JP2024064526A - Power Amplifiers - Google Patents

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Abstract

【課題】効率を改善できる電力増幅器を提供する。【解決手段】電力増幅器6において、増幅部16は、入力信号を増幅し、増幅された出力信号を出力端子T2から出力する。整合回路(基本波整合回路22)は、出力端子T2に接続される。伝送線路24は、整合回路を通過した出力信号が一端に供給され、所定の特性インピーダンスを有する。フィルタ26は、伝送線路24の他端から出力された出力信号に含まれる基本波を通過させ、出力信号に含まれる高調波を反射させる。出力端子T2から出力される出力信号に含まれる所定の高調波を所定の位相で出力端子T2に戻すように、伝送線路24の長さは定められている。【選択図】図2[Problem] To provide a power amplifier capable of improving efficiency. [Solution] In a power amplifier 6, an amplifier section 16 amplifies an input signal and outputs the amplified output signal from an output terminal T2. A matching circuit (fundamental wave matching circuit 22) is connected to the output terminal T2. An output signal that has passed through the matching circuit is supplied to one end of a transmission line 24, and the transmission line 24 has a predetermined characteristic impedance. A filter 26 passes the fundamental wave contained in the output signal output from the other end of the transmission line 24, and reflects the harmonics contained in the output signal. The length of the transmission line 24 is determined so that the predetermined harmonics contained in the output signal output from the output terminal T2 are returned to the output terminal T2 with a predetermined phase. [Selected Figure] Figure 2

Description

本開示は、高周波信号を増幅する電力増幅器に関する。 This disclosure relates to a power amplifier that amplifies high-frequency signals.

近年、無線通信システムや無線電力伝送システムの開発が進められている。これらの技術では、高周波信号を電力増幅し、増幅された信号を負荷に出力する電力増幅器が利用される(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, wireless communication systems and wireless power transmission systems have been developed. These technologies use power amplifiers that amplify the power of high-frequency signals and output the amplified signals to a load (see, for example, Patent Document 1).

特開2000-165163号公報JP 2000-165163 A

高周波用の電力増幅器の効率を高めるために、電力増幅器のトランジスタの出力端子の後段に高調波反射回路を接続する技術が知られている。高調波反射回路は、出力信号に含まれる高調波を反射する。高調波反射回路は、例えばF級動作の場合、トランジスタの出力端子において偶数次高調波に対して短絡となり、奇数次高調波に対して開放となるように設計される。これにより、トランジスタでの電力消費を低減し、効率を高めることができる。しかし、高調波反射回路は、基本波の周波数において損失を有するため、損失がないと仮定した理想状態と比較して、出力電力が低下し、効率も低下する。 In order to increase the efficiency of high-frequency power amplifiers, a technique is known in which a harmonic reflection circuit is connected after the output terminal of the transistor of the power amplifier. The harmonic reflection circuit reflects harmonics contained in the output signal. For example, in the case of class F operation, the harmonic reflection circuit is designed so that the output terminal of the transistor is short-circuited for even harmonics and open for odd harmonics. This reduces power consumption in the transistor and increases efficiency. However, because the harmonic reflection circuit has losses at the fundamental frequency, the output power and efficiency are reduced compared to the ideal state where no losses are assumed.

本開示はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、効率を改善できる電力増幅器を提供することにある。 This disclosure has been made in light of these problems, and one of its exemplary objectives is to provide a power amplifier that can improve efficiency.

上記課題を解決するために、本開示のある態様の電力増幅器は、入力信号を増幅し、増幅された出力信号を出力端子から出力する増幅部と、出力端子に接続された整合回路と、整合回路を通過した出力信号が一端に供給される、所定の特性インピーダンスを有する伝送線路と、伝送線路の他端から出力された出力信号に含まれる基本波を通過させ、出力信号に含まれる高調波を反射させるフィルタと、を備える。出力端子から出力される出力信号に含まれる所定の高調波を所定の位相で前記出力端子に戻すように、伝送線路の長さは定められている。 In order to solve the above problems, a power amplifier according to one embodiment of the present disclosure includes an amplifier section that amplifies an input signal and outputs the amplified output signal from an output terminal, a matching circuit connected to the output terminal, a transmission line having a predetermined characteristic impedance, one end of which is supplied with the output signal that has passed through the matching circuit, and a filter that passes the fundamental wave contained in the output signal output from the other end of the transmission line and reflects the harmonics contained in the output signal. The length of the transmission line is determined so that the predetermined harmonics contained in the output signal output from the output terminal are returned to the output terminal with a predetermined phase.

本開示の別の態様もまた、電力増幅器である。この電力増幅器は、入力信号を増幅し、増幅された出力信号を出力端子から出力する増幅部と、電源電圧が供給される一端と、出力端子に接続された他端とを有する誘導性素子と、出力端子に一端が接続された、所定の特性インピーダンスを有する伝送線路と、伝送線路の他端から出力された出力信号に含まれる基本波を通過させ、出力信号に含まれる高調波を反射させるフィルタと、を備える。出力特性が所定の特性となる増幅部の最適負荷アドミタンスの実部の逆数が特性インピーダンスと実質的に等しくなるように、電源電圧が設定される。入力信号の周波数において、誘導性素子のアドミタンスの虚部は、最適負荷アドミタンスの虚部と実質的に等しい。出力端子から出力される出力信号に含まれる所定の高調波を所定の位相で前記出力端子に戻すように、伝送線路の長さは定められている。 Another aspect of the present disclosure is also a power amplifier. This power amplifier includes an amplifier section that amplifies an input signal and outputs an amplified output signal from an output terminal, an inductive element having one end to which a power supply voltage is supplied and the other end connected to the output terminal, a transmission line having a predetermined characteristic impedance and one end connected to the output terminal, and a filter that passes a fundamental wave included in the output signal output from the other end of the transmission line and reflects harmonics included in the output signal. The power supply voltage is set so that the reciprocal of the real part of the optimal load admittance of the amplifier section that has the predetermined output characteristic is substantially equal to the characteristic impedance. At the frequency of the input signal, the imaginary part of the admittance of the inductive element is substantially equal to the imaginary part of the optimal load admittance. The length of the transmission line is determined so that a predetermined harmonic included in the output signal output from the output terminal is returned to the output terminal with a predetermined phase.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本開示の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本開示の態様として有効である。 In addition, any combination of the above components, or mutual substitution of the components or expressions of this disclosure between methods, systems, etc., are also valid aspects of this disclosure.

本開示によれば、効率を改善できる電力増幅器を提供できる。 This disclosure provides a power amplifier that can improve efficiency.

第1比較例の無線装置の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a wireless device of a first comparative example. 第1の実施の形態の無線装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a wireless device according to a first embodiment; 図2の電力増幅器と図1の電力増幅器のそれぞれの高周波特性を示す図である。3 is a diagram showing high-frequency characteristics of the power amplifier of FIG. 2 and the power amplifier of FIG. 1 . 第2比較例の無線装置の回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a wireless device of a second comparative example. 第2の実施の形態の無線装置の回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a wireless device according to a second embodiment.

本発明者らは、無線装置に利用される電力増幅器について研究し、以下の知見を得た。図1は、第1比較例の無線装置100の回路図である。無線装置100は、直流電源2、信号源4、電力増幅器106、およびアンテナ8を備える。電力増幅器106は、電力増幅回路110およびフィルタ126を有する。電力増幅回路110は、入力整合回路114、インダクタ(チョークコイル)118、トランジスタ120、基本波整合回路122、および高調波反射回路124を有する。 The inventors have studied power amplifiers used in wireless devices and have obtained the following findings. FIG. 1 is a circuit diagram of a wireless device 100 of a first comparative example. The wireless device 100 includes a DC power supply 2, a signal source 4, a power amplifier 106, and an antenna 8. The power amplifier 106 includes a power amplifier circuit 110 and a filter 126. The power amplifier circuit 110 includes an input matching circuit 114, an inductor (choke coil) 118, a transistor 120, a fundamental matching circuit 122, and a harmonic reflection circuit 124.

直流電源2は、インダクタ118を介して電源電圧をトランジスタ120のドレインに供給する。インダクタ118は、バイアス電圧供給用インダクタであり、そのインダクタンスは、入力信号の周波数において十分に高いインピーダンスになるよう設定される。 The DC power supply 2 supplies a power supply voltage to the drain of the transistor 120 via the inductor 118. The inductor 118 is an inductor for supplying a bias voltage, and its inductance is set so as to provide a sufficiently high impedance at the frequency of the input signal.

入力整合回路114は、信号源4の信号源インピーダンスZとトランジスタ120の入力インピーダンスとのインピーダンス変換を行う。信号源インピーダンスZは、特性インピーダンスZと等しく、例えば50Ωである。 The input matching circuit 114 performs impedance conversion between the signal source impedance ZS of the signal source 4 and the input impedance of the transistor 120. The signal source impedance ZS is equal to the characteristic impedance Z0 , and is, for example, 50Ω.

トランジスタ120は、信号源4から入力整合回路114を介してゲートに供給される入力信号を電力増幅し、増幅された信号をドレインから基本波整合回路122に出力する。入力信号は高周波信号であり、その周波数は、例えば1GHz以上である。トランジスタ120の出力信号の電力は、例えば500mW以上である。そのため、トランジスタ120は大信号動作を行う。 Transistor 120 amplifies the power of an input signal supplied to its gate from signal source 4 via input matching circuit 114, and outputs the amplified signal from its drain to fundamental matching circuit 122. The input signal is a high-frequency signal, and its frequency is, for example, 1 GHz or higher. The power of the output signal from transistor 120 is, for example, 500 mW or higher. Therefore, transistor 120 performs large signal operation.

トランジスタ120の大信号動作では、ドレインに接続されるインピーダンスに応じて、他の条件が一定であっても出力電力や効率などの出力特性が変化する。例えば、所定の入力電力、所定の入力周波数の入力信号が供給されたときに最大出力電力や最大効率が得られるインピーダンスは、最適負荷インピーダンスZoptと呼ばれる。 In large signal operation of the transistor 120, output characteristics such as output power and efficiency change depending on the impedance connected to the drain, even if other conditions are constant. For example, the impedance that provides maximum output power and maximum efficiency when an input signal of a specified input power and a specified input frequency is supplied is called the optimum load impedance Z opt .

基本波整合回路122は、基本波の周波数において、最適負荷インピーダンスZoptと特性インピーダンスZとのインピーダンス変換を行う。つまり、基本波整合回路122は、基本波の周波数において、特性インピーダンスZを最適負荷インピーダンスZoptに変換する。これにより、基本波の周波数において、トランジスタ120のドレインに最適負荷インピーダンスZoptを見せることができ、所定の条件下でトランジスタ120は最適出力を出力できる。トランジスタ120から出力される出力信号は、基本波整合回路122を介して高調波反射回路124に供給される。 The fundamental wave matching circuit 122 performs impedance conversion between the optimum load impedance Z opt and the characteristic impedance Z 0 at the frequency of the fundamental wave. In other words, the fundamental wave matching circuit 122 converts the characteristic impedance Z 0 to the optimum load impedance Z opt at the frequency of the fundamental wave. This allows the drain of the transistor 120 to see the optimum load impedance Z opt at the frequency of the fundamental wave, and the transistor 120 can output an optimum output under predetermined conditions. The output signal output from the transistor 120 is supplied to the harmonic reflection circuit 124 via the fundamental wave matching circuit 122.

高調波反射回路124は、基本波整合回路122を通過した出力信号に含まれる基本波を通過させ、高調波を反射させる。既述のように、高調波反射回路124は、例えばF級動作の場合、トランジスタ120の出力端子において偶数次高調波に対して短絡となり、奇数次高調波に対して開放となるように設計される。一般に、高調波反射回路124は、主として2次高調波と3次高調波を反射させる。しかしながら、高調波反射回路124では、一般に法律で規定される不要輻射以下に2次高調波と3次高調波を抑えることが難しい場合がある。また、より高次の高調波は、高調波反射回路124で十分に反射されないため、高調波反射回路124の出力信号において十分に抑圧されない。そこで、高調波等の不要波をアンテナ8から放射させないために、高調波等を抑圧するためのフィルタ126が設けられ、高調波反射回路124を通過した出力信号は、フィルタ126に供給される。 The harmonic reflection circuit 124 passes the fundamental wave contained in the output signal that has passed through the fundamental matching circuit 122, and reflects the harmonics. As described above, the harmonic reflection circuit 124 is designed to be short-circuited for even harmonics and open for odd harmonics at the output terminal of the transistor 120, for example, in the case of class F operation. In general, the harmonic reflection circuit 124 mainly reflects second and third harmonics. However, in the harmonic reflection circuit 124, it may be difficult to suppress the second and third harmonics to the unnecessary radiation level generally specified by law. In addition, higher harmonics are not sufficiently reflected by the harmonic reflection circuit 124, and therefore are not sufficiently suppressed in the output signal of the harmonic reflection circuit 124. Therefore, in order to prevent unnecessary waves such as harmonics from being radiated from the antenna 8, a filter 126 for suppressing harmonics is provided, and the output signal that has passed through the harmonic reflection circuit 124 is supplied to the filter 126.

フィルタ126は、例えば、ローパスフィルタまたはバンドパスフィルタであり、通過帯域の基本波を通過させ、通過帯域外の信号を抑圧する。フィルタ126は、通過帯域外の信号を反射させることで、抑圧する。フィルタ126を通過した出力信号は、アンテナ8に供給される。アンテナ8は、フィルタ126から供給された出力信号を放射する。 The filter 126 is, for example, a low-pass filter or a band-pass filter, and passes the fundamental wave of the passband and suppresses signals outside the passband. The filter 126 suppresses signals outside the passband by reflecting them. The output signal that has passed through the filter 126 is supplied to the antenna 8. The antenna 8 radiates the output signal supplied from the filter 126.

基本波の周波数において、フィルタ126およびアンテナ8のそれぞれの入力インピーダンスは、特性インピーダンスZである。 At the fundamental frequency, the input impedance of each of the filter 126 and the antenna 8 is a characteristic impedance Z0 .

ここで、例えば1GHz以上の周波数帯では、高調波反射回路124は、分布定数線路を用いて構成されることが多い。一般に、基本波の周波数における高調波反射回路124の損失は、0.2dB程度以上である。基本波の電力が0.2dB低下すると、ドレイン効率は、約4.7%低下する。また、高調波反射回路124を用いることで、回路構成が複雑になり、電力増幅回路110のサイズを増大させる。 Here, for example, in a frequency band of 1 GHz or more, the harmonic reflection circuit 124 is often configured using a distributed constant line. In general, the loss of the harmonic reflection circuit 124 at the fundamental frequency is about 0.2 dB or more. If the power of the fundamental wave decreases by 0.2 dB, the drain efficiency decreases by about 4.7%. In addition, using the harmonic reflection circuit 124 complicates the circuit configuration, which increases the size of the power amplifier circuit 110.

本発明者は、これらの知見に基づいて研究を重ね、基本波整合回路122とフィルタ126との間を伝送線路で接続し、伝送線路の長さを適切に設定することで、トランジスタ120の出力端子において、反射された高調波の位相を適切に設定でき、高調波反射回路124を無くすことができ、効率を改善できることを見出した。実施の形態は、このような思索に基づいて案出されたもので、以下にその具体的な構成を説明する。 The inventor conducted extensive research based on these findings and discovered that by connecting the fundamental matching circuit 122 and the filter 126 with a transmission line and appropriately setting the length of the transmission line, the phase of the reflected harmonics can be appropriately set at the output terminal of the transistor 120, the harmonic reflection circuit 124 can be eliminated, and efficiency can be improved. The embodiment was devised based on these thoughts, and its specific configuration is described below.

以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。 Below, the embodiments for implementing the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Note that in the description, the same elements are given the same reference numerals, and duplicate descriptions will be omitted as appropriate.

(第1の実施の形態)
図2は、第1の実施の形態の無線装置1の回路図である。無線装置1は、例えば無線通信システムや無線電力伝送システムに利用できる。無線装置1は、直流電源2、信号源4、電力増幅器6、およびアンテナ8を備える。
(First embodiment)
2 is a circuit diagram of the wireless device 1 according to the first embodiment. The wireless device 1 can be used in, for example, a wireless communication system or a wireless power transmission system. The wireless device 1 includes a DC power supply 2, a signal source 4, a power amplifier 6, and an antenna 8.

電力増幅器6は、信号源4から供給される入力信号を電力増幅して、増幅された信号をアンテナ8に供給する。電力増幅器6とアンテナ8との間に、スイッチなどの他の高周波部品が設けられてもよい。入力信号の周波数と出力信号の電力の範囲の一例は、第1比較例と同じである。直流電源2は、直流の電源電圧を電力増幅器6に供給する。 The power amplifier 6 amplifies the power of the input signal supplied from the signal source 4 and supplies the amplified signal to the antenna 8. Other high-frequency components such as a switch may be provided between the power amplifier 6 and the antenna 8. An example of the range of the frequency of the input signal and the power of the output signal is the same as in the first comparative example. The DC power supply 2 supplies a DC power supply voltage to the power amplifier 6.

電力増幅器6は、電力増幅回路10、伝送線路24、およびフィルタ26を有する。電力増幅回路10は、入力整合回路14、増幅部16、誘導性素子18、および基本波整合回路22を有する。電力増幅回路10は、パワーアンプとも呼べる。 The power amplifier 6 has a power amplifier circuit 10, a transmission line 24, and a filter 26. The power amplifier circuit 10 has an input matching circuit 14, an amplifier section 16, an inductive element 18, and a fundamental wave matching circuit 22. The power amplifier circuit 10 can also be called a power amplifier.

入力整合回路14は、信号源4の信号源インピーダンスZと、増幅部16の入力インピーダンスとのインピーダンス変換を行う。 The input matching circuit 14 performs impedance conversion between the signal source impedance Zs of the signal source 4 and the input impedance of the amplifier section 16 .

増幅部16は、制御端子T1、出力端子T2および接地端子T3を有し、入力整合回路14を介して制御端子T1に供給される入力信号を電力増幅し、増幅された出力信号を出力端子T2から出力する。接地端子T3は接地される。 The amplifier 16 has a control terminal T1, an output terminal T2, and a ground terminal T3, and amplifies the power of an input signal supplied to the control terminal T1 via the input matching circuit 14, and outputs the amplified output signal from the output terminal T2. The ground terminal T3 is grounded.

増幅部16は、半導体材料として例えば化合物半導体を用いたトランジスタ20を含む。トランジスタ20は、一例として、電界効果トランジスタであるとする。増幅部16において、制御端子T1はトランジスタ20のゲートであり、出力端子T2はドレインであり、接地端子T3はソースである。 The amplifier unit 16 includes a transistor 20 that uses, for example, a compound semiconductor as a semiconductor material. As an example, the transistor 20 is a field effect transistor. In the amplifier unit 16, the control terminal T1 is the gate of the transistor 20, the output terminal T2 is the drain, and the ground terminal T3 is the source.

誘導性素子18は、チョークコイルとして機能するインダクタであり、直流電源2から電源電圧が供給される一端と、増幅部16の出力端子T2に接続された他端とを有する。誘導性素子18の一端は、図示しないキャパシタなどにより、入力信号の周波数において交流的に接地される。誘導性素子18は、バイアス電圧供給用のインダクタとして機能する。誘導性素子18は、高周波ショートスタブなどの伝送線路であってもよい。
増幅部16の制御端子T1にも図示しないバイアス回路からバイアス電圧が供給される。
The inductive element 18 is an inductor that functions as a choke coil, and has one end to which a power supply voltage is supplied from the DC power supply 2 and the other end connected to the output terminal T2 of the amplifier unit 16. One end of the inductive element 18 is AC grounded at the frequency of the input signal by a capacitor (not shown) or the like. The inductive element 18 functions as an inductor for supplying a bias voltage. The inductive element 18 may be a transmission line such as a high-frequency short stub.
A bias voltage is also supplied to the control terminal T1 of the amplifier 16 from a bias circuit (not shown).

基本波整合回路22は、増幅部16の出力端子T2に接続され、増幅部16の出力信号に含まれる基本波の周波数において、最適負荷インピーダンスZoptと特性インピーダンスZとのインピーダンス変換を行う。 The fundamental wave matching circuit 22 is connected to the output terminal T2 of the amplifier section 16, and performs impedance conversion between the optimum load impedance Z opt and the characteristic impedance Z 0 at the frequency of the fundamental wave contained in the output signal of the amplifier section 16.

伝送線路24は、特性インピーダンスZを有し、基本波整合回路22を通過した出力信号が一端に供給され、他端がフィルタ26に接続される。 The transmission line 24 has a characteristic impedance Z 0 , and the output signal that has passed through the fundamental wave matching circuit 22 is supplied to one end thereof, and the other end thereof is connected to the filter 26 .

フィルタ26は、伝送線路24の他端に接続され、伝送線路24の他端から出力された出力信号に含まれる基本波を通過させ、当該出力信号に含まれる高調波を反射させる。フィルタ26は、基本波の周波数において特性インピーダンスZと同等の入力インピーダンスを有する。フィルタ26では、通過帯域外の周波数帯において、反射係数が1であるか、1に近い。フィルタ26を通過した出力信号は、アンテナ8に供給される。フィルタ26として、公知の高周波用のフィルタを用いることができる。 The filter 26 is connected to the other end of the transmission line 24, and passes a fundamental wave included in the output signal output from the other end of the transmission line 24, and reflects higher harmonics included in the output signal. The filter 26 has an input impedance equivalent to a characteristic impedance Z0 at the frequency of the fundamental wave. In the filter 26, the reflection coefficient is 1 or close to 1 in a frequency band outside the passband. The output signal that has passed through the filter 26 is supplied to the antenna 8. A known high-frequency filter can be used as the filter 26.

このように、第1比較例と異なり、基本波整合回路22とフィルタ26とが伝送線路24により直接接続され、増幅部16の出力端子T2とフィルタ26との間に高調波反射回路が設けられていない。フィルタ26で反射した高調波は、伝送線路24と基本波整合回路22を介して出力端子T2に戻る。 As such, unlike the first comparative example, the fundamental wave matching circuit 22 and the filter 26 are directly connected by the transmission line 24, and no harmonic reflection circuit is provided between the output terminal T2 of the amplifier 16 and the filter 26. The harmonics reflected by the filter 26 return to the output terminal T2 via the transmission line 24 and the fundamental wave matching circuit 22.

伝送線路24の長さを変化させると、例えば2次高調波と3次高調波の位相は、2:3の割合で変化する。増幅部16の出力端子T2から出力される出力信号に含まれる所定の高調波を所定の位相で出力端子T2に戻すように、伝送線路24の長さは予め定められている。所定の位相は、例えば、実質的に同相または実質的に逆相である。増幅部16の出力端子T2から出力される出力信号の電圧波形または電流波形に含まれる所定の高調波を抑制するように、伝送線路24の長さは予め定められている。高調波の抑制により、出力端子T2からトランジスタ20に流れ込む電流波形と出力端子T2に生じる電圧波形の重なりが少なくなる、すなわちトランジスタ20での消費電力が少なくなる。 When the length of the transmission line 24 is changed, for example, the phases of the second and third harmonics change in a ratio of 2:3. The length of the transmission line 24 is determined in advance so that a predetermined harmonic contained in the output signal output from the output terminal T2 of the amplifier 16 is returned to the output terminal T2 with a predetermined phase. The predetermined phase is, for example, substantially in phase or substantially out of phase. The length of the transmission line 24 is determined in advance so as to suppress a predetermined harmonic contained in the voltage waveform or current waveform of the output signal output from the output terminal T2 of the amplifier 16. By suppressing the harmonics, the overlap between the current waveform flowing from the output terminal T2 to the transistor 20 and the voltage waveform generated at the output terminal T2 is reduced, i.e., the power consumption of the transistor 20 is reduced.

例えば、出力端子T2からフィルタ26側を見たインピーダンスが、出力信号に含まれる所定の偶数次高調波に関して実質的にゼロであるように、伝送線路24の長さは定められている。つまり、出力端子T2は、所定の偶数次高調波に対して実質的に短絡となっている。これにより、出力信号の電圧波形に含まれる所定の偶数次高調波は、抑制される。インピーダンスが実質的にゼロであるとは、所定値以上の効率が得られる程度にインピーダンスが低いことを表す。所定の偶数次高調波は、例えば、2次高調波である。相対的に大きい2次高調波を抑制することで、効率を高めやすい。所定の偶数次高調波は、複数であってもよい。 For example, the length of the transmission line 24 is determined so that the impedance when looking from the output terminal T2 towards the filter 26 is substantially zero with respect to a predetermined even-order harmonic contained in the output signal. In other words, the output terminal T2 is substantially short-circuited with respect to the predetermined even-order harmonic. This suppresses the predetermined even-order harmonic contained in the voltage waveform of the output signal. An impedance that is substantially zero means that the impedance is low enough to obtain an efficiency equal to or greater than a predetermined value. The predetermined even-order harmonic is, for example, a second harmonic. By suppressing the relatively large second harmonic, it is easier to increase efficiency. There may be multiple predetermined even-order harmonics.

偶数次高調波に関して伝送線路24の長さが定められる代わりに、出力端子T2からフィルタ26側を見たインピーダンスが、出力信号に含まれる所定の奇数次高調波に関して実質的に無限大であるように、伝送線路24の長さは定められていてもよい。つまり、出力端子T2は、所定の奇数次高調波に対して実質的に開放となってもよい。これにより、出力信号の電流波形に含まれる所定の奇数次高調波は、抑制される。インピーダンスが実質的に無限大であるとは、所定値以上の効率が得られる程度にインピーダンスが高いことを表す。所定の奇数次高調波は、例えば、3次高調波である。相対的に大きい3次高調波を抑制することで、効率を高めやすい。所定の奇数次高調波は、複数であってもよい。 Instead of determining the length of the transmission line 24 with respect to the even harmonics, the length of the transmission line 24 may be determined so that the impedance when looking from the output terminal T2 toward the filter 26 is substantially infinite with respect to the predetermined odd harmonics contained in the output signal. In other words, the output terminal T2 may be substantially open with respect to the predetermined odd harmonics. This suppresses the predetermined odd harmonics contained in the current waveform of the output signal. The impedance being substantially infinite means that the impedance is high enough to obtain an efficiency equal to or greater than a predetermined value. The predetermined odd harmonic is, for example, a third harmonic. By suppressing the relatively large third harmonic, it is easy to increase efficiency. The predetermined odd harmonics may be multiple.

また、これらを組み合わせてもよい。つまり、出力端子T2からフィルタ26側を見たインピーダンスが、出力信号に含まれる所定の偶数次高調波に関して実質的にゼロであり、かつ、出力信号に含まれる所定の奇数次高調波に関して実質的に無限大であるように、伝送線路24の長さは定められてもよい。さらに、出力端子T2は、所定の奇数次高調波に対して実質的に短絡となってもよく、所定の偶数次高調波に対して実質的に開放となってもよい。 These may also be combined. That is, the length of the transmission line 24 may be determined so that the impedance seen from the output terminal T2 toward the filter 26 is substantially zero for a predetermined even-order harmonic contained in the output signal, and is substantially infinite for a predetermined odd-order harmonic contained in the output signal. Furthermore, the output terminal T2 may be substantially short-circuited for a predetermined odd-order harmonic, and substantially open for a predetermined even-order harmonic.

このように、所定値以上の効率が得られるように、伝送線路24の長さは定められている。伝送線路24の長さの最適値は、実験またはシミュレーションにより適宜定めることができる。 In this way, the length of the transmission line 24 is determined so that a predetermined level of efficiency or higher is obtained. The optimal value for the length of the transmission line 24 can be determined as appropriate through experiments or simulations.

次に、図1の比較例の構成と図2の構成とにおけるシミュレーション結果を説明する。シミュレーションでは、図1の比較例の構成においては、高調波反射回路124を用いて、2次高調波と3次高調波のそれぞれの位相を独立して最適化している。図1の構成と図2の構成において、トランジスタ20とトランジスタ120には共通のシミュレーションモデルを用い、フィルタ26とフィルタ126には共通のシミュレーションモデルを用いている。フィルタ26,126のシミュレーションモデルとして、市販のフィルタのモデルを用いている。特性インピーダンスZは、50Ωである。基本波の周波数は5.8GHzである。図2の構成では、伝送線路24の長さは、3.5mmであり、その5.8GHzでの電気長は40°である。フィルタ26,126の出力で得られた特性を以下で説明する。 Next, the results of simulations in the comparative example configuration of FIG. 1 and the configuration of FIG. 2 will be described. In the simulation, the phases of the second harmonic and the third harmonic are independently optimized using the harmonic reflection circuit 124 in the comparative example configuration of FIG. 1. In the configuration of FIG. 1 and the configuration of FIG. 2, a common simulation model is used for the transistors 20 and 120, and a common simulation model is used for the filters 26 and 126. A commercially available filter model is used as the simulation model for the filters 26 and 126. The characteristic impedance Z0 is 50Ω. The frequency of the fundamental wave is 5.8 GHz. In the configuration of FIG. 2, the length of the transmission line 24 is 3.5 mm, and its electrical length at 5.8 GHz is 40°. The characteristics obtained at the output of the filters 26 and 126 will be described below.

図3は、図2の電力増幅器6と図1の電力増幅器106のそれぞれの高周波特性を示す。図3(a)は、図2の電力増幅器6の出力電力、利得、ドレイン効率、および電力付加効率の入力電力依存性を示す。入力電力rfinが30dBmのとき、利得Gainは11.268dB、出力電力Poutは41.268dBm、電力付加効率PAEは65.245%、ドレイン効率Pdfは70.511%である。 Figure 3 shows the high frequency characteristics of the power amplifier 6 in Figure 2 and the power amplifier 106 in Figure 1. Figure 3(a) shows the input power dependence of the output power, gain, drain efficiency, and power added efficiency of the power amplifier 6 in Figure 2. When the input power rfin is 30 dBm, the gain Gain is 11.268 dB, the output power Pout is 41.268 dBm, the power added efficiency PAE is 65.245%, and the drain efficiency Pdf is 70.511%.

図3(b)は、図1の第1比較例の電力増幅器106の出力電力、利得、ドレイン効率、および電力付加効率の入力電力依存性を示す。入力電力rfinが30dBmのとき、利得Gainは11.234dB、出力電力Poutは41.234dBm、電力付加効率PAEは65.577%、ドレイン効率Pdfは70.914%である。 Figure 3(b) shows the input power dependence of the output power, gain, drain efficiency, and power added efficiency of the power amplifier 106 of the first comparative example in Figure 1. When the input power rfin is 30 dBm, the gain Gain is 11.234 dB, the output power Pout is 41.234 dBm, the power added efficiency PAE is 65.577%, and the drain efficiency Pdf is 70.914%.

図3(b)の特性では、高調波反射回路124における基本波の損失を無視している。高調波反射回路124における基本波の損失を0.2dBと仮定すると、この損失を考慮したドレイン効率は、70.914-4.7≒66.2%である。高調波反射回路124の損失を考慮した第1比較例の特性と比較し、本実施の形態では、利得は約0.2dB増加し、ドレイン効率は約4.3%改善している。 In the characteristics of FIG. 3(b), the loss of the fundamental wave in the harmonic reflection circuit 124 is ignored. If we assume that the loss of the fundamental wave in the harmonic reflection circuit 124 is 0.2 dB, the drain efficiency taking this loss into account is 70.914-4.7 ≒ 66.2%. Compared to the characteristics of the first comparative example taking into account the loss of the harmonic reflection circuit 124, in this embodiment, the gain increases by approximately 0.2 dB and the drain efficiency improves by approximately 4.3%.

実施の形態によれば、伝送線路24の長さに応じて、フィルタ26で反射された高調波の出力端子T2における位相を調整できるので、出力端子T2からフィルタ26側を見た高調波に対するインピーダンスを実質的にゼロまたは実質的に無限大に設定できる。よって、高周波反射回路を設けることなく、電力増幅器6を高効率化できる。高周波反射回路を設けないため、第1比較例よりも損失を低減できる。 According to the embodiment, the phase of the harmonics reflected by the filter 26 at the output terminal T2 can be adjusted according to the length of the transmission line 24, so that the impedance to the harmonics when viewed from the output terminal T2 toward the filter 26 can be set to substantially zero or substantially infinity. Therefore, the efficiency of the power amplifier 6 can be increased without providing a high-frequency reflection circuit. Because no high-frequency reflection circuit is provided, losses can be reduced more than in the first comparative example.

また、実施の形態の伝送線路24の線路長は、最大でも電気長180度である。一方、第1比較例の高調波反射回路124は、電気長90度の伝送線路を複数個組み合わせて構成されることが一般的である。そのため、伝送線路24は、高調波反射回路124の面積に比べて小さい面積で実現できる。よって、電力増幅器6のサイズを第1比較例より小型化できる。 In addition, the line length of the transmission line 24 in the embodiment is a maximum electrical length of 180 degrees. On the other hand, the harmonic reflection circuit 124 in the first comparative example is generally configured by combining multiple transmission lines with an electrical length of 90 degrees. Therefore, the transmission line 24 can be realized with an area smaller than the area of the harmonic reflection circuit 124. Therefore, the size of the power amplifier 6 can be made smaller than that of the first comparative example.

また、第1比較例では、高調波反射回路は、基本波のインピーダンスに影響を及ぼすため、基本波整合回路と高調波反射回路を独立して設計することは困難であるが、本実施の形態では、そのような設計の困難さを回避できる。 In addition, in the first comparative example, the harmonic reflection circuit affects the impedance of the fundamental wave, making it difficult to design the fundamental wave matching circuit and the harmonic reflection circuit independently, but in this embodiment, such design difficulties can be avoided.

(第2比較例)
ここで、本発明者が発明した特開2021-118482号公報に記載の電力増幅器に対して、高調波反射回路124を組み合わせた第2比較例を説明する。
(Second Comparative Example)
Here, a second comparative example will be described in which a harmonic reflection circuit 124 is combined with the power amplifier invented by the present inventor and described in JP 2021-118482 A.

図4は、第2比較例の無線装置100Aの回路図である。第2比較例では、特開2021-118482号公報に記載されたように、直流電源2から供給される電源電圧を高めることで最適負荷抵抗Roptを高め、インダクタ118の値を適切に設定することで、トランジスタ120の出力側の容量をキャンセルし、基本波整合回路を無くしている。トランジスタ120のドレインには、高調波反射回路124が直接接続される。 4 is a circuit diagram of a wireless device 100A of a second comparative example. In the second comparative example, as described in JP 2021-118482 A, the power supply voltage supplied from the DC power supply 2 is increased to increase the optimal load resistance R opt , and the value of the inductor 118 is appropriately set to cancel the capacitance on the output side of the transistor 120 and eliminate the fundamental wave matching circuit. A harmonic reflection circuit 124 is directly connected to the drain of the transistor 120.

この構成では、第1比較例に対して、基本波整合回路が不要であるという利点がある。しかし、第2比較例においても、第1比較例と同様に、高調波反射回路124を用いることで、基本波の周波数において損失があり、回路構成が複雑になり、電力増幅器106のサイズを増大させる。 This configuration has the advantage over the first comparative example that a fundamental matching circuit is not required. However, in the second comparative example, as in the first comparative example, the use of the harmonic reflection circuit 124 causes losses at the fundamental frequency, complicates the circuit configuration, and increases the size of the power amplifier 106.

そこで、基本波整合回路を設けない電力増幅器106においても、高調波反射回路124を用いずに、伝送線路の長さにより、フィルタ126で反射された高調波の位相を調整する。以下にその具体的な構成を説明する。 Therefore, even in the power amplifier 106 that does not have a fundamental wave matching circuit, the phase of the harmonics reflected by the filter 126 is adjusted by the length of the transmission line without using the harmonic reflection circuit 124. The specific configuration is described below.

(第2の実施の形態)
図5は、第2の実施の形態の無線装置1Aの回路図である。図5に示すように、第2の実施の形態では、基本波整合回路が設けられないことが、第1の実施の形態と異なる。以下、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
Second Embodiment
Fig. 5 is a circuit diagram of a wireless device 1A according to the second embodiment. As shown in Fig. 5, the second embodiment differs from the first embodiment in that a fundamental wave matching circuit is not provided. The following description will focus on the differences from the first embodiment.

電力増幅回路10Aの増幅部16の出力端子T2には、所定の特性インピーダンスZの伝送線路24を介してフィルタ26が直接接続される。つまり、出力端子T2とフィルタ26との間に出力整合回路および高調波反射回路が存在しない。特性インピーダンスZは、最適負荷抵抗Roptと実質的に等しい。フィルタ26は、基本波の周波数において最適負荷抵抗Roptと同等の入力インピーダンスを有する。特性インピーダンスZは、一般的には50Ωであるが、例えば10Ω~100Ω等の他の値であってもよい。 A filter 26 is directly connected to an output terminal T2 of the amplifier section 16 of the power amplifier circuit 10A via a transmission line 24 having a predetermined characteristic impedance Z0 . In other words, there is no output matching circuit or harmonic reflection circuit between the output terminal T2 and the filter 26. The characteristic impedance Z0 is substantially equal to the optimum load resistance Ropt . The filter 26 has an input impedance equivalent to the optimum load resistance Ropt at the frequency of the fundamental wave. The characteristic impedance Z0 is generally 50Ω, but may be another value, for example, 10Ω to 100Ω.

増幅部16のトランジスタ20に用いられる化合物半導体の一例として、窒化ガリウム(GaN)などの窒化物半導体が挙げられる。トランジスタ20は、窒化ガリウムを用いた高電子移動度トランジスタ、即ちGaN-HEMT(High Electron Mobility Transistor)であることが好ましい。 An example of a compound semiconductor used for the transistor 20 of the amplifier section 16 is a nitride semiconductor such as gallium nitride (GaN). The transistor 20 is preferably a high electron mobility transistor using gallium nitride, i.e., a GaN-HEMT (High Electron Mobility Transistor).

誘導性素子18は、インダクタンスL1のインダクタであり、第1の実施の形態よりもインダクタンスL1は小さい。インダクタンスL1の詳細は後述する。 The inductive element 18 is an inductor with an inductance L1, which is smaller than that of the first embodiment. Details of the inductance L1 will be described later.

増幅部16の出力特性が所定の特性となる最適負荷アドミタンスYopt(=1/Zopt)は、増幅部16の出力端子T2からフィルタ26側を見たアドミタンスである。出力特性が所定の特性となるとは、例えば、出力電力が最大となること、ドレイン効率または電力付加効率が最大となることなどを意味する。 The optimum load admittance Y opt (=1/Z opt ) at which the output characteristic of the amplifier unit 16 becomes a predetermined characteristic is the admittance seen from the output terminal T2 of the amplifier unit 16 to the filter 26 side. The output characteristic becoming a predetermined characteristic means, for example, that the output power is maximized, the drain efficiency or the power added efficiency is maximized, etc.

最適負荷は、誘導性であり、最適負荷抵抗RoptとインダクタLoptの並列接続で表される。そのため、最適負荷アドミタンスYoptは式(1)で表せる。
opt=1/Ropt+1/jωLopt (1)
The optimum load is inductive and is represented by a parallel connection of an optimum load resistor R opt and an inductor L opt . Therefore, the optimum load admittance Y opt can be expressed by the following equation (1).
Y opt =1/R opt +1/jωL opt (1)

出力電力を一定として電源電圧を増加させると、最適負荷抵抗Roptは増加する。そのため、電源電圧を増加させると、最適負荷アドミタンスYoptは、コンダクタンスが低くなる方向にアドミタンスチャート上を移動する。 When the power supply voltage is increased while keeping the output power constant, the optimum load resistance R opt increases, so that when the power supply voltage is increased, the optimum load admittance Y opt moves on the admittance chart in the direction of lower conductance.

最適負荷アドミタンスYoptの実部の逆数、つまり最適負荷抵抗Roptが所定の特性インピーダンスZと実質的に等しくなるように、電源電圧が予め設定される。なお、最適負荷アドミタンスYoptの実部の逆数が特性インピーダンスZの-10%~20%の範囲にあるとき、最適負荷アドミタンスYoptの実部の逆数が特性インピーダンスZと実質的に等しいという。最適負荷アドミタンスYoptの実部の逆数は、特性インピーダンスZの±5%の範囲内に設定することが好ましく、最適負荷アドミタンスYoptの実部の逆数と特性インピーダンスZの差は小さい方が好ましい。なぜなら、差が小さいほど最適出力電力に近い値の出力電力を得られるためである。なお、電源電圧は、トランジスタ20のソース・ドレイン間電圧の最大定格を超えないように設定される。 The power supply voltage is set in advance so that the reciprocal of the real part of the optimum load admittance Y opt , that is, the optimum load resistance R opt , is substantially equal to a predetermined characteristic impedance Z 0. When the reciprocal of the real part of the optimum load admittance Y opt is in the range of −10% to 20% of the characteristic impedance Z 0 , the reciprocal of the real part of the optimum load admittance Y opt is said to be substantially equal to the characteristic impedance Z 0. It is preferable that the reciprocal of the real part of the optimum load admittance Y opt is set within the range of ±5% of the characteristic impedance Z 0 , and it is preferable that the difference between the reciprocal of the real part of the optimum load admittance Y opt and the characteristic impedance Z 0 is small. This is because the smaller the difference, the closer the output power to the optimum output power can be obtained. The power supply voltage is set so as not to exceed the maximum rated source-drain voltage of the transistor 20.

入力信号の周波数において、誘導性素子18のアドミタンスの虚部(-1/ωL1)は、最適負荷アドミタンスYoptの虚部(-1/ωLopt)と実質的に等しい。つまり、誘導性素子18のインダクタンスL1は、Loptと実質的に等しい。最適負荷アドミタンスYoptの誘導性成分は、誘導性素子18で実現されているとも言える。なお、誘導性素子18のアドミタンスの虚部が最適負荷アドミタンスYoptの虚部の±10%の範囲にあるとき、誘導性素子18のアドミタンスの虚部が最適負荷アドミタンスYoptの虚部と実質的に等しいという。誘導性素子18のアドミタンスの虚部は、最適負荷アドミタンスYoptの虚部の±5%の範囲内に設定することが好ましく、誘導性素子18のアドミタンスの虚部と最適負荷アドミタンスYoptの虚部との差も、小さい方が好ましい。なぜなら、差が小さいほど最適出力電力に近い値の出力電力を得られるためである。 At the frequency of the input signal, the imaginary part (-1/ωL1) of the admittance of the inductive element 18 is substantially equal to the imaginary part (-1/ωL opt ) of the optimum load admittance Y opt . In other words, the inductance L1 of the inductive element 18 is substantially equal to L opt . It can also be said that the inductive component of the optimum load admittance Y opt is realized by the inductive element 18. Note that when the imaginary part of the admittance of the inductive element 18 is within a range of ±10% of the imaginary part of the optimum load admittance Y opt , the imaginary part of the admittance of the inductive element 18 is said to be substantially equal to the imaginary part of the optimum load admittance Y opt . It is preferable that the imaginary part of the admittance of the inductive element 18 is set within a range of ±5% of the imaginary part of the optimum load admittance Y opt , and it is also preferable that the difference between the imaginary part of the admittance of the inductive element 18 and the imaginary part of the optimum load admittance Y opt is small. This is because the smaller the difference is, the closer the output power to the optimum output power can be obtained.

電源電圧を高めることで最適負荷抵抗Roptを高め、誘導性素子18の値を適切に設定することで出力整合回路を無くす構成については、特開2021-118482号公報に記載の技術を利用しているため、これ以上の説明は省略する。 The configuration in which the optimal load resistance R opt is increased by increasing the power supply voltage and the value of the inductive element 18 is appropriately set to eliminate the output matching circuit uses the technology described in JP 2021-118482 A. Further explanation will be omitted.

フィルタ26で反射した高調波は、伝送線路24を介して出力端子T2に戻る。伝送線路24の長さは、第1の実施の形態と同様に、所定値以上の効率が得られるように予め定められる。 The harmonics reflected by the filter 26 return to the output terminal T2 via the transmission line 24. As in the first embodiment, the length of the transmission line 24 is determined in advance so as to obtain an efficiency equal to or greater than a predetermined value.

本実施の形態によれば、伝送線路24の長さに応じて、フィルタ26で反射された高調波の出力端子T2における位相を調整できるので、高周波反射回路を設けることなく、電力増幅器6Aを高効率化できる。高周波反射回路を設けないため、第2比較例よりも損失を低減できる。電力増幅器6Aのサイズを第2比較例より小型化することもできる。 According to this embodiment, the phase of the harmonics reflected by the filter 26 at the output terminal T2 can be adjusted according to the length of the transmission line 24, so the efficiency of the power amplifier 6A can be increased without providing a high-frequency reflection circuit. Since no high-frequency reflection circuit is provided, losses can be reduced more than in the second comparative example. The size of the power amplifier 6A can also be made smaller than in the second comparative example.

加えて、最適負荷アドミタンスYoptの実部の逆数が特性インピーダンスZと実質的に等しく、その虚部がバイアス電圧供給用の誘導性素子18で実現されているため、増幅部16の出力端子T2に特性インピーダンスZの伝送線路24を介して特性インピーダンスZのフィルタを直接接続することで、概ね最適負荷アドミタンスYoptを増幅部16の出力端子T2に見せることができる。これにより、電力増幅器6は、概ね所望の最適出力電力を出力できる。第1の実施の形態と比較して、出力整合回路を用いる必要がないので出力電力の損失を低減できる。よって、第1の実施の形態に対してドレイン効率と電力付加効率を改善できる。また、第1の実施の形態に対して電力増幅器6Aを小型化、軽量化することもできる。 In addition, since the reciprocal of the real part of the optimum load admittance Y opt is substantially equal to the characteristic impedance Z 0 and the imaginary part is realized by the inductive element 18 for supplying the bias voltage, by directly connecting a filter having a characteristic impedance Z 0 to the output terminal T2 of the amplifier unit 16 via a transmission line 24 having a characteristic impedance Z 0 , it is possible to make the optimum load admittance Y opt appear at the output terminal T2 of the amplifier unit 16. As a result, the power amplifier 6 can output a desired optimum output power. Compared to the first embodiment, it is not necessary to use an output matching circuit, so the loss of output power can be reduced. Therefore, the drain efficiency and power added efficiency can be improved compared to the first embodiment. Also, it is possible to reduce the size and weight of the power amplifier 6A compared to the first embodiment.

また、化合物半導体のトランジスタ20を用いることで、シリコン(Si)のトランジスタと比較してソース・ドレイン間電圧の最大定格が高いため、電源電圧を高めることができ、最適負荷アドミタンスYoptの実部の選択の幅を広げることができる。 In addition, by using a compound semiconductor transistor 20, the maximum rated source-drain voltage is higher than that of a silicon (Si) transistor, so that the power supply voltage can be increased and the range of options for the real part of the optimal load admittance Y opt can be expanded.

また、窒化物半導体のトランジスタ20を用いることで、ガリウムヒ素(GaAs)などのトランジスタと比較してソース・ドレイン間電圧の最大定格がより高いため、電源電圧をより高めることができ、最適負荷アドミタンスYoptの実部の選択の幅をより広げることができる。 In addition, by using the nitride semiconductor transistor 20, the maximum rated source-drain voltage is higher than that of a transistor such as gallium arsenide (GaAs), so that the power supply voltage can be increased and the range of selection for the real part of the optimal load admittance Y opt can be increased.

さらに、トランジスタ20としてGaN-HEMTを用いることで、FETと比較して高出力動作でき、1GHz以上の周波数において出力電力などの特性を向上させることもできる。 Furthermore, by using a GaN-HEMT as the transistor 20, it is possible to achieve higher output operation compared to a FET, and it is also possible to improve characteristics such as output power at frequencies of 1 GHz or higher.

以上、本開示を実施の形態にもとづいて説明した。本開示は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。 The present disclosure has been described above based on the embodiments. It will be understood by those skilled in the art that the present disclosure is not limited to the above embodiments, that various design changes are possible, that various modifications are possible, and that such modifications are also within the scope of the present disclosure.

本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の電力増幅器は、入力信号を増幅し、増幅された出力信号を出力端子から出力する増幅部と、前記出力端子に接続された整合回路と、前記整合回路を通過した前記出力信号が一端に供給される、所定の特性インピーダンスを有する伝送線路と、前記伝送線路の他端から出力された前記出力信号に含まれる基本波を通過させ、前記出力信号に含まれる高調波を反射させるフィルタと、を備え、前記出力端子から出力される前記出力信号に含まれる所定の高調波を所定の位相で前記出力端子に戻すように、前記伝送線路の長さは定められている。 The outline of one aspect of the present disclosure is as follows. A power amplifier according to one aspect of the present disclosure includes an amplifier section that amplifies an input signal and outputs the amplified output signal from an output terminal, a matching circuit connected to the output terminal, a transmission line having a predetermined characteristic impedance, one end of which is supplied with the output signal that has passed through the matching circuit, and a filter that passes a fundamental wave contained in the output signal output from the other end of the transmission line and reflects harmonics contained in the output signal, and the length of the transmission line is determined so that the predetermined harmonics contained in the output signal output from the output terminal are returned to the output terminal with a predetermined phase.

この態様によると、効率を改善できる。 This aspect can improve efficiency.

本開示の別の態様の電力増幅器は、入力信号を増幅し、増幅された出力信号を出力端子から出力する増幅部と、電源電圧が供給される一端と、前記出力端子に接続された他端とを有する誘導性素子と、前記出力端子に一端が接続された、所定の特性インピーダンスを有する伝送線路と、前記伝送線路の他端から出力された前記出力信号に含まれる基本波を通過させ、前記出力信号に含まれる高調波を反射させるフィルタと、を備え、出力特性が所定の特性となる前記増幅部の最適負荷アドミタンスの実部の逆数が前記特性インピーダンスと実質的に等しくなるように、前記電源電圧が設定され、前記入力信号の周波数において、前記誘導性素子のアドミタンスの虚部は、前記最適負荷アドミタンスの虚部と実質的に等しく、前記出力端子から出力される前記出力信号に含まれる所定の高調波を所定の位相で前記出力端子に戻すように、前記伝送線路の長さは定められている。 A power amplifier according to another aspect of the present disclosure includes an amplifier section that amplifies an input signal and outputs the amplified output signal from an output terminal, an inductive element having one end to which a power supply voltage is supplied and the other end connected to the output terminal, a transmission line having a predetermined characteristic impedance and one end connected to the output terminal, and a filter that passes a fundamental wave included in the output signal output from the other end of the transmission line and reflects harmonics included in the output signal, the power supply voltage is set so that the reciprocal of the real part of the optimal load admittance of the amplifier section that has the predetermined output characteristic is substantially equal to the characteristic impedance, and the length of the transmission line is determined so that at the frequency of the input signal, the imaginary part of the admittance of the inductive element is substantially equal to the imaginary part of the optimal load admittance, and the predetermined harmonics included in the output signal output from the output terminal are returned to the output terminal with a predetermined phase.

この態様によると、効率を改善できる。 This aspect can improve efficiency.

前記出力端子と前記フィルタとの間に高調波反射回路が設けられていなくてもよい。この場合、電力増幅器を小型化できる。 A harmonic reflection circuit does not need to be provided between the output terminal and the filter. In this case, the power amplifier can be made smaller.

前記出力端子から前記フィルタ側を見たインピーダンスが、前記出力信号に含まれる所定の偶数次高調波に関して実質的にゼロであるように、前記伝送線路の長さは定められていてもよい。この場合、電力増幅器の効率を改善できる。 The length of the transmission line may be determined so that the impedance seen from the output terminal toward the filter is substantially zero for a predetermined even-order harmonic contained in the output signal. In this case, the efficiency of the power amplifier can be improved.

前記出力端子から前記フィルタ側を見たインピーダンスが、前記出力信号に含まれる所定の奇数次高調波に関して実質的に無限大であるように、前記伝送線路の長さは定められていてもよい。この場合、電力増幅器の効率を改善できる。 The length of the transmission line may be determined so that the impedance seen from the output terminal toward the filter is substantially infinite for a given odd-order harmonic contained in the output signal. In this case, the efficiency of the power amplifier can be improved.

1,1A…無線装置、T1…制御端子、T2…出力端子、T3…接地端子、6,6A…電力増幅器、10,10A…電力増幅回路、14…入力整合回路、16…増幅部、18…誘導性素子、20…トランジスタ、22…基本波整合回路、24…伝送線路、26…フィルタ。 1, 1A...radio device, T1...control terminal, T2...output terminal, T3...ground terminal, 6, 6A...power amplifier, 10, 10A...power amplifier circuit, 14...input matching circuit, 16...amplifier section, 18...inductive element, 20...transistor, 22...fundamental wave matching circuit, 24...transmission line, 26...filter.

Claims (5)

入力信号を増幅し、増幅された出力信号を出力端子から出力する増幅部と、
前記出力端子に接続された整合回路と、
前記整合回路を通過した前記出力信号が一端に供給される、所定の特性インピーダンスを有する伝送線路と、
前記伝送線路の他端から出力された前記出力信号に含まれる基本波を通過させ、前記出力信号に含まれる高調波を反射させるフィルタと、
を備え、
前記出力端子から出力される前記出力信号に含まれる所定の高調波を所定の位相で前記出力端子に戻すように、前記伝送線路の長さは定められている、
ことを特徴とする電力増幅器。
an amplifier section that amplifies an input signal and outputs the amplified output signal from an output terminal;
a matching circuit connected to the output terminal;
a transmission line having a predetermined characteristic impedance, one end of which is supplied with the output signal having passed through the matching circuit;
a filter that passes a fundamental wave included in the output signal output from the other end of the transmission line and reflects higher harmonics included in the output signal;
Equipped with
The length of the transmission line is determined so that a predetermined harmonic contained in the output signal output from the output terminal is returned to the output terminal with a predetermined phase.
1. A power amplifier comprising:
入力信号を増幅し、増幅された出力信号を出力端子から出力する増幅部と、
電源電圧が供給される一端と、前記出力端子に接続された他端とを有する誘導性素子と、
前記出力端子に一端が接続された、所定の特性インピーダンスを有する伝送線路と、
前記伝送線路の他端から出力された前記出力信号に含まれる基本波を通過させ、前記出力信号に含まれる高調波を反射させるフィルタと、
を備え、
出力特性が所定の特性となる前記増幅部の最適負荷アドミタンスの実部の逆数が前記特性インピーダンスと実質的に等しくなるように、前記電源電圧が設定され、
前記入力信号の周波数において、前記誘導性素子のアドミタンスの虚部は、前記最適負荷アドミタンスの虚部と実質的に等しく、
前記出力端子から出力される前記出力信号に含まれる所定の高調波を所定の位相で前記出力端子に戻すように、前記伝送線路の長さは定められている、
ことを特徴とする電力増幅器。
an amplifier section that amplifies an input signal and outputs the amplified output signal from an output terminal;
an inductive element having one end to which a power supply voltage is supplied and the other end connected to the output terminal;
a transmission line having a predetermined characteristic impedance and one end connected to the output terminal;
a filter that passes a fundamental wave included in the output signal output from the other end of the transmission line and reflects higher harmonics included in the output signal;
Equipped with
the power supply voltage is set so that the reciprocal of the real part of the optimum load admittance of the amplifier section, which has a predetermined output characteristic, is substantially equal to the characteristic impedance;
at a frequency of the input signal, an imaginary part of the admittance of the inductive element is substantially equal to an imaginary part of the optimum load admittance;
The length of the transmission line is determined so that a predetermined harmonic contained in the output signal output from the output terminal is returned to the output terminal with a predetermined phase.
1. A power amplifier comprising:
前記出力端子と前記フィルタとの間に高調波反射回路が設けられていない、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の電力増幅器。
No harmonic reflection circuit is provided between the output terminal and the filter.
3. The power amplifier according to claim 1, wherein the first and second inputs are connected to the first and second inputs.
前記出力端子から前記フィルタ側を見たインピーダンスが、前記出力信号に含まれる所定の偶数次高調波に関して実質的にゼロであるように、前記伝送線路の長さは定められている、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の電力増幅器。
a length of the transmission line is determined so that an impedance seen from the output terminal to the filter side is substantially zero with respect to a predetermined even-order harmonic contained in the output signal.
3. The power amplifier according to claim 1, wherein the first and second inputs are connected to the first and second inputs.
前記出力端子から前記フィルタ側を見たインピーダンスが、前記出力信号に含まれる所定の奇数次高調波に関して実質的に無限大であるように、前記伝送線路の長さは定められている、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の電力増幅器。
a length of the transmission line is determined so that an impedance when the filter side is viewed from the output terminal is substantially infinite with respect to a predetermined odd-order harmonic contained in the output signal.
3. The power amplifier according to claim 1, wherein the first and second inputs are connected to the first and second inputs.
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