JP2004336626A

JP2004336626A - 高周波増幅器

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Publication number: JP2004336626A
Application number: JP2003133055A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Shinjo; 真太郎新庄; Hirotami Ueda; 博民上田; Kazutomi Mori; 一富森; Kenji Suematsu; 憲治末松; Fumimasa Kitabayashi; 文政北林; Yoshiaki Matsunami; 由哲松波
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】高出力電力時の効率を低下させることなく、広範囲の出力電力レベルにわたって効率を高めた高周波増幅器を得る。
【解決手段】第１および第２の電源経路１１、１２と、電源電圧が印加される高周波増幅素子１８と、高周波入出力端子１９、２０と、一方の電源経路のみを有効にする経路切り替え手段１４と、第１の電源経路１１のみに挿入された電源電圧変化手段１３と、高周波増幅素子１８の出力電力に応じて、経路切り替え手段１４および電源電圧変化手段１３に対する制御信号を生成する電圧制御部２１とを設けた。経路切り替え手段１４は、制御信号に応答して電源経路の一方を選択し、電源電圧変化手段１３は、制御信号に応答して電源電圧を変化させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、衛星通信、地上波マイクロ波通信、移動体通信などに使用する高周波増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波増幅器として、たとえば移動体通信用の高出力増幅器においては、長通話時間の確保およびバッテリの小形化を実現するために、高効率動作が要求されている。
このため、一般的に、高出力増幅器を構成する半導体増幅素子に対しては、供給されるバイアスを入力レベルまたは出力レベルに応じて制御することにより、広範囲の電力レベルにわたる高効率化を実現している。
【０００３】
従来の電圧変化手段を具備した高周波増幅器は、電源、高周波入出力端子、高周波増幅素子、ＲＦチョークコイル、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ベースバイアス回路および温度補償用トランジスタを備えている（たとえば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載された高周波増幅器において、高周波信号は、高周波入力端子から高周波増幅素子に入力されて増幅された後、高周波出力端子から出力される。このとき、高周波増幅素子の出力電力に比例した出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータおよびＲＦチョークコイルを介して高周波増幅素子に印加される。
また、高周波増幅素子の出力電力に比例した入力電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータおよびベースバイアス回路を介して、高周波増幅素子に印加されるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１―２５７５４０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高周波増幅器は以上のように、電源側に挿入されたＤＣ／ＤＣコンバータと、ベース・コレクタ間に挿入されたベースバイアス回路とを用いて高周波増幅素子（高周波増幅用トランジスタ）を動作させていたので、ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率に応じて、高出力電力時の効率が低下してしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、高出力電力時の効率を低下させることなく、広範囲の出力電力レベルにわたって効率を高めることのできる高周波増幅器を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高周波増幅器は、電源に各一端が接続され且つ各他端が互いに接続されて、各他端から電源電圧を出力するための第１および第２の電源経路と、電源電圧が第１の端子に印加される高周波増幅素子と、高周波増幅素子の第１の端子に接続された高周波出力端子と、高周波増幅素子の第２の端子に接続された高周波入力端子と、各電源経路の一方のみを有効にするための経路切り替え手段と、第１の電源経路のみに挿入された電源電圧変化手段と、高周波増幅素子の出力電力に応じて、経路切り替え手段および電源電圧変化手段に対する制御信号を生成する電圧制御部とを備え、経路切り替え手段は、制御信号に応答して各電源経路の一方を選択し、電源電圧変化手段は、制御信号に応答して電源電圧を変化させるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１を示す回路構成図である。
図１において、電源１０の出力端子には、互いに並列接続された２つの電源経路１１、１２が接続されている。
各電源経路１１、１２は、各一端が電源１０に接続され、且つ各他端が互いに接続されており、各他端から電源電圧を出力している。
一方の電源経路１１には、ＤＣ／ＤＣコンバータ（後述する）からなる電源電圧変化手段１３が挿入されているが、他方の電源経路１２には、電源電圧変化手段は挿入されていない。
【０００９】
各電源経路１１、１２には、経路切り替え手段１４が設けられており、経路切り替え手段１４は、制御信号（後述する）に応答して一方の電源経路のみを有効にするようになっている。
経路切り替え手段１４は、各電源経路１１、１２に個別に挿入された２つのスイッチ１５、１６からなり、各電源経路１１、１２の一方を排他的に選択するために、一方のスイッチ１５は常閉接点により構成され、他方のスイッチ１６は常開接点により構成されている。
なお、図１において、各スイッチ１５、１６は、各電源経路１１、１２の出力側に挿入されているが、電源１側に挿入されていてもよい。
【００１０】
各スイッチ１５、１６の共通接続端子には、ＲＦチョークコイル１７を介して高周波増幅素子１８が接続されている。
高周波増幅素子１８は、エミッタ接地された増幅用バイポーラトランジスタにより構成されており、高周波増幅素子１８のベースには、高周波入力端子１９が接続され、高周波増幅素子１８のコレクタには、高周波出力端子２０が接続されている。
各電源経路１１、１２および経路切り替え手段１４を介した電源電圧は、高周波増幅素子１８のコレクタに印加されている。
【００１１】
高周波出力端子２０には、電圧制御部２１が接続されており、電圧制御部２１は、高周波増幅素子１８の出力電力に応じて、経路切り替え手段１４および電源電圧変化手段１３に対する制御信号を生成する。
これにより、経路切り替え手段１４は、制御信号に応答して電源経路を切り替え、電源電圧変化手段１３は、制御信号に応答して電源電圧を変化させるようになっている。
【００１２】
次に、図１に示したこの発明の実施の形態１による動作について説明する。
高周波入力端子１９から入力された高周波信号は、高周波増幅素子１８により増幅されて、高周波出力端子２０から出力される。
このとき、電圧制御部２１は、高周波増幅素子１８の出力電力に応じて、電源電圧変化手段１３および経路切り替え手段１４に対して制御信号を出力する。
電源電圧変化手段１３は、制御信号が入力されると、高周波増幅素子１８に印加される電源電圧を変化させ、経路切り替え手段１４は、制御信号が入力されると、各電源経路１０、１１を切り替える。
【００１３】
ここで、高周波増幅素子１８において広い電力レベルの効率を改善したい場合には、電源電圧変化手段１３を降圧形ＤＣ／ＤＣコンバータにより構成する。
このとき、電圧制御部２１は、高周波増幅素子１８の出力電力が所定電力未満を示す場合（低出力電力時）には、経路切り替え手段１４を制御して、電圧変化手段１３（降圧形ＤＣ／ＤＣコンバータ）を有する電源経路１１を選択する。
また、高周波増幅素子１８の出力電力が所定電力以上を示す場合（高出力電力時）には、経路切り替え手段１４を制御して、電圧変化手段を有していない電源経路１２を選択する。
【００１４】
このように、高周波増幅素子１８の低出力電力時において、降圧形ＤＣ／ＤＣコンバータを含む電源経路１１を選択することにより、高周波増幅素子１８に印加される電源電圧は、隣接チャネル漏洩電力が最適となる電圧値まで低下する。
このとき、降圧形ＤＣ／ＤＣコンバータの消費電流は、ほとんど無視することができるので、元来の高周波増幅器１８の効率を維持することができる。
したがって、低出力電力時の消費電流を削減することができ、高効率動作を実現することができる。
また、高周波増幅素子１８の高出力電力時において、降圧形ＤＣ／ＤＣコンバータを含まない電源経路１２を選択することにより、高周波増幅素子１８に印加される電源電圧は、設定可能な最大電圧値にすることができる。
【００１５】
一方、高周波増幅素子１８において最大出力電力を増加させたい場合には、電源電圧変化手段１３を昇圧形ＤＣ／ＤＣコンバータにより構成する。
このとき、電圧制御部２１は、高周波増幅素子１８の出力電力が所定電力未満を示す場合（低出力電力時）には、経路切り替え手段１４を制御して、電圧変化手段を含まない電源経路１２を選択する。
また、高周波増幅素子１８の出力電力が所定電力以上を示す場合（高出力電力時）には、経路切り替え手段１４を制御して、電圧変化手段１３を含む電源経路１１を選択する。
【００１６】
このように、低出力電力時において、昇圧形ＤＣ／ＤＣコンバータを含まない電源経路１２を選択することにより、元来の高周波増幅器１８の効率を維持することができる。
また、高周波増幅素子１８高出力電力時において、昇圧形ＤＣ／ＤＣコンバータを含む電源経路１１を選択することにより、高周波増幅素子１８に印加される電源電圧を増加させることができ、高周波増幅素子１８の最大出力電力を増加させることができる。
さらに、電源電圧変化手段１３を昇圧形ＤＣ／ＤＣコンバータで構成することにより、低電源電圧化が可能となり、電源１０を小形化して高周波増幅器全体を小形化することもできる。
【００１７】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、高周波増幅素子１８の出力電力に応じて、高周波増幅素子１８に印加される電源電圧を制御したが、電源電圧のみならず、高周波増幅素子１８に対する高周波入力電圧を制御してもよい。
図２は高周波入力電圧を制御可能にしたこの発明の実施の形態２による高周波増幅器を示す回路構成図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して、詳述を省略する。
【００１８】
図２において、高周波増幅素子１８のコレクタとベースとの間には、入力バイアス回路２２および入力電圧印加素子２３の直列回路からなる入力電圧変化手段２４が挿入されている。
入力バイアス回路２２の一端は、ＲＦチョークコイル１７を介して高周波増幅素子１８のコレクタに接続され、入力バイアス回路２２の他端は、入力電圧印加素子２３の一端に接続されている。入力電圧印加素子２３の他端は、高周波増幅素子１８のベースに接続されている。
なお、入力電圧印加素子２３としては、インダクタまたは抵抗器などが用いられ得る。
【００１９】
次に、図２に示したこの発明の実施の形態２による動作について説明する。
この場合、電圧制御部２１Ａは、高周波増幅素子１８の出力電力に応じて、電源電圧変化手段１３および経路切り替え手段１４に対する制御信号とともに、入力電圧変化手段２４内の入力バイアス回路２２に対する制御信号を生成する。
これにより、入力バイアス回路２２は、制御信号に応答して、ベースに印加される高周波入力電圧を変化させる。
【００２０】
一般に、高周波増幅素子１８のベース電圧（高周波入力電圧）は、高周波増幅素子１８の出力電力に応じて変化するので、高周波増幅素子１８の最大出力電力が低下すると、これにともなって、隣接チャネル漏洩電力も劣化することが知られている。
しかし、図２のように、入力電圧変化手段２４を介して高周波入力電圧を変化させることにより、高周波増幅素子１８のベース電圧を一定に保つことが可能となり、劣化を生じることのない良好な隣接チャネル漏洩電力を得ることができる。
また、入力電圧変化手段２４を用いことにより、高周波増幅素子１８の利得を一定に保つように、ベース電圧を調整することもできる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、電源に各一端が接続され且つ各他端が互いに接続されて、各他端から電源電圧を出力するための第１および第２の電源経路と、電源電圧が第１の端子に印加される高周波増幅素子と、高周波増幅素子の第１の端子に接続された高周波出力端子と、高周波増幅素子の第２の端子に接続された高周波入力端子と、各電源経路の一方のみを有効にするための経路切り替え手段と、第１の電源経路のみに挿入された電源電圧変化手段と、高周波増幅素子の出力電力に応じて、経路切り替え手段および電源電圧変化手段に対する制御信号を生成する電圧制御部とを備え、経路切り替え手段は、制御信号に応答して各電源経路の一方を選択し、電源電圧変化手段は、制御信号に応答して電源電圧を変化させるようにしたので、高出力電力時の効率を低下させることなく、広範囲の出力電力レベルにわたって効率を高めることのできる高周波増幅器が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す回路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２を示す回路構成図である。
【符号の説明】
１０電源、１１、１２電源経路、１３電源電圧変化手段、１４経路切り替え手段、１５、１６スイッチ、１８高周波増幅素子、１９高周波入力端子、２０高周波出力端子、２１、２１Ａ電圧制御部、２２入力バイアス回路、２３入力電圧印加素子、２４入力電圧変化手段。

Claims

電源に各一端が接続され且つ各他端が互いに接続されて、前記各他端から電源電圧を出力するための第１および第２の電源経路と、
前記電源電圧が第１の端子に印加される高周波増幅素子と、
前記高周波増幅素子の第１の端子に接続された高周波出力端子と、
前記高周波増幅素子の第２の端子に接続された高周波入力端子と、
前記各電源経路の一方のみを有効にするための経路切り替え手段と、
前記第１の電源経路のみに挿入された電源電圧変化手段と、
前記高周波増幅素子の出力電力に応じて、前記経路切り替え手段および前記電源電圧変化手段に対する制御信号を生成する電圧制御部とを備え、
前記経路切り替え手段は、前記制御信号に応答して前記各電源経路の一方を選択し、
前記電源電圧変化手段は、前記制御信号に応答して前記電源電圧を変化させることを特徴とする高周波増幅器。
前記高周波増幅素子は、エミッタ接地された増幅用バイポーラトランジスタにより構成され、
前記第１の端子は、前記増幅用バイポーラトランジスタのコレクタにより構成され、
前記第２の端子は、前記増幅用バイポーラトランジスタのベースにより構成されたことを特徴とする請求項１に記載の高周波増幅器。
前記電源電圧変化手段は、降圧形ＤＣ／ＤＣコンバータにより構成され、
前記電圧制御部は、
前記高周波増幅素子の出力電力が所定電力未満を示す場合には、前記経路切り替え手段を制御して前記第１の電源経路を選択し、
前記高周波増幅素子の出力電力が前記所定電力以上を示す場合には、前記経路切り替え手段を制御して前記第２の電源経路を選択することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波増幅器。
前記電源電圧変化手段は、昇圧形ＤＣ／ＤＣコンバータにより構成され、
前記電圧制御部は、
前記高周波増幅素子の出力電力が所定電力未満を示す場合には、前記経路切り替え手段を制御して前記第２の電源経路を選択し、
前記高周波増幅素子の出力電力が前記所定電力以上を示す場合には、前記経路切り替え手段を制御して前記第１の電源経路を選択することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波増幅器。
前記経路切り替え手段は、前記第１および第２の電源経路に個別に挿入された第１および第２のスイッチを含み、
前記第１のスイッチは常閉接点により構成され、前記第２のスイッチは常開接点により構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の高周波増幅器。
前記高周波増幅素子の第１の端子と第２の端子との間に挿入された入力電圧変化手段を備え、
前記電圧制御部は、前記高周波増幅素子の出力電力に応じて、前記入力電圧変化手段に対する制御信号を生成し、
前記入力電圧変化手段は、前記制御信号に応答して、前記第２の端子に印加される高周波入力電圧を変化させることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の高周波増幅器。
前記入力電圧変化手段は、前記第１の端子に一端が接続された入力バイアス回路と、前記入力バイアス回路の他端と前記第２の端子との間に挿入された入力電圧印加素子とにより構成され、
前記入力バイアス回路は、前記制御信号により制御されることを特徴とする請求項６に記載の高周波増幅器。