特許 7478122 増幅器及び送信機

(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】

(24)【登録日】2024-04-23

(45)【発行日】2024-05-02

(54)【発明の名称】増幅器及び送信機

(51)【国際特許分類】

   H03F 1/02 20060101AFI20240424BHJP

   H03F 3/24 20060101ALI20240424BHJP

   H04B 1/04 20060101ALI20240424BHJP

【ＦＩ】

H03F1/02 188

H03F3/24

H04B1/04 A

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021148902

(22)【出願日】2021-09-13

(62)【分割の表示】P 2017180690の分割

【原出願日】2017-09-20

(65)【公開番号】P2022000967

(43)【公開日】2022-01-04

【審査請求日】2021-09-13

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118876

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 順生

(74)【代理人】

【識別番号】100103263

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 康

(72)【発明者】

【氏名】ホーン トーマス マーティン

(72)【発明者】

【氏名】山岡 敦志

(72)【発明者】

【氏名】山口 恵一

【審査官】▲高▼橋 徳浩

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２９５５４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００３－２６４４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５０７４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２６４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５４１６４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｆ１／００－Ｈ０３Ｆ３／７２

Ｈ０３Ｆ７／００－Ｈ０３Ｆ７／０６

Ｈ０４Ｂ１／０２－Ｈ０４Ｂ１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力される第１信号を増幅する第１アンプと、
入力される第２信号を増幅する第２アンプと、
入力される第３信号を増幅する第３アンプと、
前記第１アンプの出力ノード及び負荷が接続されるノードに接続される第１出力ネットワークと、
前記第２アンプの出力ノード及び前記負荷が接続されるノードに接続される第２出力ネットワークと、
前記第３アンプの出力ノード及び前記負荷が接続されるノードに接続される第３出力ネットワークと、
前記第１アンプと前記第１出力ネットワークの間に一端が接続され、前記第１出力ネットワークに第１直流電圧を供給し、電気長が９０度未満の第１バイアスネットワークと、
前記負荷が接続されるノードに一端が接続され、前記第１バイアスネットワークとは異なる電圧レベルの第２直流電圧を前記負荷に供給する第２バイアスネットワークと、を備え、
前記第１出力ネットワーク、前記第２出力ネットワーク、及び前記第３出力ネットワークの電気長は、９０度より大きい又は小さい値に設定される、増幅器。

【請求項2】

前記第１出力ネットワーク及び前記第１バイアスネットワークは、前記第１アンプ、前記第２アンプ及び前記第３アンプによって増幅された前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に含まれる３次高調波を低減し、
前記第２バイアスネットワークは、３次高調波が低減された前記第１信号、前記第２信号及び前記第３信号に含まれる２次高調波を低減する、請求項１に記載の増幅器。

【請求項3】

前記第１バイアスネットワークは、前記第２出力ネットワーク及び前記第３出力ネットワークのうち少なくとも１つに前記第１直流電圧を供給し、
前記第１出力ネットワーク～前記第３出力ネットワークのうち、前記第１直流電圧が供給される少なくとも２つの出力ネットワークは、前記少なくとも２つの出力ネットワークに接続されるアンプによって増幅された信号に含まれる２次高調波及び３次高調波を低減する、請求項１又は２に記載の増幅器。

【請求項4】

前記第１出力ネットワーク～前記第３出力ネットワークは、それぞれ２次高調波及び３次高調波を可変可能であり、かつ制御可能である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の増幅器。

【請求項5】

前記第１出力ネットワーク～前記第３出力ネットワークのうち、前記第１直流電圧が供給される少なくとも一つの出力ネットワークの電気長は９０度より大きい、請求項３に記載の増幅器。

【請求項6】

前記第２出力ネットワーク及び前記第３出力ネットワークのうち、前記第１直流電圧が供給されない出力ネットワークの電気長は９０度より小さい、請求項３に記載の増幅器。

【請求項7】

入力信号が入力される入力端子と、
前記入力端子から前記入力信号を受けて前記第１信号を前記第１アンプに出力する第１入力ネットワークと、
前記入力端子から前記入力信号を受けて前記第２信号を前記第２アンプに出力する第２入力ネットワークと、
前記入力端子から前記入力信号を受けて前記第３信号を前記第３アンプに出力する第３入力ネットワークと、をさらに備え、
前記第１入力ネットワークと前記第１アンプを通る経路に関し、前記入力端子と前記負荷が接続されるノード間の位相シフト量は、前記第２入力ネットワークと前記第２アンプを通る経路に関し、前記入力端子と前記負荷が接続されるノードとの間の位相シフト量、又は前記第３入力ネットワークと前記第３アンプを通る経路に関し、前記入力端子と前記負荷が接続されるノードとの間の位相シフト量と等しい、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の増幅器。

【請求項8】

複数の前記第１バイアスネットワークが設けられ、前記複数の第１バイアスネットワークのそれぞれは、前記第１出力ネットワーク～前記第３出力ネットワークのうちいずれかに接続され、
前記複数の第１バイアスネットワークの各一端には、同じ電圧レベルの直流バイアス電圧が供給される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の増幅器。

【請求項9】

前記第２バイアスネットワークの一端は、接地レベルに設定される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の増幅器。

【請求項10】

前記第１出力ネットワーク～前記第３出力ネットワーク、前記第１バイアスネットワーク、及び前記第２バイアスネットワークの電気長及び幅は、可変可能であり個別に調整される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の増幅器。

【請求項11】

前記第１出力ネットワーク～前記第３出力ネットワーク、前記第１バイアスネットワーク、及び前記第２バイアスネットワークの電気長のうち、少なくとも２つは異なる電気長であり、
前記第１出力ネットワーク～前記第３出力ネットワーク、前記第１バイアスネットワーク、及び前記第２バイアスネットワークの幅のうち、少なくとも２つは異なる幅である、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の増幅器。

【請求項12】

ベースバンド信号の信号処理を行うベースバンド処理部と、
局部発振信号を用いて、前記ベースバンド信号を変調して高周波信号を生成する変調器と、
前記高周波信号を増幅してアンテナに送信する高周波増幅器と、を備え、
前記高周波増幅器は、
入力される、前記高周波信号に基づいた第１信号を増幅する第１アンプと、
入力される、前記高周波信号に基づいた第２信号を増幅する第２アンプと、
入力される、前記高周波信号に基づいた第３信号を増幅する第３アンプと、
前記第１アンプの出力ノード及び負荷が接続されるノードに接続される第１出力ネットワークと、
前記第２アンプの出力ノード及び前記負荷が接続されるノードに接続される第２出力ネットワークと、
前記第３アンプの出力ノード及び前記負荷が接続されるノードに接続される第３出力ネットワークと、
前記第１アンプと前記第１出力ネットワークの間に一端が接続され、前記第１出力ネットワークに第１直流電圧を供給し、電気長が９０度未満の第１バイアスネットワークと、
前記負荷が接続されるノードに一端が接続され、前記第１バイアスネットワークとは異なる電圧レベルの第２直流電圧を前記負荷に供給する第２バイアスネットワークと、を備え、
前記第１出力ネットワーク、前記第２出力ネットワーク、及び前記第３出力ネットワークの電気長は、９０度より大きい又は小さい値に設定される、送信機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、増幅器及び送信機に関する。

【背景技術】

【0002】

高周波入力信号の振幅に応じて動作させるアンプの数を動的に切り替えるドハティ増幅器が知られている。ドハティ増幅器は、１個のメインアンプと１個以上のピークアンプで構成される。使用するアンプの数をＮとした場合、これをＮ－ウェイのドハティ増幅器と呼ぶ。メインアンプは常時動作し、ピークアンプは大きい電力でのみ動作する。ピークアンプを１個とする２－ウェイのドハティ増幅器の構成が一般的であるが、ピークアンプを２個以上使用するものも存在する。各アンプは増幅素子としてトランジスタ（バイポーラ、ＦＥＴ）を使用する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許８，０２２，７６０Ｂ２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

トランジスタには寄生成分があるため、理想的な増幅動作とはかけ離れた動作をするおそれがある。本実施形態では、回路構成を複雑化することなく回路素子の寄生成分を補償可能な増幅器及び送信機を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本実施形態では、Ｎ個の入力ネットワークは、入力信号を入力する入力端子に接続される。第１アンプは、前記Ｎ個の入力ネットワークのうち１つの出力信号を増幅する。（Ｎ－１）個（Ｎは３以上の整数）の第２アンプは、前記第１アンプが増幅動作を行っている場合に、前記Ｎ個の入力ネットワークの出力信号の振幅に応じて前記Ｎ個の入力ネットワークのうち前記１つの出力信号以外のＮ－１個の出力信号を増幅する。Ｎ個の出力ネットワークは、前記第１アンプの出力ノードと負荷接続ノードとの間に接続されるとともに、前記（Ｎ－１）個の第２アンプの出力ノードと前記負荷接続ノードとの間に接続される。
第１バイアスネットワークは、前記Ｎ個の出力ネットワークのうち、少なくとも一つに直流バイアス電圧を供給する。前記第１バイアスネットワークの電気長は、９０度未満である、増幅器が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】一実施形態による増幅器の等価回路図。

【図2】図１の増幅器の概念的なブロック図。

【図3】一比較例による増幅器の等価回路図。

【図4A】図１の増幅器のうち、メインアンプの基本構成を示す回路図。

【図4B】図４Ａの回路のＳ２１の周波数による位相変化と、Ｓ２１の周波数による振幅変化を示すグラフ。

【図4C】図１の増幅器のうち、ピークアンプの基本構成を示す回路図。

【図5】図１に第２バイアスネットワークを追加した増幅器。

【図6A】図５の増幅器のうち、メインアンプの基本構成を示す回路図。

【図6B】図６Ａの回路のスミスチャート。

【図7】右端のピークアンプの出力ノードに第１バイアスネットワークを接続した増幅器。

【図8】左右端以外のピークアンプの出力ノードにも第１バイアスネットワークを接続した増幅器。

【図9】図８から第２バイアスネットワークを省略した増幅器。

【図10】バイアスネットワークとしてインダクタ素子を設けた増幅器。

【図11】送信機の内部構成の一例を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。なお、本件明細書と添付図面においては、理解のしやすさと図示の便宜上、一部の構成部分を省略、変更又は簡易化して説明及び図示しているが、同様の機能を期待し得る程度の技術内容も、本実施の形態に含めて解釈することとする。

【0008】

図１は一実施形態による増幅器１の等価回路図、図２は図１の増幅器１の概念的なブロック図である。ここでは、トランジスタを理想電流源として表現する。本実施形態による増幅器１は、高周波入力信号の振幅に応じて動作させるアンプの数を動的に切り替えるＮ－ウェイのドハティ増幅器１である。Ｎ－ウェイとは、Ｎ個のアンプを備えていることを意味する。Ｎは３以上である。電気長は、特に断らない限り、基本波に対する電気長とする。

【0009】

図１及び図２に示すように、本実施形態による増幅器１は、入力スプリッタ２と、メインアンプ（第１アンプ）３と、（Ｎ－１）個（Ｎは３以上の整数）のピークアンプ（第２アンプ）４と、Ｎ個の入力ネットワーク５と、Ｎ個の出力ネットワーク６と、第１バイアスネットワーク７と、出力コンバイナ８と、直流電圧源９とを備えている。これらメインアンプ３と（Ｎ－１）個のピークアンプ４は、並列接続されている。入力ネットワーク５、出力ネットワーク６及びバイアスネットワーク７は伝送線路で実現してもよいし、コイルやコンデンサなどの集中定数の部品で実現してもよいし、導波管などで実現してもよい。また、これらの組み合わせで実現してもよい。メインアンプ３と各ピークアンプ４には、直流電圧源９からの単一の直流電圧が供給される。この単一の直流電圧は、後述するようにバイアス電圧として用いられる。ここでは、バイアス電圧とは、ＦＥＴであればドレイン、バイポーラトランジスタであればコレクタに印加する電圧を指す。このように、単一の直流電圧にてバイアスをかけることが特徴の一つである。

【0010】

メインアンプ３と各ピークアンプ４の出力ノードは、いずれもN個の出力ネットワーク６を介して負荷接続ノードｎ１に接続されており、この負荷接続ノードｎ１には各アンプ３，４共通の負荷抵抗ＲLOADが接続されている。メインアンプ３は、信号の増幅動作を行う。メインアンプ３は、信号が入力されている間は常に増幅動作を行う。メインアンプ３に入力される信号は、図２に示す入力スプリッタ２の入力信号が入力スプリッタ２でN個の信号に分配されてN個の入力ネットワーク５に入力され、N個の入力ネットワーク５から出力された信号のうちの１つである。メインアンプ３の出力電圧をＶM、出力電流をＩMとすると、メインアンプ３は、等価的には、図１に示すように、図１の右端のピークアンプ４に流れる電流の位相に対して－ｊ×（Ｎ－２）だけシフトした電流を流す電流源を有するものとして表される。

【0011】

（Ｎ－１）個のピークアンプ４は、メインアンプ３が増幅動作を行っている場合に、信号の振幅に応じて順次増幅動作を行う。すなわち、信号の振幅に応じて、増幅動作を行うピークアンプ４の数が変化する。信号の振幅が大きくなるほど、増幅動作を行うピークアンプ４の数が増える。これにより、効率よく信号の増幅動作を行うことができ、消費電力を削減できる。

【0012】

より具体的には、図１に示した（Ｎ－１）個のピークアンプ４のうち、右端のピークアンプ４が最初に増幅動作を行い、ピークアンプ４に入力される信号の振幅が大きくなるにつれて、右端から左端に向かって順に各ピークアンプ４が増幅動作を開始する。

【0013】

（Ｎ－１）個のピークアンプ４を流れる出力電流の位相はそれぞれ異なっており、右端のピークアンプ４を流れる電流の位相に対して、左端すなわちメインアンプ３の右隣のピークアンプ４を流れる電流の位相はメインアンプ３と同様の－ｊ×（Ｎ－２）だけシフトしており、その右隣のピークアンプ４を流れる電流の位相は－ｊ×（Ｎ－３）だけシフトしている。このように、各ピークアンプ４は、等価的には、それぞれ固有の位相の電流を流す電流源を有するものとして表わされる。これらの電流の位相差は、図２の入力スプリッタ２で入力信号を複数の入力ネットワーク５に分けることによって生じる。

【0014】

Ｎ個の入力ネットワーク５は、入力スプリッタ２への入力信号を入力する入力端子とメインアンプ３の入力ノードとの間に接続されるとともに、前記入力端子と（Ｎ－１）個のピークアンプ４の各入力ノードとの間にそれぞれ接続されている。Ｎ個の入力ネットワーク５のうち一つを介したメインアンプ３を通る経路に関し、前記入力端子と負荷接続ノードｎ１間の位相シフト量は、Ｎ個の入力ネットワーク５のうち上記一つ以外の任意の一つを介したピークアンプ４の１つを通る経路に関し、前記入力端子と前記負荷接続ノード間の位相シフト量と等しくなるように設計されている。このような設計は、入力ネットワーク５を構成する回路（例えば、マイクロストリップ線路の電気長及び幅）の調整によって行うことができる。

【0015】

Ｎ個の出力ネットワーク６は、メインアンプ３の出力ノードと負荷接続ノードｎ１との間に接続されるとともに、（Ｎ－１）個のピークアンプ４の出力ノードと負荷接続ノードｎ１との間に接続されている。これら出力ネットワーク６は、マイクロストリップラインやＬＣ回路等で実現された回路である。これらの回路は、後述するように、高調波インピーダンスを制御可能であるという特徴を有する。高調波インピーダンスを制御可能とは、各回路（例えばマイクロストリップ線路の電気長と幅）を個別に調整できることを意味する。例えば、Ｎ個の出力ネットワーク６の電気長は、信号の基本周波数での伝達特性と、２次高調波周波数での伝達特性と、３次高調波周波数での伝達特性とが理想的な特性になるように、個別に調整される。

【0016】

第１バイアスネットワーク７は、メインアンプ３と（Ｎ－１）個のピークアンプ４の少なくとも一つの出力ノード、すなわちＮ個の出力ネットワーク６のうち、少なくとも一つに直流バイアス電圧を供給する。この直流バイアス電圧は、図１に示す直流電圧源９から供給される。図１では、第１バイアスネットワーク７をメインアンプ３の出力ノードに接続する例を示しているが、第１バイアスネットワーク７は、（Ｎ－１）個のピークアンプ４の任意の出力ノードに接続してもよい。例えば、複数の出力ネットワーク６に第１バイアスネットワーク７をそれぞれ接続する場合には、いずれの第１バイアスネットワーク７にも単一の直流電圧が供給される。これにより、複数のバイアス電源を設ける必要がなくなり、増幅器１の回路構成を簡略化できる。

【0017】

メインアンプ３と（Ｎ－１）個のピークアンプ４を構成するトランジスタ等の回路素子は寄生成分を有する。図１では、各アンプの出力ノードにおける寄生成分を等価的にシャント・キャパシタとシリーズ・インダクタで表している。例えば、メインアンプ３のシャント・キャパシタをＣM、シリーズ・インダクタをＬMとし、右端のピークアンプ４のシャント・キャパシタをＣP1、シリーズ・インダクタをＬP1とし、左端のピークアンプ４のシャント・キャパシタをＣP(N-1)、シリーズ・インダクタをＬP(N-1)としている。

【0018】

図１及び図２の増幅器１では、メインアンプ３の出力ノードに接続される第１バイアスネットワーク７を、電気長が９０度未満の回路にしている。この回路は、メインアンプ３と（Ｎ－１）個のピークアンプ４の全出力ノードに接続されるＮ個の出力ネットワーク６に直流バイアス電圧を供給するとともに、これらアンプ３，４の高調波インピーダンスを制御する。

【0019】

また、図１及び図２の増幅器１では、Ｎ個の出力ネットワーク６の電気長を個別に９０度より大きく又は小さく調整することにより、所望の増幅動作を行わせるようにしている。例えば、３－ウェイのドハティ増幅器１の場合、回路Ｔ１の電気長を９０度より大きくし、回路Ｔ２とＴ３の電気長を９０度より小さくすることで、所望の増幅性能が得られる。第１バイアスネットワーク７は、メインアンプ３と各ピークアンプ４のいずれか２以上の出力ノードに接続してもよいが、その場合には、いずれの第１バイアスネットワーク７にも、単一の直流バイアス電圧が供給される。

【0020】

図３は一比較例による増幅器１の等価回路図である。図３では、図１と異なり、第１バイアスネットワーク７を備えていない。また、図３におけるＮ個の出力ネットワーク６の電気長はいずれも９０度である。各ピークアンプ４の出力電流の位相は、位相バランスが取れるように構成されている。図３の増幅器１における最適な位相バランスは、各アンプの出力ノードで決定される。増幅器１を構成するトランジスタ等の寄生成分が周波数と位相応答を有するため、Ｎ－ウェイのドハティ増幅器１を設計する際には寄生成分を考慮しなければならない。寄生成分は、等価的には、回路の電気長を長くしたり、あるいは短くするような作用があるが、理想的な増幅器１では、回路の電気長を９０度と仮定するため、実際の増幅器１の増幅動作とはずれが生じてしまう。また、増幅器１の内部マッチングとパッケージ形状も、実際の増幅器１の増幅動作が理想的な増幅動作にならない要因になる。

【0021】

これに対して、本実施形態では、図１に示すように、単一の直流バイアス電圧を供給する第１バイアスネットワーク７を例えばメインアンプ３の出力ノードに接続し、この第１バイアスネットワーク７の電気長を９０度未満にし、かつＮ個の出力ネットワーク６の電気長を個別に調整して、電気長を９０度より大きく又は小さくする。これにより、各アンプの出力ノードにおける寄生成分を補償することができる。

【0022】

図４Ａ及び図４Ｂは図１の増幅器１のうち、メインアンプ３の特性を示す図である。図４Ａは図１の増幅器１のメインアンプ３の基本構成を示す回路図、図４Ｂは図４Ａの回路のＳパラメータのＳ２１（通過）の周波数による位相変化と、Ｓ２１の周波数による振幅変化を示すグラフである。このグラフは、理想的なＮ－ウェイのドハティ増幅器１に近い増幅動作を行いつつ、第２及び第３高調波インピーダンスをどのように制御するかを示している。また、図４Ｃは図１の増幅器１のうち、ピークアンプ４の基本構成を示す回路図である。

【0023】

図４Ａの回路では、Ｐｏｒｔ１に寄生成分としてシャント・キャパシタＣとシリーズ・インダクタＬが接続されている。また、シリーズ・インダクタＬの出力には出力ネットワーク６Ｔ１を介してＰｏｒｔ２が接続され、さらに、直流バイアス電圧ＶDDを供給する第１バイアスネットワーク７が接続されている。第１バイアスネットワーク７の電気長は９０度より小さい値に設定されている。Ｐｏｒｔ２は、図１の負荷接続ノードｎ１と等価である。

【0024】

図４Ｂのグラフは、図４Ａの回路の理想的な特性に近いグラフを示している。このグラフからわかるように、基本周波数のときのＳ２１の位相は約－９０度、振幅は約０．７５である。基本周波数のときの位相は、寄生成分ＣとＬ、第１バイアスネットワーク７、及び出力ネットワーク６の相互作用によって、－９０度に設定される。

【0025】

また、２次高調波のときのＳ２１の位相は約１８０度、振幅は約１である。また、３次高調波のときのＳ２１の位相は約０、振幅は約０．５にまで最小化される。このグラフの特性は、出力ネットワーク６の電気長を９０度より大きく又は小さくするような調整を行うことで得られる。このように、基本周波数でのＰｏｒｔ１，２間の位相差は９０度、２次高調波でのＰｏｒｔ１，２間の位相差は１８０度、３次高調波でのＰｏｒｔ１，２間の位相差は０度になる。

【0026】

図４Ｂのグラフからわかるように、メインアンプ３やピークアンプ４の出力ノードに、電気長が９０度未満の第１バイアスネットワーク７を接続して、出力ネットワーク６に単一の直流バイアス電圧を供給し、かつ、出力ネットワーク６の電気長を９０度から大きく又は小さく調整することで、増幅器１の出力ノードにおける寄生成分の影響を考慮に入れた上で、理想に近い増幅動作を行わせることができる。

【0027】

しかしながら、Ｎ個の出力ネットワーク６と第１バイアスネットワーク７を設けるだけでは、高調波制御がまだ不十分であり、高調波制御をより精度よく行うには、さらなる回路的な工夫が必要となる。

【0028】

図５は図１に第２バイアスネットワーク１０を追加したものである。第２バイアスネットワーク１０は、負荷接続ノードｎ１に例えば接地レベルと同じレベルのバイアス供給を行う回路である。なお、第２バイアスネットワーク１０の一端は、必ずしも接地レベルに設定されている必要はないが、本実施形態では、単一の直流バイアス電圧を用いることに特徴があるため、第２バイアスネットワーク１０の一端を、ベタの接地パターンに導通させることで回路構成を簡略化している。このように、第２バイアスネットワーク１０は、第１バイアスネットワーク７とは異なる電圧レベルでバイアスを行う点に特徴がある。第２バイアスネットワーク１０は、メインアンプ３と（Ｎ－１）個のピークアンプ４の高調波を制御するために設けられている。第２バイアスネットワーク１０は他のネットワーク、例えば出力ネットワーク６と同様に、伝送線路で実現してもよいし、コイルやコンデンサなどの集中定数の部品で実現してもよいし、導波管などで実現してもよい。また、これらの組み合わせで実現してもよい。

【0029】

図６Ａ及び図６Ｂは図５の増幅器１のうち、メインアンプ３の特性を示す図である。図６Ａは図５の増幅器１のメインアンプ３の基本構成を示す回路図、図６Ｂは図６Ａの回路のスミスチャートである。図６Ａの回路は、図５Ａの回路に第２バイアスネットワーク１０を追加したものである。第２バイアスネットワーク１０の一端は接地電圧に設定され、他端はＰｏｒｔ２に接続されている。図６Ａの回路では、図５Ａの回路と同様に、第１バイアスネットワーク７の電気長は９０度より小さい値に設定され、出力ネットワーク６の電気長は９０度より大きいか、又は小さい値に設定される。第２バイアスネットワーク１０の電気長は、その一端が接地レベルに設定されている場合には、例えば９０度に設定される。

【0030】

図６Ｂのスミスチャートからわかるように、図６Ａの回路において、出力ネットワーク６の電気長を９０度より大きくまたは小さくなるように調整することにより、基本周波数ｆ０、２次高調波２ｆ０、および３次高調波３ｆ０がほぼ一直線に並ぶようになる。より具体的には、２次高調波２ｆ０はスミスチャートの右端に位置し、開放に近い値になる。
または、３次高調波はスミスチャートの左端に位置し、短絡に近い値になる。これにより、図５および図６Ａの増幅器１は、理想的な増幅動作を行う。

【0031】

図１及び図５の増幅器１は、第１バイアスネットワーク７が対称的な接続になっていないが、第１バイアスネットワーク７を対称的な接続にすることで、より理想的な増幅動作を行うことができる。図７は、図５の増幅器１の構成に加えて、右端のピークアンプ４の出力ノードにも第１バイアスネットワーク７を接続したものである。図７の場合、左右両端のメインアンプ３とピークアンプ４に第１バイアスネットワーク７がそれぞれ接続されているため、対称性がよくなり、より理想的な増幅動作が行われる。

【0032】

図８は、図７の増幅器１の構成に加えて、さらに左右端以外のピークアンプ４の出力ノードにも第１バイアスネットワーク７を接続したものである。図８の増幅器１では、各ピークアンプ４の出力ノードに接続される第１バイアスネットワーク７の数が増えるため、各ピークアンプ４の出力ノードの寄生成分をより精度よく補償できるとともに、高調波インピーダンスの制御もより精度よく行うことができ、図７よりも理想に近い増幅動作を行うことができる。

【0033】

図７や図８の増幅器１は、第２バイアスネットワーク１０を備えているが、図９に示すように第２バイアスネットワーク１０を省略してもよい。また、上述した各増幅器１では、第１バイアスネットワーク７をマイクロストリップライン等の伝送線路で構成する例を示したが、第１バイアスネットワーク７は図１０に示すようにランプ波形を生成するインダクタ素子であってもよい。

【0034】

上述した図１、図５～図１０の増幅器１では、Ｎ個の出力ネットワーク６、第１バイアスネットワーク７、及び第２バイアスネットワーク１０の電気長を調整する例を説明したが、電気長だけでなく、Ｎ個の出力ネットワーク６、第１バイアスネットワーク７、及び第２バイアスネットワーク１０の幅を調整してもよい。幅を調整することで、各の特性インピーダンスを調整でき、増幅器１の増幅動作をより理想的なものに近づけることができる。

【0035】

上述した本実施形態による増幅器１の用途は特に問わないが、例えば送信機の内部で用いることができる。図１１は送信機１１の内部構成の一例を示すブロック図である。図１１の送信機１１は、ベースバンド処理部１２と、局部発振器１３と、変調器１４と、高周波増幅器１５と、アンテナ１６とを備えている。ベースバンド処理部１２は、ベースバンド信号の信号処理を行う。局部発振器１３は、局部発振信号を生成する。変調器１４は、局部発振信号を用いて、ベースバンド信号を変調して高周波信号を生成する。高周波増幅器１５は、高周波信号を増幅してアンテナ１６に送信する。上述した図１、図５～図１０に示す増幅器１は、高周波増幅器１５の内部で用いることができる。

【0036】

なお、図１等では、第１バイアスネットワーク７の一端に供給される直流バイアス電圧を各第１バイアスネットワーク７ごとに異なる記号で表記しているが、上述したように、本実施形態では単一の直流バイアス電圧を供給することができる。ただし、場合によっては、複数の第１バイアスネットワーク７に、別々の電圧レベルの直流バイアス電圧を供給してもよい。

【0037】

このように、本実施形態では、増幅器１内の個々のアンプを構成する回路素子の寄生成分を補償し、かつ高調波インピーダンスも制御するため、理想的な増幅動作に近い増幅動作を増幅器１に行わせることができる。これにより、大きなダイナミックレンジの信号の平均電力効率を改善できる。また、単一の直流バイアス電圧を用いるため、単一の直流電圧源９を設ければよくなり、増幅器１の全体構成を簡略化できる。

【0038】

より具体的には、本実施形態では、出力ネットワーク６の第１バイアスネットワーク７の電気長を調整することにより、寄生成分の補償と高調波インピーダンスの制御を行うため、回路構成を複雑化することなく、増幅器１に理想的な増幅動作を行わせることができる。また、第２バイアスネットワーク１０を設けることで、さらに高調波インピーダンスの制御を精度よく行うことができる。

【0039】

このように、高調波インピーダンスを制御することで、増幅器１に使用するトランジスタの性能を向上させることができる。また、トランジスタの寄生素子の解析と対策には膨大な時間がかかるが、本実施形態によれば、トランジスタの寄生素子の影響を精度よく補償することができる。

【0040】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0041】

１ 増幅器、２ 入力スプリッタ、３ メインアンプ、４ ピークアンプ、５ 入力ネットワーク、６ 出力ネットワーク、７ 第１バイアスネットワーク、８ 出力コンバイナ、９ 直流電圧源、１０ 第２バイアスネットワーク、１１ 送信機、１２ ベースバンド処理部、１３ 局部発振器、１４ 変調器、１５ 高周波増幅器、１６ アンテナ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】