JP2007329669A

JP2007329669A - 電力増幅装置

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Publication number: JP2007329669A
Application number: JP2006158822A
Authority: JP
Inventors: Terumichi Kita; 輝道喜多; Shinichiro Takayanagi; 真一郎高柳; Hidemori Akagi; 秀守赤木
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2026-06-07
Also published as: JP4670741B2

Abstract

【課題】複数の送信信号に対して伝送損失を小さくでき、整合回路の占有面積を小さくし、低コストで小型化が可能な電力増幅装置を提供する。
【解決手段】電力増幅モジュール５は、第１，第２の送信信号ＲＦt1，ＲＦt2を増幅する電力増幅器６と、電力増幅器６の出力側に接続された整合回路７によって構成する。そして、整合回路７は、電力増幅器６の出力側とバイアス電源Ｖccとの間に設けられた第１の並列共振回路８と、電力増幅器６の出力側とグランドとの間に設けられた第２の並列共振回路９とによって構成する。これにより、整合回路７は、第１，第２の送信信号ＲＦt1，ＲＦt2のいずれの信号に対しても電力増幅器６と出力側の回路とを整合させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、互いに異なる周波数帯域の複数の送信信号を増幅して出力する電力増幅装置に関する。

一般に、無線端末システムとして、互いに異なる周波数帯域の複数の送信信号を送信する携帯電話、携帯無線端末等が知られている。このような無線端末システムには、複数の送信信号を増幅する電力増幅装置を備えると共に、該電力増幅装置は、高周波の送信信号を増幅する電力増幅器（パワーアンプ）を備えると共に、該電力増幅器の出力側に設けられ電力増幅器とアンテナ側との間を整合させる整合回路とによって構成されている（例えば、特許文献１〜４参照）。このとき、無線端末システムは複数の送信信号を送信するから、各送信信号の周波数帯域に応じて電力増幅器および整合回路が必要となる。

特開２００２−１３５１５７号公報特開２００３−１２４７５４号公報特開平９−２８９４２１号公報特開平１１−１３６０４５号公報

このため、特許文献１に記載された無線端末システムでは、例えば８８０〜９１５ＭＨｚの周波数帯域をもったＧＳＭ(Global System for Mobile communication)、１７１０〜１７８５ＭＨｚの周波数帯域をもったＤＣＳ(Digital Cellular System)、１９２０〜１９８０ＭＨｚの周波数帯域をもったＵＭＴＳ(Universal Mobile Telecommunications System)の３つの送信信号に対して、それぞれ別々の電力増幅器および整合回路を備える構成としている。

また、特許文献２に記載された無線端末システムでは、例えば１７１０〜１７８５ＭＨｚの周波数帯域をもったＤＣＳ、１８５０〜１９１０ＭＨｚの周波数帯域をもったＤＣＳ、１９２０〜１９８０ＭＨｚの周波数帯域をもったＵＭＴＳの３つの送信信号に対して、単一の電力増幅器および３個の整合回路を備える構成としている。この場合、送信信号に応じてスイッチを用いて３個の整合回路を切換え、それぞれの送信周波数帯域に最適な整合回路を選択する構成となっている。

また、特許文献３には、電力増幅器とバイアス回路との間に、λ／４（λ：基本波の波長）の長さのマイクロストリップ線路に代えて並列共振回路を設けた構成が開示されている。また、特許文献４には、電力増幅器の出力側とグランド側との間に並列共振回路を設け、複数の送信信号に伴うビート信号を低減する構成が開示されている。

ところで、特許文献１による無線端末システムでは、送信信号（送信周波数帯域）の数に応じて電力増幅器および整合回路を増加させる必要があり、回路構成が大型化して小型な携帯端末等に適用し難いのに加え、製造コストが増大するという問題がある。

また、特許文献２による無線端末システムでは、送信信号に応じて整合回路を切換えるためのスイッチ等の選択回路が必要となる。このため、回路規模が大きくなって、携帯端末の小型化を阻害してしまう。

一方、特許文献３には、電力増幅器の出力側とバイアス回路との間に並列共振回路を設けた構成が開示されているものの、この並列共振回路は、λ／４のマイクロストリップ線路に代えて１個だけ設けられているに過ぎない。同様に、特許文献４には、電力増幅器の出力側とグランド側との間に並列共振回路を設けた構成が開示されているものの、この並列共振回路も、ビート信号を低減するために１個だけ設けられているに過ぎない。

このため、特許文献３，４の従来技術では、複数の送信信号に対して電力増幅器と出力側（アンテナ側）の回路との間の整合に関しては十分な考慮がされておらず、例えば複数の送信信号のうち一部の送信信号では伝送損失が増大する虞がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、複数の送信信号に対して伝送損失を小さくできると共に、整合回路の占有面積を小さくし、低コストで小型化が可能な電力増幅装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、互いに異なる周波数帯域の第１，第２の送信信号を増幅して出力する電力増幅装置において、前記第１，第２の送信信号を増幅する電力増幅器と、該電力増幅器の出力側に接続されバイアス電圧を供給するバイアス電源と、前記電力増幅器の出力側と該バイアス電源との間に設けられ第１の送信信号に対して並列共振する第１の並列共振回路と、前記電力増幅器の出力側とグランドとの間に設けられ第２の送信信号に対して並列共振する第２の並列共振回路とを備える構成としたことを特徴としている。

請求項２の発明では、前記第１の並列共振回路は、前記電力増幅器の出力側とバイアス電源との間に接続されたチョークコイルと、該チョークコイルに並列接続されたコンデンサとによって構成している。

請求項１の発明によれば、電力増幅器の出力側とバイアス電源との間に第１の並列共振回路を設けると共に、電力増幅器の出力側とグランドとの間に第２の並列共振回路を設ける構成としている。このとき、第１の並列共振回路は第１の送信信号に対して並列共振して高インピーダンスとなるから、第１の並列共振回路を用いて電力増幅器とその出力側に接続される回路等との間の整合を取ることができる。また、第２の並列共振回路は第２の送信信号に対して並列共振して高インピーダンスとなるから、第２の並列共振回路を用いて電力増幅器とその出力側に接続される回路等との間の整合を取ることができる。この結果、第１，第２の並列共振回路を用いて、第１，第２の送信信号のいずれに対しても電力増幅器と出力側の回路とを整合させることができるから、第１，第２の送信信号の伝送損失を小さくすることができる。

また、第１の並列共振回路は電力増幅器の出力側とバイアス電源との間に設けたから、例えば電力増幅器の出力側とバイアス電源との間に設けられた高周波遮断用のチョークコイルにコンデンサを並列接続することによって、第１の並列共振回路を構成することができる。一方、第２の並列共振回路は電力増幅器の出力側とグランドとの間に設けたから、例えば電力増幅器の出力側とグランドとの間に設けられたバイパス用のコンデンサにコイルを並列接続することによって、第２の並列共振回路を構成することができる。

このように、既存の回路素子を利用して第１，第２の並列共振回路を構成することができるから、整合回路をなす第１，第２の並列共振回路の占有面積を小さくし、低コストで小型化が可能な電力増幅装置を構成することができる。

請求項２の発明によれば、第１の並列共振回路は、電力増幅器の出力側とバイアス電源との間に接続されたチョークコイルと、該チョークコイルに並列接続されたコンデンサとによって構成したから、既存のチョークコイルを利用して第１の並列共振回路を形成することができる。このため、第１の並列共振回路を必要最小限のコンデンサを付加することによって容易に構成することができ、小型かつ低コストで第１の並列共振回路を構成することができる。

以下、本発明の実施の形態による電力増幅装置を通信装置に適用した場合を例に挙げて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず、図１は発明の実施の形態による無線端末システムとしての通信装置１を示し、該通信装置１は、後述の送信モジュール２、デュプレクサ１２、受信モジュール１３、アンテナ１４等によって構成されている。

送信モジュール２は、第１の送信信号ＲＦt1を出力する第１の信号出力回路３と、第２の送信信号ＲＦt2を出力する第２の信号出力回路４と、第１，第２の信号出力回路３，４に接続されて第１，第２の送信信号ＲＦt1，ＲＦt2を電力増幅する電力増幅装置としての電力増幅モジュール５とによって構成されている。このとき、第１の送信信号ＲＦt1は、例えばＵＳ−Ｃｅｌｌｕｌａｒ方式の信号からなり８２４〜８４９ＭＨｚの送信周波数帯域を有している。一方、第２の送信信号ＲＦt2は、例えばＪ−ＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access)方式の信号からなり８９８〜９２５ＭＨｚの送信周波数帯域を有している。これにより、第１，第２の送信信号ＲＦt1，ＲＦt2は、互いに異なる周波数帯域の信号となっている。

電力増幅モジュール５は、図２の示すように、例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタ等からなる電力増幅器６と、該電力増幅器６の出力側に接続された整合回路７とによって構成されている。このとき、電力増幅器６は、第１，第２の送信信号ＲＦt1，ＲＦt2の両方の周波数帯域の信号を増幅するために、例えば１００ＭＨｚ以上の広帯域に亘って利得が得られるものが使用される。また、電力増幅モジュール５は、バイアス端子５Ａを介してバイアス電圧を供給するバイアス電源Ｖccが接続されると共に、出力端子５Ｂを介して電力増幅した第１，第２の送信信号ＲＦt1，ＲＦt2を出力する。

整合回路７は、電力増幅器６の出力側とバイアス端子５Ａとの間に設けられた第１の並列共振回路８と、電力増幅器６の出力側とグランドとの間に設けられた第２の並列共振回路９とによって構成されている。

このとき、第１の並列共振回路８は、電力増幅器６の出力側とバイアス端子５Ａとの間に接続され高周波遮断用のチョークコイル８Ａと、該チョークコイル８Ａに並列接続されたコンデンサ８Ｂとによって構成されている。そして、第１の並列共振回路８は、第１の送信信号ＲＦt1に対して並列共振するものである。

一方、第２の並列共振回路９は、電力増幅器６の出力側とグランドとの間に接続されたバイパス用のコンデンサ９Ａと、該コンデンサ９Ａに並列接続されたコイル９Ｂとによって構成されている。そして、第２の並列共振回路９は、第２の送信信号ＲＦt2に対して並列共振するものである。

また、第１，第２の並列共振回路８，９の間は、第１，第２の送信信号ＲＦt1，ＲＦt2を通過させるカップリングコンデンサ１０を用いて接続されている。これにより、電力増幅器６は、カップリングコンデンサ１０を介して電力増幅モジュール５の出力端子５Ｂに接続されている。

さらに、電力増幅モジュール５のバイアス端子５Ａには、バイアス電源Ｖccからのノイズを除去するためのフィルタ回路１１が接続されている。このとき、フィルタ回路１１はコンデンサ１１Ａによって構成され、該コンデンサ１１Ａは、一端側がバイアス端子５Ａに接続されると共に、他端側がグランドに接続されている。

これにより、第１，第２の並列共振回路８，９は、第１，第２の送信信号ＲＦt1，ＲＦt2に対して、電力増幅器６とアンテナ１４側の回路（デュプレクサ１２）との間を整合させている。

デュプレクサ１２は、図１に示すように、送信モジュール２の出力側と受信モジュール１３の入力側とに接続されると共に、アンテナ１４に接続されている。ここで、デュプレクサ１２は、例えば２つのフィルタ回路１２Ａ，１２Ｂによって構成されている。そして、フィルタ回路１２Ａは、送信信号ＲＦt1，ＲＦt2と受信信号ＲＦr1，ＲＦr2との周波数が互いに異なる（例えば、ＲＦt1，ＲＦt2＜ＲＦr1，ＲＦr2）ことを利用して、送信信号ＲＦt1，ＲＦt2だけを通過させる。一方、フィルタ回路１２Ｂは、受信信号ＲＦr1，ＲＦr2だけを通過させる。

これにより、デュプレクサ１２は、送信信号ＲＦt1，ＲＦt2の処理回路として、フィルタ回路１２Ａを用いて送信モジュール２から出力された送信信号ＲＦt1，ＲＦt2をアンテナ１４に向けて出力する。また、デュプレクサ１２は、フィルタ回路１２Ｂを用いてアンテナ１４から受信した受信信号ＲＦr1，ＲＦr2を受信モジュール１３に向けて出力する。このとき、受信モジュール１３は、例えば受信信号ＲＦr1，ＲＦr2に対して低雑音の増幅を行った後に、ダウンコンバート、複号等の処理を行うものである。

本実施の形態による通信装置１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

まず、通信装置１の送信時には、例えば第１の信号出力回路３はベースバンド信号に基づいて高周波の送信信号ＲＦt1を変調し、この送信信号ＲＦt1を出力する。このとき、電力増幅モジュール５は送信信号ＲＦt1を増幅し、デュプレクサ１２に向けて出力する。これにより、電力増幅後の送信信号ＲＦt1は、デュプレクサ１２を介してアンテナ１４に供給され、アンテナ１４から外部に向けて送信される。

同様に、第２の信号出力回路４が送信信号ＲＦt2を出力したときには、電力増幅モジュール５は送信信号ＲＦt2を増幅し、デュプレクサ１２に向けて出力する。これにより、電力増幅後の送信信号ＲＦt2は、デュプレクサ１２、アンテナ１４を介して外部に向けて送信される。

一方、通信装置１の受信時には、アンテナ１４から受信した微弱な受信信号ＲＦr1，ＲＦr2は、デュプレクサ１２を介して受信モジュール１３に送られる。このとき、受信モジュール１３は、例えば受信信号ＲＦr1，ＲＦr2に対して低雑音の増幅を行い、中間周波信号にダウンコンバートした後に、ベースバンド信号に複号する。

然るに、本実施の形態では、電力増幅器６の出力側とバイアス電源Ｖccとの間に第１の並列共振回路８を設けると共に、電力増幅器６の出力側とグランドとの間に第２の並列共振回路９を設ける構成としている。

このとき、第１の並列共振回路８は第１の送信信号ＲＦt1に対して並列共振して高インピーダンスとなるから、第１の並列共振回路８を用いて電力増幅器６とその出力側に接続されるデュプレクサ１２やアンテナ１４との間の整合を取ることができる。また、第２の並列共振回路９は第２の送信信号ＲＦt2に対して並列共振して高インピーダンスとなるから、第２の並列共振回路９を用いて電力増幅器６とその出力側に接続されるデュプレクサ１２等との間の整合を取ることができる。

この結果、デュプレクサ１２の入力インピーダンスが例えば５０Ωのときには、図３に示すように、負荷（アンテナ１４側）からみた整合回路７の入力インピーダンスを、第１，第２の送信信号ＲＦt1，ＲＦt2の２つの周波数帯域で互いに近い値にしつつ、５０Ωの周辺にもってくることができる。これにより、第１，第２の並列共振回路８，９を用いて、第１，第２の送信信号ＲＦt1，ＲＦt2のいずれに対しても電力増幅器６と出力側のデュプレクサ１２等とを整合させることができるから、第１，第２の送信信号ＲＦt1，ＲＦt2の伝送損失を小さくすることができる。

また、第１の並列共振回路８は電力増幅器６の出力側とバイアス電源Ｖccとの間に設けたから、電力増幅器６の出力側とバイアス電源Ｖccとの間に設けられた高周波遮断用のチョークコイル８Ａにコンデンサ８Ｂを並列接続することによって、第１の並列共振回路８を構成することができる。

一方、第２の並列共振回路９は電力増幅器６の出力側とグランドとの間に設けたから、電力増幅器６の出力側とグランドとの間に設けられたバイパス用のコンデンサ９Ａにコイル９Ｂを並列接続することによって、第２の並列共振回路９を構成することができる。

特に、送信モジュール２に適用される電力増幅器６では、一般的に電力増幅器６の出力側とバイアス電源Ｖccとの間に高周波遮断用のチョークコイル８Ａが設けられると共に、電力増幅器６の出力側とグランドとの間に整合用のコンデンサ９Ａが設けられている。このため、既存のチョークコイル８Ａ、コンデンサ９Ａにコンデンサ８Ｂ、コイル９Ｂを付加するだけで、容易に第１，第２の並列共振回路８，９を構成することができる。従って、整合回路７をなす第１，第２の並列共振回路８，９の占有面積を小さくし、低コストで小型化が可能な通信装置１を構成することができる。

なお、前記実施の形態では、整合回路７はデュプレクサ１２の入力インピーダンスとして５０Ωに整合させる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばデュプレクサ１２の入力インピーダンスが５０Ωと異なる値となる場合でも、コンデンサ８Ｂ、コイル９Ｂ等の値を適宜調整することによって、任意の値のデュプレクサ１２の入力インピーダンスに整合させることができる。

また、前記実施の形態では、電力増幅器６の出力側はデュプレクサ１２に接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、電力増幅器６とデュプレクサ１２との間には、送信信号ＲＦt1，ＲＦt2をデュプレクサ１２側（アンテナ１４側）に向けてのみ通過させる処理回路としてアイソレータを設ける構成としてもよい。この場合、整合回路７は、アイソレータの入力インピーダンスに対して電力増幅器６の出力側を整合させるものである。さらに、送信用と受信用とで別々のアンテナを用いる場合には、整合回路７を送信用のアンテナに直接接続する構成としてもよい。

また、前記実施の形態では、整合回路７とアンテナ１４との間にはデュプレクサ１２を設ける構成としたが、整合回路７とアンテナ１４との間には、デュプレクサ１２に代えてアンテナ１４に対して送信モジュール２と受信モジュール１３とを時分割で選択的に切換える共用器を設ける構成としてもよい。

また、前記実施の形態では、第１の送信信号ＲＦt1の周波数帯域は第２の送信信号ＲＦ2の周波数帯域よりも高い構成としたが、第１の送信信号ＲＦt1の周波数帯域は第２の送信信号ＲＦ2の周波数帯域よりも低い構成としてもよい。

また、前記実施の形態では、電力増幅モジュール５は２つの送信信号ＲＦt1，ＲＦt2を増幅する場合を例に挙げて説明したが、３つ以上の送信信号を増幅する構成としてもよい。この場合、第１の並列共振回路８または第２の並列共振回路９を送信信号の数に応じて増加させればよい。

また、前記実施の形態では、送信モジュール２として、電力増幅モジュール５と各信号出力回路３，４からなる構成を例示した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば電力増幅モジュールと各信号出力回路に加えて、ＳＡＷ（弾性表面波）デバイス、アイソレータ、デュプレクサを適宜加えて送信モジュールを構成してもよい。

また、前記実施の形態では、一例として送信モジュール２または受信モジュール１３を示しているが、本発明は、特にモジュールに限定されるものではなく、一般的な送信回路や受信回路が用いられる電力増幅装置に対しても、適用可能である。

さらに、前記実施の形態では、電力増幅モジュール５を通信装置１に適用した場合を例に挙げて説明したが、レーダ装置等に適用してもよい。

本発明の実施の形態による通信装置を示すブロック図である。図１中の電力増幅モジュールを示す平面図である。負荷側からみた整合回路の入力インピーダンスを示すスミスチャートである。

符号の説明

１通信装置
２送信モジュール
３第１の信号出力回路
４第２の信号出力回路
５電力増幅モジュール（電力増幅装置）
６電力増幅器
７整合回路
８第１の並列共振回路
８Ａチョークコイル
８Ｂコンデンサ
９第２の並列共振回路
９Ａコンデンサ
９Ｂコイル

Claims

互いに異なる周波数帯域の第１，第２の送信信号を増幅して出力する電力増幅装置において、
前記第１，第２の送信信号を増幅する電力増幅器と、該電力増幅器の出力側に接続されバイアス電圧を供給するバイアス電源と、前記電力増幅器の出力側と該バイアス電源との間に設けられ第１の送信信号に対して並列共振する第１の並列共振回路と、前記電力増幅器の出力側とグランドとの間に設けられ第２の送信信号に対して並列共振する第２の並列共振回路とを備える構成としたことを特徴とする電力増幅装置。
前記第１の並列共振回路は、前記電力増幅器の出力側とバイアス電源との間に接続されたチョークコイルと、該チョークコイルに並列接続されたコンデンサとによって構成してなる請求項１に記載の電力増幅装置。