JP2007329830A - 電力増幅装置及び通信装置並びに電力増幅器の調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷変動を抑制し、低歪み特性が実現でき、低消費電力であり、低損失で小型の通信装置を提供すること。
【解決手段】バイアス電圧の印加に応じて誘電率が変化する誘電体層を用いた可変容量コンデンサを整合回路２２に用いた、高周波信号を増幅する電力増幅器と、前記電力増幅器の利得を検出する利得検出手段と、前記電力増幅器の消費電流を検出する消費電流検出手段と、前記電力増幅器の出力側の負荷状態を変化させたときの、初期バイアス電圧及び各負荷状態における前記電力増幅器の利得，消費電流及び前記高周波信号の歪みに対する最適なバイアス電圧の値と、を予め記憶したメモリ２４と、前記利得検出手段により検出した利得と、前記消費電流検出手段により検出した消費電流とから、前記メモリに基づき決定される最適なバイアス電圧の値を前記可変容量コンデンサに印加するバイアス電圧制御手段と、を含む通信装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力増幅装置及び移動体通信端末等に用いられる通信装置並びに電力増幅器の調整方法に関し、詳しくはバイアス電圧の印加により誘電体層の誘電率が変化することにより容量を変化させることのできる可変容量コンデンサを整合回路に用いた電力増幅装置及び通信装置並びに電力増幅器の調整方法に関するものである。

一般に移動体通信端末やそれに用いられる高周波デバイスは、負荷（インピーダンス）を５０Ωとして最適化されている。しかしながら、実際の使用環境においては、移動体通信端末を保持する人体の影響を受けて移動体通信端末における電磁界が乱れ、負荷が変動する。この負荷変動により、移動体通信端末のアンテナと送受信経路との間にインピーダンス不整合が発生し、通信品質が劣化するという問題があった。特に、送信回路に設けられる電力増幅器は負荷変動の影響を大きく受け、電力増幅器の歪み特性や消費電流等の特性が劣化する。例えば、歪み特性の指標の１つである、ＡＣＰＲ（Ａｄｊａｃｅｎｔ Ｃｈａｎｎｅｌ ｌｅａｋａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ：隣接チャネル漏洩電力比）が劣化する結果、感度が劣化し通信に支障を来すという問題点が発生する。また、消費電流が増加することにより、バッテリーの消費が早くなり、通話時間が短くなるという問題点が発生する。つまり、負荷変動により、通信品質が劣化するという問題点が生じる。

そこで、このような負荷変動を補償する回路を設けた移動体通信端末が提案されている。

図８は、従来の移動体通信に用いられる通信機の送信回路の要部を示すブロック図である。この送信回路は、中間周波信号（ＩＦ信号）を高周波信号（ＲＦ信号）に変換するミキサ１８と、ＲＦ信号を増幅するドライバアンプ１７と、電力増幅器（電力増幅回路）１５と、電力増幅器１５の消費電流（動作電流，Ｉｃｃ）を検出する電流検出器２１と、可変容量ダイオードを使用した可変負荷１９と、電流検出器２１の検出レベルに基づいて可変負荷１９の負荷切換を制御する制御回路２０と、アンテナ分波器１２と、アンテナ１１とを有する。

この送信回路は、電流検出器２１により電力増幅器１５の出力側で電力増幅器１５の消費電流を検出し、負荷変動の方向及びレベルを推定して、制御回路２０により負荷変動を補償するように可変負荷１９を切換制御している。

なお、負荷変動は利得により推定することもでき、電流検出器２１に代えて利得検出器を設けた構成や両者を併用した構成も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

なお、通常の電力増幅器には、負荷を５０Ωで最適化するために、電力を増幅するためのトランジスタ等の入出力側にそれぞれ整合回路を設けている。
特開２０００−２９５０５５号公報

特許文献１に提案されたような通信機においては、電力増幅器１５の出力側での負荷変動は、アンテナ１１やアンテナ分波器１２，受信回路等、通信機を構成する電子部品の影響を受けることから、実際に実装した状態で初めて確認できる。しかしながら、実装した状態では、負荷状態の絶対値を得ることはできないため、消費電流又は利得の変動傾向を検出して負荷状態を推定し、制御回路２０を用いてフィードバックをかけ、可変負荷１９を切換制御している。このような方法では、実際の負荷状態に即した最適な補償ができない場合があった。また、変動傾向から負荷状態を推定するので、検出・制御に時間を多く要する。その結果、負荷変動の補償にタイムラグが発生し、実際の負荷状態に応じた補償ができず充分な通話品質を得ることはできない恐れがあった。また、実装後に電力増幅器１５の歪み特性を測定することは困難であることから、電力増幅器１５のＡＣＰＲを十分に低減することができなかった。

このように、実使用環境下で通信機における通話品質を十分に保証することができないという問題があった。

また、電力増幅器１５と可変負荷１９及び制御回路２０が別途独立して構成されているので、これらを搭載するスペースが必要となり、通信機のサイズが大きくなる問題があった。

本発明は上述の諸問題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、負荷変動によるインピーダンスの不整合を抑制し、通信装置の低消費電力化を図り、電力増幅器の歪み特性を改善することができる小型の電力増幅装置及びこれを用いた通信装置並びに電力増幅器の調整方法を提供することにある。

本発明の電力増幅装置は、１）バイアス電圧の印加に応じて誘電率が変化する誘電体層を具備する可変容量コンデンサを用いた可変整合回路を含む、高周波信号を増幅する電力増幅器と、前記電力増幅器の利得を検出する利得検出回路と、前記電力増幅器の消費電流を検出する消費電流検出回路と、前記電力増幅器の出力側の負荷状態を変化させたときの各負荷状態における前記バイアス電圧の値、前記電力増幅器の利得、及び前記電力増幅器の消費電流と、前記各負荷状態における前記電力増幅器の利得、消費電流及び前記高周波信号の歪みを目標値に補正するための前記バイアス電圧の補正値と、を予め記憶したメモリと、前記利得検出回路により検出した利得と前記消費電流検出回路により検出した消費電流とから、前記メモリに記憶された内容に基づき、前記負荷状態を判別し、その負荷状態における前記補正値を得て、前記可変容量コンデンサに印加する前記バイアス電圧を前記補正値に設定するバイアス電圧制御回路と、を含むものである。

また、本発明の電力増幅装置は、１）の構成において、２）前記可変容量コンデンサは、前記誘電体層と、前記誘電体層を挟持する一対の電極とから成る、複数個の可変容量素子が直列接続されており、複数個の前記可変容量素子の一対の電極のいずれか一方にそれぞれ接続された、抵抗成分又はインダクタ成分の少なくとも一方を含むバイアス供給回路を有するものである。

また、本発明の通信装置は、１）又は２）の構成の電力増幅装置を高周波信号の電力増幅に用いるものである。

さらに、本発明の電力増幅器の調整方法は、バイアス電圧の印加に応じて誘電率が変化する誘電体層を具備する可変容量コンデンサを用いた可変整合回路を含む、高周波信号を増幅する電力増幅器の調整方法であって、下記（１）〜（４）のステップを予め行ない、前記電力増幅器の利得及び消費電流の測定値と、測定時のバイアス電圧の値とから、（４）で記憶した内容に基づき前記電力増幅器の出力側の負荷状態を判別し、（２），（３）で記憶した内容に基づき判別した負荷状態におけるバイアス電圧の補正値を得て、前記可変容量コンデンサに印加する前記バイアス電圧を前記補正値に設定することで、前記電力増幅器の利得，消費電流及び前記高周波信号の歪みを目標値とするものである。

（１）前記電力増幅器の出力側の負荷状態を一定として、バイアス電圧の値を変化させ、各バイアス電圧の値を印加したときの、前記電力増幅器の利得，消費電流及び高周波信号の歪みを測定する。

（２）（１）で測定した結果から、前記電力増幅器の利得，消費電流及び高周波信号の歪みが、予め定めた条件を満たす目標値となるときのバイアス電圧の値を、（１）の負荷状態における補正値として記憶する。

（３）前記電力増幅器の出力側の負荷状態を変化させて、（１），（２）を行ない、各負荷状態における補正値を記憶する。

（４）（１），（３）で測定した結果から、各負荷状態におけるバイアス電圧の値と前記電力増幅器の利得及び消費電流との関係を記憶する。

本発明の上記１）の電力増幅装置によれば、電力増幅器の出力側の負荷状態を変化させたときの各負荷状態におけるバイアス電圧の値，電力増幅器の利得及び電力増幅器の消費電流をメモリに予め記憶させているので、電力増幅器の利得及び消費電流とバイアス電圧の値から電力増幅器の出力側の負荷状態の絶対値を知り、バイアス電圧を負荷状態に合った補正値とすることで電力増幅器の利得、消費電流及び高周波信号の歪みを確実に予め定めた目標値に設定することができる。このため、電力増幅装置としては、電力増幅装置の出力側の負荷状態が変動したとしても、電力増幅装置内で常に電力増幅器の利得、消費電流及び高周波信号の歪みが目標値となるように制御されているものとなる。その結果、電力増幅装置を配線基板等に実装しても、配線基板に実装される他の電子部品に関係なく、電力増幅装置としての利得、消費電流及び高周波信号の歪みを確実に予め定めた目標値に設定することができる。このため、本発明の電力増幅装置を用いた移動体通信端末の低消費電力化、低歪み化を実現することができ、通話品質を向上させることができる。

また、各負荷状態における電力増幅器の利得、消費電流及び高周波信号の歪みを目標値に補正するためのバイアス電圧の補正値を予め記憶したメモリと、利得検出回路により検出した利得と消費電流検出回路により検出した消費電流とから、メモリに記憶された内容に基づき、負荷状態を判別し、その負荷状態における補正値を得て、可変容量コンデンサに印加するバイアス電圧を補正値に設定するバイアス電圧制御回路とを含むことから、高周波信号における消費電流と利得の変動傾向の判断が不要となり、負荷変動に対する消費電流，利得及び歪みの目標値への制御をタイムラグなく早く、かつ、安定して行うことができる。このため、本発明の電力増幅装置を用いた移動体通信端末の低消費電力化、低歪み化を実現することができ、通話品質を向上させることができる。

また、高周波信号の歪み特性を考慮して可変容量コンデンサに印加するバイアス電圧を決定しているので、電力増幅器の歪み特性の劣化を低減でき、移動体通信端末に用いた場合に通話品質を良好に保つことができる。

さらに、通常５０Ωの負荷に対して最適化するために電力増幅器に設けられる整合回路に代えて、可変整合回路を設けているので、新たに可変負荷を組み込む必要がなく、構成部品を少なくとも1つ省略することができることから、小型化することができる。

さらに、本発明の電力増幅装置によれば、可変整合回路としてバイアス電圧の印加に応じて誘電率が変化する誘電体層を用いた可変容量コンデンサを用いているので、従来の可変負荷のようなダイオードを使用する場合に比べ、高周波でも可変容量コンデンサにおける損失を少なくすることができるため、可変整合回路の損失を少なくすることができる。そのため、通信装置の消費電力を低減することができる。

本発明の上記２）の電力増幅装置によれば、１）の構成において、可変容量コンデンサは、誘電体層と、誘電体層を挟持する一対の電極とから成る、複数個の可変容量素子が直列接続されており、複数個の可変容量素子の一対の電極のいずれか一方にそれぞれ接続された、抵抗成分又はインダクタ成分の少なくとも一方を含むバイアス供給回路を有することにより、複数の可変容量素子が直流的に並列接続されているものとなり、各々の可変容量素子に所定のバイアス信号を印加することができる。これにより、バイアス信号による各々の可変容量素子の容量変化率を最大限に利用して所望のインピーダンスに整合させることができる。そのため、より広い範囲においてより細かく負荷変動に対してインピーダンス整合させることができるので、本発明の電力増幅装置を用いた移動体通信端末の低消費電力化、低歪み化を実現することができ、通話品質を向上させることができる。

また、バイアス供給回路は抵抗成分又はインダクタンス成分の少なくとも一方を含んでいることから、高周波信号がバイアス供給回路に漏れることがない。このため、可変容量コンデンサは複数の可変容量素子が高周波的に直列接続されているため、可変容量コンデンサに印加される高周波電圧が各々の可変容量素子に分圧されるので、個々の可変容量素子に印加される高周波電圧は分圧されて減少することとなり、このことから、可変容量コンデンサの高周波信号に対する容量変動を小さく抑えることができる。このため、可変整合回路の波形歪みや相互変調歪み等を抑制することができる。しかも、複数の可変容量素子が高周波的に直列接続されているため、可変容量素子の誘電体層の膜厚を厚くしたのと同じ効果が得られ、可変容量コンデンサの損失抵抗による単位体積あたりの発熱量を小さくすることができる。このため、可変整合回路の耐電力を向上することができる。

また、特許文献１に示す従来の通信機においては、可変容量ダイオードの耐電力が低く、また容量の非線形性による歪み特性が大きいため、負荷変動を補償する可変負荷を取り扱い電力の大きい部位に使用することができず、使用部位が限られてしまうという問題点、及び、高周波での損失も大きいため、高周波信号の伝搬には不向きであるという問題点があった。しかしながら、本発明の電力増幅装置によれば、上述のように耐電力が高く、波形歪みや相互変調歪みを抑制することができるので、使用箇所を選ばず汎用性の高いものとなるとともに、高周波信号の伝搬に適したものとなる。

また、可変容量コンデンサが、複数の可変容量素子の電極に接続された、抵抗成分及びインダクタ成分の少なくとも一方を含むバイアス供給回路を有していることにより、外部の配線基板に実装していた独立したバイアス供給回路が不要となり、可変整合回路の小型化が図れるとともに、可変整合回路の取扱いが容易となる。

また、本発明の通信装置によれば、上記１）又は２）いずれかの構成の電力増幅装置を高周波信号の増幅に用いることから、以上のような電力増幅装置を用いることにより、負荷変動を抑制し、低歪み特性が実現でき、低消費電力であり、低損失で小型の通信装置を提供することができる。さらに、（２）の構成の電力増幅装置を用いるときには、波形歪みや相互変調歪みが小さく、耐電力に優れ、低損失である可変整合回路を有する通信装置を提供することができる。また、独立したバイアス供給回路を不要とし、小型で取り扱いが容易な可変整合回路を用いた通信装置を提供することができる。

さらに、本発明の電力増幅器の調整方法によれば、（１）〜（４）のステップを予め行なうことから、電力増幅器の出力側の負荷状態の絶対値を知ることができる。これにより、電力増幅器を配線基板等に実装しても、電力増幅器の利得、消費電流、高周波信号の歪みを確実に目標値に設定することができる。

以下、本発明の電力増幅装置及びそれを用いた通信装置並びに電力増幅器の調整方法について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の電力増幅装置の実施の形態の例を示すブロック図である。

本発明の電力増幅装置は、電力増幅器２３と、電力増幅器２３の利得を検出する利得検出回路と、電力増幅器２３の消費電流を検出する消費電流検出回路と、メモリ２４と、利得検出回路により検出した利得及び消費電流検出回路により検出した消費電流Ｉｃｃから、メモリ２４に記録された内容に基づき決定される最適なバイアス電圧の値（補正値）を可変容量コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２に印加するバイアス電圧制御回路とを有している。

このような電力増幅装置によれば、電力増幅器２３の出力側の負荷状態を変動させたときの、あるバイアス電圧の値のときの電力増幅器２３の利得及び消費電流、高周波信号の歪み特性を予め測定しておくことにより、実際に移動体通信端末等の通信機に実装し、使用環境により負荷変動が生じても、電力増幅器２３の利得及び消費電流を測定すれば、その負荷状態の絶対値を知ることができる。そして、その負荷状態における目標とする電力増幅器２３の利得及び消費電流、高周波信号の歪み特性（目標値）に補正するように、バイアス電圧制御回路によりバイアス電圧を補正値に設定して印加することで、負荷変動の影響を抑制することができる。

なお、以下の図面においても同様の箇所には同一の符合を付し、重複する説明を省略する。

次に各部位について詳細に説明する。

〈電力増幅器〉
電力増幅器２３は、入力整合回路と入力整合回路に接続された電力を増幅するためのトランジスタとを含むＩＣ２６と、ＩＣ２６の出力側に接続された可変整合回路２２とから成る。この例では、ＩＣ２６は、入力側に入力側整合回路を、出力側に電力を増幅するトランジスタを配置して成り、入力側整合回路は、電力増幅器２３の入力側負荷（通常５０Ω）とトランジスタの入力側負荷とを整合させている。

可変整合回路２２は、図１に示す例では、直列にインピーダンス素子であるインダクタＬと直流制限容量コンデンサＣ１１に挟まれた可変容量コンデンサＣｔ２とが接続され、並列に一端が接地された可変容量コンデンサＣｔ１が接続されている。なお、インダクタＬと可変容量コンデンサＣｔ１との間にも別途直流制限コンデンサＣ１１を設けている。可変容量コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２には、バイアス電圧を印加するためのバイアス供給回路ＢＩ及びＢＯがそれぞれ接続されており、ぞれぞれ抵抗成分及びインダクタ成分の少なくとも一方を含む（同図では、抵抗成分ＲＩ、ＲＯを含む）構成となっている。なお、バイアス供給回路ＢＯは接地電位となっている。このようなバイアス供給回路により、可変容量コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２に個別にバイアス電圧を印加させることで個別に容量を変化させることができ、それにより可変整合回路２２の入力側と出力側との間のインピーダンスを整合させることができる。

〈利得検出回路〉
利得検出回路は、電力増幅器２３の入力側と出力側とに接続されており、それぞれの電力を検出し電力差を算出することで、ＩＣ２６と可変整合回路２２とから成る電力増幅器２３の利得を検出することができる。電力の検出には、カプラーとレベル検出器とから構成されたものが一般的に用いられている。

〈消費電流検出回路〉
消費電流検出回路は、ＩＣ２６に接続された電流検出器２１から成る。なお、Ｖｄｄは、ＩＣ２６を駆動する電圧である。

〈メモリ〉
メモリ２４には、以下の（１）〜（４）のステップにより、予め電力増幅器２３の出力側の負荷を変動させたときの各負荷状態におけるバイアス電圧の値、電力増幅器２３の利得、及び電力増幅器２３の消費電流とを測定して記憶させるとともに、各負荷状態における電力増幅器２３の利得、消費電流、高周波信号の歪みを目標値に補正するためのバイアス電圧の補正値を記憶させる。なお、負荷（インピーダンス）は電圧定在波比（ＶＳＷＲ：ｖｏｌｔａｇｅ ｓｔａｎｄｉｎｇ ｗａｖｅ ｒａｔｉｏ）と位相とで表すことができる。このため、負荷状態を変化させるときには、ＶＳＷＲを同一として位相を変化させ、次にＶＳＷＲを変化させて、同様に位相を変化させる、という作業を繰り返す。ここで、ＶＳＷＲとは、反射特性を表したもので、入射した電圧信号（入射波）と反射して戻ってくる電圧信号（反射波）とにより生じる電圧定在波における最大値と最小値の比である。

〔ステップ（１）〕
まず、電力増幅器２３の出力側の負荷状態を一定として、バイアス電圧の値を変化させ、各バイアス電圧の値を印加したときの、電力増幅器２３の利得，消費電流及び高周波信号の歪み（以下、電力増幅器２３の特性ということがある）を測定する。

具体的には、電力増幅器２３の出力側の負荷を５０Ωとし、電力増幅器２３に高周波信号を入力し、所望の電力を有する出力を得るように入力側の電力を調整する。このときの利得，消費電流，歪みを測定する。次に、同様に、バイアス電圧の値を変化させ、所望の電力を有する出力を得るように入力側の電力を調整したときの利得，消費電流，歪みを測定する。

〔ステップ（２）〕
ステップ（１）の一定の負荷状態で測定した結果から、電力増幅器２３の利得，消費電流及び高周波信号の歪みが、予め定めた条件を満たす目標値となるときのバイアス電圧の値を、（１）の負荷状態における補正値として記憶する。

具体的には、電力増幅器２３の出力側の負荷を５０Ωとしたときの電力増幅装置２３の特性を最適化することのできる各可変容量コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２に印加するバイアス電圧の値をそれぞれ求める。電力増幅装置２３の特性は、利得，消費電流，高周波信号の歪みにより決まるが、利得は大きく，消費電流は小さく，歪みは小さくすることが好ましい。ここで、バイアス電圧の値は、電力増幅器２３の利得を大きく，消費電流を小さく，高周波信号の歪みを小さくするように求めるが、例えば、消費電力を小さくすると歪みは大きくなり劣化するので、利得，消費電流，歪みの各特性が一定の水準を満たす範囲内で特性を総合的にみて決定する。

〔ステップ（３）〕
次に、電力増幅器２３の出力側の負荷状態を変化させて、ステップ（１），（２）を行ない、各負荷状態における補正値を記憶する。

具体的には、電力増幅器２３の出力側の負荷状態を変化させたときの、各負荷状態における電力増幅器２３の利得，消費電流，歪みを、バイアス電圧を変化させながら測定する。そこで、同じ負荷状態においてバイアス電圧を変化させたときに得られる電力増幅器２３の特性のうち、予め定めた特性を満たす目標値を設定し、その目標値のときのバイアス電圧の値を補正値とする。目標値はステップ（２）と同様の基準で制定する。

この補正値を各負荷状態に対して記憶する。

なお、このステップ（３）については後述の〔ステップ（３）の説明〕部で更に詳しく説明する。

〔ステップ（４）〕
ステップ（１），（３）で測定した結果から、各負荷状態におけるバイアス電圧の値と電力増幅器２３の利得及び消費電流との関係を記憶する。

〔ステップ（３）の説明〕
次に、メモリ２４に記憶させる内容のうち、特に重要なバイアス電圧の補正値を決定するステップであるステップ（３）について、さらに具体的に説明する。具体例として、本発明の電力増幅装置を、中心周波数１８８０ＭＨｚである北米ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ）帯のＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）端末に用いられる移動体通信端末の送信回路に適用した場合を例に説明する。

なお、図１に示す電力増幅装置の可変容量コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２には、図３〜図６を用いて後述する可変容量コンデンサＣｔを用いるものとする。具体的には、可変容量コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２として、可変容量素子を１１個直列接続させたものを用い、個々の可変容量素子は、共にＰｔからなる厚さ２μｍの下部電極層と厚さ０．２μｍの上部電極層とでＢＳＴからなる厚さ１４０ｎｍの誘電体層を挟持して成り、これらの可変容量素子同士をＡｕからなる厚さ２μｍの引き出し電極層で接続する構成とする。

図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の電力増幅装置の電力増幅器２３の利得、消費電流及び歪み特性と負荷（インピーダンス）の位相との関係を示す線図ある。なお、負荷のＶＳＷＲは一定としている。具体的には、負荷が５０ΩのときのＶＳＷＲを１として、ＶＳＷＲが２の場合について電力増幅器２３の各特性と負荷の位相との関係を示す。

図２（ａ）は、本発明の電力増幅装置２３において、可変容量コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２に印加するバイアス電圧が０Ｖのときの電力増幅器２３の利得，消費電流と負荷（インピーダンス）の位相との関係の線図であり、縦軸は左側が利得（単位：ｄＢ）を，右側が消費電流（単位：ｍＡ）であり、横軸が負荷の位相（単位：度）である。また、図２（ｂ）は、本発明の電力増幅装置２３において、可変容量コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２にバイアス電圧を印加していないとき（０Ｖ）及び各負荷状態における補正値となるバイアス電圧を印加したとき（Ｖｃｏｎｔ）の電力増幅器２３の歪みＡＰＣＲ１（ここでは、キャリア周波数から１．２５ＭＨｚ離れた周波数帯でのＡＣＰＲをＡＣＰＲ１とする），消費電流と負荷（インピーダンス）の位相との関係のグラフであり、縦軸は左側が歪み特性であるＡＰＣＲ１（単位：ｄＢｃ），右側が消費電流（単位：ｍＡ）であり、横軸が負荷の位相（単位：ｄＢｃ）である。

図２に示すように、負荷状態の変動により電力増幅器２３の利得，消費電流，高周波信号の歪みも変動する。さらに、各負荷状態においてバイアス電圧を印加することにより、同じ負荷状態でも電力増幅器２３の利得，消費電流，高周波信号の歪みを変化させることができる。そこで、各負荷状態における電力増幅器２３の利得，消費電流，高周波信号の歪みの目標値を設定し、その目標値のときのバイアス電圧の値（補正値）を求める。

この目標値を制定する際には、前述のステップ（２）と同様の基準で制定するが、利得及び歪みには通信規格で定められた基準（例えば、歪みＡＣＰＲ１が−４０２ｄＢｃ以下）があり、これを満たす範囲で決められる。さらに、前述のステップ（２）で求めた、負荷状態が５０Ωのときのバイアス電圧の補正値を各可変容量コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２に印加したときに得られる電力増幅器の特性（以下、単に初期値という）を１つの基準とし、ある負荷状態における電力増幅器２３の特性のそれぞれが初期値に比べて良い場合には、初期値よりも特性が悪化しないように総合的に判断する。

たとえば、負荷（インピーダンス）の位相が９０度の場合、バイアス電圧０Ｖでは、歪み（ＡＣＰＲ１）は−４５．３ｄＢｃであるので、このように歪み特性が悪い場合には、歪みを低減する方向にバイアス電圧の補正値を決定する。このとき、消費電流Ｉｃｃが悪化しないように留意して補正値を決定する。この場合、バイアス電圧を補正値とした場合における歪みは、−５０．７ｄＢｃとなる。消費電流は若干悪化しているが、初期値を超えない範囲の値であり、それに比べて、補正前は初期値をはるかに超えて大きい値だった歪みは、補正により初期値以下の値となっている。

また、インピーダンスの位相が１３５度の場合のように、制御電圧０Ｖでは消費電流Ｉｃｃは、５４４．９ｍＡであるが、このように消費電流Ｉｃｃが大きい場合には、歪みが大きく悪化しない範囲内で消費電流を小さくできるように、可変容量コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２のバイアス電圧の補正値を決定する。この場合、バイアス電圧を補正値とした場合における消費電流Ｉｃｃは、５１９．７ｍＡとなる。

なお、全ての特性が初期値に比べて悪い場合には、補正値とするバイアス電圧の値は、前述の通信規格で定められた基準を満たすことを前提に、特性に優先順位を定めて設定する。この優先順位は、消費電流，歪み，利得の順とする。なぜなら、低消費電力化することで、高周波部品として通信機器等に搭載されたときのバッテリーの寿命を考慮したものとし、汎用性の高いものとする点と、低歪み化することで、通話品質の良好なものとする点に考慮したためである。また、２つのバイアス電圧の値における利得，消費電流，歪みを比較して、そのうち２つの特性が等しければ残る１つの特性が改善される方のバイアス電圧の値を用い、そのうち１つの特性が等しければ、残る２つの特性のうち、優先順位の高い特性が改善される方のバイアス電圧の値を用いる。

このような手法で決定した、ＶＳＷＲ＝２のときの各位相における可変容量コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２に印加するバイアス電圧の補正値を表１に示す。

同様に、ＶＳＷＲを変化させたときの補正値も得ることで、各負荷状態に対するバイアス電圧の補正値を得ることができる。

〈バイアス供給回路〉
バイアス制御回路は、可変容量コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２それぞれのバイアス供給回路ＢＩに接続された端子Ｖ１，Ｖ２を有している。バイアス供給回路は、初期設定状態においては、電力増幅器２３の出力側の負荷を５０Ωとしたときの補正値のバイアス電圧を端子Ｖ１，Ｖ２から印加するが、実際の使用時においては、利得検出回路，消費電流検出回路から利得，消費電流を得て、その状態におけるバイアス電圧の値と利得と消費電流との組み合わせから、現在の負荷状態の絶対値を判定し、表１に示すようなバイアス電圧の補正値を端子Ｖ１，Ｖ２から印加する。これにより、消費電流と利得との変動傾向の判断が不要となり、負荷変動に対する制御を早く、かつ、安定して行うことができる。

このように、ステップ（１）〜（４）を行なった結果をメモリ２４に記憶させ、電力増幅器２３の利得を利得検出回路で，消費電流を消費電流検出回路でそれぞれ測定し、この測定値と、測定時のバイアス電圧の値とから、ステップ（４）でメモリ２４に記憶した内容に基づき、電力増幅器２３の出力側の負荷状態を判別し、ステップ（２），（３）でメモリ２４に記憶した内容に基づき判別した負荷状態におけるバイアス電圧の補正値を得て、可変容量コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２に印加するバイアス電圧を補正値に設定することで、電力増幅器２３の利得，消費電流及び高周波信号の歪みを目標値とする。このように、電力増幅器２３の調整を行なうことで、電力増幅装置の出力側の負荷状態が変動しても、常に電力増幅器２３の利得，消費電流及び高周波信号の歪みを所望の目標値に制御することができる。

なお、メモリ２４には、電力増幅器２３の出力側の負荷を変動させたときの各負荷状態におけるバイアス電圧の値、電力増幅器２３の利得、及び電力増幅器２３の消費電流とを記憶させているが、各負荷状態においてバイアス電圧を変化させたときの各バイアス電圧の値に対する利得と消費電流とを記憶させてもいいし、各負荷状態において、ある一定の、リファレンスとなるバイアス電圧の値（以下、リファレンス値とする）に対する利得と消費電流とを記憶させてもよい。前者の場合には、どのようなバイアス電圧を印加しているときでも、負荷変動に対してタイムラグなく制御することができるものとすることができる。後者の場合には、負荷状態判定時にバイアス電圧をリファレンス値に設定すれば負荷状態を判定することができるので負荷変動に対する制御をすることができるとともに、メモリ２４に記憶させる内容を前者に比べて少なくすることができ、簡易な構成とすることができる。

可変整合回路２２としては、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、目的に応じて可変容量コンデンサを用いた可変整合回路２２の構成を、例えばＬＣローパス型、ＬＣハイパス型，π型，Ｔ型，多段構成等のように変形して用いることができる。

また、本発明の電力増幅装置を構成する可変容量コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２として好ましい例について説明する。

図３〜図６は、それぞれ本発明の電力増幅装置の可変整合回路を構成する可変容量コンデンサＣｔの実施の形態の例を示したものであり、図３は５個の可変容量素子を有する可変容量コンデンサＣｔの等価回路図であり、図４は透視状態の平面図、図５は作製途中の状態を示す平面図、図６は図４のＡ−Ａ’線断面図である。なお、図４においては、電力増幅装置の構成を分かり易くするために、上部に位置する一部の層を透明としている。

図３に示す等価回路図において、符号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５はいずれも可変容量素子、Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３は抵抗成分及びインダクタ成分の少なくとも一方を含む第１バイアスライン（同図では、抵抗成分Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３を示す）、Ｂ２１，Ｂ２２，Ｂ２３は抵抗成分及びインダクタ成分の少なくとも一方を含む第２バイアスライン（同図では、抵抗成分Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３を示す）であり、ＢＩ及びＢＯは、それぞれ抵抗成分及びインダクタ成分の少なくとも一方を含む第１及び第２共通バイアスライン（同図では、抵抗成分ＲＩ，ＲＯを示す）である。第１バイアスラインＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３は、第１バイアス端子ＶＩから第１バイアス端子ＶＩと第１の可変容量素子Ｃ１との接続点の間、第２の可変容量素子Ｃ２と第３の可変容量素子Ｃ３との接続点、第４の可変容量素子Ｃ４と第５の可変容量素子Ｃ５との接続点、にそれぞれ設けられている。同様に、第２バイアスラインＢ２１，Ｂ２２，Ｂ２３は、第２バイアス端子ＶＯから第２バイアス端子ＶＯと第５の可変容量素子Ｃ５との接続点の間、第３の可変容量素子Ｃ３と第４の可変容量素子Ｃ４との接続点との間、第１の可変容量素子Ｃ１と第２の可変容量素子Ｃ２との接続点との間にそれぞれ設けられている。このように形成することで、第１バイアスラインＢ１１〜Ｂ１３，第２バイアスラインＢ２１〜Ｂ２３は交互に可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５を構成する一対の電極の一方に接続されているものとなる。第１バイアスラインＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３は共通に接続された上で第１共通バイアスラインＢＩに接続され、第２バイアスラインＢ２１、Ｂ２２，Ｂ２３は共通に接続された上で第２共通バイアスラインＢＯに接続されており、これらからバイアス供給回路が成る。また、ＶＩは第１バイアス端子、すなわちバイアス電圧が供給される側の端子であり、ＶＯは第２バイアス端子、すなわち可変容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５に印加されたバイアス信号が接地側に落ちる端子である。また、これら可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５は高周波信号を入出力する端子の間に直列に接続されている。

このような構成の可変容量コンデンサＣｔにおいては、可変容量コンデンサＣｔの入力端子と出力端子との間には、高周波信号が、直列接続された可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５を介して流れることになる。このとき、第１バイアスラインＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３及び第２バイアスラインＢ２１，Ｂ２２，Ｂ２３の抵抗成分Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３及びＲ２１，Ｒ２２，Ｒ２３は、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の高周波信号の周波数領域でのインピーダンスに対して大きなインピーダンス成分となっており、高周波帯のインピーダンスに悪影響を与えない。

また、第１共通バイアスラインＢＩ及び第２共通バイアスラインＢＯの抵抗成分ＲＩ及びＲＯは、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の合成容量の高周波信号の周波数領域でのインピーダンスに対して大きなインピーダンス成分となっており、高周波帯のインピーダンスに悪影響を与えない。

このような第1バイアスラインＢ１１〜Ｂ１３が共通に接続された第１共通バイアスラインＢＩ，第２バイアスラインＢ２１〜Ｂ２３が共通に接続された第２共通バイアスラインＢＯを設けることで、第1バイアスラインＢ１１〜Ｂ１３，第２バイアスラインＢ２１〜Ｂ２３に個々に必要であったバイアス電圧を印加するための端子を２つにすることができるので取り扱いが容易なものとなる。

また、可変容量コンデンサＣｔの容量成分を制御するバイアス電圧は、第１バイアス端子ＶＩから供給され、可変容量素子Ｃ１を介して第２バイアス端子ＶＯ（図３ではグランド）に流れる。具体的には、バイアス電圧は、第１バイアス端子ＶＩから第１共通バイアスラインＢＩを通り、可変容量素子Ｃ１に印加され、第２バイアスラインＢ２３，Ｂ２１，第２共通バイアスラインＢＯを通り第２バイアス端子ＶＯに流れる。この可変容量素子Ｃ１に印加される電圧に応じて可変容量素子Ｃ１は所定の誘電率となり、それにより、所望の容量成分が得られることになる。可変容量素子Ｃ２〜Ｃ５についても同様である。

その結果、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の容量を所望の値に制御するためのバイアス電圧を、安定してそれぞれ別々に可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５に供給することができ、バイアス電圧の印加による可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の誘電体層における誘電率を所望通りに変化させることができ、よって容量成分の制御が容易な可変容量コンデンサＣｔとなっている。これにより、可変容量コンデンサＣｔの容量を制御することで、これを用いた本発明の可変整合回路によって所望のインピーダンスに整合させることができる。

つまり、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の高周波信号は、第１バイアスラインＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３及び第２バイアスラインＢ２１，Ｂ２２，Ｂ２３、ならびに第１共通バイアスラインＢＩ及び第２共通バイアスラインＢＯの抵抗成分ＲＩを介して漏れることがない。これによって、バイアス信号が安定して可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５に独立に印加され、その結果、バイアス信号による各々の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の容量変化率を最大限に利用することができるものとなる。

また、可変容量コンデンサＣｔにおいては、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）、ここでは５個の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５は、高周波的には直列接続された可変容量素子と見ることができる。

従って、直列接続された可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５に印加される高周波電圧が各々の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５に分圧されるので、個々の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５に印加される高周波電圧は減少することとなる。このことから、個々の可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５における高周波信号に対する容量変動は小さく抑えることができ、これら可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５による可変容量コンデンサＣｔを用いた可変整合回路として、波形歪みや相互変調歪み等を抑制することができることとなる。

また、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５を直列接続したことにより、高周波的には、誘電体層の層厚を厚くしたのと同じ効果があり、可変容量コンデンサＣｔの損失抵抗による単位体積当りの発熱量を小さくすることができ、可変整合回路の耐電力を向上することができる。

また、バイアス供給回路を可変容量コンデンサＣｔに有することで、従来のような外部のバイアス供給回路が不要となるため、可変整合回路として、小型で非常に取扱いが容易なものとなる。

また、可変容量コンデンサＣｔの一端が、図１の可変容量コンデンサＣｔ１に示すようにＧＮＤ（グランド）に接続されている場合は、第２共通バイアスラインＢＯは無くても構わない。

次に、この例における可変容量コンデンサＣｔの作製方法について説明する。

図４〜図６において、１は支持基板、２は下部電極層、３１，３２，３３，３４は導体ライン、４は誘電体層、５は上部電極層、６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８は薄膜抵抗、７は絶縁層、８は引き出し電極層、９は保護層、１０は半田拡散防止層、１１１，１１２及び１１３，１１４は半田端子部である。なお、この半田拡散防止層１０と半田端子部１１１及び１１２とで、それぞれ第１信号端子（入力端子）及び第２信号端子（出力端子）を構成している。また、第１バイアス端子ＶＩ及び第２バイアス端子ＶＯは、下部電極層２の形成時に同時に作製された導体層と、半田拡散防止層１０と半田端子部１１３及び１１４とで構成されている。また、下部電極層２と上部電極層５とで、誘電体層４を挟持する一対の電極層を構成する。

支持基板１は、アルミナセラミックス等のセラミック基板や、サファイア等の単結晶基板等である。この支持基板１の上に下部電極層２，誘電体層４及び上部電極層５を順次、支持基板１のほぼ全面に成膜する。これら各層の成膜終了後、上部電極層５，誘電体層４及び下部電極層２を順次所定の形状にエッチングする。

下部電極層２は、誘電体層４の形成に高温スパッタが必要となることが多いため、その高温に耐えられるように高融点であることが必要である。具体的には、Ｐｔ，Ｐｄ等の金属材料から成るものである。この下部電極層２も、高温スパッタで形成される。さらに、下部電極層２は、高温スパッタによる形成後に、誘電体層４のスパッタ温度である７００〜９００℃へ加熱され、誘電体層４のスパッタ開始まで一定時間保持することにより、平坦な層となる。

下部電極層２の厚みは、第２信号端子から第５の可変容量素子Ｃ５までの抵抗成分や、第１の可変容量素子Ｃ１から第２の可変容量素子Ｃ２、第３の可変容量素子Ｃ３から第４の可変容量素子Ｃ４までの抵抗成分、及び下部電極層２の連続性を考慮した場合には厚い方が望ましいが、支持基板１との密着性を考慮した場合には薄い方が望ましく、両方を考慮して決定される。具体的には、０．１μｍ〜１０μｍである。下部電極層２の厚みが０．１μｍよりも薄くなると、電極自身の抵抗が大きくなるほか、下部電極層２の連続性が確保できなくなる可能性がある。一方、１０μｍより厚くすると、内部応力が大きくなって、支持基板１との密着性が低下したり、支持基板１の反りを生じたりするおそれがある。

下部電極層２は第１信号端子と可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５と第２信号端子とを直列に接続するために、可変容量素子Ｃ１及び可変容量素子Ｃ２，可変容量素子Ｃ３及び可変容量素子Ｃ４，可変容量素子Ｃ５及び第２信号端子で共有するようにパターニングする。

誘電体層４は、少なくともＢａ，Ｓｒ，Ｔｉを含有するペロブスカイト型酸化物結晶から成る高誘電率の誘電体層であることが好ましい。この誘電体層４は、下部電極層２の表面に形成されている。例えば、ペロブスカイト型酸化物結晶が得られる誘電体材料をターゲットとして、スパッタリング法による成膜を所望の厚みになるまで行なう。このとき、基板温度を高く、例えば８００℃として高温スパッタリングを行なうことにより、スパッタ後の熱処理を行なうことなく、高誘電率で容量変化率の大きい、低損失の誘電体層４を得ることができる。

上部電極層５の材料としては、この層の抵抗を下げるため、抵抗率の小さなＡｕが望ましいが、誘電体層４との密着性向上のためには、Ｐｔ等を密着層として用いることが望ましい。この上部電極層５の厚みは０．１μｍ〜１０μｍとなっている。この厚みの下限については、下部電極層２と同様に、上部電極層５自身の抵抗を考慮して設定される。また、厚みの上限については、誘電体層４との密着性を考慮して設定される。

第１バイアスラインＢ１１〜Ｂ１３は、薄膜抵抗６１，６２，６３と導体ライン３３，３４から成り、これらが導体ライン３２で共通に接続されている。第２バイアスラインＢ２１〜Ｂ３３は、薄膜抵抗６４，６５，６５から成り、これらが導体ライン３１で共通に接続されている。

この、バイアス供給回路を構成する第１バイアスラインＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３は、第１バイアス端子ＶＩから第１バイアス端子ＶＩと第１の可変容量素子Ｃ１との接続点の間、第２の可変容量素子Ｃ２と第３の可変容量素子Ｃ３との接続点、すなわち第２の可変容量素子Ｃ２の上部電極層５と第３の可変容量素子Ｃ３の上部電極層５とを接続する引き出し電極層８との間、第４の可変容量素子Ｃ４と第５の可変容量素子Ｃ５との接続点、すなわち第４の可変容量素子Ｃ４の上部電極層５と第５の可変容量素子Ｃ５の上部電極層５とを接続する引き出し電極層８との間にそれぞれ設けられている。

同様に、第２バイアスラインＢ２１，Ｂ２２，Ｂ２３は、第２バイアス端子ＶＯから第２バイアス端子ＶＯと第５の可変容量素子Ｃ５との接続点の間、第３の可変容量素子Ｃ３と第４の可変容量素子Ｃ４との接続点との間、第１の可変容量素子Ｃ１と第２の可変容量素子Ｃ２との接続点との間にそれぞれ設けられている。

この導体ライン３１，３２，３３，３４は、上述の下部電極層２，誘電体層４及び上部電極層５を形成した後、新たに成膜することによって形成することができる。その際には、既に形成した下部電極層２，誘電体層４及び上部電極層５を保護するために、リフトオフ法を用いることが望ましい。また、これら導体ライン３１〜３４は、下部電極層２のパターニングの際に、同時にこれら導体ライン３１〜３４も形成するようにパターニングを行なうことによっても形成することができる。

この導体ライン３１〜３４の材料としては、第１及び第２バイアスラインＢ１１〜Ｂ１３，Ｂ２１〜Ｂ２３の抵抗値のばらつきを抑制するために、低抵抗であるＡｕが望ましいが、薄膜抵抗６１〜６６の抵抗が十分に高いので、Ｐｔ等を用いて、下部電極層２と同じ材料及び同じ工程で形成してもよい。

次に、第１及び第２バイアスラインＢ１１〜Ｂ１３，Ｂ２１〜Ｂ２３を構成する薄膜抵抗６１〜６６の材料としては、タンタル（Ｔａ）を含有し、かつその比抵抗が１ｍΩ・ｃｍ以上であるものが望ましい。具体的な材料としては、窒化タンタル（ＴａＮ）やＴａＳｉＮ，Ｔａ−Ｓｉ−Ｏを例示することができる。例えば、窒化タンタルの場合であれば、Ｔａをターゲットとして、窒素を加えてスパッタリングを行なうリアクティブスパッタ法により、所望の組成比及び抵抗率の薄膜抵抗６１〜６６を成膜することができる。

このスパッタリングの条件を適宜選択することにより、膜厚が４０ｎｍ以上で、比抵抗が１ｍΩ・ｃｍ以上の薄膜抵抗６１〜６６を形成することができる。さらに、スパッタリングの終了後、レジストを塗布して所定の形状に加工した後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のエッチングプロセスを行なうことにより、簡便にパターニングすることができる。

可変容量コンデンサＣｔを周波数１ＧＨｚで使用し、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の容量を５ｐＦとした場合には、この周波数の１／１０（１００ＭＨｚ）からインピーダンスに悪影響を与えないように薄膜抵抗６１〜６６を可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５の１００ＭＨｚでのインピーダンスの１０倍以上の抵抗値に設定するものとすると、必要な第１及び第２バイアスラインＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ２１，Ｂ２２，Ｂ２３の抵抗値は、約３．２ｋΩ以上であればよい。可変容量コンデンサにおける薄膜抵抗６１〜６６の比抵抗率は１ｍΩ・ｃｍ以上として、第１及び第２バイアスラインＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ２１，Ｂ２２，Ｂ２３の抵抗値として１０ｋΩを得る場合であれば、薄膜抵抗６１〜６６のアスペクト比（長さ／幅）は、膜厚を５０ｎｍとしたとき、５０以下とできるため、素子形状を大きくすることなく実現可能なアスペクト比を有する薄膜抵抗６１〜６６となる。

これら薄膜抵抗６１〜６６を含む第１及び第２バイアスラインＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ２１，Ｂ２２，Ｂ２３は、支持基板１上に直接形成されている。これにより、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５上に形成する際に必要となる、下部電極層２，上部電極層４及び引き出し電極層８との絶縁を確保するための絶縁層が不要となり、可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５を構成する層の数を低減することが可能となる。さらに、高抵抗の薄膜抵抗６１〜６６を用いることにより、形状を大きくすることなく、可変容量コンデンサＣｔを作製することができる。

また、同様に、第１及び第２共通バイアスラインＢＩ，ＢＯを構成する薄膜抵抗６７，６８は、薄膜抵抗６１〜６６と同様の材料を用いて、同様の工程で形成することができる。

可変容量コンデンサＣｔを周波数１ＧＨｚで使用し、容量を１ｐＦとした場合には、この周波数でのインピーダンスに悪影響を与えないように薄膜抵抗６７，６８をインピーダンスの１００倍以上の抵抗値に設定するものとすると、必要な第１及び第２共通バイアスラインＢＩ，ＢＯの抵抗値は、約１６ｋΩ以上であればよい。可変容量コンデンサＣｔにおける薄膜抵抗６７，６８の比抵抗率は１ｍΩ・ｃｍ以上が望ましいため、例えば第１及び第２共通バイアスラインＢＩ，ＢＯの抵抗値として２０ｋΩを得る場合であれば、薄膜抵抗６７，６８のアスペクト比（長さ／幅）は、膜厚を５０ｎｍとしたとき１００以下とできるため、素子形状を大きくすることなく実現可能なアスペクト比を有する薄膜抵抗６７，６８となる。

なお、第１共通バイアスラインＢＩは、一方が第１バイアス端子ＶＩに接続され、他方が第１可変容量素子Ｃ１と第１信号端子との間に接続されている。第２共通バイアスラインＢＯは、一方が、第２バイアス端子ＶＯに接続され、他方が第５可変容量素子Ｃ５と第２信号端子との間に接続されている。

この状態での平面図を図５に示している。なお、図５中に示す点線部は、この後引き出し電極層８が形成される領域を示している。

次に、絶縁層７は、この上に形成する引き出し電極層８と下部電極層２との絶縁を確保するために必要である。さらに、この絶縁層７は、第１及び第２共通バイアスラインＢＩ，ＢＯ、第１及び第２バイアスラインＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ２１，Ｂ２２，Ｂ２３を被覆しており、薄膜抵抗６１〜６８が酸化されるのを防止できるため、第１及び第２共通バイアスラインＢＩ，ＢＯ、第１及び第２バイアスラインＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ２１，Ｂ２２，Ｂ２３の抵抗値を経時的に一定とすることができ、これにより信頼性を向上させることができる。絶縁層７の材料は、耐湿性を向上させるために、窒化ケイ素及び酸化ケイ素の少なくとも１種類より成るものとするとよい。これらは、被覆性を考慮して、化学気相堆積法等により成膜することが望ましい。

また、絶縁層７は、通常のレジストを用いるドライエッチング法等により、所望の形状に加工することができる。そして、絶縁層７には、薄膜抵抗６２，６３と引き出し電極層８との接続を確保するために導体ライン３３，３４の一部を露出させるために、導体ライン３３，３４上の絶縁層７に導体ライン３３，３４に到達する貫通孔を設けている。その他でこの絶縁層７から露出させる部位としては、上部電極層４及び半田端子部１１１，１１２，１１３，１１４のみとしておくことが、耐湿性向上の観点から好ましい。

次に、引き出し電極層８は、第１信号端子と可変容量素子Ｃ１の上部電極層５との間、可変容量素子Ｃ２の上部電極層５と可変容量素子Ｃ３の上部電極層５との間、可変容量素子Ｃ４の上部電極層５と可変容量素子Ｃ５の上部電極層５との間を、それぞれ絶縁層７の貫通孔を通して電気的に接続するように形成される。

ここで、可変容量素子Ｃ５の下部電極層２を第２信号端子と電気的に接続することにより、第１信号端子から第２信号端子まで可変容量素子Ｃ１〜Ｃ５が直列に接続される。可変容量素子Ｃ５の下部電極層２を第２信号端子と電気的に接続するには、例えば、第２信号端子と可変容量素子Ｃ５とで下部電極層２を共用するように、可変容量素子Ｃ５の下部電極層２を第２信号端子を形成する位置まで連続して形成すればよい。

この引き出し電極層８の材料としては、Ａｕ、Ｃｕ等の低抵抗な金属を用いることが望ましい。また、引き出し電極層８に対する絶縁層７の密着性を考慮して、Ｔｉ，Ｎｉ等の密着層を使用してもよい。

なお、引き出し電極層８を形成するときに、第１及び第２信号端子，第１及び第２のバイアス端子の形成位置に、引き出し電極層８を構成する材料からなる層を形成することが好ましい。第１及び第２の信号端子，第１及び第２のバイアス端子を形成する位置の高さを揃えることにより、実装が容易となるからである。

また、半田端子部１１１，１１２，１１３，１１４を露出させて全体を被覆するように、保護層９を形成する。保護層９は、可変容量素子Ｃ１を始めとする可変容量コンデンサＣｔの構成部材を機械的に保護するほか、薬品等による汚染から保護するためのものである。保護層９の材料としては、耐熱性が高く、段差に対する被覆性が優れたものが良く、具体的には、ポリイミド樹脂やＢＣＢ樹脂等を用いる。これらは、樹脂原料を塗布した後、所定の温度で硬化させることにより形成される。

半田拡散防止層１０は、半田端子部１１１，１１２，１１３，１１４形成の際のリフローや実装の際に、半田端子部１１１，１１２，１１３，１１４の半田の下部電極層２及び引き出し電極層８への拡散を防止するために形成する。この半田拡散防止層１０の材料としては、Ｎｉが好適である。また、半田拡散防止層１０の表面には、半田濡れ性を向上させるために、半田濡れ性の高いＡｕ，Ｃｕ等を０．１μｍ程度形成する場合もある。

最後に、半田端子部１１１，１１２，１１３，１１４を形成する。これは、可変容量コンデンサＣｔの外部の配線基板への実装を容易にするために形成する。これら半田端子部１１１，１１２，１１３，１１４は、半田端子部１１１，１１２，１１３，１１４に所定のマスクを用いて半田ペーストを印刷後、リフローを行なうことにより形成するのが一般的である。

以上述べた可変容量コンデンサＣｔによれば、第１及び第２共通バイアスラインＢＩ，ＢＯ、第１及び第２バイアスラインＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ２１，Ｂ２２，Ｂ２３もしくはその一部に、窒化タンタルを含有し、かつ比抵抗が１ｍΩ・ｃｍ以上の薄膜抵抗６１〜６８を用いることにより、薄膜抵抗６１〜６８のアスペクト比を低減して可変容量コンデンサの小型化を実現している。さらには、第１及び第２共通バイアスラインＢＩ，ＢＯ、第１及び第２バイアスラインＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ２１，Ｂ２２，Ｂ２３を支持基板１上に直接形成することにより、可変容量素子Ｃ１等の各素子を構成する層の数が低減されている。また、各素子を構成する各導体層や誘電体層等の形成工程を共通化できるため、構造が比較的複雑であるにもかかわらず、非常に簡単に形成することができる。

なお、本実施例においては第１バイアスラインＢ１１〜Ｂ１３を共通に接続して１つのバイアス端子Ｖ１に接続し、第２バイアスラインＢ２１〜Ｂ２３を共通に接続して１つのバイアス端子Ｖ２に接続しているが、第１及び第２バイアスラインＢ１１〜Ｂ２３のそれぞれに対応したバイアス端子を設けてもよい。

次に、図１に示す電力増幅装置を高周波信号を増幅に用いた通信装置の実施の形態の一例を図７のブロック図に示す。

図７は、移動体通信端末に用いられる送信回路であり、この送信回路は、中間周波信号（ＩＦ信号）を高周波信号（ＲＦ信号）に変換するミキサ１８と、ＲＦ信号を増幅するドライブアンプ１７と、電力増幅装置２５と、アンテナ分波器１２と、アンテナ１１とを有する。

このように、送信回路においてアンテナ１１側での負荷状態が変化しても、各負荷状態に対して最適化させることができる電力増幅装置２５を用いているので、使用環境に左右されず、安定した通話品質を実現することができるものとなる。

なお、上記の通信装置は、送信回路について説明しているが、本発明の通信装置は、送信回路に限定されるものではなく、例えば、ＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）や受信回路に用いてもかまわない。

また、一般にＣＤＭＡシステムでは、電力増幅器２３の出力電力を制御するために、ドライバアンプ１７の利得を調整している。このため、ＣＤＭＡシステムに用いられる通信装置は、電力増幅器２３の出力側の電力を検出する電力検出回路と、この電力検出回路で検出した値に基づきドライバアンプ１７の利得を調整する利得調整回路とを有している。ドライバアンプ１７の入力側の電力は一定なので、この電力検出回路で検出した値と，利得調整回路により設定されたドライバアンプ１７の利得の値とから、電力増幅器２３の利得を得ることができる。このため、本発明の通信装置をＣＤＭＡ端末に適用する際には、この電力検出回路と利得調整回路とに電力増幅器２３の利得検出回路としての機能を持たせてもよい。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。

本発明の電力増幅装置の実施の形態の例を示すブロック図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の電力増幅装置における電力増幅器の利得、消費電流と負荷状態との関係及び消費電流、歪み特性と負荷状態との関係を示す線図である。 バイアス供給回路を有する可変容量コンデンサの等価回路図である。 バイアス供給回路を有する可変容量コンデンサの例を示す透視状態の平面図である。 図４に示す可変容量コンデンサの作製途中の状態を示す平面図である。 図４のＡ−Ａ’線断面図である。 本発明の通信装置の実施の形態の例を示す、要部の回路構成を示すブロック図である。 従来の移動体通信に用いられる他の送信機の要部の回路構成を示すブロック図である。

符号の説明

１：支持基板
２：下部電極層
３１、３２、３３、３４：導体ライン
４：誘電体層
５：上部電極層
６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８：薄膜抵抗
７：絶縁層
８：引き出し電極層
９：保護層
１０：半田拡散防止層
１１１、１１２、１１３、１１４：半田端子部
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５：可変容量素子
Ｃｔ１、Ｃｔ２：可変容量コンデンサ
Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３：第１バイアスライン
Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３：第２バイアスライン
Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３：抵抗成分
Ｖ１、Ｖ２、ＶＩ、Ｖ０：バイアス端子

Claims (4)

1. バイアス電圧の印加に応じて誘電率が変化する誘電体層を具備する可変容量コンデンサを用いた可変整合回路を含む、高周波信号を増幅する電力増幅器と、
   前記電力増幅器の利得を検出する利得検出回路と、
   前記電力増幅器の消費電流を検出する消費電流検出回路と、
   前記電力増幅器の出力側の負荷状態を変化させたときの各負荷状態における前記バイアス電圧の値、前記電力増幅器の利得、及び前記電力増幅器の消費電流と、前記各負荷状態における前記電力増幅器の利得、消費電流及び前記高周波信号の歪みを目標値に補正するためのバイアス電圧の補正値と、を予め記憶したメモリと、
   前記利得検出回路により検出した利得と前記消費電流検出回路により検出した消費電流とから、前記メモリに記憶された内容に基づき、前記負荷状態を判別し、その負荷状態における前記補正値を得て、前記可変容量コンデンサに印加する前記バイアス電圧を前記補正値に設定するバイアス電圧制御回路と、を含む電力増幅装置。
2. 前記可変容量コンデンサは、
   前記誘電体層と、前記誘電体層を挟持する一対の電極とから成る、複数個の可変容量素子が直列接続されており、
   複数個の前記可変容量素子の一対の電極のいずれか一方にそれぞれ接続された、抵抗成分又はインダクタ成分の少なくとも一方を含むバイアス供給回路を有する請求項１に記載の電力増幅装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電力増幅装置を高周波信号の電力増幅に用いる通信装置。
4. バイアス電圧の印加に応じて誘電率が変化する誘電体層を具備する可変容量コンデンサを用いた可変整合回路を含む、高周波信号を増幅する電力増幅器の調整方法であって、下記（１）〜（４）のステップを予め行ない、前記電力増幅器の利得及び消費電流の測定値と、測定時のバイアス電圧の値とから、（４）で記憶した内容に基づき前記電力増幅器の出力側の負荷状態を判別し、（２），（３）で記憶した内容に基づき判別した負荷状態におけるバイアス電圧の補正値を得て、前記可変容量コンデンサに印加する前記バイアス電圧を前記補正値に設定することで、前記電力増幅器の利得，消費電流及び前記高周波信号の歪みを目標値とする電力増幅器の調整方法。
   （１）前記電力増幅器の出力側の負荷状態を一定として、バイアス電圧の値を変化させ、各バイアス電圧の値を印加したときの、前記電力増幅器の利得，消費電流及び高周波信号の歪みを測定する。
   （２）（１）で測定した結果から、前記電力増幅器の利得，消費電流及び高周波信号の歪みが、予め定めた条件を満たす目標値となるときのバイアス電圧の値を、（１）の負荷状態における補正値として記憶する。
   （３）前記電力増幅器の出力側の負荷状態を変化させて、（１），（２）を行ない、各負荷状態における補正値を記憶する。
   （４）（１），（３）で測定した結果から、各負荷状態におけるバイアス電圧の値と前記電力増幅器の利得及び消費電流との関係を記憶する。
   
   

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