JP2004023424A

JP2004023424A - 電力増幅モジュール

Info

Publication number: JP2004023424A
Application number: JP2002175501A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kato; 加藤　一; Yoshiyuki Yasukawa; 安川　芳行
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】小型化、低コスト化を図り得る電力増幅モジュールを提供する。
【解決手段】電力増幅部１０は、入力された信号を増幅して出力し、コンデンサＣｄは、電力増幅部１０の出力ラインに直列に接続され、第１のインダクタＬ１がコンデンサＣｄの後段に備えられ、第１のインダクタＬ１及びコンデンサＣｄは、ＬＣ直列共振回路２１０を構成し、アイソレータ３０は、入力回路が等価的にＬＣ並列共振回路３１０を構成し、第１のインダクタＬ１の後段に備えられ、ＬＣ直列共振回路２１０の共振周波数、及び、ＬＣ並列共振回路３１０の反共振周波数は、使用周波数帯域内にある
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波回路等に用いられる電力増幅モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在使用されているデジタル式携帯電話として、例えば、ＣＤＭＡ方式のデジタル式携帯電話がある。このＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）方式のデジタル式携帯電話は、送信回路の後段に電力増幅モジュールが備えられ、電力増幅モジュールの後段には、送信アンテナが備えられている。この電力増幅モジュールは、線形の電力増幅回路を含んでいる。
【０００３】
携帯電話に備えられた送信アンテナは、そのインピーダンスが大きく変化するので、電力増幅モジュールに含まれる電力増幅回路と送信アンテナとを直接接続した場合には、両者のインピーダンスの不整合により反射波が生じ、電力増幅回路の信号が歪んでしまう。この歪みが大きくなると、線形性が損なわれ、信号の復調が困難になる。
【０００４】
そこで、従来の電力増幅モジュールでは、送信アンテナと電力増幅回路との間にアイソレータを備え、電力増幅回路が、送信アンテナのインピーダンス変化の影響を受けないようにしてある。
【０００５】
ところで、アイソレータを備える電力増幅モジュールにおいて、使用周波数帯域内における電力増幅回路の出力端子に接続される回路のインピーダンス（アイソレータ側インピーダンス）は、ＶＳＷＲ（電圧定在波比）が大きくなると、電力増幅回路の出力インピーダンスに対する不整合の程度が大きくなり、隣接チャネル漏洩電力比が増大し、高周波出力及び電力効率が低下し、電力増幅回路の信号の線形性が損なわれるという問題が生じる。
【０００６】
ところが、従来の電力増幅モジュールにおいて、アイソレータ側インピーダンスは、ＶＳＷＲが小さな値、例えば、ＶＳＷＲ≦１．２となる周波数範囲が極めて狭く、使用周波数帯域の大部分において、ＶＳＷＲが大きな値となっていた。具体的には、従来の電力増幅モジュールにおいて、アイソレータ側インピーダンスがＶＳＷＲ≦１．２となる周波数範囲は、使用周波数帯域の２〜３％程度であった。
【０００７】
このため、従来の電力増幅モジュールは、電力増幅回路の出力インピーダンスと、アイソレータ側インピーダンスとが不整合になり、隣接チャネル漏洩電力比が増大し、高周波出力及び電力効率が低下し、電力増幅回路の信号の線形性が損なわれるという問題を生じていた。
【０００８】
アイソレータ側インピーダンスを調整する部品を新たに追加すれば、使用周波数帯域の広い範囲において、ＶＳＷＲ≦１．２となるように調整することは可能である。しかし、この場合は、部品点数の増大を招き、小型化が妨げられるとともに、コストが高くなるという問題点を生じる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、小型化、低コスト化を図り得る電力増幅モジュールを提供することである。
【００１０】
本発明のもう１つの課題は、使用周波数帯域内の広い周波数において、隣接チャネル漏洩電力比の増大、並びに、高周波出力及び電力効率の低下を防ぐことができる電力増幅モジュールを提供することである。
【００１１】
本発明の更にもう１つの課題は、使用周波数帯域内の広い周波数において、電力増幅部の信号の線形性を保つことができる電力増幅モジュールを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係る電力増幅モジュールは、電力増幅部と、コンデンサと、方向性結合器と、アイソレータとを含む。
【００１３】
電力増幅部は、入力された信号を増幅して出力する。コンデンサは、電力増幅部の出力ラインに直列に接続される。方向性結合器は、第１のインダクタと、第２のインダクタとを含み、第１のインダクタがコンデンサの後段に備えられ、第２のインダクタが第１のインダクタに結合される。第１のインダクタ及びコンデンサは、ＬＣ直列共振回路を構成する。アイソレータは、入力回路が等価的にＬＣ並列共振回路を構成し、第１のインダクタの後段に備えられる。ＬＣ直列共振回路の共振周波数、及び、ＬＣ並列共振回路の反共振周波数は、使用周波数帯域内にある。
【００１４】
上述したように、本発明に係る電力増幅モジュールは、電力増幅部を含んでおり、電力増幅部は、入力された信号を増幅して出力する。このため、例えば、携帯電話の送信回路から出力された信号を増幅できる。
【００１５】
本発明に係る電力増幅モジュールは、アイソレータを含んでおり、アイソレータは第１のインダクタの後段に備えられ、第１のインダクタは、電力増幅部の後段に備えられている。このため、アイソレータの後段に備えられる電子機器、例えば、送信アンテナ等は、アイソレータを介して、電力増幅部に接続されることになる。このため、電力増幅部が、送信アンテナ等のインピーダンス変化の影響を受けなくなる。
【００１６】
本発明に係る電力増幅モジュールは、コンデンサを含んでおり、コンデンサは、電力増幅部の出力ラインに直列に接続されているので、電力増幅部から出力された信号の直流成分を除去することができ、直流阻止コンデンサとして機能させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る電力増幅モジュールは、方向性結合器を含んでおり、方向性結合器は、第１のインダクタと、第２のインダクタとを含む。第１のインダクタは、コンデンサの後段に備えられているので、コンデンサから信号が入力される。
【００１８】
第２のインダクタは、第１のインダクタに結合されている。このため、第２のインダクタを用いて、コンデンサから入力された信号を検出することにより、電力増幅部とアイソレータとの間の進行波を検出することができる。更に具体的には、この第２のインダクタで検出された信号は、制御部に供給され、制御部から出力される信号により、電力増幅部がコントロールされる。
【００１９】
第１のインダクタは、コンデンサの後段に備えられているので、第１のインダクタ及びコンデンサが、ＬＣ直列共振回路を構成する。アイソレータは、入力回路が等価的にＬＣ並列共振回路を構成する。
【００２０】
アイソレータの入力回路は、第１のインダクタの後段に備えられているから、電力増幅部とコンデンサとの接続点から、コンデンサ側を見たインピーダンス（以下、共振回路側インピーダンスと称する）が、ＬＣ直列共振回路とＬＣ並列共振回路との合成インピーダンスになる。
【００２１】
このため、ＬＣ直列共振回路又はＬＣ並列共振回路の共振条件を用いて、共振回路側インピーダンスを定めることが可能になる。具体的には、ＬＣ直列共振回路の共振周波数ｆ０、及び、ＬＣ並列共振回路の反共振周波数ｆ１を使用周波数帯域内に設定することにより、使用周波数帯域内の広い周波数において、共振回路側インピーダンスが５０Ω整合に近づき小さなＶＳＷＲとなるように、例えば、ＶＳＷＲ≦１．２となるように設定することができ、これにより、共振回路側インピーダンスを電力増幅部１０の出力インピーダンスに整合させることができる。
【００２２】
したがって、共振回路側インピーダンスを電力増幅部１０の出力インピーダンスに整合できる結果、使用周波数帯域内の広い周波数において、隣接チャネル漏洩電力比の増大、並びに、高周波出力及び電力効率の低下を防ぐことができる。
【００２３】
また、同様に、共振回路側インピーダンスを電力増幅部１０の出力インピーダンスに整合できる結果、使用周波数帯域内の広い周波数において、電力増幅部の信号の線形性を保つことができる。
【００２４】
更に、本発明に係る電力増幅モジュールにおいて、ＬＣ直列共振回路は、既存の方向性結合器及びコンデンサを用いて構成されている。従って、ＶＳＷＲ≦１．２を満たすにあたり、共振回路側インピーダンスを調整するための新たな部品を追加する必要がないので、小型化、低コスト化を図り得る。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る電力増幅モジュールの一実施例を含むブロック図、図２は、図１に示した電力増幅モジュールの一部を更に詳細に示す等価回路図である。図１において、本実施例に係る電力増幅モジュールは、電力増幅部１０と、コンデンサＣｄと、方向性結合器２０と、制御部６０と、アイソレータ３０とを含み、携帯電話の送信回路５０と、送信アンテナ４０との間に備えられている。
【００２６】
電力増幅部１０は、例えば、１パッケージ化されたパワーアンプ用のＭＭＩＣ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　ＩＣ）であり、電力増幅回路１１０と、インピーダンス整合回路１２０とを含む。インピーダンス整合回路１２０は、電力増幅回路１１０の後段に備えられ、出力インピーダンスが、例えば、５０Ωである。コンデンサＣｄは、電力増幅部１０の出力ラインに直列に接続されている。
【００２７】
方向性結合器２０は、第１のインダクタＬ１と、第２のインダクタＬ２とを含む。第１のインダクタＬ１及び第２のインダクタＬ２は、ストリップライン、マイクロストリップライン等の線路で構成されている。
【００２８】
第１のインダクタＬ１は、コンデンサＣｄの後段に備えられている。第２のインダクタＬ２は、第１のインダクタＬ１に結合されている。
【００２９】
制御部６０は、第２のインダクタＬ２と電力増幅部１０との間に備えられている。コンデンサＣｄ及び第１のインダクタＬ１は、ＬＣ直列共振回路２１０を構成している。本実施例において、ＬＣ直列共振回路２１０は、等価的にＬＣ直列共振回路を構成するものであれば、コンデンサＣｄ、第１のインダクタＬ１以外の回路要素を含むものであってもよい。
【００３０】
アイソレータ３０の入力回路は、中心導体Ｌｓ１及びコンデンサＣ１が並列に接続されてなり、等価的にＬＣ並列共振回路３１０を構成している。本実施例においては、ＬＣ並列共振回路３１０のキャパシタンス成分Ｃ１は、コンデンサＣｄのキャパシタンスと略一致し、ＬＣ並列共振回路３１０のインダクタンス成分Ｌｓ１は、第１のインダクタＬ１のインダクタンスと略一致している。この入力回路は、第１のインダクタＬ１の後段に備えられている。
【００３１】
本実施例において、ＬＣ並列共振回路３１０は、等価的にＬＣ並列共振回路を構成するものであれば、中心導体Ｌｓ１、コンデンサＣ１以外の回路要素を含むものであってもよい。
【００３２】
図２は、アイソレータ３０を更に詳細に示す等価回路図である。アイソレータ３０は、フェリ磁性体ＹＩＧと、３つの中心導体Ｌｓ１〜Ｌｓ３と、コンデンサＣ１〜Ｃ３含む。
【００３３】
中心導体Ｌｓ１には端子Ｔ１が備えられ、中心導体Ｌｓ２には端子Ｔ２が備えられ、中心導体Ｌｓ３には端子Ｔ３が備えられる。中心導体Ｌｓ１〜Ｌｓ３はフェリ磁性体ＹＩＧに装着される。端子Ｔ１は方向性結合器２０に接続され、端子Ｔ２は送信アンテナ４０に接続され、端子Ｔ３は終端抵抗Ｒ１に接続される。本実施例においては、集中定数型のアイソレータを示したが、分布定数型のアイソレータを用いてもよい。
【００３４】
本実施例に係る電力増幅モジュールにおいて、電力増幅回路１１０は、送信回路５０から入力された信号を所望の電力まで増幅し、インピーダンス整合回路１２０を介して出力する。コンデンサＣｄは、電力増幅部１０から出力された信号に含まれる直流成分を除去して、方向性結合器２０に出力する。方向性結合器２０は、電力増幅部１０とアイソレータ３０との間の進行波を検出する。
【００３５】
制御部６０は、第２のインダクタＬ２から供給される信号を処理して、電力増幅部１０に制御信号Ｓ１を出力する。制御信号Ｓ１は、電力増幅部１０の利得制御に使用される。
【００３６】
アイソレータ３０は、直流磁界Ｈｄｃが印加され、方向性結合器２０を介して、入力された信号を、送信アンテナ４０側の端子Ｔ２にのみ出力する。端子Ｔ２から端子Ｔ１に戻ろうとする信号（反射波等）は、端子Ｔ３にのみ出力され終端抵抗Ｒ１によって吸収される。
【００３７】
上述したように、本実施例に係る電力増幅モジュールにおいて、電力増幅部１０は、入力された信号を増幅して出力する。このため、例えば、携帯電話の送信回路５０から出力された信号を増幅できる。
【００３８】
また、本実施例に係る電力増幅モジュールにおいて、アイソレータ３０は第１のインダクタＬ１の後段に備えられ、第１のインダクタＬ１は、電力増幅部１０の後段に備えられているので、アイソレータ３０の後段に備えられる電子機器、例えば、送信アンテナ４０等は、アイソレータ３０を介して、電力増幅部１０に接続されることになる。このため、電力増幅部１０が、送信アンテナ４０等のインピーダンス変化の影響を受けなくなる。
【００３９】
また、本実施例に係る電力増幅モジュールにおいて、コンデンサＣｄは、電力増幅部１０の出力ラインに直列に接続されているので、電力増幅部１０から出力された信号の直流成分を除去することができ、直流阻止コンデンサとして機能させることができる。
【００４０】
また、本実施例に係る電力増幅モジュールにおいて、方向性結合器２０は、第１のインダクタＬ１と、第２のインダクタＬ２とを含む。第１のインダクタＬ１は、コンデンサＣｄの後段に備えられているので、コンデンサＣｄから信号が入力される。
【００４１】
第２のインダクタＬ２は、第１のインダクタＬ１に結合されている。このため、第２のインダクタＬ２を用いて、コンデンサＣｄから入力された信号を検出することにより、電力増幅部１０とアイソレータ３０との間の進行波を検出することができる。更に具体的には、この第２のインダクタＬ２で検出された信号は、制御部６０に供給され、制御部６０から出力される制御信号Ｓ１が電力増幅部１０の利得制御に使用される。
【００４２】
第１のインダクタＬ１は、コンデンサＣｄの後段に備えられているので、第１のインダクタＬ１及びコンデンサＣｄが、ＬＣ直列共振回路２１０を構成する。アイソレータ３０は、入力回路が等価的にＬＣ並列共振回路３１０を構成する。
【００４３】
アイソレータ３０の入力回路は、第１のインダクタＬ１の後段に備えられているから、電力増幅部１０とコンデンサＣｄとの接続点から、コンデンサＣｄ側を見たインピーダンス（共振回路側インピーダンス）が、ＬＣ直列共振回路２１０とＬＣ並列共振回路３１０との合成インピーダンスになる。
【００４４】
このため、本実施例に係る電力増幅モジュールは、ＬＣ直列共振回路２１０又はＬＣ並列共振回路３１０の共振条件を用いて、共振回路側インピーダンスを定めることが可能になる。
【００４５】
具体的には、ＬＣ直列共振回路２１０の共振周波数ｆ０、及び、ＬＣ並列共振回路３１０の反共振周波数ｆ１を使用周波数帯域内に設定することにより、使用周波数帯域内の広い周波数において、共振回路側インピーダンスが５０Ω整合に近づき小さなＶＳＷＲとなるように、例えば、ＶＳＷＲ≦１．２となるように設定することができ、これにより、共振回路側インピーダンスを電力増幅部１０の出力インピーダンスに整合させることができる。
【００４６】
したがって、本実施例に係る電力増幅モジュールは、共振回路側インピーダンスを電力増幅部１０の出力インピーダンスに整合できる結果、使用周波数帯域内の広い周波数において、隣接チャネル漏洩電力比の増大、並びに、高周波出力及び電力効率の低下を防ぐことができる。
【００４７】
また、同様に、本実施例に係る電力増幅モジュールは、共振回路側インピーダンスを電力増幅部１０の出力インピーダンスに整合できる結果、使用周波数帯域内の広い周波数において、電力増幅部１０の信号の線形性を保つことができる。
【００４８】
また、本実施例に係る電力増幅モジュールにおいて、ＬＣ直列共振回路２１０は、既存の方向性結合器２０及びコンデンサＣｄを用いて構成されている。従って、ＶＳＷＲ≦１．２を満たすに当たって、共振回路側インピーダンスを調整するための部品を、新たに追加する必要がないので、小型化、低コスト化を図り得る。
【００４９】
また、本実施例に係る電力増幅モジュールにおいて、ＬＣ直列共振回路２１０は、第１のインダクタＬ１、又は、コンデンサＣｄを所定の値に設定することにより、共振条件を任意に設定できる。ＬＣ並列共振回路３１０は、キャパシタンス成分Ｃ１、又は、インダクタンス成分Ｌｓ１を所定の値に設定することにより、共振条件を任意に設定できる。
【００５０】
本実施例に係る電力増幅モジュールは、例えば、使用中心周波数が２ＧＨｚであり、コンデンサＣｄ及びキャパシタンス成分Ｃ１のキャパシタンスを３．０ｐＦ、第１のインダクタＬ１及びインダクタンス成分Ｌｓ１のインダクタンスを２．０ｎＨとする。
【００５１】
図３は、入力インピーダンスを示すスミスチャートであり、図４は、図３に示したスミスチャートを拡大した図である。図において、実線は、本実施例に係る電力増幅モジュールの共振回路側インピーダンス、すなわち、ＬＣ並列共振回路３１０の前段にＬＣ直列共振回路２１０を接続した場合の特性であり、破線は、ＬＣ並列共振回路３１０のみの場合の特性である。
【００５２】
図３、図４において、本実施例に係る電力増幅モジュールの共振回路側インピーダンスは、使用周波数帯域内の周波数ｆ４、ｆ５において、ＶＳＷＲ＝１．２となっており、使用周波数帯域内の広い周波数（ｆ４〜ｆ５）において、ＶＳＷＲ≦１．２を満たす。周波数（ｆ４〜ｆ５）間の帯域は、２７０ＭＨｚである。
【００５３】
これに対し、ＬＣ並列共振回路３１０のみの場合の入力インピーダンスは、周波数ｆ４〜ｆ５よりも狭い周波数（ｆ６〜ｆ７）においてのみ、ＶＳＷＲ≦１．２を満たす。周波数（ｆ６〜ｆ７）間の帯域は、１９０ＭＨｚである。
【００５４】
このように、本実施例に係る電力増幅モジュールは、ＶＳＷＲ≦１．２を満たす使用周波数帯域が２７０ＭＨｚであり、１９０ＭＨｚよりも８０ＭＨｚ広がることになるから、使用周波数帯域内の広い周波数範囲において、電力増幅部１０の出力インピーダンスと、共振回路側インピーダンスとが整合する。
【００５５】
また、本発明に係る電力増幅モジュールは、ＬＣ直列共振回路２１０の共振周波数ｆ０と、ＬＣ並列共振回路３１０の反共振周波数ｆ１との比（ｆ０／ｆ１）が、ほぼ１であるとき、使用周波数帯域内の広い周波数範囲において、共振回路側インピーダンスがＶＳＷＲ≦１．２となる。
【００５６】
図５は、本実施例に係る電力増幅モジュールにおける（ｆ０／ｆ１）と、共振回路側インピーダンスとの関係を示す図である。図５に示すように、例えば、ｆ０／ｆ１が、０．９＜ｆ０／ｆ１＜１．１である場合にも、共振回路側インピーダンスをＶＳＷＲ≦１．２とすることができ、実用的なインピーダンス特性を得ることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（Ａ）小型化、低コスト化を図り得る電力増幅モジュールを提供することができる。
（Ｂ）使用周波数帯域内の広い周波数において、隣接チャネル漏洩電力比の増大、並びに、高周波出力及び電力効率の低下を防ぐことができる電力増幅モジュールを提供することができる。
（Ｃ）使用周波数帯域内の広い周波数において、電力増幅部の信号の線形性を保つことができる電力増幅モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電力増幅モジュールの一実施例を含むブロック図である。
【図２】図１に示した電力増幅モジュールの一部を更に詳細に示す等価回路図である。
【図３】入力インピーダンスを示すスミスチャートである。
【図４】図３に示したスミスチャートを拡大した図である。
【図５】本実施例に係る電力増幅モジュールにおける（ｆ０／ｆ１）と、共振回路側インピーダンスとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１０　　　　　　　電力増幅部
２１０　　　　　　ＬＣ直列共振回路
Ｌ１　　　　　　　第１のインダクタ
Ｃｄ　　　　　　　コンデンサ
２０　　　　　　　方向性結合器
３０　　　　　　　アイソレータ
３１０　　　　　　ＬＣ並列共振回路

Claims

電力増幅部と、コンデンサと、方向性結合器と、アイソレータとを含む電力増幅モジュールであって、
前記電力増幅部は、入力された信号を増幅して出力し、
前記コンデンサは、電力増幅部の出力ラインに直列に接続され、
前記方向性結合器は、第１のインダクタと、第２のインダクタとを含み、前記第１のインダクタが前記コンデンサの後段に備えられ、前記第２のインダクタが前記第１のインダクタに結合され、
前記第１のインダクタ及び前記コンデンサは、ＬＣ直列共振回路を構成し、
前記アイソレータは、入力回路が等価的にＬＣ並列共振回路を構成し、前記第１のインダクタの後段に備えられ、
前記ＬＣ直列共振回路の共振周波数、及び、前記ＬＣ並列共振回路の反共振周波数は、使用周波数帯域内にある
電力増幅モジュール。
請求項１に記載された電力増幅モジュールであって、
前記電力増幅部と前記コンデンサとの接続点から、前記コンデンサ側を見たインピーダンスは、使用周波数帯域内において、電圧定在波比が、１．２以下になるように、設定されている
電力増幅モジュール。
請求項１又は２に記載された電力増幅モジュールであって、
前記ＬＣ直列共振回路の共振周波数、及び、前記ＬＣ並列共振回路の反共振周波数は、ほぼ一致している
電力増幅モジュール。
請求項３に記載された電力増幅モジュールであって、
前記ＬＣ直列共振回路の共振周波数をｆ０、前記ＬＣ並列共振回路の反共振周波数をｆ１、としたとき、
０．９　＜　ｆ０／ｆ１　＜　１．１である
電力増幅モジュール。
請求項１乃至４の何れかに記載された電力増幅モジュールであって、
前記第１のインダクタ及び前記第２のインダクタは、ストリップライン、又は、マイクロストリップラインである
電力増幅モジュール。
請求項１乃至５の何れかに記載された電力増幅モジュールであって、
前記ＬＣ直列共振回路に用いられている前記コンデンサは、前記電力増幅部の直流阻止コンデンサの機能を兼ね備えている
電力増幅モジュール。