(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅器デバイス（１０２）のためのインピーダンス整合回路（１１０、１１１）であって、
第一の内部ノード（１２８）および第二の内部ノード（１３０）と、
前記インピーダンス整合回路（１１０、１１１）の入力ポート（１１２）または出力ポート（１１７）と前記第一の内部ノード（１２８）との間に電気的に接続された広帯域インピーダンス変換器（１２２）であって、
基本周波数範囲にわたって、前記インピーダンス整合回路（１１０、１１１）の前記入力ポート（１１２）または前記出力ポート（１１７）における第一の実数インピーダンスから前記第一の内部ノード（１２８）における第二の実数インピーダンスに前記インピーダンス整合回路（１１０、１１１）の前記入力ポート（１１２）または前記出力ポート（１１７）に関連付けられたインピーダンスを変換し、
前記基本周波数範囲内の基本周波数を有するＲＦ信号を伝送し、
前記基本周波数範囲内の前記基本周波数を有する前記ＲＦ信号の第二高調波の大部分または全てを反射する、
ように構成された広帯域インピーダンス変換器（１２２）と、
前記第一の内部ノード（１２８）と前記第二の内部ノード（１３０）との間に電気的に接続された移相器回路（１２４）であって、
反射された第二高調波を備える前記第二高調波を移相し、
第三の実数インピーダンスが実質的に前記第二の実数インピーダンスに整合された状態で、前記第一の内部ノード（１２８）から前記第二の内部ノード（１３０）に前記基本周波数範囲内の前記基本周波数を有する前記ＲＦ信号を伝送する、
ように構成された移相器回路（１２４）と、
前記第二の内部ノード（１３０）と前記増幅器デバイス（１０２）の入力端子（１０４）または出力端子（１０６）との間に電気的に接続された高域通過インピーダンス変換器（１２６）であって、
前記基本周波数範囲内の前記基本周波数を有する前記ＲＦ信号に対する前記増幅器デバイス（１０２）のリアクタンス性インピーダンスを前記第三の実数インピーダンスに変換し、
前記基本周波数範囲内の前記基本周波数を有する前記ＲＦ信号の位相が回転した第二高調波を前記第二の内部ノード（１３０）から前記増幅器デバイス（１０２）の前記入力端子（１０４）または前記出力端子（１０６）に通過させる、
ように構成された高域通過インピーダンス変換器（１２６）と、
を備える、インピーダンス整合回路（１１０、１１１）。
【請求項２】
前記広帯域インピーダンス変換器、前記移相器回路、および前記高域通過インピーダンス変換器は前記インピーダンス整合回路の入力ポート（１１２、１１３）と出力ポート（１１６、１１７）との間に直列に接続される、請求項１に記載のインピーダンス整合回路。
【請求項３】
前記移相器回路は、前記基本周波数範囲の前記インピーダンス整合回路の周波数応答を実質的に変更することなく、前記基本周波数範囲に関連付けられた第二高調波周波数範囲の、前記広帯域インピーダンス変換器の、出力ポート反射係数を回転させることにより前記反射された第二高調波を備える前記第二高調波を移相するように構成される、請求項１から２のいずれか一つに記載のインピーダンス整合回路。
【請求項４】
前記広帯域インピーダンス変換器はさらに前記基本周波数範囲内で最大反射減衰量に応じて前記ＲＦ信号を伝送するように構成される、請求項１から３のいずれか一つに記載のインピーダンス整合回路。
【請求項５】
前記広帯域インピーダンス変換器は出力ポート反射係数プロファイルに関連付けられ、
前記出力ポート反射係数プロファイルは前記基本周波数範囲の下端における第一の最大値および前記基本周波数範囲の上端における第二の最大値を備える、
請求項１から４のいずれか一つに記載のインピーダンス整合回路。
【請求項６】
前記第一の最大値および前記第二の最大値のうち少なくとも一つは最大反射減衰量に対応する、請求項５に記載のインピーダンス整合回路。
【請求項７】
前記高域通過インピーダンス変換器は出力ポート反射係数プロファイルに関連付けられ、
出力ポート反射係数プロファイルは前記基本周波数範囲内の第一の最大値よりも小さく、
出力ポート反射係数プロファイルは前記基本周波数範囲に関連付けられた第二高調波周波数範囲内の第二の最大値よりも大きい、
請求項１から６のいずれか一つに記載のインピーダンス整合回路。
【請求項８】
出力ポート反射係数プロファイルは第一の最大値と第二の最大値との間
かつ前記基本周波数範囲内に位置する局所的最小値を備え、
出力ポート反射係数プロファイルはまた前記第二高調波周波数範囲内の第一の最大値よりも大きい、
請求項７に記載のインピーダンス整合回路。
【請求項９】
前記広帯域インピーダンス変換器は前記基本周波数範囲内の基本周波数を有する前記ＲＦ信号の第二高調波の少なくとも８０パーセントを反射することにより前記第二高調波の大部分または全てを反射するように構成される、請求項１から８のいずれか一つに記載のインピーダンス整合回路。
【請求項１０】
前記広帯域インピーダンス変換器は二つの四分の一波長伝送ライン（１４４、１４６）を備える、請求項１から９のいずれか一つに記載のインピーダンス整合回路。
【請求項１１】
前記移相器回路は前記広帯域インピーダンス変換器の入力インピーダンスまたは出力インピーダンスと実質的に同様である、前記基本周波数範囲内の、特性インピーダンスを有する伝送ライン（１５６）を備える、請求項１から１０のいずれか一つに記載のインピーダンス整合回路。
【請求項１２】
前記移相器回路は前記広帯域インピーダンス変換器の入力インピーダンスまたは出力インピーダンスと実質的に同様である、前記基本周波数範囲内の、全体として特性インピーダンスを有する集中素子のキャパシタ（１６０）およびインダクタ（１５８）のネットワークを備える、請求項１から１１のいずれか一つに記載のインピーダンス整合回路。
【請求項１３】
前記高域通過インピーダンス変換器は
シャント構成内に配置されたインダクタ（１７４）およびキャパシタ（１７６）と、
前記移相器と直列に接続された抵抗器（１７２）と、
を備える、請求項１から１２のいずれか一つに記載のインピーダンス整合回路。
【請求項１４】
前記キャパシタは前記基本周波数範囲内の信号に対してショートとして現れるように、かつ前記基本周波数範囲よりも小さい周波数において実質的に信号を遮断するように選択される、請求項１３に記載のインピーダンス整合回路。
【請求項１５】
前記基本周波数範囲はおよそ１．８ＧＨｚからおよそ２．７ＧＨｚである、請求項１から１４のいずれか一つに記載のインピーダンス整合回路。
【請求項１６】
前記インピーダンス整合回路は、以下の固定値である前記増幅器デバイスの特性入力インピーダンスおよび前記増幅器デバイスの特性出力インピーダンスのうち一つに整合する
ように構成される、請求項１から１５のいずれか一つに記載のインピーダンス整合回路。
【請求項１７】
増幅器回路（１００）であって、
入力ポート（１１４）および出力ポート（１２０）と、
前記入力端子（１０４）および前記出力端子（１０６）を備え、前記基本周波数範囲内の基本周波数を有するＲＦ信号を増幅するように構成された前記増幅器デバイス（１０２）と、
請求項１から１６のいずれか一つによる前記インピーダンス整合回路（１１０、１１１）であって、前記インピーダンス整合回路は、以下の前記増幅器回路の前記入力ポート（１１４）と前記増幅器デバイスの前記入力端子（１０４）、および前記増幅器回路の前記出力ポート（１２０）と前記増幅器デバイスの前記出力端子（１０６）の二つの対のうち一つの間に接続される、インピーダンス整合回路（１１０、１１１）と、
を備える、増幅器回路（１００）。
【請求項１８】
前記増幅器デバイスはゲート、ソース、およびドレイン端子を備えるトランジスタであり、
前記入力端子は前記ゲート端子に対応し、
前記出力端子は前記ドレイン端子に対応する、
請求項１７に記載の増幅器回路。
【請求項１９】
前記増幅器デバイスはベース、エミッタ、およびコレクタ端子を備えるトランジスタであり、
前記入力端子は前記エミッタ端子に対応し、
前記出力端子は前記ベース端子に対応する、
請求項１７に記載の増幅器回路。
【請求項２０】
請求項１から１６のいずれか一つによる第二のインピーダンス整合回路（１１０、１１１）をさらに備え、前記第二のインピーダンス整合回路は前記二つの対の他方の間に接続される、請求項１７から１９のいずれか一つに記載の増幅器回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は無線周波数（ＲＦ）増幅器に関し、特には、ＲＦ増幅器のインピーダンス整合ネットワークに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦ電力増幅器は無線通信システムの基地局等のような様々な用途において使用されている。ＲＦ電力増幅器は歪みのない線形動作を提供するように設計される。ＲＦ電力増幅器によって増幅された信号はしばしば４００メガヘルツ（ＭＨｚ）から６０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲の周波数を有する高周波変調搬送波を有する信号を含む。搬送波を変調するベースバンド信号は典型的に比較的低い周波数であり、用途に応じて、３００ＭＨｚ以下、またはそれよりも高い周波数とすることができる。
【０００３】
ＲＦ電力増幅器のデバイスパッケージは、組み入れられた入出力インピーダンス整合回路とともにトランジスタダイ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ（金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ）、ＬＤＭＯＳ（横拡散金属−酸化物−半導体）、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ））を含むことができる。入出力インピーダンス整合回路は典型的にトランジスタのインピーダンスを固定値に整合するように構成されたインピーダンス整合回路の少なくとも一部を提供するＬＣネットワークを含む。これらの入出力インピーダンス整合回路はＲＦトランジスタの比較的低い特性インピーダンス（例えば、およそ２オーム、またはハイパワーデバイスに対してはそれ以下のインピーダンス）を固定インピーダンス値（例えば、５０オーム）に整合するために使用される。これらの入出力インピーダンス整合回路は周波数選択的（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ）であり、周波数に対するインピーダンス分散を導入し、これにより帯域が制限された電力増幅器の動作が生じる。高次高調波周波数範囲でデバイスに示されるインピーダンスは増幅器の性能、特に増幅器の効率に著しい影響を与える。従来のインピーダンス整合ネットワークでは、インピーダンス変換は典型的に限定された周波数範囲でのみ十分である。例えば、最適化された入力整合ネットワークは、変動を最小限にしつつ周波数に対する一貫した性能を得るため、所定の範囲の位相を示すための第二高調波におけるソース反射係数の観点から周波数応答を要求する。この位相の範囲外では、効率は劇的に低下する。
【０００４】
従来、インピーダンス整合ネットワークは主に基本周波数範囲の中心周波数で同調される。第二高調波反射係数の位相は明示的な設計パラメータを用いることなく黙示的に決定される。したがって、複数のデバイス特性に適用することは難しい。増幅器の効率を最適化するための一つの技術は、デバイスの入力部において第二高調波ショート（ｓｈｏｒｔ）（１８０°）を提供するように構成された共振回路（例えば、ＬＣ共振器）を導入することを含む。このような設計では、第二高調波の位相がショート（位相が１８０°）に近いときに効率性能は最大に近い。しかしながら、このような回路では第二高調波の周波数応答は非常に分散性がある。したがって、第二高調波ショートにより狭帯域性能が改善される一方で、このトポロジは広帯域性能の低下という問題を抱える。
【発明の概要】
【０００５】
増幅器回路が開示される。ある実施形態によると、増幅器回路は基本ＲＦ周波数を含むＲＦ周波数範囲にわたって第一の端子と第二の端子との間でＲＦ信号を増幅するように構成されたＲＦ増幅器を含む。増幅器回路はさらに広帯域インピーダンス変換器、移相器、および高域通過インピーダンス変換器を備える多段インピーダンス整合ネットワークを含む。広帯域インピーダンス変換器、移相器、および高域通過インピーダンス変換器は増幅器回路の第一のポートと第一の端子との間で互いに直列に接続される。広帯域インピーダンス変換器はＲＦ周波数範囲のインピーダンス変換を提供しながらＲＦ周波数範囲のＲＦ信号を伝送する。移相器は基本ＲＦ周波数の第二高調波と重複する第二高調波周波数範囲の位相出力ポート反射係数を移相する。高域通過インピーダンス変換器はＲＦ周波数範囲のインピーダンス整合を提供しながらＲＦ周波数範囲のＲＦ信号を伝送し、インピーダンスが低い第二高調波周波数範囲のＲＦ信号を伝送する。
【０００６】
インピーダンス整合回路が開示される。ある実施形態によると、インピーダンス整合回路は基本ＲＦ周波数を含むＲＦ周波数範囲にわたる固定インピーダンス値に増幅器デバイスの特性インピーダンスを整合するように構成された無効成分のネットワークを含む。無効成分のネットワークはインピーダンス整合回路の入力ポートと出力ポートとの間で互いに直列に接続された高域通過インピーダンス変換器、移相器および広帯域インピーダンス変換器を含む。広帯域インピーダンス変換器のパラメータは、広帯域インピーダンス変換器がＲＦ周波数範囲のインピーダンス変換を提供しながらＲＦ周波数範囲のＲＦ信号を伝送するようにするためのものである。移相器のパラメータは、インピーダンスが整合された状態で伝送される間にＲＦ周波数のＲＦ信号が移相されるようにするためのものである。高域通過インピーダンス変換器のパラメータは、高域通過インピーダンス変換器が基本ＲＦ周波数の第二高調波と重複する第二高調波周波数範囲にある低反射ＲＦ信号で伝送しながらＲＦ周波数範囲のＲＦ信号のインピーダンスを変換するようにするためのものである。
【０００７】
当業者においては、以下の詳細な説明を読み、また添付図面を見れば、さらなる特徴および利点を認識されるだろう。
【０００８】
図面の要素は必ずしも互いに対して正しい縮尺で描かれていない。同様の参照番号は対応する同様の部分を指す。様々な例示された実施形態の特徴はそれらが互いを排除しない限り組み合わせることができる。実施形態は図面に描写され、以下の説明において詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ある実施形態による、ＲＦ増幅器ならびにＲＦ増幅器の入力部および出力部に接続された多段インピーダンス整合ネットワークを含む増幅器回路のハイレベル回路図を描写する。
【図２】ある実施形態による、多段インピーダンス整合ネットワークのハイレベル回路図を描写する。
【図３】ある実施形態による、広帯域インピーダンス変換器のＲＦ特性および構成を描写する。図３Ａおよび図３Ｂは、広帯域インピーダンス変換器のＳパラメータを描写する。図３Ｃは、ある実施形態による、広帯域インピーダンス変換器の可能性のある回路トポロジを描写する。
【図４】ある実施形態による、移相器のＲＦ特性および構成を描写する。図４Ａおよび４Ｂは、広帯域インピーダンス変換器および移相器を含む回路のＳパラメータを描写する。図４Ｃおよび図４Ｄは、ある実施形態による、移相器の可能性のある回路トポロジを描写する。
【図５】ある実施形態による、高域通過インピーダンス変換器のＲＦ特性および構成を描写する。図５Ａおよび図５Ｂは、広帯域インピーダンス変換器、移相器、および高域通過インピーダンス変換器を含む回路のＳパラメータを描写する。図５Ｃは、ある実施形態による、高域通過インピーダンス変換器の可能性のある回路トポロジを描写する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で開示される実施形態によると、増幅器回路はＲＦ周波数範囲にわたって第一の端子と第二の端子との間でＲＦ信号を増幅するように構成された増幅器デバイスを含む。増幅器回路はさらに多段インピーダンス整合ネットワークを含む。多段インピーダンス整合ネットワークは増幅器デバイスの第一の端子および第二の端子のいずれか一方または両方に接続されることができる。多段インピーダンス整合ネットワークは互いに直列に接続された三つの個々のネットワーク、すなわち、広帯域インピーダンス変換器、移相器、および高域通過インピーダンス変換器を含む。
【００１１】
多段インピーダンス整合ネットワークは有利にはネットワークの様々な段において第二高調波反射係数の位相を制御する。このようにして、回路は広帯域ＲＦ周波数範囲にわたってインピーダンス整合を同時に提供しながら第二高調波の効率的な同調に最適またはほぼ最適な位相角で常に動作させることができる。広帯域インピーダンス変換器は基本（中心）周波数を含む広帯域ＲＦ周波数範囲にわたるインピーダンス変換を提供する。その一方で、広帯域インピーダンス変換器はＲＦ周波数範囲の第二高調波において高度に反射する。移相器はデバイスの広帯域動作の第二高調波の反射係数の位置を制御する。高域通過入力整合はより高次高調波の成分を多段インピーダンス整合ネットワークの次の段に伝達しながら複素数のデバイス入力インピーダンスを増加した実数のインピーダンスに変換する。
【００１２】
図１を参照すると、ある実施形態による、増幅器回路１００が描写されている。増幅器回路１００は第一の端子１０４と第二の端子１０６との間でＲＦ信号を増幅するように構成されたＲＦ増幅器１０２を含む。ＲＦ増幅器１０２および完全増幅器回路１００はマルチキャリア増幅器、マルチバンド増幅器、ＬＴＥ（ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）準拠増幅器、ＷＣＤＭＡ（登録商標）（ｗｉｄｅｂａｎｄ ｃｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）準拠増幅器、８０２．１１（ｘ）準拠増幅器等とすることができる。
【００１３】
様々な実施形態では、ＲＦ増幅器１０２はＭＯＳＦＥＴ（金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ）、ＤＭＯＳ（二重拡散金属−酸化物−半導体）トランジスタ、ＧａＮ ＨＥＭＴ（窒化ガリウム高電子移動度トランジスタ）、ＧａＮ ＭＥＳＦＥＴ（窒化ガリウム金属−半導体電界効果トランジスタ）、ＬＤＭＯＳトランジスタ等のようなパワートランジスタ、およびより一般的な任意のタイプのＲＦトランジスタデバイスとすることができる。描写される実施形態では、ＲＦ増幅器１０２はトランジスタデバイスであり、第一の端子１０４はトランジスタデバイスの制御端子またはゲート端子に対応し、第二の端子１０６はトランジスタデバイスの出力端子（例えば、ドレイン端子）に対応する。トランジスタデバイスは追加で基準電位（例えば、ＧＮＤ）に接続され得るトランジスタの基準電位端子（例えば、ソース端子）に対応する第三の端子１０８を含む。
【００１４】
増幅器回路１００は広帯域周波数範囲で動作するように構成される。狭帯域と対照的に、広帯域はＲＦ信号に対する周波数値の範囲が信号チャネルのコヒーレント帯域幅を超えるという事実を指す。増幅器回路１００は、広帯域周波数範囲にわたって許容範囲内で同一の特性を提供する。広帯域周波数範囲は中心周波数の少なくとも２０％（例えば、中心周波数が２．０ＧＨｚである場合、１．８ＧＨｚから２．２ＧＨｚ）に及ぶことができ、また中心周波数の４０％またはそれ以上に及ぶことができる。これらの値は一例を表しているに過ぎず、広帯域周波数範囲はスケーラブルな他の周波数である。
【００１５】
増幅器回路１００はさらにＲＦ増幅器１０２の第一の端子１０４に接続された多段入力インピーダンス整合ネットワーク１１０およびＲＦ増幅器１０２の第二の端子１０６に接続された多段出力インピーダンス整合ネットワーク１１１を含む。当該技術分野において一般に知られるように、入力インピーダンスおよび出力インピーダンスが互いに複素共役として一致する場合に最適な電力伝達が発生する。典型的に、ＧａＮベースのＨＥＭＴのようなトランジスタデバイスは比較的低い特性入出力インピーダンス（例えば、２オームまたはそれ以下）を有する。多段インピーダンス入出力整合ネットワーク１１０、１１１の一般的な目的はこれらの特性入出力インピーダンスを固定値（例えば、５０オーム）に整合することであり、固定値はシステムレベルでの標準化された値に対応する。このようにして、システムレベルにおける増幅器回路１００と他の機器との間の最適な電力伝達を達成することができる。増幅器回路１００の入力側では、多段入力インピーダンス整合ネットワーク１１０の入力ポート１１２が増幅器回路１００の入力ポート１１４に接続し、多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の出力ポート１１６がＲＦ増幅器１０２の第一の端子１０４に接続する。増幅器回路１００の出力側では、多段出力インピーダンス整合ネットワーク１１１の入力ポート１１３がＲＦ増幅器１０２の第二の端子１０６に接続し、出力多段インピーダンス整合ネットワーク１１１の出力ポート１１７が増幅器回路１００の出力ポートに接続する。
【００１６】
多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の様々な段のトポロジおよび周波数特性が図３から図５を参照して以下でさらに詳細に議論される。この議論において、ＲＦ増幅器１０２の第一の端子１０４に接続された多段入力インピーダンス整合ネットワーク１１０は動作中の例として説明されている。同一の概念は、多段出力インピーダンス整合ネットワーク１１１が、入力部が接続された場合のＲＦ増幅器１０２の特性入力インピーダンスではなくＲＦ増幅器１０２の出力部が接続された場合の特性出力インピーダンスに整合することを唯一の違いとして、ＲＦ増幅器１０２の第二の端子１０６に接続された多段出力インピーダンス整合ネットワーク１１１の回路トポロジおよび周波数応答を設計するために使用され得る。様々な実施形態では、増幅器回路はＲＦ増幅器１０２に接続された多段入出力インピーダンス整合ネットワーク１１０、１１１のいずれか一方または両方を有することができる。図２を参照すると、ある実施形態による、多段インピーダンス整合ネットワーク１１０のハイレベルトポロジが描写されている。多段インピーダンス整合ネットワーク１１０は広帯域インピーダンス変換器１２２、移相器１２４、および高域通過インピーダンス変換器１２６を含む。広帯域インピーダンス変換器１２２、移相器１２４、および高域通過インピーダンス変換器１２６は互いに直列に接続される。より詳細には、広帯域インピーダンス変換器１２２は多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の入力ポート１１２と多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の第一の内部ノード１２８との間に直接電気的に接続され、移相器１２４は多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の第一の内部ノード１２８と多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の第二の内部ノード１３０との間に電気的に接続され、高域通過インピーダンス変換器１２６は多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の第二の内部ノード１３０と多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の出力ポート１１６との間に接続される。
【００１７】
図３から図５は多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の様々な段の周波数応答および回路トポロジを開示している。これらの例では、多段インピーダンス整合ネットワーク１１０のパラメータは、２．２５ＧＨｚ（ギガヘルツ）を中心周波数として１．８ＧＨｚから２．７ＧＨｚの高帯域幅インピーダンス変換基本ＲＦ周波数範囲に対して調整される。その上、多段インピーダンス整合ネットワーク１１０のパラメータは３．６ＧＨｚから５．４ＧＨｚの第二高調波周波数範囲に関して高効率のために調整され、第二高調波の中心周波数は４．５ＧＨｚ（ギガヘルツ）である。これらの値は一例を表しているに過ぎない。より一般的には、本明細書に記載の原理は、１００ＭＨｚから１０ＧＨｚの範囲における基本周波数を含む幅広い様々な異なる周波数範囲に関して多段インピーダンス整合ネットワーク１１０のパラメータを調整するために適用することができる。
【００１８】
図３Ａを参照すると、広帯域インピーダンス変換器１２２のＳ22パラメータがスミスチャート上にプロットされている。これらのＳ22パラメータは多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の第一の内部ノード１２８において見られるような広帯域インピーダンス変換器１２２の出力ポート反射係数に対応する。スミスチャート上の第一のプロット１３２は基本ＲＦ周波数範囲の広帯域インピーダンス変換器１２２のＳ22パラメータに対応する。スミスチャート上の第二のプロット１３４は第二高調波周波数範囲の広帯域インピーダンス変換器１２２のＳ22パラメータに対応する。
【００１９】
図３Ｂを参照すると、広帯域インピーダンス変換器１２２のＳ22パラメータが（Ｘ，Ｙ）座標フォーマットにプロットされている。Ｘ軸はＧＨｚ（ギガヘルツ）を単位とする周波数に対応し、Ｙ軸はｄＢ（デシベル）を単位とする出力ポート反射係数の大きさに対応する。基本ＲＦ周波数範囲の広帯域インピーダンス変換器１２２のＳ22パラメータがチャートの第一の領域１３６に示されている。第二高調波ＲＦ周波数範囲の広帯域インピーダンス変換器１２２のＳ22パラメータがチャートの第二のプロット領域１３８にプロットされている。
【００２０】
見られるように、ＲＦ周波数範囲では、広帯域インピーダンス変換器１２２の出力ポート反射係数は二つの最大値１４２の間に位置する局所的最小値１４０を含む。描写される実施形態では、基本ＲＦ周波数範囲の両端（すなわち、１．８および２．７ＧＨｚ）における二つの最大値１４２はおよそ−１３ｄＢである。したがって、広帯域インピーダンス変換器１２２は基本ＲＦ周波数範囲の全９００ＭＨｚの帯域幅にわたって−１３ｄＢ以下の反射減衰量を生成する。およそ−６５ｄＢの局所最小値１４０は実質的に２．２５ＧＨｚ付近に、または２．２５ＧＨｚすなわちＦ周波数範囲の中心周波数に、位置することができる。このプロファイルは広帯域インピーダンス変換器１２２の可能な周波数応答の一例を表しているに過ぎない。一般的に言うと、広帯域インピーダンス変換器１２２は基本ＲＦ周波数範囲の非常に低い出力ポート反射係数を有するように構成される。例えば、出力ポート反射係数の最大値は基本周波数範囲の全ての他の出力ポート反射係数がそれを下回って維持されるように特定の値に設定することができる。一例では、出力ポート反射係数が基本ＲＦ周波数範囲にわたって所望の値を下回る場合、広帯域インピーダンス変換器１２２の周波数応答は局所最小値のうち一よりも多くを有することができる。
【００２１】
第二高調波ＲＦ周波数範囲では、広帯域インピーダンス変換器１２２の出力ポート反射係数は比較的平坦である。一般的に言うと、広帯域インピーダンス変換器１２２はその出力ポートにおけるＲＦ信号の第二高調波成分の大部分または全てを反射するように構成される。描写される実施形態では、広帯域インピーダンス１２２の出力ポート反射係数は基本ＲＦ周波数範囲の二つの最大値をはるかに上回っている。より詳細には、第二高調波周波数範囲において、広帯域インピーダンス変換器１２２の出力ポート反射係数は−２ｄＢよりも上、またはＲＦ信号の電圧振幅のおよそ８０パーセントである。これは一つの例示的な値に過ぎない。より一般的には、いくつかの実施形態では、広帯域インピーダンス変換器１２２の出力ポート反射係数はＲＦ信号の電圧振幅のおよそ２５パーセントを上回る。
【００２２】
図３Ｃを参照すると、ある実施形態による、図３Ａおよび図３Ｂに関連して説明された周波数応答を生成するために使用することのできる広帯域インピーダンス変換器１２２の例示的な回路トポロジが描写されている。この実施形態では、広帯域インピーダンス変換器１２２は第二の伝送ライン１４６と直列に接続された第一の伝送ライン１４４を含む。伝送ラインの特性インピーダンスは多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の第二の内部ノード１３０と多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の入力ポート１１２との間でインピーダンスを変換するために選択される。伝送ラインのパラメータは異なる周波数応答を有するように選択することができる。例えば、最大限に平坦なインピーダンス変換応答に対し、伝送ラインのパラメータは以下の式に従って選択することができる。
【数１】
0006882599.tif 000002
【数２】
0006882599.tif 000003
ここで、Ｚ2は第一の伝送ライン１４４の特性インピーダンス、Ｚ3は第二の伝送ライン１４６の特性インピーダンス、Ｚin2は多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の第一の内部ノード１２８（すなわち、広帯域インピーダンス変換器１２２の出力ポート）において見られるような入力インピーダンス、Ｚin3は多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の入力ポート１１２（すなわち、広帯域インピーダンス変換器１２２の入力ポート）において見られるような入力インピーダンスである。
【００２３】
図３Ａおよび図３Ｂに示される周波数応答は式（１）および（２）に従って調整される第一および第二の伝送ライン１４４を有する広帯域インピーダンス変換器１２２に対応する。あるいは、チェビシェフ応答（Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ ｒｅｓｐｏｓｅ）または様々な広帯域フィルタリング技術のいずれかのような他のタイプの周波数応答を使用することができる。その上、第一および第二の伝送ライン１４４、１４６を用いて広帯域インピーダンス変換器１２２を構成する代わりに、他の受動電気機器を使用することができる。例えば、広帯域インピーダンス変換器１２２は集中素子、例えばキャパシタおよびインダクタのネットワークを使用して提供することができ、集中素子のパラメータおよびトポロジは図３Ａおよび図３Ｂに示される周波数応答または他の広帯域周波数応答を提供するために調整される。
【００２４】
図４を参照すると、第二の内部ノード１３０において見られるような多段インピーダンス整合ネットワーク１１０のＳ22パラメータが開示される。図４Ａのスミスチャートおよび図４Ｂの周波数／反射係数プロファイルは、同一の条件下であるが広帯域インピーダンス変換器１２２に直列に接続された移相器１２４を含む複合回路である場合の図３Ａおよび図３Ｂのスミスチャートおよび周波数／反射係数プロファイルに対応する。スミスチャート上の第三のプロット１４８は基本ＲＦ周波数範囲の複合回路のＳ22パラメータに対応する。スミスチャート上の第四のプロット１５０は第二高調波周波数範囲の複合回路のＳ22パラメータに対応する。図４Ｂにおいて、複合回路の対応するＳ22パラメータが（Ｘ，Ｙ）座標フォーマットにプロットされている。基本ＲＦ周波数範囲の複合回路のＳ22パラメータがチャートの第三の領域１５２に示されている。第二高調波周波数範囲の複合回路のＳ22パラメータがチャートの第四の領域１５４に示されている。
【００２５】
見られるように、移相器１２４の効果は基本周波数範囲における回路の周波数応答を実質的に変更することなく第二高調波のＲＦ周波数範囲における出力ポート反射係数を回転させることである。これは図４Ａの第四のプロット１５０に示されており、図３Ａに示される第二のプロット１３４と比較して同位相で回転される。図３Ｂおよび図４Ｂと比較して、出力ポート反射係数の大きさは実質的に変化していない。
【００２６】
図４Ｃおよび図４Ｄを参照すると、ある実施形態による、移相器１２４の例示的な回路トポロジが描写されている。一般的に言うと、移相器１２４のパラメータは移相器１２４が第二の内部ノード１３０において見られるような広帯域インピーダンス変換器１２２の出力インピーダンスと同一の基本周波数範囲の特性インピーダンスを有するように調整される。その一方で、移相器１２４のパラメータは移相器１２４が第二高調波のＲＦ周波数範囲で出力ポート反射係数を移相するように調整される。すなわち、移相器１２４は、第二高調波のＲＦ周波数範囲で純粋にリアクタンス性インピーダンス移相を導入しながら、最小限の（整合された）インピーダンスで、ＲＦ信号を広帯域インピーダンス変換器１２２に伝送するように構成される。
【００２７】
図４Ｃに示されるように、移相器１２４は第三の伝送ライン１５６を使用して実施することができる。したがって、移相器１２４は、広帯域インピーダンス変換器１２２と組み合わせられる場合、三つの伝送ラインにより実施することができる。基本周波数範囲における移相器１２４の特性インピーダンスは多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の第一の内部ノード１２８において見られるような広帯域インピーダンス変換器１２２の入力インピーダンスＺin2と同一に調整される。その一方で、移相器１２４は出力ポート反射係数を移相する第二高調波周波数範囲の移相を導入する。
【００２８】
図４Ｄに示されるように、移相器１２４はあるいは集中素子、例えばインダクタおよびキャパシタのネットワークを使用して提供することができる。素子は最小限の挿入損失および第二高調波周波数まで動作する意図された移相を有するように設計される。したがって、ネットワークの遮断周波数は最も高い第二高調波の周波数よりも高く設計される。特性インピーダンスは第三の伝送ラインの特性インピーダンスと同一であるように設計される。例えば、図３Ｄに描写される伝送ラインの３素子集中型のインダクタンス１５８およびキャパシタンス１６０は以下の式に従って計算することができる。
【数３】
0006882599.tif 000004
【数４】
0006882599.tif 000005
ここで、Ｚ0は第三の伝送ラインの特性インピーダンスであり、φは所望の移相であり、ωは移相が計算される角周波数である。集中素子トポロジの一つの利点はＣ1を提供するためのチップキャパシタおよびＬ1を提供するための導電性ボンディングワイヤを使用してＲＦ半導体パッケージにおいて実施できることである。３素子集中素子トポロジの代わりに、同様の原理を使用して５素子集中素子トポロジのような他のトポロジを提供することができる。
【００２９】
図５を参照すると、多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の出力ポート１１６において見られるような多段インピーダンス整合ネットワーク１１０のＳ22パラメータが描写されている。すなわち、図３Ａおよび図３Ｂにおいて先に説明されたようなスミスチャートおよび周波数／反射係数プロファイルは移相器１２４、広帯域インピーダンス変換器１２２および高域通過インピーダンス変換器１２６を含む複合回路と同一の条件下で図５Ａおよび図５Ｂにおいて再現される。したがって、図５Ａのスミスチャートおよび図５Ｂの周波数／反射係数プロファイルはＲＦ増幅器１０２の第一の端子１０４において認められるような多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の出力ポート反射係数を示している。スミスチャート上の第五のプロット１６２は基本ＲＦ周波数範囲の複合回路のＳ22パラメータに対応する。スミスチャート上の第六のプロット１６４は第二高調波周波数範囲の複合回路のＳ22パラメータに対応する。図５Ｂにおいて、複合回路の対応するＳ22パラメータが（Ｘ，Ｙ）座標フォーマットにプロットされている。基本ＲＦ周波数範囲の広帯域インピーダンス変換器１２２のＳ22パラメータがチャートの第五の領域１６８に示されている。第二高調波のＲＦ周波数範囲の複合回路のＳ22パラメータがチャートの第六の領域１７０にプロットされている。
【００３０】
一般的に言うと、高域通過インピーダンス変換器１２６はＲＦ周波数範囲のＲＦ信号のインピーダンス整合を提供するように構成される。すなわち、高域通過インピーダンス変換器１２６は、第一の端子１０４において見られるようなＲＦ増幅器１０２の特性入力インピーダンスから多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の第二の内部ノード１３０において見られるようなより高い値にＲＦ周波数範囲における増幅器回路１００のインピーダンスを増大させるために調整される。その一方で、第二高調波周波数範囲において、高域通過インピーダンス変換器１２６は最小の反射でＲＦ信号を伝送するように構成される。このようにして、第二高調波周波数範囲のＲＦ信号の周波数成分は第一の端子１０４から多段インピーダンス整合ネットワーク１１０の第二の内部ノード１３０に伝達され、次に第二高調波周波数範囲のこれらの周波数成分は移相器１２４および広帯域インピーダンス変換器と相互作用することができる。
【００３１】
図５Ｃを参照すると、ある実施形態による、高域通過インピーダンス変換器１２６の例示的な回路トポロジが描写されている。この回路トポロジは直列抵抗器１７２、シャントインダクタ（ｓｈｕｎｔ ｉｎｄｕｃｔｏｒ）１７４、ならびにＤＣ信号およびＲＦ周波数範囲よりも低い低周波数を遮断するように構成された非常に大きなキャパシタ１７６を含む。高域通過整合ネットワークに直列抵抗器１７２を含むことにより、第二の内部ノード１３０において見られるような多段インピーダンス整合ネットワーク１１０により示されるインピーダンスの無効成分が増加し、これにより次の段のインピーダンス変換が緩和される。有利には、この直列抵抗器１７２はＲＦ増幅器１０２デバイスを提供するために使用されるトランジスタのゲートに集積させることができる。
【００３２】
「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は要求への完全な適合だけでなく製造プロセスの変動、アセンブリ、および理想からの逸脱を引き起こし得る他の要因に起因する要求への完全な適合からの小さな逸脱を包含する。変動が実際の適合を達成するようにプロセスの許容範囲内にあり、本明細書に記載の機器がアプリケーションの要求に従って機能することができることを条件として、「実質的に」という用語はこれらの逸脱のいずれかを包含する。
【００３３】
本明細書で使用される「同じ（ｓａｍｅ）」、「一致（ｍａｔｃｈ, ｍａｔｃｈｅｓ）」のような用語は本発明の精神から逸脱することなく変動のある程度の合理的な量が考慮されるように同一、ほぼ同一またはおおよそを意味することを意図している。「一定の（ｃｏｎｓｔａｎｔ）」という用語は、本発明の精神から逸脱することなく変動のある程度の合理的な量が考慮されるように変更もしくは変化しないこと、または再びわずかに変更もしくは変化することを意味する。さらに、「第一（ｆｉｒｓｔ）」、「第二（ｓｅｃｏｎｄ）」等のような用語は、様々な素子、領域、セクション等を説明するために使用され、また限定することを意図していない。本明細書を通して、同様の用語は同様の要素を指す。
【００３４】
「直接電気的に接続された（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」または「電気的に接続された（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」という用語は、電気的に接続された素子間の永続的な低オーミック接続、例えば、接続された素子間のワイヤ接続を表す。対照的に、「電気的に結合された（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語は、電気信号に影響を与えるように構成された一または二以上の介在する素子が何らかの有形の方法で電気的に結合された素子間に設けられることを意味する。これらの介在する素子はトランジスタのような能動素子だけでなくインダクタ、キャパシタ、ダイオード、抵抗器等のような受動素子を含む。
【００３５】
「下（ｕｎｄｅｒ）」、「下に（ｂｅｌｏｗ）」、「下側（ｌｏｗｅｒ）」、「上に（ｏｖｅｒ）」、「上側（ｕｐｐｅｒ）」等のような空間的かつ相対的な用語は説明を容易にするために使用され、第二の要素に対する一つの要素の配置を説明する。これらの用語は図において描写されたものとは異なる方向に加え、デバイスの異なる方向を包含することを意図している。さらに、「第一（ｆｉｒｓｔ）」、「第二（ｓｅｃｏｎｄ）」等のような用語は、様々な要素、領域、セクション等を説明するためにも使用され、限定することも意図していない。本明細書を通して、同様の用語は同様の要素を指す。
【００３６】
本明細書で使用されるように、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「包含する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」等の用語は言及された要素または特徴の存在を示すものの追加の要素または特徴を排除しないオープンエンドの用語である。冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は文脈において明確に示されない限り、単数だけでなく複数を含むものと意図している。
【００３７】
上記の範囲の変動および応用形態を念頭に、本発明は上述の説明により限定されるものではなく、また添付図面により限定されるものでもないことを理解されるべきである。代わりに、本発明は以下の特許請求の範囲およびそれらの法的な等価物によってのみ限定される。
【図１】
0006882599.tif 000006
【図２】
0006882599.tif 000007
【図３Ａ】
0006882599.tif 000008
【図３Ｂ】
0006882599.tif 000009
【図３Ｃ】
0006882599.tif 000010
【図４Ａ】
0006882599.tif 000011
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
0006882599.tif 000013
【図４Ｄ】
0006882599.tif 000014
【図５Ａ】
0006882599.tif 000015
【図５Ｂ】
0006882599.tif 000016
【図５Ｃ】
0006882599.tif 000017