(57)【要約】【課題】多段増幅式の高周波電力増幅器において、各段のバイアス供給端子および配線同士が電磁気的に結合することにより生ずる出力電力の不安定性を低減し、さらに、各段のバイアス供給端子および配線同士が電磁気的に結合することにより生ずる出力電力の歪みを低減して、高効率な高周波電力増幅器を提供する。【解決手段】電力増幅用のトランジスタ１０，１１にコレクタ駆動用電圧を供給する端子４０に接続する第１の配線５０と、トランジスタ１０，１１のベースバイアスを制御する第２のトランジスタ１２，１３にコレクタ駆動用電圧を供給する端子４１に接続する第２の配線６０と、１つ以上のシールド接地部材７０を備え、第１の配線と第２の配線とが１つ以上のシールド接地部材７０で隔てられることにより高周波電力増幅器における電源ラインを介した回路間の相互干渉を低減する。【選択図】図１
2009201136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力又は段間の整合回路を介して入力された高周波信号を増幅して出力する第１のトランジスタと、
出力端子が前記第１のトランジスタの入力端子と直流電気的に接続され、前記第１のトランジスタの入力端子にバイアス信号を供給して前記第１のトランジスタを駆動する第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタの出力端子に駆動用電圧を供給する第１の端子と、
前記第１の端子と前記第１のトランジスタの出力端子とを接続する第１の配線と、
前記第２のトランジスタの電源端子に駆動用電圧を供給する第２の端子と、
前記第２の端子と前記第２のトランジスタの電源端子とを接続する第２の配線と、
前記第１の配線と前記第２の配線との間に設けられ、前記第１の配線と前記第２の配線との間に生じる相互干渉を低減するシールド接地部材と
を具備して成ることを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の配線および前記第２の配線は、誘電体板の主表面上に載置された導体層を含んで構成され、かつ、少なくともその一部が互いに対向するように配置され、
前記シールド接地部材は、前記第１の配線と前記第２の配線とが対向する領域に、それぞれの配線と接することなく設けられた導電層からなる第１のシールド接地部材と、前記誘電体板の前記第１のシールド接地部材が設けられた面とは反対側の面に設けられた導体層からなる第２のシールド接地部材とを含んで構成され、
前記誘電体板には、前記第１のシールド接地部材と前記第２のシールド接地部材とを電気的に接続する１つ以上の貫通穴が設けられる
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１のシールド接地部材は、０．２ｍｍ以上の幅を有する
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項４】
請求項１において、
前記第１の配線がその第１の表面上に形成された第１の誘電体層と、
前記第２の配線がその第１の表面上に形成された第２の誘電体層と、
前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層との間に配置された第３の誘電体層と
を更に具備して成り、
前記シールド接地部材は、前記第３の誘電体層の第１の表面上に形成された第１のシールド接地部材と、前記第１の誘電体層の第２の表面上に設けられた第２のシールド接地部材とを含んで構成され、
前記第１乃至第３の誘電体層は、前記第１の誘電体層の前記第１の表面と前記第３の誘電体層の前記第１の表面と反対側の面とが接するように嵌合され、更に前記第３の誘電体層の前記第１の表面と前記第２の誘電体層の前記第１の表面と反対側の面とが接するように嵌合され、
前記第１の誘電体層および前記第３の誘電体層には、前記第１のシールド接地部材と前記第２のシールド接地部材とを電気的に接続する１つ以上の貫通穴が設けられる
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項において、
前記第１のトランジスタは、ガリウムヒ素を含む化合物半導体で形成されたヘテロ接合型のバイポーラトランジスタである
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項６】
入力又は段間の整合回路を介して入力された高周波信号を増幅して第１の増幅信号を出力する第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタの出力端子を介して入力された前記第１の増幅信号を増幅して第２の増幅信号を出力する第２のトランジスタと、
出力端子が前記第１のトランジスタの入力端子と直流電気的に接続され、前記第１のトランジスタの入力端子にバイアス信号を供給して前記第１のトランジスタを駆動する第３のトランジスタと、
前記第２のトランジスタの出力端子に駆動用電圧を供給する第１の端子と、
前記第１の端子と前記第２のトランジスタの出力端子とを接続する第１の配線と、
前記第３のトランジスタの電源端子に駆動用電圧を供給する第２の端子と、
前記第２の端子と前記第３のトランジスタの電源端子とを接続する第２の配線と、
前記第１の配線と前記第２の配線との間に設けられ、前記第１の配線と前記第２の配線との間に生じる相互干渉を低減する第１のシールド接地部材と
を具備して成ることを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項７】
請求項６において、
誘電体板と、
前記誘電体板の第１の面に形成された第２のシールド接地部材と
を更に具備して成り、
前記誘電体板には、前記第１のシールド接地部材と前記第２のシールド接地部材とを電気的に接続する貫通穴が形成され、
前記第１の配線および前記第２の配線は、前記誘電体板の前記第１の面とは反対側の第２の面に形成された導体層を含んで構成され、かつ、少なくともその一部が互いに対向するように配置され、
前記第１のシールド接地部材は、前記第１の配線と前記第２の配線とが対向する領域に、それぞれの配線と接することなく設けられた導電層を含んで構成される
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１のシールド接地部材は、０．２ｍｍ以上の幅を有する
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項９】
請求項６において、
前記第１の配線がその第１の表面上に形成された第１の誘電体層と、
前記第２の配線がその第１の表面上に形成された第２の誘電体層と、
前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層との間に配置された第３の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の第２の表面上に設けられた第２のシールド接地部材と
を更に具備して成り、
前記第１のシールド接地部材は、前記第３の誘電体層の第１の表面上に形成され、
前記第１乃至第３の誘電体層は、前記第１の誘電体層の前記第１の表面と前記第３の誘電体層の前記第１の表面と反対側の面とが接するように嵌合され、更に前記第３の誘電体層の前記第１の表面と前記第２の誘電体層の前記第１の表面と反対側の面とが接するように嵌合され、
前記第１の誘電体層および前記第３の誘電体層には、前記第１のシールド接地部材と前記第２のシールド接地部材とを電気的に接続する貫通穴が形成される
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項１０】
請求項６において、
前記第２の配線がその第１の表面上に形成された第１の誘電体層と、
前記第１の配線がその第１の表面上に形成された第２の誘電体層と、
前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層との間に配置された第３の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の第２の表面上に設けられた第２のシールド接地部材と
を更に具備して成り、
前記第１のシールド接地部材は、前記第３の誘電体層の第１の表面上に形成され、
前記第１乃至第３の誘電体層は、前記第１の誘電体層の前記第１の表面と前記第３の誘電体層の前記第１の表面と反対側の面とが接するように嵌合され、更に前記第３の誘電体層の前記第１の表面と前記第２の誘電体層の前記第１の表面と反対側の面とが接するように嵌合され、
前記第１の誘電体層および前記第３の誘電体層には、前記第１のシールド接地部材と前記第２のシールド接地部材とを電気的に接続する貫通穴が形成される
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれか１項において、
前記第１乃至第３のトランジスタの少なくともいずれか１つは、ガリウムヒ素、シリコンゲルマニウム、およびインジウム燐のいずれかを含んで形成されたヘテロ接合型のバイポーラトランジスタである
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項１２】
入力又は段間の整合回路を介して入力された高周波信号を増幅して第１の増幅信号を出力する第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタの出力端子を介して入力された前記第１の増幅信号を増幅して第２の増幅信号を出力する第２のトランジスタと、
出力端子が前記第１のトランジスタの入力端子と直流電気的に接続され、前記第１のトランジスタの入力端子にバイアス信号を供給して前記第１のトランジスタを駆動する第３のトランジスタと、
前記第２のトランジスタの出力端子に駆動用電圧を供給する第１の端子と、
前記第１の端子と接続された第１の配線と、
前記第１の配線と前記第２のトランジスタの電源端子とを接続する第２の配線と、
前記第３のトランジスタの電源端子に駆動用電圧を供給する第２の端子と、
前記第２の端子と前記第３のトランジスタの電源端子とを接続する第３の配線と、
前記第１の配線と前記第３の配線との間に設けられ、前記第１の配線と前記第３の配線との間に生じる相互干渉を低減する第１のシールド接地部材と、
前記第２の配線と前記第３の配線との間に設けられ、前記第２の配線と前記第３の配線との間に生じる相互干渉を低減する第２のシールド接地部材と
を具備して成ることを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項１３】
請求項１２において、
誘電体板と、
前記誘電体板の第１の面に形成された第３のシールド接地部材と
を更に具備して成り、
前記誘電体板には、前記第１のシールド接地部材と前記第３のシールド接地部材とを電気的に接続する第１の貫通穴が形成され、
前記誘電体板には、前記第２のシールド接地部材と前記第３のシールド接地部材とを電気的に接続する第２の貫通穴が形成され、
前記第２の配線および前記第３の配線は、前記誘電体板の前記第１の面とは反対側の第２の面に形成された導体層を含んで構成され、かつ、少なくともその一部が互いに対向するように配置され、
前記第２のシールド接地部材は、前記第２の配線と前記第３の配線とが対向する領域に、それぞれの配線と接することなく設けられた導電層を含んで構成される
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記第２のシールド接地部材は、０．２ｍｍ以上の幅を有する
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項１５】
請求項１２において、
前記第１の配線がその第１の表面上に形成された第１の誘電体層と、
前記第２の配線、前記第３の配線、および前記第２のシールド接地部材がその第１の表面上に形成された第２の誘電体層と、
前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層との間に配置された第３の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の第２の表面上に形成された第３のシールド接地部材と
を更に具備して成り、
前記第１のシールド接地部材は、前記第３の誘電体層の第１の表面上に形成され、
前記第２のシールド接地部材は、前記第２の配線と前記第３の配線とが対向する領域に、それぞれの配線と接することなく設けられた導電層を含んで構成され、
前記第１の誘電体層および前記第３の誘電体層には、前記第１のシールド接地部材と前記第３のシールド接地部材とを電気的に接続する第１の貫通穴が形成され、
前記第２の誘電体層には、前記第１のシールド接地部材と前記第２のシールド接地部材とを電気的に接続する第２の貫通穴が形成される
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項１６】
請求項１２において、
前記第１の配線、前記第３の配線、および前記第２のシールド接地部材がその第１の表面上に形成された第１の誘電体層と、
前記第２の配線がその第１の表面上に形成された第２の誘電体層と、
前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層との間に配置された第３の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の第２の表面上に形成された第３のシールド接地部材と
を更に具備して成り、
前記第１のシールド接地部材は、前記第３の誘電体層の第１の表面上に形成され、
前記第２のシールド接地部材は、前記第１の配線と前記第３の配線とが対向する領域に、それぞれの配線と接することなく設けられた導電層を含んで構成され、
前記第１の誘電体層には、前記第２のシールド接地部材と前記第３のシールド接地部材とを電気的に接続する第１の貫通穴が形成され、
前記第３の誘電体層には、前記第ユのシールド接地部材と前記第２のシールド接地部材とを電気的に接続する第２の貫通穴が形成される
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項１７】
請求項１２乃至１６のいずれか１項において、
前記第１乃至第３のトランジスタの少なくともいずれか１つは、ガリウムヒ素、シリコンゲルマニウム、およびインジウム燐のいずれかを含んで形成されたヘテロ接合型のバイポーラトランジスタである
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項１８】
請求項１５において、更に、
前記第１の誘電体層には、前記第１の端子と前記第１の配線とを電気的に接続する第３の貫通穴が形成され、
前記第２の誘電体層および前記第３の誘電体層には、前記第１の配線と前記第２の配線とを電気的に接続する第４の貫通穴が形成され、
前記第１の誘電体層、前記第２の誘電体層、および前記第３の誘電体層には、前記第２の端子と前記第３の配線とを電気的に接続する第５の貫通穴が形成される
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記第１の配線と前記第５の貫通穴との間に形成された第４のシールド接地部材を更に具備して成る
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【請求項２０】
請求項１６において、更に、
前記第１の誘電体層には、前記第１の端子と前記第１の配線とを電気的に接続する第３の貫通穴が形成され、
前記第２の誘電体層および前記第３の誘電体層には、前記第１の配線と前記第２の配線とを電気的に接続する第４の貫通穴が形成され、
前記第１の誘電体層には、前記第２の端子と前記第３の配線とを電気的に接続する第５の貫通穴が形成される
ことを特徴とする高周波電力増幅器モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動体通信用携帯電話端末に用いる高周波電力増幅器に関し、特に電源ラインを介した回路間の相互干渉を低減する電源電圧供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話に代表される移動体通信用携帯端末の小型かつ軽量化の必要性が高まり、そのための研究開発が精力的に行われている。従来の移動体通信用携帯端末に使われる送信用高周波電力増幅器回路は、負電源あるいは負電源発生回路が必要であり、部品構成が多く、小型かつ軽量化の要求に応じられていない。そこで、送信用高周波電力増幅器に用いられる増幅素子として、単一正電源動作が可能で、高周波特性に優れたガリウムヒ素化合物半導体へテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、ＧａＡｓＨＢＴと略す）が有望視されている。
【０００３】
図１２にＧａＡｓＨＢＴを用いた従来の高周波電力増幅器の一例として、特許文献１（特開平１０−７５１３０号）に開示された高周波電力増幅器の構成図を示す。上記高周波電力増幅器は入力整合回路４０１と、電力増幅用トランジスタ４１０と、出力整合回路４０２と、上記電力増幅用トランジスタのベースバイアス制御回路４０３を有する。上記ベースバイアス制御回路４０３はトランジスタ４１１と抵抗４２０、４２１から構成される。符号４３０は上記２つのトランジスタ４１０、４１１のコレクタ駆動用電源であり、符号４３１は上記高周波電力増幅器の利得を制御するための利得制御電源であり、上記ベースバイアス制御回路を介して上記電力増幅用トランジスタのベースに印加される。上記ベースバイアス制御回路は、上記電力増幅用トランジスタのベース電流Ibbを実質的に上記コレクタ駆動用電源から供給することによって、上記利得制御電源から供給すべき利得制御電流Iapcを低減し、利得制御電圧を発生させる外部制御回路に要求される電流供給能力を低減するために一般的に用いられている。
【０００４】
また、現在欧州を中心に広く用いられて入るＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）方式に対応する飽和型増幅器では、出力電力と電力付加効率のトレードオフの関係が高周波電力増幅器開発における主な課題である。
さらに、第３世代移動通信方式の１つであるＷ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式に対応する線形増幅器では出力電力と電力付加効率のトレードオフの関係に加えて、歪みと電力付加効率とがトレードオフの関係にあり、例えば非特許文献１（日刊工業新聞社刊行の電子技術２０００年６月号３６ページ）に記載されている。
従って、線形増幅器において、歪みの低減は、高周波電力増幅器の電力付加効率の向上に直接繋がり、ひいては高周波電力増幅器の性能向上に繋がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−７５１３０号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】日刊工業新聞社刊行の電子技術２０００年６月号３６ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の高周波電力増幅器においては、ベースバイアス制御回路を構成するトランジスタのコレクタ駆動用電源と、電力増幅用トランジスタのコレクタ駆動用電源が共通に用いられており、コレクタ電流Iccの上記電力増幅用トランジスタの出力電力による高周波的揺らぎを遮断する容量、例えばコレクタラインと接地間を結合する容量を有さない。従って、上記コレクタ電流Iccの高周波的揺らぎが上記ベースバイアス制御回路を介して上記電力増幅用トランジスタのベース電流Ibbに帰還されるため、高周波電力増幅器の動作を不安定化させる要因になる。
【０００８】
また、さらに、上記コレクタ電流Iccの高周波的揺らぎが上記ベースバイアス制御回路を介して上記電力増幅用トランジスタのベース電流Ibbに帰還されるため、高周波電力増幅器の出力電力における歪みを増大させる要因になる。
【０００９】
本発明の目的は、多段増幅式の高周波電力増幅器において、各段のバイアス供給端子および配線同士が電磁気的に結合することにより生ずる出力電力の不安定性を低減し、もって安定な動作を有する高周波電力増幅器を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の目的は、多段増幅式の高周波電力増幅器において、各段のバイアス供給端子および配線同士が電磁気的に結合することにより生ずる出力電力の歪みを低減し、もって高効率な特性を有する高周波電力増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は上記請求項１乃至５の高周波電力増幅器において、電力増幅用の上記第１のトランジスタにコレクタ駆動用電圧を供給する上記第１の端子と、上記第１のトランジスタのベースバイアスを制御する第２のトランジスタにコレクタ駆動用電圧を供給する上記第２の端子と、上記第１の端子と上記第１のトランジスタのコレクタとを結合する上記第１の配線と、上記第２の端子と上記第２のトランジスタのコレクタとを結合する上記第２の配線と、１つ以上のシールド接地部材を備え、上記第１の端子と上記第２の端子とが１つ以上の上記シールド接地部材で隔てられ、更に上記第１の配線と上記第２の配線とが１つ以上の上記シールド接地部材とで隔てられることにより達成できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高周波電力増幅器での駆動用電源ラインの電流および電圧の高周波的な揺らぎが抑制され、高周波電力増幅器の動作の安定化を図る効果が得られる。さらに、本発明の高周波電力増幅器を線形増幅器に適用すれば、入力電力に対する出力電力の歪みを低減することが出来、もって高周波電力増幅器の効率向上を図る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１および実施例２を実現する高周波電力増幅器の回路構成図。
【図２】本発明の実施例１での基板層構成図。
【図３】本発明の実施例１での表面導体層の模式図。
【図４】本発明の実施例１での裏面導体層の模式図。
【図５】本発明の実施例１での要部斜視図。
【図６】本発明の実施例におけるシールド接地部材の幅と回路間アイソレーションの関係。
【図７】本発明の実施例２での基板層構成の模式図。
【図８】本発明の実施例２での表面導体層の模式図。
【図９】本発明の実施例２での第１の内層導体層の模式図。
【図１０】本発明の実施例２での第２の内層導体層の模式図。
【図１１】本発明の実施例２での要部斜視図。
【図１２】従来の高周波電力増幅器の回路構成図。
【図１３】本発明の高周波電力増幅器の要部斜視図。
【図１４】線形増幅器の出力電力の歪みの実測値。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。理解を容易にするために、図面を用いて説明する。
＜実施例１＞
図１に実施例１の高周波電力増幅器回路構成を示す。上記高周波電力増幅器は入力整合回路1と、電力増幅用の入力段トランジスタ１０と、段間整合回路２と、電力増幅用の出力段トランジスタ１１と、出力整合回路３と、トランジスタ１０、１１のベースバイアス制御回路２０から構成され、本回路中の上記ベースバイアス制御回路２０はトランジスタ１２、１３と、抵抗３０、３１から構成されている。また、上記高周波電力増幅器は、上記出力段トランジスタ１１にコレクタ駆動用電圧を供給する第１の端子４０と、上記ベースバイアス制御回路２０を構成する上記トランジスタ１２、１３にコレクタ駆動用電圧を供給する第２の端子４１と、上記ベースバイアス制御回路を構成するトランジスタ１２、１３に利得制御電流電圧を供給する第３の端子４２と、上記入力段トランジスタ１０のベースに信号を入力する信号入力端子４３と、上記出力段トランジスタ１１のコレクタから上記出力整合回路３を介して信号を取り出す信号出力端子４４と、上記第１の端子４０と上記出力段トランジスタ１１のコレクタとを上記出力整合回路３を介して結合する第１の配線５０と、上記第２の端子４１と上記ベースバイアス制御回路を構成するトランジスタ１１、１２のコレクタとを結合する第２の配線６０と、接地金属面（以下、シールド接地部材と称す）７０を有する。更に、上記第１の端子４０と第２の端子４１は１つ以上の上記シールド接地部材７０で隔てられ、かつ上記第１の配線５０と第２の配線６０も１つ以上の上記シールド接地部材７０で隔てられていることを特徴とする。ここで、シールド接地部材は導電性膜からなり、例えば金属の蒸着法、スパッタ法などにより誘電体板上に形成される。あるいは導電材料を誘電体上にコーティングする方法でもよい。また、金属板のような部材を用いることもできる。
【００１５】
図２に、上記図1の回路を具現化した場合のモジュール（基板層）構成を示す。基板は表面導体層２００と、裏面導体層２０１と、誘電体板１００から構成される。上記導体層は例えば銅や金を主成分とし、上記誘電体板は例えばセラミックや樹脂を主成分とすることを特徴とする。
【００１６】
図３に上記表面導体層２００の模式図を、図４に上記裏面導体層２０１の模式図を、図５に要部斜視図を示す。
図３において、1は上記入力整合回路、２は上記段間整合回路、３は上記出力整合回路、１０は上記入力段トランジスタ、１１は上記出力段トランジスタ、２０は上記電力増幅用のトランジスタ１０，１１のベースバイアス制御回路、１２、１３は上記ベースバイアス制御回路を構成するトランジスタ、３０、３１は上記ベースバイアス制御回路の有する抵抗、５０は上記第１の配線、６０は上記第２の配線、１１０は上記第１の配線５０と上記第２の配線６０を隔てる第１のシールド接地部材、１００は誘電体板、１０１a〜１０１fは図５に示すように導体層間を結合する貫通穴（以下、スルーホールと称する）である。
【００１７】
また、上記電力増幅用のトランジスタ１０、１１と、上記ベースバイアス制御回路２０はそれぞれ同一または個別の半導体素子上に作成され表面導体層に実装される。特に、上記電力増幅用トランジスタ１０、１１はＧａＡｓを主成分とする半導体素子上に形成されることを特徴とする。
【００１８】
図４において、４０は上記第１の端子、４１は上記第２の端子、４２は上記第３の端子、４３は上記信号入力端子、４４は上記信号出力端子、１２０は上記第１の端子４０と上記第２の端子４１とを隔てる第２のシールド接地部材である。
【００１９】
図５において、５２０は上記ベースバイアス制御回路２０を搭載した半導体素子である。
【００２０】
本発明は図３乃至図５に示すようなモジュール構造を有することを特徴とする。以下に、そのモジュール構成の実施例を示す。すなわち、上記入力段トランジスタ１０のベースは上記入力整合回路１およびスルーホール１０１ｅを介して上記信号入力端子４３に接続され、上記出力段トランジスタ１１のコレクタは上記出力整合回路３およびスルーホール１０１ｆを介して信号出力端子４４に接続されると同時に上記出力整合回路３と上記第１の配線５０とスルーホール１０１ｄを介して上記第１の端子４０に接続され、上記ベースバイアス制御回路を構成するトランジスタ１２、１３のベースはスルーホール１０１ａを介して上記第３の端子４２に接続され、上記トランジスタ１２、１３のコレクタは上記第２の配線６０とスルーホール１０１ｂを介して上記第２の端子４１に接続される。また、上記第１のシールド接地部材１１０は１つ以上のスルーホール１０１ｃを介して上記第２のシールド接地部材１２０に接続され、上記第２のシールド接地部材１２０はマザーボード等に接地されることを特徴とする。
【００２１】
次に、図面を用いて本発明の高周波電力増幅器の実施例１の動作について説明する。図１において、上記信号入力端子４３から入力された信号は上記入力整合回路１と、上記入力段トランジスタ１０と、上記段間整合回路２と、上記出力段トランジスタ１１と、上記出力整合回路３を介して上記信号出力端子４４から取り出される。ベースバイアス制御回路２０は上記電力増幅用のトランジスタ１０、１１のベース電流Ibb1、Ibb2を実質的に上記第２の端子４１からのコレクタ電流Icc3から供給することによって、利得制御電源から供給すべき利得制御電流Iapcを低減し、利得制御電圧を発生させる外部制御回路に要求される電流供給能力を低減するために用いる。例えば、上記入力段トランジスタ１０のベースを駆動するトランジスタ１２を用いることにより、上記利得制御電源から供給すべき利得制御電流Iapcの低減量は、ベース駆動用の上記トランジスタ１２の増幅率に略反比例し、通常トランジスタの電流増幅率は１０以上であることから、ベース駆動用の上記トランジスタ１２を使用しない場合に比べて少なくとも１０分の１に低減できることになる。従って、上記電力増幅用の初段トランジスタのベース駆動電流Ibb1の少なくとも９割以上は上記コレクタ電流Iccを増幅することで得られることになる。上記出力段トランジスタ１１のベースを駆動する上記トランジスタ１３の動作についても同様である。
【００２２】
図１、図５及び図１１において、上記シールド接地部材７０、１１０、１３０、１４０は１つ以上のスルーホールを介し上記第２のシールド接地部材１２０に接続され、上記第２のシールド接地部材はマザーボード等に接地されるため、上記全てのシールド接地部材７０、１１０、１２０、１３０、１４０はゼロ電位となる。本発明の高周波電力増幅器を例えば電源電圧３．５Vで９００MHzの周波数で動作させ、上記出力段トランジスタ１１の出力電力を例えば３５dBmとする。このとき上記出力段トランジスタ１１のコレクタでの電圧振幅は１５V程度となり、上記第１の配線５０の電流および電圧はこの高周波出力電力の影響により揺らぎを生じる。通常、コレクタ駆動用電源とモジュール上に装備された上記第１および第２の端子各々に電気的に接続するようにマザーボード等に形成された電源ラインには、数μＦの容量性素子が電源ラインと接地間に挿入され、コレクタ駆動用電源またはその他電源ラインには上記高周波的揺らぎは伝播しない構造となっている。
【００２３】
しかし、基板内部においてはサイズが小さく、モジュール上に形成された上記入力段トランジスタ１０および上記出力段トランジスタ１１のコレクタ駆動用電圧供給線路と接地間にも一般的に容量性素子を配置し、高周波回路系へのコレクタ駆動用電圧供給線路の影響を極力低減するが（図示せず）、マザーボード等に使用する上記数μＦの容量性素子は部品サイズ大きいため、その使用が困難であり、実際には１００nF以下が限界である。そのために上記第１の配線５０の電流および電圧の高周波的な揺らぎが上記第２の配線６０を介してベースバイアス制御回路２０に伝播する。
【００２４】
図６には、誘電体板としてアルミナセラミック基板を使用した場合の３次元電磁界シミュレーション結果を示す。該図は、上記第１の配線５０と上記第２の配線６０の間に挿入した第１のシールド接地部材（又は接地金属面）１１０の幅と上記第１の配線５０と第２の配線６０の間のアイソレーション量の関係を示す。
ただし、上記シミュレーションにおいて、上記第１の配線５０と第１のシールド接地部材１１０との間隔および上記第２の配線６０と第１のシールド接地部材１１０との間隔は高周波モジュールを作製する場合の一般的な最小寸法である０．１ｍｍ一定とした。
【００２５】
図６より上記第１のシールド接地部材がない場合、アイソレーション量は−３０dB程度であり、出力電力３５dBmに対し不十分である。従って、上記ベースバイアス制御回路の動作で述べた通り、上記出力段トランジスタ１１のベース電流Ibb2は実質的に第２の端子４１から第２の配線６０を介して上記第４のトランジスタ１３のコレクタ電流Icc3から供給されるため、上記第２の配線６０での電流および電圧の高周波的揺らぎは出力段トランジスタ１１のベース電流Ibb2の揺らぎとなる。ベース電流が高周波的に揺らいだ場合、一般的にトランジスタの動作は不安定となるため、結果的に上記高周波電力増幅器の動作が不安定となる。
【００２６】
しかし、本発明の高周波電力増幅器は上記構造で説明した通り、電力増幅用の上記出力段トランジスタにコレクタ駆動用電圧を供給する上記第１の端子４０および第１の配線５０と、上記ベースバイアス制御回路を構成するトランジスタ１２、１３にコレクタ駆動用電圧を供給する上記第２の端子４１および第２の配線６０とを個別に設けた上で、更に上記第１の配線５０と上記第２の配線６０との間に上記第１のシールド接地部材１１０を有し、上記第１の端子４０と上記第２の端子４１との間にも上記第２のシールド接地部材１２０を有する。上記第１のシールド接地部材１１０および上記第２のシールド接地部材１２０の幅を０．２ｍｍ以上とすることにより、−５０dB以下のアイソレーション量を得ることができる。
【００２７】
これにより、上記の電流および電圧の高周波的揺らぎが上記第１の配線５０から上記第２の配線６０へ、また第１の端子４０から第２の端子４１へと伝播しないため、上記高周波電力増幅器を構成する上記電力増幅用のトランジスタ１０、１１のベース電流Ibb1、Ibb2を安定化し、さらに上記電力増幅用のトランジスタ１０、１１の動作を安定化させることにより上記課題を解決できる。
【００２８】
＜実施例２＞
以下、図面を用いて、本発明の第２の実施例を説明する。実施例２の高周波電力増幅器回路構成は、上記実施例１で用いた図１と同様である。
【００２９】
図７に実施例２でのモジュール（基板層）構成を示す。基板は表面導体層３００と、第１の内層導体層３０１と、第２の内層導体層３０２と、裏面導体層３０３と、誘電体板１００ａ、１００ｂ、１００ｃから構成される。上記導体層および上記誘電体板の構成要素は上記実施例1と同様である。
【００３０】
図８に上記表面導体層３００の模式図を、図９に上記第１の内層導体層３０１の模式図を、図１０に上記第２の内層導体層３０２の模式図を、図１１に要部斜視図を示す。実施例２において、上記裏面導体層３０３の模式図は上記実施例1で用いた図４と同様である。図８において、入力整合回路1と、電力増幅用の入力段トランジスタ１０と、段間整合回路２と、電力増幅用の出力段トランジスタ１１と、出力整合回路３と、ベースバイアス制御回路２０と、ベースバイアス制御回路２０を構成するトランジスタ１２、１３および抵抗３０、３１の構造は上記実施例１と同様である。
【００３１】
図９は、図７の内層導体層３０１の模式図である。ここで、１３０は第３のシールド接地部材を示す。図１０において、５０は上記第１の配線であり、１４０は第４のシールド接地部材である。
【００３２】
図８乃至図１１に示すように、上記入力段トランジスタ１０のベースは上記入力整合回路1およびスルーホール１０１ｉを介して上記信号入力端子４３に接続され、上記出力段トランジスタ１１のコレクタは上記出力整合回路３およびスルーホール１０１ｊを介して信号出力端子４４に接続される。同時に、上記出力整合回路３と上記表面導体層３００と第２の内層導体層３０２を接続するスルーホール１０１ｋと、上記第２の内層導体層３０２に形成された上記第１の配線５０と上記第２の内層導体層３０２と上記裏面導体層３０３を接続するスルーホール１０１ｍを介して上記第１の端子４０に接続される。上記ベースバイアス制御回路を構成するトランジスタ１２、１３のベースはスルーホール１０１を介して上記第３の端子に接続され、上記同トランジスタ１２、１３のコレクタは上記第２の配線６０と表面導体層３００と裏面導体層３０３を接続するスルーホール１０１ｈを介して上記第２の端子４１に接続される。
【００３３】
また、上記第３乃至第４のシールド接地部材１３０、１４０は１つ以上のスルーホール１０１ｌを介して上記裏面導体層３０３に形成された上記第２のシールド接地部材１２０に接続され、上記第２のシールド接地部材１２０はマザーボード等に接地されている。さらに、第３のシールド接地部材１３０は、第１の配線５０の幅をＷ１とし、誘電体膜厚をＷ２とすると、Ｗ１＋２ｘＷ２以上の幅を持つことを特徴とする。
【００３４】
これは、前述の３次元電磁界シミュレーションから導出された結果であり、第１の配線からの第３のシールド接地部材に対する電磁界の広がりは、第１の配線の端部から見込む角度が４５度以内が強く、それ以上の角度では電磁界の強度が弱くなることに基づく結果である。
【００３５】
実施例２で示す本発明の高周波電力増幅器は、上記第１の配線５０と上記第２の配線６０をそれぞれ有する導体層の間に主に上記第３のシールド接地部材１３０から構成される上記第１の内層導体層３０１を有することを特徴とする。なお、実施例２において、上記第１の配線５０を上記第２の内層導体層３０２に形成し、上記第１の配線６０を上記表面導体層３００に形成しているが、逆であっても構わない。
【００３６】
また、上記第１の配線５０及び上記第２の配線６０は複数の導体層にまたがって形成されても構わない。この一例を図７および図１３を用いて説明する。図１３において、４０は裏面導体層３０３（図７参照）に形成された第１の端子であり、５０−ａは第２の内層導体層３０２に形成された第１の配線５０の一部であり、５０−ｂは表面層導体層３００に形成された第１の配線５０の一部であり、１０１ｍは上記第１の端子４０と上記第１の配線５０−ａとを接続するスルーホールであり、１０１ｎは上記第１の配線５０−ａと上記第１の配線５０−ｂとを接続するスルーホールであり、４１は裏面導体層３０３に形成された第２の端子であり、６０は表面導体層に形成された第２の配線であり、１０１ｈは上記第２の端子４１と上記第２の配線６０とを接続するスルーホールである。第１の配線５０−ｂと第２の配線６０との間には第１のシールド接地部材１１０が形成され、第１の配線５０−ａと第２の配線６０との間には第１の内層導体層３０１に形成された第３のシールド接地部材１３０が配置され、第２の内層導体層において第１の配線５０−ａとスルーホール１０１ｈとの間には第４のシールド接地部材１４０が形成される。このように、実施例１及び実施例２の手法を適宜織り交ぜて用いても構わない。
【００３７】
またさらに、実施例２において、上記入力整合回路１と、上記段間整合回路２と、上記出力整合回路３は共に上記表面導体層３００に形成されているが、それぞれ上記表面導体層３００および上記第２の内層導体層３０２に分散して形成されても構わない。
【００３８】
実施例２で示す本発明の動作は、上記実施例１と同様である。なお、上記施例１乃至２において、裏面導体層に端子を作製する裏面電極方式を採用しているが、上記端子を基板側面に作製する側面電極方式を採用しても構わない。また、上記実施例１乃至２において、２段増幅器を採用しているが、１段増幅器もしくは３段以上の増幅器であっても構わない。
【００３９】
またさらに、実施例１及び実施例２において、上記第２の端子４１はベースバイアス制御回路を構成するトランジスタ１２、１３にコレクタ駆動用電圧を供給する端子および電力増幅用トランジスタ１０にコレクタ駆動用電圧を供給する端子として共有されているが、上記第２の端子４１はベースバイアス制御回路を構成するトランジスタ１２、１３にコレクタ駆動用電圧を供給する第４の端子および電力増幅用トランジスタ１０にコレクタ駆動用電圧を供給する第５の端子に分けて形成しても構わない。
【００４０】
実施例１及び実施例２において、電力増幅回路を構成するトランジスタは、ＧａＡｓＨＢＴを用いたが、これに限定されるものではなく、各々多くの変形が可能であることは言うまでもない。例えば、ＳｉＧｅ（シリコン・ゲルマニューム）を用いたＨＢＴやＩｎＰ（インジューム・りん）を用いたＨＢＴなどが適用可能である。
【００４１】
さらに、実施例１及び実施例２において、電力増幅回路を構成するトランジスタが、バイポーラトランジスタの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば上記トランジスタとして、ＭＯＳＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）を適用することも出来る。この場合、上記の回路動作は電流駆動型と電圧駆動型で異なるが、本発明の解決課題である安定な動作を有する高周波電力増幅器を得ることが出来る。
【００４２】
またさらに、実施例１及び実施例２において、ベースバイアス制御回路２０の回路形式は便宜的にエミッタ・フォロアを採用したが、これに限らず、ソース・フォロアやオペアンプを用いた電圧フォロア等の任意の形式であっても構わない。
【００４３】
さらに、実施例１及び実施例２において、トランジスタ１１のコレクタとトランジスタ１１にコレクタ駆動用電圧を供給する第１の端子４０とを出力整合回路３を介して結合する第１の配線５０と、トランジスタ１２及び１３のコレクタとトランジスタ１２及び１３にコレクタ駆動用電圧を供給する第２の端子４１とを結合する第２の配線６０との間にシールド接地部材を配置している。
【００４４】
図１１において、上記シールド接地部材１３０、１４０は１つ以上のスルーホールを介し上記第２のシールド接地部材１２０に接続され、上記第２のシールド接地部材はマザーボード等に接地されるため、上記全てのシールド接地部材１２０、１３０、１４０はゼロ電位となる。本発明の高周波電力増幅器を例えば、電源電圧３．５Vで９００MHzの周波数で動作させ、上記出力段トランジスタ１１の出力電力を例えば３５dBmとする。
【００４５】
このとき上記出力段トランジスタ１１のコレクタでの電圧振幅は１５V程度となり、上記第１の配線５０の電流および電圧はこの高周波出力電力の影響により揺らぎを生じる。通常、コレクタ駆動用電源とモジュール上に装備された上記第１乃至第１の端子とを接続するマザーボード等に形成された電源ラインには、数μＦの容量性素子が電源ラインと接地間に挿入され、コレクタ駆動用電源またはその他電源ラインには上記高周波的揺らぎは伝播しない構造となっている。
【００４６】
しかし、本発明の実施例１及び実施例２の動作についての説明で述べた通り、本発明の目的は、電力増幅用のトランジスタ１１にコレクタ駆動用電圧を供給する第１の配線５０からトランジスタ１１の入力側への電磁気的揺らぎの伝播を低減し、もって電力増幅器の出力電力の安定化を図ることである。
【００４７】
従って、第１の配線５０および第２の配線６０の間のみならず、第１の配線５０とトランジスタ１０のベースとトランジスタ１２のエミッタとを結合する第３の配線（図示せず）との間、第１の配線５０とトランジスタ１１のベースとトランジスタ１３のエミッタとを結合する第４の配線（図示せず）との間、第１の配線５０とトランジスタ１０のコレクタと第２の端子４１とを結合する第５配線（図示せず）の間、にも各々シールド接地部材を配置することが望ましい。
【００４８】
さらに、図１４に第１の配線５０と上記第４の配線との間に容量部品を挿入し、第１の配線と第４の配線との電磁気的相互作用がある状態と、第１の配線と第４の配線との間にシールド接地部材を挿入し、第１の配線と第４の配線との電磁気的相互作用がない状態での、±５MHz隣接チャネル漏洩電力比の実測値を示す。隣接チャネル漏洩電力比は電力増幅器の入力電力に対する出力電力の歪みを表すパラメータとして一般的に用いられる。測定条件は、室温、Ｗ−ＣＤＭＡ変調信号入力、入力信号周波数１．９５GHz、出力電力２７dBmである。
【００４９】
図１４より第１の配線と第４の配線との間にシールド接地部材を挿入することにより、１５dB程度歪みが低減されることが分かる。従って、実施例１及び実施例２の高周波電力増幅器を線形増幅器に適用すると、隣接チャネル漏洩電力比を低減することが出来る。
【００５０】
なお、上記実施例においてＷ−ＣＤＭＡ変調を例に挙げたが、ＣＤＭＡ変調一般、ＥＤＧＥ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ−ｒａｔｅ ｆｏｒ ＧＳＭ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、ＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ）、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）などの線形増幅器を必要とする変調方式に用いられる高周波電力増幅器に適用しても同等の効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５１】
１…入力整合回路、２…段間整合回路、３…出力整合回路、１０，１１，１２，１３…トランジスタ、２０…ベースバイアス制御回路、３０，３１…抵抗、４０…第１の端子、４１…第２の端子、４２…第３の端子、４３…信号入力端子、４４…信号出力端子、５０…第１の配線、６０…第２の配線、７０…シールド接地部材、１００ａ，１００ｂ，１００ｃ…誘電体板、１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆ，１０１ｇ，１０１ｈ，１０１ｉ，１０１ｊ，１０１ｋ，１０１ｌ，１０１ｍ，１０１ｎ…スルーホール（貫通穴）、１１０…第１のシールド接地部材、１２０…第２のシールド接地部材、１３０…第３のシールド接地部材、１４０…第４のシールド接地部材、２００…実施例１での表面導体層、２０１…実施例１での裏面導体層、３００…実施例２での表面導体層、３０１…第１の内層導体層、３０２…第２の内層導体層、３０３…実施例２での裏面導体層、４０１…入力整合回路、４０２…出力整合回路、４０３…ベースバイアス制御回路、４１０，４１１…トランジスタ、４２０，４２１…抵抗、４３０…コレクタ駆動用電源、４３１…利得制御電源。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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