JP2007295329A

JP2007295329A - 増幅器

Info

Publication number: JP2007295329A
Application number: JP2006121529A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Shiikuma; 一実椎熊
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2007-11-08
Also published as: US20070252649A1; CN101064495A

Abstract

【課題】装置の小型化が可能で、かつ、コスト低減が可能な定振幅波合成形の増幅器を提供する。
【解決手段】一つの入力信号を二分配した分配器１からの一方の信号を増幅する第１の増幅器３ａと、他方の信号を増幅する第２の増幅器３ｂと、２系統の第１、第２の増幅器３ａ、３ｂからのそれぞれの出力信号を合成器２で合成して出力する定振幅波合成形の増幅器として、第１、第２の増幅器３ａ、３ｂを、１個のパッケージに内蔵された少なくとも２個の増幅素子によって構成する。また、第１、第２の増幅器３ａ、３ｂをそれぞれ構成する前記増幅素子を、互いに密着して実装する。さらに、第１、第２の増幅器３ａ、３ｂをそれぞれ構成する前記増幅素子を、電界効果トランジスタ又はバイポーラトランジスタを用いて構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、増幅器に関する。

無線通信システムに利用される電力用の増幅器には、線形性と高効率、小型化が要求されている。特に、最近の多値デジタル変調通信システム等においては、信号振幅の平均値と最大振幅とが大きく異なる信号を取り扱うことが多くなってきている。従来の電力増幅器では、このような信号を増幅する場合には、増幅器として、信号を歪ませることなく、最大振幅まで増幅できるような動作点に設定される。このため、比較的高効率を維持することができる飽和出力付近で動作している時間がほとんどなく、一般に、増幅器の効率は低くなっていた。

このような問題を解決するために、線形性を維持しながら、増幅器の効率を高める種々の技術が開発されてきた。その一つに、ドハティ増幅器や、本発明の技術分野であるＬＩＮＣ(Linear Amplification With Nonlinear Components)方式あるいはOutphasing方式と呼ばれる定振幅波合成形増幅器（以下、簡単のためＬＩＮＣ増幅器と呼ぶことにする）がある。ＬＩＮＣ増幅器の基本的な構成は、非特許文献１などによって、当業者にはすでに公知となっているので、動作原理等の詳細な説明は、ここでは省略する。
FREDERIK H. RAAB著,"Efficiency of Outphasing RF Power-AmplifierSysytems",1985 IEEE Trans. on Comm., Vol.COM-33, No.10,pp1094-1099。

従来のＬＩＮＣ増幅器の構成の一例を図３に示す。図３において、入力信号は、ＬＩＮＣ増幅器の入力側に設けられた分配器１により、系統１と系統２の二系統の定振幅信号に分離され、その後、それぞれ２系統の第１の増幅器３ａ、第２の増幅器３ｂで増幅された後、合成器２にて信号加算されることにより所望の出力信号に合成されて、ＬＩＮＣ増幅器の出力となって出力される。従来、このようなＬＩＮＣ増幅器の主要構成要素である２系統の増幅器３ａ、３ｂの部分は、それぞれ、パッケージ１０ａ、１０ｂとして別個にパッケージされた増幅素子を用いて構成されている。

例えば、Bo Shi and Lars Sunderson著,"Investigation of a Highly Efficient LINC Amplifier Topology",2001 IEEE Vehicular Technology Conference Fall 2001,Oct. 2001,pp1215-1219のFig.2に示すような構成例が挙げられる。従って、このような構成では、各増幅器３ａ、３ｂは、別々のパッケージ１０ａ、１０ｂに納められたトランジスタを使用しているため、２パッケージ分のトランジスタの実装面積が必要であり、装置の小型化を進める上では不利であった。また、増幅器を別個に有するため、コスト的に不利な面があった。

そこで、本発明の目的は、装置の小型化が可能で、かつ、コスト低減が可能な定振幅波合成形の増幅器を提供することにある。

前述の課題を解決するため、本発明による増幅器は、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）一つの入力信号を二分配する分配器と、前記分配器からの一方の信号を増幅する第１の増幅器と、前記分配器からの他方の信号を増幅する第２の増幅器と、２系統の前記第１、第２の増幅器からのそれぞれの出力信号を合成する合成器とを少なくとも備えた定振幅波合成形の増幅器であって、前記第１、第２の増幅器が、１個のパッケージに内蔵された少なくとも２個の増幅素子によって構成されている増幅器。
（２）上記（１）の増幅器において、前記第１、第２の増幅器をそれぞれ構成する前記増幅素子が、互いに密着して実装されている増幅器。
（３）上記（１）又は（２）の増幅器において、前記第１、第２の増幅器をそれぞれ構成する前記増幅素子が、電界効果トランジスタを用いて構成されている増幅器。
（４）上記（１）又は（２）の増幅器において、前記第１、第２の増幅器をそれぞれ構成する前記増幅素子が、バイポーラトランジスタを用いて構成されている増幅器。

本発明の増幅器によれば、定振幅波合成形の増幅器を構成する二系統の第１、第２の増幅器が、１個のパッケージに内蔵された少なくとも２個の増幅素子によって構成されているので、装置の小型化が可能で、かつ、コスト低減が可能である。

以下、本発明による増幅器の好適実施形態例について添付図を参照して説明する。

図１に、本発明による増幅器の構成の一実施例を示す。図１のＬＩＮＣ増幅器に示すように、本発明の一実施例の増幅器は、従来技術と同様、入力信号を二分配する分配器１と、分配器１からの一方の信号が入力される増幅器３ａと、分配器１からの他方の信号が入力される増幅器３ｂと、２系統の増幅器３ａ、３ｂからのそれぞれの出力信号を合成する合成器２とを含む構成であるが、従来技術の図３の場合とは異なり、２系統の第１の増幅器３ａ、第２の増幅器３ｂは、１個のパッケージ１０に、少なくとも２つの増幅素子を内蔵した素子として構成されており、従来技術よりも小型化、低コスト化が可能な構成となっている。

なお、図１のＬＩＮＣ増幅器には、トランジスタとして電界効果トランジスタの記号を用いて記載しているが、もちろんこれに限られるものではなく、バイポーラトランジスタ等、他の同等機能を有する素子で構成することも可能である。また、図１の実施例中の分配器１や合成器２等の他の変形例や実施形態例も良く知られているが、直接本発明とは関連がないため、それらの詳細な説明については省略する。

次に、本発明による図１のＬＩＮＣ増幅器の構成例について、具体的な例を用いて説明する。

ここでは、一例として、２ＧＨｚ帯で飽和出力１８０Ｗの増幅器を一般的なＬＩＮＣ増幅器で構成した場合について考える。従来の構成では、２系統の増幅器３ａ、３ｂにそれぞれ同じ出力の素子を使用するのが一般的である。すなわち、各増幅器３ａ、３ｂの出力をそれぞれ９０Ｗとし、ＬＩＮＣ増幅器としては、１８０Ｗの出力を得るという構成となる。

この場合において、９０Ｗ出力が得られる具体的なトランジスタとしては、フリースケール社の「ＭＲＦ２１０９０」という１パッケージに１個の電界効果トランジスタが納められた増幅素子を、望ましい素子として選択することができる。このＭＲＦ２１０９０は、本発明者の知る限りにおいて、同出力のトランジスタの中でもかなり小型化されている製品の一つである。

図４は、電界効果トランジスタ「ＭＲＦ２１０９０」の外観図である。図４に示すように、電界効果トランジスタ「ＭＲＦ２１０９０」は、パッケージ（フランジ）１４に、１個のゲート電極１５と１個のドレイン電極１６とを有する構造となっている。また、電界効果トランジスタ「ＭＲＦ２１０９０」の電極部を除いた外形寸法は、１個あたり約３４ｍｍｘ１３．８ｍｍである。したがって、ＬＩＮＣ増幅器を構成するトランジスタ部の実装面積としては、最低、この寸法の２個分の約９．４平方センチメートルが必要である。

一方、本発明にしたがって、１８０ＷのＬＩＮＣ増幅器を１パッケージの電界効果トランジスタで構成する場合を考える。プッシュプル用として１パッケージに２個のトランジスタを内蔵した１８０Ｗ出力のデバイスとしては、同じくフリースケール社の「ＭＲＦ５Ｐ２１１８０」というトランジスタを、その候補の一つとして採用することも考えられる。図２は、電界効果トランジスタ「ＭＲＦ５Ｐ２１１８０」の外観図を示している。図２に示すように、電界効果トランジスタ「ＭＲＦ５Ｐ２１１８０」は、パッケージ（フランジ）１１に２個のゲート電極１２ａ、１２ｂと２個のドレイン電極１３ａ、１３ｂとを有する構造となっている。

この場合、図２に示すように、電界効果トランジスタ「ＭＲＦ５Ｐ２１１８０」の電極部を除いた外形寸法は、約４１ｍｍｘ１０ｍｍであり、実装面積としては、約４．１平方センチメートルであり、ＬＩＮＣ増幅器を構成するトランジスタ部の実装面積も、この面積となる。したがって、ＬＩＮＣ増幅器の実装面積として、ＬＩＮＣ増幅器を構成するトランジスタ部だけの比較であっても、図４の従来構成の場合と比較して、面積比で４３％程度と大幅に小型化したＬＩＮＣ増幅器を構成することが可能であり、周辺回路等々を含めても、従来構成よりも小型化し、かつ、低コスト化することが可能である。

このように、ＬＩＮＣ増幅器を構成する回路部の実装面積を小型化することができるため、結果として、ＬＩＮＣ増幅器としての装置の小型化、低コスト化に寄与することができる。

さらに加えるならば、本発明においては、同一パッケージに内蔵されている増幅器３ａ、３ｂの２系統の増幅素子を密着させて配置することができるので、２系統の増幅素子が、熱的に結合して、温度条件が均一になるため、より安定した動作が期待できるという効果も得られる。

従来より、プッシュプル増幅器用あるいはバランス増幅器用として、トランジスタ等の増幅素子を２個内蔵したデバイスが存在していたが、本発明では、このような複数の増幅素子を内蔵した１パッケージのデバイスのうち、一方の増幅素子を一方の系統の増幅器として動作させ、他方の増幅素子をもう一方の系統の増幅器として動作させ、全体としてＬＩＮＣ増幅器を構成することにより、１パッケージ構成で、小型、かつ、低コストのＬＩＮＣ増幅器を実現することが可能である。

以上、本発明の好適実施例の構成を説明した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることは、当業者には容易に理解できよう。

本発明による増幅器の構成の一実施例を示すブロック図である。電界効果トランジスタ「ＭＲＦ５Ｐ２１１８０」の外観図である。従来のＬＩＮＣ増幅器の構成の一例を示すブロック図である。電界効果トランジスタ「ＭＲＦ２１０９０」の外観図である。

符号の説明

１分配器
２合成器
３ａ、３ｂ増幅器
１０パッケージ
１０ａ、１０ｂパッケージ
１１パッケージ（フランジ）
１２ａ、１２ｂゲート電極
１３ａ、１３ｂドレイン電極
１４パッケージ（フランジ）
１５ゲート電極
１６ドレイン電極

Claims

一つの入力信号を二分配する分配器と、前記分配器からの一方の信号を増幅する第１の増幅器と、前記分配器からの他方の信号を増幅する第２の増幅器と、２系統の前記第１、第２の増幅器からのそれぞれの出力信号を合成する合成器とを少なくとも備えた定振幅波合成形の増幅器であって、前記第１、第２の増幅器が、１個のパッケージに内蔵された少なくとも２個の増幅素子によって構成されていることを特徴とする増幅器。
請求項１に記載の増幅器において、前記第１、第２の増幅器をそれぞれ構成する前記増幅素子が、互いに密着して実装されていることを特徴とする増幅器。
請求項１又は２に記載の増幅器において、前記第１、第２の増幅器をそれぞれ構成する前記増幅素子が、電界効果トランジスタを用いて構成されていることを特徴とする増幅器。
請求項１又は２に記載の増幅器において、前記第１、第２の増幅器をそれぞれ構成する前記増幅素子が、バイポーラトランジスタを用いて構成されていることを特徴とする増幅器。