JP2002164752A - 高周波用電力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 さらなる高性能化の要求が高まるなか、新た
な回路を付加することなくさらにＡＣＰを向上して効率
化・高性能化に対応可能な高周波用電力増幅器を提供す
る。 【解決手段】 高周波トランジスタＱ11と、入力整合回
路12と、出力整合回路13と、ドレインマイクロストリッ
プ線路Ｌ12とを具備するとともに、前記出力整合回路13
は、途中で分割された分布定数線路Ｌ13とこれら分割さ
れた分布定数線路Ｌ13間を接続するワイヤとから成る高
周波用電力増幅器である。途中で分割された分布定数線
路Ｌ13とこれを接続するワイヤとにより並列共振回路18
が構成され、その共振周波数を高調波信号の周波数に合
わせることにより、その共振信号は並列共振回路18を伝
搬しなくなるので、ＡＣＰを向上することができ、効率
化・高性能化に対応することができる。

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電力増幅器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話を始めとする移動体通信
機等に使用される半導体デバイスや電子部品に対する小
型化・軽量化の要求が強まっており、中でも、これらの
機器においてマイクロ波帯等の高周波信号を送信するた
めに増幅する高周波用電力増幅器に対する効率化・小型
化・高性能化・コストダウンの要求がますます強くなっ
ている。

【０００３】従来の高周波用電力増幅器の回路構成の例
を図３に回路図で示す。図３において、高周波用電力増
幅器１は所定の値の比誘電率を有する誘電体基板（図示
せず）上に構成されている。Ｑ１は電力増幅を行なう電
力増幅部としての高周波トランジスタであり、誘電体基
板の電極部とはワイヤボンディングにて接続されてい
る。ここでは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いた
例を示す。２は入力整合回路であり、高周波トランジス
タＱ１の入力電極であるゲート電極に接続された、高周
波信号の基本周波数に対してインピーダンス整合をとる
ためのものである。また、３は高周波トランジスタＱ１
の出力電極であるドレイン電極に接続された出力整合回
路である。

【０００４】入力整合回路２には、入力端子４に接続さ
れる入力回路（図示せず）とのインピーダンス整合を最
適なものとするための分布定数線路、例えば入力側マイ
クロストリップ線路Ｌ１が用いられ、高周波トランジス
タＱ１のゲート電極と入力端子４との間には入力側直流
阻止コンデンサＣ１が接続されている。また、入力側マ
イクロストリップ線路Ｌ１には、抵抗Ｒ１を介してゲー
トバイアス電圧供給端子５が接続されており、入力整合
用コンデンサＣ２を介して接地されている。

【０００５】一方、出力整合回路３には、出力端子７に
接続される外部回路（図示せず）とのインピーダンス整
合を最適なものとして所望の出力特性に整合をとるため
の分布定数線路、例えば出力側マイクロストリップ線路
Ｌ３が用いられ、高周波トランジスタＱ１のドレイン電
極と出力端子７との間には出力側直流阻止コンデンサＣ
３が接続されている。

【０００６】そして、出力端子７には出力整合用のコン
デンサＣ４とマイクロストリップ線路Ｌ４が接続され、
これを介して接地されている。

【０００７】また、高周波トランジスタＱ１のドレイン
電極には、これに直流電流を供給するためのバイアス回
路として、分布定数線路であるドレインマイクロストリ
ップ線路Ｌ２を介してドレインバイアス供給端子６が、
出力側マイクロストリップ線路Ｌ３との間に接続される
等の形式で接続されている。なお、このドレインマイク
ロストリップ線路Ｌ２は、通常は基本周波数の４分の１
波長の長さになるようにして高周波トランジスタＱ１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見て無
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。

【０００８】従来の高周波用電力増幅器１においては、
このような構成により、高周波信号の基本周波数に対す
る出力インピーダンス整合をとり、効率化・高性能化を
図っていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、さらな
る高性能化の要求が高まるなか、さらに高調波信号を除
去することで、隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＰ）を向上
して、より一層の効率化・高性能化を図ることが要求さ
れるようになった。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みて案出されたもの
であり、その目的は、新たな回路を付加することなくＡ
ＣＰを向上して、さらなる効率化・高性能化の要求にも
対応可能な高周波用電力増幅器を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波用電力増
幅器は、入力電極からの高周波信号を増幅して出力電極
より送出する高周波増幅部と、前記入力電極に接続さ
れ、前記高周波信号の基本周波数に対してインピーダン
ス整合をとるための入力整合回路と、前記出力電極に接
続された出力整合回路と、前記出力電極に接続された直
流電流バイアス回路とを具備するとともに、前記出力整
合回路は、途中で分割された分布定数線路とこれら分割
された分布定数線路間を接続するワイヤとから成ること
を特徴とするものである。

【００１２】本発明の高周波用電力増幅器によれば、出
力整合回路が、伝送ラインである分布定数線路を途中で
分割し、この分割した分布定数線路間をワイヤで接続し
て構成されていることから、これら分割された分布定数
線路のギャップ間に発生するコンデンサ成分とワイヤに
生じるインダクタ成分とで並列共振回路が構成されるこ
ととなり、この共振周波数を高周波増幅部で増幅する高
周波信号の周波数に合わせて調整することによって、高
調波信号の周波数に合わされた共振信号は出力整合回路
に構成される並列共振回路を伝搬しなくなるため、高調
波信号の総和で構成されるＡＣＰは、その高調波成分を
低減させることで向上することができ、その結果、ＡＣ
Ｐを向上することができ、高周波用電力増幅器のさらな
る効率化・高性能化を実現することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の高周波用電力増幅
器を図面に基づき説明する。

【００１４】図１は本発明の高周波用電力増幅器の実施
の形態の一例の回路構成を示す回路図である。

【００１５】図１において、本発明の高周波用電力増幅
器11は、所定の値の比誘電率を有する誘電体材料から成
る誘電体基板（図示せず）上に構成されている。Ｑ11は
電力増幅を行なう高周波増幅部としての高周波トランジ
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
増幅部である。ここでは電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）を用いた例を示す。

【００１６】12は入力整合回路であり、高周波トランジ
スタＱ11の入力電極であるゲート電極に接続された、高
周波信号の基本周波数に対してインピーダンス整合をと
るためのものである。また、13は高周波トランジスタＱ
11の出力電極であるドレイン電極に接続された出力整合
回路である。

【００１７】入力整合回路12には、入力端子14に接続さ
れる入力回路（図示せず）とのインピーダンス整合を最
適なものとするための分布定数線路、例えば入力側マイ
クロストリップ線路Ｌ11を用いている。また、入力側マ
イクロストリップ線路Ｌ11は、抵抗Ｒ11を介してゲート
バイアス電圧供給端子15が接続されており、入力整合用
コンデンサＣ12を介して接地されている。

【００１８】一方、出力整合回路13には、出力端子17に
接続される外部回路（図示せず）とのインピーダンス整
合を最適なものとして所望の出力特性、例えば歪み特性
・出力電力・消費電流等を単独であるいは同時に満足す
るように整合をとるための分布定数線路、例えば出力側
マイクロストリップ線路Ｌ13を用いている。また、高周
波トランジスタＱ11のドレイン電極と出力端子17との間
には、出力側直流阻止コンデンサＣ13が接続されてい
る。

【００１９】そして、出力端子17には出力整合用コンデ
ンサＣ14とマイクロストリップ線路Ｌ14が接続され、こ
れを介して接地されている。これら出力側マイクロスト
リップ線路Ｌ13、出力整合用コンデンサＣ14、マイクロ
ストリップ線路Ｌ14により出力整合回路13が構成されて
いる。

【００２０】また、高周波トランジスタＱ11のドレイン
電極には、これに直流電流を供給するためのバイアス回
路として、分布定数線路であるドレインマイクロストリ
ップ線路Ｌ12を介してドレインバイアス供給端子16が、
出力側マイクロストリップ線路Ｌ13との間に接続される
等の形式で接続されている。

【００２１】そして、本発明の高周波用電力増幅器にお
いては、出力側マイクロストリップ線路Ｌ13はその途中
で２つに分割されており、その分割されたギャップ間が
ワイヤにより接続されていることを特徴とする。図１に
おいてＣ15は分割された出力側マイクロストリップ線路
Ｌ13のギャップ間に生じたコンデンサ成分であり、Ｌ15
は分割された出力側マイクロストリップ線路Ｌ13間を接
続するワイヤのインダクタ成分を示している。このよう
に、出力整合回路13を構成する分布定数線路である出力
側マイクロストリップ線路Ｌ13を途中で分割し、この分
割した出力側マイクロストリップ線路Ｌ13間をワイヤで
接続したことから、これらのコンデンサ成分Ｃ15とイン
ダクタ成分Ｌ15とにより並列共振回路18が構成され、こ
の共振周波数を高周波トランジスタＱ11で増幅される高
周波信号の周波数に合わせることにより、その共振信号
はコンデンサ成分Ｃ15とインダクタ成分Ｌ15とによる並
列共振回路18を伝搬しなくなる。これにより、高調波信
号の総和で構成されるＡＣＰは、その高調波成分を低減
させることで向上することができ、高周波用電力増幅器
11のさらなる効率化・高性能化を実現することができ
る。

【００２２】また、出力整合回路13にこのような並列共
振回路18を形成したときに、高周波から見た伝送ライン
は見かけ上、出力側マイクロストリップ線路Ｌ13とコン
デンサ成分Ｃ15との直列回路となるためコンデンサ成分
Ｃ15の容量成分が追加になった分、出力側マイクロスト
リップ線路Ｌ13の伝送ラインは短く見えるため、その容
量値相当分に応じて出力側マイクロストリップ線路Ｌ13
を長くする必要がある。たとえばコンデンサ成分Ｃ15が
１ｐＦの場合、出力側マイクロストリップ線路Ｌ13を約
2.3ｍｍ長くする必要がある。

【００２３】このような本発明の高周波用電力増幅器11
における並列共振回路18の例を図２に示す側面図に基づ
き説明する。

【００２４】図２において、２つのＬ13は途中で分割さ
れた出力側マイクロストリップ線路、Ｌ15はこの出力側
マイクロストリップ線路Ｌ13間を接続するワイヤのイン
ダクタ成分を示している。Ｓは分割された出力側マイク
ロストリップ線路Ｌ13間のギャップを、ｔはグランドか
らのワイヤの高さを示している。また、εはワイヤとグ
ランド間の比誘電率を示しており、ワイヤを外気から保
護する封止剤を用いた場合にはその比誘電率となり、例
えばアルミナ材を用いた場合であれば約９である。ワイ
ヤのインダクタ成分Ｌ15はグランドとの距離ｔで決ま
る。コンデンサ成分Ｃ15とインダクタ成分Ｌ15により並
列共振回路 ここで、導体線（ワイヤ）を伝搬する電磁波の速度Ｖは
一定であり、式Ｖ＝１／√(ε×ｕ)で表わされる。な
お、ｕはワイヤとグランド間の透磁率である。例えばア
ルミナ材を封止剤に用いた場合であれば、電磁波の伝搬
速度Ｖは約１×10 ^-8ｍ／ｓとなる。また、ワイヤのグラ
ンドからの高さｔが１ｍｍになるように出力側マイクロ
ストリップ線路Ｌ13間のワイヤボンディングを設定する
と、このときにワイヤとグランド間に発生する単位当た
りの寄生容量は約0.15ｐＦとなる。さらに、導体線（ワ
イヤ）を伝搬する電磁波の速度Ｖは、Ｖ＝１／√（Ｌ×
Ｃ）で表現できることより、このときの単位当たりのワ
イヤのインダクタ成分値は約約0.6ｎＨとなる。

【００２５】そして、分割された出力側マイクロストリ
ップ線路Ｌ13のギャップ間の距離Ｓを１ｍｍ、この高周
波用電力増幅器11が形成された誘電体基板の厚みを1.6
ｍｍ、誘電体基板の誘電率を９、出力側マイクロストリ
ップ線路Ｌ13の線路幅をＷ、グランドまでの距離をＨと
し、その比Ｗ／Ｈを10に設定した場合のギャップ容量Ｃ
15をＣ＝Ｗ×（Ｓ／Ｗ）^m×ｅｘｐ（ｋ）の理論式なら
びにシミュレーションで計算すると、約0.5ｐＦとな
る。なお、ｍはＷ／Ｈ×（0.619ｌｏｇ（Ｗ／Ｈ）−0.3
853）、ｋは4.26−1.453ｌｏｇ（Ｗ／Ｈ）である。この
場合、この並列共振回路18の共振周波数は、ｆ＝１／２
π√（ＬＣ）より、約９ＧＨｚとなる。

【００２６】このようにして並列共振回路18による共振
周波数が求められ、出力整合回路13において、分割され
た出力側マイクロストリップ線路Ｌ13間のコンデンサ成
分Ｃ15および出力側マイクロストリップ線路Ｌ13を接続
するワイヤのインダクタ成分Ｌ15により設定された共振
周波数、この例では約９ＧＨｚのみ高周波信号が伝搬さ
れず、それ以外の周波数は伝搬されることとなる。その
結果、高調波信号の総和で構成されるＡＣＰは、その高
調波成分を低減させることで向上を図ることができ、高
周波用電力増幅器11のＡＣＰの向上を図ることができ、
高周波用電力増幅器のさらなる効率化・高性能化の要求
にも対応が可能となる。

【００２７】なお、本発明の高周波用電力増幅器は以上
の実施の形態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あれば種々の変更や改良が可能
である。例えば、入力整合回路12や出力整合回路13・直
流電流バイアス回路を構成する分布定数線路は、上記の
例で示したマイクロストリップ線路に限られず、誘電体
基板内に形成されたストリップ線路を用いてもよいこと
は言うまでもない。

【００２８】また、高周波増幅部としては、以上の例で
示した電界効果トランジスタ等の高周波トランジスタの
他にも、同様の高周波電力増幅機能を有する高周波用の
電力増幅回路等を用いてもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明の高周波用電力増幅器によれば、
出力整合回路を途中で分割された分布定数線路とこれら
分割された分布定数線路間を接続するワイヤとから成る
ものとしたことから、これら分割された分布定数線路の
ギャップ間に発生するコンデンサ成分とワイヤに生じる
インダクタ成分とで並列共振回路が構成されることとな
り、この共振周波数を高周波増幅部で増幅する高周波信
号の周波数に合わせて調整することによって、高調波信
号の周波数に合わされた共振信号は出力整合回路に構成
される並列共振回路を伝搬しなくなるため、高調波信号
の総和で構成されるＡＣＰは、その高調波成分を低減さ
せることで向上することができ、その結果、ＡＣＰを向
上することができ、高周波用電力増幅器のさらなる効率
化・高性能化を実現することができる。

【００３０】以上により、本発明によれば、新たな回路
を付加することなくＡＣＰを向上して、さらなる効率化
・高性能化の要求にも対応可能な高周波用電力増幅器を
提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波用電力増幅器の実施の形態の一
例の回路構成を示す回路図である。

【図２】本発明の高周波用電力増幅器における並列共振
回路の例を示す側面図である。

【図３】従来の高周波用電力増幅器の例の回路構成を示
す回路図である。

【符号の説明】

Ｑ11・・・高周波トランジスタ（高周波増幅部） 12・・・入力整合回路 13・・・出力整合回路 Ｌ12・・・ドレインマイクロストリップ線路（直流電流
バイアス回路） Ｌ13・・・出力側マイクロストリップ線路（分布定数線
路） Ｌ15・・・ワイヤのインダクタ成分 Ｃ15・・・出力側マイクロストリップ線路Ｌ13のギャッ
プ間のコンデンサ成分 18・・・並列共振回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J067 AA01 AA04 AA41 CA00 CA36 FA20 HA09 HA25 HA29 HA33 KA12 KA13 KA29 KA66 KA68 KS11 LS12 MA21 QA04 QS02 SA13 5J091 AA01 AA04 AA41 CA00 CA36 FA20 HA09 HA25 HA29 HA33 KA12 KA13 KA29 KA66 KA68 MA21 QA04 SA13 UW08 5J092 AA01 AA04 AA41 CA00 CA36 FA20 HA09 HA25 HA29 HA33 KA12 KA13 KA29 KA66 KA68 MA21 QA04 SA13

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力電極からの高周波信号を増幅して出
   力電極より送出する高周波増幅部と、前記入力電極に接
   続され、前記高周波信号の基本周波数に対してインピー
   ダンス整合をとるための入力整合回路と、前記出力電極
   に接続された出力整合回路と、前記出力電極に接続され
   た直流電流バイアス回路とを具備するとともに、前記出
   力整合回路は、途中で分割された分布定数線路とこれら
   分割された分布定数線路間を接続するワイヤとから成る
   ことを特徴とする高周波用電力増幅器。