(57)【要約】  利得を向上する増幅器。増幅器（１００）においては、高周波増幅部（１２０）が化合物半導体から構成される電界効果型のトランジスタ（１２１）を含み、電流検出部（１４０）がトランジスタ（１２１）のゲート電流を検出し、バイアス制御部（１５０）が検出されたゲート電流に応じてトランジスタ（１２１）のゲートバイアスを制御する。化合物半導体としては、例えば、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）又はＧａＮ（窒化ガリウム）を含む化合物半導体を用いることができる。こうすることにより、ゲート電流により増幅部の動作状態を判断できるので、バイアス制御する手段である電流検出部（１４０）及びバイアス制御部（１５０）には従来のようにＲＦ信号の一部を入力する必要がないため、ＲＦ信号の損失を発生させることなく増幅部の状態を判断することができる。この結果、増幅器（１００）の利得は、従来の増幅器に比べて向上する。
2008136124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体から構成される電界効果トランジスタを含む高周波増幅部と、前記電界効果トランジスタのゲート電流を検出する電流検出部と、前記検出されたゲート電流に応じて前記電界効果トランジスタのゲートバイアスを制御するバイアス制御部と、を具備する増幅器。
【請求項２】
前記電界効果トランジスタは、ＧａＡｓ又はＧａＮを含む化合物半導体から構成される請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】
請求項１に記載の増幅器を具備し、前記高周波増幅部をピーク増幅部として備えるドハティ増幅器。
【請求項４】
請求項１に記載の増幅器を具備し、前記高周波増幅部をキャリア増幅部として備えるドハティ増幅器。
【請求項５】
前記バイアス制御部から出力されるバイアス制御信号に応じて、前記キャリア増幅器へＲＦ信号が入力される状態と入力されない状態とでＲＦ信号入力状態を切り替えるスイッチを具備する請求項４に記載のドハティ増幅器。
【請求項６】
前記バイアス制御部から出力されるバイアス制御信号に応じて、ピーク増幅部のドレインに電圧が印加された状態と印加されない状態とでドレイン電圧印加状態を切り替えるスイッチを具備する請求項４に記載のドハティ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅器に関し、特にＲＦ入力電力に応じてゲートバイアスを制御する増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドハティ増幅器のような高周波増幅器では、低歪み且つ高効率で動作するために、次のようなゲートバイアス制御回路が備えられることがある。このゲートバイアス制御回路は、ＲＦ（Radio Frequency）入力レベルの低いときにはアイドル電流を必要最小限まで減らして余分な消費電力を抑え、高周波増幅器が飽和動作となるＲＦ入力レベルの高いときにはアイドル電流を増やして電界効果トランジスタの線形歪みを改善する。【０００３】
従来、この種のゲート電圧制御回路としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。図１には、特許文献１に記載されているゲート電圧制御回路を用いて構成されたドハティ増幅器が示されている。【０００４】
図１に示すドハティ増幅器では、ＲＦ入力信号は方向性カプラ１で主経路と結合経路とに分離され、検出器９で結合経路に分離されたＲＦ入力の電力が検出される。方向性カプラ１の結合量を予め測定しておくことで、結合経路のＲＦ信号検出レベルから主経路のＲＦ信号レベルを知ることができる。検出器９は、例えばダイオードで構成される電力検出器である。【０００５】
このようにＲＦ入力のレベルを検出する機能を備えることで、キャリア増幅器バイアス制御部１１およびピーク増幅器バイアス制御部１３は、検出器９で検出されたＲＦ入力電力の増減に応じて、キャリア増幅器５およびピーク増幅器７のそれぞれのバイアスを、所望の特性を得るように制御することができる。  
【特許文献１】特表２０００−５１３５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の増幅器においては、主経路の高周波信号を分流することにより、その高周波信号の一部を電力検出器に入力するため、主経路の伝送損失が必ず発生する。その結果、高周波増幅器の利得が減少する欠点がある。【０００７】
本発明の目的は、利得を向上する増幅器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の増幅器は、化合物半導体から構成される電界効果トランジスタを含む高周波増幅部と、前記電界効果トランジスタのゲート電流を検出する電流検出部と、前記検出されたゲート電流に応じて前記電界効果トランジスタのゲートバイアスを制御するバイアス制御部と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、利得を向上する増幅器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来のドハティ増幅器の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る増幅器の構成を示すブロック図
【図３】高周波増幅器のＲＦ入力レベルに対するゲート電流の特性の一例を示す図
【図４】実施の形態２に係るドハティ増幅器の構成を示すブロック図
【図５】実施の形態３に係るドハティ増幅器の構成を示すブロック図
【図６】実施の形態４に係るドハティ増幅器の構成を示すブロック図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。【００１２】
（実施の形態１）
図２に示すように本実施の形態１の増幅器１００は、ゲートバイアス制御回路１１０と、高周波増幅部１２０と、高周波増幅部１２０のドレインに印加される電圧を供給する電源１３０とを有する。【００１３】
ゲートバイアス制御回路１１０は、高周波増幅部１２０のゲートに流れる電流を検出すると共に、その検出電流に応じて高周波増幅部１２０のゲートに加わる電圧（ゲートバイアス）を制御する。【００１４】
具体的には、ゲートバイアス制御回路１１０は、高周波増幅部１２０のゲートに流れる電流を検出する電流検出部１４０と、電流検出部１４０にて検出されたゲート電流に応じて周波増幅部１２０のゲートバイアスを制御するバイアス制御部１５０とを有する。【００１５】
電流検出部１４０は、高周波増幅部１２０のゲートに流れる電流を検出し、検出電流に応じた電圧を出力する。電流検出部１４０は、図２に示すように、抵抗１４１乃至１４５と、オペアンプ１４６とからなる差動増幅回路により構成される。【００１６】
抵抗１４１は、高周波増幅部１２０のゲートと接続されている。抵抗１４１の両端は、それぞれ抵抗１４２及び抵抗１４３を介してオペアンプ１４６のマイナス入力及びプラス入力と接続されている。【００１７】
高周波増幅部１２０のゲートに流れる電流は抵抗１４１にも流れ、これにより抵抗１４１の両端に電位差が生じる。オペアンプ１４６の２つの入力電圧の差は、抵抗１４１の両端に生じた電位差に応じた値を持つことになる。【００１８】
オペアンプ１４６は、入力電圧の差に応じた電圧を出力する。オペアンプ１４６の入力電圧の差は抵抗１４１の両端に生じた電位差に比例し、更にその電位差は高周波増幅部１２０のゲート電流に比例するので、電流検出部１４０はゲート電流に応じた電圧を出力する。【００１９】
バイアス制御部１５０は、電流検出部１４０の出力電圧に応じた電圧を出力する。バイアス制御部１５０は、図２に示すように、抵抗１５１乃至１５３と、オペアンプ１５４とからなる反転増幅回路により構成される。【００２０】
抵抗１５１及び抵抗１５２は、共にオペアンプ１５４のマイナス入力に接続されている。オペアンプ１５４と反対側の、抵抗１５２の端部には、基準電圧ＶＧが印加されている。オペアンプ１５４と反対側の、抵抗１５１の端部には、電力検出部１４０の出力電圧が印加される。このような構成により、オペアンプ１５４のマイナス入力には、基準電圧ＶＧと電力検出部１４０の出力電圧との電位差が抵抗１５１と抵抗１５２とにより分けられた電圧が、印加されることになる。【００２１】
オペアンプ１５４は、そのプラス入力が接地されているので、マイナス入力に印加される電圧が反転された電圧を出力する。この出力電圧はゲートバイアス制御信号となる。【００２２】
高周波増幅部１２０は、ＲＦ信号を入力し、その入力ＲＦ信号をゲートバイアス制御回路１１０により制御されたゲート電圧に応じて増幅し、増幅されたＲＦ信号を出力する。高周波増幅部１２０は、化合物半導体で構成される電界効果型のトランジスタ１２１を含む。その化合物半導体は、例えば、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）又はＧａＮ（窒化ガリウム）を含む化合物半導体である。【００２３】
次に上記構成を有する増幅器１００の動作について説明する。【００２４】
高周波増幅部１２０のように化合物半導体で構成される電界効果型のトランジスタを備える場合、ＲＦ信号が入力されるとゲート電流が流れる。【００２５】
図３には、一例として、ＧａＮ−ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）デバイスを用いた増幅部の、ＲＦ入力レベルに対するゲート電流の特性が示されている。図３に示されるように、ＧａＮ−ＨＥＭＴデバイスを用いた増幅器は、ＲＦ出力電力が飽和に近づく領域でのみ、ゲート電流が流れる特性を有する。【００２６】
このゲート電流は、入力ＲＦ信号の電力が大きくなると、ゲートとソースとの間に大きな電位差が生じ、この大きな電位差によりアバランシュ降伏が生じることに起因するものである。この特性に着目して、ゲート電流をモニタすることにより、ゲート電流が流れている場合には、増幅部が飽和領域で動作していると判断することができる。【００２７】
そこで増幅器１００では、ゲート電流が流れている状態、つまり増幅部が飽和領域で動作している状態のとき、ゲートバイアス制御回路１１０によりゲート電流に応じたゲートバイアスの制御が為される。具体的には、高周波増幅部１２０に流れるゲート電流の大きさを、電流検出部１４０で検出し、ゲート電流検出部１４０からの出力信号を用いてゲートバイアスの設定値をバイアス制御部１５０で生成する。【００２８】
こうしてＲＦ入力レベルに応じて高周波増幅部１２０のゲートバイアスを適正に制御できる。【００２９】
またこのようにゲート電流により増幅部の動作状態を判断することにより、バイアス制御する手段にはＲＦ信号の一部を入力する必要がないため、ＲＦ信号の損失を発生させることなく増幅部の状態を判断することができる。この結果、増幅器１００の利得は、従来の増幅器に比べて向上する。【００３０】
このように本実施の形態によれば、増幅器１００に、化合物半導体から構成される電界効果型のトランジスタ１２１を含む高周波増幅部１２０と、トランジスタ１２１のゲート電流を検出する電流検出部１４０と、検出されたゲート電流に応じてトランジスタ１２１のゲートバイアスを制御するバイアス制御部１５０と、を設けた。化合物半導体としては、例えば、ＧａＡｓ又はＧａＮを含む化合物半導体を用いることができる。【００３１】
こうすることにより、化合物半導体から構成される電界効果型のトランジスタにおける、入力ＲＦ信号のレベルが大きいときにのみゲート電流が流れるという特性を利用して、ゲート電流から高周波増幅部１２０の動作状態を判断することができる。そして電流検出部１４０を構成する抵抗の値、バイアス制御部１５０を構成する抵抗の値及び基準電圧ＶＧを適切に設定することで、高周波増幅部１２０をＢ級からＡ級として動作させることが可能となる。【００３２】
その結果、高周波増幅部１２０の最大出力を向上することができるため、平均出力電力での変調歪みを改善することができる。【００３３】
またゲート電流により増幅部の動作状態を判断することにより、バイアス制御する手段である電流検出部１４０及びバイアス制御部１５０には従来のようにＲＦ信号の一部を入力する必要がないため、ＲＦ信号の損失を発生させることなく増幅部の状態を判断することができる。この結果、増幅器１００の利得は、従来の増幅器に比べて向上する。【００３４】
またバイアス制御する手段である電流検出部１４０及びバイアス制御部１５０には従来のようにＲＦ信号の一部を入力する必要がないため、従来の増幅器における指向性カプラなどを設ける必要がなくなるので、増幅器の回路規模の縮小化及び部品コストの低減化を実現することができる。【００３５】
なお上記説明においては、電界効果トランジスタをＧａＮ−ＨＥＭＴとしたが、ゲート電流が入力レベルに応じて変化するデバイスであれば、それを利用することが可能であり、同様の効果を得ることができる。【００３６】
また上記説明においては、電流検出部１２０を抵抗とオペアンプで構成した例が示されたが、例えばダイオードとオペアンプによる構成など同等の機能を有するいかなる構成でも構わない。【００３７】
また上記説明においては、バイアス制御部１５０を抵抗とオペアンプで構成した例が示されたが、例えば抵抗とトランジスタによる構成など同等の機能を有するいかなる構成でも構わない。【００３８】
また増幅器１００に、バイアス制御部１５０からの出力が或る閾値を超えた場合に電源１３０のドレインへの電圧供給を断絶する機能を加えることで、ＲＦ信号の過入力によるデバイスの破壊を防止することができる。また、電源１３０のドレインへの電圧供給を断絶する代わりに、ＲＦ入力レベルを下げる機能を加えても同様の効果を得ることができる。【００３９】
（実施の形態２）
図４に示すように実施の形態２のドハティ増幅器２００は、ゲートバイアス制御回路１１０と、電源１３０と、ドハティ増幅部２１０とを有する。ドハティ増幅部２１０は、既知のドハティ増幅器であり、高周波増幅部１２０と、高周波増幅部２２０と、分離されたＲＦ入力が高周波増幅部１２０及び高周波増幅部２２０のそれぞれで増幅された後に結合される際に位相が揃うように配設されるオーム伝送線２３０，２４０とを有する。高周波増幅部１２０はピーク増幅部として機能する一方、高周波増幅部２２０はキャリア増幅部として機能する。【００４０】
ここで一般的にドハティ増幅器では、ピーク増幅部のバイアスをＢ、Ｃ級に設定する。Ｂ、Ｃ級バイアスでは、電力効率は良いが、線形歪みが生じ易い。そのため、ピーク増幅部が動作している領域でのドハティ増幅器の線形歪みは非常に大きくなる。【００４１】
そこで本実施の形態では、ドハティ増幅器２００に増幅器１００を設け、高周波増幅部１２０をピーク増幅部として用いる。そして、ゲートバイアス制御回路１１０が、ピーク増幅部として機能する高周波増幅部１２０の動作する領域を検出し、その動作レベルに応じて例えばＡ級バイアスに近づけるようにゲートバイアスを制御することで、線形歪みの少ない動作が可能なドハティ増幅器を実現することができる。【００４２】
またゲートバイアス制御回路１１０が、ピーク増幅部として機能する高周波増幅部１２０が動作するときに、高周波増幅部１２０のバイアスを更に深いＣ級とすることで、高周波増幅部１２０の動作開始点を制御することもできる。ここで動作開始点とは、Ｃ級バイアスされた増幅器が、ＲＦ信号の入力電力で強制的にバイアスがかかり、動作が始まる点を指す。【００４３】
（実施の形態３）
図５に示すように実施の形態３のドハティ増幅器３００は、ドハティ増幅部３１０を有する。ドハティ増幅部３１０は、ピーク増幅部として機能する高周波増幅部３２０と、高周波増幅部３２０の入力段に設けられゲートバイアス制御回路１１０のバイアス制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦする高周波スイッチ３３０とを有する。【００４４】
高周波スイッチ３３０は、例えば、ＰＩＮダイオードで構成される。高周波スイッチ３３０は、高周波増幅部１２０が飽和領域で動作しゲート電流が流れているときにバイアス制御信号を入力する一方、高周波増幅部１２０が非飽和領域で動作しゲート電流が流れていないときにバイアス制御信号を入力しない。【００４５】
そして高周波スイッチ３３０は、バイアス制御信号が入力されるときにはＯＮする一方、バイアス制御信号が入力されていないときにはＯＦＦする。【００４６】
こうしてＲＦ入力信号のレベルが小さい領域では、ピーク増幅部として機能する高周波増幅部３２０にＲＦ信号が一切入ることがなく、高周波増幅部３２０の動作を最適に制御することができる。【００４７】
なお当然のことながら、高周波スイッチ３３０は、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いた構成など同等の機能を有するいかなる構成でも構わない。【００４８】
（実施の形態４）
図６に示すように実施の形態４のドハティ増幅器４００は、ピーク増幅部として機能する高周波増幅部４２０を有するドハティ増幅部４１０と、電源１３０と高周波増幅部４２０のドレインとの間に設けられゲートバイアス制御回路１１０のバイアス制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦするスイッチ４３０とを有する。【００４９】
スイッチ４３０は、高周波増幅部１２０が飽和領域で動作しゲート電流が流れているときにバイアス制御信号を入力する一方、高周波増幅部１２０が非飽和領域で動作しゲート電流が流れていないときにバイアス制御信号を入力しない。スイッチ４３０は、例えば、高周波増幅部４２０のドレインに供給される電源線路の通電と切断とを切り替える機械的な構造を有する。【００５０】
そしてスイッチ４３０は、バイアス制御信号が入力されるときにはＯＮする一方、バイアス制御信号が入力されていないときにはＯＦＦする。スイッチ４３０がＯＮのときには電源１３０から高周波増幅部４２０のドレインに電圧が供給される一方、スイッチ４３０がＯＦＦのときには電源１３０から高周波増幅部４２０のドレインに電圧が供給されない。【００５１】
こうしてＲＦ入力信号のレベルが小さい領域では、ピーク増幅部として機能する高周波増幅部４２０のドレインには電力が一切入ることがなく、高周波増幅部４２０による不要な電力の消費を防止することができる。【００５２】
なお当然のことながら、スイッチ４３０は、例えばＦＥＴを用いた構成など同等の機能を有するいかなる構成でも構わない。【００５３】
（他の実施の形態）
実施の形態２乃至実施の形態４に係るドハティ増幅部２１０、３１０、４１０は、いずれもＲＦ入力がオーム伝送線２３０を介して入力される位置にピーク増幅部が配置される一方、ＲＦ入力がオーム伝送線２３０を介さずに入力される位置にキャリア増幅部が配置される構成（以下、「通常構成」と呼ぶことがある。）として説明を行った。しかしながら、本発明はこの構成に限定されず、反転型の構成であってもよい。すなわち、ＲＦ入力がオーム伝送線２３０を介して入力される位置にキャリア増幅部が配置される一方、ＲＦ入力がオーム伝送線２３０を介さずに入力される位置にピーク増幅部が配置されてもよい。この場合、キャリア増幅部およびピーク増幅部と、それぞれと接続される他の構成要素との接続関係は通常構成と変わらない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の増幅器は、利得を向上するものとして有用である。
【図１】
2008136124.tif 000003
【図２】
2008136124.tif 000004
【図３】
2008136124.tif 000005
【図４】
2008136124.tif 000006
【図５】
2008136124.tif 000007
【図６】
2008136124.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月23日(2009.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体から構成される電界効果トランジスタを含む高周波増幅部と、前記電界効果トランジスタのゲート電流を検出する電流検出部と、前記検出されたゲート電流に応じて前記電界効果トランジスタのゲートバイアスを制御するバイアス制御部と、を具備する増幅器。
【請求項２】
前記電界効果トランジスタは、ＧａＡｓ又はＧａＮを含む化合物半導体から構成される請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】
請求項１に記載の増幅器を具備し、前記高周波増幅部をピーク増幅部として備えるドハティ増幅器。
【請求項４】
請求項１に記載の増幅器を具備し、前記高周波増幅部をキャリア増幅部として備えるドハティ増幅器。
【請求項５】
前記バイアス制御部から出力されるバイアス制御信号に応じて、前記キャリア増幅器へＲＦ信号が入力される状態と入力されない状態とでＲＦ信号入力状態を切り替えるスイッチを具備する請求項４に記載のドハティ増幅器。
【請求項６】
前記バイアス制御部から出力されるバイアス制御信号に応じて、ピーク増幅部のドレインに電圧が印加された状態と印加されない状態とでドレイン電圧印加状態を切り替えるスイッチを具備する請求項４に記載のドハティ増幅器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅器に関し、特にＲＦ入力電力に応じてゲートバイアスを制御する増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドハティ増幅器のような高周波増幅器では、低歪み且つ高効率で動作するために、次のようなゲートバイアス制御回路が備えられることがある。このゲートバイアス制御回路は、ＲＦ（Radio Frequency）入力レベルの低いときにはアイドル電流を必要最小限まで減らして余分な消費電力を抑え、高周波増幅器が飽和動作となるＲＦ入力レベルの高いときにはアイドル電流を増やして電界効果トランジスタの線形歪みを改善する。
【０００３】
従来、この種のゲート電圧制御回路としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。図１には、特許文献１に記載されているゲート電圧制御回路を用いて構成されたドハティ増幅器が示されている。
【０００４】
図１に示すドハティ増幅器では、ＲＦ入力信号は方向性カプラ１で主経路と結合経路とに分離され、検出器９で結合経路に分離されたＲＦ入力の電力が検出される。方向性カプラ１の結合量を予め測定しておくことで、結合経路のＲＦ信号検出レベルから主経路のＲＦ信号レベルを知ることができる。検出器９は、例えばダイオードで構成される電力検出器である。
【０００５】
このようにＲＦ入力のレベルを検出する機能を備えることで、キャリア増幅器バイアス制御部１１およびピーク増幅器バイアス制御部１３は、検出器９で検出されたＲＦ入力電力の増減に応じて、キャリア増幅器５およびピーク増幅器７のそれぞれのバイアスを、所望の特性を得るように制御することができる。  
【特許文献１】特表２０００−５１３５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の増幅器においては、主経路の高周波信号を分流することにより、その高周波信号の一部を電力検出器に入力するため、主経路の伝送損失が必ず発生する。その結果、高周波増幅器の利得が減少する欠点がある。
【０００７】
本発明の目的は、利得を向上する増幅器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の増幅器は、化合物半導体から構成される電界効果トランジスタを含む高周波増幅部と、前記電界効果トランジスタのゲート電流を検出する電流検出部と、前記検出されたゲート電流に応じて前記電界効果トランジスタのゲートバイアスを制御するバイアス制御部と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、利得を向上する増幅器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。
【００１１】
（実施の形態１）
図２に示すように本実施の形態１の増幅器１００は、ゲートバイアス制御回路１１０と、高周波増幅部１２０と、高周波増幅部１２０のドレインに印加される電圧を供給する電源１３０とを有する。
【００１２】
ゲートバイアス制御回路１１０は、高周波増幅部１２０のゲートに流れる電流を検出すると共に、その検出電流に応じて高周波増幅部１２０のゲートに加わる電圧（ゲートバイアス）を制御する。
【００１３】
具体的には、ゲートバイアス制御回路１１０は、高周波増幅部１２０のゲートに流れる電流を検出する電流検出部１４０と、電流検出部１４０にて検出されたゲート電流に応じて周波増幅部１２０のゲートバイアスを制御するバイアス制御部１５０とを有する。
【００１４】
電流検出部１４０は、高周波増幅部１２０のゲートに流れる電流を検出し、検出電流に応じた電圧を出力する。電流検出部１４０は、図２に示すように、抵抗１４１乃至１４５と、オペアンプ１４６とからなる差動増幅回路により構成される。
【００１５】
抵抗１４１は、高周波増幅部１２０のゲートと接続されている。抵抗１４１の両端は、それぞれ抵抗１４２及び抵抗１４３を介してオペアンプ１４６のマイナス入力及びプラス入力と接続されている。
【００１６】
高周波増幅部１２０のゲートに流れる電流は抵抗１４１にも流れ、これにより抵抗１４１の両端に電位差が生じる。オペアンプ１４６の２つの入力電圧の差は、抵抗１４１の両端に生じた電位差に応じた値を持つことになる。
【００１７】
オペアンプ１４６は、入力電圧の差に応じた電圧を出力する。オペアンプ１４６の入力電圧の差は抵抗１４１の両端に生じた電位差に比例し、更にその電位差は高周波増幅部１２０のゲート電流に比例するので、電流検出部１４０はゲート電流に応じた電圧を出力する。
【００１８】
バイアス制御部１５０は、電流検出部１４０の出力電圧に応じた電圧を出力する。バイアス制御部１５０は、図２に示すように、抵抗１５１乃至１５３と、オペアンプ１５４とからなる反転増幅回路により構成される。
【００１９】
抵抗１５１及び抵抗１５２は、共にオペアンプ１５４のマイナス入力に接続されている。オペアンプ１５４と反対側の、抵抗１５２の端部には、基準電圧ＶＧが印加されている。オペアンプ１５４と反対側の、抵抗１５１の端部には、電力検出部１４０の出力電圧が印加される。このような構成により、オペアンプ１５４のマイナス入力には、基準電圧ＶＧと電力検出部１４０の出力電圧との電位差が抵抗１５１と抵抗１５２とにより分けられた電圧が、印加されることになる。
【００２０】
オペアンプ１５４は、そのプラス入力が接地されているので、マイナス入力に印加される電圧が反転された電圧を出力する。この出力電圧はゲートバイアス制御信号となる。
【００２１】
高周波増幅部１２０は、ＲＦ信号を入力し、その入力ＲＦ信号をゲートバイアス制御回路１１０により制御されたゲート電圧に応じて増幅し、増幅されたＲＦ信号を出力する。高周波増幅部１２０は、化合物半導体で構成される電界効果型のトランジスタ１２１を含む。その化合物半導体は、例えば、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）又はＧａＮ（窒化ガリウム）を含む化合物半導体である。
【００２２】
次に上記構成を有する増幅器１００の動作について説明する。
【００２３】
高周波増幅部１２０のように化合物半導体で構成される電界効果型のトランジスタを備える場合、ＲＦ信号が入力されるとゲート電流が流れる。
【００２４】
図３には、一例として、ＧａＮ−ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）デバイスを用いた増幅部の、ＲＦ入力レベルに対するゲート電流の特性が示されている。図３に示されるように、ＧａＮ−ＨＥＭＴデバイスを用いた増幅器は、ＲＦ出力電力が飽和に近づく領域でのみ、ゲート電流が流れる特性を有する。
【００２５】
このゲート電流は、入力ＲＦ信号の電力が大きくなると、ゲートとソースとの間に大きな電位差が生じ、この大きな電位差によりアバランシュ降伏が生じることに起因するものである。この特性に着目して、ゲート電流をモニタすることにより、ゲート電流が流れている場合には、増幅部が飽和領域で動作していると判断することができる。
【００２６】
そこで増幅器１００では、ゲート電流が流れている状態、つまり増幅部が飽和領域で動作している状態のとき、ゲートバイアス制御回路１１０によりゲート電流に応じたゲートバイアスの制御が為される。具体的には、高周波増幅部１２０に流れるゲート電流の大きさを、電流検出部１４０で検出し、ゲート電流検出部１４０からの出力信号を用いてゲートバイアスの設定値をバイアス制御部１５０で生成する。
【００２７】
こうしてＲＦ入力レベルに応じて高周波増幅部１２０のゲートバイアスを適正に制御できる。
【００２８】
またこのようにゲート電流により増幅部の動作状態を判断することにより、バイアス制御する手段にはＲＦ信号の一部を入力する必要がないため、ＲＦ信号の損失を発生させることなく増幅部の状態を判断することができる。この結果、増幅器１００の利得は、従来の増幅器に比べて向上する。
【００２９】
このように本実施の形態によれば、増幅器１００に、化合物半導体から構成される電界効果型のトランジスタ１２１を含む高周波増幅部１２０と、トランジスタ１２１のゲート電流を検出する電流検出部１４０と、検出されたゲート電流に応じてトランジスタ１２１のゲートバイアスを制御するバイアス制御部１５０と、を設けた。化合物半導体としては、例えば、ＧａＡｓ又はＧａＮを含む化合物半導体を用いることができる。
【００３０】
こうすることにより、化合物半導体から構成される電界効果型のトランジスタにおける、入力ＲＦ信号のレベルが大きいときにのみゲート電流が流れるという特性を利用して、ゲート電流から高周波増幅部１２０の動作状態を判断することができる。そして電流検出部１４０を構成する抵抗の値、バイアス制御部１５０を構成する抵抗の値及び基準電圧ＶＧを適切に設定することで、高周波増幅部１２０をＢ級からＡ級として動作させることが可能となる。
【００３１】
その結果、高周波増幅部１２０の最大出力を向上することができるため、平均出力電力での変調歪みを改善することができる。
【００３２】
またゲート電流により増幅部の動作状態を判断することにより、バイアス制御する手段である電流検出部１４０及びバイアス制御部１５０には従来のようにＲＦ信号の一部を入力する必要がないため、ＲＦ信号の損失を発生させることなく増幅部の状態を判断することができる。この結果、増幅器１００の利得は、従来の増幅器に比べて向上する。
【００３３】
またバイアス制御する手段である電流検出部１４０及びバイアス制御部１５０には従来のようにＲＦ信号の一部を入力する必要がないため、従来の増幅器における指向性カプラなどを設ける必要がなくなるので、増幅器の回路規模の縮小化及び部品コストの低減化を実現することができる。
【００３４】
なお上記説明においては、電界効果トランジスタをＧａＮ−ＨＥＭＴとしたが、ゲート電流が入力レベルに応じて変化するデバイスであれば、それを利用することが可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００３５】
また上記説明においては、電流検出部１２０を抵抗とオペアンプで構成した例が示されたが、例えばダイオードとオペアンプによる構成など同等の機能を有するいかなる構成でも構わない。
【００３６】
また上記説明においては、バイアス制御部１５０を抵抗とオペアンプで構成した例が示されたが、例えば抵抗とトランジスタによる構成など同等の機能を有するいかなる構成でも構わない。
【００３７】
また増幅器１００に、バイアス制御部１５０からの出力が或る閾値を超えた場合に電源１３０のドレインへの電圧供給を断絶する機能を加えることで、ＲＦ信号の過入力によるデバイスの破壊を防止することができる。また、電源１３０のドレインへの電圧供給を断絶する代わりに、ＲＦ入力レベルを下げる機能を加えても同様の効果を得ることができる。
【００３８】
（実施の形態２）
図４に示すように実施の形態２のドハティ増幅器２００は、ゲートバイアス制御回路１１０と、電源１３０と、ドハティ増幅部２１０とを有する。ドハティ増幅部２１０は、既知のドハティ増幅器であり、高周波増幅部１２０と、高周波増幅部２２０と、分離されたＲＦ入力が高周波増幅部１２０及び高周波増幅部２２０のそれぞれで増幅された後に結合される際に位相が揃うように配設されるオーム伝送線２３０，２４０とを有する。高周波増幅部１２０はピーク増幅部として機能する一方、高周波増幅部２２０はキャリア増幅部として機能する。
【００３９】
ここで一般的にドハティ増幅器では、ピーク増幅部のバイアスをＢ、Ｃ級に設定する。Ｂ、Ｃ級バイアスでは、電力効率は良いが、線形歪みが生じ易い。そのため、ピーク増幅部が動作している領域でのドハティ増幅器の線形歪みは非常に大きくなる。
【００４０】
そこで本実施の形態では、ドハティ増幅器２００に増幅器１００を設け、高周波増幅部１２０をピーク増幅部として用いる。そして、ゲートバイアス制御回路１１０が、ピーク増幅部として機能する高周波増幅部１２０の動作する領域を検出し、その動作レベルに応じて例えばＡ級バイアスに近づけるようにゲートバイアスを制御することで、線形歪みの少ない動作が可能なドハティ増幅器を実現することができる。
【００４１】
またゲートバイアス制御回路１１０が、ピーク増幅部として機能する高周波増幅部１２０が動作するときに、高周波増幅部１２０のバイアスを更に深いＣ級とすることで、高周波増幅部１２０の動作開始点を制御することもできる。ここで動作開始点とは、Ｃ級バイアスされた増幅器が、ＲＦ信号の入力電力で強制的にバイアスがかかり、動作が始まる点を指す。
【００４２】
（実施の形態３）
図５に示すように実施の形態３のドハティ増幅器３００は、ドハティ増幅部３１０を有する。ドハティ増幅部３１０は、ピーク増幅部として機能する高周波増幅部３２０と、高周波増幅部３２０の入力段に設けられゲートバイアス制御回路１１０のバイアス制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦする高周波スイッチ３３０とを有する。
【００４３】
高周波スイッチ３３０は、例えば、ＰＩＮダイオードで構成される。高周波スイッチ３３０は、高周波増幅部１２０が飽和領域で動作しゲート電流が流れているときにバイアス制御信号を入力する一方、高周波増幅部１２０が非飽和領域で動作しゲート電流が流れていないときにバイアス制御信号を入力しない。
【００４４】
そして高周波スイッチ３３０は、バイアス制御信号が入力されるときにはＯＮする一方、バイアス制御信号が入力されていないときにはＯＦＦする。
【００４５】
こうしてＲＦ入力信号のレベルが小さい領域では、ピーク増幅部として機能する高周波増幅部３２０にＲＦ信号が一切入ることがなく、高周波増幅部３２０の動作を最適に制御することができる。
【００４６】
なお当然のことながら、高周波スイッチ３３０は、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いた構成など同等の機能を有するいかなる構成でも構わない。
【００４７】
（実施の形態４）
図６に示すように実施の形態４のドハティ増幅器４００は、ピーク増幅部として機能する高周波増幅部４２０を有するドハティ増幅部４１０と、電源１３０と高周波増幅部４２０のドレインとの間に設けられゲートバイアス制御回路１１０のバイアス制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦするスイッチ４３０とを有する。
【００４８】
スイッチ４３０は、高周波増幅部１２０が飽和領域で動作しゲート電流が流れているときにバイアス制御信号を入力する一方、高周波増幅部１２０が非飽和領域で動作しゲート電流が流れていないときにバイアス制御信号を入力しない。スイッチ４３０は、例えば、高周波増幅部４２０のドレインに供給される電源線路の通電と切断とを切り替える機械的な構造を有する。
【００４９】
そしてスイッチ４３０は、バイアス制御信号が入力されるときにはＯＮする一方、バイアス制御信号が入力されていないときにはＯＦＦする。スイッチ４３０がＯＮのときには電源１３０から高周波増幅部４２０のドレインに電圧が供給される一方、スイッチ４３０がＯＦＦのときには電源１３０から高周波増幅部４２０のドレインに電圧が供給されない。
【００５０】
こうしてＲＦ入力信号のレベルが小さい領域では、ピーク増幅部として機能する高周波増幅部４２０のドレインには電力が一切入ることがなく、高周波増幅部４２０による不要な電力の消費を防止することができる。
【００５１】
なお当然のことながら、スイッチ４３０は、例えばＦＥＴを用いた構成など同等の機能を有するいかなる構成でも構わない。
【００５２】
（他の実施の形態）
実施の形態２乃至実施の形態４に係るドハティ増幅部２１０、３１０、４１０は、いずれもＲＦ入力がオーム伝送線２３０を介して入力される位置にピーク増幅部が配置される一方、ＲＦ入力がオーム伝送線２３０を介さずに入力される位置にキャリア増幅部が配置される構成（以下、「通常構成」と呼ぶことがある。）として説明を行った。しかしながら、本発明はこの構成に限定されず、反転型の構成であってもよい。すなわち、ＲＦ入力がオーム伝送線２３０を介して入力される位置にキャリア増幅部が配置される一方、ＲＦ入力がオーム伝送線２３０を介さずに入力される位置にピーク増幅部が配置されてもよい。この場合、キャリア増幅部およびピーク増幅部と、それぞれと接続される他の構成要素との接続関係は通常構成と変わらない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の増幅器は、利得を向上するものとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来のドハティ増幅器の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る増幅器の構成を示すブロック図
【図３】高周波増幅器のＲＦ入力レベルに対するゲート電流の特性の一例を示す図
【図４】実施の形態２に係るドハティ増幅器の構成を示すブロック図
【図５】実施の形態３に係るドハティ増幅器の構成を示すブロック図
【図６】実施の形態４に係るドハティ増幅器の構成を示すブロック図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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