專利名稱：高頻功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高頻功率放大器，特別是涉及用于移動(dòng)體通信、衛(wèi)星
通信用等的例如數(shù)MHz至數(shù)百GHz的微米波段、亳米波段的通信設(shè) 備中的高頻功率放大器。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，要求在微米波段、毫米波段中所使用的通信設(shè)備是更加 小型且高輸出的設(shè)備。除此之外，對(duì)所傳播的信號(hào)品質(zhì)的要求也提高 了，與此相伴，要求有失真少、高效率的高頻功率放大器。
特別是在使用多載波信號(hào)或近年的CDMA方式等的調(diào)制波信號(hào)的 微波通信系統(tǒng)中，為了避免因進(jìn)行信號(hào)放大的放大器的非線性而產(chǎn)生 的失真的影響，要使放大器在遠(yuǎn)低于最大功率的輸出電平下工作來(lái)使 用。
在移動(dòng)體通信、衛(wèi)星通信用地面站所使用的高輸出功率放大器 中，為了對(duì)大功率進(jìn)行放大，必須使用柵極寬度大的晶體管元件，將 許多柵極指形的晶體管并聯(lián)連接加以合成，構(gòu)成柵極寬度大的晶體管 元件。在這樣的將許多柵極指形的晶體管并聯(lián)連接以構(gòu)成柵極寬度大 的晶體管元件的情況下，晶體管元件的輸入輸出阻抗必然降低，在該 晶體管元件的工作頻率中，用于與該晶體管元件進(jìn)行阻抗匹配的匹配 電路負(fù)載也大幅度降低。
眾所周知，在高頻放大器中，如果將輸入側(cè)的二次諧波設(shè)為接近 于短路的負(fù)載條件，則其將以高效率工作。然而，以使高頻功率放大 器這樣的柵極寬度大的晶體管元件以高效率工作為目的，為了將工作 頻率的二次諧波設(shè)為接近于短路的負(fù)載條件，除了設(shè)定相對(duì)于工作頻 率的基波來(lái)說(shuō)非常低的阻抗的匹配電路負(fù)載外，還需要設(shè)定相對(duì)于工 作頻率的諧波來(lái)說(shuō)更低的阻抗的匹配電路負(fù)載。
作為公知的高頻功率放大器，示出有在位于功率用晶體管的柵極 與輸入側(cè)匹配用線路之間的連接點(diǎn)B與接地端之間，具備將笫2線路 與電容器串聯(lián)連接的電路的結(jié)構(gòu)，其中，該第2線路的電長(zhǎng)度相對(duì)于 基本頻率具有大致相當(dāng)于1/4波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，還公開(kāi)了按照該電路，從 B點(diǎn)看第2線路的阻抗大致為0,可控制對(duì)二次諧波的輸入阻抗而不影 響對(duì)基波的輸入阻抗，從而可提高工作效率(例如，參照專利文獻(xiàn)l， 段號(hào)"0039"和圖2)。
另外，作為另一公知的功率放大器，公開(kāi)有下述結(jié)構(gòu)在輸入端 子IN與輸出端子OUT之間的第1路徑A和第2路徑B上分別以源極 接地方式配置由半導(dǎo)體芯片構(gòu)成的功率放大用器件即GaAsFET，在這 些GaAsFET各自的輸入側(cè)和輸出側(cè)配備具有作為等效電路的諧振電 路的輸入匹配電路、輸出匹配電路(例如，參照專利文獻(xiàn)2，段號(hào)"0006" 和圖1)。
另外，在又一公知的寬頻帶功率放大電路中，示出有在3個(gè)功率 放大器各自的前后級(jí)配置用于規(guī)定頻率放大特性的、預(yù)定通頻的帶通 濾波器的結(jié)構(gòu)。示出有通過(guò)配置這些帶通濾波器，從而3個(gè)功率放大 器被構(gòu)成為在連續(xù)的三個(gè)頻段依次具有頻率放大特性的窄頻帶功率放 大器的例子(例如，參照專利文獻(xiàn)3，段號(hào)"0006"及圖l和圖2)。
[專利文獻(xiàn)l特開(kāi)平8 - 37433號(hào)公報(bào)
[專利文獻(xiàn)2特開(kāi)2oos -109651號(hào)公報(bào)
[專利文獻(xiàn)3特開(kāi)2002 - 43873號(hào)公報(bào)
然而，在上述各專利文獻(xiàn)內(nèi)所示的功率放大器中，作為一個(gè)功率 用晶體管，或者作為一塊芯片，在分別合成了輸入輸出端的晶體管元 件的外部電路側(cè)配置有控制高次諧波的電路或諧振電路或帶通濾波 器。
在對(duì)高頻功率放大器那樣的柵極寬度大的晶體管元件的高次諧波 進(jìn)行控制的情況下，所存在的問(wèn)題是，即使像現(xiàn)有那樣在分別合成了 輸入輸出端的晶體管元件的外部電路側(cè)附加控制高次諧波的處理電 路，也難以荻得對(duì)高次諧波的低阻抗負(fù)載。進(jìn)而，在晶體管元件的工 作頻率有帶寬的情況下，不僅工作頻率，而且二次或其以上的高次諧 波頻率也有帶寬，這就必須在寬頻帶控制輸入負(fù)載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而進(jìn)行的，其第1目的在于，提供一 種輸出效率高、在寬頻帶內(nèi)具有良好的失真特性的高頻功率放大器。
本發(fā)明的高頻功率放大器具備晶體管元件，在第1半導(dǎo)體襯底 上配置有多個(gè)單位晶體管，該單位晶體管用并聯(lián)連接的多個(gè)多指 (multi-finger)形的晶體管形成，并具有輸入輸入信號(hào)的控制端子、 連接在恒定電位端上的第1端子、以及輸出輸出信號(hào)的第2端子；高 頻處理電路，在第2半導(dǎo)體襯底上配置有多個(gè)笫1串聯(lián)諧振電路，該 第1串聯(lián)諧振電路旁路連接(shunt -connect)在該晶體管元件的單位 晶體管的控制端子與恒定電位端之間；笫1連接布線，將晶體管元件 的多個(gè)控制端子相互連接起來(lái)；第2連接布線，將晶體管元件的多個(gè) 第2端子相互連接起來(lái)；輸入匹配電路，連接于笫1連接布線上；以 及輸出匹配電路，連接于第2連接布線上，第1串聯(lián)諧振電路中的二 個(gè)具有作為在晶體管元件的工作頻帶內(nèi)所包含的頻率的二次及其以 上的高次諧波的、互不相同的諧振頻率。
在本發(fā)明的高頻功率放大器中，由于第1串聯(lián)諧振電路被設(shè)定為 旁路連接在構(gòu)成晶體管元件的單位晶體管的控制端子與恒定電位端之 間，在工作頻率的二次或其以上的高次諧波的所希望的頻率下諧振， 所以從晶體管元件的控制端子側(cè)看時(shí)，可容易地將對(duì)工作頻率的二次 或其以上的高次諧波的高次諧波負(fù)載控制為較低的阻抗。進(jìn)而，由于 第1串聯(lián)諧振電路中的二個(gè)具有作為在晶體管元件的工作頻帶內(nèi)所包 含的頻率的二次及其以上的高次諧波的、互不相同的諧振頻率，所以 在高頻處理電路中混合存在具有相對(duì)于工作頻帶的高次諧波的、二個(gè) 不同的諧振頻率的第1串聯(lián)諧振電路，與設(shè)置只有一個(gè)諧振頻率的諧 振電路的情況相比，可將工作頻帶內(nèi)失真的變化減至更少，可得到在 比較寬的頻帶內(nèi)變化少的失真特性。


圖l是本發(fā)明的一實(shí)施方式的高頻功率放大器的局部俯視圖。 圖2是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的高頻功率放大器的FET元件和 高頻處理電路的局部俯視圖。
圖3是圖2的m-m剖面內(nèi)的源極焊盤(pán)的局部剖面圖。
圖4是本發(fā)明的一實(shí)施方式的高頻功率放大器的等效電路圖。 圖5是說(shuō)明本發(fā)明的高頻功率放大器的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率 的示意圖。
圖6是表示對(duì)本發(fā)明的高頻功率放大器的工作頻率的失真特性的 曲線圖。
圖7是本發(fā)明的一實(shí)施方式的高頻功率放大器的變形例的局部俯 視圖。
圖8是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的高頻功率放大器的串聯(lián)諧振電 路的變形例的等效電路圖。
圖9是本發(fā)明的一實(shí)施方式的高頻功率放大器的等效電路圖。
圖io是本發(fā)明的一實(shí)施方式的高頻功率放大器的等效電路圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施方式1
圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的高頻功率放大器的局部俯視圖。另 外，圖2是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的高頻功率放大器的FET元件和 高頻處理電路的局部俯視圖。
在圖1中，高頻功率放大器10的結(jié)構(gòu)是在金屬基板上，例如在 由銅鎢構(gòu)成的PHS28的表面上分別配設(shè)作為晶體管元件的FET元件 12、高頻處理電路14、作為第1連接布線的柵極連接布線16和引線18、 與柵極連接布線16連接的輸入匹配電路20、作為第2連接布線的漏極 連接布線22和引線24、以及與漏極連接布線22連接的輸出匹配電路 26。
FET元件12將多個(gè)作為單位晶體管的單位FET30并聯(lián)連接起 來(lái)，該單位FET30形成在作為第1半導(dǎo)體襯底的一體的GaAs襯底12a 上。
單位FET30包括作為控制端子的柵極焊盤(pán)30a、作為第1端子 的源極焊盤(pán)30b和作為第2端子的漏極焊盤(pán)30c。
各單位FET30的柵極焊盤(pán)30a經(jīng)引線18集中與柵極連接布線l6 連接，該柵極連接布線16還與輸入匹配電路20連接。
在本實(shí)施方式中，各單位FET30的源極焊盤(pán)30b經(jīng)由通路孔30d
與作為恒定電位端的例如接地端連接。
另外，在本實(shí)施方式中，漏極焊盤(pán)30c并非按各單位FET30分割， 而是一體形成的，但從各漏極焊盤(pán)30c分別經(jīng)引線24集中與漏極連接 布線22連接，漏極連接布線22與輸出匹配電路26連接。
在圖2中，單位FET30是將多個(gè)多指形的例如場(chǎng)效應(yīng)型晶體管并 聯(lián)連接而構(gòu)成的。單位FET30的柵極焊盤(pán)30a集中連接到一組柵極指 30e的一端。
同樣地，單位FET30的源極焊盤(pán)30b將與集中于柵極焊盤(pán)30a的 一組柵極指30e各自鄰接的 一組源極指30f的 一端集中連接起來(lái)。
另外，同樣地，漏極焊盤(pán)30c將與集中于柵極焊盤(pán)30a的一組柵極 指30e各自鄰接的一組漏極指30 g的一端集中連接起來(lái)。
高頻處理電路14是將與各單位FET12對(duì)應(yīng)的作為第1串聯(lián)諧振電 路的多個(gè)串聯(lián)諧振電路32配置在與各單位FET30鄰接的作為第2半導(dǎo) 體襯底的GaAs襯底14a上而構(gòu)成的。
串聯(lián)諧振電路32在本實(shí)施方式中其一端經(jīng)引線34與柵極焊盤(pán)30a 連接，另一端經(jīng)引線36與通路孔30d連接。即，串聯(lián)諧振電路32被 旁路連接在柵極焊盤(pán)30a與接地端之間。
該串聯(lián)諧振電路32是用例如MIM電容器形成的電容器32a和用 例如螺旋形電感器形成的電感器32b串聯(lián)連接而成。
其中，在圖2所示的實(shí)施方式中，由于串聯(lián)諧振電路32通過(guò)引線 34與柵極焊盤(pán)(gate pad) 30a連接，通過(guò)引線36與通路孔30d連接， 所以這些引線34和引線36也被包含在串聯(lián)諧振電路32的電感器中。
圖3是圖2的m -邁剖面內(nèi)的源極焊盤(pán)的局部剖面圖。
在圖3中，源極焊盤(pán)30b形成空氣橋(air bridge)結(jié)構(gòu)，在其腳 部與源極指30f接合，并且隔著空氣跨越柵極指(gate finger) 30e和 漏極指30g。
另外，GaAs襯底12a的結(jié)構(gòu)包括GaAs襯底主體38;在該GaAs 村底主體38的表面上通過(guò)GaAs的外延生長(zhǎng)而形成并形成了有源層的 GaAs外延層40;以及在GaAs襯底主體38的背面形成的Au層42。 而且，GaAs襯底12a的Au層42借助于焊錫等接合材料被接合在 PHS28的表面上。
形成有串聯(lián)諧振電路32的GaAs襯底14a的結(jié)構(gòu)也與GaAs村底 12a的結(jié)構(gòu)相同，GaAs襯底14a也借助于接合材料被接合在PHS28的 表面上。
圖4是本發(fā)明的一實(shí)施方式的高頻功率放大器的等效電路圖。
在圖4中，將高頻功率放大器10的等效電路圖的電路要素和圖1 及圖2中的高頻功率放大器10的結(jié)構(gòu)要素對(duì)應(yīng)起來(lái)標(biāo)注符號(hào)。此外， 還設(shè)置有信號(hào)的輸入端"和輸出端46。進(jìn)而，從圖的上端起依次將串
聯(lián)諧振電路32假定標(biāo)注編號(hào)為32 (1) 、 32 ( 2 ) 、 32 ( 3 ).....32
(k- 1) 、 32 (k)。
串聯(lián)諧振電路32被設(shè)定為分別包含在工作頻帶內(nèi)的工作頻率的二 次或其以上的高次諧波諧振電路。而且，該串聯(lián)諧振電路32經(jīng)柵極焊 盤(pán)30a與單位FET30的柵電極連接。
若為現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，則控制高次諧波的電路并不配置在晶體管元件 本身的內(nèi)部側(cè)，而是作為晶體管元件的外部電路要素來(lái)配置。與此相 對(duì)照，在本實(shí)施方式的高頻功率放大器10中，由于作為工作頻率的二 次或其以上的高次諧波諧振電路而設(shè)定的串聯(lián)諧振電路32被旁路連接 在構(gòu)成FET元件12的單位FET30的柵電極與接地端之間，所以串聯(lián) 諧振電路32被旁路連接在FET元件12本身的內(nèi)部電路側(cè)。
因此，雖然在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中難以得到相對(duì)于高次諧波的低阻抗負(fù) 載，但在高頻功率放大器10中，由于在構(gòu)成FET元件12的單位FE130 的柵電極與接地端之間旁路連接具有所希望的高次諧波諧振頻率的串 聯(lián)諧振電路32，并設(shè)定使其在所希望的頻率發(fā)生諧振，所以從FET元 件12的柵極側(cè)看時(shí)，可容易地將相對(duì)于工作頻率的二次或其以上的高 次諧波的高次諧波負(fù)載控制為較低的阻抗。
進(jìn)而，由于FET元件12的工作頻率有帶寬，所以不僅工作頻率而
且二次或其以上的高次諧波頻率也有帶寬，必須在寬頻帶內(nèi)控制輸入 負(fù)載。因此，在高頻處理電路14中，混合配設(shè)具有作為工作頻帶的二 次及其以上的高次諧波的頻率的、互不相同的諧振頻率的串聯(lián)諧振電 路32。
圖5是說(shuō)明本發(fā)明的高頻功率放大器的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率 的示意圖。
在圖5中，fa、 fb、 fc為串聯(lián)諧振電路32的諧振頻率，fl為高頻 功率放大器10的工作頻帶的下限工作頻率，f2為高頻功率放大器10 的工作頻帶的上限工作頻率。
在圖5(a)中，將串聯(lián)諧振電路32的一個(gè)諧振頻率fa設(shè)為高頻 功率放大器10的工作頻帶的下限工作頻率fl的二次諧波2fl，將另一
個(gè)諧振頻率fb設(shè)為高頻功率放大器10的工作頻帶的上限工作頻率f2 的二次諧波2f2。
在圖5 (b)中，將串聯(lián)諧振電路32的一個(gè)諧振頻率fa設(shè)為高頻 功率放大器10的工作頻帶的下限工作頻率fl與上限工作頻率f2的中 央值(fl+f2) /2的二次諧波的頻率(fl+f2)、與高頻功率放大器10 的工作頻帶的下限工作頻率fl的二次諧波2fl的中央值(3fl+f2) /2, 將另一諧振頻率fb設(shè)為高頻功率放大器10的工作頻帶的下限工作頻率 fl與上限工作頻率f2的中央值(fl+f2 ) /2的二次諧波的頻率(fl+f2 )、 與高頻功率放大器10的工作頻帶的上限工作頻率f2的二次諧波2f2的 中央值(fl+3f2) /2。
在這兩種情況下，例如在以串聯(lián)諧振電路32 (1)的諧振頻率為fa 的情況下，交替配置成以串聯(lián)諧振電路32 (2)的諧振頻率為fb、以串 聯(lián)諧振電路32 (3)的諧振頻率為fa、以串聯(lián)諧振電路32 (4)的諧振 頻率為fb，并在串聯(lián)諧振電路32 (k)中，作為k的約數(shù)如果包含2， 則串聯(lián)諧振電路32 (k-l)的諧振頻率被設(shè)定為fa，串聯(lián)諧振電路32 (k)的諧振頻率被設(shè)定為fb。
這樣，通過(guò)在高頻處理電路14中以良好平衡方式交替配置具有不 同諧振頻率的串聯(lián)諧振電路32，可使FET元件12作為整體均一地工 作。
圖5 (c)是作為串聯(lián)諧振電路32的諧振頻率設(shè)定了 fa、 fb、 fc這 三個(gè)的情形。
此時(shí)，例如將諧振頻率fa設(shè)為高頻功率放大器10的工作頻帶的下 限工作頻率fl的二次諧波2fl，將諧振頻率fb設(shè)為高頻功率放大器10 的工作頻帶的下限工作頻率fl與上限工作頻率O的中央值(fl+f2 ) /2 的二次諧波的頻率(fl+f2)，將fc設(shè)為高頻功率放大器10的工作頻 帶的上限工作頻率f2的二次諧波2f2。
此時(shí)也設(shè)定為例如以串聯(lián)諧振電路32 (1)的諧振頻率為fa，以 串聯(lián)諧振電路32 (2)的諧振頻率為fb，以串聯(lián)諧振電路32 (3)的諧 振頻率為fc，其余的串聯(lián)諧振電路32依次交替重復(fù)諧振頻率fa、 fb、 fc。
在串聯(lián)諧振電路32(k)中，作為k的約數(shù)如果包含3，則串聯(lián)諧 振電路32 (k-2)的諧振頻率被設(shè)定為fa，串聯(lián)諧振電路32 (k-l)
的諧振頻率被設(shè)定為fb，串聯(lián)諧振電路32(k)的諧振頻率被設(shè)定為fc。 此外，還有將諧振頻率fa定為2fl、將fb定為2f2、將fc定為fl+f2
的情形等。在選定諧振頻率時(shí)，考慮到串聯(lián)諧振電路的Q值，只要選
擇能得到較平坦的失真特性的組合即可。
此處所說(shuō)明的是設(shè)定2個(gè)或3個(gè)頻率作為諧振頻率的情形，但設(shè)
定更多的諧振頻率亦可。
另外，在將串聯(lián)諧振電路32附加到FET元件12的各單位FET30 的情況下，單位FET30與串聯(lián)諧振電路32的數(shù)目變?yōu)橄嗤?。此時(shí)，從 整個(gè)FET元件12的均一工作的觀點(diǎn)看，也希望將串聯(lián)諧振電路32的 諧振頻率的數(shù)目設(shè)定為單位FET30的數(shù)目的約數(shù)。
再有，在本實(shí)施方式的FET元件12中，將串聯(lián)諧振電路32附加 到各單位FET30內(nèi)?；旧?，在FET元件12中，希望將串聯(lián)諧振電 路32附加到各單位FET30內(nèi)，但也不一定將串聯(lián)諧振電路32附加到 全部單位FET30內(nèi)。
圖6是表示對(duì)本發(fā)明的高頻功率放大器的工作頻率的失真特性的 曲線圖。
在圖6中，橫軸為標(biāo)準(zhǔn)化了的工作頻率，縱軸為鄰接信道漏泄功 率(adjacent channel power ratio,以下，簡(jiǎn)稱為ACPR)，其單位為 dBc。因此，圖6示出了 ACPR相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化了的工作頻率的變化，換
言之，示出了失真的變化。
另外，Af表示以工作頻帶的中心頻率為中央的±2%的頻段。 在圖6中，實(shí)線表示的曲線a涉及本實(shí)施方式的FET元件12，是
下述這樣的情況將串聯(lián)諧振電路32附加到各單位FET30內(nèi)，將該串
聯(lián)諧振電路32的諧振頻率設(shè)為fa、 fb，并且交替配置具有這些諧振頻
率的串聯(lián)諧振電路32，使之混合存在。
另外，曲線b和曲線c為了與曲線a進(jìn)行比較而被記述，用虛線表
示的曲線b是將附加到各FET元件12中的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率皆
定為fa的情形。
曲線c是將附加到各FET元件12中的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率皆 定為fb的情形。
曲線b的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率fa與工作頻帶的中心頻率的二 次諧波相對(duì)應(yīng)，曲線c的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率fb如圖6所示，以
比f(wàn)a高3 %左右的頻率為諧振頻率。
在曲線a的高頻處理電路14中，交替配置具有曲線b的串聯(lián)諧振 電路的諧振頻率fa的串聯(lián)諧振電路32和具有曲線c的串聯(lián)諧振電路的 諧振頻率fb的串聯(lián)諧振電路32，使之混合存在。
在工作頻帶內(nèi)，當(dāng)工作頻率發(fā)生變化時(shí)，則二次諧波也發(fā)生變化， 與此相伴，由于二次諧波頻率下的負(fù)載發(fā)生變化，所以失真特性也發(fā) 生變化。
如曲線a所示的那樣，在使諧振頻率為fa、 fb的串聯(lián)諧振電路32 混合配置的情況下，與只具有以fa為諧振頻率的串聯(lián)諧振電路的曲線 b及只具有以fb為諧振頻率的串聯(lián)諧振電路的曲線c相比，其ACPR 的極小值稍高，但ACPR隨頻率的變化而產(chǎn)生的變化較少。即，如果 就曲線a而言，可知在工作頻帶的中心頻率的±2%的頻段內(nèi)失真特性 變得平坦。
因此，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x定以工作頻率的二次及更高次的高次諧波為 諧振頻率的串聯(lián)諧振電路32的諧振頻率fa、 fb，使具有這些諧振頻率 的串聯(lián)諧振電路32適當(dāng)?shù)鼗旌洗嬖谟诟哳l處理電路14中，即可在寬
頻帶內(nèi)控制高次諧波的輸入負(fù)栽，并且可在寬的工作頻帶內(nèi)構(gòu)成失真 少的高頻功率放大器。
先前已說(shuō)明了選定工作頻率的二次諧波附近的頻率作為串聯(lián)諧振 電路32的諧振頻率的情況，但選定二次以上的高次諧波，例如3次高
次諧波的頻率亦可。
即，選擇工作頻率的二次諧波或其附近的頻率作為諧振頻率fa， 選擇工作頻率的3次諧波或其附近的頻率作為諧振頻率fb。而且，設(shè) 定串聯(lián)諧振電路32以使這些諧振頻率fa、 fb依次交替重復(fù)。通過(guò)附加 具有3次諧波附近的諧振頻率的串聯(lián)諧振電路32，在抑制基于工作頻 率的5次以上的高次頻率的交調(diào)失真方面有效。
變形例1
圖7是本發(fā)明的一實(shí)施方式的高頻功率放大器的變形例的局部俯 視圖。
圖7中所示的高頻功率放大器基本上與實(shí)施方式1的高頻功率放 大器10相同，但在高頻功率放大器10中，F(xiàn)ET元件12的GaAs襯底 12a與高頻處理電路14的GaAs襯底14a為獨(dú)立地形成，而在該變形
例的高頻功率放大器中卻是作為GaAs襯底50 —體地形成。
因此，用配置在GaAs襯底50的表面上的線路圖形52代替引線34 來(lái)連接串聯(lián)諧振電路32的一端與柵極焊盤(pán)30a。另外，用配置在GaAs 襯底50的表面上的線路圖形54代替引線36來(lái)連接串聯(lián)諧振電路32 的另一端與通路孔30d。
因此，串聯(lián)諧振電路32由串聯(lián)連接的電容器32a和電感器32b構(gòu) 成。因此，通過(guò)除掉電感器中所包含的引線，可構(gòu)成具有更精確的諧 振頻率的串聯(lián)諧振電路32。
再有，圖7中的vn-VD剖面內(nèi)的剖面圖與圖3所示的剖面圖相同。
變形例2
圖8是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的高頻功率放大器的串聯(lián)諧振電 路的變形例的等效電路圖。
圖8中所示的串聯(lián)諧振電路用二極管56作為可變電容來(lái)代替圖4 中所示的串聯(lián)諧振電路32的電容器32a。通過(guò)用該二極管56改變電
容，可調(diào)整諧振頻率。
在該串聯(lián)諧振電路32中，為了通過(guò)施加DC偏置來(lái)改變二極管56 的電容，要在二極管56的陽(yáng)極與電感器32b之間設(shè)置切斷DC用的電 容器58，在電容器58與二極管56的陽(yáng)極之間設(shè)置DC供電端子60。
另外，為了變更諧振頻率，用焊線形成電感器32b，可通過(guò)改變焊
線的長(zhǎng)度來(lái)變更電感。 實(shí)施方式2
圖9是本發(fā)明的一實(shí)施方式的高頻功率放大器的等效電路圖。 圖9中所示的高頻功率放大器70與圖4中所示的高頻功率放大器 IO的基本結(jié)構(gòu)相同，但高頻功率放大器70與高頻功率放大器10的不 同之處為構(gòu)成高頻處理電路14的串聯(lián)諧振電路在高頻功率放大器10 中串聯(lián)諧振電路32為一個(gè)，而在高頻功率放大器70中作為第2串聯(lián) 諧振電路的串聯(lián)諧振電路72與串聯(lián)諧振電路32并聯(lián)連接。高頻功率 放大器70的其他結(jié)構(gòu)與高頻功率放大器IO相同。
多個(gè)串聯(lián)諧振電路72與各串聯(lián)諧振電路32鄰接地被配置在GaAs 襯底14a上構(gòu)成。串聯(lián)諧振電路72與串聯(lián)諧振電路32同樣，其一端經(jīng) 引線與柵極焊盤(pán)30a連接，另一端經(jīng)引線與通路孔30d連接。即，串 聯(lián)諧振電路72被旁路連接在柵極焊盤(pán)30a與接地端之間。
構(gòu)成該串聯(lián)諧振電路72的電路要素也與串聯(lián)諧振電路32同樣被 構(gòu)成，將例如由MIM電容器形成的電容器72a與例如由螺旋形電感器 形成的電感器72b串聯(lián)連接。
不過(guò)，串聯(lián)諧振電路72與串聯(lián)諧振電路32的諧振頻率不同。如 圖5中已經(jīng)說(shuō)明過(guò)的那樣，例如如果串聯(lián)諧振電路32有諧振頻率fa， 則串聯(lián)諧振電路72被構(gòu)成為具有諧振頻率fb。
這樣，通過(guò)與各單位FET30對(duì)應(yīng)地設(shè)置諧振頻率不同的串聯(lián)諧振 電路32和串聯(lián)諧振電路72，可對(duì)各單位FET 30在寬的頻帶內(nèi)改善失 真特性。另外，如實(shí)施方式l中所述的那樣，可使串聯(lián)諧振電路32與 串聯(lián)諧振電路72的一方的諧振頻率定為工作頻率的二次諧波及其附近 的頻率，將另一方的諧振頻率選定為工作頻率的3次諧波及其附近的 頻率。
雖然在上述說(shuō)明中還說(shuō)明了具有多指形的場(chǎng)效應(yīng)型晶體管的晶體 管元件，但對(duì)具有多指形的雙極晶體管的晶體管元件也有同樣的效 果。
如上所述，本發(fā)明的高頻功率放大器包括晶體管元件，笫1半 導(dǎo)體襯底上配置有多個(gè)單位晶體管，該單位晶體管用并聯(lián)連接的多個(gè) 多指形的晶體管形成，并具有輸入輸入信號(hào)的控制端子、連接在恒定 電位端上的第l端子、以及輸出輸出信號(hào)的第2端子；高頻處理電路， 在笫2半導(dǎo)體襯底上配置有多個(gè)第1串聯(lián)諧振電路，該第1串聯(lián)諧振 電路旁路連接在該晶體管元件的單位晶體管的控制端子與恒定電位端 之間；笫1連接布線，將晶體管元件的多個(gè)控制端子相互連接起來(lái)； 笫2連接布線，將晶體管元件的多個(gè)第2端子相互連接起來(lái)；輸入匹 配電路，連接于第1連接布線上；以及輸出匹配電路，連接于第2連 接布線上，第1串聯(lián)諧振電路中的二個(gè)具有作為在晶體管元件的工 作頻帶內(nèi)所包含的頻率的二次及其以上的高次諧波的、互不相同的諧 振頻率。
在具有該結(jié)構(gòu)的高頻功率放大器中，由于第1串聯(lián)諧振電路被設(shè) 定為旁路連接在構(gòu)成晶體管元件的單位晶體管的控制端子與恒定電位 端之間，并以工作頻率的二次或其以上的高次諧波的所希望的頻率諧 振，所以從晶體管元件的控制端子側(cè)看時(shí)，可容易地將對(duì)工作頻率的 二次或其以上的高次諧波的高次諧波負(fù)載控制為較低的阻抗。
進(jìn)而，由于笫1串聯(lián)諧振電路中的二個(gè)具有在晶體管元件的工作 頻帶內(nèi)所包含的頻率的二次及其以上的高次諧波的頻率的、互不相同 的諧振頻率，所以在高頻處理電路中具有相對(duì)于工作頻帶的高次諧波 的二個(gè)不同的諧振頻率的第1串聯(lián)諧振電路混合存在，與設(shè)置只有一
個(gè)諧振頻率的諧振電路的情況相比，可將工作頻帶內(nèi)失真的變化減至 更少，可得到在比較寬的頻帶內(nèi)變化少的失真特性。進(jìn)而，工作效率 高并且在較寬的頻帶內(nèi)能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)得到具有良好的失真特性的 高頻功率放大器。
實(shí)施方式3
圖io是本發(fā)明的一實(shí)施方式的高頻功率放大器的等效電路圖。
圖10中所示的高頻功率放大器80與圖4中所示的高頻功率放大器 IO的基本結(jié)構(gòu)相同，但高頻功率放大器80與高頻功率放大器10的不 同之處為高頻功率放大器IO使用作為晶體管元件的FET元件12， 而高頻功率放大器80使用作為晶體管元件的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管元件82 (以下，將異質(zhì)結(jié)雙極晶體管稱為HBT)。
HBT元件82是將多個(gè)單位HBT84并聯(lián)連接而成，該單位HBT84 是在作為第1半導(dǎo)體襯底的一塊GaAs襯底lh (圖10中未圖示)上
所形成的單位晶體管。
單位HBT84包括作為控制端子的基極焊盤(pán)84a、作為第1端子 的發(fā)射極焊盤(pán)84b和作為第2端子的集電極焊盤(pán)84c。
各單位HBT84的基極焊盤(pán)84a經(jīng)引線86集中與基極連接布線88 連接，該基極連接布線88還與輸入匹配電路20連接。
發(fā)射極焊盤(pán)84b經(jīng)由通路孔等與作為恒定電位端的例如接地端連接。
另外，集電極焊盤(pán)84c不一定按各單位HBT84被分割，也可一體 地形成。從這各個(gè)集電極焊盤(pán)84c分別經(jīng)引線卯集中與集電極連接布 線92連接，集電極連接布線92與輸出匹配電路26連接。
單位HBT84通過(guò)并聯(lián)連接多個(gè)多指形的HBT而構(gòu)成。 一組基極 指的一端被集中連接到單位HBT84的基極焊盤(pán)84a上。
同樣地，與集中于基極焊盤(pán)84a的一組基極指鄰接的一組發(fā)射極 指的一端被集中連接到單位HBT84的發(fā)射極焊盤(pán)84b上。
另外同樣地，與集中于基極焊盤(pán)84a的一組基極指鄰接的一組集 電極指的一端被集中連接到集電極焊盤(pán)84c上。
高頻處理電路14的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1中所述的結(jié)構(gòu)相同，但串聯(lián) 諧振電路32在本實(shí)施方式中其一端經(jīng)引線與基極焊盤(pán)84a連接，另一 端經(jīng)引線與設(shè)置在發(fā)射極焊盤(pán)84b上的通路孔連接。即，串聯(lián)諧振電 路32被旁路連接在基極焊盤(pán)84a與接地端之間。
發(fā)射極焊盤(pán)84b形成空氣橋結(jié)構(gòu)，在其腳部與發(fā)射極指接合，并 隔著空氣跨越基極指和集電極指。
串聯(lián)諧振電路32分別被設(shè)定為在工作頻帶內(nèi)所包含的工作頻率的 二次或其以上的高次諧波諧振電路。而且，該串聯(lián)諧振電路32經(jīng)基極 焊盤(pán)84a與單位HBT84的基極電極連接。
其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1的高頻功率放大器IO相同。
因此，若為現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，則控制諧波的電路并不配置在晶體管元 件本身的內(nèi)部側(cè)，而是作為晶體管元件的外部電路要素來(lái)配置。與此 相對(duì)照，在本實(shí)施方式的高頻功率放大器80中，由于作為工作頻率的 二次或其以上的高次諧波諧振電路而設(shè)定的串聯(lián)諧振電路32被旁路連 接在構(gòu)成HBT元件82的單位HBT84的基極電極與接地端之間，所以 串聯(lián)諧振電路32被旁路連接在HBT元件82本身的內(nèi)部電路側(cè)。
因此，雖然在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中難以得到對(duì)高次諧波的低阻抗負(fù)載， 但在高頻功率放大器80中，由于被設(shè)定為在構(gòu)成HBT元件S2的單 位HBT84的基極電極與接地端之間旁路連接具有工作頻率的二次或其 以上的高次諧波諧振頻率的串聯(lián)諧振電路32，并使其以所希望的頻率 發(fā)生諧振，所以從HBT元件82的基極側(cè)看時(shí)，可容易地將相對(duì)于工 作頻率的二次或其以上的高次諧波的高次諧波負(fù)載控制為較低的阻 抗。此時(shí)，串聯(lián)諧振電路32的諧振頻率即使相同也沒(méi)有關(guān)系。
進(jìn)而，在HBT元件82的工作頻率有帶寬的情況下，不僅工作頻 率，而且二次或其以上的高次諧波頻率也有帶寬，必須在寬頻帶內(nèi)控 制輸入負(fù)栽。
因此，如實(shí)施方式1中所述，通過(guò)設(shè)定具有作為工作頻率的二次 及更高次的高次諧波的、不同的諧振頻率的串聯(lián)諧振電路32，使具有 這些互不相同的諧振頻率的串聯(lián)諧振電路32適當(dāng)?shù)鼗旌喜⒁粤己闷胶?的方式配置，可構(gòu)成在寬的工作頻帶內(nèi)失真少的高頻功率放大器。
如上所述，本發(fā)明的高頻功率放大器包括晶體管元件，在笫1
半導(dǎo)體村底上配置有多個(gè)單位晶體管，該單位晶體管用并聯(lián)連接的多 個(gè)多指形的雙極晶體管形成，并具有輸入輸入信號(hào)的控制端子、連接
在恒定電位端上的第1端子、以及輸出輸出信號(hào)的第2端子；高頻處 理電路，在笫2半導(dǎo)體襯底上配置有多個(gè)第1串聯(lián)諧振電路，該第1 串聯(lián)諧振電路旁路連接在該晶體管元件的單位晶體管的控制端子與恒 定電位端之間；第1連接布線，將晶體管元件的多個(gè)控制端子相互連 接起來(lái)；第2連接布線，將晶體管元件的多個(gè)第2端子相互連接起來(lái)； 輸入匹配電路，連接于第l連接布線上；以及輸出匹配電路，連接于 第2連接布線上，第l串聯(lián)諧振電路具有在晶體管元件的工作頻帶 內(nèi)所包含的頻率的二次或其以上的高次諧波的諧振頻率，因此，在本 發(fā)明的高頻功率放大器中，可將對(duì)工作頻率的二次或其以上的高次諧 波的高次諧波負(fù)載控制為較低的阻抗。進(jìn)而，可構(gòu)成高輸出并且效率 高的高頻功率放大器。
進(jìn)而，通過(guò)設(shè)定成笫1串聯(lián)諧振電路中的二個(gè)具有作為在晶體管 元件的工作頻帶內(nèi)所包含的頻率的二次及其以上的高次諧波的、互不 相同的諧振頻率，可得到在比較寬的頻帶內(nèi)變化少的失真特性。
進(jìn)而，能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)得到高輸出、工作效率高并且在較寬的 頻帶內(nèi)具有良好的失真特性的高頻功率放大器。
如上所述，本發(fā)明的高頻功率放大器適合于在移動(dòng)體通信、衛(wèi)星 通信用等的微米波段及亳米波段內(nèi)所使用的通信設(shè)備等中使用。
權(quán)利要求
1.一種高頻功率放大器，其特征在于，具備晶體管元件，在第1半導(dǎo)體襯底上配置有多個(gè)單位晶體管，該單位晶體管用并聯(lián)連接的多個(gè)多指形的晶體管形成，并具有輸入輸入信號(hào)的控制端子、連接在恒定電位端上的第1端子、以及輸出輸出信號(hào)的第2端子；高頻處理電路，在第2半導(dǎo)體襯底上配置有多個(gè)第1串聯(lián)諧振電路，該第1串聯(lián)諧振電路旁路連接在該晶體管元件的上述單位晶體管的控制端子與上述恒定電位端之間；第1連接布線，將上述晶體管元件的多個(gè)控制端子相互連接起來(lái)；第2連接布線，將上述晶體管元件的多個(gè)第2端子相互連接起來(lái)；輸入匹配電路，連接于上述第1連接布線上；以及輸出匹配電路，連接于上述第2連接布線上，上述第1串聯(lián)諧振電路中的二個(gè)具有作為在上述晶體管元件的工作頻帶內(nèi)所包含的頻率的二次及其以上的高次諧波的、互不相同的諧振頻率。
2. 如權(quán)利要求l所述的高頻功率放大器，其特征在于， 第1串聯(lián)諧振電路連接于各單位晶體管上。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的高頻功率放大器，其特征在于，第1串聯(lián)諧振電路的互不相同的諧振頻率的數(shù)目被設(shè)為單位晶體 管的數(shù)目的約數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的高頻功率放大器，其特征在于， 還在上述笫2半導(dǎo)體村底上與第1串聯(lián)諧振電路并聯(lián)地配設(shè)有一個(gè)或多個(gè)笫2串聯(lián)諧振電路，該笫2串聯(lián)諧振電路旁路連接在單位晶 體管的控制端子與恒定電位端之間，并且，上述第2串聯(lián)諧振電路中的二個(gè)具有作為在上述晶體管 元件的工作頻帶內(nèi)所包含的頻率的二次及其以上的高次諧波的、互不相同的諧振頻率。
5. 如權(quán)利要求4所述的高頻功率放大器，其特征在于，笫2串聯(lián)諧振電路的互不相同的諧振頻率的數(shù)目被設(shè)為單位晶體 管的數(shù)目的約數(shù)。
6. —種高頻功率放大器，其特征在于，具備 晶體管元件，在第l半導(dǎo)體襯底上配置有多個(gè)單位晶體管，該單 位晶體管用并聯(lián)連接的多個(gè)多指形的雙極晶體管形成，并具有輸入輸 入信號(hào)的控制端子、連接在恒定電位端上的第1端子、以及輸出輸出信號(hào)的第2端子；高頻處理電路，在第2半導(dǎo)體襯底上配置有多個(gè)第1串聯(lián)諧振電 路，該第1串聯(lián)諧振電路旁路連接在該晶體管元件的上述單位晶體管 的控制端子與上述恒定電位端之間；笫1連接布線，將上述晶體管元件的多個(gè)控制端子相互連接起來(lái);第2連接布線，將上述晶體管元件的多個(gè)第2端子相互連接起來(lái);輸入匹配電路，連接于上述第1連接布線上；以及輸出匹配電路，連接于上述笫2連接布線上，上述第1串聯(lián)諧振電路具有在上述晶體管元件的工作頻帶內(nèi)所 包含的頻率的二次或其以上的高次諧波的諧振頻率。
7.如權(quán)利要求1或6所述的高頻功率放大器，其特征在于，第l半導(dǎo)體襯底與第2半導(dǎo)體襯底形成為一體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種輸出效率高并且在寬的頻帶內(nèi)具有良好的失真特性的高頻功率放大器。其具備FET元件(12)，具有多個(gè)單位FET(30)，該單位FET(30)用多指形的晶體管形成，并具有輸入信號(hào)的柵極焊盤(pán)(30a)、接地的源極焊盤(pán)(30b)和輸出信號(hào)的漏極焊盤(pán)(30c)；以及高頻處理電路(14)，配設(shè)有多個(gè)旁路連接在單位FET(30)的柵極焊盤(pán)(30a)與接地端之間的串聯(lián)諧振電路(32)，其中，串聯(lián)諧振電路(32)中的二個(gè)具有作為在FET元件(12)的工作頻帶內(nèi)所包含的頻率的二次及其以上的高次諧波的、互不相同的諧振頻率。
文檔編號(hào)H03F3/60GK101170300SQ20071010991
公開(kāi)日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月23日
發(fā)明者井上晃, 后藤清毅, 國(guó)井徹郎, 大植利和 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社