JP2001136035A - マイクロ波半導体装置用バイアス回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 所要の周波数帯で増幅器特性に影響を与える
ことなく、低周波数帯から高周波数帯までの不要波を吸
収することができるバイアス回路を提供する。 【解決手段】 ＦＥＴＩは高周波増幅トランジスタであ
り、出力は整合回路３を通り端子５に通ずる。バイアス
回路６は伝送経路８、λ／４線路９、伝送線路１４，抵
抗１５からバイアス供給端子７に接続される。ＦＥＴＩ
で発生する高周波帯の不要波はバイアス回路６側へ漏れ
込み、伝送線路８と伝送線路１４を通ってバイアス供給
端子７側へ進む。ここで伝送線路１４の長さは不要波に
対して１／２波長に選ばれているため、この両端におけ
る不要波はそれぞれ抵抗１５へ向かって進み、そこで吸
収されバイアス供給端子７へは到達しなくなる。抵抗１
５は１／２波長伝送線路１４とは並列に接続されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は増幅器、発振器等
のマイクロ波半導体装置に所望のバイアスを供給するた
めのバイアス回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電界効果トランジスタ（以下、Ｆ
ＥＴと略す）等の半導体素子の進捗にともない、増幅
器、発振器等の固体化が一般に行われている。これらの
増幅器、発振器等のマイクロ波半導体装置には半導体素
子に所望のバイアスを印加するためのマイクロ波半導体
装置用バイアス回路（以下、バイアス回路と略す）が必
要となる。マイクロ波半導体装置の高性能化、高安定化
を図るにはバイアス回路として所望の周波数帯では増幅
特性、発振特性等のマイクロ波半導体装置の特性に影響
を与えることなく、他の周波数の不要波を吸収させる機
能が要求される。ここではマイクロ波半導体装置として
増幅器を例にして説明する。図５は例えば昭和５９年度
電子通信学会総合全国大会、講演番号９２５に示されて
いる従来のバイアス回路を用いた増幅器の構成図であ
る。図において、１はＦＥＴ、２，３はＦＥＴ１のゲー
ト端子、ドレイン端子にそれぞれ接続された入力整合回
路、出力整合回路、４は入力端子、５は出力端子、６は
バイアス回路、７はバイアス供給端子、８は第１の伝送
線路、９は先端開放１／４波長線路、１０は抵抗、１１
はキャパシタである。この増幅器はマイクロ波帯の信号
を増幅するためのＦＥＴ１、ＦＥＴ１の入力インピーダ
ンスと電源インピーダンスとを整合させる入力整合回路
２、ＦＥＴ１の出力インピーダンスと負荷インピーダン
スとを整合させる出力整合回路３およびＦＥＴ１に所望
のバイアスを印加するためのバイアス回路６から構成さ
れている。なお、公知資料では２段構成で、ＤＣカット
およびＦＥＴ１のゲート端子にバイアスを供給するバイ
アス回路も含んだ構成となっているが、ここでは説明を
簡単にするために、１段構成とし、ＤＣカットおよびＦ
ＥＴ１のゲート端子にバイアスを供給するためのバイア
ス回路を省略して示している。この増幅器に用いられて
いるバイアス回路６は一端が出力整合回路３を介してＦ
ＥＴ１のドレイン端子に接続され、他端は先端開放１／
４波長線路９により、所望の周波数帯で高周波的に接地
された第１の伝送線路８と第１の伝送線路８の他端と接
地間に設けられた抵抗１０とキャパシタ１１との直列回
路とからなり、バイアス供給端子７は第１の伝送線路８
の他端側に接続されている。また、第１の伝送線路８の
長さは所望の周波数帯で１／４波長に選ばれており、キ
ャパシタ１１は低周波帯においても低インピーダンスと
なるような十分大きな値に選ばれている。なお、図中で
は省略しているが、バイアス供給端子７は貫通コンデン
サ等を介してバイアス電源に接続されている。図６は従
来のバイアス回路６をマイクロ波集積回路を用いて構成
する場合の構造の一例である。第１の伝送線路８、先端
開放１／４波長線路９、抵抗１０およびバイアス供給端
子７が誘電体基板１２上に一体形成されており、抵抗１
０の一端はチップ状のキャパシタ１１と接地パターン１
３を介して接地される構造のものである。

【０００３】次に動作について説明する。このバイアス
回路６では所望の周波数帯で１／４波長の長さを有し、
一端が先端開放線路９で高周波的に接地された第１の伝
送線路８を用いているため所望の周波数帯ではａ点より
バイアス回路６側を見たインピーダンスはほぼ無限大と
なる。一方、第１の伝送線路８と先端開放１／４波長線
路９の長さが波長に比べ無視できる低周波帯においては
バイアス供給端子７に接続されるバイアス電源のインピ
ーダンスも十分高くなるので、ａ点よりバイアス回路６
側を見たインピーダンスは近似的に抵抗１０が接続され
ているものとして表される。このようにこの増幅器に用
いているバイアス回路６は所望の周波数帯で高インピー
ダンスを有し、低周波帯では不要波を吸収する抵抗１０
回路と見なすことができる。

【０００４】このためバイアス供給端子７に所望のバイ
アス電圧を印加することにより、第１の伝送線路８、出
力整合回路３を介してＦＥＴ１にバイアスが供給され、
ＦＥＴ１は動作状態になる。このような状態において、
入力端子４から入射した所望の周波数帯の信号は入力整
合回路２を介してＦＥＴ１に供給され、そこで増幅され
る。増幅された信号は出力整合回路３を介して、バイア
ス回路６に影響されることなく、出力端子５に現れる。
一方、ＦＥＴ１で発生する低周波帯の不要波はバイアス
回路６の抵抗１０で吸収されるため、増幅器が低周波帯
で不安定動作したり、発振したりするのを防ぐことがで
きる。以上のようにバイアス回路６は増幅特性に影響を
与えることなく、低周波帯での増幅器の安定化を図る機
能を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、増幅器の高周波
数化、高性能が要求されるようになり、ＦＥＴ１として
所望の周波数帯よりも高い高周波数帯においても十分利
得の高いものが使われるようになった。そのため、高周
波数帯においても増幅器が不安定動作する可能性が大き
くなった。従来のバイアス回路６は所望の周波数帯では
非常に大きなインピーダンスを有するが、それ以上の高
周波帯ではかならずしも高インピーダンスとはならず、
ＦＥＴ１で発生した高周波帯の不要波はバイアス回路６
側へ漏れ込むようになる。漏れ込んだ不要波は一部抵抗
１０で吸収されるが、その量はバイアス供給端子７に接
続されるバイアス電源のインピーダンスに大きく依存す
る。例えばバイアス電源のインピーダンスが非常に高い
場合は大部分抵抗１０で吸収されるが、逆に非常に低い
場合、バイアス供給端子７側の第１の伝送線路８の一端
が短絡されるため不要波は抵抗１０で吸収されずに大部
分ＦＥＴ１側へ反射される。このように、大部分の不要
波がＦＥＴ１側へ反射されるような場合、ＦＥＴ１の内
部もキャパシタを介してＦＥＴ１のドレイン端子からゲ
ート端子に不要波が帰還され、その増幅器が不安定動作
することになる。このように、従来のバイアス回路を用
いるような場合バイアス供給端子７に接続されるバイア
ス電源のインピーダンスによっては増幅器が高周波帯の
不要波により不安定動作したり発振したりする問題点が
あった。

【０００６】また、マイクロ波集積回路により実現する
ような場合、バイアス回路６は図６のような構造となる
ため、キャパシタ１１を接地する接地パターン１３の寄
生のインダクタおよびキャパシタ１１自身に寄生するイ
ンダクタにより、高周波帯では抵抗１０の一端を高周波
的に接地することができなくなる。このため、第１の伝
送線路８のバイアス供給端子７側の端子から抵抗１０側
を見たインピーダンスは非常に高くなり、ＦＥＴ１等で
発生した高周波帯の不要波を抵抗１０で吸収させること
ができなくなる。従って、ＦＥＴ１で発生した高周波帯
の不要波はバイアス回路６で大部分反射され、反射され
た不要波はＦＥＴ１側へもどり、増幅器が不安定動作し
てしまう問題点もあった。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、所要周波数帯では増幅器特性に
影響を与えることなく、低周波数帯から高周波数帯まで
の不要波を吸収でき、電圧降下を著しく小さく抑えるこ
とができるバイアス回路を得ることも目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係るバイアス
回路は第１の伝送線路とバイアス供給端子間に第２の伝
送線路を装荷し、かつ、第２の伝送線路の２点間を抵抗
で接続する構成としたものである。

【０００９】また、この発明のバイアス回路はバイアス
供給端子側の第１の伝送線路の一端に、先端開放線路に
より高周波的に接地された抵抗を接続したものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
一実施例を図について説明する。図１はこの発明の１つ
であるバイアス電源のインピーダンスに関係なく高周波
帯の不要波を吸収できるバイアス回路を用いた増幅器の
構成図である。この図において、１４は第２の伝送線
路、１５は抵抗である。この増幅器に用いているこの発
明のバイアス回路６は従来のバイアス回路６の第１の伝
送線路８とバイアス供給端子７間に第２の伝送線路１４
を設け、その第２の伝送線路１４の両端を抵抗１５で接
続した構成のものであり、第２の伝送線路１４の長さは
高周波帯の不要波に対してほぼ１／２波長に選ばれてい
る。

【００１１】この発明のバイアス回路２はこのように構
成されているのでＦＥＴ１で発生した高周波帯の不要波
はバイアス回路２側へ漏れ込み、漏れ込んだ不要波は第
１の伝送線路８と第２の伝送線路１４を通ってバイアス
供給端子７側へ進む。ここで第２の伝送線路１４の長さ
は不要波に対して１／２波長に選ばれているため、第２
の伝送線路１４の両端における不要波は位相が１８０゜
異なる関係になる。従って、第２の伝送線路１４の両端
における不要波はそれぞれ抵抗１５へ向かって進み、そ
こで吸収される。このため、不要波はバイアス供給端子
７へは到達しなくなる。このように、この発明のバイア
ス回路６は所要の周波数帯で高インピーダンスを有し、
低周波帯の不要波を吸収する機能を持つ従来のバイアス
回路６に、新たに高周波帯の不要波を吸収する機能を付
加したものである。

【００１２】以上のように、この発明のバイアス回路６
ではＦＥＴ１で発生した高周波帯の不要波をバイアス供
給端子７に到達する前に大部分吸収することができるた
め、バイアス供給端子７に接続されるバイアス電源のイ
ンピーダンスに左右されることなく高周波帯の不要波を
吸収することができる。従って、この発明のバイアス回
路６を増幅器に使用することにより、高安定な増幅器を
得ることができる。

【００１３】実施の形態２．図２はバイアス電源のイン
ピーダンスに関係なく高周波帯の不要波を吸収できる他
の実施例のバイアス回路の構成図である。このバイアス
回路６は第２の伝送線路１４の２点間をそれぞれ２個の
抵抗１５で接続したものである。このような構成にする
ことにより、それぞれの抵抗１５の両端における不要波
の位相が逆相となる周波数が異なり、２つの周波数の不
要波を吸収させることができる。このように、抵抗１５
の数を増加させることにより、多数の周波数成分を持つ
不要波を吸収させることが可能となる。

【００１４】実施の形態３．図３はこの発明のもう１つ
である寄生インダクタに左右されることなく高周波帯の
不要波を吸収できるバイアス回路であり、図３（ａ）、
（ｂ）に構成および構造図をそれぞれ示す。図中、１６
は抵抗、１７は先端開放線路である。図３（ａ）に示す
構成図において、このバイアス回路はバイアス供給端子
７側の第１の伝送線路８の一端に、先端開放線路１７が
直列に接続された抵抗１６を接続したものである。この
先端開放線路１７の長さは高周波帯の不要波に対して１
／４波長に選ばれており、そのため抵抗１６は第１の伝
送線路８の一端と接地間に装荷されたものと見なすこと
ができる。従って、バイアス回路６側へ漏れ込んだ高周
波帯の不要波はこの抵抗１６で吸収される。

【００１５】図３（ａ）に示すバイアス回路６もマイク
ロ波集積回路で実現する場合の構造の一例を図３（ｂ）
に示す。この図に示すように、高周波数帯の不要波を吸
収するための抵抗１６と先端開放線路１７を、第１の伝
送線路８、抵抗１０およびその先端開放１／４波長線路
９と同時に誘電体基板１２上に一体形成することができ
る。このように抵抗１６の一端を先端開放線路１７を用
いて高周波的に接地することにより、チップ状のキャパ
シタ１１や接地パターン１３を用いる場合に生ずる寄生
のインダクタが存在しないため、寄生のインダクタに左
右されることなく、高周波帯の不要波を吸収させること
ができる。

【００１６】実施の形態４．図４は寄生インダクタに左
右されることなく、高周波帯の不要波を吸収する他の実
施例のバイアス回路の構成図である。この図に示すよう
に、長さの異なる先端開放線路１７で高周波的に接地さ
れた複数個の抵抗１６を第１の伝送線路８の一端に接続
することにより、複数個の不要波を吸収させることがで
きる。

【００１７】以上はこの発明のバイアス回路６をマイク
ロ波半導体装置として増幅器に用いる場合について説明
したが、発振器、てい倍器等にも用いることができる。

【００１８】

【発明の効果】第１の発明によれば所望の周波数帯で高
周波的に接地された第１の伝送線路の一端とバイアス供
給端子間に２点間を抵抗で接続した第２の伝送線路を直
列に装荷することにより、バイアス供給端子に接続され
るバイアス電源のインピーダンスに関係なく、高周波帯
の不要波を吸収する機能を実現できる。このように低周
波帯の不要波を吸収する機能を持つ従来のバイアス回路
に高周波帯の不要波を吸収する機能を付加したこの発明
のバイアス回路を増幅器、発振器等に用いることによ
り、広帯域にわたってマイクロ波半導体装置の安定化を
図ることができる効果がある。

【００１９】また、第２の発明によれば所望の周波数帯
で高周波的に接地されたバイアス供給端子側の第１の伝
送線路の一端に、先端開放線路により高周波的に接地さ
れた抵抗を接続することにより、バイアス回路をマイク
ロ波集積回路で実現する上で問題となるキャパシタ自身
や接地パターンに存在する寄生のインダクタに左右され
ることなく、高周波帯の不要波を吸収でき、しかもバイ
アス回路の直流抵抗が増加することなく、広帯域にわた
ってマイクロ波半導体装置の安定化を図ることができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例であるバイアス電源のイ
ンピーダンスに影響されることなく不要波を吸収できる
バイアス回路を用いた増幅器の構成図である。

【図２】 この発明のバイアス電源のインピーダンスに
影響されることなく不要波を吸収できる他の実施例を示
すバイアス回路の構成図である。

【図３】 この発明のもう１つの実施例である寄生のイ
ンダクタに左右されることなく、不要波を吸収できるバ
イアス回路の構成および構造図である。

【図４】 この発明の寄生インダクタに左右されること
なく不要波を吸収できる他の実施例を示すバイアス回路
の構成図である。

【図５】 従来のバイアス回路を用いた増幅器の構成図
である。

【図６】 マイクロ波集積回路を用いて実現する場合の
一例を示す従来のバイアス回路の構造図である。

【符号の説明】

１ ＦＥＴ、２ 入力整合回路、３ 出力整合回路、４
入力端子、５ 出力端子、６ バイアス回路、７ バ
イアス供給端子、８ 第１の伝送線路、９ 先端開放１
／４波長線路、１０ 抵抗、１１ キャパシタ 、１２
誘電体基板、１３ 接地パターン、１４ 第２の伝送
線路、１５ 抵抗、１６ 抵抗、１７先端開放線路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長さが所望の周波数帯で１／４波長を有
   する第１の伝送線路、長さが所望の周波数帯よりも高い
   周波数帯で１／２波長を有する第２の伝送線路、抵抗お
   よびキャパシタとの直列回路を、上記第１の伝送線路の
   一端が半導体素子の所望の端子に接続されるように、上
   記半導体素子の所定の端子と接地間に配置し、上記第１
   の伝送線路と第２の伝送線路との間に先端開放１／４波
   長線路を接続するとともに、上記第２の伝送線路の２点
   間を所望の周波数帯よりも高い周波数帯の不要波を吸収
   するための抵抗で接続し、バイアス供給端子を第２の伝
   送線路のキャパシタ側の一端に設けたことを特徴とする
   マイクロ波半導体装置用バイアス回路。
2. 【請求項２】 長さが所望の周波数帯で１／４波長を有
   する伝送線路、抵抗およびキャパシタとの直列回路を、
   上記伝送線路の一端が半導体素子の所定の端子に接続さ
   れるように、半導体素子の所定の端子と接地間に配置
   し、上記伝送線路と抵抗との間に、長さが所望の周波数
   帯で１／４波長を有する先端開放１／４波長線路と長さ
   が所望の周波数帯よりも高い周波数帯で１／４波長を有
   する先端開放線路とバイアス供給端子とを接続するとと
   もに、上記先端開放線路に直列に所望の周波数帯よりも
   高い周波数帯の不要波を吸収するための抵抗を設けたこ
   とを特徴とするマイクロ波半導体装置用バイアス回路。