JP3790086B2 - 高周波電力増幅器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波信号を増幅する高周波電力増幅器に関する。特に、マイクロ波帯以上の高周波信号を増幅する通信用の高周波高出力電力増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信用の高周波高出力電力増幅器（以下「ＨＰＡ」という）には、出力波が他局に及ぼす干渉を低減したりＨＰＡ自体の消費電力を低減する目的で、最大出力電力よりも低い出力電力に制御する機能が要求される場合がある。このような要求に応えるＨＰＡとしては、前置増幅器の利得を制御し、ＨＰＡへの入力電力を制御することにより、その出力電力を制御する方法が一般的に用いられている。
【０００３】
ここで、ＵＨＦ帯以下の比較的低い周波数帯では、ＨＰＡを例えばＢ級プッシュプル回路で構成すれば、ＨＰＡの消費電力は出力電力に応じたものとなり、出力電力の低減により消費電力の低減も可能となる。
【０００４】
一方、マイクロ波帯以上の高い周波数帯では、増幅に用いる半導体素子の性能上、無信号状態のときにバイアスによって増幅素子をピンチオフ状態にするＢ級動作は増幅に適さない。そのため、Ａ級動作またはＡＢ級動作をするように回路を構成する必要がある。
【０００５】
ＨＰＡに用いる増幅素子がＡ級動作やＡＢ級動作する場合、ＨＰＡの電力負荷効率は飽和出力近傍で最大値を示す。そして、飽和出力が得られる状態から入力電力を下げると、それにほぼ比例して出力電力が下がる。しかし、消費電力がほぼ一定であるため、出力電力低下に伴って電力負荷効率は著しく低下する。したがって、マイクロ波帯以上の高周波信号を増幅するＨＰＡにおいて、消費電力を低減することを目的とする場合には、前置増幅器の利得を制御して入力電力を低減する方法は適さない。
【０００６】
（第１の従来例）
図７は、消費電力低減と出力電力制御を可能とする従来の高周波電力増幅器の第１の構成例を示す。
【０００７】
図において、本高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる複数Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎを並列に配置し、入力側の高周波スイッチ２により共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つの信号入力端子を接続し、出力側の高周波スイッチ３により高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つの出力端子と共通信号出力端子５を接続する。バイアス制御手段６ａは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つ（ここでは１−Ｎ）をオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行うとともに、オン状態に制御した高周波増幅手段を共通信号入力端子４および共通信号出力端子５に接続するように高周波スイッチ２，３を制御する構成である。
【０００８】
本高周波電力増幅器では、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎはそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択すればよい。すなわち、高周波スイッチ２，３を制御し、選択した高周波増幅手段をオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【０００９】
ここで、高周波スイッチ２，３としては、一般的に半導体を用いたスイッチ（半導体スイッチ）が用いられる。この高周波スイッチに要求される性能のうち、特にオン状態の通過損失（挿入損失）と、オン状態の通過損失とオフ状態の通過損失の比（オンオフ比）が重要であり、挿入損失が低く、オンオフ比が高いほど高性能である。
【００１０】
また、図７に示す高周波スイッチ２，３のように、１つの端子とＮ個の選択端子のいずれか１つを選択的に接続する１対Ｎスイッチでは、選択された端子に対して選択されなかった端子に入力される信号の漏洩を示す電力漏洩抑圧量（端子間アイソレーション）も重要であり、端子間アイソレーションが高いほど高性能である。
【００１１】
しかし、マイクロ波帯以上の高い周波数帯で用いられる半導体スイッチでは、低挿入損失と、高オンオフ比および高端子間アイソレーションとを同時に満たすことは困難である。そのため、上記の従来構成において、オンオフ比および端子間アイソレーションに優れた半導体スイッチを採用すると、半導体スイッチの挿入損失が高くなることから、それを補償するために余分に信号を増幅する必要が生じ、消費電力が増大する。一方、挿入損失に優れた半導体スイッチを採用すると、オンオフ比や端子間アイソレーションが低くなることから、選択した信号経路以外の構成要素の影響が現れ、期待通りの性能を得ることが困難になる。
【００１２】
一般に、高周波増幅手段の信号出力端子から信号が入力され、その信号入力端子へ逆流する量は０ではなく、また高周波スイッチの端子間アイソレーションも有限の値である。したがって、共通信号入力端子４から入力された高周波信号が、オン状態の高周波増幅手段で増幅されて出力側の高周波スイッチ３に入力されたときに、その端子間を漏洩してオフ状態の高周波増幅手段の信号出力端子から信号入力端子へ逆流し、その逆流出力が入力側の高周波スイッチ２に入力され、その端子間を漏洩して帰還する信号が発生することがある。特に、端子間アイソレーションが十分でなく、オン状態となる高周波増幅手段の利得が高い場合には、帰還信号による発振などの現象が起こることがある。
【００１３】
（第２の従来例）
図８は、消費電力低減と出力電力制御を可能とする従来の高周波電力増幅器の第２の構成例を示す。ここでは、高周波スイッチを用いない構成例を示す（参考文献：岡崎，大平，荒木、「Ｋu 帯電力増幅器における効率的送信電力制御法の検討」、電子情報通信学会技術報告ＤＳＰ９９−１５６（２０００−０１））。
【００１４】
図において、本高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる複数Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎを並列に配置し、共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号入力端子とをそれぞれ対応する入力側伝送線路８−１〜８−Ｎを介して接続し、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５とをそれぞれ対応する出力側伝送線路９−１〜９−Ｎを介して接続する。バイアス制御手段６ｂは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つをオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行う構成である。
【００１５】
入力側伝送線路８−１は、接続される高周波増幅手段１−１の入力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号入力端子４から高周波増幅手段１−１をみた入力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。入力側伝送線路８−２〜８−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００１６】
出力側伝送線路９−１は、接続される高周波増幅手段１−１の出力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号出力端子５から高周波増幅手段１−１をみた出力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。出力側伝送線路９−２〜９−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００１７】
本高周波電力増幅器では、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎはそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択してオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【００１８】
ここで、出力側伝送線路９−１〜９−Ｎは、接続された高周波増幅手段１−１〜１−Ｎがオフ状態であれば理想的には無限大のインピーダンスとなるので、高周波スイッチを用いなくてもオフ状態の高周波増幅手段に信号が流れ込むことはない。しかし、実際には有限のインピーダンスとなるので、オフ状態の高周波増幅手段にわずかの割合で信号が流れ込む。特に、共通信号出力端子５からオフ状態の高周波増幅手段に接続された高周波伝送線路をみたインピーダンスが、高周波電力増幅器の出力インピーダンスに対して数倍程度にしかならない場合には、第１の従来例における高周波スイッチの端子間アイソレーションが十分でない場合と同様の問題が生じる。すなわち、共通信号入力端子４から入力された高周波信号のうち、オン状態の高周波増幅手段で増幅され、出力側の高周波伝送線路を介してオフ状態の高周波増幅手段の信号力端子からその信号入力端子に逆流し、入力側の高周波伝送線路を介して帰還する量が無視できなくなり、発振などの現象が起こることがある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来例で用いる高周波スイッチは、高い周波数帯で使用する場合に、挿入損失とオンオフ比および端子間アイソレーションがトレードオフの関係になる。すなわち、オンオフ比および端子間アイソレーションを優先すると、高くなる挿入損失を補償するために消費電力が増大する。一方、挿入損失を優先すると、オンオフ比や端子間アイソレーションが低くなり、特にオン状態となる高周波増幅手段の利得が高い場合には、帰還信号により発振などを起こす問題がある。
【００２０】
第２の従来例では、共通信号入力端子または共通信号出力端子からみた高周波増幅手段のオフ時の入力インピーダンスまたは出力インピーダンスを所定値以上にするような特定長の伝送線路を挿入する構成により、高周波スイッチがなくても十分なアイソレーションが得られるようになっている。これにより、高周波スイッチに関わる問題点は一応解決される。しかし、実際には入力インピーダンスまたは出力インピーダンスを無限大にすることはできないので、オフ状態の高周波増幅手段にわずかながら信号が流れ込み、その帰還信号により発振などを起こす問題がある。
【００２１】
本発明は、並列に接続された高周波増幅手段を切り替えることにより出力電力制御を行う高周波電力増幅器において、帰還信号による発振などの希望しない現象を防止し、安定した動作を可能とする高周波電力増幅器を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜３に記載の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なるＮ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段が３つ以上の増幅素子を多段接続した構成であり、制御手段により所定の高周波増幅手段のうちオフ状態に制御する少なくとも１つの高周波増幅手段に対して、初段および最終段の増幅素子以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行う。
【００２４】
請求項４〜６に記載の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なるＮ個の高周波増幅手段の信号入力端子が入力側高周波スイッチを介して共通信号入力端子に接続される構成において、Ｎ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段が２つ以上の増幅素子を多段接続した構成であり、制御手段により所定の高周波増幅手段のうちオフ状態に制御する少なくとも１つの高周波増幅手段に対して、最終段の増幅素子以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行う。
【００２５】
請求項７〜９に記載の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なるＮ個の高周波増幅手段の信号出力端子が出力側高周波スイッチを介して共通信号出力端子に接続される構成において、Ｎ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段が２つ以上の増幅素子を多段接続した構成であり、制御手段により所定の高周波増幅手段のうちオフ状態に制御する少なくとも１つの高周波増幅手段に対して、初段の増幅素子以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行う。
【００２６】
請求項１０〜１２に記載の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なるＮ個の高周波増幅手段の信号入力端子が入力側高周波スイッチを介して共通信号入力端子に接続され、Ｎ個の高周波増幅手段の信号出力端子が出力側高周波スイッチを介して共通信号出力端子に接続される構成において、Ｎ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段が１つの増幅素子または２つ以上の増幅素子を多段接続した構成であり、制御手段により所定の高周波増幅手段のうちオフ状態に制御する少なくとも１つの高周波増幅手段に対して、少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行う。
【００２７】
以上の構成は、帰還信号が比較的逆流しやすい所定の高周波増幅手段がオフ状態に制御されるときに、多段接続される増幅素子のすべてをオフ状態とせずに、一部をオン状態とするものである。これは、増幅素子のすべてをオフ状態とする場合に比べて消費電力は若干増加するが、所定の高周波増幅手段がオフ状態になったときに帰還信号が逆流する量を減少させることができるので、その帰還信号によって生じる発振現象などを防止することができる。
【００２８】
特に、共通信号入力端子または共通信号出力端子からみた高周波増幅手段のオフ時の入力インピーダンスまたは出力インピーダンスが十分でない場合（請求項１〜９）や、高周波スイッチの端子間アイソレーションが十分でない場合（請求項４〜１２）に、所定の高周波増幅手段で帰還信号の割合を減少させる効果は大きい。なお、入力側または出力側に高周波スイッチを用いない構成（請求項１〜５，７〜８）でも、高周波増幅手段の初段または最終段の増幅素子がオフ状態に制御されるので、伝送線路のインピーダンス特性を利用するスイッチ機能に影響を与えることはない。
【００２９】
請求項１３に記載の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なるＮ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段に、共通信号入力端子から入力された高周波信号がオン状態の高周波増幅手段で増幅され、共通信号出力端子からオフ状態の高周波増幅手段を逆流して共通信号入力端子へ帰還する信号が負帰還信号になるように位相調整する位相調整手段を備える。これにより、オフ状態の所定の高周波増幅手段を介する帰還信号は元の入力信号と逆相となるので打ち消される。このとき、オン状態となる高周波増幅手段の利得は若干減少するが、帰還信号によって生じる発振現象などが防止され、高周波電力増幅器の安定動作が実現する。
【００３０】
また、請求項１〜１２に記載の機能と、請求項１３に記載の機能は、組み合わせて用いることができる（請求項１４）。これにより、帰還信号の割合を減少させ、さらに元の入力信号と逆相になるように位相調整して帰還させることができる。
【００３１】
なお、請求項１〜１４に示す構成には、飽和出力が互いに異なるＮ個の高周波増幅手段の中に、飽和出力が同一のものを予備系として備える構成を含めてもよい。この場合の高周波電力増幅器としては、例えばｉ個（ｉは１以上Ｎ／２以下の整数）の高周波増幅手段にそれぞれ１個の予備系を備えた場合に、実質的にＮ−ｉ個の高周波増幅手段を切り替えて出力電力制御を行う構成となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の高周波電力増幅器の第１の実施形態を示す。本実施形態は、請求項１に対応するものである。
【００３３】
本実施形態の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる複数Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎを並列に配置し、共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号入力端子とをそれぞれ対応する入力側伝送線路８−１〜８−Ｎを介して接続し、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５とをそれぞれ対応する出力側伝送線路９−１〜９−Ｎを介して接続する。バイアス制御手段６ｃは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つ（ここでは１−Ｎ）をオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行う構成である。
【００３４】
入力側伝送線路８−１は、接続される高周波増幅手段１−１の入力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号入力端子４から高周波増幅手段１−１をみた入力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。入力側伝送線路８−２〜８−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００３５】
出力側伝送線路９−１は、接続される高周波増幅手段１−１の出力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号出力端子５から高周波増幅手段１−１をみた出力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。出力側伝送線路９−２〜９−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００３６】
本実施形態では、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎはそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択してオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【００３７】
ここで、本実施形態の特徴は、所定の高周波増幅手段１−１が３段以上の増幅素子（入出力整合回路を含む）により構成され、バイアス制御手段６ｃが高周波増幅手段１−１をオフ状態とするときに、初段および最終段の増幅素子以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行うところにある。図１では、破線がオフ制御するバイアス信号、実線がオン制御するバイアス信号を示す。
【００３８】
以下、高周波増幅手段１−１の増幅素子を３段構成とした場合のシミュレーション結果について説明する。増幅素子としてゲート長 0.5μｍのＧaＡsＭＥＳＦＥＴをソース接地とし、そのゲート幅を初段、中段、最終段でそれぞれ 200μｍ、 400μｍ、3200μｍとして設計した高周波増幅手段に、14.2ＧHzの高周波信号を入力した場合の特性を示す。
【００３９】
高周波増幅手段をオン状態とする場合には、すべての増幅素子に対してドレインバイアス電圧（以下「Ｖds」という）10Ｖを印加し、ゲートバイアス電圧（以下「Ｖgs」という）としてドレイン電流がその飽和ドレイン電流値の 0.6倍となる電圧−0.65Ｖを印加すると、通過利得（以下「Ｓ21」という）は21.1ｄＢとなる。また、その出力端子から高周波信号を入力して入力端子に出力される逆方向通過利得（以下「Ｓ12」という）は−59.2ｄＢとなる。一方、高周波増幅手段をオフ状態とする場合には、すべての増幅素子に対してＶdsとして10Ｖを印加し、Ｖgsとしてその増幅素子がピンチオフとなる電圧−2.0 Ｖを印加すると、Ｓ21は−25.8ｄＢとなり、Ｓ12は−25.9ｄＢとなる。
【００４０】
本実施形態の高周波増幅手段１−１では、初段および最終段の増幅素子がオフ状態、中段の増幅素子がオン状態になるように、初段および最終段の増幅素子のＶdsを10Ｖ、Ｖgsを−2.0 Ｖとし、中段の増幅素子のＶdsを10Ｖ、Ｖgsを−0.65Ｖとすると、Ｓ21は−10.3ｄＢ、Ｓ12は−36.8ｄＢとなる。したがって、高周波増幅手段１−１では、Ｓ12がすべての増幅素子をオフ状態とした場合に比べて10ｄＢ以上も改善されることがわかる。
【００４１】
このように、オフ状態とする高周波増幅手段１−１をバイアス制御することにより、Ｓ12が10ｄＢ以上も改善されるので、この高周波増幅手段を逆流する帰還信号電力が著しく減少する。これにより、発振等の現象が防止され、高周波電力増幅器の動作を安定させることができる。
【００４２】
なお、オフ状態に制御される高周波増幅手段のうち、本実施形態の高周波増幅手段１−１のような高周波増幅手段は１つに限らず、複数あってもよい。また、３段以上の増幅素子を有する高周波増幅手段をオフ状態に制御するときに、オン状態となる増幅素子は初段および最終段以外の増幅素子であれば任意である。また、３段以上の増幅素子を有する高周波増幅手段が１つであり、それがオン状態に制御された場合には、他のすべての高周波増幅手段は一律にオフ状態に制御されることになる。
【００４３】
また、図１の構成において、共通信号入力端子４とＮ個の入力側伝送線路８−１〜８−Ｎのいずれか１つとを接続する入力側の高周波スイッチ２を備えた構成としてもよい（請求項２）。この場合には、バイアス制御手段６ｃは、オン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎの信号入力端子と共通信号入力端子４とを接続するように入力側の高周波スイッチ２を制御する。
【００４４】
また、図１の構成において、Ｎ個の出力側伝送線路９−１〜９−Ｎのいずれか１つと共通信号出力端子５とを接続する出力側の高周波スイッチ３を備えた構成としてもよい（請求項３）。この場合には、バイアス制御手段６ｃは、オン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎの信号出力端子と共通信号出力端子５とを接続するように出力側の高周波スイッチ３を制御する。
【００４５】
なお、図１の構成において、共通信号入力端子４とＮ個の入力側伝送線路８−１〜８−Ｎのいずれか１つとを接続する入力側の高周波スイッチ２を備え、かつＮ個の出力側伝送線路９−１〜９−Ｎのいずれか１つと共通信号出力端子５とを接続する出力側の高周波スイッチ３を備えた構成としてもよい。
【００４６】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の高周波電力増幅器の第２の実施形態を示す。本実施形態は、請求項４に対応するものである。
【００４７】
本実施形態の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる複数Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎを並列に配置し、入力側の高周波スイッチ２により共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つの信号入力端子を接続し、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５とをそれぞれ対応する出力側伝送線路９−１〜９−Ｎを介して接続する。バイアス制御手段６ｄは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つ（ここでは１−Ｎ）をオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行うとともに、オン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎを共通信号入力端子４に接続するように高周波スイッチ２を制御する構成である。
【００４８】
出力側伝送線路９−１は、接続される高周波増幅手段１−１の出力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号出力端子５から高周波増幅手段１−１をみた出力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。出力側伝送線路９−２〜９−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００４９】
本実施形態では、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎはそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択してオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【００５０】
ここで、本実施形態の特徴は、所定の高周波増幅手段１−１が２段以上の増幅素子（入出力整合回路を含む）により構成され、バイアス制御手段６ｄが高周波増幅手段１−１をオフ状態とするときに、最終段の増幅素子以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行うところにある。図２では、破線がオフ制御するバイアス信号、実線がオン制御するバイアス信号を示す。
【００５１】
以下、高周波増幅手段１−１の増幅素子を２段構成とした場合のシミュレーション結果について説明する。増幅素子としてゲート長 0.5μｍのＧaＡsＭＥＳＦＥＴをソース接地とし、そのゲート幅を初段、最終段でそれぞれ 200μｍ、 400μｍとして設計した高周波増幅手段に、14.2ＧHzの高周波信号を入力した場合の特性を示す。
【００５２】
高周波増幅手段をオン状態とする場合には、すべての増幅素子に対してＶdsとして10Ｖを印加し、Ｖgsとしてドレイン電流がその飽和ドレイン電流値の 0.6倍となる電圧−0.65Ｖを印加すると、Ｓ21は13.7ｄＢとなる。また、Ｓ12は−37.3ｄＢとなる。一方、高周波増幅手段をオフ状態とする場合には、すべての増幅素子に対してＶdsとして10Ｖを印加し、Ｖgsとしてその増幅素子がピンチオフとなる電圧−2.0 Ｖを印加すると、Ｓ21は−16.5ｄＢとなり、Ｓ12は−16.5ｄＢとなる。
【００５３】
本実施形態の高周波増幅手段１−１では、最終段の増幅素子がオフ状態、初段の増幅素子がオン状態になるように、最終段の増幅素子のＶdsを10Ｖ、Ｖgsを−2.0 Ｖとし、初段の増幅素子のＶdsを10Ｖ、Ｖgsを−0.65Ｖとすると、Ｓ21は−3.80ｄＢ、Ｓ12は−28.4ｄＢとなる。したがって、高周波増幅手段１−１では、Ｓ12がすべての増幅素子をオフ状態とした場合に比べて10ｄＢ以上も改善されることがわかる。
【００５４】
このように、オフ状態とする高周波増幅手段１−１をバイアス制御することにより、Ｓ12が10ｄＢ以上も改善されるので、この高周波増幅手段を逆流する帰還信号電力が著しく減少する。これにより、発振等の現象が防止され、高周波電力増幅器の動作を安定させることができる。
【００５５】
なお、オフ状態に制御される高周波増幅手段のうち、本実施形態の高周波増幅手段１−１のような高周波増幅手段は１つに限らず、複数あってもよい。また、２段以上の増幅素子を有する高周波増幅手段をオフ状態に制御するときに、オン状態となる増幅素子は最終段以外の増幅素子であれば任意である。また、２段以上の増幅素子を有する高周波増幅手段が１つであり、それがオン状態に制御された場合には、他のすべての高周波増幅手段は一律にオフ状態に制御されることになる。
【００５６】
また、図２の構成において、共通信号入力端子４とＮ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号入力端子との間に、入力側伝送線路８−１〜８−Ｎをそれぞれ挿入してもよい（請求項５）。ただし、入力側伝送線路８−１は、接続される高周波増幅手段１−１の入力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号入力端子４から高周波増幅手段１−１をみた入力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。入力側伝送線路８−２〜８−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００５７】
また、図２の構成において、Ｎ個の出力側伝送線路９−１〜９−Ｎのいずれか１つと共通信号出力端子５とを接続する出力側の高周波スイッチ３を備えた構成としてもよい（請求項６）。この場合には、バイアス制御手段６ｄは、さらにオン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎの信号出力端子と共通信号出力端子５とを接続するように出力側の高周波スイッチ３を制御する。
【００５８】
なお、図２の構成において、共通信号入力端子４とＮ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号入力端子との間に、入力側伝送線路８−１〜８−Ｎをそれぞれ挿入し、かつＮ個の出力側伝送線路９−１〜９−Ｎのいずれか１つと共通信号出力端子５とを接続する出力側の高周波スイッチ３を備えた構成としてもよい。
【００５９】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の高周波電力増幅器の第３の実施形態を示す。本実施形態は、請求項７に対応するものである。
【００６０】
本実施形態の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる複数Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎを並列に配置し、共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号入力端子とをそれぞれ対応する入力側伝送線路８−１〜８−Ｎを介して接続し、出力側の高周波スイッチ３により高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つの信号出力端子と共通信号出力端子５を接続する。バイアス制御手段６ｅは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つ（ここでは１−Ｎ）をオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行うとともに、オン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎを共通信号出力端子５に接続するように高周波スイッチ３を制御する構成である。
【００６１】
入力側伝送線路８−１は、接続される高周波増幅手段１−１の入力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号入力端子４から高周波増幅手段１−１をみた入力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。入力側伝送線路８−２〜８−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００６２】
本実施形態では、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎはそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択してオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【００６３】
ここで、本実施形態の特徴は、所定の高周波増幅手段１−１が２段以上の増幅素子（入出力整合回路を含む）により構成され、バイアス制御手段６ｅが高周波増幅手段１−１をオフ状態とするときに、初段の増幅素子以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行うところにある。図３では、破線がオフ制御するバイアス信号、実線がオン制御するバイアス信号を示す。
【００６４】
高周波増幅手段１−１の増幅素子を２段構成とした場合のシミュレーション結果は、第２の実施形態と同様であり、高周波増幅手段１−１では、Ｓ12がすべての増幅素子をオフ状態とした場合に比べて10ｄＢ以上も改善される。
【００６５】
なお、オフ状態に制御される高周波増幅手段のうち、本実施形態の高周波増幅手段１−１のような高周波増幅手段は１つに限らず、複数あってもよい。また、２段以上の増幅素子を有する高周波増幅手段をオフ状態に制御するときに、オン状態となる増幅素子は初段以外の増幅素子であれば任意である。また、２段以上の増幅素子を有する高周波増幅手段が１つであり、それがオン状態に制御された場合には、他のすべての高周波増幅手段は一律にオフ状態に制御されることになる。
【００６６】
また、図３の構成において、Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５との間に、出力側伝送線路９−１〜９−Ｎをそれぞれ挿入してもよい（請求項８）。ただし、出力側伝送線路９−１は、接続される高周波増幅手段１−１の出力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号出力端子５から高周波増幅手段１−１をみた出力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。出力側伝送線路９−２〜９−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００６７】
また、図３の構成において、共通信号入力端子４とＮ個の入力側伝送線路８−１〜８−Ｎのいずれか１つとを接続する入力側の高周波スイッチ２を備えた構成としてもよい（請求項９）。この場合には、バイアス制御手段６ｅは、さらにオン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎの信号入力端子と共通信号入力端子４とを接続するように入力側の高周波スイッチ２を制御する。
【００６８】
なお、図３の構成において、Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５との間に、出力側伝送線路９−１〜９−Ｎをそれぞれ挿入し、かつ共通信号入力端子４とＮ個の入力側伝送線路８−１〜８−Ｎのいずれか１つとを接続する入力側の高周波スイッチ２を備えた構成としてもよい。
【００６９】
（第４の実施形態）
図４は、本発明の高周波電力増幅器の第４の実施形態を示す。本実施形態は、請求項１０に対応するものである。
【００７０】
本実施形態の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる複数Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎを並列に配置し、入力側の高周波スイッチ２により共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つの信号入力端子を接続し、出力側の高周波スイッチ３により高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つの信号出力端子と共通信号出力端子５を接続する。バイアス制御手段６ｆは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つ（ここでは１−Ｎ）をオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行うとともに、オン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎを共通信号入力端子４および共通信号出力端子５に接続するように高周波スイッチ２，３を制御する構成である。
【００７１】
本実施形態では、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎはそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択してオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【００７２】
ここで、本実施形態の特徴は、所定の高周波増幅手段１−１が１つの増幅素子または２段以上の増幅素子（入出力整合回路を含む）により構成され、バイアス制御手段６ｆが高周波増幅手段１−１をオフ状態とするときに、少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行うところにある。図４では、破線がオフ制御するバイアス信号、実線がオン制御するバイアス信号を示す。
【００７３】
以下、高周波増幅手段１−１の増幅素子を１段構成とした場合のシミュレーション結果について説明する。増幅素子としてゲート長 0.5μｍのＧaＡsＭＥＳＦＥＴをソース接地とし、そのゲート幅を 400μｍとして設計した高周波増幅手段に、14.2ＧHzの高周波信号を入力した場合の特性を示す。
【００７４】
高周波増幅手段をオン状態とする場合には、すべての増幅素子に対してＶdsとして10Ｖを印加し、Ｖgsとしてドレイン電流がその飽和ドレイン電流値の 0.6倍となる電圧−0.65Ｖを印加すると、Ｓ21は6.40ｄＢとなる。また、Ｓ12は−20.1ｄＢとなる。一方、高周波増幅手段をオフ状態とする場合には、すべての増幅素子に対してＶdsとして10Ｖを印加し、Ｖgsとしてその増幅素子がピンチオフとなる電圧−2.0 Ｖを印加すると、Ｓ21は−10.9ｄＢとなり、Ｓ12は−11.0ｄＢとなる。
【００７５】
本実施形態の高周波増幅手段１−１では、増幅素子がオン状態になるようにバイアス制御すると、Ｓ21は−6.40ｄＢ、Ｓ12は−20.1ｄＢとなる。したがって、高周波増幅手段１−１では、Ｓ12が増幅素子をオフ状態とした場合に比べて９ｄＢ程度も改善されることがわかる。このように、高周波増幅手段１−１をバイアス制御することにより、Ｓ12が９ｄＢ程度も改善されるので、この高周波増幅手段を逆流する帰還信号電力が著しく減少する。これにより、発振等の現象が防止され、高周波電力増幅器の動作を安定させることができる。
【００７６】
なお、オフ状態に制御される高周波増幅手段のうち、少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする高周波増幅手段は１つに限らず、複数あってもよい。また、２段以上の増幅素子を有する高周波増幅手段をオフ状態に制御するときに、オン状態となる増幅素子は任意である。
【００７７】
また、図４の構成において、共通信号入力端子４とＮ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号入力端子との間に、入力側伝送線路８−１〜８−Ｎをそれぞれ挿入してもよい（請求項１１）。ただし、入力側伝送線路８−１は、接続される高周波増幅手段１−１の入力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号入力端子４から高周波増幅手段１−１をみた入力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。入力側伝送線路８−２〜８−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００７８】
また、図４の構成において、Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５との間に、出力側伝送線路９−１〜９−Ｎをそれぞれ挿入してもよい（請求項１２）。ただし、出力側伝送線路９−１は、接続される高周波増幅手段１−１の出力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号出力端子５から高周波増幅手段１−１をみた出力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。出力側伝送線路９−２〜９−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００７９】
なお、図４の構成において、共通信号入力端子４とＮ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号入力端子との間に、入力側伝送線路８−１〜８−Ｎをそれぞれ挿入し、かつＮ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５との間に、出力側伝送線路９−１〜９−Ｎをそれぞれ挿入してもよい。
【００８０】
（第５の実施形態）
図５は、本発明の高周波電力増幅器の第５の実施形態を示す。本実施形態は、請求項１３に対応するものである。
【００８１】
本実施形態の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる２個の高周波増幅手段１−１〜１−２を並列に配置し、共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−２の各信号入力端子とをそれぞれ対応する入力側伝送線路８−１〜８−２を介して接続し、高周波増幅手段１−１〜１−２の各信号出力端子と共通信号出力端子５とをそれぞれ対応する出力側伝送線路９−１〜９−２を介して接続する。バイアス制御手段６ａは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−２のいずれか１つ（ここでは１−２）をオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行う構成である。
【００８２】
入力側伝送線路８−１は、接続される高周波増幅手段１−１の入力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号入力端子４から高周波増幅手段１−１をみた入力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。入力側伝送線路８−２についても、接続される高周波増幅手段１−２に対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００８３】
出力側伝送線路９−１は、接続される高周波増幅手段１−１の出力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号出力端子５から高周波増幅手段１−１をみた出力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。出力側伝送線路９−２についても、接続される高周波増幅手段１−２に対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００８４】
本実施形態では、高周波増幅手段１−１〜１−２はそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択してオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【００８５】
ここで、本実施形態の特徴は、所定の高周波増幅手段１−１が２段の増幅素子（入出力整合回路を含む）１１，１２と、その間に挿入される位相調整手段１３により構成されるところにある。ただし、位相調整手段１３は、例えば伝送線路としたときに、その電気長は信号周波数において、共通信号入力端子４から入力された高周波信号がオン状態の高周波増幅手段１−２で増幅され、共通信号出力端子５からオフ状態の高周波増幅手段１−１を逆流して共通信号入力端子４へ帰還する信号が負帰還信号になるように設定される。なお、共通信号入力端子４において負帰還信号となるような伝送線路の電気長とは、入力信号と帰還信号の位相差が 180°の奇数倍程度になるように設定されたものである。
【００８６】
これにより、オフ状態の高周波増幅手段１−１を介する帰還信号の位相は元の入力信号と逆相となるので、帰還信号によって生じる発振現象などが防止され、高周波電力増幅器の動作が安定する。
【００８７】
（第６の実施形態）
図６は、本発明の高周波電力増幅器の第６の実施形態を示す。本実施形態は、請求項１４に対応するものであり、請求項１３の構成（第５の実施形態）を請求項４の構成（第２の実施形態）に適用したものである。なお、他の実施形態にも同様に適用することができる。
【００８８】
本実施形態の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる複数Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎを並列に配置し、入力側の高周波スイッチ２により共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つの信号入力端子を接続し、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５とをそれぞれ対応する出力側伝送線路９−１〜９−Ｎを介して接続する。バイアス制御手段６ｄは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つ（ここでは１−Ｎ）をオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行うとともに、オン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎを共通信号入力端子４に接続するように高周波スイッチ２を制御する構成である。
【００８９】
出力側伝送線路９−１は、接続される高周波増幅手段１−１の出力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号出力端子５から高周波増幅手段１−１をみた出力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。出力側伝送線路９−２〜９−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００９０】
本実施形態では、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎはそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択してオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【００９１】
ここで、本実施形態の特徴は、所定の高周波増幅手段１−１が２段の増幅素子（入出力整合回路を含む）により構成され、その間に位相調整手段１３を挿入したところにある。ただし、位相調整手段１３は、例えば伝送線路としたときに、その電気長は信号周波数において、共通信号入力端子４から入力された高周波信号がオン状態の高周波増幅手段１−Ｎで増幅され、共通信号出力端子５からオフ状態の高周波増幅手段１−１を逆流して共通信号入力端子４へ帰還する信号が負帰還信号になるように設定される。また、バイアス制御手段６ｄは、第２の実施形態と同様に、高周波増幅手段１−１をオフ状態とするときに、最終段の増幅素子をオフ状態とし、初段の増幅素子をオン状態とする制御を行うところにある。図６では、破線がオフ制御するバイアス信号、実線がオン制御するバイアス信号を示す。
【００９２】
これにより、オフ状態の高周波増幅手段１−１のＳ12が改善されるので、逆流する帰還信号は微小となり、さらにその位相が元の入力信号と逆相になるので、帰還信号によって生じる発振現象などが防止され、高周波電力増幅器の動作が安定する。
【００９３】
なお、高周波増幅手段１−１を３段以上の増幅素子で構成した場合に、位相調整手段１３を各増幅素子の段間に挿入するか任意の増幅素子の段間に挿入し、全体で負帰還信号になるように位相調整の設定すればよい。また、この場合には、第２の実施形態と同様に高周波増幅手段１−１をオフ状態に制御するときに、オン状態とする増幅素子は最終段以外の増幅素子であれば任意である。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高周波電力増幅器は、並列接続されたＮ個の高周波増幅手段のうち、所定の高周波増幅手段がオフ状態に制御されるときに、多段接続される増幅素子のすべてをオフ状態とせずに、一部をオン状態とすることにより、帰還信号が逆流する量を減少させることができる。すなわち、共通信号入力端子または共通信号出力端子からみた高周波増幅手段のオフ時の入力インピーダンスまたは出力インピーダンスが十分でない場合（請求項１〜９）や、高周波スイッチの端子間アイソレーションが十分でない場合（請求項４〜１２）でも、所定の高周波増幅手段で帰還信号の割合を減少させることができるので、その帰還信号によって生じる発振現象などを防止することができる。これにより、出力電力制御を行いながら要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図った高周波電力増幅器において、安定な動作を実現することができる。
【００９５】
また、本発明の高周波電力増幅器は、並列接続されたＮ個の高周波増幅手段のうち、所定の高周波増幅手段がオフ状態に制御されるときに、その高周波増幅手段を逆流して共通信号入力端子へ帰還する信号が負帰還信号になるように位相調整することにより、帰還信号による発振現象などを防止することができる。これにより、出力電力制御を行いながら要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図った高周波電力増幅器において、安定な動作を実現することができる。
【００９６】
また、以上の構成を組み合わせることにより、オフ状態に制御される所定の高周波増幅手段において、帰還信号の割合を減少させ、かつ負帰還信号になるように調整することができるので、さらに安定な動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波電力増幅器の第１の実施形態を示す図。
【図２】本発明の高周波電力増幅器の第２の実施形態を示す図。
【図３】本発明の高周波電力増幅器の第３の実施形態を示す図。
【図４】本発明の高周波電力増幅器の第４の実施形態を示す図。
【図５】本発明の高周波電力増幅器の第５の実施形態を示す図。
【図６】本発明の高周波電力増幅器の第６の実施形態を示す図。
【図７】従来の高周波電力増幅器の第１の構成例を示す図。
【図８】従来の高周波電力増幅器の第２の構成例を示す図。
【符号の説明】
１ 高周波増幅手段
２，３ 高周波スイッチ
４ 共通信号入力端子
５ 共通信号出力端子
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ バイアス制御手段
７ 制御信号入力端子
８ 入力側伝送線路
９ 出力側伝送線路
１１，１２ 増幅素子（入出力整合回路を含む）
１３ 位相調整手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波信号を増幅する高周波電力増幅器に関する。特に、マイクロ波帯以上の高周波信号を増幅する通信用の高周波高出力電力増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信用の高周波高出力電力増幅器（以下「ＨＰＡ」という）には、出力波が他局に及ぼす干渉を低減したりＨＰＡ自体の消費電力を低減する目的で、最大出力電力よりも低い出力電力に制御する機能が要求される場合がある。このような要求に応えるＨＰＡとしては、前置増幅器の利得を制御し、ＨＰＡへの入力電力を制御することにより、その出力電力を制御する方法が一般的に用いられている。
【０００３】
ここで、ＵＨＦ帯以下の比較的低い周波数帯では、ＨＰＡを例えばＢ級プッシュプル回路で構成すれば、ＨＰＡの消費電力は出力電力に応じたものとなり、出力電力の低減により消費電力の低減も可能となる。
【０００４】
一方、マイクロ波帯以上の高い周波数帯では、増幅に用いる半導体素子の性能上、無信号状態のときにバイアスによって増幅素子をピンチオフ状態にするＢ級動作は増幅に適さない。そのため、Ａ級動作またはＡＢ級動作をするように回路を構成する必要がある。
【０００５】
ＨＰＡに用いる増幅素子がＡ級動作やＡＢ級動作する場合、ＨＰＡの電力負荷効率は飽和出力近傍で最大値を示す。そして、飽和出力が得られる状態から入力電力を下げると、それにほぼ比例して出力電力が下がる。しかし、消費電力がほぼ一定であるため、出力電力低下に伴って電力負荷効率は著しく低下する。したがって、マイクロ波帯以上の高周波信号を増幅するＨＰＡにおいて、消費電力を低減することを目的とする場合には、前置増幅器の利得を制御して入力電力を低減する方法は適さない。
【０００６】
（第１の従来例）
図７は、消費電力低減と出力電力制御を可能とする従来の高周波電力増幅器の第１の構成例を示す。
【０００７】
図において、本高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる複数Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎを並列に配置し、入力側の高周波スイッチ２により共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つの信号入力端子を接続し、出力側の高周波スイッチ３により高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つの出力端子と共通信号出力端子５を接続する。バイアス制御手段６ａは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つ（ここでは１−Ｎ）をオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行うとともに、オン状態に制御した高周波増幅手段を共通信号入力端子４および共通信号出力端子５に接続するように高周波スイッチ２，３を制御する構成である。
【０００８】
本高周波電力増幅器では、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎはそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択すればよい。すなわち、高周波スイッチ２，３を制御し、選択した高周波増幅手段をオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【０００９】
ここで、高周波スイッチ２，３としては、一般的に半導体を用いたスイッチ（半導体スイッチ）が用いられる。この高周波スイッチに要求される性能のうち、特にオン状態の通過損失（挿入損失）と、オン状態の通過損失とオフ状態の通過損失の比（オンオフ比）が重要であり、挿入損失が低く、オンオフ比が高いほど高性能である。
【００１０】
また、図７に示す高周波スイッチ２，３のように、１つの端子とＮ個の選択端子のいずれか１つを選択的に接続する１対Ｎスイッチでは、選択された端子に対して選択されなかった端子に入力される信号の漏洩を示す電力漏洩抑圧量（端子間アイソレーション）も重要であり、端子間アイソレーションが高いほど高性能である。
【００１１】
しかし、マイクロ波帯以上の高い周波数帯で用いられる半導体スイッチでは、低挿入損失と、高オンオフ比および高端子間アイソレーションとを同時に満たすことは困難である。そのため、上記の従来構成において、オンオフ比および端子間アイソレーションに優れた半導体スイッチを採用すると、半導体スイッチの挿入損失が高くなることから、それを補償するために余分に信号を増幅する必要が生じ、消費電力が増大する。一方、挿入損失に優れた半導体スイッチを採用すると、オンオフ比や端子間アイソレーションが低くなることから、選択した信号経路以外の構成要素の影響が現れ、期待通りの性能を得ることが困難になる。
【００１２】
一般に、高周波増幅手段の信号出力端子から信号が入力され、その信号入力端子へ逆流する量は０ではなく、また高周波スイッチの端子間アイソレーションも有限の値である。したがって、共通信号入力端子４から入力された高周波信号が、オン状態の高周波増幅手段で増幅されて出力側の高周波スイッチ３に入力されたときに、その端子間を漏洩してオフ状態の高周波増幅手段の信号出力端子から信号入力端子へ逆流し、その逆流出力が入力側の高周波スイッチ２に入力され、その端子間を漏洩して帰還する信号が発生することがある。特に、端子間アイソレーションが十分でなく、オン状態となる高周波増幅手段の利得が高い場合には、帰還信号による発振などの現象が起こることがある。
【００１３】
（第２の従来例）
図８は、消費電力低減と出力電力制御を可能とする従来の高周波電力増幅器の第２の構成例を示す。ここでは、高周波スイッチを用いない構成例を示す（参考文献：岡崎，大平，荒木、「Ｋu 帯電力増幅器における効率的送信電力制御法の検討」、電子情報通信学会技術報告ＤＳＰ９９−１５６（２０００−０１））。
【００１４】
図において、本高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる複数Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎを並列に配置し、共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号入力端子とをそれぞれ対応する入力側伝送線路８−１〜８−Ｎを介して接続し、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５とをそれぞれ対応する出力側伝送線路９−１〜９−Ｎを介して接続する。バイアス制御手段６ｂは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つをオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行う構成である。
【００１５】
入力側伝送線路８−１は、接続される高周波増幅手段１−１の入力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号入力端子４から高周波増幅手段１−１をみた入力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。入力側伝送線路８−２〜８−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００１６】
出力側伝送線路９−１は、接続される高周波増幅手段１−１の出力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号出力端子５から高周波増幅手段１−１をみた出力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。出力側伝送線路９−２〜９−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００１７】
本高周波電力増幅器では、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎはそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択してオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【００１８】
ここで、出力側伝送線路９−１〜９−Ｎは、接続された高周波増幅手段１−１〜１−Ｎがオフ状態であれば理想的には無限大のインピーダンスとなるので、高周波スイッチを用いなくてもオフ状態の高周波増幅手段に信号が流れ込むことはない。しかし、実際には有限のインピーダンスとなるので、オフ状態の高周波増幅手段にわずかの割合で信号が流れ込む。特に、共通信号出力端子５からオフ状態の高周波増幅手段に接続された高周波伝送線路をみたインピーダンスが、高周波電力増幅器の出力インピーダンスに対して数倍程度にしかならない場合には、第１の従来例における高周波スイッチの端子間アイソレーションが十分でない場合と同様の問題が生じる。すなわち、共通信号入力端子４から入力された高周波信号のうち、オン状態の高周波増幅手段で増幅され、出力側の高周波伝送線路を介してオフ状態の高周波増幅手段の信号力端子からその信号入力端子に逆流し、入力側の高周波伝送線路を介して帰還する量が無視できなくなり、発振などの現象が起こることがある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来例で用いる高周波スイッチは、高い周波数帯で使用する場合に、挿入損失とオンオフ比および端子間アイソレーションがトレードオフの関係になる。すなわち、オンオフ比および端子間アイソレーションを優先すると、高くなる挿入損失を補償するために消費電力が増大する。一方、挿入損失を優先すると、オンオフ比や端子間アイソレーションが低くなり、特にオン状態となる高周波増幅手段の利得が高い場合には、帰還信号により発振などを起こす問題がある。
【００２０】
第２の従来例では、共通信号入力端子または共通信号出力端子からみた高周波増幅手段のオフ時の入力インピーダンスまたは出力インピーダンスを所定値以上にするような特定長の伝送線路を挿入する構成により、高周波スイッチがなくても十分なアイソレーションが得られるようになっている。これにより、高周波スイッチに関わる問題点は一応解決される。しかし、実際には入力インピーダンスまたは出力インピーダンスを無限大にすることはできないので、オフ状態の高周波増幅手段にわずかながら信号が流れ込み、その帰還信号により発振などを起こす問題がある。
【００２１】
本発明は、並列に接続された高周波増幅手段を切り替えることにより出力電力制御を行う高周波電力増幅器において、帰還信号による発振などの希望しない現象を防止し、安定した動作を可能とする高周波電力増幅器を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜３に記載の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なるＮ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段が３つ以上の増幅素子を多段接続した構成であり、制御手段により所定の高周波増幅手段のうちオフ状態に制御する少なくとも１つの高周波増幅手段に対して、初段および最終段の増幅素子以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行う。
【００２４】
請求項４〜６に記載の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なるＮ個の高周波増幅手段の信号入力端子が入力側高周波スイッチを介して共通信号入力端子に接続される構成において、Ｎ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段が２つ以上の増幅素子を多段接続した構成であり、制御手段により所定の高周波増幅手段のうちオフ状態に制御する少なくとも１つの高周波増幅手段に対して、最終段の増幅素子以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行う。
【００２５】
請求項７〜９に記載の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なるＮ個の高周波増幅手段の信号出力端子が出力側高周波スイッチを介して共通信号出力端子に接続される構成において、Ｎ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段が２つ以上の増幅素子を多段接続した構成であり、制御手段により所定の高周波増幅手段のうちオフ状態に制御する少なくとも１つの高周波増幅手段に対して、初段の増幅素子以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行う。
【００２６】
請求項１０〜１２に記載の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なるＮ個の高周波増幅手段の信号入力端子が入力側高周波スイッチを介して共通信号入力端子に接続され、Ｎ個の高周波増幅手段の信号出力端子が出力側高周波スイッチを介して共通信号出力端子に接続される構成において、Ｎ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段が１つの増幅素子または２つ以上の増幅素子を多段接続した構成であり、制御手段により所定の高周波増幅手段のうちオフ状態に制御する少なくとも１つの高周波増幅手段に対して、少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行う。
【００２７】
以上の構成は、帰還信号が比較的逆流しやすい所定の高周波増幅手段がオフ状態に制御されるときに、多段接続される増幅素子のすべてをオフ状態とせずに、一部をオン状態とするものである。これは、増幅素子のすべてをオフ状態とする場合に比べて消費電力は若干増加するが、所定の高周波増幅手段がオフ状態になったときに帰還信号が逆流する量を減少させることができるので、その帰還信号によって生じる発振現象などを防止することができる。
【００２８】
特に、共通信号入力端子または共通信号出力端子からみた高周波増幅手段のオフ時の入力インピーダンスまたは出力インピーダンスが十分でない場合（請求項１〜９）や、高周波スイッチの端子間アイソレーションが十分でない場合（請求項４〜１２）に、所定の高周波増幅手段で帰還信号の割合を減少させる効果は大きい。なお、入力側または出力側に高周波スイッチを用いない構成（請求項１〜５，７〜８）でも、高周波増幅手段の初段または最終段の増幅素子がオフ状態に制御されるので、伝送線路のインピーダンス特性を利用するスイッチ機能に影響を与えることはない。
【００２９】
請求項１３に記載の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なるＮ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段に、共通信号入力端子から入力された高周波信号がオン状態の高周波増幅手段で増幅され、共通信号出力端子からオフ状態の高周波増幅手段を逆流して共通信号入力端子へ帰還する信号が負帰還信号になるように位相調整する位相調整手段を備える。これにより、オフ状態の所定の高周波増幅手段を介する帰還信号は元の入力信号と逆相となるので打ち消される。このとき、オン状態となる高周波増幅手段の利得は若干減少するが、帰還信号によって生じる発振現象などが防止され、高周波電力増幅器の安定動作が実現する。
【００３０】
また、請求項１〜１２に記載の機能と、請求項１３に記載の機能は、組み合わせて用いることができる（請求項１４）。これにより、帰還信号の割合を減少させ、さらに元の入力信号と逆相になるように位相調整して帰還させることができる。
【００３１】
なお、請求項１〜１４に示す構成には、飽和出力が互いに異なるＮ個の高周波増幅手段の中に、飽和出力が同一のものを予備系として備える構成を含めてもよい。この場合の高周波電力増幅器としては、例えばｉ個（ｉは１以上Ｎ／２以下の整数）の高周波増幅手段にそれぞれ１個の予備系を備えた場合に、実質的にＮ−ｉ個の高周波増幅手段を切り替えて出力電力制御を行う構成となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の高周波電力増幅器の第１の実施形態を示す。本実施形態は、請求項１に対応するものである。
【００３３】
本実施形態の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる複数Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎを並列に配置し、共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号入力端子とをそれぞれ対応する入力側伝送線路８−１〜８−Ｎを介して接続し、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５とをそれぞれ対応する出力側伝送線路９−１〜９−Ｎを介して接続する。バイアス制御手段６ｃは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つ（ここでは１−Ｎ）をオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行う構成である。
【００３４】
入力側伝送線路８−１は、接続される高周波増幅手段１−１の入力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号入力端子４から高周波増幅手段１−１をみた入力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。入力側伝送線路８−２〜８−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００３５】
出力側伝送線路９−１は、接続される高周波増幅手段１−１の出力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号出力端子５から高周波増幅手段１−１をみた出力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。出力側伝送線路９−２〜９−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００３６】
本実施形態では、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎはそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択してオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【００３７】
ここで、本実施形態の特徴は、所定の高周波増幅手段１−１が３段以上の増幅素子（入出力整合回路を含む）により構成され、バイアス制御手段６ｃが高周波増幅手段１−１をオフ状態とするときに、初段および最終段の増幅素子以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行うところにある。図１では、破線がオフ制御するバイアス信号、実線がオン制御するバイアス信号を示す。
【００３８】
以下、高周波増幅手段１−１の増幅素子を３段構成とした場合のシミュレーション結果について説明する。増幅素子としてゲート長 0.5μｍのＧaＡsＭＥＳＦＥＴをソース接地とし、そのゲート幅を初段、中段、最終段でそれぞれ 200μｍ、 400μｍ、3200μｍとして設計した高周波増幅手段に、14.2ＧHzの高周波信号を入力した場合の特性を示す。
【００３９】
高周波増幅手段をオン状態とする場合には、すべての増幅素子に対してドレインバイアス電圧（以下「Ｖds」という）10Ｖを印加し、ゲートバイアス電圧（以下「Ｖgs」という）としてドレイン電流がその飽和ドレイン電流値の 0.6倍となる電圧−0.65Ｖを印加すると、通過利得（以下「Ｓ21」という）は21.1ｄＢとなる。また、その出力端子から高周波信号を入力して入力端子に出力される逆方向通過利得（以下「Ｓ12」という）は−59.2ｄＢとなる。一方、高周波増幅手段をオフ状態とする場合には、すべての増幅素子に対してＶdsとして10Ｖを印加し、Ｖgsとしてその増幅素子がピンチオフとなる電圧−2.0 Ｖを印加すると、Ｓ21は−25.8ｄＢとなり、Ｓ12は−25.9ｄＢとなる。
【００４０】
本実施形態の高周波増幅手段１−１では、初段および最終段の増幅素子がオフ状態、中段の増幅素子がオン状態になるように、初段および最終段の増幅素子のＶdsを10Ｖ、Ｖgsを−2.0 Ｖとし、中段の増幅素子のＶdsを10Ｖ、Ｖgsを−0.65Ｖとすると、Ｓ21は−10.3ｄＢ、Ｓ12は−36.8ｄＢとなる。したがって、高周波増幅手段１−１では、Ｓ12がすべての増幅素子をオフ状態とした場合に比べて10ｄＢ以上も改善されることがわかる。
【００４１】
このように、オフ状態とする高周波増幅手段１−１をバイアス制御することにより、Ｓ12が10ｄＢ以上も改善されるので、この高周波増幅手段を逆流する帰還信号電力が著しく減少する。これにより、発振等の現象が防止され、高周波電力増幅器の動作を安定させることができる。
【００４２】
なお、オフ状態に制御される高周波増幅手段のうち、本実施形態の高周波増幅手段１−１のような高周波増幅手段は１つに限らず、複数あってもよい。また、３段以上の増幅素子を有する高周波増幅手段をオフ状態に制御するときに、オン状態となる増幅素子は初段および最終段以外の増幅素子であれば任意である。また、３段以上の増幅素子を有する高周波増幅手段が１つであり、それがオン状態に制御された場合には、他のすべての高周波増幅手段は一律にオフ状態に制御されることになる。
【００４３】
また、図１の構成において、共通信号入力端子４とＮ個の入力側伝送線路８−１〜８−Ｎのいずれか１つとを接続する入力側の高周波スイッチ２を備えた構成としてもよい（請求項２）。この場合には、バイアス制御手段６ｃは、オン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎの信号入力端子と共通信号入力端子４とを接続するように入力側の高周波スイッチ２を制御する。
【００４４】
また、図１の構成において、Ｎ個の出力側伝送線路９−１〜９−Ｎのいずれか１つと共通信号出力端子５とを接続する出力側の高周波スイッチ３を備えた構成としてもよい（請求項３）。この場合には、バイアス制御手段６ｃは、オン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎの信号出力端子と共通信号出力端子５とを接続するように出力側の高周波スイッチ３を制御する。
【００４５】
なお、図１の構成において、共通信号入力端子４とＮ個の入力側伝送線路８−１〜８−Ｎのいずれか１つとを接続する入力側の高周波スイッチ２を備え、かつＮ個の出力側伝送線路９−１〜９−Ｎのいずれか１つと共通信号出力端子５とを接続する出力側の高周波スイッチ３を備えた構成としてもよい。
【００４６】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の高周波電力増幅器の第２の実施形態を示す。本実施形態は、請求項４に対応するものである。
【００４７】
本実施形態の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる複数Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎを並列に配置し、入力側の高周波スイッチ２により共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つの信号入力端子を接続し、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５とをそれぞれ対応する出力側伝送線路９−１〜９−Ｎを介して接続する。バイアス制御手段６ｄは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つ（ここでは１−Ｎ）をオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行うとともに、オン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎを共通信号入力端子４に接続するように高周波スイッチ２を制御する構成である。
【００４８】
出力側伝送線路９−１は、接続される高周波増幅手段１−１の出力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号出力端子５から高周波増幅手段１−１をみた出力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。出力側伝送線路９−２〜９−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００４９】
本実施形態では、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎはそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択してオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【００５０】
ここで、本実施形態の特徴は、所定の高周波増幅手段１−１が２段以上の増幅素子（入出力整合回路を含む）により構成され、バイアス制御手段６ｄが高周波増幅手段１−１をオフ状態とするときに、最終段の増幅素子以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行うところにある。図２では、破線がオフ制御するバイアス信号、実線がオン制御するバイアス信号を示す。
【００５１】
以下、高周波増幅手段１−１の増幅素子を２段構成とした場合のシミュレーション結果について説明する。増幅素子としてゲート長 0.5μｍのＧaＡsＭＥＳＦＥＴをソース接地とし、そのゲート幅を初段、最終段でそれぞれ 200μｍ、 400μｍとして設計した高周波増幅手段に、14.2ＧHzの高周波信号を入力した場合の特性を示す。
【００５２】
高周波増幅手段をオン状態とする場合には、すべての増幅素子に対してＶdsとして10Ｖを印加し、Ｖgsとしてドレイン電流がその飽和ドレイン電流値の 0.6倍となる電圧−0.65Ｖを印加すると、Ｓ21は13.7ｄＢとなる。また、Ｓ12は−37.3ｄＢとなる。一方、高周波増幅手段をオフ状態とする場合には、すべての増幅素子に対してＶdsとして10Ｖを印加し、Ｖgsとしてその増幅素子がピンチオフとなる電圧−2.0 Ｖを印加すると、Ｓ21は−16.5ｄＢとなり、Ｓ12は−16.5ｄＢとなる。
【００５３】
本実施形態の高周波増幅手段１−１では、最終段の増幅素子がオフ状態、初段の増幅素子がオン状態になるように、最終段の増幅素子のＶdsを10Ｖ、Ｖgsを−2.0 Ｖとし、初段の増幅素子のＶdsを10Ｖ、Ｖgsを−0.65Ｖとすると、Ｓ21は−3.80ｄＢ、Ｓ12は−28.4ｄＢとなる。したがって、高周波増幅手段１−１では、Ｓ12がすべての増幅素子をオフ状態とした場合に比べて10ｄＢ以上も改善されることがわかる。
【００５４】
このように、オフ状態とする高周波増幅手段１−１をバイアス制御することにより、Ｓ12が10ｄＢ以上も改善されるので、この高周波増幅手段を逆流する帰還信号電力が著しく減少する。これにより、発振等の現象が防止され、高周波電力増幅器の動作を安定させることができる。
【００５５】
なお、オフ状態に制御される高周波増幅手段のうち、本実施形態の高周波増幅手段１−１のような高周波増幅手段は１つに限らず、複数あってもよい。また、２段以上の増幅素子を有する高周波増幅手段をオフ状態に制御するときに、オン状態となる増幅素子は最終段以外の増幅素子であれば任意である。また、２段以上の増幅素子を有する高周波増幅手段が１つであり、それがオン状態に制御された場合には、他のすべての高周波増幅手段は一律にオフ状態に制御されることになる。
【００５６】
また、図２の構成において、共通信号入力端子４とＮ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号入力端子との間に、入力側伝送線路８−１〜８−Ｎをそれぞれ挿入してもよい（請求項５）。ただし、入力側伝送線路８−１は、接続される高周波増幅手段１−１の入力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号入力端子４から高周波増幅手段１−１をみた入力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。入力側伝送線路８−２〜８−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００５７】
また、図２の構成において、Ｎ個の出力側伝送線路９−１〜９−Ｎのいずれか１つと共通信号出力端子５とを接続する出力側の高周波スイッチ３を備えた構成としてもよい（請求項６）。この場合には、バイアス制御手段６ｄは、さらにオン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎの信号出力端子と共通信号出力端子５とを接続するように出力側の高周波スイッチ３を制御する。
【００５８】
なお、図２の構成において、共通信号入力端子４とＮ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号入力端子との間に、入力側伝送線路８−１〜８−Ｎをそれぞれ挿入し、かつＮ個の出力側伝送線路９−１〜９−Ｎのいずれか１つと共通信号出力端子５とを接続する出力側の高周波スイッチ３を備えた構成としてもよい。
【００５９】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の高周波電力増幅器の第３の実施形態を示す。本実施形態は、請求項７に対応するものである。
【００６０】
本実施形態の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる複数Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎを並列に配置し、共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号入力端子とをそれぞれ対応する入力側伝送線路８−１〜８−Ｎを介して接続し、出力側の高周波スイッチ３により高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つの信号出力端子と共通信号出力端子５を接続する。バイアス制御手段６ｅは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つ（ここでは１−Ｎ）をオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行うとともに、オン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎを共通信号出力端子５に接続するように高周波スイッチ３を制御する構成である。
【００６１】
入力側伝送線路８−１は、接続される高周波増幅手段１−１の入力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号入力端子４から高周波増幅手段１−１をみた入力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。入力側伝送線路８−２〜８−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００６２】
本実施形態では、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎはそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択してオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【００６３】
ここで、本実施形態の特徴は、所定の高周波増幅手段１−１が２段以上の増幅素子（入出力整合回路を含む）により構成され、バイアス制御手段６ｅが高周波増幅手段１−１をオフ状態とするときに、初段の増幅素子以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行うところにある。図３では、破線がオフ制御するバイアス信号、実線がオン制御するバイアス信号を示す。
【００６４】
高周波増幅手段１−１の増幅素子を２段構成とした場合のシミュレーション結果は、第２の実施形態と同様であり、高周波増幅手段１−１では、Ｓ12がすべての増幅素子をオフ状態とした場合に比べて10ｄＢ以上も改善される。
【００６５】
なお、オフ状態に制御される高周波増幅手段のうち、本実施形態の高周波増幅手段１−１のような高周波増幅手段は１つに限らず、複数あってもよい。また、２段以上の増幅素子を有する高周波増幅手段をオフ状態に制御するときに、オン状態となる増幅素子は初段以外の増幅素子であれば任意である。また、２段以上の増幅素子を有する高周波増幅手段が１つであり、それがオン状態に制御された場合には、他のすべての高周波増幅手段は一律にオフ状態に制御されることになる。
【００６６】
また、図３の構成において、Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５との間に、出力側伝送線路９−１〜９−Ｎをそれぞれ挿入してもよい（請求項８）。ただし、出力側伝送線路９−１は、接続される高周波増幅手段１−１の出力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号出力端子５から高周波増幅手段１−１をみた出力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。出力側伝送線路９−２〜９−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００６７】
また、図３の構成において、共通信号入力端子４とＮ個の入力側伝送線路８−１〜８−Ｎのいずれか１つとを接続する入力側の高周波スイッチ２を備えた構成としてもよい（請求項９）。この場合には、バイアス制御手段６ｅは、さらにオン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎの信号入力端子と共通信号入力端子４とを接続するように入力側の高周波スイッチ２を制御する。
【００６８】
なお、図３の構成において、Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５との間に、出力側伝送線路９−１〜９−Ｎをそれぞれ挿入し、かつ共通信号入力端子４とＮ個の入力側伝送線路８−１〜８−Ｎのいずれか１つとを接続する入力側の高周波スイッチ２を備えた構成としてもよい。
【００６９】
（第４の実施形態）
図４は、本発明の高周波電力増幅器の第４の実施形態を示す。本実施形態は、請求項１０に対応するものである。
【００７０】
本実施形態の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる複数Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎを並列に配置し、入力側の高周波スイッチ２により共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つの信号入力端子を接続し、出力側の高周波スイッチ３により高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つの信号出力端子と共通信号出力端子５を接続する。バイアス制御手段６ｆは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つ（ここでは１−Ｎ）をオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行うとともに、オン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎを共通信号入力端子４および共通信号出力端子５に接続するように高周波スイッチ２，３を制御する構成である。
【００７１】
本実施形態では、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎはそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択してオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【００７２】
ここで、本実施形態の特徴は、所定の高周波増幅手段１−１が１つの増幅素子または２段以上の増幅素子（入出力整合回路を含む）により構成され、バイアス制御手段６ｆが高周波増幅手段１−１をオフ状態とするときに、少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行うところにある。図４では、破線がオフ制御するバイアス信号、実線がオン制御するバイアス信号を示す。
【００７３】
以下、高周波増幅手段１−１の増幅素子を１段構成とした場合のシミュレーション結果について説明する。増幅素子としてゲート長 0.5μｍのＧaＡsＭＥＳＦＥＴをソース接地とし、そのゲート幅を 400μｍとして設計した高周波増幅手段に、14.2ＧHzの高周波信号を入力した場合の特性を示す。
【００７４】
高周波増幅手段をオン状態とする場合には、すべての増幅素子に対してＶdsとして10Ｖを印加し、Ｖgsとしてドレイン電流がその飽和ドレイン電流値の 0.6倍となる電圧−0.65Ｖを印加すると、Ｓ21は6.40ｄＢとなる。また、Ｓ12は−20.1ｄＢとなる。一方、高周波増幅手段をオフ状態とする場合には、すべての増幅素子に対してＶdsとして10Ｖを印加し、Ｖgsとしてその増幅素子がピンチオフとなる電圧−2.0 Ｖを印加すると、Ｓ21は−10.9ｄＢとなり、Ｓ12は−11.0ｄＢとなる。
【００７５】
本実施形態の高周波増幅手段１−１では、増幅素子がオン状態になるようにバイアス制御すると、Ｓ21は−6.40ｄＢ、Ｓ12は−20.1ｄＢとなる。したがって、高周波増幅手段１−１では、Ｓ12が増幅素子をオフ状態とした場合に比べて９ｄＢ程度も改善されることがわかる。このように、高周波増幅手段１−１をバイアス制御することにより、Ｓ12が９ｄＢ程度も改善されるので、この高周波増幅手段を逆流する帰還信号電力が著しく減少する。これにより、発振等の現象が防止され、高周波電力増幅器の動作を安定させることができる。
【００７６】
なお、オフ状態に制御される高周波増幅手段のうち、少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする高周波増幅手段は１つに限らず、複数あってもよい。また、２段以上の増幅素子を有する高周波増幅手段をオフ状態に制御するときに、オン状態となる増幅素子は任意である。
【００７７】
また、図４の構成において、共通信号入力端子４とＮ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号入力端子との間に、入力側伝送線路８−１〜８−Ｎをそれぞれ挿入してもよい（請求項１１）。ただし、入力側伝送線路８−１は、接続される高周波増幅手段１−１の入力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号入力端子４から高周波増幅手段１−１をみた入力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。入力側伝送線路８−２〜８−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００７８】
また、図４の構成において、Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５との間に、出力側伝送線路９−１〜９−Ｎをそれぞれ挿入してもよい（請求項１２）。ただし、出力側伝送線路９−１は、接続される高周波増幅手段１−１の出力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号出力端子５から高周波増幅手段１−１をみた出力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。出力側伝送線路９−２〜９−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００７９】
なお、図４の構成において、共通信号入力端子４とＮ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号入力端子との間に、入力側伝送線路８−１〜８−Ｎをそれぞれ挿入し、かつＮ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５との間に、出力側伝送線路９−１〜９−Ｎをそれぞれ挿入してもよい。
【００８０】
（第５の実施形態）
図５は、本発明の高周波電力増幅器の第５の実施形態を示す。本実施形態は、請求項１３に対応するものである。
【００８１】
本実施形態の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる２個の高周波増幅手段１−１〜１−２を並列に配置し、共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−２の各信号入力端子とをそれぞれ対応する入力側伝送線路８−１〜８−２を介して接続し、高周波増幅手段１−１〜１−２の各信号出力端子と共通信号出力端子５とをそれぞれ対応する出力側伝送線路９−１〜９−２を介して接続する。バイアス制御手段６ａは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−２のいずれか１つ（ここでは１−２）をオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行う構成である。
【００８２】
入力側伝送線路８−１は、接続される高周波増幅手段１−１の入力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号入力端子４から高周波増幅手段１−１をみた入力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。入力側伝送線路８−２についても、接続される高周波増幅手段１−２に対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００８３】
出力側伝送線路９−１は、接続される高周波増幅手段１−１の出力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号出力端子５から高周波増幅手段１−１をみた出力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。出力側伝送線路９−２についても、接続される高周波増幅手段１−２に対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００８４】
本実施形態では、高周波増幅手段１−１〜１−２はそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択してオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【００８５】
ここで、本実施形態の特徴は、所定の高周波増幅手段１−１が２段の増幅素子（入出力整合回路を含む）１１，１２と、その間に挿入される位相調整手段１３により構成されるところにある。ただし、位相調整手段１３は、例えば伝送線路としたときに、その電気長は信号周波数において、共通信号入力端子４から入力された高周波信号がオン状態の高周波増幅手段１−２で増幅され、共通信号出力端子５からオフ状態の高周波増幅手段１−１を逆流して共通信号入力端子４へ帰還する信号が負帰還信号になるように設定される。なお、共通信号入力端子４において負帰還信号となるような伝送線路の電気長とは、入力信号と帰還信号の位相差が 180°の奇数倍程度になるように設定されたものである。
【００８６】
これにより、オフ状態の高周波増幅手段１−１を介する帰還信号の位相は元の入力信号と逆相となるので、帰還信号によって生じる発振現象などが防止され、高周波電力増幅器の動作が安定する。
【００８７】
（第６の実施形態）
図６は、本発明の高周波電力増幅器の第６の実施形態を示す。本実施形態は、請求項１４に対応するものであり、請求項１３の構成（第５の実施形態）を請求項４の構成（第２の実施形態）に適用したものである。なお、他の実施形態にも同様に適用することができる。
【００８８】
本実施形態の高周波電力増幅器は、飽和出力が互いに異なる複数Ｎ個の高周波増幅手段１−１〜１−Ｎを並列に配置し、入力側の高周波スイッチ２により共通信号入力端子４と高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つの信号入力端子を接続し、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎの各信号出力端子と共通信号出力端子５とをそれぞれ対応する出力側伝送線路９−１〜９−Ｎを介して接続する。バイアス制御手段６ｄは、制御信号入力端子７から入力される制御信号に応じて、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎのいずれか１つ（ここでは１−Ｎ）をオン状態とし、それ以外をオフ状態とする制御を行うとともに、オン状態に制御した高周波増幅手段１−Ｎを共通信号入力端子４に接続するように高周波スイッチ２を制御する構成である。
【００８９】
出力側伝送線路９−１は、接続される高周波増幅手段１−１の出力インピーダンスとして規定された値と等しい特性インピーダンスを有し、高周波増幅手段１−１がオフ状態のときに、共通信号出力端子５から高周波増幅手段１−１をみた出力インピーダンスが信号周波数において最大となるように電気長を定めている。出力側伝送線路９−２〜９−Ｎについても、それぞれ接続される高周波増幅手段１−２〜１−Ｎに対して同様の特性インピーダンスおよび電気長を有する。
【００９０】
本実施形態では、高周波増幅手段１−１〜１−Ｎはそれぞれ飽和出力が異なるので、要求される出力電力において電力負荷効率が最も高くなる高周波増幅手段を選択してオン状態とし、それ以外をオフ状態とすることにより、要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図ることができる。
【００９１】
ここで、本実施形態の特徴は、所定の高周波増幅手段１−１が２段の増幅素子（入出力整合回路を含む）により構成され、その間に位相調整手段１３を挿入したところにある。ただし、位相調整手段１３は、例えば伝送線路としたときに、その電気長は信号周波数において、共通信号入力端子４から入力された高周波信号がオン状態の高周波増幅手段１−Ｎで増幅され、共通信号出力端子５からオフ状態の高周波増幅手段１−１を逆流して共通信号入力端子４へ帰還する信号が負帰還信号になるように設定される。また、バイアス制御手段６ｄは、第２の実施形態と同様に、高周波増幅手段１−１をオフ状態とするときに、最終段の増幅素子をオフ状態とし、初段の増幅素子をオン状態とする制御を行うところにある。図６では、破線がオフ制御するバイアス信号、実線がオン制御するバイアス信号を示す。
【００９２】
これにより、オフ状態の高周波増幅手段１−１のＳ12が改善されるので、逆流する帰還信号は微小となり、さらにその位相が元の入力信号と逆相になるので、帰還信号によって生じる発振現象などが防止され、高周波電力増幅器の動作が安定する。
【００９３】
なお、高周波増幅手段１−１を３段以上の増幅素子で構成した場合に、位相調整手段１３を各増幅素子の段間に挿入するか任意の増幅素子の段間に挿入し、全体で負帰還信号になるように位相調整の設定すればよい。また、この場合には、第２の実施形態と同様に高周波増幅手段１−１をオフ状態に制御するときに、オン状態とする増幅素子は最終段以外の増幅素子であれば任意である。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高周波電力増幅器は、並列接続されたＮ個の高周波増幅手段のうち、所定の高周波増幅手段がオフ状態に制御されるときに、多段接続される増幅素子のすべてをオフ状態とせずに、一部をオン状態とすることにより、帰還信号が逆流する量を減少させることができる。すなわち、共通信号入力端子または共通信号出力端子からみた高周波増幅手段のオフ時の入力インピーダンスまたは出力インピーダンスが十分でない場合（請求項１〜９）や、高周波スイッチの端子間アイソレーションが十分でない場合（請求項４〜１２）でも、所定の高周波増幅手段で帰還信号の割合を減少させることができるので、その帰還信号によって生じる発振現象などを防止することができる。これにより、出力電力制御を行いながら要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図った高周波電力増幅器において、安定な動作を実現することができる。
【００９５】
また、本発明の高周波電力増幅器は、並列接続されたＮ個の高周波増幅手段のうち、所定の高周波増幅手段がオフ状態に制御されるときに、その高周波増幅手段を逆流して共通信号入力端子へ帰還する信号が負帰還信号になるように位相調整することにより、帰還信号による発振現象などを防止することができる。これにより、出力電力制御を行いながら要求される出力電力に応じた消費電力の低減を図った高周波電力増幅器において、安定な動作を実現することができる。
【００９６】
また、以上の構成を組み合わせることにより、オフ状態に制御される所定の高周波増幅手段において、帰還信号の割合を減少させ、かつ負帰還信号になるように調整することができるので、さらに安定な動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波電力増幅器の第１の実施形態を示す図。
【図２】本発明の高周波電力増幅器の第２の実施形態を示す図。
【図３】本発明の高周波電力増幅器の第３の実施形態を示す図。
【図４】本発明の高周波電力増幅器の第４の実施形態を示す図。
【図５】本発明の高周波電力増幅器の第５の実施形態を示す図。
【図６】本発明の高周波電力増幅器の第６の実施形態を示す図。
【図７】従来の高周波電力増幅器の第１の構成例を示す図。
【図８】従来の高周波電力増幅器の第２の構成例を示す図。
【符号の説明】
１ 高周波増幅手段
２，３ 高周波スイッチ
４ 共通信号入力端子
５ 共通信号出力端子
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ バイアス制御手段
７ 制御信号入力端子
８ 入力側伝送線路
９ 出力側伝送線路
１１，１２ 増幅素子（入出力整合回路を含む）
１３ 位相調整手段
Claims (14)
- 共通信号入力端子と共通信号出力端子との間に並列に接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の互いに飽和出力の異なる高周波増幅手段と、
前記共通信号入力端子と前記Ｎ個の高周波増幅手段の各信号入力端子との間にそれぞれ配置され、前記共通信号入力端子からオフ状態の高周波増幅手段をみた入力インピーダンスが被増幅信号周波数において所定値以上になるようにそれぞれの電気長を定めたＮ個の入力側伝送線路と、
前記Ｎ個の高周波増幅手段の各信号出力端子と前記共通信号出力端子との間にそれぞれ配置され、前記共通信号出力端子からオフ状態の高周波増幅手段をみた出力インピーダンスが被増幅信号周波数において所定値以上になるようにそれぞれの電気長を定めたＮ個の出力側伝送線路と、
外部から入力される制御信号に従って、前記Ｎ個の高周波増幅手段のいずれか１つを選択的にオン状態とし、他の高周波増幅手段をオフ状態に制御する制御手段とを備え、
オン状態に制御した高周波増幅手段を介して前記共通信号入力端子から入力された高周波信号を増幅し、前記共通信号出力端子へ出力する高周波電力増幅器において、
前記Ｎ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段は、３つ以上の増幅素子を多段接続した構成であり、
前記制御手段は、前記所定の高周波増幅手段のうちオフ状態に制御する少なくとも１つの高周波増幅手段に対して、初段および最終段の増幅素子をオフ状態とし、それ以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行う構成である
ことを特徴とする高周波電力増幅器。 - 請求項１に記載の高周波電力増幅器において、
前記共通信号入力端子と前記Ｎ個の入力側伝送線路のいずれか１つとを接続する入力側高周波スイッチを備え、
前記制御手段は、オン状態に制御した高周波増幅手段の信号入力端子と前記共通信号入力端子とを接続するように前記入力側高周波スイッチを制御する構成である
ことを特徴とする高周波電力増幅器。 - 請求項１に記載の高周波電力増幅器において、
前記Ｎ個の出力側伝送線路のいずれか１つと前記共通信号出力端子とを接続する出力側高周波スイッチを備え、
前記制御手段は、オン状態に制御した高周波増幅手段の信号出力端子と前記共通信号出力端子とを接続するように前記出力側高周波スイッチを制御する構成である
ことを特徴とする高周波電力増幅器。 - 共通信号入力端子と共通信号出力端子との間に並列に接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の互いに飽和出力の異なる高周波増幅手段と、
前記共通信号入力端子と前記Ｎ個の高周波増幅手段の各信号入力端子のいずれか１つとを接続する入力側高周波スイッチと、
前記Ｎ個の高周波増幅手段の各信号出力端子と前記共通信号出力端子との間にそれぞれ配置され、前記共通信号出力端子からオフ状態の高周波増幅手段をみた出力インピーダンスが被増幅信号周波数において所定値以上になるようにそれぞれの電気長を定めたＮ個の出力側伝送線路と、
外部から入力される制御信号に従って、前記Ｎ個の高周波増幅手段のいずれか１つを選択的にオン状態とし、他の高周波増幅手段をオフ状態に制御するとともに、オン状態に制御した高周波増幅手段の信号入力端子と前記共通信号入力端子とを接続するように前記入力側高周波スイッチを制御する制御手段とを備え、
オン状態に制御した高周波増幅手段を介して前記共通信号入力端子から入力された高周波信号を増幅し、前記共通信号出力端子へ出力する高周波電力増幅器において、
前記Ｎ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段は、２つ以上の増幅素子を多段接続した構成であり、
前記制御手段は、前記所定の高周波増幅手段のうちオフ状態に制御する少なくとも１つの高周波増幅手段に対して、最終段の増幅素子をオフ状態とし、それ以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行う構成である
ことを特徴とする高周波電力増幅器。 - 請求項４に記載の高周波電力増幅器において、
前記入力側高周波スイッチのＮ個の選択端子と前記Ｎ個の高周波増幅手段の各信号入力端子との間にそれぞれ配置され、前記共通信号入力端子からオフ状態の高周波増幅手段をみた入力インピーダンスが被増幅信号周波数において所定値以上になるようにそれぞれの電気長を定めたＮ個の入力側伝送線路を備えた
ことを特徴とする高周波電力増幅器。 - 請求項４に記載の高周波電力増幅器において、
前記Ｎ個の出力側伝送線路のいずれか１つと前記共通信号出力端子とを接続する出力側高周波スイッチを備え、
前記制御手段は、オン状態に制御した高周波増幅手段の信号出力端子と前記共通信号出力端子とを接続するように前記出力側高周波スイッチを制御する構成である
ことを特徴とする高周波電力増幅器。 - 共通信号入力端子と共通信号出力端子との間に並列に接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の互いに飽和出力の異なる高周波増幅手段と、
前記共通信号入力端子と前記Ｎ個の高周波増幅手段の各信号入力端子との間にそれぞれ配置され、前記共通信号入力端子からオフ状態の高周波増幅手段をみた入力インピーダンスが被増幅信号周波数において所定値以上になるようにそれぞれの電気長を定めたＮ個の入力側伝送線路と、
前記Ｎ個の高周波増幅手段の各信号出力端子のいずれか１つと前記共通信号出力端子とを接続する出力側高周波スイッチと、
外部から入力される制御信号に従って、前記Ｎ個の高周波増幅手段のいずれか１つを選択的にオン状態とし、他の高周波増幅手段をオフ状態に制御するとともに、オン状態に制御した高周波増幅手段の信号出力端子と前記共通信号出力端子とを接続するように前記出力側高周波スイッチを制御する制御手段とを備え、
オン状態に制御した高周波増幅手段を介して前記共通信号入力端子から入力された高周波信号を増幅し、前記共通信号出力端子へ出力する高周波電力増幅器において、
前記Ｎ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段は、２つ以上の増幅素子を多段接続した構成であり、
前記制御手段は、前記所定の高周波増幅手段のうちオフ状態に制御する少なくとも１つの高周波増幅手段に対して、初段の増幅素子をオフ状態とし、それ以外の少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行う構成である
ことを特徴とする高周波電力増幅器。 - 請求項７に記載の高周波電力増幅器において、
前記Ｎ個の高周波増幅手段の各信号出力端子と前記出力側高周波スイッチのＮ個の選択端子との間にそれぞれ配置され、前記共通信号出力端子からオフ状態の高周波増幅手段をみた出力インピーダンスが被増幅信号周波数において所定値以上になるようにそれぞれの電気長を定めたＮ個の出力側伝送線路を備えた
ことを特徴とする高周波電力増幅器。 - 請求項７に記載の高周波電力増幅器において、
前記共通信号入力端子と前記Ｎ個の入力側伝送線路のいずれか１つとを接続する入力側高周波スイッチを備え、
前記制御手段は、オン状態に制御した高周波増幅手段の信号入力端子と前記共通信号入力端子とを接続するように前記入力側高周波スイッチを制御する構成である
ことを特徴とする高周波電力増幅器。 - 共通信号入力端子と共通信号出力端子との間に並列に接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の互いに飽和出力の異なる高周波増幅手段と、
前記共通信号入力端子と前記Ｎ個の高周波増幅手段の各信号入力端子のいずれか１つとを接続する入力側高周波スイッチと、
前記Ｎ個の高周波増幅手段の各信号出力端子のいずれか１つと前記共通信号出力端子とを接続する出力側高周波スイッチと、
外部から入力される制御信号に従って、前記Ｎ個の高周波増幅手段のいずれか１つを選択的にオン状態とし、他の高周波増幅手段をオフ状態に制御するとともに、オン状態に制御した高周波増幅手段の信号入力端子と前記共通信号入力端子とを接続し、かつオン状態に制御した高周波増幅手段の信号出力端子と前記共通信号出力端子とを接続するように前記入力側高周波スイッチおよび前記出力側高周波スイッチを制御する制御手段とを備え、
オン状態に制御した高周波増幅手段を介して前記共通信号入力端子から入力された高周波信号を増幅し、前記共通信号出力端子へ出力する高周波電力増幅器において、
前記Ｎ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段は、１つの増幅素子または２つ以上の増幅素子を多段接続した構成であり、
前記制御手段は、前記所定の高周波増幅手段のうちオフ状態に制御する少なくとも１つの高周波増幅手段に対して、少なくとも１つの増幅素子をオン状態とする制御を行う構成である
ことを特徴とする高周波電力増幅器。 - 請求項１０に記載の高周波電力増幅器において、
前記入力側高周波スイッチのＮ個の選択端子と前記Ｎ個の高周波増幅手段の各信号入力端子との間にそれぞれ配置され、前記共通信号入力端子からオフ状態の高周波増幅手段をみた入力インピーダンスが被増幅信号周波数において所定値以上になるようにそれぞれの電気長を定めたＮ個の入力側伝送線路を備えた
ことを特徴とする高周波電力増幅器。 - 請求項１０に記載の高周波電力増幅器において、
前記Ｎ個の高周波増幅手段の各信号出力端子と前記出力側高周波スイッチのＮ個の選択端子との間にそれぞれ配置され、前記共通信号出力端子からオフ状態の高周波増幅手段をみた出力インピーダンスが被増幅信号周波数において所定値以上になるようにそれぞれの電気長を定めたＮ個の出力側伝送線路を備えた
ことを特徴とする高周波電力増幅器。 - 共通信号入力端子と共通信号出力端子との間に並列に接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の互いに飽和出力の異なる高周波増幅手段と、
前記共通信号入力端子と前記Ｎ個の高周波増幅手段の各信号入力端子との間にそれぞれ配置され、前記共通信号入力端子からオフ状態の高周波増幅手段をみた入力インピーダンスが被増幅信号周波数において所定値以上になるようにそれぞれの電気長を定めたＮ個の入力側伝送線路と、
前記Ｎ個の高周波増幅手段の各信号出力端子と前記共通信号出力端子との間にそれぞれ配置され、前記共通信号出力端子からオフ状態の高周波増幅手段をみた出力インピーダンスが被増幅信号周波数において所定値以上になるようにそれぞれの電気長を定めたＮ個の出力側伝送線路と、
外部から入力される制御信号に従って、前記Ｎ個の高周波増幅手段のいずれか１つを選択的にオン状態とし、他の高周波増幅手段をオフ状態に制御する制御手段とを備え、
オン状態に制御した高周波増幅手段を介して前記共通信号入力端子から入力された高周波信号を増幅し、前記共通信号出力端子へ出力する高周波電力増幅器において、
前記Ｎ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段に、前記共通信号入力端子から入力された高周波信号がオン状態の高周波増幅手段で増幅され、前記共通信号出力端子からオフ状態の高周波増幅手段を逆流して前記共通信号入力端子へ帰還する信号が負帰還信号になるように位相調整する位相調整手段を備えた
ことを特徴とする高周波電力増幅器。 - 請求項１〜１２のいずれかに記載の高周波電力増幅器において、
前記Ｎ個の高周波増幅手段のうちの所定の高周波増幅手段に、前記共通信号入力端子から入力された高周波信号がオン状態の高周波増幅手段で増幅され、前記共通信号出力端子からオフ状態の高周波増幅手段を逆流して前記共通信号入力端子へ帰還する信号が負帰還信号になるように位相調整する位相調整手段を備えた ことを特徴とする高周波電力増幅器。
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