(57)【要約】【課題】単位セルの１つで、ゲート−ソース間あるいはベース−エミッタ間に短絡があった場合でも、増幅器の焼損、電源供給経路の焼損、動作電流変動が発生することなく、正常な単位セルにより、安定に高性能動作を維持しながら、動作的に高い信頼性を確保することができる高周波電力増幅器を提供する。【解決手段】マルチセルを構成する単位セルの１つで、ゲート−ソース間あるいはベース−エミッタ間に短絡があった場合には、単位セル毎に配置されたダイオードの直流遮断特性により、他の正常な単位セルの動作への影響を抑える。【選択図】図１
2006074074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を介して通信するための通信機に、前記高周波信号の電力増幅用として設けられた高周波電力増幅器であって、前記高周波信号の電力を増幅するための増幅用トランジスタが１段以上で多段構成され、前記増幅用トランジスタは、各段毎に、少なくとも２個以上の単位セルが複数個並列接続されたマルチセルからなり、前記単位セルのドレイン端子あるいはコレクタ端子がそれぞれお互いに接続されて前記マルチセルの出力端子を形成し、前記単位セルのソース端子あるいはエミッタ端子がそれぞれお互いに接続されて前記マルチセルの接地端子を形成し、前記単位セルのゲート端子あるいはベース端子が、それぞれの単位セル毎に配置されたダイオードを経由して接続されて、前記マルチセルの入力端子を形成することを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波電力増幅器であって、前記増幅用トランジスタは、前記単位セル毎に配置されたダイオードが、隣接する前記単位セルのゲート端子あるいはベース端子間で、一方の単位セルから他方を見た場合に、極性が対向する方向で少なくとも一対直列に接続されていることを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項３】
請求項１に記載の高周波電力増幅器であって、前記増幅用トランジスタは、前記単位セル毎に配置されたダイオードの代わりに、電界効果型トランジスタが配置されていることを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項４】
請求項１に記載の高周波電力増幅器であって、前記増幅用トランジスタは、前記単位セル毎に配置されたダイオードの代わりに、バイポーラトランジスタが配置されていることを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項５】
請求項３に記載の高周波電力増幅器であって、前記増幅用トランジスタは、前記単位セル毎に配置された電界効果型トランジスタについて、ドレイン端子が前記単位セルのゲート端子あるいはベース端子に接続され、ソース端子が抵抗を経由して接地され、ゲート端子が互いに接続されて前記マルチセルの入力端子を形成することを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項６】
請求項４に記載の高周波電力増幅器であって、前記増幅用トランジスタは、前記単位セル毎に配置されたバイポーラトランジスタについて、コレクタ端子が前記単位セルのゲート端子あるいはベース端子に接続され、エミッタ端子が抵抗を経由して接地され、ベース端子が互いに接続されて前記マルチセルの入力端子を形成することを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項７】
請求項３に記載の高周波電力増幅器であって、前記増幅用トランジスタは、前記単位セル毎に配置された電界効果型トランジスタについて、ソース端子が前記単位セルのゲート端子あるいはベース端子に接続され、ドレイン端子がバイアス回路を経由して直流電源に接続され、ゲート端子が互いに接続されて前記マルチセルの入力端子を形成することを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項８】
請求項４に記載の高周波電力増幅器であって、前記増幅用トランジスタは、前記単位セル毎に配置されたバイポーラトランジスタについて、エミッタ端子が前記単位セルのゲート端子あるいはベース端子に接続され、コレクタ端子がバイアス回路を経由して直流電源に接続され、ベース端子が互いに接続されて前記マルチセルの入力端子を形成することを特徴とする高周波電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば携帯電話機と基地局からなる携帯電話網などの移動体通信システムにおいて、それらの通信のために携帯電話機などの移動機や基地局の固定機として用いられる無線通信機に、その通信用高周波信号の電力増幅用として設けられた高周波電力増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、公衆電話システムとして、移動しながら手軽に電話やメールが利用できるという利便性から、複数の携帯電話機と複数の基地局からなる携帯電話網などの移動体通信システムが広く利用されている。この移動体通信システムにおいては、例えば携帯電話機同士で基地局を介して通信するために、携帯電話機などの移動機や基地局の固定機として、高周波信号（電波）を用いて通信する無線通信機が使用されている。このような無線通信機では、送信する高周波信号の電力を増幅するために、通常１段あるいは２段以上からなる多段の高周波電力増幅器が使用されている。
【０００３】
この高周波電力増幅器の出力電力レベルは、移動機では２００ｍＷ〜３Ｗ、基地局の固定機では１０Ｗ〜１００Ｗに及ぶ。所望の高周波電力を増幅するためには、単位セルと呼ばれる小さいセルを複数個並列接続させたマルチセルと呼ばれる大電力に対応が可能な増幅用トランジスタを使用する。マルチセルは必要な出力電力レベルに応じて、単位セルを追加することができる。
【０００４】
マルチセルは、入力端子、出力端子、接地端子で構成されており、単位セルが電界効果型トランジスタで構成される場合には、複数個配置された単位セルのゲート端子同士を接続することによりマルチセルの入力端子を構成し、単位セルのドレイン端子同士を接続することによりマルチセルの出力端子を構成し、単位セルのソース端子同士を接続することによりマルチセルの接地端子を構成している。なお、接地端子は、単位セルが実装あるいは集積されている基板上のグランドに接続されている。
【０００５】
以上のような従来の高周波電力増幅器（例えば、特許文献１を参照）について、以下に説明する。
図７は従来の高周波電力増幅器の一例を示す等価回路図である。ここで説明する高周波電力増幅器は、図７に示すように、１段構成であり、増幅用トランジスタ２２４として電界効果型トランジスタを使用している。増幅用トランジスタ２２４は４個の単位セル２２５、２２６、２２７、２２８が並列接続されたマルチセル構成であり、単位セル２２５、２２６、２２７、２２８のゲート端子２２９、２３０、２３１、２３２、およびドレイン端子２３３、２３４、２３５、２３６、およびソース端子２３７、２３８、２３９、２４０は、単位セル間でそれぞれお互いに接続されており、増幅用トランジスタ２２４の入力端子２４１、出力端子２４２、接地端子２４３を構成している。
【０００６】
増幅用トランジスタ２２４の入力端子２４１には、単位セル２２５、２２６、２２７、２２８を構成している電界効果型トランジスタのゲート端子にバイアス電圧を供給することを目的とした抵抗２４４、２４５、２４６で構成されたバイアス供給回路と、増幅用トランジスタ２２４への入力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路２４７とが接続されている。また、増幅用トランジスタ２２４の出力端子２４２には、単位セル２２５、２２６、２２７、２２８のドレイン端子２３３、２３４、２３５、２３６にバイアス電圧および電流を供給するために必要なバイアス供給回路２４８と、増幅用トランジスタ２２４からの出力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路２４９とが接続されている。
【０００７】
次に、従来の高周波電力増幅器の具体的な構成について、図面を用いて説明する。
図８は従来の高周波電力増幅器の構成を示す具体構造図であり、図８（ａ）は従来の高周波電力増幅器の全体構成を示す具体構造図であり、図８（ｂ）は従来の高周波電力増幅器における増幅用トランジスタチップの構成を示す具体構造図である。ここでも、１段構成の高周波電力増幅器を例に挙げて説明する。また、増幅用トランジスタとしてバイポーラトランジスタを使用している。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、増幅用トランジスタチップ２５０は、４個の単位セル２５１、２５２、２５３、２５４が集積されたマルチセル構成であり、誘電体基板２５５に印刷された金属配線により形成されたダイパッドエリア２５６に接着されている。
【０００８】
単位セル２５１、２５２、２５３、２５４のベース端子２５７、２５８、２５９、２６０、およびコレクタ端子２６１、２６２、２６３、２６４、２６５、２６６、２６７、２６８から引き出された配線は、増幅用トランジスタチップ２５０の上でそれぞれお互いに接続され、ベース側は入力端子２６９として、コレクタ側は出力端子２７０として、誘電体基板２５５に印刷された金属配線２７１、２７２に引き出されている。単位セル２５１、２５２、２５３、２５４のエミッタ端子については、増幅用トランジスタチップ２５０に形成されたビアホール２７３、２７４、２７５、２７６を経由して、ダイパッドエリア２５６へ接続されている。ダイパッドエリア２５６は通常接地されている。
【０００９】
増幅用トランジスタチップ２５０の入力端子２６９から引き出された配線は、４個の単位セルのベース端子２５７、２５８、２５９、２６０にバイアス電流を供給することを目的とした抵抗２７７、２７８、２７９からなるバイアス供給回路２８０と、増幅用トランジスタチップ２５０への入力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路２８１とが接続されている。
【００１０】
増幅用トランジスタチップ２５０の出力端子２７０から引き出された配線は、４個の単位セルのコレクタ端子にバイアス電圧および電流を供給するために必要なバイアス供給回路２８２と、増幅用トランジスタチップ２５０からの出力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路２８３とが接続されている。
【００１１】
以上のような携帯電話網などの移動体通信システムにおいては、基地局や移動機の無線通信機の送信部に用いられる高周波電力増幅器には、高性能動作と高信頼性が求められている。一般的に高周波電力増幅器で使用する増幅用トランジスタは、高出力性能を達成するために、単位セルと呼ばれる小さいトランジスタを複数個並列に接続して使用することにより、取り扱いできる電力量を確保している。それぞれの単位セルについては高性能動作と高信頼性が求められている。一般的に単位セルに使用されるトランジスタのＭＴＴＦ（平均故障時間）は１０６時間を十分超えており、高周波電力増幅器として求められている耐用年数に比べてはるかに長いと言える。
【特許文献１】特開２０００−３２３６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら上記のような従来の高周波電力増幅器では、その使用状況によっては故障が発生する可能性がある。例えば著しい高温・高湿の環境下における長期間の使用や、落雷、あるいは人体から発生する静電気、電源電圧変動による単位セルの破壊が発生する場合がある。
【００１３】
この場合を、図７に示す従来の高周波電力増幅器を例にして、以下に説明する。
増幅用トランジスタ２２４には４つの単位セル２２５、２２６、２２７、２２８が配置されている。これら４つの単位セルのうち例え１つでも故障した場合には、高周波電力増幅器としては機能しない可能性がある。ここで使用しているトランジスタは電界効果型トランジスタである。移動体通信システムの移動機および基地局の固定機で使用される高周波電力増幅器の増幅用トランジスタについては、高周波領域における基本性能にすぐれ、信頼性の高いガリウム砒素ＭＥＳＦＥＴ等が使用されることが多いが、このデバイスはノーマリーオンタイプのデバイスであり、そのため、なんらかの理由により、ゲート端子に適切な電圧が印加されないような事態が発生した場合には、ドレイン−ソース間の電流をさえぎるものがなくなるので、定格を上回るドレイン電流が流れてしまい、デバイスの破壊に至ることがある。
【００１４】
また、使用しているトランジスタがバイポーラトランジスタの場合には、故障した単位セルにおいて、ベース−エミッタ間の短絡等が発生すると、すべての単位セルに配分されていたベース電流が、故障したセルを経由してＧＮＤへ流れ出してしまうため、すべての単位セルが遮断状態となり、増幅機能が停止してしまう可能性がある。
【００１５】
また、従来の高周波電力増幅器においても、単位セルのゲート端子あるいはベース端子に適切な電圧あるいは電流を印加することは可能であるが、もし高周波電力増幅器を構成している複数個並列接続された単位セルのうち例え１つでも故障が発生し、故障モードが、ゲート−ソース間の短絡あるいはベース−エミッタ間の短絡といった場合には、故障した単位セルと、ゲート端子あるいはベース端子を共有している正常な単位セルまでも、適切なバイアスを印加することが不可能になり、ドレイン電流およびコレクタ電流の制御が不可能になる。
【００１６】
この結果、定格をはるかに上回るドレイン電流がながれ、高周波電力増幅器の焼損、電源供給経路の焼損、動作電流変動による不安定動作が引き起こす異常発振、不当なノイズの発生、信号送信停止など、システムダウンに繋がる事故を引き起こす可能性があり、発生した場合の損害は重大である。
【００１７】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、単位セルの１つで、ゲート−ソース間あるいはベース−エミッタ間に短絡があった場合でも、増幅器の焼損、電源供給経路の焼損、動作電流変動が発生することなく、正常な単位セルにより、安定に高性能動作を維持しながら、動作的に高い信頼性を確保することができる高周波電力増幅器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の高周波電力増幅器は、高周波信号を介して通信するための通信機に、前記高周波信号の電力増幅用として設けられた高周波電力増幅器であって、前記高周波信号の電力を増幅するための増幅用トランジスタが１段以上で多段構成され、前記増幅用トランジスタは、各段毎に、少なくとも２個以上の単位セルが複数個並列接続されたマルチセルからなり、前記単位セルのドレイン端子あるいはコレクタ端子がそれぞれお互いに接続されて前記マルチセルの出力端子を形成し、前記単位セルのソース端子あるいはエミッタ端子がそれぞれお互いに接続されて前記マルチセルの接地端子を形成し、前記単位セルのゲート端子あるいはベース端子が、それぞれの単位セル毎に配置されたダイオードを経由して接続されて、前記マルチセルの入力端子を形成する構成とする。
【００１９】
以上により、マルチセルを構成する単位セルの１つで、ゲート−ソース間あるいはベース−エミッタ間に短絡があった場合には、単位セル毎に配置されたダイオードの直流遮断特性により、他の正常な単位セルの動作への影響を抑えることができる。
【００２０】
また、本発明の請求項２に記載の高周波電力増幅器は、請求項１に記載の高周波電力増幅器であって、前記増幅用トランジスタは、前記単位セル毎に配置されたダイオードが、隣接する前記単位セルのゲート端子あるいはベース端子間で、一方の単位セルから他方を見た場合に、極性が対向する方向で少なくとも一対直列に接続されている構成とする。
【００２１】
以上により、常に隣接する単位セル間で、少なくとも一対の順方向ダイオードと逆方向ダイオードが直列に接続されているので、万一ある単位セルが故障しても、隣接する単位セルのゲート端子あるいはベース端子に印加されているバイアス電圧あるいは電流に与える影響を殆どなくし、隣接する正常な単位セルを破壊させることなく、適切なバイアス印加を継続することができ、また、使用する周波数帯域がＵＨＦ帯以上の高周波領域である場合は、ダイオードの寄生容量は十分大きいので、小型化に不利なコンデンサ等の交流バイパス手段を用いるまでもなく、直流を遮断して交流信号のみを通過させることができる。
【００２２】
また、本発明の請求項３に記載の高周波電力増幅器は、請求項１に記載の高周波電力増幅器であって、前記増幅用トランジスタは、前記単位セル毎に配置されたダイオードの代わりに、電界効果型トランジスタが配置されている構成とする。
【００２３】
また、本発明の請求項４に記載の高周波電力増幅器は、請求項１に記載の高周波電力増幅器であって、前記増幅用トランジスタは、前記単位セル毎に配置されたダイオードの代わりに、バイポーラトランジスタが配置されている構成とする。
【００２４】
また、本発明の請求項５に記載の高周波電力増幅器は、請求項３に記載の高周波電力増幅器であって、前記増幅用トランジスタは、前記単位セル毎に配置された電界効果型トランジスタについて、ドレイン端子が前記単位セルのゲート端子あるいはベース端子に接続され、ソース端子が抵抗を経由して接地され、ゲート端子が互いに接続されて前記マルチセルの入力端子を形成する構成とする。
【００２５】
また、本発明の請求項６に記載の高周波電力増幅器は、請求項４に記載の高周波電力増幅器であって、前記増幅用トランジスタは、前記単位セル毎に配置されたバイポーラトランジスタについて、コレクタ端子が前記単位セルのゲート端子あるいはベース端子に接続され、エミッタ端子が抵抗を経由して接地され、ベース端子が互いに接続されて前記マルチセルの入力端子を形成する構成とする。
【００２６】
以上により、トランジスタ内に形成されているゲート・ドレイン間およびベース・コレクタ間のダイオード特性により、一部の単位セルにおいて故障が発生した場合でも、隣接する正常な単位セルの動作状態に影響を与えることを防ぐことができるだけでなく、なんらかの理由により増幅器に定格を超える交流信号が入力した場合でも、入力する信号自体の電圧あるいは電流振幅により、安定動作時にはＯＦＦ状態のトランジスタがＯＮ状態となり、増幅用トランジスタのバイアス電圧あるいはバイアス電流がバイパスされて増幅用トランジスタの動作点を自動的に引き下げることができる。
【００２７】
また、本発明の請求項７に記載の高周波電力増幅器は、請求項３に記載の高周波電力増幅器であって、前記増幅用トランジスタは、前記単位セル毎に配置された電界効果型トランジスタについて、ソース端子が前記単位セルのゲート端子あるいはベース端子に接続され、ドレイン端子がバイアス回路を経由して直流電源に接続され、ゲート端子が互いに接続されて前記マルチセルの入力端子を形成する構成とする。
【００２８】
また、本発明の請求項８に記載の高周波電力増幅器は、請求項４に記載の高周波電力増幅器であって、前記増幅用トランジスタは、前記単位セル毎に配置されたバイポーラトランジスタについて、エミッタ端子が前記単位セルのゲート端子あるいはベース端子に接続され、コレクタ端子がバイアス回路を経由して直流電源に接続され、ベース端子が互いに接続されて前記マルチセルの入力端子を形成する構成とする。
【００２９】
以上により、トランジスタ内に形成されているゲート・ソース間およびベース・エミッタ間のダイオード特性により、一部の単位セルにおいて故障が発生した場合でも、隣接する正常な単位セルの動作状態に影響を与えることを防ぐことができ、また、トランジスタに入力された交流信号がある大きさのレベルに達したときに、そのトランジスタがＯＮ状態となり、ドレイン端子およびコレクタ端子に印加されている直流電源より、増幅用トランジスタにバイアス電圧および電流が追加されることにより、増幅器に入力される信号レベルに応じてトランジスタ動作をＢ級動作からＡ級動作にシフトできるので、低出力時にはＢ級動作とし高出力時にはＡ級動作というように、トランジスタの動作モードの切り替えを自動的に行うことができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように本発明によれば、常に隣接する単位セル間で、少なくとも一対の順方向ダイオードと逆方向ダイオードが直列に接続されているので、万一ある単位セルが故障しても、隣接する単位セルのゲート端子あるいはベース端子に印加されているバイアス電圧あるいは電流に与える影響を殆どなくし、隣接する正常な単位セルを破壊させることなく、適切なバイアス印加を継続することができる。
【００３１】
そのため、単位セルのすべての機能を失わずに、正常に動作している単位セルの動作を継続することにより、システムに与える影響を最小限に抑えることができ、高性能動作を維持しながら高い信頼性を得ることができる。
【００３２】
また、使用する周波数帯域がＵＨＦ帯以上の高周波領域である場合は、ダイオードの寄生容量は十分大きいので、小型化に不利なコンデンサ等の交流バイパス手段を用いるまでもなく、直流を遮断して交流信号のみを通過させることができる。
【００３３】
そのため、小型で安価に、高性能動作を維持しながら高い信頼性を得ることができる。
また、トランジスタ内に形成されているゲート・ドレイン間およびベース・コレクタ間のダイオード特性により、一部の単位セルにおいて故障が発生した場合でも、隣接する正常な単位セルの動作状態に影響を与えることを防ぐことができるだけでなく、なんらかの理由により増幅器に定格を超える交流信号が入力した場合でも、入力する信号自体の電圧あるいは電流振幅により、安定動作時にはＯＦＦ状態のトランジスタがＯＮ状態となり、増幅用トランジスタのバイアス電圧あるいはバイアス電流がバイパスされて増幅用トランジスタの動作点を自動的に引き下げることができる。
【００３４】
そのため、増幅用トランジスタに過剰な電流が流れることを防止することができ、高性能動作を維持しながら、より高い信頼性を得ることができる。
また、トランジスタ内に形成されているゲート・ソース間およびベース・エミッタ間のダイオード特性により、一部の単位セルにおいて故障が発生した場合でも、隣接する正常な単位セルの動作状態に影響を与えることを防ぐことができ、また、トランジスタに入力された交流信号がある大きさのレベルに達したときに、そのトランジスタがＯＮ状態となり、ドレイン端子およびコレクタ端子に印加されている直流電源より、増幅用トランジスタにバイアス電圧および電流が追加されることにより、増幅器に入力される信号レベルに応じてトランジスタ動作をＢ級動作からＡ級動作にシフトできるので、低出力時にはＢ級動作とし高出力時にはＡ級動作というように、トランジスタの動作モードの切り替えを自動的に行うことができる。
【００３５】
そのため、高周波電力増幅器の線形性が改善することができ、高い線形性が求められるディジタル変調方式を採用している通信システム用途として、より高性能でより高い信頼性を得ることができる。
【００３６】
以上のように、単位セルの１つで、ゲート−ソース間あるいはベース−エミッタ間に短絡があった場合でも、増幅器の焼損、電源供給経路の焼損、動作電流変動が発生することなく、正常な単位セルにより、安定に高性能動作を維持しながら、動作的に高い信頼性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を示す高周波電力増幅器について、図面を参照しながら具体的に説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の高周波電力増幅器を説明する。
【００３８】
図１は本実施の形態１の高周波電力増幅器の一構成例を示す等価回路図である。図１に示すように、本実施の形態１の高周波電力増幅器は、増幅用トランジスタ１の１段構成であり、増幅用トランジスタ１として電界効果型トランジスタを使用している。増幅用トランジスタ１は、４個の単位セル２、３、４、５が並列接続されたマルチセル構成であり、単位セル２、３、４、５のゲート端子６、７、８、９には、それぞれダイオード１０、１１、１２、１３が接続されている。
【００３９】
ダイオード１０、１１、１２、１３の向きは、単位セル２、３、４、５のゲート端子６、７、８、９に対して、いずれも同一方向で接続されている。単位セル２、３、４、５に接続されているダイオード１０、１１、１２、１３の他方は、お互いに接続されており、増幅用トランジスタ１の入力端子１４を構成している。この結果、ある単位セルのゲート端子からみて隣接する別の単位セルのゲート端子まで、常に一対の順方向ダイオードと逆方向ダイオードが直列で接続されることになる。さらに、ドレイン端子１５、１６、１７、１８、ソース端子１９、２０、２１、２２は、それぞれお互いに接続されており、それぞれ増幅用トランジスタ１の出力端子２３、接地端子２４を構成している。
【００４０】
増幅用トランジスタ１の入力端子１４には、増幅用トランジスタ１の入力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路２５が接続されている。増幅用トランジスタ１の出力端子２３には、単位セル２、３、４、５のドレイン端子１５、１６、１７、１８にバイアス電圧および電流を供給するために必要なバイアス供給回路２６と、増幅用トランジスタ１の出力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路２７が接続されている。
【００４１】
単位セル２、３、４、５のゲート端子６、７、８、９には、単位セルを構成する電界効果型トランジスタのゲート端子にバイアス電圧を供給することを目的とした抵抗２８、２９、３０、３１、３２、３３からなるバイアス供給回路が接続されている。本実施の形態では、単位セルのゲート端子６、７、８、９にダイオード１０、１１、１２、１３を挿入しているため、バイアス供給回路を構成する抵抗の一部である抵抗３０、３１、３２、３３をゲート端子６、７、８、９の近くに配置することで、適切なバイアス電圧を印加できるようにしている。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の高周波電力増幅器を説明する。
【００４２】
図２は本実施の形態２の高周波電力増幅器の一構成例を示す具体構造図である。図２に示すように、本実施の形態２の高周波電力増幅器は、増幅用トランジスタの１段構成であり、増幅用トランジスタとしてバイポーラトランジスタを使用している。増幅用トランジスタチップ３４は、４個の単位セル３５、３６、３７、３８が並列接続されたマルチセル構成であり、誘電体基板３９に印刷された金属配線により形成されたダイパッドエリア４０に接着されている。単位セル３５、３６、３７、３８のベース端子４１、４２、４３、４４には、それぞれダイオード４５、４６、４７、４８が接続されている。
【００４３】
ダイオード４５、４６、４７、４８の向きは、単位セル３５、３６、３７、３８のベース端子４１、４２、４３、４４に対して、いずれも同一方向で接続されている。単位セル３５、３６、３７、３８に接続されているダイオード４５、４６、４７、４８の他方は、お互いに接続されており増幅用トランジスタチップ３４の入力端子４９を構成している。コレクタ端子５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７から引き出された配線は、増幅用トランジスタチップ３４の上でそれぞれお互いに接続され出力端子５８を構成している。入力端子４９、出力端子５８は、誘電体基板３９に印刷された金属配線５９、６０に導線を通じて引き出されている。単位セル３５、３６、３７、３８のエミッタ端子については、増幅用トランジスタチップ３４に形成されたビアホール６１、６２、６３、６４を経由して、ダイパッドエリア４０へ接続されている。ダイパッドエリア４０は通常接地されている。
【００４４】
増幅用トランジスタチップ３４の入力端子４９から引き出された配線は、増幅用トランジスタチップ３４の入力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路６５に接続されている。増幅用トランジスタチップ３４の出力端子５８から引き出された配線は、４個の単位セルのコレクタ端子にバイアス電圧および電流を供給するために必要なバイアス供給回路６６と、増幅用トランジスタチップ３４の出力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路６７に接続されている。
【００４５】
単位セル３５、３６、３７、３８のベース端子４１、４２、４３、４４には、単位セルを構成するバイポーラトランジスタのベース端子にバイアス電流を供給することを目的とした抵抗６８、６９、７０、７１が接続されている。本実施の形態では、単位セルのベース端子４１、４２、４３、４４にダイオード４５、４６、４７、４８を挿入しているため、バイアス回路を構成する抵抗６８、６９、７０、７１を増幅用トランジスタチップ３４の内部に形成し、抵抗７２、７３を誘電体基板３９上に配置することで、適切なバイアス電圧を印加できるようにしている。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の高周波電力増幅器を説明する。
【００４６】
図３は本実施の形態３の高周波電力増幅器の一構成例を示す等価回路図である。図３に示すように、本実施の形態３の高周波電力増幅器は、増幅用トランジスタ７４の１段構成であり、増幅用トランジスタ７４を構成する単位セルとして電界効果型トランジスタを使用している。増幅用トランジスタ７４は、４個の単位セル７５、７６、７７、７８が並列接続されたマルチセル構成であり、単位セル７５、７６、７７、７８のゲート端子７９、８０、８１、８２には、それぞれ電界効果型トランジスタ８３、８４、８５、８６のドレイン端子が接続されている。電界効果型トランジスタ８３、８４、８５、８６のソース端子は、それぞれ抵抗８７、８８、８９、９０に接続されており、抵抗８７、８８、８９、９０の他方は接地されている。電界効果型トランジスタ８３、８４、８５、８６のゲート端子は、お互いに接続されており増幅用トランジスタ７４の入力端子９１を構成している。単位セル７５、７６、７７、７８のドレイン端子９２、９３、９４、９５およびソース端子９６、９７、９８、９９は、それぞれの端子ごとにお互いが接続されており、それぞれ増幅用トランジスタ７４の出力端子１００、接地端子１０１を構成している。
【００４７】
増幅用トランジスタ７４の入力端子９１には、増幅用トランジスタ７４の入力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路１０２が接続されている。増幅用トランジスタ７４の出力端子１００には、単位セル７５、７６、７７、７８のドレイン端子９２、９３、９４、９５にバイアス電圧および電流を供給するために必要なバイアス供給回路１０３と、増幅用トランジスタ７４の出力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路１０４が接続されている。
【００４８】
単位セル７５、７６、７７、７８のゲート端子７９、８０、８１、８２には、単位セルを構成する電界効果型トランジスタのゲート端子にバイアス電圧を供給することを目的とした抵抗１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０からなるバイアス供給回路が接続されている。本実施の形態では、単位セル７５、７６、７７、７８のゲート端子７９、８０、８１、８２に電界効果型トランジスタ８３、８４、８５、８６を挿入しているので、従来どおりにバイアスを印加するために、バイアス回路を構成する抵抗の一部である抵抗１０５、１０６、１０７、１０８を、ゲート端子７９、８０、８１、８２の近くに配置している。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の高周波電力増幅器を説明する。
【００４９】
図４は本実施の形態４の高周波電力増幅器の一構成例を示す等価回路図である。図４に示すように、本実施の形態４の高周波電力増幅器は、増幅用トランジスタ１１１の１段構成であり、増幅用トランジスタ１１１を構成する単位セルとしてバイポーラトランジスタを使用している。増幅用トランジスタ１１１は、４個の単位セル１１２、１１３、１１４、１１５が並列接続されたマルチセル構成であり、単位セル１１２、１１３、１１４、１１５のベース端子１１６、１１７、１１８、１１９には、それぞれバイポーラトランジスタ１２０、１２１、１２２、１２３のコレクタ端子が接続されている。バイポーラトランジスタ１２０、１２１、１２２、１２３のエミッタ端子は、それぞれ抵抗１２４、１２５、１２６、１２７に接続されており、抵抗１２４、１２５、１２６、１２７の他方は接地されている。
【００５０】
バイポーラトランジスタ１２０、１２１、１２２、１２３のベース端子は、お互いに接続されており増幅用トランジスタ１１１の入力端子１２８を構成している。単位セル１１２、１１３、１１４、１１５のコレクタ端子１２９、１３０、１３１、１３２およびエミッタ端子１３３、１３４、１３５、１３６はそれぞれお互いに接続されており、それぞれ増幅用トランジスタ１１１の出力端子１３７、接地端子１３８を構成している。
【００５１】
増幅用トランジスタ１１１の入力端子１２８には、増幅用トランジスタ１１１の入力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路１３９が接続されている。増幅用トランジスタ１１１の出力端子１３７には、単位セル１１２、１１３、１１４、１１５のコレクタ端子１２９、１３０、１３１、１３２にバイアス電圧および電流を供給するために必要なバイアス供給回路１４０と、増幅用トランジスタ１１１の出力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路１４１が接続されている。
【００５２】
単位セル１１２、１１３、１１４、１１５のベース端子１１６、１１７、１１８、１１９には、単位セルを構成するバイポーラトランジスタにバイアス電流を供給することを目的とした抵抗１４２、１４３、１４４、１４５、１４６、１４７からなるバイアス供給回路が接続されている。本実施の形態では、単位セルのベース端子１１６、１１７、１１８、１１９にバイポーラトランジスタ１２０、１２１、１２２、１２３を挿入しているため、従来どおりにバイアスを印加するために、バイアス回路を構成する抵抗の一部である抵抗１４２、１４３、１４４、１４５を、ベース端子１１６、１１７、１１８、１１９の近くに配置している。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５の高周波電力増幅器を説明する。
【００５３】
図５は本実施の形態５の高周波電力増幅器の一構成例を示す等価回路図である。図５に示すように、本実施の形態５の高周波電力増幅器は、増幅用トランジスタ１４８の１段構成であり、増幅用トランジスタ１４８を構成する単位セルとして電界効果型トランジスタを使用している。増幅用トランジスタ１４８は、４個の単位セル１４９、１５０、１５１、１５２が並列接続されたマルチセル構成であり、単位セル１４９、１５０、１５１、１５２のゲート端子１５３、１５４、１５５、１５６には、それぞれ電界効果型トランジスタ１５７、１５８、１５９、１６０のソース端子が接続されている。電界効果型トランジスタ１５７、１５８、１５９、１６０のドレイン端子には、それぞれ抵抗１６１、１６２、１６３、１６４からなるバイアス回路が接続されている。抵抗１６１、１６２、１６３、１６４の他方は直流電源１６５が接続されている。
【００５４】
電界効果型トランジスタ１５７、１５８、１５９、１６０のゲート端子は、お互いに接続されており増幅用トランジスタ１４８の入力端子１６６を構成している。単位セル１４９、１５０、１５１、１５２のドレイン端子１６７、１６８、１６９、１７０およびソース端子１７１、１７２、１７３、１７４はそれぞれお互いに接続されており、それぞれ増幅用トランジスタ１４８の出力端子１７５、接地端子１７６を構成している。
【００５５】
増幅用トランジスタ１４８の入力端子１６６には、増幅用トランジスタ１４８の入力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路１７７が接続されている。増幅用トランジスタ１４８の出力端子１７５には、単位セル１４９、１５０、１５１、１５２のドレイン端子１６７、１６８、１６９、１７０にバイアス電圧および電流を供給するために必要なバイアス供給回路１７８と、増幅用トランジスタ１４８の出力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路１７９が接続されている。
【００５６】
単位セル１４９、１５０、１５１、１５２のゲート端子１５３、１５４、１５５、１５６には、単位セルを構成する電界効果型トランジスタのゲート端子にバイアス電圧を供給することを目的とした抵抗１８０、１８１、１８２、１８３、１８４、１８５からなるバイアス供給回路が接続されている。本実施の形態では、単位セルのゲート端子１５３、１５４、１５５、１５６に電界効果型トランジスタ１５７、１５８、１５９、１６０を挿入しているため、従来どおりにバイアスを印加するために、バイアス供給回路を構成する抵抗の一部である抵抗１８０、１８１、１８２、１８３を、ゲート端子１５３、１５４、１５５、１５６の近くに配置している。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６の高周波電力増幅器を説明する。
【００５７】
図６は本実施の形態６の高周波電力増幅器の一構成例を示す等価回路図である。図６に示すように、本実施の形態６の高周波電力増幅器は、増幅用トランジスタ１８６の１段構成であり、増幅用トランジスタ１８６を構成する単位セルとしてバイポーラトランジスタを使用している。増幅用トランジスタ１８６は、４個の単位セル１８７、１８８、１８９、１９０が並列接続されたマルチセル構成であり、単位セル１８７、１８８、１８９、１９０のベース端子１９１、１９２、１９３、１９４には、それぞれバイポーラトランジスタ１９５、１９６、１９７、１９８のエミッタ端子が接続されている。バイポーラトランジスタ１９５、１９６、１９７、１９８のコレクタ端子は、それぞれ抵抗１９９、２００、２０１、２０２からなるバイアス回路が接続されている。抵抗１９９、２００、２０１、２０２の他方は直流電源２０３が接続されている。
【００５８】
バイポーラトランジスタ１９５、１９６、１９７、１９８のベース端子は、お互いに接続されており増幅用トランジスタ１８６の入力端子２０４を構成している。単位セル１８７、１８８、１８９、１９０のコレクタ端子２０５、２０６、２０７、２０８およびエミッタ端子２０９、２１０、２１１、２１２は、それぞれお互いに接続されており、それぞれ増幅用トランジスタ１８６の出力端子２１３、接地端子２１４を構成している。
【００５９】
増幅用トランジスタ１８６の入力端子２０４には、増幅用トランジスタ１８６の入力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路２１５が接続されている。増幅用トランジスタ１８６の出力端子２１３には、単位セル１８７、１８８、１８９、１９０のコレクタ端子２０５、２０６、２０７、２０８にバイアス電圧および電流を供給するために必要なバイアス供給回路２１６と、増幅用トランジスタ１８６の出力インピーダンスを５０Ωに変換するための整合回路２１７が接続されている。
【００６０】
単位セル１８７、１８８、１８９、１９０のベース端子１９１、１９２、１９３、１９４には、単位セルを構成するバイポーラトランジスタのベース端子にバイアス電圧を供給することを目的とした抵抗２１８、２１９、２２０、２２１、２２２、２２３からなるバイアス供給回路が接続されている。本実施の形態では、単位セルのベース端子１９１、１９２、１９３、１９４にバイポーラトランジスタ１９５、１９６、１９７、１９８を挿入しているため、従来どおりにバイアスを印加するために、バイアス供給回路を構成する抵抗の一部である抵抗２１８、２１９、２２０、２２１を、ベース端子１９１、１９２、１９３、１９４の近くに配置している。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の高周波電力増幅器は、単位セルの１つで、ゲート−ソース間あるいはベース−エミッタ間に短絡があった場合でも、増幅器の焼損、電源供給経路の焼損、動作電流変動が発生することなく、正常な単位セルにより、安定に高性能動作を維持しながら、動作的に高い信頼性を確保することができるもので、携帯電話網などの移動体通信システムにおいて、携帯電話機などの移動機や基地局の固定機等の無線通信機の送信部に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１の高周波電力増幅器の一構成例を示す等価回路図
【図２】本発明の実施の形態２の高周波電力増幅器の一構成例を示す具体構造図
【図３】本発明の実施の形態３の高周波電力増幅器の一構成例を示す等価回路図
【図４】本発明の実施の形態４の高周波電力増幅器の一構成例を示す等価回路図
【図５】本発明の実施の形態５の高周波電力増幅器の一構成例を示す等価回路図
【図６】本発明の実施の形態６の高周波電力増幅器の一構成例を示す等価回路図
【図７】従来の高周波電力増幅器の一構成例を示す等価回路図
【図８】同従来例の高周波電力増幅器の構成を示す具体構造図
【符号の説明】
【００６３】
１    増幅用トランジスタ
２    単位セル
３    単位セル
４    単位セル
５    単位セル
６    ゲート端子
７    ゲート端子
８    ゲート端子
９    ゲート端子
１０    ダイオード
１１    ダイオード
１２    ダイオード
１３    ダイオード
１４    入力端子
１５    ドレイン端子
１６    ドレイン端子
１７    ドレイン端子
１８    ドレイン端子
１９    ソース端子
２０    ソース端子
２１    ソース端子
２２    ソース端子
２３    出力端子
２４    接地端子
２５    整合回路
２６    バイアス供給回路
２７    整合回路
２８    抵抗
２９    抵抗
３０    抵抗
３１    抵抗
３２    抵抗
３３    抵抗
３４    増幅用トランジスタチップ
３５    単位セル
３６    単位セル
３７    単位セル
３８    単位セル
３９    誘電体基板
４０    ダイパッドエリア
４１    ベース端子
４２    ベース端子
４３    ベース端子
４４    ベース端子
４５    ダイオード
４６    ダイオード
４７    ダイオード
４８    ダイオード
４９    入力端子
５０    コレクタ端子
５１    コレクタ端子
５２    コレクタ端子
５３    コレクタ端子
５４    コレクタ端子
５５    コレクタ端子
５６    コレクタ端子
５７    コレクタ端子
５８    出力端子
５９    金属配線
６０    金属配線
６１    ビアホール
６２    ビアホール
６３    ビアホール
６４    ビアホール
６５    整合回路
６６    バイアス供給回路
６７    整合回路
６８    抵抗
６９    抵抗
７０    抵抗
７１    抵抗
７２    抵抗
７３    抵抗
７４    増幅用トランジスタ
７５    単位セル
７６    単位セル
７７    単位セル
７８    単位セル
７９    ゲート端子
８０    ゲート端子
８１    ゲート端子
８２    ゲート端子
８３    電界効果型トランジスタ
８４    電界効果型トランジスタ
８５    電界効果型トランジスタ
８６    電界効果型トランジスタ
８７    抵抗
８８    抵抗
８９    抵抗
９０    抵抗
９１    入力端子
９２    ドレイン端子
９３    ドレイン端子
９４    ドレイン端子
９５    ドレイン端子
９６    ソース端子
９７    ソース端子
９８    ソース端子
９９    ソース端子
１００    出力端子
１０１    接地端子
１０２    整合回路
１０３    バイアス供給回路
１０４    整合回路
１０５    抵抗
１０６    抵抗
１０７    抵抗
１０８    抵抗
１０９    抵抗
１１０    抵抗
１１１    増幅用トランジスタ
１１２    単位セル
１１３    単位セル
１１４    単位セル
１１５    単位セル
１１６    ベース端子
１１７    ベース端子
１１８    ベース端子
１１９    ベース端子
１２０    バイポーラトランジスタ
１２１    バイポーラトランジスタ
１２２    バイポーラトランジスタ
１２３    バイポーラトランジスタ
１２４    抵抗
１２５    抵抗
１２６    抵抗
１２７    抵抗
１２８    入力端子
１２９    コレクタ端子
１３０    コレクタ端子
１３１    コレクタ端子
１３２    コレクタ端子
１３３    エミッタ端子
１３４    エミッタ端子
１３５    エミッタ端子
１３６    エミッタ端子
１３７    出力端子
１３８    接地端子
１３９    整合回路
１４０    バイアス供給回路
１４１    整合回路
１４２    抵抗
１４３    抵抗
１４４    抵抗
１４５    抵抗
１４６    抵抗
１４７    抵抗
１４８    増幅用トランジスタ
１４９    単位セル
１５０    単位セル
１５１    単位セル
１５２    単位セル
１５３    ゲート端子
１５４    ゲート端子
１５５    ゲート端子
１５６    ゲート端子
１５７    電界効果型トランジスタ
１５８    電界効果型トランジスタ
１５９    電界効果型トランジスタ
１６０    電界効果型トランジスタ
１６１    抵抗
１６２    抵抗
１６３    抵抗
１６４    抵抗
１６５    直流電源
１６６    入力端子
１６７    ドレイン端子
１６８    ドレイン端子
１６９    ドレイン端子
１７０    ドレイン端子
１７１    ソース端子
１７２    ソース端子
１７３    ソース端子
１７４    ソース端子
１７５    出力端子
１７６    接地端子
１７７    整合回路
１７８    バイアス供給回路
１７９    整合回路
１８０    抵抗
１８１    抵抗
１８２    抵抗
１８３    抵抗
１８４    抵抗
１８５    抵抗
１８６    増幅用トランジスタ
１８７    単位セル
１８８    単位セル
１８９    単位セル
１９０    単位セル
１９１    ベース端子
１９２    ベース端子
１９３    ベース端子
１９４    ベース端子
１９５    バイポーラトランジスタ
１９６    バイポーラトランジスタ
１９７    バイポーラトランジスタ
１９８    バイポーラトランジスタ
１９９    抵抗
２００    抵抗
２０１    抵抗
２０２    抵抗
２０３    直流電源
２０４    入力端子
２０５    コレクタ端子
２０６    コレクタ端子
２０７    コレクタ端子
２０８    コレクタ端子
２０９    エミッタ端子
２１０    エミッタ端子
２１１    エミッタ端子
２１２    エミッタ端子
２１３    出力端子
２１４    接地端子
２１５    整合回路
２１６    バイアス供給回路
２１７    整合回路
２１８    抵抗
２１９    抵抗
２２０    抵抗
２２１    抵抗
２２２    抵抗
２２３    抵抗
【図１】
2006074074.tif 000003
【図２】
2006074074.tif 000004
【図３】
2006074074.tif 000005
【図４】
2006074074.tif 000006
【図５】
2006074074.tif 000007
【図６】
2006074074.tif 000008
【図７】
2006074074.tif 000009
【図８】
2006074074.tif 000010