JP2005184308A

JP2005184308A - 高周波電力増幅回路

Info

Publication number: JP2005184308A
Application number: JP2003420655A
Authority: JP
Inventors: Junichi Yoshizumi; 順一善積
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】本発明は、通信機器などに用いられる高周波電力増幅回路に関するものであり、その小型化を図るものである。
【解決手段】高周波電力増幅回路における整合回路３を形成する位相線路３ａをストリップライン４を用いて形成し、このストリップライン４の自己共振周波数をトランジスタ１ａから出力される出力信号における高調波成分の周波数と略一致させることで、整合回路に高調波抑制作用を付加することができ別途フィルタ回路を設ける必要がなくなり高周波電力増幅回路を小型化することが出来るのである。
【選択図】図１

Description

本発明は特に通信機器などに用いられる高周波電力増幅回路に関する。

現在、携帯電話などの通信機器における高周波電力増幅回路は、図３に示される如くトランジスタを組み合わせて構成された増幅器１と、この増幅器１から出力される高周波信号の高調波成分を抑制するオープンスタブ２ａやショートスタブ２ｂなどで形成されたフィルタ回路２と、増幅器１から出力される数オーム前後と低いインピーダンスの出力信号を５０オーム系で構成されるアンテナブロックのインピーダンスに整合する位相線路３ａや接地コンデンサ３ｂで形成される出力整合回路３とで形成されていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平６−２０４７６４号公報

しかしながら、増幅器１から出力される高周波信号の高調波成分を抑制するオープンスタブ２ａやショートスタブ２ｂはその線路長が長くなってしまうことから高周波電力増幅回路の小型化が困難なものとなっていた。

そこで、本発明はこのような問題を解決し、高周波電力増幅回路の小型化を目的とする。

そして、この目的を達成するために本発明の請求項１に記載の発明は、特に、高周波電力増幅回路における整合回路を形成する位相線路をストリップラインを用いて形成し、このストリップラインの自己共振周波数をトランジスタから出力される出力信号における高調波成分の周波数と略一致させることで、整合回路に高調波抑制作用を付加することができ別途フィルタ回路を設ける必要がなくなり高周波電力増幅回路を小型化することが出来るのである。

請求項２に記載の発明は、特に、トランジスタの出力ポートに対して電源電圧を印加する制御ポートを、ストリップラインの出力端にチョークコイルを形成する伝送線路を介して接続することで、チョークコイルを形成するのに必要なインダクタンス成分を形成するにあたり、伝送線路とトランジスタ間に位置するストリップラインがインダクタンス成分を有することからその分伝送線路を短縮できるのでさらに高周波電力増幅回路を小型化することが出来るのである。

請求項３に記載の発明は、特に、伝送線路とストリップラインを組み合わせた複合線路における自己共振周波数をトランジスタから出力される出力信号の基本周波数と略一致させることで、より高周波電力増幅回路を小型化することが出来るのである。

請求項４に記載の発明は、特に、ストリップラインにおける入力端側のインピーダンスを出力端側のインピーダンスより低く設定することで、低インピーダンスであるトランジスタ出力信号の反射による挿入損失の低下を抑制することが出来るのである。

請求項５に記載の発明は、特に、ストリップラインにおける入力端側の線路幅を出力端側の線路幅より大きく設定することで、容易にストリップラインにおける入力端側のインピーダンスを出力端側のインピーダンスより低く設定することが出来るのである。

請求項６に記載の発明は、特に、高周波電力増幅回路における整合回路を形成する位相線路を２本のストリップラインの直列体を用いて形成し、このトランジスタ側に接続されたストリップラインの自己共振周波数をトランジスタから出力される出力信号における３次高調波成分の周波数と略一致させ、出力整合回路の出力ポート側に接続されたストリップラインの自己共振周波数をトランジスタから出力される出力信号における２次高調波成分の周波数と略一致させることで、整合回路に異なる周波数に対する高調波抑制作用を付加することができ別途フィルタ回路を設ける必要がなくなり高周波電力増幅回路を小型化することが出来るのである。

請求項７に記載の発明は、特に、トランジスタの出力ポートに対して電源電圧を印加する制御ポートを、出力整合回路の出力ポートに接続されたストリップラインの出力端にチョークコイルを形成する伝送線路を介して接続することで、チョークコイルを形成するのに必要なインダクタンス成分を形成するにあたり、伝送線路とトランジスタ間に位置する２本のストリップラインの直列体がインダクタンス成分を有することからその分伝送線路を短縮できるのでさらに高周波電力増幅回路を小型化することが出来るのである。

請求項８に記載の発明は、特に、伝送線路と２本のストリップラインを組み合わせた複合線路における自己共振周波数をトランジスタから出力される出力信号の基本周波数と略一致させることで、より高周波電力増幅回路を小型化することが出来るのである。

請求項９に記載の発明は、特に、各ストリップラインにおける入力端側のインピーダンスを出力端側のインピーダンスより低く設定することで、低インピーダンスであるトランジスタ出力信号の反射による挿入損失の低下を抑制することが出来るのである。

請求項１０に記載の発明は、特に、各ストリップラインにおける入力端側の線路幅を出力端側の線路幅より大きく設定することで、容易に各ストリップラインにおける入力端側のインピーダンスを出力端側のインピーダンスより低く設定することが出来るのである。

本発明によれば、高周波電力増幅器を小型化することが出来るのである。

以下、本発明の一実施形態について図を用いて説明する。なお上述した背景技術と同様の構成については同じ符号を付して説明する。

図１は携帯電話などの通信機器に用いられる高周波電力増幅回路の一例を示したものであり、トランジスタ１ａにベース電圧とコレクタ電圧を印加しエミッタ側を接地した増幅器１と、この増幅器１から出力された数オーム程度といった低いインピーダンスの高周波信号を、特に図示はしていないが後段に位置する５０オーム系で構成されているアンテナや高周波フィルタからなるアンテナブロックのインピーダンスに整合するため、信号経路に直列に接続された位相線路３ａと接地コンデンサ３ｂで形成された出力整合回路３とから構成されている。

そして、この高周波電力増幅回路においては出力整合回路３を構成する位相線路３ａをストリップライン４で構成するとともに、このストリップライン４の自己共振周波数を増幅器１からの出力信号における基本周波数の高調波成分（たとえばこの高周波電力増幅回路がＧＳＭ仕様の携帯電話であればその送信周波数の２次高調波や３次高調波）と一致するように設定している。

すなわち、トランジスタ１ａから出力された低インピーダンスの高周波信号を５０オーム系のインピーダンスに整合するため設けられた位相線路３ａを、そのインダクタ成分を維持しつつストリップライン４により形成される自己共振周波数を増幅器１からの出力信号における基本周波数の高調波成分と一致させることで、その周波数におけるストリップライン４のインピーダンスが無限大となることから図３に示す従来設けられていたフィルタ回路２を別途設ける必要が無くなり高周波電力増幅回路を小型化することが出来るのである。

また、トランジスタ１ａの出力ポート１ｂに対して電源電圧を印加する制御ポート５を、ストリップライン４の出力端にチョークコイルを形成する伝送線路６を介して接続することで、チョークコイルを形成するのに必要なインダクタンス成分を形成するにあたり、制御ポート５からトランジスタ１ａの出力ポート１ｂに至る経路のインダクタンス成分が伝送線路６とストリップライン４のインダクタンスの和によって形成されるので、伝送線路６の線路長をストリップライン４で形成されるインダクタンス分だけ短縮できるのである。

なお、伝送線路６とストリップライン４を組み合わせた複合線路における自己共振周波数をトランジスタ１ａから出力される出力信号の基本周波数と略一致させることで、チョークコイルとして必要なインダクタンスを伝送線路６や位相線路３ａのインダクタンス成分を用いて形成するより、伝送線路６とストリップライン４の複合によって形成される自己共振周波数を用いてトランジスタ１ａの出力端１ｂから見た出力整合回路３側のインピーダンスを無限大とすることでより線路長を短縮でき高周波電力増幅回路を小型化することが出来るのである。

また、ストリップライン４における入力端３ｂ側のインピーダンスを出力端３ｃ側のインピーダンスより低く設定することで、低インピーダンスであるトランジスタ１ａからの出力信号が出力整合回路３とのインピーダンスの差により生じる信号反射による挿入損失の低下を抑制することが出来るのである。

そして、このような構成を具体的に実施するにあたっては、ストリップライン４における入力端３ｂ側の線路幅を出力端３ｃ側の線路幅より大きく設定することで、ストリップライン４における入力端３ｂ側のインピーダンスを出力端３ｃ側のインピーダンスより低く設定することが出来るのである。また、ストリップライン４のインピーダンスを線路の途中で変化させることによりストリップライン４の線路長を短縮できる効果が生じるため高周波電力増幅回路を小型化することが出来るのである。

なお、１ｃはトランジスタ１ａの入力ポートであり、１ｄはトランジスタ１ａのベース電圧印加用ポートでバイアス抵抗１ｅを介して接続されている。また１ｆは直流電源遮蔽用のコンデンサである。

次に、他の実施形態について図２を用いて説明する。なお、この図２に示された高周波電力増幅回路は先に説明した図１に示される高周波電力増幅回路において出力整合回路３を２本の位相線路７，８の直列体を用いて形成したものであり、その他の部分においては先に図１を用いて述べた実施形態と同様のものであり、同じ符号を付して説明する。

すなわち、この図２に示される高周波電力増幅回路においては、出力整合回路３を位相線路７，８と接地コンデンサ９，１０を用いた２段組み構成としたものであり、出力整合性を高めたものである。

この高周波電力増幅回路においては、位相線路７，８を２本のストリップライン７ａ，８ａの直列体を用いて形成していることから、ストリップライン７ａの自己共振周波数をトランジスタ１ａからの出力信号における３次高調波成分の周波数と一致させ、ストリップライン８ａの自己共振周波数をトランジスタ１ａからの出力信号における２次高調波成分の周波数と一致させることで、出力整合回路３に２次高調波及び３次高調波といった異なる周波数に対する高調波抑制作用を付加することができ図３に示されるフィルタ回路２を別途設ける必要がなくなり高周波電力増幅回路を小型化することが出来るのである。

また、トランジスタ１ａの出力ポート１ｂに対して電源電圧を印加する制御ポート５を、出力整合回路３の出力ポート３ｃに接続されたストリップライン８ａの出力端にチョークコイルを形成する伝送線路６を介して接続することで、チョークコイルを形成するのに必要なインダクタンス成分を形成するにあたり、伝送線路６とトランジスタ１ａ間に位置する２本のストリップライン７ａ，８ａのインダクタンス成分により伝送線路６の線路長を短縮できるのでさらに高周波電力増幅回路を小型化することが出来るのである。

なお、伝送線路６と２本のストリップライン７ａ，８ａを組み合わせた複合線路における自己共振周波数をトランジスタ１ａから出力される出力信号の基本周波数と略一致させることで、前述した図１に示されたものと同様に、チョークコイルとして必要なインダクタンスを伝送線路６や位相線路７，８のインダクタンス成分を用いて形成するより、伝送線路６とストリップライン７ａ，８ａによって形成される自己共振周波数を用いてトランジスタ１ａの出力端１ｂから見た出力整合回路３側のインピーダンスを無限大とすることでより線路長を短縮でき高周波電力増幅回路を小型化することが出来るのである。

また、各ストリップライン７ａ，８ａにおける入力端側のインピーダンスを出力端側のインピーダンスより低く設定することで、図１に示されたものと同様に、低インピーダンスであるトランジスタ１ａからの出力信号が出力整合回路３とのインピーダンスの差により生じる信号反射による挿入損失の低下を抑制することが出来るのである。なお、ストリップライン７ａの出力端側とストリップライン８ａの入力端側のインピーダンスは同等の値に設定しておくことが望ましい。

そして、このような構成を具体的に実施するにあたっては、各ストリップライン７ａ，８ａにおける入力端側の線路幅を出力端側の線路幅より大きく設定することで、各ストリップライン７ａ，８ａにおける入力端側のインピーダンスを出力端側のインピーダンスより低く設定することが出来るのである。また、ストリップライン７ａ，８ａのインピーダンスをそれぞれ線路の途中で変化させることによりストリップライン７ａ，８ａの線路長をそれぞれ短縮できる効果が生じるため高周波電力増幅回路を小型化することが出来るのである。

なお特に図示はしていないが、上述した図１及び図２に示された高周波電力増幅回路は、誘電体からなる多層基板を用いてその内層部分に伝送線路６やストリップライン４，７ａ，８ａやコンデンサ３ｂ，９，１０などをパターン電極で形成し、多層基板内でパターン電極として形成しにくい抵抗素子やトランジスタ１ａを多層基板上に実装すれば実現できるものである。

本発明に係る高周波電力増幅回路は、出力整合回路にフィルタ回路機能を複合化することでその小型化ができるという効果を有し、通信機器などに用いられ小型化が望まれる高周波電力増幅回路に関して有用である。

本発明の一実施形態における高周波電力増幅回路の等価回路図他の実施形態における高周波電力増幅回路の等価回路図従来の高周波電力増幅回路の等価回路図

符号の説明

１ａトランジスタ
１ｂ，３ｃ出力ポート
３出力整合回路
３ｂ，９，１０コンデンサ
４，７ａ，８ａストリップライン
５制御ポート
６伝送線路

Claims

トランジスタと、このトランジスタの出力ポートに接続された出力整合回路とを備え、前記出力整合回路は一端が前記トランジスタの出力ポートに接続され他端が前記出力整合回路の出力ポートに接続された第１のストリップラインと、一端が前記出力整合回路の出力ポートに接続され他端がグランドに接続された第１のコンデンサとからなり、前記第１のストリップラインの自己共振周波数を前記トランジスタから出力される出力信号の基本周波数の高調波成分の周波数と略一致させたことを特徴とする高周波電力増幅回路。
トランジスタの出力ポートに対して電源電圧を印加する制御ポートを、第１のストリップラインと出力整合回路の出力ポートの間にチョークコイルを形成する伝送線路を介して接続したことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅回路。
伝送線路と第１のストリップラインを組み合わせた複合線路における自己共振周波数をトランジスタから出力される出力信号の基本周波数と略一致させたことを特徴とする請求項２に記載の高周波電力増幅回路。
第１のストリップラインにおけるトランジスタの出力ポート側のインピーダンスを出力整合回路の出力ポート側のインピーダンスより低く設定したことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅回路。
第１のストリップラインにおけるトランジスタの出力ポート側の線路幅を出力整合回路の出力ポート側の線路幅より大きく設定したことを特徴とする請求項４に記載の高周波電力増幅回路。
第１のストリップラインと第１のコンデンサとの接続点と出力整合回路の出力ポート間に第２のストリップラインを直列に接続するとともに、この第２のストリップラインの出力端側に一端がグランドに接続された第２のコンデンサを接続し、前記第２のストリップラインの自己共振周波数を前記トランジスタから出力される出力信号の２次高調波の周波数と略一致させるとともに、前記第１のストリップラインの自己共振周波数を前記トランジスタから出力される出力信号の３次高調波の周波数と略一致させたことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅回路。
トランジスタの出力ポートに対して電源電圧を印加する制御ポートを、第２のストリップラインと出力整合回路の出力ポートの間にチョークコイルを形成する伝送線路を介して接続したことを特徴とする請求項６に記載の高周波電力増幅回路。
伝送線路と第１のストリップラインと第２のストリップラインを組み合わせた複合線路における自己共振周波数をトランジスタから出力される出力信号の基本周波数と略一致させたことを特徴とする請求項７に記載の高周波電力増幅回路。
第１のストリップラインにおけるトランジスタの出力ポート側のインピーダンスを第２のストリップラインの入力端側のインピーダンスより低く設定するとともに、前記第２のストリップラインにおける前記第１のストリップラインの出力端側のインピーダンスを出力整合回路の出力ポート側のインピーダンスより低く設定したことを特徴とする請求項６に記載の高周波電力増幅回路。
第１のストリップラインにおけるトランジスタの出力ポート側の線路幅を第２のストリップラインの入力端の線路幅より大きく設定するとともに、第２のストリップラインにおける前記第１のストリップラインの出力端側の線路幅を出力整合回路の出力ポート側の線路幅より大きくしたことを特徴とする請求項９に記載の高周波電力増幅回路。