JPH11127045A - 高周波用電力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の高周波用電力増幅器では、バイアス回
路の小型化が困難であり、また高調波制御回路を別の回
路として付加させなければならず、小型化の要求に対応
できなかった。 【解決手段】 高周波トランジスタＱ11と、入力整合回
路と、出力整合回路と、高周波トランジスタＱ11の出力
電極に接続され、分布定数線路Ｌ13とその途中にクラン
ドとの間に接続されたコンデンサＣ17とから成るバイア
ス回路Ｂとを具備し、バイアス回路Ｂが出力整合回路の
一部として機能するのに必要な合成リアクタンス成分を
有し、かつ分布定数線路Ｌ13とコンデンサＣ17とにより
高次の高調波に対して共振点を有する高周波用電力増幅
器である。バイアス回路Ｂが出力整合回路の一部として
機能しつつ直流電流を供給するとともに、高次高調波を
除去できる高調波制御回路としても機能するので、小型
化の要求に対応できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話を始めとす
る移動体通信機器等においてマイクロ波帯等の高周波電
力の増幅に使用される高周波用電力増幅器に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話や無線機器を始めとする
移動体通信機器等に使用される半導体デバイスや電子部
品に対する小型化・軽量化・低背化の要望が強くなって
おり、これらの送信部に用いられる高周波用電力増幅器
についても同様に小型化・低背化が要求されている。

【０００３】このような高周波用電力増幅器には電力増
幅用の高周波トランジスタが用いられ、その回路構成に
おいては、入出力回路には所望の特性が得られるような
整合回路が構成され、またトランジスタに直流電流を供
給するバイアス回路が構成される。

【０００４】図３に、このような従来の高周波用電力増
幅器の代表的な回路構成例を回路図で示す。

【０００５】図３において、Ｑ１は電力増幅を行なう高
周波トランジスタであり、ここでは電界効果トランジス
タを示す。Ｃ１・Ｃ４はそれぞれこの高周波用電力増幅
器と他の回路との直流成分を遮断するためのデカップリ
ングコンデンサである。Ｃ２・Ｌ１ならびにＣ３・Ｌ２
はそれぞれ高周波トランジスタＱ１の性能を引き出すた
めに入出力回路とのインピーダンスを最適なものとする
ためのコンデンサおよび分布定数線路、例えばマイクロ
ストリップ線路である。Ｒ１・Ｒ２はそれぞれ高周波ト
ランジスタＱ１のゲート（制御電極）にバイアス電圧を
供給するためのバイアス回路を構成する抵抗である。Ｌ
３は高周波トランジスタＱ１のドレインおよび出力のた
めの電流を供給するバイアス回路を構成する分布定数線
路であり、通常は基本周波数の４分の１波長の長さにな
るようにして高周波トランジスタＱ１のドレイン側から
見てインピーダンスが無限大に見えるようにするか、あ
るいは回路のインピーダンスから見て無視できるほどの
大きなインピーダンスとなる長さに設定されている。Ｃ
５・Ｃ６はそれぞれ交流的に接地（グランド）されたよ
うにするためのバイパスコンデンサである。これらのう
ち分布定数線路Ｌ３とバイパスコンデンサＣ５とによ
り、基本周波数の高周波信号に対して絶縁状態を確保し
つつ直流電流を供給できる、破線で囲んで示した電源供
給回路Ｓを形成している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示した従来の高周波用電力増幅器によれば、電源供給回
路Ｓの分布定数線路Ｌ３は、通常は前述のように基本周
波数の４分の１波長の長さになるように形成されている
ことから、寸法が非常に大きくなるため小型化の妨げと
なっていた。また、近年要求が強まっている高効率動作
を行なうためには高調波制御回路を別の回路として付加
しなければならず、このことも小型化の妨げとなってい
た。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みて案出されたもの
であり、電源供給回路を小型化するばかりでなく、高調
波制御回路を別の回路として付加する必要がない、より
一層の小型化の要求にも対応可能な、高調波制御機能を
有する高周波用電力増幅器を提供することを目的とする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波用電力増
幅器は、制御電極に供給された高周波入力信号を増幅し
出力電極より高周波出力信号として出力する高周波トラ
ンジスタと、前記制御電極に接続され、前記高周波入力
信号の基本周波数に対して入カインピーダンス整合をと
るための入力整合回路と、前記出力電極に接続され、所
望の出力持性に整合をとるための出力整合回路と、前記
出力電極に接続され、直流電流を供給するための分布定
数線路と、該分布定数線路の途中とグランドとの間に接
続されたコンデンサとから成るバイアス回路とを具備
し、該バイアス回路は、前記出力整合回路として機能す
るために必要な合成リアクタンス成分を有し、かつ前記
分布定数線路と前記コンデンサとにより前記基本周波数
の高次の高調波に対して共振点を有することを特徴とす
るものである。

【０００９】本発明の高周波用電力増幅器によれば、高
周波トランジスタの出力電極に直流電流を供給するバイ
アス回路として、分布定数線路とこの分布定数線路の途
中とグランド（接地）との間に接続されたコンデンサと
から成り、その分布定数線路の長さおよびコンデンサの
容量により、出力整合回路の一部として機能するために
必要な合成リアクタンス成分を有し、かつその分布定数
線路の途中とグランドとの間に接続されたコンデンサの
キャパシタンス（容量値）と、そのコンデンサと接続さ
れている分布定数線路のインダクタンス成分とで共振回
路を構成し、その共振周波数を基本周波数の高次の高調
波に対する共振点としたことから、このバイアス回路
は、出力整合回路の一部のリアクタンス成分になりつつ
直流電流を供給するという本来の目的を達成するばかり
でなく、前記基本周波数の任意の高次高調波に対しては
高周波トランジスタの出力電極から見て接地された状態
となって、その任意の高次高調波を除去できる高調波制
御回路としても機能するものとなる。この結果、高調波
制御回路を別の回路として付加する必要はなく、より一
層の小型化の要求にも対応可能な、高調波制御機能を有
する高周波用電力増幅器となるものである。

【００１０】また、このバイアス回路において、コンデ
ンサのキャパシタンスとそのコンデンサが途中に接続さ
れる分布定数線路との合成リアクタンスや、分布定数線
路のインダクタンス成分の配分等は、それぞれコンデン
サのキャパシタンスならびに分布定数線路の長さおよび
その途中にコンデンサを接続するときの長さの配分を調
整することにより容易に調整できることから、２次ある
いは３次以上の任意の高次の高調波に対して容易に共振
周波数すなわち共振点を調整することが可能であり、高
周波用電力増幅器の出力に含まれる高調波のスプリアス
を除去する目的にも使用できるものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に本発明を添付図面に基づき説
明する。図１は本発明の高周波用電力増幅器の回路構成
例を示す回路図である。

【００１２】図１において、Ｑ11は電力増幅を行なう高
周波トランジスタであり、例えば数百ＭＨｚから数ＧＨ
ｚといった分布定数線路が適用できる周波数範囲におい
て用いられるものであり、ここでは電界効果トランジス
タを例に示す。Ｃ11・Ｃ14はそれぞれこの高周波用電力
増幅器と他の回路との直流成分を遮断するためのデカッ
プリングコンデンサである。Ｃ12・Ｌ11はそれぞれ高周
波トランジスタＱ11の性能を引き出すために、高周波ト
ランジスタＱ11と入出力回路とのインピーダンス整合を
とるための入力整合回路を構成するコンデンサおよび分
布定数線路、例えばマイクロストリップ線路である。Ｃ
13・Ｌ12は所望の出力特性、例えば歪み特性・出力電力
・消費電流等を単独であるいは同時に満足するような整
合をとるための出力整合回路を構成するコンデンサおよ
び分布定数線路、例えばマイクロストリップ線路であ
る。これら入力整合回路は高周波トランジスタＱ11のゲ
ート（制御電極）に、出力整合回路は高周波トランジス
タＱ11の出力電極にそれぞれ接続されている。

【００１３】Ｒ11・Ｒ12はそれぞれ高周波用トランジス
タＱ11のゲートにバイアス電圧を供給するためのバイア
ス回路を構成する抵抗である。Ｌ13は高周波トランジス
タＱ11のドレイン（出力電極）および出力のための直流
電流を供給するためのバイアス回路を構成する分布定数
線路、例えばマイクロストリップ線路である。この分布
定数線路Ｌ13は、その途中にグランドとの間にコンデン
サＣ17が接続されることにより、分布定数線路Ｌ13ａと
Ｌ13ｂとに配分されており、この分布定数線路Ｌ13ａと
Ｌ13ｂおよびコンデンサＣ17が、出力整合回路の一部の
リアクタンス成分として機能するような長さおよび容量
値に設定されている。なお、分布定数線路Ｌ13のインピ
ーダンスは、基本周波数の４分の１波長の長さにしてイ
ンピーダンスとして無限大に見えるようにしたり、ある
いは回路のインピーダンスから見て無視できるほどの大
きなインピーダンスとなるように設定するのではなく、
回路の基本周波数でのインピーダンスから見て無視でき
ずに影響を与える範囲で回路の設計仕様に応じて必要な
値となるように設定すればよい。

【００１４】そして、分布定数線路Ｌ13の途中のこの分
布定数線路Ｌ13をＬ13ａとＬ13ｂとに配分する位置にコ
ンデンサＣ17がグランドとの間に接続されており、これ
らで共振回路を構成し、その共振周波数を基本周波数の
任意の高次高調波に調整することによってその任意の高
次高調波に対して共振点を有している。また、Ｃ15・Ｃ
16はそれぞれ交流的に接地されたようにするためのバイ
パスコンデンサである。これらのうちコンデンサＣ17が
グランドとの間に接続された分布定数線路Ｌ13ａとＬ13
ｂとバイパスコンデンサＣ15とにより、一点鎖線で囲ん
だ高調波制御機能を有する共振回路部Ｄが構成された、
破線で囲んで示したバイアス回路Ｂを形成している。

【００１５】このような本発明の高周波用電力増幅器に
よれば、バイアス回路Ｂが、分布定数線路Ｌ13ａ・Ｌ13
ｂと、それらとグランドとの間に接続されたコンデンサ
Ｃ１７とにより構成された共振回路部Ｄにより、基本周
波数の任意の高次高調波に対して共振点を有することか
ら、任意の高次高調波に対してインピーダンスが０に見
えて接地された状態となる。例えばＦ級電力増幅器であ
れば、共振点を基本周波数の２次高調波に設定すること
によって、電圧波形を矩形波に近づけるために不要な基
本周波数の偶数次すなわち２次高調波を除去することが
できるものとなり、この結果、高周波トランジスタＱ１
１の出力端子であるドレインでは、２次高調波の成分が
削減されてドレイン効率が改善されるようになる。

【００１６】なお、コンデンサＣ17の容量値はコンデン
サを付け替えるのみで調整でき、また、コンデンサＣ17
の接続位置を変えることにより分布定数線路Ｌ13ａ・Ｌ
13ｂの長さを任意に設定できることから、共振回路部Ｄ
により任意の共振点を設定することができる。

【００１７】しかも、基本周波数の２次高調波を別の高
調波制御回路を付加することなく除去できることから、
極めて小型の高周波用電力増幅器となる。

【００１８】次に、分布定数線路と、その分布定数線路
の途中とグランドとの間に接続されたコンデンサとから
成る、本発明の高周波用電力増幅器のバイアス回路にお
ける共振回路部の構成例を図２に示す。

【００１９】図２は図１における共振回路部Ｄと同様の
構成の共振回路部を示す平面図である。図２において、
Ｌ14はマイクロストリップ線路等から成る分布定数線路
であり、その一部をコの字型として形成されている。Ｇ
１はグランド端子であり、例えばマイクロストリップ線
路Ｌ14と同様に基板の表面に導体層として形成した場
合、ヴィアホールやスルーホール等の貫通導体を介して
基板内部や基板裏面のグランドと接続されている。Ｃ18
ａ・Ｃ18ｂ・Ｃ18ｃはそれぞれ分布定数線路Ｌ14の途中
の位置とグランド端子Ｇ１との間に接続されているコン
デンサであり、この例では積層セラミックコンデンサを
用いてその両端に形成された外部電極により接続された
ものを示している。

【００２０】これにより、分布定数線路Ｌ14の途中にグ
ランド端子Ｇ１との間に接続したコンデンサＣ18ａ〜Ｃ
18ｃの容量値と、それらコンデンサＣ18ａ〜Ｃ18ｃが接
続されていることにより長さが配分されている分布定数
線路Ｌ14の各部のインダクタンスとで合成されるキャパ
シタンス成分を持つ合成リアクタンスと、長さが配分さ
れている分布定数線路Ｌ14の各部のインダクタンス成分
とにより、基本高調波の任意の高次高調波に対して共振
点を有するように設定されている。

【００２１】このように、例えば分布定数線路Ｌ14の一
部をコの字型として形成していることにより、分布定数
線路Ｌ14とグランド端子Ｇ１間に接続するコンデンサＣ
18ａ〜Ｃ18ｃの位置を調整することで、図１に示す分布
定数線路Ｌ13における分布定数線路Ｌ13ａとＬ13ｂの長
さの調整・配分が容易にできることとなる。

【００２２】以上の本発明の実施の形態の例で説明した
ように、本発明によれば、高周波トランジスタに直流電
流を供給するバイアス回路における、分布定数線路とこ
の分布定数線路の途中にグランドとの間に接続されたコ
ンデンサとから成る共振回路部により、基本周波数の２
次あるいはそれ以上の高次高調波で共振点を任意に設定
でき、共振点を基本周波数の２次高調波に設定すること
によって、高効率を図ったＦ級電力増幅器等におけるス
プリアスの除去を、バイアス回路にその機能を持たせる
ことにより他の回路の付加なしに実現できるものとな
る。

【００２３】なお、本発明は以上の例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々
の変更は可能である。例えば、コンデンサＣ17を１個の
みならず複数個のコンデンサで構成することにより、任
意の周波数で共振点が得られるようにしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明の高周波用電力増幅器によれば、
高周波トランジスタに直流電流を供給するバイアス回路
として、分布定数線路とこの分布定数線路の途中とグラ
ンドとの間に接続されたコンデンサとから成り、その分
布定数線路の長さおよびコンデンサのキャパシタンスに
より、出力整合回路の一部として機能するために必要な
合成リアクタンス成分を有し、かつその分布定数線路の
途中とグランドとの間に接続されたコンデンサのキャパ
シタンスと、そのコンデンサと接続されている分布定数
線路のインダクタンス成分とで共振回路を構成し、その
共振周波数を基本周波数の高次の高調波に対する共振点
としたことから、このバイアス回路は、出力整合回路の
一部のリアクタンス成分になりつつ直流電流を供給する
とともに、基本周波数の任意の高次高調波を除去できる
高調波制御回路としても機能するものとなり、この結
果、高調波制御機能を有する高周波用電力増幅器となっ
て高調波制御回路を別の回路として付加する必要がな
い、より一層の小型化の要求にも対応可能な高周波用電
力増幅器となる。

【００２５】また、このバイアス回路は、コンデンサの
キャパシタンスとそのコンデンサが途中に接続される分
布定数線路との合成リアクタンスや、分布定数線路のイ
ンダクタンス成分の配分等は、それぞれコンデンサのキ
ャパシタンスならびに分布定数線路の長さおよびその途
中にコンデンサを接続するときの長さの配分を調整する
ことにより容易に調整できることから、任意の高次の高
調波に対して容易に共振点を調整することが可能であ
り、高周波用電力増幅器の出力に含まれる高調波のスプ
リアスを除去する目的にも使用できる。

【００２６】従って、本発明によれば、電源供給回路を
小型化するばかりでなく、高調波制御回路を別の回路と
して付加する必要がない、より一層の小型化の要求にも
対応可能な、高調波制御機能を有する高周波用電力増幅
器を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波用電力増幅器の回路構成例を示
す回路図である。

【図２】本発明の高周波用電力増幅器に係るバイアス回
路の共振回路部の構成例を示す平面図である。

【図３】従来の高周波用電力増幅器の回路構成例を示す
回路図である。

【符号の説明】

Ｑ11・・・・・・・・・・・高周波トランジスタ Ｂ・・・・・・・・・・・・バイアス回路 Ｌ13、Ｌ14・・・・・・・・分布定数線路（マイクロス
トリップ線路） Ｃ17、Ｃ18ａ〜Ｃ18ｃ・・・コンデンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御電極に供給された高周波入力信号を
   増幅し出力電極より高周波出力信号として出力する高周
   波トランジスタと、前記制御電極に接続され、前記高周
   波入力信号の基本周波数に対して入力インピーダンス整
   合をとるための入力整合回路と、前記出力電極に接続さ
   れ、所望の出力特性に整合をとるための出力整合回路
   と、前記出力電極に接続され、直流電流を供給するため
   の分布定数線路と、該分布定数線路の途中とグランドと
   の間に接続されたコンデンサとから成るバイアス回路と
   を具備し、該バイアス回路は、前記出力整合回路の一部
   として機能するために必要な合成リアクタンス成分を有
   し、かつ前記分布定数線路と前記コンデンサとにより前
   記基本周波数の高次の高調波に対して共振点を有するこ
   とを特徴とする高周波用電力増幅器。