JP2011130257A - High frequency amplifier device - Google Patents
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Description
この発明は、高効率かつ小型な高周波増幅器に関するものである。 The present invention relates to a high-efficiency and small high-frequency amplifier.
従来の高周波増幅器として、単体増幅器のドレインもしくはコレクタといった電源バイアスとして可変電圧源を用い、入力端子に入力されたRF信号を単体増幅器で増幅し、出力端子から電力を取り出し、さらに、高周波増幅器の平均出力電力に応じて可変電圧源の出力電圧を制御し、単体増幅器を平均出力電力によらず飽和付近で動作をさせることによって高効率動作を実現するものがある(例えば、非特許文献1参照)。 As a conventional high-frequency amplifier, a variable voltage source is used as a power supply bias such as a drain or collector of a single amplifier, an RF signal input to the input terminal is amplified by a single amplifier, electric power is taken out from the output terminal, and the average of the high-frequency amplifier There is one that realizes high-efficiency operation by controlling the output voltage of the variable voltage source according to the output power and operating the single amplifier near saturation regardless of the average output power (for example, see Non-Patent Document 1). .
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。高周波増幅器にバースト動作をさせる場合は、バースト制御信号に基づいてゲートあるいはベースといった電源バイアスをオン、オフして単体増幅器をバースト動作させる方法と、バースト制御信号に基づいて可変電圧源をオン、オフして高周波増幅器をバースト動作させる方法が考えられる。しかし、可変電圧源がオンの状態でゲートあるいはベースといった電源バイアスをオフとした場合に、単体増幅器のアイソレーションが不十分なため、高周波増幅器の入力端子に入力されたRF信号が出力端子に漏れ出しバースト動作とならない場合がある。また、可変電圧源のオン、オフの切り替え速度がバースト制御信号に比べて遅いため、可変電圧源のオンオフの切り替えで高周波増幅器をバースト動作させることができない。このようなことから、従来の高周波増幅器では連続動作は可能であるが、バースト動作をさせることはできない課題がある。 However, the prior art has the following problems. When making the high frequency amplifier perform a burst operation, a power supply bias such as a gate or a base is turned on / off based on the burst control signal to operate the single amplifier in a burst operation, and a variable voltage source is turned on / off based on the burst control signal. Thus, a method of causing the high frequency amplifier to perform a burst operation can be considered. However, when the power supply bias such as the gate or base is turned off while the variable voltage source is on, the isolation of the single amplifier is insufficient, and the RF signal input to the input terminal of the high frequency amplifier leaks to the output terminal. Outburst operation may not be performed. In addition, since the switching speed of the variable voltage source is on / off is slower than that of the burst control signal, the high frequency amplifier cannot be operated in burst by switching the variable voltage source on / off. For this reason, the conventional high-frequency amplifier is capable of continuous operation, but there is a problem that burst operation cannot be performed.
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、高周波増幅器のバースト動作と連続動作に対応しつつ出力電力が低くても高効率かつ回路サイズが小型な高周波増幅器を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and provides a high-frequency amplifier having high efficiency and a small circuit size even when output power is low, while supporting burst operation and continuous operation of the high-frequency amplifier. For the purpose.
この発明に係る高周波増幅器は、増幅器と、前記増幅器の電源バイアスとして用いられる可変電圧源と、前記高周波増幅器と前記可変電圧源との間に装荷された制御スイッチとを備えたものである。 The high-frequency amplifier according to the present invention includes an amplifier, a variable voltage source used as a power supply bias of the amplifier, and a control switch mounted between the high-frequency amplifier and the variable voltage source.
この発明に係る高周波増幅器によれば、高周波増幅器のバースト動作と連続動作に対応しつつ出力電力が低くても高効率かつ回路サイズが小型な高周波増幅器を得ることを可能とする。 According to the high frequency amplifier of the present invention, it is possible to obtain a high frequency amplifier having high efficiency and a small circuit size even when the output power is low, while supporting burst operation and continuous operation of the high frequency amplifier.
以下、この発明の高周波増幅器の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a high-frequency amplifier according to the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る高周波増幅器を示す回路図である。図1に示す高周波増幅器は、単体増幅器1と、単体増幅器1のドレインまたはコレクタの電源バイアスとして用いられる可変電圧源2と、単体増幅器1と可変電圧源2との間に装荷された制御スイッチ6とを備えている。なお、図1において、3は可変電圧源の制御端子、4は入力端子、5は出力端子である。
Embodiment 1 FIG.
1 is a circuit diagram showing a high-frequency amplifier according to Embodiment 1 of the present invention. The high-frequency amplifier shown in FIG. 1 includes a single amplifier 1, a
次に、図1に示す高周波増幅器の動作について説明する。入力端子4に入力されたRF信号を単体増幅器1で増幅し、出力端子5から出力電力を取り出す。このとき、単体増幅器1の電源回路を可変電圧源2と制御スイッチ6で構成するが、これらの動作の組み合わせによって図1に示す高周波増幅器の動きが異なるため、以下にて詳細な説明を行う。
Next, the operation of the high frequency amplifier shown in FIG. 1 will be described. The RF signal input to the
可変電圧源2の出力電圧を一定の値となるように可変電圧源の制御端子3へ制御信号を入力し、制御スイッチ6はバースト制御信号に基づいてオンとオフを切り替える場合を示す。このときの図1におけるVa、Vb、Vcでの電圧を図2に示す。図2において、Vaは可変電圧源2の出力電圧が一定であることを示している。Vbはバースト制御信号が入力されていることを示している。バースト制御信号に基づいて制御スイッチ6のオンとオフを切り替えるため、制御スイッチ6がオンの状態でのVcは可変電圧源2の電圧Vaとなる。制御スイッチ6がオフの状態では単体増幅器1の電源バイアスは0Vとなることを示している。このように、単体増幅器1に対するVcは可変電圧源2の出力電圧Vaと0Vが交互に切り替わる電圧となるため、図1に示す高周波増幅器は、バースト動作が可能である。
A control signal is input to the
次に、平均出力電力に応じて可変電圧源2の出力電圧を制御端子3で制御し、制御スイッチ6は常にオンとなっている場合を示す。このときの図1におけるVa、Vb、Vc各点での電圧を図3に示す。図3のVaは可変電圧源2の出力電圧が平均出力電力に応じて変化していることを示している。Vbは制御スイッチ6が常にオンとなっていることを示す。Vcは単体増幅器1の出力電力に応じた可変電圧源2の出力電圧Vaとなり、単体増幅器1の電源バイアスとして印加される。このように、図1に示す高周波増幅器は、平均出力電力に応じて電源電圧が制御されて、単体増幅器1が平均出力電力によらず飽和付近で動作するため、高効率動作が可能である。
Next, the case where the output voltage of the
次に、平均出力電力に応じて可変電圧源2の出力電圧を制御端子3で制御し、制御スイッチ6はバースト制御信号に基づいてオンとオフを切り替える場合を考える。このときの図1におけるVa、Vb、Vc各点での電圧を図4に示す。図4のVaは可変電圧源2の出力電圧が平均出力電力に応じて変化していることを示している。Vbはバースト制御信号が入力されていることを示している。バースト制御信号に基づいて制御スイッチ6のオンとオフを切り替えるため、制御スイッチ6がオンの状態でのVcは単体増幅器1の出力電力に応じた可変電圧源2の出力電圧Vaとなり、制御スイッチ6がオフの状態では単体増幅器1の電源バイアスは0Vとなることを示している。このように、図1に示す高周波増幅器は、平均出力電力に応じて電源電圧が制御されて単体増幅器1が平均出力電力によらず飽和付近で動作するため高効率動作が可能である。同時にVcのオンオフを切り替える制御が可能なため、バースト動作が可能である。
Next, consider a case where the output voltage of the
したがって、図1に示す構成により、従来回路と同様に平均出力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅器が高効率動作するモードが実現できることに加えて、電源バイアス電圧は一定でバースト動作をするモードと平均出力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅器が高効率動作し、更にバースト動作をするモードの3つのモードが実現可能となる。また、可変電圧源2により増幅器1の飽和出力電力を可変できるため、それぞれのモードでの所望の出力電力が異なっている場合でも常に図1に示す高周波増幅器は高効率である。また、従来回路に制御スイッチ6を追加することでこれらの機能を実現することができるため、小型な回路サイズが実現可能である。
Therefore, with the configuration shown in FIG. 1, the power supply voltage control is performed according to the average output power as in the conventional circuit, and a mode in which the high-frequency amplifier operates with high efficiency can be realized. The power supply voltage control is performed according to the mode and the average output power, and the high frequency amplifier operates with high efficiency, and further, three modes of burst operation can be realized. Further, since the saturated output power of the amplifier 1 can be varied by the
図1に示す増幅器にて実現可能な、バースト動作をするモードと平均出力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅器が高効率動作するモードと平均出力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅器が高効率動作し、更にバースト動作をするモードの3つの動作モードの例として、それぞれ携帯電話のGSM方式、W−CDMA方式、PDC方式が挙げられる。これらの3つの通信方式は、増幅器に要求される最大出力電力も動作のモードも異なる。図1に示す増幅器であれば、どのモードの最大出力電力に対しても電源バイアス電圧を変化することで対応することができ、さらにどのモードの最大出力時においても高効率を実現することができる。 The high-frequency amplifier that can be realized by the amplifier shown in FIG. 1 performs the power supply voltage control according to the burst operation mode and the average output power and performs the high-efficiency operation mode and the average output power of the high-frequency amplifier. As an example of three operation modes of a mode in which a high-efficiency operation and a burst operation are performed, there are a GSM system, a W-CDMA system, and a PDC system for mobile phones, respectively. These three communication systems differ in the maximum output power required for the amplifier and the mode of operation. The amplifier shown in FIG. 1 can cope with the maximum output power in any mode by changing the power supply bias voltage, and can realize high efficiency at the maximum output in any mode. .
実施の形態2.
図5は、この発明の実施の形態2に係る高周波増幅器を示す回路図である。図5に示す高周波増幅器は、単体増幅器1と、単体増幅器1のドレインまたはコレクタの電源バイアスとして用いられる可変電圧源2と、可変電圧源2の出力端子と電源端子に対して並列に接続された制御スイッチ6とを備えている。なお、図5において、3は可変電圧源2の制御端子、4は入力端子、5は出力端子、7は電源である。
5 is a circuit diagram showing a high frequency amplifier according to
次に、図5に示す高周波増幅器の動作について説明する。入力端子4に入力されたRF信号を単体増幅器1で増幅し、出力端子5から出力電力を取り出す。制御スイッチ6と可変電圧源2については、それぞれの動作の組み合わせごとに図5に示す高周波増幅器の動きが異なるため、以下にて説明を行う。
Next, the operation of the high frequency amplifier shown in FIG. 5 will be described. The RF signal input to the
可変電圧源2の制御端子3へ制御信号を入力して可変電圧源2をオフとし、制御スイッチ6はバースト制御信号に基づいてオンとオフを切り替える場合を説明する。バースト制御信号に基づいて、制御スイッチ6がオンの時には電源7の電圧が単体増幅器1の電源バイアスとなる。制御スイッチ6がオフの時には単体増幅器1の電源バイアスは0Vとなる。このように、単体増幅器1の電源バイアスは可変電圧源2の出力電圧と0Vが交互に切り替わる電圧となるため、図5に示す高周波増幅器はバースト動作が可能である。
A case will be described in which a control signal is input to the
次に、平均出力電力に応じて可変電圧源2の出力電圧を制御端子3で制御し、制御スイッチ6は常にオフとなっている場合を説明する。このとき、単体増幅器1の平均出力電力に応じた可変電圧源2の出力電圧が単体増幅器1の電源バイアスとなる。そのため、図5に示す高周波増幅器は平均出力電力に応じて電源電圧が制御されて、単体増幅器1が平均出力電力によらず飽和付近で動作するため、高効率動作が可能である。
Next, the case where the output voltage of the
したがって、図5に示す回路により、従来回路と同様に平均出力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅器が高効率動作するモードが実現できることに加えて、バースト動作をするモードの実現が可能となる。また、可変電圧源2により増幅器の飽和出力電力を可変できるため、それぞれのモードでの所望の出力電力が異なっている場合でも常に図5に示す高周波増幅器は高効率である。また、従来回路に制御スイッチ6を追加することでこれらの機能を実現することができるため、小型な回路サイズが実現可能である。さらに、実施の形態1と比較して平均出力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅器が高効率動作するモードで電源の経路に制御スイッチ6が無いため、制御スイッチ6における電圧低下が無く、高周波増幅器が高効率になる。
Therefore, the circuit shown in FIG. 5 can realize a mode in which burst operation is performed in addition to realizing a mode in which the high-frequency amplifier operates with high efficiency by performing power supply voltage control according to the average output power as in the conventional circuit. Become. Further, since the saturation output power of the amplifier can be varied by the
図5に示す増幅器にて実現可能な、バースト動作をするモードと平均出力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅器が高効率動作するモードの2つの動作モードの例として、それぞれ携帯電話のGSM方式、W−CDMA方式が挙げられる。これらの2つの通信方式は、増幅器に要求される最大出力電力も動作のモードも異なる。図5に示す増幅器であれば、どのモードの最大出力電力に対しても電源バイアス電圧を変化することで対応することができ、さらにどのモードの最大出力時においても高効率を実現することができる。 Examples of two operation modes that can be realized by the amplifier shown in FIG. 5 are a burst operation mode and a mode in which the power supply voltage is controlled according to the average output power and the high-frequency amplifier operates with high efficiency. System and W-CDMA system. These two communication systems differ in the maximum output power required for the amplifier and the mode of operation. The amplifier shown in FIG. 5 can cope with the maximum output power of any mode by changing the power supply bias voltage, and can realize high efficiency at the maximum output of any mode. .
実施の形態3.
図6は、この発明の実施の形態3に係る高周波増幅器を示す回路図である。図6に示す高周波増幅器は、単体増幅器1と、可変電圧源2と、制御スイッチ6と、ドライバ段の増幅器8とを備えている。なお、図6において、3は可変電圧源2の制御端子、4は入力端子、5は出力端子である。図6に示す高周波増幅器は、実施の形態1を、多段増幅器におけるドライバ段増幅器8と最終段増幅器1の双方に適用した例を示す。図6に示すように、実施の形態1あるいは実施の形態2を多段増幅器へと適用したことで、従来回路と比較して高周波増幅器の高効率化が可能となる。また、高周波増幅器の多段化による高利得化が可能となる。更に、これらの増幅器に対する可変電圧源2と制御スイッチ6を共用化することで、回路サイズを小型にすることができる。なお、最終段の増幅器1や最終段の手前のドライバ段の増幅器8などは出力電力が大きいため多段増幅器の効率に対して支配的な影響を持つため、これらの増幅器だけに実施の形態1あるいは実施の形態2を適用すると、さらに回路サイズを小型にできる。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a high frequency amplifier according to
図6に示す構成では実施の形態1を多段にした場合を示したが、図7に示すように、図6に示す高周波増幅器を構成する多段増幅器におけるドライバ段増幅器8と最終段増幅器1の双方に適用した実施の形態1を実施の形態2へ変えた場合についても、同様な効果を有する。
The configuration shown in FIG. 6 shows the case where the first embodiment is multistage, but as shown in FIG. 7, both the
実施の形態4.
図8は、この発明の実施の形態4に係る高周波増幅器を示す回路図である。図8に示す高周波増幅器は、単体増幅器1と、制御スイッチ6と、可変電圧源として用いられるDC/DCコンバータ9とを備えている。なお、図8において、3は制御端子、4は入力端子、5は出力端子である。図8に示す高周波増幅器は、実施の形態1の増幅器に高周波増幅器における可変電圧源2として高効率に電圧を変化させることのできるDC/DCコンバータ9を用いた例を示す。図8に示す高周波増幅器においては、可変電圧源として高効率に電圧を変化させることのできるDC/DCコンバータ9を用いることで、実施の形態1の高周波増幅器と同じ効果が得られる。さらに、回路サイズの小さいDC/DCコンバータ9を使い増幅器1の直近に配置することで、配線による電圧降下が小さくなるため高周波増幅器が高効率になる。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a high frequency amplifier according to
図8に示す構成では、実施の形態1の可変電圧源2として高効率に電圧を変化させることのできるDC/DCコンバータ9を用いた場合を示したが、図9に示すように、実施の形態2の可変電圧源2として高効率に電圧を変化させることのできるDC/DCコンバータ9を用いた場合についても、同様な効果を有する。
In the configuration shown in FIG. 8, the case where the DC /
また、図8に示す構成では、実施の形態1の可変電圧源2として高効率に電圧を変化させることのできDC/DCコンバータ9を用いた場合を示したが、図10および図11に示すように、実施の形態3の可変電圧源2として高効率に電圧を変化させることのできるDC/DCコンバータ9を用いた場合についても、同様な効果を有する。
Further, in the configuration shown in FIG. 8, the case where the DC /
実施の形態5.
図12は、この発明の実施の形態5に係る高周波増幅器を示す回路図である。図12に示す高周波増幅器は、単体増幅器1と、可変電圧源2と、単体増幅器1と可変電圧源2との間に装荷されたpチャネルMOSFET10とを備えている。なお、図12において、3は可変電圧源2の制御端子、4は入力端子、5は出力端子である。図12に示す高周波増幅器は、実施の形態1の増幅器に高周波増幅器における制御スイッチ6としてpチャネルMOSFET10を用いた例を示す。pチャネルMOSFET10のゲート端子へバースト制御信号を入力し、ソース端子は可変電圧源2を接続、ドレイン端子を増幅器1の出力側バイアス回路へと接続する。pチャネルMOSFET10は、ゲートとソース間の電位でソースとドレイン間の電流を制御できるため、制御スイッチ6の機能を極めて小さな電圧降下で実現でき、高周波増幅器が高効率になる。また、制御スイッチ6をpチャネルMOSFET10だけで実現できるため、実施の形態1の高周波増幅器より回路を小型にすることができる。なお、図12ではpチャネルMOSFETとしたが、pnpトランジスタのように制御端子と電源側の端子の電位差で電流のオンオフを制御できるデバイスであれば同様の効果を得ることができる。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a high frequency amplifier according to
図12に示す構成では実施の形態1の制御スイッチ6としてpチャネルMOSFET10を用いた場合を示したが、図13に示すように、実施の形態2の制御スイッチ6としてpチャネルMOSFET10を用いた場合についても、同様な効果を有する。
In the configuration shown in FIG. 12, the case where the p-
また、図12に示す構成では実施の形態1の制御スイッチ6としてpチャネルMOSFET10を用いた場合を示したが、図14および図15に示すように、実施の形態3の制御スイッチ6としてpチャネルMOSFET10を用いた場合についても、同様な効果を有する。
12 shows the case where the p-
さらに、図12に示す構成では実施の形態1の制御スイッチ6としてpチャネルMOSFET10を用いた場合を示したが、図16、図17、図18、図19のように、実施の形態4の制御スイッチ6としてpチャネルMOSFET10を用いた場合についても、同様な効果を有する。
Furthermore, in the configuration shown in FIG. 12, the case where the p-
1 単体増幅器、2 可変電圧源、3 制御端子、4 入力端子、5 出力端子、6 制御スイッチ、7 電源、8 ドライバ段の増幅器、9 DC/DCコンバータ、10 pチャネルMOSFET。 1 single amplifier, 2 variable voltage source, 3 control terminal, 4 input terminal, 5 output terminal, 6 control switch, 7 power supply, 8 driver stage amplifier, 9 DC / DC converter, 10 p-channel MOSFET.
Claims (9)
前記増幅器の電源バイアスとして用いられる可変電圧源と、
前記増幅器と前記可変電圧源との間に装荷された制御スイッチと
を備えた高周波増幅器。 An amplifier;
A variable voltage source used as a power supply bias of the amplifier;
A high-frequency amplifier comprising a control switch loaded between the amplifier and the variable voltage source.
前記制御スイッチは、バースト制御信号に基づいて動作する
ことを特徴とする高周波増幅器。 The high frequency amplifier according to claim 1, wherein
The high-frequency amplifier, wherein the control switch operates based on a burst control signal.
前記可変電圧源は、平均出力電力が大きい時には出力電圧を高くし、平均出力電力が小さい時には出力電圧を低くするように、平均出力電力に応じて出力電圧を制御する
ことを特徴とする高周波増幅器。 The high-frequency amplifier according to claim 1 or 2,
The variable voltage source controls the output voltage according to the average output power so that the output voltage is increased when the average output power is large and the output voltage is decreased when the average output power is small. .
前記増幅器の電源バイアスとして用いられる可変電圧源と、
前記可変電圧源の出力端子と電源端子に対して並列に接続された制御スイッチと
を備えた高周波増幅器。 An amplifier;
A variable voltage source used as a power supply bias of the amplifier;
A high-frequency amplifier comprising an output terminal of the variable voltage source and a control switch connected in parallel to the power supply terminal.
前記可変電圧源は、バースト動作時にオフにされ、
前記制御スイッチが、バースト制御信号に基づいて動作する
ことを特徴とする高周波増幅器。 The high frequency amplifier according to claim 4,
The variable voltage source is turned off during burst operation,
The high-frequency amplifier, wherein the control switch operates based on a burst control signal.
前記制御スイッチは、連続動作時にオフにされ、
前記可変電圧源は、平均出力電力が大きい時には出力電圧を高くし、平均出力電力が小さい時には出力電圧を低くするように、平均出力電力に応じて出力電圧を制御する
ことを特徴とする高周波増幅器。 The high-frequency amplifier according to claim 4 or 5,
The control switch is turned off during continuous operation,
The variable voltage source controls the output voltage according to the average output power so that the output voltage is increased when the average output power is large and the output voltage is decreased when the average output power is small. .
前記増幅器は、多段構成でなり、
前記可変電圧源と前記制御スイッチは共通化される
ことを特徴とする高周波増幅器。 The high frequency amplifier according to any one of claims 1 to 6,
The amplifier has a multi-stage configuration,
The high-frequency amplifier, wherein the variable voltage source and the control switch are shared.
前記可変電圧源にDC/DCコンバータを用いた
ことを特徴とする高周波増幅器。 The high-frequency amplifier according to any one of claims 1 to 7,
A high-frequency amplifier using a DC / DC converter as the variable voltage source.
前記制御スイッチにpチャネルMOSFETあるいはpnpトランジスタを用いた
ことを特徴とする高周波増幅器。 The high frequency amplifier according to any one of claims 1 to 8,
A high-frequency amplifier using a p-channel MOSFET or a pnp transistor as the control switch.
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