(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な補正手段を用いるだけで補正機能を十分発揮させ、補正素子を最小限に留めて製造コストを上昇させるない高周波増幅器を提供する。【解決手段】回路基板１の一面側に形成配置されたソース接地形ＦＥＴ高周波増幅段２と、回路基板１の一面側にあって少なくともソース接地形ＦＥＴ高周波増幅段２を覆うシールドケース１１とを備え、シールドケース１１内のＦＥＴ高周波増幅段２の近傍の回路基板１の一面に立設され、回路基板１側が接地接続された金属製ピン９を設け、金属製ピン９の立設位置を選択することによって増幅信号周波数帯域外の高周波領域に発生する寄生発振を抑制する。【選択図】図１
2005318418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板の一面側に形成配置されたソース接地形ＦＥＴ高周波増幅段と、前記回路基板の一面側にあって少なくとも前記ソース接地形ＦＥＴ高周波増幅段を覆うシールドカバーとを備え、前記シールドカバー内の前記ＦＥＴ高周波増幅段の近傍の前記回路基板の一面に立設され、前記回路基板側が接地接続された金属製ピンを設け、前記金属製ピンの立設位置を選択することによって増幅信号周波数帯域外の高周波領域に発生する寄生発振を抑制するようにしたことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項２】
前記金属製ピンは、前記回路基板側が接地接続されるとともに、その反対側端部が前記シールドカバーに導電接触するような長さを有し、前記金属製ピンの立設位置を選択することにより増幅信号周波数帯域外の高周波領域に発生する寄生発振を抑制するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の高周波増幅器。
【請求項３】
前記ＦＥＴ高周波増幅段は、複数個のソース接地形ＦＥＴを従属接続した構成のものであり、それぞれのソース接地形ＦＥＴの近傍の前記回路基板の一面に前記金属製ピンを立設していることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高周波増幅素子を用いた高周波増幅器に係り、特に、ソース接地形ＦＥＴ増幅段を用いて周波数１０ＧＨｚ帯のマイクロ波信号を安定に増幅することが可能な高周波増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、周波数１０ＧＨｚ帯のマイクロ波信号を増幅する際には、低雑音特性を有するＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）やＧａＡｓＦＥＴ（ガリウム砒素電界効果トランジスタ）等の超高周波用増幅素子を使用した高周波増幅器が用いられている。この場合、これらの超高周波用増幅素子は、トランジッション周波数ｆｔが５０ＧＨｚまたはそれ以上の周波数を有するもので、増幅するマイクロ波信号の周波数帯よりも高い周波数帯域外においても相応の信号利得があり、その上に、その高い周波数帯域外において各部にインピーダンスの乱れを生じていることから、高周波増幅器が不安定な増幅動作状態に陥り易くなっている。
【０００３】
一方、ＨＥＭＴやＧａＡｓＦＥＴ等の超高周波用増幅素子を用いた高周波増幅器においては、外乱ノイズ等が印加されることにより、高周波増幅器の増幅特性がその影響を受けるのを避けるため、通常、高周波増幅器を全体にシールドケースによって覆っている。この場合、高周波増幅器をシールドケースで覆えば、外乱ノイズ等の印加の影響を比較的少なくすることができるものの、シールドケースの内部が導波管として機能するようになって、高周波増幅器の特定の回路部分間に不要な正帰還が発生する。そして、この不要な正帰還を生じている周波数領域と、高周波増幅器の増幅動作状態が不安定になり易い周波数領域とが重なり合ったとき、その周波数領域おいて不所望な寄生発振が発生することがある。
【０００４】
ここで、図４は、既知のこの種の高周波増幅器の構成の一例を示す回路図であって、超高周波増幅素子にＨＥＭＴを用いた例を示すものである。
【０００５】
図４に示されるように、この高周波増幅器は、ＨＥＭＴ４１と、信号入力端子４２と、ゲートインピーダンス４３と、ドレインインピーダンス４４と、信号出力端子４５と、ソーススルーホール４６とからなっており、高周波増幅器の全体がシールドケース４７によって覆われている。この場合、ＨＥＭＴ４１は、ゲート電極がゲートインピーダンス４３を通して信号入力端子４２に接続され、ドレイン電極がドレインインピーダンス４４を通して信号出力端子４５に接続され、ソース電極がソーススルーホール素子４６を通して接地点に接続され、ソース接地形ＦＥＴ高周波増幅段を構成している。
【０００６】
この高周波増幅器において、マイクロ波信号が信号入力端子４２に供給されると、そのマイクロ波信号は、ゲートインピーダンス４３を通してＨＥＭＴ４１のゲート電極に供給される。ＨＥＭＴ４１は、ゲート電極に供給されたマイクロ波信号をソース接地形式で増幅し、増幅したマイクロ波信号がそのドレイン電極から取り出される。この後、増幅されたマイクロ波信号は、ドレインインピーダンス４４を通して信号出力端子４５に供給され、信号出力端子４５から次続の利用回路（図示なし）に伝送される。なお、図４において、Ｓ11は信号入力端子４２に供給された入力信号、Ｓ21はＨＥＭＴ４１のゲート電極からドレイン電極方向に伝送される増幅信号、Ｓ12はＨＥＭＴ４１のドレイン電極からゲート電極方向に伝送される帰還信号、Ｓ22は信号出力端子４５に供給された出力信号である。
【０００７】
次に、図５（ａ）、（ｂ）は、図４に図示された高周波増幅器の周波数特性を示す特性図であって、（ａ）は周波数対伝送利得特性であり、（ｂ）は周波数対結合係数を表す特性図である。
【０００８】
図５（ａ）において、横軸はＧＨｚで表された周波数であり、縦軸はｄＢで表された伝送利得特性であって、実線で示される特性曲線は増幅信号Ｓ21の変化曲線であり、点線で示される特性曲線は入力信号Ｓ11及び出力信号Ｓ22の変化曲線であり、２点鎖線で示される特性曲線は帰還信号Ｓ12の変化曲線である。また、図５（ｂ）において、横軸はＧＨｚで表された周波数であり、縦軸は結合係数Ｋである。実線で示される特性曲線は周波数に対応した結合係数Ｋの変化曲線である。
【０００９】
図５（ａ）に示されるように、この高周波増幅器は、約１０乃至１２ＧＨｚの信号周波数帯域Ｂに対して、その帯域よりも高い２５ＧＨｚ近傍の周波数ｆ0 においてそれぞれの特性曲線に急激な変化部分を生じており、この変化部分が不安定領域を示している。この不安定領域は、例えばＨＥＭＴ４１のソース電極に設けられているソーススルーホール４６の影響によって、ＦＥＴ増幅段の入出力パターンが結合し、帰還信号Ｓ12の特性が悪化することによって不安定領域の存在が顕著になるためで、図５（ａ）に示されているように、増幅信号Ｓ21は周波数ｆ0 において減少しているのに対し、入力信号Ｓ11及び出力信号Ｓ22それに帰還信号Ｓ12はいずれも周波数ｆ0 において増大しており、この周波数ｆ0 の近傍で高周波増幅器が不安定状態になり易いことを表している。
【００１０】
また、図５（ｂ）に示されるように、この高周波増幅器は、２５ＧＨｚ近傍の周波数ｆ0 において結合係数Ｋを表す特性曲線にも急激な変化部分を生じており、この急激な変化部分により結合係数Ｋが１を下回るようになると、高周波増幅器が不安定状態になる。この場合、結合係数Ｋは、入力信号Ｓ11、帰還信号Ｓ12、増幅信号Ｓ21、出力信号Ｓ22を用いて表すと、次のようになる。すなわち、
Ｋ＝（１−｜Ｓ11｜2−｜Ｓ22｜2＋Ｄ2）／（２｜Ｓ21・Ｓ12｜）
ここで、Ｄ＝｜Ｓ11・Ｓ22−Ｓ21・Ｓ12｜
また、この種の高周波増幅器においては、増幅周波数帯域外において負性抵抗が生じ、それによりその帯域外に異常発振を生じるのを防ぐために、高周波増幅器内にその負性抵抗を打ち消すための補正回路を接続することが行われており、その一例として、特開平０６−１８８６４３号公報に開示された高周波増幅器や、特開平１１−２３４０６３号公報に開示された高周波増幅器等が知られている。
【００１１】
この場合、特開平０６−１８８６４３号公報に開示された高周波増幅器は、その補正回路として、増幅素子であるＦＥＴのゲートをコンデンサ、コイル、抵抗からなる直列共振回路を通して接地接続しているものであり、また、特開平１１−２３４０６３号公報に開示された高周波増幅器は、その補正回路として、入出力側整合用線路に使用周波数で直列共振する直列共振回路と、この直列共振回路に並列接続される終端回路を接続しているものである。
【特許文献１】特開平０６−１８８６４３号公報
【特許文献２】特開平１１−２３４０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記特開平０６−１８８６４３号公報に開示された高周波増幅器、及び、前記特開平１１−２３４０６３号公報に開示された高周波増幅器は、いずれも高周波増幅回路内に補正回路を接続し、その補正回路によって増幅周波数帯域外に生じる異常発振を防ぐようにしているものであるが、このような補正回路を用いた場合、高周波増幅回路の構成が若干複雑になったり、使用される回路素子が増えたりし、それによって実装形状を小型化することが難しくなったり、製造コストが若干上昇したりするようになる。
【００１３】
本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な補正手段を用いるだけで十分な補正機能を発揮させ、補正に使用する素子を最小限に留めて製造コストを上昇させることのない高周波増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明による高周波増幅器は、回路基板の一面側に形成配置されたソース接地形ＦＥＴ高周波増幅段と、回路基板の一面側にあって少なくともソース接地形ＦＥＴ高周波増幅段を覆うシールドケースとを備え、シールドケース内のＦＥＴ高周波増幅段の近傍の回路基板の一面に立設され、回路基板側が接地接続された金属製ピンを設け、金属製ピンの立設位置を選択することによって増幅信号周波数帯域外の高周波領域に発生する寄生発振を抑制するようにした手段を具備する。
【００１５】
また、前記手段における、金属製ピンは、回路基板側が接地接続されるとともに、その反対側端部がシールドケースに導電接触するような長さを有し、金属製ピンの立設位置を選択することにより増幅信号周波数帯域外の高周波領域に発生する寄生発振を抑制するようにした第１の構成手段を具備する。
【００１６】
さらに、前記手段における、ＦＥＴ高周波増幅段は、複数個のソース接地形ＦＥＴを従属接続した構成のものであり、それぞれのソース接地形ＦＥＴの近傍の回路基板の一面に金属製ピンを立設している第２の構成手段を具備する。
【発明の効果】
【００１７】
前記構成を備えた高周波増幅器によれば、シールドケース内のＦＥＴ高周波増幅段の近傍の回路基板の一面に立設され、回路基板側が接地接続された金属製ピンを設け、金属製ピンの立設位置を選択することによって増幅信号周波数帯域外の高周波領域に発生する寄生発振を抑制するようにしているので、金属製ピンの立設という簡単な補正手段を用いるだけで十分な補正機能を発揮させることができるだけでなく、補正に使用する素子を金属製ピンだけに留めているので、製造コストを上昇させることがないという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明による高周波増幅器の第１の実施の形態に係わるもので、その要部を示す構成図であって、図１（ａ）はその上面開口図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）を矢印方向から見たときの横断面図である。
【００２０】
図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、この実施の形態による高周波増幅器は、回路基板１と、ＨＥＭＴ２と、信号入力端子３と、ゲートラインインピーダンス４と、ドレインラインインピーダンス５と、信号出力端子６と、２つのソースライン７、８に設けられたソーススルーホール７（１）、８（１）と、金属製ピン９と、アースパターン１０と、シールドケース１１とからなっている。
【００２１】
この場合、ＨＥＭＴ２は、そのゲート電極Ｇがゲートインピーダンス４を通して信号入力端子３に接続され、ドレイン電極Ｄがドレインインピーダンス５を通して信号出力端子６に接続され、２つのソース電極Ｓの一方がソースライン７及びソーススルーホール７（１）通して接地点に接続され、ソース電極Ｓの他方がソースライン８及びソーススルーホール８（１）通して接地点に接続され、これらの素子は回路基板１上に配置形成されるとともに、ソース接地形ＦＥＴ高周波増幅段を構成している。また、金属製ピン９がＨＥＭＴ２に近接した状態で回路基板１に立設されており、金属製ピン９の回路基板１側の端部が回路基板１上に形成されたアースパターン１０に導電接続されている。さらに、この高周波増幅器の全体が回路基板１上においてシールドケース１１によって覆われている。なお、回路基板１上で金属製ピン９を立設する位置は、シールドケース１１からなる空洞共振器内においてＨＥＭＴ２のドレイン電極Ｄからゲート電極Ｇに向かう内部帰還量が金属製ピン９を含む直列共振回路によって大幅に抑制することができる位置が選択される。
【００２２】
前記構成による高周波増幅器においても、マイクロ波信号が信号入力端子３に供給されると、そのマイクロ波信号は、ゲートラインインピーダンス４を通してＨＥＭＴ２のゲート電極Ｇに供給される。ＨＥＭＴ２は、ゲート電極Ｇに供給されたマイクロ波信号をソース接地形式で増幅し、増幅したマイクロ波信号がそのドレイン電極Ｄから取り出される。この後、増幅されたマイクロ波信号は、ドレインラインインピーダンス５を通して信号出力端子６に供給され、信号出力端子６から次続の利用回路（図示なし）に伝送される。
【００２３】
ここで、図３（ａ）は、図１（ａ）、（ｂ）に図示された高周波増幅器の周波数対伝送利得特性を示す特性図であって、ＨＥＭＴ２のドレイン電極Ｄからゲート電極Ｇ方向に伝送される帰還信号Ｓ12の特性曲線である。
【００２４】
この帰還信号Ｓ12の特性曲線に示されるように、この高周波増幅器によれば、シールドケース１１内に金属製ピン９を立設したことにより、２５ＧＨｚ近傍の周波数ｆ0 においてその帰還信号Ｓ12の帰還量が急激に減少するようにしているので、周波数ｆ0 における不安定状態の発生を回避することができ、１０ＧＨｚ帯マイクロ波信号を安定に増幅することができる。
【００２５】
次に。図２は、本発明による高周波増幅器の第２の実施の形態に係わるもので、その要部を示す横断面図である。
【００２６】
この第２の実施の形態による高周波増幅器は、前述の第１の実施の形態による高周波増幅器と比べると、回路基板１上に立設した金属製ピン９の長さが異なっているだけで、それ以外の構成は第１の実施の形態による高周波増幅器の構成と同じである。すなわち、第１の実施の形態による高周波増幅器は、金属製ピン９として、その先端がシールドケース１１の天井部に届かないような長さを有するものを用いているのに対し、この第２の実施の形態による高周波増幅器は、金属製ピン９’として、その先端がシールドケース１１の天井部に届くような長さを有するものを用いているもので、金属製ピン９’の先端がシールドケース１１に導電接続されている。このようにシールドケース１１の天井部に届くような長さの金属製ピン９’を用いた場合は、その金属製ピン９’がシールドケース１１からなる空洞共振器内においてインダクタンスとして働くもので、この実施の形態においても、回路基板１上で金属製ピン９’を立設する位置は、シールドケース１１からなる空洞共振器内においてＨＥＭＴ２のドレイン電極Ｄからゲート電極Ｇに向かう内部帰還量が金属製ピン９’を含むインダクタンスによって大幅に抑制することができる位置が選択される。
【００２７】
ここで、図３（ｂ）は、図２に図示された高周波増幅器の周波数対伝送利得特性を示す特性図であって、ＨＥＭＴ２のドレイン電極Ｄからゲート電極Ｇ方向に伝送される帰還信号Ｓ12の特性曲線である。
【００２８】
帰還信号Ｓ12の特性曲線に示されるように、この第２の実施の形態による高周波増幅器によれば、シールドケース１１内に金属製ピン９’を立設したことにより、２５ＧＨｚ近傍の周波数ｆ0 においてその帰還信号Ｓ12が急激に増加すること、すなわち２５ＧＨｚ近傍の周波数ｆ0 における帰還量の異常増大を抑えることができるので、第１の実施の形態による高周波増幅器と同様に、周波数ｆ0 における不安定状態の発生を回避することができ、１０ＧＨｚ帯マイクロ波信号を安定に増幅することができる。
【００２９】
なお、この第２の実施の形態による高周波増幅器においては、２５ＧＨｚ近傍の周波数ｆ0 を過ぎるにしたがって帰還信号Ｓ12も順次増大するが、帰還信号Ｓ12があるとこまで増大した後、ＨＥＭＴ２のトラジッション周波数ｆｔの低下により順次減少するようになるので、実用上何等の問題点を生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による高周波増幅器の第１の実施の形態に係わるもので、その要部を示す構成図である。
【図２】本発明による高周波増幅器の第２の実施の形態に係わるもので、その要部を示す構成図である。
【図３】図１及び図２に図示された高周波増幅器の周波数対伝送利得特性を示す特性図である。
【図４】既知のこの種の高周波増幅器の構成の一例を示す回路図である。
【図５】図４に図示された高周波増幅器の周波数特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  回路基板
２  ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）
３  信号入力端子
４  ゲートラインインピーダンス
５  ドレインラインインピーダンス
６  信号出力端子
７、８  ソースライン
７（１）、８（１）  ソーススルーホール
９、９’  金属製ピン
１０  アースパターン
１１  シールドケース
【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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