電力増幅器
【課題】多段接続される増幅器からのバイアス電流の逆流に起因するバイアス変動を効果的に抑制し、安定して信号増幅できる電力増幅器を提案する。
【解決手段】電力増幅器１００は、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３を有する増幅系統１０と、トランジスタＴｒ４〜Ｔｒ６を有する増幅系統２０と、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のバイアス点を制御するバイアス回路３１，３２，３３とを備える。増幅系統１０は、最終段のトランジスタＴｒ３以外のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を含む第一のグループと、少なくとも最終段のトランジスタＴｒ３を含む第二のグループとを含む２つ以上のグループにグループ分けされている。バイアス回路３１は、第一のグループに属するトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２にバイアス電流を分岐供給する。バイアス回路３２は、第二のグループに属するトランジスタＴｒ３にバイアス電流を供給する。
【解決手段】電力増幅器１００は、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３を有する増幅系統１０と、トランジスタＴｒ４〜Ｔｒ６を有する増幅系統２０と、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のバイアス点を制御するバイアス回路３１，３２，３３とを備える。増幅系統１０は、最終段のトランジスタＴｒ３以外のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を含む第一のグループと、少なくとも最終段のトランジスタＴｒ３を含む第二のグループとを含む２つ以上のグループにグループ分けされている。バイアス回路３１は、第一のグループに属するトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２にバイアス電流を分岐供給する。バイアス回路３２は、第二のグループに属するトランジスタＴｒ３にバイアス電流を供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の増幅系統を備える電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＦＤＭ方式（直交周波数分割多重方式）は、地上波デジタル放送、無線ＬＡＮ、電力線モデム等で用いられるデジタル変調方式の１つであり、フェージングやマルチパスの影響を受け難い高品質な通信を可能とする利点を有している。この種のデジタル変調方式に用いられる電力増幅器には、高出力化や高効率化とともに低歪み化が要求されている。一般に、トランジスタは、入力信号の増加に対して出力信号が線形的に増加する線形領域と、入力信号の増加に対して出力信号の利得圧縮が生じる飽和領域とを有する入出力特性を有しており、飽和領域での信号増幅は出力信号の歪みをもたらすことが知られている。ＯＦＤＭ方式では、多数のシンボルが多重されるため、送信信号波形はガウス分布となり、ＰＡＲ（ピーク対平均電力比）が大きくなる傾向がある。このため、ＯＦＤＭ方式に使用される電力増幅器では、トランジスタの動作出力点をそのトランジスタの飽和出力点から数ｄＢバックオフした点に設定し、トランジスタをなるべく線形領域に近い領域で動作させて、低歪み化を実現させている。この種の電力増幅器に関連する文献として、例えば、特開２００７−１９５１００号公報が知られている。同公報には、多段接続される全てのトランジスタのそれぞれにバイアス電流を分岐供給する１つのバイアス回路を備える電力増幅器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１９５１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、多段接続される全てのトランジスタのそれぞれにバイアス電流を分岐供給する１つのバイアス回路を設けると、最終段のトランジスタに流れるバイアス電流の一部が前段のトランジスタに逆流し、前段のトランジスタのバイアス点を変動させてしまう虞がある。バイアス点が変動すると、送信信号を線形増幅できなくなる。このようなバイアス電流の逆流を阻止するために、バイアス電流経路にチョークコイルを介挿する方法も考えられるが、バイアス電流が大きい場合には、バイアス電流の逆流を十分に阻止することができない。特に、ＯＦＤＭ方式に使用される電力増幅器では、バックオフを大きく取る必要があるため、最終段のトランジスタが最も大きな電力を出力し、最終段のトランジスタに流れる電流は大きくなる。
【０００５】
一方、ＯＦＤＭ方式を採用する無線ＬＡＮでは、同一の周波数帯域の信号を複数の送信アンテナと複数の受信アンテナで送受信する多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信方式や、異なる周波数帯域の信号を１つの送信アンテナと１つの受信アンテナで送受信するマルチバンド通信方式を採用しており、これらの通信方式に対応できる高利得高出力の電力増幅器の開発が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、多段接続される増幅器からのバイアス電流の逆流に起因するバイアス変動を効果的に抑制し、安定して信号増幅できる電力増幅器を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明に係わる電力増幅器は、多段接続される２つ以上の増幅器を有する第一の増幅系統と、１つ以上の増幅器を有する第二の増幅系統と、第一及び第二の増幅系統が有する３つ以上の増幅器のバイアス点を制御するための２つ以上のバイアス回路とを備える。第一の増幅系統に含まれる２つ以上の増幅器は、最終段の増幅器以外の増幅器を含む第一のグループと、少なくとも最終段の増幅器を含む第二のグループとを含む２つ以上のグループにグループ分けされる。２つ以上のバイアス回路は、第一のグループに属する増幅器にバイアス電流を供給するとともに第二の増幅系統に属する増幅器の少なくとも１つにバイアス電流を分岐供給する第一のバイアス回路と、第二のグループに属する増幅器にバイアス電流を供給する第二のバイアス回路とを含む。
【０００８】
複数の増幅系統に含まれる増幅器のバイアス回路の一部を共用化することにより、バイアス回路の数を必要最小限に抑え、小型化を図ることができる。また、最終段の増幅器を含む第二のグループに属する増幅器のバイアス回路を分けることにより、バイアス電流の逆流に起因するバイアス変動を抑制できる。第二の増幅系統は、１つの増幅器のみを含んでいてもよく、多段接続される２つ以上の増幅器を含んでいてもよい。最終段の増幅器を含む第二のグループは、複数の増幅器を含んでもよい。これは、バイアス電流が増幅器に逆流することに起因するバイアス変動が実用上の支障が生じない程度にバイアス電流が小さければ、第二のグループに属する複数の増幅器のそれぞれにバイアス電流を供給する供給系統を一系統にまとめることができるという技術的知見に基づくものである。なお、第一のグループに属する増幅器の接続段数は、第二のグループに属する増幅器の接続段数よりも多い方が好ましい。これは、最終段の増幅器に流れるバイアス電流は相対的に最も大きく、他の増幅器に与えるバイアス変動を極力避けるためである。
【０００９】
本発明の好適な実施形態において、第二の増幅系統は、多段接続される２つ以上の増幅器を有し、第二の増幅系統に含まれる２つ以上の増幅器は、最終段の増幅器以外の増幅器を含む第三のグループと、少なくとも最終段の増幅器を含む第四のグループとを含む２つ以上のグループにグループ分けされる。第一のバイアス回路は、第三のグループに属する増幅器にバイアス電流を分岐供給する。斯かる構成により、電力増幅器の高利得化を実現しつつ、小型化を図ることができる。
【００１０】
電力増幅器は、第一のバイアス回路から第一及び第二の増幅系統のうち何れか１つの増幅系統に属する増幅器にのみバイアス電流を供給するスイッチを更に備えてもよい。これにより、バイアス回路の数を必要最小限に抑えつつ、最も大きなバイアス電流の逆流に起因するバイアス変動を抑制できる。
【００１１】
本発明の好適な実施形態において、第二のグループは、第一の増幅系統の最終段の増幅器のみを含み、第四のグループは、第二の増幅系統の最終段の増幅器のみを含む。２つ以上のバイアス回路は、第四のグループに属する増幅器にバイアス電流を供給する第三のバイアス回路を含む。斯かる構成により、第一の増幅系統の最終段の増幅器のバイアス回路と、第二の増幅系統の最終段の増幅器のバイアス回路とを独立にし、バイアス電流の逆流を防止できるため、より好ましい。なお、第四のグループに属する増幅器にバイアス電流を供給するバイアス回路は、第一のバイアス回路でもよく或いは第二のバイアス回路でもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、多段接続される増幅器からのバイアス電流の逆流に起因するバイアス変動を効果的に抑制し、安定して信号増幅できる電力増幅器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【図２】実施例２に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【図３】実施例３に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【図４】実施例４に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【図５】実施例５に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【図６】実施例６に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【図７】実施例７に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【図８】実施例８に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態に係わる電力増幅器は、複数の増幅系統と、２つ以上のバイアス回路とを備える。それぞれの増幅系統は、多段接続される２つ以上の増幅器を有する。２つ以上のバイアス回路は、それぞれの増幅系統が有する２つ以上の増幅器のそれぞれのバイアス点を制御する。複数の増幅系統のうち少なくとも１つの増幅系統は、最終段の増幅器以外の２つ以上の増幅器を含む第一のグループと、少なくとも最終段の増幅器を含む第二のグループとを含む２つ以上のグループにグループ分けされる。２つ以上のバイアス回路は、第一のグループに属する２つ以上の増幅器にバイアス電流を分岐供給する第一のバイアス回路と、第二のグループに属する１つ以上の増幅器にバイアス電流を分岐供給する第二のバイアス回路とを含む。第一のグループに属する２つ以上の増幅器にバイアス電流を分岐供給する供給系統と、第二のグループに属する１つ以上の増幅器にバイアス電流を分岐供給する供給系統とを分離することにより、最終段の増幅器に流れるバイアス電流がその前段の増幅器に逆流することを防止し、増幅器のバイアス変動を抑制できる。第二のグループに属する最終段の増幅器に流れるバイアス電流の値は最も大きいため、最終段の増幅器からその前段の増幅器へのバイアス電流の逆流を阻止することの効果は大きい。また、最終段の増幅器以外の増幅器に流れるバイアス電流は、最終段の増幅器に流れるバイアス電流より比較的小さいため、最終段の増幅器以外の増幅器に流れるバイアス電流がその前段の増幅器に逆流することに起因するバイアス変動の影響は、最終段の増幅器に流れるバイアス電流がその前段の増幅器に逆流することに起因するバイアス変動の影響より小さい。このため、第一のグループに属する２つ以上の増幅器のそれぞれにバイアス電流を分岐供給する供給系統を一系統にまとめても、実用上は支障のない範囲でバイアス変動を抑制できる。
【００１５】
なお、後段の増幅器から前段の増幅器へバイアス電流が逆流することに起因するバイアス変動を抑制するためには、それぞれの増幅器に供給されるバイアス電流の供給系統を独立にするように回路構成を設計するのが最適であるが、そのような回路構成では、バイアス回路の数が多くなる結果、回路面積が増大するというデメリットがある。これに対し、本実施形態では、バイアス電流の供給系統を複数系統に分離し、最も大きな電流値を有するバイアス電流の供給系統のみを独立の供給系統としているため、バイアス回路の数を必要最小限に抑えつつ、バイアス電流の逆流に起因するバイアス変動を抑制できるという利点を有する。
【００１６】
以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施例について説明する。同一の回路素子については、同一の符号を付すものとし、重複する説明を省略する。また、実施例２乃至４では、実施例１との相違点を中心に説明するものとし、重複する説明を省略する。また、説明の便宜上、各実施例における増幅系統の数を２とし、トランジスタの接続段数を３とする例を示すが、増幅系統の数やトランジスタの接続段数はこれに限られるものではない。また、各実施例において例示するトランジスタの接続段数やトランジスタのグループ分けの仕方は一例であり、本発明を限定するものではない。
【実施例１】
【００１７】
図１に示すように、本実施例に係わる電力増幅器１００は、同一周波数帯域の信号を増幅する多入力多出力通信に用いられるものであり、２つの増幅系統１０，２０と、３つのバイアス回路３１，３２，３３とを備える。２つの増幅系統１０，２０は、それぞれ異なるアンテナ（図示せず）に接続される。多入力多出力通信では、異なるデータを複数のアンテナで送信し、受信側でこれを合成することで擬似的な広帯域を実現し、通信速度の高速化を図っている。そのため、増幅系統１０，２０が増幅する信号の周波数帯域は同一であり、送信データのみが異なる。
【００１８】
増幅系統１０は、多段接続される３つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３と、入力端子１１とトランジスタＴｒ１の入力とをインピーダンス整合するための入力整合回路１２と、トランジスタＴｒ１の出力とトランジスタＴｒ２の入力とをインピーダンス整合するための段間整合回路１３と、トランジスタＴｒ２の出力とトランジスタＴｒ３の入力とをインピーダンス整合するための段間整合回路１４と、トランジスタＴｒ３の出力と出力端子１６とのインピーダンス整合するための出力整合回路１５とを備える。最前段のトランジスタＴｒ１のベース端子Ｂ１は、入力整合回路１２を介して入力端子１１に接続し、そのエミッタ端子Ｅ１は接地されており、そのコレクタ端子Ｃ１は、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ１に接続されている。２段目のトランジスタＴｒ２のベース端子Ｂ２は、段間整合回路１３を介してコレクタ端子Ｃ１に接続されており、そのエミッタ端子Ｅ２は接地されており、そのコレクタ端子Ｃ２は、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ２に接続されている。最終段のトランジスタＴｒ３のベース端子Ｂ３は、段間整合回路１４を介してコレクタ端子Ｃ２に接続されており、そのエミッタ端子Ｅ３は接地されており、そのコレクタ端子Ｃ３は、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ３に接続されるとともに、出力整合回路１５を介して出力端子１６に接続されている。
【００１９】
増幅系統２０は、多段接続される３つのトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６と、入力端子２１とトランジスタＴｒ４の入力とをインピーダンス整合するための入力整合回路２２と、トランジスタＴｒ４の出力とトランジスタＴｒ５の入力とをインピーダンス整合するための段間整合回路２３と、トランジスタＴｒ５の出力とトランジスタＴｒ６の入力とをインピーダンス整合するための段間整合回路２４と、トランジスタＴｒ６の出力と出力端子２６とのインピーダンス整合するための出力整合回路２５とを備える。最前段のトランジスタＴｒ４のベース端子Ｂ４は、入力整合回路２２を介して入力端子２１に接続し、そのエミッタ端子Ｅ４は接地されており、そのコレクタ端子Ｃ４は、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ４に接続されている。２段目のトランジスタＴｒ５のベース端子Ｂ５は、段間整合回路２３を介してコレクタ端子Ｃ４に接続されており、そのエミッタ端子Ｅ５は接地されており、そのコレクタ端子Ｃ５は、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ５に接続されている。最終段のトランジスタＴｒ６のベース端子Ｂ６は、段間整合回路２４を介してコレクタ端子Ｃ５に接続されており、そのエミッタ端子Ｅ６は接地されており、そのコレクタ端子Ｃ６は、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ６に接続されるとともに、出力整合回路２５を介して出力端子２６に接続されている。本実施例におけるトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、エミッタ接地バイポーラトランジスタであり、信号を線形増幅するための線形増幅器として機能する。
【００２０】
増幅系統１０に属する３つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３は、多段接続される２つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を含む第一のグループと、最終段のトランジスタＴｒ３のみを含む第二のグループとにグループ分けされている。同様に、増幅系統２０に属する３つのトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６は、多段接続される２つのトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５を含む第三のグループと、最終段のトランジスタＴｒ６のみを含む第四のグループとにグループ分けされている。バイアス回路３１は、第一のグループに属するトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と、第三のグループに属するトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５のそれぞれのベース端子Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ５にバイアス電流Ｉｂ１，Ｉｂ２，Ｉｂ４，Ｉｂ５を分岐供給することにより、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ５が信号を線形増幅するようにバイアス点を制御している。バイアス回路３２は、第二のグループに属するトランジスタＴｒ３のベース端子Ｂ３にバイアス電流Ｉｂ３を供給することにより、トランジスタＴｒ３が信号を線形増幅するようにバイアス点を制御している。バイアス回路３３は、第四のグループに属するトランジスタＴｒ６のベース端子Ｂ６にバイアス電流Ｉｂ６を供給することにより、トランジスタＴｒ６が信号を線形増幅するようにバイアス点を制御している。バイアス回路３１，３２，３３は、例えば、絶対温度に対して負の線形温度特性を有する基準電流をベースバイアス電流として供給するＣＴＡＴ電流源である。
【００２１】
電力増幅器１００は、バイアス回路３１，３２，３３の電源をオン／オフに切り替えることで、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の動作を瞬時にオン／オフに切り替えることが可能である。コレクタバイアス電源Ｖｃｃ１〜Ｖｃｃ６がオンした状態でバイアス回路３１，３２，３３の電源をオフにすることで、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に流れるバイアス電流Ｉｂ１〜Ｉｂ６をオフすることができる。バイアス電流Ｉｂ１〜Ｉｂ６が流れなければ、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のコレクタ電流も殆ど流れないため、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ほぼオフ状態となる。但し、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ１〜Ｖｃｃ６までもオフしてしまうと、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の立ち上がりに時間を要するため、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ１〜Ｖｃｃ６はオンにしたまま、バイアス回路３１，３２，３３の電源のオン／オフのみを制御する。つまり、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ１〜Ｖｃｃ６をオンさせることで、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を準備状態にしておき、バイアス回路３１，３２，３３の電源をオン／オフさせることで、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の動作を制御する。
【００２２】
上述の回路構成を備える電力増幅器１００においては、前段のトランジスタの方が後段のトランジスタよりも相対的に高い利得が要求されるため、バイアス変動が信号増幅に与える影響は後段のトランジスタよりも前段のトランジスタの方が大きい。一方、後段のトランジスタの方が前段のトランジスタよりも相対的に大きい電流が流れるため、最も大きい電流が流れる最終段のトランジスタからその前段のトランジスタへの高周波電流の逆流が与えるバイアス変動を抑制する必要性が最も高い。特に、電力増幅器１００がＯＦＤＭ方式に使用される場合、バックオフを大きく取る必要があるため、最終段のトランジスタＴｒ３，Ｔｒ６から出力される電力は最も大きく、それ故、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ６に流れる電流は最も大きくなる。このため、Ｉｂ３＞（Ｉｂ１＋Ｉｂ２）又はＩｂ６＞（Ｉｂ４＋Ｉｂ５）の関係が成立することが多い。
【００２３】
本実施例では、第二のグループに属する最終段のトランジスタＴｒ３にバイアス電流Ｉｂ３を供給する供給系統と、第四のグループに属する最終段のトランジスタＴｒ６にバイアス電流Ｉｂ６を供給する供給系統と、第一及び第二のグループに属するトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ５のそれぞれにバイアス電流Ｉｂ１，Ｉｂ２，Ｉｂ４，Ｉｂ５を分岐供給する供給系統とを分離することにより、最も大きな電流値を有するバイアス電流Ｉｂ３が前段のトランジスタＴｒ２又はＴｒ１に逆流することを防止するとともに、最も大きな電流値を有するバイアス電流Ｉｂ６が前段のトランジスタＴｒ４又はＴｒ５に逆流することを防止し、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ５のバイアス変動を抑制している。また、バイアス電流Ｉｂ２の電流値は、バイアス電流Ｉｂ３の電流値よりも比較的小さいため、バイアス電流Ｉｂ２が前段のトランジスタＴｒ１に逆流することに起因するバイアス変動の影響は、バイアス電流Ｉｂ３が前段のトランジスタＴｒ２又はＴｒ１に逆流することに起因するバイアス変動の影響よりも小さい。同様に、バイアス電流Ｉｂ５の電流値は、バイアス電流Ｉｂ６の電流値よりも比較的小さいため、バイアス電流Ｉｂ５が前段のトランジスタＴｒ４に逆流することに起因するバイアス変動の影響は、バイアス電流Ｉｂ６が前段のトランジスタＴｒ５又はＴｒ４に逆流することに起因するバイアス変動の影響よりも小さい。このため、第一及び第二のグループに属するトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ５のそれぞれにバイアス電流Ｉｂ１，Ｉｂ２，Ｉｂ４，Ｉｂ５を分岐供給する供給系統を一系統にまとめても、実用上は支障のない範囲でバイアス変動を抑制できる。
【００２４】
後段のトランジスタから前段のトランジスタへバイアス電流が逆流することに起因するバイアス変動を抑制するためには、それぞれのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に供給されるバイアス電流の供給系統を独立にするように回路設計するのが最適であるが、そのような回路設計では、バイアス回路の数が多くなる結果、回路面積が増大するというデメリットがある。これに対し、本実施例によれば、バイアス電流の供給系統を三系統に分離し、最も大きな電流値を有するバイアス電流Ｉｂ３，Ｉｂ６の供給系統のみを独立の供給系統としているため、バイアス回路３１，３２，３３の数を必要最小限に抑えつつ、バイアス電流Ｉｂ３，Ｉｂ６の逆流に起因するバイアス変動を抑制できるという利点を有する。
【００２５】
なお、バイアス回路３１，３２，３３によるバイアス制御を精密に行うためには、バイアス回路３１，３２，３３の温度特性を揃えることが望ましい。バイアス回路３１，３２，３３の回路構成が異なると、両者の温度特性を揃えるのが困難になるため、バイアス回路３１，３２，３３の回路構成を変えずに、回路素子数（例えば、トランジスタ数）のみを調整するのが好ましい。また、高周波バイアス電流Ｉｂ１がバイアス回路３１に逆流するのを阻止するためのチョークコイルＬｂ１をバイアス回路３１とベース端子Ｂ１との間のバイアス電流経路に介挿してもよく、高周波コレクタバイアス電流がコレクタバイアス電源Ｖｃｃ１に逆流するのを阻止するためのチョークコイルＬｃ１をコレクタバイアス電源Ｖｃｃ１とコレクタ端子Ｃ１との間のバイアス電流経路に介挿してもよい。同様に、それぞれのトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６のバイアス電流経路にチョークコイルＬｂ２，Ｌｃ２，Ｌｂ３，Ｌｃ３，Ｌｂ４，Ｌｃ４，Ｌｂ５，Ｌｃ５，Ｌｂ６，Ｌｃ６を介挿してもよい。
【実施例２】
【００２６】
図２に示すように、本実施例に係わる電力増幅器２００は、同一周波数帯域の信号を増幅する多入力多出力通信に用いられるものであり、２つの増幅系統１０，２０と、２つのバイアス回路３３，３４とを備える。２つの増幅系統１０，２０は、それぞれ異なるアンテナ（図示せず）に接続される。増幅系統１０に属する３つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３は、全て第五のグループに属する。増幅系統２０に属する３つのトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６は、多段接続される２つのトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５を含む第六のグループと、最終段のトランジスタＴｒ６のみを含む第七のグループとにグループ分けされている。バイアス回路３４は、第五のグループに属するトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３と、第六のグループに属するトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５のそれぞれのベース端子Ｂ１〜Ｂ５にバイアス電流Ｉｂ１〜Ｉｂ５を分岐供給することにより、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５が信号を線形増幅するようにバイアス点を制御している。バイアス回路３３は、第七のグループに属するトランジスタＴｒ６のベース端子Ｂ６にバイアス電流Ｉｂ６を供給することにより、トランジスタＴｒ６が信号を線形増幅するようにバイアス点を制御している。
【００２７】
本実施例では、第五のグループが最終段のトランジスタＴｒ３を含む点において実施例１と異なる。これは、バイアス電流Ｉｂ３がトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２に逆流することに起因するバイアス変動が実用上の支障が生じない程度にバイアス電流Ｉｂ３が小さければ、第五及び第六のグループに属するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５のそれぞれにバイアス電流Ｉｂ１〜Ｉｂ５を分岐供給する供給系統を一系統にまとめることができるという技術的知見に基づくものである。
【実施例３】
【００２８】
図３に示すように、本実施例に係わる電力増幅器３００は、異なる周波数帯域の信号を増幅するデュアルバンド通信に用いられるものであり、２つの増幅系統１０，２０と、３つのバイアス回路３１，３２，３３と、スイッチ４０とを備える。それぞれの増幅系統１０，２０に属するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のグループ分けの仕方は、実施例１のグループ分けと同様であるため、その詳細な説明を省略する。スイッチ４０は、バイアス回路３１から出力されるバイアス電流の供給先を第一のグループ又は第三のグループの何れか一方に選択的に切り替える。デュアルバンド通信に用いられる電力増幅器３００では、２つの増幅系統１０，２０のうち一方が作動状態にあるときは、他方は待機状態にある。例えば、増幅系統１０が作動状態にあり、かつ増幅系統２０が待機状態にあるときは、スイッチ４０は、バイアス回路３１から出力されるバイアス電流を増幅系統１０の第一のグループに供給する。また例えば、増幅系統２０が作動状態にあり、かつ増幅系統１０が待機状態にあるときは、スイッチ４０は、バイアス回路３１から出力されるバイアス電流を増幅系統２０の第三のグループに供給する。このように、作動状態にある何れか一つの増幅系統にのみバイアス電流を供給するようにスイッチ４０を切り替えることで、電力増幅器３００のアイソレーションを取ることができる。なお、上述の例では、デュアルバンド用の回路構成を例示したが、３つ以上の異なる周波数帯域の信号を増幅するマルチバンド通信にも本実施例を適用できる。
【実施例４】
【００２９】
図４に示すように、本実施例に係わる電力増幅器４００は、異なる周波数帯域の信号を増幅するデュアルバンド通信に用いられるものであり、２つの増幅系統１０，２０と、３つのバイアス回路３３，３４と、スイッチ４０とを備える。それぞれの増幅系統１０，２０に属するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のグループ分けの仕方は、実施例２のグループ分けと同様であるため、その詳細な説明を省略する。スイッチ４０は、バイアス回路３４から出力されるバイアス電流の供給先を第五のグループ又は第六のグループの何れか一方に選択的に切り替える。デュアルバンド通信に用いられる電力増幅器４００では、２つの増幅系統１０，２０のうち一方が作動状態にあるときは、他方は待機状態にある。例えば、増幅系統１０が作動状態にあり、かつ増幅系統２０が待機状態にあるときは、スイッチ４０は、バイアス回路３４から出力されるバイアス電流を増幅系統１０の第五のグループに供給する。また例えば、増幅系統２０が作動状態にあり、かつ増幅系統１０が待機状態にあるときは、スイッチ４０は、バイアス回路３４から出力されるバイアス電流を増幅系統２０の第六のグループに供給する。このように、作動状態にある何れか一つの増幅系統にのみバイアス電流を供給するようにスイッチ４０を切り替えることで、電力増幅器４００のアイソレーションを取ることができる。なお、上述の例では、デュアルバンド用の回路構成を例示したが、３つ以上の異なる周波数帯域の信号を増幅するマルチバンド通信にも本実施例を適用できる。
【実施例５】
【００３０】
図５に示すように、本実施例に係わる電力増幅器５００は、増幅系統１０に属するトランジスタＴｒ１及び増幅系統２０に属するトランジスタＴｒ４を省略し、その余の構成を実施例１に係わる電力増幅器１００と同じにすることによって、増幅系統１０，２０のトランジスタの接続段数をそれぞれ２としている。バイアス回路３１は、トランジスタＴｒ２及びＴｒ５のそれぞれにバイアス電流を供給し、バイアス回路３２は、トランジスタＴｒ３にバイアス電流を供給し、バイアス回路３３は、トランジスタＴｒ６にバイアス電流を供給する。二段接続トランジスタによって十分な利得が得られる場合には、トランジスタの接続段数を２にすることによって、電力増幅器１０の回路面積を縮小し、小型化できる。
【実施例６】
【００３１】
図６に示すように、本実施例に係わる電力増幅器６００は、単一のバイアス回路３５からトランジスタＴｒ３，Ｔｒ６のそれぞれにバイアス電流を供給し、その余の構成を実施例１に係わる電力増幅器１００と同じにしている。トランジスタＴｒ３，Ｔｒ６に流れるバイアス電流が小さい場合には、バイアス電流の逆流に起因するバイアス点の変動を実用上支障のない範囲で抑制できる。
【実施例７】
【００３２】
図７に示すように、本実施例に係わる電力増幅器７００は、増幅系統１０に属するトランジスタＴｒ１及び増幅系統２０に属するトランジスタＴｒ４を省略し、その余の構成を実施例３に係わる電力増幅器３００と同じにすることによって、増幅系統１０，２０のトランジスタの接続段数をそれぞれ２としている。バイアス回路３１は、トランジスタＴｒ２又はＴｒ５の何れか一方に選択的にバイアス電流を供給し、バイアス回路３２は、トランジスタＴｒ３にバイアス電流を供給し、バイアス回路３３は、トランジスタＴｒ６にバイアス電流を供給する。トランジスタの接続段数を少なくすることで、電力増幅器１０の回路面積を縮小し、小型化できる。
【実施例８】
【００３３】
図８に示すように、本実施例に係わる電力増幅器８００は、単一のバイアス回路３６からスイッチ４１を介して選択的に何れか一方のトランジスタＴｒ３，Ｔｒ６にバイアス電流を供給するように構成し、その余の構成を図３に示す実施例３に係わる電力増幅器３００と同じにしている。トランジスタＴｒ３，Ｔｒ６に流れるバイアス電流が小さい場合には、バイアス電流の逆流に起因するバイアス点の変動を実用上支障のない範囲で抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係わる電力増幅器は、無線通信機の信号増幅回路等に利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１００，２００，３００，４００…電力増幅器
３１，３２，３３，３４…バイアス回路
Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６…トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の増幅系統を備える電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＦＤＭ方式（直交周波数分割多重方式）は、地上波デジタル放送、無線ＬＡＮ、電力線モデム等で用いられるデジタル変調方式の１つであり、フェージングやマルチパスの影響を受け難い高品質な通信を可能とする利点を有している。この種のデジタル変調方式に用いられる電力増幅器には、高出力化や高効率化とともに低歪み化が要求されている。一般に、トランジスタは、入力信号の増加に対して出力信号が線形的に増加する線形領域と、入力信号の増加に対して出力信号の利得圧縮が生じる飽和領域とを有する入出力特性を有しており、飽和領域での信号増幅は出力信号の歪みをもたらすことが知られている。ＯＦＤＭ方式では、多数のシンボルが多重されるため、送信信号波形はガウス分布となり、ＰＡＲ（ピーク対平均電力比）が大きくなる傾向がある。このため、ＯＦＤＭ方式に使用される電力増幅器では、トランジスタの動作出力点をそのトランジスタの飽和出力点から数ｄＢバックオフした点に設定し、トランジスタをなるべく線形領域に近い領域で動作させて、低歪み化を実現させている。この種の電力増幅器に関連する文献として、例えば、特開２００７−１９５１００号公報が知られている。同公報には、多段接続される全てのトランジスタのそれぞれにバイアス電流を分岐供給する１つのバイアス回路を備える電力増幅器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１９５１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、多段接続される全てのトランジスタのそれぞれにバイアス電流を分岐供給する１つのバイアス回路を設けると、最終段のトランジスタに流れるバイアス電流の一部が前段のトランジスタに逆流し、前段のトランジスタのバイアス点を変動させてしまう虞がある。バイアス点が変動すると、送信信号を線形増幅できなくなる。このようなバイアス電流の逆流を阻止するために、バイアス電流経路にチョークコイルを介挿する方法も考えられるが、バイアス電流が大きい場合には、バイアス電流の逆流を十分に阻止することができない。特に、ＯＦＤＭ方式に使用される電力増幅器では、バックオフを大きく取る必要があるため、最終段のトランジスタが最も大きな電力を出力し、最終段のトランジスタに流れる電流は大きくなる。
【０００５】
一方、ＯＦＤＭ方式を採用する無線ＬＡＮでは、同一の周波数帯域の信号を複数の送信アンテナと複数の受信アンテナで送受信する多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信方式や、異なる周波数帯域の信号を１つの送信アンテナと１つの受信アンテナで送受信するマルチバンド通信方式を採用しており、これらの通信方式に対応できる高利得高出力の電力増幅器の開発が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、多段接続される増幅器からのバイアス電流の逆流に起因するバイアス変動を効果的に抑制し、安定して信号増幅できる電力増幅器を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明に係わる電力増幅器は、多段接続される２つ以上の増幅器を有する第一の増幅系統と、１つ以上の増幅器を有する第二の増幅系統と、第一及び第二の増幅系統が有する３つ以上の増幅器のバイアス点を制御するための２つ以上のバイアス回路とを備える。第一の増幅系統に含まれる２つ以上の増幅器は、最終段の増幅器以外の増幅器を含む第一のグループと、少なくとも最終段の増幅器を含む第二のグループとを含む２つ以上のグループにグループ分けされる。２つ以上のバイアス回路は、第一のグループに属する増幅器にバイアス電流を供給するとともに第二の増幅系統に属する増幅器の少なくとも１つにバイアス電流を分岐供給する第一のバイアス回路と、第二のグループに属する増幅器にバイアス電流を供給する第二のバイアス回路とを含む。
【０００８】
複数の増幅系統に含まれる増幅器のバイアス回路の一部を共用化することにより、バイアス回路の数を必要最小限に抑え、小型化を図ることができる。また、最終段の増幅器を含む第二のグループに属する増幅器のバイアス回路を分けることにより、バイアス電流の逆流に起因するバイアス変動を抑制できる。第二の増幅系統は、１つの増幅器のみを含んでいてもよく、多段接続される２つ以上の増幅器を含んでいてもよい。最終段の増幅器を含む第二のグループは、複数の増幅器を含んでもよい。これは、バイアス電流が増幅器に逆流することに起因するバイアス変動が実用上の支障が生じない程度にバイアス電流が小さければ、第二のグループに属する複数の増幅器のそれぞれにバイアス電流を供給する供給系統を一系統にまとめることができるという技術的知見に基づくものである。なお、第一のグループに属する増幅器の接続段数は、第二のグループに属する増幅器の接続段数よりも多い方が好ましい。これは、最終段の増幅器に流れるバイアス電流は相対的に最も大きく、他の増幅器に与えるバイアス変動を極力避けるためである。
【０００９】
本発明の好適な実施形態において、第二の増幅系統は、多段接続される２つ以上の増幅器を有し、第二の増幅系統に含まれる２つ以上の増幅器は、最終段の増幅器以外の増幅器を含む第三のグループと、少なくとも最終段の増幅器を含む第四のグループとを含む２つ以上のグループにグループ分けされる。第一のバイアス回路は、第三のグループに属する増幅器にバイアス電流を分岐供給する。斯かる構成により、電力増幅器の高利得化を実現しつつ、小型化を図ることができる。
【００１０】
電力増幅器は、第一のバイアス回路から第一及び第二の増幅系統のうち何れか１つの増幅系統に属する増幅器にのみバイアス電流を供給するスイッチを更に備えてもよい。これにより、バイアス回路の数を必要最小限に抑えつつ、最も大きなバイアス電流の逆流に起因するバイアス変動を抑制できる。
【００１１】
本発明の好適な実施形態において、第二のグループは、第一の増幅系統の最終段の増幅器のみを含み、第四のグループは、第二の増幅系統の最終段の増幅器のみを含む。２つ以上のバイアス回路は、第四のグループに属する増幅器にバイアス電流を供給する第三のバイアス回路を含む。斯かる構成により、第一の増幅系統の最終段の増幅器のバイアス回路と、第二の増幅系統の最終段の増幅器のバイアス回路とを独立にし、バイアス電流の逆流を防止できるため、より好ましい。なお、第四のグループに属する増幅器にバイアス電流を供給するバイアス回路は、第一のバイアス回路でもよく或いは第二のバイアス回路でもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、多段接続される増幅器からのバイアス電流の逆流に起因するバイアス変動を効果的に抑制し、安定して信号増幅できる電力増幅器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【図２】実施例２に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【図３】実施例３に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【図４】実施例４に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【図５】実施例５に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【図６】実施例６に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【図７】実施例７に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【図８】実施例８に係わる電力増幅器の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態に係わる電力増幅器は、複数の増幅系統と、２つ以上のバイアス回路とを備える。それぞれの増幅系統は、多段接続される２つ以上の増幅器を有する。２つ以上のバイアス回路は、それぞれの増幅系統が有する２つ以上の増幅器のそれぞれのバイアス点を制御する。複数の増幅系統のうち少なくとも１つの増幅系統は、最終段の増幅器以外の２つ以上の増幅器を含む第一のグループと、少なくとも最終段の増幅器を含む第二のグループとを含む２つ以上のグループにグループ分けされる。２つ以上のバイアス回路は、第一のグループに属する２つ以上の増幅器にバイアス電流を分岐供給する第一のバイアス回路と、第二のグループに属する１つ以上の増幅器にバイアス電流を分岐供給する第二のバイアス回路とを含む。第一のグループに属する２つ以上の増幅器にバイアス電流を分岐供給する供給系統と、第二のグループに属する１つ以上の増幅器にバイアス電流を分岐供給する供給系統とを分離することにより、最終段の増幅器に流れるバイアス電流がその前段の増幅器に逆流することを防止し、増幅器のバイアス変動を抑制できる。第二のグループに属する最終段の増幅器に流れるバイアス電流の値は最も大きいため、最終段の増幅器からその前段の増幅器へのバイアス電流の逆流を阻止することの効果は大きい。また、最終段の増幅器以外の増幅器に流れるバイアス電流は、最終段の増幅器に流れるバイアス電流より比較的小さいため、最終段の増幅器以外の増幅器に流れるバイアス電流がその前段の増幅器に逆流することに起因するバイアス変動の影響は、最終段の増幅器に流れるバイアス電流がその前段の増幅器に逆流することに起因するバイアス変動の影響より小さい。このため、第一のグループに属する２つ以上の増幅器のそれぞれにバイアス電流を分岐供給する供給系統を一系統にまとめても、実用上は支障のない範囲でバイアス変動を抑制できる。
【００１５】
なお、後段の増幅器から前段の増幅器へバイアス電流が逆流することに起因するバイアス変動を抑制するためには、それぞれの増幅器に供給されるバイアス電流の供給系統を独立にするように回路構成を設計するのが最適であるが、そのような回路構成では、バイアス回路の数が多くなる結果、回路面積が増大するというデメリットがある。これに対し、本実施形態では、バイアス電流の供給系統を複数系統に分離し、最も大きな電流値を有するバイアス電流の供給系統のみを独立の供給系統としているため、バイアス回路の数を必要最小限に抑えつつ、バイアス電流の逆流に起因するバイアス変動を抑制できるという利点を有する。
【００１６】
以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施例について説明する。同一の回路素子については、同一の符号を付すものとし、重複する説明を省略する。また、実施例２乃至４では、実施例１との相違点を中心に説明するものとし、重複する説明を省略する。また、説明の便宜上、各実施例における増幅系統の数を２とし、トランジスタの接続段数を３とする例を示すが、増幅系統の数やトランジスタの接続段数はこれに限られるものではない。また、各実施例において例示するトランジスタの接続段数やトランジスタのグループ分けの仕方は一例であり、本発明を限定するものではない。
【実施例１】
【００１７】
図１に示すように、本実施例に係わる電力増幅器１００は、同一周波数帯域の信号を増幅する多入力多出力通信に用いられるものであり、２つの増幅系統１０，２０と、３つのバイアス回路３１，３２，３３とを備える。２つの増幅系統１０，２０は、それぞれ異なるアンテナ（図示せず）に接続される。多入力多出力通信では、異なるデータを複数のアンテナで送信し、受信側でこれを合成することで擬似的な広帯域を実現し、通信速度の高速化を図っている。そのため、増幅系統１０，２０が増幅する信号の周波数帯域は同一であり、送信データのみが異なる。
【００１８】
増幅系統１０は、多段接続される３つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３と、入力端子１１とトランジスタＴｒ１の入力とをインピーダンス整合するための入力整合回路１２と、トランジスタＴｒ１の出力とトランジスタＴｒ２の入力とをインピーダンス整合するための段間整合回路１３と、トランジスタＴｒ２の出力とトランジスタＴｒ３の入力とをインピーダンス整合するための段間整合回路１４と、トランジスタＴｒ３の出力と出力端子１６とのインピーダンス整合するための出力整合回路１５とを備える。最前段のトランジスタＴｒ１のベース端子Ｂ１は、入力整合回路１２を介して入力端子１１に接続し、そのエミッタ端子Ｅ１は接地されており、そのコレクタ端子Ｃ１は、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ１に接続されている。２段目のトランジスタＴｒ２のベース端子Ｂ２は、段間整合回路１３を介してコレクタ端子Ｃ１に接続されており、そのエミッタ端子Ｅ２は接地されており、そのコレクタ端子Ｃ２は、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ２に接続されている。最終段のトランジスタＴｒ３のベース端子Ｂ３は、段間整合回路１４を介してコレクタ端子Ｃ２に接続されており、そのエミッタ端子Ｅ３は接地されており、そのコレクタ端子Ｃ３は、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ３に接続されるとともに、出力整合回路１５を介して出力端子１６に接続されている。
【００１９】
増幅系統２０は、多段接続される３つのトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６と、入力端子２１とトランジスタＴｒ４の入力とをインピーダンス整合するための入力整合回路２２と、トランジスタＴｒ４の出力とトランジスタＴｒ５の入力とをインピーダンス整合するための段間整合回路２３と、トランジスタＴｒ５の出力とトランジスタＴｒ６の入力とをインピーダンス整合するための段間整合回路２４と、トランジスタＴｒ６の出力と出力端子２６とのインピーダンス整合するための出力整合回路２５とを備える。最前段のトランジスタＴｒ４のベース端子Ｂ４は、入力整合回路２２を介して入力端子２１に接続し、そのエミッタ端子Ｅ４は接地されており、そのコレクタ端子Ｃ４は、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ４に接続されている。２段目のトランジスタＴｒ５のベース端子Ｂ５は、段間整合回路２３を介してコレクタ端子Ｃ４に接続されており、そのエミッタ端子Ｅ５は接地されており、そのコレクタ端子Ｃ５は、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ５に接続されている。最終段のトランジスタＴｒ６のベース端子Ｂ６は、段間整合回路２４を介してコレクタ端子Ｃ５に接続されており、そのエミッタ端子Ｅ６は接地されており、そのコレクタ端子Ｃ６は、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ６に接続されるとともに、出力整合回路２５を介して出力端子２６に接続されている。本実施例におけるトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、エミッタ接地バイポーラトランジスタであり、信号を線形増幅するための線形増幅器として機能する。
【００２０】
増幅系統１０に属する３つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３は、多段接続される２つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を含む第一のグループと、最終段のトランジスタＴｒ３のみを含む第二のグループとにグループ分けされている。同様に、増幅系統２０に属する３つのトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６は、多段接続される２つのトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５を含む第三のグループと、最終段のトランジスタＴｒ６のみを含む第四のグループとにグループ分けされている。バイアス回路３１は、第一のグループに属するトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と、第三のグループに属するトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５のそれぞれのベース端子Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ５にバイアス電流Ｉｂ１，Ｉｂ２，Ｉｂ４，Ｉｂ５を分岐供給することにより、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ５が信号を線形増幅するようにバイアス点を制御している。バイアス回路３２は、第二のグループに属するトランジスタＴｒ３のベース端子Ｂ３にバイアス電流Ｉｂ３を供給することにより、トランジスタＴｒ３が信号を線形増幅するようにバイアス点を制御している。バイアス回路３３は、第四のグループに属するトランジスタＴｒ６のベース端子Ｂ６にバイアス電流Ｉｂ６を供給することにより、トランジスタＴｒ６が信号を線形増幅するようにバイアス点を制御している。バイアス回路３１，３２，３３は、例えば、絶対温度に対して負の線形温度特性を有する基準電流をベースバイアス電流として供給するＣＴＡＴ電流源である。
【００２１】
電力増幅器１００は、バイアス回路３１，３２，３３の電源をオン／オフに切り替えることで、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の動作を瞬時にオン／オフに切り替えることが可能である。コレクタバイアス電源Ｖｃｃ１〜Ｖｃｃ６がオンした状態でバイアス回路３１，３２，３３の電源をオフにすることで、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に流れるバイアス電流Ｉｂ１〜Ｉｂ６をオフすることができる。バイアス電流Ｉｂ１〜Ｉｂ６が流れなければ、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のコレクタ電流も殆ど流れないため、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ほぼオフ状態となる。但し、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ１〜Ｖｃｃ６までもオフしてしまうと、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の立ち上がりに時間を要するため、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ１〜Ｖｃｃ６はオンにしたまま、バイアス回路３１，３２，３３の電源のオン／オフのみを制御する。つまり、コレクタバイアス電源Ｖｃｃ１〜Ｖｃｃ６をオンさせることで、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を準備状態にしておき、バイアス回路３１，３２，３３の電源をオン／オフさせることで、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の動作を制御する。
【００２２】
上述の回路構成を備える電力増幅器１００においては、前段のトランジスタの方が後段のトランジスタよりも相対的に高い利得が要求されるため、バイアス変動が信号増幅に与える影響は後段のトランジスタよりも前段のトランジスタの方が大きい。一方、後段のトランジスタの方が前段のトランジスタよりも相対的に大きい電流が流れるため、最も大きい電流が流れる最終段のトランジスタからその前段のトランジスタへの高周波電流の逆流が与えるバイアス変動を抑制する必要性が最も高い。特に、電力増幅器１００がＯＦＤＭ方式に使用される場合、バックオフを大きく取る必要があるため、最終段のトランジスタＴｒ３，Ｔｒ６から出力される電力は最も大きく、それ故、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ６に流れる電流は最も大きくなる。このため、Ｉｂ３＞（Ｉｂ１＋Ｉｂ２）又はＩｂ６＞（Ｉｂ４＋Ｉｂ５）の関係が成立することが多い。
【００２３】
本実施例では、第二のグループに属する最終段のトランジスタＴｒ３にバイアス電流Ｉｂ３を供給する供給系統と、第四のグループに属する最終段のトランジスタＴｒ６にバイアス電流Ｉｂ６を供給する供給系統と、第一及び第二のグループに属するトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ５のそれぞれにバイアス電流Ｉｂ１，Ｉｂ２，Ｉｂ４，Ｉｂ５を分岐供給する供給系統とを分離することにより、最も大きな電流値を有するバイアス電流Ｉｂ３が前段のトランジスタＴｒ２又はＴｒ１に逆流することを防止するとともに、最も大きな電流値を有するバイアス電流Ｉｂ６が前段のトランジスタＴｒ４又はＴｒ５に逆流することを防止し、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ５のバイアス変動を抑制している。また、バイアス電流Ｉｂ２の電流値は、バイアス電流Ｉｂ３の電流値よりも比較的小さいため、バイアス電流Ｉｂ２が前段のトランジスタＴｒ１に逆流することに起因するバイアス変動の影響は、バイアス電流Ｉｂ３が前段のトランジスタＴｒ２又はＴｒ１に逆流することに起因するバイアス変動の影響よりも小さい。同様に、バイアス電流Ｉｂ５の電流値は、バイアス電流Ｉｂ６の電流値よりも比較的小さいため、バイアス電流Ｉｂ５が前段のトランジスタＴｒ４に逆流することに起因するバイアス変動の影響は、バイアス電流Ｉｂ６が前段のトランジスタＴｒ５又はＴｒ４に逆流することに起因するバイアス変動の影響よりも小さい。このため、第一及び第二のグループに属するトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ５のそれぞれにバイアス電流Ｉｂ１，Ｉｂ２，Ｉｂ４，Ｉｂ５を分岐供給する供給系統を一系統にまとめても、実用上は支障のない範囲でバイアス変動を抑制できる。
【００２４】
後段のトランジスタから前段のトランジスタへバイアス電流が逆流することに起因するバイアス変動を抑制するためには、それぞれのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に供給されるバイアス電流の供給系統を独立にするように回路設計するのが最適であるが、そのような回路設計では、バイアス回路の数が多くなる結果、回路面積が増大するというデメリットがある。これに対し、本実施例によれば、バイアス電流の供給系統を三系統に分離し、最も大きな電流値を有するバイアス電流Ｉｂ３，Ｉｂ６の供給系統のみを独立の供給系統としているため、バイアス回路３１，３２，３３の数を必要最小限に抑えつつ、バイアス電流Ｉｂ３，Ｉｂ６の逆流に起因するバイアス変動を抑制できるという利点を有する。
【００２５】
なお、バイアス回路３１，３２，３３によるバイアス制御を精密に行うためには、バイアス回路３１，３２，３３の温度特性を揃えることが望ましい。バイアス回路３１，３２，３３の回路構成が異なると、両者の温度特性を揃えるのが困難になるため、バイアス回路３１，３２，３３の回路構成を変えずに、回路素子数（例えば、トランジスタ数）のみを調整するのが好ましい。また、高周波バイアス電流Ｉｂ１がバイアス回路３１に逆流するのを阻止するためのチョークコイルＬｂ１をバイアス回路３１とベース端子Ｂ１との間のバイアス電流経路に介挿してもよく、高周波コレクタバイアス電流がコレクタバイアス電源Ｖｃｃ１に逆流するのを阻止するためのチョークコイルＬｃ１をコレクタバイアス電源Ｖｃｃ１とコレクタ端子Ｃ１との間のバイアス電流経路に介挿してもよい。同様に、それぞれのトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６のバイアス電流経路にチョークコイルＬｂ２，Ｌｃ２，Ｌｂ３，Ｌｃ３，Ｌｂ４，Ｌｃ４，Ｌｂ５，Ｌｃ５，Ｌｂ６，Ｌｃ６を介挿してもよい。
【実施例２】
【００２６】
図２に示すように、本実施例に係わる電力増幅器２００は、同一周波数帯域の信号を増幅する多入力多出力通信に用いられるものであり、２つの増幅系統１０，２０と、２つのバイアス回路３３，３４とを備える。２つの増幅系統１０，２０は、それぞれ異なるアンテナ（図示せず）に接続される。増幅系統１０に属する３つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３は、全て第五のグループに属する。増幅系統２０に属する３つのトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６は、多段接続される２つのトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５を含む第六のグループと、最終段のトランジスタＴｒ６のみを含む第七のグループとにグループ分けされている。バイアス回路３４は、第五のグループに属するトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３と、第六のグループに属するトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５のそれぞれのベース端子Ｂ１〜Ｂ５にバイアス電流Ｉｂ１〜Ｉｂ５を分岐供給することにより、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５が信号を線形増幅するようにバイアス点を制御している。バイアス回路３３は、第七のグループに属するトランジスタＴｒ６のベース端子Ｂ６にバイアス電流Ｉｂ６を供給することにより、トランジスタＴｒ６が信号を線形増幅するようにバイアス点を制御している。
【００２７】
本実施例では、第五のグループが最終段のトランジスタＴｒ３を含む点において実施例１と異なる。これは、バイアス電流Ｉｂ３がトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２に逆流することに起因するバイアス変動が実用上の支障が生じない程度にバイアス電流Ｉｂ３が小さければ、第五及び第六のグループに属するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５のそれぞれにバイアス電流Ｉｂ１〜Ｉｂ５を分岐供給する供給系統を一系統にまとめることができるという技術的知見に基づくものである。
【実施例３】
【００２８】
図３に示すように、本実施例に係わる電力増幅器３００は、異なる周波数帯域の信号を増幅するデュアルバンド通信に用いられるものであり、２つの増幅系統１０，２０と、３つのバイアス回路３１，３２，３３と、スイッチ４０とを備える。それぞれの増幅系統１０，２０に属するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のグループ分けの仕方は、実施例１のグループ分けと同様であるため、その詳細な説明を省略する。スイッチ４０は、バイアス回路３１から出力されるバイアス電流の供給先を第一のグループ又は第三のグループの何れか一方に選択的に切り替える。デュアルバンド通信に用いられる電力増幅器３００では、２つの増幅系統１０，２０のうち一方が作動状態にあるときは、他方は待機状態にある。例えば、増幅系統１０が作動状態にあり、かつ増幅系統２０が待機状態にあるときは、スイッチ４０は、バイアス回路３１から出力されるバイアス電流を増幅系統１０の第一のグループに供給する。また例えば、増幅系統２０が作動状態にあり、かつ増幅系統１０が待機状態にあるときは、スイッチ４０は、バイアス回路３１から出力されるバイアス電流を増幅系統２０の第三のグループに供給する。このように、作動状態にある何れか一つの増幅系統にのみバイアス電流を供給するようにスイッチ４０を切り替えることで、電力増幅器３００のアイソレーションを取ることができる。なお、上述の例では、デュアルバンド用の回路構成を例示したが、３つ以上の異なる周波数帯域の信号を増幅するマルチバンド通信にも本実施例を適用できる。
【実施例４】
【００２９】
図４に示すように、本実施例に係わる電力増幅器４００は、異なる周波数帯域の信号を増幅するデュアルバンド通信に用いられるものであり、２つの増幅系統１０，２０と、３つのバイアス回路３３，３４と、スイッチ４０とを備える。それぞれの増幅系統１０，２０に属するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のグループ分けの仕方は、実施例２のグループ分けと同様であるため、その詳細な説明を省略する。スイッチ４０は、バイアス回路３４から出力されるバイアス電流の供給先を第五のグループ又は第六のグループの何れか一方に選択的に切り替える。デュアルバンド通信に用いられる電力増幅器４００では、２つの増幅系統１０，２０のうち一方が作動状態にあるときは、他方は待機状態にある。例えば、増幅系統１０が作動状態にあり、かつ増幅系統２０が待機状態にあるときは、スイッチ４０は、バイアス回路３４から出力されるバイアス電流を増幅系統１０の第五のグループに供給する。また例えば、増幅系統２０が作動状態にあり、かつ増幅系統１０が待機状態にあるときは、スイッチ４０は、バイアス回路３４から出力されるバイアス電流を増幅系統２０の第六のグループに供給する。このように、作動状態にある何れか一つの増幅系統にのみバイアス電流を供給するようにスイッチ４０を切り替えることで、電力増幅器４００のアイソレーションを取ることができる。なお、上述の例では、デュアルバンド用の回路構成を例示したが、３つ以上の異なる周波数帯域の信号を増幅するマルチバンド通信にも本実施例を適用できる。
【実施例５】
【００３０】
図５に示すように、本実施例に係わる電力増幅器５００は、増幅系統１０に属するトランジスタＴｒ１及び増幅系統２０に属するトランジスタＴｒ４を省略し、その余の構成を実施例１に係わる電力増幅器１００と同じにすることによって、増幅系統１０，２０のトランジスタの接続段数をそれぞれ２としている。バイアス回路３１は、トランジスタＴｒ２及びＴｒ５のそれぞれにバイアス電流を供給し、バイアス回路３２は、トランジスタＴｒ３にバイアス電流を供給し、バイアス回路３３は、トランジスタＴｒ６にバイアス電流を供給する。二段接続トランジスタによって十分な利得が得られる場合には、トランジスタの接続段数を２にすることによって、電力増幅器１０の回路面積を縮小し、小型化できる。
【実施例６】
【００３１】
図６に示すように、本実施例に係わる電力増幅器６００は、単一のバイアス回路３５からトランジスタＴｒ３，Ｔｒ６のそれぞれにバイアス電流を供給し、その余の構成を実施例１に係わる電力増幅器１００と同じにしている。トランジスタＴｒ３，Ｔｒ６に流れるバイアス電流が小さい場合には、バイアス電流の逆流に起因するバイアス点の変動を実用上支障のない範囲で抑制できる。
【実施例７】
【００３２】
図７に示すように、本実施例に係わる電力増幅器７００は、増幅系統１０に属するトランジスタＴｒ１及び増幅系統２０に属するトランジスタＴｒ４を省略し、その余の構成を実施例３に係わる電力増幅器３００と同じにすることによって、増幅系統１０，２０のトランジスタの接続段数をそれぞれ２としている。バイアス回路３１は、トランジスタＴｒ２又はＴｒ５の何れか一方に選択的にバイアス電流を供給し、バイアス回路３２は、トランジスタＴｒ３にバイアス電流を供給し、バイアス回路３３は、トランジスタＴｒ６にバイアス電流を供給する。トランジスタの接続段数を少なくすることで、電力増幅器１０の回路面積を縮小し、小型化できる。
【実施例８】
【００３３】
図８に示すように、本実施例に係わる電力増幅器８００は、単一のバイアス回路３６からスイッチ４１を介して選択的に何れか一方のトランジスタＴｒ３，Ｔｒ６にバイアス電流を供給するように構成し、その余の構成を図３に示す実施例３に係わる電力増幅器３００と同じにしている。トランジスタＴｒ３，Ｔｒ６に流れるバイアス電流が小さい場合には、バイアス電流の逆流に起因するバイアス点の変動を実用上支障のない範囲で抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係わる電力増幅器は、無線通信機の信号増幅回路等に利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１００，２００，３００，４００…電力増幅器
３１，３２，３３，３４…バイアス回路
Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６…トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段接続される２つ以上の増幅器を有する第一の増幅系統と、
１つ以上の増幅器を有する第二の増幅系統と、
前記第一及び第二の増幅系統が有する３つ以上の増幅器のバイアス点を制御するための２つ以上のバイアス回路と、を備え、
前記第一の増幅系統に含まれる前記２つ以上の増幅器は、最終段の増幅器以外の増幅器を含む第一のグループと、少なくとも前記最終段の増幅器を含む第二のグループとを含む２つ以上のグループにグループ分けされ、
前記２つ以上のバイアス回路は、前記第一のグループに属する増幅器にバイアス電流を供給するとともに前記第二の増幅系統に属する増幅器の少なくとも１つにバイアス電流を分岐供給する第一のバイアス回路と、前記第二のグループに属する増幅器にバイアス電流を供給する第二のバイアス回路とを含む、電力増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の電力増幅器であって、
前記第二の増幅系統は、多段接続される２つ以上の増幅器を有し、
前記第二の増幅系統に含まれる前記２つ以上の増幅器は、最終段の増幅器以外の増幅器を含む第三のグループと、少なくとも前記最終段の増幅器を含む第四のグループとを含む２つ以上のグループにグループ分けされ、
前記第一のバイアス回路は、前記第三のグループに属する増幅器にバイアス電流を分岐供給する、電力増幅器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電力増幅器であって、
前記第一のバイアス回路から前記第一及び第二の増幅系統のうち何れか１つの増幅系統に属する増幅器にのみバイアス電流を供給するスイッチを更に備える、電力増幅器。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の電力増幅器であって、
前記第二のグループは、前記第一の増幅系統の前記最終段の増幅器のみを含む、電力増幅器。
【請求項５】
請求項２に記載の電力増幅器であって、
前記第二のグループは、前記第一の増幅系統の前記最終段の増幅器のみを含み、
前記第四のグループは、前記第二の増幅系統の前記最終段の増幅器のみを含み、
前記２つ以上のバイアス回路は、前記第四のグループに属する増幅器にバイアス電流を供給する第三のバイアス回路を含む、電力増幅器。
【請求項１】
多段接続される２つ以上の増幅器を有する第一の増幅系統と、
１つ以上の増幅器を有する第二の増幅系統と、
前記第一及び第二の増幅系統が有する３つ以上の増幅器のバイアス点を制御するための２つ以上のバイアス回路と、を備え、
前記第一の増幅系統に含まれる前記２つ以上の増幅器は、最終段の増幅器以外の増幅器を含む第一のグループと、少なくとも前記最終段の増幅器を含む第二のグループとを含む２つ以上のグループにグループ分けされ、
前記２つ以上のバイアス回路は、前記第一のグループに属する増幅器にバイアス電流を供給するとともに前記第二の増幅系統に属する増幅器の少なくとも１つにバイアス電流を分岐供給する第一のバイアス回路と、前記第二のグループに属する増幅器にバイアス電流を供給する第二のバイアス回路とを含む、電力増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の電力増幅器であって、
前記第二の増幅系統は、多段接続される２つ以上の増幅器を有し、
前記第二の増幅系統に含まれる前記２つ以上の増幅器は、最終段の増幅器以外の増幅器を含む第三のグループと、少なくとも前記最終段の増幅器を含む第四のグループとを含む２つ以上のグループにグループ分けされ、
前記第一のバイアス回路は、前記第三のグループに属する増幅器にバイアス電流を分岐供給する、電力増幅器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電力増幅器であって、
前記第一のバイアス回路から前記第一及び第二の増幅系統のうち何れか１つの増幅系統に属する増幅器にのみバイアス電流を供給するスイッチを更に備える、電力増幅器。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の電力増幅器であって、
前記第二のグループは、前記第一の増幅系統の前記最終段の増幅器のみを含む、電力増幅器。
【請求項５】
請求項２に記載の電力増幅器であって、
前記第二のグループは、前記第一の増幅系統の前記最終段の増幅器のみを含み、
前記第四のグループは、前記第二の増幅系統の前記最終段の増幅器のみを含み、
前記２つ以上のバイアス回路は、前記第四のグループに属する増幅器にバイアス電流を供給する第三のバイアス回路を含む、電力増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１７６７５５（Ｐ２０１１−１７６７５５Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４０８３０（Ｐ２０１０−４０８３０）
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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