JP2009094921A

JP2009094921A - 高周波電力増幅器

Info

Publication number: JP2009094921A
Application number: JP2007265208A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Sasaki; 善伸佐々木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2009-04-30
Also published as: US20090096529A1; US7636017B2

Abstract

【課題】高調波処理回路の効果をそれぞれの増幅用トランジスタに対してより均一に働かせることができる高周波電力増幅器を得る。
【解決手段】増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_１０は入力信号をそれぞれ増幅する。増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_５の出力端子はそれぞれ伝送線路ＴＣ１〜ＴＣ４を介して一列に接続されている。増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_５のコレクタ（出力端子）の列の一端に高調波処理回路ＳＴＵＢが接続されている。高調波処理回路ＳＴＵＢは、増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_５の出力電圧に含まれる高調波を抑圧する。伝送線路ＴＲ１とＭＩＭキャパシタＭＩＭ１は、高調波に対して、高調波処理回路ＳＴＵＢに最も近い増幅用トランジスタＱ_５のコレクタと高調波処理回路ＳＴＵＢから最も遠い増幅用トランジスタＱ_１のコレクタを短絡する短絡回路である。
【選択図】図３

Description

本発明は、増幅用トランジスタの出力電圧に含まれる高調波を抑圧する高調波処理回路が設けられた高周波電力増幅器に関し、特に高調波処理回路の効果をそれぞれの増幅用トランジスタに対してより均一に働かせることができる高周波電力増幅器に関するものである。

数十ＭＨｚ以上の高周波帯で動作する高周波電力増幅器であって、歪特性の改善を行うために、増幅用トランジスタの出力電圧に含まれる高調波を抑圧する高調波処理回路が設けられたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、従来の高周波電力増幅器のレイアウトパターンを示す図である。入力ポートＰｏｒｔ１に入力された入力信号は、伝送線路ＴＢを介して増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_１０に供給される。増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_１０は入力信号をそれぞれ増幅し、伝送線路ＴＣを介して出力ポートＰｏｒｔ２に出力する。増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_１０と出力ポートＰｏｒｔ２との接続点に高調波処理回路ＳＴＵＢが接続されている。高調波処理回路ＳＴＵＢは、例えば入力周波数の２倍の周波数に対して１／４波長を有するオープンスタブであり、増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_１０の出力電圧に含まれる２倍波（高調波）を抑圧する。

図７は、図６の丸で囲った部分を拡大した図である。増幅用トランジスタＱ_７のベースと伝送線路ＴＢが接続され、コレクタと伝送線路ＴＣが接続され、エミッタとＧＮＤがエアブリッジＡＢを介して接続されている。

図８は、従来の高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_１０のベースは、それぞれ伝送線路ＴＢ１〜ＴＢ１０を介して入力ポートＰｏｒｔ１に接続されている。また、増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_５のコレクタはそれぞれ伝送線路ＴＣ１〜ＴＣ４を介して一列に接続され、増幅用トランジスタＱ_６〜Ｑ_１０のコレクタはそれぞれ伝送線路ＴＣ６〜ＴＣ９を介して一列に接続されている。

増幅用トランジスタＱ_５のコレクタは伝送線路ＴＣ５を介して出力ポートＰｏｒｔ２に接続され、増幅用トランジスタＱ_１０のコレクタは伝送線路ＴＣ１０を介して出力ポートＰｏｒｔ２に接続されている。そして、出力ポートＰｏｒｔ２に高調波処理回路ＳＴＵＢが接続されている。従って、増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_５のコレクタの列の一端及び増幅用トランジスタＱ_６〜Ｑ_１０のコレクタの列の一端に高調波処理回路ＳＴＵＢが接続されている。

図９は、増幅用トランジスタのコレクタ電流の時間波形を示す図である。大信号が入力されると、増幅用トランジスタの静特性にクリップされてコレクタ電流に歪を生じる。このときコレクタ電流には基本波とともに、基本波の周波数の２倍、３倍、４倍といった高調波が含まれている。

図１０は、増幅用トランジスタの出力電圧の時間波形を示す図である。高調波に対しても基本波と同じ負荷が接続されているとする。高調波処理回路が無い場合は、出力電圧の波形はコレクタ電流の波形と相似形となる。一方、高調波処理回路を付加した場合は、出力電圧に含まれる高調波が抑圧されるため、基本波に対して大きな波形を得ることができる。

特開２００１−１１１３６２号公報

従来の構成では、それぞれの増幅用トランジスタと高調波処理回路との電気的な距離がばらついているため、高調波処理回路の効果をそれぞれの増幅用トランジスタに対して均一に働かせることができないという問題があった。このため、基本波に対して十分に大きな波形を得ることができなかった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、高調波処理回路の効果をそれぞれの増幅用トランジスタに対してより均一に働かせることができる高周波電力増幅器を得るものである。

本発明に係る高周波電力増幅器は、それぞれ入力信号を増幅し、それぞれの出力端子が伝送線路を介して一列に接続された複数の増幅用トランジスタと、複数の増幅用トランジスタの出力端子の列の一端に接続され、複数の増幅用トランジスタの出力電圧に含まれる高調波を抑圧する高調波処理回路と、高調波に対して、高調波処理回路に最も近い増幅用トランジスタの出力端子と高調波処理回路から最も遠い増幅用トランジスタの出力端子を短絡する短絡回路とを有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、高調波処理回路の効果をそれぞれの増幅用トランジスタに対してより均一に働かせることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る高周波電力増幅器のレイアウトパターンを示す図である。入力ポートＰｏｒｔ１に入力された入力信号は、伝送線路ＴＢを介して増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_１０に供給される。増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_１０は入力信号をそれぞれ増幅し、伝送線路ＴＣを介して出力ポートＰｏｒｔ２に出力する。増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_１０と出力ポートＰｏｒｔ２との接続点に高調波処理回路ＳＴＵＢが接続されている。高調波処理回路ＳＴＵＢは、例えば入力周波数の２倍の周波数に対して１／４波長を有するオープンスタブであり、増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_１０の出力電圧に含まれる２倍波（高調波）を抑圧する。

本実施の形態では、トランジスタ列の両端の増幅用トランジスタＱ_１，Ｑ_５のコレクタは、伝送線路ＴＲ１とＭＩＭキャパシタＭＩＭ１を介して接続されている。また、トランジスタ列の両端の増幅用トランジスタＱ_６，Ｑ_１０のコレクタは、伝送線路ＴＲ２とＭＩＭキャパシタＭＩＭ２を介して接続されている。

図２は、ＭＩＭキャパシタを示す断面図である。ＭＩＭキャパシタＭＩＭ１は、伝送線路ＴＲ１と、伝送線路ＴＣと、両者の間に設けられた誘電体膜ＤＦとから構成されている。

図３は、本発明の実施の形態１に係る高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_１０のベースは、それぞれ伝送線路ＴＢ１〜ＴＢ１０を介して入力ポートＰｏｒｔ１に接続されている。また、増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_５のコレクタ（出力端子）はそれぞれ伝送線路ＴＣ１〜ＴＣ４を介して一列に接続され、増幅用トランジスタＱ_６〜Ｑ_１０のコレクタはそれぞれ伝送線路ＴＣ６〜ＴＣ９を介して一列に接続されている。

伝送線路ＴＲ１，ＴＲ２の特性インピーダンス・物理長等のパラメータやＭＩＭキャパシタＭＩＭ１，ＭＩＭ２の容量値は、２倍波の周波数で共振するように設定されている。従って、伝送線路ＴＲ１とＭＩＭキャパシタＭＩＭ１は、２倍波（高調波）に対して、高調波処理回路ＳＴＵＢに最も近い増幅用トランジスタＱ_５のコレクタと高調波処理回路ＳＴＵＢから最も遠い増幅用トランジスタＱ_１のコレクタを短絡する短絡回路である。同様に、伝送線路ＴＲ２とＭＩＭキャパシタＭＩＭ２は、２倍波（高調波）に対して、高調波処理回路ＳＴＵＢに最も近い増幅用トランジスタＱ_１０のコレクタと高調波処理回路ＳＴＵＢから最も遠い増幅用トランジスタＱ_６のコレクタを短絡する短絡回路である。

これにより、高調波処理回路ＳＴＵＢから最も遠い増幅用トランジスタＱ_１，Ｑ_６に対して、高調波処理回路ＳＴＵＢに最も近い増幅用トランジスタＱ_５，Ｑ_１０と同様に高調波処理回路ＳＴＵＢの効果を働かせることができる。また、中間の増幅用トランジスタＱ_２〜Ｑ_４，Ｑ_７〜Ｑ_９も高調波処理回路ＳＴＵＢとの電気長が近くなるため、これらの増幅用トランジスタに対しても高調波処理回路ＳＴＵＢの効果を有効に働かせることができる。従って、高調波処理回路ＳＴＵＢの効果をそれぞれの増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_１０に対してより均一に働かせることができ、基本波に対して十分に大きな波形を得ることができる。

なお、上記実施の形態では、短絡回路は２倍波に対して短絡するが、他の高調波に対して短絡するように設定してもよい。また、上記実施の形態では、短絡回路がトランジスタ列の両端の増幅用トランジスタのコレクタを短絡しているが、中間の増幅用トランジスタのコレクタを短絡するようにしてもよい。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る高周波電力増幅器のレイアウトパターンを示す図であり、図５はその等価回路を示す図である。実施の形態１と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

本実施の形態では、トランジスタ列の両端の増幅用トランジスタＱ_１，Ｑ_５のコレクタを接続する伝送線路ＴＲ３とＭＩＭキャパシタＭＩＭ３と、トランジスタ列の両端の増幅用トランジスタＱ_６，Ｑ_１０のコレクタを接続する伝送線路ＴＲ４とＭＩＭキャパシタＭＩＭ４が更に設けられている。

伝送線路ＴＲ３，ＴＲ４の特性インピーダンスやＭＩＭキャパシタＭＩＭ３，ＭＩＭ４の容量値は、３倍波の周波数で共振するように設定されている。従って、伝送線路ＴＲ３とＭＩＭキャパシタＭＩＭ３は、３倍波（高調波）に対して、高調波処理回路ＳＴＵＢに最も近い増幅用トランジスタＱ_５のコレクタと高調波処理回路ＳＴＵＢから最も遠い増幅用トランジスタＱ_１のコレクタを短絡する短絡回路である。同様に、伝送線路ＴＲ４とＭＩＭキャパシタＭＩＭ４は、３倍波（高調波）に対して、高調波処理回路ＳＴＵＢに最も近い増幅用トランジスタＱ_１０のコレクタと高調波処理回路ＳＴＵＢから最も遠い増幅用トランジスタＱ_６のコレクタを短絡する短絡回路である。

このように本実施の形態では、周波数が異なる複数の高調波に対して、高調波処理回路ＳＴＵＢに最も近い増幅用トランジスタＱ_５，Ｑ_１０のコレクタと高調波処理回路ＳＴＵＢから最も遠い増幅用トランジスタＱ_１，Ｑ_６のコレクタを短絡する短絡回路が設けられている。従って、周波数が異なる複数の高調波に対して、高調波処理回路ＳＴＵＢの効果をそれぞれの増幅用トランジスタＱ_１〜Ｑ_１０に対してより均一に働かせることができる。

本発明の実施の形態１に係る高周波電力増幅器のレイアウトパターンを示す図である。ＭＩＭキャパシタを示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。本発明の実施の形態２に係る高周波電力増幅器のレイアウトパターンを示す図である。本発明の実施の形態２に係る高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。従来の高周波電力増幅器のレイアウトパターンを示す図である。図６の丸で囲った部分を拡大した図である。従来の高周波電力増幅器の等価回路を示す図である。増幅用トランジスタのコレクタ電流の時間波形を示す図である。増幅用トランジスタの出力電圧の時間波形を示す図である。

符号の説明

Ｑ_１〜Ｑ_１０増幅用トランジスタ
ＳＴＵＢ高調波処理回路
ＴＣ１〜ＴＣ４，ＴＣ６〜ＴＣ９伝送線路
ＴＲ１〜ＴＲ４伝送線路（短絡回路）
ＭＩＭ１〜ＭＩＭ４ＭＩＭキャパシタ（短絡回路）

Claims

それぞれ入力信号を増幅し、それぞれの出力端子が伝送線路を介して一列に接続された複数の増幅用トランジスタと、
前記複数の増幅用トランジスタの出力端子の列の一端に接続され、前記複数の増幅用トランジスタの出力電圧に含まれる高調波を抑圧する高調波処理回路と、
前記高調波に対して、前記高調波処理回路に最も近い増幅用トランジスタの出力端子と前記高調波処理回路から最も遠い増幅用トランジスタの出力端子を短絡する短絡回路とを有することを特徴とする高周波電力増幅器。
前記短絡回路は、周波数が異なる複数の高調波に対して、前記高調波処理回路に最も近い増幅用トランジスタの出力端子と前記高調波処理回路から最も遠い増幅用トランジスタの出力端子を短絡することを特徴とする請求項１に記載の高周波電力増幅器。