(57)【要約】【課題】出力検波回路部１１の供給電源を電力増幅部１のバイアス電源と共通化した際に発生する出力検波回路部１１からの回り込み信号を防ぐこと。【解決手段】出力検波回路部１１のダイオード９の供給電源をバイアス回路８の供給電源と共通化する際に、バイアス回路８と出力検波回路部１１の間に共振回路で接続することで電力増幅用トランジスタ２の出力側からの回り込み信号が電力増幅用トランジスタ２の入力側に入力されるのを防ぐ。
2013058048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力整合回路と出力整合回路に接続され、前記入力整合回路を介して入力された信号を増幅して前記出力整合回路に出力する電力増幅部と、前記出力整合回路に接続された出力検波回路部と、前記電力増幅部および前記出力検波回路部にバイアス電流を供給するバイアス回路と、前記バイアス回路と前記出力検波回路部との間に接続された共振回路とを備えた高周波増幅器。
【請求項２】
前記バイアス回路と前記共振回路との間に接続された抵抗素子を備えたことを特徴とする請求項1に記載された高周波増幅器。
【請求項３】
前記入力整合回路、前記電力増幅部、前記出力検波回路部、前記バイアス回路、前記共振回路および前記抵抗素子は半導体集積回路により構成され、前記出力検波回路部は、前記電力増幅部の出力に接続されており、前記共振回路は、インダクタとコンデンサで構成されるローパスフィルタ型の回路を備えていることを特徴とする請求項２に記載された高周波増幅器。
【請求項４】
前記共振回路および前記抵抗素子はチップ部品で構成されると共に、前記入力整合回路、前記電力増幅部、前記出力検波回路部および前記バイアス回路は半導体集積回路により構成され、前記半導体集積回路は前記共振回路および前記抵抗素子を実装するための電極端子を備えており、前記共振回路及び前記抵抗素子のチップ部品を前記電極端子に実装していることを特徴とする請求項２に記載された高周波増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は増幅器に関し、特に高周波信号を検波する検波回路を備えた高周波増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に代表される無線ＬＡＮによるデータ通信が広く一般化している。無線ＬＡＮシステムによるデータ通信は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、プリンタやハードディスク、ブロードバンドルータなどのＰＣの周辺機器、ＦＡＸ、冷蔵庫、テレビ、カメラ、ビデオ携帯電話等々の電子機器、自動車内や航空機内での有線通信に代わる信号伝達手段として採用され、それぞれの電子機器間において無線データ転送が行われている。【０００３】
高周波増幅器は、一例として、このような無線ＬＡＮシステムや携帯電話等で使用されており、高周波信号を増幅し送信する無線通信装置などの送信部に用いられるが、もちろんこのような無線通信装置だけに限定されるものではない。【０００４】
近年、数ｋｍ程度の通信距離をカバーする高速無線通信規格としてＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４やＩＥＥＥ８０２，１６ｅ−２００５など）や次世代携帯電話の規格であるＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）などのＯＦＤＭ方式に代表されるマルチキャリアを用いる変調方式は、信号と雑音のような波形となり、ピーク電力と平均電力との比であるＰＡＲ（Ｐｅａｋ  ｔｏ  Ａｖｅｒａｇｅ  Ｒａｔｉｏ）が大きくなる。【０００５】
また、ＱＡＭ変調のような位相と振幅との両方を変化させる変調方式は、多値化により伝達できる情報は増えるが、雑音に対するマージンが減少することから、所望のＣＮＲ（Ｃａｒｒｉｏｒ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を大きく取る必要がある。このようなことからマルチキャリアを用いる変調方式やＱＡＭ変調方式を使用する無線通信装置では、送信部の高周波増幅器を、線形性が高く、かつ最大送信電力を大きく設計する必要がある。【０００６】
しかし、一般に、高周波増幅器は、線形性を高く、かつ最大送信電力を大きく設計すると消費電力も高くなる。このため、特に、無線通信装置がバッテリーを電源とする移動端末の場合には、バッテリー動作時間が短くなることが懸念される。このような問題を少しでも解決し得る方法として検波回路の供給電源を高周波増幅器の供給電源と共通化するものが知られている。【０００７】
従来例として電力増幅器と検波回路を組み合わせた半導体装置が提案されている（特開２００５−１０９６４４号：特許文献１）。この電力増幅回路は、入力端子と出力端子の間にキャパシタとトランジスタが直列接続されている。このトランジスタは、バイポーラトランジスタであり、エミッタがグランドに接続され、ベースがキャパシタに接続され、コレクタが出力端子に接続されている。【０００８】
また、上記コレクタと出力端子との接続線は、抵抗器で電源電圧端子に接続されるとともに、キャパシタで検波回路部の検波用ダイオードに接続されている。この電源電圧端子は直流電圧源に接続されている。上記トランジスタのベースとキャパシタとの接続線はバイアス電圧端子に接続されるとともに、抵抗器で検波回路部の検波用ダイオードに接続されている。このバイアス電圧端子は直流電圧源に接続されている。検波回路部が有する検波用ダイオードは、ベースとコレクタが短絡されたトランジスタからなる。この検波用ダイオードのアノード（入力側）には、上記抵抗器が接続され、この抵抗器は、トランジスタのベースに接続されている。【０００９】
また、上記検波用ダイオードのアノード（入力側）には、上記キャパシタが接続され、このキャパシタは上記トランジスタのコレクタに接続されている。この検波用ダイオードのカソード（出力側）は、接続線で検波出力端子に接続されている。この接続線とグランドとの間に、キャパシタと抵抗器が並列接続されている。【００１０】
続いて、特許文献１の電力増幅器と検波回路を組み合わせた半導体装置の動作について説明する。入力端子から電力増幅回路に入力された入力信号をトランジスタで増幅した出力信号を出力端子から出力すると共に、このトランジスタの出力信号の出力レベルに応じた検波電圧を上記検波回路部の検波出力端子から取り出す。ダイオードのアノードとトランジスタベースは抵抗器を介して接続されているので、バイアス電圧端子に直流電圧を印加すると、ダイオードにはトランジスタのベース-エミッタ電圧とほぼ同等の電圧がかかることになる。【００１１】
高周波信号が検波回路部に入力されていない場合でも、検波用ダイオードはオン状態付近にバイアスされることになる。電力増幅回路のキャパシタから、電力レベルの低い信号が電力検波回路の検波用ダイオードに入力された場合でも、検波用ダイオードが動作し、上記検波回路部の検波出力端子から検波電圧を取り出すことができる。【００１２】
また、従来例として高周波電力増幅器も提案されている（特開２００７−３００２６２号：特許文献２）。この電力増幅器は、ベース端子が入力整合回路を介して入力端子に、コレクタ端子が出力整合回路を介して出力端子に夫々接続されたトランジスタ（電力増幅用トランジスタ）を備えた電力増幅部と、直流電源からトランジスタ（直流電流増幅用トランジスタ）を介して、トランジスタのベース端子にバイアス電流を供給するバイアス電流供給部と、ダイオード（検波用ダイオード）を備え、出力整合回路に接続された出力検波回路とを備え、出力検波回路のダイオードのアノード端子に、直流電源からトランジスタを介して電流供給されるように構成されている。【００１３】
また、バイアス電流供給部は、トランジスタのベース端子が抵抗を介して直流電源に、コレクタ端子が抵抗を介して直流電源に、エミッタ端子が抵抗を介してトランジスタのベース端子に夫々接続されている。直流電源には、コンデンサが接続されている。【００１４】
さらにバイアス電流供給部のトランジスタのエミッタ端子と出力検波回路のダイオードのアノード端子が抵抗を介して接続され、直流電源から出力検波回路にバイアス電流を供給している。出力検波回路は、ダイオードのアノード端子が、出力整合回路とコンデンサを介して接続されている。ダイオードのカソード端子と検波出力端子を接続する配線ルートとグランドの間には、コンデンサと抵抗が並列に接続されている。【００１５】
続いて、特許文献２の高周波電力増幅器の動作について説明する。トランジスタのエミッタ端子から抵抗を介してダイオードにバイアス電流の供給を行うため、出力整合回路から出力検波回路を介してトランジスタのベース端子に回り込む回り込み信号（包絡線成分）があっても、該回り込み信号がトランジスタを介さないことから、トランジスタによる回り込み信号の増幅を防止でき、回り込み信号が入力信号へ与える影響を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−１０９６４４号公報
【特許文献２】特開２００７−３００２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献１の半導体装置では直流電源から抵抗を介してダイオードのアノード端子にバイアス電流を供給していることから、出力信号の一部がキャパシタを介し回りこみでトランジスタの入力側に入力されることになる。回り込む信号はキャパシタや抵抗などの各部品を通過している為、入力信号と比較し位相がずれている。その位相のずれた回りこみ信号をトランジスタに入力されると複雑な入力信号となり、出力信号の歪が大きくなる。【００１８】
また、入力信号と回り込み信号の位相のずれが同相になってしまった場合にはトランジスタが異常発振を引き起こす可能性がある。【００１９】
また特許文献２の高周波増幅器でも直流電源から直流増幅用トランジスタと抵抗を介してダイオードのアノード端子にバイアス電流を供給していることから、前記特許文献１と同様な問題が発生する可能性がある。【００２０】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、出力検波回路からの回り込み信号の高周波成分による出力信号の歪みを低減し、異常発振する可能性を抑えることができる高周波電力増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するための本発明に係る高周波増幅器の一例は、入力整合回路と出力整合回路に接続され、前記入力整合回路を介して入力された信号を増幅して前記出力整合回路に出力する電力増幅部と、前記出力整合回路に接続された出力検波回路部と、前記電力増幅部の入力および前記出力検波回路部にバイアス電流を供給するバイアス回路と、前記バイアス回路と前記出力検波回路部との間に接続された共振回路とを備えたことを第１の特徴とする。【００２２】
上記特徴の本発明によれば、出力検波回路部に、バイアス回路の直流電源から共振回路を介して電流供給するように構成したので、出力整合回路から出力検波回路部に出力された信号の一部の回り込み信号は共振回路で反射される為、バイアス回路側に入力されることがない。そのため、該回り込み信号が電力増幅部の入力側に入力されるのを防止できる。【００２３】
これにより、入力端子からの入力信号が該回り込み信号と重畳されることを防止し、出力信号の歪みを低減することができる。さらに出力検波回路部からの回り込み信号が無くなる為、異常発振を起こす可能性を抑えることができることから、電力増幅部と出力検波回路部に安定した電源供給を行うことができる。【００２４】
上記特徴の本発明に係る高周波増幅器は、前記バイアス回路と前記共振回路との間に接続された抵抗素子を備えたことを第２の特徴とする。【００２５】
上記特徴の本発明によれば、バイアス回路と前記共振回路との間に抵抗素子を接続することで、出力検波回路部に供給される電流を調整することができる他に、出力整合回路から出力検波回路部に出力された信号の一部の高調波成分を含んだ回り込み信号が共振回路で反射されない場合、該抵抗素子で高調波成分を含んだ回り込み信号を減衰させ電力増幅部の入力側に入力される回り込み信号を抑制することができる。【００２６】
これにより、入力端子からの入力信号が高調波成分を含んだ回り込み信号と重畳されることを防止し、出力信号の歪みを低減することができる。さらに出力検波回路部からの高調波成分を含んだ回り込み信号が無くなる為、異常発振を起こす可能性を抑えることができ、電力増幅部と出力検波回路部に安定した電源供給を行うことができる。【００２７】
上記特徴の本発明に係る高周波増幅器は、前記入力整合回路、前記電力増幅部、前記出力検波回路部、前記バイアス回路、前記共振回路および前記抵抗素子は半導体集積回路により構成され、前記出力検波回路部は、前記電力増幅部の出力に接続されており、前記共振回路は、インダクタとコンデンサで構成されるローパスフィルタ型の回路を備えていることを第３の特徴とする。【００２８】
上記特徴の本発明によれば、前記入力整合回路、前記電力増幅部、前記出力検波回路部、前記バイアス回路、前記共振回路および前記抵抗素子は半導体集積回路により構成され、前記出力検波回路部は、前記電力増幅部の出力に接続されることにより、出力整合回路を半導体集積回路上に配置しない為、出力整合回路を半導体集積回路基板上に形成するインダクタよりもＱ値が高いチップインダクタを利用できる。その為、増幅した出力信号の損失をより低減させることができる。【００２９】
また、前記電力増幅部とバイアス回路と出力検波回路部を同一の半導体集積回路基板上に配置できるため小型化、低コスト化が実現可能となる。また、前記共振回路が無い場合には出力信号が歪んだ高調波成分の信号も含んでいる為、変調信号の種類によって歪んだ高調波成分が影響し検波電圧がばらついてしまうが、共振回路の回路構成で高調波成分を通さないローパスフィルタ型の回路を備えることにより検波電圧のばらつきを抑制できる。【００３０】
上記特徴の本発明に係る高周波増幅器は、前記共振回路および前記抵抗素子はチップ部品で構成されると共に、前記入力整合回路、前記電力増幅部、前記出力検波回路部および前記バイアス回路は半導体集積回路により接続され、前記半導体集積回路は前記共振回路および前記抵抗素子を実装するための電極端子を備えており、前記共振回路及び前記抵抗素子のチップ部品を前記電極端子に実装していることを第４の特徴とする。【００３１】
上記特徴の本発明によれば、前記共振回路および前記抵抗素子はチップ部品で構成されると共に、前記入力整合回路、前記電力増幅部、前記出力検波回路部および前記バイアス回路は半導体集積回路により接続され、前記半導体集積回路は前記共振回路および前記抵抗素子を実装するための電極端子を備えており、前記共振回路及び前記抵抗素子のチップ部品を前記電極端子に実装することで、共振回路の共振周波数がばらつき等でずれた場合、半導体集積回路上では共振周波数をずらすことは容易でないが、本発明によればチップ部品を乗せかえるだけで容易に共振周波数を修正可能となる。またバイアス回路からの電流を抵抗素子で任意に調節可能となり、出力検波回路部の検波電圧値を調節できるようになる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の高周波増幅器は、出力検波回路部からの回り込み信号の高周波成分による出力信号の歪みを低減し、異常発振する可能性を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施形態による高周波増幅器のブロック回路図である。
【図２】第２の実施形態による高周波増幅器のブロック回路図である。
【図３】第３の実施形態による高周波増幅器のブロック回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態の高周波増幅器の構成を示すブロック回路図である。図１は高周波増幅器の例として１段構成の高周波増幅器とした。多段構成の高周波増幅器でもよい。図１において、電力増幅部１は並列に複数の電力増幅用のトランジスタ２を有している。図１の電力増幅用トランジスタ２にはバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）で示しているが、増幅できるトランジスタであれば良い。又は、ＦＥＴでも良い。その場合、ＨＢＴのベースをＦＥＴのゲートに、ＨＢＴのコレクタをＦＥＴのソースに、ＨＢＴのエミッタをＦＥＴのドレインに置き換えて使用する。
【００３６】
電力増幅用トランジスタ２のベース端子には入力整合回路３を介し入力端子４が接続されている。電力増幅用トランジスタ２のコレクタ端子には出力整合回路５を介し出力端子６が接続されている。入力整合回路３と出力整合回路５に関してはマッチングの条件等で種々に回路構成を取り得る。バイアス供給用電源７は直流電源（図示せず）が接続される。また、バイアス供給電源端子にはバイアス回路８が接続されており、このバイアス回路８により電力増幅用トランジスタのベース端子および後述する出力検波回路部１１にバイアス電流が供給される。
【００３７】
出力検波回路部１１は、検波用ダイオード９のアノード側と出力整合回路５の間にコンデンサＣ１が接続され、カソード側と検波出力端子１０を接続する配線ルートとグランド間にはコンデンサＣ２と抵抗Ｒ１が並列に接続されている。ここでは検波用ダイオード９として、ダイオードを用いたが、ダイオードの代わりにトランジスタで代用していても構わない。また出力検波回路部１１は検波電圧を出力できるなら図１の回路構成でなくとも良い。
【００３８】
さらに検波用ダイオード９のアノード側は抵抗素子Ｒ２と共振回路用のコンデンサＣ３とインダクタＬ１を介してバイアス回路８に接続されバイアス電流が供給される。出力検波回路部１１の共振回路を介した抵抗素子Ｒ２の接続先はバイアス供給ラインであれば、バイアス回路部８の出力側でも入力側でも構わない。コンデンサＣ３とインダクタＬ１の共振回路は入力信号が反射する周波数で共振されている。共振回路については並列共振回路なども考えられるが、基本波だけではなく高調波も反射できる本実施形態１のローパスフィルタ型の回路がより望ましい。
【００３９】
本実施形態では、抵抗素子Ｒ２と共振回路用のコンデンサＣ３とインダクタＬ１を介してダイオード９にバイアス電流の供給を行う為、出力整合回路５から出力検波回路部１１を介して回り込む信号があっても、コンデンサＣ３とインダクタＬ１の共振回路で回り込む信号が反射され、バイアス回路８を介して電力増幅用トランジスタ２のベース側に重畳されるのを防ぐことができ、回り込み信号が入力信号へ与える影響を無くすことができる。
【００４０】
ここで、抵抗素子Ｒ２があるため、回り込む高周波成分の信号があっても減衰させることはできるが抵抗素子Ｒ２は出力検波回路部１１に供給する電圧を調整する抵抗素子であり回り込む信号を減衰しきれない。また最大送信電力が高く設計されている場合も抵抗素子Ｒ２では回り込む信号が減衰しきれない為、出力検波回路部１１の供給電圧に影響が少ない共振回路を介することで出力信号の歪みや異常発振などを抑制できる。またバイアス回路８から抵抗素子Ｒ２と共振回路を介して出力検波回路部１１に電流を供給しているので、バイアス回路８から出力検波回路部１１への供給電流を抵抗素子Ｒ２で簡単に調整することが可能となる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態の高周波増幅器の構成を示すブロック回路図である。本実施形態では、上記第１実施形態とは構成が異なる部分について説明する。具体的には前記入力整合回路３、前記電力増幅部１、前記出力検波回路部１１、前記バイアス回路８、前記共振回路および前記抵抗素子Ｒ２は半導体集積回路１２により構成され、出力検波回路部１１は、電力増幅部１の出力に接続され、前記共振回路は、インダクタＬ１とコンデンサＣ３で形成されるローパスフィルタ型の回路で形成されている。
【００４２】
この際、共振回路で使われるインダクタＬ１はスパイラルインダクタでもマイクロストリップラインで形成しても良い。また出力整合回路５が半導体集積回路１２の外部にある為、出力検波回路部１１のコンデンサＣ１の接続先が電力増幅用トランジスタ２のコレクタ端子と出力整合回路５の間となる。電力増幅用トランジスタ２のコレクタ端子と出力整合回路５の間に出力検波回路部１１が接続されることにより、出力整合回路５を半導体集積回路上に配置しない為、出力整合回路５でインダクタを使用する場合、半導体集積回路基板上に形成するインダクタよりもＱ値が高いチップインダクタを利用できることができ、出力整合回路５での損失を低減させることができる。
【００４３】
また共振回路が無い場合には、この接続点から出力信号を出力検波回路部１１で検波すると歪んだ高調波成分の出力信号も含んでいる為、変調信号の種類によって歪んだ高調波成分が影響し検波電圧がばらついてしまう恐れがある。しかし、本実施形態の場合には、電力増幅部１で増幅された出力信号が歪んだ高調波成分の信号を含んでいる為、共振回路をインダクタＬ１とコンデンサＣ３で形成されるローパスフィルタ型の回路とすることで歪んだ高調波成分を電源供給側に回り込ませなくすることができ、検波電圧のばらつきを抑えることが可能となる。また、入力整合回路３、電力増幅部１、出力検波回路部１１、バイアス回路８、共振回路および抵抗素子Ｒ２は半導体集積回路１２により構成されているため同一の半導体集積回路基板上に形成でき小型化、低コスト化が実現可能となる。
【００４４】
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態の高周波増幅器の構成を示すブロック回路図である。本実施形態では、上記第２実施形態とは構成が異なる部分について説明する。本実施形態では共振回路を構成するインダクタＬ２とコンデンサＣ４と、抵抗素子Ｒ３をチップ部品に変更したことが異なる。具体的には、チップインダクタＬ２とチップコンデンサＣ４で形成された共振回路とチップ抵抗Ｒ３を備え、さらにチップインダクタＬ２とチップコンデンサＣ４で形成された共振回路と抵抗素子Ｒ３と出力整合回路部５を除く回路構成を半導体集積回路１３で形成し、チップインダクタＬ２とチップコンデンサＣ４で形成された共振回路と抵抗素子Ｒ３のチップ部品を実装する電極端子を半導体集積回路基板上に備え、チップインダクタＬ２とチップコンデンサＣ４で形成された共振回路と抵抗素子Ｒ３のチップ部品を前記電極端子に実装している。
【００４５】
その為、共振回路の共振周波数がばらつき等でずれた場合、半導体集積回路１３では共振周波数をずらすことは容易でないが、本発明の第３の実施形態によればチップ部品を乗せかえるだけで容易に共振周波数を合わせる事が可能となる。またバイアス回路８からの電流をチップ抵抗Ｒ３で任意に調節可能となり、出力検波回路部１１の検波電圧値を調節できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、例えば高周波信号を送受する通信機の高周波増幅器に関し、特に高周波信号を検波する検波回路を有する高周波増幅器に適している。
【符号の説明】
【００４７】
１    電力増幅部
２    電力増幅用トランジスタ
３    入力整合回路
４    入力端子
５    出力整合回路
６    出力端子
７    バイアス供給用電源端子
８    バイアス回路
９    ダイオード
１０  検波電圧出力端子
１１  出力検波回路部
１２、１３  半導体集積回路
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  抵抗
Ｌ１、Ｌ２  インダクタ
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４  コンデンサ  
【図１】
2013058048.tif 000003
【図２】
2013058048.tif 000004
【図３】
2013058048.tif 000005
【国際調査報告】
2013058048.tif 000006
2013058048.tif 000007