JPH11251849A - 高周波電力増幅器 - Google Patents

高周波電力増幅器

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JPH11251849A
JPH11251849A JP10051705A JP5170598A JPH11251849A JP H11251849 A JPH11251849 A JP H11251849A JP 10051705 A JP10051705 A JP 10051705A JP 5170598 A JP5170598 A JP 5170598A JP H11251849 A JPH11251849 A JP H11251849A
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JP
Japan
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power amplifier
capacitor
frequency power
output
control circuit
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JP10051705A
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Inventor
Shigeru Morimoto
森本  滋
Masahiro Maeda
昌宏 前田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/60Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
    • H03F3/602Combinations of several amplifiers
    • H03F3/604Combinations of several amplifiers using FET's

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microwave Amplifiers (AREA)
  • Transmitters (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無線通信機器の送信部に用いる高周波電力増
幅器を高効率動作することを目的とする。 【解決手段】 パッケージ内に、一対の電力増幅素子1
05と、入力側に設けられ、前記電力増幅素子105の
各々に同振幅で逆位相の信号を分配する電力分配器10
2と、出力側に設けられ、前記電力増幅素子105の各
々から出力される同振幅で逆位相の信号を合成するため
の電力合成器108とを有し、各々の前記電力増幅素子
105の出力端同士が、基本波波長の十二分の一の長さ
を有する伝送線路171とコンデンサ172と基本波波
長の十二分の一の長さを有する伝送線路173とを順次
直列に接続して構成される3次高調波制御回路170を
介して接続される高周波電力増幅器を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電力増幅器、とくに
マイクロ波帯において高効率で動作するプッシュプル型
の高出力電力増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】以下、従来の高周波電力増幅器について
説明する。
【0003】従来、二つの電力増幅素子(FET)を逆
位相で動作させ、各々の増幅素子からの出力信号を合成
して出力するプッシュプル型電力増幅回路が知られてい
る。
【0004】図4は、従来の高周波電力増幅器(特開平
5−29851号公報)を示す。図4において、入力端
子401から入力された信号は、電力分配器402によ
って、互いに逆位相で同振幅の信号に2分配され、入力
側の整合回路403を介して、並列接続された一対のF
ET405に入力される。FET405のゲートは、抵
抗404を介して、またドレインは、コイル409を介
してそれぞれバイアスされる。各々のFET405の出
力端に設けられた分布定数線路406はコンデンサ41
0を介して電力合成器411に接続されている。分布定
数線路406における、FET405の出力端から増幅
すべき基本波波長の1/12の長さの所では、一対の分
布定数線路406が3次高調波制御用のコンデンサ40
7を介して接続されている。さらに、コンデンサ407
と分布定数線路406との接続位置と、電力合成器41
1との間で、一対の分布定数線路406が基本波制御用
のコンデンサ408を介して接続されている。
【0005】一対のFET405によって増幅された逆
位相で同振幅の各々の信号は、分布定数線路406、コ
ンデンサ407、コンデンサ408、コンデンサ410
から構成される出力側の整合回路420を介して電力合
成器411に入力され、合成されて出力端子412に至
る。
【0006】このような従来の高周波電力増幅器では、
FET405の出力端において3次高調波に対する負荷
インピーダンスが、分布定数線路406とコンデンサ4
07により、開放に近い高インピーダンス状態となり、
一対のFET405は高効率で動作する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】携帯電話をはじめとす
る無線通信機器に用いられる送信用の高周波電力増幅器
には、一般に高出力、高効率動作が求められる。高周波
電力増幅器を構成する電力増幅素子が本来有する特性を
最大限に引き出すためには、電力増幅素子の入力端およ
び出力端での負荷インピーダンスが限定された値をとる
ことになり、従って整合回路の作成には非常に微妙な調
節が要求される。
【0008】しかしながら、上記従来の高周波電力増幅
器では、基本波制御用のコンデンサと3次高調波制御用
のコンデンサとが同じ分布定数線路と接合して配置され
ているために、電力増幅素子の出力端における負荷イン
ピーダンスの制御が複雑となり、基本波と3次高調波と
のそれぞれに対して同時に最適な負荷インピーダンスを
満足するのは困難である。
【0009】本発明は、基本波と3次高調波のインピー
ダンスを同時に、また容易に最適化でき、さらに高効率
でかつ小型の高周波電力増幅器を提供することを目的と
する。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の高周波電力増幅器は、パッケージ内に、一
対の電力増幅素子と、入力側に設けられ、前記電力増幅
素子の各々に同振幅で逆位相の信号を分配する電力分配
器と、出力側に設けられ、前記電力増幅素子の各々から
出力される同振幅で逆位相の信号を合成するための電力
合成器とを有し、各々の前記電力増幅素子の出力端同士
が、基本波波長の十二分の一の長さを有する伝送線路と
コンデンサと基本波波長の十二分の一の長さを有する伝
送線路とを順次直列に接続して構成される3次高調波制
御回路を介して接続されているものである。これによ
り、電力増幅素子の入力端および出力端で3次高調波に
対する負荷インピーダンスを開放に近い高インピーダン
ス状態にし、かつ基本波に対して最適整合を容易に実現
できる。
【0011】また、電力増幅素子の入出力インピーダン
スが非常に小さい場合に、整合を取り易くするため、入
力端近傍および出力端近傍に小型の高誘電率基板を配置
しボンディングワイヤで接続してインピーダンスを高く
し整合を取り易くした内部整合方式を採用している場合
には、3次高調波制御回路を内部整合用の誘電体基板上
に形成する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1〜図3を用いて説明する。
【0013】(実施の形態1)以下、本発明の実施の形
態1における高周波電力増幅器の動作について説明し、
併せてその構成についても説明する。
【0014】図1は、本発明による高効率の高周波電力
増幅器を示す。図1において、入力端子101から入力
された信号は、電力分配器102により180°の位相
差をもった同振幅の2信号に分割される。これらの信号
は、直流カット用のコンデンサ103を介して、マイク
ロストリップ線路151、コンデンサ152よりなる入
力側の基本波の整合回路150を通過して電力増幅素子
(以下、「FET」)105に入力される。FET10
5のゲートは、ゲートバイアス供給用の抵抗104を介
してバイアスされ、ドレインは、ドレインバイアス供給
用のコイル106を介してバイアスされている。FET
105に入力された信号は増幅されて出力されるが、入
力信号の電力振幅が大きいときは、FET105からは
基本波だけでなく高調波も発生する。一対のFET10
5への各々の入力信号は180°の位相差をもつため
に、各々のFET105の入力端同士および出力端同士
での信号を比較すると、基本波および奇数次高調波は1
80°の、偶数次高調波には0°の位相差を持つ。
【0015】各々のFET105の出力端191と出力
端192は、λ/12(λは基本波の波長)のマイクロ
ストリップ線路171、173でコンデンサ172を挟
みこんだ対称構造の3次高調波制御回路170で接続さ
れる。
【0016】図2は、3次高調波制御回路170の奇数
次高調波に対する等価回路を示す。図1における3次高
調波制御回路170は、図2における出力端191およ
び出力端192からλ/12のマイクロストリップ線路
201とコンデンサ202が直列接続され接地されて構
成されるものと等価である。
【0017】コンデンサ172の容量値を調節すること
により、FET105の出力端191および出力端19
2での3次高調波に対する負荷インピーダンスは、開放
に近い高インピーダンス状態に保たれている。
【0018】同様に入力側においても、一対のFET1
05の入力端同士は、λ/12のマイクロストリップ線
路161、163でコンデンサ162を挟みこんだ3次
高調波制御回路160で接続される。3次高調波制御回
路160は、3次高調波制御回路170と同様に、奇数
次高調波に対しては図2の等価回路で表わされ、FET
105の入力端での3次高調波に対するインピーダンス
は開放に近い高インピーダンスに調節されている。
【0019】一対のFET105からの出力信号は、マ
イクロストリップ線路181、コンデンサ182からな
る基本波整合回路180を経由し、直流カット用コンデ
ンサ107を介して電力分配器108に入力される。こ
のように電力分配器108に入力された、互いに基本波
が180°の位相差をもつ2つの信号は合成されて出力
端子109から出力される。
【0020】以上の構成により、3次高調波制御回路1
70は、基本波の整合回路150、180とは独立して
おり、FET105の入出力端の直近に接続されている
ため、3次高調波制御回路170を最適化しておけば、
基本波の整合回路150、180を微調節しても、FE
T105の入力端および出力端での3次高調波に対する
負荷インピーダンスは開放に近い高インピーダンス状態
に維持される。このため、基本波と3次高調波のインピ
ーダンスを同時に、また容易に最適化でき、さらに高効
率でかつ小型の高周波電力増幅器を提供することができ
る。
【0021】(実施の形態2)次に、本発明の実施の形
態2における高周波電力増幅器について説明する。
【0022】図3は、本発明の実施の形態2における高
周波電力増幅器の上面図を示す。図3において、パッケ
ージ301に搭載されたFETチップ306は、ボンデ
ィングワイヤ305により、入力側に設けられた平行平
板状の高誘電率基板304上に形成された電極371と
接続されており、同様に、FETチップ306は、出力
側に搭載された平行平板状の高誘電率基板308上の電
極372とボンディングワイヤ307により接続されて
いる。
【0023】さらに、高誘電率基板304の電極371
は、パッケージ301の入力側電極381とボンディン
グワイヤ303で接続されており、同様に、高誘電率基
板308の電極372はパッケージ301の出力側電極
382とボンディングワイヤ309により接続されてい
る。
【0024】次に、本発明の実施の形態2における高周
波電力増幅器の動作について説明する。パッケージ30
1の入力端子302から入力された信号は、電極38
1、ボンディングワイヤ303、電極371およびボン
ディングワイヤ305を経由してFET306に入力さ
れる。
【0025】FET306で高出力を得るためには、F
ET306のゲート幅を大きくする必要があるが、それ
に伴いFET306の入出力のインピーダンスが小さく
なる。入力インピーダンスが小さくなると、外部の整合
回路とのインピーダンスの比が大きくなり、整合回路の
インピーダンス変換損失が大きくなってしまう。そこ
で、FET306の入力端のできるだけ近傍に高誘電率
基板304をボンディングワイヤ305、303で接続
することによってパッケージ301の入力端302での
インピーダンスを高く変換し、外部の整合回路における
インピーダンス変換損失を抑制する手法が用いられる。
出力側も同様である。このような回路はパッケージ30
1内に搭載されるため内部整合と呼ばれる。
【0026】FET306に入力された信号は、増幅さ
れ出力されるが、入力信号の振幅が大きいとFET30
6からは基本波だけでなく高調波も発生する。一対のF
ET306に入力された各々の信号は180°の位相差
があるため、一対のFET306の入力端同士、および
出力端同士の信号を比較すると、基本波および奇数次高
調波は180°の、偶数次高調波は0°の位相差を持つ
ことになる。
【0027】高誘電率基板304に形成された1対の電
極371は、λ/12のマイクロストリップ線路35
1、353でチップコンデンサ352を挟みこんだ対称
構造の3次高調波制御回路350で接続されている。実
施の形態1において説明したように、3次高調波制御回
路350は、図2に示した等価回路で表わされ、FET
306の入力端での奇数次高調波に対する負荷インピー
ダンスは開放に近い高インピーダンス状態に保たれる。
【0028】さらに、電力増幅素子306からの出力信
号は、ボンディングワイヤ307、電極372、ボンデ
ィングワイヤ309、電極382を経由して出力端子3
10から出力される。
【0029】出力側の高誘電率基板308には、入力側
の高誘電率基板304と同様に、λ/12のマイクロス
トリップ線路361、363でチップコンデンサ362
を挟みこんだ対称構造の3次高調波制御回路360が形
成されており、FET306の出力端での奇数次高調波
に対する負荷インピーダンスは開放に近い高インピーダ
ンスに調節されている。
【0030】このように、3次高調波制御回路350、
360が高誘電率基板304上に形成されているので、
λ/12のマイクロストリップ線路351、361が短
くすることができる。このため、高周波電力増幅器が大
型化しない。
【0031】
【発明の効果】以上、本発明によれば、一対の電力増幅
素子がお互い逆位相で動作するプッシュプル型電力増幅
器において、回路を大型化することなく、電力増幅素子
の入力端および出力端で3次高調波に対する負荷インピ
ーダンスを開放に近い高インピーダンス状態にしなが
ら、基本波に対して最適整合を容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における高周波電力増幅
器を示す図
【図2】本発明の実施の形態1および2における3次高
調波制御回路の等価回路を示す図
【図3】本発明の実施例の形態2における電力増幅器の
上面図
【図4】従来の高周波電力増幅器を示す図
【符号の説明】
101 入力端子 102 電力分配器 103 コンデンサ 104 抵抗 105 FET 106 コイル 107 コンデンサ 108 電力分配器 109 出力端子 150 整合回路 151 マイクロストリップ線路 152 コンデンサ 160 3次高調波制御回路 161 マイクロストリップ線路 162 コンデンサ 163 マイクロストリップ線路 170 3次高調波制御回路 171 マイクロストリップ線路 172 コンデンサ 173 マイクロストリップ線路 180 整合回路 181 マイクロストリップ線路 182 コンデンサ 200 3次高調波制御回路の等価回路 201 マイクロストリップ線路 202 コンデンサ 301 パッケージ 302 入力端子 303 ボンディングワイヤ 304 高誘電率基板 305 ボンデイングワイヤ 306 FET 307 ボンディングワイヤ 308 高誘電率基板 309 ボンデイングワイヤ 310 出力端子 350 3次高調波制御回路 351 マイクロストリップ線路 352 チップコンデンサ 353 マイクロストリップ線路 360 3次高調波制御回路 361 マイクロストリップ線路 362 チップコンデンサ 363 マイクロストリップ線路 371,372,381,382 電極 401 入力端子 402 電力分配器 403 整合回路 404 抵抗 405 FET 406 分布定数線路 407 コンデンサ 408 コンデンサ 409 コイル 410 コンデンサ 411 電力合成器 412 出力端子 420 整合回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パッケージ内に、一対の電力増幅素子
    と、入力側に設けられ、前記電力増幅素子の各々に同振
    幅で逆位相の信号を分配する電力分配器と、出力側に設
    けられ、前記電力増幅素子の各々から出力される同振幅
    で逆位相の信号を合成するための電力合成器とを有し、
    各々の前記電力増幅素子の出力端同士が、基本波波長の
    十二分の一の長さを有する伝送線路とコンデンサと基本
    波波長の十二分の一の長さを有する伝送線路とを順次直
    列に接続して構成される3次高調波制御回路を介して接
    続されていることを特徴とする高周波電力増幅器。
  2. 【請求項2】 各々の前記電力増幅素子の入力端同士が
    前記3次高調波制御回路を介して接続されていることを
    特徴とする請求項1記載の高周波電力増幅器
  3. 【請求項3】 前記3次高調波制御回路が、高誘電率基
    板上に形成されていることを特徴とする請求項1または
    請求項2記載の高周波電力増幅器。
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