JP2002043855A - 電力増幅器およびそれを具備した通信端末 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、電力増幅器に関し、低歪で小型
化が可能な高周波用電力増幅器を提供することを目的と
する。 【解決手段】 この電力増幅器は、バイポーラトランジ
スタ６が、複数の周波数成分を含む入力信号１を増幅
し、このトランジスタ６が発生する入力信号の差周波信
号２を、差周波信号検出手段を構成するコレクタチョー
クインダクタ７で検出する。そして、バイアス制御回路
１０が、検出された差周波信号２のレベルに応じて、ベ
ース電圧源５を制御して、トランジスタ６のバイアス点
を変化させる。したがって、トランジスタ６から歪が発
生するような大振幅強度の信号を増幅する場合は、線形
性の良いＡ級動作させて歪を抑制し、トランジスタ６か
ら歪が発生しないような小振幅強度の信号を増幅する場
合は、電力効率の良いＢ級に近い動作をさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電力増幅器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ある帯域を有する変調信号をトランジス
タからなる増幅器に入力すると、増幅された変調信号と
共に、トランジスタの偶数次の非線形性により、入力信
号よりも周波数の低い入力信号の差の周波数成分が増幅
器の入力側あるいは出力側に発生する。この差の周波数
成分を差周波信号という。

【０００３】差周波信号とは、例えば、入力信号が周波
数ｆ_cを中心として周波数ｆ_c±ｆ_bの帯域を有する信号
である場合、周波数(ｆ_c−ｆ_b)から(ｆ_c＋ｆ_b)の範囲内
の任意の２周波の差信号をいう。したがって、その差周
波信号は周波数０から周波数２ｆ_bまでの信号となる。

【０００４】この差周波信号により、トランジスタのベ
ースあるいはコレクタ側に差周波の低周波電圧が発生す
る。その結果、トランジスタのコレクタ電圧あるいはベ
ース電圧が変動し、トランジスタに入力される信号が変
調され歪が生じるという問題があった。

【０００５】この問題を解決する従来技術として、特開
平１１−１２２０５１号公報に記載されているものがあ
る。図８は、この特開平１１−１２２０５１号公報に開
示されている「高周波増幅回路」の概略構成を示すブロ
ック図である。

【０００６】この増幅回路は、入力整合回路１０１と、
ゲートバイアス回路１０２と、増幅用ＭＯＳＦＥＴ(Ｍe
tal-Ｏxicide Ｓemiconductor Ｆield Ｅffect Ｔransi
stor)１０３と、電圧検出器１０４と、出力整合回路１
０５と、制御部１０６と、電圧源１０７とドレインチョ
ークインダクタ１０８とにより構成される。

【０００７】電圧検出器１０４は、ドレイン出力電圧か
ら入力信号の差周波電圧を検出する。この差周波電圧に
基づき、制御部１０６は上記差周波電圧と１８０度位相
が異なる電圧を電圧源１０７が出力するように電圧源１
０７を制御する。電圧源１０７から出力される上記１８
０度位相の異なる電圧によってドレイン出力電圧に含ま
れる差周波電圧が相殺される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では、ドレインバイアスを制御するために、増幅出力
となるドレイン側の大電力を扱わなければならない。ま
た、差周波信号を検出する手段、すなわち電圧検出器１
０４を別途、設ける必要があるため、回路が複雑になる
という問題がある。

【０００９】そこで、この発明は上記課題を解消するた
めになされたものであり、小電力で制御可能であり、小
型化が可能な電力増幅器を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の電力増幅器は、複数の周波数成分を含む
入力信号を増幅する信号増幅手段と、上記信号増幅手段
によって発生する上記入力信号の差周波信号を検出する
差周波信号検出手段と、検出された上記差周波信号のレ
ベルに応じて上記信号増幅手段のバイアス点を変化させ
るバイアス制御手段とを有することを特徴としている。

【００１１】この発明では、信号増幅手段が、複数の周
波数成分を含む入力信号を増幅し、この信号増幅手段が
発生する入力信号の差周波信号を、差周波信号検出手段
で検出し、バイアス制御手段が、検出された上記差周波
信号のレベルに応じて上記信号増幅手段のバイアス点を
変化させる。

【００１２】したがって、この発明によれば、信号増幅
手段から歪が発生するような大振幅強度の信号を増幅す
る場合は、信号増幅手段を線形性の良いＡ級動作させて
歪を抑制することができる。一方、信号増幅手段から歪
が発生しないような小振幅強度の信号を増幅する場合
は、信号増幅手段を電力効率の良いＢ級に近い動作をさ
せることができる。このように、この発明は、信号増幅
手段に印加されるバイアスを、信号増幅手段にて発生す
る差周波信号レベルによって変化させることで、高効率
かつ低歪な電力増幅器を実現できる。

【００１３】また、この発明によれば、通常バイアス回
路に用いられているチョークインダクタと低周波成分を
短絡するためのコンデンサにて、差周波信号を検出する
ことが可能になるので、差周波信号検出手段を専用に設
ける必要がない。このため、バイアス部分と差周波信号
検出手段とを兼用できる。したがって、その分、電力増
幅器の構成が容易になり、回路が小型となる。また、こ
の電力増幅器を採用することで、高効率かつ低歪な通信
端末を実現できる。

【００１４】また、一実施形態の電力増幅器は、上記差
周波信号検出手段は、上記信号増幅手段のコレクタ電源
経路に接続されたインダクタンス素子を有し、上記イン
ダクタンス素子のコレクタ電源側の端子で上記差周波信
号が検出される。

【００１５】この一実施形態では、インダクタンス素子
は、差周波信号よりも、入力信号に対して、高インピー
ダンスなので、信号増幅手段にて増幅された入力信号は
インダクタンス素子を通ることなく、差周波信号検出手
段を通り過ぎて、出力回路へ達する。したがって、イン
ダクタンス素子は、入力信号の周波数成分を阻止し、差
周波信号の周波数成分だけを差周波信号検出手段に通過
させるフィルターになる。これにより、差周波信号は、
入力信号に影響を与えることなく、インダクタンス素子
のコレクタ電源側の端子Ａで差周波信号を検出できる。

【００１６】また、他の実施形態の電力増幅器は、上記
差周波信号検出手段は、上記信号増幅手段のベース電源
経路に接続されたインダクタンス素子または抵抗素子を
有し、上記インダクタンス素子または抵抗素子のベース
電源側の端子で上記差周波信号が検出される。

【００１７】信号増幅手段のコレクタ側で発生した差周
波信号は、信号増幅手段やバイアス制御手段を介して、
信号増幅手段のベース側でも生じる。

【００１８】この実施形態では、バイアス制御手段は、
信号増幅手段の入力側で、インダクタンス素子または抵
抗素子を経由して、差周波信号を検出し、この入力側で
検出した差周波信号に応じて、ベース電圧源を制御し
て、ベース電圧を変える。この実施形態では、バイアス
制御手段は、信号増幅手段の入力側であるベース側で差
周波信号レベルを検出するから、コレクタ側で差周波信
号レベルを検出する場合に比べて、差周波信号検出部分
(インダクタンス素子)とバイアス制御手段との配線を短
縮でき、回路構成をより小型化できる。

【００１９】また、一実施形態の電力増幅器は、上記イ
ンダクタンス素子を、入力信号の波長の４分の１線路長
の伝送線路とした。

【００２０】この実施形態では、信号周波数が高くなる
場合に好適であり、チョークインダクタ素子よりも１/
４波長伝送線路の方がサイズを小さくすることができ、
電力増幅器の小型化が容易になる。

【００２１】また、他の実施形態の電力増幅器では、上
記バイアス制御手段は、上記差周波信号のレベルに応じ
て、上記信号増幅手段のベース電圧を変化させる。

【００２２】この実施形態では、差周波信号に応じて、
信号増幅手段のベース電圧を変化させて、信号増幅手段
のバイアス点を変化させる。ベース側は、電圧,電流が
コレクタ側より小さいので、小電力で制御することがで
き、バイアス制御が容易になる。

【００２３】また、一実施形態の電力増幅器では、上記
バイアス制御手段は、上記差周波信号のレベルに応じ
て、上記信号増幅手段のコレクタ電圧を変化させる。

【００２４】この実施形態では、上記バイアス制御手段
は、上記差周波信号のレベルに応じて、上記信号増幅手
段のコレクタ電圧を変化させることで、信号増幅手段の
バイアス点を変化させる。

【００２５】また、他の実施形態の電力増幅器は、複数
の周波数成分を含む入力信号を増幅する信号増幅手段
と、上記信号増幅手段の出力側に配置された歪補償回路
と、上記信号増幅手段によって発生する上記入力信号の
差周波信号を検出する差周波信号検出手段と、検出され
た上記差周波信号のレベルに応じて上記歪補償回路にお
ける歪補償量を調整する歪補償量制御手段とを有する。

【００２６】信号増幅手段(トランジスタ)に入力される
信号強度振幅が大きいときに、信号増幅手段(トランジ
スタ)は歪を発生するが、この実施形態では、差周波信
号検出手段が、差周波信号を検出し、この差周波信号に
基いて、歪補償量制御手段が、歪補償回路の歪補償量を
調整する。これにより、歪補償回路は、信号増幅手段に
入力される信号強度振幅が大きいときに、信号増幅手段
が発生する歪(増幅出力の歪)とは逆の特性を有する歪を
発生させて、信号増幅手段から発生する歪を補償でき
る。

【００２７】また、一実施形態の電力増幅器は、複数の
周波数成分を含む入力信号を増幅する信号増幅手段と、
上記信号増幅手段の入力側に配置された歪補償回路と、
上記信号増幅手段によって発生する上記入力信号の差周
波信号を検出する差周波信号検出手段と、検出された上
記差周波信号のレベルに応じて上記歪補償回路における
歪補償量を調整する歪補償量制御手段とを有する。

【００２８】この実施形態では、上記歪補償回路が、信
号増幅手段の入力側に配置されているから、信号強度が
大きな出力側に歪補償回路を配置する場合に比べて、歪
補償回路を小型化できる。

【００２９】また、他の実施形態の電力増幅器は、負帰
還回路を有し、複数の周波数成分を含む入力信号を増幅
する信号増幅手段と、上記信号増幅手段が発生する上記
入力信号の差周波信号を検出する差周波信号検出手段
と、検出された上記差周波信号のレベルに応じて上記負
帰還回路における帰還量を調整する帰還量制御手段とを
備える。

【００３０】この実施形態では、帰還量制御手段が、差
周波信号検出手段で検出した差周波信号のレベルに応じ
て負帰還回路における帰還量を調整することによって、
出力信号に含まれる歪の低減を図れ、低歪な電力増幅器
を実現できる。

【００３１】また、一実施形態の電力増幅器は、複数の
信号増幅手段と、上記信号増幅手段の少なくとも一つに
よって発生する入力信号の差周波信号のレベルを検出す
る差周波信号検出手段とを有する。

【００３２】この実施形態では、複数の信号増幅手段を
備え、少なくとも一つの信号増幅手段で発生する差周波
信号のレベルを、差周波信号検出手段で検出して、この
信号増幅手段のバイアス制御を行うから、低歪な電力増
幅器を実現できる。

【００３３】また、他の実施形態の電力増幅器は、上記
複数の信号増幅手段のうち、所定段の信号増幅手段が発
生する差周波信号のレベルを検出し、上記差周波信号の
レベルに応じて、上記バイアス制御手段が、上記信号増
幅手段よりも前段の信号増幅手段を制御する。

【００３４】この実施形態では、所定段の信号増幅手段
が発生する差周波信号のレベルに応じて、バイアス制御
手段で、上記信号増幅手段よりも前段の信号増幅手段の
バイアス点を制御するから、歪の検出が容易である上
に、バイアス点制御による歪低減を効率よく行える。

【００３５】また、一実施形態の通信端末は、上記の電
力増幅器を具備している。この通信端末では、上記電力
増幅器を具備することで、高効率,低歪で小型化が可能
な通信端末を実現できる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００３７】〔第１の実施の形態〕図１に、この発明の
第１実施形態の電力増幅器の構成を示す。この電力増幅
器は、入力整合回路３と、この入力整合回路３にベース
が接続されたバイポーラトランジスタ６とを備えてい
る。このバイポーラトランジスタ６のコレクタ６Ａは、
出力整合回路１２に接続され、エミッタはグランド(Ｇ
ＮＤ)に接続されている。

【００３８】上記トランジスタ６のベースと入力整合回
路３とを接続する接続線にべースチョークインダクタ４
とベース電圧源５とが順に直列接続されている。一方、
上記トランジスタ６のコレクタと出力整合回路１２とを
接続する接続線にコレクタチョークインダクタ７と差周
波電流接地用コンデンサ８が順に直列接続され、接地用
コンデンサ８はグランド(ＧＮＤ)に接続されている。上
記バイポーラトランジスタ６は、ＡＢ級動作している。

【００３９】上記チョークインダクタ７と接地用コンデ
ンサ８との接続線には、コレクタ電圧源１１が接続され
ている。また、上記接続線には、直流成分阻止用コンデ
ンサ９を介してバイアス制御回路１０が接続されてい
る。そして、このバイアス制御回路１０は、上記ベース
電圧源５に接続されている。

【００４０】上記コレクタチョークインダクタ７は、バ
イポーラトランジスタ６にて増幅される入力信号１に対
して十分高いインピーダンスを有するインダクタであ
り、入力信号１よりも低い周波数の差周波信号２に対し
ては低いインピーダンスを示す。

【００４１】ここで、近接した周波数ｆ₁,ｆ₂の二波信
号をトランジスタに入力した場合を例にして、歪の発生
機構を説明する。トランジスタは非線型性を有してお
り、その入出力特性は、入力信号をＶ_i(ｔ)とし、出力
信号をＶ₀(ｔ)とし、ａ_nを係数とすると、近似的に、次
の式(１)で示すべき級数で表される。

【００４２】 Ｖ₀(t)＝a₁Ｖ_i(t)＋a₂Ｖ_i(t)²＋a₃Ｖ_i(t)³ ＋ … ＋a_nＶ_i(t)ⁿ …(１) また、近接した周波数ｆ₁,ｆ₂(ｆ₁ ＞ｆ₂)の二波信号
を、次の式(２)で表すこととする。式(２)において、
Ａ,Ｂは係数とする。

【００４３】 Ｖ_i(ｔ)＝Ａsin(２πｆ₁ｔ)＋Ｂsin(２πｆ₂ｔ) …(２) この式(２)で表された入力信号Ｖ_i(ｔ)を式(１)に代入
して、出力信号の周波数成分を求めると、入力信号の周
波数成分ｆ₁,ｆ₂以外に、式(１)の偶数べき成分によっ
て、(ｆ₁−ｆ₂),２(ｆ₁−ｆ₂)などの周波数成分が生じ
ることが分かる。また、式(１)の奇数べき成分によっ
て、２ｆ₁−ｆ₂(３次相互変調歪),３ｆ₁−２ｆ₂(５次相
互変調歪)などの周波数成分が生じる。

【００４４】上記偶数次の非線形性のうち、二次の非線
形性の影響が最も大きいので、二次の非線形性により発
生する入力信号の差周波の信号、つまり(ｆ₁−ｆ₂)の周
波数成分を有する信号が一番強く現れる。この信号は入
力信号よりも低周波数成分である。この差周波信号によ
ってトランジスタのコレクタ側に差周波の低周波電圧が
発生し、その結果、トランジスタのコレクタ電圧が変動
し、トランジスタに入力される信号が変調され、歪が発
生する。

【００４５】また、上記奇数次の非線形性によって生じ
た周波数成分は、入力信号の周波数成分ｆ₁,ｆ₂の近傍
の周波数を有しているから、移動体通信システムの変調
信号のように、或る帯域を有する信号をトランジスタに
て増幅する際に、その信号の周波数帯の近傍に、新たな
周波数成分が生じることとなる。これは、隣接チャネル
漏洩電力と呼ばれ、他の変調信号への妨害信号になる。

【００４６】このように、トランジスタにて発生する歪
には、偶数次の非線形性に起因するものと、奇数次の非
線形性に起因するものがある。

【００４７】次に、この第１実施形態の動作について説
明する。バイポーラトランジスタ６のベースに入力信号
１を入力すると、バイポーラトランジスタ６の偶数次の
非線形性によって、入力信号１の差の周波数を有する差
周波電流２がバイポーラトランジスタ６のコレクタ６Ａ
に発生する。この差周波電流２は差周波電流２に対して
低いインピーダンスであるコレクタチョークインダクタ
７を通り、差周波電流接地用コンデンサ８に流れる。

【００４８】コレクタチョークインダクタ７は、入力信
号１に対して、高インピーダンスなので、バイポーラト
ランジスタ６にて増幅された入力信号１はコレクタチョ
ークインダクタ７を通らず、出力整合回路１２を通る。
このように、コレクタチョークインダクタ７は、入力信
号１の周波数成分を阻止し、差周波電流２の周波数成分
を通過させるフィルターになる。

【００４９】これにより、差周波電流２は、入力信号に
影響を与えることなく、コレクタチョークインダクタ７
のコレクタ電源１１側の端子Ａで検出できる。この差周
波電圧は、コレクタチョークインダクタ７と差周波電流
接地用コンデンサ８の間からＤＣ(直流)阻止コンデンサ
９を介して接続されているバイアス制御回路１０に入力
される。

【００５０】このバイアス制御回路１０は、入力される
差周波電圧のレベルが所定値よりも高いときは、ベース
電圧源５を制御して、ベース電圧を高くする。一方、入
力される差周波電圧のレベルが所定値よりも低いとき
は、ベース電圧源５を制御してベース電圧を低くする。
このベース電圧源５は、直流電圧源と可変抵抗素子から
なっており、バイアス制御回路１０からのバイアス制御
信号に応じて、可変抵抗素子のインピーダンスを変える
ことで、ベース電圧を変化させる。

【００５１】たとえば、上記入力信号１が、バイポーラ
トランジスタ６にとって大振幅強度の場合は、バイポー
ラトランジスタ６のコレクタ６Ａにて発生する差周波電
流２のレベルが高くなる。これは、バイポーラトランジ
スタ６の動作が歪んでいる状態なので、バイアス点をＡ
Ｂ級動作から、歪の発生が小さいＡ級動作に近くなるよ
うに、ベース電圧源５から出力されるベース電圧を上げ
て、バイポーラトランジスタ６に流れるコレクタ電流を
増加させる。

【００５２】一般的に、ＡＢ級動作よりもＡ級動作の方
が低歪であるから、この制御によって、大振幅強度の信
号を増幅する時のバイポーラトランジスタ６の非線形性
が抑制される。これは、バイポーラトランジスタ６をＡ
級に近いバイアス点で動作させるほど、バイポーラトラ
ンジスタ６の奇数次の非線形性の影響が小さくなって、
３次相互変調歪み等の奇数次の非線形性に起因する歪の
発生が小さくなるからである。

【００５３】なお、特開平１１−１２２０５１号公報に
開示されている従来技術では、差周波信号によるドレイ
ン電圧の変動を小さくするために、出力電力の大きなド
レイン側を制御する。したがって、大きな電力を扱わな
ければならないので制御が難しくなる。

【００５４】これに対して、この実施形態では、差周波
信号に応じて、バイポーラトランジスタ６のベース側を
制御する。ベース側は、電圧,電流がコレクタ側より小
さいので、小電力で制御することができ、従来技術より
も、制御が容易になる。また、この実施形態では、通常
のバイアス回路で用いられるコンデンサ(差周波信号接
地用コンデンサ８)で差周波信号を検出するから、従来
技術で設ける必要がある差周波信号を検出する電圧検出
器１０４が要らない。したがって、回路が小型になる。

【００５５】一方、小振幅強度の信号を増幅する場合
は、バイポーラトランジスタ６のコレクタ６Ａにて発生
する差周波信号のレベルが低くなる。これはバイポーラ
トランジスタ６が歪んでいない状態なので、バイアス制
御回路１０は、ベース電圧源５から出力されるベース電
圧を下げて、バイポーラトランジスタ６に流れるコレク
タ電流を減少させ、バイポーラトランジスタ６のバイア
ス点を、電力効率のより優れたＢ級に近くする。

【００５６】このように、この第１実施形態によれば、
バイポーラトランジスタ６から歪が発生するような大振
幅強度の信号を増幅する場合は、バイポーラトランジス
タ６を線形性の良いＡ級動作させて歪を抑制する。一
方、バイポーラトランジスタ６から歪が発生しないよう
な小振幅強度の信号を増幅する場合は、バイポーラトラ
ンジスタ６を電力効率の良いＢ級に近い動作をさせる。

【００５７】このように、この第１実施形態は、バイポ
ーラトランジスタ６に印加されるバイアスを、バイポー
ラトランジスタ６にて発生する差周波信号レベルによっ
て変化させることで、高効率かつ低歪な電力増幅器を実
現できる。また、この電力増幅器を採用することで、高
効率かつ低歪な通信端末を実現できる。

【００５８】〔第２の実施の形態〕なお、上記第１実施
形態では、上記差周波信号レベルに基き、ベース電圧を
変化させたが、ベース電圧に替えて、コレクタ電圧を変
化させ、バイポーラトランジスタ６のバイアス点を変化
させてもよい。

【００５９】また、上記第１,第２の実施形態では、信
号増幅手段としてエミッタ接地型バイポーラトランジス
タを採用したが、ソース接地型電界効果トランジスタを
採用してもよい。この場合にも、同様の効果がある。ま
た、エミッタ接地型バイポーラトランジスタ６を、ベー
ス接地型バイポーラトランジスタまたはゲート接地型電
界効果トランジスタとしても、同様の効果がある。

【００６０】〔第３の実施の形態〕次に、図２に、この
発明の第３実施形態の構成を示す。

【００６１】この第３実施形態は、バイアス制御回路１
０を、直流成分阻止用コンデンサ９を介して、ベースチ
ョクインダクタ４に接続した点と、差周波電流接地用コ
ンデンサ８８をベースチョークインダクタ４とグランド
(ＧＮＤ)との間に接続した点とが、前述の第１実施形態
と異なる。

【００６２】この第３実施形態では、バイポーラトラン
ジスタ６のコレクタ６Ａ側で発生した差周波信号は、バ
イポーラトランジスタ６やバイアス制御回路１０を介し
て、バイポーラトランジスタ６のベース側でも生じる。

【００６３】この第３実施形態では、バイアス制御回路
１０は、バイポーラトランジスタ６の入力側で、ベース
チョークインダクタ４,直流成分阻止用コンデンサ９を
経由して、差周波信号を検出し、この入力側で検出した
差周波信号に応じて、ベース電圧源５を制御して、ベー
ス電圧を変える。この制御の内容は、前述の第１実施形
態と同様である。

【００６４】この第３実施形態では、バイアス制御回路
１０は、バイポーラトランジスタ６の入力側であるベー
ス側で差周波信号レベルを検出するから、コレクタ６Ａ
側で差周波信号レベルを検出する第１実施形態に比べ
て、差周波信号検出部分(ベースチョクインダクタ４)と
バイアス制御回路１０との配線を短縮でき、回路構成を
より小型化できる。

【００６５】〔第４の実施の形態〕次に、図３に、この
発明の第４実施形態の構成を示す。この第４実施形態
は、図１のコレクタチョークインダクタ７に代えて、入
力信号１の波長の４分の１波長の伝送線路１３を使用し
た点だけが、前述の第１実施形態と異なる。

【００６６】この第４実施形態では、伝送線路１３はλ
/４変成器として機能し、入力信号１にとって、バイポ
ーラトランジスタ６のコレクタ６Ａから見たコレクタ電
源回路１１のインピーダンスは無限大となる。したがっ
て、バイポーラトランジスタ６にて増幅された信号はコ
レクタ電圧源１１の方へ行くことができなくなる。

【００６７】この第４実施形態によれば、信号周波数が
高くなる場合に好適であり、チョークインダクタ７より
もλ/４長伝送線路１３の方がサイズを小さくすること
ができ、電力増幅器の小型化が容易になる。

【００６８】〔第５の実施の形態〕次に、図４に、この
発明の第５実施形態の構成を示す。この第５実施形態
は、バイアス制御回路１０の出力側がベース電圧源５に
接続されている第１実施形態と異なり、歪補償回路１６
に接続されている。この歪補償回路１６は、入力整合回
路３とバイポーラトランジスタ６との間に接続されてい
る。

【００６９】トランジスタ６に入力される信号強度振幅
が大きい時に、トランジスタ６は歪を発生するが、この
第５実施形態では、差周波電流２に基く差周波電圧が入
力されたバイアス制御回路１０からの制御信号が、歪補
償回路１６に入力される。これにより、歪補償回路１６
は、トランジスタ６に入力される信号強度振幅が大きい
ときに、トランジスタ６が発生する歪(増幅出力の歪)と
は逆の特性を有する歪を発生させる。これにより、トラ
ンジスタ６から発生する歪を補償することができる。

【００７０】〔第６の実施の形態〕次に、図５に、この
発明の第６実施形態の構成を示す。この第６実施形態で
は、歪補償回路１７が出力整合回路１２と出力端子Ｔou
tとの間に接続され、この歪補償回路１７にバイアス制
御回路１０の出力側が接続されている点が前述の第５実
施形態と異なる。ここで、バイアス制御回路１０は歪補
償量制御手段をなしている。

【００７１】この第６実施形態では、差周波電流２に基
く差周波電圧が入力されたバイアス制御回路１０からの
制御信号が、歪補償回路１７に入力される。これによ
り、コレクタ６Ａ側に設けられた歪補償回路１７は、ト
ランジスタ６に入力される信号強度振幅が大きいとき
に、トランジスタ６が発生する歪(増幅出力の歪)とは逆
の特性を有する歪を発生させる。これにより、トランジ
スタ６から発生する歪を補償することができる。

【００７２】この実施形態は、トランジスタ６での出力
側で発生する差周波信号２のレベルに基き、バイアス制
御回路１０から歪補償回路１７に入力される制御信号で
もって、歪補償量を調整し、出力信号に含まれる歪を低
減する。

【００７３】なお、トランジスタ６の入力側の方が、出
力側よりも信号強度が小さいから、この第６実施形態に
比べて、前述の第５実施形態のようなトランジスタの入
力側に歪補償回路を設置する方が、歪補償回路を小型化
できる。

【００７４】〔第７の実施の形態〕次に、図６に、この
発明の第７実施形態の構成を示す。この第７実施形態
は、コレクタ６Ａとコレクタチョークインダクタ７との
接続点Ｇとベース６Ｂとの間に負帰還回路１８が接続さ
れ、この負帰還回路１８にバイアス制御回路１０の出力
側が接続されている点が、前述の第１実施形態と異な
る。このバイアス制御回路１０が、帰還量制御手段をな
す。

【００７５】この第７実施形態では、トランジスタ６か
ら生じる差周波信号レベルに応じて、バイアス制御回路
１０で負帰還回路１８の帰還量を変化させることによっ
て、低歪な電力増幅器を実現する。

【００７６】この第７実施形態では、トランジスタ６に
て発生する差周波信号レベルが大きい時は、負帰還回路
１８の帰還量を大きくして、出力信号に含まれる歪を低
減することで、低歪な電力増幅器を実現できる。

【００７７】〔第８の実施の形態〕次に、図７に、この
発明の第８実施形態の構成を示す。この第８実施形態
は、バイポーラトランジスタ６１と６２を備える点が、
前述の第１実施形態と異なる。

【００７８】この第８実施形態では、バイポーラトラン
ジスタ６１のコレクタとバイポーラトランジスタ６２の
ベースとの間に、段間整合回路１４が接続されており、
この段間整合回路１４にはバイアス整合回路１５が接続
されている。

【００７９】そして、このバイポーラトランジスタ６１
のベースが入力整合回路３に接続され、バイポーラトラ
ンジスタ６２のコレクタ６２が出力整合回路１２に接続
されている。また、トランジスタ６１と６２のエミッタ
は、グランド(ＧＮＤ)に接続されている。

【００８０】次に、動作について説明する。この第８実
施形態では、ＡＢ級動作している最終段のトランジスタ
６２によって発生する差周波信号のレベルを、バイアス
制御回路１０で検出する。このバイアス制御回路１０
は、ベース電圧源５を制御することで、上記差周波信号
のレベルに応じて、トランジスタ６２よりも前段のトラ
ンジスタ６１のバイアスを変化させ、トランジスタ６１
の動作点を変える。

【００８１】トランジスタ６１,６２は、ＡＢ級動作よ
りもＡ級動作に近づく方が、大きな利得が得られる。し
たがって、トランジスタ６１の動作点を変えることによ
り、トランジスタ６１の利得を変化させることができ
る。トランジスタ６１の利得が変化すると、トランジス
タ６２に入力される信号振幅強度も変化する。

【００８２】トランジスタ６２に入力される信号振幅強
度が大きくなるにつれて、増幅される信号に大きな歪が
発生する。この第８実施形態では、トランジスタ６２が
発生する差周波信号レベルが大きいときは、バイアス制
御回路１０がベース電圧源５が発生するベース電圧を下
げて、トランジスタ６１の利得を下げ、トランジスタ６
２に入力される信号の信号振幅強度を小さくすることに
よって、トランジスタ６２の出力に発生する歪を低減す
る。

【００８３】この第８実施形態では、トランジスタ６２
から発生する差周波信号を検出して、トランジスタ６１
のバイアス制御に利用したが、複数のトランジスタ６
１,６２から発生する差周波信号を検出し、どちらか一
方、もしくは複数のトランジスタのバイアスの制御に利
用し、低歪な電力増幅器を実現することも可能である。

【００８４】この第８実施形態では、２個のバイポーラ
トランジスタ６１,６２を備えた場合について説明した
が、２個以上の複数のバイポーラトランジスタを備える
電力増幅器にも適用可能である。

【００８５】〔第９の実施の形態〕次に、この発明の第
９実施形態として、図１に示す第１実施形態の電力増幅
器を、携帯端末のパワーアンプに適用した場合について
説明する。

【００８６】この第９実施形態では、入力信号１が、１
９５０[ＭＨｚ]を中心とする帯域幅３.８４[ＭＨｚ]の
信号とすると、バイポーラトランジスタ６のコレクタ６
Ａに生じる差周波電流２は、周波数０[Ｈｚ]から周波数
７.６８[ＭＨｚ]までの電流となる。この差周波電流２
は、差周波信号接地用コンデンサ８にて差周波電圧に変
換される。この差周波電圧は、コレクタチョークインダ
クタ７と差周波電流接地用コンデンサ８の間からＤＣ阻
止コンデンサ９を介して接続されているバイアス制御回
路１０に入力される。バイアス制御回路１０は、差周波
電圧のレベルが高い時は、ベース電圧を高くし、差周波
電圧のレベルが低い時は、ベース電圧を低くするようベ
ース電圧源５を制御し、低歪なパワーアンプを実現でき
る。

【００８７】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の電
力増幅器は、信号増幅手段が、複数の周波数成分を含む
入力信号を増幅し、この信号増幅手段が発生する入力信
号の差周波信号を、差周波信号検出手段で検出し、バイ
アス制御手段が、検出された上記差周波信号のレベルに
応じて上記信号増幅手段のバイアス点を変化させる。し
たがって、この発明によれば、信号増幅手段から歪が発
生するような大振幅強度の信号を増幅する場合は、信号
増幅手段を線形性の良いＡ級動作させて歪を抑制するこ
とができる。一方、信号増幅手段から歪が発生しないよ
うな小振幅強度の信号を増幅する場合は、信号増幅手段
を電力効率の良いＢ級に近い動作をさせることができ
る。このように、この発明は、信号増幅手段に印加され
るバイアスを、信号増幅手段にて発生する差周波信号レ
ベルによって変化させることで、高効率かつ低歪な電力
増幅器を実現できる。

【００８８】また、この発明によれば、通常バイアス回
路に用いられているチョークインダクタと低周波成分を
短絡するためのコンデンサにて、差周波信号を検出する
ことが可能になるので、差周波信号検出手段を専用に設
ける必要がない。このため、バイアス部分と差周波信号
検出手段とを兼用できる。したがって、その分、電力増
幅器の構成が容易になり、回路が小型となる。また、こ
の電力増幅器を採用することで、高効率かつ低歪な通信
端末を実現できる。

【００８９】また、一実施形態の電力増幅器では、上記
差周波信号検出手段は、上記信号増幅手段のコレクタ電
源経路に接続されたインダクタンス素子を有し、上記イ
ンダクタンス素子のコレクタ電源側の端子で上記差周波
信号が検出される。インダクタンス素子は、差周波信号
よりも、入力信号に対して、高インピーダンスなので、
インダクタンス素子は、入力信号の周波数成分を阻止
し、差周波信号の周波数成分だけを差周波信号検出手段
に通過させるフィルターになる。これにより、差周波信
号は、入力信号に影響を与えることなく、インダクタン
ス素子のコレクタ電源側の端子で差周波信号を検出でき
る。

【００９０】また、他の実施形態では、バイアス制御手
段は、信号増幅手段の入力側で、インダクタンス素子ま
たは抵抗素子を経由して、差周波信号を検出し、この入
力側で検出した差周波信号に応じて、ベース電圧源を制
御して、ベース電圧を変える。この実施形態では、バイ
アス制御手段は、信号増幅手段の入力側であるベース側
で差周波信号レベルを検出するから、コレクタ側で差周
波信号レベルを検出する場合に比べて、差周波信号検出
部分(インダクタンス素子)とバイアス制御手段との配線
を短縮でき、回路構成をより小型化できる。

【００９１】また、一実施形態の電力増幅器では、上記
インダクタンス素子を、入力信号の波長の４分の１線路
長の伝送線路とした。この実施形態では、信号周波数が
高くなる場合に好適であり、チョークインダクタ素子よ
りも１/４波長伝送線路の方がサイズを小さくすること
ができ、電力増幅器の小型化が容易になる。

【００９２】また、他の実施形態の電力増幅器では、上
記バイアス制御手段は、差周波信号に応じて、信号増幅
手段のベース電圧を変化させて、信号増幅手段のバイア
ス点を変化させる。ベース側は、電圧,電流がコレクタ
側より小さいので、小電力で制御することができ、バイ
アス制御が容易になる。

【００９３】また、一実施形態の電力増幅器では、上記
バイアス制御手段は、上記差周波信号のレベルに応じ
て、上記信号増幅手段のコレクタ電圧を変化させること
で、信号増幅手段のバイアス点を変化させる。

【００９４】また、他の実施形態では、差周波信号検出
手段が、差周波信号を検出し、この差周波信号に基い
て、歪補償量制御手段が、歪補償回路の歪補償量を調整
する。これにより、歪補償回路は、信号増幅手段に入力
される信号強度振幅が大きいときに、信号増幅手段が発
生する歪(増幅出力の歪)とは逆の特性を有する歪を発生
させて、信号増幅手段から発生する歪を補償できる。

【００９５】また、一実施形態の電力増幅器は、上記歪
補償回路が、信号増幅手段の入力側に配置されているか
ら、信号強度が大きな出力側に歪補償回路を配置する場
合に比べて、歪補償回路を小型化できる。

【００９６】また、他の実施形態の電力増幅器は、帰還
量制御手段が、差周波信号検出手段で検出した差周波信
号のレベルに応じて負帰還回路における帰還量を調整す
ることによって、出力信号に含まれる歪の低減を図れ、
低歪な電力増幅器を実現できる。

【００９７】また、一実施形態の電力増幅器は、複数の
信号増幅手段を備え、少なくとも一つの信号増幅手段で
発生する差周波信号のレベルを、差周波信号検出手段で
検出して、この信号増幅手段のバイアス制御を行うか
ら、低歪な電力増幅器を実現できる。

【００９８】また、他の実施形態の電力増幅器は、上記
複数の信号増幅手段のうち、所定段の信号増幅手段が発
生する差周波信号のレベルに応じて、バイアス制御手段
で、上記信号増幅手段よりも前段の信号増幅手段のバイ
アス点を制御するから、歪の検出が容易である上に、バ
イアス点制御による歪低減を効率よく行える。

【００９９】また、一実施形態の通信端末では、上記の
電力増幅器を具備することで、高効率,低歪で小型化が
可能な通信端末を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の電力増幅器の第１実施形態であ
り、コレクタバイアス回路にて検出した差周波信号に応
じて、信号増幅手段のバイアスを変化させる回路の構成
図である。

【図２】 この発明の電力増幅器の第３実施形態であ
り、ベースバイアス回路にて検出した差周波信号に応じ
て、信号増幅手段のバイアスを変化させる回路の構成図
である。

【図３】 この発明の電力増幅器の第４実施形態であ
り、チョークインダクタの代わりに入力信号の波長の１
/４長の伝送線路を用いる回路の構成図である。

【図４】 この発明の電力増幅器の第５実施形態であ
り、差周波信号に応じて、信号増幅手段の入力側の歪補
償回路の歪補償量を変化させる回路の構成図である。

【図５】 この発明の電力増幅器の第６実施形態であ
り、差周波信号に応じて、信号増幅手段の出力側の歪補
償回路の歪補償量を変化させる回路の構成図である。

【図６】 この発明の電力増幅器の第７実施形態であ
り、差周波信号に応じて負帰還回路での帰還量を変化さ
せる回路の構成図である。

【図７】 この発明の電力増幅器の第８実施形態であ
り、複数の信号増幅手段よりなる回路の構成図である。

【図８】 従来の電力増幅器の構成図である。

【符号の説明】

１…入力信号、２…差周波信号、３…入力整合回路、４
…ベースチョークインダクタ、５…ベース電圧源、６,
６１,６２…エミッタ接地形バイポーラトランジスタ、
７…コレクタチョークインダクタ、８…差周波信号接地
コンデンサ、９…ＤＣ阻止コンデンサ、１０…バイアス
制御回路、１１…コレクタ電圧源、１２…出力整合回
路、１３…入力信号の波長の１/４長の伝送線路、１４
…段間整合回路、１５…バイアス回路、１６…歪補償回
路、１７…歪補償回路、１８…負帰還回路、１０１…入
力整合回路、１０２…ゲートバイアス回路、１０３…増
幅用ＭＯＳＦＥＴ、１０４…電圧検出器、１０５…出力
整合回路、１０６…制御部、１０７…電圧源、１０８…
ドレインチョークインダクタ。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J090 AA01 AA41 AA63 AA64 CA21 CA92 FA10 GN01 GN06 HA02 HA10 HA29 HA33 KA11 KA12 KA29 KA41 MA13 MA21 SA13 5J091 AA01 AA41 AA63 AA64 CA21 CA92 FA10 HA02 HA10 HA29 HA33 KA11 KA12 KA29 KA41 MA13 MA21 SA13 UW08 5J092 AA01 AA41 AA63 AA64 CA21 CA92 FA10 GR09 HA02 HA10 HA29 HA33 KA11 KA12 KA29 KA41 MA13 MA21 SA13

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の周波数成分を含む入力信号を増幅
   する信号増幅手段と、 上記信号増幅手段によって発生する上記入力信号の差周
   波信号を検出する差周波信号検出手段と、 検出された上記差周波信号のレベルに応じて上記信号増
   幅手段のバイアス点を変化させるバイアス制御手段とを
   有することを特徴とする電力増幅器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電力増幅器において、 上記差周波信号検出手段は、上記信号増幅手段のコレク
   タ電源経路に接続されたインダクタンス素子を有し、 上記インダクタンス素子のコレクタ電源側の端子で上記
   差周波信号が検出されることを特徴とする電力増幅器。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の電力増幅器において、 上記差周波信号検出手段は、上記信号増幅手段のベース
   電源経路に接続されたインダクタンス素子または抵抗素
   子を有し、 上記インダクタンス素子または抵抗素子のベース電源側
   の端子で上記差周波信号が検出されることを特徴とする
   電力増幅器。
4. 【請求項４】 請求項２または３に記載の電力増幅器に
   おいて、 上記インダクタンス素子を、入力信号の波長の４分の１
   線路長の伝送線路としたことを特徴とする電力増幅器。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
   電力増幅器において、 上記バイアス制御手段は、上記差周波信号のレベルに応
   じて、上記信号増幅手段のベース電圧を変化させること
   を特徴とする電力増幅器。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
   電力増幅器において、 上記バイアス制御手段は、上記差周波信号のレベルに応
   じて、上記信号増幅手段のコレクタ電圧を変化させるこ
   とを特徴とする電力増幅器。
7. 【請求項７】 複数の周波数成分を含む入力信号を増幅
   する信号増幅手段と、 上記信号増幅手段の出力側に配置された歪補償回路と、 上記信号増幅手段によって発生する上記入力信号の差周
   波信号を検出する差周波信号検出手段と、 検出された上記差周波信号のレベルに応じて上記歪補償
   回路における歪補償量を調整する歪補償量制御手段とを
   有することを特徴とする電力増幅器。
8. 【請求項８】 複数の周波数成分を含む入力信号を増幅
   する信号増幅手段と、 上記信号増幅手段の入力側に配置された歪補償回路と、 上記信号増幅手段によって発生する上記入力信号の差周
   波信号を検出する差周波信号検出手段と、 検出された上記差周波信号のレベルに応じて上記歪補償
   回路における歪補償量を調整する歪補償量制御手段とを
   有することを特徴とする電力増幅器。
9. 【請求項９】 負帰還回路を有し、複数の周波数成分を
   含む入力信号を増幅する信号増幅手段と、 上記信号増幅手段が発生する上記入力信号の差周波信号
   を検出する差周波信号検出手段と、 検出された上記差周波信号のレベルに応じて上記負帰還
   回路における帰還量を調整する帰還量制御手段とを備え
   ることを特徴とする電力増幅器。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれか１つに記載
    の電力増幅器において、 複数の信号増幅手段と、 上記信号増幅手段の少なくとも一つによって発生する入
    力信号の差周波信号のレベルを検出する差周波信号検出
    手段とを有することを特徴とする電力増幅器。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の電力増幅器におい
    て、 上記複数の信号増幅手段のうち、所定段の信号増幅手段
    が発生する差周波信号のレベルを検出し、上記差周波信
    号のレベルに応じて、上記バイアス制御手段が、上記信
    号増幅手段よりも前段の信号増幅手段を制御することを
    特徴とする電力増幅器。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１のいずれか１つに記
    載の電力増幅器を具備した通信端末。