JP2002171143A - 高周波用電力増幅器 - Google Patents

高周波用電力増幅器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バイアス回路への信号電力の漏れ電力が小さ
く、安価な構成の高周波電力増幅器を提供する。 【解決手段】 増幅用のバイポーラトランジスタ２０と
バイアス回路２６とこのバイアス回路２６に接続された
バイアス回路出力端子３２とバイポーラトランジスタ２
０に接続されたベース電極接続端子３４とを半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板１８上に配置し、バイアス回路出力端子３２
とベース電極接続端子３４との間にチップインダクタ１
６を接続するとともに、半絶縁性ＧａＡｓ基板１８とチ
ップインダクタ１６とを実装基板１２上に併設したもの
である。

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、高周波用電力増
幅器に関するもので、特にバイポーラトランジスタを用
いた高周波用電力増幅器の安定性の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の携帯端末機、例えば携帯電話の普
及においては、小型軽量化が開発の重要なポイントとな
っており、高出力の高周波電力増幅器がキーパーツにな
ってきている。ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（He
terojunction bipolor transistor、以下ＨＢＴとい
う） は高い電流利得βを有し、エミッタをＡｌＧａＡ
ｓで、ベースをＧａＡｓで構成したＧａＡｓ系のＨＢＴ
ではその高速性と合わせて、携帯電話の高出力の高周波
電力増幅器に多く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図５は従来の高周波電
力増幅器の回路図である。図５において、１００は高周
波電力増幅器、１０２は実装基板、１０４はＭＭＩＣチ
ップ、１０６は高周波電力増幅用のＨＢＴ、１０８はＨ
ＢＴ１０６に対する入力側整合回路、１１０はＨＢＴ１
０６に対する出力側整合回路、１１２はＨＢＴ１０６へ
印加されるベース電位を制御するためのバイアス回路、
１１４はバイアス回路１１２のアイソレート用抵抗、１
１６は高周波電力の信号入力端子、１１８は高周波電力
の信号出力端子、１２０は出力制御入力端子、１２２及
び１２４は直流電圧電位の電源端子、１２６は接地端子
である。
【０００４】信号入力端子１１６に入力された高周波の
信号電力は入力側整合回路１０８を経てＨＢＴ１０６で
増幅され、出力側整合回路１１０を経て信号出力端子１
１８から出力される。このときＨＢＴ１０６のベース電
極には出力制御入力端子１２０から入力された制御信号
により制御されたバイアス回路１１２から所定の電圧の
ベース電流が供給される。このバイアス回路１１２とＨ
ＢＴ１０６のベース電極との間には、アイソレート用抵
抗１１４が設けられており、信号電力の一部がバイアス
回路１１２へ漏れる漏れ電力の回り込みを抑制してい
る。バイアス回路１１２へ漏れ電力の回り込みが起きる
と、バイアス回路が不安定になり、電力増幅器の安定性
が低下し、不要発振による過電流が流れ、信頼性が劣化
する場合がある。
【０００５】増幅器が高出力化されるに伴ってＨＢＴ１
０６に入力される信号電力も大きくなり、漏れ電力も大
きくなるのでこれを抑制するため、アイソレート用抵抗
１１４の抵抗値Ｒ1を大きくする必要に迫られる。一
方、ＨＢＴ１０６のベース電極に供給されるベース電流
Ｉbは所定の電流値が必要で、また所望のベース電位Ｖ2
が必要である。しかしながら、漏れ電力を抑制するため
アイソレート用抵抗１１４の抵抗値Ｒ1を大きくする
と、次式で示されるように、ベース電極に印加される電
位Ｖ2が低下する。
【０００６】すなわち、Ｖ2＝Ｖ1−Ｉb×Ｒ1 となる。
ここでＶ1はバイアス回路１１２の出力電圧、またベー
ス電流Ｉbは一定である。このため場合によっては所望
のベース電位Ｖ2を印加できなくなるということが起き
る。この対策としてアイソレート用抵抗１１４に変えて
所望の周波数帯域で高インピーダンス特性が得られるイ
ンダクタをＭＭＩＣチップ１０４上に形成すると、ＨＢ
Ｔ１０６のベースに印加される電位Ｖ2を低下させずに
信号電力のバイアス回路１１２への漏れ電力量を抑制す
ることは可能となるが、ＭＭＩＣチップのチップサイズ
が大きくなり、ＭＭＩＣチップ１０４のチップコストが
増加するという問題点があった。
【０００７】この発明はこのような問題点を解消するた
めになされたもので、この発明の第１の目的は、信号電
力のバイアス回路への漏れ電力が小さく、安定性が高く
安価な高周波電力増幅器を提供することである。なお、
特開平１１−２７４８６７号公報および特開平１０−３
２２１４５号公報に、増幅用トランジスタとして、ＦＥ
Ｔを使用し、ＦＥＴのゲートバイアス抵抗器が用いられ
た記載があるが、本発明はバイポーラトランジスタに関
するもので、構成を異にする。
【０００８】また、三菱電機技報・ＶＯｌ７４・Ｎｏ．
６・２０００・ｐ４３（４０１）〜ｐ４６（４０４）に
デュアルバンドＨＢＴ ＭＭＩＣ増幅器の記載がある
が、以下に述べる本発明の記載はない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る高周波用
電力増幅器は、半絶縁性半導体基板と、この半導体基板
上に配設され、入力整合回路を介して信号が入力される
ベース電極と増幅された信号を出力整合回路に出力する
コレクタ電極とを有する第１のバイポーラトランジスタ
と、半導体基板上に配設され、第１のバイポーラトラン
ジスタにベース電流を供給するバイアス回路と、半導体
基板上に配設され、バイアス回路の出力端に接続された
第１の端子と、半導体基板上に配設され、第１のバイポ
ーラトランジスタのベース電極に接続された第２の端子
と、第１、第２の端子の間に接続されたリアクタンス要
素と、このリアクタンス要素と半導体基板とが配設され
た実装基板と、を備えたもので、この構成により半絶縁
性半導体基板の面積を大きくすることなく、信号電力の
バイアス回路への漏れ電力を小さくすることができ、こ
のためバイアス回路が安定して動作する。
【００１０】さらに、増幅された出力信号が第１のバイ
ポーラトランジスタの入力整合回路に入力される第２の
バイポーラトランジスタをさらに備えたもので、多段増
幅器における後段側の第１のバイポーラトランジスタに
おいて、半絶縁性半導体基板の面積を大きくすることな
く、信号電力のバイアス回路への漏れ電力を小さくする
ことが出来る。
【００１１】さらに、リアクタンス要素をチップインダ
クタとしたもので、インダクタ値の調整が簡単で実装面
積が小さくなる。
【００１２】またさらに、リアクタンス要素をマイクロ
ストリップ線路としたもので、パターンを実装基板上で
形成でき部品点数が少なくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】実施の形態１．この実施の形態１
は、増幅用のバイポーラトランジスタとバイアス回路と
このバイアス回路の出力端に接続されたバイアス回路出
力端子と増幅用のバイポーラトランジスタのベース電極
に接続されたベース電極接続端子とを半絶縁性ＧａＡｓ
基板上に配置し、バイアス回路出力端子とベース電極接
続端子との間にチップインダクタを接続するとともに、
半絶縁性ＧａＡｓ基板とチップインダクタとを実装基板
上に併設したものである。
【００１４】図１はこの実施の形態１に係る高周波用電
力増幅器の回路図である。図１において、１０は高周波
用電力増幅器、１２はセラミックやガラスエポキシの実
装基板、１４はＭＭＩＣチップ、１６はリアクタンス要
素としてのチップインダクタ、でＭＭＩＣチップ１４と
チップインダクタ１６は実装基板１２上に接着されて併
置されている。
【００１５】１８はＭＭＩＣチップ１４の基板である半
絶縁性のＧａＡｓ基板、２０はこのＧａＡｓ基板１８上
に形成された第１のバイポーラトランジスタとしての高
周波電力増幅用のＨＢＴで、エミッタをＡｌＧａＡｓ
で、ベースをＧａＡｓで構成したＧａＡｓ系のＨＢＴで
ある。２２はＧａＡｓ基板１８上に形成されたＨＢＴ２
０に対する入力側整合回路でＨＢＴ２０のベース電極と
接続され、２４はＨＢＴ２０に対する出力側整合回路で
ＨＢＴ２０のコレクタと接続されている。２６はＨＢＴ
２０へ印加されるベース電位を制御するためのバイアス
回路である。
【００１６】図２はバイアス回路の一例を示す回路図で
ある。図２において、２６ａ及び２６ｂは抵抗分割によ
ってバイアス回路の出力端２６ｃの出力電圧Ｖ１を定
め、オン・オフを行うバイポーラトランジスタ、２６ｄ
は電源端、２６ｅは制御端、２６ｆは抵抗である。図１
に戻って、２８は高周波信号電力が入力される信号入力
端子で入力側整合回路２２と接続され、３０は高周波信
号電力が出力される信号出力端子で出力側整合回路と接
続されている。３２は第１の端子としてのバイアス回路
出力端子でバイアス回路２６の出力端２６ｃと接続され
ている。３４は第２の端子としてのベース電極接続端子
でＨＢＴ２０のベース電極と接続されている。
【００１７】３６はボンディングワイヤで、ボンディン
グワイヤ３６ａはチップインダクタ１６の一端とバイア
ス回路出力端子３２とを接続し、ボンディングワイヤ３
６ｂはチップインダクタ１６の他端とベース電極接続端
子３４とを接続している。３８は接地端子でこの接地端
子３８はＨＢＴ２０のエミッタ電極と接続されている。
４０は出力制御入力端子でバイアス回路２６の制御端２
６ｅに接続され、ＨＢＴ２０へ印加されるベース電流の
レベル調整とＨＢＴ２０のオン・オフを制御する制御信
号が入力される。４２，４４は直流電圧電位Ｖｃが印加
される電源端子で、電源端子４２はバイアス回路２６の
電源端２６ｄと接続されている。
【００１８】また電源端子４４はＨＢＴ２０のコレクタ
電極と接続されコレクタバイアスを印加する。信号入力
端子２８に入力された高周波の信号電力は入力側整合回
路２２を経てＨＢＴ２０で増幅され、出力側整合回路２
４を経て信号出力端子３０から出力される。このとき出
力制御入力端子４０に入力された制御信号に制御され、
ベース電流が所定の電位でバイアス回路２６からＨＢＴ
２０のベース電極に供給される。このベース電流は、バ
イアス回路２６の出力端からバイアス回路出力端子３２
に接続され、バイアス回路出力端子３２からボンディン
グワイヤ３６ａを経てチップインダクタ１６の一端に接
続され、チップインダクタ１６を介してその他端からボ
ンディングワイヤ３６ｂを経てベース電極接続端子３４
と接続され、さらにＨＢＴ２０のベース電極に接続され
た経路を介して、ＨＢＴ２０のベース電極に供給されて
いる。
【００１９】このベース電流が経由する回路には入力信
号の漏れ電力を抑制するためのアイソレート用抵抗は使
用されていない。アイソレート用抵抗に変えてチップイ
ンダクタ１６が使用されている。それ故高周波の入力信
号電力の周波数が高くなり、また入力信号電力の電力量
が大きくなったとしても、チップインダクタ１６に所望
の高周波の周波数帯域で高いインピーダンス特性を持た
せることができ、入力信号がバイアス回路２６に回り込
む漏れ電力を抑制することができる。しかもチップイン
ダクタ１６はＨＢＴ２０のベース電極に印加されるベー
ス電位を低下させることはない。
【００２０】そしてチップインダクタ１６は、ＧａＡｓ
基板１８上には設けられず、ＭＭＩＣチップ１４と併置
され、実装基板上に設けられているので、チップインダ
クタ１６の平面積に関わらず、ＧａＡｓ基板１８の寸法
が大きくなることはない。例えば、従来のアイソレート
用抵抗を用いた場合のＭＭＩＣチップのＧａＡｓ基板の
面積は０．８ｍｍ2である。この実施の形態１のように
チップインダクタ１６を実装基板１２上に設けＭＭＩＣ
チップ１４と併置した場合はＭＭＩＣチップ１４のＧａ
Ａｓ基板１８の寸法はやはり０．８ｍｍ2である。
【００２１】今仮にＭＭＩＣチップ上に例えばスパイラ
ルインダクタを形成するとして、この場合についてその
必要面積を計算する。例えばこの高周波電力増幅器を携
帯電話に用いるとして、入力信号の周波数を１ＧＨｚ仮
定すると、ＨＢＴ２０とバイアス回路２６のバイアスト
ランジスタ２６ａ、２６ｂとを高周波的に分離するため
に必要なインピーダンス値を３０Ωとすると、インダク
タンス値は３０ｎＨ（ナノヘンリー）となる。これをス
パイラルインダクタで構成した場合、ＭＭＩＣチップの
ＧａＡｓ基板の寸法は２．５ｍｍ2となり、チップイン
ダクタ１６を実装基板１２上に設けたときのＭＭＩＣチ
ップ１４のＧａＡｓ基板１８の寸法に比べて、約３倍必
要になる。
【００２２】以上のように、この実施の形態１では、高
価なＭＭＩＣチップのＧａＡｓ基板の基板面積を増加す
ることなしに、バイアス回路へ回り込む高周波信号の漏
れ電力量を有効に抑制することができ、バイアス回路の
動作の安定性を確保することができる。しかもチップイ
ンダクタを実装基板上にＭＭＩＣチップと併置すること
により、ＭＭＩＣチップの高価なＧａＡｓ基板の基板面
積を増加することなく、安価に構成することができる。
従ってこの実施の形態１に架かる高周波用電力増幅器に
おいては、バイアス回路が安定して動作し安定性が高
く、安価で信頼性の高い高周波用電力増幅器を構成する
ことができる。
【００２３】特にチップインダクタを使用する場合は、
インダクタ値の調整が部品交換で簡単に行うことができ
最適化が容易であり、また実装基板上における実装面積
を小さくできるので、小型化に適している。
【００２４】変形例 図３はこの実施の形態１の変形例である高周波用電力増
幅器の回路図である。この変形例は、先の高周波用電力
増幅器１０におけるチップインダクタ１６に変えて、マ
イクロストリップ線路を用いた場合である。図３におい
て５０は高周波用電力増幅器、５２はリアクタンス要素
としてのマイクロストリップ線路である。
【００２５】この変形例の高周波用電力増幅器５０にお
いても高周波用電力増幅器１０と同様に動作し、高価な
ＭＭＩＣチップのＧａＡｓ基板の必要面積を増加するこ
となしに、バイアス回路へ回り込む高周波信号の漏れ電
力量を少なくできる。このためバイアス回路が安定して
動作し、安価で信頼性の高い高周波用電力増幅器を構成
することができる。特にマイクロストリップ線路にする
ことにより、パターンを実装基板１２上で形成できるた
め、部品点数が少なくなる。
【００２６】実施の形態２．実施の形態２は多段構成の
高周波用電力増幅器の入力信号電力が大きくなる後段に
おいて、バイアス回路と増幅用のバイポーラトランジス
タのベース電極との間に信号電力の回り込みを防止する
チップインダクタを接続するとともに、前段の電力増幅
器及び後段の増幅用のバイポーラトランジスタとバイア
ス回路とを配設した半絶縁性半導体基板とチップインダ
クタとを実装基板上に併設したものである。
【００２７】図４はこの発明に係る多段構成の高周波用
電力増幅器の回路図である。図４において、６０は高周
波用電力増幅器、６２は増幅器後段で破線によって囲ま
れている部分である。この増幅器後段６２が実施の形態
１の高周波用電力増幅器１０に相当する部分である。増
幅器後段６２の符号は高周波用電力増幅器１０の符号に
対応させている。６４は高周波用電力増幅器６０におい
て新たに付け加えられた増幅器前段で、この部分も破線
で囲まれている。６６は増幅器前段６４の増幅用のＨＢ
Ｔ、６８は前段増幅用のＨＢＴ６６の入力整合回路、７
０はＨＢＴ６６のバイアス回路、７２は増幅器前段６４
のＨＢＴ６６とバイアス回路７０との間に設けられた入
力信号電力の回り込みを防止するアイソレート用抵抗、
７６はＨＢＴ６６のエミッタ電極に接続された接地電
極、７８はバイアス回路７０の制御入力端子、８０，８
２は直流電圧電位Ｖｃが印加される電源端子である。
【００２８】信号入力端子２８から入力した高周波の入
力信号電力はまず増幅器前段６４で増幅される。増幅器
前段６４ではＨＢＴ６６に入力される入力信号電力はま
だ小さく、ベース電流も少なくてよいので、入力信号の
漏れ電力がバイアス回路７０に回り込むのを防止するた
めにアイソレート用抵抗７２を用いても支障はない。増
幅器前段６４で増幅された入力信号電力は整合回路２２
を経て増幅器後段６２の増幅用のＨＢＴ２０に供給され
る。
【００２９】このときＨＢＴ２０に供給される入力信号
電力は大きくなっているので、バイアス回路２６への漏
れ電力も大きくなり、またベース電流も多く流すととも
に電圧降下が起きないようにすることが必要であり、こ
の漏れ電力を抑制するためにはアイソレート用抵抗の抵
抗値を大きくしなければならず、アイソレート用抵抗で
は十分なベース電位を確保できない。
【００３０】このためこの高周波用電力増幅器６０で
は、増幅器後段６２の増幅用のＨＢＴ２０に供給される
ベース電流は、バイアス回路２６の出力端からバイアス
回路出力端子３２に接続され、バイアス回路出力端子３
２からボンディングワイヤ３６ａを経てチップインダク
タ１６の一端に接続され、チップインダクタ１６を介し
てその他端からボンディングワイヤ３６ｂを経てベース
電極接続端子３４と接続され、さらにＨＢＴ２０のベー
ス電極に接続される経路を介して、ＨＢＴ２０のベース
電極に供給されている。
【００３１】従ってチップインダクタ１６に所望の高周
波の周波数帯域で高いインピーダンス特性を持たせるこ
とができ、増幅器後段６２の増幅用のＨＢＴ２０に入力
される入力信号電力が大きくなっても、また周波数が高
くなっても、バイアス回路２６に回り込む漏れ電力を抑
制することができる。しかもチップインダクタ１６はＨ
ＢＴ２０のベース電極に印加されるベース電位を低下さ
せることはない。
【００３２】そしてチップインダクタ１６は、ＧａＡｓ
基板１８上には設けられず、ＭＭＩＣチップ１４と併置
されて実装基板上に設けられているので、チップインダ
クタ１６の平面積に関わらず、ＧａＡｓ基板１８の寸法
が大きくなることはない。
【００３３】このように多段構成の高周波用電力増幅器
においては、必ずしも出力段だけではなく、信号電力が
大きくなる電力増幅器後段において、信号電力の漏れ電
力によるバイアス回路への回り込みを抑制することに効
果がある。そして高価なＭＭＩＣチップのＧａＡｓ基板
の必要面積を増加することなしに、バイアス回路へ回り
込む高周波信号の漏れ電力量を少なくでき、バイアス回
路が安定して動作し、電力増幅器の安定性を確保するこ
とができる。延いては安価で安定性が高く、信頼性の高
い多段の高周波用電力増幅器を構成することができる。
【００３４】
【発明の効果】この発明に係る高周波用電力増幅器は、
以上に説明したような構成を備えているので、以下のよ
うな効果を有する。この発明に係る高周波用電力増幅器
によれば、半絶縁性半導体基板と、この半導体基板上に
配設され、入力整合回路を介して信号が入力されるベー
ス電極と増幅された信号を出力整合回路に出力するコレ
クタ電極とを有する第１のバイポーラトランジスタと、
半導体基板上に配設され、第１のバイポーラトランジス
タにベース電流を供給するバイアス回路と、半導体基板
上に配設され、バイアス回路の出力端に接続された第１
の端子と、半導体基板上に配設され、第１のバイポーラ
トランジスタのベース電極に接続された第２の端子と、
第１、第２の端子の間に接続されたリアクタンス要素
と、このリアクタンス要素と半導体基板とが配設された
実装基板と、を備えたもので、この構成により半絶縁性
半導体基板の面積を大きくすることなく、信号電力のバ
イアス回路への漏れ電力が小さくすることができ、この
ためバイアス回路が安定して動作する。延いては安価で
信頼性の高い高周波用電力増幅器を構成することができ
る。
【００３５】さらに、増幅された出力信号が第１のバイ
ポーラトランジスタの入力整合回路に入力される第２の
バイポーラトランジスタをさらに備えたもので、多段増
幅器における後段側の第１のバイポーラトランジスタに
おいて、半絶縁性半導体基板の面積を大きくすることな
く、信号電力のバイアス回路への漏れ電力を小さくする
ことができ、後段側の第１のバイポーラトランジスタの
バイアス回路が安定して動作する。延いては安価で信頼
性の高い多段構成の高周波用電力増幅器を構成すること
ができる。
【００３６】さらに、リアクタンス要素をチップインダ
クタとしたもので、部品交換によって簡単にインダクタ
値の調整ができ、また実装面積が小さくなる。延いては
小型で信頼性の高い構成とすることができる。
【００３７】またさらに、リアクタンス要素をマイクロ
ストリップ線路としたもので、パターンを実装基板上で
形成でき部品点数が少なくなる。延いては安価な構成と
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る高周波用電力増幅器の回路図
である。
【図２】 この発明に係る高周波用電力増幅器のバイア
ス回路の回路図である。
【図３】 この発明に係る高周波用電力増幅器の回路図
である。
【図４】 この発明に係る多段の高周波用電力増幅器の
回路図である。
【図５】 従来の高周波用電力増幅器の回路図である。
【符号の説明】
１８ 半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２２ 入力側整合回
路、 ２０ ＨＢＴ、 ２６ バイアス回路、
３２ バイアス回路出力端子、 ３４ ベース電極接
続端子、 １６ チップインダクタ、 １２ 実装
基板、 ６６前段増幅用のＨＢＴ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０３Ｆ 3/21 Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｆ 3/60 Ｆターム(参考） 5F038 AV05 AZ01 AZ04 BG09 DF02 EZ02 EZ20 5J011 CA12 CA15 5J067 AA01 AA04 AA41 CA36 CA87 FA16 FA20 HA02 HA06 HA24 HA25 HA33 KA12 KA29 KA66 KA68 KS11 KS35 LS12 MA08 QA04 QS04 SA14 TA01 5J091 AA01 AA04 AA41 CA36 CA87 FA16 FA20 HA02 HA06 HA24 HA25 HA33 KA12 KA29 KA66 KA68 MA08 QA04 SA14 TA01 UW08 5J092 AA01 AA04 AA41 CA36 CA87 FA16 FA20 HA02 HA06 HA24 HA25 HA33 KA12 KA29 KA66 KA68 MA08 QA04 SA14 TA01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半絶縁性半導体基板と、 この半導体基板上に配設され、入力整合回路を介して信
    号が入力されるベース電極と増幅された信号を出力整合
    回路に出力するコレクタ電極とを有する第１のバイポー
    ラトランジスタと、 上記半導体基板上に配設され、上記第１のバイポーラト
    ランジスタにベース電流を供給するバイアス回路と、 上記半導体基板上に配設され、上記バイアス回路の出力
    端に接続された第１の端子と、 上記半導体基板上に配設され、上記第１のバイポーラト
    ランジスタのベース電極に接続された第２の端子と、 上記第１、第２の端子の間に接続されたリアクタンス要
    素と、 このリアクタンス要素と上記半導体基板とが配設された
    実装基板と、を備えた高周波用電力増幅器。
  2. 【請求項２】 増幅された出力信号が第１のバイポーラ
    トランジスタの入力整合回路に入力される第２のバイポ
    ーラトランジスタをさらに備えたことを特徴とする請求
    項１記載の高周波用電力増幅器。
  3. 【請求項３】 リアクタンス要素がチップインダクタで
    あることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波
    用電力増幅器。
  4. 【請求項４】 リアクタンス要素がマイクロストリップ
    線路であることを特徴とする請求項１または２に記載の
    高周波用電力増幅器。
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