電力増幅装置
【課題】広い出力ダイナミックレンジに渡って高効率、低歪み、低雑音の特性を維持することができる電力増幅装置を提供する。
【解決手段】入力信号Ｖｉｎは、ＬＯＧアンプ１と差分アンプ２に入力される。ＬＯＧアンプ１は、入力信号Ｖｉｎを対数変換し、対数変換した信号Ｖ１を差分アンプ２と第１パワーアンプ３に出力する。差分アンプ２は、入力信号Ｖｉｎと信号Ｖ１との差分を求め、差分して得られた信号Ｖ２を第２パワーアンプ４に出力する。第１パワーアンプ３は、信号Ｖ１を電力増幅して合成器５に信号Ｖ３を出力し、第２パワーアンプ４は、信号Ｖ２を電力増幅して合成器５に信号Ｖ４を出力する。合成器５は、信号Ｖ３と信号Ｖ４とを合成して信号Ｖｏｕｔを出力する。
【解決手段】入力信号Ｖｉｎは、ＬＯＧアンプ１と差分アンプ２に入力される。ＬＯＧアンプ１は、入力信号Ｖｉｎを対数変換し、対数変換した信号Ｖ１を差分アンプ２と第１パワーアンプ３に出力する。差分アンプ２は、入力信号Ｖｉｎと信号Ｖ１との差分を求め、差分して得られた信号Ｖ２を第２パワーアンプ４に出力する。第１パワーアンプ３は、信号Ｖ１を電力増幅して合成器５に信号Ｖ３を出力し、第２パワーアンプ４は、信号Ｖ２を電力増幅して合成器５に信号Ｖ４を出力する。合成器５は、信号Ｖ３と信号Ｖ４とを合成して信号Ｖｏｕｔを出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＩＮＣ（Linear Amplification with Nonlinear Component）方式の電力増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の送信回路（例えば、特許文献１参照）では、入力信号はデルタシグマ変調器でデルタシグマ変調され、増幅器へ入力され、信号が増幅される。入力信号がデルタシグマ変調器で２値あるいは多値の電圧に変換されるため、増幅器の非線形性は問題とならない。したがって、増幅器には高効率アンプを使用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０４８７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の送信回路では、増幅器は、一定出力であれば、高効率、低歪み、低雑音の特性を維持できるが、出力が低下すると、効率、歪みまたは雑音特性が劣化してしまい、広い出力ダイナミックレンジに渡って良好な特性を維持することができない、という問題がある。また、ＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio）が大きい６４ＱＡＭなどで変調された無線信号を増幅する場合においては、無線信号が小さく入力される場合が多いため、無線信号が上述の増幅器で増幅されると歪んでしまう、という問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、信号の歪みを抑え、信号出力の質が高くなる電力増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の電力増幅装置は、入力信号を対数変換し、対数変換された信号を出力するＬＯＧアンプと、前記入力信号と前記ＬＯＧアンプで対数変換された信号との差分を出力する差分アンプと、前記ＬＯＧアンプで対数変換された信号を電力増幅する第１パワーアンプと、前記差分アンプから出力された信号を電力増幅する第２パワーアンプと、前記第１パワーアンプで電力増幅された信号と前記第２パワーアンプで電力増幅された信号とを合成する合成器とを備えること特徴とする。
【０００７】
本発明の電力増幅装置は、前記第１パワーアンプの電源電圧を前記第２パワーアンプの電源電圧より低くすることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の電力増幅装置は、前記入力信号のピーク電力対平均電力比が大きい場合に、前記第１パワーアンプの電源電圧を前記第２パワーアンプの電源電圧より低くすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、信号の歪みを抑え、信号出力の質が高くなる電力増幅装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の電力増幅装置の実施の形態を示す回路構成図である。
【図２】第１パワーアンプ（第１ＰＡ）と第２パワーアンプ（第２ＰＡ）と合成器の出力電圧特性を示す図である。
【図３】図２に示す出力電圧特性をグラフに表した図である。
【図４】本発明の電力増幅装置と標準の電力増幅装置の消費電力特性を示す図である。
【図５】図４に示す消費電力特性をグラフに表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の電力増幅装置の回路構成図である。本実施の形態の電力増幅装置は、ＬＩＮＣ（Linear Amplification using Nonlinear Component）方式の増幅装置である。図１に示す電力増幅装置は、ＬＯＧアンプ１と、差分アンプ２と、第１パワーアンプ３と、第２パワーアンプ４と、合成器５と、電源６と、電源７とにより構成される。
【００１２】
ＬＯＧアンプ１は、信号を対数変換し、差分アンプ２は、２つの信号の差分を出力する。第１パワーアンプ３と第２パワーアンプ４とは、信号を電力増幅する同一特性の電力増幅器である。合成器５は、２つの信号を合成する。電源６は、第１パワーアンプ３に電源電圧を供給し、電源７は、第１パワーアンプ４に電源電圧を供給する。ここで、第１パワーアンプ３の電源電圧を第２パワーアンプ４の電源電圧より低くする。また、合成器５は、損失の少ないトランス方式を採用する。
【００１３】
次に、本実施の形態の電力増幅装置の動作を説明する。入力信号Ｖｉｎは、ＬＯＧアンプ１と差分アンプ２に入力される。ＬＯＧアンプ１は、入力信号Ｖｉｎを対数変換し、対数変換された信号Ｖ１を差分アンプ２と第１パワーアンプ３に出力する。差分アンプ２は、入力信号Ｖｉｎと信号Ｖ１との差分を求め、差分して得られた信号Ｖ２を第２パワーアンプ４に出力する。第１パワーアンプ３は、信号Ｖ１を電力増幅して合成器５に信号Ｖ３を出力し、第２パワーアンプ４は、信号Ｖ２を電力増幅して合成器５に信号Ｖ４を出力する。合成器５は、信号Ｖ３と信号Ｖ４とを合成して信号Ｖｏｕｔを出力する。
【００１４】
図２は、第１パワーアンプ（第１ＰＡ）と第２パワーアンプ（第２ＰＡ）と合成器の出力電圧特性を示す図であり、図３は、図２に示す出力電圧特性をグラフに表したものである。図３において、横軸は入力信号Ｖｉｎ（Ｖ）を表し、縦軸は出力電圧（Ｖ）を表す。ここでＶｉｎ１．５Ｖまでの場合は、第１パワーアンプ（第１ＰＡ）３は１．５９Ｖまで出力する。また、同様に、第２パワーアンプ（第２ＰＡ）４は４．４１Ｖまで出力する。したがって、合成器５は、Ｖｏｕｔ６．００Ｖまで出力する。そこで、パワーアンプを理想状態で駆動することを考えて、第１パワーアンプ３の電源電圧を１．５９Ｖにし、第２パワーアンプ４の電源電圧を４．４１Ｖにする。
【００１５】
図４は、本実施の形態の電力増幅装置と標準の電力増幅装置の消費電力特性を示す図であり、図５は、図４に示す消費電力特性をグラフに表したものである。図５において、横軸は入力信号Ｖｉｎ（Ｖ）を表し、縦軸は消費電力（Ｗ）を表す。ＬＩＮＣ方式を採用した本実施の形態の電力増幅装置を使用したときの消費電力をパワーＮＬと表示し、線形性の標準の電力増幅装置を使用したときの消費電力をパワーＬと表示している。これらの図から、本実施の形態の電力増幅装置の消費電力は、標準の電力増幅装置よりも少ないことが分かる。また、図４に示すように、Ｖｉｎ０．１〜１．５Ｖに渡って、改善率は３９〜４６％であり、本実施の形態の電力増幅装置は、標準の電力増幅装置よりも平均で４２％ほど消費電力が少なくなっている。
【００１６】
上述のように、本実施の形態の電力増幅装置は、第１パワーアンプ３の電源電圧を第２パワーアンプ４の電源電圧より低くすることで、広い出力ダイナミックレンジに渡って第１パワーアンプ３と第２パワーアンプ４の合成出力の効率を改善できる。
【００１７】
一般には合成器の損失が加わるために、本実施の形態の電力増幅装置は、入力信号が小さい場合に効率が改善できる。例えば、ＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio：ピーク電力対平均電力比）が大きい６４ＱＡＭ（64 Quadrature Amplitude Modulation）などの変調出力は、信号が小さい場合が多いため、本実施の形態の電力増幅装置によれば、このような場合において、増幅時の効率を改善できることが十分期待できる。
【００１８】
また、本実施の形態の電力増幅装置は、歪や雑音の発生が少なくなくなり、出力の質を高めることができる。
【符号の説明】
【００１９】
１ ＬＯＧアンプ
２ 差分アンプ
３ 第１パワーアンプ
４ 第２パワーアンプ
５ 合成器
６、７ 電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＩＮＣ（Linear Amplification with Nonlinear Component）方式の電力増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の送信回路（例えば、特許文献１参照）では、入力信号はデルタシグマ変調器でデルタシグマ変調され、増幅器へ入力され、信号が増幅される。入力信号がデルタシグマ変調器で２値あるいは多値の電圧に変換されるため、増幅器の非線形性は問題とならない。したがって、増幅器には高効率アンプを使用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０４８７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の送信回路では、増幅器は、一定出力であれば、高効率、低歪み、低雑音の特性を維持できるが、出力が低下すると、効率、歪みまたは雑音特性が劣化してしまい、広い出力ダイナミックレンジに渡って良好な特性を維持することができない、という問題がある。また、ＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio）が大きい６４ＱＡＭなどで変調された無線信号を増幅する場合においては、無線信号が小さく入力される場合が多いため、無線信号が上述の増幅器で増幅されると歪んでしまう、という問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、信号の歪みを抑え、信号出力の質が高くなる電力増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の電力増幅装置は、入力信号を対数変換し、対数変換された信号を出力するＬＯＧアンプと、前記入力信号と前記ＬＯＧアンプで対数変換された信号との差分を出力する差分アンプと、前記ＬＯＧアンプで対数変換された信号を電力増幅する第１パワーアンプと、前記差分アンプから出力された信号を電力増幅する第２パワーアンプと、前記第１パワーアンプで電力増幅された信号と前記第２パワーアンプで電力増幅された信号とを合成する合成器とを備えること特徴とする。
【０００７】
本発明の電力増幅装置は、前記第１パワーアンプの電源電圧を前記第２パワーアンプの電源電圧より低くすることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の電力増幅装置は、前記入力信号のピーク電力対平均電力比が大きい場合に、前記第１パワーアンプの電源電圧を前記第２パワーアンプの電源電圧より低くすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、信号の歪みを抑え、信号出力の質が高くなる電力増幅装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の電力増幅装置の実施の形態を示す回路構成図である。
【図２】第１パワーアンプ（第１ＰＡ）と第２パワーアンプ（第２ＰＡ）と合成器の出力電圧特性を示す図である。
【図３】図２に示す出力電圧特性をグラフに表した図である。
【図４】本発明の電力増幅装置と標準の電力増幅装置の消費電力特性を示す図である。
【図５】図４に示す消費電力特性をグラフに表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の電力増幅装置の回路構成図である。本実施の形態の電力増幅装置は、ＬＩＮＣ（Linear Amplification using Nonlinear Component）方式の増幅装置である。図１に示す電力増幅装置は、ＬＯＧアンプ１と、差分アンプ２と、第１パワーアンプ３と、第２パワーアンプ４と、合成器５と、電源６と、電源７とにより構成される。
【００１２】
ＬＯＧアンプ１は、信号を対数変換し、差分アンプ２は、２つの信号の差分を出力する。第１パワーアンプ３と第２パワーアンプ４とは、信号を電力増幅する同一特性の電力増幅器である。合成器５は、２つの信号を合成する。電源６は、第１パワーアンプ３に電源電圧を供給し、電源７は、第１パワーアンプ４に電源電圧を供給する。ここで、第１パワーアンプ３の電源電圧を第２パワーアンプ４の電源電圧より低くする。また、合成器５は、損失の少ないトランス方式を採用する。
【００１３】
次に、本実施の形態の電力増幅装置の動作を説明する。入力信号Ｖｉｎは、ＬＯＧアンプ１と差分アンプ２に入力される。ＬＯＧアンプ１は、入力信号Ｖｉｎを対数変換し、対数変換された信号Ｖ１を差分アンプ２と第１パワーアンプ３に出力する。差分アンプ２は、入力信号Ｖｉｎと信号Ｖ１との差分を求め、差分して得られた信号Ｖ２を第２パワーアンプ４に出力する。第１パワーアンプ３は、信号Ｖ１を電力増幅して合成器５に信号Ｖ３を出力し、第２パワーアンプ４は、信号Ｖ２を電力増幅して合成器５に信号Ｖ４を出力する。合成器５は、信号Ｖ３と信号Ｖ４とを合成して信号Ｖｏｕｔを出力する。
【００１４】
図２は、第１パワーアンプ（第１ＰＡ）と第２パワーアンプ（第２ＰＡ）と合成器の出力電圧特性を示す図であり、図３は、図２に示す出力電圧特性をグラフに表したものである。図３において、横軸は入力信号Ｖｉｎ（Ｖ）を表し、縦軸は出力電圧（Ｖ）を表す。ここでＶｉｎ１．５Ｖまでの場合は、第１パワーアンプ（第１ＰＡ）３は１．５９Ｖまで出力する。また、同様に、第２パワーアンプ（第２ＰＡ）４は４．４１Ｖまで出力する。したがって、合成器５は、Ｖｏｕｔ６．００Ｖまで出力する。そこで、パワーアンプを理想状態で駆動することを考えて、第１パワーアンプ３の電源電圧を１．５９Ｖにし、第２パワーアンプ４の電源電圧を４．４１Ｖにする。
【００１５】
図４は、本実施の形態の電力増幅装置と標準の電力増幅装置の消費電力特性を示す図であり、図５は、図４に示す消費電力特性をグラフに表したものである。図５において、横軸は入力信号Ｖｉｎ（Ｖ）を表し、縦軸は消費電力（Ｗ）を表す。ＬＩＮＣ方式を採用した本実施の形態の電力増幅装置を使用したときの消費電力をパワーＮＬと表示し、線形性の標準の電力増幅装置を使用したときの消費電力をパワーＬと表示している。これらの図から、本実施の形態の電力増幅装置の消費電力は、標準の電力増幅装置よりも少ないことが分かる。また、図４に示すように、Ｖｉｎ０．１〜１．５Ｖに渡って、改善率は３９〜４６％であり、本実施の形態の電力増幅装置は、標準の電力増幅装置よりも平均で４２％ほど消費電力が少なくなっている。
【００１６】
上述のように、本実施の形態の電力増幅装置は、第１パワーアンプ３の電源電圧を第２パワーアンプ４の電源電圧より低くすることで、広い出力ダイナミックレンジに渡って第１パワーアンプ３と第２パワーアンプ４の合成出力の効率を改善できる。
【００１７】
一般には合成器の損失が加わるために、本実施の形態の電力増幅装置は、入力信号が小さい場合に効率が改善できる。例えば、ＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio：ピーク電力対平均電力比）が大きい６４ＱＡＭ（64 Quadrature Amplitude Modulation）などの変調出力は、信号が小さい場合が多いため、本実施の形態の電力増幅装置によれば、このような場合において、増幅時の効率を改善できることが十分期待できる。
【００１８】
また、本実施の形態の電力増幅装置は、歪や雑音の発生が少なくなくなり、出力の質を高めることができる。
【符号の説明】
【００１９】
１ ＬＯＧアンプ
２ 差分アンプ
３ 第１パワーアンプ
４ 第２パワーアンプ
５ 合成器
６、７ 電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を対数変換し、対数変換された信号を出力するＬＯＧアンプと、
前記入力信号と前記ＬＯＧアンプで対数変換された信号との差分を出力する差分アンプと、
前記ＬＯＧアンプで対数変換された信号を電力増幅する第１パワーアンプと、
前記差分アンプから出力された信号を電力増幅する第２パワーアンプと、
前記第１パワーアンプで電力増幅された信号と前記第２パワーアンプで電力増幅された信号とを合成する合成器と、
を備えること特徴とする電力増幅装置。
【請求項２】
前記第１パワーアンプの電源電圧を前記第２パワーアンプの電源電圧より低くすることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅装置。
【請求項３】
前記入力信号のピーク電力対平均電力比が大きい場合に、前記第１パワーアンプの電源電圧を前記第２パワーアンプの電源電圧より低くすることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅装置。
【請求項１】
入力信号を対数変換し、対数変換された信号を出力するＬＯＧアンプと、
前記入力信号と前記ＬＯＧアンプで対数変換された信号との差分を出力する差分アンプと、
前記ＬＯＧアンプで対数変換された信号を電力増幅する第１パワーアンプと、
前記差分アンプから出力された信号を電力増幅する第２パワーアンプと、
前記第１パワーアンプで電力増幅された信号と前記第２パワーアンプで電力増幅された信号とを合成する合成器と、
を備えること特徴とする電力増幅装置。
【請求項２】
前記第１パワーアンプの電源電圧を前記第２パワーアンプの電源電圧より低くすることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅装置。
【請求項３】
前記入力信号のピーク電力対平均電力比が大きい場合に、前記第１パワーアンプの電源電圧を前記第２パワーアンプの電源電圧より低くすることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１６５０５４（Ｐ２０１２−１６５０５４Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１８０７（Ｐ２０１１−２１８０７）
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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