(57)【要約】【課題】温度変動時においても、広範囲の出力電力にわたって高効率動作を実現できる高周波電力増幅器を提供する。【解決手段】ＲＦ増幅器１１の電力増幅用トランジスタＱ０のベースには、コンデンサＣ１を介して高周波信号が入力されており、かつ、温度補償回路Ｔ１を含んだ高出力用バイアス回路Ｂ１を介して基準電圧印加端子ＶＲＥＦ１が接続されており、さらに、温度補償回路Ｔ２を含んだ低出力用バイアス回路Ｂ２を介して基準電圧印加端子ＶＲＥＦ２が接続され、各バイアス回路Ｂ１,Ｂ２へのバイアス電圧ＶＤＣは共通接続されている。また、電力増幅用トランジスタＱ０のコレクタはコンデンサＣ２を介して高周波信号が出力されており、そのエミッタは接地されている。【選択図】図３
2011101405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を電力増幅する温度補償機能付き高周波電力増幅器であって、
エミッタ接地の電力増幅用トランジスタと、
高出力に対応した高出力用電流を前記電力増幅用トランジスタに供給する高出力用バイアス回路と、
低出力に対応した低出力用電流を前記電力増幅用トランジスタに供給する低出力用バイアス回路と、を備え、
前記高出力用バイアス回路は、前記高出力用電流の温度補償を行う第一の温度補償回路と、温度補償された高出力用電流を前記電力増幅用トランジスタのベースに供給する第一のバイアス用トランジスタと、を有し、
前記低出力用バイアス回路は、前記低出力用電流の温度補償を行う第二の温度補償回路と、温度補償された低出力用電流を前記電力増幅用トランジスタのベースに供給する第二のバイアス用トランジスタと、を有し、
前記高出力用バイアス回路は、第一の電極が第一の基準電圧印加端子に接続され、第三の電極が前記電力増幅用トランジスタのベースに接続されたものであり、
前記低出力用バイアス回路は、第四の電極が第二の基準電圧印加端子に接続され、第六の電極が前記電力増幅用トランジスタのベースに接続されたものであり、
前記第一の基準電圧印加端子に第一の基準電圧が印加され、前記第二の基準電圧印加端子に第二の基準電圧が印加され、
前記第一の基準電圧がハイ（Ｈ）の時、前記第二の基準電圧はロー（Ｌ）とし、前記第一の基準電圧がロー（Ｌ）の時、前記第二の基準電圧はハイ（Ｈ）とすることによって前記電力増幅用トラジスタの駆動を制御することを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項２】
前記第一の温度補償回路は、第一の抵抗、第二の抵抗及び第三の抵抗と、第一の温度補償用トランジスタと、第二の温度補償用トランジスタと、を少なくとも備え、
第一の基準電圧印加端子と前記第二の温度補償用トランジスタとの間に前記第一の抵抗と前記第二の抵抗とが直列に接続されており、
前記第一の抵抗と前記第二の抵抗との接続点に前記第一の温度補償用トランジスタのベースが接続され、前記第一のバイアス用トランジスタのコレクタに前記第一の温度補償用トランジスタのコレクタが接続され、前記第三の抵抗の一端と前記第二の温度補償用トランジスタのベースとに前記第一の温度補償用トランジスタのエミッタが接続されており、
前記第二の抵抗の一端と前記第一のバイアス用トランジスタのベースとに前記第二の温度補償用トランジスタのコレクタが接続され、前記第二の温度補償用トランジスタのエミッタ及び前記第三の抵抗の他端とは接地されていることを特徴とする請求項１記載の高周波電力増幅器。
【請求項３】
前記第二の温度補償回路は、第四の抵抗、第五の抵抗及び第六の抵抗と、第三の温度補償用トランジスタと、第四の温度補償用トランジスタと、を少なくとも備え、
第一の基準電圧印加端子と前記第四の温度補償用トランジスタとの間に前記第四の抵抗と前記第五の抵抗とが直列に接続されており、
前記第四の抵抗と前記第五の抵抗との接続点に前記第三の温度補償用トランジスタのベースが接続され、前記第二のバイアス用トランジスタのコレクタに前記第三の温度補償用トランジスタのコレクタが接続され、前記第六の抵抗の一端と前記第四の温度補償用トランジスタのベースとに前記第三の温度補償用トランジスタのエミッタが接続されており、
前記第五の抵抗の一端と前記第二のバイアス用トランジスタのベースとに前記第四の温度補償用トランジスタのコレクタが接続され、前記第四の温度補償用トランジスタのエミッタ及び前記第六の抵抗の他端とは接地されていることを特徴とする請求項１又は２記載の高周波電力増幅器。
【請求項４】
一方の電極に高周波信号が入力され、他方の電極が前記電力増幅用トランジスタのベースに接続されるコンデンサと、
一方の電極が前記電力増幅用トランジスタのコレクタに接続され、他方の電極に高周波信号が出力されるコンデンサと、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項記載の高周波電力増幅器。
【請求項５】
前記高出力用バイアス回路は、さらに第二の電極がバイアス電圧印加端子に接続され、
前記低出力用バイアス回路は、さらに第五の電極がバイアス電圧印加端子に接続されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項記載の高周波電力増幅器。
【請求項６】
前記第一の基準電圧及び前記第二の基準電圧が互いにハイ（Ｈ）、ロー（Ｌ）と変化して動作する間、前記バイアス電圧印加端子には一定の電圧が印加されることを特徴とする請求項５記載の高周波電力増幅器。
【請求項７】
前記第一のバイアス用トランジスタのコレクタ及び前記第二のバイアス用トランジスタのコレクタとは前記バイアス電圧印加端子に接続されることを特徴とする請求項５又は６記載の高周波電力増幅器。
【請求項８】
前記第一のバイアス用トランジスタのコレクタは、前記第一の基準電圧印加端子に接続され、
前記第二のバイアス用トランジスタのコレクタは、前記第二の基準電圧印加端子に接続されることを特徴とする請求項５又は６記載の高周波電力増幅器。
【請求項９】
前記第一の温度補償回路は、前記第一の基準電圧印加端子と前記第一のバイアス用トランジスタのベースとの間に接続される抵抗と、アノードが前記第一のバイアス用トランジスタのベースに接続され、カソードが接地され、互いに直列接続される第一及び第二のダイオードと、を有し、
前記第一のバイアス用トランジスタは、エミッタが前記電力増幅用トランジスタのベースに接続されるものであり、
前記第二の温度補償回路は、前記第二の基準電圧印加端子と前記第二のバイアス用トランジスタのベースとの間に接続される抵抗と、アノードが前記第二のバイアス用トランジスタのベースに接続され、カソードが接地され、互いに直列接続される第三及び第四のダイオードと、を有し、
前記第二のバイアス用トランジスタは、エミッタが前記電力増幅用トランジスタのベースに接続されるものである請求項１記載の高周波電力増幅器。
【請求項１０】
一方の電極に高周波信号が入力され、他方の電極が前記電力増幅用トランジスタのベースに接続されるコンデンサと、
一方の電極が前記電力増幅用トランジスタのコレクタに接続され、他方の電極に高周波信号が出力されるコンデンサと、
を備えたことを特徴とする請求項９記載の高周波電力増幅器。
【請求項１１】
前記高出力用バイアス回路は、さらに第二の電極がバイアス電圧印加端子に接続され、
前記低出力用バイアス回路は、さらに第五の電極がバイアス電圧印加端子に接続されることを特徴とする請求項９又は１０記載の高周波電力増幅器。
【請求項１２】
前記第一の基準電圧及び前記第二の基準電圧が互いにハイ（Ｈ）、ロー（Ｌ）と変化して動作する間、前記バイアス電圧印加端子には一定の電圧が印加されることを特徴とする請求項１１記載の高周波電力増幅器。
【請求項１３】
前記第一のバイアス用トランジスタのコレクタ及び前記第二のバイアス用トランジスタのコレクタとは前記バイアス電圧印加端子に接続されることを特徴とする請求項１１又は１２記載の高周波電力増幅器。
【請求項１４】
前記第一のバイアス用トランジスタのコレクタは、前記第一の基準電圧印加端子に接続され、
前記第二のバイアス用トランジスタのコレクタは、前記第二の基準電圧印加端子に接続されることを特徴とする請求項１１又は１２記載の高周波電力増幅器。
【請求項１５】
高出力時に前記第一のバイアス用トランジスタにより動作させる前記電力増幅用トランジスタのアイドル電流より、低出力時に前記第二のバイアス用トランジスタにより動作させる前記電力増幅用トランジスタのアイドル電流の方が小さいものである請求項１ないし１４のいずれか一項記載の高周波電力増幅器。
【請求項１６】
高出力の温度変動時に前記第一の温度補償回路により補償される前記電力増幅用トランジスタのアイドル電流の変動率と、低出力の温度変動時に前記第二の温度補償回路により補償される前記電力増幅用トランジスタのアイドル電流の変動率とが同等である請求項１５記載の高周波電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号の送受信を行う装置に用いられる高周波電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル方式（例えば、ＵＭＴＳ：Universal Mobile Transmission Standard）の携帯電話端末では高性能化及び小型化が重要なキーファクターになっており、その携帯電話端末に用いられる高出力の電力増幅を行う高周波電力増幅器には、小型、高効率、及び低歪であることが要求されている。
【０００３】
電力増幅器は携帯電話端末においてその消費電力のおよそ１／２を占める部品であり、携帯電話端末の通話時間の拡大のためには高効率動作が不可欠となっている。電力増幅器の効率の指標として電力付加効率（ＰＡＥ：Power Added Efficiency）が用いられている。
【０００４】
一般的に電力増幅器の出力電力は、おおよそ＋３０ｄＢｍから−５０ｄＢｍの広範囲にわたっており、特に出力電力が最大である＋３０ｄＢｍ付近で最も消費電力が大きくなるため、高い電力付加効率が必要となる。
【０００５】
一方で電力増幅器の出力電力における使用頻度を示す確率密度（ＰＤＦ：Probability Density Function）は、比較的低出力である＋１６ｄＢｍ付近をピークに＋２１ｄＢｍから＋１１ｄＢｍの範囲で最も高く、消費電力はそれほど高くないものの使用頻度が高いことから、この範囲でも電力付加効率を高くすることが重要となる。
【０００６】
そこで、この低出力時の電力付加効率を高く設定することのできる従来の高周波電力増幅器が、特許文献１や特許文献２等で提案されている。特許文献１に記載の高周波電力増幅器では、高出力時にはＲＦ増幅器の電力増幅用トランジスタのベースにバイアス回路及びバイアス電流制御回路からベース電流を供給するのに対し、低出力時にはバイアス電流制御回路を切り替えることでバイアス電流制御回路から供給されていたベース電流分を遮断し、ＲＦ増幅器の電力増幅用トランジスタのベース電流をバイアス回路のみから供給することで電力増幅用トランジスタのコレクタ電流を削減し、電力付加効率を高く設定している。
【０００７】
図１５に、ＲＦ増幅器にバイアス回路及びバイアス電流制御回路を並列接続して構成された従来の高周波電力増幅器１００の回路例を示す。図１５において、ＲＦ増幅器１０１の電力増幅用トランジスタのベースにバイアス回路１０２及びバイアス電流制御回路１０３から直流のバイアス電圧ＤＣが印加されると共に、コンデンサＣ１０１を介して高周波信号ＲＦが入力される。ＲＦ増幅器１０１の電力増幅用トランジスタのコレクタから出力される増幅信号は、コンデンサＣ１０２を介して出力される。
【０００８】
この図１５に示す構成の場合、高出力時にはＲＦ増幅器１０１の電力増幅用トランジスタのベースに電流が供給されるようにバイアス回路１０２の基準電圧印加端子Ｖｒｅｆを２．５Ｖ以上に設定し、さらにバイアス電流制御回路１０３からもＲＦ増幅器１０１の電力増幅用トランジスタのベースに電流が供給されるようにバイアス電流制御回路１０３の制御電圧印加端子Ｖｃｏｎを２．８〜３．３Ｖに設定している。
【０００９】
一方で低出力時にはバイアス回路１０２の基準電圧印加端子Ｖｒｅｆを２．５Ｖ以上の設定のままで、バイアス電流制御回路１０３の制御電圧印加端子Ｖｃｏｎを０〜０．５Ｖに設定しているため、バイアス電流制御回路１０３におけるダイオードＤ１０３がオフ状態になり、バイアス電流制御回路１０３におけるアクティブバイアストランジスタＨＢＴ２のコレクタ電圧がバイアス端子Ｖｃｏｎの電圧よりも高くなる。このため、アクティブバイアストランジスタＨＢＴ２のエミッタ電流つまり、ＲＦ増幅器１０１の電力増幅用トランジスタへのベース電流が遮断される。
【００１０】
従って、ＲＦ増幅器１０１の電力増幅用トランジスタのベース電流をバイアス回路１０２のみから供給することでコレクタ電流を削減し、電力付加効率を高く設定することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−３４７８５０号公報
【特許文献２】特開２００４−４０５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、高周波信号の送受信を行う装置に上述した構成の従来の高周波電力増幅器１００を用いた場合には、装置の周囲温度の変動時に次のような影響を及ぼすことが考えられる。
【００１３】
例えば、ＵＭＴＳ方式の携帯電話システムでは、信号スペクトラムを拡散してそのデータに特定の符号を与えることで通信を行っている。そのため同一セル内にあるそれぞれの携帯電話端末から送信される信号は、基地局での受信時にはそれぞれ一定入力になる必要がある。
【００１４】
つまり携帯電話端末の移動や電波状態に変化がなく、周囲温度が変動する場合でも携帯電話端末に用いられる高周波電力増幅器から送信される出力は一定である必要がある。具体的には周囲温度が−１０℃から＋５５℃の範囲において基地局から受け取った信号情報の出力設定値に対して携帯電話端末からの出力電力は±1ｄＢ以内にする必要がある。
【００１５】
図１６に上述した構成の従来の高周波電力増幅器１００の周囲温度の変動に対するアイドル時のコレクタ電流特性を高出力モードと低出力モードの場合について示す。温度変動に対する高周波電力増幅器１００の出力電力変動を小さくするためにはアイドル時のコレクタ電流の変動を小さくすることが極めて重要である。周囲温度が−１０℃から＋５５℃の範囲において出力電力を±1ｄＢ以内にするにはアイドル時のコレクタ電流の変動を±２０％以内に抑えることが必須である。
【００１６】
そのため、図１６に示すように高出力モードにおけるアイドル時のコレクタ電流の変動は１８０ｍＡ（−１０℃時）から２２０ｍＡ（＋５５℃時）に設定し、コレクタ電流の変動を＋２５℃時の２００ｍＡに対して−１０％〜＋１０％程度に抑えている。
【００１７】
すなわち周囲温度が変化した場合、ＲＦ増幅器１０１の電力増幅用トランジスタのベース−エミッタ間電圧ＶｂｅとアクティブバイアストランジスタＨＢＴ１，ＨＢＴ２のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅの変動を、バイアス回路内１０２にある抵抗ＲｂとダイオードＤ１０１，Ｄ１０２のフォワード電圧Ｖｆによる温度補償回路による補償を行うことで、ＲＦ増幅器１０１の電力増幅用トランジスタのベース電流の変動を抑えている。
【００１８】
図１７にカスケード型２段電力増幅器の後段に上述した従来の高周波電力増幅器１００を用いた場合の周囲温度の変動に対する出力電力（電力利得）特性を、高出力モード（２８ｄＢｍ）と低出力モード（１６ｄＢｍ）について示す。
【００１９】
周囲温度が−１０℃から＋５５℃の範囲において高出力モードでは上述のようにコレクタ電流の変動を±２０％以内に抑えているため、高周波電力増幅器１００の出力電力は２７．３ｄＢｍから２８．３ｄＢｍを推移し、±１ｄＢ以内におさめることが可能となり、外部からの出力調整などを行わなくても携帯電話端末の通話品質の劣化を防ぐことができる。
【００２０】
一方、低出力モードでは、バイアス電流制御回路１０３におけるアクティブバイアストランジスタＨＢＴ２からのＲＦ増幅器１０１における電力増幅用トランジスタへのベース電流が遮断され、ＲＦ増幅器１０１の電力増幅用トランジスタのベース−エミッタ間電圧ＶｂｅとアクティブバイアストランジスタＨＢＴ１のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅの温度による電圧変動量が高出力モードの場合と異なるのに対し、バイアス回路１０２内にある抵抗ＲｂとダイオードＤ１０１，Ｄ１０２のフォワード電圧Ｖｆによる温度補償回路の補償電圧幅が高出力モードの時と同じであるため、十分な温度補償が得られない。
【００２１】
そのため、ＲＦ増幅器１０１の電力増幅用トランジスタのベース電流の変動が大きくなり、図１６に示すようにアイドル時のコレクタ電流の変動は９ｍＡ（−１０℃時）から１１０ｍＡ（＋５５℃時）となってしまい、＋２５℃時の８４ｍＡに対して変動が−８９％〜＋３１％と±２０％以上の変動幅を有することになる。
【００２２】
そのため図１７に示すように周囲温度が−１０℃から＋５５℃の範囲において低出力モードでは高周波電力増幅器１００の出力電力は室温付近では１６．０ｄＢｍであるのに対して＋５５℃になれば１５．０ｄＢｍ程度まで減少し、-１０℃になれば１２．０ｄＢｍまでさらに減少する。つまり、周囲温度が−１０℃から＋５５℃の範囲において低出力モードでは高周波電力増幅器１００の出力電力は１６ｄＢｍ±１ｄＢの範囲を大きく超えて推移してしまう。
【００２３】
このように周囲温度の変動で、携帯電話端末に用いられる高周波電力増幅器から送信出力が大きく変動すると、基地局での受信信号レベルが他の携帯電話端末のそれと異なってしまい隣接チャンネルへの電力漏洩により適切な信号の復調ができなくなり、最終的には通話品質が劣化するという問題がある。
【００２４】
またこの問題を回避するために一般的には携帯電話端末内に出力調整機能を持たせ回避する手法も取られているが、このような出力電力によって電力増幅器の温度特性が大きく異なると、温度補償テーブルを特別に設ける必要があり、メモリの増大を招き、結果として携帯電話端末の実装面積やコストアップの原因となる可能性が大いに考えられる。
【００２５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、温度変動時においても、広範囲の出力電力にわたって高効率動作を実現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】
【００２６】
本発明の高周波電力増幅器は、高周波信号を電力増幅する温度補償機能付き高周波電力増幅器であって、エミッタ接地の電力増幅用トランジスタと、高出力に対応した高出力用電流を前記電力増幅用トランジスタに供給する高出力用バイアス回路と、低出力に対応した低出力用電流を前記電力増幅用トランジスタに供給する低出力用バイアス回路と、を備え、前記高出力用バイアス回路は、前記高出力用電流の温度補償を行う第一の温度補償回路と、温度補償された高出力用電流を前記電力増幅用トランジスタのベースに供給する第一のバイアス用トランジスタと、を有し、前記低出力用バイアス回路は、前記低出力用電流の温度補償を行う第二の温度補償回路と、温度補償された低出力用電流を前記電力増幅用トランジスタのベースに供給する第二のバイアス用トランジスタと、を有し、前記高出力用バイアス回路は、第一の電極が第一の基準電圧印加端子に接続され、第三の電極が前記電力増幅用トランジスタのベースに接続されたものであり、前記低出力用バイアス回路は、第四の電極が第二の基準電圧印加端子に接続され、第六の電極が前記電力増幅用トランジスタのベースに接続されたものであり、前記第一の基準電圧印加端子に第一の基準電圧が印加され、前記第二の基準電圧印加端子に第二の基準電圧が印加され、前記第一の基準電圧がハイ（Ｈ）の時、前記第二の基準電圧はロー（Ｌ）とし、前記第一の基準電圧がロー（Ｌ）の時、前記第二の基準電圧はハイ（Ｈ）とすることによって前記電力増幅用トラジスタの駆動を制御するものである。
【００２７】
また、本発明の高周波電力増幅器は、前記第一の温度補償回路は、第一の抵抗、第二の抵抗及び第三の抵抗と、第一の温度補償用トランジスタと、第二の温度補償用トランジスタと、を少なくとも備え、第一の基準電圧印加端子と前記第二の温度補償用トランジスタとの間に前記第一の抵抗と前記第二の抵抗とが直列に接続されており、前記第一の抵抗と前記第二の抵抗との接続点に前記第一の温度補償用トランジスタのベースが接続され、前記第一のバイアス用トランジスタのコレクタに前記第一の温度補償用トランジスタのコレクタが接続され、前記第三の抵抗の一端と前記第二の温度補償用トランジスタのベースとに前記第一の温度補償用トランジスタのエミッタが接続されており、前記第二の抵抗の一端と前記第一のバイアス用トランジスタのベースとに前記第二の温度補償用トランジスタのコレクタが接続され、前記第二の温度補償用トランジスタのエミッタ及び前記第三の抵抗の他端とは接地されているものである。
【００２８】
また、本発明の高周波電力増幅器は、前記第二の温度補償回路は、第四の抵抗、第五の抵抗及び第六の抵抗と、第三の温度補償用トランジスタと、第四の温度補償用トランジスタと、を少なくとも備え、第一の基準電圧印加端子と前記第四の温度補償用トランジスタとの間に前記第四の抵抗と前記第五の抵抗とが直列に接続されており、前記第四の抵抗と前記第五の抵抗との接続点に前記第三の温度補償用トランジスタのベースが接続され、前記第二のバイアス用トランジスタのコレクタに前記第三の温度補償用トランジスタのコレクタが接続され、前記第六の抵抗の一端と前記第四の温度補償用トランジスタのベースとに前記第三の温度補償用トランジスタのエミッタが接続されており、前記第五の抵抗の一端と前記第二のバイアス用トランジスタのベースとに前記第四の温度補償用トランジスタのコレクタが接続され、前記第四の温度補償用トランジスタのエミッタ及び前記第六の抵抗の他端とは接地されているものである。
【００２９】
また、本発明の高周波電力増幅器は、一方の電極に高周波信号が入力され、他方の電極が前記電力増幅用トランジスタのベースに接続されるコンデンサと、一方の電極が前記電力増幅用トランジスタのコレクタに接続され、他方の電極に高周波信号が出力されるコンデンサと、を備える。
【００３０】
また、本発明の高周波電力増幅器は、前記高出力用バイアス回路は、さらに第二の電極がバイアス電圧印加端子に接続され、前記低出力用バイアス回路は、さらに第五の電極がバイアス電圧印加端子に接続されるものである。
【００３１】
また、本発明の高周波電力増幅器は、前記第一の基準電圧及び前記第二の基準電圧が互いにハイ（Ｈ）、ロー（Ｌ）と変化して動作する間、前記バイアス電圧印加端子には一定の電圧が印加されるものである。
【００３２】
また、本発明の高周波電力増幅器は、前記第一のバイアス用トランジスタのコレクタ及び前記第二のバイアス用トランジスタのコレクタとは前記バイアス電圧印加端子に接続されるものである。
【００３３】
また、本発明の高周波電力増幅器は、前記第一のバイアス用トランジスタのコレクタは、前記第一の基準電圧印加端子に接続され、前記第二のバイアス用トランジスタのコレクタは、前記第二の基準電圧印加端子に接続されるものである。
【００３４】
また、本発明の高周波電力増幅器は、前記第一の温度補償回路は、前記第一の基準電圧印加端子と前記第一のバイアス用トランジスタのベースとの間に接続される抵抗と、アノードが前記第一のバイアス用トランジスタのベースに接続され、カソードが接地され、互いに直列接続される第一及び第二のダイオードと、を有し、前記第一のバイアス用トランジスタは、エミッタが前記電力増幅用トランジスタのベースに接続されるものであり、前記第二の温度補償回路は、前記第二の基準電圧印加端子と前記第二のバイアス用トランジスタのベースとの間に接続される抵抗と、アノードが前記第二のバイアス用トランジスタのベースに接続され、カソードが接地され、互いに直列接続される第三及び第四のダイオードと、を有し、前記第二のバイアス用トランジスタは、エミッタが前記電力増幅用トランジスタのベースに接続されるものである。
【００３５】
また、本発明の高周波電力増幅器は、一方の電極に高周波信号が入力され、他方の電極が前記電力増幅用トランジスタのベースに接続されるコンデンサと、一方の電極が前記電力増幅用トランジスタのコレクタに接続され、他方の電極に高周波信号が出力されるコンデンサと、を備える。
【００３６】
また、本発明の高周波電力増幅器は、前記高出力用バイアス回路は、さらに第二の電極がバイアス電圧印加端子に接続され、前記低出力用バイアス回路は、さらに第五の電極がバイアス電圧印加端子に接続されるものである。
【００３７】
また、本発明の高周波電力増幅器は、前記第一の基準電圧及び前記第二の基準電圧が互いにハイ（Ｈ）、ロー（Ｌ）と変化して動作する間、前記バイアス電圧印加端子には一定の電圧が印加されるものである。
【００３８】
また、本発明の高周波電力増幅器は、前記第一のバイアス用トランジスタのコレクタ及び前記第二のバイアス用トランジスタのコレクタとは前記バイアス電圧印加端子に接続されるものである。
【００３９】
また、本発明の高周波電力増幅器は、前記第一のバイアス用トランジスタのコレクタは、前記第一の基準電圧印加端子に接続され、前記第二のバイアス用トランジスタのコレクタは、前記第二の基準電圧印加端子に接続されるものである。
【００４０】
また、本発明の高周波電力増幅器は、高出力時に前記第一のバイアス用トランジスタにより動作させる前記電力増幅用トランジスタのアイドル電流より、低出力時に前記第二のバイアス用トランジスタにより動作させる前記電力増幅用トランジスタのアイドル電流の方が小さいものである。
【００４１】
また、本発明の高周波電力増幅器は、高出力の温度変動時に前記第一の温度補償回路により補償される前記電力増幅用トランジスタのアイドル電流の変動率と、低出力の温度変動時に前記第二の温度補償回路により補償される前記電力増幅用トランジスタのアイドル電流の変動率とが同等であるものである。
【発明の効果】
【００４２】
上記本発明によれば、温度変動時においても、電力増幅器の広範囲の出力電力にわたりバイアス回路を高出力時と低出力時で制御することで高い電力付加効率を得ることができる。また、高出力用バイアス回路と低出力用バイアス回路に温度補償回路をそれぞれ付加することにより、温度変動時の電力増幅用トランジスタのコレクタ電流変動を抑制できるため、出力電力の違いに関わらず温度依存性が小さく安定的な出力電力特性を容易に得ることが可能となる。
【００４３】
また、高出力用バイアス回路と低出力用バイアス回路とを個別に設け、出力電力に応じたベース電流を電力増幅用トランジスタに供給することにより、電力増幅用トランジスタのコレクタ電流を出力電力に応じて最低限に抑えることができるため、温度変動時においても、広範囲の出力電力にわたって、高効率動作を実現することができる。
【００４４】
また、第一及び第二の基準電圧印加端子の電圧を切り替えることで、高出力時には第一のバイアス用トランジスタにより電力増幅用トランジスタを動作させ、高出力時の温度変動時には第一の温度補償回路で電力増幅用トランジスタのアイドル電流の温度補償を行い、低出力時には第二のバイアス用トランジスタにより電力増幅用トランジスタを動作させ、低出力時の温度変動時には第二の温度補償回路で電力増幅用トランジスタのアイドル電流の温度補償を行うことができる。すなわち、温度変動時の電力増幅用トランジスタのコレクタ電流変動を抑制できるため、出力電力の違いに関わらず温度依存性が小さく安定的な出力電力特性を容易に得ることが可能となる。
【００４５】
また、第一及び第二の温度補償回路の少なくとも一方の、基準電圧に対する依存性が小さくなるため、基準電圧の変動に対する安定性が高くなる。
【００４６】
また、第一及び第二の基準電圧印加端子の電圧を切り替えることで、高出力時には第一のバイアス用トランジスタにより電力増幅用トランジスタを動作させ、高出力時の温度変動時には第一の温度補償回路で電力増幅用トランジスタのアイドル電流の温度補償を行い、低出力時には第二のバイアス用トランジスタにより電力増幅用トランジスタを動作させ、低出力時の温度変動時には第二の温度補償回路で電力増幅用トランジスタのアイドル電流の温度補償を行うことができる。
【００４７】
また、制御対象となる電圧系統を２つに抑えることができるため、回路規模を抑えることができる。したがって、この高周波電力増幅器を搭載した携帯電話端末の実装面積削減やコストダウンが期待でき、また、制御を簡素化できることにより、携帯電話端末内に制御補正テーブルが不要となりメモリサイズの削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０の回路構成例を示す図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０の回路構成例を示す図（バイアス回路の詳細）
【図３】本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０の回路構成例を示す図（温度補償回路の詳細）
【図４】図３の高周波電力増幅器１０の電力付加効率特性の一例を示す図
【図５】図３の高周波電力増幅器１０のそれぞれのバイアス回路を使用した場合のアイドル電流の温度特性の一例を示す図
【図６】図３の高周波電力増幅器１０における周囲温度と出力電力との関係を示す図
【図７（ａ）】本発明の第２の実施形態に係る高周波電力増幅器２０の回路構成例を示す図（低出力用バイアス回路への適用）
【図７（ｂ）】本発明の第２の実施形態に係る高周波電力増幅器２０の回路構成例を示す図（高出力用バイアス回路への適用）
【図７（ｃ）】本発明の第２の実施形態に係る高周波電力増幅器２０の回路構成例を示す図（低／高出力用バイアス回路への適用）
【図８】図３の高周波電力増幅器１０のそれぞれのバイアス回路を使用した場合のアイドル電流の基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２依存性の一例を示す図
【図９】図３の高周波電力増幅器１０における基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２と出力電力との関係を示す図
【図１０】図７（ａ）の高周波電力増幅器２０のそれぞれのバイアス回路を使用した場合のアイドル電流の基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２依存性の一例を示す図
【図１１】図７（ａ）の高周波電力増幅器２０における基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２と出力電力との関係を示す図
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る高周波電力増幅器３０の回路構成例を示す図
【図１３】図３の高周波電力増幅器１０を使用した場合の制御する電圧と高周波信号の制御タイミングの一例を示す図
【図１４】図１２の高周波電力増幅器３０を使用した場合のバ制御する電圧と高周波信号の制御タイミングの一例を示す図
【図１５】従来の高周波電力増幅器１００の回路構成例を示す図
【図１６】図１５の高周波電力増幅器１００のバイアス電流制御回路を切り替えた場合のアイドル電流の温度特性の一例を示す図
【図１７】図１５の高周波電力増幅器１００における周囲温度と出力電力との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４９】
〔第１の実施形態〕
図１〜図３は、本発明の第１の実施形態に係る温度補償機能付き高周波電力増幅器１０の回路構成例を示す図である。以下、本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０の構成及び動作について図１〜図６を使って説明する。
【００５０】
図１において、高周波電力増幅器１０は、ＲＦ増幅器１１と、高出力用バイアス回路Ｂ１と、低出力用バイアス回路Ｂ２と、コンデンサＣ１及びＣ２とを備えている。ＲＦ増幅器１１の電力増幅用トランジスタＱ０のベースには、コンデンサＣ１を介して高周波信号が入力されており、かつ、高出力用バイアス回路Ｂ１を介して基準電圧印加端子ＶＲＥＦ１が接続されており、さらに、低出力用バイアス回路Ｂ２を介して基準電圧印加端子ＶＲＥＦ２が接続され、各バイアス回路Ｂ１,Ｂ２へのバイアス電圧ＶＤＣは共通接続されている。また、電力増幅用トランジスタＱ０のコレクタはコンデンサＣ２を介して高周波信号が出力されており、そのエミッタは接地されている。
【００５１】
図２は、図１に示す高周波電力増幅器１０における各バイアス回路Ｂ１，Ｂ２について詳細を示している。高出力用バイアス回路Ｂ１は、抵抗Ｒ１と、ダイオードＤ１、Ｄ２とが直列接続された温度補償回路Ｔ１と、バイアス用トランジスタＱ１とで構成されている。抵抗Ｒ１には基準電圧ＶＲＥＦ１が印加され、ダイオードＤ２のカソードは接地され、抵抗Ｒ１とダイオードＤ１との接続点にはバイアス用トランジスタＱ１のベースが接続され、バイアス用トランジスタＱ１のコレクタはバイアス電圧ＶＤＣが印加され、そのエミッタは電力増幅用トランジスタＱ０に接続されている。
【００５２】
また、低出力用バイアス回路Ｂ２は、抵抗Ｒ２と、ダイオードＤ３、Ｄ４とが直列接続された温度補償回路Ｔ２と、バイアス用トランジスタＱ２とで構成されている。抵抗Ｒ２には基準電圧ＶＲＥＦ２が印加され、ダイオードＤ４のカソードは接地され、抵抗Ｒ２とダイオードＤ３との接続点にはバイアス用トランジスタＱ２のベースが接続され、バイアス用トランジスタＱ２のコレクタはバイアス電圧ＶＤＣが印加され、そのエミッタは電力増幅用トランジスタＱ０に接続されている。
【００５３】
ここでバイアス用トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタはバイアス電圧ＶＤＣが印加されるとともに直接接続されており、それらエミッタは電力増幅用トランジスタＱ０に接続されるともに直接接続されている。
【００５４】
図３は、図２に示す高周波電力増幅器１０における各温度補償回路Ｔ１，Ｔ２内の各ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４について具体例を示している。ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４はトランジスタＱ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６のベース−コレクタ間を配線でショートすることで構成が可能である。
【００５５】
ここで高出力用バイアス回路Ｂ１と低出力用バイアス回路Ｂ２は同様の回路構成であるが、電力増幅用トランジスタＱ０のベースへ流せる電流の供給能力の大きさを変えて設定を行っている。例えば本実施例においてはバイアス用トランジスタＱ２のエミッタ・サイズはバイアス用トランジスタＱ１の１／４に設定し、温度補償回路Ｔ２内の抵抗Ｒ２の抵抗値を温度補償回路Ｔ１内の抵抗Ｒ１の１０倍の大きさにすることで、バイアス回路Ｂ２から電力増幅用トランジスタＱ０のベースへ流せるアイドル電流を、バイアス回路Ｂ１から流せるアイドル電流に比べおよそ１／８になるよう調整している。なお、温度補償回路Ｔ１，Ｔ２内にあるトランジスタＱ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６はそれぞれ同じエミッタ・サイズである。
【００５６】
上記構成を用いることで、第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０は、以下の２つの問題を解決することができる。
【００５７】
まず、ＲＦ増幅器１１の電力増幅用トランジスタＱ０のベースは、高出力用バイアス回路Ｂ１と、低出力用バイアス回路Ｂ２と、コンデンサＣ１とが接続されている。このバイアス回路Ｂ１，Ｂ２により高出力／低出力のいずれかに対応し、出力電力に応じたベース電流を供給するため、結果として電力増幅用トランジスタＱ０のコレクタ電流を低出力時に削減することができ、広い出力電力範囲にわたり高い電力付加効率にて動作が可能となる。
【００５８】
次に、高出力用バイアス回路Ｂ１には温度補償回路Ｔ１が、低出力用バイアス回路Ｂ２には温度補償回路Ｔ２がそれぞれ設置されている。この温度補償回路Ｔ１，Ｔ２により高出力／低出力のいずれかに対応し、周囲温度変動に応じたベース電流を供給するため、結果として電力増幅用トランジスタＱ０のコレクタ電流の温度変動を小さくすることができる。よって、広い出力電力範囲で、かつ広い温度範囲にわたり安定に送信電力の出力が可能となる。
【００５９】
この図３に示す構成の場合、高出力時にはＲＦ増幅器１１の電力増幅用トランジスタＱ０のベースに高出力用バイアス回路Ｂ１のバイアス用トランジスタＱ１から電流が供給されるように高出力用バイアス回路Ｂ１の基準電圧ＶＲＥＦ１を２．５Ｖ以上に、バイアス電圧ＶＤＣを１．８Ｖ以上に設定し、電力増幅用トランジスタＱ０のベースへ高出力に対応した大きい電流（例えばアイドル時３ｍＡ程度）を流している。
【００６０】
またこの時、低出力用バイアス回路Ｂ２の基準電圧ＶＲＥＦ２を０Ｖに設定し、温度補償回路Ｔ２内にあるベース−コレクタ間を配線でショートしたトランジスタＱ５，Ｑ６をオフ状態にし、低出力用バイアス回路Ｂ２のバイアス用トランジスタＱ２からの電流を遮断している。
【００６１】
一方で、低出力時には高出力用バイアス回路Ｂ１と共通にしているバイアス電圧ＶＤＣは１．８Ｖ以上の設定のままで、低出力用バイアス回路Ｂ２の基準電圧ＶＲＥＦ２を２．５Ｖ以上に設定し、電力増幅用トランジスタＱ０のベースへ低出力に対応した小さい電流（例えばアイドル時４００ｕＡ程度）を供給している。
【００６２】
またこの時、高出力用バイアス回路Ｂ１の基準電圧ＶＲＥＦ１を０Ｖに設定し、温度補償回路Ｔ１内にあるベース−コレクタ間を配線でショートしたトランジスタＱ３，Ｑ４をオフ状態にし、高出力用バイアス回路Ｂ１のバイアス用トランジスタＱ１からの電流を遮断している。従って、ＲＦ増幅器１１の電力増幅用トランジスタＱ０のベース電流を、電流供給能力の小さい低出力用バイアス回路Ｔ２のみから供給することでコレクタ電流を削減し、電力付加効率を高く設定することが可能となる。
【００６３】
図４はカスケード型２段電力増幅器の後段に上述した本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０を用いた場合の出力電力に対する電力付加効率特性を示している。高出力の２１ｄＢｍ〜２８ｄＢｍの範囲においては、高出力用バイアス回路Ｂ１から電力増幅用トランジスタＱ０へ電流が供給され高周波電力増幅を行っている。電力付加効率は出力電力２８ｄＢｍの４５％をピークに出力電力が２１ｄＢｍになるにつれ低下している。出力電力が２１ｄＢｍに低下した時点で高出力用バイアス回路Ｂ１から低出力用バイアス回路Ｂ２に切り替えることで、電力増幅用トランジスタＱ０のコレクタ電流を削減し、電力付加効率が１５％から３０％に改善される。
【００６４】
低出力の−５０ｄＢｍ〜２１ｄＢｍの範囲においては、低出力用バイアス回路Ｂ２から電力増幅用トランジスタＱ０へ電流が供給され高周波電力増幅を行っている。電力付加効率は出力電力２１ｄＢｍの３０％をピークに出力電力が−５０ｄＢｍになるにつれ低下している。
【００６５】
特に携帯電話端末として使用頻度の高い１６ｄＢｍ付近では２５％の電力付加効率を示しており、図４に示す従来の高周波電力増幅器の電力付加効率２０％に比べ、５％程度も高くすることが可能である。
【００６６】
これは従来の高周波電力増幅器では電力増幅用トランジスタへ電流供給するバイアス用トランジスタ（アクティブバイアストランジスタＨＢＴ２）のエミッタ・サイズを実質的に削減しているだけであり、本実施例ではバイアス用トランジスタのエミッタ・サイズの削減と、温度補償回路Ｔ２内の抵抗Ｒ２の抵抗値を大きくし、バイアス用トランジスタＱ２のベース電流を絞るという２つの効果で、電力増幅用トランジスタＱ０のコレクタ電流の大幅削減ができ、電力付加効率の改善が可能となる。
【００６７】
図５に上述した本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０の周囲温度の変動に対するアイドル時のコレクタ電流特性を、高出力モードと低出力モードの場合について示す。すでに上述しているように、周囲温度が−１０℃から＋５５℃の範囲において出力電力を±1ｄＢ以内にするにはアイドル時のコレクタ電流の変動を±２０％以内に抑えることが必須である。
【００６８】
そのため、図５に示すように高出力モードにおけるアイドル時のコレクタ電流の変動は１８０ｍＡ（−１０℃時）から２２０ｍＡ（＋５５℃時）に設定し、コレクタ電流の変動を＋２５℃時の２００ｍＡに対して−１０％〜＋１０％程度に抑えている。
【００６９】
すなわち周囲温度が変化してもＲＦ増幅器１１の電力増幅用トランジスタＱ０のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅとバイアス用トランジスタＱ１のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅの変動を、高出力用バイアス回路Ｂ１内にある抵抗Ｒ１とトランジスタＱ３，Ｑ４のフォワード電圧Ｖｆによる温度補償回路Ｔ１で補償を行うことで、ＲＦ増幅器１１の電力増幅用トランジスタＱ０のベース電流の変動を抑えている。
【００７０】
図６にカスケード型２段電力増幅器の後段に上述した本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０を用いた場合の周囲温度の変動に対する出力電力（電力利得）特性を、高出力モード（２８ｄＢｍ）と低出力モード（１６ｄＢｍ）について示す。
【００７１】
周囲温度が−１０℃から＋５５℃の範囲において高出力モードでは上述のようにコレクタ電流の変動を±２０％以内に抑えているため、高周波電力増幅器１０の出力電力は２７．３ｄＢｍから２８．３ｄＢｍを推移し、±１ｄＢ以内におさめることが可能となり、外部からの出力調整などを行わなくても携帯電話端末の通話品質の劣化を防ぐことができる。
【００７２】
また、低出力モードでは、アイドル時のコレクタ電流の変動は図５に示すように２１ｍＡ（−１０℃時）から２９ｍＡ（＋５５℃時）に設定し、コレクタ電流の変動を＋２５℃時の２５ｍＡに対して−１５％〜＋１５％程度に抑えている。
【００７３】
すなわち周囲温度が変化してもＲＦ増幅器１１の電力増幅用トランジスタＱ０のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅとバイアス用トランジスタＱ２のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅの変動を、低出力用バイアス回路Ｂ２内にある抵抗Ｒ２とトランジスタＱ５，Ｑ６のフォワード電圧Ｖｆによる温度補償回路Ｔ２で補償を行うことで、ＲＦ増幅器１１の電力増幅用トランジスタＱ０のベース電流の変動を抑えている。
【００７４】
そのため図６に示すように、周囲温度が−１０℃から＋５５℃の範囲において低出力モードでは上述のようにコレクタ電流の変動を±２０％以内に抑えているため、高周波電力増幅器１０の出力電力は１６．５ｄＢｍから１５．５ｄＢｍを推移し、±１ｄＢ以内におさめることが可能となり、外部からの出力調整などを行わなくても携帯電話端末の通話品質の劣化を防ぐことができる。
【００７５】
従来の高周波電力増幅器と本発明の高周波電力増幅器１０との周囲温度による出力電力の変動特性の大きな違いは以下の理由によるものである。従来の高周波電力増幅器では電力増幅用トランジスタへ電流供給するバイアス用トランジスタのエミッタ・サイズを切り替えてコレクタ電流を削減し、抵抗ＲｂとダイオードＤ１０１，Ｄ１０２で構成された温度補償回路による補償電圧をエミッタ・サイズが大きい時のままで動作させているのに対し、本実施例ではバイアス用トランジスタのエミッタ・サイズの削減に対応して、温度補償回路Ｔ２内の抵抗Ｒ２の抵抗値を大きくし、抵抗Ｒ２とトランジスタＱ５，Ｑ６のフォワード電圧Ｖｆによる温度補償電圧を調整して使用しているからである。
【００７６】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器によれば、電力増幅器の広範囲の出力電力にわたりバイアス回路を高出力時と低出力時で制御することで高い電力付加効率を得ることができ、かつ高出力用バイアス回路と低出力用バイアス回路に温度補償回路をそれぞれ付加することにより、温度変動時の電力増幅用トランジスタのコレクタ電流変動を抑制できるため、出力電力の違いに関わらず温度依存性が小さく安定的な出力電力特性を容易に得ることが可能となり、携帯電話端末の高品質な通話が可能となる。
【００７７】
また、このように出力電力によって電力増幅器の温度特性が安定に推移すると、携帯電話端末内に温度補償テーブルを特別に設ける必要がなくなり、メモリの削減が可能となり、結果として携帯電話端末の実装面積削減やコストダウンの可能性が大いに期待できる。
【００７８】
〔第２の実施形態〕
上記第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０で説明した構成では、高出力用バイアス回路Ｂ１に温度補償回路Ｔ１を、低出力用バイアス回路Ｂ２に温度補償回路Ｔ２をそれぞれ対応付けている。これら温度補償回路Ｔ１、Ｔ２は、抵抗（Ｒ１及びＲ２）とカスケード接続した２段トランジスタ（Ｑ３，Ｑ４及びＱ５，Ｑ６）との直列接続により構成され、基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２がそれぞれ印加されている。
【００７９】
しかしながら、基準電圧はＳｉ−ＩＣなどによるＤＡコンバータで生成しているため、実際には、±３％程度のバラツキをもって供給している。いま、基準電圧ＶＲＥＦを２．８Ｖに設定したとすると２．７１６Ｖから２．８８４Ｖまでばらつくことが想定される。この基準電圧ＶＲＥＦの２．７１６Ｖから２．８８４Ｖの範囲において、出力電力を±1ｄＢ以内にするにはアイドル時のコレクタ電流の変動を±２０％以内に抑えることが必須である。
【００８０】
上述した温度補償回路Ｔ１，Ｔ２を用いた高周波電力増幅器１０の場合、基準電圧ＶＲＥＦは抵抗（Ｒ１及びＲ２）とカスケード接続した２段トランジスタ（Ｑ３，Ｑ４及びＱ５，Ｑ６）との接続点からバイアス用トランジスタ（Ｑ１及びＱ２）のベースへ電圧供給することになる。
【００８１】
そのため、図８に示すようなアイドル時のコレクタ電流の基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２による変動は、高出力モードにおいて１８０ｍＡ（ＶＲＥＦ１＝２．７１６Ｖ）から２２０ｍＡ（ＶＲＥＦ１＝２．８８４Ｖ）とＶＲＥＦ１＝２．８Ｖ時の２００ｍＡに対して−１０％〜＋１０％程度のバラツキにおさまっているが、低出力モードにおいては２０ｍＡ（ＶＲＥＦ２＝２．７１６Ｖ）から３０ｍＡ（ＶＲＥＦ２＝２．８８４Ｖ）とＶＲＥＦ２＝２．８Ｖ時の２５ｍＡに対して−２０％〜＋２０％程度までばらついてしまう。
【００８２】
図９にカスケード型２段電力増幅器の後段に上述した本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０を用いた場合の基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２による変動に対する出力電力（電力利得）特性を、高出力モード（２８ｄＢｍ）と低出力モード（１６ｄＢｍ）について示す。バイアス電圧が２．７１６Ｖから２．８８４Ｖの範囲において高出力モードではコレクタ電流の変動を±１０％以内に抑えているため、高周波電力増幅器１０の出力電力は２７．５ｄＢｍから２８．５ｄＢｍを推移し、±１ｄＢ以内に容易におさめることが可能である。
【００８３】
一方、低出力モードではコレクタ電流の変動が±２０％であり、高周波電力増幅器１０の出力電力は１５．０ｄＢｍから１７．０ｄＢｍを推移するため、高周波電力増幅器１０の個別バラツキや温度変動を考慮した場合、出力電力を±１ｄＢ以内におさめることが困難になる場合もある。
【００８４】
そこで、第２の実施形態では、バイアス回路に基準電圧ＶＲＥＦの依存性の小さい温度補償回路を対応付けた構成による高周波電力増幅器を説明する。
【００８５】
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る高周波電力増幅器２０の回路構成例を示す図である。図７（ａ）は、低出力用バイアス回路に基準電圧ＶＲＥＦの依存性の小さい温度補償回路を、図７（ｂ）は高出力用バイアス回路に基準電圧ＶＲＥＦの依存性の小さい温度補償回路を、及び図７（ｃ）は高出力用／低出力用バイアス回路に基準電圧ＶＲＥＦの依存性の小さい温度補償回路をそれぞれ対応付けた場合の回路構成例である。
【００８６】
以下、本発明の第２の実施形態に係る高周波電力増幅器２０を代表して、低出力用バイアス回路に基準電圧ＶＲＥＦの依存性の小さい温度補償回路を用いた高周波電力増幅器（図７（ａ））の構成及び動作を説明する。
【００８７】
図７（ａ）において、高周波電力増幅器２０は、ＲＦ増幅器１１と、コンデンサＣ１及びＣ２と、高出力用バイアス回路Ｂ１と、低出力用バイアス回路Ｂ３とを備えている。図７（ａ）で分かるように、第２の実施形態に係る高周波電力増幅器２０の構成は、第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０の構成（図３）と比べ、基準電圧ＶＲＥＦの依存性の小さい温度補償回路Ｔ３による低出力用バイアス回路Ｂ３を用いたことが異なり他は同じである。
【００８８】
低出力用バイアス回路Ｂ３はバイアス用トランジスタＱ２と温度補償回路Ｔ３で構成され、温度補償回路Ｔ３は抵抗Ｒ３，Ｒ４及びＲ５と、トランジスタＱ７、Ｑ８で構成される。抵抗Ｒ３、Ｒ４は直列接続されその接続点にはトランジスタＱ７のベースが、抵抗Ｒ３には基準電圧ＶＲＥＦ２が、抵抗Ｒ４にはエミッタ接地したトランジスタＱ８のコレクタ及びバイアス用トランジスタＱ２のベースが、それぞれ接続されている。またトランジスタＱ７のコレクタはバイアス用トランジスタＱ２のコレクタ及びバイアス電圧ＶＤＣに、トランジスタＱ７のエミッタはトランジスタＱ８のベース及び接地抵抗Ｒ５に、それぞれ接続されている。
【００８９】
ここで温度補償回路Ｔ３は本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０の温度補償回路Ｔ２と同等の電流供給能力であるが、基準電圧ＶＲＥＦ２によるバイアス用トランジスタＱ２のベースへの供給電圧の感度を下げて設定を行っている。
【００９０】
例えば本実施例においては抵抗Ｒ３、Ｒ５を、本発明の第１の実施形態に係る抵抗Ｒ２の抵抗値の１／２に設定し、抵抗Ｒ４は抵抗Ｒ３の抵抗値の１／１０になるようにそれぞれ設定している。抵抗Ｒ３とトランジスタＱ８のコレクタとの間に抵抗Ｒ４を挿入し、抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点からトランジスタＱ７のベースに電圧供給することで、基準電圧ＶＲＥＦ２の変動に対して抵抗Ｒ３，Ｒ４の抵抗分割によりトランジスタＱ７,Ｑ８を介してバイアス用トランジスタＱ２のベースでの電圧変動を１／１０になるよう調整している。なお、温度補償回路Ｔ３内にあるトランジスタＱ７，Ｑ８は、本発明の第１の実施形態に係る温度補償回路Ｔ２内にあるトランジスタＱ９，Ｑ１０とそれぞれ同じエミッタ・サイズである。
【００９１】
また、温度補償回路Ｔ３の温度補償は、本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０の場合と同等で、低出力モードのアイドル時のコレクタ電流の変動は図５に示すように２１ｍＡ（−１０℃時）から２９ｍＡ（＋５５℃時）に設定し、コレクタ電流の変動を＋２５℃時の２５ｍＡに対して−１５％〜＋１５％程度に抑えている。
【００９２】
すなわち周囲温度が変化してもＲＦ増幅器１１の電力増幅用トランジスタＱ０のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅとバイアス用トランジスタＱ２のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅの変動を、低出力用バイアス回路Ｂ３内にあるトランジスタＱ７，Ｑ８のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅと抵抗Ｒ４での電圧降下分による温度補償回路Ｔ３で補償を行うことで、ＲＦ増幅器１１の電力増幅用トランジスタＱ０のベース電流の変動を抑えている。
【００９３】
この構成によって、基準電圧ＶＲＥＦ２は抵抗Ｒ３とＲ４との接続点からトランジスタＱ７，Ｑ８を介してバイアス用トランジスタＱ２のベースへ電圧供給することになる。そのため基準電圧ＶＲＥＦ２による供給電圧の感度を下げることができるため、図１０に示すようなアイドル時のコレクタ電流の基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２による変動は、低出力モードにおいて２４．５ｍＡ（ＶＲＥＦ２＝２．７１６Ｖ）から２５．５ｍＡ（ＶＲＥＦ２＝２．８８４Ｖ）とＶＲＥＦ２＝２．８Ｖ時の２５ｍＡに対して−２％〜＋２％程度と劇的にバラツキを抑えることが可能となる。
【００９４】
尚、高出力モードにおいては本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０と同等のバイアス回路Ｂ１を設定しているので、１８０ｍＡ（ＶＲＥＦ１＝２．７１６Ｖ）から２２０ｍＡ（ＶＲＥＦ１＝２．８８４Ｖ）とＶＲＥＦ１＝２．８Ｖ時の２００ｍＡに対して−１０％〜＋１０％程度のバラツキにおさまっている。
【００９５】
図１１はカスケード型２段電力増幅器の後段に上述した本発明の第２の実施形態に係る高周波電力増幅器２０を用いた場合の基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２による変動に対する出力電力（電力利得）特性を、高出力モード（２８ｄＢｍ）と低出力モード（１６ｄＢｍ）について示す。バイアス電圧が２．７１６Ｖから２．８８４Ｖの範囲において低出力モードではコレクタ電流の変動が±２％であり、高周波電力増幅器２０の出力電力は１５．９ｄＢｍから１７．１ｄＢｍを推移するため、高周波電力増幅器２０の個別バラツキや温度変動を考慮した場合でも、出力電力を±１ｄＢ以内におさめることが十分可能となる。
【００９６】
尚、高出力モードでは本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０と同等のバイアス回路Ｂ１を設定しており、コレクタ電流の変動を±１０％以内に抑えているため、高周波電力増幅器２０の出力電力は２７．５ｄＢｍから２８．５ｄＢｍを推移し、±１ｄＢ以内に容易におさめることが可能である。
【００９７】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る高周波電力増幅器によれば、低出力用バイアス回路に基準電圧ＶＲＥＦの依存性の小さい温度補償回路を対応付ける。これにより、電力増幅器の広範囲の出力電力にわたり高い電力付加効率を得ることができるとともに、出力電力の違いに関わらず温度依存性が小さく、かつ基準電圧ＶＲＥＦの変動にも依存の小さい出力電力特性を容易に得ることが可能となり、携帯電話端末の高品質な通話が可能となる。
【００９８】
尚、上記第２の実施形態では低出力用バイアス回路に基準電圧ＶＲＥＦの依存性の小さい温度補償回路を対応付けて説明したが、これに限ることなく用途や温度特性などに応じて高出力用バイアス回路に基準電圧ＶＲＥＦの依存性の小さい温度補償回路を、及び高出力用／低出力用バイアス回路に基準電圧ＶＲＥＦの依存性の小さい温度補償回路をそれぞれ対応付けて用いても構わない。
【００９９】
〔第３の実施形態〕
上記第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０で説明した構成では、高出力用バイアス回路Ｂ１に温度補償回路Ｔ１を、低出力用バイアス回路Ｂ２に温度補償回路Ｔ２をそれぞれ対応付け、これら温度補償回路Ｔ１、Ｔ２には基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２がそれぞれ印加され、バイアス用トランジスタＱ１、Ｑ２にはバイアス電圧ＶＤＣが共通に印加されている。ＶＤＣ端子に流れる電流は、高出力になればなるほど大きく２８ｄＢｍ出力時にはおおよそ５ｍＡ程度流れることになる。
【０１００】
しかしながら、実際に高周波電力増幅器１０を動作させるためには、これら基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２及びバイアス電圧ＶＤＣを図１３のようなタイミングチャートで制御する必要がある。
【０１０１】
つまり、出力電力の広い範囲で高効率かつ温度特性良く動作させるためには、３つの制御電圧が必要であり、最初にバイアス電圧ＶＤＣを１．５Ｖ以上に印加したうえで、高出力モードではＶＲＥＦ１を２．５Ｖ以上、ＶＲＥＦ２を０Ｖに印加し、低出力モードではＶＲＥＦ２を２．５Ｖ以上、ＶＲＥＦ１を０Ｖに切り替えて印加を行う。
【０１０２】
そしてこれらバイアス電圧、基準電圧印加を行ってから高周波信号ＲＦＩＮを入力し電力増幅を行う。このことから、制御する電圧の系統数を３つ準備する必要があるため、携帯電話端末の実装面積増大やコストアップの懸念があり、また、その制御が複雑になることから、携帯電話端末内に制御補正テーブルが必要となりメモリの増大となる可能性もある。
【０１０３】
そこで、第３の実施形態では、印加する制御電圧の系統数の少ないバイアス回路を対応付けた構成による高周波電力増幅器を説明する。
【０１０４】
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る高周波電力増幅器３０の回路構成例を示す図である。以下、高出力用バイアス回路及び低出力用バイアス回路にバイアス電圧ＶＤＣを使用せず、基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２のみを用いた高周波電力増幅器の構成及び動作を説明する。
【０１０５】
図１２において、高周波電力増幅器３０は、ＲＦ増幅器１１と、コンデンサＣ１及びＣ２と、高出力用バイアス回路Ｂ５と、低出力用バイアス回路Ｂ６とを備えている。図１２で分かるように、第３の実施形態に係る高周波電力増幅器３０の構成は、第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０の構成（図３）と比べ、バイアス電圧ＶＤＣが不要で基準電圧ＶＲＥＦ１のみで動作する高出力用バイアス回路Ｂ５と、バイアス電圧ＶＤＣが不要で基準電圧ＶＲＥＦ２のみで動作する低出力用バイアス回路Ｂ６とを用いたことが異なり他は同じである。
【０１０６】
高出力用バイアス回路Ｂ５はバイアス用トランジスタＱ１と温度補償回路Ｔ１で構成され、温度補償回路Ｔ１は抵抗Ｒ１と、ベースーコレクタ間を配線で接続したトランジスタＱ３、Ｑ４とが直列接続され構成されている。抵抗Ｒ１には基準電圧ＶＲＥＦ１が印加され、トランジスタＱ４のエミッタは接地され、抵抗Ｒ１とトランジスタＱ３のコレクタとの接続点にはバイアス用トランジスタＱ１のベースが接続され、バイアス用トランジスタＱ１のコレクタは抵抗Ｒ１が接続されると同時に、基準電圧ＶＲＥＦ１が印加され、そのエミッタは電力増幅用トランジスタＱ０に接続されている。
【０１０７】
低出力用バイアス回路Ｂ６はバイアス用トランジスタＱ２と温度補償回路Ｔ２で構成され、温度補償回路Ｔ２は抵抗Ｒ２と、ベースーコレクタ間を配線で接続したトランジスタＱ５、Ｑ６とが直列接続され構成されている。抵抗Ｒ２には基準電圧ＶＲＥＦ２が印加され、トランジスタＱ６のエミッタは接地され、抵抗Ｒ２とトランジスタＱ５のコレクタとの接続点にはバイアス用トランジスタＱ２のベースが接続され、バイアス用トランジスタＱ２のコレクタは抵抗Ｒ２が接続されると同時に、基準電圧ＶＲＥＦ２が印加され、そのエミッタは電力増幅用トランジスタＱ０に接続されている。
【０１０８】
ここでバイアス回路Ｂ５，Ｂ６は本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅器１０のバイアス回路Ｂ１，Ｂ２とそれぞれ同等の電流供給能力であるが、基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２に使用する電源（ＤＡコンバータ）は、バイアス用トランジスタＱ１，Ｑ２に流れる電流分だけ大きい電流容量を持つことが必要である。
【０１０９】
例えば本実施例においては基準電圧ＶＲＥＦ１に使用する電源（ＤＡコンバータ）は、高出力用となるため５ｍＡ以上の電流容量を持つことが必要で、基準電圧ＶＲＥＦ２に使用する電源（ＤＡコンバータ）は、低出力用となるため１ｍＡ以上の電流容量を持つことが必要である。
【０１１０】
なおバイアス回路Ｂ５，Ｂ６内にあるトランジスタＱ１〜Ｑ６及び抵抗Ｒ１，Ｒ２は、本発明の第１の実施形態に係るバイアス回路Ｂ１，Ｂ２内にあるトランジスタＱ１〜Ｑ６及び抵抗Ｒ１，Ｒ２と同等のエミッタ・サイズ及びは抵抗値である。
【０１１１】
この構成によって、基準電圧ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２のみで高出力モードと低出力モードの駆動及び切り替えができるため、図１４に示すようなタイミングチャートで制御することが可能となる。
【０１１２】
つまり、出力電力の広い範囲で高効率かつ温度特性良く動作させるために、２つのバイアス電圧のみを使用し、高出力モードではＶＲＥＦ１を２．５Ｖ以上、ＶＲＥＦ２を０Ｖに印加し、低出力モードではＶＲＥＦ２を２．５Ｖ以上、ＶＲＥＦ１を０Ｖに切り替えて印加を行う。そしてこれら制御電圧印加を行ってから高周波信号ＲＦＩＮを入力し電力増幅を行うことが可能となる。
【０１１３】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係る高周波電力増幅器によれば、制御する電圧の系統数を２つだけ準備すればよいため、携帯電話端末の実装面積削減やコストダウンが期待でき、また、その制御の簡素化がはかれることから、携帯電話端末内に制御補正テーブルが不要となりメモリサイズの削減が可能となる。
【０１１４】
また、上記第１、第２及び第３の実施形態で説明した高周波電力増幅器は、カスケード型２段電力増幅器の後段に用いた場合について説明したが、これに限ることなくカスケード型２段電力増幅器の前段にも用いることが可能である。さらにカスケード型ｎ段電力増幅器（ｎは整数）の各段に用いてもよい。
【０１１５】
さらに、上述した高周波電力増幅器は、ＵＭＴＳ方式だけでなく、様々な移動体通信方式（ＣＤＭＡ（ＩＳ−９５）、ＧＳＭ、ＥＤＧＥ、ＷＣＤＭＡ、ＰＣＳ、ＤＣＳ、ＰＤＣ、ＣＤＭＡ２０００、ＰＨＳ、Ｗ−ＬＡＮ等）に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明の高周波電力増幅器は、高周波信号の送受信を行うバイポーラトランジスタを用いた装置（例えば、携帯電話端末）等に利用可能であり、特に、広範囲の出力電力にわたって温度変動時でも出力変動が少なく、安定に高効率動作を実現したい場合等に適している。
【符号の説明】
【０１１７】
１０、２０、３０、１００  高周波電力増幅器
１１，１０１  ＲＦ増幅器
Ｑ０〜Ｑ１０、ＨＢＴ１、ＨＢＴ２、Ａｍｐ  トランジスタ
Ｂ１〜Ｂ６、１０２  バイアス回路
１０３  バイアス電流制御回路
Ｔ１〜Ｔ４  温度補償回路
Ｒ１〜Ｒ８、Ｒｂ  抵抗
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ１０１、Ｃ１０２  コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ４、Ｄ１０１〜Ｄ１０３  ダイオード
ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２、Ｖｒｅｆ  基準電圧印加端子
ＶＤＣ  バイアス電圧印加端子
Ｖｃｏｎ  制御電圧印加端子
ＶＣＣ  コレクタ電圧印加端子
ＩＮ、ＲＦ入力  高周波信号入力端子
ＯＵＴ、ＲＦ出力  高周波信号出力端子
【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（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図７（ｃ）】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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