[go: up one dir, main page]

JP2007281691A - Power amplifier - Google Patents

Power amplifier Download PDF

Info

Publication number
JP2007281691A
JP2007281691A JP2006103232A JP2006103232A JP2007281691A JP 2007281691 A JP2007281691 A JP 2007281691A JP 2006103232 A JP2006103232 A JP 2006103232A JP 2006103232 A JP2006103232 A JP 2006103232A JP 2007281691 A JP2007281691 A JP 2007281691A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
harmonic
circuit
bipolar transistor
diode
power amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006103232A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiko Kawashima
克彦 川島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2006103232A priority Critical patent/JP2007281691A/en
Publication of JP2007281691A publication Critical patent/JP2007281691A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

【課題】電力負荷効率の周波数依存性を小さくすることが可能な電力増幅器を提供する。
【解決手段】入力信号を増幅するバイポーラトランジスタ105と、バイポーラトランジスタ105の出力である増幅信号に含まれる3次高調波を抑圧する3次高調波抑圧回路106と、バイポーラトランジスタ105の出力である増幅信号に含まれる2次高調波を抑圧する2次高調波抑圧回路107とを備え、3次高調波抑圧回路106は、バイポーラトランジスタ105を構成するベース層305とエミッタ層304から構成されるPNダイオード309を有し、PNダイオード309には、可変な逆方向電圧が印加される。
【選択図】図3
A power amplifier capable of reducing the frequency dependence of power load efficiency is provided.
A bipolar transistor that amplifies an input signal, a third-order harmonic suppression circuit that suppresses a third-order harmonic contained in an amplified signal that is an output of the bipolar transistor, and an amplification that is an output of the bipolar transistor. A second harmonic suppression circuit 107 that suppresses the second harmonic contained in the signal, and the third harmonic suppression circuit 106 is a PN diode that includes a base layer 305 and an emitter layer 304 that constitute the bipolar transistor 105. 309, and a variable reverse voltage is applied to the PN diode 309.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、電力増幅器に関し、特に携帯電話機を主とした高周波帯を用いた無線携帯端末の信号送信部等に用いられる半導体電力増幅器の回路技術に関するものである。   The present invention relates to a power amplifier, and more particularly to a circuit technology of a semiconductor power amplifier used for a signal transmission unit of a wireless portable terminal using a high frequency band mainly for a cellular phone.

近年、携帯電話機では、周波数帯の不足によって、広帯域化が進んでいる。これに伴い、携帯電話機に用いられる電力増幅器には、広帯域にわたり、主要な特性である電力負荷効率の向上が求められている。   In recent years, cellular phones have become wider due to the lack of frequency bands. Accordingly, power amplifiers used in mobile phones are required to improve power load efficiency, which is a main characteristic, over a wide band.

電力負荷効率は、主に電力増幅器の出力回路に大きく影響される。出力回路では、同回路内の最終段の半導体増幅素子が高出力時に非線形動作をするために、半導体増幅素子で発生する非線形成分である高調波の処理回路が重要となってくる。特に、主要な高調波である2次高調波及び3次高調波の処理回路が重要である。一般的には、高調波の周波数に共振周波数が設定された共振回路を構成し、その共振回路を高調波の処理回路として出力回路内に設ける技術が用いられる。この技術においては、対象となる高調波を共振回路により短絡もしくは開放することによって、高調波の出力レベルが抑圧される(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−260783号公報
The power load efficiency is largely influenced mainly by the output circuit of the power amplifier. In the output circuit, since the final stage semiconductor amplifying element in the circuit performs a non-linear operation when the output is high, a harmonic processing circuit that is a non-linear component generated in the semiconductor amplifying element is important. In particular, processing circuits for the second harmonic and the third harmonic, which are main harmonics, are important. Generally, a technique is used in which a resonance circuit having a resonance frequency set to a harmonic frequency is configured, and the resonance circuit is provided in the output circuit as a harmonic processing circuit. In this technique, a harmonic output level is suppressed by short-circuiting or opening a target harmonic by a resonance circuit (see, for example, Patent Document 1).
JP 2000-260783 A

しかしながら、基本周波数の広帯域化に伴い、高調波の帯域幅は2次高調波に対しては基本周波数の帯域幅の2倍となり、3次高調波に対しては基本周波数の帯域幅の3倍となるので、高調波の抑圧が困難になってくる。   However, as the fundamental frequency becomes wider, the harmonic bandwidth is twice that of the fundamental frequency for the second harmonic and is three times the bandwidth of the fundamental frequency for the third harmonic. Therefore, suppression of harmonics becomes difficult.

特に3次高調波は、電力増幅器の主要な性能である電力負荷効率との相関があり、3次高調波の抑圧レベルが良好になると電力負荷効率も増加するという傾向がある。従って、ある高調波の周波数に共振回路の共振周波数が固定された出力回路においては、基本周波数の広帯域化に従い、3次高調波の抑圧レベルが周波数によって異なってくるために、電力負荷効率の周波数依存性が大きくなってしまうという問題がある。   In particular, the third harmonic has a correlation with the power load efficiency, which is the main performance of the power amplifier, and the power load efficiency tends to increase as the suppression level of the third harmonic becomes good. Therefore, in the output circuit in which the resonance frequency of the resonance circuit is fixed to a certain harmonic frequency, the suppression level of the third harmonic varies depending on the frequency as the fundamental frequency becomes wider. There is a problem that the dependency becomes large.

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、電力負荷効率の周波数依存性を小さくすることが可能な電力増幅器を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a power amplifier capable of reducing the frequency dependency of power load efficiency.

本発明は、上記の目的を達成するためのものであり、入力信号を増幅するバイポーラトランジスタと、前記バイポーラトランジスタの出力である増幅信号に含まれる第1高調波を抑圧する第1抑圧回路とを備え、前記第1抑圧回路は、前記バイポーラトランジスタを構成するp型半導体層及びn型半導体層から構成されるPNダイオードを有し、前記PNダイオードには、可変な逆方向電圧が印加されることを特徴とする。   The present invention is to achieve the above object, and includes a bipolar transistor that amplifies an input signal and a first suppression circuit that suppresses a first harmonic contained in an amplified signal that is an output of the bipolar transistor. The first suppression circuit has a PN diode composed of a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer constituting the bipolar transistor, and a variable reverse voltage is applied to the PN diode. It is characterized by.

ここで、前記電力増幅器は、さらに、前記増幅信号に含まれる第2高調波を抑圧する第2抑圧回路を備え、前記第1抑圧回路と前記バイポーラトランジスタとの間の距離は、前記第2抑圧回路と前記バイポーラトランジスタとの間の距離よりも短くてもよい。また、前記PNダイオードは、前記バイポーラトランジスタのp型ベース層とn型エミッタ層とから構成されてもよい。   Here, the power amplifier further includes a second suppression circuit that suppresses a second harmonic included in the amplified signal, and the distance between the first suppression circuit and the bipolar transistor is the second suppression circuit. It may be shorter than the distance between the circuit and the bipolar transistor. The PN diode may be composed of a p-type base layer and an n-type emitter layer of the bipolar transistor.

これによって、PNダイオードにより共振回路を構成し、電力増幅する入力信号の基本周波数の変化と共に、PNダイオードに印加する逆電圧を変化させることによって、PNダイオードのPN接合容量の容量値が変化し、共振回路の共振周波数が変化するので、電力負荷効率の周波数依存性を小さくすることができる。その結果、電力増幅器における出力レベルの周波数特性を小さくすることができる。また、バイポーラトランジスタ内に形成されたPNダイオードにより共振回路の容量を形成するので、共振回路の面積が小さくなり、電力増幅器を小型化することができる。   Thereby, a resonant circuit is constituted by the PN diode, and the capacitance value of the PN junction capacitance of the PN diode is changed by changing the reverse voltage applied to the PN diode together with the change of the fundamental frequency of the input signal for power amplification. Since the resonance frequency of the resonance circuit changes, the frequency dependence of the power load efficiency can be reduced. As a result, the frequency characteristic of the output level in the power amplifier can be reduced. Further, since the capacitance of the resonance circuit is formed by the PN diode formed in the bipolar transistor, the area of the resonance circuit is reduced, and the power amplifier can be miniaturized.

また、前記第1抑圧回路は、前記PNダイオードから構成され、前記第1高調波としての3次高調波の周波数で共振する共振回路を含んでもよい。また、前記共振回路は、前記バイポーラトランジスタと接続され、前記第1高調波を接地短絡してもよい。   In addition, the first suppression circuit may include a resonance circuit that includes the PN diode and resonates at a frequency of the third harmonic as the first harmonic. Further, the resonance circuit may be connected to the bipolar transistor, and the first harmonic may be short-circuited to the ground.

ダイオードは、非線形デバイスであり、回路の歪の原因となるので、使用にはその点の考慮が必要となる。例えば、基本周波数や2次高調波を抑圧する共振回路にPNダイオードを利用した場合、信号電力が大きいために歪成分が発生し易く、出力信号の歪の原因となる。しかしながら、PNダイオードは出力の小さい3次高調波を抑圧する共振回路に利用され、PNダイオードの歪への影響が小さくなるので、歪が発生せず、出力信号に影響が与えられない。   Since a diode is a non-linear device and causes distortion of a circuit, it is necessary to consider that point in use. For example, when a PN diode is used in a resonance circuit that suppresses the fundamental frequency and the second harmonic, since the signal power is large, a distortion component is easily generated, which causes distortion of the output signal. However, since the PN diode is used in a resonance circuit that suppresses the third harmonic with a small output, and the influence on the distortion of the PN diode is reduced, no distortion occurs and the output signal is not affected.

また、前記第1抑圧回路は、インダクタ素子を備え、前記PNダイオードと前記インダクタ素子とを合成することにより3次高調波の周波数で共振する共振回路を形成してもよい。   The first suppression circuit may include an inductor element, and may form a resonance circuit that resonates at a third harmonic frequency by combining the PN diode and the inductor element.

また、前記PNダイオードと前記インダクタ素子との直列共振回路を前記バイポーラトランジスタに接続しても良いし、前記PNダイオードと前記インダクタ素子との並列共振回路を前記バイポーラトランジスタに直列に接続しても良い。   Further, a series resonance circuit of the PN diode and the inductor element may be connected to the bipolar transistor, or a parallel resonance circuit of the PN diode and the inductor element may be connected in series to the bipolar transistor. .

本発明によれば、広帯域において、電力負荷効率を高いまま維持することができる。よって、一つの基本周波数帯で設計された電力増幅器であっても、本発明の技術を用いることにより、広帯域の周波数で使用することができ、周波数帯域の増加に柔軟に対応することができる。   According to the present invention, power load efficiency can be maintained high in a wide band. Therefore, even a power amplifier designed in one basic frequency band can be used in a wide band frequency by using the technique of the present invention, and can flexibly cope with an increase in frequency band.

以下、本発明の実施の形態における電力増幅器について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, power amplifiers according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

同電力増幅器の出力回路は、現在携帯電話機用の電力増幅器を構成する半導体として、最も一般的に用いられている化合物半導体であるGaAsを用いたGaAs系バイポーラトランジスタを含む。この出力回路の適用周波数帯は、任意の周波数について適用できるものであるが、ここでは、利用する基本周波数を1.7GHzから2GHzとする場合で説明する。   The output circuit of the power amplifier includes a GaAs-based bipolar transistor using GaAs, which is the most commonly used compound semiconductor, as a semiconductor constituting a power amplifier for a mobile phone. The applicable frequency band of the output circuit can be applied to any frequency, but here, a case where the fundamental frequency to be used is 1.7 GHz to 2 GHz will be described.

図1は、同出力回路のGaAs系バイポーラトランジスタ105の構造を示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a GaAs bipolar transistor 105 of the same output circuit.

このバイポーラトランジスタ105は、図1に示されるように、半絶縁性の半導体基板(GaAs基板)308上に、n型半導体からなるサブコレクタ層307、n型半導体からなるコレクタ層306、p型半導体からなるベース層305、及びn型半導体からなるエミッタ層304が順次エピタキシャル成長された構造を有する。エミッタ層304、ベース層305及びサブコレクタ層307上には、それぞれオーミックコンタクト電極であるエミッタ電極301、ベース電極302及びコレクタ電極303が形成されている。この構造において、エミッタ電極301、ベース電極302、n型半導体からなるエミッタ層304及びp型半導体からなるベース層305によりPNダイオード309が形成される。このPNダイオード309が特に今回の発明に関する部分である。   As shown in FIG. 1, the bipolar transistor 105 includes a sub-collector layer 307 made of an n-type semiconductor, a collector layer 306 made of an n-type semiconductor, and a p-type semiconductor on a semi-insulating semiconductor substrate (GaAs substrate) 308. The base layer 305 made of and the emitter layer 304 made of an n-type semiconductor are sequentially epitaxially grown. On the emitter layer 304, the base layer 305, and the subcollector layer 307, an emitter electrode 301, a base electrode 302, and a collector electrode 303, which are ohmic contact electrodes, are formed. In this structure, a PN diode 309 is formed by an emitter electrode 301, a base electrode 302, an emitter layer 304 made of an n-type semiconductor, and a base layer 305 made of a p-type semiconductor. The PN diode 309 is particularly a part related to the present invention.

このPNダイオード309に印加する逆方向電圧と容量値との相関特性を、図2に示す。図2において、横軸の電圧はp型層としてのベース層305を基準としたときのn型層としてのエミッタ層304の電位である。   FIG. 2 shows the correlation characteristics between the reverse voltage applied to the PN diode 309 and the capacitance value. In FIG. 2, the voltage on the horizontal axis is the potential of the emitter layer 304 as an n-type layer with respect to the base layer 305 as a p-type layer.

図2から、PNダイオード309は、エミッタ層304のベース層305との接触面積が240μm2で、逆方向電圧が−0.9Vの時には、2.4pFの容量値を持ち、同接触面積で逆方向電圧が+1.2Vの時には、1.8pFの容量値を持つ特性を有することがわかる。この容量値は、エミッタ層304の接触面積、及び印加電圧によって可変にできるもので、使用する周波数によって調整される。 From FIG. 2, the PN diode 309 has a capacitance value of 2.4 pF when the contact area of the emitter layer 304 with the base layer 305 is 240 μm 2 and the reverse voltage is −0.9 V. When the directional voltage is +1.2 V, it can be seen that the device has a characteristic having a capacitance value of 1.8 pF. This capacitance value can be varied by the contact area of the emitter layer 304 and the applied voltage, and is adjusted by the frequency used.

次に、このPNダイオード309を用いた出力回路について説明する。   Next, an output circuit using the PN diode 309 will be described.

図3は、同出力回路の構成を示す回路図である。   FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the output circuit.

この出力回路の出力整合回路は、3次高調波抑圧回路106にPNダイオード309が用いられている以外は、一般的な出力整合回路と同様の回路構成を有する。同出力整合回路では、出力回路の出力端子111側から、直列容量110と、シャント容量109と、共振用インダクタ107A及び共振用容量108Bの直列共振回路で構成される2次高調波抑圧回路107と、直列インダクタ108と、3次高調波抑圧回路106とが接続されている。なお、シャント回路としての2次高調波抑圧回路107の接続位置は、これに限られない。   The output matching circuit of this output circuit has a circuit configuration similar to that of a general output matching circuit except that a PN diode 309 is used for the third harmonic suppression circuit 106. In the output matching circuit, from the output terminal 111 side of the output circuit, a second-order harmonic suppression circuit 107 composed of a series capacitor 110, a shunt capacitor 109, a resonance inductor 107A and a resonance capacitor 108B in series. The series inductor 108 and the third harmonic suppression circuit 106 are connected. The connection position of the second harmonic suppression circuit 107 as a shunt circuit is not limited to this.

バイポーラトランジスタ105のコレクタは、電源供給インダクタ103を介して電源電圧Vccを供給するコレクタ電圧(電源電圧)102と接続されると共に、上記出力整合回路と接続されている。バイポーラトランジスタ105のベースは、ベース電圧104と接続されると共に、出力回路の入力端子101と接続されている。入力端子101には、ドライバー段からの信号が入力される。   The collector of the bipolar transistor 105 is connected to a collector voltage (power supply voltage) 102 that supplies a power supply voltage Vcc through a power supply inductor 103 and is connected to the output matching circuit. The base of the bipolar transistor 105 is connected to the base voltage 104 and to the input terminal 101 of the output circuit. A signal from the driver stage is input to the input terminal 101.

このとき、ベース電圧104は、一般的にはバイアス回路の出力によって与えられるので、実際にはさらに複雑である。また、バイポーラトランジスタ105のコレクタ電源を供給するコレクタ電圧102と、電源供給インダクタ103とは出力回路の外部にある。以下、電源電圧Vccが3.5Vの場合を考える。   In this case, since the base voltage 104 is generally given by the output of the bias circuit, it is actually more complicated. The collector voltage 102 for supplying the collector power of the bipolar transistor 105 and the power supply inductor 103 are outside the output circuit. Hereinafter, a case where the power supply voltage Vcc is 3.5V is considered.

3次高調波抑圧回路106は、シャント回路として設けられ、バイポーラトランジスタ105からの出力信号である増幅信号に含まれる3次高調波を抑圧する。3次高調波抑圧回路106は、3次高調波の周波数で共振し、3次高調波を接地短絡するPNダイオード309及びインダクタ106Aの直列共振回路と、可変な電圧値Vcontの電圧を供給する制御電圧106Dと、チョークコイル106Cと、制御電圧106DのDCカット容量106Eとで構成される。この3次高調波抑圧回路106では、PNダイオード309は、インダクタ106Aを介してバイポーラトランジスタ105のコレクタと接続され、容量として機能する。制御電圧106Dは、チョークコイル106Cを介してPNダイオード309に逆方向電圧を印加する。   The third harmonic suppression circuit 106 is provided as a shunt circuit, and suppresses the third harmonic included in the amplified signal that is an output signal from the bipolar transistor 105. The third-order harmonic suppression circuit 106 resonates at the third-order harmonic frequency, and controls to supply a series resonance circuit of a PN diode 309 and an inductor 106A that short-circuits the third-order harmonic to the ground, and a variable voltage value Vcont. A voltage 106D, a choke coil 106C, and a DC cut capacitor 106E having a control voltage 106D are included. In the third harmonic suppression circuit 106, the PN diode 309 is connected to the collector of the bipolar transistor 105 via the inductor 106A and functions as a capacitor. The control voltage 106D applies a reverse voltage to the PN diode 309 via the choke coil 106C.

このとき、上記に述べたインダクタ部分は、分布定数回路であるマイクロストリップライン及びストリップラインで構成しても良い。また、制御電圧106Dは、バイポーラトランジスタ105のコレクタ電圧102と共用されてもよいし、インダクタ106AとPNダイオード309との間に、直列のDCカット容量とシャントのチョークコイルを設けて、外部から供給されても良い。   At this time, the inductor portion described above may be configured by a microstrip line and a strip line which are distributed constant circuits. The control voltage 106D may be shared with the collector voltage 102 of the bipolar transistor 105, or a series DC cut capacitor and a shunt choke coil are provided between the inductor 106A and the PN diode 309 and supplied from the outside. May be.

入力端子101と、バイポーラトランジスタ105と、ベース電圧104と、PNダイオード309とから半導体集積回路112が構成される。   A semiconductor integrated circuit 112 is configured by the input terminal 101, the bipolar transistor 105, the base voltage 104, and the PN diode 309.

上記出力回路の特徴は、バイポーラトランジスタ105が形成された半導体集積回路112内に、PNダイオード309も形成し、このPNダイオード309の接合容量を出力整合回路の抑圧回路のうち、バイポーラトランジスタ105との距離が一番短い3次高調波抑圧回路106の容量として用いることにある。   The output circuit is characterized in that a PN diode 309 is also formed in the semiconductor integrated circuit 112 in which the bipolar transistor 105 is formed, and the junction capacitance of the PN diode 309 is connected to the bipolar transistor 105 in the suppression circuit of the output matching circuit. It is to be used as the capacity of the third harmonic suppression circuit 106 having the shortest distance.

3次高調波抑圧回路106における共振回路の共振周波数は、基本周波数の3倍の周波数に設計される。すなわち、基本周波数が1.7GHzのときには、3次高調波抑圧回路106のインダクタ106Aを0.7nHとし、制御電圧106Dの電圧値Vcontを2.6Vとする。その結果、PNダイオード309に印加される逆方向電圧の値が−0.9Vとなり、PNダイオード309の接合容量の値は2.4pFとなるので、3次高調波抑圧回路106における共振回路の共振周波数は、基本周波数1.7GHzの3倍の5.1GHzとなる。また、基本周波数2GHzのときには、インダクタ106Aを0.7nHとし、制御電圧106Dの電圧値Vcontを4.7Vとする。その結果、PNダイオード309に印加される逆方向電圧の値が+1.2Vとなり、PNダイオード309の接合容量の値は1.8pFとなるので、3次高調波抑圧回路106における共振回路の共振周波数は、基本周波数2GHzの3倍の6GHzの共振周波数となる。   The resonance frequency of the resonance circuit in the third harmonic suppression circuit 106 is designed to be three times the fundamental frequency. That is, when the fundamental frequency is 1.7 GHz, the inductor 106A of the third harmonic suppression circuit 106 is set to 0.7 nH, and the voltage value Vcont of the control voltage 106D is set to 2.6V. As a result, the value of the reverse voltage applied to the PN diode 309 is −0.9 V, and the value of the junction capacitance of the PN diode 309 is 2.4 pF, so that the resonance of the resonance circuit in the third harmonic suppression circuit 106 is achieved. The frequency is 5.1 GHz, which is three times the fundamental frequency 1.7 GHz. Further, when the fundamental frequency is 2 GHz, the inductor 106A is set to 0.7 nH, and the voltage value Vcont of the control voltage 106D is set to 4.7V. As a result, the value of the reverse voltage applied to the PN diode 309 is +1.2 V, and the value of the junction capacitance of the PN diode 309 is 1.8 pF. Therefore, the resonance frequency of the resonance circuit in the third harmonic suppression circuit 106 Is a resonance frequency of 6 GHz, which is three times the basic frequency of 2 GHz.

図4は、出力回路における3次高調波の抑圧レベルを示す3次高調波の通過特性(曲線41、43)と、その3次高調波を発生させる基本周波数での電力負荷効率(曲線42、44)との関係を示す図である。図4において、曲線42、44の横軸の値は、3次高調波の周波数に対応する基本周波数、つまり図4に示されている横軸の値の1/3の値であると考える。図4(A)は、コレクタ電圧102の電源電圧Vccが3.5Vであり、制御電圧106Dの電圧値Vcontが2.6Vの場合におけるものである。また、図4(B)は、コレクタ電圧102の電源電圧Vccが3.5Vであり、制御電圧106Dの電圧値Vcontが4.7Vの場合におけるものである。   FIG. 4 shows the third harmonic transmission characteristics (curves 41, 43) indicating the suppression level of the third harmonic in the output circuit, and the power load efficiency (curves 42, 43) at the fundamental frequency at which the third harmonic is generated. 44). In FIG. 4, the values on the horizontal axes of the curves 42 and 44 are considered to be the fundamental frequency corresponding to the frequency of the third harmonic, that is, one third of the value on the horizontal axis shown in FIG. FIG. 4A shows the case where the power supply voltage Vcc of the collector voltage 102 is 3.5V and the voltage value Vcont of the control voltage 106D is 2.6V. FIG. 4B shows the case where the power supply voltage Vcc of the collector voltage 102 is 3.5V and the voltage value Vcont of the control voltage 106D is 4.7V.

図4(A)では、3次高調波の通過特性(曲線41)で示されるように、3次高調波の周波数が5.1GHzのときの抑圧レベルが良く(出力レベルが低く)、それに伴って5.1GHzの1/3の周波数である1.7GHzで電力負荷効率(曲線42)が最も高くなっている。しかし、3次高調波の周波数が6GHzのときの抑圧レベルは悪く、それに伴って6GHzの1/3の周波数である2GHzで電力負荷効率が1.7GHzの場合におけるものよりも5%程度劣化している。このように、通常の共振周波数が固定された動的でない抑圧回路では、3次高調波の抑圧レベルの周波数特性は大きい。   In FIG. 4A, the suppression level is good (the output level is low) when the frequency of the third harmonic is 5.1 GHz, as shown by the pass characteristic of the third harmonic (curve 41). The power load efficiency (curve 42) is the highest at 1.7 GHz, which is 1/3 of 5.1 GHz. However, when the frequency of the third harmonic is 6 GHz, the suppression level is poor, and accordingly, it is deteriorated by about 5% as compared with the case where the power load efficiency is 1.7 GHz at 2 GHz which is 1/3 of 6 GHz. ing. Thus, in a non-dynamic suppression circuit in which a normal resonance frequency is fixed, the frequency characteristic of the suppression level of the third harmonic is large.

しかし、図4(B)に示されるように、制御電圧106Dの電圧値Vcontを変化させて4.7Vとすると、今度は逆に、3次高調波の通過特性(曲線43)からわかるように、3次高調波の周波数が6GHzのときの抑圧レベルが良くなる。その結果、6GHzの1/3の周波数である2GHzにおける電力負荷効率(曲線44)が図4(A)の電力負荷効率(曲線42)よりも5%程度向上し、電力負荷効率(曲線42)の1.7GHzにおけるものと同等の値となる。   However, as shown in FIG. 4B, if the voltage value Vcont of the control voltage 106D is changed to 4.7V, this time, as shown in FIG. The suppression level when the frequency of the third harmonic is 6 GHz is improved. As a result, the power load efficiency (curve 44) at 2 GHz, which is 1/3 of 6 GHz, is improved by about 5% from the power load efficiency (curve 42) of FIG. 4A, and the power load efficiency (curve 42). The value is equivalent to that at 1.7 GHz.

以上のように、本実施の形態の電力増幅器によれば、出力回路において、制御電圧106Dの電圧値Vcontを変化させ、3次高調波抑圧回路106における共振回路の共振周波数を変更する。よって、基本周波数が変化しても、3次高調波抑圧回路106における共振回路の共振周波数を変更することにより、3次高調波の抑圧レベルを低く一定に保つことができる。その結果、高い電力負荷効率を保ったまま電力増幅器を動作させることができる。   As described above, according to the power amplifier of the present embodiment, in the output circuit, the voltage value Vcont of the control voltage 106D is changed, and the resonance frequency of the resonance circuit in the third harmonic suppression circuit 106 is changed. Therefore, even if the fundamental frequency changes, the suppression level of the third harmonic can be kept low and constant by changing the resonance frequency of the resonance circuit in the third harmonic suppression circuit 106. As a result, the power amplifier can be operated while maintaining high power load efficiency.

また、本実施の形態の電力増幅器によれば、出力回路において、出力の小さい3次高調波を抑圧する3次高調波抑圧回路106の容量をPNダイオード309により構成する。既に課題を解決するための手段の箇所で述べたように、ダイオードは非線形デバイスであるが、本実施の形態の電力増幅器では、出力の小さい3次高調波を抑圧する抑圧回路に利用されるため、出力信号の歪への影響はない。   In addition, according to the power amplifier of the present embodiment, the capacitance of the third harmonic suppression circuit 106 that suppresses the third harmonic with a small output is configured by the PN diode 309 in the output circuit. As described in the section of the means for solving the problem, the diode is a non-linear device. However, in the power amplifier according to the present embodiment, the diode is used for a suppression circuit that suppresses a third harmonic having a small output. There is no effect on the distortion of the output signal.

また、本実施の形態の電力増幅器によれば、出力回路において、3次高調波抑圧回路106の容量をバイポーラトランジスタ105内に形成されるPNダイオード309により構成する。よって、出力回路の面積が小さくなるので、電力増幅器を小型化することができる。   Further, according to the power amplifier of the present embodiment, the capacitance of the third harmonic suppression circuit 106 is configured by the PN diode 309 formed in the bipolar transistor 105 in the output circuit. Therefore, the area of the output circuit is reduced, so that the power amplifier can be reduced in size.

以上、本発明の電力増幅器について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態の限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。   Although the power amplifier of the present invention has been described based on the embodiment, the present invention is not limited to this embodiment. The present invention includes various modifications made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

例えば、上記実施の形態の電力増幅器では、出力回路において、制御電圧の電圧値が4.7V及び2.6Vの2値であるとした。しかし、さらに細かく設定できるように、制御電圧の電圧値を数種類設けても良い。基本周波数の変動に連動して制御電圧の電圧値を変更することにより、3次高調波抑圧回路における共振回路の共振周波数を変化させ、各基本周波数に応じて電力負荷効率を最適化することができる。   For example, in the power amplifier of the above embodiment, the voltage value of the control voltage is assumed to be a binary value of 4.7V and 2.6V in the output circuit. However, several kinds of voltage values of the control voltage may be provided so that they can be set more finely. By changing the voltage value of the control voltage in conjunction with the fluctuation of the fundamental frequency, the resonance frequency of the resonance circuit in the third harmonic suppression circuit can be changed, and the power load efficiency can be optimized according to each fundamental frequency. it can.

また、上記実施の形態の電力増幅器は、バイポーラトランジスタが1段の電力増幅器であるとしたが、バイポーラトランジスタを複数用いた多段の電力増幅器であってもよい。このとき、バイポーラトランジスタに形成されるPNダイオードの接合容量は、最終段のバイポーラトランジスタとの間の距離が一番短い抑圧回路の容量として用いられる。   In the power amplifier of the above embodiment, the bipolar transistor is a single-stage power amplifier, but it may be a multi-stage power amplifier using a plurality of bipolar transistors. At this time, the junction capacitance of the PN diode formed in the bipolar transistor is used as the capacitance of the suppression circuit having the shortest distance from the last-stage bipolar transistor.

また、上記実施の形態の電力増幅器では、出力回路における3次高調波の通過特性は、基本周波数の3倍の周波数である5.1GHz及び6GHzに極小値を有するとした。しかし、基本周波数をfとしたときに、3×f−50MHzから3×f+50MHzの周波数内に極小値を有すればこれに限られない。   In the power amplifier of the above embodiment, the pass characteristic of the third harmonic in the output circuit is assumed to have minimum values at 5.1 GHz and 6 GHz, which are three times the fundamental frequency. However, when the fundamental frequency is f, the present invention is not limited to this as long as the local frequency has a minimum value within the frequency range of 3 × f−50 MHz to 3 × f + 50 MHz.

また、上記実施の形態の電力増幅器は、さらに、基本周波数の変化を監視する監視部と、監視部の監視結果に基づいて制御電圧の電圧値を変化させる電圧制御部とを備え、自動的に3次高調波抑圧回路の共振周波数を最適化してもよい。   The power amplifier of the above embodiment further includes a monitoring unit that monitors the change in the fundamental frequency, and a voltage control unit that changes the voltage value of the control voltage based on the monitoring result of the monitoring unit, and automatically The resonance frequency of the third harmonic suppression circuit may be optimized.

本発明は、電力増幅器に利用でき、特に携帯電話機等の無線携帯端末の信号送信部等に利用することができる。   The present invention can be used for a power amplifier, and in particular, for a signal transmission unit of a wireless portable terminal such as a cellular phone.

本発明の実施の形態に係る電力増幅器の出力回路におけるGaAs系バイポーラトランジスタの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the GaAs type bipolar transistor in the output circuit of the power amplifier which concerns on embodiment of this invention. 同出力回路におけるPNダイオードに印加する逆方向電圧と容量値との相関特性を示す図である。It is a figure which shows the correlation characteristic of the reverse voltage applied to the PN diode in the output circuit, and a capacitance value. 同出力回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the output circuit. 同出力回路における3次高調波の通過特性と、電力負荷効率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the passage characteristic of the 3rd harmonic in the output circuit, and electric power load efficiency.

符号の説明Explanation of symbols

101 入力端子
102 コレクタ電圧(電源電圧)
103 電源供給インダクタ
104 ベース電圧
105 バイポーラトランジスタ
106 3次高調波抑圧回路
106A インダクタ
106C チョークコイル
106D 制御電圧
106E DCカット容量
107 2次高調波抑圧回路
107A 共振用インダクタ
108 直列インダクタ
108B 共振用容量
109 シャント容量
110 直列容量
111 出力端子
112 半導体集積回路
301 エミッタ電極
302 ベース電極
303 コレクタ電極
304 エミッタ層
305 ベース層
306 コレクタ層
307 サブコレクタ層
308 半導体基板
309 PNダイオード
101 Input terminal 102 Collector voltage (power supply voltage)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 103 Power supply inductor 104 Base voltage 105 Bipolar transistor 106 3rd harmonic suppression circuit 106A Inductor 106C Choke coil 106D Control voltage 106E DC cut capacity 107 2nd harmonic suppression circuit 107A Resonance inductor 108 Series inductor 108B Resonance capacity 109 Shunt capacity 110 Series Capacitor 111 Output Terminal 112 Semiconductor Integrated Circuit 301 Emitter Electrode 302 Base Electrode 303 Collector Electrode 304 Emitter Layer 305 Base Layer 306 Collector Layer 307 Subcollector Layer 308 Semiconductor Substrate 309 PN Diode

Claims (5)

入力信号を増幅するバイポーラトランジスタと、
前記バイポーラトランジスタの出力である増幅信号に含まれる第1高調波を抑圧する第1抑圧回路とを備え、
前記第1抑圧回路は、前記バイポーラトランジスタを構成するp型半導体層及びn型半導体層から構成されるPNダイオードを有し、
前記PNダイオードには、可変な逆方向電圧が印加される
ことを特徴とする電力増幅器。
A bipolar transistor for amplifying the input signal;
A first suppression circuit that suppresses a first harmonic contained in an amplified signal that is an output of the bipolar transistor;
The first suppression circuit has a PN diode composed of a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer constituting the bipolar transistor,
A power amplifier, wherein a variable reverse voltage is applied to the PN diode.
前記第1抑圧回路は、前記PNダイオードから構成され、前記第1高調波としての3次高調波の周波数で共振する共振回路を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器。
2. The power amplifier according to claim 1, wherein the first suppression circuit includes a resonance circuit that includes the PN diode and resonates at a frequency of a third harmonic as the first harmonic.
前記共振回路は、前記バイポーラトランジスタと接続され、前記第1高調波を接地短絡する
ことを特徴とする請求項2に記載の電力増幅器。
The power amplifier according to claim 2, wherein the resonant circuit is connected to the bipolar transistor and short-circuits the first harmonic.
前記電力増幅器は、さらに、前記増幅信号に含まれる第2高調波を抑圧する第2抑圧回路を備え、
前記第1抑圧回路と前記バイポーラトランジスタとの間の距離は、前記第2抑圧回路と前記バイポーラトランジスタとの間の距離よりも短い
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力増幅器。
The power amplifier further includes a second suppression circuit that suppresses a second harmonic included in the amplified signal,
The distance between the first suppression circuit and the bipolar transistor is shorter than the distance between the second suppression circuit and the bipolar transistor. Power amplifier.
前記PNダイオードは、前記バイポーラトランジスタのp型ベース層とn型エミッタ層とから構成される
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力増幅器。
The power amplifier according to any one of claims 1 to 4, wherein the PN diode includes a p-type base layer and an n-type emitter layer of the bipolar transistor.
JP2006103232A 2006-04-04 2006-04-04 Power amplifier Pending JP2007281691A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006103232A JP2007281691A (en) 2006-04-04 2006-04-04 Power amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006103232A JP2007281691A (en) 2006-04-04 2006-04-04 Power amplifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007281691A true JP2007281691A (en) 2007-10-25

Family

ID=38682719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006103232A Pending JP2007281691A (en) 2006-04-04 2006-04-04 Power amplifier

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007281691A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015508621A (en) * 2012-01-23 2015-03-19 クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated Impedance matching circuit with tunable notch filter for power amplifier
US9130515B2 (en) 2012-04-17 2015-09-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for balanced power amplification
CN111726086A (en) * 2019-03-22 2020-09-29 株式会社村田制作所 Power amplifying circuit
US20230170848A1 (en) * 2021-11-26 2023-06-01 Fujitsu Limited Amplifier

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015508621A (en) * 2012-01-23 2015-03-19 クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated Impedance matching circuit with tunable notch filter for power amplifier
US9130515B2 (en) 2012-04-17 2015-09-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for balanced power amplification
CN111726086A (en) * 2019-03-22 2020-09-29 株式会社村田制作所 Power amplifying circuit
CN111726086B (en) * 2019-03-22 2023-11-14 株式会社村田制作所 Power amplifying circuit
US20230170848A1 (en) * 2021-11-26 2023-06-01 Fujitsu Limited Amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8026767B2 (en) Adaptive bias circuit and system thereof
KR101300324B1 (en) Power amplfier
US7872532B2 (en) High-frequency power amplifier and communication device
JP2018198355A (en) Power amplifier circuit
JP4485487B2 (en) Power amplifier
JP4330549B2 (en) High frequency power amplifier
JPWO2018179088A1 (en) Current reuse type field effect transistor amplifier
JP6410007B2 (en) Cascode amplifier
JPWO2006006244A1 (en) High power amplifier
CN110518883B (en) Power amplifying circuit
JP5799767B2 (en) Power amplifier
US8130041B2 (en) Power amplifier device
CN104521139A (en) Amplifying device, and wireless communication device equipped with amplifying device
JP2007281691A (en) Power amplifier
JP2005341447A (en) High frequency power amplifier
JP2020188292A (en) Power amplifier circuit and bias control circuit
US10727789B2 (en) Power amplification circuit
US7675376B2 (en) Voltage-controlled oscillator
US7057458B2 (en) Balanced power amplifier and high-frequency communication apparatus
JP2012065105A (en) Power amplifier and radio
JP2011091521A (en) Field effect transistor amplifier
JP5347992B2 (en) High frequency amplifier circuit
US7414465B2 (en) Amplifier arrangement
JP2003133863A (en) Power amplifier circuit
JP2008160505A (en) BIAS CIRCUIT, AMPLIFIER USING SAME, AND COMMUNICATION DEVICE PROVIDED WITH THE AMPLIFIER