電力増幅器、電力増幅器の制御方法、電力増幅器の制御プログラム
【課題】全周波数帯域に渡ってドライブ段増幅器のドライブ量を最適化して、終段増幅器のオーバードライブを防止できるようにすると共に、電力増幅器全体の効率を向上させる。
【解決手段】バックオフ検出器２２の検出出力からドライブ段増幅器１２のバックオフ量を検出し、このバックオフ量が所定値となるように、ドレイン電圧制御回路３０により、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を制御することで、ドライブ段増幅器１２のドライブ量を全周波数帯域に渡って最適化する。そして、電力増幅器１の総合利得が所望の利得となるように、可変アッテネータ制御回路３３で可変アッテネータ１１の減衰量を制御する。ドライブ段増幅器１２のドライブ量が最適化されることから、オーバードライブによる終段増幅器１３の破損を防止でき、また、効率の向上が図れる。
【解決手段】バックオフ検出器２２の検出出力からドライブ段増幅器１２のバックオフ量を検出し、このバックオフ量が所定値となるように、ドレイン電圧制御回路３０により、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を制御することで、ドライブ段増幅器１２のドライブ量を全周波数帯域に渡って最適化する。そして、電力増幅器１の総合利得が所望の利得となるように、可変アッテネータ制御回路３３で可変アッテネータ１１の減衰量を制御する。ドライブ段増幅器１２のドライブ量が最適化されることから、オーバードライブによる終段増幅器１３の破損を防止でき、また、効率の向上が図れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル放送用テレビ送信機で使用される高出力電力増幅器に用いて好適な電力増幅器、電力増幅器の制御方法、電力増幅器の制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル放送用テレビ送信機で使用される高出力電力増幅器は、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）全周波数帯域で規定出力において所望の特性を満足させなければならない。特に電力増幅器全体の特性に大きく影響する終段増幅器をＵＨＦ全周波数帯域で利得、効率、バックオフを一定にすることは困難であり、周波数特性をもってしまう。
【０００３】
図１１は、関連するデジタル放送用テレビ送信機で使用される高出力の電力増幅器５０の構成を示すブロック図である。図１１に示すように、デジタル放送用テレビ送信機で使用される電力増幅器５０は、ドライブ段増幅器６２と、終段増幅器６３とを従属接続して構成される。
【０００４】
図１１において、入力端子６０は、可変アッテネータ６１を介して、ドライブ段増幅器６２の入力端に接続される。ドライブ段増幅器６２はＦＥＴ（Field Effect Transistor）から構成される。ドライブ段増幅器６２の出力端は、終段増幅器６３の入力端に接続される。終段増幅器６３の出力端は、出力端子６４に接続される。
【０００５】
可変アッテネータ６１は、可変アッテネータ制御回路８３からの制御信号に基づいて、入力端子６０からの信号の利得を制御する。ドライブ段増幅器６２は、終段増幅器６３を十分に励振できるように、送信信号を増幅する。終段増幅器６３は、送信信号を電力増幅して、出力端子６４から出力する。
【０００６】
終段増幅器６３と出力端子６４の間には方向性結合器７４が設けられ、方向結合器７４により終段増幅器６３の出力信号の一部が取得される。方向性結合器７４で取得された出力信号の一部はレベル検出器７５に供給され、レベル検出器７５により、終段増幅器６３の出力レベルが検出される。
【０００７】
また、可変アッテネータ６１とドライブ段増幅器６２の間には方向性結合器７７が設けられており、方向性結合器７７により、ドライブ段増幅器６２の入力信号の一部が取得される。方向性結合器７７で取得された出力信号の一部は、レベル検出器７８に供給され、レベル検出器７８により、ドライブ段増幅器６２の入力レベルが検出される。
【０００８】
利得検出器７９は、レベル検出器７５からの終段増幅器６３の出力レベルと、レベル検出器７８からのドライブ段増幅器６２の入力レベルから、ドライブ段増幅器６２から終段増幅器６３までの間の利得を算出する。利得検出器７９の検出出力は、可変アッテネータ制御回路８３に送られる。
【０００９】
可変アッテネータ制御回路８３は、利得検出器７９で検出されたドライブ段増幅器６２から終段増幅器６３までの間の利得に応じて、可変アッテネータ６１を制御する。また、また、ドレイン電圧制御回路７０はドライブ段増幅器６２及び終段増幅器６３に印加するドレイン電圧を可変できる回路を具備した電源回路である。
【００１０】
図１２は、図１１に示した関連する電力増幅器５０を構成するドライブ段増幅器６２の特性を示したグラフである。図１２において、特性９０１は周波数Ｆ１のときのドライブ段増幅器６２の入出力特性を示し、特性９０２は周波数Ｆ２のときのドライブ段増幅器６２の入出力特性である。また、Ｂ９０１は周波数Ｆ１のときのドライブ段増幅器６２のバックオフを示し、Ｂ９０２は周波数Ｆ２のときのドライブ段増幅器６２のバックオフを示す。なお、バックオフは、出力最大振幅レベルと出力飽和電力レベルのデシベル差で表すことができる。
【００１１】
図１２に示すように、図１１に示すような電力増幅器５０を構成するドライブ段増幅器６２は、ドライブ量が最適化されていないことから、周波数Ｆ１のときのドライブ段増幅器６２のバックオフＢ９０１と、周波数Ｆ２のときのドライブ段増幅器６２のバックオフＢ９０２とは、異なるバックオフ量となる。
【００１２】
図１３及び図１４は、図１１に示した関連する電力増幅器５０を構成する終段増幅器６３の特性を示したグラフであり、図１３は終段増幅器６３の入出力特性を示し、図１４は終段増幅器６３の周波数特性を示している。図１３において、特性１００１は周波数Ｆ１のときの終段増幅器６３の入出力特性を示し、特性１００２は周波数Ｆ２のときの終段増幅器６３の入出力特性である。Ｂ１００１は周波数Ｆ１のときの終段増幅器６３のバックオフ量であり、Ｂ１００２は周波数Ｆ２のときの終段増幅器６３のバックオフ量である。
【００１３】
図１４において、特性１１０１は各周波数における終段増幅器６３の利得特性を示し、特性１１０２は各周波数における終段増幅器６３のバックオフ特性を示し、特性１１３は各周波数における終段増幅器６３の効率特性を示す。このように、ＵＨＦ全周波数帯域をカバーする広帯域電力増幅器で使用される終段増幅器６３では、周波数に応じて、数ｄＢ程度と大きな利得偏差が生じる。
【００１４】
図１５及び図１６は、図１１に示した関連する電力増幅器５０の総合特性を示したグラフであり、図１５は総合入出力特性を示し、図１６は総合周波数特性を示している。図１５において、特性１２０１は周波数Ｆ１のときの総合入出力特性を示し、特性１２０２は周波数Ｆ２のときの総合入出力特性である。Ｂ１２０１は周波数Ｆ１のときのバックオフ量であり、Ｂ１２０２は周波数Ｆ２のときのバックオフ量である。
【００１５】
図１６において、特性１３０１は各周波数における利得特性を示し、特性１３０２は各周波数におけるバックオフ特性を示し、特性１３０３は各周波数における効率特性を示す。図１１に示した電力増幅器５０では、利得検出器７９の検出出力に応じて可変アッテネータ６１の減衰量を制御することで、全周波数帯域に渡って利得を一定にしている。
【００１６】
また、送信出力電力レベルを一定にすることについては、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されている。また、特許文献３過剰入力信号を検出し、過剰入力信号があったときには、電力増幅器の動作電圧を高電圧にするものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平６−３３８７３１号公報
【特許文献２】特開２００７−２２１３０８号公報
【特許文献３】特表２００３−５２６９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
図１１に示した電力増幅器５０では、終段増幅器６３は、周波数特性を有する。そのため、ドライブ段増幅器６２は、どのような周波数でも、終段増幅器６３を十分にドライブさせることができるように、入力信号を余裕をもって増幅できるように構成している。ところが、ＵＨＦ全周波数帯域をカバーする広帯域電力増幅器で使用される終段増幅器６３のＦＥＴの利得偏差は、図１３及び図１４に示したように、数ｄＢ程度と大きい。このため、全周波数帯域に渡って入力信号を余裕をもって増幅できるようにドライブ段増幅器６２を設定すると、終段増幅器６３の利得が高い周波数においては、ドライブ段増幅器６２は過剰なドライブ能力（＝飽和電力）を有することとなり、オーバードライブにより、終段増幅器６３の破損を引き起こしてしまう危険性がある。
【００１９】
すなわち、図１３において特性１００２で示すように、図１１に示した電力増幅器５０における終段増幅器６３では、周波数Ｆ２のときに利得が小さくなる。このため、周波数Ｆ２のときにも終段増幅器６３を十分ドライブできるように、予め取得したデータにより、ドライブ段増幅器６２のドライブ量を設定している。ところが、このようなドライブ量では、終段増幅器６３の利得が高くなる周波数Ｆ１のときには入力電力が過剰になり、終段増幅器６３のＦＥＴの破損を引き起こしてしまう可能性がある。
【００２０】
そこで、全周波数帯域に渡って最適なドライブ能力が維持できるように、ドライブ段増幅器６２のドライブ量を最適化することが考えられる。また、全周波数帯域に渡って最適なドライブ能力が維持できるようにドライブ量を最適化すれば、電力増幅器全体の効率を向上させることができると考えられる。
【００２１】
なお、特許文献１及び特許文献２には、ドライブ段増幅器６２のドライブ量を最適化することについて記載されていない。また、特許文献３では、入力信号を連続的にサンプリングして、過剰入力を検出する検出回路と、過剰入力が検出された場合に、過剰入力に応じた増幅器の電圧の制御回路が必要になり、処理が複雑化する。
【００２２】
上述課題を鑑み、本発明は、全周波数帯域に渡ってドライブ段増幅器のドライブ量を最適化して、終段増幅器のオーバードライブを防止できるようにすると共に、電力増幅器全体の効率を向上させることができる電力増幅器、電力増幅器の制御方法、電力増幅器の制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述の課題を解決するための、本発明に係る電力増幅器は、ドライブ段増幅器と終段増幅器とを従属接続させ、入力信号を電力増幅して出力する電力増幅器であって、全周波数帯域に渡ってドライブ段増幅器のドライブ能力が最適となるようにドライブ段増幅器の電源を設定する電源制御手段と、ドライブ段増幅器と終段増幅器とからなる総合利得が所望の利得になるように制御する利得制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る電力増幅器の制御方法は、ドライブ段増幅器と終段増幅器とを従属接続させ、入力信号を電力増幅して出力する電力増幅器の制御方法であって、全周波数帯域に渡ってドライブ段増幅器のドライブ能力が最適となるようにドライブ段増幅器の電源を制御し、ドライブ段増幅器と終段増幅器とからなる総合利得が所望の利得になるように制御することを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る電力増幅器の制御プログラムは、ドライブ段増幅器と終段増幅器とを従属接続させ、入力信号を電力増幅して出力する電力増幅器の制御プログラムであって、全周波数帯域に渡ってドライブ段増幅器のドライブ能力が最適となるようにドライブ段増幅器の電源を制御するステップと、ドライブ段増幅器と終段増幅器とからなる総合利得が所望の利得になるように制御するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、全周波数帯域に渡って、オーバードライブによる終段増幅器の破損を回避でき、また、電力増幅器全体の効率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態における電力増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器の動作説明に用いるグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器の動作説明に用いるグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器を構成するドライブ段増幅器の入出力特性を示したグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器を構成するドライブ段増幅器の周波数特性を示したグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器を構成する終段増幅器の入出力特性を示したグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器を構成する終段増幅器の周波数特性を示したグラフである。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器の総合入出力特性を示したグラフである。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器の総合周波数特性を示したグラフである。
【図１１】デジタル放送用テレビ送信機で使用される関連する高出力の電力増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１２】関連する電力増幅器を構成するドライブ段増幅器の入出力特性を示したグラフである。
【図１３】関連する電力増幅器を構成する終段増幅器の入出力特性を示したグラフである。
【図１４】関連する電力増幅器を構成する終段増幅器の周波数特性を示したグラフである。
【図１５】関連する電力増幅器の総合入出力特性を示したグラフである。
【図１６】関連する電力増幅器の総合周波数特性を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施形態における電力増幅器１の構成を示すブロック図である。この発明の第１の実施形態は、例えば、デジタル放送用テレビ送信機で使用される高出力電力増幅器として用いられる。
【００２９】
図１において、入力端子１０は、可変アッテネータ１１を介して、ドライブ段増幅器１２の入力端に接続される。ドライブ段増幅器１２はＦＥＴから構成される。ドライブ段増幅器１２の出力端は、終段増幅器１３の入力端に接続される。終段増幅器１３は、複数の電力増幅用ＦＥＴを並列に接続して構成される。終段増幅器１３の出力端は、出力端子１４に接続される。
【００３０】
可変アッテネータ１１は、可変アッテネータ制御回路３３からの制御信号に基づいて、入力端子１０からの信号の利得を制御する。ドライブ段増幅器１２は、終段増幅器１３を十分に励振できるように、送信信号を増幅する。終段増幅器１３は、送信信号を電力増幅して、出力端子１４から出力する。
【００３１】
ドライブ段増幅器１２と終段増幅器１３との間の経路には方向性結合器２０が設けられる。方向性結合器２０により、ドライブ段増幅器１２の出力信号の一部が取得される。方向性結合器２０の出力信号は、レベル検出器２１及びバックオフ検出器２２に供給される。
【００３２】
レベル検出器２１は、ドライブ段増幅器１２の出力信号レベルを検出する。レベル検出器２１で検出されたドライブ段増幅器１２の出力信号レベルは、利得検出器２３に供給される。バックオフ検出器２２は、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量を検出する。バックオフ検出器２２で検出されたドライブ段増幅器１２のバックオフ量は、制御回路３５に供給される。
【００３３】
利得検出器２３は、レベル検出器２１からのドライブ段増幅器１２の出力信号レベルと、レベル検出器２５からの終段増幅器１３の出力信号レベルに基づいて、終段増幅器１３の利得を算出する。利得検出器２３で算出された終段増幅器１３の利得は、制御回路３５に供給される。
【００３４】
終段増幅器１３と出力端子１４との間の経路には方向性結合器２４が設けられる。方向性結合器２４は、終段増幅器１３の出力信号の一部を取得する。方向性結合器２４の出力信号は、レベル検出器２５及びバックオフ検出器２６に供給される。
【００３５】
レベル検出器２５は、終段増幅器１３の出力信号レベルを検出する。レベル検出器２５で検出された終段増幅器１３の出力信号レベルは、利得検出器２３に供給されると共に、利得検出器２９に供給される。バックオフ検出器２６は、終段増幅器１３のバックオフ量を検出する。バックオフ検出器２２で検出された終段増幅器１３のバックオフ量は、制御回路３５に供給される。
【００３６】
可変アッテネータ１１とドライブ段増幅器１２の間には方向性結合器２７が設けられる。方向性結合器２７は、ドライブ段増幅器１２の入力信号の一部を取得する。方向性結合器２７の出力信号は、レベル検出器２８に供給される。
【００３７】
レベル検出器２８は、ドライブ段増幅器１２の入力信号レベルを検出する。レベル検出器２８で検出されたドライブ段増幅器１２の入力信号レベルは、利得検出器２９に供給される。
【００３８】
利得検出器２９は、レベル検出器２５からの終段増幅器１３の出力信号レベルと、レベル検出器２８からのドライブ段増幅器１２の入力信号レベルとに基づいて、ドライブ段増幅器１２から終段増幅器１３までの間の利得を算出する。利得検出器２３で算出されたドライブ段増幅器１２から終段増幅器１３までの間の利得は、制御回路３５に供給されると共に、可変アッテネータ制御回路３３に供給される。
【００３９】
可変アッテネータ制御回路３３は、可変アッテネータ１１に接続されており、電力増幅器の利得を調整する。
【００４０】
ドレイン電圧制御回路３０は、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を可変できる電源回路である。ドレイン電圧制御回路３１は、終段増幅器１３のドレイン電圧を可変できる電源回路である。
【００４１】
本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器１では、入力端子１０に送信信号が供給され、この送信信号が可変アッテネータ１１、ドライブ段増幅器１２及び終段増幅器１３の従属接続に供給される。終段増幅器１３により送信信号が電力増幅され、この電力増幅された送信信号が出力端子１４から出力される。
【００４２】
また、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器１では、バックオフ検出器２２の検出出力から、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が検出され、このバックオフ量が所定値となるように、ドレイン電圧制御回路３０により、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧が設定される。そして、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧制御によるドライブ段増幅器１２の利得可変分を、可変アッテネータ１１で補償するようにしている。これにより、全周波数帯域に渡って、必要最低減のバックオフ量を確保することができ、また、利得、効率も、周波数特性を殆ど持たなくなる。これにより、どの周波数帯域においてもドライブ段増幅器１２のドライブ能力が最適化され、オーバードライブによる終段増幅器１３の破損を回避できる。
【００４３】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器１の動作を示すフローチャートである。
【００４４】
図２において、制御回路３５は、ドレイン電圧制御回路３０及び３１を制御して、予め取得したドライブ段増幅器１２及び終段増幅器１３の特性データを基に、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧Vdd_driveを及び終段増幅器１３のドレイン電圧Vdd_finalを適当な値に設定し、入力端子１０に信号を入力する（ステップＳ１０１）。
【００４５】
次に、制御回路３５は、バックオフ検出器２６の検出出力により、終段増幅器１３のバックオフ量を検出し（ステップＳ１０２）、終段増幅器１３のバックオフ量が必要最低バックオフ量以上になっているか確認する（ステップＳ１０３）。
【００４６】
例えば、ステップＳ１０１で、終段増幅器１３のドレイン電圧Vdd_finalを（Vdd_final＝Ｖ１１）に設定したとする。このときの終段増幅器１３の入出力特性が、図３において特性１０１で示すように変化したとする。この場合、制御回路３５は、ステップＳ１０３で、このときのバックオフ量Ｂ１１を検出し、このバックオフ量Ｂ１１が必要最低限のバックオフ量ＢＲ１以上かどうかを確認する。ここで、必要最低限のバックオフ量とは、予想されるダイナミックレンジを満足できる最小のバックオフ量である。
【００４７】
図２において、ステップＳ１０３で、終段増幅器１３のバックオフ量が必要最低バックオフ量以上になっていれば（ステップＳ１０３ Ｙｅｓ）、次に、制御回路３５は、利得検出器２３の検出出力から、終段増幅器１３の利得を算出する（ステップＳ１０４）。終段増幅器１３のバックオフ量が必要最低バックオフ量以上になっていなければ（ステップＳ１０３ Ｎｏ）、設定値の見直しを行う（ステップＳ１０９）。
【００４８】
次に、制御回路３５は、バックオフ検出器２２の検出出力から、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量を検出する（ステップＳ１０５）。そして、制御回路３５は、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が所定のバックオフ量になっているかを判定する（ステップＳ１０６）。ここで、所定のバックオフ量は、ドライブ段増幅器１２の必要最低限のバックオフ量である。
【００４９】
例えば、ステップＳ１０１で、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧Vdd_driveを（Vdd_drive＝Ｖ２１）に設定したとする。このときのドライブ段ＦＥＴの入出力特性が、図４において特性２０１に示すように変化したとする。この場合、制御回路３５は、ステップＳ１０５で、このときのバックオフ量Ｂ２１を検出し、このバックオフ量Ｂ２１が必要最低限の所定のバックオフ量ＢＲ２になっているかを判定する。
【００５０】
図２において、ステップＳ１０６で、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が必要最低限のバックオフ量になっていなければ（ステップＳ１０６ Ｎｏ）、制御回路３５は、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を変更して（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０２に処理をリターンする。
【００５１】
ステップＳ１０２〜ステップＳ１０７の処理を繰り返すことで、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が必要最低限のバックオフ量となるように収束され、ドライブ段増幅器１２のドライブ量が最適化される。
【００５２】
つまり、図４において、ドレイン電圧Vdd_driveを（Vdd_drive＝Ｖ２１）に設定したときには、ドライブ段ＦＥＴ１２の入出力特性は、図４において特性２０１に示すように変化し、ドライブ段ＦＥＴ１２のバックオフ量Ｂ２１は、所定のバックオフ量ＢＲ２により大きくなる。この場合には、制御回路３５は、ステップＳ１０６で、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が所定のバックオフ量になっていないと判定し、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を変化させる。ここで、ドレイン電圧Vdd_driveを（Vdd_drive＝Ｖ２２）に変化させると、ドライブ段ＦＥＴ１２の入出力特性が、図４において特性２０２に示すようになったとする。このときのバックオフ量Ｂ２２は、所定のバックオフ量ＢＲ２と殆ど等しい。よって、ドレイン電圧Vdd_driveを（Vdd_drive＝Ｖ２２）に変化させると、制御回路３５は、ステップＳ１０６で、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が所定のバックオフ量になっていると判定することになる。このようにして、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧Vdd_driveを変更していくことで、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量を所定のバックオフ量ＢＲ２にすることができる。
【００５３】
図２において、ステップＳ１０６で、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が所定のバックオフ量になると判定されたら、制御回路３５は、利得検出器２９の検出出力から、ドライブ段増幅器１２から終段増幅器１３までの間の利得を検出する。このときのドライブ段増幅器１２から終段増幅器１３までの間の利得は、図３で示される終段増幅器１３の利得（＝Ｐ１２−Ｐ１１）及び図４で示されるドライブ段増幅器１２の利得（＝Ｐ２２−Ｐ２１）を加算した利得（Ｐ２２−Ｐ１１）となる。なお、ここで、利得はデシベル表記で計算するものとする。
【００５４】
そして、制御回路３５は、電力増幅器１の総合利得が所望の利得となるように、可変アッテネータ制御回路３３にて可変アッテネータ１１の減衰量を制御し（ステップＳ１０８）、処理を完了する。ステップＳ１０８で、可変アッテネータ１１の減衰量を可変することで、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を制御したことによるドライブ段増幅器１２の利得変化分は補正されることになる。
【００５５】
このように、本発明の第１の実施形態では、ドライブ段増幅器１２のバックオフが所定のバックオフ量となるように、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧が制御される。バックオフ量は、最低限、予想されるダイナミックレンジを満足できる量だけ必要であるが、それ以上のバックオフ量は不要であり、バックオフ量が大きくなれば、効率は低下することになる。また、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が大きいと、終段増幅器１３に対してドライブ能力が過剰となり、終段増幅器１３を破損させる危険性がある。本発明の第１の実施形態では、ドライブ段増幅器１２のバックオフが所定のバックオフ量となるようにドライブ段増幅器のドレイン電圧を制御することで、ドライブ段増幅器１２のドライブ量が最適化され、終段増幅器１３の破損を防止でき、また、効率の向上が図れる。
【００５６】
図５及び図６は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器１を構成するドライブ段増幅器１２の特性を示したグラフであり、図５はドライブ段増幅器１２の入出力特性を示し、図６はドライブ段増幅器１２の周波数特性を示している。図５において、特性３０１は周波数Ｆ１のときの入出力特性を示し、特性３０２は周波数Ｆ２のときの入出力特性である。本発明の第１の実施形態では、ドライブ段増幅器１２のバックオフが所定量となるように、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧が制御される。したがって、周波数Ｆ１のときのバックオフ量３０１と、周波数Ｆ２のときのバックオフ量Ｂ３０２は、必要最小限のバックオフ量で等しくなる。そして、図５に示すように、ドライブ段増幅器１２の入出力特性は、周波数Ｆ１の場合も周波数Ｆ２の場合も、略々同様の特性が得られる。
【００５７】
図６において、特性４０１はドライブ段増幅器１２の各周波数における利得特性を示し、特性４０２はドライブ段増幅器１２の各周波数におけるバックオフ特性を示し、特性４０３はドライブ段増幅器１２の各周波数における効率特性を示す。本発明の第１の実施形態では、ドライブ段増幅器１２のバックオフが必要最低限のバックオフ量となるように、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を制御して、ドライブ量を最適化している。このことから、バックオフ特性４０２は、どの周波数でも略々一定である。また、利得特性４０１及び効率特性４０３についても、どの周波数でも略々一定に近づけることができる。なお、特性４０４、４０５、４０６は、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を制御化してドライブ量を最適化していなときの利得特性、バックオフ特性、及び効率特性を示す。
【００５８】
図７及び図８は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器１を構成する終段増幅器１３の特性を示したグラフであり、図７は終段増幅器１３の入出力特性を示し、図８は終段増幅器１３の周波数特性を示している。図７において、特性５０１は周波数Ｆ１のときの終段増幅器１３の入出力特性を示し、特性５０２は周波数Ｆ２のときの終段増幅器１３の入出力特性である。Ｂ５１は周波数Ｆ１のときの終段増幅器１３のバックオフ量であり、Ｂ５２は周波数Ｆ２のときの終段増幅器１３のバックオフ量Ｂ５２である。
【００５９】
また、図８において、特性６０１は各周波数における利得特性を示し、特性６０２は各周波数における終段増幅器１３のバックオフ特性を示し、特性６０３は各周波数における終段増幅器１３の効率特性を示す。このように、終段増幅器１３は、周波数に応じて、利得偏差が生じている。
【００６０】
図９及び図１０は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器１の総合特性を示したグラフであり、図９は総合入出力特性を示し、図１０は総合周波数特性を示している。図９において、特性７０１は周波数Ｆ１のときの入出力特性を示し、特性７０２は周波数Ｆ２のときの入出力特性である。本発明の第１の実施形態では、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を制御したことから、周波数Ｆ１のときのバックオフ量Ｂ６１と、周波数Ｆ２のときのバックオフ量Ｂ６２との差が小さくなる。
【００６１】
図１０において、特性８０１は各周波数における総合利得特性を示し、特性８０２は各周波数における総合バックオフ特性を示し、特性８０３は各周波数における総合効率特性を示す。本発明の第１の実施形態では、総合利得が一定となるように、可変アッテネータ１１を制御しており、これにより、利得特性８０１はどの周波数でも一定である。また、本発明の第１の実施形態では、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を制御してドライブ量を最適化したことから、バックオフ特性８０２は、どの周波数でも、必要最低限のバックオフ量で略々一定である。また、バックオフ量を必要最低限で略々一定としたことから、効率特性８０３についても、効率の改善が図れ、また、どの周波数でも効率が略々一定になる。なお、特性８０５、８０６、８０７は、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を最適化しないときの利得特性、バックオフ特性、及び効率特性を示す。
【００６２】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態では、バックオフ検出器２２の検出出力から、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が検出され、このバックオフ量が所定値となるように、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧が制御される。ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が必要最低限で一定となっていれば、ドライブ段増幅器１２は最適なドライブ能力で最適化されたことになり、オーバードライブによる終段増幅器１３の破損を回避でき、また、効率を改善できる。
【００６３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１：電力増幅器
１０：入力端子
１１：可変アッテネータ
１２：ドライブ段増幅器
１３：終段増幅器
１４：出力端子
２０：方向性結合器
２１：レベル検出器
２２：バックオフ検出器
２３：利得検出器
２４：方向性結合器
２５：レベル検出器
２６：バックオフ検出器
２７：方向性結合器
２８：レベル検出器
２９：利得検出器
３０，３１：ドレイン電圧制御回路
３３：可変アッテネータ制御回路
３５：制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル放送用テレビ送信機で使用される高出力電力増幅器に用いて好適な電力増幅器、電力増幅器の制御方法、電力増幅器の制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル放送用テレビ送信機で使用される高出力電力増幅器は、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）全周波数帯域で規定出力において所望の特性を満足させなければならない。特に電力増幅器全体の特性に大きく影響する終段増幅器をＵＨＦ全周波数帯域で利得、効率、バックオフを一定にすることは困難であり、周波数特性をもってしまう。
【０００３】
図１１は、関連するデジタル放送用テレビ送信機で使用される高出力の電力増幅器５０の構成を示すブロック図である。図１１に示すように、デジタル放送用テレビ送信機で使用される電力増幅器５０は、ドライブ段増幅器６２と、終段増幅器６３とを従属接続して構成される。
【０００４】
図１１において、入力端子６０は、可変アッテネータ６１を介して、ドライブ段増幅器６２の入力端に接続される。ドライブ段増幅器６２はＦＥＴ（Field Effect Transistor）から構成される。ドライブ段増幅器６２の出力端は、終段増幅器６３の入力端に接続される。終段増幅器６３の出力端は、出力端子６４に接続される。
【０００５】
可変アッテネータ６１は、可変アッテネータ制御回路８３からの制御信号に基づいて、入力端子６０からの信号の利得を制御する。ドライブ段増幅器６２は、終段増幅器６３を十分に励振できるように、送信信号を増幅する。終段増幅器６３は、送信信号を電力増幅して、出力端子６４から出力する。
【０００６】
終段増幅器６３と出力端子６４の間には方向性結合器７４が設けられ、方向結合器７４により終段増幅器６３の出力信号の一部が取得される。方向性結合器７４で取得された出力信号の一部はレベル検出器７５に供給され、レベル検出器７５により、終段増幅器６３の出力レベルが検出される。
【０００７】
また、可変アッテネータ６１とドライブ段増幅器６２の間には方向性結合器７７が設けられており、方向性結合器７７により、ドライブ段増幅器６２の入力信号の一部が取得される。方向性結合器７７で取得された出力信号の一部は、レベル検出器７８に供給され、レベル検出器７８により、ドライブ段増幅器６２の入力レベルが検出される。
【０００８】
利得検出器７９は、レベル検出器７５からの終段増幅器６３の出力レベルと、レベル検出器７８からのドライブ段増幅器６２の入力レベルから、ドライブ段増幅器６２から終段増幅器６３までの間の利得を算出する。利得検出器７９の検出出力は、可変アッテネータ制御回路８３に送られる。
【０００９】
可変アッテネータ制御回路８３は、利得検出器７９で検出されたドライブ段増幅器６２から終段増幅器６３までの間の利得に応じて、可変アッテネータ６１を制御する。また、また、ドレイン電圧制御回路７０はドライブ段増幅器６２及び終段増幅器６３に印加するドレイン電圧を可変できる回路を具備した電源回路である。
【００１０】
図１２は、図１１に示した関連する電力増幅器５０を構成するドライブ段増幅器６２の特性を示したグラフである。図１２において、特性９０１は周波数Ｆ１のときのドライブ段増幅器６２の入出力特性を示し、特性９０２は周波数Ｆ２のときのドライブ段増幅器６２の入出力特性である。また、Ｂ９０１は周波数Ｆ１のときのドライブ段増幅器６２のバックオフを示し、Ｂ９０２は周波数Ｆ２のときのドライブ段増幅器６２のバックオフを示す。なお、バックオフは、出力最大振幅レベルと出力飽和電力レベルのデシベル差で表すことができる。
【００１１】
図１２に示すように、図１１に示すような電力増幅器５０を構成するドライブ段増幅器６２は、ドライブ量が最適化されていないことから、周波数Ｆ１のときのドライブ段増幅器６２のバックオフＢ９０１と、周波数Ｆ２のときのドライブ段増幅器６２のバックオフＢ９０２とは、異なるバックオフ量となる。
【００１２】
図１３及び図１４は、図１１に示した関連する電力増幅器５０を構成する終段増幅器６３の特性を示したグラフであり、図１３は終段増幅器６３の入出力特性を示し、図１４は終段増幅器６３の周波数特性を示している。図１３において、特性１００１は周波数Ｆ１のときの終段増幅器６３の入出力特性を示し、特性１００２は周波数Ｆ２のときの終段増幅器６３の入出力特性である。Ｂ１００１は周波数Ｆ１のときの終段増幅器６３のバックオフ量であり、Ｂ１００２は周波数Ｆ２のときの終段増幅器６３のバックオフ量である。
【００１３】
図１４において、特性１１０１は各周波数における終段増幅器６３の利得特性を示し、特性１１０２は各周波数における終段増幅器６３のバックオフ特性を示し、特性１１３は各周波数における終段増幅器６３の効率特性を示す。このように、ＵＨＦ全周波数帯域をカバーする広帯域電力増幅器で使用される終段増幅器６３では、周波数に応じて、数ｄＢ程度と大きな利得偏差が生じる。
【００１４】
図１５及び図１６は、図１１に示した関連する電力増幅器５０の総合特性を示したグラフであり、図１５は総合入出力特性を示し、図１６は総合周波数特性を示している。図１５において、特性１２０１は周波数Ｆ１のときの総合入出力特性を示し、特性１２０２は周波数Ｆ２のときの総合入出力特性である。Ｂ１２０１は周波数Ｆ１のときのバックオフ量であり、Ｂ１２０２は周波数Ｆ２のときのバックオフ量である。
【００１５】
図１６において、特性１３０１は各周波数における利得特性を示し、特性１３０２は各周波数におけるバックオフ特性を示し、特性１３０３は各周波数における効率特性を示す。図１１に示した電力増幅器５０では、利得検出器７９の検出出力に応じて可変アッテネータ６１の減衰量を制御することで、全周波数帯域に渡って利得を一定にしている。
【００１６】
また、送信出力電力レベルを一定にすることについては、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されている。また、特許文献３過剰入力信号を検出し、過剰入力信号があったときには、電力増幅器の動作電圧を高電圧にするものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平６−３３８７３１号公報
【特許文献２】特開２００７−２２１３０８号公報
【特許文献３】特表２００３−５２６９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
図１１に示した電力増幅器５０では、終段増幅器６３は、周波数特性を有する。そのため、ドライブ段増幅器６２は、どのような周波数でも、終段増幅器６３を十分にドライブさせることができるように、入力信号を余裕をもって増幅できるように構成している。ところが、ＵＨＦ全周波数帯域をカバーする広帯域電力増幅器で使用される終段増幅器６３のＦＥＴの利得偏差は、図１３及び図１４に示したように、数ｄＢ程度と大きい。このため、全周波数帯域に渡って入力信号を余裕をもって増幅できるようにドライブ段増幅器６２を設定すると、終段増幅器６３の利得が高い周波数においては、ドライブ段増幅器６２は過剰なドライブ能力（＝飽和電力）を有することとなり、オーバードライブにより、終段増幅器６３の破損を引き起こしてしまう危険性がある。
【００１９】
すなわち、図１３において特性１００２で示すように、図１１に示した電力増幅器５０における終段増幅器６３では、周波数Ｆ２のときに利得が小さくなる。このため、周波数Ｆ２のときにも終段増幅器６３を十分ドライブできるように、予め取得したデータにより、ドライブ段増幅器６２のドライブ量を設定している。ところが、このようなドライブ量では、終段増幅器６３の利得が高くなる周波数Ｆ１のときには入力電力が過剰になり、終段増幅器６３のＦＥＴの破損を引き起こしてしまう可能性がある。
【００２０】
そこで、全周波数帯域に渡って最適なドライブ能力が維持できるように、ドライブ段増幅器６２のドライブ量を最適化することが考えられる。また、全周波数帯域に渡って最適なドライブ能力が維持できるようにドライブ量を最適化すれば、電力増幅器全体の効率を向上させることができると考えられる。
【００２１】
なお、特許文献１及び特許文献２には、ドライブ段増幅器６２のドライブ量を最適化することについて記載されていない。また、特許文献３では、入力信号を連続的にサンプリングして、過剰入力を検出する検出回路と、過剰入力が検出された場合に、過剰入力に応じた増幅器の電圧の制御回路が必要になり、処理が複雑化する。
【００２２】
上述課題を鑑み、本発明は、全周波数帯域に渡ってドライブ段増幅器のドライブ量を最適化して、終段増幅器のオーバードライブを防止できるようにすると共に、電力増幅器全体の効率を向上させることができる電力増幅器、電力増幅器の制御方法、電力増幅器の制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述の課題を解決するための、本発明に係る電力増幅器は、ドライブ段増幅器と終段増幅器とを従属接続させ、入力信号を電力増幅して出力する電力増幅器であって、全周波数帯域に渡ってドライブ段増幅器のドライブ能力が最適となるようにドライブ段増幅器の電源を設定する電源制御手段と、ドライブ段増幅器と終段増幅器とからなる総合利得が所望の利得になるように制御する利得制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る電力増幅器の制御方法は、ドライブ段増幅器と終段増幅器とを従属接続させ、入力信号を電力増幅して出力する電力増幅器の制御方法であって、全周波数帯域に渡ってドライブ段増幅器のドライブ能力が最適となるようにドライブ段増幅器の電源を制御し、ドライブ段増幅器と終段増幅器とからなる総合利得が所望の利得になるように制御することを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る電力増幅器の制御プログラムは、ドライブ段増幅器と終段増幅器とを従属接続させ、入力信号を電力増幅して出力する電力増幅器の制御プログラムであって、全周波数帯域に渡ってドライブ段増幅器のドライブ能力が最適となるようにドライブ段増幅器の電源を制御するステップと、ドライブ段増幅器と終段増幅器とからなる総合利得が所望の利得になるように制御するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、全周波数帯域に渡って、オーバードライブによる終段増幅器の破損を回避でき、また、電力増幅器全体の効率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態における電力増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器の動作説明に用いるグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器の動作説明に用いるグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器を構成するドライブ段増幅器の入出力特性を示したグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器を構成するドライブ段増幅器の周波数特性を示したグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器を構成する終段増幅器の入出力特性を示したグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器を構成する終段増幅器の周波数特性を示したグラフである。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器の総合入出力特性を示したグラフである。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器の総合周波数特性を示したグラフである。
【図１１】デジタル放送用テレビ送信機で使用される関連する高出力の電力増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１２】関連する電力増幅器を構成するドライブ段増幅器の入出力特性を示したグラフである。
【図１３】関連する電力増幅器を構成する終段増幅器の入出力特性を示したグラフである。
【図１４】関連する電力増幅器を構成する終段増幅器の周波数特性を示したグラフである。
【図１５】関連する電力増幅器の総合入出力特性を示したグラフである。
【図１６】関連する電力増幅器の総合周波数特性を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施形態における電力増幅器１の構成を示すブロック図である。この発明の第１の実施形態は、例えば、デジタル放送用テレビ送信機で使用される高出力電力増幅器として用いられる。
【００２９】
図１において、入力端子１０は、可変アッテネータ１１を介して、ドライブ段増幅器１２の入力端に接続される。ドライブ段増幅器１２はＦＥＴから構成される。ドライブ段増幅器１２の出力端は、終段増幅器１３の入力端に接続される。終段増幅器１３は、複数の電力増幅用ＦＥＴを並列に接続して構成される。終段増幅器１３の出力端は、出力端子１４に接続される。
【００３０】
可変アッテネータ１１は、可変アッテネータ制御回路３３からの制御信号に基づいて、入力端子１０からの信号の利得を制御する。ドライブ段増幅器１２は、終段増幅器１３を十分に励振できるように、送信信号を増幅する。終段増幅器１３は、送信信号を電力増幅して、出力端子１４から出力する。
【００３１】
ドライブ段増幅器１２と終段増幅器１３との間の経路には方向性結合器２０が設けられる。方向性結合器２０により、ドライブ段増幅器１２の出力信号の一部が取得される。方向性結合器２０の出力信号は、レベル検出器２１及びバックオフ検出器２２に供給される。
【００３２】
レベル検出器２１は、ドライブ段増幅器１２の出力信号レベルを検出する。レベル検出器２１で検出されたドライブ段増幅器１２の出力信号レベルは、利得検出器２３に供給される。バックオフ検出器２２は、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量を検出する。バックオフ検出器２２で検出されたドライブ段増幅器１２のバックオフ量は、制御回路３５に供給される。
【００３３】
利得検出器２３は、レベル検出器２１からのドライブ段増幅器１２の出力信号レベルと、レベル検出器２５からの終段増幅器１３の出力信号レベルに基づいて、終段増幅器１３の利得を算出する。利得検出器２３で算出された終段増幅器１３の利得は、制御回路３５に供給される。
【００３４】
終段増幅器１３と出力端子１４との間の経路には方向性結合器２４が設けられる。方向性結合器２４は、終段増幅器１３の出力信号の一部を取得する。方向性結合器２４の出力信号は、レベル検出器２５及びバックオフ検出器２６に供給される。
【００３５】
レベル検出器２５は、終段増幅器１３の出力信号レベルを検出する。レベル検出器２５で検出された終段増幅器１３の出力信号レベルは、利得検出器２３に供給されると共に、利得検出器２９に供給される。バックオフ検出器２６は、終段増幅器１３のバックオフ量を検出する。バックオフ検出器２２で検出された終段増幅器１３のバックオフ量は、制御回路３５に供給される。
【００３６】
可変アッテネータ１１とドライブ段増幅器１２の間には方向性結合器２７が設けられる。方向性結合器２７は、ドライブ段増幅器１２の入力信号の一部を取得する。方向性結合器２７の出力信号は、レベル検出器２８に供給される。
【００３７】
レベル検出器２８は、ドライブ段増幅器１２の入力信号レベルを検出する。レベル検出器２８で検出されたドライブ段増幅器１２の入力信号レベルは、利得検出器２９に供給される。
【００３８】
利得検出器２９は、レベル検出器２５からの終段増幅器１３の出力信号レベルと、レベル検出器２８からのドライブ段増幅器１２の入力信号レベルとに基づいて、ドライブ段増幅器１２から終段増幅器１３までの間の利得を算出する。利得検出器２３で算出されたドライブ段増幅器１２から終段増幅器１３までの間の利得は、制御回路３５に供給されると共に、可変アッテネータ制御回路３３に供給される。
【００３９】
可変アッテネータ制御回路３３は、可変アッテネータ１１に接続されており、電力増幅器の利得を調整する。
【００４０】
ドレイン電圧制御回路３０は、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を可変できる電源回路である。ドレイン電圧制御回路３１は、終段増幅器１３のドレイン電圧を可変できる電源回路である。
【００４１】
本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器１では、入力端子１０に送信信号が供給され、この送信信号が可変アッテネータ１１、ドライブ段増幅器１２及び終段増幅器１３の従属接続に供給される。終段増幅器１３により送信信号が電力増幅され、この電力増幅された送信信号が出力端子１４から出力される。
【００４２】
また、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器１では、バックオフ検出器２２の検出出力から、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が検出され、このバックオフ量が所定値となるように、ドレイン電圧制御回路３０により、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧が設定される。そして、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧制御によるドライブ段増幅器１２の利得可変分を、可変アッテネータ１１で補償するようにしている。これにより、全周波数帯域に渡って、必要最低減のバックオフ量を確保することができ、また、利得、効率も、周波数特性を殆ど持たなくなる。これにより、どの周波数帯域においてもドライブ段増幅器１２のドライブ能力が最適化され、オーバードライブによる終段増幅器１３の破損を回避できる。
【００４３】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器１の動作を示すフローチャートである。
【００４４】
図２において、制御回路３５は、ドレイン電圧制御回路３０及び３１を制御して、予め取得したドライブ段増幅器１２及び終段増幅器１３の特性データを基に、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧Vdd_driveを及び終段増幅器１３のドレイン電圧Vdd_finalを適当な値に設定し、入力端子１０に信号を入力する（ステップＳ１０１）。
【００４５】
次に、制御回路３５は、バックオフ検出器２６の検出出力により、終段増幅器１３のバックオフ量を検出し（ステップＳ１０２）、終段増幅器１３のバックオフ量が必要最低バックオフ量以上になっているか確認する（ステップＳ１０３）。
【００４６】
例えば、ステップＳ１０１で、終段増幅器１３のドレイン電圧Vdd_finalを（Vdd_final＝Ｖ１１）に設定したとする。このときの終段増幅器１３の入出力特性が、図３において特性１０１で示すように変化したとする。この場合、制御回路３５は、ステップＳ１０３で、このときのバックオフ量Ｂ１１を検出し、このバックオフ量Ｂ１１が必要最低限のバックオフ量ＢＲ１以上かどうかを確認する。ここで、必要最低限のバックオフ量とは、予想されるダイナミックレンジを満足できる最小のバックオフ量である。
【００４７】
図２において、ステップＳ１０３で、終段増幅器１３のバックオフ量が必要最低バックオフ量以上になっていれば（ステップＳ１０３ Ｙｅｓ）、次に、制御回路３５は、利得検出器２３の検出出力から、終段増幅器１３の利得を算出する（ステップＳ１０４）。終段増幅器１３のバックオフ量が必要最低バックオフ量以上になっていなければ（ステップＳ１０３ Ｎｏ）、設定値の見直しを行う（ステップＳ１０９）。
【００４８】
次に、制御回路３５は、バックオフ検出器２２の検出出力から、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量を検出する（ステップＳ１０５）。そして、制御回路３５は、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が所定のバックオフ量になっているかを判定する（ステップＳ１０６）。ここで、所定のバックオフ量は、ドライブ段増幅器１２の必要最低限のバックオフ量である。
【００４９】
例えば、ステップＳ１０１で、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧Vdd_driveを（Vdd_drive＝Ｖ２１）に設定したとする。このときのドライブ段ＦＥＴの入出力特性が、図４において特性２０１に示すように変化したとする。この場合、制御回路３５は、ステップＳ１０５で、このときのバックオフ量Ｂ２１を検出し、このバックオフ量Ｂ２１が必要最低限の所定のバックオフ量ＢＲ２になっているかを判定する。
【００５０】
図２において、ステップＳ１０６で、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が必要最低限のバックオフ量になっていなければ（ステップＳ１０６ Ｎｏ）、制御回路３５は、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を変更して（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０２に処理をリターンする。
【００５１】
ステップＳ１０２〜ステップＳ１０７の処理を繰り返すことで、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が必要最低限のバックオフ量となるように収束され、ドライブ段増幅器１２のドライブ量が最適化される。
【００５２】
つまり、図４において、ドレイン電圧Vdd_driveを（Vdd_drive＝Ｖ２１）に設定したときには、ドライブ段ＦＥＴ１２の入出力特性は、図４において特性２０１に示すように変化し、ドライブ段ＦＥＴ１２のバックオフ量Ｂ２１は、所定のバックオフ量ＢＲ２により大きくなる。この場合には、制御回路３５は、ステップＳ１０６で、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が所定のバックオフ量になっていないと判定し、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を変化させる。ここで、ドレイン電圧Vdd_driveを（Vdd_drive＝Ｖ２２）に変化させると、ドライブ段ＦＥＴ１２の入出力特性が、図４において特性２０２に示すようになったとする。このときのバックオフ量Ｂ２２は、所定のバックオフ量ＢＲ２と殆ど等しい。よって、ドレイン電圧Vdd_driveを（Vdd_drive＝Ｖ２２）に変化させると、制御回路３５は、ステップＳ１０６で、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が所定のバックオフ量になっていると判定することになる。このようにして、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧Vdd_driveを変更していくことで、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量を所定のバックオフ量ＢＲ２にすることができる。
【００５３】
図２において、ステップＳ１０６で、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が所定のバックオフ量になると判定されたら、制御回路３５は、利得検出器２９の検出出力から、ドライブ段増幅器１２から終段増幅器１３までの間の利得を検出する。このときのドライブ段増幅器１２から終段増幅器１３までの間の利得は、図３で示される終段増幅器１３の利得（＝Ｐ１２−Ｐ１１）及び図４で示されるドライブ段増幅器１２の利得（＝Ｐ２２−Ｐ２１）を加算した利得（Ｐ２２−Ｐ１１）となる。なお、ここで、利得はデシベル表記で計算するものとする。
【００５４】
そして、制御回路３５は、電力増幅器１の総合利得が所望の利得となるように、可変アッテネータ制御回路３３にて可変アッテネータ１１の減衰量を制御し（ステップＳ１０８）、処理を完了する。ステップＳ１０８で、可変アッテネータ１１の減衰量を可変することで、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を制御したことによるドライブ段増幅器１２の利得変化分は補正されることになる。
【００５５】
このように、本発明の第１の実施形態では、ドライブ段増幅器１２のバックオフが所定のバックオフ量となるように、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧が制御される。バックオフ量は、最低限、予想されるダイナミックレンジを満足できる量だけ必要であるが、それ以上のバックオフ量は不要であり、バックオフ量が大きくなれば、効率は低下することになる。また、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が大きいと、終段増幅器１３に対してドライブ能力が過剰となり、終段増幅器１３を破損させる危険性がある。本発明の第１の実施形態では、ドライブ段増幅器１２のバックオフが所定のバックオフ量となるようにドライブ段増幅器のドレイン電圧を制御することで、ドライブ段増幅器１２のドライブ量が最適化され、終段増幅器１３の破損を防止でき、また、効率の向上が図れる。
【００５６】
図５及び図６は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器１を構成するドライブ段増幅器１２の特性を示したグラフであり、図５はドライブ段増幅器１２の入出力特性を示し、図６はドライブ段増幅器１２の周波数特性を示している。図５において、特性３０１は周波数Ｆ１のときの入出力特性を示し、特性３０２は周波数Ｆ２のときの入出力特性である。本発明の第１の実施形態では、ドライブ段増幅器１２のバックオフが所定量となるように、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧が制御される。したがって、周波数Ｆ１のときのバックオフ量３０１と、周波数Ｆ２のときのバックオフ量Ｂ３０２は、必要最小限のバックオフ量で等しくなる。そして、図５に示すように、ドライブ段増幅器１２の入出力特性は、周波数Ｆ１の場合も周波数Ｆ２の場合も、略々同様の特性が得られる。
【００５７】
図６において、特性４０１はドライブ段増幅器１２の各周波数における利得特性を示し、特性４０２はドライブ段増幅器１２の各周波数におけるバックオフ特性を示し、特性４０３はドライブ段増幅器１２の各周波数における効率特性を示す。本発明の第１の実施形態では、ドライブ段増幅器１２のバックオフが必要最低限のバックオフ量となるように、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を制御して、ドライブ量を最適化している。このことから、バックオフ特性４０２は、どの周波数でも略々一定である。また、利得特性４０１及び効率特性４０３についても、どの周波数でも略々一定に近づけることができる。なお、特性４０４、４０５、４０６は、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を制御化してドライブ量を最適化していなときの利得特性、バックオフ特性、及び効率特性を示す。
【００５８】
図７及び図８は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器１を構成する終段増幅器１３の特性を示したグラフであり、図７は終段増幅器１３の入出力特性を示し、図８は終段増幅器１３の周波数特性を示している。図７において、特性５０１は周波数Ｆ１のときの終段増幅器１３の入出力特性を示し、特性５０２は周波数Ｆ２のときの終段増幅器１３の入出力特性である。Ｂ５１は周波数Ｆ１のときの終段増幅器１３のバックオフ量であり、Ｂ５２は周波数Ｆ２のときの終段増幅器１３のバックオフ量Ｂ５２である。
【００５９】
また、図８において、特性６０１は各周波数における利得特性を示し、特性６０２は各周波数における終段増幅器１３のバックオフ特性を示し、特性６０３は各周波数における終段増幅器１３の効率特性を示す。このように、終段増幅器１３は、周波数に応じて、利得偏差が生じている。
【００６０】
図９及び図１０は、本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器１の総合特性を示したグラフであり、図９は総合入出力特性を示し、図１０は総合周波数特性を示している。図９において、特性７０１は周波数Ｆ１のときの入出力特性を示し、特性７０２は周波数Ｆ２のときの入出力特性である。本発明の第１の実施形態では、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を制御したことから、周波数Ｆ１のときのバックオフ量Ｂ６１と、周波数Ｆ２のときのバックオフ量Ｂ６２との差が小さくなる。
【００６１】
図１０において、特性８０１は各周波数における総合利得特性を示し、特性８０２は各周波数における総合バックオフ特性を示し、特性８０３は各周波数における総合効率特性を示す。本発明の第１の実施形態では、総合利得が一定となるように、可変アッテネータ１１を制御しており、これにより、利得特性８０１はどの周波数でも一定である。また、本発明の第１の実施形態では、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を制御してドライブ量を最適化したことから、バックオフ特性８０２は、どの周波数でも、必要最低限のバックオフ量で略々一定である。また、バックオフ量を必要最低限で略々一定としたことから、効率特性８０３についても、効率の改善が図れ、また、どの周波数でも効率が略々一定になる。なお、特性８０５、８０６、８０７は、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧を最適化しないときの利得特性、バックオフ特性、及び効率特性を示す。
【００６２】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態では、バックオフ検出器２２の検出出力から、ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が検出され、このバックオフ量が所定値となるように、ドライブ段増幅器１２のドレイン電圧が制御される。ドライブ段増幅器１２のバックオフ量が必要最低限で一定となっていれば、ドライブ段増幅器１２は最適なドライブ能力で最適化されたことになり、オーバードライブによる終段増幅器１３の破損を回避でき、また、効率を改善できる。
【００６３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１：電力増幅器
１０：入力端子
１１：可変アッテネータ
１２：ドライブ段増幅器
１３：終段増幅器
１４：出力端子
２０：方向性結合器
２１：レベル検出器
２２：バックオフ検出器
２３：利得検出器
２４：方向性結合器
２５：レベル検出器
２６：バックオフ検出器
２７：方向性結合器
２８：レベル検出器
２９：利得検出器
３０，３１：ドレイン電圧制御回路
３３：可変アッテネータ制御回路
３５：制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライブ段増幅器と終段増幅器とを従属接続させ、送信信号を電力増幅して出力する電力増幅器であって、
全周波数帯域に渡って前記ドライブ段増幅器のドライブ能力が最適となるように前記ドライブ段増幅器の電源を制御する電源制御手段と、
前記ドライブ段増幅器と終段増幅器とからなる総合利得が所望の利得になるように制御する利得制御手段と
を備えることを特徴とする電力増幅器。
【請求項２】
前記電源制御手段は、前記ドライブ段増幅器のバックオフを検出し、前記ドライブ段増幅器のバックオフが所定値となるように、前記ドライブ段増幅器の電源を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項３】
前記バックオフの所定値は、ダイナミックレンジを確保するのに必要最低限となるバックオフ量であることを特徴とする請求項２に記載の電力増幅器。
【請求項４】
ドライブ段増幅器と終段増幅器とを従属接続させ、送信信号を電力増幅して出力する電力増幅器の制御方法であって、
全周波数帯域に渡って前記ドライブ段増幅器のドライブ能力が最適となるように前記ドライブ段増幅器の電源を制御し、
前記ドライブ段増幅器と終段増幅器とからなる総合利得が所望の利得になるように制御する
ことを特徴とする電力増幅器の制御方法。
【請求項５】
ドライブ段増幅器と終段増幅器とを従属接続させ、送信信号を電力増幅して出力する電力増幅器の制御プログラムであって、
全周波数帯域に渡って前記ドライブ段増幅器のドライブ能力が最適となるように前記ドライブ段増幅器の電源を制御するステップと、
前記ドライブ段増幅器と終段増幅器とからなる総合利得が所望の利得になるように制御するステップと
を含むことを特徴とするコンピュータにより実行可能な電力増幅器の制御プログラム。
【請求項１】
ドライブ段増幅器と終段増幅器とを従属接続させ、送信信号を電力増幅して出力する電力増幅器であって、
全周波数帯域に渡って前記ドライブ段増幅器のドライブ能力が最適となるように前記ドライブ段増幅器の電源を制御する電源制御手段と、
前記ドライブ段増幅器と終段増幅器とからなる総合利得が所望の利得になるように制御する利得制御手段と
を備えることを特徴とする電力増幅器。
【請求項２】
前記電源制御手段は、前記ドライブ段増幅器のバックオフを検出し、前記ドライブ段増幅器のバックオフが所定値となるように、前記ドライブ段増幅器の電源を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項３】
前記バックオフの所定値は、ダイナミックレンジを確保するのに必要最低限となるバックオフ量であることを特徴とする請求項２に記載の電力増幅器。
【請求項４】
ドライブ段増幅器と終段増幅器とを従属接続させ、送信信号を電力増幅して出力する電力増幅器の制御方法であって、
全周波数帯域に渡って前記ドライブ段増幅器のドライブ能力が最適となるように前記ドライブ段増幅器の電源を制御し、
前記ドライブ段増幅器と終段増幅器とからなる総合利得が所望の利得になるように制御する
ことを特徴とする電力増幅器の制御方法。
【請求項５】
ドライブ段増幅器と終段増幅器とを従属接続させ、送信信号を電力増幅して出力する電力増幅器の制御プログラムであって、
全周波数帯域に渡って前記ドライブ段増幅器のドライブ能力が最適となるように前記ドライブ段増幅器の電源を制御するステップと、
前記ドライブ段増幅器と終段増幅器とからなる総合利得が所望の利得になるように制御するステップと
を含むことを特徴とするコンピュータにより実行可能な電力増幅器の制御プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１８６５６８（Ｐ２０１２−１８６５６８Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６９９５（Ｐ２０１１−４６９９５）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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