JP5868979B2 - トランジスタ入力を不整合にする電力増幅器 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本願は、２０１１年８月３１日付米国実用新案登録出願第１３／２２２，２０２号の優先権を主張しかつ２０１０年９月９日付米国仮特許出願第６１／３８１，２８４号の利益を主張する。これらの出願は、その全体を本願に援用する。

本発明は、高周波（ＲＦ）電力増幅器の安定性を向上させることおよびＲＦ電力増幅器の構造に関する。

この節は、本発明に関する背景技術情報を提供する。この節は、必ずしも従来技術を述べるものではない。

種々の産業は、電圧定在波比（voltage standing wave ratio：ＶＳＷＲ）負荷を駆動する信号を増幅するのにＲＦ電力増幅器を使用している。非制限的な例によれば、ＲＦ生成器は多数のＲＦ電力増幅器を有している。ＲＦ電力増幅器は、プラズマチャンバのような負荷を駆動するのに使用される。ＲＦ電力増幅器からの結合電力は、プラズマチャンバを駆動して、集積回路、ソーラーパネル、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途（またはビデオ）ディスク（ＤＶＤ）等の種々のコンポーネンツを製造する。

電力増幅器は、安定性ある作動条件を有する。安定性の条件は、偽周波数を導入することなく基本周波数出力信号が得られることである。基本周波数とは、電力増幅器が受けた入力信号の周波数および／または電力増幅器の作動周波数をいう。また、安定性の条件は、負荷の存在時に、基本周波数出力信号に開回路および／または短絡回路を設けることである。

電力増幅器の安定性を得るため、種々の技術が使用されている。これらの技術として、直列技術、分路技術およびフィードバック技術がある。これらの技術は、基本周波数（例えば４０メガヘルツ（ＭＨｚ））で作動するとき、或る負荷および入力信号の位相に対して電力増幅器の安定性を得るには有効でない。電力増幅器が不安定になったとき、入力信号以外の種々の周波数信号が、電力増幅器の出力で作られる。種々の周波数信号の周波数として、（ｉ）基本周波数の約１／２の信号、および（ｉｉ）ほぼ基本周波数と同じ側波帯周波数（例えば１キロヘルツ（ｋＨｚ）〜２ＭＨｚ）の近くの他の信号が含まれる。

米国特許出願公開第１２／７６３，６４０号明細書

電力増幅器が提供され、該電力増幅器は入力モジュールを有している。入力モジュールは変成器を有し、高周波信号を受けるように構成されかつ出力信号を生成する。各インピーダンス変換モジュールは出力インピーダンスを有しかつ変成器からのそれぞれの出力信号を受けるように構成されている。各スイッチモジュールはトランジスタを有しかつ１つのインピーダンス変換モジュールの出力に接続されている。トランジスタは入力インピーダンスを有しかつ増幅された信号を出力する。各出力インピーダンスはそれぞれの入力インピーダンスに対して不整合とされる。

他の特徴では、電力増幅器が提供され、該電力増幅器は入力モジュールを有している。入力モジュールは変成器を有し、第１高周波信号を受けるように構成されている。変成器は第１端および第２端を有している。第１端は、第１高周波信号に基づいて第１出力信号を出力するように構成されている。第２端は、第１高周波信号に基づいて第２出力信号を出力するように構成されている。第１キャパシタンスは第１端と直列に接続されかつ第１出力インピーダンスを有している。第２キャパシタンスは第２端と直列に接続されかつ第２出力インピーダンスを有している。第１トランジスタは、第１キャパシタンスに接続された制御ターミナルを有し、第１入力インピーダンスを有し、かつ増幅された第１信号を出力する。第１入力インピーダンスは第１出力インピーダンスとは整合しない。第２トランジスタは、第２キャパシタンスに接続された制御ターミナルを有し、第２入力インピーダンスを有し、かつ増幅された第２信号を出力する。第２入力インピーダンスは第２出力インピーダンスとは整合しない。

本発明の他の適用領域は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲の記載および添付図面から明らかになるであろう。詳細な説明および特定例は、例示のみを目的とするものであり、本発明の範囲を制限するものではない。

本明細書で説明する図面は、選択した実施形態の例示を目的にするに過ぎず、実施の可能性を意図するものでも本発明の範囲を限定するものでもない。

本発明による電力増幅器モジュールを組込んだ電力生成器システムを示すブロック図である。 本発明による電力増幅器モジュールを示すブロック図である。 本発明による電力増幅器モジュールのフロントエンドモジュールを示す概略図である。

幾つかの図面に亘って、同じ部品は同じ参照番号で示されている。

添付図面を参照して例示実施形態をより完全に説明する。

例示の実施形態は、本明細書の開示を完全なものとし、かつ本発明の範囲を当業者に完全に伝えるためのものである。本明細書の実施形態の完全な理解を与えるため、多くの特定細部を、特定コンポーネンツ、デバイスおよび方法の例として述べる。当業者ならば、特定の細部は用いる必要がないこと、例示の実施形態は多くの異なる実施形態で実施できること、およびいずれの実施形態も本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではないことは明白であろう。幾つかの例示実施形態において、良く知られた方法、良く知られたデバイス構造および良く知られた技術は詳細に説明しない。

本明細書で使用する用語は特定の例示実施形態を説明することのみを目的とし、限定することを意図するものではない。本明細書で使用するとき、状況が明瞭にならない限り、単数を示す「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は複数を含むものである。用語「からなる」、「含む」、および「有する」は包括的な意味を有し、したがって、説明された特徴、整数、段階、作動、要素および／またはコンポーネンツの存在を特定するものであるが、１つ以上の他の特徴、整数、段階、作動、要素、コンポーネンツおよび／またはこれらの群の存在または付加を排除するものではない。本明細書で説明する方法の段階、工程および作動は、作業の順序として特定するものでない限り、ここに説明しまたは図示する特定順序での作業を必ず必要とするものと解釈すべきではない。また、付加段階または他の段階を用いることができることも理解すべきである。

或る要素または層が他の要素または層に対して「上にある」、「係合している」、「接続されている」または「結合されている」と表現されるときは、これらの表現は、他の要素または層に対して、直接「上にある」、「係合している」、「接続されている」又は「結合されている」こと、または介在要素または層が存在することを含むものである。これに対し、要素が、「直接上にある」、「直接係合している」、「直接接続されている」または「直接結合されている」と表現するときは、介在要素または層が全く存在しないことを意味する。要素間の関係を説明するのに使用される他の用語も同様な態様で解釈すべきである（例えば、「の間」と「の直接間」、「に隣接」と「に直接隣接」等）。本明細書で使用されるとき、用語「および／または」は、１つ以上の関連要素の全ての組合せを含むものである。

用語「第１」、「第２」、「第３」等は、本明細書では、種々の要素、コンポーネント、領域、層および／またはセクションを表現するのに使用されるが、これらの要素、コンポーネント、領域、層および／またはセクションは、これらの用語によって制限を受けるものではない。これらの用語は、或る要素、コンポーネント、領域、層またはセクションを他の領域、層またはセクションから区別するのに使用されるに過ぎない。「第１」、「第２」および他の数字的用語は、本明細書で使用されるとき、当該状況で明瞭に指摘されていない限り、順番または順序を意味するものではない。したがって、以下に記載される第１要素、コンポーネント、領域またはセクションは、例示実施形態の教示から逸脱することなく、第２要素、コンポーネント、領域、レイヤーまたはセクションと呼ぶこともできよう。

例えば「内方」、「外方」、「直ぐ下」、「下」、「下方」、「上」、「上方」等の空間に関する用語は、本明細書では、図面に示した或る要素または特徴に対する他の要素または特徴の説明を容易にするため使用される。空間に関する用語は、図示の方向に加えてデバイスの異なる方向をも含むものである。例えば、図示のデバイスを反転させたとき、他の要素または特徴の「下」または「直ぐ下」として説明された、説明に係る要素は、他の要素または特徴の「上」を向くことになる。したがって、例えば用語「下」は、「上」および「下」の両方を含むものである。その他の場合は、デバイスは９０度または他の角度に回転される。空間的な語句は回転角度に従って適宜解釈される。

図１には電力生成器システム１０が示されている。電力生成器システム１０は、増幅器入力モジュール１２と、ドライバモジュール１４と、電力増幅器（power amplifier：ＰＡ）モジュール（または簡単にＰＡ）１６と、負荷１８とを有している。増幅器入力モジュール１２は、高周波（ＲＦ）信号２０を受けかつ調整して、調整された信号２２を生成する。増幅器入力モジュール１２には、例えば前置増幅器を設けることができる。調整された信号２２は、ドライバモジュール１４に入力される。ドライバモジュール１４の出力はＰＡモジュール１６に入力される。ＰＡモジュール１６は、高出力ＲＦ ＰＡモジュールで構成できる。非制限的な例では、ＰＡモジュール１６は２．５キロワット（ｋＷ）以上の電力出力を生成する。ＰＡモジュール１６の出力により負荷１８を駆動する。

負荷１８は、ＲＦ信号により駆動される多くの要素またはデバイスの任意のもので構成でき、非制限的な例として例えばプラズマチャンバがある。負荷１８は、広帯域不整合負荷（すなわち、不整合抵抗端末を備えたケーブル）、狭帯域不整合負荷（すなわち、２要素整合ネットワーク）および共振器負荷とすることができる。

ここで図２を参照すると、ＰＡモジュール１６の一例（参照番号１６’で示す）が示されている。電力増幅器モジュール１６’は、フロントエンドモジュール５０、コンバイナ（combiner）モジュール５２および出力モジュール５４で構成できる。フロントエンドモジュール５０は、入力ＰＡモジュール５６、インピーダンス変換モジュール５８、６０およびスイッチモジュール６２、６４で構成できる。入力ＰＡモジュール５６は、種々の周波数および種々の位相を有する発振入力信号（例えば入力信号２０）を受ける。入力ＰＡモジュール５６は、インピーダンス変換モジュール５８、６０の各々に入力信号を入力する。入力ＰＡモジュール５６は、該入力ＰＡモジュール５６の入力６６とインピーダンス変換モジュール５８、６０との間のインピーダンス変換を行う。入力ＰＡモジュール５６およびインピーダンス変換モジュール５８、６０は、ドライバモジュール、又はＰＡモジュール１６’から上流側のデバイス（例えば、ドライバモジュール１４）の出力インピーダンス（例えば、５０オーム（Ω））に対する入力インピーダンス整合を行う。

インピーダンス変換モジュール５８、６０は、スイッチモジュール６２、６４に信号を入力しかつ多くのタスクを行う。タスクとして、入力ＰＡモジュール５６とスイッチモジュール６２、６４との間のインピーダンス変換、スイッチモジュール６２、６４の入力６８、７０での入力インピーダンスの増大、ＰＡモジュール１６’の入力インピーダンスの整合を行うことへの寄与、スイッチモジュール６２、６４から受ける反射電力の消散等がある。スイッチモジュール６２、６４は、インピーダンス変換モジュール５８、６０からのそれぞれの出力信号を受けかつ増幅された信号７２、７４を生成する。コンバイナモジュール５２は、増幅された信号７２、７４を結合しかつ結合された出力信号７６を生成して、該出力信号７６を、出力モジュール５４を介して負荷１８に提供する。上記特許文献１にはコンバイナモジュールの例が開示されている。尚、この特許文献１は、その全体を本願に援用する。出力モジュール５４は、結合された出力信号７６を受けて濾過および調整を行ない、ＰＡ出力信号７８を生成する。ＰＡ出力信号７８は負荷１８に入力される。出力モジュールの例は特許文献１に開示されている。特許文献１はその全体を本願に援用する。

ここで図３を参照すると、フロントエンドモジュール５０の一例（参照番号５０’で示す）が概略図で示されている。フロントエンドモジュール５０’は、入力ＰＡモジュール５６’、インピーダンス変換モジュール５８’、６０’およびスイッチモジュール６２’、６４’を有している。

入力ＰＡモジュール５６’は、インダクタンスＬ１、キャパシタンスＣ１および変成器Ｔ１を有している。インダクタンスＬ１は、入力信号（例えば、入力信号２０）を受ける。インダクタンスＬ１およびキャパシタンスＣ１は、入力ＰＡモジュール５６’から上流側のデバイス（例えば、ドライバモジュール１４）の出力インピーダンス（例えば、５０Ω）と整合させるインピーダンス変換を行うＬＣ回路を形成する。変成器Ｔ１は、１次巻線１００で入力信号を受けて、入力信号を、コアを横切って変成器Ｔ１の２次巻線１０２に変換する。種々の実施形態では、変成器Ｔ１は、浮動センタータップを備えたシングルエンドバランス型変成器である。変成器Ｔ１の２次巻線１０２の両端は、インピーダンス変換モジュール５８’、６０’のそれぞれの端に接続されている。

第１インピーダンス変換モジュール５８’は、インダクタンスＬ２と、抵抗Ｒ１と、キャパシタンスＣ２と、抵抗Ｒ２および電圧源Ｖ１を備えた第１バイアス回路１０３とを有している。インダクタンスＬ２およびキャパシタンスＣ２は、２次巻線１０２の第１端１０４と、第１スイッチモジュール６２’のスイッチ要素Ｑ１（例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ））のゲート入力１０６との間で直列に接続されている。抵抗Ｒ１は分路抵抗であり、第１端１０８および第２端１１０を備えている。抵抗Ｒ１の第１端１０８は、インダクタンスＬ２の出力１１２およびキャパシタンスＣ２の入力１１４に接続されている。抵抗Ｒ１の第２端１１０は、グランド１１６に接地されている。キャパシタンスＣ２の出力１１８は、ゲート入力１０６に接続されている。抵抗Ｒ２は、ゲート入力１０６と電圧源Ｖ１との間に接続されている。電圧源Ｖ１は、抵抗Ｒ２とグランド１１６との間に接続されている。抵抗Ｒ２および電圧源Ｖ１は、第１バイアス電圧をゲート入力１０６に印加する。

第２インピーダンス変換モジュール６０’は、インダクタンスＬ３と、抵抗Ｒ３と、キャパシタンスＣ３と、抵抗Ｒ４および電圧源Ｖ２を備えた第２バイアス回路１１９とを有している。インダクタンスＬ３およびキャパシタンスＣ３は、２次巻線１０２の第２端１２０と、第２スイッチモジュール６４’のスイッチ要素Ｑ２（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）のゲート入力１２２との間で直列に接続されている。抵抗Ｒ３は分路抵抗であり、第１端１２４および第２端１２６を備えている。抵抗Ｒ３の第１端１２４は、インダクタンスＬ３の出力１２８およびキャパシタンスＣ３の入力１３０に接続されている。抵抗Ｒ３の第２端１２６は、グランド１１６に接地されている。キャパシタンスＣ３の出力１３２は、ゲート入力１２２に接続されている。抵抗Ｒ４は、ゲート入力１２２と電圧源Ｖ２との間に接続されている。電圧源Ｖ２は、抵抗Ｒ４とグランド１１６との間に接続されている。抵抗Ｒ４および電圧源Ｖ２は、第２バイアス電圧をゲート入力１２２に印加する。第２バイアス電圧は、第１バイアス電圧と等しくてもよいし、異ならせることもできる。

インダクタンスＬ１、Ｌ２、Ｌ３、キャパシタンスＣ１、Ｃ２、Ｃ３、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４および電圧源Ｖ１、Ｖ２は、それぞれ、ここに説明しおよび／または図３に示すように接続された入力端および出力端（すなわちターミナル）を有している。入力端および出力端は、各々対応する、入力、入力インピーダンス、出力および出力インピーダンスを有している。

キャパシタンスＣ２、Ｃ３は、スイッチ要素Ｑ１、Ｑ２のゲート入力１０６、１２２の入力インピーダンスおよびリアクタンスを増大させる。非制限的な例として、各キャパシタンスＣ２、Ｃ３のキャパシタンス値は１０００ピコファラッド（ｐＦ）より小さい。１つの例示実施形態では、各キャパシタンス値は約５６０ｐＦ±１０ｐＦであり、各キャパシタンスＣ２、Ｃ３は約７．５Ωのリアクタンスを有している。キャパシタンスＣ２、Ｃ３のキャパシタンス値は、例えば作動周波数に基づいて変えることができる。キャパシタンスＣ２、Ｃ３は、スイッチ要素Ｑ１、Ｑ２の入力インピーダンスに対して共役インピーダンス整合を与えることはあっても、インピーダンス不整合を与えることはない。

キャパシタンスＣ２、Ｃ３は、直流（ＤＣ）結合キャパシタンスとは異なる機能を遂行する。ＤＣ結合キャパシタンスは、高周波で短絡回路として機能する（すなわち、無視できるインピーダンスを有する）。ＤＣ結合キャパシタンスは、例えば、５０００ｐＦのキャパシタンス値および０．７５Ωのリアクタンスにすることができる。ＤＣ結合キャパシタンスは、キャパシタンスＣ２、Ｃ３の大きなインピーダンスおよびリアクタンスを与えることはなく、したがって、キャパシタンスＣ２、Ｃ３で得られるような電力生成器システムの安定性は得られない。

キャパシタンスＣ２、Ｃ３が単独で（すなわち、抵抗Ｒ１、Ｒ３を用いることなく）使用されるときは、キャパシタンスＣ２、Ｃ３の高いインピーダンスおよびリアクタンスのため、フロントエンドモジュール５０’の入力インピーダンス整合は困難である。抵抗Ｒ１、Ｒ３は、インダクタＬ２、Ｌ３の出力１１２、１２８および／またはフロントエンドモジュール５０’の入力（例えば入力６６）で容易に整合される入力インピーダンスを得るのに使用される。

１つの例示実施形態では、各抵抗Ｒ１、Ｒ３は約５０Ωより小さい。他の公称例示実施形態では、各抵抗は、４０ＭＨｚの周波数で作動するとき、約１２Ω±１Ωに等しい。より高いインピーダンス整合値を望む場合には、より高い抵抗値が使用される。更に別の公称例示実施形態では、６０ＭＨｚの周波数で作動するとき、各抵抗Ｒ１、Ｒ３は、約４７Ω±１Ωである。抵抗Ｒ１、Ｒ３の抵抗値は、例えば作動周波数に基づいて変えることができる。抵抗Ｒ１、Ｒ３の抵抗値は、ＰＡ入力リターン損失（Ｓ１１）、ＰＡゲイン（Ｓ２１）およびＰＡ安定性のうちの２つ以上の優先に基づいて選択される。Ｓ２１は、散乱パラメータであり、５０Ω終端出力のフォワード伝達係数である。

抵抗Ｒ１、Ｒ３は、キャパシタンスＣ２、Ｃ３の入力１１４、１３０でのインピーダンスを低下させる。抵抗Ｒ１、Ｒ３はまた、スイッチモジュール６２’、６４’から受ける反射電力（reflected power）を放散する。これにより、ドライバモジュール（例えばドライバモジュール１４）が反射電力を受けることを防止する。反射電力は、ドライバモジュールの性能およびフロントエンドモジュールのＰＡモジュール（例えばＰＡモジュール１６）と並行して作動する他のＰＡの性能に悪影響を与える。或る作動周波数（例えば、トランジスタゲインが小さい６０ＭＨｚより高い周波数）では、（ｉ）安定性条件が満たされているとき、および（ｉｉ）ＰＡモジュールの構造を簡単化するときは、抵抗Ｒ１、Ｒ３は設けなくてもよい。

第１スイッチモジュール６２’はスイッチＱ１を有し、第２スイッチモジュール６４’はスイッチＱ２を有している。スイッチＱ１、Ｑ２は、それぞれのドレン、ゲートおよびソースを有している。ドレンは、スイッチ要素Ｑ１、Ｑ２の出力信号を出力する。ゲートは、キャパシタンスＣ２、Ｃ３の出力１１８、１３２に接続されている。ソースは、グラウンド１１６に接続されている。

抵抗Ｒ２、Ｒ４は、例えば１００Ωより大きい抵抗値にすることができる。１つの例示実施形態では、抵抗Ｒ２、Ｒ４は、１０００Ωより大きい。他の例示実施形態では、抵抗Ｒ２、Ｒ４の各々は約１０キロオーム（ｋΩ）である。抵抗Ｒ２、Ｒ４の抵抗値を増大させれば、高い安定性が得られる。

キャパシタンスＣ１、Ｃ２、Ｃ３、変成器Ｔ１、インダクタンスＬ１、Ｌ２、Ｌ３および抵抗Ｒ１、Ｒ３は、インピーダンス変換を行い、かつフロントエンドモジュール５０’から上流側のデバイス（例えばドライバモジュール１４）に対する入力インピーダンス整合を行うのに使用される。

フロントエンドモジュール５０’の入力６６とスイッチ要素Ｑ１、Ｑ２との間の回路要素は、集合的に「ＰＡ入力ネットワーク」と呼ばれる。ＰＡ入力ネットワークは、インダクタンスＬ１〜Ｌ３、キャパシタンスＣ１〜Ｃ３、変成器Ｔ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ４および、電圧源Ｖ１〜Ｖ２で構成できる。フロントエンドモジュール５０’（すなわちスイッチ要素Ｑ１、Ｑ２）の出力１４０、１４２とＰＡモジュール１６または１６’の出力１４４との間の回路要素は、集合的に「ＰＡ出力ネットワーク」と呼ばれる。ＰＡ出力ネットワークは、コンバイナモジュール５２および出力モジュール５４の要素で構成できる。

スイッチ要素Ｑ１、Ｑ２のゲート入力１０６、１２２の各々は不整合状態にある。ゲート入力１０６、１２２は、キャパシタンスＣ２、Ｃ３の使用により不整合状態にある。キャパシタンスは、基本作動周波数でのスイッチ要素Ｑ１、Ｑ２のゲインが１５ｄＢを超えないようにするため設けられる。キャパシタンスＣ２、Ｃ３は、基本作動周波数以外の周波数でゲインを低下させる。キャパシタンスＣ２、Ｃ３は、基本作動周波数の１／２以下の周波数でＰＡゲインを更に低下させる低い周波数ゲインの逃げ部（roll off）を形成し、安定性を向上させる。基本作動周波数の１／２で、各スイッチ要素Ｑ１、Ｑ２は、回路要素およびＰＡ出力ネットワークの回路要素の形態により、最大（またはピーク）ゲインを有する。キャパシタンスＣ２、Ｃ３は、種々の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）負荷を駆動しかつ種々の位相で作動するとき、ＰＡモジュール１６または１６’およびドライバモジュール１４を含む電力生成器システム１０が安定に維持されるように、充分な安定性の余裕を与える。

キャパシタンスＣ２、Ｃ３は、低い周波数ゲインの逃げ部を形成することに加え、基本作動周波数で作動するときに優れた安定性を付与する。キャパシタンスＣ２、Ｃ３は、スイッチ要素Ｑ１、Ｑ２のゲート入力１０６、１２２に生じるインピーダンスを高め、これにより、高いＶＳＷＲ負荷から高い反射ＲＦ電力を受ける間に、スイッチ要素Ｑ１、Ｑ２が不安定になる傾向が低下される。

不整合ゲート入力（またはトランジスタ入力インピーダンスの低度の整合）を行うことは、ＲＦ設計者が行う慣用的アプローチとは異なる。不整合ゲート入力を行うと、ゲインを低下できる。図３の実施形態は共役インピーダンス整合を有しないどころか、不整合ゲート入力インピーダンスを有する。これにより、ゲート入力のインピーダンスおよびリアクタンスが増大される。

ここに開示する不整合ゲート入力を、所定のインピーダンス（例えば５０Ω）にインピーダンス変成することは困難かもしれない。このため、分路抵抗が組込まれており（例えば抵抗Ｒ１、Ｒ３）、これにより、ＰＡモジュール１６または１６’の入力インピーダンス（Ｓ１１）を所定のインピーダンスに調整できる。Ｓ１１は、２ポート（入力／出力）デバイスに関連する散乱パラメータでありかつ５０Ωの終端出力についての入力反射係数である。かくして、ゲート入力１０６、１２２はインピーダンスが不整合であるが、ＰＡモジュール１６または１６’の入力６６は、例えばドライバモジュール１４の出力インピーダンスに対してインピーダンス整合される。

抵抗Ｒ１、Ｒ３は、リバースアイソレーションＳ１２機構を介してＰＡモジュール１６または１６’を通る不整合負荷（例えば図１の負荷）からの反射ＲＦ電力が放散されるようにする。Ｓ１２とは散乱パラメータをいい、５０Ωの終端入力のリバース伝達係数である。反射電力は、ＰＡ入力ネットワークに通される代わりに、抵抗Ｒ１、Ｒ３を通って放散される。これにより、安定性が更に改善される。このリバース電力を抵抗Ｒ１、Ｒ３に放散することにより、ドライバモジュール１４にはリバース電力が殆ど生じなくなり、ドライバの安定性が改善される。スイッチ要素Ｑ１、Ｑ２の出力側ではなく入力側のリバースエネルギを放散させることにより、ＰＡモジュール１６または１６’および／またはドライバモジュール１４の電力損失を最小にでき、これによりＲＦデッキ効率に与える悪影響が防止される。出力側に分路抵抗を組込むと、フォワードエネルギおよびリバースエネルギが放散され、廃棄電力（損失電力）および効率低下をもたらす。

キャパシタンスＣ２、Ｃ３および抵抗Ｒ１、Ｒ３を上記のように組込むことにより、プッシュ・プルトポロジー（例えばスイッチ要素Ｑ１、Ｑ２）のＰＡトランジスタを、作動周波数の如何にかかわらず種々の位相のＶＳＷＲ負荷に対して安定化できる。安定性は、トランジスタゲインが増大する低周波数で作動するときに得られる（作動周波数の低下によりスイッチ要素のゲインが増大するため）。本発明の実施形態は、増大された出力電力と並行して使用されるとき、多数のプッシュ・プルＰＡを安定化できる。安定性の条件は、高出力電力レベルで作動するシステムについては一層厳格にすることができる。本発明の実施形態は、これらの安定性条件を満たすのに使用できる。

フロントエンドモジュール５０’はプッシュ・プル実施形態に関連して主として説明したが、フロントエンドモジュール５０’の特徴は、電力増幅器のシングルエンド実施形態にも適用できる。例えば、キャパシタンスＣ２、Ｃ３および抵抗Ｒ１、Ｒ３はシングルエンド実施形態に組込まれて、ＰＡトランジスタのゲインが高められる低周波作動を含む作動周波数の如何にかかわらず、種々の位相のＶＳＷＲ負荷にＰＡ安定性を付与する。

フロントエンドモジュール５０’はドライバモジュール１４に使用される。ドライバモジュール１４およびＰＡモジュール１６の内部構成は同じにすることができる。フロントエンドモジュール５０’をドライバモジュール１４に組込むことにより、種々の位相で作動するとき、ＰＡモジュール１６が高ＶＳＷＲ遷移負荷を駆動する場合または帯域エネルギ放散負荷から出る場合に、プッシュ・プルドライバ段を安定化させることができる。キャパシタンスＣ２、Ｃ３および抵抗Ｒ１、Ｒ３をドライバモジュール１４のフロントエンドモジュールに組込むことにより、ドライバモジュール１４の不安定性の除去を補助でき、これにより、種々の位相に対して電力生成器システム１０の安定性が高められる。

図３の実施形態は、種々のＰＡ入力電圧、ＰＡ負荷、作動位相および作動周波数に対し、広帯域の安定性および側波帯に近い安定性を与える。本発明の実施形態は、ＰＡの入力インピーダンスを所定のインピーダンス（例えば５０Ω）に正確に整合させることができる。また、ＰＡスイッチ要素（トランジスタ）の特性（例えばトランジスタゲイン、入力キャパシタンス等）の通常の変化があっても安定性が得られる。

１０ 電力生成器システム
１２ 増幅器入力モジュール
１４ ドライバモジュール
１６、１６’ 電力増幅器（ＰＡ）モジュール
１８ 負荷
５０、５０’ フロントエンドモジュール
５２ コンバイナモジュール
５４ 出力モジュール
５６ 入力ＰＡモジュール
５８、６０ インピーダンス変換モジュール
６２、６４ スイッチモジュール

Claims (20)

1. 変成器を有しかつ第１高周波信号を受けて出力信号を生成するように構成された第１入力モジュールと、
   インピーダンス変換モジュールとを有し、各インピーダンス変換モジュールが出力インピーダンスを有しかつ変成器からのそれぞれの出力信号を受けるように構成され、
   スイッチモジュールを更に有し、各スイッチモジュールがトランジスタからなりかつ１つのインピーダンス変換モジュールの出力に接続され、トランジスタは入力インピーダンスを有しかつ増幅された信号を出力し、
   各出力インピーダンスが、それぞれの入力インピーダンスに対して不整合であることを特徴とする電力増幅器。
2. 入力電力増幅器は、
   入力および出力を有するインダクタンスを有し、該インダクタンスの入力は第１高周波信号を受けるように構成され、
   インダクタンスの出力および変成器の入力に接続された第１ターミナルを備えたキャパシタンスを更に有すること
   を特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
3. 前記インピーダンス変換モジュールの各々が、スイッチモジュールから受けた反射電力を放散するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
4. 前記インピーダンス変換モジュールの各々がキャパシタンスを有し、
   該キャパシタンスが変成器のそれぞれの出力と直列に接続されかつそれぞれのトランジスタの制御入力に接続されていること
   を特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
5. 前記出力インピーダンスはキャパシタンスの出力インピーダンスであることを特徴とする請求項４記載の電力増幅器。
6. 前記インピーダンス変換モジュールの各々が、変成器とそれぞれのキャパシタンスの入力との間のそれぞれのキャパシタンスと直列に接続されたインダクタンスを更に有することを特徴とする請求項４記載の電力増幅器。
7. 前記インピーダンス変換モジュールのキャパシタンスは、トランジスタの制御ターミナルでの入力インピーダンスおよびリアクタンスを増大させることを特徴とする請求項４記載の電力増幅器。
8. 前記インピーダンス変換モジュールのキャパシタンスは、電力増幅器の基本作動周波数以外の周波数出ゲインを低下させることを特徴とする請求項４記載の電力増幅器。
9. 前記インピーダンス変換モジュールは、インピーダンス変換モジュールの１つのキャパシタンスの入力と電圧基準ターミナルとの間に接続された抵抗を更に有することを特徴とする請求項４記載の電力増幅器。
10. 前記抵抗は、キャパシタンスの入力でのインピーダンスを低下させかつスイッチモジュールが受けた反射電力を放散することを特徴とする請求項９記載の電力増幅器。
11. 前記インピーダンス変換モジュールの各々がインダクタンスを更に有し、
    抵抗は、トランジスタとキャパシタンスとのインピーダンス不整合を補償して、インダクタンスの出力をインピーダンス整合させること
    を特徴とする請求項９記載の電力増幅器。
12. 前記インピーダンス変換モジュールの各々がバイアス回路を更に有し、
    該バイアス回路が１つのキャパシタンスの出力に接続されかつバイアス電圧を生成するように構成されていること
    を特徴とする請求項４記載の電力増幅器。
13. 前記トランジスタの出力を結合して結合出力信号を生成させるように構成されたコンバイナモジュールと、
    結合出力信号を濾過して電力増幅器の出力信号を生成させるように構成された出力モジュールとを更に有すること
    を特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
14. 第２高周波信号を受けて調整された信号を生成させるように構成された第２入力モジュールと、
    調整された信号を受けて第１高周波信号を生成させるように構成されたドライバモジュールと、
    請求項１３に記載の電力増幅器と、
    電力増幅器の出力信号を受けるように構成された負荷とを有すること
    を特徴とする電力生成器システム。
15. 変成器を備えかつ第１高周波信号を受けるように構成された入力モジュールを有し、変成器が、第１高周波信号に基づいて第１出力信号を出力するように構成された第１端と、第１高周波信号に基づいて第２出力信号を出力するように構成された第２端とを備え、
    第１端と直列に接続されかつ第１出力インピーダンスを備えた第１キャパシタンスと、
    第２端と直列に接続されかつ第２出力インピーダンスを備えた第２キャパシタンスと、
    第１キャパシタンスに接続された制御ターミナルを備え、第１入力インピーダンスを備え、第１増幅信号を出力する第１トランジスタとを有し、第１入力インピーダンスは第１出力インピーダンスとは整合せず、
    第２キャパシタンスに接続された制御ターミナルを備え、第２入力インピーダンスを備え、第２増幅信号を出力する第２トランジスタを更に有し、第２入力インピーダンスは第２出力インピーダンスとは整合しないこと
    を特徴とする電力増幅器。
16. 前記入力電力増幅器は、
    入力および出力を備えたインダクタンスを有し、該インダクタンスの入力が第１高周波信号を受けるように構成され、
    インダクタンスの出力および変成器の入力に接続された第１ターミナルを備えたキャパシタンスを更に有すること
    を特徴とする請求項１５記載の電力増幅器。
17. 前記第１端と第１キャパシタンスとの間で直列に接続された第１インダクタンスと、
    第１ターミナルおよび第２ターミナルを備えた第１抵抗とを有し、該第１抵抗の第１ターミナルは第１インダクタンスおよび第１キャパシタンスの入力に接続され、第１抵抗の第２ターミナルは基準電圧を受け、
    第２端と第２キャパシタンスとの間で直列に接続された第２インダクタンスと、
    第１ターミナルおよび第２ターミナルを備えた第２抵抗とを更に有し、該第２抵抗の第１ターミナルは第２インダクタンスおよび第２キャパシタンスの入力に接続され、第２抵抗の第２ターミナルは基準電圧を受けること
    を特徴とする請求項１５記載の電力増幅器。
18. 前記第１抵抗は、第１キャパシタンスの入力でのインピーダンスを低下させかつ第１トランジスタが受けた第１反射電力信号を放散し、かつ第１トランジスタの入力と第１キャパシタンスの出力とのインピーダンス不整合を補償して、第１インダクタンスの出力をインピーダンス整合させ、
    第２抵抗は、第２キャパシタンスの入力でのインピーダンスを低下させかつ第２トランジスタが受けた第２反射電力信号を放散し、かつ第２トランジスタの入力と第２キャパシタンスの出力とのインピーダンス不整合を補償して、第２インダクタンスの出力をインピーダンス整合させること
    を特徴とする請求項１７記載の電力増幅器。
19. 第１バイアス電圧を生成させるように構成された第１バイアス回路を有し、第１キャパシタンスの出力および第１トランジスタの制御ターミナルが第１バイアス電圧を受け、
    第２バイアス電圧を生成させるように構成された第２バイアス回路を有し、第２キャパシタンスの出力および第２トランジスタの制御ターミナルが第１バイアス電圧を受けること
    を特徴とする請求項１５記載の電力増幅器。
20. 前記キャパシタンスは、
    第１トランジスタおよび第２トランジスタの制御ターミナルでの入力インピーダンスおよびリアクタンスを増大させ、かつ
    電力増幅器の基本作動周波数以外の周波数でのゲインを低下させること
    を特徴とする請求項１５記載の電力増幅器。

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