電力増幅器
【課題】本実施例の一側面における電力増幅器はトランジスタの入力側と出力側の両方に高調波処理を行う整合回路を設けた場合でも発振が生じるのを抑止し、電力増幅器の安定動作を可能とすることを目的とする。
【解決手段】本実施例の一側面における電力増幅器は、基本波と高調波を含む入力信号を入力ノードで受けとり、入力信号の電力を増幅することにより出力信号を生成し、生成された出力信号を出力ノードから出力する増幅回路と、増幅回路の入力ノードに接続され、入力信号の高調波処理を行う入力整合回路と、増幅回路の出力ノードに接続され、出力信号の高調波処理を行う出力整合回路を含む。増幅回路は、入力信号の電力が所定値より大きい値からその所定値より小さい値に低下したとき、生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させる。
【解決手段】本実施例の一側面における電力増幅器は、基本波と高調波を含む入力信号を入力ノードで受けとり、入力信号の電力を増幅することにより出力信号を生成し、生成された出力信号を出力ノードから出力する増幅回路と、増幅回路の入力ノードに接続され、入力信号の高調波処理を行う入力整合回路と、増幅回路の出力ノードに接続され、出力信号の高調波処理を行う出力整合回路を含む。増幅回路は、入力信号の電力が所定値より大きい値からその所定値より小さい値に低下したとき、生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例の一側面において開示する技術は、電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線基地局で用いられる無線通信装置は、無線送信される送信信号の電力を増幅するため、電力増幅器を含む。電力増幅器は一般に、高周波の入力信号に対して高出力動作を行うことが要求されるため、高周波の入力信号に対して、高い電力増幅効率を有することが望まれている。高増幅効率を有する電力増幅器を実現する手段の一つとして、Ｆ級電力増幅器が知られている。
【０００３】
図１は、電力増幅器の構成の一例を示す図である。図１に示した電力増幅器１００は、トランジスタ１０２、入力整合回路１０４、出力整合回路１０６、ゲートバイアス発生回路１０８、及びドレインバイアス発生回路１１０を含む。
【０００４】
トランジスタ１０２のゲートには、ゲートバイアス発生回路１０８から入力整合回路１０４を介して一定のゲートバイアス電圧が供給され、ドレインにはドレインバイアス発生回路１１０から出力整合回路１０６を介して一定のドレインバイアス電圧が供給される。トランジスタ１０２は、電力増幅器１００の入力ノードＰｉｎに供給された入力信号をゲートで受けとり、受けとった入力信号の電力を増幅する。トランジスタ１０２は、電力増幅の結果得られる信号を出力信号として、ドレインから、電力増幅器１００の出力ノードＰｏｕｔに出力する。
【０００５】
トランジスタ１０２のドレインには、出力整合回路１０６が接続されている。出力整合回路１０６は、トランジスタ１０２の出力信号に含まれる高調波を処理する高調波処理回路として機能する。電力増幅器１００がＦ級増幅器として動作する場合、出力整合回路１０６において、トランジスタ１０２の出力ノードから負荷回路側（出力整合回路１０６側）を見たときのインピーダンスが、偶数次高調波に対してはゼロ（ショート）となり、奇数次高調波に対しては無限大（開放）となるように、高調波処理が行われる。電力増幅器１００がＦ級増幅器として動作する場合、このような高調波処理によって、出力信号の電圧波形と電流波形との重なりを減らすことができ、電力損失を抑えることにより、電力増幅を高効率化することができる。高調波処理回路については、複数のスタブによって構成された分布定数線路によって実現する手法が知られている（例えば、下記特許文献１及び２参照）。
【０００６】
一方、トランジスタ１０２のゲートには、入力整合回路１０４が接続されている。入力整合回路１０４は、トランジスタ１０２の入力信号に含まれる高調波を処理する高調波処理回路として機能する。電力増幅器１００では、入力整合回路１０４においても、出力整合回路１０６と同様の高調波処理が行われる。電力増幅器１００では、出力側の出力整合回路１０６だけでなく、入力側の入力整合回路１０４においても高調波処理を行うことによって、さらなる電力増幅の高効率化を達成することができる。
【０００７】
また、出力整合回路１０６において、トランジスタ１０２の出力ノードから負荷回路を見たときのインピーダンスが、偶数次高調波に対して無限大（開放）となり、奇数次高調波に対してはゼロ（ショート）となるように、高調波処理を行い、出力信号の電圧波形と電流波形との関係が、上述のＦ級増幅器の場合とは逆にすることにより、電力増幅の高効率化を図る逆Ｆ級電力増幅器も提案されている（下記非特許文献１参照）。逆Ｆ級電力増幅器においては、Ｆ級増幅器よりもさらに高効率な電力増幅が可能になると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１‐３５６７７９号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４６２６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】A. Inoue, et al., “Analysis of class-F and inverse class-F amplifiers,” IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., Boston, MA Jun. 2000, pp. 775-778
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、トランジスタの入力側（ゲート側）と出力側（ドレイン側）の両方に、スタブを形成し、入力側と出力側の両方において高調波処理を行うようにした場合、スタブを形成せず、入力側と出力側の両方とも高調波処理を行わない場合や、出力側にのみスタブを形成し、出力側においてのみ高調波処理を行う場合と比べて、電力増幅効率を向上させることができる。
【００１１】
しかしながら、トランジスタの入力側（ゲート側）と出力側（ドレイン側）の両方にスタブを形成した場合、高調波帯域において発振が生じる場合があることが、本願発明者が行った実験により見出された。このような発振現象は、電力増幅器の動作を不安定にする要因となるため、発振が生じるのを事前に抑止することが望まれる。
【００１２】
従って、本実施例の一側面においては、トランジスタの入力側と出力側の両方に高調波処理を行う整合回路を設けた場合でも、発振が生じるのを抑止することができ、安定動作が可能な電力増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本実施例の一側面における電力増幅器は、基本波と高調波を含む入力信号を入力ノードで受けとり、前記入力信号の電力を増幅することにより出力信号を生成し、前記生成された出力信号を出力ノードから出力する増幅回路と、前記増幅回路の入力ノードに接続され、前記入力信号の高調波処理を行う入力整合回路と、前記増幅回路の出力ノードに接続され、前記出力信号の高調波処理を行う出力整合回路とを含む。さらに、前記増幅回路は、前記入力信号の電力が所定の値より大きい値から前記所定の値より小さい値に低下したとき、前記生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本実施例の一側面における電力増幅器においては、トランジスタの入力側と出力側の両方に高調波処理を行う整合回路を設けた場合でも、発振が生じるのを抑止し、電力増幅器の安定動作を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電力増幅器の構成の一例を示す図である。
【図２】トランジスタ１０２の入力側と出力側の両方にスタブを形成し、高調波処理回路を設けた電力増幅器における発振の一例を示す図である。
【図３】電力増幅器の入出力特性を示す図である。
【図４】第1実施例に係る電力増幅器４００の構成の一例を示す図である。
【図５】入力整合回路４０４と出力整合回路４０６の構成の一例を示す図である。
【図６】第２実施例に係る電力増幅器６００の構成の一例を示す図である。
【図７】第３実施例に係る電力増幅器７００の構成の一例を示す図である。
【図８】基準値テーブル７１８の一例を示す図である。
【図９】第４実施例に係る電力増幅器９００の構成の一例を示す図である。
【図１０】第５実施例に係る電力増幅器１０００の構成の一例を示す図である。
【図１１】ゲートバイアス電圧を変化させたときの、２次高調波に対する最適整合点のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１７】
［１．第１実施例］
以下、第１実施例に係る電力増幅器について説明する。
【００１８】
［１−１．発振現象に関する実験及び考察］
第１実施例に係る電力増幅器について説明する前に、本願発明者が行った、上述の発振現象に関する実験及び考察について説明する。
【００１９】
［１−１−１．発振現象に関する実験］
図２は、本願発明者が図１に示した電力増幅器１００を用いて行った、上述の発振現象に関する実験（以下、実験１と称する）の結果を示す図である。図２は、図１に示したトランジスタ１０２の入力側と出力側の両方にスタブを形成し、高調波処理回路を設けたＦ級電力増幅器における発振の一例を示す図である。
【００２０】
図２に示した例は、８００ＭＨｚの基本波を有する入力信号に対して高調波帯域において観測された発振の例であり、本願発明者が実験により取得したデータに基づくものである。図２から分かるように、偶数次の高調波において発振が生じることが観測された。
【００２１】
また、本願発明者が行った実験１によれば、図２に示した発振は、電力増幅器の入力電力を、トランジスタにおいて、出力電力が飽和する領域（飽和領域）に属する大きい電力値から、入力電力と出力電力の関係が線形性を示す領域（線形領域）に属する小さい電力値に減少させた場合にのみ観測された。一方、図２に示した発振は、入力電力を、飽和領域に属する大きい電力値にした場合には観測されなかった。また、上述の発振は、入力電力を、線形領域に属する小さい電力値から、飽和領域に属する大きい電力値に増加させていった場合にも、同様に観測されなかった。
【００２２】
すなわち、上記実験１の結果から、本願発明者は、上述の発振現象が、電力増幅器において入力電力を、トランジスタの飽和領域の電力値から、線形領域の電力値に減少させた場合にのみ観測される、入力電力に対して履歴（ヒステリシス）を有する発振現象であることを見出した。
【００２３】
一方、本願発明者は、トランジスタの入力側と出力側の一方においてスタブを切り離し、高調波処理回路を設けないようにした場合には、図２に示した発振が生じないことを、実験により確認した（以下、実験２と称する）。
【００２４】
［１−１−２．実験１及び実験２の結果に基づく考察］
上述の実験２の結果により、トランジスタの入力側と出力側の一方においてスタブを切り離した場合には発振現象が見られなくなることから、トランジスタの入力側と出力側の両方においてスタブ自体が反射器を形成し、入力側と出力側に設けられたスタブの間で信号の反射が起こり、入力側と出力側に設けられたスタブの間で信号の共振が生じていることが、上述の発振現象の一因であると考えられる。
【００２５】
すなわち、トランジスタ１０２の出力側に位置する出力整合回路１０６によって、トランジスタ１０２の出力信号の高調波が反射され、反射された高調波信号がトランジスタ１０２の入力側に帰還される。この帰還された高調波信号は、入力側に位置する入力整合回路１０４によって反射され、反射された高調波信号がトランジスタ１０２によって増幅されて、再び出力信号としてトランジスタ１０２の出力側に現れる。
【００２６】
そして、実験１の結果から、電力増幅器の入力電力を、トランジスタの飽和領域に属する大きい電力値から、線形領域に属する小さい電力値に減少させた場合に、入力側と出力側に設けられたスタブの間の信号の反射において、共振条件が満たされるようになり、発振が生じるものと考えられる。
【００２７】
特に、トランジスタを用いた電力増幅器の場合、トランジスタは入力電力が低いほど利得が増加するため、トランジスタへの入力電力が低く、トランジスタの出力側のスタブの反射によって入力側に帰還される信号の電力が低い場合であっても、帰還された信号の電力がトランジスタによって増幅されることにより、出力側には大きな出力電力を有する出力信号が生じることとなり、発振が生じ易くなっていると考えられる。
【００２８】
従って、電力増幅器において発振が生じるのを抑止するためには、意図的に、トランジスタの出力信号（高調波信号）が、入力側と出力側に設けられたスタブの間における信号の共振条件を満たさないようにすることが有効であると考えられる。
【００２９】
尚、上述の実験２の結果から、トランジスタの入力側と出力側の一方においてスタブを切り離すことにより、上述の発振が生じるのを抑止することが分かるが、一方のスタブを切り離した場合、上述のように、高い電力増幅効率を得るのは難しくなる。そのため、一方のスタブを切り離すのは望ましくない。
【００３０】
［１−１−３．発振抑止方法の検証実験］
上述の考察に基づいて、本願発明者はさらに、以下に示す検証実験を行った。
【００３１】
本願発明者は、ゲートバイアス電圧を変化させて、ゲートバイアス電圧をそれぞれ、−２．６９Ｖ、−２．３９Ｖ、−２．１９Ｖと正電圧方向に大きくした場合に、高調波帯域において、図２に示したような発振現象が観測されるかを検証する実験（以下、実験３と称する）を行った。
【００３２】
尚、実験３においては、図１に示した電力増幅器１００を用い、トランジスタ１０２として、出力電力が１０Ｗであり、ピンチオフ電圧が負電圧である負電圧ＧａＮ ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用い、ドレインバイアス発生回路１１０においてはドレインバイアス電圧を２８Ｖとした。また、入力整合回路１０４及び出力整合回路１０６には、複数のスタブによって構成された分布定数線路を用い、入力側、出力側ともに２次高調波まで高調波処理を行う構成を採用した。また、入力信号には、８００ＭＨｚの基本波を有する高周波信号を用いた。
【００３３】
実験１の結果、ゲートバイアス電圧を−２．６９Ｖとした場合には、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少したときに、図２に示したような発振現象が観測された。一方、ゲートバイアス電圧を−２．３９Ｖとした場合には、同様に、図２に示したような発振現象が観測されたものの、発振が観測された高調波（例えば、２次高調波）における電力値（ピーク値）は、ゲートバイアス電圧を−２．６９Ｖとした場合よりも小さくなることが観測された。そして、ゲートバイアス電圧を−２．１９Ｖとした場合には、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少したときであっても、発振現象は観測されなくなり、例えば、２次高調波において観測されていた電力のピークも消滅することが確認された。
【００３４】
［１−１−４．検証実験の結果に対する考察］
実験１の結果が示すように、ゲートバイアス電圧を正電圧方向に大きくすることにより発振が生じなくなる点について、本願発明者は、以下に示すように考察した。
【００３５】
図１１は、本願発明者が行ったシミュレーションの結果の一例をスミスチャートによって示した図であり、ゲートバイアス電圧を変化させたときの、２次高調波に対する最適整合点のシミュレーション結果を示す図である。図１１に示したシミュレーションは、上述の実験３の場合と同様に、図１に示した電力増幅器１００を用いて行われた。
【００３６】
図１１に示したように、入力電力が発振が観測されなかった飽和領域に属する値である場合は（Ｐｉｎ＝２５ｄＢｍ）、ゲートバイアス電圧Ｖｇを−２．６９Ｖから−２．１９Ｖに高くしても、２次高調波に対する整合点は変化しないことが分かる。
【００３７】
これに対して、入力電力が発振が観測された線形領域に属する値である場合には（Ｐｉｎ＝６ｄＢｍ）、ゲートバイアス電圧Ｖｇを−２．６９Ｖから−２．１９Ｖに高くすると、２次高調波に対する整合点は、図１１に点線矢印で示したようにずれ、２倍高調波信号に対するインピーダンスの位相が約７０度から約５０度に回転することが分かる。
【００３８】
すなわち、電力増幅器１００において、入力電力が線形領域に属する小さい値である場合に、ゲートバイアス電圧を正電圧方向に大きくすることにより、高調波信号に対する整合点をずらし、高調波信号の整合点における出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることができることを確認した。
【００３９】
そして、高調波信号に対する整合点がずれることにより、入力電力が線形領域に属する小さい値であるときのトランジスタ１０２の利得が低くなる方向に変化するため、高調波信号が入力整合回路１０４と出力整合回路１０６の間における信号の共振条件を満たさなくなり、発振を抑止することができたものと考えられる。
【００４０】
また、別の観点によれば、電力増幅器１００において、ゲートバイアス電圧が負電圧方向に小さい場合、高調波帯域において安定指数が（K factor）１より小さくなる帯域が存在し、高調波信号の整合点が不安定領域に位置する場合があったと考えられる。電力増幅器の安定指数が１より小さい不安定領域においては、発振が生じる可能性があることが知られているためである。
【００４１】
これに対し、ゲートバイアス電圧を正電圧方向に大きくした場合、高調波帯域における安定指数を全体的に大きくすることができるので、安定指数が１より小さくなっていた帯域においても、安定指数を１より大きい値にすることができる。
【００４２】
これにより、高調波信号の整合点を不安定領域から、安定指数が１より大きく、発振が生じる可能性が無い安定領域にずらすことができるため、高調波信号が入力整合回路１０４と出力整合回路１０６の間における信号の共振条件を満たさなくなり、発振を抑止することができたものと考えられる。
【００４３】
［１−１−５．電力増幅器の入出力特性に関する実験］
さらに、本願発明者は、ゲートバイアス電圧を−２．１９Ｖとした場合に、発振現象が観測されなくなるという実験結果をふまえて、ゲートバイアス電圧をそれぞれ、−２．６９Ｖ、−２．３９Ｖ、及び−２．１９Ｖと正電圧方向に大きくした場合において、電力増幅器の入出力特性がどのように変化するかを検証する実験（以下、実験４と称する）を行った。尚、実験４においては、実験３の場合と同様の構成を有する電力増幅器を用いた。
【００４４】
図３は、実験４の結果を示すものであり、電力増幅器の入出力特性を示す図であり、トランジスタ１０２のゲートに供給される入力信号の電力（入力電力）と、ドレインから出力される出力信号の電力（出力電力）の相関関係を示す図である。図３において、破線で示した曲線（ａ）は、ゲートバイアス電圧を−２．６９Ｖとした場合の入出力特性を示し、一点鎖線で示した曲線（ｂ）は、ゲートバイアス電圧を−２．３９Ｖとした場合の入出力特性を示し、実線で示した曲線（ｃ）は、ゲートバイアス電圧が−２．１９Ｖをとした場合の入出力特性を示す。
【００４５】
まず、図３に示した曲線（ａ）〜（ｃ）を個別にみると、電力増幅器１００の入出力特性はそれぞれ、入力電力が低い側の領域に線形領域を有し、入力電力が高い側の領域に飽和領域を有する。線形領域においては、出力電力と入力電力との関係は線形性を示し、飽和領域では、出力電力は飽和し、入力電力が増加してもおおよそ一定の値に維持される。
【００４６】
次に、図３に示した曲線（ａ）〜（ｃ）を互いに比較すると、各々のゲートバイアス電圧における入出力特性の差は比較的小さく、電力増幅器１００の増幅効率の観点においては、許容し得る範囲内のものであった。特に、飽和領域でのドレイン効率は、ゲートバイアス電圧が−２．６９Ｖ、−２．３９Ｖ、−２．１９Ｖである場合、それぞれ、７４．８％、７４．７％、７４．７％であり、それらの差はわずかなものであり、ゲートバイアス電圧を−２．６９Ｖから−２．１９Ｖへと正電圧方向に大きくしたとしても、入出力特性の変化が増幅効率に与える影響は許容範囲内のものであることが確認された。
【００４７】
一方、ゲートバイアス電圧を−２．６９Ｖから−２．１９Ｖへと正電圧方向に大きくした場合、トランジスタ１０２の動作期間中にゲートに印加される電圧の平均レベルが高くなることから、トランジスタ１０２の動作期間中に流れるドレイン電流の平均値も増加してしまう。トランジスタ１０２の動作期間中に流れるドレイン電流の増加は、トランジスタ１０２の劣化を早める要因となるので、トランジスタの寿命を短くし、デバイスとしての信頼性を低下させる一因となる。
【００４８】
従って、トランジスタの信頼性の観点からは、ゲートバイアス電圧を増加させることは好ましいことではない。
【００４９】
［１−２．発振抑止方法］
以上説明した実験及び考察に基づいて、本願発明者は以下の（ａ）〜（ｄ）に示す点に着目した。
【００５０】
（ａ）高調波帯域において発振現象が観測されるのは、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少したときである点、
（ｂ）ゲートバイアス電圧を正電圧方向に大きくした場合に、高調波帯域における発振現象が観測されなくなる点、
（ｃ）ゲートバイアス電圧を正電圧方向に大きくしても、電力増幅器の入出力特性の変化が増幅効率に与える影響を許容範囲内に抑えることが可能である点、及び、
（ｄ）トランジスタの信頼性を低下させないためには、ゲートバイアス電圧を増加させないのが好ましい点。
【００５１】
そして、上記（ａ）〜（ｄ）の着目点に基づいて、本願発明者は、電力増幅器において、入力電力の変動を監視し、入力電力が予め決められた閾値より小さい場合は、発振が生じる可能性があると判断して、ゲートバイアス電圧を、発振を抑止することが可能な第１電圧値に設定する一方、入力電力が予め決められた閾値より大きい場合は、発振が生じる可能性はないと判断して、ゲートバイアス電圧を負電圧方向に小さくし、第１電圧値より負電圧方向に小さい第２電圧値に設定するという発振抑止方法を見出した。
【００５２】
上記方法において、入力電力が上記閾値より小さい場合は、発振が生じる可能性があると判断して、ゲートバイアス電圧を、発振を抑止することが可能な第１電圧値に設定することとしたのは、上記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に着目したためである。また、入力電力が上記閾値より大きい場合は、発振が生じる可能性はないと判断して、ゲートバイアス電圧を第１電圧値より負電圧方向に小さい第２電圧値に設定することとしたのは、上記（ａ）及び（ｄ）に着目したためである。
【００５３】
ここで、上記閾値は、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少したときに発振現象が観測されることから、線形領域に属する入力電力値の範囲内の値であって、かつ、入力電力を減少させていったときに発振が観測され始める入力電力値よりも大きい値が設定される。上記閾値は、図３に示した電力増幅器の入出力特性においては、例えば１０ｄｂｍである。
【００５４】
また、第１電圧値は、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に、電力増幅器において発振が生じないような電圧である。第２電圧値は、図３に示した電力増幅器の入出力特性においては、例えば−２．１９Ｖである。
【００５５】
一方、第２電圧値は、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に、電力増幅器において発振が生じるような電圧であってもよい。第１電圧値は、図３に示した電力増幅器の入出力特性においては、例えば−２．６９Ｖである。
【００５６】
また、上述の検証実験の結果に対する考察に基づいて、トランジスタの機能・動作の観点からみると、上記の方法において、入力電力がトランジスタの飽和領域の電力値から、線形領域の電力値に減少した場合に、ゲートバイアス電圧を上述の第１電圧値に設定することは、トランジスタが、出力される高調波信号の整合点における出力インピーダンスの位相を小さくなる方向に回転させ、トランジスタの利得を低くなる方向にずらすことに対応するものである。あるいは、別の観点によれば、トランジスタが、高調波信号の整合点が安定領域に位置するように、高調波帯域において電力増幅器の安定指数（K factor）を１より大きい値とすることに対応するものである。
【００５７】
［１−３．電力増幅器の構成］
以下に、第１実施例に係る電力増幅器４００の構成例を説明する。第１実施例に係る電力増幅器４００は、上述した発振抑止方法を実現するための機能及び構成を有し、発振抑止方法を実現するための動作を実行するものである。
【００５８】
［１−３−１．電力増幅器４００の構成例］
図４は第１実施例に係る電力増幅器４００の構成の一例を示す図である。図４に示した電力増幅器４００は、例えばＦ級増幅器であり、トランジスタ４０２、入力整合回路４０４、出力整合回路４０６、ゲートバイアス発生回路４０８、ドレインバイアス発生回路４１０、電力検出回路４１２、及びコントローラ４１４を含む。
【００５９】
トランジスタ４０２は、ソースが接地（グランド）ＧＮＤに電気的に接続され、電力増幅回路として機能する。すなわち、トランジスタ４０２は、ゲートにおいて、入力整合回路４０４を介して、電力増幅器４００の入力ノードＰｉｎに供給された入力信号を受けとり、受けとった入力信号の電力を増幅する。トランジスタ４０２は、増幅された信号をドレインから、出力整合回路４０６を介して、電力増幅器４００の出力ノードＰｏｕｔに出力する。
【００６０】
トランジスタ４０２は例えば、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor、ＦＥＴ）である。トランジスタ４０２としては例えば、出力電力が１０Ｗであり、ピンチオフ電圧が負電圧であるＧａＮ ＦＥＴを用いることができる。但し、トランジスタ４０２には、バイポーラトランジスタを用いてもよい。また、トランジスタ４０２に代えて、他の増幅回路を用いてもよい。
【００６１】
また、トランジスタ４０２のゲートに入力ノードＰｉｎを介して供給される入力信号は、例えば、数百ＭＨｚから数ＧＨｚの周波数を有する高周波信号であり、基本波信号に加えて、基本波信号の周波数（基本周波数）の整数倍の周波数を有する複数の高調波信号を含む。
【００６２】
入力整合回路４０４は、トランジスタ４０２の入力側に設けられ、トランジスタ４０２のゲートに電気的に接続される。入力整合回路４０４は、入力信号に含まれる高調波信号に対して高調波処理を行う。入力整合回路４０４の詳細については後述する。
【００６３】
出力整合回路４０６は、トランジスタ４０２の出力側に設けられ、トランジスタ４０２のゲートと電気的に接続される。出力整合回路４０６は、出力信号に含まれる高調波信号に対して高調波処理を行う。出力整合回路４０６の詳細については後述する。
【００６４】
ドレインバイアス発生回路４１０は、出力整合回路４０６と電気的に接続され、出力整合回路４０６を介して、トランジスタ４０２のドレインにバイアス電圧（ドレインバイアス電圧）を出力する。ドレインバイアス発生回路４０４から供給されるバイアス電圧は例えば、２８Ｖである。尚、ドレインバイアス発生回路４０６は、周知の電圧発生回路によって実現することができる。
【００６５】
ゲートバイアス発生回路４０８は、入力整合回路４０４と電気的に接続され、入力整合回路４０４を介して、トランジスタ４０２のゲートにバイアス電圧（ゲートバイアス電圧）を供給する。ゲートバイアス発生回路４０８の動作は、コントローラ４１４によって制御される。ゲートバイアス発生回路４０８は、コントローラ４１４から供給される電圧設定情報に基づいて、トランジスタ４０２のゲートに供給するゲートバイアス電圧の電圧値を変更する。尚、ゲートバイアス発生回路４０８は、周知の可変電圧発生回路によって実現することができる。
【００６６】
電力検出回路４１２は、電力増幅器４００の入力ノードＰｉｎに電気的に接続され、入力ノードＰｉｎに供給された入力信号の平均電力（平均入力電力）を継続的に検出する。電力検出回路４１２は、検出された入力信号の平均電力の値を随時、コントローラ４１４に出力する。電力検出回路４１２は例えば、周知のパワーセンサである。
【００６７】
コントローラ４１４は、電力検出回路４１２から、入力信号の平均電力の値を受けとり、受けとった入力信号の平均電力値に基づいて、ゲートバイアス発生回路４０８によって行われるゲートバイアス電圧の出力動作を制御する。尚、上述したように、発振現象は入力電力をトランジスタの飽和領域から線形領域へと減少させた場合に観測されるものであり、発振の発生と消滅の間の間隔は比較的長いため、平均電力の検出による制御で十分に対応可能である。
【００６８】
コントローラ４１４は例えば、ゲートバイアス電圧の出力制御機能を実現するプログラムがインストールされたコンピュータにより、実現することができる。あるいは、コントローラ４１４は例えば、ゲートバイアス電圧の出力制御機能を実現するプログラムを実行するプロセッサにより、実現することができる。あるいは、コントローラ４１４は、ゲートバイアス電圧の出力制御機能を備えた種々のＬＳＩ、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等によっても、実現することができる。
【００６９】
コントローラ４１４は、受けとった入力信号の平均電力値に基づいて、ゲートバイアス発生回路４０８が出力すべきゲートバイアス電圧の設定値を決定する。コントローラ４１４は、決定されたゲートバイアス電圧の設定値を示す電圧設定情報を生成し、ゲートバイアス発生回路４０８に出力する。
【００７０】
コントローラ４１４は、受けとった入力信号の平均電力値が第１閾値よりも小さい場合、ゲートバイアス電圧の設定値を第１電圧値に設定する。ここで、第１閾値は、線形領域に属する入力電力値の範囲内で設定され、かつ、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に発振が観測され始める入力電力値よりも大きい値であり、例えば、図３に示した電力増幅器の入出力特性の場合、１０ｄｂｍである。
【００７１】
第１電圧値は、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に、電力増幅器において発振が生じないようなゲートバイアス電圧値であり、例えば、−２．１９Ｖである。入力電力の値が第１閾値より小さい場合には、ゲートバイアス電圧の値によっては、発振が生じる可能性があるためである。第１電圧値は、後述する第２電圧値よりも正電圧方向に大きい値である。
【００７２】
第１閾値及び第１電圧値は、電力増幅器４００において製品出荷前に動作試験を行い、動作試験を通じて、電力増幅器の基本特性を事前に取得しておくことにより決定される。第１閾値は例えば、線形領域に属する入力電力値であって、かつ、入力電力を飽和領域に属する電力値から減少させていったときに発振が観測され始める入力電力の値を、動作試験を通じて事前に取得しておくことにより、決定される。第１電圧値は例えば、動作試験を通じて、発振が抑止することができるゲートバイアス電圧の値といった特性を事前に取得しておくことにより、決定される。第１閾値及び第１電圧値は、コントローラ４１４内のメモリに記憶される。
【００７３】
また、コントローラ４１４は、受けとった入力信号の平均電力値が第２閾値より大きい場合、ゲートバイアス電圧の設定値を第２電圧値に設定する。ここで、第２閾値は、線形領域に属する入力電力値の範囲内で設定され、かつ、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に発振が観測され始める入力電力値よりも大きい値であり、例えば、図３に示した電力増幅器の入出力特性の場合、１０ｄｂｍである。
【００７４】
第２電圧値は、電力増幅器４００の増幅効率の最適化の観点から適宜設定される値であり、例えば、−２．６９Ｖである。第２電圧値は、増幅効率の観点から許容し得る範囲内で、可能な限り負電圧方向に小さい値を選択するのが好ましい。また、第２電力値は、入力電力の値が第２閾値より大きい場合に用いられる値であるため、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に、電力増幅器４００において発振が生じるような電圧であってもよい。第２閾値及び第２電圧値は、コントローラ４１４内のメモリに記憶される。
【００７５】
尚、上述の例では、第１閾値と第２閾値を同じ値としたが、これに限定されることはなく、異なる値を設定することができる。
【００７６】
また、上述の例では、第１閾値と第２閾値においてそれぞれ、ゲートバイアス発生回路が出力するゲートバイアス電圧を第１設定値と第２設定値の２つの設定値の間で切り換えるようにしたが、この構成には限定されない。例えば、第１設定値と第２設定値の間に１つ以上の設定値を追加して、第１閾値及び第２閾値の付近でゲートバイアス電圧を段階的に変化させるようにしてもよい。さらに、第１閾値及び第２閾値の付近で、ゲートバイアス電圧を第１設定値と第２設定値の２つの設定値の間で連続的に変化させるようにしてもよい。
【００７７】
以上説明したように、電力増幅器４００においては、入力電力がトランジスタ４０２の飽和領域の電力値から、線形領域の電力値に減少した場合でも、ゲートバイアス電圧が上述の第１電圧値に設定されるので、出力される高調波信号の整合点における出力インピーダンスの位相を小さくなる方向に回転させ、トランジスタの利得を低くなる方向に変化させることにより、高調波信号が、入力整合回路４０４と出力整合回路４０６の間における信号の共振条件を満たさないようにすることができる。これにより、発振現象が生じるのを抑止することができ、電力増幅器４００の動作が発振に起因して不安定になるのを防止することができる。
【００７８】
加えて、入力電力が飽和電力の電力値まで高くなった場合には、ゲートバイアス電圧が第１電圧値よりも小さい第２電圧値に設定されるので、トランジスタ４０２に流れるドレイン電流を小さくすることができる。これにより、トランジスタ４０２の動作期間中に流れるドレイン電流の平均値を減少させることができ、トランジスタ４０２の信頼性が低下するのを防止することができる。
【００７９】
［１−３−２．入力整合回路４０４と出力整合回路４０６の構成］
図５は、入力整合回路４０４と出力整合回路４０６の構成の一例を示す図である。図５に示した入力整合回路４０４及び出力整合回路４０６の構成は、電力増幅器４００をＦ級増幅器として動作させるためのものである。
【００８０】
出力整合回路４０６は、伝送線路５０２、スタブ５０４、５０６、５０８、５１０を含む分布定数線路である。伝送線路５０２は、トランジスタ４０２の出力ノード（ドレイン）に接続され、λ１／４の長さを有する。ここで、λ１は基本波信号の波長である。伝送線路５０２の長さは、トランジスタ４０２のドレインを起点とした時の長さが、λ１／４となるように決定される。
【００８１】
スタブ５０４は、オープスタブであり、その一方の端部が伝送線路５０２の、トランジスタ４０２のドレインと反対側の端部Ａに接続されており、他方の端部は開放されている。スタブ５０４はλ２／４の長さ、すなわち、λ１／８の長さを有する。ここで、λ２は２次高調波信号の波長であり、λ１の１／２の長さに相当する。
【００８２】
同様に、スタブ５０６、５０８、５１０はそれぞれ、オープスタブであり、その一方の端部が伝送線路５０２の端部Ａに接続されており、他方の端部は開放されている。スタブ５０６、５０８、５１０はそれぞれλ３／４、λ４／４、λ５／４の長さ、すなわち、λ１／１２、λ１／１６、λ１／２０の長さを有する。ここで、λ３、λ４、λ５はそれぞれ、３次、４次、５次高調波信号の波長であり、λ１の１／３、１／４、１／５の長さに相当する。
【００８３】
出力整合回路４０６は例えば、誘電率３．１、誘電正接０．００１の１つのプリント基板をマイクロストリップ構造に加工することにより、実現することができる。但し、出力整合回路４０６の構造は、マイクロストリップ構造には限定されず、これ以外にも例えば、トリプレート構造を用いてもよい。
【００８４】
出力整合回路４０６において、スタブ５０４はオープンスタブであるため、接続点Ａにおいて、２次高調波信号に対するインピーダンスがゼロ（ショート）となる。同様に、スタブ５０６、５０８、５１０はそれぞれ、オープンスタブであるため、接続点Ａにおいて、３次高調波信号、４次高調波信号及び５次高調信号に対するインピーダンスがゼロ（ショート）となる。
【００８５】
一方、トランジスタ４０２のドレインから見たときの伝送線路５０２のインピーダンスは、伝送線路５０２の長さがλ１／４であるため、基本波信号、３次高調波信号、５次高調波信号に対しては、無限大（開放）となる一方、２次高調波信号、４次高調波信号に対しては、ゼロ（ショート）となる。
【００８６】
よって、出力整合回路４０６は、トランジスタ４０２の出力ノード（ドレイン）から負荷回路側（出力整合回路４０６側）を見たときのインピーダンスを、２次高調波及び４次高調波に対してはゼロ（ショート）とし、３次高調波及び５次高調波に対しては無限大（開放）とすることができる。すなわち、出力整合回路４０６は５次高調波まで、高調波処理を行う回路である。
【００８７】
また、入力整合回路４０４は、伝送線路５１２、スタブ５１４、５１６、５１８、５２０を含む分布定数線路である。伝送線路５１２はトランジスタ４０２の入力ノード（ゲート）に接続され、λ１／４の長さを有する。
【００８８】
スタブ５１４は、λ２／４の長さを有するオープスタブであり、その一方の端部が伝送線路５１２の、トランジスタ４０２のゲートと反対側の端部Ｂに接続されており、他方の端部は開放されている。同様に、スタブ５１６、５１８、５２０はそれぞれ、λ３／４、λ４／４、λ５／４の長さを有するオープスタブであり、その一方の端部が伝送線路５１２の、トランジスタ４０２のゲートと反対側の端部Ｂに接続されており、他方の端部は開放されている。
【００８９】
入力整合回路４０４は、出力整合回路４０６と同様に、例えば、誘電率３．１、誘電正接０．００１の１つのプリント基板をマイクロストリップ構造に加工することにより、実現することができる。入力整合回路４０４は、出力整合回路４０６と同様に、トランジスタ４０２の入力ノード（ゲート）から負荷回路側（入力整合回路４０４側）を見たときのインピーダンスを、２次高調波及び４次高調波に対してはゼロ（ショート）とし、３次高調波及び５次高調波に対しては無限大（開放）とすることができる。すなわち、入力整合回路４０４は５次高調波まで、高調波処理を行う回路である。
【００９０】
尚、上述の例では、入力整合回路４０４及び出力整合回路４０６によって５次高調波まで高調波処理を行っているが、これには限定されず、高調波処理の対象とする高調波の次数は、電力増幅器４００の性能等に応じて、適宜選択可能である。
【００９１】
また、上述の例では、電力増幅器４００をＦ級増幅器として動作させる例を示したが、入力整合回路４０４及び出力整合回路４０６をそれぞれ、トランジスタ１０２の入力ノード及び出力ノードから負荷回路を見たときのインピーダンスが、偶数次高調波に対して無限大（開放）となり、奇数次高調波に対してはゼロ（ショート）となるように設計することにより、電力増幅器４００を逆Ｆ級増幅器として動作させることも可能である。
【００９２】
［２．第２実施例］
以下、第２実施例に係る電力増幅器について説明する。
【００９３】
図６は、第２実施例に係る電力増幅器６００の構成の一例を示す図である。図６に示した電力増幅器６００は、図４に示した電力増幅器４００と、電力検出回路４１２及びコントローラ４１４の代わりに、電力検出回路６１２及びコントローラ６１４が設けられている点で異なるが、それ以外の部分は同様である。図４に示した電力増幅器４００と同一又は対応する部分は、同一の符号で示されている。図６において同一の符号で示した部分の動作や機能は、図４に関連して説明したとおりであるので、詳細な説明は省略する。
【００９４】
図４に示した電力増幅器４００では、電力検出回路４１２により入力ノードＰｉｎに供給された入力信号の電力（入力電力）を検出したが、図６に示した電力増幅器６００では、電力検出回路６１２により出力ノードＰｏｕｔに出力された出力信号の電力（出力電力）を検出する。図３に示した電力増幅器の入出力特性から分かるように、入力電力の増加に対して、出力電力は単調に増加し、入力電力と出力電力は一対一の関係にある。よって、入力電力の変動を監視するためには、入力電力を検出する代わりに、出力電力を検出するようにしてもよいためである。
【００９５】
図６に示したように、電力増幅器６００において、電力検出回路６１２は、電力増幅器６００の出力ノードＰｏｕｔに電気的に接続され、出力ノードＰｏｕｔに出力された出力信号の平均電力（平均入力電力）を継続的に検出する。電力検出回路６１２は、検出された入力信号の平均電力の値を随時、コントローラ６１４に出力する。電力検出回路６１２は例えば、周知のパワーセンサである。
【００９６】
コントローラ６１４は、電力検出回路６１２から、出力信号の平均電力の値を受けとり、受けとった出力信号の平均電力値に基づいて、ゲートバイアス発生回路４０８によって行われるゲートバイアス電圧の出力動作を制御する。尚、電力増幅器４００の場合と同様に、発振の発生と消滅の間の間隔は比較的長いため、平均電力の検出による制御で十分に対応可能である。
【００９７】
コントローラ６１４は、受けとった出力信号の平均電力値に基づいて、ゲートバイアス発生回路４０８が出力すべきゲートバイアス電圧の設定値を決定する。コントローラ６１４は、決定されたゲートバイアス電圧の設定値を示す電圧設定情報を生成し、ゲートバイアス発生回路４０８に出力する。尚、コントローラ６１４の実現手段は、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【００９８】
コントローラ６１４は、受けとった出力信号の平均電力値が第１閾値よりも小さい場合、ゲートバイアス電圧の設定値を第１電圧値に設定する。ここで、第１閾値は、線形領域に属する出力電力値の範囲内で設定され、かつ、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に、発振が観測され始める出力電力値よりも大きい値であり、例えば、図３に示した電力増幅器の入出力特性の場合、３０ｄｂｍである。第１電圧値は、後述する第２電圧値よりも正電圧方向に大きい値である。第１電圧値の詳細については、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【００９９】
また、コントローラ６１４は、受けとった出力信号の平均電力値が第２閾値より大きい場合、ゲートバイアス電圧の設定値を第２電圧値に設定する。ここで、第２閾値は、線形領域に属する出力電力値の範囲内で設定され、かつ、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に、発振が観測され始める出力電力値よりも大きい値であり、例えば、図３に示した電力増幅器の入出力特性の場合、３０ｄｂｍである。第２電圧値の詳細については、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【０１００】
尚、上述の例では、第１閾値と第２閾値を同じ値としたが、電力増幅器４００の場合と同様に、これに限定されることはなく、異なる値を設定することができる。また、上述の例では、第１閾値と第２閾値においてそれぞれ、ゲートバイアス発生回路が出力するゲートバイアス電圧を第１設定値と第２設定値の２つの値で切り換えるようにしたが、電力増幅器４００の場合と同様に、この構成には限定されなく、例えば、２つの設定値の間を第１閾値及び第２閾値の付近で連続的に変化させるようにしてもよい。
【０１０１】
以上説明したように、電力増幅器６００においては、入力電力がトランジスタ４０２の飽和領域の電力値から、線形領域の電力値に減少した場合、そのことが出力電力の検出を通じて検出され、ゲートバイアス電圧が上述の第１電圧値に設定されるので、出力される高調波信号の整合点における出力インピーダンスの位相を小さくなる方向に回転させ、トランジスタの利得を低くなる方向に変化させることにより、高調波信号が、入力整合回路４０４と出力整合回路４０６の間における信号の共振条件を満たさないようにすることができる。これにより、発振現象が生じるのを抑止することができ、電力増幅器６００の動作が発振に起因して不安定になるのを防止することができる。
【０１０２】
加えて、入力電力が飽和電力の電力値まで高くなった場合、そのことが出力電力の検出を通じて検出され、ゲートバイアス電圧が第１電圧値よりも小さい第２電圧値に設定されるので、トランジスタ４０２に流れるドレイン電流を小さくすることができる。これにより、トランジスタ４０２の動作期間中に流れるドレイン電流の平均値を減少させることができ、トランジスタ４０２の信頼性が低下するのを防止することができる。
【０１０３】
［３．第３実施例］
以下、第３実施例に係る電力増幅器について説明する。
【０１０４】
図７は、第３実施例に係る電力増幅器７００の構成の一例を示す図である。図７に示した電力増幅器７００は、図４に示した電力増幅器４００と、コントローラ４１４の代わりに、コントローラ７１４が設けられ、電流検出回路７１６及び後述する基準値テーブル８０２を格納するメモリ７１８が追加されている点で異なるが、それ以外の部分は同様である。図４に示した電力増幅器４００と同一又は対応する部分は、同一の符号で示されている。図７において同一の符号で示した部分の動作や機能は、図４に関連して説明したとおりであるので、詳細な説明は省略する。
【０１０５】
［３−１．電力増幅器７００における発振の有無の判定］
図４に示した電力増幅器４００では、電力検出回路４１２により入力ノードＰｉｎに供給された入力信号の電力（入力電力）を検出することにより、入力電力を監視し、入力電力の値に基づいて、発振が生じる可能性があるか否かを判断している。
【０１０６】
しかしながら、上述したように、電力増幅器において観測される発振現象は、入力電力を、トランジスタの飽和領域の電力値から、線形領域の電力値に減少させた場合にのみ観測され、入力電力に対して履歴（ヒステリシス）を有する減少であるため、入力電力が線形領域に属する電力値であったとしても、発振が生じない場合がある。例えば、線形領域に属する電力値が、飽和領域から減少した結果得られた値ではなく、線形領域に属する、さらに小さい値から増加した結果得られた値である場合には、実際には、発振は観測されない。
【０１０７】
電力増幅器４００では、入力電力値が第１閾値より小さい場合には、ゲートバイアス電圧の値は第１電圧値に設定されるため、上述のように実際には発振が生じないような場合であっても、ゲートバイアス電圧が第１電圧値に設定されてしまう。発振が生じていない場合は、ゲートバイアス電圧は、第１電圧値より小さい電圧値（例えば、第２電圧値）に設定すれば十分であるため、過度に大きな値に設定してしまうことになる。これにより、トランジスタ４０２の動作期間中にゲートに印加される電圧の平均レベルが高くなることから、トランジスタ４０２の動作期間中に流れるドレイン電流の平均値も増加してしまい、トランジスタ４０２の劣化が早まり、デバイスとしての信頼性が低下してしまう。
【０１０８】
ところで、トランジスタ４０２においては、ドレイン電流は入力電力の増加に対して、単調に増加し。入力電力とドレイン電流は基本的に一対一の関係にある。しかしながら、本願発明者は、実験により、同一の入力電力に対応するドレイン電流であっても、電力増幅器において発振が生じている場合と発振が生じていない場合との間で、ドレイン電流が異なる値をとることを見出した。本願発明者が行った実験によれば、同一の電力を有する入力信号を供給した場合であっても、発振が生じている場合のドレイン電流値は、発振が生じていない場合のドレイン電流値よりも小さくなることが観測された。
【０１０９】
この実験結果に基づいて、本願発明者は、電力増幅器において、ドレイン電流の値を検出し、検出されたドレイン電流値を、発振が生じていない場合のドレイン電流値と比較することにより、電力増幅器において発振が生じているか否かを、より正確に判定することをできることを見出した。
【０１１０】
そこで、図７に示した電力増幅器７００では、電力検出回路４１２により入力ノードＰｉｎに供給された入力信号の電力（入力電力）を検出し、さらに、トランジスタ４０２のドレイン電流（出力電流）を検出する。一方、コントローラ７１４において、発振が生じない場合の入力電力値とドレイン電流値（ドレイン電流基準値）の関係を示す情報を、後述する基準値テーブル８０２として、メモリ７１８に予め記憶しておく。
【０１１１】
そして、検出された入力信号の電力値に基づいて、基準値テーブル８０２から、入力電力に対応するドレイン電流基準値を取得し、取得されたドレイン電流基準値と、検出されたドレイン電流の電流値との差分値が一定値より大きいか否かを判定する。その差分値が一定値より大きい場合は、発振が生じていると判定し、その差分値が一定値より小さい場合は、発振は生じていないと判定する。
【０１１２】
［３−２．電力増幅器７００の構成例］
図７に示したように、電力増幅器７００において、電流検出回路７１６は、トランジスタ４０２のドレインに出力整合回路４０６を介して電気的に接続され、トランジスタ４０２のドレインに流れるドレイン電流を平均値（平均ドレイン電流）として継続的に検出する。電流検出回路７１６は、検出されたドレイン電流の平均値を随時、コントローラ７１４に出力する。電流検出回路７１６としては例えば、周知の電流計を用いることができる。
【０１１３】
コントローラ７１４は、基準値テーブル８０２を格納するメモリ７１８を含む。基準値テーブル８０２は、電力増幅器７００において発振が生じていない場合の、入力電力値とドレイン電流値（ドレイン電流基準値）の間の関係を示すテーブルであり、コントローラ７１４内のメモリ７１８に記憶されている。
【０１１４】
図８は、基準値テーブル８０２の一例を示す図である。図８に示したように、基準値テーブル８０２には、複数の入力電力値ｐ＿ｎと、各々の入力電力値ｐ＿ｎに対応するドレイン電流基準値ｉｄ＿ｎが格納されている。
【０１１５】
基準値テーブル８０２は、電力増幅器７００において製品出荷前に動作試験を行い、動作試験を通じて、入力信号の電力を増加させながら、複数の入力電力値に対して、入力信号の電力と、対応するドレイン電流を検出することにより作成される。ここで、上述のように、電力増幅器において観測される発振現象は、入力電力を、トランジスタの飽和領域の電力値から、線形領域の電力値に減少させた場合にのみ観測されるものであり、入力電力に対して履歴（ヒステリシス）を有する。このため、発振が生じていない場合の入力電力とドレイン電流の関係を取得するために、電力増幅器７００においては、線形領域の低入力電力側から飽和領域に向けて、入力信号の電力を増加させながら、複数の入力電力値に対して、入力信号の電力と、対応するドレイン電流を順次検出していくことが望ましい。検出されたドレイン電流の値をドレイン電流基準値として、対応する入力電力値と関連づけてテーブルに格納していくことにより、基準値テーブル８０２を作成することができる。
【０１１６】
図７に戻って、コントローラ７１４は、電力検出回路４１２から、入力信号の平均電力の値を受けとり、電流検出回路７１６から、ドレイン電流の平均値を受けとる。コントローラ７１４は、受けとった入力信号の平均電力値と、受けとったドレイン電流の平均値に基づいて、ゲートバイアス発生回路４０８によって行われるゲートバイアス電圧の出力動作を制御する。
【０１１７】
コントローラ７１４は、受けとった入力信号の平均電力値と、受けとったドレイン電流の平均値に基づいて、ゲートバイアス発生回路４０８が出力すべきゲートバイアス電圧の設定値を決定する。コントローラ７１４は、決定されたゲートバイアス電圧の設定値を示す電圧設定情報を生成し、ゲートバイアス発生回路４０８に出力する。尚、コントローラ７１４の実現手段は、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【０１１８】
コントローラ７１４は、基準値テーブル８０２を参照することにより、受けとった入力信号の平均電力値に基づいて、対応するドレイン電流基準値を取得し、取得したドレイン電流基準値と、受けとったドレイン電流の平均値の差分値を算出する。
【０１１９】
コントローラ７１４は、算出された差分値が予め定められた閾値よりも大きい場合、発振が生じていると判定し、ゲートバイアス電圧の設定値を第１電圧値に設定する。ここで、第１電圧値は、後述する第２電圧値よりも正電圧方向に大きい値である。第１電圧値の詳細については、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【０１２０】
一方、コントローラ７１４は、算出された差分値が上記閾値よりも小さい場合、発振は生じていないと判定し、ゲートバイアス電圧の設定値を第２電圧値に設定する。ここで、第２電圧値の詳細については、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【０１２１】
尚、上述の実施例では、検出された入力電力値から、対応するドレイン電流基準値を取得する際に、基準値テーブル８０２を参照したが、その代わりに、製品出荷前の動作試験によって、入力電圧値とドレイン電流基準値の間の関係を示す関係式を導出して、コントローラ７１４に記憶させておき、その関係式を用いてドレイン電流基準値を算出するようにしてもよい。
【０１２２】
また、上述の例では、第１閾値と第２閾値を同じ値としたが、電力増幅器４００の場合と同様に、これに限定されることはなく、異なる値を設定することができる。また、上述の例では、第１閾値と第２閾値においてそれぞれ、ゲートバイアス発生回路が出力するゲートバイアス電圧を第１設定値と第２設定値の２つの値で切り換えるようにしたが、電力増幅器４００の場合と同様に、この構成には限定されなく、例えば、２つの設定値の間を第１閾値及び第２閾値の付近で連続的に変化させるようにしてもよい。
【０１２３】
以上説明したように、電力増幅器７００においては、ドレイン電流を検出し、検出されたドレイン電流の値を、予め用意された、発振が生じない場合のドレイン電流値（ドレイン電流基準値）と比較することにより、実際に発振が生じているか否かを判定している。そして、電力増幅器７００においては、比較により発振が生じていると判定された場合には、ゲートバイアス電圧が上述の第１電圧値に設定されるので、出力される高調波信号の整合点における出力インピーダンスの位相を小さくなる方向に回転させ、トランジスタの利得を低くなる方向に変化させることにより、高調波信号が、入力整合回路４０４と出力整合回路４０６の間における信号の共振条件を満たさないようにすることができる。これにより、発振現象が生じるのを抑止することができ、電力増幅器６００の動作が発振に起因して不安定になるのを防止することができる。
【０１２４】
加えて、電力増幅器７００においては、比較により発振が生じていないと判定された場合に、ゲートバイアス電圧が第１電圧値よりも小さい第２電圧値に設定されるので、入力電力が線形領域に属する電力値であっても、発振が生じない場合には、ゲートバイアス電圧を第２電圧値に保持して、トランジスタ４０２に流れるドレイン電流を小さくすることができる。これにより、電力増幅器７００においては、電力増幅器４００の場合と比べて、トランジスタ４０２の動作期間中に流れるドレイン電流の平均値をさらに減少させることができ、トランジスタ４０２の信頼性の低下を防止する効果をさらに高めることができる。
【０１２５】
［４．第４実施例］
以下、第４実施例に係る電力増幅器について説明する。
【０１２６】
図９は、第４実施例に係る電力増幅器９００の構成の一例を示す図である。図９に示した電力増幅器９００は、Ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ型もしくはＣｈｉｒｅｉｘ型と呼ばれる電力増幅器に属する、無損失合成出力の電力増幅器であり、出力信号の電力（出力電力）に基づいて、ゲートバイアス発生回路によって行われるゲートバイアス電圧の出力動作を制御する機能を有するものである。
【０１２７】
図９に示した電力増幅器９００は、単体増幅器である電力増幅器６００を２つ組み合わせたような構成を有しており、分配器９２２、第１増幅回路部９４２−１、第２増幅回路部９４２−２、ドレインバイアス発生回路９１０、電力検出回路９１２、合成器９２４、整合回路９３０、位相検出回路９３２、及び、移相器９３４、コントローラ９１４を含む。コントローラは、後述する基準値テーブルを格納するメモリ９１８を含む。
【０１２８】
電力増幅器９００において、分配器９２２は、電力増幅器９００の入力ノードに供給された入力信号（第１入力信号）に基づいて、２つの入力信号（第２入力信号、第３入力信号）に生成する。分配器９２２は例えば、ハイブリッドによって構成された分布定数線路によって実現される。分配器９２２は、生成された２つの入力信号のうちの一方の入力信号（第２入力信号）を、移相器９３４を介して、第１増幅回路９４２−１に入力する。移相器９２４は、入力された第２入力信号の位相を回転させる。分配器９２２は、他方の入力信号（第３入力信号）を第２増幅回路部９４２−２に入力する。分配器９２２は、移相器９３４と協働して、第２入力信号及び第３入力信号を、各々の電力値が第１増幅回路部９４２−１及び第２増幅回路部９４２−２の飽和領域に属する同一の値となるように生成する。
【０１２９】
第１増幅回路部９４２−１は、トランジスタ９０２−１、入力整合回路９０４−１、出力整合回路９０６−１、及びゲートバイアス発生回路９０８−１を含む。第２増幅回路部９４２−２は、トランジスタ９０２−２、入力整合回路９０４−２、出力整合回路９０６−２、及びゲートバイアス発生回路９０８−２を含む。
【０１３０】
位相検出回路９３２は、移相器９３４に接続され、移相器９３４から出力された第２入力信号の位相を継続的に検出する。位相検出回路９３２は、検出された第２入力信号の位相の値を随時、コントローラ９１４に出力する。位相検出回路９３２は例えば、周知の位相検出器である。
【０１３１】
電力検出回路９１２は、電力増幅器９００の出力ノードＰｉｎに電気的に接続され、合成器９２４によって出力ノードＰｉｎに出力された出力信号（第３出力信号）の平均電力（平均出力電力）を継続的に検出する。電力検出回路９１２は、検出された第３出力信号の平均電力の値を随時、コントローラ９１４に出力する。電力検出回路９１２は例えば、周知のパワーセンサである。
【０１３２】
ここで、本願発明者は、実験により、Ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ型もしくはＣｈｉｒｅｉｘ型の増幅器においては、移相器９２４が回転させる第２入力信号の位相値が同一であっても、電力増幅器において発振が生じている場合と発振が生じていない場合との間で、第３出力信号の平均電力が異なる値をとることを見出した。本願発明者が行った実験によれば、同一の位相を有する第２入力信号を供給した場合であっても、発振が生じている場合の第３出力信号の電力値は、発振が生じていない場合の電力値からずれることが観測された。
【０１３３】
この実験結果に基づいて、本願発明者は、電力増幅器において、第３出力信号の電力値を検出し、検出された第３出力信号の電力値を、発振が生じていない場合の電力値と比較することにより、電力増幅器において発振が生じているか否かを、より正確に判定することをできることを見出した。
【０１３４】
そこで、図９に示した電力増幅器９００では、位相検出回路９３２により、移相器９３４から出力される第２入力信号の位相（入力位相）を検出し、さらに、第３出力信号の電力（出力電力）を検出する。一方、コントローラ９１４において、発振が生じない場合の第２入力信号の位相（入力位相）と出力電力（出力電力基準値）の関係を示す情報を、基準値テーブルとして、メモリ９１８に予め記憶しておく。
【０１３５】
そして、検出された入力位相に基づいて、基準値テーブルから、入力位相の値に対応する出力電力基準値を取得し、取得された出力電力基準値と、検出された出力電力の値との差分値が一定値より大きいか否かを判定する。その差分値が一定値より大きい場合は、発振が生じていると判定し、その差分値が一定値より小さい場合は、発振は生じていないと判定する。
【０１３６】
コントローラ９１４は、上述の基準値テーブルを格納するメモリ９１８を含む。基準値テーブルは、電力増幅器９００において発振が生じていない場合の、第２入力信号の位相（入力位相）の値と、第３出力信号の電力値（出力電力基準値）の間の関係を示すテーブルであり、コントローラ９１４内のメモリ９１８に記憶されている。基準値テーブルの構成は、図８に示した基準値テーブル８０２と同様のものであり、複数の入力位相値ｐｈ＿ｎと、各々の入力位相値ｐｈ＿ｎに対応する出力電力基準値ｏｐ＿ｎが格納されている。
【０１３７】
上述の基準値テーブルは、電力増幅器９００において製品出荷前に動作試験を行い、動作試験を通じて、入力位相を変化させながら、複数の入力位相値に対して、入力位相と、対応する出力電力を検出することにより作成される。上述の基準値テーブルは、検出された出力電力の値を出力電力基準値として、対応する入力位相値と関連づけてテーブルに格納していくことにより作成することができる。
【０１３８】
コントローラ９１４は、位相検出回路９３２から、第２入力信号の位相（入力位相）の値を受けとり、電力検出回路９１２から、第３出力信号の平均電力（平均出力電力）の値を受けとる。コントローラ９１４は、受けとった第２入力信号の位相値と、受けとった第３出力信号の電力値に基づいて、ゲートバイアス発生回路９０８‐１、９０８−２によって行われるゲートバイアス電圧の出力動作を制御し、ゲートバイアス発生回路９０８−１、９０８−２が出力すべきゲートバイアス電圧の設定値を決定する。コントローラ９１４は、決定されたゲートバイアス電圧の設定値を示す第１電圧設定情報を生成し、ゲートバイアス電圧回路９０８−１に出力する。また、コントローラ９１４は、決定されたゲートバイアス電圧の設定値を示す第２電圧設定情報を生成し、ゲートバイアス電圧回路９０８−２に出力する。尚、コントローラ９１４の実現手段は、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【０１３９】
コントローラ９１４は、上述の基準値テーブルを参照することにより、受けとった第２入力信号の位相値（入力位相値）に基づいて、対応する出力電力基準値を取得し、取得した出力電力基準値と、受けとった第３出力信号の平均電力（平均出力電力）値の差分値を算出する。
【０１４０】
コントローラ９１４は、算出された差分値が予め定められた閾値よりも大きい場合、発振が生じていると判定し、ゲートバイアス電圧の設定値を第１電圧値に設定する。ここで、第１電圧値は、後述する第２電圧値よりも正電圧方向に大きい値である。第１電圧値の詳細については、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【０１４１】
一方、コントローラ９１４は、算出された差分値が上記閾値よりも小さい場合、発振は生じていないと判定し、ゲートバイアス電圧の設定値を第２電圧値に設定する。ここで、第２電圧値の詳細については、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【０１４２】
尚、上述の実施例では、検出された入力位相値から、対応する出力電力基準値を取得する際に、基準値テーブルを参照したが、その代わりに、製品出荷前の動作試験によって、入力位相値と出力電力基準値の間の関係を示す関係式を導出して、コントローラ９１４に記憶させておき、その関係式を用いて出力電力基準値を算出するようにしてもよい
第１増幅回路部９４２−１は移相器９３４から第２入力信号を受けとり、コントローラ９１４から第１電圧設定情報を受けとる。第１増幅回路部９４２−１は、電力検出回路９１２、位相検出回路９３２、コントローラ９１４、及びドレインバイアス発生回路９１０と協働して、飽和領域で動作する増幅器として動作する。第１増幅回路部９４２−１は、受けとった第２入力信号に対して増幅動作を行い、第１出力信号を合成器９２４に出力する。
【０１４３】
第２増幅回路部９４２−２は分配器９２２から第３入力信号を受けとり、コントローラ９１４から第２電圧設定情報を受けとる。第２増幅回路部９４２−２は、電力検出回路９１２、位相検出回路９３２、コントローラ９１４、及びドレインバイアス発生回路９１０と協働して、飽和領域で動作する増幅器として動作する。第２増幅回路部９４２−２は、受けとった第３入力信号に対して増幅動作を行い、第２出力信号を合成器９２４に出力する。
【０１４４】
尚、第１増幅回路部９４２−１、第２増幅回路部９４２−２、電力検出回路９１２、コントローラ９１４、及びドレインバイアス発生回路９１０において、図４に示した電力増幅器４００と対応する部分は、対応する符号（下二桁の数字が同一の符号）で示されている。図９において対応する符号で示した部分の動作や機能は、第４実施例に関して特に説明する以外は、図４に関連して説明したとおりであるので、詳細な説明は省略する。
【０１４５】
合成器９２４は移相器９２６、９２８を含み、第１増幅回路部９４２−１及び第２増幅回路部９４２−２の各々から出力信号（第１出力信号、第２出力信号）を受けとる。合成器９２４において、移相器９２６は、第１増幅回路部９４２−１から第１出力信号を受けとり、受けとった第１出力信号の位相を、φだけ回転させる。移相器９２８は、第２増幅回路部９４２から第２出力信号を受けとり、受けとった第２出力信号の位相を、１８０−φだけ回転させる。
【０１４６】
合成器９２４は、移相器９２６及び９２８によって位相を回転させた第１出力信号と第２出力信号をベクトル加算処理によって合成し、第３出力信号を生成する。合成器９２４は生成された第３出力信号を、後段のアンテナのインピーダンスとの整合を図るための整合回路９３０を介して、電力増幅器９００の出力ノードＰｏｕｔに出力する。
【０１４７】
ここで、位相φは、合成器９２４において、第１出力信号及び第２出力信号に対してベクトル加算処理を行う際の位相調整パラメータであり、第１増幅回路部９４２−１及び第２増幅回路部９４２−２の有するリアクタンス成分に起因した、第１出力信号及び第２出力信号の位相のずれを調整するためのパラメータである。
【０１４８】
また、整合回路９３０は、スタブによって構成された分布定数線路によって実現することができる。
【０１４９】
以上説明したように、電力増幅器９００においては、出力電力を検出し、検出された出力電力の値を、予め用意された、発振が生じない場合の出力電力値（出力電力基準値）と比較することにより、実際に発振が生じているか否かを判定している。そして、電力増幅器９００においては、比較により発振が生じていると判定された場合には、第１増幅回路部９４２−１においては、高調波信号が、入力整合回路９０４−１と出力整合回路９０６−１の間における信号の共振条件を満たさないようにし、第２増幅回路部９４２−２においては、高調波信号が、入力整合回路９０４−２と出力整合回路９０６−２の間における信号の共振条件を満たさないようにすることができる。これにより、発振現象が生じるのを抑止することができ、電力増幅器９００の動作が発振に起因して不安定になるのを防止することができる。
【０１５０】
加えて、電力増幅器９００においては、比較により発振が生じていないと判定された場合には、ゲートバイアス電圧をより小さい設定値に変更し、トランジスタ９０２−１、９０２−２に流れるドレイン電流を小さくすることができる。これにより、トランジスタ９０２−１、９０２−２の動作期間中に流れるドレイン電流の平均値を減少させることができ、トランジスタ９０２−１、９０２−２の信頼性が低下するのを防止することができる。
【０１５１】
尚、上述の例では、電力検出回路９１２により第３出力信号の平均電力を検出するようにしたが、この構成には限定されず、第１増幅回路部９４２−１及び第２増幅回路部９４２−２の出力ノードにそれぞれ、電力検出回路を電気的に接続し、合成器９２４に入力される第１出力信号及び第２出力信号の平均電力を検出するようにしてもよい。この場合、ゲートバイアス発生回路９０８−１及び９０８−２のゲートバイアス電圧の出力動作はそれぞれ、コントローラ９１４により、第１出力信号及び第２出力信号の平均電力値に基づいて制御される。
【０１５２】
［５．第５実施例］
以下、第５実施例に係る電力増幅器について説明する。
【０１５３】
図１０は、第５実施例に係る電力増幅器１０００の構成の一例を示す図である。図１０に示した電力増幅器１０００は、Ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ型もしくはＣｈｉｒｅｉｘ型と呼ばれる電力増幅器に属する、無損失合成出力の電力増幅器であり、トランジスタのドレイン電流（出力電流）に基づいて、ゲートバイアス発生回路によって行われるゲートバイアス電圧の出力動作を制御する機能を有するものである。
【０１５４】
図１０に示した電力増幅器１０００は、単体増幅器である電力増幅器７００を２つ組み合わせたような構成を有しており、図９に示した電力増幅器９００と、コントローラ９１４及びメモリ９１８の代わりに、コントローラ１０１４及びメモリ１０１８が設けられ、電力検出回路９１２の代わりに、電流検出回路１０１６が設けられている点で異なるが、それ以外の部分は同様である。図９に示した電力増幅器９００と同一又は対応する部分は、同一の符号で示されている。図１０において同一の符号で示した部分の動作や機能は、第５実施例において特に説明する以外は、図９に関連して説明したとおりであるので、詳細な説明は省略する。
【０１５５】
電力増幅器１０００において、電流検出回路１０１６は、図７に示した電流検出器７１６と同様に、トランジスタ９０２−１、９０２−２のドレインに出力整合回路９０６−１、９０６−２、合成器９２４、及び整合回路９３０を介して電気的に接続され、トランジスタ９０２−１、９０２−２のドレインに流れるドレイン電流（合計値）を平均値（平均ドレイン電流）として継続的に検出する。電流検出回路１０１６は、検出されたドレイン電流の平均値を随時、コントローラ１０１４に出力する。電流検出回路１０１６としては例えば、周知の電流計を用いることができる。
【０１５６】
ここで、本願発明者は、実験により、Ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ型もしくはＣｈｉｒｅｉｘ型の増幅器においては、移相器９２４が回転させる第２入力信号の位相値が同一であっても、電力増幅器において発振が生じている場合と発振が生じていない場合との間で、トランジスタ９０２−１、９０２−２のドレインに流れるドレイン電流（合計値）が異なる値をとることを見出した。本願発明者が行った実験によれば、同一の位相を有する第２入力信号を供給した場合であっても、発振が生じている場合のドレイン電流値は、発振が生じていない場合のドレイン電流値からずれることが観測された。
【０１５７】
この実験結果に基づいて、本願発明者は、電力増幅器において、ドレイン電流値を検出し、検出されたドレイン電流値を、発振が生じていない場合のドレイン電流値と比較することにより、電力増幅器において発振が生じているか否かを、より正確に判定することをできることを見出した。
【０１５８】
そこで、図１０に示した電力増幅器１０００では、位相検出回路９３２により、移相器９３４から出力される第２入力信号の位相（入力位相）を検出し、さらに、ドレイン電流（出力電流）を検出する。一方、コントローラ１０１４において、発振が生じない場合の第２入力信号の位相（入力位相）と出力電流（出力電流基準値）の関係を示す情報を、基準値テーブルとして、メモリ１０１８に予め記憶しておく。
【０１５９】
そして、検出された入力位相に基づいて、基準値テーブルから、入力位相の値に対応する出力電流基準値を取得し、取得された出力電流基準値と、検出された出力電流の値との差分値が一定値より大きいか否かを判定する。その差分値が一定値より大きい場合は、発振が生じていると判定し、その差分値が一定値より小さい場合は、発振は生じていないと判定する。
【０１６０】
コントローラ１０１４は、上述の基準値テーブルを格納するメモリ１０１８を含む。基準値テーブルは、電力増幅器１０００において発振が生じていない場合の、第２入力信号の位相（入力位相）の値と、出力電流の値（出力電流基準値）の間の関係を示すテーブルであり、コントローラ１０１４内のメモリ１０１８に記憶されている。基準値テーブルの構成は、図８に示した基準値テーブル８０２と同様のものであり、複数の入力位相値ｐｈ＿ｎと、各々の入力位相値ｐｈ＿ｎに対応する出力電流基準値ｏｃ＿ｎが格納されている。
【０１６１】
上述の基準値テーブルは、電力増幅器１０００において製品出荷前に動作試験を行い、動作試験を通じて、入力位相を変化させながら、複数の入力位相値に対して、入力位相と、対応する出力電流を検出することにより作成される。上述の基準値テーブルは、検出された出力電流の値を出力電力基準値として、対応する入力位相値と関連づけてテーブルに格納していくことにより作成することができる。
【０１６２】
コントローラ１０１４は、位相検出回路９３２から、第２入力信号の位相（入力位相）の値を受けとり、電流検出回路１１１６から、ドレイン電流（出力電流）の平均値を受けとる。コントローラ１０１４は、受けとった第２入力信号の位相値と、受けとった出力電流値に基づいて、ゲートバイアス発生回路９０８‐１、９０８−２によって行われるゲートバイアス電圧の出力動作を制御し、ゲートバイアス発生回路９０８−１、９０８−２が出力すべきゲートバイアス電圧の設定値を決定する。コントローラ１０１４は、決定されたゲートバイアス電圧の設定値を示す第１電圧設定情報を生成し、ゲートバイアス電圧回路９０８−１に出力する。また、コントローラ１０１４は、決定されたゲートバイアス電圧の設定値を示す第２電圧設定情報を生成し、ゲートバイアス電圧回路９０８−２に出力する。
【０１６３】
第１増幅回路部９４２−１は、移相器９３４から、分配器９２２によって電力増幅器１０００の入力ノードＰｉｎに供給された入力信号（第１入力信号）に基づいて生成された２つの入力信号のうちの一方の入力信号（第２入力信号）を受けとり、コントローラ１０１４から第１電圧設定情報を受けとる。第１増幅回路９４２−１は、電力検出回路９１２、位相検出回路９３４、電流検出回路１０１６、コントローラ１０１４、及びドレインバイアス発生回路９１０と協働して、飽和領域で動作する増幅器として動作する。第１増幅回路部９４２−１は、受けとった第２入力信号に対して増幅動作を行い、第１出力信号を合成器９２４に出力する。
【０１６４】
第２増幅回路部９４２−２は分配器９２２から、他方の入力信号（第３入力信号）を受けとり、コントローラ１０１４から第２電圧設定情報を受けとる。第２増幅回路部９４２−２は、電力検出回路９１２、位相検出回路９３４、電流検出回路１０１６、コントローラ１０１４、及びドレインバイアス発生回路９１０と協働して、飽和領域で動作する増幅器として動作する。第２増幅回路部９４２−２は、受けとった第３入力信号に対して増幅動作を行い、第２出力信号を合成器９２４に出力する。
【０１６５】
以上説明したように、電力増幅器１０００においては、ドレイン電流（出力電流）を検出し、ドレイン電流の検出値を、予め用意された、発振が生じない場合の出力電流値（出力電流基準値）と比較することにより、実際に発振が生じているか否かを判定し、発振が生じていると判定された場合に、第１増幅回路部９４２−１においては、高調波信号が、入力整合回路９０４−１と出力整合回路９０６−１の間における信号の共振条件を満たさないようにし、第２増幅回路部９４２−２においては、高調波信号が、入力整合回路９０４−２と出力整合回路９０６−２の間における信号の共振条件を満たさないようにすることができる。これにより、発振現象が生じるのを抑止することができ、電力増幅器１０００の動作が発振に起因して不安定になるのを防止することができる。
【０１６６】
加えて、電力増幅器１０００においては、比較により発振が生じていないと判定された場合には、ゲートバイアス電圧をより小さい設定値に変更し、トランジスタ９０２−１、９０２−２に流れるドレイン電流を小さくすることができる。これにより、トランジスタ９０２−１、９０２−２の動作期間中に流れるドレイン電流の平均値を減少させることができ、トランジスタ９０２−１、９０２−２の信頼性が低下するのを防止することができる。
【０１６７】
尚、上述の例では、電流検出回路１０１６によりトランジスタ９０２−１、９０２−２のドレイン電流の合計値を検出するようにしたが、この構成には限定されず、合成器９２４の２つの入力ノードにそれぞれ電流検出回路を電気的に接続し、トランジスタ９０２−１、９０２−２のドレイン電流を個別に検出するようにしてもよい。この場合、ゲートバイアス発生回路９０８−１及び９０８−２のゲートバイアス電圧の出力動作はそれぞれ、コントローラ１０１４により、トランジスタ９０２−１、９０２−２の個別のドレイン電流値に基づいて制御される。
【０１６８】
以上、本発明の例示的な実施形態の電力増幅器について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。各実施例に開示された技術は、相互に矛盾することがない限り、適宜組合せることが可能であるものである。
【０１６９】
以上の第１ないし第６実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
基本波と高調波を含む入力信号を入力ノードで受けとり、前記入力信号の電力を増幅することにより出力信号を生成し、前記生成された出力信号を出力ノードから出力する増幅回路と、
前記増幅回路の入力ノードに接続され、前記入力信号の高調波処理を行う入力整合回路と、
前記増幅回路の出力ノードに接続され、前記出力信号の高調波処理を行う出力整合回路と、
を有し、
前記増幅回路は、前記入力信号の電力が所定の値より大きい値から前記所定の値より小さい値に低下したとき、前記生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させることを特徴とする電力増幅器。
（付記２）
前記増幅回路は、前記入力信号の電力に基づいて、前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする付記１記載の電力増幅器。
（付記３）
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記入力信号の電力が第１閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記入力信号の電力が第２閾値より大きいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記２記載の電力増幅器。
（付記４）
前記第１閾値及び前記第２閾値は、前記トランジスタの入力電力と出力電力の間の特性において線形性を示す領域に含まれる入力電力値であることを特徴とする付記３記載の電力増幅器。
（付記５）
前記入力整合回路及び前記出力整合回路はそれぞれ、複数のスタブを含む分布定数線路であることを特徴とする付記２ないし４のいずれか１つに記載の電力増幅器。
（付記６）
前記増幅回路は、前記出力信号の電力に基づいて、前記生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする付記１記載の電力増幅器。
（付記７）
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記出力信号の電力が第１閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力信号の電力が第２閾値より大きいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記６記載の電力増幅器。
（付記８）
前記第１閾値及び前記第２閾値は、前記トランジスタの入力電力と出力電力の間の特性において線形性を示す領域に含まれる出力電力値であることを特徴とする付記７記載の電力増幅器。
（付記９）
前記入力整合回路及び前記出力整合回路はそれぞれ、複数のスタブを含む分布定数線路であることを特徴とする付記６ないし８のいずれか１つ記載の電力増幅器。
（付記１０）
前記増幅回路は、前記出力ノードに流れる出力電流に基づいて、前記生成される出力信号の高調波に含まれる高調波の整合点における前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする付記１記載の電力増幅器。
（付記１１）
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記出力電流の値と基準値との差が第１閾値よりも大きいとき、前記トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電流の値と前記基準値との差が第２閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記１０記載の電力増幅器。
（付記１２）
前記電力増幅器は、前記電力増幅器が正常に動作する場合の、前記入力信号の電力値と前記出力電流の値の関係を示す基準値情報をさらに含み、
前記基準値情報に基づいて、前記入力ノードで受けとられた前記入力信号の電力値に対応する前記出力電力の値を取得することにより、前記基準値を決定することを特徴とする付記１１記載の電力増幅器。
（付記１３）
前記入力整合回路及び前記出力整合回路はそれぞれ、複数のスタブを含む分布定数線路であることを特徴とする付記１０ないし１２のいずれか１つに記載の電力増幅器。
（付記１４）
基本波と高調波を含む第１入力信号を受けとり、受けとった前記第１入力信号に基づいて、前記基本波と前記高調波を含む第２入力信号及び第３入力信号を生成する分配器と
前記第２入力信号を第１入力ノードで受けとり、前記第２入力信号の電力を増幅することにより第１出力信号を生成し、前記生成された第１出力信号を第１出力ノードから出力する第１増幅回路と、
前記第１増幅回路の第１入力ノードに接続され、前記第２入力信号の高調波処理を行う第１入力整合回路と、
前記第１増幅回路の第１出力ノードに接続され、前記第１出力信号の高調波処理を行う第１出力整合回路と、
前記第３入力信号を第２入力ノードで受けとり、前記第３入力信号の電力を増幅することにより第２出力信号を生成し、前記生成された第２出力信号を第２出力ノードから出力する第２増幅回路と、
前記第１増幅回路の第２入力ノードに接続され、前記第２入力信号の高調波処理を行う第２入力整合回路と、
前記第１増幅回路の第２出力ノードに接続され、前記第２出力信号の高調波処理を行う第２出力整合回路と、
前記第１出力信号と前記第２出力信号を合成し、第３出力信号を生成する合成器と、
を有し、
前記第１増幅回路は、前記第３出力信号の出力電力に基づいて、前記生成される第１出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させ、
前記第２増幅回路は、前記第３出力信号の前記出力電力に基づいて、前記生成される第２出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させることを特徴とする電力増幅器。
（付記１５）
前記第１増幅回路は、ゲートを前記第１入力ノードとし、ドレインを前記第１出力ノードとするトランジスタであり、
前記第２増幅回路は、ゲートを前記第２入力ノードとし、ドレインを前記第２出力ノードとするトランジスタであり、
前記第１電力増幅器は、
前記出力電力の値と基準値との差が第１閾値よりも大きいとき、前記第１トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電力の値と前記基準値との差が第２閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給する第１バイアス発生器をさらに有し、
前記第２電力増幅器は、
前記出力電力の値と前記基準値との差が前記第１閾値よりも大きいとき、前記第２トランジスタのゲートに、第３電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電力の値と前記基準値との差が前記第２閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第３電圧値よりも小さい第４電圧値を有するバイアス電圧を供給する第２バイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記１４記載の電力増幅器。
（付記１６）
前記電力増幅器は、前記電力増幅器が正常に動作する場合の、前記第２入力信号の位相の値と前記出力電力の値の関係を示す基準値情報をさらに含み、
前記基準値情報に基づいて、前記第２入力信号の位相値に対応する前記出力電力の値を取得することにより、前記基準値を決定することを特徴とする付記１５記載の電力増幅器。
（付記１７）
基本波と高調波を含む第１入力信号を受けとり、受けとった前記第１入力信号に基づいて、前記基本波と前記高調波を含む第２入力信号及び第３入力信号を生成する分配器と
前記第２入力信号を第１入力ノードで受けとり、前記第２入力信号の電力を増幅することにより第１出力信号を生成し、前記生成された第１出力信号を第１出力ノードから出力する第１増幅回路と、
前記第１増幅回路の第１入力ノードに接続され、前記第２入力信号の高調波処理を行う第１入力整合回路と、
前記第１増幅回路の第１出力ノードに接続され、前記第１出力信号の高調波処理を行う第１出力整合回路と、
前記第３入力信号を第２入力ノードで受けとり、前記第３入力信号の電力を増幅することにより第２出力信号を生成し、前記生成された第２出力信号を第２出力ノードから出力する第２増幅回路と、
前記第１増幅回路の第２入力ノードに接続され、前記第２入力信号の高調波処理を行う第２入力整合回路と、
前記第１増幅回路の第２出力ノードに接続され、前記第２出力信号の高調波処理を行う第２出力整合回路と、
前記第１出力信号と前記第２出力信号を合成し、第３出力信号を生成する合成器と、
を有し、
前記第１増幅回路は、前記合成器の出力ノードに流れる出力電流に基づいて、前記生成される第１出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させ、
前記第２増幅回路は、前記合成器の出力ノードに流れる前記出力電流に基づいて、前記生成される第２出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させることを特徴とする電力増幅器。
（付記１８）
前記第１増幅回路は、ゲートを前記第１入力ノードとし、ドレインを前記第１出力ノードとするトランジスタであり、
前記第２増幅回路は、ゲートを前記第２入力ノードとし、ドレインを前記第２出力ノードとするトランジスタであり、
前記第１電力増幅器は、
前記出力電流の値と基準値との差が第１閾値よりも大きいとき、前記第１トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記第３出力電流の値と前記基準値との差が第２閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給する第１バイアス発生器をさらに有し、
前記第２電力増幅器は、
前記出力電流の値と前記基準値との差が前記第１閾値よりも大きいとき、前記第２トランジスタのゲートに、第３電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電流の値と前記基準値との差が前記第２閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第３電圧値よりも小さい第４電圧値を有するバイアス電圧を供給する第２バイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記１７記載の電力増幅器。
（付記１９）
前記電力増幅器は、前記電力増幅器が正常に動作する場合の、前記第２入力信号の位相の値と前記出力電流の値の関係を示す基準値情報をさらに含み、
前記基準値情報に基づいて、前記第２入力信号の位相値に対応する前記出力電流の値を取得することにより、前記基準値を決定することを特徴とする付記１８記載の電力増幅器。
【符号の説明】
【０１７０】
１００ 電力増幅器、
１０２ トランジスタ、
１０４ 入力整合回路、
１０６ 出力整合回路、
１０８ ゲートバイアス発生回路、
１１０ ドレインバイアス発生回路、
４００ 電力増幅器、
４０２ トランジスタ、
４０４ 入力整合回路、
４０６ 出力整合回路、
４０８ ゲートバイアス発生回路、
４１０ ドレインバイアス発生回路、
４１２ 電力検出回路、
４１４ コントローラ、
５０２ 伝送線路、
５０４、５０６、５０８、５１０ スタブ、
５１２ 伝送線路、
５１４、５１６、５１８、５２０ スタブ、
６００ 電力増幅器、
６１２ 電力検出回路、
６１４ コントローラ、
７００ 電力増幅器、
７１４ コントローラ、
７１６ 電流検出回路、
７１８ メモリ、
８０２ 基準値テーブル、
９００ 電力増幅器、
９０２−１ トランジスタ、
９０２−２ トランジスタ、
９０４−１ 入力整合回路、
９０４−２ 入力整合回路、
９０６−１ 出力整合回路、
９０６−２ 出力整合回路、
９０８−１ ゲートバイアス発生回路、
９０８−２ ゲートバイアス発生回路、
９１０ ドレインバイアス発生回路、
９１２ 電力検出回路、
９１４ コントローラ、
９１８ メモリ、
９２２ 分配器、
９２４ 合成器、
９２６、９２８ 移相器、
９３０ 整合回路、
９３２ 位相検出回路、
９３４ 移相器、
９４２−１ 第１増幅回路部、
９４２−２ 第２増幅回路部、
１０００ 電力増幅器、
１０１４ コントローラ、
１０１８ メモリ、
１０１６ 電流検出回路
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例の一側面において開示する技術は、電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線基地局で用いられる無線通信装置は、無線送信される送信信号の電力を増幅するため、電力増幅器を含む。電力増幅器は一般に、高周波の入力信号に対して高出力動作を行うことが要求されるため、高周波の入力信号に対して、高い電力増幅効率を有することが望まれている。高増幅効率を有する電力増幅器を実現する手段の一つとして、Ｆ級電力増幅器が知られている。
【０００３】
図１は、電力増幅器の構成の一例を示す図である。図１に示した電力増幅器１００は、トランジスタ１０２、入力整合回路１０４、出力整合回路１０６、ゲートバイアス発生回路１０８、及びドレインバイアス発生回路１１０を含む。
【０００４】
トランジスタ１０２のゲートには、ゲートバイアス発生回路１０８から入力整合回路１０４を介して一定のゲートバイアス電圧が供給され、ドレインにはドレインバイアス発生回路１１０から出力整合回路１０６を介して一定のドレインバイアス電圧が供給される。トランジスタ１０２は、電力増幅器１００の入力ノードＰｉｎに供給された入力信号をゲートで受けとり、受けとった入力信号の電力を増幅する。トランジスタ１０２は、電力増幅の結果得られる信号を出力信号として、ドレインから、電力増幅器１００の出力ノードＰｏｕｔに出力する。
【０００５】
トランジスタ１０２のドレインには、出力整合回路１０６が接続されている。出力整合回路１０６は、トランジスタ１０２の出力信号に含まれる高調波を処理する高調波処理回路として機能する。電力増幅器１００がＦ級増幅器として動作する場合、出力整合回路１０６において、トランジスタ１０２の出力ノードから負荷回路側（出力整合回路１０６側）を見たときのインピーダンスが、偶数次高調波に対してはゼロ（ショート）となり、奇数次高調波に対しては無限大（開放）となるように、高調波処理が行われる。電力増幅器１００がＦ級増幅器として動作する場合、このような高調波処理によって、出力信号の電圧波形と電流波形との重なりを減らすことができ、電力損失を抑えることにより、電力増幅を高効率化することができる。高調波処理回路については、複数のスタブによって構成された分布定数線路によって実現する手法が知られている（例えば、下記特許文献１及び２参照）。
【０００６】
一方、トランジスタ１０２のゲートには、入力整合回路１０４が接続されている。入力整合回路１０４は、トランジスタ１０２の入力信号に含まれる高調波を処理する高調波処理回路として機能する。電力増幅器１００では、入力整合回路１０４においても、出力整合回路１０６と同様の高調波処理が行われる。電力増幅器１００では、出力側の出力整合回路１０６だけでなく、入力側の入力整合回路１０４においても高調波処理を行うことによって、さらなる電力増幅の高効率化を達成することができる。
【０００７】
また、出力整合回路１０６において、トランジスタ１０２の出力ノードから負荷回路を見たときのインピーダンスが、偶数次高調波に対して無限大（開放）となり、奇数次高調波に対してはゼロ（ショート）となるように、高調波処理を行い、出力信号の電圧波形と電流波形との関係が、上述のＦ級増幅器の場合とは逆にすることにより、電力増幅の高効率化を図る逆Ｆ級電力増幅器も提案されている（下記非特許文献１参照）。逆Ｆ級電力増幅器においては、Ｆ級増幅器よりもさらに高効率な電力増幅が可能になると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１‐３５６７７９号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４６２６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】A. Inoue, et al., “Analysis of class-F and inverse class-F amplifiers,” IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., Boston, MA Jun. 2000, pp. 775-778
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、トランジスタの入力側（ゲート側）と出力側（ドレイン側）の両方に、スタブを形成し、入力側と出力側の両方において高調波処理を行うようにした場合、スタブを形成せず、入力側と出力側の両方とも高調波処理を行わない場合や、出力側にのみスタブを形成し、出力側においてのみ高調波処理を行う場合と比べて、電力増幅効率を向上させることができる。
【００１１】
しかしながら、トランジスタの入力側（ゲート側）と出力側（ドレイン側）の両方にスタブを形成した場合、高調波帯域において発振が生じる場合があることが、本願発明者が行った実験により見出された。このような発振現象は、電力増幅器の動作を不安定にする要因となるため、発振が生じるのを事前に抑止することが望まれる。
【００１２】
従って、本実施例の一側面においては、トランジスタの入力側と出力側の両方に高調波処理を行う整合回路を設けた場合でも、発振が生じるのを抑止することができ、安定動作が可能な電力増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本実施例の一側面における電力増幅器は、基本波と高調波を含む入力信号を入力ノードで受けとり、前記入力信号の電力を増幅することにより出力信号を生成し、前記生成された出力信号を出力ノードから出力する増幅回路と、前記増幅回路の入力ノードに接続され、前記入力信号の高調波処理を行う入力整合回路と、前記増幅回路の出力ノードに接続され、前記出力信号の高調波処理を行う出力整合回路とを含む。さらに、前記増幅回路は、前記入力信号の電力が所定の値より大きい値から前記所定の値より小さい値に低下したとき、前記生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本実施例の一側面における電力増幅器においては、トランジスタの入力側と出力側の両方に高調波処理を行う整合回路を設けた場合でも、発振が生じるのを抑止し、電力増幅器の安定動作を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電力増幅器の構成の一例を示す図である。
【図２】トランジスタ１０２の入力側と出力側の両方にスタブを形成し、高調波処理回路を設けた電力増幅器における発振の一例を示す図である。
【図３】電力増幅器の入出力特性を示す図である。
【図４】第1実施例に係る電力増幅器４００の構成の一例を示す図である。
【図５】入力整合回路４０４と出力整合回路４０６の構成の一例を示す図である。
【図６】第２実施例に係る電力増幅器６００の構成の一例を示す図である。
【図７】第３実施例に係る電力増幅器７００の構成の一例を示す図である。
【図８】基準値テーブル７１８の一例を示す図である。
【図９】第４実施例に係る電力増幅器９００の構成の一例を示す図である。
【図１０】第５実施例に係る電力増幅器１０００の構成の一例を示す図である。
【図１１】ゲートバイアス電圧を変化させたときの、２次高調波に対する最適整合点のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１７】
［１．第１実施例］
以下、第１実施例に係る電力増幅器について説明する。
【００１８】
［１−１．発振現象に関する実験及び考察］
第１実施例に係る電力増幅器について説明する前に、本願発明者が行った、上述の発振現象に関する実験及び考察について説明する。
【００１９】
［１−１−１．発振現象に関する実験］
図２は、本願発明者が図１に示した電力増幅器１００を用いて行った、上述の発振現象に関する実験（以下、実験１と称する）の結果を示す図である。図２は、図１に示したトランジスタ１０２の入力側と出力側の両方にスタブを形成し、高調波処理回路を設けたＦ級電力増幅器における発振の一例を示す図である。
【００２０】
図２に示した例は、８００ＭＨｚの基本波を有する入力信号に対して高調波帯域において観測された発振の例であり、本願発明者が実験により取得したデータに基づくものである。図２から分かるように、偶数次の高調波において発振が生じることが観測された。
【００２１】
また、本願発明者が行った実験１によれば、図２に示した発振は、電力増幅器の入力電力を、トランジスタにおいて、出力電力が飽和する領域（飽和領域）に属する大きい電力値から、入力電力と出力電力の関係が線形性を示す領域（線形領域）に属する小さい電力値に減少させた場合にのみ観測された。一方、図２に示した発振は、入力電力を、飽和領域に属する大きい電力値にした場合には観測されなかった。また、上述の発振は、入力電力を、線形領域に属する小さい電力値から、飽和領域に属する大きい電力値に増加させていった場合にも、同様に観測されなかった。
【００２２】
すなわち、上記実験１の結果から、本願発明者は、上述の発振現象が、電力増幅器において入力電力を、トランジスタの飽和領域の電力値から、線形領域の電力値に減少させた場合にのみ観測される、入力電力に対して履歴（ヒステリシス）を有する発振現象であることを見出した。
【００２３】
一方、本願発明者は、トランジスタの入力側と出力側の一方においてスタブを切り離し、高調波処理回路を設けないようにした場合には、図２に示した発振が生じないことを、実験により確認した（以下、実験２と称する）。
【００２４】
［１−１−２．実験１及び実験２の結果に基づく考察］
上述の実験２の結果により、トランジスタの入力側と出力側の一方においてスタブを切り離した場合には発振現象が見られなくなることから、トランジスタの入力側と出力側の両方においてスタブ自体が反射器を形成し、入力側と出力側に設けられたスタブの間で信号の反射が起こり、入力側と出力側に設けられたスタブの間で信号の共振が生じていることが、上述の発振現象の一因であると考えられる。
【００２５】
すなわち、トランジスタ１０２の出力側に位置する出力整合回路１０６によって、トランジスタ１０２の出力信号の高調波が反射され、反射された高調波信号がトランジスタ１０２の入力側に帰還される。この帰還された高調波信号は、入力側に位置する入力整合回路１０４によって反射され、反射された高調波信号がトランジスタ１０２によって増幅されて、再び出力信号としてトランジスタ１０２の出力側に現れる。
【００２６】
そして、実験１の結果から、電力増幅器の入力電力を、トランジスタの飽和領域に属する大きい電力値から、線形領域に属する小さい電力値に減少させた場合に、入力側と出力側に設けられたスタブの間の信号の反射において、共振条件が満たされるようになり、発振が生じるものと考えられる。
【００２７】
特に、トランジスタを用いた電力増幅器の場合、トランジスタは入力電力が低いほど利得が増加するため、トランジスタへの入力電力が低く、トランジスタの出力側のスタブの反射によって入力側に帰還される信号の電力が低い場合であっても、帰還された信号の電力がトランジスタによって増幅されることにより、出力側には大きな出力電力を有する出力信号が生じることとなり、発振が生じ易くなっていると考えられる。
【００２８】
従って、電力増幅器において発振が生じるのを抑止するためには、意図的に、トランジスタの出力信号（高調波信号）が、入力側と出力側に設けられたスタブの間における信号の共振条件を満たさないようにすることが有効であると考えられる。
【００２９】
尚、上述の実験２の結果から、トランジスタの入力側と出力側の一方においてスタブを切り離すことにより、上述の発振が生じるのを抑止することが分かるが、一方のスタブを切り離した場合、上述のように、高い電力増幅効率を得るのは難しくなる。そのため、一方のスタブを切り離すのは望ましくない。
【００３０】
［１−１−３．発振抑止方法の検証実験］
上述の考察に基づいて、本願発明者はさらに、以下に示す検証実験を行った。
【００３１】
本願発明者は、ゲートバイアス電圧を変化させて、ゲートバイアス電圧をそれぞれ、−２．６９Ｖ、−２．３９Ｖ、−２．１９Ｖと正電圧方向に大きくした場合に、高調波帯域において、図２に示したような発振現象が観測されるかを検証する実験（以下、実験３と称する）を行った。
【００３２】
尚、実験３においては、図１に示した電力増幅器１００を用い、トランジスタ１０２として、出力電力が１０Ｗであり、ピンチオフ電圧が負電圧である負電圧ＧａＮ ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用い、ドレインバイアス発生回路１１０においてはドレインバイアス電圧を２８Ｖとした。また、入力整合回路１０４及び出力整合回路１０６には、複数のスタブによって構成された分布定数線路を用い、入力側、出力側ともに２次高調波まで高調波処理を行う構成を採用した。また、入力信号には、８００ＭＨｚの基本波を有する高周波信号を用いた。
【００３３】
実験１の結果、ゲートバイアス電圧を−２．６９Ｖとした場合には、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少したときに、図２に示したような発振現象が観測された。一方、ゲートバイアス電圧を−２．３９Ｖとした場合には、同様に、図２に示したような発振現象が観測されたものの、発振が観測された高調波（例えば、２次高調波）における電力値（ピーク値）は、ゲートバイアス電圧を−２．６９Ｖとした場合よりも小さくなることが観測された。そして、ゲートバイアス電圧を−２．１９Ｖとした場合には、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少したときであっても、発振現象は観測されなくなり、例えば、２次高調波において観測されていた電力のピークも消滅することが確認された。
【００３４】
［１−１−４．検証実験の結果に対する考察］
実験１の結果が示すように、ゲートバイアス電圧を正電圧方向に大きくすることにより発振が生じなくなる点について、本願発明者は、以下に示すように考察した。
【００３５】
図１１は、本願発明者が行ったシミュレーションの結果の一例をスミスチャートによって示した図であり、ゲートバイアス電圧を変化させたときの、２次高調波に対する最適整合点のシミュレーション結果を示す図である。図１１に示したシミュレーションは、上述の実験３の場合と同様に、図１に示した電力増幅器１００を用いて行われた。
【００３６】
図１１に示したように、入力電力が発振が観測されなかった飽和領域に属する値である場合は（Ｐｉｎ＝２５ｄＢｍ）、ゲートバイアス電圧Ｖｇを−２．６９Ｖから−２．１９Ｖに高くしても、２次高調波に対する整合点は変化しないことが分かる。
【００３７】
これに対して、入力電力が発振が観測された線形領域に属する値である場合には（Ｐｉｎ＝６ｄＢｍ）、ゲートバイアス電圧Ｖｇを−２．６９Ｖから−２．１９Ｖに高くすると、２次高調波に対する整合点は、図１１に点線矢印で示したようにずれ、２倍高調波信号に対するインピーダンスの位相が約７０度から約５０度に回転することが分かる。
【００３８】
すなわち、電力増幅器１００において、入力電力が線形領域に属する小さい値である場合に、ゲートバイアス電圧を正電圧方向に大きくすることにより、高調波信号に対する整合点をずらし、高調波信号の整合点における出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることができることを確認した。
【００３９】
そして、高調波信号に対する整合点がずれることにより、入力電力が線形領域に属する小さい値であるときのトランジスタ１０２の利得が低くなる方向に変化するため、高調波信号が入力整合回路１０４と出力整合回路１０６の間における信号の共振条件を満たさなくなり、発振を抑止することができたものと考えられる。
【００４０】
また、別の観点によれば、電力増幅器１００において、ゲートバイアス電圧が負電圧方向に小さい場合、高調波帯域において安定指数が（K factor）１より小さくなる帯域が存在し、高調波信号の整合点が不安定領域に位置する場合があったと考えられる。電力増幅器の安定指数が１より小さい不安定領域においては、発振が生じる可能性があることが知られているためである。
【００４１】
これに対し、ゲートバイアス電圧を正電圧方向に大きくした場合、高調波帯域における安定指数を全体的に大きくすることができるので、安定指数が１より小さくなっていた帯域においても、安定指数を１より大きい値にすることができる。
【００４２】
これにより、高調波信号の整合点を不安定領域から、安定指数が１より大きく、発振が生じる可能性が無い安定領域にずらすことができるため、高調波信号が入力整合回路１０４と出力整合回路１０６の間における信号の共振条件を満たさなくなり、発振を抑止することができたものと考えられる。
【００４３】
［１−１−５．電力増幅器の入出力特性に関する実験］
さらに、本願発明者は、ゲートバイアス電圧を−２．１９Ｖとした場合に、発振現象が観測されなくなるという実験結果をふまえて、ゲートバイアス電圧をそれぞれ、−２．６９Ｖ、−２．３９Ｖ、及び−２．１９Ｖと正電圧方向に大きくした場合において、電力増幅器の入出力特性がどのように変化するかを検証する実験（以下、実験４と称する）を行った。尚、実験４においては、実験３の場合と同様の構成を有する電力増幅器を用いた。
【００４４】
図３は、実験４の結果を示すものであり、電力増幅器の入出力特性を示す図であり、トランジスタ１０２のゲートに供給される入力信号の電力（入力電力）と、ドレインから出力される出力信号の電力（出力電力）の相関関係を示す図である。図３において、破線で示した曲線（ａ）は、ゲートバイアス電圧を−２．６９Ｖとした場合の入出力特性を示し、一点鎖線で示した曲線（ｂ）は、ゲートバイアス電圧を−２．３９Ｖとした場合の入出力特性を示し、実線で示した曲線（ｃ）は、ゲートバイアス電圧が−２．１９Ｖをとした場合の入出力特性を示す。
【００４５】
まず、図３に示した曲線（ａ）〜（ｃ）を個別にみると、電力増幅器１００の入出力特性はそれぞれ、入力電力が低い側の領域に線形領域を有し、入力電力が高い側の領域に飽和領域を有する。線形領域においては、出力電力と入力電力との関係は線形性を示し、飽和領域では、出力電力は飽和し、入力電力が増加してもおおよそ一定の値に維持される。
【００４６】
次に、図３に示した曲線（ａ）〜（ｃ）を互いに比較すると、各々のゲートバイアス電圧における入出力特性の差は比較的小さく、電力増幅器１００の増幅効率の観点においては、許容し得る範囲内のものであった。特に、飽和領域でのドレイン効率は、ゲートバイアス電圧が−２．６９Ｖ、−２．３９Ｖ、−２．１９Ｖである場合、それぞれ、７４．８％、７４．７％、７４．７％であり、それらの差はわずかなものであり、ゲートバイアス電圧を−２．６９Ｖから−２．１９Ｖへと正電圧方向に大きくしたとしても、入出力特性の変化が増幅効率に与える影響は許容範囲内のものであることが確認された。
【００４７】
一方、ゲートバイアス電圧を−２．６９Ｖから−２．１９Ｖへと正電圧方向に大きくした場合、トランジスタ１０２の動作期間中にゲートに印加される電圧の平均レベルが高くなることから、トランジスタ１０２の動作期間中に流れるドレイン電流の平均値も増加してしまう。トランジスタ１０２の動作期間中に流れるドレイン電流の増加は、トランジスタ１０２の劣化を早める要因となるので、トランジスタの寿命を短くし、デバイスとしての信頼性を低下させる一因となる。
【００４８】
従って、トランジスタの信頼性の観点からは、ゲートバイアス電圧を増加させることは好ましいことではない。
【００４９】
［１−２．発振抑止方法］
以上説明した実験及び考察に基づいて、本願発明者は以下の（ａ）〜（ｄ）に示す点に着目した。
【００５０】
（ａ）高調波帯域において発振現象が観測されるのは、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少したときである点、
（ｂ）ゲートバイアス電圧を正電圧方向に大きくした場合に、高調波帯域における発振現象が観測されなくなる点、
（ｃ）ゲートバイアス電圧を正電圧方向に大きくしても、電力増幅器の入出力特性の変化が増幅効率に与える影響を許容範囲内に抑えることが可能である点、及び、
（ｄ）トランジスタの信頼性を低下させないためには、ゲートバイアス電圧を増加させないのが好ましい点。
【００５１】
そして、上記（ａ）〜（ｄ）の着目点に基づいて、本願発明者は、電力増幅器において、入力電力の変動を監視し、入力電力が予め決められた閾値より小さい場合は、発振が生じる可能性があると判断して、ゲートバイアス電圧を、発振を抑止することが可能な第１電圧値に設定する一方、入力電力が予め決められた閾値より大きい場合は、発振が生じる可能性はないと判断して、ゲートバイアス電圧を負電圧方向に小さくし、第１電圧値より負電圧方向に小さい第２電圧値に設定するという発振抑止方法を見出した。
【００５２】
上記方法において、入力電力が上記閾値より小さい場合は、発振が生じる可能性があると判断して、ゲートバイアス電圧を、発振を抑止することが可能な第１電圧値に設定することとしたのは、上記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に着目したためである。また、入力電力が上記閾値より大きい場合は、発振が生じる可能性はないと判断して、ゲートバイアス電圧を第１電圧値より負電圧方向に小さい第２電圧値に設定することとしたのは、上記（ａ）及び（ｄ）に着目したためである。
【００５３】
ここで、上記閾値は、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少したときに発振現象が観測されることから、線形領域に属する入力電力値の範囲内の値であって、かつ、入力電力を減少させていったときに発振が観測され始める入力電力値よりも大きい値が設定される。上記閾値は、図３に示した電力増幅器の入出力特性においては、例えば１０ｄｂｍである。
【００５４】
また、第１電圧値は、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に、電力増幅器において発振が生じないような電圧である。第２電圧値は、図３に示した電力増幅器の入出力特性においては、例えば−２．１９Ｖである。
【００５５】
一方、第２電圧値は、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に、電力増幅器において発振が生じるような電圧であってもよい。第１電圧値は、図３に示した電力増幅器の入出力特性においては、例えば−２．６９Ｖである。
【００５６】
また、上述の検証実験の結果に対する考察に基づいて、トランジスタの機能・動作の観点からみると、上記の方法において、入力電力がトランジスタの飽和領域の電力値から、線形領域の電力値に減少した場合に、ゲートバイアス電圧を上述の第１電圧値に設定することは、トランジスタが、出力される高調波信号の整合点における出力インピーダンスの位相を小さくなる方向に回転させ、トランジスタの利得を低くなる方向にずらすことに対応するものである。あるいは、別の観点によれば、トランジスタが、高調波信号の整合点が安定領域に位置するように、高調波帯域において電力増幅器の安定指数（K factor）を１より大きい値とすることに対応するものである。
【００５７】
［１−３．電力増幅器の構成］
以下に、第１実施例に係る電力増幅器４００の構成例を説明する。第１実施例に係る電力増幅器４００は、上述した発振抑止方法を実現するための機能及び構成を有し、発振抑止方法を実現するための動作を実行するものである。
【００５８】
［１−３−１．電力増幅器４００の構成例］
図４は第１実施例に係る電力増幅器４００の構成の一例を示す図である。図４に示した電力増幅器４００は、例えばＦ級増幅器であり、トランジスタ４０２、入力整合回路４０４、出力整合回路４０６、ゲートバイアス発生回路４０８、ドレインバイアス発生回路４１０、電力検出回路４１２、及びコントローラ４１４を含む。
【００５９】
トランジスタ４０２は、ソースが接地（グランド）ＧＮＤに電気的に接続され、電力増幅回路として機能する。すなわち、トランジスタ４０２は、ゲートにおいて、入力整合回路４０４を介して、電力増幅器４００の入力ノードＰｉｎに供給された入力信号を受けとり、受けとった入力信号の電力を増幅する。トランジスタ４０２は、増幅された信号をドレインから、出力整合回路４０６を介して、電力増幅器４００の出力ノードＰｏｕｔに出力する。
【００６０】
トランジスタ４０２は例えば、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor、ＦＥＴ）である。トランジスタ４０２としては例えば、出力電力が１０Ｗであり、ピンチオフ電圧が負電圧であるＧａＮ ＦＥＴを用いることができる。但し、トランジスタ４０２には、バイポーラトランジスタを用いてもよい。また、トランジスタ４０２に代えて、他の増幅回路を用いてもよい。
【００６１】
また、トランジスタ４０２のゲートに入力ノードＰｉｎを介して供給される入力信号は、例えば、数百ＭＨｚから数ＧＨｚの周波数を有する高周波信号であり、基本波信号に加えて、基本波信号の周波数（基本周波数）の整数倍の周波数を有する複数の高調波信号を含む。
【００６２】
入力整合回路４０４は、トランジスタ４０２の入力側に設けられ、トランジスタ４０２のゲートに電気的に接続される。入力整合回路４０４は、入力信号に含まれる高調波信号に対して高調波処理を行う。入力整合回路４０４の詳細については後述する。
【００６３】
出力整合回路４０６は、トランジスタ４０２の出力側に設けられ、トランジスタ４０２のゲートと電気的に接続される。出力整合回路４０６は、出力信号に含まれる高調波信号に対して高調波処理を行う。出力整合回路４０６の詳細については後述する。
【００６４】
ドレインバイアス発生回路４１０は、出力整合回路４０６と電気的に接続され、出力整合回路４０６を介して、トランジスタ４０２のドレインにバイアス電圧（ドレインバイアス電圧）を出力する。ドレインバイアス発生回路４０４から供給されるバイアス電圧は例えば、２８Ｖである。尚、ドレインバイアス発生回路４０６は、周知の電圧発生回路によって実現することができる。
【００６５】
ゲートバイアス発生回路４０８は、入力整合回路４０４と電気的に接続され、入力整合回路４０４を介して、トランジスタ４０２のゲートにバイアス電圧（ゲートバイアス電圧）を供給する。ゲートバイアス発生回路４０８の動作は、コントローラ４１４によって制御される。ゲートバイアス発生回路４０８は、コントローラ４１４から供給される電圧設定情報に基づいて、トランジスタ４０２のゲートに供給するゲートバイアス電圧の電圧値を変更する。尚、ゲートバイアス発生回路４０８は、周知の可変電圧発生回路によって実現することができる。
【００６６】
電力検出回路４１２は、電力増幅器４００の入力ノードＰｉｎに電気的に接続され、入力ノードＰｉｎに供給された入力信号の平均電力（平均入力電力）を継続的に検出する。電力検出回路４１２は、検出された入力信号の平均電力の値を随時、コントローラ４１４に出力する。電力検出回路４１２は例えば、周知のパワーセンサである。
【００６７】
コントローラ４１４は、電力検出回路４１２から、入力信号の平均電力の値を受けとり、受けとった入力信号の平均電力値に基づいて、ゲートバイアス発生回路４０８によって行われるゲートバイアス電圧の出力動作を制御する。尚、上述したように、発振現象は入力電力をトランジスタの飽和領域から線形領域へと減少させた場合に観測されるものであり、発振の発生と消滅の間の間隔は比較的長いため、平均電力の検出による制御で十分に対応可能である。
【００６８】
コントローラ４１４は例えば、ゲートバイアス電圧の出力制御機能を実現するプログラムがインストールされたコンピュータにより、実現することができる。あるいは、コントローラ４１４は例えば、ゲートバイアス電圧の出力制御機能を実現するプログラムを実行するプロセッサにより、実現することができる。あるいは、コントローラ４１４は、ゲートバイアス電圧の出力制御機能を備えた種々のＬＳＩ、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等によっても、実現することができる。
【００６９】
コントローラ４１４は、受けとった入力信号の平均電力値に基づいて、ゲートバイアス発生回路４０８が出力すべきゲートバイアス電圧の設定値を決定する。コントローラ４１４は、決定されたゲートバイアス電圧の設定値を示す電圧設定情報を生成し、ゲートバイアス発生回路４０８に出力する。
【００７０】
コントローラ４１４は、受けとった入力信号の平均電力値が第１閾値よりも小さい場合、ゲートバイアス電圧の設定値を第１電圧値に設定する。ここで、第１閾値は、線形領域に属する入力電力値の範囲内で設定され、かつ、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に発振が観測され始める入力電力値よりも大きい値であり、例えば、図３に示した電力増幅器の入出力特性の場合、１０ｄｂｍである。
【００７１】
第１電圧値は、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に、電力増幅器において発振が生じないようなゲートバイアス電圧値であり、例えば、−２．１９Ｖである。入力電力の値が第１閾値より小さい場合には、ゲートバイアス電圧の値によっては、発振が生じる可能性があるためである。第１電圧値は、後述する第２電圧値よりも正電圧方向に大きい値である。
【００７２】
第１閾値及び第１電圧値は、電力増幅器４００において製品出荷前に動作試験を行い、動作試験を通じて、電力増幅器の基本特性を事前に取得しておくことにより決定される。第１閾値は例えば、線形領域に属する入力電力値であって、かつ、入力電力を飽和領域に属する電力値から減少させていったときに発振が観測され始める入力電力の値を、動作試験を通じて事前に取得しておくことにより、決定される。第１電圧値は例えば、動作試験を通じて、発振が抑止することができるゲートバイアス電圧の値といった特性を事前に取得しておくことにより、決定される。第１閾値及び第１電圧値は、コントローラ４１４内のメモリに記憶される。
【００７３】
また、コントローラ４１４は、受けとった入力信号の平均電力値が第２閾値より大きい場合、ゲートバイアス電圧の設定値を第２電圧値に設定する。ここで、第２閾値は、線形領域に属する入力電力値の範囲内で設定され、かつ、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に発振が観測され始める入力電力値よりも大きい値であり、例えば、図３に示した電力増幅器の入出力特性の場合、１０ｄｂｍである。
【００７４】
第２電圧値は、電力増幅器４００の増幅効率の最適化の観点から適宜設定される値であり、例えば、−２．６９Ｖである。第２電圧値は、増幅効率の観点から許容し得る範囲内で、可能な限り負電圧方向に小さい値を選択するのが好ましい。また、第２電力値は、入力電力の値が第２閾値より大きい場合に用いられる値であるため、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に、電力増幅器４００において発振が生じるような電圧であってもよい。第２閾値及び第２電圧値は、コントローラ４１４内のメモリに記憶される。
【００７５】
尚、上述の例では、第１閾値と第２閾値を同じ値としたが、これに限定されることはなく、異なる値を設定することができる。
【００７６】
また、上述の例では、第１閾値と第２閾値においてそれぞれ、ゲートバイアス発生回路が出力するゲートバイアス電圧を第１設定値と第２設定値の２つの設定値の間で切り換えるようにしたが、この構成には限定されない。例えば、第１設定値と第２設定値の間に１つ以上の設定値を追加して、第１閾値及び第２閾値の付近でゲートバイアス電圧を段階的に変化させるようにしてもよい。さらに、第１閾値及び第２閾値の付近で、ゲートバイアス電圧を第１設定値と第２設定値の２つの設定値の間で連続的に変化させるようにしてもよい。
【００７７】
以上説明したように、電力増幅器４００においては、入力電力がトランジスタ４０２の飽和領域の電力値から、線形領域の電力値に減少した場合でも、ゲートバイアス電圧が上述の第１電圧値に設定されるので、出力される高調波信号の整合点における出力インピーダンスの位相を小さくなる方向に回転させ、トランジスタの利得を低くなる方向に変化させることにより、高調波信号が、入力整合回路４０４と出力整合回路４０６の間における信号の共振条件を満たさないようにすることができる。これにより、発振現象が生じるのを抑止することができ、電力増幅器４００の動作が発振に起因して不安定になるのを防止することができる。
【００７８】
加えて、入力電力が飽和電力の電力値まで高くなった場合には、ゲートバイアス電圧が第１電圧値よりも小さい第２電圧値に設定されるので、トランジスタ４０２に流れるドレイン電流を小さくすることができる。これにより、トランジスタ４０２の動作期間中に流れるドレイン電流の平均値を減少させることができ、トランジスタ４０２の信頼性が低下するのを防止することができる。
【００７９】
［１−３−２．入力整合回路４０４と出力整合回路４０６の構成］
図５は、入力整合回路４０４と出力整合回路４０６の構成の一例を示す図である。図５に示した入力整合回路４０４及び出力整合回路４０６の構成は、電力増幅器４００をＦ級増幅器として動作させるためのものである。
【００８０】
出力整合回路４０６は、伝送線路５０２、スタブ５０４、５０６、５０８、５１０を含む分布定数線路である。伝送線路５０２は、トランジスタ４０２の出力ノード（ドレイン）に接続され、λ１／４の長さを有する。ここで、λ１は基本波信号の波長である。伝送線路５０２の長さは、トランジスタ４０２のドレインを起点とした時の長さが、λ１／４となるように決定される。
【００８１】
スタブ５０４は、オープスタブであり、その一方の端部が伝送線路５０２の、トランジスタ４０２のドレインと反対側の端部Ａに接続されており、他方の端部は開放されている。スタブ５０４はλ２／４の長さ、すなわち、λ１／８の長さを有する。ここで、λ２は２次高調波信号の波長であり、λ１の１／２の長さに相当する。
【００８２】
同様に、スタブ５０６、５０８、５１０はそれぞれ、オープスタブであり、その一方の端部が伝送線路５０２の端部Ａに接続されており、他方の端部は開放されている。スタブ５０６、５０８、５１０はそれぞれλ３／４、λ４／４、λ５／４の長さ、すなわち、λ１／１２、λ１／１６、λ１／２０の長さを有する。ここで、λ３、λ４、λ５はそれぞれ、３次、４次、５次高調波信号の波長であり、λ１の１／３、１／４、１／５の長さに相当する。
【００８３】
出力整合回路４０６は例えば、誘電率３．１、誘電正接０．００１の１つのプリント基板をマイクロストリップ構造に加工することにより、実現することができる。但し、出力整合回路４０６の構造は、マイクロストリップ構造には限定されず、これ以外にも例えば、トリプレート構造を用いてもよい。
【００８４】
出力整合回路４０６において、スタブ５０４はオープンスタブであるため、接続点Ａにおいて、２次高調波信号に対するインピーダンスがゼロ（ショート）となる。同様に、スタブ５０６、５０８、５１０はそれぞれ、オープンスタブであるため、接続点Ａにおいて、３次高調波信号、４次高調波信号及び５次高調信号に対するインピーダンスがゼロ（ショート）となる。
【００８５】
一方、トランジスタ４０２のドレインから見たときの伝送線路５０２のインピーダンスは、伝送線路５０２の長さがλ１／４であるため、基本波信号、３次高調波信号、５次高調波信号に対しては、無限大（開放）となる一方、２次高調波信号、４次高調波信号に対しては、ゼロ（ショート）となる。
【００８６】
よって、出力整合回路４０６は、トランジスタ４０２の出力ノード（ドレイン）から負荷回路側（出力整合回路４０６側）を見たときのインピーダンスを、２次高調波及び４次高調波に対してはゼロ（ショート）とし、３次高調波及び５次高調波に対しては無限大（開放）とすることができる。すなわち、出力整合回路４０６は５次高調波まで、高調波処理を行う回路である。
【００８７】
また、入力整合回路４０４は、伝送線路５１２、スタブ５１４、５１６、５１８、５２０を含む分布定数線路である。伝送線路５１２はトランジスタ４０２の入力ノード（ゲート）に接続され、λ１／４の長さを有する。
【００８８】
スタブ５１４は、λ２／４の長さを有するオープスタブであり、その一方の端部が伝送線路５１２の、トランジスタ４０２のゲートと反対側の端部Ｂに接続されており、他方の端部は開放されている。同様に、スタブ５１６、５１８、５２０はそれぞれ、λ３／４、λ４／４、λ５／４の長さを有するオープスタブであり、その一方の端部が伝送線路５１２の、トランジスタ４０２のゲートと反対側の端部Ｂに接続されており、他方の端部は開放されている。
【００８９】
入力整合回路４０４は、出力整合回路４０６と同様に、例えば、誘電率３．１、誘電正接０．００１の１つのプリント基板をマイクロストリップ構造に加工することにより、実現することができる。入力整合回路４０４は、出力整合回路４０６と同様に、トランジスタ４０２の入力ノード（ゲート）から負荷回路側（入力整合回路４０４側）を見たときのインピーダンスを、２次高調波及び４次高調波に対してはゼロ（ショート）とし、３次高調波及び５次高調波に対しては無限大（開放）とすることができる。すなわち、入力整合回路４０４は５次高調波まで、高調波処理を行う回路である。
【００９０】
尚、上述の例では、入力整合回路４０４及び出力整合回路４０６によって５次高調波まで高調波処理を行っているが、これには限定されず、高調波処理の対象とする高調波の次数は、電力増幅器４００の性能等に応じて、適宜選択可能である。
【００９１】
また、上述の例では、電力増幅器４００をＦ級増幅器として動作させる例を示したが、入力整合回路４０４及び出力整合回路４０６をそれぞれ、トランジスタ１０２の入力ノード及び出力ノードから負荷回路を見たときのインピーダンスが、偶数次高調波に対して無限大（開放）となり、奇数次高調波に対してはゼロ（ショート）となるように設計することにより、電力増幅器４００を逆Ｆ級増幅器として動作させることも可能である。
【００９２】
［２．第２実施例］
以下、第２実施例に係る電力増幅器について説明する。
【００９３】
図６は、第２実施例に係る電力増幅器６００の構成の一例を示す図である。図６に示した電力増幅器６００は、図４に示した電力増幅器４００と、電力検出回路４１２及びコントローラ４１４の代わりに、電力検出回路６１２及びコントローラ６１４が設けられている点で異なるが、それ以外の部分は同様である。図４に示した電力増幅器４００と同一又は対応する部分は、同一の符号で示されている。図６において同一の符号で示した部分の動作や機能は、図４に関連して説明したとおりであるので、詳細な説明は省略する。
【００９４】
図４に示した電力増幅器４００では、電力検出回路４１２により入力ノードＰｉｎに供給された入力信号の電力（入力電力）を検出したが、図６に示した電力増幅器６００では、電力検出回路６１２により出力ノードＰｏｕｔに出力された出力信号の電力（出力電力）を検出する。図３に示した電力増幅器の入出力特性から分かるように、入力電力の増加に対して、出力電力は単調に増加し、入力電力と出力電力は一対一の関係にある。よって、入力電力の変動を監視するためには、入力電力を検出する代わりに、出力電力を検出するようにしてもよいためである。
【００９５】
図６に示したように、電力増幅器６００において、電力検出回路６１２は、電力増幅器６００の出力ノードＰｏｕｔに電気的に接続され、出力ノードＰｏｕｔに出力された出力信号の平均電力（平均入力電力）を継続的に検出する。電力検出回路６１２は、検出された入力信号の平均電力の値を随時、コントローラ６１４に出力する。電力検出回路６１２は例えば、周知のパワーセンサである。
【００９６】
コントローラ６１４は、電力検出回路６１２から、出力信号の平均電力の値を受けとり、受けとった出力信号の平均電力値に基づいて、ゲートバイアス発生回路４０８によって行われるゲートバイアス電圧の出力動作を制御する。尚、電力増幅器４００の場合と同様に、発振の発生と消滅の間の間隔は比較的長いため、平均電力の検出による制御で十分に対応可能である。
【００９７】
コントローラ６１４は、受けとった出力信号の平均電力値に基づいて、ゲートバイアス発生回路４０８が出力すべきゲートバイアス電圧の設定値を決定する。コントローラ６１４は、決定されたゲートバイアス電圧の設定値を示す電圧設定情報を生成し、ゲートバイアス発生回路４０８に出力する。尚、コントローラ６１４の実現手段は、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【００９８】
コントローラ６１４は、受けとった出力信号の平均電力値が第１閾値よりも小さい場合、ゲートバイアス電圧の設定値を第１電圧値に設定する。ここで、第１閾値は、線形領域に属する出力電力値の範囲内で設定され、かつ、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に、発振が観測され始める出力電力値よりも大きい値であり、例えば、図３に示した電力増幅器の入出力特性の場合、３０ｄｂｍである。第１電圧値は、後述する第２電圧値よりも正電圧方向に大きい値である。第１電圧値の詳細については、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【００９９】
また、コントローラ６１４は、受けとった出力信号の平均電力値が第２閾値より大きい場合、ゲートバイアス電圧の設定値を第２電圧値に設定する。ここで、第２閾値は、線形領域に属する出力電力値の範囲内で設定され、かつ、入力電力が飽和領域に属する電力値から、線形領域に属する電力値に減少した場合に、発振が観測され始める出力電力値よりも大きい値であり、例えば、図３に示した電力増幅器の入出力特性の場合、３０ｄｂｍである。第２電圧値の詳細については、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【０１００】
尚、上述の例では、第１閾値と第２閾値を同じ値としたが、電力増幅器４００の場合と同様に、これに限定されることはなく、異なる値を設定することができる。また、上述の例では、第１閾値と第２閾値においてそれぞれ、ゲートバイアス発生回路が出力するゲートバイアス電圧を第１設定値と第２設定値の２つの値で切り換えるようにしたが、電力増幅器４００の場合と同様に、この構成には限定されなく、例えば、２つの設定値の間を第１閾値及び第２閾値の付近で連続的に変化させるようにしてもよい。
【０１０１】
以上説明したように、電力増幅器６００においては、入力電力がトランジスタ４０２の飽和領域の電力値から、線形領域の電力値に減少した場合、そのことが出力電力の検出を通じて検出され、ゲートバイアス電圧が上述の第１電圧値に設定されるので、出力される高調波信号の整合点における出力インピーダンスの位相を小さくなる方向に回転させ、トランジスタの利得を低くなる方向に変化させることにより、高調波信号が、入力整合回路４０４と出力整合回路４０６の間における信号の共振条件を満たさないようにすることができる。これにより、発振現象が生じるのを抑止することができ、電力増幅器６００の動作が発振に起因して不安定になるのを防止することができる。
【０１０２】
加えて、入力電力が飽和電力の電力値まで高くなった場合、そのことが出力電力の検出を通じて検出され、ゲートバイアス電圧が第１電圧値よりも小さい第２電圧値に設定されるので、トランジスタ４０２に流れるドレイン電流を小さくすることができる。これにより、トランジスタ４０２の動作期間中に流れるドレイン電流の平均値を減少させることができ、トランジスタ４０２の信頼性が低下するのを防止することができる。
【０１０３】
［３．第３実施例］
以下、第３実施例に係る電力増幅器について説明する。
【０１０４】
図７は、第３実施例に係る電力増幅器７００の構成の一例を示す図である。図７に示した電力増幅器７００は、図４に示した電力増幅器４００と、コントローラ４１４の代わりに、コントローラ７１４が設けられ、電流検出回路７１６及び後述する基準値テーブル８０２を格納するメモリ７１８が追加されている点で異なるが、それ以外の部分は同様である。図４に示した電力増幅器４００と同一又は対応する部分は、同一の符号で示されている。図７において同一の符号で示した部分の動作や機能は、図４に関連して説明したとおりであるので、詳細な説明は省略する。
【０１０５】
［３−１．電力増幅器７００における発振の有無の判定］
図４に示した電力増幅器４００では、電力検出回路４１２により入力ノードＰｉｎに供給された入力信号の電力（入力電力）を検出することにより、入力電力を監視し、入力電力の値に基づいて、発振が生じる可能性があるか否かを判断している。
【０１０６】
しかしながら、上述したように、電力増幅器において観測される発振現象は、入力電力を、トランジスタの飽和領域の電力値から、線形領域の電力値に減少させた場合にのみ観測され、入力電力に対して履歴（ヒステリシス）を有する減少であるため、入力電力が線形領域に属する電力値であったとしても、発振が生じない場合がある。例えば、線形領域に属する電力値が、飽和領域から減少した結果得られた値ではなく、線形領域に属する、さらに小さい値から増加した結果得られた値である場合には、実際には、発振は観測されない。
【０１０７】
電力増幅器４００では、入力電力値が第１閾値より小さい場合には、ゲートバイアス電圧の値は第１電圧値に設定されるため、上述のように実際には発振が生じないような場合であっても、ゲートバイアス電圧が第１電圧値に設定されてしまう。発振が生じていない場合は、ゲートバイアス電圧は、第１電圧値より小さい電圧値（例えば、第２電圧値）に設定すれば十分であるため、過度に大きな値に設定してしまうことになる。これにより、トランジスタ４０２の動作期間中にゲートに印加される電圧の平均レベルが高くなることから、トランジスタ４０２の動作期間中に流れるドレイン電流の平均値も増加してしまい、トランジスタ４０２の劣化が早まり、デバイスとしての信頼性が低下してしまう。
【０１０８】
ところで、トランジスタ４０２においては、ドレイン電流は入力電力の増加に対して、単調に増加し。入力電力とドレイン電流は基本的に一対一の関係にある。しかしながら、本願発明者は、実験により、同一の入力電力に対応するドレイン電流であっても、電力増幅器において発振が生じている場合と発振が生じていない場合との間で、ドレイン電流が異なる値をとることを見出した。本願発明者が行った実験によれば、同一の電力を有する入力信号を供給した場合であっても、発振が生じている場合のドレイン電流値は、発振が生じていない場合のドレイン電流値よりも小さくなることが観測された。
【０１０９】
この実験結果に基づいて、本願発明者は、電力増幅器において、ドレイン電流の値を検出し、検出されたドレイン電流値を、発振が生じていない場合のドレイン電流値と比較することにより、電力増幅器において発振が生じているか否かを、より正確に判定することをできることを見出した。
【０１１０】
そこで、図７に示した電力増幅器７００では、電力検出回路４１２により入力ノードＰｉｎに供給された入力信号の電力（入力電力）を検出し、さらに、トランジスタ４０２のドレイン電流（出力電流）を検出する。一方、コントローラ７１４において、発振が生じない場合の入力電力値とドレイン電流値（ドレイン電流基準値）の関係を示す情報を、後述する基準値テーブル８０２として、メモリ７１８に予め記憶しておく。
【０１１１】
そして、検出された入力信号の電力値に基づいて、基準値テーブル８０２から、入力電力に対応するドレイン電流基準値を取得し、取得されたドレイン電流基準値と、検出されたドレイン電流の電流値との差分値が一定値より大きいか否かを判定する。その差分値が一定値より大きい場合は、発振が生じていると判定し、その差分値が一定値より小さい場合は、発振は生じていないと判定する。
【０１１２】
［３−２．電力増幅器７００の構成例］
図７に示したように、電力増幅器７００において、電流検出回路７１６は、トランジスタ４０２のドレインに出力整合回路４０６を介して電気的に接続され、トランジスタ４０２のドレインに流れるドレイン電流を平均値（平均ドレイン電流）として継続的に検出する。電流検出回路７１６は、検出されたドレイン電流の平均値を随時、コントローラ７１４に出力する。電流検出回路７１６としては例えば、周知の電流計を用いることができる。
【０１１３】
コントローラ７１４は、基準値テーブル８０２を格納するメモリ７１８を含む。基準値テーブル８０２は、電力増幅器７００において発振が生じていない場合の、入力電力値とドレイン電流値（ドレイン電流基準値）の間の関係を示すテーブルであり、コントローラ７１４内のメモリ７１８に記憶されている。
【０１１４】
図８は、基準値テーブル８０２の一例を示す図である。図８に示したように、基準値テーブル８０２には、複数の入力電力値ｐ＿ｎと、各々の入力電力値ｐ＿ｎに対応するドレイン電流基準値ｉｄ＿ｎが格納されている。
【０１１５】
基準値テーブル８０２は、電力増幅器７００において製品出荷前に動作試験を行い、動作試験を通じて、入力信号の電力を増加させながら、複数の入力電力値に対して、入力信号の電力と、対応するドレイン電流を検出することにより作成される。ここで、上述のように、電力増幅器において観測される発振現象は、入力電力を、トランジスタの飽和領域の電力値から、線形領域の電力値に減少させた場合にのみ観測されるものであり、入力電力に対して履歴（ヒステリシス）を有する。このため、発振が生じていない場合の入力電力とドレイン電流の関係を取得するために、電力増幅器７００においては、線形領域の低入力電力側から飽和領域に向けて、入力信号の電力を増加させながら、複数の入力電力値に対して、入力信号の電力と、対応するドレイン電流を順次検出していくことが望ましい。検出されたドレイン電流の値をドレイン電流基準値として、対応する入力電力値と関連づけてテーブルに格納していくことにより、基準値テーブル８０２を作成することができる。
【０１１６】
図７に戻って、コントローラ７１４は、電力検出回路４１２から、入力信号の平均電力の値を受けとり、電流検出回路７１６から、ドレイン電流の平均値を受けとる。コントローラ７１４は、受けとった入力信号の平均電力値と、受けとったドレイン電流の平均値に基づいて、ゲートバイアス発生回路４０８によって行われるゲートバイアス電圧の出力動作を制御する。
【０１１７】
コントローラ７１４は、受けとった入力信号の平均電力値と、受けとったドレイン電流の平均値に基づいて、ゲートバイアス発生回路４０８が出力すべきゲートバイアス電圧の設定値を決定する。コントローラ７１４は、決定されたゲートバイアス電圧の設定値を示す電圧設定情報を生成し、ゲートバイアス発生回路４０８に出力する。尚、コントローラ７１４の実現手段は、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【０１１８】
コントローラ７１４は、基準値テーブル８０２を参照することにより、受けとった入力信号の平均電力値に基づいて、対応するドレイン電流基準値を取得し、取得したドレイン電流基準値と、受けとったドレイン電流の平均値の差分値を算出する。
【０１１９】
コントローラ７１４は、算出された差分値が予め定められた閾値よりも大きい場合、発振が生じていると判定し、ゲートバイアス電圧の設定値を第１電圧値に設定する。ここで、第１電圧値は、後述する第２電圧値よりも正電圧方向に大きい値である。第１電圧値の詳細については、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【０１２０】
一方、コントローラ７１４は、算出された差分値が上記閾値よりも小さい場合、発振は生じていないと判定し、ゲートバイアス電圧の設定値を第２電圧値に設定する。ここで、第２電圧値の詳細については、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【０１２１】
尚、上述の実施例では、検出された入力電力値から、対応するドレイン電流基準値を取得する際に、基準値テーブル８０２を参照したが、その代わりに、製品出荷前の動作試験によって、入力電圧値とドレイン電流基準値の間の関係を示す関係式を導出して、コントローラ７１４に記憶させておき、その関係式を用いてドレイン電流基準値を算出するようにしてもよい。
【０１２２】
また、上述の例では、第１閾値と第２閾値を同じ値としたが、電力増幅器４００の場合と同様に、これに限定されることはなく、異なる値を設定することができる。また、上述の例では、第１閾値と第２閾値においてそれぞれ、ゲートバイアス発生回路が出力するゲートバイアス電圧を第１設定値と第２設定値の２つの値で切り換えるようにしたが、電力増幅器４００の場合と同様に、この構成には限定されなく、例えば、２つの設定値の間を第１閾値及び第２閾値の付近で連続的に変化させるようにしてもよい。
【０１２３】
以上説明したように、電力増幅器７００においては、ドレイン電流を検出し、検出されたドレイン電流の値を、予め用意された、発振が生じない場合のドレイン電流値（ドレイン電流基準値）と比較することにより、実際に発振が生じているか否かを判定している。そして、電力増幅器７００においては、比較により発振が生じていると判定された場合には、ゲートバイアス電圧が上述の第１電圧値に設定されるので、出力される高調波信号の整合点における出力インピーダンスの位相を小さくなる方向に回転させ、トランジスタの利得を低くなる方向に変化させることにより、高調波信号が、入力整合回路４０４と出力整合回路４０６の間における信号の共振条件を満たさないようにすることができる。これにより、発振現象が生じるのを抑止することができ、電力増幅器６００の動作が発振に起因して不安定になるのを防止することができる。
【０１２４】
加えて、電力増幅器７００においては、比較により発振が生じていないと判定された場合に、ゲートバイアス電圧が第１電圧値よりも小さい第２電圧値に設定されるので、入力電力が線形領域に属する電力値であっても、発振が生じない場合には、ゲートバイアス電圧を第２電圧値に保持して、トランジスタ４０２に流れるドレイン電流を小さくすることができる。これにより、電力増幅器７００においては、電力増幅器４００の場合と比べて、トランジスタ４０２の動作期間中に流れるドレイン電流の平均値をさらに減少させることができ、トランジスタ４０２の信頼性の低下を防止する効果をさらに高めることができる。
【０１２５】
［４．第４実施例］
以下、第４実施例に係る電力増幅器について説明する。
【０１２６】
図９は、第４実施例に係る電力増幅器９００の構成の一例を示す図である。図９に示した電力増幅器９００は、Ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ型もしくはＣｈｉｒｅｉｘ型と呼ばれる電力増幅器に属する、無損失合成出力の電力増幅器であり、出力信号の電力（出力電力）に基づいて、ゲートバイアス発生回路によって行われるゲートバイアス電圧の出力動作を制御する機能を有するものである。
【０１２７】
図９に示した電力増幅器９００は、単体増幅器である電力増幅器６００を２つ組み合わせたような構成を有しており、分配器９２２、第１増幅回路部９４２−１、第２増幅回路部９４２−２、ドレインバイアス発生回路９１０、電力検出回路９１２、合成器９２４、整合回路９３０、位相検出回路９３２、及び、移相器９３４、コントローラ９１４を含む。コントローラは、後述する基準値テーブルを格納するメモリ９１８を含む。
【０１２８】
電力増幅器９００において、分配器９２２は、電力増幅器９００の入力ノードに供給された入力信号（第１入力信号）に基づいて、２つの入力信号（第２入力信号、第３入力信号）に生成する。分配器９２２は例えば、ハイブリッドによって構成された分布定数線路によって実現される。分配器９２２は、生成された２つの入力信号のうちの一方の入力信号（第２入力信号）を、移相器９３４を介して、第１増幅回路９４２−１に入力する。移相器９２４は、入力された第２入力信号の位相を回転させる。分配器９２２は、他方の入力信号（第３入力信号）を第２増幅回路部９４２−２に入力する。分配器９２２は、移相器９３４と協働して、第２入力信号及び第３入力信号を、各々の電力値が第１増幅回路部９４２−１及び第２増幅回路部９４２−２の飽和領域に属する同一の値となるように生成する。
【０１２９】
第１増幅回路部９４２−１は、トランジスタ９０２−１、入力整合回路９０４−１、出力整合回路９０６−１、及びゲートバイアス発生回路９０８−１を含む。第２増幅回路部９４２−２は、トランジスタ９０２−２、入力整合回路９０４−２、出力整合回路９０６−２、及びゲートバイアス発生回路９０８−２を含む。
【０１３０】
位相検出回路９３２は、移相器９３４に接続され、移相器９３４から出力された第２入力信号の位相を継続的に検出する。位相検出回路９３２は、検出された第２入力信号の位相の値を随時、コントローラ９１４に出力する。位相検出回路９３２は例えば、周知の位相検出器である。
【０１３１】
電力検出回路９１２は、電力増幅器９００の出力ノードＰｉｎに電気的に接続され、合成器９２４によって出力ノードＰｉｎに出力された出力信号（第３出力信号）の平均電力（平均出力電力）を継続的に検出する。電力検出回路９１２は、検出された第３出力信号の平均電力の値を随時、コントローラ９１４に出力する。電力検出回路９１２は例えば、周知のパワーセンサである。
【０１３２】
ここで、本願発明者は、実験により、Ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ型もしくはＣｈｉｒｅｉｘ型の増幅器においては、移相器９２４が回転させる第２入力信号の位相値が同一であっても、電力増幅器において発振が生じている場合と発振が生じていない場合との間で、第３出力信号の平均電力が異なる値をとることを見出した。本願発明者が行った実験によれば、同一の位相を有する第２入力信号を供給した場合であっても、発振が生じている場合の第３出力信号の電力値は、発振が生じていない場合の電力値からずれることが観測された。
【０１３３】
この実験結果に基づいて、本願発明者は、電力増幅器において、第３出力信号の電力値を検出し、検出された第３出力信号の電力値を、発振が生じていない場合の電力値と比較することにより、電力増幅器において発振が生じているか否かを、より正確に判定することをできることを見出した。
【０１３４】
そこで、図９に示した電力増幅器９００では、位相検出回路９３２により、移相器９３４から出力される第２入力信号の位相（入力位相）を検出し、さらに、第３出力信号の電力（出力電力）を検出する。一方、コントローラ９１４において、発振が生じない場合の第２入力信号の位相（入力位相）と出力電力（出力電力基準値）の関係を示す情報を、基準値テーブルとして、メモリ９１８に予め記憶しておく。
【０１３５】
そして、検出された入力位相に基づいて、基準値テーブルから、入力位相の値に対応する出力電力基準値を取得し、取得された出力電力基準値と、検出された出力電力の値との差分値が一定値より大きいか否かを判定する。その差分値が一定値より大きい場合は、発振が生じていると判定し、その差分値が一定値より小さい場合は、発振は生じていないと判定する。
【０１３６】
コントローラ９１４は、上述の基準値テーブルを格納するメモリ９１８を含む。基準値テーブルは、電力増幅器９００において発振が生じていない場合の、第２入力信号の位相（入力位相）の値と、第３出力信号の電力値（出力電力基準値）の間の関係を示すテーブルであり、コントローラ９１４内のメモリ９１８に記憶されている。基準値テーブルの構成は、図８に示した基準値テーブル８０２と同様のものであり、複数の入力位相値ｐｈ＿ｎと、各々の入力位相値ｐｈ＿ｎに対応する出力電力基準値ｏｐ＿ｎが格納されている。
【０１３７】
上述の基準値テーブルは、電力増幅器９００において製品出荷前に動作試験を行い、動作試験を通じて、入力位相を変化させながら、複数の入力位相値に対して、入力位相と、対応する出力電力を検出することにより作成される。上述の基準値テーブルは、検出された出力電力の値を出力電力基準値として、対応する入力位相値と関連づけてテーブルに格納していくことにより作成することができる。
【０１３８】
コントローラ９１４は、位相検出回路９３２から、第２入力信号の位相（入力位相）の値を受けとり、電力検出回路９１２から、第３出力信号の平均電力（平均出力電力）の値を受けとる。コントローラ９１４は、受けとった第２入力信号の位相値と、受けとった第３出力信号の電力値に基づいて、ゲートバイアス発生回路９０８‐１、９０８−２によって行われるゲートバイアス電圧の出力動作を制御し、ゲートバイアス発生回路９０８−１、９０８−２が出力すべきゲートバイアス電圧の設定値を決定する。コントローラ９１４は、決定されたゲートバイアス電圧の設定値を示す第１電圧設定情報を生成し、ゲートバイアス電圧回路９０８−１に出力する。また、コントローラ９１４は、決定されたゲートバイアス電圧の設定値を示す第２電圧設定情報を生成し、ゲートバイアス電圧回路９０８−２に出力する。尚、コントローラ９１４の実現手段は、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【０１３９】
コントローラ９１４は、上述の基準値テーブルを参照することにより、受けとった第２入力信号の位相値（入力位相値）に基づいて、対応する出力電力基準値を取得し、取得した出力電力基準値と、受けとった第３出力信号の平均電力（平均出力電力）値の差分値を算出する。
【０１４０】
コントローラ９１４は、算出された差分値が予め定められた閾値よりも大きい場合、発振が生じていると判定し、ゲートバイアス電圧の設定値を第１電圧値に設定する。ここで、第１電圧値は、後述する第２電圧値よりも正電圧方向に大きい値である。第１電圧値の詳細については、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【０１４１】
一方、コントローラ９１４は、算出された差分値が上記閾値よりも小さい場合、発振は生じていないと判定し、ゲートバイアス電圧の設定値を第２電圧値に設定する。ここで、第２電圧値の詳細については、コントローラ４１４に関して説明したものと同様である。
【０１４２】
尚、上述の実施例では、検出された入力位相値から、対応する出力電力基準値を取得する際に、基準値テーブルを参照したが、その代わりに、製品出荷前の動作試験によって、入力位相値と出力電力基準値の間の関係を示す関係式を導出して、コントローラ９１４に記憶させておき、その関係式を用いて出力電力基準値を算出するようにしてもよい
第１増幅回路部９４２−１は移相器９３４から第２入力信号を受けとり、コントローラ９１４から第１電圧設定情報を受けとる。第１増幅回路部９４２−１は、電力検出回路９１２、位相検出回路９３２、コントローラ９１４、及びドレインバイアス発生回路９１０と協働して、飽和領域で動作する増幅器として動作する。第１増幅回路部９４２−１は、受けとった第２入力信号に対して増幅動作を行い、第１出力信号を合成器９２４に出力する。
【０１４３】
第２増幅回路部９４２−２は分配器９２２から第３入力信号を受けとり、コントローラ９１４から第２電圧設定情報を受けとる。第２増幅回路部９４２−２は、電力検出回路９１２、位相検出回路９３２、コントローラ９１４、及びドレインバイアス発生回路９１０と協働して、飽和領域で動作する増幅器として動作する。第２増幅回路部９４２−２は、受けとった第３入力信号に対して増幅動作を行い、第２出力信号を合成器９２４に出力する。
【０１４４】
尚、第１増幅回路部９４２−１、第２増幅回路部９４２−２、電力検出回路９１２、コントローラ９１４、及びドレインバイアス発生回路９１０において、図４に示した電力増幅器４００と対応する部分は、対応する符号（下二桁の数字が同一の符号）で示されている。図９において対応する符号で示した部分の動作や機能は、第４実施例に関して特に説明する以外は、図４に関連して説明したとおりであるので、詳細な説明は省略する。
【０１４５】
合成器９２４は移相器９２６、９２８を含み、第１増幅回路部９４２−１及び第２増幅回路部９４２−２の各々から出力信号（第１出力信号、第２出力信号）を受けとる。合成器９２４において、移相器９２６は、第１増幅回路部９４２−１から第１出力信号を受けとり、受けとった第１出力信号の位相を、φだけ回転させる。移相器９２８は、第２増幅回路部９４２から第２出力信号を受けとり、受けとった第２出力信号の位相を、１８０−φだけ回転させる。
【０１４６】
合成器９２４は、移相器９２６及び９２８によって位相を回転させた第１出力信号と第２出力信号をベクトル加算処理によって合成し、第３出力信号を生成する。合成器９２４は生成された第３出力信号を、後段のアンテナのインピーダンスとの整合を図るための整合回路９３０を介して、電力増幅器９００の出力ノードＰｏｕｔに出力する。
【０１４７】
ここで、位相φは、合成器９２４において、第１出力信号及び第２出力信号に対してベクトル加算処理を行う際の位相調整パラメータであり、第１増幅回路部９４２−１及び第２増幅回路部９４２−２の有するリアクタンス成分に起因した、第１出力信号及び第２出力信号の位相のずれを調整するためのパラメータである。
【０１４８】
また、整合回路９３０は、スタブによって構成された分布定数線路によって実現することができる。
【０１４９】
以上説明したように、電力増幅器９００においては、出力電力を検出し、検出された出力電力の値を、予め用意された、発振が生じない場合の出力電力値（出力電力基準値）と比較することにより、実際に発振が生じているか否かを判定している。そして、電力増幅器９００においては、比較により発振が生じていると判定された場合には、第１増幅回路部９４２−１においては、高調波信号が、入力整合回路９０４−１と出力整合回路９０６−１の間における信号の共振条件を満たさないようにし、第２増幅回路部９４２−２においては、高調波信号が、入力整合回路９０４−２と出力整合回路９０６−２の間における信号の共振条件を満たさないようにすることができる。これにより、発振現象が生じるのを抑止することができ、電力増幅器９００の動作が発振に起因して不安定になるのを防止することができる。
【０１５０】
加えて、電力増幅器９００においては、比較により発振が生じていないと判定された場合には、ゲートバイアス電圧をより小さい設定値に変更し、トランジスタ９０２−１、９０２−２に流れるドレイン電流を小さくすることができる。これにより、トランジスタ９０２−１、９０２−２の動作期間中に流れるドレイン電流の平均値を減少させることができ、トランジスタ９０２−１、９０２−２の信頼性が低下するのを防止することができる。
【０１５１】
尚、上述の例では、電力検出回路９１２により第３出力信号の平均電力を検出するようにしたが、この構成には限定されず、第１増幅回路部９４２−１及び第２増幅回路部９４２−２の出力ノードにそれぞれ、電力検出回路を電気的に接続し、合成器９２４に入力される第１出力信号及び第２出力信号の平均電力を検出するようにしてもよい。この場合、ゲートバイアス発生回路９０８−１及び９０８−２のゲートバイアス電圧の出力動作はそれぞれ、コントローラ９１４により、第１出力信号及び第２出力信号の平均電力値に基づいて制御される。
【０１５２】
［５．第５実施例］
以下、第５実施例に係る電力増幅器について説明する。
【０１５３】
図１０は、第５実施例に係る電力増幅器１０００の構成の一例を示す図である。図１０に示した電力増幅器１０００は、Ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ型もしくはＣｈｉｒｅｉｘ型と呼ばれる電力増幅器に属する、無損失合成出力の電力増幅器であり、トランジスタのドレイン電流（出力電流）に基づいて、ゲートバイアス発生回路によって行われるゲートバイアス電圧の出力動作を制御する機能を有するものである。
【０１５４】
図１０に示した電力増幅器１０００は、単体増幅器である電力増幅器７００を２つ組み合わせたような構成を有しており、図９に示した電力増幅器９００と、コントローラ９１４及びメモリ９１８の代わりに、コントローラ１０１４及びメモリ１０１８が設けられ、電力検出回路９１２の代わりに、電流検出回路１０１６が設けられている点で異なるが、それ以外の部分は同様である。図９に示した電力増幅器９００と同一又は対応する部分は、同一の符号で示されている。図１０において同一の符号で示した部分の動作や機能は、第５実施例において特に説明する以外は、図９に関連して説明したとおりであるので、詳細な説明は省略する。
【０１５５】
電力増幅器１０００において、電流検出回路１０１６は、図７に示した電流検出器７１６と同様に、トランジスタ９０２−１、９０２−２のドレインに出力整合回路９０６−１、９０６−２、合成器９２４、及び整合回路９３０を介して電気的に接続され、トランジスタ９０２−１、９０２−２のドレインに流れるドレイン電流（合計値）を平均値（平均ドレイン電流）として継続的に検出する。電流検出回路１０１６は、検出されたドレイン電流の平均値を随時、コントローラ１０１４に出力する。電流検出回路１０１６としては例えば、周知の電流計を用いることができる。
【０１５６】
ここで、本願発明者は、実験により、Ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ型もしくはＣｈｉｒｅｉｘ型の増幅器においては、移相器９２４が回転させる第２入力信号の位相値が同一であっても、電力増幅器において発振が生じている場合と発振が生じていない場合との間で、トランジスタ９０２−１、９０２−２のドレインに流れるドレイン電流（合計値）が異なる値をとることを見出した。本願発明者が行った実験によれば、同一の位相を有する第２入力信号を供給した場合であっても、発振が生じている場合のドレイン電流値は、発振が生じていない場合のドレイン電流値からずれることが観測された。
【０１５７】
この実験結果に基づいて、本願発明者は、電力増幅器において、ドレイン電流値を検出し、検出されたドレイン電流値を、発振が生じていない場合のドレイン電流値と比較することにより、電力増幅器において発振が生じているか否かを、より正確に判定することをできることを見出した。
【０１５８】
そこで、図１０に示した電力増幅器１０００では、位相検出回路９３２により、移相器９３４から出力される第２入力信号の位相（入力位相）を検出し、さらに、ドレイン電流（出力電流）を検出する。一方、コントローラ１０１４において、発振が生じない場合の第２入力信号の位相（入力位相）と出力電流（出力電流基準値）の関係を示す情報を、基準値テーブルとして、メモリ１０１８に予め記憶しておく。
【０１５９】
そして、検出された入力位相に基づいて、基準値テーブルから、入力位相の値に対応する出力電流基準値を取得し、取得された出力電流基準値と、検出された出力電流の値との差分値が一定値より大きいか否かを判定する。その差分値が一定値より大きい場合は、発振が生じていると判定し、その差分値が一定値より小さい場合は、発振は生じていないと判定する。
【０１６０】
コントローラ１０１４は、上述の基準値テーブルを格納するメモリ１０１８を含む。基準値テーブルは、電力増幅器１０００において発振が生じていない場合の、第２入力信号の位相（入力位相）の値と、出力電流の値（出力電流基準値）の間の関係を示すテーブルであり、コントローラ１０１４内のメモリ１０１８に記憶されている。基準値テーブルの構成は、図８に示した基準値テーブル８０２と同様のものであり、複数の入力位相値ｐｈ＿ｎと、各々の入力位相値ｐｈ＿ｎに対応する出力電流基準値ｏｃ＿ｎが格納されている。
【０１６１】
上述の基準値テーブルは、電力増幅器１０００において製品出荷前に動作試験を行い、動作試験を通じて、入力位相を変化させながら、複数の入力位相値に対して、入力位相と、対応する出力電流を検出することにより作成される。上述の基準値テーブルは、検出された出力電流の値を出力電力基準値として、対応する入力位相値と関連づけてテーブルに格納していくことにより作成することができる。
【０１６２】
コントローラ１０１４は、位相検出回路９３２から、第２入力信号の位相（入力位相）の値を受けとり、電流検出回路１１１６から、ドレイン電流（出力電流）の平均値を受けとる。コントローラ１０１４は、受けとった第２入力信号の位相値と、受けとった出力電流値に基づいて、ゲートバイアス発生回路９０８‐１、９０８−２によって行われるゲートバイアス電圧の出力動作を制御し、ゲートバイアス発生回路９０８−１、９０８−２が出力すべきゲートバイアス電圧の設定値を決定する。コントローラ１０１４は、決定されたゲートバイアス電圧の設定値を示す第１電圧設定情報を生成し、ゲートバイアス電圧回路９０８−１に出力する。また、コントローラ１０１４は、決定されたゲートバイアス電圧の設定値を示す第２電圧設定情報を生成し、ゲートバイアス電圧回路９０８−２に出力する。
【０１６３】
第１増幅回路部９４２−１は、移相器９３４から、分配器９２２によって電力増幅器１０００の入力ノードＰｉｎに供給された入力信号（第１入力信号）に基づいて生成された２つの入力信号のうちの一方の入力信号（第２入力信号）を受けとり、コントローラ１０１４から第１電圧設定情報を受けとる。第１増幅回路９４２−１は、電力検出回路９１２、位相検出回路９３４、電流検出回路１０１６、コントローラ１０１４、及びドレインバイアス発生回路９１０と協働して、飽和領域で動作する増幅器として動作する。第１増幅回路部９４２−１は、受けとった第２入力信号に対して増幅動作を行い、第１出力信号を合成器９２４に出力する。
【０１６４】
第２増幅回路部９４２−２は分配器９２２から、他方の入力信号（第３入力信号）を受けとり、コントローラ１０１４から第２電圧設定情報を受けとる。第２増幅回路部９４２−２は、電力検出回路９１２、位相検出回路９３４、電流検出回路１０１６、コントローラ１０１４、及びドレインバイアス発生回路９１０と協働して、飽和領域で動作する増幅器として動作する。第２増幅回路部９４２−２は、受けとった第３入力信号に対して増幅動作を行い、第２出力信号を合成器９２４に出力する。
【０１６５】
以上説明したように、電力増幅器１０００においては、ドレイン電流（出力電流）を検出し、ドレイン電流の検出値を、予め用意された、発振が生じない場合の出力電流値（出力電流基準値）と比較することにより、実際に発振が生じているか否かを判定し、発振が生じていると判定された場合に、第１増幅回路部９４２−１においては、高調波信号が、入力整合回路９０４−１と出力整合回路９０６−１の間における信号の共振条件を満たさないようにし、第２増幅回路部９４２−２においては、高調波信号が、入力整合回路９０４−２と出力整合回路９０６−２の間における信号の共振条件を満たさないようにすることができる。これにより、発振現象が生じるのを抑止することができ、電力増幅器１０００の動作が発振に起因して不安定になるのを防止することができる。
【０１６６】
加えて、電力増幅器１０００においては、比較により発振が生じていないと判定された場合には、ゲートバイアス電圧をより小さい設定値に変更し、トランジスタ９０２−１、９０２−２に流れるドレイン電流を小さくすることができる。これにより、トランジスタ９０２−１、９０２−２の動作期間中に流れるドレイン電流の平均値を減少させることができ、トランジスタ９０２−１、９０２−２の信頼性が低下するのを防止することができる。
【０１６７】
尚、上述の例では、電流検出回路１０１６によりトランジスタ９０２−１、９０２−２のドレイン電流の合計値を検出するようにしたが、この構成には限定されず、合成器９２４の２つの入力ノードにそれぞれ電流検出回路を電気的に接続し、トランジスタ９０２−１、９０２−２のドレイン電流を個別に検出するようにしてもよい。この場合、ゲートバイアス発生回路９０８−１及び９０８−２のゲートバイアス電圧の出力動作はそれぞれ、コントローラ１０１４により、トランジスタ９０２−１、９０２−２の個別のドレイン電流値に基づいて制御される。
【０１６８】
以上、本発明の例示的な実施形態の電力増幅器について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。各実施例に開示された技術は、相互に矛盾することがない限り、適宜組合せることが可能であるものである。
【０１６９】
以上の第１ないし第６実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
基本波と高調波を含む入力信号を入力ノードで受けとり、前記入力信号の電力を増幅することにより出力信号を生成し、前記生成された出力信号を出力ノードから出力する増幅回路と、
前記増幅回路の入力ノードに接続され、前記入力信号の高調波処理を行う入力整合回路と、
前記増幅回路の出力ノードに接続され、前記出力信号の高調波処理を行う出力整合回路と、
を有し、
前記増幅回路は、前記入力信号の電力が所定の値より大きい値から前記所定の値より小さい値に低下したとき、前記生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させることを特徴とする電力増幅器。
（付記２）
前記増幅回路は、前記入力信号の電力に基づいて、前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする付記１記載の電力増幅器。
（付記３）
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記入力信号の電力が第１閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記入力信号の電力が第２閾値より大きいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記２記載の電力増幅器。
（付記４）
前記第１閾値及び前記第２閾値は、前記トランジスタの入力電力と出力電力の間の特性において線形性を示す領域に含まれる入力電力値であることを特徴とする付記３記載の電力増幅器。
（付記５）
前記入力整合回路及び前記出力整合回路はそれぞれ、複数のスタブを含む分布定数線路であることを特徴とする付記２ないし４のいずれか１つに記載の電力増幅器。
（付記６）
前記増幅回路は、前記出力信号の電力に基づいて、前記生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする付記１記載の電力増幅器。
（付記７）
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記出力信号の電力が第１閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力信号の電力が第２閾値より大きいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記６記載の電力増幅器。
（付記８）
前記第１閾値及び前記第２閾値は、前記トランジスタの入力電力と出力電力の間の特性において線形性を示す領域に含まれる出力電力値であることを特徴とする付記７記載の電力増幅器。
（付記９）
前記入力整合回路及び前記出力整合回路はそれぞれ、複数のスタブを含む分布定数線路であることを特徴とする付記６ないし８のいずれか１つ記載の電力増幅器。
（付記１０）
前記増幅回路は、前記出力ノードに流れる出力電流に基づいて、前記生成される出力信号の高調波に含まれる高調波の整合点における前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする付記１記載の電力増幅器。
（付記１１）
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記出力電流の値と基準値との差が第１閾値よりも大きいとき、前記トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電流の値と前記基準値との差が第２閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記１０記載の電力増幅器。
（付記１２）
前記電力増幅器は、前記電力増幅器が正常に動作する場合の、前記入力信号の電力値と前記出力電流の値の関係を示す基準値情報をさらに含み、
前記基準値情報に基づいて、前記入力ノードで受けとられた前記入力信号の電力値に対応する前記出力電力の値を取得することにより、前記基準値を決定することを特徴とする付記１１記載の電力増幅器。
（付記１３）
前記入力整合回路及び前記出力整合回路はそれぞれ、複数のスタブを含む分布定数線路であることを特徴とする付記１０ないし１２のいずれか１つに記載の電力増幅器。
（付記１４）
基本波と高調波を含む第１入力信号を受けとり、受けとった前記第１入力信号に基づいて、前記基本波と前記高調波を含む第２入力信号及び第３入力信号を生成する分配器と
前記第２入力信号を第１入力ノードで受けとり、前記第２入力信号の電力を増幅することにより第１出力信号を生成し、前記生成された第１出力信号を第１出力ノードから出力する第１増幅回路と、
前記第１増幅回路の第１入力ノードに接続され、前記第２入力信号の高調波処理を行う第１入力整合回路と、
前記第１増幅回路の第１出力ノードに接続され、前記第１出力信号の高調波処理を行う第１出力整合回路と、
前記第３入力信号を第２入力ノードで受けとり、前記第３入力信号の電力を増幅することにより第２出力信号を生成し、前記生成された第２出力信号を第２出力ノードから出力する第２増幅回路と、
前記第１増幅回路の第２入力ノードに接続され、前記第２入力信号の高調波処理を行う第２入力整合回路と、
前記第１増幅回路の第２出力ノードに接続され、前記第２出力信号の高調波処理を行う第２出力整合回路と、
前記第１出力信号と前記第２出力信号を合成し、第３出力信号を生成する合成器と、
を有し、
前記第１増幅回路は、前記第３出力信号の出力電力に基づいて、前記生成される第１出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させ、
前記第２増幅回路は、前記第３出力信号の前記出力電力に基づいて、前記生成される第２出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させることを特徴とする電力増幅器。
（付記１５）
前記第１増幅回路は、ゲートを前記第１入力ノードとし、ドレインを前記第１出力ノードとするトランジスタであり、
前記第２増幅回路は、ゲートを前記第２入力ノードとし、ドレインを前記第２出力ノードとするトランジスタであり、
前記第１電力増幅器は、
前記出力電力の値と基準値との差が第１閾値よりも大きいとき、前記第１トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電力の値と前記基準値との差が第２閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給する第１バイアス発生器をさらに有し、
前記第２電力増幅器は、
前記出力電力の値と前記基準値との差が前記第１閾値よりも大きいとき、前記第２トランジスタのゲートに、第３電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電力の値と前記基準値との差が前記第２閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第３電圧値よりも小さい第４電圧値を有するバイアス電圧を供給する第２バイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記１４記載の電力増幅器。
（付記１６）
前記電力増幅器は、前記電力増幅器が正常に動作する場合の、前記第２入力信号の位相の値と前記出力電力の値の関係を示す基準値情報をさらに含み、
前記基準値情報に基づいて、前記第２入力信号の位相値に対応する前記出力電力の値を取得することにより、前記基準値を決定することを特徴とする付記１５記載の電力増幅器。
（付記１７）
基本波と高調波を含む第１入力信号を受けとり、受けとった前記第１入力信号に基づいて、前記基本波と前記高調波を含む第２入力信号及び第３入力信号を生成する分配器と
前記第２入力信号を第１入力ノードで受けとり、前記第２入力信号の電力を増幅することにより第１出力信号を生成し、前記生成された第１出力信号を第１出力ノードから出力する第１増幅回路と、
前記第１増幅回路の第１入力ノードに接続され、前記第２入力信号の高調波処理を行う第１入力整合回路と、
前記第１増幅回路の第１出力ノードに接続され、前記第１出力信号の高調波処理を行う第１出力整合回路と、
前記第３入力信号を第２入力ノードで受けとり、前記第３入力信号の電力を増幅することにより第２出力信号を生成し、前記生成された第２出力信号を第２出力ノードから出力する第２増幅回路と、
前記第１増幅回路の第２入力ノードに接続され、前記第２入力信号の高調波処理を行う第２入力整合回路と、
前記第１増幅回路の第２出力ノードに接続され、前記第２出力信号の高調波処理を行う第２出力整合回路と、
前記第１出力信号と前記第２出力信号を合成し、第３出力信号を生成する合成器と、
を有し、
前記第１増幅回路は、前記合成器の出力ノードに流れる出力電流に基づいて、前記生成される第１出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させ、
前記第２増幅回路は、前記合成器の出力ノードに流れる前記出力電流に基づいて、前記生成される第２出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させることを特徴とする電力増幅器。
（付記１８）
前記第１増幅回路は、ゲートを前記第１入力ノードとし、ドレインを前記第１出力ノードとするトランジスタであり、
前記第２増幅回路は、ゲートを前記第２入力ノードとし、ドレインを前記第２出力ノードとするトランジスタであり、
前記第１電力増幅器は、
前記出力電流の値と基準値との差が第１閾値よりも大きいとき、前記第１トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記第３出力電流の値と前記基準値との差が第２閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給する第１バイアス発生器をさらに有し、
前記第２電力増幅器は、
前記出力電流の値と前記基準値との差が前記第１閾値よりも大きいとき、前記第２トランジスタのゲートに、第３電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電流の値と前記基準値との差が前記第２閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第３電圧値よりも小さい第４電圧値を有するバイアス電圧を供給する第２バイアス発生器をさらに有することを特徴とする付記１７記載の電力増幅器。
（付記１９）
前記電力増幅器は、前記電力増幅器が正常に動作する場合の、前記第２入力信号の位相の値と前記出力電流の値の関係を示す基準値情報をさらに含み、
前記基準値情報に基づいて、前記第２入力信号の位相値に対応する前記出力電流の値を取得することにより、前記基準値を決定することを特徴とする付記１８記載の電力増幅器。
【符号の説明】
【０１７０】
１００ 電力増幅器、
１０２ トランジスタ、
１０４ 入力整合回路、
１０６ 出力整合回路、
１０８ ゲートバイアス発生回路、
１１０ ドレインバイアス発生回路、
４００ 電力増幅器、
４０２ トランジスタ、
４０４ 入力整合回路、
４０６ 出力整合回路、
４０８ ゲートバイアス発生回路、
４１０ ドレインバイアス発生回路、
４１２ 電力検出回路、
４１４ コントローラ、
５０２ 伝送線路、
５０４、５０６、５０８、５１０ スタブ、
５１２ 伝送線路、
５１４、５１６、５１８、５２０ スタブ、
６００ 電力増幅器、
６１２ 電力検出回路、
６１４ コントローラ、
７００ 電力増幅器、
７１４ コントローラ、
７１６ 電流検出回路、
７１８ メモリ、
８０２ 基準値テーブル、
９００ 電力増幅器、
９０２−１ トランジスタ、
９０２−２ トランジスタ、
９０４−１ 入力整合回路、
９０４−２ 入力整合回路、
９０６−１ 出力整合回路、
９０６−２ 出力整合回路、
９０８−１ ゲートバイアス発生回路、
９０８−２ ゲートバイアス発生回路、
９１０ ドレインバイアス発生回路、
９１２ 電力検出回路、
９１４ コントローラ、
９１８ メモリ、
９２２ 分配器、
９２４ 合成器、
９２６、９２８ 移相器、
９３０ 整合回路、
９３２ 位相検出回路、
９３４ 移相器、
９４２−１ 第１増幅回路部、
９４２−２ 第２増幅回路部、
１０００ 電力増幅器、
１０１４ コントローラ、
１０１８ メモリ、
１０１６ 電流検出回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波と高調波を含む入力信号を入力ノードで受けとり、前記入力信号の電力を増幅することにより出力信号を生成し、前記生成された出力信号を出力ノードから出力する増幅回路と、
前記増幅回路の入力ノードに接続され、前記入力信号の高調波処理を行う入力整合回路と、
前記増幅回路の出力ノードに接続され、前記出力信号の高調波処理を行う出力整合回路と、
を有し、
前記増幅回路は、前記入力信号の電力が所定の値より大きい値から前記所定の値より小さい値に低下したとき、前記生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させることを特徴とする電力増幅器。
【請求項２】
前記増幅回路は、前記入力信号の電力に基づいて、前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項３】
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記入力信号の電力が第１閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記入力信号の電力が第２閾値より大きいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器
をさらに有することを特徴とする請求項２記載の電力増幅器。
【請求項４】
前記第１閾値及び前記第２閾値は、前記トランジスタの入力電力と出力電力の間の特性において線形性を示す領域に含まれる入力電力値であることを特徴とする請求項３記載の電力増幅器。
【請求項５】
前記増幅回路は、前記出力信号の電力に基づいて、前記生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項６】
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記出力信号の電力が第１閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力信号の電力が第２閾値より大きいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器
をさらに有することを特徴とする請求項５記載の電力増幅器。
【請求項７】
前記第１閾値及び前記第２閾値は、前記トランジスタの入力電力と出力電力の間の特性において線形性を示す領域に含まれる出力電力値であることを特徴とする請求項６記載の電力増幅器。
【請求項８】
前記増幅回路は、前記出力ノードに流れる出力電流に基づいて、前記生成される出力信号の高調波に含まれる高調波の整合点における前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項９】
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記出力電流の値と基準値との差が第１閾値よりも大きいとき、前記トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電流の値と前記基準値との差が第２閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器
をさらに有することを特徴とする請求項８記載の電力増幅器。
【請求項１０】
前記電力増幅器は、前記電力増幅器が正常に動作する場合の、前記入力信号の電力値と前記出力電流の値の関係を示す基準値情報をさらに含み、
前記基準値情報に基づいて、前記入力ノードで受けとられた前記入力信号の電力値に対応する前記出力電力の値を取得することにより、前記基準値を決定することを特徴とする請求項９記載の電力増幅器。
【請求項１】
基本波と高調波を含む入力信号を入力ノードで受けとり、前記入力信号の電力を増幅することにより出力信号を生成し、前記生成された出力信号を出力ノードから出力する増幅回路と、
前記増幅回路の入力ノードに接続され、前記入力信号の高調波処理を行う入力整合回路と、
前記増幅回路の出力ノードに接続され、前記出力信号の高調波処理を行う出力整合回路と、
を有し、
前記増幅回路は、前記入力信号の電力が所定の値より大きい値から前記所定の値より小さい値に低下したとき、前記生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における出力インピーダンスの位相を回転させることを特徴とする電力増幅器。
【請求項２】
前記増幅回路は、前記入力信号の電力に基づいて、前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項３】
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記入力信号の電力が第１閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記入力信号の電力が第２閾値より大きいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器
をさらに有することを特徴とする請求項２記載の電力増幅器。
【請求項４】
前記第１閾値及び前記第２閾値は、前記トランジスタの入力電力と出力電力の間の特性において線形性を示す領域に含まれる入力電力値であることを特徴とする請求項３記載の電力増幅器。
【請求項５】
前記増幅回路は、前記出力信号の電力に基づいて、前記生成される出力信号に含まれる高調波の整合点における前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項６】
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記出力信号の電力が第１閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力信号の電力が第２閾値より大きいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器
をさらに有することを特徴とする請求項５記載の電力増幅器。
【請求項７】
前記第１閾値及び前記第２閾値は、前記トランジスタの入力電力と出力電力の間の特性において線形性を示す領域に含まれる出力電力値であることを特徴とする請求項６記載の電力増幅器。
【請求項８】
前記増幅回路は、前記出力ノードに流れる出力電流に基づいて、前記生成される出力信号の高調波に含まれる高調波の整合点における前記出力インピーダンスの位相を、小さくなる方向に回転させることを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項９】
前記増幅回路は、ゲートを前記入力ノードとし、ドレインを前記出力ノードとするトランジスタであり、
前記電力増幅器は、
前記出力電流の値と基準値との差が第１閾値よりも大きいとき、前記トランジスタのゲートに、第１電圧値を有するバイアス電圧を供給し、前記出力電流の値と前記基準値との差が第２閾値よりも小さいとき、前記トランジスタのゲートに、前記第１電圧値よりも小さい第２電圧値を有するバイアス電圧を供給するバイアス発生器
をさらに有することを特徴とする請求項８記載の電力増幅器。
【請求項１０】
前記電力増幅器は、前記電力増幅器が正常に動作する場合の、前記入力信号の電力値と前記出力電流の値の関係を示す基準値情報をさらに含み、
前記基準値情報に基づいて、前記入力ノードで受けとられた前記入力信号の電力値に対応する前記出力電力の値を取得することにより、前記基準値を決定することを特徴とする請求項９記載の電力増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１１０６６０（Ｐ２０１３−１１０６６０Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５７５４（Ｐ２０１１−２５５７５４）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]