KR20010106398A

KR20010106398A - 고주파 전력 증폭기 모듈

Info

Publication number: KR20010106398A
Application number: KR1020017000195A
Authority: KR
Inventors: 도루 후지오까; 이사오 요시다; 미네오 가쯔에다; 마사또시 모리까와; 요시꾸니 마쯔나가; 겐지 세끼네; 오사무 가가야
Original assignee: 가나이 쓰토무; 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2001-11-29
Also published as: US20020089380A1; WO2000003478A1; US6384688B1; US6535069B2

Abstract

제1 주파수 f1과 제2 주파수 f2(f2=2×f1)를 송수신 가능한 이중 대역 대응의 이동체 통신 장치용의 고주파 전력 증폭기 모듈의 출력 회로부를 출력 트랜지스터의 드레인단에 접속한 전송 선로와, 이것에 직렬로 접속한 주파수 f2의 2배인 고조파에 공진하는 병렬 공진 회로와, 이 공진 회로의 일단과 접지간에 설치한 주파수 f1의 2배인 고조파에 공진하는 직렬 공진 회로와, 병렬 공진 회로의 타단에 직렬로 설치한 f1과 f2에 정합한 출력 정합 회로로 구성한다. 그리고, 상기 전송 선로는 상기 드레인단에 존재하는 리액턴스에 의해 f2의 우수차 고조파에 대해 드레인단에서 단락이 되도록 설정하고, 병렬 공진 회로를 구성하는 회로 소자 상수는 직렬 공진 회로와 전송 선로와 상기 드레인단에 존재하는 리액턴스에 의해 f1의 기수차 고조파에 대해 드레인단에서 해방되도록 설정한다.

Description

고주파 전력 증폭기 모듈{HIGH-FREQUENCY POWER AMPLIFIER MODULE}

현재, 이동 통신 시스템으로서 서비스되고 있는 유럽의 디지털 셀룰러 시스템에 있어서, 0.9㎓대의 주파수를 이용하는 GSM(Global System for Mobile Communications) 통신 방식은 가까운 장래 가입자가 시스템 용량을 오버할 것이 예측되고 있다. 이 때문에, GSM 통신 방식과 동일 변조 방식의 GMSK(Gaussian-filtered Minimum Shift Keying)를 채용하는 등으로, 시스템이 유사하고 있는 1.8㎓ 부근의 주파수대를 이용하는 DCS(Digital Cellular System) 1800 방식을 GSM 방식과 병용하는 이중 대역 시스템 대응의 이동체 통신 장치(휴대 전화)가 요구되고 있다.

여기서, 상기 2개의 시스템(GSM 방식과 DCS1800 방식)은 주파수 이외는 거의 공통이기 때문에, 전력 증폭기 모듈 등의 고주파 부분만을 이중 대역 대응으로 함으로써 GSM/DCS1800 공용의 휴대 전화를 구성할 수 있다.

따라서, 이중 대역 대응의 전력 증폭기 모듈로 하기 위해서는 그 모듈 내에각 통신 방식에 대응하는 전력 증폭기 모듈의 계열을 각각 2개 집적하고, 각 방식을 필요에 따라서 선택적으로 전환하여 사용할 수 있는 구성이 생각된다.

도 7에 본 발명에 앞서서 검토한 이동체 통신 장치의 개략 구성을 나타낸다. 도 7에 있어서, 참조 부호 13은 분파기, 참조 부호 14는 이중 대역 대응형의 송수신안테나, 참조 부호 15는 제1 고주파 전력 증폭기 모듈(RF 파워 모듈), 참조 부호 16은 제2 RF 파워 모듈, 참조 부호 17은 광대역 증폭기(WAMP), 참조 부호 18은 무선 신호 처리 회로부(RFSPU), 참조 부호 19는 중앙 연산 처리 장치(CPU)로 이루어지는 시스템 제어부(CNTU), 참조 부호 20은 조작 패널(OP), 참조 부호 21은 스피커(SP)나 마이크로폰(MIC) 등으로 이루어지는 송수화기이다. 또, V_CC는 전원 전압이다. 또한, 전환하여 사용할 수 있는 통신 방식은 GSM 방식과 DCS1800 방식으로 하였다.

무선 신호 처리 회로부(18)는 변복조 처리부, 송수신 IF(중간 주파수)부 및 주파수 변환부(업/다운 컨버터) 등으로 이루어지고, 송신시에 있어서는 0.9㎓대의 GSM 방식과 1.8㎓대의 DCS1800 방식의 어느 쪽인지 설정된 쪽의 무선 신호(f1 또는 f2)를 생성·출력하도록 구성되어 있다. 이 2종류의 무선 송신 신호 f1, f2가 각각 제1 RF 파워 모듈(15)과 제2 RF 파워 모듈(16)에 입력된다.

RF 파워 모듈(15)은 GSM 통신 방식에 대응하는 전력 증폭기 모듈이고, 종단 증폭용의 RF 파워 MOS 전계 효과 트랜지스터 T1, 수동 소자 등으로 이루어지는 정합 회로 MC1과 MC2, 드레인 바이어스의 직류 초크용 인덕턴스 소자 Lc1 등에 의해구성되어 있다. 이 때, 트랜지스터 T1은 이동체 통신 장치 본체의 GSM/DCS1800 전환 스위치로 연동한 시스템 제어부(19)의 CPU로부터 출력되는 제1 바이어스 컨트롤 신호(22)에 의해, 트랜지스터 T1에 인가되는 게이트 전압을 차단 바이어스 레벨과 소정의 바이어스 레벨로 전환하여 출력하도록 구성되어 있다.

마찬가지로, RF 파워 모듈(16)은 DCS1800 통신 방식에 대응하는 전력 증폭기 모듈이고, 종단 증폭용의 RF 파워 MOS 전계 효과 트랜지스터 T2, 수동 소자 등으로 이루어지는 정합 회로 MC3과 MC4, 드레인 바이어스의 직류 초크용 인덕턴스 소자 Lc2 등에 의해 구성되어 있다. 이 때, 트랜지스터 T2는 이동체 통신 장치 본체의 GSM/DCS1800 전환 스위치로 연동한 시스템 제어부(19)의 CPU로부터 출력되는 제2 바이어스 컨트롤 신호(23)에 의해, 트랜지스터 T2에 인가되는 게이트 전압을 차단 바이어스 레벨과 소정의 바이어스 레벨로 전환하여 출력하도록 구성되어 있다.

그리고, 상기 RF 파워 모듈(15, 16)은 각각의 통신 방식의 무선 신호를 효율적으로 증폭하도록, 정합 회로 MC1∼MC4에 의해 정합이 취해진 최적 설계가 이루어져 있다.

이에 따라, GSM 방식의 휴대 전화로서 동작시키는 경우에는 RF 파워 모듈 (15)의 바이어스 컨트롤 신호(22)를 소정의 바이어스 레벨로 하는 한편, RF 파워 모듈(16)의 바이어스 컨트롤 신호(23)를 차단 바이어스 레벨로 설정함으로써, RF 파워 모듈(15)만을 선택적으로 동작시켜 GSM 무선 신호 f1(0.9㎓대)의 증폭을 행하게 할 수 있다.

또한, DCS1800 방식의 휴대 전화로서 동작시키는 경우에는 RF 파워 모듈(16)의 바이어스 컨트롤 신호(23)를 소정의 바이어스 레벨로 하는 한편, RF 파워 모듈(15)의 바이어스 컨트롤 신호(22)를 차단 바이어스 레벨로 설정함으로써, RF 파워 모듈(16)만을 선택적으로 동작시켜 DCS1800 무선 신호 f2(1.8㎓대)의 증폭을 행하게 할 수 있다.

상기한 바와 같은 구성은 2개의 통신 방식에 대하여 각각 전용의 RF 모듈을 내부에 설치하고, 통신 방식의 설정에 따라서 구별지어 사용되고 있다. 내부에 설치된 RF 파워 모듈은 각각의 통신 방식으로 최적 설계되어 있기 때문에, 경제적, 효율적이다.

한편, 휴대 전화에 적용되는 고주파 전력 증폭기 모듈에는 출력 파워 등의 각 시스템에 의해 결정되는 고주파 특성의 방법을 만족시킴과 함께, 보다 한층 고효율화, 소형화가 요구되고 있다.

종래부터, 송신기용 전력 증폭기의 고효율화를 도모하는 기술로서 고조파를 제어하는 기술이 잘 알려져 있다. 예를 들면, 특개소 60-109310호 공보에 개시되어 있는 1/4 파장 전송 선로의 일단을 고주파 단락하고, 타단을 증폭 소자와 직렬 공진 회로에 접속하여 희망하는 기본파 신호 출력을 직렬 공진 회로로부터 취하는 구성이 있다. 이 구성에 의해, 증폭 소자의 출력측과 1/4 파장 전송 선로와의 접속점에서는 기본파 및 기수차 고조파에 대해서는 단락이 되고, 증폭 소자의 출력 단자에 있어서의 전류와 전압의 곱이 영이 되는 이상적인 F급 동작 모드가 얻어짐과 함께 효율을 높일 수 있다.

상기 종래예의 고주파 전력 증폭 회로는 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 일단을 고주파 단락한 1/4 파장 전송 선로(24)의 타단에는 증폭 소자(25)의 출력측과 직렬 공진 회로(26)의 일단을 접속하고, 또한 직렬 공진 회로(26)의 타단을 출력 단자(27)에 접속하여 전력 증폭 회로를 구성한다. 여기서, 증폭 소자(25)에 기본 신호의 입력이 있어 동작하면, 그 1/4 파장 전송 선로(23) 상에는 전압이 분포한다. 도 8의 (b)는 1/4 파장 전송 선로(24) 상의 전압 분포의 상태를 나타내는 것으로, 기본파, 2배파의 신호 입력에 대해 얻어지는 전압 분포이다. 1/4 파장 전송 선로(24)의 일단 Ⅱ가 완전히 고주파 단락되어 있기 때문에, 접속 부분 I에는 기본파에 대해서는 개방, 2배파에 대해서는 단락의 전압이 급전된다. 이것은 3차 이상의 고조파에 대해서도 마찬가지이고, 접속 부분 I에서는 모든 기수차 고조파에 대해서는 기본과 같이 개방으로 되고, 모든 우수차 고조파에 대해서는 2배파와 같이 단락이 된다.

그러나, 상기 고조파 제어에 의한 고효율화의 기술을 상술한 도 7의 회로 구성에 적용하기 위해서는 고조파 제어용의 상기 회로가 부가된 전력 증폭기 모듈을 2개 필요로 하기 때문에, 회로 규모가 커지는 결점이 있었다.

따라서, 고주파 전력 증폭기 모듈의 구성을 1입력 1출력의 구동단 증폭기와 고주파 출력 트랜지스터가 2개의 통신 방식에 공통되어 이용되는 1계열의 2개의 주파수대를 겸용하는 고효율의 이중 대역 방식 대응의 고주파 전력 증폭기 모듈의 실현이 요구되고 있다.

또한, 상기 종래 기술의 1/4 파장 전송 선로를 이용하여 고조파 제어하는 수법은 도 7의 구성과 같이 전력 증폭기 모듈을 2개의 다른 주파수대의 휴대 전화시스템으로 적용하기 위해서는 문제가 있었다. 예를 들면, 0.9㎓ 부근의 주파수를 이용하는 GSM 방식과, 1.8㎓ 부근의 주파수를 이용하는 DCS1800 방식 공용 휴대 단말에 상기 종래예를 적용한 경우, GSM과 DCS1800의 각각의 시스템에 대하여 전송 선로가 필요해져 소형화는 어렵다. 더구나, 최근 패키지의 소형화로의 요구는 강하기 때문에, 0.9㎓와 1.8㎓의 1/4 파장 전송 선로를 동일 패키지 내에 장착하는 것은 곤란하다.

또한, 회로 구성을 GSM 전용의 전력 증폭기와 DCS1800 전용의 전력 증폭기를 설치하여 두고, 양회로를 선택적으로 사용하는 방법은 2개의 전력 증폭기를 필요로 하기 때문에 소형화가 어렵다.

소형화에는 GSM 방식과 DCS1800 방식용의 고주파 전력 증폭기 모듈에 이용하는 구동단 증폭기와 고주파 전력 출력 트랜지스터를 양시스템에서 공통으로 하는 구성이 유효하지만, 출력 전력이 2개의 시스템에서 크게 다르기 때문에 효율이 저하되게 되는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 1개의 전력 증폭기 모듈로 2개의 주파수대를 병용하는 이중 대역 통신 방식에 대응하고, 고효율이고 소형인 전력 증폭기 모듈을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

<발명의 개시>

본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기 모듈은 2개의 대역 주파수 f1, f2(f1<f2)가 송신·수신 가능한 이중 대역 방식의 무선 장치에 알맞게 사용할 수 있고, 고주파 전력 증폭기 모듈을 구성하는 구동단 증폭기와 고주파 전력 출력 트랜지스터를 양시스템의 무선 신호에 대하여 공통으로 하고, 고주파 전력 출력 트랜지스터를 포함한 출력단 회로를 고주파 전력 출력 트랜지스터와, 고조파의 전력을 억제하기 위해서 고주파 전력 출력 트랜지스터의 드레인단에 접속되는 전송 선로와, 이 전송 선로에 직렬로 접속되는 병렬 공진 회로와, 또한 직렬로 접속되는 직렬 공진 회로와, 기본파 주파수 성분을 추출하기 위해서 양시스템의 대역 주파수에 정합한 출력 정합 회로로 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.

여기서, 상기 병렬 공진기는 대역 주파수 f2의 소정의 우수차 고조파에 상당하는 주파수에 있어서 공진을 나타내도록 설정하고, 상기 전송 선로는 고주파 전력 출력 트랜지스터의 드레인 부분에 존재하는 기생 리액턴스를 이용하여 드레인단의 임피던스가 상기 우수차 고조파에 대하여 단락이 되도록 설정한다. 또한, 대역 주파수 f1의 소정의 기수차 고조파에 상당하는 주파수에 있어서 공진을 나타내도록 설정된 직렬 공진기와, 전송 선로와, 고주파 전력 출력 트랜지스터의 기생 리액턴스와의 조합에 의해 드레인단의 임피던스가 f1의 소정의 기수차 고조파에 대하여 개방이 되도록, 상기 병렬 공진기를 구성하는 회로 소자 상수의 설정을 행하는 것으로 한다.

이와 같이 구성함으로써, 전력 증폭기 모듈의 동작시는 시스템의 무선 신호에 대하여 고조파의 신호가 제어된 상태가 되기 때문에, 전력 증폭기 모듈의 고주파 전력 츨력 트랜지스터의 출력 단자에 있어서의 전류와 전압의 곱이 영이 되지 않음으로써 생기는 열의 발생을 억압할 수 있어 효율의 향상을 도모할 수 있다. 즉, 고효율이고 소형인 이중 대역 방식에 대응하는 고주파 전력 증폭기 모듈을 구성할 수 있다.

본 발명은 고주파 신호의 증폭을 행하는 고주파 전력 증폭기 모듈에 관한 것으로, 특히 2개의 대역 주파수가 송신·수신 가능한 이중 대역 방식의 무선 장치에 알맞게 사용할 수 있는 고주파 전력 증폭기 모듈에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기 모듈의 일실시예를 나타내는 회로도.

도 2는 도 1의 회로에서 사용하는 구동단 증폭기의 이득 특성을 나타내는 특성선도.

도 3은 도 1의 회로에 있어서의 3.6㎓ 동작시의 등가 회로도.

도 4는 도 1의 회로에 있어서의 2.7㎓ 동작시의 등가 회로도.

도 5는 도 1의 회로에 있어서의 출력단 트랜지스터의 드레인단에서의 임피던스를 설명하는 도면이고, 도 5(a)는 회로 구성도, 도 5(b)는 스미스차트도.

도 6은 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기 모듈의 다른 실시예를 나타내는 회로도.

도 7은 본 발명에 앞서서 검토된 이동체 통신 장치의 구성예를 나타내는 회로도.

도 8은 종래의 전력 증폭기 모듈의 일례를 설명하기 위한 회로도.

다음에 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기 모듈의 실시예에 관하여, 첨부 도면을 참조하면서 이하 상세하게 설명한다.

<실시예 1>

도 1은 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기 모듈의 일실시예를 나타내는GSM/DCS1800 이중 대역 대응의 고주파 전력 증폭기 모듈의 회로도이다. 도 1에 있어서, 참조 부호 1은 무선 신호 파워 증폭용의 고주파 전력 출력 트랜지스터(Si-MOSFET(칩)), 참조 부호 2는 전송 선로, 참조 부호 3은 병렬 공진 회로용 인덕터, 참조 부호 4는 병렬 공진 회로용 캐패시터, 참조 부호 5는 직렬 공진 회로용 인덕터, 참조 부호 6은 직렬 공진 회로용 캐패시터, 참조 부호 7은 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 기생 리액턴스, 참조 부호 8은 구동단 증폭기, 참조 부호 9는 병렬 공진 회로, 참조 부호 10은 직렬 공진 회로, Zs는 소스 임피던스, ZL은 로드 임피던스, Lc는 직류 바이어스 급전용의 초크 인덕터, MC11∼MC13은 구동단 증폭기의 정합 회로, MCO는 증폭된 GSM/DCS1800의 각 주파수에 대하여 로드 임피던스 ZL과의 정합을 취하기 위한 출력 정합 회로이다.

구동단 증폭기(8)는 2단의 Si-MOSFET로 구성되고, 도 7의 종래의 전력 증폭기(17)와 거의 마찬가지의 구성의 회로이지만, 정합 회로 MC11∼MC13에 의해 GSM 통신 방식과 DCS1800 통신 방식의 2개의 주파수에 대하여 매칭이 취해지고, 이득의 피크는 그 주파수에 존재한다. 도 2는 구동단 증폭기(8)의 드레인 바이어스 Vcc가 3.6V로 한 경우의 이득의 주파수 특성을 나타내는 도면이고, 이득의 피크가 GSM 방식의 0.9㎓대와 DCS1800 방식의 1.8㎓대가 되는 정합 방법이 취해지고 있다. 이 정합은, 예를 들면, 인덕턴스 소자와 캐패시턴스 소자를 조합하여 고이득이 되도록 적당한 값으로 설정함으로써 실현할 수 있다. 이 구동단 증폭기(8)에 의해 2종류의 주파수대의 무선 신호는 각각 고이득으로 증폭된 후, 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)에 입력된다.

이러한 특성에 의해, 상기 구동단 증폭기(8)는 GSM 방식과 DCS1800 방식의 양주파수 대역(f1∼f2)을 증폭 대역 내에 포함하기 위해, 광대역 특성을 갖게 한 증폭기(17)를 이용하는 도 7에 도시한 장치의 경우에 비해 대역 통과 필터 특성을 갖기 때문에, 통신 품질의 저하를 초래하는 고조파의 누출을 막은 상태에서 고주파 전력 추력 트랜지스터에 입력되는 무선 신호를 증폭할 수 있다.

또한, 최종단의 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 출력 회로는 상기 구동 증폭기(8)로부터 출력되는 무선 신호를 고효율로 증폭하기 위해서, 고조파 제어를 행하는 전송 선로(2), 병렬 공진 회로(9), 직렬 공진 회로(10)와, GSM/DCS1800 통신 방식의 증폭된 각 신호 주파수(2.7㎓와 3.6㎓)에 대하여 로드 임피던스 ZL과의 정합을 취하기 위한 인덕턴스 소자와 캐패시턴스 소자 등으로 이루어지는 출력 정합 회로 MCO로 구성된다.

이와 같이 구성된 최종단의 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 출력 회로부에 있어서, 상기 병렬 공진 회로(9)는 그 임피던스가 주파수 3.6㎓에서 커지도록 3. 6㎓에서 공진하도록 설정되어 있다. 또한, 병렬 공진 회로(9)를 구성하는 병렬 공진 회로용 인덕턴스(3)와 병렬 공진 회로용 캐패시터(4)의 값은 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 드레인 부분에 존재하는 기생 리액턴스(7)와 전송 선로(2)와 함께 2.7㎓에서 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 드레인단이 오픈이 되도록 설정한다. 또한, 직렬 공진 회로(10)는 2.7㎓에서의 임피던스가 작아지도록, 2.7㎓에서 공진하도록 설정한다.

이 때, 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)에 GSM(0.9㎓)/DCS1800(1.8㎓)의 기본파 신호의 입력이 있어 동작하면, 1.8㎓의 2배파인 3.6㎓와 0.9㎓의 3배파인 2.7㎓에서 등가 회로가 다르고, 드레인단에서의 전압도 다르다.

3.6㎓에서는 상기 병렬 공진 회로(9)의 임피던스가 크게 되도록, 3.6㎓에서 병렬 공진 회로(9)가 공진하도록 구성하고 있기 때문에, 도 1의 회로는 도 3에서 도시하는 등가 회로와 같아진다.

여기서, 전송 선로(2)는 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 드레인 부분에 존재하는 기생 리액턴스(7)와 함께, 3.6㎓에서 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 드레인단이 단락이 되는 길이로 설정한다. 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)에 DCS1800 방식에서 이용하는 주파수의 2배의 주파수 3.6㎓의 신호 입력이 있어 동작하면, 전송 선로(2)의 개방단으로부터 전송 선로(2) 및 기생 리액턴스(7)를 거쳐 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 드레인단에 도달하는 동안에 임피던스가 변환되고, 각 부위의 전압이 변화한다. 그리고, 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 드레인단은 단락이 된다.

또한, 2.7㎓에서는 직렬 공진 회로(10)의 임피던스가 작게 되도록, 2.7㎓에서 직렬 공진 회로(10)가 공진하도록 구성되어 있기 때문에, 도 1의 회로는 GSM 방식으로 이용하는 주파수의 3배의 2.7㎓에 있어서는 도 4에 도시한 등가 회로와 같아진다.

여기서, 병렬 공진 회로(9)를 구성하는 인덕터(3)와 캐패시터(4)의 값은 전송 선로(2)와 기생 리액턴스(7)와 함께, 2.7㎓에서 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 드레인단이 개방이 되도록 설정한다. 그리고, 고주파 전력 출력트랜지스터(1)에 2.7㎓의 신호 입력이 있어 동작하면, 병렬 공진 회로(9)의 개방단으로부터 병렬 공진 회로(9)와 전송 선로(2)와 기생 리액턴스(7)를 거쳐 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 드레인단에 도달하는 동안에 임피던스가 변환되고, 각 부위의 전압이 변화한다. 그리고, 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 드레인단은 개방이 된다.

예를 들면, 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 기생 리액턴스(7)가 0.04nH에서 공진 회로(9, 10)에 칩 소자를 이용하여 설계한 경우, 칩 인덕터(3)의 인덕턴스치를 0.4nH, 칩 컨덴서(4)의 용량치를 4.9㎊라고 하면, 병렬 공진 회로(9)의 공진 주파수는 fr=3.6㎓=1/(2π√(0.4×10^-9×4.9×10^-12))이 된다.

이 때, DCS1800 방식의 2배파인 3.6㎓에서는 등가 회로는 도 3에 도시한 바와 같이 되고, 드레인단의 임피던스를 단락 상태로 하기 위해서 기판의 비유전률이나 두께에 의존하지만, 비유전률 8.452, 두께 0.15㎜의 세라믹 기판을 이용하면, 그 전송 선로(2)의 길이는 8.55㎜로 설정된다. 이것은 기생의 리액턴스 성분을 이용하고 있기 때문에, 1/4 파장보다 짧은 값으로 되어 있다.

또한, 칩 컨덴서(6)의 용량치를 0.64㎊, 칩 인덕턴스(5)의 인덕턴스치를 5.4 nH라고 하면, 직렬 공진 회로(10)의 공진 주파수는 fr=2.7㎓=1/(2π/(0.64×10^-12× 5.4×10^-9))로 된다.

따라서, GSM 방식의 3배파인 2.7㎓에서는 등가 회로는 도 4에 도시한 바와 같고, 상술한 칩 인덕터(3)와 칩 컨덴서(4)의 값은 3.6㎓에서 공진할 뿐만 아니라,2.7㎓에서는 먼저 설정한 전송 선로(2)의 치수, 기생 리액턴스(7)와 함께, Si-MOSFET의 드레인단의 임피던스가 개방 상태가 되도록 구성되어 있다.

이상과 같이, 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 드레인단에서의 임피던스는 GSM 방식의 3배파인 2.7㎓에서는 개방, 또한, DCS1800 방식의 2배파인 3.6㎓에서는 단락이 된다.

도 5의 (a)는 이상과 같이 설계된 고조파 제어 회로 부분에 관해서, 종단 부하(로드 임피던스) ZL1을 50Ω로 하여 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 드레인단으로부터 기대한 임피던스를 구하기 위한 회로 구성도이다. 도 5의 (a)에 있어서, ΓL은 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)의 드레인단으로부터 출력측을 본 반사 계수로 하고, 50Ω을 기준으로 하고 있다. 도 5의 (b)는 이 때의 ΓL의 주파수에 대한 궤적을 스미스차트 상에 나타낸 도면이다. 이 도면으로부터, GSM 방식의 신호 주파수 0.9㎓와 DCS1800 방식의 신호 주파수 1.8㎓에서는 스미스차트의 중심 부분에 존재하고 있는 데 반하여, 0.9㎓의 3배파인 2.7㎓에서는 개방을 나타내는 A점의 위치에 있고, 1.8㎓의 2배파인 3.6㎓에서는 단락을 나타내는 B점의 위치에 있는 것을 알았다. 또한, 종단 부하를 50Ω로 설정한 경우의 결과를 나타냈지만, 임의의 종단 부하 임피던스에 있어서도 상기 고조파 제어는 만족시키고 있다.

그리고, 상기 고조파 제어가 행해진 각 무선 신호 출력은 각각의 무선 신호의 기본파에 대한 출력 정합 회로 MCO를 거쳐 출력된다.

이와 같이, 본 실시예의 고주파 전력 증폭기 모듈에서는 GSM 방식의 신호 주파수의 3배파와 DCS1800 방식의 신호 주파수의 2배파를 제어하고 있기 때문에, 고조파 전력을 억제할 수 있고, 고효율의 증폭을 행할 수 있다.

<실시예 2>

도 6은 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기 모듈의 다른 실시예를 나타내는 GSM/DCS1800 이중 대역 대응의 고주파 전력 증폭기 모듈의 회로도이다. 또한, 도 6에 있어서, 고주파 전력 출력 트랜지스터(1)를 구동하는 구동단 증폭기의 구성은 도 1과 동일하기 때문에 도 6에서는 도시를 생략한다. 또한, 도 1에서 도시한 구성 요소와 동일 구성 요소에 관해서는 동일한 참조 부호를 붙여, 그 상세한 설명은 생략한다. 즉, 본 실시예에서는 도 1에서 도시한 전송 선로(2) 대신에 집중 상수 인덕터(11)와 집중 상수 캐패시터(12)를 이용하여 고주파 전력 증폭기 모듈을 구성하고 있는 점이 상기 실시예와 상위하다.

이 고주파 전력 증폭기 모듈의 동작은 상기 실시예와 동일하지만, 도 6의 구성에서는 큰 회로 면적을 필요로 하는 전송 선로를 이용하지 않고서, 칩 인덕터와 칩 캐패시터를 이용함으로써 도 1의 제1 실시예의 회로에 비해 회로를 작게 하는 것이 가능하다.

본 실시예에 있어서도, 도 1의 전력 증폭기 모듈과 마찬가지로 GSM/DCS1800의 양통신 방식에 있어서도 고부하 효율과 소형화를 동시에 실현할 수 있는 것은 물론이다.

또한, 상기 2개의 실시예에서는 구동단 증폭기와 고주파 전력 출력 트랜지스터에 Si-MOSFET를 이용한 경우에 설명했지만, Si-MOSFET 대신에 GaAs-MESFET나 바이폴라 트랜지스터와 같은 RF 신호를 취급할 수 있는 능동 소자를 이용할 수도 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 관해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지의 설계 변경을 행할 수 있는 것은 물론이다. 예를 들면, 상기 실시예에서는 변조 방식이 모두 GMSK의 것을 나타냈지만, π/4 시프트 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조 방식, QPSK 변조 방식, 오프셋 QPSK 변조 방식 등의 각종 디지털 변조 방식 및 FM 변조 방식, AM 변조 방식 등의 각종 아날로그 변조 방식에 있어서도 적용할 수 있고, 또한, 주파수에 관해서도 하등 제약은 없다.

본 발명에 따르면, 무선 통신 방식으로서 2종류의 통신 방식을 갖는 2개의 대역 주파수가 송신·수신 가능한 이중 대역 방식의 무선 장치에 사용하는 고주파 전력 증폭기 모듈에 있어서, 2개의 다른 대역 주파수의 각각의 고조파에 관해서 제어함으로써, 불필요한 고조파 전력의 소모를 세이브할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기 모듈을 구성하는 구동단 증폭기에 있어서는 2개의 주파수에 맞춰 정합을 취함으로써, 고이득화와 고조파 누설 전력의 억제를 행할 수 있기 때문에, 고효율화가 가능해져 배터리의 장기 수명화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기 모듈을 구성하는 구동단 증폭기와 고주파 전력 출력 트랜지스터는 양대역 주파수로 공용되기 때문에, 양대역 주파수에 공통인 1계열 구성으로 되어 소형화를 도모할 수 있다.

Claims

제1 및 제2 대역 주파수를 송신·수신 가능한 이중 대역 방식의 이동체 통신 장치에 사용하는 고주파 전력 증폭기 모듈로서, 구동단 증폭기와, 고주파 전력 출력 트랜지스터를 포함하는 고주파 전력 출력 회로부로 이루어지고, 제2 대역 주파수가 제1 대역 주파수보다도 큰 양대역 주파수로 공용하는 1입력 1출력의 1계열 구성인 송신용의 고주파 전력 증폭기 모듈에 있어서,

상기 고주파 전력 출력 회로부는,

상기 고주파 전력 출력 트랜지스터의 출력단에 직렬로 접속되는 임피던스와,

상기 임피던스에 직렬로 접속되고, 제2 대역 주파수의 소정의 우수차 고조파에 있어서 공진하는 병렬 공진 회로와,

상기 병렬 공진 회로에 직렬로 접속되어 타단이 접지된 제1 대역 주파수의 소정의 기수차 고조파에 있어서 공진하는 직렬 공진 회로와,

상기 병렬 공진 회로에 접속되어 제1 및 제2 양주파수 대역과 정합한 출력 정합 회로

를 포함하고,

상기 임피던스는 상기 고주파 전력 출력 트랜지스터의 출력단에 존재하는 기생 리액턴스에 의해 상기 고주파 전력 출력 트랜지스터의 출력단이 상기 제2 대역 주파수의 우수차 고조파에 대하여 단락이 되도록 설정되고,

상기 병렬공진 회로가 상기 직렬 공진 회로와 상기 임피던스와 상기 고주파전력 트랜지스터의 출력단에 존재하는 기생 리액턴스에 의해 상기 고주파 전력 출력 트랜지스터의 출력단이 상기 제1 대역 주파수의 기수차 고조파에 대하여 개방이 되도록 설정되어 있는 것

을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기 모듈.
제1항에 있어서,

상기 제2 대역 주파수는 상기 제1 대역 주파수의 2배인 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기 모듈.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 구동단 증폭기가 제1 대역 주파수와 제2 대역 주파수에서 각각 이득의 피크를 포함하도록 주파수 특성을 설정한 정합 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기 모듈.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,

상기 임피던스는 전송 선로에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기 모듈.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,

상기 임피던스는 집중 상수 인덕터와 집중 상수 캐패시터와의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기 모듈.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 고주파 전력 증폭 출력 트랜지스터는 Si-MOSFET인 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기 모듈.