(57)【要約】【課題】小型化の容易な構成により複数の周波数の信号を選択的に増幅する電力増幅器を提供する。【解決手段】周波数の異なる入力信号をそれぞれ増幅する複数の増幅素子１７，１８を有する電力増幅器であって、直流電源に接続される電源入力端子３０に一端が接続された共通電源供給路３１と、共通電源線３１の他端にそれぞれの一端が接続され、それぞれの他端が各増幅素子１７，１８の主電極に接続された互いに異なるインピーダンスを持つ複数の個別電源供給路３２，３３とにより構成された電源供給回路を有する。【選択図】    図１
2004350225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数の入力信号を受ける第１の入力端子及び該入力信号を増幅した出力信号を出力する第１の出力端子をそれぞれ有する第１の増幅素子と；
第２の周波数の入力信号を受ける第２の入力端子及び該入力信号を増幅した出力信号を出力する第２の出力端子をそれぞれ有する第２の増幅素子と；
直流電源に接続される電源入力端子と；
前記電源入力端子に接続された一端と他端を有する共通電源供給路と；
前記共通電源線の前記他端に接続された一端と、前記第１の出力端子に接続された他端とを有する、第１のインピーダンスを持つ第１の個別電源供給路と；
前記共通電源線の前記他端に接続された一端と、前記第２の出力端子に接続された他端とを有する、第２のインピーダンスを持つ第２の個別電源供給路とを具備する電力増幅器。
【請求項２】
第１の周波数の入力信号を受ける第１の入力端子及び該入力信号を増幅した出力信号を出力する第１の出力端子をそれぞれ有する第１の増幅素子と；
第２の周波数の入力信号を受ける第２の入力端子及び該入力信号を増幅した出力信号を出力する第２の出力端子をそれぞれ有する第２の増幅素子と；
直流電源に接続される電源入力端子と；
前記電源入力端子に接続された一端と他端を有する共通電源供給路と；
前記共通電源線の前記他端に接続された一端と、前記第１の出力端子に接続された他端とを有する、第１のインピーダンスを持つ第１の個別電源供給路と；
前記共通電源線の前記他端に接続された一端と、前記第２の出力端子に接続された他端とを有する、第２のインピーダンスを持つ第２の個別電源供給路と；
前記第１の増幅素子の出力端子に接続された第１の出力整合回路と；
前記第２の増幅素子の出力端子に接続された第２の出力整合回路とを具備する電力増幅器。
【請求項３】
前記第１及び第２の増幅素子は、一の増幅素子のみが動作状態、他の増幅素子は非動作状態となるように制御され、
前記共通電源供給路と、第１及び第２の個別電源供給路、及び前記第１及び第２の出力整合回路は、前記一の増幅素子の出力端子から該出力端子に接続されている一の個別電源供給路の側を見たときの合成インピーダンスの実数部が、前記一の増幅素子の出力端子に接続されている一の出力整合回路のインピーダンスの実数部より大きくなるように設定されたインピーダンスをそれぞれ持つ請求項２に記載の電力増幅器。
【請求項４】
前記出力整合回路は、該出力整合回路に接続される増幅素子の動作状態でのインピーダンスに対する共役インピーダンスを持つ請求項２に記載の電力増幅器。
【請求項５】
前記第１及び第２の増幅素子が設けられた第１の層と、前記共通電源供給路と第１及び第２の個別電源供給路が設けられた第２の層とを有する多層配線基板をさらに具備する請求項１または２に記載の電力増幅器。
【請求項６】
第１及び第２の層を有する多層配線基板をさらに具備し、前記第１及び第２の増幅素子は前記第１の層上に設けられ、前記共通電源供給路と第１及び第２の個別電源供給路は前記第１及び第２の層上に設けられた請求項１または２に記載の電力増幅器。
【請求項７】
前記第１及び第２の増幅素子及び前記第１及び第２の個別電源供給路が設けられた第１の層と、前記共通電源供給路が設けられた第２の層とを有する多層配線基板をさらに具備する請求項１または２に記載の電力増幅器。
【請求項８】
前記第１及び第２の個別電源供給路は、互いに異なる長さを有する請求項１または２に記載の電力増幅器。
【請求項９】
前記共通電源供給路と第１及び第２の個別電源供給路は、インダクタンス素子を含む請求項１または２に記載の電力増幅器。
【請求項１０】
複数の周波数帯から選択された一の周波数帯で送受信を行う機能を有する無線通信装置において、
前記一の周波数帯の送信信号を発生する送信信号発生回路と；
前記送信信号を前記入力信号として受ける請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電力増幅器とを具備する無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として高周波帯で使用される電力増幅器に係り、特に周波数の異なる複数の入力信号を選択的に増幅する電力増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数の周波数帯に及ぶ移動体通信などのサービスを提供する無線通信システムが存在する。このようなシステムにおいて携帯端末として用いられる無線通信装置では、送信信号を増幅する電力増幅器は通常、使用周波数帯の数だけ用意される。
【０００３】
例えば、二つの周波数帯が使われるＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ）のようなシステムでは、一つの携帯端末に８００ＭＨｚ帯用と１５００ＭＨｚ帯用の二つの電力増幅器が実装されている（例えば、非特許文献１参照）８００ＭＨｚ帯のＰＤＣと１９００ＭＨｚ帯のＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）のような異種システムの両方に対応した携帯端末においても、各周波数帯専用の電力増幅器が実装されている。
【０００４】
【非特許文献１】
日経ＢＰ社「日経エレクトロニクス」１２−１６（２００２）Ｐ．５７−６４
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来の技術では、複数の周波数帯を使用する携帯端末のような無線通信装置において、それぞれの周波数帯に専用の電力増幅器を用いるため、小型化の要求を満たすことが難しい。
【０００５】
一方、測定器用に用いられる広帯域増幅器によると、一つの増幅器で複数の周波数帯の信号を増幅することも可能ではある。このような広帯域増幅器は、消費電力が大きいため、バッテリを電源とする携帯端末用としては不適であり、使用されていないのが現状である。
【０００６】
本発明は、小型化の容易な構成により複数の周波数の信号を選択的に増幅する電力増幅器及びこれを用いた無線通信装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係る電力増幅器は、第１の周波数の入力信号を受ける第１の入力端子及び該入力信号を増幅した出力信号を出力する第１の出力端子をそれぞれ有する第１の増幅素子と、第２の周波数の入力信号を受ける第２の入力端子及び該入力信号を増幅した出力信号を出力する第２の出力端子をそれぞれ有する第２の増幅素子と、直流電源に接続される電源入力端子と、、前記電源入力端子に接続された一端と他端を有する共通電源供給路と、前記共通電源線の前記他端に接続された一端と、前記第１の出力端子に接続された他端とを有する、第１のインピーダンスを持つ第１の個別電源供給路と、前記共通電源線の前記他端に接続された一端と、前記第２の出力端子に接続された他端とを有する、第２のインピーダンスを持つ第２の個別電源供給路とを具備する。
前記第１の増幅素子の出力端子に接続された第１の出力整合回路と、前記第２の増幅素子の出力端子に接続された第２の出力整合回路とをさらに具備してもよい。
【０００８】
本発明の好ましい態様によると、前記第１及び第２の増幅素子は、一の増幅素子のみが動作状態、他の増幅素子は非動作状態となるように制御され、前記共通電源供給路と第１及び第２の個別電源供給路及び前記第１及び第２の出力整合回路は、前記一の増幅素子の出力端子から該出力端子に接続されている個別電源供給路の側を見たときの合成インピーダンスの実数部が、前記一の増幅素子の主電極に接続されている一の出力整合回路のインピーダンスの実数部より大きくなるように設定されたインピーダンスをそれぞれ持つ。
【０００９】
このように構成される本発明に係る電力増幅器では、電源供給回路の構成要素の一部を複数の増幅素子に対して共用することで部品を減らすことができ、電力増幅器の小型化が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１（ａ）に、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器の構成を示す。本実施形態では、異なる二つの周波数ｆ１，ｆ２で動作可能な電力増幅器を例にとって説明する。
【００１１】
電力増幅器の入力端子１１，１２には、それぞれ周波数ｆ１，ｆ２の高周波の入力信号Ｖｉ１，Ｖｉ２がそれぞれ入力される。入力信号Ｖｉ１は入力整合回路１４を介してｆ１用増幅素子１７の入力端子に、入力信号Ｖｉ２は入力整合回路１５を介してｆ２用増幅素子１８の入力端子にそれぞれ入力され、これらの増幅素子１７，１８によって増幅される。ｆ１用増幅素子１７によって増幅された信号は、出力整合回路２１を介して出力信号Ｖｏ１として取り出され、ｆ２用増幅素子１８によって増幅された信号は、出力整合回路２２を介して出力信号Ｖｏ２として取り出される。
【００１２】
増幅素子１７，１８は、例えば図１（ｂ）に示すようなＦＥＴ、あるいは図１（ｃ）に示すようなバイポーラトランジスタが用いられる。増幅素子１７，１８は、一つのトランジスタである必要は必ずしもなく、例えば二つのトランジスタを縦続に接続した構成であっても構わない。図１（ａ）において増幅素子１７に付されている符号１，２及び３は、それぞれ制御電極、第１主電極及び第２主電極である。ＦＥＴではゲート電極Ｇ、ドレイン電極Ｄ及びソース電極Ｓがそれぞれ制御電極、第１主電極及び第２主電極に相当し、バイポーラトランジスタではベース電極Ｂ、コレクタ電極Ｃ及びエミッタ電極Ｅがそれぞれ制御電極、第１主電極及び第２主電極に相当する。
【００１３】
入力整合回路１４，１５からの出力信号は、増幅素子１７，１８の入力端子である制御電極１に入力される。増幅された信号は、増幅素子１７，１８の出力端子である第１主電極２から出力される。増幅素子１７，１８の第２主電極３は、図示しない定電位点、例えばグラウンドに接続される。
【００１４】
増幅素子１７，１８への電源供給、すなわち直流電力の供給は以下に示す電源供給回路によって行われる。まず、直流電源Ｖｃｃが接続される電源入力端子３０に、共通電源供給路３１の一端が接続される。共通電源供給路３１は、増幅素子１７，１８に対して共通の電源供給路である。共通電源供給路３１の他端に、個別電源供給路３２，３３のそれぞれの一端が接続される。個別電源供給路３２，３３は、増幅素子１７，１８に対して個別に用意された電源供給路であり、それぞれの他端は増幅素子１７，１８の第１主電極に接続される。ここで、個別電源供給路３２，３３は後述するように異なるインピーダンスを持つ。
【００１５】
次に、本実施形態の電力増幅器の動作について説明する。
ｆ１用増幅素子１７及びｆ２用増幅素子１８は、前述したように異なる周波数ｆ１及びｆ２でそれぞれ動作する。但し、増幅素子１７，１８の動作は排他的であり、両方が同時に動作することはないものとする。すなわち、増幅素子１７，１８は一方の増幅素子のみが動作状態、他方は非動作状態となるように制御される。
【００１６】
出力整合回路２１は、ｆ１用増幅素子１７が周波数ｆ１で動作しているときに図示しない次段回路とのインピーダンス整合を行う回路であり、そのインピーダンスは増幅素子１７の動作状態での出力インピーダンスＺＰ１ＯＮに対する共役インピーダンスＺＰ１ＯＮ＊である。同様に、整合回路２２はｆ２用増幅素子１８が周波数ｆ２で動作しているときに次段回路とのインピーダンス整合を行う回路であり、そのインピーダンスは増幅素子１８の動作状態での出力インピーダンスＺＰ２ＯＮに対する共役インピーダンスＺＰ２ＯＮ＊である。
【００１７】
なお、出力整合回路２１，２２のインピーダンスは、必ずしも増幅素子１７，１８の動作状態での出力インピーダンスに対する共役インピーダンスである必要はない。例えば、出力整合回路２１，２２のインピーダンスは、出力信号Ｖｏ１，Ｖｏ２の電力が最大となるインピーダンスや、歪が最小となるインピーダンス、それらを両立させたインピーダンスがあってもよく、設計の目的に応じて変更してもよい。
【００１８】
図２は、入力端子１１に周波数ｆ１の入力信号Ｖｉ１が入力され、ｆ１用増幅素子１７が動作状態、ｆ２用増幅素子１８が非動作状態にあるときの図１の各部分のインピーダンスを示している。動作状態にあるｆ１用増幅素子１７は、出力インピーダンスＺＰ１ＯＮを持ち、その出力端である第１主電極はＺＰ１ＯＮに対する共役インピーダンスＺＰ１ＯＮ＊を持つ出力整合回路２１と、電源供給回路に接続されている。電源供給回路は、前述したように共通電源供給路３１と個別電源供給路３２，３３を有する。ｆ１用増幅素子１７に対しては、電源入力端子３０から共通電源供給路３１及び個別電源供給路３２を介して直流電力が供給される。
【００１９】
一方、非動作状態にあるｆ２用増幅素子１８は出力インピーダンスＺ４を持ち、その出力端である第１主電極に接続された出力整合回路２２のインピーダンスＺ５は、ｆ２用増幅素子１８の動作状態での出力インピーダンスＺＰ２ＯＮに対する共役インピーダンスＺＰ２ＯＮ＊に等しい。
【００２０】
今、動作状態にあるｆ１用増幅素子１７の第１主電極から電源供給回路側を見たときの合成インピーダンスをＺａとすると、Ｚａは以下のように表される。
【００２１】
【数１】
2004350225.tif 000003
【００２２】
ここで、Ｚ１は共通電源供給路３１のインピーダンス、Ｚ２，Ｚ３は個別電源供給路３２，３３のインピーダンスであり、Ｚ２≠Ｚ３である。これらのインピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、周波数の関数としてＺｎ（ｆ）＝Ｒｎ（ｆ）＋Ｘｎ（ｆ），（但し、ｎ＝１，２，３）のように表される。Ｒｎ（ｆ）は抵抗成分、Ｘｎ（ｆ）はリアクタンス成分である。ここでは、入力端子１１に周波数ｆ１の入力信号Ｖｉ１が入力され、ｆ１用増幅素子１７が動作状態の場合を考えているので、数式（１）におけるＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、それぞれＺ１（ｆ１），Ｚ２（ｆ１），Ｚ３（ｆ１）となる。
【００２３】
このとき、次式（２）に示すように合成インピーダンスＺａの実数部Ｒｅ｛Ｚａ｝を出力整合回路２１のインピーダンスＺＰ１ＯＮ＊の実数部Ｒｅ｛ＺＰ１ＯＮ＊｝より大きく設定することにより、増幅素子１７の出力信号（高周波電力）は効率よく出力整合回路２１を介して出力側に向かい、出力信号Ｖｏ１として取り出される。
【００２４】
【数２】
2004350225.tif 000004
【００２５】
ここで、Ｒｅ｛Ｚａ｝はＲｅ｛ＺＰ１ＯＮ＊｝に対して大きいほど効果があり、Ｒｅ｛Ｚａ｝をＲｅ｛ＺＰ１ＯＮ＊｝の５倍以上、さらに好ましくは１０倍以上とすれば、ｆ１用増幅素子１７の出力信号の高周波電力は大部分が出力信号Ｖｏ１として取り出される。
【００２６】
図３は、入力端子１２に周波数ｆ２の入力信号Ｖｉ２が入力され、ｆ２用増幅素子１８が動作状態、ｆ１用増幅素子１７が非動作状態にあるときの図１の各部分のインピーダンスを示している。動作状態にあるｆ２用増幅素子１８は出力インピーダンスＺＰ２ＯＮを持ち、その出力端である第１主電極はＺＰ２ＯＮに対する共役インピーダンスＺＰ２ＯＮ＊を持つ出力整合回路２２と、電源供給回路に接続されている。電源供給回路では、電源入力端子３０から共通電源供給路３１及び個別電源供給路３３を介してｆ２用増幅素子１８に直流電力が供給される。
【００２７】
一方、非動作状態にあるｆ１用増幅素子１７は出力インピーダンスＺ６を持ち、その出力端である第１主電極に接続された出力整合回路２１のインピーダンスＺ７は、ｆ１用増幅素子１７の動作状態での出力インピーダンスＺＰ１ＯＮに対する共役インピーダンスＺＰ１ＯＮ＊に等しい。
【００２８】
動作状態にあるｆ２用増幅素子１８の第１主電極から電源供給回路側を見た時の合成インピーダンスをＺｂとすると、Ｚｂは以下のように表される。
【００２９】
【数３】
2004350225.tif 000005
【００３０】
ここでは、入力端子１２に周波数ｆ２の入力信号Ｖｉ２が入力され、ｆ２用増幅素子１８が動作状態の場合を考えているので、数式（３）におけるＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、それぞれＺ１（ｆ２），Ｚ２（ｆ２），Ｚ３（ｆ２）となる。
【００３１】
このとき、次式（４）に示すように合成インピーダンスＺｂの実数部Ｒｅ｛Ｚｂ｝を出力整合回路２２のインピーダンスＺＰ２ＯＮ＊の実数部Ｒｅ｛ＺＰ２ＯＮ＊｝より大きく設定することにより、増幅素子１８の出力信号（高周波電力）は効率よく出力整合回路２２を介して出力側に向かい、出力信号Ｖｏ２として取り出される。
【００３２】
【数４】
2004350225.tif 000006
【００３３】
この場合においても、Ｒｅ｛Ｚｂ｝をＲｅ｛ＺＰ２ＯＮ＊｝に対して例えばＲｅ｛ＺＰ２ＯＮ＊｝の５倍以上、さらに好ましくは１０倍以上と大きくすることにより、増幅素子１８の出力信号の高周波電力は大部分が出力信号Ｖｏ２として取り出される。
【００３４】
以上の数式（１）〜（４）式から、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３についての連立不等式を満たすようにＺ１，Ｚ２，Ｚ３を決定する。
【００３５】
このように増幅素子１７，１８への電源供給を行う電源供給回路は、増幅素子１７，１８に対して共通に設けられた共通電源供給路３１と、増幅素子１７，１８に対して個別に設けられた互いに異なるインピーダンスを持つ個別電源供給路３２，３３によって形成される。これにより、電力増幅器の小型化を実現することができる。
【００３６】
以下、この効果について説明する。共通電源供給路３１の面積をＳ１とし、個別電源供給路３２，３３の面積をそれぞれＳ２，Ｓ３とする。単一周波数で動作する一つの増幅素子を有する電力増幅器では、電源供給回路は共通電源供給路の面積Ｓ１と個別電源供給路の面積Ｓ２またはＳ３との合計に相当する面積Ｓ１＋Ｓ２またはＳ１＋Ｓ３が必要となる。従って、二つの増幅素子への電源供給のために個別の電源供給回路を設けると、二つの電源供給回路の合計の面積は２Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３となる。
これに対して、本実施形態における電源供給回路の面積はＳ１＋Ｓ２＋Ｓ３となり、二つの増幅素子に対して個別の電源供給回路を設ける場合に比較して、Ｓ１分だけ減少する。電力増幅器において電源供給回路の占める面積は比較的大きいため、電源供給回路の面積が減少することは電力増幅器の小型化に大きく寄与する。
【００３７】
なお、本実施形態では出力整合回路２１，２２のインピーダンスを各々に接続された増幅素子１７，１８の動作状態での出力インピーダンスに対する共役インピーダンスとしたが、必ずしも共役インピーダンスである必要はなく、設計の目的に応じて変更しても構わない。
【００３８】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、２つの周波数ｆ１，ｆ２で動作可能な電力増幅器について説明したが、３つ以上の周波数で動作可能な電力増幅器を実現することも可能である。その場合、電力増幅器には３つ以上の増幅素子と１つの共通電源供給路及び３つ以上の個別電源供給路、さらに３つ以上の出力整合回路を備えればよい。図４には、本発明の第２の実施形態として３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３で動作可能な電力増幅器の例を示す。以下、図１と相対応する要素に同一の参照符号を付して説明する。
【００３９】
本実施形態では、ｆ１用増幅素子１７及びｆ２用増幅素子１８に加えて、さらにｆ３用増幅素子１９が設けられる。電源入力端子３０に入力された直流電力は、共通電源供給路３１の一端に入力され、個別電源供給路３２を介してｆ１用増幅素子１７に、個別電源供給路３３を介してｆ２用増幅素子１８に、個別電源供給路３４を介してｆ３用増幅素子１９にそれぞれ供給される。ここで、個別電源供給路３２，３３，３４は後述するように異なるインピーダンスを持つ。
【００４０】
図５は、入力端子１１に周波数ｆ３の入力信号Ｖｉ３が入力され、ｆ１用増幅素子１７及びｆ２用増幅素子１８が非動作状態、ｆ３用増幅素子１９が動作状態にあるときの図４の各部のインピーダンスを示している。動作状態にあるｆ３用増幅素子１９は、出力インピーダンスＺＰ３ＯＮを持つ。ｆ３用増幅素子１９の出力端である第１主電極は、出力インピーダンスＺＰ３ＯＮに対する共役インピーダンスＺＰ３ＯＮ＊を持つ出力整合回路２３と電源供給回路に接続されている。
【００４１】
一方、非動作状態にあるｆ１用増幅素子１７は出力インピーダンスＺ６を持ち、その出力端である第１主電極に接続された出力整合回路２１のインピーダンスＺ７は、ｆ１用増幅素子１７の動作状態での出力インピーダンスＺＰ１ＯＮに対する共役インピーダンスＺＰ１ＯＮ＊に等しい。同様に、非動作状態にあるｆ２用増幅素子１８は出力インピーダンスＺ４を持ち、その出力端である第１主電極に接続された出力整合回路２２のインピーダンスＺ５は、ｆ２用増幅素子１８の動作状態での出力インピーダンスＺＰ２ＯＮに対する共役インピーダンスＺＰ２ＯＮ＊に等しい。
【００４２】
動作状態にあるｆ３用増幅素子１９の第１主電極から電源供給回路側を見た合成インピーダンスをＺｃとすると、Ｚｃは以下のように表される。
【００４３】
【数５】
2004350225.tif 000007
【００４４】
ここでは、入力端子１３に周波数ｆ３の入力信号Ｖｉ３が入力され、ｆ３用増幅素子１９が動作状態の場合を考えているので、式（５）におけるＺ１，Ｚ２，Ｚ３は、それぞれＺ１（ｆ３），Ｚ２（ｆ３），Ｚ３（ｆ３）となる。
【００４５】
同様に、ｆ１用増幅素子１７が動作状態で、ｆ２用増幅素子１８及びｆ３用増幅素子１９が非動作状態のときのｆ１用増幅素子１７の第１主電極から電源供給回路側を見た合成インピーダンスＺａ、ｆ２用増幅素子１８が動作状態で、ｆ１用増幅素子１７及びｆ３用増幅素子１９が非動作状態のときのｆ２用増幅素子１８の第１主電極から電源供給回路側を見た合成インピーダンスＺｂは、以下のように表される。
【００４６】
【数６】
2004350225.tif 000008
【００４７】
数式（６）では、入力端子１１に周波数ｆ１の入力信号Ｖｉ１が入力され、ｆ１用増幅素子１８が動作状態の場合を考えているので、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３はそれぞれＺ１（ｆ１），Ｚ２（ｆ１），Ｚ３（ｆ１）となる。同様に、数式（７）では、入力端子１２に周波数ｆ２の入力信号Ｖｉ２が入力され、ｆ２用増幅素子１８が動作状態の場合を考えているので、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３はそれぞれＺ１（ｆ２），Ｚ２（ｆ２），Ｚ３（ｆ３）となる。
【００４８】
これらの場合、次式（８）（９）（１０）に示すように、合成インピーダンスＺａ，Ｚｂ，Ｚｃの実数部Ｒｅ｛Ｚａ｝，Ｒｅ｛Ｚｂ｝，Ｒｅ｛Ｚｃ｝を出力整合回路２１，２２，２３のインピーダンスＺＰ１ＯＮ＊，ＺＰ２ＯＮ＊，ＺＰ３ＯＮ＊の実数部Ｒｅ｛ＺＰ１ＯＮ＊｝，Ｒｅ｛ＺＰ２ＯＮ＊｝，Ｒｅ｛ＺＰ３ＯＮ＊｝より大きく設定することにより、増幅素子１７，１８，１９の出力信号は効率よく出力整合回路２１，２２，２３をそれぞれ介して出力側に向かい、出力信号Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ３として取り出される。
【００４９】
【数７】
2004350225.tif 000009
数式（５）〜（１０）から、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ８についての連立不等式を満たすようにＺ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ８を決定する。以下、４つ以上の増幅素子を有する電力増幅器について同様の手順を踏むことにより、電源供給回路の共通電源供給路及び個別電源供給路部のインピーダンスを決定できる。
【００５０】
さらに、第１の実施形態で説明したと同様に、Ｚａ，Ｚｂ，Ｚｃの実数部Ｒｅ｛Ｚａ｝，Ｒｅ｛Ｚｂ｝，Ｒｅ｛Ｚｃ｝をそれぞれＲｅ｛ＺＰ１ＯＮ＊｝，Ｒｅ｛ＺＰ２ＯＮ＊｝，Ｒｅ｛ＺＰ３ＯＮ＊｝に対して５倍以上、より好ましくは１０倍以上と大きくすることにより、増幅素子１７，１８，１９の出力信号の高周波電力はさらに効率よく出力信号Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ３として取り出される。
【００５１】
次に、上述した第１及び第２の実施形態に係る電力増幅器のより具体的な構成例について説明する。
図６には、第１の実施形態で説明した周波数ｆ１及びｆ２で動作する電力増幅器の第１の具体例を示す。この具体例では、電源供給回路は複数のスパイラルインダクタによって形成される。スパイラルインダクタ４１は図１の共通電源供給路３１に相当し、スパイラルインダクタ４２，４３は図２の個別電源供給路３２，３３に相当する。各スパイラルインダクタ４１，４２，４３のインピーダンスは、以下のように表される。
【００５２】
【数８】
2004350225.tif 000010
ここでＲ１，Ｒ２，Ｒ３は抵抗成分、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３はリアクタンス成分である。数式（１１）（１２）（１３）を先の数式（１）（２）（３）（４）に代入し、適切な周波数を設定することで、連立不等式を満足するようにＲ１，Ｒ２，Ｒ３及びＸ１，Ｘ２，Ｘ３を決定する。
【００５３】
図７は、第１の実施形態で説明した電力増幅器の第２の具体例であり、電源供給回路はメアンダラインとキャパシタによって形成される。メアンダライン５１は共通電源供給路３１に相当し、メアンダライン５２，５３はそれぞれ個別電源供給路３２，３３に相当する。メアンダライン５１，５２，５３の各々の入力端とグラウンド間に、キャパシタ５４，５５，５６がそれぞれ接続される。
【００５４】
図８は、第１の実施形態で説明した電力増幅器の第３の具体例であり、電源供給回路は伝送線路とボンディングワイヤによって形成される。伝送線路６１ＡとＴ字型の伝送線路６１Ｂ及び伝送線路６１Ａと６１Ｂ間に接続されたボンディングワイヤ６４によって図１の共通電源供給路３１が形成される。伝送線路６１Ｂ，６２及び伝送線路６１Ｂと６２間に接続されたボンディングワイヤ６５によって図１の個別電源供給路３２が形成され、伝送線路６１Ａ，６３及び伝送線路６１Ｂと６３間に接続されたボンディングワイヤ６６によって図１の個別電源供給路３３が形成される。ボンディングワイヤ６４，６５，６６の長さや太さを変えることにより、所望のインピーダンスを実現する。
【００５５】
図９は、第１の実施形態で説明した電力増幅器の第４の具体例であり、電源供給回路はチップ部品によって実現される。この例では、チップ部品としてキャパシタとインダクタが用いられる。キャパシタ７１とインダクタ７２により図１の共通電源供給路３１が形成され、キャパシタ７３とインダクタ７４により図１の個別電源供給路３２が形成され、キャパシタ７５とインダクタ７６により図２の個別電源供給路３３が形成される。
【００５６】
図１０は、第１の実施形態で説明した電力増幅器の第５の具体例であり、電源供給回路はビアホールを利用したインダクタまたはメディアンラインにより実現される。モジュール基板と呼ばれる基板８０の表面及び裏面にそれぞれ配線層８１，８２が形成され、配線層８１，８２はそれぞれ所定のパターンで形成された伝送線路８３を有する。基板８０の表面及び裏面の伝送線路８３はビアホール８４よって相互に接続され、インダクタやメディアンラインを形成する。
【００５７】
第２〜第５のいずれの具体例においても、第１の具体例として説明したスパイラルインダクタの時と同様に数式（１１）（１２）（１３）を立て、これらを数式（１）（２）（３）（４）に代入し、適切な周波数を設定することによって、連立不等式を満足するようにＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を決定する。
【００５８】
図１１は、第１の実施形態で説明した電力増幅器の第６の具体例であり、増幅素子と電源供給回路が多層基板の別の層上に分散して組み込まれている。この例では、多層基板９０の表面上にｆ１用増幅素子１７、ｆ２用増幅素子１８、個別電源供給路３２及び３３が設けられ、多層基板９０の裏面上に共通電源供給路３１が設けられている。
【００５９】
（第３の実施形態）
図１２は、４つの周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３及びｆ４で動作可能な本発明の第３の実施形態に係る電力増幅器の具体例であり、図１１の例を４つの周波数帯用に拡張している。すなわち、多層基板の表面９１上にｆ１用増幅素子１７、ｆ２用増幅素子１８、個別電源供給路２２及び２３が設けられ、多層基板の中間層９２上に共通電源供給路２１が設けられ、多層基板の裏面９３上にｆ３用増幅素子１９、ｆ４用増幅素子２０、個別電源供給路２４及び２５が設けられている。
【００６０】
（第４の実施形態）
図１３に、本発明の第４の実施形態に係る電力増幅器を示す。第１及び第２の実施形態では、１段構成の電力増幅器について示したが、第４の実施形態は２段構成の電力増幅器について示している。
【００６１】
入力端子１１及び１２それぞれ入力される周波数ｆ１及びｆ２の入力信号Ｖｉ１及びＶｉ２は、入力整合回路１４及び１５をそれぞれ介して１段目のｆ１用増幅素子１７Ａ及びｆ２用増幅素子１８Ａに入力される。ｆ１用増幅素子１７Ａ及びｆ２用増幅素子１８Ａの出力は、段間整合回路２４及び２５をそれぞれ介して２段目のｆ１用増幅素子１７Ｂ及びｆ２用増幅素子１８Ｂに入力される。ｆ１用増幅素子１７Ｂ及びｆ２用増幅素子１８Ｂの出力は、出力整合回路２１及び２２をそれぞれ介して出力信号Ｖｏ１及びＶｏ２として取り出される。
【００６２】
１段目のｆ１用増幅素子１７Ａ及びｆ２用増幅素子１８Ａには、共通電源供給路３１Ａ及び個別電源供給路３２Ａ，３３Ａを有する第１の電源供給回路を介して直流電力が供給される。同様に、２段目のｆ１用増幅素子１７Ｂ及びｆ２用増幅素子１８Ｂには、共通電源供給路３１Ｂと個別電源供給路３２Ｂおよび３３Ｂを有する第２の電源供給回路を介して直流電力が供給される。本実施形態を拡張して、３段以上の電力増幅器を実現することも可能である。
【００６３】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態として第１の実施形態で説明した電力増幅器を送信段に用いた無線通信装置について説明する。図１４には、二つの周波数帯で使用可能な無線通信装置の構成を示す。
【００６４】
まず、受信系について述べる。アンテナ１００から出力されるＲＦ受信信号はデュプレクサ１０１を介して受信系に導かれ、スイッチ１０２により受信周波数に応じて二つの受信経路に分けられる。第１の受信経路に入力されたＲＦ受信信号は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０３及び低雑音増幅器（ＬＮＡ）１０５を介してミキサ１０７に導かれ、ローカル信号源１０９からのローカル信号に従って周波数変換、すなわちダウンコンバートされる。
【００６５】
ミキサ１０７からの出力信号は、バンドパスフィルタ１１０を介して二つのミキサ１１２及び１１３に共通に入力される。ミキサ１１２及び１１３は直交復調器を形成しており、ローカル信号源１１４から互いに直交するローカル信号を受け、バンドパスフィルタ１１０から入力された信号を互いに直交する受信ベースバンド信号、すなわちＩ信号及びＱ信号に変換する。直交受信ベースバンド信号はベースバンド処理部１２０に入力され、ここでディジタル信号処理が行われることにより、受信データが再生される。
【００６６】
第２の受信経路も第１の受信経路と同様であり、バンドパスフィルタ１０４、低雑音増幅器１０６、ミキサ１０８、バンドパスフィルタ１１１、ミキサ１１５，１１６、及びローカル信号源１１７を有する。ローカル信号源１１７は、ローカル信号源１１４とは異なる周波数のローカル信号を発生する。
【００６７】
次に、送信系について述べる。ベースバンド処理部１２０は、送信データに従ってディジタル信号処理により互いに直交する送信ベースバンド信号、すなわちＩ信号及びＱ信号を生成する。生成されたＩ信号及びＱ信号は、送信周波数に応じて二つの送信経路のいずれかに入力される。例えば、第１の送信経路に入力されたＩ信号及びＱ信号は、ミキサ１２１及び１２２においてローカル信号源１２３からの互いに直交するローカル信号にそれぞれ乗じられる。ミキサ１２１及び１２２からの出力信号は、加算器１２７によって合成される。ミキサ１２１及び１２２と加算器１２７は、直交変調器を形成している。
【００６８】
加算器１２７からの出力信号はミキサ１２９に導かれ、ローカル信号源１３１からのローカル信号に従って周波数変換、すなわちアップコンバートされる。ミキサ１２９からの出力信号は、バンドパスフィルタ１３２により不要成分が除去された後、電力増幅器１３４によって増幅される。電力増幅器１３４からの出力信号は、ローパスフィルタ１３５を介してスイッチ１３７に導かれ、該スイッチ１３７によりデュプレクサ１０１を介してアンテナ１００に供給されることにより、電波として放射される。
【００６９】
第２の送信経路も第１の送信経路と同様であり、直交変調器を形成するミキサ１２４及び１２５と加算器１２８、直交変調器のためのローカル信号源１２６、アップコンバートのためのミキサ１２９及び１３０とローカル信号源１３１、バンドパスフィルタ１３３、電力増幅器１３４及びローパスフィルタ１３６を有する。但し、送信周波数、すなわち電力増幅器１３４に入力される送信信号の周波数は第１の送信経路における送信周波数と異なる。
【００７０】
ここで、電力増幅器１３４に例えば第１の実施形態で説明した電力増幅器を用いることにより、一つの電力増幅器を二つの送信経路で共用できる。これにより二つの送信経路に個別に電力増幅器を設ける場合と比較して、電力増幅器全体の面積を効果的に削減でき、無線通信装置の小型化と低コスト化に寄与することが可能である。図１４の構成を拡張して、３つ以上の送信周波数を持つ無線通信装置を実現することもできる。
【００７１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば電源供給回路の構成要素の一部を複数の増幅素子で共用して小型化の容易な構成により、複数の周波数の信号を選択的に増幅する電力増幅器及びこれを用いた無線通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器の構成を示すブロック図
【図２】第１の実施形態におけるｆ１用増幅素子が動作状態にあるときの各部のインピーダンス関係を示す図
【図３】第１の実施形態におけるｆ２用増幅素子が動作状態にあるときの各部のインピーダンス関係を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る電力増幅器の構成を示す図
【図５】第２の実施形態におけるｆ３用増幅素子が動作状態にあるときの各部のインピーダンス関係を示す図
【図６】第１の実施形態における電源供給回路の第１の具体的構成例を示す図
【図７】第１の実施形態における電源供給回路の第２の具体的構成例を示す図
【図８】第１の実施形態における電源供給回路の第３の具体的構成例を示す図
【図９】第１の実施形態における電源供給回路の第４の具体的構成例を示す図
【図１０】第１の実施形態における電源供給回路の第５の具体的構成例を示す図
【図１１】第１の実施形態に係る電力増幅器のより具体的な構成例を示す平面図
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る電力増幅器の具体的な構成例を示す平面図
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る多段の電力増幅器の構成を示すブロック図
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１１−１３…入力端子、１４−１６…入力整合回路、１７−１９…増幅素子、２１−２３…出力整合回路、２４−２５…段間整合回路、３０…電源入力端子、３１…共通電源供給路、３２−３４…個別電源供給路、４１−４３…スパイラルインダクタ、５１−５３…メアンダライン、５５−５６…チップ部品（キャパシタ）、６１Ａ，６１Ｂ，６２，６３…伝送線路、６４−６６…ボンディングワイヤ、７１，７３，７６…チップ部品（キャパシタ）、７２，７４，７５…チップ部品（インダクタ）、８０…基板、８１，８２…配線層、８３…伝送線路、８４…スルーホール、９０…多層基板、９１…多層基板表面、９２…多層基板中間層、９３…多層基板裏面。
【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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