JPWO2011037274A1 - ドハティ増幅器 - Google Patents
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Abstract
Description
一般的に、増幅器はピーク電力と平均送信電力との比(バックオフ)が大きいほど電力効率が低くなる。他方、環境意識の高まりから、無線システムにおいても低消費電力化が要求されており、特に、数10W以上の高出力が要求される携帯電話の基地局装置において電力消費割合が大きな高周波増幅器の高効率化が望まれている。
バックオフが大きくても高効率な高周波増幅器として、ドハティ型増幅器が基地局の用途にも検討されている。ドハティ型増幅器は低出力領域ではキャリヤ増幅器のみが動作し、高出力領域においてキャリヤ増幅器とピーク増幅器の両方が動作する。
ピーク増幅器が動作し始める出力レベルにおいて効率を極大とすることができ高効率化が図れる。また、キャリヤ増幅器とピーク増幅器の飽和出力レベル比を変えることにより、効率が極大となるように出力レベルを変えることができる。
従来、携帯電話基地局用の高周波増幅器では、単元素半導体であるシリコン(Si)を材料とするLD−MOSFET(Lateral Diffused Metal−Oxide−Semiconductor Field Effect Transistor)を半導体素子として使用することが一般的である。
昨今、携帯電話基地局用のドハティ型高周波増幅器の高効率化のため、半導体素子としてより高効率な窒化ガリウムに代表される化合物半導体が採用され増幅器の高効率化が図られている。しかしながら、化合物半導体は単元素半導体に比べ高価になるという問題がある。
こうした問題に対処可能な関連技術として、例えば、特開2008−193720号公報(特許文献1)がある。この特許文献1には、AM−PM特性(出力電力―出力位相特性)を良好にすべく、キャリヤ増幅器(キャリヤアンプ)にGaAsFETを用い、ピーク増幅器(ピークアンプ)にLD−MOSFETを用いたドハティ増幅器が開示されている。
しかし、一般的に、GaAsFETはドレインに正電極、ゲートに負電極のバイアス電圧を印加するため、電源として正負両方の極性が必要となる。この結果、増幅器にバイアス電圧を供給するための電源構成が複雑化してしまうという問題があった。
前記キャリヤ増幅器は少なくとも二つの端子を有する化合物半導体素子を有し、
記ピーク増幅器は単元素半導体素子を有し、
前記化合物半導体素子の二つの端子に同じ極性のバイアス電圧を印加する。
図2は、本発明の第2の実施の形態に係るドハティ増幅器の構成を示す図である。
図3は、本発明の第3の実施の形態に係るドハティ増幅器の構成を示す図である。
図4は、キャリヤ増幅器及びピーク増幅器が単一のパッケージの内部に実装されている状態(内部イメージ)を示す図である。
図5は、本発明の第4の実施の形態に係るドハティ増幅器の構成を示す図である。
図6は、本発明の第5の実施の形態に係るドハティ増幅器の構成を示す図である。
(第1の実施の形態)
図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係るドハティ増幅器の構成について説明する。
本発明の第1の実施の形態に係るドハティ増幅器100は、高周波信号入力端子1、分配器2、位相器3、キャリヤ増幅器4、ピーク増幅器5、位相器6、合成器7及び高周波信号出力端子8を有する。
ドハティ増幅器100は、低出力領域ではキャリヤ増幅器4のみが動作し、高出力領域においてキャリヤ増幅器4とピーク増幅器5の両方が動作する。
ここで、キャリヤ増幅器4は、高効率な化合物半導体素子により構成されている。一方、ピーク増幅器5は、安価な単元素半導体素子により構成されている。
なお、キャリヤ増幅器4の化合物半導体素子は、電界効果トランジスタでもバイポーラトランジスタでも良い。また、化合物半導体素子としては、エンハンスモード型GaAsHEMT(High Electron Mobility Transistor)、エンハンスモード型窒化ガリウムHEMT、シリコンゲルマニウムHBT(Heterojunction Bipolar Transistor)、AlGaAsHBT、インジウムリン系HBT等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
また、キャリヤ増幅器4には、化合物半導体ドレイン/コレクタ電圧印加端子9と化合物半導体ゲート/ベース電圧印加端子10が設けられている。具体的には、キャリヤ増幅器4は化合物半導体素子により構成されており、化合物半導体ドレイン/コレクタ電圧印加端子9と化合物半導体ゲート/ベース電圧印加端子10は化合物半導体素子に設けられる。
また、化合物半導体ドレイン/コレクタ電圧印加端子9と化合物半導体ゲート/ベース電圧印加端子10との間に電圧変換回路11が接続されている。ここで、電圧変換回路11は、例えば、30V程度の電圧を1V程度の電圧に変換するための回路であり、一般的なレギュレータICや抵抗分圧回路(図示せず)あるいはその組み合わせで実現される。
そして、電源電圧12が、電圧変換回路11、化合物半導体ドレイン/コレクタ電圧印加端子9及び化合物半導体ゲート/ベース電圧印加端子10を介してキャリヤ増幅器4(化合物半導体素子)に印加される。このようにして、化合物半導体素子から成るキャリヤ増幅器4の二つの端子(化合物半導体ドレイン/コレクタ電圧印加端子9及び化合物半導体ゲート/ベース電圧印加端子10)に同じ極性のバイアス電圧がそれぞれ印加されるように成っている。通常は、このバイアス電圧の極性は正極であるが、本発明の実施の形態では、正極に限定されず負極であっても良い。
ここで、高周波増幅器で使用する半導体素子(半導体トランジスタ)では、ソース(エミッタ)を接地して、ドレイン(コレクタ)には正電圧を印加するのが一般的である。そして、ゲート(ベース)に関しては、正電圧あるいは負電圧を印加するものがある。例えば、文献(MOTOROLA Freescale Semiconductor,Inc.SEMICONDUCTOR APPLICATION NOTE AN211A)のFigure9には、ゲートに負電圧を印加するデプレッション型FETと正電圧を印加するエンハンスメント型FETが記載されている。従来の高周波増幅器用の化合物半導体であるGaAs系FETではデプレッション型が一般的でありゲートに負電圧が印加されていた。
本発明の第1の実施の形態では、一例として、化合物半導体でありながら、ゲートに正電圧を印加するエンハンスメント型FETを用いる。また、バイポーラトランジスタの場合には、一例として、シリコンゲルマニウムHBT,AlGaAsHBT,インジウムリン系HBTを用いてベースにコレクタと同じ正極性を印加するようにする。
一方、単元素半導体素子から成るピーク増幅器5には、単元素半導体ドレイン/コレクタ電圧印加端子13と単元素半導体ゲート/ベース電圧印加端子14が設けられている。具体的には、ピーク増幅器5は単元素半導体素子により構成され、単元素半導体ドレイン/コレクタ電圧印加端子13と単元素半導体ゲート/ベース電圧印加端子14は単元素半導体素子に設けられる。そして、単元素半導体ドレイン/コレクタ電圧印加端子13と単元素半導体ゲート/ベース電圧印加端子14との間に所定のバイアス電圧が印加されるように成っている。
このような構成の下、高周波信号入力端子1からの高周波信号は、分配器2に入力されて、分配器2により分岐される。分配器2で分岐された一方の信号はキャリヤ増幅器4で増幅された後に位相器3で位相調整される。また、分配器2で分岐された他方の信号は位相器6を経由した後ピーク増幅器5で増幅される。その後、これらの信号は合成器7で合成され高周波信号出力端子8から出力される。
また、半導体プロセスの違いに起因して、キャリヤ増幅器4とピーク増幅器5の電力利得が異なる場合には、分配器2の信号分配比を変えて補償する。例えば、ピーク増幅器5の電力利得がキャリヤ増幅器4の電力利得の2倍の場合は、分配器2の信号分配比をキャリヤ増幅器側:ピーク増幅器側で2:1として、分配器2の入力からキャリヤ増幅器4の出力までの電力利得と、分配器2の入力からピーク増幅器5の出力までの電力利得を等しくする。
つまり、通常のドハティ増幅器では分配器での分配比は1:1である。キャリヤ増幅器のみが動作する低出力領域では、高周波信号入力端子から入力された高周波信号は分配器で電力レベルが半分になり(3dB低下)、その後キャリヤ増幅器で増幅され、位相器、合成器を経由し高周波出力端子から出力される。このように高周波信号入力端子から高周波出力端子に至るドハティ増幅器としての電力利得はキャリヤ増幅器の電力利得から3dB程度低下してしまう。
これに対して、本実施の形態に係るドハティ増幅器100では、例えば、ピーク増幅器5の電力利得がキャリヤ増幅器4の電力利得の2倍(3dB高い)の場合、分配器2での分配比をキャリヤ増幅器側:ピーク増幅器側で2:1とする。このときキャリヤ増幅器4のみが動作する低出力領域では、高周波信号入力端子1から入力された高周波信号は分配器2で電力レベルが2/3になり(1.8dB低下)、その後キャリヤ増幅器4で増幅され、位相器3、合成器7を経由し高周波出力端子8から出力される。このように高周波信号入力端子1から高周波出力端子8に至るドハティ増幅器100としての電力利得は、キャリヤ増幅器4の電力利得から1.8dB程度の低下のみで済み、通常のドハティ増幅器に比べて1.2dBの電力利得の改善が見込める。
また、キャリヤ増幅器4とピーク増幅器5の電源電圧を変えることにより、ドハティ増幅器100の動作点での効率が極大となるように調整されている。
本発明の第1の実施の形態によれば、ドハティ増幅器100の効率特性に支配的なキャリヤ増幅器4に高効率な化合物半導体素子を使用することで、一般的なSi−LDMOSを使用したドハティ増幅器に比較して増幅器の高効率化が図れる。
また、ピーク増幅器5には安価な単元素半導体素子を使用することで、ドハティ増幅器100の価格上昇を押さえることができる。
さらに、本発明の第1の実施の形態によれば、化合物半導体素子から成るキャリヤ増幅器4の二つの端子(化合物半導体ドレイン/コレクタ電圧印加端子9及び化合物半導体ゲート/ベース電圧印加端子10)に同じ極性のバイアス電圧を印加するようにしているので、電源として正負両方の極性が必要となるドハティ増幅器に比べて、バイアス電圧を印加するための電源構成を簡素化することができる。
上述のように、上記特許文献1には、AM−PM特性(出力電力―出力位相特性)を良好にすべく、キャリヤ増幅器にGaAsFETを用い、ピーク増幅器にLD−MOSFET(Lateral Diffused Metal−Oxide−Semiconductor Field Effect Transistor)を用いたドハティ型増幅器が開示されている。
しかし、一般的に、化合物半導体素子であるGaAsFETはドレインに正電極、ゲートに負電極のバイアス電圧を印加するため、電源として正負両方の極性が必要となる。この結果、ドハティ増幅器にバイアス電圧を供給するための電源構成が複雑化してしまう。
そこで、本発明の第1の実施の形態では、バイアス電圧を供給するための電源構成を簡素化するために、キャリヤ増幅器4を構成する化合物半導体素子の二つの端子9,10に同じ極性のバイアス電圧を印加する。この際、二つの端子9,10に同じ極性のバイアス電圧を印加するのに適した化合物半導体素子を採用する。例えば、二つの端子9,10に正極性のバイアス電圧を印加するような場合は、化合物半導体素子としてインジウムリン系の化合物半導体素子等を採用するのが好ましい。
これにより、本発明の第1の実施の形態では、電源構成を簡素化した上で、キャリヤ増幅器4には高効率な性能を有する化合物半導体を使用し、ピーク増幅器5には安価な単元素半導体を使用することが可能になる。
(第2の実施の形態)
次に、図2を参照して、本発明の第2の実施の形態に係るドハティ増幅器の構成について説明する。
第2の実施の形態に係るドハティ増幅器200(インバーティッド・ドハティ型)は、第1の実施の形態に係るドハティ増幅器100(図1参照)とほぼ同じ構成を有しているが、位相器3がキャリヤ増幅器4の前段に配置され、位相器6がピーク増幅器5の後段に配置されている点が第1の実施の形態に係るドハティ増幅器100と異なる。その他の構成は、図1に示した第1の実施の形態に係るドハティ増幅器100と同じなのでその説明は省略する。なお、図2において、図1の構成要素と同じ構成要素には同じ参照番号が付されている。
このような構成の下、高周波信号入力端子1からの高周波信号は、分配器2に入力されて分配器2により分岐される。分配器2で分岐された一方の信号は位相器3で位相調整された後にキャリヤ増幅器4で増幅される。また、分配器2で分岐された他方の信号はピーク増幅器5で増幅された後に位相器6で位相調整される。その後、これらの信号は合成器7で合成され高周波信号出力端子8から出力される。
本発明の第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、電源構成を簡素化した上で、キャリヤ増幅器4には高効率な性能を有する化合物半導体を使用し、ピーク増幅器5には安価な単元素半導体を使用することができる。
(第3の実施の形態)
次に、図3を参照して、本発明の第3の実施の形態に係るドハティ増幅器300の構成について説明する。
第3の実施の形態に係るドハティ増幅器300は、第1の実施の形態に係るドハティ増幅器100(図1参照)とほぼ同じ構成を有しているが、キャリヤ増幅器4とピーク増幅器5が単一のパッケージ30の内部に実装されている点が第1の実施の形態に係るドハティ増幅器100と異なる。
第3の実施の形態に係るドハティ増幅器300では、キャリヤ増幅器4とピーク増幅器5のみが単一のパッケージ30の内部に配置され、分配器2、位相器3、位相器6及び合成器7はパッケージ30の外部に配置されている。
その他の構成及び動作は、図1に示す第1の実施の形態に係るドハティ増幅器100と同じなのでその説明は省略する。なお、図3において、図1の構成要素と同じ構成要素には同じ参照番号が付されている。
ここで、図4を参照して、キャリヤ増幅器4及びピーク増幅器5が単一のパッケージ30の内部に実装されている状態(内部イメージ)について説明する。
金属プレート400上には、キャリヤ増幅器4を構成する化合物半導体素子401、キャリヤ増幅器入力整合回路402、キャリヤ増幅器出力整合回路403、高周波入力/ゲート(ベース)電圧兼用端子404、高周波入力/ドレイン(コレクタ)電圧兼用端子405が配置されている。
さらに、金属プレート400上には、ピーク増幅器5を構成する単元素半導体素子406、ピーク増幅器入力整合回路407、ピーク増幅器出力整合回路408、高周波入力/ゲート(ベース)電圧兼用端子409、高周波出力/ドレイン(コレクタ)電圧兼用端子410が配置されている。
上記構成要素は、ボンディングワイヤー411あるいは金属パターン等により高周波的に接続されている。また、化合物半導体素子401及び単元素半導体素子406は、ロー材等により金属プレート400に接続されている。
ここで、キャリヤ増幅器4を構成する化合物半導体素子401とピーク増幅器5を構成する単元素半導体素子406では半導体の線膨張係数が異なる場合がある。このとき、化合物半導体素子401と単元素半導体素子406を搭載する金属プレート400の材料として、化合物半導体素子401の線膨張係数に最適な材料を選択すると、単元素半導体素子406との線膨張係数の差異が大きく機械的な歪みが化合物半導体素子401、単元素半導体素子406あるいは金属プレート400に蓄積されてしまい長期的な信頼性を低下させてしまう。
そこで、本実施の形態では、金属プレート400の材料として、線膨張係数がキャリヤ増幅器4を構成する化合物半導体素子401とピーク増幅器5を構成する単元素半導体素子406の線膨張係数の間の値を有するものを採用する。これにより、機械的に蓄積される歪みを小さくし信頼性の向上が図れる。
ここで、金属プレート400は、図4に示された形態に限定されず、例えば、プリント基板上あるいは内層に形成された金属プレートでも良い。
本発明の第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、電源構成を簡素化した上で、キャリヤ増幅器4には高効率な性能を有する化合物半導体を使用し、ピーク増幅器5には安価な単元素半導体を使用することができる。
さらに、本発明の第3の実施の形態によれば、キャリヤ増幅器4とピーク増幅器5が単一のパッケージ30の内部に実装されているので、キャリヤ増幅器4とピーク増幅器5を別々のパッケージに実装した場合に比べてドハティ増幅器300をより小型に構成できる。
(第4の実施の形態)
次に、図5を参照して、本発明の第4の実施の形態に係るドハティ増幅器500の構成について説明する。
第4の実施の形態は、キャリヤ増幅器4をF級、逆F級など高調波処理により高効率化を図った例である。
第4の実施の形態に係るドハティ増幅器500は、第1の実施の形態に係るドハティ増幅器100(図1参照)とほぼ同じ構成を有しているが、キャリヤ増幅器4及びピーク増幅器5の内部構成が第1の実施の形態に係るドハティ増幅器100と異なる。
具体的には、キャリヤ増幅器4は、化合物半導体素子50、化合物半導体素子50の前段に配置された入力整合回路51、化合物半導体素子50の後段に配置された出力整合回路52から構成されている。ここで、入力整合回路51は高周波処理回路53を有し、出力整合回路52は高周波処理回路54を有する。
また、ピーク増幅器5は、単元素半導体素子55、単元素半導体素子55の前段に配置された入力整合回路56、単元素半導体素子55の後段に配置された出力整合回路57から構成されている。
その他の構成及び動作は、図1の第1の実施の形態に係るドハティ増幅器100と同じなのでその説明は省略する。なお、図5において、図1の構成要素と同じ構成要素には同じ参照番号が付されている。
本発明の第4の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、電源構成を簡素化した上で、キャリヤ増幅器4には高効率な性能を有する化合物半導体を使用し、ピーク増幅器5には安価な単元素半導体を使用することができる。
さらに、本発明の第4の実施の形態によれば、キャリヤ増幅器4を高調波処理することによりドハティ増幅器500のさらなる高効率化が図れる。
(第5の実施の形態)
次に、図6を参照して、本発明の第5の実施の形態に係るドハティ増幅器600の構成について説明する。
第5の実施の形態に係るドハティ増幅器600は、第1の実施の形態に係るドハティ増幅器100(図1参照)とほぼ同じ構成を有しているが、高周波減衰器60が位相器6の前段に配置されている点が第1の実施の形態に係るドハティ増幅器100と異なる。その他の構成及び動作は、図1の第1の実施の形態に係るドハティ増幅器100と同じなのでその説明は省略する。なお、図6において、図1の構成要素と同じ構成要素には同じ参照番号が付されている。
本発明の第5の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、電源構成を簡素化した上で、キャリヤ増幅器4には高効率な性能を有する化合物半導体を使用し、ピーク増幅器5には安価な単元素半導体を使用することができる。
さらに、本発明の第5の実施の形態によれば、キャリヤ増幅器4の電力利得がピーク増幅器5の電力利得よりも大きい場合に、その差分を補正することができる。
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述のように、化合物半導体素子から成るキャリヤ増幅器4の二つの端子(化合物半導体ドレイン/コレクタ電圧印加端子9及び化合物半導体ゲート/ベース電圧印加端子10)には、同じ極性のバイアス電圧が印加されるように成っている。通常はこのバイアス電圧の極性は正極であるが、負極であっても良い。
また、単元素半導体素子から成るピーク増幅器5の二つの端子(単元素半導体ドレイン/コレクタ電圧印加端子13と単元素半導体ゲート/ベース電圧印加端子14)には同じ極性(例えば、正極)のバイアス電圧を印加するのが一般的である。この際、単元素半導体素子の二つの端子13,14に印加されるバイアス電圧を、化合物半導体素子の二つの端子9,10に印加されるバイアス電圧と同じ極性(例えば、正極)であるようにしても良い。このような構成にすれば、バイアス電圧を供給するための電源構成がより簡素化されたドハティ増幅器を提供することができる。
本願は、2009年9月28日出願の日本国特許出願2009−222033を基礎とするものであり、同特許出願の開示内容は全て本願に組み込まれる。
Claims (20)
- ドハティ増幅器であって、
入力信号を二分配する分配器と、
前記分配器からの一方の信号が入力されるキャリヤ増幅器と、
前記分配器からの他方の信号が入力されるピーク増幅器と、
前記キャリヤ増幅器と前記ピーク増幅器からの出力信号を合成する合成器とを有し、
前記キャリヤ増幅器は少なくとも二つの端子を有する化合物半導体素子を有し、
前記ピーク増幅器は単元素半導体素子を有し、
前記化合物半導体素子の二つの端子に同じ極性のバイアス電圧を印加することを特徴とするドハティ増幅器。 - 前記化合物半導体素子は電界効果トランジスタであり、
前記化合物半導体素子の二つの端子は、前記電界効果トランジスタのドレイン端子及びゲート端子であることを特徴とする請求項1に記載のドハティ増幅器。 - 前記電界効果トランジスタはHEMTであり、前記単元素半導体素子はLD−MOSFETであることを特徴とする請求項2に記載のドハティ増幅器。
- 前記HEMTは窒化ガリウム系のHEMTであり、前記LD−MOSFETはシリコン系のLD−MOSFETであることを特徴とする請求項3に記載のドハティ増幅器。
- 前記化合物半導体素子はバイポーラトランジスタであり、
前記化合物半導体素子の二つの端子は、前記バイポーラトランジスタのコレクタ端子及びベース端子であることを特徴とする請求項1に記載のドハティ増幅器。 - 前記バイポーラトランジスタはHBTであり、前記単元素半導体素子はLD−MOSFETであることを特徴とする請求項5に記載のドハティ増幅器。
- 前記HBTはインジウムリン系のHBTであり、前記LD−MOSFETはシリコン系のLD−MOSFETであることを特徴とする請求項6に記載のドハティ増幅器。
- 前記キャリヤ増幅器の電力利得と前記ピーク増幅器の電力利得が異なる場合、前記分配器での分配比をキャリヤ増幅器側とピーク増幅器側との間で異ならせたことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のドハティ増幅器。
- 前記ピーク増幅器の電力利得が前記キャリヤ増幅器の電力利得より大きい場合、前記分配器での分配比を前記ピーク増幅器側より前記キャリヤ増幅器側で大きくすることを特徴とする請求項8に記載のドハティ増幅器。
- 前記キャリヤ増幅器と前記ピーク増幅器は、単一の半導体パッケージの内部に配置されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のドハティ増幅器。
- 前記化合物半導体素子及び前記単元素半導体素子は、前記半導体パッケージの金属プレートに接続され、
前記金属プレートの材料の線膨張係数は、前記化合物半導体素子の線膨張係数と前記単元素半導体素子の線膨張係数の間の値を有することを特徴とする請求項10に記載のドハティ増幅器。 - 前記キャリヤ増幅器の後段には第1の位相器が配置され、
前記ピーク増幅器の前段には第2の位相器が配置されていることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載のドハティ増幅器。 - 前記第2の位相器の前段には高周波減衰器が配置されていることを特徴とする請求項12に記載のドハティ増幅器。
- 前記キャリヤ増幅器の前段には第1の位相器が配置され、
前記ピーク増幅器の後段には第2の位相器が配置されていることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載のドハティ増幅器。 - 前記キャリヤ増幅器は、前記化合物半導体素子の前段に配置された入力整合回路と、前記化合物半導体素子の後段に配置された出力整合回路とをさらに有することを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載のドハティ増幅器。
- 前記ピーク増幅器は、前記単元素半導体素子の前段に配置された入力整合回路と、前記前記単元素半導体素子の後段に配置された出力整合回路とをさらに有することを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載のドハティ増幅器。
- 前記キャリヤ増幅器と前記ピーク増幅器の電源電圧を変えることにより、前記ドハティ増幅器の動作点での効率が極大となるように調整することを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載のドハティ増幅器。
- 前記単元素半導体素子は少なくとも二つの端子を有し、
前記単元素半導体素子の二つの端子に同じ極性のバイアス電圧を印加することを特徴とする請求項1から17のいずれか1項に記載のドハティ増幅器。 - 前記単元素半導体素子の二つの端子に印加されるバイアス電圧は、前記化合物半導体素子の二つの端子に印加されるバイアス電圧と同じ極性であることを特徴とする請求項18に記載のドハティ増幅器。
- 前記単元素半導体素子の二つの端子に印加されるバイアス電圧の極性と前記化合物半導体素子の二つの端子に印加されるバイアス電圧の極性は正極であることを特徴とする請求項19に記載のドハティ増幅器。
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EP1202446B1 (en) * | 2000-10-23 | 2009-10-14 | Panasonic Corporation | Power amplifier |
US6621347B2 (en) * | 2000-12-21 | 2003-09-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | RF power amplifier |
US6469581B1 (en) * | 2001-06-08 | 2002-10-22 | Trw Inc. | HEMT-HBT doherty microwave amplifier |
US6646293B2 (en) * | 2001-07-18 | 2003-11-11 | Motorola, Inc. | Structure for fabricating high electron mobility transistors utilizing the formation of complaint substrates |
US6917246B2 (en) * | 2001-09-10 | 2005-07-12 | Skyworks Solutions, Inc. | Doherty bias circuit to dynamically compensate for process and environmental variations |
JP2003133863A (ja) * | 2001-10-25 | 2003-05-09 | Nec Corp | 電力増幅回路 |
US6737922B2 (en) | 2002-01-28 | 2004-05-18 | Cree Microwave, Inc. | N-way RF power amplifier circuit with increased back-off capability and power added efficiency using unequal input power division |
US6791417B2 (en) * | 2002-01-28 | 2004-09-14 | Cree Microwave, Inc. | N-way RF power amplifier circuit with increased back-off capability and power added efficiency using selected phase lengths and output impedances |
US6700444B2 (en) | 2002-01-28 | 2004-03-02 | Cree Microwave, Inc. | N-way RF power amplifier with increased backoff power and power added efficiency |
US6970039B2 (en) * | 2002-10-23 | 2005-11-29 | Anadigics | Efficiency enhancement for MMIC amplifiers |
US7026797B2 (en) * | 2003-03-21 | 2006-04-11 | Tropian, Inc. | Extremely high-speed switchmode DC-DC converters |
JP2004349563A (ja) * | 2003-05-23 | 2004-12-09 | Renesas Technology Corp | 半導体装置およびその製造方法ならびに基地局用電力増幅装置 |
JPWO2005029695A1 (ja) | 2003-09-17 | 2006-11-30 | 日本電気株式会社 | 増幅器 |
US7710202B2 (en) | 2003-09-17 | 2010-05-04 | Nec Corporation | Amplifier |
US7847630B2 (en) * | 2004-11-05 | 2010-12-07 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Amplifier |
JP2006166141A (ja) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ドハティ増幅器 |
KR20060077818A (ko) * | 2004-12-31 | 2006-07-05 | 학교법인 포항공과대학교 | 비대칭 전력 구동을 이용한 전력 증폭 장치 |
CN101180792A (zh) * | 2005-05-20 | 2008-05-14 | Nxp股份有限公司 | 高功率效率的集成多赫尔蒂型放大器结构 |
JP2007006164A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 増幅器 |
EP1761114A3 (en) * | 2005-08-31 | 2009-09-16 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Circuit board |
JP4435071B2 (ja) * | 2005-11-10 | 2010-03-17 | 株式会社東芝 | 電力増幅器および増幅方法 |
US7362170B2 (en) * | 2005-12-01 | 2008-04-22 | Andrew Corporation | High gain, high efficiency power amplifier |
JP2008017072A (ja) * | 2006-07-05 | 2008-01-24 | Nec Corp | 増幅器 |
US7541866B2 (en) * | 2006-09-29 | 2009-06-02 | Nortel Networks Limited | Enhanced doherty amplifier with asymmetrical semiconductors |
US20100026387A1 (en) * | 2006-11-23 | 2010-02-04 | Nxp, B.V. | Integrated doherty type amplifier arrangement with high power efficiency |
US20080122542A1 (en) * | 2006-11-27 | 2008-05-29 | Gregory Bowles | Enhanced amplifier with auxiliary path bias modulation |
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