JPH09289421A - 高周波用電力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波用電力増幅器における電界効果トラン
ジスタの従来のドレインバイアス回路は、λ／４長さの
マイクロストリップ線路により構成していたために小型
化が困難であり、位相回転の悪影響やドレイン経由の発
振などが生じていた。 【解決手段】 マイクロストリップ線路12とコンデンサ
13とから成る並列共振回路14を用いて電界効果トランジ
スタ11のドレインバイアス回路を構成したことにより、
電気長の大きな素子を不要として高周波用電力増幅器の
小型化が可能となると共に、位相回転の悪影響やパイバ
スコンデンサ15によるドレイン経由の発振などを抑制す
ることができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話を始めとす
る移動体通信機等に使用する準マイクロ波帯用等の高周
波電力増幅器における電界効果トランジスタのドレイン
バイアス回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話や携帯無線機を始めとす
る移動体通信機器等に使用される半導体デバイスや電子
部品に対する小型化・軽量化の要望が強くなっており、
これらの送信部に用いられる高周波用電力増幅器につい
ても小型化が要求されている。

【０００３】このような高周波用電力増幅器には電力増
幅用の電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと略記す
る）が用いられ、その出力回路には、ＦＥＴのドレイン
電極側からドレイン電圧供給側Ｖddを見たときに高周波
領域で十分に高いインピーダンスを得るために、通常は
λ／４（λ：基本波の波長）の長さのマイクロストリッ
プ線路によるドレインバイアス回路が構成される。

【０００４】そのようなドレインバイアス回路の例を図
４の回路図に示す。図４において１は電力増幅用のＦＥ
Ｔであり、そのドレイン側にはλ／４の長さのマイクロ
ストリップ線路２とバイパスコンデンサ３とから成るド
レインバイアス回路が構成されている。これにより、Ｆ
ＥＴ１のドレイン電極側のＡ点からドレイン電圧供給側
Ｖddを見たとき直流的には結合しているが高周波的には
電力の漏れがないように高インピーダンスとして、ＦＥ
Ｔ１により増幅された高周波電力が出力端子４に出力さ
れる。

【０００５】また、このようなドレインバイアス回路に
おいては出力端子４側からＦＥＴ１側を見た反射係数が
できるだけ小さくなるように、かつ負荷抵抗（図示せ
ず）に最大の電力が供給されるように、バイパスコンデ
ンサ３の容量値（通常1000ｐＦ程度）とマイクロストリ
ップ線路２の長さとが調整される。そのため、マイクロ
ストリップ線路２はその要求に応じて最も広くかつ長く
引けるように、高周波用電力増幅器の回路基板において
基板表面に配設されるだけでなく、回路基板の裏面にマ
イクロストリップ線路２を配設して基板表面の回路とビ
アホール等で接続する、あるいは回路基板を多層化して
マイクロストリップ線路２を内層するなどの構成が採用
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成の従来のドレインバイアス回路においては、
λ／４の長さのマイクロストリップ線路２により構成さ
れていることから以下のような問題点があった。

【０００７】マイクロストリップ線路２の寸法が、例
えば周波数 1.5ＧＨｚに対して30ｍｍ程度と非常に大き
くなるため、高周波用電力増幅器の小型化が困難であ
る。

【０００８】図５の回路図に示すように、実際のドレ
インバイアス回路におけるバイパスコンデンサ３は、そ
のコンデンサ成分５と共にそのバイパスコンデンサ３ま
たはバイパスコンデンサ３とグランドとを電気的に接続
するためのビアホールの寄生インダクタ成分６とを有す
るため、直列共振器を構成することになる。従って、実
際のマイクロストリップ線路２の長さの関係上、その直
列共振器の共振周波数と直流（０Ｈｚ）の間で特に数十
ＭＨｚ程度の低周波の交流信号を阻止できずに漏らして
しまい、その交流信号の周波数においてドレイン経由の
発振を起こしてしまう可能性がある。

【０００９】マイクロストリップ線路２の寸法がλ／
４と大きくて電気長が長いことにより周波数に対するＳ
₁₁（順方向の反射係数）の位相回転が大きくなることが
あるため、Ｓ₁₁が整合ポイントを２度通ることがあり、
そのために送信帯域とは異なる予期しない周波数帯域で
たまたま整合がとれてしまったり、ゲインＳ₂₁（順方向
の透過係数）が得られる周波数帯域にある程度の広さ
（20〜30ＭＨｚ程度）が必要であるのに対してそのゲイ
ンＳ₂₁が整合のとれた周波数の前後で急峻に変化してし
まうことがあるので、それを防ぐために所定の周波数付
近のみで高周波電力を増幅させる様に整合回路を調整す
る必要があり、そのために回路設計が困難になる。

【００１０】本発明は上記問題点を解決すべく本発明者
が鋭意研究に努めた結果完成されたものであり、その目
的は、λ／４線路のような大きな電気長を持つ素子を不
要として高周波用電力増幅器を小型化することができる
とともに、位相回転を抑制して予期しない周波数帯域で
の整合や整合がとれた周波数付近でのゲインの急峻な変
化を防止し、さらにドレイン経由の発振を防止できるＦ
ＥＴのドレインバイアス回路を備えた高周波用電力増幅
器を提供することにある。

【００１１】

【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、電界効果トランジスタを用いて成る高周波用電
力増幅器において、前記電界効果トランジスタのドレイ
ンバイアス回路をマイクロストリップ線路とコンデンサ
とから成る並列共振回路を用いて構成したことを特徴と
するものである。

【００１２】本発明の高周波用電力増幅器によれば、従
来のドレインバイアス回路を構成するλ／４長さのマイ
クロストリップ線路に代えてマイクロストリップ線路と
コンデンサとから成る並列共振回路を用いてＦＥＴのド
レインバイアス回路を構成したことから、マイクロスト
リップ線路の長さを大幅に短縮できてドレインバイアス
回路を非常に小型化することができると共に回路構成を
簡素化することができ、それにより高周波用電力増幅器
をより一層小型化することが可能となる。

【００１３】また、本発明の高周波用電力増幅器によれ
ば、λ／４長さのような電気長の大きな素子がドレイン
バイアス回路回路からなくなることから位相回転を抑制
することができ、それにより予期しない周波数帯域での
整合や整合がとれた周波数付近でのゲインの急峻な変化
を防止することができるものとなる。

【００１４】さらに、本発明の高周波用電力増幅器によ
れば、ドレインバイアス回路において上記並列共振回路
のインダクタンス成分またはコンデンサ成分を所望の値
に調整することにより任意の周波数を自由に通過阻止で
きるものとなることから、バイパスコンデンサによるド
レイン経由の発振が起こる可能性のある周波数が予め分
かっている場合は、その周波数を通過阻止するように並
列共振回路を調整しておくことにより、ドレイン経由の
発振を抑止することができる。

【００１５】さらにまた、本発明の高周波用電力増幅器
によれば、ドレイン経由の発振を複数の周波数に対して
阻止するために通過阻止帯域を設定したい場合について
も、上記並列共振回路を複数個直列に接続することによ
り、従来のドレインバイアス回路よりも小さな占有面積
でもって任意の複数の周波数を所望通りに通過阻止でき
ることから、所望の通過阻止帯域を自由に設定すること
ができ、それによりドレイン経由の発振を効果的にかつ
効率良く抑止することができるものとなる。

【００１６】以上により、本発明によれば、高周波用電
力増幅器を小型化することができるとともに、予期しな
い周波数帯域での整合や整合がとれた周波数付近でのゲ
インの急峻な変化、あるいはバイアス経由の発振を防止
できるＦＥＴのドレインバイアス回路を備えた高周波用
電力増幅器を提供することができた。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を詳
細に説明する。

【００１８】図１は本発明の高周波用電力増幅器の一実
施形態を示す、ＦＥＴのドレインバイアス回路の回路図
である。同図において11は電力増幅用のＦＥＴであり、
そのドレイン側にはマイクロストリップ線路12とコンデ
ンサ13とから成る並列共振回路14が構成されている。ま
た15はバイパスコンデンサであり、これら並列共振回路
14とバイパスコンデンサ15とによってドレインバイアス
回路が構成されている。これにより、ＦＥＴ11のドレイ
ン電極側からドレイン電圧供給側Ｖddを見たとき直流的
には結合しているが高周波的には電力の漏れがないよう
に高インピーダンスとして、ＦＥＴ11により増幅された
高周波電力が出力端子16に出力される。

【００１９】本発明の高周波用電力増幅器におけるＦＥ
Ｔのドレインバイアス回路においては出力端子16側から
ＦＥＴ11側を見た反射係数ができるだけ小さくなるよう
に、かつ負荷抵抗（図示せず）に最大の電力が供給され
るように、バイパスコンデンサ15の容量値と、並列共振
回路14のマイクロストリップ線路12の長さ・幅ならびに
コンデンサ13の容量値を調整する。ここで、マイクロス
トリップ線路12は従来のλ／４長さのものとは異なり、
その長さは短く、幅は広い線路として形成することがで
きる。従って、電気長の大きな素子をなくして位相回転
を抑制することができ、予期しない周波数帯域での整合
や整合がとれた周波数付近でのゲインの急峻な変化を防
止することができるものとなる。なお、マイクロストリ
ップ線路12の幅は従来のλ／４長さのものと同じであっ
てもよく、仕様によっては狭くなってもよい。

【００２０】マイクロストリップ線路12の寸法はＦＥＴ
11により増幅する周波数や並列接続するコンデンサ13の
容量値から通過阻止する周波数に応じて適宜設定され
る。例えば、1.5 ＧＨｚの周波数に対してコンデンサ13
の容量値が３〜10ｐＦ程度の場合、マイクロストリップ
線路12の長さは約３〜５ｍｍ程度、幅は約 0.2〜0.4 ｍ
ｍ程度とすればよく、従来のλ／４長さのマイクロスト
リップ線路が長さ30ｍｍ程度、幅 0.2ｍｍ程度の大きさ
で形成されていたのに対して極めて小さな占有面積で形
成することが可能である。なお、マイクロストリップ線
路12の厚みや材質・形成方法などは、従来周知のものお
よび方法によればよい。

【００２１】また、このマイクロストリップ線路12に対
しても、その要求に応じて最も効率良く配設できるよう
に、高周波用電力増幅器の回路基板の表面に配設される
だけでなく、回路基板の裏面にマイクロストリップ線路
12を配設して基板表面の回路とビアホール等で接続す
る、あるいは回路基板を多層化してマイクロストリップ
線路12を内層するなどの構成を採用してもよい。

【００２２】コンデンサ13には、積層セラミックチップ
コンデンサや薄膜チップコンデンサ等を用いればよく、
チップコンデンサを用いて表面実装することにより、回
路基板上の占有面積を小さくできてドレインバイアス回
路を小型化するのに有利となる。またその容量値は、通
過阻止する周波数により、並列接続するマイクロストリ
ップ線路12の寸法に応じて任意に設定すればよい。

【００２３】そしてこれらにより並列共振回路はドレイ
ン電源Ｖdd方向への交流信号の漏れ電力ができるだけ小
さくなるように設定すればよい。そして、これらの並列
共振回路を複数個直列接続することによって、その共振
周波数をバイパスコンデンサ15のコンデンサ成分と寄生
インダクタンス成分とによる直列共振器のためにドレイ
ン経由の発振が起こる可能性のある共振周波数に設定す
ることにより、その共振周波数の通過を阻止することが
所望通りに可能となり、ドレイン経由の発振を抑止する
ことができる。

【００２４】図２は本発明の他の実施形態を示す回路図
である。図２においてはドレインバイアス回路を構成す
るための並列共振回路を複数個（この例では３個）直列
に接続した例を示しており、21は電力増幅用のＦＥＴで
あり、22ａ・22ｂ・22ｃはマイクロストリップ線路、23
ａ・23ｂ・23ｃはコンデンサ、24ａ・24ｂ・24ｃはそれ
らより成る並列共振回路である。また25ａ・25ｂ・25ｃ
はバイパスコンデンサであり、これらによりドレインバ
イアス回路が構成されて、ＦＥＴ21により増幅された高
周波電力が出力端子26に出力される。

【００２５】このように並列共振回路24ａ・24ｂ・24ｃ
を複数個直列に接続してドレインバイアス回路を構成す
れば、それぞれの並列共振回路24ａ・24ｂ・24ｃにおい
てマイクロストリップ線路22ａ・22ｂ・22ｃの長さや
幅、あるいはコンデンサ23ａ・23ｂ・23ｃの容量値をそ
れぞれ所定の値に設定することにより各並列共振回路24
ａ・24ｂ・24ｃ毎に別々の周波数で共振させることがで
き、それにより任意の複数の周波数の通過を阻止するこ
とができ、所望の通過阻止帯域を設定することが可能と
なる。しかも、各並列共振回路24ａ・24ｂ・24ｃの占有
面積が小さくて済むことから、このようなドレインバイ
アス回路とした場合でも高周波用電力増幅器の十分な小
型化を図ることができるものとなる。

【００２６】図３は本発明のさらに他の実施形態を示す
回路図である。図３においては増幅用のＦＥＴを２個用
いてそれぞれに本発明のドレインバイアス回路を構成し
た例を示しており、31ａ・31ｂは電力増幅用のＦＥＴで
あり、32ａ・32ｂはマイクロストリップ線路、33ａ・33
ｂはコンデンサ、34ａ・34ｂはそれらより成る並列共振
回路である。また35ａ・35ｂはバイパスコンデンサであ
り、これらによりドレインバイアス回路が構成されてい
る。また、36ａ・36ｂ・36ｃは整合回路であり、36ａは
ＦＥＴ31ａの入力整合回路として、36ｂはＦＥＴ31ａの
出力整合回路およびＦＥＴ31ｂの入力整合回路として、
36ｃはＦＥＴ31ｂの出力整合回路として構成されてお
り、これらにより、ＦＥＴ31ａ・31ｂにより増幅された
高周波電力が出力端子37に出力される。

【００２７】このようにＦＥＴを２個用いた高周波用電
力増幅器は十分なゲイン（利得）を得るために通常採用
される回路構成である。従来のλ／４長さのマイクロス
トリップ線路によるドレインバイアス回路においてはバ
イパスコンデンサで除去しきれなかった信号（特に低周
波の信号）がドレインバイアス回路において共通の電源
線Ｖddを通じて帰還され、そのために発振を起こす可能
性があるが、本例のように並列共振回路34ａ・34ｂを用
いてドレインバイアス回路を構成することにより、マイ
クロストリップ線路32ａ・32ｂの長さ・幅ならびにコン
デンサ33ａ・３３ｂの容量値を調整することによってバ
イパスコンデンサ３５ａ・35ｂで除去しきれない信号
（特に低周波の信号）の通過を阻止することができ、そ
れによりドレイン経由の発振を抑止することが可能とな
る。また本例においても、各並列共振回路34ａ・34ｂの
占有面積が小さくて済むことから、このようなドレイン
バイアス回路とした場合でも高周波用電力増幅器の十分
な小型化を図ることができるものとなる。

【００２８】

【実施例】以下、具体例を詳述する。 〔例１〕まず比較例として、図４に回路図で示した従来
のドレインバイアス回路を構成した高周波用電力増幅器
を作製した。ここで、マイクロストリップ線路２の寸法
は長さ30ｍｍ×幅 0.4ｍｍとし、バイパスコンデンサ３
には静電容量が1000ｐＦのものを用いた。なお、バイパ
スコンデンサ３のビアホールによる寄生インダクタンス
成分６は 0.8ｎＨであった。

【００２９】次に、図１に回路図で示した本発明に係る
ドレインバイアス回路を構成した高周波用電力増幅器を
作製した。ここで、マイクロストリップ線路12の寸法は
長さ5.0ｍｍ×幅 0.4ｍｍとし、コンデンサ13の静電容
量は 6.0ｐＦとして、並列共振回路14を構成した。ま
た、バイパスコンデンサ15には上記と同様に静電容量が
1000ｐＦのものを用いた。なお、バイパスコンデンサ15
のビアホールによる寄生インダクタンス成分は 0.8ｎＨ
であった。

【００３０】これらの高周波用電力増幅器について、ド
レインバイアス回路の伝送特性としてＳ₂₁（ＦＥＴ１・
11側から出力端子４・16側への透過係数）ならびにＳ₃₁
（ＦＥＴ１・11側からＶdd側への透過係数）を測定し、
それぞれ従来の高周波用電力増幅器におけるドレインバ
イアス回路については図６に、本発明の高周波用電力増
幅器におけるドレインバイアス回路については図７にそ
れぞれ線図で示した図６および図７において横軸は周波
数ｆを表わしており、縦軸はＳ₂₁およびＳ₃₁の大きさを
表わしている。また、各図中の点線はＳ₂₁の特性曲線で
あり、実線はＳ₃₁の特性曲線である。

【００３１】これらの結果によって、バイアス回路の役
目である交流信号の遮断能力（ＦＥＴ１・11側からＶdd
側への透過係数Ｓ₃₁）を比較すると、図６に示した従来
のドレインバイアス回路についての測定結果では周波数
が約 1.5ＧＨｚ付近でＳ₃₁が約−20ｄＢであるのに対
し、図７に示した本発明のドレインバイアス回路につい
ての測定結果では約 1.5ＧＨｚ付近で−30ｄＢ以上もの
減衰が得られていることから、本発明によれば、より優
れた特性のドレインバイアス回路が得られることが確認
できた。

【００３２】また、本発明の高周波用電力増幅器のドレ
インバイアス回路におけるマイクロストリップ線路12の
大きさは長さ 5.0ｍｍ×幅 0.4ｍｍであり、従来のドレ
インバイアス回路におけるマイクロストリップ線路２よ
りも非常に小さなものであることから、ドレインバイア
ス回路を大幅に小型化でき、それにより高周波用電力増
幅器を大幅に小型化できることも確認できた。

【００３３】〔例２〕複数個の並列共振回路を直列接続
して構成した、本発明の高周波用電力増幅器におけるド
レインバイアス回路として、図８に回路図で示すドレイ
ンバイアス回路を構成した高周波用電力増幅器を作製し
た。図８において、41はＦＥＴであり、42ａ・42ｂ・42
ｃはマイクロストリップ線路、43ａ・43ｂ・43ｃはコン
デンサ、44ａ・44ｂ・44ｃは並列共振回路、45はバイパ
スコンデンサ、46および47はそれぞれバイパスコンデン
サ45のコンデンサ成分および寄生インダクタンス成分、
48は出力端子である。

【００３４】ここで、マイクロストリップ線路42ａ・42
ｂ・42ｃの寸法はいずれも長さ 5.0ｍｍ×幅 0.4ｍｍと
し、コンデンサ43ａの静電容量は６ｐＦ、コンデンサ43
ｂは32ｐＦ、コンデンサ43ｃは12ｐＦとした。また、バ
イパスコンデンサ45のコンデンサ成分46は1000ｐＦ、ビ
アホールによる寄生インダクタンス成分47は 0.8ｎＨで
あった。

【００３５】この高周波用電力増幅器について、〔例
１〕と同様にドレインバイアス回路の伝送特性としてＳ
₂₁ならびにＳ₃₁を測定し、その結果を図９に線図で示し
た図９においても、図６および図７と同様に、横軸は周
波数ｆを、縦軸はＳ₂₁およびＳ₃₁の大きさを表わしてお
り、点線はＳ₂₁の特性曲線であり、実線はＳ₃₁の特性曲
線である。

【００３６】図９の結果より、並列共振回路を複数個接
続したドレインバイアス回路の場合、同図中にＲ₁ ・Ｒ
₂ ・Ｒ₃ で示す並列共振点により低周波の阻止域を増や
すことができることが分かる。このように阻止域を増や
すことは、従来のλ／４長さのマイクロストリップ線路
を用いたドレインバイアス回路では不可能であり、本発
明の高周波用電力増幅器におけるドレインバイアス回路
は、所望の任意の周波数に対して通過阻止域を自由に設
定できる、極めて有用なものであることが確認できた。

【００３７】なお、本発明は以上の例に限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での種々の変
更や改良は何ら差し支えない。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、マイク
ロストリップ線路とコンデンサとから成る並列共振回路
を用いてＦＥＴのドレインバイアス回路を構成したこと
から、マイクロストリップ線路の長さを大幅に短縮で
き、λ／４線路のような大きな電気長を持つ素子を不要
としてドレインバイアス回路を非常に小型化することが
できると共に回路構成を簡素化することができ、それに
よりより一層の小型化が可能となる高周波用電力増幅器
を提供することができた。

【００３９】また、本発明によれば、λ／４長さのよう
な電気長の大きな素子がドレインバイアス回路からなく
なることから位相回転を抑制することができ、それによ
り予期しない周波数帯域での整合や整合がとれた周波数
付近でのゲインの急峻な変化を防止することができるＦ
ＥＴのドレインバイアス回路を備えた高周波用電力増幅
器を提供することができた。

【００４０】さらに、本発明によれば、マイクロストリ
ップ線路とコンデンサとから成る並列共振回路のインダ
クタンス成分またはコンデンサ成分を所望の値に調整す
ることにより任意の周波数を自由に通過阻止できるドレ
インバイアス回路となることから、ドレイン経由の発振
が起こる可能性のある周波数が予め分かっている場合
は、その周波数を通過阻止するように並列共振回路を調
整しておくことにより、ドレイン経由の発振を抑止する
ことができるＦＥＴのドレインバイアス回路を備えた高
周波用電力増幅器を提供することができた。

【００４１】さらにまた、本発明によれば、ドレイン経
由の発振を複数の周波数に対して阻止するために通過阻
止帯域を設定したい場合についても、マイクロストリッ
プ線路とコンデンサとから成る並列共振回路を複数個直
列に接続することにより、従来のドレインバイアス回路
よりも小さな占有面積でもって任意の複数の周波数を所
望通りに通過阻止できることから、所望の通過阻止帯域
を自由に設定することができ、それによりドレイン経由
の発振を効果的にかつ効率良く抑止することができるＦ
ＥＴのドレインバイアス回路を備えた高周波用電力増幅
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一実施形態を示
す回路図である。

【図２】本発明の高周波用電力増幅器の他の実施形態を
示す回路図である。

【図３】本発明の高周波用電力増幅器の他の実施形態を
示す回路図である。

【図４】従来の高周波用電力増幅器を示す回路図であ
る。

【図５】従来の高周波用電力増幅器を示す回路図であ
る。

【図６】従来の高周波用電力増幅器の伝送特性を示す線
図である。

【図７】本発明の高周波用電力増幅器の伝送特性を示す
線図である。

【図８】本発明の高周波用電力増幅器の他の実施例を示
す回路図である。

【図９】本発明の高周波用電力増幅器の伝送特性を示す
線図である。

【符号の説明】

11、21、31ａ，ｂ、41・・・・・・・・・・電界効果ト
ランジスタ 12、22ａ〜ｃ、32ａ，ｂ、42ａ〜ｃ・・・マイクロスト
リップ線路 13、23ａ〜ｃ、33ａ，ｂ、43ａ〜ｃ・・・コンデンサ 14、24ａ〜ｃ、34ａ，ｂ、44ａ〜ｃ・・・並列共振回路 15、25ａ〜ｃ、35ａ，ｂ、45・・・バイパスコンデンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電界効果トランジスタを用いて成る高周
   波用電力増幅器において、前記電界効果トランジスタの
   ドレインバイアス回路をマイクロストリップ線路とコン
   デンサとから成る並列共振回路を用いて構成したことを
   特徴とする高周波用電力増幅器。