JP4641285B2 - Microwave amplifier - Google Patents
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Description
この発明は、マイクロ波及びミリ波で使用されるマイクロ波増幅器に関するものである。 The present invention relates to a microwave amplifier used in microwaves and millimeter waves.
従来のマイクロ波増幅器について図面を参照しながら説明する。図5は、従来のマイクロ波増幅器の構成を示す図である(例えば、特許文献1参照)。 A conventional microwave amplifier will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional microwave amplifier (see, for example, Patent Document 1).
図5において、従来のマイクロ波増幅器は、ゲートに入力端子2が接続され、ドレインに出力端子3が接続され、ソースが接地された電界効果トランジスタ(FET)1と、FET1のゲートに接続されたバイアス回路4とが設けられている。
In FIG. 5, a conventional microwave amplifier has a gate connected to an
バイアス回路4は、1/4波長伝送線路41と、1/4波長オープンスタブ42と、抵抗43と、キャパシタ44と、バイアスを印加するためのバイアス電源端子45とが設けられている。
The
バイアス回路4を構成する1/4波長オープンスタブ42は、電気長が1/4波長であるから、1/4波長伝送線路41と1/4波長オープンスタブ42の接続点は、使用する周波数において短絡点となる。1/4波長伝送線路41は先端が短絡点となるので、使用する周波数において、入力端子2から1/4波長伝送線路41側を見たインピーダンスは開放となる。使用する周波数において、バイアス回路4側を見たインピーダンスは開放となり、バイアス回路4側に信号は流れない。入力端子2から入力された信号は、バイアス回路4に流れず、FET1に入力され、FET1で増幅された信号が出力端子3から出力される。バイアス回路4は使用する周波数において、入力信号に損失を与えず、直流バイアスを印加できる。使用する周波数以外の周波数、特に低い周波数において、入力端子2から入力される信号はバイアス回路4に流れ、抵抗43により消費される。このことにより、抵抗43は、使用する周波数以外の周波数において、FET1の安定化に作用している。
Since the 1/4 wavelength
上述したような従来のマイクロ波増幅器では、使用する周波数において、損失を与えず、直流バイアスを印加でき、信号を増幅できる。しかしながら、従来のマイクロ波増幅器のバイアス回路4では、広帯域に損失の小さい回路を実現できない。増幅器の使用周波数帯域の中心周波数をFC、上限周波数をFH、下限周波数をFLとする。1/4波長伝送線路41と1/4波長オープンスタブ42は、FCにおいて電気長が1/4波長とする。バイアス回路4は、1/4波長伝送線路41と1/4波長オープンスタブ42で構成されており、FCにおいてバイアス回路4を見込んだインピーダンスは開放となるが、FHもしくはFLでは開放とならない。従って、FHもしくはFLの信号が、入力端子2から入力されると、入力信号の一部はバイアス回路4に流れこむ。1/4波長伝送線路41と1/4波長オープンスタブ42の接続点は、FHもしくはFLでは短絡点とならないから、バイアス回路4に流れこんだ信号は、1/4波長伝送線路41を通り、抵抗43で消費され、損失となる。バイアス回路4の損失が増えると増幅器の雑音指数(以下、NFと略す)は劣化するので、従来のマイクロ波増幅器ではFHもしくはFLにおいてNFが劣化することが分かる。このように、従来のマイクロ波増幅器は、広帯域にバイアス回路の損失を小さくできず、広帯域にNFの良い増幅器を実現することが難しいという問題点があった。
In the conventional microwave amplifier as described above, a DC bias can be applied and a signal can be amplified without giving a loss at a frequency to be used. However, the conventional microwave
また、図5示す回路を実際に製作した場合、1/4波長伝送線路41と1/4波長オープンスタブ42の接続点は物理的な大きさを持つので、完全短絡点を作ることが難しく、抵抗43をわずかに信号が流れ、損失が生じるので、増幅器のNFが劣化するという問題点があった。
In addition, when the circuit shown in FIG. 5 is actually manufactured, since the connection point between the quarter
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、広帯域にバイアス回路の損失が小さく、雑音特性が良好なマイクロ波増幅器を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a microwave amplifier having a small bias circuit loss in a wide band and good noise characteristics.
この発明に係るマイクロ波増幅器は、ゲートに入力端子が接続され、ドレインに出力端子が接続され、かつソースが接地された電界効果トランジスタと、前記ゲートに接続されたバイアス回路とを備えたマイクロ波増幅器であって、前記バイアス回路は、前記ゲートに一端が接続された1/16波長以上、1/4波長以下の第1の伝送線路と、前記第1の伝送線路の他端に一端が接続された1/4波長オープンスタブと、前記第1の伝送線路の他端に一端が接続された抵抗と、前記抵抗の他端に一端が接続された1/16波長以上、1/4波長以下の第2の伝送線路と、前記第2の伝送線路の他端に一端が接続され、他端が接地された第1のキャパシタと、前記第2の伝送線路の他端と前記第1のキャパシタの一端との間の接続点に接続された、バイアスを印加するためのバイアス電源端子とを含むものである。 Microwave amplifier according to the present invention is connected to the input terminal to the gate, the micro with is connected to the output terminal to the drain and the field effect transistor and a source is grounded, and a bias circuit connected to the gate a wave amplifier, the bias circuit, the gate end connected 1/16 or more wavelengths, one end of the first transmission line of less than 1/4-wavelength, the other end of the first heat transmission line There and a quarter-wave open stub that is connected, and a resistor having one end connected to the other end of the first heat transmission lines, 1/16 wavelength more than one to the other end of the resistor is connected, 1 / 4 wavelength or less of the second transmission line, wherein one end to the other end of the second heat transmission line is connected, a first capacitor whose other end is grounded, the other end of the second transmission line the Connected to a connection point between one end of the first capacitor It is intended to include a bias power supply terminal for applying a bias.
この発明に係るマイクロ波増幅器は、広帯域にバイアス回路の損失が小さく、雑音特性が良好であるという効果を奏する。 The microwave amplifier according to the present invention has an effect that the loss of the bias circuit is small in a wide band and the noise characteristic is good.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係るマイクロ波増幅器について図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係るマイクロ波増幅器の回路構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Embodiment 1 FIG.
A microwave amplifier according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a microwave amplifier according to Embodiment 1 of the present invention. In the following, in each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
図1において、この実施の形態1に係るマイクロ波増幅器は、ゲートに入力端子2が接続され、ドレインに出力端子3が接続され、ソースが接地された電界効果トランジスタ(FET)1と、FET1のゲートに接続されたバイアス回路4とが設けられている。
1, the microwave amplifier according to the first embodiment includes a field effect transistor (FET) 1 having an
バイアス回路4は、1/16波長以上、1/4波長以下の伝送線路(第1の伝送線路)41と、1/4波長オープンスタブ42と、抵抗43と、1/16波長以上、1/4波長以下の伝送線路(第2の伝送線路)46と、キャパシタ(第1のキャパシタ)44と、バイアスを印加するためのバイアス電源端子45とが設けられている。
The
つぎに、この実施の形態1に係るマイクロ波増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。図2は、この発明の実施の形態1に係るマイクロ波増幅器と従来のマイクロ波増幅器の最小雑音指数(NFmin)の周波数特性を示す図である。 Next, the operation of the microwave amplifier according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing frequency characteristics of the minimum noise figure (NFmin) of the microwave amplifier according to Embodiment 1 of the present invention and the conventional microwave amplifier.
増幅器の使用周波数帯域の中心周波数をFC、上限周波数をFH、下限周波数をFLとする。1/4波長オープンスタブ42は、中心周波数FCにおいて電気長が1/4波長とする。伝送線路46は、キャパシタ44により使用周波数帯域において十分に短絡されているとする。バイアス回路4の抵抗43側を見込んだインピーダンスをZAとすると、このインピーダンスZAは次の式で表される。
The center frequency F C of the frequency band of the amplifier, the upper limit frequency F H, the lower limit frequency and F L. The ¼ wavelength
ここで、Rは抵抗43の抵抗値、ZCは伝送線路46の特性インピーダンス、λCは中心周波数FCにおける1波長、θは電気長である。抵抗43とキャパシタ44の間に伝送線路46を装荷することでインピーダンスZAを高くすることができる。特に、伝送線路46の電気長が1/4波長のときインピーダンスZAは開放となり、抵抗43側に信号が流れこまない。
Here, R is the resistance value of the
本実施の形態1のマイクロ波増幅器は、中心周波数FCにおいて、従来のマイクロ波増幅器と同様にバイアス回路4の1/4波長オープンスタブ42によって、短絡点ができるので、抵抗43に信号は流れず、損失は生じない。従って、増幅器のNFも劣化しない。上限周波数FH、下限周波数FLでは、伝送線路41と1/4波長オープンスタブ42の接続点は短絡点とならないが、伝送線路46により抵抗43側を見込んだインピーダンスZAを十分高くできるので、抵抗43にほとんど信号は流れず、損失は小さい。従って、上限周波数FH、下限周波数FLにおいてもNFの良い増幅器を得ることができる。
In the microwave amplifier according to the first embodiment, a short-circuit point is formed at the center frequency F C by the ¼ wavelength
同様に、図1示す回路を実際に製作した場合、物理的な制約により伝送線路41と1/4波長オープンスタブ42の接続点において完全短絡点が得られなくても、NFが良い増幅器を得ることができる。
Similarly, when the circuit shown in FIG. 1 is actually manufactured, an amplifier with good NF is obtained even if a complete short-circuit point cannot be obtained at the connection point between the
図2を見ると、従来の増幅器(破線)と比べて本発明の増幅器(実線)は、広帯域にNFが良いことが分かる。 As can be seen from FIG. 2, the amplifier (solid line) of the present invention has a better NF in a wide band than the conventional amplifier (broken line).
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係るマイクロ波増幅器について図3を参照しながら説明する。図3は、この発明の実施の形態2に係るマイクロ波増幅器の回路構成を示す図である。
A microwave amplifier according to
図3において、バイアス回路4は、1/4波長オープンスタブ42の代りに、ラジアルスタブ47が設けられている。
In FIG. 3, the
このラジアルスタブ47を用いることにより、ラジアルスタブ47と伝送線路41の接続点において、広帯域に短絡点を作ることができる。この実施の形態2に係るマイクロ波増幅器の動作及び作用は、上記の実施の形態1と同様である。
By using the
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係るマイクロ波増幅器について図4を参照しながら説明する。図4は、この発明の実施の形態3に係るマイクロ波増幅器の回路構成を示す図である。
A microwave amplifier according to
図4において、バイアス回路4は、1/4波長オープンスタブ42の代りに、キャパシタ(第2のキャパシタ)48が設けられている。
In FIG. 4, the
キャパシタ48の値は、中心周波数FCにおいて短絡となるように決定する。1/4波長オープンスタブ42の代わりにキャパシタ48を用いることにより、キャパシタ48と伝送線路41の接続点において、短絡点を作っている。この実施の形態3に係るマイクロ波増幅器の動作及び作用は、上記の実施の形態1と同様である。
The value of the
1 電界効果トランジスタ、2 入力端子、3 出力端子、4 バイアス回路、41 1/4波長伝送線路、42 1/4波長オープンスタブ、43 抵抗、44 キャパシタ、45 バイアス電源端子、46 1/4波長伝送線路、47 ラジアルスタブ、48 キャパシタ。 1 field effect transistor, 2 input terminals, 3 output terminals, 4 bias circuit, 41 1/4 wavelength transmission line, 42 1/4 wavelength open stub, 43 resistor, 44 capacitor, 45 bias power supply terminal, 46 1/4 wavelength transmission Line, 47 radial stub, 48 capacitors.
Claims (3)
前記バイアス回路は、
前記ゲートに一端が接続された1/16波長以上、1/4波長以下の第1の伝送線路と、
前記第1の伝送線路の他端に一端が接続された1/4波長オープンスタブと、
前記第1の伝送線路の他端に一端が接続された抵抗と、
前記抵抗の他端に一端が接続された1/16波長以上、1/4波長以下の第2の伝送線路と、
前記第2の伝送線路の他端に一端が接続され、他端が接地された第1のキャパシタと、
前記第2の伝送線路の他端と前記第1のキャパシタの一端との間の接続点に接続された、バイアスを印加するためのバイアス電源端子とを含む
ことを特徴とするマイクロ波増幅器。 Is connected to the input terminal to the gate, is connected to the output terminal to the drain, and a source and a field effect transistor which is grounded, the microwave amplifier and a bias circuit connected to said gate,
The bias circuit includes:
A first transmission line having one end connected to the gate and having a wavelength of 1/16 wavelength or more and ¼ wavelength or less ;
1/4 wavelength open stub having one end connected to the other end of the first heat transmission line,
A resistor having one end connected to the other end of the first heat transmission line,
A second transmission line of 1/16 wavelength or more and 1/4 wavelength or less connected at one end to the other end of the resistor;
One end to the other end of the second heat transmission line is connected, the first capacitor whose other end is grounded,
A microwave amplifier, comprising: a bias power supply terminal for applying a bias, connected to a connection point between the other end of the second transmission line and one end of the first capacitor .
前記1/4波長オープンスタブの代りに、前記第1の伝送線路の他端に一端が接続されたラジアルスタブを含む
ことを特徴とする請求項1記載のマイクロ波増幅器。 The bias circuit includes:
Wherein instead of the quarter-wave open stub, a microwave amplifier according to claim 1, characterized in that it comprises a radial stub end to the other end of the first heat transmission line is connected.
前記1/4波長オープンスタブの代りに、前記第1の伝送線路の他端に一端が接続され、他端が接地された第2のキャパシタを含む
ことを特徴とする請求項1記載のマイクロ波増幅器。 The bias circuit includes:
Wherein instead of the quarter-wave open stub, the one end to the other end of the first heat transmission line is connected, the micro according to claim 1, wherein the other end, characterized in that it comprises a second capacitor which is grounded Wave amplifier.
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