(57)【要約】【課題】電力増幅モジュールの素子に複数機能を持たせて、大規模な回路を追加することなく、安定度の向上と任意帯域の抑圧を実現する。【解決手段】電力増幅モジュールは、高周波増幅用半導体素子ＴＲ１１，ＴＲ１２が縦続的に接続され、入力端子Ｐｉｎの信号を、ＴＲ１１で増幅しＴＲ１２のベース端子に供給し、２次高調波対策部Ａ３と、出力整合部Ａ４を通し出力端子Ｐｏｕｔから出力する。出力整合部Ａ４は使用周波数帯にて増幅対象の周波数帯（基本波）でインピーダンス整合をとる。２次高調波対策部Ａ３は伝送により特性劣化となる２次高調波成分の伝送を防ぐ。コレクタバイアス部Ａ１は、ＴＲ１２に直流バイアスを印加して信号が外部へ漏洩しないように、インダクタＬ１２，Ｌ１７の値を設定しキャパシタＣ１８と接続する。またインダクタＬ１２とＬ１７の接続点にインダクタＬ１６を接続し、キャパシタＣ１７を介してＴＲ１２のベース端子に接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子と出力端子間に寄生容量を持つ高周波増幅用半導体素子と、前記高周波増幅用半導体素子の出力端子に一方を接続した第１のインダクタと、前記第１のインダクタの他方に一方を接続した第２のインダクタと、前記第２のインダクタの他方および電源端子に一方を接続し、かつ他方を接地した第１のキャパシタと、前記第１のインダクタと前記第２のインダクタの接続点に一方を接続した第３のインダクタと、前記第３のインダクタの他方に一方を接続し、かつ他方を前記高周波増幅用半導体素子の入力端子と接続した第２のキャパシタとを備え、
前記高周波増幅用半導体素子に前記第１，第２のインダクタを介してバイアス電圧を印加することを特徴とする電力増幅モジュール。
【請求項２】
前記第１のインダクタと前記第２のインダクタを分布定数線路により形成したことを特徴とする請求項１記載の電力増幅モジュール。
【請求項３】
前記分布定数線路と接続する第３のインダクタをボンディングワイヤによって形成したことを特徴とする請求項２記載の電力増幅モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通過帯域特性を容易に調整できる電力増幅モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、増幅器の中において、携帯端末に用いられる電力増幅モジュールは、携帯端末の小型化，低コスト化の要求を受け、常に一層の小型化，低コスト化を要求されている。
【０００３】
そして、現在のように複数の事業者が各々の周波数帯域で携帯電話サービス等の通信，放送サービスを提供している状態では、通信端末は他の事業者や放送事業者に妨害を与えないために不要輻射を極力抑える必要があり、実際に事業者から要求されるノイズの出力レベル、規定される周波数帯域も年々増加している。
【０００４】
ところで、３Ｇ（第３世代携帯電話）で主流となっているＣＤＭＡ（Ｃode ＤivisionＭultiple Ａccess）方式では送受信を同時に行うため、端末では送受信波の分離にデュプレクサ（アンテナ共用器）を用いているが、このデュプレクサで送信部の発生する受信帯域ノイズの抑圧も行っていることが多い。
【０００５】
しかし、年々増加するノイズ出力レベルの規格をこのデュプレクサにて対応させようとした場合、減衰帯域を複数設けることによって、挿入損失が増加することによる消費電力の増大や、実装面積，コストでも増加することになり、小型化，低コスト化が進む無線部に及ぼす影響が非常に大きい。
【０００６】
また、電力増幅モジュールの前段に弾性表面波（Ｓurface ＡcousticＷave：ＳＡＷ）などのＢＰＦ（Ｂand Ｐass Ｆilter）を設けて各種帯域のノイズを抑圧する構成では、より低い電力の段階で挿入損失を発生させるため、消費電力的にはデュプレクサに対して有利であるが、電力増幅モジュールで発生するノイズは抑圧できないため、事業者からの要求を達成することが困難となり、最適な手段とはいえない。
【０００７】
実際には、デュプレクサの減衰量向上とＢＰＦを追加する両方の対策を施して事業者からの要求を達成しており、仕様達成のために無線部の小型化，低コスト化の課題となっているのが現状である。
【０００８】
また、携帯端末の低消費電力化を図るため、電力増幅モジュール以降の低損失化が年々進行し、電力増幅モジュールの負荷変動特性に対する要求も高くなっており、増幅器の安定度向上も非常に求められている。
【特許文献１】特開２００１−２８５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そして、端末のノイズ抑圧対策としては、フィルタの減衰量向上よりも、増幅器のノイズ発生レベルの規格を強化する方向にある。
【００１０】
ところで、これらノイズは送信系の各増幅器で発生するが、電力が大きくなるほど挿入損失による影響が大きくなるため、電力増幅モジュールの出力に設けるフィルタは極力低損失型（低抑圧）にするのが好ましい。このため、増幅器のノイズ発生レベルを低減させる場合、送信部最終段の電力増幅モジュールのノイズレベル、特に規格の最も厳しい受信帯域のレベルを抑えることが最も効果的である。
【００１１】
しかし、インダクタやキャパシタを用いてＢＰＦを構成した場合、ＳＡＷのような急峻な特性を得るためには３段（７〜８素子）以上の規模が必要であり、電力増幅モジュールに内蔵することは困難である。
【００１２】
また、安定化向上においては、増幅器に帰還を掛けること、もしくは中和を行うことが一般に行われるが、このためにも部品追加が必要となり、小型化とは相反することとなる。
【００１３】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、電力増幅モジュールの構成において、素子に複数の機能を持たせることにより、大規模な回路追加を必要とすることなく、安定度の向上と任意の帯域の抑圧を同時に実現する電力増幅モジュール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】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した電力増幅モジュールは、入力端子と出力端子間に寄生容量を持つ高周波増幅用半導体素子と、高周波増幅用半導体素子の出力端子に一方を接続した第１のインダクタと、第１のインダクタの他方と一方を接続した第２のインダクタと、第２のインダクタの他方および電源端子に一方を接続し、かつ他方を接地した第１のキャパシタと、第１のインダクタと第２のインダクタの接続点に一方を接続した第３のインダクタと、第３のインダクタの他方に一方を接続し、かつ他方を高周波増幅用半導体素子の入力端子と接続した第２のキャパシタとを備え、高周波増幅用半導体素子に第１，第２のインダクタを介してバイアス電圧を印加する構成によって、第１のインダクタと第３のインダクタと高周波増幅用半導体素子の入出力端子間に寄生する容量により中和回路を形成し、増幅器の安定化と利得の向上が可能となり、さらには第２のインダクタと第３のインダクタと第２のキャパシタにより共振回路を形成し、その共振により所望の周波数帯域を減衰させることが可能となるため、必要最小限の部品追加により回路の安定化と任意の周波数帯域の抑圧が同時に実現できる。
【００１５】
また、請求項２，３に記載した電力増幅モジュールは、請求項１の電力モジュールであって、第１のインダクタと第２のインダクタを分布定数線路により形成したこと、さらに、分布定数線路と接続する第３のインダクタをボンディングワイヤによって形成した構成によって、第１，第２のインダクタはマイクロストリップライン等の分布定数線路により形成して、チップ部品の削減や、周波数特性をボンディングワイヤ位置により簡便に選定可能とし、コスト削減と調整範囲の拡大ができ、さらに、第３のインダクタをボンディングワイヤによって構成して、さらなる部品点数の削減によってコストを削減し小型化できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電力増幅モジュールの構成素子に複数の機能を持たせて、大規模な追加回路を必要とすることなく、増幅器の安定化と利得の向上および任意の帯域の抑圧を同時に実現することができ、電力増幅モジュールの低コスト化、高機能化することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態１における単体の電力増幅モジュールの具体的な回路例を示したものである。ここで、図示した電気回路は、携帯電話を含む各種の通信機器に使用する電力増幅モジュールとして想定したものである。ただし、図１は単なる例示に過ぎず、本発明に関わる電力増幅モジュールが、図に示した回路に限定されるものでないことはいうまでもない。
【００１９】
なお、携帯端末などに用いるこの電力増幅モジュールは、取扱い周波数や出力電力に応じて、使用する高周波増幅用半導体素子の接続段数や、素子数が異なった構成となるが、動作については差がないため、単体の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１に例示した電力増幅モジュールは、２つの高周波増幅用半導体素子ＴＲ１１，ＴＲ１２を含んでいる。高周波増幅用半導体素子ＴＲ１１，ＴＲ１２のそれぞれには、整合回路、コレクタバイアス回路、ベースバイアス回路を接続して、１つの回路ブロックを形成する。
【００２１】
高周波増幅用半導体素子ＴＲ１１，ＴＲ１２はバイポーラトランジスタで構成され、縦続的に接続される。入力端子Ｐｉｎから供給された入力信号は、キャパシタＣ１１およびインピーダンス素子Ｚ１１を通って、高周波増幅用半導体素子ＴＲ１１のベース端子に供給される。キャパシタＣ１１およびインピーダンス素子Ｚ１１は、入力信号ラインのインピーダンス（５０Ω）とのインピーダンス整合をとる整合回路を構成する。
【００２２】
高周波増幅用半導体素子ＴＲ１１によって電力増幅された信号は、コレクタバイアス回路を構成するインダクタＬ１１と、キャパシタＣ１２とによって構成されたインピーダンス整合をとる整合回路を通して、高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２のベース端子に供給される。
【００２３】
高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２によって電力増幅された信号は、キャパシタＣ１３と、インダクタＬ１３と、インダクタＬ１４およびキャパシタＣ１４で構成された２次高調波対策部Ａ３と、インダクタＬ１５と、キャパシタＣ１５およびキャパシタＣ１６で構成された出力整合部Ａ４を通して出力端子Ｐｏｕｔに供給され出力される。
【００２４】
高周波増幅用半導体素子ＴＲ１１に接続されたバイアス回路１１は端子Ａ，端子Ｂ，端子Ｃを持ち、端子Ａに制御電圧を加え、端子Ｂに直流電源を加えた際、端子Ｂに加えられた直流電源を端子Ａの制御電圧によって制御した直流電圧および電流を端子Ｃに出力する機能を有する。端子Ａは制御電圧端子Ｖｒｅｆに接続し、端子Ｂは直流電源端子Ｖｄｃに接続し、端子Ｃは高周波増幅用半導体素子ＴＲ１１のベース端子に接続し、バイアスを供給する。
【００２５】
高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２に接続されたバイアス回路１２もバイアス回路１１と同様であり、端子Ａは制御電圧端子Ｖｒｅｆに接続し、端子Ｂは直流電源端子Ｖｄｃに接続し、端子Ｃは高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２のベース端子に接続し、バイアスを供給する。
【００２６】
コレクタバイアス回路を構成するインダクタＬ１１の一方は、前述した通り高周波増幅用半導体素子ＴＲ１１のコレクタ端子に接続されるが、他方には第１の電源端子Ｖｃｃ１とキャパシタＣ１９の一方が接続されている。また、キャパシタＣ１９の他方は接地されている。
【００２７】
もう１つのコレクタバイアス回路を構成する第１のインダクタであるインダクタＬ１２の一方は、前述した通り高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２のコレクタ端子に接続されるが、他方は第２のインダクタであるインダクタＬ１７と第３のインダクタであるインダクタＬ１６の一方に接続される。さらにインダクタＬ１７の他方は第２の電源端子Ｖｃｃ２と第１のキャパシタであるキャパシタＣ１８の一方が接続されている。また、キャパシタＣ１８の他方は接地されている。
【００２８】
また、インダクタＬ１６の他方は第２のキャパシタであるキャパシタＣ１７を介して高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２のベース端子に接続される。
【００２９】
さらに、高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２において入出力（ベース−コレクタ）端子間に存在する寄生容量をキャパシタＣ２０とし、図１中に標記する。また、インダクタＬ１６，キャパシタＣ１７，キャパシタＣ２０で構成される部分を共振部Ａ２とする。
【００３０】
出力整合部Ａ４は、電力増幅モジュールに使用される周波数帯、例えば２５００〜２５５０ＭＨｚの周波数帯において増幅する対象となる周波数帯（基本波）でインピーダンス整合をとるための回路である。
【００３１】
高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２のコレクタ端子にはインダクタＬ１３の一方と他方が接地されたキャパシタＣ１３の一方が接続され、インダクタＬ１３の他方はインダクタＬ１５の一方と２次高調波対策部Ａ３に内包されるインダクタＬ１４と接続される。また、インダクタＬ１５の他方はキャパシタＣ１５の一方と接続され、キャパシタＣ１５の他方は出力端子Ｐｏｕｔと他方が接地されたキャパシタＣ１６の一方と接続されている。
【００３２】
２次高調波対策部Ａ３は、基本波以外の周波数を出力に伝送した場合、通信機器としての特性劣化となるため、２次高調波成分の出力への伝送を防ぐ役割を持つ。このため、インダクタＬ１４およびキャパシタＣ１４からなる回路のインピーダンスは、高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２のコレクタ端子から出力端子Ｐｏｕｔ側を見た場合のインピーダンスＺＬが、２次高調波の周波数でゼロになるように設計される。
【００３３】
コレクタバイアス回路およびコレクタバイアス部Ａ１は、高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２を増幅器として機能させるために、高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２に直流バイアスを印加させるためのものである。例えば、ベース端子電圧に１．３ｖ、コレクタバイアス端子に直流電圧３．５ｖを供給し、直流電流２３０ｍＡを流した状態において、ｆ＝２５２０ＭＨｚ、Ｐｉｎ＝１４ｄＢｍの信号をベース端子に入力すると、コレクタ端子に２６ｄＢｍの信号が得られ、高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２では１２ｄＢの増幅度が得られる。
【００３４】
また、コレクタバイアス部Ａ１では、高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２に直流バイアスを印加させると共に、信号を外部へ漏洩させないようにするため、コレクタバイアスラインのインダクタＬ１２とインダクタＬ１７に適切な値を設定し、接地されたキャパシタＣ１８と接続してある。
【００３５】
さらにインダクタＬ１２において、インダクタＬ１７との接続点にインダクタＬ１６の一方を接続する。そしてインダクタＬ１６の他方は縦続的に接続されたキャパシタＣ１７を介して高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２のベース端子に接続される。
【００３６】
ここで共振部Ａ２の動作をコレクタバイアス部Ａ１のインダクタと合わせて、各々の動作毎に説明する。
【００３７】
まず、共振部Ａ２のない状態を示す。図２は図１に示す高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２周辺を取り出し、キャパシタＣ１７とインダクタＬ１６を取り去った回路図である。この状態の通過特性Ｓ２１と通過特性Ｓ１２をシミュレーションにて確認したものが図３である。ｆ＝２５２０ＭＨｚにて利得が１７ｄＢ、出力から入力への結合が−１５ｄＢあることが確認できる。
【００３８】
次に、図４は図２に示す回路図において、キャパシタＣ１７とインダクタＬ１６を加え、インダクタＬ１２を削除したものである。ここで、高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２の寄生容量であるキャパシタＣ２０のキャパシタンスをＣ、ω＝２πｆと置くと、周波数ｆにおける、キャパシタＣ２０のインピーダンスは  １／ｊωＣで示される。そこで、キャパシタＣ１７は周波数ｆに影響を与えない程度に十分大きくし、インダクタＬ１６のインダクタンスをＬとし、ｊωＬ−（１／ｊωＣ）＝０となるＬを定めた場合、高周波増幅用半導体素子ＴＲ１２の寄生容量（キャパシタＣ２０）を中和することが可能となり、利得の向上と増幅器の安定化が改善する。この状態の通過特性Ｓ２１と通過特性Ｓ１２をシミュレーションにて確認したものが図５である。ｆ＝２５２０ＭＨｚにて利得が１８ｄＢ、出力から入力への結合が−３６ｄＢあることが確認できる。
【００３９】
また、図６は図２に示す回路図において、キャパシタＣ１７とインダクタＬ１６を加え、インダクタＬ１７を削除したものである。ここで、キャパシタＣ１７とインダクタＬ１６は直列共振回路を形成しており、キャパシタＣ１７のキャパシタンスをＣ、インダクタＬ１６のインダクタンスをＬと置くと、共振周波数ｆはｆ＝１／（２π√ＬＣ）で示される。共振周波数ｆでインピーダンス最小となるため、Ｃ，Ｌを任意の値を選択することで所望の帯域を抑圧することが可能となる。この状態の通過特性Ｓ２１と通過特性Ｓ１２をシミュレーションにて確認したものが図７である。ｆ＝２５２０ＭＨｚにて利得が１７．４ｄＢ、ｆ＝１９９０ＭＨｚにて−１１ｄＢの抑圧、出力から入力への結合が−１３．６ｄＢあることが確認できる。
【００４０】
以上のことより図１を見ると、共振部Ａ２は、コレクタバイアス部Ａ１と合わせ、増幅器の安定化と、任意帯域の抑圧の機能を併せ持つ部分であることが明らかである。つまり、キャパシタＣ１７、インダクタＬ１６，Ｌ１７にて任意帯域の抑圧を、キャパシタＣ１７、インダクタＬ１６，Ｌ１２にて、周波増幅用半導体素子ＴＲ１２の寄生容量（キャパシタＣ２０）の中和を図る機能を果たしている。この状態の通過特性Ｓ２１と通過特性Ｓ１２をシミュレーションにて確認したものが図８である。ｆ＝２５２０ＭＨｚにて利得が１８．４ｄＢ、ｆ＝１９９０ＭＨｚにて−１１．６ｄＢの抑圧、出力から入力への結合が−３５ｄＢあることが確認できる。
【００４１】
実際の整合においては、中和を行う周波数と、直列共振回路により抑圧する周波数はキャパシタＣ１７、インダクタＬ１６，Ｌ１７，Ｌ１２、寄生容量（キャパシタＣ２０）のみでは定まらず、２次高調波対策部Ａ３、出力整合部Ａ４、バイアス回路１２、高周波増幅用半導体素子ＴＲ１１等の影響を受けるため、試作などによる評価、微調整が必要である。
【００４２】
図９は本発明の実施の形態２におけるコレクタバイアスライン（インダクタＬ１２，Ｌ１７）がマイクロストリップライン等による伝送線路Ｌ１８により形成されている電力増幅モジュールを示しており、図１に示した実施の形態１とはコレクタバイアスが、インダクタＬ１２とインダクタＬ１７の集中定数により与えているものを、分布定数線路にて与え、かつインダクタＬ１６から伝送線路Ｌ１８への接続をボンディングワイヤにて行っている違いの他は同様である。図９に示した構成とすることでさらにチップ部品の削減や、抑圧帯域の周波数調整などをボンディングワイヤ位置で選定することが可能となるため、よりコストの削減と、調整範囲の拡大が可能となる。
【００４３】
図１０は本発明の実施の形態３におけるコレクタバイアスラインがマイクロストリップライン等による伝送線路Ｌ１８により形成されている電力増幅モジュールを示しており、図９に示した実施の形態２とはキャパシタＣ１７と伝送線路Ｌ１８を接続するインダクタＬ１６をボンディングワイヤＷ１１にて置き換えている違いの他は同様である。図９に示した構成とすることでさらなるチップ部品の削減や、抑圧帯域の周波数調整などをボンディングワイヤ位置とワイヤ長により選定することが可能となるため、よりコストの削減と、調整範囲の拡大が可能となる。
【００４４】
以上のような構成とすることにより、素子に複数の機能を持たせ、大規模な追加回路を必要とすることなく、安定度の向上と任意の帯域の抑圧を同時に実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る電力増幅モジュールは、構成素子に複数の機能を持たせて、大規模な追加回路を必要とすることなく、増幅器の安定化と利得の向上、任意の帯域の抑圧を同時に実現することができ、電力増幅モジュールの低コスト化、高機能化することができ、通過帯域特性を容易に調整できる電力増幅モジュールとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１における単体の電力増幅モジュールの具体的な回路例を示す図
【図２】図１に示す高周波増幅用半導体素子周辺を取り出し、共振部（キャパシタとインダクタ）を取り去った回路図
【図３】図２に示す回路図をシミュレーションにて確認した通過特性を示す図
【図４】図２に示す回路図に共振部を加え、コレクタバイアス部の一方のインダクタを削除した回路図
【図５】図４に示す回路図をシミュレーションにて確認した通過特性を示す図
【図６】図２に示す回路図に共振部を加え、コレクタバイアス部の他方のインダクタを削除した回路図
【図７】図５に示す回路図をシミュレーションにて確認した通過特性を示す図
【図８】図１に示す回路図をシミュレーションにて確認した通過特性を示す図
【図９】本発明の実施の形態２における単体の電力増幅モジュールの具体的な回路例を示す図
【図１０】本発明の実施の形態３における単体の電力増幅モジュールの具体的な回路例を示す図
【符号の説明】
【００４７】
１１，１２  バイアス回路
ＴＲ１１，ＴＲ１２  高周波増幅用半導体素子
Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５，Ｌ１６，Ｌ１７  インダクタ
Ｌ１８  伝送線路
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６，Ｃ１７，Ｃ１８，Ｃ１９  キャパシタ
Ｃ２０  寄生容量（キャパシタ）
Ｚ１１  インピーダンス素子
Ｗ１１  ボンディングワイヤ
Ｐｉｎ  入力端子
Ｐｏｕｔ  出力端子
Ａ１  コレクタバイアス部
Ａ２  共振部
Ａ３  ２次高調波対策部
Ａ４  出力整合部
【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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【図７】
2006295371.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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