコンデンサ（２４０）に合成された後に接合点（２１２）に達することを特徴とする請求項４に記載の直流信号とマイクロ波信号との交差配線の増幅回路。
【請求項６】
前記最終段ＨＥＭＴダイの合成マイクロストリップは一組のユニットセルトランジスタにより構成されることを特徴とする請求項５に記載の直流信号とマイクロ波信号との交差配線の増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流信号とマイクロ波信号との交差配線の増幅回路に関し、特に直流信号とマイクロ波信号との交差配線のマイクロ波・ミリ波ハイパワーモノリシック集積パワーアンプ回路に関し、通信技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波・ミリ波ハイパワーモノリシック集積パワーアンプは、マイクロ波検知・制御誘導システムにおいて中心的なデバイスであり、ローパワー信号をハイパワー信号に増幅するために用いられることにより、システムにおける送信機のパワー放射レベルを向上させ、検知距離を増大させる。マイクロ波検知・制御誘導システムの発展に伴い、検知距離を増大させるとともにエネルギー消費を減少させて、増幅器の効率を向上させることが求められている。
【０００３】
そのため、一方ではマイクロ波・ミリ波ハイパワーモノリシック集積パワーアンプが高出力パワーおよび高効率を備えることが求められる。その一方で、量産過程において均一性や歩留まりを向上させ、コストを低下させるために、チップを小型化する必要がある。
【０００４】
ハイパワー出力は大電流の供給を必要とするため、大電流を受けるために、給電回路の線幅は通常１００μｍであるが、これは信号線幅の二倍以上であり、チップの最終段空間の径方向距離の１／１０を占め、チップに占める面積が大きい。また、高パワーと高効率を取得するには、出力端において適切なマッチングを行う必要があり、常用されるＴ型とπ型のマッチング回路およびその派生形態の幾つかの部分で、異なる帯域の信号、特に広帯域信号に対して、回路の設計および配置において柔軟な調整を行いやすくしなければならない。しかしながら、チップのサイズの制約から、マイクロ波・ミリ波ハイパワーモノリシック集積パワーアンプのチップの最終段回路の配置配線空間は非常に限られる。
【０００５】
従来のマイクロ波・ミリ波ハイパワーモノリシック集積パワーアンプの最終段ユニットは、ゲート幅の大きなＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：高電子移動度トランジスタ）ダイを有し、出力インピーダンスが低い。典型的な構造は、図１に示すように、最終段ＭＯＳＦＥＴダイ１５０は、鏡像である二つの出力回路１０１、１０２を介し、さらに直列接続されるインダクタ１３４、並列接続されるコンデンサ１３５を経由し、出力接合点１１２に達する。出力回路１０１は、ボンディングパッド１１１、コンデンサ１２１、マイクロストリップ１２２、およびマッチング回路を含み、マッチング回路はコンデンサ１３１を含み、インダクタ１３２と１３３の間のノードがコンデンサ１３１の一極にあることにより、端面が出力端にさらにマッチングされる（図２を参照）。上記の二つの面からの要求に直面した場合に、極めて低い出力インピーダンスを５０オームにマッチングすることが大きな難題となるばかりでなく、有限であるチップ空間内においては、給電回路とマッチング回路とを合理的な形で設計する方法はほとんどなく、高出力パワーと高効率を達成することは非常に難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来技術が直面する上記の難題に対して、最終段回路のライン配置に対する大胆なイノベーションにより、直流信号とマイクロ波信号との交差配線の増幅回路を提案することにより、ゲート幅の大きなパワーチップの出力インピーダンスを高インピーダンス比にするという広帯域マッチングの問題を解決して、ゲート幅の大きなＨＥＭＴダイの高パワー高効率の性能が十分に引き出されるようにし、現在のマイクロ波検知・制御誘導システムの発展の需要を満たすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の目的を達成するために、本発明の直流信号とマイクロ波信号との交差配線の増幅回路の基本的な技術的解決手段は以下の通りである：直流給電回路およびマイクロ波パワー信号回路により構成される回路ネットワークユニットを含み、前記直流給電回路は、ＨＥＭＴトランジスタドレイン電圧印加接合点から、並列接続される第一ＭＩＭコンデンサ、直列接続される第一マイクロストリップインダクタを介した後に、二本の対称な分岐マイクロストリップに接続され、前記二本の分岐マイクロストリップはそれぞれ第二ＭＩＭコンデンサの電極のうちの一方に直列接続された後、最終段ＨＥＭＴダイの合成マイクロストリップの対応するラインを介して最終段ＨＥＭＴダイの給電端に接続され、前記マイクロ波パワー信号回路は、最終段ＨＥＭＴダイの信号端から、最終段ＨＥＭＴダイの合成マイクロストリップの対応するラインを介して二つの経路に集束され、二つの第三ＭＩＭコンデンサにそれぞれ並列接続され、かつ前記第二ＭＩＭコンデンサの他方の電極にそれぞれ直列接続され、さらに並列接続される接地マイクロストリップインダクタをそれぞれ介し、かつ第二マイクロストリップインダクタにそれぞれ直列接続された後に、一つの経路に合成されて第三マイクロストリップインダクタに接続され、並列接続される第四ＭＩＭコンデンサを介した後に出力される。
【０００８】
本発明の技術的解決手段のさらなる改善として、前記第二ＭＩＭコンデンサの二つの電極が上・下に分布して、前記直流給電回路とマイクロ波パワー信号回路との立体交差が構成され、交差箇所の夾角は最も好ましくは９０°である。
【０００９】
また、本発明の技術的解決手段のさらなる改善として、前記マイクロ波パワー信号回路において一つの経路に合成される箇所は、エアブリッジにより前記直流給電回路における二つの分岐マイクロストリップのうちの一つと立体交差を形成し、交差箇所の夾角は最も好ましくは９０°である。
【００１０】
さらに、本発明の技術的解決手段のさらなる改善として、前記回路ネットワークユニットを二つ有し、両者は互いに鏡像回路であり、前記二つの回路ネットワークユニットのマイクロ波パワー信号回路の出力は、並列接続されるコンデンサに合成された後に接合点に達する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の上記の技術的手段を用いた場合、マッチングネットワークの各部分の調整が容易になり、直流信号とマイクロ波パワー信号との合流点の位置が固定されることによる配線上の制約を受けることがなくなり、マッチングネットワークのチューニングマージンを減少させる。従来の解決手段と比較して、合成ポートの出力インピーダンスを向上させ、広帯域マッチングの難易度を低下させ、プロセスの分離によりもたらされる均一性の悪化という問題を緩和し、量産過程において歩留まりをさらに向上させ、広帯域でかつゲート幅の大きなマイクロ波・ミリ波パワーアンプチップの出力パワーと効率を向上させる。さらに、チップの空間利用率を向上させ、放熱性能を改善し、パワー密度を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明についてさらに説明する。
【００１３】
【図１】図１は、従来技術のマイクロ波・ミリ波ハイパワーモノリシック集積パワーアンプの最終段回路のレイアウトである。
【００１４】
【図２】図２は、従来技術のマイクロ波・ミリ波ハイパワーモノリシック集積パワーアンプの最終段マッチング回路の模式図である。
【００１５】
【図３】図３は、本発明の一実施例のマイクロ波・ミリ波ハイパワーモノリシック集積パワーアンプの最終段回路のレイアウトである。
【００１６】
【図４】図４は、本発明の一実施例のマイクロ波・ミリ波ハイパワーモノリシック集積パワーアンプの最終段マッチング回路の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施例１
【００１８】
本実施例の直流信号とマイクロ波信号との交差配線の増幅回路は、図３に示すように、各鏡像点のマイクロ波パワー信号幅および位相が一致する、互いに鏡像回路である二つの回路ネットワークユニット２０１、２０２により構成される。各回路ネットワークユニットは、直流給電回路とマイクロ波パワー信号回路とにより構成される。直流給電回路は、ＨＥＭＴトランジスタドレイン電圧印加接合点２１１から、並列接続される第一ＭＩＭコンデンサ２２１、直列接続される第一マイクロストリップインダクタ２２２を介した後に、二本の対称な分岐マイクロストリップ２２３に接続され、二本の分岐マイクロストリップはそれぞれ第二ＭＩＭコンデンサ２３１、２３４の電極のうちの一方に直列接続された後、最終段ＨＥＭＴダイの合成マイクロストリップの対応するラインを介して最終段ＨＥＭＴダイ２５０の給電端に接続される。マイクロ波パワー信号回路は、最終段ＨＥＭＴダイ２５０の信号端から、一組のユニットセルトランジスタにより構成される最終段ＨＥＭＴダイの合成マイクロストリップの対応するラインを介して二つの経路に集束され、二つの第三ＭＩＭコンデンサ２４１、２４２にそれぞれ並列接続され、かつ第二ＭＩＭコンデンサ２３１、２３４の他方の電極にそれぞれ直列接続され、さらに並列接続される接地マイクロストリップインダクタ２３２、２３５をそれぞれ介し、かつ第二マイクロストリップインダクタ２３３、２３６にそれぞれ直列接続された後に、一つの経路に合成されて第三マイクロストリップインダクタ２３８に接続され、並列接続される第四ＭＩＭコンデンサ２３９を介した後に出力されて並列接続されるコンデンサ２４０に合成され、最終的に接合点２１２に達する。上記第二ＭＩＭコンデンサの二つの電極は上・下に分布するので、直流給電回路とマイクロ波パワー信号回路との立体交差が構成され、かつ交差箇所の夾角は９０°である。また、マイクロ波パワー信号回路において一つの経路に合成される箇所は、エアブリッジ２３７により直流給電回路における二つの分岐マイクロストリップのうちの一つと立体交差を形成し、交差箇所の夾角も９０°である。
【００１９】
回路ユニット２０１、２０２において、直流給電信号はチップにおいて横方向に伝送され、マイクロ波パワー信号は軸方向に伝送される。このような回路配線方式は、直流電源からの様々な周波数成分のランダムノイズのマイクロ波パワー信号に対するクロストークの影響を減少させることができる。直流給電回路とマイクロ波パワー信号回路との交差箇所は六つ以上であり、それぞれ回路ユニット２０１におけるＭＩＭコンデンサ２３１、２３４およびエアブリッジ２３７と、鏡像回路ユニット２０２における対応部分に位置する。回路チップは、動作周波数帯域、パワー、効率、均一性、歩留まり、コストを総合的に考慮して、そのウエハはＧａＡｓ材料またはＧａＮ材料を用いて基板とするが、これに限られない。
【００２０】
本実施例は以下のような有益な効果を有することが理論と試験により証明される。
【００２１】
１）マッチングネットワークの各部分、例えばマイクロストリップ２３２、２３３、２２３、２２２、２３８の特性長さおよび特性幅の調整が容易になり、直流信号とマイクロ波パワー信号との合流点の位置が固定されること、例えばマイクロストリップ１２２、１３２、１３３がコンデンサノード１３１の箇所において集束されることによる配線上の制約を受けることがなくなり、マッチングネットワークのチューニングマージンを増加させる。
【００２２】
２）まず、少数のＨＥＭＴダイを合成し、その合成ポートに対してプリマッチングを一回行って、出力インピーダンスを一定のレベルに向上させた後に、もう一回マッチングを行い、二回マッチングされた二つの合成ポートに対して二次合成を行い、最終的に、二次合成されたポートを三番目のネットワークにより５０オームにマッチングさせる。従来の解決手段と比較して、本実施例は、合成ポートの出力インピーダンス（図２、図４を参照）を向上させ、マッチング禁止区域を縮小し、広帯域マッチングの難易度を低下させ、プロセスの分離により均一性が悪化するという問題を緩和し、量産過程において歩留まりをさらに向上させ、広帯域でかつゲート幅の大きなマイクロ波・ミリ波パワーアンプチップの出力パワーと効率を向上させる。
【００２３】
３）チップの空間利用率が向上し、放熱性能を改善し、パワー密度を向上させる。
【００２４】
以上のように、本実施例はゲート幅の大きなパワーチップの出力インピーダンスを５０オームポートの高インピーダンス比にするという広帯域マッチングの難題を解決し、ゲート幅の大きなＨＥＭＴダイの高パワー・高効率の性能を十分に引き出す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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