JP2016015708A - 多段電力増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】低アイドル電流動作と高出力高線形性能とを両立した多段電力増幅器を得る。【解決手段】バイアス供給手段３０１，３０２は、前段電力増幅器１０７と後段電力増幅器１０８にベースバイアスを供給する。検波手段３０３は、後段電力増幅器１０８の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて後段出力検波バイアスを発生する。減算手段３０４は、前段電力増幅器１０７に供給されるバイアスを後段出力検波バイアスに応じて減算する。加算手段３０５は、後段電力増幅器１０８に供給されるバイアスを後段出力検波バイアスに応じて加算する。【選択図】図２

Description

本発明は、送信機や送受信機に用いられる多段電力増幅器に関し、特に、地上マイクロ波通信、移動体通信等に使用される多段電力増幅器に関するものである。

一般に、衛星通信、地上マイクロ波通信、移動体通信等に使用される多段電力増幅器は、デジタル変調方式が用いられることや、他無線局への信号干渉を防止するために、低ひずみであることが求められている。また、同時に電力増幅器は、無線機器の中で最も消費電力が大きい機器に属するため、高効率で低消費電力であることが求められる。そのため、ひずみ補償回路を用いて電力増幅器のひずみ特性を改善することにより、飽和領域近くでの動作を可能にして、高効率で動作させる場合がある。

従来、このような多段電力増幅器として、例えば特許文献１に示すようなものがあった。図１は、このような従来の多段電力増幅器を示している。図示のように、多段電力増幅器は、前段電力増幅器１０１と後段電力増幅器１０２で構成され、利得特性２０１は前段電力増幅器１０１の利得特性、利得特性２０２は後段電力増幅器１０２の利得特性、利得特性２０３は多段電力増幅器全体の利得特性である。

このように構成された多段電力増幅器では、前段電力増幅器１０１に入力された入力信号ＲＦｉｎは、前段電力増幅器１０１の利得特性及び位相特性が非線形であることに起因してひずみを生じる。前段電力増幅器１０１の利得特性は、所定の入力レベルに応じて利得を増加させる利得特性２０１を有する。さらに、後段電力増幅器１０２に入力された信号は、後段電力増幅器１０２の利得特性及び位相特性が非線形であることに起因して、前段電力増幅器１０１と同様にひずみを生じる。後段電力増幅器１０２の利得特性は、所定の入力レベルに応じて利得を低下させる利得特性２０２を有する。一般的に、利得特性２０１を満たす電力増幅器はＡＢ〜Ｂ級バイアスに設定されることによって、利得特性２０２を満たす電力増幅器はＡ〜ＡＢ級バイアスに設定されることによって実現される。図示例においては、前段電力増幅器１０１の利得特性２０１、及び後段電力増幅器１０２の利得特性２０２を組み合わせ、後段電力増幅器１０２の利得低下を前段電力増幅器１０１の利得増加で補償することにより、多段電力増幅器全体で入力信号ＲＦｉｎに対して平坦な利得特性２０３を実現している。

特開２０１０−２７８８３３号公報

しかしながら、上記従来の多段電力増幅器では、後段電力増幅器１０２の利得低下を前段電力増幅器１０１の利得増加で補償することによって多段電力増幅器全体で低ひずみとなる利得特性２０３を実現していることから、前段電力増幅器１０１の利得特性２０１と後段電力増幅器１０２の利得特性２０２とで互いを補償するように電力増幅器のバイアスを調整する必要があるという課題があった。

さらに、その場合の電力増幅器のバイアスは、前段電力増幅器１０１をＡＢ〜Ｂ級動作、後段電力増幅器１０２をＡ〜ＡＢ級動作させることが一般的であり、常に一定のアイドル電流を流し続ける必要があるために、多段電力増幅器全体の効率が低下するという課題もあった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、低アイドル電流動作と高出力高線形性能を両立した多段電力増幅器を得ることを目的とする。

この発明に係る多段電力増幅器は、縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、多段電力増幅器の動作状態を検出する検出手段と、初段電力増幅器に供給されるバイアスを検出手段の検出信号に応じて減算する減算手段と、最終段電力増幅器に供給されるバイアスを検出手段の検出信号に応じて加算する加算手段とを備えたものである。

この発明の多段電力増幅器は、所定信号レベルに合わせて初段電力増幅器のバイアスを減算すると共に、最終段電力増幅器のバイアスを加算するようにしたので、低アイドル電流動作と高出力高線形性能とを両立した多段電力増幅器を得ることができる。

従来の多段電力増幅器と利得特性を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による多段電力増幅器を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による多段電力増幅器と利得特性を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による多段電力増幅器を示す構成図である。 この発明の実施の形態３による多段電力増幅器を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による多段電力増幅器を示す構成図である。 この発明の実施の形態５による多段電力増幅器を示す構成図である。 この発明の実施の形態６による多段電力増幅器を示す構成図である。 この発明の実施の形態７による多段電力増幅器を示す構成図である。

実施の形態１．
図２は、この発明の実施の形態１による多段電力増幅器を示す構成図である。
図示の多段電力増幅器は、前段電力増幅器１０７、後段電力増幅器１０８、検波手段３０３、減算手段３０４、加算手段３０５を備えている。前段電力増幅器１０７は、入力端子１に接続され、電源端子３，４、増幅素子１０３、結合容量１０５、バイアス供給手段３０１を備えている。電源端子３は、バイアス供給手段３０１に電源供給を行うための電源端子であり、電源端子４は、増幅素子１０３のドレインやコレクタに接続する電源端子である。結合容量１０５は、前段電力増幅器１０７における増幅素子１０３のベースと入力端子１間の結合容量である。バイアス供給手段３０１は、増幅素子１０３のベースバイアスやゲートバイアスを供給するバイアス供給手段である。また、後段電力増幅器１０８は、電源端子５，６、増幅素子１０４、結合容量１０６、バイアス供給手段３０２を備えている。電源端子５は、バイアス供給手段３０２に電源供給を行うための電源端子であり、電源端子６は、増幅素子１０４のドレインやコレクタに接続する電源端子である。結合容量１０６は、前段電力増幅器１０７と、後段電力増幅器１０８における増幅素子１０４のベースとの間の結合容量である。また、後段電力増幅器１０８における増幅素子１０４のコレクタが出力端子２に接続されている。バイアス供給手段３０２は、増幅素子１０４のベースバイアスやゲートバイアスを供給するバイアス供給手段である。

検波手段３０３は、多段電力増幅器の動作状態を検出する検出手段を構成し、後段電力増幅器１０８の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて後段出力検波バイアスを発生させるよう構成されている。減算手段３０４は、検波手段３０３で生成した後段出力検波バイアスに応じて前段電力増幅器１０７に供給されるバイアスを減算する手段であり、端子７は、検波手段３０３から後段出力検波バイアスを供給するための端子、端子８は、減算手段３０４から前段電力増幅器１０７へ減算バイアスを出力するための端子である。加算手段３０５は、検波手段３０３で生成した後段出力検波バイアスに応じて後段電力増幅器１０８に供給されるバイアスを加算する手段であり、端子９は、検波手段３０３から後段出力検波バイアスを供給するための端子、端子１０は、加算手段３０５から後段電力増幅器１０８へ加算バイアスを出力するための端子である。

次に、実施の形態１の多段電力増幅器の動作について説明する。
図３は、実施の形態１の多段電力増幅器を適用した場合の利得特性を示す説明図である。まず、入力端子１に入力された入力信号ＲＦｉｎは前段電力増幅器１０７である増幅素子１０３、及び後段電力増幅器１０８である増幅素子１０４により増幅され、出力端子２に出力信号ＲＦｏｕｔが出力される。このとき、増幅素子１０３及び増幅素子１０４のベースバイアスやゲートバイアスは、バイアス供給手段３０１及びバイアス供給手段３０２により、図３に示す利得特性２１１及び利得特性２１２となるように調整される。検波手段３０３は、後段電力増幅器１０８の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて後段出力検波バイアスを生成し、生成した後段出力検波バイアスを減算手段３０４及び加算手段３０５の端子７及び端子９へ出力する。端子７へ入力された後段出力検波バイアスに応じて減算手段３０４が動作し、前段電力増幅器１０７に供給されるバイアスを減少させ、また、端子９へ入力された後段出力検波バイアスに応じて加算手段３０５が動作し、後段電力増幅器１０８に供給されるバイアスを増加させる。すなわち、図２に示すように、減算手段３０４からバイアス減算分「−ｉ_１」により、バイアス供給手段３０１から出力されるバイアスＩ１が減算され「Ｉ_１−ｉ_１」のバイアスが増幅素子１０３のベースに供給される。また、加算手段３０５からのバイアス加算分「＋ｉ_２」が、バイアス供給手段３０２から出力されるバイアスＩ_２に加算され「Ｉ_２＋ｉ_２」のバイアスが増幅素子１０４のベースに供給される。

以上のように、所定信号レベルに合わせて前段電力増幅器１０７のバイアスを減算する減算手段３０４を動作させることによって、所定信号レベル付近の利得増加を抑圧した利得特性２１４を得ることができ、さらに、所定信号レベルに合わせて後段電力増幅器１０８のバイアスを加算する加算手段３０５を動作させることによって、後段電力増幅器１０８の飽和出力電力付近の利得低下を抑えた利得特性２１５を得ることができる。これにより、利得特性２１６に示すように、出力端子２の出力信号ＲＦｏｕｔの線形性を向上させることができ、ひずみを低減することができる。

また、図３に示した通り、後段電力増幅器１０８のバイアスを加算することにより、飽和出力電力を高めることができる。

さらに、後段電力増幅器１０８のベースバイアスやゲートバイアスをＡＢ級以下の浅めに設定し、所定信号レベルに応じて加算手段３０５でバイアスを加算することにより、低信号レベル時のアイドル電流を低減し、高効率動作をさせることができる。

なお、図示例では、増幅素子１０３及び増幅素子１０４として、バイポーラトランジスタを示したが、図３で示した利得特性２１１及び２１２を満たす増幅素子であれば良く、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など、増幅素子に特に制限はない。

また、実施の形態１における前段電力増幅器１０７及び後段電力増幅器１０８へのバイアス供給手段３０１及びバイアス供給手段３０２の一例としてバイアス調整用抵抗を用いた自己バイアスがあるが、これに限定されるものではない。増幅素子１０３及び増幅素子１０４のバイアスを設定できる回路構成であれば良く、カレントミラーバイアス回路や固定バイアス回路などを用いても良い。

また、後段電力増幅器１０８の増幅素子１０４からの出力信号を検出する検波手段３０３の一例として方向性結合器があるが、これに限定されるものではない。検波手段３０３として、出力信号を分配もしくは低損失で検波できる手段であればよく、電力分配器などの回路を用いても良い。

以上説明したように、実施の形態１の多段電力増幅器によれば、縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、多段電力増幅器の動作状態を検出する検出手段と、初段電力増幅器に供給されるバイアスを検出手段の検出信号に応じて減算する減算手段と、最終段電力増幅器に供給されるバイアスを検出手段の検出信号に応じて加算する加算手段とを備えたので、低アイドル電流動作と高出力高線形性能とを両立した多段電力増幅器を得ることができる。

以上説明したように、実施の形態１の多段電力増幅器によれば、縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、最終段電力増幅器の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて後段出力検波バイアスを発生する検波手段と、初段電力増幅器に供給されるバイアスを後段出力検波バイアスに応じて減算する減算手段と、最終段電力増幅器に供給されるバイアスを後段出力検波バイアスに応じて加算する加算手段とを備えたので、低アイドル電流動作と、高出力及び高線形性能すなわち低ひずみ及び高効率とを両立した多段電力増幅器を得ることができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２による多段電力増幅器を示す構成図である。
実施の形態２の多段電力増幅器は、前段電力増幅器１０７、後段電力増幅器１０８、検波手段３０６、減算手段３０７、加算手段３０８を備えており、前段電力増幅器１０７及び後段電力増幅器１０８の構成は実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。実施の形態２の検波手段３０６は、前段電力増幅器１０７の入力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて前段入力検波バイアスを発生させる検出手段である。また、減算手段３０７及び加算手段３０８は、実施の形態１の減算手段３０４及び加算手段３０５に対応する構成であり、減算手段３０７は、検波手段３０６で生成した前段入力検波バイアスに応じて前段電力増幅器１０７に供給されるバイアスを減算し、加算手段３０８は、検波手段３０６で生成した前段入力検波バイアスに応じて後段電力増幅器１０８に供給されるバイアスを加算するよう構成されている。

また、端子１１は、検波手段３０６からの前段入力検波バイアスを減算手段３０７に供給する端子、端子１２は、減算手段３０７から前段電力増幅器１０７へ減算バイアスを出力する端子、端子１３は、検波手段３０６からの前段入力検波バイアスを加算手段３０８に供給する端子、端子１４は、加算手段３０８から後段電力増幅器１０８へ加算バイアスを出力する端子である。

このように、実施の形態２は、前段電力増幅器１０７の入力信号に応じて検波を行う検波手段３０６を用いて減算手段３０７及び加算手段３０８を動作するようにした形態である。

以下、実施の形態２の多段電力増幅器の動作について説明する。
検波手段３０６が前段電力増幅器１０７の入力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて前段入力検波バイアスを生成し、生成した前段入力検波バイアスを減算手段３０７及び加算手段３０８の端子１１及び端子１３へ出力する。端子１１へ入力された前段入力検波バイアスに応じて減算手段３０７が動作し前段電力増幅器１０７に供給されるバイアスを減少させ、また、端子１３へ入力された前段入力検波バイアスに応じて加算手段３０８が動作し後段電力増幅器１０８に供給されるバイアスを増加させる。その他の回路動作は実施の形態１と同様である。

実施の形態２の多段電力増幅器では、入力信号ＲＦｉｎを用いて検波手段３０６を動作させることにより、実施の形態１で示した効果に加え、検波手段３０６へ入力する信号レベルを小さくすることができ、検波手段を小形化することができる。

また、実施の形態２における検波手段３０６の一例として方向性結合器があるが、これに限定されない。検波手段３０６として、入力信号を分配もしくは低損失で検波できる手段であればよく、電力分配器などの回路を用いても良い。

以上説明したように、実施の形態２の多段電力増幅器によれば、縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、初段電力増幅器の入力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて前段入力検波バイアスを発生する検波手段と、初段電力増幅器に供給されるバイアスを前段入力検波バイアスに応じて減算する減算手段と、最終段電力増幅器に供給されるバイアスを前段入力検波バイアスに応じて加算する加算手段とを備えたので、実施の形態１の低アイドル電流動作と高出力高線形性能とを両立させることができるという効果に加えて検波手段を小形化することができる効果がある。また、初段電力増幅器の入力信号を検波して検波バイアスを発生しているので、出力信号の減衰を低減することができる。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３による多段電力増幅器を示す構成図である。
実施の形態３の多段電力増幅器は、前段電力増幅器１０７、後段電力増幅器１０８、検波手段３０３，３０９、減算手段３１０、加算手段３０５を備えており、前段電力増幅器１０７の構成及び後段電力増幅器１０８と検波手段３０３と加算手段３０５の構成は実施の形態１と同様である。実施の形態３における検波手段３０９は、前段電力増幅器１０７の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて前段出力検波バイアスを発生させる検出手段であり、減算手段３１０は、検波手段３０９で生成した前段出力検波バイアスに応じて前段電力増幅器１０７に供給されるバイアスを減算する手段である。また、端子１５は、検波手段３０９からの前段出力検波バイアスを減算手段３１０に供給する端子、端子１６は、減算手段３１０から前段電力増幅器１０７へ減算バイアスを出力する端子である。

すなわち、実施の形態３は、前段電力増幅器１０７の出力信号に応じて検波を行う検波手段（前段側検波手段）３０９を用いて動作させる減算手段３１０と、後段電力増幅器１０８の出力信号に応じて検波を行う検波手段（後段側検波手段）３０３を用いて動作させる加算手段３０５とを独立に動作するようにした形態である。

以下、実施の形態３の多段電力増幅器の動作について説明する。
検波手段３０９が前段電力増幅器１０７の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて前段出力検波バイアスを生成する。生成した前段出力検波バイアスは減算手段３１０の端子１５へ出力され、端子１５へ入力された前段出力検波バイアスに応じて減算手段３１０が動作し、前段電力増幅器１０７に供給されるバイアスを減少させる。一方、検波手段３０３が後段電力増幅器１０８の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて後段出力検波バイアスを生成する。生成した後段出力検波バイアスは加算手段３０５の端子９へ出力され、端子９へ入力された後段出力検波バイアスに応じて加算手段３０５が動作し、後段電力増幅器１０８に供給されるバイアスを増加させる。その他の回路動作は実施の形態１と同様である。

実施の形態３の多段電力増幅器において、前段電力増幅器１０７の出力信号を検波する検波手段３０９と、後段電力増幅器１０８の出力信号を検波する検波手段３０３を独立に動作させることにより、実施の形態１で示した効果に加え、増幅素子１０３及び１０４のベースバイアス及びゲートバイアスを独立に制御することができ、増幅素子の線形性能を高めることができる。

また、実施の形態３における検波手段３０９の一例として方向性結合器があるが、これに限定されない。検波手段３０９として、出力信号を分配もしくは低損失で検波できる手段であればよく、電力分配器などの回路を用いても良い。

また、図５に示す構成において、検波手段３０３を設けず、検波手段３０９の前段出力検波バイアスを加算手段３０５にも供給するようにして、加算手段３０５がこの前段出力検波バイアスに基づいて後段電力増幅器１０８に供給されるバイアスを増加させるようにしてもよい。

以上説明したように、実施の形態３の多段電力増幅器によれば、縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、初段電力増幅器の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて前段出力検波バイアスを発生する前段側検波手段と、最終段電力増幅器の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて後段出力検波バイアスを発生する後段側検波手段と、初段電力増幅器に供給されるバイアスを前段出力検波バイアスに応じて減算する減算手段と、最終段電力増幅器に供給されるバイアスを後段出力検波バイアスに応じて加算する加算手段とを備えたので、実施の形態１で示した効果に加え、増幅素子の線形性能を高めることができるという効果がある。

また、実施の形態３の多段電力増幅器によれば、縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、初段電力増幅器の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて前段出力検波バイアスを発生する検波手段と、初段電力増幅器に供給されるバイアスを前段出力検波バイアスに応じて減算する減算手段と、最終段電力増幅器に供給されるバイアスを前段出力検波バイアスに応じて加算する加算手段とを備えたので、実施の形態１で示した効果に加え、検波手段を小形化することができ、かつ、最終段増幅器の出力側に設けるより、電力増幅器の飽和出力電力の低下を抑えることができるという効果がある。

実施の形態４．
図６は、実施の形態４による多段電力増幅器を示す構成図である。
実施の形態４の多段電力増幅器は、前段電力増幅器１０７、後段電力増幅器１０８、検波手段３０３，３０６、減算手段３１１、加算手段３１２を備えており、前段電力増幅器１０７の構成及び後段電力増幅器１０８と検波手段３０３の構成は実施の形態１と同様である。また、実施の形態４における検波手段３０６の構成は、実施の形態２と同様である。減算手段３１１は、検波手段３０３で生成した最終段出力検波バイアスおよび検波手段３０６で生成した前段入力検波バイアスに応じて、その検波バイアスレベルを比較することで前段電力増幅器１０７に供給されるバイアスを減算する手段である。加算手段３１２は、検波手段３０３で生成した最終段出力検波バイアスおよび検波手段３０６で生成した前段入力検波バイアスに応じて、その検波バイアスレベルを比較することで後段電力増幅器１０８に供給されるバイアスを加算する手段である。端子２１は検波手段３０６からの前段出力検波バイアスを減算手段３１１に供給する端子、端子２２は検波手段３０６からの前段出力検波バイアスを加算手段３１２に供給する端子である。

すなわち、実施の形態４は、前段電力増幅器１０７の入力信号に応じて検波を行う検波手段（前段側検波手段）３０６および後段電力増幅器１０８の出力信号に応じて検波を行う検波手段（後段側検波手段）３０３を用いて動作させる減算手段３１１と、前段電力増幅器１０７の入力信号に応じて検波を行う検波手段（前段側検波手段）３０６および後段電力増幅器１０８の出力信号に応じて検波を行う検波手段（後段側検波手段）３０３を用いて動作させる加算手段３１２とを独立に動作するようにした形態である。

以下、実施の形態４の多段電力増幅器の動作について説明する。
検波手段３０６が前段電力増幅器１０７の入力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて前段出力検波バイアスを生成し、検波手段３０３が後段電力増幅器１０８の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて後段出力検波バイアスを生成する。
生成した前段入力検波バイアスおよび後段出力検波バイアスは減算手段３１１の端子１７および端子２１へ出力され、端子１７および端子２１へ入力された２つの検波バイアスの信号レベルに応じて減算手段３１１が動作し、前段電力増幅器１０７に供給されるバイアスを減少させる。また、同様にして、生成した前段入力検波バイアスおよび後段出力検波バイアスは加算手段３１２の端子１９および端子２２へ出力され、端子１９および端子２２へ入力された２つの検波バイアスの信号レベルに応じて加算手段３１２が動作し、後段電力増幅器１０８に供給されるバイアスを増加させる。その他の回路動作は実施の形態１と同様である。

すなわち、実施の形態４では、前段入力検波バイアスと後段出力検波バイアスの信号レベルを比較することで、減算手段３１１及び加算手段３１２をフィードバック回路として動作させている。前段入力検波バイアスと後段出力検波バイアスの信号レベルを比較した結果、信号レベルが小さければ利得を上げるために加算手段３１２で加算し、信号レベルが高ければ利得を抑えるために減算手段３１１で減算する。

また、実施の形態４における検波手段３０６および検波手段３０３の一例として方向性結合器があるが、これに限定されない。検波手段３０６および検波手段３０３として、入力信号および出力信号を分配もしくは低損失で検波できる手段であればよく、電力分配器などの回路を用いても良い。

以上説明したように、実施の形態４の多段電力増幅器によれば、縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、初段電力増幅器の入力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて前段入力検波バイアスを発生する前段側検波手段と、最終段電力増幅器の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて後段出力検波バイアスを発生する後段側検波手段と、前段入力検波バイアスと後段出力検波バイアスの信号レベルに応じて初段電力増幅器に供給されるバイアスを減算する減算手段と、前段入力検波バイアスと後段出力検波バイアスの信号レベルに応じて最終段電力増幅器に供給されるバイアスを加算する加算手段とを備えたので、実施の形態１で示した効果に加えて、検波バイアスのレベルに応じて増幅素子のベースバイアス及びゲートバイアスを制御することができ、多段電力器全体の線形性能を高めることができる効果がある。

実施の形態５．
図７は、実施の形態５による多段電力増幅器を示す構成図である。
実施の形態５の多段電力増幅器は、前段電力増幅器１０７、後段電力増幅器１０８、検波手段３１３、減算手段３１４、加算手段３１５を備えており、前段電力増幅器１０７及び後段電力増幅器１０８の構成は実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
実施の形態５における検波手段３１３は、後段電力増幅器１０８のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波したバイアス振幅に応じて検波バイアスを発生させる検出手段である。また、減算手段３１４および加算手段３１５は、検波手段３１３で生成した検波バイアスに応じて前段電力増幅器１０７および後段電力増幅器１０８に供給されるバイアスを減算および加算する手段である。

また、端子２３は、検波手段３１３からの検波バイアスを減算手段３１４に供給する端子、端子２４は、減算手段３１４から前段電力増幅器１０７へ減算バイアスを出力する端子、端子２５は、検波手段３１３からの検波バイアスを加算手段３１５に供給する端子、端子２６は、加算手段３１５から後段電力増幅器１０８へ加算バイアスを出力する端子である。

このように、実施の形態５は、後段電力増幅器１０８のコレクタバイアスまたはドレインバイアスに応じて検波を行う検波手段３１３を用いて減算手段３１４及び加算手段３１５を動作するようにした形態である。

以下、実施の形態５の多段電力増幅器の動作について説明する。
検波手段３１３が後段電力増幅器１０８のベースバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波した信号振幅に応じて検波バイアスを生成する。生成した検波バイアスは減算手段３１４の端子２３へ出力され、端子２３へ入力された検波バイアスに応じて減算手段３１４が動作し、前段電力増幅器１０７に供給されるバイアスを減少させる。また、生成した検波バイアスは加算手段３１５の端子２５へ出力され、端子２５へ入力された検波バイアスに応じて加算手段３１５が動作し、後段電力増幅器１０８に供給されるバイアスを増加させる。その他の回路動作は実施の形態１と同様である。

実施の形態５の多段電力増幅器では、後段電力増幅器１０８のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを用いて検波手段３１３を動作させることにより、検波手段３１３に出力信号を検出する方向性結合器もしくは電力分配器を用いる必要がなくなるため、出力信号の減衰を低減し、さらに、検波手段３１３を小形化することができる。

以上説明したように、実施の形態５の多段電力増幅器によれば、縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、後段電力増幅器のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波したバイアス振幅に応じて検波バイアスを発生する検波手段と、初段電力増幅器に供給されるバイアスを検波バイアスに応じて減算する減算手段と、最終段電力増幅器に供給されるバイアスを前記検波バイアスに応じて加算する加算手段とを備えたので、実施の形態１で示した効果に加え、出力信号の減衰を低減し、検波手段を小形化することができるという効果がある。

実施の形態６．
図８は、実施の形態６による多段電力増幅器を示す構成図である。
実施の形態６の多段電力増幅器は、前段電力増幅器１０７、後段電力増幅器１０８、検波手段３１６、減算手段３１７、加算手段３１８を備えており、前段電力増幅器１０７及び後段電力増幅器１０８の構成は実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
実施の形態６における検波手段３１６は、前段電力増幅器１０７のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波したバイアス振幅に応じて検波バイアスを発生させる検出手段である。また、減算手段３１７および加算手段３１８は、検波手段３１６で生成した検波バイアスに応じて前段電力増幅器１０７および後段電力増幅器１０８に供給されるバイアスを減算および加算する手段である。

また、端子２７は、検波手段３１６からの検波バイアスを減算手段３１７に供給する端子、端子２８は、減算手段３１７から前段電力増幅器１０７へ減算バイアスを出力する端子、端子２９は、検波手段３１６からの検波バイアスを加算手段３１８に供給する端子、端子３０は、加算手段３１８から後段電力増幅器１０８へ加算バイアスを出力する端子である。

このように、実施の形態６は、前段電力増幅器１０７のコレクタバイアスまたはドレインバイアスに応じて検波を行う検波手段３１６を用いて減算手段３１７及び加算手段３１８を動作するようにした形態である。

実施の形態６の多段電力増幅器では、前段電力増幅器１０７のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを用いて検波手段３１６を動作させることにより、実施の形態１で示した効果に加え、検波手段に出力信号を検出する方向性結合器もしくは電力分配器を用いる必要がなくなるため、出力信号の減衰を低減し、さらに、検波手段を小形化することができる。

以上説明したように、実施の形態６の多段電力増幅器によれば、縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、前段電力増幅器のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波したバイアス振幅に応じて検波バイアスを発生する検波手段と、初段電力増幅器に供給されるバイアスを検波バイアスに応じて減算する減算手段と、最終段電力増幅器に供給されるバイアスを検波バイアスに応じて加算する加算手段とを備えたので、実施の形態１で示した効果に加え、出力信号の減衰を低減し、さらに、検波手段を小形化することができる効果がある。

実施の形態７．
図９は、実施の形態７による多段電力増幅器を示す構成図である。
実施の形態７の多段電力増幅器は、前段電力増幅器１０７、後段電力増幅器１０８、検波手段３１３，３１６、減算手段３１７、加算手段３１５を備えており、前段電力増幅器１０７及び後段電力増幅器１０８の構成は実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
実施の形態７における検波手段３１６は、実施の形態６と同様に、前段電力増幅器１０７のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波したバイアス振幅に応じて前段検波バイアスを発生させる検出手段であり、減算手段３１７は、検波手段３１６で生成した前段検波バイアスに応じて前段電力増幅器１０７に供給されるバイアスを減算する手段である。また、端子２７は、検波手段３１６からの前段検波バイアスを減算手段３１７に供給する端子、端子２８は、減算手段３１７から前段電力増幅器１０７へ減算バイアスを出力する端子である。また、検波手段３１３は、実施の形態５と同様に、後段電力増幅器１０８のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波したバイアス振幅に応じて後段検波バイアスを発生させる検出手段であり、加算手段３１５は、検波手段３１３で生成した後段検波バイアスに応じて後段電力増幅器１０８に供給されるバイアスを加算する手段である。また、端子２５は、検波手段３１３からの後段検波バイアスを加算手段３１５に供給する端子、端子２６は、加算手段３１５から後段電力増幅器１０８へ加算バイアスを出力する端子である。

すなわち、実施の形態７は、前段電力増幅器１０７のコレクタバイアスまたはドレインバイアスに応じて検波を行う検波手段（前段側検波手段）３１６を用いて動作させる減算手段３１７と、後段電力増幅器１０８のコレクタバイアスまたはドレインバイアスに応じて検波を行う検波手段（後段側検波手段）３１３を用いて動作させる加算手段３１５とを独立に動作するようにした形態である。

以下、実施の形態７の多段電力増幅器の動作について説明する。
検波手段３１６が前段電力増幅器１０７のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波したバイアス振幅に応じて前段検波バイアスを生成する。生成した前段検波バイアスは減算手段３１７の端子２７へ出力され、端子２７へ入力された前段検波バイアスに応じて減算手段３１７が動作し、前段電力増幅器１０７に供給されるバイアスを減少させる。
一方、検波手段３１３が後段電力増幅器１０８のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波したバイアス振幅に応じて後段検波バイアスを生成する。生成した後段検波バイアスは加算手段３１５の端子２５へ出力され、端子２５へ入力された後段検波バイアスに応じて加算手段３１５が動作し、後段電力増幅器１０８に供給されるバイアスを増加させる。その他の回路動作は実施の形態１と同様である。

実施の形態７の多段電力増幅器において、前段電力増幅器１０７のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波する検波手段３１６と、後段電力増幅器１０８のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波する検波手段３１３を独立に動作させることにより、増幅素子１０３及び１０４のベースバイアス及びゲートバイアスを独立に制御することができ、増幅素子の線形性能を高めることができる。

以上説明したように、実施の形態７の多段電力増幅器によれば、縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、初段電力増幅器のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波したバイアス振幅に応じて前段検波バイアスを発生する前段側検波手段と、最終段電力増幅器のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波したバイアス振幅に応じて後段検波バイアスを発生する後段側検波手段と、初段電力増幅器に供給されるバイアスを前段検波バイアスに応じて減算する減算手段と、最終段電力増幅器に供給されるバイアスを後段検波バイアスに応じて加算する加算手段とを備えたので、実施の形態１で示した効果に加え、増幅素子の線形性能を高めることができる効果がある。

また、実施の形態５〜７の多段電力増幅器によれば、検出手段は、初段電力増幅器及び最終段電力増幅器のうち少なくともいずれかの一方の電力増幅器のコレクタ電流またはドレイン電流を用いて動作状態を検出するようにしたので、検出手段として出力信号を検出する方向性結合器もしくは電力分配器を用いる必要がなくなるため、出力信号の減衰を低減することができる。

なお、上記各実施の形態では、多段電力増幅器の入力整合回路、段間整合回路、出力整合回路、バイアス供給手段等に具備されるインダクタやキャパシタを省略して記載しているが、これらのインダクタやキャパシタを具備しても同様の効果を有する。

また、上記各実施の形態では、多段電力増幅器として２段電力増幅器を例として説明したが、３段以上の多段電力増幅器であっても同様の効果を有する。なお、３段以上の多段電力増幅器の場合、初段電力増幅器に対してバイアスの減算を、最終段電力増幅器に対してバイアスの加算を行う。なお、中間に位置する段間の電力増幅器については、初段電力増幅器及び最終段電力増幅器の特性を考慮して適宜選択することとなる。

また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 入力端子、２ 出力端子、３，４，５，６ 電源端子、７〜３０ 端子、１０３，１０４ 増幅素子、１０５，１０６ 結合容量、１０７ 前段電力増幅器、１０８ 後段電力増幅器、３０１，３０２ バイアス供給手段、３０３，３０６，３０９，３１３，３１６ 検波手段、３０４，３０７，３１０，３１１，３１４，３１７ 減算手段、３０５，３０８，３１２，３１５，３１８ 加算手段。

Claims (10)

1. 縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、
   各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、
   前記多段電力増幅器の動作状態を検出する検出手段と、
   初段電力増幅器に供給されるバイアスを前記検出手段の検出信号に応じて減算する減算手段と、
   最終段電力増幅器に供給されるバイアスを前記検出手段の検出信号に応じて加算する加算手段とを備えたことを特徴とする多段電力増幅器。
2. 縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、
   各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、
   最終段電力増幅器の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて後段出力検波バイアスを発生する検波手段と、
   初段電力増幅器に供給されるバイアスを前記後段出力検波バイアスに応じて減算する減算手段と、
   前記最終段電力増幅器に供給されるバイアスを前記後段出力検波バイアスに応じて加算する加算手段とを備えたことを特徴とする多段電力増幅器。
3. 縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、
   各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、
   初段電力増幅器の入力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて前段入力検波バイアスを発生する検波手段と、
   前記初段電力増幅器に供給されるバイアスを前記前段入力検波バイアスに応じて減算する減算手段と、
   最終段電力増幅器に供給されるバイアスを前記前段入力検波バイアスに応じて加算する加算手段とを備えたことを特徴とする多段電力増幅器。
4. 縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、
   各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、
   初段電力増幅器の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて前段出力検波バイアスを発生する検波手段と、
   前記初段電力増幅器に供給されるバイアスを前記前段出力検波バイアスに応じて減算する減算手段と、
   最終段電力増幅器に供給されるバイアスを前記前段出力検波バイアスに応じて加算する加算手段とを備えたことを特徴とする多段電力増幅器。
5. 縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、
   各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、
   初段電力増幅器の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて前段出力検波バイアスを発生する前段側検波手段と、
   最終段電力増幅器の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて後段出力検波バイアスを発生する後段側検波手段と、
   前記初段電力増幅器に供給されるバイアスを前記前段出力検波バイアスに応じて減算する減算手段と、
   前記最終段電力増幅器に供給されるバイアスを前記後段出力検波バイアスに応じて加算する加算手段とを備えたことを特徴とする多段電力増幅器。
6. 縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、
   各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、
   初段電力増幅器の入力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて前段入力検波バイアスを発生する前段側検波手段と、
   最終段電力増幅器の出力信号を検波し且つ検波した信号振幅に応じて後段出力検波バイアスを発生する後段側検波手段と、
   前記前段入力検波バイアスと前記後段出力検波バイアスの信号レベルに応じて前記初段電力増幅器に供給されるバイアスを減算する減算手段と、
   前記前段入力検波バイアスと前記後段出力検波バイアスの信号レベルに応じて前記最終段電力増幅器に供給されるバイアスを加算する加算手段とを備えたことを特徴とする多段電力増幅器。
7. 前記検出手段は、前記初段電力増幅器及び前記最終段電力増幅器のうち少なくともいずれかの一方の電力増幅器のコレクタ電流またはドレイン電流を用いて動作状態を検出することを特徴とする請求項１記載の多段電力増幅器。
8. 縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、
   各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、
   最終段電力増幅器のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波したバイアス振幅に応じて検波バイアスを発生する検波手段と、
   初段電力増幅器に供給されるバイアスを前記検波バイアスに応じて減算する減算手段と、
   前記最終段電力増幅器に供給されるバイアスを前記検波バイアスに応じて加算する加算手段とを備えたことを特徴とする多段電力増幅器。
9. 縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、
   各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、
   初段電力増幅器のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波したバイアス振幅に応じて検波バイアスを発生する検波手段と、
   初段電力増幅器に供給されるバイアスを前記検波バイアスに応じて減算する減算手段と、
   前記最終段電力増幅器に供給されるバイアスを前記検波バイアスに応じて加算する加算手段とを備えたことを特徴とする多段電力増幅器。
10. 縦続接続された少なくとも２段の電力増幅器を具備する多段電力増幅器において、
    各段の電力増幅器にベースバイアスまたはゲートバイアスを供給するバイアス供給手段と、
    初段電力増幅器のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波したバイアス振幅に応じて前段側検波バイアスを発生する前段側検波手段と、
    最終段電力増幅器のコレクタバイアスまたはドレインバイアスを検波し且つ検波したバイアス振幅に応じて後段側検波バイアスを発生する後段側検波手段と、
    前記初段電力増幅器に供給されるバイアスを前記前段側検波バイアスに応じて減算する減算手段と、
    前記最終段電力増幅器に供給されるバイアスを前記後段側検波バイアスに応じて加算する加算手段とを備えたことを特徴とする多段電力増幅器。

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