ドハティアンプ
【課題】 広い周波数帯域に渡って、線形性に優れ、高効率の動作が可能なドハティアンプを提供する。
【解決手段】 ドハティアンプにおいて、入力電力検出回路１１３，１１４および、ピークアンプ１０２の出力側に、可変容量ダイオード１１５とλ／４線路１０８を付加し、検出された入力電力にしたがって可変容量ダイオード１１５の容量値を変化させ、出力合成部１１０からピークアンプ１０２を見たインピーダンスを実質的にオープンにする。
【解決手段】 ドハティアンプにおいて、入力電力検出回路１１３，１１４および、ピークアンプ１０２の出力側に、可変容量ダイオード１１５とλ／４線路１０８を付加し、検出された入力電力にしたがって可変容量ダイオード１１５の容量値を変化させ、出力合成部１１０からピークアンプ１０２を見たインピーダンスを実質的にオープンにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広い帯域に渡って高い増幅効率を達成するドハティアンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワーアンプの分野では、更なる高効率化を達成するため、各種の方式が提案されてきている。ドハティアンプもその一つであり、飽和出力から下がった出力レベルでも、飽和時に近い高効率を得られることを目指している。
【０００３】
図１は一般的なドハティアンプの概略構成を示している。ドハティアンプは、Ｃクラス等の如き高効率かつ非線形特性を備えたピークアンプ２と、ＡＢクラス等の如き略線形特性を備えたキャリアアンプ１と、キャリアアンプの出力整合回路３と、ピークアンプの出力整合回路４と、合成時のインピーダンス変換用のキャリアアンプ出力側λ／４線路６と、λ／４線路６の遅延分を補正するためのピークアンプ入力側λ／４線路５と、入力分配部９と、出力合成部１０とから構成されている。
【０００４】
入力信号（入力電力）が低い時にはキャリアアンプ１のみが作動し、入力信号が大きくなってくると、ピークアンプ２も増幅動作を始め、キャリアアンプ１とピークアンプ２の合成された電力が出力合成部１０より出力される。入力レベルがさらに大きくなると、キャリアアンプ１が先に飽和し、そこからはピークアンプ２だけが増幅動作を受け持つ。こうすることによって２つのアンプの飽和する入力電力がずれるため、飽和点より５ｄＢ以上低い出力まで、高効率な増幅動作を行うことができる。言い換えると、バックオフ量（飽和出力レベルと動作時平均出力レベルとの差）が大きくても効率が良い状態が維持される。
【０００５】
高効率な増幅特性を引き出すためには、キャリアアンプ１のみが動作状態でピークアンプ２が非動作状態である小信号時には、出力合成点１０からピークアンプ２側を見た際のインピーダンスＺＸは、オープン（ハイインピーダンス）に見せる必要がある。インピーダンスＺＸがオープンではない場合、ピークアンプ２側に出力電力が回りこんでしまい、出力電力の損失が発生するためである。実際のドハティアンプでは、出力整合回路４の影響もあり、図７のスミスチャート（インピーダンスチャート）に示すように、所望周波数ｍ２でのインピーダンスはオープンからずれていることが多い。
【０００６】
そこで、図２に示すように、出力整合回路４の後にマイクロストリップラインなどで構成された位相調整部７を付加し、図８のように所望周波数ｍ２のインピーダンスＺＸをオープンにするようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３３０８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図２に示すような従来のドハティアンプにおいては、例えば図８のｍ１とｍ２のようにオープンに近づけられる周波数帯域が狭く、すなわち、高効率動作させることの出来る周波数帯域が狭いという問題があった（図１０）。これは、マイクロストリップラインなどで構成された位相調整部７では位相をシフトするだけであるために、インピーダンスＺＸは、それよりピークアンプ２に近い側のインピーダンスＺＬの周波数特性に左右されてしまっているためである。ピークアンプ２の出力整合回路４は、ピークアンプ２の動作時の特性を引き出すために調整されており、ピークアンプ２が非動作時のインピーダンスを考慮して調整することは非常に困難であり、これを行うことで、ピークアンプ２の動作時の特性を劣化させてしまう恐れもある。
【０００９】
また、図３に示すように、ピークアンプの出力経路に直列にスイッチ回路１１を設けることで、インピーダンスＺＸをオープンに見せることは可能であるが、この方法だと、ある入力電力で、突然キャリアアンプ１の出力にピークアンプ２の出力が合成され始めることになり、ドハティアンプの利点である滑らかな出力合成が困難になり、線形性の劣化などの弊害が起こる。
【００１０】
本発明は、広い周波数帯域に渡って線形性に優れ、かつ高効率な増幅動作を可能とするドハティアンプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のドハティアンプは、低レベル信号を増幅するキャリアアンプと、当該キャリアアンプと、入力分配部及び出力合成部を介して並列に結合され、低レベル信号より高い高レベル信号を増幅するピークアンプと、当該ピークアンプの入力側に結合され、当該ピークアンプへの高レベル信号の入力を検知する入力信号検出回路と、当該入力信号検出回路の出力側に結合され、高レベル信号のレベルにより容量値が変化する可変容量ダイオードと、出力合成部から見てピークアンプ寄りにおいて、当該ピークアンプ及び可変容量ダイオードの出力側に結合された位相器とを備える。
【００１２】
上述の入力信号検出回路を、ピークアンプの入力側に結合され、高レベル信号を直流電圧に変換する検波回路と、当該検波回路の出力側に直列に結合され、直流電圧を、可変容量ダイオードを制御する制御電圧に変換する電圧変換部とから構成することができる。
【００１３】
一方、入力信号検出回路を、ピークアンプの入力側に結合され、高レベル信号を第１の直流電圧に変換する第１の検波回路と、ピークアンプの出力側に結合され、当該ピークアンプから出力された出力信号を第２の直流電圧に変換する第２の検波回路と、第１の検波回路及び第２の検波回路の出力側に結合され、第１の直流電圧及び第２の直流電圧を比較し、可変容量ダイオードを制御する制御電圧を生成する比較器とから構成することができる。
【００１４】
更には可変容量コンデンサと、ピークアンプの出力側との間に結合されたＤＣカットコンデンサを含むように構成することができる。また、位相器をλ／４線路より構成することができる。
【００１５】
本発明の他のドハティアンプは、低レベル信号を増幅するキャリアアンプと、当該キャリアアンプと、入力分配部及び出力合成部を介して並列に結合され、低レベル信号より高い高レベル信号を増幅するピークアンプと、当該ピークアンプの入力側に結合され、当該ピークアンプへの高レベル信号の入力を検知する入力信号検出回路と、出力合成部から見てピークアンプ寄りにおいて、ピークアンプ及び入力信号検出回路の出力側に結合された可変抵抗ダイオードとを備える。
【００１６】
上述と同様、入力信号検出回路が、ピークアンプの入力側に結合され、高レベル信号を直流電圧に変換する検波回路と、当該検波回路の出力側に直列に結合され、直流電圧を、可変容量ダイオードを制御する制御電圧に変換する電圧変換部とから構成することができる。
【００１７】
更に、可変抵抗ダイオードの出力側に結合され、接地されたチョークコイルを含むように構成することができる。
【００１８】
更に本発明の他のドハティアンプは、低レベル信号を増幅するキャリアアンプと、当該キャリアアンプと、入力分配部及び出力合成部を介して並列に結合され、低レベル信号より高い高レベル信号を増幅するピークアンプと、ピークアンプの入力側に結合され、当該ピークアンプへの高レベル信号の入力を検知する入力信号検出回路と、高レベル信号のレベルに応じて、出力合成部からピークアンプを見たインピーダンスを実質的にオープンにする手段とを備える。
【００１９】
上述のいずれのドハティアンプにおいても、ピークアンプの出力側に、当該ピークアンプに直接結合された出力整合回路を更に設けることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のドハティアンプでは、ピークアンプの非動作時において、出力合成部からピークアンプ側を見たインピーダンスを、周波数の広帯域に渡って実質的にオープンにすることが可能となる。従って、広帯域に渡って効率的な増幅を維持することができる。また、スイッチ的な切換が行われないため、出力合成部からピークアンプ側を見たインピーダンスは入力電力により、徐々に変化し、ドハティアンプの特性である滑らかな合成も維持され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図４は、第１の実施の形態によるドハティアンプ（Doherty amplifier）１００の回路図である。ドハティアンプ１００は、キャリアアンプ１０１と、ピークアンプ１０２と、出力整合回路１０３と、出力整合回路１０４と、ピークアンプ入力側λ／４線路１０５と、キャリアアンプ出力側λ／４線路１０６と、入力分配部１０９と、出力合成部１１０とを備える。
【００２３】
更にドハティアンプ１００は、ピークアンプ出力側λ／４線路１０８と、ＤＣカットコンデンサ１１２と、電力検波部１１３と、制御部１１４と、可変容量コンデンサ１１５と、入力電力抽出部１１６と、キャリアアンプ出力側λ／４線路１１７とを備える。
【００２４】
キャリアアンプ１０１と、出力整合回路１０３と、λ／４線路１０６と、λ／４線路１１７からなる第１の直列回路は、λ／４線路１０５と、ピークアンプ１０２と、出力整合回路１０４と、λ／４線路１０８からなる第２の直列回路に、入力分配部１０９及び出力合成部１１０を介して並列結合されている。また、ＤＣカットコンデンサ１１２と、電力検波部１１３と、制御部１１４と、可変容量コンデンサ１１５とからなる回路は、第２の直列回路に並列結合されている。そしてＲＦ入力電力が、入力分配部１０９を介して入力され、所定の増幅作用を受けた後、出力合成部１１０から出力される。
【００２５】
キャリアアンプ（搬送増幅器）１０１は、ＡＢ、Ｂクラス等の略線形特性に設定され、低入力電力信号レベルで動作可能な増幅器より構成され得る。すなわち、キャリアアンプ１０１は、低レベル信号（低レベル電力）を増幅するものである。キャリアアンプ１４は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や、仮像高電子移動トランジスタ（ＰＨＥＭＴ：pseudomorphic high electron mobility transistor）、ＭＥＳＦＥＴ、ヘテロ構造電界効果トランジスタ（Ｈ−ＦＥＴ、）ＨＥＭＴ及び他の３端子デバイス等、種々のデバイスより構成可能であるが、その種類は限定されない。
【００２６】
一方、ピークアンプ（ピーク増幅器）１０２は、Ｃクラス等の高効率および非線形特性に設定され、キャリアアンプ１０１が動作する入力電力信号レベルより、高いレベルで動作可能な増幅器より構成され得る。すなわち、ピークアンプ１０２は、前述の低レベル信号より高い高レベル信号（高レベル電力）を増幅する際に、より優れた特性を発揮する。ピークアンプ１０２もキャリアアンプ１０１と同様のデバイスで構成可能であるが、その種類は限定されない。特にピークアンプ１０２は、大信号電力が入力されたときに増幅動作を主に受け持つものである。ピークアンプ１０２の電力効率は、キャリアアンプ１０１の電力効率に比べ、高い入力信号レベルにおいて特性的に優れたものである。
【００２７】
キャリアアンプ１０１の出力整合回路１０３は、キャリアアンプ１０１の出力側に直接結合されている。ピークアンプ１０２の出力整合回路１０４は、ピークアンプ１０２の出力側に直接結合されている。出力整合回路１０３，１０４は、各々キャリアアンプ１０１、ピークアンプ１０２の最適負荷インピーダンスを所定のインピーダンスに変換するものであり、通常の整合回路により構成され得る。
【００２８】
キャリアアンプ１０１の出力側のλ／４線路１０６は、出力整合回路１０３の出力側に結合され、キャリアアンプ１０１、出力整合回路１０３からの信号を９０度位相シフトするものであり、合成時のインピーダンス変換に使用されるものである。ピークアンプ１０２の入力側のλ／４線路１０５は、ピークアンプ１０２の入力側に結合され、λ／４線路１０６の遅延分（位相シフト）を補正するためのものである。λ／４線路１０５，１０６は、通常の位相器により構成され得る。
【００２９】
更に、λ／４線路１０５の出力側と、ピークアンプ１０２の入力側との間に位置する入力電力抽出部１１６に、電力検波部１１３、さらにこれに直列に接続された制御部（電圧変換部）１１４が順次結合されている。
【００３０】
電力検波部１１３は、入力分配部１０９を介して入力された入力電力を直流に変換するものであり、一般的な検波回路により構成され得る。電力検波部１１３は上述の高レベル信号を直流電圧に変換するものである。また、制御部１１４は、電力検波部１１３からの直流入力電圧を、可変容量コンデンサ１１５に必要な直流の制御電圧に変換するものであり、一般的な電圧型変換装置により構成され得る。電力検波部１１３と制御部１１４は、入力信号検出回路を構成する。
【００３１】
制御部１１４の出力側は、ＤＣカットコンデンサ１１２と、接地され、上述の高レベル信号のレベルにより容量が変化する可変容量コンデンサ１１５の間に結合されている。ＤＣカットコンデンサ１１２、可変容量コンデンサ１１５は、一般的なコンデンサ、可変容量コンデンサにより構成され得る。
【００３２】
また、ピークアンプ出力側λ／４線路１０８は、出力整合回路１０４と、ＤＣカットコンデンサ１１２の結合点の出力側に結合され、出力合成部１１０から見てピークアンプ１０２寄りに配置されている。そして、λ／４線路１０８の遅延分を補正するため、キャリアアンプ１０１の出力側において、λ／４線路１１７が、λ／４線路１０６の出力側に結合されている。λ／４線路１０８，１１７も、λ／４線路１０５，１０６と同様に構成され得る。ただし、λ／４線路１０８をλ／４線路で構成することは絶対的に必要なものではなく、他の位相器によって構成することもできる。
【００３３】
次に、上述した構成を有するドハティアンプ１００の作用を説明する。
【００３４】
入力分配部１０９を介して入力されたＲＦ入力電力は、入力電力抽出部１１６で抽出され、電力検波部１１３で直流電圧に変換される。この直流電圧は、制御部１１４によって可変容量コンデンサ１１５に必要な直流の制御電圧に変換され、可変容量コンデンサ１１５の容量値を変化させる。
【００３５】
そして、入力電力のレベルが低く、ピークアンプ１０２が非動作時には、入力分配部９からの入力電力が実質的に存在しない。従って、可変容量コンデンサ１１５には低い電圧が印加され、容量値は大きくなる。この結果、入力電圧の所望周波数でのインピーダンスＺＬは低くなる。この場合、図９のように、出力合成部１０から見たインピーダンスＺＸはオープンに見えることとなる（インピーダンスＺＸはハイインピーダンスになる）。
【００３６】
そして、入力電力のレベルが大きくなると、ピークアンプ１０２が動作を開始する。すると、可変容量コンデンサ１１５への印加電圧が上昇し、その容量値は減少していき、実質的に、可変容量コンデンサ１１５の容量が無視できる状態へ移行する。そして、インピーダンスＺＸは、徐々にオープンの状態からピークアンプ１０２自身のもつインピーダンスへ変わることとなる。
【００３７】
このように、ピークアンプ１０２が非動作時において、出力合成部１１０からピークアンプ１０２側を見た際の、インピーダンスＺＸを広帯域に渡ってオープンに見せることが可能となり、広い帯域に渡って高効率を維持することが可能となる。また、スイッチ的な切替が行われないため、出力合成部１１０からピークアンプ１０２側を見たインピーダンスＺＸは入力電力により、徐々に変化し、ドハティアンプの特性である滑らかな合成も可能とする。λ／４線路１０８の遅延分を補正するためのキャリアアンプ出力側λ／４線路１１７はキャリアアンプ１０１の入力側に配置されても良い。
【００３８】
（実施の形態２）
図５は、第２の実施の形態によるドハティアンプ２００の回路図である。基本的な構成および動作は第１の実施の形態とほぼ同じである。このドハティアンプ２００においては、第１の実施の形態における制御部１１４のかわりに、オペアンプ等から構成される比較器１２２が設けられている。更に、比較器１２２のプラス（＋）側入力端子と、出力整合回路１０４の出力側（ピークアンプ１０２の出力側）における出力電力抽出部１２１との間に、もう一つの電力検波部（第２の検波回路）１２０が接続されている。
【００３９】
本形態においては、電力検波部１１３が第１の直流電圧を出力し、電力検波部１２０が、ピークアンプ１０２から出力された出力信号を第２の直流電圧に変換するものと考えることができる。そして、比較器１２２が、電力検波部１１３と電力検波部１２０の出力側に結合され、第１の直流電圧及び第２の直流電圧を比較し、可変容量ダイオード１１５を制御する制御電圧を生成する。言い換えると、本形態は、ピークアンプ１０２の利得の変化を検出し、可変容量コンデンサ１１５の制御に使用するものである。
【００４０】
（実施の形態３）
図６は、第３の実施の形態によるドハティアンプ３００の回路図である。基本的な構成および動作は第１及び第２の実施の形態とほぼ同じである。このドハティアンプ３００においては、第１の実施の形態における可変容量コンデンサ１１５とλ／４線路１０８より構成されたショートスタブによるインピーダンス変換の変わりに、直列に可変抵抗ダイオード１１８が、出力整合回路１０４と制御部１１４の出力側に結合されている。さらに、可変抵抗ダイオード１１８の出力側に、接地されたチョークコイル１１９が接続されている。
【００４１】
上述の実施形態において、可変容量コンデンサ１１５とλ／４線路１０８、又は可変抵抗ダイオード１１８は、高レベル信号のレベルに応じて、出力合成部１１０からピークアンプ１０２を見たインピーダンスを実質的にオープンにする手段である。しかしながらこのような手段は本明細書に記載された構成には限定されず、出力合成部１１０からピークアンプ１０２の側を見た際のインピーダンスを実質的にオープンにする種々のものを採用することができる。
【００４２】
「実質的にオープン」とは、完全にオープンでない場合も含み得るが、広帯域において、実用上弊害がない程度に、インピーダンスがオープンになる程度をいう。また、「広帯域」とは、ドハティアンプに入力される電力の周波数を十分カバーする程度の周波数のレンジをいう。
【００４３】
上述したように、本発明のドハティアンプでは、ピークアンプの非動作時において、出力合成部からピークアンプ側を見たインピーダンスを、周波数の広帯域に渡ってオープンにすることが可能となる。従って、広帯域に渡って効率的な増幅を維持できる。また、スイッチ的な切換が行われないため、出力合成部からピークアンプ側を見たインピーダンスは入力電力により、徐々に変化し、ドハティアンプの特性である滑らかな合成も可能とするという作用を有する。
【００４４】
以上、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、広い周波数帯域に渡って線形性に優れ、かつ効率的な増幅が可能なドハティアンプが提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】ドハティアンプの構成を示すブロック図。
【図２】ドハティアンプの他の構成を示すブロック図。
【図３】ドハティアンプの他の構成を示すブロック図。
【図４】第１の実施の形態によるドハティアンプのブロック図。
【図５】第２の実施の形態によるドハティアンプのブロック図。
【図６】第３の実施の形態によるドハティアンプのブロック図。
【図７】従来例におけるインピーダンスＺＸのスミスチャート。
【図８】従来例におけるインピーダンスＺＸのスミスチャート。
【図９】本発明でのインピーダンスＺＸのスミスチャート。
【図１０】従来例でのドレイン効率の周波数特性を示すグラフ。
【図１１】本発明での入力電力に対する諸特性の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４７】
１０１ キャリアアンプ
１０２ ピークアンプ
１０３ 出力整合回路
１０４ 出力整合回路
１０５ λ／４線路
１０６ λ／４線路
１０７ 位相調整部
１０８ λ／４線路
１０９ 入力分配部
１１０ 出力合成部
１１１ スイッチ回路
１１２ ＤＣカットコンデンサ
１１３ 電力検波部
１１４ 制御部
１１５ 可変容量コンデンサ
１１６ 入力電力抽出部
１１７ λ／４線路
１１８ 可変抵抗ダイオード
１１９ チョークコイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広い帯域に渡って高い増幅効率を達成するドハティアンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワーアンプの分野では、更なる高効率化を達成するため、各種の方式が提案されてきている。ドハティアンプもその一つであり、飽和出力から下がった出力レベルでも、飽和時に近い高効率を得られることを目指している。
【０００３】
図１は一般的なドハティアンプの概略構成を示している。ドハティアンプは、Ｃクラス等の如き高効率かつ非線形特性を備えたピークアンプ２と、ＡＢクラス等の如き略線形特性を備えたキャリアアンプ１と、キャリアアンプの出力整合回路３と、ピークアンプの出力整合回路４と、合成時のインピーダンス変換用のキャリアアンプ出力側λ／４線路６と、λ／４線路６の遅延分を補正するためのピークアンプ入力側λ／４線路５と、入力分配部９と、出力合成部１０とから構成されている。
【０００４】
入力信号（入力電力）が低い時にはキャリアアンプ１のみが作動し、入力信号が大きくなってくると、ピークアンプ２も増幅動作を始め、キャリアアンプ１とピークアンプ２の合成された電力が出力合成部１０より出力される。入力レベルがさらに大きくなると、キャリアアンプ１が先に飽和し、そこからはピークアンプ２だけが増幅動作を受け持つ。こうすることによって２つのアンプの飽和する入力電力がずれるため、飽和点より５ｄＢ以上低い出力まで、高効率な増幅動作を行うことができる。言い換えると、バックオフ量（飽和出力レベルと動作時平均出力レベルとの差）が大きくても効率が良い状態が維持される。
【０００５】
高効率な増幅特性を引き出すためには、キャリアアンプ１のみが動作状態でピークアンプ２が非動作状態である小信号時には、出力合成点１０からピークアンプ２側を見た際のインピーダンスＺＸは、オープン（ハイインピーダンス）に見せる必要がある。インピーダンスＺＸがオープンではない場合、ピークアンプ２側に出力電力が回りこんでしまい、出力電力の損失が発生するためである。実際のドハティアンプでは、出力整合回路４の影響もあり、図７のスミスチャート（インピーダンスチャート）に示すように、所望周波数ｍ２でのインピーダンスはオープンからずれていることが多い。
【０００６】
そこで、図２に示すように、出力整合回路４の後にマイクロストリップラインなどで構成された位相調整部７を付加し、図８のように所望周波数ｍ２のインピーダンスＺＸをオープンにするようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３３０８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図２に示すような従来のドハティアンプにおいては、例えば図８のｍ１とｍ２のようにオープンに近づけられる周波数帯域が狭く、すなわち、高効率動作させることの出来る周波数帯域が狭いという問題があった（図１０）。これは、マイクロストリップラインなどで構成された位相調整部７では位相をシフトするだけであるために、インピーダンスＺＸは、それよりピークアンプ２に近い側のインピーダンスＺＬの周波数特性に左右されてしまっているためである。ピークアンプ２の出力整合回路４は、ピークアンプ２の動作時の特性を引き出すために調整されており、ピークアンプ２が非動作時のインピーダンスを考慮して調整することは非常に困難であり、これを行うことで、ピークアンプ２の動作時の特性を劣化させてしまう恐れもある。
【０００９】
また、図３に示すように、ピークアンプの出力経路に直列にスイッチ回路１１を設けることで、インピーダンスＺＸをオープンに見せることは可能であるが、この方法だと、ある入力電力で、突然キャリアアンプ１の出力にピークアンプ２の出力が合成され始めることになり、ドハティアンプの利点である滑らかな出力合成が困難になり、線形性の劣化などの弊害が起こる。
【００１０】
本発明は、広い周波数帯域に渡って線形性に優れ、かつ高効率な増幅動作を可能とするドハティアンプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のドハティアンプは、低レベル信号を増幅するキャリアアンプと、当該キャリアアンプと、入力分配部及び出力合成部を介して並列に結合され、低レベル信号より高い高レベル信号を増幅するピークアンプと、当該ピークアンプの入力側に結合され、当該ピークアンプへの高レベル信号の入力を検知する入力信号検出回路と、当該入力信号検出回路の出力側に結合され、高レベル信号のレベルにより容量値が変化する可変容量ダイオードと、出力合成部から見てピークアンプ寄りにおいて、当該ピークアンプ及び可変容量ダイオードの出力側に結合された位相器とを備える。
【００１２】
上述の入力信号検出回路を、ピークアンプの入力側に結合され、高レベル信号を直流電圧に変換する検波回路と、当該検波回路の出力側に直列に結合され、直流電圧を、可変容量ダイオードを制御する制御電圧に変換する電圧変換部とから構成することができる。
【００１３】
一方、入力信号検出回路を、ピークアンプの入力側に結合され、高レベル信号を第１の直流電圧に変換する第１の検波回路と、ピークアンプの出力側に結合され、当該ピークアンプから出力された出力信号を第２の直流電圧に変換する第２の検波回路と、第１の検波回路及び第２の検波回路の出力側に結合され、第１の直流電圧及び第２の直流電圧を比較し、可変容量ダイオードを制御する制御電圧を生成する比較器とから構成することができる。
【００１４】
更には可変容量コンデンサと、ピークアンプの出力側との間に結合されたＤＣカットコンデンサを含むように構成することができる。また、位相器をλ／４線路より構成することができる。
【００１５】
本発明の他のドハティアンプは、低レベル信号を増幅するキャリアアンプと、当該キャリアアンプと、入力分配部及び出力合成部を介して並列に結合され、低レベル信号より高い高レベル信号を増幅するピークアンプと、当該ピークアンプの入力側に結合され、当該ピークアンプへの高レベル信号の入力を検知する入力信号検出回路と、出力合成部から見てピークアンプ寄りにおいて、ピークアンプ及び入力信号検出回路の出力側に結合された可変抵抗ダイオードとを備える。
【００１６】
上述と同様、入力信号検出回路が、ピークアンプの入力側に結合され、高レベル信号を直流電圧に変換する検波回路と、当該検波回路の出力側に直列に結合され、直流電圧を、可変容量ダイオードを制御する制御電圧に変換する電圧変換部とから構成することができる。
【００１７】
更に、可変抵抗ダイオードの出力側に結合され、接地されたチョークコイルを含むように構成することができる。
【００１８】
更に本発明の他のドハティアンプは、低レベル信号を増幅するキャリアアンプと、当該キャリアアンプと、入力分配部及び出力合成部を介して並列に結合され、低レベル信号より高い高レベル信号を増幅するピークアンプと、ピークアンプの入力側に結合され、当該ピークアンプへの高レベル信号の入力を検知する入力信号検出回路と、高レベル信号のレベルに応じて、出力合成部からピークアンプを見たインピーダンスを実質的にオープンにする手段とを備える。
【００１９】
上述のいずれのドハティアンプにおいても、ピークアンプの出力側に、当該ピークアンプに直接結合された出力整合回路を更に設けることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のドハティアンプでは、ピークアンプの非動作時において、出力合成部からピークアンプ側を見たインピーダンスを、周波数の広帯域に渡って実質的にオープンにすることが可能となる。従って、広帯域に渡って効率的な増幅を維持することができる。また、スイッチ的な切換が行われないため、出力合成部からピークアンプ側を見たインピーダンスは入力電力により、徐々に変化し、ドハティアンプの特性である滑らかな合成も維持され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図４は、第１の実施の形態によるドハティアンプ（Doherty amplifier）１００の回路図である。ドハティアンプ１００は、キャリアアンプ１０１と、ピークアンプ１０２と、出力整合回路１０３と、出力整合回路１０４と、ピークアンプ入力側λ／４線路１０５と、キャリアアンプ出力側λ／４線路１０６と、入力分配部１０９と、出力合成部１１０とを備える。
【００２３】
更にドハティアンプ１００は、ピークアンプ出力側λ／４線路１０８と、ＤＣカットコンデンサ１１２と、電力検波部１１３と、制御部１１４と、可変容量コンデンサ１１５と、入力電力抽出部１１６と、キャリアアンプ出力側λ／４線路１１７とを備える。
【００２４】
キャリアアンプ１０１と、出力整合回路１０３と、λ／４線路１０６と、λ／４線路１１７からなる第１の直列回路は、λ／４線路１０５と、ピークアンプ１０２と、出力整合回路１０４と、λ／４線路１０８からなる第２の直列回路に、入力分配部１０９及び出力合成部１１０を介して並列結合されている。また、ＤＣカットコンデンサ１１２と、電力検波部１１３と、制御部１１４と、可変容量コンデンサ１１５とからなる回路は、第２の直列回路に並列結合されている。そしてＲＦ入力電力が、入力分配部１０９を介して入力され、所定の増幅作用を受けた後、出力合成部１１０から出力される。
【００２５】
キャリアアンプ（搬送増幅器）１０１は、ＡＢ、Ｂクラス等の略線形特性に設定され、低入力電力信号レベルで動作可能な増幅器より構成され得る。すなわち、キャリアアンプ１０１は、低レベル信号（低レベル電力）を増幅するものである。キャリアアンプ１４は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や、仮像高電子移動トランジスタ（ＰＨＥＭＴ：pseudomorphic high electron mobility transistor）、ＭＥＳＦＥＴ、ヘテロ構造電界効果トランジスタ（Ｈ−ＦＥＴ、）ＨＥＭＴ及び他の３端子デバイス等、種々のデバイスより構成可能であるが、その種類は限定されない。
【００２６】
一方、ピークアンプ（ピーク増幅器）１０２は、Ｃクラス等の高効率および非線形特性に設定され、キャリアアンプ１０１が動作する入力電力信号レベルより、高いレベルで動作可能な増幅器より構成され得る。すなわち、ピークアンプ１０２は、前述の低レベル信号より高い高レベル信号（高レベル電力）を増幅する際に、より優れた特性を発揮する。ピークアンプ１０２もキャリアアンプ１０１と同様のデバイスで構成可能であるが、その種類は限定されない。特にピークアンプ１０２は、大信号電力が入力されたときに増幅動作を主に受け持つものである。ピークアンプ１０２の電力効率は、キャリアアンプ１０１の電力効率に比べ、高い入力信号レベルにおいて特性的に優れたものである。
【００２７】
キャリアアンプ１０１の出力整合回路１０３は、キャリアアンプ１０１の出力側に直接結合されている。ピークアンプ１０２の出力整合回路１０４は、ピークアンプ１０２の出力側に直接結合されている。出力整合回路１０３，１０４は、各々キャリアアンプ１０１、ピークアンプ１０２の最適負荷インピーダンスを所定のインピーダンスに変換するものであり、通常の整合回路により構成され得る。
【００２８】
キャリアアンプ１０１の出力側のλ／４線路１０６は、出力整合回路１０３の出力側に結合され、キャリアアンプ１０１、出力整合回路１０３からの信号を９０度位相シフトするものであり、合成時のインピーダンス変換に使用されるものである。ピークアンプ１０２の入力側のλ／４線路１０５は、ピークアンプ１０２の入力側に結合され、λ／４線路１０６の遅延分（位相シフト）を補正するためのものである。λ／４線路１０５，１０６は、通常の位相器により構成され得る。
【００２９】
更に、λ／４線路１０５の出力側と、ピークアンプ１０２の入力側との間に位置する入力電力抽出部１１６に、電力検波部１１３、さらにこれに直列に接続された制御部（電圧変換部）１１４が順次結合されている。
【００３０】
電力検波部１１３は、入力分配部１０９を介して入力された入力電力を直流に変換するものであり、一般的な検波回路により構成され得る。電力検波部１１３は上述の高レベル信号を直流電圧に変換するものである。また、制御部１１４は、電力検波部１１３からの直流入力電圧を、可変容量コンデンサ１１５に必要な直流の制御電圧に変換するものであり、一般的な電圧型変換装置により構成され得る。電力検波部１１３と制御部１１４は、入力信号検出回路を構成する。
【００３１】
制御部１１４の出力側は、ＤＣカットコンデンサ１１２と、接地され、上述の高レベル信号のレベルにより容量が変化する可変容量コンデンサ１１５の間に結合されている。ＤＣカットコンデンサ１１２、可変容量コンデンサ１１５は、一般的なコンデンサ、可変容量コンデンサにより構成され得る。
【００３２】
また、ピークアンプ出力側λ／４線路１０８は、出力整合回路１０４と、ＤＣカットコンデンサ１１２の結合点の出力側に結合され、出力合成部１１０から見てピークアンプ１０２寄りに配置されている。そして、λ／４線路１０８の遅延分を補正するため、キャリアアンプ１０１の出力側において、λ／４線路１１７が、λ／４線路１０６の出力側に結合されている。λ／４線路１０８，１１７も、λ／４線路１０５，１０６と同様に構成され得る。ただし、λ／４線路１０８をλ／４線路で構成することは絶対的に必要なものではなく、他の位相器によって構成することもできる。
【００３３】
次に、上述した構成を有するドハティアンプ１００の作用を説明する。
【００３４】
入力分配部１０９を介して入力されたＲＦ入力電力は、入力電力抽出部１１６で抽出され、電力検波部１１３で直流電圧に変換される。この直流電圧は、制御部１１４によって可変容量コンデンサ１１５に必要な直流の制御電圧に変換され、可変容量コンデンサ１１５の容量値を変化させる。
【００３５】
そして、入力電力のレベルが低く、ピークアンプ１０２が非動作時には、入力分配部９からの入力電力が実質的に存在しない。従って、可変容量コンデンサ１１５には低い電圧が印加され、容量値は大きくなる。この結果、入力電圧の所望周波数でのインピーダンスＺＬは低くなる。この場合、図９のように、出力合成部１０から見たインピーダンスＺＸはオープンに見えることとなる（インピーダンスＺＸはハイインピーダンスになる）。
【００３６】
そして、入力電力のレベルが大きくなると、ピークアンプ１０２が動作を開始する。すると、可変容量コンデンサ１１５への印加電圧が上昇し、その容量値は減少していき、実質的に、可変容量コンデンサ１１５の容量が無視できる状態へ移行する。そして、インピーダンスＺＸは、徐々にオープンの状態からピークアンプ１０２自身のもつインピーダンスへ変わることとなる。
【００３７】
このように、ピークアンプ１０２が非動作時において、出力合成部１１０からピークアンプ１０２側を見た際の、インピーダンスＺＸを広帯域に渡ってオープンに見せることが可能となり、広い帯域に渡って高効率を維持することが可能となる。また、スイッチ的な切替が行われないため、出力合成部１１０からピークアンプ１０２側を見たインピーダンスＺＸは入力電力により、徐々に変化し、ドハティアンプの特性である滑らかな合成も可能とする。λ／４線路１０８の遅延分を補正するためのキャリアアンプ出力側λ／４線路１１７はキャリアアンプ１０１の入力側に配置されても良い。
【００３８】
（実施の形態２）
図５は、第２の実施の形態によるドハティアンプ２００の回路図である。基本的な構成および動作は第１の実施の形態とほぼ同じである。このドハティアンプ２００においては、第１の実施の形態における制御部１１４のかわりに、オペアンプ等から構成される比較器１２２が設けられている。更に、比較器１２２のプラス（＋）側入力端子と、出力整合回路１０４の出力側（ピークアンプ１０２の出力側）における出力電力抽出部１２１との間に、もう一つの電力検波部（第２の検波回路）１２０が接続されている。
【００３９】
本形態においては、電力検波部１１３が第１の直流電圧を出力し、電力検波部１２０が、ピークアンプ１０２から出力された出力信号を第２の直流電圧に変換するものと考えることができる。そして、比較器１２２が、電力検波部１１３と電力検波部１２０の出力側に結合され、第１の直流電圧及び第２の直流電圧を比較し、可変容量ダイオード１１５を制御する制御電圧を生成する。言い換えると、本形態は、ピークアンプ１０２の利得の変化を検出し、可変容量コンデンサ１１５の制御に使用するものである。
【００４０】
（実施の形態３）
図６は、第３の実施の形態によるドハティアンプ３００の回路図である。基本的な構成および動作は第１及び第２の実施の形態とほぼ同じである。このドハティアンプ３００においては、第１の実施の形態における可変容量コンデンサ１１５とλ／４線路１０８より構成されたショートスタブによるインピーダンス変換の変わりに、直列に可変抵抗ダイオード１１８が、出力整合回路１０４と制御部１１４の出力側に結合されている。さらに、可変抵抗ダイオード１１８の出力側に、接地されたチョークコイル１１９が接続されている。
【００４１】
上述の実施形態において、可変容量コンデンサ１１５とλ／４線路１０８、又は可変抵抗ダイオード１１８は、高レベル信号のレベルに応じて、出力合成部１１０からピークアンプ１０２を見たインピーダンスを実質的にオープンにする手段である。しかしながらこのような手段は本明細書に記載された構成には限定されず、出力合成部１１０からピークアンプ１０２の側を見た際のインピーダンスを実質的にオープンにする種々のものを採用することができる。
【００４２】
「実質的にオープン」とは、完全にオープンでない場合も含み得るが、広帯域において、実用上弊害がない程度に、インピーダンスがオープンになる程度をいう。また、「広帯域」とは、ドハティアンプに入力される電力の周波数を十分カバーする程度の周波数のレンジをいう。
【００４３】
上述したように、本発明のドハティアンプでは、ピークアンプの非動作時において、出力合成部からピークアンプ側を見たインピーダンスを、周波数の広帯域に渡ってオープンにすることが可能となる。従って、広帯域に渡って効率的な増幅を維持できる。また、スイッチ的な切換が行われないため、出力合成部からピークアンプ側を見たインピーダンスは入力電力により、徐々に変化し、ドハティアンプの特性である滑らかな合成も可能とするという作用を有する。
【００４４】
以上、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、広い周波数帯域に渡って線形性に優れ、かつ効率的な増幅が可能なドハティアンプが提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】ドハティアンプの構成を示すブロック図。
【図２】ドハティアンプの他の構成を示すブロック図。
【図３】ドハティアンプの他の構成を示すブロック図。
【図４】第１の実施の形態によるドハティアンプのブロック図。
【図５】第２の実施の形態によるドハティアンプのブロック図。
【図６】第３の実施の形態によるドハティアンプのブロック図。
【図７】従来例におけるインピーダンスＺＸのスミスチャート。
【図８】従来例におけるインピーダンスＺＸのスミスチャート。
【図９】本発明でのインピーダンスＺＸのスミスチャート。
【図１０】従来例でのドレイン効率の周波数特性を示すグラフ。
【図１１】本発明での入力電力に対する諸特性の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４７】
１０１ キャリアアンプ
１０２ ピークアンプ
１０３ 出力整合回路
１０４ 出力整合回路
１０５ λ／４線路
１０６ λ／４線路
１０７ 位相調整部
１０８ λ／４線路
１０９ 入力分配部
１１０ 出力合成部
１１１ スイッチ回路
１１２ ＤＣカットコンデンサ
１１３ 電力検波部
１１４ 制御部
１１５ 可変容量コンデンサ
１１６ 入力電力抽出部
１１７ λ／４線路
１１８ 可変抵抗ダイオード
１１９ チョークコイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低レベル信号を増幅するキャリアアンプと、
前記キャリアアンプと、入力分配部及び出力合成部を介して並列に結合され、前記低レベル信号より高い高レベル信号を増幅するピークアンプと、
前記ピークアンプの入力側に結合され、当該ピークアンプへの前記高レベル信号の入力を検知する入力信号検出回路と、
前記入力信号検出回路の出力側に結合され、前記高レベル信号のレベルにより容量値が変化する可変容量ダイオードと、
前記出力合成部から見て前記ピークアンプ寄りにおいて、当該ピークアンプ及び前記可変容量ダイオードの出力側に結合された位相器と、を備えるドハティアンプ。
【請求項２】
請求項１記載のドハティアンプであって、
前記入力信号検出回路が、
前記ピークアンプの入力側に結合され、前記高レベル信号を直流電圧に変換するた検波回路と、
前記検波回路の出力側に直列に結合され、前記直流電流を、前記可変容量ダイオードを制御する制御電圧に変換する電圧変換部とを含む、ドハティアンプ。
【請求項３】
請求項１記載のドハティアンプであって、
前記入力信号検出回路が、
前記ピークアンプの入力側に結合され、前記高レベル信号を第１の直流電圧に変換する第１の検波回路と、
前記ピークアンプの出力側に結合され、当該ピークアンプから出力された出力信号を第２の直流電圧に変換する第２の検波回路と、
前記第１の検波回路及び前記第２の検波回路の出力側に結合され、前記第１の直流電圧及び前記第２の直流電圧を比較し、前記可変容量ダイオードを制御する制御電圧を生成する比較器を含む、ドハティアンプ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載のドハティアンプであって、
前記可変容量コンデンサと、前記ピークアンプの出力側との間に結合されたＤＣカットコンデンサを更に含む、ドハティアンプ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載のドハティアンプであって、
前記ピークアンプの出力側において、当該ピークアンプに直接結合された出力整合回路を更に含む、ドハティアンプ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載のドハティアンプであって、
前記位相器がλ／４線路である、ドハティアンプ。
【請求項７】
低レベル信号を増幅するキャリアアンプと、
前記キャリアアンプと、入力分配部及び出力合成部を介して並列に結合され、前記低レベル信号より高い高レベル信号を増幅するピークアンプと、
前記ピークアンプの入力側に結合され、当該ピークアンプへの前記高レベル信号の入力を検知する入力信号検出回路と、
前記出力合成部から見て前記ピークアンプ寄りにおいて、前記ピークアンプ及び前記入力信号検出回路の出力側に結合された可変抵抗ダイオードと、を備えるドハティアンプ。
【請求項８】
請求項７記載のドハティアンプであって、
前記入力信号検出回路が、
前記ピークアンプの入力側に結合され、前記高レベル信号を直流電圧に変換する検波回路と、
前記検波回路の出力側に直列に結合され、前記直流電流を、前記可変容量ダイオードを制御する制御電圧に変換する電圧変換部とを含む、ドハティアンプ。
【請求項９】
請求項７又は８記載のドハティアンプであって、
前記可変抵抗ダイオードの出力側に結合され、接地されたチョークコイルを更に含む、ドハティアンプ。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか１項記載のドハティアンプであって、
前記ピークアンプの出力側において、当該ピークアンプに直接結合された出力整合回路を更に含む、ドハティアンプ。
【請求項１１】
低レベル信号を増幅するキャリアアンプと、
前記キャリアアンプと、入力分配部及び出力合成部を介して並列に結合され、前記低レベル信号より高い高レベル信号を増幅するピークアンプと、
前記ピークアンプの入力側に結合され、当該ピークアンプへの前記高レベル信号の入力を検知する入力信号検出回路と、
前記高レベル信号のレベルに応じて、前記出力合成部から前記ピークアンプを見たインピーダンスを実質的にオープンにする手段と、を備えるドハティアンプ。
【請求項１】
低レベル信号を増幅するキャリアアンプと、
前記キャリアアンプと、入力分配部及び出力合成部を介して並列に結合され、前記低レベル信号より高い高レベル信号を増幅するピークアンプと、
前記ピークアンプの入力側に結合され、当該ピークアンプへの前記高レベル信号の入力を検知する入力信号検出回路と、
前記入力信号検出回路の出力側に結合され、前記高レベル信号のレベルにより容量値が変化する可変容量ダイオードと、
前記出力合成部から見て前記ピークアンプ寄りにおいて、当該ピークアンプ及び前記可変容量ダイオードの出力側に結合された位相器と、を備えるドハティアンプ。
【請求項２】
請求項１記載のドハティアンプであって、
前記入力信号検出回路が、
前記ピークアンプの入力側に結合され、前記高レベル信号を直流電圧に変換するた検波回路と、
前記検波回路の出力側に直列に結合され、前記直流電流を、前記可変容量ダイオードを制御する制御電圧に変換する電圧変換部とを含む、ドハティアンプ。
【請求項３】
請求項１記載のドハティアンプであって、
前記入力信号検出回路が、
前記ピークアンプの入力側に結合され、前記高レベル信号を第１の直流電圧に変換する第１の検波回路と、
前記ピークアンプの出力側に結合され、当該ピークアンプから出力された出力信号を第２の直流電圧に変換する第２の検波回路と、
前記第１の検波回路及び前記第２の検波回路の出力側に結合され、前記第１の直流電圧及び前記第２の直流電圧を比較し、前記可変容量ダイオードを制御する制御電圧を生成する比較器を含む、ドハティアンプ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載のドハティアンプであって、
前記可変容量コンデンサと、前記ピークアンプの出力側との間に結合されたＤＣカットコンデンサを更に含む、ドハティアンプ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載のドハティアンプであって、
前記ピークアンプの出力側において、当該ピークアンプに直接結合された出力整合回路を更に含む、ドハティアンプ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載のドハティアンプであって、
前記位相器がλ／４線路である、ドハティアンプ。
【請求項７】
低レベル信号を増幅するキャリアアンプと、
前記キャリアアンプと、入力分配部及び出力合成部を介して並列に結合され、前記低レベル信号より高い高レベル信号を増幅するピークアンプと、
前記ピークアンプの入力側に結合され、当該ピークアンプへの前記高レベル信号の入力を検知する入力信号検出回路と、
前記出力合成部から見て前記ピークアンプ寄りにおいて、前記ピークアンプ及び前記入力信号検出回路の出力側に結合された可変抵抗ダイオードと、を備えるドハティアンプ。
【請求項８】
請求項７記載のドハティアンプであって、
前記入力信号検出回路が、
前記ピークアンプの入力側に結合され、前記高レベル信号を直流電圧に変換する検波回路と、
前記検波回路の出力側に直列に結合され、前記直流電流を、前記可変容量ダイオードを制御する制御電圧に変換する電圧変換部とを含む、ドハティアンプ。
【請求項９】
請求項７又は８記載のドハティアンプであって、
前記可変抵抗ダイオードの出力側に結合され、接地されたチョークコイルを更に含む、ドハティアンプ。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか１項記載のドハティアンプであって、
前記ピークアンプの出力側において、当該ピークアンプに直接結合された出力整合回路を更に含む、ドハティアンプ。
【請求項１１】
低レベル信号を増幅するキャリアアンプと、
前記キャリアアンプと、入力分配部及び出力合成部を介して並列に結合され、前記低レベル信号より高い高レベル信号を増幅するピークアンプと、
前記ピークアンプの入力側に結合され、当該ピークアンプへの前記高レベル信号の入力を検知する入力信号検出回路と、
前記高レベル信号のレベルに応じて、前記出力合成部から前記ピークアンプを見たインピーダンスを実質的にオープンにする手段と、を備えるドハティアンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−１４８５２３（Ｐ２００６−１４８５２３Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３５５８５（Ｐ２００４−３３５５８５）
【出願日】平成１６年１１月１９日（２００４．１１．１９）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１９日（２００４．１１．１９）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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