JPH1022751A

JPH1022751A - 負帰還電力増幅装置

Info

Publication number: JPH1022751A
Application number: JP16906196A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Kusunoki; 繁雄楠
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】トランジスタＱ１、Ｑ２とリアクタンス
Ｌ２、Ｌ３からなる負荷手段とを接続した高周波増幅回
路を複数段縦続接続した負帰還電力増幅装置において、
該負帰還電力増幅装置が形成された半導体チップに、そ
の装置の負帰還回路として接続する素子の小型化を図る
（ないしはその素子を外付け部品として設ける必要性を
なくす）。【解決手段】駆動トランジスタＱ１、Ｑ２に接続され
て負荷手段を成すリアクタンス手段Ｌ１、Ｌ２を通るよ
うに負帰還経路を設け、位相の回転（移相）に該負荷手
段を成すリアクタンス手段Ｌ１、Ｌ２をも寄与せしめ
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、負帰還電力増幅装
置、特にトランジスタと負荷手段とを接続した高周波増
幅回路を複数段縦続接続し、且つ出力信号を移相器を通
じて負帰還する負帰還経路を有する高周波負帰還増幅装
置に関する。

【０００２】

【背景技術】現在、自動車電話、携帯電話をはじめとす
る陸上移動体通信で、加入者数の増大により現行周波数
帯の無線波が不足気味である。そこで、ＰＤＣ、ＰＨＳ
と呼ばれるようないくつかの新しいシステムが実用化さ
れている。これらのシステムはいずれもデジタル通信で
あり、時分割多重方式で、準マイクロ波帯（０．８ＧＨ
ｚ〜２ＧＨｚ）を使用しているという点で共通してい
る。

【０００３】このような移動体通信端末は、携帯性を有
することが重要であることから、小型化が必須であり、
従って、そこに使用される電子部品はＩＣ化が重要であ
り、更に、電池駆動が必須なため、無充電時間をより長
くするべく、消費電力を少なくすることが重要な条件で
ある。前述のＰＤＣ、ＰＨＳと呼ばれるシステムではπ
／４ＤＱＰＳＫ変調方式が用いられているが、この方式
で用いられる送信用の電力増幅装置は、歪の発生を極力
少なくするために、Ａ級又はＡ級に近いＡＢ級の動作点
が選ばれる。そのため、消費電流が多く、電力効率が悪
い。

【０００４】それに対して、動作点をＢ級に近いＡＢ級
に設定し、所定の出力を出し、このとき発生する歪を、
特別の手段を用いて補償した増幅器がある。例えば負帰
還増幅器やプレディストーション増幅器等がそれであ
る。電池駆動が可能な高効率の線形増幅器の実現には、
そのような歪の補償技術は電力効率を高くしつつ低歪率
化を図る上で極めて効果的である。

【０００５】ここで、従来の電力増幅装置の例を図５及
び図６に示す。図５は歪の比較大きな増幅装置を示し、
５１はその本体を成す増幅器で、入力信号ｘをＡ倍して
出力するが、その出力信号ｙには歪成分Δが含まれてい
る。この場合、出力信号ｙは、ｙ＝Ａ・ｘ＋Δで表され
る。

【０００６】図６はそのような歪成分Δを少なくするよ
うにした電力増幅装置である。６２は入力信号ｘを増幅
する前置増幅器で、Ａ・β倍の増幅率を有する。５１は
主たる増幅器で、前置増幅器６２側からの信号を増幅す
る。６１は負帰還回路で、主たる増幅器５１の出力を−
β倍して帰還し、この帰還した信号と上記前置増幅器６
２の出力信号とが加算されて主たる増幅器５１に入力さ
れる。この場合の出力信号ｙはｙ≒Ａ・ｘ＋（Δ／Ａ・
β）となる。但し、Ａ・βの絶対値が１よりも相当に大
きいこと（｜Ａ・β｜１）が前提である。

【０００７】図５に示す回路の場合と、図６に示す回
路、即ち負帰還増幅装置の場合とを歪に関して比較する
と、後者が前者に対して歪成分が（１／Ａ・β）になっ
ていることが解り、図６に示す負帰還電力増幅装置が歪
を小さくする上で好適であることが解る。

【０００８】ところで、図６に示す回路において、負帰
還回路６１は増幅する信号の位相を１８０度回転させる
必要がある。即ち、前置増幅器６２から主たる増幅器５
１に入力される信号に対して加算される負帰還回路６１
からの帰還信号は位相が逆転していなければならない。
そこで、考えられるのがコイルとコンデンサとを用いて
あるいは更にそれに加えて抵抗をも用いて集中定数素子
をつくり、それを負帰還回路６１として用いることであ
る。しかし、そのようにした場合、コイルとコンデンサ
を使ったとしても４素子以上、抵抗をも使った場合には
６素子以上の素子が必要である。つまり、多素子数の集
中定数素子が必要となる。すると、必然的に半導体集積
回路にするには大型化が伴うので、極めて実用性が低く
なる。

【０００９】そこで、本願発明者は、マイクロストリッ
プ線路を負帰還回路として用いることを思いついた。マ
イクロストリップ線路は基板上に銅箔等の配線材料膜を
形成し、それを選択エッチングすることにより所望のパ
ターンにパターニングしたものであり、その形状、厚
さ、幅、長さ及び配線材料により所望の移相特性を得る
ことができる。

【００１０】図７はそのような負帰還電力増幅装置の具
体的回路構成を示すものである。

【００１１】同図において、Ｑ１、Ｑ２は電界効果トラ
ンジスタ、Ｃ１〜Ｃ３はコンデンサ、Ｌ２、Ｌ３はトラ
ンジスタＱ１、Ｑ２と接続されて負荷手段を成すことに
よって増幅器を構成するインダクタンス、ＰＨ１はマイ
クロストリップ線からなる負帰還回路を成す移相器、Ｌ
はその長さ、Ｒはそれに寄生する抵抗であり、該移相器
ＰＨ１は負帰還増幅回路が形成された半導体チップに外
付けの素子として設けられる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図７に示す
負帰還電力増幅装置にも問題があった。即ち、負帰還電
力増幅装置を例えばＧａＡｓの半導体上に形成した場
合、負帰還回路を構成するマイクロストリップ線路ＰＨ
１の長さＬが例えば２２ｍｍ程度になるので、非常に大
きくなるといわざるを得ない。そのため、要求される携
帯性のための小型化に対応することが難しいという問題
である。

【００１３】つまり、マイクロストリップ線路を用いる
としても、上述したように１８０度負帰還電力増幅装置
の出力信号を移相するには、大体２２ｍｍ程度の長さ
（勿論、条件の違いにより長さは若干異なる）が必要で
あるが、これをＧａＡｓの半導体上に形成するとなると
非常に大きなものといわざるを得ない。というのは、現
在のマイクロ波用半導体集積回路のチップ寸法が２ｍｍ
角程度であるので、帰還回路を成すに過ぎないマイクロ
ストリップ線路として、半導体集積回路のチップ寸法の
比して非常に大きなものを設けなければならないこと
は、携帯性を強く要求される移動体端末にとっては好ま
しくない。

【００１４】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、トランジスタと負荷手段とを接続し
た高周波増幅回路を複数段縦続接続し、該高周波増幅回
路の負荷手段としてリアクタンス手段を用いた負帰還電
力増幅装置において、負帰還電力増幅装置が形成された
半導体チップに、その装置の負帰還回路として接続する
素子の小型化を図り、ないしはその素子を外付け部品と
して設ける必要性をなくすことを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明負帰還電力増幅装
置は、負荷手段を成すリアクタンス手段を通るように負
帰還経路を設け、位相の回転に該負荷手段を成すリアク
タンス手段をも寄与せしめるようにしてなることを特徴
とする。

【００１６】従って、本発明負帰還電力増幅装置によれ
ば、トランジスタと接続されて増幅回路の負荷手段を成
すリアクタンス手段をも位相の回転に寄与せしめるの
で、負帰還経路を構成する移相器に要求される移相量は
少なくて済み、その移相器を成す素子を小型化すること
ができる。

【００１７】更には、その素子を負帰還電力増幅装置が
形成された半導体チップに内蔵させることも可能にす
る。この場合には、負帰還用として外付け部品を設ける
必要性をなくすことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示実施の形態に
従って詳細に説明する。図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明負
帰還電力増幅装置の第１の実施の形態を示すもので、
（Ａ）は回路ブロック図、（Ｂ）は具体的回路図であ
る。

【００１９】図において、Ｔ１は入力端子、Ｔ２は出力
端子、Ｍ１は２端子整合回路で、その一方の端子は入力
端子Ｔ１に、他方の端子は第１のトランジスタ（電界効
果トランジスタ）Ｑ１のゲートに接続されている。該ト
ランジスタＱ１のソースは接地され、ドレインは３端子
整合回路Ｍ２の第１の端子に接続されている。

【００２０】該３端子整合回路Ｍ２の第２の端子は第２
のトランジスタ（電界効果トランジスタ）Ｑ２のゲート
に接続されている。該第２のトランジスタＱ２のソース
は接地され、ドレインは３端子整合回路Ｍ３の第１の端
子に接続されており、そして、該３端子整合回路Ｍ３の
第２の端子が負帰還電力増幅装置の出力端子になる。Ｐ
Ｈ１は３端子整合回路Ｍ２の第３の端子と、３端子整合
回路Ｍ３の第３の端子との間に接続された移相器で、負
帰還回路の一部を成す。

【００２１】図１（Ａ）に示すブロック図を具体化した
回路図が図１（Ｂ）であるが、図１（Ａ）に示す２端子
整合回路Ｍ１は第１のインダクタンスＬ１で構成されて
いる。３端子整合回路Ｍ２は第２のインダクタンスＬ２
と第１のコンデンサＣ１からなり、その接続点が第１の
端子となり、コンデンサＣ１の反接続点側の端子が第２
の端子となり、インダクタンスＬ２の反接続点側の端子
が第３の端子となる。この第２のインダクタンスＬ２は
トランジスタＱ１に対して直列に接続されて負荷手段を
成し、該インダクタンスＬ２とトランジスタＱ１とでソ
ース接地型増幅回路が構成される。

【００２２】３端子整合回路Ｍ２は第３のインダクタン
スＬ３と第２のコンデンサＣ２からなり、その接続点が
第１の端子となり、コンデンサＣ２の反接続点側の端子
が第２の端子となり、インダクタンスＬ３の反接続点側
の端子が第３の端子となる。該第３のインダクタンスＬ
３はトランジスタＱ２に対して直列に接続されて負荷手
段を成し、該インダクタンスＬ３とトランジスタＱ２と
でソース接地型増幅回路が構成される。

【００２３】そして、移相器ＰＨ１はマイクロストリッ
プ線からなる。電源電圧Ｖｃｃは該マイクロストリップ
線ＰＨ１を介して負帰還電力増幅装置に印加される。該
マイクロストリップ線ＰＨ１は、図７に示す場合には、
その長さＬは２２ｍｍ程度必要であったが、本例におい
ては３．６ｍｍで済む。その根拠については後で説明す
る。

【００２４】次に、図１に示す負帰還電力増幅装置の回
路動作を説明する。入力端子Ｔ１に変調信号を入力する
と、第１のトランジスタＱ１と第２のインダクタンスＬ
２からなる増幅回路により増幅され、その増幅された信
号は更に第２のトランジスタＱ２と第３のインダクタン
スＬ３からなる増幅回路により増幅され、大電力出力Ｐ
ｏとして出力端子Ｔ２から出力されるが、その出力信号
の一部は上記第２のインダクタンスＬ３（第２のトラン
ジスタＱ２に接続されて負荷手段を成す。）、マイクロ
ストリップ線ＰＨ１及び第２のインダクタンスＬ２（第
１のトランジスタＱ１に接続されて負荷手段を成す。）
を介して負帰還され、第１のトランジスタＱ１と第２の
インダクタンスからなる増幅回路により増幅された信号
に加算される。このとき加算される信号と加算する信号
は１８０度位相が異なっていなければならない、即ち逆
相になっていなければならない。

【００２５】図２は移相器ＰＨ１の移相を回転させたと
きの出力２２ｄＢｍでの隣接漏洩電力比（以下［ＡＣ
Ｐ」という。）の変化を示す（この測定はＰＨＳ用の電
力増幅器としての利用を考えて為されたものであ
る。）。即ち、移相器ＰＨ１による移相量を０度から３
６０度の範囲において変え、その位相を横軸にとり、そ
のとき各位相におけるＡＣＰを縦軸にとってなるもので
あり、この縦軸は−ｄＢで、上に行く程その絶対値が小
さくなっている。移相器ＰＨ１として２８度移相できる
ものを用いた場合のＡＣＰが最も歪が小さかった。これ
を図２においてＡ点とした。図２中の点Ｃは帰還が無い
場合に相当する無帰還相当点である。Ａ点（移相２８
度）のときＡＣＰは帰還をなしにした場合（Ｃ点参照）
と比較して１．５ｄＢ以上改善され、逆に１９０度のと
きにはＡＣＰが２ｄＢ劣化するという結果が現れてい
る。この１９０度のときが歪が最大の点Ｂである。尚、
信号の周波数は１．９０ＧＨｚ、変調方式はπ／４ＤＱ
ＰＳＫである。このように、移相器ＰＨ１の移相量を変
えることにより歪の量を変えることができ、歪を少なく
なるようにすることができるのであり、延いては法的な
規格、更にはメーカーがその規格よりも更に厳しく自己
に課した規格に合致させることができ得る。

【００２６】このことから、第１図（Ｂ）に示す移相器
ＰＨ１を成すマイクロストリップ線の長さＬは、次式で
求められることが解る。

【００２７】Ｌ＝（２８／３６０）λｇ（λｇ：信号の
マイクロストリップ線上での波長）その結果、移相器ＰＨ１は、従来１８０度移相するため
に２２ｍｍの長さＬが必要であったのが、本実施の形態
では２８度しか移相する必要がなくなったため、約３．
６ｍｍで済むことになる。

【００２８】従って、半導体チップ（例えば２ｍｍ角）
の大きさに比してさほど大きくないマイクロストリップ
線を外付けの部品として接続すると良いことになり、実
用性が生じる。

【００２９】このように、従来において、移相器ＰＨ１
による移相が１８０度必要であったのが、２８度で済む
ようになったのは、図７に示すように信号を出力端子Ｔ
２から入力端子Ｔ１へ帰還するのではなく、３端子整合
回路Ｍ３から移相器ＰＨ１を経て更に３端子整合回路Ｍ
２を通って帰還するようにしたためである。

【００３０】そのため、第１に、３端子整合回路Ｍ３、
Ｍ２を構成するインダクタンスＬ３、Ｌ２にも移相（位
相を遅らせる）の役割を担わせることができる。即ち、
インダクタンスＬ３、Ｌ２は、図７に示す負帰還電力増
幅装置の場合、単にトランジスタＱ１、Ｑ２に接続され
た負荷インピーダンスとしてしか機能していなかった
が、本負帰還電力増幅装置においては、負荷インピーダ
ンスのみならず、信号の位相を遅らせる移相器としても
機能し、移相器ＰＨ１による移相、即ち位相の回転を助
けるのである。

【００３１】第２に、負帰還電力増幅装置としての出力
を帰還するのではなく、即ち出力端子Ｔ２に達した信号
を帰還するのではなく、第２のトランジスタＱ２のドレ
イン端子の信号を帰還するので、そのドレイン端子から
出力端子Ｔ２までの間に生じる位相回転分が移相不要に
なり、その分移相器ＰＨ１の移相負担が軽くなったので
ある。以上が、移相器ＰＨ１による必要移相量が著しく
少なくなった理由である。

【００３２】

【発明の実施の形態】尚、移相器ＰＨ１により移相すべ
き移相量が少なくなったので、移相器ＰＨ１を抵抗とコ
ンデンサからなる移相回路により構成することとし、こ
れを半導体チップ内に設けるようにしても良い。図３は
そのようにした負帰還電力増幅装置（本発明負帰還電力
増幅装置の第２の実施の形態）の回路図である。

【００３３】Ｒ１は抵抗、Ｃ３はコンデンサで、該抵抗
Ｒ１とコンデンサＣ１により移相器ＰＨ１が構成され
る。そして、インダクタンスＬ２、Ｌ３が増幅回路の負
荷インピーダンスとしてのみならず、信号の帰還経路と
なり、信号の移相に寄与することは図１に示す負帰還電
力増幅装置と同じである。

【００３４】このようにすると、移相器ＰＨ１として確
かに集中定数素子を用いていることになるが、移相器に
要求される移相量が少ないため、それを抵抗Ｒ１とコン
デンサＣ３というわずか２個の素子で構成することがで
きる。即ち、素子数が少ない。従って、移相器を半導体
チップに外付け部品として設ける必要がない。従って、
携帯性のために小型化が要求される移動体端末用電力増
幅回路として最適である。ちなみに、２８°の移相を得
るには抵抗Ｒ１、コンデンサＣ３は下記の式を満足させ
なければならない。

【００３５】２８度＝ｔａｎ^-1（ω・Ｃ３・Ｒ１）
但し、ω：入力信号の角周波数

【００３６】

【実施例】尚、上記各実施の形態は、それぞれ増幅回路
の駆動トランジスタとして電界効果トランジスタＱ１、
Ｑ２を用いているが、駆動トランジスタとしてバイポー
ラトランジスタを用いるようにしても良い。図４はその
ような負帰還電力増幅装置の具体例を示すものであり、
Ｔｒ１、Ｔｒ２は駆動トランジスタであるバイポーラト
ランジスタである。

【００３７】本実施例は図３に示す負帰還電力増幅装置
のトランジスタをバイポーラトランジスタＴｒ１、Ｔｒ
２に代えたものである。しかし、図１に示した移相器と
してマイクロストリップ線を用いた負帰還電力増幅装置
においてもトランジスタをバイポーラトランジスタに代
えることができることは言うまでもない。

【００３８】

【発明の効果】本発明負帰還電力増幅装置によれば、ト
ランジスタと接続されて増幅回路の負荷手段を成すリア
クタンス手段をも位相の回転に寄与せしめるので、負帰
還経路を構成する移相器に要求される移相量は少なくて
済み、その移相器を成す素子を小型化することができ
る。

【００３９】更には、その素子を負帰還電力増幅装置が
形成された半導体チップに内蔵させることも可能にす
る。この場合には、負帰還用として外付け部品を設ける
必要性をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明負帰還電力増幅装置の
第１の実施の形態を示し、（Ａ）は回路ブロック図、
（Ｂ）は回路図である。

【図２】図１に示す実施の形態における移相器による移
相量と、それに対する負帰還電力増幅装置の出力２２ｄ
Ｂｍでの隣接漏洩電力比（以下［ＡＣＰ」という。）の
変化を示す図である。

【図３】本発明負帰還電力増幅装置の第２の実施の形態
を示す回路図である。

【図４】図３に示した負帰還電力増幅装置のトランジス
タをバイポーラトランジスタに代えた実施例を示す回路
図である。

【図５】従来例の一つである負帰還をしないタイプの電
力増幅装置を示す。

【図６】別の従来例である負帰還により歪を小さくした
負帰還電力増幅装置を示す。

【図７】マイクロストリップ線を移相器として用いたと
ころの本願発明者が案出済みの負帰還電力増幅装置の回
路図である。

【符号の説明】

Ｑ１、Ｑ２・・・トランジスタ（電界効果トランジス
タ）、Ｌ２、Ｌ３・・・負荷手段を成すリアクタンス手
段、ＰＨ１・・・移相器、Ｔｒ１、Ｔｒ２・・・バイ
ポーラトランジスタ、Ｒ１、Ｃ３・・・移相器を成す抵
抗、コンデンサ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トランジスタと負荷手段とを接続した高
周波増幅回路を複数段縦続接続し、該高周波増幅回路の
負荷手段としてリアクタンス手段を用いた負帰還電力増
幅装置であって、上記リアクタンス手段を通り、且つ移相器を経る負帰還
経路を設け、該リアクタンス手段及び上記移相器を通じ
て上記負帰還を生ぜしめて位相の回転に該負荷手段を成
すリアクタンス手段をも寄与せしめるようにしてなるこ
とを特徴とする負帰還電力増幅装置。
【請求項２】移相器としてマイクロストリップ線を用
いてなることを特徴とする請求項１記載の負帰還電力増
幅装置。
【請求項３】移相器の移相量により歪率を制御するよ
うにしてなることを特徴とする請求項１又は２記載の負
帰還電力増幅装置。
【請求項４】トランジスタとしてＦＥＴ（電界効果ト
ランジスタ）を用いたことを特徴とする請求項１、２又
は３記載の負帰還電力増幅装置。
【請求項５】トランジスタとしてバイポーラトランジ
スタを用いたことを特徴とする請求項１、２、３又は４
記載の負帰還電力増幅装置。