JP2006333060A - 高周波電力増幅及びそれを用いた無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高効率高周波増幅器を構成するために増幅器切替え方式を使用した場合、大小増幅器の大出力側増幅器動作かつ小出力側増幅器非動作時、および大出力側増幅器非動作かつ小出力側増幅器動作時の双方での整合条件を満足させなければならず、増幅器間の利得差を最小とする回路の構成が困難である。
【解決手段】 並列に配置した複数の電力増幅器と、前記各々の電力増幅器の入力信号ラインに直列に挿入されたインダクタンス素子と、直列接続された前記各電力増幅器と前記インダクタンス素子を並列接続した後に入力整合を行う入力整合回路と、前記各々の電力増幅器の出力を並列接続した後に出力整合を行う出力整合回路と、前記電力増幅器に対する制御信号が入力される制御信号端子と、前記電力増幅器中の1台を常時動作状態とし他の電力増幅器を動作、非動作状態に制御する制御部とを備えた高周波電力増幅器。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話等の無線通信装置の送信部に使われる高周波電力増幅器に係り、特にバイアス制御により大出力増幅器と小出力増幅器を切替えることの出来る高周波電力増幅モジュールに関する。

高周波電力増幅器の高効率動作を行うのに適した構成として、複数の出力段増幅器を用意しておき、出力レベルに応じてそれぞれの出力段増幅器をスイッチで切り替えて使う方法が、特許文献１に記載されている。すなわち、高効率動作により高電力レベルの増幅を行う第１の増幅回路と高効率動作により低電力レベルの増幅を行う第２の増幅回路とを並列に接続し、第２の増幅回路の出力側にＦＥＴスイッチを挿入した電力増幅器が開示されている。

一方、効率を向上させるための方法として出力段増幅器にスイッチを使用せずに増幅器を切り替えて使う構造が、特許文献２、特許文献３や非特許文献１で提案されている。

まず、特許文献２には、飽和出力の異なる２個の電力増幅部の出力側に整合回路を接続し、高出力時と低出力時で電力増幅部を切り替えて使用する高周波電力増幅器が開示されている。また、特許文献２の図９及び図１０には、２個の電力増幅部がインダクタによって構成された入力整合回路に各々接続された高周波電力増幅器が開示されている。

また、特許文献３には、増幅器にエミッタサイズの異なる複数のバイポーラトランジスタを用い、各トランジスタのベースへのバイアス供給を個別に制御するバイアス供給手段を備え、出力電力の大小に応じてオンオフ制御するように構成された高周波電力増幅器が開示されている。

さらに、非特許文献１には、複数個の増幅器を構成する半導体素子へのバイアス供給を制御することにより、増幅器の一部の動作を停止させて低出力時の効率を向上させる高周波電力増幅器が開示されている。

特開平７-３３６１６８号公報 特開２００３-０４６３４０号公報 特開２００４-１３４８２３号公報 School of Engineering Information and Communications University (ICU), A power Efficient W-CDMA Smart Power Amplifier With Emitter Area Adjusted For Output Power Leveles, 2004 IEEE2004 IEEE MTT-S Digest

近年、移動体通信分野では、小型化、軽量化が携帯端末のみならず基地局においても求められており、それに伴い小型化、軽量化に大きく影響する電力増幅器部の高効率化が重要となっている。この中でも携帯端末器では、通常電池が電源として用いられており、連続動作可能な時間には限界がある。そのため、この携帯端末器を長時間動作可能とするためには、回路中で最も電力消費の大きい電力増幅器部の少消費電力化（高効率化）が大きな課題となっている。また、基地局においてもケーブル損失の低減などの目的からアンテナ近傍への設置を行うため高周波電力増幅部の小型化、軽量化が要求されており、高周波電力増幅器部の高効率化が必須となる。

一般に半導体素子を用いた高周波電力増幅器では出力レベルが大きいほど効率が良くなり、飽和出力の近傍で最も高くなる。また、その取り出し得る最大の出力（飽和出力）レベルは使う半導体素子の大きさに依存する。このため、低出力時の効率を良くする為に使用する半導体素子を小さなものとし、飽和レベルの低い増幅器を作ると、高出力時に必要とする出力が得られない。また、高出力時で高効率となる増幅器にしておくと低出力時に著しく効率が低下する。この様に、一つの増幅器で高出力時と低出力時の高効率を実現することは極めて難しい。

たとえば、上記従来方法において、特許文献１に記載されているような、出力段増幅器をスイッチで切り替えて使う方式では、並列接続される増幅器間での利得差は、各々の増幅器設計で任意に決定できるため最小と出来るが、スイッチを用いているため効率は低下する。

一方、特許文献２や特許文献３に記載されているような、出力段増幅器にスイッチを使用せずに切り替えて使う方式では、スイッチによる損失による効率低下が無いものの、大小の増幅器が共に高周波的に常に接続されており、大小増幅器の大出力側増幅器動作かつ小出力側増幅器非動作時、および大出力側増幅器非動作かつ小出力側増幅器動作時の双方での整合条件を満足させなければならず、増幅器間の利得差を最小とする回路の構成を実現するのが困難であるという問題があった。

また、非特許文献１に記載されているような、小出力時には一部の増幅器の動作を停止する方式では、大小の増幅器が共に高周波的に常に接続されていることによる不具合は解消されると考えられる。しかし、非特許文献１の方式では、入力整合回路を含む各増幅器の入力ライン部分が、集中常数（Ｃ）のみで構成された次数の低い整合回路部となっている。そのため整合が限られた範囲のみとなり、大出力動作時と小出力動作時の切替え時の利得差が大きくなる。

本発明の目的は、増幅器切替え方式の高周波電力増幅器において、大出力動作時と小出力動作時の切替え時の利得差を小さくした、高周波電力増幅及びそれを用いた無線通信装置を提供することにある。

本発明の代表的手段の一例を示せば次の通りである。
高周波電力増幅器は、並列に配置した複数の電力増幅器と、前記各々の電力増幅器の入力信号ラインに直列に挿入されたインダクタンス素子と、直列接続された前記各電力増幅器と前記インダクタンス素子を並列接続した後に入力整合を行う入力整合回路と、前記各々の電力増幅器の出力を並列接続した後に出力整合を行う出力整合回路と、前記電力増幅器中の1台を常時動作状態とし他の電力増幅器を動作、非動作状態に制御する制御部とを備えている。

本発明によれば、大出力時には全ての増幅器を動作させ、小出力動作時にはその一部を停止させる高周波電力増幅器において、各増幅器の信号入力部にインダクタンスを直列に挿入することにより、大出力動作時、小出力動作時の利得差が最小となる効果がある。

以下、本発明に係る高周波電力増幅器を図面に示した発明の実施の形態を参照して更に詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例になる高周波電力増幅モジュール（高周波電力増幅器）１００を示す図である。増幅器切替え方式の高周波電力増幅モジュール１００は、高周波入力端子１０１、入力整合回路１０３、増幅部、出力整合回路１０４及び出力端子１０２を具備しており、これらは１チップに集積化されている。増幅部は、利得調整用の第１の入力インダクタンス１０５とこれに接続された第１の増幅器１０７、利得調整用の第２の入力インダクタンス１０６とこれに接続された第２の増幅器１０８を有している。第１の増幅器１０７には制御信号端子１１０が直接接続され、第２の増幅器１０８には制御部のスイッチ１０９を介して制御信号端子１１０が接続されている。制御信号端子１１０は制御信号により各増幅器のバイアス等を制御するバイアス制御部（図示略）に接続されている。スイッチ１０９は、制御信号端子１１０から与えられる前記制御信とは別の制御信号（出力切替制御信号）によりオンオフ動作して、高周波電力増幅器１００を大出力動作時と小出力動作時の２状態に切り替える。出力切替制御信号は、出力制御回路（図示略）から供給される。

なお、上記高周波電力増幅器、制御部、バイアス制御部および出力制御部が全体として無線通信装置の高周波電力増幅部としての機能を実現するものである。したがって、図１に示した各端子が、実際の装置上では連続したライン上の位置として構成されることを妨げるものではない。また、バイアス制御部と出力制御回路はスイッチ１０９と共に、高周波電力増幅器の出力制御機能に関する信号を生成し付与するものであり、以下、特に区別する必要の無いときは、単に制御部とする。

また、バイアス制御部と出力制御部は、無線通信装置内でかつ高周波電力増幅モジュール１００の内に設けられても良く、あるいはその外に設けられたベースバンド制御部の一部として構成しても良い。

高周波電力は、高周波電力増幅モジュール１００の高周波入力端子１０１から入力され、入力整合回路１０３を通過し、増幅部で増幅された後、出力整合回路１０４を通過し出力端子１０２より出力される。ここでの増幅部の動作は、大出力動作時と小出力動作時の２状態によって変化する。大出力動作時においては、入力整合回路１０３を通過した信号が分岐され、第１の入力インダクタンス１０５、第２の入力インダクタンス１０６を通過し、第１の増幅器１０７、第２の増幅器１０８の双方で増幅された後、合成され出力整合回路１０４を通過し、出力端子１０２より出力される。

また、小出力動作時においては、入力信号は、第１の入力インダクタンス１０５を通過し、第１の増幅器１０７で増幅され、出力整合回路１０４を通過し、出力端子１０２より出力される。

この大出力時動作と小出力動作時における増幅器切替えにより、それぞれでのモードで高効率化を実現できる。この時の増幅部のコントロールは、出力制御部の出力切替制御信号に基づいて動作するスイッチ１０９により制御される。すなわち、大出力動作時には、スイッチ１０９がONとなることで第１の増幅器１０７、第２の増幅器１０８の双方が動作状態となる。また、小出力動作時には、スイッチ１０９がOFFとなることで第２の増幅器１０８が非動作状態となる。

本実施例によれば、大出力時には、全ての増幅器を動作させ、小出力動作時には、その一部を停止させる高周波電力増幅器において、各増幅器の信号入力部と入力整合回路との間に、利得調整用のインダクタンスを直列に挿入することにより大出力動作時、小出力動作時の利得差が小さくなるという効果がある。

なお、前記制御信号により前記他の電力増幅器を動作、非動作状態に切り替える制御部は、上記構成に限定されるものではない。例えば、出力制御部の出力切替制御信号に基づいて動作するスイッチ１０９と連動して開閉されるスイッチを、第２の増幅器１０８の入力端と第２の入力インダクタンス１０６の間、あるいは第２の入力インダクタンス１０６と入力整合回路１０３の間に追加配置しても良い。

図２は、本発明の高周波電力増幅モジュール（高周波電力増幅器）の他の実施例を示す図である。高周波電力増幅器２００は、図１における利得調整用の第１の入力インダクタンス１０５及び第２の入力インダクタンス１０６と第１の増幅器１０７及び第２の増幅器１０８の間のライン上とアースとの間に、それぞれにシャントキャパシタ２１１、２１２を追加挿入したものである。

この第１のシャントキャパシタ２１１と第２のシャントキャパシタ２１２を挿入することにより、第１の増幅器１０７、第２の増幅器１０８の出力電力が異なる場合にも、利得差を極めて少なくすることが可能となる。なお、第１のシャントキャパシタ２１１と第２のシャントキャパシタ２１２の値は、必ずしも同じで無くともかまわない。他の構成、動作及び効果は、図１の実施例と同様である。

図３は、本発明の高周波電力増幅モジュールの具体的な構成の実施例を示す図である。高周波電力増幅モジュール３００は、図１における第１の増幅器１０７、第２の増幅器１０８に相当する部分を一段のバイポーラトランジスタ３０７、３０８で構成したものである。また、キャパシタンス３１１、キャパシタンス３１２でバイポーラトランジスタ３０７、３０８のベースバイアスをカットしている。

この実施例の高周波電力増幅モジュールにおける大出力動作時と小出力動作時の切替は、次のようになる。すなわち、大出力動作時は、スイッチ１０９がONとなることでバイポーラトランジスタ３０７、３０８が動作し、小出力動作時には、バイポーラトランジスタ３０７は動作するものの、動作スイッチ１０９がOFFとなることでベースバイアスバイアスが印加されずバイポーラトランジスタ３０８が非動作状態となる。他の構成、動作及び効果は、図１の実施例と同様である。

図４は、本発明の高周波電力増幅モジュール（高周波電力増幅器）が各種方式の無線通信装置の送信部に用いられた場合の代表的な実施例を示す図である。

無線通信装置の送信部は、例えば実施例３に示すような構成の高周波電力増幅モジュール１０００と、利得可変（ＡＧＣ）増幅器１００６を有する高周波ＩＣ １００４と、バイアス制御部１００５を備えている。高周波電力増幅モジュール１０００は、高周波信号を増幅する高周波電力増幅回路、Ａ／Ｄ変換器、バイアス制御回路などがＭＭＩＣ（Microwave Monolithic IC）として、１つのセラミック基板上に実装されている。出力制御部１００８を有するベースバンド制御回路１００７の一部も、送信部を構成する。高周波電力増幅モジュール１０００の高周波出力端子１００２は、アンテナ（図示略）に接続されている。

ベースバンド制御回路１００７は、Ｗ−ＣＤＭＡ信号の変調や復調を行なうことができる変復調回路や送信データ（ベースバンド信号）に基づいてＩ，Ｑ信号を生成したり受信信号から抽出されたＩ，Ｑ信号を処理するベースバンド回路と、送信信号から高調波成分を除去するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）、受信信号から不要波を除去するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）などが１つのパッケージに実装されている。さらに、変調後の送信信号を増幅する送信可変利得増幅器（ＧＣＡ）、増幅された送信信号をアップンコンバートするミキサ（Ｔｘ‐ＭＩＸ）、受信信号を増幅するロウノイズアンプ（ＬＮＡ）、増幅された受信信号をダウンコンバートするミキサ（Ｒｘ‐ＭＩＸ）などが１つの半導体チップ上に形成されている。

また、無線通信装置は、フロントエンド・モジュールも備えている。このフロントエンド・モジュールは、送受信の切替えスイッチや、高周波電力増幅モジュールから出力される送信信号の出力レベルを検出する出力検出回路、送信信号に含まれる高調波などのノイズを除去するフィルタ、検出回路の出力検出信号やベースバンド回路からのパワー制御信号に基づいて利得可変（ＡＧＣ）増幅器に対する制御信号を生成する自動パワー制御回路などを備えている。

ベースバンド制御回路１００７で、搬送波を送信したい情報に基づいて位相変調した高周波の送信信号（入力信号）を生成する。この入力信号は、高周波入力端子１００１を通り、利得制御等を行うための高周波ＩＣ １００４を通過し、高周波電力増幅モジュール１０００に至る。すなわち、入力信号は利得可変（ＡＧＣ）増幅器１００６に入力され、ここで電力増幅が行われた後、さらに高周波電力増幅モジュール１０００で増幅され、高周波出力端子１００２から出力される出力信号によりアンテナを駆動して送信を行なう。

高周波増幅器部１０００からの出力電力の一部を検出し、バイアス制御部１００５にフィードバックさせることで、出力電力等の制御を行う。また検出した出力電力値をバイアス制御部１００５のみならず高周波ＩＣ １００４にまでフィードバックさせ、高周波ＩＣ １００４に含まれるＡＧＣ増幅器をコントロールし、出力電力等を制御する。

高周波増幅器部１０００に本発明を適用することにより、ＡＧＣ増幅器の増幅可変範囲を少なくすることが可能となり、ひいてはＡＧＣ増幅器をコンパクトな構成にすることができる。

例えば、常時動作する第１の増幅器と大出力時にのみ動作する第２の増幅器で構成した本発明の高周波電力増幅モジュールを、Ｗ−ＣＤＭＡ方式の無線通信装置の送信部に用いた場合、常時動作する増幅器部分やこれに対応する高周波ＩＣ部分に関してサイズ（面積）を縮減できる。そのため、送信部全体を小型化できるという効果がある。

一例を挙げれば、本発明によれば、従来の高出力時と低出力時の両方において高効率動作を行うに適した構成として複数の出力段増幅器を用意しておき出力レベルに応じてそれぞれの出力段増幅器をスイッチで切り替えて使う方式に比べて、ＭＭＩＣチップのサイズを約１／２に縮減できる。
次に、本発明の各実施例によりもたらされる主たる効果、すなわち、高周波電力増幅器を大出力動作と小出力動作に切り替えるものにおいて、大出力動作時、小出力動作時の利得差が最小となる効果について、説明する。

なお、ここでは、高周波電力増幅器は、図５Ａに示すように、第１の増幅器１０７及び第２の増幅器１０８の出力が等しく、小出力動作時に増幅動作可能な増幅器素子（ONしている増幅素子）比率が５０％であるとする。換言すると、高周波電力増幅器は、単位セルをＭ個並列接続した常時動作する第１の増幅器１０７と、単位セルをＮ個並列接続した大出力動作時のみ動作する第２の増幅器１０８（Ｍ＝Ｎ）で構成されている。

この場合、高周波電力増幅器は、図５Ｂに示すようなパターンの特性となり、大出力動作時と、小出力動作時の利得の差が小さい。したがって、大出力動作と小出力動作の切替え時の利得差が小さい。他方、効率に関しては、小出力領域では小出力動作パターンの効率が大出力動作パターンの効率よりも大きく、大出力領域ではこの関係が逆になる。したがって、本発明を使用することにより、利得差を抑えつつ小出力増幅時の効率ピークポイントを変化できることがわかる。

上記本発明の作用、効果について、従来例との相違点を図６を用いて説明する。図６Ａは、図１に示した本発明の実施例の等価回路であり、（ａ）は第１の増幅器のみが動作している小出力時、（ｂ）は第１の増幅器及び第２の増幅器が動作している大出力時に対応する。また、図６Ｂは、非特許文献１に開示された従来例の等価回路であり、（ａ）は第１の増幅器のみが動作している小出力時、（ｂ）は第１の増幅器及び第２の増幅器が動作している大出力時に対応する。

従来例では、図６Ｂに示すように、大出力動作時、小出力動作時の双方における入力等価回路は、直列CAP１、シャントIND１、直列CAP２で構成される３次の整合回路である。そのため整合が限られた範囲のみとなり、図６Ｄに示すように、大出力動作時と小出力動作時の切替え時の利得差が大きくならざるを得ない。

これに対し、本発明では、大出力動作時、小出力動作時双方とも、入力等価回路は、直列CAP１、シャントIND１、利得調整用の直列IND２（IND２−１またはIND２−２）、シャントCAP２（CAP２−１またはCAP２−２）で構成される４次の整合回路である。利得調整用の直列IND２を含むため整合が広範囲となり、図６Ｃに示すように大出力動作時と小出力動作時の切替え時の利得差を極めて小さくすることが可能である。

図７は、本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示す図である。この実施例の高周波電力増幅器４００は、図１における第１の増幅器１０７、第２の増幅器１０８を、一段のバイポーラトランジスタ４０７、４０８で構成したものである。キャパシタンス４１１、キャパシタンス４１２でバイポーラトランジスタ４０７、４０８のベースバイアスをカットしており、キャパシタンス４１３、キャパシタンス４１４でバイポーラトランジスタ４０７、４０８のコレクタバイアスをカットしている。また、大出力動作時と小出力動作時の切替は、大出力動作時は、スイッチ４０９がONとなることでバイポーラトランジスタ４０７、４０８が動作し、小出力動作時には、スイッチ４０９がOFFとなることでコレクタバイアスが印加されずバイポーラトランジスタ４０８が非動作状態となる。他の構成、動作及び効果は、図１と同様である。

図８は、本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示す図である。この実施例の高周波電力増幅器５００は、図１における第１の増幅器１０７、第２の増幅器１０８を、一段のバイポーラトランジスタ５０７、５０８で構成すると共に、バイアスカット回路５１５を設けたものである。第１の入力キャパシタンス５１１、第２の入力キャパシタンス５１２で、バイポーラトランジスタ５０７、５０８のベースバイアスをカットしている。また、バイアスカット回路５１５の一部を構成する第１の出力キャパシタンス５１３、第２の出力キャパシタンス５１４で、バイポーラトランジスタ５０７、５０８のコレクタバイアスをカットしている。また、大出力動作時と小出力動作時の切替は、大出力動作時は、出力制御部の一部であってかつバイアス制御部のバイアスカット回路５１５の一部を兼ねるスイッチ５０９がONとなることで、バイポーラトランジスタ５０７、５０８が動作し、小出力動作時には、スイッチ５０９がOFFとなることでベースバイアスおよびコレクタバイアスが印加されずバイポーラトランジスタ５０８が非動作状態となる。

このように、出力制御部とバイアス制御部を制御部として一体的に構成することで、より高度の制御が可能になる。他の構成、動作及び効果は、図１と同様である。

また、以上述べた各実施例の高周波電力増幅器において、各々の電力増幅器の出力電力は、同一でも良いが、各々の電力増幅器の出力電力が異なっていても良い。すなわち、本発明の他の実施例として、高周波電力増幅器中の増幅器部における小出力動作時の増幅動作可能な増幅器素子（ONしている増幅素子）の比率を変化さても良い。

図９に示す実施例では、高周波電力増幅器３００の第１の増幅器と第２の増幅器の出力が異なる、換言すると、単位セルをＭ個並列接続した常時動作する第１の増幅器１０７と、単位セルをＮ個並列接続した大出力動作時のみ動作する第２の増幅器１０８（Ｍ≠Ｎ）で構成されている。

一例として、小出力動作時に増幅動作可能な第１の増幅器（常時ONしている増幅素子）の比率が３０％の場合、高周波電力増幅器は、図１０に示すようなパターンの特性となり、大出力動作時と、小出力動作時の利得の差は小さい。他方、効率に関しては、小出力領域では小出力動作パターンの効率が大出力動作パターンの効率よりも大きく、大出力領域ではこの関係が逆になる。したがって、本発明を使用することにより、利得差を抑えつつ小出力増幅時にも高い効率を得ることができる。

逆に、小出力動作時に増幅動作可能な第１の増幅器（常時ONしている増幅素子）の比率が７０％の場合、高周波電力増幅器は、図１１に示すようなパターンの特性となり、大出力動作時と、小出力動作時の利得の差は小さい。他方、効率に関しては、小出力領域では小出力動作パターンの効率が大出力動作パターンの効率よりも大きく、大出力領域ではこの関係が逆になる。したがって、本発明を使用することにより、利得差を抑えつつ安定した高い効率の大出力を得るとともに、小出力増幅時にも比較的高い効率を得ることができる。

このように、本発明によれば、大出力時には、全ての増幅器を動作させ、小出力動作時には、その一部を停止させる増幅器において、各増幅器の信号入力部と入力整合回路との間にインダクタンスを直列に挿入することにより、大出力動作時、小出力動作時の利得差が最小となる効果がある。また、高周波電力増幅器中の増幅器部において、小出力動作時の増幅動作可能な増幅器素子（ONしている増幅素子）比率を変化させた場合、低出力時における効率のピークポイントを変化させることが出来、様々な方式の高周波増幅器に使用可能となる効果がある。本発明によれば、利得差を抑えつつ小出力増幅時の効率ピークポイントを変化できる。更に、無線通信装置送信部に用いられた場合、高周波電力増幅器部の前段にあるＡＧＣ増幅器の増幅可変範囲を減少させることが可能となり送信部全体を小型化できる効果がある。

なお、本発明の高周波電力増幅器において、増幅段を構成する増幅素子としては、実施例に示したバイポーラトランジスタ以外の素子、例えばＦＥＴを用いても良いことは言うまでも無い。

また、本発明の高周波電力増幅器において、入力信号ラインに直列に挿入された利得調整用のインダクタンス素子は、インダクタンス特性を有する種々の部材で構成することができる。

図１２は、本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示す図である。高周波電力増幅器６００は、図２における利得調整用の第１の入力インダクタンス２０５、第２の入力インダクタンス２０６を、第１の分布定数線路６０５、第２の分布定数線路６０６で構成したものである。他の構成、動作及び効果は、図２の実施例と同様である。

図１３は、本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示す図である。高周波電力増幅器７００は、図２における第１の入力インダクタンス２０５、第２の入力インダクタンス２０６を、第１のスパイラルインダクタ７０７、第２のスパイラルインダクタ７０８で構成したものである。他の構成、動作及び効果は、図２の実施例と同様である。

図１４は、本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示す図である。高周波電力増幅器８００は、図２における第１の入力インダクタンス２０５、第２の入力インダクタンス２０６を、第１のボンディングワイア８０５、第２のボンディングワイア８０６で構成したものである。他の構成、動作及び効果は、図２の実施例と同様である。

図１５は、本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示す図である。高周波電力増幅器９００は、図２における第１の入力インダクタンス２０５、第２の入力インダクタンス２０６を、第１のメアンダ状インダクタ９０５、第１のメアンダ状インダクタ９０６で構成したものである。他の構成、動作及び効果は、図２の実施例と同様である。

本発明の各実施例の高周波電力増幅器において、第１の増幅器及び第２の増幅器をそれぞれ多段増幅器で構成しても良いことは言うまでもない。

その一例として、図１６は、本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示す図である。高周波電力増幅器１４００は、図１における第１の増幅器１０７、第２の増幅器１０８を、第１の多段増幅器１４０７、第２の多段増幅器１４０８で構成したものである。他の構成、動作及び効果は、図１の実施例と同様である。

本発明の各実施例の高周波電力増幅器において、出力整合回路は、複数段の整合回路で構成しても良い。

その一例として、図１７は、本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示す図である。高周波電力増幅器１５００は、入力整合回路１０３と、各々の電力増幅器の入力信号ラインに直列に挿入された利得調整用のインダクタンス素子１０５、１０６と、並列に配置された第１の増幅器１０７、第２の増幅器１０８と、前記各々の電力増幅器出力の出力整合を行う第３の出力整合回路１５０５、第４の出力整合回路１５０６と、各々の電力増幅器出力整合回路１５０５、１５０６の出力を並列接続した後に出力整合を行う第２の出力整合回路１５０４と、第２の増幅器１０８を非動作とするスイッチ１０９とこれを制御する制御部（図示略）で構成されている。他の構成、動作及び効果は、図１の実施例と同様である。

本発明の高周波電力増幅器は、電力増幅器を並列に３台以上配置して構成しても良い。

図１９は、本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示す図である。高周波電力増幅器１６００は、入力整合回路１０３と、各々の電力増幅器の入力信号ラインに直列に挿入された利得調整用のインダクタンス素子１６０５、１６０６、１６０９と、並列に配置された第１の増幅器１６０７、第２の増幅器１６０８の増幅器及び第３の増幅器１６１０を備えている。また、第２の増幅器１０８の第１の多段増幅器１４０７及び第２の多段増幅器１４０８を非動作とするスイッチ１６１１、１６１２と、これらを制御する制御部（図示略）が設けられている。他の構成、動作及び効果は、図１の実施例と同様である。

この高周波電力増幅器１６００では、例えば、小出力動作時に増幅動作可能な増幅器素子（ONしている増幅素子）である第１の増幅器１６０７の比率が４０％であり、第２の増幅器１６０８、第３の増幅器１６１０の出力が等しくそれぞれの比率が３０％であるとする。制御部は、第１の増幅器１６０７に加えて、中出力増幅時には第２の増幅器１６０８も動作させ、大出力時にはさらに第３の増幅器１６０８も動作させるように制御する。

この場合、高周波電力増幅器は、図１９に示すようなパターンの特性となり、利得差を抑えつつ小出力増幅時や中出力増幅時の効率ピークポイントを変化できることがわかる。

本発明の高周波電力増幅器は、出力の整合が不要な場合などには出力側の出力整合回路を省略しても良い。図２０は、本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示す図である。高周波電力増幅器１７００は、図１における出力整合回路１０４を削除して構成したものである。各電力増幅器１０７、１０８の出力側は並列接続した後直接、出力端子１０２に接続されている。他の構成、動作及び効果は、図１の実施例と同様である。

また、本発明は、GSM方式、TDMA方式等の他の方式のデータ伝送技術を用いる場合の高周波電力増幅器にも適用できることは言うまでもない。

本発明の高周波電力増幅器の一実施例を示すブロック図である。 本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の高周波電力増幅器を用いた無線通信装置送信部の実施例を示すブロック図である。 本発明の高周波電力増幅器中の増幅器部において、小出力動作時の増幅動作可能な増幅器素子（ONしている増幅素子）比率が５０％の場合の、増幅段の構成例を示すブロック図である。 本発明の高周波電力増幅器中の増幅器部において、小出力動作時の増幅動作可能な増幅器素子（ONしている増幅素子）比率が５０％の場合の出力電力vs利得特性、電力付加効率を示す図である。 本発明の実施例の等価回路図である。 従来例の等価回路である。 図６Ａの回路に対応する本発明の実施例の特性を示す図である。 図６Ｂの回路に対応する従来例の特性を示す図である。 本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の高周波電力増幅器中の増幅器部において、小出力動作時の増幅動作可能な増幅器素子（ONしている増幅素子）比率が５０％の場合の、増幅段の構成例を示すブロック図である。 本発明の高周波電力増幅器中の増幅器部において、小出力動作時の増幅動作可能な増幅器素子（ONしている増幅素子）比率が３０％の場合の出力電力vs利得特性、電力付加効率を示す図である。 本発明の高周波電力増幅器中の増幅器部において、小出力動作時の増幅動作可能な増幅器素子（ONしている増幅素子）比率が７０％の場合の出力電力vs利得特性、電力付加効率を示す図である。 本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示すブロック図である。 図１８の増幅器部において、小出力動作時の増幅動作可能な増幅器素子（ONしている増幅素子）比率を変えた場合の出力電力vs利得特性、電力付加効率を示す図である。 本発明の高周波電力増幅器の他の実施例を示すブロック図である。

符号の説明

１００…高周波電力増幅器、１０１…高周波入力端子、１０２…高周波出力端子、１０３…入力整合回路、１０４…出力整合回路、１０５…第１の入力インダクタンス、１０６…第２の入力インダクタンス、１０７…第１の増幅器、１０８…第２の増幅器、１０９…スイッチ、１１０…制御信号端子、２００…高周波電力増幅器、２１１…第１のシャントキャパシタ、２１２…第２のシャントキャパシタ、３００…高周波電力増幅器、３０７…バイポーラトランジスタ、３０８…バイポーラトランジスタ、４００…高周波電力増幅器、４０７…バイポーラトランジスタ、４０８…バイポーラトランジスタ、４１１…キャパシタンス、４１２…キャパシタンス、５００…高周波電力増幅器、５０７…バイポーラトランジスタ、５０８…バイポーラトランジスタ、５０９…スイッチ、５１１…第１の入力キャパシタンス、５１２…第２の入力キャパシタンス、５１３…第１の出力キャパシタンス、５１４…第２の出力キャパシタンス、５１５…バイアスカット回路、６００…高周波電力増幅器、６０５…第１の分布定数線路、６０６…第２の分布定数線路、７００…高周波電力増幅器、７０５…第１のスパイラルインダクタ、７０６…第２のスパイラルインダクタ、８００…高周波電力増幅器、８０５…第１のボンディングワイア、８０６…第２のボンディングワイア、９００…高周波電力増幅器、９０５…第１のメアンダ状インダクタ、９０６…第２のメアンダ状インダクタ、１０００…高周波電力増幅器、１００１…高周波入力端子、１００２…高周波出力端子、１００…高周波増幅器部、１００４…高周波ＩＣ、１００５…バイアス制御部、１４００…高周波電力増幅器、１４０７…第１の多段増幅器、１４０８…第２の多段増幅器。

Claims (20)

1. 並列に配置した複数の電力増幅器と、前記各々の電力増幅器の入力信号ラインに直列に挿入されたインダクタンス素子と、直列接続された前記各電力増幅器と前記インダクタンス素子を並列接続した後に入力整合を行う入力整合回路と、前記各々の電力増幅器の出力を並列接続した後に出力整合を行う出力整合回路と、前記電力増幅器中の1台を常時動作状態とし他の電力増幅器を動作、非動作状態に制御する制御部とを備えてなる高周波電力増幅器。
2. 請求項１において、制御部は、前記制御信号により前記他の電力増幅器を動作、非動作状態に切り替えるスイッチを備えてなる高周波電力増幅器。
3. 請求項１において、前記各々の電力増幅器の出力の整合を行う第1の出力整合回路と、前記各第1の出力整合回路の出力を並列接続した後に出力整合を行う第２の出力整合回路とを備えてなる高周波電力増幅器。
4. 請求項１において、前記各々の電力増幅器の出力電力が異なることを特徴とする高周波電力増幅器。
5. 請求項１において、前記各電力増幅器の入力信号ライン上であって前記各々の電力増幅器入力に直列に挿入された前記インダクタンス素子と各々の電力増幅器の入力端子との間とアースとの間に、並列に接続したキャパシタを備えてなる高周波電力増幅器。
6. 請求項１において、前記並列接続された複数の電力増幅器が、２段以上に従属接続された多段増幅器であることを特徴とする高周波電力増幅器。
7. 請求項１において、前記インダクタンス素子がマイクロストリップ線路で構成されたことを特徴とする高周波電力増幅器。
8. 請求項１において、前記インダクタンス素子がスパイラル構造で構成されたことを特徴とする高周波電力増幅器。
9. 請求項１において、前記インダクタンス素子がボンディングワイアーで構成されたことを特徴とする高周波電力増幅器。
10. 請求項１において、前記インダクタンス素子がメアンダ構造で構成されたことを特徴とする高周波電力増幅器。
11. 請求項１において、前記電力増幅器を構成する素子がバイポーラトランジスタであることを特徴とする高周波電力増幅器。
12. 請求項１において、前記電力増幅器を構成する素子がＦＥＴであることを特徴とする高周波電力増幅器。
13. 請求項１において、前記電力増幅器がモノリシック基板上に構成されたことを特徴とする高周波電力増幅器。
14. 並列に配置した複数の電力増幅器と、前記各々の電力増幅器の入力信号ラインに直列に挿入された利得調整用のインダクタンス素子と、直列接続された前記各電力増幅器と前記インダクタンス素子を並列接続した後に入力整合を行う入力整合回路と、前記各々の電力増幅器の出力の並列接続に接続された出力端子と、前記電力増幅器中の1台を常時動作状態とし他の電力増幅器を動作、非動作状態に制御する制御信号が入力される制御信号端子とを備えてなる高周波電力増幅器。
15. 請求項１４において、前記各々の電力増幅器の出力を並列接続した後に出力整合を行う出力整合回路を備えてなる高周波電力増幅器。
16. 請求項１４において、前記電力増幅器中の1台を常時動作状態とし他の電力増幅器を動作、非動作状態に制御する制御部を備えてなる高周波電力増幅器。
17. 高周波電力増幅器と制御部を含む送信部を備えた無線通信装置であって、
    前記高周波電力増幅器が、並列に配置した複数台の電力増幅器と、前記各々の電力増幅器の入力信号ラインに直列に挿入された利得調整用のインダクタンス素子と、直列接続された前記各電力増幅器と前記インダクタンス素子を並列接続した後に入力整合を行う入力整合回路と、前記各々の電力増幅器の出力を並列接続した後に出力整合を行う出力整合回路とを有し、
    前記制御部が、前記電力増幅器中の1台を常時動作状態とし他の電力増幅器を動作、非動作状態に制御する機能を有してなる無線通信装置。
18. 請求項１７において、前記送信部が前記高周波電力増幅器の出力電力値を検出して該高周波増幅器部の出力の制御を行うバイアス制御部を備えてなる無線通信装置。
19. 請求項１７において、前記送信部が利得可変増幅器を備えてなり、前記制御部が、前記高周波電力増幅器の出力電力値に基き前記利得可変増幅器を制御する機能を有してなる無線通信装置。
20. 請求項１７において、前記制御部が、バイアス制御により大出力増幅器と小出力増幅器を切替える機能を有してなる無線通信装置。
    

Images