(57)【要約】【課題】消費電力の小さい線形高周波電力増幅回路およびそれを備えた高周波部品を実現すること。【解決手段】エミッタ接地の高周波信号増幅用バイポーラトラジスタを備えた増幅回路において、バイポーラトランジスタのベース端子からバイアス回路をみたときのインピーダンスの値をベースバンド周波数において適正化する。具体的には、上記バイポーラトランジスタのベース端子に接続されるベースバラスト抵抗Ｒbiasの抵抗値を、「理想的な抵抗値」である［Ｖt／Ｉbq−（β・Ｒe＋Ｒb）］の±５０％以内の範囲に設定する。ここで、Ｉbqは静ベース電流であり、βはトランジスタの増幅率、ＲeおよびＲbはエミッタ端子およびベース端子の寄生抵抗、Ｖtは（ｋＴ／ｑ）で定義される電圧である。【選択図】図２
2007259419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号増幅用に設けられたバイポーラトランジスタであってエミッタ接地された第１のトランジスタと該第１のトランジスタのベース端子に接続されるバイアス回路とを備えた高周波電力増幅回路であって、
前記第１のトランジスタのベース端子から前記バイアス回路をみたときのインピーダンス（Ｒ）が、ベースバンド周波数において下記のインピーダンス関係式を満足することを特徴とする高周波電力増幅回路。
【数１】
2007259419.tif 000031
ここで、β：前記第１のトランジスタの増幅率、Ｒe：エミッタ端子の寄生抵抗（Ω）、Ｒb：ベース端子の寄生抵抗（Ω）、Ｉbq：入力信号の振幅がゼロの場合に前記第１のトランジスタのベース端子に流れ込む電流（静ベース電流：Ａ）、ｋ：ボルツマン定数（Ｊ／Ｋ）、ｑ：電子電荷の絶対値（Ｃ）、Ｔ：絶対温度（Ｋ）、Ｖt：次式で定義される電圧、である。
【数２】
2007259419.tif 000032
【請求項２】
高周波信号増幅用に設けられたバイポーラトランジスタであってエミッタ接地された第１のトランジスタと該第１のトランジスタのベース端子に接続されるバイアス回路とを備えた高周波電力増幅回路であって、
前記第１のトランジスタのベース端子から前記バイアス回路をみたときのインピーダンス（Ｒ）が、ベースバンド周波数において下記のインピーダンス関係式を満足することを特徴とする高周波電力増幅回路。
【数３】
2007259419.tif 000033
ここで、Ｉbq：入力信号の振幅がゼロの場合に前記第１のトランジスタのベース端子に流れ込む電流（静ベース電流：Ａ）、ｋ：ボルツマン定数（Ｊ／Ｋ）、ｑ：電子電荷の絶対値（Ｃ）、Ｔ：絶対温度（Ｋ）、Ｖt：次式で定義される電圧、である。
【数４】
2007259419.tif 000034
【請求項３】
前記第１のトランジスタのベース端子にベースバラスト抵抗が接続されており、前記第１のトランジスタのベース端子から前記ベースバラスト抵抗をみたときのインピーダンス（Ｒbias）が、前記インピーダンス関係式においてＲ＝Ｒbiasとした場合の該インピーダンス関係式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波電力増幅回路。
【請求項４】
前記バイアス回路は、第１および第２の外部端子と、第２および第３のトランジスタと、第１乃至第３の抵抗とを備え、
前記第１の外部端子に一方端が接続された前記第１の抵抗の他方端と、エミッタ接地の前記第２のトランジスタのコレクタと、前記第３のトランジスタのベースとが第１のノードで接続されるとともに、前記第２のトランジスタのベースに一方端が接続された前記第２の抵抗の他方端と、コレクタが前記第２の外部端子に接続された前記第３のトランジスタのエミッタと、前記第３の抵抗の一方端とが第２のノードで接続されており、前記第３の抵抗の他方端は前記第１のトランジスタのベース端子に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の高周波電力増幅回路。
【請求項５】
前記第１及び第２の外部端子は制御電圧用電源との接続用端子である請求項４に記載の高周波電力増幅回路。
【請求項６】
前記第１の外部端子に接続された第１の配線と前記第２の外部端子に接続された第２の配線とが電気的に接続している請求項４又は５に記載の高周波電力増幅回路。
【請求項７】
前記第３の抵抗がベースバラスト抵抗である請求項４乃至６の何れか１項に記載の高周波電力増幅回路。
【請求項８】
増幅器出力が１８ｄＢｍである場合の入力電力（ｄＢｍ）に対するゲイン（ｄＢ）の傾きが０．０２ｄＢ／ｄＢｍ以下である請求項１乃至７の何れか１項に記載の高周波電力増幅回路。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の高周波電力増幅回路を備えた高周波部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電力増幅回路技術に関し、より詳細には、無線LAN(Local Area Network)に用いられているOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重)された変調信号や、CDMA（Code Division Multiple Access：符号分割多重接続）方式の携帯電話で用いられているQPSK(Quadrature Phase Shift Keying：四位相偏移変調)信号などの、振幅変動を伴う変調高周波信号の電力増幅回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線通信の信号処理方式はデジタル変復調方式であり、周波数利用効率向上の観点から、信号の振幅の変動を伴う変調を伴う方式が主流になりつつある。例えば、CDMA（Code Division Multiple Access：符号分割多重接続）方式の携帯電話ではQPSK(Quadrature Phase Shift Keying：：四位相偏移変調)方式が採用されており、またIEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers）の通信規格「802.11a./g」に準拠する無線LAN(Local Area Network)では、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重)デジタル変調方式が用いられている。これらの変調方式で取り扱われる信号は何れも、振幅の変動を伴う信号である。
【０００３】
このような振幅変動を伴う信号を「歪」のない電波として出力するためには、入力信号の大きさに依存しない一定の増幅率を有する線形高周波電力増幅回路が必要となる。例えば、特許文献１では、トランジスタに印加するバイアスを入力信号に含まれる「歪成分」に応じて補正することにより、広帯域にわたり良好な線形性が保てるようにした高周波増幅回路が提案されている。
【特許文献１】特開平７−１９３４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、線形電力増幅回路としては、全ての入力信号を増幅する回路である「Ａ級増幅回路」が広く用いられてきた。しかし、Ａ級増幅回路は小信号入力時においても消費電流が低下しないため、振幅が変動する信号の増幅回路としては電力効率が非常に悪いという難点がある。これは取り分け、電源として電池を用いる携帯用無線通信機器の高周波電力増幅回路をＡ級増幅回路とした場合に、電池の消耗が顕著となるという実用上の大きな問題となる。
【０００５】
このＡ級増幅回路の難点を回避するために、導通角の小さいＡＢ級若しくはＢ級の増幅回路を用いることが考えられる。ところが、ＡＢ級増幅回路およびＢ級増幅回路の何れにおいても、入力電力の変化に伴ってトランジスタの動作点が移動するため、増幅率が入力電力に依存して変化するなどして非線形性（入力と出力の比例関係のズレ）を示すという問題がある。この問題を避けるために特許文献１に開示された「ひずみ率補正」方式を採用することも可能であるが、この場合には、当該補正のための制御用回路の規模が大きくならざるを得ず、製造コストの上昇を招くという新たな問題が生じる。
【０００６】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、消費電力の小さい線形高周波電力増幅回路およびそれを備えた高周波部品を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するために、本発明の高周波電力増幅回路は、高周波信号増幅用に設けられたバイポーラトランジスタであってエミッタ接地された第１のトランジスタと該第１のトランジスタのベース端子に接続されるバイアス回路とを備えた高周波電力増幅回路であって、前記第１のトランジスタのベース端子から前記バイアス回路をみたときのインピーダンス（Ｒ）が、ベースバンド周波数において下記のインピーダンス関係式を満足するように構成される。
【０００８】
【数１】
2007259419.tif 000003
【０００９】
ここで、β：前記第１のトランジスタの増幅率、Ｒe：エミッタ端子の寄生抵抗（Ω）、Ｒb：ベース端子の寄生抵抗（Ω）、Ｉbq：入力信号の振幅がゼロの場合に前記第１のトランジスタのベース端子に流れ込む電流（静ベース電流：Ａ）、ｋ：ボルツマン定数（Ｊ／Ｋ）、ｑ：電子電荷の絶対値（Ｃ）、Ｔ：絶対温度（Ｋ）、Ｖt：次式で定義される電圧である。
【００１０】
【数２】
2007259419.tif 000004
【００１１】
また、本発明の別の高周波電力増幅回路は、高周波信号増幅用に設けられたバイポーラトランジスタであってエミッタ接地された第１のトランジスタと該第１のトランジスタのベース端子に接続されるバイアス回路とを備えた高周波電力増幅回路であって、前記第１のトランジスタのベース端子から前記バイアス回路をみたときのインピーダンス（Ｒ）が、ベースバンド周波数において下記のインピーダンス関係式を満足するように構成される。
【００１２】
【数３】
2007259419.tif 000005
【００１３】
本発明の高周波電力増幅回路は、前記第１のトランジスタのベース端子にベースバラスト抵抗が接続されており、前記第１のトランジスタのベース端子から前記ベースバラスト抵抗をみたときのインピーダンス（Ｒbias）が、前記インピーダンス関係式においてＲ＝Ｒbiasとした場合の該インピーダンス関係式を満足するように構成することができる。
【００１４】
また、本発明の高周波電力増幅回路において、前記バイアス回路を、第１および第２の外部端子と、第２および第３のトランジスタと、第１乃至第３の抵抗とを備える構成とし、前記第１の外部端子に一方端が接続された前記第１の抵抗の他方端と、エミッタ接地の前記第２のトランジスタのコレクタと、前記第３のトランジスタのベースとが第１のノードで接続されるとともに、前記第２のトランジスタのベースに一方端が接続された前記第２の抵抗の他方端と、コレクタが前記第２の外部端子に接続された前記第３のトランジスタのエミッタと、前記第３の抵抗の一方端とが第２のノードで接続されており、前記第３の抵抗の他方端は前記第１のトランジスタのベース端子に接続されているようにしてもよい。
【００１５】
本発明の高周波電力増幅回路に設けられる前記第１及び第２の外部端子は、例えば制御電圧用電源との接続用端子である。また、前記第１の外部端子に接続された第１の配線と前記第２の外部端子に接続された第２の配線とを電気的に接続する構成としてもよい。さらに、前記第３の抵抗としてベースバラスト抵抗を用いてもよい。
【００１６】
本発明の高周波電力増幅回路は、増幅器出力が１８ｄＢｍである場合の入力電力（ｄＢｍ）に対するゲイン（ｄＢ）の傾きが０．０２ｄＢ／ｄＢｍ以下となるように構成することが好ましく、これらの高周波電力増幅回路を用いることで本発明の高周波部品が得られる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明よれば、エミッタ接地のバイポーラトラジスタを高周波信号増幅用に備えた高周波電力増幅回路において、当該高周波信号増幅用トランジスタのベース端子からバイアス回路をみたときのインピーダンスの値をベースバンド周波数において適正化することとしたので、増幅器の線形性の向上が容易に実現でき、その結果、消費電力の小さい線形高周波電力増幅回路およびそれを備えた高周波部品を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の線形高周波電力増幅回路の設計思想を説明するための等価回路図で、この図に示した増幅回路には、一般的なエミッタ接地トランジスタが用いられている。図１において、符号１３は高周波信号増幅のためのバイポーラトランジスタであり、符号１０、１１、および１２はそれぞれ信号電圧源（ｖs）、ソースインピーダンス（Ｒs）、および直流ブロック容量である。なお、信号電圧源１０、ソースインピーダンス１１、および直流ブロック容量１２で示した部分は、ノードＮ0側からみた信号源をマッチング回路を含めてモデル化したものである。
【００１９】
「バイアス回路」は、抵抗（Ｒbias）１４とＲＦチョークコイル１５と電圧源（Ｖbias）１６で等価される。ＲＦチョークコイル１５は、高周波において高いインピーダンスを示し、ベースバンド周波数においては低インピーダンスを示すものを選ぶ。この場合、ノードＮ0からみたバイアス回路の出力インピーダンス（Ｒ）は、ベースバンド周波数において抵抗１４の抵抗値Ｒbiasに略等しい。
【００２０】
ノードＮ0において、バイポーラトランジスタ１３のベース端子、入力端子（直流ブロック容量１２の接続端子）、バイアス回路（抵抗１４の接続端子）が接続されている。また、ここでは解析を容易にするため、高調波帯域においてインピーダンスが「０」（ゼロ）となる高調波ショート回路１９を介してノードＮ0がグランドと接続されている。なお、高調波ショート回路１９は、使用周波数帯ではオープンとなるよう調整する。
【００２１】
ここで、信号源の信号電圧をｖsとして、
【００２２】
【数４】
2007259419.tif 000006
を考える。なお、Ｖsは電圧振幅を示す。
【００２３】
このとき、高調波では接地されているためにノードＮ0の電圧ｖは、
【００２４】
【数５】
2007259419.tif 000007
と表すことができる。ここで、Ｖ0qは入力信号が０の場合の直流電圧であり、Ｖxは有限の信号を入力した場合のバイポーラトランジスタ１３のベース−エミッタ間の整流作用による直流電圧成分の変化分であり、Ｖ1は基本周波数での電圧振幅である。
【００２５】
バイポーラトランジスタ１３のベース端子に流れる電流は、
【００２６】
【数６】
2007259419.tif 000008
と表すことができる。ここで、Ｉsはバイポーラトランジスタ１３の飽和電流であり、βは電流増幅率をあらわす。また、Ｖtは、
【００２７】
【数７】
2007259419.tif 000009
で定義される電圧である。ここで、ボルツマン定数ｋ（Ｊ／Ｋ）、電子電荷の絶対値ｑ（Ｃ）、絶対温度Ｔ（Ｋ）である。
【００２８】
増幅回路における通常の使用条件においては、ノードＮ0の電圧ｖは上記の電圧Ｖtよりも十分大きい（ｖ＞＞Ｖt）ので、上式（３）は、
【００２９】
【数８】
2007259419.tif 000010
で近似することができる。
【００３０】
今、電圧振幅Ｖs＝０の場合の静ベース電流をＩbqとすると、
【００３１】
【数９】
2007259419.tif 000011
であり、ここで、ベースバイアスの電圧源１６の電圧をＶbiasとおくと、
【００３２】
【数１０】
2007259419.tif 000012
と表すことができる。
【００３３】
上式（５）と上式（６）および上式（２）の関係から、
【００３４】
【数１１】
2007259419.tif 000013
と表すことができる。
【００３５】
従って、バイポーラトランジスタ１３のベース端子に流れ込む電流の直流成分（Ｉb0）は、上式（８）を時間Ｔで平均した下式（９）で与えられることなる。
【００３６】
【数１２】
2007259419.tif 000014
【００３７】
そしてこの直流成分Ｉb0は、ノードＮ0にバイアス回路から流れ込む直流電流に等しいので、上式（７）を用いると、
【００３８】
【数１３】
2007259419.tif 000015
に等しいこととなる。
【００３９】
バイポーラトランジスタ１３のベース端子に流れ込む電流の基本周波数成分（Ｉb1）は、上式（８）で求めたｉbにフーリエ変換を施して、
【００４０】
【数１４】
2007259419.tif 000016
と表すことができる。
【００４１】
この基本周波数成分はまた、信号源からノードＮ0に流れ込む基本周波数の電流に等しいので、信号源の信号電圧の電圧振幅Ｖs、基本周波数での電圧振幅Ｖ1、およびソースインピーダンスＲsとの間で下記の関係が成り立つ。
【００４２】
【数１５】
2007259419.tif 000017
【００４３】
小信号がバイポーラトランジスタ１３に入力された際のベース端子の入力インピーダンス（Ｒin）はＲＣ並列回路の等価回路で表現できるが、この等価回路の容量成分はインピーダンスマッチング回路により相殺可能である。そこで、当該容量成分を省略すると、入力インピーダンス（Ｒin）は下式（１３）で表現できる。
【００４４】
【数１６】
2007259419.tif 000018
【００４５】
ここで、基本周波数におけるインピーダンスマッチングのためには、ソースインピーダンスＲsの値は、上記のベース端子入力インピーダンスＲinの値に等しいこと（Ｒs＝Ｒin）が条件となる。このため、ノードＮ0からみた場合のソース側のインピーダンスは下記の値となる。
【００４６】
【数１７】
2007259419.tif 000019
【００４７】
上式（９）および（１１）における変数「ωｔ」を「２πｕ」に置換し、上式（１０）および（１２）で求めた関係式を用いると、上式（９）と（１１）から下記の連立方程式が得られる。
【００４８】
【数１８】
2007259419.tif 000020
【００４９】
【数１９】
2007259419.tif 000021
【００５０】
ＩbqおよびＲbiasを定めて上記の連立方程式を解けば、ＶxおよびＶ1が、Ｖsの関数として求まる。また、Ｉb0およびＩb1は、上式(１０)および(１２)から求まる。
【００５１】
先ず、上式（１５）について説明すると、積分部分は、変数ｘ＝（Ｖ1／Ｖt）の０次の「第１種修正ベッセル関数」（Ｉ0）であり、これをＩ0（ｘ）（＝Ｉ0（Ｖ1／Ｖt））として下式（１７）が得られる。
【００５２】
【数２０】
2007259419.tif 000022
【００５３】
０次の第１種修正ベッセル関数Ｉ0（ｘ）は多項式展開が可能であり、ｘが１より十分小さい範囲においては、Ｉ0（ｘ）＝［１＋（ｘ2／４）］で近似できる。また、指数関数もｅｘｐ（ｘ）＝（１＋ｘ）で近似できるから、上式（１５）から、下式が導かれる。
【００５４】
【数２１】
2007259419.tif 000023
【００５５】
次に、上式（１６）について検討すると、積分部分は変数ｘ＝（Ｖ1／Ｖt）の１次の「第1種修正ベッセル関数」であり、これをＩ1（ｘ）（＝Ｉ1（Ｖ1／Ｖt））として下式（１９）が得られる。
【００５６】
【数２２】
2007259419.tif 000024
【００５７】
なお、１次の第１種修正ベッセル関数Ｉ1（ｘ）もまた多項式展開が可能であるから、Ｉ1（ｘ）＝［（ｘ／２）＋（ｘ3／１６）］と近似できる。この近似を上式（１６）に適用し、さらに上式（１８）の関係を考慮すると、基本周波数電流のＩb1がＶsに比例するようにＲbiasを定めた場合には出力コレクタ電流がＩb1に比例することとなる結果、増幅回路の線形動作が期待できることが理解される。そして、上式（１１）から、当該線形動作を実現するためには、Ｖ1がＶsに比例すればよいことがわかる。以上の条件から、Ｖ1の３乗項の係数が０になるようにＲbiasを求めると、下記の関係を導くことができる。
【００５８】
【数２３】
2007259419.tif 000025
【００５９】
以上の関係式は、バイポーラ型のトランジスタにおいて一般的に成立し、シリコン基板を用いたホモジャンクションバイポーラ型のトランジスタやガリウム砒素基板を用いたヘテロジャンクションバイポーラ型においても成立する。
【００６０】
ところで、実際のバイポーラトランジスタは、ベース端子あるいはエミッタ端子に不可避的に寄生抵抗をもつ。このことは、実際にバイポーラトランジスタを使用する際には、Ｒbiasの値を上記寄生抵抗分だけ差し引いて定める必要があることを意味する。特に、エミッタ端子の寄生抵抗（Ｒe）は、エミッタ電流が電流増幅により増幅されてベース端子への負帰還となる。従って、実使用時の最適なＲbiasの値は、上式（２０）で定められる値よりも、エミッタ端子の寄生抵抗（Ｒe）に電流増幅率（β）を乗じた値とベース端子の寄生抵抗（Ｒb）の和（＝β・Ｒe＋Ｒb）だけ小さくなる。
【００６１】
電力増幅回路に用いるバイポーラトランジスタにおいては、エミッタ端子寄生抵抗（Ｒe）は最大でも０．１５Ω程度、ベース端子寄生抵抗（Ｒb）は１Ω程度であり、電流増幅率（β）も最大１００倍程度である。従って、最適なＲbiasの抵抗値（Ω：実質的には、ベース端子からバイアス回路をみたときのインピーダンス（Ｒ））は下記の範囲のものとすることができ、当該範囲のＲbias（ベース端子からバイアス回路をみたときのインピーダンス（Ｒ））であれば、実用に供されている増幅器の線形性向上効果が期待できることとなる。
【００６２】
【数２４】
2007259419.tif 000026
【００６３】
本発明者は、増幅器の線形性向上効果に及ぼす上記Ｒbiasの抵抗値の影響を詳細に検討した結果、増幅器に使用されている高周波信号増幅用のバイポーラトランジスタとバイアス回路に設けられる抵抗の値Ｒbiasとが下記の関係式を満足する場合には、実用上十分な増幅器の線形性が得られることを見出した。
【００６４】
【数２５】
2007259419.tif 000027
【００６５】
つまり、Ｒbiasの抵抗値（Ω）を、「理想的な抵抗値」である［Ｖt／Ｉbq−（β・Ｒe＋Ｒb）］の±５０％以内の範囲とすれば、実用上十分な増幅器の線形性が得られる。具体的には、入力電力が−１０〜＋５ｄＢｍの範囲におけるゲイン(ｄＢ)の振れ幅を０.３ｄＢ以下に抑えることができる。また、増幅器出力１８ｄＢｍにおける入力電力(ｄＢｍ)に対するゲイン(ｄＢ)の傾きを０．０２ｄＢ／ｄＢｍ以下とすることができる。
【００６６】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
【００６７】
図２は、本実施例の線形高周波電力増幅回路構成を説明するための等価回路図で、図中、符号２８はベースバイアス電圧発生回路（バイアス回路）、符号２９はコンデンサとＲＦチョークコイルとで等価される入力マッチング回路、そして符号３０は２つのコンデンサとＲＦチョークコイルとで等価される出力マッチング回路である。
【００６８】
符号２３は高周波信号を増幅するバイポーラトランジスタであり、本実施例では、ＧａＡｓ基板上に形成した幅２μｍ長さ４０μｍのエミッタフィンガーを１６本並列に接続したヘテロジャンクション型のバイポーラトランジスタを用いた。
【００６９】
高周波信号増幅用のバイポーラトランジスタ２３のベースは、並列に接続された１２本のベースフィンガーから構成されており、ノードＮ0において上述のベースバイアス電圧発生回路２８及び入力マッチング回路２９と接続されている。また、コレクタ端子には、１０ｎＨのインダクタ２７を介して３．３ＶのＤＣ電源２６が接続されており、入力信号の基本周波数は２．４ＧＨｚ、無信号入力時の静ベース電流は１ｍＡが選択されている。さらに、コレクタ端子とインダクタ２７の伝送経路には出力マッチング回路３０が接続されている。なお、バイポーラトランジスタ２３の増幅率をβ、エミッタ端子の寄生抵抗をＲe（Ω）、ベース端子寄生抵抗をＲb（Ω）としたときの上記（β・Ｒe＋Ｒb）の値は９Ωとしている。
【００７０】
ベースバイアス電圧発生回路２８は、２つのトランジスタ（１３ａ，１３ｂ）と、３つの抵抗（３１，３２，１４）とを備えている。なお、上記２つのトランジスタ（１３ａ、１３ｂ）は何れも、バイポーラトランジスタである。従って、以下の説明においては、上述のバイポーラトランジスタ２３を「第１のトランジスタ」、トランジスタ１３ａを「第２のトランジスタ」、そしてトランジスタ１３ｂを「第３のトランジスタ」として説明する。
【００７１】
ベースバイアス電圧発生回路２８には３．３ＶのＤＣ電源２６に接続される２つの外部端子（Ｔ1、Ｔ2）が設けられており、これらの外部端子（のそれぞれに接続される配線）同士は電気的に接続されている。外部端子Ｔ1にはノードＮ1に一方端が接続された第１の抵抗３１の他方端が接続されている。この、ノードＮ1には、エミッタが接地されるとともにベースが第２の抵抗３２を介してノードＮ2に接続される第２のトランジスタ１３ａのコレクタと、第３のトランジスタ１３ｂのベースとが接続されている。そして、第３のトランジスタ１３ｂのコレクタは第２の外部端子Ｔ2に、エミッタはノードＮ2に接続され、ノードＮ2に一方端が接続された第３の抵抗１４の他方端がノードＮ0を経由して第１のトランジスタ２３のベース端子に接続されている。
【００７２】
上記第３の抵抗１４は、ベースフィンガーに接続されたバラスト抵抗である。この抵抗１４からベースバイアス電圧発生回路２８をみたベースバンド帯域でのインピーダンスは、トランジスタ１３ａ及び１３ｂによるフィードバックにより非常に小さいものとなるため、ノードＮ0からみたバイアス回路の出力インピーダンスは、抵抗１４の値に概ね等しいと考えられる。
【００７３】
なお、本実施例においては、ノードＮ0に対して高調波で接地するための回路は特に設けていない。これは、バイポーラトランジスタに本質的に備わっているベース−エミッタ間容量が同様の働きを示すと期待されるためである。
【００７４】
図３は、線形高周波電力増幅回路の入力電力に対する電力増幅率の第３の抵抗１４の抵抗値（Ｒbias：つまり、実効的な「バイアス回路のベースバンドインピーダンス」）依存性を説明するための図である。この依存性は室温（３００Ｋ）におけるものであるので、（Ｖt／Ｉbq）は２６Ωとなる。
【００７５】
先ず、抵抗１４の抵抗値（Ｒbias）を１０Ωとした場合、ノードＮ0からバイアス回路をみたベースバンドでのインピーダンスは約１０Ωとなる。入力電力が−５〜＋５ｄＢｍの範囲においては、やや大きいゲインエキスパンジョンが確認できるが、入力電力が−１０〜＋５ｄＢｍの範囲におけるゲインの振れ幅は０.１９ｄＢ程度と小さい。このような振れ幅の小さい電力増幅率依存性は、抵抗値Ｒbiasが１６Ω、２０Ω、２６Ωの場合にも認めることができる。これに対して、抵抗値Ｒbiasを５０Ωとした場合には、入力信号の増加につれて急激に増幅率が低下している様子（ゲイン圧縮）が確認できる。
【００７６】
上述したように、本実施例では、（Ｖt／Ｉbq）の値は２６Ω、（β・Ｒe＋Ｒb）の値は９Ωであるから、Ｒbiasの「理想的な抵抗値」である［Ｖt／Ｉbq−（β・Ｒe＋Ｒb）］の値は約１７Ω（＝２６Ω−９Ω）と求められ、当該「理想的な抵抗値」の「±５０％以内の範囲」とは、具体的には、概ね８〜２６Ωの抵抗値を意味する。
【００７７】
つまり、図３に示した結果は、ベース端子からバイアス回路をみたときのインピーダンス（Ｒ）が上式（２２）でＲ＝Ｒbiasとした場合の抵抗範囲内にある場合には、当該範囲外にある場合に比較して、線形性が向上する事実を明らかにするものである。そして、当該インピーダンスを上記の範囲内の値に設定すると、入力電力が−１０〜＋５ｄＢｍの範囲におけるゲインの振れ幅が実用上十分な値（０.３ｄＢ以下）に抑えられている。
【００７８】
なお、本実施形態におけるＲbiasの抵抗値範囲の上限である２６Ωの場合、５０Ωの場合に比べてゲイン圧縮の程度は大きく改善されるものの、ゲイン圧縮そのものは入力電力の広い範囲にわたって明瞭に確認されている。これに対して、抵抗値Ｒbiasを１６Ω〜２０Ωとした場合には、−１０〜＋５ｄＢｍの入力電力範囲にわたってほぼ一定の増幅率を示すとともに、ゲインの振れ幅も０.１５ｄＢ以下に抑制されており、抵抗値Ｒbiasが１０Ωの場合（ゲイン振れ幅は０.１９ｄＢ程度）よりも更に線形性が向上していることが理解できる。
【００７９】
つまり、Ｒbiasの抵抗値（Ω：実質的には、ベース端子からバイアス回路をみたときのインピーダンス（Ｒ））が下記の関係式(２３)を満足する場合には、更に線形性を高めることができる。
【００８０】
【数２６】
2007259419.tif 000028
【００８１】
無線ＬＡＮ規格として広く用いられている「IEEE802.11g」においては、高周波増幅器の平均出力は１８ｄＢｍと定められている。従って、無線ＬＡＮ用としては、出力１８ｄＢｍにおける線形性が最も重要である。
【００８２】
図４は、図３のデータを基に、増幅器出力１８ｄＢｍにおける入力電力に対するゲインの傾きのＲbias依存性を求めた図である。ここでいうゲインの傾きとは、ゲインの変動／入力電力変動のことであり、ゲインの傾きが０のときが線形性が最も良いといえる。Ｒbiasの値が１０Ω、１６Ω、２０Ω、２６Ωおよび５０Ωに対応する傾きは、それぞれ、０．０１９、０，００４、−０．００３、−０．０１４、および−０．０６３（ｄＢ／ｄＢｍ）である。
【００８３】
図４から見て取れるように、Ｒbiasの値が１０Ω、１６Ω、２０Ωおよび２６Ωの場合、つまり、Ｒbiasを「理想的な抵抗値」である［Ｖt／Ｉbq−（β・Ｒe＋Ｒb）］の値の「±５０％以内の範囲」とした場合には、実用上十分な傾き（０．０２ｄＢ／ｄＢｍ以下）にすることができる。そして、Ｒbiasを１４Ω以上２４Ω以下とすれば、傾きは０．０１ｄＢ／ｄＢｍ以下となり、線形性の更なる向上を図ることができる。なお、５ｄＢｍ以上の入力電力に対しては、何れの場合も増幅率の低下を示すが、これはカーク効果などのトランジスタの限界によるものと考えられる。
【００８４】
以上説明したように、本発明の有効性が確認できた。
【００８５】
上述の原理は、高周波電力増幅回路の調整方法としても活用できる。すなわち、高周波信号を増幅するエミッタ接地の第１のバイポーラトランジスタを備える高周波電力増幅回路において、当該第１のバイポーラトランジスタの増幅率をβ、エミッタ端子の寄生抵抗をＲe（Ω）、ベース端子の寄生抵抗をＲb（Ω）、入力信号を加えないときに上記第１のバイポーラトランジスタのベース端子に流れ込む電流をＩbq（Ａ）、ボルツマン定数をｋ（Ｊ／Ｋ）、電子電荷の絶対値をｑ（Ｃ）、絶対温度をＴ（Ｋ）としたときに下式で定義される電圧をＶtとしたとき、
【００８６】
【数２７】
2007259419.tif 000029
上記第１のバイポーラトランジスタのベース端子からバイアス回路をみたときのインピーダンス（Ｒbias）が、ベースバンド周波数において、
【００８７】
【数２８】
2007259419.tif 000030
の関係を満足するように回路調整することで、増幅器の線形性の向上が可能となる。
【００８８】
本発明の高周波電力増幅回路は、誘電体基板等に搭載して高周波部品を構成することができる。高周波部品としては、例えば増幅機能を主構成とした高周波増幅器モジュールや、スイッチ回路等他の機能と複合化した高周波複合モジュールなどが挙げられる。
【００８９】
そして、高周波電力増幅回路を備えた高周波部品の製造方法において、上述の手法に基づいて高周波電力増幅回路を調整することとすれば、増幅器の線形性に優れた高周波部品を提供することができる。
【００９０】
このような高周波電力増幅回路の調整方法や高周波部品の製造方法においても、入力電力−１０〜＋５ｄＢｍの範囲におけるゲインの振れ幅を０.３ｄＢ以下、さらには０.１５ｄＢ以下に抑えるようにすることが好ましい。また、増幅器出力１８ｄＢｍにおける入力電力に対するゲインの傾きを０．０２ｄＢ／ｄＢｍ以下、さらには０．０１ｄＢ／ｄＢｍ以下に抑えることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の線形高周波電力増幅回路は、消費電力が小さく、振幅の変動を伴う変調方式を採用した携帯電話、無線ＬＡＮ端末などの高周波無線通信機器に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の線形高周波電力増幅回路の設計思想を説明するための等価回路図である。
【図２】実施例の線形高周波電力増幅回路構成を説明するための等価回路図である。
【図３】本発明の線形高周波電力増幅回路の電力増幅率のバイアス回路のベースバンドインピーダンス依存性を説明するための図である。
【図４】バイアス回路のベースバンドインピーダンスと増幅器出力１８ｄＢｍにおけるゲインの傾きの関係を示した図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０  電圧信号源
１１  ソースインピーダンス
１２  直流ブロック容量
１３、２３  高周波信号増幅用バイポーラトランジスタ
１３ａ、１３ｂ  バイアス回路用トランジスタ
１４、３１、３２  抵抗
１５、１７、２７  高周波チョークコイル
１６  ベースバイアス電圧源
１８、２６  直流電圧源
１９  高調波ショート回路
２８  ベースバイアス電圧発生回路
２９  入力マッチング回路
３０  出力マッチング回路
Ｔ1、Ｔ2  バイアス回路外部端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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