JP5655704B2 - 高周波電力増幅器 - Google Patents

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Description

本発明は、出力電力に応じて増幅器内の経路を切り替える高周波電力増幅器に関する。
携帯電話や携帯端末において、数十ＭＨｚ以上の高周波帯で動作する高周波電力増幅器が用いられている。この高周波電力増幅器では、２８．２５ｄＢｍの大電力出力を得る場合、１７ｄＢｍの中電力出力を得る場合、７ｄＢｍの小電力出力を得る場合において、それぞれ増幅器内の経路を切り替える。これにより、それぞれの出力電力での動作効率を向上させることができる（例えば、非特許文献１参照）。
従来の高周波電力増幅器では、小・中電力出力を得る場に共通の経路において、並列に接続された切り替え素子とキャパシタによりインピーダンス整合を行っている。
Proceedings of the 36th European Microwave Conference, P348-P351
しかし、切り替え素子とキャパシタが並列に接続されているため、インピーダンス整合の切り替えしか行えず、経路の切り替えを同時に行うことはできなかった。このため、回路の自由度が低いという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はインピーダンス整合の切り替えと経路の切り替えを同時に行うことができ、回路設計の自由度を向上させることができる高周波電力増幅器を得るものである。
本発明に係る高周波電力増幅器は、外部から入力された高周波信号を増幅する第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタの出力信号を増幅する第２のトランジスタと、前記第１のトランジスタと並列に接続され、外部から入力された高周波信号を増幅する第３のトランジスタと、前記第１のトランジスタの出力と前記第２のトランジスタの入力との間に接続された第１の切り替え素子と、前記第３のトランジスタの出力と前記第１の切り替え素子との間に接続された第２の切り替え素子と、前記第１のトランジスタの出力及び前記第２の切り替え素子と前記第２のトランジスタの出力との間に直列に接続された第３及び第４の切り替え素子と、前記第３の切り替え素子と前記第４の切り替え素子との間に接続された第１のキャパシタとを備えることを特徴とする。
本発明により、インピーダンス整合の切り替えと経路の切り替えを同時に行うことができ、回路設計の自由度を向上させることができる。
本発明の実施の形態１に係る高周波電力増幅器を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る高周波電力増幅器を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る高周波電力増幅器を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る高周波電力増幅器を示す図である。 本発明の実施の形態５に係る高周波電力増幅器を示す図である。
本発明の実施の形態に係る高周波電力増幅器について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る高周波電力増幅器を示す図である。トランジスタＴｒ１は、外部から入力された高周波信号を増幅する。トランジスタＴｒ２は、トランジスタＴｒ１の出力信号を増幅する。トランジスタＴｒ３は、トランジスタＴｒ１と並列に接続され、外部から入力された高周波信号を増幅する。
入力整合回路Ｍ１は、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３のそれぞれの入力インピーダンスを特性インピーダンスに整合させる。段間整合回路Ｍ２は、トランジスタＴｒ１の出力インピーダンスとトランジスタＴｒ２の入力インピーダンスを整合させる。プリマッチ回路Ｍ３は、トランジスタＴｒ３の出力インピーダンスを特性インピーダンスに整合させる。出力整合回路Ｍ４は、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の出力インピーダンスを特性インピーダンスに整合させる。
トランジスタＴｒ１の出力とトランジスタＴｒ２の入力との間に切り替え素子ＳＷ１が接続されている。トランジスタＴｒ３の出力と切り替え素子ＳＷ１との間に切り替え素子ＳＷ２が接続されている。トランジスタＴｒ１の出力及び切り替え素子ＳＷ２とトランジスタＴｒ２の出力との間に切り替え素子ＳＷ３，ＳＷ４が直列に接続されている。
切り替え素子ＳＷ３と切り替え素子ＳＷ４との間にキャパシタＣ１が接続されている。キャパシタＣ１の一端は、切り替え素子ＳＷ３と切り替え素子ＳＷ４の接続点に接続されている。キャパシタＣ１の他端は接地されている。このキャパシタＣ１は、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の出力インピーダンスを特性インピーダンスに整合させるプリマッチ回路である。
続いて、本実施の形態に係る高周波電力増幅器の動作を説明する。１７ｄＢｍ以上の大電力出力を得る場合は、切り替え素子ＳＷ１はオン、切り替え素子ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４はオフし、経路１が有効になる。トランジスタＴｒ３はオフされる。入力端子ＩＮに入力された信号をトランジスタＴｒ１が増幅し、トランジスタＴｒ１の出力信号をトランジスタＴｒ２が増幅して、出力端子ＯＵＴから出力させる。
７〜１７ｄＢｍの中電力出力を得る場合は、切り替え素子ＳＷ１，ＳＷ２はオフ、切り替え素子ＳＷ３，ＳＷ４はオンし、経路２が有効になる。トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３はオフされる。入力端子ＩＮに入力された信号をトランジスタＴｒ１が増幅して、出力端子ＯＵＴから出力させる。
７ｄＢｍ以下の小電力出力を得る場合は、切り替え素子ＳＷ１はオフ、切り替え素子ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４はオンし、経路３が有効になる。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２はオフされる。入力端子ＩＮに入力された信号をトランジスタＴｒ３が増幅して、出力端子ＯＵＴから出力させる。
以上説明したように、本実施の形態では、キャパシタＣ１を用いたプリマッチ回路が、切り替え素子ＳＷ３に直列に接続されている。これにより、経路２及び経路３が有効になるような経路切り替えと同時に、キャパシタＣ１を用いたインピーダンス整合の切り替えも行うことができる。この結果、回路設計の自由度を向上させることができる。
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る高周波電力増幅器を示す図である。キャパシタＣ１の一端は切り替え素子ＳＷ３に接続され、キャパシタＣ１の他端は切り替え素子ＳＷ４に接続されている。即ち、プリマッチ回路において、キャパシタＣ１が直列に接続されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
従来は切り替え素子とキャパシタが並列に接続されていたため、直列成分の素子は用いることができなかった。これに対して、本実施の形態では、プリマッチ回路が切り替え素子ＳＷ３に直列に接続されているため、直列に接続されたキャパシタＣ１を用いることができる。この場合でも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る高周波電力増幅器を示す図である。切り替え素子ＳＷ３と切り替え素子ＳＷ４との間において、キャパシタＣ１に直列にインダクタＬ１が接続されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。これにより、経路２及び経路３のインピーダンス整合の自由度が増し、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３の動作効率を向上させることができる。
実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４に係る高周波電力増幅器を示す図である。トランジスタＴｒ２の出力とキャパシタＣ１との間において切り替え素子ＳＷ４に並列にキャパシタＣ２が接続されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。このキャパシタＣ２は大電力出力動作時においてのみ作用するプリマッチ回路となるため、トランジスタＴｒ２の飽和出力電力を向上させることができる。
実施の形態５．
図５は、本発明の実施の形態５に係る高周波電力増幅器を示す図である。トランジスタＴｒ２の出力と接地点との間に切り替え素子ＳＷ５及びキャパシタＣ３が直列に接続されている。トランジスタＴｒ２と第４の切り替え素子との間にインダクタＬ２が接続されている。その他の構成は実施の形態２と同様である。これにより、経路２及び経路３のインピーダンス整合を２段階に切り替えることができるため、トランジスタＴｒ１の動作効率を向上させることができる。
表１は、１７ｄＢｍの中出力電力時において、従来の高周波電力増幅器の動作効率と実施の形態５に係る高周波電力増幅器の動作効率を示す比較表である。表１から分かるように、実施の形態５では従来技術に比べて動作効率が３％向上する。
Figure 0005655704
Ｃ１ キャパシタ（第１のキャパシタ）
Ｃ２ キャパシタ（第２のキャパシタ）
Ｃ３ キャパシタ（第３のキャパシタ）
Ｌ１ インダクタ
ＳＷ１ 切り替え素子（第１の切り替え素子）
ＳＷ２ 切り替え素子（第２の切り替え素子）
ＳＷ３ 切り替え素子（第３の切り替え素子）
ＳＷ４ 切り替え素子（第４の切り替え素子）
ＳＷ５ 切り替え素子（第５の切り替え素子）
Ｔｒ１ トランジスタ（第１のトランジスタ）
Ｔｒ２ トランジスタ（第２のトランジスタ）
Ｔｒ３ トランジスタ（第３のトランジスタ）

Claims (6)

  1. 外部から入力された高周波信号を増幅する第１のトランジスタと、
    前記第１のトランジスタの出力信号を増幅する第２のトランジスタと、
    前記第１のトランジスタと並列に接続され、外部から入力された高周波信号を増幅する第３のトランジスタと、
    前記第１のトランジスタの出力と前記第２のトランジスタの入力との間に接続された第１の切り替え素子と、
    前記第３のトランジスタの出力と前記第１の切り替え素子との間に接続された第２の切り替え素子と、
    前記第１のトランジスタの出力及び前記第２の切り替え素子と前記第２のトランジスタの出力との間に直列に接続された第３及び第４の切り替え素子と、
    前記第３の切り替え素子と前記第４の切り替え素子との間に接続された第１のキャパシタとを備えることを特徴とする高周波電力増幅器。
  2. 前記第１のキャパシタの一端は、前記第３の切り替え素子と前記第４の切り替え素子の接続点に接続され、
    前記第１のキャパシタの他端は接地されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅器。
  3. 前記第１のキャパシタの一端は前記第３の切り替え素子に接続され、
    前記第１のキャパシタの他端は前記第４の切り替え素子に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅器。
  4. 前記第３の切り替え素子と前記第４の切り替え素子との間において前記第１のキャパシタに直列に接続されたインダクタを更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の高周波電力増幅器。
  5. 前記第２のトランジスタの出力と前記第１のキャパシタとの間において前記第４の切り替え素子に並列に接続された第２のキャパシタを更に備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の高周波電力増幅器。
  6. 前記第２のトランジスタの出力と接地点との間に直列に接続された第５の切り替え素子及び第３のキャパシタを更に備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の高周波電力増幅器。
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