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WO2014170955A1 - 高効率電力増幅器 - Google Patents

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WO2014170955A1
WO2014170955A1 PCT/JP2013/061294 JP2013061294W WO2014170955A1 WO 2014170955 A1 WO2014170955 A1 WO 2014170955A1 JP 2013061294 W JP2013061294 W JP 2013061294W WO 2014170955 A1 WO2014170955 A1 WO 2014170955A1
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power
power amplifier
matching circuit
amplifier
signal passing
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PCT/JP2013/061294
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新庄　真太郎
勝也 嘉藤
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a high-efficiency power amplifier that amplifies a high-frequency signal used for, for example, terrestrial microwave communication or mobile communication with high efficiency.
  • an amplifier used for terrestrial microwave communication or mobile communication generally requires high-frequency characteristics such as high efficiency and low distortion.
  • an amplifier used in a mobile phone terminal has a strong demand for this high-frequency characteristic, and some amplifiers are provided with means for switching the high-frequency characteristic in accordance with the distance from the base station and the use environment.
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing a high-efficiency power amplifier disclosed in Patent Document 1 below.
  • a high frequency signal input from the high frequency input terminal 101 is input to the amplifier 103 via the matching circuit 102, and the power of the high frequency signal is amplified by the amplifier 103.
  • the path switching signal for turning off the path switching switch 106 and turning on the path switching switch 107 from the control terminal 108 Is input and the path switch 107 is turned on.
  • the high frequency signal whose power has been amplified by the amplifier 103 is input to the amplifier 110 via the matching circuit 105, the power of the high frequency signal is further amplified by the amplifier 110, and the amplified high frequency signal is transmitted via the matching circuit 111. Is output from the high-frequency output terminal 112 to the outside.
  • this high-efficiency power amplifier When this high-efficiency power amplifier is used in a mobile phone terminal, for example, by switching the path through which a high-frequency signal passes according to the use environment of the mobile phone terminal, such as the distance to the base station, Can improve efficiency. Further, for example, by switching the internal impedance of the matching circuit 109 by the path switching signal input from the control terminal 108, a load impedance suitable for the power mode is realized, and the efficiency under the average use condition is improved. Further improvements can be made.
  • JP 2012-244384 A (paragraph number [0007], FIG. 1)
  • the internal impedance of the matching circuit 109 can be switched by a path switching signal input from the control terminal 108.
  • the switching of the internal impedance in the matching circuit 109 is a two-step switching, and the internal impedance of the matching circuit 109 does not necessarily match the usage environment, so that there is a problem that the efficiency may not be sufficiently improved.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a high-efficiency power amplifier capable of realizing a load impedance suitable for a use environment and achieving high efficiency.
  • a high-efficiency power amplifier detects a power amplifier that amplifies power of an input signal, and an average power of an input signal before or after amplification by the power amplifier, and corresponds to the average power.
  • a power detection circuit that outputs a voltage is provided, and the internal impedance of the matching circuit connected to the input side or the output side of the power amplifier is changed according to the voltage output from the power detection circuit.
  • the power amplifier that amplifies the power of the input signal, the average power of the input signal before being amplified by the power amplifier or the input signal after the amplification is detected, and a voltage corresponding to the average power is output.
  • a power detection circuit is provided, and the internal impedance of the matching circuit connected to the input side or output side of the power amplifier is changed according to the voltage output from the power detection circuit.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a high efficiency power amplifier according to a first embodiment of the present invention. It is a block diagram which shows the specific circuit of the high efficiency power amplifier in the case of 1 step
  • FIG. 1 is a block diagram showing a high efficiency power amplifier according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a high frequency input terminal 1 is a terminal for inputting a high frequency signal (input signal).
  • the input matching circuit 2 is a circuit that matches the input impedance of the first-stage amplifier 3 to the characteristic impedance.
  • the first stage amplifier 3 is composed of a transistor and amplifies the power of the high frequency signal output from the input matching circuit 2.
  • the interstage matching circuit 4 is a circuit for matching the output impedance of the first stage amplifier 3 and the input impedance of the second stage amplifier 5.
  • the second stage amplifier 5 is composed of a transistor, and amplifies the power of the high frequency signal output from the interstage matching circuit 4.
  • the output matching circuit 6 is a circuit that matches the output impedance of the second-stage amplifier 5 to the characteristic impedance, and the internal impedance changes according to the voltage output from the power detection circuit 7.
  • the power detection circuit 7 is a circuit that detects the average power of the high-frequency signal before being amplified by the second-stage amplifier 5 and outputs a voltage corresponding to the average power to the output matching circuit 6.
  • the high frequency output terminal 8 is a terminal for outputting the high frequency signal output from the output matching circuit 6 to the outside.
  • the high frequency signal input from the high frequency input terminal 1 is input to the first stage amplifier 3 via the input matching circuit 2, and the power of the high frequency signal is amplified by the first stage amplifier 3.
  • the high frequency signal whose power is amplified by the first stage amplifier 3 is input to the second stage amplifier 5 via the interstage matching circuit 4, and the power of the high frequency signal is further amplified by the second stage amplifier 5.
  • the high frequency signal whose power is amplified by the second stage amplifier 5 is output to the outside from the high frequency output terminal 8 via the output matching circuit 6.
  • the power detection circuit 7 detects the average power of the high-frequency signal before being amplified by the second stage amplifier 5 and outputs a voltage corresponding to the average power to the output matching circuit 6.
  • the output matching circuit 6 is composed of a variable capacitance element or the like, and the internal impedance changes as the value of the variable capacitance element continuously changes according to the voltage output from the power detection circuit 7. Thereby, the load impedance suitable for a use environment is implement
  • the output matching circuit 6 is composed of a variable capacitance element or the like, but may be composed of a variable inductor element or the like.
  • the internal impedance changes as the value of the variable inductor element continuously changes in accordance with the voltage output from the power detection circuit 7.
  • the output matching circuit 6 may be configured by combining a variable capacitance element and a variable inductor element.
  • the power detection circuit 7 has shown the one that detects the average power of the high-frequency signal before being amplified by the second-stage amplifier 5, but the high-frequency signal after being amplified by the second-stage amplifier 5 is shown.
  • the average power may be detected.
  • the internal impedance of the output matching circuit 6 changes according to the voltage output from the power detection circuit 7
  • the input matching circuit 2 or the interstage matching circuit 4 is shown according to the voltage output from the power detection circuit 7.
  • the internal impedance may be changed.
  • the internal impedance of at least one of the input matching circuit 2, the interstage matching circuit 4, and the output matching circuit 6 may be changed according to the voltage output from the power detection circuit 7.
  • the amplifier in the high-efficiency power amplifier has a two-stage configuration.
  • the present invention is not limited to this.
  • a single-stage high-efficiency power amplifier may be used, or a multistage power amplifier having three or more stages. It may be.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a specific circuit of the high-efficiency power amplifier in the case of a one-stage configuration.
  • the power amplifier 11 includes a transistor 11a and a transistor 11b, and amplifies a high frequency signal input from the high frequency input terminal 1.
  • the transistor 11a of the power amplifier 11 has a gate connected to the high frequency input terminal 1 via the capacitor 11c, and a source grounded.
  • the transistor 11b has a source connected to the drain of the transistor 11a, a gate grounded via the capacitor 12, and a drain grounded via the bias feed inductor 13 and the power source 14.
  • the power detection circuit 7 is composed of transistors 7a, 7b, 7c, capacitors 7d, 7e, a resistor 7f, and a power source 7g. Is output to the output matching circuit 6.
  • the transistor 7a has a gate connected to the high frequency input terminal 1 via a capacitor 7d and a source connected to the gate.
  • the source and gate of the transistor 7b are grounded, and the drain is connected to the source and gate of the transistor 7a.
  • the gate of the transistor 7c is connected to the drain of the transistor 7a, and the drain is grounded via the power source 7g.
  • the source is connected to the output matching circuit 6, and the source is grounded via a resistor 7f.
  • the high frequency signal input from the high frequency input terminal 1 is amplified by being input to the transistor 11 a of the power amplifier 11.
  • a high frequency signal input from the high frequency input terminal 1 is also input to the power detection circuit 7, whereby a voltage corresponding to the average power of the high frequency signal (a high frequency signal input to the gate of the transistor 11 a of the power amplifier 11).
  • Voltage corresponding to the average power) of the transistor 7c appears in the source voltage, and the source voltage is output to the output matching circuit 6.
  • the value of the variable inductor element (or variable inductor element) in the output matching circuit 6 changes according to the source voltage of the transistor 7c.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing an improvement in efficiency of the high efficiency power amplifier according to the first embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis of FIG. 3 represents the output power Pout of the high efficiency power amplifier, and the vertical axis represents the efficiency PAE of the high efficiency power amplifier.
  • the efficiency at the time of low power can be improved, and high efficiency characteristics can be realized under average use conditions.
  • the power detection circuit 7 detects the average power of the high-frequency signal before being amplified by the second-stage amplifier 5 and outputs a voltage corresponding to the average power. Since the internal impedance of the output matching circuit 6 changes according to the voltage output from the power detection circuit 7, a load impedance suitable for the use environment can be realized and high efficiency can be achieved. There is an effect.
  • the power detection circuit 7 is composed of transistors 7a, 7b, 7c, capacitors 7d, 7e, a resistor 7f, and a power source 7g.
  • the transistors 7p, 7q, 7r and the resistor 7s may be configured, and a voltage corresponding to the average power of the high frequency signal input from the high frequency input terminal 1 can be output to the output matching circuit 6.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a high efficiency power amplifier according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the first signal passing path 21 includes a series circuit of an interstage matching circuit 22, a path changeover switch 23, and an interstage matching circuit 24, and the path changeover switch 23 is a control that selects a low power mode from the control terminal 30.
  • the path changeover switch 23 is a control that selects a low power mode from the control terminal 30.
  • the signal is turned on.
  • a control signal for selecting the high power mode is input from the control terminal 30, the signal is turned off.
  • the second signal passing path 25 includes a series circuit of an interstage matching circuit 26, a path switch 27 and a second stage amplifier 28, and the path switch 27 is a control for selecting a high power mode from the control terminal 30.
  • the path switch 27 is a control for selecting a high power mode from the control terminal 30.
  • the signal is turned on.
  • a control signal for selecting the low power mode is input from the control terminal 30, the signal is turned off.
  • the power detection circuit 29 is a circuit that detects the average power of the high-frequency signal passing through the first signal passage 21 and outputs a voltage corresponding to the average power to the interstage matching circuit 24.
  • the interstage matching circuit 24 includes a variable capacitance element, a variable inductor element, or a combination of a variable capacitance element and a variable inductor element, as in the output matching circuit 6 of FIG.
  • the internal impedance changes as the variable inductor element or the value of the variable inductor element continuously changes in accordance with the voltage output from.
  • the high frequency signal input from the high frequency input terminal 1 is input to the first stage amplifier 3 via the input matching circuit 2, and the power of the high frequency signal is amplified by the first stage amplifier 3.
  • a control signal for selecting the high power mode is input from the control terminal 30, thereby passing the first signal
  • the path switch 23 of the path 21 is turned off, and the path switch 27 of the second signal passing path 25 is turned on.
  • the high frequency signal whose power is amplified by the first stage amplifier 3 is input to the second stage amplifier 28 via the interstage matching circuit 26, and the power of the high frequency signal is further amplified by the second stage amplifier 28. .
  • the high frequency signal whose power is amplified by the second stage amplifier 28 is output to the outside from the high frequency output terminal 8 via the output matching circuit 6.
  • a control signal for selecting the low power mode is input from the control terminal 30, whereby the first signal passing path The path switch 23 of the 21 is turned on, and the path switch 27 of the second signal passing path 25 is turned off.
  • the high frequency signal whose power has been amplified by the first stage amplifier 3 is output to the outside from the high frequency output terminal 8 via the interstage matching circuit 22, the interstage matching circuit 24 and the output matching circuit 6.
  • the power detection circuit 29 uses the high frequency signal passing through the first signal passing path 21 (for example, the high frequency signal input to the interstage matching circuit 24 or the interstage matching circuit 24). Is detected, and a voltage corresponding to the average power is output to the interstage matching circuit 24.
  • the interstage matching circuit 24 is composed of a variable capacitance element (or a variable inductor element) or the like, and the value of the variable capacitance element is continuously set according to the voltage output from the power detection circuit 24. By changing, the internal impedance changes. Thereby, the load impedance suitable for a use environment is implement
  • FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing an improvement in efficiency of the high efficiency power amplifier according to the second embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis in FIG. 6 represents the output power Pout of the high efficiency power amplifier, and the vertical axis represents the efficiency PAE of the high efficiency power amplifier.
  • the efficiency decreases as the power level decreases.
  • the efficiency at the time of low power can be improved and high efficiency characteristics can be realized under average use conditions.
  • the power detection circuit that detects the average power of the high-frequency signal passing through the first signal passing path 21 and outputs a voltage corresponding to the average power. 29, and the internal impedance of the interstage matching circuit 24 in the first signal passing path 21 is configured to change according to the voltage output from the power detection circuit 24.
  • the load impedance suitable for the usage environment is realized, and the effect of achieving high efficiency is achieved.
  • the internal impedance of the interstage matching circuit 24 in the first signal passing path 21 is changed according to the voltage output from the power detection circuit 29.
  • the output is output from the power detection circuit 29.
  • the internal impedance of the interstage matching circuit 22 may be changed according to the voltage.
  • the internal impedance of the interstage matching circuit 26 in the second signal passing path 25 may be changed according to the voltage output from the power detection circuit 29.
  • the power detection circuit 29 has a high-frequency signal (for example, a high-frequency signal input to the interstage matching circuit 26 or a high-frequency signal output from the interstage matching circuit 26) passing through the first signal passage path 25.
  • the average power of the signal or the high-frequency signal amplified by the second-stage amplifier 28 is detected, and a voltage corresponding to the average power is output to the interstage matching circuit 26.
  • the internal impedance of the input matching circuit 2 or the output matching circuit 6 may be changed according to the voltage output from the power detection circuit 29. That is, the internal impedance of at least one of the input matching circuit 2, the interstage matching circuits 22, 24, 26 and the output matching circuit 6 changes according to the voltage output from the power detection circuit 29. That's fine.
  • the high-efficiency power amplifier that can cope with the case where the power mode is the high-power mode and the case where the power mode is the low-power mode is shown, but the present invention is not limited to this.
  • a high-efficiency power amplifier that can cope with the mode may also be used.
  • a signal passing path having the same configuration as the second signal passing path 25 (however, the second stage amplifier in this signal passing path is , And the second signal passing path 25 is assumed to be an amplifier having an amplification factor smaller than that of the second stage amplifier 28). If a plurality of second signal passing paths 25 having different amplification factors of the second-stage amplifier 28 are connected in parallel, a high-efficiency power amplifier that can support a plurality of power modes can be obtained.
  • the amplifier in the high-efficiency power amplifier has a two-stage configuration.
  • the present invention is not limited to this, and a single-stage high-efficiency power amplifier may be used.
  • the multistage power amplifier may be used.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a high-efficiency power amplifier according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the internal impedance of the interstage matching circuit 24 in the first signal passing path 21 changes according to the voltage output from the power detection circuit 29.
  • the first stage amplifiers 3 and 2 The bias condition of the transistor of at least one of the stage amplifiers 28 may be changed according to the voltage output from the power detection circuit 29.
  • circuit configurations of the first-stage amplifier 3 and the second-stage amplifier 28 are conceivable, and it is assumed that the bias conditions of the transistors 11a and 11b change. As a result, not only the load impedance but also the bias condition can be appropriately controlled according to the use environment, so that further improvement in efficiency can be realized.
  • the bias conditions of the transistors of the first stage amplifier 3 and the second stage amplifier 28 change according to the voltage output from the power detection circuit 29.
  • the high efficiency power amplifier of FIG. the bias condition of the transistor of at least one of the first-stage amplifier 3 and the second-stage amplifier 5 may be changed according to the voltage output from the power detection circuit 7.
  • the high-efficiency power amplifier according to the present invention is suitable for a mobile phone terminal or the like that needs to realize high efficiency by appropriately controlling the load impedance according to the use environment.

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Abstract

　２段目増幅器５により増幅される前の高周波信号の平均電力を検波し、その平均電力に対応する電圧を出力する電力検波回路７を設け、出力整合回路６の内部インピーダンスが、電力検波回路７から出力された電圧にしたがって変化するように構成する。これにより、使用環境に適する負荷インピーダンスを実現して、高効率化を図ることができる高効率電力増幅器が得られる。

Description

高効率電力増幅器
　この発明は、例えば、地上マイクロ波通信や移動体通信などに使用される高周波信号を高効率に増幅する高効率電力増幅器に関するものである。
　例えば、地上マイクロ波通信や移動体通信などに使用される増幅器では、一般に高効率や低歪みなどの高周波特性が求められる。
　特に、携帯電話端末で使用される増幅器では、この高周波特性に対する要求が強く、基地局との距離や使用環境などに応じて高周波特性を切り替える手段を備えているものがある。
　図８は以下の特許文献１に開示されている高効率電力増幅器を示す構成図である。
　この高効率電力増幅器では、高周波入力端子１０１から入力された高周波信号が整合回路１０２を介して増幅器１０３に入力され、増幅器１０３で高周波信号の電力が増幅される。
　このとき、例えば、１８ｄＢｍ以上の大電力出力を得る場合（電力モードが大電力モードである場合）、制御端子１０８から経路切替スイッチ１０６をオフにして、経路切替スイッチ１０７をオンにする経路切替信号が入力され、経路切替スイッチ１０７がオンになる。
　これにより、増幅器１０３により電力が増幅された高周波信号が整合回路１０５を介して増幅器１１０に入力されて、増幅器１１０で高周波信号の電力が更に増幅され、増幅後の高周波信号が整合回路１１１を介して高周波出力端子１１２から外部に出力される。
　一方、例えば、１８ｄＢｍ以下の小電力出力を得る場合（電力モードが小電力モードである場合）、制御端子１０８から経路切替スイッチ１０７をオフにして、経路切替スイッチ１０６をオンにする経路切替信号が入力され、経路切替スイッチ１０６がオンになる。
　これにより、増幅器１０３により電力が増幅された高周波信号が整合回路１０４、整合回路１０９及び整合回路１１１を介して高周波出力端子１１２から外部に出力される。
　この高効率電力増幅器が携帯電話端末で使用される場合、例えば、基地局との距離など、携帯電話端末の使用環境に応じて高周波信号が通過する経路を切り替えることによって、平均的な使用条件下での効率改善を実現することができる。
　また、制御端子１０８から入力される経路切替信号よって、例えば、整合回路１０９の内部インピーダンスを切り替えることで、電力モードに適している負荷インピーダンスを実現して、平均的な使用条件下での効率を更に改善することができる。
特開２０１２－２４４３８４号公報（段落番号［０００７］、図１）
　従来の高効率電力増幅器は以上のように構成されているので、制御端子１０８から入力される経路切替信号よって、整合回路１０９の内部インピーダンスを切り替えることができる。しかし、整合回路１０９における内部インピーダンスの切り替えは、２段階の切り替えであり、整合回路１０９の内部インピーダンスが必ずしも使用環境に合致しないため、十分に効率が改善されないことがある課題があった。
　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、使用環境に適する負荷インピーダンスを実現して、高効率化を図ることができる高効率電力増幅器を得ることを目的とする。
　この発明に係る高効率電力増幅器は、入力信号の電力を増幅する電力増幅器と、電力増幅器により増幅される前の入力信号又は増幅後の入力信号の平均電力を検波し、その平均電力に対応する電圧を出力する電力検波回路とを設け、電力増幅器の入力側又は出力側に接続されている整合回路の内部インピーダンスが、電力検波回路から出力された電圧にしたがって変化するようにしたものである。
　この発明によれば、入力信号の電力を増幅する電力増幅器と、電力増幅器により増幅される前の入力信号又は増幅後の入力信号の平均電力を検波し、その平均電力に対応する電圧を出力する電力検波回路とを設け、電力増幅器の入力側又は出力側に接続されている整合回路の内部インピーダンスが、電力検波回路から出力された電圧にしたがって変化するように構成したので、使用環境に適する負荷インピーダンスを実現して、高効率化を図ることができる効果がある。
この発明の実施の形態１による高効率電力増幅器を示す構成図である。 １段構成である場合の高効率電力増幅器の具体的な回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による高効率電力増幅器の効率改善を模式的に示す説明図である。 １段構成である場合の高効率電力増幅器の具体的な回路を示す構成図である。 この発明の実施の形態２による高効率電力増幅器を示す構成図である。 この発明の実施の形態２による高効率電力増幅器の効率改善を模式的に示す説明図である。 この発明の実施の形態３による高効率電力増幅器を示す構成図である。 特許文献１に開示されている高効率電力増幅器を示す構成図である。
　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１による高効率電力増幅器を示す構成図である。
　図１において、高周波入力端子１は高周波信号（入力信号）を入力する端子である。
　入力整合回路２は１段目増幅器３の入力インピーダンスを特性インピーダンスに整合させる回路である。
　１段目増幅器３はトランジスタから構成されており、入力整合回路２から出力された高周波信号の電力を増幅する。
　段間整合回路４は１段目増幅器３の出力インピーダンスと２段目増幅器５の入力インピーダンスを整合させる回路である。
　２段目増幅器５はトランジスタから構成されており、段間整合回路４から出力された高周波信号の電力を増幅する。
　出力整合回路６は２段目増幅器５の出力インピーダンスを特性インピーダンスに整合させる回路であり、電力検波回路７から出力された電圧にしたがって内部インピーダンスが変化する。
　電力検波回路７は２段目増幅器５により増幅される前の高周波信号の平均電力を検波し、その平均電力に対応する電圧を出力整合回路６に出力する回路である。
　高周波出力端子８は出力整合回路６から出力された高周波信号を外部に出力する端子である。
　次に動作について説明する。
　高周波入力端子１から入力された高周波信号は、入力整合回路２を介して１段目増幅器３に入力され、１段目増幅器３で高周波信号の電力が増幅される。
　１段目増幅器３により電力が増幅された高周波信号は、段間整合回路４を介して２段目増幅器５に入力され、２段目増幅器５で高周波信号の電力が更に増幅される。
　２段目増幅器５により電力が増幅された高周波信号は、出力整合回路６を介して高周波出力端子８から外部に出力される。
　このとき、電力検波回路７は、２段目増幅器５により増幅される前の高周波信号の平均電力を検波し、その平均電力に対応する電圧を出力整合回路６に出力する。
　出力整合回路６は、可変容量素子などから構成されており、電力検波回路７から出力された電圧に応じて可変容量素子の値が連続的に変化することにより、内部インピーダンスが変化する。
　これにより、使用環境に適する負荷インピーダンスが実現される。
　ここでは、出力整合回路６が可変容量素子などから構成されているものを示したが、可変インダクタ素子などから構成されていてもよい。この場合には、電力検波回路７から出力された電圧に応じて可変インダクタ素子の値が連続的に変化することにより、内部インピーダンスが変化する。
　また、出力整合回路６が、可変容量素子と可変インダクタ素子が組み合わされて構成されていてもよい。
　また、ここでは、電力検波回路７が、２段目増幅器５により増幅される前の高周波信号の平均電力を検波するものを示したが、２段目増幅器５により増幅された後の高周波信号の平均電力を検波するようにしてもよい。
　また、電力検波回路７から出力された電圧にしたがって出力整合回路６の内部インピーダンスが変化するものを示したが、電力検波回路７から出力された電圧にしたがって入力整合回路２又は段間整合回路４の内部インピーダンスが変化するようにしてもよい。
　即ち、入力整合回路２、段間整合回路４及び出力整合回路６のうち、少なくとも１以上の整合回路の内部インピーダンスが電力検波回路７から出力された電圧にしたがって変化するものであればよい。
　ここでは、高効率電力増幅器における増幅器が２段構成であるものを示したが、これに限るものではなく、１段構成の高効率電力増幅器であってもよいし、３段以上の多段電力増幅器であってもよい。
　図２は１段構成である場合の高効率電力増幅器の具体的な回路を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　電力増幅器１１はトランジスタ１１ａとトランジスタ１１ｂから構成されており、高周波入力端子１から入力された高周波信号を増幅する。
　電力増幅器１１のトランジスタ１１ａはゲートが容量１１ｃを介して高周波入力端子１と接続され、ソースが接地されている。
　トランジスタ１１ｂはソースがトランジスタ１１ａのドレインと接続され、ゲートが容量１２を介して接地され、ドレインがバイアスフィードインダクタ１３及び電源１４を介して接地されている。
　電力検波回路７はトランジスタ７ａ，７ｂ，７ｃ、容量７ｄ，７ｅ、抵抗７ｆ及び電源７ｇから構成されており、高周波入力端子１から入力された高周波信号の平均電力を検波し、その平均電力に対応する電圧を出力整合回路６に出力する。
　なお、トランジスタ７ａはゲートが容量７ｄを介して高周波入力端子１と接続され、ソースがゲートと接続されている。
　トランジスタ７ｂはソース及びゲートが接地されており、ドレインがトランジスタ７ａのソース及びゲートと接続されている。
　トランジスタ７ｃはゲートがトランジスタ７ａのドレインと接続され、ドレインが電源７ｇを介して接地されている。また、ソースが出力整合回路６と接続されるとともに、ソースが抵抗７ｆを介して接地されている。
　図２の高効率電力増幅器では、高周波入力端子１から入力された高周波信号は、電力増幅器１１のトランジスタ１１ａに入力されることで増幅される。
　また、高周波入力端子１から入力された高周波信号が電力検波回路７にも入力されることで、その高周波信号の平均電力に対応する電圧（電力増幅器１１のトランジスタ１１ａのゲートに入力される高周波信号の平均電力に対応する電圧）がトランジスタ７ｃのソース電圧に現われ、そのソース電圧が出力整合回路６に出力される。
　これにより、出力整合回路６における可変インダクタ素子（あるいは、可変インダクタ素子）の値が、トランジスタ７ｃのソース電圧に応じて変化する。
　図３はこの発明の実施の形態１による高効率電力増幅器の効率改善を模式的に示す説明図である。
　図３の横軸は高効率電力増幅器の出力電力Ｐｏｕｔ、縦軸は高効率電力増幅器の効率ＰＡＥを表している。
　通常は、制御電圧Ｖｃｏｎｔ一定時の効率特性を有するため、例えば、制御電圧Ｖｃｏｎｔが３．４Ｖの場合、小電力時には効率が低下する。
　しかし、電力検波回路７が平均電力を検波し、各電力レベルに応じて出力整合回路６の内部インピーダンスを変化させることによって（例えば、Ｖｃｏｎｔ＝３．４ＶからＶｃｏｎｔ＝０Ｖまでを連続的に変化させることに対応する）、小電力時の効率を改善し、平均的な使用条件下での高効率特性を実現することができる。
　以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、２段目増幅器５により増幅される前の高周波信号の平均電力を検波し、その平均電力に対応する電圧を出力する電力検波回路７を設け、出力整合回路６の内部インピーダンスが、電力検波回路７から出力された電圧にしたがって変化するように構成したので、使用環境に適する負荷インピーダンスを実現して、高効率化を図ることができる効果を奏する。
　図２では、電力検波回路７が、トランジスタ７ａ，７ｂ，７ｃ、容量７ｄ，７ｅ、抵抗７ｆ及び電源７ｇから構成されているものを示したが、図４に示すように、電力検波回路７が、トランジスタ７ｐ，７ｑ，７ｒ及び抵抗７ｓから構成されていてもよく、高周波入力端子１から入力された高周波信号の平均電力に対応する電圧を出力整合回路６に出力することができる。
実施の形態２．
　図５はこの発明の実施の形態２による高効率電力増幅器を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　第１の信号通過経路２１は段間整合回路２２、経路切替スイッチ２３及び段間整合回路２４の直列回路から構成されており、経路切替スイッチ２３は、制御端子３０から小電力モードを選択する制御信号が入力されるとオンになり、制御端子３０から大電力モードを選択する制御信号が入力されるとオフになる。
　第２の信号通過経路２５は段間整合回路２６、経路切替スイッチ２７及び２段目増幅器２８の直列回路から構成されており、経路切替スイッチ２７は、制御端子３０から大電力モードを選択する制御信号が入力されるとオンになり、制御端子３０から小電力モードを選択する制御信号が入力されるとオフになる。
　電力検波回路２９は第１の信号通過経路２１を通過している高周波信号の平均電力を検波し、その平均電力に対応する電圧を段間整合回路２４に出力する回路である。
　電力検波回路２９の具体的な回路構成としては、図２又は図４における電力検波回路７と同様の回路構成が考えられる。
　なお、段間整合回路２４は、図１の出力整合回路６と同様に、可変容量素子又は可変インダクタ素子、あるいは、可変容量素子と可変インダクタ素子の組み合わせなどから構成されており、電力検波回路２９から出力された電圧に応じて可変インダクタ素子又は可変インダクタ素子の値が連続的に変化することにより、内部インピーダンスが変化する。
　次に動作について説明する。
　高周波入力端子１から入力された高周波信号は、入力整合回路２を介して１段目増幅器３に入力され、１段目増幅器３で高周波信号の電力が増幅される。
　このとき、例えば、２０ｄＢｍ以上の大電力出力を得る場合（電力モードが大電力モードである場合）、制御端子３０から大電力モードを選択する制御信号が入力されることで、第１の信号通過経路２１の経路切替スイッチ２３がオフになり、第２の信号通過経路２５の経路切替スイッチ２７がオンになる。
　これにより、１段目増幅器３により電力が増幅された高周波信号は、段間整合回路２６を介して２段目増幅器２８に入力され、２段目増幅器２８で高周波信号の電力が更に増幅される。
　２段目増幅器２８により電力が増幅された高周波信号は、出力整合回路６を介して高周波出力端子８から外部に出力される。
　一方、例えば、２０ｄＢｍ以下の小電力出力を得る場合（電力モードが小電力モードである場合）、制御端子３０から小電力モードを選択する制御信号が入力されることで、第１の信号通過経路２１の経路切替スイッチ２３がオンになり、第２の信号通過経路２５の経路切替スイッチ２７がオフになる。
　これにより、１段目増幅器３により電力が増幅された高周波信号は、段間整合回路２２、段間整合回路２４及び出力整合回路６を介して高周波出力端子８から外部に出力される。
　電力モードが小電力モードである場合、電力検波回路２９は、第１の信号通過経路２１を通過している高周波信号（例えば、段間整合回路２４に入力される高周波信号又は段間整合回路２４から出力された高周波信号）の平均電力を検波し、その平均電力に対応する電圧を段間整合回路２４に出力する。
　段間整合回路２４は、上述したように、可変容量素子（あるいは、可変インダクタ素子）などから構成されており、電力検波回路２４から出力された電圧に応じて可変容量素子の値が連続的に変化することにより、内部インピーダンスが変化する。
　これにより、使用環境に適する負荷インピーダンスが実現される。
　図６はこの発明の実施の形態２による高効率電力増幅器の効率改善を模式的に示す説明図である。
　図６の横軸は高効率電力増幅器の出力電力Ｐｏｕｔ、縦軸は高効率電力増幅器の効率ＰＡＥを表している。
　通常は、制御電圧Ｖｃｏｎｔ一定時の効率特性を有するため、例えば、制御電圧Ｖｃｏｎｔが３．４Ｖの場合、電力レベルの低下に伴って効率が低下する。
　また、高効率電力増幅器の出力電力Ｐｏｕｔ＝２０ｄＢｍを境にして、信号通過経路が切り替わり、一旦、効率が増加するが、電力レベルの低下に伴って効率が低下する。
　しかし、電力検波回路２９が平均電力を検波し、各電力レベルに応じて段間整合回路２４の内部インピーダンスを変化させることによって（例えば、Ｖｃｏｎｔ＝３．４ＶからＶｃｏｎｔ＝０Ｖまでを連続的に変化させることに対応する）、小電力時の効率を改善し、平均的な使用条件下での高効率特性を実現することができる。
　以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、第１の信号通過経路２１を通過している高周波信号の平均電力を検波し、その平均電力に対応する電圧を出力する電力検波回路２９を設け、第１の信号通過経路２１における段間整合回路２４の内部インピーダンスが、電力検波回路２４から出力された電圧にしたがって変化するように構成したので、上記実施の形態１と同様に、使用環境に適する負荷インピーダンスを実現して、高効率化を図ることができる効果を奏する。
　この実施の形態２では、電力検波回路２９から出力された電圧にしたがって第１の信号通過経路２１における段間整合回路２４の内部インピーダンスが変化するものを示したが、電力検波回路２９から出力された電圧にしたがって段間整合回路２２の内部インピーダンスが変化するようにしてもよい。
　また、電力検波回路２９から出力された電圧にしたがって第２の信号通過経路２５における段間整合回路２６の内部インピーダンスが変化するようにしてもよい。ただし、この場合、電力検波回路２９は、第１の信号通過経路２５を通過している高周波信号（例えば、段間整合回路２６に入力される高周波信号、段間整合回路２６から出力された高周波信号、あるいは、２段目増幅器２８により増幅された高周波信号）の平均電力を検波し、その平均電力に対応する電圧を段間整合回路２６に出力するようにする。
　さらに、電力検波回路２９から出力された電圧にしたがって入力整合回路２又は出力整合回路６の内部インピーダンスが変化するようにしてもよい。
　即ち、入力整合回路２、段間整合回路２２，２４，２６及び出力整合回路６のうち、少なくとも１以上の整合回路の内部インピーダンスが電力検波回路２９から出力された電圧にしたがって変化するものであればよい。
　この実施の形態２では、電力モードが大電力モードである場合と小電力モードである場合に対応可能な高効率電力増幅器を示したが、これに限るものではなく、例えば、電力モードが中電力モードである場合にも対応可能な高効率電力増幅器であってもよい。
　この場合、第１の信号通過経路２１と第２の信号通過経路２５の他に、第２の信号通過経路２５と同様の構成の信号通過経路（ただし、この信号通過経路における２段目増幅器は、第２の信号通過経路２５における２段目増幅器２８より増幅率が小さな増幅器であるものとする）を並列に接続する。
　２段目増幅器２８の増幅率が異なる第２の信号通過経路２５を複数並列に接続すれば、複数の電力モードに対応可能な高効率電力増幅器を得ることができる。
　この実施の形態２では、高効率電力増幅器における増幅器が２段構成であるものを示したが、これに限るものではなく、１段構成の高効率電力増幅器であってもよいし、３段以上の多段電力増幅器であってもよい。
実施の形態３．
　図７はこの発明の実施の形態３による高効率電力増幅器を示す構成図であり、図において、図５と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　上記実施の形態２では、電力検波回路２９から出力された電圧にしたがって第１の信号通過経路２１における段間整合回路２４の内部インピーダンスが変化するものを示したが、１段目増幅器３及び２段目増幅器２８のうちの少なくとも一方の増幅器のトランジスタのバイアス条件が、電力検波回路２９から出力された電圧にしたがって変化するようにしてもよい。
　１段目増幅器３及び２段目増幅器２８の回路構成としては、図２や図４に示す電力増幅器１１の回路構成が考えられ、トランジスタ１１ａ，１１ｂのバイアス条件が変化するものを想定する。
　これにより、負荷インピーダンスだけでなく、バイアス条件も使用環境に応じて適切に制御できるため、より一層の高効率化を実現することができる。
　この実施の形態３では、電力検波回路２９から出力された電圧にしたがって１段目増幅器３及び２段目増幅器２８のトランジスタのバイアス条件が変化するものを示したが、図１の高効率電力増幅器において、１段目増幅器３及び２段目増幅器５のうちの少なくとも一方の増幅器のトランジスタのバイアス条件が、電力検波回路７から出力された電圧にしたがって変化するようにしてもよい。
　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　この発明に係る高効率電力増幅器は、使用環境に応じて負荷インピーダンスを適切に制御して、高効率化を実現する必要がある携帯電話端末などに適している。
　１　高周波入力端子、２　入力整合回路、３　１段目増幅器、４　段間整合回路、５　２段目増幅器、６　出力整合回路、７　電力検波回路、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｐ，７ｑ，７ｒ　トランジスタ、７ｄ，７ｅ　容量、７ｆ，７ｓ　抵抗、７ｇ　電源、８　高周波出力端子、１１　電力増幅器、１１ａ，１１ｂ　トランジスタ、１１ｃ　容量、１２　容量、１３　バイアスフィードインダクタ、１４　電源、２１　第１の信号通過経路、２２　段間整合回路、２３　経路切替スイッチ、２４　段間整合回路、２５　第２の信号通過経路、２６　段間整合回路、２７　経路切替スイッチ、２８　２段目増幅器、２９　電力検波回路、３０　制御端子、１０１　高周波入力端子、１０２，１０４，１０５，１０９，１１１　整合回路、１０３，１１０　増幅器、１０６，１０７　経路切替スイッチ、１０８　制御端子、１１２　高周波出力端子。

Claims (5)

  1. 　入力信号の電力を増幅する電力増幅器と、
    　上記電力増幅器により増幅される前の入力信号又は増幅後の入力信号の平均電力を検波し、上記平均電力に対応する電圧を出力する電力検波回路と、
    　上記電力増幅器の入力側又は出力側に接続されており、上記電力検波回路から出力された電圧にしたがって内部インピーダンスが変化する整合回路と
    　を備えた高効率電力増幅器。
  2. 　電力増幅器はトランジスタで構成されており、電力検波回路から出力された電圧にしたがって上記トランジスタのバイアス条件が変化することを特徴とする請求項１記載の高効率電力増幅器。
  3. 　整合回路とスイッチが直列に接続されている第１の信号通過経路と、
    　入力信号の電力を増幅する電力増幅器と、上記電力増幅器の入力側に接続されている整合回路と、上記整合回路と上記電力増幅器の間に接続されているスイッチとから構成されている第２の信号通過経路とを備え、
    　上記第１の信号通過経路と上記第２の信号通過経路が並列に接続され、上記第１の信号通過経路又は上記第２の信号通過経路のスイッチがオン状態になる高効率電力増幅器において、
    　上記第１の信号通過経路又は上記第２の信号通過経路を通過している信号の平均電力を検波し、上記平均電力に対応する電圧を出力する電力検波回路を設け、
    　上記第１の信号通過経路又は上記第２の信号通過経路における整合回路の内部インピーダンスが、上記電力検波回路から出力された電圧にしたがって変化する
    　ことを特徴とする高効率電力増幅器。
  4. 　電力増幅器はトランジスタで構成されており、電力検波回路から出力された電圧にしたがって上記トランジスタのバイアス条件が変化することを特徴とする請求項３記載の高効率電力増幅器。
  5. 　第２の信号通過経路を複数備えており、
    　第１の信号通過経路と上記複数の第２の信号通過経路が並列に接続され、上記第１の信号通過経路及び上記複数の第２の信号通過経路の中のいずれかのスイッチがオン状態になる
    　ことを特徴とする請求項３記載の高効率電力増幅器。
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