JPS62176208A - 電力増幅器モジュールの製造方法および無線機の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１例えば自動車電話等に用いられる電力増幅器
モジュール、詳述すれば高周波（数十ＭＨｚ〜数Ｇ七）
の小電力（０，１〜１ｍＷ程度）を大電力（数Ｗ程度）
に増幅する電力増幅器に関し、特に小型化に好適な電力
増幅器モジュールに関するものである。

なお、モジュールとは、複数の部品や素子から組立てら
れていて成る定まった機能を果す単一の部品単位と考え
られる組立て回路であり、通常は複数のＩＣ等が１つの
パッケージ内に納められているものである。

〔従来の技術〕

第２図は、従来の自動車電話の無線部の一例の構成を示
すブロック図であり、２０１はアンテナ。

２０２は分波器、２０３は受信低雑音増幅器、２０４は
受信部帯域フィルタ、２０５は混合器、２０６は受信部
局部発振器、２０７はアイソレータ、２０８は電力増幅
器。

２０９は駆動増幅器、２１０は帯域フィルタ、２１１は
送信部局部発振器を示す。

第２図に示すごとく、従来の自動車電話等の無線機にお
いては、送信電力段が帯域フィルタ２１０と分波器２０
２との間に駆動増幅器２０９、電力増幅器２０８及びア
イソレータ２０７等の個別のモジュールを配置する構成
であった（例えば、″自動車電話″桑原守二監修、電子
通信学会編集、ｐ２７５〜ｐ３０６に記載）。

〔発明が解決しようとす、る問題点〕

上記のごと〈従来の無線機における送信電力段は、各増
幅器がそれぞれ別個にモジュール化されており、それを
配置する構成となっていたため、増幅器の占める容積が
大きくなり、小型化が困難であるという問題があった。

その問題を解決するため、駆動増幅器と電力増幅器とを
同一の放熱基板上に形成し、単一モジュールとする方式
が考えられる。

しかし、その場合には、トランジスタやＦＥＴ等を５〜
６個程度用いたモジュール内部の整合状況を外部からモ
ニタすることが実質的に不可能なため、調整等に非常に
長時間を要し、量産性が悪くなるという欠点があった。

以下、詳細に説明する。

９００ＭＨｚ帯パーソナル無線用に提案されている狭帯
域（９００ＭＨｚ帯で２〜３ＭＨｚ幅）の電力増幅器に
おいては、駆動増幅器と電力増幅器とを直接に接続し、
同一の放熱基板上に設置してモジュール化した場合でも
、通過帯域幅が極めて狭いので、試行錯誤的に最適条件
を決定することができるため、調整が比較的簡単であり
、実現可能である。

しかし、自動車電話あるいはポータプル電話用の広帯域
（８００ＭＨｚ帯で２０〜３０ＭＨｚ幅）の電力増幅器
においては１通過帯域内で均一な出力特性、効率、入出
力電圧定在波比（Ｖ　Ｓ　Ｗ　Ｒ＝　ＶｏｌｔａｇｅＳ
ｔａｎｄｉｎｇ　ｌ１ａｖｅ　Ｒａｔｉｏ）等を得るこ
とが極めて困難である。

その理由は、一般に増幅器の設計時においては、トラン
ジスタやＦＥＴ単体のＳパラメータ（散乱パラメータ）
等を測定し、それを基に整合回路等を設計するのが通例
であるが、小信号増幅器とは異なり、大電力増幅器にお
いては大信号動作状態におけるパラメータの値が小信号
時とは大幅にずれるため、設計時の値からずれが生じる
ことによる。

これらのずれを修正するため、大電力増幅器においては
、整合回路毎にチップコンデンサ等の位置や容量値を変
化させることが出来る調整しろを設け、実際に入出力特
性をモニタしながらこれらの各容量を調整するのが普通
である。

ところが、駆動増幅器と電力増幅器とを一緒にモジュー
ル化した場合には、トランジスタやＦＥＴが少なくとも
５個程度必要となり、そのため入出力特性をモニタしな
がら計４個所の段間整合回路を調整する必要が生じる。

前記パーソナル無線用のごとく、狭帯域電力増幅器では
、試行錯誤的に各整合回路の最適条件を決定することも
出来るが、広帯域電力増幅器では帯域幅が広いためその
広い帯域内で均一の特性を得るように＠整することは極
めて困難である。

また、各段間の整合状態をモニタするため、各段間から
外部へモニタ用ダミ一端子を設けることも考えられるが
、端子数が増加すること、及びダミ一端子が整合回路へ
与える影響が大きくなるので好ましくない。

上記のような理由により、駆動増幅器と電力増幅器とを
一体にモジュール化した広帯域電力増幅器を実現するこ
とは極めて困難であった。

本発明は、上記のごとき問題を解決するためになされた
ものであり、帯域フィルタ、駆動増幅器及び電力増幅器
を一体にモジュール化することが出来、かつ調整が容易
で量産性に優れた電力増幅器モジュールを提供すること
を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため１本発明においては、弾性表
面波フィルタの入力整合回路を有する駆動増幅器と、弾
性表面波フィルタと、弾性表面波フィルタの出力整合回
路を有する電力増幅器とを弾性表面波フィルタが面憎幅
器の間に位置するように同一放熱基板上に配設して一体
化するように構成している。

前記第２図に示すごとく、従来の装置においては、帯域
フィルタが駆動増幅器の前に接続されており、また、帯
域フィルタとしては誘電体空洞共振器形フィルタが用い
られていたが、最近本発明者の一人が発表（Ｍ、Ｈｉｋ
ｉｔａ　　Ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＳＡｗｆ
ｉｌｔｅｒｓ　ｗｉｔｈ　５ｅｖｅｒａｌ　ｎｅｗ　ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒ　ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｒ
ａｄｉｏ”　１９８４　　ＩＥＥＥ　Ｕｌｔｒａｓｏｎ
ｉｃＳｙｍｐｏｓｉｕｍ　　Ｐｒｏｃ、　　ｐ８２〜ｐ
　９２　　に記載）しているごとく、弾性表面波フィル
タを用いて性能が空洞共振器形フィルタとほぼ同等であ
りながら、容積を空洞共振器形フィルタの数十分の１程
度まで小型化することが可能であることがわかってきた
。

また、帯域フィルタを十分小さくすることが出来、かつ
通過帯域の損失が少なければ駆動増幅器と電力増幅器と
の間に帯域フィルタを接続する方が後段の分波器の仕様
を緩和出来る等の好ましい点が多いことが判明した。

本発明は上記の知見及び考察に基づいて前記のごとく構
成したものである。

〔作用〕

上記のように構成したことにより、本発明においては、
極めて小型の弾性表面波フィルタを電力増幅器と駆動増
幅器との間に配設して一体化することにより、全体を極
めて小型に形成することが出来、また、駆動増幅器と電
力増幅器とはそれぞれ弾性表面波フィルタの整合回路を
内蔵しており、放熱基板上に取付けた後に駆動増幅器と
電力増幅器とを独立にモニタ及び調整することが出来る
ので、従来のように駆動増幅器と電力増幅器とを別モジ
ュールにした場合と同様の量産性を確保することが出来
る。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例の斜視図であり、第３図は
、第１図の電力増幅器モジュールの構成を示すブロック
図である。

第１図において、放熱基板１０１の上には、電力増幅器
部１０３と駆動増幅器部１０４とが設置され、その間に
弾性表面波フィルタ１０５が配設されている。

また、１０２は蓋、１０６は電力増幅器の出力端子、１
０７は電源端子、１１５は駆動増幅器部の入力端子、１
１４は電源端子であり、その他１０８〜１１３は制御用
の入力又は出力端子である。

上記の放熱基板１０１は、例えば銅板等の熱伝導性に優
れたものである。

実例として、８００ＭＨｚ帯のポータプル電話用広帯域
電力増幅器における値を示す。

駆動増幅器はトランジスタを１個及びＦＥＴを２個用い
て約０．１ｗ＋Ｗの小電力を約２００＋ｓＷまで増幅す
るものとし、また、電力増幅器はＦＥＴを２個用いて約
５０＋ｍＷ　（弾性表面波フィルタにおける通過帯域の
損失は３〜５ｄＢ程度）の電力を４Ｗ程度まで増幅する
ものとした場合に、電力増幅器部１０３は２．６ｃ＋＋
＋Ｘ１．５ｃｏ＋、駆動増幅器部１０４は２．８ｃｍＸ
１　、５ｃｍであり、また、弾性表面波フィルタ１０５
は直径５ｎ＋＋ｏ程度のパッケージに実装したものを用
い、それらを６ｃｍＸ１．５ｃｍの放熱基板上に一体化
することが出来る。

なお、弾性表面波フィルタ１０５は、放熱基板１０１上
に弾性表面波フィルタのパッケージが入る円形の穴を開
け、端子側が上になるように実装した後、放熱基板１０
１とパッケージをハンダ付けによって固定するか或は専
用の押え金具を用いて固定する。

次に、本発明の装置の調整方法を説明する。

本発明においては、まず放熱基板１０１に電力増幅器部
１０３と駆動増幅器部１０４とを取付けた段階において
、それらをそれぞれ独立に調整（チップコンデンサ等の
位置や容量値を変化させる）し、電気性能を確認した後
に、弾性表面波フィルタ１０５を放熱基板１０１に取付
け、各々接続する。

上記の各増幅器部の調整には、第４図に示すごとき専用
の治具を用いると便利である。

第４図において、調整用専用治具４０１の上に放熱基板
１０１を固定し、測定用同軸線路１０２を弾性表面波フ
ィルタ取付は用の穴から表面に突き出させ、その心線４
０３を電力増幅器部】０３と駆動増幅器部１０４との所
定個所に交互に接続することにより、それぞれの増幅器
を個別にモニタ及び調整することが出来る。

上記のようにモジュール製造の途中で各増幅器を独立に
モニタ及び調整することが出来るので、従来のように駆
動増幅器と電力増幅器とを各々別モジュールとした場合
と同様の量産性を確保することが出来る。

次に、弾性表面波フィルタの整合回路について説明する
。

一般に弾性表面波フィルタは、弾性表面波励振のための
トランスデユーサが本質的にもっている電極間の静電容
量を打ち消すために外部に整合回路を設ける必要がある
。

８００ＭＩＩｚ程度の高周波弾性表面波フィルタにおい
ては、上記の整合回路はショートスタブ回路或はショー
トスタブと線路の組合せ等の比較的簡単な回路で形成さ
れる場合が多い。

しかし、弾性表面波フィルタを帯域フィルタとして駆動
増幅器の前に設置する場合には、一般にマザーボードに
上記のごとき整合回路を形成する必要があり、ポータプ
ル電話機のように特に小型化が強く要求されているもの
においては、整合回路の占める容積も無視出来ない。

その点、本発明のように弾性表面波フィルタを駆動増幅
器及び電力増幅器と一体化し、同一の放熱基板上に形成
する場合には、弾性表面波フィルタの入力整合回路を駆
動増幅器部内に、弾性表面波フィルタの出力整合回路を
電力増幅器部内にそれぞれ他の整合回路とともに形成す
ることが出来るため、大幅に小型化することが可能とな
る。

その場合には、第５図に示すように、各増幅器の回路パ
ターン上では駆動増幅器部１０４の出力端子５０４及び
電力増幅器部１０３の入力端子５０７を弾性表面波フィ
ルタの整合回路５０３．５０６と独立に形成しておき、
弾性表面波フィルタを実装するときにハンダ付は等で接
続するように構成すると良い。

さらに小型化を達成するためには、弾性表面波フィルタ
の入力整合回路と駆動増幅器部の出力整合回路、及び弾
性表面波フィルタの出力整合回路と電力増幅器部の入力
整合回路とを共通化することも可能である。

同様にこのような共通化は、電源用のバイアス回路に関
しても成立ち、弾性表面波フィルタの入力整合回路と駆
動増幅器部の出力側バイアス回路及び弾性表面波フィル
タの出力整合回路と電力増幅器部の入力側バイアス回路
とを共通化することが出来る。

次に、弾性表面波フィルタを放熱基板に実装する際の取
付は金具を電磁的遮蔽板として用いる点について説明す
る。

一般に、電力増幅器に用いるトランジスタ、ＦＥＴ等は
非常にゲインが大きいため、複数個縦続接続すると、異
常発振や不要輻射等を伴う場合が多い。

これらの発振等を抑える一手段としては、例えば駆動増
幅器部と電力増幅器部とを電磁的に遮蔽し、回り込みを
少なくすることが考えられる。

上記第１図の実施例においては、弾性表面波フィルタを
放熱基板に直接ハンダ等で接着した例を示したが、上記
の回り込み等による発振を抑制するためには、第６図に
示すように弾性表面波フィルタを押え金具６０１で放熱
基板に固定し、その押え金具６旧を駆動増幅器部１０４
と電力増幅器部１０３との間の電磁的遮蔽板として用い
るのが有効である。なお、６０２は押え金具６０１を放
熱基ＪｔＦｉ１０１に固定する止めねじである。

なお、これまでの説明においては、ハイブリッド回路を
例として示したが、モノリシック回路の場合でも同様に
本発明を適用することが出来る。

また、弾性表面波フィルタは、パッケージに実装された
ものとして扱っているが、信頼性の向上等により弾性表
面波フィルタのチップ実装が可能になった場合は、当然
チップとして実装してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく、本発明においては、駆動増幅器、
帯域フィルタとなる弾性表面波フィルタ及び電力増幅器
を同一の放熱基板上に一部イヒすることにより、電力増
幅器モジュール全体の小型化を達成し、しかもモジュー
ル製造の途中で駆動増幅器と電力増幅器とを独立にモニ
タ及び調整することが出来るので、従来のように駆動増
幅器と電力増幅器を別モジュールとして製造した場合と
同等の量産性を確保することが出来る。

また、帯域フィルタとして弾性表面波フィルタを用い、
それを駆動増幅器と電力増幅器との間に接続したことに
より、後段の分波器の仕様を緩和することが出来、電力
増幅器モジュールのみでなく分波器の小型化も達成する
ことが出来る。

また１弾性表面波フィルタの整合回路を各増幅器内に設
けることにより、整合回路部分の容積も小型化すること
が出来ると共に、その整合回路を駆動増幅器や電力増幅
器の整合回路やバイアス回路と共通化することにより、
さらに小型化を達成することが出来る。

また、弾性表面波フィルタを放熱基板に取付ける金具を
駆動増幅器と電力増幅器との間の電磁的遮蔽板として共
用化することにより、高ゲインの増幅器を近接してモジ
ュール化したことによる異常発振や不要輻射等を有効に
抑制することが出来る、等の多くの優れた効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は従来の自
動車電話の無線部のブロック図、第３図は本発明の電力
増幅器モジュールの構成を示すブロック図、第４図は本
発明に用いる調整用治具の一実施例図、第５図は弾性表
面波フィルタの整合回路の一実施例図、第６図は弾性表
面波フィルタの押え金具の一実施例図である。 〈符号の説明〉 １０１・・・放熱基板　　　　１０２・・・蓋１０３・
・・電力増幅器部　　１０４・・・駆動増幅器部１０５
・・・弾性表面波フィルタ 代理人弁理士　　中　村　純之助 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、小電力を大電力に増幅する電力増幅器と、該電力増
   幅器を駆動する駆動増幅器とを備えた電力増幅器モジュ
   ールにおいて、弾性表面波フィルタの入力整合回路を有
   する駆動増幅器と、弾性表面波フィルタと、弾性表面波
   フィルタの出力整合回路を有する電力増幅器とを、上記
   弾性表面波フィルタが上記両増幅器の間に位置するよう
   に同一放熱基板上に配設して一体化したことを特徴とす
   る電力増幅器モジュール。 ２、上記駆動増幅器の出力整合回路と弾性表面波フィル
   タの入力整合回路、及び上記電力増幅器の入力整合回路
   と弾性表面波フィルタの出力整合回路とを、それぞれ共
   通化したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   電力増幅器モジュール。 ３、上記駆動増幅器の出力側バイアス回路と弾性表面波
   フィルタの入力整合回路、及び上記電力増幅器の入力側
   バイアス回路と弾性表面波フィルタの出力整合回路とを
   、それぞれ共通化したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電力増幅器モジュール。 ４、上記弾性表面波フィルタを上記放熱基板へ取付ける
   金具を、上記電力増幅器と駆動増幅器との間を遮蔽する
   板状に形成し、上記両増幅器間の電磁的遮蔽板として共
   用することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３
   項のいずれかに記載の電力増幅器モジュール。 ５、上記電力増幅器と駆動増幅器の一部又は全部をモノ
   リシック増幅器で構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の電力増幅器モ
   ジュール。 ６、上記弾性表面波フィルタをチップ実装したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに
   記載の電力増幅器モジュール。