JPH1168474A - 高周波増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波増幅器において、インターセプトポイ
ントを大きくし、線形性を高める。 【解決手段】 高周波増幅器２１を、入力整合回路４、
増幅回路２２、出力整合回路１２から構成する。増幅回
路２２を構成する入力側トランジスタ２３と出力側トラ
ンジスタ２４との間にコイル２７を接続する。このコイ
ル２７のインダクタンスを変えるとインターセプトポイ
ントが変化する。そこで、コイル２７のインダクタンス
値を、このインターセプトポイントが良好となったとき
の値に設定することにより、高周波増幅器２１の線形
性、利得を高め、雑音指数、反射係数を低く抑えること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、移動体通
信機器、衛星通信機器等に用いて好適な高周波増幅器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、携帯電話、コードレス電話等の移
動通信機器では、それぞれ専用の周波数帯域（キャリア
周波数）の通信電波が使用されている。このため、携帯
電話等に内蔵された受信機、送信機のフロントエンドに
は、通信電波に設定された単一の周波数帯域にある高周
波信号のみを増幅する高周波増幅器が設けられている。

【０００３】ここで、従来技術による高周波増幅器を、
図７ないし図１３を参照しつつ説明する。

【０００４】まず、従来技術による高周波増幅器を、図
７のブロック図に基づいて説明する。高周波増幅器は、
後述する増幅回路７と、該増幅回路７の入力側と入力端
子２との間に接続された単一周波数整合回路（入力整合
回路４）と、前記増幅回路７の出力側と出力端子１６と
の間に接続された単一周波数整合回路（出力整合回路１
２）とから大略構成されている。

【０００５】１は従来技術による高周波増幅器を示し、
該高周波増幅器１は、周波数帯域が１．８ＧＨｚ〜２．
０ＧＨｚの通信電波を取り扱う携帯電話機の受信機側に
設けられている。

【０００６】２は高周波増幅器１の入力端子で、該入力
端子２は、例えば、携帯電話機のアンテナ等に接続され
ている。また、入力端子２には、通信電波の受信に応じ
て、周波数帯域が１．８ＧＨｚ〜２．０ＧＨｚとなる高
周波信号が入力される。

【０００７】３は入力端子２の直後に接続されたコンデ
ンサを示し、該コンデンサ３は、入力端子２に入力され
る高周波信号に直流分が含まれていた場合に、この直流
分を除去するものである。また、該コンデンサ３は、入
力端子２から入力される高周波信号に損失を与えない程
度の容量、例えば２０ｐＦ程度に設定されている。

【０００８】４は周波数帯域が１．８ＧＨｚ〜２．０Ｇ
Ｈｚの高周波信号について整合をとる入力整合回路を示
し、該入力整合回路４は、前記コンデンサ３と後述する
入力側トランジスタ８のゲート端子Ｇ１との間に接続さ
れたコイル５と、コンデンサ３とコイル５とを接続する
接続点Ａとアースとの間に接続されたコイル６とから構
成されている。

【０００９】ここで、コイル５とコイル６のインダクタ
ンスは、周波数帯域が１．８ＧＨｚ〜２．０ＧＨｚの高
周波信号について入力整合をとるように設定され、例え
ば、コイル５のインダクタンスが１２ｎＨに設定され、
コイル６のインダクタンスが１０ｎＨに設定されてい
る。

【００１０】７は入力整合回路４の出力側に接続された
増幅回路を示し、該増幅回路７は、入力側トランジスタ
８と、該入力側トランジスタ８とカスコード接続された
出力側トランジスタ９と、前記入力側トランジスタ８の
ソース端子Ｓ１とアースとの間に接続された抵抗１０
と、該抵抗１０と並列接続されたバイパスコンデンサ１
１とから構成されている。

【００１１】また、入力側トランジスタ８と出力側トラ
ンジスタ９は、それぞれ電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）が用いられている。さらに、抵抗１０とバイパスコ
ンデンサ１１は、増幅回路７に入力される高周波信号に
直流バイアスを付与するセルフバイアス回路を構成し、
例えば抵抗１０の抵抗値は８０Ωであり、バイパスコン
デンサ１１の容量は１００ｐＦに設定されている。

【００１２】１２は増幅回路７の出力側に接続され、周
波数帯域が１．８ＧＨｚ〜２．０ＧＨｚの高周波信号に
ついて整合をとる出力整合回路を示し、該出力整合回路
１２は、増幅回路７の出力側トランジスタ９のドレイン
端子Ｄ２と後述するコンデンサ１５との間に接続された
コイル１３と、一端側が該コイル１３とコンデンサ１５
とを接続する接続点Ｂに接続され、他端側が固定電圧Ｖ
ｄを供給する電源に接続されたコイル１４とから構成さ
れている。

【００１３】さらに、コイル１３とコイル１４のインダ
クタンスは、周波数帯域が１．８ＧＨｚ〜２．０ＧＨｚ
の高周波信号について出力整合をとるように設定され、
例えば、コイル１３のインダクタンスが８．２ｎＨに設
定され、コイル１４のインダクタンスが１０ｎＨに設定
されている。

【００１４】なお、前記入力整合回路４と出力整合回路
１２は、単一の周波数に整合させる単一周波数整合回路
として構成されている。

【００１５】１５は出力整合回路１２の出力側に接続さ
れたコンデンサを示し、該コンデンサ１５は、増幅回路
７によって高周波信号を増幅するときに、高周波信号に
付加した直流バイアス分を除去するものである。また、
該コンデンサ１５は、出力端子１６から出力される高周
波信号に損失を与えない程度の容量、例えば２０ｐＦ程
度に設定されている。

【００１６】１６は高周波増幅器１の出力端子で、該出
力端子１６には、高周波増幅器１の外部に設けられ、変
復調や音声情報の処理等を行う信号処理回路（図示せ
ず）が接続されている。

【００１７】従来技術による高周波増幅器１は、上述し
たような構成を有するもので、この高周波増幅器１は、
周波数帯域が１．８ＧＨｚ〜２．０ＧＨｚの高周波信号
についてのみ整合をとり、増幅を行うように構成されて
いる。即ち、該高周波増幅器１は、周波数帯域が１．８
ＧＨｚ〜２．０ＧＨｚの高周波信号について、雑音指数
をできるだけ減少させ、利得をできるだけ増加させると
共に、入力反射係数、出力反射係数をできるだけ減少さ
せるように構成されている。

【００１８】ここで、従来技術による高周波増幅器１の
特性について、図９ないし図１１に基づいて説明する
に、図９中の特性線ａは高周波増幅器１における雑音指
数の周波数特性を示し、図１０中の特性線ｂは高周波増
幅器１における利得の周波数特性を示し、さらに図１１
中の特性線ｃ，ｄは高周波増幅器１における入力反射係
数，出力反射係数の周波数特性をそれぞれ示している。

【００１９】この特性によって明らかなように、高周波
信号が１．８ＧＨｚ〜２．０ＧＨｚの周波数帯域におい
て、雑音指数が最小となり、利得が最大となると共に、
入力反射係数、出力反射係数が最小になっていることが
わかる。

【００２０】このように、従来技術による高周波増幅器
１は、周波数帯域が１．８ＧＨｚ〜２．０ＧＨｚの高周
波信号についてのみ、優れた増幅効果を発揮するように
構成されている。

【００２１】また、図１２に示す高周波増幅器１′のよ
うに、増幅回路７を構成する抵抗１０およびバイパスコ
ンデンサ１１を省略すると共に、入力整合回路４を構成
するコイル６の一端をアースせず、コイル６の一端に、
例えば、（−０．７）Ｖの固定電圧Ｖｄ′を印加するも
のも知られている。このような他の従来技術でも、周波
数帯域が１．８ＧＨｚ〜２．０ＧＨｚの高周波信号につ
いて、優れた増幅効果を発揮する。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術に
よる高周波増幅器１は、移動体通信機器に用いられるの
で、入力電力レベルに対する出力電力レベルの特性は歪
を少なくして音質を高める必要がある。このため、入力
電力レベルに対する出力電力レベルの特性を示す指標で
ある、インターセプトポイントＰを良好としなければな
らない。

【００２３】ここで、インターセプトポイントＰについ
て説明する。従来の移動体通信機器に使用される高周波
増幅器１の入力端には、単一の周波数の信号が入力され
る。しかしながら、単一の周波数とはいうものの、実際
には、例えば１．９００３ＧＨz 、１．９００６ＧＨz
、１．９００９ＧＨz 等の極めて隣接する複数の高周
波が情報の搬送波として使用されており、複数の高周波
信号が高周波増幅器１に入力される。

【００２４】このとき、例えば、入力電力レベルの等し
い、隣接した１．９００３ＧＨz 、１．９００６ＧＨz
のような２つの高周波信号が高周波増幅器１に入力され
ると、高周波増幅器１によって増幅された２つの高周波
信号に対応した同じ波形の基本波信号と、高周波増幅器
１によって２つの高周波信号が変調されることによって
生じる同じ波形の３次相互変調歪波信号とが高周波増幅
器１から出力される。

【００２５】そこで、図１３に示すように、入力電力レ
ベルを変化させたときの値を横軸に、そのときの入力電
力レベルに対応した基本波信号および３次相互変調歪波
信号の出力電力レベルの値を縦軸にプロットすると、基
本波信号の入力電力レベルと出力電力レベルの関係を示
す基本波信号の特性線ｅと、３次相互変調歪波出力信号
の入力電力レベルと出力電力レベルの関係を示す３次相
互変調歪波出力信号の特性線ｆとが得られる。特性線
ｅ，ｆは、入力電力レベルが低い領域Ａでは線形性を示
すが、入力電力レベルが高い領域Ｂでは歪んで出力電力
レベルが飽和する。

【００２６】インターセプトポイントＰとは、入力電力
レベルが低い領域Ａにおける特性線ｅ，ｆの直線部分を
外挿して得られる交点である。そして、インターセプト
ポイントＰが良好ということは、インターセプトポイン
トＰを特定する入力電力レベル（以下、入力インターセ
プトポイントという）および出力電力レベル（以下、出
力インターセプトポイントという）が大きいことを意味
する。即ち、インターセプトポイントＰが良いと、高周
波増幅器１の特性線ｅ，ｆは入力電力レベルが高い領域
Ｂでも歪むことがなく、高周波増幅器１の特性線ｅ，ｆ
の線形性が良好となる。

【００２７】ところで、従来技術による高周波増幅器１
では、出力端子１６から出力される高周波信号のインピ
ーダンス整合を図る場合、出力整合回路１２を構成する
素子定数を設定することにより行っていた。また、イン
ターセプトポイントＰを良くする場合には、出力整合回
路１２を構成する素子定数を設定することにより行って
いた。このため、出力整合回路１２を構成する素子定数
の設定だけでは、両方の特性を同時に満足させることが
難しく、高周波増幅器１の安定度が劣ってしまうという
問題があった。

【００２８】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は入力整合回路によって調整され
た雑音整合条件または出力整合回路によって調整された
インピーダンス整合条件を変更することなく、インター
セプトポイントを良好とし、線形性を高めることのでき
る高周波増幅器を提供することを目的としている。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明が採用する高周波増幅器は、図１の機能
ブロック図に示すように、増幅回路１１０と、該増幅回
路１１０の入力側と入力端子１０１との間に接続された
入力整合回路（単一周波数整合回路）１２０と、前記増
幅回路１１０の出力側と出力端子１０２との間に接続さ
れた出力整合回路（単一周波数整合回路）１３０とから
構成される。

【００３０】そして、請求項１に係る発明の特徴は、増
幅回路１１０を、ベース端子が前記入力整合回路１２０
の出力側に接続され、エミッタ端子が少なくとも交流的
にアースに接続された入力側トランジスタ１１１と、エ
ミッタ端子が該入力側トランジスタ１１１のコレクタ端
子に接続され、コレクタ端子が出力整合回路１３０の入
力側に接続された出力側トランジスタ１１２と、前記入
力側トランジスタ１１１と出力側トランジスタ１１２と
の間に設けたインピーダンス回路１１３とから構成した
ことにある。

【００３１】このように、入力側トランジスタ１１１と
出力側トランジスタ１１２との間に接続したインピーダ
ンス回路１１３の大きさを変えると、インターセプトポ
イントは変化し、インピーダンス回路１１３の値を該イ
ンターセプトポイントが良好となったときの値に設定す
ることにより、高周波増幅器の線形性を高めることがで
きる。しかも、インピーダンス回路１１３を入力側トラ
ンジスタ１１１と出力側トランジスタ１１２との間に接
続しているから、高周波増幅器の利得を高め、雑音指
数、入力反射係数、出力反射係数を低く抑えることがで
きる。

【００３２】また、請求項２に係る発明は、インピーダ
ンス回路１１３をコイルにより形成したから、コイルの
インダクタンスを変えると、インターセプトポイントは
変化し、このインターセプトポイントが良好になったと
きの値に、コイルのインダクタンスを設定することによ
り、高周波増幅器の線形性を高めることができる。

【００３３】請求項３に係る発明は、増幅回路１１０の
入力側トランジスタ１１１、出力側トランジスタ１１２
を電界効果トランジスタにより構成したことにある。

【００３４】ここで、入力側トランジスタ１１１は、ゲ
ート端子が入力整合回路１２０の出力側に接続され、ソ
ース端子が少なくとも交流的にアースに接続され、出力
側トランジスタ１１２は、ゲート端子が該入力側トラン
ジスタ１１１のドレイン端子に接続され、ドレイン端子
が出力整合回路１３０の入力側に接続されている。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
２ないし図６を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実
施例では前述した従来技術と同一の構成要素に同一の符
号を付し、その説明を省略するものとする。

【００３６】２１は本実施例による高周波増幅器を示
し、該高周波増幅器２１は、コンデンサ３を介して入力
端子２に接続された入力整合回路４と、該入力整合回路
４の次段に接続された後述の増幅回路２２と、該増幅回
路２２の次段に位置して、コンデンサ１５を介して出力
端子１６に接続された出力整合回路１２とから構成され
る。

【００３７】２２は本実施例による増幅回路で、該増幅
回路２２は、入力側トランジスタ２３と、該入力側トラ
ンジスタ２３とカスコード接続された出力側トランジス
タ２４と、前記入力側トランジスタ２３のソース端子Ｓ
１とアースとの間に接続された抵抗２５と、該抵抗２５
と並列接続されたバイパスコンデンサ２６と、入力側ト
ランジスタ２３のドレイン端子Ｄ１と出力側トランジス
タ２４のソース端子Ｓ２との間に接続されたインピーダ
ンス回路となるコイル２７とから構成されている。

【００３８】ここで、入力側トランジスタ２３と出力側
トランジスタ２４は、それぞれ電界効果トランジスタ
（ＦＥＴ）が用いられ、入力側トランジスタ２３のゲー
ト端子Ｇ１は、入力整合回路４のコイル６に接続され、
出力側トランジスタ２４のゲート端子Ｇ２はアースに接
続され、ドレイン端子Ｄ２は出力整合回路１２のコイル
１３に接続されている。

【００３９】また、抵抗２５とバイパスコンデンサ２６
は、増幅回路２２に入力される高周波信号に直流バイア
スを付与するセルフバイアス回路を構成し、例えば抵抗
２５の抵抗値は８０Ωであり、バイパスコンデンサ２６
の容量は１００ｐＦに設定されている。

【００４０】さらに、コイル２７は例えばソレノイドコ
イル等が用いられ、該コイル２７のインダクタンスは、
後述する方法によって設定されるもので、大きなインタ
ーセプトポイントが得られるように、本実施例では例え
ば３ｎＨに設定されている。

【００４１】ここで、本発明者は、インターセプトポイ
ントを良好とするために、鋭意実験研究した結果、図３
に示すような、コイル２７のインダクタンスとインター
セプトポイントとの関係を得た。

【００４２】図３の特性は、コイル２７のインダクタン
スを変化させたときのインターセプトポイントの依存性
を示したもので、実線の特性線ｇが出力インターセプト
ポイント、二点鎖線の特性線ｈが入力インターセプトポ
イントを示している。図３から明らかなように、例え
ば、コイル２７のインダクタンスを３ｎＨ程度に設定す
れば、大きな出力インターセプトポイントを得ることが
でき、線形性の高い増幅回路２２とすることができる。

【００４３】次に、図４によりコイル２７のインダクタ
ンスと入力反射損失との関係について説明すると、図４
の実線に示す特性線図からも明らかなように、コイル２
７のインダクタンスを変化させても、入力反射損失を大
きく劣化させることはない。従って、コイル２７を入力
側トランジスタ２３と出力側トランジスタ２４との間に
挿入しても、入力反射損失を劣化させることなく、イン
ターセプトポイントを良好とすることができる。この場
合、図４中の点線は、コイル２７を接続しない場合の入
力反射係数を表している。

【００４４】また、図５によりコイル２７のインダクタ
ンスと出力反射損失との関係について説明すると、図５
の実線に示す特性線図からも明らかなように、コイル２
７のインダクタンスを変化させても、出力反射損失を大
きく劣化させることはない。従って、コイル２７を挿入
しても、出力反射損失を劣化させることなくインターセ
プトポイントを良好とすることができる。この場合、図
５中の点線は、コイル２７を接続しない場合の出力反射
係数を表している。

【００４５】そこで、本実施例では、入力側トランジス
タ２３のドレイン端子Ｄ１と出力側トランジスタ２４の
ソース端子Ｓ２との間にコイル２７を接続し、該コイル
２７のインダクタンスを最適な値に設定することによ
り、インターセプトポイントを良好とすることができ
る。

【００４６】このように、本実施例の高周波増幅器２１
では、出力整合回路１２により高周波信号のインピーダ
ンス整合を図り、コイル２７により高周波増幅器２１の
インターセプトポイントを高めることができ、出力整合
回路１２を構成する各素子の値を変更することなく、イ
ンターセプトポイントを大きくできる。この結果、高周
波増幅器２１では、高周波信号のインピーダンス整合を
劣化させずに、入出力特性の線形性を高め、高周波増幅
器２１の信頼性を高めることができる。

【００４７】なお、実施例では、増幅回路２２に、抵抗
２５とバイパスコンデンサ２６からなるセルフバイアス
回路を設けると共に、入力整合回路４のコイル６をアー
スに接続する構成とした。しかし、本発明は実施例に限
らず、図６に示す変形例の高周波増幅器２１′のよう
に、増幅回路２２を構成する抵抗２５およびバイパスコ
ンデンサ２６を省略すると共に、入力整合回路４を構成
するコイル６の一端をアースせず、コイル６の一端に、
例えば、（−０．７）Ｖの固定電圧Ｖｄ′を印加する構
成としてもよい。

【００４８】また、実施例では、入力側トランジスタ２
３と出力側トランジスタ２４を電界効果トランジスタに
より構成するものとして述べたが、入力側トランジスタ
２３、出力側トランジスタ２４にバイポーラトランジス
タ、高速移動型トランジスタ（ＨＥＭＴ）によって構成
してもよい。

【００４９】また、高周波増幅器２１を構成するコンデ
ンサ３，１５の容量、コイル５，６，１３，１４のイン
ダクタンスの値、コイル２７の値は、一例にすぎず、こ
れらの値に限定するものではない。

【００５０】また、高周波増幅器２１では、周波数帯域
が１．８ＧＨｚ〜２．０ＧＨｚの高周波信号について整
合をとる場合を例に挙げて説明したが、高周波信号はこ
れに限定するものではなく、０．７ＧＨｚ〜１．０ＧＨ
ｚの周波数帯域を有する高周波信号について整合をとっ
ても、他の周波数を用いてもよい。この場合には、入力
整合回路４のコイル５，６、出力整合回路１２のコイル
１３，１４等を適宜調整し、雑音指数、利得、入力反射
係数、出力反射係数、インターセプトポイントの各特性
を満足するように設定すればよい。

【００５１】また、コイル２７はソレノイドコイル等に
限らず、例えば伝送線路等からなるインダクタンス素子
を用い、伝送線路長やインピーダンスを適正化すること
により、コイル２７と同等のインダクタンスを得る構成
としてもよい。

【００５２】さらに、実施例では、本発明による高周波
増幅器を携帯電話器の受信機に搭載するものとして述べ
たが、本発明はこれに限らず、携帯電話機の送信機や、
その他の移動通信機器、衛星通信器等に適用することが
できる。

【００５３】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１に係る発明
によれば、増幅回路を構成する入力側トランジスタと出
力側トランジスタとの間にインピーダンス回路を接続し
たから、インピーダンス回路の値を変えることによりイ
ンターセプトポイントは変化する。そして、インピーダ
ンス回路の値を、インターセプトポイントが良好となっ
たときの値に設定することにより、高周波増幅器の線形
性を高めることができる。しかも、インピーダンス回路
を入力側トランジスタと出力側トランジスタとの間に接
続しても、高周波増幅器の利得を高め、雑音指数、入力
反射係数、出力反射係数を低く抑え、高周波増幅器の信
頼性を高めることができる。

【００５４】また、請求項２に係る発明では、インピー
ダンス回路をコイルにより形成したから、コイルのイン
ダクタンスを変えるとインターセプトポイントは変化
し、コイルのインダクタンスを、インターセプトポイン
トが良好となったときの値に設定することにより、高周
波増幅器の線形性を高めることができる。

【００５５】請求項３に係る発明のように、前記増幅回
路の入力側トランジスタ、出力側トランジスタを電界効
果トランジスタにより構成しても、高周波増幅器の線形
性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る発明を示す機能ブロック図であ
る。

【図２】本発明の実施例による高周波増幅器を示す回路
図である。

【図３】高周波増幅器による入力インターセプトポイン
トと出力インターセプトポイントのインダクタンス依存
性を示す特性線図である。

【図４】高周波増幅器による入力反射損失のインダクタ
ンス依存性を示す特性線図である。

【図５】高周波増幅器による出力反射損失のインダクタ
ンス依存性を示す特性線図である。

【図６】実施例による高周波増幅器の変形例を示す回路
図である。

【図７】従来技術による高周波増幅器の概略を示すブロ
ック図である。

【図８】従来技術による高周波増幅器を示す回路図であ
る。

【図９】高周波増幅器による雑音指数の周波数特性を示
す特性線図である。

【図１０】高周波増幅器による利得の周波数特性を示す
特性線図である。

【図１１】高周波増幅器による入力反射係数、出力反射
係数の周波数特性を示す特性線図である。

【図１２】他の従来技術による高周波増幅器を示す回路
図である。

【図１３】従来技術による高周波増幅器の入出力特性を
示す特性線図である。

【符号の説明】

４ 入力整合回路 １２ 出力整合回路 ２１ 高周波増幅器 ２２ 増幅回路 ２３ 入力側トランジスタ ２４ 出力側トランジスタ ２７ コイル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 増幅回路と、該増幅回路の入力側と入力
   端子との間に接続された入力整合回路と、前記増幅回路
   の出力側と出力端子との間に接続された出力整合回路と
   からなる高周波増幅器において、 前記増幅回路は、ベース端子が前記入力整合回路の出力
   側に接続され、エミッタ端子が少なくとも交流的にアー
   スに接続された入力側トランジスタと、エミッタ端子が
   該入力側トランジスタのコレクタ端子に接続され、コレ
   クタ端子が出力整合回路の入力側に接続された出力側ト
   ランジスタと、前記入力側トランジスタと出力側トラン
   ジスタとの間に設けたインピーダンス回路とから構成し
   たことを特徴とする高周波増幅器。
2. 【請求項２】 前記インピーダンス回路は、コイルによ
   り形成してなる請求項１記載の高周波増幅器。
3. 【請求項３】 前記増幅回路の入力側トランジスタ、出
   力側トランジスタを電界効果トランジスタにより構成し
   てなる請求項１または２記載の高周波増幅器。