半導体増幅装置
【課題】 飽和領域で動作する増幅部の低温時の出力増加や出力インピーダンスの変化による消費電力や高調波レベルの変動などを抑制する多段の半導体増幅装置を提供する。
【解決手段】 高周波電力を出力する終段増幅部１に設けられ、マイクロ波帯域の電力を飽和出力電力で増幅する第１増幅素子１ａと、第１増幅素子１ａに前置した前置増幅部２に設けられ、高周波電力を増幅する第２増幅素子２ａと、第２増幅素子２ａに接続され、感温素子の抵抗値変化で第２増幅素子２ａの出力電力を変化させる温度補償回路５と、第１増幅素子１ａの入力側と第２増幅素子２ａの出力側との間に介在し、共振インピーダンスの変化でマイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性を有する振幅イコライザ４とを備え、周囲温度が低下するにつれて第２増幅素子２ａの出力電力を低下させることにより第１増幅素子１ａの出力を飽和出力電力領域で維持するようにした。
【解決手段】 高周波電力を出力する終段増幅部１に設けられ、マイクロ波帯域の電力を飽和出力電力で増幅する第１増幅素子１ａと、第１増幅素子１ａに前置した前置増幅部２に設けられ、高周波電力を増幅する第２増幅素子２ａと、第２増幅素子２ａに接続され、感温素子の抵抗値変化で第２増幅素子２ａの出力電力を変化させる温度補償回路５と、第１増幅素子１ａの入力側と第２増幅素子２ａの出力側との間に介在し、共振インピーダンスの変化でマイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性を有する振幅イコライザ４とを備え、周囲温度が低下するにつれて第２増幅素子２ａの出力電力を低下させることにより第１増幅素子１ａの出力を飽和出力電力領域で維持するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダ装置や電子妨害装置（ＥＣＭ装置）などの送信増幅部に用いる半導体増幅装置に関し、特に高出力の多段の半導体増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にレーダ装置やＥＣＭ装置に搭載する送信機では、複数段の増幅器を直列接続し、高い電力利得で安定した送信電力の振幅を得るため、最終段の増幅器をコンプレッション動作させるものが用いられる。これらの多段増幅器では最終段増幅器の耐圧が所望の出力電力によって生ずる電圧振幅に対して十分にマージンがあるとは言えず、低温時の出力増加、出力インピーダンスの変化、又はインパルス状の波形印加により、半導体素子の耐圧を超える電圧振幅が生じ、素子の破損を引き起す原因となる。このような状況を解決する方法としては、従来から整合回路の最適化による保護が行われてきた。
【０００３】
特開平６−６９７３１号公報図１（特許文献１参照）には、多段増幅器の前段に入力電力に対する利得、通過位相特性が後段と逆特性となる増幅器を用い、後段増幅器の振幅歪、位相歪を前段増幅器で補償する半導体増幅器が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−６９７３１号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のものは、前段増幅器のバイアス条件を変化させたり、デュアルゲートＦＥＴを用いた可変利得増幅器とすることなどにより、位相歪や振幅歪を低減するものであるが、これらの増幅回路は基本的に飽和出力電力よりも十分に低い動作点での歪特性の改善の回路構成となっており、飽和領域での安定動作あるいは素子保護という観点からの動作上の考慮がなされたものではない。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、飽和領域で動作する増幅部の低温時の出力増加や出力インピーダンスの変化による消費電力や高調波レベルの大幅な変動、又は突発して発生するインパルス状の波形混入による半導体素子の破損を抑制する多段構成の半導体増幅装置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】
【０００７】
請求項１に係る半導体増幅装置は、高周波電力を出力する終段増幅部に設けられ、マイクロ波帯域の電力を飽和出力電力で増幅する温度特性を有する第１半導体増幅素子と、この第１半導体増幅素子に前置した前置増幅部に設けられ、高周波電力を増幅する入出力整合回路を有する第２半導体増幅素子と、この第２半導体増幅素子に接続され、感温素子の抵抗値変化で前記第２半導体増幅素子の出力電力を変化させる温度補償回路と、前記第１半導体増幅素子の入力側と前記第２半導体増幅素子の出力側との間に介在し、前記マイクロ波帯域の中心周波数に設定した共振インピーダンスの変化で前記マイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性を有する振幅イコライザとを備え、周囲温度が低下するにつれて前記第２半導体増幅素子の出力電力を低下させることにより前記第１半導体増幅素子の出力を前記飽和出力電力領域で維持するものである。
【０００８】
請求項２に係る半導体増幅装置は、高周波電力を出力する終段増幅部に設けられ、マイクロ波帯域の電力を飽和出力電力で増幅する温度特性を有する第１半導体増幅素子と、この第１半導体増幅素子に前置した前置増幅部に設けられ、高周波電力を増幅する入出力整合回路を有する第２半導体増幅素子と、この第２半導体増幅素子に接続され、第１感温素子の抵抗値変化で前記第２半導体増幅素子の出力電力を変化させる第１温度補償回路と、前記第１半導体増幅素子の入力側と前記第２半導体増幅素子の出力側との間に介在し、前記マイクロ波帯域の中心周波数に設定した共振インピーダンスの変化で前記マイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性を有し、共振インピーダンスを形成する線路に直列接続した可変抵抗減衰器を付加した振幅イコライザと、第２感温素子の抵抗値変化で前記可変抵抗減衰器の抵抗値を変化させる第２温度補償回路とを備え、周囲温度が低下するにつれて、前記第２半導体増幅素子の出力電力を低下させると共に前記可変抵抗減衰器の抵抗値を下げて前記第２半導体増幅素子の出力電力の一部を前記振幅イコライザ側に分岐させることにより前記第１半導体増幅素子の出力を前記飽和出力電力領域で維持するものである。
【０００９】
請求項３に係る半導体増幅装置は、高周波電力を出力する終段増幅部に設けられ、マイクロ波帯域の電力を飽和出力電力で増幅する温度特性を有する第１半導体増幅素子と、この第１半導体増幅素子に前置した前置増幅部に設けられ、高周波電力を増幅する入出力整合回路を有する第２半導体増幅素子と、前記第１半導体増幅素子の入力側と前記第２半導体増幅素子の出力側との間に介在し、表面にストリップ線路とこのストリップ線路に沿って感温抵抗体膜を介して両側から前記ストリップ線路を挟むように形成した接地パターンを含むコプレナー線路を有すると共に前記マイクロ波帯域の中心周波数に設定した共振インピーダンスの変化で前記マイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性を有する振幅イコライザとを備え、周囲温度が低下するにつれて前記感温抵抗体膜の抵抗値を変化させて前記振幅イコライザの最大減衰量を増加し前記第１半導体増幅素子の出力を前記飽和出力電力領域で維持するものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１による半導体増幅装置によれば、飽和出力電力で動作する終段増幅部の出力は振幅イコライザで帯域周波数内において平坦化され、周囲温度が低下するにつれて温度補償回路で前置増幅部の出力を低下させるので、終段増幅部は常に一定の出力飽和レベルで作動することになり過剰電力による消費電力の増加や半導体増幅素子の耐電力オーバーによる半導体増幅素子の破損や高調波の発生などの不都合を防止できる効果がある。
【００１１】
請求項２による半導体増幅装置によれば、飽和出力電力で動作する終段増幅部の出力は振幅イコライザで帯域周波数内において平坦化され、周囲温度が低下するにつれ第１温度補償回路で前置増幅部の出力を低下させると共に第２温度補償回路で制御される振幅イコライザ側の可変抵抗減衰器の抵抗値変化で共振インピーダンスを形成する線路に一部の電力を分岐させるので終段増幅部は常に一定の出力飽和レベルで作動することになり過剰電力による消費電力の増加や半導体増幅素子の耐電力オーバーによる不都合を２重に精度良く防止できる効果がある。
【００１２】
請求項３による半導体増幅装置によれば、飽和出力電力で動作する終段増幅部の出力は振幅イコライザで帯域周波数内において平坦化され、周囲温度が低下するにつれて振幅イコライザ側の感温抵抗体膜の抵抗値変化で振幅イコライザの最大減衰量を増加させるので、終段増幅部は常に一定の出力飽和レベルで作動することになり、特別な温度補償回路を付加せずとも過剰電力による消費電力の増加や半導体増幅素子の耐電力オーバーによる不都合を防止できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る半導体増幅装置ついて説明する。図１は、実施の形態１による半導体増幅装置のブロック構成図である。図１において、１は最終段増幅部（終段増幅部）であり、１ａはＭＯＳ型ＦＥＴやバイポーラ型半導体素子などを用いた第１増幅素子（第１半導体増幅素子）、１ｂは第１増幅素子１ａの入力側の入力整合回路、１ｃは第１増幅素子１ａの出力側の出力整合回路である。２は最終段増幅部１に前置された第１前段増幅部（前置増幅部）であり、２ａはＦＥＴなどを用いた第２増幅素子（第２半導体増幅素子）、２ｂは第２増幅素子２ａの入力側の入力整合回路、２ｃは第２増幅素子２ａの出力側の出力整合回路である。３は第１前段増幅部２に前置された第２前段増幅部であり、３ａはＦＥＴなどを用いた第３増幅素子（第３半導体増幅素子）、３ｂは第３増幅素子３ａの入力側の入力整合回路、３ｃは第３増幅素子３ａの出力側の出力整合回路である。
【００１４】
４は最終段増幅部１と第１前段増幅部２との間に介在し、第１前段増幅部２からの高周波電力振幅を帯域幅内で抑圧する振幅イコライザ、５は第１前段増幅部２の第２増幅素子２ａの電力増幅量を制御する第１温度補償回路（温度補償回路）、７は最終段増幅部１の出力端子であり、送信アンテナ素子などに接続される。８は第２前段増幅部３のマイクロ波電力信号の入力端子である。
【００１５】
図２は、実施の形態１による半導体増幅装置の振幅イコライザの回路図であり、図２（ａ）は回路図、図２（ｂ）は等価回路である。図２において、１１は最終段増幅部１と第１前段増幅部２との間にある振幅イコライザ４の伝送線路（主線路）、１２は主線路１１の近傍に対向して設置したコプレナー線路であり、基材表面にストリップ線路、抵抗体膜、接地パターン及びビアホールなどで回路構成され、１２ａはストリップ線路、１２ｂはストリップ線路１２に沿って外側にパターン形成した抵抗体膜、１２ｃは抵抗体膜１２ｂを介して両側からストリップ線路１２ａを挟むように形成した接地パターン、１２ｄは接地パターン１２ｃに設けられ基材裏面パターンと接続したビアホールである。１３は単一又は複数の異なる特性インピーダンスの分布定数線路を繋ぎ合わせた線路で構成されたコプレナー線路１２の基材裏面のパターンを含むストリップ線路共振器である。
【００１６】
次に振幅イコライザ４の動作について説明する。図２において、主線路１１側からストリップ線路共振器１３とコプレナー線路１２側を見たインピーダンス（Ｚｔ）は、ストリップ線路共振器１３の入力インピーダンス（Ｚｒ）とコプレナー線路１２の入力インピーダンス（Ｚｃ）との直列接続と見なすことができる。
【００１７】
例えば１〜３ＧＨｚのマイクロ波帯で数百ＭＨｚの所要周波数帯域を形成するストリップ線路共振器１３はマイクロ波の波長の電気長が１／４波長や３／４波長など、１／４波長の奇数倍の電気長になる周波数において共振し、そのとき主線路１１側の開放端での入力インピーダンスは無限大、すなわち、開放端の一点では開放状態となり、電流定在波の節となる。このとき、この分岐線路に高周波電流は流れ込まないことになる。このため、これに直列に接続されているコプレナー線路１２にも高周波電流は流れない。したがって主線路１１には並列に何も接続されていない状態と同様の状態となり、入力された信号は減衰することなく出力側に現れる。
【００１８】
上記の共振周波数以外の周波数ではストリップ線路共振器１３の開放端での入力インピーダンスは有限となり高周波電流が流れ込む。したがって、これに直列に接続されているコプレナー線路１２にも高周波電流が流れることになる。このため、主線路１１には並列に、コプレナー線路１２の入力インピーダンスの実部に相当した抵抗が並列接続された状態となり、入力された信号は減衰して出力側に現れる。図３は、通過帯域（帯域周波数）における振幅イコライザ４の通過振幅（振幅）を示したものである。この減衰の周波数特性の一例では各共振周波数ｆ１、ｆ２から離れるに従い減衰が大きくなり、両共振周波数の中心付近で減衰が最大となる特性となる。
【００１９】
図４は、最終段増幅部１の増幅素子１ａの単独利得（通過振幅）の周波数特性を示したものである。一般にマイクロ波回路に組み込まれたＧａＡｓ半導体などの高出力増幅素子は図４に示すように、所要周波数帯域の下限周波数ｆ１と上限周波数ｆ２との両端で利得が極小で、中心周波数近傍で最も利得が大きくなる特性を有する。振幅イコライザ４のストリップ線路共振器１３のＮ次共振周波数をｆ１、Ｎ＋１次の共振周波数をｆ２に設定するようにストリップ線路共振器１３の特性インピーダンスを調整すると、増幅素子と振幅イコライザ４とを直列に接続することにより総合利得周波数特性は図５に示すように平坦化できる。また、振幅イコライザ４の減衰量の最大値は、コプレナー線路１２の抵抗体膜１２ｂの材料定数、ストリップ線路１２ａのパターン幅、ストリップ線路１２ａと接地パターン１２ｃとの間隔により設定できる。
【００２０】
図６は、実施の形態１による半導体増幅装置の第１温度補償回路５の回路図である。図６において、２０は直流電源、２１は市販の負温度特性サーミスタ（感温素子）、２２は負温度特性サーミスタ２１の抵抗値に基づき第２増幅素子２ａのゲート端子にかかる入力電圧をＶｇ制御信号として変化させるアナログの可変減衰器（ＡＴＴ）、２３はＶｇ制御信号による第１温度補償回路５と第２増幅素子２ａとのインピーダンス調整用の伝送線路、２４は市販の負温度特性サーミスタ（感温素子）、２５は負温度サーミスタ２４の抵抗値に基づき第２増幅素子２ａのドレイン端子にかかる出力電圧をＶｄ制御信号として変化させるアナログの可変減衰器（ＡＴＴ）、２６はＶｄ制御信号による第１温度補償回路５と第２増幅素子２ａとのインピーダンス調整用の伝送線路である。２７は可変減衰器２２、２５の起動の有無を選択する可変減衰器ＯＮ／ＯＦＦ選択部であり、必要な場合に外部の制御信号により作動する。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２１】
次に第１温度補償回路５の動作について説明する。図６において負温度特性サーミスタ２１、２４は第１温度補償回路５周辺の環境温度（周囲温度）の変化により、温度上昇時は常温（２５℃）抵抗値とＢ定数で定まる値で漸増して抵抗値が上昇する。負温度特性サーミスタ２１に接続される可変減衰器２２は周囲温度の変化により第２増幅素子２ａのゲート電位を増減させる。同様に負温度特性サーミスタ２４に接続される可変減衰器２５は周囲温度の変化により第２増幅素子２ａのドレイン電位を増減させる。本実施の形態１では、いずれも温度上昇時は第２増幅素子２ａの出力が上昇するように設定され、温度下降時は第２増幅素子２ａの出力が下降（低下）するように設定される。したがってこの機能を満足すれば、負温度特性サーミスタ２１、２４は他の温度特性を有する感温素子を用いても良い。
【００２２】
次に周囲温度の低下時に第２増幅素子２ａの出力を低下させる別の手段について図７を用いて説明する。図７は、実施の形態１による半導体増幅器装置の別の実施例としての温度補償回路の回路図である。図７において、２８は負温度特性サーミスタ（感温素子）、２９は負温度特性サーミスタ２８のアナログ信号をデジタル変換するデジタル変換器、３０はデジタル変換器２９のデジタル信号により主線路１１に直接挿入した１ｄＢ毎に減衰量を可変するプログラマブル型の可変抵抗減衰器であり、この場合にも周囲温度の低下時は第２増幅素子２ａの出力も低下するように設定される。
【００２３】
以上から第１前段増幅部２の出力側に設けられた振幅イコライザ４の帯域周波数における凹状通過振幅特性と最終段増幅部１の帯域周波数における凸状通過振幅特性との相殺で最終段増幅部１では飽和出力電力時に帯域周波数全域に亘り平坦な総合利得を得ることができる。
【００２４】
次に最終段増幅部１の温度特性と飽和出力電力との関係について図８を用いて説明する。図８は最終段増幅部１と第１前段増幅部２との間に振幅イコライザ４が接続された状態の各段増幅部の入出力特性を示したものである。図の上部に示す二本のグラフは最終段増幅部１の常温時の入出力特性（実線）および低温時の入出力特性（破線）の一例である。また、図８の下部に示す二本のグラフは第１前段増幅部２と振幅イコライザ４とが接続され、第１前段増幅部２の第２増幅素子２ａに第１温度補償回路５が接続された状態での第１前段増幅部２の常温時の入出力特性（一点鎖線）および低温時の入出力特性（破線）の一例である。
【００２５】
第１前段増幅部２と振幅イコライザ４とが接続された状態の入出力特性において、Ａは常温での飽和出力電力領域を示す。最終段増幅部１に入力され、増幅された最終段増幅部１の出力電力をＡで示す飽和出力電力（所望電力）とすると、第１前段増幅部２の入力電力が変化した場合でも、出力電力は略Ａのまま保たれるため、最終段増幅部１の入力電力は一定となり、帯域周波数における通過利得の変動が抑制される。
【００２６】
一方、低温時には最終段増幅部１の利得および飽和出力電力が増加することにより、最終段増幅部１の入力電力が一定のままである場合には、最終段増幅部１の出力電力は増加する。
【００２７】
そこで、第１前段増幅部２に第１温度補償回路５を設け、第１前段増幅部２と振幅イコライザ４とが接続された状態の入出力特性において、低温時にはＢで飽和するようにすると最終段増幅部１の入力電力もＢとなり、低温時の最終段増幅部１の出力電力は、ほぼ常温での出力電力と等しい所望の電力とすることができる。このような温度補償回路は、図６に示したように第１前段増幅部２のドレイン電圧を低下させることで低温時の飽和出力電力特性を維持する。又は図７に示したように第１前段増幅部２の第２増幅素子２ａの出力側に可変減衰器３０を設けて実施しても良い。
【００２８】
以上から飽和出力電力で動作する最終段増幅部１の出力は振幅イコライザ４で帯域周波数内において平坦化され、周囲温度が低下するにつれ第１温度補償回路５で第１前段増幅部２の出力を低下させるので、最終段増幅部１は常に一定の出力飽和レベルで作動することになり過剰電力による消費電力の増加や半導体増幅素子の耐電力オーバーによる不都合を防止できる効果がある。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態１では振幅イコライザと第１温度補償回路とを用いて一定の出力飽和レベルで作動するようにしたが、実施の形態２では振幅イコライザに温度補償回路を付加接続した場合について説明する。図９は、この発明の実施の形態２による半導体増幅装置のブロック構成図である。図９において、４０は最終段増幅部１と第１前段増幅部２との間に介在し、第１前段増幅部２からの高周波電力振幅を帯域幅内で抑圧する振幅イコライザ、５０は振幅イコライザ４０に接続した第２温度補償回路である。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３０】
図１０は振幅イコライザ４０と第２温度補償回路５０との関係を説明する図である。図１０において、第２温度補償回路５０の負温度特性サーミスタ（感温素子）２８の抵抗値変化をデジタル変換器２９で変換したデジタル信号を振幅イコライザ４０の共振インピーダンスを形成する線路の一部に直列接続にした可変抵抗減衰器３０の制御入力端子に接続する。可変抵抗減衰器３０は、１ｄＢ毎に減衰量を可変するプログラマブル型の可変減衰器であり、主線路１１と振幅イコライザ４０とを接続するワイヤなどの電気接続手段近傍の振幅イコライザ４０側に設けられる。図中、図７と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３１】
可変抵抗減衰器３０は、周囲温度が常温（２５℃など）から低温側に変化するときは共振インピーダンスを形成する線路のリアルインピーダンスだけ低下するようにすることで第２増幅素子２ａの出力整合回路２ｃの電力を一部だけ振幅イコライザ４０側に漏洩させることにより行われる。
【００３２】
すなわち、常温などにおける帯域中心周波数に減衰量の最大があるように共振インピーダンスの負荷Ｑ（品質係数）をあらかじめ設定し、低温時には振幅イコライザ４０側にワイヤを介して出力電力の一部を漏洩させる。
なお、感温素子２８は負特性サーミスタでなくとも温度による抵抗値の変化を有するものであれば正特性サーミスタを用いて回路構成しても良い。
【００３３】
以上からマイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性となる共振インピーダンスを形成する線路に直列接続した可変抵抗減衰器を付加した振幅イコライザを用いて、実施の形態１で説明した第１温度補償回路５に加えて振幅イコライザ４０に接続した第２温度補償回路５０を作動させることにより、周囲温度が低下するにつれて、第２増幅素子２ａの出力電力を低下させると共に可変抵抗減衰器３０の抵抗値を下げて第２増幅素子２ａの出力電力の一部を振幅イコライザ４０側にエネルギーを分岐放散させることにより第１増幅素子１ａの出力を飽和出力電力領域で維持することが可能である。
【００３４】
実施の形態３．
実施の形態２では振幅イコライザ４０に第２温度補償回路５０を付加接続した場合について説明したが、実施の形態３では、振幅イコライザに温度補償機能を設けたものについて説明する。図１１は、この発明の実施の形態３による半導体増幅装置のブロック構成図である。図１１において、１００は最終段増幅部１と第１前段増幅部２との間に介在し、第１前段増幅部２からの高周波電力振幅を帯域幅内で抑圧する振幅イコライザである。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３５】
図１２は主線路１１に振幅イコライザ１００を設置した振幅イコライザの平面図である。図１２において、１２０ｂは遷移金属酸化物を主体とし温度係数が（１，０００〜１０，０００／℃程度の厚膜感温材料などを基材に印刷した感温抵抗体膜である。なお、感温抵抗体膜１２０ｂを除き振幅イコライザ１００の他の構成は実施の形態１に示したものと同一である。すなわち、主線路１１の近傍に対向して設置したコプレナー線路１２は基材表面にストリップ線路１２ａ、感温抵抗体膜１２０ｂ、接地パターン１２ｃ及びビアホール１２ｄなどで回路構成される。また、実施の形態１同様にストリップ線路共振器１３は、単一又は複数の異なる特性インピーダンスの分布定数線路を繋ぎ合わせた線路で構成される。
図１３は、図１２に示した振幅イコライザ１００のＡ−Ａ断面図である。図中、図１２と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３６】
次に動作について説明する。図１４は実施の形態３による半導体増幅装置の振幅イコライザの等価回路図である。実施の形態２では、共振インピーダンスを形成する線路に可変抵抗減衰器３０を設置したが、図１２、図１３に示すコプレナー線路１２の感温抵抗体膜１２０ｂで自動的にコプレナー線路１２の線路インピーダンスを変化させるようにする。
【００３７】
すなわち、常温などにおける帯域中心周波数に一定量の減衰量があるように共振インピーダンスをあらかじめ設定し、低温時には帯域中心周波数付近に最大の減衰量があるように感温抵抗体膜１２０の抵抗値を変化させる。したがって第２増幅素子２ａの出力は振幅イコライザ１００側に一部漏洩する。
【００３８】
図１５は、最終段増幅部１の通過振幅と帯域周波数との関係を説明する図である。図１５において、最終段増幅部１は低温時には帯域中心周波数領域で利得が大幅に上昇するが、振幅イコライザ１００を用いて低温時に振幅イコライザ１００側に帯域中心周波数における減衰量の最大値を設定することにより、帯域周波数に全般に亘り平坦な周波数特性の最終段増幅部の総合利得を得ることができる。
【００３９】
以上からマイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性となる共振インピーダンスを形成する線路のコプレナー線路に感温抵抗体膜１２０ｂを設けた振幅イコライザを用いて、周囲温度が低下するにつれて、感温抵抗体膜１２０ｂの抵抗値を変化させて振幅イコライザ１００の帯域中心周波数領域の減衰量を増加させることにより第１増幅素子１ａの出力を飽和出力電力領域で維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体増幅装置のブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による半導体増幅装置の振幅イコライザの回路図であり、図２（ａ）は回路図、図２（ｂ）は等価回路である。
【図３】この発明の実施の形態１による半導体増幅装置の振幅イコライザの通過振幅を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１による半導体増幅装置の終段増幅部増幅素子単独の利得周波数特性である。
【図５】この発明の実施の形態１による半導体増幅装置の終段増幅部増幅素子の総合利得周波数特性である。
【図６】この発明の実施の形態１による半導体増幅装置の温度補償回路の回路図である。
【図７】この発明の実施の形態１による半導体増幅器装置の別の実施例としての温度補償回路の回路図である。
【図８】この発明の実施の形態１による半導体増幅装置の終段増幅部増幅素子の温度特性と飽和出力電力との関係について説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態２による半導体増幅装置のブロック構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による半導体増幅装置の振幅イコライザと温度補償回路との関係を説明する図である
【図１１】この発明の実施の形態３による半導体増幅装置のブロック構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態３による半導体増幅装置の振幅イコライザの平面図である。
【図１３】この発明の実施の形態３による半導体増幅装置の振幅イコライザの断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態３による半導体増幅装置の振幅イコライザの等価回路図である
【図１５】この発明の実施の形態３による半導体増幅装置の終段増幅部の通過振幅と帯域周波数との関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・最終段増幅部（終段増幅部） １ａ・・第１増幅素子（第１半導体増幅素子）
１ｂ・・入力整合回路 １ｃ・・出力整合回路
２・・前置増幅部（第１前段増幅部） ２ａ・・第２増幅素子（第２半導体増幅素子）
２ｂ・・入力整合回路 ２ｃ・・出力整合回路
３・・前置増幅部（第２前段増幅部） ３ａ・・第３増幅素子（第３半導体増幅素子）
３ｂ・・入力整合回路 ３ｃ・・出力整合回路
４・・振幅イコライザ ５・・温度補償回路（第１温度補償回路）
７・・出力端子 ８・・入力端子 １１・・主線路（伝送線路）
１２・・コプレナー線路 １２ａ・・ストリップ線路 １２ｂ・・抵抗体膜
１２ｃ・・接地パターン １２ｄ・・ビアホール
１２０ｂ・・感温抵抗体膜（感温素子）
１３・・ストリップ線路共振器（ストリップ共振器）
２０・・直流電源 ２１・・負温度特性サーミスタ（感温素子） ２２・・可変減衰器
２３・・伝送線路 ２４・・負温度特性サーミスタ（感温素子） ２５・・可変減衰器
２６・・伝送線路 ２７・・可変減衰器ＯＮ／ＯＦＦ選択部
２８・・負温度特性サーミスタ（感温素子） ２９・・デジタル変換器
３０・・可変抵抗減衰器 ４０・・振幅イコライザ
５０・・温度補償回路（第２温度補償回路） １００・・振幅イコライザ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダ装置や電子妨害装置（ＥＣＭ装置）などの送信増幅部に用いる半導体増幅装置に関し、特に高出力の多段の半導体増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にレーダ装置やＥＣＭ装置に搭載する送信機では、複数段の増幅器を直列接続し、高い電力利得で安定した送信電力の振幅を得るため、最終段の増幅器をコンプレッション動作させるものが用いられる。これらの多段増幅器では最終段増幅器の耐圧が所望の出力電力によって生ずる電圧振幅に対して十分にマージンがあるとは言えず、低温時の出力増加、出力インピーダンスの変化、又はインパルス状の波形印加により、半導体素子の耐圧を超える電圧振幅が生じ、素子の破損を引き起す原因となる。このような状況を解決する方法としては、従来から整合回路の最適化による保護が行われてきた。
【０００３】
特開平６−６９７３１号公報図１（特許文献１参照）には、多段増幅器の前段に入力電力に対する利得、通過位相特性が後段と逆特性となる増幅器を用い、後段増幅器の振幅歪、位相歪を前段増幅器で補償する半導体増幅器が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−６９７３１号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のものは、前段増幅器のバイアス条件を変化させたり、デュアルゲートＦＥＴを用いた可変利得増幅器とすることなどにより、位相歪や振幅歪を低減するものであるが、これらの増幅回路は基本的に飽和出力電力よりも十分に低い動作点での歪特性の改善の回路構成となっており、飽和領域での安定動作あるいは素子保護という観点からの動作上の考慮がなされたものではない。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、飽和領域で動作する増幅部の低温時の出力増加や出力インピーダンスの変化による消費電力や高調波レベルの大幅な変動、又は突発して発生するインパルス状の波形混入による半導体素子の破損を抑制する多段構成の半導体増幅装置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】
【０００７】
請求項１に係る半導体増幅装置は、高周波電力を出力する終段増幅部に設けられ、マイクロ波帯域の電力を飽和出力電力で増幅する温度特性を有する第１半導体増幅素子と、この第１半導体増幅素子に前置した前置増幅部に設けられ、高周波電力を増幅する入出力整合回路を有する第２半導体増幅素子と、この第２半導体増幅素子に接続され、感温素子の抵抗値変化で前記第２半導体増幅素子の出力電力を変化させる温度補償回路と、前記第１半導体増幅素子の入力側と前記第２半導体増幅素子の出力側との間に介在し、前記マイクロ波帯域の中心周波数に設定した共振インピーダンスの変化で前記マイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性を有する振幅イコライザとを備え、周囲温度が低下するにつれて前記第２半導体増幅素子の出力電力を低下させることにより前記第１半導体増幅素子の出力を前記飽和出力電力領域で維持するものである。
【０００８】
請求項２に係る半導体増幅装置は、高周波電力を出力する終段増幅部に設けられ、マイクロ波帯域の電力を飽和出力電力で増幅する温度特性を有する第１半導体増幅素子と、この第１半導体増幅素子に前置した前置増幅部に設けられ、高周波電力を増幅する入出力整合回路を有する第２半導体増幅素子と、この第２半導体増幅素子に接続され、第１感温素子の抵抗値変化で前記第２半導体増幅素子の出力電力を変化させる第１温度補償回路と、前記第１半導体増幅素子の入力側と前記第２半導体増幅素子の出力側との間に介在し、前記マイクロ波帯域の中心周波数に設定した共振インピーダンスの変化で前記マイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性を有し、共振インピーダンスを形成する線路に直列接続した可変抵抗減衰器を付加した振幅イコライザと、第２感温素子の抵抗値変化で前記可変抵抗減衰器の抵抗値を変化させる第２温度補償回路とを備え、周囲温度が低下するにつれて、前記第２半導体増幅素子の出力電力を低下させると共に前記可変抵抗減衰器の抵抗値を下げて前記第２半導体増幅素子の出力電力の一部を前記振幅イコライザ側に分岐させることにより前記第１半導体増幅素子の出力を前記飽和出力電力領域で維持するものである。
【０００９】
請求項３に係る半導体増幅装置は、高周波電力を出力する終段増幅部に設けられ、マイクロ波帯域の電力を飽和出力電力で増幅する温度特性を有する第１半導体増幅素子と、この第１半導体増幅素子に前置した前置増幅部に設けられ、高周波電力を増幅する入出力整合回路を有する第２半導体増幅素子と、前記第１半導体増幅素子の入力側と前記第２半導体増幅素子の出力側との間に介在し、表面にストリップ線路とこのストリップ線路に沿って感温抵抗体膜を介して両側から前記ストリップ線路を挟むように形成した接地パターンを含むコプレナー線路を有すると共に前記マイクロ波帯域の中心周波数に設定した共振インピーダンスの変化で前記マイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性を有する振幅イコライザとを備え、周囲温度が低下するにつれて前記感温抵抗体膜の抵抗値を変化させて前記振幅イコライザの最大減衰量を増加し前記第１半導体増幅素子の出力を前記飽和出力電力領域で維持するものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１による半導体増幅装置によれば、飽和出力電力で動作する終段増幅部の出力は振幅イコライザで帯域周波数内において平坦化され、周囲温度が低下するにつれて温度補償回路で前置増幅部の出力を低下させるので、終段増幅部は常に一定の出力飽和レベルで作動することになり過剰電力による消費電力の増加や半導体増幅素子の耐電力オーバーによる半導体増幅素子の破損や高調波の発生などの不都合を防止できる効果がある。
【００１１】
請求項２による半導体増幅装置によれば、飽和出力電力で動作する終段増幅部の出力は振幅イコライザで帯域周波数内において平坦化され、周囲温度が低下するにつれ第１温度補償回路で前置増幅部の出力を低下させると共に第２温度補償回路で制御される振幅イコライザ側の可変抵抗減衰器の抵抗値変化で共振インピーダンスを形成する線路に一部の電力を分岐させるので終段増幅部は常に一定の出力飽和レベルで作動することになり過剰電力による消費電力の増加や半導体増幅素子の耐電力オーバーによる不都合を２重に精度良く防止できる効果がある。
【００１２】
請求項３による半導体増幅装置によれば、飽和出力電力で動作する終段増幅部の出力は振幅イコライザで帯域周波数内において平坦化され、周囲温度が低下するにつれて振幅イコライザ側の感温抵抗体膜の抵抗値変化で振幅イコライザの最大減衰量を増加させるので、終段増幅部は常に一定の出力飽和レベルで作動することになり、特別な温度補償回路を付加せずとも過剰電力による消費電力の増加や半導体増幅素子の耐電力オーバーによる不都合を防止できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る半導体増幅装置ついて説明する。図１は、実施の形態１による半導体増幅装置のブロック構成図である。図１において、１は最終段増幅部（終段増幅部）であり、１ａはＭＯＳ型ＦＥＴやバイポーラ型半導体素子などを用いた第１増幅素子（第１半導体増幅素子）、１ｂは第１増幅素子１ａの入力側の入力整合回路、１ｃは第１増幅素子１ａの出力側の出力整合回路である。２は最終段増幅部１に前置された第１前段増幅部（前置増幅部）であり、２ａはＦＥＴなどを用いた第２増幅素子（第２半導体増幅素子）、２ｂは第２増幅素子２ａの入力側の入力整合回路、２ｃは第２増幅素子２ａの出力側の出力整合回路である。３は第１前段増幅部２に前置された第２前段増幅部であり、３ａはＦＥＴなどを用いた第３増幅素子（第３半導体増幅素子）、３ｂは第３増幅素子３ａの入力側の入力整合回路、３ｃは第３増幅素子３ａの出力側の出力整合回路である。
【００１４】
４は最終段増幅部１と第１前段増幅部２との間に介在し、第１前段増幅部２からの高周波電力振幅を帯域幅内で抑圧する振幅イコライザ、５は第１前段増幅部２の第２増幅素子２ａの電力増幅量を制御する第１温度補償回路（温度補償回路）、７は最終段増幅部１の出力端子であり、送信アンテナ素子などに接続される。８は第２前段増幅部３のマイクロ波電力信号の入力端子である。
【００１５】
図２は、実施の形態１による半導体増幅装置の振幅イコライザの回路図であり、図２（ａ）は回路図、図２（ｂ）は等価回路である。図２において、１１は最終段増幅部１と第１前段増幅部２との間にある振幅イコライザ４の伝送線路（主線路）、１２は主線路１１の近傍に対向して設置したコプレナー線路であり、基材表面にストリップ線路、抵抗体膜、接地パターン及びビアホールなどで回路構成され、１２ａはストリップ線路、１２ｂはストリップ線路１２に沿って外側にパターン形成した抵抗体膜、１２ｃは抵抗体膜１２ｂを介して両側からストリップ線路１２ａを挟むように形成した接地パターン、１２ｄは接地パターン１２ｃに設けられ基材裏面パターンと接続したビアホールである。１３は単一又は複数の異なる特性インピーダンスの分布定数線路を繋ぎ合わせた線路で構成されたコプレナー線路１２の基材裏面のパターンを含むストリップ線路共振器である。
【００１６】
次に振幅イコライザ４の動作について説明する。図２において、主線路１１側からストリップ線路共振器１３とコプレナー線路１２側を見たインピーダンス（Ｚｔ）は、ストリップ線路共振器１３の入力インピーダンス（Ｚｒ）とコプレナー線路１２の入力インピーダンス（Ｚｃ）との直列接続と見なすことができる。
【００１７】
例えば１〜３ＧＨｚのマイクロ波帯で数百ＭＨｚの所要周波数帯域を形成するストリップ線路共振器１３はマイクロ波の波長の電気長が１／４波長や３／４波長など、１／４波長の奇数倍の電気長になる周波数において共振し、そのとき主線路１１側の開放端での入力インピーダンスは無限大、すなわち、開放端の一点では開放状態となり、電流定在波の節となる。このとき、この分岐線路に高周波電流は流れ込まないことになる。このため、これに直列に接続されているコプレナー線路１２にも高周波電流は流れない。したがって主線路１１には並列に何も接続されていない状態と同様の状態となり、入力された信号は減衰することなく出力側に現れる。
【００１８】
上記の共振周波数以外の周波数ではストリップ線路共振器１３の開放端での入力インピーダンスは有限となり高周波電流が流れ込む。したがって、これに直列に接続されているコプレナー線路１２にも高周波電流が流れることになる。このため、主線路１１には並列に、コプレナー線路１２の入力インピーダンスの実部に相当した抵抗が並列接続された状態となり、入力された信号は減衰して出力側に現れる。図３は、通過帯域（帯域周波数）における振幅イコライザ４の通過振幅（振幅）を示したものである。この減衰の周波数特性の一例では各共振周波数ｆ１、ｆ２から離れるに従い減衰が大きくなり、両共振周波数の中心付近で減衰が最大となる特性となる。
【００１９】
図４は、最終段増幅部１の増幅素子１ａの単独利得（通過振幅）の周波数特性を示したものである。一般にマイクロ波回路に組み込まれたＧａＡｓ半導体などの高出力増幅素子は図４に示すように、所要周波数帯域の下限周波数ｆ１と上限周波数ｆ２との両端で利得が極小で、中心周波数近傍で最も利得が大きくなる特性を有する。振幅イコライザ４のストリップ線路共振器１３のＮ次共振周波数をｆ１、Ｎ＋１次の共振周波数をｆ２に設定するようにストリップ線路共振器１３の特性インピーダンスを調整すると、増幅素子と振幅イコライザ４とを直列に接続することにより総合利得周波数特性は図５に示すように平坦化できる。また、振幅イコライザ４の減衰量の最大値は、コプレナー線路１２の抵抗体膜１２ｂの材料定数、ストリップ線路１２ａのパターン幅、ストリップ線路１２ａと接地パターン１２ｃとの間隔により設定できる。
【００２０】
図６は、実施の形態１による半導体増幅装置の第１温度補償回路５の回路図である。図６において、２０は直流電源、２１は市販の負温度特性サーミスタ（感温素子）、２２は負温度特性サーミスタ２１の抵抗値に基づき第２増幅素子２ａのゲート端子にかかる入力電圧をＶｇ制御信号として変化させるアナログの可変減衰器（ＡＴＴ）、２３はＶｇ制御信号による第１温度補償回路５と第２増幅素子２ａとのインピーダンス調整用の伝送線路、２４は市販の負温度特性サーミスタ（感温素子）、２５は負温度サーミスタ２４の抵抗値に基づき第２増幅素子２ａのドレイン端子にかかる出力電圧をＶｄ制御信号として変化させるアナログの可変減衰器（ＡＴＴ）、２６はＶｄ制御信号による第１温度補償回路５と第２増幅素子２ａとのインピーダンス調整用の伝送線路である。２７は可変減衰器２２、２５の起動の有無を選択する可変減衰器ＯＮ／ＯＦＦ選択部であり、必要な場合に外部の制御信号により作動する。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２１】
次に第１温度補償回路５の動作について説明する。図６において負温度特性サーミスタ２１、２４は第１温度補償回路５周辺の環境温度（周囲温度）の変化により、温度上昇時は常温（２５℃）抵抗値とＢ定数で定まる値で漸増して抵抗値が上昇する。負温度特性サーミスタ２１に接続される可変減衰器２２は周囲温度の変化により第２増幅素子２ａのゲート電位を増減させる。同様に負温度特性サーミスタ２４に接続される可変減衰器２５は周囲温度の変化により第２増幅素子２ａのドレイン電位を増減させる。本実施の形態１では、いずれも温度上昇時は第２増幅素子２ａの出力が上昇するように設定され、温度下降時は第２増幅素子２ａの出力が下降（低下）するように設定される。したがってこの機能を満足すれば、負温度特性サーミスタ２１、２４は他の温度特性を有する感温素子を用いても良い。
【００２２】
次に周囲温度の低下時に第２増幅素子２ａの出力を低下させる別の手段について図７を用いて説明する。図７は、実施の形態１による半導体増幅器装置の別の実施例としての温度補償回路の回路図である。図７において、２８は負温度特性サーミスタ（感温素子）、２９は負温度特性サーミスタ２８のアナログ信号をデジタル変換するデジタル変換器、３０はデジタル変換器２９のデジタル信号により主線路１１に直接挿入した１ｄＢ毎に減衰量を可変するプログラマブル型の可変抵抗減衰器であり、この場合にも周囲温度の低下時は第２増幅素子２ａの出力も低下するように設定される。
【００２３】
以上から第１前段増幅部２の出力側に設けられた振幅イコライザ４の帯域周波数における凹状通過振幅特性と最終段増幅部１の帯域周波数における凸状通過振幅特性との相殺で最終段増幅部１では飽和出力電力時に帯域周波数全域に亘り平坦な総合利得を得ることができる。
【００２４】
次に最終段増幅部１の温度特性と飽和出力電力との関係について図８を用いて説明する。図８は最終段増幅部１と第１前段増幅部２との間に振幅イコライザ４が接続された状態の各段増幅部の入出力特性を示したものである。図の上部に示す二本のグラフは最終段増幅部１の常温時の入出力特性（実線）および低温時の入出力特性（破線）の一例である。また、図８の下部に示す二本のグラフは第１前段増幅部２と振幅イコライザ４とが接続され、第１前段増幅部２の第２増幅素子２ａに第１温度補償回路５が接続された状態での第１前段増幅部２の常温時の入出力特性（一点鎖線）および低温時の入出力特性（破線）の一例である。
【００２５】
第１前段増幅部２と振幅イコライザ４とが接続された状態の入出力特性において、Ａは常温での飽和出力電力領域を示す。最終段増幅部１に入力され、増幅された最終段増幅部１の出力電力をＡで示す飽和出力電力（所望電力）とすると、第１前段増幅部２の入力電力が変化した場合でも、出力電力は略Ａのまま保たれるため、最終段増幅部１の入力電力は一定となり、帯域周波数における通過利得の変動が抑制される。
【００２６】
一方、低温時には最終段増幅部１の利得および飽和出力電力が増加することにより、最終段増幅部１の入力電力が一定のままである場合には、最終段増幅部１の出力電力は増加する。
【００２７】
そこで、第１前段増幅部２に第１温度補償回路５を設け、第１前段増幅部２と振幅イコライザ４とが接続された状態の入出力特性において、低温時にはＢで飽和するようにすると最終段増幅部１の入力電力もＢとなり、低温時の最終段増幅部１の出力電力は、ほぼ常温での出力電力と等しい所望の電力とすることができる。このような温度補償回路は、図６に示したように第１前段増幅部２のドレイン電圧を低下させることで低温時の飽和出力電力特性を維持する。又は図７に示したように第１前段増幅部２の第２増幅素子２ａの出力側に可変減衰器３０を設けて実施しても良い。
【００２８】
以上から飽和出力電力で動作する最終段増幅部１の出力は振幅イコライザ４で帯域周波数内において平坦化され、周囲温度が低下するにつれ第１温度補償回路５で第１前段増幅部２の出力を低下させるので、最終段増幅部１は常に一定の出力飽和レベルで作動することになり過剰電力による消費電力の増加や半導体増幅素子の耐電力オーバーによる不都合を防止できる効果がある。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態１では振幅イコライザと第１温度補償回路とを用いて一定の出力飽和レベルで作動するようにしたが、実施の形態２では振幅イコライザに温度補償回路を付加接続した場合について説明する。図９は、この発明の実施の形態２による半導体増幅装置のブロック構成図である。図９において、４０は最終段増幅部１と第１前段増幅部２との間に介在し、第１前段増幅部２からの高周波電力振幅を帯域幅内で抑圧する振幅イコライザ、５０は振幅イコライザ４０に接続した第２温度補償回路である。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３０】
図１０は振幅イコライザ４０と第２温度補償回路５０との関係を説明する図である。図１０において、第２温度補償回路５０の負温度特性サーミスタ（感温素子）２８の抵抗値変化をデジタル変換器２９で変換したデジタル信号を振幅イコライザ４０の共振インピーダンスを形成する線路の一部に直列接続にした可変抵抗減衰器３０の制御入力端子に接続する。可変抵抗減衰器３０は、１ｄＢ毎に減衰量を可変するプログラマブル型の可変減衰器であり、主線路１１と振幅イコライザ４０とを接続するワイヤなどの電気接続手段近傍の振幅イコライザ４０側に設けられる。図中、図７と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３１】
可変抵抗減衰器３０は、周囲温度が常温（２５℃など）から低温側に変化するときは共振インピーダンスを形成する線路のリアルインピーダンスだけ低下するようにすることで第２増幅素子２ａの出力整合回路２ｃの電力を一部だけ振幅イコライザ４０側に漏洩させることにより行われる。
【００３２】
すなわち、常温などにおける帯域中心周波数に減衰量の最大があるように共振インピーダンスの負荷Ｑ（品質係数）をあらかじめ設定し、低温時には振幅イコライザ４０側にワイヤを介して出力電力の一部を漏洩させる。
なお、感温素子２８は負特性サーミスタでなくとも温度による抵抗値の変化を有するものであれば正特性サーミスタを用いて回路構成しても良い。
【００３３】
以上からマイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性となる共振インピーダンスを形成する線路に直列接続した可変抵抗減衰器を付加した振幅イコライザを用いて、実施の形態１で説明した第１温度補償回路５に加えて振幅イコライザ４０に接続した第２温度補償回路５０を作動させることにより、周囲温度が低下するにつれて、第２増幅素子２ａの出力電力を低下させると共に可変抵抗減衰器３０の抵抗値を下げて第２増幅素子２ａの出力電力の一部を振幅イコライザ４０側にエネルギーを分岐放散させることにより第１増幅素子１ａの出力を飽和出力電力領域で維持することが可能である。
【００３４】
実施の形態３．
実施の形態２では振幅イコライザ４０に第２温度補償回路５０を付加接続した場合について説明したが、実施の形態３では、振幅イコライザに温度補償機能を設けたものについて説明する。図１１は、この発明の実施の形態３による半導体増幅装置のブロック構成図である。図１１において、１００は最終段増幅部１と第１前段増幅部２との間に介在し、第１前段増幅部２からの高周波電力振幅を帯域幅内で抑圧する振幅イコライザである。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３５】
図１２は主線路１１に振幅イコライザ１００を設置した振幅イコライザの平面図である。図１２において、１２０ｂは遷移金属酸化物を主体とし温度係数が（１，０００〜１０，０００／℃程度の厚膜感温材料などを基材に印刷した感温抵抗体膜である。なお、感温抵抗体膜１２０ｂを除き振幅イコライザ１００の他の構成は実施の形態１に示したものと同一である。すなわち、主線路１１の近傍に対向して設置したコプレナー線路１２は基材表面にストリップ線路１２ａ、感温抵抗体膜１２０ｂ、接地パターン１２ｃ及びビアホール１２ｄなどで回路構成される。また、実施の形態１同様にストリップ線路共振器１３は、単一又は複数の異なる特性インピーダンスの分布定数線路を繋ぎ合わせた線路で構成される。
図１３は、図１２に示した振幅イコライザ１００のＡ−Ａ断面図である。図中、図１２と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３６】
次に動作について説明する。図１４は実施の形態３による半導体増幅装置の振幅イコライザの等価回路図である。実施の形態２では、共振インピーダンスを形成する線路に可変抵抗減衰器３０を設置したが、図１２、図１３に示すコプレナー線路１２の感温抵抗体膜１２０ｂで自動的にコプレナー線路１２の線路インピーダンスを変化させるようにする。
【００３７】
すなわち、常温などにおける帯域中心周波数に一定量の減衰量があるように共振インピーダンスをあらかじめ設定し、低温時には帯域中心周波数付近に最大の減衰量があるように感温抵抗体膜１２０の抵抗値を変化させる。したがって第２増幅素子２ａの出力は振幅イコライザ１００側に一部漏洩する。
【００３８】
図１５は、最終段増幅部１の通過振幅と帯域周波数との関係を説明する図である。図１５において、最終段増幅部１は低温時には帯域中心周波数領域で利得が大幅に上昇するが、振幅イコライザ１００を用いて低温時に振幅イコライザ１００側に帯域中心周波数における減衰量の最大値を設定することにより、帯域周波数に全般に亘り平坦な周波数特性の最終段増幅部の総合利得を得ることができる。
【００３９】
以上からマイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性となる共振インピーダンスを形成する線路のコプレナー線路に感温抵抗体膜１２０ｂを設けた振幅イコライザを用いて、周囲温度が低下するにつれて、感温抵抗体膜１２０ｂの抵抗値を変化させて振幅イコライザ１００の帯域中心周波数領域の減衰量を増加させることにより第１増幅素子１ａの出力を飽和出力電力領域で維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体増幅装置のブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による半導体増幅装置の振幅イコライザの回路図であり、図２（ａ）は回路図、図２（ｂ）は等価回路である。
【図３】この発明の実施の形態１による半導体増幅装置の振幅イコライザの通過振幅を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１による半導体増幅装置の終段増幅部増幅素子単独の利得周波数特性である。
【図５】この発明の実施の形態１による半導体増幅装置の終段増幅部増幅素子の総合利得周波数特性である。
【図６】この発明の実施の形態１による半導体増幅装置の温度補償回路の回路図である。
【図７】この発明の実施の形態１による半導体増幅器装置の別の実施例としての温度補償回路の回路図である。
【図８】この発明の実施の形態１による半導体増幅装置の終段増幅部増幅素子の温度特性と飽和出力電力との関係について説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態２による半導体増幅装置のブロック構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による半導体増幅装置の振幅イコライザと温度補償回路との関係を説明する図である
【図１１】この発明の実施の形態３による半導体増幅装置のブロック構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態３による半導体増幅装置の振幅イコライザの平面図である。
【図１３】この発明の実施の形態３による半導体増幅装置の振幅イコライザの断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態３による半導体増幅装置の振幅イコライザの等価回路図である
【図１５】この発明の実施の形態３による半導体増幅装置の終段増幅部の通過振幅と帯域周波数との関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・最終段増幅部（終段増幅部） １ａ・・第１増幅素子（第１半導体増幅素子）
１ｂ・・入力整合回路 １ｃ・・出力整合回路
２・・前置増幅部（第１前段増幅部） ２ａ・・第２増幅素子（第２半導体増幅素子）
２ｂ・・入力整合回路 ２ｃ・・出力整合回路
３・・前置増幅部（第２前段増幅部） ３ａ・・第３増幅素子（第３半導体増幅素子）
３ｂ・・入力整合回路 ３ｃ・・出力整合回路
４・・振幅イコライザ ５・・温度補償回路（第１温度補償回路）
７・・出力端子 ８・・入力端子 １１・・主線路（伝送線路）
１２・・コプレナー線路 １２ａ・・ストリップ線路 １２ｂ・・抵抗体膜
１２ｃ・・接地パターン １２ｄ・・ビアホール
１２０ｂ・・感温抵抗体膜（感温素子）
１３・・ストリップ線路共振器（ストリップ共振器）
２０・・直流電源 ２１・・負温度特性サーミスタ（感温素子） ２２・・可変減衰器
２３・・伝送線路 ２４・・負温度特性サーミスタ（感温素子） ２５・・可変減衰器
２６・・伝送線路 ２７・・可変減衰器ＯＮ／ＯＦＦ選択部
２８・・負温度特性サーミスタ（感温素子） ２９・・デジタル変換器
３０・・可変抵抗減衰器 ４０・・振幅イコライザ
５０・・温度補償回路（第２温度補償回路） １００・・振幅イコライザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力を出力する終段増幅部に設けられ、マイクロ波帯域の電力を飽和出力電力で増幅する温度特性を有する第１半導体増幅素子と、この第１半導体増幅素子に前置した前置増幅部に設けられ、高周波電力を増幅する入出力整合回路を有する第２半導体増幅素子と、この第２半導体増幅素子に接続され、感温素子の抵抗値変化で前記第２半導体増幅素子の出力電力を変化させる温度補償回路と、前記第１半導体増幅素子の入力側と前記第２半導体増幅素子の出力側との間に介在し、前記マイクロ波帯域の中心周波数に設定した共振インピーダンスの変化で前記マイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性を有する振幅イコライザとを備え、周囲温度が低下するにつれて前記第２半導体増幅素子の出力電力を低下させることにより前記第１半導体増幅素子の出力を前記飽和出力電力領域で維持する半導体増幅装置。
【請求項２】
高周波電力を出力する終段増幅部に設けられ、マイクロ波帯域の電力を飽和出力電力で増幅する温度特性を有する第１半導体増幅素子と、この第１半導体増幅素子に前置した前置増幅部に設けられ、高周波電力を増幅する入出力整合回路を有する第２半導体増幅素子と、この第２半導体増幅素子に接続され、第１感温素子の抵抗値変化で前記第２半導体増幅素子の出力電力を変化させる第１温度補償回路と、前記第１半導体増幅素子の入力側と前記第２半導体増幅素子の出力側との間に介在し、前記マイクロ波帯域の中心周波数に設定した共振インピーダンスの変化で前記マイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性を有し、共振インピーダンスを形成する線路に直列接続した可変抵抗減衰器を付加した振幅イコライザと、第２感温素子の抵抗値変化で前記可変抵抗減衰器の抵抗値を変化させる第２温度補償回路とを備え、周囲温度が低下するにつれて、前記第２半導体増幅素子の出力電力を低下させると共に前記可変抵抗減衰器の抵抗値を下げて前記第２半導体増幅素子の出力電力の一部を前記振幅イコライザ側に分岐させることにより前記第１半導体増幅素子の出力を前記飽和出力電力領域で維持する半導体増幅装置。
【請求項３】
高周波電力を出力する終段増幅部に設けられ、マイクロ波帯域の電力を飽和出力電力で増幅する温度特性を有する第１半導体増幅素子と、この第１半導体増幅素子に前置した前置増幅部に設けられ、高周波電力を増幅する入出力整合回路を有する第２半導体増幅素子と、前記第１半導体増幅素子の入力側と前記第２半導体増幅素子の出力側との間に介在し、表面にストリップ線路とこのストリップ線路に沿って感温抵抗体膜を介して両側から前記ストリップ線路を挟むように形成した接地パターンを含むコプレナー線路を有すると共に前記マイクロ波帯域の中心周波数に設定した共振インピーダンスの変化で前記マイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性を有する振幅イコライザとを備え、周囲温度が低下するにつれて前記感温抵抗体膜の抵抗値を変化させて前記振幅イコライザの最大減衰量を増加し前記第１半導体増幅素子の出力を前記飽和出力電力領域で維持する半導体増幅装置。
【請求項１】
高周波電力を出力する終段増幅部に設けられ、マイクロ波帯域の電力を飽和出力電力で増幅する温度特性を有する第１半導体増幅素子と、この第１半導体増幅素子に前置した前置増幅部に設けられ、高周波電力を増幅する入出力整合回路を有する第２半導体増幅素子と、この第２半導体増幅素子に接続され、感温素子の抵抗値変化で前記第２半導体増幅素子の出力電力を変化させる温度補償回路と、前記第１半導体増幅素子の入力側と前記第２半導体増幅素子の出力側との間に介在し、前記マイクロ波帯域の中心周波数に設定した共振インピーダンスの変化で前記マイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性を有する振幅イコライザとを備え、周囲温度が低下するにつれて前記第２半導体増幅素子の出力電力を低下させることにより前記第１半導体増幅素子の出力を前記飽和出力電力領域で維持する半導体増幅装置。
【請求項２】
高周波電力を出力する終段増幅部に設けられ、マイクロ波帯域の電力を飽和出力電力で増幅する温度特性を有する第１半導体増幅素子と、この第１半導体増幅素子に前置した前置増幅部に設けられ、高周波電力を増幅する入出力整合回路を有する第２半導体増幅素子と、この第２半導体増幅素子に接続され、第１感温素子の抵抗値変化で前記第２半導体増幅素子の出力電力を変化させる第１温度補償回路と、前記第１半導体増幅素子の入力側と前記第２半導体増幅素子の出力側との間に介在し、前記マイクロ波帯域の中心周波数に設定した共振インピーダンスの変化で前記マイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性を有し、共振インピーダンスを形成する線路に直列接続した可変抵抗減衰器を付加した振幅イコライザと、第２感温素子の抵抗値変化で前記可変抵抗減衰器の抵抗値を変化させる第２温度補償回路とを備え、周囲温度が低下するにつれて、前記第２半導体増幅素子の出力電力を低下させると共に前記可変抵抗減衰器の抵抗値を下げて前記第２半導体増幅素子の出力電力の一部を前記振幅イコライザ側に分岐させることにより前記第１半導体増幅素子の出力を前記飽和出力電力領域で維持する半導体増幅装置。
【請求項３】
高周波電力を出力する終段増幅部に設けられ、マイクロ波帯域の電力を飽和出力電力で増幅する温度特性を有する第１半導体増幅素子と、この第１半導体増幅素子に前置した前置増幅部に設けられ、高周波電力を増幅する入出力整合回路を有する第２半導体増幅素子と、前記第１半導体増幅素子の入力側と前記第２半導体増幅素子の出力側との間に介在し、表面にストリップ線路とこのストリップ線路に沿って感温抵抗体膜を介して両側から前記ストリップ線路を挟むように形成した接地パターンを含むコプレナー線路を有すると共に前記マイクロ波帯域の中心周波数に設定した共振インピーダンスの変化で前記マイクロ波帯域の中心周波数領域で最大減衰する通過振幅特性を有する振幅イコライザとを備え、周囲温度が低下するにつれて前記感温抵抗体膜の抵抗値を変化させて前記振幅イコライザの最大減衰量を増加し前記第１半導体増幅素子の出力を前記飽和出力電力領域で維持する半導体増幅装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−２２４９７０（Ｐ２００９−２２４９７０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６５７４８（Ｐ２００８−６５７４８）
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]