(57)【要約】【課題】ＭＭＩＣ用のインピーダンス整合を、比較的少ない占有面積で実現するとともに、インピーダンスマッチング調整のためのスイッチのオン抵抗による信号の減衰を最小限にとどめる。【解決手段】  ＭＥＭＳスイッチ１をオンにしてオープンスタブ１７の長さをＭＥＭＳスイッチ１と調整用ランド９の長さを足した分長くすることによりＦＥＴ２５の入力におけるインピーダンス整合のための調整を行う。オープンスタブ１８〜２４についても同様の調整を行。ＭＥＭＳスイッチ１〜８をオンにしてオープンスタブ長を長くして特性が悪化した場合は、ＭＥＭＳスイッチをオフにして元の状態に戻す。８つのＭＥＭＳスイッチのオン／オフにより２５６通りの調整が可能になる。ＭＥＭＳスイッチ１〜８は、インピーダンスの高いオープンスタブ先端近くに位置しているため、スイッチのオン抵抗による信号の減衰はほとんどない。【選択図】図１
2007174064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号ラインに並列に接続されたオープンスタブと、該オープンスタブの先端から一定距離隔てて配置された調整用ランドと、前記オープンスタブの先端と前記調整用ランドの間に配置されて前記オープンスタブと前記調整用ランドの接続または切り離し制御を行うＭＥＭＳスイッチとを有していることを特徴とするインピーダンス整合回路。
【請求項２】
前記オープンスタブの先端には、ｎ個（ｎは１以上の整数）の前記調整用ランドが互いに一定距離はなれて直列に配置され、該直列に配置された各調整用ランド間には隣接する前記調整用ランド間の接続または切り離し制御を行うＭＥＭＳスイッチがそれぞれ配置されており、前記オープンスタブ長をｎ+１とおりに設定可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス整合回路。
【請求項３】
入力されたマイクロ波信号を増幅して出力する増幅素子の入力側及び出力側に、信号ラインに並列に接続されたオープンスタブと、該オープンスタブの先端から一定距離隔てて配置された調整用ランドと、前記オープンスタブの先端と前記調整用ランドの間に配置されて前記オープンスタブと前記調整用ランドの接続または切り離し制御を行うＭＥＭＳスイッチとを有するインピーダンス整合回路が接続されていることを特徴とするＭＭＩＣ電力増幅器。
【請求項４】
前記増幅素子の入力側及び出力側に備えられたインピーダンス整合回路の前記オープンスタブの先端には、ｎ個（ｎは１以上の整数）の前記調整用ランドが互いに一定距離はなれて直列に配置されるとともに、該直列に配置された各調整用ランド間には隣接する前記調整用ランド間の接続または切り離し制御を行うＭＥＭＳスイッチがそれぞれ配置されており、各ＭＥＭＳスイッチのオン／オフにより｛（ｎ+１）２｝通りの特性調整が可能に構成されていることを特徴とする請求項３に記載のＭＭＩＣ電力増幅器。
【請求項５】
入力されたマイクロ波信号を増幅して出力する縦続又は並列接続された複数の増幅素子と、該複数の増幅素子の各入力側及び出力側にそれぞれ、信号ラインに並列に接続されたオープンスタブと、該オープンスタブの先端から一定距離隔てて配置された調整用ランドと、前記オープンスタブの先端と前記調整用ランドの間に配置されて前記オープンスタブと前記調整用ランドの接続または切り離し制御を行うＭＥＭＳスイッチとを有するインピーダンス整合回路が接続されていることを特徴とするＭＭＩＣ電力増幅器。
【請求項６】
前記各増幅素子の入力側及び出力側に備えられたインピーダンス整合回路の前記オープンスタブの先端には、ｎ個（ｎは１以上の整数）の前記調整用ランドが互いに一定距離はなれて直列に配置されるとともに、該直列に配置された各調整用ランド間には隣接する前記調整用ランド間の接続または切り離し制御を行うＭＥＭＳスイッチがそれぞれ配置されており、当該ＭＭＩＣ電力増幅器内に接続されている合計Ｎ個のインピーダンス整合回路の各ＭＥＭＳスイッチのオン／オフにより｛（ｎ+１）Ｎ｝通りの特性調整が可能に構成されていることを特徴とする請求項５に記載のＭＭＩＣ電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波、あるいはミリ波帯で用いられるモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）に関し、特にＭＭＩＣにおける内部インピーダンスの整合技術および内部インピーダンス整合技術を用いたＭＭＩＣ電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波、あるいはミリ波帯で用いられるモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）において、インピーダンス整合を行う方法として、従来、絶縁基板上の伝送線路に対して並列に複数のスタブ線路を配置し、これら複数のスタブ線路の内から適宜のスタブ線路を選択して伝送線路と接続することにより、接続部からの反射特性の劣化や伝送特性の劣化を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、上記特許文献１に記載のインピーダンス整合回路を備えた増幅回路を示しており、入力伝送ラインセグメント７６は入力信号を増幅器７０の入力７２に供給するように接続され、出力伝送ラインセグメント７８は出力信号を伝送するように増幅器７０の出力７４に接続されている。増幅器７０は、入力７２に入力されたマイクロ波信号を増幅し、増幅したマイクロ波信号を出力７４に出力する。また、増幅器７０が有している非線形特性等により生成された高調波を低減するために、出力伝送ラインセグメント７８から分岐した高調波チューニング伝送ラインセグメント８０が設けられている。
【０００４】
入力伝送ラインセグメント７６には、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical-System）スイッチ群５４を介して複数の分路スタブ５０が接続されている。各ＭＥＭＳスイッチ５４は、増幅器７０の入力側からみたインピーダンスと増幅器７０の入力インピーダンスをマッチングさせるために、分路スタブ５０の少なくともいくつかを選択的に入力伝送ラインセグメント７６に接続するようにオンまたはオフ状態に設定される。
【０００５】
これにより入力信号は入力ラインセグメント７６に反射が生じ無いようにして増幅器７０の入力に伝送される。同様に、出力伝送ラインセグメント７８にも、ＭＥＭＳスイッチ群５４を介して複数の分路スタブ５０が接続されている。出力インピーダンスは、所望の周波数レンジで反射を低減するように分路スタブ５０の少なくともいくつかを選択的にスイッチングすることによりマッチングが取られている。
【０００６】
ＭＥＭＳスイッチ５４は、移動可能なカンチレバービームアームを有するスイッチとして従来より知られている。このビームアームは分路スタブ５０に接続されている導電性スイッチパッドに固定された固定端部を有するとともに、スイッチが閉じたとき伝送ラインに接続されている接点パッドに電気的に接続するように適合した可動端部を有している。ビームアームの動きは、ビームアーム直下の基板上に配置されたスイッチング電極に印加される動作電圧によりそのオン／オフが制御される構成となっている。
【０００７】
このように、特許文献１に記載のインピーダンス整合回路では、複数の分路スタブ５０がそれぞれＭＥＭＳスイッチ５４を介して主伝送ラインに沿って接続され、分路スタブのいくつかのＭＥＭＳスイッチを選択的に閉じることによってそれらの分路スタブを主伝送ラインに接続し、他のＭＥＭＳスイッチを開くことによってそれらの分路スタブを主伝送ラインから切り離すことにより、所望の周波数レンジ内でのインピーダンス不整合を低減するように設定され、伝送ラインの所望の周波数応答を得ることができるように調整する構成となっている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１５９３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１に記載のインピーダンス整合回路では、伝送ラインセグメントに沿って配置された複数の分路スタブ５０を、各分路スタブと伝送ラインセグメントの間に設けられたＭＥＭＳスイッチ５４の可動接点をオン／オフすることによって選択的に伝送ラインセグメントと接続することにより、インピーダンスマッチングをとる構成となっているので、これら複数の分路スタブパターンを全て基板上に予め形成しておく必要がある。そのため、この分路スタブ群５０によって占められるＭＭＩＣ内での面積が非常に大きくなり、ＭＭＩＣのサイズが大型化するという問題がある。
【００１０】
また、ＭＥＭＳスイッチは、マイクロ波ＰＩＮダイオードあるいはＦＥＴスイッチ等の半導体スイッチよりも低い「オン」抵抗および低い「オフ」容量を示すため、半導体スイッチよりも、再構成可能なマイクロ波回路用スイッチとして適してはいるが、「オン」抵抗は零ではないので、特許文献１に記載のインピーダンス整合回路のように、ＭＥＭＳスイッチが各分路スタブと伝送ラインセグメントの間に接続される構成の場合、そこに配置されたＭＥＭＳスイッチを流れる電流による損失によって信号が減衰するという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、絶縁基板上の伝送線路に対して並列に接続されたスタブ線路によりインピーダンスマッチング調整を行うＭＭＩＣ用のインピーダンス整合を、比較的少ない占有面積で実現するとともに、インピーダンスマッチング調整のためのスイッチのオン抵抗による信号の減衰を最小限にとどめることを可能にする手段を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、上記インピーダンスマッチング調整手段を、スイッチのオン／オフにより特性を細かく調整することによって調整のデジタル化を可能とするとともに、ＭＭＩＣの歩留まりおよび生産性を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のインピーダンス整合回路は、信号ラインに並列に接続されたオープンスタブと、該オープンスタブの先端から一定距離隔てて配置された調整用ランドと、前記オープンスタブの先端と前記調整用ランドの間に配置されて前記オープンスタブと前記調整用ランドの接続または切り離し制御を行うＭＥＭＳスイッチとを有していることを特徴とする。
【００１４】
その際、前記オープンスタブの先端には、ｎ個（ｎは１以上の整数）の前記調整用ランドを互いに一定距離はなして直列に配置し、該直列に配置された各調整用ランド間に、隣接する前記調整用ランド間の接続または切り離し制御を行うＭＥＭＳスイッチをそれぞれ配置することにより、前記オープンスタブ長をｎ+１とおりに設定可能な構成とすることができる。
【００１５】
本発明では、スタブの先端から一定距離隔てて配置された、スタブよりも遥かに小さい調整用ランドをスタブに接続するかしないかによりインピーダンスマッチングの調整を行うことができるので、選択的に伝送ラインセグメントと接続される複数の分路スタブパターンを全て基板上に予め形成しておく必要はなく、ＭＭＩＣに占めるインピーダンス整合回路の面積を小さくすることができる。
【００１６】
さらに本発明では、インピーダンス整合用スタブはオープンスタブとして構成されており、かつ、このオープンスタブの先端側に、ＭＥＭＳスイッチ及び調整用ランドが配置されているので、ＭＥＭＳスイッチには信号電流はほとんど流れず、よって、ＭＥＭＳスイッチの抵抗分による信号減衰は最小限に抑えることができる。
【００１７】
また本発明のＭＭＩＣ電力増幅器は、入力されたマイクロ波信号を増幅して出力する増幅素子の入力側及び出力側に、信号ラインに並列に接続されたオープンスタブと、該オープンスタブの先端から一定距離隔てて配置された調整用ランドと、前記オープンスタブの先端と前記調整用ランドの間に配置されて前記オープンスタブと前記調整用ランドの接続または切り離し制御を行うＭＥＭＳスイッチとを有するインピーダンス整合回路が接続されていることを特徴としている。
【００１８】
その際、前記増幅素子の入力側及び出力側に備えられたインピーダンス整合回路の前記オープンスタブの先端には、ｎ個（ｎは１以上の整数）の前記調整用ランドが互いに一定距離はなれて直列に配置されるとともに、該直列に配置された各調整用ランド間には隣接する前記調整用ランド間の接続または切り離し制御を行うＭＥＭＳスイッチがそれぞれ配置された構成とすることにより、各ＭＥＭＳスイッチのオン／オフによって｛（ｎ+１）２｝通りの特性調整が可能な構成とすることができる。
【００１９】
また本発明のＭＭＩＣ電力増幅器の別の実施形態は、入力されたマイクロ波信号を増幅して出力する縦続又は並列接続された複数の増幅素子と、該複数の増幅素子の各入力側及び出力側にそれぞれ、信号ラインに並列に接続されたオープンスタブと、該オープンスタブの先端から一定距離隔てて配置された調整用ランドと、前記オープンスタブの先端と前記調整用ランドの間に配置されて前記オープンスタブと前記調整用ランドの接続または切り離し制御を行うＭＥＭＳスイッチとを有するインピーダンス整合回路が接続されていることを特徴としている。
【００２０】
その際、前記各増幅素子の入力側及び出力側に備えられたインピーダンス整合回路の前記オープンスタブの先端には、ｎ個（ｎは１以上の整数）の前記調整用ランドが互いに一定距離はなれて直列に配置されるとともに、該直列に配置された各調整用ランド間には隣接する前記調整用ランド間の接続または切り離し制御を行うＭＥＭＳスイッチがそれぞれ配置されており、当該ＭＭＩＣ電力増幅器内に接続されている合計Ｎ個のインピーダンス整合回路の各ＭＥＭＳスイッチのオン／オフにより｛（ｎ+１）Ｎ｝通りの特性調整が可能な構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、インピーダンス整合回路を、信号ラインに並列に接続されたオープンスタブの先端から一定距離隔てて配置された調整用ランドと、前記オープンスタブの先端と前記調整用ランドの間に配置されて前記オープンスタブと前記調整用ランドの接続または切り離し制御を行うＭＥＭＳスイッチとを有する構成としているので、インピーダンス整合調整の際に接続を切り離されてしまうようなスタブを予め設ける必要はなく、ＭＭＩＣのサイズを可及的に小さくすることができる。
【００２２】
また本発明では、スイッチを信号ライン側ではなくオープンスタブの先端に配置する構成としているためＭＥＭＳスイッチには信号電流はほとんど流れないので、スイッチを信号ラインとスタブとの接続点に配置した場合に比べ、スイッチの抵抗成分による信号の減衰を小さくすることが出来る。
【００２３】
また本発明では、スイッチのオン／オフにより特性を細かく調整できるので、調整のデジタル化が可能になり、ＭＭＩＣの歩留まりおよび生産性を向上することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施形態を示すＭＭＩＣの平面構成図である。
【００２５】
図１において、１〜８はＭＥＭＳスイッチ、９〜１６は調整用ランド、１７〜２４はインピーダンス整合用オープンスタブ、２５〜２８はＦＥＴ、２９〜３２はＤＣカット用コンデンサ、３３は入力端子、３４は出力端子、３５はＭＭＩＣである。このＭＭＩＣ３５は、最終段が並列接続された３段縦続接続のＦＥＴ２５〜２８からなるＭＭＩＣ電力増幅器として構成されている。各ＦＥＴの入力及び出力に接続されたオープンスタブ１７〜２４は、ＭＥＭＳスイッチ１〜８のオン／オフによってその先端に配置された調整用ランド９〜１６と接続または切り離されることにより、それぞれ長さを調節出来るようになっている。
【００２６】
次に図１のＭＭＩＣ電力増幅器におけるインピーダンス整合動作について説明する。
【００２７】
図１において、ＭＥＭＳスイッチ１をオンにするとオープンスタブ１７の長さがＭＥＭＳスイッチ１と調整用ランド９の長さを足した分長くなる。このことによりＦＥＴ２５の入力におけるインピーダンス整合のための調整を行うことが出来る。同様にしてＭＥＭＳスイッチ２〜８をオンにすることによりオープンスタブ１８〜２４を長くして、ＦＥＴ２５〜２８の入力および出力におけるインピーダンス整合のための調整を行うことが出来る。
【００２８】
ＭＥＭＳスイッチ１〜８をオンにしてオープンスタブ長を長くすることにより特性が悪化した場合は、当該ＭＥＭＳスイッチをオフにすることにより元の状態に戻すことが可能である。この実施例の場合８つのＭＥＭＳスイッチのオン／オフにより２５６通り（２８）の調整が可能になる。したがって、２５６通り（２８）の調整を順次実行して特性を測定し、最適の特性を示すスイッチパターンの組合せを選択して設定することができる。
【００２９】
本実施形態では、オープンスタブ長の調節をＭＥＭＳスイッチのオン／オフにより行っているので、スイッチをオンにして高周波特性が悪化した、もしくは改善が見られない場合には、スイッチをオフにしてオープンスタブの長さを簡単に元に戻すことが可能であり、２５６通り（２８）の調整も例えば８ビットのデジタルデータとして設定してコンピュータ制御により簡単に実行することができる。また、本実施形態では、ＭＥＭＳスイッチは、インピーダンスの高いオープンスタブ先端近くに位置しているため、スイッチのオン抵抗による信号の減衰はほとんどおこらない。
【００３０】
図２は、本発明の他の実施形態を示すＭＭＩＣの平面構成図である。本実施形態では、オープンスタブ１７の先端に２つの調整用ランド９，４１が一定距離はなれて直列に配置されており、オープンスタブ１７の先端と調整用ランド９の間、および調整用ランド９と調整用ランド４１の間に、それぞれＭＥＭＳスイッチ１、４０を配置した点を除いて、前述の実施形態と同様の構成となっている。
【００３１】
本実施形態によれば、オープンスタブ１７は３通りの長さ調整が可能となるので、８つのＭＥＭＳスイッチ１〜８のオン／オフによる２５６通り（２８）の調整に加えて、ＭＥＭＳスイッチ１および４０をオン状態として、ＭＥＭＳスイッチ２〜８のオン／オフによる１２８通り（２７）の調整が可能となり、合計３×２７＝３８４通りの調整が可能となる。
【００３２】
一般的には、各オープンスタブの先端に、互いに一定距離はなれて直列に配置されたｎ個（ｎは１以上の整数）の調整用ランドを設けることが可能であり、その場合、前記オープンスタブ長はｎ+１とおりに設定することができるから、このようなオープンスタブがＭＭＩＣ内にＮ個（Ｎは１以上の整数）配置されている場合には、｛（ｎ+１）Ｎ｝通りの調整が可能になる。
【００３３】
なお、上記実施形態では３段縦続接続された電力増幅器を例にして説明したが、接続段数は３段に限らず、１段以上の適宜の段数からなる電力増幅器に対して本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態を示すＭＭＩＣの平面構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示すＭＭＩＣの平面構成図である。
【図３】従来のＭＭＩＣを示す平面構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１〜８，４０  ＭＥＭＳスイッチ
９〜１６，４１  調整用ランド
１７〜２４  インピーダンス整合用オープンスタブ
２９〜３２  ＤＣカット用コンデンサ
３３  入力端子
３４  出力端子
３５  ＭＭＩＣ
【図１】
2007174064.tif 000003
【図２】
2007174064.tif 000004
【図３】
2007174064.tif 000005