JP2011135282A

JP2011135282A - 電力増幅回路

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Publication number: JP2011135282A
Application number: JP2009292459A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Shibuya; 朝彦澁谷
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2011-07-07

Abstract

【課題】それぞれが異なる周波数帯域を有する複数の無線信号を最適なバイアス条件で電力増幅できる電力増幅回路を提案する。
【解決手段】電力増幅回路１１は、それぞれが異なる周波数帯域を有する複数の無線信号の中から選択された何れか一つの無線信号を電力増幅する増幅器２０と、選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて増幅器２０に供給されるバイアス電圧を可変設定するバイアス制御回路６１を備える。
【選択図】図１

Description

本発明はそれぞれが異なる周波数帯域を有する複数の無線信号を電力増幅する電力増幅回路に関する。

近年、移動通信端末には、通信容量拡大の中でより安定した高品質な通信を確保するために複数の周波数帯域に対応可能なマルチバンド化や、海外での使用を可能とする国際ローミング等に対応するために複数の通信方式に対応可能なマルチモード化の要求が高まっている。例えば、国内では、ＣＤＭＡ方式やＵＭＴＳ方式といった第３世代方式が８００ＭＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、及び２ＧＨｚ帯を使用しており、海外では、ＧＳＭ方式が８５０ＭＨｚ帯、９００ＭＨｚ、１．８ＧＨｚ帯、及び１．９ＧＨｚ帯を使用している。このようなマルチバンド・マルチモード化に対応するために移動通信端末は周波数帯域毎に最適設計された複数の電力増幅回路を必要としており、高周波回路の小型化及び低コスト化が課題となっている。

このような事情を背景に、特開２００４−７２５４８号公報は、電力増幅回路の出力に一つのスイッチと複数の整合回路とを接続し、複数の無線信号の中から選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて複数の整合回路の中から一つの整合回路を選択し、選択された整合回路にスイッチの出力を接続することにより、複数の無線信号を一つの電力増幅回路で電力増幅する回路構成を開示している。同公報に開示の回路構成によれば、周波数帯域毎に最適設計された複数の電力増幅回路を必要とせず、一つの電力増幅回路でマルチバンド化に対応できる利点を有する。ところが、電力増幅回路のバイアス電圧は固定されているので、無線信号の周波数帯域に応じて電力増幅回路の利得特性を最適化することができない。無線信号を電力増幅するための最適なバイアス電圧はその周波数帯域毎に異なることが知られており、ある周波数帯域において最適設定されたバイアス電圧は、他の周波数帯域では過剰利得や利得不足などを引き起こし、消費電流の過剰消費やスプリアス発生の原因になる。

このような問題を回避するため、特開２００８−２３６２７２号公報は、可変抵抗とコンデンサとを有するローパスフィルタを電力増幅回路の入力ラインと接地ラインとの間に接続することにより、複数の周波数帯域において十分な利得と高い安定性を確保できる電力増幅回路を提案している。

特開２００４−７２５４８号公報特開２００８−２３６２７２号公報

しかし、同公報に開示のローパスフィルタは、電力増幅回路のバイアス電圧を可変設定するために固定抵抗器（Ｒ１，Ｒ２）の他に可変抵抗器（Ｒｂ）又はポテンショメーターを使用しているため、回路規模が必然的に大きくなる。

そこで、本発明は、それぞれが異なる周波数帯域を有する複数の無線信号を、回路規模を増大することなく、最適なバイアス条件で電力増幅できる電力増幅回路を提案することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係わる電力増幅回路は、それぞれが異なる周波数帯域を有する複数の無線信号の中から選択された何れか一つの無線信号を電力増幅する増幅器と、選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて増幅器に供給されるバイアス電圧を可変設定するバイアス制御回路と、を備える。

増幅器に供給されるバイアス電圧を無線信号の周波数帯域に応じて可変設定することにより、それぞれが異なる周波数帯域を有する複数の無線信号を一つの増幅器で最適なバイアス条件で電力増幅できる。

バイアス制御回路は、一つ以上のバイアス抵抗器と、選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて一つ以上のバイアス抵抗器の中から選択された何れか一つのバイアス抵抗器を介して増幅器にバイアス電圧を供給し、又は選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて何れのバイアス抵抗器も介さずに増幅器にバイアス電圧を供給するバイアス回路とを備えてもよい。

一つ以上のバイアス抵抗器のそれぞれの抵抗値は、複数の無線信号のそれぞれの周波数帯域に応じて最適なバイアス電圧を増幅器に供給できるよう最適設計されており、無線信号の周波数帯域に応じてバイアス条件を最適化できる。

バイアス制御回路は、可変バイアス抵抗器と、選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて可変バイアス抵抗器の抵抗値を可変設定するバイアス抵抗可変手段と、可変バイアス抵抗器を介して増幅器にバイアス電圧を供給するバイアス回路とを備えてもよい。

可変バイアス抵抗器の抵抗値は、離散的に或いは連続的に可変設定可能であり、無線信号の周波数帯域に応じて最適なバイアス電圧が増幅器に供給されるように可変バイアス抵抗器の抵抗値を可変設定することで、バイアス条件を最適化できる。

電力増幅回路は、複数の入力整合回路と、複数の出力整合回路と、選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて複数の入力整合回路の中から選択された何れか一つの入力整合回路と増幅器の入力とを接続する第一のスイッチと、選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて複数の出力整合回路の中から選択された何れか一つの出力整合回路と増幅器の出力とを接続する第二のスイッチと、を更に備えてもよい。

複数の無線信号のそれぞれの周波数帯域に対してインピーダンス整合するように設計された複数の入力整合回路と複数の出力整合回路との中から一つの無線信号の周波数帯域に対応する一つの入力整合回路と一つの出力整合回路とを選択し、選択された入力整合回路及び出力整合回路をそれぞれ増幅器の入力及び出力に切り替え接続することにより、マルチバンドに対応することができる。

本発明によれば、それぞれが異なる周波数帯域を有する複数の無線信号を一つの増幅器で最適なバイアス条件で電力増幅できる。

実施例１に係わる電力増幅回路の回路構成図である。実施例２に係わる電力増幅回路の回路構成図である。実施例３に係わる電力増幅回路の回路構成図である。実施例４に係わる電力増幅回路の回路構成図である。実施例５に係わる電力増幅回路の回路構成図である。実施例１，２に係わるバイアス抵抗器の一例を示す回路図である。実施例１，２に係わるバイアス抵抗器の一例を示す回路図である。

以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施例について説明する。同一の回路素子については、同一の符号を付すものとし、重複する説明を省略する。また、実施例２乃至５では、実施例１との相違点を中心に説明するものとし、重複する説明を省略する。

図１は実施例１に係わる電力増幅回路１１の回路構成を示す。電力増幅回路１１は、増幅器２０、複数の入力整合回路３１，３２、複数の出力整合回路４１，４２、スイッチ５１，５２、及びバイアス制御回路６１を備える。増幅器２０は、それぞれ異なる周波数帯域を有する二つの無線信号ＳＩＧ＿Ａ，ＳＩＧ＿Ｂの中から選択された何れか一つの無線信号を電力増幅する。増幅器２０として、例えば、高周波特性に優れたガリウム砒素化合物半導体ヘテロ接合バイポーラトランジスタが好適であるが、これに限定されるものではなく、任意のトランジスタ素子を適用できる。入力整合回路３１及び出力整合回路４１は、無線信号ＳＩＧ＿Ａの周波数帯域に対してインピーダンス整合するように設計されており、入力整合回路３２及び出力整合回路４２は、無線信号ＳＩＧ＿Ｂの周波数帯域に対してインピーダンス整合するように設計されている。例えば、無線信号ＳＩＧ＿Ａを電力増幅する場合には、入力整合回路３１の出力が増幅器２０の入力に接続するようにスイッチ５１を切り替え、増幅器２０の出力が出力整合回路４１の入力に接続するようにスイッチ５２を切り替えればよい。一方、無線信号ＳＩＧ＿Ｂを電力増幅する場合には、入力整合回路３２の出力が増幅器２０の入力に接続するようにスイッチ５１を切り替え、増幅器２０の出力が出力整合回路４２の入力に接続するようにスイッチ５２を切り替えればよい。

バイアス制御回路６１は、増幅器２０に供給されるバイアス電圧を二つの無線信号ＳＩＧ＿Ａ，ＳＩＧ＿Ｂの中から選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて可変設定することにより、バイアス条件を最適化する。バイアス制御回路６１は、バイアス電源Ｖｃｃから電源供給を受けて、無線信号ＳＩＧ＿Ｂを電力増幅する上で最適なバイアス電圧を増幅器２０に供給するバイアス回路７０と、バイアス回路７０から出力されるバイアス電圧を降下させて、無線信号ＳＩＧ＿Ａを電力増幅する上で最適なバイアス電圧が増幅器２０に供給されるように調整するバイアス抵抗器８１と、バイアス回路７０を、バイアス抵抗器８１を介して又はバイアス抵抗器８１を介さず直接に増幅器２０に切り替え接続することにより、無線信号ＳＩＧ＿Ｂの周波数帯域に応じたバイアス電圧が増幅器２０に供給されるように制御するスイッチ９１を備える。例えば、無線信号ＳＩＧ＿Ａを電力増幅する場合には、バイアス回路７０から出力されるバイアス電圧がバイアス抵抗器８１を介して電圧降下された上で増幅器２０に供給されるようにスイッチ９１が切り換えられる。一方、無線信号ＳＩＧ＿Ｂを電力増幅する場合には、バイアス回路７０から増幅器２０にバイアス電圧が直接供給されるようにスイッチ９１が切り換えられる。

バイアス抵抗器８１は、例えば、図６に示すように、抵抗値が固定されている単一の抵抗素子１２１によって構成されてもよく、或いは図７に示すように、抵抗値が固定されている二つの抵抗素子１２１，１２２の抵抗比によってバイアス電圧を調整するように構成されてもよい。抵抗素子１２１，１２２は、外付けのチップ素子でもよく、或いはマイクロマシン加工技術（ＭＥＭＳ）により加工して得られる微小構造のマイクロマシンデバイスでもよい。図６に示す抵抗素子１２１の抵抗値、及び図７に示す二つの抵抗素子１２１，１２２の抵抗比は、無線信号ＳＩＧ＿Ａを電力増幅する上で最適なバイアス電圧が増幅器２０に供給されるように設計されているため、増幅器２０のバイアス条件を簡易な回路構成で最適化できる。但し、図６及び図７において、Ｔ１は増幅器２０に接続する端子を示し、Ｔ２はバイアス回路７０に接続する端子を示す。図７に示すように、分圧抵抗を用いると、バイアス電圧の精度向上を図る上で効果的である。

尚、スイッチ５１，５２，９１は、ベースバンドＬＳＩ等の外部回路からの制御信号に応じて切り替え制御することが可能であり、無線信号ＳＩＧ＿Ａ，ＳＩＧ＿Ｂが増幅器２０に入力される前に、スイッチ５１，５２，９１の切り替えは完了している必要がある。スイッチ５１，５２，９１は、例えば、半導体スイッチ（ＰＩＮダイオード、ＦＥＴスイッチ）、又は機械スイッチ等である。

本実施例によれば、増幅器２０に供給されるバイアス電圧を無線信号の周波数帯域に応じて可変設定することにより、それぞれが異なる周波数帯域を有する二つの無線信号ＳＩＧ＿Ａ，ＳＩＧ＿Ｂを一つの増幅器２０で最適なバイアス条件で電力増幅できる。また、二つの無線信号ＳＩＧ＿Ａ，ＳＩＧ＿Ｂのそれぞれを電力増幅する上で最適設計された二つの電力増幅器を用いる必要がないため、回路規模を縮小し、低コストを実現できる。また、二つの無線信号ＳＩＧ＿Ａ，ＳＩＧ＿Ｂのそれぞれの周波数帯域に対してインピーダンス整合するように設計された二つの入力整合回路３１，３２と二つの出力整合回路４１，４２との中から一つの無線信号の周波数帯域に対応する一つの入力整合回路と一つの出力整合回路とを選択し、選択された入力整合回路及び出力整合回路をそれぞれ増幅器２０の入力及び出力に切り替え接続することにより、マルチバンドに対応することができる。

尚、上述の説明では、デュアルバンド対応の回路構成について言及したが、本実施例はこれに限定されるものではなく、三つ以上の周波数帯域に対応できるように回路設計してもよい。例えば、２．５ＧＨｚ帯、３．５ＧＨｚ帯、及び５．８ＧＨｚ帯を使用するＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４，ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ−２００５）と、５ＧＨｚ帯を使用する無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ）とを共用する通信システムに本実施例を適用してもよい。後述する実施例２乃至５においても同様に、デュアルバンド対応に限定されるものではなく、三つ以上の周波数帯域に対応できるように設計してもよい。

本実施例に係わる電力増幅回路１２は、増幅器２０に供給されるバイアス電圧を二つの無線信号ＳＩＧ＿Ａ，ＳＩＧ＿Ｂの中から選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて可変設定することにより、バイアス条件を最適化するためのバイアス制御回路６２を備える。バイアス制御回路６２は、バイアス回路７０から出力されるバイアス電圧を降下させて、無線信号ＳＩＧ＿Ａを電力増幅する上で最適なバイアス電圧が増幅器２０に供給されるように調整するバイアス抵抗器８１と、バイアス回路７０から出力されるバイアス電圧を降下させて、無線信号ＳＩＧ＿Ｂを電力増幅する上で最適なバイアス電圧が増幅器２０に供給されるように調整するバイアス抵抗器８２を備える。

本実施例によれば、バイアス抵抗器８１，８２のそれぞれの抵抗値は、二つの無線信号ＳＩＧ＿Ａ，ＳＩＧ＿Ｂのそれぞれの周波数帯域に応じて最適なバイアス電圧を増幅器２０に供給できるよう最適設計されており、無線信号の周波数帯域に応じてバイアス条件を最適化できる。

本実施例に係わる電力増幅回路１３は、増幅器２０に供給されるバイアス電圧を二つの無線信号ＳＩＧ＿Ａ，ＳＩＧ＿Ｂの中から選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて可変設定することにより、バイアス条件を最適化するためのバイアス制御回路６３を備える。バイアス制御回路６３は、抵抗値を離散的に或いは連続的に可変設定可能な可変バイアス抵抗器８３と、無線信号の周波数帯域に応じて可変バイアス抵抗器８３の抵抗値を可変設定するバイアス抵抗可変手段１００と、可変バイアス抵抗器８３を介して増幅器２０にバイアス電圧を供給するバイアス回路７０を備える。バイアス抵抗可変手段１００は、例えば、ベースバンドＬＳＩ等の外部回路からの制御信号に応じて可変バイアス抵抗器８３の抵抗値を可変設定することが可能である。

本実施例によれば、可変バイアス抵抗器８３の抵抗値は、離散的に或いは連続的に可変設定可能であり、無線信号の周波数帯域に応じて最適なバイアス電圧が増幅器２０に供給されるように可変バイアス抵抗器８３の抵抗値を可変設定することで、バイアス条件を最適化できる。

本実施例に係わる電力増幅回路１４は、増幅器２０に供給されるバイアス電圧を二つの無線信号ＳＩＧ＿Ａ，ＳＩＧ＿Ｂの中から選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて可変設定することにより、バイアス条件を最適化するためのバイアス制御回路６４を備える。バイアス制御回路６４は、バイアス電源Ｖｃｃから電源供給を受けて、無線信号ＳＩＧ＿Ａを電力増幅する上で最適なバイアス電圧を増幅器２０に供給するバイアス回路７１と、バイアス電源Ｖｃｃから電源供給を受けて、無線信号ＳＩＧ＿Ｂを電力増幅する上で最適なバイアス電圧を増幅器２０に供給するバイアス回路７２と、無線信号の周波数帯域に応じてバイアス回路７１，７２の何れか一方を増幅器２０に切り替え接続するスイッチ９１と、無線信号の周波数帯域に応じてバイアス電源Ｖｃｃをバイアス回路７１，７２の何れか一方に切り替え接続するスイッチ９２を備える。

本実施例によれば、無線信号の周波数帯域に応じて最適設計された複数のバイアス回路７１，７２を選択的に切り換えて増幅器２０にバイアス電圧を供給するので、高精度なバイアス条件を設定できる。

本実施例に係わる電力増幅回路１５は、多段接続される複数の増幅器２０、複数の入力整合回路３１，３２、複数の出力整合回路４１，４２、複数の段間整合回路１１０、スイッチ５１，５２、及び複数のバイアス制御回路６０を備える。バイアス制御回路６０は、上述の実施例１乃至４に係わるバイアス制御回路６１乃至６４の何れかである。増幅器２０の接続段数は、特に限定されるものではなく４段以上でもよい。

本実施例によれば、多段接続される複数の増幅器２０のそれぞれのバイアス条件を無線信号の周波数帯域に応じて最適化できる。

本発明はマルチバンド対応の電力増幅回路に利用できる。

１１，１２，１３，１４，１５…電力増幅回路
２０…増幅器
３１，３２…入力整合回路
４１，４２…出力整合回路
５１，５２，９１，９２…スイッチ
６０，６１，６２，６３，６４…バイアス制御回路
７０，７１，７２…バイアス回路
８１，８２…バイアス抵抗器
１００…バイアス抵抗可変手段

Claims

それぞれが異なる周波数帯域を有する複数の無線信号の中から選択された何れか一つの無線信号を電力増幅する増幅器と、
前記選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて前記増幅器に供給されるバイアス電圧を可変設定するバイアス制御回路と、
を備える電力増幅回路。
請求項１に記載の電力増幅回路であって、
前記バイアス制御回路は、一つ以上のバイアス抵抗器と、前記選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて前記一つ以上のバイアス抵抗器の中から選択された何れか一つのバイアス抵抗器を介して前記増幅器にバイアス電圧を供給し、又は前記選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて何れのバイアス抵抗器も介さずに前記増幅器にバイアス電圧を供給するバイアス回路とを備える、電力増幅回路。
請求項１に記載の電力増幅回路であって、
前記バイアス制御回路は、可変バイアス抵抗器と、前記選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて前記可変バイアス抵抗器の抵抗値を可変設定するバイアス抵抗可変手段と、前記可変バイアス抵抗器を介して前記増幅器にバイアス電圧を供給するバイアス回路とを備える、電力増幅回路。
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の電力増幅回路であって、
複数の入力整合回路と、
複数の出力整合回路と、
前記選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて前記複数の入力整合回路の中から選択された何れか一つの入力整合回路と前記増幅器の入力とを接続する第一のスイッチと、
前記選択された一つの無線信号の周波数帯域に応じて前記複数の出力整合回路の中から選択された何れか一つの出力整合回路と前記増幅器の出力とを接続する第二のスイッチと、
を更に備える電力増幅回路。