(57)【要約】【課題】  バイアス回路の電流増加と、増幅素子の入力が大きいときの出力電力の低下とを抑制しながら、バイアス電圧を低くし、かつ、環境温度又は電圧変動によるバイアス電流の変化が小さいバイアス回路を提供する。【解決手段】  バイアス回路６０は、増幅素子用バイアス端子４と接続されたエミッタと、バイアス回路用電圧供給端子１１に接続されたコレクタとを有するバイポーラトランジスタ１と、トランジスタ１のベースに接続されたコレクタと、接地に接続されるエミッタとを有するバイポーラトランジスタ３と、トランジスタ１のベースに接続されたアノードと、トランジスタ３のベースと接続されたカソードとを有するダイオード２と、トランジスタ１のベースと、バイアス回路用電圧供給端子１１との間に接続された抵抗５とを含む。【選択図】        図１
2008160505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅素子にバイアスを与えるバイアス回路において、
増幅素子用バイアス端子と、
バイアス回路用電圧供給端子と、
前記増幅素子用バイアス端子と接続されたエミッタと、前記バイアス回路用電圧供給端子に接続されたコレクタとを有する第１のバイポーラトランジスタと、
前記第１のバイポーラトランジスタのベースに接続されたコレクタと、接地に接続されるエミッタとを有する第２のバイポーラトランジスタと、
前記第１のバイポーラトランジスタのベースに接続されたアノードと、前記第２のバイポーラトランジスタのベースと接続されたカソードとを有するダイオードと、
前記第１のバイポーラトランジスタのベースと、前記バイアス回路用電圧供給端子との間に接続された第１の抵抗とを含む、バイアス回路。
【請求項２】
前記ダイオードのオン電圧は前記第１および第２のバイポーラトランジスタのエミッタ−ベース接合のオン電圧よりも小さく選ばれている、請求項１に記載のバイアス回路。
【請求項３】
前記ダイオードは、前記第１のバイポーラトランジスタのベースと、前記第２のバイポーラトランジスタのベースとの間に接続された第３のバイポーラトランジスタのｐｎ接合により形成されるｐｎ接合ダイオードを含む、請求項１又は請求項２に記載のバイアス回路。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のバイアス回路と、
前記バイアス回路の前記増幅素子用バイアス端子に接続された入力を有する増幅素子とを含む、増幅器。
【請求項５】
前記増幅素子は、前記増幅素子用バイアス端子に接続された入力を有するバイポーラトランジスタを含む、請求項４に記載の増幅器。
【請求項６】
第１の増幅器を含む複数の増幅器を含み、前記第１の増幅器が、請求項４又は請求項５に記載の増幅器である、増幅器。
【請求項７】
前記複数の増幅器は、共通に接続されたバイアス回路用電圧供給端子を有する、請求項６に記載の増幅器。
【請求項８】
キャリア増幅器とピーク増幅器とを含むドハティ増幅器であって、前記ピーク増幅器は請求項４に記載の増幅器を含む、増幅器。
【請求項９】
請求項４〜請求項８のいずれかに記載の増幅器を用いることを特徴とする、通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅素子にバイアスを供給するバイアス回路に関し、特に、携帯情報端末等に用いられ、増幅素子を高効率で動作するようにバイアスを供給するバイアス回路、それを用いた増幅器、及びこの増幅器を備える通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ＬＡＮシステムや携帯電話等の携帯情報端末では、システムの小型化、低コスト化及び低消費電力化が要求される。特にシステムの中で消費電力の大きい増幅器に関しては高効率動作による低消費電力化が重要である。
【０００３】
増幅器を動作させるためには増幅素子にバイアスを供給する必要がある。携帯情報端末等に用いられる増幅器では、バッテリ等から供給される電源電圧を直接増幅素子に与えるのではなく、バイアス回路を用いることで増幅素子に必要な所望の値となるようにバイアスが印加される構成をとることが一般的である。
【０００４】
図１１は従来のバイアス回路の一例である温度補償機能を有するバイアス回路２００の主要部分の構成を示す概略回路図である。図１１を参照して、このバイアス回路２００は、バイアス回路用のバイポーラトランジスタ１０１，１０２及び１０３と、バイポーラトランジスタ１０１のエミッタに接続され、バイアスの制御を必要とする、図示しない増幅素子にバイアスを供給するための増幅素子用バイアス端子１０４と、バイアス回路２００に電圧を供給するバイアス回路用電圧供給端子１１１とを含む。
【０００５】
バイポーラトランジスタ１０１及び１０２のコレクタはともにバイアス回路用電圧供給端子１１１に接続されている。バイポーラトランジスタ１０１及び１０２のベースはともにバイポーラトランジスタ１０３のコレクタに接続されている。バイポーラトランジスタ１０３のエミッタは接地されている。
【０００６】
バイアス回路２００はさらに、バイアス回路用電圧供給端子１１１とバイポーラトランジスタ１０３のコレクタとの間に接続された抵抗１０５と、バイポーラトランジスタ１０２のエミッタと接地電位との間に接続された抵抗１０７と、バイポーラトランジスタ１０１のエミッタと接地電位との間に接続された抵抗１０６とを含む。バイポーラトランジスタ１０３のベースはバイポーラトランジスタ１０２のエミッタに接続される。
【０００７】
このような主要部分をもとに構成され、増幅素子にバイアスを与えるバイアス回路２００に関する技術が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００８】
図１２は従来のバイアス回路の他の一例である、温度補償機能を有するバイアス回路２１０の主要部分の構成を示す概略回路図である。図１２を参照して、バイアス回路２１０は、図１１と同様のバイアス回路用電圧供給端子１１１、抵抗１０５、増幅素子用バイアス端子１０４、バイポーラトランジスタ１０１、及び抵抗１０６を含む。
【０００９】
バイアス回路２１０はさらに、バイポーラトランジスタ１０１のベースにベース及びコレクタがともに接続されたバイポーラトランジスタ２２２と、バイポーラトランジスタ２２２のエミッタにベース及びコレクタがともに接続され、エミッタが接地されたバイポーラトランジスタ２２４とを含む。トランジスタ２２２及び２２４はいずれも、ベースとコレクタとが接続されることによってベース−エミッタ間接合よりなるダイオードとして機能しており、二つのダイオードの直列接続を構成している。
【００１０】
このような主要部分をもとに構成され、増幅素子にバイアスを与えるバイアス回路２１０に関する技術が、例えば特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特許第３５３２８３４号
【特許文献２】特許第３６８６３２７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
増幅器を高効率で動作させるには、増幅素子を流れるバイアス電流を小さくした、いわゆるＢ級又はＣ級バイアスで増幅器を動作させることが効果的であることが知られている。しかし、多段構成の増幅器及びドハティ増幅器等の、複数の増幅素子を含む増幅器では、効率だけでなく利得及び線形性の向上も重視される。そのためそうした増幅器では、増幅素子を流れるバイアス電流をある程度大きくした、いわゆるＡ級又はＡＢ級バイアスで動作させる必要のある増幅素子と、効率を重視したＢ級又はＣ級バイアスで動作させる増幅素子とをともに含むことが一般的である。
【００１２】
上記従来技術によるバイアス回路では、バイアス回路用電圧供給端子に供給される電圧を下げることによって増幅素子をＢ級又はＣ級バイアスで動作させることができる。しかしこの方法では、多段構成の増幅器及びドハティ増幅器等、複数の増幅器を含む増幅器で、Ｂ級又はＣ級バイアスで動作させる増幅器と、Ａ級又はＡＢ級バイアスで動作させる増幅器が同時に存在する場合、複数のバイアス回路用電圧源が必要となるという問題がある。そうした場合、システムが大型化・高コスト化してしまう。
【００１３】
また、本発明の発明者が回路シミュレータを用いて上記従来技術によるバイアス回路の動作を検証した結果、次のような結果を得た。上記従来技術によるバイアス回路で、増幅素子をＢ級又はＣ級バイアスで動作させるための一つの方法に、単純にバイアス回路に印加される電圧を下げるという方法がある。しかしそのような方法によれば、環境温度の変動又はバイアス回路に印加される電圧の変動による、増幅素子を流れるバイアス電流の変化量が大きくなり、増幅器の特性が大きく変化してしまうという問題が発生してしまう。
【００１４】
また、上記従来技術によるバイアス回路を用い、バイアス回路用電圧供給端子に供給される電圧を下げることなく増幅素子をＢ級又はＣ級バイアスにて動作させる方法としては、バイアス回路内の抵抗１０６を小さくするという方法も考えられる。この方法は、抵抗を小さくし抵抗１０６に流れる電流によって発生する電位降下を小さくすることによって、増幅素子用バイアス端子１０４に発生する電圧をＢ級又はＣ級バイアスまで低下させるという方法である。しかし、発明者が回路シミュレータを用いて検証した結果、この方法では、バイアス回路に流れる電流が大幅に増加するため、消費電力が増大するという問題が生じる。さらに、環境温度の変動及びバイアス回路に印加される電圧の変動による、増幅素子を流れるバイアス電流の変化量が大きくなり、増幅器の特性が大きく変化してしまうという問題が発生することが確認された。
【００１５】
こうした問題を解決するために、バイアス回路用電圧供給端子１１１に接続されているバイアス回路内の抵抗１０５を大きくするという方法が考えられる。この方法は、抵抗１０５の値を大きくし、抵抗１０５を流れる電流によって発生する電位降下を大きくすることによって、増幅素子用バイアス端子１０４に発生する電圧をＢ級又はＣ級バイアスまで低下させるという方法である。しかし、発明者が回路シミュレータを用いて検証した結果、この場合にも以下のような問題が生じることが確認できた。増幅素子に入力される信号が大きくなりバイアス回路に流れる電流が増加すると、それに伴って抵抗での電位降下も増加する。そのため、増幅素子用バイアス端子１０４に発生する電圧、すなわち、図示しない増幅素子に印加されるバイアス電圧が大きく低下してしまう。その結果、増幅器は所望の電力を出力できなくなる。また、環境温度の変動及びバイアス回路に印加される電圧の変動による、増幅素子を流れるバイアス電流の変化量が大きくなり、増幅器の特性が大きく変化してしまうという問題が発生する。
【００１６】
本発明は、上記のような従来のバイアス回路における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、バイアス回路に流れる電流の増加を抑制し、増幅素子に入力される信号が大きくなった際に生じる出力電力の低下の抑制を行ないつつ、増幅素子用バイアス端子におけるバイアス電圧を低くすることができ、さらに、環境温度の変動又はバイアス回路に印加される電圧の変動による、増幅素子を流れるバイアス電流の変化量を小さくすることのできるバイアス回路を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、当該バイアス回路を用いることによって、環境温度やバイアス回路に印加される電圧の変動に伴う特性の変動を小さくすることができ、小型化・低コスト化が可能となる増幅器及び当該増幅器を用いた通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の局面に係るバイアス回路は、増幅素子にバイアスを与えるバイアス回路において、増幅素子用バイアス端子と、バイアス回路用電圧供給端子と、増幅素子用バイアス端子と接続されたエミッタと、バイアス回路用電圧供給端子に接続されたコレクタとを有する第１のバイポーラトランジスタと、第１のバイポーラトランジスタのベースに接続されたコレクタと、接地に接続されるエミッタとを有する第２のバイポーラトランジスタと、第１のバイポーラトランジスタのベースに接続されたアノードと、第２のバイポーラトランジスタのベースと接続されたカソードとを有するダイオードと、第１のバイポーラトランジスタのベースと、バイアス回路用電圧供給端子との間に接続された第１の抵抗とを含む。
【００１９】
このバイアス回路によれば、増幅素子用バイアス端子の電圧が低くなるように設計しても、バイアス回路に流れる電流の増加を抑制することができる。また、増幅素子に入力される信号が大きくなった際に生じる出力電力の低下を抑制することができる。さらに、環境温度の変動及びバイアス回路に印加される電圧の変動による、増幅素子を流れるバイアス電流の変化量を小さくすることができる。その結果、バイアス回路に流れる電流の増加の抑制、および、増幅素子に入力される信号が大きくなった際に生じる出力電力の低下の抑制を行ないつつ増幅素子用バイアス端子におけるバイアス電圧を低くすることができるとともに、環境温度やバイアス回路に印加される電圧の変動による、増幅素子を流れるバイアス電流の変化量を小さくすることのできるバイアス回路を提供することができる。
【００２０】
ダイオードのオン電圧は第１および第２のバイポーラトランジスタのエミッタ−ベース接合のオン電圧よりも小さく選ばれていてもよい。
【００２１】
こうすることにより、環境温度又はバイアス回路に印加される電圧の変動による、増幅素子を流れるバイアス電流の変化量を小さくすることができる。
【００２２】
ダイオードは、第１のバイポーラトランジスタのベースと、第２のバイポーラトランジスタのベースとの間に接続された第３のバイポーラトランジスタのｐｎ接合により形成されるｐｎ接合ダイオードを含んでもよい。
【００２３】
このように、ダイオードをバイポーラトランジスタで実現することにより、第１及び第２のバイポーラトランジスタと同じプロセスでダイオードを作製できる。そのため、システムの小型化・低コスト化が可能となる点で望ましい。
【００２４】
本発明の第２の局面に係る増幅器は、上記したいずれかのバイアス回路と、このバイアス回路の増幅素子用バイアス端子に接続された入力を有する増幅素子とを含む。
【００２５】
この増幅器によれば、上記バイアス回路を備えるため、環境温度の変動及びバイアス回路に印加される電圧の変動に伴う特性の変動の小さい増幅器を得ることが可能となる。
【００２６】
増幅素子は、増幅素子用バイアス端子に接続された入力を有するバイポーラトランジスタを含んでもよい。
【００２７】
本発明の第３の局面に係る増幅器は、第１の増幅器を含む複数の増幅器を含み、第１の増幅器は、上記したいずれかの増幅器である。
【００２８】
この増幅器においては、複数の増幅器は、共通に接続されたバイアス回路用電圧供給端子を有してもよい。
【００２９】
第１の増幅器が上記した増幅器であるため、第１の増幅器の増幅素子に印加するバイアス電圧を変化させても、第１の増幅器では、環境温度の変動及びバイアス回路に印加される電圧の変動に伴う特性の変動を小さくすることができる。その結果、複数の増幅器の増幅素子に印加するバイアス電圧が異なっていても、これらの増幅器のバイアス回路用電圧供給端子に共通のバイアス電圧を印加することができる。したがって、バイアス回路用電圧源を複数の増幅器のために別個に設ける必要がなく、増幅器を小型化し、低コスト化することができる。
【００３０】
本発明の第４の局面に係る増幅器は、キャリア増幅器とピーク増幅器とを含むドハティ増幅器であって、ピーク増幅器は、上記した第２の局面に係る増幅器を含む。
【００３１】
このピーク増幅器によって、環境温度の変動及びバイアス回路に印加される電圧の変動に伴う特性の変動を小さくできる。また、キャリア増幅器をＡＢ級バイアスで動作させる場合であっても、そのためのバイアス回路用電圧源と同じバイアス回路用電圧源を用いて、ピーク増幅器を動作させることができる。そのため、バイアス回路用電圧源を複数設ける必要がなく、増幅器の小型化、低コスト化が実現できる効果がある。
【００３２】
本発明の第５の局面に係る通信装置は、上記したいずれかの増幅器を用いることを特徴とする。
【００３３】
通信装置は、上記増幅器を備えるため、環境温度の変動及びバイアス回路に印加される電圧の変動に伴う特性の変動の小さい通信装置を提供することができる。また、増幅素子に印加するバイアス電圧が異なる複数の増幅器を含む通信装置であっても、バイアス回路用電圧源を必要最小限の数に抑えることができるため、通信装置の小型化、低コスト化、および低消費電力化が可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
以上のように本発明によれば、バイアス回路に流れる電流の増加の抑制、および、増幅素子に入力される信号が大きくなった際に生じる出力電力の低下の抑制を行ないつつ増幅素子用バイアス端子におけるバイアス電圧を低くすることができるとともに、環境温度やバイアス回路に印加される電圧の変動による、増幅素子を流れるバイアス電流の変化量を小さくすることのできるバイアス回路を提供することができる。
【００３５】
また、本発明によれば、環境温度の変動及びバイアス回路に印加される電圧の変動に伴う特性の変動の小さい増幅器を得ることが可能となる。また、複数の増幅器を含む増幅器において、それらの増幅素子に印加するバイアス電圧が異なっていてもこれらの増幅器に共通のバイアス電圧を印加することができる。したがって、バイアス回路用電圧源を別個に設ける必要がなく、増幅器を小型化し、低コスト化することができる。
【００３６】
さらに、本発明に係る通信装置によれば、環境温度の変動及びバイアス回路に印加される電圧の変動に伴う特性の変動を小さくすることができる。さらに、バイアス電圧が異なる複数の増幅器を含む場合でも、バイアス回路用電圧源を必要最小限の数に抑えることができるため、通信装置の小型化、低コスト化、および低消費電力化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付す。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００３８】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係るバイアス回路６０の構成を示す回路図である。図１を参照して、バイアス回路６０は、バイアス回路用のバイポーラトランジスタ１と、バイポーラトランジスタ１のエミッタと接地電位との間にこの順で直列に接続された抵抗７及び６と、抵抗７及び６の接続点に接続され、バイアスの制御を必要とする図示しない増幅素子にバイアスを供給する増幅素子用バイアス端子４と、バイアス回路に電圧を供給するバイアス回路用電圧供給端子１１と、バイポーラトランジスタ１のコレクタとバイアス回路用電圧供給端子１１との間に接続された抵抗８とを含む。
【００３９】
バイアス回路６０はさらに、バイアス回路用電圧供給端子１１とバイポーラトランジスタ１のベースとの間に接続された抵抗５と、バイポーラトランジスタ１のベースにコレクタが接続され、エミッタが接地されたバイポーラトランジスタ３と、バイポーラトランジスタ１のベースにエミッタ及びベースが、バイポーラトランジスタ３のベースにコレクタが、それぞれ接続されたバイポーラトランジスタ２とを含む。
【００４０】
トランジスタ２は、そのエミッタとベースとが接続されることによって、ベース−コレクタ間接合よりなるダイオードとして機能している。ここでは、バイポーラトランジスタ２のエミッタ及びベースがアノード、コレクタがカソードとなる。
【００４１】
バイアス端子４に発生するバイアス電圧は抵抗６及び７の値によって規定される。バイアス端子４に発生するバイアス電圧の値によっては抵抗７を必要としないこともある。また、本実施の形態は、トランジスタ同士の接続、トランジスタとダイオードの接続、及びトランジスタと接地電位との接続については、抵抗を介さずに直接接続されるよう構成されているが、これらの接続においては、必要に応じて抵抗を介するようにしてもよい。
【００４２】
本実施の形態に係るバイアス回路６０において、バイポーラトランジスタ１〜３はＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ等のＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）である。
【００４３】
図２は、上のように構成された本第１の実施の形態に係るバイアス回路６０と、比較例１として従来技術の主要部分をもとに構成された図３に示すような従来技術に相当するバイアス回路６２とについて、バイアス端子４におけるバイアス電圧とバイアス回路に流れる電流との関係を比較した結果である。
【００４４】
最初に、図３に示す比較例のバイアス回路６２の構成について説明する。バイアス回路６２がバイアス回路６０と異なるのは、バイアス回路６０のバイポーラトランジスタ２に代えて、コレクタがバイポーラトランジスタ１のコレクタに、ベースがバイポーラトランジスタ１のベース及び抵抗５に、それぞれ接続されたバイポーラトランジスタ７０と、バイポーラトランジスタ７０のエミッタと接地電位との間に接続された抵抗９とを含むことと、バイポーラトランジスタ３のベースがバイポーラトランジスタ７０のエミッタに接続されていることとである。さらに、図１の抵抗６に代えて、抵抗５０を含んでいる点でもバイアス回路６２はバイアス回路６０と異なっている。
【００４５】
これらのバイアス回路６０及び６２では、抵抗５、７及び８は同じ値を用い、バイアス回路用電圧供給端子１１への電圧が２．８Ｖで一定のとき、バイアス端子４におけるバイアス電圧が環境温度２５℃において同じ値となるように抵抗６、９及び５０の値を調整している。
【００４６】
図２において、横軸は増幅素子用バイアス端子４におけるバイアス電圧（Ｖ）を示し（左方向が正）、縦軸はバイアス回路６０及び６２にそれぞれ流れる電流の大きさ（ｍＡ）（上方向が正）を示す。図２には、例として増幅素子用バイアス端子４におけるバイアス電圧を１．２９Ｖ、及び、０．９５Ｖの２種類としてバイアス回路を設計した場合に関して比較した結果を示している。
【００４７】
図２に示すように、バイアス端子４におけるバイアス電圧が１．２９Ｖから０．９５Ｖとなるように設計を変更した場合、比較例１によるバイアス回路６２では、バイアス回路に流れる電流が約３．４倍に増加している。これに対して、本実施の形態によるバイアス回路６０では、電流の増加量は約１．４倍と、その増加の割合が小さくなっている。その結果、本実施の形態に係るバイアス回路６０では、比較例１の半分以下の電流で同じバイアス電圧を実現することができる。
【００４８】
このように、本実施の形態によるバイアス回路６０によれば、バイアス回路用電圧供給端子１１に供給される電圧を変えることなく増幅素子に接続されるバイアス端子４におけるバイアス電圧を低くする設計を行なった場合であっても、バイアス回路６０に流れる電流の増加量を小さくすることができるという効果がある。
【００４９】
なお、本実施の形態では、バイアス回路用のバイポーラトランジスタとしてＧａＡｓ  ＨＢＴを用いたが、Ｓｉバイポーラトランジスタ、ＳｉＧｅ  ＨＢＴ、ＩｎＰ  ＨＢＴ等、他のバイポーラトランジスタを用いてもよい。
【００５０】
また、上記実施の形態ではバイポーラトランジスタ２のベース−コレクタ接合によるｐｎ接合ダイオードをバイポーラトランジスタ３のベースとバイポーラトランジスタ１のベースとの間に接続した。しかし本発明はそのような実施の形態に限定されるわけではない。エミッタ−ベース接合によるｐｎ接合ダイオード及びショットキーダイオード等の他のダイオードをバイポーラトランジスタ３のベース及びバイポーラトランジスタ１のベースの間に接続しても、本実施の形態と同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００５１】
なお、このとき、ダイオードのオン電圧はバイポーラトランジスタのエミッタ−ベース接合のオン電圧よりも小さいことが望ましい。そうすることによって、環境温度やバイアス回路に印加される電圧の変動による、増幅素子を流れるバイアス電流の変化量を小さくすることができる。とくに、第１の実施の形態におけるように、ダイオードがバイポーラトランジスタ２のベース−コレクタ接合によって構成される場合には、バイポーラトランジスタ１及び３と同じプロセスにて作製できることからシステムの小型化・低コスト化が可能となる点で望ましい。
【００５２】
［第２の実施の形態］
図４は本発明の第２の実施の形態に係る増幅器６４の構成を示す回路ブロック図である。図４を参照して、増幅器６４は、バイポーラトランジスタからなる増幅素子２１と、増幅される信号が入力される入力端子２２と、増幅素子２１により増幅された信号が出力される出力端子２３と、入力端子２２と増幅素子２１のベースとの間に接続された入力整合回路２４と、増幅素子２１のコレクタと出力端子２３との間に接続された出力整合回路２５と、増幅素子２１の出力側電源回路２６と、増幅素子２１のベースに接続され、増幅素子２１に対し所定のバイアスを与える入力側バイアス回路３０とを含む。
【００５３】
バイアス回路３０は第１の実施の形態で示したバイアス回路６０（図１参照）の主要部分を用いて構成される。バイアス回路３０は、図１に示すバイアス回路６０とほぼ同じであるが、バイアス回路６０と異なり、抵抗６は含まない。形としては、図１に示す増幅素子用バイアス端子４を増幅素子２１のベースに接続することにより、増幅素子２１のバイアスがトランジスタ１のエミッタ電流によって供給される。トランジスタ１のベースはキャパシタ１２を介して接地されている。この構成により、バイアス回路３０は歪補償機能を有することとなり、増幅器の線形性を向上させることができる。
【００５４】
本実施の形態において、バイポーラトランジスタ１〜３及び増幅素子２１はＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ等のＧａＡｓ  ＨＢＴである。
【００５５】
図５は、上のように構成された本第２の実施の形態の増幅器と、比較例２として、図４に示すバイアス回路３０に代えて、図６に示す、比較例１に相当するバイアス回路４０を設けた増幅器６６とに関して、入力電力と出力電力との関係を比較した結果を示す。図５において、横軸は増幅回路への入力電力を示し、縦軸は増幅回路の出力電力を示す。
【００５６】
図６を参照して、増幅器６６に含まれるバイアス回路４０の構成を説明する。図６において、図４と同一の部品には同一の参照番号を付してある。バイアス回路４０は、図３に示すバイアス回路６２と比較して、抵抗５０を含まず、増幅素子用バイアス端子４が直接増幅素子２１のベースに接続されている点と、バイポーラトランジスタ１及び７０のベースがともにキャパシタ１２を介して接地されている点とにおいて異なっている。また、図４に示す抵抗５に代えて、抵抗５２を含む点でも異なっている。抵抗５２と抵抗５との抵抗値は、同じ場合もあるし、異なる場合もありうる。
【００５７】
ここで、これらの増幅器６４及び６６では、抵抗５、９及び５２以外は同じ構成とし、電圧供給端子が２．８Ｖのとき、環境温度２５℃において増幅素子に印加されるバイアス電圧がどちらの増幅器においても０．９５Ｖとなるようにバイアス回路内の抵抗５、９及び５２の値が設計されている。ここでは、抵抗５２の抵抗値として２００ｋΩを、抵抗５の抵抗値として２５０Ωを、それぞれ用いている。
【００５８】
図５に示すように、比較例２に係る増幅器６６と比較して、本実施の形態に係る増幅器６４では、大信号動作時に、より高い出力電力が得られていることがわかる。同じ出力整合回路２５を用いているにもかかわらずこのように出力電力に差が出る理由は以下のとおりである。すなわち、比較例２では抵抗５２に２００ｋΩという大きな値を用いる。そのため、出力電力の増大に伴ってバイアス回路６６に流れる電流が増加した時に、抵抗５２での電位降下が大きく増加する。その結果、増幅素子２１のバイアス電圧が大きく低下する。一方、本実施の形態に係る増幅器６４では、抵抗５には２５０Ωという比較的小さい抵抗を用いている。そのため、抵抗５による電圧低下が小さく、比較例２にみられたような出力電力の低下が抑制されている。
【００５９】
図７及び図８は、上記の本第２の実施の形態に係る増幅器６４と、比較例２の増幅器６６とについて、環境温度及びバイアス回路用電圧供給端子１１における電圧が変動した場合に、増幅素子２１を流れるバイアス電流がどの程度変化するかを比較した結果を示すグラフである。図７において、横軸は環境温度（℃）を、縦軸はバイアス電流（Ａ）の対数値を、それぞれ示す。図８における横軸は、バイアス回路用電圧供給端子１１における電圧（Ｖ）を、縦軸はバイアス電流（Ａ）の対数値を、それぞれ示す。
【００６０】
図７及び図８に示すように、比較例２と比較して、本実施の形態に係る増幅器６４では、環境温度の変動、又はバイアス回路に印加される電圧の変動による、増幅素子２１を流れるバイアス電流の変化が小さくなっていることがわかる。
【００６１】
このように、本実施の形態によれば、低いバイアス電圧で動作する増幅素子を用いた増幅器において、大信号動作時に生じる出力電力の低下を抑制できる効果がある。また、環境温度の変動及びバイアス電圧供給端子の電圧の変動による、増幅素子を流れるバイアス電流の変化をより抑制することができ、環境温度の変動及びバイアス電圧供給端子の電圧の変動に伴う増幅器の特性の変動を小さくできる。
【００６２】
なお、本実施の形態では、増幅素子としてＧａＡｓ  ＨＢＴを用いたが、Ｓｉバイポーラトランジスタ、ＳｉＧｅ  ＨＢＴ、ＩｎＰ  ＨＢＴ等、他のバイポーラトランジスタを用いてもよい。
【００６３】
また、上記実施の形態では増幅素子としてバイポーラトランジスタを用いているが、増幅素子は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であってもよい。しかし、増幅素子がバイポーラトランジスタである場合には、本実施の形態で示したように、バイアス供給端子を抵抗を介して接地しない構成とすることが可能となり、バイアス回路に流れる電流をより小さくできるという点で望ましい実施形態である。
【００６４】
［第３の実施の形態］
図９は本発明の第３の実施の形態に係る、複数の増幅器を含む増幅器６８の構成を示すブロック図である。図９を参照して、増幅器６８は、増幅される信号が入力される入力端子２２と、増幅後の信号が出力される出力端子２３と、入力端子２２と出力端子２３との間に直列に接続されたインピーダンス変換回路２７、増幅器１４及び出力整合回路２５と、入力端子２２と出力整合回路２５との間に、インピーダンス変換回路２７及び増幅器１４と並列となるように、互いに直列に接続された増幅器１５及びインピーダンス変換回路２８とを含む。増幅器６８は、インピーダンス変換回路２７及び２８を介して増幅器１４及び１５が並列に接続されたドハティ増幅器であり、増幅器１４がピーク増幅器、増幅器１５がキャリア増幅器である。
【００６５】
増幅器１５は、バイポーラトランジスタからなる増幅素子３１と、増幅素子３１のベースと入力端子２２との間に接続された入力整合回路３４と、増幅素子３１のベースに入力側のバイアスを供給する入力側のバイアス回路４０と、増幅素子３１のコレクタに接続された出力側電源回路３６とを含む。
【００６６】
増幅器１４は、バイポーラトランジスタからなる増幅素子２１と、インピーダンス変換回路２７と増幅素子２１のベースとの間に接続された入力整合回路２４と、増幅素子２１のベースに接続され、増幅素子２１のベースに入力側のバイアスを供給する入力側のバイアス回路３０と、増幅素子２１のコレクタに接続された出力側電源回路２６とを含む。
【００６７】
増幅器６８はさらに、バイアス回路３０及びバイアス回路４０に電圧を供給するバイアス回路用電圧供給端子１１と、出力側電源回路２６及び出力側電源回路３６に電圧を供給する電源回路用電圧供給端子１３とを含む。
【００６８】
本実施の形態の増幅器６８においては、キャリア増幅器１５の増幅素子の入力側バイアス回路４０には従来技術によるバイアス回路を用いており、増幅素子３１にはＡＢ級バイアスが印加されている。一方、ピーク増幅器１４には本発明の第２の実施の形態で示した増幅器６４と同種のものを用いている、すなわち、増幅素子２１の入力側バイアス回路３０には、本発明の第１の実施の形態で示したバイアス回路６０と同種のものを用いており、増幅素子２１にはＢ級バイアスが印加されている。
【００６９】
入力側バイアス回路３０及び４０の電圧供給端子は共通化され、１つのバイアス回路用電圧供給端子１１に接続されているため、バイアス回路３０及びバイアス回路４０には共通のバイアス電圧が印加されている。出力側電源回路２６及び３６もバイアス回路３０及び４０と同様に１つの電源回路用電圧供給端子１３に接続されており、出力側電源回路２６及び３０に共通の電圧が印加されている。
【００７０】
本実施の形態による増幅器６８によれば、ドハティ増幅器のピーク増幅器１４に本発明の第２の実施の形態に係る増幅器６４と同種のものを用いることによって、環境温度やバイアス回路に印加される電圧の変動に伴う特性の変動の小さい増幅器を提供できる。また、増幅器６８は、ＡＢ級バイアス及びＢ級バイアスという２種類のバイアス条件でそれぞれ動作する増幅器１５及び増幅器１４を含むが、バイアス回路用電圧源を複数設ける必要がない。そのため、増幅器を小型化し、低コスト化することができる。
【００７１】
なお、本実施の形態では、ドハティ増幅器を例として説明したが、ドライバ段と出力段等からなる多段の電力増幅器又は低雑音増幅器等の他の増幅器であっても同様に本実施の形態により実現できるのはもちろんである。
【００７２】
また、上記実施の形態では、バイアス回路３０及び４０の電圧供給端子が接続され１つの供給端子１１に共通化されている。しかし本発明はそのような実施の形態に限定されるわけではない。バイアス回路の電圧供給端子を個別に設け、共通の電圧源から電圧が供給される構成であってもよい。
【００７３】
また、上記実施の形態に係る増幅器６８は、異なる２種類のバイアス条件で動作する２つの増幅器１４及び１５を含む。しかし、本発明はそのような実施の形態には限定されず、３種類以上の異なるバイアス条件で動作する増幅器を含む増幅器に本発明を適用することもできる。
【００７４】
［第４の実施の形態］
図１０は本発明の第４の実施の形態に係る通信装置８０の主要部の構成を示すブロック図である。図１０を参照して、通信装置８０は、アンテナ９１と、アンテナ９１から送信される信号を増幅するための送信用ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部８１と、アンテナ９１により受信された信号を増幅するための受信用ＲＦ部８５と、アンテナ９１により受信され受信用ＲＦ部８５により増幅されたＲＦ信号をＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号に、送信される情報を表すＩＦ信号をアンテナ９１から送信されるＲＦ信号に、それぞれ変換する周波数変換部８８と、受信により得られたＩＦ信号に対する信号処理及び送信すべき情報に対する信号処理をそれぞれ行なうＩＦ／ベースバンド部８９と、送信用ＲＦ部８１の出力及び受信用ＲＦ部８５の入力をアンテナ９１と選択的に接続するためのスイッチ９０とを含む。
【００７５】
通信装置８０には、バイアスが必要な部品に対してバイアスを供給する電圧源となる電源回路及び制御回路（図示せず）が備えられている。
【００７６】
送信用ＲＦ部８１は、ドライバ増幅段８４と、ドライバ増幅段８４の出力の内、所定周波数の信号のみを通過させるフィルタ８３と、フィルタ８３の出力をアンテナ９１からの送信に必要なレベルまで増幅するための多段電力増幅器８２等とを含む。受信用ＲＦ部８５は、アンテナ９１により受信したＲＦ信号を増幅する低雑音増幅器８６と、低雑音増幅器８６の出力信号から所望の周波数のみを通過させるフィルタ８７等とを含む。
【００７７】
本実施の形態に係る通信装置８０において、送信用ＲＦ部８１の多段電力増幅器８２は、本発明の第３の実施の形態で示した増幅器６８（図９参照）を含む。送信用ＲＦ部８１のドライバ増幅段８４には、本発明の第２の実施の形態で示した増幅器６４（図４参照）を用いている。多段電力増幅器８２及びドライバ増幅段８４の増幅器のバイアス回路用電圧端子には、共通のバイアス電圧が印加されている。
【００７８】
本実施の形態では、送信用ＲＦ部８１に、本発明の第２及び第３の実施の形態に係る増幅器を用いている。そのため、環境温度の変動又はバイアス回路に印加される電圧の変動に伴う特性の変動を小さくできる。また、通信装置内に複数のバイアス条件で動作する増幅器が存在しても、バイアス回路用電圧源を必要最小限の数に抑えることが可能となるため、通信装置の小型化、低コスト化が実現できる効果がある。
【００７９】
なお、本実施の形態では、本発明の増幅器を多段電力増幅器及びドライバ増幅段として用いる例を示したが、低雑音増幅器等、他の増幅器に用いても同様に実施できる。
【００８０】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るバイアス回路６０の回路図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るバイアス回路６０と、比較例１のバイアス回路とについて、バイアス回路のバイアス端子４におけるバイアス電圧とバイアス回路に流れる電流との関係を比較した結果を示すグラフである。
【図３】第１の実施の形態に対する比較例のバイアス回路６２の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る増幅器６４の回路ブロック図である。
【図５】第２の実施の形態に係る増幅器６４と比較例２の増幅器６６とについて、入力電力と出力電力との関係を示すグラフである。
【図６】比較例２の増幅器６６の回路ブロック図である。
【図７】第２の実施の形態に係る増幅器６４と比較例２の増幅器６６とにおける、環境温度の変動とバイアス電流（対数）との関係を示すグラフである。
【図８】第２の実施の形態に係る増幅器６４と比較例２の増幅器６６とにおける、バイアス回路用電圧供給端子の電圧とバイアス電流（対数）との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る、複数の増幅器を含む増幅器６８の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る通信装置８０の主要部の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来のバイアス回路の一例である温度補償機能を有するバイアス回路２００の主要部分の構成を示す概略回路図である。
【図１２】従来のバイアス回路の他の一例である、温度補償機能を有するバイアス回路２１０の主要部分の構成を示す概略回路図である。
【符号の説明】
【００８２】
１，２，３，７０，１０１，１０２，１０３  バイポーラトランジスタ
４  増幅素子用バイアス端子
５，６，７，８，９，５０，５２  抵抗
１１  バイアス回路用電圧供給端子
１４，１５，６４，６６，６８  増幅器
２４，３４  入力整合回路
２５  出力整合回路
２６，３６  出力側電源回路
２７，２８  インピーダンス変換回路
３０，４０，６０，６２  バイアス回路
８０  通信装置
８１  送信用ＲＦ部
８２  多段電力増幅器
８３，８７  フィルタ
８４  ドライバ増幅段
８５  受信用ＲＦ部
８６  低雑音増幅器
８８  周波数変換部
８９  ＩＦ／ベースバンド部
９０  スイッチ
９１  アンテナ
【図１】
2008160505.tif 000003
【図２】
2008160505.tif 000004
【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】
2008160505.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008160505.tif 000012
【図１１】
2008160505.tif 000013
【図１２】
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