專利名稱：柵地-陰地放大器電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在毫米波l史使用的柵地-陰地放大器電^各(cascode circuit)。
背景技術：
近年來，60GHz波段WPAN ( Wireless Personal Area Network:無線 個人局域網(wǎng)絡)、76GHz波段毫米波雷達等利用毫米波段的電波的應用 不斷增加。伴隨于此，毫米波器件被要求高增益、高輸出。作為用于提高功率增益的一般的方法，已知有柵地陰地連接晶體管 的方式。所謂柵地陰地連接，是在源極接地晶體管的漏極上連接柵極接 地晶體管的方式，構成的電路被稱為柵地-陰地放大器電路。以下，參照附圖，對一般的現(xiàn)有的柵地-陰地放大器電路進行說明。圖24是表示現(xiàn)有的柵地-陰地放大器電路的電路圖。在圖24中，在源極被接地的第一晶體管51的漏極上連接有柵極被 接地的第二晶體管52的源極。此外，為了將高頻信號接地，第二晶體 管52的柵極通過MIM電容器53接地。此外，在第一晶體管的柵極上 連接有輸入端子，在第二晶體管的漏極上連接有輸出端子。再有，在圖24的柵地-陰地放大器電路中，作為晶體管，使用高 電子遷移率晶體管(HEMT: High Electron Mobility Transistor)進行說 明，但是即使使用異質(zhì)結雙極晶體管(HBT: Hetero-junction Bipolar Transistor)等也能夠說明同樣的情況。在此情況下，成為在發(fā)射極接地 晶體管的集電極上連接基極接地晶體管的方式。以下，令HEMT的漏極、 柵極、源極與HBT的集電極、基極、發(fā)射極能夠分別置換進行解釋。如上所述，第二晶體管52的柵極的高頻信號通過MIM電容器53 接地。但是，在毫米波段，不能忽視MIM電容器53的連接配線的電感、 導通孔的寄生電感。因此，期望頻率的高頻信號通過寄生成分被短路。 從而，在毫米波段，存在即使柵地陰地連接晶體管，也不能充分地使增 益提高的問題。此處，作為示例，圖25表示發(fā)射極^皮接地的單體HBT與祐:柵地陰4地連接的HBT的最大可達增益(MAG: Maximum Available Gain )的頻
率特性。
在圖25中，例如在10GHz等微波波段，通過柵地陰地連接HBT, 功率增益比單體HBT增加大約10dB。但是，在毫米波段，隨著頻率上 升，被柵地陰地連接的HBT與單體HBT的功率增益的差減少，特別是 在60GHz頻帶、76GHz頻帶等高頻帶，即使作為柵地-陰地放大器電路 也不能獲得充分的增益。
再有，作為用于提高功率增益的其它方法，考慮通過連續(xù)地串聯(lián)連 接單體的晶體管而獲得增益。但是，在此情況下，伴隨晶體管和外圍電
路的增加，存在芯片面積增加，并且成本增加這樣的問題。 于是，為了解決上述問題，例如列舉以下的方式。 在專利文獻1記載的柵地-陰地放大器電路中，如圖26所示，第
一晶體管51和笫二晶體管52被柵地陰地連接，在第二晶體管52的柵
極上連接有具有工作頻率的大致1/4波長的長度的開路短截線54(例如，
參照專利文獻1 )。
這時，第二晶體管52的柵極在工作頻率下通過開路短截線54被高
頻接地，因此，與在柵極的附近形成MIM電容器、導通孔并接地的情
況相比，寄生成分的影響小，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的接地。
因此，在工作頻率下，與通過MIM電容器、導通孔接地的情況相
比，能夠使功率增益提高。
專利文獻1:日本專利申請公開2002 - 359530號公報
發(fā)明要解決的問題
但是，在現(xiàn)有技術中，存在以下問題。
在專利文獻1所示的現(xiàn)有的柵地-陰地放大器電路中，在輸出側(cè)產(chǎn) 生反射增益。
此處，作為示例，在圖27中表示單體HEMT、利用MIM電容器將 第二晶體管的柵極接地的柵地-陰地放大器電路(參照圖24)、和專利 文獻1所示的利用開路短截線將第二晶體管的柵極接地的柵地-陰地放 大器電路(參照圖26)的輸出側(cè)的反射特性的頻率特性。
在圖27中，在利用MIM電容器接地的柵地-陰地放大器電路中， 在大約20~90GHz的頻帶中具有反射增益。此外，在利用開路短截線接地的柵地-陰地放大器電路中，在大約70GHz以上的頻帶中具有反射增益。
在柵地-陰地放大器電路具有反射增益的情況下，發(fā)生不需要的振 蕩，在將該柵地-陰地放大器電路應用于例如放大器時，存在有不能穩(wěn) 定并正常地工作的擔憂的問題。
此外，在將該柵地-陰地放大器電路應用于例如振蕩器時，存在有 不能獲得充分的輸出的擔憂的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種柵地-陰地放大器電路，其能夠?qū)崿F(xiàn)在毫米波段能夠穩(wěn)定地工作、并且高增益 或高輸出的毫米波器件。
本發(fā)明的柵地-陰地放大器電路是級聯(lián)連接有兩個晶體管的柵地 -陰地放大器電路，具備第一晶體管，源極或發(fā)射極被接地；第二晶 體管，源極或發(fā)射極與第一晶體管的漏極或集電極連接；信號改善電路， 在第二晶體管的柵極或基極上連接，對輸入的信號進行改善并輸出；以
及濾波電路，在信號改善電路的與笫二晶體管相反的一側(cè)連接，將規(guī)定 頻率附近的高頻信號短路。
根據(jù)本發(fā)明的柵地-陰地放大器電路，兩個晶體管被柵地陰地連 接，在第二晶體管的柵極或基極上連接有信號改善電路，在信號改善電 路的與第二晶體管相反的一側(cè)連接有濾波電路。此處，信號改善電路將
被輸入的信號改善后輸出。
因此，通過利用該柵地-陰地放大器電路，能夠?qū)崿F(xiàn)在毫米波段穩(wěn) 定地工作、并且高增益或高輸出的毫米波器件。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的柵地-陰地方欠大器電路的電路圖。
圖2是將圖1所示的柵地-陰地放大器電路的MAG的頻率特性與 單體HEMT進行比較而表示的說明圖。
圖3是表示圖1所示的柵地-陰地放大器電路的輸出側(cè)的反射特性 的頻率特性的說明圖。圖4是表示使用切換開關切換開路短截線的結構的電路圖。
圖5是表示長度可變短截線的電路圖。
圖6是表示本發(fā)明的實施方式2的放大器的電路圖。
圖7是表示圖6所示的放大器的增益的頻率特性的說明圖。
圖8是表示圖6所示的放大器的輸入側(cè)和輸出側(cè)的反射特性的頻率
特性的說明圖。
圖9是表示本發(fā)明的實施方式3的放大器的電路圖。
圖IO是表示圖9所示的放大器的MAG的頻率特性的說明圖。
圖ll是表示圖9所示的放大器的增益的頻率特性的說明圖。
圖12是表示圖9所示的放大器的輸入側(cè)和輸出側(cè)的反射特性的頻
率特性的說明圖。
圖13是表示本發(fā)明的實施方式4的振蕩器的電路圖。
圖14是表示圖13所示的振蕩器的Re (Ztr) +Re (Zres)的頻率特
性的說明圖。
圖15是表示圖13所示的振蕩器的Im (Ztr)+Im (Zres)的頻率特性 的說明圖。
圖16是針對振蕩信號的基波和二次諧波，表示圖13所示的振蕩器 的分壓電阻的電阻比與輸出功率的關系的說明圖。
圖17是表示圖13所示的振蕩器中的相位調(diào)整線路的振蕩頻率下的 電長度與振蕩信號的二次諧波的最大輸出功率的關系的說明圖。
圖18是表示在圖13所示的振蕩器中，電長度為18。的情況下的二 次諧波的輸出功率的等高線圖。
圖19是表示圖13所示的振蕩器的輸出功率的高次諧波分布的說明圖。
圖20是表示本發(fā)明的實施方式5的振蕩器的電路圖。 圖21是一般的二極管的等價電路圖。 圖22是表示本發(fā)明的實施方式5的振蕩器的另一電路圖。 圖23是表示用于控制振蕩器的振蕩頻率的電容器的電路圖。 圖24是表示現(xiàn)有的柵地-陰地放大器電路的電路圖。 圖25表示發(fā)射極被接地了的單體HBT和被柵地陰地連接的HBT 的MAG的頻率特性的說明圖。
圖26是表示現(xiàn)有的柵地-陰地放大器電路的另一電路圖。圖27是表示單體HEMT、利用MIM電容器將第二晶體管的柵極接 地了的柵地-陰地放大器電路、和利用開路短截線將第二晶體管的柵極 接地了的柵地-陰地放大器電路的輸出側(cè)的反射特性的頻率特性的說 明圖。
符號的說明
1、 2 HEMT (第一、第二晶體管)
3 反射增益抑制電阻(信號改善電路)
4 開路短截線(濾波電路)
14、 15 二極管(第一、第二二極管) 21、 22 HBT(第一、第二晶體管) 23 相位調(diào)整線路(信號改善電路) 34 短路短截線(濾波電路)
41 切換開關
42 MEMS開關
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的各實施方式進行說明，對于在各圖中相 同或相當?shù)牟糠謽俗⑾嗤姆栠M行說明。
實施方式1
圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的柵地-陰地放大器電路的電路 圖。再有，該柵地-陰地放大器電路構成為在76GHz(規(guī)定頻率)下 MAG最優(yōu)化。
在圖1中，源極被接地的HEMT1 (第一晶體管)的漏極與柵極被 接地的HEMT2 (第二晶體管)的源極連接。即，HEMT1與HEMT2被 柵地陰地連接。此外，在HEMT1的柵極上連接有輸入端子，在HEMT2 的漏極上連接有輸出端子。
此外，在HEMT2的柵極上連接有用于抑制反射增益的反射增益抑 制電阻3 (信號改善電路)。此外，在反射增益抑制電阻3的與HEMT2 相反的一側(cè)，連接有將規(guī)定頻率附近的高頻信號短路的開路短截線4(濾 波電路)。此處，開路短截線4的長度被設定為比使用的規(guī)定頻率的高 頻信號的1/4波長(X/4)短的長度。此外，在HEMT1的源極與HEMT2的柵極之間，以及HEMT2的柵 極與HEMT2漏極之間，連接有用于設定HEMT2的柵極電壓的分壓電 阻5、 6。
接著，對在上述結構的柵地-陰地放大器電路中，使反射增益抑制 電阻3的電阻值作為參數(shù)而變化的情況下的MAG和反射特性的頻率特 性進行說明。
圖2是將圖1所示的柵地-陰地放大器電路的MAG的頻率特性與 單體HEMT進行比較的說明圖。此外，圖3是表示圖1所示的柵地-陰 地放大器電路的輸出側(cè)的反射特性的頻率特性的說明圖。
在圖2和圖3中，在反射增益抑制電阻3的電阻值為0n的情況下， MAG變得最高，但是產(chǎn)生反射增益，電路變得不穩(wěn)定。此外，在反射 增益抑制電阻3的電阻值為40Q的情況下，雖然不產(chǎn)生反射增益，但是 在76GHz附近，MAG變得比單體HEMT更低，未發(fā)揮柵地-陰地放大 器電路的優(yōu)點。此處，在反射增益抑制電阻3的電阻值為20Q的情況下， 不產(chǎn)生反射增益，并且在76GHz附近MAG變得高于單體HEMT。
因此，通過將反射增益抑制電阻3的電阻值設定為20Q附近的值， 能夠抑制反射增益，并能夠獲得足夠的MAG。
此外，通過將開路短截線4的長度設定得短于能夠抑制由反 射增益抑制電阻3引起的MAG的降低，即能夠?qū)D2所示的A點轉(zhuǎn)移 至比規(guī)定頻率更高的頻率一側(cè)。
再有，開路短截線4的長度也可以是使用的規(guī)定頻率的高頻信號的 1/4波長。
此外，根據(jù)圖2和圖3，在約65GHz以下的頻帶中，柵地-陰地放 大器電路具有比單體HEMT高的MAG,并且反射增益被抑制。
因此，例如在30GHz波段使用的放大器中，沒有必要令開路短截線 的長度一定為在30GHz波段的即，如果MAG高于單體HEMT, 并且反射增益被抑制的話，開路短截線的長度也可以被設定為比規(guī)定頻 率的高頻信號的X/4短的長度。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式1的柵地-陰地放大器電路，第一晶體管和 第二晶體管被柵地陰地連接，在第二晶體管的柵極上連接有抑制反射增 益的電阻。此外，在電阻的與第二晶體管相反的一側(cè)，連接有將規(guī)定頻 率附近的高頻信號短路的開路短截線。
9因此，能夠以簡易的電路結構獲得抑制反射增益且提高毫米波段的
MAG的柵地-陰地放大器電路。此外，即使在各個晶體管的MAG不足夠高的情況下，通過柵地陰地連接，也能夠提高MAG。
此外，通過使用該柵地-陰地放大器電路，能夠?qū)崿F(xiàn)在毫米波段穩(wěn)定工作且高增益的毫米波器件。
此外，因為電路結構簡易，所以能夠不使芯片面積增加，防止成本的增力口。
此外，MAG的頻帶不是由晶片面內(nèi)的偏差較大的電容器容量決定，而是由短截線的長度決定，因此，能夠抑制柵地-陰地放大器電路的特性的偏差，提高成品率。
再有，在上述實施方式1中，雖然柵地陰地連接單柵極HEMT(HEMT1、 2)而構成柵地-陰地放大器電路，但是不限于此。例如，在HEMT處理的情況下，也可以使用與源極接地HEMT和柵極接地HEMT的柵地陰地連接等價的雙柵極HEMT。
在此情況下，能夠縮小芯片面積。
此外，在上述實施方式1中，雖然將一組HEMT1和HEMT2柵地陰地連接，但是不限于此，也可以對于HEMTl,多級化地連接HEMT2。這時，作為多級化的方法，能夠考慮在某個HEMT的漏極上依次串聯(lián)連接另外的HEMT的源極的方法，和在某個HEMT的漏極上并聯(lián)連接多個HEMT的源極的方法。
在這樣的情況下，能夠進一步提高增益、輸出。
此外，在上述實施方式l中，雖然僅使用l根開路短截線4，但是不限于此，也可以如圖4所示的柵地-陰地放大器電路那樣，針對使用的每個頻帶設置多個開路短截線，使用切換開關41切換短截線。此外，也可以代替開路短截線4，使用通過圖5所示那樣的MEMS (MicroElectro Mechanical System:樣支機電元件)開關42能夠調(diào)整長度的長度可變短截線，切換使用的頻帶。
在這樣的情況下，因為能夠僅針對與短截線長度對應的期望的頻帶使MAG增加，所以能夠容易地降低不需要的頻帶的增益。
此外，歷來，在使用多個頻帶的多頻帶系統(tǒng)中，在各個頻帶需要晶體管，但是通過使用切換開關41或長度可變短截線切換頻帶，即使在被多頻帶化的情況下，也能夠在1組柵地-陰地放大器電路中實現(xiàn)在各頻帶下的工作。因此，能夠減少所需的晶體管的數(shù)目，降低成本。
此外，在上述實施方式l中，作為將規(guī)定頻率的信號短路的濾波電路使用開路短截線4，但是不限于此。例如，也可以使用以串聯(lián)連接電感器和電容器，在規(guī)定頻率下諧振的方式構成的串聯(lián)諧振電路，或者也可以是具有規(guī)定頻率的高頻信號的1/2波長的長度的短路短截線。在此情況下，也能夠發(fā)揮與上述實施方式l相同的效果。
實施方式2
圖6是表示本發(fā)明的實施方式2的放大器的電路圖。其中，該放大器構成為在76GHz (規(guī)定頻率)下增益最大。
在圖6中，HEMT1和HEMT2被柵地陰地連接。此外，在HEMT1的柵極上連接有輸入端子，在HEMT2的漏極上連接有輸出端子。
此外，在HEMT2的柵極上連接有用于抑制反射增益的反射增益抑制電阻3。此外，在HEMT1的源極與HEMT2的柵極之間，以及HEMT2的柵極與HEMT2的漏極之間，連接有用于設定HEMT2的柵極電壓的分壓電阻5、 6。
此外，在反射增益抑制電阻3的與HEMT2相反的一側(cè)，代替圖1所示的直線型的開路短截線4,連接有扇形的徑向短截線7。徑向短截線7與開路短截線4同樣地被設定為規(guī)定頻率的高頻信號在連接點處被幾乎短路的長度。此外，通過使用徑向短截線7，能夠在連接點處在寬頻帶使高頻信號短路。
此外，在HEMT1的柵極與輸入端子之間連接有柵極偏壓電路8和均4軒器9、耦合線路IO等的匹配電路。此外，在HEMT2的漏極與輸出端子之間連接有漏極偏壓電路11和均衡器12、耦合線路13等的匹配電路。
柵極偏壓電路8由電阻、傳輸線路、電容器和柵極偏壓端子構成，供給柵極偏置電壓，并謀求電路工作的穩(wěn)定化。
漏極偏壓電路11由具有規(guī)定頻率的高頻信號的X/4的長度的短路短截線、電容器和漏才及偏壓端子構成，供^^漏才及偏置電壓，并除去^見定頻率的高頻信號以外的信號。
此外，耦合線路10、 13除去直流信號和低頻區(qū)域的信號。此外，均衡器9、 12使利用耦合線路10、 13未能完全除去的頻帶的增益降低，并且謀求電路工作的穩(wěn)定化。
在上述結構的放大器中，輸入輸入端子的信號被放大后從輸出端子輸出。
接著，對該放大器的增益和反射特性的頻率特性進行說明。
圖7是表示圖6所示的放大器的增益的頻率特性的說明圖。此外，圖8是表示圖6所示的放大器的輸入側(cè)和輸出側(cè)的反射特性的頻率特性的說明圖。
從圖7和圖8可知，在作為規(guī)定頻率的76GHz下，反射增益被抑制，并且能夠獲得10dB左右的高增益。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式2的放大器，第一晶體管和第二晶體管被柵地陰地連接，在第二晶體管的柵極連接有抑制反射增益的電阻。此外，在電阻的與第二晶體管相反的一側(cè)，連接有將規(guī)定頻率附近的高頻信號短5^的徑向短截線。
因此，能夠獲得在毫米波段抑制反射增益且高增益的放大器。
實施方式3
圖9是表示本發(fā)明的實施方式3的放大器的電路圖。再有，該放大器構成為能夠在寬頻帶使用的寬頻帶放大器。
在圖9中，HEMT1和HEMT2凈皮柵地陰地連接。此外，在HEMT1的柵極上連接有輸入端子，在HEMT2的漏極上連接有輸出端子。
此外，在HEMT2的柵極上連接有用于抑制反射增益的反射增益抑制電阻3。此外，在反射增益抑制電阻3的與HEMT2相反的一側(cè)，連接有將規(guī)定頻率附近的高頻信號短路的開路短截線4。此處，開路短截線4的長度被設定為比使用的規(guī)定頻率(例如，76GHz)的高頻信號的1/4波長(X/4)短的長度。
此外，在HEMT1的源極與HEMT2的柵極之間，代替圖1所示的分壓電阻5，連接有陽極(anode);故接地且陰極(cathode)與HEMT2的柵極連接的第一二極管14。此外，在HEMT2的柵極與HEMT2的漏極之間，代替圖1所示的分壓電阻6,連接有陽極與HEMT2的柵極連接且陰極與HEMT2的漏極連接的第二二極管15。
因為在第一二極管14和第二二極管15上分別施加反偏置的電壓，所以能夠?qū)⒌谝欢O管14和第二二極管15看作高電阻值的電阻。此處，作為分壓電阻，通常需要數(shù)kQ等級的電阻值，當使用通過一般的鎵砷
(GaAs)晶片得到的外延電阻(epitaxial resistance )時，該電阻的長度為數(shù)100pm等級。
另一方面，在使用HEMT的肖特基柵極構成二極管的情況下，僅將HEMT的漏極和源極短路就能夠獲得二極管。
因此，通過使用肖特基二極管作為分壓電阻，能夠縮小芯片面積。
再有，例如在HBT處理的情況下，也可以使用基極/集電極之間的PN 二極管作為分壓電阻。
此外，在HEMT1的柵極與HEMT2的柵極之間，以及HEMT2的柵極與HEMT2的漏極之間，連接有用于使放大器能夠在寬頻帶使用的穩(wěn)定化電路16、 17。穩(wěn)定化電路16、 17分別通過串聯(lián)連接電阻和電容器而被構成。
此外，在HEMT1的柵極與輸入端子之間，連接有柵極偏壓電路8和電容器18等的匹配電路。此外，在HEMT2的漏極與輸出端子之間連接有漏極偏壓電路11和電容器19等的匹配電路。
柵極偏壓電路8和漏極偏壓電路11具有與圖6所示的結構相同的功能。此外，電容器18、 19除去低頻區(qū)域的信號。
在上述結構的放大器中，輸入輸入端子的信號被放大后從輸出端子輸出。
接著，對該放大器的MAG、增益和反射特性的頻率特性進行說明。圖IO是表示圖9所示的放大器的MAG的頻率特性的說明圖。此外，圖11是表示圖9所示的放大器的增益的頻率特性的說明圖。此外，圖12是表示圖9所示的放大器的輸入側(cè)和輸出側(cè)的反射特性的頻率特性的說明圖。
在圖10~圖12中，通過開路短截線4，在90GHz附近MAG增加。另一方面，通過穩(wěn)定化電3各16、 17, MAG在大約30 80GHz的范圍中變得平坦。
此處，MAG在30GHz以下、90GHz以上的頻帶中也具有增益。但是，通過電容器18、 19除去30GHz以下的低頻區(qū)域的信號，通過具有濾波功能的漏極偏壓電路11除去90GHz以上的高頻區(qū)域的信號，結果是，該放大器的增益變?yōu)閳D11所示那樣的特性。
此外，從圖10 圖12可知，能夠確保30 90GHz這樣的3倍頻帶，并且，在該頻帶中反射增益被抑制，盡管在毫米波段也能夠獲得5dB以 上的高的增益。
一般而言，在寬頻帶放大器中，預匹配電路等外圍電路復雜，但是 采用本放大器，能夠以比較簡易的電路結構和設計實現(xiàn)寬頻帶化。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式3的放大器，第一晶體管和第二晶體管被柵 地陰地連接，在第二晶體管的柵極上連接有抑制反射增益的電阻。此外， 在電阻的與第二晶體管相反的一側(cè)，連接有將規(guī)定頻率附近的高頻信號 短路的開路短截線。
此外，在第一晶體管的柵極與第二晶體管的柵極之間，以及第二晶 體管的柵極與第二晶體管的漏極之間，連接有穩(wěn)定化電路。此外，在笫 一晶體管的柵極與輸入端子之間連接有柵極偏壓電路和匹配電路，在第
因此，^夠獲得在整個毫;波段的i頻帶中抑制反射增益并且高增 益的放大器。 實施方式4
圖13是表示本發(fā)明的實施方式4的振蕩器的電路圖。再有，該振 蕩器構成為輸出振蕩信號的2次諧波。
在圖13中，在發(fā)射極被接地的HBT21 (第一晶體管)的集電極上 連接有基極被接地的HBT22 (第二晶體管)的發(fā)射極。即，HBT21和 HBT22被柵地陰地連接。此外，在HBT22的集電極上連接有輸出端子。
此外，在HBT22的基極上連接有將振蕩信號的相位調(diào)整為期望的 相位的相位調(diào)整線路23 (信號改善電路)。此外，在相位調(diào)整線路23 的與HBT22相反的一側(cè)連接有將規(guī)定頻率附近的高頻信號短路的開路 短截線24。此處，開路短截線24的長度被設定為相對于振蕩信號的振 蕩頻率(規(guī)定頻率)的1/4波長(V4)的長度。再有，也可以根據(jù)需要， 在HBT22的基極上追加連接相對于振蕩信號的高次諧波為人/4的開路短 截線。
此外，在HBT21的發(fā)射極與HBT22的基極之間，以及HBT22的基 極與HBT22的集電極之間連接有用于設定HBT22的基極電壓的分壓電 阻25、 26。
此外，在HBT21的基極上連接有基極偏壓電路27、第一線路 、 和第一短截線29。此外，在HBT22的集電極與輸出端子之間，連接有集電極偏壓電路30、第二線路31、和第二短截線32。再有，笫一線路 28和第 一短截線29構成諧振電路。
此外，HBT21的發(fā)射極經(jīng)由第三線路33接地。
基極偏壓電路27和集電極偏壓電路30分別具有與圖9所示的柵極 偏壓電路8和漏極偏壓電路11相同的功能。
第一短截線29和第二短截線32分別是具有振蕩信號的X/4長度的 短路短截線和開路短截線，通過利用這些短截線使振蕩信號全反射，使 振蕩成長。
因為作為振蕩信號的基波被第二短截線32反射，所以不會從輸出 端子輸出。此外，振蕩信號的二次諧波相對于第二短截線32為開路 (open),因此不受到第二短截線32的影響。由此，從輸出端子輸出 振蕩信號的二次諧波。
此外，第一線路28、第二線路31和第三線路33是為了調(diào)整反射增 益和反射相位而設置的線路，以滿足振蕩條件的方式其長度被設定。
此處，令從圖13的A-A面觀察晶體管側(cè)(圖13的右側(cè))時的阻
抗為Ztr，令從A - A面觀察諧振電路側(cè)(圖13的左側(cè))時的阻抗為Zres,
一般而言，在滿足以下數(shù)學式(1)的頻率范圍內(nèi)，并且在滿足以下數(shù)
學式(2)的頻率下，滿足振蕩條件而發(fā)生振蕩。
Re (Ztr) +Re (Zres) <0 力、0 Re (Ztr) <() . (1) I m (Z t r) + I m (Z r e s) =0 . .. (2)
圖14是表示圖13所示的振蕩器的Re (Ztr) +Re ( Zres)的頻率特性的 說明圖。此外，圖15是表示圖13所示的振蕩器的Im (Ztr) +Im (Zres) 的頻率特性的說明圖。
在圖14和圖15中，在大約20~50GHz的頻帶中滿足數(shù)學式(1)， 在大約38GHz處滿足數(shù)學式(2)。于是，在本實施方式4的振蕩器中， 生成約38GHz的振蕩信號。
接著，對分壓電阻25、 26進行說明。
圖16是針對振蕩信號的基波和二次諧波表示圖13所示的振蕩器的 分壓電阻25和分壓電阻26的電阻比k ( k:分壓電阻26的電阻值/分壓 電阻25的電阻值)與輸出功率的關系的說明圖。
在圖16中，對于基波，在k為0.7的情況下輸出功率變?yōu)樽畲螅?是對于二次諧波，k越小輸出功率越高。因此，在該實施方式4中，為 了取出二次諧波，令ki.l。再有，在取出基波的情況下，令1^0.7即可。接著，對相位調(diào)整線路23和開路短截線24進行詳細的說明。 如上所述，開路短截線24具有振蕩信號的X/4的長度，在HBT22
的基極將振蕩信號短路。
此外，相位調(diào)整線路23為了將振蕩信號的二次諧波的輸出功率最 優(yōu)化，將二次諧波的相位調(diào)整至希望的相位。
圖17是表示圖13所示的振蕩器的相位調(diào)整線路23的振蕩頻率 (38GHz)下的電長度小與振蕩信號的二次諧波(76GHz)的最大輸出 功率的關系的說明圖。
二次諧波的最大輸出功率表示各電長度的最優(yōu)負載阻抗處的二次 諧波的輸出功率。作為一例，圖18表示在圖13所示的振蕩器中，電長 度d)為18。的情況下的二次諧波的輸出功率的等高線圖。從圖18可知， 能夠在等高線圖的大致中心獲得最大輸出功率21dBm。圖17是繪制各
電長度的等高線圖的最大輸出功率而得到的圖。
從圖17可知，即使在未連接相位調(diào)整線路23的情況下(即小=0° 的情況下)，最大也能夠獲得15dBm左右的高輸出。但是，通過將振 蕩信號的二次諧波的相位相對于HBT22的基極偏移大約15~24°,能夠 使二次諧波的輸出功率進一步高輸出化。因此，在本實施方式4中，令 電長度小=18。。
圖19表示圖13所示的振蕩器的輸出功率的高次諧波分布(振蕩頻 譜)。在圖中，橫軸表示高次諧波次數(shù)，l表示基波，2表示二次諧波。
從圖19可知，在大約38GHz振蕩的該振蕩器中，振蕩信號的二次 諧波的輸出功率為21dBm。
這樣，通過使用相位調(diào)整線路23和開路短截線24,能夠充分地使 負電阻IRe (Ztr) |增大，并且，能夠最優(yōu)化振蕩信號的二次諧波的輸出 功率，因此，能夠使輸出功率最大限度地增加。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式4的振蕩器，第一晶體管和第二晶體管被柵 地陰地連接，在笫二晶體管的基極上連接有將被輸入的信號的相位調(diào)整 至希望的相位的相位調(diào)整線路。此外，在相位調(diào)整線路的與第二晶體管 相反的一側(cè)，連接有將規(guī)定頻率附近的高頻信號短路的開路短截線。
因此，在亳米波段能夠獲得高輸出的振蕩器。
此外，因為負電阻IRe (Ztr) l不是由特性的偏差較大的電容器容量 決定，而是由短截線的長度決定，所以能夠降低振蕩器的制造偏差。再有，在上述實施方式4中，在相位調(diào)整線路23的與HBT22相反 的一側(cè)，僅連接具有相對于振蕩信號的振蕩頻率的A74的長度的開路短 截線24，但是不限于此，也可以進一步連接有相對于振蕩信號的二次諧 波具有X/4的長度的二次諧波用開路短截線(n次諧波用開路短截線)。 此外，也可以與相位調(diào)整線路23 —起，連接將振蕩信號的相位調(diào)整至 期望的相位的相位調(diào)整線路。
在此情況下，能夠進一步提高振蕩信號的二次諧波的輸出功率。 此外，在使用的頻率跨過多個頻帶的情況下，也可以與上述實施方 式l相同地，利用切換開關41切換多個開路短截線(參照圖4),或使 用通過MEMS開關42能夠調(diào)整長度的長度可變短截線，切換使用的頻 帶(參照圖5)。
實施方式5
在上述實施方式4中，利用開路短截線24在HBT22的基極將振蕩 信號短路，但不限于此。
因此，以下對利用短路短截線(shortstub)將振蕩信號短路的結構 進行說明。再有，也可以代替開路短截線或短路短截線，使用以在振蕩 信號的振蕩頻率下諧振的方式構成的串聯(lián)諧振電路。
圖20是表示本發(fā)明的實施方式5的振蕩器的電路圖。再有，該振 蕩器以輸出振蕩信號的二次諧波的方式構成。此外，對于與上述的實施 方式4相同的結構和功能，省略說明。
在圖20中，在HBT22的基極上，代替圖13所示的開路短截線24, 連接有將規(guī)定頻率附近的高頻信號短路的短路短截線34(濾波電路)的 一端。此處，短路短截線34的長度被設定為相對于振蕩信號的振蕩頻 率(規(guī)定頻率)為1/2波長(X/2)的長度。再有，短路短截線34的長 度也可以被設定為相對于振蕩信號的高次諧波為X/ 2 。
此外，短路短截線34的另一端經(jīng)由用于除去直流信號的可變電容 電容器35接地。
再有，因為該振蕩器的振蕩頻率根據(jù)與短路短截線34的另一端連 接的電容器的電容而變化，所以通過使用可變電容電容器35，能夠使振 蕩頻率可變。
此外，作為可變電容元件，能夠代替電容器使用例如二極管。如圖
1721所示的等價電路圖那樣，二極管能夠看作并聯(lián)連接可變電容電容器和
可變電阻的電路。
在向二極管施加反方向電壓的情況下，電阻變?yōu)閿?shù)kn以上，因此， 高頻信號受到可變電容的較大的影響。從而，在作為可變電容元件使用 二極管的情況下，能夠構成通過施加在二極管上的電壓而能夠控制振蕩 頻率的電壓控制振蕩器。
此處，圖22表示在圖20所示的振蕩器中，作為可變電容元件使用 二極管而構成的電壓控制振蕩器的電路圖。
在圖22中，在HBT22的基極上，代替圖20所示的可變電容電容 器35,連接有電容器36和二極管37。再有，電容器36是為了除去直 流信號而^皮連接的。
此外，在電容器36與二極管37之間，連接有被輸入用于控制振蕩 頻率的信號的振蕩頻率控制偏壓端子。
在現(xiàn)有的電壓控制振蕩器中，圖23所示那樣的用于控制振蕩頻率 的電容器(變?nèi)荻O管)連接在圖22的Q點處。但是，在此情況下， 存在以下問題，即，從圖22的A-A面觀察諧振電路側(cè)(圖13的左側(cè)) 時的阻抗Re (Zres)變高，難以滿足上述的振蕩條件的數(shù)學式(1)。
在本實施方式5中，通過在HBT22的基極上連接變?nèi)荻O管，不 用提高阻抗Re (Zres),能夠以更簡單的電路結構獲得電壓控制振蕩器。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式5的振蕩器，第一晶體管和第二晶體管被柵 地陰地連接，在第二晶體管的基極上連接有將被輸入的信號的相位調(diào)整 為希望的相位的相位調(diào)整線路。此外，在相位調(diào)整線路的與第二晶體管 相反的一側(cè)，連接有將規(guī)定頻率附近的高頻信號短路的短路短截線。
因此，能夠獲得在毫米波段高輸出的振蕩器。
此外，經(jīng)由二極管使短路短截線的另一端接地，由此能夠以簡易的 電路結構獲得電壓控制振蕩器。
再有，在上述實施方式5中，在相位調(diào)整線路23的與HBT22相反 的一側(cè)，僅連接有相對于振蕩信號的振蕩頻率具有人/2的長度的短路短 截線34，但是不限于此，也可以進一步連接有相對于振蕩信號的二次諧 波具有的長度的二次諧波用短路短截線(n次諧波用短路短截線)。 此外，也可以與相位調(diào)整線路23 —起，連接將振蕩信號的相位調(diào)整至 期望的相位的相位調(diào)整線路。
18此外，也可以代替上述二次諧波用短路短截線，將相對于振蕩信號 的二次諧波具有X/4的長度的二次諧波用開路短截線與對應的相位調(diào)整 線^各一起連接。
在此情況下，能夠進一步提高振蕩信號的二次諧波的輸出功率。
此外，通過連接變?nèi)荻O管、電容器36,即使從最優(yōu)的阻抗產(chǎn)生偏 差的情況下，也可以將短路短截線34的長度以輸出變?yōu)樽顑?yōu)的方式從 X/2起適當調(diào)整。
權利要求
1.一種柵地-陰地放大器電路，是級聯(lián)連接有兩個晶體管的柵地-陰地放大器電路，其特征在于，具備第一晶體管，源極或發(fā)射極被接地；第二晶體管，源極或發(fā)射極與所述第一晶體管的漏極或集電極連接；信號改善電路，在所述第二晶體管的柵極或基極上連接，對輸入的信號進行改善并輸出；以及濾波電路，在所述信號改善電路的與所述第二晶體管相反的一側(cè)連接，將規(guī)定頻率附近的高頻信號短路。
2. 如權利要求1所述的柵地-陰地放大器電路，其特征在于， 所述濾波電路是串聯(lián)連接有電感器和電容器的串聯(lián)諧振電路。
3. 如權利要求1所述的柵地-陰地放大器電路，其特征在于， 所述濾波電路是開路短截線。
4. 如權利要求3所述的柵地-陰地放大器電路，其特征在于， 所述開路短截線具有相對于所述規(guī)定頻率的大致1/4波長的長度。
5. 如權利要求3所述的柵地-陰地放大器電路，其特征在于， 所述開路短截線是使用MEMS開關而能夠調(diào)整長度的長度可變短截線。
6. 如權利要求1所述的柵地-陰地放大器電路，其特征在于， 所述濾波電路是短路短截線。
7. 如權利要求6所述的柵地-陰地放大器電路，其特征在于， 所述短路短截線具有相對于所述規(guī)定頻率的大致1/2波長的長度。
8. 如權利要求3 7中任一項所述的柵地-陰地放大器電路，其特 征在于，連接有多個所述開路短截線或所述短路短截線， 還具備切換開關，對使用的所述開路短截線或所述短路短截線進 行切換。
9. 如權利要求1所述的柵地-陰地放大器電路，其特征在于， 所述第二晶體管被多級化。
10. 如權利要求1所述的柵地-陰地》丈大器電路，其特征在于， 作為所述第 一晶體管和所述第二晶體管，使用雙柵極HEMT。
11. 如權利要求1所述的柵地-陰地放大器電路，其特征在于，還具備第一二極管，其陽極被接地，并且陰極與所述第二晶體管的柵極或 基極連接；以及第二二極管，其陽極與所述第二晶體管的柵極或基極連接，并且陰 極與所述第二晶體管的漏極或集電極連接。
12. 如權利要求1所述的柵地-陰地放大器電路，其特征在于， 所述信號改善電路是抑制反射增益的電阻。
13. 如權利要求1所述的柵地-陰地放大器電路，其特征在于， 所述信號改善電路是將輸入的信號的相位調(diào)整為期望的相位的相1位調(diào)整線路。
14. 如權利要求13所述的柵地-陰地放大器電路，其特征在于， 還具備n次諧波用開路短截線，該n次諧波用開路短截線連接于所述相位 調(diào)整線路的與所述第二晶體管相反的一側(cè)，并且具有相對于所述規(guī)定頻 率的n次諧波的大致1/4波長的長度，其中，n為2以上的整數(shù)。
15. 如權利要求13所述的柵地-陰地放大器電路，其特征在于， 還具備n次諧波用短路短截線，該n次諧波用短路短截線連接于所述相位 調(diào)整線路的與所述第二晶體管相反的一側(cè)，并且具有相對于所述規(guī)定頻 率的n次諧波的大致1/2波長的長度，其中，n為2以上的整數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供柵地-陰地放大器電路，其能夠?qū)崿F(xiàn)在毫米波段能夠穩(wěn)定地工作且高增益或高輸出的毫米波器件。該柵地-陰地放大器電路柵地陰地連接有兩個晶體管，并且具備源極被接地的HEMT(1)；源極與HEMT(1)的漏極連接的HEMT(2)；與HEMT(2)的柵極連接，并抑制反射增益的反射增益抑制電阻(3)；和連接于反射增益抑制電阻(3)的與HEMT(2)相反的一側(cè)，并將規(guī)定頻率附近的高頻信號短路的開路短截線(4)。
文檔編號H03F3/60GK101674053SQ20091014702
公開日2010年3月17日 申請日期2009年6月8日 優(yōu)先權日2008年9月11日
發(fā)明者后藤清毅, 渡邊伸介, 金谷康 申請人:三菱電機株式會社