JP4293943B2 - High frequency power amplifier - Google Patents
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Description
本発明は、電界効果トランジスタまたはバイポーラトランジスタをパワー用高周波トランジスタとして用いた高周波電力増幅器に関するものである。 The present invention relates to a high frequency power amplifier using a field effect transistor or a bipolar transistor as a power high frequency transistor.
図9は従来の高周波電力増幅器を示す。
この例では高周波信号を増幅する1段構成の高周波トランジスタ1とその出力整合回路とで構成されている。Aが高周波信号入力端子、Bが直流電源供給端子、Cが高周波信号出力端子である。または2段以上の高周波トランジスタで構成される高周波電力増幅器の最終段もある。
FIG. 9 shows a conventional high-frequency power amplifier.
In this example, it is composed of a high-
高周波トランジスタ1のドレインには、直流電源供給端子Bからバイアス回路8を介して直流電流が供給されている。バイアス回路8は、具体的には、通常、基本周波数(0.9GHz〜1.0GHz)のλ/4相当の長さを確保したバイアスライン3によって構成されている。このバイアスライン3は高周波トランジスタ1への給電側にある伝送線路2に対して基本波インピーダンスが十分高くなるような長さに設計されている。
A direct current is supplied from the direct current power supply terminal B to the drain of the
バイアスライン3として基本波周波数の4分の1波長の長さを確保できない場合は、コンデンサ5により基本波のバイアスラインの電気長を等価的に前記4分の1波長の電気長相当に変換している。
If the length of the quarter wavelength of the fundamental frequency cannot be secured as the
前記バイアスライン3の直流電源供給端子Bの側に接続されたコンデンサ4は、1000pF程度のバイパスコンデンサである。
高周波トランジスタ1の出力側には、所望の出力特性を得るための出力整合回路として、基本波に対しては高周波電力増幅器の出力外部回路のインピーダンスを高周波トランジスタ1の内部インピーダンスに整合させる出力整合回路7と、高次高調波インピーダンスを最適なものとする高調波処理回路6が設けられている。例えばF級増幅動作であれば高調波処理回路6により偶数次高調波に対しては短絡、奇数次高調波に対しては開放にされるよう構成される。
The
On the output side of the high-
1段構成の高周波増幅器において、F級動作の一般的な高調波処理としては、2次高調波インピーダンスを短絡、3次高調波インピーダンスを開放になるように設計され、4次以上の高次の高調波電力は2次、3次高調波に比べて比較的電力が小さいため無視される。また、2次、3次高調波の処理にはショートスタブやオープンスタブなどを利用した回路により構成される。
従来の高周波電力増幅器は、高周波トランジスタ1の拡散プロセスのばらつきによる内部容量の変化、およびバイアスライン3、高調波処理回路6、出力整合回路7に用いられるストリップラインやマイクロストリップラインのGND距離やライン幅のばらつきにより、基本波とF級動作に必要な2次高調波、3次高調波の最適インピーダンスがずれてしまう問題がある。
The conventional high-frequency power amplifier has a change in internal capacitance due to variations in the diffusion process of the high-
そこで、インピーダンスのずれを修正する調整作業では、高調波処理回路6、出力整合回路7に用いられる集中定数素子の変更により高周波トランジスタ1およびストリップラインやマイクロストリップラインによるインピーダンスのずれを修正するが、優先的に基本波、2次高調波の順にインピーダンスの合わせ込みを行うことと、通常の携帯電話装置で使用する基本波周波数の3次高調波が2GHz以上にあたり、これが前記集中定数素子の自己共振周波数を超えているため、3次高調波などの高次高調波のインピーダンスを最適整合させることが困難である。
Therefore, in the adjustment work for correcting the impedance deviation, the impedance deviation caused by the high-
また、近年、高周波電力増幅器を使用するセットの薄型化が加速しており、セットで設計される高周波電力増幅器の実装用電極ランドとそのランド下部のGNDとの距離も薄型化されるため、実装用電極ランドに微小容量が発生する。特に、F級動作させることで高効率を達成させている高周波増幅器においては、高周波トランジスタ1のバイアスライン3の直流電源供給端子Bに外部微小容量が付加されると、バイアスライン3と外部微小容量が共振し高次高調波インピーダンスの位相を最適位置よりずらしてしまう問題がある。
Also, in recent years, the thinning of sets using high-frequency power amplifiers has accelerated, and the distance between the mounting electrode land of the high-frequency power amplifier designed in the set and the GND under the land has also been reduced. A small capacitance is generated in the electrode land. In particular, in a high-frequency amplifier that achieves high efficiency by class F operation, if an external microcapacitance is added to the DC power supply terminal B of the
本発明の目的は、高周波トランジスタ1の拡散プロセスのばらつきによる高周波トランジスタ1の内部容量の変化およびバイアスライン3、高調波処理回路6、出力整合回路7に用いられるストリップラインやマイクロストリップラインのGND距離やライン幅のばらつきによる影響や、高周波電力増幅器を実装するセットの実装用電極ランドなどに発生する微小容量といった外部微小容量の影響によりインピーダンスが最適位置よりずれてしまった状態において、基本波、2次高調波のインピーダンスに影響を与えることなく3次高調波の位相を電力効率が最大となる最適位置に制御できる高周波電力増幅器を提供することにある。
The object of the present invention is to change the internal capacitance of the high-
本発明の高周波電力増幅器は、高周波トランジスタと、この高周波トランジスタの出力側に接続され、トランジスタに直流電流を供給するための分布定数線路とバイパスコンデンサとからなるバイアス回路と、トランジスタの高調波の負荷を最適インピーダンス位置に制御する高調波処理回路と、トランジスタの基本波の負荷を最適インピーダンス位置に制御する出力整合回路と、前記バイアス回路の電源側に接続された高調波位相制御回路とを有し、前記高調波位相制御回路は、一端が接地され所望の高次高調波の位相を制御するインダクタとキャパシタの直列回路により構成したことを特徴とする。 A high-frequency power amplifier according to the present invention includes a high-frequency transistor, a bias circuit connected to an output side of the high-frequency transistor and including a distributed constant line for supplying a direct current to the transistor and a bypass capacitor, and a harmonic load of the transistor A harmonic processing circuit that controls the fundamental impedance of the transistor to an optimal impedance position, and a harmonic phase control circuit connected to the power supply side of the bias circuit. The harmonic phase control circuit is constituted by a series circuit of an inductor and a capacitor, one end of which is grounded, and controls the phase of a desired higher order harmonic.
特に、例えばバイアスラインの直流電源供給側に設置される高調波位相制御回路のインダクタは1個の巻線構造のチップ部品、キャパシタは1個の多層構造のチップ部品として構成した場合、チップインダクタはその自己共振周波数が高次高調は、具体的には3次高調波に掛からない程度のインダクタンス値を有し、チップコンデンサは自己共振周波数が基本波以上の周波数に掛からない程度の数百pF以上の容量値とした場合には、バイアスラインの直流電源供給側に設置されるチップインダクタと直列接続されるチップコンデンサとの合成インダクタンス成分とこれら高調波位相制御回路と並列に接続しているバイパスコンデンサのインダクタンス成分が合成され、高い周波数においてバイアスラインの電気長を変えるため、トランジスタの出力負荷において3次高調波インピーダンスの位相のみに影響を与える。その結果、バイアスラインの直流電源供給側に設置されるインダクタのインダクタンス値を制御することで、トランジスタの出力負荷において3次高調波インピーダンスの位相のみの制御を実現する。 In particular, for example, when the inductor of the harmonic phase control circuit installed on the DC power supply side of the bias line is configured as one chip component of a winding structure and the capacitor is configured as one chip component of a multilayer structure, the chip inductor is The high-order harmonic of the self-resonant frequency has an inductance value that is not applied to the third-order harmonic, and the chip capacitor is several hundred pF or more that the self-resonant frequency does not apply to the frequency higher than the fundamental wave. In this case, the combined inductance component of the chip inductor installed on the DC power supply side of the bias line and the chip capacitor connected in series and the bypass capacitor connected in parallel with these harmonic phase control circuits Since the inductance components of the are combined to change the electrical length of the bias line at high frequencies, It affects only the phase of the third harmonic impedance at the output load. As a result, by controlling the inductance value of the inductor installed on the DC power supply side of the bias line, it is possible to control only the phase of the third harmonic impedance in the output load of the transistor.
さらに本発明の高周波電力増幅器は、高周波トランジスタと、この高周波トランジスタの出力側に接続され、トランジスタに直流電流を供給するための分布定数線路とバイパスコンデンサとからなるバイアス回路と、トランジスタの高調波の負荷を最適インピーダンス位置に制御する高調波処理回路と、トランジスタの基本波の負荷を最適インピーダンス位置に制御する出力整合回路と、前記バイアス回路の電源側に接続された高調波位相制御回路とを有し、前記高調波位相制御回路は、一端が接地され所望の高次高調波の位相を制御する、インダクタと第1のキャパシタの直列回路と第2のキャパシタとの並列回路より構成したことを特徴とする。 Furthermore, the high-frequency power amplifier of the present invention includes a high-frequency transistor, a bias circuit connected to the output side of the high-frequency transistor and including a distributed constant line for supplying a direct current to the transistor and a bypass capacitor, and harmonics of the transistor. A harmonic processing circuit for controlling the load to the optimum impedance position, an output matching circuit for controlling the load of the fundamental wave of the transistor to the optimum impedance position, and a harmonic phase control circuit connected to the power supply side of the bias circuit. The harmonic phase control circuit is composed of a parallel circuit of a series circuit of an inductor, a first capacitor, and a second capacitor, one end of which is grounded and controls the phase of a desired higher-order harmonic. And
特に、例えばバイアスラインの直流電源供給側に設置された直列回路のインダクタとキャパシタでは、インダクタは1個の巻線構造のチップ部品、キャパシタは1個の多層構造のチップ部品として構成した場合、チップインダクタはその自己共振周波数が高次高調波、具体的には3次高調波に掛からない程度のインダクタンス値を有し、チップコンデンサは自己共振周波数が基本波以上の周波数に掛からない程度の数百pF以上の容量値を有する。また、バイアスラインの直流電源供給側にインダクタとキャパシタの直列回路と並列に接地される1個のキャパシタは、小さい容量成分を有する。 In particular, for example, in the case of a series circuit inductor and capacitor installed on the DC power supply side of the bias line, when the inductor is configured as one winding chip component and the capacitor is configured as one multilayer chip component, The inductor has an inductance value that does not cause the self-resonant frequency to be applied to high-order harmonics, specifically, the third-order harmonic, and the chip capacitor has several hundreds that do not apply the self-resonant frequency to frequencies higher than the fundamental wave. It has a capacitance value of pF or more. One capacitor grounded in parallel with the series circuit of the inductor and the capacitor on the DC power supply side of the bias line has a small capacitance component.
この構成によれば、バイアスラインの直流電源供給側に設置されるチップインダクタと直列接続されるキャパシタとの合成インダクタンス成分とこれら高調波位相制御回路と並列に接続しているバイパスコンデンサのインダクタンス成分が合成され、高い周波数においてバイアスラインの電気長を変えるため、トランジスタの出力負荷において3次高調波インピーダンスの位相のみに影響を与える。また、バイアスラインの直流電源供給側に設置される小さい容量値のキャパシタとバイアスラインとの共振により、トランジスタの出力負荷において3次高調波インピーダンスの位相のみに影響を与える。 According to this configuration, the combined inductance component of the chip inductor installed on the DC power supply side of the bias line and the capacitor connected in series and the inductance component of the bypass capacitor connected in parallel with these harmonic phase control circuits are Since it is synthesized and changes the electrical length of the bias line at high frequencies, it only affects the phase of the third harmonic impedance at the output load of the transistor. In addition, the resonance between the bias line and the capacitor having a small capacitance value installed on the DC power supply side of the bias line affects only the phase of the third harmonic impedance in the output load of the transistor.
その結果、バイアスラインの直流電源供給側に設置されるインダクタとキャパシタの直列回路のインダクタンス値とこの直列回路に並列に設置される小さい容量のキャパシタの容量値を制御することで、トランジスタの出力負荷において3次高調波インピーダンスの位相のみの制御を実現する。 As a result, the output value of the transistor is controlled by controlling the inductance value of the series circuit of the inductor and the capacitor installed on the DC power supply side of the bias line and the capacitance value of the small capacitor installed in parallel to the series circuit. The control of only the phase of the third harmonic impedance is realized in FIG.
本発明の高周波電力増幅器によれば、キャパシタとバイアス回路の共振を利用し高次高調波、具体的には3次高調波インピーダンスの位相を制御できるため、高周波電力増幅器のトランジスタの拡散プロセスに伴う内部容量のばらつきや、基板の分布定数線路のインピーダンスのばらつきによる3次高調波インピーダンスの位相への影響を改善することが可能である。さらに試作においてバイアスライン等の分布定数線路が約2mm程度足りなかった場合においても、3次高調波インピーダンスの位相の制御が可能であるため、試作や量産時において、開発の効率化や高歩留まりを実現できる。すなわち、最終段のトランジスタの3次高調波の位相を最適にあわせ込むことにより、高効率な高周波増幅器が実現できる。 According to the high-frequency power amplifier of the present invention, the phase of the high-order harmonic, specifically, the third-order harmonic impedance can be controlled by utilizing the resonance between the capacitor and the bias circuit. It is possible to improve the influence on the phase of the third harmonic impedance due to variations in internal capacitance and impedances of the distributed constant line of the substrate. Furthermore, even if the distributed line such as the bias line is about 2mm short in the trial production, the phase of the 3rd harmonic impedance can be controlled, so that the development efficiency and the high yield can be improved during the trial production and mass production. realizable. That is, a high-efficiency high-frequency amplifier can be realized by optimally matching the phase of the third harmonic of the final stage transistor.
また、バイパスコンデンサが高周波電力増幅器の直流電源供給端子の外部に設置されても同様な効果が得られる。
また、本発明の高周波電力増幅器によれば、高周波位相制御回路とバイパスコンデンサとによるインダクタス成分の制御によりバイアスラインの電気長を短い状態から元に戻す方向に高次高調波、具体的には3次高調波インピーダンスの位相を制御できるため、高周波電力増幅器のトランジスタの拡散プロセスに伴う内部容量のばらつきや、基板の分布定数線路のインピーダンスのばらつきによる3次高調波インピーダンスの位相への影響を改善することが可能である。さらに試作においてバイアスライン等の分布定数線路が約1.5mm程度長すぎた場合においても、3次高調波インピーダンスの位相の制御が可能であるため、試作や量産時において、開発の効率化や高歩留まりを実現できる。
The same effect can be obtained even if the bypass capacitor is installed outside the DC power supply terminal of the high frequency power amplifier.
In addition, according to the high frequency power amplifier of the present invention, high-order harmonics in the direction of returning the electrical length of the bias line from the short state to the original state by controlling the inductance component by the high frequency phase control circuit and the bypass capacitor, specifically, Since the phase of the 3rd harmonic impedance can be controlled, the influence on the phase of the 3rd harmonic impedance due to the dispersion of the internal capacitance accompanying the diffusion process of the transistor of the high frequency power amplifier and the impedance of the distributed constant line of the substrate is improved. Is possible. Furthermore, even if the distributed constant line such as the bias line is about 1.5 mm long in the trial production, it is possible to control the phase of the 3rd harmonic impedance. Yield can be realized.
さらに、本発明の高周波電力増幅器によれば、高周波位相制御回路のキャパシタとバイアス回路の共振を利用し高次高調波、具体的には3次高調波インピーダンスの位相を制御できかつ、高周波位相制御回路とバイパスコンデンサとのインダクタス成分の制御によりバイアスラインの電気長を短く見せて3次高調波インピーダンスの位相を制御できるため、高周波電力増幅器のトランジスタの拡散プロセスに伴う内部容量のばらつきや、基板の分布定数線路のインピーダンスのばらつきによる3次高調波インピーダンスの位相への影響を改善することが可能である。さらに試作においてバイアスライン等の分布定数線路が約−1.5mm〜+2mm程度分の範囲において最適位置から離れていても、3次高調波インピーダンスの位相の制御が可能であるため、試作や量産時において、開発の効率化や高歩留まりを実現できる。 Furthermore, according to the high frequency power amplifier of the present invention, it is possible to control the high order harmonic, specifically the phase of the third harmonic impedance, using the resonance of the capacitor and the bias circuit of the high frequency phase control circuit, and the high frequency phase control. By controlling the inductance component of the circuit and the bypass capacitor, the electrical length of the bias line can be made shorter and the phase of the third harmonic impedance can be controlled. It is possible to improve the influence of the third-order harmonic impedance on the phase due to the impedance variation of the distributed constant line. Furthermore, the phase of the third harmonic impedance can be controlled even when the distributed constant line such as the bias line is away from the optimum position in the range of about -1.5 mm to +2 mm in the trial production. In this way, it is possible to achieve development efficiency and high yield.
さらにまた、本発明の高周波電力増幅器によれば、高周波位相制御回路とバイパスコンデンサとのインダクタス成分の制御によりバイアスラインの電気長を操作し、高周波電力増幅器の実装用電極ランドに負荷される外部微小容量成分による高次高調波、具体的には3次高調波インピーダンスの位相への影響をキャンセルすることができる。これにより、高周波電力増幅器は実装されるセットの薄化による実装用電極ランドに負荷される外部微小容量成分による特性劣化を改善でき、セットの薄化に貢献できる。 Furthermore, according to the high frequency power amplifier of the present invention, the electrical length of the bias line is controlled by controlling the inductance component of the high frequency phase control circuit and the bypass capacitor, and the external load loaded on the mounting electrode land of the high frequency power amplifier The influence on the phase of high-order harmonics, specifically, the third-order harmonic impedance due to the minute capacitance component can be canceled. Thereby, the high frequency power amplifier can improve the characteristic deterioration due to the external minute capacitance component loaded on the mounting electrode land due to the thinning of the mounted set, and can contribute to the thinning of the set.
以下、本発明の各実施の形態を図1〜図8に基づいて説明する。
なお、所望の通過周波数帯域を0.9GHz〜1.0GHz帯とする高周波電力増幅器の場合を例に挙げて説明するが、通過周波数帯域は上記の周波数帯に限定されることはない。さらに、3次高調波を制御する場合について具体的に説明するが、2次以上の所望の高次高調波を制御する場合でも同様にすることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
Note that the case of a high-frequency power amplifier having a desired pass frequency band of 0.9 GHz to 1.0 GHz will be described as an example, but the pass frequency band is not limited to the above frequency band. Further, the case where the third harmonic is controlled will be described in detail. However, the same can be applied to the case where a desired second or higher harmonic is controlled.
また、以下の説明では、バイアスライン長をλ/12とし基本波インピーダンスをインピーダンス変換用コンデンサ5によりλ/4相当に変換している回路構成を例に行う。また、説明を簡便にするため位相の回転をスミスチャート上において左回りをプラスで表示している。
Further, in the following description, a circuit configuration in which the bias line length is λ / 12 and the fundamental impedance is converted to λ / 4 by the
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態の高周波電力増幅器を示す。
この高周波電力増幅器は、従来例を示す図9に比べてバイアス回路8の直流電源供給端子Bの側に高周波位相制御回路9が接続されている点だけが異なっており、その他の構成は、従来例と同様である。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a high-frequency power amplifier according to a first embodiment of the present invention.
This high-frequency power amplifier differs from the conventional example shown in FIG. 9 only in that a high-frequency
第1の実施の形態における高周波位相制御回路9は、一端が接地され他端がバイアス回路8の電源側に接続して構成されている。高調波位相制御回路9は、所望の高次高調波の位相を電力効率を最適位置に制御するキャパシタ10により構成されている。基本周波数帯が0.9GHz〜1.0GHz帯の場合のコンデンサ10は、0〜3pFの容量値の範囲に設定されている。
The high frequency
コンデンサ10の容量値を0〜3pFの範囲で設定することで、2.7GHz〜3GHz帯の3次高調波の位相を0°〜−20°程度の範囲で制御することができる。この位相変化分は、約33Ωのインピーダンスに設定した幅400μmのバイアスライン3において、約2mm分の電気長を長くすることに相当し、実際の高周波トランジスタ1や高周波処理回路6と出力整合回路7に使用される分布定数線路のばらつきによる3次高調波インピーダンスの位相への影響は、±5°程度であり、位相を右回りの方向に制御するには十分である。
By setting the capacitance value of the
(第2の実施の形態)
図2は本発明の第2の実施の形態の高周波電力増幅器を示す。
この高周波電力増幅器は、従来例を示す図9に比べてバイアス回路8の直流電源供給端子Bの側に高周波位相制御回路9が接続されている点だけが異なっており、その他の構成は、従来例と同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a high frequency power amplifier according to a second embodiment of the present invention.
This high-frequency power amplifier differs from the conventional example shown in FIG. 9 only in that a high-frequency
高周波位相制御回路9は、一端が接地され所望の高次高調波の位相を電力効率を最適位置に制御するインダクタ11とキャパシタ12の直列回路により構成されている。
インダクタ11は自己共振周波数が3次高調波に掛からないように10nH程度以下の範囲で調整し、コンデンサ12は自己共振周波数が基本波以上の周波数に掛かりインピーダンスに影響を与えないように数百pF以上の容量値、具体的には1000pFの容量値に設定されている。
The high-frequency
The
この構成によると、3次高調波の2.7GHz〜3.0GHz帯は1000pFのチップコンデンサが使用されているコンデンサ12の自己共振周波数を十分に超えており、この3次高調波の周波数帯ではコンデンサ12は誘導性を示す。
According to this configuration, the 2.7 GHz to 3.0 GHz band of the third harmonic sufficiently exceeds the self-resonant frequency of the
したがって、3次高調波の周波数帯において高周波位相制御回路9はインダクタ11とコンデンサ12の誘導成分の合成インダクタンス成分を示す。また、この3次高調波の周波数帯においては、バイアス回路8のバイパスコンデンサ4も誘導性を示し、このインダクタンス成分と高調波位相制御回路9のインダクタンス成分の合成インダクタンスがバイアスラインの電気長に作用する。
Therefore, the high-frequency
一般に使用されている0603サイズの1000pFのコンデンサのインダクタンス成分は2.7GHz〜3.0GHz帯付近で約0.5nHであり、高周波位相制御回路9のインダクタ11を0nH〜10nHの範囲で制御することで、高周波位相制御回路9とバイパスコンデンサ4の合成インダクタンスが0.25nH〜0.5nH程度で変動し、3次高調波インピーダンスの位相を0°〜+15°程度の範囲で制御できる。この位相角度の変化は、約33Ωのインピーダンスに設定した幅400μmのバイアスラインにおいて、電気長を約1.5mm分短くした状態に相当する効果がある。
The inductance component of a 0603 size 1000 pF capacitor that is generally used is about 0.5 nH in the vicinity of the 2.7 GHz to 3.0 GHz band, and the
実際の高周波トランジスタ1や高周波処理回路6と出力整合回路7に使用される分布定数線路のばらつきによる3次高調波インピーダンスの位相への影響は、±5°程度であり、位相を左回りの方向に制御するには十分な効果である。
The influence on the phase of the third harmonic impedance due to the variation of the distributed constant lines used in the actual high-
(第3の実施の形態)
図3は本発明の第3の実施の形態の高周波電力増幅器を示す。
この高周波電力増幅器は、従来例を示す図9に比べてバイアス回路8の直流電源供給端子Bの側に高周波位相制御回路9が接続されている点だけが異なっており、その他の構成は、従来例と同様である。
(Third embodiment)
FIG. 3 shows a high-frequency power amplifier according to the third embodiment of the present invention.
This high-frequency power amplifier differs from the conventional example shown in FIG. 9 only in that a high-frequency
高周波位相制御回路9は、一端が接地され所望の高次高調波の位相を電力効率を最適位置に制御する、インダクタ14と第1のキャパシタ15の直列回路と第2のキャパシタ13との並列回路により構成されている。基本周波数帯が0.9GHz〜1.0GHz帯の場合のインダクタ14は自己共振周波数が3次高調波に掛からないように10nH程度以下の範囲で調整し、第1のコンデンサ15は自己共振周波数が基本波以上の周波数に掛かりインピーダンスに影響を与えないように数百pF以上の容量値、具体的には1000pFの容量値に設定している。また、第2のコンデンサ13は、0pFを越えて3pF程度の容量値の範囲で制御される。
The high-frequency
この構成によると、直流電源供給端子Bに端点が接地された微小容量の第2のコンデンサ13により右回りの方向に3次高調波インピーダンスの位相を制御することができ、直流電源供給端子Bに端点が接続されたインダクタ14のインダクタンス成分と第1のコンデンサ15のインダクタンス成分との合成インダクタンス成分により左回りの方向に、3次高調波インピーダンスを制御することができる。さらにインダクタ14のインダクタンス成分を大きくすることにより右回りの方向に3次高調波インピーダンスを制御することができる。 According to this configuration, the phase of the third harmonic impedance can be controlled in the clockwise direction by the minute second capacitor 13 whose end point is grounded to the DC power supply terminal B. The third harmonic impedance can be controlled in the counterclockwise direction by a combined inductance component of the inductance component of the inductor 14 to which the end point is connected and the inductance component of the first capacitor 15. Furthermore, the third harmonic impedance can be controlled in the clockwise direction by increasing the inductance component of the inductor 14.
また、第2のコンデンサ13を第1のコンデンサ15と同じ1000pF程度にすることで、高調波位相制御回路9とバイパスコンデンサ5の合成インダクタンスが更に小さくなり、図2に示した第2の実施の形態の場合以上に左回りの方向に位相を回転させることができる。
Further, by setting the second capacitor 13 to about 1000 pF, which is the same as the first capacitor 15, the combined inductance of the harmonic
3次高調波インピーダンスの位相は、初期位置を0°とおくと、図1のコンデンサ10と同じ効果を示す第2コンデンサ13により0°〜−20°程度までの範囲の制御ができる。図2のインダクタ11と同じ効果を示すインダクタ14と1000pFの第1のコンデンサ15により0°〜+25°程度の範囲の制御ができる。
The phase of the third harmonic impedance can be controlled in a range of about 0 ° to −20 ° by the second capacitor 13 having the same effect as the
したがって、この高調波位相制御回路9により3次高調波インピーダンスの位相制御範囲を格段に広げることが可能であり、これは、約33Ωのインピーダンスに設定した幅400μmのバイアスラインにおいて、約4.5mm分の電気長を操作することに相当する効果がある。
Therefore, the phase control range of the third harmonic impedance can be greatly expanded by the harmonic
第2のコンデンサ13の容量値を0pFを越えて3pF以下とし、第1のコンデンサ15の容量値を1000pF、インダクタ14のインダクタンス値を0nHを越えて10nH以下の範囲で制御させた際の3次高調波インピーダンスの位相と高周波電力増幅器の効率の変化を図7に示す。また、その高調波位相制御の際の、基本波、2次高調波、3次高調波のインピーダンスの位相の動きを図8に示す。 The third order when the capacitance value of the second capacitor 13 exceeds 0 pF and is 3 pF or less, the capacitance value of the first capacitor 15 is 1000 pF, and the inductance value of the inductor 14 exceeds 0 nH and is less than 10 nH. FIG. 7 shows changes in the phase of the harmonic impedance and the efficiency of the high-frequency power amplifier. Further, FIG. 8 shows the movement of the phase of the impedance of the fundamental wave, the second harmonic, and the third harmonic during the harmonic phase control.
(第4の実施の形態)
図4は本発明の第4の実施の形態の高周波電力増幅器を示す。
上記の各実施の形態では高周波電力増幅器の電気回路を構築した配線基板を、携帯電話装置のメイン基板に実装する前の状態で適正に調整する場合を例に挙げて説明したが、この第4の実施の形態では、高周波電力増幅器の電気回路を構築した配線基板を、携帯電話装置のメイン基板に実装した状態で適正に調整する場合を具体的に説明している。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 shows a high-frequency power amplifier according to a fourth embodiment of the present invention.
In each of the above-described embodiments, the case where the wiring board on which the electric circuit of the high-frequency power amplifier is constructed is properly adjusted in the state before being mounted on the main board of the mobile phone device has been described as an example. In this embodiment, a case where the wiring board on which the electric circuit of the high-frequency power amplifier is constructed is properly adjusted in a state where the wiring board is mounted on the main board of the mobile phone device is specifically described.
携帯電話装置のメイン基板に実装した状態の高周波電力増幅器は、直流電源供給端子Bに前記メイン基板の側の外部微小容量16が付加された状態になっている。具体的には、高周波電力増幅器を前記メイン基板に実装して、前記メイン基板の実装用電極ランド(図示せず)を経由して高周波電力増幅器の直流電源供給端子Bに給電して動作させながら調整する場合であって、外部微小容量16は前記メイン基板の実装用電極ランドに発生する寄生浮遊容量である。
The high-frequency power amplifier mounted on the main board of the cellular phone device is in a state in which the
この場合には、外部微小容量16により右回りの方向に3次高調波インピーダンスの位相は回転し、インダクタ11とバイパスコンデンサ4のインダクタンス成分により左回りの方向に、3次高調波インピーダンスを制御することができる。さらに高周波位相制御回路9のインダクタンス成分を大きくすることにより右回りの方向に3次高調波インピーダンスを制御することができる。
In this case, the phase of the third harmonic impedance is rotated in the clockwise direction by the
3次高調波インピーダンスの位相は、初期位置を0°とおくと、図4の外部微小容量16の影響により右回りの方向に回転するが、高周波位相制御回路9とバイパスコンデンサ4の合成インダクタンスによりインダクタンス成分が小さくなるため、バイアスライン3の電気長を短く見せることができ、3次高調波インピーダンスの位相を+15°程度左回りの方向に戻すことが可能となる。また、左回りの方向に行き過ぎた場合は高周波位相制御回路9内の位相制御インダクタ17を大きくすることで右回りの方向に制御できる。
The phase of the third harmonic impedance rotates in the clockwise direction due to the influence of the
ただし、外部微小容量16が3pFを超える場合は、3次高調波インピーダンスの位相をこの回路だけで戻すのは困難となるが、外部微小容量16の影響を極力抑えることが可能である。
However, when the
なお、図3に示した第3の実施の形態の場合にも、この第4の実施の形態の場合と同様に、高周波電力増幅器を携帯電話装置のメイン基板に実装した状態で調整する場合に、高周波位相制御回路9を調節することによって、基本波、2次高調波のインピーダンスに影響を与えることなく3次高調波などの高次高調波の位相を電力効率が最大となる最適値に調整できる。
Note that, in the case of the third embodiment shown in FIG. 3, as in the case of the fourth embodiment, when the high-frequency power amplifier is mounted on the main board of the mobile phone device, the adjustment is performed. By adjusting the high-frequency
また、この第4の実施の形態の外部微少容量16と図3に示した第3の実施の形態の第2のコンデンサ13とが高周波位相制御回路9において等価な作用を果たすことを見れば、第3の実施の形態において第2のコンデンサ13は高周波電力増幅器が構築された基板の内部ではなくて、高周波電力増幅器の直流電源供給端子の外部に設置されても同様な効果が得られる。具体的には、高周波電力増幅器が実装される携帯電話装置などのメイン基板の側に設けて構成することもできる。
Further, if it is seen that the
(第5の実施の形態)
図5は本発明の第5の実施の形態の高周波電力増幅器を示す。
この高周波電力増幅器は、従来例を示す図9に比べてバイアス回路8の直流電源供給端子Bの側に高周波位相制御回路9が接続されている点だけが異なっており、その他の構成は、従来例と同じである。
(Fifth embodiment)
FIG. 5 shows a high frequency power amplifier according to a fifth embodiment of the present invention.
This high-frequency power amplifier differs from the conventional example shown in FIG. 9 only in that a high-frequency
高周波位相制御回路9は、バイアス回路8の電源側に基端部が接続され他端が開放したオープンスタブ19により構成されている。
オープンスタブ19は、0を越えて〜3pF程度の容量値に相当する範囲で長さ、幅、ラインとGNDとの距離が調節されている。
The high-frequency
The
オープンスタブ19を0を越えて〜3pF相当の容量値範囲で制御することで、2.7GHz〜3GHz帯の3次高調波の位相を0°〜−20°程度の範囲で制御することができる。この位相変化分は、約33Ωのインピーダンスに設定した幅400μmのバイアスラインにおいて、約2mm分の電気長を長くすることに相当する効果がある。
By controlling the
実際の高周波トランジスタ1や高周波処理回路6と出力整合回路7に使用される分布定数線路のばらつきによる3次高調波インピーダンスの位相への影響は、±5°程度であり、位相を右回りの方向に制御するには十分な効果である。
The influence on the phase of the third harmonic impedance due to the variation of the distributed constant line used in the actual
(第6の実施の形態)
図6は本発明の第6の実施の形態の高周波電力増幅器を示す。
この高周波電力増幅器は、図3に示した第3の実施の形態における第2のコンデンサ13をオープンスタブ20に置き換えたもので、その他の構成は第3の実施の形態と同じである。
(Sixth embodiment)
FIG. 6 shows a high frequency power amplifier according to a sixth embodiment of the present invention.
This high-frequency power amplifier is obtained by replacing the second capacitor 13 in the third embodiment shown in FIG. 3 with an
なお、この第6の実施の形態では高周波電力増幅器の電気回路を構築した配線基板を、携帯電話装置のメイン基板に実装する前の状態で適正に調整する場合を例に挙げて説明したが、高周波電力増幅器の電気回路を構築した配線基板を、携帯電話装置のメイン基板に実装することによって前記直流電源供給端子Bに前記メイン基板の側の外部微小容量16が付加された状態においても、高周波位相制御回路9によって同様に適正に調整できる。
In the sixth embodiment, the wiring board on which the electric circuit of the high-frequency power amplifier is constructed is described as an example in which the wiring board is appropriately adjusted in a state before being mounted on the main board of the mobile phone device. Even when the
上記の各実施の形態では、高周波トランジスタ1として、電界効果トランジスタを用いたが、バイポーラトランジスタを用いることもできる。
In each of the above embodiments, a field effect transistor is used as the high-
本発明にかかる高周波電力増幅器は、所望の高次高調波の位相のみを最適位置に制御することにより、高効率な高周波増幅器が実現でき、無線機器等として有用である。 The high-frequency power amplifier according to the present invention can realize a high-efficiency high-frequency amplifier by controlling only the phase of a desired higher-order harmonic to an optimum position, and is useful as a wireless device or the like.
1 高周波トランジスタ
2 伝送線路
3 バイアスライン
4 バイパスコンデンサ
5 インピーダンス変換コンデンサ
6 高調波処理回路
7 出力整合回路
8 バイアス回路
9 高周波位相制御回路
10 位相制御コンデンサ
11 位相制御インダクタ
12 コンデンサ
13 位相制御コンデンサ
14 位相制御インダクタ
15 コンデンサ
16 外部微小容量
19 位相制御用オープンスタブ
20 位相制御用オープンスタブ
A 高周波信号入力端子
B 直流電源供給端子
C 高周波信号出力端子
DESCRIPTION OF
Claims (2)
この高周波トランジスタの出力側に接続され、トランジスタに直流電流を供給するための分布定数線路とバイパスコンデンサとからなるバイアス回路と、
トランジスタの高調波の負荷を最適インピーダンス位置に制御する高調波処理回路と、
トランジスタの基本波の負荷を最適インピーダンス位置に制御する出力整合回路と、
前記バイアス回路の電源側に接続された高調波位相制御回路とを有し、前記高調波位相制御回路は、一端が接地され所望の高次高調波の位相を制御するインダクタとキャパシタの直列回路により構成した
高周波電力増幅器。 A high-frequency transistor;
A bias circuit connected to the output side of the high-frequency transistor and including a distributed constant line and a bypass capacitor for supplying a direct current to the transistor;
A harmonic processing circuit for controlling the harmonic load of the transistor to an optimum impedance position;
An output matching circuit that controls the load of the fundamental wave of the transistor to an optimum impedance position;
A harmonic phase control circuit connected to the power supply side of the bias circuit, and the harmonic phase control circuit is configured by a series circuit of an inductor and a capacitor, one end of which is grounded and controls a phase of a desired higher order harmonic. Configured high-frequency power amplifier.
この高周波トランジスタの出力側に接続され、トランジスタに直流電流を供給するための分布定数線路とバイパスコンデンサとからなるバイアス回路と、
トランジスタの高調波の負荷を最適インピーダンス位置に制御する高調波処理回路と、
トランジスタの基本波の負荷を最適インピーダンス位置に制御する出力整合回路と、
前記バイアス回路の電源側に接続された高調波位相制御回路とを有し、前記高調波位相制御回路は、一端が接地され所望の高次高調波の位相を制御する、インダクタと第1のキャパシタの直列回路と第2のキャパシタとの並列回路より構成した
高周波電力増幅器。 A high-frequency transistor;
A bias circuit connected to the output side of the high-frequency transistor and including a distributed constant line and a bypass capacitor for supplying a direct current to the transistor;
A harmonic processing circuit for controlling the harmonic load of the transistor to an optimum impedance position;
An output matching circuit that controls the load of the fundamental wave of the transistor to an optimum impedance position;
A harmonic phase control circuit connected to the power supply side of the bias circuit, the harmonic phase control circuit having one end grounded and controlling a phase of a desired higher-order harmonic, and an inductor and a first capacitor A high frequency power amplifier composed of a parallel circuit of a series circuit and a second capacitor.
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