JP2994231B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
ＵＨＦ帯で高効率増幅を得られるようにする半導体装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は「９００メガヘルツタイガリウム
ヒソコウコウリツデンリョクゾウフクキ」コオジチバ他
エムダブリュ８３−２４（９００ＭＨｚ帯ＧａＡｓ高効
率電力増幅器ＭＷ８３−２４電子情報通信学会技術研究
報告１９８３年）に示された従来の電界効果トランジス
タ（以下ＦＥＴと略す）を用いた半導体装置の回路図で
ある。リース接地されたＦＥＴ１及び２はそれぞれゲー
ト端子Ｇ、ソース端子Ｓ、ドレイン端子Ｄを有してい
る。分布定数線路５，６，２２，２３、段間整合回路２
２、入力整合回路２３、分布定数線路５，６及びオープ
ンスタブ８，９は出力整合回路を成している。
【０００３】この回路によれば、増幅しようとする基本
周波数ｆ0 に対し、分布定数線路５，６，２２，２３と
ショートスタブ８，９の長さや巾を調整して特性インピ
ーダンスを変え、最適な整合条件を得ている。さらに分
布定数線路５，６とオープンスタブ８，９で構成する出
力整合回路では、分布定数線路５とオープンスタブ８に
よりＦＥＴ２のドレイン端で基本波の３倍の周波数３ｆ
0 において無限大インピーダンスに近い負荷条件が与え
られており、さらに分布定数線路５，６とオープンスタ
ブ８，９により、基本波の２倍の周波数２ｆ0 が短絡に
近い負荷条件が与えられている。
【０００４】このため基本波の２倍、３倍の周波数成分
は本来不要なふく射ではあるが、出力整合回路で反射さ
れ再びＦＥＴ２のドレイン端子Ｄに逆注入され基本波成
分に重畳される、いわゆる高調波処理が実現される。従
って、この回路によれば２ｆ0 ，３ｆ0 の処理がされな
い増幅回路に比べて３０％以上高いドレイン効率を得て
いる。移動体通信機等の小型・軽量化が必須のＵＨＦ帯
電力増幅器ではこのような技術を用いて限られた電池容
量・電圧から効率良く高周波電力を発生させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体装置
の回路では、出力側整合回路素子だけでｆ0 に対するイ
ンピーダンス整合と２ｆ0 に対する短絡、３ｆ0 に対す
る開放の条件を実現しなければならず、精度良く理想的
な負荷条件を達成することが非常に難しく、現実にはｆ
0 の整合と２ｆ0 ，３ｆ0 の処理は不完全な状態で動作
させざるを得ない。特に移動体通信機のような１Ｗ近く
の高周波出力電力を発生させるＦＥＴでは、入出力間の
アイソレーションが悪いため無視出来ないので、出力整
合条件と入力整合条件を完全独立に与えられない。すな
わち、出力側整合回路の負荷条件だけでなく、入力側整
合回路に対しても何らかの高調波処理が高効率化にとっ
て不可欠となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
第１及び第２の電界効果トランジスタと、第１の電界効
果トランジスタの入力端と第１の端子の間に接続された
入力整合回路と、第２の電界効果トランジスタの出力端
と第２の端子の間に接続された出力整合回路と、第１の
電界効果トランジスタの出力端と第２の電界効果トラン
ジスタの入力端の間に接続された段間整合回路とを備
え、出力整合回路が、第２の電界効果トランジスタの出
力端と第２の端子の間に直列に接続された第１及び第２
の分布定数線路と、第１及び第２の分布定数線路の接続
点に一端が接続された第３の分布定数線路を有し、少な
くとも基本波の２倍の周波数に対する短絡の処理を行い
基本波の２倍の周波数成分を出力整合回路にて反射し第
２の電界効果トランジスタの出力端に逆注入して基本波
成分の重畳する高調波処理を行う半導体装置において、
段階整合回路に、少なくとも第１の電界効果トランジス
タの出力端と第２の電界効果トランジスタの入力端の間
に直列に接続された第４及び第５の分布定数線路と、一
端が第４及び第５の分布定数線路との接続点に接続され
た第６の分布定数線路とを備え、第２の電界効果トラン
ジスタの入力側でも高調波処理を行うことを特徴とす
る。
【０００７】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
【０００８】図１は本発明の一実施例の半導体装置の回
路図である。１及び２はリース接地されたＦＥＴでそれ
ぞれゲート端子Ｇ、ドレイン端子Ｄ、リース端子Ｓを有
している。５，６，７，８，９は分布定数線路であり、
１０，１１は８及び９を高周波的に短絡するキャパシタ
である。以上５，６，７，８，９，１０，１１の要素は
出力整合回路を構成し、ＦＥＴ２のドレイン端子に接続
されている。また１２，１３，１４，１５、及び３は分
布定数線路であり、３と１６はそれぞれ４と１５を短絡
するキャパシタである。以上３，４，１２，１３，１
４，１５は段間整合回路、すなわち、ＦＥＴ２の入力整
合回路を構成し、ＦＥＴ１のドレイン端子とＦＥＴ２の
ゲート端子間に接続されている。また１７，１８，１９
は分布定数線路であり、２０は１９を短絡するキャパシ
タである。以上１７，１８，１９，２０は入力整合回路
を構成しＦＥＴ１のゲート端子に接続されている。２１
はＦＥＴ１とＦＥＴ２の間の直流を阻止するキャパシタ
である。
【０００９】この半導体装置の入力端子２２から供給さ
れた周波数ｆ0 の高周波信号は入力整合回路によって少
ない損失でＦＥＴ１のゲート端子Ｇに伝達され効果的に
増幅されドレイン端子Ｄに現われる。段間整合回路及び
出力整合回路も同様に少ない損失で、又は大きな出力電
力を得るべく効果的に高周波信号を伝達するよう、ｆ0
に対して整合されている。
【００１０】また分布定数線路５，６とキャパシタ１１
で構成するショートスタブは、３ｆ0 に対して無限大に
近い高いインピーダンスをＦＥＴ２のドレイン端子に与
えかつ、分布定数線路５とキャパシタ１０は２ｆ0 に対
して短絡に近いインピーダンスを与える。さらに段間整
合回路を構成する要素の中で、分布定数線路４とキャパ
シタ３，３１はＦＥＴ２のゲート端子に２ｆ0 が短絡に
近いインピーダンスを与える。
【００１１】この結果、出力端子２３に発生する高周波
成分がＦＥＴ２に反射され、より理想的な高調波の重畳
を達成し高い効率の増幅を実現する。例えばε＝９．８
のアルミナセラミック基板を用いて９００ＭＨｚ帯の半
導体装置を構成する場合では、分布定数線路４を巾１２
０μｍ、長さ１．８５ｍｍの銅パタンで構成し、キャパ
シタ３を１０００ｐＦ、キャパシタ３１を４ｐＦとすれ
ば１００５型チップコンデンサを用いても、効果的に基
本波９００ＭＨｚの２倍の高周波１．８ＧＨｚを処理す
ることができる。
【００１２】ここでキャパシタ３は基本波周波数に対し
て低いインピーダンスを達成するが、２倍の１．８ＧＨ
ｚ付近ではチップコンデンサの構造上インダクタ成分と
して影響を現わすので、キャパシタ３１により高い周波
数での低インピーダンスを補償している。
【００１３】図２は本発明の第２の実施例の半導体装置
の回路図である。この実施例では１はソース接地された
ＦＥＴ、２はゲート接地されたＦＥＴでカスコード型の
増幅回路を構成している。入力整合回路及び出力整合回
路の構成と動作は図１の実施例と同じであるが、段間整
合回路すなわち、ＦＥＴ２の入力回路は１２，１３，４
の分布定数線路のみで構成されていて、４はオープンス
タブとして機能している。
【００１４】カスコード型増幅回路では一般に段間整合
回路を設けず、前後段のＦＥＴを直接継ぐ場合が多い
が、本実施例の整合回路では２倍波処理のため分布定数
線路を使用している。オープンスタブ４は、ＦＥＴ２の
リース端子において、２ｆ0 が短絡に近いインピーダン
スを与える。このため図１の実施例で示したショートス
タブの場合と同様に、より理想的な高調波処理を達成し
高い効率の増幅を実現する。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ＦＥＴの
入力整合回路の伝送線路に偶数次高調波を短絡する共振
回路を設けたので、出力側回路で実現される基本波ｆ0
の整合、２ｆ0 の短絡、３ｆ0 の開放に加えて、入力側
での２ｆ0 の短絡を実現している。このため、ＦＥＴの
出力負荷条件だけで達成していた高調波処理よりもさら
に高いドレイン効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の回路図。
【図２】本発明の第２の実施例の回路図。
【図３】従来技術の半導体装置の回路図。
【符号の説明】
１，２ 電界効果トランジスタ ４，５，６，７，８，９，１２，１３，１４，１５，１
７，１８，１９分布定数線路 ３，１０，１１，１６，２０，２１，３１ キャパシ
タ ２２ 入力端子 ２３ 出力端子 ２４ 抵抗

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１及び第２の電界効果トランジスタ
    と、前記第１の電界効果トランジスタの入力端と第１の
    端子の間に接続された入力整合回路と、前記第２の電界
    効果トランジスタの出力端と第２の端子の間に接続され
    た出力整合回路と、前記第１の電界効果トランジスタの
    出力端と前記第２の電界効果トランジスタの入力端の間
    に接続された段間整合回路とを備え、 前記出力整合回路が、前記第２の電界効果トランジスタ
    の前記出力端と前記第２の端子の間に直列に接続された
    第１及び第２の分布定数線路と、前記第１及び第２の分
    布定数線路の接続点に一端が接続された第３の分布定数
    線路を有し、少なくとも基本波の２倍の周波数に対する
    短絡の処理を行い前記基本波の２倍の周波数成分を前記
    出力整合回路にて反射し前記第２の電界効果トランジス
    タの出力端に逆注入して基本波成分の重畳する高調波処
    理を行う半導体装置において、 前記段階整合回路に、少なくとも前記第１の電界効果ト
    ランジスタの前記出力端と前記第２の電界効果トランジ
    スタの入力端の間に直列に接続された第４及び第５の分
    布定数線路と、一端が前記第４及び第５の分布定数線路
    との接続点に接続された第６の分布定数線路とを備え、
    前記第２の電界効果トランジスタの入力側でも高調波処
    理を行う ことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記第４及び第５の分布定数線路の前記
    接続点と接地との間に前記第６の分布定数線路と直列に
    なるように設けられたキャパシタを備えることを特徴と
    する請求項１記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記第６の分布定数線路の他端が先端開
    放であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
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