WO2020158080A1 - 高調波処理回路及び増幅器 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to a harmonic processing circuit and an amplifier.
  • This application claims the priority right based on Japanese application No. 2019-012992 filed on January 29, 2019, and incorporates all the contents described in the above Japanese application.
  • a harmonic processing circuit is a power supply line for supplying power to an amplification element, and a harmonic processing that is connected to the power supply line and performs harmonic processing at a harmonic frequency of a signal output from the amplification element. And a feed line that is connected to the amplification element and is connected to a fundamental wave matching circuit that performs matching at the fundamental wave frequency of the signal.
  • An amplifier is an amplification element, a power supply line for supplying power to the amplification element, and is connected to the power supply line, and performs harmonic processing at a harmonic frequency of a signal output from the amplification element.
  • a harmonics processing unit, and the feed line is connected to a fundamental wave matching circuit that is connected to the amplification element and performs matching at a fundamental frequency of the signal.
  • FIG. 8 is a diagram showing a circuit in which a harmonic processing circuit is provided in the power supply line.
  • a fundamental wave matching circuit 102 that performs impedance matching of a fundamental wave included in a signal output by the amplification element 100 is connected to a drain terminal of the amplification element 100.
  • the power supply line 104 connects the drain terminal of the amplification element 100 and the DC power supply 106.
  • a harmonic processing unit 108 that performs harmonic processing of the signal is connected to the power supply line 104.
  • the load impedance of the harmonic frequency in the fundamental matching circuit 102 is not taken into consideration in the fundamental matching circuit 102, the load impedance of the harmonic frequency when the terminal 102 a of the fundamental matching circuit 102 is viewed from the connecting portion 110.
  • the impedance may be near the short circuit.
  • a harmonic processing circuit is connected to a power feeding line for feeding power to an amplification element, and performs harmonic processing at a harmonic frequency of a signal output from the amplification element.
  • a harmonics processing unit, and the feed line is connected to a fundamental wave matching circuit that is connected to the amplification element and performs matching at a fundamental frequency of the signal.
  • the power feeding line since the power feeding line is connected to the fundamental wave matching circuit, the power feeding line can be connected to any position within the line length of the fundamental wave matching circuit. Therefore, it is possible to adjust the impedance of the harmonic frequency when the fundamental wave matching circuit is viewed from the connecting portion to which the power feeding line is connected so as not to be short-circuited. As a result, the load impedance of the harmonic frequency when the load side is viewed from the amplification element can be adjusted by the impedance of the harmonic frequency set in the harmonic processing unit, and the harmonic processing can be appropriately performed. ..
  • the fundamental wave matching circuit includes a signal line whose one end is connected to the amplification element, and the feed line has a line length from one end of the signal line that is a predetermined length. Preferably, it is connected to the salient position. In this case, by adjusting the position of the connection portion of the power supply line, it is possible to adjust so that the impedance of the harmonic frequency when the other end side portion of the signal line is viewed from the connection portion of the power supply line does not become a short circuit. ..
  • the distributor 6 is connected to the subsequent stage of the input terminal 2 and distributes the RF signal supplied from the input terminal 2 to the carrier amplifier 4 and the peak amplifier 5.
  • the output of the distributor 6 is given to the carrier amplifier 4 via the carrier side input matching circuit 8 and to the peak amplifier 5 via the peak side input matching circuit 9.
  • the carrier side input matching circuit 8 performs impedance matching between the distributor 6 side and the carrier amplifier 4 side at the frequency of the fundamental wave included in the input of the carrier amplifier 4.
  • the peak-side input matching circuit 9 performs impedance matching between the distributor 6 side and the peak amplifier 5 side at the frequency of the fundamental wave included in the input of the peak amplifier 5.
  • the output of the carrier amplifier 4 is given to the combiner 7 via the carrier side output matching circuit 10.
  • the output of the peak amplifier 5 is given to the combiner 7 via the peak side output matching circuit 11.
  • the carrier-side output matching circuit 10 is a circuit for converting the impedance (load impedance) of the carrier amplifier 4 when looking at the load-side combiner 7 side into a desired impedance.
  • the carrier-side output matching circuit 10 performs impedance matching for converting the load impedance into a desired impedance for the frequency of the fundamental wave of the signal output from the carrier amplifier 4.
  • the Doherty amplifier 1 is connected to a first drain power source 30, a second drain power source 40, a first gate power source 60, and a second gate power source 70 provided outside the circuit board 25.
  • the first drain power supply 30 is a DC power supply for supplying power to the drain terminal of the carrier amplifier 4, and is connected to the carrier-side output matching circuit 10 via the first power supply line 31.
  • the second drain power supply 40 is a DC power supply for supplying power to the drain terminal of the peak amplifier 5, and is connected to the peak side output matching circuit 11 via the second power supply line 41.
  • the first gate power supply 60 is a DC power supply for supplying power to the gate terminal of the carrier amplifier 4, and is connected to the gate terminal of the carrier amplifier 4 via the third power supply line 61.
  • the second gate power supply 70 is a DC power supply for supplying power to the gate terminal of the peak amplifier 5, and is connected to the gate terminal of the peak amplifier 5 via the fourth power supply line 71.
  • the first feeding line 31 and the first harmonic processing unit 32 connected to the first feeding line 31 configure a first harmonic processing circuit 33.
  • the first harmonic processing circuit 33 is a circuit for converting the load impedance of the harmonic frequency when the combiner 7 side, which is the load side, is viewed from the carrier amplifier 4 into a desired impedance.
  • the process of converting the load impedance of the harmonic frequency into a desired impedance is the harmonic process.
  • the second power feeding line 41 and the second harmonic processing unit 42 connected to the second power feeding line 41 configure a second harmonic processing circuit 43.
  • the second harmonic processing circuit 43 is also similar to the first harmonic processing circuit 33, and converts the load impedance of the harmonic frequency when the combiner 7 side, which is the load side, is viewed from the peak amplifier 5 into a desired impedance. It is a circuit for doing.
  • the first feeder line 31 of the present embodiment is connected to the carrier side output matching circuit 10.
  • the carrier side output matching circuit 10 is configured to include a first line 21 and a second line 22.
  • One end 21 a of the first line 21 is connected to the carrier amplifier 4.
  • the other end 21b of the first line 21 is connected to one end 22a of the second line 22.
  • the other end of the second line 22 is connected to the combiner 7.
  • the first feeding line 31 is connected to the connecting portion 23 that connects the first line 21 and the second line 22.
  • the line length of the first line 21 is set in the range of ⁇ /16 or more and 3 ⁇ /16 or less, where ⁇ is the wavelength of the fundamental wave.
  • is the wavelength of the fundamental wave.
  • the phase angle of the impedance of the carrier-side output matching circuit 10 with respect to the second harmonic can be changed within the range of about 90 degrees to about 270 degrees. Therefore, if the line length of the first line 21 is set within the above range, it is possible to surely perform adjustment so that the impedance of the harmonic frequency when the second line 22 is viewed from the connecting portion 23 does not become a short circuit. ..
  • FIG. 3A shows the impedance when the harmonic processing circuit 33 is seen from the connection portion 23, and FIG. 3B shows the impedance when the one end 22 a of the second line 22 is seen from the connection portion 23.
  • the impedance of the fundamental wave frequency f 0 is almost open as described above.
  • the impedance of the second harmonic frequency 2f 0 is almost open.
  • FIG. 4A shows the impedance when the connection portion 23 is seen from the other end 21b of the first line 21, and FIG. 4B shows the impedance when the one end 21a of the carrier side output matching circuit 10 is seen from the carrier amplifier 4. Is shown. Comparing the impedance shown in FIG. 4A and the impedance shown in FIG. 3A, the two show different characteristics from each other. Further, when the impedance shown in FIG. 4A and the impedance shown in FIG. 3B are compared, the two show characteristics different from each other.
  • the characteristics regarding the saturation power and efficiency of the amplification element used in the example were grasped by the load pull measurement, and based on the result, the target impedance to be converted by the fundamental wave matching circuit and the harmonic processing circuit was specified.
  • FIG. 5B is a graph showing the measurement result of the characteristics regarding the saturation power and the efficiency with respect to the second harmonic in the amplification element.
  • the horizontal axis represents the phase angle
  • the vertical axis represents the saturation power and the efficiency.
  • the line L1 shows the saturation power
  • the line L2 shows the efficiency. From this graph, the phase angle at which the saturated power and the efficiency are the highest was specified and used as the target phase angle of the second harmonic frequency.
  • the target phase angle of the second harmonic frequency is set to 120 degrees.
  • FIG. 6B shows one end 225a of the fundamental wave matching circuit 210 seen from the amplification element when one end 225a of the fundamental wave matching circuit 210 shown in FIG. 6A is connected to the amplification element and a load of 50 ⁇ is connected to the other end 225b. It is a Smith chart which shows impedance at the time.
  • the marker m1 indicates the impedance whose frequency is the fundamental wave frequency (3.8 GHz).
  • the marker m2 indicates the impedance of the second harmonic frequency (7.6 GHz).
  • the line 229 that connects the first inductance element 234 and the harmonic processing circuit 233 constitutes a part of the power feeding line 231, and connects the harmonic processing unit including each element and the harmonic processing circuit 233.
  • the line 229 is connected to a position where the line length from the one end 225a of the signal line 225 is a predetermined length L.
  • the predetermined length L in the embodiment is set to 5.2 mm. This predetermined length L corresponds to ⁇ /8, where ⁇ is the wavelength of the fundamental wave.
  • FIG. 7B shows one end 225a of the fundamental wave matching circuit 210 shown in FIG. 7A when one end 225a of the fundamental wave matching circuit 210 is connected to an amplifying element and the other end 225b is connected to a load of 50 ⁇ . It is a Smith chart which shows impedance at the time.
  • the marker m11 indicates the impedance whose frequency is the fundamental wave frequency (3.8 GHz).
  • the marker m12 indicates the impedance of the second harmonic frequency (7.6 GHz).
  • the fundamental wave matching circuit 210 and the harmonic processing circuit 233 are connected to the output terminal of the amplification element, even if it becomes difficult to adjust the load impedance of the harmonic frequency viewed from the amplification element, By connecting the harmonic processing circuit 233 to the fundamental wave matching circuit 210 as in the example, the load impedance at the harmonic frequency can be appropriately adjusted.
  • the above-mentioned Doherty amplifier 1 is mounted in a wireless communication device such as a base station device in a mobile communication system and amplifies a transmission signal (RF signal) of a radio frequency. That is, the carrier amplifier 4 and the peak amplifier 5 included in the Doherty amplifier perform amplification of a radio frequency transmission modulation signal obtained by modulating a radio frequency carrier with transmission data. Therefore, the above description includes the features additionally described below.
  • a feed line for feeding the amplification element A harmonic processing unit that is connected to the power supply line and performs a harmonic process at a harmonic frequency of a radio frequency transmission modulation signal output from the amplification element;
  • the harmonic processing circuit wherein the power supply line is connected to the amplification element and is connected to a fundamental wave matching circuit that performs matching at the fundamental wave frequency of the transmission modulation signal.

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Abstract

高調波処理回路は、増幅素子に給電するための給電線路と、前記給電線路に接続され、前記増幅素子にから出力される信号の高調波に対する高調波処理を行う高調波処理部と、を備え、前記給電線路は、前記増幅素子に接続され前記信号の基本波に対する整合を行う基本波整合回路に接続される。

Description

高調波処理回路及び増幅器
 本開示は、高調波処理回路及び増幅器に関する。
 本出願は、2019年1月29日出願の日本出願第2019-012992号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
 従来から、増幅器の電力効率を向上させるために行われる高調波処理として、高調波周波数のインピーダンスを適切に調整するためのオープンスタブを含んだ高調波処理回路を信号線路に設けることが一般的に行われている(例えば、特許文献1参照)。
特開2011-66839号公報
 一実施形態である高調波処理回路は、増幅素子に給電するための給電線路と、前記給電線路に接続され、前記増幅素子から出力される信号の高調波周波数における高調波処理を行う高調波処理部と、を備え、前記給電線路は、前記増幅素子に接続され前記信号の基本波周波数における整合を行う基本波整合回路に接続される。
 他の実施形態である増幅器は、増幅素子と、前記増幅素子に給電するための給電線路と、前記給電線路に接続され、前記増幅素子から出力される信号の高調波周波数における高調波処理を行う高調波処理部と、を備え、前記給電線路は、前記増幅素子に接続され前記信号の基本波周波数における整合を行う基本波整合回路に接続される。
図1は、一実施形態に係るドハティ増幅器の構成を示すブロック図である。 図2は、第1高調波処理回路の構成を示すブロック図である。 図3Aは、接続部から高調波処理回路を見たときのインピーダンスを示すスミスチャートである。 図3Bは、接続部から第2線路の一端を見たときのインピーダンスを示すスミスチャートである。 図4Aは、第1線路の他端から接続部を見たときのインピーダンスを示すスミスチャートである。 図4Bは、増幅素子からキャリア側出力整合回路の一端を見たときのインピーダンスを示すスミスチャートである。 図5Aは、増幅素子における基本波に対する飽和電力及び効率に関する特性の測定結果を示す図である。 図5Bは、増幅素子における2倍波に対する飽和電力及び効率に関する特性の測定結果を示すグラフである。 図6Aは、実施例に用いた基本波整合回路のみを示す図である。 図6Bは、図6Aに示す基本波整合回路の一端を増幅素子に接続し、他端に50Ωの負荷を接続したときに、増幅素子から基本波整合回路の一端を見たときのインピーダンスを示すスミスチャートである。 図7Aは、図6Aに示した基本波整合回路に高調波処理回路を接続した場合を示す。 図7Bは、図7Aに示す基本波整合回路の一端を増幅素子に接続し、他端に50Ωの負荷を接続したときに、増幅素子から基本波整合回路の一端を見たときのインピーダンスを示すスミスチャートである。 図8は、給電線路に高調波処理回路が設けられた回路を示す図である。 図9Aは、高調波処理部の端子を接続部から見たときのインピーダンスを示すスミスチャートである。 図9Bは、基本波整合回路の端子を接続部から見たときのインピーダンスを示すスミスチャートである。 図9Cは、増幅素子から接続部を見たときのインピーダンス(負荷インピーダンス)を示すスミスチャートである。
[本開示が解決しようとする課題]
 上記高調波処理回路に含まれるオープンスタブは、処理対象となる信号の波長に応じてその大きさが定まる。つまり、オープンスタブは、一定の大きさを確保する必要あるため、小型化が困難であるという問題を有している。
 ここで、増幅器が備える増幅素子には、ゲート端子やドレイン端子に給電するための給電線路が接続され、この給電線路に高調波処理回路を設けることが考えられる。この場合、新たに線路を設けることなく既存の給電線路に高調波処理回路を設けるので、回路の小型化が可能である。
 一般に、給電線路は、増幅素子の入出力端子に接続される。また、増幅素子の入出力端子には、前記信号に含まれる基本波の整合を行う基本波整合回路が接続される。
 図8は、給電線路に高調波処理回路が設けられた回路を示す図である。
 図8中、増幅素子100のドレイン端子には、増幅素子100が出力する信号に含まれる基本波のインピーダンス整合を行う基本波整合回路102が接続されている。
 給電線路104は、増幅素子100のドレイン端子と、直流電源106とを接続している。給電線路104には、前記信号の高調波処理を行う高調波処理部108が接続されている。
 基本波整合回路102及び高調波処理部108は、増幅素子100から当該増幅素子100に接続される負荷側を見たときのインピーダンス(負荷インピーダンス)を所望のインピーダンスに変換する。基本波整合回路102及び高調波処理部108により変換される所望の負荷インピーダンスは、増幅素子100が高効率となるように適切に設定する必要がある。
 増幅素子100から見たときの負荷インピーダンスは、高調波処理部108の端子108aを接続部110から見たときのインピーダンスと、基本波整合回路102の端子102aを接続部110から見たときのインピーダンスとの合成インピーダンスにより定まる。
 基本波整合回路102は、増幅素子100の基本波周波数の負荷インピーダンスが最適となるように設定されるため、高調波周波数の負荷インピーダンスについては考慮されないことがある。
 よって、高調波処理部108の端子108aにおける高調波周波数のインピーダンスは、基本波整合回路102の端子102aにおける高調波周波数のインピーダンスに応じて適切に設定される必要がある。
 ここで、基本波整合回路102における高調波周波数の負荷インピーダンスについては、基本波整合回路102においては考慮されないため、基本波整合回路102の端子102aを接続部110から見たときの高調波周波数のインピーダンスがショート近傍となることがある。
 基本波整合回路102の端子102aを接続部110から見たときの高調波周波数のインピーダンスがショート近傍である場合、基本波整合回路102が合成インピーダンスに与える影響が、高調波処理部108よりも強くなり、高調波処理部108を調整し、端子108aにおける高調波周波数のインピーダンスを変更したとしても、増幅素子100から見たときの高調波周波数の負荷インピーダンスを所望の値に調整することが困難となる場合があった。
 つまり、高調波処理部108が接続される接続部110から見たときの基本波整合回路102の高調波周波数のインピーダンスがショート近傍である場合、高調波処理部108による、増幅素子100から見たときの高調波周波数の負荷インピーダンスの調整が困難となることがあった。
 図9Aは、高調波処理部108の端子108aを接続部110から見たときのインピーダンスを示すスミスチャート、図9Bは、基本波整合回路102の端子102aを接続部110から見たときのインピーダンスを示すスミスチャート、図9Cは、増幅素子100から接続部110を見たときのインピーダンス(負荷インピーダンス)を示すスミスチャートである。
 図9Aから図9Cには、信号の基本波周波数fから2倍波周波数2fまで変化させたときのインピーダンスを示している。
 図9Bに示すように、基本波整合回路102における2倍波周波数2fのインピーダンスはほぼショートとなっている。
 また、図9Cに示すように、増幅素子100から見たときの負荷インピーダンスは、図9Bに示すインピーダンスとほぼ同じとなっている。
 つまり、増幅素子100から見たときの負荷インピーダンスには、高調波処理部108による影響が及んでいないことが判る。
 このように、接続部110から見たときの基本波整合回路102における2倍波周波数2fのインピーダンスがショート近傍であると、高調波処理部108における2倍波周波数2fのインピーダンスを変更したとしても、増幅素子100から見たときの2倍波周波数2fのインピーダンスを調整することが困難となる場合があった。
 このため、適切に高調波処理を行うことができないおそれがあった。
 本開示はこのような事情に鑑みてなされたものであり、適切に高調波処理を行うことができる高調波処理回路及び増幅器の提供を目的とする。
[本開示の効果]
 本開示によれば、適切に高調波処理を行うことができる。
 最初に実施形態の内容を列記して説明する。
[実施形態の概要]
(1)一実施形態である高調波処理回路は、増幅素子に給電するための給電線路と、前記給電線路に接続され、前記増幅素子から出力される信号の高調波周波数における高調波処理を行う高調波処理部と、を備え、前記給電線路は、前記増幅素子に接続され前記信号の基本波周波数における整合を行う基本波整合回路に接続される。
 上記構成の高調波処理回路によれば、給電線路が基本波整合回路に接続されるので、給電線路を基本波整合回路における線路長のうちの任意の位置に接続することができる。
 よって、給電線路が接続される接続部から基本波整合回路を見たときの高調波周波数のインピーダンスがショートにならないように調整することができる。
 この結果、増幅素子から負荷側を見たときの高調波周波数の負荷インピーダンスを、高調波処理部において設定される高調波周波数のインピーダンスによって調整が可能となり、適切に高調波処理を行うことができる。
(2)上記高調波処理回路において、前記基本波整合回路は、一端が前記増幅素子に接続された第1線路と、前記第1線路の他端に接続された第2線路と、を含み、前記給電線路は、前記第1線路と前記第2線路とを接続する接続部に接続されることが好ましい。
 この場合、第1線路の線路長を調整することで、接続部から第2線路を見たときの高調波周波数のインピーダンスがショートにならないように調整することができる。
(3)また、上記高調波処理回路において、前記第1線路の線路長は、前記信号の基本波の波長をλとすると、λ/16以上、3λ/16以下であることが好ましい。
 この場合、接続部から第2線路を見たときの2次高調波におけるインピーダンスの位相角度を、基本波整合回路を増幅素子から見たときの2次高調波におけるインピーダンスに対して約90度から約270度まで変更することができる。
 よって、第1線路の線路長を上記範囲内で設定すれば、接続部から第2線路を見たときの高調波周波数のインピーダンスがショートにならないような調整を確実に行うことができる。
(4)また、上記高調波処理回路において、前記基本波整合回路は、一端が前記増幅素子に接続された信号線路を含み、前記給電線路は、前記信号線路の一端からの線路長が所定長さの位置に接続されることが好ましい。
 この場合、給電線路の接続部の位置を調整することで、給電線路の接続部から信号線路の他端側部分を見たときの高調波周波数のインピーダンスがショートにならないように調整することができる。
(5)上記高調波処理回路において、前記所定長さは、前記信号の基本波の波長をλとすると、λ/16以上、3λ/16以下であることが好ましい。
 この場合、例えば、給電線路の接続部から信号線路の他端側部分を見たときの2次高調波におけるインピーダンスの位相角度を、基本波整合回路を増幅素子から見たときの2次高調波におけるインピーダンスに対して約90度から約270度まで変更することができる。
 よって、接続部から信号線路の他端側部分を見たときの高調波周波数のインピーダンスがショートにならないような調整を確実に行うことができる。
(6)また、他の実施形態である増幅器は、増幅素子と、前記増幅素子に給電するための給電線路と、前記給電線路に接続され、前記増幅素子から出力される信号の高調波周波数における高調波処理を行う高調波処理部と、を備え、前記給電線路は、前記増幅素子に接続され前記信号の基本波周波数における整合を行う基本波整合回路に接続される。
[実施形態の詳細]
 以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
 なお、以下に記載する各実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
〔ドハティ増幅器の構成〕
 図1は、一実施形態に係るドハティ増幅器の構成を示すブロック図である。
 このドハティ増幅器1は、移動体通信システムにおける基地局装置などの無線通信装置に搭載され、無線周波数の送信信号(RF信号)の増幅を行う。
 ドハティ増幅器1は、入力端子2に与えられるRF信号(入力信号)を増幅し、出力端子3から出力する。
 図1に示すように、ドハティ増幅器1は、キャリアアンプ4と、キャリアアンプ4に並列に設けられたピークアンプ5と、分配器6と、キャリアアンプ4及びピークアンプ5それぞれの出力を合成する合成器7と、キャリア側入力整合回路8と、ピーク側入力整合回路9と、キャリア側出力整合回路10と、ピーク側出力整合回路11とを備えている。
 分配器6は、入力端子2の後段に接続され、入力端子2から与えられるRF信号をキャリアアンプ4及びピークアンプ5へ分配する。
 分配器6の出力は、キャリア側入力整合回路8を介してキャリアアンプ4へ与えられるとともに、ピーク側入力整合回路9を介してピークアンプ5へ与えられる。
 キャリア側入力整合回路8は、分配器6側と、キャリアアンプ4側との間において、キャリアアンプ4の入力に含まれる基本波の周波数におけるインピーダンス整合を行う。また、ピーク側入力整合回路9は、分配器6側と、ピークアンプ5側との間において、ピークアンプ5の入力に含まれる基本波の周波数におけるインピーダンス整合を行う。
 キャリアアンプ4は、与えられる入力信号を常に増幅するための増幅素子である。一方、ピークアンプ5は、入力信号の電力が所定以上となったときに当該入力信号を増幅するための増幅素子である。キャリアアンプ4及びピークアンプ5は、例えば、窒化ガリウム(GaN)を用いた高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)である。
 キャリアアンプ4、及びピークアンプ5は、一つの集積回路上に実装されており、一つのパッケージ12内に収容されている。
 キャリアアンプ4の出力は、キャリア側出力整合回路10を介して合成器7へ与えられる。
 また、ピークアンプ5の出力は、ピーク側出力整合回路11を介して合成器7へ与えられる。
 キャリア側出力整合回路10は、キャリアアンプ4から負荷側である合成器7側を見たときのインピーダンス(負荷インピーダンス)を所望のインピーダンスへ変換するための回路である。キャリア側出力整合回路10は、負荷インピーダンスを所望のインピーダンスへ変換するインピーダンス整合を、キャリアアンプ4が出力する信号の基本波の周波数について行う。
 また、ピーク側出力整合回路11は、ピークアンプ5から負荷側である合成器7側を見たときのインピーダンス(負荷インピーダンス)を所望のインピーダンスへ変換するための回路である。ピーク側出力整合回路11は、インピーダンス整合を、ピークアンプ5が出力する基本波の周波数について行う。
 合成器7は、キャリアアンプ4の出力とピークアンプ5の出力とを合成する。合成器7は、合成した出力を出力信号として出力端子3へ与える。
 出力端子3は、合成器7から与えられた出力信号を出力する。
 両アンプ4,5が収容されたパッケージ12や、入出力端子2,3、分配器6、合成器7、整合回路8,9,10,11は、回路基板25上に実装されている。
 また、ドハティ増幅器1には、回路基板25外に設けられた第1ドレイン電源30、第2ドレイン電源40、第1ゲート電源60、及び第2ゲート電源70が接続されている。
 第1ドレイン電源30は、キャリアアンプ4のドレイン端子に給電するための直流電源であり、第1給電線路31を介してキャリア側出力整合回路10に接続されている。
 第2ドレイン電源40は、ピークアンプ5のドレイン端子に給電するための直流電源であり、第2給電線路41を介してピーク側出力整合回路11に接続されている。
 第1ゲート電源60は、キャリアアンプ4のゲート端子に給電するための直流電源であり、第3給電線路61を介してキャリアアンプ4のゲート端子に接続されている。
 第2ゲート電源70は、ピークアンプ5のゲート端子に給電するための直流電源であり、第4給電線路71を介してピークアンプ5のゲート端子に接続されている。
 第1給電線路31には、キャリアアンプ4の出力に含まれる高調波の周波数における高調波処理を行うための機能を有する第1高調波処理部32が接続されている。
 また、第2給電線路41には、ピークアンプ5の出力に含まれる高調波の周波数における高調波処理を行うための機能を有する第2高調波処理部42が接続されている。
 第1給電線路31及び第1給電線路31に接続された第1高調波処理部32は、第1高調波処理回路33を構成している。
 第1高調波処理回路33は、キャリアアンプ4から負荷側である合成器7側を見たときの高調波周波数の負荷インピーダンスを所望のインピーダンスへ変換するための回路である。高調波周波数の負荷インピーダンスを所望のインピーダンスへ変換する処理が、高調波処理である。
 また、第2給電線路41及び第2給電線路41に接続された第2高調波処理部42は、第2高調波処理回路43を構成している。
 第2高調波処理回路43も、第1高調波処理回路33と同様であり、ピークアンプ5から負荷側である合成器7側を見たときの高調波周波数の負荷インピーダンスを所望のインピーダンスへ変換するための回路である。
 図2は、第1高調波処理回路33の構成を示すブロック図である。なお、第2高調波処理回路43も第1高調波処理回路33の構成と同様である。よって、ここでは、第1高調波処理回路33のみについて説明する。
 図2に示すように、第1高調波処理回路33は、第1給電線路31と、第1高調波処理部32と、を含んで構成される。
 第1高調波処理部32は、第1インダクタンス素子34と、第2インダクタンス素子35と、第1容量素子36と、第2容量素子37とを含んで構成されている。
 上記各素子34,35,36,37は第1給電線路31に接続された集中定数素子であり、第1高調波処理部32は、集中定数回路を含んで構成されている。
 第1インダクタンス素子34及び第2インダクタンス素子35は、第1給電線路31に直列に接続されている。
 第1容量素子36は、一端が第1インダクタンス素子34と第2インダクタンス素子35との間の接続点38に接続され、他端が接地されている。
 第2容量素子37は、一端が第2インダクタンス素子35と第1ドレイン電源30との間の接続点39に接続され、他端が接地されている。
 このような構成によって、第1高調波処理部32は、第1インダクタンス素子34と、第1容量素子36とからなる第1LC回路51と、第2インダクタンス素子35と、第2容量素子37とからなる第2LC回路52とを含んで構成されている。つまり、第1高調波処理部32は、LC回路を2段に接続して構成されている。この構成により2倍波に対する処理が可能となる。
 このように、高調波周波数の負荷インピーダンスを設定する第1高調波処理部32(第2高調波処理部42)の少なくとも一部を集中定数回路で構成したので、例えば、オープンスタブを用いて高調波処理を行う場合と比較して当該第1高調波処理部32(第2高調波処理部42)を小さくすることができ、回路全体の小型化を図ることができる。
 また、本実施形態では、第1給電線路31(第2給電線路41)に、第1高調波処理部32(第2高調波処理部42)を設けることで、第1高調波処理回路33(第2高調波処理回路43)を設けたので、新たな線路を追加することなく第1高調波処理回路33(第2高調波処理回路43)を設けることができる。
 これにより、両アンプ4,5を有するドハティ増幅器1に高調波処理回路を設けたとしても、高調波処理回路の設置によって当該ドハティ増幅器1が大型化するのを抑制することができる。
 また、本実施形態において、第1高調波処理部32(第2高調波処理部42)は、第1給電線路31(第2給電線路41)が基本波に対してオープンとなるように設定されている。
 この場合、第1高調波処理部32(第2高調波処理部42)が基本波に対して与える影響を抑制することができる。
 また、本実施形態において、第1高調波処理部32は、並列に接続された複数(2つ)の容量素子36,37を含み、これら容量素子36,37のうち、第1ドレイン電源30に隣接する位置に接続されている第2容量素子37は、基本波に対してショートとなる容量に設定されている。
 これにより、給電線路の電源側へ高周波信号が漏洩するのを防止することができる。
 また、本実施形態では、第2インダクタンス素子35のインダクタンスは、第1インダクタンス素子34のインダクタンスよりも大きい値に設定され、第2容量素子37の容量は、第1容量素子36の容量よりも大きい値に設定されている。
 このような関係を満たすように設定することで、第2容量素子37の容量や、その他の条件を満たしつつ、各素子の値を適切に設定することができる。
 なお、第1容量素子36の容量は極めて小さい値に設定されることがある。
 このため、第1インダクタンス素子34と、第2インダクタンス素子35との間に第1容量素子36を接続しない構成とすることができる場合がある。
 図2に示すように、本実施形態の第1給電線路31は、キャリア側出力整合回路10に接続されている。
 キャリア側出力整合回路10は、第1線路21と、第2線路22とを含んで構成されている。
 第1線路21の一端21aは、キャリアアンプ4に接続されている。第1線路21の他端21bは、第2線路22の一端22aに接続されている。
 第2線路22の他端は合成器7に接続されている。
 第1給電線路31は、第1線路21と第2線路22とを接続する接続部23に接続されている。
 ここで、本実施形態では、高調波処理回路33は、キャリア側出力整合回路10に接続されているが、高調波処理回路33がキャリアアンプ4のドレイン端子に接続されている場合を考える。
 この場合、キャリア側出力整合回路10(の一端21a)を高調波処理回路33の接続部(キャリアアンプ4のドレイン端子)から見たときの2倍波周波数のインピーダンスがショート近傍であるとすると、第1高調波処理部32を調整し、第1高調波処理回路33が変換しようとする高調波周波数のインピーダンスを変更したとしても、キャリアアンプ4から見た負荷インピーダンスを所望の値に調整することが困難となる場合かあった。
 この点、上記構成によれば、第1線路21及び第2線路22の線路長を変更することで、第1給電線路31をキャリア側出力整合回路10における線路長のうちの任意の位置に接続することができる。
 よって、第1給電線路31(高調波処理回路33)が接続される接続部23からキャリア側出力整合回路10を見たときの高調波周波数のインピーダンスがショートにならないように調整することができる。
 この結果、キャリアアンプ4から負荷側を見たときの高調波周波数の負荷インピーダンスを、第1高調波処理部32において設定される高調波周波数のインピーダンスによって調整が可能となる。
 これにより、適切に高調波処理を行うことができる。
 また、上記構成では、第1給電線路31が接続部23に接続されているので、例えば、キャリアアンプ4から見たときのキャリア側出力整合回路10の一端21aの高調波に対するインピーダンスがショート近傍であるとしても、第1線路21の線路長を調整することで、接続部23から第2線路22の一端22aを見たときの高調波周波数のインピーダンスがショートにならないように調整することができる。
 なお、第1線路21の線路長は、基本波の波長をλとすると、λ/16以上、3λ/16以下の範囲で設定される。
 これにより、キャリア側出力整合回路10の2倍波に対するインピーダンスの位相角度を約90度から約270度の範囲で変更することができる。
 よって、第1線路21の線路長を上記範囲内で設定すれば、接続部23から第2線路22を見たときの高調波周波数のインピーダンスがショートにならないような調整を確実に行うことができる。
 図3A、図3B、図4A、及び図4Bは、図2中のキャリア側出力整合回路10の各部におけるインピーダンスの一例を示すスミスチャートである。図3A、図3B、図4A、及び図4Bには、基本波周波数fから2倍波周波数2fまでの周波数に対応するインピーダンスの変化が示されている。
 図3Aは、接続部23から高調波処理回路33を見たときのインピーダンスを示しており、図3Bは、接続部23から第2線路22の一端22aを見たときのインピーダンスを示している。
 図3Aにおいて、基本波周波数fのインピーダンスは、上述したように、ほぼオープンとなっている。
 図3Bにおいて、2倍波周波数2fのインピーダンスは、ほぼオープンとなっている。
 本実施形態のキャリア側出力整合回路10が、例えば、高調波処理回路33をキャリアアンプ4のドレイン端子に接続したときに、高調波処理回路33の接続部から見たときの2倍波周波数2fのインピーダンスがショートとなるような設定であるとする。キャリア側出力整合回路10が上述の設定であったとしても、本実施形態によれば、第1給電線路31をキャリア側出力整合回路10における線路長のうちの任意の位置に接続することができるので、接続部23から見たときのキャリア側出力整合回路10(の一端21a)を見たときの高調波周波数のインピーダンスがショートにならないように調整することができる。
 図4Aは、第1線路21の他端21bから接続部23を見たときのインピーダンスを示しており、図4Bは、キャリアアンプ4からキャリア側出力整合回路10の一端21aを見たときのインピーダンスを示している。
 図4Aにて示すインピーダンスと、図3Aにて示すインピーダンスとを比較すると、両者は互いに異なる特性を示している。また、図4Aにて示すインピーダンスと、図3Bにて示すインピーダンスとを比較すると、両者は互いに異なる特性を示している。
 このことから、キャリア側出力整合回路10が変換しようとするインピーダンスと、高調波処理回路33が変換しようとするインピーダンスとは互いに合成され、図4Aに示すような特性を有する合成インピーダンスとなっていることが判る。
 このように、第1給電線路31をキャリア側出力整合回路10に接続することで、第1高調波処理回路33において設定される高調波周波数のインピーダンスによって、キャリアアンプ4から見た高調波周波数の負荷インピーダンスを調整することが可能となる。この結果、適切に高調波処理を行うことができる。
〔実施例について〕
 以下に、高調波処理回路の実施例について説明する。
 実施例として、周波数3.8GHzのRF信号を増幅する増幅素子と、この増幅素子の出力端に接続された基本波整合回路と、高調波処理回路とを備えた増幅器を想定し、この増幅器について、基本波整合回路及び高調波処理回路のインピーダンスの設定例について説明する。
 まず、実施例に用いる増幅素子の飽和電力及び効率に関する特性をロードプル測定により把握し、その結果に基づいて、基本波整合回路及び高調波処理回路によって変換すべき目標インピーダンスを特定した。
 図5Aは、増幅素子における基本波に対する飽和電力及び効率に関する特性の測定結果を示す図である。図5Aでは、飽和電力及び効率の関する測定結果を示す等値線を、スミスチャート中の一部に重ねて示している。等値線のうち、濃線で示した等値線は飽和電力、薄線で示した等値線は効率を示している。
 なお、図5Aで示す等値線は、イメージであり、各等値線が示す数値等については省略して示している。
 スミスチャートに重ねて示した飽和電力の等値線及び効率の等値線より、飽和電力及び効率が最も高くなるスミスチャート上の地点を特定し、基本波周波数の目標インピーダンスとした。
 ここでは、図5A中の矢印の地点を基本波周波数の目標インピーダンスとした。
 図5A中の矢印の地点におけるインピーダンスの大きさ(Mag)は、0.77、位相角度(Ang)は、-155度であった。よって、基本波周波数の目標位相角度を-155度とした。
 図5Bは、増幅素子における2倍波に対する飽和電力及び効率に関する特性の測定結果を示すグラフである。
 図5B中、横軸は位相角度を示しており、縦軸は飽和電力及び効率の大きさを示している。図5B中、線図L1は飽和電力、線図L2は効率を示している。
 このグラフから、飽和電力及び効率が最も高くなる位相角度を特定し、2倍波周波数の目標位相角度とした。
 ここでは、位相角度が120度において、飽和電力及び効率の両方が高いレベルとなっている。よって、2倍波周波数の目標位相角度を位相角度120度とした。
 次に、上述の目標位相角度を実現するための基本波整合回路及び高調波処理回路を設計し、設計した回路のインピーダンスをコンピュータによるシミュレーションによって求め、評価した。
 図6Aは、実施例に用いた基本波整合回路のみを示す図である。
 図6A中の基本波整合回路210は、一端225aが増幅素子に接続される信号線路225を含む。信号線路225は、線路幅が最も広い幅広部26と、線路幅が最も狭く負荷等が接続される他端225bを含む幅狭部228と、幅広部226と幅狭部228とを繋ぐ中間部227とを含んで構成されている。
 図6Aに示す基本波整合回路210は、基本波周波数に対するインピーダンスの位相角度が、目標位相角度である-155度付近となるように設計される。一方、2倍波周波数に対するインピーダンスについては特に考慮せずに設計される。
 図6Bは、図6Aに示す基本波整合回路210の一端225aを増幅素子に接続し、他端225bに50Ωの負荷を接続したときに、増幅素子から基本波整合回路210の一端225aを見たときのインピーダンスを示すスミスチャートである。
 図6B中、マーカm1は、周波数が基本波周波数(3.8GHz)のインピーダンスを示している。また、マーカm2は、周波数が2倍波周波数(7.6GHz)のインピーダンスを示している。
 マーカm1のインピーダンスは、Magが0.772、Angが-155.353度であり、設計通り、Angがほぼ目標位相角度となっている。
 マーカm2のインピーダンスは、Magが0.844、Angが178.186度であり、ほぼショートとなっている。
 この場合、高調波処理回路を増幅素子の出力端に接続すると、高調波処理回路233の接続部から基本波整合回路210を見たときの2倍波周波数のインピーダンスがほぼショートとなることから、上述のように、高調波処理回路における高調波周波数のインピーダンスを変更したとしても、増幅素子から見た高調波周波数の負荷インピーダンスを所望の値に調整することが困難となることがある。
 図7Aは、図6Aに示した基本波整合回路210に高調波処理回路233を接続した場合を示す。
 図7Aに示す高調波処理回路233は、図3にて示した第1高調波処理回路33と同様の構成であり、接続点239に接続される直流電源(図示せず)と基本波整合回路210とを接続する給電線路231と、高調波処理部を構成する各素子とを含む。
 高調波処理部を構成する各素子には、第1インダクタンス素子234、第2インダクタンス素子235、第1容量素子236、第2容量素子237が含まれる。第1インダクタンス素子234と、第2インダクタンス素子235は、接続点238によって接続されている。
 第1インダクタンス素子234、第2インダクタンス素子235、第1容量素子236、第2容量素子237、接続点238、及び接続点239は、図3に示した、第1インダクタンス素子34、第2インダクタンス素子35、第1容量素子36、第2容量素子37、接続点38、及び接続点39に相当する。
 第1インダクタンス素子234と高調波処理回路233とを接続する線路229は、給電線路231の一部を構成しており、各素子からなる高調波処理部と高調波処理回路233とを接続する。線路229は、信号線路225の一端225aからの線路長が所定長さLの位置に接続されている。
 実施例における所定長さLは5.2mmに設定される。この所定長さLは、基本波の波長をλとすると、λ/8に相当する。
 高調波処理回路233の各素子は、2倍波周波数に対するインピーダンスの位相角度が、目標位相角度である120度付近となるように設計される。
 下記に実施例における各素子の値の設定例を示す。
  第1インダクタンス素子:1.3nH
  第2インダクタンス素子:3.0nH
  第1容量素子     :0.2pF
  第2容量素子     :5.1pF
 図7Bは、図7Aに示す基本波整合回路210の一端225aを増幅素子に接続し、他端225bに50Ωの負荷を接続したときに、増幅素子から基本波整合回路210の一端225aを見たときのインピーダンスを示すスミスチャートである。
 図7B中、マーカm11は、周波数が基本波周波数(3.8GHz)のインピーダンスを示している。また、マーカm12は、周波数が2倍波周波数(7.6GHz)のインピーダンスを示している。
 マーカm11のインピーダンスは、Magが0.778、Angが-156.519度であり、設計通り、Angがほぼ目標位相角度となっている。
 マーカm12のインピーダンスは、Magが0.686、Angが122.231度であり、設計通り、Angがほぼ目標位相角度となっている。
 このように実施例では、基本波周波数に対するインピーダンス、及び2倍波周波数に対するインピーダンスの両方が目標位相角度となっており、インピーダンスを適切に調整できる。
 つまり、基本波整合回路210と高調波処理回路233とを増幅素子の出力端に接続すると、増幅素子から見た高調波周波数の負荷インピーダンスを調整することが困難となる場合であっても、実施例のように、高調波処理回路233を基本波整合回路210に接続することで、高調波周波数の負荷インピーダンスを適切に調整できることができる。
 より具体的に、高調波処理回路233に含まれる給電線路231は、信号線路225の一端225aからの線路長が所定長さLの位置に接続されており、所定長さLを変更し、給電線路231の接続部の位置を調整することで、給電線路231の接続部から信号線路225の他端側部分を見たときの高調波周波数のインピーダンスがショートにならないように調整することができる。この結果、高調波周波数の負荷インピーダンスを適切に調整できることができる。
 なお、上記実施例では、所定長さLをλ/8としたが、所定長さLは、λ/16以上、3λ/16以下であってもよい。
 このように設定することで、例えば、給電線路231の接続部から信号線路225の他端側部分を見たときの高調波周波数のインピーダンスの位相角度を、信号線路225を増幅素子から見たときの高調波周波数のインピーダンスに対して180度前後変更することができる。
 よって、接続部から信号線路225の他端側部分を見たときの高調波周波数のインピーダンスがショートにならないような調整を確実に行うことができる。
〔その他〕
 なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
 例えば、第1線路21の線路長が、基本波の波長をλとすると、λ/16以上、3λ/16以下の範囲で設定される場合を例示したが、これに限定されるわけではなく、適切に高調波処理が可能であれば、上記数値範囲外でもよい。
 また、実施例において所定長さLをλ/8に設定した場合を例示したが、第1線路21の線路長と同様、適切に高調波処理が可能であれば特に数値は限定されない。但し、所定長さLをλ/16以上、3λ/16以下の範囲で設定することで、線路229の接続部から信号線路225の他端225b側を見たときの高調波周波数のインピーダンスがショートにならないように適切に調整することができる。
 また、上記実施形態では、ドハティ増幅器1の場合について説明したが、単一の増幅素子を収容したパッケージを用いた増幅器であってもよい。
 また、上記実施形態では、LC回路を2段に接続した第1高調波処理部32を例示したが、LC回路を3段、又は4段といったように、より多段に接続してもよい。例えば、LC回路を2段に接続した場合には、2倍波までの高調波処理が可能となり、LC回路を3段に接続した場合には、3倍波までの高調波処理が可能となる。このように、LC回路の接続数は、処理対象とする高調波の次数に応じて設定される。
 また、上記実施形態では、各素子34,35,36,37を集中定数素子で構成した第1高調波処理部32を例示したが、各素子のうちの一部を分布定数素子で構成してもよいし、全部を分布定数素子で構成してもよい。
 本開示の範囲は、上記した意味ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 なお、上述のドハティ増幅器1は、移動体通信システムにおける基地局装置などの無線通信装置に搭載され、無線周波数の送信信号(RF信号)の増幅を行う。つまり、ドハティ増幅器が有するキャリアアンプ4及びピークアンプ5は、無線周波数の搬送波を送信データによって変調した無線周波数の送信変調信号の増幅を行う。
 よって、以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
〔付記〕
 増幅素子に給電するための給電線路と、
 前記給電線路に接続され、前記増幅素子から出力される無線周波数の送信変調信号の高調波周波数における高調波処理を行う高調波処理部と、を備え、
 前記給電線路は、前記増幅素子に接続され前記送信変調信号の基本波周波数における整合を行う基本波整合回路に接続される
高調波処理回路。
 1 ドハティ増幅器
 2 入力端子
 3 出力端子
 4 キャリアアンプ
 5 ピークアンプ
 6 分配器
 7 合成器
 8 キャリア側入力整合回路
 9 ピーク側入力整合回路
 10 キャリア側出力整合回路
 11 ピーク側出力整合回路
 12 パッケージ
 21 第1線路
 21a 一端
 21b 他端
 22 第2線路
 22a 一端
 23 接続部
 25 回路基板
 30 第1ドレイン電源
 31 第1給電線路
 32 第1高調波処理部
 33 第1高調波処理回路
 34 第1インダクタンス素子
 35 第2インダクタンス素子
 36 第1容量素子
 37 第2容量素子
 38 接続点
 39 接続点
 40 第2ドレイン電源
 41 第2給電線路
 42 第2高調波処理部
 43 第2高調波処理回路
 51 第1LC回路
 52 第2LC回路
 60 第1ゲート電源
 61 第3給電線路
 70 第2ゲート電源
 71 第4給電線路
 100 増幅素子
 102 基本波整合回路
 102a 端子
 104 給電線路
 106 直流電源
 108 高調波処理部
 108a 端子
 110 接続部
 210 基本波整合回路
 225a 一端
 225 信号線路
 226 幅広部
 227 中間部
 228 幅狭部
 225b 他端
 229 線路
 231 第1給電線路
 233 第1高調波処理回路
 234 第1インダクタンス素子
 235 第2インダクタンス素子
 236 第1容量素子
 237 第2容量素子
 238 接続点
 239 接続点

Claims (6)

  1.  増幅素子に給電するための給電線路と、
     前記給電線路に接続され、前記増幅素子から出力される信号の高調波周波数における高調波処理を行う高調波処理部と、を備え、
     前記給電線路は、前記増幅素子に接続され前記信号の基本波周波数における整合を行う基本波整合回路に接続される
    高調波処理回路。
  2.  前記基本波整合回路は、一端が前記増幅素子に接続された第1線路と、前記第1線路の他端に接続された第2線路と、を含み、
     前記給電線路は、前記第1線路と前記第2線路とを接続する接続部に接続される
    請求項1に記載の高調波処理回路。
  3.  前記第1線路の線路長は、前記信号の基本波の波長をλとすると、λ/16以上、3λ/16以下である
    請求項2に記載の高調波処理回路。
  4.  前記基本波整合回路は、一端が前記増幅素子に接続された信号線路を含み、
     前記給電線路は、前記信号線路の一端からの線路長が所定長さの位置に接続される
    請求項1に記載の高調波処理回路。
  5.  前記所定長さは、前記信号の基本波の波長をλとすると、λ/16以上、3λ/16以下である
    請求項4に記載の高調波処理回路。
  6.  増幅素子と、
     前記増幅素子に給電するための給電線路と、
     前記給電線路に接続され、前記増幅素子から出力される信号の高調波周波数における高調波処理を行う高調波処理部と、を備え、
     前記給電線路は、前記増幅素子に接続され前記信号の基本波周波数における整合を行う基本波整合回路に接続される
    増幅器。
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