JP3393517B2 - モノリシック集積化低位相歪電力増幅器 - Google Patents

モノリシック集積化低位相歪電力増幅器

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば携帯電話機など
の無線通信装置において、帯域制限されたディジタル信
号の変調波を低位相歪で高効率に増幅する低位相歪電力
増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯電話機などに使用されている多値P
SK変調ディジタル方式の無線通信装置では、送信用電
力増幅器の高出力・高効率化および低歪化が要求されて
いる。無線通信装置の低歪化は、増幅器のA級動作によ
り実現するのが簡単である。しかし、A級動作は、直流
入力からマイクロ波出力への変換効率が悪い。そこで、
高効率が要求される電池駆動の携帯電話機などではAB
級動作が主流になっている。
【0003】ところが、AB級動作のFET増幅器で
は、入力電力に対する出力位相が大きく変化することが
わかっている。このような増幅器で多値PSK変調波を
増幅すると出力信号スペクトラムが広がり、隣接チャネ
ルへ妨害を与えてしまう。そこで、図8に示すように、
FETを用いた電力増幅器31の前段にプリディストー
ション型の位相歪補償回路32を接続し、そこで逆方向
の位相を発生させて位相歪を打ち消す構成が考えられて
いる(小倉、「Si-バイポーラトランジスタを用いた簡
易型リニアライザ」、1993年電子情報通信学会春季大
会、No.C-73 )。
【0004】この位相歪補償回路32は、レベル調整用
アッテネータ33とSi バイポーラトランジスタを用い
た逆位相歪発生器34により構成される。FETを用い
た電力増幅器31は、入力電力の増加に伴って通過位相
が進む特性を有する。一方、Si バイポーラトランジス
タを用いた逆位相歪発生器34は入力電力の増加に伴っ
て通過位相が遅れる特性であり、FETを用いた電力増
幅器31で発生する位相歪と逆の位相歪をあらかじめ入
力信号に与えて注入することにより不要な位相歪を打ち
消す構成になっている。しかし、このような位相歪補償
回路32はSiバイポーラトランジスタを用いているの
で、FETを用いた電力増幅器31とのモノリシックI
C化が困難であった。
【0005】図9は、低位相歪化を図った従来の電力増
幅器の構成を示す(特開平5−152877号)。図に
おいて、41は入力端子、42は出力端子、43はソー
ス接地FET、44は入力整合回路、45は出力整合回
路、46はFETのゲートバイアス端子、47はFET
のドレインバイアス端子、48は非線形抵抗である。
【0006】本構成は、ソース接地FET増幅器の利得
低下によるドレインコンダクタンスGd の増大により位
相が進み、ドレイン・ゲート間コンダクタンスGdgの増
大により位相が遅れることに着目したものである。すな
わち、位相変化を打ち消すように端子電圧に応じて変化
する非線形抵抗48をドレイン・ゲート間に挿入するこ
とにより、FET増幅器の位相変化を小さくする構成に
なっている。しかし、このような電力増幅器では、非線
形抵抗48のような特別な制御素子を用いているので、
最適なGdgを作りだすための調整が困難であり、さらに
それを能動的に制御するには特別な周辺回路が必要であ
った。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の電力増幅器にお
いて、位相歪を抑えるためにA級動作で使用すれば電力
効率が悪くなる。また、AB級動作時の位相歪を補償す
るために従来の位相歪補償回路を付加すれば、モノリシ
ックIC化が困難なために装置コストが高くなる。ま
た、非線形抵抗を用いた構成においても、ドレイン・ゲ
ート間に負帰還がかかるので利得が小さくなり、高出力
・高効率化が望めなかった。
【0008】本発明は、特別な付加回路を用いずにFE
T増幅器の入力電力に対する位相変化が小さく、電力効
率がよく、モノリシックIC化が容易で低コストな低位
相歪電力増幅器を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の低位相歪電力増
幅器は、増幅器として機能するソース接地FETと、ゲ
ート接地FETまたはドレイン接地FETとを並列に接
続して構成する。
【0010】
【作用】本発明では、ソース接地FETを用いた増幅器
での位相進みと、ゲート接地FETまたはドレイン接地
FETを用いた増幅器での位相遅れとを組み合わせるこ
とにより、電力増幅器全体の位相歪を打ち消すことがで
きる。
【0011】
【実施例】図1は、本発明の低位相歪電力増幅器の第1
実施例の構成を示す(請求項1)。
【0012】図において、11は入力端子、12は出力
端子、13はゲート接地FETを用いた増幅器、14は
ソース接地FETを用いた増幅器、15は分配器、16
は合成器、17は位相器であり、増幅器13と増幅器1
4が並列に接続される。
【0013】入力端子11から入力された信号は、分配
器15で増幅器13と増幅器14に分配され、それぞれ
増幅されて逆位相歪をもつ信号となる。位相器17は、
同相増幅するゲート接地FETを用いた増幅器13と、
逆相増幅するソース接地FETを用いた増幅器14との
位相を調整するものであり、ここでは増幅器13の入力
側に接続されているが、増幅器13の出力側あるいは増
幅器14側でもよい。逆位相歪をもつ信号は合成器16
で合成され、位相歪が打ち消されて出力端子12から出
力される。なお、分配器15および合成器16での分配
・合成比率は、必ずしも1:1である必要はない。
【0014】また、ゲート接地FETを用いた増幅器1
3をドレイン接地FETを用いた構成に代えてもよい
以下、図2〜図4を参照して本構成の動作原理について
説明する。
【0015】図2は、ソース接地FET増幅器、ゲート
接地FET増幅器、ドレイン接地FET増幅器のAB級
動作時の入出力特性を示す。矢印は1dB利得圧縮点を示
す。一般に、ソース接地FET増幅器では入力電力の増
加に伴って利得が低下するとともに、出力位相が進む方
向に変化する。一方、ゲート接地FETまたはドレイン
接地FET増幅器では、入力電力の増加に伴って利得が
低下するとともに、出力位相が遅れる方向に変化する。
【0016】図3は、ソース接地FET、ゲート接地F
ET、ドレイン接地FETのゲート電圧Vgsに対する位
相特性を示す。ここではバイアス点を飽和電流値Idssの
1/2から1/10まで変化させ、1dB利得圧縮点での位
相を比較している。ソース接地FETでは、Idss/4付
近で位相変化が小さく、Idss/10付近に近くなると位相
が大きく進む。一方、ゲート接地FETまたはドレイン
接地FETでは、Idss/4付近で位相が遅れ、Idss/10
付近に近くなると位相変化が小さくなる。したがって、
ソース接地FETでは動作点をIdss/4付近に設定し、
ゲート接地FETまたはドレイン接地FETでは、動作
点をIdss/10付近に設定すると位相歪を低減できる。す
なわち、単体での位相特性の改善には、ソース接地FE
Tでは動作点をIdss/4付近に設定し、ゲート接地FE
Tまたはドレイン接地FETでは動作点をIdss/10付近
に設定すればよい。
【0017】このように、ソース接地FETと、ゲート
接地FETまたはドレイン接地FETの位相変化は互い
に逆特性になるので、ソース接地FETとゲート接地F
ETまたはドレイン接地FETを並列に接続して動作点
を適切に設定すれば、図4に示すように互いの位相歪を
補償することができる。
【0018】したがって、図1に示す構成のように、ゲ
ート接地FETを用いた増幅器13とソース接地FET
を用いた増幅器14を組み合わせ、動作点を最適化する
ことにより、電力増幅器全体で位相歪を補償することが
できる。この並列構成では、ともに増幅作用のあるFE
Tを組み合わせているので、電力効率が高くかつモノリ
シックIC化が容易である。
【0019】図5は、本発明の低位相歪電力増幅器の第
2実施例の構成を示す。本実施例は、第1実施例の構成
において、ゲート接地FETを用いた増幅器13の利得
を補うために、増幅器13の前段に線形増幅器18を接
続したことを特徴とする。線形増幅器18は、増幅器1
3の後段に接続してもよい。なお、本実施例では、位相
器17をソース接地FETを用いた増幅器14の前段に
配置している。また、ゲート接地FETを用いた増幅器
13をドレイン接地FETを用いた構成に代えることが
できる。
【0020】図6は、本発明の低位相歪電力増幅器の第
3実施例の構成を示す。本実施例は、第2実施例の線形
増幅器18とゲート接地FETを用いた増幅器13に代
えて、カスコード型FET19を用いたことを特徴とす
る。
【0021】カスコード型FET19は、前段のソース
接地FET21のドレイン端子と後段のゲート接地FE
T22のソース端子がカスコード接続される。ソース接
地FET21のゲート端子(Vg )、ゲート接地FET
22のゲート端子(Vc )とドレイン端子(Vd )に電
力を供給するバイアス回路を有する。入力信号は前段の
ソース接地FET21のゲート端子に入力され、後段の
ゲート接地FET22のドレイン端子から出力信号が取
り出される構成になっている。
【0022】図7は、カスコード型FET19のソース
接地FET21のゲート電圧(Vg)と、ゲート接地FE
T22のゲート電圧(Vc )を変化させたときの1dB利
得圧縮点での出力位相を示す。カスコード型FET19
は、ゲート接地FETと同じように入力電力の増加に伴
って利得が低下するとともに、出力位相が遅れる方向に
変化する。この場合、各FETともにゲート電圧を負の
方向にすると、位相が小さくなることがわかる。ゲート
電圧Vg,Vc を変化させることは、両者の電圧配分を変
化させることと等価であり、前段の印加電圧が後段の印
加電圧よりも小さいときに高出力・高効率となる。
【0023】なお、以上示した回路構成は、飽和領域で
動作する電力増幅器だけでなく、大きな位相変化が問題
となる振幅制限回路などにも適用可能である。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の低位相歪
電力増幅器は、ソース接地FETとゲート接地FETま
たはドレイン接地FETとを組み合わせることにより、
増幅器全体の位相歪を打ち消して低位相歪化を実現する
ことができる。これにより、多値PSK変調波の増幅時
に出力端子におけるスペクトラムの広がりを小さくで
き、隣接チャネルに及ぼす影響を小さくすることができ
る。
【0025】また、各FETを同一基板上に作製するこ
とができるので、電力増幅器全体のモノリシックIC化
が極めて容易になり、コストを低減することができる。
また、位相歪を抑えることで増幅器のバックオフを小さ
くして飽和領域付近での動作が可能となり、使用時の電
力効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の低位相歪電力増幅器の第1実施例の構
成を示す図。
【図2】ソース接地FET増幅器、ゲート接地FET増
幅器、ドレイン接地FET増幅器の入出力特性を示す
図。
【図3】ソース接地FET、ゲート接地FET、ドレイ
ン接地FETのゲート電圧Vgsに対する位相特性を示す
図。
【図4】並列接続構成における入出力特性を示す図。
【図5】本発明の低位相歪電力増幅器の第2実施例の構
成を示す図。
【図6】本発明の低位相歪電力増幅器の第3実施例の構
成を示す図。
【図7】カスコード型FETのゲート電圧Vg に対する
位相特性を示す図。
【図8】低歪化を図った従来の電力増幅器の構成を示す
図。
【図9】低歪化を図った従来の電力増幅器の構成を示す
図。
【符号の説明】
11 入力端子 12 出力端子 13 ゲート接地FETを用いた増幅器 14 ソース接地FETを用いた増幅器 15 分配器 16 合成器 17 位相器 18 線形増幅器 19 カスコード型FET 21 ソース接地FET 22 ゲート接地FET 31 電力増幅器 32 位相歪補償回路 33 レベル調整用アッテネータ 34 逆位相歪発生器 41 入力端子 42 出力端子 43 ソース接地FET 44 入力整合回路 45 出力整合回路 46 ゲートバイアス端子 47 ドレインバイアス端子 48 非線形抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−59805(JP,A) 特開 昭60−157305(JP,A) 特開 平5−235646(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03F 1/00 - 3/72

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 AB級動作をするソース接地FETを用
    いた第1の増幅器と、AB級動作をする ゲート接地FETあるいはドレイン接
    地FETを用いた第2の増幅器と、入力端子から入力する入力信号を前記第1の増幅器と前
    記第2の増幅器に分配する分配器と、 前記第1の増幅器と前記第2の増幅器の出力信号を合成
    して出力端子に出力する合成器と、 前記第1の増幅器の前後または前記第2の増幅器の前後
    のいずれかに挿入され、分配合成された信号の経路長が
    等しくなるように調整する位相器とを備えた低位相歪電
    力増幅器において、 前記第1の増幅器と前記第2の増幅器は同一基板上にモ
    ノリシックに集積化され、 前記ソース接地FETおよび前記ゲート接地FETある
    いは前記ドレイン接地FETは、出力位相−入力電力特
    性における1dB利得圧縮点での出力位相の変化をバイ
    アス点に依存して互いに正負逆方向に変化させる非線形
    コンダクタンスをドレイン−ソース間に有し、 前記第1の増幅器は、前記1dB利得圧縮点での電力効
    率が概ね最大となるように前記ソース接地FETのバイ
    アス点が飽和ドレイン電流の1/4から1/10の範囲内
    で予め設定され、 前記第2の増幅器は、前記非線形コンダクタンスを制御
    して、前記1dB利得圧縮点での出力位相の変化が概ね
    零となるように前記ゲート接地FETあるいは前記ドレ
    イン接地FETのバイアス点が飽和ドレイン電流の1/
    2から1/10の範囲内で予め設定された ことを特徴とす
    モノリシック集積化低位相歪電力増幅器。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のモノリシック集積化低
    位相歪電力増幅器において、 前記第2の増幅器の前後いずれかに、前記第1の増幅器
    と同等の出力を得るた めの線形増幅器が挿入された こと
    を特徴とするモノリシック集積化低位相歪電力増幅器。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載のモノリシック集積化低
    位相歪電力増幅器において、 前記線形増幅器と前記第2の増幅器の組み合わせに代え
    て、カスコード型FETを用いて増幅器を構成すること
    を特徴とするモノリシック集積化低位相歪電力増幅器。
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