JP2021010063A - 高周波回路および通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高周波信号の信号歪が抑制された高周波回路を提供する。【解決手段】高周波回路1は、チャネル帯域幅BW1を有する高周波信号Sig1、および、チャネル帯域幅BW1よりも帯域幅が大きいチャネル帯域幅BW2を有する高周波信号Sig2を増幅可能な電力増幅回路10を備え、電力増幅回路10は、高周波信号Sig1をET方式による増幅モードで増幅し、高周波信号Sig2をAPT方式による増幅モードで増幅する。【選択図】図1
Description
本発明は、高周波回路および当該高周波回路を備えた通信装置に関する。
マルチバンド化およびマルチモード化に対応した高周波回路に対して、バンド帯域幅またはチャネル帯域幅の異なる複数の高周波信号を高品質で送信することが求められている。
特許文献1には、エンベロープトラッキング方式による動作が可能な電力増幅器を備えた電力増幅モジュールの回路構成が開示されている。これによれば、高周波信号を高効率に送信することが可能となる。
しかしながら、特許文献1に開示された電力増幅モジュール(高周波回路)では、バンド帯域幅が広い通信バンドの高周波信号またはチャネル帯域幅の広い高周波信号をエンベロープトラッキング方式により増幅する場合、信号歪が大きくなるという問題がある。
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、高周波信号の信号歪が抑制された高周波回路および通信装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る高周波回路は、第1のチャネル帯域幅を有する第1高周波信号、および、前記第1のチャネル帯域幅よりも帯域幅が広い第2のチャネル帯域幅を有する第2高周波信号を増幅可能な電力増幅回路を備え、前記電力増幅回路は、前記第1高周波信号をエンベロープトラッキング方式による増幅モードで増幅し、前記第2高周波信号を平均電力トラッキング方式による増幅モードで増幅する。
本発明によれば、高周波信号の信号歪が抑制された高周波回路および通信装置を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさまたは大きさの比は、必ずしも厳密ではない。
(実施の形態)
[1 高周波回路1および通信装置6の構成(第1の適用例)]
図1は、実施の形態に係る高周波回路1および通信装置6の回路構成図である。同図に示すように、通信装置6は、高周波回路1と、アンテナ素子21と、増幅モード切換回路3と、RF信号処理回路(RFIC)4と、ベースバンド信号処理回路(BBIC)5と、を備える。
[1 高周波回路1および通信装置6の構成(第1の適用例)]
図1は、実施の形態に係る高周波回路1および通信装置6の回路構成図である。同図に示すように、通信装置6は、高周波回路1と、アンテナ素子21と、増幅モード切換回路3と、RF信号処理回路(RFIC)4と、ベースバンド信号処理回路(BBIC)5と、を備える。
高周波回路1は、入力端子130と、出力端子110と、電力増幅回路10と、フィルタ回路13と、を備える。
電力増幅回路10は、電力増幅器11を有する。つまり、電力増幅回路10は、1つの電力増幅器11で構成されている。なお、電力増幅回路10は、2以上の電力増幅器を有していてもよく、また電力増幅器以外の回路素子を有していてもよい。電力増幅器11は、入力端子130とフィルタ回路13との間に接続されている。
本実施の形態に係る高周波回路1の第1の適用例として、電力増幅回路10は、チャネル帯域幅BW1(第1のチャネル帯域幅)を有する高周波信号Sig1(第1高周波信号)、および、チャネル帯域幅BW1よりも帯域幅が広いチャネル帯域幅BW2(第2のチャネル帯域幅)を有する高周波信号Sig2(第2高周波信号)を増幅する。
電力増幅器11は、例えば、ベース端子、エミッタ端子およびコレクタ端子を有するバイポーラ型の増幅トランジスタで構成されている。なお、電力増幅器11を構成する増幅トランジスタは、バイポーラトランジスタに限定されず、例えば、MOS電界効果型トランジスタ(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect−Transistor:MOSFET)などであってもよい。
電力増幅器11を構成する各増幅トランジスタのベース端子にはバイアス信号(直流バイアス電圧または直流バイアス電流)が供給され、コレクタ端子には直流電源電圧が供給される。各増幅トランジスタのベース端子に供給されるバイアス信号(の電圧または電流)を変化させることにより、各増幅トランジスタの動作点が最適化される。
フィルタ回路13は、第1フィルタの一例であり、電力増幅器11と出力端子110との間に接続されており、電力増幅器11で増幅された高周波信号を低損失で通過させる。なお、フィルタ回路13、入力端子130、および出力端子110は、本実施の形態に係る高周波回路1に必須の構成要素ではない。
ここで、本実施の形態に係る高周波回路1の第1の適用例では、電力増幅回路10は、高周波信号Sig1をエンベロープトラッキング(Envelope Tracking、以降ETと記す)方式による増幅モードで増幅し、高周波信号Sig2を平均電力トラッキング(Average Power Tracking、以降APTと記す)方式による増幅モードで増幅する。
図2は、APTモードおよびETモードを説明する模式波形図である。図2の(b)に示すように、ETモード(ET方式による増幅モード)は、高周波信号の電力振幅(エンベロープ)を追跡し、当該エンベロープに対応させて電力増幅器(の増幅トランジスタのベース端子)へ供給するバイアス信号(直流バイアス電圧または直流バイアス電流)を可変するモードである。これに対して、APTモード(APT方式による増幅モード)は、図2の(a)に示すように、所定の期間ごとに算出される高周波信号の平均電力振幅を追跡し、当該平均電力振幅に対応させて電力増幅器(の増幅トランジスタのベース端子)へ供給するバイアス信号(直流バイアス電圧または直流バイアス電流)を可変するモードである。
図3Aは、異なるチャネル帯域幅を有する第4世代移動通信システム(4G)のLTE(Long Term Evolution)チャネルおよび第5世代移動通信システム(5G)−NR(New Radio)チャネルの分布の一例を示す図である。同図には、同一の周波数帯域を有する4G−LTEのBand41(帯域:2496−2690MHz)と、5G−NRのn41(帯域:2496−2690MHz)とを併記している。
図3Aに示すように、例えば、Band41内の所定のチャネルを帯域幅とする信号は、4Gに対応した高周波信号であり、5MHz、10MHz、15MHz、および20MHzのうちのいずれかのチャネル帯域幅を有する。また、例えば、n41内の所定のチャネルを帯域幅とする信号は、5Gに対応した高周波信号であり、10MHz、15MHz、20MHz、30MHz、40MHz、50MHz、60MHz、70MHz、80MHz、90MHz、および100MHzのうちのいずれかのチャネル帯域幅を有する。
本実施の形態に係る高周波回路1の第1の適用例において、例えば、図3Aに示されたチャネル割り当てが適用される。例えば、高周波信号Sig1として、4G−LTE(Band41)のチャネル帯域幅BW1(10MHz)を有する信号が適用され、高周波信号Sig2として、5G−NR(n41)のチャネル帯域幅BW2(50MHz)を有する信号が適用される。この場合、5G−NR(n41)のチャネル帯域幅BW2は、4G−LTE(Band41)のチャネル帯域幅BW1よりも広い。
なお、高周波信号Sig1およびSig2は、上記のチャネル割り当てに限定されない。
表1に、4G−LTEの通信バンドおよび5G−NRの通信バンドについてのチャネル帯域幅およびバンド帯域幅を例示する。
本実施の形態に係る高周波回路1の第1の適用例において、例えば、表1に示されたチャネル割り当てを適用してもよい。例えば、高周波信号Sig1として、4G−LTE(Band25−Tx)のチャネル帯域幅BW1(10MHz)を有する信号が適用され、高周波信号Sig2として、5G−NR(n41)のチャネル帯域幅BW2(50MHz)を有する信号が適用される。また、例えば、高周波信号Sig1として、4G−LTE(Band5−Tx)のチャネル帯域幅BW1(10MHz)を有する信号が適用され、高周波信号Sig2として、5G−NR(n78)のチャネル帯域幅BW2(50MHz)を有する信号が適用される。また、例えば、高周波信号Sig1として、5G−NR(n5−Tx)のチャネル帯域幅BW1(10MHz)を有する信号が適用され、高周波信号Sig2として、4G−LTE(B3−Tx)のチャネル帯域幅BW2(20MHz)を有する信号が適用される。
ここで、電力増幅器を有する高周波回路では、電力増幅器での電力消費が高周波回路の電力消費の大きな部分を占めており、低消費電力化のためには電力増幅器の高効率化が課題である。電力増幅器の高効率化の手法として、ET方式が挙げられる。無線通信に使用されるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)などの変調方式では、電力増幅器の入力信号のピーク電力と平均電力との比(PAPR:平均電力比)が大きくなっている。このような変調信号を増幅して送信するには、ピーク電力時の入力信号に対して圧縮領域で動作するように増幅トランジスタにバイアス電圧をかける。つまり、平均電力時には過剰なバイアス電圧となるため、電力増幅器の入力変調信号に応じてバイアス電圧を変化させる(ETモード)ことにより、電力増幅器の消費電力を低減することができる。しかしながら、ETモードの場合、圧縮領域で電力増幅器を動作させることとなるため信号歪が発生する。これに対してAPTモードの場合、消費電力の低減についてはETモードに劣るが、信号歪の発生についてはETモードに比べて抑制できる。
一方、電力増幅器で増幅する高周波信号の周波数帯域幅が広いほど、当該電力増幅器が増幅対応すべき周波数が広帯域となるため、増幅された高周波信号の信号歪成分が大きくなる。特に、電力増幅回路で増幅する高周波信号のチャネル帯域幅が広いほど、増幅された高周波信号の信号歪成分は大きくなる。
そこで、本実施の形態の第1の適用例によれば、チャネル帯域幅BW1が相対的に狭い高周波信号Sig1をETモードで増幅し、チャネル帯域幅BW2が相対的に広い高周波信号Sig2をAPTモードで増幅する。これにより、信号歪の成分が小さい4G−LTE(Band41)の高周波信号Sig1の増幅動作では、ETモードにより低消費電力化を促進しつつ、信号歪成分が大きい5G−NR(n41)の高周波信号Sig2の増幅動作では、APTモードにより信号歪を抑制することが可能となる。よって、高周波信号の信号歪が抑制された高周波回路1および通信装置6を提供することが可能となる。
なお、本実施の形態に係る高周波回路1では、電力増幅器11は、高周波信号Sig1と高周波信号Sig2とを、時分割で増幅する。これにより、チャネル帯域幅の異なる2つの高周波信号を時分割で増幅しつつ、チャネル帯域幅が広い高周波信号Sig2の信号歪を抑制することが可能となる。なお、電力増幅回路10が2以上の電力増幅器を有している場合には、当該2以上の電力増幅器により、高周波信号Sig1と高周波信号Sig2とが同時に増幅され、当該増幅された2つの高周波信号が高周波回路1から同時に送信されてもよい。この同時増幅および同時送信の構成については、実施の形態の変形例1および2にて詳細に示す。
以下、通信装置6を構成する高周波回路1以外の構成要素について説明する。
アンテナ素子21は、高周波回路1の出力端子110に接続され、電力増幅回路10で増幅された高周波信号を放射送信し、また、他の通信装置(基地局など)から送信された高周波信号を受信する。
RFIC4は、高周波信号を処理するRF信号処理回路である。具体的には、RFIC4は、BBIC5から入力された送信信号をアップコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号を、高周波回路1に出力する。また、RFIC4は、高周波信号Sig1およびSig2のいずれを高周波回路1に出力するかの情報に基づいて、電力増幅回路10がETモードおよびAPTモードのいずれで動作するかを制御するための制御信号を出力する制御部を有している。
BBIC5は、高周波回路1を伝搬する高周波信号よりも低周波の中間周波数帯域を用いて信号処理する回路である。BBIC5で処理された信号は、例えば、画像表示のための画像信号として使用され、または、スピーカを介した通話のために音声信号として使用される。
RFIC4およびBBIC5は、高周波信号を処理する信号処理回路である。
増幅モード切換回路3は、RFIC4の制御部と電力増幅回路10との間に配置されている。増幅モード切換回路3は、RFIC4の制御部から出力された制御信号s0に基づいて、電力増幅器11に対して、ET方式に対応したバイアス信号b1(第1バイアス信号)の供給、および、APT方式に対応したバイアス信号b2(第2バイアス信号)を切り換えて供給する。
通信装置6の上記構成によれば、例えば、電力増幅器11の出力電力情報をRFIC4が受け、当該電力情報に基づいてRFIC4の制御部が増幅モードを決定する。上記制御部は、決定された増幅モードに対応した制御信号s0を増幅モード切換回路3に出力する。増幅モード切換回路3は、上記制御信号s0に基づいて、高周波回路1に対して、ETモード用またはAPTモード用のバイアス信号(b1またはb2)を切り換えて供給する。よって、通信装置6の簡素化された回路構成により信号歪を抑制することが可能となる。
なお、本実施の形態に係る通信装置6において、アンテナ素子21およびBBIC5は、必須の構成要素ではない。
また、電力増幅器11がETモードおよびAPTモードのいずれで動作するかを制御するための制御信号を出力する制御部は、RFIC4に含まれていなくてもよく、BBIC5に含まれていてもよく、また、RFIC4およびBBIC5以外の通信装置6に含まれていてもよい。
また、本実施の形態に係る高周波回路1および通信装置6において、電力増幅回路10は、電力増幅回路10から出力される高周波信号の出力電力を示す値が閾値電力よりも大きくなる場合、高周波信号Sig1をET方式による増幅モードで増幅し、高周波信号Sig2をAPT方式による増幅モードで増幅してもよい。
これによれば、電力増幅回路10から出力される高周波信号の信号歪が大きくなる高出力領域にて、高周波信号Sig1よりもチャネル帯域幅が広い高周波信号Sig2をAPTモードで増幅するので、高周波信号Sig2の信号歪を効果的に抑制することが可能となる。なお、上記の閾値電力としては、電力増幅器11から出力される高周波信号の高調波成分の許容値、または、電力増幅器11から出力される高周波信号と他の電力増幅器から出力される高周波信号とで発生する相互変調歪成分の許容値が例示される。なお、電力増幅回路10から出力される高周波信号の出力電力を示す値が閾値電力以下である場合には、電力増幅回路10は、例えば、高周波信号Sig1およびSig2の双方をET方式による増幅モードで増幅してもよい。
なお、本実施の形態に係る高周波回路1では、高周波信号Sig1およびSig2の一方が4Gに対応した信号であり、高周波信号Sig1およびSig2の他方が5Gに対応した信号であるとしたが、これに限られない。本実施の形態に係る高周波回路1では、高周波信号Sig1が4Gに対応した信号であり、高周波信号Sig2も4Gに対応した信号であってもよい。
これにより、チャネル帯域幅が広い4G−LTEの高周波信号Sig1の増幅動作では、ETモードにより低消費電力化を促進しつつ、チャネル帯域幅が広い4G−LTEの高周波信号Sig2の増幅動作では、APTモードにより信号歪を抑制することが可能となる。よって、4G−LTEの高周波信号を伝送する高周波回路1および通信装置6において、信号歪を抑制することが可能となる。
また、本実施の形態に係る高周波回路1では、高周波信号Sig1が5Gに対応した信号であり、高周波信号Sig2も5Gに対応した信号であってもよい。
これにより、チャネル帯域幅が狭い5G−NRの高周波信号Sig1の増幅動作では、ETモードにより低消費電力化を促進しつつ、チャネル帯域幅が広い5G−NRの高周波信号Sig2の増幅動作では、APTモードにより信号歪を抑制することが可能となる。よって、5G−NRの高周波信号を伝送する高周波回路1および通信装置6において、信号歪を抑制することが可能となる。
なお、本実施の形態に係る通信装置6において、高周波信号Sig1を放射および受信するアンテナと、高周波信号Sig2を放射および受信するアンテナとを異ならせてもよい。つまり、通信装置6は、アンテナ素子21に代えて、第1のアンテナ素子と第2のアンテナ素子とを備えてもよい。この場合、第1および第2のアンテナ素子と、フィルタ回路13との間に、例えばSPDT(Single Pole Double Throw)型のスイッチが配置される。スイッチの共通端子は、フィルタ13に接続され、スイッチの第1の選択端子は第1のアンテナ素子に接続され、スイッチの第2の選択端子は第2のアンテナ素子に接続される。スイッチは、上記共通端子と第1の選択端子との導通および非導通を切り換え、また、上記共通端子と第2の選択端子との導通および非導通を切り換える。これによれば、高周波信号Sig1およびSig2を1つの電力増幅器11で増幅しつつ、高周波信号Sig1と高周波信号Sig2とのアイソレーションを向上させることが可能となる。
[2 高周波回路1および通信装置6の構成(第2の適用例)]
なお、本実施の形態に係る高周波回路1の第2の適用例として、電力増幅回路10は、バンド帯域幅BW1を有する第1通信バンドの高周波信号Sig1(第1高周波信号)、および、バンド帯域幅BW1よりも広いバンド帯域幅BW2を有する第2通信バンドの高周波信号Sig2(第2高周波信号)を増幅することが可能な送信増幅回路であってもよい。つまり、電力増幅回路10は、チャネル帯域幅の広狭関係にある高周波信号Sig1およびSig2により増幅モードを切り替えるのではなく、通信バンドの周波数帯域の広狭関係にある高周波信号Sig1およびSig2により増幅モードを切り替えることとしてもよい。
なお、本実施の形態に係る高周波回路1の第2の適用例として、電力増幅回路10は、バンド帯域幅BW1を有する第1通信バンドの高周波信号Sig1(第1高周波信号)、および、バンド帯域幅BW1よりも広いバンド帯域幅BW2を有する第2通信バンドの高周波信号Sig2(第2高周波信号)を増幅することが可能な送信増幅回路であってもよい。つまり、電力増幅回路10は、チャネル帯域幅の広狭関係にある高周波信号Sig1およびSig2により増幅モードを切り替えるのではなく、通信バンドの周波数帯域の広狭関係にある高周波信号Sig1およびSig2により増幅モードを切り替えることとしてもよい。
このとき、本実施の形態に係る高周波回路1では、電力増幅回路10は、高周波信号Sig1をET方式による増幅モードで増幅し、高周波信号Sig2をAPT方式による増幅モードで増幅する。
図3Bは、異なるバンド帯域幅(通信バンドの帯域幅)を有する4G−LTE通信バンドおよび5G−NR通信バンドの分布の一例を示す図である。同図には、異なる周波数帯域を有する4G−LTEのBand25−Tx(送信帯域:1850−1915MHz)と、5G−NRのn41(帯域:2496−2690MHz)とを併記している。
図3Bに示すように、例えば、65MHzのバンド帯域幅を有するBand25−Txの高周波信号は、4Gに対応した高周波信号である。また、例えば、194MHzのバンド帯域幅を有するn41の高周波信号は、5Gに対応した高周波信号である。
本実施の形態に係る高周波回路1の第2の適用例において、例えば、図3Bに示された通信バンドが適用される。例えば、高周波信号Sig1として、65MHzのバンド帯域幅BW1を有する4G−LTE(Band25−Tx)の信号が適用され、高周波信号Sig2として、194MHzのバンド帯域幅BW2を有する5G−NR(n41)の信号が適用される。つまり、5G−NR(n41)のバンド帯域幅は、4G−LTE(Band25−Tx)のバンド帯域幅よりも大きい。バンド帯域幅が広いほど、チャネル帯域幅が広い傾向にあるため、上記の第2の適用例の場合、5G−NR(n41)のチャネル帯域幅は、4G−LTE(Band25−Tx)のチャネル帯域幅よりも広い傾向となり、5G−NR(n41)の高周波信号のほうが、信号歪が大きくなる。
なお、高周波信号Sig1およびSig2は、上記の通信バンドの割り当てに限定されない。
本実施の形態に係る高周波回路1の第2の適用例において、例えば、表1に示された通信バンド割り当てを適用してもよい。例えば、高周波信号Sig1として、4G−LTE(Band25−Tx)の信号が適用され、高周波信号Sig2として、5G−NR(n41)の信号が適用される。また、例えば、高周波信号Sig1として、4G−LTE(Band5−Tx)の信号が適用され、高周波信号Sig2として、5G−NR(n78)の信号が適用される。また、例えば、高周波信号Sig1として、5G−NR(n5−Tx)の信号が適用され、高周波信号Sig2として、4G−LTE(B3−Tx)の信号が適用される。
電力増幅器で増幅する高周波信号の周波数帯域幅が広いほど、当該電力増幅器が増幅対応すべき周波数が広帯域となるため、増幅された高周波信号の信号歪成分が大きくなる。特に、電力増幅回路で増幅する高周波信号のチャネル帯域幅が広いほど、増幅された高周波信号の信号歪成分は大きくなる。これに対して、ETモードの場合には信号歪が発生するが、APTモードの場合、消費電力の低減についてはETモードに劣るが、信号歪の発生についてはETモードに比べて抑制できる。
本実施の形態の第2の適用例によれば、バンド帯域幅BW1が相対的に狭い(チャネル帯域幅が相対的に狭い傾向にある)高周波信号Sig1をETモードで増幅し、バンド帯域幅BW2が相対的に広い(チャネル帯域幅が相対的に大きい傾向にある)高周波信号Sig2をAPTモードで増幅する。これにより、信号歪の成分が小さい傾向にある4G−LTE(Band25−Tx)の高周波信号Sig1の増幅動作では、ETモードにより低消費電力化を促進しつつ、信号歪成分が大きくなる傾向にある5G−NR(n41)の高周波信号Sig2の増幅動作では、APTモードにより信号歪を抑制することが可能となる。よって、高周波信号の信号歪が抑制された高周波回路1および通信装置6を提供することが可能となる。
なお、本実施の形態に係る高周波回路1の第2の適用例において、フィルタ回路13の通過帯域は、第1通信バンドの帯域幅BW1および第2通信バンドの帯域幅BW2を包含している。
これにより、通信バンドの異なる2つの高周波信号を時分割で増幅しつつ、通信バンドの帯域幅が広い高周波信号の信号歪を抑制することが可能となる。
なお、上記第2の適用例における、通信装置6を構成する高周波回路1以外の構成要素については、第1の適用例と同じであるため、説明を省略する。
[3 変形例1に係る高周波回路1Aおよび通信装置6Aの構成(第1の適用例)]
図4は、実施の形態の変形例1に係る高周波回路1Aおよび通信装置6Aの回路構成図である。同図に示すように、通信装置6Aは、高周波回路1Aと、アンテナ回路2と、増幅モード切換回路3Aと、電源7と、RFIC4と、BBIC5と、を備える。本変形例に係る通信装置6Aは、実施の形態に係る通信装置6と比較して、高周波回路1A、アンテナ回路2、および増幅モード切換回路3Aの構成、ならびに電源7が付加されている点が異なる。以下、本変形例に係る通信装置6Aについて、実施の形態に係る通信装置6と同じ構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
図4は、実施の形態の変形例1に係る高周波回路1Aおよび通信装置6Aの回路構成図である。同図に示すように、通信装置6Aは、高周波回路1Aと、アンテナ回路2と、増幅モード切換回路3Aと、電源7と、RFIC4と、BBIC5と、を備える。本変形例に係る通信装置6Aは、実施の形態に係る通信装置6と比較して、高周波回路1A、アンテナ回路2、および増幅モード切換回路3Aの構成、ならびに電源7が付加されている点が異なる。以下、本変形例に係る通信装置6Aについて、実施の形態に係る通信装置6と同じ構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
高周波回路1Aは、入力端子130および140と、出力端子110および120と、電力増幅回路10と、フィルタ回路13および14と、を備える。
電力増幅回路10は、電力増幅器11および12を有する。電力増幅器11は、第1電力増幅器の一例であり、入力端子130とフィルタ回路13との間に接続されている。電力増幅器12は、第2電力増幅器の一例であり、入力端子140とフィルタ回路14と間に接続されている。
本変形例に係る高周波回路1Aの第1の適用例として、電力増幅回路10は、チャネル帯域幅BW1(第1のチャネル帯域幅)を有する高周波信号Sig1(第1高周波信号)、および、チャネル帯域幅BW1よりも帯域幅が広いチャネル帯域幅BW2(第2のチャネル帯域幅)を有する高周波信号Sig2(第2高周波信号)を増幅する。
電力増幅器11および12のそれぞれは、例えば、ベース端子、エミッタ端子およびコレクタ端子を有するバイポーラ型の増幅トランジスタで構成されている。なお、電力増幅器11および12を構成する増幅トランジスタは、バイポーラトランジスタに限定されず、例えば、MOSFETなどであってもよい。
電力増幅器11および12を構成する各増幅トランジスタのベース端子にはバイアス信号(直流バイアス電圧または直流バイアス電流)が供給され、コレクタ端子には直流電源電圧が供給される。各増幅トランジスタのベース端子に供給されるバイアス信号(の電圧または電流)を変化させることにより、各増幅トランジスタの動作点が最適化される。
フィルタ回路13は、第1フィルタの一例であり、電力増幅器11の出力端子と出力端子110との間に接続されており、電力増幅器11で増幅された高周波信号を低損失で通過させる。フィルタ回路14は、第2フィルタの一例であり、電力増幅器12の出力端子と出力端子120との間に接続されており、電力増幅器12で増幅された高周波信号を低損失で通過させる。
なお、電力増幅器11および12は、1チップに集積されていてもよい。また、電力増幅器11および12、ならびに、フィルタ回路13および14は、1つの実装基板に実装されていてもよい。これらにより、高周波回路1Aを小型化できる。
なお、フィルタ回路13および14、入力端子130および140、ならびに出力端子110および120は、本変形例に係る高周波回路1Aに必須の構成要素ではない。
ここで、本変形例に係る高周波回路1Aの第1の適用例では、電力増幅回路10は、高周波信号Sig1をET方式による増幅モードで増幅し、高周波信号Sig2をAPT方式による増幅モードで増幅する。
例えば、電力増幅器11は、高周波信号Sig1を増幅し、電力増幅器12は、高周波信号Sig2を増幅する。なお、高周波回路1Aは、高周波信号Sig1と高周波信号Sig2とを、同時に増幅することが可能である。
本変形例に係る高周波回路1Aの第1の適用例によれば、電力増幅器11はチャネル帯域幅が相対的に狭い高周波信号Sig1をETモードで増幅し、電力増幅器12はチャネル帯域幅が相対的に広い高周波信号Sig2をAPTモードで増幅することが可能である。これにより、信号歪の成分が小さい高周波信号Sig1の増幅動作では、ETモードにより低消費電力化を促進しつつ、信号歪成分が大きい高周波信号Sig2の増幅動作では、APTモードにより信号歪を抑制することが可能となる。よって、チャネル帯域幅の異なる2つの高周波信号を同時に増幅しつつ、高周波信号の信号歪が抑制された高周波回路1Aおよび通信装置6Aを提供することが可能となる。
本変形例に係る高周波回路1Aの第1の適用例において、例えば、図3Aに示されたチャネル割り当てが適用される。例えば、高周波信号Sig1として、4G−LTE(Band41)のチャネル帯域幅BW1(10MHz)を有する信号が適用され、高周波信号Sig2として、5G−NR(n41)のチャネル帯域幅BW2(50MHz)を有する信号が適用される。この場合、5G−NR(n41)のチャネル帯域幅BW2は、4G−LTE(Band41)のチャネル帯域幅BW1よりも広い。
なお、高周波信号Sig1およびSig2は、上記のチャネル割り当てに限定されない。
本変形例に係る高周波回路1Aの第1の適用例において、例えば、表1に示されたチャネル割り当てを適用してもよい。例えば、高周波信号Sig1として、4G−LTE(Band25−Tx)のチャネル帯域幅BW1(10MHz)を有する信号が適用され、高周波信号Sig2として、5G−NR(n41)のチャネル帯域幅BW2(50MHz)を有する信号が適用される。また、例えば、高周波信号Sig1として、4G−LTE(Band5−Tx)のチャネル帯域幅BW1(10MHz)を有する信号が適用され、高周波信号Sig2として、5G−NR(n78)のチャネル帯域幅BW2(50MHz)を有する信号が適用される。また、例えば、高周波信号Sig1として、5G−NR(n5−Tx)のチャネル帯域幅BW1(10MHz)を有する信号が適用され、高周波信号Sig2として、4G−LTE(B3−Tx)のチャネル帯域幅BW2(20MHz)を有する信号が適用される。
電力増幅器で増幅する高周波信号の周波数帯域幅が広いほど、当該電力増幅器が増幅対応すべき周波数が広帯域となるため、増幅された高周波信号の信号歪成分が大きくなる。特に、電力増幅回路で増幅する高周波信号のチャネル帯域幅が広いほど、増幅された高周波信号の信号歪成分は大きくなる。これに対して、ETモードの場合には信号歪が発生するが、APTモードの場合、消費電力の低減についてはETモードに劣るが、信号歪の発生についてはETモードに比べて抑制できる。
本変形例の第1の適用例によれば、高周波信号Sig1が入力される電力増幅器11をETモードで増幅動作させ、高周波信号Sig2が入力される電力増幅器12をAPTモードで増幅させる。これにより、信号歪の成分が小さい4G−LTE(Band41)の高周波信号Sig1の増幅動作では、ETモードにより低消費電力化を促進しつつ、信号歪成分が大きい5G−NR(n41)の高周波信号Sig2の増幅動作では、APTモードにより信号歪を抑制することが可能となる。よって、高周波信号の信号歪が抑制された高周波回路1Aおよび通信装置6Aを提供することが可能となる。
なお、本変形例に係る高周波回路1Aでは、電力増幅器11による高周波信号Sig1の増幅と電力増幅器12による高周波信号Sig2の増幅とを、同時に実行することが可能である。これにより、チャネル帯域幅の異なる2つの高周波信号を同時に増幅しつつ、チャネル帯域幅が広い高周波信号Sig2の信号歪を抑制することが可能となる。
また、本変形例では、電力増幅器11が高周波信号Sig1を増幅し、電力増幅器12が高周波信号Sig2を増幅するとしたが、これに限定されない。高周波回路1Aにおいて、電力増幅器11が高周波信号Sig2を増幅し、電力増幅器12が高周波信号Sig1を増幅してもよいし、あるいは、電力増幅器11および12のそれぞれは、高周波信号Sig1およびSig2のいずれを増幅することが可能であることとしてもよい。つまり、電力増幅器11が、高周波信号Sig1およびSig2の一方を増幅している場合には、電力増幅器12は、高周波信号Sig1およびSig2の他方を増幅していてもよい。このため、電力増幅器11による高周波信号Sig2の増幅と電力増幅器12による高周波信号Sig1の増幅とを、同時に実行することが可能である。
電力増幅器11および12と高周波信号Sig1およびSig2との対応関係については、RFIC4により決定されてもよい。
以下、通信装置6Aを構成する高周波回路1A以外の構成要素について説明する。
アンテナ回路2は、アンテナ素子22および23を備える。アンテナ素子22は、高周波回路1Aの出力端子110に接続され、電力増幅器11で増幅された高周波信号を放射送信し、また、他の通信装置(基地局など)から送信された高周波信号を受信する。アンテナ素子23は、高周波回路1Aの出力端子120に接続され、電力増幅器12で増幅された高周波信号を放射送信し、また、他の通信装置(基地局など)から送信された高周波信号を受信する。電力増幅器11から出力される高周波信号と、電力増幅器12から出力される高周波信号とが、異なるアンテナ素子から放射されることにより、チャネル帯域幅の異なる2つの高周波信号を高アイソレーションで送受信できる。
RFIC4は、高周波信号を処理するRF信号処理回路である。具体的には、RFIC4は、BBIC5から入力された送信信号をアップコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号を、高周波回路1Aに出力する。
BBIC5は、高周波回路1Aを伝搬する高周波信号よりも低周波の中間周波数帯域を用いて信号処理する回路である。BBIC5で処理された信号は、例えば、画像表示のための画像信号として使用され、または、スピーカを介した通話のために音声信号として使用される。
RFIC4およびBBIC5は、高周波信号を処理する信号処理回路である。
次に、通信装置6Aが有する増幅モード切換回路3Aの具体的構成例について説明する。増幅モード切換回路3Aは、RFIC4の制御部と電力増幅器11および12との間に配置されている。増幅モード切換回路3Aは、スイッチ31および32と、ET電源回路33および35と、APT電源回路34および36と、を備える。
ET電源回路33は、電源7に接続され、RFIC4の制御部が出力する制御信号s03に基づいて、ETモード用のバイアス信号b1をスイッチ31の一方の選択端子に印加するバイアス回路である。ET電源回路35は、電源7に接続され、RFIC4の制御部が出力する制御信号s05に基づいて、ETモード用のバイアス信号b1をスイッチ32の一方の選択端子に印加するバイアス回路である。
APT電源回路34は、電源7に接続され、RFIC4の制御部が出力する制御信号s04に基づいて、APTモード用のバイアス信号b2をスイッチ31の他方の選択端子に印加するバイアス回路である。APT電源回路36は、電源7に接続され、RFIC4の制御部が出力する制御信号s06に基づいて、APTモード用のバイアス信号b2をスイッチ32の他方の選択端子に印加するバイアス回路である。
スイッチ31は、1つの共通端子および2つの選択端子を有し、当該共通端子が電力増幅器11に接続され、一方の選択端子がET電源回路33に接続され、他方の選択端子がAPT電源回路34に接続された、SPDT(Single Pole Double Throw)型のスイッチである。
スイッチ32は、1つの共通端子および2つの選択端子を有し、当該共通端子が電力増幅器12に接続され、一方の選択端子がET電源回路35に接続され、他方の選択端子がAPT電源回路36に接続された、SPDT型のスイッチである。
なお、ET電源回路33および35は、個別の電源回路でなくてもよく、1つの電源回路であってもよい。この場合には、上記1つの電源回路は、スイッチ31および32にETモード用のバイアス信号b1を分配することが可能な回路構成となっている。また、APT電源回路34および36は、個別の電源回路でなくてもよく、1つの電源回路であってもよい。この場合には、上記1つの電源回路は、スイッチ31および32にAPTモード用のバイアス信号b2を分配することが可能な回路構成となっている。
また、ET電源回路33およびAPT電源回路34は、個別の電源回路でなくてもよく、1つの電源回路であってもよい。この場合には、スイッチ31は不要となり、上記1つの電源回路は、電力増幅器11にETモード用のバイアス信号b1およびAPTモード用のバイアス信号b2を時分割で印加することが可能な回路構成となっている。また、ET電源回路35およびAPT電源回路36は、個別の電源回路でなくてもよく、1つの電源回路であってもよい。この場合には、スイッチ32は不要となり、上記1つの電源回路は、電力増幅器12にETモード用のバイアス信号b1およびAPTモード用のバイアス信号b2を時分割で印加することが可能な回路構成となっている。
また、電源7は、ET電源回路33、35およびAPT電源回路34、36が出力するバイアス信号を生成するためのものであり、通信装置6Aが有さず、外部に配置されていてもよい。
上記回路構成により、増幅モード切換回路3Aは、RFIC4の制御部から出力された制御信号s03およびs04に基づいて、電力増幅器11に対して、ET方式に対応したバイアス信号b1(第1バイアス信号)の供給、および、APT方式に対応したバイアス信号b2(第2バイアス信号)を切り換えて供給する。また、増幅モード切換回路3Aは、RFIC4の制御部から出力された制御信号s05およびs06に基づいて、電力増幅器12に対して、ET方式に対応したバイアス信号b1(第1バイアス信号)の供給、および、APT方式に対応したバイアス信号b2(第2バイアス信号)を切り換えて供給する。
RFIC4は、高周波信号Sig1およびSig2のいずれを高周波回路1Aに出力するかの情報に基づいて、電力増幅器11および12がETモードおよびAPTモードのいずれで動作するかを制御するための制御信号を出力する制御部を有している。RFIC4の制御部は、例えば、移動体基地局から発信された高周波信号の情報(例えば通信バンドまたはチャネル情報)に基づいて、高周波回路1Aの入力端子130および140に出力すべき高周波信号を決定し、当該高周波信号を出力する。
なお、本変形例に係る高周波回路1Aおよび通信装置6Aにおいて、電力増幅器11および12は、電力増幅器11および12から出力される高周波信号の出力電力を示す値が閾値電力よりも大きくなる場合、高周波信号Sig1をET方式による増幅モードで増幅し、高周波信号Sig2をAPT方式による増幅モードで増幅してもよい。
この場合には、RFIC4は、電力増幅器11の出力端子からアンテナ素子22までの経路に配置されたカプラによる電力測定により、電力増幅器11の出力電力に対応した電力値を取得する。また、RFIC4の制御部は、例えば、電力増幅器12の出力端子からアンテナ素子23までの経路に配置されたカプラによる電力測定により、電力増幅器12の出力電力値を取得する。つまり、電力増幅器11および12の出力電力の測定結果を取得することで、制御部は、電力増幅器11および12の出力電力を示す値が閾値電力よりも大きくなった場合に、高周波信号Sig1をET方式による増幅モードで増幅し、高周波信号Sig2をAPT方式による増幅モードで増幅する。
なお、RFIC4の制御部が、電力増幅器11および12の出力電力に対応した電力値を取得する方法としては、カプラ以外の電力測定デバイスによる測定であってもよい。また、RFIC4の制御部は、通信装置6Aから送信される高周波送信信号に必要とされる出力電力であって、移動体基地局から発信された要求パワーを、電力増幅器11および12の出力電力を示す値として取得してもよい。このように、移動体基地局から発信された要求パワーに基づいて、電力増幅器11および12の出力電力を予測する場合には、制御部は、電力増幅器11および12の出力電力を示す値が閾値電力よりも大きくなる場合に、高周波信号Sig1をET方式による増幅モードで増幅し、高周波信号Sig2をAPT方式による増幅モードで増幅する。
通信装置6Aの上記構成によれば、簡素化された回路構成で、増幅された高周波信号の信号歪を抑制できる。
なおAPTモードの場合、消費電力の低減についてはETモードに劣るが、信号歪の発生についてはETモードに比べて抑制できる。
ET電源回路33および35は、電力増幅回路10に入力される(または電力増幅回路10から出力される)高周波信号Sig1の電力振幅に対応させてET電源電圧を変化させる。
また、APT電源回路34および36は、電力増幅回路10に入力される(または電力増幅回路10から出力される)高周波信号Sig2の平均電力振幅に対応させてAPT電源電圧を変化させる。
高周波信号Sig2は高周波信号Sig1と比べてチャネル帯域幅が広いため、チャネル帯域幅の逆数(1/BW)で示される振幅の変化期間が短い。また、高周波信号Sig2は高周波信号Sig1と比べてPAPRが大きい。
なお、本変形例では、増幅モード切換回路3Aは、高周波回路1Aの外部であって通信装置6Aが有するものとしたが、これに限られない。高周波回路1Aが増幅モード切換回路3Aを有する構成であってもよい。さらには、高周波回路1Aは、増幅モード切換回路3Aのうちスイッチ31および32を有してもよい。例えば、スイッチ31および32が、高周波回路1Aの実装基板に実装されていてもよい。つまり、本変形例に係る高周波回路1Aは、さらに、電力増幅器11へのETモードに対応したバイアス信号b1の供給、および、電力増幅器11へのAPTモードに対応したバイアス信号b2の供給を切り換えるスイッチ31と、電力増幅器12へのETモードに対応したバイアス信号b1の供給、および、電力増幅器12へのAPTモードに対応したバイアス信号b2の供給を切り換えるスイッチ32と、を備えてもよい。
電力増幅器11および12の増幅モードは、電力増幅器11および12を構成する増幅トランジスタへのバイアス信号の供給仕様により決定される。上記構成によれば、高周波回路1Aが有するスイッチ31および32により電力増幅器11および12へのバイアス信号の供給が切り換えられるので、簡素化された回路構成により増幅モードを切り換えることが可能な高周波回路1Aを実現できる。
なお、本変形例に係る高周波回路1Aでは、高周波信号Sig1およびSig2の一方が4Gに対応した信号であり、高周波信号Sig1およびSig2の他方が5Gに対応した信号であるとしたが、これに限られない。本変形例に係る高周波回路1Aでは、高周波信号Sig1が4Gに対応した信号であり、高周波信号Sig2も4Gに対応した信号であってもよい。
これにより、チャネル帯域幅が狭い4G−LTEの高周波信号Sig1の増幅動作では、ETモードにより低消費電力化を促進しつつ、チャネル帯域幅が狭い4G−LTEの高周波信号Sig2の増幅動作では、APTモードにより信号歪を抑制することが可能となる。よって、4G−LTEの高周波信号を伝送する高周波回路1Aおよび通信装置6Aにおいて、信号歪を抑制することが可能となる。
また、本変形例に係る高周波回路1Aでは、高周波信号Sig1が5Gに対応した信号であり、高周波信号Sig2も5Gに対応した信号であってもよい。
これにより、チャネル帯域幅が狭い5G−NRの高周波信号Sig1の増幅動作では、ETモードにより低消費電力化を促進しつつ、チャネル帯域幅が広い5G−NRの高周波信号Sig2の増幅動作では、APTモードにより信号歪を抑制することが可能となる。よって、5G−NRの高周波信号を伝送する高周波回路1Aおよび通信装置6Aにおいて、信号歪を抑制することが可能となる。
また、本変形例に係る高周波回路1Aでは、4G対応の高周波信号Sig1と5G対応の高周波信号Sig2とを同時に送信可能な場合を例示したが、本変形例に係る高周波回路1Aは、同一世代の移動通信システムに対応した、異なる2つのチャネルの高周波信号を同時に送信可能な場合(いわゆる、キャリアアグリゲーション)にも適用できる。つまり、(1)4G対応の高周波信号Sig1と4G対応の高周波信号Sig2とを同時に送信する場合、および(2)5G対応の高周波信号Sig1と5G対応の高周波信号Sig2とを同時に送信する場合、にも適用できる。
[4 変形例1に係る高周波回路1Aおよび通信装置6Aの構成(第2の適用例)]
なお、変形例1に係る高周波回路1Aの第2の適用例として、電力増幅回路10は、バンド帯域幅BW1を有する第1通信バンドの高周波信号Sig1(第1高周波信号)、および、バンド帯域幅BW1よりも広いバンド帯域幅BW2を有する第2通信バンドの高周波信号Sig2(第2高周波信号)を増幅することが可能な送信増幅回路であってもよい。つまり、電力増幅回路10は、チャネル帯域幅の広狭関係にある高周波信号Sig1およびSig2により増幅モードを切り替えるのではなく、通信バンドの周波数帯域の広狭関係にある高周波信号Sig1およびSig2により増幅モードを切り替えることとしてもよい。
なお、変形例1に係る高周波回路1Aの第2の適用例として、電力増幅回路10は、バンド帯域幅BW1を有する第1通信バンドの高周波信号Sig1(第1高周波信号)、および、バンド帯域幅BW1よりも広いバンド帯域幅BW2を有する第2通信バンドの高周波信号Sig2(第2高周波信号)を増幅することが可能な送信増幅回路であってもよい。つまり、電力増幅回路10は、チャネル帯域幅の広狭関係にある高周波信号Sig1およびSig2により増幅モードを切り替えるのではなく、通信バンドの周波数帯域の広狭関係にある高周波信号Sig1およびSig2により増幅モードを切り替えることとしてもよい。
このとき、本変形例に係る高周波回路1Aでは、例えば、電力増幅器11は、高周波信号Sig1をET方式による増幅モードで増幅し、電力増幅器12は、高周波信号Sig2をAPT方式による増幅モードで増幅する。この場合、フィルタ回路13の通過帯域は、バンド帯域幅BW1に対応し、フィルタ回路14の通過帯域は、バンド帯域幅BW2に対応する。また、電力増幅器11の利得帯域幅は、バンド帯域幅BW1に対応し、電力増幅器12の利得帯域幅は、バンド帯域幅BW2に対応する。なお、本明細書において、利得帯域幅とは、電力増幅器が所定の利得以上で増幅できる帯域幅と定義される。
本変形例に係る高周波回路1Aの第2の適用例において、例えば、図3Bに示された通信バンドが適用される。例えば、高周波信号Sig1として、65MHzのバンド帯域幅BW1を有する4G−LTE(Band25−Tx)の信号が適用され、高周波信号Sig2として、194MHzのバンド帯域幅BW2を有する5G−NR(n41)の信号が適用される。つまり、5G−NR(n41)のバンド帯域幅は、4G−LTE(Band25−Tx)のバンド帯域幅よりも広い。バンド帯域幅が広いほど、チャネル帯域幅が広い傾向にあるため、上記の第2の適用例の場合、5G−NR(n41)のチャネル帯域幅は、4G−LTE(Band25−Tx)のチャネル帯域幅よりも広い傾向となり、5G−NR(n41)の高周波信号のほうが、信号歪が大きくなる。なお、高周波信号Sig1およびSig2は、上記の通信バンドの割り当てに限定されない。
本変形例に係る高周波回路1Aの第2の適用例において、例えば、表1に示された通信バンド割り当てを適用してもよい。例えば、高周波信号Sig1として、4G−LTE(Band25−Tx)の信号が適用され、高周波信号Sig2として、5G−NR(n41)の信号が適用される。また、例えば、高周波信号Sig1として、4G−LTE(Band5−Tx)の信号が適用され、高周波信号Sig2として、5G−NR(n78)の信号が適用される。また、例えば、高周波信号Sig1として、5G−NR(n5−Tx)の信号が適用され、高周波信号Sig2として、4G−LTE(B3−Tx)の信号が適用される。
電力増幅器で増幅する高周波信号の周波数帯域幅が広いほど、当該電力増幅器が増幅対応すべき周波数が広帯域となるため、増幅された高周波信号の信号歪成分が大きくなる。特に、電力増幅回路で増幅する高周波信号のチャネル帯域幅が広いほど、増幅された高周波信号の信号歪成分は大きくなる。これに対して、ETモードの場合には信号歪が発生するが、APTモードの場合、消費電力の低減についてはETモードに劣るが、信号歪の発生についてはETモードに比べて抑制できる。
本変形例の第2の適用例によれば、バンド帯域幅BW1が相対的に狭い(チャネル帯域幅が相対的に狭い傾向にある)高周波信号Sig1をETモードで増幅し、バンド帯域幅BW2が相対的に広い(チャネル帯域幅が相対的に広い傾向にある)高周波信号Sig2をAPTモードで増幅する。これにより、信号歪の成分が小さい傾向にある4G−LTE(Band25−Tx)の高周波信号Sig1の増幅動作では、ETモードにより低消費電力化を促進しつつ、信号歪成分が大きくなる傾向にある5G−NR(n41)の高周波信号Sig2の増幅動作では、APTモードにより信号歪を抑制することが可能となる。よって、高周波信号の信号歪が抑制された高周波回路1Aおよび通信装置6Aを提供することが可能となる。
なお、本変形例に係る高周波回路1Aでは、電力増幅器11による高周波信号Sig1の増幅と電力増幅器12による高周波信号Sig2の増幅とを、同時に実行することが可能である。これにより、バンド帯域幅の異なる2つの高周波信号を同時に増幅しつつ、バンド帯域幅が広い高周波信号Sig2の信号歪を抑制することが可能となる。
また、本変形例では、電力増幅器11が高周波信号Sig1およびSig2の一方を増幅し、電力増幅器12が高周波信号Sig1およびSig2の他方を増幅するとしたが、これに限定されない。高周波回路1Aにおいて、電力増幅器11が高周波信号Sig2を増幅し、電力増幅器12が高周波信号Sig1を増幅してもよいし、あるいは、電力増幅器11および12のそれぞれは、高周波信号Sig1およびSig2のいずれを増幅することが可能であることとしてもよい。つまり、電力増幅器11が、高周波信号Sig1およびSig2の一方を増幅している場合には、電力増幅器12は、高周波信号Sig1およびSig2の他方を増幅していてもよい。このため、電力増幅器11による高周波信号Sig2の増幅と電力増幅器12による高周波信号Sig1の増幅とを、同時に実行することが可能である。
電力増幅器11および12と高周波信号Sig1およびSig2との対応関係については、RFIC4により決定されてもよい。
なお、上記第2の適用例における、通信装置6Aを構成する高周波回路1A以外の構成要素については、第1の適用例と同じであるため、説明を省略する。
[5 変形例2に係る高周波回路1Bおよび通信装置6Bの構成]
図5は、実施の形態の変形例2に係る高周波回路1Bおよび通信装置6Bの回路構成図である。同図に示すように、通信装置6Bは、高周波回路1Bと、アンテナ素子21と、増幅モード切換回路3Aと、電源7と、RFIC4と、BBIC5と、を備える。本変形例に係る通信装置6Bは、変形例1に係る通信装置6Aと比較して、アンテナ回路の構成のみが異なる。以下、本変形例に係る通信装置6Bについて、変形例1に係る通信装置6Aと同じ構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
図5は、実施の形態の変形例2に係る高周波回路1Bおよび通信装置6Bの回路構成図である。同図に示すように、通信装置6Bは、高周波回路1Bと、アンテナ素子21と、増幅モード切換回路3Aと、電源7と、RFIC4と、BBIC5と、を備える。本変形例に係る通信装置6Bは、変形例1に係る通信装置6Aと比較して、アンテナ回路の構成のみが異なる。以下、本変形例に係る通信装置6Bについて、変形例1に係る通信装置6Aと同じ構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
アンテナ素子21は、高周波回路1Bの出力端子110および120に接続され、電力増幅器11および12で増幅された高周波信号を放射送信し、また、他の通信装置(基地局など)から送信された高周波信号を受信する。電力増幅器11から出力される高周波信号と、電力増幅器12から出力される高周波信号とが、同じアンテナ素子21から放射される。よって、高周波信号の信号歪が抑制された小型の通信装置6Aを提供することが可能となる。
[6 効果等]
以上のように、本実施の形態によれば、高周波回路1は、チャネル帯域幅BW1を有する高周波信号Sig1、および、チャネル帯域幅BW1よりも帯域幅が広いチャネル帯域幅BW2を有する高周波信号Sig2を増幅可能な電力増幅回路10を備え、電力増幅回路10は、高周波信号Sig1をET方式による増幅モードで増幅し、高周波信号Sig2をAPT方式による増幅モードで増幅する。
以上のように、本実施の形態によれば、高周波回路1は、チャネル帯域幅BW1を有する高周波信号Sig1、および、チャネル帯域幅BW1よりも帯域幅が広いチャネル帯域幅BW2を有する高周波信号Sig2を増幅可能な電力増幅回路10を備え、電力増幅回路10は、高周波信号Sig1をET方式による増幅モードで増幅し、高周波信号Sig2をAPT方式による増幅モードで増幅する。
これによれば、高周波信号Sig1よりもチャネル帯域幅が広い高周波信号Sig2をAPTモードで増幅するので、チャネル帯域幅が広い高周波信号Sig2の信号歪を抑制することが可能となる。
また、電力増幅回路10は電力増幅器11を有し、電力増幅器11は、高周波信号Sig1と高周波信号Sig2とを、時分割で増幅してもよい。
これにより、チャネル帯域幅の異なる2つの高周波信号を時分割で増幅しつつ、チャネル帯域幅が広い高周波信号Sig2の信号歪を抑制することが可能となる。
また、電力増幅回路10は、電力増幅器11および12を有し、電力増幅器11は高周波信号Sig1およびSig2の一方を増幅し、電力増幅器12は高周波信号Sig1およびSig2の他方を増幅し、高周波回路1Aは、高周波信号Sig1と高周波信号Sig2とを同時に増幅することが可能であってもよい。
これにより、チャネル帯域幅の異なる2つの高周波信号を同時に増幅しつつ、チャネル帯域幅が広い高周波信号Sig2の信号歪を抑制することが可能となる。
また、高周波回路1Aは、さらに、電力増幅器11で増幅された高周波信号が出力される出力端子110と、電力増幅器12で増幅された高周波信号が出力される出力端子120と、を備え、出力端子110および120は、それぞれ、互いに異なるアンテナ素子22および23と接続されてもよい。
これにより、チャネル帯域幅の異なる2つの高周波信号の高アイソレーションを確保しつつ、チャネル帯域幅が広い高周波信号Sig2の信号歪を抑制することが可能となる。
また、本実施の形態によれば、高周波回路1は、バンド帯域幅BW1を有する第1通信バンドの高周波信号Sig1、および、第1通信バンドよりも広いバンド帯域幅BW2を有する第2通信バンドの高周波信号Sig2を増幅可能な電力増幅回路10を備え、電力増幅回路10は、高周波信号Sig1をET方式による増幅モードで増幅し、高周波信号Sig2をAPT方式による増幅モードで増幅する。
これによれば、高周波信号Sig1よりもバンド帯域幅が広い高周波信号Sig2をAPTモードで増幅するので、バンド帯域幅が広い高周波信号Sig2の信号歪を抑制することが可能となる。
また、電力増幅回路10は電力増幅器11を有し、高周波回路1は、さらに、電力増幅器11の出力端子に接続されたフィルタ回路13を備え、フィルタ回路13の通過帯域は、第1通信バンドの周波数帯域および第2通信バンドの周波数帯域を包含してもよい。
これにより、通信バンドの異なる2つの高周波信号を時分割で増幅しつつ、バンドの帯域幅が広い高周波信号の信号歪を抑制することが可能となる。
また、電力増幅回路10は、高周波信号Sig1を増幅する電力増幅器11と、高周波信号Sig2を増幅する電力増幅器12と、を有し、高周波回路1Aは、さらに、電力増幅器11の出力端子に接続され、第1通信バンドの周波数帯域を通過帯域とするフィルタ回路13と、電力増幅器12の出力端子に接続され、第2通信バンドの周波数帯域を通過帯域とするフィルタ回路14と、を備え、高周波回路1Aは、高周波信号Sig1と高周波信号Sig2とを、同時に増幅することが可能であってもよい。
これにより、バンド帯域幅の異なる2つの高周波信号を同時に増幅しつつ、バンド帯域幅が広い高周波信号Sig2の信号歪を抑制することが可能となる。
また、高周波回路1、1Aおよび1Bにおいて、高周波信号Sig1は4Gに対応した信号であり、高周波信号Sig2は5Gに対応した信号であってもよい。
これにより、チャネル帯域幅またはバンド帯域幅の相対的に広い高周波信号Sig2の信号歪を抑制しつつ、4Gと5Gとの同時伝送(EN−DC:E−UTRA−NR Dual Connectivity)を実行することが可能となる。
また、高周波回路1、1Aおよび1Bにおいて、高周波信号Sig1は4Gに対応した信号であり、高周波信号Sig2は4Gに対応した信号であってもよい。
これにより、チャネル帯域幅またはバンド帯域幅の相対的に広い高周波信号Sig2の信号歪を抑制しつつ、4Gのキャリアアグリゲーションを実行することが可能となる。
また、高周波回路1、1Aおよび1Bにおいて、高周波信号Sig1は5Gに対応した信号であり、高周波信号Sig2は5Gに対応した信号であってもよい。
これにより、チャネル帯域幅またはバンド帯域幅の相対的に広い高周波信号Sig2の信号歪を抑制しつつ、5Gのキャリアアグリゲーションを実行することが可能となる。
また、電力増幅回路10は、電力増幅回路10から出力される高周波信号の出力電力を示す値が閾値電力よりも大きくなる場合、高周波信号Sig1をET方式による増幅モードで増幅し、高周波信号Sig2をAPT方式による増幅モードで増幅してもよい。
これにより、信号歪が大きくなる高出力領域にて、高周波信号Sig1よりもチャネル帯域幅またはバンド帯域幅が広い高周波信号Sig2をAPTモードで増幅するので、高周波信号Sig2の信号歪を効果的に抑制することが可能となる。
また、通信装置6は、高周波信号を処理するRFIC4と、RFIC4で処理された高周波信号を入力する高周波回路1と、を備える。
これにより、チャネル帯域幅が相対的に広い高周波信号Sig2の信号歪が抑制された通信装置6を提供できる。
また、RFIC4は、高周波信号Sig1およびSig2のいずれが高周波回路1に入力されるかの情報に基づいて、電力増幅回路10がET方式による増幅モードおよびAPT方式による増幅モードのいずれで動作するかを制御するための制御信号を出力する制御部を有し、通信装置6は、さらに、制御部と電力増幅回路10との間に配置され、制御部から出力された制御信号に基づいて、電力増幅回路10に対して、ET方式に対応したバイアス信号b1の供給、および、APT方式に対応したバイアス信号b2を切り換えて供給する増幅モード切換回路3を有してもよい。
これにより、簡素化された回路構成で、増幅された高周波信号の信号歪を抑制できる。
(その他の実施の形態)
以上、実施の形態に係る高周波回路および通信装置について、実施の形態およびその変形例を挙げて説明したが、本発明の高周波回路および通信装置は、上記実施の形態およびその変形例に限定されるものではない。上記実施の形態およびその変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態およびその変形例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本開示の高周波回路および通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
以上、実施の形態に係る高周波回路および通信装置について、実施の形態およびその変形例を挙げて説明したが、本発明の高周波回路および通信装置は、上記実施の形態およびその変形例に限定されるものではない。上記実施の形態およびその変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態およびその変形例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本開示の高周波回路および通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
また、上記実施の形態およびその変形例では、異なるバンド帯域幅を有する2つの高周波信号または異なるチャネル帯域幅を有する2つの高周波信号を送信する場合の構成を例示したが、本発明に係る高周波回路および通信装置の構成は、異なるバンド帯域幅を有する3つの高周波信号または異なるチャネル帯域幅を有する3つの高周波信号を送信する場合の構成にも適用できる。
また、例えば、上記実施の形態およびその変形例に係る高周波回路および通信装置において、図面に開示された各回路素子および信号経路を接続する経路の間に別の高周波回路素子および配線などが挿入されていてもよい。
また、本発明に係る制御部は、集積回路であるIC、LSI(Large Scale Integration)として実現されてもよい。また、集積回路化の手法は、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。
本発明は、マルチバンド/マルチモード対応のフロントエンドモジュールとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
1、1A、1B 高周波回路
2 アンテナ回路
3、3A 増幅モード切換回路
4 RF信号処理回路(RFIC)
5 ベースバンド信号処理回路(BBIC)
6、6A、6B 通信装置
7 電源
10 電力増幅回路
11、12 電力増幅器
13、14 フィルタ回路
21、22、23 アンテナ素子
31、32 スイッチ
33、35 ET電源回路
34、36 APT電源回路
110、120 出力端子
130、140 入力端子
2 アンテナ回路
3、3A 増幅モード切換回路
4 RF信号処理回路(RFIC)
5 ベースバンド信号処理回路(BBIC)
6、6A、6B 通信装置
7 電源
10 電力増幅回路
11、12 電力増幅器
13、14 フィルタ回路
21、22、23 アンテナ素子
31、32 スイッチ
33、35 ET電源回路
34、36 APT電源回路
110、120 出力端子
130、140 入力端子
Claims (14)
- 第1のチャネル帯域幅を有する第1高周波信号、および、前記第1のチャネル帯域幅よりも帯域幅が広い第2のチャネル帯域幅を有する第2高周波信号を増幅可能な電力増幅回路を備え、
前記電力増幅回路は、前記第1高周波信号をエンベロープトラッキング方式による増幅モードで増幅し、前記第2高周波信号を平均電力トラッキング方式による増幅モードで増幅する、
高周波回路。 - 前記電力増幅回路は、第1電力増幅器を有し、
前記第1電力増幅器は、前記第1高周波信号と前記第2高周波信号とを、時分割で増幅する、
請求項1に記載の高周波回路。 - 前記電力増幅回路は、第1電力増幅器および第2電力増幅器を有し、
前記第1電力増幅器は、前記第1高周波信号および前記第2高周波信号の一方を増幅し、
前記第2電力増幅器は、前記第1高周波信号および前記第2高周波信号の他方を増幅し、
前記高周波回路は、前記第1高周波信号と前記第2高周波信号とを、同時に増幅することが可能である、
請求項1に記載の高周波回路。 - さらに、
前記第1電力増幅器で増幅された高周波信号が出力される第1出力端子と、
前記第2電力増幅器で増幅された高周波信号が出力される第2出力端子と、を備え、
前記第1出力端子および前記第2出力端子は、互いに異なるアンテナ素子と接続される、
請求項3に記載の高周波回路。 - 第1通信バンドの第1高周波信号、および、前記第1通信バンドよりもバンド帯域幅が広い第2通信バンドの第2高周波信号を増幅可能な電力増幅回路を備え、
前記電力増幅回路は、前記第1高周波信号をエンベロープトラッキング方式による増幅モードで増幅し、前記第2高周波信号を平均電力トラッキング方式による増幅モードで増幅する、
高周波回路。 - 前記電力増幅回路は、第1電力増幅器を有し、
前記高周波回路は、さらに、前記第1電力増幅器の出力端子に接続された第1フィルタを備え、
前記第1フィルタの通過帯域は、前記第1通信バンドの周波数帯域および前記第2通信バンドの周波数帯域を包含する、
請求項5に記載の高周波回路。 - 前記電力増幅回路は、
前記第1高周波信号を増幅する第1電力増幅器と、
前記第2高周波信号を増幅する第2電力増幅器と、を有し、
前記高周波回路は、さらに、
前記第1電力増幅器の出力端子に接続され、前記第1通信バンドの周波数帯域を通過帯域とする第1フィルタと、
前記第2電力増幅器の出力端子に接続され、前記第2通信バンドの周波数帯域を通過帯域とする第2フィルタと、を備え、
前記高周波回路は、前記第1高周波信号と前記第2高周波信号とを、同時に増幅することが可能である、
請求項5に記載の高周波回路。 - さらに、
前記第1電力増幅器で増幅された高周波信号が出力される第1出力端子と、
前記第2電力増幅器で増幅された高周波信号が出力される第2出力端子と、を備え、
前記第1出力端子および前記第2出力端子は、互いに異なるアンテナ素子と接続される、
請求項7に記載の高周波回路。 - 前記第1高周波信号は、第4世代移動通信システム(4G)に対応した信号であり、
前記第2高周波信号は、第5世代移動通信システム(5G)に対応した信号である、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の高周波回路。 - 前記第1高周波信号および前記第2高周波信号は、4Gに対応した信号である、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の高周波回路。 - 前記第1高周波信号および前記第2高周波信号は、5Gに対応した信号である、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の高周波回路。 - 前記電力増幅回路は、前記電力増幅回路から出力される高周波信号の出力電力を示す値が閾値電力よりも大きくなる場合、前記第1高周波信号をエンベロープトラッキング方式による増幅モードで増幅し、前記第2高周波信号を平均電力トラッキング方式による増幅モードで増幅する、
請求項1〜11のいずれか1項に記載の高周波回路。 - 高周波信号を処理する信号処理回路と、
前記信号処理回路で処理された高周波信号を入力する、請求項1〜12のいずれか1項に記載の高周波回路と、を備える、
通信装置。 - 前記信号処理回路は、
前記第1高周波信号および前記第2高周波信号のいずれが前記高周波回路に入力されるかの情報に基づいて、前記電力増幅回路がエンベロープトラッキング方式による増幅モードおよび平均電力トラッキング方式による増幅モードのいずれで動作するかを制御するための制御信号を出力する制御部を有し、
前記通信装置は、さらに、
前記制御部と前記電力増幅回路との間に配置され、前記制御部から出力された前記制御信号に基づいて、前記電力増幅回路に対して、エンベロープトラッキング方式に対応した第1バイアス信号の供給、および、平均電力トラッキング方式に対応した第2バイアス信号を切り換えて供給する増幅モード切換回路を有する、
請求項13に記載の通信装置。
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WO2023282206A1 (ja) * | 2021-07-07 | 2023-01-12 | 株式会社村田製作所 | 電力増幅回路および通信装置 |
WO2023002778A1 (ja) * | 2021-07-20 | 2023-01-26 | 株式会社村田製作所 | 電力増幅回路及び電力増幅方法 |
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