JPH07240638A - High frequency amplifier - Google Patents

High frequency amplifier

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JPH07240638A
JPH07240638A JP3154494A JP3154494A JPH07240638A JP H07240638 A JPH07240638 A JP H07240638A JP 3154494 A JP3154494 A JP 3154494A JP 3154494 A JP3154494 A JP 3154494A JP H07240638 A JPH07240638 A JP H07240638A
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JP
Japan
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power
distortion
effect transistor
impedance matching
output
Prior art date
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Pending
Application number
JP3154494A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Otobe
健二 乙部
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To amplify high frequency signals over a wide band with low waveform distortion and low power consumption by connecting a specified impedance matching circuit for the distortion of a field-effect transistor to the transistor. CONSTITUTION:The source of the field-effect transistor (FET) Q as an active element is connected to a ground terminal, the impedance matching circuit Ain composed of a coil L1 and a capacitor C1 is connected to the gate and the impedance matching circuit Aout composed of the coil L2, and the capacitor C2 is connected to the drain. Then, DC bias is set to let the FET Q perform the amplification operation of an AD class. In this case, the respective output impedances Z11 and Z12 of the impedance matching circuits Ain and Aout are decided so as to match with the output impedance when power addition efficiency becomes maximum to the fixed third distortion of the FET Q. Thus, the distortion and adjacent channel leakage power are reduced and the power consumption is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の分野】本発明は、広帯域にわたる高周波信号
を、低波形歪み且つ低消費電力で増幅する高周波増幅器
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high frequency amplifier for amplifying a high frequency signal over a wide band with low waveform distortion and low power consumption.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、GaAsFETのように電子移動
度の大きなマイクロ波増幅用トランジスタを使用するこ
とにより、数十GHzまでのマイクロ波の増幅器を、半
導体集積回路(ICなど)で実現することができるよう
になった。
2. Description of the Related Art In recent years, by using a microwave amplifying transistor having a large electron mobility such as GaAsFET, a microwave amplifier up to several tens of GHz can be realized by a semiconductor integrated circuit (IC or the like). I can do it now.

【0003】しかし、このようなトランジスタは非線型
能動素子であるから、入力電力Pinが小さいときに
は、その出力電力Pout は入力電力Pinに比例し、
且つ出力電力Pout の信号の周波数成分が入力電力Pin
の信号の周波数(基本周波数)fのみとなるが、入力電
力Pinが大きくなるに従って、出力電力Pout は周波数
fの電力Pf の他に、2次の波形歪による周波数(2×
f)の電力P2fや、3次の波形歪による周波数(3×
f)の電力P3fが急増する。
However, since such a transistor is a non-linear active element, when the input power P in is small, its output power P out is proportional to the input power P in ,
Moreover , the frequency component of the signal of the output power P out is the input power P in
However, as the input power P in becomes larger, the output power P out becomes equal to the power P f at the frequency f as well as the frequency (2 ×) due to the second-order waveform distortion.
f) power P 2f and frequency due to third-order waveform distortion (3 ×
The power P 3f in f) increases sharply.

【0004】このような高次の高調波成分(特に、3次
の波形歪による高調波成分)は、無線通信分野などにお
いては、隣接チャネル間での混信などの重大な問題を招
く。携帯電話の分野を例に説明すると、基地局などの無
線通信用固定局では、各チャネルに割り当てられる所定
周波数帯域の信号毎に増幅するのではなく、多数チャネ
ルにわたる広帯域の信号(異なった周波数の複数の信
号)を一つの高周波増幅器で一括して増幅することで、
高周波増幅器の数を大幅に低減するようにシステム構成
されるので、特に3次の波形歪の存在による3次相互変
調歪が増加して、隣接チャネル間での混信などを引き起
こす。又、デジタル変調方式を適用する携帯電話では、
このような高次の相互変調歪に起因した隣接チャネル漏
洩電力の発生も重大な問題となる。
Such a high-order harmonic component (particularly, a harmonic component due to a third-order waveform distortion) causes a serious problem such as interference between adjacent channels in the field of wireless communication. Taking the field of mobile phones as an example, in a fixed station for wireless communication such as a base station, instead of amplifying for each signal in a predetermined frequency band assigned to each channel, a wideband signal over a large number of channels (of different frequencies) is used. By amplifying multiple signals at once with one high-frequency amplifier,
Since the system is configured to greatly reduce the number of high-frequency amplifiers, third-order intermodulation distortion is increased due to the presence of third-order waveform distortion, which causes interference between adjacent channels. Also, in mobile phones that apply digital modulation,
Generation of adjacent channel leakage power due to such high-order intermodulation distortion is also a serious problem.

【0005】そこで従来の通信技術では、かかる3次相
互変調歪を低減するために、飽和出力電力の大きなFE
T(電界効果トランジスタ)を用いると共に、このFE
Tを小さな出力電力範囲で使用していた。尚、このよう
にFETを小さな出力電力範囲で使用する方法を、バッ
クオフと呼んでいる。
Therefore, in the conventional communication technique, in order to reduce the third-order intermodulation distortion, the FE having a large saturated output power is used.
This FE is used with T (field effect transistor).
T was used in a small output power range. The method of using the FET in such a small output power range is called back-off.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このバ
ックオフの技法は、FETを小さな出力電力範囲でのみ
使用するので線型性が得られて3次相互変調歪を低減す
ることができるが、電源で設定される動作電源範囲を有
効に利用しないので、相対的に消費電力の増加を招いて
いる。かかる問題点を図9と共に詳述する。
However, since this back-off technique uses the FET only in a small output power range, linearity can be obtained and the third-order intermodulation distortion can be reduced. Since the set operating power supply range is not effectively used, the power consumption is relatively increased. Such problems will be described in detail with reference to FIG.

【0007】図9はこのバックオフの技法を説明するた
めの原理図である。同図において、横軸は高周波増幅器
の入力電力(単位;dBm)、縦軸はその出力電力(単
位;dBm)と電力付加効率(単位;%)を表してお
り、周波数fの信号の入力電力Pinの増減変化に対す
る、基本波出力電力Pf と、3次相互変調歪出力電力P
IM3 、及び電力付加効率ηadd の変化を示す。尚、電力
付加効率ηadd とは、電源から供給された直流電力PDC
がどれだけマイクロ波の電力に変換されるかを示す評価
量(即ち、FETの電力増幅特性の良否の目安となる)
であり、 ηadd =100×(Pf −Pin)/PDC (%) の関係式で求められる。
FIG. 9 is a principle diagram for explaining the backoff technique. In the figure, the horizontal axis represents the input power (unit: dBm) of the high frequency amplifier, and the vertical axis represents the output power (unit: dBm) and power added efficiency (unit:%), and the input power of the signal of frequency f. Fundamental wave output power P f and third-order intermodulation distortion output power P with respect to increase / decrease of P in
Changes in IM3 and power added efficiency η add are shown. The power added efficiency η add is the DC power P DC supplied from the power source.
Evaluation value indicating how much is converted to microwave power (that is, a measure of the quality of FET power amplification characteristics)
And η add = 100 × (P f −P in ) / P DC (%).

【0008】図9に示すように、入力電力Pinが次第に
増加すると、基本波出力電力Pf は、ある入力電力P
in1 までは一定増加率に比例して線型増加していき、そ
れを超えるとしだいに増加率が非線型で減少していき、
ある入力電力Pin2 において飽和する。一方、3次相互
変調歪出力電力PIM3 も、入力電力Pin1 の増加に伴っ
て同様な出力電力特性となる。但し、線型増加範囲にお
ける出力電力Pf の増加率Gf と3次相互変調歪出力電
力PIM3 の増加率GIM3 は、Gf <GIM3 の関係にある
ので、これらの増加率Gf ,GIM3 に基いて出力電力P
f ,PIM3 を延長すると交点IP3が得られ、この交点
(インターセプトポイントという)IP3に対応する出
力電力PIP3 によって、動作電力領域(ダイナミックレ
ンジ)の上限が決められる。
As shown in FIG. 9, when the input power P in gradually increases, the fundamental wave output power P f becomes a certain input power P f.
Up to in1 , it increases linearly in proportion to the constant increase rate, and beyond that, the increase rate decreases non-linearly,
It saturates at a certain input power P in2 . On the other hand, the third-order intermodulation distortion output power P IM3 also has similar output power characteristics as the input power P in1 increases. However, the increase rate G IM3 increase rate G f and the third-order intermodulation distortion output power P IM3 output power P f of the linear increase range, since the relationship of G f <G IM3, these growth rates G f, Output power P based on G IM3
An intersection IP3 is obtained by extending f , P IM3 , and the upper limit of the operating power region (dynamic range) is determined by the output power P IP3 corresponding to this intersection (referred to as an intercept point) IP3.

【0009】又、電力付加効率ηadd は、図示の如く、
ある入力電力Pin2 において最大値ηMAX となる。した
がって、電力付加効率ηadd がηMAX となる条件を満足
する入力電力Pinを供給すれば、直流電力PDCを最も有
効に利用することとなる。しかし、ηadd =ηMAX のと
きの基本出力電力Pf と3次相互変調歪出力電力PIM3
の差ΔPout は、通信規格などで規定される対ノイズ特
性を満足しない。そこで、3次相互変調歪出力電力P
IM3 の低減を主、電力付加効率ηadd の最適化を従とし
て、3次歪みIM3(=Pf −PIM3 )が例えば−40
dBcとなるような規格条件を満足する上限範囲で入力
電力Pinを制限する。同図中にはこの入力電力の上限を
in1 で示しているが、このときの電力付加効率ηadd
はηIM3 となり、ηIM3 <ηMAX の関係となる。そし
て、ηadd =ηMAX となるときの入力電力(同図中では
in2 )と、ηadd =ηIM3 となるときの入力電力P
in1 との差BO(=Pin2 −Pin1 )分の電源供給電力
が有効に利用されないこととなるので、相対的に消費電
力の増加となっていた。
The power added efficiency η add is as shown in the figure.
It becomes the maximum value η MAX at a certain input power P in2 . Therefore, if the input power P in that satisfies the condition that the power added efficiency η add is η MAX is supplied, the DC power P DC is most effectively used. However, the basic output power P f and the third-order intermodulation distortion output power P IM3 when η add = η MAX
The difference ΔP out does not satisfy the noise resistance characteristic defined by the communication standard or the like. Therefore, the third-order intermodulation distortion output power P
The third-order distortion IM3 (= P f −P IM3 ) is, for example, −40 when the reduction of IM3 is the main and the optimization of the power added efficiency η add is the secondary.
The input power P in is limited within an upper limit range that satisfies the standard condition of dBc. In the figure, the upper limit of this input power is indicated by P in1 , but the power added efficiency η add at this time is shown.
Becomes η IM3 , and η IM3MAX . Then, the input power when η add = η MAX (P in2 in the figure) and the input power P when η add = η IM3
Since the power supply power for the difference BO (= P in2 −P in1 ) from in1 is not effectively used, the power consumption is relatively increased.

【0010】このように、従来の高周波増幅器は、広帯
域増幅によって派生する3次相互変調歪を低減するため
に、消費電力の低減化が十分に行われず、且つ有効な技
術的手段も講じられていなかった。
As described above, in the conventional high frequency amplifier, in order to reduce the third-order intermodulation distortion caused by the wide band amplification, the power consumption is not sufficiently reduced, and an effective technical means is also taken. There wasn't.

【0011】本発明は、このような課題に鑑みて成され
たものであり、低波形歪み及び低消費電力の両者を満足
させつつ、広帯域にわたる高周波信号の増幅を行う高周
波増幅器を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a high frequency amplifier for amplifying a high frequency signal over a wide band while satisfying both low waveform distortion and low power consumption. To aim.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、電界効果トランジスタを有する高周
波増幅器において、前記電界効果トランジスタの一定の
3次歪に対して電力付加効率が最大となるときの出力イ
ンピーダンスに整合するインピーダンス整合回路を、前
記電界効果トランジスタに接続する構成とした。また、
前記電界効果トランジスタを、一定の3次歪に対して電
力付加効率が最大となる状態にバイアスする構成とし
た。又、前記電界効果トランジスタの一定の隣接チャネ
ル漏洩電力に対して電力付加効率が最大となるときの出
力インピーダンスに整合するインピーダンス整合回路
を、前記電界効果トランジスタに接続する構成とした。
又、前記電界効果トランジスタを、一定の隣接チャネル
漏洩電力に対して電力付加効率が最大となる状態にバイ
アスする構成とした。
In order to achieve such an object, the present invention provides a high-frequency amplifier having a field-effect transistor which maximizes the power-added efficiency with respect to a constant third-order distortion of the field-effect transistor. An impedance matching circuit that matches the output impedance at that time is connected to the field effect transistor. Also,
The field effect transistor is configured to be biased in a state in which the power added efficiency is maximized with respect to a constant third-order distortion. Further, an impedance matching circuit that matches the output impedance when the power added efficiency is maximum with respect to the constant adjacent channel leakage power of the field effect transistor is connected to the field effect transistor.
Further, the field effect transistor is configured to be biased in a state where the power added efficiency is maximized with respect to a constant adjacent channel leakage power.

【0013】[0013]

【作用】このような構成を有する本発明の高周波増幅器
によれば、歪と隣接チャネル漏洩電力に対する電力付加
効率が最大となる条件に基いてインピーダンス回路を設
けると共に、電界効果トランジスタのバイアスを設定す
るので、歪と隣接チャネル漏洩電力を低減し且つ消費電
力を低減することができる高周波増幅器が実現される。
According to the high frequency amplifier of the present invention having such a configuration, the impedance circuit is provided and the bias of the field effect transistor is set based on the condition that the power added efficiency with respect to the distortion and the adjacent channel leakage power is maximized. Therefore, a high-frequency amplifier capable of reducing distortion and adjacent channel leakage power and reducing power consumption is realized.

【0014】[0014]

【実施例】本発明の一実施例を図面と共に説明する。図
1に基いて回路構成を説明する。この実施例では、能動
素子としてGaAsMESFET Qが使用され、その
ソースがグランド端子に接続され、ゲートにコイルL1
とコンデンサC1 から成るインピーダンス整合回路Ain
が接続され、ドレインにコイルL2 とコンデンサC2
ら成るインピーダンス整合回路Aout が接続され、更に
FET QがAB級の増幅動作を行うように直流バイア
ス(動作点)が設定されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The circuit configuration will be described with reference to FIG. In this embodiment, a GaAs MESFET Q is used as an active element, its source is connected to the ground terminal, and its gate is coil L 1.
Impedance matching circuit A in consisting of capacitor and capacitor C 1
Is connected, the impedance matching circuit A out including a coil L 2 and a capacitor C 2 is connected to the drain, and a direct current bias (operating point) is set so that the FET Q performs class AB amplification operation.

【0015】そして、これらインピーダンス整合回路A
inとAout の夫々の出力インピーダンスZ11とZ22は、
次の設計原理(条件)に従って決定されている。この設
計原理を明確化するために、本発明者が行った考察及び
実験を比較・考量しつつ説明する。
The impedance matching circuit A
The output impedances Z 11 and Z 22 of in and A out are
It is determined according to the following design principles (conditions). In order to clarify this design principle, explanations and experiments conducted by the present inventor will be explained while comparing and weighing them.

【0016】FET Qの高次歪を発生させる最大の原
因として、負荷インピーダンスとの整合性を考慮した。
即ち、FET Qに縦続接続される負荷回路とFET
Qの出力端との間に不整合が在ると、FET Qの出力
信号(マイクロ波)が反射してFET Qに戻り、干渉
による歪みが発生する。そこで、FET Qの出力電力
out とその出力インピーダンスZQOの関係(以下、P
out 対ZQOという)と、3次歪インターセプトポイント
IP3(図9を参照)の電力PIP3 と出力インピーダン
スZQOの関係(以下、PIP3 対ZQOという)と、隣接チ
ャネル漏洩電力PCTと出力インピーダンスZQOの関係
(以下、PCT対ZQOという)を実測した。図2は(P
out 対ZQO)の実測結果を示し、図3は(PIP3
QO)の実測結果を示し、図4は(PCT対ZQO)の実測
結果を示している。
The matching with the load impedance is taken into consideration as the largest cause of the high-order distortion of the FET Q.
That is, the load circuit and the FET connected in cascade to the FET Q
If there is a mismatch with the output terminal of Q, the output signal (microwave) of the FET Q is reflected and returned to the FET Q, and distortion due to interference occurs. Therefore, the relationship between the output power P out of the FET Q and its output impedance Z QO (hereinafter, P
out vs. Z QO ), the relationship between the power P IP3 of the third-order distortion intercept point IP3 (see FIG. 9) and the output impedance Z QO (hereinafter referred to as P IP3 vs Z QO ), and the adjacent channel leakage power P CT . The relationship between the output impedance Z QO (hereinafter referred to as P CT and Z QO ) was measured. Figure 2 shows (P
out vs. Z QO ), FIG. 3 shows the result of measurement (P IP3 vs. Z QO ), and FIG. 4 shows the result of measurement (P CT vs. Z QO ).

【0017】まず、図2に示す実測結果は、出力電力P
out をパラメータとして、入力電力Pinの周波数を変化
させたときの出力インピーダンスZQOの変化をスミス図
表上にプロットしたものである。したがって、図示する
ように、異なった出力電力Pout 毎に等高線状の測定結
果が得られ、出力電力Pout が最大値Pmax となるとき
の出力インピーダンスZPmaxを、第1の決定条件(ZQO
=ZPmax)とする。
First, the actual measurement result shown in FIG.
It is a plot of the change of the output impedance Z QO when the frequency of the input power P in is changed on the Smith chart using out as a parameter. Therefore, as shown in the figure, a contour-line measurement result is obtained for each different output power P out , and the output impedance Z Pmax when the output power P out reaches the maximum value P max is set to the first determination condition (Z. QO
= Z Pmax ).

【0018】図3に示す実測結果は、3次歪インターセ
プトポイントの電力PIP3 をパラメータとして、入力電
力Pinの周波数を変化させたときの出力インピーダンス
QOの変化をスミス図表上にプロットしたものである。
したがって、図示するように、異なった電力PIP3 毎に
等高線状の測定結果が得られ、電力PIP3 が最大値P
IPmax となるときの出力インピーダンスZIPmax を、第
2の決定条件(ZQO=ZIPmax )とする。
The actual measurement results shown in FIG. 3 are obtained by plotting on the Smith chart the change in the output impedance Z QO when the frequency of the input power P in is changed with the power P IP3 at the third-order distortion intercept point as a parameter. Is.
Therefore, as shown in the figure, a contour-shaped measurement result is obtained for each different power P IP3 , and the power P IP3 is the maximum value P
The output impedance Z Ipmax when the Ipmax, the second determination condition (Z QO = Z IPmax).

【0019】図4に示す実測結果は、隣接チャネル漏洩
電力PCTをパラメータとして、入力電力Pinの周波数を
変化させたときの出力インピーダンスZQOの変化をスミ
ス図表上にプロットしたものである。尚、図4は、隣接
チャネル漏洩電力PCTを−20dBc〜−60dBcの
範囲において10dBc毎に設定したものである。した
がって、図示するように、異なった隣接チャネル漏洩電
力PCT毎に等高線状の結果が得られ、その電力PCTが最
小値PCTmin (=−60dBc)となるときの出力イン
ピーダンスZCTmin を、第3の決定条件(ZQO=Z
CTmin )とする。
The actual measurement result shown in FIG. 4 is a plot of the change in the output impedance Z QO when the frequency of the input power P in is changed on the Smith chart using the adjacent channel leakage power P CT as a parameter. In FIG. 4, the adjacent channel leakage power P CT is set for every 10 dBc in the range of −20 dBc to −60 dBc. Therefore, as shown in the figure, a contour-shaped result is obtained for each different adjacent channel leakage power P CT , and the output impedance Z CTmin when the power P CT becomes the minimum value P CTmin (= −60 dBc) Decision condition 3 (Z QO = Z
CTmin ).

【0020】ここで、一般的な電力増幅器の設計では、
出力電力を最も大きくすることができる出力インピーダ
ンスZQO=ZPmaxを採用している。即ち、第1の決定条
件を適用して、インピーダンス整合回路Aout の回路定
数を決めている。又、3次歪や隣接チャネル漏洩電力を
低減するための高周波増幅器を設計する場合には、第2
の決定条件または第3の決定条件に示される出力インピ
ーダンスZQO=ZIPmax またはZQO=ZCTmin を採用し
て、インピーダンス整合回路Aout の回路定数を決める
こととなる。
Here, in a general power amplifier design,
The output impedance Z QO = Z Pmax that can maximize the output power is adopted. That is, the first determination condition is applied to determine the circuit constant of the impedance matching circuit A out . When designing a high frequency amplifier for reducing third-order distortion and adjacent channel leakage power,
The output impedance Z QO = Z IPmax or Z QO = Z CTmin shown in the third determination condition or is determined to determine the circuit constant of the impedance matching circuit A out .

【0021】しかし、本発明は、3次歪および隣接チャ
ネル漏洩電力を低減し、且つ消費電力を低減することを
目的とするので、これらの決定条件を個々独立に採用し
たのでは、最適な高周波増幅器を実現することはできな
い。このことは、図5の実験結果から明らかである。図
5は、FET Qのドレインに流れる電流IDSとFET
Qの出力インピーダンスZQOの関係を示す実測結果で
ある。即ち、FETQのドレインに流れる電流IDS(I
DS1 ≦IDS≦IDS4 )をパラメータとして、入力電力P
inの周波数を変化させたときの出力インピーダンスZQO
の変化をスミス図表上にプロットしたものである。同図
から明らかなように、入力電力Pinの大きな信号が入力
すると、FET Qの出力インピーダンスZQOが変化す
ると共にドレイン電流IDSも変化するので、インピーダ
ンス整合回路Aout の回路定数を、3次歪インターセプ
トポイントの電力PIP3 を最大値PIPmax にすることが
できる出力インピーダンスZIPmax (第2の決定条件)
や、隣接チャネル漏洩電力PCTを最小値PCTmin にする
ことができる出力インピーダンスZCTmin (第3の決定
条件)を採用して決定したとしても、消費電力を十分に
低減することはできない。よって、本発明は、更に次に
述べる最適条件に基いてインピーダンス整合回路Aout
を決定している。
However, the present invention is intended to reduce the third-order distortion and the adjacent channel leakage power, and also to reduce the power consumption. Therefore, if these decision conditions are independently adopted, the optimum high frequency is obtained. An amplifier cannot be realized. This is clear from the experimental results shown in FIG. Fig. 5 shows the current I DS flowing in the drain of FET Q and the FET
It is an actual measurement result showing the relationship of the output impedance Z QO of Q. That is, the current I DS (I
Input power P with DS1 ≤ I DS ≤ I DS4 ) as a parameter
Output impedance Z QO when in frequency is changed
It is a plot of the change of the number on the Smith chart. As is clear from the figure, when a signal with a large input power P in is input, the output impedance Z QO of the FET Q changes and the drain current I DS also changes, so the circuit constant of the impedance matching circuit A out is set to 3 output impedance Z Ipmax the power P IP3 of distortion intercept point may be the maximum value P Ipmax (second determination condition)
Alternatively , even if the output impedance Z CTmin (third determination condition) that can make the adjacent channel leakage power P CT the minimum value P CTmin is adopted, the power consumption cannot be sufficiently reduced. Therefore, the present invention further provides the impedance matching circuit A out based on the optimum conditions described below.
Has been decided.

【0022】第1の最適条件を得るための原理を図6に
基いて説明する。図6は、3次相互変調歪出力電力P
IM3 (図9参照)に対する電力付加効率ηadd と、出力
インピーダンスZQOとの関係を実測してスミス図表上に
プロットした結果である。即ち、基本波出力電力Pf
3次相互変調歪出力電力PIM3 の差IM3を−40dB
cに固定して、電力付加効率ηadd (6%≦ηadd ≦1
2%)をパラメータとしたときの、最大出力電力に対す
る出力インピーダンスZQOの変化を示している。
The principle for obtaining the first optimum condition will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the third-order intermodulation distortion output power P.
It is the result of actually measuring the relationship between the power added efficiency η add with respect to IM3 (see FIG. 9) and the output impedance Z QO and plotting it on the Smith chart. That, -40 dB difference IM3 fundamental wave output power P f and the third-order intermodulation distortion output power P IM3
Fixed to c, the power added efficiency η add (6% ≦ η add ≦ 1
2%) as a parameter, the change in output impedance Z QO with respect to the maximum output power is shown.

【0023】そして、本実施例では、電力付加効率η
add が最大値となるときの出力インピーダンスZop1
第1の最適条件と決め、インピーダンスZ22が出力イン
ピーダンスZop1 と整合するように、インピーダンス整
合回路Aout の各素子定数を決定する。インピーダンス
整合回路Aout をこの第1の最適条件に基いて設計する
と、消費電力及び3次相互変調歪出力電力の両者を同時
に低減することができる。
In this embodiment, the power added efficiency η
The output impedance Z op1 when add has the maximum value is determined as the first optimum condition, and each element constant of the impedance matching circuit A out is determined so that the impedance Z 22 matches the output impedance Z op1 . If the impedance matching circuit A out is designed based on this first optimum condition, both power consumption and third-order intermodulation distortion output power can be reduced at the same time.

【0024】尚、この実施例では、IM3=−40dB
cを条件としているが、これに限定されるものではな
い。即ち、IM3=−40dBcとしたのは、無線通信
システムにおける特定規格に準拠したものであり、次
に、第2の最適条件を図7に基いて説明する。図7は、
隣接チャネル漏洩電力PCT(図9参照)に対する電力付
加効率ηadd と、出力インピーダンスZQOとの関係を実
測してスミス図表上にプロットした結果である。即ち、
隣接チャネル漏洩電力PCTを−60dBcに固定して、
電力付加効率ηadd (10%≦ηadd≦40%)をパラ
メータとしたときの、最大出力電力に対する出力インピ
ーダンスZQOの変化を示している。
In this embodiment, IM3 = -40 dB
The condition is c, but the present invention is not limited to this. That is, the reason that IM3 = -40 dBc is based on the specific standard in the wireless communication system. Next, the second optimum condition will be described with reference to FIG. Figure 7
It is the result of actually measuring the relationship between the power added efficiency η add with respect to the adjacent channel leakage power P CT (see FIG. 9) and the output impedance Z QO and plotting it on the Smith chart. That is,
Adjacent channel leakage power P CT is fixed at −60 dBc,
It shows a change in the output impedance Z QO with respect to the maximum output power when the power added efficiency η add (10% ≦ η add ≦ 40%) is used as a parameter.

【0025】そして、本実施例では、この電力付加効率
ηadd が最大値となるときの出力インピーダンスZop2
を第2の最適条件と決め、インピーダンスZ22が出力イ
ンピーダンスZop2 と整合するように、インピーダンス
整合回路Aout の各素子定数を決定する。インピーダン
ス整合回路Aout をこの第2の最適条件に基いて設計す
ると、消費電力及び隣接チャネル漏洩電力の両者を同時
に低減することができる。
Then, in this embodiment, the output impedance Z op2 when the power added efficiency η add becomes the maximum value.
Is defined as the second optimum condition, and each element constant of the impedance matching circuit A out is determined so that the impedance Z 22 matches the output impedance Z op2 . When the impedance matching circuit A out is designed based on this second optimum condition, both power consumption and adjacent channel leakage power can be reduced at the same time.

【0026】尚、この実施例では、PCT=−60dBc
を条件としているが、これに限定されるものではない。
即ち、PCT=−60dBcとしたのは、無線通信システ
ムにおける特定規格に準拠したものであり、他の規格や
設計仕様などに因って変更しても良い。つまり、ある特
定のPCTにおいて、図8に示すような実測結果に基い
て、最大の電力付加効率ηadd に対応する出力インピー
ダンスZop2 を求めることによって、インピーダンス整
合回路Aout の最適化が可能となる。
In this embodiment, P CT = -60 dBc
However, the present invention is not limited to this.
That is, P CT = −60 dBc is based on a specific standard in the wireless communication system, and may be changed according to other standards or design specifications. That is, in a specific P CT , the impedance matching circuit A out can be optimized by obtaining the output impedance Z op2 corresponding to the maximum power added efficiency η add based on the actual measurement result shown in FIG. Becomes

【0027】更に、第3の最適条件を図8に基いて説明
する。図8は、FET Qの直流バイアス依存性と電力
付加効率ηadd の関係を実測したものであり、FET
Qのドレイン・ソース間電圧VDS(VDSを8ボルトと
7.5ボルトに設定)をパラメータとし、且つ、IM3
=−40dBcおよびPCT=−60dBcを固定条件と
したときの、FET Qのゲート・ソース間電圧Vgs
対する出力電力Pout と電力付加効率ηadd の変化を示
している。そして、電力付加効率ηadd が最大になると
きのゲート・ソース間電圧Vgsopを、FET Qの最適
バイアス条件(第3の最適条件)と決める。
Further, the third optimum condition will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows an actual measurement of the relationship between the DC bias dependence of the FET Q and the power added efficiency η add.
The drain-source voltage V DS of Q (V DS is set to 8 V and 7.5 V) is used as a parameter, and IM3
4 shows changes in the output power P out and the power added efficiency η add with respect to the gate-source voltage V gs of the FET Q under fixed conditions of = -40 dBc and P CT = -60 dBc. Then, the gate-source voltage V gsop when the power added efficiency η add becomes maximum is determined as the optimum bias condition (third optimum condition) of the FET Q.

【0028】尚、IM3=−40dBcでの出力電力P
OUT とPCT=−60dBcでの出力電力POUT ´では、
OUT ´が約6dB高くなり、それに伴って、PCT=−
60dBcでの電力付加効率7add ´は約4倍向上す
る。
The output power P at IM3 = -40 dBc
With the output power P OUT ′ at OUT and P CT = −60 dBc,
P OUT 'has increased by about 6 dB, and P CT =-
The power added efficiency of 7 add ′ at 60 dBc is improved by about 4 times.

【0029】尚、この第3の最適条件に基いて直流バイ
アス(動作点)を設定すると、高周波増幅器はAB級の
増幅器となる。又、この実施例では、IM3=−40d
Bcを条件としたが、他の規格や設計仕様などに因って
変更しても良い。
When the DC bias (operating point) is set based on the third optimum condition, the high frequency amplifier becomes a class AB amplifier. Further, in this embodiment, IM3 = -40d
Although Bc is used as a condition, it may be changed according to other standards or design specifications.

【0030】そして、図1に示すように、上記の第1な
いし第3の最適条件を満足するインピーダンス整合回路
inとAout をFET Qに接続することによって、消
費電力及び歪の少ない高周波増幅器を実現することがで
きる。尚、インピーダンス整合回路Ainは、FET Q
の前段側に設けられる他のFET(図示せず)について
得られる上記の第1ないし第3の最適条件に基いて決定
された回路である。
Then, as shown in FIG. 1, by connecting the impedance matching circuits A in and A out satisfying the above first to third optimum conditions to the FET Q, a high frequency amplifier with low power consumption and distortion is obtained. Can be realized. The impedance matching circuit A in is FET Q
Is a circuit determined on the basis of the above-mentioned first to third optimum conditions obtained with respect to another FET (not shown) provided on the upstream side.

【0031】又、図1に示すこの実施例のインピーダン
ス整合回路Ain,Aout は一例であり、上記の最適条件
を満足する出力インピーダンスに対応するものであれ
ば、他の回路構成であってもよい。
Further, the impedance matching circuit A in , A out of this embodiment shown in FIG. 1 is an example, and another circuit configuration can be used as long as it corresponds to the output impedance satisfying the above optimum conditions. Good.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように本発明の高周波増幅
器によれば、高周波増幅用の電界効果トランジスタを使
用し、この電界効果トランジスタの歪と隣接チャネル漏
洩電力に対する電力付加効率が最大となる条件を満足す
るインピーダンス整合回路を電界効果トランジスタに設
けると共に、電界効果トランジスタのバイアスを設定す
る構成としたので、歪と隣接チャネル漏洩電力を低減し
且つ消費電力を低減した高周波増幅器を提供することが
できる。又、バックオフの技法に基いて得られる高周波
増幅器と較べて、より最適な動作条件における高周波増
幅器を提供できる。
As described above, according to the high frequency amplifier of the present invention, the field effect transistor for high frequency amplification is used, and the condition in which the power added efficiency with respect to the distortion of the field effect transistor and the adjacent channel leakage power is maximized. Since the impedance matching circuit that satisfies the above condition is provided in the field effect transistor and the bias of the field effect transistor is set, distortion and adjacent channel leakage power can be reduced and a high frequency amplifier with reduced power consumption can be provided. . Further, it is possible to provide a high frequency amplifier under more optimal operating conditions as compared with a high frequency amplifier obtained based on the back-off technique.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による一実施例の構成を示す回路図であ
る。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an embodiment according to the present invention.

【図2】高周波増幅器における出力電力と出力インピー
ダンスの関係を示す測定図である。
FIG. 2 is a measurement diagram showing a relationship between output power and output impedance in a high frequency amplifier.

【図3】高周波増幅器におけるインタセプタポイントに
おける電力と出力インピーダンスの関係を示す測定図で
ある。
FIG. 3 is a measurement diagram showing a relationship between power and output impedance at an interceptor point in a high frequency amplifier.

【図4】高周波増幅器における隣接チャネル漏洩電力と
出力インピーダンスの関係を示す測定図である。
FIG. 4 is a measurement diagram showing a relationship between adjacent channel leakage power and output impedance in a high frequency amplifier.

【図5】高周波増幅器におけるドレイン電流と出力イン
ピーダンスの関係を示す測定図である。
FIG. 5 is a measurement diagram showing the relationship between drain current and output impedance in a high frequency amplifier.

【図6】IM3=−40dBcにしたときの、高周波増
幅器における電力付加効率と出力インピーダンスの関係
を示す測定図である。
FIG. 6 is a measurement diagram showing a relationship between power added efficiency and output impedance in a high frequency amplifier when IM3 = −40 dBc.

【図7】隣接チャネル漏洩電力を−60dBcとしたと
きの、高周波増幅器における電力付加効率と出力インピ
ーダンスの関係を示す測定図である。
FIG. 7 is a measurement diagram showing a relationship between power added efficiency and output impedance in a high frequency amplifier when an adjacent channel leakage power is set to −60 dBc.

【図8】高周波増幅器におけるバイアス依存性と電力付
加効率の関係を示す測定図である。
FIG. 8 is a measurement diagram showing the relationship between bias dependence and power added efficiency in a high frequency amplifier.

【図9】従来の高周波増幅器の設計原理を説明するため
の説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a design principle of a conventional high frequency amplifier.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ,L2 …コイル、C1 ,C2 …容量素子、Q…FE
T。
L 1 , L 2 ... Coil, C 1 , C 2 ... Capacitance element, Q ... FE
T.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電界効果トランジスタを有する高周波増
幅器において、 前記電界効果トランジスタの一定の3次歪に対して電力
付加効率が最大となるときの出力インピーダンスに整合
するインピーダンス整合回路を、前記電界効果トランジ
スタに接続することを特徴とする高周波増幅器。
1. A high-frequency amplifier having a field-effect transistor, wherein an impedance matching circuit that matches an output impedance when the power-added efficiency is maximum with respect to a constant third-order distortion of the field-effect transistor is provided. High frequency amplifier characterized by being connected to.
【請求項2】 電界効果トランジスタを有する高周波増
幅器において、 前記電界効果トランジスタを、一定の3次歪に対して電
力付加効率が最大となる状態にバイアスすることを特徴
とする高周波増幅器。
2. A high frequency amplifier having a field effect transistor, wherein the field effect transistor is biased in a state in which the power added efficiency is maximized with respect to a constant third-order distortion.
【請求項3】 電界効果トランジスタを有する高周波増
幅器において、 前記電界効果トランジスタの一定の隣接チャネル漏洩電
力に対して電力付加効率が最大となるときの出力インピ
ーダンスに整合するインピーダンス整合回路を、前記電
界効果トランジスタに接続することを特徴とする高周波
増幅器。
3. A high-frequency amplifier having a field-effect transistor, wherein the impedance matching circuit that matches the output impedance when the power-added efficiency is maximum with respect to a constant adjacent-channel leakage power of the field-effect transistor is provided with the field-effect transistor. A high-frequency amplifier characterized by being connected to a transistor.
【請求項4】 電界効果トランジスタを有する高周波増
幅器において、 前記電界効果トランジスタを、一定の隣接チャネル漏洩
電力に対して電力付加効率が最大となる状態にバイアス
することを特徴とする高周波増幅器。
4. A high-frequency amplifier having a field-effect transistor, wherein the field-effect transistor is biased in a state in which power added efficiency is maximized with respect to a constant adjacent channel leakage power.
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