TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2021093594
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210617
出願番号2019222109
出願日20191209
発明の名称高周波増幅器
出願人住友電気工業株式会社
代理人特許業務法人 東和国際特許事務所
主分類H03F 1/02 20060101AFI20210521BHJP(基本電子回路)
要約【課題】小型化が可能な高周波増幅器を提供する。
【解決手段】高周波増幅器1は、第1の経路上に設けられたキャリアアンプQ201と、第2の経路上に設けられキャリアアンプ201よりも飽和出力が大きなピークアンプQ301と、キャリアアンプQ201の出力と出力端子RF-Outとの間に1/4波長伝送線路TRL2と、キャリアアンプの入力と入力端子の間に、第1の経路を伝搬する高周波信号の位相と、第2の経路を伝搬する高周波信号の位相を出力合成点RF-Outにおいて整合する位相調整回路21を備えている。キャリアアンプQ201、ピークアンプQ301、1/4波長伝送線路TRL4、および、位相調整回路21は回路基板に搭載され、位相調整回路21はバンドパスフィルタ25を備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
入力端子と出力端子を有し、前記入力端子に入力された高周波信号を増幅し前記出力端子を介して出力する高周波増幅器であって、
前記入力端子と前記出力端子を接続する第1の経路上にあって、前記高周波信号の増幅動作を行うキャリアアンプと、
前記該入力端子と前記出力端子との間で前記第1の経路と並列に設けられた第2の経路上であって、前記キャリアアンプと大きさの異なる飽和出力を有し、かつ、前記キャリアアンプの出力が所定の値より大きくなった場合に増幅動作を開始するピークアンプと、
前記キャリアアンプの出力と前記出力端子との間に設けられ前記キャリアアンプの出力信号を位相遅延する1/4波長伝送線路と、
前記キャリアアンプの入力と前記入力端子の間に設けられ、前記第1の経路を伝搬する前記高周波信号の位相と、前記第2の経路を伝搬する前記高周波信号の位相を前記出力端子において整合する位相調整回路と、
前記キャリアアンプ、前記ピークアンプ、前記1/4波長伝送線路、および、前記位相調整回路を搭載する回路基板と、
を有し、
前記位相調整回路はバンドパスフィルタを備える、高周波増幅器。
続きを表示(約 390 文字)【請求項2】
前記バンドパスフィルタが、第1のチップインダクタとチップキャパシタの並列回路により構成される請求項1に記載の高周波増幅器。
【請求項3】
前記位相調整回路は、前記バンドパスフィルタの前段にインピーダンス調整回路をさらに備える、請求項1または請求項2に記載の高周波増幅器。
【請求項4】
前記インピーダンス調整回路が、第2のチップインダクタを含む、請求項3に記載の高周波増幅器。
【請求項5】
前記入力端子に与えられた前記高周波信号を前記第1の経路および前記第2の経路に分配する3dBカプラをさらに含む、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の高周波増幅器。
【請求項6】
前記入力端子と前記3dBカプラとの間に、前記高周波信号を増幅するドライバアンプをさらに有する、請求項5に記載の高周波増幅器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、高周波増幅器に関する。
続きを表示(約 7,500 文字)【背景技術】
【0002】
近年、移動体通信システムでは、メール送受信や音声通信だけでなく、データ通信を主軸として音楽や映像などの幅広いコンテンツを楽しむ多用性の高いものへと変化しており、大容量かつ広帯域の通信システム化が進められている。このため、システムの基地局装置などで用いられる無線電力増幅器には、低消費電力化・高効率化、小型・広帯域化が望まれる。高効率化を実現するための電力増幅器として、キャリアアンプ(「メインアンプ」ともいう。)およびピークアンプを有するドハティアンプが知られている。例えば、特許文献1には、ドハティ型増幅器(ドハティアンプ)の構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2002-124840号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで、キャリアアンプとピークアンプが同じ形式の増幅器である場合、端的には、両アンプがトランジスタ(FET)一段構成であり、採用するトランジスタが同じもので、そのゲートバイアス条件のみが異なる時のドハティアンプは対称ドハティアンプと呼ばれる。また、ピークアンプがキャリアアンプに比較してサイズが大きい場合(飽和出力が大きい場合)には非対称ドハティアンプと呼ばれる。ドハティアンプでは、通常キャリアアンプ、ピークアンプの各トランジスタの前、後段にはマッチング回路を設けられる。非対称ドハティアンプの場合、二つのトランジスタの構成が異なるため、それぞれの位相シフト量(ゲート−ドレイン間では理想的にはその信号位相がπだけ異なる)が同様であるとしても、トランジスタ外部に設けるマッチング回路の構成が異なるため、その位相シフト量が異なる。
【0005】
例えば、特許文献1に開示されたドハティ型増幅回路では、ピークアンプの入力側に、1/4波長線路に加えて位相器を設けて2つのアンプの出力電力の合成を行っている。しかしながら、非対称ドハティアンプでは、ピークアンプの入力側に設ける位相器を、一般的な伝送線路で構成した場合、増幅器の小型化が難しいという問題がある。
【0006】
本開示は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、小型化が可能な高周波増幅器を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一態様に係る高周波増幅器は、入力端子と出力端子を有し、前記入力端子に入力された高周波信号を増幅し前記出力端子を介して出力する高周波増幅器であって、前記入力端子と前記出力端子を接続する第1の経路上にあって、前記高周波信号の増幅動作を行うキャリアアンプと、前記該入力端子と前記出力端子との間で前記第1の経路と並列に設けられた第2の経路上であって、前記キャリアアンプと大きさの異なる飽和出力を有し、かつ、前記キャリアアンプの出力が所定の値より大きくなった場合に増幅動作を開始するピークアンプと、前記キャリアアンプの出力と前記出力端子との間に設けられ前記キャリアアンプの出力信号を位相遅延する1/4波長伝送線路と、前記キャリアアンプの入力と前記入力端子の間に設けられ、前記第1の経路を伝搬する前記高周波信号の位相と、前記第2の経路を伝搬する前記高周波信号の位相を前記出力端子において整合する位相調整回路と、前記キャリアアンプ、前記ピークアンプ、前記1/4波長伝送線路、および、前記位相調整回路を搭載する回路基板と、を有し、前記位相調整回路はバンドパスフィルタを備える。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、高周波増幅器の小型化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
本開示の一態様に係る高周波増幅器の回路ブロック図である。
本開示の一態様に係る高周波増幅器の実装図である。
本開示の一態様に係る高周波増幅器のドライバアンプ部の回路図である。
本開示の一態様に係る高周波増幅器のドライバアンプ部の実装図である。
本開示の一態様に係る高周波増幅器のドハティアンプ部の回路図である。
本開示の一態様に係る高周波増幅器のドライバアンプ部の実装図である。
周波数に対する位相シフト量を説明するためのグラフである。
周波数に対する通過特性を説明するためのグラフである。
反射特性を説明するためのスミスチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
本開示に係る高周波増幅器は、(1)入力端子と出力端子を有し、前記入力端子に入力された高周波信号を増幅し前記出力端子を介して出力する高周波増幅器であって、前記入力端子と前記出力端子を接続する第1の経路上にあって、前記高周波信号の増幅動作を行うキャリアアンプと、前記該入力端子と前記出力端子との間で前記第1の経路と並列に設けられた第2の経路上であって、前記キャリアアンプと大きさの異なる飽和出力を有し、かつ、前記キャリアアンプの出力が所定の値より大きくなった場合に増幅動作を開始するピークアンプと、前記キャリアアンプの出力と前記出力端子との間に設けられ前記キャリアアンプの出力信号を位相遅延する1/4波長伝送線路と、前記キャリアアンプの入力と前記入力端子の間に設けられ、前記第1の経路を伝搬する前記高周波信号の位相と、前記第2の経路を伝搬する前記高周波信号の位相を前記出力端子において整合する位相調整回路と、前記キャリアアンプ、前記ピークアンプ、前記1/4波長伝送線路、および、前記位相調整回路を搭載する回路基板と、を有し、前記位相調整回路はバンドパスフィルタを備える。キャリアアンプの入力側にチップ部品から構成可能な位相調整回路を設けているため、高周波増幅器の小型化を達成できる。
【0011】
(2)本開示の高周波増幅器の一態様は、前記バンドパスフィルタが、第1のチップインダクタとチップキャパシタの並列回路により構成される。これにより、位相調整回路を伝送線路で形成する場合に比べて、高周波増幅器の小型が可能になる。
【0012】
(3)本開示の高周波増幅器の一態様は、前記位相調整回路が、前記バンドパスフィルタの前段にインピーダンス調整回路をさらに備える。これにより、位相調整尤度を大きくするとともに、高周波増幅器の透過特性および反射特性が良好になる。
【0013】
(4)本開示の高周波増幅器の一態様は、前記インピーダンス調整回路が、第2のチップインダクタを含む。これにより、高周波増幅器の小型が可能になる。
【0014】
(5)本開示の高周波増幅器の一態様は、前記入力端子に与えられた前記高周波信号を前記第1の経路および前記第2の経路に分配する3dBカプラをさらに含む。これにより、高周波増幅器の小型が可能になる。
【0015】
(6)本開示の高周波増幅器の一態様は、前記入力端子と前記3dBカプラとの間に、前記高周波信号を増幅するドライバアンプをさらに有する。これにより、高周波増幅器の高出力化を図ることができる。
【0016】
[本開示の実施形態の詳細]
以下、図面を参照しながら、本開示の高周波増幅器に係る好適な実施形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。なお、本発明はこれらの実施形態での例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内および均等の範囲内におけるすべての変更を含む。また、複数の実施形態について組み合わせが可能である限り、本発明は任意の実施形態を組み合わせたものを含む。
【0017】
図1は、本開示の一態様に係る高周波増幅器の回路ブロック図であり、図2は、本開示の一態様に係る高周波増幅器の実装図である。
高周波増幅器1は、ドハティアンプ部100を備えており、このドハティアンプ部100の入力側に、さらにドライバアンプ部10が設けられていてもよい。以下の実施形態では、ドライバアンプ部10を備えた高周波増幅器1について説明する。
【0018】
ドライバアンプ部10は、例えば、出力10WのドライバアンプQ101を備えており、ドライバアンプQ101の前後に、それぞれ入力マッチング回路11と出力マッチング回路12を有している。ドハティアンプ部100は、波長λの入力信号を均等に二分する分配器としての3dBカプラ20と、二分したそれぞれの信号を受ける第1の経路に設けられたキャリアアンプQ201と、第2の経路に設けられたピークアンプQ301と、キャリアアンプQ201とピークアンプQ301のアンプの出力を合成する回路、とにより構成される。
【0019】
キャリアアンプQ201の前後には、それぞれ入力マッチング回路22と出力マッチング回路23が設けられており、入力マッチング回路22の前段には、位相調整回路21が設けられている。位相調整回路21は、インピーダンス調整回路24、バンドパスフィルタ25を含む。また、ピークアンプQ301の前後にも、それぞれ入力マッチング回路31と出力マッチング回路32が設けられている。本実施形態では、例えば、キャリアアンプQ201は出力15W、ピークアンプQ301は出力30Wのアンプが用いられ、非対称ドハティアンプとして構成される。ここで、10W出力とは専らFETのサイズを表し、常に10Wを出力しているわけではなく、10W出力に足るサイズを有しているという意味で用いている。また、対象とする周波数は、3.6GHz、4.8GHz、2.6GHzの三種である。
【0020】
キャリアアンプQ201はA級またはAB級で動作するため、入力信号が如何なる強度であろうとも増幅動作を行う。ただし、出力飽和点が存在する。ピークアンプQ301は、B級またはC級で動作する。具体的には、キャリアアンプQ201が飽和点に達した時に増幅動作を開始する。そして、キャリアアンプQ201が飽和点に維持されている間、順次その出力を高めていく。ピークアンプQ301が増幅動作を行っていない時は、その出力は理想的にはオープンと見做される。そのため、キャリアアンプQ201の出力が1/4波長(またはλ/4)伝送線路TRL2を介して出力合成点RF−Outに現れ、この出力合成点RF−Outから図示しないインピーダンス(Z)変換用伝送線を介して負荷に与えられる。
【0021】
ピークアンプQ301が動作を開始すると、その出力インピーダンスはオープン状態から次第に有意な値に減じ、キャリアアンプQ201、ピークアンプQ301がともに出力飽和点に達した時に、出力インピーダンスはともに、例えば50Ωと見做されるように1/4波長伝送線路TRL2のインピーダンスが設定される。ちなみに、キャリアアンプQ201のみが動作する小出力領域では、キャリアアンプQ201の出力効率を最大とするために、その負荷は50Ωより大きな値、例えば、100Ωに設定されることが多い。
【0022】
本実施形態の高周波増幅器1は、通常のPCB基板2上に伝送線路を含む配線、チップキャパシタ等の部品をソルダリングするためのランドを形成し、ドライバアンプQ101、キャリアアンプQ201、ピークアンプQ301、および、3dBカプラ20等を搭載している。PCB基板2の裏面は全面金属とし、かつ、放熱のために図示しない金属製ベースとなる金属板を接着している。ドライバアンプQ101、キャリアアンプQ201、ピークアンプQ301の各アンプは、PCB基板2を刳り貫き、金属製ベース上に直接搭載し、その後、黒樹脂によりポッティング封止されている。3dBカプラ20はパッシブカプラであり、高周波信号の波長λに対して、二つの1/4波長伝送線路を平行させ、両者間の距離で分岐量を調整している。キャリアアンプQ201出力側の1/4波長伝送線路TRL2は配線パターンで形成している。なお、3dBカプラ20もλ/4伝送線路を含んでいるが、3dBカプラの基板の厚さ、その材質(誘電率)により、1/4波長線路TRL2とは長さが異なる。
【0023】
次に、高周波増幅器1の詳細について説明する。まず、ドライバアンプ部10の回路構成の例について説明する。図3は、本開示の一態様に係る高周波増幅器のドライバアンプ部の回路図であり、図4は、本開示の一態様に係る高周波増幅器のドライバアンプ部の実装図である。
【0024】
図3に示すように、ドライバアンプ部10の入力端子RF−Inから入力した高周波信号は、入力マッチング回路11を介して、10W出力のFETからなるドライバアンプQ101のゲートに入力される。入力マッチング回路11は、インダクタL101、キャパシタC101、キャパシタC102から構成されており、ドライバアンプQ101のゲートを入力端子RF−Inから見込んだインピーダンスが、例えば50Ωに変換するためのマッチング回路となる。ドライバアンプQ101のゲートバイアスは、バイアス電源Vg1からインダクタL102を介して与えられる。インダクタL102の値は、例えば3.9nHであり、バイアス電源Vg1を高周波信号に対して交流的に遮断する十分な大きさを有する。キャパシタC103はバイアス電源Vg1のバイパスキャパシタである。
【0025】
ドライバアンプQ101のドレイン出力は、インダクタL103を介して取り出される。インダクタL103は、キャパシタC105とキャパシタC106とともに出力マッチング回路12を構成している。出力マッチング回路12は、インピーダンス(Z)整合を目的とするものではなく、ドライバアンプQ101の効率を最大とするように、インダクタL103、キャパシタC105、および、キャパシタC106の値が設定される。出力マッチング回路12からの高周波信号出力は、出力端子aに出力される。ドレインバイアスはゲートバイアスと同様に、バイアス電源Vd1からインダクタL104を介して供給される。インダクタL104の値は、例えば3.9nHであり、出力信号の周波数に対して十分高いインピーダンスとなる値を有する。キャパシタC104は、キャパシタC103と同様のバイアス電源Vd1のバイパスキャパシタである。
【0026】
図4の実装図に示すように、バイアス電源Vg1、Vd1から各ゲート、ドレインに向けて幅の狭い配線を介して各バイアスが供給される。この狭幅配線もインダクタンス効果を発揮している。なお、実装図では、ゲートにC、ゲートバイアスにRで示される部品が実装されているが、これは実際の回路ではショートされる部品である。
【0027】
次に、ドハティアンプ部100の回路構成の例について説明する。図5は、本開示の一態様に係る高周波増幅器のドハティアンプ部の回路図であり、図6は、本開示の一態様に係る高周波増幅器のドハティアンプ部の実装図である。
【0028】
ドライバアンプQ101のドレイン出力は、出力マッチング回路12を介して、ドライバアンプ部10の出力端子aから3dBカプラ20に与えられる。ドライバアンプ部10の出力端子aは、ドハティアンプ部100にとっては入力端子aとなる。3dBカプラ20は、入力端子INから入力した信号は、ISO(Isolation)端子が二つの抵抗R401、R402の並列回路により50Ωの値で終端されることで、THRU(Through)端子と、COUP(Couple)端子に等分される。COUP端子は、第1の経路に設けられたキャリアアンプ(メインアンプ)Q201に、また、THRU端子は、第1の経路と並列の第2の経路に設けられたピークアンプQ301にそれぞれ接続される。
【0029】
3dBカプラ20のCOUP端子から提供され3dBカプラ20の入力信号の1/2の電力を有する高周波信号は、第2のインダクタL2からなるインピーダンス調整回路24を通過した後、第1のインダクタL3、キャパシタC2からなるバンドパスフィルタ25に入力される。すなわち、バンドパスフィルタ25は、3dBカプラ20のCOUP端子に接続されたインダクタL2の出力側とグランド電位部GNDに接続された、インダクタL3とキャパシタC2との並列回路とから構成されており、L3//C2と表現できる。ここで、「//」は並列接続を意味する。
【0030】
キャパシタCとインダクタLの並列回路C//Lは、1/(C×L)
-1/2
で決定される共振周波数fcでインピーダンスが最大値となる。したがって、L3//C2のバンドパスフィルタ25は共振周波数fcの周波数の信号を通過させ、それ以外の信号を遮断するバンドパスフィルタとして機能する。また、このバンドパスフィルタ25は、通過高周波信号の位相を、共振周波数fcを中心として大きく変化させる。共振周波数fcより十分低い帯域では位相変化はほぼ0°、十分に高い周波数では180°、ゆえに共振周波数fcでの90°を中心に±90°の位相変化を与える。実際には後段に接続するキャリアアンプQ201を含めた回路のインピーダンスに依存して、その周波数特性(通過強度、位相)は変動するが、バンドパスフィルタとして機能する点に変わりはない。本実施形態のドハティアンプ部100では、キャリアアンプQ201の入力段に、このバンドパスフィルタを設けることで、キャリアアンプQ201の出力とピークアンプQ301の出力とを出力合成点RF−Outでそれらの位相差が0°になるように合波させている。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

住友電気工業株式会社
増幅器
住友電気工業株式会社
配電装置
住友電気工業株式会社
駆動回路
住友電気工業株式会社
受光素子
住友電気工業株式会社
描画装置
住友電気工業株式会社
表示装置
住友電気工業株式会社
光変調器
住友電気工業株式会社
光受信器
住友電気工業株式会社
受光装置
住友電気工業株式会社
燃料電池
住友電気工業株式会社
光ファイバ
住友電気工業株式会社
半導体光素子
住友電気工業株式会社
光モジュール
住友電気工業株式会社
給電システム
住友電気工業株式会社
ウエハ保持体
住友電気工業株式会社
多芯ケーブル
住友電気工業株式会社
高周波増幅器
住友電気工業株式会社
スイッチ装置
住友電気工業株式会社
光モジュール
住友電気工業株式会社
光モジュール
住友電気工業株式会社
差動増幅回路
住友電気工業株式会社
蓄電システム
住友電気工業株式会社
多芯ケーブル
住友電気工業株式会社
光トランシーバ
住友電気工業株式会社
光トランシーバ
住友電気工業株式会社
バーンイン装置
住友電気工業株式会社
ミラー駆動機構
住友電気工業株式会社
ミラー駆動機構
住友電気工業株式会社
ミラー駆動機構
住友電気工業株式会社
光トランシーバ
住友電気工業株式会社
二芯平行ケーブル
住友電気工業株式会社
分岐付きケーブル
住友電気工業株式会社
光半導体デバイス
住友電気工業株式会社
電気絶縁ケーブル
住友電気工業株式会社
光ファイバケーブル
住友電気工業株式会社
超電導線材接続構造
続きを見る