(57)【要約】【課題】入力信号が過大レベルになっても半導体増幅素子に機能破壊が生じないようにした高周波増幅装置を提供すること。【解決手段】ＦＥＴ１０１を用いた高周波増幅装置において、ＦＥＴ１０１対する電源電流Ｉの供給ラインに直列にパワーサーミスタ１３１を設け、入力信号のレベルの増加による電源電流Ｉの急激な増加に対する抑制機能がパワーサーミスタ１３１の電圧降下により与えられるようにしたもの。【選択図】図１
2010171706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体増幅素子を用いた高周波増幅装置において、
前記半導体増幅素子に対する電源電流の供給ラインに直列に接続した正温度係数サーミスタと前記電源電流供給ラインの電線が挿通されたフェライトビーズの一方を設け、
前記電源電流の急激な増加に対する抑制機能が前記サーミスタによる電圧降下と前記フェライトビーズの発熱損失の一方により与えられるように構成したことを特徴とする高周波増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波以上の高周波の変調信号を対象とした電力増幅装置に係り、特に半導体デバイスを用いた高周波増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばマルチキャリア変調されたマイクロ波信号など、変調を受けた高周波信号の増幅には、通常、リニアアンプ又はストレートアンプと呼ばれる直線増幅装置が用いられるが、このとき、同調回路として高周波伝送線路を用い、半導体素子を増幅デバイスに用いた高周波電力増幅装置が従来技術として知られている。
そこで、このような従来技術の一例に係る高周波増幅装置について、図３により説明する。
【０００３】
図３において、ＦＥＴ１０１が増幅用の半導体デバイスで、これには高周波用の電界効果形トランジスタが用いられている。
そして、そのゲート電極Ｇには、直流遮断用のコンデンサ１１１と高周波伝送線路１１２を介して信号入力端子１１０が接続され、ソース電極Ｓには、直流遮断用のコンデンサ１２１と高周波伝送線路１２２を介して出力端子１２０が接続され、このときドレイン電極Ｄは、そのまま共通電位点(接地点)に接続されている。
【０００４】
このとき入力側の高周波伝送線路１１２の端部で、ＦＥＴ１０１のゲート電極Ｇに接続された方の端部には、チョークコイル用の高周波伝送線路１１３を介して、バイアス電圧供給端子１１６が接続され、出力側の高周波伝送線路１２２の端部で、ＦＥＴ１０１のソース電極Ｓに接続された方の端部には、チョークコイル用の別の高周波伝送線路１２３を介して、電源電力供給端子１２６が接続され、これにより、図示してない電源からＦＥＴ１０１に電源電流Ｉが供給され、能動状態にされるようになっている。
【０００５】
このとき、入力側の高周波伝送線路１１３とバイアス電圧供給端子１１６を接続するラインにはバイアス電圧平滑用のコンデンサ１１４、１１５が接続され、出力側の高周波伝送線路１２３と電源電力給端子１２６を接続するラインには電源電力平滑用のコンデンサ１２４、１２５が接続されている。
なお、コンデンサがそれぞれ２個、接続されているのは、高周波の平滑用と低周波の平滑用のためである。
【０００６】
そこで、入力端子１１０に高周波信号を入力すれば、ＦＥＴ１０１は、高周波伝送線路１１２を入力側の同調回路とし、高周波伝送線路１２２を出力側の同調回路とする高周波増幅器として動作し、出力端子１２０から直線電力増幅された高周波信号が得られることになり、マルチキャリア変調による高周波信号を対象として所望の電力のマイクロ波送信用信号を得ることができる。
【０００７】
なお、この種の増幅装置の従来技術については、例えば特許文献１の開示を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３１９８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来技術は、入力信号のレベル変動に配慮がされているとはいえず、歪み補償動作を想定しておらず、増幅すべき高周波の入力信号が過大なレベル変動を伴う信号の場合、増幅用の半導体デバイスに過度の電気的ストレスが掛かり、当該デバイスに機能破壊の虞が生じてしまうという問題があった
【００１０】
このときの過大なレベル変動を伴う入力信号の一例がマルチキャリア変調された信号で、この場合、図４(a)に示すように、瞬時的にはかなり高いレベルになるので、ＦＥＴ１０１に流入する電源電流Ｉが過大なレベルになって、ＦＥＴ１０１に、つまり半導体デバイスに過度の電気的ストレスが掛かり、機能破壊の虞が生じてしまうという問題が生じてしまうのである。
【００１１】
また、過大なレベル変動を伴う入力信号としては、上記したマルチキャリア変調された信号以外にも入力信号がプリディストーションなどの歪み補償が施された場合がある。
ここで、このプリディストーションによる歪み補償とは、例えば増幅処理に際して受けるであろう歪みを想定し、その歪みの打消に必要な反対方向の歪みを予め入力信号に与えておく技法のことであるが、しかし、この結果、場合によっては、入力信号のレベルが過大になってしまうことがある。
【００１２】
例えば、図４(a)の波形の入力信号にプリディストーションによる歪み補償を施して図４(b)の波形の信号にした場合、入力レベルが、図示のように、約２倍にもなってしまうことがあり、この場合、ＦＥＴ１０１に流入する電源電流Ｉが、図５に示すように、過大なレベルになってしまい、従って、上記のように、半導体デバイスに過度の電気的ストレスが掛かり、機能破壊の虞が生じてしまうのである。
【００１３】
本発明の目的は、入力信号が過大レベルになっても半導体増幅素子に機能破壊が生じないようにした高周波増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は、半導体増幅素子を用いた高周波増幅装置において、前記半導体増幅素子に対する電源電流の供給ラインに直列に接続した正温度係数サーミスタと前記電源電流供給ラインの電線が挿通されたフェライトビーズの一方を設け、前記電源電流の急激な増加に対する抑制機能が前記サーミスタによる電圧降下と前記フェライトビーズの発熱損失の一方により与えられるようにして達成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電源電流の急激な増加に対する抑制機能が働くので、入力信号が過大レベルになっても、半導体増幅素子に流入する電源電流が過大なレベルになることなく、従って、入力信号が過大レベルになっても半導体増幅素子に機能破壊が生じないように保護できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る高周波増幅装置の第１の実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明に係る高周波増幅装置の第２の実施形態を示す回路図である。
【図３】従来技術による高周波増幅装置の一例を示す回路図である。
【図４】高周波増幅装置の入力信号の一例を示す波形図である。
【図５】高周波増幅装置の半導体増幅素子における電源電流の一例を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明による高周波増幅装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
まず、図１は、本発明の第１の実施形態で、図において、符号１３１はパワーサーミスタを表わしている。
ここで、サーミスタとは、温度変化によって素子の電気抵抗が大幅に変化する半導体感温素子を意味するが、このときパワーサーミスタ１３１としてはＰＣＴサーミスタ、すなわち温度が上昇するにつれ電気抵抗が増加するという正温度係数特性の半導体感温素子のことであり、このときパワーには特に意味はなく、せいぜい電力用であるいう程度の意味しかない。
【００１８】
そして、このパワーサーミスタ１３１は、出力側の高周波伝送線路１２３と電源電力給端子１２６を接続するライン、すなわち半導体増幅素子であるＦＥＴ１０１に対する電源電流Ｉの供給ラインにおいて、コンデンサ１２４、１２５が接続されている点と電源電力供給端子１２６の間に直列に接続され、これにより入力信号に応じてＦＥＴ１０１に供給される電源電流Ｉがそのまま通流されるようになっている。
従って、この図１に示した本発明の第１の実施形態は、パワーサーミスタ１３１が設けられている点を除けば、他の構成は、図３で説明した従来技術の場合と同じである。
【００１９】
そこで、次に、この図１に示す実施形態の動作について説明すると、まず、入力端子１１０に高周波信号が入力されると、高周波伝送線路１１２を入力側の同調回路とし、高周波伝送線路１２２を出力側の同調回路とする高周波増幅器としてＦＥＴ１０１が動作し、出力端子１２０から直線電力増幅された高周波信号が得られ、マルチキャリア変調による高周波信号を対象として所望の電力のマイクロ波送信用信号が得られる。
【００２０】
ところで、この動作は図３で説明した従来技術の場合と同じであるが、このときパワーサーミスタ１３１には、ＦＥＴ１０１に供給されている電源電流Ｉが通流されているので、ジュール熱により温度が上昇し、このため電源電流Ｉの大きさに応じてパワーサーミスタ１３１の電気抵抗が増加する。
このとき、ＰＣＴサーミスタには、その電気抵抗が素子の温度に応じて指数関数的に増加するという特性をもったものがある。
【００２１】
そこで、いま、パワーサーミスタ１３１として、その電気抵抗が素子の温度に応じて指数関数的に増加するＰＣＴサーミスタを選定しておけば、電源電流Ｉが或る限界を越えて増加したとき、その電気抵抗が急激に増加し、その電気抵抗による電圧降下により電源電流Ｉの増加を抑制し、この結果、過大電流がＦＥＴ１０１に供給されてしまうのが抑えられてしまう。
すなわち、この実施形態によれば、電源電流Ｉの急激な増加に対する抑制機能がパワーサーミスタ１３１の電圧降下により与えられることになる。
【００２２】
このときＦＥＴ１０１の電源電流Ｉは、入力端子１１０の入力信号のレベル(入力レベル)に依存している。
従って、図４で説明したマルチキャリア変調信号やプリディストーションによる歪み補償技法が適用された変調信号が、入力端子１１０に入力信号として供給された場合、従来技術では、ＦＥＴ１０１に機能破壊の虞が生じてしまうが、この実施形態によれば、電源電流Ｉの急激な増加に対する抑制機能が与えられるので、機能破壊が生じる虞はない。
【００２３】
従って、この図１の実施形態によれば、電源電流Ｉの急激な増加に対する抑制機能が働くので、入力信号が過大レベルになっても、ＦＥＴ１０１に流入する電源電流Ｉが過大なレベルになることなく、よって、入力信号が過大レベルになってもＦＥＴ１０１に機能破壊が生じないように保護できる。
【００２４】
次に、図２は、本発明の第２の実施形態で、図において、符号１３２はフェライトビーズで、あり、従って、この第２の実施形態は、図１の第１の実施形態におけるパワーサーミスタ１３１に代えて２個のフェライトビーズ１３２を設けたものに相当し、その他の構成は同じである。
ここで、このフェライトビーズ１３２は、名称の通りフェライトコアをビーズ状にしたもので、通常、短い管型に作られているものである。
【００２５】
そして、このフェライトビーズ１３２は、電源電力供給端子１２６から高周波伝送線路１２３に至る電源電流供給ラインにおいて、電源電力供給端子１２６からコンデンサ１２４、１２５が接続されている点までの間で当該ラインの電線が挿通されている。
このときフェライトビーズ１３２の個数は２個に限らず、１個以上あればよい。
【００２６】
次に、この図２の実施形態の動作について説明する。
まず、入力端子１１０に高周波信号が入力されると、高周波伝送線路１１２を入力側の同調回路とし、高周波伝送線路１２２を出力側の同調回路とする高周波増幅器としてＦＥＴ１０１が動作し、出力端子１２０から直線電力増幅された高周波信号が得られ、マルチキャリア変調による高周波信号を対象として所望の電力のマイクロ波送信用信号が得られる。
【００２７】
ところで、この動作は図３で説明した従来技術の場合と同じであるが、このときＦＥＴ１０１の電源電力供給ラインの電線にはフェライトビーズ１３２が挿通されている。
そして、このフェライトビーズ１３２は、電源電力供給ラインの電流によって発生する磁束に対して透磁率のよい磁気回路を与えるので、磁束の大幅な増加をもたらす。
【００２８】
そこで、このフェライトビーズ１３２は、電源電力供給ラインに現れる高周波帯域の成分に対しては電気抵抗のようにふるまい、当該成分を熱エネルギーに変換し発散してしまう。
そして、この結果、図４で説明したマルチキャリア変調信号やプリディストーションによる歪み補償技法が適用された変調信号が、入力端子１１０に入力信号として供給された場合でも、電源電流Ｉの急激な増加に対する抑制機能がフェライトビーズ１３２の発熱損失により与えられるようになる。
【００２９】
従って、図２に示す第２の実施形態によっても、電源電流Ｉの急激な増加に対する抑制機能が働くので、入力信号が過大レベルになっても、ＦＥＴ１０１に流入する電源電流Ｉが過大なレベルになることなく、この結果、入力レベルが過大になってもＦＥＴ１０１に機能破壊が生じないように保護できる。
【符号の説明】
【００３０】
１０１：ＦＥＴ
１１０：信号入力端子
１１１：直流遮断用のコンデンサ
１１２：高周波伝送線路(入力側同調回路用の高周波伝送線路)
１１３：高周波伝送線路(バイアス電圧印加用の高周波伝送線路)
１１４：バイアス電圧平滑用のコンデンサ(高周波の平滑用)
１１５：バイアス電圧平滑用のコンデンサ(低周波の平滑用)
１１６：バイアス電圧供給端子
１２０：出力端子
１２１：直流遮断用のコンデンサ
１２２：高周波伝送線路(出力側同調回路用の高周波伝送線路)
１１３：高周波伝送線路(電源電圧印加用の高周波伝送線路)
１２４：電源電力平滑用のコンデンサ(高周波の平滑用)
１２５：電源電力平滑用のコンデンサ(低周波の平滑用)
１２６：電源電力供給端子
１３１：パワーサーミスタ
１３２：フェライトビーズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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