電力増幅回路および高周波モジュール
【課題】フィードバック制御を行っても、出力電力の低下を抑制できる電力増幅回路を実現する。
【解決手段】電力増幅回路を備える高周波モジュール１０は、高周波電力増幅素子２０、整合回路３０、および駆動電源回路４０を備える。高周波電力増幅素子２０は、高周波増幅回路２１０、方向性結合器２３０を備える。方向性結合器２３０の主線路２３１の第１端は、高周波増幅回路２１０の後段増幅回路２１２の出力端子に接続されている。主線路２３１の第２端は、出力整合回路２４０を介して、高周波電力増幅素子２０の高周波信号出力端子Ｐｏｕｔに接続されている。後段増幅回路２１２の出力端子は、高周波電力増幅素子２０
子２０の第２駆動電源印加端子ＰＶ２にも接続されている。高周波信号出力端子Ｐｏｕｔと高周波信号出力端子Ｐｏｕｔとは、接続導体５０で接続されている。
【解決手段】電力増幅回路を備える高周波モジュール１０は、高周波電力増幅素子２０、整合回路３０、および駆動電源回路４０を備える。高周波電力増幅素子２０は、高周波増幅回路２１０、方向性結合器２３０を備える。方向性結合器２３０の主線路２３１の第１端は、高周波増幅回路２１０の後段増幅回路２１２の出力端子に接続されている。主線路２３１の第２端は、出力整合回路２４０を介して、高周波電力増幅素子２０の高周波信号出力端子Ｐｏｕｔに接続されている。後段増幅回路２１２の出力端子は、高周波電力増幅素子２０
子２０の第２駆動電源印加端子ＰＶ２にも接続されている。高周波信号出力端子Ｐｏｕｔと高周波信号出力端子Ｐｏｕｔとは、接続導体５０で接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を増幅する電力増幅回路および当該電力増幅回路を備える高周波モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通信端末のフロントエンドモジュールとして、高周波信号を増幅する電力増幅回路を備えた高周波モジュールが各種考案されている。
【０００３】
特許文献１には、方向性結合器によるフィードバック制御を行うことで出力電力を制御する高周波増幅回路が記載されている。この高周波増幅回路は、高周波信号を増幅するパワーアンプを備える。パワーアンプの出力端には、方向性結合器が接続されている。方向性結合器は、互いに結合する主線路と副線路を備える。パワーアンプの出力信号は、主線路を介してアンテナ等の負荷へ出力される。副線路には、主線路を伝送する出力信号の一部が伝搬する。この副線路を伝送する信号は検波され、この検波結果に応じてパワーアンプの増幅率が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６８０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の構成では、パワーアンプからの出力信号の全てが方向性結合器を介するので、方向性結合器における主線路と副線路との結合度に応じた電力が副線路を伝搬する。副線路を伝搬する電力は高周波増幅回路からアンテナなどの負荷に出力されないため、高周波増幅回路からの出力電力は、方向性結合器の結合度に応じて低下してしまう。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、フィードバック制御を行っても、出力電力の低下を抑制することができる電力増幅回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、入力された高周波信号を所定増幅率で増幅して出力する高周波増幅回路と、主線路の第１端が高周波増幅回路の出力端子に接続され、主線路の第２端が信号出力端子に接続された方向性結合器と、を備えた電力増幅回路であって、次の特徴を有する。この電力増幅回路は、高周波増幅回路の出力端子と主線路の第２端とを方向性結合器を介することなく接続する接続導体を備えている。
【０００８】
この構成では、高周波増幅回路で増幅された高周波信号は、方向性結合器を介する経路と、方向性結合器を介さない経路とに分かれて出力される。これにより、方向性結合器で損失する信号が抑制され、出力電力の低下が抑制される。
【０００９】
また、この発明の電力増幅回路では、次の構成であることが好ましい。電力増幅回路の高周波増幅回路の最終段の増幅素子における駆動電源電圧印加端子と、高周波増幅回路の出力端子とが接続されている。駆動電源電圧印加端子に接続導体が接続されている。
【００１０】
この構成では、接続導体を高周波増幅回路へ接続する具体的な接続構成の一例を示している。高周波増幅回路は、複数段の増幅素子からなり、例えば、最終段の増幅素子にｎｐｎ型トランジスタを用いた場合、当該トランジスタのコレクタ端子が出力端子になるとともに、電源電圧（トランジスタの駆動電源電圧）印加端子にもなる。したがって、この駆動電源電圧印加端子に接続導体を接続することで、方向性結合器を介することなく、増幅後の高周波信号を外部へ出力する経路を実現できる。これにより、簡素な構成で接続導体を実現できる。
【００１１】
また、この発明の電力増幅回路は主線路の第２端に第１整合回路が接続されていることが好ましい。
【００１２】
この構成では、第１整合回路が備えられることで、電力増幅回路と後段の回路との間のインピーダンス整合が行われる。これにより、電力増幅回路から後段の回路へ、高周波信号を低損失に伝送できる。
【００１３】
また、この発明の電力増幅回路は、主線路の第２端と、該第２端と接続導体との接続点との間に第２整合回路が接続されていることが好ましい。
【００１４】
この構成では、方向性結合器を介する高周波信号のみにインピーダンス整合を行うことができる。これにより、方向性結合器を介する経路からの高周波信号と介さない経路からの高周波信号とが接続点で相殺することなく合成されるように、インピーダンス整合を行うことができる。
【００１５】
また、この発明の電力増幅回路では、第１整合回路は、信号伝送ラインに直列接続された第１キャパシタを備えることが好ましい。
【００１６】
この構成では、高周波増幅回路に印加される直流電圧が第１キャパシタで遮断され、後段の回路へ伝送されない。
【００１７】
また、この発明の電力増幅回路では、第１整合回路として、第１キャパシタに直列接続されたインダクタと、該第１キャパシタとインダクタとの接続点とグランド電位との間に接続された第２キャパシタと、を備えるようにすることもできる。
【００１８】
この構成は、第１整合回路の具体的な構成例を示している。このように直列接続されたインダクタ及びキャパシタと、これらの接続点に接続されるキャパシタとを備えることで、単一のインダクタやキャパシタを用いるよりも、インピーダンス整合範囲を広くできる。
【００１９】
また、この発明は、入力された高周波信号を所定増幅率で増幅して出力する高周波増幅回路を内蔵する高周波電力増幅素子と、該高周波電力増幅素子が実装される基板と、を備えた高周波モジュールであって、次の特徴を有する。この高周波モジュールの高周波電力増幅素子は、主線路の第１端が高周波増幅回路の出力端子に接続され、主線路の第２端が高周波電力増幅素子の信号出力端子に接続された方向性結合器を内蔵する。高周波電力増幅素子は、高周波増幅回路に駆動電源を印加する第１実装用端子と、信号出力端子である第２実装用端子と、を備える。基板は、第１実装用端子と第２実装用端子とを接続する接続導体を備える。
【００２０】
この構成では、上述の電力増幅回路を備える高周波モジュールの構造を示している。高周波増幅回路に駆動電源を印加する第１実装用端子と、方向性結合器の第２端に対応する第２実装用端子とが、基板に形成された接続導体で接続されている。これにより、方向性結合器を介する高周波信号と、方向性結合器を介さない高周波信号とを合成して出力する構成を容易に実現できる。
【００２１】
また、この発明の高周波モジュールは次の構成であることが好ましい。第１実装用端子と第２実装用端子は、高周波電力増幅素子において隣り合う端子である。第１実装用端子と第２実装用端子とを接続する接続導体は、略直線状である。
【００２２】
この構成では、高周波増幅回路に駆動電源を印加する駆動電源印加用の第１実装用端子と、方向性結合器の第２端に対応する第２実装用端子とが近接し、これらが略直線状の接続導体で接続される。これにより、方向性結合器を介する高周波信号と、方向性結合器を介さない高周波信号とを合成して出力する構成を容易に且つ省スペースに実現できる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、フィードバック制御を行っても、出力電力の低下を抑制することができる。これにより、出力電力を精度良く制御しながら、電力付加効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅回路を備える高周波モジュール１０の回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅回路の高周波増幅回路２１０の最終段の接続構成例を示す図である。
【図３】本実施形態の高周波モジュール１０と従来構成の高周波モジュールとの対比を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅回路を高周波モジュール１０の実装状態図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る電力増幅回路を備える高周波モジュール１０Ａの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の第１の実施形態に係る電力増幅回路およびこの電力増幅回路を回路構成として備える高周波モジュールについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅回路を備える高周波モジュール１０の回路図である。
【００２６】
高周波モジュール１０は、高周波電力増幅素子２０、整合回路３０、駆動電源回路４０を備える。高周波電力増幅素子２０は、高周波増幅回路２１０、入力整合回路２２０、方向性結合器２３０、本発明の第２整合回路に相当する出力整合回路２４０、バイアス設定回路２５０、検波回路２６０を備える。
【００２７】
高周波増幅回路２１０は、前段増幅回路２１１と後段増幅回路２１２とを有する。
【００２８】
前段増幅回路２１１の入力端子は、入力整合回路２２０を介して、高周波電力増幅素子２０の高周波信号入力端子Ｐｉｎに接続されている。この高周波信号入力端子Ｐｉｎが高周波モジュール１０としての高周波信号入力端子ＲＦｉｎとなる。
【００２９】
入力整合回路２２０は、高周波増幅回路２１０の入力インピーダンス（前段増幅回路２１１の入力インピーダンス）と、高周波信号入力端子Ｐｉｎに接続される、当該高周波モジュール１０に高周波信号を印加する外部前段回路とのインピーダンス整合を行うように、素子値が設定されている。入力整合回路２２０は、例えば、前段増幅回路２１１と高周波信号入力端子Ｐｉｎとの間に接続されたキャパシタによって構成される。
【００３０】
方向性結合器２３０は、高周波増幅回路２１０の出力端子、すなわち後段増幅回路２１２の出力端子に接続されている。方向性結合器２３０は、主線路２３１と副線路２３２とを備える。主線路２３１と副線路２３２とは、高周波信号の周波数において所定結合度で電磁界結合するように配置されている。主線路２３１の第１端は高周波増幅回路２１０の出力端子に接続されている。主線路２３１の第２端は、出力整合回路２４０を介して、高周波電力増幅素子２０の高周波信号出力端子Ｐｏｕｔに接続されている。
【００３１】
出力整合回路２４０は、所望の出力特性が得られるように高周波信号出力端子Ｐｏｕｔにおけるインピーダンスが適切に設定されるように、素子値が設定されている。出力整合回路２４０は、例えば、主線路２３１の第２端と高周波信号出力端子Ｐｏｕｔとの間に接続されたキャパシタによって構成される。
【００３２】
方向性結合器２３０の副線路２３２の第１端は接地されている。言い換えれば、副線路２３２の第１端はグランド電位に接続されている（図示せず）。副線路２３２の第２端は検波回路２６０に接続されている。検波回路２６０は、高周波電力増幅素子２０の検波信号出力端子ＰＶＤＥＴに接続されている。
【００３３】
前段増幅回路２１１と後段増幅回路２１２には、バイアス設定回路２５０が接続されており、該バイアス設定回路２５０は、高周波電力増幅素子２０のバイアス入力端子ＰＶＣＴＬに接続されている。前段増幅回路２１１には、高周波電力増幅素子２０の第１駆動電源印加端子ＰＶ１を介して、高周波電力増幅素子２０外にある駆動電源回路４０が接続されている。後段増幅回路２１２には、高周波電力増幅素子２０の第２駆動電源印加端子ＰＶ２を介して、高周波電力増幅素子２０外にある駆動電源回路４０が接続されている。
【００３４】
駆動電源回路４０は、高周波増幅回路２１０の駆動電源電圧Ｖｃｃを供給する電圧源、インダクタＬ１、キャパシタＣ１，Ｃ２を備える。電圧源は、第１駆動電源印加端子ＰＶ１に接続されている。また、電圧源は、インダクタＬ１を介して第２駆動電源印加端子ＰＶ２に接続されている。電圧源と第１駆動電源印加端子ＰＶ１との接続点は、キャパシタＣ１によって接地されている。電圧源とインダクタＬ１との接続点は、キャパシタＣ２によって接地されている。
【００３５】
後段増幅回路２１２に接続する第２駆動電源印加端子ＰＶ２と高周波信号出力端子Ｐｏｕｔとは、接続導体５０によって短絡されている。この接続導体５０が本発明の「接続手段」に相当する。
【００３６】
より具体的には、図２に示すように、接続導体５０が配置されている。図２は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅回路の高周波増幅回路２１０の最終段の接続構成例を示す図である。なお、図２は本発明の特徴を分かりやすくするため最小の回路構成で示しており、例えばバッファトランジスタをさらに設ける構成等にも適用することができる。
【００３７】
後段増幅回路２１２を構成する最終段トランジスタ２２１Ｆ（本発明の「最終段の増幅素子」に相当する。）は、ｎｐｎ型トランジスタであり、エミッタ接地されている。最終段トランジスタ２１１Ｆのベースは、前段増幅回路２１１の出力端子に接続されている。最終段トランジスタ２１１Ｆのベースには、バイアス設定回路２５０が接続されている。
【００３８】
最終段トランジスタ２１１Ｆのコレクタは、第２駆動電源印加端子ＰＶ２を介して駆動電源回路４０に接続されるとともに、方向性結合器２３０の主線路２３１の第１端に接続されている。主線路２３１の第２端は、出力整合回路２４０を介して高周波信号出力端子Ｐｏｕｔに接続されている。接続導体５０は、駆動電源回路４０と第２駆動電源印加端子ＰＶ２との接続点を、高周波信号出力端子Ｐｏｕｔに接続している。
【００３９】
高周波電力増幅素子２０の高周波信号出力端子Ｐｏｕｔには、整合回路３０が接続されている。整合回路３０は、本発明の「第１整合回路」に相当する。整合回路３０は、一方端が高周波電力増幅素子２０としての高周波信号出力端子Ｐｏｕｔに接続され、他方端が高周波モジュール１０としての高周波信号出力端子ＲＦｏｕｔとなる。整合回路３０は、インダクタＬ１１とキャパシタＣ１１との直列回路を備える。インダクタＬ１１は高周波信号出力端子Ｐｏｕｔに接続し、キャパシタＣ１１は高周波信号入力端子ＲＦｏｕｔに接続する。インダクタＬ１１とキャパシタＣ１１との接続点は、キャパシタＣ１２を介して接地されている。キャパシタＣ１１が本発明の「第１キャパシタ」に相当し、キャパシタＣ１２が本発明の「第２キャパシタ」に相当する。整合回路３０は、高周波電力増幅素子２０の高周波信号出力端子Ｐｏｕｔと、高周波モジュール１０の高周波信号出力端子ＲＦｏｕｔに接続される後段の回路とのインピーダンス整合を行うように、各素子値が設定されている。
【００４０】
キャパシタＣ１１を備えることで、後述する接続導体５０を介して印加される直流の駆動電源電圧Ｖｃｃを抑圧することができる。したがって、高周波モジュール１０に印加する直流の駆動電源電圧Ｖｃｃが接続導体５０を介して当該高周波モジュール１０に接続する後段の回路に印加されることを防止できる。
【００４１】
このような構成からなる高周波モジュール１０に高周波信号が入力されると、次のように動作する。
【００４２】
高周波信号は、高周波モジュール１０の高周波信号出力端子ＲＦｉｎ、高周波電力増幅素子２０の高周波信号入力端子Ｐｉｎを介して、高周波増幅回路２１０の前段増幅回路２１１へ入力される。この際、入力整合回路２２０を備えることで、高周波信号は低損失で前段増幅回路２１１へ入力される。
【００４３】
前段増幅回路２１１は、駆動電源回路４０からの駆動電源電圧Ｖｃｃとバイアス設定回路２５０からのバイアス電圧に応じた増幅率で、高周波信号を増幅し、後段増幅回路２１２へ出力する。
【００４４】
後段増幅回路２１２は、駆動電源回路４０からの駆動電源電圧Ｖｃｃとバイアス設定回路２５０からのバイアス電圧に応じた増幅率で、前段増幅回路２１１から入力された高周波信号を増幅して、最終段トランジスタ２１１Ｆのコレクタから出力する。以下、最終段トランジスタ２１１Ｆのコレクタから出力される高周波増幅回路２１０で増幅された高周波信号を、以下、「増幅後高周波信号」と称する。
【００４５】
増幅後高周波信号は、方向性結合器２３０の主線路２３１に伝送されるとともに、第２駆動電源電圧入力端子ＰＶ２を介して、接続導体５０にも伝送される。以下、方向性結合器２３０の主線路２３１に流れる増幅後高周波信号を「第１増幅後高周波信号」と称し、接続導体５０に流れる増幅後高周波信号を「第２増幅後高周波信号」と称する。
【００４６】
方向性結合器２３０は、主線路２３１と副線路２３２との結合により、主線路２３１を伝送する第１増幅後高周波信号の一部を副線路２３２に伝搬させる。したがって、第１増幅後高周波信号は、方向性結合器２３０において一部損失した状態で、出力整合回路２４０へ伝搬される。第１増幅後高周波信号は、出力整合回路２４０で位相調整されて、高周波電力増幅素子２０の高周波信号出力端子Ｐｏｕｔへ出力される。
【００４７】
高周波信号出力端子Ｐｏｕｔから出力された第１増幅後高周波信号と、接続導体５０を介した第２増幅後高周波信号とは、高周波信号出力端子Ｐｏｕｔと接続導体５０との接続点で合成される。以下、この合成された高周波信号を「合成高周波信号」と称する。この際、整合回路３０または出力整合回路２４０の素子値を適宜調整することで、第１増幅後高周波信号と第２増幅後高周波信号との位相を正確に一致させることができる。
【００４８】
合成高周波信号は、整合回路３０を介して、高周波モジュール１０の高周波信号出力端子ＲＦｏｕｔへ出力される。整合回路３０を介することで、合成高周波信号は、高周波信号出力端子ＲＦｏｕｔに接続する後段の回路へ、低損失で伝送される。
【００４９】
副線路２３２に伝搬された結合信号は、検波回路２６０へ入力される。検波回路２６０は、結合信号を検波し、検波信号を検波信号出力端子ＰＶＤＥＴから出力する。図示しない外部のコントロール部は、予め設定した電力で高周波信号が出力されるように、検波信号に基づいて、バイアス電圧を設定する制御信号を出力する。ここで、コントロール部には、検波信号すなわち第１増幅後高周波信号から得られる信号によって、合成高周波信号の電力が判別でき、当該合成高周波信号の電力を所定電力に制御するためのバイアス電圧の調整量が予め設定されている。コントロール部は、この設定内容にしたがって、バイアス電圧を設定する制御信号を出力する。
【００５０】
制御信号は、バイアス入力端子ＰＶＣＴＬを介してバイアス設定回路２５０に与えられる。バイアス設定回路２５０は、制御信号に基づいて、バイアス電圧を決定し、前段増幅回路２１１および後段増幅回路２１２へ印加する。
【００５１】
このようなフィードバック制御を行うことで、高周波モジュール１０から出力される高周波信号（合成高周波信号）が、所望の電力となるように制御することができる。
【００５２】
このような構成において、最終段トランジスタ２１１Ｆのコレクタから見ると、接続導体５０側よりも、主線路２３１側の方が、負荷が大きく見える。したがって、第１増幅後高周波信号よりも第２増幅後高周波信号の方が高い電力となる。
【００５３】
第２増幅後高周波信号は、接続導体５０のみを介するものであり、殆ど損失がない。第１増幅後高周波信号は、方向性結合器２３０を介するので、結合度に応じた損失がある。このため、従来構成のように、方向性結合器２３０のみを介して出力する場合すなわち全てが第１増幅後高周波信号の場合と比較して、本実施形態の構成を用いた場合の方が、高周波モジュールとして出力する信号電力を高くすることができる。
【００５４】
図３は、本実施形態の高周波モジュール１０と従来構成の高周波モジュールとの対比を示すグラフである。図３（Ａ）は入力電力に対する出力電力の特性を示すグラフであり、図３（Ｂ）は出力電力に対する電力付加効率（ＰＡＥ）の特性を示すグラフである。なお、図３において実線が本実施形態の構成を用いた場合の特性であり、破線が従来構成、すなわち、接続導体５０を設けない構成を用いた場合の特性である。
【００５５】
図３（Ａ）に示すように、本実施形態の構成を用いることで、同一の入力電力に対して、従来構成よりも高い出力電圧を得ることができる。これは、入力電圧を変化させても同じである。また、図３（Ｂ）に示すように、本実施形態の構成を用いることで、電力付加効率（ＰＡＥ）を、従来構成よりも高くすることができる。
【００５６】
このような高周波モジュール１０は、図４に示すような構造で実現できる。図４は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅回路を高周波モジュール１０の実装状態図である。
【００５７】
高周波モジュール１０は、基板１００と、パッケージＩＣからなる高周波電力増幅素子２０と、を備える。基板１００は、絶縁性基材からなる。絶縁性基材表面には、後述する各種の電極パターンが形成されている。高周波電力増幅素子２０には、それぞれ高周波信号入力端子Ｐｉｎ、高周波信号出力端子Ｐｏｕｔ（本発明の「第２実装用端子」に相当する。）、検波信号出力端子ＰＶＤＥＴ、バイアス入力端子ＰＶＣＴＬ、第１駆動電源印加端子ＰＶ１、第２駆動電源印加端子ＰＶ２（本発明の「第１実装用端子」に相当する。）となる外部接続パッドが形成されている。この際、高周波信号入力端子Ｐｉｎ、検波信号出力端子ＰＶＤＥＴ、バイアス入力端子ＰＶＣＴＬは、高周波電力増幅素子２０を形成するパッケージＩＣの第１側面近傍付近であって、当該第１側面に沿って形成されている。高周波信号出力端子Ｐｏｕｔ、検波信号出力端子ＰＶＤＥＴ、バイアス入力端子ＰＶＣＴＬ、第１駆動電源印加端子ＰＶ１、第２駆動電源印加端子ＰＶ２は、高周波電力増幅素子２０を形成するパッケージＩＣの第２側面（第１側面に対向する側面）近傍付近であって、当該第２側面に沿って形成されている。さらに、高周波信号出力端子Ｐｏｕｔの外部接続パッドと第２駆動電源印加端子ＰＶ２の外部接続パッドとは隣り合うように配置されている。
【００５８】
基板１００を構成する絶縁性基材の表面には、所定の電極幅からなる線状電極６４１，６４２，６４３，６４４，６４５，６４６，６４７，６４８，６４９、グランド電極６３１，６３２，６３３が形成されている。
【００５９】
線状電極６４１，６４２，６４３，６４４，６４５，６４６は、それぞれの一方端が高周波電力増幅素子２０の外部接続パッドのランドとなる位置に形成されている。線状電極６４１は、高周波信号入力端子Ｐｉｎの実装位置を一方端として、高周波電力増幅素子２０から外部へ引き出される形状で形成されている。この構成により、高周波信号が線状電極６４１から高周波信号入力端子Ｐｉｎへ印加される。
【００６０】
線状電極６４２は、バイアス入力端子ＰＶＣＴＬの実装位置を一方端として、高周波電力増幅素子２０から外部へ引き出される形状で形成されている。この構成により、バイアス電圧設定用の制御信号が線状電極６４２からバイアス入力端子ＰＶＣＴＬへ入力される。
【００６１】
線状電極６４３は、検波信号出力端子ＰＶＤＥＴの実装位置を一方端として、高周波電力増幅素子２０から外部へ引き出される形状で形成されている。この構成により、検波信号出力端子ＰＶＤＥＴからの検波信号が線状電極６４３から外部回路（コントロール部）へ出力される。
【００６２】
線状電極６４４は、第１駆動電源電圧入力端子ＰＶ１の実装位置を一方端として、高周波電力増幅素子２０から外部へ引き出される形状で形成されている。
【００６３】
線状電極６４５は、第２駆動電源電圧入力端子ＰＶ２の実装位置を一方端として、高周波電力増幅素子２０から外部へ引き出される形状で形成されている。線状電極６４６は、高周波信号出力端子Ｐｏｕｔの実装位置を一方端として、高周波電力増幅素子２０から外部へ引き出される形状で形成されている。
【００６４】
線状電極６４４，６４５，６４６は、高周波電力増幅素子２０から外部へ引き出された直後に他の回路素子（それぞれキャパシタ素子６１２、インダクタ素子６１１、インダクタ素子６２２）と接続されており、他の回路素子までの電極の距離が短い。
【００６５】
線状電極６４７の一方端は、線状電極６４５の他方端から所定距離離間した位置にある。線状電極６４７の所定位置は、線状電極６４４に接続されている。この構成により、駆動電源電圧Ｖｃｃが線状電極６４７，６４４を介して第１駆動電源電圧入力端子ＰＶ１へ印加される。また、線状電極６４５の他方端と線状電極６４７の一方端とは、インダクタ素子６１１（Ｌ１）で接続されている。この構成により、駆動電源電圧Ｖｃｃが線状電極６４７、インダクタ素子６１１（Ｌ１）、線状電極６４５を介して第２駆動電源電圧入力端子ＰＶ２へ印加される。
【００６６】
グランド電極６３１は、線状電極６４７に対して所定間隔をおいて形成されている。グランド電極６３１と線状電極６４７とは、キャパシタ素子６１３（Ｃ２）を介して接続されている。
【００６７】
グランド電極６３２は、線状電極６４４に対して所定間隔をおいて形成されている。グランド電極６３２と線状電極６４４とは、キャパシタ素子６１２（Ｃ１）を介して接続されている。
【００６８】
線状電極６４８の一方端は、線状電極６４６の他方端から所定距離離間した位置にある。線状電極６４８は、当該線状電極６４８への接続が必要な個数（本実施形態では三個）の素子が実装できる程度の長さからなる。線状電極６４６の他方端と線状電極６４８の一方端は、インダクタ素子６２２（Ｌ１１）を介して接続されている。
【００６９】
線状電極６４９の一方端は、線状電極６４８の他方端から所定距離離間した位置にある。線状電極６４８の他方端と線状電極６４９の一方端は、キャパシタ素子６２１（Ｃ１１）を介して接続されている。
【００７０】
グランド電極６３３は、線状電極６４６，６４８，６４９に対して所定間隔をおいて形成されている。グランド電極６３３と線状電極６４８とは、キャパシタ素子６２３（Ｃ１２）を介して接続されている。グランド電極６３３は、高周波電力増幅素子２０の底面を含む形状で所定形状に形成されている。
【００７１】
線状電極６４５と線状電極６４６とは線状電極５００によって接続されている。線状電極５００が本発明の「接続導体」に相当する。線状電極５００は、線状電極６４５に対する接続位置と線状電極６４６に対する接続位置とを直線で結ぶ形状で形成されている。これにより、線状電極６４５と線状電極６４６とが最短距離で接続される。
【００７２】
このような構成により、高周波信号出力端子Ｐｏｕｔから出力される第１増幅後高周波信号と、第２駆動電源印加端子ＰＶ２から出力される第２増幅後高周波信号とが合成され、合成高周波信号が、インダクタ素子６２２（Ｌ１１）、線状電極６４８、キャパシタ素子６２１、線状電極６４９を介して、高周波モジュール１０の高周波信号出力端子ＲＦｏｕｔから後段の回路へ出力される。
【００７３】
このように、図４に示す実装構成および電極構成を採用することで、上述の回路図に示したような電力付加効率を改善した高周波モジュール１０を実現することができる。
【００７４】
さらに、上述のように、高周波電力増幅素子２０の高周波信号出力端子Ｐｏｕｔと第２駆動電源電圧入力端子ＰＶ２とが近接し、且つこれらに接続する線状電極６４５と線状電極６４６とが線状電極５００によって最短距離で接続されることにより、第２増幅後高周波信号の伝送経路が短くなり、伝送損失を抑制できる。これにより、電力付加効率をさらに向上させることができる。また、線状電極５００の長さが第１増幅後高周波信号および第２増幅後高周波信号の波長と比較して十分に短いので、これらを合成する際の経路長の差に基づく位相差の調整を殆ど行う必要が無く、設計が容易になる。
【００７５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る電力増幅回路を備えた高周波モジュールについて、図を参照して説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る電力増幅回路を備える高周波モジュール１０Ａの回路図である。本実施形態の高周波モジュール１０Ａは、第１の実施形態に示した高周波モジュール１０に対して、整合回路３０Ａが異なるものである。他の構成は、第１の実施形態に示した高周波モジュール１０と同じであるので、説明は省略する。
【００７６】
整合回路３０Ａは、本発明の「第１整合回路」に相当する。整合回路３０Ａは、インダクタＬ２１，Ｌ２２、キャパシタＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３を備える。インダクタＬ２１，Ｌ２２およびキャパシタＣ２１は、高周波電力増幅素子２０の高周波信号出力端子Ｐｏｕｔと、高周波モジュール１０Ａの高周波信号出力端子ＲＦｏｕｔとの間に直列接続されている。インダクタＬ２１とインダクタＬ２２との接続点は、キャパシタＣ２２を介して接続されている。インダクタＬ２２とキャパシタＣ２１との接続点は、キャパシタＣ２３を介して接続されている。
【００７７】
このような構成では、インピーダンス整合をする素子数が第１の実施形態の整合回路３０よりも増加する。このため、整合できるインピーダンスの範囲を広くすることができる。これにより、高周波電力増幅素子２０が、広い周波数範囲で高周波信号の増幅が可能なマルチバンドＰＡ（パワーアンプ）であっても、後段の回路との間のインピーダンス整合を高精度に行うことができる。
【００７８】
なお、上述の説明では、高周波電力増幅素子２０をパッケージＩＣで実現する例を示したが、ＧａＡｓベアチップＭＭＩＣや、ＳｉＧｅベアチップＭＭＩＣで実現しても良い。この場合、ベアチップからなる高周波電力増幅素子２０と基板を接続するには、はんだバンプを形成してフェイスダウンで実装したり、ワイヤボンディングで実装すればよい。
【００７９】
また、高周波電力増幅素子２０を構成する高周波増幅回路２１０、入力整合回路２２０、方向性結合器２３０、出力整合回路２４０、バイアス設定回路２５０、および検波回路２６０を単一のチップで形成してもよく、それぞれ別のチップで形成してもよい。さらには、それぞれ異なるプロセスで製造したものを用いてもよい。例えば、ＧａＡｓプロセス、ＳｉＧｅプロセス、Ｓｉプロセス等を組み合わせて製造したものであってもよい。
【００８０】
また、上述の説明では、整合回路３０，３０Ａを、線状電極と実装部品とで構成する例を示したが、ＧｅＡｓプロセス、ＳｉＧｅプロセス、Ｓｉプロセス等によって製造されたＩＰＤ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＰａｓｓｉｖｅＤｅｖｉｃｅ）で構成してもよい。
【００８１】
また、基板１００は、低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板であってもよい。さらには、整合回路３０，３０Ａの構成要素の一部もしくは全部を、基板内に形成してもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１０：高周波モジュール、
２０：高周波電力増幅素子、
２１０：高周波増幅回路、２１１：前段増幅回路、２１２：後段増幅回路、２２０：入力整合回路、２３０：方向性結合器、２３１：主線路、２３２：副線路、２４０：出力整合回路、バイアス設定回路２５０、検波回路２６０、
３０，３０Ａ：整合回路、
４０：駆動電源回路、
５０：接続導体、
１００：基板、
５００，６４１，６４２，６４３，６４４，６４５，６４６，６４７，６４８，６４９：線状電極、
６１１，６２２：インダクタ素子、
６１２，６１３，６２１，６２３：キャパシタ素子、
６３１，６３２，６３３：グランド電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を増幅する電力増幅回路および当該電力増幅回路を備える高周波モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通信端末のフロントエンドモジュールとして、高周波信号を増幅する電力増幅回路を備えた高周波モジュールが各種考案されている。
【０００３】
特許文献１には、方向性結合器によるフィードバック制御を行うことで出力電力を制御する高周波増幅回路が記載されている。この高周波増幅回路は、高周波信号を増幅するパワーアンプを備える。パワーアンプの出力端には、方向性結合器が接続されている。方向性結合器は、互いに結合する主線路と副線路を備える。パワーアンプの出力信号は、主線路を介してアンテナ等の負荷へ出力される。副線路には、主線路を伝送する出力信号の一部が伝搬する。この副線路を伝送する信号は検波され、この検波結果に応じてパワーアンプの増幅率が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６８０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の構成では、パワーアンプからの出力信号の全てが方向性結合器を介するので、方向性結合器における主線路と副線路との結合度に応じた電力が副線路を伝搬する。副線路を伝搬する電力は高周波増幅回路からアンテナなどの負荷に出力されないため、高周波増幅回路からの出力電力は、方向性結合器の結合度に応じて低下してしまう。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、フィードバック制御を行っても、出力電力の低下を抑制することができる電力増幅回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、入力された高周波信号を所定増幅率で増幅して出力する高周波増幅回路と、主線路の第１端が高周波増幅回路の出力端子に接続され、主線路の第２端が信号出力端子に接続された方向性結合器と、を備えた電力増幅回路であって、次の特徴を有する。この電力増幅回路は、高周波増幅回路の出力端子と主線路の第２端とを方向性結合器を介することなく接続する接続導体を備えている。
【０００８】
この構成では、高周波増幅回路で増幅された高周波信号は、方向性結合器を介する経路と、方向性結合器を介さない経路とに分かれて出力される。これにより、方向性結合器で損失する信号が抑制され、出力電力の低下が抑制される。
【０００９】
また、この発明の電力増幅回路では、次の構成であることが好ましい。電力増幅回路の高周波増幅回路の最終段の増幅素子における駆動電源電圧印加端子と、高周波増幅回路の出力端子とが接続されている。駆動電源電圧印加端子に接続導体が接続されている。
【００１０】
この構成では、接続導体を高周波増幅回路へ接続する具体的な接続構成の一例を示している。高周波増幅回路は、複数段の増幅素子からなり、例えば、最終段の増幅素子にｎｐｎ型トランジスタを用いた場合、当該トランジスタのコレクタ端子が出力端子になるとともに、電源電圧（トランジスタの駆動電源電圧）印加端子にもなる。したがって、この駆動電源電圧印加端子に接続導体を接続することで、方向性結合器を介することなく、増幅後の高周波信号を外部へ出力する経路を実現できる。これにより、簡素な構成で接続導体を実現できる。
【００１１】
また、この発明の電力増幅回路は主線路の第２端に第１整合回路が接続されていることが好ましい。
【００１２】
この構成では、第１整合回路が備えられることで、電力増幅回路と後段の回路との間のインピーダンス整合が行われる。これにより、電力増幅回路から後段の回路へ、高周波信号を低損失に伝送できる。
【００１３】
また、この発明の電力増幅回路は、主線路の第２端と、該第２端と接続導体との接続点との間に第２整合回路が接続されていることが好ましい。
【００１４】
この構成では、方向性結合器を介する高周波信号のみにインピーダンス整合を行うことができる。これにより、方向性結合器を介する経路からの高周波信号と介さない経路からの高周波信号とが接続点で相殺することなく合成されるように、インピーダンス整合を行うことができる。
【００１５】
また、この発明の電力増幅回路では、第１整合回路は、信号伝送ラインに直列接続された第１キャパシタを備えることが好ましい。
【００１６】
この構成では、高周波増幅回路に印加される直流電圧が第１キャパシタで遮断され、後段の回路へ伝送されない。
【００１７】
また、この発明の電力増幅回路では、第１整合回路として、第１キャパシタに直列接続されたインダクタと、該第１キャパシタとインダクタとの接続点とグランド電位との間に接続された第２キャパシタと、を備えるようにすることもできる。
【００１８】
この構成は、第１整合回路の具体的な構成例を示している。このように直列接続されたインダクタ及びキャパシタと、これらの接続点に接続されるキャパシタとを備えることで、単一のインダクタやキャパシタを用いるよりも、インピーダンス整合範囲を広くできる。
【００１９】
また、この発明は、入力された高周波信号を所定増幅率で増幅して出力する高周波増幅回路を内蔵する高周波電力増幅素子と、該高周波電力増幅素子が実装される基板と、を備えた高周波モジュールであって、次の特徴を有する。この高周波モジュールの高周波電力増幅素子は、主線路の第１端が高周波増幅回路の出力端子に接続され、主線路の第２端が高周波電力増幅素子の信号出力端子に接続された方向性結合器を内蔵する。高周波電力増幅素子は、高周波増幅回路に駆動電源を印加する第１実装用端子と、信号出力端子である第２実装用端子と、を備える。基板は、第１実装用端子と第２実装用端子とを接続する接続導体を備える。
【００２０】
この構成では、上述の電力増幅回路を備える高周波モジュールの構造を示している。高周波増幅回路に駆動電源を印加する第１実装用端子と、方向性結合器の第２端に対応する第２実装用端子とが、基板に形成された接続導体で接続されている。これにより、方向性結合器を介する高周波信号と、方向性結合器を介さない高周波信号とを合成して出力する構成を容易に実現できる。
【００２１】
また、この発明の高周波モジュールは次の構成であることが好ましい。第１実装用端子と第２実装用端子は、高周波電力増幅素子において隣り合う端子である。第１実装用端子と第２実装用端子とを接続する接続導体は、略直線状である。
【００２２】
この構成では、高周波増幅回路に駆動電源を印加する駆動電源印加用の第１実装用端子と、方向性結合器の第２端に対応する第２実装用端子とが近接し、これらが略直線状の接続導体で接続される。これにより、方向性結合器を介する高周波信号と、方向性結合器を介さない高周波信号とを合成して出力する構成を容易に且つ省スペースに実現できる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、フィードバック制御を行っても、出力電力の低下を抑制することができる。これにより、出力電力を精度良く制御しながら、電力付加効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅回路を備える高周波モジュール１０の回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅回路の高周波増幅回路２１０の最終段の接続構成例を示す図である。
【図３】本実施形態の高周波モジュール１０と従来構成の高周波モジュールとの対比を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅回路を高周波モジュール１０の実装状態図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る電力増幅回路を備える高周波モジュール１０Ａの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の第１の実施形態に係る電力増幅回路およびこの電力増幅回路を回路構成として備える高周波モジュールについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅回路を備える高周波モジュール１０の回路図である。
【００２６】
高周波モジュール１０は、高周波電力増幅素子２０、整合回路３０、駆動電源回路４０を備える。高周波電力増幅素子２０は、高周波増幅回路２１０、入力整合回路２２０、方向性結合器２３０、本発明の第２整合回路に相当する出力整合回路２４０、バイアス設定回路２５０、検波回路２６０を備える。
【００２７】
高周波増幅回路２１０は、前段増幅回路２１１と後段増幅回路２１２とを有する。
【００２８】
前段増幅回路２１１の入力端子は、入力整合回路２２０を介して、高周波電力増幅素子２０の高周波信号入力端子Ｐｉｎに接続されている。この高周波信号入力端子Ｐｉｎが高周波モジュール１０としての高周波信号入力端子ＲＦｉｎとなる。
【００２９】
入力整合回路２２０は、高周波増幅回路２１０の入力インピーダンス（前段増幅回路２１１の入力インピーダンス）と、高周波信号入力端子Ｐｉｎに接続される、当該高周波モジュール１０に高周波信号を印加する外部前段回路とのインピーダンス整合を行うように、素子値が設定されている。入力整合回路２２０は、例えば、前段増幅回路２１１と高周波信号入力端子Ｐｉｎとの間に接続されたキャパシタによって構成される。
【００３０】
方向性結合器２３０は、高周波増幅回路２１０の出力端子、すなわち後段増幅回路２１２の出力端子に接続されている。方向性結合器２３０は、主線路２３１と副線路２３２とを備える。主線路２３１と副線路２３２とは、高周波信号の周波数において所定結合度で電磁界結合するように配置されている。主線路２３１の第１端は高周波増幅回路２１０の出力端子に接続されている。主線路２３１の第２端は、出力整合回路２４０を介して、高周波電力増幅素子２０の高周波信号出力端子Ｐｏｕｔに接続されている。
【００３１】
出力整合回路２４０は、所望の出力特性が得られるように高周波信号出力端子Ｐｏｕｔにおけるインピーダンスが適切に設定されるように、素子値が設定されている。出力整合回路２４０は、例えば、主線路２３１の第２端と高周波信号出力端子Ｐｏｕｔとの間に接続されたキャパシタによって構成される。
【００３２】
方向性結合器２３０の副線路２３２の第１端は接地されている。言い換えれば、副線路２３２の第１端はグランド電位に接続されている（図示せず）。副線路２３２の第２端は検波回路２６０に接続されている。検波回路２６０は、高周波電力増幅素子２０の検波信号出力端子ＰＶＤＥＴに接続されている。
【００３３】
前段増幅回路２１１と後段増幅回路２１２には、バイアス設定回路２５０が接続されており、該バイアス設定回路２５０は、高周波電力増幅素子２０のバイアス入力端子ＰＶＣＴＬに接続されている。前段増幅回路２１１には、高周波電力増幅素子２０の第１駆動電源印加端子ＰＶ１を介して、高周波電力増幅素子２０外にある駆動電源回路４０が接続されている。後段増幅回路２１２には、高周波電力増幅素子２０の第２駆動電源印加端子ＰＶ２を介して、高周波電力増幅素子２０外にある駆動電源回路４０が接続されている。
【００３４】
駆動電源回路４０は、高周波増幅回路２１０の駆動電源電圧Ｖｃｃを供給する電圧源、インダクタＬ１、キャパシタＣ１，Ｃ２を備える。電圧源は、第１駆動電源印加端子ＰＶ１に接続されている。また、電圧源は、インダクタＬ１を介して第２駆動電源印加端子ＰＶ２に接続されている。電圧源と第１駆動電源印加端子ＰＶ１との接続点は、キャパシタＣ１によって接地されている。電圧源とインダクタＬ１との接続点は、キャパシタＣ２によって接地されている。
【００３５】
後段増幅回路２１２に接続する第２駆動電源印加端子ＰＶ２と高周波信号出力端子Ｐｏｕｔとは、接続導体５０によって短絡されている。この接続導体５０が本発明の「接続手段」に相当する。
【００３６】
より具体的には、図２に示すように、接続導体５０が配置されている。図２は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅回路の高周波増幅回路２１０の最終段の接続構成例を示す図である。なお、図２は本発明の特徴を分かりやすくするため最小の回路構成で示しており、例えばバッファトランジスタをさらに設ける構成等にも適用することができる。
【００３７】
後段増幅回路２１２を構成する最終段トランジスタ２２１Ｆ（本発明の「最終段の増幅素子」に相当する。）は、ｎｐｎ型トランジスタであり、エミッタ接地されている。最終段トランジスタ２１１Ｆのベースは、前段増幅回路２１１の出力端子に接続されている。最終段トランジスタ２１１Ｆのベースには、バイアス設定回路２５０が接続されている。
【００３８】
最終段トランジスタ２１１Ｆのコレクタは、第２駆動電源印加端子ＰＶ２を介して駆動電源回路４０に接続されるとともに、方向性結合器２３０の主線路２３１の第１端に接続されている。主線路２３１の第２端は、出力整合回路２４０を介して高周波信号出力端子Ｐｏｕｔに接続されている。接続導体５０は、駆動電源回路４０と第２駆動電源印加端子ＰＶ２との接続点を、高周波信号出力端子Ｐｏｕｔに接続している。
【００３９】
高周波電力増幅素子２０の高周波信号出力端子Ｐｏｕｔには、整合回路３０が接続されている。整合回路３０は、本発明の「第１整合回路」に相当する。整合回路３０は、一方端が高周波電力増幅素子２０としての高周波信号出力端子Ｐｏｕｔに接続され、他方端が高周波モジュール１０としての高周波信号出力端子ＲＦｏｕｔとなる。整合回路３０は、インダクタＬ１１とキャパシタＣ１１との直列回路を備える。インダクタＬ１１は高周波信号出力端子Ｐｏｕｔに接続し、キャパシタＣ１１は高周波信号入力端子ＲＦｏｕｔに接続する。インダクタＬ１１とキャパシタＣ１１との接続点は、キャパシタＣ１２を介して接地されている。キャパシタＣ１１が本発明の「第１キャパシタ」に相当し、キャパシタＣ１２が本発明の「第２キャパシタ」に相当する。整合回路３０は、高周波電力増幅素子２０の高周波信号出力端子Ｐｏｕｔと、高周波モジュール１０の高周波信号出力端子ＲＦｏｕｔに接続される後段の回路とのインピーダンス整合を行うように、各素子値が設定されている。
【００４０】
キャパシタＣ１１を備えることで、後述する接続導体５０を介して印加される直流の駆動電源電圧Ｖｃｃを抑圧することができる。したがって、高周波モジュール１０に印加する直流の駆動電源電圧Ｖｃｃが接続導体５０を介して当該高周波モジュール１０に接続する後段の回路に印加されることを防止できる。
【００４１】
このような構成からなる高周波モジュール１０に高周波信号が入力されると、次のように動作する。
【００４２】
高周波信号は、高周波モジュール１０の高周波信号出力端子ＲＦｉｎ、高周波電力増幅素子２０の高周波信号入力端子Ｐｉｎを介して、高周波増幅回路２１０の前段増幅回路２１１へ入力される。この際、入力整合回路２２０を備えることで、高周波信号は低損失で前段増幅回路２１１へ入力される。
【００４３】
前段増幅回路２１１は、駆動電源回路４０からの駆動電源電圧Ｖｃｃとバイアス設定回路２５０からのバイアス電圧に応じた増幅率で、高周波信号を増幅し、後段増幅回路２１２へ出力する。
【００４４】
後段増幅回路２１２は、駆動電源回路４０からの駆動電源電圧Ｖｃｃとバイアス設定回路２５０からのバイアス電圧に応じた増幅率で、前段増幅回路２１１から入力された高周波信号を増幅して、最終段トランジスタ２１１Ｆのコレクタから出力する。以下、最終段トランジスタ２１１Ｆのコレクタから出力される高周波増幅回路２１０で増幅された高周波信号を、以下、「増幅後高周波信号」と称する。
【００４５】
増幅後高周波信号は、方向性結合器２３０の主線路２３１に伝送されるとともに、第２駆動電源電圧入力端子ＰＶ２を介して、接続導体５０にも伝送される。以下、方向性結合器２３０の主線路２３１に流れる増幅後高周波信号を「第１増幅後高周波信号」と称し、接続導体５０に流れる増幅後高周波信号を「第２増幅後高周波信号」と称する。
【００４６】
方向性結合器２３０は、主線路２３１と副線路２３２との結合により、主線路２３１を伝送する第１増幅後高周波信号の一部を副線路２３２に伝搬させる。したがって、第１増幅後高周波信号は、方向性結合器２３０において一部損失した状態で、出力整合回路２４０へ伝搬される。第１増幅後高周波信号は、出力整合回路２４０で位相調整されて、高周波電力増幅素子２０の高周波信号出力端子Ｐｏｕｔへ出力される。
【００４７】
高周波信号出力端子Ｐｏｕｔから出力された第１増幅後高周波信号と、接続導体５０を介した第２増幅後高周波信号とは、高周波信号出力端子Ｐｏｕｔと接続導体５０との接続点で合成される。以下、この合成された高周波信号を「合成高周波信号」と称する。この際、整合回路３０または出力整合回路２４０の素子値を適宜調整することで、第１増幅後高周波信号と第２増幅後高周波信号との位相を正確に一致させることができる。
【００４８】
合成高周波信号は、整合回路３０を介して、高周波モジュール１０の高周波信号出力端子ＲＦｏｕｔへ出力される。整合回路３０を介することで、合成高周波信号は、高周波信号出力端子ＲＦｏｕｔに接続する後段の回路へ、低損失で伝送される。
【００４９】
副線路２３２に伝搬された結合信号は、検波回路２６０へ入力される。検波回路２６０は、結合信号を検波し、検波信号を検波信号出力端子ＰＶＤＥＴから出力する。図示しない外部のコントロール部は、予め設定した電力で高周波信号が出力されるように、検波信号に基づいて、バイアス電圧を設定する制御信号を出力する。ここで、コントロール部には、検波信号すなわち第１増幅後高周波信号から得られる信号によって、合成高周波信号の電力が判別でき、当該合成高周波信号の電力を所定電力に制御するためのバイアス電圧の調整量が予め設定されている。コントロール部は、この設定内容にしたがって、バイアス電圧を設定する制御信号を出力する。
【００５０】
制御信号は、バイアス入力端子ＰＶＣＴＬを介してバイアス設定回路２５０に与えられる。バイアス設定回路２５０は、制御信号に基づいて、バイアス電圧を決定し、前段増幅回路２１１および後段増幅回路２１２へ印加する。
【００５１】
このようなフィードバック制御を行うことで、高周波モジュール１０から出力される高周波信号（合成高周波信号）が、所望の電力となるように制御することができる。
【００５２】
このような構成において、最終段トランジスタ２１１Ｆのコレクタから見ると、接続導体５０側よりも、主線路２３１側の方が、負荷が大きく見える。したがって、第１増幅後高周波信号よりも第２増幅後高周波信号の方が高い電力となる。
【００５３】
第２増幅後高周波信号は、接続導体５０のみを介するものであり、殆ど損失がない。第１増幅後高周波信号は、方向性結合器２３０を介するので、結合度に応じた損失がある。このため、従来構成のように、方向性結合器２３０のみを介して出力する場合すなわち全てが第１増幅後高周波信号の場合と比較して、本実施形態の構成を用いた場合の方が、高周波モジュールとして出力する信号電力を高くすることができる。
【００５４】
図３は、本実施形態の高周波モジュール１０と従来構成の高周波モジュールとの対比を示すグラフである。図３（Ａ）は入力電力に対する出力電力の特性を示すグラフであり、図３（Ｂ）は出力電力に対する電力付加効率（ＰＡＥ）の特性を示すグラフである。なお、図３において実線が本実施形態の構成を用いた場合の特性であり、破線が従来構成、すなわち、接続導体５０を設けない構成を用いた場合の特性である。
【００５５】
図３（Ａ）に示すように、本実施形態の構成を用いることで、同一の入力電力に対して、従来構成よりも高い出力電圧を得ることができる。これは、入力電圧を変化させても同じである。また、図３（Ｂ）に示すように、本実施形態の構成を用いることで、電力付加効率（ＰＡＥ）を、従来構成よりも高くすることができる。
【００５６】
このような高周波モジュール１０は、図４に示すような構造で実現できる。図４は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅回路を高周波モジュール１０の実装状態図である。
【００５７】
高周波モジュール１０は、基板１００と、パッケージＩＣからなる高周波電力増幅素子２０と、を備える。基板１００は、絶縁性基材からなる。絶縁性基材表面には、後述する各種の電極パターンが形成されている。高周波電力増幅素子２０には、それぞれ高周波信号入力端子Ｐｉｎ、高周波信号出力端子Ｐｏｕｔ（本発明の「第２実装用端子」に相当する。）、検波信号出力端子ＰＶＤＥＴ、バイアス入力端子ＰＶＣＴＬ、第１駆動電源印加端子ＰＶ１、第２駆動電源印加端子ＰＶ２（本発明の「第１実装用端子」に相当する。）となる外部接続パッドが形成されている。この際、高周波信号入力端子Ｐｉｎ、検波信号出力端子ＰＶＤＥＴ、バイアス入力端子ＰＶＣＴＬは、高周波電力増幅素子２０を形成するパッケージＩＣの第１側面近傍付近であって、当該第１側面に沿って形成されている。高周波信号出力端子Ｐｏｕｔ、検波信号出力端子ＰＶＤＥＴ、バイアス入力端子ＰＶＣＴＬ、第１駆動電源印加端子ＰＶ１、第２駆動電源印加端子ＰＶ２は、高周波電力増幅素子２０を形成するパッケージＩＣの第２側面（第１側面に対向する側面）近傍付近であって、当該第２側面に沿って形成されている。さらに、高周波信号出力端子Ｐｏｕｔの外部接続パッドと第２駆動電源印加端子ＰＶ２の外部接続パッドとは隣り合うように配置されている。
【００５８】
基板１００を構成する絶縁性基材の表面には、所定の電極幅からなる線状電極６４１，６４２，６４３，６４４，６４５，６４６，６４７，６４８，６４９、グランド電極６３１，６３２，６３３が形成されている。
【００５９】
線状電極６４１，６４２，６４３，６４４，６４５，６４６は、それぞれの一方端が高周波電力増幅素子２０の外部接続パッドのランドとなる位置に形成されている。線状電極６４１は、高周波信号入力端子Ｐｉｎの実装位置を一方端として、高周波電力増幅素子２０から外部へ引き出される形状で形成されている。この構成により、高周波信号が線状電極６４１から高周波信号入力端子Ｐｉｎへ印加される。
【００６０】
線状電極６４２は、バイアス入力端子ＰＶＣＴＬの実装位置を一方端として、高周波電力増幅素子２０から外部へ引き出される形状で形成されている。この構成により、バイアス電圧設定用の制御信号が線状電極６４２からバイアス入力端子ＰＶＣＴＬへ入力される。
【００６１】
線状電極６４３は、検波信号出力端子ＰＶＤＥＴの実装位置を一方端として、高周波電力増幅素子２０から外部へ引き出される形状で形成されている。この構成により、検波信号出力端子ＰＶＤＥＴからの検波信号が線状電極６４３から外部回路（コントロール部）へ出力される。
【００６２】
線状電極６４４は、第１駆動電源電圧入力端子ＰＶ１の実装位置を一方端として、高周波電力増幅素子２０から外部へ引き出される形状で形成されている。
【００６３】
線状電極６４５は、第２駆動電源電圧入力端子ＰＶ２の実装位置を一方端として、高周波電力増幅素子２０から外部へ引き出される形状で形成されている。線状電極６４６は、高周波信号出力端子Ｐｏｕｔの実装位置を一方端として、高周波電力増幅素子２０から外部へ引き出される形状で形成されている。
【００６４】
線状電極６４４，６４５，６４６は、高周波電力増幅素子２０から外部へ引き出された直後に他の回路素子（それぞれキャパシタ素子６１２、インダクタ素子６１１、インダクタ素子６２２）と接続されており、他の回路素子までの電極の距離が短い。
【００６５】
線状電極６４７の一方端は、線状電極６４５の他方端から所定距離離間した位置にある。線状電極６４７の所定位置は、線状電極６４４に接続されている。この構成により、駆動電源電圧Ｖｃｃが線状電極６４７，６４４を介して第１駆動電源電圧入力端子ＰＶ１へ印加される。また、線状電極６４５の他方端と線状電極６４７の一方端とは、インダクタ素子６１１（Ｌ１）で接続されている。この構成により、駆動電源電圧Ｖｃｃが線状電極６４７、インダクタ素子６１１（Ｌ１）、線状電極６４５を介して第２駆動電源電圧入力端子ＰＶ２へ印加される。
【００６６】
グランド電極６３１は、線状電極６４７に対して所定間隔をおいて形成されている。グランド電極６３１と線状電極６４７とは、キャパシタ素子６１３（Ｃ２）を介して接続されている。
【００６７】
グランド電極６３２は、線状電極６４４に対して所定間隔をおいて形成されている。グランド電極６３２と線状電極６４４とは、キャパシタ素子６１２（Ｃ１）を介して接続されている。
【００６８】
線状電極６４８の一方端は、線状電極６４６の他方端から所定距離離間した位置にある。線状電極６４８は、当該線状電極６４８への接続が必要な個数（本実施形態では三個）の素子が実装できる程度の長さからなる。線状電極６４６の他方端と線状電極６４８の一方端は、インダクタ素子６２２（Ｌ１１）を介して接続されている。
【００６９】
線状電極６４９の一方端は、線状電極６４８の他方端から所定距離離間した位置にある。線状電極６４８の他方端と線状電極６４９の一方端は、キャパシタ素子６２１（Ｃ１１）を介して接続されている。
【００７０】
グランド電極６３３は、線状電極６４６，６４８，６４９に対して所定間隔をおいて形成されている。グランド電極６３３と線状電極６４８とは、キャパシタ素子６２３（Ｃ１２）を介して接続されている。グランド電極６３３は、高周波電力増幅素子２０の底面を含む形状で所定形状に形成されている。
【００７１】
線状電極６４５と線状電極６４６とは線状電極５００によって接続されている。線状電極５００が本発明の「接続導体」に相当する。線状電極５００は、線状電極６４５に対する接続位置と線状電極６４６に対する接続位置とを直線で結ぶ形状で形成されている。これにより、線状電極６４５と線状電極６４６とが最短距離で接続される。
【００７２】
このような構成により、高周波信号出力端子Ｐｏｕｔから出力される第１増幅後高周波信号と、第２駆動電源印加端子ＰＶ２から出力される第２増幅後高周波信号とが合成され、合成高周波信号が、インダクタ素子６２２（Ｌ１１）、線状電極６４８、キャパシタ素子６２１、線状電極６４９を介して、高周波モジュール１０の高周波信号出力端子ＲＦｏｕｔから後段の回路へ出力される。
【００７３】
このように、図４に示す実装構成および電極構成を採用することで、上述の回路図に示したような電力付加効率を改善した高周波モジュール１０を実現することができる。
【００７４】
さらに、上述のように、高周波電力増幅素子２０の高周波信号出力端子Ｐｏｕｔと第２駆動電源電圧入力端子ＰＶ２とが近接し、且つこれらに接続する線状電極６４５と線状電極６４６とが線状電極５００によって最短距離で接続されることにより、第２増幅後高周波信号の伝送経路が短くなり、伝送損失を抑制できる。これにより、電力付加効率をさらに向上させることができる。また、線状電極５００の長さが第１増幅後高周波信号および第２増幅後高周波信号の波長と比較して十分に短いので、これらを合成する際の経路長の差に基づく位相差の調整を殆ど行う必要が無く、設計が容易になる。
【００７５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る電力増幅回路を備えた高周波モジュールについて、図を参照して説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る電力増幅回路を備える高周波モジュール１０Ａの回路図である。本実施形態の高周波モジュール１０Ａは、第１の実施形態に示した高周波モジュール１０に対して、整合回路３０Ａが異なるものである。他の構成は、第１の実施形態に示した高周波モジュール１０と同じであるので、説明は省略する。
【００７６】
整合回路３０Ａは、本発明の「第１整合回路」に相当する。整合回路３０Ａは、インダクタＬ２１，Ｌ２２、キャパシタＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３を備える。インダクタＬ２１，Ｌ２２およびキャパシタＣ２１は、高周波電力増幅素子２０の高周波信号出力端子Ｐｏｕｔと、高周波モジュール１０Ａの高周波信号出力端子ＲＦｏｕｔとの間に直列接続されている。インダクタＬ２１とインダクタＬ２２との接続点は、キャパシタＣ２２を介して接続されている。インダクタＬ２２とキャパシタＣ２１との接続点は、キャパシタＣ２３を介して接続されている。
【００７７】
このような構成では、インピーダンス整合をする素子数が第１の実施形態の整合回路３０よりも増加する。このため、整合できるインピーダンスの範囲を広くすることができる。これにより、高周波電力増幅素子２０が、広い周波数範囲で高周波信号の増幅が可能なマルチバンドＰＡ（パワーアンプ）であっても、後段の回路との間のインピーダンス整合を高精度に行うことができる。
【００７８】
なお、上述の説明では、高周波電力増幅素子２０をパッケージＩＣで実現する例を示したが、ＧａＡｓベアチップＭＭＩＣや、ＳｉＧｅベアチップＭＭＩＣで実現しても良い。この場合、ベアチップからなる高周波電力増幅素子２０と基板を接続するには、はんだバンプを形成してフェイスダウンで実装したり、ワイヤボンディングで実装すればよい。
【００７９】
また、高周波電力増幅素子２０を構成する高周波増幅回路２１０、入力整合回路２２０、方向性結合器２３０、出力整合回路２４０、バイアス設定回路２５０、および検波回路２６０を単一のチップで形成してもよく、それぞれ別のチップで形成してもよい。さらには、それぞれ異なるプロセスで製造したものを用いてもよい。例えば、ＧａＡｓプロセス、ＳｉＧｅプロセス、Ｓｉプロセス等を組み合わせて製造したものであってもよい。
【００８０】
また、上述の説明では、整合回路３０，３０Ａを、線状電極と実装部品とで構成する例を示したが、ＧｅＡｓプロセス、ＳｉＧｅプロセス、Ｓｉプロセス等によって製造されたＩＰＤ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＰａｓｓｉｖｅＤｅｖｉｃｅ）で構成してもよい。
【００８１】
また、基板１００は、低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）基板であってもよい。さらには、整合回路３０，３０Ａの構成要素の一部もしくは全部を、基板内に形成してもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１０：高周波モジュール、
２０：高周波電力増幅素子、
２１０：高周波増幅回路、２１１：前段増幅回路、２１２：後段増幅回路、２２０：入力整合回路、２３０：方向性結合器、２３１：主線路、２３２：副線路、２４０：出力整合回路、バイアス設定回路２５０、検波回路２６０、
３０，３０Ａ：整合回路、
４０：駆動電源回路、
５０：接続導体、
１００：基板、
５００，６４１，６４２，６４３，６４４，６４５，６４６，６４７，６４８，６４９：線状電極、
６１１，６２２：インダクタ素子、
６１２，６１３，６２１，６２３：キャパシタ素子、
６３１，６３２，６３３：グランド電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された高周波信号を所定増幅率で増幅して出力する高周波増幅回路と、
主線路の第１端が前記高周波増幅回路の出力端子に接続され、前記主線路の第２端が信号出力端子に接続された方向性結合器と、を備えた電力増幅回路であって、
前記高周波増幅回路の出力端子と前記主線路の第２端とを前記方向性結合器を介することなく接続する接続導体を備えた、電力増幅回路。
【請求項２】
前記高周波増幅回路の最終段の増幅素子における駆動電源印加端子と、前記高周波増幅回路の出力端子とが接続されており、
前記駆動電源印加端子に前記接続導体が接続されている、請求項１に記載の電力増幅回路。
【請求項３】
前記主線路の第２端には第１整合回路が接続されている、請求項１または請求項２に記載の電力増幅回路。
【請求項４】
前記主線路の第２端と、該第２端と前記接続導体との接続点との間に、第２整合回路が接続されている、請求項３に記載の電力増幅回路。
【請求項５】
前記第１整合回路は、信号伝送ラインに直列接続された第１キャパシタを備える、請求項３または請求項４に記載の電力増幅回路。
【請求項６】
前記第１整合回路は、前記第１キャパシタに直列接続されたインダクタと、該第１キャパシタと前記インダクタとの接続点とグランド電位との間に接続された第２キャパシタと、を備える、請求項５に記載の電力増幅回路。
【請求項７】
入力された高周波信号を所定増幅率で増幅して出力する高周波増幅回路を内蔵する高周波電力増幅素子と、該高周波電力増幅素子が実装される基板と、を備えた高周波モジュールであって、
前記高周波電力増幅素子は、
主線路の第１端が前記高周波増幅回路の出力端子に接続され、前記主線路の第２端が前記高周波電力増幅素子の信号出力端子に接続された方向性結合器を内蔵し、
前記高周波増幅回路に駆動電源電圧を印加する第１実装用端子と、
前記信号出力端子である第２実装用端子と、を備え、
前記基板は、
前記第１実装用端子と前記第２実装用端子とを接続する接続導体を備える、高周波モジュール。
【請求項８】
前記第１実装用端子と前記第２実装用端子は、前記高周波電力増幅素子において隣り合う端子であり、
前記第１実装用端子と前記第２実装用端子とを接続する接続導体は略直線状である、請求項７に記載の高周波モジュール。
【請求項１】
入力された高周波信号を所定増幅率で増幅して出力する高周波増幅回路と、
主線路の第１端が前記高周波増幅回路の出力端子に接続され、前記主線路の第２端が信号出力端子に接続された方向性結合器と、を備えた電力増幅回路であって、
前記高周波増幅回路の出力端子と前記主線路の第２端とを前記方向性結合器を介することなく接続する接続導体を備えた、電力増幅回路。
【請求項２】
前記高周波増幅回路の最終段の増幅素子における駆動電源印加端子と、前記高周波増幅回路の出力端子とが接続されており、
前記駆動電源印加端子に前記接続導体が接続されている、請求項１に記載の電力増幅回路。
【請求項３】
前記主線路の第２端には第１整合回路が接続されている、請求項１または請求項２に記載の電力増幅回路。
【請求項４】
前記主線路の第２端と、該第２端と前記接続導体との接続点との間に、第２整合回路が接続されている、請求項３に記載の電力増幅回路。
【請求項５】
前記第１整合回路は、信号伝送ラインに直列接続された第１キャパシタを備える、請求項３または請求項４に記載の電力増幅回路。
【請求項６】
前記第１整合回路は、前記第１キャパシタに直列接続されたインダクタと、該第１キャパシタと前記インダクタとの接続点とグランド電位との間に接続された第２キャパシタと、を備える、請求項５に記載の電力増幅回路。
【請求項７】
入力された高周波信号を所定増幅率で増幅して出力する高周波増幅回路を内蔵する高周波電力増幅素子と、該高周波電力増幅素子が実装される基板と、を備えた高周波モジュールであって、
前記高周波電力増幅素子は、
主線路の第１端が前記高周波増幅回路の出力端子に接続され、前記主線路の第２端が前記高周波電力増幅素子の信号出力端子に接続された方向性結合器を内蔵し、
前記高周波増幅回路に駆動電源電圧を印加する第１実装用端子と、
前記信号出力端子である第２実装用端子と、を備え、
前記基板は、
前記第１実装用端子と前記第２実装用端子とを接続する接続導体を備える、高周波モジュール。
【請求項８】
前記第１実装用端子と前記第２実装用端子は、前記高周波電力増幅素子において隣り合う端子であり、
前記第１実装用端子と前記第２実装用端子とを接続する接続導体は略直線状である、請求項７に記載の高周波モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１０２３６３（Ｐ２０１３−１０２３６３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５１３１（Ｐ２０１１−２４５１３１）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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