JP2000244262A - 高周波用電力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の高周波用電力増幅器は、高調波制御回
路を増幅回路とは別の回路として付加させなければなら
ず、小型化の要求に対応できなかった。 【解決手段】 高周波増幅部Ｑ11と、入力整合回路と、
出力整合回路と、高周波増幅部Ｑ11の出力電極に接続さ
れた直流電流バイアス回路Ｂとを具備し、バイアス回路
Ｂは、分布定数線路Ｌ13とそれに直列接続されたインダ
クタＬ14とそれに並列接続されたコンデンサＣ15とから
成り、出力整合回路の一部として機能する合成リアクタ
ンス成分を有するとともに、分布定数線路Ｌ13とインダ
クタＬ14とコンデンサＣ15とにより高次の高調波に対し
て共振点を有する高周波用電力増幅器である。バイアス
回路Ｂは直流電流を供給するとともに共振点を微調整し
て高次高調波を除去できる高調波制御回路としても機能
するため、高調波制御回路を別の回路として付加する必
要はなく、より一層の小型化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は通信機器等において
マイクロ波帯等の高周波電力の増幅に使用される高周波
用電力増幅器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロ波帯等の高周波信号を使
用する通信機器等に使用される高周波用電力増幅器とし
て、高調波制御回路を有した種々の電力増幅器が提案さ
れている。中でも、高効率動作をさせるために高調波制
御を行なうＦ級電力増幅器が注目されている。

【０００３】このような高調波制御回路を有した高周波
用Ｆ級電力増幅器の代表的な回路構成の例を、図２に回
路図で示す。

【０００４】図２において、Ｑ１は電力増幅を行なう電
力増幅部としての高周波トランジスタであり、ここでは
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を示す。Ｃ１・Ｃ５は
それぞれこの高周波用電力増幅器と他の回路との直流成
分を遮断するためのデカップリングコンデンサである。
Ｃ２・Ｌ１ならびにＣ４・Ｌ３はそれぞれ高周波トラン
ジスタＱ１の性能を引き出すために入出力回路とのイン
ピーダンス整合を最適なものとするためのコンデンサお
よび分布定数線路（例えばマイクロストリップ線路）で
ある。

【０００５】Ｒ１・Ｒ２はそれぞれ高周波トランジスタ
Ｑ１の入力電極であるゲート（制御電極）にバイアス電
圧を供給するためのバイアス回路を構成する抵抗であ
る。

【０００６】Ｌ４は高周波トランジスタＱ１の出力電極
であるドレインおよび出力のための電流を供給するバイ
アス回路を構成する分布定数線路であり、通常は基本周
波数の４分の１波長の長さになるようにして高周波トラ
ンジスタＱ１のドレイン側から見てインピーダンスが無
限大に見えるようにするか、あるいは回路のインピーダ
ンスから見て無視できるほどの大きなインピーダンスと
なる線路長に設定されている。また、この分布定数線路
Ｌ４は、前記線路長より短くして整合回路の一部のリア
クタンス成分として利用することも可能である。

【０００７】Ｃ６・Ｃ７はそれぞれ交流的に接地された
ようにするためのバイパスコンデンサである。

【０００８】これらのうち分布定数線路Ｌ４とバイパス
コンデンサＣ６とにより、基本周波数の高周波信号に対
して絶縁状態を確保しつつ直流電流を供給できる、図中
に破線で囲んで示した電源供給回路Ｓを構成している。

【０００９】そして、分布定数線路Ｌ２およびコンデン
サＣ３は、図中に破線で囲んで示した高調波制御回路と
しての高次高調波、例えば２次高調波に対するトラップ
回路Ｔを構成するものである。

【００１０】Ｆ級電力増幅器では電圧波形を矩形波・電
力波形を半波にして増幅することから矩形波に不要な基
本周波数の偶数次の周波数成分を除去するため、上記ト
ラップ回路Ｔは、例えば基本波の２倍の周波数に対して
直列共振点を持つように設定され、それにより２次高調
波に対してインピーダンスが０に見えて接地された状態
になることによって２次高調波を除去するための高調波
制御回路となるものである。

【００１１】この結果、高周波トランジスタＱ１の出力
であるドレインでは２次高調波の成分が削減されてドレ
イン効率が改善されるようになる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示した従来の高周波用Ｆ級電力増幅器によれば、高調波
制御回路としてのトラップ回路Ｔを増幅回路とは別の回
路として付加させなければならず、そのため回路全体が
大きなものとなってしまい、高周波用電力増幅器に対す
るより一層の小型化の要求に対応できないという問題点
があった。

【００１３】また、分布定数線路Ｌ４を、整合回路の一
部のリアクタンス成分として利用する場合、高周波用電
力増幅器の小型化の要求に対して多層配線基板を用いて
この分布定数線路Ｌ４を内層したときには、分布定数線
路Ｌ４の長さを微調整できないため、所望の出力特性に
整合がとれるように出力整合回路を設定することが困難
であるという問題点もあった。

【００１４】本発明は上記事情に鑑みて案出されたもの
であり、高調波制御回路を別の回路として付加する必要
のない、より一層の小型化の要求にも対応可能な、高調
波制御機能を有する高周波用電力増幅器を提供すること
を目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波用電力増
幅器は、入力電極からの高周波信号を増幅して出力電極
より送出する高周波増幅部と、前記入力電極に接続され
た入力整合回路と、前記出力電極に接続された出力整合
回路および直流電流バイアス回路とを具備し、この直流
電流バイアス回路は、分布定数線路ならびにこの分布定
数線路の途中に直列接続されたインダクタおよびこのイ
ンダクタに並列接続されたコンデンサとから成り、前記
出力整合回路の一部として機能するために必要な合成リ
アクタンス成分を有するとともに、前記高周波信号の基
本周波数の高次の高調波に対して共振点を有することを
特徴とするものである。

【００１６】本発明の高周波用電力増幅器によれば、高
周波増幅部の出力電極に直流電流を供給するバイアス回
路として、分布定数線路と、この分布定数線路の途中に
直列接続されたインダクタと、このインダクタに並列接
続されて同じく分布定数線路の途中に直列接続されたコ
ンデンサとから成り、その分布定数線路の線路長および
インダクタのインダクタンスならびにコンデンサのキャ
パシタンスにより出力整合回路の一部として機能するた
めに必要な合成リアクタンス成分を有し、かつ、コンデ
ンサのキャパシタンス（容量）およびこのコンデンサが
並列接続されているインダクタのインダクタンスにより
合成されるキャパシタンス成分を持つ合成リアクタンス
と、この合成リアクタンスが接続された分布定数線路の
インダクタンス成分とにより直列共振回路を構成し、そ
の直列共振周波数を基本周波数の高次の高調波に対する
共振点としたことから、このバイアス回路は、基本周波
数に対してほぼ無限大のインピーダンスとなって高周波
信号を遮断しつつ直流電流を供給する、あるいは出力整
合回路の一部のリアクタンス成分になりつつ直流電流を
供給するという本来の目的を達成するとともに、基本周
波数の任意の高次高調波に対しては高周波増幅部の出力
電極から見て接地された状態となって、その任意の高次
高調波を除去できる高調波制御回路としても機能するも
のとなる。この結果、高調波制御回路を別の回路として
付加する必要はなく、より一層の小型化の要求にも対応
可能な、高調波制御機能を有する高周波用電力増幅器と
なるものである。

【００１７】また、このバイアス回路において、インダ
クタのインダクタンス成分や、コンデンサのキャパシタ
ンス成分、コンデンサのキャパシタンス成分とこのコン
デンサが並列接続されるインダクタのインダクタンス成
分との合成リアクタンス、あるいはそのインダクタおよ
びコンデンサが直列接続される分布定数線路との合成リ
アクタンス、分布定数線路のインダクタンス成分につい
ては、それぞれコンデンサの容量値およびインダクタの
インダクタンスならびに分布定数線路の線路長等を調整
することにより容易に調整できることから、高次の高調
波として２次あるいは３次・４次・５次等の任意の高次
の高調波に対して容易に共振周波数すなわち共振点を調
整することが可能であり、本発明の高周波用電力増幅器
は、Ｆ級電力増幅器のみならず他の高周波用電力増幅器
にも適用でき、高周波用電力増幅器の出力に含まれる高
調波のスプリアスを除去する目的にも使用できるもので
ある。

【００１８】さらに、バイアス回路の分布定数線路に対
して直列接続されるインダクタのインダクタンスおよび
コンデンサのキャパシタンスを回路構成時において、あ
るいは回路構成後において容易に微調整することがで
き、これにより共振点の微調整を容易に行なうことがで
きるので、高周波用電力増幅器の電気特性についての高
精度な調整が容易に可能な高周波用電力増幅器となる。

【００１９】さらにまた、分布定数線路を高周波用電力
増幅器の小型化の要求に対して多層配線基板を用いて内
層したときには、高周波用電力増幅器の小型化を図りつ
つインダクタのインダクタおよびコンデンサのキャパシ
タンスを調整して所望の出力特性に整合がとれるように
出力整合回路を設定することが容易に行なえるものとな
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づき
説明する。図１は本発明の高周波用電力増幅器の回路構
成の例を示す回路図であり、図２と同様に高周波用Ｆ級
電力増幅器を例にとって示している。

【００２１】図１において、Ｑ11は電力増幅を行なう高
周波増幅部としての高周波トランジスタであり、例えば
数百ＭＨｚから数ＧＨｚといった分布定数線路が適用で
きる周波数範囲において用いられる増幅部である。ここ
では電界効果トランジスタを例に示す。Ｃ11・Ｃ14はそ
れぞれこの高周波用電力増幅器と他の回路との直流成分
を遮断するためのデカップリングコンデンサである。Ｃ
12・Ｌ11はそれぞれ高周波トランジスタＱ11の性能を引
き出すために高周波トランジスタＱ11と入力回路とのイ
ンピーダンス整合をとるための入力整合回路を構成する
コンデンサおよび分布定数線路（例えばマイクロストリ
ップ線路）である。Ｃ13・Ｌ13は所望の出力特性、例え
ば歪み特性・出力電力・消費電流等を単独であるいは同
時に満足するような整合をとるための出力整合回路を構
成するコンデンサおよび分布定数線路（例えばマイクロ
ストリップ線路）である。これら入力整合回路は高周波
トランジスタＱ11の入力電極であるゲート（制御電極）
に、出力整合回路は高周波トランジスタＱ11のドレイン
（出力電極）にそれぞれ接続されている。

【００２２】Ｒ11・Ｒ12はそれぞれ高周波用トランジス
タＱ11のゲートにバイアス電圧を供給するためのバイア
ス回路を構成する抵抗である。

【００２３】Ｌ13は高周波トランジスタＱ11のドレイン
および出力のための直流電流を供給するためのバイアス
回路を構成する例えばマイクロストリップ線路あるいは
ストリップ線路から成る分布定数線路である。Ｌ14は分
布定数線路Ｌ13の途中、ここでは電源側の一部に直列接
続されているインダクタ、Ｃ15はこのインダクタＬ14に
並列接続されたコンデンサであり、インダクタＬ14と同
じく分布定数線路Ｌ13の途中に直列接続されている。こ
の分布定数線路Ｌ13の線路長およびインダクタＬ14のイ
ンダクタンスならびにコンデンサＣ15のキャパシタンス
による合成リアクタンス成分が、出力整合回路の一部と
して機能するように設定されている。

【００２４】なお、この分布定数線路Ｌ13のインピーダ
ンスは、必ずしも線路長を基本周波数の４分の１波長の
長さにしてインピーダンスとして無限大に見えるように
したり、基本周波数の４分の１波長の長さより短くても
回路の基本周波数でのインピーダンスの10倍以上のよう
な、回路のインピーダンスから見て無視できるほどの大
きなインピーダンスとなるような長さに設定する必要は
なく、回路の基本周波数でのインピーダンスから見て無
視できずに影響を与える範囲で回路の設計仕様に応じて
必要な値となるように設定してもよい。

【００２５】分布定数線路Ｌ13の途中、この例では電源
側にはインダクタＬ14が直列接続されるとともにインダ
クタＬ14にコンデンサＣ15が並列接続されており、この
インダクタＬ14のインダクタンスおよびコンデンサＣ15
のキャパシタンスを変化させることにより、高調波のイ
ンピーダンスを変化させて出力整合回路を所望の出力特
性に整合がとれるようにすればよい。このとき、基本周
波数のインピーダンスが変化するのに対しては、出力整
合回路の各素子の値、例えばＣ13・Ｃ14のキャパシタン
スを変化させることにより調整を行なえばよい。

【００２６】そして、コンデンサＣ15のキャパシタンス
およびこのコンデンサＣ15が並列接続されているインダ
クタＬ14のインダクタンスで合成されるキャパシタンス
成分を持つ合成リアクタンスと、この合成リアクタンス
が接続されている分布定数線路Ｌ13のインダクタンス成
分とにより直列共振回路である共振回路部Ｄ（図中に一
点鎖線で囲んで示す）を構成しており、その直列共振周
波数を基本周波数の任意の高次高調波に調整しているこ
とから、この共振回路部Ｄは基本周波数の任意の高次高
調波に対して共振点を有している。

【００２７】また、Ｃ16・Ｃ17はそれぞれ交流的に接地
されたようにするためのバイパスコンデンサである。こ
のうちのバイパスコンデンサＣ16と、インダクタＬ14・
コンデンサＣ15と、それらが直列接続された分布定数線
路Ｌ13とにより、高調波制御機能を有する共振回路部Ｄ
が構成された、図中に破線で囲んで示した直流電流バイ
アス回路Ｂを構成している。

【００２８】このように、本発明の高周波用電力増幅器
は、入力電極に供給された高周波入力信号を増幅し出力
電極より高周波出力信号として出力する高周波増幅部
と、前記入力電極に接続され、前記高周波入力信号の基
本周波数に対して入カインピーダンス整合をとるための
入力整合回路と、前記出力電極に接続され、所望の出力
持性に整合をとるための出力整合回路と、前記出力電極
に接続され、直流電流を供給するための分布定数線路な
らびにこの分布定数線路の途中に直列接続されたインダ
クタおよびこのインダクタに並列接続されたコンデンサ
とから成るバイアス回路とを具備し、このバイアス回路
は、前記出力整合回路の一部として機能するために必要
な合成リアクタンス成分を有するとともに、前記分布定
数線路と前記インダクタと前記コンデンサとにより前記
基本周波数の高次の高調波に対して共振点を有すること
を特徴とするものである。

【００２９】そして、本発明の高周波用電力増幅器によ
れば、バイアス回路Ｂが分布定数線路Ｌ13と分布定数線
路Ｌ13に直列接続されたインダクタＬ14とインダクタＬ
14に並列接続されたコンデンサＣ15とにより構成された
共振回路部Ｄにより基本周波数の任意の高次高調波に対
して共振点を有することから、任意の高次高調波に対し
てインピーダンスが０に見えて接地された状態となる。
例えばＦ級電力増幅器であれば、共振点を基本周波数の
２次高調波に設定することによって、電圧波形を矩形波
に近づけるために不要な基本周波数の偶数次すなわち２
次高調波を除去することができるものとなり、この結
果、高周波トランジスタＱ11の出力電極であるドレイン
では、２次高調波の成分が削減されてドレイン効率が改
善されるようになる。

【００３０】ここで、インダクタＬ14のインダクタンス
値およびコンデンサＣ15のキャパシタンス値（容量値）
は、インダクタおよびコンデンサを付け替えるのみで、
あるいは可変インダクタや可変コンデンサを用いること
により容易に調整できることから共振回路部により任意
の共振点を設定することができ、それにより共振点の微
調整を容易にかつ高精度に行なうことができる。

【００３１】しかも、基本周波数の２次高調波を別の高
調波制御回路を付加することなく除去できることから、
極めて小型の高周波用電力増幅器となる。

【００３２】なお、本発明の高周波用電力増幅器のバイ
アス回路ＢにおけるインダクタＬ14としては、例えば高
周波回路によく用いられる、２枚の電極間に挟んだ誘電
体の表面に導体の巻線パターンを形成したチップインダ
クタを用いれば、高周波用電力増幅器を構成する基板の
表面に配置してそのインダクタンスを微調整することが
できて好適なものとなる。また、コンデンサＣ15として
は、例えば高周波回路によく用いられる、積層型のセラ
ミックチップコンデンサを用いれば、同様に高周波用電
力増幅器を構成する基板の表面に配置してそのキャパシ
タンスを微調整することができて好適なものとなる。こ
れにより、共振回路部Ｄの共振点を容易に微調整するこ
とができる。

【００３３】なお、以上の実施の形態の例では高周波用
Ｆ級電力増幅器において基本周波数の２次高調波を除去
する高調波制御機能を有する例に基づいて説明したが、
本発明の高周波用電力増幅器はこれらに限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々
の変更や改良が可能である。例えば、前述のように２次
よりさらに高次の高調波に対して共振点を調整してもよ
く、Ｆ級電力増幅器以外の他の高周波電力増幅器に適用
してもよい。また、高周波用電力増幅器の出力に含まれ
る高調波のスプリアスを除去する目的に使用してもよ
い。

【００３４】また、高周波増幅部としては、以上の例で
示した電界効果トランジスタ等の高周波トランジスタの
他にも、同様の高周波電力増幅機能を有する高周波用の
電力増幅回路等を用いてもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明の高周波用電力増幅器によれば、
高周波増幅部の出力電極に直流電流を供給するバイアス
回路として、分布定数線路と、この分布定数線路の途中
に直列接続されたインダクタと、このインダクタに並列
接続されたコンデンサとから成り、その分布定数線路の
線路長およびインダクタのインダクタンスならびにコン
デンサのキャパシタンスにより出力整合回路の一部とし
て機能するために必要な合成リアクタンス成分を有し、
かつ、コンデンサのキャパシタンスおよびこのコンデン
サが並列接続されているインダクタのインダクタンスに
より合成されるキャパシタンス成分を持つ合成リアクタ
ンスと、この合成リアクタンスが接続された分布定数線
路のインダクタンス成分とにより直列共振回路を構成
し、その直列共振周波数を基本周波数の高次の高調波に
対する共振点としたことから、このバイアス回路は、基
本周波数に対してほぼ無限大のインピーダンスとなって
高周波信号を遮断しつつ直流電流を供給する、あるいは
出力整合回路の一部のリアクタンス成分になりつつ直流
電流を供給するという本来の目的を達成するとともに、
基本周波数の任意の高次高調波に対しては高周波増幅部
の出力電極から見て接地された状態となって、その任意
の高次高調波を除去できる高調波制御回路としても機能
するものとなる。この結果、高調波制御回路を別の回路
として付加する必要はなく、より一層の小型化の要求に
も対応可能な、高調波制御機能を有する高周波用電力増
幅器となる。

【００３６】また、このバイアス回路においてインダク
タのインダクタンス成分とコンデンサのキャパシタンス
成分と分布定数線路のインダクタンス成分・キャパシタ
ンス成分とは、それぞれインダクタのインダクタンスお
よびコンデンサのキャパシタンスならびに分布定数線路
の線路長等を調整することにより容易にかつ高精度に調
整できることから、２次高調波に限らずさらに高次の高
調波に対しても容易に共振点を調整することが可能であ
り、Ｆ級電力増幅器のみならず他の高周波用電力増幅器
にも適用でき、高周波用電力増幅器の出力に含まれる高
調波のスプリアスを除去する目的にも使用できる。

【００３７】さらに、バイアス回路を構成する分布定数
線路を多層配線基板に内層して形成した場合でも、この
分布定数線路に直列接続されるインダクタおよびコンデ
ンサを小型のチップインダクタやチップコンデンサ等を
用いて基板の表面に配置することにより、このインダク
タのインダクタンスおよびコンデンサのキャパシタンス
を変えて容易に高調波のインピーダンスを変化させるこ
とができ、出力整合回路を所望の出力特性に整合がとれ
るようにすることができる。

【００３８】さらにまた、バイアス回路１つにつき基板
上にインダクタとコンデンサとを１つずつ搭載するだけ
で高調波制御回路を付加することなく高調波制御機能を
有する高周波用電力増幅器を構成することができるの
で、小型化の要求にも対応可能な高周波用電力増幅器と
なる。

【００３９】従って、本発明によれば、高調波制御回路
を別の回路として付加する必要のない、より一層の小型
化の要求にも対応可能な、高調波制御機能を有する高周
波用電力増幅器を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波用電力増幅器の回路構成の例を
示す回路図である。

【図２】従来の高周波用Ｆ級電力増幅器の回路構成の例
を示す回路図である。

【符号の説明】

Ｑ11・・・・・高周波トランジスタ（高周波増幅部） Ｌ13・・・・・分布定数線路 Ｌ14・・・・・インダクタ Ｃ15・・・・・コンデンサ Ｂ・・・・・・直流電流バイアス回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力電極からの高周波信号を増幅して出
   力電極より送出する高周波増幅部と、前記入力電極に接
   続された入力整合回路と、前記出力電極に接続された出
   力整合回路および直流電流バイアス回路とを具備し、該
   直流電流バイアス回路は、分布定数線路ならびに該分布
   定数線路の途中に直列接続されたインダクタおよび該イ
   ンダクタに並列接続されたコンデンサとから成り、前記
   出力整合回路の一部として機能するために必要な合成リ
   アクタンス成分を有するとともに、前記高周波信号の基
   本周波数の高次の高調波に対して共振点を有することを
   特徴とする高周波用電力増幅器。