JP2016143891A - 電力増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】受信帯雑音の特性を改善することができる小型の電力増幅器を提供する。【解決手段】ＬＢ（Ｌｏｗ ｂａｎｄ）側の送信信号系では、抵抗１７とキャパシタ１８からなるＲＣ直列回路１６をＬＢＴ（Ｌｏｗ Ｂａｎｄ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）６のベース端子とグランド１９の間に接続するように構成する。これにより、大きなインダクタとキャパシタからなる共振回路を設けることなく、受信帯雑音の特性を改善し、電力増幅器の小型化を図る。【選択図】図１

Description

この発明は、複数のＲＦ信号（高周波信号）の増幅パスを持ち、キャリアアグリゲーションに類する複数の送信帯域を同時に使用する機能を有するマルチバンドの電力増幅器に関するものである。

例えば、通信機器である信号送受信機等に搭載される送信用の電力増幅器では、ＲＦ信号を送信する際、そのＲＦ信号の電力が受信信号系（信号を受信する側の回路など）に漏れ出すことがある。
受信信号系に対して漏れ出すＲＦ信号の電力が増大すると、受信帯雑音が劣化することがあるため、受信信号系に対する許容可能な電力の漏れ出し量が規定されている。

受信帯雑音を劣化させる要因の一つとして、ＲＦ信号である送信信号の周波数と、受信信号系における受信信号の周波数との差分の周波数（以下、「差周波」と称する）の信号が、送信信号を増幅するトランジスタで当該送信信号とミキシングされることで、その受信信号の周波数における雑音電力が増幅されることが挙げられる。

以下の特許文献１では、受信帯雑音の電力を低減するために、差周波の成分を減衰させる方法が提案されている。
具体的には、共振周波数が差周波に設定されているインダクタとキャパシタからなる直列共振回路がトランジスタの入力端子に接続されている電力増幅器が特許文献１に開示されている。
このような直列共振回路がトランジスタの入力端子に接続されることで、差周波の信号がトランジスタに入力される前に減衰するため、差周波の信号と送信信号がトランジスタでミキシングされることで生じる雑音成分を低減することができる。この結果、受信帯雑音の特性が改善される。

近年、スマートフォンやタブレットに代表される端末の高機能化に伴う部品点数の増加が著しいため、ＲＦ信号を増幅する電力増幅器の小型化の要求が高まっている。
また、携帯端末では、複数のバンドを同時に対応できるようにするために、複数のバンドに対応することが可能なマルチバンド電力増幅器の要求が高まっている。
なお、マルチバンド電力増幅器では、送信帯域の有効利用を図るため、キャリアアグリゲーションと称される複数の送信帯域を同時に使用する技術を用いて、データ通信量の拡大を図ってきているが、シングルバンドの電力増幅器と比べて、ＲＦ信号を送信する際の受信帯雑音の劣化が予想される。

特開２００５−１４３０７９号公報（図１）

従来の電力増幅器は以上のように構成されているので、インダクタとキャパシタからなる直列共振回路によって、トランジスタに入力される前に差周波の信号を減衰させることができる。しかし、インダクタとキャパシタからなる直列共振回路は、低い周波数において共振する必要があるため（例えば、送信信号の周波数が２．１ＧＨｚで、受信信号の周波数が１．９ＧＨｚであれば、２００ＭＨｚの周波数で共振する必要がある）、大きなインダクタンスと大きなキャパシタンスが必要になり、その場合、多くの表面実装部品（ＳＭＤ）を必要とする。そのため、電力増幅器の小型化を図ることが困難になるという課題があった。
また、複数のバンドに対応するには、バンド毎に、当該バンドの差周波を共振周波数とする直列共振回路を装荷する必要があるため、さらに部品点数が増加して小型化を図ることが困難になるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、受信帯雑音の特性を改善することができる小型の電力増幅器を得ることを目的とする。

この発明に係る電力増幅器は、第１の送信信号を増幅する第１のトランジスタと、第１の送信信号と周波数が異なる第２の送信信号を増幅する第２のトランジスタと、第１のトランジスタの入力端子とグランドの間に接続され、第１の送信信号の周波数と受信信号系における受信信号の周波数との差分の周波数で共振する共振回路と、第２のトランジスタの入力端子とグランドの間に接続され、抵抗とキャパシタからなる直列回路とを備えるようにしたものである。

この発明によれば、抵抗とキャパシタからなる直列回路を第２のトランジスタの入力端子とグランドの間に接続するように構成したので、受信帯雑音の特性を改善することができる小型の電力増幅器が得られる効果がある。

この発明の実施の形態１による電力増幅器を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による電力増幅器を示す構成図である。 この発明の実施の形態２による電力増幅器を示す構成図である。 この発明の実施の形態３による電力増幅器を示す構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電力増幅器を示す構成図である。
図１において、ＨＢ用ＲＦ入力端子１はＨＢ（Ｈｉｇｈ Ｂａｎｄ）のＲＦ信号（第１の送信信号）を入力する端子である。
ＬＢ用ＲＦ入力端子２はＨＢ用ＲＦ入力端子１から入力されるＨＢのＲＦ信号よりも周波数が低いＬＢ（Ｌｏｗ ｂａｎｄ）のＲＦ信号（第２の送信信号）を入力する端子である。
ＨＢ用入力整合回路３（図中、「ＩＭＣ＿Ｈ」と表記）はＨＢ用ＲＦ入力端子１と接続されている入力側の整合回路である。
ＬＢ用入力整合回路４（図中、「ＩＭＣ＿Ｌ」と表記）はＬＢ用ＲＦ入力端子２と接続されている入力側の整合回路である。

第１のトランジスタであるＨＢＴ５はベース端子（入力端子）がＨＢ用入力整合回路３と接続され、コレクタ端子がＨＢ用出力整合回路７と接続されているエミッタ接地のヘテロ接合バイポーラトランジスタであり、ベース端子から入力されるＨＢのＲＦ信号を増幅し、コレクタ端子から増幅後のＲＦ信号を出力する。
第２のトランジスタであるＨＢＴ６はベース端子（入力端子）がＬＢ用入力整合回路４と接続され、コレクタ端子がＬＢ用出力整合回路８と接続されているエミッタ接地のヘテロ接合バイポーラトランジスタであり、ベース端子から入力されるＬＢのＲＦ信号を増幅し、コレクタ端子から増幅後のＲＦ信号を出力する。
この実施の形態１では、ＨＢ，ＬＢのＲＦ信号を増幅するトランジスタの種類がＨＢＴである例を説明するが、トランジスタの種類はＨＢＴに限るものではなく、例えば、ＦＥＴなどを用いるようにしてもよい。

ＨＢ用出力整合回路７（図中、「ＯＭＣ＿Ｈ」と表記）はＨＢ用ＲＦ出力端子９と接続されている出力側の整合回路である。
ＬＢ用出力整合回路８（図中、「ＯＭＣ＿Ｌ」と表記）はＬＢ用ＲＦ出力端子１０と接続されている出力側の整合回路である。
ＨＢ用ＲＦ出力端子９はＨＢＴ５により増幅されたＨＢのＲＦ信号を出力する端子である。
ＬＢ用ＲＦ出力端子１０はＨＢＴ６により増幅されたＬＢのＲＦ信号を出力する端子である。

ＨＢ用バイアス回路１１（図中、「ＢＣ＿Ｈ」と表記）はＨＢＴ５に対してバイアス電流を供給する回路である。
ＬＢ用バイアス回路１２（図中、「ＢＣ＿Ｌ」と表記）はＨＢＴ６に対してバイアス電流を供給する回路である。

直列共振回路１３はＨＢＴ５のベース端子とグランド１９の間に接続されており、ＨＢ用ＲＦ入力端子１から入力されるＨＢのＲＦ信号の周波数と、受信信号系（信号を受信する側の回路など）における受信信号の周波数との差分の周波数で共振する回路である。
直列共振回路１３はインダクタ１４とキャパシタ１５が直列に接続されて構成されている。
ＲＣ直列回路１６は抵抗１７とキャパシタ１８が直列に接続されて構成されており、ＨＢＴ６のベース端子とグランド１９の間に接続されている。

次に動作について説明する。
直列共振回路１３は、ＨＢＴ５のベース端子とグランド１９の間に接続されており、特許文献１に開示されている直列共振回路と同様に、ＨＢ用ＲＦ入力端子１から入力されるＨＢのＲＦ信号の周波数Ｔｘ_Ｈと、受信信号系における受信信号の周波数Ｒｘとの差分の周波数である差周波ΔＦｒ_Ｈ（＝Ｔｘ_Ｈ−Ｒｘ）で共振するように共振周波数が設定されている。
直列共振回路１３の共振周波数が差周波ΔＦｒ_Ｈに設定されることで、差周波ΔＦｒ_Ｈにおいて、直列共振回路１３のインピーダンスが低下するＨＢ用の受信帯域雑音低減回路である。

これにより、差周波ΔＦｒ_Ｈの信号のほとんどがＨＢＴ５には流れずに、直列共振回路１３を介してグランド１９に流れるため、差周波ΔＦｒ_Ｈの信号とＨＢのＲＦ信号がＨＢＴ５でミキシングされることがほとんどなくなる。したがって、ＨＢＴ５でのミキシングによって生じる雑音成分を低減することができる。
なお、差周波ΔＦｒ_Ｈにおいて、直列共振回路１３のインピーダンスが低下し、かつ、ＨＢのＲＦ信号の送信帯域での電気特性を劣化させないようにするため、キャパシタ１５の値は４０ｐＦ以上とし、また、インダクタ１４の値はＨＢのＲＦ信号の送信帯域において高いインピーダンスとなるように選択する。

ＲＣ直列回路１６は、抵抗１７とキャパシタ１８が直列に接続されて構成されているＬＢ用の受信帯域雑音低減回路である。
ＲＣ直列回路１６は、ＨＢの送信帯域とのアイソレーションを確保しながら、ＬＢ用ＲＦ入力端子２から入力されるＬＢのＲＦ信号の周波数Ｔｘ_Ｌと、受信信号系における受信信号の周波数Ｒｘとの差分の周波数である差周波ΔＦｒ_Ｌ（＝Ｔｘ_Ｌ−Ｒｘ）において、低いインピーダンスを実現するために、抵抗１７の値が４０Ω〜１００Ωの間に調整されている。
抵抗１７は、ＨＢＴ６の半導体プロセスで形成される抵抗によって実現することで小型化を図ることができるので、直列共振回路を構成するインダクタより小さくすることができる。
なお、抵抗１７は、ＨＢの送信帯域とのアイソレーションを確保するために設けられており、また、キャパシタ１８は、低周波である差周波ΔＦｒ_Ｌを短絡するために設けられている。

ＨＢＴ６のベース端子とグランド１９の間に、差周波ΔＦｒ_Ｌにおいて、低インピーダンスのＲＣ直列回路１６を接続することで、差周波ΔＦｒ_Ｌの信号のほとんどがＨＢＴ６には流れずに、ＲＣ直列回路１６を介してグランド１９に流れるため、差周波ΔＦｒ_Ｌの信号とＬＢのＲＦ信号がＨＢＴ６でミキシングされることがほとんどなくなる。したがって、ＨＢＴ６でのミキシングによって生じる雑音成分を低減することができる。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、ＬＢ側の送信信号系では、抵抗１７とキャパシタ１８からなるＲＣ直列回路１６をＨＢＴ６のベース端子とグランド１９の間に接続するように構成したので、受信帯雑音の特性を改善することができるとともに、電力増幅器の小型化を図ることができる効果を奏する。

この実施の形態１では、ＨＢＴ５を第１のトランジスタ、ＨＢＴ６を第２のトランジスタとして、直列共振回路１３をＨＢＴ５のベース端子、ＲＣ直列回路１６をＨＢＴ６のベース端子に接続するものを示したが、ＨＢＴ５を第２のトランジスタ、ＨＢＴ６を第１のトランジスタとして、図２に示すように、直列共振回路１３をＨＢＴ６のベース端子、ＲＣ直列回路１６をＨＢＴ５のベース端子に接続するようにしてもよい。この場合も同様の効果を得ることができる。

また、この実施の形態１では、ＨＢ側の送信信号系とＬＢ側の送信信号系に対応している電力増幅器を示したが、３つ以上の送信信号系に対応している電力増幅器であってもよい。
この場合、少なくとも１以上の送信信号系に接続されている受信帯域雑音低減回路が、抵抗１７とキャパシタ１８が直列に接続されて構成されているＲＣ直列回路１６であれば、上記実施の形態１と同様に、電力増幅器の小型化を図ることができる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による電力増幅器を示す構成図であり、図３において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
第１の直列回路であるＲＣ直列回路２１は抵抗２２とキャパシタ２３が直列に接続されて構成されており、ＨＢＴ５のベース端子とグランド１９の間に接続されている。
第２の直列回路であるＲＣ直列回路２４は抵抗２５とキャパシタ２６が直列に接続されて構成されており、ＨＢＴ６のベース端子とグランド１９の間に接続されている。

上記実施の形態１では、２つの送信信号系のうち、一方の送信信号系（ＨＢ側の送信信号系、または、ＬＢ側の送信信号系）の受信帯域雑音低減回路が、抵抗１７とキャパシタ１８からなるＲＣ直列回路１６である例を示したが、この実施の形態２では、双方の送信信号系の受信帯域雑音低減回路が、抵抗とキャパシタからなるＲＣ直列回路２１，２４であるようにしている。
この場合、２つの送信信号系において、小型化を図ることができるため、上記実施の形態１よりも更に小型化を図ることができる効果を奏する。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による電力増幅器を示す構成図であり、図４において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ＬＢ用バイアス回路１２を構成しているバイアス印加用トランジスタ３１は、エミッタフォロアのＬＢ増幅用トランジスタであり、バイアス電流をＨＢＴ６に供給する。
エミッタフォロア型のバイアス回路では、しばしば温度補償回路として、バイアス印加用トランジスタ３１のエミッタ端子とグランドの間に抵抗３２を装荷する方式が用いられるが、この実施の形態３では、この抵抗３２の一部が、ＲＣ直列回路１６の抵抗１７を兼ねるようにしている。
ＬＢ用バイアス回路１２内の抵抗３２の一部がＲＣ直列回路１６の抵抗１７を兼ねることで、上記実施の形態１よりも更に小型化を図ることができる効果を奏する。

ここでは、ＬＢ用バイアス回路１２内の抵抗３２の一部がＲＣ直列回路１６の抵抗１７を兼ねる例を示したが、図２のＨＢ用バイアス回路１１を図４に示しているＬＢ用バイアス回路１２と同様に構成し、図２のＨＢ用バイアス回路１１内の抵抗の一部が、図２のＲＣ直列回路１６の抵抗１７を兼ねるようにしてもよい。
この場合も、上記実施の形態１よりも更に小型化を図ることができる効果を奏する。

同様に、図３のＨＢ用バイアス回路１１及びＬＢ用バイアス回路１２を図４に示しているＬＢ用バイアス回路１２と同様に構成し、図３のＨＢ用バイアス回路１１内の抵抗の一部が、図３のＲＣ直列回路２１の抵抗２２を兼ねるとともに、図３のＬＢ用バイアス回路１２内の抵抗の一部が、図３のＲＣ直列回路２４の抵抗２５を兼ねるようにしてもよい。
この場合、上記実施の形態２よりも更に小型化を図ることができる効果を奏する。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ ＨＢ用ＲＦ入力端子、２ ＬＢ用ＲＦ入力端子、３ ＨＢ用入力整合回路、４ ＨＢ用入力整合回路、５ ＨＢＴ（第１のトランジスタ）、６ ＨＢＴ（第２のトランジスタ）、７ ＨＢ用出力整合回路、８ ＬＢ用出力整合回路、９ ＨＢ用ＲＦ出力端子、１０ ＬＢ用ＲＦ出力端子、１１ ＨＢ用バイアス回路、１２ ＬＢ用バイアス回路、１３ 直列共振回路、１４ インダクタ、１５ キャパシタ、１６ ＲＣ直列回路、１７ 抵抗、１８ キャパシタ、１９ グランド、２１ ＲＣ直列回路（第１の直列回路）、２２ 抵抗、２３ キャパシタ、２４ ＲＣ直列回路（第２の直列回路）、２５ 抵抗、２６ キャパシタ、３１ バイアス印加用トランジスタ、３２ 抵抗。

Claims (5)

1. 第１の送信信号を増幅する第１のトランジスタと、
   前記第１の送信信号と周波数が異なる第２の送信信号を増幅する第２のトランジスタと、
   前記第１のトランジスタの入力端子とグランドの間に接続され、前記第１の送信信号の周波数と受信信号系における受信信号の周波数との差分の周波数で共振する共振回路と、
   前記第２のトランジスタの入力端子とグランドの間に接続され、抵抗とキャパシタからなる直列回路と
   を備えた電力増幅器。
2. 前記第２のトランジスタに対してバイアス電流を供給するバイアス回路を構成しているバイアス印加用トランジスタのエミッタ端子とグランドの間に接続されている抵抗が、前記直列回路の抵抗を兼ねていることを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
3. 第１の送信信号を増幅する第１のトランジスタと、
   前記第１の送信信号と周波数が異なる第２の送信信号を増幅する第２のトランジスタと、
   前記第１のトランジスタの入力端子とグランドの間に接続され、抵抗とキャパシタからなる第１の直列回路と
   前記第２のトランジスタの入力端子とグランドの間に接続され、抵抗とキャパシタからなる第２の直列回路と
   を備えた電力増幅器。
4. 前記第２のトランジスタに対してバイアス電流を供給するバイアス回路を構成しているバイアス印加用トランジスタのエミッタ端子とグランドの間に接続されている抵抗が、前記第２の直列回路の抵抗を兼ねていることを特徴とする請求項３記載の電力増幅器。
5. 前記第１のトランジスタに対してバイアス電流を供給するバイアス回路を構成しているバイアス印加用トランジスタのエミッタ端子とグランドの間に接続されている抵抗が、前記第１の直列回路の抵抗を兼ねていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の電力増幅器。

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