電力増幅器
【課題】 ドライブ増幅器を組み合わせた電力増幅器であって、電力増幅器全体の効率を向上させると共に、ドハティ増幅器の効率を低下させることなくＡＭ−ＡＭ変換特性及びＡＭ−ＰＭ変換特性を改善することができる電力増幅器を提供する。
【解決手段】 ドハティ増幅器の入力段にＥＴ方式で動作するドライブ増幅器２０４を備え、入力電力レベルを検出する検波回路１０５と、入力された補正信号に基づいて、ドライブ増幅器２０４にドレイン電圧を出力する電源回路１０７と、予め記憶された情報に基づいて、検出された入力電力レベルに応じて、ドライブ増幅器２０４が飽和に近い状態で動作し、且つ、ドライブ増幅器２０４の出力信号のゲイン特性及び位相特性が、ドハティ増幅器におけるゲイン特性及び位相特性の逆特性となるよう、電源回路１０７に最適なドレイン電圧を出力させるための補正信号を出力する波形整形回路１０６とを備えた電力増幅器としている。
【解決手段】 ドハティ増幅器の入力段にＥＴ方式で動作するドライブ増幅器２０４を備え、入力電力レベルを検出する検波回路１０５と、入力された補正信号に基づいて、ドライブ増幅器２０４にドレイン電圧を出力する電源回路１０７と、予め記憶された情報に基づいて、検出された入力電力レベルに応じて、ドライブ増幅器２０４が飽和に近い状態で動作し、且つ、ドライブ増幅器２０４の出力信号のゲイン特性及び位相特性が、ドハティ増幅器におけるゲイン特性及び位相特性の逆特性となるよう、電源回路１０７に最適なドレイン電圧を出力させるための補正信号を出力する波形整形回路１０６とを備えた電力増幅器としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドハティ増幅器にドライブ増幅器を組み合わせた電力増幅器に係り、特に電力増幅器全体の効率を向上させると共に、ドハティ増幅器の効率を低下させることなくＡＭ−ＡＭ変換特性及びＡＭ−ＰＭ変換特性を改善することができる電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明：図８］
従来、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）信号やマルチキャリア信号を電力増幅する場合、共通増幅器に歪補償手段を付加し、共通増幅器の動作範囲を飽和領域付近まで広げることで低消費電力化を図っていた。
このような増幅器における歪補償手段としては、フィードフォワード歪補償（ＦＦ；Feed Forward）やプリディストーション歪補償（ＤＰＤ；Digital Pre Distortion）などがあるが、歪補償だけでは低消費電力化に限界が近づいている。そのため近年、高効率増幅器としてドハティ（Doherty）増幅器が注目されている。
【０００３】
一般的なドハティ増幅器について図８を用いて説明する。図８は、一般的なドハティ増幅器の構成を示す回路図である。
図８に示すように、一般的なドハティ増幅器は、入力端子１と、分配器２と、移相器３と、キャリア増幅器４と、ピーク増幅器５と、ドハティ合成部６と、λ／４変成器７と、出力端子８とから構成されている。
【０００４】
更に、キャリア増幅器４は、入力整合回路４１と、増幅素子４２と、出力整合回路４３とから構成され、ピーク増幅器５は、入力整合回路５１と、増幅素子５２と、出力整合回路５３とから構成されている。
入力整合回路４１，５１は、それぞれ、増幅素子４２，５２の入力側と整合をとる。
出力整合回路４３，５３は、それぞれ、増幅素子４２，５２の出力側と整合をとる。
また、ドハティ合成部６は、λ／４変成器６１と、合成点６２とを備えている。
【０００５】
そして、入力端子１から入力された信号は、分配器２で分配され、その一方はキャリア増幅器４に入力されて、増幅素子４２で増幅され、出力整合回路４３を介してλ／４変成器６１でインピーダンス変換される。
【０００６】
分配器２で分配されたもう一方の信号は、移相器３で位相をキャリア増幅器４に合わせて調整された後、ピーク増幅器５に入力され、増幅素子５２で増幅されて出力整合回路５３でインピーダンス変換されて出力される。
【０００７】
合成点６２ではλ／４変成器６１からの出力とピーク増幅器５からの出力が合成され、更にλ／４変成器７で出力負荷９に整合するためインピーダンス変換されて出力端子８から出力され、出力負荷９に接続される。
【０００８】
キャリア増幅器４の増幅素子４２はＡＢ級にバイアスされ、ピーク増幅器５の増幅素子５２はＢ級又はＣ級にバイアスされている。そのため、入力レベルが低く増幅素子５２が動作しない内は増幅素子４２が単独で動作する。そして、増幅素子４２が飽和領域に入る、つまり増幅素子４２の線形性が崩れ始めると、増幅素子５２が動作し始め、増幅素子５２の出力が負荷に供給され、増幅素子４２と共に負荷を駆動する。このとき出力整合回路４３の負荷線は、高い抵抗から低い抵抗へ移動するが、増幅素子４２は飽和領域にあるので効率は良い。
入力端子１からの入力が更に増加すると、増幅素子５２も飽和し始めるが、増幅素子４２、５２ともに飽和しているのでこのときも効率は良い。
これにより、ドハティ増幅器では、出力レベルが最大出力レベルよりも低い場合でも、高い効率が得られるものである。
【０００９】
［ドライブ増幅器の効率］
また、ドハティ増幅器の前段に、ドハティ増幅器への入力レベルを調整するドライブ増幅器を設けた構成がある。
ドハティ増幅器の効率を向上させた場合、前段に用いるドライブ増幅器の効率が、増幅器全体の効率低下の原因になることがある。
【００１０】
具体的な例を示す。
例えば、出力電力が１０００Ｗでドレイン効率２５％（消費電力は４０００Ｗとなる）のＡタイプのドハティ増幅器と、同じく出力電力が１０００Ｗでドレイン効率５０％（消費電力は２０００Ｗとなる）のＢタイプのドハティ増幅器について考える。
必要なドライブ増幅器の出力電力が１００Ｗでドレイン効率５％（消費電力２０００Ｗ）であったとする。
【００１１】
この場合、Ａタイプにドライブ増幅器を含めたトータル効率は１６％となり、Ｂタイプにドライブ増幅器を含めたトータル効率は２５％となる。つまり、ドハティ増幅器単体の効率に比べて、Ａタイプでは効率劣化が９％であるのに対し、高効率のＢタイプでは、効率劣化が２５％となっている。
すなわち、ドハティ増幅器を高効率化すると、ドライブ増幅器の消費電力がトータル効率の劣化量に一段と大きく影響することがわかる。
【００１２】
つまり、増幅器全体の効率劣化を抑えるためには、ドライブ増幅器も高効率化することが必要である。Ｂタイプにドライブ増幅器を組み合わせた場合のトータル効率劣化を１０％以下に抑えようとすると、ドライブ増幅器のドレイン効率を２０％以上に上げる必要がある。
【００１３】
［ＥＴ方式］
電力増幅器の効率を向上させる制御方式として、ＥＴ（Envelope Tracking）方式がある。
ＥＴ方式は、電力増幅器のドレイン電圧を入力電力（入力信号の包絡線の振幅）に応じて変化させることにより、入力電力が変動しても常に飽和に近い状態で増幅器を動作させることができ、高効率化を実現するものである。
特に、ＣＤＭＡや、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）の変調信号のように、平均電力とピーク電力の比（ＰＡＰＲ：Peak to Average Power Ratio）が大きい信号の増幅において高い効率が得られる。
【００１４】
［相互変調歪］
また、ドハティ増幅器においては、効率化と低歪化はトレードオフの関係になっており、効率を上げると相互変調歪が劣化して、ＡＭ−ＡＭ変換特性やＡＭ−ＰＭ変換特性が劣化することが知られている。
実際には、装置仕様の相互変調歪やスプリアスの規格を満たすために、歪を重視し、効率を犠牲にする場合がある。
【００１５】
［関連技術］
電力増幅器の制御に関する先行技術としては、特開２００４−１０４１９４号公報（出願人：株式会社日立製作所、特許文献１）がある。
特許文献１には、電力効率の高いＥＥＲ（Envelope Elimination and Restoration）方式を、線形性の高い線形方式と組み合わせ、低出力レンジでは線形方式を用い、高出力レンジでＥＥＲ方式を用いるようにして、線形性の要求を満たしつつ電力効率を改善することが記載されている。
また、ドハティ増幅器に関する先行技術としては、特開２００８−１２５０４４号公報（出願人：株式会社日立国際電気、特許文献２）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００４−１０４１９４号公報
【特許文献２】特開２００８−１２５０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記従来のドハティ増幅器にドライブ増幅器を組み合わせた場合に、ドライブ増幅器の効率の影響で、増幅器全体の効率が低下してしまうという問題点があった。
また、従来のドハティ増幅器では、電力変換効率を向上させると相互変調歪が劣化してしまうという問題点があった。
【００１８】
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、ドライブ増幅器の効率を向上させて増幅器全体の効率低下を防ぎ、また、ドハティ増幅器における高効率化と低歪化を同時に実現することができる電力増幅器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】
【００１９】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、ＡＢ級で動作する第１の増幅素子を有するキャリア増幅回路と、Ｂ級又はＣ級で動作する第２の増幅素子を有するピーク増幅回路とを備え、キャリア増幅回路とピーク増幅回路の出力を合成して出力するドハティ増幅器と、ドハティ増幅器の入力段に設けられたドライブ増幅器とを有する電力増幅器であって、ドライブ増幅器は、入力信号を増幅する増幅素子と、入力電力レベルを検出する検波回路と、入力された補正信号に基づいて、増幅素子にドレイン電圧を出力する電源回路と、予め記憶された情報に基づいて、検出された入力電力レベルに対応する補正信号を電源回路に出力する波形整形回路とを備えたことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明は、ＡＢ級で動作する第１の増幅素子を有するキャリア増幅回路と、Ｂ級又はＣ級で動作する第２の増幅素子を有するピーク増幅回路とを備え、キャリア増幅回路とピーク増幅回路の出力を合成して出力するドハティ増幅器と、ドハティ増幅器の入力段に設けられたドライブ増幅器とを有する電力増幅器であって、ドライブ増幅器は、入力信号を増幅する増幅素子と、入力電力レベルを検出する検波回路と、入力された補正信号に基づいて、前記増幅素子にドレイン電圧を出力する電源回路と、予め記憶された情報に基づいて、検出された入力電力レベルに対応する補正信号を出力する波形整形回路とを備え、前記波形整形回路は、前記増幅素子が飽和に近い状態で動作し、且つ、入力信号に対するドライブ増幅器のゲイン特性及び位相特性が、ドハティ増幅器で発生するゲイン歪及び位相歪の一方又は両方を補償するような特性となるよう、前記電源回路に補正されたドレイン電圧を出力させるための補正信号を出力することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＡＢ級で動作する第１の増幅素子を有するキャリア増幅回路と、Ｂ級又はＣ級で動作する第２の増幅素子を有するピーク増幅回路とを備え、キャリア増幅回路とピーク増幅回路の出力を合成して出力するドハティ増幅器と、ドハティ増幅器の入力段に設けられたドライブ増幅器とを有する電力増幅器であって、ドライブ増幅器は、入力信号を増幅する増幅素子と、入力電力レベルを検出する検波回路と、入力された補正信号に基づいて、増幅素子にドレイン電圧を出力する電源回路と、予め記憶された情報に基づいて、検出された入力電力レベルに対応する補正信号を電源回路に出力する波形整形回路とを備えた電力増幅器としているので、波形整形回路が、検出された入力電力レベルに応じて、ドライブ増幅器の増幅素子が飽和に近い状態で動作し、且つ、入力信号に対するドライブ増幅器のゲイン特性及び位相特性が、ドハティ増幅器におけるゲイン特性及び位相特性の逆特性となるような最適なドレイン電圧を電源回路に出力させる補正信号を出力することにより、ドライブ増幅器の電力変換効率を向上させて電力増幅器全体の効率を向上させると共に、ドハティ増幅器の効率を低下させることなく、ドハティ増幅器で発生する歪を補償して、良好なゲイン特性及び位相特性とすることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力増幅器の構成ブロック図である。
【図２】ドライブ増幅器をＥＴ方式とした場合のドレイン効率を示す説明図である。
【図３】ドライブ増幅器のドレイン効率特性を示す模式説明図である。
【図４】ドレイン電圧の違いによる入力電力に対するゲイン特性を示す模式説明図である。
【図５】ドレイン電圧の違いによる入力電力に対する位相特性を示す模式説明図である。
【図６】本電力増幅器における終段ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＡＭ変換特性の例を示す模式説明図である。
【図７】本電力増幅器における終段ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＰＭ変換特性の例を示す模式説明図である。
【図８】一般的なドハティ増幅器の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［実施の形態の概要］
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。
本発明の実施の形態に係る電力増幅器は、ドハティ増幅器の前段にドライブ増幅器を備え、更に、入力信号の電力レベルを検出し、検出された電力レベルに応じて、ドライブ増幅器のバックオフが小さくなるよう、且つドライブ増幅器の出力信号が、電力変換効率が良好な状態のドハティ増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性及びＡＭ−ＰＭ特性の逆特性を備えた信号となるよう、ドライブ増幅器のドレイン電圧を制御する電源制御回路を備えた電力増幅器であり、ドライブ増幅器をＥＴ方式で動作させて効率を向上させ、増幅器全体の効率向上を図ることができ、また、終段のドハティ増幅器における効率を低下させることなくＡＭ−ＡＭ特性及びＡＭ−ＰＭ特性の劣化を防ぐことができるものである。
【００２４】
［実施の形態に係る電力増幅器の構成：図１］
図１は、本発明の実施の形態に係る電力増幅器の構成ブロック図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る電力増幅器（本電力増幅器）は、図８に示した一般的なドハティ増幅器に加えて、入力端子１とドハティ増幅器との間に、方向性結合器１０１と、遅延回路１０２と、電源制御回路１０３と、ドレイン端子１０４と、ドライブ増幅器２０４とを備え、ドライブ増幅器２０４の出力がドハティ増幅器に入力される構成となっている。
ドハティ増幅器部分は、図８と同じ構成及び動作であるため、ここでは説明を省略するが、ドハティ増幅器部分は、単体で十分高い効率が得られるよう調整されているものである。また、キャリア増幅器４、ピーク増幅器５は、それぞれ、請求項に記載したキャリア増幅回路、ピーク増幅回路に相当する。
【００２５】
本電力増幅器の特徴部分について説明する。
方向性結合器１０１は、入力端子１から入力される入力信号を２つに分岐する。
遅延回路１０２は、方向性結合器１０１で分岐された信号の一方を、電源制御回路１０３における処理時間に合わせて遅延する。
【００２６】
ドライブ増幅器２０４は、入力整合回路２０１と、増幅素子２０２と、出力整合回路２０３とを備えている。本電力増幅器の特徴として、ドライブ増幅器２０４はＥＴ方式で動作するものであり、ドレイン端子１０４から入力信号の電力レベルに応じた電源電圧（ドレイン電圧）の供給を受けると共に、入力整合回路２０１及び出力整合回路２０３は、電源電圧が変化しても効率が低下しないように整合をとっている。
【００２７】
電源制御回路１０３は、本電力増幅器の特徴部分であり、方向性結合器１０１で分岐された他方の信号を入力し、当該信号に基づいて増幅素子２０２のドレイン端子１０４に印加するドレイン電圧を生成するものである。電源制御回路１０３は、検波回路１０５と、波形整形回路１０６と、電源回路１０７とを備えている。
【００２８】
電源制御回路１０３の検波回路１０５は、一般的な検波ダイオード等で構成され、方向性結合器１０１で分岐された入力信号の入力電力を検出する。
【００２９】
波形整形回路１０６は、後述するように、検波回路１０５からの検波信号のレベル（入力信号の電力レベル）に応じて信号を補正して、補正信号を出力するものである。波形整形回路１０６には、予め検波信号レベルに対応して補正するための情報（補正情報）が格納されており、適切な補正信号を出力する。補正情報は、例えば、検波信号レベルに対応した補正信号がテーブル等の形式で格納されている。波形整形回路１０６における補正については、後述する。
【００３０】
電源回路１０７は、補正信号に応じた電圧を増幅素子２０２のドレイン端子１０４に出力する。
尚、ドハティ増幅器の前段に設けられた方向性結合器１０１、遅延回路１０２、ドライブ増幅器２０４、電源制御回路１０３を含む構成全体を「ドライブ増幅器」と称する場合もあり、請求項に記載した「ドライブ増幅器」はこれらの構成を含むものに相当している。
【００３１】
［波形整形回路１０６における補正］
本電力増幅器の特徴として、波形整形回路１０６は、２つの要素を考慮して総合的な補正を行い、増幅素子２０２のドレイン電圧の制御を行う。
［第１の要素］
まず第１に、波形整形回路１０６は、ドライブ増幅器２０４の効率を向上させるために、ＥＴ方式で制御する。
つまり、波形整形回路１０６は、電源回路１０７からのドレイン電圧が入力信号の電力レベル（検波信号のレベル）に応じた電圧となるような補正信号を電源回路１０７に出力する。
これにより、入力信号の電力レベルが変動しても、ドライブ増幅器２０４の増幅素子２０２を常に飽和に近い状態で動作させて、電力変換効率を向上させることができるものである。
【００３２】
［第２の要素］
第２に、本電力増幅器の波形整形回路１０６は、ドライブ増幅器２０４の出力信号を、後段のドハティ増幅器で発生する相互変調歪によって劣化するゲイン特性及び位相特性の逆特性を備えた信号とするよう、ドレイン電圧を制御する。尚、波形整形回路１０６は、ドライブ増幅器２０４のゲイン特性及び位相特性が、ドハティ増幅器で発生するゲイン歪又は位相歪のどちらか一方を補償するように補正してもよい。
つまり、波形整形回路１０６は、ドライブ増幅器２０４がドハティ増幅器で発生する歪とは逆特性の歪を発生するようなドレイン電圧を、電源回路１０７が出力するよう、検波出力を補正する。
これにより、ドライブ増幅器２０４からの出力信号を後段のドハティ増幅器で増幅する際に、ドライブ増幅器２０４の出力に含まれる逆特性の歪とドハティ増幅器で発生する歪とが相殺され、歪が補償されるものである。
【００３３】
［総合的な補正］
そして、波形整形回路１０６は、上述した２つの要素を総合的に考慮して最適なドレイン電圧となるような補正情報を記憶しており、検波信号レベルに応じて適切な補正を行って、電源回路１０７に補正信号を出力する。
具体的には、ドライブ増幅器２０４ができるだけ飽和に近い状態で動作する（バックオフを小さくする）よう、且つ、ドライブ増幅器２０４の出力におけるゲイン特性及び位相特性が、十分高効率なドハティ増幅器におけるゲイン特性及び位相特性の逆特性となるよう、最適なドレイン電圧とする補正信号を出力する。
【００３４】
最適なドレイン電圧を出力させるための補正情報は、予め計算や実験によって求めておき、検波入力レベルに対応する補正情報として記憶しておき、それを用いてもよいし、更に、動作中に本電力増幅器の出力における歪成分を検出して、当該歪が最小となるように波形整形回路１０６の補正情報に対する微調整を行う制御部を設けて、動的な制御を行うことも可能である。
【００３５】
［ドライブ増幅器をＥＴ方式とした場合の効率：図２］
ここで、ドライブ増幅器をＥＴ方式とした場合の効率について図２を用いて説明する。図２は、ドライブ増幅器をＥＴ方式とした場合のドレイン効率を示す説明図である。
図２では、ドハティ増幅器単体と、ＥＴ方式のドライブ増幅器とドハティ増幅器とを組み合わせた増幅器と、ドハティ増幅器と一般的なＡＢ級ドライブ増幅器とを組み合わせた増幅器について、ドレイン効率を比較している。
【００３６】
従来のように一般的なＡＢ級ドライブ増幅器とドハティ増幅器とを組み合わせた場合には、ドハティ増幅器単体と比較した場合に、飽和領域以外における効率の劣化が著しいが、ドライブ増幅器のドレイン電圧を入力電力レベルに応じて変化させてＥＴ方式で制御することにより、ドハティ増幅器と組み合わせた場合の効率の劣化をかなり軽減することができるものである。
【００３７】
［ドライブ増幅器のドレイン効率の特性：図３］
次に、ドライブ増幅器のドレイン効率特性について図３を用いて説明する。図３は、ドライブ増幅器のドレイン効率特性を示す模式説明図である。
図３では、ＥＴ方式のドライブ増幅器と、一般的なＡＢ級増幅器におけるドレイン効率を示している。
図３に示すように、ＡＢ級増幅器では、ドレイン電圧が一定であり、出力電力の大きい飽和領域においては効率が良いものの、出力電力が小さい領域ではバックオフが大きくなり効率は低くなってしまう。
それに対して、ＥＴ方式の増幅器では、どの入力レベルにおいてもバックオフが小さくなるようドレイン電圧を制御すると共に、電源電圧が変化しても効率が低下しないように整合をとっており、低出力から高出力まで、広い電力範囲に亘って安定して良好な効率が得られている。
【００３８】
本増幅器では、ドライブ増幅器２０４が、入力電力レベルに応じてできるだけバックオフの小さい領域で動作するようドレイン電圧を制御して、ドライブ増幅器２０４をＥＴ方式の増幅器として動作させることにより、広い出力電力範囲で効率を向上させるものである。
【００３９】
［ドレイン電圧とゲイン特性：図４］
ここで、一般的な増幅器におけるドレイン電圧とゲイン特性との関係について図４を用いて説明する。図４は、ドレイン電圧の違いによる入力電力に対するゲイン特性を示す模式説明図である。
図４に示すように、どの入力レベルでも、ドレイン電圧が大きくなるとゲインも大きくなる傾向にあることがわかる。
【００４０】
つまり、ゲインを大きくしたい場合にはドレイン電圧を大きくし、ゲインを小さくしたい場合にはドレイン電圧を小さくするよう制御することが可能である。本電力増幅器の波形整形回路１０６はこのことを利用して、ドライブ増幅器２０４の出力が、ドハティ増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性の逆特性となるように制御するものである。
【００４１】
［ドレイン電圧と位相特性：図５］
次に、一般的な電力増幅器におけるドレイン電圧と位相特性との関係について図５を用いて説明する。図５は、ドレイン電圧の違いによる入力電力に対する位相特性を示す模式説明図である。
図５に示すように、どの入力電力レベルにおいても、ドレイン電圧が大きくなると位相が＋方向に回転することがわかる。
本電力増幅器の本電力増幅器の波形整形回路１０６はこのことを利用して、ドライブ増幅器２０４の出力が、ドハティ増幅器におけるＡＭ−ＰＭ特性の逆特性となるように制御するものである。
【００４２】
［ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＡＭ変換特性の例：図６］
次に、本電力増幅器における終段ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＡＭ変換特性の例について図６を用いて説明する。図６は、本電力増幅器における終段ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＡＭ変換特性の例を示す模式説明図である。
図６（ｂ）に示すように、ドハティ増幅器のＡＭ−ＡＭ変換特性は、入力電力が増加するに従ってゲインが減少する。ドハティ増幅器は、十分効率が高くなるよう調整されている。
図６（ａ）は、（ｂ）に示した特性の逆特性であり、ドライブ増幅器２０４の増幅素子２０２の電源を電源制御回路１０３で制御し、ドライブ増幅器２０４（図中「ＥＴ」と示す）のゲイン特性が図６（ａ）となるようにする。
これにより、本電力増幅器では、終段ドハティ増幅器の効率を犠牲にすることなく、ＡＭ−ＡＭ変換特性を補償するものである。
【００４３】
［ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＰＭ変換特性の例：図７］
次に、本電力増幅器における終段ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＰＭ変換特性の例について図７を用いて説明する。図７は、本電力増幅器における終段ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＰＭ変換特性の例を示す模式説明図である。
図７（ｂ）に示すように、ドハティ増幅器のＡＭ−ＰＭ変換特性は、入力電力が増加するに従って位相がマイナス方向に回転する。ドハティ増幅器は、十分効率が高くなるよう調整されている。
図７（ａ）は、（ｂ）に示した特性の逆特性であり、ドライブ増幅器２０４の出力信号のＡＭ−ＰＭ変換特性が（ａ）の特性となるよう、電源制御回路１０３で増幅素子２０２の電源を制御する。
これにより、終段ドハティ増幅器の効率を低下させずに、ＡＭ−ＰＭ変換特性を補償するものである。
【００４４】
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る電力増幅器によれば、ドハティ増幅器の入力段にＥＴ方式で動作するドライブ増幅器２０４を備え、電源制御回路１０３が、入力電力レベルを検出し、検出された入力電力レベルと記憶されている補正情報とに基づいて、ドライブ増幅器２０４が当該入力電力レベルにおいて飽和に近い状態で動作し、且つ、ドライブ増幅器２０４の出力信号のゲイン特性及び位相特性が、ドハティ増幅器における各特性の逆特性となるよう、最適な電圧を生成してドライブ増幅器２０４の増幅素子２０２にドレイン電圧として印加する電力増幅器としているので、ドライブ増幅器２０４の電力変換効率を向上させて電力増幅器全体の効率を大幅に向上させることができるると共に、ドハティ増幅器における効率を低下させることなく、ゲイン特性及び位相特性の劣化を防ぐことができる効果がある。
【００４５】
また、本発明の実施の形態に係る電力増幅器によれば、電源制御回路１０３が、入力信号の入力電力レベルを検出する検波回路１０５と、入力された補正信号に基づいて、ドライブ増幅器２０４にドレイン電圧を出力する電源回路１０７と、予め記憶された情報に基づいて、検出された入力電力レベルに応じて、ドライブ増幅器２０４が飽和に近い状態で動作し、且つ、ドライブ増幅器２０４の出力信号のゲイン特性及び位相特性が、ドハティ増幅器におけるゲイン特性及び位相特性の逆特性となるよう、電源回路１０７に最適なドレイン電圧を出力させるための補正信号を出力する波形整形回路１０６とを備えており、波形整形回路１０６に、入力電力レベルに応じて最適な補正信号を出力する補正情報を記憶しておけば、簡易な制御で、電力増幅器全体の効率を向上させ、ゲイン特性及び位相特性の劣化を防ぐことができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、ドライブ増幅器を組み合わせた電力増幅器であって、特に電力増幅器全体の効率を向上させると共に、ドハティ増幅器の効率を低下させることなくＡＭ−ＡＭ変換特性及びＡＭ−ＰＭ変換特性を改善することができる電力増幅器に適している。
【符号の説明】
【００４７】
１…入力端子、 ２…分配器、 ３…移相器、 ４…キャリア増幅器、 ５…ピーク増幅器、 ６…ドハティ合成部、 ７…λ／４変成器、 ８…出力端子、 ９…出力負荷、 ４１，５１…入力整合回路、 ４２，５２…増幅素子、 ４３，５３…出力整合回路、 １０１…方向性結合器、 １０２…遅延回路、 １０３…電源制御回路、 １０４…ドレイン端子、 １０５…検波回路、 １０６…波形整形回路、 １０７…電源回路、 ２０１…入力整合回路、 ２０２…増幅素子、 ２０３…出力整合回路、 ２０４…ドライブ増幅器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドハティ増幅器にドライブ増幅器を組み合わせた電力増幅器に係り、特に電力増幅器全体の効率を向上させると共に、ドハティ増幅器の効率を低下させることなくＡＭ−ＡＭ変換特性及びＡＭ−ＰＭ変換特性を改善することができる電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明：図８］
従来、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）信号やマルチキャリア信号を電力増幅する場合、共通増幅器に歪補償手段を付加し、共通増幅器の動作範囲を飽和領域付近まで広げることで低消費電力化を図っていた。
このような増幅器における歪補償手段としては、フィードフォワード歪補償（ＦＦ；Feed Forward）やプリディストーション歪補償（ＤＰＤ；Digital Pre Distortion）などがあるが、歪補償だけでは低消費電力化に限界が近づいている。そのため近年、高効率増幅器としてドハティ（Doherty）増幅器が注目されている。
【０００３】
一般的なドハティ増幅器について図８を用いて説明する。図８は、一般的なドハティ増幅器の構成を示す回路図である。
図８に示すように、一般的なドハティ増幅器は、入力端子１と、分配器２と、移相器３と、キャリア増幅器４と、ピーク増幅器５と、ドハティ合成部６と、λ／４変成器７と、出力端子８とから構成されている。
【０００４】
更に、キャリア増幅器４は、入力整合回路４１と、増幅素子４２と、出力整合回路４３とから構成され、ピーク増幅器５は、入力整合回路５１と、増幅素子５２と、出力整合回路５３とから構成されている。
入力整合回路４１，５１は、それぞれ、増幅素子４２，５２の入力側と整合をとる。
出力整合回路４３，５３は、それぞれ、増幅素子４２，５２の出力側と整合をとる。
また、ドハティ合成部６は、λ／４変成器６１と、合成点６２とを備えている。
【０００５】
そして、入力端子１から入力された信号は、分配器２で分配され、その一方はキャリア増幅器４に入力されて、増幅素子４２で増幅され、出力整合回路４３を介してλ／４変成器６１でインピーダンス変換される。
【０００６】
分配器２で分配されたもう一方の信号は、移相器３で位相をキャリア増幅器４に合わせて調整された後、ピーク増幅器５に入力され、増幅素子５２で増幅されて出力整合回路５３でインピーダンス変換されて出力される。
【０００７】
合成点６２ではλ／４変成器６１からの出力とピーク増幅器５からの出力が合成され、更にλ／４変成器７で出力負荷９に整合するためインピーダンス変換されて出力端子８から出力され、出力負荷９に接続される。
【０００８】
キャリア増幅器４の増幅素子４２はＡＢ級にバイアスされ、ピーク増幅器５の増幅素子５２はＢ級又はＣ級にバイアスされている。そのため、入力レベルが低く増幅素子５２が動作しない内は増幅素子４２が単独で動作する。そして、増幅素子４２が飽和領域に入る、つまり増幅素子４２の線形性が崩れ始めると、増幅素子５２が動作し始め、増幅素子５２の出力が負荷に供給され、増幅素子４２と共に負荷を駆動する。このとき出力整合回路４３の負荷線は、高い抵抗から低い抵抗へ移動するが、増幅素子４２は飽和領域にあるので効率は良い。
入力端子１からの入力が更に増加すると、増幅素子５２も飽和し始めるが、増幅素子４２、５２ともに飽和しているのでこのときも効率は良い。
これにより、ドハティ増幅器では、出力レベルが最大出力レベルよりも低い場合でも、高い効率が得られるものである。
【０００９】
［ドライブ増幅器の効率］
また、ドハティ増幅器の前段に、ドハティ増幅器への入力レベルを調整するドライブ増幅器を設けた構成がある。
ドハティ増幅器の効率を向上させた場合、前段に用いるドライブ増幅器の効率が、増幅器全体の効率低下の原因になることがある。
【００１０】
具体的な例を示す。
例えば、出力電力が１０００Ｗでドレイン効率２５％（消費電力は４０００Ｗとなる）のＡタイプのドハティ増幅器と、同じく出力電力が１０００Ｗでドレイン効率５０％（消費電力は２０００Ｗとなる）のＢタイプのドハティ増幅器について考える。
必要なドライブ増幅器の出力電力が１００Ｗでドレイン効率５％（消費電力２０００Ｗ）であったとする。
【００１１】
この場合、Ａタイプにドライブ増幅器を含めたトータル効率は１６％となり、Ｂタイプにドライブ増幅器を含めたトータル効率は２５％となる。つまり、ドハティ増幅器単体の効率に比べて、Ａタイプでは効率劣化が９％であるのに対し、高効率のＢタイプでは、効率劣化が２５％となっている。
すなわち、ドハティ増幅器を高効率化すると、ドライブ増幅器の消費電力がトータル効率の劣化量に一段と大きく影響することがわかる。
【００１２】
つまり、増幅器全体の効率劣化を抑えるためには、ドライブ増幅器も高効率化することが必要である。Ｂタイプにドライブ増幅器を組み合わせた場合のトータル効率劣化を１０％以下に抑えようとすると、ドライブ増幅器のドレイン効率を２０％以上に上げる必要がある。
【００１３】
［ＥＴ方式］
電力増幅器の効率を向上させる制御方式として、ＥＴ（Envelope Tracking）方式がある。
ＥＴ方式は、電力増幅器のドレイン電圧を入力電力（入力信号の包絡線の振幅）に応じて変化させることにより、入力電力が変動しても常に飽和に近い状態で増幅器を動作させることができ、高効率化を実現するものである。
特に、ＣＤＭＡや、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）の変調信号のように、平均電力とピーク電力の比（ＰＡＰＲ：Peak to Average Power Ratio）が大きい信号の増幅において高い効率が得られる。
【００１４】
［相互変調歪］
また、ドハティ増幅器においては、効率化と低歪化はトレードオフの関係になっており、効率を上げると相互変調歪が劣化して、ＡＭ−ＡＭ変換特性やＡＭ−ＰＭ変換特性が劣化することが知られている。
実際には、装置仕様の相互変調歪やスプリアスの規格を満たすために、歪を重視し、効率を犠牲にする場合がある。
【００１５】
［関連技術］
電力増幅器の制御に関する先行技術としては、特開２００４−１０４１９４号公報（出願人：株式会社日立製作所、特許文献１）がある。
特許文献１には、電力効率の高いＥＥＲ（Envelope Elimination and Restoration）方式を、線形性の高い線形方式と組み合わせ、低出力レンジでは線形方式を用い、高出力レンジでＥＥＲ方式を用いるようにして、線形性の要求を満たしつつ電力効率を改善することが記載されている。
また、ドハティ増幅器に関する先行技術としては、特開２００８−１２５０４４号公報（出願人：株式会社日立国際電気、特許文献２）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００４−１０４１９４号公報
【特許文献２】特開２００８−１２５０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記従来のドハティ増幅器にドライブ増幅器を組み合わせた場合に、ドライブ増幅器の効率の影響で、増幅器全体の効率が低下してしまうという問題点があった。
また、従来のドハティ増幅器では、電力変換効率を向上させると相互変調歪が劣化してしまうという問題点があった。
【００１８】
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、ドライブ増幅器の効率を向上させて増幅器全体の効率低下を防ぎ、また、ドハティ増幅器における高効率化と低歪化を同時に実現することができる電力増幅器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】
【００１９】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、ＡＢ級で動作する第１の増幅素子を有するキャリア増幅回路と、Ｂ級又はＣ級で動作する第２の増幅素子を有するピーク増幅回路とを備え、キャリア増幅回路とピーク増幅回路の出力を合成して出力するドハティ増幅器と、ドハティ増幅器の入力段に設けられたドライブ増幅器とを有する電力増幅器であって、ドライブ増幅器は、入力信号を増幅する増幅素子と、入力電力レベルを検出する検波回路と、入力された補正信号に基づいて、増幅素子にドレイン電圧を出力する電源回路と、予め記憶された情報に基づいて、検出された入力電力レベルに対応する補正信号を電源回路に出力する波形整形回路とを備えたことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明は、ＡＢ級で動作する第１の増幅素子を有するキャリア増幅回路と、Ｂ級又はＣ級で動作する第２の増幅素子を有するピーク増幅回路とを備え、キャリア増幅回路とピーク増幅回路の出力を合成して出力するドハティ増幅器と、ドハティ増幅器の入力段に設けられたドライブ増幅器とを有する電力増幅器であって、ドライブ増幅器は、入力信号を増幅する増幅素子と、入力電力レベルを検出する検波回路と、入力された補正信号に基づいて、前記増幅素子にドレイン電圧を出力する電源回路と、予め記憶された情報に基づいて、検出された入力電力レベルに対応する補正信号を出力する波形整形回路とを備え、前記波形整形回路は、前記増幅素子が飽和に近い状態で動作し、且つ、入力信号に対するドライブ増幅器のゲイン特性及び位相特性が、ドハティ増幅器で発生するゲイン歪及び位相歪の一方又は両方を補償するような特性となるよう、前記電源回路に補正されたドレイン電圧を出力させるための補正信号を出力することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＡＢ級で動作する第１の増幅素子を有するキャリア増幅回路と、Ｂ級又はＣ級で動作する第２の増幅素子を有するピーク増幅回路とを備え、キャリア増幅回路とピーク増幅回路の出力を合成して出力するドハティ増幅器と、ドハティ増幅器の入力段に設けられたドライブ増幅器とを有する電力増幅器であって、ドライブ増幅器は、入力信号を増幅する増幅素子と、入力電力レベルを検出する検波回路と、入力された補正信号に基づいて、増幅素子にドレイン電圧を出力する電源回路と、予め記憶された情報に基づいて、検出された入力電力レベルに対応する補正信号を電源回路に出力する波形整形回路とを備えた電力増幅器としているので、波形整形回路が、検出された入力電力レベルに応じて、ドライブ増幅器の増幅素子が飽和に近い状態で動作し、且つ、入力信号に対するドライブ増幅器のゲイン特性及び位相特性が、ドハティ増幅器におけるゲイン特性及び位相特性の逆特性となるような最適なドレイン電圧を電源回路に出力させる補正信号を出力することにより、ドライブ増幅器の電力変換効率を向上させて電力増幅器全体の効率を向上させると共に、ドハティ増幅器の効率を低下させることなく、ドハティ増幅器で発生する歪を補償して、良好なゲイン特性及び位相特性とすることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力増幅器の構成ブロック図である。
【図２】ドライブ増幅器をＥＴ方式とした場合のドレイン効率を示す説明図である。
【図３】ドライブ増幅器のドレイン効率特性を示す模式説明図である。
【図４】ドレイン電圧の違いによる入力電力に対するゲイン特性を示す模式説明図である。
【図５】ドレイン電圧の違いによる入力電力に対する位相特性を示す模式説明図である。
【図６】本電力増幅器における終段ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＡＭ変換特性の例を示す模式説明図である。
【図７】本電力増幅器における終段ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＰＭ変換特性の例を示す模式説明図である。
【図８】一般的なドハティ増幅器の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［実施の形態の概要］
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。
本発明の実施の形態に係る電力増幅器は、ドハティ増幅器の前段にドライブ増幅器を備え、更に、入力信号の電力レベルを検出し、検出された電力レベルに応じて、ドライブ増幅器のバックオフが小さくなるよう、且つドライブ増幅器の出力信号が、電力変換効率が良好な状態のドハティ増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性及びＡＭ−ＰＭ特性の逆特性を備えた信号となるよう、ドライブ増幅器のドレイン電圧を制御する電源制御回路を備えた電力増幅器であり、ドライブ増幅器をＥＴ方式で動作させて効率を向上させ、増幅器全体の効率向上を図ることができ、また、終段のドハティ増幅器における効率を低下させることなくＡＭ−ＡＭ特性及びＡＭ−ＰＭ特性の劣化を防ぐことができるものである。
【００２４】
［実施の形態に係る電力増幅器の構成：図１］
図１は、本発明の実施の形態に係る電力増幅器の構成ブロック図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る電力増幅器（本電力増幅器）は、図８に示した一般的なドハティ増幅器に加えて、入力端子１とドハティ増幅器との間に、方向性結合器１０１と、遅延回路１０２と、電源制御回路１０３と、ドレイン端子１０４と、ドライブ増幅器２０４とを備え、ドライブ増幅器２０４の出力がドハティ増幅器に入力される構成となっている。
ドハティ増幅器部分は、図８と同じ構成及び動作であるため、ここでは説明を省略するが、ドハティ増幅器部分は、単体で十分高い効率が得られるよう調整されているものである。また、キャリア増幅器４、ピーク増幅器５は、それぞれ、請求項に記載したキャリア増幅回路、ピーク増幅回路に相当する。
【００２５】
本電力増幅器の特徴部分について説明する。
方向性結合器１０１は、入力端子１から入力される入力信号を２つに分岐する。
遅延回路１０２は、方向性結合器１０１で分岐された信号の一方を、電源制御回路１０３における処理時間に合わせて遅延する。
【００２６】
ドライブ増幅器２０４は、入力整合回路２０１と、増幅素子２０２と、出力整合回路２０３とを備えている。本電力増幅器の特徴として、ドライブ増幅器２０４はＥＴ方式で動作するものであり、ドレイン端子１０４から入力信号の電力レベルに応じた電源電圧（ドレイン電圧）の供給を受けると共に、入力整合回路２０１及び出力整合回路２０３は、電源電圧が変化しても効率が低下しないように整合をとっている。
【００２７】
電源制御回路１０３は、本電力増幅器の特徴部分であり、方向性結合器１０１で分岐された他方の信号を入力し、当該信号に基づいて増幅素子２０２のドレイン端子１０４に印加するドレイン電圧を生成するものである。電源制御回路１０３は、検波回路１０５と、波形整形回路１０６と、電源回路１０７とを備えている。
【００２８】
電源制御回路１０３の検波回路１０５は、一般的な検波ダイオード等で構成され、方向性結合器１０１で分岐された入力信号の入力電力を検出する。
【００２９】
波形整形回路１０６は、後述するように、検波回路１０５からの検波信号のレベル（入力信号の電力レベル）に応じて信号を補正して、補正信号を出力するものである。波形整形回路１０６には、予め検波信号レベルに対応して補正するための情報（補正情報）が格納されており、適切な補正信号を出力する。補正情報は、例えば、検波信号レベルに対応した補正信号がテーブル等の形式で格納されている。波形整形回路１０６における補正については、後述する。
【００３０】
電源回路１０７は、補正信号に応じた電圧を増幅素子２０２のドレイン端子１０４に出力する。
尚、ドハティ増幅器の前段に設けられた方向性結合器１０１、遅延回路１０２、ドライブ増幅器２０４、電源制御回路１０３を含む構成全体を「ドライブ増幅器」と称する場合もあり、請求項に記載した「ドライブ増幅器」はこれらの構成を含むものに相当している。
【００３１】
［波形整形回路１０６における補正］
本電力増幅器の特徴として、波形整形回路１０６は、２つの要素を考慮して総合的な補正を行い、増幅素子２０２のドレイン電圧の制御を行う。
［第１の要素］
まず第１に、波形整形回路１０６は、ドライブ増幅器２０４の効率を向上させるために、ＥＴ方式で制御する。
つまり、波形整形回路１０６は、電源回路１０７からのドレイン電圧が入力信号の電力レベル（検波信号のレベル）に応じた電圧となるような補正信号を電源回路１０７に出力する。
これにより、入力信号の電力レベルが変動しても、ドライブ増幅器２０４の増幅素子２０２を常に飽和に近い状態で動作させて、電力変換効率を向上させることができるものである。
【００３２】
［第２の要素］
第２に、本電力増幅器の波形整形回路１０６は、ドライブ増幅器２０４の出力信号を、後段のドハティ増幅器で発生する相互変調歪によって劣化するゲイン特性及び位相特性の逆特性を備えた信号とするよう、ドレイン電圧を制御する。尚、波形整形回路１０６は、ドライブ増幅器２０４のゲイン特性及び位相特性が、ドハティ増幅器で発生するゲイン歪又は位相歪のどちらか一方を補償するように補正してもよい。
つまり、波形整形回路１０６は、ドライブ増幅器２０４がドハティ増幅器で発生する歪とは逆特性の歪を発生するようなドレイン電圧を、電源回路１０７が出力するよう、検波出力を補正する。
これにより、ドライブ増幅器２０４からの出力信号を後段のドハティ増幅器で増幅する際に、ドライブ増幅器２０４の出力に含まれる逆特性の歪とドハティ増幅器で発生する歪とが相殺され、歪が補償されるものである。
【００３３】
［総合的な補正］
そして、波形整形回路１０６は、上述した２つの要素を総合的に考慮して最適なドレイン電圧となるような補正情報を記憶しており、検波信号レベルに応じて適切な補正を行って、電源回路１０７に補正信号を出力する。
具体的には、ドライブ増幅器２０４ができるだけ飽和に近い状態で動作する（バックオフを小さくする）よう、且つ、ドライブ増幅器２０４の出力におけるゲイン特性及び位相特性が、十分高効率なドハティ増幅器におけるゲイン特性及び位相特性の逆特性となるよう、最適なドレイン電圧とする補正信号を出力する。
【００３４】
最適なドレイン電圧を出力させるための補正情報は、予め計算や実験によって求めておき、検波入力レベルに対応する補正情報として記憶しておき、それを用いてもよいし、更に、動作中に本電力増幅器の出力における歪成分を検出して、当該歪が最小となるように波形整形回路１０６の補正情報に対する微調整を行う制御部を設けて、動的な制御を行うことも可能である。
【００３５】
［ドライブ増幅器をＥＴ方式とした場合の効率：図２］
ここで、ドライブ増幅器をＥＴ方式とした場合の効率について図２を用いて説明する。図２は、ドライブ増幅器をＥＴ方式とした場合のドレイン効率を示す説明図である。
図２では、ドハティ増幅器単体と、ＥＴ方式のドライブ増幅器とドハティ増幅器とを組み合わせた増幅器と、ドハティ増幅器と一般的なＡＢ級ドライブ増幅器とを組み合わせた増幅器について、ドレイン効率を比較している。
【００３６】
従来のように一般的なＡＢ級ドライブ増幅器とドハティ増幅器とを組み合わせた場合には、ドハティ増幅器単体と比較した場合に、飽和領域以外における効率の劣化が著しいが、ドライブ増幅器のドレイン電圧を入力電力レベルに応じて変化させてＥＴ方式で制御することにより、ドハティ増幅器と組み合わせた場合の効率の劣化をかなり軽減することができるものである。
【００３７】
［ドライブ増幅器のドレイン効率の特性：図３］
次に、ドライブ増幅器のドレイン効率特性について図３を用いて説明する。図３は、ドライブ増幅器のドレイン効率特性を示す模式説明図である。
図３では、ＥＴ方式のドライブ増幅器と、一般的なＡＢ級増幅器におけるドレイン効率を示している。
図３に示すように、ＡＢ級増幅器では、ドレイン電圧が一定であり、出力電力の大きい飽和領域においては効率が良いものの、出力電力が小さい領域ではバックオフが大きくなり効率は低くなってしまう。
それに対して、ＥＴ方式の増幅器では、どの入力レベルにおいてもバックオフが小さくなるようドレイン電圧を制御すると共に、電源電圧が変化しても効率が低下しないように整合をとっており、低出力から高出力まで、広い電力範囲に亘って安定して良好な効率が得られている。
【００３８】
本増幅器では、ドライブ増幅器２０４が、入力電力レベルに応じてできるだけバックオフの小さい領域で動作するようドレイン電圧を制御して、ドライブ増幅器２０４をＥＴ方式の増幅器として動作させることにより、広い出力電力範囲で効率を向上させるものである。
【００３９】
［ドレイン電圧とゲイン特性：図４］
ここで、一般的な増幅器におけるドレイン電圧とゲイン特性との関係について図４を用いて説明する。図４は、ドレイン電圧の違いによる入力電力に対するゲイン特性を示す模式説明図である。
図４に示すように、どの入力レベルでも、ドレイン電圧が大きくなるとゲインも大きくなる傾向にあることがわかる。
【００４０】
つまり、ゲインを大きくしたい場合にはドレイン電圧を大きくし、ゲインを小さくしたい場合にはドレイン電圧を小さくするよう制御することが可能である。本電力増幅器の波形整形回路１０６はこのことを利用して、ドライブ増幅器２０４の出力が、ドハティ増幅器におけるＡＭ−ＡＭ特性の逆特性となるように制御するものである。
【００４１】
［ドレイン電圧と位相特性：図５］
次に、一般的な電力増幅器におけるドレイン電圧と位相特性との関係について図５を用いて説明する。図５は、ドレイン電圧の違いによる入力電力に対する位相特性を示す模式説明図である。
図５に示すように、どの入力電力レベルにおいても、ドレイン電圧が大きくなると位相が＋方向に回転することがわかる。
本電力増幅器の本電力増幅器の波形整形回路１０６はこのことを利用して、ドライブ増幅器２０４の出力が、ドハティ増幅器におけるＡＭ−ＰＭ特性の逆特性となるように制御するものである。
【００４２】
［ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＡＭ変換特性の例：図６］
次に、本電力増幅器における終段ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＡＭ変換特性の例について図６を用いて説明する。図６は、本電力増幅器における終段ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＡＭ変換特性の例を示す模式説明図である。
図６（ｂ）に示すように、ドハティ増幅器のＡＭ−ＡＭ変換特性は、入力電力が増加するに従ってゲインが減少する。ドハティ増幅器は、十分効率が高くなるよう調整されている。
図６（ａ）は、（ｂ）に示した特性の逆特性であり、ドライブ増幅器２０４の増幅素子２０２の電源を電源制御回路１０３で制御し、ドライブ増幅器２０４（図中「ＥＴ」と示す）のゲイン特性が図６（ａ）となるようにする。
これにより、本電力増幅器では、終段ドハティ増幅器の効率を犠牲にすることなく、ＡＭ−ＡＭ変換特性を補償するものである。
【００４３】
［ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＰＭ変換特性の例：図７］
次に、本電力増幅器における終段ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＰＭ変換特性の例について図７を用いて説明する。図７は、本電力増幅器における終段ドハティ増幅器とドライブ増幅器のＡＭ−ＰＭ変換特性の例を示す模式説明図である。
図７（ｂ）に示すように、ドハティ増幅器のＡＭ−ＰＭ変換特性は、入力電力が増加するに従って位相がマイナス方向に回転する。ドハティ増幅器は、十分効率が高くなるよう調整されている。
図７（ａ）は、（ｂ）に示した特性の逆特性であり、ドライブ増幅器２０４の出力信号のＡＭ−ＰＭ変換特性が（ａ）の特性となるよう、電源制御回路１０３で増幅素子２０２の電源を制御する。
これにより、終段ドハティ増幅器の効率を低下させずに、ＡＭ−ＰＭ変換特性を補償するものである。
【００４４】
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る電力増幅器によれば、ドハティ増幅器の入力段にＥＴ方式で動作するドライブ増幅器２０４を備え、電源制御回路１０３が、入力電力レベルを検出し、検出された入力電力レベルと記憶されている補正情報とに基づいて、ドライブ増幅器２０４が当該入力電力レベルにおいて飽和に近い状態で動作し、且つ、ドライブ増幅器２０４の出力信号のゲイン特性及び位相特性が、ドハティ増幅器における各特性の逆特性となるよう、最適な電圧を生成してドライブ増幅器２０４の増幅素子２０２にドレイン電圧として印加する電力増幅器としているので、ドライブ増幅器２０４の電力変換効率を向上させて電力増幅器全体の効率を大幅に向上させることができるると共に、ドハティ増幅器における効率を低下させることなく、ゲイン特性及び位相特性の劣化を防ぐことができる効果がある。
【００４５】
また、本発明の実施の形態に係る電力増幅器によれば、電源制御回路１０３が、入力信号の入力電力レベルを検出する検波回路１０５と、入力された補正信号に基づいて、ドライブ増幅器２０４にドレイン電圧を出力する電源回路１０７と、予め記憶された情報に基づいて、検出された入力電力レベルに応じて、ドライブ増幅器２０４が飽和に近い状態で動作し、且つ、ドライブ増幅器２０４の出力信号のゲイン特性及び位相特性が、ドハティ増幅器におけるゲイン特性及び位相特性の逆特性となるよう、電源回路１０７に最適なドレイン電圧を出力させるための補正信号を出力する波形整形回路１０６とを備えており、波形整形回路１０６に、入力電力レベルに応じて最適な補正信号を出力する補正情報を記憶しておけば、簡易な制御で、電力増幅器全体の効率を向上させ、ゲイン特性及び位相特性の劣化を防ぐことができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、ドライブ増幅器を組み合わせた電力増幅器であって、特に電力増幅器全体の効率を向上させると共に、ドハティ増幅器の効率を低下させることなくＡＭ−ＡＭ変換特性及びＡＭ−ＰＭ変換特性を改善することができる電力増幅器に適している。
【符号の説明】
【００４７】
１…入力端子、 ２…分配器、 ３…移相器、 ４…キャリア増幅器、 ５…ピーク増幅器、 ６…ドハティ合成部、 ７…λ／４変成器、 ８…出力端子、 ９…出力負荷、 ４１，５１…入力整合回路、 ４２，５２…増幅素子、 ４３，５３…出力整合回路、 １０１…方向性結合器、 １０２…遅延回路、 １０３…電源制御回路、 １０４…ドレイン端子、 １０５…検波回路、 １０６…波形整形回路、 １０７…電源回路、 ２０１…入力整合回路、 ２０２…増幅素子、 ２０３…出力整合回路、 ２０４…ドライブ増幅器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＢ級で動作する第１の増幅素子を有するキャリア増幅回路と、Ｂ級又はＣ級で動作する第２の増幅素子を有するピーク増幅回路とを備え、前記キャリア増幅回路と前記ピーク増幅回路の出力を合成して出力するドハティ増幅器と、前記ドハティ増幅器の入力段に設けられたドライブ増幅器とを有する電力増幅器であって、
前記ドライブ増幅器は、
入力信号を増幅する増幅素子と、
入力電力レベルを検出する検波回路と、
入力された補正信号に基づいて、前記増幅素子にドレイン電圧を出力する電源回路と、
予め記憶された情報に基づいて、前記検出された入力電力レベルに対応する補正信号を前記電源回路に出力する波形整形回路とを備えたことを特徴とする電力増幅器。
【請求項１】
ＡＢ級で動作する第１の増幅素子を有するキャリア増幅回路と、Ｂ級又はＣ級で動作する第２の増幅素子を有するピーク増幅回路とを備え、前記キャリア増幅回路と前記ピーク増幅回路の出力を合成して出力するドハティ増幅器と、前記ドハティ増幅器の入力段に設けられたドライブ増幅器とを有する電力増幅器であって、
前記ドライブ増幅器は、
入力信号を増幅する増幅素子と、
入力電力レベルを検出する検波回路と、
入力された補正信号に基づいて、前記増幅素子にドレイン電圧を出力する電源回路と、
予め記憶された情報に基づいて、前記検出された入力電力レベルに対応する補正信号を前記電源回路に出力する波形整形回路とを備えたことを特徴とする電力増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−４９８５８（Ｐ２０１２−４９８５８Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９０５５６（Ｐ２０１０−１９０５５６）
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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