IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 株式会社村田製作所の特許一覧

<>
  • 特開-整合回路 図1
  • 特開-整合回路 図2
  • 特開-整合回路 図3
  • 特開-整合回路 図4
  • 特開-整合回路 図5
  • 特開-整合回路 図6
  • 特開-整合回路 図7
  • 特開-整合回路 図8
  • 特開-整合回路 図9
  • 特開-整合回路 図10
  • 特開-整合回路 図11
  • 特開-整合回路 図12
  • 特開-整合回路 図13
  • 特開-整合回路 図14
  • 特開-整合回路 図15
  • 特開-整合回路 図16
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024121347
(43)【公開日】2024-09-06
(54)【発明の名称】整合回路
(51)【国際特許分類】
   H03F 1/56 20060101AFI20240830BHJP
   H03F 3/24 20060101ALI20240830BHJP
   H03F 3/217 20060101ALI20240830BHJP
【FI】
H03F1/56
H03F3/24
H03F3/217 160
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023028396
(22)【出願日】2023-02-27
(71)【出願人】
【識別番号】000006231
【氏名又は名称】株式会社村田製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】本多 悠里
【テーマコード(参考)】
5J500
【Fターム(参考)】
5J500AA04
5J500AA41
5J500AA67
5J500AC36
5J500AC61
5J500AC73
5J500AC75
5J500AF12
5J500AH06
5J500AH09
5J500AH25
5J500AH29
5J500AH33
5J500AH35
5J500AK12
5J500AK13
5J500AK29
5J500AS14
5J500AT01
5J500AT05
5J500CK03
5J500WU08
(57)【要約】
【課題】増幅器の出力側に設けられてインピーダンス整合を行う。
【解決手段】第1共振回路と、第2共振回路とを含み、第1共振回路は、第1インダクタンス素子および第1容量を有し、第2共振回路は、第2インダクタンス素子および第2容量を有し、第1インダクタンス素子の一端は増幅器の出力端子に接続され、第1インダクタンス素子の他端は、第2インダクタンス素子の一端および第1容量の一端に接続され、第2インダクタンス素子の他端は電源および第2容量の一端に接続される。さらに、増幅器の出力端子に接続され第3インダクタンス素子と、第3インダクタンス素子の出力側に接続された第4インダクタンス素子と、を含み、第2インダクタンス素子と第3インダクタンス素子とは電磁気的に結合し、第1インダクタンス素子と第4インダクタンス素子とは電磁気的に結合している。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
増幅器の出力側に設けられてインピーダンス整合を行う整合回路であって、
第1整合回路を含み、
前記第1整合回路は、
前記増幅器の出力端子に接続される第1共振回路と、前記第1共振回路と電源との間に接続される第2共振回路と、
を含み、
前記第1共振回路は、第1インダクタンス素子および第1容量を有し、
前記第2共振回路は、第2インダクタンス素子および第2容量を有し、
前記第1インダクタンス素子の一端は、前記増幅器の出力端子に接続され、
前記第1インダクタンス素子の他端は、前記第2インダクタンス素子の一端および前記第1容量の一端に接続され、
前記第2インダクタンス素子の他端は、前記電源および前記第2容量の一端に接続され、
前記第1容量の他端は、基準電位に接続され、
前記第2容量の他端は、前記基準電位に接続され、
前記第1整合回路は、さらに、
前記増幅器の出力端子に接続された第3インダクタンス素子と、前記第3インダクタンス素子の出力側に接続された第4インダクタンス素子と、
を含み、
前記第2インダクタンス素子と前記第3インダクタンス素子とは、電磁気的に結合しており、
前記第1インダクタンス素子と前記第4インダクタンス素子とは、電磁気的に結合している
整合回路。
【請求項2】
第1共振回路の共振周波数は、前記増幅器が増幅する信号の周波数の1.25倍以上2.5倍以下であり、
第2共振回路の共振周波数は、前記増幅器が増幅する信号の周波数の0.45倍以上0.85倍以下である
請求項1に記載の整合回路。
【請求項3】
前記第1整合回路の出力側に設けられた、第2整合回路をさらに含む請求項1または請求項2に記載の整合回路。
【請求項4】
前記第2整合回路は、
第1インダクタと、第2インダクタと、第3インダクタと、第3容量と、第4容量と、を含み、
前記第1インダクタの一端は、前記第4インダクタンス素子に接続され、
前記第2インダクタの一端は、前記第1インダクタの一端に接続され、
前記第2インダクタの他端は、前記第3容量の一端に接続され、
前記第3容量の他端は、基準電位に接続され、
前記第3インダクタの一端は、前記第1インダクタの他端に接続され、
前記第3インダクタの他端は、前記第4容量の一端に接続され、
前記第4容量の他端は、基準電位に接続される
請求項3に記載の整合回路。
【請求項5】
前記第2整合回路は、
第1インダクタと、第2インダクタと、第3容量と、を含み、
前記第1インダクタの一端は、前記第4インダクタンス素子に接続され、
前記第2インダクタの一端は、前記第1インダクタの一端に接続され、
前記第2インダクタの他端は、前記第3容量の一端に接続され、
前記第3容量の他端は、基準電位に接続される
請求項3に記載の整合回路。
【請求項6】
前記第2整合回路は、
第1インダクタと、第3インダクタと、第4容量と、を含み、
前記第1インダクタの一端は、前記第4インダクタンス素子に接続され、
前記第3インダクタの一端は、前記第1インダクタの他端に接続され、
前記第3インダクタの他端は、前記第4容量の一端に接続され、
前記第4容量の他端は、基準電位に接続される
請求項3に記載の整合回路。
【請求項7】
前記第2整合回路は、前記増幅器が増幅する信号の周波数の2倍、および、3倍の周波数の少なくとも一方において信号を減衰させる
請求項3に記載の整合回路。
【請求項8】
前記増幅器の出力端子に接続された第3整合回路をさらに含み、
前記第3整合回路は、第4インダクタと第5容量とを含み
前記第4インダクタの一端は、前記増幅器の出力端子に接続され
前記第4インダクタの他端は、前記第5容量の一端に接続され、
前記第5容量の他端は、基準電位に接続される
請求項1または請求項2に記載の整合回路。
【請求項9】
前記増幅器が増幅する信号の周波数の2倍または3倍の周波数においてインピーダンスを短絡またはその近傍に設定する
請求項8に記載の整合回路。
【請求項10】
前記増幅器は、信号を増幅するためのトランジスタを含み、
前記第5容量の他端は、前記トランジスタのエミッタ端子またはソース端子に接続される
請求項8に記載の整合回路。
【請求項11】
前記増幅器は、F級動作する増幅器である
請求項1または請求項2に記載の整合回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、整合回路に関する。
【背景技術】
【0002】
電力増幅回路の出力側に整合回路を設けることがある(例えば、特許文献1)。特許文献1の電力増幅回路においては、TLT(Transmission Line Transformer)を整合回路として用いている。特許文献1の電力増幅回路においては、2つのTLTを用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第2008/093477号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
2つのTLTを用いた2段構成のTLTを電力増幅回路に用いることにより、電力増幅回路において増幅する信号の周波数帯域以外において信号をカットできるメリットがある。しかしながら、増幅したい周波数帯域とカットしたい周波数とが十分に離れていない場合、十分なカットオフ特性を得ることができないという欠点がある。
【0005】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、増幅したい信号の周波数帯域とカットしたい周波数とが十分に離れていない場合においても、十分なカットオフ特性が得られる整合回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示のある態様による整合回路は、増幅器の出力側に設けられてインピーダンス整合を行う整合回路であって、第1整合回路を含み、前記第1整合回路は、前記増幅器の出力端子に接続される第1共振回路と、前記第1共振回路と電源との間に接続される第2共振回路と、を含み、前記第1共振回路は、第1インダクタンス素子および第1容量を有し、前記第2共振回路は、第2インダクタンス素子および第2容量を有し、前記第1インダクタンス素子の一端は、前記増幅器の出力端子に接続され、前記第1インダクタンス素子の他端は、前記第2インダクタンス素子の一端および前記第1容量の一端に接続され、前記第2インダクタンス素子の他端は、前記電源および前記第2容量の一端に接続され、前記第1容量の他端は、基準電位に接続され、前記第2容量の他端は、前記基準電位に接続され、前記第1整合回路は、さらに、前記増幅器の出力端子に接続された第3インダクタンス素子と、前記第3インダクタンス素子の出力側に接続された第4インダクタンス素子と、を含み、前記第2インダクタンス素子と前記第3インダクタンス素子とは、電磁気的に結合しており、前記第1インダクタンス素子と前記第4インダクタンス素子とは、電磁気的に結合している。
【発明の効果】
【0007】
本開示による整合回路によれば、増幅したい信号の周波数帯域とカットしたい周波数とが十分に離れていない場合においても、十分なカットオフ特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1図1は、比較例による整合回路を含む電力増幅回路を示す図である。
図2図2は、本開示の第1実施形態による整合回路の構成を示す図である。
図3図3は、図2中の第2整合回路の構成例を示す図である。
図4図4は、第1実施形態による整合回路において、入力信号の周波数の変化に対する入力反射係数の変化を示すスミスチャートである。
図5図5は、入力信号の周波数に対する出力伝送係数の変化を示す図である。
図6図6は、入力信号の周波数に対する入力反射係数の変化を示す図である。
図7図7は、周波数の変化に対する通過損失を示す図である。
図8図8は、入力信号の周波数の変化に対する入力反射係数の変化を示すスミスチャートである。
図9図9は、入力信号の周波数の変化に対する出力伝送係数の変化を示す図である。
図10図10は、本開示の第2実施形態による整合回路の構成を示す図である。
図11図11は、本開示の第3実施形態による整合回路の構成を示す図である。
図12図12は、第3実施形態による整合回路において、入力信号の周波数の変化に対する入力反射係数の変化を示すスミスチャートである。
図13図13は、入力信号の周波数に対する出力伝送係数の変化を示す図である。
図14図14は、本開示の第4実施形態による整合回路の構成を示す図である。
図15図15は、本開示の第5実施形態による整合回路の構成を示す図である。
図16図16は、本開示の第6実施形態による整合回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の各実施形態の説明において、他の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。各実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各実施形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。なお、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の省略、置換又は変更を行うことができる。
【0010】
以下、実施形態の理解を容易にするために、比較例について先に説明する。
【0011】
(比較例)
図1は、比較例による整合回路を含む電力増幅回路を示す図である。図1に示す電力増幅回路においては、TLT(Transmission Line Transformer)を含む整合回路を用いている。図1において、伝送線路変圧器TLT12は、増幅素子Q12の出力側に設けられる。伝送線路変圧器TLT12は、整合回路の機能を有する。
【0012】
図1において、増幅素子Q12は、入力端子Pinへの入力信号を増幅する。増幅素子Q12の出力側には、伝送線路変圧器TLT12が接続される。
【0013】
伝送線路変圧器TLT12は、ラインLout1と、ラインLout2と、ラインLin1と、ラインLin2と、容量Cinと、容量Cintと、容量Coutと、容量Cpass1と、容量Cpass2と、電源Vddと、を含む。
【0014】
ラインLout1の一端は、増幅素子Q12の出力側に接続される。ラインLout1の他端は、ラインLout2の一端に接続される。ラインLout2は、ラインLout1に直列に接続される。ラインLout2の他端は、出力端子Poutに接続される。
【0015】
ラインLin1の一端は、ラインLout1の一端に接続される。ラインLin1の他端は、容量Cpass1を介して基準電位に接続される。ラインLout1とラインLin1とは、互いに電磁気的に結合される。ラインLout1およびラインLin1は、TLTとして機能する。
【0016】
ラインLin2の一端は、ラインLout2の一端に接続される。ラインLin2の他端は、容量Cpass2を介して基準電位に接続される。ラインLout2とラインLin2とは、互いに電磁気的に結合される。ラインLout2およびラインLin2は、TLTとして機能する。
【0017】
容量Cinの一端は、ラインLout1の一端に接続される。容量Cinの他端は、基準電位に接続される。容量Cintの一端は、ラインLout1の他端およびラインLout2の一端に接続される。容量Cintの他端は、基準電位に接続される。容量Coutの一端は、ラインLout2の他端に接続される。容量Coutの他端は、基準電位に接続される。
【0018】
上記の比較例においては、ラインLout1およびラインLin1によるTLT、ラインLout2およびラインLin2によるTLT、の2段のTLTを用いている。2段のTLTを用いることにより、1段のTLTを用いる場合と比較して、増幅素子Q12が増幅する信号の第1の周波数帯域以外において信号をカットできるメリットがある。しかしながら、第1の周波数とカットしたい周波数とが離れていない場合、十分なカットオフ特性を得ることができない。例えば、増幅素子Q12が増幅する信号の周波数が1.9GHzで、帯域外信号の周波数が2.4GHzである場合には、十分なカットオフ特性を得ることができない。
【0019】
(実施形態)
次に、実施形態について説明する。
【0020】
(第1実施形態)
(構成)
図2は、本開示の第1実施形態による整合回路の構成を示す図である。図2において、本開示の第1実施形態による整合回路1は、第1整合回路である整合回路160と、第2整合回路である整合回路170とを有する。整合回路160は、増幅器140の出力側に設けられてインピーダンス整合を行う。整合回路160は、容量161および162と、ライン163、164、165および166と、を含む。整合回路160の他端は、電源180に接続される。
【0021】
ライン163、164、165および166は、いずれも配線パターンによって実現されるインダクタンス素子である。インダクタンス素子はインダクタンス値を有する素子である。
【0022】
第1インダクタンス素子であるライン164の一端は、増幅器140の出力端子T11に接続される。ライン164の他端は、第2インダクタンス素子であるライン163の一端に接続される。ライン163の他端は、電源180に接続される。第3インダクタンス素子であるライン165の一端は、増幅器140の出力端子T11に接続される。ライン165の他端は、第4インダクタンス素子であるライン166の一端に接続される。ライン166に接続される。ライン166の他端は、第2整合回路である、整合回路170の一端に接続される。整合回路170の他端は、出力端子T2に接続される。
【0023】
ライン163とライン165とは互いに電磁気的に結合している。ライン164とライン166とは互いに電磁気的に結合している。なお、図2において、ライン165とライン166とは、別々の配線になっている。もっともライン165とライン166とは同じ配線によって実現されてもよい。
【0024】
容量161の一端は、ライン163の他端および電源180に接続される。容量161の他端は、基準電位に接続される。容量162の一端は、ライン164の他端とライン163の一端との接続点に接続される。容量162の他端は、基準電位に接続される。なお、基準電位は、例えば、接地電位である。以降の説明においても同様である。
【0025】
各ライン163、164、165および166は、基板上の配線パターンによって実現することができる。以降の説明においても同様である。
【0026】
(第2整合回路)
図3は、図2中の第2整合回路である整合回路170の構成例を示す図である。図3に示す整合回路170は、容量171を有する。容量171の一端は、整合回路160と出力端子T2との間に接続される。容量171の他端は、基準電位に接続される。
【0027】
(増幅器)
増幅器140は、容量142と、抵抗144および146と、トランジスタTr1と、入力端子T10およびT13、出力端子T11およびT12と、を有する。増幅器140の入力端子T10は、入力端子T1に接続される。容量142の一端は、入力端子T1に接続される。容量142の他端は、抵抗146の一端に接続される。抵抗146の他端は、トランジスタTr1のベースに接続される。
【0028】
トランジスタTr1のコレクタは、増幅器140の出力端子T11に接続される。トランジスタTr1のエミッタは、増幅器140の出力端子T12に接続される。トランジスタTr1は、入力される信号を増幅し、出力端子T11から出力する。トランジスタTr1は、例えば、バイポーラトランジスタであるが、本開示はこれに限定されない。バイポーラトランジスタは、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(Heterojunction Bipolar Transistor:HBT)であるが、本開示はこれに限定されない。トランジスタTr1は、例えば、電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor:FET)であっても良い。
【0029】
抵抗144の一端は、容量142と抵抗146との間の接続点141に接続される。抵抗144の他端は、増幅器140の入力端子T13に接続される。入力端子T13は、バイアス回路150に接続される。
【0030】
ここで、ライン164と容量162とによって共振回路31が形成される。また、ライン163と容量161とによって共振回路32が形成される。これら2つの共振回路31、32は、互いに異なるカットオフ周波数を有する。本例では、ライン163および容量161による共振回路32のカットオフ周波数に比べて、ライン164および容量162による共振回路31のカットオフ周波数が高い。増幅器140の出力端子T11からみると、出力端子T11は、ライン164、ライン163を順に経て電源180に接続されている。つまり、上記の2つの共振回路のうち、増幅器140の出力端子T11に近い側の共振回路のカットオフ周波数が高い。このように、カットオフ周波数の低い共振回路32よりも、カットオフ周波数の高い共振回路31を増幅器140の近くに配置する。つまり、増幅回路140の出力端子T11に近い側の共振回路31のカットオフ周波数を高くする。2つの共振回路31、32をこのように配置すれば、下記のようにインピーダンス変換が生じ、より最適にインピーダンス整合を行うことができる。すなわち、容量161およびライン163による共振周波数よりも高い周波数では、ライン163とライン164との接続点からライン163側を見た際の回路は一端が接地されたライン163として見える。このため、ライン163とライン165との結合、ライン164とライン166との結合によってインピーダンス変換される。容量161およびライン163による共振周波数よりも低い周波数では、ライン163とライン164との接続点からライン163側を見た際の回路は接地に見える。このため、ライン164とライン166との結合のみが見え、インピーダンス変換比は共振周波数よりも高い周波数の場合に比べて小さくなる。
【0031】
また、上記の2つの共振回路は、出力端子T11と電源180との間に直列に接続される。上述した比較例は、増幅素子Q12と出力端子Poutとの間に、2段のTLTを用いる構成を採用している。しかしながら、それらのTLTは、共振回路として動作しにくく、所望のカットオフを実現できるわけではない。
【0032】
(動作)
入力端子T1に入力される入力信号は、容量142によって直流成分がカットされた後、抵抗146を介してトランジスタTr1のベースに入力される。トランジスタTr1のベースには、抵抗144および146を介して、バイアス回路150からバイアスが与えられる。
【0033】
トランジスタTr1のエミッタは出力端子T12を介して接地されている。トランジスタTr1のコレクタからは、ベースに印加される信号を増幅した逆位相の信号が出力される。トランジスタTr1のコレクタから出力される信号は、出力端子T11を介して整合回路160に入力される。整合回路160に入力される信号は、整合回路160のライン165、166および整合回路170を介して出力端子T2から出力される。
【0034】
ライン164と容量162とによる共振、ライン163と容量161とによる共振により、増幅器140が増幅する信号の周波数(以下、周波数f1と呼ぶ)に近い周波数において不要な信号をカットすることができる。
【0035】
(入力信号の周波数から遠い共振周波数)
図4から図9は、第1実施形態による整合回路160の動作を説明する図である。図4から図9は、特に、入力信号の周波数から離れている周波数を共振周波数、すなわち入力信号の周波数から共振周波数が遠い場合の動作を示す図である。ここで、遠い周波数とは、例えば、一方の周波数が他方の周波数の2倍以上の周波数である場合を指す。図4は、第1実施形態による整合回路において、入力信号の周波数の変化に対する入力反射係数S11の変化を示すスミスチャートである。本例では、入力信号の周波数を500.0MHzから9.000GHzまで変化させた場合における、入力反射係数S11の変化を示す。
【0036】
図4中のマーカm1の位置は、周波数(freq)が2.100GHzで、入力反射係数S11=0.0046/-31.412、特性インピーダンス=Z0*(1.081-j0.052)である。マーカm2の位置は、周波数が4.200GHzで、入力反射係数S11=0.852/-175.097、特性インピーダンス=Z0*(0.0080-j0.043)である。マーカm2の位置は、Z0=0、すなわち短絡またはその近傍の位置である。つまり、周波数=2.100GHzの2倍の周波数(すなわち2倍波)において特性インピーダンスをほぼ0にすることができる。2倍波のインピーダンスをショート(short)とし、3倍波のインピーダンスをスミスチャート上において例えば70°から140°の領域にすることで、これらの負荷を見せた増幅器140はF級アンプとして動作する。これにより、高い効率を実現できる。また、3倍波のインピーダンスをショート(short)とし、2倍波のインピーダンスをスミスチャート上において例えば70°から140°の領域にすることで、これらの負荷を見せた増幅器140は逆F級アンプとして動作する。し、高い効率を実現できる。これにより、高い効率を実現できる。
【0037】
図5は、入力信号の周波数に対する出力伝送係数(Passing characteristic)S12の変化を示す図である。図5において、横軸は入力信号の周波数GHz、縦軸は信号強度dBを示す。図5中のマーカm3の位置は、周波数=2.100GHzにおいて信号強度が-0.572dBであることを示す。図5を参照すると、周波数=0.8GHzにおいてライン163と容量161とによる共振を実現しており、出力伝送係数S12の値が低下する。また、周波数=4.3GHzにおいてライン164と容量162とによる共振を実現しており、出力伝送係数S12の値が低下する。
【0038】
図6は、入力信号の周波数に対する入力反射係数(Input Reflection Coefficient)S11の変化を示す図である。図6において、横軸は入力信号の周波数GHz、縦軸は信号強度dBを示す。図6中のマーカm4の位置は、周波数=2.100GHzにおいて信号強度が-26.713dBであることを示す。
【0039】
図7は、周波数の変化に対する通過損失を示す図である。図7において、横軸は入力信号の周波数GHz、縦軸は通過損失(Loss)dBを示す。図7中のマーカm5の位置は、周波数=2.100GHzで、損失が-0.553dBである。周波数=2.100GHzにおいて損失が低い、すなわち信号強度が高いことがわかる。図4から図7に示すように、第1実施形態による整合回路160は、増幅したい信号の周波数帯域およびカットしたい周波数において、共振状態を実現できる。
【0040】
(入力信号の周波数に近い共振周波数)
図8および図9は、入力信号の周波数から離れていない周波数を共振周波数、すなわち入力信号の周波数に共振周波数が近い場合の動作を示す図である。ここで、近い周波数とは、例えば、一方の周波数が他方の周波数の2倍未満の周波数である場合を指す。
【0041】
図8は、入力信号の周波数の変化に対する入力反射係数S11の変化を示すスミスチャートである。図9は、入力信号の周波数の変化に対する出力伝送係数S12の変化を示す図である。図9において、横軸は入力信号の周波数GHz、縦軸は信号強度dBを示す。
【0042】
ライン163および容量161による共振状態、ライン164および容量162による共振状態を、周波数f1から離れていない周波数において実現することにより、図8および図9に示すように、周波数f1に近い周波数において不要な信号をカットすることができる。図9を参照すると、周波数0.9GHz、2.4GHzに、それぞれ共振による極がある。これらの極は、図8のマーカm1、m2に対応する。共振回路31による共振周波数は、増幅器140が増幅する信号の周波数の1.25倍以上2倍未満である。共振回路32による共振周波数は、増幅器140が増幅する信号の周波数の0.45倍以上0.85倍以下である。また、図8を参照すると、周波数f1での増幅器140から見たインピーダンスを所望の値に設定できることが分かる。
【0043】
ここで、周波数2.4GHzでの極により、ISM(Industrial Scientific and Medical Band)帯である、周波数2.4GHzから2.48GHzでの減衰を実現する。周波数0.9GHzでの極により、2×f1(例えば、2×1.71GHz)とISM帯の信号f_ISMとのミキシング信号2×f1-f_ISM(0.94GHz)での減衰を実現する。
【0044】
(効果)
上述したように第1実施形態による整合回路160によれば、増幅したい信号の周波数帯域とカットしたい周波数とが十分に離れていない場合においても、十分なカットオフ特性が得られる。これは、複数の共振回路によって、Q値が高いフィルタ特性を実現できているからである。すなわち、共振回路31、32を増幅器140と電源180との間に直列に配置し、かつ、共振回路31に含まれるライン164、および、共振回路32に含まれるライン163を増幅器140から出力される高周波信号が伝送されるライン165、166とそれぞれ電磁気的に結合させることにより、Q値の高いフィルタ性能を得られるためである。
【0045】
(第2実施形態)
(構成)
図10は、本開示の第2実施形態による整合回路の構成を示す図である。図10において、本開示の第2実施形態による整合回路160aは、第1実施形態の各ラインの代わりに、インダクタを用いる。すなわち、整合回路160aは、第1実施形態のライン163、164、165、166を、それぞれ、インダクタ663、664、665、666に置き換えた構成になっている。
【0046】
共振回路31aは、インダクタ664および容量162を含む。共振回路32aは、インダクタ663および容量161を含む。インダクタ663、664、665および666は、いずれもインダクタンス素子である。第1インダクタンス素子であるインダクタ664と、第4インダクタンス素子であるインダクタ666とは、互いに電磁気的に結合している。第2インダクタンス素子であるインダクタ663と、第3インダクタンス素子であるインダクタ665とは、互いに電磁気的に結合している。互いに電磁気的に結合とは、ターン数が等しいコイル同士の結合に相当する。
【0047】
(動作)
第2実施形態による整合回路160aは、第1実施形態による整合回路160と同様に増幅したい信号の周波数帯域およびカットしたい周波数において、共振状態を実現できる。
【0048】
(効果)
第2実施形態による整合回路160aによれば、第1実施形態による整合回路160と同様に、増幅したい信号の周波数帯域とカットしたい周波数とが十分に離れていない場合においても、十分なカットオフ特性が得られる。
【0049】
(第3実施形態)
(構成)
図11は、本開示の第3実施形態による整合回路の構成を示す図である。図11において、本開示の第3実施形態による整合回路1bは、整合回路160の出力側に、第2整合回路である整合回路170aを設けた構成である。すなわち、第3実施形態においては、第1実施形態の整合回路160と出力端子T2との間に、整合回路170aを備える。
【0050】
整合回路170aは、第1インダクタであるインダクタ771と、第2インダクタであるインダクタ772と、第3インダクタであるインダクタ774と、第3容量である容量773と、第4容量である容量775と、を含む。インダクタ771の一端は、ライン166に接続される。インダクタ772の一端は、インダクタ771の一端に接続される。インダクタ772の他端は、容量773の一端に接続される。容量773の他端は、基準電位に接続される。インダクタ774の一端は、インダクタ771の他端に接続される。インダクタ774の他端は、容量775の一端に接続される。容量775の他端は、基準電位に接続される。つまり、整合回路170aは、インダクタ772と容量773との直列共振回路、インダクタ771、インダクタ774と容量775との直列共振回路のπ型回路である。インダクタ772と容量773との直列共振回路の共振周波数は、周波数f1の2倍周波数である。また、インダクタ774と容量775との直列共振回路の共振周波数は周波数f1の3倍周波数である。なお、インダクタ771の代わりに、インダクタと容量との並列共振回路を採用してもよい。
【0051】
(動作)
図12は、第3実施形態による整合回路において、入力信号の周波数の変化に対する入力反射係数S11の変化を示すスミスチャートである。図12のスミスチャートは増幅器140から出力端子T2側を見た負荷インピーダンスを示す。本例では、入力信号の周波数を500.0MHzから9.000GHzまで変化させた場合における、入力反射係数S11の変化を示す。
【0052】
図13は、入力信号の周波数に対する出力伝送係数S12の変化を示す図である。図13において、横軸は入力信号の周波数GHz、縦軸は信号強度dBを示す。
【0053】
図12および図13に示すように、本開示の第3実施形態による整合回路1bは、図8および図9の特徴に加えて、周波数f1の2倍周波数、3倍周波数において減衰を実現することができる。ただし、本開示でいう「2倍周波数」または「3倍周波数」は共振周波数の値ではなく、減衰を実現できる周波数である。共振周波数が2倍または3倍の値から少しずれていても、「2倍周波数」または「3倍周波数」において減衰させることができればよい。図12中のマーカm1は周波数f1におけるインピーダンスであり、所望のインピーダンスを実現できる。図13に示すように、周波数0.9GHz、2.4GHzにおいて共振状態になる。
【0054】
(効果)
第3実施形態による整合回路1bによれば、第1実施形態による整合回路160と同様に、増幅したい信号の周波数帯域とカットしたい複数の周波数とが十分に離れていない場合においても、十分なカットオフ特性が得られる。
【0055】
(第4実施形態)
(構成)
図14は、本開示の第4実施形態による整合回路の構成を示す図である。図14において、本開示の第4実施形態による整合回路1cは、図11の整合回路170aの代わりに、第2整合回路である整合回路170bを採用している。整合回路170bは、図11の整合回路170aのうち、インダクタ771と、インダクタ772と、容量773とを有する。第1インダクタであるインダクタ771の一端は、第4ラインであるライン166に接続される。第2インダクタであるインダクタ772の一端は、インダクタ771の一端に接続される。インダクタ772の他端は、第3容量である容量773の一端に接続される。容量773の他端は、基準電位に接続される。なお、インダクタ771の代わりに、インダクタと容量との並列共振回路を採用してもよい。
【0056】
(動作)
整合回路170bは、図11の整合回路170aのうち、インダクタ771と、インダクタ772と、容量773とを有する。このため、例えば、周波数f1の2倍の周波数において共振状態になる。
【0057】
(効果)
第4実施形態による整合回路1cによれば、増幅したい信号の周波数帯域とカットしたい周波数とが十分に離れていない場合においても、十分なカットオフ特性が得られる。
【0058】
(第5実施形態)
(構成)
図15は、本開示の第5実施形態による整合回路の構成を示す図である。図15において、本開示の第5実施形態による整合回路1dは、図11の整合回路170aの代わりに、整合回路170cを採用している。第2整合回路である整合回路170cは、図11の整合回路170aのうち、インダクタ771と、インダクタ774と、第4容量である容量775とを有する。第1インダクタであるインダクタ771の一端は、ライン166に接続される。第3インダクタであるインダクタ774の一端は、インダクタ771の他端に接続される。インダクタ774の他端は、容量775の一端に接続される。容量775の他端は、基準電位に接続される。なお、インダクタ771の代わりに、インダクタと容量との並列共振回路を採用してもよい。
【0059】
(動作)
整合回路170cは、図11の整合回路170aのうち、インダクタ771と、インダクタ774と、容量775とを有する。このため、例えば、周波数f1の3倍の周波数において共振状態になる。
【0060】
(効果)
第5実施形態による整合回路1dによれば、増幅したい信号の周波数帯域とカットしたい周波数とが十分に離れていない場合においても、十分なカットオフ特性が得られる。
【0061】
(第6実施形態)
(構成)
図16は、本開示の第6実施形態による整合回路の構成を示す図である。図16に示すように、第6実施形態による整合回路1eは、整合回路160および170に加えて、さらに、第3整合回路である整合回路900を有する。
【0062】
整合回路900は、第4インダクタであるインダクタ912と、第5容量である容量913とを有する。インダクタ912の一端は、増幅器140の出力端子T11に接続される。インダクタ912の他端は、容量913の一端に接続される。容量913の他端は、基準電位に接続される。
【0063】
また、インダクタ912の一端は、出力端子T11を介してトランジスタTr1のコレクタ端子に接続される。容量913の他端は、出力端子T12を介してトランジスタTr1のエミッタ端子に接続される。なお、トランジスタTr1が電界効果トランジスタである場合、容量913の他端はソース端子に接続され、インダクタ912のドレイン端子に接続される。
【0064】
(動作)
第6実施形態による整合回路1eにおいて、整合回路900は、増幅器140が増幅する信号の周波数に対する2倍波周波数または3倍波周波数においてインピーダンスを短絡またはその近傍に設定する。
【0065】
(効果)
第6実施形態による整合回路1eによれば、カットオフ周波数を所望の周波数に設定でき、増幅したい信号の周波数帯域とカットしたい周波数とが十分に離れていない場合においても、十分なカットオフ特性が得られる。
【0066】
請求項の記載に関して、本開示は以下の態様をとりうる。
<1>
増幅器の出力側に設けられてインピーダンス整合を行う整合回路であって、
第1整合回路を含み、
前記第1整合回路は、
前記増幅器の出力端子に接続される第1共振回路と、前記第1共振回路と電源との間に接続される第2共振回路と、
を含み、
前記第1共振回路は、第1インダクタンス素子および第1容量を有し、
前記第2共振回路は、第2インダクタンス素子および第2容量を有し、
前記第1インダクタンス素子の一端は、前記増幅器の出力端子に接続され、
前記第1インダクタンス素子の他端は、前記第2インダクタンス素子の一端および前記第1容量の一端に接続され、
前記第2インダクタンス素子の他端は、前記電源および前記第2容量の一端に接続され、
前記第1容量の他端は、基準電位に接続され、
前記第2容量の他端は、前記基準電位に接続され、
前記第1整合回路は、さらに、
前記増幅器の出力端子に接続された第3インダクタンス素子と、前記第3インダクタンス素子の出力側に接続された第4インダクタンス素子と、
を含み、
前記第2インダクタンス素子と前記第3インダクタンス素子とは、電磁気的に結合しており、
前記第1インダクタンス素子と前記第4インダクタンス素子とは、電磁気的に結合している
整合回路。
<2>
第1共振回路の共振周波数は、前記増幅器が増幅する信号の周波数の1.25倍以上2.5倍以下であり、
第2共振回路の共振周波数は、前記増幅器が増幅する信号の周波数の0.45倍以上0.85倍以下である
<1>に記載の整合回路。
<3>
前記第1整合回路の出力側に設けられた、第2整合回路をさらに含む<1>または<2>に記載の整合回路。
<4>
前記第2整合回路は、
第1インダクタと、第2インダクタと、第3インダクタと、第3容量と、第4容量と、を含み、
前記第1インダクタの一端は、前記第4インダクタンス素子に接続され、
前記第2インダクタの一端は、前記第1インダクタの一端に接続され、
前記第2インダクタの他端は、前記第3容量の一端に接続され、
前記第3容量の他端は、基準電位に接続され、
前記第3インダクタの一端は、前記第1インダクタの他端に接続され、
前記第3インダクタの他端は、前記第4容量の一端に接続され、
前記第4容量の他端は、基準電位に接続される
<3>に記載の整合回路。
<5>
前記第2整合回路は、
第1インダクタと、第2インダクタと、第3容量と、を含み、
前記第1インダクタの一端は、前記第4インダクタンス素子に接続され、
前記第2インダクタの一端は、前記第1インダクタの一端に接続され、
前記第2インダクタの他端は、前記第3容量の一端に接続され、
前記第3容量の他端は、基準電位に接続される
<3>に記載の整合回路。
<6>
前記第2整合回路は、
第1インダクタと、第3インダクタと、第4容量と、を含み、
前記第1インダクタの一端は、前記第4インダクタンス素子に接続され、
前記第3インダクタの一端は、前記第1インダクタの他端に接続され、
前記第3インダクタの他端は、前記第4容量の一端に接続され、
前記第4容量の他端は、基準電位に接続される
<3>に記載の整合回路。
<7>
前記第2整合回路は、前記増幅器が増幅する信号の周波数の2倍、および、3倍の周波数の少なくとも一方において信号を減衰させる
<3>から<6>のいずれか1つに記載の整合回路。
<8>
前記増幅器の出力端子に接続された第3整合回路をさらに含み、
前記第3整合回路は、第4インダクタと第5容量とを含み
前記第4インダクタの一端は、前記増幅器の出力端子に接続され
前記第4インダクタの他端は、前記第5容量の一端に接続され、
前記第5容量の他端は、基準電位に接続される
<1>から<7>のいずれか1つに記載の整合回路。
<9>
前記増幅器が増幅する信号の周波数の2倍または3倍の周波数においてインピーダンスを短絡またはその近傍に設定する
<8>に記載の整合回路。
<10>
前記増幅器は、信号を増幅するためのトランジスタを含み、
前記第5容量の他端は、前記トランジスタのエミッタ端子またはソース端子に接続される
<8>に記載の整合回路。
<11>
前記増幅器は、F級動作する増幅器である
<1>から<9>のいずれか1つに記載の整合回路。
【符号の説明】
【0067】
1、1b~1e、160、160a、170、170a~170c、900 整合回路
31、32 共振回路
140 増幅器
142、161、162、171、773、775、913 容量
144、146 抵抗
150 バイアス回路
663~666、771、772、774、912 インダクタ
Tr1 トランジスタ
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