特許 6834093 高周波電力増幅器及び無線通信装置

(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】6834093

(24)【登録日】2021年2月8日

(45)【発行日】2021年2月24日

(54)【発明の名称】高周波電力増幅器及び無線通信装置

(51)【国際特許分類】

   H03F 3/24 20060101AFI20210215BHJP

   H03F 1/32 20060101ALI20210215BHJP

   H03F 1/02 20060101ALI20210215BHJP

   H04B 1/04 20060101ALN20210215BHJP

【ＦＩ】

   H03F3/24

   H03F1/32

   H03F1/02

   !H04B1/04 R

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-196641(P2016-196641)

(22)【出願日】2016年10月4日

(65)【公開番号】特開2018-61120(P2018-61120A)

(43)【公開日】2018年4月12日

【審査請求日】2019年10月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】594023722

【氏名又は名称】サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド．

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】村上 忠正

【審査官】 渡井 高広

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１１１４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０４６８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０２６７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１２４５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１０１８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００１／０５９９２７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｆ ３／２４

Ｈ０３Ｆ １／０２

Ｈ０３Ｆ １／３２

Ｈ０４Ｂ １／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の周波数の信号を増幅する第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタの出力を増幅する第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタの出力と前記第２のトランジスタの入力との間の接続点において一端がグランドに接続されるインダクタと、
前記接続点において一端がグランドに接続される第１の容量と、
前記第１のトランジスタの出力と前記接続点との間に設けられる第２の容量と、
を備え、
前記インダクタと前記第２の容量との組み合わせは、前記第１のトランジスタの出力に対して前記所定の周波数帯を含んだ第１の帯域を通過させて前記第２のトランジスタへ出力するハイパスフィルタとして作用し、
前記インダクタと前記第１の容量との組み合わせは、前記第１のトランジスタの出力に対して前記所定の周波数帯を含んだ前記第１の帯域より低い帯域である第２の帯域を通過させて前記第２のトランジスタへ出力するローパスフィルタとして作用する、高周波電力増幅器。

【請求項2】

前記インダクタと前記第１の容量とは、前記周波数の２倍波周波数において共振する、請求項１に記載の高周波電力増幅器。

【請求項3】

前記インダクタと前記第１の容量との間に追加の容量が備えられない、請求項１または２に記載の高周波電力増幅器。

【請求項4】

前記第１のトランジスタは、ＧａＡｓ基板上のヘテロ接合バイポーラトランジスタである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の高周波電力増幅器。

【請求項5】

前記第２のトランジスタは、ＧａＡｓ基板上のヘテロ接合バイポーラトランジスタである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の高周波電力増幅器。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか一項に記載の高周波電力増幅器を備える、無線通信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高周波電力増幅器及び無線通信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電話やスマートフォン（Ｓｍａｒｔｐｈｏｎｅ）、タブレット（Ｔａｂｌｅｔ）端末等に代表される携帯型の通信装置は、通信装置間で無線通信を実行する際に、中継装置となる基地局との間で定常的に通信を実行する。通常、通信装置は、基地局との距離に応じて高周波信号の送信電力及び受信感度を調整しながら通信を行う。

【0003】

そして、携帯型の通信装置の飛躍的な普及に伴って、マイクロ波（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ）帯の高周波電力増幅器への需要が高まっている。このような高周波電力増幅器への需要の高まりに伴って、高周波電力増幅器に対する低電圧動作化、高効率化、小型・軽量化の要望が一段と強くなっている。低電圧動作化、高効率化、小型・軽量化の実現を目的とした技術としては、例えば非特許文献１がある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Esko A. JGvinen and Marko J. Alanen, GaAs HBT Class-E Amplifiers for 2-GHz Mobile Applications, 2005 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium, Pages: 421-424

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

携帯型の通信装置に用いられる高周波電力増幅器は、回路を小型化するともに、内蔵電池の使用時間をより長くするために高い電力効率が求められる。しかし、非特許文献１で記載された技術を高周波電力増幅器に適用すると、回路の大型化が避けられなかったり、電力効率や線形性が劣化したりするという問題があった。

【0006】

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、回路を小型化するともに電力効率や線形性を向上させることが可能な、新規かつ改良された高周波電力増幅器及び無線通信装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、所定の周波数の信号を増幅する第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタの出力を増幅する第２のトランジスタと、前記第１のトランジスタの出力に対して前記所定の周波数帯を含んだ第１の帯域を通過させて前記第２のトランジスタへ出力するハイパスフィルタと、前記第１のトランジスタの出力に対して前記所定の周波数帯を含んだ前記第１の帯域より低い帯域である第２の帯域を通過させて前記第２のトランジスタへ出力するローパスフィルタと、を備えることを特徴とする、高周波電力増幅器が提供される。

【0008】

前記ローパスフィルタは、前記第１のトランジスタの出力と前記第２のトランジスタの入力との間の接続点において一端がグランドに接続されるインダクタと、前記接続点において一端がグランドに接続される第１の容量と、を備えていてもよい。

【0009】

前記インダクタと前記第１の容量とは、前記周波数の２倍波周波数において共振してもよい。

【0010】

前記ハイパスフィルタは、前記インダクタと、前記第１のトランジスタの出力と前記接続点との間に設けられる第２の容量と、を備えていてもよい。

【0011】

前記第１のトランジスタは、GaAs基板上のヘテロ接合バイポーラトランジスタであってもよい。

【0012】

前記第２のトランジスタは、GaAs基板上のヘテロ接合バイポーラトランジスタであってもよい。

【0013】

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記高周波電力増幅器を備える、無線通信装置が提供される。

【発明の効果】

【0014】

以上説明したように本発明によれば、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、回路を小型化するともに電力効率や線形性を向上させることが可能な、新規かつ改良された高周波電力増幅器及び無線通信装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】スイッチングＰＡの回路構成例を示す説明図である。

【図2A】ドライバアンプを設けた高周波電力増幅器の例を示す説明図である。

【図2B】ドライバアンプを設けた高周波電力増幅器の例を示す説明図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る高周波電力増幅器１００の構成例を示す説明図である。

【図4】バイポーラトランジスタＱ１のスイッチング動作を説明する説明図である。

【図5】バイポーラトランジスタＱ１のコレクタに流れる電流と、キャパシタＣ１に流れる電流との時間変化を示す説明図である。

【図6】出力ＩＣｏｕｔに発生する電圧波形を示す説明図である。

【図7】バイポーラトランジスタＱ１のベース電圧波形が変形する様子を示す説明図である。

【図8】キャパシタＣａｄｄがある場合と、無い場合における、バイポーラトランジスタＱ１のベース電圧波形と、バイポーラトランジスタＱ１の電流波形と、出力ＩＣｏｕｔの電圧波形を示す説明図である。

【図9】キャパシタＣａｄｄがある場合と無い場合とにおける電力効率の比較例を示す説明図である。

【図10】キャパシタＣａｄｄがある場合と無い場合とにおける隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ）の比較例を示す説明図である。

【図11】キャパシタＣａｄｄの容量値を横軸に、キャパシタＣａｄｄがある場合と無い場合とにおけるＰＡＥの差を縦軸にとったグラフを示す説明図である。

【図12】本発明の一実施形態に係る高周波電力増幅器１００を備える無線通信装置１０００の構成例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0017】

＜１．概要＞
まず、本発明の実施の形態について説明する前に、本発明の実施の形態の概要について説明する。

【0018】

携帯型の通信装置の飛躍的な普及に伴って、マイクロ波）帯の高周波電力増幅器への需要が高まっている。そして、携帯型の通信装置に用いられる高周波電力増幅器は、回路を小型化するともに、内蔵電池の使用時間をより長くするために高い電力効率が求められる。

【0019】

高効率化を目的とした電力増幅器の開発が数多く行われており、その高効率化の実現手法の一つとして、電力増幅器に用いられるトランジスタをスイッチに見立てて動作させるスイッチングパワーアンプ（スイッチングＰＡ）がある。スイッチングＰＡを実現した回路の具体例として例えば非特許文献１で開示されているものがある。

【0020】

図１は、スイッチングＰＡの回路構成例を示す説明図である。図１に示したスイッチングＰＡは、スイッチとなるバイポーラトランジスタＱ１の出力コレクタ部とグランドとの間に、適切に容量値が調整されたキャパシタＣ１が接続されている。また、インダクタＬｘ、Ｌ０、Ｌ２、及びキャパシタＣ０、Ｃ２で構成された出力回路では、インダクタＬ０及びキャパシタＣ０によって動作基本周波数で電流が共振するとともに、インダクタＬ２とキャパシタＣ２によって、通常５０Ωから、バイポーラトランジスタＱ１にとっての最適な実数抵抗値Ｒ_Ｌへの変換機能を有するよう、各定数が調整されている。

【0021】

また、インダクタＬｒｆｃは、バイポーラトランジスタＱ１にバイアス電圧Ｖｃｃを与えるチョークインダクタである。またキャパシタＣ１は、バイポーラトランジスタＱ１のスイッチング動作に対して電荷を充放電する。キャパシタＣ１は、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ部の寄生容量が付かないようにする。またキャパシタＣ１は、集積回路上のＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）で形成され、キャパシタＣ１とバイポーラトランジスタＱ１との接続において直列のインダクタンス成分ができる限り付かないようにしている。

【0022】

なお、モノリシックマイクロ波集積回路（Monolithic Microwave Integrated Circuit；ＭＭＩＣ）でスイッチングＰＡを実現する場合、インダクタＬｒｆｃ、Ｌｘ、Ｌ０、Ｌ２、及びキャパシタＣ０、Ｃ２は、集積回路上の素子、または、プリント回路上のパターン、ＳＭＤ（Surface Mount Device）もしくはボンディングワイヤで構成される。

【0023】

また、ＭＭＩＣでスイッチングＰＡを構成する場合、併せてドライバアンプ（ＤＡ）を搭載することが多い。図２Ａ、２Ｂは、ドライバアンプを設けた高周波電力増幅器の例を示す説明図である。図２Ａは、ドライバアンプＱ０と、バイポーラトランジスタＱ１とをハイパスフィルタで接続した高周波電力増幅器を示し、図２Ｂは、ドライバアンプＱ０と、バイポーラトランジスタＱ１とをローパスフィルタで接続した高周波電力増幅器を示している。

【0024】

構成する素子は、図２Ａ、図２Ｂとも同じである。図２Ａでは、キャパシタＣｉｓが信号に直列に、インダクタＬｉｓが対地に配置されており、この２つの素子でハイパスフィルタを構成している。一方、図２Ｂでは、キャパシタＣｉｓが対地に、インダクタＬｉｓが信号に直列に配置されており、この２つの素子でローパスフィルタを構成している。

【0025】

一般的に、１Ｗ程度、１ＧＨｚ程度の周波数を出力するＰＡのバイポーラトランジスタＱ１のエミッタサイズは数千ｕｍ^２と大きく、その入力インピーダンスは数Ω以下と非常に小さい。そのため、バイポーラトランジスタＱ１の入力部でインピーダンス整合をするためには、図２Ａに示した構成では、キャパシタＣｉｓの容量は数ｐＦ、インダクタＬｉｓのインダクタンスは数百ｐＨであり、インダクタＬｉｓはボンディングワイヤ等で形成できるために高いＱ値でスイッチングＰＡを構成できる。一方、図２Ｂの構成では、キャパシタＣｉｓの容量は数ｐＦ、インダクタＬｉｓのインダクタンスは数ｎＨとなり、ＩＣ上でインダクタＬｉｓを構成するには、スパイラルインダクタといった大面積を必要とする素子が必要となり、またＱ値も図２Ａの構成と比較して低くなる。

【0026】

従って、ドライバアンプＱ０と、バイポーラトランジスタＱ１とを接続する際には、図２Ａに示したハイパスフィルタの構成を用いられることが多い。

【0027】

しかしながら、図２Ａに示したハイパスフィルタの構成を採用した場合、主にドライバアンプＱ０から発生した高調波が、ハイパスフィルタをそのまま通過してしまい、除去されないままバイポーラトランジスタＱ１に出力されてしまう。従って、その高調波がスイッチング動作をしているＰＡの電力効率や線形性を劣化させる原因となる。

【0028】

そこで本件発明者は、上述した点に鑑み、回路を小型化するともに電力効率や線形性を向上させることが可能な高周波電力増幅器について鋭意検討を行った。その結果、本件発明者は、以下で説明するように、回路を小型化するともに電力効率や線形性を向上させることが可能な高周波電力増幅器を考案するに至った。

【0029】

以上、本発明の実施の形態の概要について説明した。

【0030】

＜２．構成例＞
続いて、本発明の実施の形態に係る高周波電力増幅器の構成例を説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る高周波電力増幅器１００の構成例を示す説明図である。

【0031】

図３に示したように、本発明の実施の形態に係る高周波電力増幅器１００は、ドライバアンプＱ０と、スイッチとなるバイポーラトランジスタＱ１と、インダクタＬｒｆｃ、Ｌ０、Ｌ２、Ｌｃ１、Ｌｉｓと、キャパシタＣ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃｉｓ、Ｃｂ２、Ｃａｄｄと、を含んで構成される。

【0032】

図３に示した高周波電力増幅器１００は、例えば、周波数が７００ＭＨｚから９５０ＭＨｚまで、または１２００ＭＨｚから３８００ＭＨｚの範囲で動作する高周波電力増幅器である。ドライバアンプＱ０と、スイッチとなるバイポーラトランジスタＱ１とは、例えばＧａＡｓ基板上ヘテロ接合バイポーラトランジスタであり、それぞれのエミッタサイズは、例えば１５００ｕｍ^２から５０００ｕｍ^２の範囲であってもよい。

【0033】

図３に示した高周波電力増幅器１００は、図１、２に示した高周波電力増幅器に、キャパシタＣａｄｄが加わった構成を有する。キャパシタＣａｄｄは、ドライバアンプＱ０とバイポーラトランジスタＱ１との間の接続点とグランドとの間に設けられており、インダクタＬｉｓと組み合わせてローパスフィルタとなりうる。

【0034】

ここで基本的なスイッチングＰＡ（Ｅ級）の動作について説明する。図４は、バイポーラトランジスタＱ１のスイッチング動作を説明する説明図である。スイッチングＰＡのスイッチとなりうるバイポーラトランジスタＱ１は、図４に示すように、ベース電圧信号がしきい値電圧Ｖｔｈを上回る場合には抵抗が０Ωのスイッチオンの状態となり、逆に下回る場合には、抵抗が無限大のスイッチオフの状態とみなされる。このバイポーラトランジスタＱ１のオンとオフの状態が、信号の基本波周波数の周期で繰り返される。

【0035】

一方、バイポーラトランジスタＱ１の出力においては、そのベース電圧信号によって電流が出力されるが、基本波周波数において共振するように設定されたインダクタＬ０とキャパシタＣ０により、図３に示した出力ＩＣｏｕｔにおいては、基本波周波数の正弦波電流のみが流れる。

【0036】

以上の条件において、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタに流れる電流と、キャパシタＣ１に流れる電流を検討する。図５は、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタに流れる電流と、キャパシタＣ１に流れる電流との時間変化を示す説明図である。図５には、横軸を時間として、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタに流れる電流と、キャパシタＣ１に流れる電流を縦軸に記したグラフが示されている。出力ＩＣｏｕｔを流れる出力電流は前述の通り、信号の基本波周波数の正弦波となっている。この正弦波電流は、バイポーラトランジスタＱ１がスイッチオンしているときは、バイポーラトランジスタＱ１に電流が流れ、バイポーラトランジスタＱ１がスイッチオフしているときはキャパシタＣ１にその正弦波電流が流れる。

【0037】

次に出力ＩＣｏｕｔに発生する電圧波形を説明する。図６は、出力ＩＣｏｕｔに発生する電圧波形を示す説明図である。図６に示したように、バイポーラトランジスタＱ１がスイッチオンしている時間では、接地と同状態のため電圧は０となる。一方、バイポーラトランジスタＱ１がスイッチオフしている時間では、キャパシタＣ１に流れる電流を積分したものがその電圧となり、図６に示すようにバイポーラトランジスタＱ１がスイッチオフした瞬間から電圧が上昇し、バイポーラトランジスタＱ１がスイッチオンする直前に０Ｖとなる波形である。

【0038】

図６を見ると、Ｑ１電流の波形と電圧の波形の積は常に０であるため、ドライバアンプＱ０で消費するエネルギーは０となり、理想的なスイッチであれば電力効率は１００％となる。

【0039】

しかしながら、実際の動作においては、バイポーラトランジスタＱ１とドライバアンプＱ０との接続に、図２Ａに示したようなハイパスフィルタの構成を用いた場合、図４に示したような正弦波に近いＱ１のベース電圧信号は得られずに、入力信号電力が増加すると線形動作から飽和動作に移行するドライバアンプＱ０から発生する高調波、またはバイポーラトランジスタＱ１の入力の非線形性によってベース電圧波形が変形する。

【0040】

図７は、ドライバアンプＱ０から発生する高調波、またはバイポーラトランジスタＱ１の入力の非線形性によって、バイポーラトランジスタＱ１のベース電圧波形が変形する様子を示す説明図である。バイポーラトランジスタＱ１とドライバアンプＱ０との接続に、図２Ａに示したようなハイパスフィルタの構成を用いた場合、例えば、図７に示したように、高調波として３倍波を含んだベース電圧波形となる。

【0041】

図７を用いて、ベース電圧が基本波のみの場合と３倍波を含む場合で出力波形がどのように変化するかを説明する。バイポーラトランジスタＱ１のベース電圧波形が基本波のみの場合、図６で説明したように、出力電圧と出力電流の積が常に０となり、バイポーラトランジスタＱ１で消費される電力は０となる。

【0042】

一方、バイポーラトランジスタＱ１のベース電圧波形が、例えば図７のように３倍波を含むような場合、出力電流は信号の基本波周波数の周期を保つ一方で、図７の時間ｔ１〜ｔ２の時間領域においては、ベース電圧がしきい値電圧Ｖｔｈを上回るため、スパイク状の電流（スパイク電流）が発生する。また、この時間ｔ１〜ｔ２の時間領域においてはＩＣｏｕｔの電圧も０Ｖではないため、バイポーラトランジスタＱ１において電力を大きく消費してしまい、電力効率を劣化させる。従って、図７のようなバイポーラトランジスタＱ１のベース電圧波形における高調波を除去することが望まれる。

【0043】

そこで、このバイポーラトランジスタＱ１のベース電圧波形における高調波による電力効率が劣化する問題に対して、本実施形態に係る高周波電力増幅器１００は、図３で示すように、集積回路上のキャパシタＣａｄｄを追加している。高周波電力増幅器１００は、キャパシタＣａｄｄを追加することによって、バイポーラトランジスタＱ１とドライバアンプＱ０との接続がローパスフィルタの特性を持つ。従って、ローパスフィルタによってバイポーラトランジスタＱ１のベース電圧波形から高調波が除去され、基本波周波数の正弦波に近い波形になる。本実施形態に係る高周波電力増幅器１００は、バイポーラトランジスタＱ１のベース電圧波形から高調波が除去されることで、バイポーラトランジスタＱ１における電力の消費が抑えられ、高い電力効率を保つことができる。

【0044】

また、本実施形態に係る高周波電力増幅器１００は、キャパシタＣａｄｄを備えていることにより、バイポーラトランジスタＱ１のベース電圧波形において高調波が除去できるため、バイポーラトランジスタＱ１の動作が線形動作に近い動作になる。本実施形態に係る高周波電力増幅器１００は、バイポーラトランジスタＱ１の動作が線形動作に近い動作となることで、全体として出力の線形特性（例えば、ＡＣＬＲ、ＥＶＭ等）が向上するという利点もある。

【0045】

ここで、実際のＭＭＩＣ上のバイポーラトランジスタとＭＩＭ等のモデルを用いて、図３に示した高周波電力増幅器１００を組み、キャパシタＣａｄｄがある場合と無い場合のそれぞれについて回路シミュレーションで比較を行った。このときの回路定数として、キャパシタＣａｄｄは５．８ｐＦ、インダクタＬｃ１は１．０ｎＨ、インダクタＬｉｓは０．２ｎＨ、キャパシタＣｉｓは５．８ｐＦ、キャパシタＣｂ２は２４ｐＦ、ドライバアンプＱ０のエミッタ面積は３０００ｕｍ２、バイポーラトランジスタＱ１のエミッタ面積は４００ｕｍ２、キャパシタＣ１は４ｐＦ、信号周波数は１９５０ＭＨｚを用いた。

【0046】

図８は、キャパシタＣａｄｄがある場合と、無い場合における、バイポーラトランジスタＱ１のベース電圧波形と、バイポーラトランジスタＱ１の電流波形と、出力ＩＣｏｕｔの電圧波形を示す説明図である。図８では、出力電力が３２ｄＢｍ程度の時で、キャパシタＣａｄｄがある場合と、無い場合とを比較している。

【0047】

まず、バイポーラトランジスタＱ１のベース電圧波形を見ると、キャパシタＣａｄｄが無い場合では電圧の立ち上がりにおいて急峻に立ち上がっているのに対して、キャパシタＣａｄｄがある場合は、無い場合に比べて立ち上がりが緩やかであり、正弦波に近い三角波に近い形状になっている。これは、バイポーラトランジスタＱ１のベース電圧波形において、キャパシタＣａｄｄがあることにより高調波成分が除去されているためである。

【0048】

そして、キャパシタＣａｄｄが無い場合では、バイポーラトランジスタＱ１の電流波形を見るとスパイク電流が発生しているが、キャパシタＣａｄｄがある場合には、そのスパイク電流は見られない。従ってキャパシタＣａｄｄがある場合では、スパイク電流が発生していない分だけ、バイポーラトランジスタＱ１での電力消費が抑えられていることになる。

【0049】

図９は、キャパシタＣａｄｄがある場合と無い場合とにおける電力効率の比較例を示す説明図である。上述したように、キャパシタＣａｄｄがある場合ではスパイク電流が発生しないことにより、キャパシタＣａｄｄが無い場合に比べて電力効率が数％上回っている。すなわち、本実施形態に係る高周波電力増幅器１００は、キャパシタＣａｄｄがあることにより、キャパシタＣａｄｄが無い場合と比べて電力効率が向上していることがわかる。

【0050】

図１０は、キャパシタＣａｄｄがある場合と無い場合とにおける、１０ＭＨｚ／５０ＲＢ／ＱＰＳＫのＬＴＥ信号を入力したときの隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ）の比較例を示す説明図である。図１０に示したように、キャパシタＣａｄｄがある場合の方が、無い場合に比べてＡＣＬＲが良好である。従って、本実施形態に係る高周波電力増幅器１００は、キャパシタＣａｄｄがあることにより、ドライバアンプＱ０とバイポーラトランジスタＱ１との間の高調波成分が除去され、線形性も向上していることがわかる。

【0051】

キャパシタＣａｄｄは、ドライバアンプＱ０とバイポーラトランジスタＱ１との間の高調波成分を除去するために適切な容量を有するものを選択することが出来る。一例として、キャパシタＣａｄｄは、入力される信号の周波数の２倍波周波数において共振するような容量を有していても良い。

【0052】

図１１は、キャパシタＣａｄｄの容量値を横軸に、キャパシタＣａｄｄがある場合と無い場合とにおけるＰＡＥの差を縦軸にとったグラフを示す説明図である。回路定数や入力信号の周波数は上述したものと同様である。

【0053】

キャパシタＣａｄｄの容量を０から増加させると、徐々に高調波の除去機能が働き、キャパシタＣａｄｄの容量が６ｐＦ程度で、そのＰＡＥの差が最大２％程度となった。この容量６ｐＦは、図３のインダクタＬｉｓとの共振周波数が、２倍波周波数（３．９ＧＨｚ）程度となるような容量値である。また、キャパシタＣａｄｄの容量が６ｐＦより大きくなると、高調波だけでなく入力信号も除去するように働くため、ＰＡＥの差は小さくなっていく。

【0054】

続いて、本発明の一実施形態に係る高周波電力増幅器１００を備える無線通信装置の構成例について説明する。図１２は、本発明の一実施形態に係る高周波電力増幅器１００を備える無線通信装置１０００の構成例を示す説明図である。

【0055】

図１２に示した無線通信装置１０００は、シンセサイザ１０１０と、変調回路１０２０と、高周波増幅器１０３０、１０７０と、フィルタ１０４０、１０８０と、アイソレータ１０５０と、デュプレクサ１０６０と、復調回路１０９０と、アンテナ１１００と、を含んで構成される。

【0056】

シンセサイザ１０１０は、変調回路１０２０での送信信号の変調や、復調回路１０９０での受信信号の復調に用いられる信号を出力する。変調回路は、供給される送信信号を所定の送信周波数の送信信号に変換する。高周波増幅器１０３０は、変調回路１０２０の出力信号を増幅する。フィルタ１０４０は、例えばバンドパスフィルタで構成され、高周波増幅器１０３０で増幅された高周波信号から、送信波帯域の信号を抽出する。アイソレータ１０５０は、フィルタ１０４０の出力信号をデュプレクサ１０６０へ一方向で供給する。

【0057】

デュプレクサ１０６０は、アイソレータ１０５０の出力端子に接続される端子、高周波増幅器１０７０の入力端子に接続される端子、アンテナ１１００に接続される端子の３端子を有する。

【0058】

高周波増幅器１０７０は、アンテナ１１００で受信され、デュプレクサ１０６０から出力される信号を増幅する。フィルタ１０８０は、例えばバンドパスフィルタで構成され、高周波増幅器１０７０の出力信号から送信波帯域の信号を抽出する。復調回路１０９０は、フィルタ１０８０で抽出された信号と、シンセサイザ１０１０から供給される局部発振信号と、を混合することで信号を復調する。

【0059】

本発明の一実施形態に係る高周波電力増幅器１００を備える無線通信装置は係る例に限定されるものではない。マイクロ波帯の信号を増幅する高周波電力増幅器が用いられるものであれば図１２に示したもの以外にも適用が可能である。本発明の一実施形態に係る高周波電力増幅器１００を備える無線通信装置は、低電圧動作化、高効率化、小型・軽量化を図ることが可能となる。

【0060】

＜２．まとめ＞
以上説明したように本発明の一実施形態によれば、ドライバアンプとバイポーラトランジスタとの間をハイパスフィルタで接続するとともに、ドライバアンプとバイポーラトランジスタとの間でローパスフィルタの特性を有する構成を備えることで、回路を小型化するともに電力効率や線形性を向上させることが可能な高周波電力増幅器が提供される。

【0061】

本発明の一実施形態に係る高周波電力増幅器は、ドライバアンプとバイポーラトランジスタとの間をハイパスフィルタで接続しただけの構成に比べて、高調波成分のバイポーラトランジスタへの流入を防ぐことが出来る。これにより、本発明の一実施形態に係る高周波電力増幅器は、ドライバアンプとバイポーラトランジスタとの間をハイパスフィルタで接続しただけの構成に比べて、電力効率を上昇させることが出来ると共に、線形性も向上させることが出来る。従って、本発明の一実施形態に係る高周波電力増幅器は、低電圧動作化、高効率化、小型・軽量化といった要望に応えられるものである。

【0062】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0063】

１００ 高周波電力増幅器
１０００ 無線通信装置

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】