電力合成形増幅器
【課題】広帯域かつ高効率で、容易に実現可能な電力合成形増幅器を提供する。
【解決手段】所定の入力信号が分配される２つの経路の一方に設けられて入力信号を増幅するＢ級動作トランジスタ３と、他方の経路に設けられて入力信号を増幅するＣ級動作トランジスタ４と、Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力とＣ級動作トランジスタ４の出力電力とを合成するＴ分岐１１とを有する電力合成形増幅器である。Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力は、第１アイソレータ９を介してＴ分岐１１に送られ、Ｃ級動作トランジスタ４の出力電力は、第２アイソレータ１０を介してＴ分岐１１に送られる。第１アイソレータ９によりＢ級動作トランジスタ３の負荷インピーダンスを一定値にし、第２アイソレータ１０がＣ級動作トランジスタ４の負荷インピーダンスを一定値にする。
【解決手段】所定の入力信号が分配される２つの経路の一方に設けられて入力信号を増幅するＢ級動作トランジスタ３と、他方の経路に設けられて入力信号を増幅するＣ級動作トランジスタ４と、Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力とＣ級動作トランジスタ４の出力電力とを合成するＴ分岐１１とを有する電力合成形増幅器である。Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力は、第１アイソレータ９を介してＴ分岐１１に送られ、Ｃ級動作トランジスタ４の出力電力は、第２アイソレータ１０を介してＴ分岐１１に送られる。第１アイソレータ９によりＢ級動作トランジスタ３の負荷インピーダンスを一定値にし、第２アイソレータ１０がＣ級動作トランジスタ４の負荷インピーダンスを一定値にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばマイクロ波通信、移動体通信、衛星通信向けの通信装置等に用いることができる高効率な電力合成形増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８、図９は、Steve C.Cripps著“RF Power Amplifier for Wireless Communications”，London，Artech HouseのP.219-239に記載された、ドハティの考案による電力合成形増幅器の構成及び動作を説明するための図である。図８は、飽和出力から６ｄＢ以上のバックオフをとった出力電力レベルにおける従来の電力合成形増幅器の等価回路図であり、図９は飽和出力電力レベルにおける従来の電力合成形増幅器の等価回路図である。
【０００３】
図８、図９において、符号３はＢ級動作するトランジスタ（以下、「Ｂ級動作トランジスタ」という）、符号４はＣ級動作するトランジスタ（以下、「Ｃ級動作トランジスタ」という）、符号３７は１／４波長インピーダンス変換線路である。
Ｂ級動作トランジスタ３は入力信号をＢ級増幅するものであり、その出力端は、１／４波長インピーダンス変換線路３７を介して負荷インピーダンスＲＬにより終端される。Ｃ級動作トランジスタ４は入力信号をＣ級増幅するものであり、その出力端は、飽和出力から６ｄＢ以上のバックオフを取った出力電力レベルでは開放端となり、飽和出力電力レベルでは負荷インピーダンスＲＬにより終端される。
【０００４】
Ｂ級動作トランジスタ３の最適負荷を“Ｒopt”とすると、負荷インピーダンスＲＬは“（１／２）×Ｒopt”、１／４波長インピーダンス変換線路３７の特性インピーダンスは“Ｒopt”となる。Ｃ級動作トランジスタ４は、飽和出力から６ｄＢ以上のバックオフをとった出力電力レベルにおいては “ＯＦＦ”、飽和出力から６ｄＢ未満のバックオフをとった出力電力レベルにおいては“ＯＮ”となるように動作する。
【０００５】
図１０は、従来の電力合成形増幅器の回路図であり、図中、符号１は入力端子、符号２は出力端子、符号３８は入力整合回路、符号３９は出力整合回路、符号４０は移相器である。符号３、４、３７については、図８、図９に示すものと同じである。
Ｂ級動作トランジスタ３とＣ級動作トランジスタ４とは、入力整合回路３８及び出力整合回路３９の間に並列に接続されている。Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力は、１／４波長インピーダンス変換線路３７を介して出力整合回路３９に供給される。Ｃ級動作トランジスタ４の出力電力は、直接、出力整合回路３９に供給される。入力整合回路３８とＣ級動作トランジスタ４との間に設けられる移相器４０により、Ｂ級動作トランジスタ３とＣ級動作トランジスタ４の出力電力の位相差を補正される。
出力整合回路３９は、“（１／２）×Ｒopt”である負荷インピーダンスＲＬを、マイクロ波部品の標準インタフェースのインピーダンスである“５０Ω”に変換するものである。
【０００６】
このような従来の電力合成形増幅器では、飽和出力から６ｄＢ以上のバックオフをとった出力電力レベルにおいては、Ｃ級動作トランジスタ４が“ＯＦＦ”しているので、２つのトランジスタをＢ級動作させて電力増幅する場合と比較して、効率は２倍になる。またピークファクタの大きい変調波信号を増幅する場合には、ピーク出力時のみＣ級動作トランジスタ４が“ＯＮ”となるので、平均的な効率が良くなる。このような方法で、バックオフの大きい出力電力レベルにおける効率を改善する技術は、ピーク電力注入と呼ばれている。
【０００７】
飽和出力から６ｄＢ以上のバックオフをとった出力電力レベルでは、図８に示すように、Ｃ級動作トランジスタ４が“ＯＦＦ”となってその出力インピーダンスが開放となるために、Ｂ級動作トランジスタ３から負荷側を見込むインピーダンスは、“２×Ｒopt”となる。
他方、飽和出力電力レベルでは、図９に示すように、Ｂ級動作トランジスタ３及びＣ級動作トランジスタ４がいずれも“ＯＮ”である。このとき、図９中のｂ点、ｃ点から負荷側を見込むインピーダンスは、それぞれ“Ｒopt”である。１／４波長インピーダンス変換線路３７の特性インピーダンスは“Ｒopt”であるので、Ｂ級動作トランジスタ３から負荷側を見込むインピーダンスも“Ｒopt”である。
【０００８】
このように飽和出力電力レベルにおいては、Ｂ級動作トランジスタ３、Ｃ級動作トランジスタ４のいずれも、負荷側を見込むインピーダンスが“Ｒopt”となる。なお、６ｄＢバックオフ点と飽和出力の中間の出力電力レベルにおいては、負荷側を見込むインピーダンスが“２×Ｒopt”と“Ｒopt”の中間の値となる。出力電力レベルに応じて負荷側を見込むインピーダンスを変化させることにより、広範囲のレンジをカバーして増幅器の高効率化を図る技術は、負荷変調と呼ばれている。
【０００９】
このように従来の電力合成形増幅器は、ピーク電力注入と負荷変調を利用して、増幅器の高効率化を図っている。上記の電力合成形増幅器の効率は、６ｄＢバックオフ点から飽和出力までの出力電力レベルにおいて、７０％〜７８．５％である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の電力合成形増幅器には、以下のような問題点がある。まず、１／４波長インピーダンス変換線路３７よりも出力側に出力整合回路３９が設けられているために帯域が狭くなる。また、６ｄＢバックオフ点から飽和出力までの出力電力レベルにおける効率が悪くなる。さらに、高出力トランジスタを使用する場合に、特性インピーダンスの低い１／４波長インピーダンス変換線路３７が必要となり実現が困難になる。例えば、出力１８０Ｗ級のＬＤＭＯＳＦＥＴの場合、 “Ｒopt”は約２Ωである。
【００１１】
本発明の課題は、このような問題点を解決するもので、広帯域かつ高効率で、容易に実現可能な電力合成形増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上のような課題を解決する本発明の電力合成形増幅器は、所定の入力信号が分配される２つの経路の一方に設けられており、前記入力信号をＢ級動作により増幅するための第１プッシュプル増幅器と、他方の経路に設けられて前記入力信号をＣ級動作により増幅するための第２プッシュプル増幅器と、前記第１プッシュプル増幅器の出力電力と前記第２プッシュプル増幅器の出力電力とを合成する合成器と、前記第１プッシュプル増幅器の負荷インピーダンスを一定値にするとともに前記第１プッシュプル増幅器の出力電力を前記合成器に入力するための第１アイソレータと、前記第２プッシュプル増幅器の負荷インピーダンスを一定値にするとともに前記第２プッシュプル増幅器の出力電力を前記合成器に入力するための第２アイソレータと、を備える。
前記第１プッシュプル増幅器は、前記入力信号をそれぞれ異なる複数の経路からなる第１経路群に分配する第１分配器と、前記第１経路群のそれぞれの経路に少なくとも一つずつ接続されて前記入力信号を増幅するトランジスタからなる、第１トランジスタ群と、前記第１トランジスタ群のそれぞれのトランジスタの出力電力を合成する第１合成器と、前記第１トランジスタ群のそれぞれのトランジスタと前記第１合成器との間に設けられて、各トランジスタの出力インピーダンス整合を図る第１出力整合回路と、を有している。
前記第２プッシュプル増幅器は、前記入力信号をそれぞれ異なる複数の経路からなる第２経路群に分配する第２分配器と、前記第２経路群のそれぞれの経路に少なくとも一つずつ接続されて前記入力信号を増幅するトランジスタからなる、第２トランジスタ群と、前記第２トランジスタ群のそれぞれのトランジスタの出力電力を合成する第２合成器と、前記第２トランジスタ群のそれぞれのトランジスタと前記第２合成器との間に設けられて、各トランジスタの出力インピーダンス整合を図る第２出力整合回路と、を有している。
【００１３】
このような電力合成形増幅器は、第１アイソレータ及び第２アイソレータが、第１プッシュプル増幅器及び第２プッシュプル増幅器への負荷変調による影響を隠し、６ｄＢバックオフ点から飽和出力までの出力電力レベルにおける負荷インピーダンスを一定値にするために、効率が良くなる。また、１／４波長インピーダンス変換線路を用いないために広帯域となり、容易に実現可能となる。また、第１トランジスタ群の各トランジスタ及び第２トランジスタ群の各トランジスタの出力インピーダンスが最適になる。
【００１４】
本発明の電力合成形増幅器を構成する前記合成器は、例えば、Ｔ分岐、ウィルキンソン形電力分配器、９０度ハイブリッド、１８０度ハイブリッド、又はバラン等により実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態の電力合成形増幅器を示す回路図。
【図２】第１実施形態の電力合成形増幅器の出力電力特性を示す図。
【図３】第１実施形態の電力合成形増幅器の効率特性を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態の電力合成形増幅器を示す回路図。
【図５】本発明の第３実施形態の電力合成形増幅器を示す回路図。
【図６】本発明の第４実施形態の電力合成形増幅器を示す回路図。
【図７】本発明の第５実施形態の電力合成形増幅器を示す回路図。
【図８】飽和出力から６ｄＢ以上のバックオフをとった出力電力レベルにおける従来の電力合成形増幅器の等価回路図。
【図９】飽和出力電力レベルにおける従来の電力合成形増幅器の等価回路図。
【図１０】従来の電力合成形増幅器の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の電力合成形増幅器の第１実施形態を示す回路図であり、符号１は入力端子、符号２は出力端子、符号３はＢ級動作トランジスタ、符号４はＣ級動作トランジスタ、符号５は第１入力整合回路、符号６は第１出力整合回路、符号７は第２入力整合回路、符号８は第２出力整合回路、符号９は第１アイソレータ、符号１０は第２アイソレータ、符号１１はＴ分岐、符号１２は移相器である。Ｂ級動作トランジスタ３の最適負荷は、従来技術の説明と同じく “Ｒopt”とする。
【００１７】
第１入力整合回路５は、入力端子１に接続される前段の回路との間でインピーダンス整合をとるための回路である。第１入力整合回路５は、入力端子１から入力される入力信号をＢ級動作トランジスタ３に入力する。Ｂ級動作トランジスタ３は、第１入力整合回路５から入力された入力信号をＢ級増幅する。
【００１８】
第１出力整合回路６は、Ｂ級動作トランジスタ３の出力端と第１アイソレータ９との間に接続される。第１アイソレータ９は、第１出力整合回路６とＴ分岐１１との間に接続される。第１アイソレータ９により、Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力が出力端子２から反射されてＢ級動作トランジスタ３に戻ることがなくなる。
第１出力整合回路６及び第１アイソレータ９により、Ｂ級動作トランジスタ３の負荷側を見込むインピーダンスが一定値となる。この実施形態では、Ｂ級動作トランジスタ３の負荷側を見込むインピーダンスが、Ｂ級動作トランジスタ３の最適負荷の２倍である“２×Ｒopt”に設定される。
【００１９】
移相器１２は、入力端子１と第２入力整合回路７との間に接続され、Ｂ級動作トランジスタ３とＣ級動作トランジスタ４の出力電力の位相差を補正するものである。
第２入力整合回路７は、入力端子１に接続される前段の回路との間でインピーダンス整合をとるための回路である。第２入力整合回路７は、入力端子１から入力される入力信号をＣ級動作トランジスタ４に入力する。Ｃ級動作トランジスタ４は、第２入力整合回路７から入力された入力信号をＣ級増幅する。
【００２０】
第２出力整合回路８は、Ｃ級動作トランジスタ４の出力端と第２アイソレータ１０との間に接続される。第２アイソレータ１０は、第２出力整合回路８とＴ分岐１１との間に接続される。第２アイソレータ１０により、Ｃ級動作トランジスタ４の出力電力が出力端子２から反射されてＣ級動作トランジスタ４に戻ることがなくなる。
第２出力整合回路８及び第２アイソレータ１０により、Ｃ級動作トランジスタ４の負荷側を見込むインピーダンスが一定値となる。この実施形態では、Ｃ級動作トランジスタ４の負荷側を見込むインピーダンスが、Ｃ級動作トランジスタ４の最適負荷の２倍である“２×Ｒopt”に設定される。
【００２１】
Ｔ分岐１１は、Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力及びＣ級動作トランジスタ４の出力電力を合成して、合成した出力電力を出力端子２を介して外部に出力するものである。
【００２２】
このような電力合成形増幅器の動作について説明する。
入力端子１から入力された入力信号は、Ｂ級動作トランジスタ３の配される経路（以下、「第１経路」という）及びＣ級動作トランジスタ４の配される経路（以下、「第２経路」という）のそれぞれに供給される。第１経路に供給された入力信号は、第１入力整合回路５を介してＢ級動作トランジスタ３に入力される。Ｂ級動作トランジスタ３は、入力信号を増幅してその出力電力を第１出力整合回路６に入力する。第１出力整合回路６は、Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力を第１アイソレータ９を介してＴ分岐１１へ送る。
【００２３】
第２経路に供給された入力信号は、移相器１２で所定の量だけ位相が補正された後に、第２入力整合回路７を介してＣ級動作トランジスタ４に入力される。Ｃ級動作トランジスタ４は、入力信号を増幅してその出力電力を第２出力整合回路８に入力する。第２出力整合回路８は、Ｃ級動作トランジスタ４の出力電力を第２アイソレータ１０を介してＴ分岐１１へ送る。
【００２４】
Ｔ分岐１１は、第１経路及び第２経路のそれぞれから送られてきた出力電力を合成して、出力端子２から外部へ出力する。
【００２５】
このような電力合成形増幅器では、従来技術で説明した電力合成形増幅器と同様に、Ｂ級動作トランジスタ３を流れる電流の量とＣ級動作トランジスタ４を流れる電流の量との差により負荷変調が起こり、図１中のｂ’点及びｃ’点から負荷側を見込むインピーダンスは、飽和出力から６ｄＢ以上のバックオフをとった出力電力レベルにおいて“２×Ｒopt”から“Ｒopt”の間の値となる。しかし、第１アイソレータ９及び第２アイソレータ１０により、Ｂ級動作トランジスタ３から負荷側を見込むインピーダンス及びＣ級動作トランジスタ４から負荷側を見込むインピーダンスは、出力電力のレベルに依らず、一定値 “２×Ｒopt”となる。
【００２６】
図２、図３に第１実施形態の電力合成形増幅器の出力電力特性、効率特性を示す。これらの図から、この電力合成形増幅器は、６ｄＢバックオフ点から飽和出力までの出力電力レベルにおいて８０％以上の効率であることがわかる。この高い効率は、出力電力のレベルに依らず、負荷インピーダンスを一定値 “２×Ｒopt”に保持することにより得られたものである。なお、飽和電力から６ｄＢ以上のバックオフをとった出力電力レベルにおける効率は、従来の電力合成形増幅器と同様である。
本発明の電力合成形増幅器は、従来のような１／４波長インピーダンス変換線路３７を用いずに、Ｂ級動作、Ｃ級動作トランジスタ３、４の近傍に第１、第２出力整合回路６、８を設けてインピーダンス整合を実現しているために広帯域となる。また、１／４波長インピーダンス変換線路３７を用いないために、高出力トランジスタを使用する場合でも、容易に電力合成形増幅器を実現可能になる。
【００２７】
なお、第１実施形態では、Ｂ級動作トランジスタ３、Ｃ級動作トランジスタ４のそれぞれを理想的にＢ級動作、Ｃ級動作させる場合について説明したが、理想的なＢ級動作トランジスタ３の代わりにＡＢ級動作させるトランジスタを使用し、理想的なＣ級動作トランジスタ４の代わりにＡＢ級〜Ｃ級動作させるトランジスタを用いても第１実施形態と同様の効果を奏することは明らかである。このことは、以下の実施の形態でも同様である。
【００２８】
図４は、第２実施形態の電力合成形増幅器の回路図であり、図中、符号１３は第１ウイルキンソン形電力分配器、符号１４は第２ウイルキンソン形電力分配器である。符号１〜１０、及び１２は、図１に同じである。
この電力合成形増幅器は、入力端子１から入力された入力信号が第１ウイルキンソン形電力分配器１３により、Ｂ級動作トランジスタ３の配される第１経路及びＣ級動作トランジスタ４の配される第２経路のそれぞれに供給される。また、Ｔ分岐１１に代えて第２ウイルキンソン形電力分配器１４を用いて、Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力及びＣ級動作トランジスタ４の出力電力を合成して出力端子２から外部に出力するように構成されている。
このような第２実施形態の電力合成形増幅器の動作及び作用は、第１実施形態の電力合成形増幅器の場合と同様である。
【００２９】
図５は、第３実施形態の電力合成形増幅器の回路図であり、図中、符号１５は第１の９０度ハイブリッド、符号１６は第２の９０度ハイブリッドである。符号１〜１０、及び１２は、図１に同じである。
この電力合成形増幅器は、入力端子１から入力された入力信号が第１の９０度ハイブリッド１５により、Ｂ級動作トランジスタ３の配される第１経路及びＣ級動作トランジスタ４の配される第２経路のそれぞれに供給される。また、Ｔ分岐１１に代えて第２の９０度ハイブリッド１６を用いて、Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力及びＣ級動作トランジスタ４の出力電力を合成して出力端子２から外部に出力するように構成されている。
このような第３実施形態の電力合成形増幅器の動作及び作用は、第１実施形態の電力合成形増幅器の場合と同様である。
【００３０】
図６は、第４実施形態の電力合成形増幅器の回路図であり、図中、符号１７は第１の１８０度ハイブリッド、符号１８は第２の１８０度ハイブリッドである。符号１〜１０、及び１２は、図１に同じである。
この電力合成形増幅器は、入力端子１から入力された入力信号が第１の１８０度ハイブリッド１７により、Ｂ級動作トランジスタ３の配される第１経路及びＣ級動作トランジスタ４の配される第２経路のそれぞれに供給される。また、Ｔ分岐１１に代えて第２の１８０度ハイブリッド１８を用いて、Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力及びＣ級動作トランジスタ４の出力電力を合成して出力端子２から外部に出力するように構成されている。
このような第４実施形態の電力合成形増幅器の動作及び作用は、第１実施形態の電力合成形増幅器の場合と同様である。
なお、第１の１８０度ハイブリッド１７、第２の１８０度ハイブリッド１８のそれぞれの代わりに、バランを用いてもよい。
【００３１】
図７は、第５実施形態の電力合成形増幅器の回路図であり、同じ構成の第１、第２プッシュプル増幅器１０１、１０２が並列に接続された構成をもつ電力合成形増幅器である。
図中、符号１９は分配器、符号２０は合成器であり、符号９、１０、及び１２は図１に同じである。分配器１９により、入力端子１から入力された入力信号が第１プッシュプル増幅器１０１が設けられた経路と、第２プッシュプル増幅器１０２が設けられた経路とに分配される。第１プッシュプル増幅器１０１と第２プッシュプル増幅器１０２とは同じ構成であり、第１プッシュプル増幅器１０１がＢ級動作により入力信号を増幅し、第２プッシュプル増幅器１０２がＣ級動作により入力信号を増幅するようになっている。第１プッシュプル増幅器１０１の出力電力及び第２プッシュプル増幅器１０２の出力電力は、それぞれ第１アイソレータ９、第２アイソレータ１０を通って合成器２０に送られ、ここで合成される。
【００３２】
符号２１〜２８は第１プッシュプル増幅器１０１の各構成要素に付されており、符号２１は第１Ｂ級動作トランジスタ、符号２２は第２Ｂ級動作トランジスタ、符号２３は第１プッシュプル増幅器１０１の第１入力整合回路、符号２４は第１プッシュプル増幅器１０１の第１出力整合回路、符号２５は第１プッシュプル増幅器１０１の第２入力整合回路、符号２６は第１プッシュプル増幅器１０１の第２出力整合回路、符号２７は第１プッシュプル増幅器１０１の第１バラン、符号２８は第１プッシュプル増幅器１０１の第２バランである。
【００３３】
第１バラン２７は、分配器１９から送られてきた入力信号を第１Ｂ級動作トランジスタ２１が設けられた経路と、第２Ｂ級動作トランジスタ２２が設けられた経路とに分配する分配器である。
第１入力整合回路２３及び第２入力整合回路２５は、それぞれ第１バラン２７から送られる入力信号を第１Ｂ級動作トランジスタ２１、第２Ｂ級動作トランジスタ２２に入力するものであり、各トランジスタの入力インピーダンス整合を図るものである。
第１Ｂ級動作トランジスタ２１及び第２Ｂ級動作トランジスタ２２は、それぞれ第１入力整合回路２３、第２入力整合回路２５から送られた入力信号をＢ級動作により増幅するものである。
第１出力整合回路２４及び第２出力整合回路２６は、それぞれ第１Ｂ級動作トランジスタ２１、第２Ｂ級動作トランジスタ２２の出力インピーダンス整合を図るものである。
第２バラン２８は、第１出力整合回路２４及び第２出力整合回路２６から送られる第１Ｂ級動作トランジスタ２１及び第２Ｂ級動作トランジスタ２２の出力電力を合成する合成器である。
【００３４】
符号２９〜３６は第２プッシュプル増幅器１０２の各構成要素に付されており、符号２９は第１Ｃ級動作トランジスタ、符号３０は第２Ｃ級動作トランジスタ、符号３１は第２プッシュプル増幅器１０２の第１入力整合回路、符号３２は第２プッシュプル増幅器１０２の第１出力整合回路、符号３３は第２プッシュプル増幅器１０２の第２入力整合回路、符号３４は第２プッシュプル増幅器１０２の第２出力整合回路、符号３５は第２プッシュプル増幅器１０２の第１バラン、符号３６は第２プッシュプル増幅器１０２の第２バランである。
【００３５】
上述のように第１プッシュプル増幅器１０１と第２プッシュプル増幅器１０２とは同じ構成であり、動作もほぼ同じである。異なる点は、第１プッシュプル増幅器１０１がＢ級動作により増幅を行うために、第１Ｂ級動作トランジスタ２１、第２Ｂ級動作トランジスタ２２を用いるのに対して、第２プッシュプル増幅器１０２がＣ級動作により増幅を行うために、第１Ｃ級動作トランジスタ２９、第２Ｃ級動作トランジスタ３０を用いる点である。
【００３６】
この実施形態では、第１プッシュプル増幅器１０１がＢ級動作により入力信号を増幅し、第２プッシュプル増幅器１０２がＣ級動作により入力信号を増幅するようになっており、第１プッシュプル増幅器１０１が、第１〜第４実施形態の第１入力整合回路５、Ｂ級動作トランジスタ３、及び第１出力整合回路６を含む回路に相当し、第２プッシュプル増幅器１０２が、第１〜第４実施形態の第２入力整合回路７、Ｃ級動作トランジスタ４、及び第１出力整合回路８を含む回路に相当する。
なお、分配器１９及び合成器２０には、例えばＴ分岐、ウイルキンソン形電力分配器、９０度ハイブリッド、１８０度ハイブリッド、又はバラン等を使用することができる。
【００３７】
第５実施形態の電力合成形増幅器においても、Ｂ級動作させる第１Ｂ級動作トランジスタ２１及び第２Ｂ級動作トランジスタ２２を流れる電流の量と、Ｃ級動作させる第１Ｃ級動作トランジスタ２９及び第２Ｃ級動作トランジスタ３０を流れる電流の量との相違により負荷変調が起こり、図７中のｂ’’点とｃ’’点における負荷インピーダンスは、出力電力レベルに応じて変化する。しかし、第１アイソレータ９及び第２アイソレータ１０により、この負荷インピーダンスの変化は、各トランジスタ２１、２２、２９、３０から隠される。したがって、６ｄＢバックオフ点から飽和出力までの出力電力レベルにおいて、高い効率を得ることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１ 入力端子
２ 出力端子
３ Ｂ級動作トランジスタ
４ Ｃ級動作トランジスタ
５ 第１入力整合回路
６ 第１出力整合回路
７ 第２入力整合回路
８ 第２出力整合回路
９ 第１アイソレータ
１０ 第２アイソレータ
１１ Ｔ分岐
１２ 移相器
１３ 第１ウイルキンソン形電力分配器
１４ 第２ウイルキンソン形電力分配器
１５ 第１の９０度ハイブリッド
１６ 第２の９０度ハイブリッド
１７ 第１の１８０度ハイブリッド
１８ 第２の１８０度ハイブリッド
１９ 分配器
２０ 合成器
２１ 第１Ｂ級動作トランジスタ
２２ 第２Ｂ級動作トランジスタ
２３ 第１プッシュプル増幅器の第１入力整合回路
２４ 第１プッシュプル増幅器の第１出力整合回路
２５ 第１プッシュプル増幅器の第２入力整合回路
２６ 第１プッシュプル増幅器の第２出力整合回路
２７ 第１プッシュプル増幅器の第１バラン
２８ 第１プッシュプル増幅器の第２バラン
２９ 第１Ｃ級動作トランジスタ
３０ 第２Ｃ級動作トランジスタ
３１ 第２プッシュプル増幅器の第１入力整合回路
３２ 第２プッシュプル増幅器の第１出力整合回路
３３ 第２プッシュプル増幅器の第２入力整合回路
３４ 第２プッシュプル増幅器の第２出力整合回路
３５ 第２プッシュプル増幅器の第１バラン
３６ 第２プッシュプル増幅器の第２バラン
１０１ 第１プッシュプル増幅器
１０２ 第２プッシュプル増幅器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばマイクロ波通信、移動体通信、衛星通信向けの通信装置等に用いることができる高効率な電力合成形増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８、図９は、Steve C.Cripps著“RF Power Amplifier for Wireless Communications”，London，Artech HouseのP.219-239に記載された、ドハティの考案による電力合成形増幅器の構成及び動作を説明するための図である。図８は、飽和出力から６ｄＢ以上のバックオフをとった出力電力レベルにおける従来の電力合成形増幅器の等価回路図であり、図９は飽和出力電力レベルにおける従来の電力合成形増幅器の等価回路図である。
【０００３】
図８、図９において、符号３はＢ級動作するトランジスタ（以下、「Ｂ級動作トランジスタ」という）、符号４はＣ級動作するトランジスタ（以下、「Ｃ級動作トランジスタ」という）、符号３７は１／４波長インピーダンス変換線路である。
Ｂ級動作トランジスタ３は入力信号をＢ級増幅するものであり、その出力端は、１／４波長インピーダンス変換線路３７を介して負荷インピーダンスＲＬにより終端される。Ｃ級動作トランジスタ４は入力信号をＣ級増幅するものであり、その出力端は、飽和出力から６ｄＢ以上のバックオフを取った出力電力レベルでは開放端となり、飽和出力電力レベルでは負荷インピーダンスＲＬにより終端される。
【０００４】
Ｂ級動作トランジスタ３の最適負荷を“Ｒopt”とすると、負荷インピーダンスＲＬは“（１／２）×Ｒopt”、１／４波長インピーダンス変換線路３７の特性インピーダンスは“Ｒopt”となる。Ｃ級動作トランジスタ４は、飽和出力から６ｄＢ以上のバックオフをとった出力電力レベルにおいては “ＯＦＦ”、飽和出力から６ｄＢ未満のバックオフをとった出力電力レベルにおいては“ＯＮ”となるように動作する。
【０００５】
図１０は、従来の電力合成形増幅器の回路図であり、図中、符号１は入力端子、符号２は出力端子、符号３８は入力整合回路、符号３９は出力整合回路、符号４０は移相器である。符号３、４、３７については、図８、図９に示すものと同じである。
Ｂ級動作トランジスタ３とＣ級動作トランジスタ４とは、入力整合回路３８及び出力整合回路３９の間に並列に接続されている。Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力は、１／４波長インピーダンス変換線路３７を介して出力整合回路３９に供給される。Ｃ級動作トランジスタ４の出力電力は、直接、出力整合回路３９に供給される。入力整合回路３８とＣ級動作トランジスタ４との間に設けられる移相器４０により、Ｂ級動作トランジスタ３とＣ級動作トランジスタ４の出力電力の位相差を補正される。
出力整合回路３９は、“（１／２）×Ｒopt”である負荷インピーダンスＲＬを、マイクロ波部品の標準インタフェースのインピーダンスである“５０Ω”に変換するものである。
【０００６】
このような従来の電力合成形増幅器では、飽和出力から６ｄＢ以上のバックオフをとった出力電力レベルにおいては、Ｃ級動作トランジスタ４が“ＯＦＦ”しているので、２つのトランジスタをＢ級動作させて電力増幅する場合と比較して、効率は２倍になる。またピークファクタの大きい変調波信号を増幅する場合には、ピーク出力時のみＣ級動作トランジスタ４が“ＯＮ”となるので、平均的な効率が良くなる。このような方法で、バックオフの大きい出力電力レベルにおける効率を改善する技術は、ピーク電力注入と呼ばれている。
【０００７】
飽和出力から６ｄＢ以上のバックオフをとった出力電力レベルでは、図８に示すように、Ｃ級動作トランジスタ４が“ＯＦＦ”となってその出力インピーダンスが開放となるために、Ｂ級動作トランジスタ３から負荷側を見込むインピーダンスは、“２×Ｒopt”となる。
他方、飽和出力電力レベルでは、図９に示すように、Ｂ級動作トランジスタ３及びＣ級動作トランジスタ４がいずれも“ＯＮ”である。このとき、図９中のｂ点、ｃ点から負荷側を見込むインピーダンスは、それぞれ“Ｒopt”である。１／４波長インピーダンス変換線路３７の特性インピーダンスは“Ｒopt”であるので、Ｂ級動作トランジスタ３から負荷側を見込むインピーダンスも“Ｒopt”である。
【０００８】
このように飽和出力電力レベルにおいては、Ｂ級動作トランジスタ３、Ｃ級動作トランジスタ４のいずれも、負荷側を見込むインピーダンスが“Ｒopt”となる。なお、６ｄＢバックオフ点と飽和出力の中間の出力電力レベルにおいては、負荷側を見込むインピーダンスが“２×Ｒopt”と“Ｒopt”の中間の値となる。出力電力レベルに応じて負荷側を見込むインピーダンスを変化させることにより、広範囲のレンジをカバーして増幅器の高効率化を図る技術は、負荷変調と呼ばれている。
【０００９】
このように従来の電力合成形増幅器は、ピーク電力注入と負荷変調を利用して、増幅器の高効率化を図っている。上記の電力合成形増幅器の効率は、６ｄＢバックオフ点から飽和出力までの出力電力レベルにおいて、７０％〜７８．５％である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の電力合成形増幅器には、以下のような問題点がある。まず、１／４波長インピーダンス変換線路３７よりも出力側に出力整合回路３９が設けられているために帯域が狭くなる。また、６ｄＢバックオフ点から飽和出力までの出力電力レベルにおける効率が悪くなる。さらに、高出力トランジスタを使用する場合に、特性インピーダンスの低い１／４波長インピーダンス変換線路３７が必要となり実現が困難になる。例えば、出力１８０Ｗ級のＬＤＭＯＳＦＥＴの場合、 “Ｒopt”は約２Ωである。
【００１１】
本発明の課題は、このような問題点を解決するもので、広帯域かつ高効率で、容易に実現可能な電力合成形増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上のような課題を解決する本発明の電力合成形増幅器は、所定の入力信号が分配される２つの経路の一方に設けられており、前記入力信号をＢ級動作により増幅するための第１プッシュプル増幅器と、他方の経路に設けられて前記入力信号をＣ級動作により増幅するための第２プッシュプル増幅器と、前記第１プッシュプル増幅器の出力電力と前記第２プッシュプル増幅器の出力電力とを合成する合成器と、前記第１プッシュプル増幅器の負荷インピーダンスを一定値にするとともに前記第１プッシュプル増幅器の出力電力を前記合成器に入力するための第１アイソレータと、前記第２プッシュプル増幅器の負荷インピーダンスを一定値にするとともに前記第２プッシュプル増幅器の出力電力を前記合成器に入力するための第２アイソレータと、を備える。
前記第１プッシュプル増幅器は、前記入力信号をそれぞれ異なる複数の経路からなる第１経路群に分配する第１分配器と、前記第１経路群のそれぞれの経路に少なくとも一つずつ接続されて前記入力信号を増幅するトランジスタからなる、第１トランジスタ群と、前記第１トランジスタ群のそれぞれのトランジスタの出力電力を合成する第１合成器と、前記第１トランジスタ群のそれぞれのトランジスタと前記第１合成器との間に設けられて、各トランジスタの出力インピーダンス整合を図る第１出力整合回路と、を有している。
前記第２プッシュプル増幅器は、前記入力信号をそれぞれ異なる複数の経路からなる第２経路群に分配する第２分配器と、前記第２経路群のそれぞれの経路に少なくとも一つずつ接続されて前記入力信号を増幅するトランジスタからなる、第２トランジスタ群と、前記第２トランジスタ群のそれぞれのトランジスタの出力電力を合成する第２合成器と、前記第２トランジスタ群のそれぞれのトランジスタと前記第２合成器との間に設けられて、各トランジスタの出力インピーダンス整合を図る第２出力整合回路と、を有している。
【００１３】
このような電力合成形増幅器は、第１アイソレータ及び第２アイソレータが、第１プッシュプル増幅器及び第２プッシュプル増幅器への負荷変調による影響を隠し、６ｄＢバックオフ点から飽和出力までの出力電力レベルにおける負荷インピーダンスを一定値にするために、効率が良くなる。また、１／４波長インピーダンス変換線路を用いないために広帯域となり、容易に実現可能となる。また、第１トランジスタ群の各トランジスタ及び第２トランジスタ群の各トランジスタの出力インピーダンスが最適になる。
【００１４】
本発明の電力合成形増幅器を構成する前記合成器は、例えば、Ｔ分岐、ウィルキンソン形電力分配器、９０度ハイブリッド、１８０度ハイブリッド、又はバラン等により実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態の電力合成形増幅器を示す回路図。
【図２】第１実施形態の電力合成形増幅器の出力電力特性を示す図。
【図３】第１実施形態の電力合成形増幅器の効率特性を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態の電力合成形増幅器を示す回路図。
【図５】本発明の第３実施形態の電力合成形増幅器を示す回路図。
【図６】本発明の第４実施形態の電力合成形増幅器を示す回路図。
【図７】本発明の第５実施形態の電力合成形増幅器を示す回路図。
【図８】飽和出力から６ｄＢ以上のバックオフをとった出力電力レベルにおける従来の電力合成形増幅器の等価回路図。
【図９】飽和出力電力レベルにおける従来の電力合成形増幅器の等価回路図。
【図１０】従来の電力合成形増幅器の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の電力合成形増幅器の第１実施形態を示す回路図であり、符号１は入力端子、符号２は出力端子、符号３はＢ級動作トランジスタ、符号４はＣ級動作トランジスタ、符号５は第１入力整合回路、符号６は第１出力整合回路、符号７は第２入力整合回路、符号８は第２出力整合回路、符号９は第１アイソレータ、符号１０は第２アイソレータ、符号１１はＴ分岐、符号１２は移相器である。Ｂ級動作トランジスタ３の最適負荷は、従来技術の説明と同じく “Ｒopt”とする。
【００１７】
第１入力整合回路５は、入力端子１に接続される前段の回路との間でインピーダンス整合をとるための回路である。第１入力整合回路５は、入力端子１から入力される入力信号をＢ級動作トランジスタ３に入力する。Ｂ級動作トランジスタ３は、第１入力整合回路５から入力された入力信号をＢ級増幅する。
【００１８】
第１出力整合回路６は、Ｂ級動作トランジスタ３の出力端と第１アイソレータ９との間に接続される。第１アイソレータ９は、第１出力整合回路６とＴ分岐１１との間に接続される。第１アイソレータ９により、Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力が出力端子２から反射されてＢ級動作トランジスタ３に戻ることがなくなる。
第１出力整合回路６及び第１アイソレータ９により、Ｂ級動作トランジスタ３の負荷側を見込むインピーダンスが一定値となる。この実施形態では、Ｂ級動作トランジスタ３の負荷側を見込むインピーダンスが、Ｂ級動作トランジスタ３の最適負荷の２倍である“２×Ｒopt”に設定される。
【００１９】
移相器１２は、入力端子１と第２入力整合回路７との間に接続され、Ｂ級動作トランジスタ３とＣ級動作トランジスタ４の出力電力の位相差を補正するものである。
第２入力整合回路７は、入力端子１に接続される前段の回路との間でインピーダンス整合をとるための回路である。第２入力整合回路７は、入力端子１から入力される入力信号をＣ級動作トランジスタ４に入力する。Ｃ級動作トランジスタ４は、第２入力整合回路７から入力された入力信号をＣ級増幅する。
【００２０】
第２出力整合回路８は、Ｃ級動作トランジスタ４の出力端と第２アイソレータ１０との間に接続される。第２アイソレータ１０は、第２出力整合回路８とＴ分岐１１との間に接続される。第２アイソレータ１０により、Ｃ級動作トランジスタ４の出力電力が出力端子２から反射されてＣ級動作トランジスタ４に戻ることがなくなる。
第２出力整合回路８及び第２アイソレータ１０により、Ｃ級動作トランジスタ４の負荷側を見込むインピーダンスが一定値となる。この実施形態では、Ｃ級動作トランジスタ４の負荷側を見込むインピーダンスが、Ｃ級動作トランジスタ４の最適負荷の２倍である“２×Ｒopt”に設定される。
【００２１】
Ｔ分岐１１は、Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力及びＣ級動作トランジスタ４の出力電力を合成して、合成した出力電力を出力端子２を介して外部に出力するものである。
【００２２】
このような電力合成形増幅器の動作について説明する。
入力端子１から入力された入力信号は、Ｂ級動作トランジスタ３の配される経路（以下、「第１経路」という）及びＣ級動作トランジスタ４の配される経路（以下、「第２経路」という）のそれぞれに供給される。第１経路に供給された入力信号は、第１入力整合回路５を介してＢ級動作トランジスタ３に入力される。Ｂ級動作トランジスタ３は、入力信号を増幅してその出力電力を第１出力整合回路６に入力する。第１出力整合回路６は、Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力を第１アイソレータ９を介してＴ分岐１１へ送る。
【００２３】
第２経路に供給された入力信号は、移相器１２で所定の量だけ位相が補正された後に、第２入力整合回路７を介してＣ級動作トランジスタ４に入力される。Ｃ級動作トランジスタ４は、入力信号を増幅してその出力電力を第２出力整合回路８に入力する。第２出力整合回路８は、Ｃ級動作トランジスタ４の出力電力を第２アイソレータ１０を介してＴ分岐１１へ送る。
【００２４】
Ｔ分岐１１は、第１経路及び第２経路のそれぞれから送られてきた出力電力を合成して、出力端子２から外部へ出力する。
【００２５】
このような電力合成形増幅器では、従来技術で説明した電力合成形増幅器と同様に、Ｂ級動作トランジスタ３を流れる電流の量とＣ級動作トランジスタ４を流れる電流の量との差により負荷変調が起こり、図１中のｂ’点及びｃ’点から負荷側を見込むインピーダンスは、飽和出力から６ｄＢ以上のバックオフをとった出力電力レベルにおいて“２×Ｒopt”から“Ｒopt”の間の値となる。しかし、第１アイソレータ９及び第２アイソレータ１０により、Ｂ級動作トランジスタ３から負荷側を見込むインピーダンス及びＣ級動作トランジスタ４から負荷側を見込むインピーダンスは、出力電力のレベルに依らず、一定値 “２×Ｒopt”となる。
【００２６】
図２、図３に第１実施形態の電力合成形増幅器の出力電力特性、効率特性を示す。これらの図から、この電力合成形増幅器は、６ｄＢバックオフ点から飽和出力までの出力電力レベルにおいて８０％以上の効率であることがわかる。この高い効率は、出力電力のレベルに依らず、負荷インピーダンスを一定値 “２×Ｒopt”に保持することにより得られたものである。なお、飽和電力から６ｄＢ以上のバックオフをとった出力電力レベルにおける効率は、従来の電力合成形増幅器と同様である。
本発明の電力合成形増幅器は、従来のような１／４波長インピーダンス変換線路３７を用いずに、Ｂ級動作、Ｃ級動作トランジスタ３、４の近傍に第１、第２出力整合回路６、８を設けてインピーダンス整合を実現しているために広帯域となる。また、１／４波長インピーダンス変換線路３７を用いないために、高出力トランジスタを使用する場合でも、容易に電力合成形増幅器を実現可能になる。
【００２７】
なお、第１実施形態では、Ｂ級動作トランジスタ３、Ｃ級動作トランジスタ４のそれぞれを理想的にＢ級動作、Ｃ級動作させる場合について説明したが、理想的なＢ級動作トランジスタ３の代わりにＡＢ級動作させるトランジスタを使用し、理想的なＣ級動作トランジスタ４の代わりにＡＢ級〜Ｃ級動作させるトランジスタを用いても第１実施形態と同様の効果を奏することは明らかである。このことは、以下の実施の形態でも同様である。
【００２８】
図４は、第２実施形態の電力合成形増幅器の回路図であり、図中、符号１３は第１ウイルキンソン形電力分配器、符号１４は第２ウイルキンソン形電力分配器である。符号１〜１０、及び１２は、図１に同じである。
この電力合成形増幅器は、入力端子１から入力された入力信号が第１ウイルキンソン形電力分配器１３により、Ｂ級動作トランジスタ３の配される第１経路及びＣ級動作トランジスタ４の配される第２経路のそれぞれに供給される。また、Ｔ分岐１１に代えて第２ウイルキンソン形電力分配器１４を用いて、Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力及びＣ級動作トランジスタ４の出力電力を合成して出力端子２から外部に出力するように構成されている。
このような第２実施形態の電力合成形増幅器の動作及び作用は、第１実施形態の電力合成形増幅器の場合と同様である。
【００２９】
図５は、第３実施形態の電力合成形増幅器の回路図であり、図中、符号１５は第１の９０度ハイブリッド、符号１６は第２の９０度ハイブリッドである。符号１〜１０、及び１２は、図１に同じである。
この電力合成形増幅器は、入力端子１から入力された入力信号が第１の９０度ハイブリッド１５により、Ｂ級動作トランジスタ３の配される第１経路及びＣ級動作トランジスタ４の配される第２経路のそれぞれに供給される。また、Ｔ分岐１１に代えて第２の９０度ハイブリッド１６を用いて、Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力及びＣ級動作トランジスタ４の出力電力を合成して出力端子２から外部に出力するように構成されている。
このような第３実施形態の電力合成形増幅器の動作及び作用は、第１実施形態の電力合成形増幅器の場合と同様である。
【００３０】
図６は、第４実施形態の電力合成形増幅器の回路図であり、図中、符号１７は第１の１８０度ハイブリッド、符号１８は第２の１８０度ハイブリッドである。符号１〜１０、及び１２は、図１に同じである。
この電力合成形増幅器は、入力端子１から入力された入力信号が第１の１８０度ハイブリッド１７により、Ｂ級動作トランジスタ３の配される第１経路及びＣ級動作トランジスタ４の配される第２経路のそれぞれに供給される。また、Ｔ分岐１１に代えて第２の１８０度ハイブリッド１８を用いて、Ｂ級動作トランジスタ３の出力電力及びＣ級動作トランジスタ４の出力電力を合成して出力端子２から外部に出力するように構成されている。
このような第４実施形態の電力合成形増幅器の動作及び作用は、第１実施形態の電力合成形増幅器の場合と同様である。
なお、第１の１８０度ハイブリッド１７、第２の１８０度ハイブリッド１８のそれぞれの代わりに、バランを用いてもよい。
【００３１】
図７は、第５実施形態の電力合成形増幅器の回路図であり、同じ構成の第１、第２プッシュプル増幅器１０１、１０２が並列に接続された構成をもつ電力合成形増幅器である。
図中、符号１９は分配器、符号２０は合成器であり、符号９、１０、及び１２は図１に同じである。分配器１９により、入力端子１から入力された入力信号が第１プッシュプル増幅器１０１が設けられた経路と、第２プッシュプル増幅器１０２が設けられた経路とに分配される。第１プッシュプル増幅器１０１と第２プッシュプル増幅器１０２とは同じ構成であり、第１プッシュプル増幅器１０１がＢ級動作により入力信号を増幅し、第２プッシュプル増幅器１０２がＣ級動作により入力信号を増幅するようになっている。第１プッシュプル増幅器１０１の出力電力及び第２プッシュプル増幅器１０２の出力電力は、それぞれ第１アイソレータ９、第２アイソレータ１０を通って合成器２０に送られ、ここで合成される。
【００３２】
符号２１〜２８は第１プッシュプル増幅器１０１の各構成要素に付されており、符号２１は第１Ｂ級動作トランジスタ、符号２２は第２Ｂ級動作トランジスタ、符号２３は第１プッシュプル増幅器１０１の第１入力整合回路、符号２４は第１プッシュプル増幅器１０１の第１出力整合回路、符号２５は第１プッシュプル増幅器１０１の第２入力整合回路、符号２６は第１プッシュプル増幅器１０１の第２出力整合回路、符号２７は第１プッシュプル増幅器１０１の第１バラン、符号２８は第１プッシュプル増幅器１０１の第２バランである。
【００３３】
第１バラン２７は、分配器１９から送られてきた入力信号を第１Ｂ級動作トランジスタ２１が設けられた経路と、第２Ｂ級動作トランジスタ２２が設けられた経路とに分配する分配器である。
第１入力整合回路２３及び第２入力整合回路２５は、それぞれ第１バラン２７から送られる入力信号を第１Ｂ級動作トランジスタ２１、第２Ｂ級動作トランジスタ２２に入力するものであり、各トランジスタの入力インピーダンス整合を図るものである。
第１Ｂ級動作トランジスタ２１及び第２Ｂ級動作トランジスタ２２は、それぞれ第１入力整合回路２３、第２入力整合回路２５から送られた入力信号をＢ級動作により増幅するものである。
第１出力整合回路２４及び第２出力整合回路２６は、それぞれ第１Ｂ級動作トランジスタ２１、第２Ｂ級動作トランジスタ２２の出力インピーダンス整合を図るものである。
第２バラン２８は、第１出力整合回路２４及び第２出力整合回路２６から送られる第１Ｂ級動作トランジスタ２１及び第２Ｂ級動作トランジスタ２２の出力電力を合成する合成器である。
【００３４】
符号２９〜３６は第２プッシュプル増幅器１０２の各構成要素に付されており、符号２９は第１Ｃ級動作トランジスタ、符号３０は第２Ｃ級動作トランジスタ、符号３１は第２プッシュプル増幅器１０２の第１入力整合回路、符号３２は第２プッシュプル増幅器１０２の第１出力整合回路、符号３３は第２プッシュプル増幅器１０２の第２入力整合回路、符号３４は第２プッシュプル増幅器１０２の第２出力整合回路、符号３５は第２プッシュプル増幅器１０２の第１バラン、符号３６は第２プッシュプル増幅器１０２の第２バランである。
【００３５】
上述のように第１プッシュプル増幅器１０１と第２プッシュプル増幅器１０２とは同じ構成であり、動作もほぼ同じである。異なる点は、第１プッシュプル増幅器１０１がＢ級動作により増幅を行うために、第１Ｂ級動作トランジスタ２１、第２Ｂ級動作トランジスタ２２を用いるのに対して、第２プッシュプル増幅器１０２がＣ級動作により増幅を行うために、第１Ｃ級動作トランジスタ２９、第２Ｃ級動作トランジスタ３０を用いる点である。
【００３６】
この実施形態では、第１プッシュプル増幅器１０１がＢ級動作により入力信号を増幅し、第２プッシュプル増幅器１０２がＣ級動作により入力信号を増幅するようになっており、第１プッシュプル増幅器１０１が、第１〜第４実施形態の第１入力整合回路５、Ｂ級動作トランジスタ３、及び第１出力整合回路６を含む回路に相当し、第２プッシュプル増幅器１０２が、第１〜第４実施形態の第２入力整合回路７、Ｃ級動作トランジスタ４、及び第１出力整合回路８を含む回路に相当する。
なお、分配器１９及び合成器２０には、例えばＴ分岐、ウイルキンソン形電力分配器、９０度ハイブリッド、１８０度ハイブリッド、又はバラン等を使用することができる。
【００３７】
第５実施形態の電力合成形増幅器においても、Ｂ級動作させる第１Ｂ級動作トランジスタ２１及び第２Ｂ級動作トランジスタ２２を流れる電流の量と、Ｃ級動作させる第１Ｃ級動作トランジスタ２９及び第２Ｃ級動作トランジスタ３０を流れる電流の量との相違により負荷変調が起こり、図７中のｂ’’点とｃ’’点における負荷インピーダンスは、出力電力レベルに応じて変化する。しかし、第１アイソレータ９及び第２アイソレータ１０により、この負荷インピーダンスの変化は、各トランジスタ２１、２２、２９、３０から隠される。したがって、６ｄＢバックオフ点から飽和出力までの出力電力レベルにおいて、高い効率を得ることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１ 入力端子
２ 出力端子
３ Ｂ級動作トランジスタ
４ Ｃ級動作トランジスタ
５ 第１入力整合回路
６ 第１出力整合回路
７ 第２入力整合回路
８ 第２出力整合回路
９ 第１アイソレータ
１０ 第２アイソレータ
１１ Ｔ分岐
１２ 移相器
１３ 第１ウイルキンソン形電力分配器
１４ 第２ウイルキンソン形電力分配器
１５ 第１の９０度ハイブリッド
１６ 第２の９０度ハイブリッド
１７ 第１の１８０度ハイブリッド
１８ 第２の１８０度ハイブリッド
１９ 分配器
２０ 合成器
２１ 第１Ｂ級動作トランジスタ
２２ 第２Ｂ級動作トランジスタ
２３ 第１プッシュプル増幅器の第１入力整合回路
２４ 第１プッシュプル増幅器の第１出力整合回路
２５ 第１プッシュプル増幅器の第２入力整合回路
２６ 第１プッシュプル増幅器の第２出力整合回路
２７ 第１プッシュプル増幅器の第１バラン
２８ 第１プッシュプル増幅器の第２バラン
２９ 第１Ｃ級動作トランジスタ
３０ 第２Ｃ級動作トランジスタ
３１ 第２プッシュプル増幅器の第１入力整合回路
３２ 第２プッシュプル増幅器の第１出力整合回路
３３ 第２プッシュプル増幅器の第２入力整合回路
３４ 第２プッシュプル増幅器の第２出力整合回路
３５ 第２プッシュプル増幅器の第１バラン
３６ 第２プッシュプル増幅器の第２バラン
１０１ 第１プッシュプル増幅器
１０２ 第２プッシュプル増幅器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の入力信号が分配される２つの経路の一方に設けられており、前記入力信号をＢ級動作により増幅するための第１プッシュプル増幅器と、
他方の経路に設けられて前記入力信号をＣ級動作により増幅するための第２プッシュプル増幅器と、
前記第１プッシュプル増幅器の出力電力と前記第２プッシュプル増幅器の出力電力とを合成する合成器と、
前記第１プッシュプル増幅器の負荷インピーダンスを一定値にするとともに前記第１プッシュプル増幅器の出力電力を前記合成器に入力するための第１アイソレータと、
前記第２プッシュプル増幅器の負荷インピーダンスを一定値にするとともに前記第２プッシュプル増幅器の出力電力を前記合成器に入力するための第２アイソレータと、を備え、
前記第１プッシュプル増幅器は、
前記入力信号をそれぞれ異なる複数の経路からなる第１経路群に分配する第１分配器と、
前記第１経路群のそれぞれの経路に少なくとも一つずつ接続されて前記入力信号を増幅するトランジスタからなる、第１トランジスタ群と、
前記第１トランジスタ群のそれぞれのトランジスタの出力電力を合成する第１合成器と、
前記第１トランジスタ群のそれぞれのトランジスタと前記第１合成器との間に設けられて、各トランジスタの出力インピーダンス整合を図る第１出力整合回路と、を有しており、
前記第２プッシュプル増幅器は、
前記入力信号をそれぞれ異なる複数の経路からなる第２経路群に分配する第２分配器と、
前記第２経路群のそれぞれの経路に少なくとも一つずつ接続されて前記入力信号を増幅するトランジスタからなる、第２トランジスタ群と、
前記第２トランジスタ群のそれぞれのトランジスタの出力電力を合成する第２合成器と、
前記第２トランジスタ群のそれぞれのトランジスタと前記第２合成器との間に設けられて、各トランジスタの出力インピーダンス整合を図る第２出力整合回路と、を有している、
電力合成形増幅器。
【請求項２】
前記合成器は、Ｔ分岐、ウィルキンソン形電力分配器、９０度ハイブリッド、１８０度ハイブリッド、又はバランのいずれかである、
請求項１記載の電力合成形増幅器。
【請求項１】
所定の入力信号が分配される２つの経路の一方に設けられており、前記入力信号をＢ級動作により増幅するための第１プッシュプル増幅器と、
他方の経路に設けられて前記入力信号をＣ級動作により増幅するための第２プッシュプル増幅器と、
前記第１プッシュプル増幅器の出力電力と前記第２プッシュプル増幅器の出力電力とを合成する合成器と、
前記第１プッシュプル増幅器の負荷インピーダンスを一定値にするとともに前記第１プッシュプル増幅器の出力電力を前記合成器に入力するための第１アイソレータと、
前記第２プッシュプル増幅器の負荷インピーダンスを一定値にするとともに前記第２プッシュプル増幅器の出力電力を前記合成器に入力するための第２アイソレータと、を備え、
前記第１プッシュプル増幅器は、
前記入力信号をそれぞれ異なる複数の経路からなる第１経路群に分配する第１分配器と、
前記第１経路群のそれぞれの経路に少なくとも一つずつ接続されて前記入力信号を増幅するトランジスタからなる、第１トランジスタ群と、
前記第１トランジスタ群のそれぞれのトランジスタの出力電力を合成する第１合成器と、
前記第１トランジスタ群のそれぞれのトランジスタと前記第１合成器との間に設けられて、各トランジスタの出力インピーダンス整合を図る第１出力整合回路と、を有しており、
前記第２プッシュプル増幅器は、
前記入力信号をそれぞれ異なる複数の経路からなる第２経路群に分配する第２分配器と、
前記第２経路群のそれぞれの経路に少なくとも一つずつ接続されて前記入力信号を増幅するトランジスタからなる、第２トランジスタ群と、
前記第２トランジスタ群のそれぞれのトランジスタの出力電力を合成する第２合成器と、
前記第２トランジスタ群のそれぞれのトランジスタと前記第２合成器との間に設けられて、各トランジスタの出力インピーダンス整合を図る第２出力整合回路と、を有している、
電力合成形増幅器。
【請求項２】
前記合成器は、Ｔ分岐、ウィルキンソン形電力分配器、９０度ハイブリッド、１８０度ハイブリッド、又はバランのいずれかである、
請求項１記載の電力合成形増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１５３１９３（Ｐ２００９−１５３１９３Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３７２６（Ｐ２００９−５３７２６）
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【分割の表示】特願２００３−３１５９５３（Ｐ２００３−３１５９５３）の分割
【原出願日】平成１５年９月８日（２００３．９．８）
【出願人】（０００２１９００４）島田理化工業株式会社 (205)
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【分割の表示】特願２００３−３１５９５３（Ｐ２００３−３１５９５３）の分割
【原出願日】平成１５年９月８日（２００３．９．８）
【出願人】（０００２１９００４）島田理化工業株式会社 (205)
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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