KR20120066053A - 도허티 증폭기 - Google Patents

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KR20120066053A
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닛본 덴끼 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 입력 신호를 이분배하는 분배기와, 분배기로부터의 한쪽 신호가 입력되는 캐리어 증폭기와, 분배기로부터의 다른 쪽 신호가 입력되는 피크 증폭기와, 캐리어 증폭기와 피크 증폭기로부터의 출력 신호를 합성하는 합성기를 갖는 도허티 증폭기에 관한 것이다. 캐리어 증폭기는 두 개의 단자를 갖는 화합물 반도체 소자를 가지며, 피크 증폭기는 단원소 반도체 소자를 갖는다. 이 화합물 반도체 소자의 두 개의 단자에 동일 극성의 바이어스 전압을 인가한다.

Description

도허티 증폭기{DOHERTY AMPLIFIER}
본 발명은, 도허티 증폭기에 관한 것이며, 특히 무선 통신에 적합한 증폭기에 관한 것이다.
최근의 브로드 밴드 통신 시스템에서는, 신호의 피크 전력과 평균 전력의 비(PAR)가 10dB 정도의 신호가 사용된다. 이러한 경우, 정보를 오류없이 보내기 위해서, 송신단의 고주파 증폭기는 평균 송신 전력에 대하여 10dB 이상 높은 피크 전력을 송신할 수 있는 것을 사용할 필요가 있다.
일반적으로, 증폭기는 피크 전력과 평균 송신 전력과의 비(백 오프)가 클수록 전력 효율이 낮아진다. 한편, 환경 의식의 고양으로부터, 무선 시스템에 있어서도 저소비 전력화가 요구되고 있고, 특히, 수 10W 이상의 고출력이 요구되는 휴대 전화의 기지국 장치에 있어서 전력 소비 비율이 큰 고주파 증폭기의 고효율화가 요망되고 있다.
백 오프가 커도 고효율의 고주파 증폭기로서, 도허티형 증폭기가 기지국의 용도로도 검토되고 있다. 도허티형 증폭기는 저출력 영역에서는 캐리어 증폭기만이 동작하고, 고출력 영역에서 캐리어 증폭기와 피크 증폭기의 양쪽이 동작한다.
피크 증폭기가 동작하기 시작하는 출력 레벨에서 효율을 극대로 할 수 있어 고효율화가 도모된다. 또한, 캐리어 증폭기와 피크 증폭기의 포화 출력 레벨비를 바꿈으로써, 효율이 극대가 되도록 출력 레벨을 바꿀 수 있다.
종래, 휴대 전화 기지국용의 고주파 증폭기에서는, 단원소 반도체인 실리콘(Si)을 재료로 하는 LD-MOSFET(Lateral Diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)를 반도체 소자로서 사용하는 것이 일반적이다.
요즘, 휴대 전화 기지국용의 도허티형 고주파 증폭기의 고효율화를 위하여, 반도체 소자로서 보다 고효율인 질화 갈륨으로 대표되는 화합물 반도체가 채용되어 증폭기의 고효율화가 도모되고 있다. 그러나, 화합물 반도체는 단원소 반도체에 비해 고가로 된다는 문제가 있다.
이러한 문제에 대처 가능한 관련 기술로서, 예를 들어 일본 특허 공개 제2008-193720호 공보(특허문헌 1)가 있다. 이 특허문헌 1에는, AM-PM 특성(출력 전력-출력 위상 특성)을 양호하게 하기 위해, 캐리어 증폭기(캐리어 앰프)에 GaAsFET를 사용하고, 피크 증폭기(피크 증폭기)에 LD-MOSFET를 사용한 도허티 증폭기가 개시되어 있다.
그러나, 일반적으로, GaAsFET는 드레인에 양전극, 게이트에 음전극의 바이어스 전압을 인가하기 위해서 전원으로서 양음 양쪽의 극성이 필요해진다. 이 결과, 증폭기에 바이어스 전압을 공급하기 위한 전원 구성이 복잡해져 버린다고 하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 상술한 과제를 해결하기 위한 기술을 제공하는 것으로, 바이어스 전압을 공급하기 위한 전원 구성을 간소화한 도허티 증폭기를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 입력 신호를 이분배하는 분배기와, 상기 분배기로부터의 한쪽 신호가 입력되는 캐리어 증폭기와, 상기 분배기로부터의 다른 쪽 신호가 입력되는 피크 증폭기와, 상기 캐리어 증폭기와 상기 피크 증폭기로부터의 출력 신호를 합성하는 합성기를 갖는 도허티 증폭기이며,
상기 캐리어 증폭기는 적어도 두 개의 단자를 갖는 화합물 반도체 소자를 가지며,
상기 피크 증폭기는 단원소 반도체 소자를 가지며,
상기 화합물 반도체 소자의 두 개의 단자에 동일 극성의 바이어스 전압을 인가한다.
본 발명에 따르면, 바이어스 전압을 공급하기 위한 전원 구성을 간소화한 도허티형 증폭기를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 도허티 증폭기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 도허티 증폭기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는, 캐리어 증폭기 및 피크 증폭기가 단일 패키지의 내부에 실장되어 있는 상태(내부 이미지)를 도시하는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 도허티 증폭기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 도허티 증폭기의 구성을 도시하는 도면이다.
이어서, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기의 구성에 대하여 설명한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(100)는, 고주파 신호 입력 단자(1), 분배기(2), 위상기(3), 캐리어 증폭기(4), 피크 증폭기(5), 위상기(6), 합성기(7) 및 고주파 신호 출력 단자(8)를 갖는다.
도허티 증폭기(100)는, 저출력 영역에서는 캐리어 증폭기(4)만이 동작하고, 고출력 영역에서 캐리어 증폭기(4)와 피크 증폭기(5)의 양쪽이 동작한다.
여기에서, 캐리어 증폭기(4)는, 고효율의 화합물 반도체 소자에 의해 구성되어 있다. 한편, 피크 증폭기(5)는, 저렴한 단원소 반도체 소자에 의해 구성되어 있다.
또한, 캐리어 증폭기(4)의 화합물 반도체 소자는, 전계 효과 트랜지스터이어도 바이폴라 트랜지스터이어도 된다. 또한, 화합물 반도체 소자로서는, 증강 모드형 GaAsHEMT(High Electron Mobility Transistor), 증강 모드형 질화 갈륨 HEMT, 실리콘 게르마늄 HBT(Heterojunction Bipolar Transistor), AlGaAsHBT, 인듐 인계 HBT 등을 들 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 캐리어 증폭기(4)에는, 화합물 반도체 드레인/콜렉터 전압 인가 단자(9)와 화합물 반도체 게이트/베이스 전압 인가 단자(10)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 캐리어 증폭기(4)는 화합물 반도체 소자에 의해 구성되어 있고, 화합물 반도체 드레인/콜렉터 전압 인가 단자(9)와 화합물 반도체 게이트/베이스 전압 인가 단자(10)는 화합물 반도체 소자에 설치된다.
또한, 화합물 반도체 드레인/콜렉터 전압 인가 단자(9)와 화합물 반도체 게이트/베이스 전압 인가 단자(10)와의 사이에 전압 변환 회로(11)가 접속되어 있다. 여기서, 전압 변환 회로(11)는, 예를 들어 30V 정도의 전압을 1V 정도의 전압으로 변환하기 위한 회로이며, 일반적인 레귤레이터 IC나 저항 분압 회로(도시하지 않음) 혹은 그 조합으로 실현된다.
그리고, 전원 전압(12)이, 전압 변환 회로(11), 화합물 반도체 드레인/콜렉터 전압 인가 단자(9) 및 화합물 반도체 게이트/베이스 전압 인가 단자(10)를 개재하여 캐리어 증폭기(4)(화합물 반도체 소자)에 인가된다. 이와 같이 하여, 화합물 반도체 소자로 이루어지는 캐리어 증폭기(4)의 두 개의 단자(화합물 반도체 드레인/콜렉터 전압 인가 단자(9) 및 화합물 반도체 게이트/베이스 전압 인가 단자(10))에 동일 극성의 바이어스 전압이 각각 인가되도록 되어 있다. 통상은, 이 바이어스 전압의 극성은 양극이지만, 본 발명의 실시 형태에서는, 양극에 한정되지 않고 음극이어도 된다.
여기서, 고주파 증폭기에서 사용하는 반도체 소자(반도체 트랜지스터)에서는, 소스(이미터)를 접지하고, 드레인(콜렉터)에는 양전압을 인가하는 것이 일반적이다. 그리고, 게이트(베이스)에 관해서는, 양전압 혹은 음전압을 인가하는 것이 있다. 예를 들어, 문헌(MOTOROLA Freescale Semiconductor, Inc. SEMICONDUCTOR APPLICATION NOTE AN211A)의 Figure 9에는, 게이트에 음전압을 인가하는 공핍형 FET와 양전압을 인가하는 증강형 FET가 기재되어 있다. 종래의 고주파 증폭기용의 화합물 반도체인 GaAs계 FET에서는 공핍형이 일반적이고 게이트에 음전압이 인가되고 있다.
본 발명의 제1 실시 형태에서는, 일례로서, 화합물 반도체이면서, 게이트에 양전압을 인가하는 증강형 FET를 사용한다. 또한, 바이폴라 트랜지스터의 경우에는, 일례로서, 실리콘 게르마늄 HBT, AlGaAsHBT, 인듐 인계 HBT를 사용하여 베이스에 콜렉터와 동일한 양극성을 인가하도록 한다.
한편, 단원소 반도체 소자로 이루어지는 피크 증폭기(5)에는, 단원소 반도체 드레인/콜렉터 전압 인가 단자(13)와 단원소 반도체 게이트/베이스 전압 인가 단자(14)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 피크 증폭기(5)는 단원소 반도체 소자에 의해 구성되고, 단원소 반도체 드레인/콜렉터 전압 인가 단자(13)와 단원소 반도체 게이트/베이스 전압 인가 단자(14)는 단원소 반도체 소자에 설치된다. 그리고, 단원소 반도체 드레인/콜렉터 전압 인가 단자(13)와 단원소 반도체 게이트/베이스 전압 인가 단자(14)와의 사이에 소정의 바이어스 전압이 인가되도록 되어 있다.
이와 같은 구성 하에서, 고주파 신호 입력 단자(1)로부터의 고주파 신호는, 분배기(2)에 입력되고, 분배기(2)에 의해 분기된다. 분배기(2)에 의해 분기된 한쪽 신호는 캐리어 증폭기(4)에서 증폭된 후에 위상기(3)에서 위상 조정된다. 또한, 분배기(2)에 의해 분기된 다른 쪽 신호는 위상기(6)를 경유한 후, 피크 증폭기(5)에서 증폭된다. 그 후, 이들 신호는 합성기(7)에서 합성되고 고주파 신호 출력 단자(8)로부터 출력된다.
또한, 반도체 프로세스의 차이에 기인하여 캐리어 증폭기(4)와 피크 증폭기(5)의 전력 이득이 상이한 경우에는, 분배기(2)의 신호 분배비를 바꾸어 보상한다. 예를 들어, 피크 증폭기(5)의 전력 이득이 캐리어 증폭기(4)의 전력 이득의 2배인 경우에는, 분배기(2)의 신호 분배비를 캐리어 증폭기측: 피크 증폭기측에서 2:1로 하여, 분배기(2)의 입력으로부터 캐리어 증폭기(4)의 출력까지의 전력 이득과, 분배기(2)의 입력으로부터 피크 증폭기(5)의 출력까지의 전력 이득을 동등하게 한다.
즉, 통상의 도허티 증폭기에서는 분배기에서의 분배비는 1:1이다. 캐리어 증폭기만이 동작하는 저출력 영역에서는, 고주파 신호 입력 단자로부터 입력된 고주파 신호는 분배기에 의해 전력 레벨이 절반이 되고(3dB 저하), 그 후 캐리어 증폭기에서 증폭되고, 위상기, 합성기를 경유하여 고주파 출력 단자로부터 출력된다. 이와 같이 고주파 신호 입력 단자로부터 고주파 출력 단자에 이르는 도허티 증폭기로서의 전력 이득은 캐리어 증폭기의 전력 이득으로부터 3dB 정도 저하되어 버린다.
이에 대하여, 본 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(100)에서는, 예를 들어 피크 증폭기(5)의 전력 이득이 캐리어 증폭기(4)의 전력 이득의 2배(3dB 높다)인 경우, 분배기(2)에서의 분배비를 캐리어 증폭기측: 피크 증폭기측에서 2:1로 한다. 이때 캐리어 증폭기(4)만이 동작하는 저출력 영역에서는, 고주파 신호 입력 단자(1)로부터 입력된 고주파 신호는 분배기(2)에 의해 전력 레벨이 2/3이 되고(1.8dB 저하), 그 후 캐리어 증폭기(4)에서 증폭되고, 위상기(3), 합성기(7)을 경유하여 고주파 출력 단자(8)로부터 출력된다. 이와 같이 고주파 신호 입력 단자(1)로부터 고주파 출력 단자(8)에 이르는 도허티 증폭기(100)로서의 전력 이득은, 캐리어 증폭기(4)의 전력 이득으로부터 1.8dB 정도의 저하만으로 되어, 통상의 도허티 증폭기에 비하여 1.2dB의 전력 이득의 개선을 예상할 수 있다.
또한, 캐리어 증폭기(4)와 피크 증폭기(5)의 전원 전압을 바꿈으로써, 도허티 증폭기(100)의 동작점에서의 효율이 극대가 되도록 조정되어 있다.
본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, 도허티 증폭기(100)의 효율 특성에 지배적인 캐리어 증폭기(4)에 고효율의 화합물 반도체 소자를 사용함으로써, 일반적인 Si-LDMOS를 사용한 도허티 증폭기와 비교하여 증폭기의 고효율화가 도모된다.
또한, 피크 증폭기(5)에는 저렴한 단원소 반도체 소자를 사용함으로써, 도허티 증폭기(100)의 가격 상승을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, 화합물 반도체 소자로 이루어지는 캐리어 증폭기(4)의 두 개의 단자(화합물 반도체 드레인/콜렉터 전압 인가 단자(9) 및 화합물 반도체 게이트/베이스 전압 인가 단자(10))에 동일 극성의 바이어스 전압을 인가하도록 하고 있으므로, 전원으로서 양음 양쪽의 극성이 필요해지는 도허티 증폭기에 비하여, 바이어스 전압을 인가하기 위한 전원 구성을 간소화할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 특허문헌 1에는, AM-PM 특성(출력 전력-출력 위상 특성)을 양호하게 하기 위해, 캐리어 증폭기에 GaAsFET를 사용하고, 피크 증폭기에 LD-MOSFET(Lateral Diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)를 사용한 도허티형 증폭기가 개시되어 있다.
그러나, 일반적으로, 화합물 반도체 소자인 GaAsFET는 드레인에 양전극, 게이트에 음전극의 바이어스 전압을 인가하기 위해서, 전원으로서 양음 양쪽의 극성이 필요해진다. 이 결과, 도허티 증폭기에 바이어스 전압을 공급하기 위한 전원 구성이 복잡화되어 버린다.
따라서, 본 발명의 제1 실시 형태에서는, 바이어스 전압을 공급하기 위한 전원 구성을 간소화하기 위해서, 캐리어 증폭기(4)를 구성하는 화합물 반도체 소자의 두 개의 단자(9,10)에 동일 극성의 바이어스 전압을 인가한다. 이때, 두 개의 단자(9,10)에 동일 극성의 바이어스 전압을 인가하기에 적합한 화합물 반도체 소자를 채용한다. 예를 들어, 두 개의 단자(9,10)에 양극성의 바이어스 전압을 인가하는 경우에는, 화합물 반도체 소자로서 인듐 인계의 화합물 반도체 소자 등을 채용하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명의 제1 실시 형태에서는, 전원 구성을 간소화하여, 캐리어 증폭기(4)에는 고효율의 성능을 갖는 화합물 반도체를 사용하고, 피크 증폭기(5)에는 저렴한 단원소 반도체를 사용하는 것이 가능하게 된다.
(제2 실시 형태)
이어서, 도 2을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 도허티 증폭기의 구성에 대하여 설명한다.
제2 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(200)(인버티드?도허티형)는, 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(100)(도 1 참조)와 거의 동일한 구성을 가지고 있지만, 위상기(3)가 캐리어 증폭기(4)의 전단에 배치되고, 위상기(6)가 피크 증폭기(5)의 후단에 배치되어 있는 점이 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(100)와 상이하다. 그 밖의 구성은, 도 1에 도시한 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(100)와 동일하므로 그 설명은 생략한다. 또한, 도 2에 있어서, 도 1의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호가 붙여져 있다.
이와 같은 구성 하에서, 고주파 신호 입력 단자(1)로부터의 고주파 신호는, 분배기(2)에 입력되어 분배기(2)에 의해 분기된다. 분배기(2)에 의해 분기된 한쪽 신호는 위상기(3)에서 위상 조정된 후에 캐리어 증폭기(4)에서 증폭된다. 또한, 분배기(2)에 의해 분기된 다른 쪽 신호는 피크 증폭기(5)에서 증폭된 후에 위상기(6)에서 위상 조정된다. 그 후, 이들 신호는 합성기(7)에서 합성되어 고주파 신호 출력 단자(8)로부터 출력된다.
본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 전원 구성을 간소화하여, 캐리어 증폭기(4)에는 고효율의 성능을 갖는 화합물 반도체를 사용하고, 피크 증폭기(5)에는 저렴한 단원소 반도체를 사용할 수 있다.
(제3 실시 형태)
이어서, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(300)의 구성에 대하여 설명한다.
제3 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(300)는, 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(100)(도 1 참조)와 거의 동일한 구성을 가지고 있지만, 캐리어 증폭기(4)와 피크 증폭기(5)가 단일 패키지(30)의 내부에 실장되어 있는 점이 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(100)와 상이하다.
제3 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(300)에서는, 캐리어 증폭기(4)와 피크 증폭기(5)만이 단일한 패키지(30)의 내부에 배치되고, 분배기(2), 위상기(3), 위상기(6) 및 합성기(7)는 패키지(30)의 외부에 배치되어 있다.
그 밖의 구성 및 동작은, 도 1에 도시하는 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(100)와 같으므로 그 설명은 생략한다. 또한, 도 3에 있어서, 도 1의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호가 붙여져 있다.
여기서, 도 4를 참조하여, 캐리어 증폭기(4) 및 피크 증폭기(5)가 단일의 패키지(30)의 내부에 실장되어 있는 상태(내부 이미지)에 대해서 설명한다.
금속 플레이트(400) 상에는, 캐리어 증폭기(4)를 구성하는 화합물 반도체 소자(401), 캐리어 증폭기 입력 정합 회로(402), 캐리어 증폭기 출력 정합 회로(403), 고주파 입력/게이트(베이스) 전압 겸용 단자(404), 고주파 입력/드레인(콜렉터) 전압 겸용 단자(405)가 배치되어 있다.
또한, 금속 플레이트(400) 상에는, 피크 증폭기(5)를 구성하는 단원소 반도체 소자(406), 피크 증폭기 입력 정합 회로(407), 피크 증폭기 출력 정합 회로(408), 고주파 입력/게이트(베이스) 전압 겸용 단자(409), 고주파 출력/드레인(콜렉터) 전압 겸용 단자(410)가 배치되어 있다.
상기 구성 요소는, 본딩와이어(411) 혹은 금속 패턴 등에 의해 고주파적으로 접속되어 있다. 또한, 화합물 반도체 소자(401) 및 단원소 반도체 소자(406)는, 납재 등에 의해 금속 플레이트(400)에 접속되어 있다.
여기서, 캐리어 증폭기(4)를 구성하는 화합물 반도체 소자(401)와 피크 증폭기(5)를 구성하는 단원소 반도체 소자(406)는 반도체의 선팽창 계수가 상이한 경우가 있다. 이때, 화합물 반도체 소자(401)와 단원소 반도체 소자(406)를 탑재하는 금속 플레이트(400)의 재료로서, 화합물 반도체 소자(401)의 선팽창 계수에 최적인 재료를 선택하면, 단원소 반도체 소자(406)와의 선팽창 계수의 차이가 커서 기계적인 왜곡이 화합물 반도체 소자(401), 단원소 반도체 소자(406) 혹은 금속 플레이트(400)에 축적되어 버려 장기적인 신뢰성을 저하시켜 버린다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 금속 플레이트(400)의 재료로서, 선팽창 계수가 캐리어 증폭기(4)를 구성하는 화합물 반도체 소자(401)와 피크 증폭기(5)를 구성하는 단원소 반도체 소자(406)의 선팽창 계수의 사이의 값을 갖는 것을 채용한다. 이에 따라, 기계적으로 축적되는 왜곡을 작게 하여 신뢰성의 향상이 도모된다.
여기서, 금속 플레이트(400)는, 도 4에 도시된 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 프린트 기판상 혹은 내층에 형성된 금속 플레이트이어도 된다.
본 발명의 제3 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 전원 구성을 간소화하여, 캐리어 증폭기(4)에는 고효율의 성능을 갖는 화합물 반도체를 사용하고, 피크 증폭기(5)에는 저렴한 단원소 반도체를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 제3 실시 형태에 의하면, 캐리어 증폭기(4)와 피크 증폭기(5)가 단일한 패키지(30)의 내부에 실장되어 있으므로, 캐리어 증폭기(4)와 피크 증폭기(5)를 별도의 패키지에 실장한 경우와 비교하여 도허티 증폭기(300)를 보다 소형으로 구성할 수 있다.
(제4 실시 형태)
이어서, 도 5을 참조하여, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(500)의 구성에 대하여 설명한다.
제4 실시 형태는, 캐리어 증폭기(4)를 F급, 역F급 등 고조파 처리에 의해 고효율화를 도모한 예이다.
제4 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(500)는, 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(100)(도 1 참조)와 거의 동일한 구성을 가지고 있지만, 캐리어 증폭기(4) 및 피크 증폭기(5)의 내부 구성이 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(100)와 상이하다.
구체적으로는, 캐리어 증폭기(4)는, 화합물 반도체 소자(50), 화합물 반도체 소자(50)의 전단에 배치된 입력 정합 회로(51), 화합물 반도체 소자(50)의 후단에 배치된 출력 정합 회로(52)로 구성되어 있다. 여기서, 입력 정합 회로(51)는 고주파 처리 회로(53)을 가지며, 출력 정합 회로(52)는 고주파 처리 회로(54)을 갖는다.
또한, 피크 증폭기(5)는, 단원소 반도체 소자(55), 단원소 반도체 소자(55)의 전단에 배치된 입력 정합 회로(56), 단원소 반도체 소자(55)의 후단에 배치된 출력 정합 회로(57)로 구성되어 있다.
그 밖의 구성 및 동작은, 도 1의 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(100)와 같으므로 그 설명은 생략한다. 또한, 도 5에 있어서, 도 1의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호가 붙여져 있다.
본 발명의 제4 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 전원 구성을 간소화하여, 캐리어 증폭기(4)에는 고효율의 성능을 갖는 화합물 반도체를 사용하고, 피크 증폭기(5)에는 저렴한 단원소 반도체를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 제4 실시 형태에 의하면, 캐리어 증폭기(4)를 고주파 처리함으로써 도허티 증폭기(500)의 고효율화가 더욱 도모된다.
(제5 실시 형태)
이어서, 도 6을 참조하여, 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(600)의 구성에 대하여 설명한다.
제5 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(600)는, 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(100)(도 1 참조)와 거의 동일한 구성을 가지고 있지만, 고주파 감쇠기(60)가 위상기(6)의 전단에 배치되어 있는 점이 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(100)와 상이하다. 그 밖의 구성 및 동작은, 도 1의 제1 실시 형태에 따른 도허티 증폭기(100)와 같으므로 그 설명은 생략한다. 또한, 도 6에 있어서, 도 1의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호가 붙여져 있다.
본 발명의 제5 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 전원 구성을 간소화하여, 캐리어 증폭기(4)에는 고효율의 성능을 갖는 화합물 반도체를 사용하고, 피크 증폭기(5)에는 저렴한 단원소 반도체를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 제5 실시 형태에 의하면, 캐리어 증폭기(4)의 전력 이득이 피크 증폭기(5)의 전력 이득보다도 큰 경우에, 그 차분을 보정할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명 기술적 사상에 기초하는 각종 변형이 가능하다.
예를 들어, 상술한 바와 같이, 화합물 반도체 소자로 이루어지는 캐리어 증폭기(4)의 두 개의 단자(화합물 반도체 드레인/콜렉터 전압 인가 단자(9) 및 화합물 반도체 게이트/베이스 전압 인가 단자(10))에는, 동일한 극성의 바이어스 전압이 인가되도록 되어 있다. 통상은 이 바이어스 전압의 극성은 양극이지만, 음극이어도 된다.
또한, 단원소 반도체 소자로 이루어지는 피크 증폭기(5)의 두 개의 단자(단원소 반도체 드레인/콜렉터 전압 인가 단자(13)와 단원소 반도체 게이트/베이스 전압 인가 단자(14))에는 동일 극성(예를 들어, 양극)의 바이어스 전압을 인가하는 것이 일반적이다. 이때, 단원소 반도체 소자의 두 개의 단자(13,14)에 인가되는 바이어스 전압을, 화합물 반도체 소자의 두 개의 단자(9,10)에 인가되는 바이어스 전압과 동일 극성(예를 들어, 양극)이도록 하여도 된다. 이와 같은 구성으로 하면, 바이어스 전압을 공급하기 위한 전원 구성이 보다 간소화된 도허티 증폭기를 제공할 수 있다.
<산업상 이용가능성>
본 발명은, LTE(Long Term Evolution), WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access), 제4세대 이동 통신 시스템(IMT-Advanced) 등의 모바일 브로드 밴드 통신 기지국, 기지국간 통신 등에 널리 적용 가능하다.
본원은, 2009년9월28일 출원된 일본 특허 출원2009-222033을 기초로 하는 것이며, 동 특허 출원의 개시 내용은 모두 본원에 포함된다.

Claims (20)

  1. 도허티 증폭기로서,
    입력 신호를 이분배하는 분배기와,
    상기 분배기로부터의 한쪽 신호가 입력되는 캐리어 증폭기와,
    상기 분배기로부터의 다른 쪽 신호가 입력되는 피크 증폭기와,
    상기 캐리어 증폭기와 상기 피크 증폭기로부터의 출력 신호를 합성하는 합성기를 가지며,
    상기 캐리어 증폭기는 적어도 두 개의 단자를 갖는 화합물 반도체 소자를 가지며,
    상기 피크 증폭기는 단원소 반도체 소자를 가지며,
    상기 화합물 반도체 소자의 두 개의 단자에 동일 극성의 바이어스 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화합물 반도체 소자는 전계 효과 트랜지스터이며,
    상기 화합물 반도체 소자의 두 개의 단자는, 상기 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자 및 게이트 단자인 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전계 효과 트랜지스터는 HEMT이며, 상기 단원소 반도체 소자는 LD-MOSFET인 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 HEMT는 질화 갈륨계의 HEMT이며, 상기 LD-MOSFET는 실리콘계의 LD-MOSFET인 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 화합물 반도체 소자는 바이폴라 트랜지스터이며,
    상기 화합물 반도체 소자의 두 개의 단자는, 상기 바이폴라 트랜지스터의 콜렉터 단자 및 베이스 단자인 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 바이폴라 트랜지스터는 HBT이며, 상기 단원소 반도체 소자는 LD-MOSFET인 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 HBT는 인듐 인계의 HBT이며, 상기 LD-MOSFET는 실리콘계의 LD-MOSFET인 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 증폭기의 전력 이득과 상기 피크 증폭기의 전력 이득이 상이한 경우, 상기 분배기에서의 분배비를 캐리어 증폭기측과 피크 증폭기측과의 사이에서 상이하게 한 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 피크 증폭기의 전력 이득이 상기 캐리어 증폭기의 전력 이득보다 큰 경우, 상기 분배기에서의 분배비를 상기 피크 증폭기측보다 상기 캐리어 증폭기측에서 크게 하는 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 증폭기와 상기 피크 증폭기는, 단일의 반도체 패키지의 내부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 화합물 반도체 소자 및 상기 단원소 반도체 소자는, 상기 반도체 패키지의 금속 플레이트에 접속되고,
    상기 금속 플레이트의 재료의 선팽창 계수는, 상기 화합물 반도체 소자의 선팽창 계수와 상기 단원소 반도체 소자의 선팽창 계수 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 증폭기의 후단에는 제1 위상기가 배치되고,
    상기 피크 증폭기의 전단에는 제2 위상기가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 위상기의 전단에는 고주파 감쇠기가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 증폭기의 전단에는 제1 위상기가 배치되고,
    상기 피크 증폭기의 후단에는 제2 위상기가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 증폭기는, 상기 화합물 반도체 소자의 전단에 배치된 입력 정합 회로와, 상기 화합물 반도체 소자의 후단에 배치된 출력 정합 회로를 더 갖는 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피크 증폭기는, 상기 단원소 반도체 소자의 전단에 배치된 입력 정합 회로와, 상기 단원소 반도체 소자의 후단에 배치된 출력 정합 회로를 더 갖는 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 증폭기와 상기 피크 증폭기의 전원 전압을 바꿈으로써, 상기 도허티 증폭기의 동작 점에서의 효율이 극대가 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단원소 반도체 소자는 적어도 두 개의 단자를 가지며,
    상기 단원소 반도체 소자의 두 개의 단자에 동일 극성의 바이어스 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  19. 제18항에 있어서, 상기 단원소 반도체 소자의 두 개의 단자에 인가되는 바이어스 전압은, 상기 화합물 반도체 소자의 두 개의 단자에 인가되는 바이어스 전압과 동일 극성인 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
  20. 제19항에 있어서, 상기 단원소 반도체 소자의 두 개의 단자에 인가되는 바이어스 전압의 극성과 상기 화합물 반도체 소자의 두 개의 단자에 인가되는 바이어스 전압의 극성은 양극인 것을 특징으로 하는 도허티 증폭기.
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