(57)【要約】      （修正有）【課題】高出力時の増幅用トランジスタの熱暴走による出力パワーの低下がなく、熱暴走に対して安定的であり、さらに、高出力時のバイアス回路のバイアス電流の不足による出力パワーの低下が少ない高周波増幅回路を得ることができ、これを受信機能ならびに送信機能に用いることにより、ダイナミックレンジの広い受信性能と送信性能に優れた安定的な受信機および送信機、ならびに送受信機を提供する。【解決手段】バイアス回路４０、エミッタホロワ回路４５、エミッタ接地増幅回路５からなる高周波増幅回路において、増幅用トランジスタ５は複数の単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃを並列に接続した構成であって、各単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃのベースにそれぞれバイアス用抵抗１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを介してバッファ用トランジスタ４５からのバイアス電流を供給する構成となっている。【選択図】図１
2007195100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カレントミラー回路からなるバイアス回路と、第１のバッファ用トランジスタを有するエミッタホロワ回路と、第１の増幅用トランジスタを有したエミッタ接地増幅回路からなり、
前記バイアス回路のバイアス電流出力を前記第１のバッファ用トランジスタのベースに接続し、前記第１のバッファ用トランジスタのエミッタをバイアス印加素子を介して前記第１の増幅用トランジスタのベースに接続し、前記バイアス回路からのバイアス電流を前記エミッタホロワ回路で増幅して前記第１の増幅用トランジスタのベースに供給する構成の高周波増幅回路であって、
前記第１の増幅用トランジスタは複数の単位トランジスタセルを並列に接続した構成であって、各単位トランジスタセルのベースにそれぞれ前記バイアス印加素子を介して前記第１のバッファ用トランジスタからのバイアス電流を供給する構成であることを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項２】
請求項１記載の高周波増幅回路において、
前記バイアス回路は少なくとも第１のバイアス用トランジスタと第２のバイアス用トランジスタからなり、エミッタが接地された前記第１のバイアス用トランジスタのベースを前記第２のバイアス用トランジスタのエミッタに接続し、前記第１のバイアス用トランジスタのコレクタを前記第２のバイアス用トランジスタのベースと前記第１のバッファ用トランジスタのベースに接続するとともに、第１の電流調整用抵抗を介して基準電圧を印加し、前記第２のバイアス用トランジスタのコレクタと前記第１のバッファ用トランジスタのコレクタに電源電圧を印加する構成であることを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項３】
請求項１または２記載の高周波増幅回路において、
前記第１のバッファ用トランジスタのエミッタと前記バイアス印加素子の接続点を少なくとも容量からなる第１の接地素子により接地したことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波増幅回路において、
前記第１のバッファ用トランジスタのベースを少なくとも容量からなる第２の接地素子により接地したことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の高周波増幅回路において、
前記バイアス印加素子は少なくともバイアス用インダクタとバイアス用抵抗からなり、前記第１のバッファ用トランジスタのエミッタからのバイアス電流が前記バイアス用インダクタを介して前記第１の増幅用トランジスタの各単位トランジスタセルのベースにそれぞれ前記バイアス用抵抗を介して供給することを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の高周波増幅回路において、
前記高周波増幅回路を少なくとも１段以上含んだ多段増幅回路からなり、前記多段増幅回路の前記高周波増幅回路は、少なくとも前記バイアス回路と前記第１のバッファ用トランジスタと前記第１の増幅用トランジスタと前記バイアス印加素子が同一半導体基板上に形成したことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項７】
請求項６記載の高周波増幅回路において、
前記第１の増幅用トランジスタを構成する複数の単位トランジスタセルの各エミッタを前記同一半導体基板上に形成された高周波増幅回路を封入するＩＣパッケージの接地端子にそれぞれ独立して接地したことを特徴とする高周波増幅回路。
【請求項８】
受信したＲＦ周波信号を増幅して出力する低雑音増幅回路と、前記低雑音増幅回路より出力されたＲＦ周波信号を局部発振信号により中間周波信号に周波数変換出力するミクサ回路と、前記ミクサ回路より出力された中間周波信号を復調する復調回路を有する受信機であって、
前記低雑音増幅回路に、請求項１〜７のいずれか１項に記載の高周波増幅回路を用いたことを特徴とする受信機。
【請求項９】
変調回路において変調出力される中間周波信号を局部発振信号により、ＲＦ周波信号に周波数変換出力するミクサ回路と、前記ミクサ回路より出力されたＲＦ周波信号を所望の信号レベルに増幅する電力増幅回路を有する送信機であって、
前記電力増幅回路に、請求項１〜７のいずれか１項に記載の高周波幅回路を用いたことを特徴とする送信機。
【請求項１０】
受信したＲＦ周波信号を増幅して出力する低雑音増幅回路と、前記低雑音増幅回路より出力されたＲＦ周波信号を局部発振信号により中間周波信号に周波数変換出力するミクサ回路と、前記ミクサ回路より出力された中間周波信号を復調する復調回路を有する受信部と、
変調回路において変調出力される中間周波信号を局部発振信号により、ＲＦ周波信号に周波数変換出力するミクサ回路と、前記ミクサ回路より出力されたＲＦ周波信号を所望の信号レベルに増幅する電力増幅回路を有する送信部からなり、
送信時は前記受信部をオフ状態とし、受信時は前記送信部をオフ状態として、送信と受信を交互に行う構成の送受信機であって、
前記低雑音増幅回路と前記電力増幅回路に、請求項１〜７のいずれか１項に記載の高周波増幅回路を用いたことを特徴とする送受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波増幅回路の技術に関し、特に、セルラ電話や無線ＬＡＮ等の送受信機や、ＴＶ、ＣＡＴＶ、衛星放送、衛星通信等の受信機と、それらに用いられる低雑音増幅回路、電力増幅回路に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者が検討した技術として、高周波増幅回路の従来技術に関しては、たとえば一例として図１０に示すような構成のものが考えられる。
【０００３】
図１０に示す高周波増幅回路は、無線ＬＡＮシステムにおいて、変調された無線周波信号（ＲＦ信号）をアクセスポイントあるいは無線ＬＡＮシステムを搭載している他のパーソナルコンピュータ等に送信するための送信部の最終段に用いられている電力増幅を行う高周波増幅回路の一例を示し、入力される信号は周波数が５ＧＨｚ帯のＲＦ信号であり、電源電圧は３．３Ｖである。
【０００４】
図１０の高周波増幅回路は、ＲＦ信号入力端子１と、ＲＦ信号出力端子２と、電源端子３と、基準電圧端子４と、増幅用トランジスタ５と、接地用容量６，７と、入力整合回路２０と、出力整合回路３０と、バイアス回路４０と、バイアス用インダクタ８と、バイアス用抵抗９を有しており、増幅用トランジスタ５は単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃが並列接続されて増幅素子を構成しており、この増幅用トランジスタ５のエミッタを接地し、ベースを入力整合回路２０を介し、ＲＦ信号入力端子１に接続するとともに、バイアス用抵抗９とバイアス用インダクタ８を介しバイアス回路４０に接続し、コレクタを出力整合回路３０を介し、ＲＦ信号出力端子２と電源端子３に接続している。
【０００５】
さらに、バイアス回路４０は、バイアス用トランジスタ４３，４４と、バッファ用トランジスタ４５と、電流調整用抵抗４１，４２を有し、エミッタが接地されたバイアス用トランジスタ４３のベースをバイアス用トランジスタ４４のエミッタに接続し、バイアス用トランジスタ４３のコレクタをバイアス用トランジスタ４４のベースに接続し、電流調整用抵抗４２，４１を介し基準電圧端子４に接続するとともに、電流調整用抵抗４１，４２の接続点にバッファ用トランジスタ４５のベースを接続している。そして、バイアス用トランジスタ４４のコレクタとバッファ用トランジスタ４５のコレクタを電源端子３に接続し、バッファ用トランジスタ４５のエミッタをバイアス用インダクタ８とバイアス用抵抗９を介して、増幅用トランジスタ５のベースに接続することにより、増幅用トランジスタ５のベースにバイアス電流を供給する。
【０００６】
また、入力整合回路２０は、容量２１，２２と、インダクタ２３を有し、増幅用トランジスタ５のベースとＲＦ信号源インピーダンスとのインピーダンス整合を図り、出力整合回路３０はインダクタ３１，３３と容量３２を有し、増幅用トランジスタ５のコレクタと負荷インピーダンスとのインピーダンス整合を図るとともに、電源端子３の電圧を増幅用トランジスタ５のコレクタに供給する働きも兼ねている。
【０００７】
以上の高周波増幅回路は、ＲＦ信号入力端子１に入力された５ＧＨｚ帯のＲＦ信号を増幅用トランジスタ５により増幅し、ＲＦ信号出力端子２に出力する。このとき増幅用トランジスタ５にバイアス電流を供給するバイアス回路４０は、温度変化により増幅用トランジスタ５のベースとコレクタ間電圧ＶＢＥが変化することによるバイアス電流の変動をバイアス回路４０のバイアス用トランジスタ４３，４４により構成されるカレントミラー回路とバッファ用トランジスタ４５のエミッタホロワ回路のベースとコレクタ間電圧の温度変化による変動で打ち消すことにより、増幅用トランジスタ５のコレクタ電流の温度依存性を抑えている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
さらに、カレントミラー回路と増幅用トランジスタ間をエミッタホロワ回路によるバッファを介して接続することにより、高周波増幅回路における高出力時のバイアス回路のドライブ能力が不足しないようにしている。
【０００９】
また、増幅用トランジスタ５に流れるコレクタ電流は、電流調整用抵抗４１，４２の値により調整可能であり、増幅用トランジスタ５のベースとバイアス回路４０の接続は、バイアス回路４０のインピーダンスの影響による利得の低下を抑えるため、バイアス用インダクタ８とバイアス用抵抗９を介している。
【非特許文献１】社団法人  電子情報通信学会  信学技報「Ｗ−ＣＤＭＡ用２段パワーアンプＨＢＴ  ＭＭＩＣにおける歪相殺を用いた効率向上手法」、ＥＤ２００１−２０７、図７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記従来技術で示す高周波増幅回路を送信機や受信機に用いた場合、必要とされる雑音性能や出力特性を満足するため、増幅用トランジスタのトランジスタサイズをある程度大きくする必要がある。このため、所望のトランジスタサイズを得るために、最小のトランジスタサイズとなる単位トランジスタセルを並列接続し、この並列接続数により所望のサイズを得るのが一般的である。
【００１１】
しかし、トランジスタセルを並列に複数接続した場合、増幅動作に伴うトランジスタの発熱により、トランジスタ列の周辺部に比べトランジスタ列の中央部の温度が高くなる現象が発生する。
【００１２】
ところで、トランジスタのベースとエミッタ間電圧ＶＢＥは、ダイオードの順方向電圧と等しい約０．７Ｖの定電圧であるが、トランジスタの発熱等による温度上昇があるとＶＢＥ電圧が低下する傾向にある。このため、電力増幅回路のように、増幅用トランジスタに大きなコレクタ電流を流す場合に、これに伴なう温度上昇によりＶＢＥ電圧が低下すると、ベース電流が増加することにより、コレクタ電流が増加し、トランジスタの温度がさらに上昇する。この温度上昇によりさらにＶＢＥ電圧が低下するため、ベース電流およびコレクタ電流が飽和するまで大きくなるという熱暴走と呼ばれる現象が発生する。
【００１３】
図１０で示した高周波増幅回路の従来技術の一例では、上述のように、増幅用トランジスタ５を構成する単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃのうち、増幅用トランジスタ５の中央部となる単位トランジスタセル５ｂが周辺部となる単位トランジスタセル５ａ，５ｃに比べトランジスタの温度が高くなる傾向にある。このため、高出力時等に増幅用トランジスタ５のコレクタ電流が大きくなった場合、上述のような熱暴走が発生し、中央部の単位トランジスタセル５ｂに流れるベース電流およびコレクタ電流が増加する一方で、周辺部の単位トランジスタセル５ａ，５ｃに流れるベース電流が減少し、これらのトランジスタに流れるコレクタ電流が減少する。
【００１４】
このため、ある一定以上のコレクタ電流が流れると、トランジスタの発熱により中央部の単位トランジスタセル５ｂが熱暴走を起こし、増幅用トランジスタ５に流れるコレクタ電流のほとんどが単位トランジスタセル５ｂに流れるとともに、周辺部の単位トランジスタセル５ａ，５ｃにはほとんどコレクタ電流が流れなくなるという現象が生じる。この現象が生じて、中央部の単位トランジスタセル５ｂに電流が集中し、周辺部の単位トランジスタセル５ａ，５ｃにはほとんどコレクタ電流が流れずオフ状態となることから、増幅用トランジスタ５の出力電力が低下するという課題を有していた。
【００１５】
このため、図１０で示した高周波増幅回路を受信機の初段の低雑音増幅回路に用いた場合、ＲＦ信号がある一定レベル以上になると熱暴走が発生することにより、出力波形が歪んでしまい、十分なダイナミックレンジが得られないし、また、送信機の最終段の電力増幅回路に用いた場合、ある一定レベル以上の出力レベルになると熱暴走が発生することにより、十分な送信電力が得られない。
【００１６】
さらに、上記従来技術で示す高周波増幅回路では、増幅用トランジスタのベースとエミッタ間がダイオードとしてオン動作するような強レベルのＲＦ信号が入力された場合、入力されたＲＦ信号が正振幅時にクリップされるため、ベースとエミッタ間電圧ＶＢＥの平均値が低下することで、バイアス回路からのベース電流が増加する。ベース電流が増えることによりコレクタ電流が増加して、強入力時にコレクタ電流が増加するため、出力電力の不足が抑えられる構成となっている。しかし、図１０で示した高周波増幅回路の従来技術では、強入力時にベース電流が増加した場合、バイアス用抵抗９による電圧降下が大となることにより増幅用トランジスタ５へのバイアス電流が不足するので、入出力特性が劣化し、十分な出力パワーが得られないという課題があった。
【００１７】
このため、図１０で示した高周波増幅回路を受信機の初段の低雑音増幅回路に用いた場合、強入力時に出力波形が歪んでしまい、十分なダイナミックレンジが得られないし、また、送信機の最終段の電力増幅回路に用いた場合、十分な送信電力が得られない。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、高出力時の増幅用トランジスタの熱暴走による出力パワーの低下がなく、熱暴走に対して安定的であり、さらに、高出力時のバイアス回路のバイアス電流の不足による出力パワーの低下が少ない高周波増幅回路を得ることができ、これを受信機能ならびに送信機能に用いることにより、ダイナミックレンジの広い受信性能と送信性能に優れた安定的な受信機および送信機、ならびに送受信機を提供することにある。
【００１９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２１】
本発明は、上記目的を達成するために、上記課題である強入力時等によりコレクタ電流がある値以上に大きくなると熱暴走が発生し、出力パワーが低下するという課題を解決するための手段として、以下のような特徴を有するものである。なお、ここでは、本発明の特徴を分かり易くするために、上記図１０の従来技術で示した高周波増幅回路と比較して説明する。
【００２２】
本発明において、上記課題を解決するための第１の手段は、バッファ用トランジスタ４５からのバイアス電流をバイアス用インダクタ８を介し、単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃのベースにそれぞれバイアス用抵抗を用いて独立してバイアス電流を供給する構成とした。
【００２３】
図１０の従来技術で示した高周波増幅回路では、高出力時等により増幅用トランジスタ５のコレクタ電流がある程度以上大きくなった場合、熱暴走が発生し、中央部の単位トランジスタセル５ｂに流れるベース電流が増加すると、バイアス用抵抗９による電圧降下が生じ、周辺部の単位トランジスタセル５ａ，５ｃのベースに印加されるバイアス電圧も低下するため、周辺部の単位トランジスタセル５ａ，５ｃに流れるコレクタ電流が一層低下する。しかし、上述の構成とすることにより、単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃのベースに独立してそれぞれにバイアス用抵抗でバイアス電圧を印加することで、熱暴走による中央部の単位トランジスタセル５ｂに流れるベース電流の増加による周辺部の単位トランジスタセル５ａ，５ｃに印加されるバイアス電圧の低下を抑えることができるので、熱暴走による出力パワーの低下を抑えることができる。
【００２４】
本発明において、上記熱暴走が発生し出力パワーが低下するという課題を解決するための第２の手段は、増幅用トランジスタ５を構成する単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃのエミッタの接地をそれぞれ独立して行う構成とした。
【００２５】
このような構成とすることにより得られる動作について以下説明する。
【００２６】
高出力時等でコレクタ電流が大きくなった場合、トランジスタの発熱により、中央部の単位トランジスタセル５ｂの温度上昇により、中央部にコレクタ電流が集中した場合、実際のエミッタの接地部分は基板の配線による微少抵抗性成分や微少インダクタンス成分が含まれるため、コレクタ電流増に伴い、これらの電圧降下によりエミッタ電位が上昇する。このとき、周辺部の単位トランジスタセル５ａ，５ｃのエミッタが共通接続されている場合、中央部のトランジスタのエミッタ電位の上昇により、周辺部の単位トランジスタセル５ａ，５ｃのエミッタの電位も上昇するため、周辺部の単位トランジスタセル５ａ，５ｃに流れるコレクタ電流が、エミッタ電位の上昇により負帰還がかかり減少する。しかし、上述の構成とすることにより、単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃのエミッタを独立して接地することで、熱暴走による中央部の単位トランジスタセル５ｂへの電流集中による周辺部の単位トランジスタセル５ａ，５ｃへの負帰還の影響が小さくなるので、これら周辺部の単位トランジスタセルの電流低下が抑えられるため、熱暴走による出力パワーの低下を抑えることができる。
【００２７】
次に、上記課題である強入力時に、バイアス回路のバイアス電流の不足による出力パワーが不足するという課題を解決するための手段として、以下のような特徴を有するものである。上記と同様に、本発明の特徴を分かり易くするために、上記図１０の従来技術で示した高周波増幅回路と比較して説明する。
【００２８】
本発明において、上記課題を解決するための第１の手段は、バッファ用トランジスタ４５のベースを容量により接地するとともに、バッファ用トランジスタ４５のエミッタを抵抗と容量の直列接続体により接地する構成とした。
【００２９】
図１０の従来技術で示した高周波増幅回路では、増幅用トランジスタ５のベースとエミッタ間がダイオードとして動作するような強レベルのＲＦ信号が入力された場合、増幅用トランジスタ５のベースとエミッタ間は、入力されたＲＦ信号が正振幅の時にオン状態となるため、正振幅時はダイオードの順方向電圧である約０．７Ｖにクリップされるため、ベースとエミッタ間電圧ＶＢＥが低下する。この低下によりベース電流は増加するが、バイアス用抵抗９の電圧降下が大となることで、強入力レベル時は入力レベルに対し必要とされるベース電流が不足するため、十分な出力電力が得られないという課題を有していた。しかし、上述のバッファ用トランジスタ４５のベースを容量により接地する構成にすることにより、強入力時に、入力されたＲＦ信号がバイアス用抵抗９とバイアス用インダクタ８を介してバッファ用トランジスタ４５のエミッタに洩れ込むことにより、バッファ用トランジスタ４５のエミッタとベース間が、増幅用トランジスタ５のベースとエミッタ間とは逆に入力されたＲＦ信号が負振幅の時にオン状態となる。このため、バッファ用トランジスタ４５のエミッタの電位はバッファ用トランジスタ４５のベース電位を基準とすると上昇する。
【００３０】
したがって、強入力時に、増幅用トランジスタ５のベースとエミッタ間電圧ＶＢＥの低下をバッファ用トランジスタ４５のエミッタの電位の上昇により打ち消すことができるので、強入力時の出力電力の不足を改善することができる。
【００３１】
なお、バッファ用トランジスタ４５のエミッタの電位の上昇は、バッファ用トランジスタ４５のエミッタに付加した抵抗と容量の直列接続体による接地の定数により調整することができるため、これらの定数の最適化を図ることにより、高周波増幅回路の高出力化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００３３】
本発明によれば、高出力時の増幅用トランジスタの熱暴走による出力パワーの低下がなく、熱暴走に対して安定的であり、さらに、高出力時のバイアス回路のバイアス電流の不足による出力パワーの低下が少ない高周波増幅回路が得られるとともに、これを受信機能ならびに送信機能に用いることにより、ダイナミックレンジの広い受信性能と送信性能に優れた安定的な受信機および送信機、ならびに送受信機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３５】
（実施の形態の概要）
本発明の実施の形態においては、高出力時に、熱暴走による出力パワーの低下を抑える目的として、熱暴走が発生する増幅用トランジスタの中央部に電流が集中しにくい構成とすることにより改善を図った。また、高出力時のバイアス回路のバイアス電流の不足による出力パワーの低下を抑えることを目的として、高出力時に増幅用トランジスタのバイアス電圧を補正する構成とした。以下、各実施の形態を具体的に説明する。
【００３６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による第１の実施の形態の高周波増幅回路を示す回路図である。
【００３７】
図１において、１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃは結合容量、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃはバイアス用抵抗、１０３，１０５は接地用容量、１０４は接地用抵抗であり、その他、図１０に対応する部分については同一符号を付けて説明を省略する。
【００３８】
すなわち、第１の実施の形態の高周波増幅回路は、カレントミラー回路からなるバイアス回路と、バッファ用トランジスタ４５を有するエミッタホロワ回路と、増幅用トランジスタ５を有したエミッタ接地増幅回路などからなり、バイアス回路のバイアス電流出力をバッファ用トランジスタ４５のベースに接続し、バッファ用トランジスタ４５のエミッタをバイアス印加素子を介して増幅用トランジスタ５のベースに接続し、バイアス回路からのバイアス電流をエミッタホロワ回路で増幅して増幅用トランジスタ５のベースに供給する構成となっている。
【００３９】
特に、この高周波増幅回路において、増幅用トランジスタ５は、複数の単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃを並列に接続した構成であって、各単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃのベースにそれぞれバイアス印加素子を介してバッファ用トランジスタ４５からのバイアス電流を供給する構成である。
【００４０】
また、バイアス回路は、バイアス用トランジスタ４３とバイアス用トランジスタ４４などからなり、エミッタが接地されたバイアス用トランジスタ４３のベースをバイアス用トランジスタ４４のエミッタに接続し、バイアス用トランジスタ４３のコレクタをバイアス用トランジスタ４４のベースとバッファ用トランジスタ４５のベースに接続するとともに、電流調整用抵抗４１を介して基準電圧を印加し、バイアス用トランジスタ４４のコレクタとバッファ用トランジスタ４５のコレクタに電源電圧を印加する構成となっている。
【００４１】
また、バッファ用トランジスタ４５のエミッタとバイアス印加素子の接続点は、接地用容量１０５からなる接地素子により接地している。さらに、バッファ用トランジスタ４５のベースは、接地用容量１０３からなる接地素子により接地している。
【００４２】
また、バイアス印加素子は、バイアス用インダクタ８とバイアス用抵抗１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃなどからなり、バッファ用トランジスタ４５のエミッタからのバイアス電流がバイアス用インダクタ８を介して増幅用トランジスタ５の各単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃのベースにそれぞれバイアス用抵抗１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを介して供給する構成となっている。
【００４３】
図１において、第１の実施の形態の高周波増幅回路は、ＲＦ信号入力端子１に入力されたＲＦ信号が、入力整合回路２０を介し、増幅用トランジスタ５により増幅され、出力整合回路３０を介し、ＲＦ信号出力端子２より出力される。また、増幅用トランジスタ５を構成している単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃのコレクタはそれぞれ共通接続され、出力整合回路３０に接続するとともに、各エミッタをそれぞれ独立して接地している。さらに、単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃのベースはそれぞれバイアス用抵抗１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを介して、バイアス用インダクタ８に接続するとともに、それぞれ結合容量１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを介して入力整合回路２０に接続している。さらに、バッファ用トランジスタ４５のベースは接地用容量１０３により接地され、バッファ用トランジスタ４５のエミッタは、接地用抵抗１０４と接地用容量１０５の直列接続体により接地している。
【００４４】
ここで、少なくとも、増幅用トランジスタ５、バイアス用トランジスタ４３，４４、バッファ用トランジスタ４５、結合容量１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ、バイアス用インダクタ８、バイアス用抵抗１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ、接地用抵抗１０４、接地用容量１０５は同一半導体基板上に形成されている。
【００４５】
以上の第１の実施の形態では、バッファ用トランジスタ４５からのバイアス電流をバイアス用インダクタ８を介し、単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃのベースにそれぞれバイアス用抵抗１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを用いて独立してバイアス電流を供給することにより、高出力時等によるトランジスタの発熱により、中央部の単位トランジスタセル５ｂに流れるベース電流の増加により、周辺部の単位トランジスタセル５ａ，５ｃのベースのバイアス電圧が低下するのを抑えられるため、熱暴走による出力パワーの低下を抑えることができる。
【００４６】
さらに、単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃのエミッタをそれぞれ独立して接地することにより、高出力時等の中央部の単位トランジスタセル５ｂへのコレクタ電流が集中した場合に半導体基板の配線による微少抵抗性成分や微少インダクタンス成分による負帰還が周辺部のトランジスタセル５ａ，５ｃに与える影響を抑えることができるため、上記手段によっても熱暴走による出力パワーの低下を抑えることができる。
【００４７】
さらに、強入力時のバイアス電流の不足による出力パワーの不足については、強入力時の増幅用トランジスタ５のベースとエミッタ間電圧ＶＢＥの低下を接地用容量１０３と接地用抵抗１０４および接地用容量１０５の付加により、このＶＢＥ電圧の低下を打ち消すことができるため、強入力レベル時の出力電力の不足を改善することができる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明による第２の実施の形態の高周波増幅回路を示す回路図である。図２により、第２の実施の形態の高周波増幅回路の構成および動作の一例を説明する。
【００４９】
図２において、２０１，２０２はダイオードであり、その他、上記図１に対応する部分については同一符号を付けて説明を省略する。
【００５０】
図２において、ダイオード２０１と２０２を直列接続し、ダイオード２０２のカソードを接地し、ダイオード２０１のアノードを電流調整用抵抗４２を介し、バッファ用トランジスタ４５のベースと接地用容量１０３に接続するとともに、電流調整用抵抗４１を介し基準電圧端子４に接続している。
【００５１】
以上の構成は、上記第１の実施の形態と比較して、ダイオード２０１，２０２の直列接続体によるダイオードの順方向電圧をバイアス回路の基準電圧に用いたものであり、上記第１の実施の形態と同様の動作および効果が得られるのに加え、バイアス回路の簡略化が図れるので、回路規模の小さい高周波増幅回路を得ることができる。
【００５２】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明による第３の実施の形態の高周波増幅回路を示す回路図である。図３により、第３の実施の形態の高周波増幅回路の構成および動作の一例を説明する。
【００５３】
図３において、３０１，３０２はバイアス用トランジスタであり、その他、上記図１に対応する部分については同一符号を付けて説明を省略する。
【００５４】
図３において、エミッタが接地されたバイアス用トランジスタ３０２のベースをバイアス用トランジスタ３０１のエミッタに接続し、バイアス用トランジスタ３０２のコレクタをバイアス用トランジスタ３０１のベースに接続し、電流調整用抵抗４１を介し基準電圧端子４に接続するとともに、接地用容量１０３を介し接地する。また、バイアス用トランジスタ３０１のコレクタを電源端子３に接続し、バイアス用トランジスタ３０１のエミッタを接地用抵抗１０４と接地用容量１０５により接地するとともに、バイアス用インダクタ８に接続している。
【００５５】
以上の構成は、上記第１の実施の形態と比較して、バイアス回路にエミッタホロワ回路を介さずにカレントミラー回路から直接増幅用トランジスタ５にベース電流を供給する構成であり、上記第１の実施の形態と同様の動作および効果が得られるのに加え、バイアス回路の簡略化が図れるので、回路規模の小さい高周波増幅回路を得ることができる。
【００５６】
（第４の実施の形態）
図４は、本発明による第４の実施の形態の高周波増幅回路（集積化）を示す回路図である。図４により、第４の実施の形態の高周波増幅回路の構成および動作の一例を説明する。
【００５７】
図４は、上記図１で示した第１の実施の形態を集積化した場合についてのＩＣレイアウトおよびワイヤボンディング方法について具体的に示したものであり、４０１は半導体基板、４０２はＩＣパッケージフレーム、４０３はＩＣパッケージ、４０４はボンディングパッド、４０５はボンディングワイヤ、１０３ａ，１０３ｂは接地用容量であり、その他、上記図１に対応する部分については同一符号を付けて説明を省略する。
【００５８】
図４において、増幅用トランジスタ５、バイアス回路４０、バイアス用インダクタ８、結合容量１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ、バイアス用抵抗１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ、接地用容量１０３ａ、接地用抵抗１０４、接地用容量１０５は同一半導体基板４０１で集積化されており、ＩＣパッケージ４０３に封入されている。
【００５９】
また、増幅用トランジスタ５を構成している単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃのエミッタはそれぞれ独立してボンディングパットを設けることにより、高出力時等の中央部の単位トランジスタセル５ｂへのコレクタ電流が集中した場合にボンディングワイヤに含まれる微少抵抗性成分や微少インダクタンス成分による負帰還の周辺部のトランジスタセル５ａ，５ｃへの影響を抑えている。さらに、接地用容量１０３は１０００ｐＦ程度の比較的大きな値の容量が必要とされるため、この容量の集積化はチップ面積的に困難である。このため、本実施の形態ではＩＣ内部で数ｐＦ程度の小容量で接地（１０３ａ）するとともに、ＩＣ外付け（１０３ｂ）も可能な構成とすることで、強入力レベル時の出力電力の不足を改善することができる。
【００６０】
また、その他の動作および効果についても、上記第１の実施の形態と同様であるので、第１の実施の形態の高周波増幅回路を集積化することができる。
【００６１】
なお、高周波増幅回路を集積化する場合には、図４のような１段に限らず、２段以上含んだ多段増幅回路として構成することも可能であり、この場合にも同様に、多段増幅回路の高周波増幅回路を構成する、バイアス回路、バッファ用トランジスタ、増幅用トランジスタ、バイアス印加素子を同一半導体基板上に形成することで対応が可能となる。
【００６２】
（実施の形態の効果）
次に、本発明の実施の形態における効果を図５〜図８を参照して説明する。
【００６３】
図５は、図１０で示した従来技術の一例において、増幅用トランジスタ５を構成する単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃのベース電流に対する単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃの各コレクタに流れるコレクタ電流の実験結果を示したものであり、図６は、図１で示した第１の実施の形態におけるベース電流に対する単位トランジスタセル５ａ，５ｂ，５ｃの各コレクタ電流の実験結果を示したものである。
【００６４】
さらに、図７は、高周波増幅回路の入力出力特性を図１で示した第１の実施の形態と図１０で示した従来技術の一例の実験結果を比較したものであり、図８は、高周波増幅回路の入力出力特性を図１で示した第１の実施の形態で、接地用容量１０３を付加した場合と付加しない場合の実験結果の比較を示したものである。
【００６５】
なお、図５〜図８は、５．２ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ端末の送信部の電力増幅回路に用いた場合についての実験結果で、電源電圧は３．３Ｖであり、図５および図６の横軸はベース電流、縦軸は各単位トランジスタセルに流れるコレクタ電流であり、図７および図８の横軸はＲＦ信号入力レベル、縦軸はＲＦ信号出力レベルである。なお、実験は、増幅段が３段の電力増幅回路を用いて、最終段のみ本実施の形態の回路を用いて測定した。
【００６６】
図５の従来技術の一例のベース電流に対する各コレクタ電流特性では、ある値以上にコレクタ電流が増えると、中央部の単位トランジスタセル５ｂのみに電流が集中することが分かるが、図６の第１の実施の形態のベース電流に対する各コレクタ電流特性では、中央部の単位トランジスタセル５ｂへ電流が集中する傾向が小さくなっていることが分かる。さらに、図７の入力出力特性では、図１０で示した従来技術の一例の場合、単位トランジスタセルの中央部への電流集中により、ある出力レベル以上になると、出力パワーが急激に低下するが、図１で示した第１の実施の形態では、急激に出力パワーが低下する現象が見られないことが分かる。このことから、単位トランジスタセルのベースをそれぞれ独立してバイアス電流を供給すること、および単位トランジスタセルのエミッタの接地をそれぞれ独立して行なうことにより、熱暴走による出力パワーの低下が抑えられていることが分かる。
【００６７】
さらに、図８では、図１で示した第１の実施の形態で、接地用容量１０３を付加した場合の方が、強入力時の出力パワーの低下が小さいことから、接地用容量１０３の付加により、バイアス回路のバイアス電流の不足が改善されていることが分かる。
【００６８】
（高周波増幅回路を用いた送受信機）
次に、上述した実施の形態における高周波増幅回路を用いた、送信機および受信機を含む送受信機を図９を参照して説明する。
【００６９】
図９は、送受信機能を有する５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ端末のブロック図を示したものであり、８０１は送受信兼用アンテナ、８０２は切り替え回路、８０３は低雑音増幅回路、８０４，８０６，８１４，８１６はバンドパスフィルタ、８０５，８１３はミクサ回路、８０７は直交信号復調部、８０８はベースバンド信号処理部、８０９は制御部、８１０は局部発振回路、８１１はＰＬＬ回路、８１２は直交信号変調部、８１５は電力増幅回路である。また、図９の低雑音増幅回路８０３および電力増幅回路８１５には図１〜図４に示した高周波増幅回路のいずれかを用いている。
【００７０】
すなわち、この送受信機は、受信したＲＦ周波信号を増幅して出力する低雑音増幅回路８０３と、低雑音増幅回路８０３より出力されたＲＦ周波信号を局部発振信号により中間周波信号に周波数変換出力するミクサ回路８０５と、ミクサ回路８０５より出力された中間周波信号を復調する直交信号復調部８０７などを有する受信部と、直交信号変調部８１２において変調出力される中間周波信号を局部発振信号により、ＲＦ周波信号に周波数変換出力するミクサ回路８１３と、ミクサ回路８１３より出力されたＲＦ周波信号を所望の信号レベルに増幅する電力増幅回路８１５などを有する送信部などから構成されている。
【００７１】
図９の無線ＬＡＮ端末における送受信について、まず無線ＬＡＮのアクセスポイントあるいは他の無線端末を搭載したパーソナルコンピュータより送信された５．２ＧＨｚ帯のＲＦ信号を受信する場合について説明する。
【００７２】
図９において、ベースバンド信号処理部８０８の制御部８０９は切り替え回路８０２を受信側に切り替えるとともに、送信部をオフ状態とし、受信部をオン状態とする。
【００７３】
そして、アクセスポイントあるいは他のパーソナルコンピュータから送信されたＲＦ信号は送受信兼用アンテナ８０１より受信され、切り替え回路８０２を介し、低雑音増幅回路８０３に入力される。入力されたＲＦ信号は増幅され、バンドパスフィルタ８０４を介し、ミクサ回路８０５に入力される。ミクサ回路８０５では、ＰＬＬ回路８１１により発振周波数を制御された送受信兼用の局部発振回路８１０からの局部発振信号により、入力されたＲＦ信号は１ＧＨｚ帯の中間周波信号に周波数変換され、バンドパスフィルタ８０６を介し、直交信号復調部８０７に入力される。直交信号復調部８０７では入力された中間周波信号が、Ｉ／Ｑの直交信号に復調された後、ベースバンド信号処理部８０８により、図示していないが、ベースバンドのデータ信号に復調される。そして、この復調されたデータ信号はインターフェイスを介し、この送受信機を搭載しているパーソナルコンピュータ等のメモリに格納される。
【００７４】
次に、無線ＬＡＮの送受信部から、アクセスポイントあるいは無線ＬＡＮを搭載している他のパーソナルコンピュータに、データ信号を送信する場合について説明する。
【００７５】
図９において、ベースバンド信号処理部８０８の制御部８０９は切り替え回路８０２を送信側に切り替えるとともに、受信部をオフ状態とし、送信部をオン状態とする。
【００７６】
ベースバンド信号処理部８０８ではデータ信号をＩ／Ｑの直交信号に変調し、直交信号変調部８１２に入力する。入力されたＩ／Ｑの直交信号は直交信号変調部８１２において１ＧＨｚ帯の中間周波信号として変調出力され、ミクサ回路８１３に入力される。入力された中間周波信号はミクサ回路８１３において、ＰＬＬ回路８１１により発振周波数を制御された送受信兼用の局部発振回路８１０からの局部発振信号により、５．２ＧＨｚ帯のＲＦ信号に周波数変換出力され、バンドパスフィルタ８１４を介し電力増幅回路８１５に入力される。電力増幅回路８１５では、入力されたＲＦ信号を電力増幅し、バンドパスフィルタ８１６と切り替え回路８０２を介し送受信兼用アンテナ８０１により送信する。
【００７７】
以上の図９の無線ＬＡＮ端末における送受信機において、低雑音増幅回路８０３および電力増幅回路８１５に図１〜図４に示した高周波増幅回路を用いることにより、ダイナミックレンジの広い受信性能と送信性能に優れた送受信機を得ることができる。
【００７８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００７９】
たとえば、本実施の形態の高周波増幅回路は、送受信機に用いる場合に限らず、送信機のみの構成、受信機のみの構成においても同様に適用可能である。送信機の場合には、電力増幅回路に高周波増幅回路を用い、また、受信機の場合には、低雑音増幅回路に高周波増幅回路を用いることで、ダイナミックレンジの広い送信性能に優れた送信機、または受信性能に優れた受信機を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の高周波増幅回路は、セルラ電話や無線ＬＡＮ等の送受信機や、ＴＶ、ＣＡＴＶ、衛星放送、衛星通信等の受信機と、それらに用いられる低雑音増幅回路、電力増幅回路に良好に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明による第１の実施の形態の高周波増幅回路を示す回路図である。
【図２】本発明による第２の実施の形態の高周波増幅回路を示す回路図である。
【図３】本発明による第３の実施の形態の高周波増幅回路を示す回路図である。
【図４】本発明による第４の実施の形態の高周波増幅回路（集積化）を示す回路図である。
【図５】従来技術の高周波増幅回路において、ベース電流に対するコレクタ電流特性の実験結果を示す図である。
【図６】本発明による第１の実施の形態の高周波増幅回路において、ベース電流に対するコレクタ電流特性の実験結果を示す図である。
【図７】本発明による第１の実施の形態の高周波増幅回路と従来技術の高周波増幅回路において、入出力特性の実験結果を示す図である。
【図８】本発明による第１の実施の形態の高周波増幅回路において、接地用容量を付加した場合と付加しない場合の実験結果を示す図である。
【図９】本発明による高周波増幅回路を用いて構成した送受信機を示すブロック図である。
【図１０】従来技術の高周波増幅回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００８２】
１…ＲＦ信号入力端子、２…ＲＦ信号出力端子、３…電源端子、４…基準電圧端子、５…増幅用トランジスタ、５ａ，５ｂ，５ｃ…単位トランジスタセル、６，７，１０３，１０３ａ，１０３ｂ，１０５…接地用容量、８…バイアス用インダクタ、９，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ…バイアス用抵抗、２０…入力整合回路、２１，２２，３２…容量、２３，３１，３３…インダクタ、３０…出力整合回路、４０…バイアス回路、４１，４２…電流調整用抵抗、４３，４４，３０１，３０２…バイアス用トランジスタ、４５…バッファ用トランジスタ、１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ…結合容量、１０４…接地用抵抗、２０１，２０２…ダイオード、４０１…半導体基板、４０２…ＩＣパッケージフレーム、４０３…ＩＣパッケージ、４０４…ボンディングパッド、４０５…ボンディングワイヤ、８０１…送受信兼用アンテナ、８０２…切り替え回路、８０３…低雑音増幅回路、８０４，８０６，８１４，８１６…バンドパスフィルタ、８０５，８１３…ミクサ回路、８０７…直交信号復調部、８０８…ベースバンド信号処理部、８０９…制御部、８１０…局部発振回路、８１１…ＰＬＬ回路、８１２…直交信号変調部、８１５…電力増幅回路。
【図１】
2007195100.tif 000003
【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】
2007195100.tif 000009
【図８】
2007195100.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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