(57)【要約】      （修正有）【課題】部品の使用点数を減少させて実装面積を縮小すると共に、信号のスイッチ通過による通過損失を抑制する高周波電力増幅器を提供する。【解決手段】整合回路２３，２５，２６，２７と少なくとも１以上の高周波電力増幅素子２４とを有する高周波電力増幅器２１であって、前記整合回路は２つのリアクタンス素子３７，３８，３９，４０が直列に接続された第１の整合ライン４１及び第２の整合ライン４２が並列に接続された回路と、前記第１の整合ラインの前記リアクタンス素子間及び前記第２の整合ラインの前記リアクタンス素子間とグランドに接続され何れか一方を選択可能なスイッチ４３とを有し、該スイッチを切替えることで前記第１の整合ライン及び前記第２の整合ラインの何れか一方に信号を伝搬させ、他方を前記グランドに接続させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整合回路と少なくとも１以上の高周波電力増幅素子とを有する高周波電力増幅器であって、前記整合回路は２つのリアクタンス素子が直列に接続された第１の整合ライン及び第２の整合ラインが並列に接続された回路と、前記第１の整合ラインの前記リアクタンス素子間及び前記第２の整合ラインの前記リアクタンス素子間とグランドに接続され何れか一方を選択可能なスイッチとを有し、該スイッチを切替えることで前記第１の整合ライン及び前記第２の整合ラインの何れか一方に信号を伝搬させ、他方を前記グランドに接続させることを特徴とする高周波電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線端末の送信部に使用する高周波電力増幅器、特に複数の周波数帯域の電力増幅が可能である高周波電力増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
先ず、図６に於いて従来のマルチバンド高周波電力増幅器について説明する。ここで、バンドとは連続する周波数帯域のことであり、マルチバンド高周波電力増幅器とは複数の連続する周波数帯域の電力増幅が可能である高周波電力増幅器を指す。又、複数の周波数帯域同士が連続している場合には、高周波電力増幅器の広帯域化を図ることができる。
【０００３】
尚、図６は、異なる２つの連続する周波数帯域を、それぞれＡバンド及びＢバンドとし、２つのバンドについて電力増幅を行う従来方式のマルチバンド式高周波電力増幅器を示している。
【０００４】
図６中、２は高周波電力増幅器１の入力端子、３は入力側スイッチ、４はＡバンド用電力増幅器、５はＢバンド用電力増幅器、６は出力側スイッチ、７は前記高周波電力増幅器１の出力端子を示している。前記入力端子２は前記入力側スイッチ３の共通端子３ａと接続され、前記Ａバンド用電力増幅器４は前記入力側スイッチ３の切替え端子３ｂ及び出力側スイッチ６の切替え端子６ｂと接続され、前記Ｂバンド用電力増幅器５は前記入力側スイッチ３の切替え端子３ｃ及び前記出力側スイッチ６の切替え端子６ｃと接続され、前記出力端子７は前記出力側スイッチ６の共通端子６ａと接続されることで前記高周波電力増幅器１が構成されている。尚、前記Ａバンド用電力増幅器４及び前記Ｂバンド用電力増幅器５は、それぞれ異なるバンドでの電力増幅に於いて最適化された構成となっている。
【０００５】
上記構成の前記高周波電力増幅器１に於いて、前記入力側スイッチ３を切替えて前記共通端子３ａと前記切替え端子３ｂを接続させ、前記出力側スイッチ６を切替えて前記共通端子６ａと前記切替え端子６ｂを接続させることで、前記入力端子２から入力された信号は前記Ａバンド用電力増幅器４により増幅され、前記出力端子７より出力される。又、前記入力側スイッチ３を切替えて前記共通端子３ａと前記切替え端子３ｃを接続させ、前記出力側スイッチ６を切替えて前記共通端子６ａと前記切替え端子６ｃを接続させることで、前記入力端子２から入力された信号は前記Ｂバンド用電力増幅器５により増幅され、前記出力端子７より出力される。
【０００６】
この様に、従来の前記高周波電力増幅器１では、前記入力側スイッチ３及び前記出力側スイッチ６を切替えることで、バンド毎に最適化された前記Ａバンド用電力増幅器４及び前記Ｂバンド用電力増幅器５の何れかを選択し、マルチバンド化を実現している。
【０００７】
図７は高周波電力増幅器１の他の従来例を示しており、該従来例では各バンド毎に最適化された電力増幅器を選択するのではなく、バンド毎に最適化された整合回路のみを切替えて前記高周波電力増幅器１のマルチバンド化を図っている。
【０００８】
図７中、８は高周波電力増幅器１の入力端子、９は整合回路、１１は高周波電力増幅素子、１２は整合回路入力側スイッチ、１３はＡバンド用整合回路、１４はＢバンド用整合回路、１５は整合回路出力側スイッチ、１６は前記高周波電力増幅器１の出力端子を示している。前記入力端子８は前記整合回路９及び前記高周波電力増幅素子１１を介して前記整合回路入力側スイッチ１２の共通端子１２ａと接続され、前記Ａバンド用整合回路１３は前記整合回路入力側スイッチ１２の切替え端子１２ｂ及び前記整合回路出力側スイッチ１５の切替え端子１５ｂと接続され、前記Ｂバンド用整合回路１４は前記整合回路入力側スイッチ１２の切替え端子１２ｃ及び前記整合回路出力側スイッチ１５の切替え端子１５ｃと接続され、前記出力端子１６が前記整合回路出力側スイッチ１５の共通端子１５ａと接続されることで、前記高周波電力増幅器１が構成されている。
【０００９】
図７の他の従来例でも図６の従来例と同様、前記整合回路入力側スイッチ１２及び前記整合回路出力側スイッチ１５を切替えることで、前記入力端子８より入力され前記高周波電力増幅素子１１によって増幅された信号が、前記Ａバンド用整合回路１３と前記Ｂバンド用整合回路１４の何れか一方を通過することで整合され、前記出力端子１６より出力される。
【００１０】
前記Ａバンド用整合回路１３と前記Ｂバンド用整合回路１４は、それぞれ異なるバンド毎に最適化された整合回路となっているので、周波数に応じて前記Ａバンド用整合回路１３と前記Ｂバンド用整合回路１４の何れか一方を選択することでマルチバンド化を実現している。
【００１１】
然し乍ら、従来のマルチバンド高周波電力増幅器の場合、必要なバンド数と同数の電力増幅器や整合回路が必要であり、又同様にスイッチも複数個必要となり、実装面積が増大するという問題がある。又、信号の伝搬経路上にスイッチが存在する為、信号がスイッチを通過する際に電力の通過損失が発生していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−４１６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は斯かる実情に鑑み、部品の使用点数を減少させて実装面積を縮小すると共に、信号のスイッチ通過による通過損失を抑制する高周波電力増幅器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、整合回路と少なくとも１以上の高周波電力増幅素子とを有する高周波電力増幅器であって、前記整合回路は２つのリアクタンス素子が直列に接続された第１の整合ライン及び第２の整合ラインが並列に接続された回路と、前記第１の整合ラインの前記リアクタンス素子間及び前記第２の整合ラインの前記リアクタンス素子間とグランドに接続され何れか一方を選択可能なスイッチとを有し、該スイッチを切替えることで前記第１の整合ライン及び前記第２の整合ラインの何れか一方に信号を伝搬させ、他方を前記グランドに接続させる高周波電力増幅器に係るものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、整合回路と少なくとも１以上の高周波電力増幅素子とを有する高周波電力増幅器であって、前記整合回路は２つのリアクタンス素子が直列に接続された第１の整合ライン及び第２の整合ラインが並列に接続された回路と、前記第１の整合ラインの前記リアクタンス素子間及び前記第２の整合ラインの前記リアクタンス素子間とグランドに接続され何れか一方を選択可能なスイッチとを有し、該スイッチを切替えることで前記第１の整合ライン及び前記第２の整合ラインの何れか一方に信号を伝搬させ、他方を前記グランドに接続させるので、信号の伝搬経路上に前記スイッチが存在せず、該スイッチを信号が通過することによる通過損失を抑制できると共に、信号の伝搬経路を変更するのに複数の整合回路を用意する必要がなく、部品点数を減少させることで実装面積を縮小できるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施例に於ける高周波電力増幅器の回路図である。
【図２】（Ａ）は第１の実施例に於いてＡバンド用整合回路に切替えた際の等価回路図であり、（Ｂ）は第１の実施例に於いてＢバンド用整合回路に切替えた際の等価回路図である。
【図３】図１の回路を用い電力利得のシミュレーションを行った際のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例に於ける高周波電力増幅器の回路図である。
【図５】本発明の第３の実施例に於ける高周波電力増幅器の回路図である。
【図６】マルチバンド高周波電力増幅器の従来例を示す回路図である。
【図７】マルチバンド高周波電力増幅器の他の従来例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１８】
先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施例に於ける高周波電力増幅器について説明する。
【００１９】
図１中、２１は高周波電力増幅器、２２は該高周波電力増幅器２１の入力端子、２３は１次整合を行う第１の整合回路、２４は前記入力端子２２から入力された信号を増幅させる高周波電力増幅素子、２５は２次整合を行う第２の整合回路、２６は２種類の整合回路を適宜選択して３次整合を行う第３の整合回路部、２７は４次整合を行う第４の整合回路、２８は前記高周波電力増幅器２１の出力端子を示しており、前記高周波電力増幅素子２４の入力部と出力部には、それぞれ増幅用の電力を印加する端子２９，３１が接続されている。
【００２０】
前記第１の整合回路２３は、直列に接続されたコンデンサ３２及びインダクタ３３と、前記コンデンサ３２と前記インダクタ３３の間のラインとグランドに接続されたコンデンサ３４を有している。又、前記第２の整合回路２５は、インダクタ３５及びグランドに接続されたコンデンサ３６を有している。
【００２１】
前記第３の整合回路部２６はリアクタンス素子であるコンデンサ３７，３８，３９，４０及びスイッチ４３を有し、前記コンデンサ３７，３８が直列に接続された第１の整合ライン４１が構成されると共に、前記コンデンサ３９，４０が直列に接続された第２の整合ライン４２が構成され、前記第１の整合ライン４１と前記第２の整合ライン４２は並列接続となっている。又、前記第１の整合ライン４１の前記コンデンサ３７，３８間及び前記第２の整合ライン４２の前記コンデンサ３９，４０間には、それぞれスイッチ４３の切替え端子４３ｂ，４３ｃが接続され、前記スイッチ４３の共通端子４３ａはグランドに接続されており、前記スイッチ４３を切替えることで、前記第１の整合ライン４１と前記第２の整合ライン４２のどちらで３次整合を行うかを適宜選択できる様になっている。
【００２２】
又、前記第４の整合回路２７は、コンデンサ４４及びグランドに接続されたインダクタ４５を有している。
【００２３】
尚、以下では、前記第２の整合回路２５及び前記第４の整合回路２７に接続された前記第１の整合ライン４１と、グランドに接続された前記第２の整合ライン４２とで構成される整合回路をＡバンド用整合回路４６とし、前記第２の整合回路２５及び前記第４の整合回路２７に接続された前記第２の整合ライン４２と、グランドに接続された前記第１の整合ライン４１とで構成される整合回路をＢバンド用整合回路４７としている。
【００２４】
又、前記スイッチ４３としては、機械式リレー、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた電子スイッチ、ＰＩＮダイオード等が使用可能となっている。
【００２５】
上記構成の前記高周波電力増幅器２１に於いて、前記スイッチ４３を切替え、前記共通端子４３ａに前記切替え端子４３ｃを接続した場合には、前記コンデンサ３７，３８が前記第２の整合回路２５及び前記第４の整合回路２７に接続され、前記コンデンサ３９，４０が前記スイッチ４３を介してグランドに接続された状態、即ち前記第３の整合回路部２６が前記Ａバンド用整合回路４６となり、等価回路図は図２（Ａ）の様になる。
【００２６】
従って、前記入力端子２２から入力された信号は、前記第１の整合回路２３により１次整合され、前記高周波電力増幅素子２４によって増幅され、前記第２の整合回路２５により２次整合され、前記Ａバンド用整合回路４６により３次整合され、前記第４の整合回路２７により４次整合された後、前記出力端子２８より出力される。
【００２７】
又、前記スイッチ４３を切替え、前記共通端子４３ａに前記切替え端子４３ｂを接続した場合には、前記コンデンサ３９，４０が前記第２の整合回路２５及び前記第４の整合回路２７に接続され、前記コンデンサ３７，３８が前記スイッチ４３を介してグランドに接続された状態、即ち第３の整合回路部２６が前記Ｂバンド用整合回路４７となり、等価回路図は図２（Ｂ）の様になる。
【００２８】
従って、前記入力端子２２から入力された信号は、前記第１の整合回路２３により１次整合され、前記高周波電力増幅素子２４によって増幅され、前記第２の整合回路２５により２次整合され、前記Ｂバンド用整合回路４７により３次整合され、前記第４の整合回路２７により４次整合された後、前記出力端子２８より出力される。
【００２９】
上述の様に、前記Ａバンド用整合回路４６により３次整合を行う場合と、前記Ｂバンド用整合回路４７により３次整合を行う場合の何れの場合でも、信号の伝搬経路上に前記スイッチ４３が存在しないので、信号が該スイッチ４３を通過することにより発生する通過損失を抑制することができる。
【００３０】
又、該スイッチ４３のみで前記Ａバンド用整合回路４６と、前記Ｂバンド用整合回路４７とを切替え可能であるので、２つの整合回路の周波数特性を異なる様に設定することで、前記高周波電力増幅器２１のマルチバンド化を実現できる。
【００３１】
更に、該高周波電力増幅器２１をマルチバンド化する為に整合回路を複数用意する必要がなく、スイッチも１個のみで実現可能であるので、部品の使用点数を減少させることで前記高周波電力増幅器２１の実装面積を縮小できると共に、製造コストの削減を図ることができる。
【００３２】
図３は、図１の回路図を用い、電力利得のシミュレーションを行った際のシミュレーション結果である。図中、横軸が周波数、縦軸が電力利得を示しており、実線４８が前記Ａバンド用整合回路４６を使用した際のシミュレーション結果、破線４９が前記Ｂバンド用整合回路４７を使用した際のシミュレーション結果となっている。
【００３３】
尚、本シミュレーションでは、前記コンデンサ３２を２２０ｐＦ、前記インダクタ３３を８．２ｎＨ、前記コンデンサ３４を９ｐＦ、前記インダクタ３５を５．６ｎＨ、前記コンデンサ３６を２７ｐＦ、前記コンデンサ３７を９ｐＦ、前記コンデンサ３８を３９ｐＦ、前記コンデンサ３９を２７ｐＦ、前記コンデンサ４０を３３ｐＦ、前記コンデンサ４４を２２０ｐＦ、前記インダクタ４５を３．６ｎＨとし、前記高周波電力増幅素子２４としてＦＥＴを使用すると共に、該高周波電力増幅素子２４には電力供給用の前記端子２９，３１が接続されている。
【００３４】
上記構成の前記高周波電力増幅器２１に於いて、例えば電力利得が１０ｄＢ以上必要な場合を考える。前記スイッチ４３を切替えて前記共通端子４３ａを前記切替え端子４３ｃに接続させた場合、図３より３６０ＭＨｚ〜４３０ＭＨｚの周波数帯域で１０ｄＢ以上の電力利得を得ることができる。又、前記スイッチ４３を切替えて前記共通端子４３ａを前記切替え端子４３ｂに接続させた場合、図３より３００ＭＨｚ〜３７０ＭＨｚの周波数帯域で１０ｄＢ以上の電力利得を得ることができる。
【００３５】
従って、前記スイッチ４３を切替えることにより、２つの周波数帯域で電力利得が１０ｄＢ以上得られるので、前記高周波電力増幅器２１のマルチバンド化を実現でき、更に２つの周波数帯域は連続しているので、実質的には３００ＭＨｚ〜４３０ＭＨｚ迄の所望の電力増幅が可能な高周波電力増幅器とすることができる。
【００３６】
次に、図４に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図４中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
第２の実施例は、第１の実施例に於けるコンデンサ３７，３８，３９，４０の代りにリアクタンス素子であるインダクタ５０，５１，５２，５３を使用し、更に電力を入力する端子３１と第２の整合回路２５との間のラインにコンデンサ５４を設けており、その他の構成は第１の実施例と同様になっている。尚、直列に接続された前記インダクタ５０，５１により第１の整合ライン４１が構成され、直列に接続された前記インダクタ５２，５３により第２の整合ライン４２が構成され、前記第１の整合ライン４１と前記第２の整合ライン４２は並列に接続されている。
【００３８】
第２の実施例に於いて、前記コンデンサ５４を設けるのは、例えばスイッチ４３を切替えて共通端子４３ａを切替え端子４３ｃに接続させ、第２の整合回路２５及び第４の整合回路２７に接続された前記第１の整合ライン４１と、グランドに接続された前記第２の整合ライン４２により整合回路が構成された際に、前記端子３１から入力された電力の直流成分が、前記第２の整合回路２５、前記インダクタ５２、前記スイッチ４３を通じてグランドに接続されるのを防止する為である。
【００３９】
又、前記スイッチ４３を切替えて前記共通端子４３ａを切替え端子４３ｂに接続させた場合にも、前記端子３１から入力された電力の直流成分が、前記第２の整合回路２５、前記インダクタ５０、前記スイッチ４３を通じてグランドに接続されるのを前記コンデンサ５４により防止することができる。
【００４０】
第２の実施例の場合、第３の整合回路部２６に構成される整合回路は、インダクタンス成分が大きい前記インダクタ５０，５１、或は前記インダクタ５２，５３が信号の伝搬経路上に直列に接続されるので、大きなインダクタンス成分を得ることができる。従って、ＶＨＦ（Ｖｅｒｙ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯等の、大きなインダクタンス成分が直列に接続されていることが必要な低周波数領域での増幅に適した整合回路を得ることができる。
【００４１】
又、前記スイッチ４３を切替えることで得られる２つの整合回路を、周波数特性が異なる様に設定することで、高周波電力増幅器２１のマルチバンド化を実現することができる。
【００４２】
尚、前記コンデンサ５４は、前記第２の整合回路２５内の信号の伝搬経路上にコンデンサが設けられている場合には省略してもよい。又、前記コンデンサ５４は前記第２の整合回路２５と前記第３の整合回路部２６との間に設けてもよい。
【００４３】
次に、図５に於いて第３の実施例について説明する。尚、図５中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００４４】
第３の実施例では、第１の実施例に於けるコンデンサ３７，３８，３９，４０の一部（図中ではコンデンサ３８及び４０）をリアクタンス素子であるインダクタ５５，５６へと変更しており、直列に接続された前記コンデンサ３７と前記インダクタ５５とで第１の整合ライン４１が構成され、直列に接続された前記コンデンサ３９と前記インダクタ５６とで第２の整合ライン４２が構成され、前記第１の整合ライン４１と前記第２の整合ライン４２は並列に接続されている。
【００４５】
第３の実施例の場合も、第１の実施例及び第２の実施例と同様、スイッチ４３を切替えることで２種類の整合回路が第３の整合回路部２６に構成され、構成される２種類の整合回路を周波数特性が異なる様に設定することで、高周波電力増幅器２１のマルチバンド化を実現することができる。
【００４６】
第３の実施例では、第１の実施例に於ける前記コンデンサ３８，４０を前記インダクタ５５，５６へと変更しているが、どのコンデンサをインダクタへと変更してもよいのは言う迄もない。
【００４７】
尚、第１の実施例〜第３の実施例では、高周波電力増幅素子２４を１段構成として説明しているが、該高周波電力増幅素子２４を２段以上に構成してもよく、又第１の整合回路２３、第２の整合回路２５、第４の整合回路２７を別の構成の整合回路としてもよい。
【００４８】
（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
【００４９】
（付記１）整合回路と少なくとも１以上の高周波電力増幅素子とを有する高周波電力増幅器であって、前記整合回路は２つのリアクタンス素子が直列に接続された第１の整合ライン及び第２の整合ラインが並列に接続された回路と、前記第１の整合ラインの前記リアクタンス素子間及び前記第２の整合ラインの前記リアクタンス素子間とグランドに接続され何れか一方を選択可能なスイッチとを有し、該スイッチを切替えることで前記第１の整合ライン及び前記第２の整合ラインの何れか一方に信号を伝搬させ、他方を前記グランドに接続させることを特徴とする高周波電力増幅器。
【００５０】
（付記２）前記リアクタンス素子はコンデンサである付記１の高周波電力増幅器。
【００５１】
（付記３）前記リアクタンス素子はインダクタである付記１の高周波電力増幅器。
【００５２】
（付記４）前記リアクタンス素子はコンデンサ及びインダクタである付記１の高周波電力増幅器。
【符号の説明】
【００５３】
２１            高周波電力増幅器
２３            第１の整合回路
２４            高周波電力増幅素子
２５            第２の整合回路
２６            第３の整合回路部
２７            第４の整合回路
３７〜４０      コンデンサ
４１            第１の整合ライン
４２            第２の整合ライン
４３            スイッチ
４６            Ａバンド用整合回路
４７            Ｂバンド用整合回路
５０〜５３      インダクタ
５５，５６      インダクタ
【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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