高周波増幅器
【課題】従来の高周波増幅器ではショートスタブと使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路とで出力整合回路を構成するが、使用周波数の中心周波数以外ではインピーダンス整合がとれず、出力整合回路が狭帯域となる。
【解決手段】入力整合回路からの信号を増幅する、出力インピーダンスが50Ωより低く、容量性領域にある高周波トランジスタの出力側に直列接続された直列インダクタと、この直列インダクタの出力側に高周波トランジスタと並列に接続された並列インダクタと、直列インダクタの出力側に高周波トランジスタと直列に接続された使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路とで出力整合回路を構成し、並列インダクタと１／４波長程度の長さの線路との間のインピーダンス値が高周波トランジスタの出力インピーダンスと50Ωの間となるようにされる。
【解決手段】入力整合回路からの信号を増幅する、出力インピーダンスが50Ωより低く、容量性領域にある高周波トランジスタの出力側に直列接続された直列インダクタと、この直列インダクタの出力側に高周波トランジスタと並列に接続された並列インダクタと、直列インダクタの出力側に高周波トランジスタと直列に接続された使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路とで出力整合回路を構成し、並列インダクタと１／４波長程度の長さの線路との間のインピーダンス値が高周波トランジスタの出力インピーダンスと50Ωの間となるようにされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は高周波増幅器に関し、特に高周波トランジスタの出力インピーダンスのもつ周波数特性の影響も加味して広帯域な特性を得るための出力整合回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高周波増幅器では、高周波トランジスタの出力側にショートスタブを設置する構成が用いられており、このような回路構成は特開2007-158648号公報にて開示されている。図１に従来の回路構成による回路図を示す。図1において１は高周波トランジスタ、２はショートスタブ、３はショートスタブ２を高周波短絡するための高周波短絡キャパシタ、４は使用する周波数の中心周波数の１／４波長程度の長さの線路、５は入力整合回路であり、ショートスタブ２と、使用周波数の中心周波数の１／４波長程度の長さの線路４とで出力整合回路を構成する。
このような回路構成において、高周波トランジスタ１の出力インピーダンスは容量性にあり、並列のショートスタブ２にて実軸上に変成された後に１／４波長程度の長さの線路４にて50Ωへと変換される。図２に、高周波トランジスタ１の出力インピーダンス（Zout1）、ショートスタブ２により実軸に変換したインピーダンス（Zout3）、50Ω負荷(ZoutA）、１／４波長程度の長さの線路４により50Ωからインピーダンス変成された後のインピーダンス（ZoutB）の、それぞれのインピーダンスの軌跡を示す。矢印先端位置が高域端でのインピーダンスを示す。図２から分かるように、ショートスタブ２と１／４波長程度の長さの線路４により構成される従来の出力整合回路は50Ωへのインピーダンス整合を可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-158648号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１に示す従来の高周波増幅器における出力整合回路においてZout3、ZoutBに注目する。このZout3、ZoutBが共役の関係にあるとき、インピーダンス整合が最もとれている。しかし従来の回路構成では、図２から分かるようにZout3の周波数特性に対してZoutBの周波数特性が小さい。そのため、中心周波数以外ではインピーダンス整合がとれず、出力整合回路が狭帯域となる。
【０００５】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、高周波トランジスタの出力インピーダンスの周波数特性を考慮して、広帯域にわたって良好なインピーダンス整合を与える出力整合回路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】
この発明に係る高周波増幅器は、入力整合回路からの高周波信号を増幅する出力インピーダンスが50Ωより低く，容量性の領域にある高周波トランジスタの出力側に高周波トランジスタと直列接続された直列インダクタと、この直列インダクタの出力側に前記高周波トランジスタと並列になるよう接続された並列インダクタと、前記直列インダクタの出力側に高周波トランジスタと直列になるよう接続された使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路とで構成される出力整合回路を備え、前記並列インダクタと１／４波長程度の長さの線路との間のインピーダンス値が高周波トランジスタの出力インピーダンスと50Ωの間となるように構成される。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る高周波増幅器によれば、入力整合回路からの高周波信号を増幅する高周波トランジスタの出力側に直列インダクタと、並列インダクタと、使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路からなる出力整合回路が形成され、並列インダクタと１／４波長程度の長さの線路との間のインピーダンス値を高周波トランジスタの出力インピーダンスと50Ωの間となるように構成されるので、出力整合回路の整合が広帯域となるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来の高周波増幅器の構成を示す回路図である。
【図２】従来の高周波増幅器の各構成要素出力部インピーダンスの軌跡の説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１における高周波増幅器の構成を示す回路図である。
【図４】この発明の実施の形態１における各構成要素出力部インピーダンスの軌跡の説明図である。
【図５】従来の高周波増幅器とこの発明の実施の形態１における高周波増幅器の出力VSWR特性図である。
【図６】実施の形態１において最大広帯域となる計算結果を示す図である。
【図７】実施の形態１で直列インダクタのインダクタンスに対し、出力VSWRが1.1および1.22となる比帯域の計算結果図である。
【図８】この発明の実施の形態２における高周波増幅器の構成を示す回路図である。
【図９】この発明の実施の形態３における高周波増幅器の構成を示す回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態４における高周波増幅器の構成を示す回路図である。
【図１１】この発明の実施の形態５による高周波増幅器の回路構成図である。
【図１２】実施形態５で用いられるHPFの構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態６による高周波増幅器の回路構成図である。
【図１４】実施の形態６で用いられるLPFの構成を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態７による高周波増幅器の回路構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態８による高周波増幅器の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図３はこの発明の実施の形態１における広帯域な高周波増幅器を示す回路図である。図３において、１は出力インピーダンスが50Ωより低く，容量性の領域にある高周波トランジスタ、６は高周波トランジスタ１の出力側に直列接続された直列インダクタ、７は高周波トランジスタ１と直列インダクタ６を合計したインピーダンスに対して使用する周波数の中心周波数で並列共振するインダクタンスに設定された並列インダクタ、３は並列インダクタ７を高周波短絡するための高周波短絡キャパシタ、４は高周波トランジスタ１と直列インダクタ６と並列インダクタ７を足し合わせたインピーダンスを50Ωへと変成するように特性インピーダンスの値を選んだ使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路（以下１／４波長線路という）であり、直列インダクタ６、並列インダクタ７および１／４波長線路４とで出力整合回路を構成する。５は高周波トランジスタ１の前段に設けられ、入力端子からの高周波信号のインピーダンス整合をする入力整合回路である。
【００１０】
図３の動作について説明する。図４は高周波トランジスタ１の出力インピーダンス（Zout1）、直列インダクタ６の後のインピーダンス（Zout2）、並列インダクタ７により使用周波数の中心周波数にて並列共振を形成したあとのインピーダンス（Zout3）、50Ω負荷(ZoutA）、１／４波長線路４により50Ωからインピーダンス変成された後のインピーダンス（言い換えると、１／４波長線路４によりインピーダンス変成された後のインピーダンスが50Ωとなるインピーダンス）（ZoutB）についてそれぞれのインピーダンスの軌跡を示したものである。矢印先端位置が高域端でのインピーダンスを示す。ここでは、並列インダクタ７で並列共振後のインピーダンスの軌跡Zout3と１／４波長線路４でインピーダンス変成された後のインピーダンスの軌跡ZoutBとの間の関係に注目する。
【００１１】
従来の高周波増幅器の出力整合回路においては、図２に示したようにショートスタブ２により実軸に変換したインピーダンスの軌跡（周波数特性）Zout3に対して、１／４波長線路４により50Ωからインピーダンス変成された後のインピーダンスの軌跡（周波数特性）ZoutBは短い（周波数特性が小さい）。そのため、中心周波数以外ではインピーダンスの共役整合がとれず、出力整合回路が狭帯域である。ZoutBのインピーダンスの軌跡を長く（周波数特性を大きく）して、Zout3とZoutBのインピーダンスの軌跡の長さ（周波数特性の大きさ）を同じにすることが、広帯域にインピーダンス整合を実現するために必要である。ZoutBの周波数特性は、１／４波長線路４のインピーダンス変成比により決まるため、このインピーダンス変成比を大きくすることで、ZoutBの周波数特性が大きくでき、Zout3とZoutBの周波数特性の大きさを同じにすることができる。１／４波長線路４のインピーダンス変成比を大きくするためには、中心周波数におけるZoutBを低くする必要がある。中心周波数におけるZoutBは、中心周波数におけるZout3と等しく実軸上となる。
【００１２】
ここで、従来の回路構成での中心周波数におけるZout3を、中間インピーダンスZa(以降はZaとする)として図２に示す。この発明の実施の形態１における高周波増幅器の出力整合回路での中心周波数におけるZout3を、中間インピーダンスZa'(以降はZa'とする)として、図４に示す。この発明の高周波増幅器の出力整合回路では、図２のZaから図４のZa'へと小さくする必要がある。図４に示すように直列インダクタ６を挿入することによってZa'を小さくすることができる。これにより、１／４波長線路４のインピーダンス変成比が大きくすることができ、Zout３とZoutBの周波数特性の大きさを同じにできる。その結果、広帯域なインピーダンス整合を実現できる。
【００１３】
図５は出力VSWR（Voltage Standing Wave Ratio ：電圧定在波比)について、従来の回路構成による高周波増幅器の場合とこの発明の高周波増幅器の場合を示す。このとき、高周波トランジスタ１の出力インピーダンスの容量成分を1pF、抵抗成分を20Ω、従来回路のショートスタブ２を0.253nH、１／４波長線路４の特性インピーダンスを31.6Ω、この発明の増幅器の直列インダクタ６を0.04nH、並列インダクタ７を0.247nH、１／４波長線路４の特性インピーダンスを26.9Ωとした。従来の回路構成では出力VSWRが1.1となる比帯域は16%であったが、直列インダクタ６を付加したこの発明の高周波増幅器では比帯域が24%となり、1.5倍の広帯域にわたって良好なインピーダンス整合を実現している。したがって、この発明の高周波増幅器の出力整合回路は広帯域に50Ωへの整合を実現できる。
【００１４】
次に、直列インダクタ６の適切なインダクタンスの値の範囲について述べる。この発明の高周波増幅器では、直列インダクタ６の後のインピーダンスZout2が容量性にあることが条件となる。なぜなら、直列インダクタ６によりZout2が中心周波数にて実軸をこえると、Zout3は並列インダクタ７により実軸へと変換できないためである。また、直列インダクタ６のインダクタンスL1の上限を以下の式(1)に示す。
【００１５】
【数１】
【００１６】
ここで、Coutは高周波トランジスタ１の出力インピーダンスの容量成分、R1は高周波トランジスタ１の出力インピーダンスの抵抗成分であり、L1が直列インダクタ６のインダクタンスである。また、ａを式（２）のように定義する。
【００１７】
【数２】
【００１８】
ここで、ωcは中心角周波数である。このように直列インダクタ６のインダクタンスL1の上限を与えることで、図３に示すこの発明の実施の形態１における高周波増幅器の出力整合回路で広帯域に50Ωへの整合を実現できる。
【００１９】
次に、もっとも広帯域となる直列インダクタ６のインダクタンスL1の値について述べる。図４に示すようにZout3とZoutBが、その中心周波数でのインピーダンスが等しく、インピーダンスの周波数特性の向きが逆で大きさが等しいとき、図３に示すこの発明の実施の形態１における高周波増幅器の出力整合回路が最も広帯域となる。これまでに述べたように、図４のZa'は実軸上のインピーダンスである。また、Zout３、ZoutBの周波数特性についてリアクタンス成分の周波数特性が支配的である。そのため、中心周波数におけるZout3の虚部の微分値とZoutBの虚部の微分値とが、互いに符号が逆で大きさが等しくなるとき、図３に示すこの発明の高周波増幅器の出力整合回路が最も広帯域となる。Zout3とZoutBを微分した結果を式（３）、（４）に、もっとも広帯域となる条件を求める式を式（５）に示す。
【００２０】
【数３】
【００２１】
なお、Coutが高周波トランジスタ１の出力インピーダンスの容量成分、R1が高周波トランジスタ１の出力インピーダンスの抵抗成分、ωcが中心角周波数、L1が直列インダクタ６のインダクタンス、L2が並列インダクタ７のインダクタンスを示している。並列インダクタ７のインダクタンスL2は、中心周波数でZout3が実軸へと変換する値となる。並列インダクタ７のインダクタンスL2は直列インダクタ６のインダクタンスL1により式（６）を用いて一意に決定される。
【００２２】
【数４】
【００２３】
また、ｂは式（７）のように定義される。
【００２４】
【数５】
【００２５】
１／４波長線路４の特性インピーダンスZcは、中心周波数にてZa'から５０Ωへとインピーダンス変成を行うため一意に決定される。そのため、１／４波長線路４の特性インピーダンスZcは直列インダクタ６のインダクタンスL1により次の式（８）を用いて与えられる。なお、R2=５０Ωとする。
【００２６】
【数６】
【００２７】
これまでに説明したように、並列インダクタ７のインダクタンスL2および１／４波長線路４の特性インピーダンスZcは直列インダクタ６のインダクタンスL1の値により一意に与えられるため、微分の式（３）、（４）の変数は直列インダクタ６のインダクタンスL1のみとなる。そのため、条件式（５）を満たす最適な直列インダクタ６のインダクタンスL1が存在する。この発明の実施の形態１における高周波増幅器では、出力整合回路に直列インダクタ６を挿入し、この直列インダクタ６のインダクタンスL1の値を条件式（５）を満たすように決定することで、広帯域に50Ωへの整合を実現している。
【００２８】
図６は、直列インダクタ６のインダクタンスL1を変数としたときの中心周波数におけるZout3の虚数部の角周波数微分値とZoutBの虚数部の角周波数微分値の和を示している。なお、図６で用いた高周波トランジスタ１の初期値は図５の検討で用いた値と同じである。図６の中で、中心周波数におけるZout3の虚数部の角周波数微分値とZoutBの虚数部の角周波数微分値の和が０付近となるような直列インダクタ６のインダクタンスL1の値において、この発明の高周波増幅器の出力整合回路で広帯域に50Ωへの整合を実現している。
【００２９】
図７は直列インダクタ６のインダクタンスL1を変数として、この発明の実施の形態１における高周波増幅器の出力整合回路で出力VSWR=1.1もしくは出力VSWR=1.22となる比帯域をそれぞれ計算した結果である。なお、図７で用いた高周波トランジスタ１の初期値は図５の検討で用いた値と同じである。どちらの出力VSWRの結果でも、直列インダクタ６のインダクタンスL1が0.04nH程度の値のときに最も広帯域となる。この直列インダクタ６のインダクタンスL1の値は図６より得られた最適値と一致しているため、式（５）で示した条件式が正しいといえる。また出力VSWRの条件を1.1と1.22で比較すると、広い比帯域が得られる直列インダクタ６のインダクタンスL1の最適値は若干異なる。また、直列インダクタ６のインダクタンスL1の最適値が式（５）で得られる値と完全に一致しなくても、比較的広い範囲の値で直列インダクタ６が無い従来の回路と比較して広帯域な特性が得られている。
【００３０】
ここでは、高周波トランジスタ１の小信号時の出力インピーダンスに対してインピーダンス整合を行った場合について述べたが、高周波トランジスタ１の大信号時の効率、出力電力などに対する最適負荷インピーダンスに対しても同様に広帯域整合をすることができる。また、図３の回路を利用することで、従来回路と比較して並列インダクタ７を短くできるため、従来回路より回路の小型化が可能となる。
【００３１】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２による高周波増幅器の回路構成図である。図８において、５は入力整合回路、１および１'は入力整合回路５の出力側に並列接続された高周波トランジスタ、６および６'は直列インダクタ、７は高周波トランジスタ１と直列インダクタ６を足し合わせたインピーダンスに対して使用する周波数の中心周波数で並列共振するインダクタンスに設定された並列インダクタ、７'は高周波トランジスタ１'と直列インダクタ６'を足し合わせたインピーダンスに対して使用する周波数の中心周波数で並列共振するインダクタンスに設定された並列インダクタ、３および３'は並列インダクタ７および７'を高周波短絡するための高周波短絡キャパシタ、４は高周波トランジスタの並列数をｎとした時に高周波トランジスタ１、直列インダクタ６、並列インダクタ７を足し合わせたインピーダンスより（50／ｎ）Ωへと変成するように特性インピーダンスの値を選んだ１／４波長線路、４'は高周波トランジスタの並列数をｎとした時に高周波トランジスタ１'、直列インダクタ６'、並列インダクタ７'を足し合わせたインピーダンスより（50／ｎ）Ωへと変成するように特性インピーダンスの値を選んだ１／４波長線路である。この実施の形態２は、実施の形態１の構成を示す図３と比較して、高周波トランジスタ、直列インダクタ、並列インダクタ、高周波短絡キャパシタ、１／４波長線路からなる回路構成は同じであり、１／４波長線路後の出力を並列合成する構成されている点が異なり、図３の実施の形態１による高周波増幅器と同様の効果を有する。さらに高周波トランジスタを並列合成する事で、実施の形態１の高周波増幅器に比べて大きな出力電力を得られる利点がある。
【００３２】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３による高周波増幅器の回路構成図である。図９において、高周波トランジスタ１、高周波短絡キャパシタ３、入力整合回路５、直列インダクタ６、並列インダクタ７及び高周波トランジスタ１'、高周波短絡キャパシタ３'、直列インダクタ６'、並列インダクタ７'はそれぞれ実施の形態２による高周波増幅器を示す図８の説明と同じである。４は、高周波トランジスタ１、直列インダクタ６、並列インダクタ７、高周波トランジスタ１'、直列インダクタ６'、並列インダクタ７'を全て足し合わせたインピーダンスより50Ωへと変成するように特性インピーダンスの値を選んだ１／４波長線路である。実施の形態２の構成を示す図８と比較して回路構成は略同じであり、出力整合回路の合成する位置が異なり、１／４波長線路４を共用する構成になっている。この実施の形態３は実施の形態２と同様に図３に示す実施の形態１の高周波増幅器と同様の効果を有し、さらに高周波トランジスタを並列合成する事で、実施の形態１の高周波増幅器に比べて大きな出力電力を得られる利点がある。
【００３３】
実施の形態４．
図１０はこの発明の実施の形態４による高周波増幅器の回路構成図である。図１０において、高周波トランジスタ１、高周波短絡キャパシタ３、入力整合回路５、直列インダクタ６、高周波トランジスタ１'、直列インダクタ６'はそれぞれ図９に示す実施の形態３の説明と同じである。７は高周波トランジスタ１、直列インダクタ６、高周波トランジスタ１'、直列インダクタ６'を全て足し合わせたインピーダンスに対して中心周波数で並列共振するインダクタンスに設定された並列インダクタ、４は高周波トランジスタ１、直列インダクタ６、並列インダクタ７、高周波トランジスタ１'、直列インダクタ６'を全て足し合わせたインピーダンスより５０Ωへと変成するように特性インピーダンスの値を選んだ１／４波長線路である。実施の形態３を示す図９と比較して回路構成は略同じであるが、出力整合回路の合成する位置が異なり、並列インダクタ７と１／４波長線路４を共用する構成になっている。しかし、実施の形態３と同様に図３に示す実施の形態１の高周波増幅器と同様の効果を有する。さらに高周波トランジスタを並列合成する事で、実施の形態１の高周波増幅器に比べて大きな出力電力を得られる利点がある。
【００３４】
実施の形態５．
図１１はこの発明の実施の形態５による高周波増幅器の回路構成図である。図１１において、高周波トランジスタ１、高周波短絡キャパシタ３、入力整合回路５、直列インダクタ６、並列インダクタ７は実施の形態１による高周波増幅器を示す図３の記号の説明と同じであり説明を省略する。８は実施の形態１〜４の１／４波長線路４に相当する部分で、インピーダンス変成器として１／４波長線路４の代わりに高域通過型フィルタ(以降HPFとする)を用いている。このHPFの回路構成例を図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図１２（ａ）ははしご形HPFにてインピーダンス変成器を構成したものである。図１２（ｂ）はT形HPFにてインピーダンス変成器を構成したものである。図１２（ｃ）はπ形HPFにてインピーダンス変成器を構成したものである。図１２（ａ）〜（ｃ）のHPFは、１／４波長線路４とほぼ同じ特性を示すので、図１１に示す高周波増幅器は、図３に示す実施の形態１の高周波増幅器と同様の効果を有する。１／４波長線路４をHPFの集中定数素子に置き換えることで、実施の形態１に比べて回路を小さくできる利点がある。また、回路を小さくする事により回路の損失を小さくできる利点がある。
【００３５】
実施の形態６．
図１３はこの発明の実施の形態６による高周波増幅器の回路構成図である。図１３において、高周波トランジスタ１、高周波短絡キャパシタ３、入力整合回路５、直列インダクタ６、並列インダクタ７は実施の形態１による高周波増幅器を示す図３の記号の説明と同じであり説明を省略する。９は実施の形態１〜４の１／４波長線路４に相当する部分で、インピーダンス変成器として１／４波長線路４の代わりに低域通過型フィルタ(以降LPFとする)を用いている。このLPFの回路構成例を図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す。図１４（ａ）ははしご形LPFにてインピーダンス変成器を構成したものである。図１４（ｂ）はT形LPFにてインピーダンス変成器を構成したものである。図１４（ｃ）はπ形LPFにてインピーダンス変成器を構成したものである。図１４（ｄ）は分布定数線路にてLPFを構成しインピーダンス変成器としたものである。図１４（ａ）〜（ｄ）のLPFは、１／４波長線路４とほぼ同じ特性を示すので、図１３に示す高周波増幅器は、図３に示す実施の形態１の高周波増幅器と同様の効果を有する。１／４波長線路４をLPFの集中定数素子に置き換えることで、実施の形態１に比べて回路を小さくできる利点がある。また、回路を小さくする事により回路の損失を小さくできる利点がある。
【００３６】
実施の形態７．
図１５はこの発明の実施の形態7による高周波増幅器の回路構成図である。図１５において、高周波トランジスタ１、高周波短絡キャパシタ３、入力整合回路５、直列インダクタ６、並列インダクタ７は実施の形態１による高周波増幅器を示す図３の記号の説明と同じであり説明を省略する。１０は実施形態１〜６の直列インダクタ６に相当する部分で、インダクタンスとして直列インダクタ６の代わりに直列線路を用いる。図１５の直列線路は、直列インダクタ６とほぼ同じ特性を示すので、図３に示す実施の形態１の増幅器と同様の効果を有する。直列インダクタ６の代わりに直列線路１０を用いることで、実施の形態１に比べて製造再現性に優れるという利点がある。
【００３７】
実施の形態８．
図１６はこの発明の実施の形態８による高周波増幅器の回路構成図である。図１６において、高周波トランジスタ１、高周波短絡キャパシタ３、入力整合回路５、直列インダクタ６、直列線路１０は実施の形態７による高周波増幅器を示す図１５の記号の説明と同じであり説明を省略する。２は実施の形態１〜７の並列インダクタ７に相当する部分で、インダクタンスとして並列インダクタ７の代わりにショートスタブを用いる。図１６のショートスタブ２は、並列インダクタ７とほぼ同じ特性を示すので、図３に示す実施の形態１の高周波増幅器と同様の効果を有する。並列インダクタ７の代わりにショートスタブ２を用いることで、実施の形態１に比べて製造再現性に優れるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
この発明による高周波増幅器は、広帯域にわたって良好な出力インピーダンス整合が得られ、衛星通信、地上波マイクロ波通信、移動体通信等に使用される高周波増幅器に適用される可能性がある。
【符号の説明】
【００３９】
１、１'；高周波トランジスタ、２；ショートスタブ、３、３'；高周波短絡キャパシタ、４、４'；１／４波長線路、５；入力整合回路、６、６'；直列インダクタ、７、７'；並列インダクタ、８；高域通過型フィルタ、９；低域通過型フィルタ、１０；直列線路。
【技術分野】
【０００１】
この発明は高周波増幅器に関し、特に高周波トランジスタの出力インピーダンスのもつ周波数特性の影響も加味して広帯域な特性を得るための出力整合回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高周波増幅器では、高周波トランジスタの出力側にショートスタブを設置する構成が用いられており、このような回路構成は特開2007-158648号公報にて開示されている。図１に従来の回路構成による回路図を示す。図1において１は高周波トランジスタ、２はショートスタブ、３はショートスタブ２を高周波短絡するための高周波短絡キャパシタ、４は使用する周波数の中心周波数の１／４波長程度の長さの線路、５は入力整合回路であり、ショートスタブ２と、使用周波数の中心周波数の１／４波長程度の長さの線路４とで出力整合回路を構成する。
このような回路構成において、高周波トランジスタ１の出力インピーダンスは容量性にあり、並列のショートスタブ２にて実軸上に変成された後に１／４波長程度の長さの線路４にて50Ωへと変換される。図２に、高周波トランジスタ１の出力インピーダンス（Zout1）、ショートスタブ２により実軸に変換したインピーダンス（Zout3）、50Ω負荷(ZoutA）、１／４波長程度の長さの線路４により50Ωからインピーダンス変成された後のインピーダンス（ZoutB）の、それぞれのインピーダンスの軌跡を示す。矢印先端位置が高域端でのインピーダンスを示す。図２から分かるように、ショートスタブ２と１／４波長程度の長さの線路４により構成される従来の出力整合回路は50Ωへのインピーダンス整合を可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-158648号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１に示す従来の高周波増幅器における出力整合回路においてZout3、ZoutBに注目する。このZout3、ZoutBが共役の関係にあるとき、インピーダンス整合が最もとれている。しかし従来の回路構成では、図２から分かるようにZout3の周波数特性に対してZoutBの周波数特性が小さい。そのため、中心周波数以外ではインピーダンス整合がとれず、出力整合回路が狭帯域となる。
【０００５】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、高周波トランジスタの出力インピーダンスの周波数特性を考慮して、広帯域にわたって良好なインピーダンス整合を与える出力整合回路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】
この発明に係る高周波増幅器は、入力整合回路からの高周波信号を増幅する出力インピーダンスが50Ωより低く，容量性の領域にある高周波トランジスタの出力側に高周波トランジスタと直列接続された直列インダクタと、この直列インダクタの出力側に前記高周波トランジスタと並列になるよう接続された並列インダクタと、前記直列インダクタの出力側に高周波トランジスタと直列になるよう接続された使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路とで構成される出力整合回路を備え、前記並列インダクタと１／４波長程度の長さの線路との間のインピーダンス値が高周波トランジスタの出力インピーダンスと50Ωの間となるように構成される。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る高周波増幅器によれば、入力整合回路からの高周波信号を増幅する高周波トランジスタの出力側に直列インダクタと、並列インダクタと、使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路からなる出力整合回路が形成され、並列インダクタと１／４波長程度の長さの線路との間のインピーダンス値を高周波トランジスタの出力インピーダンスと50Ωの間となるように構成されるので、出力整合回路の整合が広帯域となるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来の高周波増幅器の構成を示す回路図である。
【図２】従来の高周波増幅器の各構成要素出力部インピーダンスの軌跡の説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１における高周波増幅器の構成を示す回路図である。
【図４】この発明の実施の形態１における各構成要素出力部インピーダンスの軌跡の説明図である。
【図５】従来の高周波増幅器とこの発明の実施の形態１における高周波増幅器の出力VSWR特性図である。
【図６】実施の形態１において最大広帯域となる計算結果を示す図である。
【図７】実施の形態１で直列インダクタのインダクタンスに対し、出力VSWRが1.1および1.22となる比帯域の計算結果図である。
【図８】この発明の実施の形態２における高周波増幅器の構成を示す回路図である。
【図９】この発明の実施の形態３における高周波増幅器の構成を示す回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態４における高周波増幅器の構成を示す回路図である。
【図１１】この発明の実施の形態５による高周波増幅器の回路構成図である。
【図１２】実施形態５で用いられるHPFの構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態６による高周波増幅器の回路構成図である。
【図１４】実施の形態６で用いられるLPFの構成を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態７による高周波増幅器の回路構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態８による高周波増幅器の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図３はこの発明の実施の形態１における広帯域な高周波増幅器を示す回路図である。図３において、１は出力インピーダンスが50Ωより低く，容量性の領域にある高周波トランジスタ、６は高周波トランジスタ１の出力側に直列接続された直列インダクタ、７は高周波トランジスタ１と直列インダクタ６を合計したインピーダンスに対して使用する周波数の中心周波数で並列共振するインダクタンスに設定された並列インダクタ、３は並列インダクタ７を高周波短絡するための高周波短絡キャパシタ、４は高周波トランジスタ１と直列インダクタ６と並列インダクタ７を足し合わせたインピーダンスを50Ωへと変成するように特性インピーダンスの値を選んだ使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路（以下１／４波長線路という）であり、直列インダクタ６、並列インダクタ７および１／４波長線路４とで出力整合回路を構成する。５は高周波トランジスタ１の前段に設けられ、入力端子からの高周波信号のインピーダンス整合をする入力整合回路である。
【００１０】
図３の動作について説明する。図４は高周波トランジスタ１の出力インピーダンス（Zout1）、直列インダクタ６の後のインピーダンス（Zout2）、並列インダクタ７により使用周波数の中心周波数にて並列共振を形成したあとのインピーダンス（Zout3）、50Ω負荷(ZoutA）、１／４波長線路４により50Ωからインピーダンス変成された後のインピーダンス（言い換えると、１／４波長線路４によりインピーダンス変成された後のインピーダンスが50Ωとなるインピーダンス）（ZoutB）についてそれぞれのインピーダンスの軌跡を示したものである。矢印先端位置が高域端でのインピーダンスを示す。ここでは、並列インダクタ７で並列共振後のインピーダンスの軌跡Zout3と１／４波長線路４でインピーダンス変成された後のインピーダンスの軌跡ZoutBとの間の関係に注目する。
【００１１】
従来の高周波増幅器の出力整合回路においては、図２に示したようにショートスタブ２により実軸に変換したインピーダンスの軌跡（周波数特性）Zout3に対して、１／４波長線路４により50Ωからインピーダンス変成された後のインピーダンスの軌跡（周波数特性）ZoutBは短い（周波数特性が小さい）。そのため、中心周波数以外ではインピーダンスの共役整合がとれず、出力整合回路が狭帯域である。ZoutBのインピーダンスの軌跡を長く（周波数特性を大きく）して、Zout3とZoutBのインピーダンスの軌跡の長さ（周波数特性の大きさ）を同じにすることが、広帯域にインピーダンス整合を実現するために必要である。ZoutBの周波数特性は、１／４波長線路４のインピーダンス変成比により決まるため、このインピーダンス変成比を大きくすることで、ZoutBの周波数特性が大きくでき、Zout3とZoutBの周波数特性の大きさを同じにすることができる。１／４波長線路４のインピーダンス変成比を大きくするためには、中心周波数におけるZoutBを低くする必要がある。中心周波数におけるZoutBは、中心周波数におけるZout3と等しく実軸上となる。
【００１２】
ここで、従来の回路構成での中心周波数におけるZout3を、中間インピーダンスZa(以降はZaとする)として図２に示す。この発明の実施の形態１における高周波増幅器の出力整合回路での中心周波数におけるZout3を、中間インピーダンスZa'(以降はZa'とする)として、図４に示す。この発明の高周波増幅器の出力整合回路では、図２のZaから図４のZa'へと小さくする必要がある。図４に示すように直列インダクタ６を挿入することによってZa'を小さくすることができる。これにより、１／４波長線路４のインピーダンス変成比が大きくすることができ、Zout３とZoutBの周波数特性の大きさを同じにできる。その結果、広帯域なインピーダンス整合を実現できる。
【００１３】
図５は出力VSWR（Voltage Standing Wave Ratio ：電圧定在波比)について、従来の回路構成による高周波増幅器の場合とこの発明の高周波増幅器の場合を示す。このとき、高周波トランジスタ１の出力インピーダンスの容量成分を1pF、抵抗成分を20Ω、従来回路のショートスタブ２を0.253nH、１／４波長線路４の特性インピーダンスを31.6Ω、この発明の増幅器の直列インダクタ６を0.04nH、並列インダクタ７を0.247nH、１／４波長線路４の特性インピーダンスを26.9Ωとした。従来の回路構成では出力VSWRが1.1となる比帯域は16%であったが、直列インダクタ６を付加したこの発明の高周波増幅器では比帯域が24%となり、1.5倍の広帯域にわたって良好なインピーダンス整合を実現している。したがって、この発明の高周波増幅器の出力整合回路は広帯域に50Ωへの整合を実現できる。
【００１４】
次に、直列インダクタ６の適切なインダクタンスの値の範囲について述べる。この発明の高周波増幅器では、直列インダクタ６の後のインピーダンスZout2が容量性にあることが条件となる。なぜなら、直列インダクタ６によりZout2が中心周波数にて実軸をこえると、Zout3は並列インダクタ７により実軸へと変換できないためである。また、直列インダクタ６のインダクタンスL1の上限を以下の式(1)に示す。
【００１５】
【数１】
【００１６】
ここで、Coutは高周波トランジスタ１の出力インピーダンスの容量成分、R1は高周波トランジスタ１の出力インピーダンスの抵抗成分であり、L1が直列インダクタ６のインダクタンスである。また、ａを式（２）のように定義する。
【００１７】
【数２】
【００１８】
ここで、ωcは中心角周波数である。このように直列インダクタ６のインダクタンスL1の上限を与えることで、図３に示すこの発明の実施の形態１における高周波増幅器の出力整合回路で広帯域に50Ωへの整合を実現できる。
【００１９】
次に、もっとも広帯域となる直列インダクタ６のインダクタンスL1の値について述べる。図４に示すようにZout3とZoutBが、その中心周波数でのインピーダンスが等しく、インピーダンスの周波数特性の向きが逆で大きさが等しいとき、図３に示すこの発明の実施の形態１における高周波増幅器の出力整合回路が最も広帯域となる。これまでに述べたように、図４のZa'は実軸上のインピーダンスである。また、Zout３、ZoutBの周波数特性についてリアクタンス成分の周波数特性が支配的である。そのため、中心周波数におけるZout3の虚部の微分値とZoutBの虚部の微分値とが、互いに符号が逆で大きさが等しくなるとき、図３に示すこの発明の高周波増幅器の出力整合回路が最も広帯域となる。Zout3とZoutBを微分した結果を式（３）、（４）に、もっとも広帯域となる条件を求める式を式（５）に示す。
【００２０】
【数３】
【００２１】
なお、Coutが高周波トランジスタ１の出力インピーダンスの容量成分、R1が高周波トランジスタ１の出力インピーダンスの抵抗成分、ωcが中心角周波数、L1が直列インダクタ６のインダクタンス、L2が並列インダクタ７のインダクタンスを示している。並列インダクタ７のインダクタンスL2は、中心周波数でZout3が実軸へと変換する値となる。並列インダクタ７のインダクタンスL2は直列インダクタ６のインダクタンスL1により式（６）を用いて一意に決定される。
【００２２】
【数４】
【００２３】
また、ｂは式（７）のように定義される。
【００２４】
【数５】
【００２５】
１／４波長線路４の特性インピーダンスZcは、中心周波数にてZa'から５０Ωへとインピーダンス変成を行うため一意に決定される。そのため、１／４波長線路４の特性インピーダンスZcは直列インダクタ６のインダクタンスL1により次の式（８）を用いて与えられる。なお、R2=５０Ωとする。
【００２６】
【数６】
【００２７】
これまでに説明したように、並列インダクタ７のインダクタンスL2および１／４波長線路４の特性インピーダンスZcは直列インダクタ６のインダクタンスL1の値により一意に与えられるため、微分の式（３）、（４）の変数は直列インダクタ６のインダクタンスL1のみとなる。そのため、条件式（５）を満たす最適な直列インダクタ６のインダクタンスL1が存在する。この発明の実施の形態１における高周波増幅器では、出力整合回路に直列インダクタ６を挿入し、この直列インダクタ６のインダクタンスL1の値を条件式（５）を満たすように決定することで、広帯域に50Ωへの整合を実現している。
【００２８】
図６は、直列インダクタ６のインダクタンスL1を変数としたときの中心周波数におけるZout3の虚数部の角周波数微分値とZoutBの虚数部の角周波数微分値の和を示している。なお、図６で用いた高周波トランジスタ１の初期値は図５の検討で用いた値と同じである。図６の中で、中心周波数におけるZout3の虚数部の角周波数微分値とZoutBの虚数部の角周波数微分値の和が０付近となるような直列インダクタ６のインダクタンスL1の値において、この発明の高周波増幅器の出力整合回路で広帯域に50Ωへの整合を実現している。
【００２９】
図７は直列インダクタ６のインダクタンスL1を変数として、この発明の実施の形態１における高周波増幅器の出力整合回路で出力VSWR=1.1もしくは出力VSWR=1.22となる比帯域をそれぞれ計算した結果である。なお、図７で用いた高周波トランジスタ１の初期値は図５の検討で用いた値と同じである。どちらの出力VSWRの結果でも、直列インダクタ６のインダクタンスL1が0.04nH程度の値のときに最も広帯域となる。この直列インダクタ６のインダクタンスL1の値は図６より得られた最適値と一致しているため、式（５）で示した条件式が正しいといえる。また出力VSWRの条件を1.1と1.22で比較すると、広い比帯域が得られる直列インダクタ６のインダクタンスL1の最適値は若干異なる。また、直列インダクタ６のインダクタンスL1の最適値が式（５）で得られる値と完全に一致しなくても、比較的広い範囲の値で直列インダクタ６が無い従来の回路と比較して広帯域な特性が得られている。
【００３０】
ここでは、高周波トランジスタ１の小信号時の出力インピーダンスに対してインピーダンス整合を行った場合について述べたが、高周波トランジスタ１の大信号時の効率、出力電力などに対する最適負荷インピーダンスに対しても同様に広帯域整合をすることができる。また、図３の回路を利用することで、従来回路と比較して並列インダクタ７を短くできるため、従来回路より回路の小型化が可能となる。
【００３１】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２による高周波増幅器の回路構成図である。図８において、５は入力整合回路、１および１'は入力整合回路５の出力側に並列接続された高周波トランジスタ、６および６'は直列インダクタ、７は高周波トランジスタ１と直列インダクタ６を足し合わせたインピーダンスに対して使用する周波数の中心周波数で並列共振するインダクタンスに設定された並列インダクタ、７'は高周波トランジスタ１'と直列インダクタ６'を足し合わせたインピーダンスに対して使用する周波数の中心周波数で並列共振するインダクタンスに設定された並列インダクタ、３および３'は並列インダクタ７および７'を高周波短絡するための高周波短絡キャパシタ、４は高周波トランジスタの並列数をｎとした時に高周波トランジスタ１、直列インダクタ６、並列インダクタ７を足し合わせたインピーダンスより（50／ｎ）Ωへと変成するように特性インピーダンスの値を選んだ１／４波長線路、４'は高周波トランジスタの並列数をｎとした時に高周波トランジスタ１'、直列インダクタ６'、並列インダクタ７'を足し合わせたインピーダンスより（50／ｎ）Ωへと変成するように特性インピーダンスの値を選んだ１／４波長線路である。この実施の形態２は、実施の形態１の構成を示す図３と比較して、高周波トランジスタ、直列インダクタ、並列インダクタ、高周波短絡キャパシタ、１／４波長線路からなる回路構成は同じであり、１／４波長線路後の出力を並列合成する構成されている点が異なり、図３の実施の形態１による高周波増幅器と同様の効果を有する。さらに高周波トランジスタを並列合成する事で、実施の形態１の高周波増幅器に比べて大きな出力電力を得られる利点がある。
【００３２】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３による高周波増幅器の回路構成図である。図９において、高周波トランジスタ１、高周波短絡キャパシタ３、入力整合回路５、直列インダクタ６、並列インダクタ７及び高周波トランジスタ１'、高周波短絡キャパシタ３'、直列インダクタ６'、並列インダクタ７'はそれぞれ実施の形態２による高周波増幅器を示す図８の説明と同じである。４は、高周波トランジスタ１、直列インダクタ６、並列インダクタ７、高周波トランジスタ１'、直列インダクタ６'、並列インダクタ７'を全て足し合わせたインピーダンスより50Ωへと変成するように特性インピーダンスの値を選んだ１／４波長線路である。実施の形態２の構成を示す図８と比較して回路構成は略同じであり、出力整合回路の合成する位置が異なり、１／４波長線路４を共用する構成になっている。この実施の形態３は実施の形態２と同様に図３に示す実施の形態１の高周波増幅器と同様の効果を有し、さらに高周波トランジスタを並列合成する事で、実施の形態１の高周波増幅器に比べて大きな出力電力を得られる利点がある。
【００３３】
実施の形態４．
図１０はこの発明の実施の形態４による高周波増幅器の回路構成図である。図１０において、高周波トランジスタ１、高周波短絡キャパシタ３、入力整合回路５、直列インダクタ６、高周波トランジスタ１'、直列インダクタ６'はそれぞれ図９に示す実施の形態３の説明と同じである。７は高周波トランジスタ１、直列インダクタ６、高周波トランジスタ１'、直列インダクタ６'を全て足し合わせたインピーダンスに対して中心周波数で並列共振するインダクタンスに設定された並列インダクタ、４は高周波トランジスタ１、直列インダクタ６、並列インダクタ７、高周波トランジスタ１'、直列インダクタ６'を全て足し合わせたインピーダンスより５０Ωへと変成するように特性インピーダンスの値を選んだ１／４波長線路である。実施の形態３を示す図９と比較して回路構成は略同じであるが、出力整合回路の合成する位置が異なり、並列インダクタ７と１／４波長線路４を共用する構成になっている。しかし、実施の形態３と同様に図３に示す実施の形態１の高周波増幅器と同様の効果を有する。さらに高周波トランジスタを並列合成する事で、実施の形態１の高周波増幅器に比べて大きな出力電力を得られる利点がある。
【００３４】
実施の形態５．
図１１はこの発明の実施の形態５による高周波増幅器の回路構成図である。図１１において、高周波トランジスタ１、高周波短絡キャパシタ３、入力整合回路５、直列インダクタ６、並列インダクタ７は実施の形態１による高周波増幅器を示す図３の記号の説明と同じであり説明を省略する。８は実施の形態１〜４の１／４波長線路４に相当する部分で、インピーダンス変成器として１／４波長線路４の代わりに高域通過型フィルタ(以降HPFとする)を用いている。このHPFの回路構成例を図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図１２（ａ）ははしご形HPFにてインピーダンス変成器を構成したものである。図１２（ｂ）はT形HPFにてインピーダンス変成器を構成したものである。図１２（ｃ）はπ形HPFにてインピーダンス変成器を構成したものである。図１２（ａ）〜（ｃ）のHPFは、１／４波長線路４とほぼ同じ特性を示すので、図１１に示す高周波増幅器は、図３に示す実施の形態１の高周波増幅器と同様の効果を有する。１／４波長線路４をHPFの集中定数素子に置き換えることで、実施の形態１に比べて回路を小さくできる利点がある。また、回路を小さくする事により回路の損失を小さくできる利点がある。
【００３５】
実施の形態６．
図１３はこの発明の実施の形態６による高周波増幅器の回路構成図である。図１３において、高周波トランジスタ１、高周波短絡キャパシタ３、入力整合回路５、直列インダクタ６、並列インダクタ７は実施の形態１による高周波増幅器を示す図３の記号の説明と同じであり説明を省略する。９は実施の形態１〜４の１／４波長線路４に相当する部分で、インピーダンス変成器として１／４波長線路４の代わりに低域通過型フィルタ(以降LPFとする)を用いている。このLPFの回路構成例を図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す。図１４（ａ）ははしご形LPFにてインピーダンス変成器を構成したものである。図１４（ｂ）はT形LPFにてインピーダンス変成器を構成したものである。図１４（ｃ）はπ形LPFにてインピーダンス変成器を構成したものである。図１４（ｄ）は分布定数線路にてLPFを構成しインピーダンス変成器としたものである。図１４（ａ）〜（ｄ）のLPFは、１／４波長線路４とほぼ同じ特性を示すので、図１３に示す高周波増幅器は、図３に示す実施の形態１の高周波増幅器と同様の効果を有する。１／４波長線路４をLPFの集中定数素子に置き換えることで、実施の形態１に比べて回路を小さくできる利点がある。また、回路を小さくする事により回路の損失を小さくできる利点がある。
【００３６】
実施の形態７．
図１５はこの発明の実施の形態7による高周波増幅器の回路構成図である。図１５において、高周波トランジスタ１、高周波短絡キャパシタ３、入力整合回路５、直列インダクタ６、並列インダクタ７は実施の形態１による高周波増幅器を示す図３の記号の説明と同じであり説明を省略する。１０は実施形態１〜６の直列インダクタ６に相当する部分で、インダクタンスとして直列インダクタ６の代わりに直列線路を用いる。図１５の直列線路は、直列インダクタ６とほぼ同じ特性を示すので、図３に示す実施の形態１の増幅器と同様の効果を有する。直列インダクタ６の代わりに直列線路１０を用いることで、実施の形態１に比べて製造再現性に優れるという利点がある。
【００３７】
実施の形態８．
図１６はこの発明の実施の形態８による高周波増幅器の回路構成図である。図１６において、高周波トランジスタ１、高周波短絡キャパシタ３、入力整合回路５、直列インダクタ６、直列線路１０は実施の形態７による高周波増幅器を示す図１５の記号の説明と同じであり説明を省略する。２は実施の形態１〜７の並列インダクタ７に相当する部分で、インダクタンスとして並列インダクタ７の代わりにショートスタブを用いる。図１６のショートスタブ２は、並列インダクタ７とほぼ同じ特性を示すので、図３に示す実施の形態１の高周波増幅器と同様の効果を有する。並列インダクタ７の代わりにショートスタブ２を用いることで、実施の形態１に比べて製造再現性に優れるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
この発明による高周波増幅器は、広帯域にわたって良好な出力インピーダンス整合が得られ、衛星通信、地上波マイクロ波通信、移動体通信等に使用される高周波増幅器に適用される可能性がある。
【符号の説明】
【００３９】
１、１'；高周波トランジスタ、２；ショートスタブ、３、３'；高周波短絡キャパシタ、４、４'；１／４波長線路、５；入力整合回路、６、６'；直列インダクタ、７、７'；並列インダクタ、８；高域通過型フィルタ、９；低域通過型フィルタ、１０；直列線路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力インピーダンスが50Ωより低く，容量性の領域にある高周波トランジスタを用い、入力整合回路からの高周波信号を増幅する高周波増幅器であり、高周波トランジスタの出力側に高周波トランジスタと直列接続された直列インダクタと、この直列インダクタの出力側に前記高周波トランジスタと並列になるよう接続された並列インダクタと、前記直列インダクタの出力側に高周波トランジスタと直列になるよう接続された使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路とで出力整合回路が構成され、前記並列インダクタと１／４波長程度の長さの線路との間のインピーダンス値が高周波トランジスタの出力インピーダンスと50Ωの間となるように構成されたことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項２】
前記直列インダクタのインダクタンスを、出力整合回路の整合が広帯域となるように、並列インダクタによる並列共振形成後のインピーダンスと、１／４波長程度の長さの線路により50Ωからインピーダンス変成された後のインピーダンスとの関係から決定することを特徴とする請求項１記載の高周波増幅器。
【請求項３】
入力整合回路に、高周波トランジスタと、高周波トランジスタの出力側に高周波トランジスタと直列接続された直列インダクタと、この直列インダクタの出力側に前記高周波トランジスタと並列になるよう接続された並列インダクタと、前記直列インダクタの出力側に高周波トランジスタと直列になるよう接続された使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路とから構成される出力整合回路を備えた高周波増幅回路を並列にｎ個接続し、各高周波増幅回路の出力を並列合成する高周波増幅器であり、各並列インダクタと各１／４波長程度の長さの線路との間の各インピーダンス値が，各高周波トランジスタの出力インピーダンスと（50／ｎ）Ωの間となるように構成されたことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項４】
入力整合回路に、高周波トランジスタと、高周波トランジスタの出力側に高周波トランジスタと直列接続された直列インダクタと、この直列インダクタの出力側に前記高周波トランジスタと並列になるよう接続された並列インダクタとの高周波増幅回路を並列にｎ個接続し、各高周波増幅回路の出力を並列合成して、使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路に入力し、１／４波長程度の長さの線路でインピーダンス変成される出力整合回路を備える高周波増幅器であり、各並列インダクタと１／４波長程度の長さの線路との間のインピーダンスが高周波トランジスタの出力インピーダンスと50Ωの間となるように構成されたことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項５】
入力整合回路に、高周波トランジスタと、高周波トランジスタの出力側に高周波トランジスタと直列接続された直列インダクタとの高周波増幅回路を並列にｎ個接続し、各高周波増幅回路の出力を並列合成し、この並列合成点に前記各高周波トランジスタと並列になるよう接続された並列インダクタと、同じく前記並列合成点に接続された使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路で構成される出力整合回路を備える高周波増幅器であり、並列インダクタと１／４波長程度の長さの線路との間のインピーダンスが高周波トランジスタの出力インピーダンスと50Ωの間となるように構成されたことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項６】
１／４波長程度の長さの線路の代わりに，高域通過フィルタ型の整合回路を用いたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の高周波増幅器。
【請求項７】
１／４波長程度の長さの線路の代わりに，低域通過フィルタ型の整合回路を用いたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の高周波増幅器。
【請求項８】
直列インダクタの代わりに，直列線路を用いたことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の高周波増幅器。
【請求項９】
並列インダクタの代わりに，ショートスタブを用いたことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の高周波増幅器。
【請求項１】
出力インピーダンスが50Ωより低く，容量性の領域にある高周波トランジスタを用い、入力整合回路からの高周波信号を増幅する高周波増幅器であり、高周波トランジスタの出力側に高周波トランジスタと直列接続された直列インダクタと、この直列インダクタの出力側に前記高周波トランジスタと並列になるよう接続された並列インダクタと、前記直列インダクタの出力側に高周波トランジスタと直列になるよう接続された使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路とで出力整合回路が構成され、前記並列インダクタと１／４波長程度の長さの線路との間のインピーダンス値が高周波トランジスタの出力インピーダンスと50Ωの間となるように構成されたことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項２】
前記直列インダクタのインダクタンスを、出力整合回路の整合が広帯域となるように、並列インダクタによる並列共振形成後のインピーダンスと、１／４波長程度の長さの線路により50Ωからインピーダンス変成された後のインピーダンスとの関係から決定することを特徴とする請求項１記載の高周波増幅器。
【請求項３】
入力整合回路に、高周波トランジスタと、高周波トランジスタの出力側に高周波トランジスタと直列接続された直列インダクタと、この直列インダクタの出力側に前記高周波トランジスタと並列になるよう接続された並列インダクタと、前記直列インダクタの出力側に高周波トランジスタと直列になるよう接続された使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路とから構成される出力整合回路を備えた高周波増幅回路を並列にｎ個接続し、各高周波増幅回路の出力を並列合成する高周波増幅器であり、各並列インダクタと各１／４波長程度の長さの線路との間の各インピーダンス値が，各高周波トランジスタの出力インピーダンスと（50／ｎ）Ωの間となるように構成されたことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項４】
入力整合回路に、高周波トランジスタと、高周波トランジスタの出力側に高周波トランジスタと直列接続された直列インダクタと、この直列インダクタの出力側に前記高周波トランジスタと並列になるよう接続された並列インダクタとの高周波増幅回路を並列にｎ個接続し、各高周波増幅回路の出力を並列合成して、使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路に入力し、１／４波長程度の長さの線路でインピーダンス変成される出力整合回路を備える高周波増幅器であり、各並列インダクタと１／４波長程度の長さの線路との間のインピーダンスが高周波トランジスタの出力インピーダンスと50Ωの間となるように構成されたことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項５】
入力整合回路に、高周波トランジスタと、高周波トランジスタの出力側に高周波トランジスタと直列接続された直列インダクタとの高周波増幅回路を並列にｎ個接続し、各高周波増幅回路の出力を並列合成し、この並列合成点に前記各高周波トランジスタと並列になるよう接続された並列インダクタと、同じく前記並列合成点に接続された使用周波数における中心周波数の１／４波長程度の長さの線路で構成される出力整合回路を備える高周波増幅器であり、並列インダクタと１／４波長程度の長さの線路との間のインピーダンスが高周波トランジスタの出力インピーダンスと50Ωの間となるように構成されたことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項６】
１／４波長程度の長さの線路の代わりに，高域通過フィルタ型の整合回路を用いたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の高周波増幅器。
【請求項７】
１／４波長程度の長さの線路の代わりに，低域通過フィルタ型の整合回路を用いたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の高周波増幅器。
【請求項８】
直列インダクタの代わりに，直列線路を用いたことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の高周波増幅器。
【請求項９】
並列インダクタの代わりに，ショートスタブを用いたことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の高周波増幅器。
【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１６】
【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１６】
【公開番号】特開２０１０−１９９８７４（Ｐ２０１０−１９９８７４Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４１２５８（Ｐ２００９−４１２５８）
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【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２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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