JPH0429403A - 高周波トランジスタの整合回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高周波増幅器、特に高効率を必要とされる高周
波増幅器に使用するトランジスタの出力インピーダンス
整合回路に関する。

従来の技術 従来より消費電力を抑えて高効率化を図った種種の電力
増幅器が考案されている。電力増幅器の高効率化を図る
ことによって、たとえば可搬型通信装置では放熱器の大
きさや電池容量を削減することができ、その結果、通信
機の小型、軽量化が図れる６以下、第４図を使用して従
来の電力増幅回路の例について説明する。図において１
０１はスインチング動作および増幅を行なう電界効果ト
ランジスタ（ＦＥＴ）、４０１はＦＥＴと負荷との整合
を行なう１／４波長変成器、４０２は出力信号から高調
波を除去して基本波を取り出すための並列共振器である
。４０３．４０４は入力端出力端を示している０図のよ
うにＦＥＴのゲートＧは入力端子４０３に接続され、ソ
ースＳは接地されている。ドレインＤには１７４波長変
成器と並列共振器が接続されている。

この増幅器の動作について説明する。入力端子４０３か
らゲートに供給された信号は増幅されてドレインに現わ
れる。一方、ドレインに接続部れている１／４波長変成
器は偶数次高調波に対しては半波長線路と等価に、奇数
次高調波に対しては１７４波長線路として機能する。そ
こで並列共振回路を高調波に対してショートと見なせる
ような低いインピーダンス値に設定すれば、１／４波長
線路のドレイン接続端において、奇数次高調波は開放に
、偶数次高調波は短絡となる。しかし、このように高調
波に対して十分短絡と見なせるような回路を設計するこ
とはむずかしかった。そこで特開昭６３−９５７１０に
示されるような回路が考案された。その回路を第５図を
参照しながら説明する。

同図において１０１はスイッチング動作および増幅を行
なう電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、５０１はＦＥＴ
と負荷との整合を行なう回路、５０３．５０４は入力端
、出力端を示している。

図のようにＦＥＴのゲートＧは入力端子５０３に接続さ
れソースＳは接地されている。ドレインＤには１／４波
長変成器と並列共振器が接続されている。先のＦ級増幅
器を構成するためにはＦＥＴ１０１の出力端を偶数次高
調波に対して短絡、奇数次高調波に対して開放のインピ
ーダンスを持つ回路に接続すればよい、そこで第５図に
示すように出力側回路５０１のＦＥＴ接続部に１／４波
長のストリップライン５０２を接続することにより第４
図の回路と同様の効果を得ようとしているものである。

発明が解決しようとする課題 このような従来の電力増幅回路では、ＦＥＴの内部に存
在する寄生インダクタンス、寄生抵抗寄生容量やドレイ
ンと回路基板を接続するワイヤーのインダクタンスなど
の影響を考慮していない。

そのため、これらの寄生成分やドレインのワイヤーイン
ダクタンスが大きくなると、しだいに設計値からずれて
所望の性能が得られないという欠点があった。このこと
について詳しく説明する。第６図にＦＥＴの等価回路を
示す。理想的なＦ級増幅器では奇数次高調波は電流源６
０６の両端で開放、偶数次高調波で短絡となることが必
要である。

しかしドレイン−ソース間容量６０１、ソース抵抗６０
２、ソースイングクタンス６０３、ドレイン抵抗６０４
、ドレインインダクタンス６０５が存在するためドレイ
ン端子を偶数次高調波に対して短絡、奇数次高調波に対
して開放しても電流源端では偶数次高調波に対して短絡
、奇数次高調波に対して開放にならないという課題があ
った。

本発明は上記課題を解決するもので、Ｆ級増幅器の整合
条件を満足する整合回路を促供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、高周波トランジス
タから見た出力側インピーダンス整合回路の入力インピ
ーダンスＺｉｎ（ｆ）が、増幅しようとする周波数で高
周波トランジスタの出力インピーダンスＺ　ｏ　ｕ　ｔ
　（ｆ）の複素共役となっており、増幅しようとする周
波数の２倍高調波で、出力側インピーダンス整合回路の
入力インピーダンスＺｊｎ（２ｆ）が高周波トランジス
タの出力インピーダンスＺ’ｏｕｔ（２ｆ）とＺｉｎ（
２ｆ）＝Ｚｏｕｔ　（２ｆ）の関係にあり、増幅しよう
とする周波数の３倍高調波で、出力側インピーダンス整
合回路の入力インピーダンスＺｉｎ（３ｆ）が実質的に
無限大と見なせるような値を取るような回路を接続する
ものとする。

作用 本発明は上記構成により奇数次高調波は電流源端で開放
、偶数次高調波は電流源端で短絡とする。

実施例 以下、本発明の一実施例の高周波トランジスタの整合回
路について図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例の回路の構成を示す回路図で
ある。図において、１０１はスイッチング動作および増
幅を行なう電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、１０２は
ＦＥＴと負荷との整合を行なう回路、１０３，１０４は
入力端、出力端を示している０図のようにＦＥＴのゲー
トＧは入力端子１０３に接続されソースＳは接地されて
いる。ドレインＤにば１／４波長変成器と並列共振器が
接続されている。またその基本波、２次高調波、３次高
調波の等価回路を図２に示す。同図において１０１はス
イッチング動作および増幅を行なう電界効果トランジス
タ（ＦＥＴ）、２０１，２０２は入力端、出力端を示し
ている。閏のようにＦＥＴのゲートＧは入力端子２０１
に接続されソースＳは接地されている。ドレインＤには
１／４波長変成器と並列共振器が接続されている。この
ような回路の高周波トランジスタから見た出力側インピ
ーダンス整合回路の入力インピーダンスＺｉｎ（ｆ）が
、増幅しようとする周波数で高周波トランジスタの出力
インピーダンスＺｏｕｔ（ｆ）の複素共役となっており
、増幅しようとする周波数の２倍高調波で出力側インピ
ーダンス整合回路の入力インピーダンスＺｉｎ（２ｆ（
が高周波トランジスタの出力インピーダンスＺｏｕｔ（
２ｆ（とＺ　ｉ　ｎ　（２ｆ　（＝−Ｚｏｕｔ（２ｆ（
の関係にあり、増幅しようとする周波数の３倍高調波で
出力側インピーダンス整合回路の人力インピーダンスＺ
ｉｎ　（３ｆ　（が実質的に無限大と見なせるような回
路となる条件を考えてみる。

まず、最も簡単な場合として第３図に示すような１段の
ＬＣ回路を考える９図において、１０１はスイッチング
動作および増幅を行なう電界効果トランジスタ（ＦＥＴ
）、３０１．３０２は入力端、出力端を示している。

この場合の入力インピーダンスは １　＋ω”Ｒ”Ｃ” ただしω＝２πｆ Ｒは出力インピーダンス となり、これがＦＢＴの出力インピーダンスＺ　ｏ　ｕ
　ｔ　（ｆ）の共役複素数に等しいという条件から、実
数部、虚数部両辺が等しいという２つの等式よりり、Ｃ
の値がそれぞれ決定できる。

Ｚｏｕｔ（ｆ）＝ｒ＋ｊｘとすると Ｚ　ｉ　ｎ（ｆ）＝　Ｚ　ｏ　ｕ　ｔ（ｆ）の条件より
、Ｚ　ｏ　ｕ　ｔ　（ｆ）はＺｏｕｔ（ｆ）の共役複素
数Ｒω　　　　　　　　　　　　　ω このように１段のり、Ｃ回路であれば１点の周波数にお
けるインピーダンスを決定できる。これを２段のＬＣ回
路にすると同様に基本波と２倍波、２つの周波数におけ
るインピーダンスを決定できる。更に３段にすると基本
波と２倍波、３倍波のインピーダンスが決定できる。

つまり３段以上のＬＣ回路を使用して出力整合回路を設
計すれば少なくとも基本波、２倍波、３倍波のインピー
ダンスを任意に設定することができる。

もちろんＦＥＴのインピーダンスによっては２段で３段
のＬＣ回路と同様の働きをするものも存在する可能性が
ある。

また、ここでは３倍高調波までしか考慮にいれていない
が、４倍波以上を考慮にいれても効率はそれほど上がる
わけではなく、それよりもマツチング回路の損失の方が
大きくなるので４倍波以上はそれほど考える必要はない
。

このように、本発明の実施例の高周波トランジスタの整
合回路によれば、高周波トランジスタを使用した高周波
増幅器の出力側インピーダンス整合回路において、高周
波トランジスタから見た出力側インピーダンス整合回路
の入力インピーダンスＺｉｎ（ｆ）が増幅しようとする
周波数で高周波トランジスタの出力インピーダンスＺ　
ｏ　ｕ　ｔ　（ｆ）の複素共役となっており、増幅しよ
うとする周波数の２倍高調波で出力側インピーダンス整
合回路の入力インピーダンスＺｉｎ（２ｆ）が高周波ト
ランジスタの出力インピーダンスＺｏｕｔ）２ｆ）とＺ
ｉｎ）２ｆ）＝−Ｚｏｕｔ）２ｆ）の関係にあり、増幅
しようとする周波数の３倍高調波で出力側インピーダン
ス整合回路の入力インピーダンスＺｉｎ（３ｆ）が実質
的に無限大と見なせるような値を取るものとする高周波
トランジスタの整合回路とすることにより、Ｆ級増幅に
おける整合条件が２次高調波および３次高調波について
満足され、増幅器の効率を向上できる効果がある。

なお、この実施例ではすべて集中定数回路を使用したが
、当然同様の働きが得られる分布定数回路で構成しても
同様の効果が得られることは言うまでもない。

発明の効果 以上の実施例から明らかなように、本発明は高周波トラ
ンジスタを使用した高周波増幅器の出力側インピーダン
ス整合回路において、高周波トランジスタから見た出力
側インピーダンス整合回路の入力インピーダンスＺｉｎ
（ｆ）が増幅しようとする周波数で高周波トランジスタ
の出力インピーダンスＺ　ｏ　ｕ　ｔ　（ｆ）の複素共
役となっており、増幅しようとする周波数の２倍高調波
で出力側インピーダンス整合回路の入力インピーダンス
Ｚｉｎ（２ｆ）が高周波トランジスタの出力インピーダ
ンスＺｏｕｔ　（２ｆ）とＺｉｎ（２ｆ）＝−Ｚｏｕｔ
　（２ｆ）の関係にあり、増幅しようとする周波数の３
倍高調波で出力側インピーダンス整合回路の入力インピ
ーダンスＺｉｎ（３ｆ）が実質的に無限大と見なせるよ
うな値を取るものとする高周波トランジスタの整合回路
とすることにより、Ｆ級増幅器の整合条件を２次高調波
および３次高調波まで満足させることができ、増幅器の
効率を向上することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の高周波トランジスタの整合
回路の回路図、第２図はその基本波、２倍波、３倍波に
対する等価回路図、第３図は本発明の説明のための回路
図、第４図および第５図は従来の高周波トランジスタの
整合回路の回路図、第６図はＦＥＴの等価回瞭ある。 １０１・・・・・・高周波トランジスタ、１０２・・・
・・・高周波増幅器の出力側インピーダンス整合回路。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名実 図 第 図 第 図 占ｇト庚にラノじスタ 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　高周波トランジスタを使用した高周波増幅器における
   、高周波トランジスタから見た出力側インピーダンス整
   合回路の入力インピーダンスＺｉｎ（ｆ）が増幅しよう
   とする周波数で高周波トランジスタの出力インピーダン
   スＺｏｕｔ（ｆ）の複素共役となっており、増幅しよう
   とする周波数の２倍高調波で出力側インピーダンス整合
   回路の入力インピーダンスＺｉｎ（２ｆ）が高周波トラ
   ンジスタの出力インピーダンスＺｏｕｔ（２ｆ）とＺｉ
   ｎ（２ｆ）＝−Ｚｏｕｔ（２ｆ）の関係にあり、増幅し
   ようとする周波数の３倍高調波で出力側インピーダンス
   整合回路の入力インピーダンスＺｉｎ（３ｆ）が実質的
   に無限大と見なせるような値を取るものとする高周波ト
   ランジスタの整合回路。