JPH09266421A - 高周波電力増幅器 - Google Patents
高周波電力増幅器Info
- Publication number
- JPH09266421A JPH09266421A JP9924796A JP9924796A JPH09266421A JP H09266421 A JPH09266421 A JP H09266421A JP 9924796 A JP9924796 A JP 9924796A JP 9924796 A JP9924796 A JP 9924796A JP H09266421 A JPH09266421 A JP H09266421A
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- JP
- Japan
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- circuit
- output
- high frequency
- fundamental wave
- impedance
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 数１００ＭＨｚ以上の高周波帯においても高
い電力効率を確保できる高周波電力増幅器を提供する。 【解決手段】 ＦＥＴ１の出力端と出力端子７との間に
出力整合回路１１、基本波通過回路１２等を接続するこ
とにより、当該出力端から負荷側を見た場合に、基本波
に対して整合し、２次高調波に対しては短絡終端となる
ようなインピーダンスの設定を行なった。
い電力効率を確保できる高周波電力増幅器を提供する。 【解決手段】 ＦＥＴ１の出力端と出力端子７との間に
出力整合回路１１、基本波通過回路１２等を接続するこ
とにより、当該出力端から負荷側を見た場合に、基本波
に対して整合し、２次高調波に対しては短絡終端となる
ようなインピーダンスの設定を行なった。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、高周波信号を送信す
る通信装置で用いる高周波電力増幅器に係り、特に高い
電力効率の確保に好適なものに関する。
る通信装置で用いる高周波電力増幅器に係り、特に高い
電力効率の確保に好適なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の高効率の高周波電力増幅器として
は、例えばＦ級増幅器がある。これは、増幅対象の高周
波信号の基本波および高調波に対するインピーダンスを
調節して、増幅素子の出力端の電圧および電流を整形
し、上記高効率を達成しようとするもので、増幅素子出
力端から負荷側を見たインピーダンスが、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となる回
路構成となっている。図３の（ａ）は、このＦ級増幅器
の一回路構成例を示すものである。同図において、ＦＥ
Ｔ（電界効果トランジスタ）１は、高周波信号を入力し
て、これを電力増幅する増幅素子であり（なお、このＦ
級増幅器の増幅素子としてはバイポーラトランジスタを
用いる場合もある）、このＦＥＴ１のドレイン端子Ｄに
は、チョークコイル３を介してドレイン電源供給端子２
より電源が供給される。そして上記ドレイン端子Ｄは直
流阻止用コンデンサ４を介して伝送線路５に接続されて
いるが、この伝送線路５は、上記高周波信号の基本波の
波長の１／４の長さとなっている。また、この伝送線路
５の出力端は、並列共振回路６および出力端子７に接続
しているが、並列共振回路６は並列接続するインダクタ
ンスＬおよびコンデンサＣからなり、上記基本波の周波
数で並列共振する。
は、例えばＦ級増幅器がある。これは、増幅対象の高周
波信号の基本波および高調波に対するインピーダンスを
調節して、増幅素子の出力端の電圧および電流を整形
し、上記高効率を達成しようとするもので、増幅素子出
力端から負荷側を見たインピーダンスが、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となる回
路構成となっている。図３の（ａ）は、このＦ級増幅器
の一回路構成例を示すものである。同図において、ＦＥ
Ｔ（電界効果トランジスタ）１は、高周波信号を入力し
て、これを電力増幅する増幅素子であり（なお、このＦ
級増幅器の増幅素子としてはバイポーラトランジスタを
用いる場合もある）、このＦＥＴ１のドレイン端子Ｄに
は、チョークコイル３を介してドレイン電源供給端子２
より電源が供給される。そして上記ドレイン端子Ｄは直
流阻止用コンデンサ４を介して伝送線路５に接続されて
いるが、この伝送線路５は、上記高周波信号の基本波の
波長の１／４の長さとなっている。また、この伝送線路
５の出力端は、並列共振回路６および出力端子７に接続
しているが、並列共振回路６は並列接続するインダクタ
ンスＬおよびコンデンサＣからなり、上記基本波の周波
数で並列共振する。
【０００３】上記のように構成されているＦ級増幅器す
なわち従来の高周波電力増幅器においては、並列共振回
路６は、高調波（偶数次高調波および奇数次高調波）に
対して短絡回路となるが、これをＦＥＴ１のドレイン端
子Ｄから伝送線路５を介して見た場合、奇数次高調波に
対しては、伝送線路５のインピーダンス変換作用によ
り、開放回路となり、偶数次高調波に対しては伝送線路
５のインピーダンス変換作用が働らかず短絡回路とな
る。このため、ＦＥＴ１にＢ級動作をさせるようなバイ
アスを与え、このＦＥＴ１のゲート端子Ｇに振幅が十分
に大きい高周波信号を与えると、ＦＥＴ１のドレイン電
圧Ｖd およびドレイン電流Ｉd の時間波形は図３の
（ｂ）に示すようなものとなる。すなわち、ドレイン電
圧Ｖd の波形は、基本波と奇数次高調波成分からなる矩
形波となり、またドレイン電流Ｉd の波形は、基本波と
偶数次高調波からなる半波整流波形となる。ドレイン電
圧Ｖd およびドレイン電流Ｉd の時間波形が、上記図３
の（ｂ）に示すようなものになっている場合には、すな
わち、常に、ドレイン電圧Ｖd およびドレイン電流Ｉd
のいずれか一方が０になる場合には、ＦＥＴ１内部での
消費電力は０となって、原理的に電力効率が１００％と
なる。従来の高周波電力増幅器では以上のようにして高
効率化を実現しているのである。
なわち従来の高周波電力増幅器においては、並列共振回
路６は、高調波（偶数次高調波および奇数次高調波）に
対して短絡回路となるが、これをＦＥＴ１のドレイン端
子Ｄから伝送線路５を介して見た場合、奇数次高調波に
対しては、伝送線路５のインピーダンス変換作用によ
り、開放回路となり、偶数次高調波に対しては伝送線路
５のインピーダンス変換作用が働らかず短絡回路とな
る。このため、ＦＥＴ１にＢ級動作をさせるようなバイ
アスを与え、このＦＥＴ１のゲート端子Ｇに振幅が十分
に大きい高周波信号を与えると、ＦＥＴ１のドレイン電
圧Ｖd およびドレイン電流Ｉd の時間波形は図３の
（ｂ）に示すようなものとなる。すなわち、ドレイン電
圧Ｖd の波形は、基本波と奇数次高調波成分からなる矩
形波となり、またドレイン電流Ｉd の波形は、基本波と
偶数次高調波からなる半波整流波形となる。ドレイン電
圧Ｖd およびドレイン電流Ｉd の時間波形が、上記図３
の（ｂ）に示すようなものになっている場合には、すな
わち、常に、ドレイン電圧Ｖd およびドレイン電流Ｉd
のいずれか一方が０になる場合には、ＦＥＴ１内部での
消費電力は０となって、原理的に電力効率が１００％と
なる。従来の高周波電力増幅器では以上のようにして高
効率化を実現しているのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
従来の高周波電力増幅器では、数１００ＭＨｚ以上の高
周波帯で使用したとき、並列共振回路６の損失が増加
し、すなわちＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）が低
下して、高調波に対して十分な低インピーダンス回路
（すなわち短絡回路）ではなくなる。さらに、上記のよ
うな高周波帯では、ＦＥＴ１を封入しているパッケージ
等に起因する各種寄生リアクタンスの影響が無視できな
くなり、基本波に対する整合も困難となる。このような
事情により、上記のような高周波帯では高電力効率は確
保できなくなるという問題があった。
従来の高周波電力増幅器では、数１００ＭＨｚ以上の高
周波帯で使用したとき、並列共振回路６の損失が増加
し、すなわちＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）が低
下して、高調波に対して十分な低インピーダンス回路
（すなわち短絡回路）ではなくなる。さらに、上記のよ
うな高周波帯では、ＦＥＴ１を封入しているパッケージ
等に起因する各種寄生リアクタンスの影響が無視できな
くなり、基本波に対する整合も困難となる。このような
事情により、上記のような高周波帯では高電力効率は確
保できなくなるという問題があった。
【０００５】本願発明は上述のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、数１００ＭＨｚ以上の高周波帯におい
ても高い電力効率を確保できる高周波電力増幅器の提供
を目的とする。
れたものであり、数１００ＭＨｚ以上の高周波帯におい
ても高い電力効率を確保できる高周波電力増幅器の提供
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記従来例では、全ての
偶数次高調波に対する負荷インピーダンスを短絡、ま
た、全ての奇数次高調波に対する負荷インピーダンスを
開放とする必要があるが、高効率動作に対する高周波の
寄与度は、低次の高周波ほど大きく、実用的には２次高
調波を最適に短絡処理できば、高い電力効率を得られる
ことが知られている（以下、既知のインピーダンス条件
という）。本願発明は、この点すなわち上記既知のイン
ピーダンス条件に着目したもので、負荷が純抵抗とみな
せるものとなる高周波電力増幅器を以下のように構成し
た。
偶数次高調波に対する負荷インピーダンスを短絡、ま
た、全ての奇数次高調波に対する負荷インピーダンスを
開放とする必要があるが、高効率動作に対する高周波の
寄与度は、低次の高周波ほど大きく、実用的には２次高
調波を最適に短絡処理できば、高い電力効率を得られる
ことが知られている（以下、既知のインピーダンス条件
という）。本願発明は、この点すなわち上記既知のイン
ピーダンス条件に着目したもので、負荷が純抵抗とみな
せるものとなる高周波電力増幅器を以下のように構成し
た。
【０００７】すなわち、高周波用の増幅素子と、上記増
幅素子の出力端に接続されて、当該増幅素子に入力され
る高周波信号の基本波周波数および２次高調波周波数の
両周波数において、当該増幅素子の出力インピーダンス
と共役整合となる入力インピーダンス特性を有する出力
整合回路と、上記出力整合回路の出力端に接続され、上
記高周波信号の基本波に対しては損失なく若しくは低損
失で通過させ、他方、上記高周波信号の２次高調波に対
しては短絡性のインピーダンスを呈する基本波通過回路
とを備える構成とした。
幅素子の出力端に接続されて、当該増幅素子に入力され
る高周波信号の基本波周波数および２次高調波周波数の
両周波数において、当該増幅素子の出力インピーダンス
と共役整合となる入力インピーダンス特性を有する出力
整合回路と、上記出力整合回路の出力端に接続され、上
記高周波信号の基本波に対しては損失なく若しくは低損
失で通過させ、他方、上記高周波信号の２次高調波に対
しては短絡性のインピーダンスを呈する基本波通過回路
とを備える構成とした。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施の一形態に
基づいて本願発明を具体的に説明する。図１は、当該実
施の一形態の回路構成を示すものである（同図は、交流
分にのみ着目した回路構成図であり、前記従来例を示す
図３の（ａ）に示すドレイン電源供給端子２、チョーク
コイル３、直流阻止用コンデンサ４の記載は省略してい
る）。なお、当該実施の形態に係る高周波電力増幅器
は、高周波信号を入力し、これを電力増幅して、入力イ
ンピーダンスが純抵抗Ｚ0 となる負荷に供給するもので
ある。
基づいて本願発明を具体的に説明する。図１は、当該実
施の一形態の回路構成を示すものである（同図は、交流
分にのみ着目した回路構成図であり、前記従来例を示す
図３の（ａ）に示すドレイン電源供給端子２、チョーク
コイル３、直流阻止用コンデンサ４の記載は省略してい
る）。なお、当該実施の形態に係る高周波電力増幅器
は、高周波信号を入力し、これを電力増幅して、入力イ
ンピーダンスが純抵抗Ｚ0 となる負荷に供給するもので
ある。
【０００９】上記図１において、ＦＥＴ１は、前記従来
例におけるＦＥＴ１と同一構成および同一機能を備える
高周波電力増幅素子である。また出力整合回路１１は上
記ＦＥＴ１の出力端に接続され、増幅対象とする高周波
信号の基本波周波数および２次高調波周波数において、
ＦＥＴ１の出力インピーダンスを後述の特性インピーダ
ンスＺ0 に共役整合させる回路部である。基本波通過回
路１２は、上記出力整合回路１１の出力端に接続し、上
記基本波に対しては損失なく出力伝送路１３の入力端に
整合状態で入力させ、他方、上記２次高調波に対しては
短絡性のインピーダンスを呈する回路部である。この基
本波通過回路１２の出力端に接続する出力伝送路１３
は、いずれの周波数においても、特性インピーダンスが
上記純抵抗Ｚ0 となる伝送路である。この出力伝送路１
３の出力端に接続する出力端子７は、この実施の形態に
係る高周波電力増幅器の出力端となり、接続される入力
インピーダンスＺ0 （上記のように純抵抗）の負荷（図
示せず）へ電力増幅した高周波信号を供給する。
例におけるＦＥＴ１と同一構成および同一機能を備える
高周波電力増幅素子である。また出力整合回路１１は上
記ＦＥＴ１の出力端に接続され、増幅対象とする高周波
信号の基本波周波数および２次高調波周波数において、
ＦＥＴ１の出力インピーダンスを後述の特性インピーダ
ンスＺ0 に共役整合させる回路部である。基本波通過回
路１２は、上記出力整合回路１１の出力端に接続し、上
記基本波に対しては損失なく出力伝送路１３の入力端に
整合状態で入力させ、他方、上記２次高調波に対しては
短絡性のインピーダンスを呈する回路部である。この基
本波通過回路１２の出力端に接続する出力伝送路１３
は、いずれの周波数においても、特性インピーダンスが
上記純抵抗Ｚ0 となる伝送路である。この出力伝送路１
３の出力端に接続する出力端子７は、この実施の形態に
係る高周波電力増幅器の出力端となり、接続される入力
インピーダンスＺ0 （上記のように純抵抗）の負荷（図
示せず）へ電力増幅した高周波信号を供給する。
【００１０】以上のように構成された上記実施の形態に
おいては、ＦＥＴ１のパッケージ等に起因する当該ＦＥ
Ｔ１の出力端近傍の前記寄生リアクタンス成分のうち基
本波と２次高調波に対するものは出力整合回路１１の存
在により、相殺される。
おいては、ＦＥＴ１のパッケージ等に起因する当該ＦＥ
Ｔ１の出力端近傍の前記寄生リアクタンス成分のうち基
本波と２次高調波に対するものは出力整合回路１１の存
在により、相殺される。
【００１１】また，基本波通過回路１２は、２次高調波
に対して、短絡性の入力インピーダンスを呈するもので
あるから、出力整合回路１１の出力端においては、当該
２次高調波に対して短絡終端となる。このため、ＦＥＴ
１のドレイン端子Ｄすなわち出力端から見た負荷は基本
波に対しては整合がとれ、２次高調波に対しては短絡終
端となり、すなわち前述の既知のインピーダンス条件を
満たし、高い電力効率を得ることができることになる。
に対して、短絡性の入力インピーダンスを呈するもので
あるから、出力整合回路１１の出力端においては、当該
２次高調波に対して短絡終端となる。このため、ＦＥＴ
１のドレイン端子Ｄすなわち出力端から見た負荷は基本
波に対しては整合がとれ、２次高調波に対しては短絡終
端となり、すなわち前述の既知のインピーダンス条件を
満たし、高い電力効率を得ることができることになる。
【００１２】
【実施例】図２は、本願発明の一実施例を示すものであ
る。なお、同図においてはドレイン電源供給端子２、チ
ョークコイル３および直流阻止用コンデンサ４が記載さ
れているが、これらは、それぞれ従来例を示す図３の
（ａ）におけるドレイン電源供給端子２、チョークコイ
ル３および直流阻止用コンデンサ４と同一機能を有する
ものである。
る。なお、同図においてはドレイン電源供給端子２、チ
ョークコイル３および直流阻止用コンデンサ４が記載さ
れているが、これらは、それぞれ従来例を示す図３の
（ａ）におけるドレイン電源供給端子２、チョークコイ
ル３および直流阻止用コンデンサ４と同一機能を有する
ものである。
【００１３】本実施例では、出力整合回路１１として集
中定数素子としてのインダクタンスおよびコンデンサに
よる２段構成の回路を用いている。しかし、これを１段
構成若しくは３段以上の多段構成のものにしてもよい。
更に、この出力整合回路１１は、マイクロストリップ線
路等の分布定数素子で構成してもよく、分布定数素子と
集中定数素子との組合わせで構成してもよい。そして基
本波通過回路１２は、同図に示すようにインダクタンス
およびコンデンサで構成されており、上記基本波に対し
ては、前記特性インピーダンスＺ0 に等しいインピーダ
ンスを呈して低損失で当該基本波を通過させ、他方、２
次高調波に対しては、短絡性の入力インピーダンスを示
す回路、例えば低域通過フィルターとなっている。とこ
ろで、本実施例では、上記低域通過フィルターを集中定
数素子で構成しているが、これをマイクロストリップ線
路等の分布定数素子で構成してもよく、更に、分布定数
素子と集中定数素子との組合わせで構成してもよい。
中定数素子としてのインダクタンスおよびコンデンサに
よる２段構成の回路を用いている。しかし、これを１段
構成若しくは３段以上の多段構成のものにしてもよい。
更に、この出力整合回路１１は、マイクロストリップ線
路等の分布定数素子で構成してもよく、分布定数素子と
集中定数素子との組合わせで構成してもよい。そして基
本波通過回路１２は、同図に示すようにインダクタンス
およびコンデンサで構成されており、上記基本波に対し
ては、前記特性インピーダンスＺ0 に等しいインピーダ
ンスを呈して低損失で当該基本波を通過させ、他方、２
次高調波に対しては、短絡性の入力インピーダンスを示
す回路、例えば低域通過フィルターとなっている。とこ
ろで、本実施例では、上記低域通過フィルターを集中定
数素子で構成しているが、これをマイクロストリップ線
路等の分布定数素子で構成してもよく、更に、分布定数
素子と集中定数素子との組合わせで構成してもよい。
【００１４】以上のように構成された本実施例では、Ｆ
ＥＴ１のドレイン端子Ｄすなわち出力端から見た負荷は
基本波に対しては整合がとれ、２次高調波に対しては短
絡終端となり、すなわち前述の既知のインピーダンス条
件を満たし、高い電力効率を得ることができることにな
る。
ＥＴ１のドレイン端子Ｄすなわち出力端から見た負荷は
基本波に対しては整合がとれ、２次高調波に対しては短
絡終端となり、すなわち前述の既知のインピーダンス条
件を満たし、高い電力効率を得ることができることにな
る。
【００１５】なお、本願発明は、上記実施例に限定され
るものではなく、本願発明の範囲で種々応用変形が可能
である。
るものではなく、本願発明の範囲で種々応用変形が可能
である。
【００１６】
【発明の効果】以上詳述したように、本願発明によれ
ば、数１００ＭＨｚ以上の高周波帯においても高い電力
効率を確保できる高周波電力増幅器の提供を可能とす
る。
ば、数１００ＭＨｚ以上の高周波帯においても高い電力
効率を確保できる高周波電力増幅器の提供を可能とす
る。
【図１】本願発明の実施の一形態の構成を示す図であ
る。
る。
【図２】本願発明の実施例を示す図である。
【図３】従来例を説明するための図である。
１ ＦＥＴ Ｄ ドレイン端子 Ｓ ソース端子 Ｇ ゲート端子 ２ ドレイン電源供給端子 ３ チョークコイル ４ 直流阻止用コンデンサ ５ 伝送線路 ６ 並列共振回路 Ｌ インダクタンス Ｃ コンデンサ ７ 出力端子 １１ 出力整合回路 １２ 基本波通過回路 １３ 出力伝送路
Claims (1)
- 【請求項１】 高周波用の増幅素子と、 上記増幅素子の出力端に接続されて、当該増幅素子に入
力される高周波信号の基本波周波数および２次高調波周
波数の両周波数において、当該増幅素子の出力インピー
ダンスと共役整合となる入力インピーダンス特性を有す
る出力整合回路と、 上記出力整合回路の出力端に接続され、上記高周波信号
の基本波に対しては損失なく若しくは低損失で通過さ
せ、他方、上記高周波信号の２次高調波に対しては短絡
性のインピーダンスを呈する基本波通過回路とを備える
ことを特徴とする高周波電力増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9924796A JPH09266421A (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 高周波電力増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9924796A JPH09266421A (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 高周波電力増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09266421A true JPH09266421A (ja) | 1997-10-07 |
Family
ID=14242381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9924796A Pending JPH09266421A (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 高周波電力増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09266421A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7636017B2 (en) | 2007-10-11 | 2009-12-22 | Mitsubishi Electric Corporation | High-frequency power amplifier |
| WO2012160810A1 (ja) * | 2011-05-25 | 2012-11-29 | 三菱電機株式会社 | 高効率能動回路 |
| WO2013001882A1 (ja) * | 2011-06-27 | 2013-01-03 | 住友電気工業株式会社 | スイッチング回路 |
| CN103095230A (zh) * | 2012-12-31 | 2013-05-08 | 东南大学 | 一种高增益高功率的毫米波功率放大器 |
| CN104300925A (zh) * | 2014-10-24 | 2015-01-21 | 天津大学 | 一种高效率f类/逆f类功率放大器 |
| JP2017503409A (ja) * | 2013-12-13 | 2017-01-26 | 中興通訊股▲ふん▼有限公司Ｚｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | Ｒｆ電力増幅器、基地局及びインピーダンス調整方法 |
| WO2023017754A1 (ja) | 2021-08-10 | 2023-02-16 | 株式会社京三製作所 | 高周波増幅器 |
-
1996
- 1996-03-28 JP JP9924796A patent/JPH09266421A/ja active Pending
Cited By (10)
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| KR20240041331A (ko) | 2021-08-10 | 2024-03-29 | 가부시끼가이샤교산세이사꾸쇼 | 고주파 증폭기 |
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