JP2516198B2 - 電力増幅器モジュ―ルの製造方法および無線機の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば自動車電話等に用いられる電力増幅
器モジュール、詳述すれば高周波（数十MHz〜数GHz）の
小電力（0.1〜1mW程度）を大電力（数Ｗ程度）に増幅す
る電力増幅器に関し、特に小型化に好適な電力増幅器モ
ジュールの製造方法およびそれを用いた無線機の製造方
法に関するものである。

なお、モジュールとは、複数の部品や素子から組立ら
れていて或る定まった機能を果す単一の部品単位と考え
られる組立て回路であり、通常は複数のIC等が１つのパ
ッケージ内に納められているものである。

〔従来の技術〕

第２図は、従来の自動車電話の無線部の一例の構成を
示すブロック図であり、201はアンテナ、202は分波器、
203は受信低雑音増幅器、204は受信部帯域フィルタ、20
5は混合器、206は受信部局部発振器、207はアイソレー
タ、208は電力増幅器、209は駆動増幅器、210は帯域フ
ィルタ、211は送信部局部発振器を示す。

第２図に示すごとく、従来の自動車電話等の無線機に
おいては、送信電力段が帯域フィルタ210と分波器202と
の間に駆動増幅器209、電力増幅器208及びアイソレータ
207等の個別のモジュールを配置する構成であった（例
えば、“自動車電話”桑原守二監修、電子通信学会編
集、p275〜p306に記載）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のごとく従来の無線機における送信電力段は、各
増幅器がそれぞれ別個にモジュール化されており、それ
を配置する構成となっていたため、増幅器の占める容積
が大きくなり、小型化が困難であるという問題があっ
た。

その問題を解決するため、駆動増幅器と電力増幅器と
を同一の放熱基板上に形成し、単一モジュールとする方
式が考えられる。

しかし、その場合には、トランジスタやFET等を５〜
６個程度用いたモジュール内部の整合状況を外部からモ
ニタすることが実質的に不可能なため、調整等に非常に
長時間を要し、量産性が悪くなるという欠点があった。

以下、詳細に説明する。

900MHz帯パーソナル無線用に提案されている狭帯域
（900MHz帯で２〜3MHz幅）の電力増幅器においては、駆
動増幅器と電力増幅器とを直接に接続し、同一の放熱基
板上に設置してモジュール化した場合でも、通常帯域幅
が極めて狭いので、試行錯誤的に最適条件を決定するこ
とができるため、調整が比較的簡単であり、実現可能で
ある。

しかし、自動車電話あるいはポータブル電話用の広帯
域（800MHz帯で20〜30MHz幅）の電力増幅器において
は、通過帯域内で均一な出力特性、効率、入出力電圧定
在波比（VSWR＝Voltage Standing Wave Ratio）等を得
ることが極めて困難である。

その理由は、一般に増幅器の設計時においては、トラ
ンジスタやFET担体のＳパラメータ（散乱パラメータ）
等を測定し、それを基に整合回路等を設計するのが通例
であるが、小信号増幅器とは異なり、大電力増幅器にお
いては大信号動作状態におけるパラメータの値が小信号
時とは大幅にずれるため、設計時の値からずれが生じる
ことによる。

これらのずれを修正するため、大電力増幅器において
は、整合回路毎にチップコンデンサ等の位置や容量値を
変化させることが出来る調整しろを設け、実際に入出力
特性をモニタしながらこれらの各容量を調整するのが普
通である。

ところが、駆動増幅器と電力増幅器とを一緒にモジュ
ール化した場合には、トランジスタやFETが少なくとも
５個程度必要となり、そのため入出力特性をモニタしな
がら計４個所の段間接合回路を調整する必要が生じる。

前記パーソナル無線用のごとく、狭帯域電力増幅器で
は、試行錯誤的に各整合回路の最適条件を決定すること
も出来るが、広帯域電力増幅器では帯域幅が広いためそ
の広い帯域内で均一の特性を得るように調整するとは極
めて困難である。

また、各段間の整合状態をモニタするため、各段間か
ら外部へモニタ用ダミー端子を設けることも考えられる
が、端子数が増加すること、及びダミー端子が整合回路
へ与える影響が大きくなるので好ましくない。

上記のような理由により、駆動増幅器と電力増幅器と
を一体にモジュール化した広帯域電力増幅器を実現する
ことは極めて困難であった。

本発明は、上記のごとき問題を解決するためになされ
たものであり、帯域フィルタ、駆動増幅器及び電力増幅
器を一体にモジュール化することが出来、かつ調整が容
易で量産性に優れた電力増幅器モジュールの製造方法お
よびそれを用いた無線機の製造方法を提供することを目
的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明においては、同一
基板上に形成した弾性表面波フィルタの入力整合回路お
よび駆動増幅器と、弾性表面波フィルタと、同一基板上
に形成した弾性表面波フィルタの出力整合回路および電
力増幅器とを、上記弾性表面波フィルタを上記両増幅器
の間に接続するように同一放熱基板上に配設して一体化
した電力増幅器モジュールの製造方法であって、 上記駆動増幅器の出力端と上記弾性表面波フィルタの
入力整合回路とを相互に切り離した状態、および上記電
力増幅器の入力端と上記弾性表面波フィルタの出力整合
回路とを相互に切り離した状態で上記放熱基板上に配設
する工程と、上記放熱基板上に配設された後の上記駆動
増幅器と上記電力増幅器をそれぞれ独立に整合する工程
と、上記の調整後に、上記弾性表面波フィルタの入力端
と上記駆動増幅器の出力端と上記入力整合回路、および
上記弾性表面波フィルタの出力端と上記電力増幅器の入
力端と上記出力整合回路を、それぞれ電気回路的に接続
し、上記駆動増幅器と上記入力整合回路と上記弾性表面
波フィルタと上記出力整合回路と上記電力増幅器とを一
体化する工程と、を備えるように構成している。

前記第２図に示すごとく、従来の装置においては、帯
域フィルタが駆動増幅器の前に接続されており、また、
帯域フィルタとしては誘電体空洞共振器形フィルタが用
いられていたが、最近本発明者の一人が発表（M,Hikita
“High performance SAW filters with several new t
echnologies for cellular radio" 1984 IEEE Ultrason
ic Symposium Proc,p82〜p92に記載）しているごとく、
弾性表面波フィルタを用いて性能が空洞共振器形フィル
タとほぼ同等でありながら、容積を空洞共振器形フィル
タの数十分の１程度まで小型化することが可能であるこ
とがわかってきた。

また、帯域フィルタを十分小さくすることが出来、か
つ通過帯域の損失が少なければ駆動増幅器と電力増幅器
との間に帯域フィルタを接続する方が後段の分波器の仕
様を緩和出来る等の好ましい点が多いことが判明した。

本発明は上記の知見及び考察に基づいて前記のごとく
構成したものである。

〔作用〕

上記のように構成したことにより、本発明において
は、極めて小型の弾性表面波フィルタを電力増幅器と駆
動増幅器との間に接続するように配設して一体化するこ
とにより、全体を極めて小型に形成することが出来る。
また、駆動増幅器と電力増幅器を放熱基板上に取り付け
た後、弾性表面波フィルタを介して接続して一体化する
前に、駆動増幅器と電力増幅器とをそれぞれ独立に調整
するように構成しているので、従来のように駆動増幅器
と電力増幅器とを別モジュールにした場合と同様の量産
性を確保することが出来る。

〔実施例〕

第１図は、本発明の製造方法で製造した電力増幅器モ
ジュールの一実施例の斜視図であり、第３図は、第１図
の電力増幅器モジュールの構成を示すブロック図であ
る。

第１図において、放熱基板101の上には、電力増幅器
部103と駆動増幅器部104とが設置され、その間に接続す
るように弾性表面波フィルタ105が配設されている。

また、102は蓋、106は電力増幅器の出力端子、107は
電源端子、115は駆動増幅器部の入力端子、114は電源端
子であり、その他108〜113は制御用の入力又は出力端子
である。

上記の放熱基板101は、例えば銅板等の熱伝導性に優
れたものである。

実例として、800MHz帯のポータブル電話用広帯域電力
増幅器における値を示す。

駆動増幅器はトランジスタを１個及びFETを２個用い
て約0.1mWの小電力を約200mWまで増幅するものとし、ま
た、電力増幅器はFETを２個用いて約50mW（弾性表面波
フィルタにおける通過帯域の損失は３〜5dB程度）の電
力を4W程度まで増幅するものとした場合に、電力増幅器
部103は2.6cm×1.5cm、駆動増幅器部104は2.8cm×1.5cm
であり、また、弾性表面波フィルタ105は直径5mm程度の
パッケージに実装したものを用い、それらを6cm×1.5cm
の放熱基板上に一体化することが出来る。

なお、弾性表面波フィルタ105は、放熱基板101上に弾
性表面波フィルタのパッケージが入る円形の穴を開け、
端子側が上になるように実装した後、放熱基板101とパ
ッケージをハンダ付けによって固定するか或は専用の押
え金具を用いて固定する。

次に、本発明の装置の調整方法を説明する。

本発明においては、まず放熱基板101に電力増幅器部1
03と駆動増幅器部104とを取付けた段階において、それ
らをそれぞれ独立に調整（チップコンデンサ等の位置や
容量値を変化させる）し、電気性能を確認した後に、弾
性表面波フィルタ105を放熱基板101に取付け、各々接続
する。

上記の各増幅器部の調整には、第４図に示すごとき専
用の治具を用いると便利である。

第４図において、調整用専用治具401の上に放熱基板1
01を固定し、測定用同軸線路402を弾性表面波フィルタ
取付け用の穴から表面に突き出させ、その心線403を電
力増幅器部103と駆動増幅器部104との所定箇所に交互に
接続することにより、それぞれの増幅器を個別にモニタ
及び調整することが出来る。

上記のようにモジュール製造の途中で各増幅器を独立
にモニタ及び調整することが出来るので、従来のように
駆動増幅器と電力増幅器とを各々別モジュールとした場
合と同様の量産性を確保することが出来る。

次に、弾性表面波フィルタの整合回路について説明す
る。

一般に弾性表面波フィルタは、弾性表面波励振のため
のトランスデューサが本質的にもっている電極間の静電
容量を打ち消すために外部に整合回路を設ける必要があ
る。

800MHz程度の高周波弾性表面波フィルタにおいては、
上記の整合回路はショートスタブ回路或いはショートス
タブと線路の組合せ等の比較的簡単な回路で形成される
場合が多い。

しかし、弾性表面波フィルタを帯域フィルタとして駆
動増幅器の前に設置する場合には、一般にマザーボード
に上記のごとき整合回路を形成する必要があり、ポータ
ブル電話機のように特に小型化が強く要求されているも
のにおいては、整合回路の占める容積も無視出来ない。

その点、本発明のように弾性表面波フィルタを駆動増
幅器及び電力増幅器と一体化し、同一の放熱基板上に形
成する場合には、弾性表面波フィルタの入力整合回路を
駆動増幅器部内に、弾性表面波フィルタの出力整合回路
を電力増幅器部内にそれぞれ他の整合回路とともに形成
することが出来るため、大幅に小型化することが可能と
なる。

その場合には、第５図に示すように、各増幅器の回路
パターン上では駆動増幅器部104の出力端子504及び電子
増幅器部103の入力端子507を弾性表面波フィルタの整合
回路503,506と独立に形成しておき、弾性表面波フィル
タと実装するときにハンダ付け等で接続するように構成
すると良い。

さらに小型化を達成するためには、弾性表面波フィル
タの入力整合回路と駆動増幅器部の出力整合回路、及び
弾性表面波フィルタの出力整合回路と電力増幅器部の入
力整合回路とを共通化することも可能である。

同様にこのような共通化は、電源用のバイアス回路に
関しても成立ち、弾性表面波フィルタの入力整合回路と
駆動増幅器部の出力側バイアス回路及び弾性表面波フィ
ルタの出力整合回路と電力増幅器部の入力側バイアス回
路とを共通化することが出来る。

次に、弾性表面波フィルタを放熱基板に実装する際の
取付け金具を電磁的遮蔽板として用いる点について説明
する。

一般に、電力増幅器に用いるトランジスタ、FET等は
非常にゲインが大きいため、複数個縦続接続すると、異
常発振や不要輻射等を伴う場合が多い。

これらの発振等を抑える一手段としては、例えば駆動
増幅器部と電力増幅器部とを電磁的に遮蔽し、回り込み
を少なくすることが考えられる。

上記第１の実施例においては、弾性表面波フィルタを
放熱基板に直接ハンダ等で接着した例を示したが、上記
の回り込み等による発振を抑制するためには、第６図に
示すように弾性表面波フィルタを押え金具601で放熱基
板に固定し、その押え金具601を駆動増幅器部104と電力
増幅器部103との間の電磁的遮蔽板として用いるのが有
効である。なお、602は押え金具601を放熱基板101に固
定する止めねじである。

なお、これまでの説明においては、ハイブリッド回路
を例として示したが、モノリシック回路の場合でも同様
に本発明を適用することが出来る。

また、弾性表面波フィルタは、パッケージに実装され
たものとして扱っているが、信頼性の向上等により弾性
表面波フィルタのチップ実装が可能になった場合は、当
然チップとして実装してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく、本発明においては、駆動増幅
器、帯域フィルタとなる弾性表面波フィルタ及び電力増
幅器を同一の放熱基板上に一体化することにより、電力
増幅器モジュール全体の小型化を達成し、しかもモジュ
ール製造の途中で駆動増幅源と電力増幅器とを独立にモ
ニタ及び調整することが出来るので、従来のように駆動
増幅器と電力増幅器を別モジュールとして製造した場合
と同等の量産性を確保することが出来る。

また、帯域フィルタとして弾性表面波フィルタを用
い、それを駆動増幅器と電力増幅器との間に接続したこ
とにより、後段の分波器の仕様を緩和することが出来、
電力増幅器モジュールのみでなく分波器の小型化も達成
することが出来る。

また、弾性表面波フィルタの整合回路を各増幅器内に
設けることにより、整合回路部分の容積も小型化するこ
とが出来ると共に、その整合回路を駆動増幅器や電力増
幅器の整合回路やバイアス回路と共通化することによ
り、さらに小型化を達成することが出来る。

また、弾性表面波フィルタを放熱基板に取付ける金具
を駆動増幅器と電力増幅器との間の電磁的遮蔽板として
共用化することにより、高ゲインの増幅器を近接してモ
ジュール化したことによる異常発振や不要輻射等を有効
に抑制することが出来る、等の多くの優れた効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法で製造した電力増幅器モジュ
ールの一実施例の斜視図、第２図は従来の自動車電話の
無線部のブロック図、第３図は本発明の製造方法で製造
した電力増幅器モジュールの構成を示すブロック図、第
４図は本発明に用いる調整用治具の一実施例図、第５図
は弾性表面液フィルタの整合回路の一実施例図、第６図
は弾性表面波フィルタの押え金具の一実施例図である。 〈符号の説明〉 101……放熱基板、102……蓋 103……電力増幅器部、104……駆動増幅器部 105……弾性表面波フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 裕 勝田市大字稲田1410番地 株式会社日立 製作所東海工場内 (72)発明者 阿部 義男 横浜市戸塚区吉田町292番地 日立ビデ オエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−86904（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−202711（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−14137（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】小電力を大電力に増幅する電力増幅器と、
   該電力増幅器を駆動する駆動増幅器とを備えた電力増幅
   器モジュールにおいて、同一基板上に形成した弾性表面
   波フィルタの入力整合回路および駆動増幅器と、弾性表
   面波フィルタと、同一基板上に形成した弾性表面波フィ
   ルタの出力整合回路および電力増幅器とを、上記弾性表
   面波フィルタを上記両増幅器の間に接続するように同一
   放熱基板上に配設して一体化した電力増幅器モジュール
   の製造方法であって、 上記駆動増幅器の出力端と上記弾性表面波フィルタの入
   力整合回路とを相互に切り離した状態、および上記電力
   増幅器の入力端と上記弾性表面波フィルタの出力整合回
   路とを相互に切り離した状態で上記放熱基板上に配設す
   る工程と、 上記放熱基板上に配設された後の上記駆動増幅器と上記
   電力増幅器をそれぞれ独立に調整する工程と、 上記の調整後に、上記弾性表面波フィルタの入力端と上
   記駆動増幅器の出力端と上記入力整合回路、および上記
   弾性表面波フィルタの出力端と上記電力増幅器の入力端
   と上記出力整合回路を、それぞれ電気回路的に接続し、
   上記駆動増幅器と上記入力整合回路と上記弾性表面波フ
   ィルタと上記出力整合回路と上記電力増幅器とを一体化
   する工程と、 を備えたことを特徴とする電力増幅器モジュールの製造
   方法。
2. 【請求項２】小電力を大電力に増幅する電力増幅器と、
   該電力増幅器を駆動する駆動増幅器とを備えた電力増幅
   器モジュールにおいて、同一基板上に形成した弾性表面
   波フィルタの入力整合回路および駆動増幅器と、弾性表
   面波フィルタと、同一基板状に形成した弾性表面波フィ
   ルタの出力整合回路および電力増幅器とを、上記弾性表
   面波フィルタを上記両増幅器の間に接続するように同一
   放熱基板上に配設して一体化した電力増幅器モジュール
   の製造方法であって、 上記駆動増幅器の出力端と上記弾性表面波フィルタの入
   力整合回路とを相互に切り離した状態、および上記電力
   増幅器の入力端と上記弾性表面波フィルタの出力整合回
   路とを相互に切り離した状態で上記放熱基板上に配設す
   る工程と、 上記放熱基板上に配設された後の上記駆動増幅器と上記
   電力増幅器をそれぞれ独立に調整する工程と、 上記の調整後に、上記弾性表面波フィルタの入力端と上
   記駆動増幅器の出力端と上記入力整合回路、および上記
   弾性表面波フィルタの出力端と上記電力増幅器の入力端
   と上記出力整合回路を、それぞれ電気回路的に接続し、
   上記駆動増幅器と上記入力整合回路と上記弾性表面波フ
   ィルタと上記出力整合回路と上記電力増幅器とを一体化
   する工程と、 によって製造した電力増幅器モジュールを無線機用電力
   増幅器として組み込んだことを特徴とする無線機の製造
   方法。