(57)【要約】【課題】使用する部品の実装面積を小さくするとともに、良好な高周波性能を得ることができる高周波増幅装置を提供する。【解決手段】外部から入力される複数の変調方式で変調された高周波信号のインピーダンス整合をとる入力整合回路１１と、入力整合回路でインピーダンス整合がとられた高周波信号を電力増幅する電力増幅器Ｔｒ１、Ｔｒ２と、電力増幅器から出力される高周波信号を変調方式に応じて切り換えて出力するＲＦスイッチ１２と、ＲＦスイッチから出力される高周波信号の各々に対して電力効率および隣接チャンネル漏洩電力比が最適になるようにインピーダンス整合をとる複数の出力整合回路２０、２１を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力される複数の変調方式で変調された高周波信号のインピーダンス整合をとる入力整合回路と、
前記入力整合回路でインピーダンス整合がとられた高周波信号を電力増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器から出力される高周波信号を変調方式に応じて切り換えて出力するＲＦスイッチと、
前記ＲＦスイッチから出力される高周波信号の各々に対して電力効率および隣接チャンネル漏洩電力比が最適になるようにインピーダンス整合をとる複数の出力整合回路と、
を備えたことを特徴とする高周波増幅装置。
【請求項２】
前記変調方式の各々に対して、隣接チャンネル漏洩電力比が最適になるように前記電力増幅器に供給するバイアス電流を切り換えるバイアス供給／制御回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の高周波増幅装置。
【請求項３】
ベースバンド信号を高周波信号に変換するベースバンド信号変換部と、
前記ベースバンド信号変換部からの高周波信号を増幅する高周波増幅装置と、
前記高周波増幅装置から出力される高周波信号を空中に送信するアンテナとを備え、
前記高周波増幅装置は、
前記ベースバンド信号変換部から入力される複数の変調方式で変調された高周波信号のインピーダンス整合をとる入力整合回路と、
前記入力整合回路でインピーダンス整合がとられた高周波信号を電力増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器から出力される高周波信号を変調方式に応じて切り換えて出力するＲＦスイッチと、
前記ＲＦスイッチから出力される高周波信号の各々に対して電力効率および隣接チャンネル漏洩電力比が最適になるようにインピーダンス整合をとる複数の出力整合回路と、
前記変調方式の各々に対して、隣接チャンネル漏洩電力比が最適になるように前記電力増幅器に供給するバイアス電流を切り換えるバイアス供給／制御回路と、
を備えたことを特徴とする携帯電話。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を増幅する高周波増幅装置およびこれを用いた携帯電話に関し、特に、複数の変調方式、例えばＷ−ＣＤＭＡ変調方式とＮ−ＣＤＭＡ変調方式等に対応するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば携帯電話等で採用されている変調方式として、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband-Code Division Multiple Access）方式やＮ−ＣＤＭＡ（Narrowband-Code Division Multiple Access）方式などが知られている。
【０００３】
図４は、従来のＷ−ＣＤＭＡ対応の携帯電話の構成を示す図である。この携帯電話では、Ｗ−ＣＤＭＡベースバンドＩＣ５０からの高周波信号は、電力増幅ＩＣ５１で電力増幅され、デュプレクサ（Duplexer）５２を経由してアンテナ５３に送られ、このアンテナ５３から電波として送信される。なお、図４においては、受信側の回路は記載を省略している。このＷ−ＣＤＭＡ対応の携帯電話では、８３０〜８４０ＭＨｚの周波数帯が使用される。
【０００４】
電力増幅ＩＣ５１は、入力整合回路６１、Ｗ−ＣＤＭＡ電力増幅器６２および出力整合回路６３から構成されている。Ｗ−ＣＤＭＡ電力増幅器６２は、入力端子ＩＮから入力されて入力整合回路６１でインピーダンス整合がとられた高周波信号を増幅する。このＷ−ＣＤＭＡ電力増幅器６２の出力は、出力整合回路６３でインピーダンス整合がとられて出力端子ＯＵＴから出力される。また、Ｗ−ＣＤＭＡ電力増幅器６２には、外部からバイアス電流が供給される。
【０００５】
図５は、従来のＮ−ＣＤＭＡ対応の携帯電話の構成を示す図である。この携帯電話では、Ｎ−ＣＤＭＡベースバンドＩＣ７０からの高周波信号は、電力増幅ＩＣ７１で増幅され、デュプレクサ７２およびダイプレクサ（Diplexer）７３を経由してアンテナ７４に送られ、このアンテナ７４から電波として送信される。なお、図５においては、受信側の回路は記載を省略している。このＮ−ＣＤＭＡ対応の携帯電話では、８１５〜８３０ＭＨｚの周波数帯が使用される。
【０００６】
電力増幅ＩＣ７１は、入力整合回路８１、Ｎ−ＣＤＭＡ電力増幅器８２および出力整合回路８３から構成されている。Ｎ−ＣＤＭＡ電力増幅器８２は、入力端子ＩＮから入力されて入力整合回路８１でインピーダンス整合がとられた高周波信号を増幅する。このＮ−ＣＤＭＡ電力増幅器８２の出力は、出力整合回路８３でインピーダンス整合がとられて出力端子ＯＵＴから出力される。また、Ｎ−ＣＤＭＡ電力増幅器８２には、外部からバイアス電流が供給される。
【０００７】
ところで、近年は、例えば上述したＷ−ＣＤＭＡ変調方式およびＮ−ＣＤＭＡ変調方式といった２つ以上の異なる周波数帯と異なる変調方式に対応したマルチバンド・マルチモードに対応した携帯電話が開発されている。このような携帯電話は、変調方式ごとに異なる電力増幅器（ＰＡ）や周辺回路を備える必要がある。また、電力増幅器に供給する電流は変調方式の違いにより個別に設定する必要があるので、電力増幅器毎にバイアス回路を備える必要がある。その結果、部品点数が多くなり、実装面積が増大して製品の外形が大きくなるとともに、製品価格が上昇し、さらには、不良率が増大するという問題が発生している。
【０００８】
このような問題を解消するために、特許文献１は、周波数帯域や変調方式が異なる複数の信号に対応する高周波回路装置およびそれを用いた移動通信端末を開示している。この特許文献１に開示された高周波回路装置は、少なくとも２つの変調方式（例えばＷ−ＣＤＭＡとＤＣＳ方式）の信号を電力増幅する増幅器と、増幅器に接続される整合回路と、デュプレクサを含んで整合回路がアンテナに結合されるように構成される第１の経路と、デュプレクサを含まずに整合回路がアンテナに結合されるように構成される第２の経路とを有する。増幅器が上記少なくとも２つの変調方式のうちの１つの信号を増幅する場合には第１の経路が選ばれ、増幅器が別の信号を増幅する場合は第２の経路が選ばれる。また、第１の経路および第２の経路のいずれにおいても、増幅器の出力インピーダンスと増幅器からアンテナ側を見たインピーダンスとが整合している。これにより、マルチバンド・マルチモードに対応する回路損失が少ない高周波回路装置およびそれを用いた移動体通信端末を提供できる。
【特許文献１】特開２００５−２９４８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、従来の技術では、例えばマルチバンド・マルチモードに対応した携帯電話に高周波増幅装置を適用しようとすると、例えば図４に示すようなＷ−ＣＤＭＡ用の電力増幅ＩＣと図５に示すようなＮ−ＣＤＭＡ用の電力増幅ＩＣといった２種類の部品を搭載する必要がある。その結果、高周波増幅装置を構成する部品点数が多くなって実装面積が増大し、製品の外形が大きくなるとともに、製品価格が上昇し、さらには、不良率が増大するという問題がある。
【００１０】
また、このような問題を解消する特許文献１に開示された技術では、出力整合回路によって、出力電力に対する最適化はなされているが、歪み（隣接チャンネル漏洩電力比「ＡＣＰＲ：Adjacent Channel Power Ratio」）および電力効率の最適化については考慮されておらず、良好な高周波性能を得ることができないという問題がある。
【００１１】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、使用する部品の実装面積を小さくするとともに、良好な高周波性能を得ることができる高周波増幅装置およびこれを用いた携帯電話を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る高周波増幅装置は、外部から入力される複数の変調方式で変調された高周波信号のインピーダンス整合をとる入力整合回路と、入力整合回路でインピーダンス整合がとられた高周波信号を電力増幅する電力増幅器と、電力増幅器から出力される高周波信号を変調方式に応じて切り換えて出力するＲＦスイッチと、ＲＦスイッチから出力される高周波信号の各々に対して電力効率および隣接チャンネル漏洩電力比が最適になるようにインピーダンス整合をとる複数の出力整合回路とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２記載の発明に係る高周波増幅装置は、請求項１記載の発明において、変調方式の各々に対して、隣接チャンネル漏洩電力比が最適になるように電力増幅器に供給するバイアス電流を切り換えるバイアス供給／制御回路を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３記載の発明に係る携帯電話は、ベースバンド信号を高周波信号に変換するベースバンド信号変換部と、ベースバンド信号変換部からの高周波信号を増幅する高周波増幅装置と、高周波増幅装置から出力される高周波信号を空中に送信するアンテナとを備え、高周波増幅装置は、ベースバンド信号変換部から入力される複数の変調方式で変調された高周波信号のインピーダンス整合をとる入力整合回路と、入力整合回路でインピーダンス整合がとられた高周波信号を電力増幅する電力増幅器と、電力増幅器から出力される高周波信号を変調方式に応じて切り換えて出力するＲＦスイッチと、ＲＦスイッチから出力される高周波信号の各々に対して電力効率および隣接チャンネル漏洩電力比が最適になるようにインピーダンス整合をとる複数の出力整合回路と、前記変調方式の各々に対して、隣接チャンネル漏洩電力比が最適になるように前記電力増幅器に供給するバイアス電流を切り換えるバイアス供給／制御回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、複数の変調方式にそれぞれ対応する複数の出力整合回路を設け、入力された高周波信号に対して入力整合回路でインピーダンス整合を取った後に電力増幅器で増幅し、変調方式に対応する出力整合回路で電力効率および隣接チャンネル漏洩電力比が最適化になるようにインピーダンス整合をとって出力するので、複数の変調方式で電力増幅器が共有される。その結果、周辺回路の部品数が削減され、部品の実装面積を小さくすることができる。また、複数の変調方式にそれぞれ対応する複数の出力整合回路を設け、複数の変調方式の各々に対して電力効率および隣接チャンネル漏洩電力比が最適になるようにインピーダンス整合を行うので、高周波特性を最適化することができ、良好な高周波性能を得ることができる。
【００１６】
また、請求項２記載の発明によれば、変調方式の各々に対して、隣接チャンネル漏洩電力比が最適になるように電力増幅器にバイアス電流を与えられるので、高周波特性を最適化することができ、良好な高周波性能を得ることができる。また、バイアス供給／制御回路は、複数の変調方式に対して１つだけ設ければよいので、部品の実装面積の削減、製品価格の低減、不良率の低減などを実現できる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、１台の携帯電話の内部に複数の変調方式に対応した電力増幅装置を備えたので、マルチバンド・マルチモードに対応した携帯電話を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の実施例１に係る高周波増幅装置の回路構成を示す図である。この高周波増幅装置は、ベースバンドＩＣ１、コントロールＩＣ２、電力増幅ＩＣ３およびバイアス供給／制御回路４から構成されている。
【００２０】
ベースバンドＩＣ１は、本発明のベースバンド信号変換部に対応し、ベースバンド信号を高周波信号に変換する周波数変換装置である。このベースバンドＩＣ１における変換により得られた高周波信号は、電力増幅ＩＣ３に送られる。また、ベースバンドＩＣ１は、ベースバンド信号に対応する信号をコントロールＩＣ２に送る。
【００２１】
コントロールＩＣ２は、ベースバンドＩＣ１から送られてくる信号に基づき変調方式を表す制御信号を生成し、バイアス供給／制御回路４に送る。
【００２２】
電力増幅ＩＣ３は、半導体ペレット１０、第１出力整合回路２０および第２出力整合回路２１を備えている。なお、図１中の円筒形の記号はスルーホールを表している。また、矩形の記号Ｌ１〜Ｌ３は、５０Ω線路、Ｌ４はインダクタ線路、Ｌ５はハイインピーダンス線路を表している。
【００２３】
半導体ペレット１０には、入力整合回路１１、初段トランジスタＴｒ１、後段トランジスタＴｒ２、ＲＦスイッチ１２およびバイアス回路１３が形成されている。初段トランジスタＴｒ１および後段トランジスタＴｒ２は、この発明の電力増幅器に対応する。
【００２４】
入力整合回路１１は、例えば５０Ω線路Ｌ１とコンデンサＣ１１とから構成されており、入力端子ＩＮから直流成分遮断用のコンデンサＣ１を介して入力される高周波信号のインピーダンス整合をとり、初段トランジスタＴｒ１に送る。
【００２５】
初段トランジスタＴｒ１は、入力された高周波信号を、バイアス回路１３から供給されるバイアス電流にしたがって電力増幅し、後段トランジスタＴｒ２に送る。後段トランジスタＴｒ２は、初段トランジスタＴｒ１から送られてくる高周波信号を、バイアス回路１３から供給されるバイアス電流にしたがって電力増幅し、直流成分遮断用のコンデンサＣ２を介してＲＦスイッチ１２に送る。
【００２６】
後段トランジスタＴｒ２の出力側には、コンデンサＣ２１とインダクタ線路Ｌ４によるインダクタンスとから成る直列共振回路が接続されており、ピーク周波数ｆ０の２倍の周波数２ｆ０の成分のレベルを下げるように作用する。したがって、後段トランジスタＴｒ２からはピーク周波数ｆ０の成分の高周波信号のみがＲＦスイッチ１２に送られる。
【００２７】
ＲＦスイッチ１２は、バイアス供給／制御回路４から送られてくる信号Ｖｇにしたがって、入力端子を出力端子Ｐ１または出力端子Ｐ２のいずれかに接続する。これにより、後段トランジスタＴｒ２から送られてくる高周波信号は、バイアス供給／制御回路４から送られてくる信号Ｖｇに応じて、出力端子Ｐ１または出力端子Ｐ２から出力される。
【００２８】
バイアス回路１３は、バイアス供給／制御回路４から送られてくる信号Ｖｃ１、ＶｃｏｎおよびＶｄｃにしたがって、初段トランジスタＴｒ１および後段トランジスタＴｒ２の各々の歪み（１次隣接チャンネル漏洩電力比：ＡＣＰＲ１）を最適にするバイアス電流Ｉｃ１およびＩｃ２を生成し、初段トランジスタＴｒ１および後段トランジスタＴｒ２にそれぞれ供給する。なお、信号Ｖｃ１、ＶｃｏｎおよびＶｃ２のラインに接続されているコンデンサＣ３１〜Ｃ３３はデカップリングコンデンサである。
【００２９】
図２は、変調方式がＮ−ＣＤＭＡであり、周波数が８３０ＭＨｚである場合のバイアス電流とＡＣＰＲ１との関係を示す図である。図２（ａ）は、後段トランジスタＴｒ２のバイアス電流Ｉｃ２を４５ｍＡに固定した場合の初段トランジスタＴｒ１のバイアス電流Ｉｃ１とＡＣＲ１との関係を示す。この図２（ａ）により、初段トランジスタＴｒ１のバイアス電流Ｉｃ１は、９ｍＡが最適であることが分かる。図２（ｂ）は、初段トランジスタＴｒ１のバイアス電流Ｉｃ１を９ｍＡに固定した場合の後段トランジスタＴｒ２のバイアス電流Ｉｃ２とＡＣＲ１との関係を示す。この図２（ｂ）により、後段トランジスタＴｒ２のバイアス電流Ｉｃ２は、４５ｍＡが最適であることが分かる。
【００３０】
第１出力整合回路２０は、５０Ω線路Ｌ２とコンデンサＣ１２とから構成されており、ＲＦスイッチ１２の出力端子Ｐ１から出力される高周波信号に対し、Ｗ−ＣＤＭＡの歪みおよび効率を最適にするインピーダンスＺｏｕｔになるように整合をとって第１出力端子ＯＵＴ１から出力する。
【００３１】
第２出力整合回路２１は、５０Ω線路Ｌ３とコンデンサＣ１３とから構成されており、ＲＦスイッチ１２の出力端子Ｐ２から出力される高周波信号に対し、Ｎ−ＣＤＭＡの歪みおよび効率を最適にするインピーダンスＺｏｕｔになるように整合をとって第２出力端子ＯＵＴ２から出力する。
【００３２】
これら第１出力整合回路２０および第２出力整合回路２１には、歪み（隣接チャネル漏洩電力抑圧比「ＡＣＬＲ１：Adjacent Cannel Leakage power Ratio」）および電力効率を最適にする負荷インピーダンスが存在する。電力効率と歪みとは、図３に示すように、トレードオフの関係にある。第１出力整合回路２０としては、両者を満足する負荷インピーダンスを選択することが求められる。図３に示す例では、最適負荷点の負荷インピーダンスＲｅは、５［Ω］である。
【００３３】
バイアス供給／制御回路４は、コントロールＩＣ２からの制御信号に応じて、各変調方式における歪みおよび電力効率が最適となるバイアス電流を発生するための信号Ｖｃ１、ＶｃｏｎおよびＶｄｃを生成し、半導体ペレット１０内のバイアス回路１３に設定する。また、半導体ペレット１０内のＲＦスイッチ１２を切り替える信号Ｖｇを生成して、該ＲＦスイッチ１２に送る。
【００３４】
以上のように、従来の高周波増幅装置では、異なる２つの変調方式に対応させるために、各変調方式に対応した電力増幅器や周辺回路を備える必要があったが、図１に示す本発明の実施例１に係る高周波増幅装置では、各変調方式に共有の入力整合回路１１および電力増幅器（初段トランジスタＴｒ１および後段トランジスタＴｒ２）を備えるとともに、各変調方式に個別の第１出力整合回路２０および第２出力整合回路２１を備えることにより１つの電力増幅装置が構成されている。
【００３５】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係る高周波増幅装置の動作を、Ｗ−ＣＤＭＡ変調方式で動作する場合と、Ｎ−ＣＤＭＡ変調方式で動作する場合とに分けて説明する。
【００３６】
（１）Ｗ−ＣＤＭＡ変調方式で動作するとき
電力増幅ＩＣ３の入力端子ＩＮに入力された高周波信号は、送信経路ａに示すように、入力整合回路１１、初段トランジスタＴｒ１、後段トランジスタＴｒ２およびＲＦスイッチ１２の出力端子Ｐ１を通り、Ｗ−ＣＤＭＡ変調方式の歪みおよび電力効率最適インピーダンスに構成された第１出力整合回路２０を介して第１出力端子ＯＵＴ１（Ｗ−ＣＤＭＡ  ＯＵＴ）に伝送される。このときの第１出力整合回路２０は、最適インピーダンスでＺｏｕｔ＝７．０＋ｊ７．３［Ω］となる。同時に、バイアス供給／制御回路４は、最良の歪特性および電力効率にするために、初段トランジスタＴｒ１のコレクタに流れるバイアス電流Ｉｃ１と後段トランジスタＴｒ２のコレクタに流れるバイアス電流Ｉｃ２を最適バイアス電流、例えばＩｃ１＝７ｍＡ、Ｉｃ２＝２５ｍＡに設定する。
【００３７】
これにより、第１出力整合回路２０とバイアス電流が最適化され、電力増幅ＩＣ３の高周波性能が最大限に引き出されることになる。具体的には、電力効率が５０％以上、１次隣接チャンネル漏洩電力比ＡＣＰＲ１が−４０ｄＢｃ以下、２次隣接チャンネル漏洩電力比ＡＣＰＲ２が−５０ｄＢｃ以下を実現できる。なお、Ｗ−ＣＤＭＡの１次隣接チャンネル漏洩電力比ＡＣＰＲ１および２次隣接チャンネル漏洩電力比ＡＣＰＲ２を測定するポイントの周波数は、以下の通りである。
【００３８】
１次隣接チャンネル漏洩電力比ＡＣＰＲ１：中心周波数（ｆ０）±５ＭＨｚ
２次隣接チャンネル漏洩電力比ＡＣＰＲ２：中心周波数（ｆ０）±１０ＭＨｚ
（２）Ｎ−ＣＤＭＡ変調方式で動作するとき
電力増幅ＩＣ３の入力端子ＩＮに入力された高周波信号は、送信経路ｂに示すように、入力整合回路１１、初段トランジスタＴｒ１、後段トランジスタＴｒ２およびＲＦスイッチ１２の出力端子Ｐ２を通り、Ｎ−ＣＤＭＡ変調方式の歪みおよび電力効率最適インピーダンスに構成された第２出力整合回路２１を介して第２出力端子ＯＵＴ２（Ｎ−ＣＤＭＡ  ＯＵＴ）に伝送される。このときの第２出力整合回路２１は、最適インピーダンスでＺｏｕｔ＝５．０＋ｊ０．２［Ω］となる。同時に、バイアス供給／制御回路４は、最良の歪特性および電力効率にするために、初段トランジスタＴｒ１のコレクタに流れるバイアス電流Ｉｃ１と後段トランジスタＴｒ２のコレクタに流れるバイアス電流Ｉｃ２を最適バイアス電流、例えばＩｃ１＝９ｍＡ、Ｉｃ２＝４５ｍＡに設定する。
【００３９】
これにより、第２出力整合回路２１とバイアス電流が最適化され、電力増幅ＩＣ３の高周波性能が最大限に引き出されることになる。具体的には、電力効率が４０％以上、１次隣接チャンネル漏洩電力比ＡＣＰＲ１が−５０ｄＢｃ以下、２次隣接チャンネル漏洩電力比ＡＣＰＲ２が−６０ｄＢｃ以下を実現できる。なお、Ｎ−ＣＤＭＡの１次隣接チャンネル漏洩電力比ＡＣＰＲ１および２次隣接チャンネル漏洩電力比ＡＣＰＲ２を測定するポイントの周波数は、以下の通りである。
【００４０】
１次隣接チャンネル漏洩電力比ＡＣＰＲ１：中心周波数（ｆ０）±０．８８５ＭＨｚ
２次隣接チャンネル漏洩電力比ＡＣＰＲ２：中心周波数（ｆ０）±１．９８ＭＨｚ
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る高周波増幅装置は、マルチバンド・マルチモードの携帯電話に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例１に係る電力増幅装置の回路構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る電力増幅装置において、歪み（ＡＣＰＲ１）を最適にするバイアス電流を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例１に係る電力増幅装置において、歪み（ＡＣＬＲ１）および電力効率を最適にする負荷インピーダンスを説明するための図である。
【図４】従来のＷ−ＣＤＭＡ対応の携帯電話の構成を示す図である。
【図５】従来のＮ−ＣＤＭＡ対応の携帯電話の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…ベースバンドＩＣ、２…コントロールＩＣ、３…電力増幅ＩＣ、４…バイアス供給／制御回路、１０…半導体ペレット、１１…入力整合回路、１２…ＲＦスイッチ、１３…バイアス回路、２０…出力整合回路、２０ａ…第１出力整合回路、２０ｂ…第２出力整合回路、Ｔｒ１…初段トランジスタ、Ｔｒ２…後段トランジスタ。
【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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