WO2022054936A1

WO2022054936A1 - 電力増幅回路

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Publication number: WO2022054936A1
Application number: PCT/JP2021/033478
Authority: WO
Inventors: 翔平今井
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2022-03-17
Also published as: US20230216450A1; CN220711456U

Abstract

入力信号を第１信号と第２信号とに分配する分配器と、前記第１信号を増幅して第１増幅信号を出力する第１キャリアアンプと、前記第２信号の電力レベルが所定の電力レベル以上のときに、前記第２信号を増幅して第２増幅信号を出力する第１ピークアンプと、前記第１増幅信号と、前記第２増幅信号と、を合成する合成器と、を備え、前記第１キャリアアンプおよび前記第１ピークアンプは、同一の半導体基板に設けられる、電力増幅回路。

Description

電力増幅回路

　本開示は、電力増幅回路に関する。

　ドハティ増幅器は、高効率な電力増幅器（パワーアンプ）である。ドハティ増幅器は、一般的に、入力信号の電力レベルにかかわらず動作するキャリアアンプと、入力信号の電力レベルが小さい場合はオフとなり、大きい場合にオンとなるピークアンプとが並列に接続されている。そして、入力信号の電力レベルが大きい場合、キャリアアンプが飽和出力電力レベルで飽和を維持しながら動作する（例えば、特許文献１参照）。

米国特許出願公開第２０１９／０１６５７３９号明細書

　特許文献１に係る電力増幅回路は、キャリアアンプとピークアンプとを含むドハティ増幅器を構成している。ドハティ増幅器は、変調信号が入力されると、キャリアアンプが常に飽和状態で動作する。一方、ドハティ増幅器において、ピークアンプは、変調信号が所定の電力レベルを超えたときにしか動作せず、わずかな時間しか飽和状態で動作しない。すなわち、ドハティ増幅器では、キャリアアンプで発生する熱がピークアンプで発生する熱よりも大きくなる。これにより、特許文献１に係る電力増幅回路では、キャリアアンプで発生する熱により、キャリアアンプの温度が上昇する虞があった。

　そこで、本開示は、増幅素子で発生する熱を効率よく排熱する電力増幅回路を提供することを目的とする。

　本発明の一側面に係る電力増幅回路は、入力信号を、第１信号と、第２信号と、第３信号と、第４信号と、に分配する分配器と、前記第１信号を増幅して第１増幅信号を出力する第１キャリアアンプと、前記第２信号の電力レベルが所定の電力レベル以上のときに、前記第２信号を増幅して第２増幅信号を出力する第１ピークアンプと、前記第３信号を増幅して第３増幅信号を出力する第２キャリアアンプと、前記第４信号の電力レベルが所定の電力レベル以上のときに、前記第４信号を増幅して第４増幅信号を出力する第２ピークアンプと、前記第１増幅信号と、前記第２増幅信号と、前記第３増幅信号と、前記第４増幅信号と、を合成する合成器と、を備え、前記第１キャリアアンプと、前記第１ピークアンプと、前記第２キャリアアンプと、前記第２ピークアンプと、のうち少なくとも三つが同一の半導体基板に設けられる。

　本開示によれば、増幅素子で発生する熱を効率よく排熱する電力増幅回路を提供することができる。

第１実施形態に係る電力増幅回路の構成の一例を示す構成図である。電力増幅回路における第１キャリアアンプおよび第１ピークアンプの配置および構成を断面で見た一例を示す図である。第１実施形態に係る電力増幅回路における熱等価回路を示す図である。第１キャリアアンプの温度分布を示すグラフである。第１実施形態に係る電力増幅回路における第１キャリアアンプおよび第１ピークアンプの配置および構成を断面で見た第１変形例を示す図である。第１実施形態に係る電力増幅回路における第１キャリアアンプおよび第１ピークアンプの配置および構成を断面で見た第２変形例を示す図である。第２実施形態に係る電力増幅回路の構成を平面で見た一例を示す構成図である。第２実施形態に係る電力増幅回路における熱等価回路を示す図である。第２実施形態に係る電力増幅回路におけるキャリアアンプの温度分布を示すグラフである。第３実施形態に係る電力増幅回路の構成を平面で見た一例を示す構成図である。比較例に係る電力増幅回路のキャリアアンプおよびピークアンプの配置および構成を断面で見た一例を示す図である。

＝＝＝第１実施形態に係る電力増幅回路１００の構造＝＝＝
　電力増幅回路１００は、例えば、携帯電話機に搭載され、基地局に送信する信号の電力を増幅するために用いられる。電力増幅回路１００は、例えば、２Ｇ（第２世代移動通信システム）、３Ｇ（第３世代移動通信システム）、４Ｇ（第４世代移動通信システム）、５Ｇ（第５世代移動通信システム）、ＬＴＥ（Long Term Evolution）－ＦＤＤ（Frequency Division Duplex）、ＬＴＥ－ＴＤＤ（Time Division Duplex）、ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ、ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｐｒｏ、６Ｇ（第６世代移動通信システム）などの通信規格の信号の電力を増幅することができる。なお、電力増幅回路１００が増幅する信号の通信規格はこれらに限られない。電力増幅回路１００は、入力信号ＲＦｉｎを増幅し、出力信号ＲＦｏｕｔを出力する。入力信号は無線周波数（ＲＦ：Radio-Frequency）信号であり、入力信号の周波数は、例えば数ＧＨｚ～数十ＧＨｚ程度である。

　以下、図１を参照して、第１実施形態に係る電力増幅回路１００の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る電力増幅回路１００の構成の一例を示す構成図である。図１に示すように、電力増幅回路１００は、例えば、分配器１１０と、第１キャリアアンプ１２０と、第１ピークアンプ１３０と、合成器１４０とを含む。

　分配器１１０は、例えば、入力される入力信号ＲＦｉｎを複数の信号に分配する。分配器１１０は、例えば、分岐部１１１と、第１移相器１１２とを含む。分岐部１１１は、例えば、バラン、結合線路３ｄＢカプラなどの分布定数回路、またはウィルキンソン型分配器やウェブ型分配器などであってもよい。分岐部１１１は、例えば、入力信号ＲＦｉｎを、信号ＲＦ１と、信号ＲＦ２とに分配する。信号ＲＦ１は、第１キャリアアンプ１２０に入力される信号である。信号ＲＦ２は、第１移相器１１２を通じて第１ピークアンプ１３０に入力される信号である。第１移相器１１２は、例えば、分岐部１１１と第１ピークアンプ１３０との間に電気的に接続されて、信号ＲＦ２の位相を略９０度遅延させる移相器である。第１移相器１１２は、例えば、１／４波長線路または分布定数回路などで構成される。

　第１キャリアアンプ１２０は、例えば、入力される信号ＲＦ１を増幅させて、増幅信号ＲＦ１１を出力する。第１キャリアアンプ１２０は、例えば、Ａ級、ＡＢ級またはＢ級にバイアスされる。すなわち、第１キャリアアンプ１２０は、小さい瞬時入力電力など入力信号の電力レベルに係らず、入力される信号ＲＦ１を増幅して増幅信号ＲＦ１１を出力する。

　第１ピークアンプ１３０は、例えば、第１移相器１１２を通じて入力される信号ＲＦ２を増幅させて、増幅信号ＲＦ２１を出力する。第１ピークアンプ１３０は、例えばＣ級にバイアスされる。第１ピークアンプ１３０は、例えば、信号ＲＦ２の電圧レベルが第１キャリアアンプ１２０の最大電圧レベルＶｍａｘ（又は最大電流レベルＩｍａｘ）から所定レベル低い電圧レベル（又は電流レベル）以上の領域において動作する増幅器である。

　ここで、第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプ１３０は、同一の半導体基板１５０上に形成されている（図２を参照）。これにより、第１キャリアアンプ１２０で発生する熱を、第１ピークアンプ１３０で発生する熱を排熱するルートを利用して排熱できるため、第１キャリアアンプ１２０における温度上昇を低減できる。同一の半導体基板１５０上に形成される第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプ１３０の構造については後述する。

　合成器１４０は、例えば、第１キャリアアンプ１２０から出力される増幅信号ＲＦ１１と、第１ピークアンプ１３０から出力される増幅信号ＲＦ２１とを合成して、出力信号ＲＦｏｕｔを出力する。合成器１４０は、例えば、第２移相器１４１と、合成部１４２とを含む。第２移相器１４１は、例えば、第１キャリアアンプ１２０と合成部１４２との間に電気的に接続されて、信号ＲＦ１１の位相を略９０度遅延させる移相器である。第２移相器１４１は、例えば１／４波長線路または分布定数回路などで構成される。合成部１４２は、例えば、第１キャリアアンプ１２０から第２移相器１４１を通じて出力される増幅信号ＲＦ１１と、第１ピークアンプ１３０から出力される増幅信号ＲＦ２１とが入力される。合成部１４２は、二つの信号を合成して出力信号ＲＦｏｕｔを出力する。

　このように、第１実施形態に係る電力増幅回路１００は、例えば、第１キャリアアンプ１２０と第１ピークアンプ１３０とでドハティ増幅回路を形成する。ドハティ増幅回路におけるキャリアアンプは、その飽和領域で動作することが多い。一方、ピークアンプは、キャリアアンプと比較して飽和領域で動作することが少ない。すなわち、キャリアアンプで発生する熱の方が、ピークアンプで発生する熱よりも大きい。そこで、本実施形態に係る電力増幅回路１００は、第１キャリアアンプ１２０で発生する熱を、第１ピークアンプ１３０の熱を排熱するルートを利用して、効率よく排熱する構成を備える。以下、まず、比較例に係る電力増幅回路１０００の排熱について説明し、次に、電力増幅回路１００における効率のよい排熱を実現するための構成について説明する。

＜＜比較例に係る電力増幅回路１０００＞＞
　まず、図１１を参照して、比較例に係る電力増幅回路１０００におけるキャリアアンプ１１１０およびピークアンプ１２１０の配置および構成の概略について説明する。図１１は、比較例に係る電力増幅回路１０００のキャリアアンプ１１１０およびピークアンプ１２１０の配置および構成を断面で見た一例を示す図である。比較例に係る電力増幅回路１０００は、本実施形態に係る電力増幅回路１０の理解を助けるために示すものである。図１１では、排熱ルートの概略を矢印（ＨＥＡＴ）で示す。

　図１１に示すように、キャリアアンプ１１１０は、例えば、半導体基板１１２０に形成され、コンダクタ１１３０およびバンプ１１４０を通じて、プリント基板１３００に接続される。また、ピークアンプ１２１０は、例えば、キャリアアンプ１１１０が形成される半導体基板１１２０とは別の半導体基板１２２０に形成される。そして、ピークアンプ１２１０は、例えば、コンダクタ１２３０およびバンプ１２４０を通じてプリント基板１３００に接続される。すなわち、図１１に示すように、キャリアアンプ１１１０で発生する熱は、コンダクタ１１３０およびバンプ１１４０のみを通じてプリント基板１３００に排熱される。

＜＜第１実施形態に係る電力増幅回路１００＞＞
　図２を参照して、電力増幅回路１００における第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプ１３０の配置および構成の概略について説明する。図２は、電力増幅回路１００における第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプ１３０の配置および構成を断面で見た一例を示す図である。図２では排熱ルートの一例を矢印（ＨＥＡＴ）で示す。

　図２に示すように、第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプ１３０は、同一の半導体基板１５０に形成される。半導体基板１５０は、例えば、第１コンダクタ１６０および第１バンプ１６１を通じて、プリント基板１８０に接続される。また、半導体基板１５０は、例えば、第２コンダクタ１７０および第２バンプ１７１を通じて、プリント基板１８０に接続される。第１コンダクタ１６０および第１バンプ１６１は、第１キャリアアンプ１２０に電気的に接続されるものであってもよいし、半導体基板１５０を機械的に支持するものであってもよい。第２コンダクタ１７０および第２バンプ１７１は、第１ピークアンプ１３０に電気的に接続されるものであってもよいし、半導体基板１５０を機械的に支持するものであってもよい。半導体基板１５０とプリント基板１８０との間のコンダクタやバンプの個数は限定されない。

　これにより、電力増幅回路１００において、第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプ１３０で発生する熱が、コンダクタおよびバンプを通じてプリント基板１８０に排熱される。具体的には、第１キャリアアンプ１２０で発生する熱は、第１コンダクタ１６０および第１バンプ１６１を通じてプリント基板１８０に排熱される。さらに、第１キャリアアンプ１２０で発生する熱は、半導体基板１５０、第２コンダクタ１７０、及び第２バンプ１７１を通じて、プリント基板１８０に排熱される。

　ここで、比較例に係る電力増幅回路１０００では、キャリアアンプ１１１０とピークアンプ１２１０との間は空気である。このため、キャリアアンプ１１１０で発生した熱は、ピークアンプ１２１０に向かってほとんど伝導しない。よって、比較例に係る電力増幅回路１０００において、キャリアアンプ１１１０で発生した熱は、コンダクタ１１３０およびバンプ１１４０を通じたルートのみで排熱される。

　すなわち、電力増幅回路１００においては、比較例に係る電力増幅回路１０００と比較して、第１キャリアアンプ１２０で発生する熱を排熱するために、第１ピークアンプ１３０近傍の第２コンダクタ１７０および第２バンプ１７１を利用することができる。したがって、電力増幅回路１００においては、比較例に係る電力増幅回路１０００と比較して、排熱にかかるルートを増加させることができるため、第１キャリアアンプ１２０の温度上昇を抑制できる。これにより、第１キャリアアンプ１２０の特性劣化を抑制できる。また、第１キャリアアンプ１２０と第１ピークアンプ１３０との電気特性を合わせる必要がなくなり、ペアリングするための作業工数を削減できる。また、第１ピークアンプ１３０をバイアスするバイアス回路（不図示）を、第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプ１３０と同一の半導体基板１５０に設けた場合、当該バイアス回路が第１キャリアアンプ１２０の温度上昇を検知することができる。これにより、当該バイアス回路が第１キャリアアンプ１２０の温度上昇に応じた動作が可能となるため、電力増幅回路１００の増幅効率を向上できる。

　図３を参照して、電力増幅回路１００における排熱について熱等価回路を用いて説明する。図３は、第１実施形態に係る電力増幅回路１００における熱等価回路を示す図である。「Ｐ₁」は、第１キャリアアンプ１２０の消費電力が示す熱源を示す。「Ｐ₂」は、第１ピークアンプ１３０の消費電力が示す熱源を示す。「Ｒ_ii」は、各アンプの直接的な熱抵抗を示す。「Ｒ_ij」（ｉ≠ｊ）は、各アンプ間の熱結合を示す熱抵抗を示す。「Ｔ₁」は、第１キャリアアンプ１２０の温度を示す。「Ｔ₂」は、第１ピークアンプ１３０の温度を示す。「Ｔ_air」は、例えば環境温度を示す。図３に示す熱等価回路における各アンプの温度は、式（１）で算出される。

　ここで、一例として、ドハティ増幅回路において第１ピークアンプ１３０が電力を消費しない場合（例えば、Ｐ₂＝０）、第１キャリアアンプ１２０の温度「Ｔ₁」は、式（２）で算出される。

　式（２）に示すように、「Ｒ₁₂」が「Ｒ₁₁」との比較において小さくなるほど、第１キャリアアンプ１２０の温度Ｔ₁は小さくなる。

　ここで、環境温度Ｔ_airが２５℃において、第１キャリアアンプ１２０のみが１Ｗの電力を消費した場合、第１キャリアアンプ１２０の温度を計算した結果を図４に示す。図４は、第１キャリアアンプ１２０の温度分布を示すグラフである。図４では、Ｘ軸を「Ｒ_ii」とし、Ｙ軸を「Ｒ_ij」とし、破線は第１キャリアアンプ１２０の温度に対応する「Ｒ_ii」と「Ｒ_ij」との関係を示す。

　図４では、アンプ間の熱結合を示す熱抵抗「Ｒ_ij」が、各アンプの熱経路の熱抵抗と比較して十分小さいときに、キャリアアンプの温度が低下することが示されている。具体的には、図４には、例えば、実線で示すＲ_ij＝９×Ｒ_iiに基づくと、Ｒ_ij＜９×Ｒ_iiにおいて、第１キャリアアンプ１２０の温度が破線で示す１００℃を下回ることが示されている。よって、電力増幅回路１００においては、Ｒ_ij＜９×Ｒ_iiであることが望ましい。

　すなわち、電力増幅回路１００では、キャリアアンプとピークアンプとの間の熱結合を強くする（Ｒ_ijを小さくする）ことで、キャリアアンプで発生する熱をピークアンプ側に伝導させることができる。これにより、キャリアアンプで発生する熱が、ピークアンプ側のコンダクタおよびバンプを通じて排熱されるため、キャリアアンプの温度上昇を抑制できる。

＜＜第１変形例＞＞
　図５を参照して、電力増幅回路１００における第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプ１３０の配置および構成の第１変形例の概略について説明する。図５は、第１実施形態に係る電力増幅回路１００における第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプ１３０の配置および構成を断面で見た第１変形例を示す図である。図５では図２で示した排熱ルートに加えられる排熱ルートの一例を矢印で示す。

　図５に示すように、第１変形例においては、電力増幅回路１００の半導体基板１５０の各アンプが形成される表面と、半導体基板１５０の表面と反対側の裏面とに熱伝導部材１９０が設けられる。熱伝導部材１９０は、半導体基板１５０よりも熱伝導率が高い部材で形成されている。熱伝導部材１９０は、例えば、銅、アルミニウム、金、炭素系材料（例えば、グラファイトシートなど）などで形成されている。これにより、電力増幅回路１００は、熱等価回路における熱抵抗「Ｒ_ij」をより小さくできるため、第１キャリアアンプ１２０で発生する熱が第１ピークアンプ１３０側に伝導しやすくなる。したがって、電力増幅回路１００は、第１キャリアアンプ１２０の温度上昇をより抑制できる。これにより、第１キャリアアンプ１２０の特性劣化を抑制できる。

　なお、図５では、熱伝導部材１９０が半導体基板１５０の表面と裏面とに設けられるように示されているがこれに限定されない。例えば、熱伝導部材１９０は、半導体基板１５０の表面および裏面の少なくともいずれかに設けられていてもよい。また、例えば、熱伝導部材１９０は、半導体基板１５０の表面および裏面の少なくとも一部に設けられていてもよい。また、例えば、熱伝導部材１９０は、半導体基板１５０が多層で形成されている場合、当該半導体基板１５０の中間の層に設けられていてもよい。また、例えば、熱伝導部材１９０は、半導体基板１５０の少なくとも一方の側面の少なくとも一部に設けられていてもよい。

＜＜第２変形例＞＞
　図６を参照して、電力増幅回路１００における第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプ１３０の配置および構成の第２変形例の概略について説明する。図６は、第１実施形態に係る電力増幅回路１００における第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプ１３０の配置および構成を断面で見た第２変形例を示す図である。図６では図２および図５で示した排熱ルートに加えられる排熱ルートの一例を矢印で示す。

　図６に示すように、第２変形例においては、熱伝導部材１９０と、半導体基板１５０の表面と裏面とを貫通する熱伝導部材１９１が設けられる。熱伝導部材１９１は、半導体基板１５０よりも熱伝導率が高い部材で形成される例えばビアである。熱伝導部材１９１は、例えば、銅、アルミニウム、金、炭素系材料（例えば、グラファイトシートなど）などで形成されている。熱伝導部材１９１は、熱伝導部材１９０と同じ部材であってもよいし、そうでなくてもよい。熱伝導部材１９１は、例えば第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプの近傍に設けられることが望ましい。また、熱伝導部材１９１は、例えば熱伝導部材１９０と接続されることが望ましい。熱伝導部材１９１は、例えば、第１キャリアアンプ１２０と第１ピークアンプ１３０との間に、一つ以上が設けられる。これにより、電力増幅回路１００は、熱等価回路における熱抵抗「Ｒ_ij」をより小さくできるため、第１キャリアアンプ１２０で発生する熱が第１ピークアンプ１３０側に伝導しやすくなる。

　具体的には、第１キャリアアンプ１２０で発生した熱は、主に、第１コンダクタ１６０および第１バンプ１６１を通じてプリント基板１８０に排熱される。すなわち、第１キャリアアンプ１２０近傍の、半導体基板１５０のプリント基板１８０に近い領域（裏面近傍）の温度上昇が大きくなる。一方、第１キャリアアンプ１２０近傍の、半導体基板１５０のプリント基板１８０に遠い領域（表面近傍）の温度上昇は大きくない。そこで、電力増幅回路１００では、熱伝導部材１９１によって、表面に設けられる熱伝導部材１９０と、裏面に設けられる熱伝導部材１９０とを接続することで、温度上昇が大きい領域から温度上昇が大きくない領域に熱を移動させることができる。これにより、電力増幅回路１００は、第１キャリアアンプ１２０の温度上昇を抑制できるため、第１キャリアアンプ１２０の特性劣化を抑制できる。

　なお、図６では、熱伝導部材１９１が半導体基板１５０の表面と裏面との間を貫通するように示されているがこれに限定されない。例えば、熱伝導部材１９１は、半導体基板１５０を貫通せずに、表面または裏面から半導体基板１５０の内部に向かって設けられていてもよい。

＝＝＝第２実施形態に係る電力増幅回路２００の構造＝＝＝

　図７を参照して、第２実施形態に係る電力増幅回路２００の構成について説明する。図７は、第２実施形態に係る電力増幅回路２００の構成を平面で見た一例を示す構成図である。図７に示すように、電力増幅回路２００は、例えば、分配器２１０と、第１キャリアアンプ１２０と第１ピークアンプ１３０とを含んで構成されるドハティ増幅器と、第２キャリアアンプ２５０と第２ピークアンプ２６０とを含んで構成されるドハティ増幅器と、合成器２４０とを含む。

　第２キャリアアンプ２５０および第２ピークアンプ２６０は、第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプ１３０と同じであるため、その説明を省略する。分配器２１０は、分配器１１０と比較して、分岐部２１３と、第３移相器２１４と、分岐部２１５とをさらに含む。分岐部２１３は分岐部１１１と同じであり、第３移相器２１４は第１移相器１１２と同じであるため、その説明を省略する。分岐部２１５は、例えば、バラン、結合線路３ｄＢカプラなどの分布定数回路、またはウィルキンソン型分配器やウェブ型分配器などであってもよい。合成器２４０は、合成器１４０と比較して、第４移相器２４３と、合成部２４４と、合成部２４５とをさらに含む。第４移相器２４３は第２移相器１４１と同じであり、合成部２４４は合成部１４２と同じであるため、その説明を省略する。合成部２４５は、合成部１４２から出力される信号と、合成部２４４から出力される信号とを合成して信号ＲＦｏｕｔを出力する。

　第２実施形態に係る電力増幅回路２００は、第１キャリアアンプ１２０と第１ピークアンプ１３０とが同一の半導体基板１５０に形成される。また、電力増幅回路２００は、第２キャリアアンプ２５０と第２ピークアンプ２６０とが同一の半導体基板に形成される。さらに、電力増幅回路２００は、例えば、第１キャリアアンプ１２０、第１ピークアンプ１３０、第２キャリアアンプ２５０、及び第２ピークアンプ２６０とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。これにより、第１キャリアアンプ１２０で発生する熱が第１ピークアンプ１３０側に伝導しやすくなり、第２キャリアアンプ２５０で発生する熱が第２ピークアンプ２６０側に伝導しやすくなる。よって、電力増幅回路２００は、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０の温度上昇を抑制できる。これにより、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０の特性劣化を抑制できる。なお、電力増幅回路２００は、例えば、第１キャリアアンプ１２０、第１ピークアンプ１３０、第２キャリアアンプ２５０、又は第２ピークアンプ２６０のうち少なくとも三つが同一の半導体基板に形成されていてもよい。これにより、少なくとも第１キャリアアンプ１２０または第２キャリアアンプ２５０で発生する熱が第１ピークアンプ１３０または第２ピークアンプ２６０側に伝導することで、少なくとも第１キャリアアンプ１２０または第２キャリアアンプ２５０の温度上昇を抑制できる。

　また、第２実施形態に係る電力増幅回路２００は、第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプ１３０の配置および構成の第１変形例、又は、第１キャリアアンプ１２０および第１ピークアンプ１３０の配置および構成の第２変形例で示される構成を有していてもよい。第２実施形態に係る電力増幅回路２００は、第２キャリアアンプ２５０および第２ピークアンプ２６０の配置および構成についても同様の構成を有していてもよい。これにより、電力増幅回路２００は、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０の温度上昇をより抑制できる。

　さらに、図７に示すように、第２実施形態に係る電力増幅回路２００は、例えば、第１キャリアアンプ１２０の隣に第１ピークアンプ１３０を配置する。第１キャリアアンプ１２０と反対側の第１ピークアンプ１３０の隣に、第２ピークアンプ２６０を配置する。そして、第１ピークアンプ１３０と反対側の第２ピークアンプ２６０の隣に、第２キャリアアンプ２５０を配置する。すなわち、電力増幅回路２００においては、第１キャリアアンプ１２０と第２キャリアアンプ２５０との間の距離（以下、距離Ｌｃという）が、第１ピークアンプ１３０と第２ピークアンプ２６０との間の距離（以下、距離Ｌｐという）よりも大きくなるように各アンプが配置されている。これにより、電力増幅回路２００は、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０の温度上昇をより抑制できる。なお、電力増幅回路２００における各アンプの配置は上記に限定されない。電力増幅回路２００において、例えば、距離Ｌｃが距離Ｌｐよりも大きくなるように、キャリアアンプとピークアンプとが交互に隣り合って配置されていてもよい。ここで、距離Ｌｃは、例えば、第１キャリアアンプ１２０を構成する素子のうち第２キャリアアンプ２５０に最も近い素子と、第２キャリアアンプ２５０を構成する素子のうち第１キャリアアンプ１２０に最も近い素子との間の距離であってもよい。距離Ｌｃは、例えば、第１ピークアンプ１３０を構成する素子のうち第２ピークアンプ２６０に最も近い素子と、第２ピークアンプ２６０を構成する素子のうち第１ピークアンプ１３０に最も近い素子との間の距離であってもよい。

　図８を参照して、熱等価回路を用いて、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０の温度上昇を抑制できることにつき説明する。図８は、第２実施形態に係る電力増幅回路２００における熱等価回路を示す図である。「Ｐ₃」は、第２ピークアンプ２６０の消費電力が示す熱源を示す。「Ｐ₄」は、第２キャリアアンプ２５０の消費電力が示す熱源を示す。「Ｔ₃」は、第２ピークアンプ２６０の温度を示す。「Ｔ₄」は、第２キャリアアンプ２５０の温度を示す。なお、図８では、隣り合わないアンプ間の熱結合については、隣り合うアンプ間の熱結合よりも十分小さいため無視する。また、便宜上、電力増幅回路２００において第１ピークアンプ１３０および第２ピークアンプ２６０が電力を消費しない場合について説明する。

　図８に示す熱等価回路において、電力増幅回路２００におけるキャリアアンプ１２０，２５０で発生する熱をピークアンプ１３０，２６０の直接的な排熱経路を利用して排熱する前提条件について説明する。この点、第１キャリアアンプ１２０と第２キャリアアンプ２５０との間の熱抵抗を合成したキャリア合成熱抵抗はＲ₁₂＋Ｒ₂₃＋Ｒ₃₄である。一方、第１ピークアンプ１３０と第２ピークアンプ２６０との間の熱抵抗を合成したピーク合成熱抵抗はＲ₂₃である。ここで、キャリア合成熱抵抗がピーク合成熱抵抗よりも小さい場合、キャリアアンプ１２０，２５０間で熱結合を生じてしまうため、キャリアアンプ１２０，２５０の温度上昇を抑制できない。よって、キャリア合成熱抵抗がピーク合成熱抵抗よりも大きいことを要件とする。すなわち、Ｒ₁₂＋Ｒ₃₄＞０を満たすことを要件とする。

　また、キャリアアンプ１２０，２５０の直接的な排熱経路の熱抵抗Ｒ₁₁，Ｒ₄₄は、キャリアアンプ１２０，２５０で発生する熱を排熱するためのピークアンプ１３０，２６０の直接的な排熱経路の熱抵抗Ｒ₁₂＋Ｒ₂₂，Ｒ₃₄＋Ｒ₃₃と比較して著しく小さい場合、キャリアアンプ１２０，２５０の温度上昇を抑制できない。よって、熱抵抗Ｒ₁₁が熱抵抗Ｒ₁₂＋Ｒ₂₂と比較して著しく小さくなく、熱抵抗Ｒ₄₄が熱抵抗Ｒ₃₄＋Ｒ₃₃と比較して著しく小さくないことを要件とする。

　以下、これらの要件を前提としつつ、キャリアアンプ１２０，２５０の温度上昇が抑制されることにつき説明する。

　図８に示すように、第１キャリアアンプ１２０から発生する熱はＲ₁₁を通じて排熱されるものと、Ｒ₁₂を通じて排熱されるものとがある。第２キャリアアンプ２５０から発生する熱はＲ₄₄を通じて排熱されるものと、Ｒ３４を通じて排熱されるものとがある。すなわち、第１キャリアアンプ１２０がＲ１１を通じて排熱される熱流Ｐ₁₁は（Ｔ₁－Ｔ_air）／Ｒ₁₁となる。一方、第１ピークアンプ１３０の直接的な熱抵抗Ｒ２２を通じて排熱される熱流Ｐ₁₂は（Ｔ₁－Ｔ_air）／（Ｒ₂₂＋Ｒ₁₂）となる。ここで、熱流Ｐ₁₂が、熱流Ｐ₁₁に対して無視できない程度に大きい場合、第１キャリアアンプ１２０で発生する熱が第１ピークアンプ１３０の直接的な排熱ルートを通じて排熱される。これにより、第１キャリアアンプ１２０の温度上昇を抑制できる。これは、第２キャリアアンプ２５０と第２ピークアンプ２６０との関係においても同様である。

　ここで、図９を参照して、具体的に電力増幅回路２００における温度抑制の効果について説明する。図９は、第２実施形態に係る電力増幅回路２００におけるキャリアアンプ１２０，２５０の温度低下量を示すグラフである。温度低下の基準となるとする温度は，アンプをキャリア・ピーク・キャリア・ピークとした状態のキャリアアンプの温度である．図９では、Ｘ軸を「Ｒ_ii」とし、Ｙ軸を「Ｒ_ij」とし、破線はキャリアアンプ１２０，２５０の温度低下に対応する「Ｒ_ii」と「Ｒ_ij」との関係を示す。図９では、アンプ間の熱結合を示す熱抵抗「Ｒ_ij」が、各アンプの熱経路の熱抵抗と比較して十分小さいときに、キャリアアンプの温度が低下することが示されている。具体的には、図９には、例えば実線で示すＲ_ij＝９×Ｒ_iiに基づくと、Ｒ_ij＜９×Ｒ_iiにおいて、キャリアアンプ１２０，２５０の温度が２℃低下できることが示されている。すなわち、「Ｒ_ii」と「Ｒ_ij」との関係によっては１２℃の低下を示すことがあるため、キャリアアンプ１２０，２５０の温度上昇を１０℃以上も抑制できる。よって、電力増幅回路２００においては、Ｒ_ij＜９×Ｒ_iiであることが望ましい。すなわち、第２実施形態に係る電力増幅回路２００の各アンプの配置によって、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０で発生する熱を、第１ピークアンプ１３０および第２ピークアンプ２６０の直接的な排熱ルートを通じて効率よく排熱できる。

＜＜第３実施形態に係る電力増幅回路３００＞＞
　図１０を参照して、第３実施形態に係る電力増幅回路３００の構成について説明する。図１０は、第３実施形態に係る電力増幅回路３００の構成を平面で見た一例を示す構成図である。図１０に示すように、電力増幅回路３００は、第２実施形態に係る電力増幅回路２００と比較して、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０の配置が異なる。なお、電力増幅回路３００においては、第２実施形態に係る電力増幅回路２００と同様に、距離Ｌｃが距離Ｌｐよりも大きくなるように、第１キャリアアンプ１２０、第２キャリアアンプ２５０、第１ピークアンプ１３０、及び第２ピークアンプ２６０が配置されている。

　図１０に示すように、電力増幅回路３００は、第１ピークアンプ１３０と第２ピークアンプ２６０とを結ぶ仮想線分１と、第１キャリアアンプ１２０と第２キャリアアンプ２５０とを結ぶ仮想線分２とが重ならないように構成されている。換言すると、仮想線分１が、平面視において、仮想線分２に対して並行に距離Ｄだけズレている。ここで、仮想線分１は、例えば、第１ピークアンプ１３０において最も温度が高くなる領域の中心と、第２ピークアンプ２６０において最も温度が高くなる領域の中心とを結ぶ仮想の線分である。また、仮想線分２は、例えば、第１キャリアアンプ１２０において最も温度が高くなる領域の中心と、第２キャリアアンプ２５０において最も温度が高くなる領域の中心とを結ぶ仮想の線分である。これにより、第１キャリアアンプ１２０と第２キャリアアンプ２５０との距離を短くして配置することで、電力増幅回路３００を小型化することができる。また、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０の配置の自由度を上げることができるため、回路設計が容易になる。

＝＝＝まとめ＝＝＝
　第１実施形態に係る電力増幅回路１００は、入力信号ＲＦｉｎを、信号ＲＦ１（第１信号）と、信号ＲＦ２（第２信号）と、信号ＲＦ３（第３信号）と、信号ＲＦ４（第４信号）と、に分配する分配器１１０と、信号ＲＦ１（第１信号）を増幅して増幅信号ＲＦ１１（第１増幅信号）を出力する第１キャリアアンプ１２０と、信号ＲＦ２（第２信号）の電力レベルが所定の電力レベル以上のときに、信号ＲＦ２（第２信号）を増幅して増幅信号ＲＦ２１（第２増幅信号）を出力する第１ピークアンプ１３０と、信号ＲＦ３（第３信号）を増幅して増幅信号ＲＦ３１（第３増幅信号）を出力する第２キャリアアンプ２５０と、信号ＲＦ４（第４信号）の電力レベルが所定の電力レベル以上のときに、信号ＲＦ４（第４信号）を増幅して増幅信号ＲＦ４１（第４増幅信号）を出力する第２ピークアンプ２６０と、増幅信号ＲＦ１１（第１増幅信号）と、増幅信号ＲＦ２１（第２増幅信号）と、増幅信号ＲＦ３１（第３増幅信号）と、増幅信号ＲＦ４１（第４増幅信号）と、を合成する合成器と、を備え、第１キャリアアンプ１２０と、第１ピークアンプ１３０と、第２キャリアアンプ２５０と、第２ピークアンプ２６０と、のうち少なくとも三つが同一の半導体基板１５０に設けられる。これにより、電力増幅回路１００は、第１キャリアアンプ１２０または第２キャリアアンプ２５０で発生する熱を効率よく排熱することができるため、第１キャリアアンプ１２０または第２キャリアアンプ２５０の温度上昇を抑制できることから、第１キャリアアンプ１２０または第２キャリアアンプ２５０の特定劣化を抑制できる。

　また、第１実施形態に係る電力増幅回路１００は、第１キャリアアンプ１２０と、第１ピークアンプ１３０と、第２キャリアアンプ２５０と、第２ピークアンプ２６０と、が同一の半導体基板に設けられる。これにより、電力増幅回路１００は、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０で発生する熱を効率よく排熱することができるため、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０の温度上昇を抑制できることから、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０の特定劣化を抑制できる。

　また、第１実施形態に係る電力増幅回路１００は、半導体基板１５０が配置される基板の半導体基板１５０が配置される面と、半導体基板１５０と、の間に設けられる複数のコンダクタをさらに備える。これにより、第１キャリアアンプ１２０で発生する熱が、複数のコンダクを通じて排熱されるため、第１キャリアアンプ１２０の温度上昇を抑制できる。

　また、第１実施形態に係る電力増幅回路１００は、複数のコンダクタは、第１キャリアアンプ１２０と電気的に接続される第１コンダクタ１６０と、第１ピークアンプ１３０と電気的に接続される第２コンダクタ１７０と、を含む。これにより、第１キャリアアンプ１２０で発生する熱が、複数のコンダクを通じて効率よく排熱されるため、第１キャリアアンプ１２０の温度上昇を抑制できる。

　また、第１実施形態に係る電力増幅回路１００は、半導体基板１５０の少なくとも一方の面の少なくとも一部に設けられる、熱を伝導する熱伝導部材１９０（第１熱伝導部材）をさらに備える。これにより、第１キャリアアンプ１２０で発生する熱が、熱伝導部材１９０を通じて効率よく、第１ピークアンプ１３０側に伝導されるため、第１キャリアアンプ１２０の温度上昇を抑制できる。

　また、第１実施形態に係る電力増幅回路１００は、第１キャリアアンプ１２０と第１ピークアンプ１３０との間において、半導体基板１５０の少なくとも一方の面から半導体基板１５０の内部に向かって設けられる熱伝導部材１９１（第２熱伝導部材）をさらに備える。これにより、半導体基板１５０における温度上昇が大きい領域から温度上昇が大きくない領域に熱を移動させることができるため、第１キャリアアンプ１２０の温度上昇を抑制できる。

　また、第１実施形態に係る電力増幅回路１００は、熱伝導部材１９１（第２熱伝導部材）は、半導体基板１５０の一方の面から、一方の面と反対側の他方の面にわたって設けられる。これにより、半導体基板１５０における温度上昇が大きい領域から温度上昇が大きくない領域に熱を効率よく移動させることができるため、第１キャリアアンプ１２０の温度上昇をさらに抑制できる。

　また、第１実施形態に係る電力増幅回路１００の熱伝導部材１９１（第２熱伝導部材）は、複数設けられている。これにより、半導体基板１５０における温度上昇が大きい領域から温度上昇が大きくない領域に熱を効率よく移動させることができるため、第１キャリアアンプ１２０の温度上昇をさらに抑制できる。

　また、第２実施形態に係る電力増幅回路２００は、平面視したときに、第１キャリアアンプ１２０、第１ピークアンプ１３０、第２キャリアアンプ２５０の順番で並んでいることを特徴とする。これにより、第１，第２キャリアアンプ１２０，２５０の温度上昇を抑制できることから、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０の特定劣化を抑制できる。

　また、第２実施形態に係る電力増幅回路２００は、平面視したときに、第１キャリアアンプ１２０、第２ピークアンプ２６０、第２キャリアアンプ２５０の順番で並んでいることを特徴とする。これにより、第１，第２キャリアアンプ１２０，２５０の温度上昇を抑制できることから、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０の特定劣化を抑制できる。

　また、第２実施形態に係る電力増幅回路２００は、平面視したときに、第１キャリアアンプ１２０、第１ピークアンプ１３０、第２ピークアンプ２６０、第２キャリアアンプ２５０の順番で並んでいる。これにより、第１，第２キャリアアンプ１２０，２５０間の距離を大きくとることができ、第１，第２キャリアアンプ１２０，２５０で発生する熱を、第１，第２ピークアンプ１３０，２６０を通じて効率よく排熱することができる。このため、第１，第２キャリアアンプ１２０，２５０の温度上昇を抑制できることで、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０の特定劣化を抑制できる。

　また、第２実施形態に係る電力増幅回路２００において、第１キャリアアンプ１２０、第１ピークアンプ１３０、第２キャリアアンプ２５０、及び第２ピークアンプ２６０は、第１キャリアアンプ１２０と第２キャリアアンプ２５０との間の第１距離が、第１ピークアンプ１３０と第２ピークアンプ２６０との間の第２距離よりも大きくなるように、配置されている。これにより、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０で発生する熱を、第１ピークアンプ１３０および第２ピークアンプ２６０の排熱ルートを通じて効率よく排熱できる。

　また、第２実施形態に係る電力増幅回路２００において、第１キャリアアンプ１２０、第１ピークアンプ１３０、第２キャリアアンプ２５０、及び第２ピークアンプ２６０は、第１キャリアアンプ１２０と第２キャリアアンプ２５０とを結ぶ仮想線分１と、第１ピークアンプ１３０と第２ピークアンプ２６０とを結ぶ仮想線分２とが重ならないように配置されている。これにより、第１キャリアアンプ１２０および第２キャリアアンプ２５０で発生する熱を効率よく排熱できるとともに、電力増幅回路３００を小型化することができる。

　以上説明した実施形態は、本開示の理解を容易にするためのものであり、本開示を限定して解釈するためのものではない。本開示は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るとともに、本開示にはその等価物も含まれる。すなわち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。実施形態が備える素子及びその配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

　１００，２００…電力増幅回路、１１０，２１０…分配器、１２０…第１キャリアアンプ、１３０…第１ピークアンプ、１５０…半導体基板、２５０…第２キャリアアンプ、２６０…第２ピークアンプ。

Claims

　入力信号を、第１信号と、第２信号と、第３信号と、第４信号と、に分配する分配器と、
　前記第１信号を増幅して第１増幅信号を出力する第１キャリアアンプと、
　前記第２信号の電力レベルが所定の電力レベル以上のときに、前記第２信号を増幅して第２増幅信号を出力する第１ピークアンプと、
　前記第３信号を増幅して第３増幅信号を出力する第２キャリアアンプと、
　前記第４信号の電力レベルが所定の電力レベル以上のときに、前記第４信号を増幅して第４増幅信号を出力する第２ピークアンプと、
　前記第１増幅信号と、前記第２増幅信号と、前記第３増幅信号と、前記第４増幅信号と、を合成する合成器と、
　を備え、
　前記第１キャリアアンプと、前記第１ピークアンプと、前記第２キャリアアンプと、前記第２ピークアンプと、のうち少なくとも三つが同一の半導体基板に設けられる、
　電力増幅回路。
　前記第１キャリアアンプと、前記第１ピークアンプと、前記第２キャリアアンプと、前記第２ピークアンプと、が同一の半導体基板に設けられる、
　請求項１に記載の電力増幅回路。
　前記半導体基板が配置される基板の前記半導体基板が配置される面と、前記半導体基板と、の間に設けられる複数のコンダクタをさらに備える、
　請求項２に記載の電力増幅回路。
　前記複数のコンダクタは、前記第１キャリアアンプと電気的に接続される第１コンダクタと、前記第１ピークアンプと電気的に接続される第２コンダクタと、を含む、
　請求項３に記載の電力増幅回路。
　前記半導体基板の少なくとも一方の面の少なくとも一部に設けられる、熱を伝導する第１熱伝導部材をさらに備える、
　請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の電力増幅回路。
　前記第１キャリアアンプと前記第１ピークアンプとの間において、前記半導体基板の少なくとも一方の面から前記半導体基板の内部に向かって設けられる第２熱伝導部材をさらに備える、
　請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の電力増幅回路。
　前記第２熱伝導部材は、前記半導体基板の一方の面から、前記一方の面と反対側の他方の面にわたって設けられる、
　請求項６に記載の電力増幅回路。
　前記第２熱伝導部材は、複数設けられている、
　請求項７に記載の電力増幅回路。
　平面視したときに、前記第１キャリアアンプ、前記第１ピークアンプ、前記第２キャリアアンプの順番で並んでいることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電力増幅器。
　平面視したときに、前記第１キャリアアンプ、前記２ピークアンプ、前記第２キャリアアンプの順番で並んでいることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電力増幅器。
　平面視したときに、前記第１キャリアアンプ、前記第１ピークアンプ、前記第２ピークアンプ、前記第２キャリアアンプの順番で並んでいることを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか一項に記載の電力増幅器。
　前記第１キャリアアンプ、前記第１ピークアンプ、前記第２キャリアアンプ、及び前記第２ピークアンプは、前記第１キャリアアンプと前記第２キャリアアンプとの間の第１距離が、前記第１ピークアンプと前記第２ピークアンプとの間の第２距離よりも大きくなるように、配置されている、
　請求項２から請求項１１のいずれか一項に記載の電力増幅回路。
　前記第１キャリアアンプ、前記第１ピークアンプ、前記第２キャリアアンプ、及び前記第２ピークアンプは、前記第１キャリアアンプと前記第２キャリアアンプとを結ぶ仮想線分と、前記第１ピークアンプと前記第２ピークアンプとを結ぶ仮想線分とが重ならないように、配置されている、
　請求項１２に記載の電力増幅回路。