JP3970598B2 - 電力増幅器および通信機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として移動体通信などで用いる電力増幅器および通信機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信では、様々な方式、周波数帯のアプリケーションが存在しており、無線機においても複数のアプリケーションに対応することが望まれている。アプリケーションのなかには、ＣＤＭＡ方式に代表されるように、無線機の出力電力を制御する必要があるものもあり、広いダイナミックレンジにおいて低消費電力化が要求されている。また、無線機の小型、軽量化も求められている。
【０００３】
以下、図を用いて従来の電力増幅器を説明する。
【０００４】
図７は従来の電力増幅器７００のブロック図を示す。図において、７０１は第１の入力端子、７０２は第１の入力側整合回路、７０３は第１の入力側直流バイアス供給回路、７０４は第１のトランジスタ、７０５は第１の出力側直流バイアス供給回路、７０６は第１の出力側整合回路、７０７は第１の出力端子、７０８は第２の入力端子、７０９は第２の入力側整合回路、７１０は第２の入力側直流バイアス供給回路、７１１は第２のトランジスタ、７１２は第２の出力側直流バイアス供給回路、７１３は第２の出力側整合回路、７１４は第２の出力端子である。
【０００５】
以上のような構成を有する従来の電力増幅器は、２種類の周波数の信号に対し動作を行うものであり、その動作は、次のようなものである。すなわち、第１の周波数で動作する場合には、第１の入力端子７０２に入力された信号を第１のトランジスタ７０４で増幅し、第１の出力端子７０７に出力する。第２の周波数で動作する場合には、第２の入力端子７０８に入力された信号を第２のトランジスタ７１２で増幅し、第２の出力端子７１４に出力する。
【０００６】
また、上記の２種類の周波数の信号入力に対し、低出力の信号を得る場合も、第１のトランジスタ７０４または第２のトランジスタ７１２を通過させ、増幅動作を行うようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成では、電力増幅器は各周波数毎に完全に独立しており、図示しない、電力増幅器からアンテナ間までの部品点数も２系統分必要となり、無線機も大型化してしまうという問題があった。
【０００８】
さらに、多段増幅器における利用等において、電力増幅器は、一般的に最大出力で最も効率が高くなるように調整されるため、出力が低下して、低出力の信号を必要とする場合でも、電力増幅器を動作させるため、全体として効率が劣化してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、互いに異なる複数の周波数で動作する電力増幅器の入力、出力を１系統とし、出力電力に応じて信号経路を切替え、低出力時にも低消費電力である電力増幅器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の本発明（請求項１に対応）は、入力端子および複数の出力端子を有し、前記入力端子と前記複数の出力端子の導通の有無を切り換えるスイッチ群を有する分岐出力手段と、
前記分岐出力手段の一部の前記出力端子に接続された、それぞれ互いに異なる信号周波数にて動作する複数の増幅手段と、
前記分岐出力手段の残る他の出力端子に接続されたバイパス手段と、
前記複数の増幅手段のそれぞれの出力および前記バイパス手段からの出力を入力とする、外部への出力端子を有する合成出力器と、
前記バイパス手段と前記合成出力器の導通の有無を切り替えるスイッチ手段と、
前記分岐出力手段の導通と、前記複数の増幅手段の増幅動作と、前記スイッチ手段の導通とを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記信号周波数および必要とされる出力電力に応じて、前記分岐出力手段への入力を、前記複数の増幅手段のいずれかを介して増幅して前記合成出力器へ出力するか、または前記バイパス手段を介して増幅しない状態で前記合成出力器へ出力するよう制御を行う電力増幅器である。
【００１１】
また、第２の本発明（請求項２に対応）は、入力端子および複数の出力端子を有し、前記入力端子と前記複数の出力端子の導通の有無を切り換えるスイッチ群を有する分岐出力手段と、
前記分岐出力手段の一部の前記出力端子に接続された、それぞれ互いに異なる信号周波数にて動作する複数の増幅手段と、
前記分岐出力手段の残る他の出力端子に接続された、互いに直列接続した複数のバイパス伝送線路を有するバイパス伝送線路群と、
前記複数の増幅手段のそれぞれの出力および前記伝送線路群からの出力が接続された合成出力器と、
前記伝送線路群と前記分岐出力手段との第１の接続点に設けられた、導通が制御される第１の接地手段と、
前記伝送線路群の各前記バイパス伝送線路間の第２の接続点に設けられた、導通が制御される複数の第２の接地手段と、
前記分岐出力手段の導通と、前記複数の増幅手段の増幅動作と、前記第１の接地手段の導通と、前記第２の接地手段の導通を制御する制御手段とを備え、
前記合成出力器側からみた前記伝送線路群の、それぞれの前記第２の接続点までの部分長、および前記伝送線路群の全体長は、複数の前記増幅手段の各信号周波数にそれぞれ対応し、
前記部分長は、最も短いものから順に、前記複数の増幅手段の最も高い信号周波数から低い信号周波数に対応し、
前記全体長は、前記複数の増幅手段の最も低い信号周波数に対応し、
前記制御手段は、前記信号周波数および必要とされる出力電力に応じて、前記分岐出力手段への入力を、前記複数の増幅手段のいずれかを介して増幅して前記合成出力器へ出力するか、または前記伝送線路群を介して増幅しない状態で前記合成出力器へ出力するよう制御を行う電力増幅器である。
【００１２】
また、第３の本発明（請求項３に対応）は、入力端子および複数の出力端子を有し、前記入力端子と前記複数の出力端子の導通の有無を切り換えるスイッチ群を有する分岐出力手段と、
前記分岐出力手段の一部の前記出力端子に接続された、それぞれ互いに異なる信号周波数にて動作する複数の増幅手段と、
前記分岐出力手段の残る他の出力に接続された伝送線路と、
前記複数の増幅手段のそれぞれの出力および前記伝送線路からの出力が接続された合成出力器と、
前記伝送線路の前記分岐出力手段側に設けられた、導通が制御される接地手段と、
前記分岐出力手段の導通と、前記複数の増幅手段の増幅動作と、前記接地手段の導通とを制御する制御手段とを備え、
前記信号周波数は、互いに偶数倍分異なるものであり、
前記制御手段は、前記信号周波数および必要とされる出力電力に応じて、前記分岐出力手段への入力を、前記複数の増幅手段のいずれかを介して増幅して前記合成出力器へ出力するか、または前記伝送線路を介して増幅しない状態で前記合成出力器へ出力するよう制御する電力増幅器である。
【００１３】
また、第４の本発明（請求項４に対応）は、前記増幅手段は、
前記分岐出力手段側に設けられた第１の整合回路と、
前記合成出力器側に設けられた第２の整合回路と、
前記第１の整合回路と前記第２の整合回路との間に設けられたトランジスタと、
前記第１の整合回路と前記トランジスタとの間および／または前記第２の整合回路と前記トランジスタとの間に設けられた直流バイアス供給回路とを備え、
前記第１整合回路および前記第２整合回路の少なくとも一方のインピーダンスが可変である第１から第３のいずれかの本発明の電力増幅器である。
【００１４】
また、第５の本発明（請求項５に対応）は、前記制御手段は、動作中の前記複数の増幅手段のいずれか一つの出力に応じて、該動作中の一つの増幅手段の有する前記第１の整合回路、前記第２の整合回路のいずれかまたは両方のインピーダンスを変化させる第４の本発明の電力増幅器である。
【００１５】
また、第６の本発明（請求項６に対応）は、前記第１の整合回路および／または第２の整合回路は、
前記分岐出力手段または前記トランジスタの出力側と接続する入力端子と、
前記トランジスタの入力側または前記合成出力器と接続する出力端子と、
少なくとも１つの、前記入力端子と前記出力端子の間に接続された直列整合回路要素と、
少なくとも１つの、前記入力端子と前記直列整合回路要素との間、もしくは２つの前記直列整合回路要素の間、もしくは前記直列整合回路要素と前記出力端子の間に接続された、前記制御手段により、オン、オフが制御されるスイッチと、
前記スイッチの他端に接続された並列整合回路要素とを有する第４の本発明の電力増幅器である。
【００１６】
また、第７の本発明（請求項７に対応）は、前記分岐出力手段は、
前記複数の増幅手段とそれぞれ導通するための増幅手段入力スイッチと、
前記バイパス手段、前記伝送線路または前記伝送線路群のいずれかと導通するためのバイパス入力スイッチとを備え、
前記増幅手段入力スイッチは、前置歪み補償回路として動作する第１から第３のいずれかの本発明の電力増幅器である。
【００１７】
また、第８の本発明（請求項８に対応）は、前記増幅手段入力スイッチは、前記増幅手段への入力側直流バイアスによりオン、オフが制御されるダイオードを有する第７の本発明の電力増幅器である。
【００１９】
また、第９の本発明（請求項９に対応）は、前記合成出力器の出力に接続され、前記複数の増幅手段の対応する信号周波数に対応するよう設けられた、互いに直列接続した複数のバイアス伝送線路を有する伝送線路群と、
前記伝送線路群の一端側であって、その一端が前記合成出力器の出力と接続された、もっとも高い前記信号周波数に対応した最高周波数バイアス伝送線路の他端と接続された第１のバイパスコンデンサと、
前記第１のバイパスコンデンサと直列に接続された、前記制御手段によりオン、オフが制御される第１のサブスイッチと、
前記伝送線路群の複数のバイアス伝送線路間に接続された、少なくとも一つの第２のバイパスコンデンサと、
前記第２のバイパスコンデンサと直列に接続された第２のサブスイッチと、
前記伝送線路群の他端側であって、他のバイアス伝送線路と接続しない側に接続された、前記制御手段より供給される直流バイアスが印加されるバイアス端子とを有し、前記複数の増幅手段の対応する信号周波数に対応して動作する多周波直流バイアス供給回路を更に備え、
前記最高周波数バイアス伝送線路の他端は、前記第１のバイパスコンデンサおよび前記第１のサブスイッチを介して接地し、
前記最高周波数バイアス伝送線路の他端以外の前記伝送線路群の複数のバイアス伝送線路間は、前記第２のバイパスコンデンサおよび前記第２のサブスイッチを介して接地し、
前記第１のバイパスコンデンサは、前記信号周波数のうち、前記もっとも高い前記信号周波数においてショートとなり、
前記第２のバイパスコンデンサは、その接続位置から、前記接続点までの伝送線路長の和に関連づけられた前記信号周波数においてショートとなる、第４の本発明の電力増幅器である。
【００２０】
また、第１０の本発明（請求項１０に対応）は、多段構成を有する電力増幅器において、少なくとも１段以上の増幅器に、
第１から第９のいずれかの本発明の電力増幅器を組み合わせて用いた多段構成を有する電力増幅器である。
【００２３】
また、第１１の本発明（請求項１１に対応）は、信号処理回路と、
前記信号処理回路からの信号を送信処理する、電力増幅器を有する送信回路と、
前記送信回路の出力を送信するとともに受信信号を受信するアンテナと、
前記受信信号を処理する受信回路とを備え、
前記電力増幅器が、第１から第１０のいずれかの本発明の電力増幅器である通信機器である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態における電力増幅器の動作を説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態を、図１を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態１による電力増幅器１００のブロック図である。図１において、１０１は入力端子、１０２は分岐回路、１０３は第１のスイッチ、１０４は第１の周波数で動作する第１の増幅手段、１０４ａは入力側整合回路、１０４ｂは出力側整合回路、１０４ｃは入力側直流バイアス供給回路、１０４ｄは出力側直流バイアス供給回路、１０４ｅはトランジスタ、１０５は第２のスイッチ、１０６は第２の周波数で動作する第２の増幅手段、１０６ａは入力側整合回路、１０６ｂは出力側整合回路、１０６ｃは入力側直流バイアス供給回路、１０６ｄは出力側直流バイアス供給回路、１０６ｅはトランジスタ、１０７は第３のスイッチ、１０８は伝送線路、１０９は第４のスイッチ、１１０は合成回路、１１１は出力端子、１１２は制御回路である。
【００２６】
以上のような構成を有する本実施の形態の電力増幅器１００の動作は、次のようなものである。
【００２７】
電力増幅器１００は、第１の周波数で動作し、増幅動作を要する第１のモードでは、制御回路１１２により、第１のスイッチ１０３はオン、第２から第４のスイッチ１０５、１０７、１０９がオフとなり、第１の増幅手段１０４のトランジスタ１０４ｅに、直流バイアス供給回路１０４ｃ、１０４ｄを介して、所望の初期電流が得られるような直流バイアスが供給され、第２の増幅手段１０６のトランジスタ１０６ｅには、直流バイアス供給回路１０６ｃ、１０６ｄを介して、増幅動作を行わないような直流バイアスが供給される。
【００２８】
このとき、第１の周波数において、合成回路１１０の第２の増幅手段１０６が接続された入力から、第２の増幅手段１０６側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路１１２により、第２の増幅手段１０６の入力側、出力側整合回路１０６ａ、１０６ｂを変化させる。ただし、出力側整合回路１０６ｂのみ変化させ、入力側整合回路１０６ａは必ずしも変化させないようにしてもよい。
【００２９】
これにより、入力端子１０１から入力された信号は、第１の増幅手段１０４で増幅され、その出力信号が出力端子１１１より出力される。
【００３０】
第１の周波数で動作し、増幅動作を必要としない第２のモードでは、制御回路１１２により、第１、第２のスイッチ１０３、１０５はオフ、第３、第４のスイッチ１０７、１０９がオンとなり、第１、第２の増幅手段１０４、１０６のそれぞれのトランジスタ１０４ｅ、１０６ｅに、直流バイアス供給回路１０４ｃ、１０４ｄ、１０６ｃ、１０６ｄを介して、増幅動作を行わないような直流バイアスが供給される。
【００３１】
このとき、第１の周波数において、合成回路１１０の第１の増幅手段１０４が接続された入力から、第１の増幅手段１０４側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路１１２により、第１の増幅手段１０４の入力側、出力側整合回路１０４ａ、１０４ｂを変化させ、合成回路１１０の第２の増幅手段１０６が接続された入力から、第２の増幅手段１０６側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路１１２により、第２の増幅手段１０６の入力側、出力側整合回路１０６ａ、１０６ｂを変化させる。ただし、出力側整合回路１０６ｂのみ変化させ、入力側整合回路１０６ａは必ずしも変化させないようにしてもよい。
【００３２】
これにより、入力端子１０１から入力された信号は、伝送線路１０８を通り、その出力信号が出力端子１１１より出力される。
【００３３】
第２の周波数で動作し、増幅動作を要する第３のモードでは、制御回路１１２により、第２のスイッチ１０５はオン、第１、第３、第４のスイッチ１０３、１０７、１０９がオフとなり、第２の増幅手段１０６のトランジスタ１０６ｅに、直流バイアス供給回路１０６ｃ、１０６ｄを介して、所望の初期電流が得られるような直流バイアスが供給され、第１の増幅手段１０４のトランジスタ１０４ｅには、直流バイアス供給回路１０４ｃ、１０４ｄを介して、増幅動作を行わないような直流バイアスが供給される。
【００３４】
このとき、第２の周波数において、合成回路１１０の第１の増幅手段１０４が接続された入力から、第１の増幅手段１０４側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路１１２により、第１の増幅手段１０４の入力側、出力側整合回路１０４ａ、１０４ｂを変化させる。ただし、出力側整合回路１０４ｂのみ変化させ、入力側整合回路１０４ａは必ずしも変化させないようにしてもよい。
【００３５】
これにより、入力端子１０１から入力された信号は、第２の増幅手段１０６で増幅され、その出力信号が出力端子１１１より出力される。
【００３６】
第２の周波数で動作し、増幅動作を必要としない第４のモードでは、制御回路１１２により、第１、第２のスイッチ１０３、１０５はオフ、第３、第４のスイッチ１０７、１０９がオンとなり、第１、第２の増幅手段１０４、１０６のそれぞれのトランジスタ１０４ｅ、１０６ｅに、直流バイアス供給回路１０４ｃ、１０４ｄ、１０６ｃ、１０６ｄを介して、増幅動作を行わないような直流バイアスが供給される。
【００３７】
このとき、第２の周波数において、合成回路１１０の第１の増幅手段１０４が接続された入力から、第１の増幅手段１０４側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路１１２により、第１の増幅手段１０４の入力側、出力側整合回路１０４ａ、１０４ｂを変化させ、合成回路１１０の第２の増幅手段１０６が接続された入力から、第２の増幅手段１０６側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路１１２により、第２の増幅手段１０６の入力側、出力側整合回路１０６ａ、１０６ｂを変化させる。ただし、出力側整合回路１０４ｂおよび１０６ｂのみ変化させ、入力側整合回路１０４ａおよび１０６ａは必ずしも変化させないようにしてもよい。
【００３８】
これにより、入力端子１０１から入力された信号は、伝送線路１０８を通り、その出力信号が出力端子１１１より出力される。
【００３９】
制御回路１１２は、動作周波数と出力電力に応じて、以上の４つのモードを切替えるよう制御を行う。
【００４０】
このように、本実施の形態によれば、動作周波数と出力電力に応じて、信号経路の切替を行い、特に第２および第４のモードにおいて、出力信号を増幅手段からバイパスさせ、増幅手段を動作させないようなバイアス電圧を供給することにより、出力電力が低下したときの増幅器の消費電流を低減することで、広い出力範囲での効率改善が可能となる。また、増幅動作を必要としない場合の信号経路を、２周波で共有し、増幅器出力を１系統とすることで、回路の小型化が実現できる。
【００４１】
なお、上記の説明においては、電力増幅器１００は、第１の周波数の信号を増幅する第１の増幅手段１０４、および第２の周波数の信号を増幅する第２の増幅手段１０６の、二つの増幅手段を備えたものとして説明を行ったが、本発明の電力増幅器は、これに限定するものではなく、互いに異なる周波数の信号をそれぞれ増幅する、３つ以上の増幅手段を備えた構成としても良い。この場合、増幅動作を必要としない場合の信号経路を、３周波以上で共有することができる。
【００４２】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態を、図２を用いて説明する。図２は本発明の実施の形態２による電力増幅器２００のブロック図である。図２において、２０１は入力端子、２０２は分岐回路、２０３は第１のスイッチ、２０４は第１の周波数で動作する第１の増幅手段、２０４ａは入力側整合回路、２０４ｂは出力側整合回路、２０４ｃは入力側直流バイアス供給回路、２０４ｄは出力側直流バイアス供給回路、２０４ｅはトランジスタ、２０５は第２のスイッチ、２０６は第１の周波数の偶数倍である第２の周波数で動作する第２の増幅手段、２０６ａは入力側整合回路、２０６ｂは出力側整合回路、２０６ｃは入力側直流バイアス供給回路、２０６ｄは出力側直流バイアス供給回路、２０６ｅはトランジスタ、２０７は第３のスイッチ、２０８は伝送線路、２０９は第４のスイッチ、２１０は合成回路、２１１は出力端子、２１２は制御回路である。
【００４３】
ここで、伝送線路２０８の線路長は、第１の周波数の信号の波長の１／４となるようにするのが望ましい。
【００４４】
以上のような構成を有する本実施の形態の電力増幅器２００の動作は、次のようなものである。
【００４５】
電力増幅器２００は、第１の周波数で動作し、増幅動作を要する第１のモードでは、制御回路２１２により、第１、第４のスイッチ２０３、２０９はオン、第２、第３のスイッチ２０５、２０７がオフとなり、第１の増幅手段２０４のトランジスタ２０４ｅに、直流バイアス供給回路２０４ｃ、２０４ｄを介して、所望の初期電流が得られるような直流バイアスが供給され、第２の増幅手段２０６のトランジスタ２０６ｅには、直流バイアス供給回路２０６ｃ、２０６ｄを介して、増幅動作を行わないような直流バイアスが供給される。
【００４６】
このとき、第１の周波数において、合成回路２１０の第２の増幅手段２０６が接続された入力から、第２の増幅手段２０６側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路２１２により、第２の増幅手段２０６の入力側、出力側整合回路２０６ａ、２０６ｂを変化させる。ただし、出力側整合回路２０６ｂのみ変化させ、入力側整合回路２０６ａは必ずしも変化させないようにしてもよい。
【００４７】
さらに、第４のスイッチ２０９がオンとなることで、合成回路２１０の伝送線路２０８が接続された入力から、伝送線路２０８側をみたインピーダンスが、第１の周波数において高インピーダンスとなり、第２の周波数において低インピーダンスとなる。
【００４８】
これにより、入力端子２０１から入力された信号は、第１の増幅手段２０４で増幅され、その出力信号が出力端子２１１より出力される。
【００４９】
第１の周波数で動作し、増幅動作を必要としない第２のモードでは、制御回路１１２により、第１、第２、第４のスイッチ２０３、２０５、２０９はオフ、第３のスイッチ２０７がオンとなり、第１、第２の増幅手段２０４、２０６のそれぞれのトランジスタ２０４ｅ、２０６ｅに、直流バイアス供給回路２０４ｃ、２０４ｄ、２０６ｃ、２０６ｄを介して、増幅動作を行わないような直流バイアスが供給される。
【００５０】
このとき、第１の周波数において、合成回路２１０の第１の増幅手段２０４が接続された入力から、第１の増幅手段２０４側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路２１２により、第１の増幅手段２０４の入力側、出力側整合回路２０４ａ、２０４ｂを変化させ、合成回路２１０の第２の増幅手段２０６が接続された入力から、第２の増幅手段２０６側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路１１２により、第２の増幅手段２０６の入力側、出力側整合回路２０６ａ、２０６ｂを変化させる。ただし、出力側整合回路２０４ｂ、２０６ｂのみ変化させ、入力側整合回路２０４ｂ、２０６ａは必ずしも変化させないようにしてもよい。
【００５１】
これにより、入力端子２０１から入力された信号は、伝送線路２０８を通り、その出力信号が出力端子２１１より出力される。
【００５２】
第２の周波数で動作し、増幅動作を要する第３のモードでは、制御回路２１２により、第２のスイッチ２０５はオン、第１、第３、第４のスイッチ２０３、２０７、２０９がオフとなり、第２の増幅手段２０６のトランジスタ２０６ｅに、直流バイアス供給回路２０６ｃ、２０６ｄを介して、所望の初期電流が得られるような直流バイアスが供給され、第１の増幅手段２０４のトランジスタ２０４ｅには、直流バイアス供給回路２０４ｃ、２０４ｄを介して、増幅動作を行わないような直流バイアスが供給される。
【００５３】
このとき、第２の周波数において、合成回路２１０の第１の増幅手段２０４が接続された入力から、第１の増幅手段２０４側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路２１２により、第１の増幅手段２０４の入力側、出力側整合回路２０４ａ、２０４ｂを変化させる。ただし、出力側整合回路２０４ｂのみ変化せ、入力側整合回路２０４ａは必ずしも変化させないようにしてもよい。
【００５４】
さらに、第３、第４のスイッチ２０７、２０９がオフとなることで、合成回路２１０の伝送線路２０８が接続された入力から、伝送線路２０８側をみたインピーダンスが、第２の周波数において高インピーダンスとなる。
【００５５】
これにより、入力端子２０１から入力された信号は、第２の増幅手段２０６で増幅され、その出力信号が出力端子２１１より出力される。
【００５６】
第２の周波数で動作し、増幅動作を必要としない第４のモードでは、制御回路２１２により、第１、第２、第４のスイッチ２０３、２０５、２０９はオフ、第３のスイッチ２０７がオンとなり、第１、第２の増幅手段２０４、２０６のそれぞれのトランジスタ２０４ｅ、２０６ｅに、直流バイアス供給回路２０４ｃ、２０４ｄ、２０６ｃ、２０６ｄを介して、増幅動作を行わないような直流バイアスが供給される。
【００５７】
このとき、第２の周波数において、合成回路２１０の第１の増幅手段２０４が接続された入力から、第１の増幅手段２０４側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路２１２により、第１の増幅手段２０４の入力側、出力側整合回路２０４ａ、２０４ｂを変化させ、合成回路２１０の第２の増幅手段２０６が接続された入力から、第２の増幅手段２０６側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路２１２により、第２の増幅手段 ２０６の入力側、出力側整合回路２０６ａ、２０６ｂを変化させる。ただし、出力側整合回路２０４ｂおよび２０６ｂのみ変化させ、入力側整合回路２０４ａおよび２０６ａは必ずしも変化させないようにしてもよい。
【００５８】
これにより、入力端子２０１から入力された信号は、伝送線路２０８を通り、その出力信号が出力端子２１１より出力される。
【００５９】
制御回路２１２は、動作周波数と出力電力に応じて、以上の第１〜第４の４つのモードを切替えるよう制御を行う。
【００６０】
このように、本実施の形態によれば、一方の動作周波数が、他方の動作周波数の偶数倍である場合には、回路構成を変化した状態でも、実施の形態１と同様の動作が行うことができ、さらに、低い周波数における増幅手段動作時に、伝送線路２０８が低い周波数の出力信号の高調波である高い周波数において低インピーダンスとなり、高調波成分を抑圧するため、新たに高調波処理のための回路を付加すること無く、高調波処理回路を実現できる。
【００６１】
また、実施の形態１と比較して、伝送線路２０８と、合成回路２１０との間にはスイッチが設けられていない分、内部損失を削減することができ、効率のよい信号伝送を実現することができる。
【００６２】
なお、上記の説明においては、電力増幅器２００は、第１の周波数の信号を増幅する第１の増幅手段２０４、および第１の周波数の偶数倍である第２の周波数の信号を増幅する第２の増幅手段２０６の、二つの増幅手段を備えたものとして説明を行ったが、本発明の電力増幅器は、これに限定するものではなく、互いに偶数倍だけ異なる周波数の信号をそれぞれ増幅する、３つ以上の増幅手段を備えた構成としても良い。
【００６３】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態を、図９を用いて説明する。図９は本発明の実施の形態３による電力増幅器９００のブロック図である。図９において、図２と同一部または相当部には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。ただし、第１の増幅手段２０４が動作する第１の周波数と第２の増幅手段２０６が動作する第２の周波数との関係は、第２の周波数が第１の周波数よりも単に高いものとし、第１の周波数の偶数倍である必要はない。
【００６４】
また、２３０は第１の伝送線路、２３１は第２の伝送線路である。第１の伝送線路２３０と第２の伝送線路２３１とは、互いの一端同士が第２の接続点２３４ｂを介して直列接続しており、第１の伝送線路２３０の他端は第３のスイッチ２０７と第４のスイッチ２０９との間の第１の接続点２３４ａに、第２の伝送線路２３１の他端は合成回路２１０に、それぞれ接続されていて、本発明のバイパス伝送線路群を形成する。また、第２の接続点２３４ｂには、制御手段２１２からの制御により導通が制御される第５のスイッチ２３２が設けられており、第２の接続点２３４ｂは第５のスイッチ２３２を介して接地している。
【００６５】
ここで、第２の伝送線路２３１の線路長は、第２の増幅手段２０６側の第２の周波数の信号の波長の１／４とし、第１の伝送線路２３０の線路長と第２の伝送線路２３１の線路長との和は、第１の増幅手段２０４側の第１の周波数の信号の波長の１／４となるようにする。
【００６６】
以上のような構成を有する本実施の形態の電力増幅器９００の動作は、次のようなものである。
【００６７】
電力増幅器９００は、第１の周波数で動作し、増幅動作を要する第１のモードでは、制御回路２１２により、第１、第４のスイッチ２０３、２０９はオン、第２、第３、第５のスイッチ２０５、２０７、２３２がオフとなり、第１の増幅手段２０４のトランジスタ２０４ｅに、直流バイアス供給回路２０４ｃ、２０４ｄを介して、所望の初期電流が得られるような直流バイアスが供給され、第２の増幅手段２０６のトランジスタ２０６ｅには、直流バイアス供給回路２０６ｃ、２０６ｄを介して、増幅動作を行わないような直流バイアスが供給される。
【００６８】
このとき、第１の周波数において、合成回路２１０の第２の増幅手段２０６が接続された入力から、第２の増幅手段２０６側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路２１２により、第２の増幅手段２０６の入力側、出力側整合回路２０６ａ、２０６ｂを変化させる。ただし、出力側整合回路２０６ｂのみ変化させ、入力側整合回路２０６ａは必ずしも変化させないようにしてもよい。
【００６９】
さらに、第４のスイッチ２０９がオンとなり、第５のスイッチ２３２がオフとなることで、合成回路２１０の第１の伝送線路２３０および第２の伝送線路２３１が接続された入力から、第１の伝送線路２３０および第２の伝送線路２３１をみたインピーダンスが、第１の周波数において高インピーダンスとなる。
【００７０】
これにより、入力端子２０１から入力された信号は、第１の増幅手段２０４で増幅され、その出力信号が出力端子２１１より出力される。
【００７１】
第１の周波数で動作し、増幅動作を必要としない第２のモードでは、制御回路１１２により、第１、第２、第４、第５のスイッチ２０３、２０５、２０９、２３２はオフ、第３のスイッチ２０７がオンとなり、第１、第２の増幅手段２０４、２０６のそれぞれのトランジスタ２０４ｅ、２０６ｅに、直流バイアス供給回路２０４ｃ、２０４ｄ、２０６ｃ、２０６ｄを介して、増幅動作を行わないような直流バイアスが供給される。
【００７２】
このとき、第１の周波数において、合成回路２１０の第１の増幅手段２０４が接続された入力から、第１の増幅手段２０４側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路２１２により、第１の増幅手段２０４の入力側、出力側整合回路２０４ａ、２０４ｂを変化させ、合成回路２１０の第２の増幅手段２０６が接続された入力から、第２の増幅手段２０６側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路１１２により、第２の増幅手段２０６の入力側、出力側整合回路２０６ａ、２０６ｂを変化させる。ただし、出力側整合回路２０４ｂ、２０６ｂのみ変化させ、入力側整合回路２０４ｂ、２０６ａは必ずしも変化させないようにしてもよい。
【００７３】
これにより、入力端子２０１から入力された信号は、第１の伝送線路２３０および第２の伝送線路２３１を通り、その出力信号が出力端子２１１より出力される。
【００７４】
第２の周波数で動作し、増幅動作を要する第３のモードでは、制御回路２１２により、第２のスイッチ２０５および第５のスイッチ２３２はオン、第１、第３、第４のスイッチ２０３、２０７、２０９がオフとなり、第２の増幅手段２０６のトランジスタ２０６ｅに、直流バイアス供給回路２０６ｃ、２０６ｄを介して、所望の初期電流が得られるような直流バイアスが供給され、第１の増幅手段２０４のトランジスタ２０４ｅには、直流バイアス供給回路２０４ｃ、２０４ｄを介して、増幅動作を行わないような直流バイアスが供給される。
【００７５】
このとき、第２の周波数において、合成回路２１０の第１の増幅手段２０４が接続された入力から、第１の増幅手段２０４側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路２１２により、第１の増幅手段２０４の入力側、出力側整合回路２０４ａ、２０４ｂを変化させる。ただし、出力側整合回路２０４ｂのみ変化させ、入力側整合回路２０４ａは必ずしも変化させないようにしてもよい。
【００７６】
さらに、第３、第４のスイッチ２０７、２０９がオフとなり、第５のスイッチ２３２がオンとなることで、合成回路２１０の第２の伝送線路２３１が接続された入力から、第２の伝送線路２３１側をみたインピーダンスが、第２の周波数において高インピーダンスとなる。
【００７７】
これにより、入力端子２０１から入力された信号は、第２の増幅手段２０６で増幅され、その出力信号が出力端子２１１より出力される。
【００７８】
第２の周波数で動作し、増幅動作を必要としない第４のモードでは、制御回路２１２により、第１、第２、第４、第５のスイッチ２０３、２０５、２０９、２３２はオフ、第３のスイッチ２０７がオンとなり、第１、第２の増幅手段２０４、２０６のそれぞれのトランジスタ２０４ｅ、２０６ｅに、直流バイアス供給回路２０４ｃ、２０４ｄ、２０６ｃ、２０６ｄを介して、増幅動作を行わないような直流バイアスが供給される。
【００７９】
このとき、第２の周波数において、合成回路２１０の第１の増幅手段２０４が接続された入力から、第１の増幅手段２０４側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路２１２により、第１の増幅手段２０４の入力側、出力側整合回路２０４ａ、２０４ｂを変化させ、合成回路２１０の第２の増幅手段２０６が接続された入力から、第２の増幅手段２０６側をみたインピーダンスが高インピーダンスとなるように、制御回路２１２により、第２の増幅手段 ２０６の入力側、出力側整合回路２０６ａ、２０６ｂを変化させる。ただし、出力側整合回路２０４ｂおよび２０６ｂのみ変化させ、入力側整合回路２０４ａおよび２０６ａは必ずしも変化させないようにしてもよい。
【００８０】
これにより、入力端子２０１から入力された信号は、第１の伝送線路２３０および第２の伝送線路２３１を通り、その出力信号が出力端子２１１より出力される。
【００８１】
制御回路２１２は、動作周波数と出力電力に応じて、以上の第１〜第４の４つのモードを切替えるよう制御を行う。
【００８２】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様、出力信号を増幅手段からバイパスさせ、増幅手段を動作させないようなバイアス電圧を供給することにより、出力電力が低下したときの増幅器の消費電流を低減することで、広い出力範囲での効率改善が可能となる。また、増幅動作を必要としない場合の信号経路を、２周波で共有し、増幅器出力を１系統とすることで、回路の小型化が実現できるとともに、第１の伝送線路２３０および第２の伝送線路２３１と合成回路２１０との間にはスイッチが設けられていない分、内部損失を削減することができ、効率のよい信号伝送を実現することができる。
【００８３】
なお、上記の説明においては、電力増幅器９００は、第１の周波数の信号を増幅する第１の増幅手段２０４と、第１の周波数より高い第２の周波数の信号を増幅する第２の増幅手段２０６の、二つの増幅手段を備えたものとして説明を行ったが、本発明の電力増幅器は、これに限定するものではなく、互いに異なる周波数の信号をそれぞれ増幅する、３つ以上の増幅手段を備えた構成としても良い。このとき、直列接続する伝送線路の個数も増幅手段の個数に応じて用意し、各伝送線路間は、第５のスイッチ２３２と同様に、制御手段により導通が制御可能なスイッチを介して接地するようにする。
【００８４】
合成回路２１０からみた複数の伝送線路の、それぞれの接続点までの部分長、および直列接続した各伝送線路の全体長は、複数の増幅手段の各信号周波数にそれぞれ対応するようにし、部分長は、最も短いものから順に、複数の増幅手段の最も高い信号周波数から低い信号周波数に対応し、全体長は、複数の増幅手段の最も低い信号周波数に対応する長さとするのがよい。制御手段は、動作する増幅手段の周波数に応じて各伝送線路間のスイッチの導通をそれぞれ制御することにより、３つ以上の増幅手段を備えた場合でも、上記実施の形態と同様の動作を行うことができる。このときも、部分長および全体長が対応する長さとしては、各信号周波数が対応する波長の１／４となるようにするのが望ましい。
【００８５】
なお、実施の形態１〜３において、第１、第２のスイッチを前置歪み補償回路として動作させることで、特に線形性が要求されるシステムにおける効率の改善が可能である。
【００８６】
また、動作している増幅手段の直流バイアスを、出力電力に応じて変化させ、所望の特性を満足しながら消費電流を低減させることにより、効率が改善できる。
【００８７】
さらに、動作している増幅手段の入力側、出力側整合回路の一方、または両方を、出力電力により変化させ、その出力電力における最適負荷とすることによっても効率の改善が可能となる。
【００８８】
図３に、実施の形態１〜３における、増幅手段の整合回路の構成の１例のブロック図を示す。整合回路３００において、３０１は入力端子、３０２は第１のスイッチ、３０３は第１の並列整合回路要素、３０４は直列整合回路要素、３０５は第２のスイッチ、３０６は第２の並列整合回路要素、３０７は出力端子である。直列整合回路要素は、例えばコイル、コンデンサや伝送線路によって実現され、例えば両端が入力端子３０１，出力端子３０７にそれぞれ接続されたコイルとして実現され、第１の並列整合回路要素３０３，第２の並列整合回路要素３０６は、例えば一端が接地したコンデンサとして実現される。
【００８９】
制御回路１１２，２１２からの制御信号により、第１、第２のスイッチ３０２、３０５のオン、オフを切替えることにより、整合回路３００のインピーダンスを変化させる。第１，第２のスイッチ３０２，３０５と第１，第２の並列整合回路要素３０３，３０６からなる回路数を増やすことによって、整合回路のさらに細かな調整が可能となる。整合回路を切替える必要がない場合には、第１，第２のスイッチ３０２，３０５と第１，第２の並列整合回路要素３０３，３０６からなる回路を無くすことで、一定のインピーダンスを持つ整合回路も実現できる。これにより、実施の形態１〜３に示した動作が実現できる。
【００９０】
（実施の形態４）
図４に、実施の形態１〜３における、増幅手段１０４および１０６（２０４および２０６）の入力側スイッチを、それぞれトランジスタの入力側直流バイアスによりオン、オフが制御されるダイオードで構成した例のブロック図を示す。図４は、増幅手段１０４および１０６のトランジスタが、増幅手段を行うのに必要な入力側直流バイアスが、正の電圧を必要とする場合の回路を示している。スイッチ４００は、図１に示す第１のスイッチ１０３，第２のスイッチ１０５として用いられるスイッチであって、スイッチ４００において、４０１は入力端子、４０２は直流交流分離回路、４０２ａは交流信号経路、４０２ｂは直流信号経路、４０３はダイオード、４０４は出力端子である。また、図８（ａ）に、スイッチ４００を、実施の形態１の第１のスイッチ１０３に用いた場合（図中４００ａ）および第２のスイッチ１０５に用いた場合（図中４００ｂ）の電力増幅器の部分図を示す。なお、回路全体の動作は実施の形態１、２と同じであるため、ここでは第１の増幅手段１０４および第２の増幅手段１０６の入力側スイッチ部の動作のみを説明する。
【００９１】
増幅手段１０４または１０６が動作する場合は、トランジスタ１０４ｅまたは１０６ｅの入力側に供給される直流バイアスがダイオード４０３のアノードにも印加され、直流交流分離回路４０２によりダイオード４０３のカソードが直流的に接地される。これによってダイオード４０３に電流が流れ、スイッチ４００がオンとなる。第１の増幅手段１０４または第２の増幅手段１０６を動作させない場合には、トランジスタ１０４ｅまたは１０６ｅ、ダイオード４０３ともにオフとなるような直流バイアスを供給する。
【００９２】
これにより、実施の形態１、２の動作を実現しながら、増幅手段１０４および１０６と入力側スイッチ１０３および１０５の制御端子が共通化でき、制御回路からの制御線を減少できる。
【００９３】
さらに、図８（ｂ）に示すように、第１のスイッチ１０３となるスイッチ４００ａ、第２のスイッチ１０５となるスイッチ４００ｂがそれぞれ有していた直流交流分離回路４０２を共通化して、入力端子１０１と分岐回路１０２との間に配置する構成し、第１のおよび第２のスイッチを、それぞれダイオード４０３のみからなる４００ａ’４００ｂ’として実現することで、回路のさらなる小型が実現できる。
【００９４】
また、ダイオード４０３によるスイッチを前置歪み補償回路として動作させることでも、実施の形態２に示した効率改善の効果が得られることは明らかである。
【００９５】
（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態を、図５を用いて説明する。図５は本発明の実施の形態５による電力増幅器５００のブロック図である。図５において、回路の構成は実施の形態１とほぼ同じであるため、相違点についてのみ説明を行う。第１、第２の増幅手段５０４、５０６は、それぞれ入力側整合回路５０４ａ、５０６ａ、出力側整合回路５０４ｂ、５０６ｂと、入力側のみに直流バイアス供給回路５０４ｃ、５０６ｃを持つトランジスタ５０４ｄ、５０６ｄにより構成される。増幅手段５０４、５０６のトランジスタ５０４ｄ、５０６ｄの出力側直流バイアスは、２周波直流バイアス供給回路５１２により供給される。２周波直流バイアス供給回路５１２は、合成回路５１０と出力端子５１１との間に設けられた接続点５１４に接続される。このとき、第１、第２の増幅手段の出力側整合回路５０４ｂ、５０６ｂは、いずれも直流バイアスをトランジスタ５０４ｄ、５０６ｄにそれぞれ印加させる構成でなければならない。なお、必要な場合には、接続点５１４と出力端子５１１との間に、直流遮断回路を設けてもよい。
【００９６】
２周波直流バイアス供給回路５１２において、第１のバイアス伝送線路５１２ａは、一端が合成回路５１０と出力端子５１１との間に接続点５１４を介して直接接続されており、他端が第２のバイアス伝送線路５１２ｄの一端に接続されている。第２のバイアス伝送線路５１２ｄの他端は、直流バイアス供給端子５１２ｇと接続しており、制御回路５１３から直流バイアスの供給を受ける。また、第１のバイアス伝送線路５１２ａと第２のバイアス伝送線路５１２ｄとの間は、第１のバイパスコンデンサ５１２ｂと第１のサブスイッチ５１２ｃとを介して接地しており、第２のバイアス伝送線路５１２ｄと直流バイアス供給端子５１２ｇとの間は、第２のバイパスコンデンサ５１２ｅと第２のサブスイッチ５１２ｆとを介して接地している。また、第１のバイアス伝送線路５１２ａの線路長は、第１の増幅手段５０４が対応する高い周波数の信号の１／４波長であり、第１のバイアス伝送線路５１２ａの線路長と第２のバイアス伝送線路５１２ｄの線路長との和は、第２の増幅手段５０６が対応する低い周波数の１／４波長となっている。
【００９７】
このような構成を有する本実施の形態の動作は、次のようなものである。
【００９８】
２周波のうち高い周波数で動作するときには、制御回路５１３により、第１のサブスイッチ５１２ｃがオンとなるよう制御され、必要な直流バイアスが直流バイアス供給端子５１２ｇに供給される。
【００９９】
これにより、高い周波数において４分の１波長の長さを持つ第１のバイアス伝送線路５１２ａに接続された第１のバイパスコンデンサ５１２ｂが接地されるため、接続点５１４から２周波直流バイアス供給回路５１２をみた高い周波数におけるインピーダンスが高インピーダンスとなる。
【０１００】
２周波のうち低い周波数で動作するときには、制御回路５１３により、第１のサブスイッチ５１２ｃがオフ、第２のサブスイッチ５１２ｆがオンとなるように制御され、必要な直流バイアスが直流バイアス供給端子５１２ｇに供給される。
【０１０１】
これにより、第１、第２のバイアス伝送線路５１２ａ、５１２ｄの長さの和が、低い周波数において４分の１波長の長さを持ち、第２のバイアス伝送線路５１２ｄに接続された第２のバイパスコンデンサ５１２ｅが、制御回路５１３から第２のサブスイッチ５１２ｆがオンとされることにより接地されるため、接続点５１４から２周波直流バイアス供給回路５１２をみた低い周波数におけるインピーダンスが高インピーダンスとなる。
【０１０２】
これにより、高周波信号に影響を与えることなく、２つのトランジスタに共通の直流バイアス供給回路により、直流バイアスが印加できる。なお、第２のサブスイッチ５１２ｆ（または最も直流バイアス供給端子１５２ｇに近いサブスイッチ）が無い場合においても、同様の動作を行うことができ、制御を必要とするスイッチ数を減らすことができる。
【０１０３】
ここでは、実施の形態１に示した回路構成の場合を示したが、実施の形態２、３に示した回路構成において、２周波直流バイアス供給回路を適用しても、実施の形態２に示した動作が可能である。
【０１０４】
なお、上記の説明において、第１のサブスイッチ５１２ｃと第１のサブスイッチ５１２ｆは、いずれもバイパスコンデンサと接地との間に設けられているものとして説明を行ったが、コンデンサとスイッチとは直列接続していればよく、スイッチと接地との間にバイパスコンデンサが設けられた設定としてもよい。
【０１０５】
なお、上記の説明においては、電力増幅器５００は、第１の周波数の信号を増幅する第１の増幅手段５０４、および第２の周波数の信号を増幅する第２の増幅手段５０６の、二つの増幅手段を備えたものとして説明を行ったが、本発明の電力増幅器は、これに限定するものではなく、実施の形態１と同様、互いに異なる周波数の信号をそれぞれ増幅する、３つ以上の増幅手段を備えた構成としても良い。このとき、２周波直流バイアス供給回路５１２は、増幅手段の数が処理する信号と同数分の信号に対応する多周波直流バイアス供給回路となり、この多周波直流バイアス供給回路において、本発明の最高周波数バイアス伝送線路として、もっとも高い周波数における４分の１波長のバイアス伝送線路の一端が接続点５１４と接続するようにするとともに、接続点５１４と、直流バイアス供給端子５１２ｇとの間に直列接続するバイアス伝送線路の数を増やすようにすればよい。このとき、接続点５１４から、増設した各バイアス伝送線路の接続点までの長さは、増設した各バイアス伝送線路に対応する増幅手段の対応する信号の波長の１／４となるようにするのが望ましい。
【０１０６】
また、実施の形態２に準ずる構成とした場合は、互いに偶数倍だけ異なる周波数の信号をそれぞれ増幅する、３つ以上の増幅手段を備えた構成としても良い。この場合も、２周波直流バイアス供給回路５１２は、増幅手段の数が処理する信号と同数分の信号に対応する多周波直流バイアス供給回路となり、この多周子波直流バイアス供給回路において、本発明の最高周波数バイアス伝送線路として、もっとも高い周波数における４分の１波長のバイアス伝送線路の一端が接続点５１４と接続するようにするとともに、接続点５１４と、直流バイアス供給端子５１２ｇとの間に直列接続するバイアス伝送線路の数を増やすようにすればよい。このとき、接続点５１４から、増設した各バイアス伝送線路の接続点までの長さは、増設した各バイアス伝送線路に対応する増幅手段の対応する信号の波長の１／４となるようにするのが望ましい。
【０１０７】
また、実施の形態１から５に示した電力増幅器を多段に接続することにより、より細かな出力電力ステップでの高効率化が実現できる。
【０１０８】
さらに、同一半導体基板上に、実施の形態１から５の電力増幅器、もしくはそれらを用いた多段電力増幅器を構成することで、さらに回路を小型化することも可能である。
【０１０９】
また、一部を同一半導体基板上に構成し、他の部分を異なる材料、プロセスの半導体基板上に構成することで、それぞれの優れた特性を共有することができる。
【０１１０】
実施の形態１から５に示した電力増幅器を用いて、図６に示すような携帯無線機を構成することで、少なくとも２周波で使用でき、小型で高効率な携帯無線機等の通信機器が実現できる。
【０１１１】
なお、上記の各実施の形態において、入力端子１０１，２０１，５０１、第１のスイッチ１０３，２０３，５０３、第２のスイッチ１０５，２０５，５０５、および第３のスイッチ１０７，２０７，５０７は本発明の分岐出力手段に相当し、さらに、第１のスイッチ１０３，２０３，５０３，第２のスイッチ１０５，２０５，５０５は、本発明の増幅手段入力スイッチに相当し、第３のスイッチ１０７，２０７，５０７は、本発明のバイパス入力スイッチに相当し、伝送線路１０８は本発明のバイパス手段に相当する。また、入力側直流バイアス供給回路１０４ｃ、２０４ｃ、１０６ｃ、２０６ｃ、５０４ｃおよび出力側直流バイアス供給回路１０４ｄ、１０６ｄ、２０４ｄ、２０６ｄは、本発明の直流バイアス供給回路に相当する。また、合成回路１１０，２１０、５１０は本発明の合成出力器に相当する。また、第４のスイッチ１０９、５０９は本発明の伝送線路出力スイッチに相当する。また、第４のスイッチ２０９は本発明の接地手段に含まれる。また、入力側整合回路１０４ａ、２０４ａ、５０４ａおよび１０６ａ、２０６ａ、５０６ａは本発明の第１の整合回路に相当し、出力側整合回路１０４ｂ、２０４ｂ、５０４ｂおよび１０６ｂ、２０６ｂ、５０６ｂは本発明の第２の整合回路に相当する。また、制御回路１１３，２１３，５１３は本発明の制御手段に相当する。また、第１のバイアス伝送線路５１２ａは本発明の最高周波数バイアス伝送線路に相当し、第１のバイアス伝送線路５１２ａおよび第２のバイアス伝送線路５１２ｄは本発明の伝送線路群に相当する。
【０１１２】
また、実施の形態２において、第１の伝送線路２３０および第２の伝送線路２３１は第２の本発明のバイパス伝送線路に相当し、第４のスイッチ２０９は第２の本発明の第１の接地手段に含まれ、第５のスイッチ２０９は第２の本発明の第２の接地手段に含まれる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したところから明らかなように、本発明によれば、互いに異なる周波数帯の信号を増幅する複数の増幅手段を備えた電力増幅器の小型化、低出力時の高効率化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態２の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１〜３の整合回路の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態４の入力切替スイッチを示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態５の構成を示すブロック図
【図６】本発明の移動無線機の一実施例を示すブロック図
【図７】従来の電力増幅器の構成を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態４の入力切替スイッチを実施の形態１に用いた場合を説明するための部分構成図
【図９】本発明の実施の形態３の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１００，２００，５００，６０３ 電力増幅器
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，７０１，７０８ 入力端子
１０２，２０２，５０２ 分岐回路
１０３，１０５，１０７，１０９，２０３，２０５，２０７，２０９，３０２，３０５，５０３，５０５，５０７，５０９，スイッチ
１０４，１０６，２０４，２０６，５０４，５０６ 増幅手段
１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ，１０６ｂ，２０４ａ，２０４ｂ，２０６ａ，２０６ｂ，３００，５０４ａ，５０４ｂ，５０６ａ，５０６ｂ，７０２，７０６，７０９，７１３ 整合回路
１０４ｃ，１０４ｄ，１０６ｃ，１０６ｄ，２０４ｃ，２０４ｄ，２０６ｃ，２０６ｄ，５０４ｃ，５０６ｃ，７０３，７０５，７１０，７１１ 直流バイアス供給回路
１０４ｃ，１０６ｃ，２０４ｃ，２０６ｃ，５０４ｄ，５０６ｄ，７０４，７１２ トランジスタ
１０８，２０８，５０８，５１２ａ，５１２ｄ 伝送線路
１１０，２１０，５１０ 合成回路
１１１，２１１，３０７，４０４，５１１，７０７，７１４ 出力端子
１１２，２１２，５１３ 制御回路
３０３，３０６ 並列整合回路要素
３０４ 直列整合回路要素
４０２ 直流交流分離回路
４０２ａ 交流信号経路
４０２ｂ 直流信号経路
４０３ ダイオード
５１２ｃ，５１２ｆ サブスイッチ
５１２ｂ，５１２ｅ バイパスコンデンサ
５１２ｇ 直流バイアス供給端子
５１４ 接続点
６００ 携帯無線機
６０１ 信号処理部
６０２ 送信回路
６０４ アンテナ
６０５ 受信回路

Claims (11)

1. 入力端子および複数の出力端子を有し、前記入力端子と前記複数の出力端子の導通の有無を切り換えるスイッチ群を有する分岐出力手段と、
   前記分岐出力手段の一部の前記出力端子に接続された、それぞれ互いに異なる信号周波数にて動作する複数の増幅手段と、
   前記分岐出力手段の残る他の出力端子に接続されたバイパス手段と、
   前記複数の増幅手段のそれぞれの出力および前記バイパス手段からの出力を入力とする、外部への出力端子を有する合成出力器と、
   前記バイパス手段と前記合成出力器の導通の有無を切り替えるスイッチ手段と、
   前記分岐出力手段の導通と、前記複数の増幅手段の増幅動作と、前記スイッチ手段の導通とを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記信号周波数および必要とされる出力電力に応じて、前記分岐出力手段への入力を、前記複数の増幅手段のいずれかを介して増幅して前記合成出力器へ出力するか、または前記バイパス手段を介して増幅しない状態で前記合成出力器へ出力するよう制御を行う電力増幅器。
2. 入力端子および複数の出力端子を有し、前記入力端子と前記複数の出力端子の導通の有無を切り換えるスイッチ群を有する分岐出力手段と、
   前記分岐出力手段の一部の前記出力端子に接続された、それぞれ互いに異なる信号周波数にて動作する複数の増幅手段と、
   前記分岐出力手段の残る他の出力端子に接続された、互いに直列接続した複数のバイパス伝送線路を有するバイパス伝送線路群と、
   前記複数の増幅手段のそれぞれの出力および前記伝送線路群からの出力が接続された合成出力器と、
   前記伝送線路群と前記分岐出力手段との第１の接続点に設けられた、導通が制御される第１の接地手段と、
   前記伝送線路群の各前記バイパス伝送線路間の第２の接続点に設けられた、導通が制御される複数の第２の接地手段と、
   前記分岐出力手段の導通と、前記複数の増幅手段の増幅動作と、前記第１の接地手段の導通と、前記第２の接地手段の導通を制御する制御手段とを備え、
   前記合成出力器側からみた前記伝送線路群の、それぞれの前記第２の接続点までの部分
   長、および前記伝送線路群の全体長は、複数の前記増幅手段の各信号周波数にそれぞれ対応し、
   前記部分長は、最も短いものから順に、前記複数の増幅手段の最も高い信号周波数から低い信号周波数に対応し、
   前記全体長は、前記複数の増幅手段の最も低い信号周波数に対応し、
   前記制御手段は、前記信号周波数および必要とされる出力電力に応じて、前記分岐出力手段への入力を、前記複数の増幅手段のいずれかを介して増幅して前記合成出力器へ出力するか、または前記伝送線路群を介して増幅しない状態で前記合成出力器へ出力するよう制御を行う電力増幅器。
3. 入力端子および複数の出力端子を有し、前記入力端子と前記複数の出力端子の導通の有無を切り換えるスイッチ群を有する分岐出力手段と、
   前記分岐出力手段の一部の前記出力端子に接続された、それぞれ互いに異なる信号周波数にて動作する複数の増幅手段と、
   前記分岐出力手段の残る他の出力に接続された伝送線路と、
   前記複数の増幅手段のそれぞれの出力および前記伝送線路からの出力が接続された合成出力器と、
   前記伝送線路の前記分岐出力手段側に設けられた、導通が制御される接地手段と、
   前記分岐出力手段の導通と、前記複数の増幅手段の増幅動作と、前記接地手段の導通とを制御する制御手段とを備え、
   前記信号周波数は、互いに偶数倍分異なるものであり、
   前記制御手段は、前記信号周波数および必要とされる出力電力に応じて、前記分岐出力手段への入力を、前記複数の増幅手段のいずれかを介して増幅して前記合成出力器へ出力するか、または前記伝送線路を介して増幅しない状態で前記合成出力器へ出力するよう制御する電力増幅器。
4. 前記増幅手段は、
   前記分岐出力手段側に設けられた第１の整合回路と、
   前記合成出力器側に設けられた第２の整合回路と、
   前記第１の整合回路と前記第２の整合回路との間に設けられたトランジスタと、
   前記第１の整合回路と前記トランジスタとの間および／または前記第２の整合回路と前記トランジスタとの間に設けられた直流バイアス供給回路とを備え、
   前記第１整合回路および前記第２整合回路の少なくとも一方のインピーダンスが可変である請求項１から３のいずれかに記載の電力増幅器。
5. 前記制御手段は、動作中の前記複数の増幅手段のいずれか一つの出力に応じて、該動作中の一つの増幅手段の有する前記第１の整合回路、前記第２の整合回路のいずれかまたは両方のインピーダンスを変化させる請求項４に記載の電力増幅器。
6. 前記第１の整合回路および／または第２の整合回路は、
   前記分岐出力手段または前記トランジスタの出力側と接続する入力端子と、
   前記トランジスタの入力側または前記合成出力器と接続する出力端子と、
   少なくとも１つの、前記入力端子と前記出力端子の間に接続された直列整合回路要素と、
   少なくとも１つの、前記入力端子と前記直列整合回路要素との間、もしくは２つの前記直列整合回路要素の間、もしくは前記直列整合回路要素と前記出力端子の間に接続された、前記制御手段により、オン、オフが制御されるスイッチと、
   前記スイッチの他端に接続された並列整合回路要素とを有する請求項４に記載の電力増幅器。
7. 前記分岐出力手段は、
   前記複数の増幅手段とそれぞれ導通するための増幅手段入力スイッチと、
   前記バイパス手段、前記伝送線路または前記伝送線路群のいずれかと導通するためのバイパス入力スイッチとを備え、
   前記増幅手段入力スイッチは、前置歪み補償回路として動作する請求項１から３のいずれかに記載の電力増幅器。
8. 前記増幅手段入力スイッチは、前記増幅手段への入力側直流バイアスによりオン、オフが制御されるダイオードを有する請求項７に記載の電力増幅器。
9. 前記合成出力器の出力に接続され、前記複数の増幅手段の対応する信号周波数に対応するよう設けられた、互いに直列接続した複数のバイアス伝送線路を有する伝送線路群と、
   前記伝送線路群の一端側であって、その一端が前記合成出力器の出力と接続された、もっとも高い前記信号周波数に対応した最高周波数バイアス伝送線路の他端と接続された第１のバイパスコンデンサと、
   前記第１のバイパスコンデンサと直列に接続された、前記制御手段によりオン、オフが制御される第１のサブスイッチと、
   前記伝送線路群の複数のバイアス伝送線路間に接続された、少なくとも一つの第２のバイパスコンデンサと、
   前記第２のバイパスコンデンサと直列に接続された第２のサブスイッチと、
   前記伝送線路群の他端側であって、他のバイアス伝送線路と接続しない側に接続された、前記制御手段より供給される直流バイアスが印加されるバイアス端子とを有し、前記複数の増幅手段の対応する信号周波数に対応して動作する多周波直流バイアス供給回路を更に備え、
   前記最高周波数バイアス伝送線路の他端は、前記第１のバイパスコンデンサおよび前記第１のサブスイッチを介して接地し、
   前記最高周波数バイアス伝送線路の他端以外の前記伝送線路群の複数のバイアス伝送線路間は、前記第２のバイパスコンデンサおよび前記第２のサブスイッチを介して接地し、
   前記第１のバイパスコンデンサは、前記信号周波数のうち、前記もっとも高い前記信号周波数においてショートとなり、
   前記第２のバイパスコンデンサは、その接続位置から、前記接続点までの伝送線路長の和に関連づけられた前記信号周波数においてショートとなる、請求項４に記載の電力増幅器。
10. 多段構成を有する電力増幅器において、少なくとも１段以上の増幅器に、請求項１から９のいずれかに記載の電力増幅器を組み合わせて用いた多段構成を有する電力増幅器。
11. 信号処理回路と、
    前記信号処理回路からの信号を送信処理する、電力増幅器を有する送信回路と、
    前記送信回路の出力を送信するとともに受信信号を受信するアンテナと、
    前記受信信号を処理する受信回路とを備え、
    前記電力増幅器が、請求項１から１０のいずれか記載の電力増幅器である通信機器。

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