[发明专利]低温接收放大器以及放大方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于无线通信基站接收系统等的低温接收放大器以及放大方法。

背景技术

作为在极低温的环境下工作的放大器，例示了卫星地球站用接收放大器、电波天文用接收放大器等(非专利文献1)。此外，还探讨了对移动通信基站接收系统的超导滤波器的应用，由超导滤波器以及低温接收放大器构成极低温接收前端(front end)(非专利文献2)。用于它们的冷却而使用液体氮、液体氦或者真空容器，接收前端被冷却到10几K至60K左右。总之通过冷却，使接收放大器成为低噪声，从而提高接收灵敏度。

作为以低噪声化为目的的极低温接收放大器中所使用的微波半导体，使用高电子迁移率晶体管(HEMT：High Electron Mobility Transistor)或者场效应晶体管(FET：Field Effect Transistor)(非专利文献3)。已知，一般HEMT与FET相比冷却时的低噪声特性更优越(非专利文献4)。此外，作为HEMT的代表性的材料，使用砷化镓(GaAs)。GaAs HEMT可得到0.3dB左右的噪声指数，但饱和输出为15dBm左右。相对于此，GaAs FET无法得到GaAsHEMT这么低的噪声指数，但可得到35dBm左右的饱和输出。

作为移动通信基站用的极低温接收放大器，探讨着将各种晶体管的特长组合的器件(非专利文献5)。在非专利文献5中，提出了在初级使用GaAsHEMT、在第二级使用GaAs FET、在第三级使用GaAs FET的三级放大器结构的极低温接收放大器。在这个例子中，通过将初级的低噪声指数的HEMT和第二级以后的高饱和输出的FET组合，从而达成低噪声指数且高的饱和输出。根据非专利文献5，噪声指数0.25dB、增益43dB、输出截取点(interceptpoint)38.5dBm、最大功率附加效率15％以下。在移动通信基站用的接收系统中，因同时放大小区内具有远近差的移动终端的电波，所以需要1W至2W左右的输出截取点。

近年来，氮化镓高电子迁移率晶体管(以下，也记为GaN HEMT)作为高输出微波半导体而被积极地研究着。GaN HEMT的特征在于，与GaAs FET相比，可进行高压动作。因此，可以用高负载阻抗来构成放大器，所以实现匹配电路的损失的降低。此外，GaN HEMT具有可以将动作温度设定得高的优点。即，具有GaN HEMT的热容量较大的特征。因此，可以减小将在GaNHEMT不允许的热去除到外部的放热器，实现了放大器整体的小型化、轻量化(非专利文献6)。从这些特征，作为在常温下使用的高输出微波半导体，GaN HEMT向基站用发送放大器的应用被积极地研究着。

[非专利文献1]浜部，斉藤，大村，耳野，“超低温冷却HEMT放大器”，电子信息通信学会技术研究报告(电子设备)，ED88-122，Jan.1989.

[非专利文献2]T.Nojima，S.Narahashi，T.Mimura，K.Satoh，Y.Suzuki，“2-GHz band cryogenic receiver front end for mobile communication base station systems”，IEICE Transactions on Communications，vol.E83-B，no.9，pp.1834-1843，Aug.2000.

[非专利文献3]M.W.Pospieszalski，S.Weinreb，R.D.Norrod，and R.Harris，“FET’s and HEMT’s at cryogenic temperatures-their properties and use inlow-noise amplifiers-”，IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques，vol.36，no.3，pp.552-560，March 1988.

[非专利文献4]K.H.G.Duh，M.W.Pospieszalski，W.F.Kopp，A.A.Jabra，P-CChao，P.M.Smith，L.F.Lester，J.M.Ballingall，and S.Weinreb，“Ultra-low-noisecryogenic high-electron-mobility transistors”，IEEE Transactions on ElectronDevices，vol.35，no.3，pp.249-256，March 1988.