説明

電力増幅回路

【課題】簡単な構成により利得を下げずに効率を向上させることができる電力増幅回路を得る。
【解決手段】基板1上に、熱感応式分配器2、電力増幅素子3a,3b、及び合成器4が設けられている。熱感応式分配器2は、入力信号を最大で2つに分配する。電力増幅素子3a,3bは、分配された入力信号をそれぞれ電力増幅する。合成器4は、電力増幅素子3a,3bの出力信号を1つに合成する。電力増幅素子3a,3bで発生した熱が、基板1を介して熱感応式分配器2に伝わる。熱感応式分配器2は、温度が高くなるほど多くの電力増幅素子3a,3bに入力信号を分配する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線通信機などに組み込まれる電力増幅回路に関し、特に簡単な構成により利得を下げずに効率を向上させることができる電力増幅回路に関する。
【背景技術】
【0002】
W−CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)やLTE(Long Term Evolution)等の変調方式では、基地局と移動機の間の距離や伝搬経路に応じてダイナミックに電力の制御を行う(例えば、特許文献1参照)。高周波増幅器は、飽和電力(最大出力電力)付近では効率が良いが、低出力時には効率が大きく低下して、電力損失が大きくなる。そこで、従来は、Doherty型増幅回路や、システムでバイアス制御を行うことにより、低出力時の効率を向上させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平9−312534号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
Doherty型増幅回路は2つ以上の電力増幅素子と分配器を有し、その分配器は動作していない電力増幅素子にも電力を均等に分配する。このため、一部の電力増幅素子が動作していない低出力時に利得が低下する。
【0005】
また、バイアス制御の場合には、コントロールLSI等に制御用のテーブルを持たせてDACにより電源回路に供給される基準電圧を制御するか、自動制御の場合は検波回路を設ける必要があり、回路が大きく複雑になる。
【0006】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は簡単な構成により利得を下げずに効率を向上させることができる電力増幅回路を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る電力増幅回路は、入力信号を最大でn個(nは2以上の自然数)に分配する熱感応式分配器と、分配された前記入力信号をそれぞれ電力増幅するn個の電力増幅素子と、前記n個の電力増幅素子の出力信号を1つに合成する合成器と、前記熱感応式分配器と前記n個の電力増幅素子が設けられた基板とを備え、前記n個の電力増幅素子で発生した熱が前記基板を介して前記熱感応式分配器に伝わり、前記熱感応式分配器は、温度が高くなるほど多くの前記電力増幅素子に前記入力信号を分配することを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明により、簡単な構成により利得を下げずに効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施の形態1に係る電力増幅回路の低出力時を示す平面図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る電力増幅回路の高出力時を示す平面図である。
【図3】本発明の実施の形態1に係る温度スイッチを示す断面図である。
【図4】本発明の実施の形態1に係る電力増幅回路の効率を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態1に係る電力増幅回路の利得を示す図である。
【図6】Doherty型増幅回路の利得を示す図である。
【図7】本発明の実施の形態2に係る電力増幅回路の中出力時を示す平面図である。
【図8】本発明の実施の形態2に係る電力増幅回路の高出力時を示す平面図である。
【図9】本発明の実施の形態2に係る電力増幅回路の効率を示す図である。
【図10】本発明の実施の形態2に係る電力増幅回路の利得を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の実施の形態に係る電力増幅回路について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【0011】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る電力増幅回路の低出力時を示す平面図であり、図2は高出力時を示す平面図である。基板1上に、熱感応式分配器2、電力増幅素子3a,3b、及び合成器4が設けられている。熱感応式分配器2は、入力信号を最大で2つに分配する。電力増幅素子3a,3bは、分配された入力信号をそれぞれ電力増幅する。合成器4は、電力増幅素子3a,3bの出力信号を1つに合成する。電力増幅素子3a,3bで発生した熱が、基板1を介して熱感応式分配器2に伝わる。熱感応式分配器2は温度が高くなるほど多くの電力増幅素子3a,3bに入力信号を分配する。
【0012】
熱感応式分配器2の入力端子5に入力信号が入力される。熱感応式分配器2の出力端子6a,6bが電力増幅素子3a,3bにそれぞれ接続されている。入力端子5と出力端子6aは配線7により常に接続されている。一方、入力端子5と出力端子6bとの間には温度スイッチ8aが接続されている。
【0013】
図3は、本発明の実施の形態1に係る温度スイッチを示す断面図である。温度スイッチ8aは、熱膨張率の異なる2種類の金属板9,10を張り合わせたバイメタルスイッチである。温度スイッチ8aは、温度が閾値温度より低いとOFFとなり、温度が閾値温度以上になるとONとなる。
【0014】
続いて、実施の形態1に係る電力増幅回路の動作を説明する。低出力時には電力増幅素子3a,3bの発熱量が小さいため、熱感応式分配器2の温度が低い。従って、図1に示すように、温度スイッチ8aがOFFとなり、熱感応式分配器2は入力信号を分配せずに電力増幅素子3aだけに供給する。
【0015】
入力電力が増大して電力増幅素子3aが飽和電力に近づいて発熱量が増すと、熱感応式分配器2の温度が閾値温度以上になる。従って、図2に示すように、温度スイッチ8aがONとなり、熱感応式分配器2が1:1の電力分配器になるため、電力増幅素子3a,3bの両方に電力が均等に分配される。飽和電力になる入力電力から3dB低い入力電力が電力増幅素子3a,3bに供給され、電力増幅素子3a,3bの線形性が回復する。また、出力電力の総和は、電力増幅素子3a,3bの出力の和なので、電力増幅素子3a,3bの飽和電力が同じ場合には、最大出力電力を3dB向上させることができる。
【0016】
図4は、本発明の実施の形態1に係る電力増幅回路の効率を示す図である。上述の熱感応式分配器2の動作により、最大出力電力から3dBバックオフ時の効率が、最大出力時と同等の高い数値になることが分かる。
【0017】
図5は、本発明の実施の形態1に係る電力増幅回路の利得を示す図である。図6は、Doherty型増幅回路の利得を示す図である。Doherty型増幅回路では低出力時に利得が下がるが、実施の形態1では利得が下がらないことが分かる。
【0018】
以上説明したように、熱感応式分配器2は、温度が高くなるほど多くの電力増幅素子3a,3bに入力信号を分配する。そして、電力増幅素子3a,3bの出力電力が高いほど、その発熱量が多くなるため、熱感応式分配器2の温度が高くなる。従って、熱感応式分配器2は、電力増幅素子3a,3bの出力電力に応じて、各電力増幅素子3a,3bに分配する電力を自動的に最適化する。これにより、効率を向上させることができる。この際に、利得を下げることなく動作が可能である。また、熱感応式分配器2の動作に外部からの制御を必要としないため、回路構成が簡単である。
【0019】
実施の形態2.
図7は本発明の実施の形態2に係る電力増幅回路の中出力時を示す平面図であり、図8は高出力時を示す平面図である。3つの電力増幅素子3a,3b,3cが設けられている。熱感応式分配器2の出力端子6cが電力増幅素子3cに接続され、入力端子5と出力端子6cとの間に温度スイッチ8bが接続されている。温度スイッチ8a,8bは互いに異なる閾値温度を持つ。その他の構成は実施の形態1と同様である。
【0020】
続いて、実施の形態2に係る電力増幅回路の動作を説明する。低出力時には、温度スイッチ8a,8bがOFFとなり、熱感応式分配器2は入力信号を分配せずに電力増幅素子3aだけに供給する。
【0021】
入力電力が増大して電力増幅素子3aが飽和電力に近づいて発熱量が増すと、熱感応式分配器2の温度が第1の閾値温度以上になる。従って、図7に示すように、温度スイッチ8aがONとなり、熱感応式分配器2が1:1:0の電力分配器になるため、電力増幅素子3a,3bの両方に電力が均等に分配される。飽和電力になる入力電力から3dB低い入力電力が電力増幅素子3a,3bに供給され、電力増幅素子3a,3bの線形性が回復する。
【0022】
さらに入力電力が増大して発熱量が増すと、熱感応式分配器2の温度が第2の閾値温度以上になる。従って、図8に示すように、温度スイッチ8bもONとなり、3つ目の電力増幅素子3cにも電力が分配される。ここで、電力増幅素子3a,3b,3cのトランジスタの大きさ又は最大飽和電力の大きさを1:1:2とし、熱感応式分配器2の分配比率を1:1:2とする。また、出力電力の総和は、電力増幅素子3a,3b,3cの出力の和なので、最大出力電力を6dB向上させることができる。
【0023】
図9は、本発明の実施の形態2に係る電力増幅回路の効率を示す図である。最大出力電力から6dBバックオフ時の効率が、最大出力時と同等の高い数値になることが分かる。図10は、本発明の実施の形態2に係る電力増幅回路の利得を示す図である。実施の形態1では利得が下がらないことが分かる。
【0024】
以上説明したように、熱感応式分配器2は、温度が高くなるほど多くの電力増幅素子3a,3b,3cに入力信号を分配する。これにより、実施の形態1と同様に、簡単な構成により利得を下げずに効率を向上させることができる。
【0025】
なお、実施の形態1は電力増幅素子が2つの場合であり、実施の形態2は電力増幅素子が3つの場合であるが、これに限らず電力増幅素子がn個(nは2以上の自然数)の場合に本発明を適用することができる。この場合、温度スイッチは(n−1)個となり、これらは互いに異なる閾値温度を持つ。例えば3つの温度スイッチが有る場合に、出力電力10W、20W、40W時の温度にそれぞれの温度スイッチの閾値温度を設定する。
【符号の説明】
【0026】
1 基板
2 熱感応式分配器
3a,3b,3c 電力増幅素子
4 合成器
5 入力端子
6a,6b,6c 出力端子
7 配線
8a,8b 温度スイッチ
9,10 金属板

【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力信号を最大でn個(nは2以上の自然数)に分配する熱感応式分配器と、
分配された前記入力信号をそれぞれ電力増幅するn個の電力増幅素子と、
前記n個の電力増幅素子の出力信号を1つに合成する合成器と、
前記熱感応式分配器と前記n個の電力増幅素子が設けられた基板とを備え、
前記n個の電力増幅素子で発生した熱が前記基板を介して前記熱感応式分配器に伝わり、
前記熱感応式分配器は、温度が高くなるほど多くの前記電力増幅素子に前記入力信号を分配することを特徴とする電力増幅回路。
【請求項2】
前記n個の電力増幅素子は、第1から第nの電力増幅素子を有し、
前記熱感応式分配器は、
前記入力信号が入力される入力端子と、
前記第1から第nの電力増幅素子にそれぞれ接続された第1から第nの出力端子と、
前記入力端子と前記第1の出力端子を接続する配線と、
前記入力端子と前記第2から第nの出力端子との間にそれぞれ接続された(n−1)個の温度スイッチとを有し、
前記(n−1)個の温度スイッチは、互いに異なる閾値温度を持ち、温度が前記閾値温度より低いとOFFとなり、温度が前記閾値温度以上になるとONとなることを特徴とする請求項1に記載の電力増幅回路。
【請求項3】
前記(n−1)個の温度スイッチは、熱膨張率の異なる2種類の金属板を張り合わせたバイメタルスイッチであることを特徴とする請求項2に記載の電力増幅回路。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2013−55413(P2013−55413A)
【公開日】平成25年3月21日(2013.3.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−190754(P2011−190754)
【出願日】平成23年9月1日(2011.9.1)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】