JP2006033134A - 高周波電力増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】バイポーラトランジスタを用いた高周波電力増幅器において、高出力動作における線形性を改善する。
【解決手段】バイアス供給用トランジスタのベース端子にインピーダンス回路１２が接続され、インピーダンス回路１２を経由して、電流暴走抑制用の抵抗５が接続されベースバイアスが供給される構成とする。インピーダンス回路１２によって、抵抗５に注入される高周波電流波形を調整し、抵抗５での電圧降下を低減することで、電力増幅器の線形性を改善することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は高周波電力増幅器に関し、特にバイポーラトランジスタを用いた電力増幅器の線形性を改善する方法に関する。

近年、移動体通信用途の送信用電力増幅器として、単一電源動作が可能で高周波特性に優れたヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いた増幅器の開発が活発に行なわれている。

バイポーラトランジスタは温度上昇に対して、ベース電流およびコレクタ電流が増大する正帰還特性を有するデバイスである。したがって、動作時の温度上昇に対して電流暴走を抑制する回路構成が不可欠である。図５に電流暴走を抑制するための一般的な回路構成を示す。バイポーラトランジスタでは、図５に示すようにベース端子に抵抗を付加して、ベースバイアスを供給する構成が一般的である。この回路では、温度上昇によってベース電流が増大した場合、抵抗５での電圧降下が増大するため、ベース端子にかかる電圧が低下することになり、電流増大は抑制される。

しかし、電力増幅器に対して高線形性が要求されるシステムにおいては、高出力動作時に、このベースに付加された抵抗により線形性が劣化するという問題が生じる。高出力動作においては、コレクタ電流の増大にともないベース電流も増大するが、このベース電流の増加により抵抗５での電圧降下が大きくなり、結果としてバイアス電圧の低下が大きくなり、線形性が劣化してしまうことになる。したがって、熱的にはベースに付加する抵抗は大きい方が安定となるが、高出力動作の観点からは、ベースに付加する抵抗が小さい方が線形性を維持できるということになる。

このような問題を解決するために、バイアス供給経路で高周波成分をバイパスさせる方法が提案されている。特許文献１で開示されている電力増幅器の構成を図６に示す。図６の回路構成の特徴は、トランジスタのベースに付加された電流抑制用の抵抗５と並列に高周波成分のバイパスとなるインピーダンス回路１５を備えている点にある。インピーダンス回路１５は、直流成分に対しては開放であるとともに高周波成分に対しては導通である。したがって、従来と同じく温度上昇によるベース電流の増大は抵抗５によって抑制しながらも、高周波成分の増大に関しては、インピーダンス回路１５を介してバイパスさせることができ、高出力動作における抵抗５で電圧降下を抑制することができ、電力増幅器の線形性の劣化を低減することができる。
特開２００３−３２４３２５号公報

しかしながら、前記の回路構成では電力利得の低下が問題となる。インピーダンス回路１５は高周波成分に対しては導通であるため、バイアス供給端子３から抵抗５を介してトランジスタ４のベース（点Ｂ）へ向かうベース電流のバイパス経路となり、ベース電流の一部がインピーダンス回路１５を経由して流れる。しかし一方で、信号入力端子１からトランジスタ４のベースへ入力される高周波信号に対してもバイパスとして作用する。したがって、入力信号の一部がこのインピーダンス回路１５を通して減衰してしまうことになる。結果として、電力増幅器の利得が低下するという問題が生じる。

前記に鑑み、本発明は、高周波電力増幅器において、トランジスタのベースに接続された抵抗による高周波成分による電圧降下を低減し、電力増幅器の線形性を改善することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明に係る高周波電力増幅器は、トランジスタのベースにインピーダンス回路を備えており、インピーダンス回路の他端から抵抗を介してベースバイアスを供給する構成とする。

本発明に係る高周波電力増幅器によると、インピーダンス回路により、バイアス供給点でのインピーダンスを調整することができ、ベースバイアス供給端子との間に接続された抵抗に注入される高周波電流の波形を調整して、この抵抗での電圧降下が抑制される。

また、前記の目的を達成するため、本発明に係る高周波電力増幅器は、トランジスタのベースとバイアス供給端子との間に付加された抵抗と並列に２種のインピーダンス回路を備えた構成とする。ここで２種のインピーダンス回路は、一方が直流に対して開放であり、高周波に対しては導通となる構成とする。もう一方のインピーダンス回路により、バイパス経路のインピーダンスを調整する構成とする。

本発明に係る高周波電力増幅器によると、インピーダンス回路により、高周波成分がバイパスされて抵抗での電圧降下が抑制されるとともに、入力信号のバイアス供給端子側への漏れも低減できる。

本発明に係る高周波電力増幅器によると、高出力動作において、ベース電流が増加した場合にも、トランジスタのべースバイアス供給端子との間に接続された抵抗での電圧降下が抑制されるため、電力増幅器の線形性を改善することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器について、図面を参照しながら説明する。

図１に本発明の第１の実施形態の高周波電力増幅器の構成を示す。図１においては、コレクタ側のバイアス供給や出力整合回路等は省略している。信号入力端子１から入力された高周波信号は、インピーダンス回路１１、１２を介して電力増幅用トランジスタ４のベースに入力されて増幅される。また、トランジスタ４のベースバイアスは抵抗５を介して供給される。本発明の第１の実施形態の特徴は、トランジスタのベースにはインピーダンス回路１２が接続され、インピーダンス回路１２を介してバイアスが供給される点にある。

高周波電力増幅器では、図５に示したように、トランジスタのベースにベースバイアス供給経路となる抵抗５が直接接続され、入力整合となるインピーダンス回路１１はベースバイアス供給点Ｂより外側に接続されるのが一般的である。この場合点Ｂからトランジスタ側をみたインピーダンスはトランジスタの入力インピーダンスとなる。

これに対して本発明の第一の実施形態では、トランジスタのベース端子とバイアス供給経路となる抵抗５の間にもう一つのインピーダンス回路１２を備えている。ここで、インピーダンス回路１２はバイアス供給経路も兼ねるため、直流分に対して導通である必要があるが、バイアス供給点Ｂにおけるインピーダンスは、インピーダンス回路１２により調整が可能となる。例えば、インピーダンス回路１２の構成として、簡素な一例として、図２のような形態が考えられる。一般に高周波で用いるトランジスタの入力インピーダンスは、使用する周波数帯で低インピーダンスとなっている。そこで図２のような整合を付加することにより、バイアス供給点Ｂでのインピーダンスをトランジスタの入力インピーダンスより高くすることができる。

第１の実施形態によると、バイアス供給点とトランジスタのベース端子の間に接続されたインピーダンス回路１２でバイアス供給点Ｂのインピーダンスを調整することにより、抵抗５を介して注入される高周波の電流波形を調整することができ、抵抗５での電圧降下を抑制して、電力増幅器の線形性の劣化を低減することができる。また、第１の実施形態によると、抵抗５での電圧降下を抑制することができるため、抵抗５の値を大きく設定することができ、電流暴走の抑制効果を高めることができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る高周波電力増幅器について、図面を参照しながら説明する。

図３に本発明の第２の実施形態の高周波電力増幅器の構成を示す。図３においては、コレクタ側のバイアス供給や出力整合回路等は省略している。信号入力端子１から入力された高周波信号は、インピーダンス回路１１を介して電力増幅用トランジスタ４のベースに入力されて増幅される。また、トランジスタ４のベースバイアスは抵抗５を介して供給される。本発明の第２の実施形態の特徴は、抵抗５と並列に２種のインピーダンス回路１３、１４が接続されている点にあり、従来例の図６で示した構成とはバイパス経路として２種類のインピーダンス回路を有する点が異なる。

ここで、インピーダンス回路１３、１４の少なくとも一方は、直流に対しては開放であり、高周波に対しては導通である。さらにもう一方のインピーダンス回路により、インピーダンス回路１３、１４で形成されるバイパス経路のインピーダンスを調整する。これにより、バイアス供給点Ｂからバイアス供給端子側を見たインピーダンスを大きくすることができる。例えば、インピーダンス回路１３、１４の簡素な一例として、図４のような形態が考えられる。

第２の実施形態によると、インピーダンス回路１３、１４で形成された経路により、バイアス供給端子から供給される電流成分の一部をバイパスすることにより、抵抗５での電圧降下を抑制するとともに、入力信号がバイパス経路を介して、バイアス供給端子側へ漏れることを低減することもできる。したがってバイパス経路を設けたことにより、電力利得を低下させることなく、電力増幅器の線形性の劣化を低減することができる。また、抵抗５での電圧降下を抑制することができるため、抵抗５の値を大きく設定することができ、電流暴走の抑制効果を高めることができる。

以上説明したように、本発明は、ベース抵抗を大きくして電流暴走の抑制効果を高めながらも、高周波電力増幅器の線形性を改善することができ、高線形性が要求されるシステムにおいて低歪の電力増幅器を実現するのに有用である。

第１の実施形態に係る高周波電力増幅器の構成図 第１の実施形態に係る高周波電力増幅器の構成の具体的な一例を示す図 第２の実施形態に係る高周波電力増幅器の構成図 第２の実施形態に係る高周波電力増幅器の構成の具体的な一例を示す図 従来の一般的な高周波電力増幅器の構成図 従来のバイパス経路を形成した高周波電力増幅器の構成図

符号の説明

１ 信号入力端子
２ 信号出力端子
３ ベースバイアス供給端子
４ 電力増幅用トランジスタ
５ バイアス供給用ベース抵抗
１１ インピーダンス回路（入力整合）
１２ インピーダンス回路（本発明の入力整合）
１３、１４ インピーダンス回路（本発明のバイパス経路）
１５ インピーダンス回路（従来のバイパス経路）
２１ キャパシタ
２２ 伝送線路

Claims (3)

1. ベースに入力された信号を増幅して出力する増幅用トランジスタと、
   前記増幅用トランジスタのベース端子に接続されたインピーダンス回路と
   前記インピーダンス回路の他端に接続された抵抗とを備え、
   前記インピーダンス回路は、直流に対して導通であり、
   前記抵抗の他端からベースバイアスが供給されることを特徴とする高周波電力増幅器。
2. 前記抵抗と前記インピーダンス回路との接続点のインピーダンスが、
   使用される周波数において、前記増幅用トランジスタの入力インピーダンスより大きいことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅器。
3. ベースに入力された信号を増幅して出力する増幅用トランジスタと、
   前記増幅用トランジスタのベース端子に接続された抵抗と
   直列接続された複数のインピーダンス回路とを備え
   前記抵抗の他端からベースバイアスが供給され、
   前記抵抗と並列に前記インピーダンス回路が接続されており、
   前記インピーダンス回路の少なくとも１つは、直流に対しては開放であることを特徴とする高周波電力増幅器。

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