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JP2003504906A - 集積型の同調可能で高能率な電力増幅器 - Google Patents

集積型の同調可能で高能率な電力増幅器

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Publication number
JP2003504906A
JP2003504906A JP2001508587A JP2001508587A JP2003504906A JP 2003504906 A JP2003504906 A JP 2003504906A JP 2001508587 A JP2001508587 A JP 2001508587A JP 2001508587 A JP2001508587 A JP 2001508587A JP 2003504906 A JP2003504906 A JP 2003504906A
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JP
Japan
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tunable
amplifier
reactive
class
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
JP2001508587A
Other languages
English (en)
Inventor
バーレット，ジェームズ・エル
チャン，マウ・チュン・エフ
マーシー，ヘンリー・オー，ザ・フィフス
ペドロッティ，ケネス・ディー
ペールク，デービッド・アール
シーベリー，チャールズ・ダブリュー
ヤオ，ジュン・ジェイ
メーロトラ，ディーパック
タム，ジュリアン・ジェイ・エル
Original Assignee
イノベイティブ・テクノロジー・ライセンシング・エルエルシー
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 イノベイティブ・テクノロジー・ライセンシング・エルエルシー filed Critical イノベイティブ・テクノロジー・ライセンシング・エルエルシー
Publication of JP2003504906A publication Critical patent/JP2003504906A/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers
    • H03F3/2176—Class E amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 無効ネットワークを有する電力増幅器（Ｃ級、Ｃ―Ｅ級、Ｅ級、Ｆ級など）が、その無効ネットワークにおいて同調可能な無効素子（Ｃshunt、Ｃser ies、Ｌseries）を用い、それぞれの無効素子のリアクタンス値は、制御信号によって調整することが可能である。これらの同調可能な無効素子は、制御信号を生成するのに必要な制御回路（１１０）及びそれ以外の増幅器の構成要素と共に共通の基板上に集積することができるマイクロ電子機械（ＭＥＭ）素子（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）で構成される。これらの無効要素は、その調整範囲にわたる高いＱ値を有しており、それによって、この増幅器が、広い範囲の入力信号周波数にわたって高調波成分が低く、周波数に敏感であり、質の高い出力を有する出力を生成することが可能になる。本発明は、多くの鋳造技術に基づいて実現が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術範囲】
本発明は、同調された電力増幅器の分野に関し、更に詳しくは、高能率のスイ
ッチング電力増幅器の同調可能な実現に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低コストで信頼できる無線通信に対する要求は、速い速度で増大し続けている
が、同時に、そのような通信を可能にする技術に対する要求も同様である。多く
の最前線において研究がなされ、セルラ電話などの装置の内部に見られる回路を
、小型化し、より安価にし、製造をより容易にし、電力消費を抑制し、信頼性を
高めるための方法が探求されている。
【０００３】 Ｅ級増幅器の回路図が図１に示されている。このタイプの増幅器は、主に、生
得的に狭帯域であるという性質のために、高能率であるにも関わらず、バッテリ
によって給電される通信装置では見られないのが通常である。このタイプの増幅
器は、理論的な効率は１００％であり、実際にも９０％を超える効率が達成され
るのが通常である。ＲＦ入力信号は、典型的にはトランジスタでありスイッチト
して動作する能動素子１０を駆動する。このトランジスタの電流回路は、直列に
接続されたバイアス・インダクタＬbias及び電源１４と、トランジスタを挟んで
接続されたシャント・コンデンサＣshとで構成される無効負荷ネットワーク１２
と、電流回路と直列に接続された直列インダクタＬsと直列コンデンサＣsとに接
続されている。増幅器のＲＦ出力は、Ｃsの他方の端子に生じ、負荷Ｒloadを駆
動する様子を示している。
【０００４】 示されているＥ級増幅器は、特定の動作周波数を中心とする狭い周波数の範囲
でだけ効率的である。すなわち、この増幅器は、生得的に（もともとが）狭帯域
である。負荷ネットワーク１２は、特定の位相関係を、ゼロの電圧又はゼロの電
流のいずれかでスイッチングが生じることを可能にする動作周波数において存在
させるように「同調」され、それによって、ほぼ損失のないスイッチングを達成
する。この条件を達成するのに用いられる設計方程式は、Sokal他への米国特許
第３，９１９，６５６号に記載されている。
【０００５】 負荷ネットワークのクオリティ・ファクタ（Ｑ）と増幅器の帯域幅との間には
トレードオフの関係が存在し、帯域幅は、ネットワークのＱに対して、ほぼ反比
例する。Ｑが非常に低いと、広い帯域幅にわたって高い効率を有する増幅器が得
られる。しかし、Ｑが低いと、相当に多くの高調波電流が出力負荷に流れ込み、
それによって、出力が追加的なフィルタリングを必要とするようになる。そのよ
うなフィルタリングは、損失を増加させ、納得できるパフォーマンスを達成する
ために同調しなければならない追加的な無効要素が必要となる。
【０００６】 Ｑが低い負荷ネットワークでは追加的な出力フィルタリングが必要であるため
に、Ｑの高いネットワークが好ましい。Ｑが高いことと、スイッチングが生じる
電力が非常に低いことが組み合わされることにより、高調波成分を低く維持する
ことができ、出力のフィルタリングを単純化することができる。しかし、不運に
も、Ｑが高い負荷ネットワークでは、増幅器は、狭い周波数帯域で効率的であり
、負荷ネットワークと入力周波数との間で要求される位相関係は、入力が設計さ
れた動作点から離れるにつれて、悪化する。
【０００７】 増幅器を能動素子が無効（reactive）負荷を駆動するＣ、Ｃ−Ｅ及びＦなど他
の級から増幅器を設計する際にも、同様のトレードオフが存在するはずであり、
その結果、これらの増幅器は典型的には狭帯域になってしまう。動作周波数に近
い入力において用いる限りは受け入れられる場合であっても、商用及び軍事用の
両方を含む現在の通信システムを含む、広い帯域幅、複数の周波数又は周波数に
対する敏感性が要求されるような場合には、そのような増幅器はあまり役に立た
ない。
【０００８】 同調可能なインダクタやコンデンサは、電力増幅器の設計の中に組み込まれる
ことが多く、増幅器が組み立てられる場合には、納得できるパフォーマンスが達
成されるように、技術者によって調整（同調）がなされる。しかし、このアプロ
ーチは、周波数ホッピング方式においては有用でない。というのは、周波数ホッ
ピング方式では、負荷ネットワークの同調を現場において変更して動作周波数を
変化させることが必要となるからである。現場における自動的な同調が可能な無
効要素も存在するが、いずれも、増幅器のそれ以外の構成要素と集積化すること
ができず、サイズ及び重量を増加させるハイブリッド又はそれと類似のパッケー
ジング方式を必要とすると同時に、効率及び信頼性を低下させるかＱが低く効率
の悪い増幅器を提供することになる。９００ＭＨｚ及び１．９ＧＨｚなどのよう
な複数の動作周波数帯域に対してシステムを設計したり、極度に広い帯域幅が必
要となるような場合には、無効同調要素にも問題がある。従来技術においては、
そのようなシステムはより低いＱの整合を必要とし、その結果として効率の低下
を招いていた。
【０００９】
【発明の概要】
出力フィルタリングを最小限に維持するのに必要な高いＱと、広い帯域幅、動
作の複数周波数帯域又は現代の周波数ホッピング方式に必要な周波数敏感性（fr
equency agility）との両方を備えた無効ネットワークを有する電力増幅器（Ｃ
級、Ｃ―Ｅ級、Ｅ級、Ｆ級）が提供される。
【００１０】 本発明によって実現可能な様々な増幅器のタイプに共通するのは、制御信号に
よって調整することができる同調可能な無効素子を用いるということである。こ
れらの同調可能な無効素子は、その調整範囲にわたる高いＱ値を有し、それによ
って、本発明による増幅器は、従来可能であったよりもより広い範囲の入力信号
周波数に対して高調波成分が低い出力を生成することが可能になる。
【００１１】 あるタイプの同調可能な無効素子は、必要に応じて特定のリアクタンスを提供
するように相互に接続された高いＱの固定値要素によって構成されている。相互
接続を達成するのに必要なスイッチングは、ＲＦ周波数において低損失スイッチ
ングを提供し増幅器の構成要素と共通の基板上に集積することが可能なマイクロ
電子機械（micro-electromechanical = MEM）スイッチによって提供される。こ
のアプローチは、多数の離散的なリアクタンス・ステップにおいて、Ｑが非常に
高い無効ネットワークを提供することができる。あるいは、連続的に可変なリア
クタンス値を有するＭＥＭ素子を用いて、所望の同調可能性を提供することもで
きる。この新規な増幅器は、好ましくは、ＭＥＭ素子を動作させ従ってこの増幅
器を同調するのに必要な制御信号を発生する制御回路を含む。
【００１２】 周波数に敏感で高品質の出力を提供するのに加えて、本発明は、従来は不可能
であった集積度を可能にする。増幅器の能動素子と、その同調可能な無効素子と
、ＭＥＭ素子への必要な制御信号を発生する制御回路とのすべてを、共通の基板
上に集積することができ、それによって、空間を節約し、電力消費を減少させ、
信頼性を向上させることができる。本発明は、多数の鋳造技術（foundry techno
logies）に基づいて実現することができる。
【００１３】 本発明のこれ以外の特徴や効果は、この技術分野の当業者にとっては、以下の
詳細な説明を添付の図面を参照して読むことにより、明らかとなるはずである。
【００１４】
【発明の実施の態様】
本発明の原理を図解している回路図が図２に示されている。Ｅ級（class E）
の増幅器が示されているが、以下で論じるように、本発明は、生得的に狭帯域を
与える無効（reactive）ネットワークを含む他の級からの増幅器においても効果
的に用いることができる。図２の増幅器のトポロジ（幾何学的配置）は、図１に
示されたものと類似している。すなわち、典型的にはトランジスタである能動素
子Ｑ１がスイッチとして用いられ、Ｑ１の制御入力に与えられるＲＦ入力信号に
応答してオン・オフされる。Ｑ１の電流回路は、バイアス・インダクタＬbiasと
シャント・キャパシタンスＣshuntのようにＱ１の両端に直列に接続された電源
１４とを含む負荷ネットワーク１００を駆動する。また、直列インダクタンスＬ series と直列キャパシタンスＣseriesとが、Ｑ１の電流回路に接続されており、
増幅器のＲＦ出力が、負荷Ｒｌｏａｄを駆動するように接続することが可能なＣ series の他の端子に生じる。
【００１５】 しかし、従来技術による回路と対照的に、Ｃshunt、Ｌseries及びＣseriesは
、同調可能な無効ネットワーク１０２を形成する同調可能な無効素子であり、こ
れらの素子はそれぞれが電気的な制御信号１０４を受け取るように接続されてい
る。これらの同調可能な無効素子それぞれのリアクタンス値は、それぞれの制御
信号に従って変動する。すでに述べたように、Ｅ級増幅器の負荷ネットワークに
おいて見出されるリアクタンスは、その周辺で増幅器の効率が高くなる動作周波
数を確立する。本発明によれば、負荷ネットワークのリアクタンスを、それぞれ
の制御信号を単に変動させることにより変動させることができ、それによって、
増幅器の動作周波数を変動させることができる。これらのリアクタンスの調整は
、電気的に制御されるので、増幅器が使用されている間に製造環境の外部で行う
ことができ、それによって、広い帯域幅、動作の複数の周波数帯域、現代の周波
数ホッピング通信システムなどが可能になる。
【００１６】 同調可能な無効ネットワークは、「マイクロ電子機械的（ＭＥＭ）」な素子を
用いて実現される。この素子は、電気的な制御信号に応答して物理的に移動させ
ることができる構造を含む。例えば、同調可能な直列インダクタＬseriesを実現
するのに用いることができる同調可能なインダクタは、必要に応じて相互接続さ
れＭＥＭスイッチング素子に所望のリアクタンスを与える固定インダクタのバン
クによって構成することができる。このタイプのＭＥＭ同調可能インダクタの例
は、Chang他への米国特許第５、８７２、４８９号に記載されている。この米国
特許は、この特許出願と同じ譲受人に譲渡されており、この特許出願において援
用する。すでに述べたように、可変インダクタンス値が、インダクタのＭＥＭス
イッチング素子を適切に動作させることによって、提供される。このような同調
可能なＭＥＭインダクタを用いることによって、高いＲＦ周波数における低損失
のパフォーマンスが得られ、より広い帯域幅を達成するにはＱがより小さい素子
を用いなければならないという、単一の固定インダクタを用いる場合に不可避で
あるトレードオフを排除することができる。同調可能なＭＥＭインダクタのイン
ダクタンスは可変であるから、それを構成する固定インダクタのそれぞれはＱが
高い素子（詳細については後述する）であることが可能であり、それによって、
Ｑの高いインダクタンスを同調可能なインダクタのフルレンジにわたって得るこ
とができる。このようにして、Ｑが高い無効ネットワークの効果である、例えば
、高調波成分が低く、出力フィルタリングが単純であることなどが、広い帯域幅
の全体で効率のよいパフォーマンスを達成しながら、実現することができる。
【００１７】 同様にして、本発明において用いるための同調可能なコンデンサが、それぞれ
の制御信号によって制御されるＭＥＭスイッチング素子を用いて必要に応じて相
互接続される固定コンデンサのバンクを用いて、提供される。このタイプのＭＥ
Ｍ同調可能コンデンサの例は、Tham他への米国特許第５、８８０、９２１号に記
載されている。この米国特許は、この特許出願と同じ譲受人に譲渡されており、
この特許出願において援用する。あるいは、本発明の増幅器の同調可能な無効ネ
ットワークにおいて、連続的に可変なＭＥＭコンデンサを用いることもできる。
このタイプのＭＥＭ同調可能コンデンサの例は、同時出願中の米国特許出願０９
／００４、６７９号である"Tunable-Trimmable Micro-Electromechanical Syste
ms (MEMS) Capacitor"に記載されている。この米国特許出願は、この特許出願と
同じ譲受人に譲渡されており、この特許出願において援用する。この素子は、マ
スタ／スレーブ構造を用いて、広い同調範囲で連続的に可変であるコンデンサを
提供する。このタイプの素子は、固定値の要素を用いないので、それによって提
供されるキャパシタンスは、上述した「バンク」構成よりは精度が若干劣ること
が知られており、そのＱ値もそれほどには高くない。しかし、特定の応用例に依
存して、その連続的に可変な同調可能性が、そのような短所を補償することが可
能である。
【００１８】 同調可能な無効ネットワーク１０２において「バンク」タイプの同調可能な無
効素子を用いているＥ級の増幅器が、図３ａに示されている。ここでは、シャン
ト・コンデンサＣshuntは、同調可能なコンデンサＣshunt1を用いて実現されて
いる。そして、同調可能なコンデンサＣshunt1は、３つの並列の固定コンデンサ
Ｃ１―Ｃ３と、それぞれのコンデンサに接続された３つのＭＥＭスイッチング素
子Ｓ１―Ｓ３とで作られている。この構成によって、Ｃshunt1は、０（すべての
スイッチが開いている場合）からＣ１＋Ｃ２＋Ｃ３（すべてのスイッチが閉じて
いる場合）までの８つの離散的なキャパシタンス値を取ることが可能になる。ス
イッチＳ１―Ｓ３は、それぞれが、独立の制御信号によって制御される。増幅器
は、スイッチを動作させるのに必要な制御信号を発生する制御回路１１０を含む
。制御回路１１０は、典型的には、外部の「コマンド信号」を受け取るが、この
コマンド信号は、例えば、アナログ電圧又は電流、デジタル・ビット、マイクロ
プロセッサによって発生されたデジタル・ワードなどでありうる。制御回路は、
コマンド信号に応答して、同調可能な無効素子を構成するＭＥＭスイッチを必要
に応じて開閉し、所望のリアクタンスを能動素子Ｑ１に提供するように構成され
ている。
【００１９】 同調可能な無効ネットワーク１０２の直列インダクタＬseriesも、同様に、そ
れぞれのＭＥＭスイッチＳ４―Ｓ６を介して相互接続された３つの並列インダク
タＬ１―Ｌ３で構成された同調可能なインダクタＬseries1を用いて実現するこ
とができる。所望の直列インダクタンスは、適切なスイッチを閉じることによっ
て得られる。ここで、スイッチは、制御回路１１０によって発生されるそれぞれ
の制御信号によって制御される。これによって、Ｃshunt1の場合の８つとは異な
り、７つの値のＬseriesを選択することが可能になる。この理由は、Ｌseriesの
少なくとも１つの値は常にオンでなければならないからである。同調可能な無効
ネットワーク１０２の直列コンデンサＣseriesも、それぞれのＭＥＭスイッチＳ
７―Ｓ９を介して相互接続された３つの並列コンデンサＣ４―Ｃ６で構成された
同調可能なコンデンサＣseries1を用いて、同じようにして実現することができ
、それによって、Ｃseries1の７つの値が、制御回路１１０によって発生される
３つの制御信号によって制御されることが可能になる。
【００２０】 図３ａに示されている同調可能な無効素子は、単に例示的なものにすぎない。
固定インダクタ及びコンデンサは、任意の数の直列、並列及び直列・並列などに
構成することが可能であり、特定の応用例に必要な分解能及びリアクタンスの範
囲が、固定の構成要素及びスイッチの数及び構成を決定する。
【００２１】 制御回路１１０の一例の回路図が、図３ｂに示されている。４ビットのデジタ
ル・コマンド信号がデコーダ回路１２０によって受け取られ、デコーダ回路１２
０がコマンドをデコードして複数のＳ―Ｒフリップフロップ１２２のそれぞれに
セット及びリセット信号を提供する。Ｓ―Ｒフリップフロップ１２２については
、１つだけが図３ｂに詳細に示されている。フリップフロップは、それぞれが、
そのフリップフロップのトランジスタ１２４の１つのコレクタにおいて、制御信
号出力１２３を生じ、それぞれの制御信号１２３は、対応するＭＥＭスイッチの
状態を制御するように接続される。コマンド信号の値は、増幅器のＭＥＭ素子の
所望の構成に対応する。デコーダは、コマンド構成を達成するのに必要なように
制御信号１２３を設定するように構成される。電圧Ｖbbは、ＭＥＭスイッチを動
作させるのに必要な付勢電圧を提供するのに十分な程度に高くなければならない
。
【００２２】 図３ｂの制御回路１１０は、単なる例として与えられている。これ以外の多く
の回路構成を用いて、ＭＥＭ素子が必要とする個々の制御信号を発生することが
可能である。例えば、デジタル・コマンド信号を構成するビット数を増加させ、
選択可能な構成の数を増加させることができる。
【００２３】 図３ｂに示されている制御回路１１０は、ただ２つの状態を有する制御信号を
発生するように構成されているが、例えば、デジタル・アナログ・コンバータを
用いてアナログ制御信号電圧を発生させ、上述の可変ＭＥＭコンデンサを連続的
に制御するように構成することも可能である。そのような制御回路が、図３ｃに
示されている。ここでは、コマンド信号は、ラッチ回路１３１によって、ラッチ
されＲＯＭ１３０に与えられる。ＲＯＭ１３０からの出力ビットの４ビットのグ
ループは、デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ１３２、１３４、１３６に
それぞれ接続される。Ｄ／Ａコンバータの出力は、連続的に可変なＭＥＭ素子を
制御するように接続され、これらのＭＥＭ素子のリアクタンスは、そのＤ／Ａ出
力電圧と共に変動する。
【００２４】 本発明は、図４及び図５に示されているＣ級及びＣ―Ｅ級の増幅器において、
それぞれ用いられている。図４のＣ級増幅器においては、並列の同調された回路
が、能動素子Ｑ１の電流回路に配置され、この同調された回路は同調可能インダ
クタＬ１と同調可能なコンデンサＣ１とを含み、これらは共に、上述したように
ＭＥＭ素子を用いている。Ｃ級増幅器の場合には、Ｑ１の導通角度は１８０°未
満であり、回路のリアクタンスはフライホイール効果を与えＱ１がＲＦ入力によ
って遮断される際に波形の残りを生じさせる。Ｌ１及びＣ１は、Ｑ１が導通する
ときに生じる電流スパイクを完全な出力波形に変換するのに必要なエネルギ貯蓄
装置を提供する。しかし、並列で同調された回路は、生得的に狭帯域である。本
発明により、Ｌ１及びＣ１の両方が同調可能となり、それによって、増幅器が、
はるかに広い帯域幅にわたって効率的に動作することが可能になる。
【００２５】 コンデンサＣblockは、Ｑ１の電流回路と増幅器の出力との間に接続される。
このコンデンサは、ＤＣブロックとしてだけ機能し、従って、同調可能である必
要はない。インダクタＬbiasは、Ｑ１の制御入力に接続され、バイアス要素とし
て機能する。バイアス要素は、典型的には、周波数に対してそれほど敏感ではな
く、同調可能であることは必要ない。しかし、Ｌbiasは、バイアスだけでなくイ
ンピーダンスの整合を提供するように用いられ、増幅器の所望の帯域幅が大きい
場合には、これを同調可能とする利点も存在することがある。そうであれば、Ｌ bias は、既に述べたように、ＭＥＭ素子を用いて実現される。
【００２６】 図５のＣ−Ｅ級増幅器は、図２のＥ級増幅器と類似しているが、直列コンデン
サＣseriesと直列インダクタＬseriesとが相互に交換され、バイアス・インダク
タＬbiasがＱ１の電流回路の中に移動している。Ｌbiasは、好ましくは、増幅器
をバイアスするのに適した大きな固定値であり、Ｃseries、Ｌseries、Ｃshunt
は、既に図２との関係で論じたように、ＭＥＭ素子を用いて、それぞれが同調可
能となっている。
【００２７】 Ｆ級の増幅器が図６に示されており、その生得的に狭帯域のパフォーマンスは
ＭＥＭベースの同調可能無効素子を用いることによって克服されている。Ｆ級の
増幅器は、並列共振回路を出力と直列に追加し、所望の信号の１又は複数の高調
波に同調させて望ましくない高調波での電流を排除することにより、Ｃ級の増幅
器から導かれる。図６には、３次高調波ピーキング回路が示されているが、この
回路は、２つのタンク回路を含んでいる。第１のタンク回路は、Ｑ１の出力とＲ
Ｆ出力との間に接続された同調可能なインダクタＬ２と同調可能なコンデンサＣ
２とを含む。第２のタンク回路は、Ｑ１を挟んで接続された同調可能なインダク
タＬ３と同調可能なコンデンサＣ３とを含む。出力において同調された回路を有
する必要があるために、増幅器は、狭帯域であるのが通常である。それぞれが独
立の制御信号を受け取る同調可能な無効素子Ｌ２、Ｌ３、Ｃ２、Ｃ３を用いるこ
とにより、増幅器は広帯域となる。Ｑ１を挟んで接続されたバイアス用のインダ
クタＬbiasと、Ｑ１の出力と直列に接続されたコンデンサＣbとは、好ましくは
、固定値の要素である。
【００２８】 上述した増幅器において用いられている同調可能な無効素子はそれぞれが、図
３ｂとの関係で既に論じたような制御回路（図示せず）から独立の制御信号を受
け取る。制御回路は、すべての同調可能なリアクタンスの独立で協調的な制御を
提供し、通常は狭帯域である増幅器が広い範囲の入力周波数で効率的に動作する
ことを可能にする。
【００２９】 もちろん、これまでに同調可能であると論じたすべての級の増幅器が実際に同
調可能であることは必要ない。本発明による増幅器は、その長所が実現されるた
めには、少なくとも１つ無効素子が同調可能であることを要求するが、それ以外
の無効素子は固定値の要素であってかまわない。これは、電気的に選択すること
ができるリアクタンスの範囲を縮小させる可能性があるが、増幅器によって要求
されるサイズを縮小し、その製造を単純化することができる。
【００３０】 本発明による増幅器の主な長所は、その同調可能な無効素子をそれ以外の増幅
器の構成要素（詳細は後述する）と集積化できることである。ＭＥＭ素子は、増
幅器の能動素子、固定値コンデンサ、インダクタ及び抵抗と、更には、同調可能
な要素に対する制御信号を発生する制御回路とも、同じ基板上に製造することが
できる。従来技術には例のないこのような集積化のレベルは、同調可能性を得る
ために従来用いられたハイブリッド又は離散的な方策と比較すると、より低いコ
ストとより高い信頼性との両方を与えてくれる。
【００３１】 同調可能で高能率の電力増幅器の一部の集積化を図解する製造シーケンスの一
例が、図７ａから図１４ａ（平面図）と図７ｂから図１４ｂ（断面図）とに示さ
れている。示されている製造シーケンスは、図３ａの増幅器の代表的な部分に基
づき、１つの同調可能な無効素子Ｌseries（３つのＭＥＭスイッチと３つの固定
インダクタとで構成されている）と、増幅器の能動素子Ｑ１と、３つのＭＥＭス
イッチを動作させるのに必要な制御信号を提供する制御回路１１０の３つのトラ
ンジスタとを含んでいる。注意すべきことは、本発明による同調可能な電力増幅
器は、全体では、それ以外の同調可能な無効素子を多数含むということである。
明瞭にする目的のために、これらのそれ以外の構成要素は示されていないが、以
下で述べる製造技術を用いることにより、それらも同様に提供することができる
。
【００３２】 図７から図１４までに示されているシーケンスは、増幅器の能動素子が製造さ
れた後で、ＩＣ製造の分野で広く知られている標準的な技術を用いて、開始する
。図７ａは、従って、増幅器の既に製造された能動素子を表すトランジスタＱ１
と、制御回路１１０からの３つのトランジスタを表すトランジスタ１２４とを含
む。
【００３３】 図７ｂ（図７ａに示されていない層）では、熱設定ポリイミドの層などの、第
１の犠牲材料１４０が基板１４２の上に積層される。第１の犠牲層から選択的に
除去することができる既にイミド化された（pre-imidized）ポリイミド１４４の
層などの、第２の犠牲層が、次に積層される。好ましくは約１５００Åの厚さの
窒化シリコン１４６の層が次に積層され、フォトリソグラフィとＣＨＦ3及びＯ2 の化学物質の中での反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）とを用いて、パターニ
ングされる。このパターンは、Ｏ2によるＲＩＥを用いた下位のポリイミド層に
転送され、その結果として、図７ａに示されている平面図と図７ｂに示されてい
る断面図が得られる。これによって、判然とした開放エリアの中への金属の選択
的な積層と互換性を有する「リフト・オフ」プロファイルが作成される。
【００３４】 この製造シーケンスに示されている同調可能な無効素子では、ＭＥＭスイッチ
を用いて、インダクタのネットワークを選択的に相互接続して所望のリアクタン
ス値を得る。ここで述べているＭＥＭスイッチは、それぞれが、基板上に配置さ
れたボトム電極の上方に伸長するカンチレバー・アームの上に配置されたトップ
電極を有する。トップ電極とボトム電極との間に付勢電圧が加えられると、カン
チレバー・アームは、基板の向かって静電的に引きつけられ、カンチレバー・ア
ームの基板側に付着している接触電極が、基板表面上のギャップのある信号ライ
ンにブリッジを提供し、連続的な信号経路を作る。ＳＰＳＴスイッチ機能が、信
号ラインの間のギャップを制御可能な態様でブリッジしたり開放したりすること
によって、実行される。ここで述べているＭＥＭスイッチについては、Yao and
Chang, "A Surface Micromachined Miniature Switch for Telecommunications
Applications with Signal Frequencies from DC up to 4GHz," in Tech. Diges
t (1995), pp. 384-387と、Yaoへの米国特許第５，５７８，９７６号とで論じら
れている。この米国特許は、この出願と同じ譲受人に譲渡されている。
【００３５】 図８ａ及び８ｂでは、好ましくは電子ビーム蒸着によって、金属の層が積層さ
れ、その厚さは、第１の犠牲層１４０とほぼ等しい。次に、第２の犠牲層１４４
である窒化シリコン層１４６とその上の金属とが、塩化メチレンなどの溶液の中
で溶解して除去され、第２の犠牲層１４０と共に元の開放エリアにおける金属が
残される。この第１の金属層は、３つのＭＥＭスイッチ（Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）の
ボトム電極１４８ａ、１４８ｂ及び１４８ｃと、これらのボトム電極を相互接続
するトレースと、対応するスイッチが付勢されるときに架橋（ブリッジ）される
スイッチのギャップのある信号ラインを形成する金属トレースの対である１５０
ａ／１５１ａ、１５０ｂ／１５１ｂ及び１５０ｃ／１５１ｃと、適切な信号ライ
ンを相互接続するトレースと、３つの制御回路のトランジスタ１２４をＭＥＭス
イッチＳ４、Ｓ５、Ｓ６に相互接続する金属トレース１５２ａ、１５２ｂ及び１
５２ｃとを画定する。トレース１５０に隣接しないトレース１５１の端部は、同
調可能な無効素子Ｌseries1の固定インダクタＬ１、Ｌ２及びＬ３となる中央タ
ップ１５３ａ、１５３ｂ及び１５３ｃを形成する。
【００３６】 次に、追加的な犠牲ポリイミド層１５４が積層され（図９ｂには示されている
が、図９ａには示されていない）、Ｏ2によるＲＩＥを用いてパターニングされ
て、スイッチの勾配のある側壁１５６及び１５８を形成し、好ましくは二酸化シ
リコンである厚い絶縁材料を選択的に積層することにより、インダクタ・コイル
のためのサポート・ポスト１６０ａ、１６０ｂ及び１６０ｃが形成される（図１
０ａ及び１０ｂ）。
【００３７】 図１１ａ及び１１ｂに示されているように、別の金属層が積層及びパターニン
グされて、スイッチの接触電極１６２ａ、１６２ｂ及び１６２ｃと、インダクタ
・コイル１６４ａ、１６４ｂ及び１６４ｃとが形成される（コイルの直交部分は
、明瞭にするために、図１１ｂには示されていない）。また、この金属層は、イ
ンダクタの「出力」端子（すなわち、ＭＥＭスイッチに接続されたものとは反対
側の端子）を相互接続し、３つのインダクタのこの接合部は、それ以降の回路（
例えば、図３ａのＣseries1など）に接続される。ただしこの回路は図示されて
いない。以下で述べる理由によって、接触電極１６２が存在することになるエリ
アは、好ましくは、Ｏ2によるＲＩＥプラズマの中で処理され、好ましくは２０
００Åから５０００Å程度の少量が最上部の犠牲層１５４の中にエッチングされ
、それによって、電極がこの層の内部に向かって僅かに凹むことになる。
【００３８】 図１２ａ及び１２ｂには、カンチレバー・アーム１６６ａ、１６６ｂ及び１６
６ｃが、好ましくは厚さが約２μｍであるＰＥＣＶＤ二酸化シリコンの層から形
成され、パターニングされ、ＣＨＦ3及びＯ2のＲＩＥを用いてエッチングされる
。図１３ａ及び１３ｂでは、好ましくは厚さが２５００Å程度のアルミニウムで
ある金属層が、好ましくは電子ビーム蒸着及びリフト・オフを用いて積層され、
３つのＭＥＭスイッチのためのトップ電極１６８ａ、１６８ｂ及び１６８ｃが形
成される。トップ電極１６８は、それぞれのボトム電極１４８の上方に伸長し、
カンチレバー・アーム１６６の勾配を下降してアームの後部に至り、制御回路の
トランジスタ１２４に接続されているトレース１５２に接続する。このようにし
て、スイッチの対応するトランジスタ１２４がオフになると、電圧（Ｖ＋）がそ
れぞれのトレース１５２を介してスイッチのトップ電極１６８に加えられる。
【００３９】 図１４ａ及び１４ｂでは、犠牲層が、ブランソン（Branson）Ｏ2バリア・エッ
チング装置を用いたパターニングを伴わないＯ2エッチングによって除去され、
カンチレバー・アーム１６６の下側のものを含む基板表面上の残りのポリイミド
層すべてが取り除かれる。これによって、アーム１６６は、それぞれのトップ電
極１６８とボトム電極１４８との間に加えられる付勢電圧に応答して、下向きに
撓むことが可能となり、接触電極にトレース１５０及び１５１の間のギャップを
架橋させる。示されているように構成される場合には、ＭＥＭスイッチを閉じる
ことにより、対応するインダクタが同調可能な素子の無効ネットワークに追加さ
れることになり、他方で、スイッチを開放すると、そのインダクタをネットワー
クから切断することになる。
【００４０】 既に述べたように、トップ電極１６２は、好ましくは、犠牲層１５４の内部に
向かって僅かに凹んでいる。これによって、スイッチが付勢されたときに、その
カンチレバー・アームがそのボトム電極と接触する前に、その接触電極１６２が
トレース１５０及び１５１を架橋することが保証される。
【００４１】 基板１４２は、どのような特定の材料にも限定されず、システムに関するそれ
以外の考慮に基づいて適切に選択される。例えば、グラス基板は安価であって、
その上に大きなインダクタを形成することが可能であり、インダクタと基板との
間の寄生キャパシタンスを減少させる。しかし、シリコン又はＧａＡｓ基板が好
ましい場合もある。例えば、同調可能な無効素子がこれらの基板材料の１つを必
要とするそれ以外の構成要素と集積化される場合である。例えば、無線通信素子
において見られる電力増幅器は、半絶縁性のＧａＡｓ基板上に製造しなければな
らない高速の能動素子を用いることが多い。ここで述べているような同調可能な
無効素子を用いる増幅器は、その能動素子とその同調可能な無効ネットワークと
を共通のＧａＡｓ基板上に集積化することができる。
【００４２】 インダクタ・コイルを形成する金属は、抵抗値を減少させインダクタのＱを上
昇させるためにできるだけ厚く作ることが好ましい。既に述べたように、小さな
高調波成分と単純な出力フィルタリングを増幅器に与えるために、Ｑが高い無効
素子が好まれる。しかし、スイッチの接触電極１６２はコイルと同じ積層ステッ
プで形成され、厚くなりすぎると重くなりすぎることがありうる。このような妥
協の必然性は、スイッチを同時に構築することなくインダクタを基板上に最初に
作る別の製造シーケンスに従うのであれば、回避することができる。インダクタ
の製造が完了したら、シーケンスは、図７ｂに示されているように、ポリイミド
層１４０及び１４４と窒化シリコン層１４６の積層を行う。これらの層は、スイ
ッチが構築される際に、インダクタを保護するように機能する。パターニングを
伴わないＯ2のＲＩＥエッチングのステップが図１４ｂに示されているように実
行されると、すべての保護層が除去される。この方法では、実行すべき処理ステ
ップの数が多くなる。しかし、インダクタ設計のパラメータの選択におけるより
大きな融通性が得られる。例えば、このアプローチによって、インダクタ・コイ
ルの金属を接触電極よりも厚くすることが可能になり、コイルのリアクタンスを
低下させ、インダクタのＱを上昇させる。集積化されたインダクタの製造に関し
ては、例えば、C. T. Wang, Introduction to Semiconductor Technology, John
Wiley and Sons (1990), pp.422-433に記載されている。
【００４３】 図７から１４に示されている製造シーケンスには、サポート・ポスト１６０に
よって基板よりも上まで上昇されたインダクタが示されている。このような構成
は、インダクタ・コイルと基板１４２との間の寄生キャパシタンスを低下させる
ために、好ましい。あるいは、コイルを絶縁性の基板上に直接に製造することも
できる。その際には、中央タップを、エア・ブリッジを用いることにより、コイ
ルの上方に移動させる。
【００４４】 本発明は、能動素子をその上に製造することができる任意の種類の材料の上に
実現することができる。これには、例えば、ガリウム砒素やシリコンが含まれる
。従って、本発明は、ＣＭＯＳ、ＢｉＣＭＯＳ、ＢＪＴ、ＨＢＴ、ＨＥＭＴ、Ｐ
ＨＥＭＴ、ＭＥＳＦＥＴなどを含む多くのタイプの能動素子及び製造プロセスと
共に用いるのに便利である。
【００４５】 ＣＭＯＳ又はバイポーラ能動素子の製造は、広く知られたＣＭＯＳ又はバイポ
ーラ製造技術を用いて実行される。これについては、例えば、A. Grebene, Bipo lar and MOS Analog Integrated Circuit Design , John Wiley and Sons (1984)
, pp. 54-120において論じられている。ＧａＡｓ基板上での製造は、広く知られ
たＧａＡｓ製造技術を用いて実行される。これについては、C. Wang, Introduct ion to Semiconductor Technology: GaAs and Related Compounds , John Wiley
and Sons (1990), pp. 123-133において論じられている。
【００４６】 この出願において示されている製造シーケンスでは、ＭＥＭスイッチを用いて
同調可能性を提供しているが、本発明は、上述した同時出願中の米国特許出願（
第０９／００４，６７９号）において論じられている連続的に可変なＭＥＭ素子
を用いても、同じように実現可能である。その米国特許出願において述べられて
いる製造プロセスによると、従来には見られなかったレベルの集積化が可能であ
り、ＭＥＭベースの連続的に可変なコンデンサを増幅器の能動素子やそれ以外の
構成要素と集積化することが可能になり、本発明による同調可能で高効率の電力
が提供される。そのような増幅器を同調させるのに必要な制御回路は、典型的に
は、Ｄ／Ａコンバータを含むが（図３ｃに示されているように）、これもまた、
共通の基板上に増幅器の構成要素と共に集積化することができる。
【００４７】 上述したＭＥＭスイッチの接点を作成するのに用いられる製造方法によると、
標準的な薄膜処理を用いて作られるものよりも厚い金属外形（metal features）
が得られる。ＭＥＭ製造方法のこの特徴は、増幅器を構成するそれ以外の同時に
製造されるインダクタやコンデンサにとっても有益である。基板１４２上に構築
された金属外形の追加的な厚さのために、より厚いインダクタ・コイルが形成さ
れ、それによって、抵抗値が下降し、インダクタのＱ値が上昇する。標準的な薄
膜処理では厚さが１μｍのオーダーの金属層が得られるが、ＭＥＭ技術を用いて
得られる外形は厚さが１０μｍから１００μｍ又はそれ以上である。同様に、コ
ンデンサのプレートを厚くすると、損失が減少しパフォーマンスを向上させるこ
とができる。従って、本発明は、高効率で同調可能な電力増幅器の集積度を、増
幅器のパフォーマンスを犠牲にすることなく、従来なかった程度まで進行させる
ことが可能である。更に、本発明は、構築された増幅器が出力フィルタリングを
最小限に維持するのに必要な高いＱと、広い帯域幅、複数の動作周波数帯域、現
代の周波数ホッピング方式などに必要な周波数の感度との両方を提供することが
できる。
【００４８】 固定インダクタ又はコンデンサのスイッチングによる組合せに基づく同調可能
な抜こう素子は、ここで説明してきたのよりも多くの又は少ない固定値無効要素
を含むことができ、これらの固定値要素は、直列、並列又は任意の直列・並列の
組合せで構成することができる。無効要素及びスイッチの数及び構成は、必要な
インダクタンス又はキャパシタンスの範囲や分解能など、応用例の要請によって
決定される。
【００４９】 また、離散的な同調可能な無効素子を用いて、高効率の電力増幅器のための同
調可能性を提供することもできるが、そのような離散的な要素は集積化が不可能
であるから、本発明によって得られる高レベルの集積化という利点は、この場合
には、いくらか損なわれる。
【００５０】 既に述べたように、図７から１４に示されている素子の製造は、例示的なもの
に過ぎない。能動素子、インダクタ、コンデンサ、抵抗、スイッチなどは、所望
のパフォーマンス特性を有する同調可能な電力増幅器を実現する必要に応じて、
共通の基板上に製造され、相互に接続される。
【００５１】 本発明は、ここで論じた特定の電力増幅器の級（クラス）には限定されない。
この技術分野の当業者にとっては、能動ゲイン段と関連するネットワークへのこ
れ以外の応用は明らかであろう。これには、例えば、低ノイズの増幅器などがあ
り、その場合には、素子の最適なノイズ整合がその潜在的な動作帯域幅を制限す
る可能性がありうるが、本発明の原理を使用可能な帯域幅にまで拡張することが
できる。無効要素のＱが現在の技術に対する制限となっている発振器、能動フィ
ルタ及びそれ以外のネットワークなどへの応用は、これらの原理を役立てること
ができる。
【００５２】 以上では本発明の特定の実施例を示し説明してきたが、この技術分野の当業者
にとっては、多くの変形や別の実施例は明らかであろう。従って、本発明は、冒
頭の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術によるＥ級電力増幅器のブロック図である。
【図２】 本発明による同調可能な無効ネットワークを含むＥ級ネットワークの回路図で
ある。
【図３】 図３ａ、３ｂ及び３ｃによって構成される。図３ａは、本発明による同調可能
な無効ネットワークを備えたＥ級増幅器の１つの実施例の回路図である。図３ｂ
は、本発明による同調可能な無効ネットワークを制御する制御回路の一例の回路
図である。図３ｃは、本発明による同調可能な無効ネットワークを制御する制御
回路の別の例の回路図である。
【図４】 本発明による同調可能な無効ネットワークを含むＣ級増幅器の回路図である。
【図５】 本発明による同調可能な無効ネットワークを含むＣ―Ｅ級増幅器の回路図であ
る。
【図６】 本発明による同調可能な無効ネットワークを含むＦ級増幅器の回路図である。
【図７】 図７ａ及び７ｂで構成される。図７ａは、本発明による同調可能な電力増幅器
の構成要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示す平面図である。図７ｂ
は、図７ａに対応する断面図であり、本発明による同調可能な電力増幅器の構成
要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示している。
【図８】 図８ａ及び８ｂで構成される。図８ａは、本発明による同調可能な電力増幅器
の構成要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示す平面図である。図８ｂ
は、図８ａに対応する断面図であり、本発明による同調可能な電力増幅器の構成
要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示している。
【図９】 図９ａ及び９ｂで構成される。図９ａは、本発明による同調可能な電力増幅器
の構成要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示す平面図である。図９ｂ
は、図９ａに対応する断面図であり、本発明による同調可能な電力増幅器の構成
要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示している。
【図１０】 図１０ａ及び１０ｂで構成される。図１０ａは、本発明による同調可能な電力
増幅器の構成要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示す平面図である。
図１０ｂは、図１０ａに対応する断面図であり、本発明による同調可能な電力増
幅器の構成要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示している。
【図１１】 図１１ａ及び１１ｂで構成される。図１１ａは、本発明による同調可能な電力
増幅器の構成要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示す平面図である。
図１１ｂは、図１１ａに対応する断面図であり、本発明による同調可能な電力増
幅器の構成要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示している。
【図１２】 図１２ａ及び１２ｂで構成される。図１２ａは、本発明による同調可能な電力
増幅器の構成要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示す平面図である。
図１２ｂは、図１２ａに対応する断面図であり、本発明による同調可能な電力増
幅器の構成要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示している。
【図１３】 図１３ａ及び１３ｂで構成される。図１３ａは、本発明による同調可能な電力
増幅器の構成要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示す平面図である。
図１３ｂは、図１３ａに対応する断面図であり、本発明による同調可能な電力増
幅器の構成要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示している。
【図１４】 図１４ａ及び１４ｂで構成される。図１４ａは、本発明による同調可能な電力
増幅器の構成要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示す平面図である。
図１４ｂは、図１４ａに対応する断面図であり、本発明による同調可能な電力増
幅器の構成要素を共通基板上に集積する製造シーケンスを示している。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年４月３０日（２００２．４．３０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャン，マウ・チュン・エフ アメリカ合衆国カリフォルニア州91362， サウザンド・オークス，モンターニュ・ウ ェイ 3142 (72)発明者 マーシー，ヘンリー・オー，ザ・フィフス アメリカ合衆国カリフォルニア州93010， カマリーリョ，シエラ・メサ 1958 (72)発明者 ペドロッティ，ケネス・ディー アメリカ合衆国カリフォルニア州91320， サウザンド・オークス，ロック・スプリン グ・ストリート 1849 (72)発明者 ペールク，デービッド・アール アメリカ合衆国ノース・カロライナ州 27514，チャペル・ヒル，ジョリン・プレ ース 103 (72)発明者 シーベリー，チャールズ・ダブリュー アメリカ合衆国カリフォルニア州91302， カラバサス，パーク・コルニク 23209 (72)発明者 ヤオ，ジュン・ジェイ アメリカ合衆国カリフォルニア州91360， サウザンド・オークス，ロックフォード・ コート 3609 (72)発明者 メーロトラ，ディーパック アメリカ合衆国カリフォルニア州91360， サウザンド・オークス，イーグル・ハイ ツ・コート 2898 (72)発明者 タム，ジュリアン・ジェイ・エル アメリカ合衆国カリフォルニア州92604， アーヴィン，トゥールーズ・サークル 15402 Ｆターム(参考） 5J091 AA01 AA41 AA65 AA66 AA67 CA36 CA41 CA58 CA92 FA00 HA00 HA02 HA25 HA29 HA30 HA32 HA33 HA34 HA38 KA00 KA33 KA34 SA13 TA01 5J092 AA01 AA41 AA65 AA66 AA67 CA36 CA41 CA58 CA92 FA00 HA00 HA02 HA25 HA29 HA30 HA32 HA33 HA34 HA38 KA00 KA33 KA34 SA13 TA01

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 同調可能で高能率の電力増幅器であって、 制御入力においてＲＦ入力信号を受け取るように接続されており、前記ＲＦ入
    力信号に従って導通状態と非導通状態との間でスイッチングされる電流回路を有
    する、能動素子（Ｑ１）と、 前記電流回路に接続された無効素子のネットワーク（１００）であって、前記
    能動素子と前記ネットワークとは、前記無効素子の値によって決定される入力信
    号周波数の範囲にある前記ＲＦ入力信号を増幅する電力増幅器を形成し、前記無
    効素子は、少なくとも１つのインダクタンス（Ｌseries）と少なくとも１つのキ
    ャパシタンス（Ｃseries）とを備えている、ネットワーク（１００）と、 を備えており、前記少なくとも１つのインダクタンスと前記少なくとも１つの
    キャパシタンスとの少なくとも一方は同調可能な無効素子であり、前記同調可能
    な無効素子は、制御信号に応答して動作し前記制御信号に従って当該同調可能な
    無効素子のリアクタンス値を変動させるマイクロ電子機械（ＭＥＭ）素子を少な
    くとも１つ備えており、それにより、この増幅器が動作する入力信号周波数の前
    記範囲は前記制御信号に従って変動し、従って、更に広い範囲の入力周波数にお
    いて効率的に動作することが可能になることを特徴とする同調可能で高能率の電
    力増幅器。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の同調可能増幅器において、前記能動素子と無
    効素子の前記ネットワークとは共通の基板上に集積されていることを特徴とする
    同調可能増幅器。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の同調可能増幅器において、前記同調可能な無
    効素子はそれぞれがその無効値の範囲全体にある高いＱ値を有することを特徴と
    する同調可能増幅器。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の同調可能増幅器において、前記同調可能無効
    素子は、それぞれが、 少なくとも２つの固定値の無効要素（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）と、 前記制御信号に応答して開閉する少なくとも１つのＭＥＭスイッチ（Ｓ１、Ｓ
    ２、Ｓ３）と、 を備え、前記少なくとも１つのスイッチと前記固定値要素とは、相互に接続さ
    れており、入力と出力とを有するネットワークであって前記入力と前記出力との
    間の無効値は前記少なくとも１つのスイッチの状態に従って変動するネットワー
    クを形成する、ことを特徴とする同調可能増幅器。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の同調可能増幅器において、前記固定値の無効
    要素はそれぞれが高いＱ値を有し、それによって、高いＱ値の無効ネットワーク
    が、前記少なくとも１つのスイッチの状態によって設定されるこのネットワーク
    の無効値と無関係に前記能動素子に与えられることを特徴とする同調可能増幅器
    。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の同調可能増幅器において、前記少なくとも１
    つの同調可能な無効素子は、第１および第２の端子を有するＭＥＭ素子を備えて
    おりしており前記制御信号の値に従って前記第１および第２の端子の間で前記キ
    ャパシタンス値を連続的に変動させるように構成された同調可能なコンデンサ（
    Ｃshunt）であることを特徴とする同調可能増幅器。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の同調可能増幅器において、前記同調可能なコ
    ンデンサは高いＱ値を有し、それによって、高いＱ値の無効ネットワークが、前
    記制御信号と共に取得可能なキャパシタンス値の範囲にわたって前記能動素子に
    与えられることを特徴とする同調可能増幅器。
  8. 【請求項８】 請求項６記載の同調可能増幅器において、 前記制御信号を前記同調可能なコンデンサに提供することによってそのキャパ
    シタンスを確立するように構成された制御回路であって、デジタル・コマンド信
    号に応答して前記制御信号を生成するデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ
    を含む制御回路（１１０）を更に備えていることを特徴とする同調可能増幅器。
  9. 【請求項９】 請求項１記載の同調可能増幅器において、前記制御信号をそ
    れぞれのＭＥＭ素子に提供することによって前記同調可能な無効素子のそれぞれ
    の無効値を確立するように構成された制御回路（１１０）を更に備えていること
    を特徴とする同調可能増幅器。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の同調可能増幅器において、前記能動素子と
    無効素子の前記ネットワークと前記制御回路とは共通の基板の上に集積されてい
    ることを特徴とする同調可能増幅器。
  11. 【請求項１１】 請求項９記載の同調可能増幅器において、前記制御回路は
    コマンド信号に応答して前記制御信号を自動的に提供することを特徴とする同調
    可能増幅器。
  12. 【請求項１２】 同調可能なＥ級電力増幅器であって、 制御入力においてＲＦ入力信号を受け取るように接続されており、前記ＲＦ入
    力信号に従って導通状態と非導通状態との間でスイッチングされる電流回路を有
    する、能動素子（Ｑ１）と、 前記電流回路に接続されたバイアス・インダクタ（Ｌbias）と、 前記電流回路に接続された無効素子のネットワーク（１０２）であって、前記
    能動素子と前記バイアス・インダクタと無効素子の前記ネットワークとは、前記
    無効素子の値によって決定される入力信号周波数の範囲にある前記ＲＦ入力信号
    を増幅するＥ級電力増幅器を形成し、前記無効素子は、シャント・コンデンサ（
    Ｃshunt）と直列インダクタ（Ｌseries）と直列コンデンサ（Ｃseries）とを備
    えている、ネットワーク（１０２）と、 を備えており、前記シャント・コンデンサと前記直列インダクタと前記直列コ
    ンデンサとの少なくとも１つは、同調可能な無効素子（Ｌseries1）であり、前
    記同調可能な無効素子は、制御信号に応答して動作し前記制御信号に従って当該
    同調可能な無効素子のリアクタンス値を変動させるマイクロ電子機械（ＭＥＭ）
    素子（Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）を少なくとも１つ備えており、それにより、この増幅
    器が動作する入力信号周波数の前記範囲は前記制御信号に従って変動し、従って
    、更に広い範囲の入力周波数において効率的に動作することが可能になり、この
    増幅器は、 前記制御信号を前記少なくとも１つのＭＥＭ素子のそれぞれに提供することに
    よってそれぞれのＭＥＭ素子の同調可能な無効素子のリアクタンス値を確立する
    制御回路（１１０）を更に備えていることを特徴とする同調可能なＥ級電力増幅
    器。
  13. 【請求項１３】 請求項１２記載の同調可能なＥ級電力増幅器において、前
    記能動素子と前記バイアス・インダクタと無効素子の前記ネットワークと前記制
    御回路とは共通の基板上に集積されていることを特徴とする同調可能なＥ級電力
    増幅器。
  14. 【請求項１４】 請求項１２記載の同調可能なＥ級電力増幅器において、前
    記シャント・コンデンサと前記直列インダクタと前記直列コンデンサとはそれぞ
    れが前記同調可能な無効素子であることを特徴とする同調可能なＥ級電力増幅器
    。
  15. 【請求項１５】 請求項１２記載の同調可能なＥ級電力増幅器において、前
    記制御回路はコマンド信号に応答して前記制御信号を自動的に提供することを特
    徴とする同調可能なＥ級電力増幅器。
  16. 【請求項１６】 同調可能なＣ級電力増幅器であって、 制御入力においてＲＦ入力信号を受け取るように接続されており、前記ＲＦ入
    力信号に従って導通状態と非導通状態との間でスイッチングされる電流回路を有
    する、能動素子（Ｑ１）と、 前記能動素子の前記制御入力に接続されたバイアス・インダクタ（Ｌbias）と
    、 前記電流回路に接続されたブロッキング・コンデンサ（Ｃblock）と、 前記電流回路に接続された無効素子のネットワークであって、前記能動素子と
    前記バイアス・インダクタと前記ブロッキング・コンデンサと無効素子の前記ネ
    ットワークとは、前記無効素子の値によって決定される入力信号周波数の範囲に
    ある前記ＲＦ入力信号を増幅するＣ級電力増幅器を形成し、前記無効素子は、前
    記電流回路に接続された並列の同調された回路として構成されコンデンサ（Ｃ１
    ）とインダクタ（Ｌ１）とを備えている、ネットワーク（１０２）と、 を備えており、前記コンデンサと前記並列の同調された回路として構成された
    前記インダクタとの少なくとも一方は同調可能な無効素子であり、前記同調可能
    な無効素子は、制御信号に応答して動作し前記制御信号に従って当該同調可能な
    無効素子のリアクタンス値を変動させるマイクロ電子機械（ＭＥＭ）素子を少な
    くとも１つ備えており、それにより、この増幅器が動作する入力信号周波数の前
    記範囲は前記制御信号に従って変動し、従って、更に広い範囲の入力周波数にお
    いて効率的に動作することが可能になり、この増幅器は、 前記制御信号を前記少なくとも１つのＭＥＭ素子のそれぞれに提供することに
    よってそれぞれのＭＥＭ素子の同調可能な無効素子のリアクタンス値を確立する
    制御回路（１１０）を更に備えていることを特徴とする同調可能なＣ級電力増幅
    器。
  17. 【請求項１７】 請求項１６記載の同調可能なＣ級電力増幅器において、前
    記能動素子と前記バイアス・インダクタと前記ブロッキング・コンデンサと無効
    素子の前記ネットワークと前記制御回路とは共通の基板上に集積されていること
    を特徴とする同調可能なＣ級電力増幅器。
  18. 【請求項１８】 請求項１６記載の同調可能なＣ級電力増幅器において、前
    記コンデンサと前記並列の同調された回路において接続された前記直列インダク
    タとはそれぞれが前記同調可能な無効素子であることを特徴とする同調可能なＣ
    級電力増幅器。
  19. 【請求項１９】 請求項１６記載の同調可能なＣ級電力増幅器において、前
    記制御回路はコマンド信号に応答して前記制御信号を自動的に提供することを特
    徴とする同調可能なＣ級電力増幅器。
  20. 【請求項２０】 請求項１６記載の同調可能なＣ級増幅器において、前記バ
    イアス・インダクタは、制御信号に応答して動作し前記制御信号に従って前記バ
    イアス・インダクタのインダクタンス値を変動させるマイクロ電子機械（ＭＥＭ
    ）素子を少なくとも１つ備えている同調可能な無効素子であることを特徴とする
    同調可能なＣ級増幅器。
  21. 【請求項２１】 同調可能なＣ―Ｅ級電力増幅器であって、 制御入力においてＲＦ入力信号を受け取るように接続されており、前記ＲＦ入
    力信号に従って導通状態と非導通状態との間でスイッチングされる電流回路を有
    する、能動素子（Ｑ１）と、 前記電流回路に接続されたバイアス・インダクタ（Ｌbias）と、 前記電流回路に接続された無効素子のネットワークであって、前記能動素子と
    前記バイアス・インダクタと無効素子の前記ネットワークとは、前記無効素子の
    値によって決定される入力信号周波数の範囲にある前記ＲＦ入力信号を増幅する
    Ｃ―Ｅ級電力増幅器を形成し、前記無効素子は、シャント・コンデンサ（Ｃshun t ）と直列インダクタ（Ｌseries）と直列コンデンサ（Ｃseries）とを備えてい
    る、ネットワークと、 を備えており、前記シャント・コンデンサと前記直列インダクタと前記直列コ
    ンデンサとの少なくとも１つは、同調可能な無効素子であり、前記同調可能な無
    効素子は、制御信号に応答して動作し前記制御信号に従って当該同調可能な無効
    素子のリアクタンス値を変動させるマイクロ電子機械（ＭＥＭ）素子を少なくと
    も１つ備えており、それにより、この増幅器が動作する入力信号周波数の前記範
    囲は前記制御信号に従って変動し、従って、更に広い範囲の入力周波数において
    効率的に動作することが可能になり、この増幅器は、 前記制御信号を前記少なくとも１つのＭＥＭ素子のそれぞれに提供することに
    よってそれぞれのＭＥＭ素子の同調可能な無効素子のリアクタンス値を確立する
    制御回路（１１０）を更に備えていることを特徴とする同調可能なＣ―Ｅ級電力
    増幅器。
  22. 【請求項２２】 請求項２１記載の同調可能なＣ―Ｅ級電力増幅器において
    、前記能動素子と前記バイアス・インダクタと無効素子の前記ネットワークと前
    記制御回路とは共通の基板上に集積されていることを特徴とする同調可能なＣ―
    Ｅ級電力増幅器。
  23. 【請求項２３】 請求項２１記載の同調可能なＣ―Ｅ級電力増幅器において
    、前記シャント・コンデンサと前記直列インダクタと前記直列コンデンサとはそ
    れぞれが前記同調可能な無効素子であることを特徴とする同調可能なＣ―Ｅ級電
    力増幅器。
  24. 【請求項２４】 同調可能なＦ級電力増幅器であって、 制御入力においてＲＦ入力信号を受け取るように接続されており、前記ＲＦ入
    力信号に従って導通状態と非導通状態との間でスイッチングされる電流回路を有
    する、能動素子（Ｑ１）と、 前記電流回路に接続されたバイアス・インダクタ（Ｌbias）と、 前記電流回路と直列に接続されたコンデンサ（Ｃb）と、 前記電流回路に接続された無効素子のネットワークであって、前記能動素子と
    前記バイアス・インダクタと前記コンデンサと無効素子の前記ネットワークとは
    、前記無効素子の値によって決定される入力信号周波数の範囲にある前記ＲＦ入
    力信号を増幅して前記増幅されたＲＦ入力信号を出力において生成するＦ級電力
    増幅器を形成し、前記無効素子は、前記出力に接続された１又は複数の並列の同
    調された回路として構成され、前記並列の同調された回路はそれぞれがコンデン
    サ（Ｌ３）とインダクタ（Ｃ３）とを備えている、ネットワークと、 を備えており、前記コンデンサと前記並列の同調された回路として接続された
    前記インダクタとの少なくとも一方は同調可能な無効素子であり、前記同調可能
    な無効素子は、制御信号に応答して動作し前記制御信号に従って当該同調可能な
    無効素子のリアクタンス値を変動させるマイクロ電子機械（ＭＥＭ）素子を少な
    くとも１つ備えており、それにより、この増幅器が動作する入力信号周波数の前
    記範囲は前記制御信号に従って変動し、従って、更に広い範囲の入力周波数にお
    いて効率的に動作することが可能になり、この増幅器は、 前記制御信号を前記少なくとも１つのＭＥＭ素子のそれぞれに提供することに
    よってそれぞれのＭＥＭ素子の同調可能な無効素子のリアクタンス値を確立する
    制御回路（１１０）を更に備えていることを特徴とする同調可能なＦ級電力増幅
    器。
  25. 【請求項２５】 請求項２４記載の同調可能なＦ級電力増幅器において、前
    記能動素子と前記バイアス・インダクタと前記コンデンサと無効素子の前記ネッ
    トワークと前記制御回路とは共通の基板上に集積されていることを特徴とする同
    調可能なＦ級電力増幅器。
  26. 【請求項２６】 請求項２４記載の同調可能なＦ級電力増幅器において、前
    記コンデンサと前記並列の同調された回路において接続された前記直列インダク
    タとはそれぞれが前記同調可能な無効素子であることを特徴とする同調可能なＦ
    級電力増幅器。
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