JPH0756926B2 - 高周波増幅装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子を使用した高周波増幅装置に関し、
特に温度環境条件が厳しく、低消費電力が要求される衛
星搭載用として好適な高周波増幅装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の高周波増幅装置の増幅回路内の半導体素
子には電源回路よりバイアス電圧として一定電圧を与え
ている。例えば、半導体素子としてFET（電界効果トラ
ンジスタ）を用いた場合、電源回路よりバイアス電圧と
してドレインに正の、ゲートに負の一定電圧を与えてい
る。

一方、FETはその使用材料及び構造により、第２図に示
すように、増幅回路の飽和レベルの特性は低温で飽和出
力電力が増加すると共にドレイン電流が増加し、逆に高
温では飽和出力電力が低下すると共にドレイン電流が減
少する傾向を持つ。

そのため、一般的には増幅器のドレイン電圧は飽和出力
電力が最低となる高温時において、規定の飽和出力電力
を出力する電圧に設定され、装置の使用温度範囲にわた
って常に一定のドレイン電圧が供給されるようになって
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の高周波増幅装置では、増幅回路のドレイ
ン電圧が一定となっているため、飽和出力電力の増加す
る低温ではドレイン電流が増加し、電源回路の効率が温
度で一定であるならば、増幅回路及び高周波増幅装置の
消費電力も増加するという問題があった。それ故、温度
環境条件が厳しく、低消費電力が要求される衛星搭載機
器の増幅装置には不利であった。

本発明は一定の飽和出力電力を得ることができる高周波
増幅装置を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の高周波増幅装置は、増幅回路の増幅素子の入力
側及び出力側にバイアス電圧を供給する電源回路を、一
次電圧を一定電圧に変換して前記増幅素子の入力側に供
給する第１の電圧変換器と、前記増幅回路の出力電力に
応じて一次電圧を適切な電圧に変換して前記増幅素子の
出力側に供給する第２の電圧変換器とで構成する。

特に、第２の電圧変換器は、制御信号に応答して前記一
次電圧をオン・オフするスイッチング手段と、前記スイ
ッチング手段の出力を整流・平滑し前記出力側のバイア
ス電圧を発生する手段と、前記増幅回路の出力の一部を
分岐する分岐手段と、前記分岐手段の出力を検波する検
波手段と、前記検波手段の出力電圧と基準電圧との差分
を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力信号を前記
スイッチング手段のオン時間のデューティに変換して前
記制御信号を出力する手段とで構成される。

〔実施例〕

次に、本発明を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の実施例の高周波増幅装置の回路図であ
る。図において、増幅回路１はFET11で構成され、ゲー
ト端子12にはゲート電圧８が、ドレイン端子13にはドレ
イン電圧９が電源回路６より与えられる。なお、回路の
複雑さを避けるため、高周波回路は簡略化してある。

高周波入力信号は入力端子２を通り、増幅回路１で増幅
され、分配器３で信号の一部を分岐し、出力端子４に出
力される。分配器３で分けられた高周波信号の一部は検
波器５で直流成分に直され、電源回路６に供給される。

電源回路６はゲート電圧８を出力する電圧変換器61と、
ドレイン電圧９を出力する電圧変換器62で構成されてお
り、電圧変換器61は一次電圧入力端子10よりの電圧を変
換し、負の安定な一定電圧を出力する変換器である。

一方、電圧変換器62は、出力電圧を変化させうる変換器
であり、検波器５で検波された電圧と基準電圧69を入力
とする誤差増幅器63で差分を増幅し、電圧パルス幅変調
回路64に入力する。電圧パルス幅変調回路64は、スイッ
チング素子65のオン時間のデューティを決定する。スイ
ッチング素子65は一次電圧入力端子10よりの直流電圧を
電圧パルス幅変調回路64からのデューティ時間のオン・
オフ動作により交流電圧を発生させ、ダイオード66,イ
ンダクタンス67,キャンパシタンス68により整流・平滑
して所望の正の電圧に変換し、トレイン電圧９を発生さ
せる。

FET11を用いた増幅回路１の飽和出力電力はFET11の飽和
ドレイン電流（I_DSS）と印加されるドレイン電圧９の大
きさによって決定されるため、増幅回路の飽和出力電力
が最低となる高温時のドレイン電圧を基準にとり、第２
図の一点鎖線に示すように電圧変換器62により供給され
るドレイン電圧を可変させ、飽和出力電力を一定にする
回路を付加したものである。

飽和出力電力を一定にするのに必要な情報は、高周波出
力電力の一部を分配器３で分岐し、検波器５で検波した
電圧を基準電圧69と比較し、誤差増幅器63にて増幅して
電圧パルス幅変調回路64によりスイッチング素子65のオ
ン・オフ動作のデューティによって決まる電圧に置きか
えられる。その結果、第２図の一点鎖線で示したよう
に、飽和出力電力は使用温度範囲で一定になり、ドレイ
ン電圧９は低温で下がるため、消費電力を下げることが
できる。また、ドレイン電流もトレイン電圧が下がるこ
とにより若干下がる。

一方、電圧変換器62のようなスイッチングレギュレータ
方式はシリーズレギュレータ方式と異なり、出力電圧は
スイッチング素子65のオン時間のデューティにより決定
されるため、電力変換効率の劣化なく出力電圧を可変す
ることが可能である。

なお、本実施例では増幅回路１を１段形の増幅器の例で
説明したが、多段形の増幅回路のドレイン電圧に同時に
印加しても同様の効果が得られることは言うまでもな
い。

また、本実施例ではFETを例にとって説明したが、バイ
ポーラトランジスタ等の他の半導体素子等、温度特性を
持つものにも同様の適用が可能なことは言うまでもな
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、増幅回路の増幅素子の入
力側及び出力側にバイアス電圧を供給する電源回路を、
一次電圧を一定電圧に変換する第１の電圧変換器と、増
幅回路の出力電力に応じて適切な電圧に変換する第２の
電圧変換器とで構成しているので、１つの一次電圧に基
づいて増幅素子の入力側及び出力側にそれぞれ好適なバ
イアス電圧を供給することができる。

また、第２の電圧変換器は、出力電力の一部を分岐，検
波してスイッチング素子のオン時間のデューティを変え
て出力側電圧を変化させることにより、一定の飽和出力
電力を得ることができ、増幅装置としての消費電力を軽
減できる効果がある。したがって、消費電力の厳しい衛
星搭載用機器の中の動作時に高周波信号を出力し続ける
ビーコン送信機あるいはTT＆Ｃトランスポンダの送信機
用の増幅装置として最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の増幅装置の回路図、第２図
は従来の方式及び本発明の実施例の方式による増幅装置
の温度特性（飽和出力電力，ドレイン電流，消費電力，
ドレイン電圧）である。 １……増幅回路、２……入力端子、３……分配器、４…
…出力端子、５……検波器、６……電源回路、８……ゲ
ート電圧、９……ドレイン電圧、10……一次電圧入力端
子、11……FET、12……ゲート端子、13……ドレイン端
子、61,62……電圧変換器、63……誤差増幅器、64……
電圧パルス幅変調回路、65……スイッチング素子、66…
…ダイオード、67……インダクタンス、68……キャパシ
タンス、69……基準電圧。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電界効果トランジスタ等の半導体素子を増
   幅素子とする増幅回路と、前記増幅素子の入力側及び出
   力側にバイアス電圧を供給する電源回路とで構成される
   高周波増幅装置において、前記増幅回路の飽和出力電力
   が一定となるように、前記電源回路が、一次電圧を一定
   電圧に変換して前記増幅素子の入力側に供給する第１の
   電圧変換器と、前記増幅回路の出力電力に応じて一次電
   圧を適切な電圧に変換して前記増幅素子の出力側に供給
   する第２の電圧変換器とで構成され、この第２の電圧変
   換器は、制御信号に応答して前記一次電圧をオン・オフ
   するスイッチング手段と、前記スイッチング手段の出力
   を整流・平滑し前記出力側のバイアス電圧を発生する手
   段と、前記増幅回路の出力の一部を分岐する分岐手段
   と、前記分岐手段の出力を検波する検波手段と、前記検
   波手段の出力電圧と基準電圧との差分を増幅する増幅手
   段と、前記増幅手段の出力信号を前記スイッチング手段
   のオン時間のデューティに変換して前記制御信号を出力
   する手段とで構成されることを特徴とする高周波増幅装
   置。