(57)【要約】【課題】ミリ波帯、マイクロ波帯における電力増幅器において、増幅器としての特性を損なうことなく、安定した出力特性を得る。【解決手段】入力端子（ＩＮ）と出力端子（ＯＵＴ）との間に増幅器２が設けられた電力増幅器において、入力端子（ＩＮ）と増幅器２との間に、安定化回路１を設けるようにした。安定化回路１は、線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を有し、Ｌ１はグラウンド（ＧＮＤ）に接続されている。このとき、線路Ｌ１の長さｌ１を、使用周波数帯域の波長λの３／４以上とする。上記構成とすることにより、使用帯域近傍の低周波側の周波数において、出力特性を安定化させることができる。これにより、増幅器としての特性を損なうことなく、安定した出力特性を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子および出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子との間に設けられた増幅器とを有し、
前記入力端子と前記増幅器との間に、使用周波数帯域の波長の３／４以上の線路長を有し、グラウンドに接続された線路を含む安定化回路を設けたことを特徴とする電力増幅装置。
【請求項２】
前記線路と前記グラウンドとの間に、容量素子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅装置。
【請求項３】
前記容量素子として、電界効果トランジスタのオフ容量が用いられていることを特徴とする請求項２に記載の電力増幅装置。
【請求項４】
入力端子および出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子との間に設けられた増幅器とを有し、
前記入力端子と前記増幅器との間に、所望の周波数の波長に応じて選択される線路長を有し、グラウンドに接続された線路を含む安定化回路を設けたことを特徴とする電力増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力増幅器に関し、特に、ミリ波帯およびマイクロ波帯における電力増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波回路のミリ波帯やマイクロ波帯の電力増幅器では、通常、安定動作のためにトランジスタの近傍に安定化回路が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５３７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記電力増幅器において安定化回路を設ける場合、トランジスタの特性の変動を考慮しないと、充分に安定化できない可能性がある。つまり、充分な安定化のためには、トランジスタの特性の変動を考慮する必要がある。しかし、安定性と増幅器としての特性は通常トレードオフの関係にある。このため、特にミリ波帯でトランジスタの特性に余裕がない場合には、トランジスタの特性が変動しても安定性を維持するように安定化回路を設けると、増幅器としての特性を引き出しきれない可能性がある。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、増幅器としての特性を損なうことなく、かつ、安定した出力特性を維持できる電力増幅器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】
【０００６】
本発明に係る電力増幅器は、入力端子および出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間に設けられた増幅器とを有し、前記入力端子と前記増幅器との間に、使用周波数帯域の波長の３／４以上の線路長を有し、グラウンドに接続された線路を含む安定化回路を設けたことを特徴とする。本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば増幅器としての特性を損なうことなく、かつ、安定した出力特性を維持できる電力増幅器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。
【０００９】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る電力増幅器の回路構成を図１に示す。入力端子（ＩＮ）と出力端子（ＯＵＴ）との間に、増幅器２が設けられている。さらに、入力端子（ＩＮ）と増幅器２との間に、安定化回路１が設けられている。安定化回路１は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の線路を有し、それぞれの線路長は、l１、l２、l３である。入力端子（ＩＮ）側から増幅器２側に向かって線路Ｌ２、Ｌ３が直列に接続され、線路Ｌ３は増幅器２に接続されている。線路Ｌ２とＬ３との間に、線路Ｌ１の一方の端子が接続されている。線路Ｌ１の他方の端子は、グラウンド（ＧＮＤ）に接続、すなわち接地されている。ここで、線路Ｌ１の長さｌ１は、使用周波数帯域の波長λの３／４以上とする。線路Ｌ２、Ｌ３の特性インピーダンスは、系の特性インピーダンス（通常は５０Ω）と等しくする。しかし、これらの線路の特性のインピーダンスは、増幅器２の特性を調整する整合に用いるために、上記以外の値としても良い。
【００１０】
図１に示した増幅器２の構成を図２に示す（この図では、図１の安定化回路１の部分は省略している）。入力端子（ＩＮ）と出力端子（ＯＵＴ）との間に、入力端子（ＩＮ）側から、整合回路２ａ、安定化回路２ｂ、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor；以下、「ＦＥＴ」という）２ｃ、整合回路２ｄが順次接続されている。
【００１１】
ここで、トランジスタのＭＡＧ（Maximum Available Gain；最大有能電力利得）、ＭＳＧ（Maximum Stable Gain；最大安定利得）の周波数特性例を、図３に示す。トランジスタのＭＡＧ領域（安定領域）とＭＳＧ領域（不安定領域）の境界付近の周波数を使用帯域とする増幅器を設計する場合を考える。ＭＡＧ領域Ａはトランジスタ単体で安定な領域であり、増幅器の出力特性を安定化させる必要はない。しかし、ＭＳＧ領域Ｂはトランジスタ単体で不安定な領域であるため、増幅器の出力特性を安定化させる必要がある。このとき、トランジスタの特性がばらついてＭＳＧ領域ＢとＭＡＧ領域Ａとの境界が変動しても、増幅器の出力特性の安定性を維持できるように設計する必要がある。
【００１２】
しかし、一般的に増幅器の出力特性の安定性と、増幅器としての特性とは、トレードオフの関係にある。そのため、特にミリ波帯でトランジスタ本体の利得など特性に余裕がない場合、出力特性の安定性を過度に重視すると、増幅器としての特性が充分に得られない可能性がある。逆に増幅器としての特性を重視すると、条件によっては、増幅器の出力特性が不安定になり得る。そこで、本実施の形態では、増幅器２（図２参照）のトランジスタ２ｃ近傍の安定化回路２ｂによる安定性は最低限に抑えて設計し、入力端子（ＩＮ）と増幅器２との間に安定化回路１（図１参照）を設けるようにした。
【００１３】
図１の安定化回路１単体の通過特性を図４に示す。このとき、増幅器の使用周波数は７７ＧＨｚである。このときの波長をλとすると、線路Ｌ１の配線長ｌ１＝（７／４）・λとした場合が示されている。このようなミリ波帯の周波数を使用する場合、使用帯域の近傍で低周波側に不安定な領域が残る可能性が高い。このため、配線長ｌ１は少なくとも波長λの１／２倍より長くする必要があり、実際に適用する場合には波長λの３／４倍以上は必要である。
【００１４】
図４に示すように、安定化回路１は、周期的な帯域通過フィルタ特性を有している。本フィルタ特性はＤＣ、低周波領域で遮断特性を示し、ｌ１が波長λの１／２になる周波数、すなわち２２ＧＨｚ付近で遮断特性を示す。さらに、その整数倍の周波数（４４ＧＨｚ、６６ＧＨｚ、８８ＧＨｚ・・）では周期的な遮断特性を示している。遮断特性を示す周波数の中間点（１１ＧＨｚ、３３ＧＨｚ、５５ＧＨｚ、７７ＧＨｚ・・）では全通過となる。
【００１５】
このため、安定化回路１は、使用帯域（７６ＧＨｚ-７７ＧＨｚ）では、ほぼ全通過の特性を示す。すなわち、安定化回路１は、使用帯域内の利得を劣化させることはない。また、使用帯域内の整合、反射特性にもほとんど影響を与えない。従って、使用帯域内の増幅器としての特性を損なうことなく、増幅器の出力特性の安定化を図ることができる。なお、本回路の特性は、Ｌ１の線路長ｌ１でほぼ決まるパッシブな回路である。このため、一度試作を行って特性を把握すれば、極めて安定に製造することが可能である。
【００１６】
次に、安定化回路１を設けない場合と、設けた場合との、増幅器の小信号の出力特性について比較を行った。安定化回路１を設けない場合の、７７ＧＨｚ帯増幅器の小信号特性を図５に示す。安定化回路１を設けない場合は、使用帯域（７７−７８ＧＨｚ）近傍の低周波側の周波数、特に６７〜７０ＧＨｚ付近でＫ値が低下している。
【００１７】
また、安定化回路１を設けた場合の７７ＧＨｚ帯増幅器の小信号特性を図６に示す。安定化回路１を設けた場合は、設けない場合（図５参照）と比較すると、６５〜７５ＧＨｚの周波数でＫ値の低下が抑えられている。従って、安定化回路１を設けることにより、使用帯域近傍の低周波側の周波数でＫ値が向上し、増幅器の出力特性を安定化できることが分かる。
【００１８】
本実施の形態では、６６ＧＨｚ付近の遮断特性を利用して、使用帯域近傍の低周波側の周波数において、増幅器を安定化させるようにした。しかし、遮断特性を示す他の周波数（１１ＧＨｚ、３３ＧＨｚ、５５ＧＨｚなど）近傍の低周波側の周波数であっても同様に、増幅器の出力特性を安定化させることができる。
【００１９】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る電力増幅器の回路構成を図７に示す。ここでは、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。図７に示すように、安定化回路１の線路Ｌ１とグラウンド（ＧＮＤ）との間に、容量素子Ｃ１が設けられている。この容量素子Ｃ１の容量値を所定の範囲でシフトさせた場合の、安定化回路１の通過特性を図８に示す。
【００２０】
図８に示すように、容量素子Ｃ１の容量値をシフトさせると、全通過する周波数、遮断特性を示す周波数が、容量値に応じてシフトしていることが分かる。従って、素子容量Ｃ１の容量値を所望の値とすることにより、所望の周波数において、増幅器の出力特性を安定化させることができる。
【００２１】
上述した容量素子Ｃ１を、ＦＥＴにより構成した例を図９に示す。線路Ｌ１とグラウンド（ＧＮＤ）との間にＦＥＴ（Ｔ１）が設けられている。Ｔ１のソース／ドレイン端子の一方の端子は線路Ｌ１に接続され、他方の端子はグラウンドに接続されている。すなわち、この電力増幅器は、図７に示した容量素子Ｃ１として、ソース／ドレイン間のオフ容量を用いたものである。これにより、図７の電力増幅器と同様に、上記オフ容量を所望の値とすることにより、所望の周波数において、増幅器の出力特性を安定化させることができる。
【００２２】
本実施の形態に係る電力増幅器によれば、実施の形態１で得られる効果に加えて、所望の周波数において、増幅器の出力特性を安定化させることができる。
【００２３】
実施の形態３．
本実施の形態に係る電力増幅器は、実施の形態１で示した安定化回路１の線路Ｌ１の線路長ｌ１を、使用周波数帯域の波長λの３／４以上とすることに置き換えて、所望の周波数の波長に応じて選択されるようにしたものである。つまり、安定化させたい所望の周波数の波長において、増幅器の出力特性が安定化されるように、線路Ｌ１の線路長ｌ１を任意に変化させるようにしたものである。従って、安定化したい周波数の波長に応じて、l１の長さを選択すればよい。
【００２４】
例えば、実施の形態１では、７７〜７８ＧＨｚ帯を使用する増幅器に対して、帯域６６ＧＨｚ付近の遮断特性を利用して、使用帯域近傍の低周波側の出力特性を安定化した。このため、配線長Ｌ１は、少なくとも波長λの１／２倍より長くする必要があった。これに対して本実施の形態に係る電力増幅器は、増幅器の使用周波数帯域がどこであっても、安定化回路１を接続しない場合に不安定な領域があれば、適切な線路長を選択して、その周波数付近の出力特性を安定化することができる。
【００２５】
本実施の形態に係る電力増幅器によれば、実施の形態１で得られる効果に加えて、所望の周波数において、増幅器の出力特性を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態１の電力増幅器を示す図。
【図２】実施の形態１の電力増幅器を示す図。
【図３】ＭＡＧ／ＭＳＧの周波数特性を示す図。
【図４】安定化回路の通過特性を示す図。
【図５】安定化回路を設けない場合の電力増幅器の出力特性を示す図。
【図６】安定化回路を設けた場合の電力増幅器の出力特性を示す図。
【図７】実施の形態２の電力増幅器を示す図。
【図８】安定化回路の通過特性を示す図。
【図９】実施の形態２の電力増幅器を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１  安定化回路、２  増幅器、２ａ、２ｄ  整合回路、２ｂ  安定化回路、２ｃ  ＦＥＴ、Ｌ１〜Ｌ３  線路。
【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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