駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器
【課題】駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器を提供する。
【解決手段】ドハティ電力増幅器を構成するキャリア増幅器とピーキング増幅器の前端に駆動増幅器をそれぞれ連結して高い利得と高い効率を得ることができるようにした駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器において、入力信号を第１の経路部と第２の経路部で分配するハイブリッド電力分配器と、前記ハイブリッド電力分配器から出力される信号の入力を受けて、キャリア増幅器、第１のピーキング増幅器及び第２のピーキング増幅器を駆動制御するための駆動増幅器を含んで、前記駆動増幅器の後端には前記キャリア増幅器、第１のピーキング増幅器及び第２のピーキング増幅器がそれぞれ連結されて、前記第１の経路部は低い入力電力で高い効率を発生させて、前記第２の経路部は高い出力範囲で高い効率と利得を維持させるようになされた。
【解決手段】ドハティ電力増幅器を構成するキャリア増幅器とピーキング増幅器の前端に駆動増幅器をそれぞれ連結して高い利得と高い効率を得ることができるようにした駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器において、入力信号を第１の経路部と第２の経路部で分配するハイブリッド電力分配器と、前記ハイブリッド電力分配器から出力される信号の入力を受けて、キャリア増幅器、第１のピーキング増幅器及び第２のピーキング増幅器を駆動制御するための駆動増幅器を含んで、前記駆動増幅器の後端には前記キャリア増幅器、第１のピーキング増幅器及び第２のピーキング増幅器がそれぞれ連結されて、前記第１の経路部は低い入力電力で高い効率を発生させて、前記第２の経路部は高い出力範囲で高い効率と利得を維持させるようになされた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動増幅器を利用した３ウェイ（ｗａｙ）ドハティ電力増幅器に関し、さらに詳細には、ドハティ電力増幅器を構成するキャリア増幅器とピーキング増幅器の前端に駆動増幅器をそれぞれ連結して、高い利得と高い効率を得ることができるようにした駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドハティ電力増幅器は、低い出力電力で高い効率を発生することができる長所で現在まで広く研究されている。しかし、最近通信システムに使用される変調信号は、９ｄＢ以上の高いＰＡＰＲ（ｐｅａｋ−ｔｏ−ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ：平均電力に対するピーク電力の比）を有して、一般なドハティ電力増幅器は、６ｄＢ ＢＯＰ（ｂａｃｋ−ｏｆｆ ｐｏｗｅｒ：バックオフ電力）で高い効率を有する限界があるために、これを補償するためにさらに拡張された概念のドハティ電力増幅器が提案された。さらに多くのＢＯＰで高い効率を有するための方法で、Ｎウェイ非対称ドハティ電力増幅器が開発されて来たが、これらもＢＯＰ区間で高い効率を発生させた後、利得と効率が減少して、最大出力電力を発生させることができない短所がある。
【０００３】
図１は、従来技術による３ウェイドハティ電力増幅器１００を示した回路図である。
【０００４】
図１を参照すると、入力された信号は電力分配器１０１を通じて同一な大きさを有して、各伝送線路を通じて分けられる。分けられた信号はピーキング増幅器１０５、１０６の入力部の前端に挿入されたλ／４伝送線路１０２によって９０度位相差を有したまま、第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６にそれぞれ入力される。入力整合回路１０３は各伝送線路毎に位置する第１の整合回路、第２の整合回路及び第３の整合回路で構成されていて、各増幅器１０４、１０５、１０６の入力インピーダンスを整合する。出力整合回路１０７は、第４の整合回路、第５の整合回路及び第６の整合回路で構成されて、各増幅器１０４、１０５、１０６の利得と効率を最適化させる。
【０００５】
入力電力があらかじめ設定されたものより低い入力範囲では第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６は動作しないで、キャリア増幅器１０４だけ動作する。この設定値は、回路の設計者らによってあらかじめ決定される。
【０００６】
キャリア増幅器１０４だけ動作する低い入力範囲では、λ／４伝送線路１１１によってキャリア増幅器１０４の出力部に負荷インピーダンスが増加する。
【０００７】
このとき、第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６にキャリア増幅器１０４の出力が漏洩することを阻むために、第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６の出力部に５０Ω伝送線路１０９、１１０が挿入された。これはキャリア増幅器１０４の出力で第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６で眺めるインピーダンスが大きい値を有するようにしてくれる。
【０００８】
各ピーキング増幅器に挿入された５０Ω伝送線路１０９、１１０程度の信号遅延を補償するために、キャリア増幅器１０４の出力部にも５０Ω伝送線路１０８をさらに連結する。
【０００９】
また、キャリア増幅器１０４、第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６の出力インピーダンスと３ウェイドハティ増幅器の特性インピーダンスとの間のインピーダンスをマッチングするために出力インピーダンス変換伝送線路１１２を出力に連結する。
【００１０】
３ウェイドハティ電力増幅器１００に入力される電力があらかじめ設定された値より高くなれば、キャリア増幅器１０４と第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６が同時に動作するようになる。一般にＮウェイドハティ電力増幅器は、入力にＮウェイ電力分配器を利用するために、キャリア増幅器の利得が低くなって、ＢＯＰで高い効率を見せた後飽和出力電力に至るまで利得と効率が減少する特性を見せる。
【００１１】
図２は、従来技術による逆Ｅ級電力増幅器２００を示した回路図である。
【００１２】
図２を参照すると、入力整合回路２０１によって電力増幅器２０３の入力インピーダンスが整合される。出力整合回路２０７によって電力増幅器２０３の出力インピーダンスが整合される。２次高調波調節線路２０２によって電力増幅器２０３に入力された信号の２次高調波成分が最小化されて、出力高調波調節線路２０６によってはすべての高調波インピーダンスが入力インピーダンスより相対的に小さくなるために、高い効率を得る長所がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−１９９６２５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５１７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、前述した既存の３ウェイドハティ電力増幅器２０３は、大きいＢＯＰで高い効率の特性を有するが、低い出力範囲で高い効率を有した後、再び最大出力範囲で高い効率を有する前までは効率と利得が減少する短所がある。また、素子の非線形特性であるソフト・ターンオン（ｓｏｆｔ ｔｕｒｎ−ｏｎ）現象によって、ピーキング増幅器が最大出力電力を発生させることができないことで効率の減少する短所がある。
【００１５】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、広い出力範囲でも一定に高い効率と利得を発生することができる駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器を提供することにある。
【００１６】
本発明が解決しようとする他の課題は、キャリア電力増幅器の前端にはＡＢ級バイアスの駆動増幅器を、ピーキング電力増幅器の前段には、ディープＣ級（深いＣ級）バイアスの駆動増幅器をそれぞれ連結することで、広い出力範囲で高い効率と利得を得ることができるようにした駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力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】
【００１７】
前記技術的課題を解決するために、本発明の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器は、入力端子で分けられる第１の経路部と第２の経路部、第１の経路部に連結された駆動キャリア増幅器、駆動キャリア増幅器に連結されたキャリア増幅器、第２の経路部に連結された駆動ピーキング増幅器、駆動ピーキング増幅器の出力端子に共通的に連結された第１のピーキング増幅器及び第２のピーキング増幅器、キャリア増幅器と連結された第１のλ／４伝送線路、第１のλ／４伝送線路と前記第１のピーキング増幅器及び第２のピーキング増幅器が共通的に連結された出力端子を含むが、第１の動作領域では前記駆動キャリア増幅器及び前記キャリア増幅器だけ動作するように設定されて、第２の動作領域では前記駆動ピーキング増幅器及び前記第１のピーキング増幅器が追加でさらに動作するように設定されて、第３の動作領域では前記第２のピーキング増幅器が再び追加でさらに動作するように設定されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器は、大きいＢＯＰで高い効率を有した後効率と利得が減少する限界を乗り越えて広い出力範囲でも高い効率と利得を得ることができるし、また、駆動増幅器によってソフト・ターンオン現象を乗り越えることによってピーキング増幅器を最大出力電力まで発生させて、高い効率を維持することができる長所がある。
本発明に係る
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】既存の３ウェイドハティ電力増幅器を説明するための回路図である。
【図２】既存の逆Ｅ級電力増幅器を説明するための回路図である。
【図３】本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器の回路図である。
【図４】本発明による２段電力増幅器の入力電力による出力電力特性が異なるように動作することを示したグラフである。
【図５】本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器を説明するための回路図である。
【図６】本発明による中心周波数が１ＧＨｚである正弦波が入力信号で使用された場合に、出力電力による効率及び利得特性を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付された図面を参照しながら、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器の望ましい実施例を詳細に説明する。
【００２１】
図３は、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器３００の回路図である。
【００２２】
図３を参照すると、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器３００は、駆動増幅器３０１、キャリア増幅器３０２、ピーキング増幅器３０３、第１のλ／４伝送線路３０４、第２のλ／４伝送線路３０５を含んで構成される。駆動増幅器３０１は、駆動キャリア増幅器３０１（ａ）と駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）を含んで構成される。ピーキング増幅器３０３は第１のピーキング増幅器３０３（ａ）と第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）を含んで構成される。
【００２３】
本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器３００は、２個の経路部を有する。第１の経路部は駆動キャリア増幅器３０１（ａ）、キャリア増幅器３０２を経由する。第２の経路部は駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）を経由するが、並列で連結された第１のピーキング増幅器３０３（ａ）と第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）を経る経路をすべて含む。
【００２４】
また、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器３００は、３個の動作領域を有する。第１の動作領域では、駆動キャリア増幅器３０１（ａ）及びキャリア増幅器３０２だけ動作するように設定されて、第２の動作領域では駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）及び第１のピーキング増幅器３０３（ａ）が追加でさらに動作するように設定されて、第３の動作領域では第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）が再び追加でさらに動作するように設定される。
【００２５】
低い入力範囲では第１の動作領域である駆動キャリア増幅器３０１（ａ）とキャリア増幅器３０２だけ動作するように設定されている。この時、第１のλ／４伝送線路３０４によってキャリア増幅器３０２の出力インピーダンスは増加して、比較的低い出力電力範囲でも高い効率を出すことができる。
【００２６】
駆動キャリア増幅器３０１（ａ）とキャリア増幅器３０２は、ＡＢ級バイアスを使用する。
【００２７】
駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）は、駆動キャリア増幅器３０１（ａ）より高い入力範囲で動作するようにディープＣ級（深いＣ級）バイアスになっている。併せて、駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）の出力の入力を受ける第１のピーキング増幅器３０３（ａ）と第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）また駆動キャリア増幅器３０１（ａ）より高い入力で動作する。入力大きさが増加することによって、第２の動作領域である駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）が動作を始めるようになって、第１のピーキング増幅器３０３（ａ）も動作する。第１のピーキング増幅器３０３（ａ）の動作時点は、第１のピーキング増幅器３０３（ａ）がウィークＣ級（弱いＣ級）バイアスを有するように設定されたために、ディープＣ級バイアスを有する第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）より速い。
【００２８】
入力の大きさがさらに増加すると、第３の動作領域である第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）も動作するようになる。入力が最大になれば駆動増幅器３０１、キャリア増幅器３０２及びピーキング増幅器３０３がすべて動作するようになって、図３の第１の経路部または第１の動作領域だけ動作する時より高い効率を発生する。
【００２９】
第１のλ／４伝送線路３０４によってキャリア増幅器３０２とピーキング増幅器３０３との間に現われる位相遅延を補償するために第２のλ／４伝送線路３０５を駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）の入力に連結する。
【００３０】
図４の上の図は、本発明の選択図である図３の回路を手短に２段で表示した回路図である。図３の駆動増幅器３０１は、図４の駆動電力増幅器４０１に手短に表示されて、図３のキャリア増幅器３０２、第１のピーキング増幅器３０３ａ、第２のピーキング増幅器３０３ｂは、図４の主電力増幅器４０２に表示された。
【００３１】
図４の下の図は、駆動電力増幅器４０１と主電力増幅器４０２が直列で連結された２段電力増幅器で各増幅器のバイアスによる出力電力特性を示している。
【００３２】
図４のグラフを数式で表現すると、図４の数式で示すことができるし、これは出力電力の変化と入力電力の変化に対するゲートバイアスの変化を示したものである。
【００３３】
駆動電力増幅器４０１をＡＢ級バイアスに固定させて、主電力増幅器４０２をＡＢ級、ウィークＣ級、ディープＣ級バイアスに徐々に変えて、２段電力増幅器４００の出力を比べて見た結果、ゲートバイアスがますます低くなることによってさらに険しい傾きを得ることを確認することができる。
【００３４】
同じく、駆動電力増幅器４０１をディープＣ級バイアスに固定させて、主電力増幅器４０２をウィークＣ級、ディープＣ級バイアスに変えて出力を比べて見た結果、さらに険しい傾きを有する出力を得ることを確認することができる。
【００３５】
出力の傾きを調節することができる特性を利用して、素子の非線形特性であるソフト・ターンオン現象を補償することで高い効率を維持することができる。
【００３６】
また、図４のグラフを見れば、ＡＢ級バイアスの駆動増幅器よりウィークＣ級バイアスの駆動増幅器がさらに高い入力電力で動作して、ウィークＣ級バイアスの駆動増幅器よりディープＣ級バイアスの駆動増幅器がさらに高い入力電力に動作することを確認することができる。
【００３７】
図５は、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器５００をよりさらに詳細に説明するための回路図である。
【００３８】
図５は、ハイブリッド電力分配器５０１、駆動増幅器５０２、第１の電力分配器５０３、キャリア増幅器５０４、第１の伝送線路５０５、第２の電力分配器５０６、第１のピーキング増幅器５０７、第２の伝送線路５０８、第２のピーキング増幅器５０９、第３の伝送線路５１０、第１のλ／４伝送線路５１１、出力インピーダンス変換伝送線路５１２を含んで構成される。駆動増幅器５０２は駆動キャリア増幅器５０２（ａ）と駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）を含んで構成される。
【００３９】
本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器５００は、２個の経路部を有する。第１の経路部はハイブリッド電力分配器５０１から出発して駆動キャリア増幅器５０２（ａ）、第１の電力分配器５０３、キャリア増幅器５０４、第１の伝送線路５０５及び第１のλ／４伝送線路５１１を経由する。第２の経路部はハイブリッド電力分配器５０１から出発して駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）と第２の電力分配器５０６を経由するが、並列で連結された第１のピーキング増幅器５０７と第２のピーキング増幅器５０９を経る経路をすべて含む。
【００４０】
ハイブリッド電力分配器５０１には図３で示されたもののような第２のλ／４伝送線路３０５が含まれている。
【００４１】
本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器５００は、３個の動作領域を有する。第１の動作領域では駆動キャリア増幅器５０２（ａ）、第１の電力分配器５０３、キャリア増幅器５０４及び第１のλ／４伝送線路５１１だけ動作するように設定されて、第２の動作領域では駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）と第２の電力分配器５０６及び第１のピーキング増幅器５０７が追加でさらに動作するように設定されて、第３の動作領域では第２のピーキング増幅器５０９が再び追加でさらに動作するように設定された。
【００４２】
このような図面を通じて本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器に対して具体的に説明する。
【００４３】
入力された信号は、ハイブリッド電力分配器５０１を通じて同一な大きさの信号が９０度の位相差を有して各伝送線路で分けられる。入力信号大きさが低い第１の動作領域では駆動キャリア増幅器５０２（ａ）だけ動作して、駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）は動作しないように設定されている。
【００４４】
第１の動作領域では駆動キャリア増幅器５０２（ａ）とキャリア増幅器５０４は、二つの増幅器すべてＡＢ級バイアスを有するように設定されているために、駆動キャリア増幅器５０２（ａ）が動作されれば、キャリア増幅器５０４も同時に動作する。
【００４５】
駆動キャリア増幅器５０２（ａ）と異なり駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）は、ディープＣ級バイアスを有するように設定されている。ＡＢ級バイアスを使用する増幅器の場合ディープＣ級バイアスを使用する増幅器より低い入力電力で動作する。したがって、ＡＢ級バイアスを使用する増幅器が、出力電力が発生する区間でもディープＣ級バイアスを使用する増幅器は、出力電力が発生しない区間が生ずる。例えば、図４ではＶＧＳｄ＝ディープＣ級であり、ＶＧＳｍ＝ウィークＣ級の出力電力が発生する以前区間でＶＧＳｄ＝ＡＢ級を使用するすべての増幅器の出力電力が発生していることが分かる。すなわち、ＶＧＳｄ＝ディープＣ級を使用する増幅器は、出力電力が発生しない区間が生ずる。
【００４６】
図４のグラフを参照すると、ＡＢ級バイアスを使用する増幅器とディープＣ級バイアスを使用する増幅器の入力電力による出力電力が発生する領域が異なるように動作することを確認することができる。
【００４７】
駆動キャリア増幅器５０２（ａ）を通過した入力信号は、第１の電力分配器５０３によって同じ大きさと位相を有する二つの信号に分離して、一つはキャリア増幅器５０４の入力で、他の一つは終端（ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ）される。終端動作を示すために第１の電力分配器５０３の分離した二つの信号のうちで一つを便宜上矢印で示した。
【００４８】
第１の電力分配器５０３は、キャリア増幅器５０４と第１のピーキング増幅器５０７及び第２のピーキング増幅器５０９に入力される信号が同じ大きさ、同じ位相を有するようにする。キャリア増幅器５０４によって増幅された信号は、第１のλ／４伝送線路５１１によって出力インピーダンスが増加したので、キャリア増幅器５０４によって増幅された信号は、低い出力電力範囲では高い効率を発生することができる。
【００４９】
入力信号の大きさがますます増加することによって、駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）が動作するようになる。駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）を通過した入力信号は、第２の電力分配器５０６によって同じ大きさと位相を有する二つの信号で分離して各伝送線路で分けられる。
【００５０】
第１のピーキング増幅器５０７と第２のピーキング増幅器５０９は、それぞれウィークＣ級、ディープＣ級バイアスに設定されたために、第１のピーキング増幅器５０７が先ず動作して、引き継いで第２のピーキング増幅器５０９が動作する。
【００５１】
第１のピーキング増幅器５０７の動作する区間は、第２の動作領域に該当して、第２のピーキング増幅器５０９が追加でさらに動作する区間は第３の動作領域に該当する。
【００５２】
このような動作領域は、後述して説明する図６によく示されている。このように二つのピーキング増幅器の動作時点がお互いに異なる差異によって第２の経路部の出力信号は、第１の経路部の出力信号に比べて飽和出力電力に至るまでさらに高い効率を維持することができる。
【００５３】
よく知られたところのようにドハティ増幅器では、トランジスターを利用した増幅器を使用して、これはソフト・ターンオン現象を起こしたりする。ソフト・ターンオン現象は、一般な増幅器の非線形的な特性ですべてのトランジスターが有している特性である。これは増幅器がオンになる時に、時間によって線形的に出力が増加しなければならないが、素子内の非線形的な特性のために、始めには遅く増幅していながら、少し時間が経った後線形的に増幅する現象を称える。
【００５４】
本願発明でのドハティ増幅器では、キャリア増幅器、ピーキング増幅器など種類に構わなくその詳細回路構造は、図２のような逆Ｅ級電力増幅器形態を使用する。これはトランジスターを利用した増幅器であり、信号の高調波成分を制御して、高い効率を有する長所があるが、一方としてはソフト・ターンオン現象を起こしたりする。
【００５５】
しかし、図５でのように本願発明でのドハティ増幅器ですべての増幅器の詳細構造を逆Ｅ級電力増幅器のような構造を取りながらも、駆動増幅器５０２をドハティ増幅器の初段に追加するとこのようなソフト・ターンオン現象が補償されることができる。
【００５６】
駆動増幅器５０２とキャリア増幅器５０４、第１のピーキング増幅器５０７、及び第２のピーキング増幅器５０９は直列で構成される。駆動増幅器５０２を構成している駆動キャリア増幅器５０２（ａ）と駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）は、お互いに異なるようにバイアスが設定されていて入力電力の範囲によって出力電力が発生する時点が異なる。
【００５７】
ソフト・ターンオン現象を補償するために、駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）を第１のピーキング増幅器５０７と第２のピーキング増幅器５０９に直列で連結して使用する。第１のピーキング増幅器と第２のピーキング増幅器が駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）を直列で使ってターンオン（ｔｕｒｎ ｏｎ）される時もう少し急激な傾きに増加して、ソフト・ターンオン現象で効率が落ちることを防止するようにする。
【００５８】
また、第１のピーキング増幅器と第２のピーキング増幅器が同時に動作するようになれば、効率のピーク値を得て再び飽和状態に至る過程で効率が落ちる問題が発生されたりする。このような問題を解決するために、第１のピーキング増幅器が先に動作して第２のピーキング増幅器が順次に動作するように設計することで、効率のピーク値を得てその効率を維持するようにした。
【００５９】
このように、ソフト・ターンオン現象を補償する駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器は、そうではない場合よりさらに高い効率を得ることができる。
【００６０】
駆動キャリア増幅器５０２（ａ）とキャリア増幅器５０４だけ動作する入力信号の大きさは、駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）が動作を始める入力信号の大きさに比べて小さい。
【００６１】
キャリア増幅器５０４の出力電力が第１のピーキング増幅器５０７と第２のピーキング増幅器５０９で漏洩する電力を防止するために第２の伝送線路５０８と第３の伝送線路５１０をそれぞれの出力部に連結される。
【００６２】
第２の伝送線路５０８と第３の伝送線路５１０によって発生した位相差を補償するために、第１の伝送線路５０５をキャリア増幅器５０４の出力部に挿入される。
【００６３】
キャリア増幅器５０４、第１のピーキング増幅器５０７及び第２のピーキング増幅器５０９の出力インピーダンスと３ウェイドハティ増幅器の特性インピーダンスの間のインピーダンスをマッチングするために出力インピーダンス変換伝送線路５１２を出力に連結する。
【００６４】
図６は、本発明において中心周波数が１ＧＨｚである正弦波が入力信号で使用された場合、出力電力による効率及び利得特性を示したものである。大きいＢＯＰ区間で高い効率を有した後効率と利得が減少する従来のドハティ増幅器とは異なるように、本発明のドハティ増幅器は従来のドハティ増幅器よりさらに高い効率を有した後にもずっと高い効率を維持して、利得も減少しないで一定に高い値を維持することを確認することができる。
【００６５】
図５の回路と図６のグラフを具体的に比べると第１の経路部の駆動キャリア増幅器５０２（ａ）、第１の電力分配器５０３及びキャリア増幅器５０４が動作する第１の動作領域は、出力電力（全体の平均電力）が３５．０２ｄＢｍ以下であり、出力電力（全体の平均電力）が３５．０２ｄＢｍである時の出力電力で３９．３８％の総効率（全体のドレイン効率）と３１．０２ｄＢの総利得（全体の利得）を示した。
【００６６】
第１の経路部と併せて第２の経路部の駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）と第１のピーキング増幅器５０７が動作する第２の動作領域は、出力電力（全体の平均電力）が３５．０２ｄＢｍから始まる。
【００６７】
第２の経路部の第２のピーキング増幅器５０９まで動作を始める第３の動作領域は出力電力（全体の平均電力）が３９．７６ｄＢｍからであり、この領域ではすべての増幅器が動作する。
【００６８】
出力電力（全体の平均電力）が３９．７６ｄＢｍである時の出力電力では、４７．７８％の総効率と３２．７６ｄＢの総利得を、出力電力（全体の平均電力）が４５．６８ｄＢｍであるときの出力電力では６６．８２％の総効率と３５．１８ｄＢの総利得をそれぞれ得た。
【００６９】
以上では本発明に対する技術思想を添付図面と共に敍述したが、これは本発明の望ましい実施例を例示的に説明したものであって、本発明を限定するものではない。特に、具体的な数値によって本発明の権利範囲が制限されるものではなくて、このような数値は設計環境や工程変数などによっていくらでも変わることができるものである。また、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者なら誰も本発明の技術的思想の範疇を離脱しない範囲内で多様な変形及び模倣が可能であることは明白な事実である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上詳述したように、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器は、大きいＢＯＰで高い効率を有した後効率と利得が減少する限界を乗り越えて広い出力範囲でも高い効率と利得を得ることができるし、また、駆動増幅器によってソフト・ターンオン現象を乗り越えることによってピーキング増幅器を最大出力電力まで発生させて、高い効率を維持することができる長所がある。
【符号の説明】
【００７１】
３０１…駆動増幅器、
３０１（ａ）…駆動キャリア増幅器、
３０１（ｂ）…駆動ピーキング増幅器、
３０２…キャリア増幅器、
３０３…ピーキング増幅器、
３０３（ａ）…第１のピーキング増幅器、
３０３（ｂ）…第２のピーキング増幅器、
３０４…第１のλ／４伝送線路、
３０５…第２のλ／４伝送線路、
５０１…ハイブリッド電力分配器、
５０２…駆動増幅器、
５０２（ａ）…駆動キャリア増幅器、
５０２（ｂ）…駆動ピーキング増幅器、
５０３…第１の電力分配器、
５０４…キャリア増幅器、
５０５…第１の伝送線路、
５０６…第２の電力分配器、
５０７…第１のピーキング増幅器、
５０８…第２の伝送線路、
５０９…第２のピーキング増幅器、
５１０…第３の伝送線路、
５１１…第１のλ／４伝送線路、
５１２…出力インピーダンス変換伝送線路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動増幅器を利用した３ウェイ（ｗａｙ）ドハティ電力増幅器に関し、さらに詳細には、ドハティ電力増幅器を構成するキャリア増幅器とピーキング増幅器の前端に駆動増幅器をそれぞれ連結して、高い利得と高い効率を得ることができるようにした駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドハティ電力増幅器は、低い出力電力で高い効率を発生することができる長所で現在まで広く研究されている。しかし、最近通信システムに使用される変調信号は、９ｄＢ以上の高いＰＡＰＲ（ｐｅａｋ−ｔｏ−ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ：平均電力に対するピーク電力の比）を有して、一般なドハティ電力増幅器は、６ｄＢ ＢＯＰ（ｂａｃｋ−ｏｆｆ ｐｏｗｅｒ：バックオフ電力）で高い効率を有する限界があるために、これを補償するためにさらに拡張された概念のドハティ電力増幅器が提案された。さらに多くのＢＯＰで高い効率を有するための方法で、Ｎウェイ非対称ドハティ電力増幅器が開発されて来たが、これらもＢＯＰ区間で高い効率を発生させた後、利得と効率が減少して、最大出力電力を発生させることができない短所がある。
【０００３】
図１は、従来技術による３ウェイドハティ電力増幅器１００を示した回路図である。
【０００４】
図１を参照すると、入力された信号は電力分配器１０１を通じて同一な大きさを有して、各伝送線路を通じて分けられる。分けられた信号はピーキング増幅器１０５、１０６の入力部の前端に挿入されたλ／４伝送線路１０２によって９０度位相差を有したまま、第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６にそれぞれ入力される。入力整合回路１０３は各伝送線路毎に位置する第１の整合回路、第２の整合回路及び第３の整合回路で構成されていて、各増幅器１０４、１０５、１０６の入力インピーダンスを整合する。出力整合回路１０７は、第４の整合回路、第５の整合回路及び第６の整合回路で構成されて、各増幅器１０４、１０５、１０６の利得と効率を最適化させる。
【０００５】
入力電力があらかじめ設定されたものより低い入力範囲では第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６は動作しないで、キャリア増幅器１０４だけ動作する。この設定値は、回路の設計者らによってあらかじめ決定される。
【０００６】
キャリア増幅器１０４だけ動作する低い入力範囲では、λ／４伝送線路１１１によってキャリア増幅器１０４の出力部に負荷インピーダンスが増加する。
【０００７】
このとき、第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６にキャリア増幅器１０４の出力が漏洩することを阻むために、第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６の出力部に５０Ω伝送線路１０９、１１０が挿入された。これはキャリア増幅器１０４の出力で第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６で眺めるインピーダンスが大きい値を有するようにしてくれる。
【０００８】
各ピーキング増幅器に挿入された５０Ω伝送線路１０９、１１０程度の信号遅延を補償するために、キャリア増幅器１０４の出力部にも５０Ω伝送線路１０８をさらに連結する。
【０００９】
また、キャリア増幅器１０４、第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６の出力インピーダンスと３ウェイドハティ増幅器の特性インピーダンスとの間のインピーダンスをマッチングするために出力インピーダンス変換伝送線路１１２を出力に連結する。
【００１０】
３ウェイドハティ電力増幅器１００に入力される電力があらかじめ設定された値より高くなれば、キャリア増幅器１０４と第１のピーキング増幅器１０５及び第２のピーキング増幅器１０６が同時に動作するようになる。一般にＮウェイドハティ電力増幅器は、入力にＮウェイ電力分配器を利用するために、キャリア増幅器の利得が低くなって、ＢＯＰで高い効率を見せた後飽和出力電力に至るまで利得と効率が減少する特性を見せる。
【００１１】
図２は、従来技術による逆Ｅ級電力増幅器２００を示した回路図である。
【００１２】
図２を参照すると、入力整合回路２０１によって電力増幅器２０３の入力インピーダンスが整合される。出力整合回路２０７によって電力増幅器２０３の出力インピーダンスが整合される。２次高調波調節線路２０２によって電力増幅器２０３に入力された信号の２次高調波成分が最小化されて、出力高調波調節線路２０６によってはすべての高調波インピーダンスが入力インピーダンスより相対的に小さくなるために、高い効率を得る長所がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−１９９６２５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５１７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、前述した既存の３ウェイドハティ電力増幅器２０３は、大きいＢＯＰで高い効率の特性を有するが、低い出力範囲で高い効率を有した後、再び最大出力範囲で高い効率を有する前までは効率と利得が減少する短所がある。また、素子の非線形特性であるソフト・ターンオン（ｓｏｆｔ ｔｕｒｎ−ｏｎ）現象によって、ピーキング増幅器が最大出力電力を発生させることができないことで効率の減少する短所がある。
【００１５】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、広い出力範囲でも一定に高い効率と利得を発生することができる駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器を提供することにある。
【００１６】
本発明が解決しようとする他の課題は、キャリア電力増幅器の前端にはＡＢ級バイアスの駆動増幅器を、ピーキング電力増幅器の前段には、ディープＣ級（深いＣ級）バイアスの駆動増幅器をそれぞれ連結することで、広い出力範囲で高い効率と利得を得ることができるようにした駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力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】
【００１７】
前記技術的課題を解決するために、本発明の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器は、入力端子で分けられる第１の経路部と第２の経路部、第１の経路部に連結された駆動キャリア増幅器、駆動キャリア増幅器に連結されたキャリア増幅器、第２の経路部に連結された駆動ピーキング増幅器、駆動ピーキング増幅器の出力端子に共通的に連結された第１のピーキング増幅器及び第２のピーキング増幅器、キャリア増幅器と連結された第１のλ／４伝送線路、第１のλ／４伝送線路と前記第１のピーキング増幅器及び第２のピーキング増幅器が共通的に連結された出力端子を含むが、第１の動作領域では前記駆動キャリア増幅器及び前記キャリア増幅器だけ動作するように設定されて、第２の動作領域では前記駆動ピーキング増幅器及び前記第１のピーキング増幅器が追加でさらに動作するように設定されて、第３の動作領域では前記第２のピーキング増幅器が再び追加でさらに動作するように設定されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器は、大きいＢＯＰで高い効率を有した後効率と利得が減少する限界を乗り越えて広い出力範囲でも高い効率と利得を得ることができるし、また、駆動増幅器によってソフト・ターンオン現象を乗り越えることによってピーキング増幅器を最大出力電力まで発生させて、高い効率を維持することができる長所がある。
本発明に係る
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】既存の３ウェイドハティ電力増幅器を説明するための回路図である。
【図２】既存の逆Ｅ級電力増幅器を説明するための回路図である。
【図３】本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器の回路図である。
【図４】本発明による２段電力増幅器の入力電力による出力電力特性が異なるように動作することを示したグラフである。
【図５】本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器を説明するための回路図である。
【図６】本発明による中心周波数が１ＧＨｚである正弦波が入力信号で使用された場合に、出力電力による効率及び利得特性を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付された図面を参照しながら、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器の望ましい実施例を詳細に説明する。
【００２１】
図３は、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器３００の回路図である。
【００２２】
図３を参照すると、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器３００は、駆動増幅器３０１、キャリア増幅器３０２、ピーキング増幅器３０３、第１のλ／４伝送線路３０４、第２のλ／４伝送線路３０５を含んで構成される。駆動増幅器３０１は、駆動キャリア増幅器３０１（ａ）と駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）を含んで構成される。ピーキング増幅器３０３は第１のピーキング増幅器３０３（ａ）と第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）を含んで構成される。
【００２３】
本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器３００は、２個の経路部を有する。第１の経路部は駆動キャリア増幅器３０１（ａ）、キャリア増幅器３０２を経由する。第２の経路部は駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）を経由するが、並列で連結された第１のピーキング増幅器３０３（ａ）と第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）を経る経路をすべて含む。
【００２４】
また、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器３００は、３個の動作領域を有する。第１の動作領域では、駆動キャリア増幅器３０１（ａ）及びキャリア増幅器３０２だけ動作するように設定されて、第２の動作領域では駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）及び第１のピーキング増幅器３０３（ａ）が追加でさらに動作するように設定されて、第３の動作領域では第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）が再び追加でさらに動作するように設定される。
【００２５】
低い入力範囲では第１の動作領域である駆動キャリア増幅器３０１（ａ）とキャリア増幅器３０２だけ動作するように設定されている。この時、第１のλ／４伝送線路３０４によってキャリア増幅器３０２の出力インピーダンスは増加して、比較的低い出力電力範囲でも高い効率を出すことができる。
【００２６】
駆動キャリア増幅器３０１（ａ）とキャリア増幅器３０２は、ＡＢ級バイアスを使用する。
【００２７】
駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）は、駆動キャリア増幅器３０１（ａ）より高い入力範囲で動作するようにディープＣ級（深いＣ級）バイアスになっている。併せて、駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）の出力の入力を受ける第１のピーキング増幅器３０３（ａ）と第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）また駆動キャリア増幅器３０１（ａ）より高い入力で動作する。入力大きさが増加することによって、第２の動作領域である駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）が動作を始めるようになって、第１のピーキング増幅器３０３（ａ）も動作する。第１のピーキング増幅器３０３（ａ）の動作時点は、第１のピーキング増幅器３０３（ａ）がウィークＣ級（弱いＣ級）バイアスを有するように設定されたために、ディープＣ級バイアスを有する第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）より速い。
【００２８】
入力の大きさがさらに増加すると、第３の動作領域である第２のピーキング増幅器３０３（ｂ）も動作するようになる。入力が最大になれば駆動増幅器３０１、キャリア増幅器３０２及びピーキング増幅器３０３がすべて動作するようになって、図３の第１の経路部または第１の動作領域だけ動作する時より高い効率を発生する。
【００２９】
第１のλ／４伝送線路３０４によってキャリア増幅器３０２とピーキング増幅器３０３との間に現われる位相遅延を補償するために第２のλ／４伝送線路３０５を駆動ピーキング増幅器３０１（ｂ）の入力に連結する。
【００３０】
図４の上の図は、本発明の選択図である図３の回路を手短に２段で表示した回路図である。図３の駆動増幅器３０１は、図４の駆動電力増幅器４０１に手短に表示されて、図３のキャリア増幅器３０２、第１のピーキング増幅器３０３ａ、第２のピーキング増幅器３０３ｂは、図４の主電力増幅器４０２に表示された。
【００３１】
図４の下の図は、駆動電力増幅器４０１と主電力増幅器４０２が直列で連結された２段電力増幅器で各増幅器のバイアスによる出力電力特性を示している。
【００３２】
図４のグラフを数式で表現すると、図４の数式で示すことができるし、これは出力電力の変化と入力電力の変化に対するゲートバイアスの変化を示したものである。
【００３３】
駆動電力増幅器４０１をＡＢ級バイアスに固定させて、主電力増幅器４０２をＡＢ級、ウィークＣ級、ディープＣ級バイアスに徐々に変えて、２段電力増幅器４００の出力を比べて見た結果、ゲートバイアスがますます低くなることによってさらに険しい傾きを得ることを確認することができる。
【００３４】
同じく、駆動電力増幅器４０１をディープＣ級バイアスに固定させて、主電力増幅器４０２をウィークＣ級、ディープＣ級バイアスに変えて出力を比べて見た結果、さらに険しい傾きを有する出力を得ることを確認することができる。
【００３５】
出力の傾きを調節することができる特性を利用して、素子の非線形特性であるソフト・ターンオン現象を補償することで高い効率を維持することができる。
【００３６】
また、図４のグラフを見れば、ＡＢ級バイアスの駆動増幅器よりウィークＣ級バイアスの駆動増幅器がさらに高い入力電力で動作して、ウィークＣ級バイアスの駆動増幅器よりディープＣ級バイアスの駆動増幅器がさらに高い入力電力に動作することを確認することができる。
【００３７】
図５は、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器５００をよりさらに詳細に説明するための回路図である。
【００３８】
図５は、ハイブリッド電力分配器５０１、駆動増幅器５０２、第１の電力分配器５０３、キャリア増幅器５０４、第１の伝送線路５０５、第２の電力分配器５０６、第１のピーキング増幅器５０７、第２の伝送線路５０８、第２のピーキング増幅器５０９、第３の伝送線路５１０、第１のλ／４伝送線路５１１、出力インピーダンス変換伝送線路５１２を含んで構成される。駆動増幅器５０２は駆動キャリア増幅器５０２（ａ）と駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）を含んで構成される。
【００３９】
本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器５００は、２個の経路部を有する。第１の経路部はハイブリッド電力分配器５０１から出発して駆動キャリア増幅器５０２（ａ）、第１の電力分配器５０３、キャリア増幅器５０４、第１の伝送線路５０５及び第１のλ／４伝送線路５１１を経由する。第２の経路部はハイブリッド電力分配器５０１から出発して駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）と第２の電力分配器５０６を経由するが、並列で連結された第１のピーキング増幅器５０７と第２のピーキング増幅器５０９を経る経路をすべて含む。
【００４０】
ハイブリッド電力分配器５０１には図３で示されたもののような第２のλ／４伝送線路３０５が含まれている。
【００４１】
本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ増幅器５００は、３個の動作領域を有する。第１の動作領域では駆動キャリア増幅器５０２（ａ）、第１の電力分配器５０３、キャリア増幅器５０４及び第１のλ／４伝送線路５１１だけ動作するように設定されて、第２の動作領域では駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）と第２の電力分配器５０６及び第１のピーキング増幅器５０７が追加でさらに動作するように設定されて、第３の動作領域では第２のピーキング増幅器５０９が再び追加でさらに動作するように設定された。
【００４２】
このような図面を通じて本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器に対して具体的に説明する。
【００４３】
入力された信号は、ハイブリッド電力分配器５０１を通じて同一な大きさの信号が９０度の位相差を有して各伝送線路で分けられる。入力信号大きさが低い第１の動作領域では駆動キャリア増幅器５０２（ａ）だけ動作して、駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）は動作しないように設定されている。
【００４４】
第１の動作領域では駆動キャリア増幅器５０２（ａ）とキャリア増幅器５０４は、二つの増幅器すべてＡＢ級バイアスを有するように設定されているために、駆動キャリア増幅器５０２（ａ）が動作されれば、キャリア増幅器５０４も同時に動作する。
【００４５】
駆動キャリア増幅器５０２（ａ）と異なり駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）は、ディープＣ級バイアスを有するように設定されている。ＡＢ級バイアスを使用する増幅器の場合ディープＣ級バイアスを使用する増幅器より低い入力電力で動作する。したがって、ＡＢ級バイアスを使用する増幅器が、出力電力が発生する区間でもディープＣ級バイアスを使用する増幅器は、出力電力が発生しない区間が生ずる。例えば、図４ではＶＧＳｄ＝ディープＣ級であり、ＶＧＳｍ＝ウィークＣ級の出力電力が発生する以前区間でＶＧＳｄ＝ＡＢ級を使用するすべての増幅器の出力電力が発生していることが分かる。すなわち、ＶＧＳｄ＝ディープＣ級を使用する増幅器は、出力電力が発生しない区間が生ずる。
【００４６】
図４のグラフを参照すると、ＡＢ級バイアスを使用する増幅器とディープＣ級バイアスを使用する増幅器の入力電力による出力電力が発生する領域が異なるように動作することを確認することができる。
【００４７】
駆動キャリア増幅器５０２（ａ）を通過した入力信号は、第１の電力分配器５０３によって同じ大きさと位相を有する二つの信号に分離して、一つはキャリア増幅器５０４の入力で、他の一つは終端（ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ）される。終端動作を示すために第１の電力分配器５０３の分離した二つの信号のうちで一つを便宜上矢印で示した。
【００４８】
第１の電力分配器５０３は、キャリア増幅器５０４と第１のピーキング増幅器５０７及び第２のピーキング増幅器５０９に入力される信号が同じ大きさ、同じ位相を有するようにする。キャリア増幅器５０４によって増幅された信号は、第１のλ／４伝送線路５１１によって出力インピーダンスが増加したので、キャリア増幅器５０４によって増幅された信号は、低い出力電力範囲では高い効率を発生することができる。
【００４９】
入力信号の大きさがますます増加することによって、駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）が動作するようになる。駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）を通過した入力信号は、第２の電力分配器５０６によって同じ大きさと位相を有する二つの信号で分離して各伝送線路で分けられる。
【００５０】
第１のピーキング増幅器５０７と第２のピーキング増幅器５０９は、それぞれウィークＣ級、ディープＣ級バイアスに設定されたために、第１のピーキング増幅器５０７が先ず動作して、引き継いで第２のピーキング増幅器５０９が動作する。
【００５１】
第１のピーキング増幅器５０７の動作する区間は、第２の動作領域に該当して、第２のピーキング増幅器５０９が追加でさらに動作する区間は第３の動作領域に該当する。
【００５２】
このような動作領域は、後述して説明する図６によく示されている。このように二つのピーキング増幅器の動作時点がお互いに異なる差異によって第２の経路部の出力信号は、第１の経路部の出力信号に比べて飽和出力電力に至るまでさらに高い効率を維持することができる。
【００５３】
よく知られたところのようにドハティ増幅器では、トランジスターを利用した増幅器を使用して、これはソフト・ターンオン現象を起こしたりする。ソフト・ターンオン現象は、一般な増幅器の非線形的な特性ですべてのトランジスターが有している特性である。これは増幅器がオンになる時に、時間によって線形的に出力が増加しなければならないが、素子内の非線形的な特性のために、始めには遅く増幅していながら、少し時間が経った後線形的に増幅する現象を称える。
【００５４】
本願発明でのドハティ増幅器では、キャリア増幅器、ピーキング増幅器など種類に構わなくその詳細回路構造は、図２のような逆Ｅ級電力増幅器形態を使用する。これはトランジスターを利用した増幅器であり、信号の高調波成分を制御して、高い効率を有する長所があるが、一方としてはソフト・ターンオン現象を起こしたりする。
【００５５】
しかし、図５でのように本願発明でのドハティ増幅器ですべての増幅器の詳細構造を逆Ｅ級電力増幅器のような構造を取りながらも、駆動増幅器５０２をドハティ増幅器の初段に追加するとこのようなソフト・ターンオン現象が補償されることができる。
【００５６】
駆動増幅器５０２とキャリア増幅器５０４、第１のピーキング増幅器５０７、及び第２のピーキング増幅器５０９は直列で構成される。駆動増幅器５０２を構成している駆動キャリア増幅器５０２（ａ）と駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）は、お互いに異なるようにバイアスが設定されていて入力電力の範囲によって出力電力が発生する時点が異なる。
【００５７】
ソフト・ターンオン現象を補償するために、駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）を第１のピーキング増幅器５０７と第２のピーキング増幅器５０９に直列で連結して使用する。第１のピーキング増幅器と第２のピーキング増幅器が駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）を直列で使ってターンオン（ｔｕｒｎ ｏｎ）される時もう少し急激な傾きに増加して、ソフト・ターンオン現象で効率が落ちることを防止するようにする。
【００５８】
また、第１のピーキング増幅器と第２のピーキング増幅器が同時に動作するようになれば、効率のピーク値を得て再び飽和状態に至る過程で効率が落ちる問題が発生されたりする。このような問題を解決するために、第１のピーキング増幅器が先に動作して第２のピーキング増幅器が順次に動作するように設計することで、効率のピーク値を得てその効率を維持するようにした。
【００５９】
このように、ソフト・ターンオン現象を補償する駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器は、そうではない場合よりさらに高い効率を得ることができる。
【００６０】
駆動キャリア増幅器５０２（ａ）とキャリア増幅器５０４だけ動作する入力信号の大きさは、駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）が動作を始める入力信号の大きさに比べて小さい。
【００６１】
キャリア増幅器５０４の出力電力が第１のピーキング増幅器５０７と第２のピーキング増幅器５０９で漏洩する電力を防止するために第２の伝送線路５０８と第３の伝送線路５１０をそれぞれの出力部に連結される。
【００６２】
第２の伝送線路５０８と第３の伝送線路５１０によって発生した位相差を補償するために、第１の伝送線路５０５をキャリア増幅器５０４の出力部に挿入される。
【００６３】
キャリア増幅器５０４、第１のピーキング増幅器５０７及び第２のピーキング増幅器５０９の出力インピーダンスと３ウェイドハティ増幅器の特性インピーダンスの間のインピーダンスをマッチングするために出力インピーダンス変換伝送線路５１２を出力に連結する。
【００６４】
図６は、本発明において中心周波数が１ＧＨｚである正弦波が入力信号で使用された場合、出力電力による効率及び利得特性を示したものである。大きいＢＯＰ区間で高い効率を有した後効率と利得が減少する従来のドハティ増幅器とは異なるように、本発明のドハティ増幅器は従来のドハティ増幅器よりさらに高い効率を有した後にもずっと高い効率を維持して、利得も減少しないで一定に高い値を維持することを確認することができる。
【００６５】
図５の回路と図６のグラフを具体的に比べると第１の経路部の駆動キャリア増幅器５０２（ａ）、第１の電力分配器５０３及びキャリア増幅器５０４が動作する第１の動作領域は、出力電力（全体の平均電力）が３５．０２ｄＢｍ以下であり、出力電力（全体の平均電力）が３５．０２ｄＢｍである時の出力電力で３９．３８％の総効率（全体のドレイン効率）と３１．０２ｄＢの総利得（全体の利得）を示した。
【００６６】
第１の経路部と併せて第２の経路部の駆動ピーキング増幅器５０２（ｂ）と第１のピーキング増幅器５０７が動作する第２の動作領域は、出力電力（全体の平均電力）が３５．０２ｄＢｍから始まる。
【００６７】
第２の経路部の第２のピーキング増幅器５０９まで動作を始める第３の動作領域は出力電力（全体の平均電力）が３９．７６ｄＢｍからであり、この領域ではすべての増幅器が動作する。
【００６８】
出力電力（全体の平均電力）が３９．７６ｄＢｍである時の出力電力では、４７．７８％の総効率と３２．７６ｄＢの総利得を、出力電力（全体の平均電力）が４５．６８ｄＢｍであるときの出力電力では６６．８２％の総効率と３５．１８ｄＢの総利得をそれぞれ得た。
【００６９】
以上では本発明に対する技術思想を添付図面と共に敍述したが、これは本発明の望ましい実施例を例示的に説明したものであって、本発明を限定するものではない。特に、具体的な数値によって本発明の権利範囲が制限されるものではなくて、このような数値は設計環境や工程変数などによっていくらでも変わることができるものである。また、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者なら誰も本発明の技術的思想の範疇を離脱しない範囲内で多様な変形及び模倣が可能であることは明白な事実である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上詳述したように、本発明による駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器は、大きいＢＯＰで高い効率を有した後効率と利得が減少する限界を乗り越えて広い出力範囲でも高い効率と利得を得ることができるし、また、駆動増幅器によってソフト・ターンオン現象を乗り越えることによってピーキング増幅器を最大出力電力まで発生させて、高い効率を維持することができる長所がある。
【符号の説明】
【００７１】
３０１…駆動増幅器、
３０１（ａ）…駆動キャリア増幅器、
３０１（ｂ）…駆動ピーキング増幅器、
３０２…キャリア増幅器、
３０３…ピーキング増幅器、
３０３（ａ）…第１のピーキング増幅器、
３０３（ｂ）…第２のピーキング増幅器、
３０４…第１のλ／４伝送線路、
３０５…第２のλ／４伝送線路、
５０１…ハイブリッド電力分配器、
５０２…駆動増幅器、
５０２（ａ）…駆動キャリア増幅器、
５０２（ｂ）…駆動ピーキング増幅器、
５０３…第１の電力分配器、
５０４…キャリア増幅器、
５０５…第１の伝送線路、
５０６…第２の電力分配器、
５０７…第１のピーキング増幅器、
５０８…第２の伝送線路、
５０９…第２のピーキング増幅器、
５１０…第３の伝送線路、
５１１…第１のλ／４伝送線路、
５１２…出力インピーダンス変換伝送線路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子で分けられる第１の経路部と第２の経路部と、
前記第１の経路部に連結された駆動キャリア増幅器と、
前記駆動キャリア増幅器に連結されたキャリア増幅器と、
前記第２の経路部に連結された第２のλ／４伝送線路と、
前記第２のλ／４伝送線路に連結された駆動ピーキング増幅器と、
前記駆動ピーキング増幅器の出力端子に共通的に連結された第１のピーキング増幅器及び第２のピーキング増幅器と、
前記キャリア増幅器に連結された第１のλ／４伝送線路と、
前記第１のλ／４伝送線路と前記第１のピーキング増幅器及び前記第２のピーキング増幅器が共通的に連結された出力端子と、を含むが、
第１の動作領域では前記駆動キャリア増幅器及び前記キャリア増幅器だけ動作するように設定されて、第２の動作領域では前記駆動ピーキング増幅器及び前記第１のピーキング増幅器が追加でさらに動作するように設定されて、第３の動作領域では前記第２のピーキング増幅器が再び追加でさらに動作するように設定されたことを特徴とする３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項２】
前記キャリア増幅器の出力及び前記駆動ピーキング増幅器の入力には、それぞれインピーダンス整合のための第１のλ／４伝送線路及び第２のλ／４伝送線路が連結されたことを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項３】
前記第２の動作領域の前記入力信号は、前記第１の動作領域の前記入力信号よりさらに大きい大きさを有することを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項４】
前記第３の動作領域の前記入力信号は、前記第２の動作領域の前記入力信号よりさらに大きい大きさを有することを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項５】
前記駆動ピーキング増幅器は、ディープＣ級領域に動作するようにバイアスされていることを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項６】
前記第１のピーキング増幅器及び前記第２のピーキング増幅器それぞれは、ウィークＣ級領域及びディープＣ級領域に動作するようにバイアスされていることを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項７】
前記第１のλ／４伝送線路及び第２のλ／４伝送線路は、前記入力信号の位相を４分の１周期程度遅延させることを特徴とする請求項２に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項８】
前記第１の経路部及び前記第２の経路部は、ハイブリッド電力分配器によって分けられることを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項９】
前記駆動キャリア増幅器の出力及び前記駆動ピーキング増幅器の出力には第１の電力分配器及び第２の電力分配器がそれぞれ連結されていることを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１０】
前記キャリア増幅器の出力、前記第１のピーキング増幅器の出力及び前記第２のピーキング増幅器の出力にはそれぞれ第１の電力分配器、第２の電力分配器及び第３の電力分配器がそれぞれ連結されていることを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１１】
前記キャリア増幅器は、
逆Ｅ級電力増幅器で構成されたことを特徴とする請求項１０に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１２】
前記第１のピーキング増幅器は、
逆Ｅ級電力増幅器で構成されたことを特徴とする請求項１０に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１３】
前記第１のピーキング増幅器は、
前記第１のピーキング増幅器が動作しない時、キャリア増幅器の出力電力が前記第１のピーキング増幅器方向に漏洩することを阻むための伝送線路を含むことを特徴とする請求項１０に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１４】
前記第２のピーキング増幅器は、
逆Ｅ級電力増幅器で構成されたことを特徴とする請求項１０に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１５】
前記第２のピーキング増幅器は、
前記第２のピーキング増幅器が動作しない時前記キャリア増幅器の出力電力が前記第２のピーキング増幅器方向に漏洩することを阻むための伝送線路を含むことを特徴とする請求項１０に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１６】
前記ハイブリッド電力分配器は、第２のλ／４伝送線路を含むことを特徴とする請求項８に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１】
入力端子で分けられる第１の経路部と第２の経路部と、
前記第１の経路部に連結された駆動キャリア増幅器と、
前記駆動キャリア増幅器に連結されたキャリア増幅器と、
前記第２の経路部に連結された第２のλ／４伝送線路と、
前記第２のλ／４伝送線路に連結された駆動ピーキング増幅器と、
前記駆動ピーキング増幅器の出力端子に共通的に連結された第１のピーキング増幅器及び第２のピーキング増幅器と、
前記キャリア増幅器に連結された第１のλ／４伝送線路と、
前記第１のλ／４伝送線路と前記第１のピーキング増幅器及び前記第２のピーキング増幅器が共通的に連結された出力端子と、を含むが、
第１の動作領域では前記駆動キャリア増幅器及び前記キャリア増幅器だけ動作するように設定されて、第２の動作領域では前記駆動ピーキング増幅器及び前記第１のピーキング増幅器が追加でさらに動作するように設定されて、第３の動作領域では前記第２のピーキング増幅器が再び追加でさらに動作するように設定されたことを特徴とする３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項２】
前記キャリア増幅器の出力及び前記駆動ピーキング増幅器の入力には、それぞれインピーダンス整合のための第１のλ／４伝送線路及び第２のλ／４伝送線路が連結されたことを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項３】
前記第２の動作領域の前記入力信号は、前記第１の動作領域の前記入力信号よりさらに大きい大きさを有することを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項４】
前記第３の動作領域の前記入力信号は、前記第２の動作領域の前記入力信号よりさらに大きい大きさを有することを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項５】
前記駆動ピーキング増幅器は、ディープＣ級領域に動作するようにバイアスされていることを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項６】
前記第１のピーキング増幅器及び前記第２のピーキング増幅器それぞれは、ウィークＣ級領域及びディープＣ級領域に動作するようにバイアスされていることを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項７】
前記第１のλ／４伝送線路及び第２のλ／４伝送線路は、前記入力信号の位相を４分の１周期程度遅延させることを特徴とする請求項２に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項８】
前記第１の経路部及び前記第２の経路部は、ハイブリッド電力分配器によって分けられることを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項９】
前記駆動キャリア増幅器の出力及び前記駆動ピーキング増幅器の出力には第１の電力分配器及び第２の電力分配器がそれぞれ連結されていることを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１０】
前記キャリア増幅器の出力、前記第１のピーキング増幅器の出力及び前記第２のピーキング増幅器の出力にはそれぞれ第１の電力分配器、第２の電力分配器及び第３の電力分配器がそれぞれ連結されていることを特徴とする請求項１に記載の３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１１】
前記キャリア増幅器は、
逆Ｅ級電力増幅器で構成されたことを特徴とする請求項１０に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１２】
前記第１のピーキング増幅器は、
逆Ｅ級電力増幅器で構成されたことを特徴とする請求項１０に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１３】
前記第１のピーキング増幅器は、
前記第１のピーキング増幅器が動作しない時、キャリア増幅器の出力電力が前記第１のピーキング増幅器方向に漏洩することを阻むための伝送線路を含むことを特徴とする請求項１０に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１４】
前記第２のピーキング増幅器は、
逆Ｅ級電力増幅器で構成されたことを特徴とする請求項１０に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１５】
前記第２のピーキング増幅器は、
前記第２のピーキング増幅器が動作しない時前記キャリア増幅器の出力電力が前記第２のピーキング増幅器方向に漏洩することを阻むための伝送線路を含むことを特徴とする請求項１０に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。
【請求項１６】
前記ハイブリッド電力分配器は、第２のλ／４伝送線路を含むことを特徴とする請求項８に記載の駆動増幅器を利用した３ウェイドハティ電力増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１０５２６３（Ｐ２０１２−１０５２６３Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０１８７（Ｐ２０１１−２４０１８７）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（５０８３５５４９３）浦項工科大學校 産學協力團 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（５０８３５５４９３）浦項工科大學校 産學協力團 (14)
【Ｆターム（参考）】
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