(57)【要約】【課題】  電力増幅器を構成する電界効果トランジスタのバイアス回路に温度補償回路などを付け加えることなく、温度変化による特性変動を抑えて総じて線形性及び３次相互変調歪みを改善した電力増幅器を提供する。【解決手段】  通常使用する温度条件を想定して設計された電力増幅器において、電界効果トランジスタＦＥＴのドレインバイアス電流Ｉｄを、通常使用を想定した設定値とは異なる値に設定する。例えば、通常使用する温度がＴｃ＝２５℃である場合、その時に利得Gainの線形特性が最も高いドレインバイアス電流をＩｄ＝１０ｍＡに設定すると、温度がＴｃ＝―２０℃に変化すると当該線形性が大幅に劣化してしまう。そこで、ドレインバイアス電流をあえてＩｄ＝１５ｍＡに設定することにより、このような温度変化があっても、使用する温度範囲内で総じて優れた線形性を実現する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常使用する温度条件を想定して設計された電力増幅器において、
当該電力増幅器を構成する電界効果トランジスタのバイアスを、通常使用として想定された設定値とは異なる値に設定したことを特徴とする電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予め想定された使用温度条件とは異なる温度条件下で所望の性能を発揮することができるように電界効果トランジスタのバイアスを設定した電力増幅器に関し、特に、無線通信機の送信電力増幅器に適用して好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年急速に成長している移動体通信(mobi1e communication)においては、高い伝送速度や周波数の有効活用を実現するためのディジタル変調技術が用いられている。
このようなディジタル変調方式では、デバイスに使用される電力増幅器には高い線形性が求められる。例えば、基地局から受信する電力指示信号に応答して送信パワーを変更して送信処理を行う携帯電話通信方式では、携帯電話器の特に送信部に使用される電力増幅器には高い線形性が求められる。これは、送信電力増幅器では歪み電力により隣接チャネルヘの妨害波となる３次相互変調歪みが生じるためである。
【０００３】
ここで、一般的に、移動通信無線機の使用温度条件は苛酷であり、特に利得が減少する低温（例えば、―２０℃）において使用する電力増幅器には高い線形性が求められる。電力増幅器の線形性は増幅素子である電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の動作点を決めるバイアス設定値に大きく依存する。
【０００４】
図４には、電力増幅器を構成する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のバイアス回路の一例を示してある。
入力を増幅して出力するＦＥＴのドレインDには、電力増幅器のドレイン電源電圧Ｖｄが印加されており、ＦＥＴのゲートGには電力増幅器のゲートバイアス電源電圧ＶＧが抵抗Ｒ1、抵抗Ｒ2によって分圧されたゲート電圧Ｖｇが印加されている。すなわち、動作点を決めるドレインバイアス電流Ｉｄが所定の値になるように、抵抗Ｒ1、抵抗Ｒ2の値が決定されている。
【０００５】
図５には、図４に示す回路構成において、使用温度Ｔｃを２５℃とした場合における出力電力Ｐoutに対する利得Gain特性を示してある。
同図に示すように、ドレインバイアス電流Ｉｄを５ｍＡ、１０ｍＡ、１５ｍＡといったように異ならせると利得Gain特性も異なるが、出力電力Ｐoutに対して利得Gainが一定値であるほど線形性が高いことを示している。
同図に示す場合では、出力電力Poutが４２ｄＢｍまで利得Gainが３２ｄＢで一定なドレインバイアス電流Ｉｄ＝１０ｍＡの場合が最も線形性がが高くなっている。
【０００６】
これに対して、ドレインバイアス電流Ｉｄを大きくすると、出力電力Ｐoutが低いほど利得Gainが増加する左肩上がりの特性になり、逆にドレインバイアス電流Ｉｄを小さくすると、出力電力Ｐoutが低いほど利得Gainが減少する左肩下がりの特性になり、いずれにおいても線形性が劣化する。
従来では、無線通信機を使用する通常の温度（具体的には、常温のＴｃ＝２５℃）を想定して、当該通常使用する温度における線形性が最も高くなるようにドレインバイアス電流Ｉｄの値（上記の例では、Ｉｄ＝１０ｍＡ）にバイアスを設定している。
【０００７】
一方、図６にはドレインバイアス電流Ｉｄを１０ｍＡに設定した場合における出力電力Ｐoutに対する利得Gain特性の温度Ｔｃによる変化を示すが、線形性が最も高い温度Ｔｃ＝２５℃に対し、温度Ｔｃが下降するにつれて左肩下がりの特性になって線形性が劣化する。例えば、平均出力３１ｄＢｍにおいて、温度Ｔｃ＝２５℃と―２０℃との利得Gainの差は約２ｄＢもあり、特性がかなり劣化する。
また、図７には、同様な条件における３次相互変調歪み特性を示してあり、平均出力３１ｄＢｍにおける３次相互変調歪み（ＩＭ３）は線形性が最も高い温度Ｔｃ＝２５℃では約―４２ｄＢｃであったのに対し、線形性が悪い温度Ｔｃ＝―２０℃では約―２３ｄＢｃとなってしまい、電力増幅器における３次相互変調歪みの規定値（例えば、―２７ｄＢｃ）以下を満たすことができなくなってしまっている。
【０００８】
なお、電界効果トランジスタで構成する増幅器におけるバイアス設定について種々な提案がなされており、特に、温度変化に対して利得の変動を抑制するために電界効果トランジスタのゲートバイアス電圧を温度依存性を補償して生成するようにバイアス回路に工夫を加えた提案がなされている。
【特許文献１】特開２００１―２５７５４４号公報
【特許文献２】特開２００３―１８８６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の電力増幅器は、通常使用する温度（すなわち、常温のＴｃ＝２５℃）を想定して電界効果トランジスタのバイアスを設定しているため、使用温度範囲の当該通常使用温度とは異なる温度条件では所期の性能を発揮することはできない。例えば、上記の例では、―２０℃といった使用温度範囲内のかなり低温条件下では、３次相互変調歪を要求されている規定値以下にすることができず、電力増幅器に求められる性能を満足させることができない。
これに対して、バイアス回路に温度補償回路を設けて、環境温度の変動に対する対策を講じることが考えられるが、このような方策によっては回路構成が複雑化したり大型化するばかりか、製品コストも増加してしまうという課題を生じてしまう。
【００１０】
本発明は、上記従来の事情に鑑みなされたもので、電界効果トランジスタに対するバイアス回路に温度補償回路などを付け加えることなく、電力増幅器が温度変化に対応して所期の性能を発揮することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、通常使用する温度条件を想定して設計された電力増幅器において、当該電力増幅器を構成する電界効果トランジスタのバイアスを、通常使用として想定された設定値とは異なる値に設定したことを特徴とする。
本発明は、上記のような温度変動に応じて線形性が劣化する原因は、電界効果トランジスタにおいては温度変化に起因してゲート電圧に対するドレイン電流が変動することにより、ドレインバイアス電流値が変動するためであるとの知見に基づいてなされたものであり、この性質を積極的に利用して、例えば―２０℃といった低温での使用を考慮して、当該通常使用温度とは異なる低温下において最も線形性が高くなるように電界効果トランジスタのバイアスを設定する。
【００１２】
例えば、通常使用する温度がＴｃ＝２５℃である場合、その時に利得Gainの線形特性が最も高いドレインバイアス電流値がＩｄ＝１０ｍＡであった場合、当該ドレインバイアス電流値に設定すると、温度がＴｃ＝―２０℃に変化してしまうと、上記のように線形性が大幅に劣化してしまう。そこで、ドレインバイアス電流ＩｄをあえてＩｄ＝１５ｍＡに設定することにより、このような温度変化があっても、使用する温度範囲内で総じて優れた線形性を得て、３次相互変調歪みが規定値以下の電力増幅器を実現する。
【００１３】
なお、本発明では、想定される通常使用温度条件よりも低温条件で線形特性が優れるようにバイアス設定する外に、想定される通常使用温度条件よりも高音条件で線形特性が優れるようにバイアス設定するようにしてもよい。
また、電界効果トランジスタのドレインバイアス電流値の設定は、ドレイン電源電圧を調整する、可変抵抗器の調整によりドレイン電量を調整する、ゲート電圧を調整する等といった種々な方法を採用することができ、要は、通常使用温度とは異なる所望の温度において所期の性能を発揮するように電界効果トランジスタのバイアス設定を行えればよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、電力増幅器を構成する電界効果トランジスタに対するバイアス回路に温度補償回路などを付け加えることなく、構造簡素にして安価に電力増幅器を温度変化に対応して所期の性能を発揮するように設定することができる。したがって、温度条件に応じて線形特性が最良の場合と最悪な場合とを考慮した上で、バイアスを設定することで特性変動を最小限に抑えて、使用温度範囲で３次相互変調歪みが規定値以下の電力増幅器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】
【００１５】
本発明を一実施形態に基づいて具体的に説明する。
図１には本実施形態に係る電力増幅器のバイアス回路部分の構成を示してある。
本実施形態ではドレイン電源電圧Ｖｄを任意の電圧に調整する電圧調整部１が設けられている。なお、他の回路構成については図４に示した構成と同様である。
電圧調整部１は可変コンデンサや可変抵抗等の素子を用いて構成される公知の電圧調整回路であり、生産工程おける作業者による調整作業、或いは、外部から入力した調整信号に応じたマイコン制御による自動制御等により、ドレイン電源電圧Ｖｄを変更して、ドレインバイアス電流Ｉｄの値が所定の値となるように調整して設定することができる。
【００１６】
なお、ドレインバイアス電流Ｉｄの値を所定の値となるように調整設定するために、ゲート電源電圧ＶＧを分圧する抵抗Ｒ1、Ｒ2の抵抗値を変更する等と言った方法も採用することができ、要は、公知のいずれかの方法により、ドレインバイアス電流Ｉｄの値を所定の値となるように調整設定すればよい。
【００１７】
上記のような方法によりドレインバイアス電流Ｉｄの値を調整して設定することにより、本例ではかなり低温条件においても優れた線形特性が得られるようにしている。
具体的には、図５に示したように、出力電力Ｐoutに対する利得Gain特性が、ドレインバイアス電流値Ｉｄが大きくなるにつれて左肩上がりになり、逆にドレインバイアス電流値Ｉｄが小さくなるにつれて左肩下がりになる傾向と、図６に示したように、温度Ｔｃが下降するほど利得Gain特性が左肩下がりになる傾向を考慮して、通常使用の温度（常温Ｔｃ＝２５℃）におけるドレインバイアス電流値Ｉｄを従来に比して大きい値（本例では、１５ｍＡ）に設定して、若干左肩上がりの特性にし、温度Ｔｃが低温の場合に線形性が最も高くなるようにしている。なお、このドレインバイアス電流値Ｉｄは、常温での３次相互変調歪みが規定値以上にならないように考慮して決定する。
【００１８】
図２には、本実施形態により低温時に線形性が最も高くなるようにドレインバイアス電流値Ｉｄを調整設定した場合の出力電力Ｐoutに対する利得Gain特性の温度Ｔｃによる変化を示してある。
本例では、温度Ｔｃ＝０℃付近で線形性が最も高くなるようドレインバイアス電流値Ｉｄを設定しており、具体で器には、ドレインバイアス電流Ｉｄ＝１５ｍＡに設定している。なお、本例では特に、温度使用範囲の最も低い―２０℃において線形性が最も高くなるように設定すると、逆に温度使用範囲の高温側において線形性が著しく劣化してしまうため、通常使用がなされる常温２５℃と温度使用範囲の最低温度―２０℃との中間付近（すなわち、０℃付近）で線形性が最も高くなるように設定している。
【００１９】
図２から明らかなように、平均出力３１ｄＢｍにおいて常温と―２０℃との利得Gainの差は１ｄＢであり、図７に示した従来に比して、特性が大幅に改善された。
また、この時の３次相互変調歪み特性を図３に示すが、平均出力３１ｄＢｍにおける３次相互変調歪みＩＭ３は温度Ｔｃ＝０℃において―４２ｄＢｍと最も低く、線形性が最も高いことを示している。
なお、最も特性が劣化する温度Ｔｃ＝―２０℃においても、３次相互変調歪みは―３５ｄＢｍで、温度Ｔｃ＝０℃との差は７ｄＢｍに抑えられており、規定値―２７ｄＢｍ以下も十分に満足している。
すなわち、図２と図６との比較及び図３と図７との比較から明らかなように、本例によれば、従来に比して、総じて線形性及び３次相互変調歪みが改善された。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力増幅器のバイアス回路部分の構成を示す図である。
【図２】出力電力Ｐou tに対する利得Gain特性の温度変化を示す図である。
【図３】出力電力Ｐoutに対する３次相互変調歪み特性の温度変化を示す図である。
【図４】電力増幅器のバイアス回路部分の構成例を示す図である。
【図５】出力電力Ｐoutに対する利得Gain特性のドレインバイアス電流値変化を示す図である。
【図６】出力電力Ｐoutに対する利得Gain特性の温度変化を示す図である。
【図７】出力電力Ｐoutに対する３次相互変調歪み特性の温度変化を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１：電圧調整部、  ＦＥＴ：電界効果トランジスタ、
Ｖｄ：ドレイン電源電圧、  Ｉｄ：ドレインバイアス電流、
ＶＧ：ゲート電源電圧、  Ｖｇ：ゲート電圧、
Ｒ1、Ｒ2：分圧抵抗、  Ｄ：ドレイン、
Ｇ：ゲート、  Ｓ：ソース、
Ｔｃ：温度、
【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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