多級放大器制造技術

根據空載電流與飽和電流的關系來設定末級以外的放大器中至少一個以上放大器的偏置條件。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及在衛星通信、地面微波通信和移動通信等中使用的、滿足失真技術規范的準線性多級放大器。另外，同時由于放大器在無線設備中屬于功耗最大的設備，因此要求高效率和低功耗。為此，需要通過使用失真補償電路改善放大器的失真特性，以便能夠在飽和區附近進行的工作，從而實現高效率。附圖說明圖1是示出例如在特開昭60-157305號公報中公開了的現有的多級放大器的結構圖，圖中，1是輸入端子，2是用于補償放大器3的失真的失真補償電路，3是由一級或者多級構成的放大器，4是輸出端子，5是在內部設置了調整輸入信號的失真量的偏置電路的放大器，6是一個將空載電流Ido設定在0.1Idss～0.75Idss范圍內的鎵砷(GaAs)場效應晶體管(FET)。其中，Idss是GaAs FET6的飽和電流。7是用于調整輸入信號的信號電平的衰減器。其次，說明其工作。由放大器3放大的信號會由于放大器3的增益特性(AM-AM特性)及相位特性(AM-PM特性)為非線性而產生失真。一般，放大器3的AM-AM特性是對于輸入功率或者輸出功率其增益減小，而放大器3的AM-PM特性是對于輸入功率或者輸出功率其相位超前。從而，如果失真補償電路2能夠產生與放大器3的AM-AM特性及AM-PM特性相反的失真特性，則能夠補償輸入信號的失真。這里，圖2是示出AM-AM特性及AM-PM特性對于空載電流Ido的依賴性的說明圖。從如圖2所示可知，通過把偏置條件從A類置為AB類，則相位特性相對于輸出功率將會從超前特性變為滯后特性。在現有的例子中，把偏置條件設定在空載電流Ido＝0.1Idss～0.75Idss的范圍。在作為空載電流Ido的上限的0.75Idss以下時，對于輸出功率，可以得到相位滯后的特性。另一方面，在作為下限的0.1Idss以上時，可以得到這樣的增益特性對于輸出功率來說，增益不增加、幾乎恒定。從而，在內部安裝了把偏置條件設定為空載電流Ido＝0.1Idss～0.75Idss范圍的偏置電路的放大器5具有，對于輸出功率增益幾乎為恒定的AM-AM特性和相位特性滯后的AM-PM特性。由此，由于包含內部安裝了偏置電路的放大器5的失真補償電路2的特性成為對于輸出功率其增益幾乎恒定而相位特性滯后的，故該失真補償電路2能夠不使失真補償對象的放大器3的增益特性惡化而僅改善其相位特性。另外，由于在失真補償電路2中包含著多個安裝了偏置電路的放大器5和衰減器7，因此能夠進行適當調整使得失真補償電路2的特性成為與放大器3相反的特性。傳統的多級放大器由于像以上那樣來構成，因此存在著下述問題，失真補償電路2由于包含衰減器的關系而變得大型化，另外還降低了失真補償電路2的增益。另外，由于作為失真僅改善了相位特性，因此存在著不能夠得到把增益特性包含在內的大的失真補償效果的問題。本專利技術是為了解決上述問題而提出的，其目的在于得到不導致大型化或者增益的減少、而且能夠得到大的失真補償效果的多級放大器。由此，具有不導致大型化或者增益的減少而能得到大的失真補償效果的效果。本專利技術的多級放大器中，設定放大器的偏置條件使得空載電流小于飽和電流的十分之一。由此，能夠得到大的失真補償效果的效果。在本專利技術的多級放大器中，設定其放大器的柵極寬度，使得末級放大器的柵極寬度、和把偏置條件設定為可使空載電流小于飽和電流的十分之一的放大器的柵極寬度滿足預定的條件。由此，具有能夠實現高效率、低失真多級放大器的效果。在本專利技術的多級放大器中，如果把末級放大器的柵極寬度記為Wgn，把偏置條件設定為可使空載電流小于飽和電流的十分之一的第i級放大器的柵極寬度記為Wgi，把從第(i+1)級放大器到末級放大器的增益記為G，則設定第i級放大器的柵極寬度以便滿足下述的關系式Wgi＞2.4×Wgn/G因此，具有能夠提高多級放大器效率的效果。圖2是示出AM-AM特性及AM-PM特征對于空載電流Ido的依賴性的說明圖。圖3是示出本專利技術實施例1的多級放大器的結構圖。圖4是示出AM-AM特性及AM-PM特性對于空載電流Ido的依賴性的說明圖。圖5是說明失真補償原理的說明圖。圖6是示出多級放大器總體中的增益特性、相位特性和失真特性的說明圖。其中，作為第一級放大器12的偏置條件，設定為空載電流Ido小于飽和電流Idss的十分之一。其次，說明其工作。圖4是示出AM-AM特性及AM-PM特性對于空載電流Ido的依賴性的說明圖。測定了的放大元件是柵極寬度2.1mm的GaAsHEMT，該圖是在頻率1.95GHz下進行評價的結果。從其結果可知，通過減小空載電流、使得Ido＜0.1Idss，可以得到對于輸入功率而言，增益一度增加后又減小的增益特性。另外還可知，通過減小空載電流而接近于B類工作，可以得到對于輸入功率相位滯后的相位特性。從而，作為第一級放大器12的偏置條件，如果把空載電流Ido設定為小于0.1Idss，則第一級放大器12可以得到下述特性對于輸入功率，其增益一度增加后又減小，并且其相位特性滯后。隨著使偏置級接近于B類，可以得到上述特性的原因如下。在偏置條件為A類時，由于互導gm對于輸入功率單調地減少，因此增益單調地減少，而隨著偏置條件接近于B類，由于晶體管的互導gm一度增加后又減小，因此增益也成為一度增加后又減少的特性。其次，說明通過把第一級放大器12的偏置條件設定為空載電流Ido＜0.1Idss，能夠補償末級放大器16的失真的原理。首先，如圖5(a)那樣定義輸入功率、輸出功率、增益及相位。把第一級放大器12的輸入功率記為Pin1，把輸出功率記為Pout1，把增益記為Gain1，把相位記為Phase1。把第二級放大器14的輸入功率記為Pin2，把輸出功率記為Pout2，把增益記為Gain2，把相位記為Phase2。把末級放大器16的輸入功率記為Pin3，把輸出功率記為Pout3，把增益記為Gain3，把相位記為Phase3。把多級放大器總體的輸入功率記為Pin，把輸出功率記為Pout，把增益記為Gain，把相位記為Phase。多級放大器的增益由Gain＝Gain1×Gain2×Gain3給出，相位由Phase＝Phase1+Phase2+Phase3給出。圖5(b-1)示出第一級放大器12的偏置條件為Ido＞0.75Idss時的增益特性和相位特性，圖5(b-2)示出第一級放大器12的偏置條件為Ido＝0.1～0.75Idss時的增益特性和相位特性，圖5(b-3)示出第一級放大器12的偏置條件為Ido＜0.1Idss時的增益特性和相位特性。另外，圖中，點劃線示出多級放大器的工作輸出電平。在具有對于失真特性的規格的多級放大器中，一般第二級放大器14的工作電平(參照圖5(c))與末級放大器16的工作電平(參照圖5(d))相比較增大了補償(backoff)以使第二級放大器14中的失真小于末級放大器16的失真。通常增大了2～3dB左右的補償。第1級放大器12的偏置條件一般由于成為與末級放大器16相同的偏置條件，因此成為第5圖(b-1)所示。與第2級放大器14的情況相同，第1級放大器12的工作電平與末級放大器16的工作電平相比較增大了補償。其次，上述以往例(失真補償電路)的偏置條件的情況成為圖5(b-2)。對于輸入功率，增益特性幾乎恒定地推移了以后，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多級放大器，該多級放大器具有串聯連接的多個放大器，其特征在于：根據空載電流與飽和電流的關系來設定末級以外的放大器中至少一個放大器的偏置條件。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：森一富，新莊真太郎，池田幸夫，
申請(專利權)人：三菱電機株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]