JPH0754886B2 - 電力増幅器 - Google Patents
電力増幅器Info
- Publication number
- 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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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor device
- output
- transmission line
- impedance
- matching circuit
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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。
力増幅器に関するものである。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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
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
Claims (1)
- 【請求項１】半導体装置の出力端が、マイクロストリッ
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3337084A JPH0754886B2 (ja) | 1984-02-25 | 1984-02-25 | 電力増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3337084A JPH0754886B2 (ja) | 1984-02-25 | 1984-02-25 | 電力増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60178710A JPS60178710A (ja) | 1985-09-12 |
| JPH0754886B2 true JPH0754886B2 (ja) | 1995-06-07 |
Family
ID=12384693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3337084A Expired - Lifetime JPH0754886B2 (ja) | 1984-02-25 | 1984-02-25 | 電力増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0754886B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2505442B2 (ja) * | 1987-02-20 | 1996-06-12 | 三菱電機株式会社 | 半導体増幅器 |
| FR2658012B1 (fr) * | 1990-02-06 | 1995-07-21 | Europ Agence Spatiale | Circuit de polarisation de drain pour transistors a effet de champ (fet) de puissance elevee, a hyperfrequences et adaptes interieurement. |
| JP2892452B2 (ja) * | 1990-07-16 | 1999-05-17 | 富士通株式会社 | 増幅回路 |
| JP2529038B2 (ja) * | 1991-07-19 | 1996-08-28 | 株式会社日立製作所 | 高周波高効率電力増幅器 |
| JP3306834B2 (ja) * | 1993-01-27 | 2002-07-24 | 日本電信電話株式会社 | 電力増幅器 |
-
1984
- 1984-02-25 JP JP3337084A patent/JPH0754886B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60178710A (ja) | 1985-09-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |