JPH09205329A - 低雑音増幅器 - Google Patents

低雑音増幅器

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JPH09205329A
JPH09205329A JP8011471A JP1147196A JPH09205329A JP H09205329 A JPH09205329 A JP H09205329A JP 8011471 A JP8011471 A JP 8011471A JP 1147196 A JP1147196 A JP 1147196A JP H09205329 A JPH09205329 A JP H09205329A
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JP
Japan
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low noise
noise amplifier
input
impedance
resistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP8011471A
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English (en)
Inventor
Shigetaka Aramaki
成孝 荒巻
Hideko Ikeda
秀子 池田
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NEC Engineering Ltd
Original Assignee
NEC Engineering Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広帯域にわたりKファクタを1より大きくし
ようとすると所定周波数帯域にてNFが劣化すること。 【解決手段】 HEMT50と入力回路51間に、所定
周波数2GHzで共振するコンデンサ1とコイル2とか
らなる直列回路と、この直列回路と並列に抵抗器53を
接続する。この直列回路は2GHzにて共振するためH
EMT50と入力回路51間が高周波的に直結となり、
2GHz以外では高周波的に両者間に抵抗器53が接続
されたことになる。 【効果】 両者間直結により良好なNFが得られ、両者
間に抵抗器53が接続されることで広帯域にわたりKフ
ァクタが1より大きくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は低雑音増幅器に関
し、とくにマイクロ波帯用の低雑音増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】2端子対回路網の安定性を示す指数とし
て、RolletのKファクタ(安定指数K)が知られ
ている。このKファクタについては、(1)J.M.R
ollet著”Stability and Powe
r Gain Invariante of Line
ar Twoports”(IRE CT−9,pp2
9−32,Mar.1962)および(2)D.Woo
ds著”Reappraisal of the Un
conditional StabilityCrit
eria for Active 2−port Ne
tworksin Term of S−parame
ters”(IEEE,CAS−23,pp73−8
1,Feb.1976)に記載されている。
【0003】これらの文献(1),(2)によれば、S
パラメータ(S11,S12,S21,S22)で表さ
れる2端子対回路網の場合、Kファクタは、K=(1−
|S11|2 −|S22|2 +|Δ|2 )/(2・|S
12|・|S21|)、ただし、|Δ|=|S11・S
22−S21・S12|で表される。
【0004】ここに、2端子対回路網が無条件に安定で
ある条件、すなわち、入力端子および出力端子に接続さ
れるいかなるインピーダンスに対しても安定である条件
は、K>1かつ|Δ|<1である。
【0005】ところで、トランジスタ等の3端子素子は
通常|Δ|<1であるから、安定性はKファクタの値で
判断することができる。
【0006】すなわち、K>1のときは無条件に安定で
あり、トランジスタの入出力にいかなるインピーダンス
素子が接続されても異常発振を起こさないということで
ある。K>1でないときは、条件付きの安定であり、入
出力に接続されるインピーダンス素子により異常発振等
の回路的不安定が生じる可能性があることを示してい
る。
【0007】一方、最近の高周波トランジスタの中で、
MESFET(Metal−Electron−Sem
iconductor FET)あるいはHEMT(H
igh Electron Mobility Tra
nsistor)は、遮断周波数(fT )が50〜80
GHzと非常に高く、低い周波数、たとえば10GHz
以下では、Kファクタは1以下であり、素子として不安
定な状態にある。
【0008】次に、従来の低雑音増幅器について説明す
る。図3は従来の低雑音増幅器の一例の回路図である。
【0009】従来の低雑音増幅器は、たとえば低雑音用
HEMT50と、その入力側に接続された入力インピー
ダンス整合用の入力回路51と、その出力側に接続され
た出力インピーダンス整合用の出力回路52とからな
る。
【0010】また、入力端子P1および出力端子P2に
おけるインピーダンスは一例として50Ωとし、入力回
路51および出力回路52により低雑音用HEMT50
の入力および出力インピーダンスとの整合をとる。たと
えば、入力端子P1にはアイソレータまたはアンテナを
直接接続する。また、この低雑音増幅器は一例として2
GHz用に設計されている。
【0011】図4はこの低雑音用HEMTのKファクタ
対周波数特性図である。同図に示すように、この低雑音
用HEMTのKファクタは1GHzから10GHzにわ
たり1より小さい。
【0012】図5はこの低雑音増幅器のKファクタ、N
F(雑音指数)およびゲイン(利得)対周波数特性図で
ある。
【0013】同図によれば、2GHzにおいて、NF=
0.6dB、ゲイン=14dBが得られているが、Kフ
ァクタは2GHzを含め1〜10GHzの全周波数帯域
において1より小さく、増幅器として不安定要素がある
ことを示している。
【0014】しかし、2GHzでは低雑音増幅器の入出
力インピーダンスは50Ωに整合がとれている。したが
って、Kファクタが1以下であっても、入出力端子P
1,P2に接続されるもののインピーダンスが50Ωで
あれば、2GHzでは安定に動作することになる。
【0015】問題なのは2GHz以外の周波数における
安定性である。MESFETあるいはHEMTが低い周
波数で不安定な理由は、利得が高く、それに見合うアイ
ソレーションがないことはもちろんであるが、このME
SFETあるいはHEMTの入力回路を等価回路で表す
と、小さい抵抗と小さい容量の直列回路となり、いずれ
も小さいため回路のQが非常に高いためといえる。
【0016】図6は従来の低雑音増幅器の他の一例の回
路図である。なお、前述の従来例と同様の構成部分には
同一番号を付し、その説明を省略する。
【0017】この低雑音増幅器は、低雑音用HEMT5
0の入力側と入力回路51との間に抵抗器53を接続し
たものである。
【0018】図7はこの低雑音増幅器の他の一例のKフ
ァクタ、NFおよびゲイン対周波数特性図である。
【0019】同図は抵抗器53として24Ωの抵抗器を
低雑音用HEMT50の入力側と入力回路51との間に
接続した場合の特性を示す。同図によれば、Kファクタ
は1〜10GHzの全周波数帯域にわたり1以上とな
り、無条件に安定状態となることが分かる。したがっ
て、この場合は入力端子P1および出力端子P2にいか
なるインピーダンスが接続されても安定状態となる。
【0020】また、(1)特開平2−11005号公報
に全周波数帯域にわたりKファクタを1以上にする前置
増幅器が開示され、(2)特開平3−101305号公
報に抵抗器、コイルおよびコンデンサからなる回路を設
けることにより、所望周波数および他の1周波数で共振
させ、離れた複数の周波数帯域で所定の高利得を得る増
幅器が開示されている。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図7の特性図
によれば、2GHzにおいてはNFが1.7dBと非常
に大きくなり、低雑音増幅器としては使用が難かしいと
いう欠点があった。
【0022】また、これを解決する手段は、前述した先
行技術(1),(2)のいずれにも開示されていない。
【0023】そこで本発明の目的は、所定周波数におい
てNFを劣化させず、かつ広帯域にわたり安定した動作
を得ることができる低雑音増幅器を提供することにあ
る。
【0024】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、高周波トランジスタと、この高周波トラン
ジスタの入力側に接続された入力インピーダンス整合手
段と、前記高周波トランジスタの出力側に接続された出
力インピーダンス整合手段とからなる低雑音増幅器であ
って、前記高周波トランジスタの入力側と前記入力イン
ピーダンス整合手段間に、所定周波数帯域の信号に対し
て低インピーダンスとなるインピーダンス手段とこのイ
ンピーダンス手段と並列接続された抵抗器とを接続した
ことを特徴とする。
【0025】
【発明の実施の形態】本発明によれば、所定周波数にお
いてはインピーダンス手段のインピーダンスが低くなる
ため高周波トランジスタの入力側と入力インピーダンス
整合手段間は高周波的に直結したのと同等となる。一
方、所定周波数以外においてはインピーダンス手段のイ
ンピーダンスが高くなるため高周波トランジスタの入力
側と入力インピーダンス整合手段間には高周波的に抵抗
器が接続されたのと同等となる。
【0026】以下、本発明の実施例について添付図面を
参照しながら説明する。図1は本発明に係る低雑音増幅
器の一実施例の回路図である。なお、従来例と同様の構
成部分には同一番号を付し、その説明を省略する。
【0027】低雑音増幅器は、たとえば低雑音用HEM
T50と、入力インピーダンス整合用の入力回路51
と、低雑音用HEMT50の入力側と入力回路51間に
接続された、コンデンサ1とコイル2とからなる直列回
路およびこの直列回路と並列接続された抵抗器53と、
低雑音用HEMT50の出力側に接続された出力回路5
2とからなる。すなわち、従来の低雑音増幅器の他の一
例の抵抗器53と並列にコンデンサ1とコイル2とから
なる直列回路を接続したものである。
【0028】なお、本実施例では一例としてコンデンサ
1を1.3pF、コイル2を3nH、抵抗器53を従来
例と同様に24Ωとした。
【0029】このコンデンサ1とコイル2とからなる直
列回路は所定周波数である2GHzで共振するよう構成
されている。
【0030】したがって、周波数が2GHzの場合はこ
の直列回路のインピーダンスはほぼ0Ωとみなすことが
できるため、この直列回路と並列に抵抗器53が接続さ
れていても、低雑音用HEMT50の入力側と入力回路
51間は高周波的に直結されたのと同等となる。すなわ
ち、低雑音用HEMT50の入力側と入力回路51の出
力側間に接続された抵抗器53は見えなくなる。
【0031】一方、周波数が2GHz以外の場合(1G
Hz〜10GHzにおいて)は直列回路のインピーダン
スは高くなるため、低雑音用HEMT50の入力側と入
力回路51間には高周波的に抵抗器53が接続されたの
と同等となる。すなわち、低雑音用HEMT50の入力
側と入力回路51の出力側間に接続された抵抗器53が
見えることになる。
【0032】図2はこの低雑音増幅器のKファクタ、N
Fおよびゲイン対周波数特性図である。
【0033】同図によれば、所定周波数2GHzでは抵
抗器53が見えなくなるため、特性は従来例の図5と同
様となる。すなわち、NF=0.6dB,ゲイン=14
dBとなり、抵抗器を用いない従来の低雑音増幅器と同
様の良好なNFおよびゲインが得られることが分かる。
【0034】なお、この周波数2GHzにおいてKファ
クタは1より小さいが、入力端子P1および出力端子P
2に接続されるインピーダンスが50Ωであればインピ
ーダンス整合がとれるため安定状態となる。
【0035】一方、周波数が2GHz以外の場合(1G
Hz〜10GHzにおいて)は抵抗器53が見えるた
め、特性は従来例の図7と同様となる。すなわち、Kフ
ァクタは全周波数帯域にわたり1より大きくなるため無
条件に安定状態となる。したがって、入力端子P1およ
び出力端子P2に接続されるインピーダンスがいかなる
ものであっても安定状態となる。
【0036】なお、本実施例では高周波トランジスタと
してHEMTを用いたが、これに限定されるものではな
く、たとえばMESFET等のFETでもよい。さら
に、この帯域(1GHz〜10GHz)まで使用が可能
であればバイポーラトランジスタにも適用することがで
きる。
【0037】また、インピーダンス手段としてコンデン
サ1とコイル2とからなる直列共振回路を用いたが、こ
れに限定されるものではなく、たとえば2GHzを中心
とする一定帯域のみに対して低インピーダンスとなるバ
ンドパスフィルタでインピーダンス手段を構成しても同
様の効果を得ることができる。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、高周波トランジスタの
入力側と入力インピーダンス整合手段間に、所定周波数
帯域の信号に対して低インピーダンスとなるインピーダ
ンス手段とこのインピーダンス手段と並列接続された抵
抗器とを接続したため、所定周波数帯域の信号に対して
は高周波トランジスタの入力側と入力インピーダンス整
合手段間が高周波的に直結されたのと同等となり、所定
周波数帯域以外の信号に対しては高周波トランジスタの
入力側と入力インピーダンス整合手段間に高周波的に抵
抗器が接続されたのと同等となる。
【0039】したがって、所定周波数帯域の信号に対し
ては良好なNFが得られ、かつ入出力インピーダンスの
整合がとれることから安定した動作が得られる。一方、
所定周波数帯域以外の信号に対しては1より大きなKフ
ァクタが得られるため、入出力にいかなるインピーダン
スが接続されても安定した動作が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る低雑音増幅器の一実施例の回路図
である。
【図2】同低雑音増幅器のKファクタ、NFおよびゲイ
ン対周波数特性図である。
【図3】従来の低雑音増幅器の一例の回路図である。
【図4】同低雑音増幅器の低雑音用HEMTのKファク
タ対周波数特性図である。
【図5】同低雑音増幅器のKファクタ、NFおよびゲイ
ン対周波数特性図である。
【図6】同低雑音増幅器の他の一例の回路図である。
【図7】同低雑音増幅器の他の一例のKファクタ、NF
およびゲイン対周波数特性図である。
【符号の説明】
1 コンデンサ 2 コイル 50 低雑音用HEMT 51 入力回路 52 出力回路 53 抵抗器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波トランジスタと、この高周波トラ
    ンジスタの入力側に接続された入力インピーダンス整合
    手段と、前記高周波トランジスタの出力側に接続された
    出力インピーダンス整合手段とからなる低雑音増幅器で
    あって、前記高周波トランジスタの入力側と前記入力イ
    ンピーダンス整合手段間に、所定周波数帯域の信号に対
    して低インピーダンスとなるインピーダンス手段とこの
    インピーダンス手段と並列接続された抵抗器とを接続し
    たことを特徴とする低雑音増幅器。
  2. 【請求項2】 前記インピーダンス手段はコイルとコン
    デンサによる直列共振回路であることを特徴とする請求
    項1記載の低雑音増幅器。
  3. 【請求項3】 前記インピーダンス手段はバンドパスフ
    ィルタであることを特徴とする請求項1記載の低雑音増
    幅器。
  4. 【請求項4】 前記高周波トランジスタはMESFET
    であることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の
    低雑音増幅器。
  5. 【請求項5】 前記高周波トランジスタはHEMTであ
    ることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の低雑
    音増幅器。
JP8011471A 1996-01-26 1996-01-26 低雑音増幅器 Pending JPH09205329A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001144560A (ja) * 1999-11-15 2001-05-25 Mitsubishi Electric Corp マイクロ波増幅器
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KR100795891B1 (ko) * 2005-11-24 2008-01-21 가부시키가이샤 엔.티.티.도코모 안정화 회로, 멀티 밴드 증폭 회로

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