JP2021044713A - 電力増幅回路 - Google Patents

Abstract

【課題】電力増幅回路の２つの電力増幅経路のアイソレーションを確保しながら、電力損失を低減する。【解決手段】電力増幅回路１は、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に設けられた第１経路Ｒ１および第２経路Ｒ２と、第１経路Ｒ１に設けられ、第１モードの場合に動作状態になる第１増幅器３と、第２経路Ｒ２に設けられ、第２モードの場合に動作状態になる第２増幅器４と、第１経路Ｒ１において、第１増幅器３と出力端子Ｔ２との間に設けられた第１整合回路６と、第１整合回路６の出力端子Ｔ２側に一端が接続された第１キャパシタ９と、一端が第１キャパシタ９の他端に接続され、他端が接地された第１インダクタ１０と、第１インダクタ１０に並列に設けられた短絡スイッチ１１と、を含み、短絡スイッチ１１は、第１モードの場合に第１インダクタ１０の両端を短絡し、第２モードの場合に開放状態になる。【選択図】図３

Description

本発明は、電力増幅回路に関する。

無線通信端末装置に搭載される電力増幅回路では、基地局と端末との距離に応じて、出力レベルを変化させるため、利得を切り替えることが要求される場合がある。例えば、相対的に高い第１利得（高利得）による増幅と、相対的に低い第２利得（低利得）による増幅と、を切り替えることが要求される場合がある。このため、利得が異なる２つの電力増幅経路を電力増幅回路に設けることがある。例えば、特許文献１に開示されている電力増幅回路は、２つの増幅器を有する経路と、１つの増幅器を有する経路とを有する。

特開２０１４−１２１０７１号公報

相対的に高い第１利得（高利得）による増幅と、相対的に低い第２利得（低利得）による増幅と、を切り替える場合、２つの電力増幅経路のアイソレーションを確保する必要がある。２つの電力増幅経路のアイソレーションを確保するために、例えば、相対的に低い第２利得による増幅を行う経路において、整合回路で一旦インピーダンスを低下させた後、別の整合回路でインピーダンスを増加させて出力することがある。このように、インピーダンス変換が複数回行われると、電力の損失が生じる。このため、２つの電力増幅経路を有する電力増幅回路においては、２つの電力増幅経路のアイソレーションを確保しながら、電力損失を低減することが好ましい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電力増幅回路の２つの電力増幅経路のアイソレーションを確保しながら、電力損失を低減することを目的とする。

本発明の一側面の電力増幅回路は、入力端子と、出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間に設けられた第１経路と、前記入力端子と前記出力端子との間に、前記第１経路に対して並列に設けられた第２経路と、前記第１経路に設けられ、第１モードの場合に動作状態になる第１増幅器と、前記第２経路に設けられ、第２モードの場合に動作状態になる第２増幅器と、前記第１経路において、前記第１増幅器と前記出力端子との間に設けられた第１整合回路と、前記第１経路において、前記第１整合回路の前記出力端子側に一端が接続された第１キャパシタと、一端が前記第１キャパシタの他端に接続され、他端が接地された第１インダクタと、前記第１インダクタに並列に設けられた短絡スイッチと、を含み、前記短絡スイッチは、前記第１モードの場合に前記第１インダクタの両端を短絡する短絡状態になり、前記第２モードの場合に開放状態になる。

本発明によれば、電力増幅回路の２つの電力増幅経路のアイソレーションを確保しながら、電力損失を低減できる。

図１は、比較例の電力増幅回路の構成を示す図である。 図２は、図１に示す電力増幅回路の負荷特性のシミュレーション結果の一例を示すスミスチャートである。 図３は、第１の実施の形態の電力増幅回路の回路構成を示す図である。 図４は、電力増幅回路の出力信号の信号強度に対する、電力増幅回路の電力付加効率との関係を示す図である。 図５は、第１モードの場合における切替部などの状態を示す図である。 図６は、第１モードの場合における電力増幅回路の等価回路を示す図である。 図７は、電力増幅回路の出力負荷インピーダンスのスミスチャートである。 図８は、第２モードの場合における切替部などの状態を示す図である。 図９は、第２モードの場合における電力増幅回路の等価回路を示す図である。 図１０は、整合回路と出力端子との接続点から増幅器側を見た場合の等価回路を示す図である。 図１１は、電力増幅回路の出力負荷インピーダンスのスミスチャートである。 図１２は、第２の実施の形態の電力増幅回路の回路構成を示す図である。 図１３は、第１モードの場合における電力増幅回路の等価回路を示す図である。 図１４は、第２モードの場合における電力増幅回路の等価回路を示す図である。 図１５は、第３の実施の形態の電力増幅回路の回路構成を示す図である。 図１６は、第１モードの場合における電力増幅回路の等価回路を示す図である。 図１７は、第２モードの場合における電力増幅回路の等価回路を示す図である。

以下に、本発明の電力増幅回路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、各実施形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能である。第２の実施の形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

以下、第１の実施の形態について説明するが、第１の実施の形態の理解を容易にするため、先に比較例について説明する。

（比較例）
図１は、比較例の電力増幅回路の構成を示す図である。比較例の電力増幅回路１００は、増幅器Ａ１、Ａ２およびＡ３と、整合回路２０、３０、４０、５０、６０および７０と、入力端子ＩＮと、出力端子ＯＵＴとを有する。

図１において、増幅器Ａ１およびＡ２が入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間に接続されている。入力端子ＩＮと増幅器Ａ１との間に、整合回路２０および３０が接続されている。増幅器Ａ１と増幅器Ａ２との間に、整合回路４０が接続されている。増幅器Ａ２と出力端子ＯＵＴとの間に、整合回路７０が接続されている。

整合回路２０と整合回路３０との間の接続点Ｂ１は、整合回路５０の一端に接続されている。整合回路５０の他端は増幅器Ａ３に接続されている。増幅器Ａ３の出力側は整合回路６０の一端に接続されている。整合回路６０の他端は、接続点Ｂ３を介して、増幅器Ａ２と整合回路７０との間の接続点Ｂ２に接続されている。増幅器Ａ３は、接続点Ｂ１と接続点Ｂ２との間に増幅器Ａ１、Ａ２に対して並列に接続されている。

接続点Ｂ３には、スイッチ１２の一端が接続されている。スイッチ１２の他端は、キャパシタ１３の一端に接続されている。キャパシタ１３の他端は、接地電位に接続されている。したがって、接続点Ｂ３と接地電位との間に、スイッチ１２およびキャパシタ１３が直列に接続されている。スイッチ１２は、増幅器Ａ３がオン状態である時にオフ状態になり、増幅器Ａ１、Ａ２がオン状態である時にオン状態になる。

キャパシタ１３のキャパシタンス値は、送信周波数帯域に対して十分大きく、かつ、スイッチ１２が状態になっている時のインピーダンスがスミスチャート上の反射係数として−９０度から９０度の間になるように設定する。これにより、スイッチ１２がオン状態になっている時、スイッチ１２より接地電位側の回路をオープンに見せることができる。

入力端子ＩＮから増幅器Ａ１、Ａ２を介して出力端子ＯＵＴに至る経路において、接続点Ｂ２はインピーダンスが最も低くなる点である。増幅器Ａ３の経路は、増幅器Ａ１、Ａ２の経路でインピーダンスが最も低いところに挿入されている。このため、スイッチ１２がオン状態になっている時、キャパシタ１３により接地電位へ流れる直流電流を遮ることができる。スイッチ１２がオン状態になっている時、キャパシタ１３が見えることによって低インピーダンスになっても、電力増幅器の送信周波数帯域の高周波信号がスイッチ１２側へ漏れ込み難くなり、回路全体の電力損失が低下する。

電力増幅回路１００は、２つの電力増幅経路によって、相対的に高い第１利得（高利得）による増幅動作と、相対的に低い第２利得（低利得）による増幅動作とを行うことができる。すなわち、増幅器Ａ１およびＡ２を含む電力増幅経路によって、相対的に高い第１利得（高利得）による増幅動作を行うことができる。また、増幅器Ａ３を含む電力増幅経路によって、相対的に低い第２利得（低利得）による増幅動作を行うことができる。

図１において、増幅器Ａ３を含む電力増幅経路においては、整合回路６０で一旦インピーダンスを下げた後、別の整合回路７０でインピーダンスを上げて出力する。図２は、図１に示す電力増幅回路１００の負荷特性のシミュレーション結果の一例を示すスミスチャートである。図２は、増幅器Ａ３を含む電力増幅経路のインピーダンスの変化を示す。図２に示す例では、増幅器Ａ３の出力側のインピーダンスを点ＰＡ３、接続点Ｂ２のインピーダンスを点ＰＢ２、出力端子ＯＵＴにおけるインピーダンスを点ＰＢｏｕｔで示す。点ＰＡ３から点ＰＢ２までの経路において矢印Ｙ１のようにインピーダンスが一旦低下する。その後、点ＰＢ２から点ＰＢｏｕｔまでの経路において矢印Ｙ２のようにインピーダンスが増加する。したがって、増幅器Ａ３を含む電力増幅経路においては、インピーダンス変換が複数回行われる。このように、インピーダンス変換が複数回行われると、電力の損失が生じる。このため、２つの電力増幅経路を有する電力増幅回路においては、２つの電力増幅経路のアイソレーションを確保しながら、電力損失を低減することが好ましい。

（第１の実施の形態）
［回路構成］
図３は、第１の実施の形態の電力増幅回路の回路構成を示す図である。電力増幅回路１は、入力端子Ｔ１と、切替部５と、第１経路Ｒ１と、第２経路Ｒ２と、出力端子Ｔ２とを含む。入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間において、第１経路Ｒ１と第２経路Ｒ２とは互いに並列に、設けられている。すなわち、第２経路Ｒ２は、第１経路Ｒ１に対して並列に設けられている。電力増幅回路１は、入力端子Ｔ１から切替部５を介して、第１経路Ｒ１と、第２経路Ｒ２とに分かれる。第１経路Ｒ１の出力端と第２経路Ｒ２の出力端とは出力端子Ｔ２に接続される。第１経路Ｒ１の出力端と第２経路Ｒ２の出力端との接続点１４は、第１経路Ｒ１の出力端子側の接続点であり、第２経路Ｒ２の出力端子側の接続点でもある。電力増幅回路１は、入力端子Ｔ１に入力される高周波入力信号を増幅して、高周波出力信号を出力端子Ｔ２から出力する。電力増幅回路１は、第１経路Ｒ１による相対的に高い第１利得（高利得）による増幅動作と、第２経路Ｒ２による相対的に低い第２利得（低利得）による増幅動作と、を切り替えることができる。以降において、第１利得（高利得）で増幅する動作モードを、ハイパワーモードと称する場合がある。また、第２利得（低利得）で増幅する動作モードを、ローパワーモードと称する場合がある。第１経路Ｒ１は、増幅器３を含む。第２経路Ｒ２は、増幅器４を含む。

切替部５は、第１スイッチであるスイッチ５１と、第２スイッチであるスイッチ５２とを含む。切替部５において、スイッチ５１とスイッチ５２とは、いずれか一方がオン状態であるとき、他方はオフ状態である。本例では、第１モードであるハイパワーモードの場合に、スイッチ５１がオン状態になり、スイッチ５２がオフ状態になる。また、第２モードであるローパワーモードの場合に、スイッチ５１がオフ状態になり、スイッチ５２がオン状態になる。したがって、第１モードであるハイパワーモードの場合に、入力端子Ｔ１と第１経路Ｒ１とが電気的に接続され、入力端子Ｔ１と増幅器３とが電気的に接続される。ハイパワーモードの場合、入力端子Ｔ１と第２経路Ｒ２とは電気的に遮断される。また、第２モードであるローパワーモードの場合に、入力端子Ｔ１と第２経路Ｒ２とが電気的に接続され、入力端子Ｔ１と増幅器４とが電気的に接続される。ローパワーモードの場合、入力端子Ｔ１と第１経路Ｒ１とは電気的に遮断される。

第１経路Ｒ１は、増幅器３と、整合回路６と、整合回路８と、キャパシタ９と、インダクタ１０と、短絡スイッチ１１とを含む。増幅器３の出力側に整合回路６の一端が接続される。整合回路６の他端には、整合回路８の一端が接続される。整合回路８の他端は、出力端子Ｔ２に接続される。

第１増幅器である増幅器３は、第１モードであるハイパワーモードの場合に動作する。増幅器３は、第２モードであるローパワーモードの場合に動作しない。第２モードであるローパワーモードの場合、増幅器３の出力段のトランジスタ（図示せず）にはバイアス電流が供給されない。

第１整合回路である整合回路６は、例えば、低域通過フィルタ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）として機能する。整合回路６は、例えば、２Ωから２０Ωにインピーダンス変換を行う。第３整合回路である整合回路８は、例えば、１５Ωから５０Ωにインピーダンス変換を行う。

キャパシタ９の一端は、整合回路６の他端に接続される。本例では、整合回路６と整合回路８との間に、キャパシタ９の一端が接続される。キャパシタ９の他端には、第１インダクタであるインダクタ１０の一端が接続される。インダクタ１０の他端は、基準電位に電気的に接続される。基準電位は、接地電位が例示されるが、本開示はこれに限定されない。

短絡スイッチ１１は、インダクタ１０に対して並列に設けられている。短絡スイッチ１１は、短絡状態（すなわちオン状態）または開放状態（すなわちオフ状態）になる。短絡スイッチ１１は、第１モードであるハイパワーモードの場合に、インダクタ１０の両端を短絡する短絡状態になる。短絡スイッチ１１は、第２モードであるローパワーモードの場合に、開放状態になる。したがって、ハイパワーモードの場合、インダクタ１０の両端が短絡される。これにより、整合回路６と整合回路８との接続点は、キャパシタ９を介して接地された状態になる。また、ローパワーモードの場合、キャパシタ９の他端とインダクタ１０の一端とが接続された直列回路が形成され、インダクタ１０の他端が接地された状態になる。これにより、整合回路６と整合回路８との接続点は、キャパシタ９およびインダクタ１０の直列回路を介して接地された状態になる。

第２経路Ｒ２は、増幅器４と、整合回路７とを含む。第２増幅器である増幅器４は、第２モードであるローパワーモードの場合に動作する。増幅器４は、第１モードであるハイパワーモードの場合に動作しない。第１モードであるハイパワーモードの場合、増幅器４の出力段のトランジスタ（図示せず）にはバイアス電流が供給されない。なお、第３整合回路である整合回路７は、例えば、１５Ωから５０Ωにインピーダンス変換を行う。

ここで、増幅器３および４は、例えば、集積回路のチップ内に形成される。また、整合回路６、７および８は、例えば、集積回路のチップ外に設ける部品によって実現される。短絡スイッチ１１は、集積回路のチップ内に形成されてもよいし、集積回路のチップ外に設ける部品によって実現されてもよい。

［動作］
次に、第１の実施の形態の電力増幅回路の動作について説明する。第１の実施の形態の電力増幅回路１の動作は、第１モードであるハイパワーモードの動作と、第２モードであるローパワーモードの場合の動作とを含む。ハイパワーモードにおいては増幅器３が動作する。ローパワーモードにおいては増幅器４が動作する。

図４は、電力増幅回路１の出力信号の電力Ｐｏｕｔの信号強度（ｄＢｍ）に対する、電力増幅回路１の電力付加効率（Ｐｏｗｅｒ Ａｄｄｅｄ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＰＡＥ）との関係を示す図である。図４は、増幅器３、増幅器４の動作周波数を２５５０ＭＨｚとし、Ｖｃｃを５．５Ｖとした場合のシミュレーション結果の一例を示す。

図４において、線１０１は、第１モードであるハイパワーモードにおける、第１の実施の形態の電力増幅回路１の出力信号の電力Ｐｏｕｔと、電力付加効率ＰＡＥと、の関係を示す。また、線１０２は、第２モードであるローパワーモードにおける、第１の実施の形態の電力増幅回路１の出力信号の電力Ｐｏｕｔと、電力付加効率ＰＡＥと、の関係を示す。

以下、電力増幅回路１の動作について、第１モードであるハイパワーモードの場合の動作と、第２モードであるローパワーモードの場合の動作とに分けて説明する。

［第１モードの場合の動作］
図５は、第１モードの場合における切替部５などの状態を示す図である。図５に示すように、第１モードであるハイパワーモードの場合、切替部５のスイッチ５１がオン状態になり、スイッチ５２がオフ状態になる。上述したように、ハイパワーモードの場合、短絡スイッチ１１によって、インダクタ１０の両端が短絡されるため、整合回路６と整合回路８との接続点は、キャパシタ９を介して接地された状態になる。ハイパワーモードの場合、増幅器３においてバイアス電流が供給され、増幅器４においてバイアス電流が供給されない。このため、出力端１６からは、例えば、増幅器４の出力段のトランジスタ４１のコレクタ−エミッタ間、コレクタ−ベース間の寄生容量が見える。

図６は、第１モードの場合における電力増幅回路１の等価回路を示す図である。第１モードであるハイパワーモードの場合、電力増幅回路１は、切替部５のスイッチ５１がオン状態になっているため、入力端子Ｔ１が増幅器３に接続された状態になる。ハイパワーモードの場合、増幅器４の出力段のトランジスタにバイアス電流が供給されないため、増幅器４の寄生容量はキャパシタＣ４として見える。このため、第２増幅器である増幅器４は容量性負荷になる。

図７は、電力増幅回路１の出力負荷インピーダンスのスミスチャートである。図７は、図６において、整合回路８と出力端子Ｔ２との接続点１４から増幅器４側を見た場合の第２経路のインピーダンスＺ２のシミュレーション結果を示すスミスチャートである。図７では、伝送路の特性インピーダンスＺ０を５０Ωとし、インピーダンスＺ２を点Ｐ１として示す。図７において、点Ｐ１は、スミスチャートの外周部に位置している。このため、インピーダンスＺ２は十分に高いことが分かる。このように、インピーダンスＺ２を、接続点１４から出力端子Ｔ２側を見たインピーダンスすなわち出力端子Ｔ２に接続される負荷インピーダンスよりも十分に高い値にすることができる。インピーダンスＺ２が、出力端子Ｔ２に接続される負荷インピーダンスよりも十分に高い値であることにより、接続点１４から増幅器４側はオープンとみなすことができる。したがって、ハイパワーモードの場合、増幅器３の出力端１５から出力端子Ｔ２側を見たインピーダンスに対して、第２経路Ｒ２は影響を与えない。

［第２モードの場合の動作］
図８は、第２モードの場合における切替部５などの状態を示す図である。図８に示すように、第２モードであるローパワーモードの場合、切替部５のスイッチ５１がオフ状態になり、スイッチ５２がオン状態になる。上述したように、ローパワーモードの場合、短絡スイッチ１１によって、インダクタ１０の両端が短絡されないため、整合回路６と整合回路８との接続点は、キャパシタ９とインダクタ１０との直列回路を介して接地された状態になる。ローパワーモードの場合、増幅器４においてバイアス電流が供給され、増幅器３においてバイアス電流が供給されない。このため、出力端１６からは、例えば、増幅器３の出力段のトランジスタ３１のコレクタ−エミッタ間、コレクタ−ベース間の寄生容量が見える。

図９は、第２モードの場合における電力増幅回路１の等価回路を示す図である。第２モードであるローパワーモードの場合、電力増幅回路１は、切替部５のスイッチ５２がオン状態になっているため、入力端子Ｔ１が増幅器４に接続された状態になる。ローパワーモードの場合、増幅器３の出力段のトランジスタにバイアス電流が供給されないため、増幅器３の寄生容量はキャパシタＣ３として見える。このため、第１増幅器である増幅器３は容量性負荷になる。ローパワーモードの場合に動作する増幅器４の出力段のトランジスタの面積よりも、ハイパワーモードの場合に動作する増幅器３の出力段のトランジスタの面積の方が大きい。このため、図９のキャパシタＣ３は、図６のキャパシタＣ４よりも大きなキャパシタンス値を有する。

ここで、図９において、整合回路８と出力端子Ｔ２との接続点１４から増幅器３側を見ると、図１０のように見える。なお、整合回路６と整合回路８とが配線で構成された場合、近似的にインダクタとして働くため、図１０では、インダクタＬ６、インダクタＬ８として表記している。図１０は、整合回路８と出力端子Ｔ２との接続点１４から増幅器３側を見た場合の等価回路を示す図である。図１０に示すように、接続点１４から増幅器３側を見ると、整合回路８に、キャパシタ９とインダクタ１０との直列回路と、インダクタＬ６とキャパシタＣ３との直列回路とが並列に接続されているように見える。インダクタ１０の一端およびキャパシタＣ３の一端は、接地されている。インダクタＬ８は整合回路８の誘導性成分である。インダクタＬ６は整合回路６の誘導性成分である。

増幅器４が動作する周波数において、図１０に示す回路が共振してインピーダンスＺ１の値が無限大または出力端子Ｔ２に接続される負荷インピーダンスよりも十分に高い値になるように、インダクタンス値とキャパシタンス値とが設定される。すなわち、インダクタ１０およびインダクタＬ６のインダクタンス値と、キャパシタ９およびキャパシタＣ３のキャパシタンス値とが設定される。ここでいう、動作する周波数とは、増幅器の利得が１０ｄＢ以上となる周波数の帯域と定義する。

インダクタンス値とキャパシタンス値との設定においては、例えば、以下のことを考慮する。図１０に示す回路では、インダクタ１０とキャパシタ９とによって直列共振回路Ｋ１が形成される。この直列共振回路Ｋ１の共振周波数を、十分低い値に設定しておく。例えば、共振周波数を、増幅器３が動作する周波数よりも低い値に設定しておく。これにより、インダクタ１０のインダクタンスとキャパシタ９のキャパシタンスとによる直列共振回路は、共振周波数よりも高い周波数領域において、インダクタ１０のインダクタンス値Ｌが支配的である、誘導性の回路になる。一方、インダクタＬ６とキャパシタＣ３とによって直列共振回路Ｋ２が形成される。この直列共振回路の共振周波数を、十分に高い値に設定しておく。例えば、共振周波数を、増幅器３が動作する周波数よりも高い値に設定しておく。これにより、インダクタＬ６のインダクタンスとキャパシタＣ３のキャパシタンスとによる直列共振回路は、共振周波数よりも低い周波数領域においては、キャパシタＣ３のキャパシタンス値が支配的である、容量性の回路になる。図１０においては、誘導性の直列共振回路Ｋ１と容量性の直列共振回路Ｋ２とが並列に接続された並列共振回路が形成され、その共振周波数においては、その並列共振回路のインピーダンスが無限大になる。

図１１は、電力増幅回路１の出力負荷インピーダンスのスミスチャートである。図１１は、図９において、整合回路８と出力端子Ｔ２との接続点１４から増幅器３側を見た場合の第１経路のインピーダンスＺ１のシミュレーション結果を示すスミスチャートである。図１１では、伝送路の特性インピーダンスＺ０を５０Ωとし、インピーダンスＺ１を点Ｐ２として示す。図１１において、点Ｐ２は、無限大の近くに位置している。したがって、例えば、キャパシタ９のキャパシタンス値、および、インダクタ１０のインダクタンス値を適切に設定しておけば、増幅器４が動作する周波数において、図１０に示す回路のインピーダンスＺ１の値を無限大、または、接続点１４から出力端子Ｔ２側を見たインピーダンスすなわち出力端子Ｔ２に接続される負荷インピーダンスよりも十分に高い値にすることができる。インピーダンスＺ１が無限大または出力端子Ｔ２に接続される負荷インピーダンスよりも十分に高い値であることにより、接続点１４から増幅器３側はオープンとみなすことができる。したがって、ローパワーモードの場合、増幅器４の出力端１６から出力端子Ｔ２側を見たインピーダンスに対して、第１経路Ｒ１は影響を与えない。このため、第１経路Ｒ１と第２経路Ｒ２とのアイソレーションを確保できる。しかも、比較例とは異なり、インピーダンスを一旦下げた後でインピーダンスを上げるという回路構成を採用していないため、比較例において生じる電力損失が生じない。

以上の動作により、第１経路Ｒ１と第２経路Ｒ２とのアイソレーションを確保しながら、第１モードおよび第２モードのいずれの場合においても電力損失を低減できる。

（第２の実施の形態）
［回路構成］
図１２は、第２の実施の形態の電力増幅回路の回路構成を示す図である。電力増幅回路１ａは、図３に示す電力増幅回路１とは異なり、整合回路７および整合回路８を有していない。電力増幅回路１ａは、図３に示す電力増幅回路１よりも整合回路の数が少ないため、部品点数の削減によってコストを低減できる。

［動作］
次に、第２の実施の形態の電力増幅回路１ａの動作について説明する。

［第１モードの場合の動作］
図１３は、第１モードの場合における電力増幅回路１ａの等価回路を示す図である。第１モードであるハイパワーモードの場合、電力増幅回路１ａは、切替部５のスイッチ５１がオン状態になっているため、入力端子Ｔ１が増幅器３に接続された状態になる。ハイパワーモードの場合、増幅器４の出力段のトランジスタにバイアス電流が供給されないため、増幅器４の寄生容量はキャパシタＣ４として見える。

図６の場合と同様に、接続点１４から増幅器４の寄生容量のキャパシタＣ４側を見たインピーダンスＺ２は、増幅器３が動作する周波数において十分に高い。このため、ハイパワーモードの場合、増幅器３の出力端１５から出力端子Ｔ２側を見たインピーダンスに対して、第２経路Ｒ２は影響を与えない。

［第２モードの場合の動作］
図１４は、第２モードの場合における電力増幅回路１ａの等価回路を示す図である。第２モードであるローパワーモードの場合、増幅器３の出力段のトランジスタにバイアス電流が供給されないため、増幅器３の寄生容量がキャパシタＣ３として見える。

図９および図１０を参照して説明したように、例えば、キャパシタ９のキャパシタンス値、および、インダクタ１０のインダクタンス値を適切に設定しておけば、増幅器４が動作する周波数において、インピーダンスＺ１の値を無限大または出力端子Ｔ２に接続される負荷インピーダンスよりも十分に高い値にすることができる。このため、ローパワーモードの場合、増幅器４の出力端１６から出力端子Ｔ２側を見たインピーダンスに対して、第１経路Ｒ１は影響を与えない。

以上の動作により、第２の実施の形態においても、第１経路Ｒ１と第２経路Ｒ２とのアイソレーションを確保しながら、第１モードおよび第２モードのいずれの場合においても電力損失を低減できる。

（第３の実施の形態）
［回路構成］
図１５は、第３の実施の形態の電力増幅回路の回路構成を示す図である。電力増幅回路１ｂは、図３に示す電力増幅回路１とは異なり、整合回路８を有していない。電力増幅回路１ｂは、図３に示す電力増幅回路１よりも整合回路の数が少ないため、部品点数の削減によってコストを低減できる。

［動作］
次に、第３の実施の形態の電力増幅回路１ｂの動作について説明する。

［第１モードの場合の動作］
図１６は、第１モードの場合における電力増幅回路１ｂの等価回路を示す図である。第１モードであるハイパワーモードの場合、電力増幅回路１ｂは、切替部５のスイッチ５１がオン状態になっているため、入力端子Ｔ１が増幅器３に接続された状態になる。ハイパワーモードの場合、増幅器４の出力段のトランジスタにバイアス電流が供給されないため、増幅器４の寄生容量がキャパシタＣ４として見える。

図６の場合と同様に、接続点１４から、整合回路７のインダクタと増幅器４の寄生容量のキャパシタＣ４とからなる直列回路側を見たインピーダンスＺ２は、増幅器３が動作する周波数において、十分に高い。このため、ハイパワーモードの場合、増幅器３の出力端１５から出力端子Ｔ２側を見たインピーダンスに対して、第２経路Ｒ２は影響を与えない。

［第２モードの場合の動作］
図１７は、第２モードの場合における電力増幅回路１ｂの等価回路を示す図である。第２モードであるローパワーモードの場合、増幅器３の出力段のトランジスタにバイアス電流が供給されないため、増幅器３の寄生容量はキャパシタＣ３として見える。

図９および図１０を参照して説明したように、例えば、キャパシタ９のキャパシタンス値、および、インダクタ１０のインダクタンス値を適切に設定しておけば、増幅器４が動作する周波数において、インピーダンスＺ１の値を無限大または出力端子Ｔ２に接続される負荷インピーダンスよりも十分に高い値にすることができる。このため、ローパワーモードの場合、増幅器４の出力端１６から出力端子Ｔ２側を見たインピーダンスに対して、第１経路Ｒ１は影響を与えない。

以上の動作により、第３の実施の形態においても、第１経路Ｒ１と第２経路Ｒ２とのアイソレーションを確保しながら、第１モードおよび第２モードのいずれの場合においても電力損失を低減できる。

１ 電力増幅回路
３、４ 増幅器
５ 切替部
６、７、８ 整合回路
９、Ｃ３、Ｃ４ キャパシタ
１０、Ｌ６、Ｌ８ インダクタ
１１ 短絡スイッチ
１４ 接続点
１５、１６ 出力端
３１、４１ トランジスタ
５１、５２ スイッチ
Ｋ１、Ｋ２ 直列共振回路
Ｔ１ 入力端子
Ｔ２ 出力端子

Claims (8)

1. 入力端子と、
   出力端子と、
   前記入力端子と前記出力端子との間に設けられた第１経路と、
   前記入力端子と前記出力端子との間に、前記第１経路に対して並列に設けられた第２経路と、
   前記第１経路に設けられ、第１モードの場合に動作状態になる第１増幅器と、
   前記第２経路に設けられ、第２モードの場合に動作状態になる第２増幅器と、
   前記第１経路において、前記第１増幅器と前記出力端子との間に設けられた第１整合回路と、
   前記第１経路において、前記第１整合回路の前記出力端子側に一端が接続された第１キャパシタと、
   一端が前記第１キャパシタの他端に接続され、他端が接地された第１インダクタと、
   前記第１インダクタに並列に設けられた短絡スイッチと、
   を含み、
   前記短絡スイッチは、前記第１モードの場合に前記第１インダクタの両端を短絡する短絡状態になり、前記第２モードの場合に開放状態になる、
   電力増幅回路。
2. 請求項１に記載の電力増幅回路であって、前記第２経路において、前記第２増幅器と前記出力端子との間に設けられた第２整合回路をさらに含む電力増幅回路。
3. 請求項１または請求項２に記載の電力増幅回路であって、前記第１経路において、前記第１キャパシタの前記一端と前記出力端子との間に設けられた第３整合回路をさらに含む電力増幅回路。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力増幅回路であって、
   切替部をさらに含み、
   前記切替部は、
   前記入力端子と前記第１増幅器との間に設けられた第１スイッチと、
   前記入力端子と前記第２増幅器との間に設けられた第２スイッチと、
   を含み、
   前記第１スイッチは、前記第１モードの場合にオン状態になって前記入力端子と前記第１増幅器とを電気的に接続し、前記第２モードの場合にオフ状態になって前記入力端子と前記第１増幅器とを電気的に遮断し、
   前記第２スイッチは、前記第２モードの場合にオン状態になって前記入力端子と前記第２増幅器とを電気的に接続し、前記第１モードの場合にオフ状態になって前記入力端子と前記第２増幅器とを電気的に遮断する電力増幅回路。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力増幅回路であって、
   前記第１経路による利得は、前記第２増幅器よる利得よりも大きい電力増幅回路。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力増幅回路であって、
   前記第１モードの場合に、前記第２増幅器は容量性負荷になり、前記第１増幅器が動作する周波数において、前記第１経路と前記第２経路との前記出力端子側の接続点から見た、前記第２経路のインピーダンスは、前記接続点から前記出力端子側を見たインピーダンスよりも十分に高く、
   前記第２モードの場合に、前記第１増幅器は容量性負荷になり、前記第２増幅器が動作する周波数において、前記接続点から見た、前記第１経路のインピーダンスは、前記接続点から前記出力端子側を見たインピーダンスよりも十分に高い電力増幅回路。
7. 請求項６に記載の電力増幅回路であって、
   前記第２モードの場合に、前記第１経路のインピーダンスが前記接続点から十分に高く見えるように、前記第１インダクタのインダクタンス値が設定されている電力増幅回路。
8. 請求項６に記載の電力増幅回路であって、
   前記第１モードの場合に、前記第２経路のインピーダンスが前記接続点から十分に高く見える電力増幅回路。

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