増幅装置、送信装置
【課題】出力信号の歪みを抑えつつ効率を向上することのできる増幅装置、送信装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る増幅装置は、飽和出力電力が互いに異なる複数の増幅回路を具備している。実施形態に係る増幅装置は、入力端子に入力された入力信号の包絡線信号を検出する検波器と、前記検波器が検出した包絡線信号の信号電圧を、それぞれ異なる参照電圧と比較する複数の比較器と、前記複数の比較器の比較結果に基づいて前記複数の増幅回路のいずれか一つを選択する切替制御部とを具備している。そして、実施形態に係る増幅装置は、前記入力端子を前記切替制御部が選択した増幅回路の入力に接続するとともに、前記切替制御部が選択した増幅回路の出力を出力端子に接続する切替部とを具備することを特徴としている。
【解決手段】実施形態に係る増幅装置は、飽和出力電力が互いに異なる複数の増幅回路を具備している。実施形態に係る増幅装置は、入力端子に入力された入力信号の包絡線信号を検出する検波器と、前記検波器が検出した包絡線信号の信号電圧を、それぞれ異なる参照電圧と比較する複数の比較器と、前記複数の比較器の比較結果に基づいて前記複数の増幅回路のいずれか一つを選択する切替制御部とを具備している。そして、実施形態に係る増幅装置は、前記入力端子を前記切替制御部が選択した増幅回路の入力に接続するとともに、前記切替制御部が選択した増幅回路の出力を出力端子に接続する切替部とを具備することを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、増幅器と送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
増幅器、特に電力増幅を行う電力増幅器は、出力電力が大きいほど増幅器全体としての電力効率が高くなり、出力電力が小さいほど効率が低くなる傾向にある。従って、飽和出力電力で増幅器を動作させると、増幅器全体として高い電力効率を得ることができる。
【０００３】
しかしながら、近年の無線通信においては高速かつ大容量化が求められているため、利用する変調方式や多重化方式によっては無線信号のＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio：ピーク電力と平均電力の比）が大きくなる傾向である。係る場合に、増幅器を飽和出力電力付近で動作させると無線信号が大きく歪んでしまう。一方、当該無線信号のＰＡＰＲに応じてバックオフ量を確保すれば無線信号の歪みは低減されるが、逆に電力効率が低下してしまう。すなわち、歪みの低減と効率の向上を両立させることが難しいという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２４９４７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来の増幅装置、送信装置では、出力信号の歪みの低減と電力効率の向上を両立させることが難しいという問題がある。本発明は係る課題を解決するためになされたもので、出力信号の歪みを抑えつつ効率を向上することのできる増幅装置、送信装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、実施形態に係る増幅装置は、飽和出力電力が互いに異なる複数の増幅回路を具備している。実施形態に係る増幅装置は、入力端子に入力された入力信号の包絡線信号を検出する検波器と、前記検波器が検出した包絡線信号の信号電圧を、それぞれ異なる参照電圧と比較する複数の比較器と、前記複数の比較器の比較結果に基づいて前記複数の増幅回路のいずれか一つを選択する切替制御部とを具備している。そして、実施形態に係る増幅装置は、前記入力端子を前記切替制御部が選択した増幅回路の入力に接続するとともに、前記切替制御部が選択した増幅回路の出力を出力端子に接続する切替部とを具備することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】増幅器の基本構成を説明する図である。
【図２】増幅器の出力電力と電力効率の関係を説明する図である。
【図３】増幅器の出力における振幅の変化について説明する図である。
【図４】実施形態に係る増幅装置の回路構成を示す図である。
【図５Ａ】実施形態に係る増幅装置の無停波切替部の具体例を説明する図である。
【図５Ｂ】実施形態に係る増幅装置の無停波切替部の具体例を説明する図である。
【図６】比較例の増幅器の回路構成例を示す図である。
【図７】比較例の増幅器の動作を説明する図である。
【図８】実施形態に係る増幅装置の具体例を示す図である。
【図９】図８に示す増幅装置の具体例を示す図である。
【図１０】実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（増幅器の出力と効率の関係）
図１ないし図３を参照して、電力増幅器を例に増幅器の出力電力と効率の関係について説明する。図１に示すように、一般に電力増幅器は、増幅素子Ｑ、入力整合部１０および出力整合部２０を有している。増幅素子Ｑは、例えばＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタである。入力整合部１０は、入力端子ＩＮに接続される前段増幅部などとインピーダンス整合を行うマッチング機能を有する。同様に、出力整合部２０は、出力端子ＯＵＴに接続される後段のフィルタやアンテナなどとインピーダンス整合を行うマッチング機能を有する。
【０００９】
増幅素子ＱがＦＥＴなどの場合、図示しない電源から出力整合部２０を介してバイアス電圧が供給されている。増幅素子Ｑがバイポーラトランジスタなどの場合、図示しない電源から入力整合部１０を介してバイアス電流（ＦＥＴの場合は電圧）が供給される。以下の説明においては、増幅素子ＱがＦＥＴであるものとして説明する。
【００１０】
図１に示すような回路構成の電力増幅器は、図２に示すような出力−効率特性を有することが多い。すなわち、出力電力が飽和出力電力Ｐｓａｔに近づくほど、増幅器全体の効率が向上する。増幅する信号がＦＭ信号のように振幅の変化がない場合は、出力電力が飽和出力となるよう増幅素子Ｑのバイアス電圧を設定しておけば、最大限の効率で増幅器を動作させることができる。
【００１１】
一方で、増幅する信号がＡＭ信号のように振幅の変化がある場合は、出力電力を常に飽和出力とすることができない。特に、高速かつ大容量化が進められている近年の無線通信では、変調方式や多重化方式により、ＰＡＰＲが高くなる傾向である。図３は、ＰＡＰＲの高い信号の振幅の時間変化の一例を示している。例えば、地上デジタル放送用の無線信号のＰＡＰＲはおよそ１０［ｄＢ］となる。このような信号を増幅する場合、増幅器を飽和出力電力付近で動作させると、信号が大きく歪んでしまう。
【００１２】
出力電力を飽和出力電力よりも十分に小さい動作点で増幅器を動作させると、信号の歪みを低減することが可能である。しかし、ＰＡＰＲの高い信号を増幅する場合は、バックオフ量を大きくして飽和出力に対して余裕を持った動作点で増幅器を動作させなければならないから、増幅器全体の効率が著しく悪化してしまう。また、増幅器の設計段階でも余裕を持たせる必要があるから、増幅器の規模も大きくしなければならない。
【００１３】
そこで、実施形態の増幅装置では、増幅信号の振幅に応じた増幅素子を用いて信号の歪みと効率のバランスを最適化した複数の増幅回路を備えている。
【００１４】
（実施形態の増幅装置）
以下、図４および図５を参照して、実施形態の増幅装置について詳細に説明する。図４に示すように、実施形態の増幅装置は、ｎ個の増幅回路ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎ、無停波切替部１３０・１４０、切替制御部１５０を有している。
【００１５】
増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎは、図１に示すような構成の電力増幅回路であり、それぞれ増幅素子Ｑ１，Ｑ２，…Ｑｎと、入力整合部１１０，１２０，…１１４と、出力整合部１２０，１２２，…１２４とを備えている。増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎは、それぞれ異なる入力−出力特性・飽和出力特性を有しており、例えば増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎの順で飽和出力電力が小さくなる関係にある。すなわち、増幅回路ＡＭＰ１は、増幅装置１全体の定格送信電力に対応する飽和出力電力を有し、増幅回路ＡＭＰ２は、増幅回路ＡＭＰ１よりも小さい飽和出力電力を有している。そして、増幅回路ＡＭＰｎは、増幅装置１がもつ増幅回路ＡＭＰの中で最も小さい飽和出力電力を有している。言い換えれば、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎは、増幅回路全体の効率が最大となる動作点の出力電力が、順に小さくなるような関係を有している。
【００１６】
増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎそれぞれの飽和出力電力は、種々の要素により決定される。例えば、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎの回路構成（あるいは増幅回路それぞれが有する増幅素子Ｑ１，Ｑ２，…Ｑｎの特性）を同一とし、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎそれぞれに供給するバイアス電圧を異なるようにする（順に小さくなるようにする）ことができる。あるいは、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎそれぞれの増幅素子Ｑ１，Ｑ２，…Ｑｎの飽和出力特性を互いに異なるものとすることで、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎそれぞれの飽和出力電力が異なるように構成してもよい。
【００１７】
増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎの入力整合部１１０，１１２，１１４は、共通の構成かつ共通の電気的特性を有していてもよいし、増幅素子Ｑ１，Ｑ２，…Ｑｎの電気的特性に対応して異なる電気的特性を有するものとしてもよい。出力整合部１２０，１２２，１２４についても同様であり、共通の構成かつ共通の電気的特性を有していてもよいし、増幅素子Ｑ１，Ｑ２，…Ｑｎの電気的特性に対応して異なる電気的特性を有するものとしてもよい。
【００１８】
無停波切替部１３０は、入力端子ＩＮが接続された線路を、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎのいずれかに接続するスイッチの機能を有する。すなわち、無停波切替部１３０は、入力端子ＩＮに入力された信号を、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎのいずれかの入力に送る。無停波切替部１３０は、機械的接点によりリレーなどとは異なり、線路を切断することなく接続関係を切替える機能を有している。
【００１９】
無停波切替部１４０は、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎの出力のいずれかを出力端子ＯＵＴに接続するスイッチの機能を有する。すなわち、無停波切替部１４０は、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎのいずれかの出力信号を、出力端子ＯＵＴに送る。無停波切替部１４０は、無停波切替部１３０と同様に、機械的接点によりリレーなどとは異なり、線路を切断することなく接続関係を切替える機能を有している。
【００２０】
切替制御部１５０は、入力端子ＩＮに入力された信号の振幅に応じて、無停波切替部１３０および無停波切替部１４０を制御する機能を有する。切替制御部１５０は、入力端子ＩＮに入力された信号の包絡線信号を検出するカプラ１５２と検波器Ｄを有している。また、切替制御部１５０は、検波器Ｄから出力される包絡線信号の信号電圧と参照電圧源Ｖ１〜Ｖｎの電圧とを比較する比較器ＩＣ１〜ＩＣｎと、比較器ＩＣ１〜ＩＣｎの出力に応じて無停波切替部１３０および１４０を制御する入力制御部１５４および出力制御部１５６を有している。すなわち、切替制御部１５０は、入力端子ＩＮに入力された信号の振幅の大きさに応じて、入力端子ＩＮに入力された信号を、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎのいずれかに送ると共に、対応する出力信号を出力端子ＯＵＴに送る作用をする。
【００２１】
（実施形態の無停波切替部）
ここで、図５Ａおよび図５Ｂを参照して、実施形態の増幅装置における無停波切替部１３０・１４０について詳細に説明する。以下の説明では、増幅装置１が２つの増幅回路ＡＭＰ１・ＡＭＰ２を有するものとして説明する。図５Ａに示すように、実施形態の増幅装置の無停波切替部１３０は、３ｄＢカプラ１３２，１３４，１３６と、移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２と、終端抵抗１３８を有している。
【００２２】
３ｄＢカプラ１３２の入力側端子ａには入力端子ＩＮが接続され、同じく入力側端子ｂには終端抵抗１３８が接続されている。３ｄＢカプラ１３２の出力側端子ｃには、３ｄＢカプラ１３６の入力側端子ｉが接続され、同じく出力側端子ｄには、３ｄＢカプラ１３４の入力側端子ｅが接続されている。３ｄＢカプラ１３４の入力側端子ｆには、３ｄＢカプラ１３６の入力側端子ｊが接続される。３ｄＢカプラ１３４の出力側端子ｈおよびｇは、それぞれ増幅回路ＡＭＰ１およびＡＭＰ２の入力端子に接続されている。３ｄＢカプラ１３６の出力側端子ｋおよびｌには、一端が接地された移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２の他端が接続されている。
【００２３】
３ｄＢカプラ１３２，１３４，１３６は、一方の入力側端子に入力された信号を、π／２波長の位相差を有した二つの信号に分配して二つの出力側端子に出力するカプラである。このとき、一方の入力側端子ａに入力された信号は、他方の入力側端子ｂには出力されない。また、３ｄＢカプラ１３２，１３４，１３６は、二つの入力側端子に入力された信号を合成して、一方の出力側端子にのみ出力する性質をも併せ持っている。
【００２４】
移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２は、インダクタとキャパシタを並列接続させ信号周波数において並列共振モードで動作する共振回路の構成を有している。キャパシタは、外部からの制御（入力制御部１５４による制御）により可変容量として動作するよう構成されている。すなわち、移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２は、キャパシタの容量を変化させることで、３ｄＢカプラ１３６から入力された信号の位相を制御することができる。
【００２５】
入力端子ＩＮから３ｄＢカプラ１３２の入力側端子ａに入力された信号は、出力側端子ｃおよびｄから出力される。出力側端子ｄから出力された信号は、そのまま３ｄＢカプラ１３４の入力側端子ｅに入力される。一方、出力側端子ｃから出力された信号は、３ｄＢカプラ１３６を介して移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２に入力される。入力された信号が全反射され、再度カプラ１３６を介して端子ｊに出力され３ｄＢカプラ１３４の入力側端子ｆに入力される。移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２のキャパシタの静電容量に応じてカプラ１３６の端子ｊに出力される信号の位相量を可変される。
【００２６】
ここで、移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２による信号の移相量を調整すると、３ｄＢカプラ１３４の入力側端子ｆに入力される信号の位相を制御することができる。すなわち、出力側端子ｄおよび入力側端子ｅを経由して出力側端子ｇに現れる信号を相殺するように、出力側端子ｃ・３ｄＢカプラ１３６・入力側端子ｆを経由して出力側端子ｇに現れる信号の位相を制御すれば、入力端子ＩＮに入力された信号を全て出力側端子ｈから出力させることができる。同様に、出力側端子ｄおよび入力側端子ｅを経由して出力側端子ｈに現れる信号を相殺するように、出力側端子ｃ・３ｄＢカプラ１３６・入力側端子ｆを経由して出力側端子ｈに現れる信号の位相を制御すれば、入力端子ＩＮに入力された信号を全て出力側端子ｇから出力させることができる。
【００２７】
このように、実施形態の無停波切替器１３０によれば、移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２のキャパシタの容量を制御することで、入力端子ＩＮに入力された信号を出力側端子ｇまたはｈに出力させることができる。なお、図５Ａに示す例では、入力された信号を二つに分配しているが、無停波切替器の回路を組み合わせることで任意の数に分配することができる。
【００２８】
図５Ｂは、図５Ａに示す無停波切替部１３０の入出力関係を逆向きとした構成を持つ無停波切替部１４０の例を示している。図５Ｂに示すように、実施形態の増幅装置の無停波切替部１４０は、無停波切替部１３０の３ｄＢカプラ１３２，１３４，１３６に対応する３ｄＢカプラ１４２，１４４，１４６と、移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２に対応する移相器ＬＣ４１・ＬＣ４２と、終端抵抗１３８に対応する終端抵抗１４８を有している。実施形態の無停波切替器１４０によれば、移相器ＬＣ４１・ＬＣ４２のキャパシタを制御することで、入力側端子ａおよびｂに入力された信号のいずれか一方を、選択的に出力側端子ｈに出力させることができる。
【００２９】
無停波切替部１３０・１４０は、機械的接点を有さないから、増幅回路ＡＭＰ１およびＡＭＰ２を連続的に切替えることができる。すなわち、増幅回路の動作を停止させることなく、増幅回路への接続線路を切替えることができる。
【００３０】
（実施形態の増幅装置の動作）
初期状態では、切替制御部１５０は、無停波切替部１３０・１４０が飽和出力電力の最も大きいデフォルトの増幅回路（例えば増幅回路ＡＭＰ１）を選択するようにしておく。飽和出力電力の最も大きい増幅回路をデフォルトとするのは、振幅の大きな信号が入力されたとしても歪みの発生を抑えることができるからである。
【００３１】
無停波切替部１３０は、入力端子ＩＮに入力された信号を、飽和出力電力の最も大きい増幅回路ＡＭＰ１に送る。無停波切替部１３０から送られた信号は、増幅回路ＡＭＰ１の入力整合部１１０を経て増幅素子Ｑ１により増幅される。増幅素子Ｑ１は、増幅した信号を出力整合部１２０を介して無停波切替部１４０に送る。無停波切替部１４０は、増幅回路ＡＭＰ１から送られた信号を出力端子ＯＵＴに送る。
【００３２】
一方、切替制御部１５０のカプラ１５２は、入力端子ＩＮに入力された信号を検出して、検波器Ｄに送る。検波器Ｄは、入力された信号を包絡線検波して比較器ＩＣ１〜ＩＣｎそれぞれの一方の入力に送る。比較器ＩＣ１〜ＩＣｎは、入力された包絡線信号それぞれの電圧と参照電圧源Ｖ１〜Ｖｎの電圧とを比較する。このとき、参照電圧源Ｖ１〜Ｖｎの電圧をＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞…＞Ｖｎとしておくと、比較器ＩＣ１〜ＩＣｎは、カプラ１５２が検出した入力信号の包絡線電圧に応じて「１」または「０」を出力することになる。例えば、ＩＣ１の出力（および他のＩＣの出力）が「１」であれば、入力信号の包絡線電圧は大きく、ＩＣｎの出力のみが「１」であれば、入力信号の包絡線電圧は小さいということになる。
【００３３】
入力制御部１５４（および出力制御部１５６）は、入力信号の包絡線電圧と当該包絡線電圧において歪み特性と効率が最良となる関係の増幅回路とを対応付けた定義テーブルを有しており、比較器ＩＣ１〜ＩＣｎが出力する「１」や「０」に基づいて歪み特性と効率が最良となる増幅回路を選択する。すなわち、入力制御部１５４は、比較器ＩＣ１〜ＩＣｎの出力に基づき、入力端子ＩＮが接続された線路を、入力信号の包絡線電圧に応じた飽和出力特性をもつ増幅回路への線路と接続し、出力制御部１５６は、当該増幅回路の出力からの線路を、出力端子ＯＵＴへの線路と接続する。
【００３４】
このように、実施形態の増幅装置によれば、飽和出力特性の異なる増幅回路を複数備えて、入力信号の包絡線電圧に応じて歪み特性が良好かつ効率が最大となる増幅回路を選択するので、増幅信号の歪みを抑えつつ増幅装置全体の効率を向上することができる。また、実施形態の増幅装置によれば、入力信号の包絡線電圧を検出し、当該包絡線電圧に応じた増幅回路を選択するので、増幅動作以外の制御系における消費電流を抑えることができる。さらに、実施形態の増幅装置によれば、増幅回路の切替に無停波切替器を用いるので、増幅動作を停止せずに最適な増幅回路を選択することができる。これは、特に放送用送信機など増幅動作を停止させることのできない装置に適用する場合に好適である。
【００３５】
（比較例）
ここで、図６および図７を参照して、エンベロープトラッキング技術を用いた比較例に係る増幅装置について説明する。図６に示すように、エンベロープトラッキング技術を用いた増幅装置１ａは、実施形態に係る増幅装置と同様に、入力整合部１２、増幅素子Ｑ０および出力整合部２２を有している。すなわち、増幅回路としては、実施形態と同様の構成を有している。一方、比較例に係る増幅装置は、増幅回路が１つだけである点、および、切替制御部ではなくエンベロープ電源部５０を備える点において、実施形態に係る増幅装置と相違している。
【００３６】
エンベロープ電源部５０は、カプラ５２、整流器Ｄ０、アンプＩＣ０を有している。カプラ５２は、入力端子ＩＮに入力された信号を検出する。整流器Ｄ０は、カプラ５２が検出した信号を包絡線検波する（図６中（Ｉ））。アンプＩＣ０は、整流器Ｄ０が検波した包絡線信号を増幅し、ドレイン電圧（バイアス）として増幅素子Ｑ０に供給する（同（ＩＩ））。入力端子ＩＮに入力された信号（同（ＩＩＩ））は、入力整合部１２を経て、増幅素子Ｑ０により増幅される。このとき、増幅素子Ｑ０は、エンベロープ電源部５０のＩＣ０から入力信号の包絡線電圧に応じたバイアスの供給を受けているから、増幅信号の歪みを抑えることができる。増幅素子Ｑ０は、出力整合部２２を介して増幅信号を出力端子ＯＵＴへ出力する（同（ＩＶ））。
【００３７】
図７は、図６の増幅装置においてドレイン電圧（バイアス）を変えたときの出力電力および効率の関係を示している。図７に示すように、ドレイン電圧Ｖｄｓを大きくしていくと、飽和出力電力を大きくすることができるが、一方で、出力電力が小さい領域において効率が悪化することがわかる。エンベロープ電源部５０は、入力信号の包絡線電圧に応じたドレイン電圧を生成するので、増幅素子Ｑ０は常に効率のよい動作点（飽和出力付近）で動作することができる。
【００３８】
図６に示す比較例の増幅装置では、アンプＩＣ０がドレイン電圧を常に生成するため、エンベロープ電源部５０において消費電力が発生する。すなわち、増幅装置全体としての効率を向上させる場合に、エンベロープ電源部５０がネックとなる。実施形態の増幅装置は、エンベロープ電源部５０のような能動素子を用いた電源部を必要としないので、増幅装置全体としての効率をより高めることができる。また、実施形態の増幅装置では、動作点に応じて適した増幅素子を用いた増幅回路を選択するので、歪みをより低減しつつ効率を向上することができる。
【００３９】
（実施形態の増幅装置の具体例）
次に、図８および図９を参照して、実施形態の増幅装置の具体例を説明する。図８および図９に示す増幅装置は、図４および図５に示す実施形態の増幅装置において増幅回路ＡＭＰを二つ備えたものである。そこで、図４および図５に示す増幅装置と共通する構成については共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【００４０】
図８および図９に示す例では、増幅装置２は、ガラスエポキシなどの誘電体基板２００上にマイクロストリップラインにより回路が実装されている。図９に示すように、二つの増幅素子Ｑ１・Ｑ２のうち飽和出力特性の大きい増幅素子Ｑ１は、マイクロストリップラインにより形成された入力整合部２１０および出力整合部２２０とともに増幅回路ＡＭＰ１を構成している。同様に、二つの増幅素子Ｑ１・Ｑ２のうち飽和出力特性の小さい増幅素子Ｑ２は、マイクロストリップラインにより形成された入力整合部２１２および出力整合部２２２とともに増幅回路ＡＭＰ２を構成している。増幅素子Ｑ１は、増幅素子Ｑ２よりも熱損失が大きいため、増幅回路ＡＭＰ１は、増幅回路ＡＭＰ２よりも大きな回路面積を占め放熱を容易にしている。また、図８および図９に示すように、増幅装置２は、入力制御部および出力制御部の各機能を入出力制御部２５４により実現している。３ｄＢカプラ１３２，１３４，１３６，１４２，１４４，１４６や、カプラ１５２、移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２・ＬＣ４１・ＬＣ４２は、マイクロストリップラインにより基板２００上に実装されている。
【００４１】
このように、実施形態の増幅装置は、基板実装が可能な無停波切替器により複数の増幅回路を切り替えるので、増幅装置のサイズを小さくすることができる。
【００４２】
（実施形態の送信装置）
次に、図１０を参照して実施形態に係る送信装置３について説明する。図１０に示すように、実施形態の送信装置３は、入力端子ＩＮに入力された信号を変調する変調部３１０と、変調部３１０の変調信号を周波数変換する周波数変換部３２０と、周波数変換部に周波数変換用のローカル信号を供給する局部発振部３３０と、図４や図８に示す実施形態に係る増幅装置１（２）と、増幅装置１（２）が増幅した信号を電波として空間に放射するアンテナ３４０とを備えている。
【００４３】
実施形態に係る送信装置は、飽和出力特性の異なる増幅回路を複数備えて、周波数変換された変調信号の包絡線電圧に応じて歪み特性が良好かつ効率が最大となる増幅回路を選択するので、増幅信号の歪みを抑えつつ送信装置全体の効率を向上することができる。また、実施形態の送信装置によれば、周波数変換された変調信号の包絡線電圧を検出し、当該包絡線電圧に応じた増幅回路を選択するので、電力増幅動作以外の制御系における消費電流を抑えることができる。さらに、実施形態の送信装置によれば、増幅回路の切替に無停波切替器を用いるので、増幅動作を停止せずに最適な増幅回路を選択することができる。すなわち、送信動作を停止させることなく増幅回路を切り替えることができ、効率の低下を抑えることができる。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが，これらの実施形態は，例として提示したものであり，発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は，その他の様々な形態で実施されることが可能であり，発明の要旨を逸脱しない範囲で，種々の省略，置き換え，変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は，発明の範囲や要旨に含まれるとともに，特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１…増幅装置、１１０，１１２，１１４…入力整合部、Ｑ１〜Ｑｎ…増幅素子、１２０，１２２，１２４…出力整合部、１３０，１４０…無停波切替部、１３２，１３４，１３６，１４２，１４４，１４６…３ｄＢカプラ、ＬＣ３１，ＬＣ３２，ＬＣ４１，ＬＣ４２…移相器、１５０…切替制御部、１５２…カプラ、Ｄ…検波器、ＩＣ１〜ＩＣｎ…比較器、１５４…入力制御部、１５６…出力制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、増幅器と送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
増幅器、特に電力増幅を行う電力増幅器は、出力電力が大きいほど増幅器全体としての電力効率が高くなり、出力電力が小さいほど効率が低くなる傾向にある。従って、飽和出力電力で増幅器を動作させると、増幅器全体として高い電力効率を得ることができる。
【０００３】
しかしながら、近年の無線通信においては高速かつ大容量化が求められているため、利用する変調方式や多重化方式によっては無線信号のＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio：ピーク電力と平均電力の比）が大きくなる傾向である。係る場合に、増幅器を飽和出力電力付近で動作させると無線信号が大きく歪んでしまう。一方、当該無線信号のＰＡＰＲに応じてバックオフ量を確保すれば無線信号の歪みは低減されるが、逆に電力効率が低下してしまう。すなわち、歪みの低減と効率の向上を両立させることが難しいという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２４９４７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来の増幅装置、送信装置では、出力信号の歪みの低減と電力効率の向上を両立させることが難しいという問題がある。本発明は係る課題を解決するためになされたもので、出力信号の歪みを抑えつつ効率を向上することのできる増幅装置、送信装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、実施形態に係る増幅装置は、飽和出力電力が互いに異なる複数の増幅回路を具備している。実施形態に係る増幅装置は、入力端子に入力された入力信号の包絡線信号を検出する検波器と、前記検波器が検出した包絡線信号の信号電圧を、それぞれ異なる参照電圧と比較する複数の比較器と、前記複数の比較器の比較結果に基づいて前記複数の増幅回路のいずれか一つを選択する切替制御部とを具備している。そして、実施形態に係る増幅装置は、前記入力端子を前記切替制御部が選択した増幅回路の入力に接続するとともに、前記切替制御部が選択した増幅回路の出力を出力端子に接続する切替部とを具備することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】増幅器の基本構成を説明する図である。
【図２】増幅器の出力電力と電力効率の関係を説明する図である。
【図３】増幅器の出力における振幅の変化について説明する図である。
【図４】実施形態に係る増幅装置の回路構成を示す図である。
【図５Ａ】実施形態に係る増幅装置の無停波切替部の具体例を説明する図である。
【図５Ｂ】実施形態に係る増幅装置の無停波切替部の具体例を説明する図である。
【図６】比較例の増幅器の回路構成例を示す図である。
【図７】比較例の増幅器の動作を説明する図である。
【図８】実施形態に係る増幅装置の具体例を示す図である。
【図９】図８に示す増幅装置の具体例を示す図である。
【図１０】実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（増幅器の出力と効率の関係）
図１ないし図３を参照して、電力増幅器を例に増幅器の出力電力と効率の関係について説明する。図１に示すように、一般に電力増幅器は、増幅素子Ｑ、入力整合部１０および出力整合部２０を有している。増幅素子Ｑは、例えばＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタである。入力整合部１０は、入力端子ＩＮに接続される前段増幅部などとインピーダンス整合を行うマッチング機能を有する。同様に、出力整合部２０は、出力端子ＯＵＴに接続される後段のフィルタやアンテナなどとインピーダンス整合を行うマッチング機能を有する。
【０００９】
増幅素子ＱがＦＥＴなどの場合、図示しない電源から出力整合部２０を介してバイアス電圧が供給されている。増幅素子Ｑがバイポーラトランジスタなどの場合、図示しない電源から入力整合部１０を介してバイアス電流（ＦＥＴの場合は電圧）が供給される。以下の説明においては、増幅素子ＱがＦＥＴであるものとして説明する。
【００１０】
図１に示すような回路構成の電力増幅器は、図２に示すような出力−効率特性を有することが多い。すなわち、出力電力が飽和出力電力Ｐｓａｔに近づくほど、増幅器全体の効率が向上する。増幅する信号がＦＭ信号のように振幅の変化がない場合は、出力電力が飽和出力となるよう増幅素子Ｑのバイアス電圧を設定しておけば、最大限の効率で増幅器を動作させることができる。
【００１１】
一方で、増幅する信号がＡＭ信号のように振幅の変化がある場合は、出力電力を常に飽和出力とすることができない。特に、高速かつ大容量化が進められている近年の無線通信では、変調方式や多重化方式により、ＰＡＰＲが高くなる傾向である。図３は、ＰＡＰＲの高い信号の振幅の時間変化の一例を示している。例えば、地上デジタル放送用の無線信号のＰＡＰＲはおよそ１０［ｄＢ］となる。このような信号を増幅する場合、増幅器を飽和出力電力付近で動作させると、信号が大きく歪んでしまう。
【００１２】
出力電力を飽和出力電力よりも十分に小さい動作点で増幅器を動作させると、信号の歪みを低減することが可能である。しかし、ＰＡＰＲの高い信号を増幅する場合は、バックオフ量を大きくして飽和出力に対して余裕を持った動作点で増幅器を動作させなければならないから、増幅器全体の効率が著しく悪化してしまう。また、増幅器の設計段階でも余裕を持たせる必要があるから、増幅器の規模も大きくしなければならない。
【００１３】
そこで、実施形態の増幅装置では、増幅信号の振幅に応じた増幅素子を用いて信号の歪みと効率のバランスを最適化した複数の増幅回路を備えている。
【００１４】
（実施形態の増幅装置）
以下、図４および図５を参照して、実施形態の増幅装置について詳細に説明する。図４に示すように、実施形態の増幅装置は、ｎ個の増幅回路ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎ、無停波切替部１３０・１４０、切替制御部１５０を有している。
【００１５】
増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎは、図１に示すような構成の電力増幅回路であり、それぞれ増幅素子Ｑ１，Ｑ２，…Ｑｎと、入力整合部１１０，１２０，…１１４と、出力整合部１２０，１２２，…１２４とを備えている。増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎは、それぞれ異なる入力−出力特性・飽和出力特性を有しており、例えば増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎの順で飽和出力電力が小さくなる関係にある。すなわち、増幅回路ＡＭＰ１は、増幅装置１全体の定格送信電力に対応する飽和出力電力を有し、増幅回路ＡＭＰ２は、増幅回路ＡＭＰ１よりも小さい飽和出力電力を有している。そして、増幅回路ＡＭＰｎは、増幅装置１がもつ増幅回路ＡＭＰの中で最も小さい飽和出力電力を有している。言い換えれば、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎは、増幅回路全体の効率が最大となる動作点の出力電力が、順に小さくなるような関係を有している。
【００１６】
増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎそれぞれの飽和出力電力は、種々の要素により決定される。例えば、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎの回路構成（あるいは増幅回路それぞれが有する増幅素子Ｑ１，Ｑ２，…Ｑｎの特性）を同一とし、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎそれぞれに供給するバイアス電圧を異なるようにする（順に小さくなるようにする）ことができる。あるいは、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎそれぞれの増幅素子Ｑ１，Ｑ２，…Ｑｎの飽和出力特性を互いに異なるものとすることで、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎそれぞれの飽和出力電力が異なるように構成してもよい。
【００１７】
増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎの入力整合部１１０，１１２，１１４は、共通の構成かつ共通の電気的特性を有していてもよいし、増幅素子Ｑ１，Ｑ２，…Ｑｎの電気的特性に対応して異なる電気的特性を有するものとしてもよい。出力整合部１２０，１２２，１２４についても同様であり、共通の構成かつ共通の電気的特性を有していてもよいし、増幅素子Ｑ１，Ｑ２，…Ｑｎの電気的特性に対応して異なる電気的特性を有するものとしてもよい。
【００１８】
無停波切替部１３０は、入力端子ＩＮが接続された線路を、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎのいずれかに接続するスイッチの機能を有する。すなわち、無停波切替部１３０は、入力端子ＩＮに入力された信号を、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎのいずれかの入力に送る。無停波切替部１３０は、機械的接点によりリレーなどとは異なり、線路を切断することなく接続関係を切替える機能を有している。
【００１９】
無停波切替部１４０は、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎの出力のいずれかを出力端子ＯＵＴに接続するスイッチの機能を有する。すなわち、無停波切替部１４０は、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎのいずれかの出力信号を、出力端子ＯＵＴに送る。無停波切替部１４０は、無停波切替部１３０と同様に、機械的接点によりリレーなどとは異なり、線路を切断することなく接続関係を切替える機能を有している。
【００２０】
切替制御部１５０は、入力端子ＩＮに入力された信号の振幅に応じて、無停波切替部１３０および無停波切替部１４０を制御する機能を有する。切替制御部１５０は、入力端子ＩＮに入力された信号の包絡線信号を検出するカプラ１５２と検波器Ｄを有している。また、切替制御部１５０は、検波器Ｄから出力される包絡線信号の信号電圧と参照電圧源Ｖ１〜Ｖｎの電圧とを比較する比較器ＩＣ１〜ＩＣｎと、比較器ＩＣ１〜ＩＣｎの出力に応じて無停波切替部１３０および１４０を制御する入力制御部１５４および出力制御部１５６を有している。すなわち、切替制御部１５０は、入力端子ＩＮに入力された信号の振幅の大きさに応じて、入力端子ＩＮに入力された信号を、増幅回路ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，…ＡＭＰｎのいずれかに送ると共に、対応する出力信号を出力端子ＯＵＴに送る作用をする。
【００２１】
（実施形態の無停波切替部）
ここで、図５Ａおよび図５Ｂを参照して、実施形態の増幅装置における無停波切替部１３０・１４０について詳細に説明する。以下の説明では、増幅装置１が２つの増幅回路ＡＭＰ１・ＡＭＰ２を有するものとして説明する。図５Ａに示すように、実施形態の増幅装置の無停波切替部１３０は、３ｄＢカプラ１３２，１３４，１３６と、移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２と、終端抵抗１３８を有している。
【００２２】
３ｄＢカプラ１３２の入力側端子ａには入力端子ＩＮが接続され、同じく入力側端子ｂには終端抵抗１３８が接続されている。３ｄＢカプラ１３２の出力側端子ｃには、３ｄＢカプラ１３６の入力側端子ｉが接続され、同じく出力側端子ｄには、３ｄＢカプラ１３４の入力側端子ｅが接続されている。３ｄＢカプラ１３４の入力側端子ｆには、３ｄＢカプラ１３６の入力側端子ｊが接続される。３ｄＢカプラ１３４の出力側端子ｈおよびｇは、それぞれ増幅回路ＡＭＰ１およびＡＭＰ２の入力端子に接続されている。３ｄＢカプラ１３６の出力側端子ｋおよびｌには、一端が接地された移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２の他端が接続されている。
【００２３】
３ｄＢカプラ１３２，１３４，１３６は、一方の入力側端子に入力された信号を、π／２波長の位相差を有した二つの信号に分配して二つの出力側端子に出力するカプラである。このとき、一方の入力側端子ａに入力された信号は、他方の入力側端子ｂには出力されない。また、３ｄＢカプラ１３２，１３４，１３６は、二つの入力側端子に入力された信号を合成して、一方の出力側端子にのみ出力する性質をも併せ持っている。
【００２４】
移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２は、インダクタとキャパシタを並列接続させ信号周波数において並列共振モードで動作する共振回路の構成を有している。キャパシタは、外部からの制御（入力制御部１５４による制御）により可変容量として動作するよう構成されている。すなわち、移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２は、キャパシタの容量を変化させることで、３ｄＢカプラ１３６から入力された信号の位相を制御することができる。
【００２５】
入力端子ＩＮから３ｄＢカプラ１３２の入力側端子ａに入力された信号は、出力側端子ｃおよびｄから出力される。出力側端子ｄから出力された信号は、そのまま３ｄＢカプラ１３４の入力側端子ｅに入力される。一方、出力側端子ｃから出力された信号は、３ｄＢカプラ１３６を介して移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２に入力される。入力された信号が全反射され、再度カプラ１３６を介して端子ｊに出力され３ｄＢカプラ１３４の入力側端子ｆに入力される。移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２のキャパシタの静電容量に応じてカプラ１３６の端子ｊに出力される信号の位相量を可変される。
【００２６】
ここで、移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２による信号の移相量を調整すると、３ｄＢカプラ１３４の入力側端子ｆに入力される信号の位相を制御することができる。すなわち、出力側端子ｄおよび入力側端子ｅを経由して出力側端子ｇに現れる信号を相殺するように、出力側端子ｃ・３ｄＢカプラ１３６・入力側端子ｆを経由して出力側端子ｇに現れる信号の位相を制御すれば、入力端子ＩＮに入力された信号を全て出力側端子ｈから出力させることができる。同様に、出力側端子ｄおよび入力側端子ｅを経由して出力側端子ｈに現れる信号を相殺するように、出力側端子ｃ・３ｄＢカプラ１３６・入力側端子ｆを経由して出力側端子ｈに現れる信号の位相を制御すれば、入力端子ＩＮに入力された信号を全て出力側端子ｇから出力させることができる。
【００２７】
このように、実施形態の無停波切替器１３０によれば、移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２のキャパシタの容量を制御することで、入力端子ＩＮに入力された信号を出力側端子ｇまたはｈに出力させることができる。なお、図５Ａに示す例では、入力された信号を二つに分配しているが、無停波切替器の回路を組み合わせることで任意の数に分配することができる。
【００２８】
図５Ｂは、図５Ａに示す無停波切替部１３０の入出力関係を逆向きとした構成を持つ無停波切替部１４０の例を示している。図５Ｂに示すように、実施形態の増幅装置の無停波切替部１４０は、無停波切替部１３０の３ｄＢカプラ１３２，１３４，１３６に対応する３ｄＢカプラ１４２，１４４，１４６と、移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２に対応する移相器ＬＣ４１・ＬＣ４２と、終端抵抗１３８に対応する終端抵抗１４８を有している。実施形態の無停波切替器１４０によれば、移相器ＬＣ４１・ＬＣ４２のキャパシタを制御することで、入力側端子ａおよびｂに入力された信号のいずれか一方を、選択的に出力側端子ｈに出力させることができる。
【００２９】
無停波切替部１３０・１４０は、機械的接点を有さないから、増幅回路ＡＭＰ１およびＡＭＰ２を連続的に切替えることができる。すなわち、増幅回路の動作を停止させることなく、増幅回路への接続線路を切替えることができる。
【００３０】
（実施形態の増幅装置の動作）
初期状態では、切替制御部１５０は、無停波切替部１３０・１４０が飽和出力電力の最も大きいデフォルトの増幅回路（例えば増幅回路ＡＭＰ１）を選択するようにしておく。飽和出力電力の最も大きい増幅回路をデフォルトとするのは、振幅の大きな信号が入力されたとしても歪みの発生を抑えることができるからである。
【００３１】
無停波切替部１３０は、入力端子ＩＮに入力された信号を、飽和出力電力の最も大きい増幅回路ＡＭＰ１に送る。無停波切替部１３０から送られた信号は、増幅回路ＡＭＰ１の入力整合部１１０を経て増幅素子Ｑ１により増幅される。増幅素子Ｑ１は、増幅した信号を出力整合部１２０を介して無停波切替部１４０に送る。無停波切替部１４０は、増幅回路ＡＭＰ１から送られた信号を出力端子ＯＵＴに送る。
【００３２】
一方、切替制御部１５０のカプラ１５２は、入力端子ＩＮに入力された信号を検出して、検波器Ｄに送る。検波器Ｄは、入力された信号を包絡線検波して比較器ＩＣ１〜ＩＣｎそれぞれの一方の入力に送る。比較器ＩＣ１〜ＩＣｎは、入力された包絡線信号それぞれの電圧と参照電圧源Ｖ１〜Ｖｎの電圧とを比較する。このとき、参照電圧源Ｖ１〜Ｖｎの電圧をＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞…＞Ｖｎとしておくと、比較器ＩＣ１〜ＩＣｎは、カプラ１５２が検出した入力信号の包絡線電圧に応じて「１」または「０」を出力することになる。例えば、ＩＣ１の出力（および他のＩＣの出力）が「１」であれば、入力信号の包絡線電圧は大きく、ＩＣｎの出力のみが「１」であれば、入力信号の包絡線電圧は小さいということになる。
【００３３】
入力制御部１５４（および出力制御部１５６）は、入力信号の包絡線電圧と当該包絡線電圧において歪み特性と効率が最良となる関係の増幅回路とを対応付けた定義テーブルを有しており、比較器ＩＣ１〜ＩＣｎが出力する「１」や「０」に基づいて歪み特性と効率が最良となる増幅回路を選択する。すなわち、入力制御部１５４は、比較器ＩＣ１〜ＩＣｎの出力に基づき、入力端子ＩＮが接続された線路を、入力信号の包絡線電圧に応じた飽和出力特性をもつ増幅回路への線路と接続し、出力制御部１５６は、当該増幅回路の出力からの線路を、出力端子ＯＵＴへの線路と接続する。
【００３４】
このように、実施形態の増幅装置によれば、飽和出力特性の異なる増幅回路を複数備えて、入力信号の包絡線電圧に応じて歪み特性が良好かつ効率が最大となる増幅回路を選択するので、増幅信号の歪みを抑えつつ増幅装置全体の効率を向上することができる。また、実施形態の増幅装置によれば、入力信号の包絡線電圧を検出し、当該包絡線電圧に応じた増幅回路を選択するので、増幅動作以外の制御系における消費電流を抑えることができる。さらに、実施形態の増幅装置によれば、増幅回路の切替に無停波切替器を用いるので、増幅動作を停止せずに最適な増幅回路を選択することができる。これは、特に放送用送信機など増幅動作を停止させることのできない装置に適用する場合に好適である。
【００３５】
（比較例）
ここで、図６および図７を参照して、エンベロープトラッキング技術を用いた比較例に係る増幅装置について説明する。図６に示すように、エンベロープトラッキング技術を用いた増幅装置１ａは、実施形態に係る増幅装置と同様に、入力整合部１２、増幅素子Ｑ０および出力整合部２２を有している。すなわち、増幅回路としては、実施形態と同様の構成を有している。一方、比較例に係る増幅装置は、増幅回路が１つだけである点、および、切替制御部ではなくエンベロープ電源部５０を備える点において、実施形態に係る増幅装置と相違している。
【００３６】
エンベロープ電源部５０は、カプラ５２、整流器Ｄ０、アンプＩＣ０を有している。カプラ５２は、入力端子ＩＮに入力された信号を検出する。整流器Ｄ０は、カプラ５２が検出した信号を包絡線検波する（図６中（Ｉ））。アンプＩＣ０は、整流器Ｄ０が検波した包絡線信号を増幅し、ドレイン電圧（バイアス）として増幅素子Ｑ０に供給する（同（ＩＩ））。入力端子ＩＮに入力された信号（同（ＩＩＩ））は、入力整合部１２を経て、増幅素子Ｑ０により増幅される。このとき、増幅素子Ｑ０は、エンベロープ電源部５０のＩＣ０から入力信号の包絡線電圧に応じたバイアスの供給を受けているから、増幅信号の歪みを抑えることができる。増幅素子Ｑ０は、出力整合部２２を介して増幅信号を出力端子ＯＵＴへ出力する（同（ＩＶ））。
【００３７】
図７は、図６の増幅装置においてドレイン電圧（バイアス）を変えたときの出力電力および効率の関係を示している。図７に示すように、ドレイン電圧Ｖｄｓを大きくしていくと、飽和出力電力を大きくすることができるが、一方で、出力電力が小さい領域において効率が悪化することがわかる。エンベロープ電源部５０は、入力信号の包絡線電圧に応じたドレイン電圧を生成するので、増幅素子Ｑ０は常に効率のよい動作点（飽和出力付近）で動作することができる。
【００３８】
図６に示す比較例の増幅装置では、アンプＩＣ０がドレイン電圧を常に生成するため、エンベロープ電源部５０において消費電力が発生する。すなわち、増幅装置全体としての効率を向上させる場合に、エンベロープ電源部５０がネックとなる。実施形態の増幅装置は、エンベロープ電源部５０のような能動素子を用いた電源部を必要としないので、増幅装置全体としての効率をより高めることができる。また、実施形態の増幅装置では、動作点に応じて適した増幅素子を用いた増幅回路を選択するので、歪みをより低減しつつ効率を向上することができる。
【００３９】
（実施形態の増幅装置の具体例）
次に、図８および図９を参照して、実施形態の増幅装置の具体例を説明する。図８および図９に示す増幅装置は、図４および図５に示す実施形態の増幅装置において増幅回路ＡＭＰを二つ備えたものである。そこで、図４および図５に示す増幅装置と共通する構成については共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【００４０】
図８および図９に示す例では、増幅装置２は、ガラスエポキシなどの誘電体基板２００上にマイクロストリップラインにより回路が実装されている。図９に示すように、二つの増幅素子Ｑ１・Ｑ２のうち飽和出力特性の大きい増幅素子Ｑ１は、マイクロストリップラインにより形成された入力整合部２１０および出力整合部２２０とともに増幅回路ＡＭＰ１を構成している。同様に、二つの増幅素子Ｑ１・Ｑ２のうち飽和出力特性の小さい増幅素子Ｑ２は、マイクロストリップラインにより形成された入力整合部２１２および出力整合部２２２とともに増幅回路ＡＭＰ２を構成している。増幅素子Ｑ１は、増幅素子Ｑ２よりも熱損失が大きいため、増幅回路ＡＭＰ１は、増幅回路ＡＭＰ２よりも大きな回路面積を占め放熱を容易にしている。また、図８および図９に示すように、増幅装置２は、入力制御部および出力制御部の各機能を入出力制御部２５４により実現している。３ｄＢカプラ１３２，１３４，１３６，１４２，１４４，１４６や、カプラ１５２、移相器ＬＣ３１・ＬＣ３２・ＬＣ４１・ＬＣ４２は、マイクロストリップラインにより基板２００上に実装されている。
【００４１】
このように、実施形態の増幅装置は、基板実装が可能な無停波切替器により複数の増幅回路を切り替えるので、増幅装置のサイズを小さくすることができる。
【００４２】
（実施形態の送信装置）
次に、図１０を参照して実施形態に係る送信装置３について説明する。図１０に示すように、実施形態の送信装置３は、入力端子ＩＮに入力された信号を変調する変調部３１０と、変調部３１０の変調信号を周波数変換する周波数変換部３２０と、周波数変換部に周波数変換用のローカル信号を供給する局部発振部３３０と、図４や図８に示す実施形態に係る増幅装置１（２）と、増幅装置１（２）が増幅した信号を電波として空間に放射するアンテナ３４０とを備えている。
【００４３】
実施形態に係る送信装置は、飽和出力特性の異なる増幅回路を複数備えて、周波数変換された変調信号の包絡線電圧に応じて歪み特性が良好かつ効率が最大となる増幅回路を選択するので、増幅信号の歪みを抑えつつ送信装置全体の効率を向上することができる。また、実施形態の送信装置によれば、周波数変換された変調信号の包絡線電圧を検出し、当該包絡線電圧に応じた増幅回路を選択するので、電力増幅動作以外の制御系における消費電流を抑えることができる。さらに、実施形態の送信装置によれば、増幅回路の切替に無停波切替器を用いるので、増幅動作を停止せずに最適な増幅回路を選択することができる。すなわち、送信動作を停止させることなく増幅回路を切り替えることができ、効率の低下を抑えることができる。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが，これらの実施形態は，例として提示したものであり，発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は，その他の様々な形態で実施されることが可能であり，発明の要旨を逸脱しない範囲で，種々の省略，置き換え，変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は，発明の範囲や要旨に含まれるとともに，特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１…増幅装置、１１０，１１２，１１４…入力整合部、Ｑ１〜Ｑｎ…増幅素子、１２０，１２２，１２４…出力整合部、１３０，１４０…無停波切替部、１３２，１３４，１３６，１４２，１４４，１４６…３ｄＢカプラ、ＬＣ３１，ＬＣ３２，ＬＣ４１，ＬＣ４２…移相器、１５０…切替制御部、１５２…カプラ、Ｄ…検波器、ＩＣ１〜ＩＣｎ…比較器、１５４…入力制御部、１５６…出力制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飽和出力電力が互いに異なる複数の増幅回路と、
入力端子に入力された入力信号の包絡線信号を検出する検波器と、
前記検波器が検出した包絡線信号の信号電圧を、それぞれ異なる参照電圧と比較する複数の比較器と、
前記複数の比較器の比較結果に基づいて前記複数の増幅回路のいずれか一つを選択する切替制御部と、
前記入力端子を前記切替制御部が選択した増幅回路の入力に接続するとともに、前記切替制御部が選択した増幅回路の出力を出力端子に接続する切替部と
を具備することを特徴とする増幅装置。
【請求項２】
前記切替部は、３ｄＢカプラと、移相量を可変とした移相器とを有することを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
【請求項３】
前記複数の増幅回路は、それぞれの飽和出力電力に応じた互いに異なるバイアス電圧またはバイアス電流が供給されることを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
【請求項４】
前記複数の増幅回路は、それぞれの飽和出力電力に応じた互いに異なる増幅素子を有することを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
【請求項５】
誘電体基板を備え、
前記複数の増幅回路、前記検波器、前記複数の比較器、前記切替制御部および前記切替部は、前記誘電体基板上に配設され、前記誘電体基板上に形成されたマイクロストリップラインにより相互に接続されたこと
を特徴とする請求項１記載の増幅装置。
【請求項６】
入力信号を変調する変調部と、
前記変調部により変調された変調信号を周波数変換する周波数変換部と、
請求項１記載の増幅装置と
を具備したことを特徴とする送信装置。
【請求項１】
飽和出力電力が互いに異なる複数の増幅回路と、
入力端子に入力された入力信号の包絡線信号を検出する検波器と、
前記検波器が検出した包絡線信号の信号電圧を、それぞれ異なる参照電圧と比較する複数の比較器と、
前記複数の比較器の比較結果に基づいて前記複数の増幅回路のいずれか一つを選択する切替制御部と、
前記入力端子を前記切替制御部が選択した増幅回路の入力に接続するとともに、前記切替制御部が選択した増幅回路の出力を出力端子に接続する切替部と
を具備することを特徴とする増幅装置。
【請求項２】
前記切替部は、３ｄＢカプラと、移相量を可変とした移相器とを有することを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
【請求項３】
前記複数の増幅回路は、それぞれの飽和出力電力に応じた互いに異なるバイアス電圧またはバイアス電流が供給されることを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
【請求項４】
前記複数の増幅回路は、それぞれの飽和出力電力に応じた互いに異なる増幅素子を有することを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
【請求項５】
誘電体基板を備え、
前記複数の増幅回路、前記検波器、前記複数の比較器、前記切替制御部および前記切替部は、前記誘電体基板上に配設され、前記誘電体基板上に形成されたマイクロストリップラインにより相互に接続されたこと
を特徴とする請求項１記載の増幅装置。
【請求項６】
入力信号を変調する変調部と、
前記変調部により変調された変調信号を周波数変換する周波数変換部と、
請求項１記載の増幅装置と
を具備したことを特徴とする送信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−２６９４１（Ｐ２０１３−２６９４１Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６１５５５（Ｐ２０１１−１６１５５５）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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