JP2016116023A - マルチバンド電力増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波数帯増幅器のトランジスタサイズを小型化するマルチバンド電力増幅器を提供する。【解決手段】入力された高周波信号Ｈｉｇｈ Ｂａｎｄを増幅し、第１の高周波信号として出力する第１の増幅素子３cと、第１の増幅素子に入力される高周波信号の一部を、高周波信号より周波数の低い低周波信号に周波数変換する第１の周波数変換回路（分周器５ｃ）と、低周波信号Ｌｏｗ Ｂａｎｄを増幅する第２の増幅素子３ａと、第２の増幅素子が増幅した低周波信号を、第１の高周波信号の周波数と等しい第２の高周波信号に周波数変換する第２の周波数変換回路（逓倍器６ｃ）とを備える。第１の増幅素子が増幅した第１の高周波信号と、第２の周波数変換回路が周波数変換した第２の高周波信号とを電力合成し、合成した電力を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、地上マイクロ波通信、移動体通信等に使用されるマルチバンド電力増幅器に関する。

従来技術として、例えば非特許文献１に示すマルチバンド電力増幅器が知られている。携帯端末は周波数帯ごとに携帯基地局と通信を行なう必要があるため、携帯端末に搭載されるマルチバンド電力増幅器では、周波数帯ごとに電力増幅器を設ける構成が用いられる。

非特許文献１のマルチバンド電力増幅器は、２つの周波数帯のＲＦ信号を増幅する２つの増幅器から構成される。便宜上、２つの周波数帯のうち、周波数が高い周波数帯を高周波数帯とし、周波数が低い周波数帯を低周波数帯とする。また、高周波数帯のＲＦ信号を増幅する増幅器を高周波数帯増幅器とし、低周波数帯のＲＦ信号を増幅する増幅器を低周波数帯増幅器とする。各増幅器は整合回路及びトランジスタから構成される。

非特許文献１のマルチバンド電力増幅器において、高周波数帯増幅器と低周波数帯増幅器は独立に動作する。高周波数帯のＲＦ信号は、高周波数帯増幅器に入力され、高周波数帯増幅器により増幅され、出力される。同様に、低周波数帯のＲＦ信号は、低周波数帯増幅器に入力され、低周波数帯増幅器により増幅され、出力される。以上のように、非特許文献１のマルチバンド電力増幅器は、入力されるＲＦ信号の周波数帯によって、ＲＦ信号を増幅する増幅器が異なる。

「ＡＬＴ６７２５ ＨＥＬＰ３ＥＴＭ Ｄｕａｌ-ｂａｎｄ Ｃｅｌｌｕｌａｒ ＆ ＰＣＳ ＬＴＥ３．４ Ｖ Ｌｉｎｅａｒ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ」、ＡＮＡＤＩＧＩＣＳ、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２６年１１月４日検索］、インターネット<ＵＲＬ：http://www.anadigics.com/sites/default/files/datasheets/ALT6725_Rev_1.0.pdf>

しかしながら、非特許文献１のマルチバンド電力増幅器は以下に示す課題がある。一般に、トランジスタなどの増幅素子の特性は、周波数に依存し、高周波数帯の特性よりも低周波数帯の特性が良いことが知られている。周波数が高くなるほど、トランジスタの特性は劣化するので、低周波数帯と高周波数帯で同じサイズのトランジスタを使用した場合、高周波数帯増幅器の出力電力は、低周波数帯増幅器に比べて劣化する。ゆえに、高周波数帯増幅器では、出力電力を改善するためにトランジスタサイズを変えなければならず、低周波数帯増幅器に比べてトランジスタサイズが大きくなるという課題があった。このため、高周波数帯増幅器のトランジスタサイズの大型化により、マルチバンド電力増幅器は、回路規模が大きくなるため、小型化や低コスト化が難しかった。

本発明は上述の課題を鑑みてなされたもので、マルチバンド電力増幅器の小型化、低コスト化に寄与するものである。

本発明のマルチバンド電力増幅器は、入力された高周波信号を増幅し、第１の高周波信号として出力する第１の増幅素子と、第１の増幅素子に入力される高周波信号の一部を、高周波信号より周波数の低い低周波信号に周波数変換する第１の周波数変換回路と、低周波信号を増幅する第２の増幅素子と、第２の増幅素子が増幅した低周波信号を、第１の高周波信号の周波数と等しい第２の高周波信号に周波数変換する第２の周波数変換回路とを備え、第１の増幅素子が増幅した第１の高周波信号と、第２の周波数変換回路が周波数変換した第２の高周波信号とを電力合成し、合成した電力を出力する。

本発明によれば、高周波数帯増幅器のトランジスタサイズを小さくできる効果がある。これにより、マルチバンド電力増幅器の小型化、低コスト化を実現できる。

実施の形態１のマルチバンド電力増幅器の一構成例を示す図である。 実施の形態２のマルチバンド電力増幅器の一構成例を示す図である。 増幅素子７ａの一構成例を示す図である。 実施の形態３のマルチバンド電力増幅器の一構成例を示す図である。

実施の形態１
近年、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）に代表される携帯電話通信において、割当て周波数帯は、低周波数帯（０．７ＧＨｚ〜０．９１５ＧＨｚ）、中間周波数帯（１．５ＧＨｚ〜２ＧＨｚ）、高周波数帯（２．３ＧＨｚ〜２．７ＧＨｚ）に分けることができ、これらの周波数帯は、概ね逓倍の関係にある。

図１は、実施の形態１のマルチバンド電力増幅器の一構成例を示す図である。
本マルチバンド電力増幅器は、入力端子１ａ、１ｂ、１ｃ、出力端子２ａ、２ｂ、２ｃ、増幅素子３ａ、３ｂ、３ｃ、方向性結合器４ｂ、４ｃ、分周器５ｂ、５ｃ（第１の周波数変換回路の一例）、とする）、逓倍器６ｂ、６ｃ（第２の周波数変換回路の一例）を備える。ここで、ａ、ｂ、ｃは各周波数帯に対応する符号であり、それぞれ、低周波数帯、中間周波数帯、高周波数帯に対応する。

入力端子１ａは、低周波数帯のＲＦ信号が入力される端子である。入力端子１ｂは、中間周波数帯のＲＦ信号が入力される端子である。入力端子１ｃは、高周波数帯のＲＦ信号が入力される端子である。

出力端子１ａは、低周波数帯のＲＦ信号が出力される端子である。出力端子１ｂは、中間周波数帯のＲＦ信号が出力される端子である。出力端子１ｃは、高周波数帯のＲＦ信号が出力される端子である。

増幅素子３ａは、入力された低周波数帯のＲＦ信号を増幅する増幅素子である。増幅素子３ｂは、入力された中間周波数帯のＲＦ信号を増幅する増幅素子である。増幅素子３ｃは、入力された高周波数帯のＲＦ信号を増幅する増幅素子である。増幅素子としては、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、バイポーラトランジスタ、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体素子が用いられる。半導体素子及び整合回路を含んだ増幅器を増幅素子として用いても良い。また、増幅素子として多段増幅器を用いても良い。

方向性結合器４ｂは、中間周波数帯の入力ＲＦ信号の一部を分岐し、分周器５ｂに出力する方向性結合器である。方向性結合器４ｃは、高周波数帯の入力ＲＦ信号の一部を分岐し、分周器５ｃに出力する方向性結合器である。

分周器５ｂは、方向性結合器４ｂから入力された中間周波数帯のＲＦ信号を低周波数帯のＲＦ信号に周波数変換し、周波数変換したＲＦ信号を増幅器３ａに出力する分周器である。例えば、図１の分周器５ｂは、方向性結合器４ｂから入力されたＲＦ信号の周波数を１／２倍の周波数に分周し、増幅器３ａに出力する。

分周器５ｃは、方向性結合器４ｃから入力された高周波数帯のＲＦ信号を低周波数帯のＲＦ信号に周波数変換し、周波数変換したＲＦ信号を増幅器３ａに出力する分周器である。例えば、図１の分周器５ｃは、方向性結合器４ｃから入力されたＲＦ信号の周波数を１／３倍の周波数に分周し、増幅器３ａに出力する。なお、ここでは、分周器を用いたが、周波数を変換できる回路であれば、どのような回路を用いて良い。例えば、ミクサにより、周波数を変化させる構成にしても良い。

逓倍器６ｂは、増幅器３ａで増幅された低周波数帯のＲＦ信号を中間周波数帯のＲＦ信号に周波数変換し、周波数変換したＲＦ信号を出力端子２ｂに出力する逓倍器である。例えば、図１の逓倍器６ｂは、増幅器３ａから入力されたＲＦ信号の周波数を２倍の周波数に逓倍し、出力端子２ｂに出力する。

逓倍器６ｃは、増幅器３ａで増幅された低周波数帯のＲＦ信号を高周波数帯のＲＦ信号に周波数変換し、周波数変換したＲＦ信号を出力端子２ｃに出力する逓倍器である。例えば、図１の逓倍器６ｃは、増幅器３ａから入力されたＲＦ信号の周波数を３倍の周波数に逓倍し、出力端子２ｂに出力する。

以下、実施の形態１のマルチバンド電力増幅器の動作について説明する。
まず、低周波数帯における動作について説明する。ＲＦ信号が入力端子１ａに入力される。入力端子１ａからＲＦ信号が入力される場合、逓倍器６ｂ、６ｃはオフ状態になる。増幅素子３ａは入力されたＲＦ信号を増幅し、出力端子２ａに出力する。

次に、中間周波数帯における動作について説明する。中間周波数帯のＲＦ信号が、入力端子１ｂに入力される。方向性結合４ｂは、入力端子１ｂに入力されたＲＦ信号の一部を分周器５ｂに出力し、残りのＲＦ信号を増幅素子３ｂに出力する。増幅素子３ｂは、方向性結合器５ｂが出力したＲＦ信号を増幅し、増幅した信号を出力端子２ｂに出力する。

分周器５ｂは、方向性結合器４ｂから入力されたＲＦ信号の周波数を１／２倍にし、つまり、低周波数帯のＲＦ信号に変換し、増幅素子３ａに出力する。増幅素子３ａは、分周器５ｂから入力されたＲＦ信号を増幅し、出力する。逓倍器６ｂは、増幅器３ａが出力したＲＦ信号の周波数を２倍にし、出力端子２ｂに出力する。このとき、逓倍器６ｂが出力したＲＦ信号は、増幅素子３ｂが出力したＲＦ信号と電力合成され、電力合成されたＲＦ信号は、出力端子２ｂに出力される。

次に、高周波数帯における動作について説明する。高周波数帯のＲＦ信号（高周波信号）が、入力端子１ｃに入力される。方向性結合４ｃは、入力端子１ｃに入力されたＲＦ信号の一部を分周器５ｃに出力し、残りのＲＦ信号を増幅素子３ｃに出力する。増幅素子３ｃは、方向性結合器５ｃが出力したＲＦ信号を増幅し、増幅したＲＦ信号（第１の高周波信号）を出力端子２ｃに出力する。

分周器５ｃは、方向性結合器４ｃから入力されたＲＦ信号の周波数を１／３倍、つまり、低周波数帯のＲＦ信号に変換し、増幅素子３ａに出力する。増幅素子３ａは、分周器５ｃから入力されたＲＦ信号を増幅し、出力する。逓倍器６ｃは、増幅器３ａが出力したＲＦ信号の周波数を３倍にし、出力端子２ｃに出力する。このとき、逓倍器６ｃが出力したＲＦ信号（第２の高周波信号）は、増幅素子３ｂが出力したＲＦ信号（第１の高周波信号）と電力合成され、電力合成されたＲＦ信号は、出力端子２ｂに出力される。

以上のように、実施の形態１によれば、高周波数帯のＲＦ信号の一部を低周波数帯に変換し、高周波数帯の増幅素子３ｃより増幅特性の高い低周波数帯の増幅素子３ａにより増幅し、その後、高周波数帯に変換し、高周波数帯の増幅素子３ｃが出力したＲＦ信号と電力合成する。これにより、高周波数帯の出力電力に低周波数帯で増幅した出力電力を加えることができるので、高周波数帯の増幅素子３ｃだけでＲＦ信号を増幅するよりも高出力化が図れる。そのため、高周波数帯の増幅素子３ｃのトランジスタサイズを、従来よりも小さくでき、マルチバンド電力増幅器の小型化が図れる効果がある。

また、実施の形態１によれば、高周波数帯のトランジスタサイズを小さくすることで、高周波数帯の利得を改善できる。これは、トランジスタの特性は、ゲート幅などのトランジスタサイズにも依存し、トランジスタサイズが小さいほど特性が高いためである。従来のマルチバンド電力増幅器では、高周波数帯増幅素子のトランジスタサイズが大きくなるため、特性が劣化し、高周波数帯の増幅素子の段数を増やす必要があった。しかし、実施の形態１のマルチバンド電力増幅器では、高周波数帯のトランジスタサイズを小さくできるので、増幅素子３ｃの段数を低減でき、マルチバンド電力増幅器の小型化が図れる。

なお、中間波数帯の増幅素子３ｂのトランジスタサイズに対しても、高周波数帯の増幅素子３ｃと同様の原理で、トランジスタサイズの小型化が図れる。また、本実施の形態では、３経路のマルチバンド電力増幅器を例にとり説明したが、Ｎ経路（Ｎは２以上の整数）マルチバンド電力増幅器でも同等の効果を有する。

また、ここでは、周波数変換回路として分周器、逓倍器を用いたが、ミクサを用いて周波数変換を行なっても良い。分周器、逓倍器を用いた場合、ミクサで周波数変換する際に必要なローカル信号源が不要という利点がある。

また、高周波数帯もしくは中間周波数帯と、低周波数帯との周波数関係が整数倍の場合について説明したが、整数以外の自然数であっても良い。整数の場合は、トランジスタの高調波成分を利用できるので、分周器、逓倍器を作りやすいという利点がある。

なお、実施の形態１のマルチバンド電力増幅器は、中間周波数帯もしくは高周波数帯のＲＦ信号を２つのＲＦ信号に分けて、１つのＲＦ信号は中間周波数帯もしくは高周波数帯の増幅素子で増幅し、もう１つのＲＦ信号は低周波数帯のＲＦ信号に変換して、低周波数帯の増幅素子で増幅している。２つのＲＦ信号の割合は、任意に決定できるが、一般的に分周器、逓倍器の出力電力は小さく、入力信号が大きいと飽和する可能性があるので、分周器、逓倍器の入力信号は小さい方が好ましい。したがって、低周波数帯増幅素子の入力信号は、中間周波数帯もしくは高周波数帯の増幅素子の入力信号よりも小さいことが好ましい。

実施の形態２．
実施の形態２では、低周波数帯の増幅素子として、出力電力を切り替える増幅素子を用いることにより、中間周波数帯または高周波数帯の出力電力を切り替えることができる実施の形態を説明する。
図２は、実施の形態２のマルチバンド電力増幅器の一構成例を示す図である。
図２中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示し、説明を省略する。実施の形態１の構成と比較して、実施の形態２のマルチバンド電力増幅器は、増幅素子３ａの代わりに、増幅素子７ａを備えている点が異なる。

増幅素子７ａは、出力電力を切り替えることができる増幅素子である。増幅素子７ａは、入力信号の電力範囲に応じて、出力電力範囲（出力モード）を切り替える。
図３は、増幅素子７ａの一構成例を示す図である。
増幅素子７ａは、入力端子７ａ−１、出力端子７ａ−２、初段増幅素子７ａ−３、スイッチ７ａ−４、最終段増幅素子７ａ−５、スイッチ７ａ−６、バイパス回路７ａ−７を備える。

増幅素子７ａは、スイッチ７ａ−４及びスイッチ７ａ−６によって、信号経路を切り替えることによって、出力電力を切りかえる構成である。初段増幅素子７ａ−３のトランジスタサイズは、最終段７ａ−５のトランジスタサイズと異なり、出力電力も異なる。

バイパス回路７ａ−７は、最終段増幅素子７ａ−５をバイパスする回路である。例えば、バイパス回路７ａ−７は、伝送線路もしくは整合回路で構成される。また、バイパス回路７−７は、整合回路及びトランジスタから構成されるようにしても良い。

増幅素子７の動作について説明する。ＲＦ信号は入力端子７ａ−１に入力される。初段増幅素子７ａ−３は、入力されるＲＦ信号を増幅し、スイッチ７ａ−４に出力する。

増幅素子７ａに対して、高い出力電力が求められる場合（高出力モード）、スイッチ７ａ−４は、初段増幅素子７ａ−３が出力したＲＦ信号を最終段増幅素子７ａ−５に出力する。一方で、増幅素子７ａに対して、低い出力電力が求められる場合（低出力モード）、スイッチ７ａ−４は、初段増幅素子７ａ−３が出力したＲＦ信号をバイパス回路７ａ−７に出力する。

ここから、増幅素子７ａの動作を高出力モードの場合と低出力モードの場合に分けて説明する。

高出力モードの場合、最終段増幅素子７ａ−５は、スイッチ７ａ−４が出力したＲＦ信号を増幅し、スイッチ７ａ−６に出力する。スイッチ７ａ−６は、最終段増幅素子７ａ−５と接続されており、最終段増幅素子７ａ−５が出力したＲＦ信号を、出力端子７ａ−２に出力する。

低出力モードの場合、スイッチ７ａ−４は、初段増幅素子７ａ−３が出力したＲＦ信号をバイパス回路７ａ−７に出力するので、最終段増幅素子７ａ−５にＲＦ信号は入力されず、増幅されない。バイパス回路７ａ−７は、スイッチ７ａ−４が出力したＲＦ信号を、スイッチ７ａ−６に出力する。スイッチ７ａ−６は、バイパス回路７ａ−７と接続されており、バイパス回路７ａ−７が出力したＲＦ信号を、出力端子７ａ−２に出力する。

以上のように、増幅素子７ａは、ＲＦ信号がバイパス回路７ａ−７の経路を通るか、最終段増幅素子７ａ−５の経路を通るかを、スイッチ７ａ−４及び７ａ−６により切り替えることによって、増幅素子７ａの出力電力を切り替えることができる。増幅素子７ａは、バイパス回路７−７にＲＦ信号を通過させることで、ＲＦ信号の増幅回数（増幅段数）も変えているので、利得も変化させることができる。なお、増幅素子７ａは、ＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）で構成してもよいし、ディスクリート部品で構成しても良い。増幅素子７ａは、最終段増幅素子７ａ−５をバイパスし、出力電力を切り替える回路であれば、どのような構成の回路であっても良い。

次に、増幅素子７ａを用いたマルチバンド電力増幅器の動作について説明する。低周波数帯のＲＦ信号に対する増幅動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。ただし、出力電力を切り替え可能な増幅素子７ａを用いているので、低周波数帯のＲＦ信号に対して出力モードの切り替えができる点が実施の形態１と異なる。

中間周波数帯のＲＦ信号に対する増幅動作について説明する。増幅素子７ａにＲＦ信号が入力されるまでの動作は、実施の形態１と同様である。増幅素子７ａは、分周器５ｂが出力したＲＦ信号を増幅し、逓倍器６ｂに出力する。このとき、増幅素子７ａは、中間周波数帯のＲＦ信号に求められる出力電力に応じて、利得、出力電力を切り替えて、逓倍器６ｂに出力する。

逓倍器６ｂは、増幅器７ａが出力したＲＦ信号の周波数を２倍にし、出力端子２ｂに出力する。このとき、逓倍器６ｂが出力したＲＦ信号は、増幅素子３ｂが出力したＲＦ信号と電力合成され、電力合成されたＲＦ信号は、出力端子２ｂに出力される。

次に、高周波数帯のＲＦ信号に対する増幅動作について説明する。増幅素子７ａにＲＦ信号が入力されるまでの動作は、実施の形態１と同様である。増幅素子７ａは、分周器５ｃが出力したＲＦ信号を増幅し、逓倍器６ｃに出力する。このとき、増幅素子７ａは、高周波数帯のＲＦ信号に求められる出力電力に応じて、利得、出力電力を切り替えて、逓倍器６ｃに出力する。

逓倍器６ｃは、増幅器７ａが出力したＲＦ信号の周波数を３倍にし、出力端子２ｃに出力する。このとき、逓倍器６ｃが出力したＲＦ信号は、増幅素子３ｃが出力したＲＦ信号と電力合成され、電力合成されたＲＦ信号は、出力端子２ｃに出力される。

以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。加えて、高周波数帯のＲＦ信号の一部を周波数変換後に増幅する低周波数帯の増幅素子に、出力電力が切り替え可能な増幅素子を用いたので、高周波数帯の増幅素子に出力電力が切り替え可能な増幅素子を用いなくても、高周波数帯のＲＦ信号に対しても出力電力の切り替えが可能であるという効果を奏する。これにより、各周波数帯に出力モードを切り替える増幅素子を設ける必要がなくなり、出力モードを切り替えられるマルチバンド電力増幅器の小型化、低コストを実現できる。

なお、ここでは、高周波数帯の動作を主に説明したが、中間周波数帯の動作も同様である。また、本実施の形態では、３経路のマルチバンド電力増幅器を例にとり説明したが、Ｎ経路（Ｎは２以上の整数）マルチバンド電力増幅器でも同等の効果を有する。

実施の形態３．
実施の形態３では、インピーダンス検出回路を用いて、高周波数帯もしくは中間周波数帯の増幅素子から出力端子側を見たインピーダンス（以下、負荷インピーダンスという）を検出し、負荷インピーダンスに応じて、低周波数帯の増幅素子の増幅動作を制御することにより、負荷インピーダンスの変化による出力電力の低下を防止できる実施の形態について説明する。

図４は、実施の形態３のマルチバンド電力増幅器の一構成例を示す図を示す。
図４中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示し、説明を省略する。実施の形態１の構成と比べて、実施の形態３のマルチバンド電力増幅器は、低周波数帯の増幅素子３ａの代わりに増幅素子９ａを備え、中間周波数帯の増幅素子３ｂの出力側にインピーダンス検出回路８ｂを、高周波数帯の増幅素子３ｃの出力側にインピーダンス検出回路８ｃを備え、インピーダンス検出回路８ｂもしくはインピーダンス検出回路８ｃからの制御信号により、増幅素子９ａを動作させるようにした点が異なる。

インピーダンス検出回路８ｂは、中間周波数帯の増幅素子３ｂの負荷インピーダンスを検出し、検出した負荷インピーダンスに応じて制御信号を増幅素子９ａに送信する回路である。移動体通信では、出力端子２ａ、２ｂ、２ｃにアンテナが接続され、負荷インピーダンスはアンテナインピーダンスに依存する。アンテナインピーダンスは、その環境により時間的に変化するため、マルチバンド電力増幅器の負荷インピーダンスは常に設定値、例えば、５０ｏｈｍになっているわけではない。インピーダンス検出回路８ｂは、増幅素子３ｂの負荷インピーダンスが５０ｏｈｍのときに比べて増幅素子３ｂの出力電力を下げるインピーダンスになった場合に、増幅素子９ａを動作させる制御信号を、増幅素子９ａに送る。

インピーダンス検出回路８ｃは、高周波数帯の増幅素子３ｃの負荷インピーダンスを検出し、検出した負荷インピーダンスに応じて、制御信号を増幅素子９ａに送信する回路である。インピーダンス検出回路８ｃは、増幅素子３ｃの負荷インピーダンスが５０ｏｈｍのときに比べて増幅素子３ｃの出力電力を下げるインピーダンスになった場合に、増幅素子９ａを動作させる制御信号を、増幅素子９ａに送る。

増幅素子９ａは、低周波数帯のＲＦ信号を増幅する増幅素子であり、インピーダンス検出回路８ｂもしくは８ｃからの制御信号により動作が制御される増幅素子である。増幅素子９ａは、入力端子１ａに低周波数帯のＲＦ信号が入力されると、そのＲＦ信号を増幅し、出力する。また、増幅素子９ａは、インピーダンス検出回路８ｂもしくは８ｃから制御信号が送られると、増幅器として動作する。

例えば、増幅素子９ａの制御は、増幅素子９ａ内のバイアス回路にスイッチを設け、制御信号によりスイッチのＯＮとＯＦＦを切り替えることで行なう。もしくは、ＲＦ信号が入力される経路にスイッチを設け、制御信号によりスイッチのＯＮとＯＦＦを切り替えるようにしても良い。ＯＦＦのときは、ＲＦ信号が増幅素子９ａ内のトランジスタにＲＦ信号が入力されず、ＯＮのときにＲＦ信号が入力されることにより、増幅素子９ａの増幅動作は制御される。以上のように、増幅素子９ａは、制御信号により増幅器として動作するか、しないかを切り替えることができれば、どのような構成であっても良い。

次に、実施の形態３のマルチバンド電力増幅器の動作について説明する。低周波数帯のＲＦ信号が入力された場合の動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

中間周波数帯のＲＦ信号が入力された場合の動作について説明する。
中間周波数帯のＲＦ信号が入力端子１ｂに入力されると、そのＲＦ信号は、方向性結合器４ｂにより、増幅素子３ｂの入力ＲＦ信号（ＲＦ信号Ａ１）と分周器５ｂの入力ＲＦ信号（ＲＦ信号Ｂ１）に分かれる。分周器５ｂは、ＲＦ信号Ｂ１を１／２倍に分周し、増幅器９ａに出力する。しかし、このとき、インピーダンス検出回路８ｂは、まだ制御信号を増幅素子９ａに送信していないので、増幅素子９ａは、増幅器として動作せず、ＲＦ信号Ｂ１は増幅されない。

増幅素子３ｂは、ＲＦ信号Ａ１を増幅し、インピーダンス検出回路８ｂに出力する。

インピーダンス検出回路８ｂは、増幅されたＲＦ信号を出力端子２ｂに出力するとともに、増幅素子３ｂの負荷インピーダンスを検出する。検出した負荷インピーダンスが、５０ｏｈｍのときのマルチバンド電力増幅器の出力電力より、出力電力を低下させるインピーダンスである場合、インピーダンス検出回路８ｂは、増幅素子９ａを動作させる制御信号を、増幅素子９ａに対して送る。

制御信号を受けた増幅素子９ａは、増幅器として動作する。

増幅素子９ａが増幅器として動作するとき、ＲＦ信号Ｂ１について説明する。方向性結合器４ｂにより、取り出されたＲＦ信号Ｂ１は、分周器５ｂに入力される。分周器５ｂは、ＲＦ信号Ｂ１の周波数を１／２倍に分周し、増幅素子９ａに出力する。

増幅素子９ａは、増幅器として動作しているので、分周されたＲＦ信号Ｂ１を増幅し、出力する。

逓倍器６ｂは、増幅素子９ａが出力したＲＦ信号Ｂ１の周波数を、２倍に逓倍し、増幅素子３ｂの出力端子に出力する。

逓倍器６ｂが出力したＲＦ信号Ｂ１は、増幅素子３ｂにより増幅されたＲＦ信号Ａ１と電力合成され、インピーダンス検出回路８ｂに入力される。インピーダンス検出回路８ｂは、電力合成されたＲＦ信号を出力端子２ｂに出力する。

次に、高周波数帯のＲＦ信号が入力された場合の動作について説明する。
高周波数帯のＲＦ信号が入力端子１ｃに入力されると、そのＲＦ信号は、方向性結合器４ｃにより、増幅素子３ｃの入力ＲＦ信号（ＲＦ信号Ａ２）と分周器５ｃの入力ＲＦ信号（ＲＦ信号Ｂ２）に分かれる。分周器５ｃは、ＲＦ信号Ｂ２を１／２倍に分周し、増幅器９ａに出力する。しかし、このとき、インピーダンス検出回路８ｃは、まだ制御信号を増幅素子９ａに送信していないので、増幅素子９ａは、増幅器として動作せず、ＲＦ信号Ｂ２は増幅されない。

増幅素子３ｃは、ＲＦ信号Ａ２を増幅し、インピーダンス検出回路８ｃに出力する。

インピーダンス検出回路８ｃは、増幅されたＲＦ信号を出力端子２ｃに出力するとともに、増幅素子３ｃの負荷インピーダンスを検出する。検出した負荷インピーダンスが、５０ｏｈｍのときのマルチバンド電力増幅器の出力電力より、出力電力を低下させるインピーダンスである場合、インピーダンス検出回路８ｃは、増幅素子９ａを動作させる制御信号を、増幅素子９ａに対して送る。

制御信号を受けた増幅素子９ａは、増幅器として動作する。

増幅素子９ａが増幅器として動作するとき、ＲＦ信号Ｂ２について説明する。方向性結合器４ｃにより、取り出されたＲＦ信号Ｂ２は、分周器５ｃに入力される。分周器５ｃは、ＲＦ信号Ｂ２の周波数を１／３倍に分周し、増幅素子９ａに出力する。

増幅素子９ａは、増幅器として動作しているので、分周されたＲＦ信号Ｂ２を増幅し、出力する。

逓倍器６ｃは、増幅素子９ａが出力したＲＦ信号Ｂ２の周波数を、３倍に逓倍し、増幅素子３ｃの出力端子に出力する。

逓倍器６ｃが出力したＲＦ信号Ｂ２は、増幅素子３ｃにより増幅されたＲＦ信号Ａ２と電力合成され、インピーダンス検出回路８ｃに入力される。インピーダンス検出回路８ｃは、電力合成されたＲＦ信号を出力端子２ｃに出力する。

以上のように構成した実施の形態２のマルチバンド電力増幅器であっても、実施の形態１と同様の効果を奏する。加えて、インピーダンス検出回路８ｃにより、増幅素子３ｃに対する負荷インピーダンスを検出し、検出した負荷インピーダンスに応じて、増幅素子９ａを動作させるようにしたので、高周波数帯の増幅素子３ｃのトランジスタサイズを大きくしなくても、負荷インピーダンスの変化による出力電力の低下を補償できる効果を奏する。これにより、マルチバンド電力増幅器の小型化、低コスト化を実現できる。

実施の形態３の構成は、広範囲の負荷インピーダンス条件で規定の出力電力を満たさなければならないシステム、例えば携帯電話のシステムで特に有効である。そのようなシステムの場合、出力電力が最も低くなる負荷インピーダンス条件に合わせて、増幅素子３ｂ及び３ｃのトランジスタサイズを決める必要がある。しかし、本構成を用いることによって、出力電力を低下させる負荷インピーダンスのときに増幅素子９ａを動作させ、増幅素子３ｂ及び３ｃの出力電力の低下を補うので、出力電力が最も低くなる負荷インピーダンス条件に合わせて、増幅素子３ｂ及び３ｃのトランジスタサイズを決定する必要がなくなる。これにより、従来の構成に比べてトランジスタサイズを低減できる。

なお、ここでは、高周波数帯の動作を主に説明したが、中間周波数帯の動作も同様である。また、本実施の形態では、３経路のマルチバンド電力増幅器を例にとり説明したが、Ｎ経路（Ｎは２以上の整数）マルチバンド電力増幅器でも同等の効果を有する。

１ａ １ｂ １ｃ 入力端子、２ａ ２ｂ ２ｃ 出力端子、３ａ ３ｂ ３ｃ 増幅素子、４ｂ ４ｃ 方向性結合器、５ｂ ５ｃ 分周器、６ｂ ６ｃ 逓倍器、７ａ 増幅素子、７ａ−１ 入力端子、７ａ−２ 出力端子、７ａ−３ 初段増幅素子、７ａ−４ ７ａ−６ スイッチ、７ａ−５ 最終段増幅素子、７ａ−７ バイパス回路 ８ｂ ８ｃ インピーダンス検出回路、９ａ 増幅素子。

Claims (7)

1. 入力された高周波信号を増幅し、第１の高周波信号として出力する第１の増幅素子と、
   前記第１の増幅素子に入力される前記高周波信号の一部を、前記高周波信号より周波数の低い低周波信号に周波数変換する第１の周波数変換回路と、
   前記低周波信号を増幅する第２の増幅素子と、
   前記第２の増幅素子が増幅した前記低周波信号を、前記第１の高周波信号の周波数と等しい第２の高周波信号に周波数変換する第２の周波数変換回路と
   を備え、
   前記第１の増幅素子が増幅した前記第１の高周波信号と、前記第２の周波数変換回路が周波数変換した前記第２の高周波信号とを電力合成し、合成した電力を出力するマルチバンド電力増幅器。
2. 前記第１の周波数変換回路は分周器である請求項１に記載のマルチバンド電力増幅器。
3. 前記第２の周波数変換回路は逓倍器である請求項１または請求項２に記載のマルチバンド電力増幅器。
4. 前記高周波信号と前記低周波信号との周波数関係が整数倍である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマルチバンド電力増幅器。
5. 前記第２の増幅素子が、出力電力を切り替える増幅器である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマルチバンド電力増幅器。
6. 前記第１の増幅素子の負荷インピーダンスを検出し、検出した前記負荷インピーダンスに応じて、前記第２の増幅素子の増幅動作を制御するインピーダンス検出回路を備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のマルチバンド電力増幅器。
7. 前記インピーダンス検出回路は、検出した前記負荷インピーダンスが設定値と異なる場合に、前記第２の増幅素子を増幅動作させる請求項６記載のマルチバンド電力増幅器。

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