JP2000138546A - 高周波用多段電力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の高周波用電力増幅器は、増幅対象の周
波数帯域より低い周波数で共振点を持つなど安定性が悪
かった。 【解決手段】 多段構成の高周波トランジスタＱ201 ・
Ｑ202 と、多段構成の高周波トランジスタＱ201 ・Ｑ20
2 間のインピーダンス整合をとるための段間整合回路ｂ
と、初段の高周波トランジスタＱ201 の入力インピーダ
ンス整合をとるための入力整合回路と、終段の高周波ト
ランジスタＱ202 に接続された出力整合回路と、多段構
成の各高周波トランジスタＱ201 ・Ｑ202 に直流電流を
供給するバイアス回路とを具備し、段間整合回路ｂの少
なくとも一つがハイパスフィルタを構成している高周波
用多段電力増幅器である。高周波トランジスタＱ201 ・
Ｑ202 間において増幅周波数帯域より低い周波数に対す
る通過特性を低く抑えることにより回路の安定性を改善
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多段電力増幅器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話や無線機器を始めとする移動体
通信機器端末等の送信部に使用される高周波用電力増幅
器の回路構成は、高出力信号を得るためにゲインを大き
くする等の点から電力増幅用の高周波トランジスタを例
えば２段用いた多段構成の高周波用多段電力増幅器が一
般的となっている。その入出力回路および多段の高周波
トランジスタ間の段間回路には、所望の特性が得られる
ような入力整合回路・出力整合回路および段間整合回路
と、高周波トランジスタの制御電極と出力電極のそれぞ
れに直流電流を供給するためのバイアス回路とが構成さ
れる。

【０００３】図６に携帯電話等に使用される従来の高周
波用多段増幅器の代表的な回路構成の例の回路図を示
す。

【０００４】図６においてＱ101 ・Ｑ102 はそれぞれ電
力増幅を行なう２段構成の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（ＦＥＴ）を示す。

【０００５】Ｃ101 ・Ｃ106 ・Ｃ111 はそれぞれこの高
周波用多段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。これらは通
常は高周波信号の基本周波数に対してインピーダンスが
十分低くなるような容量値とされる。

【０００６】Ｃ102 ・Ｌ101 は入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。

【０００７】Ｃ105 ・Ｌ103 ・Ｌ104 は高周波トランジ
スタＱ101 とＱ102 との間でインピーダンス整合をとる
ための段間整合回路を構成するコンデンサおよび分布定
数線路である。従来の段間整合回路においては、Ｃ105
・Ｌ103 ・Ｌ104 でＴ型のローパスフィルタを構成して
いる。

【０００８】Ｃ109 ・Ｃ110 ・Ｌ106 ・Ｌ107 は出力回
路とのインピーダンス整合をとり高周波トランジスタＱ
102 の性能を引き出す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である。

【０００９】Ｒ101 ・Ｒ102 ・Ｒ103 ・Ｒ104 はそれぞ
れ高周波トランジスタＱ101 ・Ｑ102 のゲート（制御電
極）にバイアス電圧を供給するための制御バイアス回路
を構成する抵抗である。

【００１０】Ｌ102 ・Ｌ105 は高周波トランジスタＱ10
1 ・Ｑ102 のドレイン（出力電極）および出力のための
直流電圧を供給するための出力バイアス回路を構成する
分布定数線路である。これら分布定数線路Ｌ102 ・Ｌ10
5 は、通常は基本周波数の波長の１／４の長さになるよ
うにして、高周波トランジスタＱ101 ・Ｑ102 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、例えば回路のインピーダンスの10倍
以上となるようなインピーダンスとなる長さに設定され
ている。また、この分布定数線路Ｌ102 ・Ｌ105 は、前
記線路長より短くして整合回路の一部のリアクタンス成
分として利用することも可能である。

【００１１】Ｃ103 ・Ｃ104 ・Ｃ107 ・Ｃ108 は、それ
ぞれ抵抗Ｒ101 ・Ｒ103 および分布定数線路Ｌ102 ・Ｌ
105 を交流的に接地するためのバイパスコンデンサであ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示した従来の高周波用多段電力増幅器によれば、その通
過特性が図７の様になり、同図中にＭ２で示す地点のよ
うに、増幅する対象の周波数の帯域より低い周波数でゲ
インのピークを持ち、その領域で回路が不安定になり発
振しやすくなるという問題点があった。なお、図７は図
６に示した従来の高周波用多段電力増幅器の通過特性を
示す線図であり、横軸は周波数（単位：ＭＨｚ）を、縦
軸はゲイン（単位：ｄＢ）を表わし、特性曲線は通過特
性を示している。

【００１３】上記の問題点は、図６に示す回路構成にお
いてａ地点より後ろの回路、すなわち前段の高周波トラ
ンジスタＱ101 の出力の出力バイアス回路より後ろから
段間整合回路の入力側より後ろの回路を見たときのイン
ピーダンスが増幅周波数帯域より低い周波数でキャパシ
タンス成分になり、このキャパシタンス成分と増幅周波
数帯域より低い周波数でインダクタンス成分をもつバイ
アス線路Ｌ102 とが並列共振を起こすことによってもた
らされるものである。そして、この並列共振を防止する
ための対策としては、ａ地点より後ろの回路を見たとき
のインピーダンスを増幅周波数帯域より低い周波数でキ
ャパシタンス成分からインダクタンス成分にして共振を
防止することが困難であるため、発振の原因の一つであ
る出力信号の入力信号側へのフィードバックが生じない
ように実際の回路を形成する際に回路パターンの配置を
工夫する等の対策が講じられていた。

【００１４】しかし、近年の携帯電話等の用途において
は高周波多段電力増幅器についてもそのサイズを小さく
することの要求が強く、フィードバックが生じないよう
な回路パターンの配置ではサイズが大きくなるため、小
型化を図りつつそのような対策を講じて完全にフィード
バックを遮断することは困難になっている。

【００１５】本発明は上記従来技術における問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、多段構成の高周
波用電力増幅器において前段の出力バイアス回路とそれ
より後ろの回路との並列共振に対する発振の原因とな
る、フィードバックループ内における増幅周波数帯域よ
り低い周波数に対する通過特性を低く抑えることによ
り、増幅周波数帯域より低い周波数領域での発振の発生
を防止して回路の安定性を改善し、しかも小型化を図る
ことができる高周波用多段電力増幅器を提供することを
目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波用多段電
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多段構
成の高周波トランジスタと、前段の高周波トランジスタ
の前記出力電極と後段の高周波トランジスタの前記制御
電極との間に接続され、前記多段構成の高周波トランジ
スタ間のインピーダンス整合をとるための段間整合回路
と、前記多段構成の高周波トランジスタの初段の高周波
トランジスタの前記制御電極に接続され、入力インピー
ダンス整合をとるための入力整合回路と、前記多段構成
の高周波トランジスタの終段の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、前記多段構成の高周波トランジスタの前記制御電極
と前記出力電極のそれぞれに直流電圧を供給するための
バイアス回路とを具備し、前記段間整合回路の少なくと
も一つがハイパスフィルタを構成していることを特徴と
するものである。

【００１７】本発明の高周波用多段電力増幅器によれ
ば、回路中で発振を起こす不安定なループを形成してい
る回路である段間整合回路の少なくとも一つを通常のロ
ーパスフィルタを構成するものからハイパスフィルタを
構成するものに変更したことから、増幅対象の周波数帯
域より低い周波数の出力信号に対する通過特性を低く抑
えることができるため、これにより出力信号の入力信号
へのフィードバックを遮断して発振を起こすのを抑える
ことができて回路の安定性を改善することができるもの
である。

【００１８】このように段間整合回路の少なくとも一つ
をハイパスフィルタを構成するものに変更することによ
って、例えば図６に示したａ地点からそれより後ろの回
路を見たときのインピーダンスは、低い周波数で発振の
原因となるキャパシタンス成分を持たなくなる場合もあ
るが、回路構成によってはキャパシタンス成分のままの
場合もある。キャパシタンス成分を持たなくなる場合に
は基本的に並列共振を起こすことはなくなるが、他方、
キャパシタンス成分のままの場合は低い周波数で共振点
を持って発振を起こす可能性がある。しかし、この場合
であっても、段間整合回路をハイパスフィルタを構成す
るものとしたことにより低い周波数での通過特性が低く
抑えられているため、発振を起こすことを有効に防止し
て回路の安定性を向上させることができる。

【００１９】また、段間整合回路をハイパスフィルタを
構成するものに変更することによっては、回路を構成す
る素子数を変える必要はないので、回路構成が大きくな
らないままに完全にフィードバックを遮断できて低い周
波数に対する安定性の改善ができ、しかも小型化を図る
ことができる。

【００２０】

【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。

【００２１】図１は本発明の高周波用多段電力増幅器の
実施の形態の一例を説明するための回路構成を示す回路
図であり、図６と同様に高周波用２段電力増幅器を例に
とって示している。

【００２２】図１においてＱ201 ・Ｑ202 はそれぞれ電
力増幅を行なう２段構成の高周波トランジスタであり、
例えば数百ＭＨｚから数ＧＨｚ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る。
ここではＦＥＴを例にとっし示している。

【００２３】Ｃ201 ・Ｃ211 はそれぞれ他の回路との直
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。また、Ｃ205 は前段の高周波トランジスタＱ201 と
後段の高周波トランジスタＱ202 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。これらデカ
ップリングコンデンサＣ201 ・Ｃ205 ・Ｃ211 は、通常
は基本周波数から見て十分に低いインピーダンスになる
ように設定され、それぞれ基本周波数に対する入力イン
ピーダンス整合・段間インピーダンス整合・出力インピ
ーダンス整合には影響しない。

【００２４】Ｃ202 ・Ｌ201 はそれぞれ前段の高周波ト
ランジスタＱ201 の性能を引き出すために前段の高周波
トランジスタＱ201 と入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。この入力整合回路は前段の高周波トランジスタＱ20
1 のゲート（制御電極）に接続されている。

【００２５】Ｃ206 ・Ｌ203 ・Ｌ204 は高周波トランジ
スタＱ201 とＱ202 との間で高周波信号に対するインピ
ーダンスを最適なものとしてインピーダンス整合をとる
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。これらにより段間整合回路が
構成されることとなり、本発明の高周波用多段電力増幅
器においては、これらのうちコンデンサＣ206 および分
布定数線路Ｌ204 により段間整合回路がハイパスフィル
タを構成していることを特徴とする。

【００２６】Ｃ209 ・Ｃ210 ・Ｌ206 ・Ｌ207 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。この出力整合回
路は後段の高周波トランジスタＱ202 のドレイン（出力
電極）に接続されている。

【００２７】Ｒ201 ・Ｒ202 およびＲ203 ・Ｒ204 はそ
れぞれ前段の高周波トランジスタＱ201 および後段の高
周波トランジスタＱ202 のゲートに直流電圧（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。

【００２８】また、Ｌ202 およびＬ205 はそれぞれ前段
の高周波トランジスタＱ201 および後段の高周波トラン
ジスタＱ202 のドレインおよび出力のための直流電圧を
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。これらＬ20
2 およびＬ205 は通常は高周波信号の基本周波数の波長
の１／４の長さになるようにして、高周波トランジスタ
Ｑ201 ・Ｑ202 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
ダンスからみて無視できるほどの大きなインピーダンス
となる線路長に設定されている。

【００２９】また、これら分布定数線路Ｌ202 ・Ｌ205
は、そのような線路長より短くして段間整合回路または
出力整合回路の一部のリアクタンス成分として利用する
ことも可能である。

【００３０】Ｃ203 ・Ｃ207 ・Ｃ204 ・Ｃ208 は、それ
ぞれ抵抗Ｒ201 ・Ｒ203 および分布定数線路Ｌ202 ・Ｌ
205 を交流的に接地するためのバイパスコンデンサであ
る。

【００３１】以上のような回路構成により、本発明の高
周波用多段電力増幅器においては、段間整合回路がコン
デンサＣ206 および分布定数線路Ｌ204 によってハイパ
スフィルタを構成している。そして、そのカットオフ周
波数を高周波入力信号の周波数より低く設定しており、
信号の周波数がこのカットオフ周波数より低くなるほど
その信号の通過特性は低く抑えられることとなる。

【００３２】このように、本発明の高周波用多段電力増
幅器によれば、図１中に破線で囲んで示した段間整合回
路ｂがコンデンサＣ206 および分布定数線路Ｌ204 によ
ってハイパスフィルタを構成しており、高周波入力信号
の周波数（増幅対象の周波数帯域の周波数）より低い周
波数に対する通過特性を低く抑えることによって、この
段間整合回路を介した並列共振が抑えられ、たとえ低い
周波数で共振点を持つような回路であっても回路の安定
性が改善されるようになる。しかも、高周波用多段電力
増幅器を構成する回路の素子数は従来のものと変わらな
いため、回路のサイズを大きくして高周波用電力増幅器
が大型化してしまうこともない。

【００３３】このような本発明の高周波用多段電力増幅
器の通過特性を、図５に図７と同様の線図で示す。図５
においても、横軸は周波数（単位：ＭＨｚ）を、縦軸は
ゲイン（単位：ｄＢ）を表わし、特性曲線は通過特性を
示している。また、Ｍ２は図７におけるＭ２と同じ地点
を示している。

【００３４】この特性より分かるように、本発明の高周
波用多段電力増幅器によれば、同図中にＭ２で示す地点
付近、すなわち増幅する対象の周波数の帯域より低い周
波数におけるゲインが低く抑えられている。これによ
り、この領域で回路が不安定になって発振するようなこ
とがなくなり、回路の安定性が向上した高周波用多段電
力増幅器となっていることが分かる。

【００３５】次に、図１に示した段間整合回路ｂによる
ハイパスフィルタの他の構成例を、図２〜図４に段間整
合回路ｂの部分の回路図で示す。

【００３６】図２は図１に示した段間整合回路ｂにおけ
る分布定数線路Ｌ204 を分布定数線路ではなく集中定
数、例えばチップインダクタＬ304 により構成したもの
である。なお、Ｌ303 ・Ｃ305 ・Ｃ306 は、それぞれ図
１に示したＬ203 ・Ｃ205 ・Ｃ206 と同じ分布定数線路
およびコンデンサである。この場合でも段間整合回路の
Ｃ306 とＬ304 とによってハイパスフィルタが構成さ
れ、本発明の高周波用多段電力増幅器による作用効果が
得られるものとなる。

【００３７】図３は図１に示した段間整合回路ｂにおけ
る分布定数線路Ｌ204 と同様の分布定数線路Ｌ404 に対
して、Ｌ203 と同様のＬ403 を後段の高周波トランジス
タＱ202 側に配置したものである。なお、Ｃ405 ・Ｃ40
6 はそれぞれＣ205 ・Ｃ206と同様のコンデンサであ
る。この場合には段間整合回路のＣ405 とＬ404 とによ
ってハイパスフィルタが構成され、本発明の高周波用多
段電力増幅器による作用効果が得られるものとなる。

【００３８】図４は図１に示した段間整合回路ｂにおけ
るコンデンサＣ205 ・Ｃ206 と同様のＣ505 ・Ｃ506 の
うちデカップリングコンデンサＣ505 を整合素子として
用いることによって、直列の分布定数線路Ｌ203 を用い
ないようにした構成である。

【００３９】なお、Ｌ504 はＬ204 と同様の分布定数線
路である。この場合には段間整合回路のＬ504 ・Ｃ505
・Ｃ506 によってハイパスフィルタが構成され、本発明
の高周波用多段電力増幅器による作用効果が得られるも
のとなる。しかも、分布定数線路Ｌ203 が一つ減ること
によって、回路サイズは小さくできるものである。

【００４０】なお、図３・図４の構成であってもＬ404
・Ｌ504 には分布定数線路を用いるのに代えて図２に示
す例のように集中定数（例えばチップインダクタ）を用
いてもよく、その場合でも本発明の作用効果は変わらな
い。

【００４１】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種々の変更
・改良を施すことは何ら差し支えない。

【００４２】例えば、本発明の高周波用多段電力増幅器
は図１に示した２段構成のものに限定されるものではな
く、３段以上の多段構成としてもよいことは言うまでも
ない。このように多段構成とした場合は、各増幅段間の
複数の段間整合回路のうち少なくとも１つがハイパスフ
ィルタを構成していればよい。それにより、その段間に
おいて増幅対象の周波数帯域より低い周波数の出力信号
に対する通過特性を低く抑えることができるため、発振
を起こすのを有効に抑えることができ、回路の安定性を
向上させることができる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明の高周波用多段電
力増幅器によれば、多段構成の高周波トランジスタ間の
段間整合回路のうち少なくとも１つによりハイパスフィ
ルタを構成するものとしたことから、増幅対象の周波数
帯域より低域の周波数に対する通過特性を低く抑え、こ
れにより低い周波数での発振の発生を有効に抑制でき
て、回路の安定性を改善することができた。

【００４４】また、本発明の高周波用多段電力増幅器に
よれば、回路素子を増やす必要がなく、回路の安定性を
改善しつつ従来と同じサイズかさらに小型の増幅器を提
供できるものとなる。

【００４５】以上により、本発明によれば、多段構成の
高周波用電力増幅器において前段の出力バイアス回路と
それより後ろの回路との並列共振に対する発振の原因と
なる、フィードバックループ内における増幅周波数帯域
より低い周波数に対する通過特性を低く抑えることによ
り、増幅周波数帯域より低い周波数領域での発振の発生
を防止して回路の安定性を改善し、しかも小型化を図る
ことができる高周波用多段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】本発明の高周波用多段電力増幅器の実施の形態
の一例を説明するための回路構成を示す回路図である。

【図２】本発明の高周波用多段電力増幅器における段間
整合回路によるハイパスフィルタの他の構成例を示す、
段間整合回路の部分の回路図である。

【図３】本発明の高周波用多段電力増幅器における段間
整合回路によるハイパスフィルタの他の構成例を示す、
段間整合回路の部分の回路図である。

【図４】本発明の高周波用多段電力増幅器における段間
整合回路によるハイパスフィルタの他の構成例を示す、
段間整合回路の部分の回路図である。

【図５】本発明の高周波用多段電力増幅器の通過特性の
例を示す線図である。

【図６】従来の高周波用多段電力増幅器の回路構成の例
を示す回路図である。

【図７】従来の高周波用多段電力増幅器の通過特性の例
を示す線図である。

【符号の説明】

Ｑ201 、Ｑ202 ・・・高周波トランジスタ ｂ・・・・・・・・・段間整合回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 秀昭 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J067 AA01 AA41 CA54 CA92 FA20 HA09 HA25 HA29 HA32 KA12 KA29 KA46 KS11 LS12 MA08 SA13 TA03 5K060 CC04 DD04 EE05 HH06 HH11 JJ03 JJ04 JJ08 LL07

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多段構
   成の高周波トランジスタと、 前段の高周波トランジスタの前記出力電極と後段の高周
   波トランジスタの前記制御電極との間に接続され、前記
   多段構成の高周波トランジスタ間のインピーダンス整合
   をとるための段間整合回路と、 前記多段構成の高周波トランジスタの初段の高周波トラ
   ンジスタの前記制御電極に接続され、入力インピーダン
   ス整合をとるための入力整合回路と、 前記多段構成の高周波トランジスタの終段の前記出力電
   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、 前記多段構成の高周波トランジスタの前記制御電極と前
   記出力電極のそれぞれに直流電流を供給するためのバイ
   アス回路とを具備し、 前記段間整合回路の少なくとも一つがハイパスフィルタ
   を構成していることを特徴とする高周波用多段電力増幅
   器。