JPH0754886B2 - Power amplifier - Google Patents
Power amplifierInfo
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- JPH0754886B2 JPH0754886B2 JP3337084A JP3337084A JPH0754886B2 JP H0754886 B2 JPH0754886 B2 JP H0754886B2 JP 3337084 A JP3337084 A JP 3337084A JP 3337084 A JP3337084 A JP 3337084A JP H0754886 B2 JPH0754886 B2 JP H0754886B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明はλ/4伝送線路をバイアス回路に用いる高周波電
力増幅器に関するものである。TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a high frequency power amplifier using a λ / 4 transmission line for a bias circuit.
(従来技術と問題点) 第1図は従来の電力増幅器の例を示す図であつて、マイ
クロ・ストリツプラインによる構成例を示しており、1
は入力端子、2は出力端子、3は半導体装置、4、5は
λ/4伝送線路、6、7はコイル、8、9はコンデンサ、
10、11は電源のリツプルを抑圧するコンデンサ、12、13
はバイアス電圧の印加端子、14、15は直流カツト用のコ
ンデンサ、16は入力整合回路、17は出力整合回路、18は
半導体装置の出力端(コレクタ、又はドレイン)を表わ
している。(Prior Art and Problems) FIG. 1 is a diagram showing an example of a conventional power amplifier, showing a configuration example using a micro strip line.
Is an input terminal, 2 is an output terminal, 3 is a semiconductor device, 4 and 5 are λ / 4 transmission lines, 6 and 7 are coils, 8 and 9 are capacitors,
10 and 11 are capacitors for suppressing power supply ripple, 12, 13
Is a bias voltage application terminal, 14 and 15 are DC cut capacitors, 16 is an input matching circuit, 17 is an output matching circuit, and 18 is an output terminal (collector or drain) of the semiconductor device.
λ/4伝送線路4および5は信号周波数に対してλ/4の長
さで、その終端はコンデンサ8および9により高周波的
に短絡されている。従つて信号周波数では非常に大きな
インピーダンスとなり、入力整合回路16あるいは出力整
合回路17に全く影響を与えない。このλ/4伝送線路4あ
るいは5は従来、第1図に示すように半導体装置の出力
端(コレクタ又はドレイン)あるいは入力端(ベースま
たはゲート)に直接か、又は整合回路の伝送線路に接続
されている。The λ / 4 transmission lines 4 and 5 have a length of λ / 4 with respect to the signal frequency, and their ends are short-circuited at high frequencies by capacitors 8 and 9. Therefore, the impedance becomes extremely large at the signal frequency, and does not affect the input matching circuit 16 or the output matching circuit 17 at all. This λ / 4 transmission line 4 or 5 is conventionally connected directly to the output terminal (collector or drain) or input terminal (base or gate) of the semiconductor device as shown in FIG. 1 or to the transmission line of the matching circuit. ing.
一般に、電力増幅器は低消費電力、すなわち高効率であ
ることが望まれるが、電力増幅器の効率はB級動作で7
8.5%が理論上の最高効率であり、実際には1GHzで40〜5
0%程度である。C級動作では1GHzで60%程度の効率を
得ることができ、一方、その理想効率は100%まで達す
るが、このとき、出力電力は零であり、実用性がない。
参考文献によると半導体装置の出力回路を信号周波数に
対しては従来通りの整合条件とし、偶数次高調波に対し
てインピーダンスを零、奇数次高調波に対してインピー
ダンスを無限大とすることによりB級動作でも理想的に
は100%の効率が得られることが示されている。さらに
偶数次高調波に対してインピーダンスを零としても、
「最適効率」が得られることが示されている。Generally, it is desired that the power amplifier has low power consumption, that is, high efficiency, but the efficiency of the power amplifier is 7 in class B operation.
8.5% is the theoretical maximum efficiency, in practice 40-5 at 1 GHz
It is about 0%. In class C operation, an efficiency of about 60% can be obtained at 1 GHz, while its ideal efficiency reaches 100%, but at this time, the output power is zero, which is impractical.
According to the reference, the output circuit of the semiconductor device has the conventional matching condition for the signal frequency, and the impedance is zero for even harmonics and infinite for odd harmonics. It has been shown that 100% efficiency is ideally obtained even in class operation. Furthermore, even if the impedance is zero for even harmonics,
It has been shown that "optimal efficiency" is obtained.
このようなインピーダンスを有する出力回路を実現する
ためには、信号周波数での出力回路のインピーダンスを
変えることなく、回路形状を小さくしなければならず、
さらに高周波における半導体装置の寄生素子を考慮した
回路設計が必要であるから、設計が非常に困難であると
いう問題点があつた。In order to realize an output circuit having such an impedance, the circuit shape must be reduced without changing the impedance of the output circuit at the signal frequency,
Furthermore, since it is necessary to design a circuit in consideration of parasitic elements of the semiconductor device at high frequencies, there is a problem that the design is very difficult.
(参考文献) SNIDER.D“A Theoretical Analysis and Experimental
Confirmation of the Optimally Loaded Overdriven RF
Power Amplifier",IEEE Trans.,1976 ED−14,no.12,p8
51 (発明の目的) 本発明は偶数次高調波に対してシヨートの条件を満たす
ためλ/4伝送線路を用いたバイアス回路の接続位置を最
適化することにより、従来の回路規模で電力増幅器の高
効率化をはかることを目的としている。以下本発明の構
成と作用に関し、実施例に基づいて説明する。(Reference) SNIDER.D “A Theoretical Analysis and Experimental
Confirmation of the Optimally Loaded Overdriven RF
Power Amplifier ", IEEE Trans., 1976 ED-14, no.12, p8
(Object of the Invention) The present invention optimizes the connection position of a bias circuit using a λ / 4 transmission line in order to satisfy the condition of short for even-order harmonics. The purpose is to improve efficiency. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described based on examples.
(発明の実施例) 第2図は本発明の1実施例を示す図で2は出力端、3は
半導体装置、5はλ/4伝送線路、6はコイル、8は信号
周波数以上を通過させるコンデンサ、13はバイアス電圧
の印加端子、15は直流阻止用コンデンサ、17は出力整合
回路、18は半導体装置の出力端、19は出力整合回路17と
λ/4伝送線路5との接続点である。(Embodiment of the Invention) FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. 2 is an output end, 3 is a semiconductor device, 5 is a λ / 4 transmission line, 6 is a coil, and 8 is a signal frequency or more. A capacitor, 13 is a bias voltage application terminal, 15 is a DC blocking capacitor, 17 is an output matching circuit, 18 is an output end of a semiconductor device, and 19 is a connection point between the output matching circuit 17 and the λ / 4 transmission line 5. .
λ/4伝送線路5はコンデンサ8で終端されているので高
周波的には短絡となる。そのため、接続点19からバイア
ス電圧の印加端子13側を見たインピーダンスZ(n)は Z(n)=jZ0tanβn・l ‥‥‥‥(1) で示される。但し、nは信号周波数を基本波とする高調
波の次数、Z0は伝送路の特性インピーダンス、βnはn
次の高調波に対する位相定数、lはλ/4伝送線路5の長
さでλ/4である。このときZ(n)は となる。このλ/4伝送線路5をバイアス回路として半導
体装置3と出力整合回路17に接続することにより偶数次
高調波に対してインピーダンスが零となる条件を接続点
19で満たす。高周波においては半導体装置は寄生素子を
有するから、伝送線路5を半導体装置3の出力端18に接
続しても高効率は得られない。高効率化の条件である高
調波インピーダンスは半導体装置の電流源に対するもの
である。従つて、半導体装置の寄生素子を考慮してバイ
アス回路を接続する必要がある。半導体装置の寄生素子
はリアクタンス成分のみであるので、等価的に伝送線路
とみなすことができる。電流源のインピーダンスは無限
大であるので、ある周波数での半導体装置のリアクタン
ス成分はその周波数での出力インピーダンスから求める
ことができる。半導体装置の出力インピーダンスZがZ
=R+jX(Ω)のとき、半導体装置内の等価的な伝送線
路ltは、特性インピーダンスをZ0、信号周波数の波長を
λ1とすると、 で示される。このltを考慮して半導体装置の電流源から
出力回路を見たインピーダンスが零となるための出力回
路の条件を求める。Since the λ / 4 transmission line 5 is terminated by the capacitor 8, it becomes a short circuit in terms of high frequency. Therefore, the impedance Z (n) viewed from the connection point 19 to the bias voltage application terminal 13 side is represented by Z (n) = jZ 0 tan βn · l (1). Here, n is the order of harmonics having the signal frequency as the fundamental wave, Z 0 is the characteristic impedance of the transmission line, and β n is n
The phase constant for the next harmonic, l is the length of the λ / 4 transmission line 5 and is λ / 4. At this time, Z (n) is Becomes By connecting the λ / 4 transmission line 5 to the semiconductor device 3 and the output matching circuit 17 as a bias circuit, the condition that the impedance becomes zero for even harmonics is a connection point.
Fill with 19. Since the semiconductor device has a parasitic element at a high frequency, even if the transmission line 5 is connected to the output end 18 of the semiconductor device 3, high efficiency cannot be obtained. The harmonic impedance, which is a condition for high efficiency, is for the current source of the semiconductor device. Therefore, it is necessary to connect the bias circuit in consideration of the parasitic element of the semiconductor device. Since the parasitic element of the semiconductor device has only a reactance component, it can be equivalently regarded as a transmission line. Since the impedance of the current source is infinite, the reactance component of the semiconductor device at a certain frequency can be obtained from the output impedance at that frequency. The output impedance Z of the semiconductor device is Z
= R + jX (Ω), the equivalent transmission line l t in the semiconductor device has a characteristic impedance of Z 0 and a signal frequency wavelength of λ 1 . Indicated by. Considering this l t , the condition of the output circuit for obtaining zero impedance when the output circuit is viewed from the current source of the semiconductor device is obtained.
半導体装置内の等価的伝送線路ltとし半導体装置の出力
端18から接続点19までの長さlxとすると、偶数次では接
続点19は先に述べたように短絡となるので、半導体装置
の電流源から見た偶数次のインピーダンスZS(n)は ZS(n)=jZ0・tanβn(lt+lx) ‥(4) となる。nが偶数のときZS(n)=0となるためには少
なくとも を得る。式(3)、(5)から を得る。伝送線路5の接続点19から、半導体装置3の出
力端18までの距離を式(6)を満たすlxとすることによ
り、半導体装置の電流源から出力回路を見たとき偶数次
ではインピーダンスが零となる。式(6)におけるXは
電力増幅器の使用帯域の中心周波数0で測定した半導
体装置の出力インピーダンスのリアクタンス成分であ
る。lxが少なくとも使用帯域のある周波数で式(6)
を満たすならば帯域内では偶数次インピーダンスが零と
なり、電力増幅器の高効率化がはかれる。又、信号周波
数では接続点19からλ/4伝送線路5を見たインピーダン
スは無限大となり、出力整合回路17に全く影響を与える
ことはない。Assuming that the equivalent transmission line l t in the semiconductor device is the length l x from the output end 18 of the semiconductor device to the connection point 19, the connection point 19 is short-circuited as described above in the even-ordered semiconductor device. The even-order impedance Z S (n) viewed from the current source is Z S (n) = jZ 0 · tanβn (l t + l x ) (4). To have Z S (n) = 0 when n is an even number, at least To get From equations (3) and (5) To get By setting the distance from the connection point 19 of the transmission line 5 to the output end 18 of the semiconductor device 3 to l x that satisfies the equation (6), when the output circuit is seen from the current source of the semiconductor device, the impedance is even It becomes zero. X in the equation (6) is a reactance component of the output impedance of the semiconductor device measured at the center frequency 0 of the used band of the power amplifier. l x is a frequency with at least the band used in equation (6)
If the condition is satisfied, the even-order impedance becomes zero in the band, and the efficiency of the power amplifier is improved. Further, at the signal frequency, the impedance seen from the connection point 19 to the λ / 4 transmission line 5 becomes infinite and has no influence on the output matching circuit 17.
(発明の効果) 以上、詳細に説明したように、本発明の電力増幅器は、
λ/4伝送線路を用いたバイアス回路を半導体装置の寄生
素子を考慮して出力整合回路に接続したものであつて、
従来の回路と同程度の規模と簡潔な構成により高効率な
電力増幅器を実現出来る利点がある。(Effects of the Invention) As described in detail above, the power amplifier of the present invention is
A bias circuit using a λ / 4 transmission line is connected to an output matching circuit in consideration of parasitic elements of a semiconductor device,
There is an advantage that a highly efficient power amplifier can be realized with the same scale and simple structure as the conventional circuit.
第1図は従来の電力増幅器の例を示す図、第2図は本発
明の1実施例を示す図である。 1……入力端子、2……出力端子、3……半導体装置、
4、5……λ/4伝送線路、6、7……コイル、8、9…
…コンデンサ、10、11……電源のリツプルを抑圧するコ
ンデンサ、12、13……バイアス電圧の印加端子、14、15
……直流カツト用のコンデンサ、16……入力整合回路、
17……出力整合回路、18……半導体装置の出力端、19…
…出力整合回路17とλ/4伝送線路5との接続点FIG. 1 is a diagram showing an example of a conventional power amplifier, and FIG. 2 is a diagram showing one embodiment of the present invention. 1 ... input terminal, 2 ... output terminal, 3 ... semiconductor device,
4, 5 ... λ / 4 transmission line, 6, 7 ... Coil, 8, 9 ...
… Capacitors, 10, 11 …… Capacitors for suppressing ripple of power supply, 12, 13 …… Bias voltage application terminals, 14, 15
...... Capacitor for DC cut, 16 …… Input matching circuit,
17 ... Output matching circuit, 18 ... Output terminal of semiconductor device, 19 ...
... Connection point between output matching circuit 17 and λ / 4 transmission line 5
Claims (1)
プ線路によって形成された出力整合回路に接続されてい
て、該出力整合回路上の前記接続点から距離lの位置に
一端が接続され、他端がコンデンサによって終端された
λ/4伝送線路の、該コンデンサによって終端された側に
電源を接続して前記半導体装置に直流電圧を供給する如
く構成されたバイアス回路を有する電力増幅器であっ
て、 使用帯域の中心周波数における半導体装置の出力インピ
ーダンスをR+jX(Ω)、使用波長をλ、バイアス回路
の特性インピーダンスをZ0、nを自然数としたとき、前
記λ/4伝送線路を、前記半導体装置出力端と出力整合回
路との接続点からの距離lを式 によって得られる値とするべく出力整合回路上の該当す
る位置に接続したことを特徴とする電力増幅器。1. An output end of a semiconductor device is connected to an output matching circuit formed by a microstrip line, one end of which is connected to a position of a distance l from the connection point on the output matching circuit, and the other end of which is connected. A power amplifier having a bias circuit configured to connect a power source to a side of a λ / 4 transmission line terminated by a capacitor to supply a DC voltage to the semiconductor device, When the output impedance of the semiconductor device at the center frequency of the band is R + jX (Ω), the used wavelength is λ, the characteristic impedance of the bias circuit is Z 0 , and n is a natural number, the λ / 4 transmission line is connected to the semiconductor device output terminal. And the distance l from the connection point between the output matching circuit and A power amplifier connected to a corresponding position on an output matching circuit so as to obtain a value obtained by.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP3337084A JPH0754886B2 (en) | 1984-02-25 | 1984-02-25 | Power amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP3337084A JPH0754886B2 (en) | 1984-02-25 | 1984-02-25 | Power amplifier |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60178710A JPS60178710A (en) | 1985-09-12 |
| JPH0754886B2 true JPH0754886B2 (en) | 1995-06-07 |
Family
ID=12384693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP3337084A Expired - Lifetime JPH0754886B2 (en) | 1984-02-25 | 1984-02-25 | Power amplifier |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPH0754886B2 (en) |
Families Citing this family (5)
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| JP2892452B2 (en) * | 1990-07-16 | 1999-05-17 | 富士通株式会社 | Amplifier circuit |
| JP2529038B2 (en) * | 1991-07-19 | 1996-08-28 | 株式会社日立製作所 | High frequency and high efficiency power amplifier |
| JP3306834B2 (en) * | 1993-01-27 | 2002-07-24 | 日本電信電話株式会社 | Power amplifier |
-
1984
- 1984-02-25 JP JP3337084A patent/JPH0754886B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60178710A (en) | 1985-09-12 |
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