高周波増幅器及び整合回路
【課題】全てのトランジスタに対して最適かつ等位相で高調波を反射させ、高い出力かつ高い効率で動作する高周波増幅器を得る。
【解決手段】ＦＥＴ１Ａのドレイン（Ｄ）に一端が接続された四角形線路部５Ａ、ＦＥＴ１ＢのＤに一端が接続された四角形線路部５Ｂ、並びに四角形線路部５Ａ及び５Ｂの他端を接続する弓形線路部５Ｃを有する伝送線路５と、四角形線路部５Ａ及び５Ｂの間に配置された伝送線路６Ｂと、四角形線路部５Ａに対して伝送線路６Ｂと反対側に配置された伝送線路６Ａと、四角形線路部５Ｂに対して伝送線路６Ｂと反対側に配置された伝送線路６Ｃとを備え、伝送線路６Ａ、６Ｂ、６Ｃの電気長は、高調波の１／４波長であり、伝送線路６Ａ、６Ｂ、６Ｃのそれぞれのビアホール７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、伝送線路６Ａ、６Ｂ、６Ｃの一端に接続される。
【解決手段】ＦＥＴ１Ａのドレイン（Ｄ）に一端が接続された四角形線路部５Ａ、ＦＥＴ１ＢのＤに一端が接続された四角形線路部５Ｂ、並びに四角形線路部５Ａ及び５Ｂの他端を接続する弓形線路部５Ｃを有する伝送線路５と、四角形線路部５Ａ及び５Ｂの間に配置された伝送線路６Ｂと、四角形線路部５Ａに対して伝送線路６Ｂと反対側に配置された伝送線路６Ａと、四角形線路部５Ｂに対して伝送線路６Ｂと反対側に配置された伝送線路６Ｃとを備え、伝送線路６Ａ、６Ｂ、６Ｃの電気長は、高調波の１／４波長であり、伝送線路６Ａ、６Ｂ、６Ｃのそれぞれのビアホール７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、伝送線路６Ａ、６Ｂ、６Ｃの一端に接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主としてＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯及びミリ波帯で使用される高周波増幅器に関し、特に、高周波増幅器を構成する出力整合回路などの整合回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マイクロ波高出力増幅器においては、トランジスタを高効率に動作させるために、高調波をトランジスタに最適な位相で反射させる高調波処理という技術が用いられる。しかしながら、高調波処理回路は高調波を最適な位相で反射させなくてはならないため、回路サイズが大きくなるという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するために、結合線路を用いた小型な高調波処理回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１４は、提案された増幅器の構成を示す図である。この増幅器は、基本的にトランジスタと結合線路のみから構成されている。図１４において、増幅器は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１と、基本波ｆの伝送線路２と、高調波ｎｆの共振器３が設けられている。共振器３の線路長は、高調波ｎｆの波長λｎｆのλｎｆ／４であり、一端が接地されている。
【０００４】
次に、増幅器の動作について説明する。まず、基本波について考える。ＦＥＴ１に入力された電力はＦＥＴ１で増幅され、伝送線路２に出力される。その電力は伝送線路２を通って外部に出力される。
【０００５】
続いて、高調波について考える。高調波において、共振器３は共振し、また、伝送線路２と共振器３は電磁的に結合するので、ＦＥＴ１から結合線路側を見た高調波インピーダンスは短絡条件となる。従って、ＦＥＴ１で生じた高調波はＦＥＴ１側に全反射する。これにより、高調波処理の効果が得られ、ＦＥＴ１の効率を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１３９５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、高出力化のためにトランジスタ（ＦＥＴ）を並列接続する場合、従来構成では、全てのトランジスタに対して第２高調波（２倍波）の反射位相をそろえることができず、トランジスタを均一に高い効率で動作させることが困難であった。図１５は、トランジスタ（ＦＥＴ）を並列接続した増幅器の構成を示す図である。
【０００８】
図１５において、増幅器は、４つのＦＥＴ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄと結合線路から構成されている。ＦＥＴ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄで生じた２倍波（２ｆ０）は、結合線路によって、矢印の方向に反射される。ＦＥＴの位置によって、矢印の長さが異なるので、反射位相が異なることが分かる。このため、従来構成では、トランジスタを並列接続（合成）する場合、トランジスタ毎に高調波処理の効果が異なり、全てのトランジスタを均一に高い効率で動作できないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、トランジスタを並列合成する高周波増幅器において、全てのトランジスタに対して最適かつ等位相で高調波を反射させ、高い出力かつ高い効率で動作する高周波増幅器及び整合回路を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る高周波増幅器は、第１の入力端子、第１の出力端子及び第１の接地端子を有する第１のトランジスタと、第２の入力端子、第２の出力端子及び第２の接地端子を有する第２のトランジスタと、前記第１の出力端子に一端が接続された第１の四角形線路部、前記第２の出力端子に一端が接続された第２の四角形線路部、並びに前記第１の四角形線路部の他端及び前記第２の四角形線路部の他端を接続する弓形線路部を有する第１の伝送線路と、前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の間に前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部に沿って配置された第２の伝送線路と、前記第１の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第１の四角形線路部に沿って配置された第３の伝送線路と、前記第２の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第２の四角形線路部に沿って配置された第４の伝送線路とを備え、前記第２、第３及び第４の伝送線路の電気長は、高調波の１／４波長であり、前記第２、第３及び第４の伝送線路のそれぞれの接地部は、前記第１及び第２のトランジスタ側の前記第２、第３及び第４の伝送線路の一端に接続されたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る高周波増幅器によれば、トランジスタを並列合成する高周波増幅器において、全てのトランジスタに対して最適かつ等位相で高調波を反射させ、高出力かつ高効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図２】図１の高周波増幅器の等価回路を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の２倍波（２ｆ０）インピーダンスの計算結果を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る高周波増幅器の２倍波（２ｆ０）インピーダンスの計算結果を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態６に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態７に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態８に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態９に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態１０に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図１４】従来の電力増幅器の構成を示す図である。
【図１５】トランジスタ（ＦＥＴ）を並列接続した従来の電力増幅器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の高周波増幅器の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１４】
図１から図１３を用いて本発明の実施の形態について、複数のトランジスタとそれらを並列合成するための電力分配回路、及び電力合成回路から構成される高周波増幅器について説明する。電力分配回路は、一般に入力整合回路に相当し、電力合成回路は、出力整合回路に相当する。各実施の形態では、トランジスタとして、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いる場合を説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＦＥＴに代えてバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Heterojunction Bipolar Transistor）を用いる場合にも同様に適用可能である。また、各実施の形態では、出力整合回路を例に説明しているが本発明は出力整合回路だけでなく、入力整合回路や段間整合回路などすべての整合回路に適用可能である。さらに、各実施の形態では、２合成増幅器の場合について説明しているが、Ｎ（Ｎ＞３）合成増幅器に適用可能である。なお、各実施の形態を示す図において共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略している。
【００１５】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る高周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に係る高周波増幅器の構成を示す図である。図２は、図１の高周波増幅器の等価回路を示す図である。
【００１６】
図１において、高周波増幅器は、増幅回路と、出力整合回路とが設けられている。
【００１７】
増幅回路は、ゲート端子（第１の入力端子）、ドレイン端子（第１の出力端子）及びソース端子（第１の接地端子）を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（第１のトランジスタ）１Ａと、ゲート端子（第２の入力端子）、ドレイン端子（第２の出力端子）及びソース端子（第２の接地端子）を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（第２のトランジスタ）１Ｂとが設けられている。
【００１８】
出力整合回路は、アルファベットの大文字の略Ｕ字状の伝送線路（第１の伝送線路）５と、伝送線路５に沿って略平行に３本の伝送線路（第３の伝送線路）６Ａ、伝送線路（第２の伝送線路）６Ｂ、伝送線路（第４の伝送線路）６Ｃが基板上に設けられている。
【００１９】
伝送線路５の第１の入力端５ａはＦＥＴ１Ａのドレイン端子に、第２の入力端５ｂはＦＥＴ１Ｂのドレイン端子に、出力端５ｃは出力端子４にそれぞれ接続されている。また、伝送線路６Ａ、６Ｂ、６Ｃの一端（図上左端）には、ビアホール（スルーホール又はビア）（接地部）７Ａ、７Ｂ、７Ｃがそれぞれ接続されショートスタブを構成し、それぞれＧＮＤと繋がっている。また、伝送線路５は伝送線路６Ａ、６Ｂ、６Ｃと結合線路を構成している。
【００２０】
なお、伝送線路６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）の電気長は、第２高調波（２倍波）において、第２高調波の波長λのλ／４である。第ｎ高調波（ｎ倍波）について反射させたいときは、第ｎ高調波の波長λのλ／４とすれば良い。すなわち、伝送線路６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）の電気長は、高調波の１／４波長である。
【００２１】
また、略Ｕ字状の伝送線路５は、長方形などの四角形状の四角形線路部（第１の四角形線路部）５Ａと、この四角形線路部５Ａと略平行な長方形などの四角形状の四角形線路部（第２の四角形線路部）５Ｂと、両者を接続する弓形状の弓形線路部５Ｃとから構成されている。伝送線路５の四角形線路部５Ａ、５Ｂの線路幅Ｗ１と長方形などの四角形の伝送線路６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）の線路幅Ｗ２は、図上ではＷ１＞Ｗ２であるが、Ｗ１＝Ｗ２や、Ｗ１＜Ｗ２でも良い。伝送線路５の出力端５ｃ側の弓形線路部５Ｃの外側の２箇所の円弧部分は、直角でも良い。また、伝送線路５の出力端５ｃ側の弓形線路部５Ｃの内側の２箇所の直角部分は、円弧でも良い。
【００２２】
つぎに、この実施の形態１に係る高周波増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
まず、基本波（ｆ０）について考える。高周波増幅器に周波数ｆ０の電力を入力すると、その電力は、入力端子（省略）から入力整合回路（省略）を通って、ＦＥＴ１Ａ、１Ｂのゲート端子に入力される。その電力は、ＦＥＴ１Ａ、１Ｂにおいて増幅され、ＦＥＴ１Ａ、１Ｂのドレイン端子から出力される。その出力された電力は、伝送線路５、６から構成される出力整合回路で合成され、出力端子４に出力される。これが、本増幅器の基本波の動作である。
【００２４】
続いて、２倍波（２ｆ０）の動作について考える。本実施の形態１では、伝送線路５と伝送線路６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）が結合線路を構成している。上述したように、伝送線路６の電気長が２倍波（２ｆ０）でおおよそλ（波長）／４だとすると、結合線路の２倍波（２ｆ０）に対するインピーダンスは、短絡や開放（図１は短絡）という全反射条件となる。従って、ＦＥＴ１Ａ、１Ｂで生じた２倍波は、結合線路によって最適な条件（例えば、短絡条件）で反射される。また、本実施の形態１は、ＦＥＴ１Ａ、１Ｂに対して、それぞれ結合線路を装荷しているので、ＦＥＴの場所によって２倍波の反射位相が異なるという上述したような問題は生ぜず、等しい位相でＦＥＴに反射させることができる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態１は、複数のトランジスタを合成するような高周波増幅器であっても、全てのトランジスタに対して最適かつ等位相で２倍波を反射することができるので、高出力かつ高効率な特性を同時に実現できる。
【００２６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る高周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に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００２７】
図３において、この実施の形態２の基本構成は、上記の実施の形態１と同様であるが、ビアホール７（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ）の位置が異なっている。図１では、トランジスタ（ＦＥＴ１Ａ、１Ｂ）側にビアホール７が配置されているのに対して、図３では、出力端子４側にビアホール７が配置されている。
【００２８】
つぎに、この実施の形態２に係る高周波増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
この実施の形態２の基本的な動作は、上記の実施の形態１と同じである。ただし、ビアホール７の位置が異なるため、２倍波に対する反射位相は、上記の実施の形態１と比べて１８０°異なる。つまり、２倍波に対するインピーダンスは、上記の実施の形態１の場合では短絡であるのに対して、この実施の形態２では開放となる。これは、トランジスタの２倍波の最適インピーダンスが、開放となる場合に有効である。なお、トランジスタの２倍波の最適インピーダンスは、周波数やトランジスタの寄生成分によって異なるため、開放条件が最適となる場合もある。
【００３０】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る高周波増幅器について図４から図６まで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に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００３１】
この実施の形態３の基本構成は、上記の実施の形態１と同様であるが、伝送線路５の四角形線路部５Ａ、５Ｂにおいて、中央の伝送線路６Ｂの他端の先端に対向する部分が凹んでいる点が異なる。この凹んでいる部分を、伝送線路５の凹部５Ｄ、５Ｅと呼ぶ。
【００３２】
本実施の形態３の構成においても、上記の実施の形態１と同様の効果を有する。さらに、本実施の形態３は、上記の実施の形態１において設計条件によっては生じうる２倍波（２ｆ０）の共振を防ぐ効果も有する。
【００３３】
この２倍波の共振について説明する。上記の実施の形態１の等価回路を示す図２において、外側の伝送線路６Ａ、６Ｃと伝送線路５（四角形線路部５Ａ、５Ｂ）の結合容量をＣ１とし、中央の伝送線路６Ｂと伝送線路５（四角形線路部５Ａ、５Ｂ）の結合容量をＣ２とする。通常、Ｃ１≠Ｃ２である。なぜなら、中央の伝送線路６Ｂは、両側に伝送線路５があるのに対して、外側の伝送線路６Ａ、６Ｃは片側にしか伝送線路５がなく、結合量が異なるからである。
【００３４】
次に、相互インダクタンスを考えると、外側の伝送線路６Ａ、６Ｃと伝送線路５（四角形線路部５Ａ、５Ｂ）の相互インダクタンスはＭ１、中央の伝送線路６Ｂと伝送線路５（四角形線路部５Ａ、５Ｂ）の相互インダクタンスはＭ２となる。結合容量と同様に、通常、Ｍ１≠Ｍ２である。伝送線路６Ａ、６Ｃと伝送線路５（四角形線路部５Ａ、５Ｂ）で構成される外側の結合線路と内側の結合線路の２倍波（２ｆ０）インピーダンスをそれぞれ、Ｚ１２ｆ０、Ｚ２２ｆ０とする。それらのインピーダンスは、結合容量Ｃと相互インダクタンスＭから計算される共振周波数ωＲを用いて、次のように表現できると考えられる。ここで、Ｚは共振周波数ωＲと周波数ωをパラメータとする関数である。
【００３５】
【数１】
【００３６】
ここで、
【００３７】
【数２】
【００３８】
である。
【００３９】
【数３】
【００４０】
ここで、
【００４１】
【数４】
【００４２】
である。
【００４３】
上述したように、Ｃ１≠Ｃ２、Ｍ１≠Ｍ２であるから、一般に、ωＲ１≠ωＲ２であり、Ｚ１２ｆ０≠Ｚ２２ｆ０である。従って、その差異が大きい場合、帯域内に共振が生じうる。トランジスタから整合回路側を見た２倍波（２ｆ０）のインピーダンスの計算結果を図５に示す。２倍波（２ｆ０）の帯域内に共振が生じていることが分かる。共振が生じると２倍波の反射量が減るため、高調波処理の効果が得られなくなり、トランジスタを高効率動作させられなくなる。
【００４４】
本実施の形態３は、この共振を防ぐことができる。伝送線路５において、中央の伝送線路６Ｂの先端部に対向する部分に凹部５Ｄ、５Ｅを設けると、外側の結合容量と内側の結合容量を独立に変化させることができる。これにより、ωＲ１≒ωＲ２になるように、Ｃ２⇒£Ｃ２’とすれば、両者（Ｚ１２ｆ０とＺ２２ｆ０）のインピーダンスは一致し、共振を防ぐことができる。本実施の形態３の２倍波（２ｆ０）インピーダンスの計算結果を図６に示す。２倍波の帯域内に共振はなく、全反射条件となっていることがわかる。伝送線路６Ｂの電界が集中する先端部に対向する部分を凹ませることにより、結合容量を効果的に変化させている。このように、本実施の形態３では、２倍波（２ｆ０）の共振を防ぐことができ、トランジスタの高効率動作を図ることができる。
【００４５】
また、本実施の形態３は、基本波（ｆ０）の位相偏差も低減できる効果も有する。通常、高周波電流の位相は外側と内側で異なり、外側の方が、位相が回っていることが多い。これは、外側の方が内側より経路が長く見えるためである。本実施の形態３では、伝送線路５の内側に凹部５Ｄ、５Ｅを設けることによって、内側の経路を長くし、外側と内側の位相偏差を低減している。これにより、基本波（ｆ０）の増幅器の高出力化、高効率化を実現できる。なお、図６において、計算結果でインピーダンスが短絡条件や開放条件からずれているのは、トランジスタと伝送線路間のワイヤ等も考慮しているためである。
【００４６】
なお、伝送線路６Ｂの他端の先端部に対向する部分である、伝送線路５の四角形線路部５Ａ、５Ｂの内側に凹部５Ｄ、５Ｅを設ける代わりに、凸部を設けても良い。
【００４７】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る高周波増幅器について図７を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態４に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００４８】
この実施の形態４の基本構成は、上記の実施の形態３と同様であるが、伝送線路６に接続されているビアホール７の位置が異なる。
【００４９】
この実施の形態４の基本的な動作は、上記の実施の形態３と同じである。ただし、ビアホール７の位置が異なるため、２倍波に対する反射位相は、上記の実施の形態３と比べて１８０°異なる。つまり、２倍波に対するインピーダンスは、上記の実施の形態３の場合、短絡であるのに対して、この実施の形態４では開放となる。本実施の形態４の構成においても、２倍波（２ｆ０）の反射位相は異なるものの、上記の実施の形態３と同様の効果を有し、２倍波の共振を防ぎ、全てのトランジスタを高効率動作させることができる。
【００５０】
なお、上記の実施の形態３と同様に、伝送線路６Ｂの他端の先端部に対向する部分である、伝送線路５の四角形線路部５Ａ、５Ｂの内側に凹部５Ｄ、５Ｅを設ける代わりに、凸部を設けても良い。
【００５１】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器について図８を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００５２】
この実施の形態５の基本構成は、上記の実施の形態１と同様であるが、伝送線路５の四角形線路部５Ａ、５Ｂにおいて、外側の伝送線路６Ａ、６Ｃの一端の先端に対向する部分が凹んでいる点が異なる。この凹んでいる部分を、伝送線路５の凹部５Ｆ、５Ｇと呼ぶ。
【００５３】
本実施の形態５の構成においても、上記の実施の形態３と同様の効果を有する。ただし、上記の実施の形態３では、外側の結合線路と内側の結合線路の結合容量を変えて２倍波（２ｆ０）の共振を防いでいるのに対して、本実施の形態５では、外側の結合線路と内側の結合線路の相互インダクタンスを変えて共振を防いでいる。これは、式（１）、（２）において、Ｍ１⇒Ｍ１’とすることによって、ωＲ１≒ωＲ２を実現していることを意味する。伝送線路６の電流分布が最も大きい先端の部分に凹部５Ｆ、５Ｇを形成することによって、相互インダクタンスを効果的に変化させている。
【００５４】
なお、伝送線路６Ａ、６Ｃの先端に対向する部分である、伝送線路５の四角形線路部５Ａ、５Ｂの外側に凹部５Ｆ、５Ｇを設ける代わりに、凸部を設けても良い。
【００５５】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係る高周波増幅器について図９を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施の形態６に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００５６】
この実施の形態６の基本構成は、上記の実施の形態５と同様であるが、伝送線路６に接続されているビアホール７の位置が異なる。
【００５７】
この実施の形態６の基本的な動作は、上記の実施の形態５と同じである。ただし、ビアホール７の位置が異なるため、２倍波に対する反射位相は、上記の実施の形態５と比べて１８０°異なる。つまり、２倍波に対するインピーダンスは、上記の実施の形態５の場合、短絡であるのに対して、この実施の形態６では開放となる。本実施の形態６の構成においても、２倍波（２ｆ０）の反射位相は異なるものの、上記の実施の形態５と同様の効果を有し、２倍波の共振を防ぎ、全てのトランジスタを高効率動作させることができる。
【００５８】
なお、上記の実施の形態５と同様に、伝送線路６Ａ、６Ｃの先端に対向する部分である、伝送線路５の四角形線路部５Ａ、５Ｂの外側に凹部５Ｆ、５Ｇを設ける代わりに、凸部を設けても良い。
【００５９】
実施の形態７．
この発明の実施の形態７に係る高周波増幅器について図１０を参照しながら説明する。図１０は、この発明の実施の形態７に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００６０】
この実施の形態７では、中央の伝送線路６Ｂの他端（図上右端）の先端部分が、線路幅Ｗ２よりも狭い線路幅の幅狭部６ｘとなっている。
【００６１】
この実施の形態７の構成においても、上記の実施の形態１と同様の効果を有する。伝送線路６Ｂの電界分布が最も大きい先端部分に凹みである、幅狭部６ｘを形成することによって、結合容量を効果的に変化させている。
【００６２】
なお、中央の伝送線路６Ｂの他端の先端部分が、幅狭部６ｘの代わりに、線路幅Ｗ２よりも広い幅広部としても良い。
【００６３】
実施の形態８．
この発明の実施の形態８に係る高周波増幅器について図１１を参照しながら説明する。図１１は、この発明の実施の形態８に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００６４】
この実施の形態８では、中央の伝送線路６Ｂの一端（図上左端）の先端部分が、線路幅Ｗ２よりも狭い幅狭部６ｙとなっている。
【００６５】
この実施の形態８の基本構成は、上記の実施の形態７と同様であるが、伝送線路６に接続されているビアホール７の位置が異なる。
【００６６】
本実施の形態８の構成においても、上記の実施の形態７と同様の効果を有する。ただし、ビアホール７の位置が異なるため、２倍波に対する反射位相は、上記の実施の形態７と比べて１８０°異なる。
【００６７】
なお、中央の伝送線路６Ｂの一端の先端部分が、幅狭部６ｙの代わりに、線路幅Ｗ２よりも広い幅広部としても良い。
【００６８】
実施の形態９．
この発明の実施の形態９に係る高周波増幅器について図１２を参照しながら説明する。図１２は、この発明の実施の形態９に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００６９】
図１２において、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）キャパシタ８（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、８Ｆ）が、伝送線路５と伝送線路６で構成される結合線路の間に装荷されている。外側の結合線路と内側の結合線路で、装荷するＭＩＭキャパシタ８の容量値や数を変化させることにより、結合線路の結合容量を変化させることができる。
【００７０】
本実施の形態９の構成においても、上記の実施の形態１と同様の効果を有する。ＭＩＭキャパシタ８を用いることにより、電磁界結合の場合よりも、より大きな範囲で結合容量を変化させることができる。これにより、結合線路の寸法にあまり依存せず設計が可能になり、増幅器の設計の自由度を大きくできる。
【００７１】
なお、図１２において、例えば、伝送線路６Ａと伝送線路５の四角形線路部５Ａの間に、ＭＩＭキャパシタ８Ａ、８Ｂが２個装荷されているが、所望の結合線路の結合容量を得るために、１個でも、３個以上でも構わない。装荷する位置も、図示する位置だけでなく、所望の結合線路の結合容量を得るために、両者の間の両端や、中央部分などの位置でも構わない。また、他の伝送線路６と伝送線路５の間も、同様である。
【００７２】
実施の形態１０．
この発明の実施の形態１０に係る高周波増幅器について図１３を参照しながら説明する。図１３は、この発明の実施の形態１０に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００７３】
本実施の形態１０の構成においても、上記の実施の形態９と同様の効果を有する。ただし、ビアホール７の位置が異なるため、２倍波に対する反射位相は、上記の実施の形態９と比べて１８０°異なる。
【００７４】
なお、図１３において、例えば、伝送線路６Ａと伝送線路５の四角形線路部５Ａの間に、ＭＩＭキャパシタ８Ａ、８Ｂが２個装荷されているが、所望の結合線路の結合容量を得るために、１個でも、３個以上でも構わない。装荷する位置も、図示する位置だけでなく、所望の結合線路の結合容量を得るために、両者の間の両端や、中央部分などの位置でも構わない。また、他の伝送線路６と伝送線路５の間も、同様である。
【符号の説明】
【００７５】
１Ａ 電界効果トランジスタ、１Ｂ 電界効果トランジスタ、４ 出力端子、５ 伝送線路、５Ａ 四角形線路部、５Ｂ 四角形線路部、５Ｃ 弓形線路部、５ａ 入力端、５ｂ 入力端、５ｃ 出力端、５Ｄ 凹部、５Ｅ 凹部、５Ｆ 凹部、５Ｇ 凹部、６Ａ 伝送線路、６Ｂ 伝送線路、６Ｃ 伝送線路、６ｘ 幅狭部、６ｙ 幅狭部、７Ａ ビアホール、７Ｂ ビアホール、７Ｃ ビアホール、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、８Ｆ ＭＩＭキャパシタ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主としてＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯及びミリ波帯で使用される高周波増幅器に関し、特に、高周波増幅器を構成する出力整合回路などの整合回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マイクロ波高出力増幅器においては、トランジスタを高効率に動作させるために、高調波をトランジスタに最適な位相で反射させる高調波処理という技術が用いられる。しかしながら、高調波処理回路は高調波を最適な位相で反射させなくてはならないため、回路サイズが大きくなるという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するために、結合線路を用いた小型な高調波処理回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１４は、提案された増幅器の構成を示す図である。この増幅器は、基本的にトランジスタと結合線路のみから構成されている。図１４において、増幅器は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１と、基本波ｆの伝送線路２と、高調波ｎｆの共振器３が設けられている。共振器３の線路長は、高調波ｎｆの波長λｎｆのλｎｆ／４であり、一端が接地されている。
【０００４】
次に、増幅器の動作について説明する。まず、基本波について考える。ＦＥＴ１に入力された電力はＦＥＴ１で増幅され、伝送線路２に出力される。その電力は伝送線路２を通って外部に出力される。
【０００５】
続いて、高調波について考える。高調波において、共振器３は共振し、また、伝送線路２と共振器３は電磁的に結合するので、ＦＥＴ１から結合線路側を見た高調波インピーダンスは短絡条件となる。従って、ＦＥＴ１で生じた高調波はＦＥＴ１側に全反射する。これにより、高調波処理の効果が得られ、ＦＥＴ１の効率を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１３９５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、高出力化のためにトランジスタ（ＦＥＴ）を並列接続する場合、従来構成では、全てのトランジスタに対して第２高調波（２倍波）の反射位相をそろえることができず、トランジスタを均一に高い効率で動作させることが困難であった。図１５は、トランジスタ（ＦＥＴ）を並列接続した増幅器の構成を示す図である。
【０００８】
図１５において、増幅器は、４つのＦＥＴ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄと結合線路から構成されている。ＦＥＴ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄで生じた２倍波（２ｆ０）は、結合線路によって、矢印の方向に反射される。ＦＥＴの位置によって、矢印の長さが異なるので、反射位相が異なることが分かる。このため、従来構成では、トランジスタを並列接続（合成）する場合、トランジスタ毎に高調波処理の効果が異なり、全てのトランジスタを均一に高い効率で動作できないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、トランジスタを並列合成する高周波増幅器において、全てのトランジスタに対して最適かつ等位相で高調波を反射させ、高い出力かつ高い効率で動作する高周波増幅器及び整合回路を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る高周波増幅器は、第１の入力端子、第１の出力端子及び第１の接地端子を有する第１のトランジスタと、第２の入力端子、第２の出力端子及び第２の接地端子を有する第２のトランジスタと、前記第１の出力端子に一端が接続された第１の四角形線路部、前記第２の出力端子に一端が接続された第２の四角形線路部、並びに前記第１の四角形線路部の他端及び前記第２の四角形線路部の他端を接続する弓形線路部を有する第１の伝送線路と、前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の間に前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部に沿って配置された第２の伝送線路と、前記第１の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第１の四角形線路部に沿って配置された第３の伝送線路と、前記第２の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第２の四角形線路部に沿って配置された第４の伝送線路とを備え、前記第２、第３及び第４の伝送線路の電気長は、高調波の１／４波長であり、前記第２、第３及び第４の伝送線路のそれぞれの接地部は、前記第１及び第２のトランジスタ側の前記第２、第３及び第４の伝送線路の一端に接続されたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る高周波増幅器によれば、トランジスタを並列合成する高周波増幅器において、全てのトランジスタに対して最適かつ等位相で高調波を反射させ、高出力かつ高効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図２】図１の高周波増幅器の等価回路を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の２倍波（２ｆ０）インピーダンスの計算結果を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る高周波増幅器の２倍波（２ｆ０）インピーダンスの計算結果を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態６に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態７に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態８に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態９に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態１０に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【図１４】従来の電力増幅器の構成を示す図である。
【図１５】トランジスタ（ＦＥＴ）を並列接続した従来の電力増幅器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の高周波増幅器の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１４】
図１から図１３を用いて本発明の実施の形態について、複数のトランジスタとそれらを並列合成するための電力分配回路、及び電力合成回路から構成される高周波増幅器について説明する。電力分配回路は、一般に入力整合回路に相当し、電力合成回路は、出力整合回路に相当する。各実施の形態では、トランジスタとして、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いる場合を説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＦＥＴに代えてバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Heterojunction Bipolar Transistor）を用いる場合にも同様に適用可能である。また、各実施の形態では、出力整合回路を例に説明しているが本発明は出力整合回路だけでなく、入力整合回路や段間整合回路などすべての整合回路に適用可能である。さらに、各実施の形態では、２合成増幅器の場合について説明しているが、Ｎ（Ｎ＞３）合成増幅器に適用可能である。なお、各実施の形態を示す図において共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略している。
【００１５】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る高周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に係る高周波増幅器の構成を示す図である。図２は、図１の高周波増幅器の等価回路を示す図である。
【００１６】
図１において、高周波増幅器は、増幅回路と、出力整合回路とが設けられている。
【００１７】
増幅回路は、ゲート端子（第１の入力端子）、ドレイン端子（第１の出力端子）及びソース端子（第１の接地端子）を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（第１のトランジスタ）１Ａと、ゲート端子（第２の入力端子）、ドレイン端子（第２の出力端子）及びソース端子（第２の接地端子）を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（第２のトランジスタ）１Ｂとが設けられている。
【００１８】
出力整合回路は、アルファベットの大文字の略Ｕ字状の伝送線路（第１の伝送線路）５と、伝送線路５に沿って略平行に３本の伝送線路（第３の伝送線路）６Ａ、伝送線路（第２の伝送線路）６Ｂ、伝送線路（第４の伝送線路）６Ｃが基板上に設けられている。
【００１９】
伝送線路５の第１の入力端５ａはＦＥＴ１Ａのドレイン端子に、第２の入力端５ｂはＦＥＴ１Ｂのドレイン端子に、出力端５ｃは出力端子４にそれぞれ接続されている。また、伝送線路６Ａ、６Ｂ、６Ｃの一端（図上左端）には、ビアホール（スルーホール又はビア）（接地部）７Ａ、７Ｂ、７Ｃがそれぞれ接続されショートスタブを構成し、それぞれＧＮＤと繋がっている。また、伝送線路５は伝送線路６Ａ、６Ｂ、６Ｃと結合線路を構成している。
【００２０】
なお、伝送線路６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）の電気長は、第２高調波（２倍波）において、第２高調波の波長λのλ／４である。第ｎ高調波（ｎ倍波）について反射させたいときは、第ｎ高調波の波長λのλ／４とすれば良い。すなわち、伝送線路６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）の電気長は、高調波の１／４波長である。
【００２１】
また、略Ｕ字状の伝送線路５は、長方形などの四角形状の四角形線路部（第１の四角形線路部）５Ａと、この四角形線路部５Ａと略平行な長方形などの四角形状の四角形線路部（第２の四角形線路部）５Ｂと、両者を接続する弓形状の弓形線路部５Ｃとから構成されている。伝送線路５の四角形線路部５Ａ、５Ｂの線路幅Ｗ１と長方形などの四角形の伝送線路６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）の線路幅Ｗ２は、図上ではＷ１＞Ｗ２であるが、Ｗ１＝Ｗ２や、Ｗ１＜Ｗ２でも良い。伝送線路５の出力端５ｃ側の弓形線路部５Ｃの外側の２箇所の円弧部分は、直角でも良い。また、伝送線路５の出力端５ｃ側の弓形線路部５Ｃの内側の２箇所の直角部分は、円弧でも良い。
【００２２】
つぎに、この実施の形態１に係る高周波増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
まず、基本波（ｆ０）について考える。高周波増幅器に周波数ｆ０の電力を入力すると、その電力は、入力端子（省略）から入力整合回路（省略）を通って、ＦＥＴ１Ａ、１Ｂのゲート端子に入力される。その電力は、ＦＥＴ１Ａ、１Ｂにおいて増幅され、ＦＥＴ１Ａ、１Ｂのドレイン端子から出力される。その出力された電力は、伝送線路５、６から構成される出力整合回路で合成され、出力端子４に出力される。これが、本増幅器の基本波の動作である。
【００２４】
続いて、２倍波（２ｆ０）の動作について考える。本実施の形態１では、伝送線路５と伝送線路６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）が結合線路を構成している。上述したように、伝送線路６の電気長が２倍波（２ｆ０）でおおよそλ（波長）／４だとすると、結合線路の２倍波（２ｆ０）に対するインピーダンスは、短絡や開放（図１は短絡）という全反射条件となる。従って、ＦＥＴ１Ａ、１Ｂで生じた２倍波は、結合線路によって最適な条件（例えば、短絡条件）で反射される。また、本実施の形態１は、ＦＥＴ１Ａ、１Ｂに対して、それぞれ結合線路を装荷しているので、ＦＥＴの場所によって２倍波の反射位相が異なるという上述したような問題は生ぜず、等しい位相でＦＥＴに反射させることができる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態１は、複数のトランジスタを合成するような高周波増幅器であっても、全てのトランジスタに対して最適かつ等位相で２倍波を反射することができるので、高出力かつ高効率な特性を同時に実現できる。
【００２６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る高周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に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００２７】
図３において、この実施の形態２の基本構成は、上記の実施の形態１と同様であるが、ビアホール７（７Ａ、７Ｂ、７Ｃ）の位置が異なっている。図１では、トランジスタ（ＦＥＴ１Ａ、１Ｂ）側にビアホール７が配置されているのに対して、図３では、出力端子４側にビアホール７が配置されている。
【００２８】
つぎに、この実施の形態２に係る高周波増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
この実施の形態２の基本的な動作は、上記の実施の形態１と同じである。ただし、ビアホール７の位置が異なるため、２倍波に対する反射位相は、上記の実施の形態１と比べて１８０°異なる。つまり、２倍波に対するインピーダンスは、上記の実施の形態１の場合では短絡であるのに対して、この実施の形態２では開放となる。これは、トランジスタの２倍波の最適インピーダンスが、開放となる場合に有効である。なお、トランジスタの２倍波の最適インピーダンスは、周波数やトランジスタの寄生成分によって異なるため、開放条件が最適となる場合もある。
【００３０】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る高周波増幅器について図４から図６まで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に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００３１】
この実施の形態３の基本構成は、上記の実施の形態１と同様であるが、伝送線路５の四角形線路部５Ａ、５Ｂにおいて、中央の伝送線路６Ｂの他端の先端に対向する部分が凹んでいる点が異なる。この凹んでいる部分を、伝送線路５の凹部５Ｄ、５Ｅと呼ぶ。
【００３２】
本実施の形態３の構成においても、上記の実施の形態１と同様の効果を有する。さらに、本実施の形態３は、上記の実施の形態１において設計条件によっては生じうる２倍波（２ｆ０）の共振を防ぐ効果も有する。
【００３３】
この２倍波の共振について説明する。上記の実施の形態１の等価回路を示す図２において、外側の伝送線路６Ａ、６Ｃと伝送線路５（四角形線路部５Ａ、５Ｂ）の結合容量をＣ１とし、中央の伝送線路６Ｂと伝送線路５（四角形線路部５Ａ、５Ｂ）の結合容量をＣ２とする。通常、Ｃ１≠Ｃ２である。なぜなら、中央の伝送線路６Ｂは、両側に伝送線路５があるのに対して、外側の伝送線路６Ａ、６Ｃは片側にしか伝送線路５がなく、結合量が異なるからである。
【００３４】
次に、相互インダクタンスを考えると、外側の伝送線路６Ａ、６Ｃと伝送線路５（四角形線路部５Ａ、５Ｂ）の相互インダクタンスはＭ１、中央の伝送線路６Ｂと伝送線路５（四角形線路部５Ａ、５Ｂ）の相互インダクタンスはＭ２となる。結合容量と同様に、通常、Ｍ１≠Ｍ２である。伝送線路６Ａ、６Ｃと伝送線路５（四角形線路部５Ａ、５Ｂ）で構成される外側の結合線路と内側の結合線路の２倍波（２ｆ０）インピーダンスをそれぞれ、Ｚ１２ｆ０、Ｚ２２ｆ０とする。それらのインピーダンスは、結合容量Ｃと相互インダクタンスＭから計算される共振周波数ωＲを用いて、次のように表現できると考えられる。ここで、Ｚは共振周波数ωＲと周波数ωをパラメータとする関数である。
【００３５】
【数１】
【００３６】
ここで、
【００３７】
【数２】
【００３８】
である。
【００３９】
【数３】
【００４０】
ここで、
【００４１】
【数４】
【００４２】
である。
【００４３】
上述したように、Ｃ１≠Ｃ２、Ｍ１≠Ｍ２であるから、一般に、ωＲ１≠ωＲ２であり、Ｚ１２ｆ０≠Ｚ２２ｆ０である。従って、その差異が大きい場合、帯域内に共振が生じうる。トランジスタから整合回路側を見た２倍波（２ｆ０）のインピーダンスの計算結果を図５に示す。２倍波（２ｆ０）の帯域内に共振が生じていることが分かる。共振が生じると２倍波の反射量が減るため、高調波処理の効果が得られなくなり、トランジスタを高効率動作させられなくなる。
【００４４】
本実施の形態３は、この共振を防ぐことができる。伝送線路５において、中央の伝送線路６Ｂの先端部に対向する部分に凹部５Ｄ、５Ｅを設けると、外側の結合容量と内側の結合容量を独立に変化させることができる。これにより、ωＲ１≒ωＲ２になるように、Ｃ２⇒£Ｃ２’とすれば、両者（Ｚ１２ｆ０とＺ２２ｆ０）のインピーダンスは一致し、共振を防ぐことができる。本実施の形態３の２倍波（２ｆ０）インピーダンスの計算結果を図６に示す。２倍波の帯域内に共振はなく、全反射条件となっていることがわかる。伝送線路６Ｂの電界が集中する先端部に対向する部分を凹ませることにより、結合容量を効果的に変化させている。このように、本実施の形態３では、２倍波（２ｆ０）の共振を防ぐことができ、トランジスタの高効率動作を図ることができる。
【００４５】
また、本実施の形態３は、基本波（ｆ０）の位相偏差も低減できる効果も有する。通常、高周波電流の位相は外側と内側で異なり、外側の方が、位相が回っていることが多い。これは、外側の方が内側より経路が長く見えるためである。本実施の形態３では、伝送線路５の内側に凹部５Ｄ、５Ｅを設けることによって、内側の経路を長くし、外側と内側の位相偏差を低減している。これにより、基本波（ｆ０）の増幅器の高出力化、高効率化を実現できる。なお、図６において、計算結果でインピーダンスが短絡条件や開放条件からずれているのは、トランジスタと伝送線路間のワイヤ等も考慮しているためである。
【００４６】
なお、伝送線路６Ｂの他端の先端部に対向する部分である、伝送線路５の四角形線路部５Ａ、５Ｂの内側に凹部５Ｄ、５Ｅを設ける代わりに、凸部を設けても良い。
【００４７】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る高周波増幅器について図７を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態４に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００４８】
この実施の形態４の基本構成は、上記の実施の形態３と同様であるが、伝送線路６に接続されているビアホール７の位置が異なる。
【００４９】
この実施の形態４の基本的な動作は、上記の実施の形態３と同じである。ただし、ビアホール７の位置が異なるため、２倍波に対する反射位相は、上記の実施の形態３と比べて１８０°異なる。つまり、２倍波に対するインピーダンスは、上記の実施の形態３の場合、短絡であるのに対して、この実施の形態４では開放となる。本実施の形態４の構成においても、２倍波（２ｆ０）の反射位相は異なるものの、上記の実施の形態３と同様の効果を有し、２倍波の共振を防ぎ、全てのトランジスタを高効率動作させることができる。
【００５０】
なお、上記の実施の形態３と同様に、伝送線路６Ｂの他端の先端部に対向する部分である、伝送線路５の四角形線路部５Ａ、５Ｂの内側に凹部５Ｄ、５Ｅを設ける代わりに、凸部を設けても良い。
【００５１】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器について図８を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００５２】
この実施の形態５の基本構成は、上記の実施の形態１と同様であるが、伝送線路５の四角形線路部５Ａ、５Ｂにおいて、外側の伝送線路６Ａ、６Ｃの一端の先端に対向する部分が凹んでいる点が異なる。この凹んでいる部分を、伝送線路５の凹部５Ｆ、５Ｇと呼ぶ。
【００５３】
本実施の形態５の構成においても、上記の実施の形態３と同様の効果を有する。ただし、上記の実施の形態３では、外側の結合線路と内側の結合線路の結合容量を変えて２倍波（２ｆ０）の共振を防いでいるのに対して、本実施の形態５では、外側の結合線路と内側の結合線路の相互インダクタンスを変えて共振を防いでいる。これは、式（１）、（２）において、Ｍ１⇒Ｍ１’とすることによって、ωＲ１≒ωＲ２を実現していることを意味する。伝送線路６の電流分布が最も大きい先端の部分に凹部５Ｆ、５Ｇを形成することによって、相互インダクタンスを効果的に変化させている。
【００５４】
なお、伝送線路６Ａ、６Ｃの先端に対向する部分である、伝送線路５の四角形線路部５Ａ、５Ｂの外側に凹部５Ｆ、５Ｇを設ける代わりに、凸部を設けても良い。
【００５５】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係る高周波増幅器について図９を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施の形態６に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００５６】
この実施の形態６の基本構成は、上記の実施の形態５と同様であるが、伝送線路６に接続されているビアホール７の位置が異なる。
【００５７】
この実施の形態６の基本的な動作は、上記の実施の形態５と同じである。ただし、ビアホール７の位置が異なるため、２倍波に対する反射位相は、上記の実施の形態５と比べて１８０°異なる。つまり、２倍波に対するインピーダンスは、上記の実施の形態５の場合、短絡であるのに対して、この実施の形態６では開放となる。本実施の形態６の構成においても、２倍波（２ｆ０）の反射位相は異なるものの、上記の実施の形態５と同様の効果を有し、２倍波の共振を防ぎ、全てのトランジスタを高効率動作させることができる。
【００５８】
なお、上記の実施の形態５と同様に、伝送線路６Ａ、６Ｃの先端に対向する部分である、伝送線路５の四角形線路部５Ａ、５Ｂの外側に凹部５Ｆ、５Ｇを設ける代わりに、凸部を設けても良い。
【００５９】
実施の形態７．
この発明の実施の形態７に係る高周波増幅器について図１０を参照しながら説明する。図１０は、この発明の実施の形態７に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００６０】
この実施の形態７では、中央の伝送線路６Ｂの他端（図上右端）の先端部分が、線路幅Ｗ２よりも狭い線路幅の幅狭部６ｘとなっている。
【００６１】
この実施の形態７の構成においても、上記の実施の形態１と同様の効果を有する。伝送線路６Ｂの電界分布が最も大きい先端部分に凹みである、幅狭部６ｘを形成することによって、結合容量を効果的に変化させている。
【００６２】
なお、中央の伝送線路６Ｂの他端の先端部分が、幅狭部６ｘの代わりに、線路幅Ｗ２よりも広い幅広部としても良い。
【００６３】
実施の形態８．
この発明の実施の形態８に係る高周波増幅器について図１１を参照しながら説明する。図１１は、この発明の実施の形態８に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００６４】
この実施の形態８では、中央の伝送線路６Ｂの一端（図上左端）の先端部分が、線路幅Ｗ２よりも狭い幅狭部６ｙとなっている。
【００６５】
この実施の形態８の基本構成は、上記の実施の形態７と同様であるが、伝送線路６に接続されているビアホール７の位置が異なる。
【００６６】
本実施の形態８の構成においても、上記の実施の形態７と同様の効果を有する。ただし、ビアホール７の位置が異なるため、２倍波に対する反射位相は、上記の実施の形態７と比べて１８０°異なる。
【００６７】
なお、中央の伝送線路６Ｂの一端の先端部分が、幅狭部６ｙの代わりに、線路幅Ｗ２よりも広い幅広部としても良い。
【００６８】
実施の形態９．
この発明の実施の形態９に係る高周波増幅器について図１２を参照しながら説明する。図１２は、この発明の実施の形態９に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００６９】
図１２において、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）キャパシタ８（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、８Ｆ）が、伝送線路５と伝送線路６で構成される結合線路の間に装荷されている。外側の結合線路と内側の結合線路で、装荷するＭＩＭキャパシタ８の容量値や数を変化させることにより、結合線路の結合容量を変化させることができる。
【００７０】
本実施の形態９の構成においても、上記の実施の形態１と同様の効果を有する。ＭＩＭキャパシタ８を用いることにより、電磁界結合の場合よりも、より大きな範囲で結合容量を変化させることができる。これにより、結合線路の寸法にあまり依存せず設計が可能になり、増幅器の設計の自由度を大きくできる。
【００７１】
なお、図１２において、例えば、伝送線路６Ａと伝送線路５の四角形線路部５Ａの間に、ＭＩＭキャパシタ８Ａ、８Ｂが２個装荷されているが、所望の結合線路の結合容量を得るために、１個でも、３個以上でも構わない。装荷する位置も、図示する位置だけでなく、所望の結合線路の結合容量を得るために、両者の間の両端や、中央部分などの位置でも構わない。また、他の伝送線路６と伝送線路５の間も、同様である。
【００７２】
実施の形態１０．
この発明の実施の形態１０に係る高周波増幅器について図１３を参照しながら説明する。図１３は、この発明の実施の形態１０に係る高周波増幅器の構成を示す図である。
【００７３】
本実施の形態１０の構成においても、上記の実施の形態９と同様の効果を有する。ただし、ビアホール７の位置が異なるため、２倍波に対する反射位相は、上記の実施の形態９と比べて１８０°異なる。
【００７４】
なお、図１３において、例えば、伝送線路６Ａと伝送線路５の四角形線路部５Ａの間に、ＭＩＭキャパシタ８Ａ、８Ｂが２個装荷されているが、所望の結合線路の結合容量を得るために、１個でも、３個以上でも構わない。装荷する位置も、図示する位置だけでなく、所望の結合線路の結合容量を得るために、両者の間の両端や、中央部分などの位置でも構わない。また、他の伝送線路６と伝送線路５の間も、同様である。
【符号の説明】
【００７５】
１Ａ 電界効果トランジスタ、１Ｂ 電界効果トランジスタ、４ 出力端子、５ 伝送線路、５Ａ 四角形線路部、５Ｂ 四角形線路部、５Ｃ 弓形線路部、５ａ 入力端、５ｂ 入力端、５ｃ 出力端、５Ｄ 凹部、５Ｅ 凹部、５Ｆ 凹部、５Ｇ 凹部、６Ａ 伝送線路、６Ｂ 伝送線路、６Ｃ 伝送線路、６ｘ 幅狭部、６ｙ 幅狭部、７Ａ ビアホール、７Ｂ ビアホール、７Ｃ ビアホール、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、８Ｆ ＭＩＭキャパシタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入力端子、第１の出力端子及び第１の接地端子を有する第１のトランジスタと、 第２の入力端子、第２の出力端子及び第２の接地端子を有する第２のトランジスタと、
前記第１の出力端子に一端が接続された第１の四角形線路部、前記第２の出力端子に一端が接続された第２の四角形線路部、並びに前記第１の四角形線路部の他端及び前記第２の四角形線路部の他端を接続する弓形線路部を有する第１の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の間に前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部に沿って配置された第２の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第１の四角形線路部に沿って配置された第３の伝送線路と、
前記第２の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第２の四角形線路部に沿って配置された第４の伝送線路とを備え、
前記第２、第３及び第４の伝送線路の電気長は、高調波の１／４波長であり、
前記第２、第３及び第４の伝送線路のそれぞれの接地部は、前記第１及び第２のトランジスタ側の前記第２、第３及び第４の伝送線路の一端に接続された
ことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項２】
第１の入力端子、第１の出力端子及び第１の接地端子を有する第１のトランジスタと、 第２の入力端子、第２の出力端子及び第２の接地端子を有する第２のトランジスタと、
前記第１の出力端子に一端が接続された第１の四角形線路部、前記第２の出力端子に一端が接続された第２の四角形線路部、並びに前記第１の四角形線路部の他端及び前記第２の四角形線路部の他端を接続する弓形線路部を有する第１の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の間に前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部に沿って配置された第２の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第１の四角形線路部に沿って配置された第３の伝送線路と、
前記第２の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第２の四角形線路部に沿って配置された第４の伝送線路とを備え、
前記第２、第３及び第４の伝送線路の電気長は、高調波の１／４波長であり、
前記第２、第３及び第４の伝送線路のそれぞれの接地部は、前記第１及び第２のトランジスタの反対側の前記第２、第３及び第４の伝送線路の他端に接続された
ことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項３】
前記第２の伝送線路の前記第１及び第２のトランジスタの反対側の先端に対向して、前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の内側に凹部又は凸部を設けた
ことを特徴とする請求項１又は２記載の高周波増幅器。
【請求項４】
前記第３及び第４の伝送線路の前記第１及び第２のトランジスタ側の先端に対向して、前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の外側に凹部又は凸部を設けた
ことを特徴とする請求項１又は２記載の高周波増幅器。
【請求項５】
前記第２の伝送線路の前記第１及び第２のトランジスタの反対側の先端部分の線路幅は、前記第２の伝送線路の前記先端部分以外の線路幅よりも狭い又は広い
ことを特徴とする請求項１記載の高周波増幅器。
【請求項６】
前記第２の伝送線路の前記第１及び第２のトランジスタ側の先端部分の線路幅は、前記第２の伝送線路の前記先端部分以外の線路幅よりも狭い又は広い
ことを特徴とする請求項２記載の高周波増幅器。
【請求項７】
前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部と前記第２の伝送線路の間、前記第１の伝送線路の前記第２の四角形線路部と前記第２の伝送線路の間、前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部と前記第３の伝送線路の間、及び前記第１の伝送線路の前記第２の四角形線路部と前記第４の伝送線路の間に、キャパシタが装荷された
ことを特徴とする請求項１又は２記載の高周波増幅器。
【請求項８】
第１の四角形線路部、第２の四角形線路部、並びに前記第１の四角形線路部の他端及び前記第２の四角形線路部の他端を接続する弓形線路部を有する第１の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の間に前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部に沿って配置された第２の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第１の四角形線路部に沿って配置された第３の伝送線路と、
前記第２の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第２の四角形線路部に沿って配置された第４の伝送線路とを備え、
前記第２、第３及び第４の伝送線路の電気長は、高調波の１／４波長であり、
前記第２、第３及び第４の伝送線路のそれぞれの接地部は、前記弓形線路部の反対側の前記第２、第３及び第４の伝送線路の一端に接続された
ことを特徴とする整合回路。
【請求項９】
第１の四角形線路部、第２の四角形線路部、並びに前記第１の四角形線路部の他端及び前記第２の四角形線路部の他端を接続する弓形線路部を有する第１の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の間に前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部に沿って配置された第２の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第１の四角形線路部に沿って配置された第３の伝送線路と、
前記第２の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第２の四角形線路部に沿って配置された第４の伝送線路とを備え、
前記第２、第３及び第４の伝送線路の電気長は、高調波の１／４波長であり、
前記第２、第３及び第４の伝送線路のそれぞれの接地部は、前記弓形線路部側の前記第２、第３及び第４の伝送線路の他端に接続された
ことを特徴とする整合回路。
【請求項１０】
前記第２の伝送線路の前記弓形線路部側の先端に対向して、前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の内側に凹部又は凸部を設けた
ことを特徴とする請求項８又は９記載の整合回路。
【請求項１１】
前記第３及び第４の伝送線路の前記弓形線路部の反対側の先端に対向して、前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の外側に凹部又は凸部を設けた
ことを特徴とする請求項８又は９記載の整合回路。
【請求項１２】
前記第２の伝送線路の前記弓形線路部側の先端部分の線路幅は、前記第２の伝送線路の前記先端部分以外の線路幅よりも狭い又は広い
ことを特徴とする請求項８記載の整合回路。
【請求項１３】
前記第２の伝送線路の前記弓形線路部の反対側の先端部分の線路幅は、前記第２の伝送線路の前記先端部分以外の線路幅よりも狭い又は広い
ことを特徴とする請求項９記載の整合回路。
【請求項１４】
前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部と前記第２の伝送線路の間、前記第１の伝送線路の前記第２の四角形線路部と前記第２の伝送線路の間、前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部と前記第３の伝送線路の間、及び前記第１の伝送線路の前記第２の四角形線路部と前記第４の伝送線路の間に、キャパシタが装荷された
ことを特徴とする請求項８又は９記載の整合回路。
【請求項１】
第１の入力端子、第１の出力端子及び第１の接地端子を有する第１のトランジスタと、 第２の入力端子、第２の出力端子及び第２の接地端子を有する第２のトランジスタと、
前記第１の出力端子に一端が接続された第１の四角形線路部、前記第２の出力端子に一端が接続された第２の四角形線路部、並びに前記第１の四角形線路部の他端及び前記第２の四角形線路部の他端を接続する弓形線路部を有する第１の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の間に前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部に沿って配置された第２の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第１の四角形線路部に沿って配置された第３の伝送線路と、
前記第２の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第２の四角形線路部に沿って配置された第４の伝送線路とを備え、
前記第２、第３及び第４の伝送線路の電気長は、高調波の１／４波長であり、
前記第２、第３及び第４の伝送線路のそれぞれの接地部は、前記第１及び第２のトランジスタ側の前記第２、第３及び第４の伝送線路の一端に接続された
ことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項２】
第１の入力端子、第１の出力端子及び第１の接地端子を有する第１のトランジスタと、 第２の入力端子、第２の出力端子及び第２の接地端子を有する第２のトランジスタと、
前記第１の出力端子に一端が接続された第１の四角形線路部、前記第２の出力端子に一端が接続された第２の四角形線路部、並びに前記第１の四角形線路部の他端及び前記第２の四角形線路部の他端を接続する弓形線路部を有する第１の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の間に前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部に沿って配置された第２の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第１の四角形線路部に沿って配置された第３の伝送線路と、
前記第２の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第２の四角形線路部に沿って配置された第４の伝送線路とを備え、
前記第２、第３及び第４の伝送線路の電気長は、高調波の１／４波長であり、
前記第２、第３及び第４の伝送線路のそれぞれの接地部は、前記第１及び第２のトランジスタの反対側の前記第２、第３及び第４の伝送線路の他端に接続された
ことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項３】
前記第２の伝送線路の前記第１及び第２のトランジスタの反対側の先端に対向して、前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の内側に凹部又は凸部を設けた
ことを特徴とする請求項１又は２記載の高周波増幅器。
【請求項４】
前記第３及び第４の伝送線路の前記第１及び第２のトランジスタ側の先端に対向して、前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の外側に凹部又は凸部を設けた
ことを特徴とする請求項１又は２記載の高周波増幅器。
【請求項５】
前記第２の伝送線路の前記第１及び第２のトランジスタの反対側の先端部分の線路幅は、前記第２の伝送線路の前記先端部分以外の線路幅よりも狭い又は広い
ことを特徴とする請求項１記載の高周波増幅器。
【請求項６】
前記第２の伝送線路の前記第１及び第２のトランジスタ側の先端部分の線路幅は、前記第２の伝送線路の前記先端部分以外の線路幅よりも狭い又は広い
ことを特徴とする請求項２記載の高周波増幅器。
【請求項７】
前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部と前記第２の伝送線路の間、前記第１の伝送線路の前記第２の四角形線路部と前記第２の伝送線路の間、前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部と前記第３の伝送線路の間、及び前記第１の伝送線路の前記第２の四角形線路部と前記第４の伝送線路の間に、キャパシタが装荷された
ことを特徴とする請求項１又は２記載の高周波増幅器。
【請求項８】
第１の四角形線路部、第２の四角形線路部、並びに前記第１の四角形線路部の他端及び前記第２の四角形線路部の他端を接続する弓形線路部を有する第１の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の間に前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部に沿って配置された第２の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第１の四角形線路部に沿って配置された第３の伝送線路と、
前記第２の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第２の四角形線路部に沿って配置された第４の伝送線路とを備え、
前記第２、第３及び第４の伝送線路の電気長は、高調波の１／４波長であり、
前記第２、第３及び第４の伝送線路のそれぞれの接地部は、前記弓形線路部の反対側の前記第２、第３及び第４の伝送線路の一端に接続された
ことを特徴とする整合回路。
【請求項９】
第１の四角形線路部、第２の四角形線路部、並びに前記第１の四角形線路部の他端及び前記第２の四角形線路部の他端を接続する弓形線路部を有する第１の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の間に前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部に沿って配置された第２の伝送線路と、
前記第１の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第１の四角形線路部に沿って配置された第３の伝送線路と、
前記第２の四角形線路部に対して前記第２の伝送線路と反対側に前記第２の四角形線路部に沿って配置された第４の伝送線路とを備え、
前記第２、第３及び第４の伝送線路の電気長は、高調波の１／４波長であり、
前記第２、第３及び第４の伝送線路のそれぞれの接地部は、前記弓形線路部側の前記第２、第３及び第４の伝送線路の他端に接続された
ことを特徴とする整合回路。
【請求項１０】
前記第２の伝送線路の前記弓形線路部側の先端に対向して、前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の内側に凹部又は凸部を設けた
ことを特徴とする請求項８又は９記載の整合回路。
【請求項１１】
前記第３及び第４の伝送線路の前記弓形線路部の反対側の先端に対向して、前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部及び前記第２の四角形線路部の外側に凹部又は凸部を設けた
ことを特徴とする請求項８又は９記載の整合回路。
【請求項１２】
前記第２の伝送線路の前記弓形線路部側の先端部分の線路幅は、前記第２の伝送線路の前記先端部分以外の線路幅よりも狭い又は広い
ことを特徴とする請求項８記載の整合回路。
【請求項１３】
前記第２の伝送線路の前記弓形線路部の反対側の先端部分の線路幅は、前記第２の伝送線路の前記先端部分以外の線路幅よりも狭い又は広い
ことを特徴とする請求項９記載の整合回路。
【請求項１４】
前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部と前記第２の伝送線路の間、前記第１の伝送線路の前記第２の四角形線路部と前記第２の伝送線路の間、前記第１の伝送線路の前記第１の四角形線路部と前記第３の伝送線路の間、及び前記第１の伝送線路の前記第２の四角形線路部と前記第４の伝送線路の間に、キャパシタが装荷された
ことを特徴とする請求項８又は９記載の整合回路。
【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２０１２−１３４８２３（Ｐ２０１２−１３４８２３Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８５９６０（Ｐ２０１０−２８５９６０）
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【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２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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