JPH10270960A

JPH10270960A - 高周波電力増幅器

Info

Publication number: JPH10270960A
Application number: JP10000603A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ishikawa; 修石川; Takahiro Yokoyama; 隆弘横山; Taketo Kunihisa; 武人國久; Junji Ito; 順治伊藤; Masaaki Nishijima; 将明西嶋; Shinji Yamamoto; 真司山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-01-21
Filing date: 1998-01-06
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高周波電力増幅器において低い高周波電力が
出力されるときの消費電流を大きく低減する。【解決手段】高周波電力増幅器は、入力端子に正電圧
が印加されることにより動作し且つ電流電圧特性が大き
く変化する後段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂と、
入力バイアス回路としての第３のマクロストリップ線路
Ｓ₃と、出力バイアス回路としての第４のマイクロスト
リップ線路Ｓ₄と、入力インピーダンス整合回路として
の段間インピーダンス整合回路２と、出力インピーダン
ス整合回路３と、正電圧発生回路４とを備えている。正
電圧発生回路４は、検出回路としての抵抗Ｒ₁₁と、整流
回路としてのダイオードＤ₁₁と、平滑回路としてのコン
デンサーＣ₁₁及び抵抗Ｒ₁₂とを有しており、検出した一
部の高周波電力の増減に応じて増減する正電圧を第３の
マクロストリップ線路Ｓ₃の入力端子に直流電源を介在
させることなく出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電力増幅器
に関し、特に高周波電力用トランジスタ、高周波電力用
トランジスタの入力端子に接続された入力バイアス回
路、高周波電力用トランジスタの出力端子に接続された
出力バイアス回路、高周波電力用トランジスタの入力端
子に接続された入力インピーダンス整合回路、高周波電
力用トランジスタの出力端子に接続された出力インピー
ダンス整合回路、及び入力バイアス回路に必要な直流バ
イアス電圧を発生するバイアス電圧発生回路とを備えた
高周波電力増幅器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高周波電力増幅器は、移動体通信機器の
送信部に用いられ、変調された信号を所定の出力電力ま
で増幅する機能を有する。

【０００３】現在、携帯電話では１ＧＨｚから２ＧＨｚ
の周波数が最も多く用いられており、これらの周波数を
有する高周波電力の送信時の出力電力は２０ｄＢｍから
３６ｄＢｍ程度である。この範囲の高周波電力を出力す
るため、高周波電力増幅器としては、通常、２段構成又
は３段構成であって３０ｄＢ程度の利得を有する多段の
高周波電力増幅器が用いられる。多段構成の高周波電力
増幅器が０ｄＢｍ程度の変調波出力を３０ｄＢｍ程度の
送信出力に増幅し、増幅された送信出力はアンテナから
電波として送信される。

【０００４】高周波電力増幅器に用いられる高周波電力
用トランジスタとしては、シリコン基板の上に形成され
たＭＯＳＦＥＴ若しくはバイポーラトランジスタ、又
は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の化合物半導体基板の
上に形成されたＭＥＳＦＥＴ若しくはヘテロ接合を有す
るＦＥＴが用いられる。このような高周波電力用トラン
ジスタを、歪みが少なく且つ良い利得の状態で使用する
ために、高周波電力用トランジスタの入力端子及び出力
端子に直流バイアス電源を接続し、直流バイアス電源か
ら所定のバイアス電流を高周波電力用トランジスタに流
した状態で高周波電力を入力して高周波電力用トランジ
スタに増幅動作を起こさせるのが一般的である。

【０００５】以下、前記の構成を有する第１の従来例に
係る高周波電力増幅器について図１５を参照しながら説
明する。

【０００６】図１５は第１の従来例に係る高周波電力増
幅器の回路構成を示しており、図１５において、Ｔｒ_a
は前段の高周波電力用トランジスタ、Ｔｒ_bは後段の高
周波電力用トランジスタであって、これら前段及び後段
の高周波トランジスタＴｒ_a、Ｔｒ_bのソース端子は接
地されている。

【０００７】前段の高周波電力用トランジスタＴｒ_aの
入力端子（ゲート端子）には、インダクターＬとコンデ
ンサーＣとからなる入力インピーダンス整合回路１が接
続されており、該入力インピーダンス整合回路１は、外
部入力端子ＲＦ_inから入力される高周波電力のインピー
ダンスと前段の高周波電力用トランジスタＴｒ_aの入力
インピーダンスとのインピーダンス整合を行なうことに
より、入力される高周波電力の反射及び損失の低減を図
っている。

【０００８】前段の高周波電力用トランジスタＴｒ_aの
入力端子には、第１の入力バイアス回路として１／４波
長の長さを持つ第１のマイクロストリップ線路Ｓ₁の一
端が接続され、該第１のマイクロストリップ線路Ｓ₁の
他端には負電源−ＶＧＧ₁が接続されており、負電源−
ＶＧＧ₁及び第１のマイクロストリップ線路Ｓ₁によっ
て前段の高周波電力用トランジスタＴｒ_aの入力端子に
負の直流バイアス電圧が供給される。負電源−ＶＧＧ₁
には、高周波電力の発振を抑えて高周波電力が負電源−
ＶＧＧ₁に回り込むことを防ぐバイパスコンデンサーＣ
_b1が接続されている。尚、第１の入力バイアス回路とし
ては、１／４波長の長さを持つ第１のマイクロストリッ
プ線路Ｓ₁に代えて数ＫΩの抵抗を用いることもでき
る。

【０００９】前段の高周波電力用トランジスタＴｒ_aの
出力端子（ドレイン端子）には、第１の出力バイアス回
路としての１／４波長の長さを持つ第２のマイクロスト
リップ線路Ｓ₂を介して正電源＋ＶＤＤ₁が接続されて
おり、前段の高周波電力用トランジスタＴｒ_aの出力端
子に正の直流バイアス電圧が印加される。

【００１０】後段の高周波電力用トランジスタＴｒ_bに
も、前段の高周波電力用トランジスタＴｒ_aと同様、入
力端子に、第２の入力バイアス回路としての１／４波長
の長さを持つ第３のマイクロストリップ線路Ｓ₃を介し
て負電源−ＶＧＧ₂が接続されていると共に、出力端子
に、第２の出力バイアス回路としての１／４波長の長さ
を持つ第４のマイクロストリップ線路Ｓ₄を介して正電
源＋ＶＤＤ₂が接続されている。

【００１１】前段の高周波電力用トランジスタＴｒ_aの
出力端子と後段の高周波電力用トランジスタＴｒ_bの入
力端子との間には、前段の高周波電力用トランジスタＴ
ｒ_aの出力インピーダンスと後段の高周波電力用トラン
ジスタＴｒ_bの入力インピーダンスとのインピーンス整
合を行なう段間インピーダンス整合回路２が接続されて
おり、該段間インピーダンス整合回路２は、入力インピ
ーダンス整合回路１と同様、インダクターＬとコンデン
サーＣとから構成されている。尚、段間インピーダンス
整合回路２は、複数の高周波電力用トランジスタよりな
る多段構成の高周波電力増幅器においては、前段の高周
波電力用トランジスタＴｒ_aと後段の高周波電力用トラ
ンジスタＴｒ_bとのインピーダンス整合を行なうが、前
段の高周波電力用トランジスタＴｒ_aに対しては出力イ
ンピーダンス整合回路の機能を持つと共に、後段の高周
波電力用トランジスタＴｒ_bに対しては入力インピーダ
ンス整合回路の機能を持つ。

【００１２】後段の高周波電力用トランジスタＴｒ_bの
出力端子には、インダクターＬとコンデンサーＣとから
構成される出力インピーダンス整合回路３が接続されて
おり、該出力インピーダンス整合回路３は、後段の高周
波電力用トランジスタＴｒ_bの出力インピーダンスと、
外部出力端子ＲＦ_outから出力される高周波電力のイン
ピーダンスとのインピーダンス整合を行なう。

【００１３】第１の従来例に係る高周波電力増幅器は、
外部入力端子ＲＦ_inから入力される高周波電力（高周波
信号）を、前段の高周波電力用トランジスタＴｒ_a及び
後段の高周波電力用トランジスタＴｒ_bによって増幅し
た後、外部出力端子ＲＦ_outから出力する。

【００１４】第１の従来例に係る高周波電力増幅器にお
ける前段及び後段の高周波電力用トランジスタＴｒ_a、
Ｔｒ_bは、図１６（ａ）に示すような電流電圧特性を有
している。すなわち、ゲート電圧Ｖ_gが負電圧例えば−
２Ｖのときには僅かなドレイン電流Ｉ_dsしか流れず、ゲ
ート電圧Ｖ_gが負電圧から０Ｖ側に変化するとドレイン
電流Ｉ_dsは多く流れるようになる。従って、ドレイン電
流Ｉ_dsを低減するためには、ゲート電圧Ｖ_gを−１Ｖか
ら−１．５Ｖ程度にする直流バイアス電源が必要であ
る。

【００１５】そこで、第１の従来例に係る高周波電力増
幅器においては、前段及び後段の高周波トランジスタＴ
ｒ_a、Ｔｒ_bの直流バイアス電圧は次のように設定され
る。すなわち、各入力端子にマイナス数Ｖ程度の負電源
−ＶＧＧ₁（−ＶＧＧ₂）を接続すると共に、各出力端
子にプラス６Ｖ程度の正電源＋ＶＤＤ₁（＋ＶＤＤ₂）
を接続し、これら負電源及び正電源により、所定のバイ
アス電流例えば１００ｍＡのドレイン電流が流れるよう
にしている。

【００１６】ところが、第１の従来例に係る高周波電力
増幅器においては、以下に説明するようなバイアス電流
設定の煩雑さに関する第１の問題がある。すなわち、マ
イナスの直流バイアス電源である負電源−ＶＧＧ₁（−
ＶＧＧ₂）及びプラスの直流バイアス電源である正電源
＋ＶＤＤ₁（＋ＶＤＤ₂）よりなる２種類の直流バイア
ス電源を設ける必要があるので、直流バイアス電源の構
成及び周辺回路が複雑になる。また、これら直流バイア
ス電源のバイアス電圧の設定は１０％以下の精度に設定
しなければ、高周波電力用トランジスタＴｒ_a（Ｔ
ｒ_b）のインピーダンスが変化してインピーダンス整合
が確実に行なわれなくなったり、良好な歪み特性や利得
を確保できなくなったりする。

【００１７】また、第１の従来例に係る高周波電力増幅
器においては、以下に説明するような動作電流の増大に
関する第２の問題がある。すなわち、第１の従来例に係
る高周波電力増幅器においては、固定された直流バイア
ス電流が流れるように設定されているため、高周波電力
の出力が小さいときにも直流バイアス電流が流れている
ので、電力の消費が大きいという問題がある。すなわ
ち、図１６（ｂ）に示すように、高周波電力の出力が小
さくなっても動作電流は余り低減しない。

【００１８】例えば、携帯電話においては、基地局から
遠い場所にいるときには最大出力で電波を出し、基地局
に近い場所にいるときには低出力で電波を出すようにし
て、電池の消耗を防ぎ、これにより電池の長時間の使用
を図っている。ところが、基地局に近い場所において低
い高周波電力で電波を出すときにも、最大出力を出すた
めに必要なアイドル電流が流れているので、低出力のと
きには無駄に電池を消耗させている。

【００１９】そこで、Electronics Letters Vol.32 No.
17の1533ページの論文において、入力される高周波電力
に応じて直流バイアス電流を変化させる高周波電力増幅
器が提案がなされている。

【００２０】以下、この論文に掲載されている高周波電
力増幅器を第２の従来例として図１７を参照しながら説
明する。尚、図１７においては、図１５に示した第１の
従来例と同一の部材については同一の符号を付すことに
より説明を省略する。入力インピーダンス整合回路１、
段間インピーダンス整合回路２及び出力インピーダンス
整合回路３については図示の便宜上ブロックで示してい
る。前段の高周波電力用トランジスタＴｒ_a及び後段の
高周波電力用トランジスタＴｒ_bの電圧電流特性につい
ては、第１の従来例と同様、図１６（ａ）に示すとおり
である。

【００２１】第２の従来例に係る高周波電力増幅器に
は、図１７において一点鎖線で示すように、出力インピ
ーダンス整合回路３の出力端に、抵抗Ｒ₁及びダイオー
ドＤ₁よりなる高周波電力の検出回路と、負の直流バイ
アス電源Ｖ_c（−５Ｖ）と、分割抵抗Ｒ₂、Ｒ₃及びＲ
₄よりなる電圧分割回路とを有する負バイアス電圧発生
回路が設けられている。該負バイアス電圧発生回路は、
電力検出点Ｅにおいて、出力インピーダンス整合回路３
から出力される高周波電力から一部の高周波電力を検出
し、検出した一部の高周波電力に基づいて、負の直流バ
イアス電源Ｖ_cから出力される直流バイアス電圧を変化
させ、該直流バイアス電圧を負バイアス電圧出力点Ｄか
ら第３のマイクロストリップ線路Ｓ₃を介して後段の高
周波電力用トランジスタＴｒ_bの入力端子に出力する。

【００２２】前記のようにすることにより、電力検出点
Ｅで検出された高周波電力が大きいときには、負バイア
ス電圧出力点Ｄから出力されるバイアス電圧は、負の値
が浅くなって−１Ｖ近くまで上昇する一方、電力検出点
Ｅで検出された高周波電力が小さいときには、負バイア
ス電圧出力点Ｄから出力されるバイアス電圧の値が深く
なって−５Ｖまで下がる。これによって、入力される高
周波電力が小さいときのアイドル電流の低減を図ってい
る。従って、図１８に示すように、入力される高周波電
力が小さいときの動作電流は、図１６（ｂ）に示した第
１の従来例に比べて低減している。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、第２の従来
例においては、周辺回路が負の直流バイアス電源Ｖ_cを
有しており、該負の直流バイアス電源Ｖ_cに−５Ｖ程度
の負の電圧を発生させるためには、正電源＋ＶＤＤ₂か
ら出力された正電圧に基づいて負電圧を発生させる負電
圧発生回路が必要になる。そして、この負電圧発生回路
には常時１０ｍＡ程度の電流が流れるので、第２の従来
例は、入力される高周波電力が小さいときの消費電流の
低減という点では不十分である。

【００２４】前記に鑑み、本発明は、高周波電力増幅器
において入力される高周波電力が小さいときの消費電流
を一層低減することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、高周波電力用トランジスタとして、入力
端子に直流負電圧が印加されることにより動作し且つ電
流電圧特性が大きく変化する特性（図１６（ａ）を参
照）を有するトランジスタに代えて、入力端子に正電圧
が印加されることにより動作し且つ電流電圧特性が大き
く変化する特性（図１３（ａ）を参照）を有するトラン
ジスタを用いると共に、検出した高周波電力の増減に応
じて増減する正電圧をトランジスタの入力端子に出力す
るものである。

【００２６】本発明に係る第１の高周波電力増幅器は、
入力端子に正電圧が印加されることにより動作し且つ電
流電圧特性が大きく変化する高周波電力用トランジスタ
と、高周波電力用トランジスタの入力端子に接続された
入力バイアス回路と、高周波電力用トランジスタの出力
端子に接続された出力バイアス回路と、高周波電力用ト
ランジスタの入力端子に接続された入力インピーダンス
整合回路と、高周波電力用トランジスタの出力端子に接
続された出力インピーダンス整合回路と、入力端が高周
波電力用トランジスタの入力側又は出力側に接続され、
高周波電力用トランジスタへ入力される高周波電力又は
高周波電力用トランジスタから出力される高周波電力か
ら一部の高周波電力を検出して出力する検出回路と、入
力端が検出回路の出力端に接続され、検出回路から出力
される一部の高周波電力を整流して脈動正電圧を出力す
る整流回路と、入力端が整流回路の出力端に接続され且
つ出力端が入力バイアス回路の入力端子に接続され、整
流回路から出力される脈動正電圧をならして正電圧を出
力する平滑回路とを有しており、検出した一部の高周波
電力の増減に応じて増減する正電圧を入力バイアス回路
の入力端子に直流電源を介在させることなく出力する正
電圧発生回路とを備えている。

【００２７】第１の高周波電力増幅器によると、入力端
子に正電圧が印加されることにより動作し且つ電流電圧
特性が大きく変化する高周波電力用トランジスタと、検
出した一部の高周波電力の増減に応じて増減する正電圧
を、直流電源を介在させることなく入力バイアス回路を
介して高周波電力用トランジスタの入力端子に出力する
正電圧発生回路とを備えているため、第２の従来例のよ
うに、バイアス電圧発生回路に負の直流バイアス電源を
設ける必要がないので、該負の直流バイアス電源に負の
電圧を発生させるための負電圧発生回路が不要になる。

【００２８】第１の高周波電力増幅器において、検出回
路の入力端は、入力インピーダンス整合回路の入力端子
又は出力インピーダンス整合回路の出力端子に接続され
ていることが好ましい。

【００２９】第１の高周波電力増幅器において、検出回
路の入力端は、入力インピーダンス整合回路の出力端子
又は出力インピーダンス整合回路の入力端子に接続され
ていることが好ましい。

【００３０】第１の高周波電力増幅器において、検出回
路の入力端は、出力バイアス回路に接続されていること
が好ましい。

【００３１】第１の高周波電力増幅器において、整流回
路は、互いに逆方向で且つ並列に接続された一対のダイ
オードからなり、２倍の脈動正電圧を出力することが好
ましい。

【００３２】第１の高周波電力増幅器において、平滑回
路は、コンデンサー及び可変抵抗を有しており、可変抵
抗の抵抗値の変化に応じて変化する正電圧を出力するこ
とが好ましい。

【００３３】第１の高周波電力増幅器において、高周波
電力用トランジスタは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＮＰ
Ｎ型バイポーラトランジスタ、ＮチャネルＭＥＳＦＥＴ
又はＮチャネルのヘテロ接合ＦＥＴであって、ノーマリ
ー・オフ型、エンハンスモード型又はこれらに類似する
電流電圧特性を有することが好ましい。

【００３４】第１の高周波電力増幅器において、高周波
電力用トランジスタ、入力バイアス回路、出力バイアス
回路、入力インピーダンス整合回路、出力インピーダン
ス整合回路及び正電圧発生回路は同一の半導体基板上に
形成されていることが好ましい。

【００３５】第１の高周波電力増幅器において、高周波
電力用トランジスタ、入力バイアス回路、出力バイアス
回路、入力インピーダンス整合回路及び出力インピーダ
ンス整合回路は同一の半導体基板上に形成されているこ
とが好ましい。

【００３６】本発明に係る第２の高周波電力増幅器は、
入力端子に正電圧が印加されることにより動作し且つ電
流電圧特性が大きく変化する前段の高周波電力用トラン
ジスタと、前段の高周波電力用トランジスタの入力端子
に接続された第１の入力バイアス回路と、前段の高周波
電力用トランジスタの出力端子に接続された第１の出力
バイアス回路と、前段の高周波電力用トランジスタの入
力端子に接続された第１の入力インピーダンス整合回路
と、前段の高周波電力用トランジスタの出力端子に接続
された第１の出力インピーダンス整合回路と、入力端子
に正電圧が印加されることにより動作し且つ電流電圧特
性が大きく変化する後段の高周波電力用トランジスタ
と、後段の高周波電力用トランジスタの入力端子に接続
された第２の入力バイアス回路と、後段の高周波電力用
トランジスタの出力端子に接続された第２の出力バイア
ス回路と、後段の高周波電力用トランジスタの入力端子
に接続された第２の入力インピーダンス整合回路と、後
段の高周波電力用トランジスタの出力端子に接続された
第２の出力インピーダンス整合回路と、入力端が後段の
高周波電力用トランジスタの入力側又は出力側に接続さ
れ、後段の高周波電力用トランジスタへ入力される高周
波電力又は後段の高周波電力用トランジスタから出力さ
れる高周波電力から一部の高周波電力を検出して出力す
る検出回路と、入力端が検出回路の出力端に接続され、
検出回路から出力される一部の高周波電力を整流して脈
動正電圧を出力する整流回路と、入力端が整流回路の出
力端に接続され且つ出力端が第１のバイアス回路及び第
２の入力バイアス回路の各入力端子に接続され、整流回
路から出力される脈動正電圧をならして正電圧を出力す
る平滑回路とを有しており、検出した一部の高周波電力
の増減に応じて増減する正電圧を第１の入力バイアス回
路及び第２の入力バイアス回路の各入力端子に直流電源
を介在させることなく出力する正電圧発生回路とを備え
ている。

【００３７】第２の高周波電力増幅器によると、検出し
た一部の高周波電力の増減に応じて増減する正電圧は、
正電圧発生回路から前段の高周波電力用トランジスタ及
び後段の高周波電力用トランジスタの各入力端子に入力
されるので、入力される高周波電力が小さいときの消費
電流は大きく低減する。

【００３８】また、第１の高周波電力増幅器と同様、入
力端子に正電圧が印加されることにより動作し且つ電流
電圧特性が大きく変化する前段及び後段の高周波電力用
トランジスタと、検出した一部の高周波電力の増減に応
じて増減する正電圧を、直流電源を介在させることなく
入力バイアス回路を介して前段及び後段の高周波電力用
トランジスタの入力端子に出力する正電圧発生回路とを
備えているため、第２の従来例のように、バイアス電圧
発生回路に負の直流バイアス電源を設ける必要がないの
で、該負の直流バイアス電源に負の電圧を発生させるた
めの負電圧発生回路が不要になる。

【００３９】第２の高周波電力増幅器において、整流回
路は、互いに逆方向で且つ並列に接続された一対のダイ
オードからなり、２倍の脈動正電圧を出力することが好
ましい。

【００４０】第２の高周波電力増幅器において、平滑回
路は、正電圧を互いに異なる第１の正電圧と第２の正電
圧とに分割し、第１の正電圧を第１の入力バイアス回路
の入力端子に出力すると共に第２の正電圧を第２の入力
バイアス回路の入力端子に出力する電圧分割回路を有し
ていることが好ましい。

【００４１】第２の高周波電力増幅器において、電圧分
割回路は、少なくとも１つの可変抵抗を含む複数の分割
抵抗からなり、１つの可変抵抗の抵抗値の変化に応じて
変化する第１の正電圧又は第２の正電圧を出力すること
が好ましい。

【００４２】第２の高周波電力増幅器において、前段の
高周波電力用トランジスタ及び後段の高周波電力用トラ
ンジスタは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＮＰＮ型バイポ
ーラトランジスタ、ＮチャネルＭＥＳＦＥＴ又はＮチャ
ネルのヘテロ接合ＦＥＴであって、ノーマリー・オフ
型、エンハンスモード型又はこれらに類似する電流電圧
特性を有することが好ましい。

【００４３】第２の高周波電力増幅器において、前段の
高周波電力用トランジスタ、第１の入力バイアス回路
と、第１の出力バイアス回路、第１の入力インピーダン
ス整合回路、第１の出力インピーダンス整合回路、後段
の高周波電力用トランジスタ、第２の入力バイアス回
路、第２の出力バイアス回路、第２の入力インピーダン
ス整合回路、第２の出力インピーダンス整合回路及び正
電圧発生回路は同一の半導体基板上に形成されているこ
とが好ましい。

【００４４】第２の高周波電力増幅器において、前段の
高周波電力用トランジスタ、第１の入力バイアス回路、
第１の出力バイアス回路、第１の入力インピーダンス整
合回路、第１の出力インピーダンス整合回路、後段の高
周波電力用トランジスタ、第２の入力バイアス回路、第
２の出力バイアス回路、第２の入力インピーダンス整合
回路及び第２の出力インピーダンス整合回路は同一の半
導体基板上に形成されていることが好ましい。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態に係る
高周波電力増幅器について図面を参照しながら説明す
る。

【００４６】（第１の実施形態）以下、本発明の第１の
実施形態に係る高周波電力増幅器について、図１、図２
及び図１３（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。図
１及び図２は第１の実施形態に係る高周波電力増幅器の
回路構成を示しており、図１は正電圧発生回路４の詳細
を含む回路図であり、図２は正電圧発生回路４をブロッ
クで示す回路図である。図１３（ａ）は、第１の実施形
態に係る高周波電力増幅器における前段及び後段の高周
波電力用トランジスタの電流電圧特性を示す図であり、
図１３（ｂ）は第１の実施形態に係る高周波電力増幅器
の消費電力を示す図である。尚、図１及び図２において
は、図１５に示す第１の従来例と同一の部材については
同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【００４７】第１の実施形態における前段の高周波電力
用トランジスタＴｒ₁及び後段の高周波電力用トランジ
スタＴｒ₂は、図１３（ａ）に示すように、入力端子に
正電圧が印加されることにより動作し且つ電流電圧特性
が大きく変化する特性、つまりノーマリー・オフ型、エ
ンハンスモード型又はこれらに類似する特性を有してい
る。尚、これらに類似する特性とは、入力端子に印加さ
れる電圧が０Ｖの近傍では無又は僅かな電流しか流れ
ず、且つ入力端子に印加される電圧が０Ｖの近傍から正
電圧側に向かうにつれて流れる電流が多くなる特性のこ
とを称する。具体的には、前段の高周波電力用トランジ
スタＴｒ₁及び後段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂
は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ、ＮＰＮ型バイポーラト
ランジスタ、ＮチャンネルＭＥＳＦＥＴ又はＮチャンネ
ルのヘテロ接合ＦＥＴによって構成されている。

【００４８】図１に示すように、第１の実施形態に係る
高周波電力増幅器は、前段の高周波電力用トランジスタ
Ｔｒ₁、後段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂、前段
の高周波電力用トランジスタＴｒ₁の入力端子に接続さ
れた第１の入力バイアス回路としての１／４波長の長さ
を持つ第１のマイクロストリップ線路Ｓ₁、前段の高周
波電力用トランジスタＴｒ₁の出力端子に接続された第
１の出力バイアス回路としての１／４波長の長さを持つ
第２のマイクロストリップ線路Ｓ₂、後段の高周波電力
用トランジスタＴｒ₂の入力端子に接続された第２の入
力バイアス回路としての１／４波長の長さを持つ第３の
マイクロストリップ線路Ｓ₃、後段の高周波電力用トラ
ンジスタＴｒ₂の出力端子に接続された第２の出力バイ
アス回路としての１／４波長の長さを持つ第４のマイク
ロストリップ線路Ｓ₄、前段の高周波電力用トランジス
タＴｒ₁の入力端子に接続された入力インピーダンス整
合回路１、前段の高周波電力用トランジスタＴｒ₁の出
力端子と後段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂の出力
端子との間に接続された段間インピーダンス整合回路
２、及び後段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂の出力
端子に接続された出力インピーダンス整合回路３とを備
えている。尚、段間インピーダンス整合回路２は、複数
の高周波電力用トランジスタよりなる多段構成の高周波
電力増幅器においては、前段の高周波電力用トランジス
タＴｒ₁と後段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂との
インピーダンス整合を行なうが、前段の高周波電力用ト
ランジスタＴｒ₁に対しては出力インピーダンス整合回
路の機能を持つと共に、後段の高周波電力用トランジス
タＴｒ₂に対しては入力インピーダンス整合回路の機能
を持つ。

【００４９】第１の実施形態の特徴として、入力される
高周波電力の増減に応じて増減する正電圧を発生する正
電圧発生回路４を備えており、正電圧発生回路４の入力
部には電力検出点Ａが設けられていると共に、正電圧発
生回路４の出力部には正電圧出力点Ｂが設けられてい
る。図１に示すように、正電圧発生回路４は、入力され
る高周波電力から一部の高周波電力を検出する抵抗Ｒ₁₁
（検出回路）と、抵抗Ｒ₁₁により検出された一部の高周
波電力から直流成分を削除して微小高周波電力を出力す
るコンデンサーＣ₁₂と、コンデンサーＣ₁₂から出力され
る微小高周波電力を整流して脈動正電圧を出力するダイ
オードＤ₁₁（整流回路）と、ダイオードＤ₁₁から出力さ
れる脈動正電圧をならして正電圧を出力するコンデンサ
ーＣ₁₁及び抵抗Ｒ₁₂（平滑回路）とを有している。正電
圧発生回路４は、図１から明らかなように、負の直流バ
イアス電源を有していない。

【００５０】尚、入力される高周波電力から一部の高周
波電力を検出する検出回路は、第１の実施形態において
は抵抗Ｒ₁₁であったが、これに代えて、ダイオードのみ
又は直列に接続された抵抗とダイオードとから構成して
もよい。また、コンデンサーＣ₁₃は、正電圧の高周波的
なノイズを低減するために付加されている。

【００５１】また、第１の実施形態の特徴として、正電
圧発生回路４の電力検出点Ａは出力インピーダンス整合
回路３の出力端子に接続されていると共に、正電圧発生
回路４の正電圧出力点Ｂは第３のマイクロストリップ線
路Ｓ₃（第１の入力バイアス回路）の入力端子に接続さ
れている。これにより、正電圧発生回路４は、出力イン
ピーダンス整合回路３から出力される高周波電力から一
部の高周波電力を検出し、検出した一部の高周波電力の
増減に応じて増減する正電圧を第３のマイクロストリッ
プ線路Ｓ₃を介して後段の高周波電力用トランジスタＴ
ｒ₂の入力端子に出力する。

【００５２】従って、第１の実施形態によると、後段の
高周波電力用トランジスタＴｒ₂の入力端子には、出力
インピーダンス整合回路３から出力される高周波電力が
大きいときには高い正電圧が印加され、出力インピーダ
ンス整合回路３から出力される高周波電力が小さいとき
には低い正電圧が印加される。

【００５３】また、正電圧発生回路４が負の直流バイア
ス電源を有していないため、正電源＋ＶＤＤ₂から出力
された正電圧に基づいて負電圧を発生させる負電圧発生
回路は不要になる。

【００５４】図１３（ｂ）は、高周波電力増幅器の高周
波電力の入出力特性（Ｐ_out）と、後段の高周波電力用
トランジスタＴｒ₂の動作電流とを示しており、図１３
（ｂ）に示すように、出力される高周波電力が小さいと
きの動作電流は低減する。

【００５５】さらに、第１の実施形態によると、正電圧
発生回路４の電力検出点Ａは出力インピーダンス整合回
路３の出力端子に接続されているため、回路構成は簡単
になるが、高周波電力のインピーダンスが出力インピー
ダンス整合回路３により５０Ω程度にまで上げられてい
るので、正電圧発生回路４が付加されることに伴う影響
を考慮に入れた総合設計が必要になる。

【００５６】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態に係る高周波電力増幅器について図３を参照し
ながら説明する。図３は第２の実施形態に係る高周波電
力増幅器の回路構成を示しており、図１５に示す第１の
従来例又は図１に示す第１の実施形態と同一の部材につ
いては同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【００５７】第２の実施形態の特徴として、正電圧発生
回路４の電力検出点Ａは後段の高周波電力用トランジス
タＴｒ₂の出力端子に接続されていると共に、正電圧発
生回路４の正電圧出力点Ｂは第３のマイクロストリップ
線路Ｓ₃の入力端子に接続されている。これにより、正
電圧発生回路４は、前段の高周波電力用トランジスタＴ
ｒ₁から出力される高周波電力から一部の高周波電力を
検出し、検出した一部の高周波電力の増減に応じて増減
する正電圧を第３のマイクロストリップ線路Ｓ₃を介し
て後段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂の入力端子に
出力する。

【００５８】従って、第２の実施形態によると、後段の
高周波電力用トランジスタＴｒ₂の入力端子には、該後
段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂から出力される高
周波電力が大きいときには高い正電圧が印加され、後段
の高周波電力用トランジスタＴｒ₂から出力される高周
波電力が小さいときには低い正電圧が印加される。

【００５９】また、第２の実施形態によると、正電圧発
生回路４の電力検出点Ａは後段の高周波電力用トランジ
スタＴｒ₂の出力端子に接続されているため、第１の実
施形態に比べて、入力される高周波電力のインピーダン
スが低いので、高周波増幅回路の設計に際してインピー
ダンスの影響を考慮しなくてもよい。

【００６０】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態に係る高周波電力増幅器について図４を参照し
ながら説明する。図４は第３の実施形態に係る高周波電
力増幅器の回路構成を示しており、図１５に示す第１の
従来例又は図１に示す第１の実施形態と同一の部材につ
いては同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【００６１】第３の実施形態の特徴として、正電圧発生
回路４の電力検出点Ａは、段間インピーダンス整合回路
２の出力端子と後段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂
の入力端子との間に接続されていると共に、正電圧発生
回路４の正電圧出力点Ｂは第３のマイクロストリップ線
路Ｓ₃の入力端子に接続されている。これにより、正電
圧発生回路４は、後段の高周波電力用トランジスタＴｒ
₂に入力される高周波電力から一部の高周波電力を検出
し、検出した一部の高周波電力の増減に応じて増減する
正電圧を第３のマイクロストリップ線路Ｓ₃を介して後
段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂の入力端子に出力
する。尚、図４において、Ｃ_b5は段間インピーダンス整
合回路２から出力される高周波電力から直流成分を除去
するコンデンサーである。

【００６２】従って、第３の実施形態によると、後段の
高周波電力用トランジスタＴｒ₂の入力端子には、該後
段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂に入力される高周
波電力が大きいときには高い正電圧が印加され、後段の
高周波電力用トランジスタＴｒ₂に入力される高周波電
力が小さいときには低い正電圧が印加される。

【００６３】（第４の実施形態）以下、本発明の第４の
実施形態に係る高周波電力増幅器について図５を参照し
ながら説明する。図５は第４の実施形態に係る高周波電
力増幅器の回路構成を示しており、図１５に示す第１の
従来例又は図１に示す第１の実施形態と同一の部材につ
いては同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【００６４】第４の実施形態の特徴として、正電圧発生
回路４の電力検出点Ａは、前段の高周波電力用トランジ
スタＴｒ₁の出力端子と段間インピーダンス整合回路２
の入力端子との間に接続されていると共に、正電圧発生
回路４の正電圧出力点Ｂは第３のマイクロストリップ線
路Ｓ₃の入力端子に接続されている。これにより、正電
圧発生回路４は、後段の高周波電力用トランジスタＴｒ
₂に入力される高周波電力から一部の高周波電力を検出
し、検出した一部の高周波電力の増減に応じて増減する
正電圧を第３のマイクロストリップ線路Ｓ₃を介して後
段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂の入力端子に出力
する。

【００６５】従って、第４の実施形態によると、後段の
高周波電力用トランジスタＴｒ₂の入力端子には、該後
段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂に入力される高周
波電力が大きいときには高い正電圧が印加され、後段の
高周波電力用トランジスタＴｒ₂に入力される高周波電
力が小さいときには低い正電圧が印加される。

【００６６】（第５の実施形態）以下、本発明の第５の
実施形態に係る高周波電力増幅器について図６を参照し
ながら説明する。図６は第５の実施形態に係る高周波電
力増幅器の回路構成を示しており、図１５に示す第１の
従来例又は図１に示す第１の実施形態と同一の部材につ
いては同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【００６７】第５の実施形態の特徴として、正電圧発生
回路４の電力検出点Ａは、後段の高周波電力用トランジ
スタＴｒ₂の出力端子に接続された第４の出力バイアス
回路としての、２つの分割マイクロストリップ線路Ｓ
_4a、Ｓ_4bよりなる第４のマイクロストリップ線路Ｓ₄
の途中に接続されていると共に、正電圧発生回路４の正
電圧出力点Ｂは第３のマイクロストリップ線路Ｓ₃の入
力端子に接続されている。これにより、正電圧発生回路
４は、後段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂から出力
される高周波電力から一部の高周波電力を検出し、検出
した一部の高周波電力の増減に応じて増減する正電圧を
第３のマイクロストリップ線路Ｓ₃を介して後段の高周
波電力用トランジスタＴｒ₂の入力端子に出力する。

【００６８】従って、第５の実施形態によると、後段の
高周波電力用トランジスタＴｒ₂の入力端子には、該後
段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂から出力される高
周波電力が大きいときには高い正電圧が印加され、後段
の高周波電力用トランジスタＴｒ₂から出力される高周
波電力が小さいときには低い正電圧が印加される。

【００６９】また、第５の実施形態においては、電力検
出点Ａは第４の出力バイアス回路としての第４のマイク
ロストリップ線路Ｓ₄の途中に接続されているため、つ
まり、第４の出力バイアス回路に漏れる高周波電力の一
部を検出しているため、基本となる高周波電力が検出に
より減少する量を考慮する必要がなくなるので、基本と
なる増幅回路の設計の簡略化を図ることができる。

【００７０】（第６の実施形態）以下、本発明の第６の
実施形態に係る高周波電力増幅器について図７を参照し
ながら説明する。図７は第６の実施形態に係る高周波電
力増幅器の回路構成を示しており、図１５に示す第１の
従来例又は図１に示す第１の実施形態と同一の部材につ
いては同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【００７１】第６の実施形態の特徴として、正電圧発生
回路４の電力検出点Ａは出力インピーダンス整合回路３
の出力端子に接続されていると共に、正電圧発生回路４
の正電圧出力点Ｂは第１のマイクロストリップ線路Ｓ₁
及び第２のマイクロストリップ線路Ｓ₃の各入力端子に
接続されている。これにより、正電圧発生回路４は、出
力インピーダンス整合回路３から出力される高周波電力
から一部の高周波電力を検出し、検出した一部の高周波
電力の増減に応じて増減する正電圧を、第１のマイクロ
ストリップ線路Ｓ₁を介して前段の高周波電力用トラン
ジスタＴｒ₁の入力端子に出力すると共に、第３のマイ
クロストリップ線路Ｓ₃を介して後段の高周波電力用ト
ランジスタＴｒ₂の入力端子に出力する。

【００７２】従って、第６の実施形態によると、前段の
高周波電力用トランジスタＴｒ₁及び後段の高周波電力
用トランジスタＴｒ₂の各入力端子には、出力インピー
ダンス整合回路３から出力される高周波電力が大きいと
きには高い正電圧が印加され、出力インピーダンス整合
回路３から出力される高周波電力が小さいときには低い
正電圧が印加されるので、前段の高周波電力用トランジ
スタＴｒ₁及び後段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂
のアイドル電流はそれぞれ低減する。

【００７３】図１４は、第６の実施形態に係る高周波電
力増幅器の高周波電力の入出力特性（Ｐ_out）と、前段
の高周波電力用トランジスタＴｒ₁及び後段の高周波電
力用トランジスタＴｒ₂の合計動作電流とを示してお
り、図１４に示すように、出力される高周波電力が小さ
いときの合計動作電流は大きく低減する。

【００７４】（第７の実施形態）以下、本発明の第７の
実施形態に係る高周波電力増幅器について図８を参照し
ながら説明する。図８は第７の実施形態に係る高周波電
力増幅器の回路構成を示しており、図１５に示す第１の
従来例又は図１に示す第１の実施形態と同一の部材につ
いては同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【００７５】第７の実施形態の特徴として、入力される
高周波電力の増減に応じて増減する正電圧を発生する２
出力正電圧発生回路５を備えており、２出力正電圧発生
回路５の入力部には電力検出点Ａが設けられていると共
に、２出力正電圧発生回路５の出力部には第１正電圧出
力点Ｂ₁及び第２正電圧出力点Ｂ₂が設けられている。
図８に示すように、２出力正電圧発生回路５は、入力さ
れる高周波電力から一部の高周波電力を検出する抵抗Ｒ
₁₁（検出回路）と、抵抗Ｒ₁₁により検出された一部の高
周波電力から直流成分を削除して微小高周波電力を出力
するコンデンサーＣ₁₂と、コンデンサーＣ₁₂から出力さ
れる微小高周波電力を整流して脈動正電圧を出力するダ
イオードＤ₁₁（整流回路）と、ダイオードＤ₁₁から出力
される脈動正電圧をならして正電圧を出力するコンデン
サーＣ₁₁、第１分割抵抗Ｒ₁₃及び第２分割抵抗Ｒ₁₄（平
滑回路）とを有している。２出力正電圧発生回路５は、
図８から明らかなように、負の直流バイアス電源を有し
ていない。

【００７６】また、第７の実施形態の特徴として、２出
力正電圧発生回路５の電力検出点Ａは出力インピーダン
ス整合回路３の出力端子に接続されていると共に、２出
力正電圧発生回路５の第１正電圧出力点Ｂ₁ は第１のマ
イクロストリップ線路Ｓ₁ の入力端子に接続され、２出
力正電圧発生回路５の第２正電圧出力点Ｂ₂ は第３のマ
イクロストリップ線路Ｓ₃ の入力端子に接続されてい
る。これにより、２出力正電圧発生回路５は、出力イン
ピーダンス整合回路３から出力される高周波電力から一
部の高周波電力を検出し、検出した一部の高周波電力の
増減に応じて増減する正電圧を、第１のマイクロストリ
ップ線路Ｓ₁を介して前段の高周波電力用トランジスタ
Ｔｒ₁の入力端子に出力すると共に、第３のマイクロス
トリップ線路Ｓ₃を介して後段の高周波電力用トランジ
スタＴｒ₂の入力端子に出力する。この場合、平滑回路
の抵抗は、第１分割抵抗Ｒ₁₃及び第２分割抵抗Ｒ₁₄から
構成されているため、前段の高周波電力用トランジスタ
Ｔｒ₁の入力端子には相対的に小さい正電圧を出力し、
後段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂の入力端子には
相対的に大きい正電圧を出力することができる。

【００７７】従って、第７の実施形態によると、前段の
高周波電力用トランジスタＴｒ₁の電流電圧特性と後段
の高周波電力用トランジスタＴｒ₂の電流電圧特性との
間に差があるでも、出力される高周波電力が小さいとき
の動作電流を確実に低減することができる。

【００７８】（第８の実施形態）以下、本発明の第８の
実施形態に係る高周波電力増幅器について図９を参照し
ながら説明する。図９は第８の実施形態に係る高周波電
力増幅器の回路構成を示しており、図１５に示す第１の
従来例又は図１に示す第１の実施形態と同一の部材につ
いては同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【００７９】第８の実施形態の特徴として、入力される
高周波電力の増減に応じて増減する正電圧を発生する２
倍正電圧発生回路６を備えており、２倍正電圧発生回路
６の入力部には電力検出点Ａが設けられていると共に、
２倍正電圧発生回路６の出力部には正電圧出力点Ｂが設
けられている。図９に示すように、２倍正電圧発生回路
６は、入力される高周波電力から一部の高周波電力を検
出する抵抗Ｒ₁₁（検出回路）と、抵抗Ｒ₁₁により検出さ
れた一部の高周波電力から直流成分を削除して微小高周
波電力を出力するコンデンサーＣ₁₂と、コンデンサーＣ
₁₂から出力される微小高周波電力を整流して脈動正電圧
を出力する第１ダイオードＤ₁₁及び第２ダイオードＤ₁₂
（２倍電圧整流回路）と、第１ダイオードＤ₁₁及び第２
ダイオードＤ₁₂から出力される脈動正電圧をならして２
倍正電圧を出力するコンデンサーＣ₁₁及び抵抗Ｒ₁₂（平
滑回路）とを有している。２倍正電圧発生回路６は、図
９から明らかなように、負の直流バイアス電源を有して
いない。

【００８０】前述した正電圧発生回路４及び２出力正電
圧発生回路５の整流回路が半波整流を行なうのに対し
て、第８の実施形態においては、２倍電圧整流回路は全
波整流を行なうため、抵抗Ｒ₁₂の両端に発生する電圧を
２倍に高めることができるので、所定の正電圧を発生す
るために必要な高周波電力の絶対値を半分にすることが
できる。従って、電力検出点Ａにおいて抽出する高周波
電力を低減することができるので、高周波電力の損失を
軽減することができる。例えば、電力検出点Ａにおける
入力高周波電力としては、前述した正電圧発生回路４及
び２出力正電圧発生回路５では１０ｄＢｍが必要であっ
たが、２倍正電圧変換回路６では半分の７ｄＢｍです
む。

【００８１】（第９の実施形態）以下、本発明の第９の
実施形態に係る高周波電力増幅器について図１０を参照
しながら説明する。図１０は第９の実施形態に係る高周
波電力増幅器の回路構成を示しており、図１５に示す第
１の従来例又は図１に示す第１の実施形態と同一の部材
については同一の符号を付すことにより説明を省略す
る。

【００８２】第９の実施形態の特徴として、入力される
高周波電力の増減に応じて増減する正電圧を発生する可
変正電圧発生回路７を備えており、可変正電圧発生回路
７の入力部には電力検出点Ａが設けられていると共に、
可変正電圧発生回路７の出力部には正電圧出力点Ｂが設
けられている。図１０に示すように、可変正電圧発生回
路７は、入力される高周波電力から一部の高周波電力を
検出する抵抗Ｒ₁₁（検出回路）と、抵抗Ｒ₁₁により検出
された一部の高周波電力から直流成分を削除して微小高
周波電力を出力するコンデンサーＣ₁₂と、コンデンサー
Ｃ₁₂から出力される微小高周波電力を整流して脈動正電
圧を出力するダイオードＤ₁₁（整流回路）と、ダイオー
ドＤ₁₁から出力される脈動正電圧をならして正電圧を出
力するコンデンサーＣ₁₁、不変分割抵抗Ｒ₁₃及び可変分
割抵抗Ｒ₁₅（平滑回路）とを有している。可変正電圧発
生回路７は、図１０から明らかなように、負の直流バイ
アス電源を有していない。

【００８３】第９の実施形態によると、第２の入力バイ
アス回路としての第３のマイクロストリップ線路Ｓ₃を
介して後段の高周波電力用トランジスタＴｒ₂の入力端
子に出力する正電圧を可変分割抵抗Ｒ₁₅により調整する
ことができる。従って、後段の高周波電力用トランジス
タＴｒ₂において電流が流れ始める際に電流電圧特性が
大きく変化しても、該電流電圧特性の変化に応じて可変
分割抵抗Ｒ₁₅の抵抗値を調整することにより、利得及び
出力が変化しない高周波電力増幅器を実現できる。

【００８４】（第１０の実施形態）以下、本発明の第１
０の実施形態に係る高周波電力増幅器について図１１を
参照しながら説明する。図１１は、図７に示した第６の
実施形態に係る高周波電力増幅器が同一の半導体基板８
の上に形成されてなるマイクロ波回路一体型集積回路
（ＭＭＩＣ:Microwave Monolithic IC）を示しており、
図１５に示す第１の従来例、図１に示す第１の実施形態
及び図７に示す第６の実施形態と同一の部材については
同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【００８５】第１０の実施形態の特徴として、前段の高
周波電力用トランジスタＴｒ₁、後段の高周波電力用ト
ランジスタＴｒ₂、第１のマイクロストリップ線路
Ｓ₁、第２のマイクロストリップ線路Ｓ₂、第３のマイ
クロストリップ線路Ｓ₃、第４のマイクロストリップ線
路Ｓ₄、入力インピーダンス整合回路１、段間インピー
ダンス整合回路２、出力インピーダンス整合回路３及び
正電圧発生回路４が同一の半導体基板８の上に形成され
ている。

【００８６】第１０の実施形態において、半導体基板８
としてガリウム砒素（ＧａＡｓ）よりなる化合物半導体
基板を用いると、マイクロ波回路一体型集積回路を数ミ
リ角のチップサイズで実現することができる。

【００８７】また、第１０の実施形態によると、高周波
電力増幅器に用いられている高周波電力用トランジスタ
の入力バイアス回路を外部に引き出す必要がなく、半導
体基板８の上で正電圧を発生することができるため、マ
イクロ波回路一体型集積回路を樹脂パッケージに実装し
た場合において、リード端子の数を減らすことが可能に
なるので、小型で且つ入力バイアス回路の設定が不要な
高周波電力増幅器を実現できる。

【００８８】尚、第１０の実施形態においては、第６の
実施形態に係る高周波電力増幅器が半導体基板８の上に
形成されてなる場合を示したが、第１〜第５及び第７〜
第９の実施形態のいずれかの高周波電力増幅器が半導体
基板８の上に形成されてもよいのは当然である。

【００８９】（第１１の実施形態）以下、本発明の第１
１の実施形態に係る高周波電力増幅器について図１２を
参照しながら説明する。図１２は、図７に示した第６の
実施形態に係る高周波電力増幅器における正電圧発生回
路４を除く他の構成要素が同一の半導体基板８の上に形
成されてなるマイクロ波回路一体型集積回路（ＭＭＩ
Ｃ）を示しており、図１５に示す第１の従来例、図１に
示す第１の実施形態及び図７に示す第６の実施形態と同
一の部材については同一の符号を付すことにより説明を
省略する。

【００９０】第１１の実施形態の特徴として、前段の高
周波電力用トランジスタＴｒ₁、後段の高周波電力用ト
ランジスタＴｒ₂、第１のマイクロストリップ線路
Ｓ₁、第２のマイクロストリップ線路Ｓ₂、第３のマイ
クロストリップ線路Ｓ₃、第４のマイクロストリップ線
路Ｓ₄、入力インピーダンス整合回路１、段間インピー
ダンス整合回路２及び出力インピーダンス整合回路３が
同一の半導体基板８の上に形成されており、正電圧発生
回路４は他の半導体基板の上に形成されている。

【００９１】第１１の実施形態によると、従来の構成を
有するマイクロ波回路一体型集積回路に正電圧発生回路
４を外部から付加することによって、高周波電力増幅器
の入力バイアス回路を簡略化できると共に、高周波電力
増幅器の小型化も同時に実現できる。

【００９２】尚、第１１の実施形態においては、第６の
実施形態に係る高周波電力増幅器における正電圧発生回
路４を除く他の構成要素が半導体基板８の上に形成され
てなる場合を示したが、第１〜第５及び第７〜第９の実
施形態のいずれかの高周波電力増幅器における正電圧発
生回路４、２出力正電圧発生回路５、２倍正電圧発生回
路６又は可変正電圧発生回路７が半導体基板８の上に形
成されてもよいのは当然である。

【００９３】

【発明の効果】第１の高周波電力増幅器によると、正電
圧発生回路に負の直流バイアス電源を設ける必要がない
ため、負の直流バイアス電源に負の電圧を発生させるた
めの負電圧発生回路が不要になるので、入力される高周
波電力が小さいときの消費電流を一層低減することがで
きる。

【００９４】また、負の直流バイアス電源及び負電圧発
生回路が不要になるため、バイアス電圧発生回路の回路
構成及び全体としての回路構成がいずれも簡略化され
て、高周波電力増幅器に引き回される配線が軽減するの
で、高周波電力増幅器の小型化を図ることができる。

【００９５】第１の高周波電力増幅器において、検出回
路の入力端が、入力インピーダンス整合回路の入力端子
又は出力インピーダンス整合回路の出力端子に接続され
ていると、検出回路の入力端を高周波電力増幅器の外部
入力端子又は外部出力端子の近傍に配置することができ
るので、高周波電力用トランジスタ、入力バイアス回
路、出力バイアス回路、入力インピーダンス整合回路及
び出力インピーダンス整合回路と、正電圧発生回路とを
別々の半導体基板に実装する場合の接続が容易になる。

【００９６】第１の高周波電力増幅器において、検出回
路の入力端が、入力インピーダンス整合回路の出力端子
又は出力インピーダンス整合回路の入力端子に接続され
ていると、正電圧発生回路を付加することによって基本
となる増幅回路が受ける影響を低減することができる。
すなわち、高周波電力用トランジスタの入力インピーダ
ンス及び出力インピーダンスは通常５０Ωよりもかなり
低いのに対して、正電圧発生回路の検出回路として５０
Ωよりもかなり大きいインピーダンスを持つ抵抗を用い
ても、高周波電力用トランジスタがインピーダンスの差
異に起因する悪影響を受ける事態を回避できる。従っ
て、入力インピーダンス整合回路又は出力インピーダン
ス整合回路を設計する際に、正電圧発生回路の影響を考
慮しなくてもよいので、整合回路の設計が容易になる。

【００９７】第１の高周波電力増幅器において、検出回
路の入力端が出力バイアス回路に接続されていると、正
電圧発生回路を付加することに伴って基本の増幅回路が
受ける影響を無視できる。すなわち、通常、出力バイア
ス回路には或る程度の高周波電力が漏れており、漏れて
いる高周波電力を検出回路で検出することができるの
で、つまり増幅回路を流れる基本の高周波電力を検出し
ないので、高周波電力の検出に伴う損失分を考慮する必
要がなくなる。

【００９８】第１の高周波電力増幅器において、整流回
路が、互いに逆方向で且つ並列に接続された一対のダイ
オードからなり２倍の脈動正電圧を出力すると、平滑回
路に入力される電圧を２倍に高めることができるので、
検出する一部の高周波電力の絶対値を半分にしても、所
定の正電圧を発生させることができる。従って、基本の
増幅回路から抽出する高周波電力を半分にできるので、
基本の増幅回路を流れる高周波電力の損失を低減するこ
とができる。

【００９９】第１の高周波電力増幅器において、平滑回
路が、コンデンサー及び可変抵抗を有しており可変抵抗
の抵抗値の変化に応じて変化する正電圧を出力すると、
高周波電力用トランジスタに電流が流れ始めるときに該
高周波電力用トランジスタの電流電圧特性が大きく変化
しても、可変抵抗の抵抗値を調整することにより、利得
及び出力が等価な高周波電力増幅器を実現できる。

【０１００】第１の高周波電力増幅器において、高周波
電力用トランジスタが、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＮＰ
Ｎ型バイポーラトランジスタ、ＮチャネルＭＥＳＦＥＴ
又はＮチャネルのヘテロ接合ＦＥＴであって、ノーマリ
ー・オフ型、エンハンスモード型又はこれらに類似する
電流電圧特性を有していると、これらのトランジスタの
制御端子に正電圧を印加することにより電流電圧特性を
大きく変化させることができる。従って、高周波電力が
小さいときのアイドル電流を低減できる一方、高周波電
力が大きいときには、これらのトランジスタの制御端子
に入力される正電圧の増加に伴ってアイドル電流が大き
く増加するので、これらのトランジスタから出力される
高周波電力が大きくなる。このため、高周波電力増幅回
路に入力される高周波電力が小さいときの動作電流を低
減できる一方、高周波電力増幅回路に入力される高周波
電力が大きいときには、該高周波電力増幅器から出力さ
れる高周波電力を増加させることができる。

【０１０１】第１の高周波電力増幅器において、高周波
電力用トランジスタ、入力バイアス回路、出力バイアス
回路、入力インピーダンス整合回路、出力インピーダン
ス整合回路及び正電圧発生回路が同一の半導体基板上に
形成されていると、半導体基板としてガリウム砒素（Ｇ
ａＡｓ）基板を用いることにより、マイクロ波回路一体
型集積回路（ＭＭＩＣ）を数ミリ角のチップサイズで実
現できる。従って、高周波電力用トランジスタの入力バ
イアス回路をチップの外部に引き出すことなく、半導体
基板の上において正電圧を発生させることができる。ま
た、半導体基板を樹脂パッケージに実装する場合に、入
力バイアス回路のリード端子を外部に引き出す必要がな
くなるので、リード端子の数を減らすことが可能とな
る。このため、小型で且つ入力バイアス回路の設定が不
要な高周波電力増幅器を実現することができる。

【０１０２】第１の高周波電力増幅器において、高周波
電力用トランジスタ、入力バイアス回路、出力バイアス
回路、入力インピーダンス整合回路及び出力インピーダ
ンス整合回路が同一の半導体基板上に形成されている
と、既存のマイクロ波回路一体型集積回路（ＭＭＩＣ）
の形態を有する高周波電力増幅器に、正電圧発生回路を
外部から付加することができるので、入力バイアス回路
を簡略化できると共に高周波電力増幅器全体の小型化を
図ることができる。

【０１０３】第２の高周波電力増幅器によると、検出し
た一部の高周波電力の増減に応じて増減する正電圧は、
正電圧発生回路から前段の高周波電力用トランジスタ及
び後段の高周波電力用トランジスタの各入力端子に入力
されるので、高周波電力増幅器に入力される高周波電力
が小さいときの合計消費電流を大きく低減することがで
きる。

【０１０４】また、第１の高周波電力増幅器と同様、正
電圧発生回路に負の直流バイアス電源を設ける必要がな
いため、負の直流バイアス電源に負の電圧を発生させる
ための負電圧発生回路が不要になるので、高周波電力の
入力が小さいときの消費電流を一層低減することができ
る。

【０１０５】さらに、第１の高周波電力増幅器と同様、
負の直流バイアス電源及び負電圧発生回路が不要になる
ため、バイアス発生回路の回路構成及び全体としての回
路構成がいずれも簡略化して、高周波電力増幅器に引き
回される配線が軽減するので、高周波電力増幅器の小型
化を図ることができる。

【０１０６】第２の高周波電力増幅器において、整流回
路が、互いに逆方向で且つ並列に接続された一対のダイ
オードからなり２倍の脈動正電圧を出力すると、平滑回
路に入力される電圧を２倍に高めることができるので、
検出する一部の高周波電力の絶対値を半分にしても、所
定の正電圧を発生させることができる。従って、基本の
増幅回路から抽出する高周波電力を半分にできるので、
基本の増幅回路を流れる高周波電力の損失を低減するこ
とができる。

【０１０７】第２の高周波電力増幅器において、平滑回
路が、正電圧を互いに異なる第１の正電圧と第２の正電
圧とに分割し、第１の正電圧を第１の入力インピーダン
ス整合回路の入力端子に出力すると共に第２の正電圧を
第２の入力インピーダンス整合回路の入力端子に出力す
る電圧分割回路を有していると、前段の高周波電力用ト
ランジスタと後段の高周波電力用トランジスタとの間で
電流電圧特性に差があっても、互いに異なる入力バイア
ス電圧を供給することができる。従って、前段の高周波
電力用トランジスタのアイドル電流及び後段の高周波電
力用トランジスタのアイドル電流を高周波電力に応じて
個別に調整できるので、アイドル電流をより一層低減す
ることができる。

【０１０８】第２の高周波電力増幅器において、電圧分
割回路が、少なくとも１つの可変抵抗を含む複数の分割
抵抗からなり、少なくとも１つの可変抵抗の抵抗値の変
化に応じて変化する第１の正電圧又は第２の正電圧を出
力すると、前段又は後段の高周波電力用トランジスタに
電流が流れ始めるときに該高周波電力用トランジスタの
電流電圧特性が大きく変化しても、可変抵抗の抵抗値を
調整することにより、利得及び出力が等価な高周波電力
増幅器を実現できる。

【０１０９】第２の高周波電力増幅器において、前段の
高周波電力用トランジスタ及び後段の高周波電力用トラ
ンジスタが、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＮＰＮ型バイポ
ーラトランジスタ、ＮチャネルＭＥＳＦＥＴ又はＮチャ
ネルのヘテロ接合ＦＥＴであって、ノーマリー・オフ
型、エンハンスモード型又はこれらに類似する電流電圧
特性を有していると、第１の高周波電力増幅回路と同
様、高周波電力増幅回路に入力される高周波電力が小さ
いときの動作電流を低減できる一方、高周波電力増幅回
路に入力される高周波電力が大きいときには、該高周波
電力増幅器から出力される高周波電力を増加させること
ができる。

【０１１０】第２の高周波電力増幅器において、前段の
高周波電力用トランジスタ、第１の入力バイアス回路
と、第１の出力バイアス回路、第１の入力インピーダン
ス整合回路、第１の出力インピーダンス整合回路、後段
の高周波電力用トランジスタ、第２の入力バイアス回
路、第２の出力バイアス回路、第２の入力インピーダン
ス整合回路、第２の出力インピーダンス整合回路及び正
電圧発生回路が同一の半導体基板上に形成されている
と、第１の高周波電力増幅器と同様、高周波電力用トラ
ンジスタの入力バイアス回路をチップの外部に引き出す
ことなく、半導体基板の上において正電圧を発生させる
ことができる。また、半導体基板を樹脂パッケージに実
装する場合に、入力バイアス回路のリード端子を外部に
引き出す必要がなくなるので、リード端子の数を減らす
ことが可能となる。このため、小型で且つ入力バイアス
回路の設定が不要な高周波電力増幅器を実現できる。

【０１１１】第２の高周波電力増幅器において、前段の
高周波電力用トランジスタ、第１の入力バイアス回路、
第１の出力バイアス回路、第１の入力インピーダンス整
合回路、第１の出力インピーダンス整合回路、後段の高
周波電力用トランジスタ、第２の入力バイアス回路、第
２の出力バイアス回路、第２の入力インピーダンス整合
回路及び第２の出力インピーダンス整合回路が同一の半
導体基板上に形成されていると、第１の高周波電力増幅
器と同様、入力バイアス回路を簡略化できると共に高周
波電力増幅器全体の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅
器の回路図であって、正電圧発生回路の詳細を示してい
る。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅
器の回路図であって、正電圧発生回路をブロックで示し
ている。

【図３】本発明の第２の実施形態に係る高周波電力増幅
器の回路図である。

【図４】本発明の第３の実施形態に係る高周波電力増幅
器の回路図である。

【図５】本発明の第４の実施形態に係る高周波電力増幅
器の回路図である。

【図６】本発明の第５の実施形態に係る高周波電力増幅
器の回路図である。

【図７】本発明の第６の実施形態に係る高周波電力増幅
器の回路図である。

【図８】本発明の第７の実施形態に係る高周波電力増幅
器の回路図である。

【図９】本発明の第８の実施形態に係る高周波電力増幅
器の回路図である。

【図１０】本発明の第９の実施形態に係る高周波電力増
幅器の回路図である。

【図１１】本発明の第１０の実施形態に係るＭＭＩＣよ
りなる高周波電力増幅器の回路図である。

【図１２】本発明の第１１の実施形態に係るＭＭＩＣよ
りなる高周波電力増幅器の回路図である。

【図１３】（ａ）は本発明の各実施形態に係る高周波電
力増幅器の高周波電力用トランジスタの電流電圧特性を
示す図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る
高周波電力増幅器における、高周波電力の入出力特性と
後段の高周波電力用トランジスタの動作電流とを示す特
性図である。

【図１４】本発明の第６の実施形態に係る高周波電力増
幅器における、高周波電力の入出力特性と前段の高周波
電力用トランジスタ及び後段の高周波電力用トランジス
タの合計動作電流とを示す特性図である。

【図１５】第１の従来例に係る高周波電力増幅器の回路
図である。

【図１６】（ａ）は第１の従来例に係る高周波電力増幅
器の高周波電力用トランジスタの電流電圧特性を示す図
であり、（ｂ）は第１の従来例に係る高周波電力増幅器
における、高周波電力の入出力特性と後段の高周波電力
用トランジスタの動作電流とを示す特性図である。

【図１７】第２の従来例に係る高周波電力増幅器の回路
図である。

【図１８】第２の従来例に係る高周波電力増幅器におけ
る、高周波電力の入出力特性と後段の高周波電力用トラ
ンジスタの動作電流とを示す特性図である。

【符号の説明】

１入力インピーダンス整合回路２段間インピーダンス整合回路３出力インピーダンス整合回路４正電圧発生回路５２出力正電圧発生回路６２倍正電圧発生回路７可変正電圧発生回路８半導体基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤順治大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者西嶋将明大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者山本真司大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力端子に正電圧が印加されることによ
り動作し且つ電流電圧特性が大きく変化する高周波電力
用トランジスタと、前記高周波電力用トランジスタの入力端子に接続された
入力バイアス回路と、前記高周波電力用トランジスタの出力端子に接続された
出力バイアス回路と、前記高周波電力用トランジスタの入力端子に接続された
入力インピーダンス整合回路と、前記高周波電力用トランジスタの出力端子に接続された
出力インピーダンス整合回路と、入力端が前記高周波電力用トランジスタの入力側又は出
力側に接続され、前記高周波電力用トランジスタへ入力
される高周波電力又は前記高周波電力用トランジスタか
ら出力される高周波電力から一部の高周波電力を検出し
て出力する検出回路と、入力端が前記検出回路の出力端
に接続され、前記検出回路から出力される前記一部の高
周波電力を整流して脈動正電圧を出力する整流回路と、
入力端が前記整流回路の出力端に接続され且つ出力端が
前記入力バイアス回路の入力端子に接続され、前記整流
回路から出力される脈動正電圧をならして正電圧を出力
する平滑回路とを有しており、検出した前記一部の高周
波電力の増減に応じて増減する正電圧を前記入力バイア
ス回路の入力端子に直流電源を介在させることなく出力
する正電圧発生回路とを備えていることを特徴とする高
周波電力増幅器。
【請求項２】前記検出回路の入力端は、前記入力イン
ピーダンス整合回路の入力端子又は前記出力インピーダ
ンス整合回路の出力端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。
【請求項３】前記検出回路の入力端は、前記入力イン
ピーダンス整合回路の出力端子又は前記出力インピーダ
ンス整合回路の入力端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。
【請求項４】前記検出回路の入力端は、前記出力バイ
アス回路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。
【請求項５】前記整流回路は、互いに逆方向で且つ並
列に接続された一対のダイオードからなり、２倍の脈動
正電圧を出力す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。
【請求項６】前記平滑回路は、コンデンサー及び可変
抵抗を有しており、前記可変抵抗の抵抗値の変化に応じ
て変化する正電圧を出力す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。
【請求項７】前記高周波電力用トランジスタは、Ｎチ
ャネルＭＯＳＦＥＴ、ＮＰＮ型バイポーラトランジス
タ、ＮチャネルＭＥＳＦＥＴ又はＮチャネルのヘテロ接
合ＦＥＴであって、ノーマリー・オフ型、エンハンスモ
ード型又はこれらに類似する電流電圧特性を有すること
を特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅器。
【請求項８】前記の高周波電力用トランジスタ、入力
バイアス回路、出力バイアス回路、入力インピーダンス
整合回路、出力インピーダンス整合回路及び正電圧発生
回路は同一の半導体基板上に形成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。
【請求項９】前記の高周波電力用トランジスタ、入力
バイアス回路、出力バイアス回路、入力インピーダンス
整合回路及び出力インピーダンス整合回路は同一の半導
体基板上に形成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。
【請求項１０】入力端子に正電圧が印加されることに
より動作し且つ電流電圧特性が大きく変化する前段の高
周波電力用トランジスタと、前記前段の高周波電力用トランジスタの入力端子に接続
された第１の入力バイアス回路と、前記前段の高周波電力用トランジスタの出力端子に接続
された第１の出力バイアス回路と、前記前段の高周波電力用トランジスタの入力端子に接続
された第１の入力インピーダンス整合回路と、前記前段の高周波電力用トランジスタの出力端子に接続
された第１の出力インピーダンス整合回路と、入力端子に正電圧が印加されることにより動作し且つ電
流電圧特性が大きく変化する後段の高周波電力用トラン
ジスタと、前記後段の高周波電力用トランジスタの入力端子に接続
された第２の入力バイアス回路と、前記後段の高周波電力用トランジスタの出力端子に接続
された第２の出力バイアス回路と、前記後段の高周波電力用トランジスタの入力端子に接続
された第２の入力インピーダンス整合回路と、前記後段の高周波電力用トランジスタの出力端子に接続
された第２の出力インピーダンス整合回路と、入力端が前記後段の高周波電力用トランジスタの入力側
又は出力側に接続され、前記後段の高周波電力用トラン
ジスタへ入力される高周波電力又は前記後段の高周波電
力用トランジスタから出力される高周波電力から一部の
高周波電力を検出して出力する検出回路と、入力端が前
記検出回路の出力端に接続され、前記検出回路から出力
される前記一部の高周波電力を整流して脈動正電圧を出
力する整流回路と、入力端が前記整流回路の出力端に接
続され且つ出力端が前記第１の入力バイアス回路及び第
２の入力バイアス回路の各入力端子に接続され、前記整
流回路から出力される脈動正電圧をならして正電圧を出
力する平滑回路とを有しており、検出した前記一部の高
周波電力の増減に応じて増減する正電圧を前記第１の入
力バイアス回路及び第２の入力バイアス回路の各入力端
子に直流電源を介在させることなく出力する正電圧発生
回路とを備えていることを特徴とする高周波電力増幅
器。
【請求項１１】前記整流回路は、互いに逆方向で且つ
並列に接続された一対のダイオードからなり、２倍の脈
動正電圧を出力することを特徴とする請求項１０に記載
の高周波電力増幅器。
【請求項１２】前記平滑回路は、正電圧を互いに異な
る第１の正電圧と第２の正電圧とに分割し、前記第１の
正電圧を前記第１の入力バイアス回路の入力端子に出力
すると共に前記第２の正電圧を前記第２の入力バイアス
回路の入力端子に出力する電圧分割回路を有しているこ
とを特徴とする請求項１０に記載の高周波電力増幅回
路。
【請求項１３】前記電圧分割回路は、少なくとも１つ
の可変抵抗を含む複数の分割抵抗からなり、前記１つの
可変抵抗の抵抗値の変化に応じて変化する前記第１の正
電圧又は第２の正電圧を出力することを特徴とする請求
項１２に記載の高周波電力増幅器。
【請求項１４】前記の前段の高周波電力用トランジス
タ及び後段の高周波電力用トランジスタは、Ｎチャネル
ＭＯＳＦＥＴ、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ、Ｎチ
ャネルＭＥＳＦＥＴ又はＮチャネルのヘテロ接合ＦＥＴ
であって、ノーマリー・オフ型、エンハンスモード型又
はこれらに類似する電流電圧特性を有することを特徴と
する請求項１０に記載の高周波電力増幅器。
【請求項１５】前記の前段の高周波電力用トランジス
タ、第１の入力バイアス回路と、第１の出力バイアス回
路、第１の入力インピーダンス整合回路、第１の出力イ
ンピーダンス整合回路、後段の高周波電力用トランジス
タ、第２の入力バイアス回路、第２の出力バイアス回
路、第２の入力インピーダンス整合回路、第２の出力イ
ンピーダンス整合回路及び正電圧発生回路は同一の半導
体基板上に形成されていることを特徴とする請求項１０
に記載の高周波電力増幅器。
【請求項１６】前記の前段の高周波電力用トランジス
タ、第１の入力バイアス回路、第１の出力バイアス回
路、第１の入力インピーダンス整合回路、第１の出力イ
ンピーダンス整合回路、後段の高周波電力用トランジス
タ、第２の入力バイアス回路、第２の出力バイアス回
路、第２の入力インピーダンス整合回路及び第２の出力
インピーダンス整合回路は同一の半導体基板上に形成さ
れていることを特徴とする請求項１０に記載の高周波電
力増幅器。