(57)【要約】【課題】高周波増幅器のバースト動作と連続動作に対応しつつ出力電力が低くても高効率かつ回路サイズが小型な高周波増幅器を得る。【解決手段】増幅器１と、前記増幅器１の電源バイアスとして用いられる可変電圧源２と、前記増幅器１と前記可変電圧源２との間に装荷された制御スイッチ６とを備え、前記制御スイッチ６は、バースト制御信号に基づいて動作し、前記可変電圧源２は、平均出力電力が大きい時には出力電圧を高くし、平均出力電力が小さい時には出力電圧を低くするように、平均出力電力に応じて出力電圧を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅器と、
前記増幅器の電源バイアスとして用いられる可変電圧源と、
前記増幅器と前記可変電圧源との間に装荷された制御スイッチと
を備えた高周波増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波増幅器において、
前記制御スイッチは、バースト制御信号に基づいて動作する
ことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の高周波増幅器において、
前記可変電圧源は、平均出力電力が大きい時には出力電圧を高くし、平均出力電力が小さい時には出力電圧を低くするように、平均出力電力に応じて出力電圧を制御する
ことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項４】
増幅器と、
前記増幅器の電源バイアスとして用いられる可変電圧源と、
前記可変電圧源の出力端子と電源端子に対して並列に接続された制御スイッチと
を備えた高周波増幅器。
【請求項５】
請求項４に記載の高周波増幅器において、
前記可変電圧源は、バースト動作時にオフにされ、
前記制御スイッチが、バースト制御信号に基づいて動作する
ことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項６】
請求項４または５に記載の高周波増幅器において、
前記制御スイッチは、連続動作時にオフにされ、
前記可変電圧源は、平均出力電力が大きい時には出力電圧を高くし、平均出力電力が小さい時には出力電圧を低くするように、平均出力電力に応じて出力電圧を制御する
ことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の高周波増幅器において、
前記増幅器は、多段構成でなり、
前記可変電圧源と前記制御スイッチは共通化される
ことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の高周波増幅器において、
前記可変電圧源にＤＣ／ＤＣコンバータを用いた
ことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載の高周波増幅器において、
前記制御スイッチにｐチャネルＭＯＳＦＥＴあるいはｐｎｐトランジスタを用いた
ことを特徴とする高周波増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高効率かつ小型な高周波増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高周波増幅器として、単体増幅器のドレインもしくはコレクタといった電源バイアスとして可変電圧源を用い、入力端子に入力されたＲＦ信号を単体増幅器で増幅し、出力端子から電力を取り出し、さらに、高周波増幅器の平均出力電力に応じて可変電圧源の出力電圧を制御し、単体増幅器を平均出力電力によらず飽和付近で動作をさせることによって高効率動作を実現するものがある（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Biranchinath Sahu et al. “A High Efficiency WCDMA RF Power Amplifier With Adaptive, Dual-Mode Buck-Boost Supply and Bias-Current Control”, Microwave and Wireless Components Letters, Volume 17, Issue 3, March 2007, pp. 238〜240
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。高周波増幅器にバースト動作をさせる場合は、バースト制御信号に基づいてゲートあるいはベースといった電源バイアスをオン、オフして単体増幅器をバースト動作させる方法と、バースト制御信号に基づいて可変電圧源をオン、オフして高周波増幅器をバースト動作させる方法が考えられる。しかし、可変電圧源がオンの状態でゲートあるいはベースといった電源バイアスをオフとした場合に、単体増幅器のアイソレーションが不十分なため、高周波増幅器の入力端子に入力されたＲＦ信号が出力端子に漏れ出しバースト動作とならない場合がある。また、可変電圧源のオン、オフの切り替え速度がバースト制御信号に比べて遅いため、可変電圧源のオンオフの切り替えで高周波増幅器をバースト動作させることができない。このようなことから、従来の高周波増幅器では連続動作は可能であるが、バースト動作をさせることはできない課題がある。
【０００５】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、高周波増幅器のバースト動作と連続動作に対応しつつ出力電力が低くても高効率かつ回路サイズが小型な高周波増幅器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る高周波増幅器は、増幅器と、前記増幅器の電源バイアスとして用いられる可変電圧源と、前記高周波増幅器と前記可変電圧源との間に装荷された制御スイッチとを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る高周波増幅器によれば、高周波増幅器のバースト動作と連続動作に対応しつつ出力電力が低くても高効率かつ回路サイズが小型な高周波増幅器を得ることを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る高周波増幅器を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の効果を説明する図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の効果を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る高周波増幅器の効果を説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る高周波増幅器を示す回路図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る高周波増幅器を示す回路図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る高周波増幅器の他の例を示す回路図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る高周波増幅器を示す回路図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係る高周波増幅器の他の例を示す回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係る高周波増幅器の他の例を示す回路図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係る高周波増幅器の他の例を示す回路図である。
【図１２】この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器を示す回路図である。
【図１３】この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器の他の例を示す回路図である。
【図１４】この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器の他の例を示す回路図である。
【図１５】この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器の他の例を示す回路図である。
【図１６】この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器の他の例を示す回路図である。
【図１７】この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器の他の例を示す回路図である。
【図１８】この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器の他の例を示す回路図である。
【図１９】この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器の他の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の高周波増幅器の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る高周波増幅器を示す回路図である。図１に示す高周波増幅器は、単体増幅器１と、単体増幅器１のドレインまたはコレクタの電源バイアスとして用いられる可変電圧源２と、単体増幅器１と可変電圧源２との間に装荷された制御スイッチ６とを備えている。なお、図１において、３は可変電圧源の制御端子、４は入力端子、５は出力端子である。
【００１１】
次に、図１に示す高周波増幅器の動作について説明する。入力端子４に入力されたＲＦ信号を単体増幅器１で増幅し、出力端子５から出力電力を取り出す。このとき、単体増幅器１の電源回路を可変電圧源２と制御スイッチ６で構成するが、これらの動作の組み合わせによって図１に示す高周波増幅器の動きが異なるため、以下にて詳細な説明を行う。
【００１２】
可変電圧源２の出力電圧を一定の値となるように可変電圧源の制御端子３へ制御信号を入力し、制御スイッチ６はバースト制御信号に基づいてオンとオフを切り替える場合を示す。このときの図１におけるＶａ、Ｖｂ、Ｖｃでの電圧を図２に示す。図２において、Ｖａは可変電圧源２の出力電圧が一定であることを示している。Ｖｂはバースト制御信号が入力されていることを示している。バースト制御信号に基づいて制御スイッチ６のオンとオフを切り替えるため、制御スイッチ６がオンの状態でのＶｃは可変電圧源２の電圧Ｖａとなる。制御スイッチ６がオフの状態では単体増幅器１の電源バイアスは０Ｖとなることを示している。このように、単体増幅器１に対するＶｃは可変電圧源２の出力電圧Ｖａと０Ｖが交互に切り替わる電圧となるため、図１に示す高周波増幅器は、バースト動作が可能である。
【００１３】
次に、平均出力電力に応じて可変電圧源２の出力電圧を制御端子３で制御し、制御スイッチ６は常にオンとなっている場合を示す。このときの図１におけるＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ各点での電圧を図３に示す。図３のＶａは可変電圧源２の出力電圧が平均出力電力に応じて変化していることを示している。Ｖｂは制御スイッチ６が常にオンとなっていることを示す。Ｖｃは単体増幅器１の出力電力に応じた可変電圧源２の出力電圧Ｖａとなり、単体増幅器１の電源バイアスとして印加される。このように、図１に示す高周波増幅器は、平均出力電力に応じて電源電圧が制御されて、単体増幅器１が平均出力電力によらず飽和付近で動作するため、高効率動作が可能である。
【００１４】
次に、平均出力電力に応じて可変電圧源２の出力電圧を制御端子３で制御し、制御スイッチ６はバースト制御信号に基づいてオンとオフを切り替える場合を考える。このときの図１におけるＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ各点での電圧を図４に示す。図４のＶａは可変電圧源２の出力電圧が平均出力電力に応じて変化していることを示している。Ｖｂはバースト制御信号が入力されていることを示している。バースト制御信号に基づいて制御スイッチ６のオンとオフを切り替えるため、制御スイッチ６がオンの状態でのＶｃは単体増幅器１の出力電力に応じた可変電圧源２の出力電圧Ｖａとなり、制御スイッチ６がオフの状態では単体増幅器１の電源バイアスは0Vとなることを示している。このように、図１に示す高周波増幅器は、平均出力電力に応じて電源電圧が制御されて単体増幅器１が平均出力電力によらず飽和付近で動作するため高効率動作が可能である。同時にＶｃのオンオフを切り替える制御が可能なため、バースト動作が可能である。
【００１５】
したがって、図１に示す構成により、従来回路と同様に平均出力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅器が高効率動作するモードが実現できることに加えて、電源バイアス電圧は一定でバースト動作をするモードと平均出力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅器が高効率動作し、更にバースト動作をするモードの３つのモードが実現可能となる。また、可変電圧源２により増幅器１の飽和出力電力を可変できるため、それぞれのモードでの所望の出力電力が異なっている場合でも常に図１に示す高周波増幅器は高効率である。また、従来回路に制御スイッチ６を追加することでこれらの機能を実現することができるため、小型な回路サイズが実現可能である。
【００１６】
図１に示す増幅器にて実現可能な、バースト動作をするモードと平均出力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅器が高効率動作するモードと平均出力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅器が高効率動作し、更にバースト動作をするモードの３つの動作モードの例として、それぞれ携帯電話のＧＳＭ方式、Ｗ−ＣＤＭＡ方式、ＰＤＣ方式が挙げられる。これらの３つの通信方式は、増幅器に要求される最大出力電力も動作のモードも異なる。図１に示す増幅器であれば、どのモードの最大出力電力に対しても電源バイアス電圧を変化することで対応することができ、さらにどのモードの最大出力時においても高効率を実現することができる。
【００１７】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係る高周波増幅器を示す回路図である。図５に示す高周波増幅器は、単体増幅器１と、単体増幅器１のドレインまたはコレクタの電源バイアスとして用いられる可変電圧源２と、可変電圧源２の出力端子と電源端子に対して並列に接続された制御スイッチ６とを備えている。なお、図５において、３は可変電圧源２の制御端子、４は入力端子、５は出力端子、７は電源である。
【００１８】
次に、図５に示す高周波増幅器の動作について説明する。入力端子４に入力されたＲＦ信号を単体増幅器１で増幅し、出力端子５から出力電力を取り出す。制御スイッチ６と可変電圧源２については、それぞれの動作の組み合わせごとに図５に示す高周波増幅器の動きが異なるため、以下にて説明を行う。
【００１９】
可変電圧源２の制御端子３へ制御信号を入力して可変電圧源２をオフとし、制御スイッチ６はバースト制御信号に基づいてオンとオフを切り替える場合を説明する。バースト制御信号に基づいて、制御スイッチ６がオンの時には電源７の電圧が単体増幅器１の電源バイアスとなる。制御スイッチ６がオフの時には単体増幅器１の電源バイアスは０Ｖとなる。このように、単体増幅器１の電源バイアスは可変電圧源２の出力電圧と０Ｖが交互に切り替わる電圧となるため、図５に示す高周波増幅器はバースト動作が可能である。
【００２０】
次に、平均出力電力に応じて可変電圧源２の出力電圧を制御端子３で制御し、制御スイッチ６は常にオフとなっている場合を説明する。このとき、単体増幅器１の平均出力電力に応じた可変電圧源２の出力電圧が単体増幅器１の電源バイアスとなる。そのため、図５に示す高周波増幅器は平均出力電力に応じて電源電圧が制御されて、単体増幅器１が平均出力電力によらず飽和付近で動作するため、高効率動作が可能である。
【００２１】
したがって、図５に示す回路により、従来回路と同様に平均出力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅器が高効率動作するモードが実現できることに加えて、バースト動作をするモードの実現が可能となる。また、可変電圧源２により増幅器の飽和出力電力を可変できるため、それぞれのモードでの所望の出力電力が異なっている場合でも常に図５に示す高周波増幅器は高効率である。また、従来回路に制御スイッチ６を追加することでこれらの機能を実現することができるため、小型な回路サイズが実現可能である。さらに、実施の形態１と比較して平均出力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅器が高効率動作するモードで電源の経路に制御スイッチ６が無いため、制御スイッチ６における電圧低下が無く、高周波増幅器が高効率になる。
【００２２】
図５に示す増幅器にて実現可能な、バースト動作をするモードと平均出力電力に応じて電源電圧制御を行い高周波増幅器が高効率動作するモードの２つの動作モードの例として、それぞれ携帯電話のＧＳＭ方式、Ｗ−ＣＤＭＡ方式が挙げられる。これらの２つの通信方式は、増幅器に要求される最大出力電力も動作のモードも異なる。図５に示す増幅器であれば、どのモードの最大出力電力に対しても電源バイアス電圧を変化することで対応することができ、さらにどのモードの最大出力時においても高効率を実現することができる。
【００２３】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３に係る高周波増幅器を示す回路図である。図６に示す高周波増幅器は、単体増幅器１と、可変電圧源２と、制御スイッチ６と、ドライバ段の増幅器８とを備えている。なお、図６において、３は可変電圧源２の制御端子、４は入力端子、５は出力端子である。図６に示す高周波増幅器は、実施の形態１を、多段増幅器におけるドライバ段増幅器８と最終段増幅器１の双方に適用した例を示す。図６に示すように、実施の形態１あるいは実施の形態２を多段増幅器へと適用したことで、従来回路と比較して高周波増幅器の高効率化が可能となる。また、高周波増幅器の多段化による高利得化が可能となる。更に、これらの増幅器に対する可変電圧源２と制御スイッチ６を共用化することで、回路サイズを小型にすることができる。なお、最終段の増幅器１や最終段の手前のドライバ段の増幅器８などは出力電力が大きいため多段増幅器の効率に対して支配的な影響を持つため、これらの増幅器だけに実施の形態１あるいは実施の形態２を適用すると、さらに回路サイズを小型にできる。
【００２４】
図６に示す構成では実施の形態１を多段にした場合を示したが、図７に示すように、図６に示す高周波増幅器を構成する多段増幅器におけるドライバ段増幅器８と最終段増幅器１の双方に適用した実施の形態１を実施の形態２へ変えた場合についても、同様な効果を有する。
【００２５】
実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４に係る高周波増幅器を示す回路図である。図８に示す高周波増幅器は、単体増幅器１と、制御スイッチ６と、可変電圧源として用いられるＤＣ／ＤＣコンバータ９とを備えている。なお、図８において、３は制御端子、４は入力端子、５は出力端子である。図８に示す高周波増幅器は、実施の形態１の増幅器に高周波増幅器における可変電圧源２として高効率に電圧を変化させることのできるＤＣ／ＤＣコンバータ９を用いた例を示す。図８に示す高周波増幅器においては、可変電圧源として高効率に電圧を変化させることのできるＤＣ／ＤＣコンバータ９を用いることで、実施の形態１の高周波増幅器と同じ効果が得られる。さらに、回路サイズの小さいＤＣ／ＤＣコンバータ９を使い増幅器１の直近に配置することで、配線による電圧降下が小さくなるため高周波増幅器が高効率になる。
【００２６】
図８に示す構成では、実施の形態１の可変電圧源２として高効率に電圧を変化させることのできるＤＣ／ＤＣコンバータ９を用いた場合を示したが、図９に示すように、実施の形態２の可変電圧源２として高効率に電圧を変化させることのできるＤＣ／ＤＣコンバータ９を用いた場合についても、同様な効果を有する。
【００２７】
また、図８に示す構成では、実施の形態１の可変電圧源２として高効率に電圧を変化させることのできＤＣ／ＤＣコンバータ９を用いた場合を示したが、図１０および図１１に示すように、実施の形態３の可変電圧源２として高効率に電圧を変化させることのできるＤＣ／ＤＣコンバータ９を用いた場合についても、同様な効果を有する。
【００２８】
実施の形態５．
図１２は、この発明の実施の形態５に係る高周波増幅器を示す回路図である。図１２に示す高周波増幅器は、単体増幅器１と、可変電圧源２と、単体増幅器１と可変電圧源２との間に装荷されたｐチャネルＭＯＳＦＥＴ１０とを備えている。なお、図１２において、３は可変電圧源２の制御端子、４は入力端子、５は出力端子である。図１２に示す高周波増幅器は、実施の形態１の増幅器に高周波増幅器における制御スイッチ６としてｐチャネルＭＯＳＦＥＴ１０を用いた例を示す。ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ１０のゲート端子へバースト制御信号を入力し、ソース端子は可変電圧源２を接続、ドレイン端子を増幅器１の出力側バイアス回路へと接続する。ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ１０は、ゲートとソース間の電位でソースとドレイン間の電流を制御できるため、制御スイッチ６の機能を極めて小さな電圧降下で実現でき、高周波増幅器が高効率になる。また、制御スイッチ６をｐチャネルＭＯＳＦＥＴ１０だけで実現できるため、実施の形態１の高周波増幅器より回路を小型にすることができる。なお、図１２ではｐチャネルＭＯＳＦＥＴとしたが、ｐｎｐトランジスタのように制御端子と電源側の端子の電位差で電流のオンオフを制御できるデバイスであれば同様の効果を得ることができる。
【００２９】
図１２に示す構成では実施の形態１の制御スイッチ６としてｐチャネルＭＯＳＦＥＴ１０を用いた場合を示したが、図１３に示すように、実施の形態２の制御スイッチ６としてｐチャネルＭＯＳＦＥＴ１０を用いた場合についても、同様な効果を有する。
【００３０】
また、図１２に示す構成では実施の形態１の制御スイッチ６としてｐチャネルＭＯＳＦＥＴ１０を用いた場合を示したが、図１４および図１５に示すように、実施の形態３の制御スイッチ６としてｐチャネルＭＯＳＦＥＴ１０を用いた場合についても、同様な効果を有する。
【００３１】
さらに、図１２に示す構成では実施の形態１の制御スイッチ６としてｐチャネルＭＯＳＦＥＴ１０を用いた場合を示したが、図１６、図１７、図１８、図１９のように、実施の形態４の制御スイッチ６としてｐチャネルＭＯＳＦＥＴ１０を用いた場合についても、同様な効果を有する。
【符号の説明】
【００３２】
１  単体増幅器、２  可変電圧源、３  制御端子、４  入力端子、５  出力端子、６  制御スイッチ、７  電源、８  ドライバ段の増幅器、９  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０  ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ。
【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】
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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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【図１８】
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【図１９】
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