JP3854832B2 - 高周波電力増幅装置と通信端末 - Google Patents
高周波電力増幅装置と通信端末 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば、近年の携帯端末に用いられ、高い線形性と高い効率が要求される高周波電力増幅装置および、それを用いた通信端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話に代表される小型通信端末が爆発的に普及しており、その有用性がますます高くなっている。新しい携帯電話のシステムではＣＤＭＡ(Ｃode Ｄivision Ｍultiple Ａccess，符号分割多元接続)方式が用いられるようになり、この通信システムでは、出力電力制御が行われる。
【０００３】
このＣＤＭＡでは、電力制御精度がシステムの性能に大きく影響するので、高精度な出力制御が必要になる。
【０００４】
一方で、送信用電力増幅器は、通信端末内で最大の信号電力を処理するので、送信時の端末電力消費量に占める割合が大きく、携帯電話の通話時間を延ばすためには、出力電力制御時の、各出力電力における送信用電力増幅器の高効率化がきわめて重要な課題となっている。
【０００５】
送信用電力増幅器は、シリコン半導体やガリウム砒素等の化合物半導体を用いたバイポーラトランジスタあるいは電界効果トランジスタで構成される。
【０００６】
従来、出力電力の制御方法として、特開２０００−１９６３８７に開示されているように、増幅素子のドレインバイアス電圧を制御する方法がある。
【０００７】
この方法では、出力電力はドレイン端の信号電圧振幅と電流振幅の積に比例するが、一方で、増幅器の効率はドレインバイアス電圧に反比例する。したがって、出力電力が小さい(ドレイン端電圧振幅が小さい)ときには、ドレインバイアス電圧を低くするように制御することによって、各出力電力での増幅器の効率は向上する。
【０００８】
ただし、増幅素子として用いられる現実の電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタでは、ドレイン電圧あるいはコレクタ電圧が低下すると、ドレインあるいはコレクタのバイアス電流が低下し、利得低下や歪みの増大を招いてしまう。また、出力電力に依存して増幅器の利得が変動すると、出力電力の制御誤差が大きくなってしまうという問題も生じる。
【０００９】
一方、出力電力の制御誤差を小さくしようとすると、端末の制御回路が複雑化するという問題がある。
【００１０】
前記特開２０００−１９６３８７号公報では、低ドレインバイアス電圧でのドレインバイアス電流の低下を防ぐため、図８に示すように、主増幅器３１１のドレインバイアス電圧を比較器３６１で検出して、主増幅器３１１のゲートバイアス電圧ヘフィードバックしている。これによって、ドレインバイアス電圧が低いときにはゲートバイアス電圧を上げることによって、ドレインバイアス電流を一定とし、歪みの増大を抑制している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例では、前記特開２０００−１９６３８７号公報中の図４に記載されているように、ドレインバイアス電流を一定に保っても、ドレインバイアス電圧が低下するに従い、増幅器の利得は低下している。このため、制御誤差の増大、あるいは端末制御回路の複雑化の課題が残る。
【００１２】
この利得低下は、ドレイン電圧が低下すると、一定のドレインバイアス電流を保っても増幅用電界効果トランジスタ自体の利得が低下してしまうというデバイスの根源的な動作特性に起因するものであり、前記従来例では不可避である。
【００１３】
前記従来例において、低ドレインバイアス電圧時にも、利得を一定に保つか、もしくは利得低下を更に抑制しようとすると、低ドレインバイアス電圧時にはバイアス電流を前記一定値よりも大きくする必要がある。
【００１４】
しかしながら、増幅器の効率はＡ級動作よりもＡＢ級あるいはＢ級の方が高いように、一般にバイアス電流を大きくすると直流消費電流が増加し、効率が低下してしまうという新たな課題が生じる。なお、前記従来例では、増幅素子として電界効果トランジスタが用いられているが、バイポーラトランジスタであっても同様の課題が生じる。
【００１５】
そこで、この発明の目的は、前記従来の課題を解決し、低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の利得低下を抑制でき、かつ、効率低下のない高周波電力増幅装置と通信端末を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、この発明の高周波電力増幅装置は、第１の増幅素子とこの第１の増幅素子にコレクタ電圧あるいはドレイン電圧を供給する電圧供給手段とを含む最終段の第１の増幅段と、前記第１の増幅段よりも前段の第２の増幅素子とこの第２の増幅素子の出力を入力側に帰還する負帰還回路とこの負帰還回路の負帰還量を制御する負帰還量制御手段とを含む第２の増幅段とを備える高周波電力増幅装置であって、
前記電圧供給手段は、
前記第１の増幅素子の出力電力に応じて、前記第１の増幅素子へ供給する電圧を前記第１の増幅素子の歪が許容される電圧に制御すると共に、前記第１の増幅素子に供給する電圧の増減に応じた信号を前記負帰還量制御手段へ発信し、
前記負帰還量制御手段は、
前記電圧供給手段から前記信号を受けて、前記負帰還回路の負帰還量を制御することを特徴としている。
【００１７】
この発明では、前記負帰還量制御手段は、前記電圧供給手段から入力される電圧に応じて、前記負帰還回路の負帰還量を制御する。これにより、電圧供給手段が増幅素子に供給する電圧(コレクタ電圧あるいはドレイン電圧)の増減に応じて、負帰還量制御手段が負帰還回路の負帰還量を増減させることができる。これにより、低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の利得低下を抑制でき、かつ、効率低下のない高周波電力増幅器となる。
【００１８】
また、一参考例の高周波電力増幅装置は、増幅素子を有する複数の増幅段を備え、前記複数の増幅段のうちの少なくともいずれか１つが、前記増幅素子にコレクタ電圧あるいはドレイン電圧を供給する電圧供給手段と、前記増幅素子の出力を入力側に帰還する負帰還回路と、この負帰還回路の負帰還量を制御する負帰還量制御手段とを備える高周波電力増幅装置であって、
前記電圧供給手段は、
前記増幅素子の出力電力に応じて、前記増幅素子へ供給する電圧を前記増幅素子の歪が許容される電圧に制御すると共に、前記増幅素子に供給する電圧の増減に応じた信号を前記負帰還量制御手段へ発信し、
前記負帰還量制御手段は、
前記電圧供給手段から前記信号を受けて、前記負帰還回路の負帰還量を制御する。
【００１９】
この参考例の高周波電力増幅装置では、少なくとも１つの増幅段が、前記電圧供給手段と負帰還回路,負帰還量制御手段とを含んでいる。したがって、低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の増幅素子の利得低下を、負帰還量を低減することによって補償でき、複数段の増幅装置全体としての利得を一定に保持できる。
【００２０】
この発明では、前記第２の増幅段の負帰還量制御手段は、前記第２の増幅段以外の第１の増幅段が有する電圧供給手段から入力される電圧によって、前記第２の増幅段の負帰還量を制御する。この発明では、増幅素子に供給する電圧を増減することにより高い効率を得られる高効率増幅段である第１の増幅段を、負帰還増幅段である第２の増幅段の後段に設置する。この発明では、前記高効率増幅段を、負帰還増幅段の後段に設置したので、負帰還増幅段よりも消費電力が大きな増幅器の出力電力を制御できるから、消費電力の低減を図れる。
【００２１】
また、一実施形態では、高周波電力増幅器の出力電力に応じて、電圧供給手段が増幅素子へ出力する電圧を制御して、この出力電圧を増幅素子の歪が許容される最低の電圧に設定できる。このような出力電圧の制御によって、前記出力電力が小さい場合にも、高周波電力増幅器の高い効率を得ることができる。
【００２２】
また、一実施形態の高周波電力増幅装置は、前記高周波電力増幅装置において、前記負帰還量制御手段は、前記負帰還回路の負帰還量を、前記電圧供給手段から入力される電圧の減少に伴なって低減させる。
【００２３】
この実施形態では、前記負帰還量制御手段は、前記負帰還回路の負帰還量を、前記電圧供給手段から入力される電圧の減少に伴なって低減させるから、低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の利得低下を抑制でき、かつ、効率低下のない高周波電力増幅装置となる。
【００２４】
また、一実施形態の通信端末は、前記高周波増幅装置を備えている。
【００２５】
この実施形態では、高周波電力増幅装置における低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の利得低下を制御できるため、単純な制御回路で高精度な出力電力調整が可能となる。また、電力消費量の最も大きな高周波電力増幅器が高効率となるため、長時間の通話や、端末の軽量化が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２７】
(第１の参考例)
図１に、この発明の第１の参考例の高周波電力増幅器１００を示すものである。図１に示すように、この高周波電力増幅器１００は、信号増幅用の増幅素子１を備えている。この増幅素子１は電界効果トランジスタからなる。なお、電界効果トランジスタに替えて、バイポーラトランジスタとしてもよい。
【００２８】
また、この高周波電力増幅器１００は、ドレイン電圧供給手段２を有し、このドレイン電圧供給手段２で前記増幅素子１にドレイン電圧を供給する。このドレイン電圧供給手段２は、通信端末に内蔵された電池、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ等の電池の出力電圧変換手段を含んでいる。
【００２９】
また、この高周波電力増幅器１００は、負帰還回路３を有し、この負帰還回路３は、増幅素子１の負帰還を行う。また、負帰還量制御手段４は、電圧供給手段２から入力され、電圧供給手段２が増幅素子１に供給する電圧に応じて増減する電圧に応じて、前記負帰還回路３の負帰還量を制御する。
【００３０】
ここで、電界効果トランジスタからなる前記増幅素子１の利得をＧａとし、負帰還回路３の負帰還量をβとすると、前記高周波電力増幅器１００の利得Ｇは、次式(１)で算出される。
【００３１】
Ｇ＝Ｇａ／(１＋βＧａ) … (１)
式(１)において、負帰還回路３の負帰還量βが―定であれば、ドレイン電圧供給手段２が増幅素子１に供給する出力電圧(ドレイン電圧)Ｖｄの低下にともなって、増幅素子１の利得Ｇａが低下することによって、増幅器１００の利得Ｇも低下する。
【００３２】
しかし、この参考例では、ドレイン電圧供給手段２の出力電圧Ｖｄが低下するのに伴なって、電圧供給手段２から負帰還量制御手段４に入力される信号が変化する。これにより、負帰還量制御手段４が負帰還回路３の負帰還量βを制御して、負帰還量βを低減する。したがって、ドレイン電圧供給手段２の出力電圧Ｖｄが低下したときに、増幅器１００の利得Ｇを表す式(１)の右辺の分母である、(１＋βＧａ)の低減量が、βが一定の場合に比べて大きくなる。これによって、利得Ｇの低下を抑制できる。
【００３３】
より望ましくは、ドレイン電圧供給手段２の出力電圧Ｖｄの変化量に対する利得Ｇの変化量が、次式(２)で表されるように、負帰還量制御手段４を設定すれば、次式(３)が成立する。
【００３４】
ｄＧ／ｄＶｄ＝Ｇａ２(ｄβ／ｄＶｄ) … (２)
ｄＧａ／ｄＶｄ＝０ … (３)
これによって、ドレイン電圧供給手段２の出力電圧Ｖｄが低いときでも、前記従来例のようにドレインバイアス電流を増加させることなく、増幅器１００の利得Ｇを一定にすることができる。したがって、増幅器１００の効率向上と、出力電力の制御誤差抑制が可能となる。
【００３５】
ここで、図２に、図１に示す増幅器１００の回路におけるＡ,Ｂ間に接続されている負帰還回路３の具体的構成を示す。この負帰還回路３は、負帰還量制御手段４の制御によって、抵抗値が変化する可変抵抗素子５と、コンデンサ６との直列接続回路で実現できる。このコンデンサ６は、増幅素子１のゲートとドレインのバイアス回路の直流的な結合を阻止するために配置されている。前記直流的な結合が許容できる場合には、コンデンサ６は無くてもよい。
【００３６】
なお、図３に示すように、図２の負帰還回路３の可変抵抗５を電界効果トランジスタ７で構成してもよい。この可変抵抗５は、負帰還量制御手段４が出力する制御電圧によって、電界効果トランジスタ７のゲート電圧を制御する。これによって、前記電界効果トランジスタ７のドレイン−ソース間のチャネル抵抗を制御することで、電界効果トランジスタ７を可変抵抗素子とすることができる。
【００３７】
この場合、図１に示すドレイン電圧供給手段２から増幅素子１への出力電圧が低くなったときは、このドレイン電圧供給手段２から負帰還量制御手段４へ入力される電圧が低下する。これにより、負帰還量制御手段４から電界効果トランジスタ７へ出力される制御電圧を低くし、可変抵抗素子としての電界効果トランジスタ７のゲート電位を下げることによって、チャネル抵抗を増大させ、負帰還量を低減させる。このことによって、電界効果トランジスタからなる増幅素子１の利得低下を補償し、増幅器１００の全体としての利得を一定に保つことができる。
【００３８】
なお、図２に示す可変抵抗素子５としては、バイポーラトランジスタのベース−エミッタ接合等のダイオード特性素子を採用してもよい。さらには、バイポーラトランジスタのベースで制御されたコレクタ−エミッタを可変抵抗として採用してもよい。
【００３９】
さらには、図２における負帰還回路３において可変抵抗５に換えて可変容量を用いて負帰還量を調整することも可能である。この可変容量としては、逆方向にバイアスしたダイオードなどの接合容量を採用できる。
【００４０】
また、負帰還量制御手段４としては、電圧供給手段２から入力された電圧を、単に、抵抗で分割したものや、オペアンプなどを用いて増幅／電圧シフトなどを行ったものを採用することもできる。さらには、負帰還量制御手段４としてマイクロコンピュータを採用して、電圧供給手段２の出力電圧を検知し、その電圧値から、計算によって適切な制御信号を発生させるものなどを採用してもよい。
【００４１】
また、電圧供給手段２としては、通信端末に内蔵された電池とＤＣ/ＤＣコンバータや可変抵抗とを用いて、制御信号によって、増幅素子１をなす電界効果トランジスタのドレイン電圧を可変できるようにしたもの採用できる。また、電圧供給手段２としては、複数の電池を直列に接続し、出力点を各電池の各接続点に切り替えて、電圧を可変するようにしたものを採用できる。
この参考例では、電圧供給手段２は、増幅素子１に供給する電圧の増減に応じて、負帰還量制御手段４に入力する電圧を増減させるものとした。
【００４２】
次に、図４に、この高周波電力増幅器１００でのドレイン電圧を横軸に示し、入力電力を特性４３で示し、出力電力を特性４２で示し、負帰還量制御電圧を曲線４５で示し、増幅器１００の利得を特性４１で示す。図４に示すように、この高周波電力増幅器１００は、ドレイン電圧の高低によらず、増幅器の利得が略一定であり、ドレイン電圧が低い時にも、利得低下を抑制できた。
【００４３】
なお、この参考例では、高周波電力増幅器１００の出力電力に応じて、電圧供給手段２が電界効果トランジスタからなる増幅素子１のドレイン電圧を制御している。
【００４４】
仮に、ドレイン電圧を一定にした場合には、前記出力電力が小さくなるに従って、増幅器１００の効率が低下していく。
【００４５】
しかし、この参考例では、電圧供給手段２が、高周波電力増幅器１００の出力電力に応じて、増幅素子１のドレイン電圧を制御して、このドレイン電圧を増幅器１００の歪が許容される最低の電圧に設定する。このような出力電圧に応じたドレイン電圧の制御によって、前記出力電力が小さい場合にも、高い効率を得ることができる。
【００４６】
この参考例では、電圧供給手段２が増幅素子１に出力するドレイン電圧が低くなると、負帰還量制御手段４が負帰還回路３に出力する負帰還量制御電圧が低下し、負帰還量が低減することによって、増幅器１００の利得が一定に保持される。したがって、入力電力が変化しないなら、電池の消耗などにより、ドレイン電圧が変化しても出力電力は変化しない。このため、出力電力に対する最適なドレイン電圧を容易に設定できる。また、出力電力と入力電力とが１対１の関係を持つので、簡単な制御でもって、出力電力を正確に制御できる。
【００４７】
一方、この参考例と異なり、ドレイン電圧の変化によって、増幅器の利得が変化する場合には、増幅器の出力電力に応じた最適なドレイン電圧を設定するために、ドレイン電圧を変更すると、出力電力が変化することとなるので、再度、ドレイン電圧を設定し直すという繰り返し調整が必要となる。
【００４８】
したがって、この参考例の高周波電力増幅器は、増幅器に低歪みが要求され、かつ送信電力の制御が行われるＣＤＭＡやＷ−ＣＤＭＡ等の通信端末用高周波電力増幅器に用いると、端末規格を満たしつつ、端末消費電力を低減することが可能となる。
【００４９】
また、制御方法として、ドレイン電圧に応じて出力電力を制御する制御方法を採用することも可能である。この制御方法は、ドレイン電圧によって、高周波電力増幅器１００の入力電力と負帰還量を制御することによって実現できる。
【００５０】
(第２の参考例)
次に、図５に、この発明の第２参考例としての高周波電力増幅装置を示す。この第２参考例の増幅装置は、初段増幅器８と前述の高周波増幅器１００と最終段増幅器９の３段の増幅器で構成されている。
【００５１】
この第２参考例は、たとえば、送信用電力増幅装置を構成する。送信用電力増幅装置は、その前段のドライバ増幅器の利得との兼ね合いによって、通常複数段で構成されることが一般的であるが、この第２実施形態では、３段増幅器の例としている。
【００５２】
高周波電力増幅器１００は、初段増幅器８と最終段増幅器９の間に配置されている。電圧供給手段は、増幅器８または９、あるいは増幅器８と９の両者に接続することも可能である。この第２参考例においても、低ドレイン電圧時の増幅素子１の利得低下を、負帰還量を低減することによって補償することで、３段増幅器全体としての利得を一定に保持できる。
【００５３】
なお、各増幅段での信号増幅によって、後段ほど扱う信号電力が大きくなるので、増幅段の後段ほど大きなサイズの電界効果トランジスタが用いられるのが一般的であるが、寄生成分の増大によって、トランジスタの利得は低下する。一方、負帰還量の変化による利得の変化量は、トランジスタの利得が高いほど大きくなる。したがって、低ドレイン電圧時のトランジスタの利得低下を負帰還量の変化で補償する観点から見ると、電力増幅器１００は、最終段よりも前段の増幅段に用いた方が、利得補償の範囲を広くできる。
【００５４】
また、この参考例での増幅器１００の利得のドレイン電圧依存性は、図４に示すような一定の特性ではなく、電力増幅器８および９の利得低下分を補償できるように、ドレイン電圧が下がるに従い利得が高くなる特性となる。
【００５５】
さらに、図５に示す高周波電力増幅器１００の利得のドレイン電圧依存性は一定である必要は無く、電力増幅器１００の前段に設置される利得可変アンプやミキサなどが電源電圧の変化によって特性変動する量を補正するように設定することも可能である。
【００５６】
なお、この第２参考例を構成する増幅器の段数は２段であってもよいし、３段以上であってもよい。
【００５７】
(第１の実施形態)
次に、図６に、この発明の第１の実施形態としての高周波電力増幅装置を示す。この第１実施形態は、前述の第２参考例と同様、３段の電力増幅器からなる。この第１実施形態が、第２参考例と異なる点は、ドレイン電圧供給手段２が最終段増幅器９のドレインバイアス電圧を制御することであり、２段目の負帰還増幅器１０１の負帰還量は、負帰還量制御手段４が制御する。この負帰還量制御手段４は、前記電圧供給手段２から入力される電圧に応じて、負帰還量を制御する。
【００５８】
この第１実施形態のような多段増幅器の出力電力を制御する場合には、後段の増幅器ほど消費電力が大きくなる。したがって、３段増幅器全体としての低消費電力化を達成するには、この第１実施形態のように、少なくとも最終段の増幅器９のドレイン電圧を制御することが効果的である。
【００５９】
さらに、この実施形態のように、最終段ではなく、その前段を負帰還回路構成とし、その負帰還量を制御することは、低ドレイン電圧時のトランジスタの利得低下を負帰還量を制御することによって補償する観点から見ると利得補償の範囲が広い。また、この場合には、最終段以外の増幅器のドレイン電圧は一定値であってもよい。
【００６０】
なお、この第１実施形態では、増幅素子１を電界効果トランジスタとしたが、バイポーラトランジスタとしてもよい。増幅素子１がバイポーラトランジスタからなる場合であっても、低コレクタ電圧時に利得低下が起こるので、これを補償するために、この発明が有効となる。
【００６１】
また、この第１実施形態では、電圧供給手段２の出力電圧が可変である場合について説明したが、電圧供給手段２が通信端末に内蔵された電池のみからなり電圧可変手段を含んでいない場合であっても、この発明を適用できる。
【００６２】
すなわち、電池の出力電圧は電池の消費とともに低下するから、従来の高周波増幅器では利得が変化し、出力電力が設定値からずれるという現象が発生する。この場合に、この発明を適用することによって、電池の出力電圧によって負帰還増幅器あるいは多段増幅器に含まれる負帰還増幅段の負帰還量を、この電池の出力電圧によって制御することができ、出力電力が設定値からずれることを防止できる。
【００６３】
(第２の実施の形態)
次に、図７に、この発明の第２の実施形態としての通信端末１００１を示す。この通信端末１００１は、この発明における高周波電力増幅器１００２と電圧供給手段１００３を有している。また、この通信端末１００１は、主電源としてのバッテリ１００４を備え、このバッテリ１００４が電圧供給手段１００３に電力を供給する。また、このバッテリ１００４は、通信装置内の各回路部を駆動するがこの点は図示してない。
【００６４】
また、この通信端末１００１は、アンテナ１０１１と、デュプレクサ１０１０と、低雑音増幅器やフィルタ等で構成される受信用ＲＦ部１００８と、ＲＦ(高周波)信号をＩＦ(中間周波)信号に変換する周波数変換部１００７を有している。この周波数変換部１００７は、交流発振器と２つのミキサを有している。
【００６５】
また、この通信端末１００１は、ＩＦ/ベースバンド部１００９と、フィルタ１００５とドライバ増幅器１００６等からなる送信部ＲＦ回路を備える。
【００６６】
この通信端末１００１において、高周波電力増幅器１００２は、所定のアンテナ出力を得るための利得に応じた段数Ｎの電力増幅器１００２１,１００２２,…１００２Ｎで構成されている。
【００６７】
この通信端末１００１では、ドライバ増幅器１００６，高周波電力増幅器１００２のうちの少なくともいずれか１つを、前述の第１実施形態としている。
【００６８】
また、この通信端末１００１では、電圧供給手段１００３が電力増幅器１００２に、電力増幅器１００２を動作させるためのバイアス電圧Ｖ１〜ＶＭを供給する。この電力増幅器１００２がバイポーラトランジスタで構成される場合は、これらバイアス電圧Ｖ１,Ｖ２,…ＶＭによって、そのバイポーラトランジスタのベースあるいはコレクタがバイアスされる。
【００６９】
前記ドライバ増幅器１００６や、電力増幅器１００２が構成する送信部は、通信端末１００１内で最大の信号電力を扱うので、増幅器の消費電力が大きく、かつ、出力電力制御時の歪も生じやすい。
【００７０】
ところが、この第２実施形態では、送信部の電力増幅器１００２やドライバ増幅器１００６を、前述の第１実施形態の高周波電力増幅器で構成しているので、低歪みで出力電力の制御精度を高くできる。
【００７１】
したがって、この第２実施形態の通信装置によれば、低歪み、かつ、低消費電力でもって、所定のアンテナ出力まで送信信号を増幅でき、低消費電力化を達成できる。
【００７２】
また、この第２実施形態のごとく、通信端末１００１がバッテリ駆動型である場合、バッテリ切れまでの通信時間を伸ばすことが可能となる。また、従来と同一の通信時間であれば、より小型のバッテリを使用することが可能となり、通信端末の小型化あるいは軽量化が可能となる。
【００７３】
また、ＣＤＭＡ，Ｗ−ＣＤＭＡ，ＰＤＣ(パーソナルデジタルセルラー)，ＰＨＳ，ＩＭＴ(インターナショナルモバイルテレコミュニケーション)−２０００等の通信システムでは、送信用電力増幅器として、隣接チャネル漏洩電力規格に代表される厳しい低歪み特性が要求される。したがって、このような通信システムに、この第２実施形態の通信端末を使用することによって、送信用電力増幅器の低歪みと高効率の両立が可能となる。
【００７４】
さらに、上述のごとく、この第２実施形態によれば、出力電力の制御精度が高く、低歪みで、低消費電力な通信端末１００１を実現できる。したがって、通話時間の延長や、通信端末の制御回路の簡素化などが行える。したがって、この発明は、低歪みな出力電力制御が要求されるＣＤＭＡやＷ−ＣＤＭＡ等の方式を採用した通信端末に摘要すると特に効果を発揮する。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように、この発明の高周波電力増幅装置では、負帰還量制御手段は、電圧供給手段の出力電圧に応じて、負帰還回路の負帰還量を制御する。これにより、電圧供給手段が増幅素子に供給する電圧(コレクタ電圧あるいはドレイン電圧)の増減に応じて、負帰還量制御手段が負帰還回路の負帰還量を増減させることができる。これにより、低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の利得低下を抑制でき、かつ、効率低下のない高周波電力増幅器となる。
【００７６】
また、一実施形態の高周波電力増幅装置は、前記電圧供給手段と負帰還回路,負帰還量制御手段とを含んでいる。したがって、低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の増幅素子の利得低下を、負帰還量を低減することによって補償でき、複数段の増幅装置全体としての利得を一定に保持できる。
【００７７】
また、この発明の高周波電力増幅装置では、第２の増幅段の負帰還量制御手段は、第２の増幅段以外の第１の増幅段が有する電圧供給手段が出力する出力電圧によって、第２の増幅段の負帰還量を制御する。この発明では、増幅素子に供給する電圧を増減することにより高い効率を得られる高効率増幅段である第１の増幅段を、負帰還増幅段である第２の増幅段の後段に設置した。この発明では、前記高効率増幅段を、負帰還増幅段の後段に設置したので、負帰還増幅段よりも消費電力が大きな増幅器の出力電力を制御できるから、消費電力の低減を図れる。
【００７８】
また、一実施形態では、高周波電力増幅器の出力電力に応じて、電圧供給手段が増幅素子へ出力する電圧を制御して、この出力電圧を増幅素子の歪が許容される最低の電圧に設定できる。このような出力電圧の制御によって、前記出力電力が小さい場合にも、高周波電力増幅器の高い効率を得ることができる。
【００７９】
また、一実施形態の高周波電力増幅装置では、負帰還量制御手段が負帰還回路の負帰還量を電圧供給手段の出力電圧の減少に伴なって低減させるから、低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の利得低下を抑制でき、かつ、効率低下のない高周波電力増幅装置となる。
【００８０】
また、一実施形態の通信端末は、前記高周波増幅装置を備えていることで、高周波電力増幅器または高周波電力増幅装置における低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の利得低下を制御できるため、単純な制御回路で高精度な出力電力調整が可能となる。また、電力消費量の最も大きな高周波電力増幅器が高効率となるため、長時間の通話や、端末の軽量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１参考例としての高周波増幅器の構成を示す図である。
【図２】 前記第１参考例の高周波増幅器が有する負帰還回路の構成を示す図である。
【図３】 前記負帰還回路の別の構成を示す図である。
【図４】 前記第１参考例の特性を示す特性図である。
【図５】 この発明の第２参考例としての高周波増幅装置の構成を示す図である。
【図６】 この発明の第１実施形態としての高周波増幅装置の構成を示す図である。
【図７】 この発明の第２実施形態としての通信端末の構成を示す図である。
【図８】 従来例を示す図である。
【符号の説明】
１…増幅素子、２…電圧供給手段、３…負帰還回路、
４…負帰還量制御手段、５…可変抵抗、６…コンデンサ、
７…電界効果トランジスタ、８,９…高周波増幅器、
１００…高周波増幅器、２００,３００…高周波増幅装置。
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば、近年の携帯端末に用いられ、高い線形性と高い効率が要求される高周波電力増幅装置および、それを用いた通信端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話に代表される小型通信端末が爆発的に普及しており、その有用性がますます高くなっている。新しい携帯電話のシステムではＣＤＭＡ(Ｃode Ｄivision Ｍultiple Ａccess，符号分割多元接続)方式が用いられるようになり、この通信システムでは、出力電力制御が行われる。
【０００３】
このＣＤＭＡでは、電力制御精度がシステムの性能に大きく影響するので、高精度な出力制御が必要になる。
【０００４】
一方で、送信用電力増幅器は、通信端末内で最大の信号電力を処理するので、送信時の端末電力消費量に占める割合が大きく、携帯電話の通話時間を延ばすためには、出力電力制御時の、各出力電力における送信用電力増幅器の高効率化がきわめて重要な課題となっている。
【０００５】
送信用電力増幅器は、シリコン半導体やガリウム砒素等の化合物半導体を用いたバイポーラトランジスタあるいは電界効果トランジスタで構成される。
【０００６】
従来、出力電力の制御方法として、特開２０００−１９６３８７に開示されているように、増幅素子のドレインバイアス電圧を制御する方法がある。
【０００７】
この方法では、出力電力はドレイン端の信号電圧振幅と電流振幅の積に比例するが、一方で、増幅器の効率はドレインバイアス電圧に反比例する。したがって、出力電力が小さい(ドレイン端電圧振幅が小さい)ときには、ドレインバイアス電圧を低くするように制御することによって、各出力電力での増幅器の効率は向上する。
【０００８】
ただし、増幅素子として用いられる現実の電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタでは、ドレイン電圧あるいはコレクタ電圧が低下すると、ドレインあるいはコレクタのバイアス電流が低下し、利得低下や歪みの増大を招いてしまう。また、出力電力に依存して増幅器の利得が変動すると、出力電力の制御誤差が大きくなってしまうという問題も生じる。
【０００９】
一方、出力電力の制御誤差を小さくしようとすると、端末の制御回路が複雑化するという問題がある。
【００１０】
前記特開２０００−１９６３８７号公報では、低ドレインバイアス電圧でのドレインバイアス電流の低下を防ぐため、図８に示すように、主増幅器３１１のドレインバイアス電圧を比較器３６１で検出して、主増幅器３１１のゲートバイアス電圧ヘフィードバックしている。これによって、ドレインバイアス電圧が低いときにはゲートバイアス電圧を上げることによって、ドレインバイアス電流を一定とし、歪みの増大を抑制している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例では、前記特開２０００−１９６３８７号公報中の図４に記載されているように、ドレインバイアス電流を一定に保っても、ドレインバイアス電圧が低下するに従い、増幅器の利得は低下している。このため、制御誤差の増大、あるいは端末制御回路の複雑化の課題が残る。
【００１２】
この利得低下は、ドレイン電圧が低下すると、一定のドレインバイアス電流を保っても増幅用電界効果トランジスタ自体の利得が低下してしまうというデバイスの根源的な動作特性に起因するものであり、前記従来例では不可避である。
【００１３】
前記従来例において、低ドレインバイアス電圧時にも、利得を一定に保つか、もしくは利得低下を更に抑制しようとすると、低ドレインバイアス電圧時にはバイアス電流を前記一定値よりも大きくする必要がある。
【００１４】
しかしながら、増幅器の効率はＡ級動作よりもＡＢ級あるいはＢ級の方が高いように、一般にバイアス電流を大きくすると直流消費電流が増加し、効率が低下してしまうという新たな課題が生じる。なお、前記従来例では、増幅素子として電界効果トランジスタが用いられているが、バイポーラトランジスタであっても同様の課題が生じる。
【００１５】
そこで、この発明の目的は、前記従来の課題を解決し、低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の利得低下を抑制でき、かつ、効率低下のない高周波電力増幅装置と通信端末を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、この発明の高周波電力増幅装置は、第１の増幅素子とこの第１の増幅素子にコレクタ電圧あるいはドレイン電圧を供給する電圧供給手段とを含む最終段の第１の増幅段と、前記第１の増幅段よりも前段の第２の増幅素子とこの第２の増幅素子の出力を入力側に帰還する負帰還回路とこの負帰還回路の負帰還量を制御する負帰還量制御手段とを含む第２の増幅段とを備える高周波電力増幅装置であって、
前記電圧供給手段は、
前記第１の増幅素子の出力電力に応じて、前記第１の増幅素子へ供給する電圧を前記第１の増幅素子の歪が許容される電圧に制御すると共に、前記第１の増幅素子に供給する電圧の増減に応じた信号を前記負帰還量制御手段へ発信し、
前記負帰還量制御手段は、
前記電圧供給手段から前記信号を受けて、前記負帰還回路の負帰還量を制御することを特徴としている。
【００１７】
この発明では、前記負帰還量制御手段は、前記電圧供給手段から入力される電圧に応じて、前記負帰還回路の負帰還量を制御する。これにより、電圧供給手段が増幅素子に供給する電圧(コレクタ電圧あるいはドレイン電圧)の増減に応じて、負帰還量制御手段が負帰還回路の負帰還量を増減させることができる。これにより、低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の利得低下を抑制でき、かつ、効率低下のない高周波電力増幅器となる。
【００１８】
また、一参考例の高周波電力増幅装置は、増幅素子を有する複数の増幅段を備え、前記複数の増幅段のうちの少なくともいずれか１つが、前記増幅素子にコレクタ電圧あるいはドレイン電圧を供給する電圧供給手段と、前記増幅素子の出力を入力側に帰還する負帰還回路と、この負帰還回路の負帰還量を制御する負帰還量制御手段とを備える高周波電力増幅装置であって、
前記電圧供給手段は、
前記増幅素子の出力電力に応じて、前記増幅素子へ供給する電圧を前記増幅素子の歪が許容される電圧に制御すると共に、前記増幅素子に供給する電圧の増減に応じた信号を前記負帰還量制御手段へ発信し、
前記負帰還量制御手段は、
前記電圧供給手段から前記信号を受けて、前記負帰還回路の負帰還量を制御する。
【００１９】
この参考例の高周波電力増幅装置では、少なくとも１つの増幅段が、前記電圧供給手段と負帰還回路,負帰還量制御手段とを含んでいる。したがって、低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の増幅素子の利得低下を、負帰還量を低減することによって補償でき、複数段の増幅装置全体としての利得を一定に保持できる。
【００２０】
この発明では、前記第２の増幅段の負帰還量制御手段は、前記第２の増幅段以外の第１の増幅段が有する電圧供給手段から入力される電圧によって、前記第２の増幅段の負帰還量を制御する。この発明では、増幅素子に供給する電圧を増減することにより高い効率を得られる高効率増幅段である第１の増幅段を、負帰還増幅段である第２の増幅段の後段に設置する。この発明では、前記高効率増幅段を、負帰還増幅段の後段に設置したので、負帰還増幅段よりも消費電力が大きな増幅器の出力電力を制御できるから、消費電力の低減を図れる。
【００２１】
また、一実施形態では、高周波電力増幅器の出力電力に応じて、電圧供給手段が増幅素子へ出力する電圧を制御して、この出力電圧を増幅素子の歪が許容される最低の電圧に設定できる。このような出力電圧の制御によって、前記出力電力が小さい場合にも、高周波電力増幅器の高い効率を得ることができる。
【００２２】
また、一実施形態の高周波電力増幅装置は、前記高周波電力増幅装置において、前記負帰還量制御手段は、前記負帰還回路の負帰還量を、前記電圧供給手段から入力される電圧の減少に伴なって低減させる。
【００２３】
この実施形態では、前記負帰還量制御手段は、前記負帰還回路の負帰還量を、前記電圧供給手段から入力される電圧の減少に伴なって低減させるから、低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の利得低下を抑制でき、かつ、効率低下のない高周波電力増幅装置となる。
【００２４】
また、一実施形態の通信端末は、前記高周波増幅装置を備えている。
【００２５】
この実施形態では、高周波電力増幅装置における低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の利得低下を制御できるため、単純な制御回路で高精度な出力電力調整が可能となる。また、電力消費量の最も大きな高周波電力増幅器が高効率となるため、長時間の通話や、端末の軽量化が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２７】
(第１の参考例)
図１に、この発明の第１の参考例の高周波電力増幅器１００を示すものである。図１に示すように、この高周波電力増幅器１００は、信号増幅用の増幅素子１を備えている。この増幅素子１は電界効果トランジスタからなる。なお、電界効果トランジスタに替えて、バイポーラトランジスタとしてもよい。
【００２８】
また、この高周波電力増幅器１００は、ドレイン電圧供給手段２を有し、このドレイン電圧供給手段２で前記増幅素子１にドレイン電圧を供給する。このドレイン電圧供給手段２は、通信端末に内蔵された電池、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ等の電池の出力電圧変換手段を含んでいる。
【００２９】
また、この高周波電力増幅器１００は、負帰還回路３を有し、この負帰還回路３は、増幅素子１の負帰還を行う。また、負帰還量制御手段４は、電圧供給手段２から入力され、電圧供給手段２が増幅素子１に供給する電圧に応じて増減する電圧に応じて、前記負帰還回路３の負帰還量を制御する。
【００３０】
ここで、電界効果トランジスタからなる前記増幅素子１の利得をＧａとし、負帰還回路３の負帰還量をβとすると、前記高周波電力増幅器１００の利得Ｇは、次式(１)で算出される。
【００３１】
Ｇ＝Ｇａ／(１＋βＧａ) … (１)
式(１)において、負帰還回路３の負帰還量βが―定であれば、ドレイン電圧供給手段２が増幅素子１に供給する出力電圧(ドレイン電圧)Ｖｄの低下にともなって、増幅素子１の利得Ｇａが低下することによって、増幅器１００の利得Ｇも低下する。
【００３２】
しかし、この参考例では、ドレイン電圧供給手段２の出力電圧Ｖｄが低下するのに伴なって、電圧供給手段２から負帰還量制御手段４に入力される信号が変化する。これにより、負帰還量制御手段４が負帰還回路３の負帰還量βを制御して、負帰還量βを低減する。したがって、ドレイン電圧供給手段２の出力電圧Ｖｄが低下したときに、増幅器１００の利得Ｇを表す式(１)の右辺の分母である、(１＋βＧａ)の低減量が、βが一定の場合に比べて大きくなる。これによって、利得Ｇの低下を抑制できる。
【００３３】
より望ましくは、ドレイン電圧供給手段２の出力電圧Ｖｄの変化量に対する利得Ｇの変化量が、次式(２)で表されるように、負帰還量制御手段４を設定すれば、次式(３)が成立する。
【００３４】
ｄＧ／ｄＶｄ＝Ｇａ２(ｄβ／ｄＶｄ) … (２)
ｄＧａ／ｄＶｄ＝０ … (３)
これによって、ドレイン電圧供給手段２の出力電圧Ｖｄが低いときでも、前記従来例のようにドレインバイアス電流を増加させることなく、増幅器１００の利得Ｇを一定にすることができる。したがって、増幅器１００の効率向上と、出力電力の制御誤差抑制が可能となる。
【００３５】
ここで、図２に、図１に示す増幅器１００の回路におけるＡ,Ｂ間に接続されている負帰還回路３の具体的構成を示す。この負帰還回路３は、負帰還量制御手段４の制御によって、抵抗値が変化する可変抵抗素子５と、コンデンサ６との直列接続回路で実現できる。このコンデンサ６は、増幅素子１のゲートとドレインのバイアス回路の直流的な結合を阻止するために配置されている。前記直流的な結合が許容できる場合には、コンデンサ６は無くてもよい。
【００３６】
なお、図３に示すように、図２の負帰還回路３の可変抵抗５を電界効果トランジスタ７で構成してもよい。この可変抵抗５は、負帰還量制御手段４が出力する制御電圧によって、電界効果トランジスタ７のゲート電圧を制御する。これによって、前記電界効果トランジスタ７のドレイン−ソース間のチャネル抵抗を制御することで、電界効果トランジスタ７を可変抵抗素子とすることができる。
【００３７】
この場合、図１に示すドレイン電圧供給手段２から増幅素子１への出力電圧が低くなったときは、このドレイン電圧供給手段２から負帰還量制御手段４へ入力される電圧が低下する。これにより、負帰還量制御手段４から電界効果トランジスタ７へ出力される制御電圧を低くし、可変抵抗素子としての電界効果トランジスタ７のゲート電位を下げることによって、チャネル抵抗を増大させ、負帰還量を低減させる。このことによって、電界効果トランジスタからなる増幅素子１の利得低下を補償し、増幅器１００の全体としての利得を一定に保つことができる。
【００３８】
なお、図２に示す可変抵抗素子５としては、バイポーラトランジスタのベース−エミッタ接合等のダイオード特性素子を採用してもよい。さらには、バイポーラトランジスタのベースで制御されたコレクタ−エミッタを可変抵抗として採用してもよい。
【００３９】
さらには、図２における負帰還回路３において可変抵抗５に換えて可変容量を用いて負帰還量を調整することも可能である。この可変容量としては、逆方向にバイアスしたダイオードなどの接合容量を採用できる。
【００４０】
また、負帰還量制御手段４としては、電圧供給手段２から入力された電圧を、単に、抵抗で分割したものや、オペアンプなどを用いて増幅／電圧シフトなどを行ったものを採用することもできる。さらには、負帰還量制御手段４としてマイクロコンピュータを採用して、電圧供給手段２の出力電圧を検知し、その電圧値から、計算によって適切な制御信号を発生させるものなどを採用してもよい。
【００４１】
また、電圧供給手段２としては、通信端末に内蔵された電池とＤＣ/ＤＣコンバータや可変抵抗とを用いて、制御信号によって、増幅素子１をなす電界効果トランジスタのドレイン電圧を可変できるようにしたもの採用できる。また、電圧供給手段２としては、複数の電池を直列に接続し、出力点を各電池の各接続点に切り替えて、電圧を可変するようにしたものを採用できる。
この参考例では、電圧供給手段２は、増幅素子１に供給する電圧の増減に応じて、負帰還量制御手段４に入力する電圧を増減させるものとした。
【００４２】
次に、図４に、この高周波電力増幅器１００でのドレイン電圧を横軸に示し、入力電力を特性４３で示し、出力電力を特性４２で示し、負帰還量制御電圧を曲線４５で示し、増幅器１００の利得を特性４１で示す。図４に示すように、この高周波電力増幅器１００は、ドレイン電圧の高低によらず、増幅器の利得が略一定であり、ドレイン電圧が低い時にも、利得低下を抑制できた。
【００４３】
なお、この参考例では、高周波電力増幅器１００の出力電力に応じて、電圧供給手段２が電界効果トランジスタからなる増幅素子１のドレイン電圧を制御している。
【００４４】
仮に、ドレイン電圧を一定にした場合には、前記出力電力が小さくなるに従って、増幅器１００の効率が低下していく。
【００４５】
しかし、この参考例では、電圧供給手段２が、高周波電力増幅器１００の出力電力に応じて、増幅素子１のドレイン電圧を制御して、このドレイン電圧を増幅器１００の歪が許容される最低の電圧に設定する。このような出力電圧に応じたドレイン電圧の制御によって、前記出力電力が小さい場合にも、高い効率を得ることができる。
【００４６】
この参考例では、電圧供給手段２が増幅素子１に出力するドレイン電圧が低くなると、負帰還量制御手段４が負帰還回路３に出力する負帰還量制御電圧が低下し、負帰還量が低減することによって、増幅器１００の利得が一定に保持される。したがって、入力電力が変化しないなら、電池の消耗などにより、ドレイン電圧が変化しても出力電力は変化しない。このため、出力電力に対する最適なドレイン電圧を容易に設定できる。また、出力電力と入力電力とが１対１の関係を持つので、簡単な制御でもって、出力電力を正確に制御できる。
【００４７】
一方、この参考例と異なり、ドレイン電圧の変化によって、増幅器の利得が変化する場合には、増幅器の出力電力に応じた最適なドレイン電圧を設定するために、ドレイン電圧を変更すると、出力電力が変化することとなるので、再度、ドレイン電圧を設定し直すという繰り返し調整が必要となる。
【００４８】
したがって、この参考例の高周波電力増幅器は、増幅器に低歪みが要求され、かつ送信電力の制御が行われるＣＤＭＡやＷ−ＣＤＭＡ等の通信端末用高周波電力増幅器に用いると、端末規格を満たしつつ、端末消費電力を低減することが可能となる。
【００４９】
また、制御方法として、ドレイン電圧に応じて出力電力を制御する制御方法を採用することも可能である。この制御方法は、ドレイン電圧によって、高周波電力増幅器１００の入力電力と負帰還量を制御することによって実現できる。
【００５０】
(第２の参考例)
次に、図５に、この発明の第２参考例としての高周波電力増幅装置を示す。この第２参考例の増幅装置は、初段増幅器８と前述の高周波増幅器１００と最終段増幅器９の３段の増幅器で構成されている。
【００５１】
この第２参考例は、たとえば、送信用電力増幅装置を構成する。送信用電力増幅装置は、その前段のドライバ増幅器の利得との兼ね合いによって、通常複数段で構成されることが一般的であるが、この第２実施形態では、３段増幅器の例としている。
【００５２】
高周波電力増幅器１００は、初段増幅器８と最終段増幅器９の間に配置されている。電圧供給手段は、増幅器８または９、あるいは増幅器８と９の両者に接続することも可能である。この第２参考例においても、低ドレイン電圧時の増幅素子１の利得低下を、負帰還量を低減することによって補償することで、３段増幅器全体としての利得を一定に保持できる。
【００５３】
なお、各増幅段での信号増幅によって、後段ほど扱う信号電力が大きくなるので、増幅段の後段ほど大きなサイズの電界効果トランジスタが用いられるのが一般的であるが、寄生成分の増大によって、トランジスタの利得は低下する。一方、負帰還量の変化による利得の変化量は、トランジスタの利得が高いほど大きくなる。したがって、低ドレイン電圧時のトランジスタの利得低下を負帰還量の変化で補償する観点から見ると、電力増幅器１００は、最終段よりも前段の増幅段に用いた方が、利得補償の範囲を広くできる。
【００５４】
また、この参考例での増幅器１００の利得のドレイン電圧依存性は、図４に示すような一定の特性ではなく、電力増幅器８および９の利得低下分を補償できるように、ドレイン電圧が下がるに従い利得が高くなる特性となる。
【００５５】
さらに、図５に示す高周波電力増幅器１００の利得のドレイン電圧依存性は一定である必要は無く、電力増幅器１００の前段に設置される利得可変アンプやミキサなどが電源電圧の変化によって特性変動する量を補正するように設定することも可能である。
【００５６】
なお、この第２参考例を構成する増幅器の段数は２段であってもよいし、３段以上であってもよい。
【００５７】
(第１の実施形態)
次に、図６に、この発明の第１の実施形態としての高周波電力増幅装置を示す。この第１実施形態は、前述の第２参考例と同様、３段の電力増幅器からなる。この第１実施形態が、第２参考例と異なる点は、ドレイン電圧供給手段２が最終段増幅器９のドレインバイアス電圧を制御することであり、２段目の負帰還増幅器１０１の負帰還量は、負帰還量制御手段４が制御する。この負帰還量制御手段４は、前記電圧供給手段２から入力される電圧に応じて、負帰還量を制御する。
【００５８】
この第１実施形態のような多段増幅器の出力電力を制御する場合には、後段の増幅器ほど消費電力が大きくなる。したがって、３段増幅器全体としての低消費電力化を達成するには、この第１実施形態のように、少なくとも最終段の増幅器９のドレイン電圧を制御することが効果的である。
【００５９】
さらに、この実施形態のように、最終段ではなく、その前段を負帰還回路構成とし、その負帰還量を制御することは、低ドレイン電圧時のトランジスタの利得低下を負帰還量を制御することによって補償する観点から見ると利得補償の範囲が広い。また、この場合には、最終段以外の増幅器のドレイン電圧は一定値であってもよい。
【００６０】
なお、この第１実施形態では、増幅素子１を電界効果トランジスタとしたが、バイポーラトランジスタとしてもよい。増幅素子１がバイポーラトランジスタからなる場合であっても、低コレクタ電圧時に利得低下が起こるので、これを補償するために、この発明が有効となる。
【００６１】
また、この第１実施形態では、電圧供給手段２の出力電圧が可変である場合について説明したが、電圧供給手段２が通信端末に内蔵された電池のみからなり電圧可変手段を含んでいない場合であっても、この発明を適用できる。
【００６２】
すなわち、電池の出力電圧は電池の消費とともに低下するから、従来の高周波増幅器では利得が変化し、出力電力が設定値からずれるという現象が発生する。この場合に、この発明を適用することによって、電池の出力電圧によって負帰還増幅器あるいは多段増幅器に含まれる負帰還増幅段の負帰還量を、この電池の出力電圧によって制御することができ、出力電力が設定値からずれることを防止できる。
【００６３】
(第２の実施の形態)
次に、図７に、この発明の第２の実施形態としての通信端末１００１を示す。この通信端末１００１は、この発明における高周波電力増幅器１００２と電圧供給手段１００３を有している。また、この通信端末１００１は、主電源としてのバッテリ１００４を備え、このバッテリ１００４が電圧供給手段１００３に電力を供給する。また、このバッテリ１００４は、通信装置内の各回路部を駆動するがこの点は図示してない。
【００６４】
また、この通信端末１００１は、アンテナ１０１１と、デュプレクサ１０１０と、低雑音増幅器やフィルタ等で構成される受信用ＲＦ部１００８と、ＲＦ(高周波)信号をＩＦ(中間周波)信号に変換する周波数変換部１００７を有している。この周波数変換部１００７は、交流発振器と２つのミキサを有している。
【００６５】
また、この通信端末１００１は、ＩＦ/ベースバンド部１００９と、フィルタ１００５とドライバ増幅器１００６等からなる送信部ＲＦ回路を備える。
【００６６】
この通信端末１００１において、高周波電力増幅器１００２は、所定のアンテナ出力を得るための利得に応じた段数Ｎの電力増幅器１００２１,１００２２,…１００２Ｎで構成されている。
【００６７】
この通信端末１００１では、ドライバ増幅器１００６，高周波電力増幅器１００２のうちの少なくともいずれか１つを、前述の第１実施形態としている。
【００６８】
また、この通信端末１００１では、電圧供給手段１００３が電力増幅器１００２に、電力増幅器１００２を動作させるためのバイアス電圧Ｖ１〜ＶＭを供給する。この電力増幅器１００２がバイポーラトランジスタで構成される場合は、これらバイアス電圧Ｖ１,Ｖ２,…ＶＭによって、そのバイポーラトランジスタのベースあるいはコレクタがバイアスされる。
【００６９】
前記ドライバ増幅器１００６や、電力増幅器１００２が構成する送信部は、通信端末１００１内で最大の信号電力を扱うので、増幅器の消費電力が大きく、かつ、出力電力制御時の歪も生じやすい。
【００７０】
ところが、この第２実施形態では、送信部の電力増幅器１００２やドライバ増幅器１００６を、前述の第１実施形態の高周波電力増幅器で構成しているので、低歪みで出力電力の制御精度を高くできる。
【００７１】
したがって、この第２実施形態の通信装置によれば、低歪み、かつ、低消費電力でもって、所定のアンテナ出力まで送信信号を増幅でき、低消費電力化を達成できる。
【００７２】
また、この第２実施形態のごとく、通信端末１００１がバッテリ駆動型である場合、バッテリ切れまでの通信時間を伸ばすことが可能となる。また、従来と同一の通信時間であれば、より小型のバッテリを使用することが可能となり、通信端末の小型化あるいは軽量化が可能となる。
【００７３】
また、ＣＤＭＡ，Ｗ−ＣＤＭＡ，ＰＤＣ(パーソナルデジタルセルラー)，ＰＨＳ，ＩＭＴ(インターナショナルモバイルテレコミュニケーション)−２０００等の通信システムでは、送信用電力増幅器として、隣接チャネル漏洩電力規格に代表される厳しい低歪み特性が要求される。したがって、このような通信システムに、この第２実施形態の通信端末を使用することによって、送信用電力増幅器の低歪みと高効率の両立が可能となる。
【００７４】
さらに、上述のごとく、この第２実施形態によれば、出力電力の制御精度が高く、低歪みで、低消費電力な通信端末１００１を実現できる。したがって、通話時間の延長や、通信端末の制御回路の簡素化などが行える。したがって、この発明は、低歪みな出力電力制御が要求されるＣＤＭＡやＷ−ＣＤＭＡ等の方式を採用した通信端末に摘要すると特に効果を発揮する。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように、この発明の高周波電力増幅装置では、負帰還量制御手段は、電圧供給手段の出力電圧に応じて、負帰還回路の負帰還量を制御する。これにより、電圧供給手段が増幅素子に供給する電圧(コレクタ電圧あるいはドレイン電圧)の増減に応じて、負帰還量制御手段が負帰還回路の負帰還量を増減させることができる。これにより、低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の利得低下を抑制でき、かつ、効率低下のない高周波電力増幅器となる。
【００７６】
また、一実施形態の高周波電力増幅装置は、前記電圧供給手段と負帰還回路,負帰還量制御手段とを含んでいる。したがって、低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の増幅素子の利得低下を、負帰還量を低減することによって補償でき、複数段の増幅装置全体としての利得を一定に保持できる。
【００７７】
また、この発明の高周波電力増幅装置では、第２の増幅段の負帰還量制御手段は、第２の増幅段以外の第１の増幅段が有する電圧供給手段が出力する出力電圧によって、第２の増幅段の負帰還量を制御する。この発明では、増幅素子に供給する電圧を増減することにより高い効率を得られる高効率増幅段である第１の増幅段を、負帰還増幅段である第２の増幅段の後段に設置した。この発明では、前記高効率増幅段を、負帰還増幅段の後段に設置したので、負帰還増幅段よりも消費電力が大きな増幅器の出力電力を制御できるから、消費電力の低減を図れる。
【００７８】
また、一実施形態では、高周波電力増幅器の出力電力に応じて、電圧供給手段が増幅素子へ出力する電圧を制御して、この出力電圧を増幅素子の歪が許容される最低の電圧に設定できる。このような出力電圧の制御によって、前記出力電力が小さい場合にも、高周波電力増幅器の高い効率を得ることができる。
【００７９】
また、一実施形態の高周波電力増幅装置では、負帰還量制御手段が負帰還回路の負帰還量を電圧供給手段の出力電圧の減少に伴なって低減させるから、低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の利得低下を抑制でき、かつ、効率低下のない高周波電力増幅装置となる。
【００８０】
また、一実施形態の通信端末は、前記高周波増幅装置を備えていることで、高周波電力増幅器または高周波電力増幅装置における低ドレイン電圧あるいは低コレクタ電圧時の利得低下を制御できるため、単純な制御回路で高精度な出力電力調整が可能となる。また、電力消費量の最も大きな高周波電力増幅器が高効率となるため、長時間の通話や、端末の軽量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１参考例としての高周波増幅器の構成を示す図である。
【図２】 前記第１参考例の高周波増幅器が有する負帰還回路の構成を示す図である。
【図３】 前記負帰還回路の別の構成を示す図である。
【図４】 前記第１参考例の特性を示す特性図である。
【図５】 この発明の第２参考例としての高周波増幅装置の構成を示す図である。
【図６】 この発明の第１実施形態としての高周波増幅装置の構成を示す図である。
【図７】 この発明の第２実施形態としての通信端末の構成を示す図である。
【図８】 従来例を示す図である。
【符号の説明】
１…増幅素子、２…電圧供給手段、３…負帰還回路、
４…負帰還量制御手段、５…可変抵抗、６…コンデンサ、
７…電界効果トランジスタ、８,９…高周波増幅器、
１００…高周波増幅器、２００,３００…高周波増幅装置。
Claims (3)
- 第１の増幅素子とこの第１の増幅素子にコレクタ電圧あるいはドレイン電圧を供給する電圧供給手段とを含む最終段の第１の増幅段と、前記第１の増幅段よりも前段の第２の増幅素子とこの第２の増幅素子の出力を入力側に帰還する負帰還回路とこの負帰還回路の負帰還量を制御する負帰還量制御手段とを含む第２の増幅段とを備える高周波電力増幅装置であって、
前記電圧供給手段は、
前記第１の増幅素子の出力電力に応じて、前記第１の増幅素子へ供給する電圧を前記第１の増幅素子の歪が許容される電圧に制御すると共に、前記第１の増幅素子に供給する電圧の増減に応じた信号を前記負帰還量制御手段へ発信し、
前記負帰還量制御手段は、
前記電圧供給手段から前記信号を受けて、前記負帰還回路の負帰還量を制御することを特徴とする高周波電力増幅装置。 - 請求項１に記載の高周波電力増幅装置において、
前記負帰還量制御手段は、前記負帰還回路の負帰還量を、前記電圧供給手段から入力される電圧の減少に伴なって低減させることを特徴とする高周波電力増幅装置。 - 請求項１または２に記載の高周波電力増幅装置を備えた通信端末。
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