マルチバンド電力増幅器
【課題】 インピーダンス不整合をなくしたマルチバンド電力増幅器を提供する。
【解決手段】 マルチバンド電力増幅器１１の増幅器１２，１３間には、これらを整合させる段間整合回路１４を設ける。また、入力段の増幅器１２の入力側に入力段整合回路１５を設けると共に、出力段の増幅器１３の出力側には出力段整合回路１６を設ける。そして、制御回路１７は、基地局ＢＳからの周波数設定情報Ｓpによって第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nを特定し、この特定した通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを最適な値に調整する。
【解決手段】 マルチバンド電力増幅器１１の増幅器１２，１３間には、これらを整合させる段間整合回路１４を設ける。また、入力段の増幅器１２の入力側に入力段整合回路１５を設けると共に、出力段の増幅器１３の出力側には出力段整合回路１６を設ける。そして、制御回路１７は、基地局ＢＳからの周波数設定情報Ｓpによって第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nを特定し、この特定した通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを最適な値に調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の通信周波数帯にわたる、例えば数十ＭＨｚ以上の高周波の送信信号を増幅するマルチバンド電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マルチバンド対応の携帯電話等の無線通信機に使用され、複数の通信周波数帯にわたる送信信号を増幅するためのマルチバンド電力増幅器が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなマルチバンド電力増幅器では、複数の周波数帯にわたる送信信号を同時に増幅するため、マルチバンド電力増幅器に相応しいインピーダンス整合回路が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６０１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１によるデュアルバンド電力増幅器は、２つの通信周波数帯の混合信号を同時に増幅すると共に、その整合回路は２つの通信周波数帯の混合信号の各通信周波数帯で同時にインピーダンス整合する。しかし、整合回路は、２つの通信周波数帯で同時にインピーダンス整合するから、各通信周波数帯で所望な特性（例えば出力レベルが最大）が得られる最適なインピーダンス値にはなっておらず、各通信周波数帯でインピーダンス不整合が生じるという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、インピーダンス不整合をなくすことができるマルチバンド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】
【０００６】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、基地局から発信される周波数設定情報に基づいて複数の通信周波数帯のうち一の通信周波数の送信信号を増幅するマルチバンド電力増幅器であって、互いに直列接続された複数の増幅器と、該複数の増幅器のうち初段の増幅器の入力端に接続され、入力負荷との間のインピーダンス整合をはかる入力段整合回路と、該複数の増幅器のうち終段の増幅器の出力端に接続され、出力負荷との間のインピーダンス整合をはかる出力段整合回路と、前記複数の増幅器のうち互いに隣合う２つの増幅器の間に接続され、これら２つの増幅器の間のインピーダンス整合をはかる少なくとも１つの段間整合回路と、前記周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数を特定し、該通信周波数に応じて前記入力段整合回路、出力段整合回路および段間整合回路のインピーダンス値を可変に制御する制御回路とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明では、前記入力段整合回路、出力段整合回路および段間整合回路のうち少なくとも一の回路は、そのインピーダンス値を前記周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数に応じて可変させるインピーダンス可変手段を備える構成としている。
【０００８】
請求項３の発明では、前記インピーダンス可変手段は、互いにインピーダンス値が異なる複数のインピーダンス素子と、前記制御回路によって切換え操作され該複数のインピーダンス素子のうちいずれか１つを選択するスイッチとを備える構成としている。
【０００９】
請求項４の発明では、前記インピーダンス可変手段は、前記制御回路によってその容量値が可変に設定される可変容量素子を備える構成としている。
【００１０】
請求項５の発明では、前記複数の増幅器のうち少なくとも１つの増幅器にはバイアス電圧を供給するバイアス回路を接続し、該バイアス回路は、前記周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数の送信信号に対して開放状態となる構成としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、制御回路は、基地局から発信される周波数設定情報に基づいて入力段整合回路、出力段整合回路および段間整合回路のインピーダンス値をそれぞれ制御する。このとき、周波数設定情報は、複数の通信周波数帯に係る一の送信信号の通信周波数を特定するものであるから、入力段整合回路、出力段整合回路および段間整合回路のインピーダンス値は、この一の送信信号の通信周波数の送信信号に応じて例えばインピーダンス整合が最も高くなる等の所望な特性が得られる最適な値に調整される。これにより、送信信号をチューニングするときに、各通信周波数でのインピーダンス不整合がなくなる。
【００１２】
なお、所望な特性としては、インピーダンスの整合性を高めて増幅した送信信号の出力レベルが最大になる、入力段および出力段の増幅器の効率が良くなる、増幅後の信号の歪みが小さくなる等が考えられる。これら３つの特性は互いにトレードオフの関係にあるから、例えばいずれか一つの特性を優先させて、インピーダンスの最適な値が決められる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、入力段整合回路、出力段整合回路および段間整合回路のうち少なくとも一の回路は、そのインピーダンス値を可変させるインピーダンス可変手段を備える構成とした。このため、制御回路は、インピーダンス可変手段を制御することによって整合回路のインピーダンス値を変化させることができるから、周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数に応じてインピーダンス値を最適な値に調整することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、インピーダンス可変手段は、スイッチによって複数のインピーダンス素子のうちいずれか１つを選択する構成とした。このため、制御回路は、周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数に応じてスイッチを切換えることができ、複数のインピーダンス素子のうち最適なインピーダンス値となる１つのインピーダンス素子を選択することができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、インピーダンス可変手段は、制御回路によってその容量値が可変に設定される可変容量素子を備える構成とした。このとき、可変容量素子は容量の微調整が容易であるから、他の素子を用いた場合に比べて、整合回路の設計が容易になる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数の送信信号に対してバイアス回路が高周波的に開放状態になる。このため、バイアス回路が増幅器を通じて例えば入力段整合回路、出力段整合回路または段間整合回路に接続されているときでも、各整合回路に対してバイアス回路のインピーダンスの影響を小さくすることができ、各整合回路は制御回路によって設定された最適な状態を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器が適用される無線通信機を示すブロック図である。
【図２】図１中のマルチバンド電力増幅器を示すブロック図である。
【図３】マルチバンド増幅器の入力振幅に対する利得および位相の関係を示す特性線図である。
【図４】段間整合回路によるプリディストーションを示す説明図である。
【図５】第２の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器を示すブロック図である。
【図６】変形例によるマルチバンド電力増幅器を示すブロック図である。
【図７】図６中のインダクタに用いるチップコイルを示す斜視図である。
【図８】図７中のチップコイルの周波数とインピーダンスとの関係を示す特性線図である。
【図９】第３の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器を示すブロック図である。
【図１０】第４の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器を携帯電話等の無線通信機に適用した場合を例に挙げて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１９】
まず、図１および図２は、第１の実施の形態を示している。図において、無線通信機１は、送信装置２、第１，第２のデュプレクサ３，４、第１，第２の受信装置５，６、ダイプレクサ７、アンテナ８等によって構成されている。
【００２０】
送信装置２は、後述するマルチバンド電力増幅器１１を備え、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る送信周波数帯に属する一つの通信周波数の送信信号を出力する。そして、送信装置２は、第１の送信信号ＴＸ1を第１のデュプレクサ３に出力し、第２の送信信号ＴＸ2を第２のデュプレクサ４に出力する。
【００２１】
このとき、第１の送信信号ＴＸ1は、例えばＵＳ−Ｃｅｌｌｕｌａｒ方式に係る第１の送信周波数帯域（「８２４〜８４９ＭＨｚ」または「８２４〜８３０ＭＨｚ」）に属するいずれかの周波数で送信される。一方、第２の送信信号ＴＸ2は、例えばＪ−ＣＤＭＡ方式に係る第２の送信周波数帯域（８９８〜９２５ＭＨｚ）に属するいずれかの周波数で送信される。このように、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2は、互いに異なる通信周波数帯の送信信号となっている。
【００２２】
なお、基地局ＢＳから無線通信機１に送信される周波数設定情報Ｓpによって、第１の送信信号ＴＸ1に係るｍ種類の通信周波数ｆ11〜ｆ1m、第２の送信信号ＴＸ2に係るｎ種類の通信周波数ｆ21〜ｆ2nから具体的な送信信号の通信周波数が設定される。
【００２３】
即ち、送信装置２は、通信周波数ｆ11〜ｆ1mと通信周波数ｆ21〜ｆ2nとを合計した（ｍ＋ｎ）種類の通信周波数のうちのいずれか１つの周波数の信号を送信する構成となっている。このとき、第１の送信信号ＴＸ1に係る通信周波数ｆ11〜ｆ1mの種類数（ｍ種類）と第２の送信信号ＴＸ2に係る通信周波数ｆ21〜ｆ2nの種類数（ｎ種類）とは、互いに異なる数でもよく、同じ数でもよい。
【００２４】
第１のデュプレクサ３は、図１に示すように、送信装置２の出力側と第１の受信装置５の入力側とに接続されると共に、ダイプレクサ７を介してアンテナ８に接続されている。一方、第２のデュプレクサ４は、送信装置２の出力側と第２の受信装置６の入力側とに接続されると共に、ダイプレクサ７を介してアンテナ８に接続されている。そして、ダイプレクサ７は、ＵＳ−Ｃｅｌｌｕｌａｒ方式の通信を行うときには、アンテナ８を第１のデュプレクサ３に接続し、Ｊ−ＣＤＭＡ方式の通信を行うときには、アンテナ８を第２のデュプレクサ４に接続する。
【００２５】
マルチバンド電力増幅器１１は、図２に示すように、例えば２段のヘテロ接合バイポーラトランジスタ等からなる増幅器１２，１３と、増幅器１２，１３間に設けられた段間整合回路１４と、入力段（ドライバ段）の増幅器１２の入力側に設けられた入力段整合回路１５と、出力段（ファイナル段）の増幅器１３の出力側に設けられた出力段整合回路１６と、段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを制御する制御回路１７とを備えている。
【００２６】
ここで、増幅器１２，１３は、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の両方の通信周波数帯の信号を増幅するために、例えば１００ＭＨｚ以上の広帯域に亘って利得が得られるものが使用される。
【００２７】
また、後述の制御回路１７によって段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmが設定され、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じて増幅器１２，１３間のインピーダンス整合が図られる。具体的には、制御回路１７から出力される制御信号に応じて、所望な特性が得られるように、段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmが最適な値に調整される。このとき、インピーダンス値Ｚmの最適な値は、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2が入力されたときに、例えばプリディストーションと呼ばれる方法を用いて出力段の増幅器１３から歪みが低下した状態で増幅した第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2が得られる値である。
【００２８】
ここで、プリディストーションについて詳細に説明する。一般に、無線通信機の送信系に設けられるマルチバンド電力増幅器１１では、電力効率を向上させるため、増幅器１２，１３は利得の飽和点に近い動作点で使用される。一方、増幅器１２，１３は、図３に示すように、出力電力が飽和電力に近付くに従って、（１）入力振幅／出力振幅非線形（ＡＭ／ＡＭ）と呼ばれる振幅成分の歪みと、（２）入力振幅／出力位相非線形（ＡＭ／ＰＭ）と呼ばれる位相成分の歪みとが発生する。
【００２９】
これらの非線形歪みが生じると、伝送特性が劣化すると共に、隣接チャネル干渉が生じるという問題がある。このため、図４に示すように、前段の増幅器１２と後段の増幅器１３とでそれぞれ発生する非線形歪みが逆特性となるように、増幅器１２と増幅器１３の間に段間整合回路１４を設けると共に、そのインピーダンスが調整される。これにより、前段の増幅器１２と後段の増幅器１３とで発生する非線形歪みがキャンセルされ、低歪みで送信信号が増幅される。
【００３０】
なお、増幅器１２，１３の振幅成分の歪みと位相成分の歪みは、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nのそれぞれで異なる。このため、段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmは、制御回路１７から出力される制御信号に応じて設定され、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nのそれぞれに対して調整される。
【００３１】
入力段整合回路１５は、後述の制御回路１７によってそのインピーダンス値Ｚiが設定される。具体的には、入力段整合回路１５は、制御回路１７から出力される制御信号に応じて、所望な特性が得られるように、インピーダンス値Ｚiが最適な値に調整される。これにより、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じて、増幅器１２とその入力側に接続された入力負荷ＺLiとの間のインピーダンス整合が図られる。なお、入力負荷ＺLiは、増幅器１２の入力側に接続された回路であり、例えば第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2を生成する変調回路、ベースバンド処理回路等によって構成されている。
【００３２】
出力段整合回路１６は、後述の制御回路１７によってそのインピーダンス値Ｚoが設定される。具体的には、出力段整合回路１６は、入力段整合回路１５と同様に、制御回路１７から出力される制御信号に応じて、所望な特性が得られるように、インピーダンス値Ｚoが最適な値に調整される。これにより、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じて、増幅器１３とその出力側に接続された出力負荷ＺLoとの間のインピーダンス整合が図られる。なお、出力負荷ＺLoは、例えば増幅器１３の出力側に接続された第１，第２のデュプレクサ３，４、ダイプレクサ７、アンテナ８等によって構成されている。
【００３３】
制御回路１７は、制御回路１７に入力された周波数設定情報Ｓpに応じて段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを制御する。具体的には、制御回路１７は、周波数設定情報Ｓpに対応して例えばデジタルの制御信号（ビット信号）を出力する。これにより、段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoが可変し、第１および第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2が所望の特性となるように設定される。
【００３４】
所望な特性としては、例えば第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の非線形歪みをできるだけ低下させることである。このため、非線形歪みをキャンセルするように、段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmが設定される。また、増幅器１２と入力負荷ＺLiとの間でインピーダンスが最も整合するように、入力段整合回路１５のインピーダンス値Ｚiが設定されると共に、増幅器１３と出力負荷ＺLoとの間でインピーダンスが最も整合するように、出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚoが設定される。
【００３５】
本実施の形態による無線通信機１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００３６】
まず、無線通信機１の送信時には、周波数設定情報Ｓpに応じてベースバンド信号を高周波の第１の送信信号ＴＸ1に変調し、第１の送信信号ＴＸ1を出力する。このとき、マルチバンド電力増幅器１１は、第１の送信信号ＴＸ1を増幅し、第１のデュプレクサ３に向けて出力する。これにより、電力増幅後の第１の送信信号ＴＸ1は、デュプレクサ３、ダイプレクサ７を介してアンテナ８に供給され、アンテナ８から外部に向けて送信される。
【００３７】
同様に、周波数設定情報Ｓpに応じてベースバンド信号を高周波の第２の送信信号ＴＸ2に変調し、第２の送信信号ＴＸ2を出力する。このとき、マルチバンド電力増幅器１１は、第２の送信信号ＴＸ2を増幅し、第２のデュプレクサ４に向けて出力する。これにより、電力増幅後の第２の送信信号ＴＸ2は、デュプレクサ４、ダイプレクサ７、アンテナ８を介して外部に向けて送信される。
【００３８】
一方、無線通信機１の受信時には、アンテナ８から受信した微弱な受信信号ＲＸ1は、ダイプレクサ７、デュプレクサ３を介して第１の受信装置５に送られる。また、アンテナ８が第２の受信信号ＲＸ2を受信したときには、受信信号ＲＸ2は、ダイプレクサ７、デュプレクサ４を介して第２の受信装置６に送られる。そして、受信信号ＲＸ1，ＲＸ2は、第１，第２の受信装置５，６により、ベースバンド信号に複調される。
【００３９】
本実施の形態では、周波数設定情報Ｓpによって特定された第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて、段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoがそれぞれ制御される。この結果、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2をチューニングする場合、各通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nのそれぞれにおいてインピーダンス整合を取ることができる。
【００４０】
また、段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoは制御回路１７によって制御する構成としたから、増幅器１２，１３間や入力側、出力側の整合を取るだけでなく、例えば増幅器１２，１３の効率や第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の歪み等を優先的に改善することができる。この結果、どのような送信信号ＴＸ1，ＴＸ2が入力されたときでも、増幅器１２，１３を用いて所望な特性となった第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2を出力することができる。
【００４１】
また、制御回路１７は、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚi，Ｚoと一緒に、段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmを制御する構成とした。このため、マルチバンド電力増幅器１１の入力側および出力側に限らず、マルチバンド電力増幅器１１の内部でも第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じて増幅器１２，１３間のインピーダンス整合を取ることができる。これにより、例えば第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の減衰や反射を防止して、ノイズの発生を抑制できると共に、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の出力レベルを高めることができる。
【００４２】
なお、前記第１の実施の形態では、所望な特性として、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の非線形歪みを低下させる特性とした。このため、制御回路１７は、非線形歪みをキャンセルするように、段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmを設定した。
【００４３】
しかし、本発明はこれに限らず、所望な特性としては、例えば第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の出力レベルを最大にする場合には、増幅器１２，１３間や入力側、出力側との間でインピーダンスが最も整合するように、段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを設定する構成としてもよい。また、所望な特性として、増幅器１２，１３を最大効率で動作させる構成としてもよい。
【００４４】
また、増幅器１２，１３の出力レベル、歪み、効率の特性は互いにトレードオフの関係があるから、インピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoの最適な値としては、例えばいずれか一つの特性を優先させて決めるものである。
【００４５】
また、所望な特性として、増幅器１２，１３の効率や第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の歪みを優先させる場合には、段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のうち出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚoだけ出力レベルを最大にする値、即ち最も整合性が高い値からずらす構成としてもよい。
【００４６】
さらに、３個以上の増幅器を直列接続した場合には、例えば最も大きな電流が流れる増幅器（例えば最終段の増幅器）とその前段の増幅器との間に設けた段間整合回路は、所望な特性として非線形歪みの低下を優先させる構成とし、他の段間整合回路は、所望な特性として出力レベルを最大にするために増幅器間のインピーダンスの整合性を優先させる構成としてもよい。
【００４７】
また、３個以上の増幅器を直列接続した場合には、全ての増幅器の間に段間整合回路を設ける必要はなく、例えば増幅率が一番大きい増幅器（例えば最終段の増幅器）とその前段の増幅器との間にのみ段間整合回路を設ける構成としてもよい。さらに、複数の段間整合回路を設ける場合であっても、全ての段間整合回路のインピーダンス値を可変に制御する必要はなく、例えば増幅率が一番大きい増幅器に接続された段間整合回路のインピーダンス値は可変に制御され、他の段間整合回路のインピーダンス値は固定する構成としてもよい。
【００４８】
次に、図５は、本発明の第２の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、複数の増幅器のうち少なくとも一の増幅器にバイアス回路を接続すると共に、該バイアス回路は、周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数の送信信号に対して高周波的に開放状態となる構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４９】
マルチバンド電力増幅器２１は、第１の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器１１とほぼ同様に、増幅器１２，１３、段間整合回路１４、入力段整合回路１５、出力段整合回路１６および制御回路２７を備えている。また、増幅器１２，１３の出力端には、それぞれバイアス電圧Ｖddを供給するバイアス回路２２，２３が接続されている。
【００５０】
そして、増幅器１２，１３のうち例えば最終段の増幅器１３に最も大きな電流が流れる場合には、少なくともこの増幅器１３にバイアス回路２３が接続され、周波数設定情報Ｓpによって第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る送信信号の具体的な送信周波数が特定されたときに、該送信周波数に対してバイアス回路２３は高周波的に開放状態となる構成となっている。
【００５１】
具体的には、バイアス回路２３は、ストリップライン、マイクロストリップライン等からなる長さ寸法Ｌ1〜Ｌm+nが互いに異なる（ｍ＋ｎ）個のバイアスライン２４1〜２４m+nと、該バイアスライン２４1〜２４m+nの両端側にそれぞれ設けられ該バイアスライン２４1〜２４m+nのうちいずれか１つを選択するスイッチ２５とを備える構成としている。このバイアスライン２４1〜２４m+nの一端側は、スイッチ２５を介して増幅器１３と出力段整合回路１６との間に接続されている。一方、バイアスライン２４1〜２４m+nの他端側は、スイッチ２５を介してバイアス電圧Ｖddを供給するバイアス電源ＶＢに接続されると共に、バイパスコンデンサ２６を介してグランドに接続されている。このため、バイアスライン２４1〜２４m+nの他端側は、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に対して高周波的に短絡されている。
【００５２】
また、バイアスライン２４1〜２４m+nの長さ寸法Ｌ1〜Ｌm+nは、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る具体的な通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて細かく調整するのが好ましい。このため、バイアスライン２４1〜２４m+nの長さ寸法Ｌ1〜Ｌm+nは、通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに対応した波長λ1〜λm+nに対して、その１／４となる値（λ1／４〜λm+n／４）にそれぞれ設定されている。
【００５３】
なお、バイアスライン２４1〜２４m+nは、上述のように、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る具体的な通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて細かく調整するために３本以上設ける構成としてもよく、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る代表的な通信周波数に応じて２本設ける構成としてもよい。
【００５４】
スイッチ２５は、後述の制御回路２７に接続され、制御回路２７からの制御信号に応じて切換わる。そして、スイッチ２５は、制御回路２７からの制御信号に応じて、バイアスライン２４1〜２４m+nのうちいずれか１つを選択するものである。
【００５５】
制御回路２７は、第１の実施の形態による制御回路１７と同様に、周波数設定情報Ｓpが入力されたときに、該周波数設定情報Ｓpに対応した制御信号を出力し、この制御信号に応じて段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを変化させる。これにより、制御回路２７は、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じた所望な特性が得られるように、段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを最適な値に設定する。
【００５６】
これに加え、制御回路２７は、バイアス回路２３のスイッチ２５に向けて制御信号を出力する。これにより、スイッチ２５は、制御回路２７からの制御信号に応じて、バイアスライン２４1〜２４m+nのうち周波数設定情報Ｓpによって特定された通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nの１／４波長に対応したものを選択する。これにより、バイアスライン２４1〜２４m+nの他端側は、周波数設定情報Ｓpによって第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nのうち一の通信周波数が特定されたときに、この特定された通信周波数の信号に対して高周波的に開放状態となる。このため、増幅器１３や出力段整合回路１６に対して、バイアス回路２３のインピーダンスの影響を小さくすることができる。
【００５７】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nのうち周波数設定情報Ｓpに基づいて増幅する一の通信周波数の送信信号に対してバイアス回路２３が高周波的に開放状態となる構成とした。このため、バイアス回路２３が増幅器１３を通じて出力段整合回路１６に接続されているときでも、出力段整合回路１６に対するバイアス回路２３のインピーダンスの影響を小さくすることができ、出力段整合回路１６は制御回路２７によって設定された最適な状態を保持することができる。
【００５８】
なお、第２の実施の形態では、複数の増幅器１２，１３のうち最も大きな電流が流れる最終段の増幅器１３に接続されたバイアス回路２３について、周波数設定情報Ｓpによって特定された通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nの信号に対して高周波的に開放状態になる構成とした。一方、大きな電流が流れない他の増幅器１２に接続されたバイアス回路２２は、必ずしも周波数設定情報Ｓpによって特定された通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nの信号に対して高周波的に開放状態にしなくてもよい。
【００５９】
また、前記第２の実施の形態では、複数の増幅器１２，１３にバイアス回路２２，２３をそれぞれ接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば複数の増幅器１２，１３のうち最も大きな電流が流れる最終段の増幅器１３にのみバイアス回路２３を接続して設け、他の増幅器１２に接続したバイアス回路２２は省く構成としてもよい。
【００６０】
また、前記第２の実施の形態によるバイアス回路２３では、スイッチ２５を用いてバイアスライン２４1〜２４m+nのうち周波数設定情報Ｓpによって特定された通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nの１／４波長に対応したものを選択する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図６に示す変形例によるマルチバンド電力増幅器３１のように、バイアス回路３２は、増幅器１３とバイアス電源ＶＢとの間に接続されたインダクタ３３と、該インダクタ３３とバイアス電源ＶＢとの接続点とグランドとの間に接続されたバイパスコンデンサ３４とによって構成してもよい。
【００６１】
ここで、インダクタ３３は、図７に示すように、フェライト材料からなるフェライトコア３５Ａに銅等の導体材料からなる巻線３５Ｂを巻回したチップコイル３５によって構成されている。このチップコイル３５のフェライトコア３５Ａは、両端側に位置して一対の脚部３５Ｃを備えると共に、これらの脚部３５Ｃには外部電極３５Ｄが設けられている。そして、巻線３５Ｂの両端側は、これら一対の外部電極３５Ｄにそれぞれ接続されている。なお、フェライトコア３５Ａのうち脚部３５Ｃとは反対側に位置する上面側には、絶縁樹脂材料からなるコーティング３５Ｅを設け、該コーティング３５Ｅによってフェライトコア３５Ａおよび巻線３５Ｂの上面側を覆う構成としてもよい。
【００６２】
また、増幅器１２，１３のうち例えば最終段の増幅器１３には、最も大きな電流が流れる傾向がある。このため、増幅器１３に大きな直流電流を供給するために、バイアス回路３２のインダクタ３３の直流抵抗Ｒdcは、できるだけ小さい方がよい。一方、出力段整合回路１６等に対するバイアス回路３２の影響を小さくするためには、通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nでのインダクタ３３のインピーダンスＺは、増幅器１３に用いるトランジスタの出力インピーダンスＺtr（例えばＺtr＝３〜５Ω程度）に比べてできるだけ大きい方がよい。
【００６３】
このため、チップコイル３５は、直流抵抗Ｒdcが例えば１Ωよりも小さく、通信周波数帯（例えば８００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ）でインピーダンスＺが数百Ω（例えばＺ＝４００Ω〜８００Ω程度）となるものが使用される。具体的には、チップコイル３５としては、例えば株式会社村田製作所製の商品番号ＬＱＷ１８ＣＮＲ１０Ｋ００Ｌのチップコイル等が適用可能である。このチップコイル３５のインピーダンスＺは、例えば図８に示す周波数特性を有する。
【００６４】
一般的なインダクタ素子を用いた場合には、ストリップラインの幅を広げて直流抵抗Ｒdcを小さくするため、バイアス回路が大型化する傾向があり、小型な携帯電話等には適用し難い傾向がある。これに対し、変形例によるインダクタ３３では、フェライトコア３５Ａに巻線３５Ｂを施して高周波側のインピーダンスＺを高めると共に、フェライトコア３５Ａを省いたときに比べて太くて短い巻線３５Ｂを用いることで巻線３５Ｂの巻数を減らして、直流抵抗Ｒdcの低抵抗化（例えばＲdc＜０．１Ω程度）を図っている。このため、小型なチップコイル３５を用いて全ての通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nの信号に対して、バイアス回路３２を高周波的に開放状態にすることができる。この結果、バイアス回路３２を可変に制御する必要がないため、第１の実施の形態による制御回路１７を用いることができ、回路構成を簡略化することができる。
【００６５】
次に、図９は、本発明の第３の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、段間整合回路は、制御回路によって容量値が設定される可変容量素子を用いて、そのインピーダンス値を可変させるインピーダンス可変手段を備える構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６６】
マルチバンド電力増幅器４１は、第１の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器１１とほぼ同様に、増幅器１２，１３、段間整合回路４２、入力段整合回路１５、出力段整合回路１６および制御回路４４を備えている。
【００６７】
段間整合回路４２は、そのインピーダンス値Ｚmを周波数設定情報Ｓpによって特定された通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて可変させるインピーダンス可変部４３を備えている。このインピーダンス可変部４３は、例えば増幅器１２，１３間に直列に接続されたコンデンサ４３Ａと、コンデンサ４３Ａの両端のうち入力側（増幅器１２側）とグランドとの間に接続されたコイル４３Ｂと、コンデンサ４３Ａの両端のうち出力側（増幅器１３側）とグランドとの間に接続された可変容量素子４３Ｃとを備えている。そして、可変容量素子４３Ｃは、後述の制御回路４４によってその容量値Ｃmが設定される。具体的には、段間整合回路４２のインピーダンス値Ｚmが最適な値となるように、制御回路４４から出力される制御信号に応じて可変容量素子４３Ｃの容量値Ｃmが設定される。このとき、インピーダンス値Ｚmの最適な値は、例えば第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2が入力されたときに、非線形歪みが最も低下するような所望な特性が得られる値である。
【００６８】
なお、可変容量素子４３Ｃには、例えばエッチング等の微細加工技術を用いて形成され、可動部を物理的に変位させることによって、容量値を変化させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を用いる構成としてもよい。
【００６９】
制御回路４４は、周波数設定情報Ｓpが入力され、該周波数設定情報Ｓpに応じて段間整合回路４２、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを制御する。具体的には、制御回路４４は、周波数設定情報Ｓpに対応した制御信号を出力する。このとき、段間整合回路４２は、可変容量素子４３Ｃの容量値Ｃmが制御回路４４からの制御信号に応じて変化する。また、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６は、そのインピーダンス値Ｚi，Ｚoが制御回路４４からの制御信号に応じて変化する。
【００７０】
これにより、制御回路４４は、第１の実施の形態による制御回路１７と同様に、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じた所望な特性が得られるように、段間整合回路４２、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを最適な値に設定する。
【００７１】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、段間整合回路４２は、制御回路４４によって容量値Ｃmが設定される可変容量素子４３Ｃを備える構成とした。このとき、可変容量素子４３Ｃは容量値Ｃmの微調整が容易であるから、他の素子を用いた場合に比べて、段間整合回路４２の設計が容易になる。
【００７２】
なお、前記第３の実施の形態では、第１の実施の形態に適用した場合を例に挙げて説明したが、第２の実施の形態に適用する構成としてもよい。
【００７３】
また、前記第３の実施の形態では、入力段整合回路１５、出力段整合回路１６はそのインピーダンス値Ｚi，Ｚoが制御回路４４によって制御される構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、段間整合回路４２と同様に、入力段整合回路、出力段整合回路も、可変容量素子を用いてそのインピーダンス値が変化させる構成としてもよい。
【００７４】
次に、図１０は、本発明の第４の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、入力段整合回路および出力段整合回路は、互いにインピーダンス値が異なる複数のインピーダンス素子と、該複数のインピーダンス素子のうちいずれか１つを選択するスイッチとからなるインピーダンス可変部を備える構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７５】
マルチバンド電力増幅器５１は、第１の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器１１とほぼ同様に、増幅器１２，１３、段間整合回路１４、入力段整合回路５２、出力段整合回路５６および制御回路６０を備えている。
【００７６】
但し、入力段整合回路５２は、周波数設定情報Ｓpによって特定された通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じてインピーダンス値Ｚiを変化させるために、スイッチ５５を用いて複数のインピーダンス素子５４1〜５４m+nのうちいずれか１つを選択するインピーダンス可変部５３を備える構成とした点で、第１の実施の形態による入力段整合回路１５とは異なる。同様に、出力段整合回路５６は、周波数設定情報Ｓpによって特定された通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じてインピーダンス値Ｚoを変化させるために、スイッチ５９を用いて複数のインピーダンス素子５８1〜５８m+nのうちいずれか１つを選択するインピーダンス可変部５７を備える構成とした点で、第１の実施の形態による出力段整合回路１６とは異なる。
【００７７】
ここで、入力段整合回路５２のインピーダンス素子５４1〜５４m+nは、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて例えば（ｍ＋ｎ）個設けられ、各通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nで所望な特性が得られる最適なインピーダンス値Ｚi1〜Ｚim+nをそれぞれ有している。また、出力段整合回路５６のインピーダンス素子５８1〜５８m+nも、インピーダンス素子５４1〜５４m+nと同様に、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて例えば（ｍ＋ｎ）個設けられ、各通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nで所望な特性が得られる最適なインピーダンス値Ｚo1〜Ｚom+nをそれぞれ有している。
【００７８】
なお、インピーダンス素子５４1〜５４m+n，５８1〜５８m+nは、送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の具体的な通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて細かく調整するために３個以上設ける構成としてもよく、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じて２個設ける構成としてもよい。
【００７９】
スイッチ５５は、インピーダンス素子５４1〜５４m+nの両端側にそれぞれ設けられた選択スイッチであり、後述の制御回路６０に接続され、制御回路６０からの制御信号に応じて切換わる。同様に、スイッチ５９は、インピーダンス素子５８1〜５８m+nの両端側にそれぞれ設けられた選択スイッチであり、後述の制御回路６０に接続され、制御回路６０からの制御信号に応じて切換わる。そして、スイッチ５５，５９は、制御回路６０からの制御信号に応じて、インピーダンス素子５４1〜５４m+n，５８1〜５８m+nのうちいずれか１つを選択するものである。
【００８０】
制御回路６０は、周波数設定情報Ｓpが入力され、該周波数設定情報Ｓpに応じて段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmを制御すると共に、入力段整合回路５２および出力段整合回路５６のインピーダンス素子５４1〜５４m+n，５８1〜５８m+nのうちいずれか１つを選択する。具体的には、制御回路６０は、周波数設定情報Ｓpに対応した制御信号を出力する。このとき、段間整合回路１４は、そのインピーダンス値Ｚmが制御回路６０からの制御信号に応じて変化する。また、入力段整合回路５２は、制御回路６０からの制御信号に応じてスイッチ５５が切換わり、インピーダンス素子５４1〜５４m+nのうちいずれか１つを選択する。さらに、出力段整合回路５６は、制御回路６０からの制御信号に応じてスイッチ５９が切換わり、インピーダンス素子５８1〜５８m+nのうちいずれか１つを選択する。
【００８１】
これにより、制御回路６０は、第１の実施の形態による制御回路１７と同様に、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じた所望な特性が得られるように、段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmを最適な値に設定すると共に、入力段整合回路５２および出力段整合回路５６のインピーダンス素子５４1〜５４m+n，５８1〜５８m+nのうち最適な値をもったいずれか１つを選択する。
【００８２】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、入力段整合回路５２および出力段整合回路５６は、スイッチ５５，５９によって複数のインピーダンス素子５４1〜５４m+n，５８1〜５８m+nのうちいずれか１つを選択する構成とした。このため、制御回路６０がスイッチ５５，５９を切換えることによって、複数のインピーダンス素子５４1〜５４m+n，５８1〜５８m+nのうち最適な値となる１つの素子を選択することができる。
【００８３】
なお、前記第４の実施の形態では、段間整合回路１４はそのインピーダンス値Ｚmが制御回路６０によって制御される構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、入力段整合回路５２や出力段整合回路５６と同様に、段間整合回路も、スイッチによって複数のインピーダンス素子のうちいずれか１つを選択する構成としてもよい。また、段間整合回路、入力段整合回路、出力段整合回路は、複数のインピーダンス素子のうちいずれか１つを選択する構成に加えて、第３の実施の形態と同様な可変容量素子を組み合わせる構成としてもよい。
【００８４】
また、前記第４の実施の形態では、スイッチ５５，５９として一般的な選択スイッチを用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばエッチング等の微細加工技術を用いて形成され、可動部を物理的に変位させることによって、高周波の信号の導通状態を切り換えるＭＥＭＳスイッチを用いる構成としてもよい。
【００８５】
このようにＭＥＭＳスイッチを用いた場合には、他のスイッチを用いた場合に比べて、広い周波数帯域に適用できると共に、低損失で高アイソレーションの実現が容易である。このため、複数のインピーダンス素子のうち選択された１つ以外のものに送信信号が漏洩することがなく、漏洩信号に伴うノイズの発生を抑制することができる。
【００８６】
また、前記第４の実施の形態では、第１の実施の形態に適用した場合を例に挙げて説明したが、第２，第３の実施の形態に適用する構成としてもよい。
【００８７】
また、前記各実施の形態では、マルチバンド電力増幅器１１，２１，３１，４１，５１を２つの通信周波数帯の第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2を出力するデュアルバンドの送信装置２に適用する構成としたが、３つ以上の通信周波数帯の送信信号を出力する送信装置に適用してもよい。さらに、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2は、８００ＭＨｚ帯の信号を用いる構成としたが、例えば１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２ＧＨｚ帯等の他の通信周波数帯の信号を用いる構成としてもよい。
【００８８】
また、前記各実施の形態では、マルチバンド電力増幅器１１，２１，３１，４１，５１を無線通信機１に適用した場合を例に挙げて説明したが、例えば無線ＬＡＮ装置等のように、高周波の信号を増幅する装置に広く適用できるものである。
【符号の説明】
【００８９】
１１，２１，３１，４１，５１ マルチバンド電力増幅器
１２ 入力段の増幅器
１３ 出力段の増幅器
１４，４２ 段間整合回路
２２，２３，３２ バイアス回路
１５，５２ 入力段整合回路
１６，５６ 出力段整合回路
１７，２７，４４，６０ 制御回路
４３Ｃ 可変容量素子
５４1〜５４m+n，５８1〜５８m+n インピーダンス素子
５５，５９ スイッチ
４３，５３，５７ インピーダンス可変部（インピーダンス可変手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の通信周波数帯にわたる、例えば数十ＭＨｚ以上の高周波の送信信号を増幅するマルチバンド電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マルチバンド対応の携帯電話等の無線通信機に使用され、複数の通信周波数帯にわたる送信信号を増幅するためのマルチバンド電力増幅器が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなマルチバンド電力増幅器では、複数の周波数帯にわたる送信信号を同時に増幅するため、マルチバンド電力増幅器に相応しいインピーダンス整合回路が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６０１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１によるデュアルバンド電力増幅器は、２つの通信周波数帯の混合信号を同時に増幅すると共に、その整合回路は２つの通信周波数帯の混合信号の各通信周波数帯で同時にインピーダンス整合する。しかし、整合回路は、２つの通信周波数帯で同時にインピーダンス整合するから、各通信周波数帯で所望な特性（例えば出力レベルが最大）が得られる最適なインピーダンス値にはなっておらず、各通信周波数帯でインピーダンス不整合が生じるという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、インピーダンス不整合をなくすことができるマルチバンド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】
【０００６】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、基地局から発信される周波数設定情報に基づいて複数の通信周波数帯のうち一の通信周波数の送信信号を増幅するマルチバンド電力増幅器であって、互いに直列接続された複数の増幅器と、該複数の増幅器のうち初段の増幅器の入力端に接続され、入力負荷との間のインピーダンス整合をはかる入力段整合回路と、該複数の増幅器のうち終段の増幅器の出力端に接続され、出力負荷との間のインピーダンス整合をはかる出力段整合回路と、前記複数の増幅器のうち互いに隣合う２つの増幅器の間に接続され、これら２つの増幅器の間のインピーダンス整合をはかる少なくとも１つの段間整合回路と、前記周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数を特定し、該通信周波数に応じて前記入力段整合回路、出力段整合回路および段間整合回路のインピーダンス値を可変に制御する制御回路とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明では、前記入力段整合回路、出力段整合回路および段間整合回路のうち少なくとも一の回路は、そのインピーダンス値を前記周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数に応じて可変させるインピーダンス可変手段を備える構成としている。
【０００８】
請求項３の発明では、前記インピーダンス可変手段は、互いにインピーダンス値が異なる複数のインピーダンス素子と、前記制御回路によって切換え操作され該複数のインピーダンス素子のうちいずれか１つを選択するスイッチとを備える構成としている。
【０００９】
請求項４の発明では、前記インピーダンス可変手段は、前記制御回路によってその容量値が可変に設定される可変容量素子を備える構成としている。
【００１０】
請求項５の発明では、前記複数の増幅器のうち少なくとも１つの増幅器にはバイアス電圧を供給するバイアス回路を接続し、該バイアス回路は、前記周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数の送信信号に対して開放状態となる構成としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、制御回路は、基地局から発信される周波数設定情報に基づいて入力段整合回路、出力段整合回路および段間整合回路のインピーダンス値をそれぞれ制御する。このとき、周波数設定情報は、複数の通信周波数帯に係る一の送信信号の通信周波数を特定するものであるから、入力段整合回路、出力段整合回路および段間整合回路のインピーダンス値は、この一の送信信号の通信周波数の送信信号に応じて例えばインピーダンス整合が最も高くなる等の所望な特性が得られる最適な値に調整される。これにより、送信信号をチューニングするときに、各通信周波数でのインピーダンス不整合がなくなる。
【００１２】
なお、所望な特性としては、インピーダンスの整合性を高めて増幅した送信信号の出力レベルが最大になる、入力段および出力段の増幅器の効率が良くなる、増幅後の信号の歪みが小さくなる等が考えられる。これら３つの特性は互いにトレードオフの関係にあるから、例えばいずれか一つの特性を優先させて、インピーダンスの最適な値が決められる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、入力段整合回路、出力段整合回路および段間整合回路のうち少なくとも一の回路は、そのインピーダンス値を可変させるインピーダンス可変手段を備える構成とした。このため、制御回路は、インピーダンス可変手段を制御することによって整合回路のインピーダンス値を変化させることができるから、周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数に応じてインピーダンス値を最適な値に調整することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、インピーダンス可変手段は、スイッチによって複数のインピーダンス素子のうちいずれか１つを選択する構成とした。このため、制御回路は、周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数に応じてスイッチを切換えることができ、複数のインピーダンス素子のうち最適なインピーダンス値となる１つのインピーダンス素子を選択することができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、インピーダンス可変手段は、制御回路によってその容量値が可変に設定される可変容量素子を備える構成とした。このとき、可変容量素子は容量の微調整が容易であるから、他の素子を用いた場合に比べて、整合回路の設計が容易になる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数の送信信号に対してバイアス回路が高周波的に開放状態になる。このため、バイアス回路が増幅器を通じて例えば入力段整合回路、出力段整合回路または段間整合回路に接続されているときでも、各整合回路に対してバイアス回路のインピーダンスの影響を小さくすることができ、各整合回路は制御回路によって設定された最適な状態を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器が適用される無線通信機を示すブロック図である。
【図２】図１中のマルチバンド電力増幅器を示すブロック図である。
【図３】マルチバンド増幅器の入力振幅に対する利得および位相の関係を示す特性線図である。
【図４】段間整合回路によるプリディストーションを示す説明図である。
【図５】第２の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器を示すブロック図である。
【図６】変形例によるマルチバンド電力増幅器を示すブロック図である。
【図７】図６中のインダクタに用いるチップコイルを示す斜視図である。
【図８】図７中のチップコイルの周波数とインピーダンスとの関係を示す特性線図である。
【図９】第３の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器を示すブロック図である。
【図１０】第４の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器を携帯電話等の無線通信機に適用した場合を例に挙げて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１９】
まず、図１および図２は、第１の実施の形態を示している。図において、無線通信機１は、送信装置２、第１，第２のデュプレクサ３，４、第１，第２の受信装置５，６、ダイプレクサ７、アンテナ８等によって構成されている。
【００２０】
送信装置２は、後述するマルチバンド電力増幅器１１を備え、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る送信周波数帯に属する一つの通信周波数の送信信号を出力する。そして、送信装置２は、第１の送信信号ＴＸ1を第１のデュプレクサ３に出力し、第２の送信信号ＴＸ2を第２のデュプレクサ４に出力する。
【００２１】
このとき、第１の送信信号ＴＸ1は、例えばＵＳ−Ｃｅｌｌｕｌａｒ方式に係る第１の送信周波数帯域（「８２４〜８４９ＭＨｚ」または「８２４〜８３０ＭＨｚ」）に属するいずれかの周波数で送信される。一方、第２の送信信号ＴＸ2は、例えばＪ−ＣＤＭＡ方式に係る第２の送信周波数帯域（８９８〜９２５ＭＨｚ）に属するいずれかの周波数で送信される。このように、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2は、互いに異なる通信周波数帯の送信信号となっている。
【００２２】
なお、基地局ＢＳから無線通信機１に送信される周波数設定情報Ｓpによって、第１の送信信号ＴＸ1に係るｍ種類の通信周波数ｆ11〜ｆ1m、第２の送信信号ＴＸ2に係るｎ種類の通信周波数ｆ21〜ｆ2nから具体的な送信信号の通信周波数が設定される。
【００２３】
即ち、送信装置２は、通信周波数ｆ11〜ｆ1mと通信周波数ｆ21〜ｆ2nとを合計した（ｍ＋ｎ）種類の通信周波数のうちのいずれか１つの周波数の信号を送信する構成となっている。このとき、第１の送信信号ＴＸ1に係る通信周波数ｆ11〜ｆ1mの種類数（ｍ種類）と第２の送信信号ＴＸ2に係る通信周波数ｆ21〜ｆ2nの種類数（ｎ種類）とは、互いに異なる数でもよく、同じ数でもよい。
【００２４】
第１のデュプレクサ３は、図１に示すように、送信装置２の出力側と第１の受信装置５の入力側とに接続されると共に、ダイプレクサ７を介してアンテナ８に接続されている。一方、第２のデュプレクサ４は、送信装置２の出力側と第２の受信装置６の入力側とに接続されると共に、ダイプレクサ７を介してアンテナ８に接続されている。そして、ダイプレクサ７は、ＵＳ−Ｃｅｌｌｕｌａｒ方式の通信を行うときには、アンテナ８を第１のデュプレクサ３に接続し、Ｊ−ＣＤＭＡ方式の通信を行うときには、アンテナ８を第２のデュプレクサ４に接続する。
【００２５】
マルチバンド電力増幅器１１は、図２に示すように、例えば２段のヘテロ接合バイポーラトランジスタ等からなる増幅器１２，１３と、増幅器１２，１３間に設けられた段間整合回路１４と、入力段（ドライバ段）の増幅器１２の入力側に設けられた入力段整合回路１５と、出力段（ファイナル段）の増幅器１３の出力側に設けられた出力段整合回路１６と、段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを制御する制御回路１７とを備えている。
【００２６】
ここで、増幅器１２，１３は、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の両方の通信周波数帯の信号を増幅するために、例えば１００ＭＨｚ以上の広帯域に亘って利得が得られるものが使用される。
【００２７】
また、後述の制御回路１７によって段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmが設定され、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じて増幅器１２，１３間のインピーダンス整合が図られる。具体的には、制御回路１７から出力される制御信号に応じて、所望な特性が得られるように、段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmが最適な値に調整される。このとき、インピーダンス値Ｚmの最適な値は、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2が入力されたときに、例えばプリディストーションと呼ばれる方法を用いて出力段の増幅器１３から歪みが低下した状態で増幅した第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2が得られる値である。
【００２８】
ここで、プリディストーションについて詳細に説明する。一般に、無線通信機の送信系に設けられるマルチバンド電力増幅器１１では、電力効率を向上させるため、増幅器１２，１３は利得の飽和点に近い動作点で使用される。一方、増幅器１２，１３は、図３に示すように、出力電力が飽和電力に近付くに従って、（１）入力振幅／出力振幅非線形（ＡＭ／ＡＭ）と呼ばれる振幅成分の歪みと、（２）入力振幅／出力位相非線形（ＡＭ／ＰＭ）と呼ばれる位相成分の歪みとが発生する。
【００２９】
これらの非線形歪みが生じると、伝送特性が劣化すると共に、隣接チャネル干渉が生じるという問題がある。このため、図４に示すように、前段の増幅器１２と後段の増幅器１３とでそれぞれ発生する非線形歪みが逆特性となるように、増幅器１２と増幅器１３の間に段間整合回路１４を設けると共に、そのインピーダンスが調整される。これにより、前段の増幅器１２と後段の増幅器１３とで発生する非線形歪みがキャンセルされ、低歪みで送信信号が増幅される。
【００３０】
なお、増幅器１２，１３の振幅成分の歪みと位相成分の歪みは、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nのそれぞれで異なる。このため、段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmは、制御回路１７から出力される制御信号に応じて設定され、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nのそれぞれに対して調整される。
【００３１】
入力段整合回路１５は、後述の制御回路１７によってそのインピーダンス値Ｚiが設定される。具体的には、入力段整合回路１５は、制御回路１７から出力される制御信号に応じて、所望な特性が得られるように、インピーダンス値Ｚiが最適な値に調整される。これにより、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じて、増幅器１２とその入力側に接続された入力負荷ＺLiとの間のインピーダンス整合が図られる。なお、入力負荷ＺLiは、増幅器１２の入力側に接続された回路であり、例えば第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2を生成する変調回路、ベースバンド処理回路等によって構成されている。
【００３２】
出力段整合回路１６は、後述の制御回路１７によってそのインピーダンス値Ｚoが設定される。具体的には、出力段整合回路１６は、入力段整合回路１５と同様に、制御回路１７から出力される制御信号に応じて、所望な特性が得られるように、インピーダンス値Ｚoが最適な値に調整される。これにより、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じて、増幅器１３とその出力側に接続された出力負荷ＺLoとの間のインピーダンス整合が図られる。なお、出力負荷ＺLoは、例えば増幅器１３の出力側に接続された第１，第２のデュプレクサ３，４、ダイプレクサ７、アンテナ８等によって構成されている。
【００３３】
制御回路１７は、制御回路１７に入力された周波数設定情報Ｓpに応じて段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを制御する。具体的には、制御回路１７は、周波数設定情報Ｓpに対応して例えばデジタルの制御信号（ビット信号）を出力する。これにより、段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoが可変し、第１および第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2が所望の特性となるように設定される。
【００３４】
所望な特性としては、例えば第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の非線形歪みをできるだけ低下させることである。このため、非線形歪みをキャンセルするように、段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmが設定される。また、増幅器１２と入力負荷ＺLiとの間でインピーダンスが最も整合するように、入力段整合回路１５のインピーダンス値Ｚiが設定されると共に、増幅器１３と出力負荷ＺLoとの間でインピーダンスが最も整合するように、出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚoが設定される。
【００３５】
本実施の形態による無線通信機１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００３６】
まず、無線通信機１の送信時には、周波数設定情報Ｓpに応じてベースバンド信号を高周波の第１の送信信号ＴＸ1に変調し、第１の送信信号ＴＸ1を出力する。このとき、マルチバンド電力増幅器１１は、第１の送信信号ＴＸ1を増幅し、第１のデュプレクサ３に向けて出力する。これにより、電力増幅後の第１の送信信号ＴＸ1は、デュプレクサ３、ダイプレクサ７を介してアンテナ８に供給され、アンテナ８から外部に向けて送信される。
【００３７】
同様に、周波数設定情報Ｓpに応じてベースバンド信号を高周波の第２の送信信号ＴＸ2に変調し、第２の送信信号ＴＸ2を出力する。このとき、マルチバンド電力増幅器１１は、第２の送信信号ＴＸ2を増幅し、第２のデュプレクサ４に向けて出力する。これにより、電力増幅後の第２の送信信号ＴＸ2は、デュプレクサ４、ダイプレクサ７、アンテナ８を介して外部に向けて送信される。
【００３８】
一方、無線通信機１の受信時には、アンテナ８から受信した微弱な受信信号ＲＸ1は、ダイプレクサ７、デュプレクサ３を介して第１の受信装置５に送られる。また、アンテナ８が第２の受信信号ＲＸ2を受信したときには、受信信号ＲＸ2は、ダイプレクサ７、デュプレクサ４を介して第２の受信装置６に送られる。そして、受信信号ＲＸ1，ＲＸ2は、第１，第２の受信装置５，６により、ベースバンド信号に複調される。
【００３９】
本実施の形態では、周波数設定情報Ｓpによって特定された第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて、段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoがそれぞれ制御される。この結果、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2をチューニングする場合、各通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nのそれぞれにおいてインピーダンス整合を取ることができる。
【００４０】
また、段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoは制御回路１７によって制御する構成としたから、増幅器１２，１３間や入力側、出力側の整合を取るだけでなく、例えば増幅器１２，１３の効率や第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の歪み等を優先的に改善することができる。この結果、どのような送信信号ＴＸ1，ＴＸ2が入力されたときでも、増幅器１２，１３を用いて所望な特性となった第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2を出力することができる。
【００４１】
また、制御回路１７は、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚi，Ｚoと一緒に、段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmを制御する構成とした。このため、マルチバンド電力増幅器１１の入力側および出力側に限らず、マルチバンド電力増幅器１１の内部でも第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じて増幅器１２，１３間のインピーダンス整合を取ることができる。これにより、例えば第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の減衰や反射を防止して、ノイズの発生を抑制できると共に、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の出力レベルを高めることができる。
【００４２】
なお、前記第１の実施の形態では、所望な特性として、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の非線形歪みを低下させる特性とした。このため、制御回路１７は、非線形歪みをキャンセルするように、段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmを設定した。
【００４３】
しかし、本発明はこれに限らず、所望な特性としては、例えば第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の出力レベルを最大にする場合には、増幅器１２，１３間や入力側、出力側との間でインピーダンスが最も整合するように、段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを設定する構成としてもよい。また、所望な特性として、増幅器１２，１３を最大効率で動作させる構成としてもよい。
【００４４】
また、増幅器１２，１３の出力レベル、歪み、効率の特性は互いにトレードオフの関係があるから、インピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoの最適な値としては、例えばいずれか一つの特性を優先させて決めるものである。
【００４５】
また、所望な特性として、増幅器１２，１３の効率や第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の歪みを優先させる場合には、段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のうち出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚoだけ出力レベルを最大にする値、即ち最も整合性が高い値からずらす構成としてもよい。
【００４６】
さらに、３個以上の増幅器を直列接続した場合には、例えば最も大きな電流が流れる増幅器（例えば最終段の増幅器）とその前段の増幅器との間に設けた段間整合回路は、所望な特性として非線形歪みの低下を優先させる構成とし、他の段間整合回路は、所望な特性として出力レベルを最大にするために増幅器間のインピーダンスの整合性を優先させる構成としてもよい。
【００４７】
また、３個以上の増幅器を直列接続した場合には、全ての増幅器の間に段間整合回路を設ける必要はなく、例えば増幅率が一番大きい増幅器（例えば最終段の増幅器）とその前段の増幅器との間にのみ段間整合回路を設ける構成としてもよい。さらに、複数の段間整合回路を設ける場合であっても、全ての段間整合回路のインピーダンス値を可変に制御する必要はなく、例えば増幅率が一番大きい増幅器に接続された段間整合回路のインピーダンス値は可変に制御され、他の段間整合回路のインピーダンス値は固定する構成としてもよい。
【００４８】
次に、図５は、本発明の第２の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、複数の増幅器のうち少なくとも一の増幅器にバイアス回路を接続すると共に、該バイアス回路は、周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数の送信信号に対して高周波的に開放状態となる構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４９】
マルチバンド電力増幅器２１は、第１の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器１１とほぼ同様に、増幅器１２，１３、段間整合回路１４、入力段整合回路１５、出力段整合回路１６および制御回路２７を備えている。また、増幅器１２，１３の出力端には、それぞれバイアス電圧Ｖddを供給するバイアス回路２２，２３が接続されている。
【００５０】
そして、増幅器１２，１３のうち例えば最終段の増幅器１３に最も大きな電流が流れる場合には、少なくともこの増幅器１３にバイアス回路２３が接続され、周波数設定情報Ｓpによって第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る送信信号の具体的な送信周波数が特定されたときに、該送信周波数に対してバイアス回路２３は高周波的に開放状態となる構成となっている。
【００５１】
具体的には、バイアス回路２３は、ストリップライン、マイクロストリップライン等からなる長さ寸法Ｌ1〜Ｌm+nが互いに異なる（ｍ＋ｎ）個のバイアスライン２４1〜２４m+nと、該バイアスライン２４1〜２４m+nの両端側にそれぞれ設けられ該バイアスライン２４1〜２４m+nのうちいずれか１つを選択するスイッチ２５とを備える構成としている。このバイアスライン２４1〜２４m+nの一端側は、スイッチ２５を介して増幅器１３と出力段整合回路１６との間に接続されている。一方、バイアスライン２４1〜２４m+nの他端側は、スイッチ２５を介してバイアス電圧Ｖddを供給するバイアス電源ＶＢに接続されると共に、バイパスコンデンサ２６を介してグランドに接続されている。このため、バイアスライン２４1〜２４m+nの他端側は、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に対して高周波的に短絡されている。
【００５２】
また、バイアスライン２４1〜２４m+nの長さ寸法Ｌ1〜Ｌm+nは、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る具体的な通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて細かく調整するのが好ましい。このため、バイアスライン２４1〜２４m+nの長さ寸法Ｌ1〜Ｌm+nは、通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに対応した波長λ1〜λm+nに対して、その１／４となる値（λ1／４〜λm+n／４）にそれぞれ設定されている。
【００５３】
なお、バイアスライン２４1〜２４m+nは、上述のように、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る具体的な通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて細かく調整するために３本以上設ける構成としてもよく、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に係る代表的な通信周波数に応じて２本設ける構成としてもよい。
【００５４】
スイッチ２５は、後述の制御回路２７に接続され、制御回路２７からの制御信号に応じて切換わる。そして、スイッチ２５は、制御回路２７からの制御信号に応じて、バイアスライン２４1〜２４m+nのうちいずれか１つを選択するものである。
【００５５】
制御回路２７は、第１の実施の形態による制御回路１７と同様に、周波数設定情報Ｓpが入力されたときに、該周波数設定情報Ｓpに対応した制御信号を出力し、この制御信号に応じて段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを変化させる。これにより、制御回路２７は、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じた所望な特性が得られるように、段間整合回路１４、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを最適な値に設定する。
【００５６】
これに加え、制御回路２７は、バイアス回路２３のスイッチ２５に向けて制御信号を出力する。これにより、スイッチ２５は、制御回路２７からの制御信号に応じて、バイアスライン２４1〜２４m+nのうち周波数設定情報Ｓpによって特定された通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nの１／４波長に対応したものを選択する。これにより、バイアスライン２４1〜２４m+nの他端側は、周波数設定情報Ｓpによって第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nのうち一の通信周波数が特定されたときに、この特定された通信周波数の信号に対して高周波的に開放状態となる。このため、増幅器１３や出力段整合回路１６に対して、バイアス回路２３のインピーダンスの影響を小さくすることができる。
【００５７】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nのうち周波数設定情報Ｓpに基づいて増幅する一の通信周波数の送信信号に対してバイアス回路２３が高周波的に開放状態となる構成とした。このため、バイアス回路２３が増幅器１３を通じて出力段整合回路１６に接続されているときでも、出力段整合回路１６に対するバイアス回路２３のインピーダンスの影響を小さくすることができ、出力段整合回路１６は制御回路２７によって設定された最適な状態を保持することができる。
【００５８】
なお、第２の実施の形態では、複数の増幅器１２，１３のうち最も大きな電流が流れる最終段の増幅器１３に接続されたバイアス回路２３について、周波数設定情報Ｓpによって特定された通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nの信号に対して高周波的に開放状態になる構成とした。一方、大きな電流が流れない他の増幅器１２に接続されたバイアス回路２２は、必ずしも周波数設定情報Ｓpによって特定された通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nの信号に対して高周波的に開放状態にしなくてもよい。
【００５９】
また、前記第２の実施の形態では、複数の増幅器１２，１３にバイアス回路２２，２３をそれぞれ接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば複数の増幅器１２，１３のうち最も大きな電流が流れる最終段の増幅器１３にのみバイアス回路２３を接続して設け、他の増幅器１２に接続したバイアス回路２２は省く構成としてもよい。
【００６０】
また、前記第２の実施の形態によるバイアス回路２３では、スイッチ２５を用いてバイアスライン２４1〜２４m+nのうち周波数設定情報Ｓpによって特定された通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nの１／４波長に対応したものを選択する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図６に示す変形例によるマルチバンド電力増幅器３１のように、バイアス回路３２は、増幅器１３とバイアス電源ＶＢとの間に接続されたインダクタ３３と、該インダクタ３３とバイアス電源ＶＢとの接続点とグランドとの間に接続されたバイパスコンデンサ３４とによって構成してもよい。
【００６１】
ここで、インダクタ３３は、図７に示すように、フェライト材料からなるフェライトコア３５Ａに銅等の導体材料からなる巻線３５Ｂを巻回したチップコイル３５によって構成されている。このチップコイル３５のフェライトコア３５Ａは、両端側に位置して一対の脚部３５Ｃを備えると共に、これらの脚部３５Ｃには外部電極３５Ｄが設けられている。そして、巻線３５Ｂの両端側は、これら一対の外部電極３５Ｄにそれぞれ接続されている。なお、フェライトコア３５Ａのうち脚部３５Ｃとは反対側に位置する上面側には、絶縁樹脂材料からなるコーティング３５Ｅを設け、該コーティング３５Ｅによってフェライトコア３５Ａおよび巻線３５Ｂの上面側を覆う構成としてもよい。
【００６２】
また、増幅器１２，１３のうち例えば最終段の増幅器１３には、最も大きな電流が流れる傾向がある。このため、増幅器１３に大きな直流電流を供給するために、バイアス回路３２のインダクタ３３の直流抵抗Ｒdcは、できるだけ小さい方がよい。一方、出力段整合回路１６等に対するバイアス回路３２の影響を小さくするためには、通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nでのインダクタ３３のインピーダンスＺは、増幅器１３に用いるトランジスタの出力インピーダンスＺtr（例えばＺtr＝３〜５Ω程度）に比べてできるだけ大きい方がよい。
【００６３】
このため、チップコイル３５は、直流抵抗Ｒdcが例えば１Ωよりも小さく、通信周波数帯（例えば８００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ）でインピーダンスＺが数百Ω（例えばＺ＝４００Ω〜８００Ω程度）となるものが使用される。具体的には、チップコイル３５としては、例えば株式会社村田製作所製の商品番号ＬＱＷ１８ＣＮＲ１０Ｋ００Ｌのチップコイル等が適用可能である。このチップコイル３５のインピーダンスＺは、例えば図８に示す周波数特性を有する。
【００６４】
一般的なインダクタ素子を用いた場合には、ストリップラインの幅を広げて直流抵抗Ｒdcを小さくするため、バイアス回路が大型化する傾向があり、小型な携帯電話等には適用し難い傾向がある。これに対し、変形例によるインダクタ３３では、フェライトコア３５Ａに巻線３５Ｂを施して高周波側のインピーダンスＺを高めると共に、フェライトコア３５Ａを省いたときに比べて太くて短い巻線３５Ｂを用いることで巻線３５Ｂの巻数を減らして、直流抵抗Ｒdcの低抵抗化（例えばＲdc＜０．１Ω程度）を図っている。このため、小型なチップコイル３５を用いて全ての通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nの信号に対して、バイアス回路３２を高周波的に開放状態にすることができる。この結果、バイアス回路３２を可変に制御する必要がないため、第１の実施の形態による制御回路１７を用いることができ、回路構成を簡略化することができる。
【００６５】
次に、図９は、本発明の第３の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、段間整合回路は、制御回路によって容量値が設定される可変容量素子を用いて、そのインピーダンス値を可変させるインピーダンス可変手段を備える構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６６】
マルチバンド電力増幅器４１は、第１の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器１１とほぼ同様に、増幅器１２，１３、段間整合回路４２、入力段整合回路１５、出力段整合回路１６および制御回路４４を備えている。
【００６７】
段間整合回路４２は、そのインピーダンス値Ｚmを周波数設定情報Ｓpによって特定された通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて可変させるインピーダンス可変部４３を備えている。このインピーダンス可変部４３は、例えば増幅器１２，１３間に直列に接続されたコンデンサ４３Ａと、コンデンサ４３Ａの両端のうち入力側（増幅器１２側）とグランドとの間に接続されたコイル４３Ｂと、コンデンサ４３Ａの両端のうち出力側（増幅器１３側）とグランドとの間に接続された可変容量素子４３Ｃとを備えている。そして、可変容量素子４３Ｃは、後述の制御回路４４によってその容量値Ｃmが設定される。具体的には、段間整合回路４２のインピーダンス値Ｚmが最適な値となるように、制御回路４４から出力される制御信号に応じて可変容量素子４３Ｃの容量値Ｃmが設定される。このとき、インピーダンス値Ｚmの最適な値は、例えば第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2が入力されたときに、非線形歪みが最も低下するような所望な特性が得られる値である。
【００６８】
なお、可変容量素子４３Ｃには、例えばエッチング等の微細加工技術を用いて形成され、可動部を物理的に変位させることによって、容量値を変化させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を用いる構成としてもよい。
【００６９】
制御回路４４は、周波数設定情報Ｓpが入力され、該周波数設定情報Ｓpに応じて段間整合回路４２、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを制御する。具体的には、制御回路４４は、周波数設定情報Ｓpに対応した制御信号を出力する。このとき、段間整合回路４２は、可変容量素子４３Ｃの容量値Ｃmが制御回路４４からの制御信号に応じて変化する。また、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６は、そのインピーダンス値Ｚi，Ｚoが制御回路４４からの制御信号に応じて変化する。
【００７０】
これにより、制御回路４４は、第１の実施の形態による制御回路１７と同様に、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じた所望な特性が得られるように、段間整合回路４２、入力段整合回路１５および出力段整合回路１６のインピーダンス値Ｚm，Ｚi，Ｚoを最適な値に設定する。
【００７１】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、段間整合回路４２は、制御回路４４によって容量値Ｃmが設定される可変容量素子４３Ｃを備える構成とした。このとき、可変容量素子４３Ｃは容量値Ｃmの微調整が容易であるから、他の素子を用いた場合に比べて、段間整合回路４２の設計が容易になる。
【００７２】
なお、前記第３の実施の形態では、第１の実施の形態に適用した場合を例に挙げて説明したが、第２の実施の形態に適用する構成としてもよい。
【００７３】
また、前記第３の実施の形態では、入力段整合回路１５、出力段整合回路１６はそのインピーダンス値Ｚi，Ｚoが制御回路４４によって制御される構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、段間整合回路４２と同様に、入力段整合回路、出力段整合回路も、可変容量素子を用いてそのインピーダンス値が変化させる構成としてもよい。
【００７４】
次に、図１０は、本発明の第４の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、入力段整合回路および出力段整合回路は、互いにインピーダンス値が異なる複数のインピーダンス素子と、該複数のインピーダンス素子のうちいずれか１つを選択するスイッチとからなるインピーダンス可変部を備える構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７５】
マルチバンド電力増幅器５１は、第１の実施の形態によるマルチバンド電力増幅器１１とほぼ同様に、増幅器１２，１３、段間整合回路１４、入力段整合回路５２、出力段整合回路５６および制御回路６０を備えている。
【００７６】
但し、入力段整合回路５２は、周波数設定情報Ｓpによって特定された通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じてインピーダンス値Ｚiを変化させるために、スイッチ５５を用いて複数のインピーダンス素子５４1〜５４m+nのうちいずれか１つを選択するインピーダンス可変部５３を備える構成とした点で、第１の実施の形態による入力段整合回路１５とは異なる。同様に、出力段整合回路５６は、周波数設定情報Ｓpによって特定された通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じてインピーダンス値Ｚoを変化させるために、スイッチ５９を用いて複数のインピーダンス素子５８1〜５８m+nのうちいずれか１つを選択するインピーダンス可変部５７を備える構成とした点で、第１の実施の形態による出力段整合回路１６とは異なる。
【００７７】
ここで、入力段整合回路５２のインピーダンス素子５４1〜５４m+nは、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて例えば（ｍ＋ｎ）個設けられ、各通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nで所望な特性が得られる最適なインピーダンス値Ｚi1〜Ｚim+nをそれぞれ有している。また、出力段整合回路５６のインピーダンス素子５８1〜５８m+nも、インピーダンス素子５４1〜５４m+nと同様に、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて例えば（ｍ＋ｎ）個設けられ、各通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nで所望な特性が得られる最適なインピーダンス値Ｚo1〜Ｚom+nをそれぞれ有している。
【００７８】
なお、インピーダンス素子５４1〜５４m+n，５８1〜５８m+nは、送信信号ＴＸ1，ＴＸ2の具体的な通信周波数ｆ11〜ｆ1m，ｆ21〜ｆ2nに応じて細かく調整するために３個以上設ける構成としてもよく、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じて２個設ける構成としてもよい。
【００７９】
スイッチ５５は、インピーダンス素子５４1〜５４m+nの両端側にそれぞれ設けられた選択スイッチであり、後述の制御回路６０に接続され、制御回路６０からの制御信号に応じて切換わる。同様に、スイッチ５９は、インピーダンス素子５８1〜５８m+nの両端側にそれぞれ設けられた選択スイッチであり、後述の制御回路６０に接続され、制御回路６０からの制御信号に応じて切換わる。そして、スイッチ５５，５９は、制御回路６０からの制御信号に応じて、インピーダンス素子５４1〜５４m+n，５８1〜５８m+nのうちいずれか１つを選択するものである。
【００８０】
制御回路６０は、周波数設定情報Ｓpが入力され、該周波数設定情報Ｓpに応じて段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmを制御すると共に、入力段整合回路５２および出力段整合回路５６のインピーダンス素子５４1〜５４m+n，５８1〜５８m+nのうちいずれか１つを選択する。具体的には、制御回路６０は、周波数設定情報Ｓpに対応した制御信号を出力する。このとき、段間整合回路１４は、そのインピーダンス値Ｚmが制御回路６０からの制御信号に応じて変化する。また、入力段整合回路５２は、制御回路６０からの制御信号に応じてスイッチ５５が切換わり、インピーダンス素子５４1〜５４m+nのうちいずれか１つを選択する。さらに、出力段整合回路５６は、制御回路６０からの制御信号に応じてスイッチ５９が切換わり、インピーダンス素子５８1〜５８m+nのうちいずれか１つを選択する。
【００８１】
これにより、制御回路６０は、第１の実施の形態による制御回路１７と同様に、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2に応じた所望な特性が得られるように、段間整合回路１４のインピーダンス値Ｚmを最適な値に設定すると共に、入力段整合回路５２および出力段整合回路５６のインピーダンス素子５４1〜５４m+n，５８1〜５８m+nのうち最適な値をもったいずれか１つを選択する。
【００８２】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、入力段整合回路５２および出力段整合回路５６は、スイッチ５５，５９によって複数のインピーダンス素子５４1〜５４m+n，５８1〜５８m+nのうちいずれか１つを選択する構成とした。このため、制御回路６０がスイッチ５５，５９を切換えることによって、複数のインピーダンス素子５４1〜５４m+n，５８1〜５８m+nのうち最適な値となる１つの素子を選択することができる。
【００８３】
なお、前記第４の実施の形態では、段間整合回路１４はそのインピーダンス値Ｚmが制御回路６０によって制御される構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、入力段整合回路５２や出力段整合回路５６と同様に、段間整合回路も、スイッチによって複数のインピーダンス素子のうちいずれか１つを選択する構成としてもよい。また、段間整合回路、入力段整合回路、出力段整合回路は、複数のインピーダンス素子のうちいずれか１つを選択する構成に加えて、第３の実施の形態と同様な可変容量素子を組み合わせる構成としてもよい。
【００８４】
また、前記第４の実施の形態では、スイッチ５５，５９として一般的な選択スイッチを用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばエッチング等の微細加工技術を用いて形成され、可動部を物理的に変位させることによって、高周波の信号の導通状態を切り換えるＭＥＭＳスイッチを用いる構成としてもよい。
【００８５】
このようにＭＥＭＳスイッチを用いた場合には、他のスイッチを用いた場合に比べて、広い周波数帯域に適用できると共に、低損失で高アイソレーションの実現が容易である。このため、複数のインピーダンス素子のうち選択された１つ以外のものに送信信号が漏洩することがなく、漏洩信号に伴うノイズの発生を抑制することができる。
【００８６】
また、前記第４の実施の形態では、第１の実施の形態に適用した場合を例に挙げて説明したが、第２，第３の実施の形態に適用する構成としてもよい。
【００８７】
また、前記各実施の形態では、マルチバンド電力増幅器１１，２１，３１，４１，５１を２つの通信周波数帯の第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2を出力するデュアルバンドの送信装置２に適用する構成としたが、３つ以上の通信周波数帯の送信信号を出力する送信装置に適用してもよい。さらに、第１，第２の送信信号ＴＸ1，ＴＸ2は、８００ＭＨｚ帯の信号を用いる構成としたが、例えば１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２ＧＨｚ帯等の他の通信周波数帯の信号を用いる構成としてもよい。
【００８８】
また、前記各実施の形態では、マルチバンド電力増幅器１１，２１，３１，４１，５１を無線通信機１に適用した場合を例に挙げて説明したが、例えば無線ＬＡＮ装置等のように、高周波の信号を増幅する装置に広く適用できるものである。
【符号の説明】
【００８９】
１１，２１，３１，４１，５１ マルチバンド電力増幅器
１２ 入力段の増幅器
１３ 出力段の増幅器
１４，４２ 段間整合回路
２２，２３，３２ バイアス回路
１５，５２ 入力段整合回路
１６，５６ 出力段整合回路
１７，２７，４４，６０ 制御回路
４３Ｃ 可変容量素子
５４1〜５４m+n，５８1〜５８m+n インピーダンス素子
５５，５９ スイッチ
４３，５３，５７ インピーダンス可変部（インピーダンス可変手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局から発信される周波数設定情報に基づいて複数の通信周波数帯のうち一の通信周波数の送信信号を増幅するマルチバンド電力増幅器であって、
互いに直列接続された複数の増幅器と、
該複数の増幅器のうち初段の増幅器の入力端に接続され、入力負荷との間のインピーダンス整合をはかる入力段整合回路と、
該複数の増幅器のうち終段の増幅器の出力端に接続され、出力負荷との間のインピーダンス整合をはかる出力段整合回路と、
前記複数の増幅器のうち互いに隣合う２つの増幅器の間に接続され、これら２つの増幅器の間のインピーダンス整合をはかる少なくとも１つの段間整合回路と、
前記周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数を特定し、該通信周波数に応じて前記入力段整合回路、出力段整合回路および段間整合回路のインピーダンス値を可変に制御する制御回路とを備えたことを特徴とするマルチバンド電力増幅器。
【請求項２】
前記入力段整合回路、出力段整合回路および段間整合回路のうち少なくとも一の回路は、そのインピーダンス値を前記周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数に応じて可変させるインピーダンス可変手段を備える構成としてなる請求項１に記載のマルチバンド電力増幅器。
【請求項３】
前記インピーダンス可変手段は、互いにインピーダンス値が異なる複数のインピーダンス素子と、前記制御回路によって切換え操作され該複数のインピーダンス素子のうちいずれか１つを選択するスイッチとを備える構成としてなる請求項２に記載のマルチバンド電力増幅器。
【請求項４】
前記インピーダンス可変手段は、前記制御回路によってその容量値が可変に設定される可変容量素子を備える構成としてなる請求項２に記載のマルチバンド電力増幅器。
【請求項５】
前記複数の増幅器のうち少なくとも１つの増幅器にはバイアス電圧を供給するバイアス回路を接続し、該バイアス回路は、前記周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数の送信信号に対して開放状態となる請求項１，２，３または４に記載のマルチバンド電力増幅器。
【請求項１】
基地局から発信される周波数設定情報に基づいて複数の通信周波数帯のうち一の通信周波数の送信信号を増幅するマルチバンド電力増幅器であって、
互いに直列接続された複数の増幅器と、
該複数の増幅器のうち初段の増幅器の入力端に接続され、入力負荷との間のインピーダンス整合をはかる入力段整合回路と、
該複数の増幅器のうち終段の増幅器の出力端に接続され、出力負荷との間のインピーダンス整合をはかる出力段整合回路と、
前記複数の増幅器のうち互いに隣合う２つの増幅器の間に接続され、これら２つの増幅器の間のインピーダンス整合をはかる少なくとも１つの段間整合回路と、
前記周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数を特定し、該通信周波数に応じて前記入力段整合回路、出力段整合回路および段間整合回路のインピーダンス値を可変に制御する制御回路とを備えたことを特徴とするマルチバンド電力増幅器。
【請求項２】
前記入力段整合回路、出力段整合回路および段間整合回路のうち少なくとも一の回路は、そのインピーダンス値を前記周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数に応じて可変させるインピーダンス可変手段を備える構成としてなる請求項１に記載のマルチバンド電力増幅器。
【請求項３】
前記インピーダンス可変手段は、互いにインピーダンス値が異なる複数のインピーダンス素子と、前記制御回路によって切換え操作され該複数のインピーダンス素子のうちいずれか１つを選択するスイッチとを備える構成としてなる請求項２に記載のマルチバンド電力増幅器。
【請求項４】
前記インピーダンス可変手段は、前記制御回路によってその容量値が可変に設定される可変容量素子を備える構成としてなる請求項２に記載のマルチバンド電力増幅器。
【請求項５】
前記複数の増幅器のうち少なくとも１つの増幅器にはバイアス電圧を供給するバイアス回路を接続し、該バイアス回路は、前記周波数設定情報に基づいて増幅する一の通信周波数の送信信号に対して開放状態となる請求項１，２，３または４に記載のマルチバンド電力増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１５５３５７（Ｐ２０１１−１５５３５７Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４１８７（Ｐ２０１０−１４１８７）
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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