JP2008028635A - High frequency electric power amplifying device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非線形動作する増幅器の受信帯域雑音を広帯域に低減する高周波電力増幅装置に関する。 The present invention relates to a high-frequency power amplifying apparatus that reduces reception band noise of an amplifier that operates nonlinearly in a wide band.
周知のように、携帯電話等の送受信機器では、高周波電力増幅装置の入力端子における信号スペクトラムは、信号強度が強い送信周波数(Tx)の信号スペクトラムと受信周波数(Rx)を含む広帯域の雑音スペクトラムとの和である。このような周波数スペクトラムを持つ信号が高周波電力増幅装置に入力されると、次の2つの要因で受信帯域雑音は増大し、高周波電力増幅装置の雑音特性が劣化する。 As is well known, in a transmission / reception device such as a cellular phone, the signal spectrum at the input terminal of the high-frequency power amplifying device is a wide-band noise spectrum including a transmission frequency (Tx) signal spectrum and a reception frequency (Rx) with strong signal strength. Is the sum of When a signal having such a frequency spectrum is input to the high-frequency power amplifier, the reception band noise increases due to the following two factors, and the noise characteristics of the high-frequency power amplifier are degraded.
1つの要因は、高周波電力増幅装置が付加する受信帯域の雑音である。この受信帯域の雑音は、入力負荷に対して依存性を持ち、入力負荷インピーダンスを最適化することによって負荷雑音を最小にすることができる。また、周波数が変化するとこの最適入力負荷インピーダンスも変化する。 One factor is the noise in the reception band added by the high frequency power amplifier. The noise in the reception band is dependent on the input load, and the load noise can be minimized by optimizing the input load impedance. Further, when the frequency changes, the optimum input load impedance also changes.
もう1つの要因は、強レベルの送信信号が入力されて高周波電力増幅装置が飽和して非線形動作をするとき、送信信号と雑音とがミキシングして他の周波数帯へ発生する雑音である。ここで問題となる雑音は、ある特定周波数の雑音と送信信号の2次歪とによって受信帯域に発生する雑音である。図8は、この受信帯域に発生する雑音の要因を説明する図である。 Another factor is noise that occurs when a high-level transmission signal is input and the high-frequency power amplifying apparatus saturates and performs non-linear operation, and the transmission signal and noise are mixed to generate another frequency band. The noise that is a problem here is noise generated in the reception band due to noise of a specific frequency and secondary distortion of the transmission signal. FIG. 8 is a diagram for explaining the cause of noise generated in this reception band.
受信帯域に発生する雑音の要因となる雑音周波数は、和周波数(Rx+Tx)と差周波数(|Rx−Tx|)との2つの周波数である。和周波数(Rx+Tx)の信号は、Tx信号とのミキシングによってダウンコンバートされて、その差となる受信周波数Rxの雑音を発生させる。また、差周波数(|Rx−Tx|)の信号は、Tx信号とのミキシングによってアップコンバートされて、その和となる受信周波数Rxの雑音を発生させる。よって、受信帯域雑音を低減するためには、和周波数(Rx+Tx)の雑音と差周波数(|Rx−Tx|)の雑音をそれぞれ低減する必要がある。 Noise frequencies that cause noise generated in the reception band are two frequencies: a sum frequency (Rx + Tx) and a difference frequency (| Rx−Tx |). The signal of the sum frequency (Rx + Tx) is down-converted by mixing with the Tx signal, and noise of the reception frequency Rx that is the difference is generated. Further, the signal of the difference frequency (| Rx−Tx |) is up-converted by mixing with the Tx signal to generate noise of the reception frequency Rx that is the sum of the signals. Therefore, in order to reduce the reception band noise, it is necessary to reduce the noise of the sum frequency (Rx + Tx) and the noise of the difference frequency (| Rx−Tx |).
携帯電話等の送受信機器においては、その送信信号が他の携帯電話の微弱な受信信号を妨害することを防ぐために、送信信号の受信帯域における雑音強度の最大値が規定されている。そして、この規定を満足するため、受信帯域での減衰量が大きなフィルタ素子を高周波電力増幅装置に外付けすることがある。しかし、この場合には、送信信号にも損失が発生するため、携帯電話の使用時間が短くなる。また、外付け部品追加により、コストと実装面積が増大する。 In a transmission / reception device such as a mobile phone, the maximum value of noise intensity in the reception band of the transmission signal is defined in order to prevent the transmission signal from interfering with weak reception signals of other mobile phones. In order to satisfy this rule, a filter element having a large attenuation in the reception band may be externally attached to the high frequency power amplifier. However, in this case, since the transmission signal is also lost, the usage time of the mobile phone is shortened. Moreover, the cost and mounting area increase by adding external parts.
このような課題を解決するために、外付けフィルタ素子を用いることなく受信帯域雑音を低減できる方法が提案されている。例えば、特許文献1を参照。
この従来の方法は、受信帯域に発生する雑音が、差周波数(|Rx−Tx|)の雑音が送信信号でアップコンバートされた雑音であることに着目している。具体的には、差周波数(|Rx−Tx|)の雑音を低減するため、差周波数(|Rx−Tx|)でインピーダンスが小さい共振回路を挿入している。
In order to solve such a problem, a method capable of reducing reception band noise without using an external filter element has been proposed. See, for example, US Pat.
In this conventional method, attention is paid to the fact that the noise generated in the reception band is noise obtained by up-converting the noise of the difference frequency (| Rx−Tx |) with the transmission signal. Specifically, in order to reduce noise at the difference frequency (| Rx−Tx |), a resonance circuit having a small impedance at the difference frequency (| Rx−Tx |) is inserted.
図9は、特許文献1に開示されている従来の高周波電力増幅装置に、一般的なインピーダンス調整機能を加えた構成を示す図である。この従来の高周波電力増幅装置は、増幅部101と、インピーダンス調整部102と、制御部103と、共振回路104と、複数のインダクタ素子L3〜L4、コンデンサC3〜C6、及び抵抗素子R3〜R4によって構成されている。共振回路104は、インダクタ素子L5、コンデンサC7〜C8、及び抵抗素子R5で構成され、差周波数(|Rx−Tx|)でインピーダンスが小さくなるように各定数が設計されている。
しかしながら、上述した従来の高周波電力増幅装置に用いられている共振回路104は、減衰できる帯域幅が狭い。このため、どれだけ上手く回路設計しても、特定のシステムに対応した差周波数(|Rx−Tx|)の雑音(又は、和周波数(Rx+Tx)の雑音)だけしか減衰させることができない。図10を参照。
However, the
さらに、近年の無線通信機器の分野では、異なる複数の無線システムを1つの機器で使用できるようにする、マルチバンドマルチモード化への期待が高まってきている。この異なる複数の無線システムが、例えばW−CDMA、DCS、PCS、及びGSM850である場合、それぞれの無線システムは、図2で示す送信周波数Tx、和周波数(Rx+Tx)、及び差周波数(|Rx−Tx|)を持っている。 Furthermore, in the field of wireless communication devices in recent years, there is an increasing expectation for a multi-band multi-mode that enables a plurality of different wireless systems to be used in one device. When the plurality of different radio systems are, for example, W-CDMA, DCS, PCS, and GSM850, each radio system has the transmission frequency Tx, the sum frequency (Rx + Tx), and the difference frequency (| Rx−) shown in FIG. Tx |).
このため、和周波数(Rx+Tx)だけ、又は差周波数(|Rx−Tx|)だけに着目しても、複数の無線システムを全てカバーすることができる広帯域の減衰性能が、高周波電力増幅装置に要求されることになる。この要求を実現するためには、単純に、図9に示した従来の高周波電力増幅装置を、無線システムの数だけ複数並列に接続する構成が考えられる。しかし、高周波電力増幅装置の規模が膨大になり、現実的ではない。 For this reason, a high-frequency power amplifying device is required to have a broadband attenuation performance that can cover all of a plurality of wireless systems even if only the sum frequency (Rx + Tx) or only the difference frequency (| Rx−Tx |) is focused. Will be. In order to realize this requirement, a configuration in which a plurality of conventional high-frequency power amplifiers shown in FIG. 9 are connected in parallel by the number of wireless systems is conceivable. However, the scale of the high-frequency power amplifying apparatus becomes enormous and is not realistic.
それ故に、本発明の目的は、回路規模を増大させることなく、マルチバンドマルチモードに対応した広帯域かつ低雑音の高周波電力増幅装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a wideband and low noise high-frequency power amplifying apparatus compatible with multiband multimode without increasing the circuit scale.
本発明は、複数の無線システムに対応した周波数が異なる複数の高周波信号を増幅する高周波電力増幅装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の高周波電力増幅装置は、入力する高周波信号を用いる無線システムとそのチャネル周波数に対応した値に、インピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、インピーダンス調整部から出力される高周波信号を、所定の利得で増幅する増幅部と、インピーダンス調整部の入力側に並列接続され、無線システムが使用する送信周波数と受信周波数との絶対値差である差周波数のインピーダンスを、複数の無線システムの全差周波数にわたって低下させる第1の低インピーダンス化部とを備える。 The present invention is directed to a high-frequency power amplifier that amplifies a plurality of high-frequency signals having different frequencies corresponding to a plurality of wireless systems. In order to achieve the above object, the high-frequency power amplifying device of the present invention includes a wireless system that uses an input high-frequency signal and an impedance adjustment unit that adjusts impedance to a value corresponding to the channel frequency, and an impedance adjustment unit. An amplifier that amplifies the high-frequency signal to be output with a predetermined gain and an impedance adjustment unit connected in parallel to the input side of the impedance adjustment unit. And a first impedance reduction unit for reducing the frequency difference over the entire difference frequency of the plurality of wireless systems.
好ましくは、無線システムが使用する送信周波数と受信周波数との和である和周波数のインピーダンスを、複数の無線システムの全和周波数にわたって低下させる第2の低インピーダンス化部を、インピーダンス調整部の出力側にさらに並列接続するのがよい。 Preferably, a second impedance reduction unit that reduces the impedance of the sum frequency that is the sum of the transmission frequency and the reception frequency used by the wireless system over the total frequency of the plurality of wireless systems is provided on the output side of the impedance adjustment unit. It is better to connect them in parallel.
典型的には、第1の低インピーダンス化部は、インダクタ素子か、インダクタ素子と抵抗素子との直列回路か、ロー・パス・フィルタで構成されている。
また、第2の低インピーダンス化部は、インダクタ素子と容量素子と抵抗素子との直列回路か、容量素子か、ハイ・パス・フィルタで構成されている。
Typically, the first impedance reduction unit includes an inductor element, a series circuit of an inductor element and a resistor element, or a low-pass filter.
In addition, the second impedance reduction unit includes a series circuit of an inductor element, a capacitive element, and a resistive element, a capacitive element, or a high-pass filter.
上記本発明によれば、複数の無線システムに合わせて複数の共振回路を持つことなく、非常に簡単な構造で、広帯域の和周波数雑音及び差周波数雑音をそれぞれ低減して受信帯域雑音の増大を防ぐことができる。 According to the present invention, the reception band noise can be increased by reducing the broadband sum frequency noise and difference frequency noise, respectively, with a very simple structure without having a plurality of resonance circuits for a plurality of radio systems. Can be prevented.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の一実施形態に係る高周波電力増幅装置の構成を示す図である。本発明の高周波電力増幅装置は、増幅部11と、インピーダンス調整部12と、制御部13と、第1の低インピーダンス化部14と、第2の低インピーダンス化部15と、複数のインダクタ素子L3〜L4、コンデンサC3〜C6、及び抵抗素子R3〜R4とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a high-frequency power amplifying device according to an embodiment of the present invention. The high frequency power amplifying device of the present invention includes an
なお、複数のインダクタ素子L3〜L4、コンデンサC3〜C6、及び抵抗素子R3〜R4による構成は、従来の高周波電力増幅装置(図9)と対比させ易いために用いた一例である。よって、図1に示した構成以外にも、増幅部11の出力で得たい高周波信号RFの状態や後段装置とのマッチング等に応じて、自由に設計することが可能である。
Note that the configuration of the plurality of inductor elements L3 to L4, capacitors C3 to C6, and resistor elements R3 to R4 is an example used because it is easy to compare with the conventional high frequency power amplifier (FIG. 9). Therefore, in addition to the configuration shown in FIG. 1, it is possible to design freely according to the state of the high-frequency signal RF desired to be obtained from the output of the amplifying
制御部13は、高周波電力増幅装置に入力される高周波信号RFの周波数に応じて、すなわち入力される高周波信号RFを用いる無線システムとそのチャネル周波数に応じて、インピーダンス調整部12を制御する。インピーダンス調整部12は、制御部13による制御に従って、高周波信号RFの周波数に合った値にインピーダンスを調整する。増幅部11は、インピーダンス調整部12から出力される高周波信号RFを所定の利得で増幅する。第1の低インピーダンス化部14は、差周波数(|Rx−Tx|)に対するインピーダンスを小さくするための回路であり、インピーダンス調整部12の入力側とグラウンド(GND)との間に接続される。図1は、第1の低インピーダンス化部14が、インダクタ素子L1である例を示している。第2の低インピーダンス化部15は、和周波数(Rx+Tx)に対するインピーダンスを小さくするための回路であり、インピーダンス調整部12の出力側とグラウンドとの間に接続される。図1は、第2の低インピーダンス化部15が、インダクタ素子L2、容量素子C2、及び抵抗素子R2の直列回路である例を示している。
The
図2は、携帯電話等で用いられる複数の無線システムの一例について、これらの無線システムにおける送信周波数Tx、差周波数(|Rx−Tx|)、及び和周波数(Rx+Tx)の値を、それぞれ示している。 FIG. 2 shows values of a transmission frequency Tx, a difference frequency (| Rx−Tx |), and a sum frequency (Rx + Tx) in an example of a plurality of wireless systems used in a mobile phone or the like. Yes.
図2で分かるように、W−CDMA、DCS、及びPCSの3つの無線システムの差周波数を合わせると、20MHz〜190MHzの周波数範囲となる。従って、W−CDMA、DCS、及びPCSの3つの無線システムに対応した広帯域な高周波電力増幅装置を設計する場合には、第1の低インピーダンス化部14に、周波数190MHz以下でインピーダンスが所定値まで小さくなる素子、例えばインダクタ素子を用いる。これにより、第1の低インピーダンス化部14だけで、3つの無線システムの差周波数雑音をまとめて低減することができる。
As can be seen from FIG. 2, when the difference frequencies of the three wireless systems of W-CDMA, DCS, and PCS are combined, a frequency range of 20 MHz to 190 MHz is obtained. Therefore, when designing a broadband high-frequency power amplifying apparatus corresponding to three wireless systems of W-CDMA, DCS, and PCS, the first
また、W−CDMA、DCS、及びPCSの3つの無線システムの和周波数を合わせると、3.515GHz〜4.15GHzの周波数範囲となる。従って、W−CDMA、DCS、及びPCSの3つの無線システムに対応した広帯域な高周波電力増幅装置を設計する場合には、第2の低インピーダンス化部15に、周波数3.5GHz以上でインピーダンスが所定値まで小さくなる素子、例えばコンデンサ素子を含んだ回路を用いる。これにより、第2の低インピーダンス化部15だけで、3つの無線システムの和周波数雑音をまとめて低減することができる。
Further, when the sum frequency of the three wireless systems of W-CDMA, DCS, and PCS is combined, a frequency range of 3.515 GHz to 4.15 GHz is obtained. Therefore, when designing a broadband high-frequency power amplifying apparatus corresponding to three wireless systems of W-CDMA, DCS, and PCS, the second
図3は、本発明の一実施形態に係る高周波電力増幅装置における周波数特性を示す図である。図3に示すように、本発明の高周波電力増幅装置は、上記従来の高周波電力増幅装置(図10を参照)よりも、差周波数(|Rx−Tx|)及び和周波数(Rx+Tx)の両方において減衰量が大きくなっている。送信周波数Txで減衰が見られるが、この程度であれば実使用での影響は全くない。 FIG. 3 is a diagram showing frequency characteristics in the high-frequency power amplifying apparatus according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the high frequency power amplifying apparatus of the present invention has a difference frequency (| Rx−Tx |) and a sum frequency (Rx + Tx) more than the conventional high frequency power amplifying apparatus (see FIG. 10). The amount of attenuation is large. Although attenuation is observed at the transmission frequency Tx, there is no influence in actual use at this level.
なお、第1の低インピーダンス化部14及び第2の低インピーダンス化部15は、図1に示した構成以外にも、例えば図4〜図6に示す構成が考えられる。
図4は、第1の低インピーダンス化部14が、インダクタ素子L1であり、第2の低インピーダンス化部15が、容量素子C2だけである例を示している。
In addition to the structure shown in FIG. 1, the structure shown in FIGS. 4-6 can be considered for the 1st
FIG. 4 shows an example in which the first
図5は、第1の低インピーダンス化部14が、インダクタ素子L1及び抵抗素子R1の直列回路であり、第2の低インピーダンス化部15が、容量素子C2及び抵抗素子R2の直列回路である例を示している。この場合の抵抗素子R1及びR2は、少なくとも一方が10Ω以下の抵抗値であることが好ましい。このように抵抗素子を挿入した構成にすると、高周波電力増幅装置の安定性が増大する。
FIG. 5 shows an example in which the first
図6は、第1の低インピーダンス化部14が、ロー・パス・フィルタLPFであり、第2の低インピーダンス化部15が、ハイ・パス・フィルタHPFである例を示している。このように帯域フィルタの構成にすると、急峻な減衰特性が得られるので、差周波数雑音及び和周波数雑音をより大きく減衰させると同時に、送信信号の損失を改善することができる。
FIG. 6 shows an example in which the first
また、図7は、インピーダンス調整部12の典型的な構成例を示す図である。図7において、インピーダンス調整部12は、3つのインピーダンス素子121〜123と、切り替えスイッチ124及び125とを含む。この切り替えスイッチ124及び125を、無線システムの変更に応じて適宜切り替えることで、無線システムの送信周波数Txに合った最適なインピーダンス値を決定することができる。
FIG. 7 is a diagram illustrating a typical configuration example of the
以上のように、本発明の一実施形態に係る高周波電力増幅装置によれば、複数の無線システムに合わせて複数の共振回路を持つことなく、非常に簡単な構造で、広帯域の和周波数雑音及び差周波数雑音をそれぞれ低減して受信帯域雑音の増大を防ぐことができる。 As described above, according to the high-frequency power amplifying device according to the embodiment of the present invention, a wide-band sum frequency noise and a simple structure without having a plurality of resonance circuits for a plurality of wireless systems. Difference frequency noise can be reduced to prevent an increase in reception band noise.
なお、上記実施形態では、第1の低インピーダンス化部14及び第2の低インピーダンス化部15の両方を含めた高周波電力増幅装置を説明したが、第1の低インピーダンス化部14又は第2の低インピーダンス化部15のどちらか一方だけであっても、受信帯域雑音の低減効果を得ることができる。
例えば、第1の低インピーダンス化部14だけを備えた場合、2GHz帯システムと800MHz帯のシステム(例えば、GSM850)とを1つの高周波電力増幅装置で実現できる。
In the above-described embodiment, the high-frequency power amplifying apparatus including both the first
For example, when only the first
本発明は、複数の無線システムに対応した高周波電力増幅装置等に利用が可能であり、特に、非常に簡単な構造で、広帯域の和周波数雑音及び差周波数雑音をそれぞれ低減して受信帯域雑音の増大を防ぎたい場合等に適している。 The present invention can be used for a high frequency power amplifying apparatus and the like corresponding to a plurality of radio systems, and in particular, with a very simple structure, it is possible to reduce wideband sum frequency noise and difference frequency noise respectively and reduce reception band noise. This is suitable for preventing the increase.
11、101 増幅部
12、102 インピーダンス調整部
13、103 制御部
14、15 低インピーダンス化部
104 共振回路
121〜123 インピーダンス素子
124、125 切り替えスイッチ
L1〜L5 インダクタ素子
C1〜C8 コンデンサ
R1〜R5 抵抗素子
DESCRIPTION OF
Claims (8)
入力する高周波信号を用いる無線システムに対応した値に、インピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、
前記インピーダンス調整部から出力される高周波信号を、所定の利得で増幅する増幅部と、
前記インピーダンス調整部の入力側に並列接続され、無線システムが使用する送信周波数と受信周波数との絶対値差である差周波数のインピーダンスを、前記複数の無線システムの全差周波数にわたって低下させる第1の低インピーダンス化部とを備える、高周波電力増幅装置。 A high-frequency power amplifier that amplifies a plurality of high-frequency signals having different frequencies corresponding to a plurality of wireless systems,
An impedance adjustment unit that adjusts the impedance to a value corresponding to a wireless system using an input high-frequency signal;
An amplifying unit for amplifying a high-frequency signal output from the impedance adjusting unit with a predetermined gain;
A first connected in parallel to the input side of the impedance adjuster and lowering an impedance of a difference frequency, which is an absolute value difference between a transmission frequency and a reception frequency used by a wireless system, over all difference frequencies of the plurality of wireless systems. A high frequency power amplifying apparatus comprising a low impedance unit.
The high frequency power amplification device according to claim 2, wherein the second impedance reduction unit is configured by a high-pass filter.
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