特許 5767281 周波数に基づいた出力変圧器インピーダンスバランシングを有する広帯域ＡＦＴ電力増幅器システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5767281

(24)【登録日】2015年6月26日

(45)【発行日】2015年8月19日

(54)【発明の名称】周波数に基づいた出力変圧器インピーダンスバランシングを有する広帯域ＡＦＴ電力増幅器システム

(51)【国際特許分類】

   H03F 3/68 20060101AFI20150730BHJP

   H03F 3/191 20060101ALI20150730BHJP

   H03F 3/193 20060101ALI20150730BHJP

   H03F 3/21 20060101ALI20150730BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20150730BHJP

【ＦＩ】

   H03F3/68 B

   H03F3/191

   H03F3/193

   H03F3/21

   H05H1/46 R

【請求項の数】12

【外国語出願】

【全頁数】32

(21)【出願番号】特願2013-156519(P2013-156519)

(22)【出願日】2013年7月29日

(65)【公開番号】特開2014-57295(P2014-57295A)

(43)【公開日】2014年3月27日

【審査請求日】2013年10月30日

(31)【優先権主張番号】61/676,633

(32)【優先日】2012年7月27日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】13/834,965

(32)【優先日】2013年3月15日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】592053963

【氏名又は名称】エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】ＭＫＳ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー マイケル オーウェン

【審査官】 柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／０６４３０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭５７−１５７６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０６６７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００５０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２８０９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２５０８０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｆ ３／６８

Ｈ０３Ｆ ３／１９１

Ｈ０３Ｆ ３／１９３

Ｈ０３Ｆ ３／２１

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１無線周波数信号を受けて第１出力信号および第２出力信号を生成するように構成された第１電力スプリッタと、
上記第１出力信号を増幅するように構成され、（ｉ）少なくとも２つの無線周波数パワートランジスタを含むトランジスタの第１セットと、（ｉｉ）第１出力変圧器とを有する第１プッシュプル電力増幅器と、
上記第２出力信号を増幅するように構成され、（ｉ）少なくとも２つの無線周波数パワートランジスタを含むトランジスタの第２セットと、（ｉｉ）第２出力変圧器とを有する第２プッシュプル電力増幅器と、を有し、
上記第１出力変圧器の出力が、出力端子において上記第２出力変圧器の出力にガルバニックかつ直接に接続されていることを特徴とする無線周波数システム。

【請求項2】

第２無線周波数信号を受けて第３出力信号を生成するように構成された第２電力スプリッタと、
上記第３出力信号を増幅するように構成され、少なくとも２つの無線周波数パワートランジスタを含むトランジスタの第３セットを有する第３プッシュプル電力増幅器と、を有し、
上記第３プッシュプル電力増幅器の出力が、上記出力端子にガルバニックかつ直接に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の無線周波数システム。

【請求項3】

第４出力信号を増幅するように構成され、少なくとも２つの無線周波数パワートランジスタを含むトランジスタの第４セットを有する第４プッシュプル電力増幅器を有し、
上記第２電力スプリッタが、第４出力信号を生成するように構成され、
上記第４プッシュプル電力増幅器の出力が、上記出力端子にガルバニックかつ直接に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の無線周波数システム。

【請求項4】

上記出力端子を接地基準に接続する第１シャントキャパシタンスを有することを特徴とする請求項１に記載の無線周波数システム。

【請求項5】

可変クラスモジュールを有し、上記可変クラスモジュールは、
上記無線周波数システムの上記出力端子と負荷との間に接続されたインダクタと、
上記インダクタの出力を接地基準に接続する第２シャントキャパシタンスと、を有することを特徴とする請求項１に記載の無線周波数システム。

【請求項6】

上記無線周波数システムは、上記可変クラスモジュールの構成に基づいて複数の電力増幅器クラスのうちの一つの特性を示す選択されたモードにて動作するように構成され、
上記可変クラスモジュールの構成が、上記選択されたモードで動作するように修正可能であることを特徴とする請求項５に記載の無線周波数システム。

【請求項7】

上記第１プッシュプル電力増幅器が、上記第１出力信号を受けるとともに第１出力と第２出力とを有するように構成された第１入力変圧器を有し、
上記第１入力変圧器の上記第１出力が、（ｉ）第１キャパシタンスを介してトランジスタの上記第１セットの第１トランジスタと、（ｉｉ）第１抵抗を介して接地基準とに、接続され、
上記第１入力変圧器の上記第２出力が、（ｉ）第２キャパシタンスを介してトランジスタの上記第１セットの第２トランジスタと、（ｉｉ）第２抵抗を介して接地基準とに、接続され、
上記第２プッシュプル電力増幅器が、上記第２出力信号を受けるとともに第１出力と第２出力とを有するように構成された第２入力変圧器を有し、
上記第２入力変圧器の上記第１出力が、（ｉ）第３キャパシタンスを介してトランジスタの上記第２セットの第１トランジスタと、（ｉｉ）第３抵抗を介して接地基準とに、接続され、
上記第２入力変圧器の上記第２出力が、（ｉ）第４キャパシタンスを介してトランジスタの上記第２セットの第２トランジスタと、（ｉｉ）第４抵抗を介して接地基準とに、接続されていることを特徴とする請求項１に記載の無線周波数システム。

【請求項8】

上記無線周波数システムの上記出力端子と負荷との間に接続された第１インダクタと、
上記インダクタの出力を接地基準に接続する第１シャントキャパシタンスと、を有することを特徴とする請求項１に記載の無線周波数システム。

【請求項9】

上記第１プッシュプル電力増幅器が、
第１トランジスタと、
第２トランジスタと、
上記第１トランジスタに接続された第２キャパシタンスと、
上記第２キャパシタンスを接地基準に接続する第１抵抗と、
上記第２キャパシタンスを接地基準に接続する第３キャパシタンスと、
上記第２トランジスタに接続された第４キャパシタンスと、
上記第４キャパシタンスを接地基準に接続する第２抵抗と、
上記第４キャパシタンスを接地基準に接続する第５キャパシタンスと、を有することを特徴とする請求項８に記載の無線周波数システム。

【請求項10】

上記第１プッシュプル電力増幅器の出力を接地基準に接続する第２シャントキャパシタンスと、
上記第２プッシュプル電力増幅器の出力を接地基準に接続する第３シャントキャパシタンスと、を有することを特徴とする請求項８に記載の無線周波数システム。

【請求項11】

可変クラスモジュールを有し、上記可変クラスモジュールは、
上記第１インダクタと上記負荷との間に接続された第２インダクタと、
上記第２インダクタの出力を接地基準に接続する第４シャント抵抗と、を有することを特徴とする請求項１０に記載の無線周波数システム。

【請求項12】

上記無線周波数システムは、上記可変クラスモジュールの構成に基づいて複数の電力増幅器クラスのうちの一つの特性を示す選択されたモードにて動作するように構成され、
上記可変クラスモジュールの構成が、上記選択されたモードで動作するように修正可能であることを特徴とする請求項１１に記載の無線周波数システム。

【発明の詳細な説明】

【発明の詳細な説明】

【0001】

〔関連出願に対する相互参照〕
本願は、２０１２年７月２７日に出願された米国仮出願番号６１／６７６，６３３の利益を主張する。上記出願の全開示をここに参照によって盛り込む。

【0002】

〔技術分野〕
本願は、電力増幅器に関し、特に、広帯域で動作し、および／または一つより多いクラスの増幅器の特性を示す、電力増幅器に関する。

【0003】

〔背景技術〕
このセクションは、本願に関連する背景情報を提供するものであり、必ずしも従来技術ではない。

【0004】

様々な産業が、集積回路、ソーラーパネル、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多目的（またはビデオ）ディスク（ＤＶＤ）などの様々な部品を製造するために、無線周波数（ＲＦ）エネルギーを使ってプラズマチャンバを駆動する。各製造プロセスは、製造される特定の部品に応じて変化させることができる。様々なプロセスは、しばしば、変化する、周波数、電力レベル、および効率で、ＲＦエネルギーの供給を必要とする。

【0005】

従来、ＲＦ電力供給システムは、特定のプラズマ製造プロセスの要件を満たすようにそれぞれ設計された。それゆえ、ＲＦ電力増幅器（ＰＡ）および発電機は、交換が不可能であり、種々の要件を有する様々な適用を受け入れるように容易に修正することができなかった。種々の動作クラスを満たすように用いることができる可変クラス増幅器システム（クラスＯ増幅器とも呼称する）が導入された。可変クラス増幅器システムは、例えば、クラスＡＢ動作、クラスＥ動作およびクラスＡＢとクラスＥとの間のクラスを満たすように用いることができる。

【0006】

可変クラス増幅器システムは、例えば、２つのＰＡ板を有することができる。各ＰＡ板は、所定の個数のＰＡ（例えば４個のＰＡ）を有することができる。各ＰＡは、それぞれのキャパシタ−インダクタ−キャパシタ（ＣＬＣ）ネットワークを有する。ＣＬＣネットワークは、選択された動作クラスを提供するために用いられる。各ＣＬＣネットワークは、２つのキャパシタと１つのインダクタとを有する。例えば、各ＣＬＣネットワークの第１キャパシタンスは、各ＰＡの出力と接地基準との間に接続される。各ＣＬＣネットワークのインダクタンスは、（ｉ）各ＰＡの出力および第１キャパシタンスと、（ｉｉ）第２キャパシタンスとの間に接続される。第２キャパシタンスは、インダクタンスと接地基準との間に接続される。

【0007】

可変クラス増幅器システムの動作クラスは、各ＣＬＣネットワークのキャパシタンスとインダクタンスの値を調節することによって調節することができる。例えば、ＣＬＣネットワークの第２キャパシタンスの値は、クラスＥ動作に対して増加させることができる。ＣＬＣネットワークの第２キャパシタンスの値は、クラスＡＢ動作に対して減少させることができる。

【0008】

クラスＡＢ動作中に、ＰＡのトランジスタ導通角は、１８０〜３６０°とすることができる。入力波サイクルのおよそ半分が、第１スイッチによって増幅され、入力波サイクルの他のおよそ半分が、補完的に動作する第２スイッチによって増幅される。クラスＡＢ動作は、典型的には、スイッチが一般的にＯＦＦのときに、数サイクルの間、少量導通する各スイッチによって例示される。これは、両方のスイッチがＯＦＦのときに、デッドゾーンまたはデッドピリオドを減少させ、それにより、クロスオーバーが最小化または除去される。クラスＡＢ増幅器は、典型的には、５０〜７８．５％の電力効率を有する。従来のＰＡでは、クラスＡＢ電力効率は、およそ７０％に制限されることがある。

【0009】

スイッチをまたぐ電圧がゼロまたはほぼゼロのとき、また、ハイレベルの電流がスイッチを流れるとき、クラスＥ増幅器のＯＮ状態が起こる。スイッチをまたぐ電圧がハイレベルのとき、また、スイッチを流れる電流がゼロまたはほぼゼロのとき、クラスＥ増幅器のＯＦＦ状態が起こる。それゆえ、スイッチは、ＲＦサイクルのＯＮ部分のときには、低抵抗の閉じたスイッチとして機能し、ＲＦサイクルのＯＦＦ部分のときには、オープンスイッチとして機能する。クラスＥ増幅器は、８５〜９５％の効率を有することがあるが、クラスＡＢ増幅器と比べて、少ない量の電力出力および／または直線性を示す傾向がある。

【0010】

可変クラス増幅器システムは、種々の動作クラスを満たすように用いることができるが、可変クラス増幅器システムは、入力周波数の変化に起因する電力出力変化や電流変化の影響を受けやすい。あるＰＡの適用は、自動周波数調整（ＡＦＴ）に起因する広帯域周波数動作を経験する。広帯域周波数動作は、電力増幅器システムの入力周波数における発振および／または変化を参照する。周波数の変化は、例えば、中心周波数から±５％のことがある。例えば、６０メガヘルツ（ＭＨｚ）の中心周波数に対して、動作周波数範囲は５７〜６３ＭＨｚとなることがある。この入力周波数の変化によって、電力増幅器システムの、トランジスタ、変圧器およびＣＬＣネットワークにおけるインピーダンスの変化が起こりうる。インピーダンスの変化によって、周波数を有するＲＦ出力電力およびＰＡ電力供給電流の変化が起き、この周波数が、システム動作効率に悪影響を及ぼす。

【0011】

〔発明の要約〕
このセクションは、本願の一般的な要約を提供するものであり、完全な範囲や全ての特徴の包括的な開示ではない。

【0012】

無線周波数システムが提供され、無線周波数システムは、第１電力スプリッタと、第１プッシュプル電力増幅器と、第２プッシュプル電力増幅器と、を有している。第１電力スプリッタは、第１無線周波数信号を受けて第１出力信号および第２出力信号を生成する。第１プッシュプル電力増幅器は、上記第１出力信号を増幅するように構成されている。第１プッシュプル電力増幅器は、少なくとも２つの無線周波数パワートランジスタを含むトランジスタの第１セットと、第１出力変圧器とを有する。第２プッシュプル電力増幅器は、上記第２出力信号を増幅するように構成されている。第２プッシュプル電力増幅器は、少なくとも２つの無線周波数パワートランジスタを含むトランジスタの第２セットと、第２出力変圧器とを有する。上記第１出力変圧器の出力が、上記第２出力変圧器の出力にガルバニックかつ直接に接続されている。

【0013】

他の特徴においては、無線周波数増幅器システムが提供され、無線周波数増幅器システムは、入力モジュールと、電力増幅器のセットとを有する。入力モジュールは、入力信号を受けて増幅し、増幅された出力信号を生成するように構成されている。上記入力信号の周波数が所定の周波数範囲内で変化する。電力増幅器の第１セットのそれぞれが、出力を有するとともに、増幅された上記出力信号を受けるように構成されている。上記出力が、第１出力端子においてガルバニックかつ直接に互いに接続されている。電力増幅器の上記第１セットからの電力が、上記第１出力端子を介して負荷に供給される。

【0014】

ここに提供する記述から、さらなる適用範囲が明らかになるだろう。この要約における記述と特定の例とは、説明する目的のみを意図したものであり、本願の範囲を限定することを意図しない。

【0015】

〔図面〕
ここに示す図面は、選択された実施形態を説明する目的のみのためのものであり、可能なすべての実施形態を示すものではなく、本願の範囲を限定することを意図しない。

【0016】

図１は、従来の可変クラス増幅器システムの電力増幅器モジュールのための電力出力対周波数プロットである。

【0017】

図２は、従来の可変クラス増幅器システムの電力増幅器モジュールのための一例としての電流対周波数プロットである。

【0018】

図３は、従来の可変クラス増幅器システムのＰＡ出力のＣＬＣネットワークに対するインピーダンス変化を示すスミス（Smith）チャートである。

【0019】

図４は、本願に係る第１周波数範囲で動作する３重電力増幅器構成を有する無線周波数増幅器システムのブロックおよび概略的なダイヤグラムである。

【0020】

図５は、従来の可変クラス増幅器システムと図４の無線周波数増幅器システムとの間の違いを示す一例としての電力対周波数プロットである。

【0021】

図６は、本願に係る電力増幅器モジュールのブロックダイヤグラムである。

【0022】

図７は、本願に係る電力増幅器モジュールの概略的なダイヤグラムである。

【0023】

図８は、本願に係る電力増幅器モジュールと可変クラスモジュールとを示す概略的なダイヤグラムである。

【0024】

図９は、本願に係る、第１周波数範囲で動作し、第１電力出力定格を有する、４重電力増幅器を有する別の無線周波数増幅器システムのブロックおよび概略的なダイヤグラムである。

【0025】

図１０は、本願に係る、第２電力出力定格のための別の無線周波数増幅器システムのブロックおよび概略的なダイヤグラムである。

【0026】

図１１は、本願に係る、ハーモニックアッテネータを有する電力増幅器モジュールのブロックダイヤグラムである。

【0027】

図１２は、図９の無線周波数増幅器システムのための一例としての電力対周波数プロットである。

【0028】

図１３は、図９の無線周波数増幅器システムのＰＡモジュールの出力に対する一例としてのインピーダンスを示すスミスチャートである。

【0029】

図１４は、種々の周波数で動作する電力増幅器のトランジスタと変圧器の一例としてのインピーダンス変化を示すスミスチャートである。

【0030】

図１５は、本願に係る、第２周波数範囲で動作する出力インピーダンスマッチングを有する電力増幅器モジュールの概略的なダイヤグラムである。

【0031】

図１６は、図１５の出力インピーダンスマッチングを有し、第２周波数範囲で動作する無線周波数増幅器システムに対する一例としてのインピーダンスを示すスミスチャートである。

【0032】

図１７は、本願に係る、図１５の出力インピーダンスマッチングを有する出力モジュールと、第２周波数範囲で動作する可変クラスモジュールとの概略的なダイヤグラムである。

【0033】

図１８は、図１５の出力インピーダンスマッチングと図１７の可変クラスモジュールとを有し、第２周波数範囲で動作する無線周波数増幅器システムに対する一例としてのインピーダンスを示すスミスチャートである。

【0034】

図１９は、本願に係る無線周波数増幅器システムのための電力増幅器トランジスタのドレイン電圧およびゲート電圧のプロットである。

【0035】

図２０は、本願に係るトランジスタ分離（isolation）を有する無線周波数増幅器システムのための電力増幅器トランジスタのドレイン電圧およびゲート電圧のプロットである。

【0036】

対応する部材番号は、いくつかの図面を通して対応する部分を示す。

【0037】

〔詳細な説明〕
添付の図面を参照して、一例としての実施形態についてさらに十分に述べる。

【0038】

この開示が完全なものとなって当業者に範囲を十分に伝えるように、一例としての実施形態を提供する。特定の要素、装置、方法などの多くの具体的な詳細を述べ、本願の実施形態の完全な理解を提供する。具体的な詳細を用いる必要がなく、実施形態は多くの種々の様式で用いることができ、いずれも本開示の範囲を限定すると解釈すべきでないことは当業者には明らかであろう。いくつかの一例としての実施形態では、公知のプロセス、公知の装置構造、公知の技術は詳細には述べていない。

【0039】

ここで開示する実施形態は、電力増幅器（例えばプッシュプル電力増幅器）の出力の直接的な、ガルバニックな結合を有する電力増幅器モジュール構造を有する無線周波数（ＲＦ）増幅器システムを有する。各電力増幅器は、各出力変圧器に接続された多重高電力高ゲインのＲＦトランジスタを有することができる。２つのまたは電力増幅器の出力変圧器の出力は以下にさらに述べるようにガルバニックに結合されていてもよい。電力増幅器モジュールおよび／または電力増幅器は、自動周波数調整（ＡＦＴ）と超短波（ＶＨＦ）のための広い帯域幅を示す。これらの実施形態は、平坦なＡＦＴ帯域幅、効率的な可変クラス動作、任意の位相角度の開回路および短路回路を示す負荷のための低いスプリアス出力のシステム安定性、および、パルス適用のための直角パルス形状特性を提供する。この安定性は、パルス適用中に提供される。実施形態は、システムの信頼性を増加させながら、システムの複雑さを最小化する。高い電力密度を提供しながら、システムサイズが最小化される。ここに記載する実施形態と構造は、主に、特定の短波（ＨＦ）および超短波（ＶＨＦ）の周波数および／または周波数範囲について記載されるが、実施形態と構造とは、動作の他の周波数および／または周波数範囲にも適用可能である。

【0040】

図１および図２では、従来の可変クラス増幅器システムの電力増幅器（ＰＡ）モジュールおよびＰＡの一例としての電力と電流対周波数のプロットを示す。図１では、ＰＡモジュールに対する電力出力曲線１０を示す。ＰＡモジュールは、例えば、並列構成に接続された４つのＰＡ（またはＰＡのセット）を有してもよい。電力出力は、可変クラス増幅器システムによって受けられる入力信号の周波数の変化にわたって変化する。周波数は、６０ＭＨｚまたは５７〜６３ＭＨｚの中心周波数から±５％変化する。電力出力は、５７〜６３ＭＨｚの周波数範囲にわたって約４６％（１．６ｄＢ）変化することがある。以下に述べる実施形態では、電力出力の変化が低減される。

【0041】

図２では、２つの電流曲線１２、１３は、ＰＡのペアによって用いられる直流（ＤＣ）または供給電流を表す。第１電流曲線１２は、ＰＡが、電力出力飽和レベルにおいて動作したときの供給電流を表す。第２電流曲線１３は、ＰＡが、電力出力飽和レベルにおいてではなく、１ｄＢだけ圧縮した点において動作したときの供給電流を表す。これらの曲線に基づいて、供給電流は、ＰＡが電力出力飽和レベルにおいて動作するかどうかに関係なく、５７〜６３ＭＨｚの周波数動作範囲にわたって約１４％変化するといえる。ＰＡモジュールおよび／またはＰＡの電力出力と供給電流との変化は、ＰＡの、トランジスタ、変圧器、キャパシタンス、インダクタンスのインピーダンスの変化によって起こる。ＰＡのトランジスタによって現れるインピーダンスの変化の例を図３に示す。電力出力と供給電流との変化は、可変クラス増幅器システムの効率に悪影響を及ぼす。

【0042】

図３では、スミスチャートは、２つの周波数に対する可変クラス増幅器システムのＰＡ出力のＣＬＣネットワークの一例としてのインピーダンスの変化を示す。種々の周波数で動作する可変クラス増幅器システムに対し、実数および虚数のインピーダンス曲線１４、１６が示されている。第１インピーダンス曲線１４は、例えば、従来の可変クラス増幅器システムが５７ＭＨｚの入力信号を受けたときのものである。第２インピーダンス曲線１６は、例えば、従来の可変クラス増幅器システムが６３ＭＨｚの入力信号を受けたときのものである。インピーダンス曲線１４、１６は、曲線区分に区分される。区分間の標準化された点は、ＰＡのＣＬＣネットワークに沿った種々の点におけるインピーダンスを参照する。曲線１４、１６は、ＣＬＣネットワークのキャパシタンスとインダクタンスとの各インピーダンスに関する区分を有する。

【0043】

従来の可変クラス増幅器システムは、少なくとも部分的には、ＰＡ出力あたりのキャパシタンス−インダクタンス−キャパシタンス（ＣＬＣ）ネットワークに起因して、大きなインピーダンスの変化を示す。例えば、６０ＭＨｚの中心周波数を受けて周波数が±５％変化する従来の可変クラス増幅器システムは、動作帯域幅（５７〜６３ＭＨｚ）にわたって５０％の負荷ラインのインピーダンスの変化を示すことがある。従来の可変クラス増幅器の負荷ラインのインピーダンスは、ＣＬＣネットワークのインピーダンスを有するＰＡの伝送ラインの出力におけるインピーダンスを参照することがある。結果として、従来の可変クラス増幅器システムは、狭い帯域のシステムとしてしか用いることはできず、ＡＦＴ適用には適さない。ＣＬＣネットワークは、結合された増幅器システムの他のインピーダンスの変化より多くのインピーダンスの変化に寄与する。

【0044】

以下に、広帯域動作を提供するとともにＣＬＣネットワークの使用を除去および／または最小化する増幅器システムについて記す。増幅器システムは、クラスＡＢモード、クラスＥモード、クラスＡＢモードとクラスＥモードとの間のモードで、あるいはそれらに近いモードで動作することができ、および／または、クラスＯモードで動作することができる。クラスＯモードでは、増幅器システムは、インピーダンスを有する可変クラス増幅器システムとして動作し、これは、後述のように、クラスＡＢモード、クラスＥモード、またはクラスＡＢモードとクラスＥモードとの間のモードで、あるいはそれらに近いモードで動作するように修正することができる。

【0045】

ここに述べる増幅器システムの出力ネットワーク構成によって、予測外の結果が得られた、および／または、様々な特徴が提供される。最小量のインピーダンス変換を維持し、また、電力出力、ゲイン、および供給電流の要件を満たしながら、ＣＬＣネットワークおよび／またはインピーダンスが除去され、（サイズおよび量的に）最小化され、および／または修正される。一例としての、電力出力、ゲイン、および供給電流の要件は、最小の電力出力、最小量のゲイン、最大量の供給電流、ＡＦＴ動作範囲にわたる最大量の電力出力変化、ＡＦＴ動作範囲にわたる最大量のゲイン変化、および／または、ＡＦＴ動作範囲にわたる最大量の供給電流変化を含んでよい。予測外の結果および／または様々な特徴は、ＲＦ増幅器システムのＡＦＴ帯域にわたる、ＰＡモジュール電力出力、ＰＡゲインおよびＰＡ供給電流の最小の変化を含む。

【0046】

増幅器システムは、特定の周波数範囲、および／または、特定の周波数にて動作するように記載しているが、増幅器システムは、ＶＨＦ範囲内、それより下、および／またはそれより上で動作してもよい。ＶＨＦ範囲は、例えば、３０〜３００ＭＨｚであってよい。また、増幅器システムは、特定の周波数を有する入力信号を受けるように記載しているが、受ける入力信号は、ＶＨＦ範囲内、それより下、および／またはそれより上の周波数を有してもよい。

【0047】

図４に無線周波数（ＲＦ）増幅器システム２０を示す。ＲＦ増幅器システム２０は、ドライバモジュール２２、多重電力増幅器（ＰＡ）モジュール２４、２６、および電力コンバイナ２８を有する。ドライバモジュール２２は、中心周波数を有する入力信号３０を受ける。ＲＦ増幅器システム２０は、ここで述べる動作周波数のうちの任意のものを含む様々な動作周波数に適用することができる。単なる例としては、ＲＦシステム２０の中心周波数は、第１周波数範囲とすることができ、例えば、４０ＭＨｚより大きくすることができる。例えば、中心周波数は６０ＭＨｚとすることができる。第１周波数範囲にあるように述べているが、中心周波数は、２７ＭＨｚなどのように、４０ＭＨｚと等しいまたはそれより小さい周波数とすることができる。入力信号３０の周波数は、例えば±５〜１０％変化することができる。ドライバモジュール２２は、入力信号３０を増幅して、低電力ＲＦ信号（すなわち、増幅された出力信号）３２を生成する。

【0048】

低電力ＲＦ信号は、ＰＡモジュール２４、２６のそれぞれによって受けられる。ＰＡモジュール２４、２６は、低電力ＲＦ信号３２（第１範囲に電力を有するＲＦ信号）を高電力ＲＦ信号３４、３６（第１範囲より高い第２範囲に電力を有するＲＦ信号）に変換する。電力コンバイナ２８は、高電力ＲＦ信号３４、３６を結合する。電力コンバイナ２８の出力は、負荷（例えば電圧定常波比負荷）４０に提供される。負荷４０は、例えばプラズマチャンバとすることができる。ＰＡモジュール２４、２６からの結合された電力は、負荷４０を駆動し、集積回路、ソーラーパネル、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多目的（またはビデオ）ディスク（ＤＶＤ）などの様々な部品を製造することができる。負荷４０は、限定しない例として、プラズマチャンバを含むＲＦ信号によって駆動される多くの素子や装置のうちの任意のものを含むことができる。負荷４０は、広帯域のミスマッチ負荷（すなわち、ミスマッチ抵抗ターミネーション）、狭帯域抵抗負荷（すなわち、２素子マッチングネットワーク）および共振器負荷を含むことができる。負荷４０は、開回路または短路回路の負荷であってよい。発電機の出力からの種々の電気位相長は、負荷と関連している。

【0049】

ドライバモジュール２２は、抵抗ネットワーク５０、ハイブリッドモジュール５２、アッテネータ５４、前置増幅器５６、ドライバ５８およびスプリッタ６０を有する。抵抗ネットワーク５０は、様々な抵抗を有するパイ（pie）ネットワークであってよい。ハイブリッドモジュール５２は、多重段階の増幅を行うハイブリッド増幅器を含むことができる。アッテネータ５４は、ハイブリッドモジュール５２の出力を減衰させ、また、ＡＦＴ帯域にわたるゲイン変化を最小化するために、ＲＦ増幅器システム２０の動作周波数に調整されたインダクタンス−キャパシタンス（ＬＣ）ネットワークを有してもよい。６０ＭＨｚでは、アッテネータ５４のＬＣネットワークは、ＰＡモジュール２４、２６のＰＡの周波数補償のための正のゲイン勾配を提供する。前置増幅器５６は、アッテネータ５４の出力を増幅するシングルエンドトランジスタを有してもよい。ドライバ５８は、ＰＡモジュール２４、２６の電力増幅器の一つと同様のプッシュプル電力増幅器を有してもよい。

【0050】

抵抗ネットワーク５０、ハイブリッドモジュール５２、アッテネータ５４および前置増幅器５６は、入力信号３０の信号状態を増幅し、調整された信号６２を生成する。調整された信号６２は、ドライバ５８に提供される。ドライバ５８の出力は、スプリッタ６０（分離されたスプリッタと称する）を介して多重低電力ＲＦ信号６４、６６へと分けられ、ＰＡモジュール２４、２６によって受けられる。

【0051】

ＲＦ増幅器システム２０は、任意の個数のＰＡモジュールを有してよい。ＲＦ増幅器システム２０は、受けられたＤＣ電力に基づいてＲＦ電力を提供する。限定しない例として、ＰＡモジュール２４、２６のそれぞれは、例えば、２．５キロワット（ｋＷ）と等しいまたはそれより大きい電力出力を提供してもよい。ＲＦ増幅器システム２０は、例えば、３．５ｋＷの電力を提供してもよい。例えば、５ｋＷおよび１０ｋＷの電力を提供するＲＦ増幅器システムが、図９、図１０にそれぞれ設けられている。ＰＡモジュール２４、２６の出力が電力コンバイナ２８によって受けられて、負荷４０を駆動する。第１ＰＡモジュール２４は、第１スプリッタ６８、第２スプリッタ７０、第３スプリッタ７２、また、３つのプッシュプルＰＡ（ＰＡの第１セット）７４、７６、７８、および、抵抗８０を有してもよい。第２ＰＡモジュール２６は、第１スプリッタ８２、第２スプリッタ８４、第３スプリッタ８６、また、３つのプッシュプルＰＡ（ＰＡの第２セット）８８、９０、９２、および、抵抗９４を有してもよい。ここに示したスプリッタ６０、６８、７０、７２、８２、８４、８６および他のスプリッタは、分離されたタイプであってもよいし、および／または、それぞれがウィリキンソン（Wilikinson）電力スプリッタであってもよい。これによって、ＰＡ７４、７６、７８、８８、９０、９２の間の相互作用が防がれる。

【0052】

第１スプリッタ６８、８２は、低電力ＲＦ信号６４、６６を分ける。第１スプリッタ６８、８２の出力は、第２・第３スプリッタ７０、７２、８４、８６へ提供される。第２スプリッタ７０、８４の出力は、ＰＡ７４、７６、８８、９０のうちのそれぞれの一つへ提供される。第３スプリッタ７２、８６の出力は、ＰＡ７８、９２および抵抗８０、９４のうちの、それぞれの一つへ提供される。抵抗８０、９４は、第３スプリッタ７２、８６と接地基準１００との間に接続されていてもよい。抵抗８０、９４は、それぞれ、例えば、５０オーム（Ω）の抵抗を有してもよい。

【0053】

ＰＡ７４、７６、７８の出力は、出力モジュール１０１に提供されてもよく、分離無しでガルバニックかつ直接に互いに接続されていてもよい。ＰＡ８８、９０、９２の出力は、出力モジュール１０２に提供されてもよく、分離無しでガルバニックかつ直接に互いに接続されていてもよい。一例としての出力モジュールを図７、図８、図１５、図１７に示す。ここに示した各出力モジュールは、結合、インピーダンスマッチングおよび周波数補償を提供する。３重ＰＡ構成を用いる動作効率（すなわち、ＲＦ増幅器システム２０の電力出力対電力入力）は、負荷ラインがより低く、それゆえクラスＥ動作により近いので、最大８０％までになりうる。出力ＬＣ変換は、平坦なＡＦＴ応答を提供する６０ＭＨｚで３重ＰＡ構成として用いることはできない。これは、各ＰＡ出力によって見られる負荷がより低く、それゆえ、ＰＡが、可変クラス範囲の高い効率端部で動作するからである。各個々のＰＡ出力での出力ＬＣ変換も用いることができるが、その結果は、伝送ラインを用いるこの直接に結合されたアプローチほど平坦ではない。効率が高すぎてプラズマコントロールループ応答が不十分である適用に、可変クラスモジュールを用いることができる。

【0054】

ＲＦ増幅器システム２０は、２つのＰＡモジュールを有するように示されているが、ＲＦ増幅器システム２０は、任意の個数のＰＡモジュールを有することができる。また、ＰＡモジュール２４、２６のそれぞれは、３つのＰＡを有するように示されているが、ＰＡモジュール２４、２６のそれぞれは、任意の個数のＰＡを有することができる。４つのＰＡをそれぞれ有するＰＡモジュールを有するＲＦ増幅器システムの例を図９に示す。

【0055】

出力モジュール１０１、１０２の出力で所定のインピーダンスを提供するために、ＰＡ７４、７６、７８、８８、９０、９２内の部品および／または電力コンバイナ２８とＰＡ７４、７６、７８、８８、９０、９２との間に接続された部品は、ＰＡモジュールごとのＰＡの個数を変えたときに変えてもよい。また、ＰＡモジュールごとのＰＡの個数、および／または、結合された出力端子を共有するＰＡの個数は、以下のものに応じて変えてもよい：ＰＡにおけるトランジスタのタイプとインピーダンス；ＰＡにおける変圧器のタイプと巻数比；および／または、ＰＡ７４、７６、７８、８８、９０、９２と出力モジュール１０１、１０２の出力との間の伝送ラインのインピーダンス。

【0056】

ＰＡの個数は、種々の動作クラスを提供するために調節することができる。第１番号のＰＡは、第１クラスで動作する増幅器システムを提供することができる。第２番号のＰＡは、第２クラスで動作する増幅器システムを提供することができる。例として、６０ＭＨｚでは、３ＰＡ構成または４ＰＡ構成を選択することによってＰＡ動作クラスを変化させてもよい。それは、これが、各個々のＰＡ出力によって見られる負荷を変化させるからである。（ｉ）ＰＡ（例えばＰＡ７４、７６、７８、８８、９０、９２）と（ｉｉ）電力コンバイナ２８との間のキャパシタンスおよびインダクタンスの個数と配置とを変えることもできる。これについては後でより詳しく説明する。

【0057】

電力コンバイナ２８は、第１部門１１０と第２部門１１２とを有する。第１部門１１０は、第１インダクタンス１１４と第１キャパシタンス１１６とを有する。第２部門１１２は、第２インダクタンス１１８と第２キャパシタンス１２０とを有する。第１インダクタンス１１４と第１キャパシタンス１１６とは、第１出力端子１０２と接地基準１００との間に直列に接続されている。第２インダクタンス１１８と第２キャパシタンス１２０とは、第２出力端子１０４と接地基準１００との間に直列に接続されている。第３出力端子１２２は、第１インダクタンス１１４と第１キャパシタンス１１６との間；第２インダクタンス１１８と第２キャパシタンス１２０との間；および、負荷４０に、接続されている。電力コンバイナ２８は、非分離コンバイナであってもよい。非分離コンバイナとしては、電力コンバイナ２８は、出力モジュール１０１、１０２とインダクタンス１１４、１１８との間に抵抗を有さない。

【0058】

図５に、従来の可変クラス増幅器システムと図４のＲＦ増幅器システム２０に対して一例としての電力対周波数プロットが示されている。第１電力対周波数曲線１４０は、従来の可変クラス増幅器システムに対して示される。第２電力対周波数曲線１４２は、ＲＦ増幅器システム２０に対して示される。第１電力対周波数曲線１４０は、所定の周波数範囲にわたって電力出力の４６％（１．６ｄＢ）の変化を示している。曲線１４０、１４２の電力出力値は、それぞれのＰＡモジュールの電力出力と関連している。第２電力対周波数曲線１４２は、同じ所定の周波数範囲にわたって電力出力の６％（０．２５ｄＢ）より少ない変化を示している。それゆえ、ＲＦ増幅器システム２０は、ＡＦＴ周波数範囲にわたって、従来の可変クラス増幅器システムよりも、電力出力および効率についての少ない変化を示す。従来の設計の負荷ラインおよびＣＬＣインピーダンスの変化に起因して、効率は、従来の可変クラス設計よりも、低い周波数で、より高くなっている。結果として、ＲＦ増幅器システム２０は、効率が改善されている。

【0059】

電力出力の変化を減少させることに加えて、ＲＦ増幅器システム２０はまた、ＰＡによって消費される供給電流の変化をも減少させる。同じ例から引き続き、従来の可変クラス増幅器システムは、図２に示すように、供給電流に約１６％の変化を示すことがある。ＲＦ増幅器システム２０は、第１周波数範囲での動作中に、約７％より少ない変化を示すことができる。

【0060】

ここで図６も参照して、ＰＡモジュール１４３を示す。ＰＡモジュール１４３は、様々な中心周波数（例えば、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚおよび６０ＭＨｚ）に対して用いることができる。ＰＡモジュール１４３は、ＰＡ１５０−１５３を有する。図６には４つのＰＡを示すが、任意の個数のＰＡを有してもよく、それらの出力は結合される。ＰＡ１５０−１５３は、プッシュプルＰＡであってもよい。ＰＡ１５０−５３は、入力モジュール１５４−１５７、スイッチモジュール１５８−１６５および結合モジュール１６６−１６９をそれぞれ有する。入力モジュール１５４−１５７は、低電力入力信号（例えば図４の低電力ＲＦ信号３２）を受けるようになっており、この信号は、周波数（例えば中心周波数から±５％）および／または位相が変化する発振信号であってもよい。低電力ＲＦ入力信号は、スプリッタ１４４、１４６、１４８から来たものであってもよい。入力モジュール１５４−１５７は、スイッチモジュール１５８−１６５のそれぞれに、低電力ＲＦ入力信号を提供する。入力モジュール１５８−１６５は、スプリッタ１４６、１４８のうちの一つと、スイッチモジュール１５８−１６５との間のインピーダンス変換を行うことができる。入力モジュール１５４−１５７のインピーダンスは、一つのスプリッタ（例えば図４のドライバモジュール２２のスプリッタ６０）と、一つまたはそれより多いスプリッタ（例えばスプリッタ１４６、１４８）との間でインピーダンスマッチングを行えるように設定されることができる。ＰＡモジュール１４３の入力インピーダンスは例えば５０Ωとしてもよい。入力モジュール１５４−１５７はまた、スイッチモジュール１５８−１６５に、平衡駆動（０°、１８０°）および／または平衡信号を提供する。図４の電力コンバイナ２８は、増幅された平衡信号を結合し、シングルエンドの出力を提供する。

【0061】

入力モジュール１５４−１５７はまた、スイッチモジュール１５８−１６５の入力において入力インピーダンスを減少させることができ、また、スイッチモジュール１５８−１６５からおよび負荷から受ける反射電力を分散させ、分離することができる。図６には示していないが、シャント（分路）抵抗とシャントキャパシタンスが、入力モジュール１５４−１５７とスイッチモジュール１５８−１６５との間に設けられていてもよい（例えば図１５を参照）。これにより、ＰＡ逆分離（Ｓ１２）からの逆電力の結果として、ＰＡ間での相互作用が各ＰＡ入力に到達し、不安定さと、特にｆ／２の周波数でのスプリアス出力を起こすことが、防止される。スイッチモジュール１５８−１６５は、入力モジュール１５４−１５７からそれぞれの出力信号を受けて、増幅された信号を生成する。結合モジュール１６６−１６９は、増幅された信号を結合し、結合された出力信号を生成し、この出力信号は、電力コンバイナおよび／または負荷に提供されてもよい。

【0062】

結合モジュール１６６−１６９の出力は、出力モジュール１７４に提供される。出力モジュール１７４は、後にさらに述べるように、インピーダンスマッチングを行うことができる。インピーダンスマッチングは、結合モジュール１６６−１６９の出力と、電力コンバイナおよび／または負荷との間で行われる。ＰＡ１５０−１５３の出力は、分離無しで、出力端子において、ガルバニックかつ直接に結合されていてよい。出力端子は、電力コンバイナおよび／または負荷と接続されていてよい。

【0063】

入力モジュール１５４−１５７のそれぞれは、以下に述べる通り、キャパシタンスおよび／または変圧器を有してよい。スイッチモジュール１５８−１６５のそれぞれは、以下に述べる通り、キャパシタンスおよびスイッチを有してよい。結合モジュール１６６−１６９のそれぞれは、以下に述べる通り、変圧器（例えばバラン（Balun）変圧器）を有してよい。出力モジュール１７４は、以下に述べる通り、ＰＡ出力伝送ラインとシャントキャパシタンスとを有してよい。

【0064】

図７にＰＡモジュール１９０を示す。ＰＡモジュールは、様々な中心周波数（例えば６０ＭＨｚ）に用いることができ、スプリッタ１９２、１９４、１９６、ＰＡ２００−２０３および出力モジュール２０６を有する。４つのＰＡが示されて、その出力は出力モジュールによって結合されているが、任意の個数のＰＡを導入してその出力を結合してもよい。ＰＡ２００−２０３は、入力モジュール２１２−２１７、スイッチモジュール２１８−２２３および結合モジュール２２４−２２９を有する。入力モジュール２１２−２１７のそれぞれは、それぞれ、第１キャパシタンスＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４および入力変圧器Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４（例えば双眼（binocular）入力変圧器）を有してもよい。ある実施形態（例えば、２７ＭＨｚまたは４０ＭＨｚなどの、６０ＭＨｚ以外の中心周波数での動作）では、第１キャパシタンスＣ１−Ｃ４は設けられない。入力変圧器Ｔ１−Ｔ４の各出力には、シャント抵抗Ｒ１−Ｒ８が設けられている。他の実施形態（例えば、２７ＭＨｚまたは４０ＭＨｚなどの、６０ＭＨｚ以外の中心周波数での動作）では、入力変圧器Ｔ１−Ｔ４の各出力には、図１５に示すようなシャントキャパシタンスが設けられている。入力変圧器Ｔ１−Ｔ４の各出力におけるシャント抵抗Ｒ１−Ｒ８およびシャントキャパシタンスは、ＰＡ２００−２０３のそれぞれにおけるトランジスタ間のインピーダンス変換および分離を行い、ｆ／２のスプリアスピークを防止する。

【0065】

第１キャパシタンスＣ１−Ｃ４および入力変圧器Ｔ１−Ｔ４は、スプリッタ１９４、１９６から低電力ＲＦ信号を受ける。第１キャパシタンスＣ１−Ｃ４の第１端部は、入力変圧器Ｔ１−Ｔ４の一次入力巻線の第１端部に接続されている。第１キャパシタンスＣ１−Ｃ４の第２端部は、接地基準２３０に接続されている。一次入力巻線の第２端部は、接地基準２３０に接続されている。

【0066】

入力変圧器Ｔ１−Ｔ４の二次出力巻線の各出力は、スイッチモジュール２１８−２２３の一つに接続されている。スイッチモジュール２１８−２２３のそれぞれは、第２キャパシタンスＣ５、Ｃ７、Ｃ９、Ｃ１１、第１トランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ７、第３キャパシタンスＣ６、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１２、および、第２トランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６、Ｑ８、のうちのそれぞれ一つを有している。二次出力巻線は、第２キャパシタンスＣ５、Ｃ７、Ｃ９、Ｃ１１と第３キャパシタンスＣ６、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１２との間に接続されている。トランジスタＱ１−Ｑ８は、制御端子（すなわちゲート）、ドレイン、ソースを有する。トランジスタＱ１−Ｑ８は、例えば、金属−酸化物−半導体の電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であってよい。制御端子のそれぞれは、第２および第３キャパシタンスＣ５−Ｃ１２のうちのそれぞれ一つに接続されている。ドレインは、結合モジュール２２４−２２９に接続されている。ソースは、接地基準２３０に接続されている。

【0067】

結合モジュール２２４−２２９は、それぞれ、出力変圧器Ｔ５−Ｔ８のうちのそれぞれ一つを有し、これは、バラン（Balun）変圧器であってよい。示された４重ＰＡ構成では、出力変圧器Ｔ５−Ｔ８の巻線比は例えば４：１とすることができる。他の例として、３重ＰＡ構成では、対応する出力変圧器の巻線比は３：１とすることができる。

【0068】

ＰＡ２００−２０３のそれぞれのトランジスタＱ１−Ｑ８のドレインは、出力変圧器Ｔ５−Ｔ８の一つの一次入力巻線の端子に接続されている。出力変圧器Ｔ５−Ｔ８の各二次出力巻線は、第１端子と第２端子とを有する。二次出力巻線の第１端子は、出力モジュール２０６に接続されている。二次出力巻線の第２端子は、接地基準２３０に接続されている。

【0069】

ＰＡ２００−２０３の出力は、各出力端子２０８に直接に接続されている。ＰＡ２００−２０３に関係する伝送ライン２３１−２３４の出力で測定された出力インピーダンスは、例えば、１０８−ｊ９５Ωとすることができる。伝送ライン２３１−２３４は、ＰＡ２００−２０３の出力と出力端子２０８との間の導電ラインまたはトレースを参照してよい。結果として、出力端子２０８のインピーダンスは、ＰＡ２００−２０３の出力の並列接続、伝送ライン２３１−２３４のインピーダンス、およびシャントキャパシタンスＣ１３のインピーダンスに起因して、５０オームである。

【0070】

出力モジュール２０６は、周波数にわたるインピーダンス補償だけでなく、正しいＰＡ出力負荷ラインインピーダンスを提供し、それゆえ、ＡＦＴ帯域にわたる、出力電力、消費される電力供給電流、およびＰＡ２００−２０３のゲインについて、変化を最小化する。開示されたネットワークは、ロスを最小化し、ＰＡ２００−２０３の全体的な効率を増加させる。周波数に対する出力電力の変化を最小化するＣＬＣインピーダンスマッチングネットワークは含まれていない。出力モジュール２０６は、これらのインピーダンス変化を補償して、出力電力レベル、消費される供給電流、およびＰＡ２００−２０３のゲインについて、周波数変化を最小化する。例として、６０ＭＨｚでは、周波数インピーダンス補償が低い。これは、ＡＦＴ帯域にわたる、出力電力レベル、消費される供給電流、およびＰＡ２００−２０３のゲインを、一定レベルに維持するのに役立ち、ＰＡ２００−２０３の効率を増加させる。

【0071】

出力モジュール２０６は、シャントキャパシタンス（Ｃ１３と表す）と各伝送ラインまたはトレース（例えば、ＰＡ２００−２０３のそれぞれに対する伝送ライン２３１−２３４）とを有してもよい。代替として、出力モジュール２０６は、シャントキャパシタンスＣ１３と、ＰＡ２００−２０３によって共有される単一の伝送ラインとを有してもよい。この代替実施形態では、ＰＡ２００−２０３の出力は、出力モジュール２０６の前に、直接にガルバニックに互いに接続される。

【0072】

ＰＡ負荷ラインおよび／またはＰＡモジュール負荷ラインの細かい調整のために、さらなるシャントキャパシタンスを設けてもよい。例えば、図１５に示すＲＦ電力増幅器システムを参照されたい。図１５の出力モジュールの上記のさらなるキャパシタンスは、例えば、２７ＭＨｚおよび４０ＭＨｚの中心周波数の実施形態に用いることができ、正しい負荷ライン、周波数インピーダンス補償および結合を提供する。Ｃ２１−２５の値は、４０ＭＨｚの中心周波数の実施形態のために、最小化され、および／または、ゼロになってもよい。伝送ライン２３１−２３４は、それぞれ、関連するインダクタンスおよび／または抵抗を有してもよい。伝送ライン２３１−２３４は、プリント基板（ＰＣＢ）の伝送ライントラックを介して接地されていてもよい。ある実施形態では、伝送ライン２３１−２３４は、ＰＣＢ上のトレースである。伝送ライン２３１−２３４の出力端部は、分離無しで、出力端子２０８においてガルバニックに互いに接続されている。出力端子２０８から電力コンバイナおよび／または負荷へ電力が提供される。

【0073】

図８にＰＡモジュール１９０を示す。ＰＡモジュールは、スプリッタ１９２、１９４、１９６、ＰＡ２００、２０１、２０２、２０３および出力モジュール２０６を有する。ＰＡ２００−２０３の出力は、出力モジュール２０６に提供される。出力モジュール２０６の出力は、可変クラスモジュール２５０にて提供されて、この可変クラスモジュールは、５０オームの負荷インピーダンスを、より低いインピーダンスに変換することによって動作し、動作クラスをクラスＥに近づけ、効率を増加させる。ＰＡ２００−２０３は、キャパシタンスＣ１−Ｃ１２、抵抗Ｒ１−Ｒ８、変圧器Ｔ１−Ｔ８、およびトランジスタＱ１−Ｑ８を有してもよい。ある周波数の実施形態（例えば４０ＭＨｚ）では、第１キャパシタンスＣ１−Ｃ４は設けられていない。他の周波数の実施形態（例えば２７ＭＨｚおよび４０ＭＨｚ）では、図１５に示すようなシャントキャパシタンスが、入力変圧器Ｔ１−Ｔ４の出力に設けられている。シャント抵抗Ｒ１−Ｒ８は、実数（real）のインピーダンス負荷を提供し、また、直列のキャパシタＣ５−Ｃ１２と共に、プッシュプルＰＡ２００−２０３のそれぞれにおけるトランジスタ対の間の分離を提供し、この分離によって、特にｆ／２近傍の周波数で、スプリアス出力が防止される。このさらなる分離は、主にＣｇｄによって起きる、限定されたトランジスタ逆分離（Ｓ１２）ゆえ、有用である。図８の回路素子の英数字の番号のいくつかは、ここに開示された他のＲＦ増幅器システムの回路素子の英数字の番号と一致するが、同じ英数字の番号を有する回路素子のインピーダンスは異なっていてもよい。

【0074】

出力モジュール２０６は、伝送ライン２３１−２３４およびシャントキャパシタンスＣ１３を有する。可変クラスモジュール２５０は、出力モジュール２０６の出力すなわち出力端子２０８に接続されている。出力モジュール２０６と可変クラスモジュール２５０とが、出力ネットワークを提供する。

【0075】

可変クラスモジュール２５０は、ＰＡ２００−２０３および対応するＲＦ増幅器システムが、同時に、および／または、同じ期間中に、異なるクラス動作モード（例えばクラスＡＢ−クラスＥモード）間で変化することを可能にする。ＡＦＴ電力の平坦性をいくらか犠牲にして高い効率が必要ならば、また、トランジスタの周波数定格がもはやＡＦＴ電力の平坦性を制限するものではないならば、可変クラスモジュール２５０が設けられる。可変クラスモジュール２５０は、ＰＡ２００−２０３が共同でクラスＯ増幅器として動作することを可能にし、このクラスＯ増幅器は、５０オームの負荷インピーダンスを、より低いインピーダンスに変換することによって動作し、また、出力変圧器の漏れインダクタンスと共に、ＰＡの動作クラスをクラスＥに近づけ、効率を改善する。インピーダンスを、、より低いインピーダンスに変換して、５０オームに戻すことにより、クラス動作が、より低い効率のクラスＡＢに戻る。可変クラスモジュール２５０は、ＰＡ２００−２０３のそれぞれの、および／または出力モジュール２０６の、各出力において実数および虚数のインピーダンスが同時に調節されることを可能にする。

【0076】

可変クラスモジュール２５０は、第１インダクタンスＬ１およびシャントキャパシタンスＣ１４を有する。第１インダクタンスＬ１は、第１端部２５２と第２端部２５４とを有する。シャントキャパシタンスＣ１４は、第１端部２５６と第２端部２５８とを有する。第１端部２５２は、出力端子２０８において、出力モジュール２０６の出力および／または伝送ライン２３１−２３４の出力と接続されている。第２端部２５４は、第１端部２５６に接続されている。第２端部２５８は、接地基準２３０に接続されている。第２端部２５４および第１端部２５６は、電力コンバイナおよび／または負荷に接続されている。

【0077】

シャントキャパシタンスＣ１３、第１インダクタンスＬ１および／またはシャントキャパシタンスＣ１４の値を変化させて、ＰＡ２００−２０３を含む対応するＲＦ増幅器システムのクラス動作モードを変えてもよい。一例として、シャントキャパシタンスＣ１３およびシャントキャパシタンスＣ１４の値を変化させることによって、ＲＦ増幅器システムは、クラスＡＢモード、クラスＥモード、および／または、クラスＡＢとクラスＥとの間の任意の選択されたクラスモードにて動作することができる。ＲＦ増幅器システムの動作は、例えばシャントキャパシタンスＣ１４を増加させることによってクラスＥモードへと調整することができ、また、シャントキャパシタンスＣ１４を減少させることによってクラスＡＢモードへと調整することができる。

【0078】

図９に、第１周波数範囲で動作するとともに第１電力出力定格（例えば、５キロワット（ｋＷ）、ＰＡモジュール当たり２．５ｋＷ）を有する４重ＰＡ構成を有する他のＲＦ増幅器システム２７０を示す。ＲＦ増幅器システム２７０は、ドライバモジュール２７２、第１ＰＡモジュール２７４、第２ＰＡモジュール２７６および電力コンバイナ２７８を有する。ドライバモジュール２７２は、抵抗ネットワーク２８０、ハイブリッドモジュール２８２、アッテネータ２８４、前置増幅器２８６、ドライバ２８８、およびスプリッタ２９０を有し、これは、図４の、抵抗ネットワーク５０、ハイブリッドモジュール５２、アッテネータ５４、前置増幅器５６、ドライバ５８、およびスプリッタ６０と似ているといえる。スプリッタ２９０は、スプリッタ６８、８２から分離されていてもよい。ＰＡモジュール２７４、２７６はＰＡモジュール２４、２６と似ているが、それぞれ、４つのＰＡ２９２、２９４、２９６、２９８（またはＰＡのセット）を有し、抵抗は有さない。ＰＡモジュールは、スプリッタ６８−７２および８２−８６を有する。

【0079】

ＰＡ２７４、２７６は、４：１の巻数比を有する、（図７、図８の第２変圧器Ｔ２と類似する）第２変圧器を有する。巻数比は、４つのＰＡの導入に起因して、インピーダンスマッチングを行って、電力出力要件を満たすために、４：１である。例えば６０ＭＨｚで、４つのＰＡの実施形態には、３：１の比率を用いてもよい。これによって、４つのＰＡが、クラスＡＢ動作に近くなる。例えば２７ＭＨｚおよび４０ＭＨｚにおいて、４つのＰＡは、所定の負荷ラインを提供するために、また、インピーダンスマッチングを補正するＬＣ周波数補償を可能にするために、４：１の比率の変圧器を有してもよい。４重ＰＡ構成を用いる動作効率は、例えば、最大７３％にまでなる。ＰＡ２７４、２７６の例を図１５および図１７に示す。第１および第２ＰＡ２９２、２９４は、第２スプリッタ７０、８４から出力を受ける。第３および第４ＰＡ２９６、２９８は、第３スプリッタ７２、８６の出力を受ける。

【0080】

ＰＡ２９２−２９８の出力は、出力モジュール３００、３０１を介して、分離無しで、各出力端子にガルバニックかつ直接に接続されていてもよい。ＰＡ２９２−２９８の各伝送ラインの出力で測定した出力インピーダンスは、例えば１００−ｊ６６Ωであってよい。結果として、各出力端子でのインピーダンスは、ＰＡ２９２−２９８の出力の並列接続に起因して、５０Ωである。伝送ラインおよび／またはＰＡ２９２−２９８とインダクタンス１１４、１１８との間のラインの長さは、同じ長さでもよいが、および／または、同一のインピーダンスを有するＲＦ電気経路長を提供できるように対称でもよい。この対称は、ここに述べるＲＦ増幅器システムの任意のものによって提供することができる。

【0081】

電力コンバイナ２７８は、インダクタンス１１４、１１８およびキャパシタンス１１６、１２０を有する。インダクタンス１１４、１１８はそれぞれ、出力モジュール３００、３０１の出力端子のうちのそれぞれ一つに接続されている。インダクタンスの第２端部からとった電力コンバイナ２７８の出力が負荷３１０に提供される。

【0082】

図１０には、第２電力出力定格（例えば、１０キロワット（ｋＷ）、ＰＡモジュール当たり２．５ｋＷ）のための別のＲＦ増幅器システム３２０を示す。ＲＦ増幅器システム３２０は、ドライバモジュール３２２、各出力モジュール３２５、３２７、３２９、３３１を有するＰＡモジュール３２４、３２６、３２８、３３０、および、電力コンバイナ３３２を有する。ＲＦ増幅器システム３２０は、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚおよび／または他の中心周波数の実施形態のために用いることができる。ドライバモジュール３２０は、抵抗ネットワーク３３４、ハイブリッドモジュール３３６、アッテネータ３３８、前置増幅器３４０、ドライバ３４２、および第１スプリッタ３４４を有し、これは、図９の、抵抗ネットワーク２８０、ハイブリッドモジュール２８２、アッテネータ２８４、前置増幅器２８６、ドライバ２８８、およびスプリッタ２９０と類似のものであってもよい。アッテネータ３３８は、ＬＣ周波数補償のためのＬＣネットワークを有していてもよい。

【0083】

ドライバモジュールはまた、第２スプリッタ３４６および第３スプリッタ３４８を有してもよい。スプリッタ３４６、３４８は、第１スプリッタ３４４の各出力信号を分ける。スプリッタ３４６、３４８の出力信号のそれぞれは、ＰＡモジュール３２４−３３０のうちのそれぞれ一つに提供される。スプリッタ３４４、３４６、３４８は、ウィリキンソン（Wilikinson）タイプのスプリッタであってもよい。ここに開示したスプリッタ３４４、３４６、３４８および他のスプリッタは、安定性を提供するため、また、スプール（spur）を最小化するために、分離されたスプリッタである。

【0084】

電力コンバイナ３３２は、出力端子３５１のうちのそれぞれ一つにそれぞれ接続されたインダクタンス３５６を有する。電力コンバイナ３３２はまた、インダクタンス３５６と接地基準３５２との間に接続されたキャパシタンス３５８、３６０を有してもよい。電力コンバイナの出力は、負荷３６２に提供されてもよい。

【0085】

図１１に、ハーモニックアッテネータ回路３８２を有するＰＡモジュール３８０を示す。ＰＡモジュール３８０は、図９および図１０のＲＦ増幅器システムのＰＡモジュールの一つを置き換えることができる。ＰＡモジュール３８０は、スプリッタ３８２−３８６、ＰＡ３８８−３９４および出力モジュール３９５を有する。ＰＡモジュール３８０はまた、ハーモニックアッテネータ回路３８２を有し、ハーモニックアッテネータ回路３８２は、インダクタンス３９６、キャパシタンス３９８および抵抗４００を有してもよい。インダクタンス３９６、キャパシタンス３９８および抵抗４００は、直列に、また、出力端子４０２と接地基準４０４との間に、接続されている。ハーモニックアッテネータ回路３８２は、ＲＦ増幅器システム（例えば、ＲＦ増幅器システム２７０、３２０のうちの一つ）と関連する第２高調波を減衰させる。ＲＦ増幅器システムは、広い帯域幅で動作可能である（例えば、中心周波数から±５％変化する周波数を有する入力信号で動作する）ので、第２高調波が生成される。ハーモニックアッテネータ回路３８２は、これらの高調波を減衰させる。

【0086】

ＰＡモジュール３８０は、第３高調波のようなさらなる高調波を減衰させるために、第２ハーモニックアッテネータ回路（または第２ハーモニックトラップ）４０５を有してもよい。第２ハーモニックトラップは、インダクタンス３９６、キャパシタンス３９８および抵抗４００とは異なる調整値を有する、インダクタンス４０６、キャパシタンス４０７および抵抗４０８を有してもよい。第２ハーモニックトラップは、第１トラップと並列に接続されてもよい。

【0087】

図１２に、図９のＲＦ増幅器システム２７０に対する、一例としての電力対周波数プロットを示す。５７−６３ＭＨｚの周波数動作範囲にわたって約０．２ｄＢ（または４．７％より小さい）変化する電力出力曲線４１０が示されている。これは、従来の可変クラス増幅器システムより実質的に少ない変化である。結果として、ＲＦ増幅器システム２７０は、関連するＡＦＴ範囲の、より低い周波数において、改善された動作電力効率を示す。また、出力ネットワークを簡素化して、用いられる部品の個数を減少させることによって、電力量比と部品のロスとがさらに減少する。負荷に供給されるＲＦ電力は平坦（無変化）であり、周波数の変化に伴う電力供給電流の変動は最小である。

【0088】

図１３に、図９のＲＦ増幅器システム２７０のＰＡモジュールの出力に対する、一例としてのインピーダンスを表すスミスチャートを示す。ＡＦＴ範囲にわたる出力ネットワークインピーダンス変動は、最小である。２つの標準化されたインピーダンスポイント４２０、４２２が、５７ＭＨｚおよび６３ＭＨｚに示されている。２つの標準化されたインピーダンスポイント４２０、４２２は、ここに開示したインピーダンスマッチングの結果としての出力インピーダンスである。インピーダンスマッチングを含まない、ＰＡモジュールの出力におけるインピーダンスは、ポイント４２４、４２６に示されている。インピーダンスは、負荷において５７ＭＨｚおよび６３ＭＨｚに対して５０オームであり、トラックの他の端部でインピーダンス４２０および４２２へと変換される。これらは、仮に４つの変圧器が一緒に結合されて単一の伝送ラインの端部に接続されていたとした場合にその４つの変圧器が示すインピーダンスである。各個々のＰＡ変圧器出力は、一般的にもっと高い、異なったインピーダンスを示すであろう。各ＰＡは、例えば、４７−ｊ１０Ωのインピーダンスを示してもよく、ここで、４７は実数インピーダンス部分で、１０は、虚数インピーダンス部分である。ＰＡが出力接続点に直接に結合されていると、並列の２００オームのＰＡインピーダンスは５０オームとなる。このトラックの他の端部でのインピーダンスは、各ＰＡ出力によってみられるインピーダンスでもあり、例えば、１０８−ｊ９５オームである。３つのＰＡの場合は、各ＰＡ出力によってみられるインピーダンスは、例えば、１００−ｊ６６オームであってもよい。

【0089】

実数インピーダンス部分と虚数インピーダンス部分とを２００で割ると、スミスチャートに示されるインピーダンスポイントが提供される。結果として、ＰＡモジュールの第２変圧器の出力の実数インピーダンスは、インピーダンスマッチングを用いて、周波数動作範囲にわたって８．５６Ωまたは約７％変化してもよい。実数インピーダンスは、ＰＡのそれぞれの所定のインピーダンスを提供するために、インピーダンスマッチングを用いて調節されてもよいし、出力端子（例えば図１５の出力端子４６４）において、例えば５０Ωの、結合された公称インピーダンスを提供するために、他のＰＡの出力と結合されてもよい。３つのＰＡおよび４つのＰＡの例については、上述の他の一例の実数インピーダンスおよび虚数インピーダンスの値を参照されたい。

【0090】

図１４に、トランジスタと変圧器（例えば、図７、図８のトランジスタＱ１−Ｑ８のうちの２つと、変圧器Ｔ５−Ｔ８のうちの対応するもの）の一例のインピーダンス、および／または、種々の周波数で動作する変圧器の二次コイルで測ったインピーダンスを表すスミスチャートを示す。周波数（例えば、１３ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ）は、ＰＡによって受けられて±５％の周波数変動を有する信号の周波数を参照してもよい。図１４は、出力変圧器の二次側での出力インピーダンス変動の量を示す。種々の動作周波数に対する出力モジュールに差がある原因は、周波数にわたってこの出力の双眼の出力変圧器インピーダンスによる。出力モジュールは、与えられた負荷ラインに対するインピーダンス変換においても、周波数インピーダンス補償の量においても、異なっている。この変動は、固定された並列のＲＣが変圧器の一次側に接続されていることによる、出力変圧器の変動である。

【0091】

種々の周波数に対するトランジスタと変圧器との結合されたインピーダンスに対してインピーダンス曲線４３０を示す。インピーダンス曲線４３０においては、１３．０ＭＨｚ、２７．０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚに対してそれぞれ４つのインピーダンスポイント１−４が示されている。これらのポイント１−４のそれぞれは、ＲＦ増幅器システムおよび／またはＲＦ増幅器システムのＰＡに供給される入力信号の中心周波数を参照してもよい。一例として、トランジスタと変圧器との結合された実数インピーダンスは、４つのインピーダンスポイント１−４と関連する４つの動作周波数にわたって所定の量だけ変動してもよい。

【0092】

これらのインピーダンス変動は、ＰＡモジュールのゲインと電力出力との変動の量に対し否定的な影響を与える。第２周波数範囲に対するこれらのインピーダンス変動を最小化するために、図１５に示すように、ＲＦ増幅器システムに、出力インピーダンスマッチングモジュール（または周波数インピーダンス補正モジュール）を導入してもよい。

【0093】

図１５に、ＰＡモジュール４４０を示し、これは、スプリッタ４４２−４４６、ＰＡ４５０−４５６および出力モジュール４６３を有する。ＰＡモジュール４４０は、様々な動作中心周波数（例えば２７ＭＨｚおよび４０ＭＨｚ）のために用いられてもよい。ＰＡ４５０−４５６のそれぞれは、第１キャパシタンスＣ１−Ｃ４、入力変圧器Ｔ１−Ｔ４、シャント抵抗Ｒ１−Ｒ８、トランジスタＱ１−Ｑ８および出力変圧器Ｔ５−Ｔ８を有してもよい。ある周波数の実施形態においては、第１キャパシタンスＣ１−Ｃ４は設けられない。他の周波数の実施形態（例えば２７ＭＨｚおよび４０ＭＨｚ）においては、図１５に示すようなシャントキャパシタンスが、入力変圧器Ｔ１−Ｔ４の出力に設けられる。シャント抵抗Ｒ１−Ｒ８は、実数のインピーダンス負荷を提供し、また、直列のキャパシタＣ５−Ｃ１２と共に、プッシュプルＰＡ２００−２０３のそれぞれにおけるトランジスタ対の間の分離を提供し、この分離によって、特にｆ／２近傍の周波数で、スプリアス出力が防止される。シャント抵抗Ｒ１−Ｒ８およびシャントキャパシタンスＣ５−Ｃ１２は、（ｉ）入力変圧器Ｔ１−Ｔ４の出力と（ｉｉ）第２キャパシタンスＣ１３−Ｃ２０との間に接続されている。図１５の回路素子の英数字の番号のいくつかは、ここに開示された他のＲＦ増幅器システムの回路素子の英数字の番号と一致するが、インピーダンスは異なっていてもよい。

【0094】

第２変圧器Ｔ５−Ｔ８は、第２変圧器Ｔ５−Ｔ８の出力でのインピーダンスを増加させるために、それぞれ、例えば４：１の巻数比を有してもよい。第２変圧器Ｔ５−Ｔ８は、広帯域のＣＬＣ補償を可能にするために、４：１の巻数比を有してもよい。出力モジュール４６３は、ＰＡ４５０−４５６のそれぞれに対し、シャントキャパシタンスＣ２１−Ｃ２４および伝送ライン４５６−４６２を有する。伝送ライン４５６−４６２の出力は、分離無しで、出力端子４６４において、ガルバニックかつ直接に互いに接続されていてもよい。特に、２７ＭＨｚの４重のＰＡの実施形態に対し、出力モジュール（すなわち、コンバイナ、インピーダンスマッチングおよび周波数インピーダンス補償モジュール）は、周波数インピーダンス補償を有するが、これは、ＡＦＴ帯域にわたる出力電力変動が高いためである。

【0095】

ＰＡ４５０−４５６は、（例えば、２７ＭＨｚまたは４０ＭＨｚの中心周波数を有する）第２周波数範囲で動作するので、トランジスタＱ１−Ｑ８および第２変圧器Ｔ５−Ｔ８のインピーダンスは、第１周波数範囲で動作するときとは異なっている。ＬＣ回路４６５は、コンバイナ、インピーダンスマッチング・周波数インピーダンス補償モジュール、または、出力モジュールの、一部である。トランジスタのドレインのインピーダンスは、第２周波数範囲またはそれより低い周波数範囲で動作するときに増加する。一例として、トランジスタのドレインのインピーダンスは、６０ＭＨｚで動作するときから、４０ＭＨｚで動作するときまで、１５％増加することがある。

【0096】

ＬＣ回路４６５は、出力端子４６４に接続され、第１インダクタンスＬ１およびシャントキャパシタンスＣ２５を有する。第１インダクタンスＬ１は、第１端部４７０と第２端部４７２とを有する。シャントキャパシタンスＣ２５は、第１端部４７４と第２端部４７６とを有する。第１端部４７０は、出力端子４６４に接続されている。第２端部４７２は、第１端部４７４に接続されている。第２端部４７６は、接地基準４５７に接続されている。第２端部４７２と第１端部４７４とは、電力コンバイナおよび／または負荷に接続され、電力コンバイナおよび／または負荷に電力を提供する。

【0097】

ＬＣ回路４６５および出力モジュール４６３は、出力ネットワークを提供しており、また、単一の周波数インピーダンス補正（ＦＩＣ）モジュールに結合されていてもよい。ＦＩＣモジュールは、関連するＡＦＴ帯域にわたるトランジスタＱ１−Ｑ８および変圧器Ｔ５−Ｔ８のインピーダンス変動とは逆の周波数インピーダンス補正を行う。ＬＣ回路４６５および出力モジュール４６３によって提供される周波数補正は、図１６に見ることができる。ＬＣ回路４６５は、出力モジュールおよびＰＡモジュールの不可欠な部分である。ＬＣ回路４６５の部品は、（同時に、結合機能および負荷ラインインピーダンスマッチング機能と同様に、）必要とされる周波数インピーダンス補正を提供するのに必要である。２７ＭＨｚの周波数のＰＡモジュールの実施形態は、周波数インピーダンス補正を有する。

【0098】

ＬＣ回路４６５は、出力モジュール４６３の出力に接続された単一のモジュールを提供する。これは、インピーダンス変動を最小化し、また、ＲＦ増幅器システムに導入されるインダクタンスおよびキャパシタンスの個数を最小化する。

【0099】

ＬＣ回路４６５および／または対応する出力モジュールは、トランジスタＱ１−Ｑ８内および第２変圧器Ｔ５−Ｔ８内のインピーダンス変動を補償する。これは、ＲＦ増幅器システムのＡＦＴ帯域にわたる全体的なインピーダンス変動を最小化し、一定の負荷ライン（すなわち、電力出力およびゲインの最小の変動）を提供する。ＡＦＴ帯域にわたって補償が提供され、ＰＡ４５０−４５６の出力におけるインピーダンス変動が最小化される。ＬＣ回路４６５および／または対応する出力モジュールのあるインダクタンスおよびキャパシタンスの値が、トランジスタＱ１−Ｑ８および第２変圧器Ｔ５−Ｔ８の周波数によるインピーダンス変動とは逆の、周波数によるインピーダンス変動を提供する。これにより、結合された出力ネットワーク（出力端子４６４におけるＰＡ出力の結合）が、出力電力応答および、ＡＦＴ帯域にわたる最小の変動を有する対応する電流の要求を提供することが可能になる。出力モジュールの部品は、結合機能および負荷ラインマッチング機能（ＡＦＴ帯域にわたる最小の変動を有する対応する電力供給電流の要求）と同様に、インピーダンス補正を提供する。

【0100】

図１５の４ＰＡ構成は、一定の動作クラスを提供する。トランジスタＱ１−Ｑ８および第２変圧器Ｔ５−Ｔ８のインピーダンス変動は、周波数の変化と共に変化するが、ＬＣ回路４６５のインピーダンス変動は、この変化を補償し、動作クラスの変化を防ぐ。

【0101】

図１５の４ＰＡ構成は、従来の可変クラス増幅器システムに関して、２７ＭＨｚおよび４０ＭＨｚに対するＰＡ供給電流の変動を減少させることができる。供給電流の変動は、１４％とは対照的に、例えば５．９％になりうる。示されるように、供給電流のこの減少された変動は、ＣＬＣネットワークの除去、４：１という増加した変圧器巻数比、ＰＡ出力の直接結合、および、ＰＡと出力インピーダンスマッチング部品との導入に起因して提供される。

【0102】

ここで、図１６も参照して、ＬＣ回路４６５を導入し、第２周波数範囲で（または例えば４０ＭＨｚの中心周波数で）動作する、図１５のＰＡに対する、一例としてのインピーダンスを表すスミスチャートを示す。２つのインピーダンス曲線５００、５０２が示されている。第１インピーダンス曲線５００は、第１周波数（または例えば３８．７ＭＨｚ）で動作するＲＦ増幅器システムに対して示されている。第２インピーダンス曲線５０２は、第２周波数（または例えば４２．７ＭＨｚ）で動作するＲＦ増幅器システムに対して示されている。

【0103】

曲線５００、５０２の区分間の標準化された点は、出力モジュール４６３およびＬＣ回路４６５によって提供される出力ネットワークに沿った種々の点におけるインピーダンスを参照する。例えば、第１曲線区分５０７は、キャパシタンスＣ２１−Ｃ２４と関連している。第２曲線区分５０８は、伝送ライン４６２のインピーダンスと関連している。第３曲線区分５０９は、インダクタンスＬ２と関連している。第４曲線区分５１１は、キャパシタンスＣ２５と関連している。

【0104】

第１曲線５００の第１点５０４は、入力信号の周波数が３８．７ＭＨｚであるときの、ＬＣ回路４６５の出力におけるインピーダンス値である。第２曲線５０２の第２点５０６は、入力信号の周波数が４２．７ＭＨｚであるときの、ＬＣ回路４６５の出力におけるインピーダンス値である。一例として、第１点５０４に対する出力変圧器のそれぞれの、出力インピーダンスは、１２０．０８Ω（すなわち、結合されて３０．０２Ω）であってもよい。第２点５０６に対する出力変圧器のそれぞれの、出力インピーダンスは、１４３．０８Ω（すなわち、結合されて３５．７７Ω）であってもよい。

【0105】

２つの一例の値のセットを以下に提供する。値は、適用ごとに変化してもよい。ＬＣ値の第１セット（例えば、１５０．０ナノヘンリー（ｎＨ）および９０．０ピコファラッド（ｐＦ））として、ＬＣ回路４６５は、３８．７ＭＨｚにおいて３０．０２Ωを５０．０Ωに変換し、４２．７ＭＨｚにおいて３５．７７Ωを５０．０Ωに変換してもよい。ＬＣ値の第２セット（例えば、１５８．０ｎＨおよび９８．０ｐＦ）として、ＬＣ回路４６５は、３８．７ＭＨｚにおいて３２．８Ωを５０．０Ωに変換し、４２．７ＭＨｚにおいて４１．５９Ωを５０．０Ωに変換してもよい。ＬＣ回路４６５のＬＣインピーダンスは、第２周波数範囲の中心周波数（例えば、４０ＭＨｚの中心周波数）で動作する４重結合されたＰＡ出力を補償する。これは、効率的に、可変クラス電力増幅器動作の電力出力および電流要求の変動を、補正し、除去または最小化する。

【0106】

図１５の構成を平坦な周波数応答に調整すると、可変クラス調節をなくすことができる。可変クラス動作のために調整すると、図１５の構成は、図１７に示すような可変クラスモジュール５１０を有するように修正することができる。図１８のスミスチャートは、ＰＡへの可変負荷ラインおよびそれゆえ可変クラス動作を提供しながら、周波数インピーダンス補正が保存されることを示している。

【0107】

ここで図１５および図１７を参照して、図１５のＬＣ回路４６５を有する出力モジュール４６３と、可変クラスモジュール５１０とを示す。出力モジュール４６３は、シャントキャパシタンスＣ２１−Ｃ２４と伝送ライン４５６−４６２とを有している。伝送ライン４５６−４６２の出力は、分離無しで、出力端子４６４において、ガルバニックかつ直接に互いに接続されている。ＬＣ回路４６５は、出力端子４６４に接続され、第１インダクタンスＬ１およびシャントキャパシタンスＣ２５を有している。出力モジュール４６３、ＬＣ回路４６５、および可変クラスモジュール５１０は、出力ネットワークを提供する。

【0108】

可変クラスモジュール５１０は、ＬＣ回路４６５の出力に接続されている。可変クラスモジュール５１０は、第２インダクタンスＬ２とシャントキャパシタンスＣ２６とを有している。第２インダクタンスＬ２は、第１端部５１２と第２端部５１４とを有する。シャントキャパシタンスＣ２６は、第１端部５１６と第２端部５１８とを有する。第１端部５１２は、第２端部４７２および第１端部４７４に接続されている。第２端部５１４は、第１端部５１６に接続されている。第２端部５１８は、接地基準４５７に接続されている。第２端部５１４と第１端部５１６とは、電力コンバイナおよび／または負荷に接続され、電力コンバイナおよび／または負荷に電力を提供する。

【0109】

可変クラスモジュール５１０は、ＲＦ増幅器システムが、クラスＡＢモード、クラスＥモード、およびそれらの間のモードのいずれかで動作するようあらかじめ調節されることを可能にすることによって、さらなる程度の自由調節を提供する。これは、クラスＡＢモードとクラスＥモードとの間の可変ＰＡクラス動作を継続的に提供する。第２インダクタンスＬ２とシャントキャパシタンスＣ２６との値は、種々の動作モードを提供するために変化させてもよい。

【0110】

一般に、図１７の４ＰＡ構成の出力に対して可変クラスモジュール５１０によって示される出力インピーダンスが低いほど、４ＰＡ構成は、ある程度まで、よりいっそう、クラスＥシステムとして動作する。また、４ＰＡ構成の出力に対して可変クラスモジュール５１０によって示される出力インピーダンスが高いほど、４ＰＡ構成は、ある程度まで、よりいっそう、クラスＡＢシステムとして動作する。出力インピーダンスは、可変クラスモジュール５１０のインピーダンスを変化させることによって、クラスＡＢおよび／またはＥに、より近く設定されてもよい。

【0111】

図１５、図１７の出力インピーダンスマッチングモジュールおよび可変クラスモジュール５１０のインピーダンス値は、トランジスタ負荷ライン（またはＲＦ出力電力）要件、ＡＦＴ平坦性要件、効率要件、または、ＰＡ圧縮点要件に基づいて設定されてもよい。インピーダンス値は、特定の周波数帯域に対し、トランジスタＱ１−Ｑ８のドレインインピーダンスおよび第２変圧器Ｔ５−Ｔ８の出力インピーダンスに依存する。

【0112】

図１８に、図１５のＬＣ回路４６５と図１７の可変クラスモジュール５１０とを有し、第２周波数範囲で動作するＲＦ増幅器システムに対する、一例としてのインピーダンスを表すスミスチャートを示す。２つのインピーダンス曲線５３０、５３２が示されている。第１インピーダンス曲線５３０は、第１周波数（例えば３８．７ＭＨｚ）で動作するＲＦ増幅器システムに対して示されている。第２インピーダンス曲線５３２は、第２周波数（例えば４２．７ＭＨｚ）で動作するＲＦ増幅器システムに対して示されている。

【0113】

曲線５００、５０２の間の標準化された点は、モジュール４６３、５１０によって提供される出力ネットワークに沿った種々の点におけるインピーダンスを参照する。例えば、第１曲線区分５３４は、キャパシタンスＣ２１−Ｃ２４と関連している。第２曲線区分５３６は、伝送ライン４５６−４６２のインピーダンスと関連している。第３曲線区分５３８は、インダクタンスＬ１と関連している。第４曲線区分５４０は、シャントキャパシタンスＣ２５と関連している。第５曲線区分５４２は、インダクタンスＬ２と関連している。第６曲線区分５４４は、シャントキャパシタンスＣ２６と関連している。

【0114】

第１曲線５３０の第１点５４４は、入力信号の周波数が３８．７ＭＨｚであるときのインピーダンス値である。第２曲線５３２の第２点５４６は、入力信号の周波数が４２．７ＭＨｚであるときのインピーダンス値である。一例として、第１点に対する第２変圧器のそれぞれの、出力インピーダンスは、１０３．４４Ω（すなわち、結合されて２５．８６Ω）であってもよい。第２点に対する第２変圧器のそれぞれの、出力インピーダンスは、１２７．６Ω（すなわち、結合されて３１．９Ω）であってもよい。

【0115】

図１９に、第２周波数範囲で動作するＲＦ増幅器システムに対するＰＡトランジスタのドレイン電圧およびゲート電圧のプロットを示す。示された例では、ＲＦ増幅器システムに供給される入力信号の中心周波数は２７ＭＨｚである。ＲＦ増幅器システムは、上述のＲＦ増幅器システムのうちの任意のものであってよい。ドレイン電圧およびゲート電圧は、例えば、図７−図８、図１５のトランジスタＱ１−Ｑ８のものであってよい。４つの電圧プロットが示されている。第１および第２電圧プロット６２０、６２２は、ＰＡの第１および第２トランジスタのドレイン電圧である。第３および第４電圧プロット６２４、６２６は、第１および第２トランジスタのゲート電圧である。プロットからわかるように、第１トランジスタのドレイン電圧は、第２トランジスタのドレイン電圧と非対称である。また、第１トランジスタのゲート電圧は、第２トランジスタのゲート電圧と非対称である。

【0116】

ドレイン電圧およびゲート電圧の非対称の特性は、対応するＰＡの出力電力および効率を減少させた。ＰＡの非対称のふるまいを最小化し、および／または、対称なドレイン電圧およびゲート電圧を提供するために、図２１に示すように、トランジスタ分離を提供してもよい。

【0117】

再度図１５の実施形態を参照して、トランジスタ分離を提供する。ここで述べた他の実施形態に加えて、図１５の実施形態は、オープンケーブル負荷に適用することができる。インピーダンス変換およびトランジスタＱ１−Ｑ８のゲート間の分離は、シャント抵抗Ｒ１−Ｒ８およびシャントキャパシタンスＣ５−Ｃ１２によって提供されることができる。他の周波数の実施形態（例えば２７ＭＨｚおよび４０ＭＨｚ）では、図１５に示すようなシャントキャパシタンスが、入力変圧器Ｔ１−Ｔ４の出力に設けられている。シャント抵抗Ｒ１−Ｒ８は、実数のインピーダンス負荷を提供し、また、直列のキャパシタＣ５−Ｃ１２と共に、プッシュプルＰＡ２００−２０３のそれぞれにおけるトランジスタ対の間の分離を提供し、この分離によって、特にｆ／２近傍の周波数で、スプリアス出力が防止される。このさらなる分離は、主にＣｇｄによって起きる、限定されたトランジスタ逆分離（Ｓ１２）ゆえ、有用である。抵抗Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７の入力端部は、入力変圧器Ｔ１−Ｔ４の二次巻線とキャパシタンスＣ１３、Ｃ１５、Ｃ１７、Ｃ１９との間に接続されている。抵抗Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８の入力端部は、入力変圧器Ｔ１−Ｔ４の二次巻線とキャパシタンスＣ１４、Ｃ１６、Ｃ１８、Ｃ２０との間に接続されている。

【0118】

シャントキャパシタンスＣ５−Ｃ１２はまた、プッシュプルトランジスタＱ１−Ｑ８の各対の間の分離を増加させ、また、逆ＲＦの位相を変化させ、その結果、全体的なＰＡの効率を３％改善する。シャントキャパシタンスＣ５−Ｃ１２はまた、例えば２７ＭＨｚの実施形態で、安定性を改善する。トランジスタＱ１−Ｑ８の間の信号ラインは、等しい長さ（すなわち対称）のものであってもよい。

【0119】

図２０に、トランジスタ分離を含むＲＦ増幅器システムに対するドレイン電圧およびゲート電圧のプロットを示す。示された例では、ＲＦ増幅器システムに供給される入力信号の中心周波数は２７ＭＨｚである。ＲＦ増幅器システムは、上述のＲＦ増幅器システムのうちの任意のものであってよい。ドレイン電圧およびゲート電圧は、例えば、図７−図８、図１５のトランジスタＱ１−Ｑ８のものであってよい。３つの電圧プロットが示されている。第１および第２電圧プロット６４０、６４２は、ＰＡの第１および第２トランジスタのドレイン電圧である。第３電圧プロット６４４は、第１トランジスタのゲート電圧である。第２トランジスタのゲートに対して同様のプロットが提供されてもよい。プロットからわかるように、第１トランジスタのドレイン電圧は、第２トランジスタのドレイン電圧と対称的である。示していないが、第１トランジスタのゲート電圧は、第２トランジスタのゲート電圧と対称的である。ゲート対ゲートの分離を提供することによって、シャントキャパシタンスＣ５−Ｃ１２がＰＡの不安定性を防ぎ、ＰＡがスプリアス出力無しで動作する。これにより、動作効率を改善し、ＲＦ増幅器システムの出力電力を増加させることができる。

【0120】

ＰＡの不安定性は、より高い周波数（例えば６０ＭＨｚ）よりも、より低い周波数（例えば２７ＭＨｚ）のときのほうが悪いことがありうるが、これは、トランジスタのゲインおよびそれゆえＰＡのゲイン（Ｓ２１）が、より高いからである。この理由により、より高い周波数、例えば６０ＭＨｚよりも、低い周波数、例えば４０ＭＨｚまたは２７ＭＨｚで動作するときに、より高い分離が用いられる。結果として、シャントキャパシタンスＣ５−Ｃ１２は、一例として、６０ＭＨｚの実施形態では、用いられ得ないか、または、最小化され得る。

【0121】

ここで述べた実施形態は、６０ＭＨｚの、並列および直接に結合された、ＡＦＴ適用のための広帯域のＰＡモジュールを有する。ここで述べた実施形態は、出力インピーダンス変動補正のためのＦＩＣモジュールを含む、２７ＭＨｚ／４０ＭＨｚの、並列および直接に結合された、ＡＦＴ適用のための広帯域のＰＡモジュールを有する。ここで述べた技術はまた、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚおよび６０ＭＨｚの実施形態のためのＰＡモジュールが動作クラスを変えることを可能にする可変クラス技術を有する。

【0122】

様々な位相角度の開回路または短路回路の負荷を駆動するときに、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚおよび６０ＭＨｚの実施形態に用いられるタイプの個々のプッシュプルＰＡが２７ＭＨｚで不安定になって６０ＭＨｚでｆ／２のスプール（spur）を生成するのを防ぐ、ＰＡ安定性技術が開示される。

【0123】

２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚおよび６０ＭＨｚの実施形態に用いられるタイプの多数のＰＡを直接に結合するときに、多重スプリアス出力を生成しない、システムレベル安定性技術が提供される。様々な位相角度の開回路または短路回路の負荷を駆動するときに、スプリアス出力が生成されない。個々のＰＡがＳ１２機構を通して相互作用するのを防ぐために、この実施形態での電力分割は完全に分離される。Ｓ１２機構は、様々な位相角度の開回路または短路回路の負荷を駆動するときに、ランダムな多重スプリアス出力を生成することができる。対応するＰＡモジュールを含めて、ここで述べた２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚおよび６０ＭＨｚの実施形態および他の実施形態は、多重ＲＦ増幅器システムを有するＲＦデッキに用いることができる。

【0124】

上述のＲＦ増幅器システムおよび対応するＰＡは、広帯域動作、改善された動作効率を提供しながら、最小のインダクタンス、キャパシタンスおよび／またはインピーダンスを有する出力ネットワーク設計を提供する。出力ネットワーク設計は、最小の個数のインピーダンス変換を有し、広い動作帯域および改善された動作効率を提供する。最小のインダクタンス、キャパシタンスおよび／またはインピーダンスを有する出力ネットワーク設計を提供することによって、ＲＦ増幅器システムは、最小の回路サイズを有し、それゆえ、改善された電力密度（回路面積あたりの電力）を有する。回路部品の個数が最小であるため、ＲＦのロスが最小化され、動作効率が改善される。動作効率が改善されるので、動作温度が下がる。さらに、回路部品の個数が最小であることと、動作温度とによって、信頼性が改善される。

【0125】

上記記載は、本質的に単に説明のためのものであり、開示、適用、または使用を制限することを意図しない。開示の、広い技術は、様々な形態で実施可能である。それゆえ、開示は特別な例を含んでいる一方で、開示の真の範囲は限定すべきではなく、これは、図面、明細書および後述の請求項の検討に基づいて他の修正が明らかになるからである。ここで用いられているように、Ａ、ＢおよびＣのうちの少なくとも一つというフレーズは、非排他的論理ＯＲを用いて、論理（ＡまたはＢまたはＣ）を意味すると解釈されるべきである。方法内の一つまたはそれより多いステップが、本開示の原則を変えずに、種々の順序で（または同時に）実行してもよいということが理解されるべきである。

【0126】

以下の定義も含めて、モジュールという用語は、回路という用語に置き換えることができる。モジュールという用語は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）；デジタル、アナログまたは混合されたアナログ／デジタルのディスクリート回路；デジタル、アナログまたは混合されたアナログ／デジタルの集積回路；結合論理回路；フィールドプログラマブルゲートアレー（ＦＰＧＡ）；コードを実行するプロセッサ（共有、専用、グループ）；プロセッサにより実行されるコードを記憶するメモリ（共有、専用、グループ）；上記機能を提供する他の適切なハードウエア部品；または、システムオンチップ内のもののような、上記のもののいくつかまたは全ての結合を参照しても、その一部であっても、それを含んでもよい。

【0127】

上記のようなコードという用語は、ソフトウエア、ファームウエア、および／またはマイクロコードを含んでもよく、また、プログラム、ルーチン、関数、クラス、および／またはオブジェクトを参照してもよい。共有プロセッサという用語は、多重モジュールからのいくつかまたは全てのコードを実行する単一のプロセッサを含む。グループプロセッサという用語は、追加のプロセッサと結合して、一つまたはそれより多いモジュールからのいくつかまたは全てのコードを実行するプロセッサを含む。共有メモリという用語は、多重モジュールからのいくつかまたは全てのコードを記憶する単一のメモリを含む。グループメモリという用語は、追加のメモリと結合して、一つまたはそれより多いモジュールからのいくつかまたは全てのコードを記憶するメモリを含む。メモリという用語は、コンピュータ読み取り可能な媒体という用語のサブセットであってもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体という用語は、媒体を通じて伝搬する一時的で電気的および電磁気的な信号を含まず、それゆえ、実体があり、非一時的であるとみなされてよい。非一時的で実体があるコンピュータ読み取り可能な媒体の非限定的な例は、不揮発性メモリ、揮発性メモリ、磁気媒体および光媒体を含む。

【0128】

ここで用いられている用語は、特定の例の実施形態を記述する目的だけのためのものであり、限定的であることを意図しない。ここで用いられているように、単数形式「a」、「an」および「the」は、内容がそうでないことを明確に示していない限り、複数形式も同様に含むことを意図していてよい。「comprises」、「comprising」、「including」および「having」という用語は、内包的であり、それゆえ、述べられた特徴、全体、ステップ、動作、素子および／または部品の存在を明記しているが、一つまたはそれより多い他の特徴、全体、ステップ、動作、素子、部品および／またはそれらのグループの存在または追加を除外していない。ここで述べた方法のステップ、プロセスおよび動作は、実行の順番として特に特定されない限り、述べたまたは図示した特定の順番で実行することを必ず要するものであると解釈されるべきではない。追加または代替のステップを採用してもよいとも理解されるべきである。

【0129】

ここでの素子が別の素子に対して「接触し（on）」、「はめ込まれ（engaged to）」、「接続され（connected to）」または「連結され（coupled to）」ているものとして言及される場合、それは、その別の素子に対して直接に、接触して、はめ込まれ、接続され、または連結されてもよいし、中間の素子が存在してもよい。一方、素子が別の素子に対して「直接接触し（directly on）」、「直接はめ込まれ（directly engaged to）」、「直接接続され（directly connected to）」または「直接連結され（directly coupled to）」ているものとして言及される場合、中間の素子は存在してはならない。素子間の関係を記述するのに用いられる他の用語は、同様に（例えば、「間に（between）」対「直接間に（directly between）」、「隣接して（adjacent）」対「直接隣接して（directly adjacent）」など）解釈すべきである。ここで用いられているように、「および／または」という用語は、関連するリスト化された用語の一つまたはそれより多いものの任意のおよび全ての結合を含む。

【0130】

第１、第２、第３などの用語は、様々な素子、部品、および／またはモジュールを記載するのにここで用いられうるが、これらの素子、部品、および／またはモジュールは、これらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、一つの素子、部品またはモジュールを、他の素子、部品またはモジュールから区別するのに用いることができるだけである。「第１」、「第２」および他の数字の用語は、ここで用いられる場合、内容によって明確に示されていない限り、順序や順番を含まない。それゆえ、以下で述べる第１の素子、部品またはモジュールは、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、第２の素子、部品またはモジュールと称することができる。

【0131】

上記実施形態の記述は、説明と記述の目的のために提供される。排他的にすることや発明を制限することは意図されない。特定の実施形態の個々の素子や特徴は、一般に、特定の実施形態に限定されず、適用可能であれば、特に示したり述べたりしていなくても、相互に交換可能であり、選択された実施形態にて用いることができる。同一の方法は、多くの方法によって変更してもよい。このような変更は、発明からの逸脱とみなすべきではなく、このような全ての修正が発明の範囲内に含まれることが意図されている。

【図面の簡単な説明】

【0132】

【図1】従来の可変クラス増幅器システムの電力増幅器モジュールのための電力出力対周波数プロットである。

【図2】従来の可変クラス増幅器システムの電力増幅器モジュールのための一例としての電流対周波数プロットである。

【図3】従来の可変クラス増幅器システムのＰＡ出力のＣＬＣネットワークに対するインピーダンス変化を示すスミスチャートである。

【図4】本願に係る第１周波数範囲で動作する３重電力増幅器構成を有する無線周波数増幅器システムのブロックおよび概略的なダイヤグラムである。

【図5】従来の可変クラス増幅器システムと図４の無線周波数増幅器システムとの間の違いを示す一例としての電力対周波数プロットである。

【図6】本願に係る電力増幅器モジュールのブロックダイヤグラムである。

【図7】本願に係る電力増幅器モジュールの概略的なダイヤグラムである。

【図8】本願に係る電力増幅器モジュールと可変クラスモジュールとを示す概略的なダイヤグラムである。

【図9】本願に係る、第１周波数範囲で動作し、第１電力出力定格を有する、４重電力増幅器を有する別の無線周波数増幅器システムのブロックおよび概略的なダイヤグラムである。

【図10】本願に係る、第２電力出力定格のための別の無線周波数増幅器システムのブロックおよび概略的なダイヤグラムである。

【図11】本願に係る、ハーモニックアッテネータを有する電力増幅器モジュールのブロックダイヤグラムである。

【図12】図９の無線周波数増幅器システムのための一例としての電力対周波数プロットである。

【図13】図９の無線周波数増幅器システムのＰＡモジュールの出力に対する一例としてのインピーダンスを示すスミスチャートである。

【図14】種々の周波数で動作する電力増幅器のトランジスタと変圧器の一例としてのインピーダンス変化を示すスミスチャートである。

【図15】本願に係る、第２周波数範囲で動作する出力インピーダンスマッチングを有する電力増幅器モジュールの概略的なダイヤグラムである。

【図16】図１５の出力インピーダンスマッチングを有し、第２周波数範囲で動作する無線周波数増幅器システムに対する一例としてのインピーダンスを示すスミスチャートである。

【図17】本願に係る、図１５の出力インピーダンスマッチングを有する出力モジュールと、第２周波数範囲で動作する可変クラスモジュールとの概略的なダイヤグラムである。

【図18】図１５の出力インピーダンスマッチングと図１７の可変クラスモジュールとを有し、第２周波数範囲で動作する無線周波数増幅器システムに対する一例としてのインピーダンスを示すスミスチャートである。

【図19】本願に係る無線周波数増幅器システムのための電力増幅器トランジスタのドレイン電圧およびゲート電圧のプロットである。

【図20】本願に係るトランジスタ分離を有する無線周波数増幅器システムのための電力増幅器トランジスタのドレイン電圧およびゲート電圧のプロットである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】