JP2001094360A - 電力増幅器および当該電力増幅器を備える通信装置 - Google Patents

電力増幅器および当該電力増幅器を備える通信装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低歪および高効率の電力増幅器、ならびに当
該電力増幅器を備える通信装置を提供する。 【解決手段】 本発明による電力増幅器は、バイポーラ
トランジスタＴｒ１、可変インピーダンス素子１、抵抗
素子Ｒｘおよびキャパシタンス素子Ｃｘを備える。電力
増幅器の歪補償を行なう可変インピーダンス素子１に、
抵抗素子Ｒｘおよびキャパシタンス素子Ｃｘを付加し、
振幅−振幅歪および振幅−位相歪の補償を個別に調整可
能とする。これにより、増幅器の歪が効果的に低減さ
れ、高効率動作が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力増幅器および
通信装置に関し、特に、低歪増幅を必要とする無線通信
装置等で使用される送信用電力増幅器および当該電力増
幅器を備える通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話等の移動体通信システム
に例を見るごとく、準マイクロ波、マイクロ波帯の無線
通信システムが急速に普及している。これは、携帯端末
の軽量化、低消費電力化が大いに寄与している。
【０００３】携帯端末の軽量化のためには、使用するバ
ッテリをより軽量の小容量タイプにすることが効果的で
ある。しかしながら、一般に小容量タイプを使用すると
電池切れまでの使用時間が短くなる。このため、送信時
に端末の消費電力のほとんどを占める送信用電力増幅器
に関しては、低消費電力化、すなわち電力効率の向上が
強く求められている。
【０００４】従来のＦＭ変復調方式を用いた等振幅アナ
ログ変復調システムでは、電力増幅器を飽和状態で動作
させることが可能であったため電力増幅器の高効率化が
比較的容易であった。これに対し最近では、周波数利用
効率の高いＱＰＳＫ変調等を用いたデジタル変復調を採
用する通信システムが主流になりつつある。
【０００５】これらのデジタル変復調方式では、信号の
振幅および位相の両方で情報が搬送されるため、電力増
幅器は入力信号を線形増幅することが要求される。一般
に、入力電力の増大に伴う出力電力の増大が飽和に近づ
くほど電力増幅器の歪および電力効率は大きくなるた
め、電力効率と低歪性とはトレードオフの関係にある。
したがって、歪補償回路を付加し、高入力電力でも低歪
動作をさせることによって電力効率の向上を図る場合が
多い。その一例が、「高周波増幅回路（特開平９−２６
０９６４号公報）」に記載されている（以下、文献１と
記す）。
【０００６】図１５は、文献１に開示された電力増幅器
の回路構成を示す図である。図１５を参照して、電力増
幅器９００は、電力増幅用のバイポーラトランジスタＴ
ｒ９０、ダイオードＤ９０、キャパシタＣ９０、バイア
ス抵抗Ｒ９１，Ｒ９２を備える。ダイオードＤ９０およ
びキャパシタＣ９０は、歪補償回路を構成する。バイア
ス電圧Ｖｂが与えられると、バイポーラトランジスタＴ
ｒ９０のベースバイアス条件は、バイアス抵抗Ｒ９１、
Ｒ９２およびダイオードＤ９０の直流特性によって決定
される。
【０００７】キャパシタＣ９０は、電力増幅器９００の
動作周波数において高周波的には接地された状態とみな
される容量を有しており、バイポーラトランジスタＴｒ
９０のベース端からダイオードＤ９０側を見たときのイ
ンピーダンスは、高周波的にはダイオードＤ９０が有す
る抵抗成分および容量成分のみとなる。また、高周波的
には、当該インピーダンスは、バイポーラトランジスタ
Ｔｒ９０のベース−エミッタ間に並列に接続されたもの
と等価である。
【０００８】入力信号によって、バイポーラトランジス
タＴｒ９０のベース−エミッタ間の瞬時電圧は時間的に
変動する。しかし、ベース−エミッタ間はダイオード特
性を有するため、無信号時の電圧を基準とした場合、当
該瞬時電圧の高電圧側での変動と低電圧側での変動とは
対称にならず、入力電力によって平均電圧が変動する。
具体的には、ダイオードの特性上、両端電圧が高くなり
電流が増加するとインピーダンスが低下するため、高電
圧側の電圧振幅は小さく、入力信号によって平均電圧は
低電圧側にシフトする。また、当該シフト量は入力電力
が増大するに従って大きくなる。
【０００９】ダイオードが有する容量成分は、ダイオー
ドの両端にかかる電圧に依存する（両端電圧依存性）。
このため、入力電力の増大による上記電圧シフトによ
り、バイポーラトランジスタＴｒ９０のベース−エミッ
タ間の容量が変化する。このためベース端から見たバイ
ポーラトランジスタＴｒ９０のリアクタンス成分が変化
するため、信号の通過位相が変化する。これは、いわゆ
る振幅−位相歪であり、電力増幅器の歪要因となる。
【００１０】図１５に示す電力増幅器９００では、ダイ
オードＤ９０とキャパシタＣ９０とで構成される歪補償
回路を付加することによって、バイポーラトランジスタ
Ｔｒ９０のベース−エミッタ間容量の非線形性に起因す
る位相歪を補償している。
【００１１】すなわち、入力電力の増大によって、バイ
ポーラトランジスタＴｒ９０のダイオード部分（ベース
−エミッタ間）の平均電圧は低下するが、同時にバイポ
ーラトランジスタＴｒ９０のベース−エミッタと高周波
的に並列接続されたダイオードＤ９０の両端平均電圧が
増大する。このため、入力電力の増減によるバイポーラ
トランジスタＴｒ９０のベース−エミッタ間におけるダ
イオード容量値の変化とダイオードＤ９０の容量値の変
化とが打消し合い、電力増幅器における通過位相の入力
電力依存性が緩和される。これにより、バイポーラトラ
ンジスタＴｒ９０は、実効的により飽和に近い入力電力
でも線形性を維持できる。したがって、電力効率が向上
することになる。
【００１２】また、バイアス電源Ｖｂとバイポーラトラ
ンジスタＴｒ９０のベースとの間が固定抵抗のみで接続
されている場合には、入力電力が増大しベース電力が大
きくなるほど当該固定抵抗部分での電圧低下によるベー
ス電流増大抑制効果は高くなる。このためコレクタ電流
の増大も抑制され、入力電力の増大による利得の減少、
いわゆる振幅−振幅歪が生じることになる。これに対
し、電力増幅器９００では、ダイオードＤ９０に流れる
ベース電流が大きいほどダイオードＤ９０における抵抗
成分が低下し、電圧降下が緩和されるため、振幅−振幅
歪も低減することが可能となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、電力
増幅器の低歪化のためには、振幅−位相歪特性と振幅−
振幅特性の補償とが必要となる。しかしながら、上記の
電力増幅器９００における歪補償方法では、ダイオード
Ｄ９０の抵抗成分と容量成分との非線形性のみを用いて
歪み補償を行なうため、一旦使用するダイオードＤ９０
が決定されるとその抵抗成分および容量成分の非線形性
が同時に固定され、これらの非線形性を個別に最適値に
設定することができない。
【００１４】したがって、振幅−位相歪または振幅−振
幅歪のどちらか一方しか補償できない場合や、一方の歪
補償することによって他方の歪がかえって悪化するとい
う場合も生じ得るという問題がある。また、振幅−位相
歪補償と振幅−振幅歪補償とを同時に実現しようとする
と、いずれの歪の補償も不十分なものになってしまう場
合も生じるという問題が発生する。
【００１５】このような電力増幅器では、低歪みを維持
するためにバイアス電流を大きくして動作させたりする
必要がある。したがって、低歪みを実現すると電力効率
が低下すなわち消費電力が増大するため、バッテリ駆動
の通信端末に当該電力増幅器を使用すると、電池切れま
での通信時間が短くなってしまう。
【００１６】そこで、本発明はかかる問題を解決するた
めになされたものであり、その目的は、低歪でかつ電力
効率が高い電力増幅器を提供すること、および当該電力
増幅器を備える低消費電力の通信装置を提供することに
ある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】この発明のある局面によ
る電力増幅器は、エミッタ接地型の第１のバイポーラト
ランジスタを含む電力増幅素子と、第１のバイポーラト
ランジスタのベースにバイアス電圧を供給する電圧供給
手段と、電力増幅素子の歪みを補償する歪補償回路とを
備え、歪補償回路は、電圧供給手段と第１のバイポーラ
トランジスタのベースとの間に配置される可変インピー
ダンス素子と、第１のバイポーラトランジスタから可変
インピーダンス素子をみたときのリアクタンス成分およ
び抵抗成分の少なくともいずれかを調整するための調整
回路とを含む。
【００１８】したがって、上記電力増幅器によれば、増
幅用バイポーラトランジスタのベース端から可変インピ
ーダンス素子側を見たときのリアクタンス成分および抵
抗成分のそれぞれを個別に調整することができる。した
がって、個別に振幅−振幅歪および振幅−位相歪の補償
を行なうことが可能となる。この結果、電力増幅器の低
歪化が実現される。
【００１９】好ましくは、電力増幅器は、一方の端子が
電圧供給手段に接続される抵抗素子と、抵抗素子の他方
の端子と接地電位との間に接続されるキャパシタンス素
子とを含む。
【００２０】したがって、上記電力増幅器によれば、増
幅用バイポーラトランジスタのベース端から可変インピ
ーダンス素子側を見たときのリアクタンス成分および抵
抗成分のそれぞれを、抵抗素子とキャパシタンス素子と
で個別に調整することが可能となる。特に、抵抗成分が
小さいほど当該抵抗成分での信号電力消費によって電力
増幅器の利得が低下するが、抵抗成分の調整よりもリア
クタンス成分の調整による歪補償の方が効果が大きい場
合などでは、抵抗素子を付加することによって抵抗成分
の増大が可能であり、電力増幅器の利得向上を可能とす
る。
【００２１】より好ましくは、可変インピーダンス素子
は、電圧供給手段と接続されるアノードと、第１のバイ
ポーラトランジスタのベースに接続されるカソードとを
有するダイオード素子で構成される。
【００２２】したがって、上記電力増幅器によれば、可
変インピーダンス素子として特にダイオードを用いるた
め、可変インピーダンス素子の両端電圧依存性と増幅用
のバイポーラトランジスタのベース−エミッタ間のダイ
オード部分におけるインピーダンスの両端電圧依存性と
が同型となる。これにより、広範囲の入力電力に対する
歪補償に対し特に効果を奏することが可能となる。
【００２３】より好ましくは、可変インピーダンス素子
は、電圧供給手段と第１のバイポーラトランジスタのベ
ースとの間で、ＰＮ接合を形成するように構成される第
２のバイポーラトランジスタを含む。
【００２４】したがって、上記電力増幅器によれば、バ
イポーラトランジスタのダイオード部分を可変インピー
ダンス素子として用いることにより、増幅用バイポーラ
トランジスタと同一の製造工程で可変インピーダンス素
子を製造することが可能となる。また、電力増幅器で用
いられる半導体素子の種類をバイポーラトランジスタ１
種に限定することができるため、電力増幅器で使用する
回路素子の回路設計用デバイスパラメータ抽出作業が簡
素化される。さらに、可変インピーダンス素子を含む電
力増幅器回路を半導体基板上にモノリシック化できるた
め、電力増幅器の小型化が可能となる。
【００２５】より好ましくは、可変インピーダンス素子
は、第１のバイポーラトランジスタのベースに接続され
るエミッタと、電圧供給手段と接続されるベースと、抵
抗素子とキャパシタンス素子との接続ノードに接続され
るコレクタとを有する第２のバイポーラトランジスタで
構成される。
【００２６】したがって、上記電力増幅器によれば、第
２のバイポーラトランジスタのエミッタ電流はベース電
流とコレクタ電流との和になるが、このコレクタ電流は
ベース電流にほぼ比例するため、エミッタ電流もバイア
ス電圧に対してはダイオード的な電流−電圧特性を有す
ることになる。したがって、第２のバイポーラトランジ
スタは可変インピーダンス素子として機能する。
【００２７】この結果、コレクタ電流が抵抗素子によっ
て可変であるため、エミッタ電流も抵抗素子によって可
変となる。したがって、使用する可変インピーダンス素
子であるバイポーラトランジスタを選定した後であって
も、抵抗素子によってバイポーラトランジスタの可変抵
抗特性を調節することが可能となる。この結果、歪補償
の調整自由度が広がる。
【００２８】より好ましくは、可変インピーダンス素子
は、第１のバイポーラトランジスタのベースに接続され
るコレクタと、電圧供給手段と接続されるベースと、抵
抗素子とキャパシタンス素子との接続ノードに接続され
るエミッタとを有する第２のバイポーラトランジスタで
構成される。
【００２９】したがって、上記電力増幅器によれば、第
２のバイポーラトランジスタのコレクタ電流は、バイア
ス電圧に対してはダイオード的な電流−電圧特性にな
り、可変インピーダンス素子として機能する。この場
合、エミッタ電流が抵抗素子によって可変であるため、
コレクタ電流も抵抗素子によって可変となる。したがっ
て、使用する第２のバイポーラトランジスタを選定した
後であっても、抵抗素子によって第２のバイポーラトラ
ンジスタにおける可変抵抗特性を調整することが可能と
なり、歪補償の調整自由度が広がる。
【００３０】好ましくは、調整回路は、一方の端子が電
圧供給手段に接続され、他方の端子が可変インピーダン
ス素子と接続される抵抗素子と、電圧供給手段と接地電
位との間に接続されるキャパシタンス素子とを含む。
【００３１】したがって、上記電力増幅器によれば、増
幅用バイポーラトランジスタのベース端から可変インピ
ーダンス素子側を見たときのリアクタンス成分および抵
抗成分を抵抗素子およびキャパシタンス素子のそれぞれ
で個別に調整することが可能となる。したがって、振幅
−振幅歪および振幅−位相歪の補償を両立させることが
可能となり、増幅器の低歪化が可能となる。
【００３２】より好ましくは、可変インピーダンス素子
は、第１のバイポーラトランジスタのベースに接続され
るエミッタと、電圧供給手段と接続されるコレクタと、
抵抗素子の他方の端子に接続されるベースとを有する第
２のバイポーラトランジスタで構成される。
【００３３】したがって、上記電力増幅器によれば、第
２のバイポーラトランジスタのエミッタ電流はベース電
流とコレクタ電流との和になるが、コレクタ電流がベー
ス電流にほぼ比例するため、エミッタ電流もバイアス電
圧に対してはダイオード的な電流−電圧特性を有するこ
とになる。したがって、第２のバイポーラトランジスタ
は可変インピーダンス素子として機能する。この結果、
ベース電流が抵抗素子によって可変であるため、コレク
タ電流、エミッタ電流も抵抗素子によって可変となる。
したがって、使用する第２のバイポーラを選定した後で
あっても、抵抗素子によって第２のバイポーラトランジ
スタ部における可変抵抗特性を調節することが可能とな
り、歪補償の調整自由度が広がる。
【００３４】より好ましくは、可変インピーダンス素子
は、第１のバイポーラトランジスタのベースに接続され
るコレクタと、電圧供給手段と接続されるエミッタと、
抵抗素子の他方の端子に接続されるベースとを有する第
２のバイポーラトランジスタで構成される。
【００３５】したがって、上記電力増幅器によれば、第
２のバイポーラトランジスタにおけるコレクタ電力は、
バイアス電圧に対してはダイオード的な電流−電圧特性
を有することになるため、第２のバイポーラトランジス
タが可変インピーダンス素子として機能する。この場
合、ベース電流が抵抗素子によって可変となるため、エ
ミッタ電流、コレクタ電流も抵抗素子によって可変とな
る。したがって、使用する第２のバイポーラトランジス
タを選定した後であっても、抵抗素子によって第２のバ
イポーラトランジスタ部の可変抵抗特性を調整すること
が可能となり、歪補償の調整自由度が広がる。
【００３６】より好ましくは、第１のバイポーラトラン
ジスタおよび可変インピーダンス素子を、同一の半導体
基板上に形成する。
【００３７】したがって、上記電力増幅器によれば、同
一基板上に形成される増幅用のバイポーラトランジスタ
と可変インピーダンス素子とをモノリシック化できるた
め、電力増幅器自体の小型化が可能となる。
【００３８】また、増幅用バイポーラトランジスタと同
一の製造工程で可変インピーダンス素子（第２のバイポ
ーラトランジスタ）を製造可能となる。また、電力増幅
器で用いられる半導体素子の種類をバイポーラトランジ
スタ１種だけに限定することができるため、電力増幅器
で使用する回路素子の回路設計用デバイスパラメータ抽
出作業が簡素化される。
【００３９】好ましくは、第１のバイポーラトランジス
タは、Ｂ級またはＡＢ級で動作させる。
【００４０】したがって、上記電力増幅器によれば、可
変インピーダンス素子と調整回路とを用いることによ
り、振幅−振幅歪および振幅−位相歪の補償を行なうこ
とが可能となるため、増幅用バイポーラトランジスタを
Ｂ級またはＡＢ級付近のバイアス電流で動作させること
が可能となる。この結果、線形増幅器における高効率化
が実現される。
【００４１】好ましくは、電力増幅器は、電圧供給手段
の出力電圧を制御することにより利得制御がなされる。
【００４２】したがって、上記電力増幅器によれば、歪
補償回路が第１のバイポーラトランジスタのバイアス回
路も兼ねているため、電圧供給手段の出力電圧を制御す
ることにより第１のバイポーラトランジスタのバイアス
電流を制御することが可能になる。これにより、歪補償
の機能を有しつつ、電力増幅器の利得制御が可能にな
る。したがって、特に、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wide Band-Code
Division Multiple Access）やＩＳ−９５（interim s
tandard 95）のように、電力増幅器の低歪みと広いダイ
ナミックレンジでの利得制御とが要求される通信システ
ムで用いられる電力増幅器の電力効率の向上が可能にな
る。
【００４３】好ましくは、電力増幅器は、電圧供給手段
からの出力電圧を制御することにより、歪補償回路にお
ける歪補償量を制御する。
【００４４】したがって、上記電力増幅器によれば、電
圧供給手段の出力電圧を制御することにより歪補償回路
に含まれる可変インピーダンス素子の直流的な両端電圧
が制御できるため、可変インピーダンス素子のインピー
ダンスを制御することが可能になる。したがって、当該
歪補償回路における歪補償量が調整できるため、第１の
バイポーラトランジスタで生じる歪の度合に応じた歪補
償が可能になる。この結果、電圧供給手段の出力電圧が
固定である場合に比べて、歪補償の自由度が広がること
になる。
【００４５】本発明のさらなる局面による通信装置は、
信号を増幅するためのエミッタ接地型の第１のバイポー
ラトランジスタを含む電力増幅素子と、電力増幅素子の
歪みを補償する歪補償回路とを有する電力増幅器と、第
１のバイポーラトランジスタのベースにバイアス電圧を
供給する電圧供給手段とを備え、歪補償回路は、電圧供
給手段と第１のバイポーラトランジスタのベースとの間
に配置される可変インピーダンス素子と、第１のバイポ
ーラトランジスタから可変インピーダンス素子をみたと
きのリアクタンス成分および抵抗成分の少なくともいず
れかを調整するための調整回路とを含む。
【００４６】好ましくは、調整回路は、一方の端子が電
圧供給手段に接続される抵抗素子と、抵抗素子の他方の
端子と接地電位との間に接続されるキャパシタンス素子
とを含む。
【００４７】より好ましくは、可変インピーダンス素子
は、電圧供給手段と接続されるアノードと、第１のバイ
ポーラトランジスタのベースに接続されるカソードとを
有するダイオード素子で構成される。
【００４８】より好ましくは、可変インピーダンス素子
は、電圧供給手段と第１のバイポーラトランジスタのベ
ースとの間で、ＰＮ接合を形成するように構成される第
２のバイポーラトランジスタを含む。
【００４９】より好ましくは、可変インピーダンス素子
は、第１のバイポーラトランジスタのベースに接続され
るエミッタと、電圧供給手段と接続されるベースと、抵
抗素子とキャパシタンス素子との接続ノードに接続され
るコレクタとを有する第２のバイポーラトランジスタで
構成される。
【００５０】より好ましくは、可変インピーダンス素子
は、第１のバイポーラトランジスタのベースに接続され
るコレクタと、電圧供給手段と接続されるベースと、抵
抗素子とキャパシタンス素子との接続ノードに接続され
るエミッタとを有する第２のバイポーラトランジスタで
構成される。
【００５１】好ましくは、調整回路は、一方の端子が電
圧供給手段に接続され、他方の端子が可変インピーダン
ス素子と接続される抵抗素子と、電圧供給手段と接地電
位との間に接続されるキャパシタンス素子とを含む。
【００５２】より好ましくは、可変インピーダンス素子
は、第１のバイポーラトランジスタのベースに接続され
るエミッタと、電圧供給手段と接続されるコレクタと、
抵抗素子の他方の端子に接続されるベースとを有する第
２のバイポーラトランジスタで構成される。
【００５３】より好ましくは、可変インピーダンス素子
は、第１のバイポーラトランジスタのベースに接続され
るコレクタと、電圧供給手段と接続されるエミッタと、
抵抗素子の他方の端子に接続されるベースとを有する第
２のバイポーラトランジスタで構成される。
【００５４】より好ましくは、第１のバイポーラトラン
ジスタおよび可変インピーダンス素子は、同一の半導体
基板上に形成される。
【００５５】好ましくは、第１のバイポーラトランジス
タは、Ｂ級またはＡＢ級で動作させる。
【００５６】好ましくは、電力増幅器は、電圧供給手段
からの出力電圧を制御することにより利得制御がなされ
る。
【００５７】好ましくは、電圧供給手段からの出力電圧
を制御することにより、歪補償回路における歪補償量が
制御される。
【００５８】したがって、上記通信装置によれば、送信
用電力増幅器が低歪みかつ高効率であるため、通信装置
の消費電力が低減される。特に、バッテリ動作の通信装
置であれば、電池切れまでの通信時間を伸ばすことが可
能になる。また、従来と同一の通信時間を確保するので
あれば、より小型のバッテリを使用することが可能にな
り、通信端末の小型化あるいは軽量化が可能になる。
【００５９】好ましくは、通信装置は、送信信号が振幅
変調成分を含む通信システムで使用される。送信信号が
振幅変調成分を含む場合、送信信号を増幅して規定のア
ンテナ出力レベルまで増幅する増幅段で送信信号の波形
が乱れると、送信情報を受信側で正しく復調できなくな
る。したがって、このような通信システムでは、送信電
力用電力増幅器として、入力信号波形を忠実に増幅して
出力する低歪電力増幅器が必要になる。このような通信
システムとして、Ｗ−ＣＤＭＡ，ＩＳ−９５，ＰＤＣ
（personal digital cellular）、ＰＨＳ（personal ha
ndy-phone system）、ＩＭＴ−２０００（internationa
l mobile telecommunications 2000），５ＧＨｚ帯の無
線ＬＡＮなどがある。
【００６０】したがって、上記通信装置によれば、送信
用として低歪電力増幅器を有するため、送信信号の波形
が乱れることなく正確な情報を受信側に送信することが
できる。
【００６１】送信用電力増幅器について隣接チャネル漏
洩電力規定に代表される厳しい低歪特定が要求されるＷ
−ＣＤＭＡ，ＩＳ−９５，ＰＤＣ，ＰＨＳ，ＩＭＴ−２
０００等の通信システムに上記通信装置を使用した場
合、低歪みと高効率との両立が可能になる。また、通信
装置の消費電力を低減することができるため、特に、バ
ッテリ動作の通信装置であれば、電池切れまでの通信時
間を伸ばすことが可能になる。また、従来と同一の通信
時間を確保するのであれば、より小型のバッテリを使用
することが可能になり、通信端末の小型化あるいは軽量
化が可能になる。
【００６２】好ましくは、通信装置は、電力増幅器に入
力される信号電力レベルまたは電力増幅器から出力され
る信号電力レベルを検出する検出回路と、検出回路によ
り検出される信号電力レベルに応じて、電圧供給手段の
出力電圧を制御する制御回路をさらに備える。
【００６３】したがって、上記通信装置によれば、低歪
の信号増幅が必要とされる通信システムにおいても、検
出される入力信号レベルまたは出力信号レベルに応じ
て、所定の利得あるいは既定値内の歪みで消費電力が最
小になるように電圧供給手段の出力電圧を制御すること
により、電力増幅器の利得あるいは歪補償量を制御する
ことが可能になる。したがって、通信装置の消費電力が
低減され、特に、バッテリ動作の通信装置であれば、電
池切れまでの通信時間を伸ばすことが可能になる。ま
た、従来と同一の通信時間を確保するのであれば、より
小型のバッテリを使用することが可能になり、通信端末
の小型化あるいは軽量化が可能になる。
【００６４】
【発明の実施の形態】［実施の形態１］本発明の実施の
形態１における電力増幅器１００の構成の概要について
図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１
における電力増幅器１００の構成を示す図である。図１
を参照して、電力増幅器１００は、エミッタ接地型のバ
イポーラトランジスタＴｒ１、可変インピーダンス素子
１、抵抗素子Ｒｘおよびキャパシタンス素子Ｃｘを備え
る。トランジスタＴｒ１は、増幅用のエミッタ接地型バ
イポーラトランジスタであり、可変インピーダンス素子
１、抵抗素子Ｒｘおよびキャパシタンス素子Ｃｘは、歪
補償回路を構成する。
【００６５】可変インピーダンス素子１は、電圧端子Ｖ
ｂとバイポーラトランジスタＴｒ１のベースとの間に接
続される。抵抗素子Ｒｘは、電圧端子Ｖｂとキャパシタ
ンス素子Ｃｘの一方の端子との間に接続される。キャパ
シタンス素子Ｃｘの他方の端子は接地電位と接続され
る。なお、電圧端子Ｖｂから電源側を見た高周波的なイ
ンピーダンスは、キャパシタンス素子Ｃｘ、抵抗素子Ｒ
ｘの一部として組込まれていると考えてもよい。キャパ
シタンス素子Ｃｘの一例としては、ＭＩＭキャパシタ素
子が挙げられる。
【００６６】入力信号は、バイポーラトランジスタＴｒ
１のベースから入力し、コレクタ側から信号が出力され
る。電力増幅器１００では、可変インピーダンス素子１
のリアクタンス成分あるいは抵抗成分の非線形性、およ
び抵抗素子Ｒｘ、キャパシタンス素子Ｃｘを用いて電力
増幅器の歪補償を行なう。
【００６７】可変インピーダンス素子１を、可変容量Ｃ
ｄ、可変抵抗Ｒｄの並列接続で表わすと、可変インピー
ダンス素子の両端の抵抗成分Ｒｚ、およびリアクタンス
成分Ｂｚは、式（１）〜（２）で表わされる。
【００６８】 Ｒｚ＝Ｒｄ／[１＋（ｗ・Ｃｄ・Ｒｄ）2] …（１） Ｂｚ＝−ｗ・Ｃｄ・Ｒｄ２／[１＋（ｗ・Ｃｄ・Ｒｄ）2] …（２） なお、式（１）〜（２）において、ｗ＝２πｆ（ただし
ｆは、信号周波数）である。
【００６９】増幅用バイポーラトランジスタＴｒ１のベ
ース端から可変インピーダンス素子１側を見たインピー
ダンス（Ｚｔ＝Ｒｔ＋ｊＢｔ）のリアクタンス成分Ｂｔ
および抵抗成分Ｒｔは、式（３）〜（４）で表現され
る。
【００７０】 Ｂｔ＝Ｂｚ−１／（ｗ・Ｃｘ） …（３） Ｒｔ＝Ｒｚ＋Ｒｘ …（４） すなわち、リアクタンス成分Ｂｔの値、およびリアクタ
ンス成分Ｂｚの変化によるリアクタンス成分Ｂｔの変化
率は、キャパシタンス素子Ｃｘの容量によっても調整す
ることが可能となる。また、抵抗成分Ｒｔの値、および
可変抵抗Ｒｄの変化による抵抗成分Ｒｔの変化率は、抵
抗素子Ｒｘの抵抗値によっても調整することが可能とな
る。
【００７１】すなわち、使用する可変インピーダンス素
子１が設定され、当該可変インピーダンス素子１の抵抗
成分および容量成分の非線形特性が固定された後であっ
ても、増幅用バイポーラトランジスタＴｒ１のベース端
から可変インピーダンス素子側を見たインピーダンスＺ
ｔのリアクタンス成分Ｂｔおよび可変抵抗成分Ｒｔの非
線形特性は、抵抗素子Ｒｘおよびキャパシタンス素子Ｃ
ｘによって個別に調整することが可能となる。
【００７２】したがって、抵抗素子Ｒｘ、キャパシタン
ス素子Ｃｘによって振幅−振幅歪および振幅−位相歪の
補償を両立することが可能となり、電力増幅器の低歪化
が実現される。
【００７３】また、抵抗成分Ｒｔが小さいほど抵抗成分
での信号電力消費によって電力増幅器の利得が低下する
が、抵抗成分Ｒｔの調整よりもリアクタンス成分Ｂｔの
調整による歪補償の方が効果が大きい場合などでは、抵
抗素子Ｒｘを付加することにより抵抗成分Ｒｔを増大さ
せることが可能となる。これにより電力増幅器の利得向
上が図られる。
【００７４】また、増幅用バイポーラトランジスタＴｒ
１のベース側から可変インピーダンス素子１側を見たイ
ンピーダンスＺｔがバイポーラトランジスタＴｒ１の入
力インピーダンスより小さくなりすぎると、歪み補償の
度合いが強すぎてかえって電力増幅器の歪を増加させて
しまう。また、逆にインピーダンスＺｔがバイポーラト
ランジスタＴｒ１の入力インピーダンスより大きくなり
すぎると、歪み補償の効果が小さく、電力増幅器の歪を
十分低減できない。したがって、抵抗素子Ｒｘの抵抗値
には最適な値の領域があり、実験的には概ねバイポーラ
トランジスタＴｒ１の入力インピーダンス程度が好まし
い。
【００７５】たとえば、現在の移動体通信システムで使
用される１ワット程度の出力の電力増幅器においては、
最終段のトランジスタの入力インピーダンスは数オーム
から数十オームであるため、抵抗素子Ｒｘは、１０〜１
００オーム程度のものを用いることが好ましい。
【００７６】なお、図２は、本発明の実施の形態１にお
ける電力増幅器の他の構成の一例を示す図である。図２
に示す電力増幅器１５０は、電力増幅器１００の構成に
加えて、さらに抵抗Ｒ３を含む。抵抗Ｒ３は、電圧端子
Ｖｂと可変インピーダンス素子１との間に配置される。
このように、バイアス調整や付加的な歪補償の目的で、
可変インピーダンス素子１と電圧端子Ｖｂとの間に抵抗
Ｒ３を付加するように構成してもよい。なお、以下に示
す電力増幅器についても同様である。
【００７７】なお、電力増幅器の高効率化のためには、
増幅用のバイポーラトランジスタＴｒ１をＢ級（コレク
タ−エミッタ間電圧が正弦波、コレクタ電流が半波整流
波形になるように直流バイアスを設定する）モードやＡ
Ｂ級（Ｂ級モードとコレクタ−エミッタ間電圧、および
コレクタ電流がともに正弦波となるように直流バイアス
を設定するＡ級モードとの間に直流バイアスを設定す
る）モード付近で動作させることが効果的である。通常
では、これらのバイアス点で動作させると出力波形に歪
が生じやすい。これに対し、本発明の実施の形態１に係
る構成によると歪みが抑えられる。このため、ＡＢ級モ
ードやＢ級モード付近で動作させることで、高効率の電
力増幅器を実現することが可能となる。
【００７８】［実施の形態２］本発明の実施の形態２に
おける電力増幅器の構成の概要について説明する。図３
は、本発明の実施の形態２における電力増幅器２００の
構成を示す図である。図３を参照して、電力増幅器２０
０は、増幅用のエミッタ接地型バイポーラトランジスタ
Ｔｒ１、抵抗素子Ｒｘ、キャパシタンス素子Ｃｘおよび
ダイオード素子Ｄ１を備える。図３に示すように、本発
明の実施の形態２においては、可変インピーダンス素子
（図１における素子１）として、ダイオード素子Ｄ１を
用いる。ダイオード素子Ｄ１のアノードは、電圧端子Ｖ
ｂに接続され、カソードは、バイポーラトランジスタＴ
ｒ１のベースに接続されている。
【００７９】可変インピーダンス素子であるダイオード
Ｄ１の両端電圧依存性は、バイポーラトランジスタＴｒ
１のベース−エミッタ間におけるダイオード部分のイン
ピーダンスの両端電圧依存性が同型となる。これによ
り、広範囲の入力電圧に対して広範囲の入力電力に対応
する場合に、歪補償の効果が特に顕著となる。
【００８０】ここで、ダイオードを用いた場合の動作特
性に関する実験結果を、図４〜図７を用いて説明する。
図４は、本発明に係る電力増幅器と従来型の電力増幅器
との動作特性を比較した実験の結果を示す図である。図
５は、本発明に係る電力増幅器におけるキャパシタンス
素子と動作特性との関係を示す図であり、図６は、本発
明に係る電力増幅器における抵抗素子と動作特性との関
係を調べた実験の結果を示す図である。図７は、実験条
件について説明するための概念図であり、図７（ａ）は
本発明に係る電力増幅器１０００に対応し、図７（ｂ）
は、対比のために構成した従来型の電力増幅器２０００
に対応している。
【００８１】図４に示す実験では、本発明に係る電力増
幅器１０００の位相歪みと従来型の電力増幅器２０００
との位相歪みが同程度になるように実験条件を決定し
た。具体的には、周波数を１．９５ＧＨｚとし、バイポ
ーラトランジスタＴｒ１、Ｔｒ９０として単位トランジ
スタを６０個並列接続したものを使用した。本発明に係
る電力増幅器１０００はさらに、２０Ωの抵抗素子Ｒ
ｘ、４．５ｐＦのキャパシタンス素子Ｃｘ、単位トラン
ジスタを４個並列につなげたダイオードＤ１を使用し
た。一方、従来型の電力増幅器２０００はさらに、１０
０ｐＦのキャパシタンス素子Ｃ９０、単位トランジスタ
を３６個つなげたダイオードＤ９０を使用した。なお、
図５、図６の実験では、図７（ａ）のキャパシタンス素
子Ｃｘ、抵抗素子Ｒｘをそれぞれ変えて行なった。
【００８２】図４において、黒塗りの丸印が付された線
は、本発明に係る電力増幅器１０００の振幅歪みに、白
抜きの丸印が付された点線は、従来型の電力増幅器２０
００の振幅歪みにそれぞれ対応している。また、黒塗り
の三角印が付された線は、本発明に係る電力増幅器１０
００の位相歪みに、白抜きの三角印が付された点線は、
従来型の電力増幅器２０００の位相歪みにそれぞれ対応
している。
【００８３】位相歪みを同程度に調整すると、図４に示
されるように従来の電力増幅器２０００は、入力電力を
上げると利得が低下する。すなわち、従来の電力増幅器
は、位相歪みは調整できても、振幅歪みに対する補償能
力が低い。一方、本発明に係る電力増幅器２０００で
は、入力電力に依らず利得が一定となる領域が拡大され
ている。すなわち、本発明に係る電力増幅器は、位相歪
みおよび振幅歪みの両者を同時に補償することが可能で
あることがわかる。
【００８４】図５において、黒塗りの丸印が付された線
は、２．５ｐＦ、白抜きの三角印が付された線は、４．
５ｐＦ、＊印が付された線は、１０ｐＦとした場合にそ
れぞれ対応している。また、図５において、Ａグループ
は、振幅歪みに、Ｂグループは、位相歪みにそれぞれ対
応している。
【００８５】図６において、黒塗りの丸印が付された線
は、５Ω、白抜きの三角印が付された線は、２０Ω、＊
印が付された線は、５０Ωとした場合にそれぞれ対応し
ている。また、図６において、Ａグループは、振幅歪み
に、Ｂグループは、位相歪みにそれぞれ対応している。
【００８６】図５〜図６に示されるように、いずれの値
をとっても、位相歪みと振幅歪みとがともに補償されて
いることがわかる。
【００８７】なお、本発明の実施の形態２に係る構成に
よっても歪みを抑えることが可能であるため、ＡＢ級や
Ｂ級モード付近で動作させることができる。これによ
り、高効率化の電力増幅器を実現することが可能とな
る。
【００８８】［実施の形態３］本発明の実施の形態３に
おける電力増幅器の構成の概要について説明する。図８
は、本発明の実施の形態３における電力増幅器３００の
構成を示す図である。図８を参照して、電力増幅器３０
０は、増幅用のエミッタ接地型バイポーラトランジスタ
Ｔｒ１、抵抗素子Ｒｘ、キャパシタンス素子Ｃｘおよび
バイポーラトランジスタＴｒ２を備える。本発明の実施
の形態３においては、可変インピーダンス素子１とし
て、バイポーラトランジスタＴｒ２におけるベース−エ
ミッタ間のＰＮ接合（ダイオード）を用いる。バイポー
ラトランジスタＴｒ２のエミッタを増幅用のバイポーラ
トランジスタＴｒ１のベースに接続する。バイポーラト
ランジスタＴｒ２のベースは、電圧端子Ｖｂと接続す
る。
【００８９】なお、本発明の実施の形態３においては、
バイポーラトランジスタＴｒ２のコレクタ端子は使用さ
れていないが、増幅用バイポーラトランジスタＴｒ１の
ベースにバイポーラトランジスタＴｒ２のコレクタを接
続し、バイポーラトランジスタＴｒ２のベース−コレク
タ間のＰＮ接合を可変インピーダンス素子（ダイオード
素子）として使用するように構成してもよい。
【００９０】バイポーラトランジスタＴｒ２のベース−
エミッタ間（あるいはベース−コレクタ間）のダイオー
ド部分を可変インピーダンス素子として用いることによ
り、増幅用バイポーラトランジスタＴｒ１とバイポーラ
トランジスタＴｒ２とを同一製造工程で製造することが
可能となる。また、電力増幅器で用いられている半導体
素子の種類をバイポーラトランジスタ１種に限定するこ
とができるため、電力増幅器で使用する回路素子の回路
設計用デバイスパラメータ抽出作業が簡素化される。さ
らに、可変インピーダンス素子を含む電力増幅器回路を
半導体基板上にモノリシック化できるため、電力増幅器
自体の小型化が可能となる。
【００９１】なお、本発明の実施の形態３に係る構成に
よっても歪みを抑えることが可能であるため、ＡＢ級モ
ードやＢ級モード付近で動作させることができる。これ
により、高効率の電力増幅器を実現することが可能とな
る。
【００９２】［実施の形態４］本発明の実施の形態４に
係る電力増幅器の構成の概要について説明する。図９
は、本発明の実施の形態４における電力増幅器４００の
構成を説明するための図である。図９を参照して、電力
増幅器４００は、増幅用のエミッタ接地型バイポーラト
ランジスタＴｒ１、抵抗素子Ｒｘ、キャパシタンス素子
ＣｘおよびバイポーラトランジスタＴｒ２を備える。抵
抗素子Ｒｘとキャパシタンス素子Ｃｘとは、電圧端子Ｖ
ｂと接地電位との間に直列に接続される。バイポーラト
ランジスタＴｒ２のコレクタは、抵抗素子Ｒｘとキャパ
シタンス素子Ｃｘの接続ノードに接続され、ベースは、
電圧端子Ｖｂと接続され、エミッタは、増幅用バイポー
ラトランジスタＴｒ１のベースと接続される。
【００９３】バイポーラトランジスタＴｒ２のエミッタ
電流をＩｅ２、ベース電流をＩｂ２、コレクタ電流をＩ
ｃ２とすると、エミッタ電流Ｉｅ２は、ベース電流Ｉｂ
２とコレクタ電流Ｉｃ２との和になるが、コレクタ電流
Ｉｃ２は、ベース電流Ｉｂ２にほぼ比例する。このた
め、エミッタ電流Ｉｅ２も電圧Ｖｂに対してはダイオー
ド的な電流−電圧特性を示す。すなわち、バイポーラト
ランジスタＴｒ２は、可変インピーダンス素子として機
能する。
【００９４】本発明の実施の形態１における電力増幅器
１００では、抵抗素子Ｒｘの一端は、直流的には解放状
態にあるため、抵抗素子Ｒｘは可変インピーダンス素子
１としてバイポーラトランジスタを使用した場合であっ
ても当該バイポーラトランジスタのバイアス状態には影
響を与えない。一方、本発明の実施の形態４において
は、抵抗素子Ｒｘは、電圧端子Ｖｂとバイポーラトラン
ジスタＴｒ２のコレクタとの間に直列的に接続されてお
り、コレクタ電流Ｉｃ２が抵抗素子Ｒｘによって可変で
ある。このため、エミッタ電流Ｉｅ２も抵抗素子Ｒｘに
よって可変となる。したがって、使用するバイポーラト
ランジスタＴｒ２を選定した後であっても、抵抗素子Ｒ
ｘによってバイポーラトランジスタＴｒ２における可変
抵抗特性を調整することも可能となり、歪補正の調整自
由度が広がる。
【００９５】なお、本発明の実施の形態４に係る構成に
よっても歪みを抑えることが可能であるため、ＡＢ級モ
ードやＢ級モード付近で動作させることができる。これ
により、高効率の電力増幅器を実現することが可能とな
る。
【００９６】［実施の形態５］本発明の実施の形態５に
おける電力増幅器の概要について説明する。図１０は本
発明の実施の形態５における電力増幅器５００の構成を
示す図である。図１０を参照して、電力増幅器５００
は、増幅用のエミッタ接地型バイポーラトランジスタＴ
ｒ１、抵抗素子Ｒｘ、キャパシタンス素子Ｃｘおよびバ
イポーラトランジスタＴｒ２を備える。キャパシタンス
素子Ｃｘは、電圧端子Ｖｂと接地電位との間に接続され
る。抵抗Ｒｘは、電圧端子Ｖｂとバイポーラトランジス
タＴｒ２のベースとの間に接続される。バイポーラトラ
ンジスタＴｒ２のコレクタは、電圧端子Ｖｂと接続さ
れ、エミッタは、バイポーラトランジスタＴｒ１のベー
スと接続される。
【００９７】バイポーラトランジスタＴｒ２のエミッタ
電流をＩｅ２、ベース電流をＩｂ２、コレクタ電流をＩ
ｃ２とすると、エミッタ電流Ｉｅ２は、ベース電流Ｉｂ
２とコレクタ電流Ｉｃ２との和になるが、コレクタ電流
Ｉｃ２は、ベース電流Ｉｂ２にほぼ比例する。このた
め、エミッタ電流Ｉｅ２は、電圧Ｖｂに対してダイオー
ド的な電流−電圧特性を有する。したがって、バイポー
ラトランジスタＴｒ２は、可変インピーダンス素子とし
て機能する。
【００９８】この場合、ベース電流Ｉｂ２が、抵抗素子
Ｒｘによって可変であるため、コレクタ電流Ｉｃ２、エ
ミッタ電流Ｉｅ２も抵抗素子Ｒｘによって可変となる。
したがって、使用するバイポーラトランジスタＴｒ２を
選定した後であっても、抵抗素子Ｒｘによってバイポー
ラトランジスタＴｒ２における可変抵抗特性を調整する
ことが可能となる。この結果、歪補正の調整自由度を広
げることが可能となる。
【００９９】なお、本発明の実施の形態５に係る構成に
よっても歪みを抑えることが可能であるため、ＡＢ級モ
ードやＢ級モード付近で動作させることができる。これ
により、高効率の電力増幅器を実現することが可能とな
る。
【０１００】［実施の形態６］本発明の実施の形態６に
おける電力増幅器の構成の概要について説明する。図１
１は、本発明の実施の形態６における電力増幅器６００
の構成を示す図である。図１１を参照して、電力増幅器
６００は、増幅用のエミッタ接地型バイポーラトランジ
スタＴｒ１、抵抗素子Ｒｘ、キャパシタンス素子Ｃｘお
よびバイポーラトランジスタＴｒ２を備える。抵抗素子
Ｒｘとキャパシタンス素子Ｃｘとは、電圧端子Ｖｂと接
地電位との間に直列に接続される。バイポーラトランジ
スタＴｒ２のエミッタは、抵抗素子Ｒｘとキャパシタン
ス素子Ｃｘの接続ノードに接続され、コレクタは、バイ
ポーラトランジスタＴｒ１のベースと接続され、ベース
は電圧端子Ｖｂと接続される。実施の形態４による電力
増幅器４００と電力増幅器６００との相違点は、エミッ
タとコレクタとの接続関係が逆になっている点にある。
【０１０１】トランジスタは、エミッタとコレクタとの
接続関係を逆にしてもトランジスタ動作を行なう。した
がって、この場合も、コレクタ電流Ｉｃ２は、ベース電
流Ｉｂ２にほぼ比例するため、コレクタ電流Ｉｃ２は、
電圧Ｖｂに対してダイオード的な電流−電圧特性を有す
るようになる。すなわち、バイポーラトランジスタＴｒ
２は、可変インピーダンス素子として機能する。また、
コレクタ電流Ｉｃ２、エミッタ電流Ｉｅ２が、抵抗素子
Ｒｘによって可変であるため、使用するバイポーラトラ
ンジスタＴｒ２を選定した後であっても、抵抗素子Ｒｘ
によってバイポーラトランジスタＴｒ２における可変抵
抗特性を調整することが可能となる。この結果、歪補償
の調整自由度が広がる。
【０１０２】なお、本発明の実施の形態６に係る構成に
よっても歪みを抑えることが可能であるため、ＡＢ級モ
ードやＢ級モード付近で動作させることができる。これ
により、高効率の電力増幅器を実現することが可能とな
る。
【０１０３】［実施の形態７］本発明の実施の形態７に
おける電力増幅器の構成の概要について説明する。図１
２は、本発明の実施の形態７における電力増幅器７００
の構成を示す図である。図１２を参照して、電力増幅器
７００は、増幅用のエミッタ接地型バイポーラトランジ
スタＴｒ１、抵抗素子Ｒｘ、キャパシタンス素子Ｃｘお
よびバイポーラトランジスタＴｒ２を備える。キャパシ
タンス素子Ｃｘは、電圧端子Ｖｂと接地電位との間に接
続される。抵抗素子Ｒｘは、電圧端子Ｖｂとバイポーラ
トランジスタＴｒ２のベースとの間に接続される。バイ
ポーラトランジスタＴｒ２のエミッタは、電圧端子Ｖｂ
と接続され、これは、バイポーラトランジスタＴｒ１の
ベースと接続される。実施の形態５による電力増幅器５
００と電力増幅器７００との相違点は、エミッタとコレ
クタとの接続関係が逆になっている点にある。
【０１０４】トランジスタは、エミッタとコレクタとの
接続関係を逆にしてもトランジスタ動作を行なう。した
がって、この場合も、コレクタ電流Ｉｃ２は、ベース電
流Ｉｂ２にほぼ比例するため、コレクタ電流Ｉｃ２は、
電圧Ｖｂに対してダイオード的な電流−電圧特性を有す
ることになる。すなわち、バイポーラトランジスタＴｒ
２は、可変インピーダンスとして機能することが可能と
なる。また、コレクタ電流Ｉｃ２、エミッタ電流Ｉｅ２
も抵抗素子Ｒｘによって可変となる。この結果、使用す
るバイポーラトランジスタＴｒ２を選定した後であって
も、抵抗素子Ｒｘによって、バイポーラトランジスタＴ
ｒ２における可変抵抗特性を調整することが可能とな
り、歪補正の調整自由度を広げることが可能となる。
【０１０５】なお、本発明の実施の形態７に係る構成に
よっても歪みを抑えることが可能であるため、ＡＢ級モ
ードやＢ級モード付近で動作させることができる。これ
により、高効率の電力増幅器を実現することが可能とな
る。
【０１０６】さらに、本発明の実施の形態１〜７におけ
るバイアス電圧Ｖｂは、後述するように電圧供給回路１
００５から供給する。この際、電圧供給回路の出力電圧
Ｖｂを制御することにより電力増幅器の利得を制御して
もよい。歪補償回路が第１のバイポーラトランジスタ
（バイポーラトランジスタＴｒ１）のバイアス回路も兼
ねているため、前記出力電圧を制御することにより第１
のバイポーラトランジスタのバイアス電流を制御するこ
とが可能になる。この結果、歪補償の機能を有しつつ、
電力増幅器の利得を制御することが可能になる。
【０１０７】特に、Ｗ−ＣＤＭＡやＩＳ−９５のように
電力増幅器に低歪みと広いダイナミックレンジでの利得
制御とが要求される通信システムにおける電力増幅器の
電力効率の向上が可能となる。
【０１０８】また、本発明の実施の形態１〜７におい
て、電圧供給回路の出力電圧を制御することにより前記
歪補償回路における歪補償量を制御することができる。
電力供給手回路の出力電圧を制御することにより歪補償
回路に含まれる可変インピーダンス素子の直流的な両端
電圧が制御できるため、可変インピーダンス素子のイン
ピーダンスを制御することが可能になる。これにより、
当該歪補償回路における歪補償量が調整できる、第１の
バイポーラトランジスタで生じる歪の度合いに応じた歪
補償が可能になる。したがって、電圧供給回路の出力電
圧を制御することにより、電圧供給回路の出力電圧が固
定である場合に比べて、歪み補償の自由度が広がる。
【０１０９】［実施の形態８］本発明の実施の形態８に
おける通信装置の構成の概要について説明する。図１３
は、本発明の実施の形態８における通信装置１００１の
主要部の構成を示す図である。
【０１１０】図１３を参照して、通信装置１００１は、
電力増幅器１００２、電力増幅器１００２の出力レベル
を検出する出力電力レベル検出回路１００３、出力電力
レベル検出回路１００３の出力に応じて電圧供給回路１
００５を制御する制御回路１００４、制御回路１００４
の制御に基づき電力増幅器１００２にバイアス電圧を供
給する電圧供給回路１００５、および通信装置の各回路
部を駆動する主電源としてのバッテリ１００６を備え
る。
【０１１１】電力増幅器１００２には、本発明の実施の
形態１〜７で説明した電力増幅器を用いる。電力増幅器
１００２に含まれるバイポーラトランジスタＴｒ１のベ
ースは、電圧供給回路１００５からバイアス電圧が供給
される。
【０１１２】通信装置１００１はさらに、周波数変換部
１００９、受信用ＲＦ部１０１０、ＩＦ／ベースバンド
部１０１１、送信用ＲＦ部１０１４、デュプレクサ１０
１２およびアンテナ１０１３を備える（ＲＦ：Radio Fr
equency）。
【０１１３】周波数変換部１００９は、ミキサ１０２０
および１０２１、ならびにＶＣＯ１０２２（Voltage Co
ntrolled Oscillator）を含む。ミキサ１０２０は、Ｉ
Ｆ／ベースバンド部１０１１の出力とＶＣＯ１０２２の
出力とを混合する。ミキサ１０２１は、受信用ＲＦ部１
０１０の出力とＶＣＯ１０２２の出力とを混合する。
【０１１４】送信用ＲＦ部１０１４は、ドライバ増幅器
やフィルタ等を含む。図においては、送信用ＲＦ部１０
１４の構成要素として、ドライバ増幅器１００８と、ド
ライバ増幅器１００８の出力を受けるフィルタ１００７
とが代表的に記載されている。この例では、ドライバ増
幅器１００８は、ミキサ１０２０の出力を受け、電力増
幅器１００２は、フィルタ１００７の出力を増幅する。
【０１１５】受信用ＲＦ部１０１０は、低雑音増幅器や
フィルタ等を含む。図においては、受信用ＲＦ部１０１
０の構成要素として、低雑音増幅器１０２４と、低雑音
増幅器１０２４の出力を受けるフィルタ１０２５とが代
表的に記載されている。この例では、低雑音増幅器１０
２４は、デュプレクサ１０１２の出力を受け、ミキサ１
０２１には、フィルタ１０２５の出力が与えられる。
【０１１６】アンテナ１０１３は、送受信用に使用され
る。デュプレクサ１０１２により、送信ＲＦ信号と受信
ＲＦ信号とを分離する。
【０１１７】受信ＲＦ信号は、受信用ＲＦ部１０１０を
通過後、周波数変換部１００９でＩＦ信号に変換される
（ＩＦ：Intermediate Frequency）。当該ＩＦ信号は、
ＩＦ／ベースバンド部１０１１で信号処理される。
【０１１８】ＩＦ／ベースバンド部１０１１から出力さ
れる信号は、周波数変換部１００９でＲＦ信号に変換さ
れる。当該ＲＦ信号は、送信用ＲＦ部１０１４を通過
後、電力増幅器１００２で増幅される。そして、電力増
幅器１００２の出力は、アンテナ１０１３から出力され
る。
【０１１９】本発明の実施の形態８における電力増幅器
１００２は、送信部の最終段の構成要素である。ところ
で、送信部の最終段に位置する電力増幅器は、通信装置
内で最大の信号電力を増幅する必要があるため消費電力
が大きい。たとえば、携帯電話等のバッテリ動作の通信
装置では、通話時には当該電力増幅器における消費電力
が通信装置全体の消費電力の大半を占めている。
【０１２０】そこで、電力増幅器１００２として本発明
の実施の形態１〜７における低歪かつ高効率の電力増幅
器を用いる。これにより、通信装置全体の低消費電力化
が図れる。特に、バッテリ動作での電池切れまでの通信
時間を引き伸ばすことが可能になる。また、従来と同一
の通信時間を確保するのであれば、より小型のバッテリ
を使用することが可能になるため、通信端末の小型化あ
るいは軽量化が可能になる。
【０１２１】さらに、送信用電力増幅器１００２が低歪
みおよび高効率の両立が実現であるため、本発明の実施
の形態８における通信装置１００１をＷ−ＣＤＭＡ、Ｉ
Ｓ−９５、ＰＤＣ、ＰＨＳ、ＩＭＴ−２０００等の送信
用電力増幅器に隣接チャネル漏洩電力規定に代表される
厳しい低歪み特性が要求される通信システムで使用する
ことは、本発明の望ましい実施形態となる。
【０１２２】送信信号が振幅変調成分を含んでいる場
合、送信信号を増幅して規定のアンテナ出力レベルまで
増幅する増幅段で送信信号の波形が乱れると、送信情報
を受信側で正しく復調できなくなる。このような通信シ
ステム（Ｗ−ＣＤＭＡ，ＩＳ−９５，ＰＤＣ，ＰＨＳ，
ＩＭＴ−２０００，５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ（local ar
ea network））では、送信電力用電力増幅器として、入
力信号波形を忠実に増幅して出力する低歪電力増幅器が
必要になる。したがって、通信装置１００１によれば、
送信用として低歪電力増幅器１００２を備えるため、振
幅変調成分を含む送信信号を正確に受信側に送信するこ
とができる。
【０１２３】また、出力電力レベル検出回路１００３に
より電力増幅器１００２の出力信号レベルを検出し、検
出された出力信号レベルに応じて、制御回路１００４を
介して、電圧供給回路１００５の出力電圧を制御するこ
とにより、電力増幅器１００２の利得または歪補償回路
の歪補償量を制御するように構成してもよい。
【０１２４】電力増幅器１００２に含まれる歪補償回路
が第１のバイポーラトランジスタ（バイポーラトランジ
スタＴｒ１）のバイアス回路も兼ねているため、電圧供
給回路１００５の出力電圧を制御することにより第１の
バイポーラトランジスタのバイアス電流を制御すること
が可能になる。したがって、歪補償の機能を有しつつ、
電力増幅器の利得制御が可能になる。したがって、電力
増幅器１００２を使用した場合、Ｗ−ＣＤＭＡやＩＳ−
９５のように電力増幅器の低歪みと広いダイナミックレ
ンジでの利得制御が要求される通信システムにおける電
力増幅器の電力効率の向上が可能になる。したがって、
電圧供給回路１００５の出力電圧を制御することによ
り、通信端末の消費電力低減が可能になる。
【０１２５】また、電圧供給回路１００５の出力電圧を
制御することにより歪補償回路に含まれる可変インピー
ダンス素子の直流的な両端電圧が制御できるため、可変
インピーダンス素子のインピーダンスを制御することが
可能になる。この結果、当該歪補償回路における歪補償
量が調整できるため、第１のバイポーラトランジスタで
生じる歪みの度合いに応じた歪補償が可能になる。した
がって、電圧供給回路１００５の出力電圧を制御した場
合、電圧供給回路の出力電圧が固定である場合に比べ
て、歪補償の自由度が広がる。
【０１２６】なお、図１３では、電力増幅器１００２の
出力端で出力電力レベルを検出しているが、電力増幅器
１００２からアンテナ１０１３に至る径路（図示しない
が、フィルタやアイソレータ等が付加される場合もあ
る）の任意の個所で電圧レベルを検出するようにしても
よい。
【０１２７】さらに、図１４に示されるように、出力電
力レベル検出回路１００３に代わって電力増幅器１００
２の入力側の信号レベルを検出する入力電力レベル検出
回路１０２３を配置してもよい。この場合、制御回路１
００４は、入力電力レベル検出回路１０２３の出力に応
じて電圧供給回路１００５を制御することになる。この
ように、入力電力レベル検出回路１０２３によって電力
増幅器１００２の利得または歪補償量の制御を行なって
もよい。
【０１２８】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した実施の形態の説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。
【０１２９】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る歪補償回路
を有する電力増幅器を用いることにより、振幅−振幅
歪、および振幅−位相歪を各々低減し、電力増幅器の低
歪化を可能とすることが可能となる。また、より飽和領
域に近くあるいはよりＢ級動作に近い動作を可能とする
ことにより電力効率の向上を図ることが可能となる。
【０１３０】さらに本発明に係る上記通信装置によれ
ば、送信用電力増幅器が低歪みかつ高効率であるため、
通信装置の消費電力が低減される。特に、バッテリ動作
の通信装置であれば、電池切れまでの通信時間を伸ばす
ことが可能になる。また、従来と同一の通信時間を確保
するのであれば、より小型のバッテリを使用することが
可能になり、通信端末の小型化あるいは軽量化が可能に
なる。送信信号が振幅変調成分を含む場合、送信信号を
増幅して規定のアンテナ出力レベルまで増幅する増幅段
で送信信号の波形が乱れると、送信情報を受信側で正し
く復調できなくなる。したがって、このような通信シス
テムでは、送信電力用電力増幅器として、入力信号波形
を忠実に増幅して出力する低歪電力増幅器が必要にな
る。このような通信システムとして、Ｗ−ＣＤＭＡ，Ｉ
Ｓ−９５，ＰＤＣ，ＰＨＳ，ＩＭＴ−２０００，５０Ｇ
Ｈｚ帯の無線ＬＡＮなどがある。
【０１３１】したがって、上記通信装置によれば、送信
用として低歪電力増幅器を有するため、送信信号の波形
が乱れることなく正確な情報を受信側に送信することが
できる。
【０１３２】送信用電力増幅器について隣接チャネル漏
洩電力規定に代表される厳しい低歪特定が要求されるＷ
−ＣＤＭＡ，ＩＳ−９５，ＰＤＣ，ＰＨＳ，ＩＭＴ−２
０００等の通信システムに上記通信装置を使用した場
合、低歪みと高効率との両立が可能になる。また、通信
装置の消費電力を低減することができるため、特に、バ
ッテリ動作の通信装置であれば、電池切れまでの通信時
間を伸ばすことが可能になる。また、従来と同一の通信
時間を確保するのであれば、より小型のバッテリを使用
することが可能になり、通信端末の小型化あるいは軽量
化が可能になる。
【０１３３】さらに、上記通信装置によれば、低歪の信
号増幅が必要とされる通信システムにおいても、検出さ
れる入力信号レベルまたは出力信号レベルに応じて、所
定の利得あるいは既定値内の歪みで消費電力が最小にな
るように電圧供給手段の出力電圧を制御することによ
り、電力増幅器の利得あるいは歪補償量を制御すること
が可能になる。したがって、通信装置の消費電力が低減
され、特に、バッテリ動作の通信装置であれば、電池切
れまでの通信時間を伸ばすことが可能になる。また、従
来と同一の通信時間を確保するのであれば、より小型の
バッテリを使用することが可能になり、通信端末の小型
化あるいは軽量化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における電力増幅器１
００の構成を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態１における電力増幅器の
他の構成の一例を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態２における電力増幅器２
００の構成を示す図である。
【図４】 本発明に係る電力増幅器と従来の電力増幅器
との動作特性を比較した実験の結果を示す図である。
【図５】 本発明に係る電力増幅器におけるキャパシタ
ンス素子と動作特性との関係を調べた実験の結果を示す
図である。
【図６】 本発明に係る電力増幅器における抵抗素子の
抵抗値と動作特性との関係を調べた実験結果を示す図で
ある。
【図７】 実験条件について説明するための概念図であ
る。
【図８】 本発明の実施の形態３における電力増幅器３
００の構成を示す図である。
【図９】 本発明の実施の形態４における電力増幅器４
００の構成を示す図である。
【図１０】 本発明の実施の形態５における電力増幅器
５００の構成を示す図である。
【図１１】 本発明の実施の形態６における電力増幅器
６００の構成を示す図である。
【図１２】 本発明の実施の形態７における電力増幅器
７００の構成を示す図である。
【図１３】 本発明の実施の形態８における通信装置の
１００１の主要部の構成を示す図である。
【図１４】 本発明の実施の形態８における通信装置の
１００１の主要部の他の構成例を示す図である。
【図１５】 文献１に記載される電力増幅器の構成を示
す図である。
【符号の説明】
１ 可変インピーダンス素子、Ｔｒ１ 増幅用のエミッ
タ接地型バイポーラトランジスタ、Ｔｒ２ バイポーラ
トランジスタ、Ｒｘ 抵抗素子、Ｃｘ キャパシタンス
素子、Ｄ１ ダイオード、１００，１５０，２００〜７
００，９００，１０００ 電力増幅器、１００１ 通信
装置、１００２ 電力増幅器、１００３出力電力レベル
検出回路、１００４ 制御回路、１００５ 電圧供給回
路、１００６ バッテリ、１００７，１０２５ フィル
タ、１００８ ドライバ増幅器、１００９ 周波数変換
部、１０１０ 受信用ＲＦ部、１０１１ ＩＦ／ベース
バンド部、１０１２ デュプレクサ、１０１３ アンテ
ナ、１０１４ 送信用ＲＦ部、１０２０，１０２１ ミ
キサ、１０２３ 入力電力レベル検出回路、１０２４
低雑音増幅器。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エミッタ接地型の第１のバイポーラトラ
    ンジスタを含む電力増幅素子と、 前記第１のバイポーラトランジスタのベースにバイアス
    電圧を供給する電圧供給手段と、 前記電力増幅素子の歪みを補償する歪補償回路とを備
    え、 前記歪補償回路は、 前記電圧供給手段と前記第１のバイポーラトランジスタ
    のベースとの間に配置される可変インピーダンス素子
    と、 前記第１のバイポーラトランジスタから前記可変インピ
    ーダンス素子をみたときのリアクタンス成分および抵抗
    成分の少なくともいずれかを調整するための調整回路と
    を含む、電力増幅器。
  2. 【請求項２】 前記調整回路は、 一方の端子が前記電圧供給手段に接続される抵抗素子
    と、 前記抵抗素子の他方の端子と接地電位との間に接続され
    るキャパシタンス素子とを含む、請求項１に記載の電力
    増幅器。
  3. 【請求項３】 前記可変インピーダンス素子は、 前記電圧供給手段と接続されるアノードと、前記第１の
    バイポーラトランジスタのベースに接続されるカソード
    とを有するダイオード素子で構成される、請求項２に記
    載の電力増幅器。
  4. 【請求項４】 前記可変インピーダンス素子は、 前記電圧供給手段と前記第１のバイポーラトランジスタ
    のベースとの間で、ＰＮ接合を形成するように構成され
    る第２のバイポーラトランジスタを含む、請求項２に記
    載の電力増幅器。
  5. 【請求項５】 前記可変インピーダンス素子は、 前記第１のバイポーラトランジスタのベースに接続され
    るエミッタと、前記電圧供給手段と接続されるベース
    と、前記抵抗素子と前記キャパシタンス素子との接続ノ
    ードに接続されるコレクタとを有する第２のバイポーラ
    トランジスタで構成される、請求項２に記載の電力増幅
    器。
  6. 【請求項６】 前記可変インピーダンス素子は、 前記第１のバイポーラトランジスタのベースに接続され
    るコレクタと、前記電圧供給手段と接続されるベース
    と、前記抵抗素子と前記キャパシタンス素子との接続ノ
    ードに接続されるエミッタとを有する第２のバイポーラ
    トランジスタで構成される、請求項２に記載の電力増幅
    器。
  7. 【請求項７】 前記調整回路は、 一方の端子が前記電圧供給手段に接続され、他方の端子
    が前記可変インピーダンス素子と接続される抵抗素子
    と、 前記電圧供給手段と接地電位との間に接続されるキャパ
    シタンス素子とを含む、請求項１に記載の電力増幅器。
  8. 【請求項８】 前記可変インピーダンス素子は、 前記第１のバイポーラトランジスタのベースに接続され
    るエミッタと、前記電圧供給手段と接続されるコレクタ
    と、前記抵抗素子の他方の端子に接続されるベースとを
    有する第２のバイポーラトランジスタで構成される、請
    求項７に記載の電力増幅器。
  9. 【請求項９】 前記可変インピーダンス素子は、 前記第１のバイポーラトランジスタのベースに接続され
    るコレクタと、前記電圧供給手段と接続されるエミッタ
    と、前記抵抗素子の他方の端子に接続されるベースとを
    有する第２のバイポーラトランジスタで構成される、請
    求項７に記載の電力増幅器。
  10. 【請求項１０】 前記第１のバイポーラトランジスタお
    よび前記可変インピーダンス素子は、同一の半導体基板
    上に形成される、請求項４、５、６、８または請求項９
    のいずれかに記載の電力増幅器。
  11. 【請求項１１】 前記第１のバイポーラトランジスタ
    は、 Ｂ級またはＡＢ級で動作させる、請求項１に記載の電力
    増幅器。
  12. 【請求項１２】 前記電圧供給手段からの出力電圧を制
    御することにより利得制御がなされる、請求項１から１
    １のいずれかに記載の電力増幅器。
  13. 【請求項１３】 前記電圧供給手段からの出力電圧を制
    御することにより、前記歪補償回路における歪補償量が
    制御される、請求項１から１２のいずれかに記載の電力
    増幅器。
  14. 【請求項１４】 信号を増幅するための請求項１から１
    ３のいずれかに記載の電力増幅器を備えた、通信装置。
  15. 【請求項１５】 前記信号は、振幅変調成分を含む、請
    求項１４に記載の通信装置。
  16. 【請求項１６】 前記電力増幅器へ入力される信号電力
    レベル、あるいは前記電力増幅器から出力される信号電
    力レベルを検出する検出回路と、 前記検出回路によって検出される前記信号電力レベルに
    応じて、前記電圧供給手段の出力電圧を制御する制御回
    路とをさらに備える、請求項１４または１５に記載の通
    信装置。
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