(57)【要約】      （修正有）【課題】ＲＦ電力増幅器において出力電力に応じて高効率で動作する出力電力切り替え機能を実現する。【解決手段】低出力時のアンプと高出力時のアンプを２つの信号経路で構成する際、片方の信号経路にプリアンプ５とピークアンプ７からなる２段構成のアンプを用い、もう片方の信号経路にメインアンプ１３からなる１段のアンプを用いる。動作モードにより電圧制御回路１５からプリアンプ５及びピークアンプ７、またはメインアンプ１３へバイアスする。【選択図】図６
2008092521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１信号経路に設けられた第１のアンプと、
前記第１信号経路に設けられた第２のアンプと、
前記第１信号経路と並列な第２信号経路に設けられた第３のアンプと、
出力電力に応じて、前記第１のアンプ及び前記第２のアンプか、前記第３のアンプか、いずれか一方にバイアスする電圧制御回路と
を具備する
小型電力増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の小型電力増幅器において、
前記電圧制御回路は、高出力時に、前記第１のアンプ及び前記第２のアンプをバイアスし、前記第３のアンプをバイアスせず、低出力時に、前記第１のアンプ及び前記第２のアンプをバイアスせず、前記第３のアンプをバイアスする
小型電力増幅器。
【請求項３】
請求項１に記載の小型電力増幅器において、
前記電圧制御回路は、低出力時に、前記第１のアンプ及び前記第２のアンプをバイアスし、前記第３のアンプをバイアスせず、高出力時に、前記第１のアンプ及び前記第２のアンプをバイアスせず、前記第３のアンプをバイアスする
小型電力増幅器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の小型電力増幅器において、
前記第２信号経路は、少なくとも１つのアンプが設けられ、
前記第１信号経路は、前記第２信号経路よりも多くのアンプが設けられ、
前記電圧制御回路は、前記第１信号経路又は前記第２信号経路のいずれか一方の信号経路上にあるアンプをバイアスする
小型電力増幅器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の小型電力増幅器において、
前記電圧制御回路は、前記第１信号経路の利得が前記第２信号経路の利得と同一になるように調整する
小型電力増幅器。
【請求項６】
第１のポートと、
前記第１のポートに接続された第１の整合回路と、
前記第１の整合回路に接続された第１のノードと、
前記第１のノードに接続された第２の整合回路と、
前記第２の整合回路に接続された第１のアンプと、
前記第１のアンプに接続された第３の整合回路と、
前記第３の整合回路に接続された第２のアンプと、
前記第２のアンプに接続された第４の整合回路と、
前記第１のノードに接続された第５の整合回路と、
前記第５の整合回路に接続された第３のアンプと、
前記第３のアンプに接続された第６の整合回路と、
前記第４の整合回路及び前記第６の整合回路に接続された第２のノードと、
前記第２のノードに接続された第７の整合回路と、
前記第７の整合回路に接続された第２のポートと、
出力電力に応じて、第１のアンプ及び前記第２のアンプにバイアスするか、前記第３のアンプにバイアスするかを選択し、バイアスを実施する電圧制御回路と
を具備する
小型電力増幅器。
【請求項７】
請求項６に記載の小型電力増幅器において、
前記第３の整合回路、前記第４の整合回路、及び、前記第６の整合回路又は前記第７の整合回路の各々は、バイアス供給ラインを含む
小型電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型電力増幅器に関し、特に出力電力切り替え機能を有する小型電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの無線通信は、利用者数の増大とデータ通信の大容量化に伴い、周波数帯域の不足が問題になっている。周波数利用効率を高めてこうした問題を解決するべく、近年はデジタル変調技術を用いた高速化、大容量化が進められている。デジタル変調では信号の線形性に対する要求が厳しくなるため、無線通信用の電力増幅器にも線形性の良い動作が求められる。
【０００３】
しかしながら、一般に電力増幅器は飽和出力に近い非線形動作時に電力付加効率（以下、効率）が高くなるため、線形性の良い動作は相対的に消費電力の増大を招く。特に高出力時に線形性を維持できる増幅器を低出力で用いる場合には著しく効率が低下する。変調方式と用途によるが、第三世代携帯電話のシステムでは電力増幅器の動作時間のうち高出力動作をする時間の割合は小さいため、図１に示すように、多くの時間は出力の低い、すなわち、相対的に消費電力の大きい低出力動作を行っている。
【０００４】
他方で、移動体端末にはバッテリ駆動時間の長時間化と小型化が要求されている。端末の高機能化に伴い消費電力が増大するなか、無線通信を担う電力増幅器にも低消費電力化の強い要求があり、上述の背景から低出力時の高効率動作化が課題となっている。
【０００５】
なお、電力増幅器（以下、アンプ）の出力電力及び効率は、アンプの出力端から外側の回路をみたときのインピーダンス（負荷インピーダンス）によって決定される。一般に負荷インピーダンスを低くすると飽和出力を高出力化できるが、逆に所定の出力電力を得たいときは負荷インピーダンスを高くしてアンプの飽和出力を所望の出力電力まで下げる（バックオフ量が少ない）ほうが高効率を得られる。言い換えれば、図２に示すように、アンプの飽和出力直前の出力電力を得るときには高効率が得られるが、所望の出力電力が飽和出力より低い（バックオフ量が大きい）ときの効率は低下する。通常は１つのアンプで低出力から高出力まで対応する必要があるため、飽和出力は高出力時に合わせて設計され、低出力時は低い効率での動作を余儀なくされる。
【０００６】
また、高出力を得るにはアンプの素子を大きくする必要があるが、同時にバイアス（アイドル）電流も大きくなるため、特に低出力時の効率を悪化させる。
【０００７】
こうした背景から、低出力時に高効率動作となるように小さいアンプで負荷インピーダンスを高くしたアンプと、高出力時に高効率動作となるように大きいアンプで負荷インピーダンスを低くしたアンプを切り替えて使用する方法が提案されている。
【０００８】
切り替えには外付けのスイッチやλ／４線路を用いる方法があるが、これら外付け部品による実装面積の増大があるため、小型化に適した出力電力切り替え機能が望まれている。
【０００９】
なお、低出力時に高効率動作するアンプと高出力時に高効率動作するアンプを切り替えて使う技術として、スイッチを用いてＲＦ信号経路を切り替える技術があるが、部品点数や実装面積、コストの増大を招く。
【００１０】
スイッチを用いずに低出力の効率を改善できる回路構成としては、図３に示すようなＤｏｈｅｒｔｙ  Ａｍｐ（ドハティアンプ）が知られている。Ｄｏｈｅｒｔｙ  Ａｍｐは低出力時から動作するＡＢ級バイアスされたメインアンプと、Ｃ級バイアスされて大出力時のみ動作するピークアンプを並列に配置した構成される。入力電力が小さいとき、ピークアンプは動作せずメインアンプのみが動作し、低出力時に高効率動作するよう負荷インピーダンスが設定されている。入力電力が大きくなるとピークアンプが動作を始め、高出力時に高効率な動作をする。この動作を実現するため、ピークアンプが高出力時向け、メインアンプが低出力時向けの最適な負荷インピーダンスとなるように、片方のアンプの出力にλ／４線路を挿入することでインピーダンス変換を行う。また、出力信号に位相差が生じるのを防ぐため、もう片方のアンプは入力にλ／４線路を挿入する。こうした構成から、Ｄｏｈｅｒｔｙ  Ａｍｐは低出力時の高効率動作が必要な電力増幅器において有効だがλ／４線路の必要性から小型化に適さない回路とされるのが一般的である。また、Ｄｏｈｅｒｔｙ  Ａｍｐの動作原理を用いながら入力側のλ／４線路を省略して小型化した構成も提案されている。
【００１１】
具体的には、図４に示すように、この回路構成例は、ポート１００と、ドライバアンプ１１０と、ノード１３０と、インピーダンスマッチングネットワーク１４０と、ピークアンプ１５０と、λ／４インピーダンス変換ネットワーク１７０と、ノード１８０と、インピーダンスマッチングネットワーク１９０と、ポート２００を備えている。ここでは、ポート１００から、ドライバアンプ１１０、ノード１３０、インピーダンスマッチングネットワーク１４０、ピークアンプ１５０、ノード１８０、及びインピーダンスマッチングネットワーク１９０を経由してポート２００へ至る信号経路を第１経路とする。また、ポート１００から、ドライバアンプ１１０、ノード１３０、λ／４インピーダンス変換ネットワーク１７０、及びインピーダンスマッチングネットワーク１９０を経由してポート２００へ至る信号経路を第２経路とする。
【００１２】
図４に示す回路において、ドライバアンプ１１０をＡＢ級バイアスし、ピークアンプ１５０はＣ級バイアスとする。ＲＦ入力信号が低いときはＣ級バイアスされたメインアンプは動作せず、ドライバアンプからピークアンプ側をみたインピーダンスは高インピーダンスとなる。このとき、ドライバアンプの出力電力を決める負荷インピーダンスはλ／４インピーダンス変換ネットワーク１７０側で決定され、低出力時に高効率となるよう設計される。ドライバアンプの出力電力が増大するとともにＣ級バイアスされたピークアンプが動作を開始する。ピークアンプの出力電力を決める負荷インピーダンスは高出力時に高効率となるよう設計される。以上の動作原理により低出力時、高出力時ともに高効率動作が実現できる。この構成の利点は、一般的なＤｏｈｅｒｔｙ  Ａｍｐでは実装面積の点で不利なλ／４線路を２個必要とするのに対して、ドライバアンプとピークアンプを直列に配置することで１個に減らすことができる点である。
【００１３】
この回路に類似したものが特開２００５−２４４８６２号公報（特許文献１）に開示されている。図５に、この回路構成例を示す。
図５に示すように、この回路構成例は、ポート１００と、ドライバアンプ１１０と、インピーダンスマッチングネットワーク１２０と、ノード１３０と、インピーダンスマッチングネットワーク１４０と、ピークアンプ１５０と、インピーダンスマッチングネットワーク１６０と、λ／４インピーダンス変換ネットワーク１７０と、ノード１８０と、インピーダンスマッチングネットワーク１９０と、ポート２００と、電圧制御回路２５０を備えている。ここでは、ポート１００から、ドライバアンプ１１０、インピーダンスマッチングネットワーク１２０、ノード１３０、インピーダンスマッチングネットワーク１４０、ピークアンプ１５０、インピーダンスマッチングネットワーク１６０、ノード１８０、及びインピーダンスマッチングネットワーク１９０を経由してポート２００へ至る信号経路を第１経路とする。また、ポート１００から、ドライバアンプ１１０、インピーダンスマッチングネットワーク１２０、ノード１３０、λ／４インピーダンス変換ネットワーク１７０、及びインピーダンスマッチングネットワーク１９０を経由してポート２００へ至る信号経路を第２経路とする。また、ピークアンプ１５０は、電圧制御回路２５０に接続されている。電圧制御回路２５０は、動作モードに応じて、ピークアンプ１５０をバイアスする。
【００１４】
従来はピークアンプをＣ級バイアスすることで入力電力に応じて動的にピークアンプの動作を切り替えるが、特許文献１では低出力モード時にはピークアンプをバイアスせず（駆動させず）、高出力時にはバイアスするよう外部信号により明示的にモードを切り替える。すなわち、高出力時はピークアンプ１５０は動作状態にバイアスされており、このときノード１３０からみたインピーダンスはインピーダンス変換ネットワーク１７０よりインピーダンスマッチングネットワーク１４０のほうが低インピーダンスになるよう設計されているためＲＦ信号はピークアンプを経由して増幅されてポート２００へ出力される。低出力時には電圧制御回路２５０を用いてピークアンプ１５０のバイアスを下げて動作させないことでノード１３０からインピーダンスマッチングネットワーク２１４０をみたインピーダンスが高くなり、ＲＦ信号はインピーダンス変換ネットワーク１７０を経由してポート２００へ出力される。
【００１５】
この従来技術では出力切り替えにＲＦ信号の経路を切り替えるスイッチなどの外付け部材を用いないため小型化に適し、低出力時はピークアンプがバイアスされないため電力消費が抑えられることが特徴としているが、背景にはＤｏｈｅｒｔｙ  Ａｍｐと同様に、スイッチ等を用いずに信号経路を分岐させながら出力に応じてアンプの切り替える技術を用いていると考えられる。
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−２４４８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特開２００５−２４４８６２号公報（特許文献１）では、Ｄｏｈｅｒｔｙ  Ａｍｐを応用しつつ、並列に並べるメインアンプとピークアンプを直列に配置することでλ／４線路を１個に省略した回路を提案している。この回路では、メインアンプをドライバアンプとして用いるため、低出力時はピークアンプをバイパスして１段アンプとして機能する。これに対して高出力時はドライバアンプの出力を受けてピークアンプでも増幅動作が行われるため、２段アンプとして機能する。このことによりモード切り替え時にアンプ全体の利得（ｇａｉｎ）が大きな不連続を持つ。
【００１８】
また、Ｄｏｈｅｒｔｙ  ＡｍｐやＲＦスイッチによる切り替えでも、高出力時に高効率となる負荷インピーダンスを持つピークアンプと低出力時に高効率となる負荷インピーダンスを持つメインアンプは利得差を持つため、調整を必要とするのが一般的である。
【００１９】
実際に電力増幅器を使用する場合は出力電力を所望の値に制御することが求められる。そのため、利得に大きな不連続を持つ増幅器は通常では不要な制御が要求されるため使用方法が制限される。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。但し、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２１】
本発明の小型電力増幅器の特徴は以下の通りである。
第１信号経路に設けられた第１のアンプ（５）と、
前記第１信号経路に設けられた第２のアンプ（７）と、
前記第１信号経路と並列な第２信号経路に設けられた第３のアンプ（１３）と、
出力電力に応じて、前記第１のアンプ（５）及び前記第２のアンプ（７）か、前記第３のアンプ（１３）か、いずれか一方にバイアスする電圧制御回路（１５）と
を具備する
小型電力増幅器。
【００２２】
前記電圧制御回路（１５）は、前記第１信号経路の利得が前記第２信号経路の利得と同一になるように調整する。
【００２３】
なお、本発明の小型電力増幅器の回路構成例は以下の通りである。
第１のポート（１）と、
前記第１のポート（１）に接続された第１の整合回路（２）と、
前記第１の整合回路（２）に接続された第１のノード（３）と、
前記第１のノード（３）に接続された第２の整合回路（４）と、
前記第２の整合回路（４）に接続された第１のアンプ（５）と、
前記第１のアンプ（５）に接続された第３の整合回路（６）と、
前記第３の整合回路（６）に接続された第２のアンプ（７）と、
前記第２のアンプ（７）に接続された第４の整合回路（８）と、
前記第１のノード（３）に接続された第５の整合回路（１２）と、
前記第５の整合回路（１２）に接続された第３のアンプ（１３）と、
前記第３のアンプ（１３）に接続された第６の整合回路（１４）と、
前記第４の整合回路（８）及び前記第６の整合回路（１４）に接続された第２のノード（９）と、
前記第２のノード（９）に接続された第７の整合回路（１０）と、
前記第７の整合回路（１０）に接続された第２のポート（１１）と、
出力電力に応じて、第１のアンプ（５）及び前記第２のアンプ（７）にバイアスするか、前記第３のアンプ（１３）にバイアスするかを選択し、バイアスを実施する電圧制御回路（１５）と
を具備する
小型電力増幅器。
【発明の効果】
【００２４】
低出力時のアンプと高出力時のアンプを２つの経路で構成する際、片方の経路に２段構成のアンプを用い、もう片方の経路に１段のアンプを用いることで、２段構成にした経路の利得を、もう片方のアンプが１段の経路の利得と同一になるよう調整可能になり、動作モード（経路）切り替え時の利得変動がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に本発明の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。
図６に示すように、本発明の小型電力増幅器は、ポート１と、整合回路２と、ノード３と、整合回路４と、プリアンプ５と、整合回路６と、ピークアンプ７と、整合回路８と、ノード９と、整合回路１０と、ポート１１と、整合回路１２と、メインアンプ１３と、整合回路１４と、電圧制御回路１５を備えている。
【００２６】
整合回路２は、ポート１とノード３の間に設けられている。整合回路４は、ノード３に接続されている。プリアンプ５は、整合回路４に接続されている。整合回路６は、プリアンプ５に接続されている。ピークアンプ７は、整合回路６に接続されている。整合回路８は、ピークアンプ７とノード９の間に設けられている。整合回路１０は、ノード９とポート１１の間に設けられている。また、整合回路１２は、ノード３に接続されている。メインアンプ１３は、整合回路１２に接続されている。整合回路１４は、メインアンプ１３とノード９の間に設けられている。更に、電圧制御回路１５は、プリアンプ５、ピークアンプ７、及びメインアンプ１３にバイアスすることができるように設けられている。
【００２７】
ここでは、ポート１から、整合回路２、ノード３、整合回路４、プリアンプ５、整合回路６、ピークアンプ７、整合回路８、ノード９、及び整合回路１０を経由して、ポート１１へ至る信号経路を第１経路とする。また、ポート１から、整合回路２、ノード３、整合回路１２と、メインアンプ１３と、整合回路１４、ノード９、及び整合回路１０を経由して、ポート１１へ至る信号経路を第２経路とする。第１経路のピークアンプは高出力時に高効率となるように出力負荷が設計されており、第２経路のメインアンプは低出力時に高効率となるように出力負荷が設計されている。
【００２８】
プリアンプ５、ピークアンプ７、メインアンプ１３は、それぞれ電圧制御回路１５に接続されている。電圧制御回路１５は、動作モードに応じて、第１経路のプリアンプ５とピークアンプ７、又は第２経路のメインアンプ１３をバイアスし、他方をバイアスしない。すなわち、第１経路又は第２経路のいずれか一方の経路上のアンプをバイアスする。
【００２９】
図７に、本発明の小型電力増幅器の回路構成例の詳細について示す。
図７では、図６に示されている整合回路やアンプを、具体的な回路図で示している。図７の各回路の符号は、図６のブロック図の該当する回路の符号に対応している。図７では、各アンプ（プリアンプ５、ピークアンプ７、メインアンプ１３）は、コレクタがバイアス供給ラインに接続され、エミッタが接地端子（グランド）に接続されたＮＰＮ型トランジスタで示している。
【００３０】
整合回路２は、コイルＬ３０とコンデンサＣ３２を有する。コイルＬ３０は、ポートＰ３５（ポート１）と接地端子（グランド）の間に設けられている。コンデンサＣ３２は、ポートＰ３５（ポート１）とノード３の間に設けられている。
【００３１】
整合回路４は、コイルＬ２９とコンデンサＣ３３を有する。コイルＬ２９は、ノード３と接地端子（グランド）の間に設けられている。コンデンサＣ３３は、ノード３とプリアンプ５の間に設けられている。なお、コンデンサＣ３３は、プリアンプ５となるＮＰＮ型トランジスタＢＪＴ１のベースに接続されている。
【００３２】
整合回路６は、伝送線路（トランスミッションライン）ＴＬ８と、コンデンサＣ４０と、コンデンサＣ３６と、コンデンサＣ４２と、コイルＬ３２と、コンデンサＣ３７を有している。伝送線路ＴＬ８は、ポートＰ３７とプリアンプ５の間に設けられている。なお、伝送線路ＴＬ８は、プリアンプ５となるＮＰＮ型トランジスタＢＪＴ１のコレクタに接続されている。コンデンサＣ４０は、伝送線路ＴＬ８と接地端子（グランド）の間に設けられている。伝送線路ＴＬ８とコンデンサＣ４０が、バイアス供給ラインを構成している。コンデンサＣ３６は、プリアンプ５となるＮＰＮ型トランジスタＢＪＴ１のコレクタに接続されている。コンデンサＣ４２は、コンデンサＣ３６と接地端子（グランド）の間に設けられている。コイルＬ３２は、コンデンサＣ３６とコンデンサＣ３７の間に設けられている。なお、コンデンサＣ３７は、ピークアンプ７となるＮＰＮ型トランジスタＢＪＴ２のベースに接続されている。
【００３３】
整合回路８は、伝送線路ＴＬ７と、コンデンサＣ４１と、コンデンサＣ４３と、コイルＬ３３を有している。伝送線路ＴＬ７は、ポートＰ３８とピークアンプ７の間に設けられている。なお、伝送線路ＴＬ７は、ピークアンプ７となるＮＰＮ型トランジスタＢＪＴ２のコレクタに接続されている。コンデンサＣ４１は、伝送線路ＴＬ７と接地端子（グランド）の間に設けられている。伝送線路ＴＬ７とコンデンサＣ４１が、バイアス供給ラインを構成している。コンデンサＣ４３は、ピークアンプ７と接地端子（グランド）の間に設けられている。コイルＬ３３は、ピークアンプ７とノード９の間に設けられている。なお、コンデンサＣ４３及びコイルＬ３３は、ピークアンプ７となるＮＰＮ型トランジスタＢＪＴ２のコレクタに接続されている。
【００３４】
整合回路１０は、コンデンサＣ４４と、コンデンサＣ３８を有している。コンデンサＣ４４は、ノード９と接地端子（グランド）の間に設けられている。コンデンサＣ３８は、ノード９とポートＰ３６（ポート１１）の間に設けられている。
【００３５】
整合回路１２は、コンデンサＣ３４と、コイルＬ３１と、コンデンサＣ３５を有している。コンデンサＣ３４は、ノード３に接続されている。コイルＬ３１は、コンデンサＣ３４と接地端子（グランド）の間に設けられている。コンデンサＣ３５は、コンデンサＣ３４とメインアンプ１３の間に設けられている。なお、コンデンサＣ３５は、メインアンプ１３となるＮＰＮ型トランジスタＢＪＴ３のベースに接続されている。
【００３６】
整合回路１４は、伝送線路ＴＬ９と、コンデンサＣ４７と、コンデンサＣ４６と、コイルＬ３４を有している。伝送線路ＴＬ９は、ポートＰ３９とメインアンプ１３の間に設けられている。なお、伝送線路ＴＬ９は、メインアンプ１３となるＮＰＮ型トランジスタＢＪＴ３のコレクタに接続されている。コンデンサＣ４７は、伝送線路ＴＬ９と接地端子（グランド）の間に設けられている。伝送線路ＴＬ９とコンデンサＣ４７が、バイアス供給ラインを構成している。コンデンサＣ４６は、メインアンプ１３と接地端子（グランド）の間に設けられている。コイルＬ３４は、メインアンプ１３とノード９の間に設けられている。なお、コンデンサＣ４６及びコイルＬ３４は、メインアンプ１３となるＮＰＮ型トランジスタＢＪＴ３のコレクタに接続されている。
【００３７】
電圧制御回路１５は、整合回路４のコンデンサＣ３３とプリアンプ５の間のノードに抵抗Ｒ３を介して接続されている。また、電圧制御回路１５は、整合回路６のコンデンサＣ３７とピークアンプ７の間のノードに抵抗Ｒ１を介して接続されている。更に、電圧制御回路１５は、整合回路１２のコンデンサＣ３５とメインアンプ１３の間のノードに抵抗Ｒ２を介して接続されている。なお、電圧制御回路１５は、ポートＰ４０、ポートＰ４１に接続されており、各々のポートからの出力信号に応じて、バイアスするアンプを決定する。
【００３８】
図７に示す回路構成例から明らかなように、本発明の小型電力増幅器では、信号経路中に切替用のスイッチ素子を含まない。本発明の小型電力増幅器では、出力電力に応じてアンプ段数が異なる経路を切り替える。
【００３９】
なお、図７に示す回路構成例は、本発明を理解し易くするために示した一例に過ぎず、実際には、この回路構成例に限定されない。
【００４０】
図８に、本発明における整合回路の回路構成例を示す。
図８では、整合回路に含まれる、「Ｔ型回路」、「Π型回路」、「２素子の回路」の各々の回路図を個別に示している。各々の回路の説明における素子、ポート、ノードは互いに独立である。Ｔ型回路では、第１のポートと第２のポートの間に第１の素子及び第２の素子が設けられ、第１の素子と第２の素子の間のノードと接地端子（グランド）の間に第３の素子が設けられている。Π型回路では、第１のポートと第２のポートの間に第１の素子が設けられ、第１のポートと第１の素子の間のノードと接地端子（グランド）の間に第２の素子が設けられ、第１の素子と第２のポートの間のノードと接地端子（グランド）の間に第３の素子が設けられている。２素子の回路では、第１のポートと第２のポートの間に第１の素子が設けられ、第１のポートと第１の素子の間のノード、又は、第１の素子と第２のポートの間のノードと、接地端子（グランド）の間に第２の素子が設けられている。なお、ここで使用されている各々の素子は、コイル又はコンデンサのいずれかである。
【００４１】
図８では、その他にも、「バイアス供給ライン」、「直列共振」、「並列共振」、「伝送線路」の各々の回路図を個別に示している。各々の回路の説明における素子、ポート、ノードは互いに独立である。バイアス供給ラインは、第１のポートと第２のポートの間のノードに伝送線路が接続されている。伝送線路と第１の接地端子（グランド）の間にコンデンサが設けられ、伝送線路と第２の接地端子（グランド）の間にコイルが設けられている。直列共振は、第１のポートにコイルが接続され、コイルにコンデンサが接続され、コンデンサに第２のポートが接続されている。並列共振は、第１のポートと第２のポートの間に、コイルとコンデンサが並列に設けられている。伝送線路は、第１のポートと第２のポートの間に設けられている。
【００４２】
本発明の小型電力増幅器に含まれる整合回路では、図８に示される回路を、所望のインピーダンス変換を行うように、適当に組み合わせている。すなわち、本発明において使用される回路は、図８に示す各回路にて置き換えることが可能である。また、図７に示すように、整合回路６、整合回路８、及び整合回路１４は、アンプのバイアス供給ラインを含むように構成している。
【００４３】
以下に、バイアス時の動作の詳細について説明する。
低出力電力時に高効率な動作状態（低出力モード）と高出力時に高効率な動作状態（高出力モード）の切り替えは、外部の制御信号を受け取った電圧制御回路１５によりＲＦ信号を通過させたい経路に応じてプリアンプ５とピークアンプ７、又はメインアンプ１３のバイアスを切り替える。すなわち、高出力モード時はＲＦ信号が第１経路を通過するようプリアンプ５とピークアンプ７をバイアスし、メインアンプ１３をバイアスしない。逆に、低出力モード時はＲＦ信号が第２経路を通過するようメインアンプ１３をバイアスし、プリアンプ５とピークアンプ７をバイアスしない。このとき、ＲＦ信号が第１経路を通るときの利得は、プリアンプ５と整合回路４、整合回路６を調整することで第２経路を通るときと同じ利得とすることができる。図９は第１経路、第２経路を通るときの利得と効率を模式的に示したものである。
【００４４】
本実施形態では、第１経路の利得をプリアンプ５と整合回路４，６により調整可能であるため、動作モード（経路）切り替え時の利得変動がなくなり、出力電力に応じてアンプを切り替えても利得を一定に保てる。
【００４５】
以下に本発明の第２実施形態について説明する。
本発明の第１実施形態においては、第１経路のピークアンプ７は高出力時に高効率となるように出力負荷が設計されており、第２経路のメインアンプ１３は低出力時に高効率となるように出力負荷が設計されている。
このとき、逆に、第１経路を低出力時に高効率、第２経路を高出力時に高効率となるよう負荷を設計することで、低出力モードに第１経路、高出力時に第２経路を使用する。この構成では低出力モードの経路がプリアンプ５とピークアンプ７の２段構成となるため、低出力モードの利得が低い場合に利得を調整できるようになる。
【００４６】
以下に本発明の第３実施形態について説明する。
本発明の第１，第２実施形態においては、第１経路にプリアンプ５とピークアンプ７が設けられ、第２経路にメインアンプ１３が設けられているが、これらの各アンプは夫々複数設けられていても良い。このとき、第１経路に設けられるアンプの数が第２経路に設けられるアンプの数より多くなるようにする。
【００４７】
以上のように、本発明の小型電力増幅器は、ＲＦ電力増幅器において出力電力に応じて高効率で動作する出力電力切り替え機能を実現する。また、低出力時のアンプと高出力時のアンプを２つの経路で構成する際、片方の経路に２段構成のアンプを用い、もう片方の経路に１段のアンプを用いる。２段構成にした経路の利得を、もう片方のアンプが１段の経路の利得と同一になるよう調整できることにより、動作モード（経路）切り替え時の利得変動がなくなる。
【００４８】
なお、ここでは、本発明の特徴を把握し易くするために、アンプ構成を２段構成にした経路と１段構成にした経路を例に説明したが、実際には、このような例に限定されない。アンプ構成を２段以上の多段構成にした経路を用いることも可能であり、一方の経路のアンプの数が、他方の経路のアンプの数よりも多ければ良い。このとき、電圧制御回路は、各々の経路の利得が同一になるように、いずれか一方の経路にあるアンプをバイアスする。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、第三世代携帯電話における移動体端末からの送信電力強度の確率分布を概念的に示した図である。
【図２】図２は、電力増幅器の出力電力に対する利得と電力負荷効率の相関が負荷インピーダンスに依存する例を示した図である。
【図３】図３は、Ｄｏｈｅｒｔｙ  Ａｍｐの一般的な応用例を示した図である。
【図４】図４は、従来技術１の増幅器の回路のブロック図である。
【図５】図５は、従来技術２の増幅器の回路のブロック図である。
【図６】図６は、本発明による増幅器の回路のブロック図である。
【図７】図７は、本発明による増幅器の回路の詳細図である。
【図８】図８は、整合回路の構成例を示す図である。
【図９】図９は、本発明による増幅器の、出力電力に対する利得と電力負荷効率の特性例である。
【符号の説明】
【００５０】
１，１１…  ポート
３，９…  ノード
２，４，６，８，１０，１２，１４…  整合回路
５…  プリアンプ
７…  ピークアンプ
１３…  メインアンプ
１５…  電圧制御回路
１００，２００…  ポート
１３０，１８０…  ノード
１１０…  ドライバアンプ
１２０，１４０，１６０，１９０…  インピーダンスマッチングネットワーク
１５０…  ピークアンプ
１７０…  λ／４インピーダンス変換ネットワーク
２５０…  電圧制御回路
【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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