(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を増幅するための電力増幅用トランジスタと、その電力増幅用トランジスタの入力側に接続され、複数周波数帯域に対して整合をとれる入力広帯域整合回路と、前記電力増幅用トランジスタの出力側に接続され、前記複数周波数帯域のうちの１つの周波数帯域に対して整合をとれる出力主整合回路と、その出力主整合回路の出力側とアンテナとの間に接続された第１のスイッチ手段と、前記出力主整合回路の出力側と一端が接続された第２のスイッチ手段と、前記第２のスイッチ手段の他端と接地との間に接続された第３のスイッチ手段と、前記第２のスイッチ手段と前記第３のスイッチ手段との接続点と接地との間に接続された補助整合回路とを備え、
前記第１〜３のスイッチ手段は、それぞれ独立してオン・オフ制御でき、
非送信時には、前記第１のスイッチ手段をオフに、前記第２のスイッチ手段と前記第３のスイッチ手段をオンにし、
第１の周波数帯の信号の送信時には、前記第１のスイッチ手段をオンに、前記第２のスイッチ手段と前記第３のスイッチ手段をオフにし、
第２の周波数帯の信号の送信時には、前記第１のスイッチ手段をオンに、前記第２のスイッチ手段をオンに、前記第３のスイッチ手段をオフにすることを特徴とする複数周波数帯域高効率電力増幅器。
【請求項２】
前記補助整合回路が高調波トラップ回路であることを特徴とする請求項１に記載の複数周波数帯域高効率線形電力増幅器。
【請求項３】
前記補助整合回路がフィルタ回路であることを特徴とする請求項１に記載の複数周波数帯域帯域高効率線形電力増幅器。
【請求項４】
前記電力増幅用トランジスタ、前記入力広帯域整合回路、前記出力主整合回路、前記第１のスイッチ手段、前記第２のスイッチ手段、前記第３のスイッチ手段、前記補助整合回路を同一半導体チップ上に構成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の複数周波数帯域高効率線形電力増幅器。
【請求項５】
前記電力増幅用トランジスタ、前記入力広帯域整合回路、前記出力主整合回路、前記第１のスイッチ手段、前記第２のスイッチ手段、前記第３のスイッチ手段を同一半導体チップ上に構成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の複数周波数帯域高効率線形電力増幅器。
【請求項６】
前記電力増幅用トランジスタ、前記入力広帯域整合回路、前記第１のスイッチ手段、前記第２のスイッチ手段、前記第３のスイッチ手段を同一半導体チップ上に構成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の複数周波数帯域高効率線形電力増幅器。
【請求項７】
前記電力増幅用トランジスタ、前記入力広帯域整合回路を第１の半導体チップ上に構成し、前記第１のスイッチ手段、前記第２のスイッチ手段、前記第３のスイッチ手段を第２の半導体チップ上に構成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の複数周波数帯域高効率線形電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の周波数を切り換えて用いることのできる、複数周波数帯域高効率線形電力増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数周波数帯域高効率線形電力増幅器は、図５のブロック図に示した構成のものが考えられる。ここでは２つの周波数帯域を送信する場合について例示した。
【０００３】
第１の周波数帯域においては、電力増幅用トランジスタ５０２が入力広帯域整合回路５０１と出力主整合回路５０３とで整合されており、高効率かつ線形に増幅できる。また、第２の周波数帯域においては、入力側は入力広帯域整合回路５０１により整合されているが、出力側は出力主整合回路５０３のみでは高効率かつ線形に増幅できるように整合されていないため、スイッチ５０８をＯＮにし、補助整合回路であるキャパシタンス５０９を用いて高効率かつ線形な増幅を実現する。
【０００４】
さらに、これら増幅された信号の送信を行う際には、制御端子５１３，５１４に印加するゲート電圧をそれぞれ制御することにより、アンテナスイッチとしての直列接続されたトランジスタ５０４，５０５をＯＮにし、同様に直列接続されたトランジスタ５０６，５０７をＯＦＦにする。
【０００５】
非送信時には、トランジスタ５０４，５０５をＯＦＦにし、トランジスタ５０６，５０７をＯＮにすることにより、出力側を接地する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の複数周波数帯域高効率線形電力増幅器においては、複数の周波数帯域に対応するように、整合回路を切り換えるスイッチが必要であり、部品点数が多くなるうえ、このスイッチ回路により損失が増加するという課題があった。
【０００７】
本発明は、従来のこのような課題を考慮し、部品素子数を低減して回路構成を簡略化でき、回路スペースを小にし損失が低減できる複数周波数高効率線形電力増幅器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の本発明は、送信信号を増幅するための電力増幅用トランジスタと、その電力増幅用トランジスタの入力側に接続され、複数周波数帯域に対して整合をとれる入力広帯域整合回路と、前記電力増幅用トランジスタの出力側に接続され、前記複数周波数帯域のうちの１つの周波数帯域に対して整合をとれる出力主整合回路と、その出力主整合回路の出力側とアンテナとの間に接続された第１のスイッチ手段と、前記出力主整合回路の出力側と一端が接続された第２のスイッチ手段と、前記第２のスイッチ手段の他端と接地との間に接続された第３のスイッチ手段と、前記第２のスイッチ手段と前記第３のスイッチ手段との接続点と接地との間に接続された補助整合回路とを備え、前記第１〜３のスイッチ手段は、それぞれ独立してオン・オフ制御でき、非送信時には、前記第１のスイッチ手段をオフに、前記第２のスイッチ手段と前記第３のスイッチ手段をオンにし、第１の周波数帯の信号の送信時には、前記第１のスイッチ手段をオンに、前記第２のスイッチ手段と前記第３のスイッチ手段をオフにし、第２の周波数帯の信号の送信時には、前記第１のスイッチ手段をオンに、前記第２のスイッチ手段をオンに、前記第３のスイッチ手段をオフにすることを特徴とする複数周波数帯域高効率電力増幅器である。
【０００９】
このような構成によると、直列接続した第２のスイッチ手段と第３のスイッチ手段を独立にスイッチすることで、周波数切り換えスイッチの役割を持たせ、この直列接続した第２のスイッチ手段と第３のスイッチ手段の接続点に補助整合回路を接続することで、複数周波数帯域において整合を行うことが可能となる。その結果、従来に比べて回路素子数を減らすことができるため、回路の簡素化が可能となり、また増幅器出力からアンテナまでの素子数を減らせるので回路損失を低減できる。
【００１０】
また、請求項２あるいは３の本発明は、請求項１の本発明の構成において、直列接続した第２のスイッチ手段と第３のスイッチ手段の接続点に高調波トラップ回路またはフィルタ回路を接続したものであり、高調波信号やローカル信号がアンテナから送信されるのを防止することができる。
【００１１】
また、請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかの構成を同一半導体チップ上に形成する構成を示したもので、各部品間の間隔を縮め不要なインダクタンスやキャパシタンスの発生を防ぎ回路動作を安定化させ、かつ構成部品数を減少することができ、特に同一条件の製品を大量に生産する場合に好適である。
【００１２】
また、請求項５の本発明は、請求項１から３のいずれかの本発明の構成において、電力増幅用トランジスタ、入力広帯域整合回路、出力主整合回路、第１のスイッチ手段、及び第２のスイッチ手段と第３のスイッチ手段を同一半導体チップ上に構成したものであり、請求項６の本発明は、請求項１から３のいずれかの本発明の構成において、電力増幅用トランジスタ、入力広帯域整合回路、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段と第３のスイッチ手段を同一半導体チップ上に構成したものであり、請求項７の発明は、請求項１から３のいずれかの構成において、電力増幅用トランジスタ及び入力広帯域整合回路を第１の半導体チップ上に構成し、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段と第３のスイッチ手段を第２の半導体チップ上に構成したものである。
【００１３】
請求項５から７の構成によれば、同一半導体チップに含まれる範囲を限定したので、より汎用性の高い半導体チップを得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の複数周波数帯高効率線形電力増幅器のブロック図であり、ここでは例として２つの周波数帯域を送信する場合を述べる。
【００１５】
図１において、第１、第２の周波数帯域の信号が入力される入力端子１１０には入力広帯域整合回路１０１が接続され、その入力広帯域整合回路１０１の出力端子には電力増幅用トランジスタ１０２が接続され、その電力増幅用トランジスタ１０２には出力主整合回路１０３が接続されている。出力主整合回路１０３の出力端子とアンテナとの間にはアンテナスイッチとしてのトランジスタ１０６，１０７が直列接続され、そのトランジスタ１０６，１０７のそれぞれのゲートは共通の制御端子１１２に接続されている。また、出力主整合回路１０３の出力端子にはトランジスタ１０４，１０５が直列接続されており、トランジスタ１０５のソース端子は接地されている。トランジスタ１０４と１０５との間には補助整合回路であるキャパシタンス１０８が接続され、キャパシタンス１０８の他端は接地されている。また、トランジスタ１０４，１０５のゲートはそれぞれ制御端子１１３，１１４に接続されている。
【００１６】
次に、上記実施の形態１の複数周波数帯域高効率線形電力増幅器の動作について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
送信を行う際には、まず、制御端子１１２のゲート電圧を制御してトランジスタ１０６，１０７をＯＮにする。第１の周波数帯域においては、電力増幅用トランジスタ１０２が入力広帯域整合回路１０１と出力主整合回路１０３とにより整合されており、入力端子１１０に入力された信号は高効率かつ線形に増幅される。このときトランジスタ１０４，１０５は、制御端子１１３，１１４のゲート電圧を制御してともにＯＦＦにしておく。
【００１８】
一方、第２の周波数帯においては、電力増幅用トランジスタ１０２は入力広帯域整合回路１０１と出力主整合回路１０３のみでは高効率かつ線形に増幅できるよう整合されていないので、制御端子１１３，１１４のゲート電圧をそれぞれ独立に制御して、トランジスタ１０４をＯＮ、トランジスタ１０５をＯＦＦにする。これにより、補助整合回路であるキャパシタンス１０８が出力主整合回路１０３の出力側に接続され、電力増幅用トランジスタ１０２は入力広帯域整合回路１０１、出力主整合回路１０３に加えてキャパシタンス１０８により整合され、高効率かつ線形に増幅できる。
【００１９】
なお、上記の実施の形態１では、２つの周波数帯域においてキャパシタンスを用いて補助整合を行う場合を例示したが、キャパシタンス以外の受動部品を用いても同様に整合が可能であること、また直列接続したトランジスタ１０４，１０５の数を増加し、これらの間の接続点に接続する補助整合回路を各周波数帯域毎に対応するように追加することにより、それ以上のｎ個の複数周波数帯域に用いることができるのは当然であり、そうすればさらに素子数の低減の効果を高められるものである。例えば、直列接続するトランジスタの個数を３とし、各接続点にそれぞれ値の異なる補助整合回路を接続して、各トランジスタのオン・オフを独立して制御する構成とすれば、３つの周波数帯域に対して対応できる。
【００２０】
以上のように本実施の形態によれば、補助整合を行うためのスイッチが不要になり、スイッチによる損失を低減し、部品点数を減らし回路を簡略化することができる。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２の複数周波数帯高効率線形電力増幅器のブロック図であり、ここでも例として２つの周波数帯域を送信する場合を述べる。
【００２１】
図２において、第１、第２の周波数帯域の信号が入力される入力端子２１０には入力広帯域整合回路２０１が接続され、その入力広帯域整合回路２０１の出力端子には電力増幅用トランジスタ２０２が接続され、その電力増幅用トランジスタ２０２には出力主整合回路２０３が接続されている。出力主整合回路２０３の出力端子とアンテナとの間にはアンテナスイッチとしてのトランジスタ２０６，２０７が直列接続され、そのトランジスタ２０６，２０７のそれぞれのゲートは共通の制御端子２１２に接続されている。本実施の形態の出力主整合回路２０３には第１の周波数帯域における高調波トラップの役割が付加されている。また、出力主整合回路２０３の出力端子にはトランジスタ２０４，２０５が直列接続されており、トランジスタ２０５のソース端子は接地されている。トランジスタ２０４と２０５との間には高調波トラップ回路２０８が接続され、その高調波トラップ回路２０８の他端は接地されている。尚、高調波トラップ回路２０８には第２の周波数帯域の補助整合の役割もある。またトランジスタ２０４，２０５のゲートはそれぞれ制御端子２１３，２１４に接続されている。
【００２２】
高調波トラップ回路の具体例を図３に示した。この高調波トラップ回路は、端子３０３にインダクタンス３０１が接続され、そのインダクタンス３０１の他端にキャパシタンス３０２が接続され、そのキャパシタンス３０２の他端に端子３０４が接続された構成である。ここで、端子３０３は直列接続されたトランジスタ２０４，２０５間に接続され、端子３０４は接地される。
【００２３】
次に、上記実施の形態２の複数周波数帯域高効率線形電力増幅器の動作について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
送信を行う際には、まず、制御端子２１２のゲート電圧を制御してトランジスタ２０６，２０７をＯＮにする。第１の周波数帯域においては、電力増幅用トランジスタ２０２が入力広帯域整合回路２０１と出力主整合回路２０３とにより整合されており、高効率かつ線形に増幅される。また出力主整合回路２０３は高調波トラップの機能を有するので高調波信号の除去も行う。
【００２５】
一方、第２の周波数帯においては、電力増幅用トランジスタ２０２は入力広帯域整合回路２０１と出力主整合回路２０３のみでは高効率かつ線形に増幅できるよう整合されておらず高調波トラップも十分機能していないので、制御端子２１３，２１４のゲート電圧をそれぞれ独立に制御して、トランジスタ２０４をＯＮ、トランジスタ２０５をＯＦＦにする。これにより、高調波トラップ回路２０８が出力主整合回路２０３の出力側に接続され、電力増幅用トランジスタ２０２は入力広帯域整合回路２０１、出力主整合回路２０３に加えて高調波トラップ回路２０８により整合され、高効率かつ線形に増幅でき、また第２の周波数帯域における高調波トラップが可能になる。
【００２６】
出力主整合回路２０３にフィルタ機能を持たせ、高調波トラップ回路２０８をフィルタ回路に置き換えることにより、２つの周波数帯域において不要な信号を除去することができる。フィルタ回路の具体例を図４に示した。このフィルタ回路は、端子４０４にキャパシタンス４０１とインダクタンス４０２が並列接続され、そのキャパシタンス４０１とインダクタンス４０２の他端にキャパシタンス４０３が接続され、そのキャパシタンス４０３の他端に端子４０５が接続された構成である。ここで、端子４０４は直列接続されたトランジスタ２０４，２０５間に接続され、端子４０５は接地される。
【００２７】
なお、上記の実施の形態２では、２つの周波数帯域で送信を行う場合を例示したが、直列接続されたトランジスタ２０４，２０５の数を増加し、これに接続する高調波トラップ回路あるいはフィルタ回路を各周波数帯域毎に対応するように追加することにより、それ以上のｎ個の複数周波数帯域に用いることができるのは当然であり、そうすればさらに素子数の低減の効果を高められる。
【００２８】
以上のように本実施の形態によれば、補助整合を行うためのスイッチが不要になり、スイッチによる損失を低減させるとともに、部品点数を減らし回路を簡略化することができ、また送信周波数帯以外の不要な信号がアンテナから送信されるのを防止することができる。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３として、上記実施の形態１及び２の回路を集積回路化する場合について説明する。
【００２９】
図１における破線１１５に囲まれた部分、すなわち入力広帯域整合回路１０１、電力増幅用トランジスタ１０２、出力主整合回路１０３、トランジスタ１０４〜１０７、キャパシタンス１０８を含む部分、または図２における破線２１５に囲まれた範囲、すなわち入力広帯域整合回路２０１、電力増幅用トランジスタ２０２、出力主整合回路２０３、トランジスタ２０４〜２０７、高調波トラップ回路２０８を含む部分を同一半導体チップ上で実現する。このように構成することによって、各部品間の間隔を縮め不要なインダクタンスやキャパシタンスの発生を防ぎ回路動作を安定化させ、かつ構成部品数を減少することができ、特に同一条件の製品を大量に生産する場合に好適である。
【００３０】
また、異なる周波数帯で用いる場合に対応するためには、図１において、キャパシタンス１０８を外付け部品として破線１１６に囲まれた範囲、すなわち、入力広帯域整合回路１０１、電力増幅用トランジスタ１０２、出力主整合回路１０３、トランジスタ１０４〜１０７を含む部分、あるいは図２において、高調波トラップ回路２０８を外付け部品として破線２１６に囲まれた範囲、すなわち、入力広帯域整合回路２０１、電力増幅用トランジスタ２０２、出力主整合回路２０３、トランジスタ２０４〜２０７を含む部分、あるいは又、図１において、出力主整合回路１０３、キャパシタンス１０８を外付け部品として破線１１７に囲まれた範囲、すなわち、入力広帯域整合回路１０１、電力増幅用トランジスタ１０２、トランジスタ１０４〜１０７を含む部分を同一半導体チップ上で実現する。このような構成にすれば、異なった周波数にも対応でき、生産数量等を勘案すれば汎用性があり、多くの機種に適用する範囲が広がることも考えられる。
【００３１】
また、図１で破線１１８に囲まれた範囲、すなわち、入力広帯域整合回路１０１、電力増幅用トランジスタ１０２を含む部分を第１の半導体チップ上に構成し、破線１１９に囲まれた範囲、すなわち、トランジスタ１０４〜１０７を第２の半導体チップ上に構成することにより、さらに汎用性が大きくなる。
【００３２】
なお、ここでは端子１１０から端子１１１間の各破線で囲まれた部分を同一半導体チップ上に構成する場合を説明したが、少なくとも上記の範囲を含み、端子１１０より前段の回路や端子１１１より後段の回路を同一半導体チップ上に構成することは差し支えない。
【００３３】
また、以上各実施の形態における回路構成の細部は、任意に変更または同様な機能の他の回路で置き換えることができ、特許請求の範囲内での細部の変更は可能であり、例示の回路構成に限定されるものではない。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の複数周波数帯域高効率線形電力増幅器の請求項１の構成によれば、整合回路を切り換える専用のスイッチが不要になり、スイッチによる損失を低減させることができ、また部品点数を減少させ回路構成を簡略化することができる。
【００３５】
また、請求項２、あるいは３の構成によれば、請求項１の構成がもたらす効果に加えて、送信周波数帯以外の不要な信号がアンテナから送信されるのを防止できる。
【００３６】
さらに請求項４から７の構成により、本発明の構成要素を同一半導体チップ上に一体化すれば、各部品間の間隔を縮め不要なインダクタンスやキャパシタンスの発生を防ぎ回路動作を安定化させ、かつ構成部品数を減少することができ、また負荷インピーダンスや周波数範囲その他の変化に対応して半導体チップ上の構成要素の範囲を変えて対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の複数周波数帯域高効率線形電力増幅器のブロック図
【図２】本発明の実施の形態２の複数周波数帯域高効率線形電力増幅器のブロック図
【図３】本発明の実施の形態２の高調波トラップ回路の具体例
【図４】本発明の実施の形態２のフィルタ回路の具体例
【図５】従来の複数周波数帯域高効率線形電力増幅器のブロック図
【符号の説明】
１０１、２０１、５０１  入力広帯域整合回路
１０２、２０２、５０２  電力増幅用トランジスタ
１０３、２０３、５０３  出力主整合回路
１０４、１０５、１０６、１０７  トランジスタ
１０８、５０９  キャパシタンス
１０９、２０９、５１０  アンテナ
１１０、２１０、５１１  電力増幅器入力端子
１１１、２１１、５１２  受信信号出力端子
１１２、１１３、１１４  制御端子
２０４、２０５、２０６、２０７  トランジスタ
２０８  高調波トラップ回路
２１２、２１３、２１４  制御端子
３０１、４０２  インダクタンス
３０２、４０１、４０３  キャパシタンス
５０４、５０５、５０６、５０７  トランジスタ
５０８  スイッチ
５１３、５１４  制御端子
【図１】
0003811557.tif 000002
【図２】
0003811557.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003811557.tif 000005
【図５】
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