(57)【要約】【課題】複数の周波数帯のインピーダンス条件に対するインピーダンス変換を低損失に行なうことができるようにする。【解決手段】インピーダンス変換回路１０Ａは、入力された高周波信号の位相を調整する位相調整用伝送線路４と、その出力側に接続された第１のスイッチ素子６Ａと、該第１のスイッチ素子６Ａの出力側に設けられ、高周波信号を第１の高周波信号として出力する第１の出力端子７Ａと、位相調整用伝送線路４の出力側に接続され、高周波信号を反射可能な第１の反射量調整用伝送線路５と、その出力側に接続された第２のスイッチ素子６Ｂと、該第２のスイッチ素子６Ｂの出力側に設けられ、高周波信号を第２の高周波信号として出力する第２の出力端子７Ｂとを有している。第１のスイッチ素子６Ａ及び第２のスイッチ素子のｂうちの一方がオン状態とされる。【選択図】図１
2007281714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された高周波信号の位相を調整して出力する位相調整用伝送線路と、
前記位相調整用伝送線路の出力側に接続された第１のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子の出力側に設けられ、前記高周波信号を第１の高周波信号として出力する第１の出力端子と、
前記位相調整用伝送線路の出力側に接続され、前記高周波信号を反射可能な第１の反射量調整用伝送線路と、
前記第１の反射量調整用伝送線路の出力側に接続された第２のスイッチ素子と、
前記第２のスイッチ素子の出力側に設けられ、前記高周波信号を第２の高周波信号として出力する第２の出力端子とを備え、
前記第１のスイッチ素子及び第２のスイッチ素子のうちの一方がオン状態となることを特徴とするインピーダンス変換回路。
【請求項２】
前記第１のスイッチ素子の出力側に接続された第１の整合回路をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス変換回路。
【請求項３】
前記位相調整用伝送線路と前記第１のスイッチ素子との間に接続され、前記高周波信号を反射可能な第２の反射量調整用伝送線路をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインピーダンス変換回路。
【請求項４】
前記第２のスイッチ素子の出力側に接続された第２の整合回路をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインピーダンス変換回路。
【請求項５】
前記位相調整用伝送線路の出力側に接続され、前記高周波信号を反射可能な第３の反射量調整用伝送線路と、
前記第３の反射量調整用伝送線路の出力側に接続された第３のスイッチ素子と、
前記第３のスイッチ素子の出力側に設けられ、前記高周波信号を第３の高周波信号として出力する第３の出力端子とをさらに備え、
前記第１のスイッチ素子、第２のスイッチ素子及び第３のスイッチ素子のうちの１つがオン状態となることを特徴とする請求項３又は４に記載のインピーダンス変換回路。
【請求項６】
前記第３のスイッチ素子の出力側に接続された第３の整合回路をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載のインピーダンス変換回路。
【請求項７】
入力された高周波信号のインピーダンスを変換する第１のインピーダンス変換素子と、
前記第１のインピーダンス変換素子の出力側に接続され、前記高周波信号のインピーダンスを変換する第２のインピーダンス変換素子と、
前記第２のインピーダンス変換素子の出力側に接続された第１のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子の出力側に設けられ、前記高周波信号を第１の高周波信号として出力する第１の出力端子と、
前記第１のインピーダンス変換素子の出力側に接続された第２のスイッチ素子と、
前記第２のスイッチ素子の出力側に設けられ、前記高周波信号を第２の高周波信号として出力する第２の出力端子とを備え、
前記第１のスイッチ素子及び第２のスイッチ素子のうちの一方がオン状態となることを特徴とするインピーダンス変換回路。
【請求項８】
前記第１のスイッチ素子の出力側に接続された第１の整合回路をさらに備えていることを特徴とする請求項７に記載のインピーダンス変換回路。
【請求項９】
前記第１のインピーダンス変換素子と前記第２のスイッチ素子との間に接続され、前記高周波信号のインピーダンスを変換する第３のインピーダンス変換素子をさらに備えていることを特徴とする請求項７又は８に記載のインピーダンス変換回路。
【請求項１０】
前記第２のスイッチ素子の出力側に接続された第２の整合回路をさらに備えていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のインピーダンス変換回路。
【請求項１１】
前記第１のインピーダンス変換素子の出力側に接続され、前記高周波信号のインピーダンスを変換する第４のインピーダンス変換素子と、
前記第４のインピーダンス変換素子の出力側に接続された第３のスイッチ素子と、
前記第３のスイッチ素子の出力側に設けられ、前記高周波信号を第３の高周波信号として出力する第３の出力端子とをさらに備え、
前記第１のスイッチ素子、第２のスイッチ素子及び第３のスイッチ素子のうちの１つがオン状態となることを特徴とする請求項９又は１０に記載のインピーダンス変換回路。
【請求項１２】
前記第３のスイッチ素子の出力側に接続された第３の整合回路をさらに備えていることを特徴とする請求項１１に記載のインピーダンス変換回路。
【請求項１３】
前記請求項１〜１２のいずれか１項に記載のインピーダンス変換回路と、
前記インピーダンス変換回路の入力側に接続された増幅素子とを備えていることを特徴とする電力増幅装置。
【請求項１４】
前記増幅素子と前記インピーダンス変換回路との間に接続された第４の整合回路をさらに備えていることを特徴とする請求項１３に記載の電力増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のインピーダンスに整合可能なインピーダンス変換回路及びそれを用いた電力増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる携帯電話等の無線通信電話には、基地局と離れた位置から送信を行なえるように、所望の信号を乗せた高周波信号を増幅するための電力増幅装置が用いられる。電力増幅装置が所定の出力電力を得るには、電力増幅装置に使用される電力増幅素子であるトランジスタの出力インピーダンスを整合させる必要がある。電力増幅装置は無線通信電話のなかでも消費電力が大きいため、無線通信電話の使用時間に大きく影響し、電力増幅装置には高効率化が要求される。このことからトランジスタの出力インピーダンスは所定の出力電力を得られると同時に電力負荷効率が最大となるインピーダンスに整合される必要がある。
【０００３】
しかしながら、無線通信電話に使用される伝送経路のインピーダンスは５０Ωに規格化されている場合が多く、電力増幅装置にはこの伝送経路と接続するためのインピーダンス整合がなされた整合回路が必要となる。一般に、整合回路に使用されるインピーダンス変換素子であるインダクタ又は容量素子等は周波数に対してインピーダンスの変化量が異なるため、インダクタ又は容量素子等を用いた整合回路は信号の周波数に応じて特性が変化する。このため、広帯域にわたって所定のインピーダンスを維持することは困難である。
【０００４】
近年、無線通信電話にはさまざまな送信規格が存在し、送信規格ごとに周波数帯域又は出力電力が異なるため、１つの電力増幅装置だけではすべての送信規格に対して高い電力負荷効率を得ることが困難となってきている。このため、各送信規格に合った複数の電力増幅装置を用いることにより高い電力負荷効率を得られるものの、一方で電力増幅装置ひいては無線通信電話機器の小型化及び低コスト化の妨げとなっている。
【０００５】
そこで、従来は、複数の送信規格に適合しながら小型化及び低コスト化を図るため、１つの電力増幅装置によって整合回路のインピーダンス条件を変換できるように、スイッチ素子又はダイオード等のインピーダンスを変換しない素子と容量素子及びインダクタ等のインピーダンスを変換する素子とを組み合わせてインピーダンス変換素子の回路定数を変換することにより、高周波信号の周波数に対してインピーダンスの変化量が常に同一となるように調整している。これにより、周波数帯域及び出力レベルに応じたインピーダンス変換を行なうことができ、複数の送信規格に対して対応が可能となる（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。）。
【０００６】
図９は特許文献１に記載された可変容量ダイオード等によりインピーダンス変換を行なう電力増幅器の一例を示している。図９に示すように、出力整合回路として、例えば、容量素子Ｃ７と可変容量ダイオードＤ１とを組み合わせた可変容量素子、及びインダクタＬ３と可変容量ダイオードＤ２とを組み合わせた可変インダクタを用いている。
【０００７】
可変容量ダイオード等の素子は、外部電源からダイオードの電圧制御を行なってダイオードの容量値を変更しており、これにより、整合回路は複数の周波数帯のいずれかの周波数帯に対して増幅トランジスタＱ１を最大効率で動作可能なインピーダンスに整合される。
【特許文献１】特開平１０―２２４１５７号公報
【特許文献２】特開平１１―１２７０４０号公報
【特許文献３】特開平０９―１８１６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の電力増幅器において、整合回路における損失の要因は主に使用される素子の寄生抵抗成分であり、インピーダンス変換素子と可変容量ダイオード等の素子を直列に接続して使用することは、寄生抵抗を足し合わせていることになる。その結果、インピーダンス変換素子における寄生抵抗が増大して、整合回路の損失が増大するという問題がある。
【０００９】
例えば、図１０（ａ）に示すように、入力端子Ｉｎと出力端子Ｏｕｔとに対して直列に接続されたインダクタンスＬと、一端が接地され、他端が出力端子Ｏｕｔと接続されたコンデンサＣとを含む回路において、周波数が１ＧＨｚにおいて１０Ωから５０Ωにインピーダンスを変換する場合に、コンデンサＣの寄生抵抗を０．１Ωから５Ωまで変化させると、図１０（ｂ）に示すように、損失が−１．６ｄＢ程度にまで増大する。このように、寄生抵抗の影響は損失を大きく変化させることが確認できる。
【００１０】
また、電力増幅器に高い出力電力が要求される場合は、電力増幅器に用いられるトランジスタの出力インピーダンスは低く設定される。このため、低いインピーダンスを持つトランジスタの出力端子に寄生抵抗が大きいインピーダンス変換素子を接続することは、さらなる損失の増大の原因となる。
【００１１】
例えば、図１１に端子のインピーダンスに対する１Ωの寄生抵抗が与える損失の影響を示す。図１１からは、寄生抵抗が与える損失の影響は、端子インピーダンスが５Ωの場合は絶対値が６ｄＢ程度と大きく、端子インピーダンスが５０Ωの場合は絶対値が０．１ｄＢ以下と十分に小さくなり、端子インピーダンスによる損失の変化量が確認できる。
【００１２】
このように、可変容量素子等を用いた従来のインピーダンス変換回路は、複数の周波数帯域に対して電力増幅器用のトランジスタの効率は改善できるものの、電力増幅器全体としての損失が増大することにより、効率を改善することは困難である。
【００１３】
本発明は、前記従来の問題を解決し、複数の周波数帯のインピーダンス条件に対するインピーダンス変換を低損失に行なう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】
【００１４】
前記の目的を達成するため、本発明は、インピーダンス変換回路を、複数の周波数帯のインピーダンス条件ごとに開閉可能な複数の出力経路を設け、該出力経路ごとに回路定数が異なるインピーダンス変換素子を含む整合回路を設ける構成とする。
【００１５】
具体的に、本発明に係る第１のインピーダンス整合回路は、入力された高周波信号の位相を調整して出力する位相調整用伝送線路と、位相調整用伝送線路の出力側に接続された第１のスイッチ素子と、第１のスイッチ素子の出力側に設けられ、高周波信号を第１の高周波信号として出力する第１の出力端子と、位相調整用伝送線路の出力側に接続され、高周波信号を反射可能な第１の反射量調整用伝送線路と、第１の反射量調整用伝送線路の出力側に接続された第２のスイッチ素子と、第２のスイッチ素子の出力側に設けられ、高周波信号を第２の高周波信号として出力する第２の出力端子とを備え、第１のスイッチ素子及び第２のスイッチ素子のうちの一方がオン状態となることを特徴とする。
【００１６】
第１のインピーダンス変換回路によると、第１のスイッチ素子がオン状態で且つ第２のスイッチ素子がオフ状態の場合は、第１の高周波信号は、第１の反射量調整用伝送線路がオープンスタブとして機能すると共に、位相調整用伝送線路と第１のスイッチ素子とを介して第１の出力端子に出力される。また、第１のスイッチ素子がオフ状態で且つ第２のスイッチ素子がオン状態の場合は、第２の高周波信号は、位相調整用伝送線路と第１のスイッチ素子と第１の反射量調整用伝送線路とを介して第２の出力端子に出力される。その上、第１のスイッチ素子又は第２のスイッチ素子における寄生抵抗はインピーダンス変換が行なわれた後に接続されるため、各スイッチ素子の寄生抵抗による損失の影響を最小限に抑えることが可能となる。また、インピーダンス変換が行なわれて十分にインピーダンスが高い端子にスイッチ素子を接続することにより、寄生抵抗による損失の増大の影響をも最小限に抑えることができる。
【００１７】
第１のインピーダンス整合回路は、第１のスイッチ素子の出力側に接続された第１の整合回路をさらに備えていることが好ましい。
【００１８】
また、第１のインピーダンス整合回路は、位相調整用伝送線路と第１のスイッチ素子との間に接続され、高周波信号を反射可能な第２の反射量調整用伝送線路をさらに備えていることが好ましい。
【００１９】
また、第１のインピーダンス整合回路は、第２のスイッチ素子の出力側に接続された第２の整合回路をさらに備えていることが好ましい。
【００２０】
また、第１のインピーダンス整合回路は、位相調整用伝送線路の出力側に接続され、高周波信号を反射可能な第３の反射量調整用伝送線路と、第３の反射量調整用伝送線路の出力側に接続された第３のスイッチ素子と、第３のスイッチ素子の出力側に設けられ、高周波信号を第３の高周波信号として出力する第３の出力端子とをさらに備え、第１のスイッチ素子、第２のスイッチ素子及び第３のスイッチ素子のうちの１つがオン状態となることが好ましい。
【００２１】
この場合に、第１のインピーダンス変換回路は、第３のスイッチ素子の出力側に接続された第３の整合回路をさらに備えていることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る第２のインピーダンス変換回路は、入力された高周波信号のインピーダンスを変換する第１のインピーダンス変換素子と、第１のインピーダンス変換素子の出力側に接続され、高周波信号のインピーダンスを変換する第２のインピーダンス変換素子と、第２のインピーダンス変換素子の出力側に接続された第１のスイッチ素子と、第１のスイッチ素子の出力側に設けられ、高周波信号を第１の高周波信号として出力する第１の出力端子と、第１のインピーダンス変換素子の出力側に接続された第２のスイッチ素子と、第２のスイッチ素子の出力側に設けられ、高周波信号を第２の高周波信号として出力する第２の出力端子とを備え、第１のスイッチ素子及び第２のスイッチ素子のうちの一方がオン状態となることを特徴とする。
【００２３】
第２のインピーダンス変換回路によると、第１のスイッチ素子がオン状態で且つ第２のスイッチ素子がオフ状態の場合は、第１の高周波信号は、第１のインピーダンス変換素子及び第２のインピーダンス変換素子によりインピーダンスが変換され、その後、第１のスイッチ素子を介して第１の出力端子に出力される。また、第１のスイッチ素子がオフ状態で且つ第２のスイッチ素子がオン状態の場合は、第２の高周波信号は、第１のインピーダンス変換素子によりインピーダンスが変換され、その後第２のスイッチ素子を介して第２の出力端子に出力される。その上、第１のスイッチ素子又は第２のスイッチ素子における寄生抵抗はインピーダンス変換が行なわれた後に接続されるため、各スイッチ素子の寄生抵抗による損失の影響を最小限に抑えることが可能となる。また、インピーダンス変換が行なわれて十分にインピーダンスが高い端子にスイッチ素子を接続することにより、寄生抵抗による損失の増大の影響をも最小限に抑えることができる。
【００２４】
第２のインピーダンス変換回路は、第１のスイッチ素子の出力側に接続された第１の整合回路をさらに備えていることが好ましい。
【００２５】
また、第２のインピーダンス変換回路は、第１のインピーダンス変換素子と第２のスイッチ素子との間に接続され、高周波信号のインピーダンスを変換する第３のインピーダンス変換素子をさらに備えていることが好ましい。
【００２６】
また、第２のインピーダンス変換回路は、第２のスイッチ素子の出力側に接続された第２の整合回路をさらに備えていることが好ましい。
【００２７】
また、第２のインピーダンス変換回路は、第１のインピーダンス変換素子の出力側に接続され、高周波信号のインピーダンスを変換する第４のインピーダンス変換素子と、第４のインピーダンス変換素子の出力側に接続された第３のスイッチ素子と、第３のスイッチ素子の出力側に設けられ、高周波信号を第３の高周波信号として出力する第３の出力端子とをさらに備え、第１のスイッチ素子、第２のスイッチ素子及び第３のスイッチ素子のうちの１つがオン状態となることが好ましい。
【００２８】
この場合に、第２のインピーダンス変換回路は、第３のスイッチ素子の出力側に接続された第３の整合回路をさらに備えていることが好ましい。
【００２９】
本発明に係る電力増幅装置は、本発明の第１インピーダンス変換回路又は第２のインピーダンス変換回路と、該インピーダンス変換回路の入力側に接続された増幅素子とを備えていることを特徴とする。
【００３０】
本発明の電力増幅装置は、増幅素子とインピーダンス変換回路との間に接続された第４の整合回路（主出力整合回路）をさらに備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係るインピーダンス変換回路によると、複数の周波数帯のインピーダンス条件に対するインピーダンス変換を低損失に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３３】
図１は本発明の第１の実施形態に係るインピーダンス変換回路を含む電力増幅装置の回路構成を示している。
【００３４】
図１に示すように、第１の実施形態に係る電力増幅装置は、周波数が異なる２種類の高周波信号を高効率に増幅し、高周波信号が入力される入力端子１と、入力された高周波信号の電力を増幅する増幅トランジスタ２と、該増幅トランジスタ２の出力端子と接続された主出力整合回路３Ａと、該主出力整合回路３Ａの出力端子と接続されたインピーダンス変換回路１０Ａとから構成されている。
【００３５】
増幅トランジスタ２は、例えばＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、コレクタが主出力整合回路３Ａの入力端子と接続され、べースが入力端子１と接続され、エミッタが接地されている。なお、バイポーラトランジスタには、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）又はバイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）等を用いることができる。また、増幅トランジスタ２は、バイポーラトランジスタに限られず、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いることができる。
【００３６】
主出力整合回路３Ａは、増幅トランジスタ２のコレクタに電力を供給する電源端子３１と、増幅トランジスタ２のコレクタに直列に接続され、インピーダンス変換を行なう第１のインダクタ３２及び第２のインダクタ３３と、一端が電源端子と接続され、他端が第１のインダクタ３２及び第２のインダクタ３３の接続ノードに接続され、電源回路への電力の漏洩を抑止する第３のインダクタ３４と、一端が接地され、他端が第１のインダクタ３２及び第２のインダクタ３３の接続ノードに接続され、インピーダンス変換を行なう第１の容量素子３５と、一端が接地され、他端が第２のインダクタ３３の出力側に接続され、インピーダンス変換を行なう第２の容量素子３６と、一端が第２のインダクタ３３の出力側に接続され、他端が主出力整合回路３Ａの出力端子と接続され、後段に対して電源電圧を分離する第３の容量素子３７とから構成されている。
【００３７】
ここで、主出力整合回路３Ａは、その出力端子が無線通信電話で使用される規格化インピーダンスである５０Ωのインピーダンスに接続された場合に、増幅トランジスタ２は２種類の高周波信号のうちのいずれか一方に対して高効率となるようにインピーダンス整合される。
【００３８】
なお、主出力整合回路３Ａの回路構成は、図１に示した構成に限られず、主出力整合回路３Ａと同等の機能（整合特性）を持つ限りは他の回路構成としてもよい。
【００３９】
インピーダンス変換回路１０Ａは、その入力端子から第１の出力端子７Ａまでの第１の経路と、入力端子から第２の出力端子７Ｂまでの第２の経路を有している。第１の経路には、該第１の経路に対してインピーダンス変換の位相調整を行なって特性インピーダンスを５０Ωに設定する位相調整用伝送線路４と、位相調整用伝送線路４の出力側（位相調整用伝送線路４における主出力整合回路３Ａの反対側）に接続され、第１の経路を開閉して高周波信号をオンオフ可能な第１のＦＥＴからなる第１のスイッチ素子６Ａとが設けられている。
【００４０】
第２の経路には、位相調整用伝送線路４の出力側に接続され、特性インピーダンスが５０Ωとなるように反射量の調整を行なう反射量調整用伝送線路５と、反射量調整用伝送線路５の出力側に接続され、第２の経路を開閉して高周波信号をオンオフ可能な第２のＦＥＴからなる第２のスイッチ素子６Ｂとが設けられている。
【００４１】
第１のスイッチ素子６Ａには、該第１のスイッチ素子６Ａをオンオフを制御する第１の制御端子６１が設けられ、第２のスイッチ素子６Ｂには、該第２のスイッチ素子６Ｂをオンオフを制御する第２の制御端子６２が設けられている。
【００４２】
この構成により、第１の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０Ａを含む電力増幅装置は、第１の高周波信号を増幅する場合において、第１のスイッチ素子６Ａをオン状態とし且つ第２のスイッチ素子６Ｂをオフ状態とすることにより、第２の経路における反射量調整用伝送線路５の出力端は開放となるため、該反射量調整用伝送線路５はオープンスタブとなって第１の高周波信号を反射する。さらに、第１の高周波信号は、位相調整用伝送線路４により所定の位相調整が行なわれる。これにより、増幅トランジスタ２の出力インピーダンスが第１の高周波信号に対して所望のインピーダンスに変換されて、第１の高周波信号は第１の出力端子７Ａから出力される。
【００４３】
これに対し、第２の高周波信号を増幅する場合は、第１のスイッチ素子６Ａをオフ状態とし且つ第２のスイッチ素子６Ｂをオン状態とすることにより、第２の高周波信号が主出力整合回路３Ａを経由し、５０Ωの特性インピーダンス特性となる位相調整用伝送線路４と反射量調整用伝送線路５とを経由して第２の出力端子７Ｂから出力される。ここで、第２の高周波信号は増幅トランジスタ２側には反射されず、従って、第２の経路はインピーダンス変換回路１０Ａによるインピーダンスの影響を受けることがない。
【００４４】
上記した特許文献３によると、スイッチ素子に用いる化合物半導体からなるトランジスタ、すなわち砒化ガリウム（ＧａＡｓ）からなるＦＥＴは、０．５ｍｍのゲート幅に対してオン抵抗は４．８Ωであり、オフ容量は０．２５ｐＦである。ここで、電力増幅装置における電力付加効率を５０％とし、スイッチ素子の挿入による電力付加効率の低下を２％未満に抑えたい場合は、許容される損失は１０ＬＯＧ（４８／５０）で求まり、−０．１８ｄＢとなる。図１２に端子インピーダンスが５０Ωである場合の寄生抵抗が与える損失を示す。図１２によると、−０．１８ｄＢの損失は抵抗値に換算すると２．２Ω以下とすればよく、これはスイッチ素子のゲート幅が１．１ｍｍに相当する。この場合のスイッチ素子のオフ容量は０．５５ｐＦとなり、スイッチ素子の出力経路における終端されたインピーダンスが５０Ωであれば、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）は１．２と小さくなるため、整合回路に与える影響は小さい。また、出力電力が大きい場合には、増幅トランジスタであるＦＥＴを多段構成とする必要がある。このとき、多段のＦＥＴのオン抵抗を下げるには、各ＦＥＴのゲート幅を段数と同値の倍数とする。この場合は、ＦＥＴの１段当たりのオフ容量は増大するものの、段数分だけ逆に減少するため、インピーダンスに与える影響は変わらないとある。
【００４５】
ところで、第１のスイッチ素子６Ａ及び第２のスイッチ素子６Ｂを接続したことによるインピーダンスの変化は、該スイッチ素子６Ａ、６Ｂを接続することによるインピーダンスの変化をあらかじめ算出しておき、算出結果を用いて主出力整合回路３Ａを構成する各インピーダンス変換素子の回路定数を調整することにより、所望のインピーダンスに調整することができる。
【００４６】
このように、第１の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０Ａによると、２つの出力経路を互いに切り替えることにより、２種類の高周波信号を高効率に増幅可能なインピーダンスに制御することが可能となる。
【００４７】
図２は第１の実施形態の一変形例に係るインピーダンス変換回路１０Ａを含む電力増幅装置を示している。図２に示すように、本変形例に係るインピーダンス変換回路１０Ａは、第１の経路である第１のスイッチ素子６Ａと第１の出力端子７Ａとの間に、第１のスイッチ素子６Ａに対して共役整合となる整合回路８が接続されており、更なる損失の低減が可能である。
【００４８】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４９】
図３は本発明の第２の実施形態に係るインピーダンス変換回路を含む電力増幅装置の回路構成を示している。図３において、図１に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００５０】
図３に示すように、第２の実施形態に係る電力増幅装置は、増幅トランジスタ２と、該増幅トランジスタ２の後段に接続された主出力整合回路３Ｂと、該主出力整合回路３Ｂの後段に接続されたインピーダンス変換回路１０Ｂとを備えている。
【００５１】
第２の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０Ｂの第１の経路には、第１の経路及び第２の経路に対してインピーダンス変換の位相調整を行なう位相調整用伝送線路４と、該位相調整用伝送線路４の出力側に接続され、第２の高周波信号の反射量を調整する第１の反射量調整用伝送線路５Ａと、該第１の反射量調整用伝送線路５Ａの出力側に接続され、第１の経路を開閉して高周波信号をオンオフ可能な第１のＦＥＴからなる第１のスイッチ素子６Ａとが設けられている。
【００５２】
また、第２の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０Ｂの第２の経路には、位相調整用伝送線路４の出力側に接続され、第１の高周波信号の反射量を調整する第２の反射量調整用伝送線路５Ｂと、第２の経路を開閉して高周波信号をオンオフ可能な第２のＦＥＴからなる第２のスイッチ素子６Ｂとが設けられている。
【００５３】
この構成により、第２の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０Ｂを含む電力増幅装置は、第１の高周波信号を増幅する場合において、第１のスイッチ素子６Ａをオン状態とし且つ第２のスイッチ素子６Ｂをオフ状態とすることにより、第２の経路における第２の反射量調整用伝送線路５Ｂの出力端は開放となるため、該第２の反射量調整用伝送線路５Ｂはオープンスタブとなって第１の高周波信号が反射される。さらに、第１の高周波信号は、位相調整用伝送線路４により所定の位相調整が行なわれる。これにより、増幅トランジスタ２の出力インピーダンスが第１の高周波信号に対して所望のインピーダンスに変換されるため、第２の実施形態に係る電力増幅装置は第１の高周波信号を高効率に増幅することが可能である。
【００５４】
これに対し、第２の高周波信号を増幅する場合は、第１のスイッチ素子６Ａをオフ状態とし且つ第２のスイッチ素子６Ｂをオン状態とすることにより、第１の反射量調整用伝送線路５Ａの出力端は開放となるため、該第１の反射量調整用伝送線路５Ａはオープンスタブとなって第２の高周波信号が反射される。さらに、第２の高周波信号は、位相調整用伝送線路４により所定の位相調整が行なわれる。これにより、増幅トランジスタ２の出力インピーダンスが第２の高周波信号に対して所望のインピーダンスに変換されるため、第２の実施形態に係る電力増幅装置は第２の高周波信号を高効率に増幅することが可能である。
【００５５】
このように、第２の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０Ｂによると、２つの出力経路を互いに切り替えることにより、２種類の高周波信号を高効率に増幅可能なインピーダンスに変換することが可能となる。
【００５６】
なお、図示はしていないが、第３の反射量調整用伝送線路、第３のスイッチ素子及び第３の出力端子を第１の位相調整用伝送線路４の出力側に並列に設け、第３の経路を設けることにより、第３の高周波信号に対しても高効率に増幅可能なインピーダンスに変換することが可能となる。さらには、これと同様の第４の経路及び第５の経路を第１の経路と並列に設けることにより、第４及び第５の高周波信号に対しても同様に高効率に増幅可能なインピーダンス変換を行なうことが可能となる。
【００５７】
図４は第２の実施形態の一変形例に係るインピーダンス変換回路１０Ｂを含む電力増幅装置を示している。図４に示すように、本変形例に係るインピーダンス変換回路１０Ｂは、第１の経路である第１のスイッチ素子６Ａと第１の出力端子７Ａとの間に、第１のスイッチ６Ａに対して共役整合となる第１の整合回路８Ａを設けている。同様に、第２の経路である第２のスイッチ素子６Ｂと第２の出力端子７Ｂとの間にも、第２のスイッチ６Ｂに対して共役整合となる第２の整合回路８Ｂを設けている。これにより、更なる損失の低減が可能である。
【００５８】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５９】
図５は本発明の第３の実施形態に係るインピーダンス変換回路を含む電力増幅装置の回路構成を示している。図５において、図１に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００６０】
図５に示すように、第３の実施形態に係る電力増幅装置は、増幅トランジスタ２と、該増幅トランジスタ２の後段に接続された主出力整合回路３Ｃと、該主出力整合回路３Ｃの後段に接続されたインピーダンス変換回路１０Ｃとを備えている。
【００６１】
第３の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０Ｃの第１の経路には、容量素子又はインダクタ等からなるインピーダンス変換が可能な素子を含む第１のインピーダンス変換素子９Ａと、該第１のインピーダンス変換回路９Ａの出力側に接続され、容量素子又はインダクタ等からなるインピーダンス変換が可能な素子を含む第２のインピーダンス変換素子９Ｂと、該第２のインピーダンス変換素子９Ｂの出力側に接続され、第１の経路を開閉して高周波信号をオンオフ可能な第１のＦＥＴからなる第１のスイッチ素子６Ａとが設けられている。
【００６２】
また、第３の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０Ｃの第２の経路には、第１のインピーダンス変換回路９Ａの出力側に接続され、第２の経路を開閉して高周波信号をオンオフ可能な第２のＦＥＴからなる第２のスイッチ素子６Ｂが設けられている。
【００６３】
この構成により、第３の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０Ｃを含む電力増幅装置は、第１の高周波信号を増幅する場合において、第１のスイッチ素子６Ａをオン状態とし且つ第２のスイッチ素子６Ｂをオフ状態とすることにより、増幅トランジスタ２の出力インピーダンスは、主出力整合回路３Ｃと、第１のインピーダンス変換素子９Ａと、第２のインピーダンス変換素子９Ｂとによりインピーダンス変換が行なわれる。
【００６４】
これに対し、第２の高周波信号を増幅する場合は、第１のスイッチ素子６Ａをオフ状態とし且つ第２のスイッチ素子６Ｂをオン状態とすることにより、増幅トランジスタ２の出力インピーダンスは、主出力整合回路３Ｃと、第１のインピーダンス変換素子９Ａとによりインピーダンス変換が行なわれる。
【００６５】
このように、第３の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０Ｃによると、２つの出力経路を互いに切り替えることにより、２種類の高周波信号を高効率に増幅可能なインピーダンスに変換することが可能となる。
【００６６】
図６は第３の実施形態の一変形例に係るインピーダンス変換回路１０Ｃを含む電力増幅装置を示している。図４に示すように、本変形例に係るインピーダンス変換回路１０Ｃは、第１の経路である第１のスイッチ素子６Ａと第１の出力端子７Ａとの間に、第１のスイッチ６Ａに対して共役整合となる第１の整合回路８Ａを設けている。同様に、第２の経路である第２のスイッチ素子６Ｂと第２の出力端子７Ｂとの間にも、第２のスイッチ６Ｂに対して共役整合となる第２の整合回路８Ｂを設けている。これにより、更なる損失の低減が可能である。
【００６７】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００６８】
図７は本発明の第４の実施形態に係るインピーダンス変換回路を含む電力増幅装置の回路構成を示している。図７において、図１及び図５に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００６９】
図７に示すように、第４の実施形態に係る電力増幅装置は、増幅トランジスタ２と、該増幅トランジスタ２の後段に接続された主出力整合回路３Ｄと、該主出力整合回路３Ｄの後段に接続されたインピーダンス変換回路１０Ｄとを備えている。
【００７０】
第４の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０Ｄは、その第２の経路であって第１のインピーダンス変換素子８Ａと第２のスイッチ素子６Ｂとの間に、容量素子又はインダクタ等からなるインピーダンス変換が可能な素子を含む第３のインピーダンス変換素子９Ｃが設けられている点が第３の実施形態とは異なる。
【００７１】
この構成により、第４の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０Ｄを含む電力増幅装置は、第１の高周波信号を増幅する場合において、第１のスイッチ素子６Ａをオン状態とし且つ第２のスイッチ素子６Ｂをオフ状態とすることにより、増幅トランジスタ２の出力インピーダンスは、主出力整合回路３Ｄと、第１のインピーダンス変換素子９Ａと、第２のインピーダンス変換素子９Ｂとによりインピーダンス変換が行なわれる。
【００７２】
これに対し、第２の高周波信号を増幅する場合は、第１のスイッチ素子６Ａをオフ状態とし且つ第２のスイッチ素子６Ｂをオン状態とすることにより、増幅トランジスタ２の出力インピーダンスは、主出力整合回路３Ｄと、第１のインピーダンス変換素子９Ａと、第３のインピーダンス変換素子９Ｃとによりインピーダンス変換が行なわれる。
【００７３】
このように、第４の実施形態に係るインピーダンス変換回路１０Ｄによると、２つの出力経路を互いに切り替えることにより、２種類の高周波信号を高効率に増幅可能なインピーダンスに変換することが可能となる。
【００７４】
なお、図示はしていないが、第４のインピーダンス変換素子、第３のスイッチ素子及び第３の出力端子を第１のインピーダンス変換素子９Ａの出力側に並列に設け、第３の経路を設けることにより、第３の高周波信号に対しても高効率に増幅可能なインピーダンスに変換することが可能となる。さらには、これと同様の第４の経路及び第５の経路を第１の経路と並列に設けることにより、第４及び第５の高周波信号に対しても高効率に増幅可能なインピーダンス変換を行なうことが可能となる。
【００７５】
なお、第３の経路以降に設ける各インピーダンス変換素子は、インピーダンス変換回路１０Ｄの内部であれば、いずれのインピーダンス変換素子の端子と接続しても、インピーダンス変換は可能である。
【００７６】
図８は第４の実施形態の一変形例に係るインピーダンス変換回路１０Ｄを含む電力増幅装置を示している。図８に示すように、本変形例に係るインピーダンス変換回路１０Ｄは、第１の経路である第１のスイッチ素子６Ａと第１の出力端子７Ａとの間に、第１のスイッチ６Ａに対して共役整合となる第１の整合回路８Ａを設けている。同様に、第２の経路である第２のスイッチ素子６Ｂと第２の出力端子７Ｂとの間にも、第２のスイッチ６Ｂに対して共役整合となる第２の整合回路８Ａを設けている。これにより、更なる損失の低減が可能である。
【００７７】
なお、第２〜第４の実施形態に係る主出力整合回路３Ｂ〜３Ｄは、図１に示した主出力整合回路３Ａと同等の機能を持つ整合回路であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に係るインピーダンス変換回路及びそれを用いた電力増幅装置は、複数の周波数帯のインピーダンス条件に対するインピーダンス変換を低損失に行なうことができ、複数のインピーダンスに整合可能なインピーダンス変換回路及びそれを用いた電力増幅装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るインピーダンス変換回路を含む電力増幅装置を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の一変形例に係るインピーダンス変換回路を含む電力増幅装置を示す回路図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るインピーダンス変換回路を含む電力増幅装置を示す回路図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の一変形例に係るインピーダンス変換回路を含む電力増幅装置を示す回路図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るインピーダンス変換回路を含む電力増幅装置を示す回路図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の一変形例に係るインピーダンス変換回路を含む電力増幅装置を示す回路図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るインピーダンス変換回路を含む電力増幅装置を示す回路図である。
【図８】本発明の第４の実施形態の一変形例に係るインピーダンス変換回路を含む電力増幅装置を示す回路図である。
【図９】従来のインピーダンス変換回路を示す回路図である。
【図１０】（ａ）従来の整合回路の一例を示す回路図である。（ｂ）は従来の整合回路における寄生抵抗に対する寄生抵抗と損失との関係を示す特性図である。
【図１１】従来の寄生抵抗を１Ωとした場合の端子のインピーダンスと損失との関係を示す特性図である。
【図１２】従来の端子が５０Ωの場合の寄生抵抗と損失との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００８０】
１    入力端子
２    増幅トランジスタ
３Ａ  主出力整合回路
３Ｂ  主出力整合回路
３Ｃ  主出力整合回路
３Ｄ  主出力整合回路
４    位相調整用伝送線路
５    反射量調整用伝送線路
５Ａ  第１の反射量調整用伝送線路
５Ｂ  第２の反射量調整用伝送線路
６Ａ  第１のスイッチ素子
６Ｂ  第２のスイッチ素子
６１  第１の制御端子
６２  第２の制御端子
７Ａ  第１の出力端子
７Ｂ  第２の出力端子
８    整合回路
８Ａ  第１の整合回路
８Ｂ  第２の整合回路
９Ａ  第１のインピーダンス変換素子
９Ｂ  第２のインピーダンス変換素子
９Ｃ  第３のインピーダンス変換素子
１０Ａ  インピーダンス変換回路
１０Ｂ  インピーダンス変換回路
１０Ｃ  インピーダンス変換回路
１０Ｄ  インピーダンス変換回路
【図１】
2007281714.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007281714.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2007281714.tif 000008
【図７】
2007281714.tif 000009
【図８】
2007281714.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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