(57)【要約】【課題】回路規模を拡大せず、ダイナミックレンジが広い場合でも高効率を実現できる増幅装置を提供すること。【解決手段】増幅装置は、複数の増幅器が並列に配置されて構成されており、増幅器の組み合わせによりアウトフェーズ増幅部とドハティ増幅部とを実現する増幅器群と、前記増幅器群の前段において、入力信号の振幅レベルを検出する検出部と、前記検出部で検出された前記入力信号の振幅レベルに応じて、前記アウトフェーズ増幅部で前記入力信号を増幅して出力する、または、前記ドハティ増幅部で前記入力信号を増幅して出力するかを選択する選択部と、前記増幅器群を構成する各増幅器に電力を供給する電源部と、を備え、前記電源部は、前記入力信号の振幅レベルに基づいて、前記ドハティ増幅部のバックオフ点を変更する。【選択図】図１
2020156024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の増幅器が並列に配置されて構成されており、増幅器の組み合わせによりアウトフェーズ増幅部とドハティ増幅部とを実現する増幅器群と、
前記増幅器群の前段において、入力信号の振幅レベルを検出する検出部と、
前記検出部で検出された前記入力信号の振幅レベルに応じて、前記アウトフェーズ増幅部で前記入力信号を増幅して出力する、または、前記ドハティ増幅部で前記入力信号を増幅して出力するかを選択する選択部と、
前記増幅器群を構成する各増幅器に電力を供給する電源部と、を備え、
前記電源部は、前記入力信号の振幅レベルに基づいて、前記ドハティ増幅部のバックオフ点を変更することを特徴とする増幅装置。
【請求項２】
前記電源部は、前記入力信号の振幅レベルに基づいて、前記ドハティ増幅部を構成する複数の増幅器に供給する電力を複数段階に変更して、前記ドハティ増幅部のバックオフ点を変更することを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
【請求項３】
前記電源部は、前記入力信号の振幅レベルとダイナミックレンジとに基づいて、前記ドハティ増幅部を構成する複数の増幅器に供給する電力を一または複数段階に変更して、前記ドハティ増幅部のバックオフ点を変更することを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
【請求項４】
前記増幅器群は、第１増幅器、第２増幅器、および第３増幅器が並列に配置されて構成されており、
前記アウトフェーズ増幅部は、前記第１増幅器および前記第２増幅器の組み合わせにより実現し、
前記ドハティ増幅部は、前記第２増幅器および前記第３増幅器の組み合わせにより実現することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の増幅装置。
【請求項５】
前記アウトフェーズ増幅部により増幅されて出力された第１信号群を合成する第１合成点と、前記ドハティ増幅部により増幅されて出力された第２信号群を合成する第２合成点と、を有し、前記第２合成点は前記第２増幅器と前記第１合成点との間に配置され、かつ増幅器間で生じるリアクタンス成分を補償するリアクタンス補償素子が前記第３増幅器と前記第２合成点との間に配置される合成器をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の増幅装置。
【請求項６】
前記入力信号の振幅レベルが閾値より高い場合は、前記第１信号群を生成して前記アウトフェーズ増幅部に出力し、前記入力信号の振幅レベルが前記閾値以下の場合は、前記第２信号群を生成して前記ドハティ増幅部に出力する信号生成部を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の増幅装置。
【請求項７】
前記第１増幅器は、前記入力信号の振幅レベルが前記閾値より高い場合、第１バイアス電圧が供給され、前記入力信号の振幅レベルが前記閾値より低い場合、前記第１バイアス電圧とは異なる第２バイアス電圧が供給され、
前記第２増幅器は、前記第１バイアス電圧が供給され、
前記第３増幅器は、前記第２バイアス電圧が供給される
ことを特徴とする請求項６に記載の増幅装置。
【請求項８】
前記第３増幅器は、並列に配置される複数の増幅器により構成されることを特徴とする請求項４に記載の増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号を増幅する増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信において、多数の事業者の信号を同時に取り扱う場合、より広帯域にて送受信を行う必要がある。そのため、増幅器に対する出力電力および入力電力のダイナミックレンジが広いことが要求される。たとえば、２ＧＨｚ帯で帯域幅が６０ＭＨｚの場合、要求されるダイナミックレンジは１０ｄＢ以上となる場合がある。
【０００３】
また、近年、無線通信において、ピーク対アベレージ電力比（ＰＡＰＲ）の高い信号を取り扱うことが多い。通常の送信機に使用されている高出力増幅器で高ＰＡＰＲ信号を増幅する場合、増幅の線形性を維持しようとすると消費電力が大きくなる。
【０００４】
特に、基地局では高出力増幅器の数が多く、システムの消費電力の大部分を占める場合がある。そこで、ドハティ（Doherty）、エンベロープトラッキング、アウトフェージング（Outphasing）等、増幅器の高効率化に関する様々な手法が研究されている。
【０００５】
アウトフェージングは、入力信号を振幅一定で位相が異なる２つの信号に分離し、それぞれ別個の増幅器にて増幅した後に合成を行う。詳細には、入力信号が分離したときの位相の関係性が保たれるように、２つの信号を合成する。このとき、所望のバックオフ値で負荷変調が起きるように、２つの増幅器間で生じるリアクタンス成分を打ち消すための素子が実装された、シレー（Chireix）合成器で合成するのが一般的である。
【０００６】
アウトフェージングは、設計した所望のバックオフ値で高効率化が可能であるが、設計値より低いバックオフ値では効率低下が著しい。そのため、出力電力や入力電力のダイナミックレンジが大きいシステムでは、全体として効率低下につながるという問題があった。
【０００７】
これに対して、入力電力に応じて、アウトフェージング増幅とドハティ増幅とを切り替える技術が開示されている（特許文献１）。この技術によれば、入力電力のダイナミックレンジが比較的大きいときでも、高効率が維持できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２０１８−５２１５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、回路規模を不要に拡大せず、ダイナミックレンジが広い場合でも高効率を実現する構成が求められている。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路規模を拡大せず、ダイナミックレンジが広い場合でも高効率を実現できる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】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る増幅装置は、複数の増幅器が並列に配置されて構成されており、増幅器の組み合わせによりアウトフェーズ増幅部とドハティ増幅部とを実現する増幅器群と、前記増幅器群の前段において、入力信号の振幅レベルを検出する検出部と、前記検出部で検出された前記入力信号の振幅レベルに応じて、前記アウトフェーズ増幅部で前記入力信号を増幅して出力する、または、前記ドハティ増幅部で前記入力信号を増幅して出力するかを選択する選択部と、前記増幅器群を構成する各増幅器に電力を供給する電源部と、を備え、前記電源部は、前記入力信号の振幅レベルに基づいて、前記ドハティ増幅部のバックオフ点を変更することを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様に係る増幅装置は、前記電源部は、前記入力信号の振幅レベルに基づいて、前記ドハティ増幅部を構成する複数の増幅器に供給する電力を複数段階に変更して、前記ドハティ増幅部のバックオフ点を変更することを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様に係る増幅装置は、前記電源部は、前記入力信号の振幅レベルとダイナミックレンジとに基づいて、前記ドハティ増幅部を構成する複数の増幅器に供給する電力を一または複数段階に変更して、前記ドハティ増幅部のバックオフ点を変更することを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に係る増幅装置は、前記増幅器群は、第１増幅器、第２増幅器、および第３増幅器が並列に配置されて構成されており、前記アウトフェーズ増幅部は、前記第１増幅器および前記第２増幅器の組み合わせにより実現し、前記ドハティ増幅部は、前記第２増幅器および前記第３増幅器の組み合わせにより実現することを特徴とする。
【００１５】
本発明の一態様に係る増幅装置は、前記アウトフェーズ増幅部により増幅されて出力された第１信号群を合成する第１合成点と、前記ドハティ増幅部により増幅されて出力された第２信号群を合成する第２合成点と、を有し、前記第２合成点は前記第２増幅器と前記第１合成点との間に配置され、かつ増幅器間で生じるリアクタンス成分を補償するリアクタンス補償素子が前記第３増幅器と前記第２合成点との間に配置される合成器をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の一態様に係る増幅装置は、前記入力信号の振幅レベルが閾値より高い場合は、前記第１信号群を生成して前記アウトフェーズ増幅部に出力し、前記入力信号の振幅レベルが前記閾値以下の場合は、前記第２信号群を生成して前記ドハティ増幅部に出力する信号生成部を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の一態様に係る増幅装置は、前記第１増幅器は、前記入力信号の振幅レベルが前記閾値より高い場合、第１バイアス電圧が供給され、前記入力信号の振幅レベルが前記閾値より低い場合、前記第１バイアス電圧とは異なる第２バイアス電圧が供給され、前記第２増幅器は、前記第１バイアス電圧が供給され、前記第３増幅器は、前記第２バイアス電圧が供給されることを特徴とする。
【００１８】
本発明の一態様に係る増幅装置は、前記第３増幅器は、並列に配置される複数の増幅器により構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、回路規模を拡大せず、ダイナミックレンジが広い場合でも高効率を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施形態１に係る増幅装置の模式的な構成図である。
【図２】図２は、振幅レベルとドレイン電圧との関係を示す図である。
【図３】図３は、バックオフ値に対する電力効率の例を示す図である。
【図４】図４は、実施形態２に係る増幅装置の模式的な構成図である。
【図５】図５は、振幅レベルとドレイン電圧との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。
【００２２】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る増幅装置の模式的な構成図である。増幅装置１００は、信号生成器１０と、第１増幅器１と、第２増幅器２と、第３増幅器３と、合成器の一形態であるシレー合成器２０と、を備えている。増幅装置１００の出力側は負荷Ｌに接続されている。なお、増幅装置１００の出力側は負荷Ｌではなく、アンテナが接続される構成でもよい。
【００２３】
信号生成器１０は、信号処理部１１としてのＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）と、ＤＡコンバータ１２、１３、１４と、ミキサ１５、１６、１７とを備えている。信号処理部１１は、検出部として機能する入力電力振幅判定部１１ａと、選択部として機能する制御部１１ｂと、アウトフェーズ信号生成部１１ｃと、ドハティ信号生成部１１ｄと、を備えている。ミキサ１５、１６、１７は、それぞれ、不図示のＲＦローカル信号が入力されている。
【００２４】
本実施形態では、複数の増幅器である第１増幅器１と、第２増幅器２と、第３増幅器３とが、並列に配置されて増幅器群を構成している。第１増幅器１と、第２増幅器２と、第３増幅器３とは、それぞれＦＥＴ（Field  Effect  Transistor）を用いて構成されている。第１増幅器１と、第２増幅器２と、第３増幅器３とは、いずれも、入力される信号を増幅して出力する。第１増幅器１および第２増幅器２を組み合わせて利用することにより、アウトフェーズ増幅部３０を実現している。また、第２増幅器２および第３増幅器３を組み合わせて利用することにより、ドハティ増幅部４０を実現している。このように、増幅器群は、増幅器の組み合わせによりアウトフェーズ増幅部３０とドハティ増幅部４０とを実現する。
【００２５】
増幅装置１００は、さらに電源部５０を備えている。電源部５０は、電圧制御を行う電圧制御部５１を有している。電源部５０は、増幅器群を構成する各増幅器に電力を供給する。本実施形態では、電源部５０は、第１増幅器１と、第２増幅器２と、第３増幅器３とに、電源電圧（ドレイン電圧）を印加する。第１増幅器１に印加されるドレイン電圧はドレイン電圧Ｖｄ１である。第２増幅器２に印加されるドレイン電圧はドレイン電圧Ｖｄ２である。第３増幅器３に印加されるドレイン電圧はドレイン電圧Ｖｄ３である。これにより、第１乃至第３増幅器１〜３のそれぞれに電力が供給される。電圧制御部５１は、後述するように、入力された指令信号に基づいて第１乃至第３増幅器１〜３のそれぞれに印加する電圧を制御する機能を有する。
【００２６】
シレー合成器２０は、第１合成点２１と、第２合成点２２と、リアクタンス補償素子２３、２４と、調整部２５、２６と、を備えている。
【００２７】
つぎに、各構成要素の構成や機能について具体的に説明する。信号生成器１０において、信号処理部１１は、入力信号Ｓ０を受け付ける。信号処理部１１において、入力電力振幅判定部１１ａは、増幅器群を構成する第１増幅器１、第２増幅器２および第３増幅器３の前段において、入力信号Ｓ０の振幅レベル（本実施形態では入力信号Ｓ０の電力の振幅レベル）を検出し、判定する。入力電力振幅判定部１１ａは、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルに応じて、制御部１１ｂに指令信号を出力する。
【００２８】
制御部１１ｂは、第１増幅器１、第２増幅器２および第３増幅器３のそれぞれの動作を制御する制御信号として、ゲート電圧（バイアス電圧）信号Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３を生成し、第１増幅器１、第２増幅器２、第３増幅器３のそれぞれのゲート端子に出力する。また、入力電力振幅判定部１１ａは、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルに応じて、アウトフェーズ信号生成部１１ｃまたはドハティ信号生成部１１ｄに指令信号を出力する。さらに、入力電力振幅判定部１１ａは、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルに応じて、電源部５０の電圧制御部５１に指令信号を出力する。
【００２９】
本実施形態では、入力電力振幅判定部１１ａは、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値より高いか、閾値以下かを判定することとする。なお、入力電力振幅判定部１１ａが入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルを判定する際には、所定期間内での平均電力の振幅レベルを判定してもよい。所定期間は、たとえば数〜数十ミリ秒、より具体的には１０ミリ秒であるが、特に限定はされない。
【００３０】
以下に詳述するように、選択部として機能する制御部１１ｂは、検出部として機能する入力電力振幅判定部１１ａで検出された入力信号Ｓ０の振幅レベルに応じて、アウトフェーズ増幅部３０で増幅して出力する、またはドハティ増幅部４０で増幅して出力するかを選択する。さらに、電源部５０は、電圧制御部５１の制御によって、入力電力振幅判定部１１ａで検出された入力信号Ｓ０の振幅レベルに基づいて、ドハティ増幅部４０のバックオフ点を変更する。本実施形態では、電源部５０は、入力信号Ｓ０の振幅レベルに基づいて、ドハティ増幅部４０のバックオフ点を変更するようにドハティ増幅部４０を構成する第１増幅器１および第３増幅器３のそれぞれに電力（ドレイン電圧）を供給する。
【００３１】
（入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値より高い場合）
入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値より高い場合、制御部１１ｂは、ゲート電圧信号Ｖｇ１として、第１増幅器１がＡＢ級またはＣ級の増幅器となるようにバイアスする値の電圧信号を第１増幅器１に出力する。また、制御部１１ｂは、ゲート電圧信号Ｖｇ２として、第２増幅器２が第１増幅器１と同級の増幅器となるようにバイアスする値の電圧信号を第２増幅器２に出力する。また、制御部１１ｂは、ゲート電圧信号Ｖｇ３として、第３増幅器３がＣ級以下の増幅器となるようにバイアスする、または動作をオフする値の電圧信号（０Ｖである場合もある）を第３増幅器３に出力する。すなわち、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値より高い場合、第１増幅器１は、ＡＢ級に相当する電圧である第１バイアス電圧に対応するゲート電圧信号Ｖｇ１が供給される。第２増幅器２は、第１バイアス電圧に対応するゲート電圧信号Ｖｇ２が供給される。第３増幅器３は、第１バイアス電圧とは異なり、Ｃ級に相当する電圧（ゼロを含む）である第２バイアス電圧に対応するゲート電圧信号Ｖｇ３が供給される。
【００３２】
さらに、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値より高い場合、制御部１１ｂは、アウトフェーズ信号生成部１１ｃに指令信号を出力する。アウトフェーズ信号生成部１１ｃは、入力信号Ｓ０に基づいて、アウトフェーズ信号Ｓ１１、Ｓ１２を生成する。ここで、アウトフェーズ信号Ｓ１１、Ｓ１２は、周知のように、入力信号Ｓ０を、一定振幅であって位相が異なる２つの信号に分離した信号である。アウトフェーズ信号Ｓ１１、Ｓ１２は、アウトフェーズ増幅部３０で増幅させる２つの信号であり、第１信号群を構成している。アウトフェーズ信号生成部１１ｃは、アウトフェーズ信号Ｓ１１、Ｓ１２のそれぞれを、ＤＡコンバータ１２、１３のそれぞれに出力する。
【００３３】
ＤＡコンバータ１２、１３は、それぞれ、第１信号群であるアウトフェーズ信号Ｓ１１、Ｓ１２のそれぞれをＤＡ変換し、ＤＡ変換後の信号をミキサ１５、１６のそれぞれに出力する。
【００３４】
ミキサ１５、１６は、それぞれ、ＤＡ変換されたアウトフェーズ信号Ｓ１１、Ｓ１２のそれぞれをＲＦ信号にアップコンバートして、アウトフェーズ増幅部３０を構成する第１増幅器１および第２増幅器２のそれぞれに出力する。
【００３５】
第１増幅器１および第２増幅器２は、それぞれ、ＲＦ信号とされたアウトフェーズ信号Ｓ１１、Ｓ１２のそれぞれを増幅してシレー合成器２０に出力する。このとき、第１増幅器１および第２増幅器２は、それぞれ飽和状態で動作している。
【００３６】
シレー合成器２０は、増幅されて出力された第１信号群であるアウトフェーズ信号Ｓ１１、Ｓ１２を、第１合成点２１において合成し、負荷Ｌに出力する。なお、調整部２５は、第１増幅器１から第１合成点２１までの伝送路の電気長がλ／４の奇数倍となるように調整する機能を有する。調整部２６は、第２増幅器２から第１合成点２１までの伝送路の電気長がλ／４の奇数倍となるように調整する機能を有する。また、リアクタンス補償素子２３、２４は、それぞれ、第１増幅器１および第２増幅器２から第１合成点２１までの伝送路のそれぞれにシャント接続されている。リアクタンス補償素子２３、２４は、互いに極性が逆であるキャパシタまたはインダクタであり、第１増幅器１と第２増幅器２との増幅器間で生じるリアクタンス成分を打ち消し合って補償し、効率の低下を抑制する。
【００３７】
（入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値以下の場合）
入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値以下の場合、制御部１１ｂは、ゲート電圧信号Ｖｇ１として、第１増幅器１がＣ級以下の増幅器となるようにバイアスする、または動作をオフする値の電圧信号（０Ｖである場合もある）を第１増幅器１に出力する。また、制御部１１ｂは、ゲート電圧信号Ｖｇ２として、第２増幅器２がＡ級、ＡＢ級、またはＢ級の増幅器となるようにバイアスする値の電圧信号を第２増幅器２に出力する。また、制御部１１ｂは、ゲート電圧信号Ｖｇ３として、第３増幅器３がＣ級の増幅器となるようにバイアスする値の電圧信号を第３増幅器３に出力する。これにより、第２増幅器２はキャリア増幅器として動作し、第３増幅器３はピーク増幅器として動作する。すなわち、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値より低い場合、第１増幅器１は、第２バイアス電圧に対応するゲート電圧信号Ｖｇ１が供給される。第２増幅器２は、第１バイアス電圧に対応するゲート電圧信号Ｖｇ２が供給される。第３増幅器３は、第２バイアス電圧に対応するゲート電圧信号Ｖｇ３が供給される。
【００３８】
また、入力電力振幅判定部１１ａは、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値以下の場合は、さらに当該振幅レベルと第１判定値、第２判定値との大小関係を判定する。そして、その判定結果に応じて、第２増幅器２および第３増幅器３に印加するドレイン電圧を変更する指令信号を電圧制御部５１に出力する。電源部５０は、電圧制御部５１の制御によって、以下のようにドレイン電圧を印加し、電力を供給する。
【００３９】
電源部５０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、入力信号Ｓ０の振幅レベルが閾値以下かつ第１判定値より高い場合は、第２増幅器２にドレイン電圧Ｖｄ２として第１電力に相当する第１ドレイン電圧を印加するとともに第３増幅器３にドレイン電圧Ｖｄ３として第２電力に相当する第２ドレイン電圧を印加する。また、電源部５０は、入力信号Ｓ０の振幅レベルが第１判定値以下かつ第２判定値より高い場合は、第２増幅器２にドレイン電圧Ｖｄ２として第１電力よりも低い第３電力に相当する第３ドレイン電圧（第１ドレイン電圧よりも低い）を印加するとともに第３増幅器３にドレイン電圧Ｖｄ３として第２電力よりも低い第４電力に相当する第４ドレイン電圧（第２ドレイン電圧よりも低い）を印加する。さらに、電源部５０は、入力信号Ｓ０の振幅レベルが第２判定値以下の場合は、第２増幅器２にドレイン電圧Ｖｄ２として第３電力よりも低い第５電力に相当する第５ドレイン電圧（第３ドレイン電圧よりも低い）を印加するとともに第３増幅器３にドレイン電圧Ｖｄ３として第４電力よりも低い第６電力に相当する第６ドレイン電圧（第４ドレイン電圧よりも低い）を印加する。このように、電源部５０は、入力信号Ｓ０の振幅レベルに基づいて、ドハティ増幅部４０を構成する第２増幅器２および第３増幅器３に供給する電力を複数段階（本実施形態では３段階）に変更する。
【００４０】
これにより、入力信号Ｓ０の振幅レベルが低下するにつれて、第１判定値、第２判定値を境界として第２増幅器２および第３増幅器３のそれぞれに供給される電力（印加させるドレイン電圧）が段階的（本実施形態では３段階）に低下する。これに応じて、ドハティ増幅部４０のバックオフ点も第１判定値、第２判定値を境界として段階的（本実施形態では３段階）に低下する。
【００４１】
さらに、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値以下の場合、制御部１１ｂは、ドハティ信号生成部１１ｄに指令信号を出力する。ドハティ信号生成部１１ｄは、入力信号Ｓ０に基づいて、ドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２を生成する。ここで、ドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２は、周知のように、入力信号Ｓ０を２つの信号に分離した信号である。ただし、ドハティ信号Ｓ２２はドハティ信号Ｓ２１に対して位相が９０°遅れている。ドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２は、ドハティ増幅部４０で増幅させる２つの信号であり、第２信号群を構成している。ドハティ信号生成部１１ｄは、ドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２のそれぞれを、ＤＡコンバータ１３、１４のそれぞれに出力する。
【００４２】
ＤＡコンバータ１３、１４は、それぞれ、第２信号群であるドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２のそれぞれをＤＡ変換し、ＤＡ変換後の信号をミキサ１６、１７のそれぞれに出力する。
【００４３】
ミキサ１６、１７は、それぞれ、ＤＡ変換されたドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２のそれぞれをＲＦ信号にアップコンバートして、ドハティ増幅部４０を構成する第２増幅器２および第３増幅器３のそれぞれに出力する。
【００４４】
第２増幅器２および第３増幅器３は、それぞれ、ＲＦ信号とされたドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２のそれぞれを増幅してシレー合成器２０に出力する。
【００４５】
シレー合成器２０は、増幅されて出力された第２信号群であるドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２を、第２合成点２２において合成し、第１合成点２１を経由して負荷Ｌに出力する。ここで、第２合成点２２は第２増幅器２と第１合成点２１との間の伝送路に配置されている。また、リアクタンス補償素子２４は第３増幅器３と第２合成点２２との間の伝送路に配置されている。なお、第２増幅器２から第２合成点２２までの伝送路の電気長は、λ／４の奇数倍となるように調整されている。また、第３増幅器３から第２合成点２２までの、リアクタンス補償素子２４も含む伝送路の電気長は、第２合成点２２においてドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２が同位相で合成されるように調整されている。
【００４６】
入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルと閾値との関係に対するゲート電圧信号Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３を表１に例示する。
【表１】
2020156024.tif 000003
【００４７】
増幅装置１００の動作状態に対するドレイン電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ３を表２に例示する。ここで、動作状態の一つである「アウトフェーズ」とは、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値より高く、アウトフェーズ増幅部３０が増幅を行っている状態を示す。動作状態の一つである「ドハティＡ」とは、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値以下かつ第１判定値より高く、ドハティ増幅部４０が増幅を行っている状態を示す。動作状態の一つである「ドハティＢ」とは、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが第１判定値以下かつ第２判定値より高く、ドハティ増幅部４０が増幅を行っている状態を示す。動作状態の一つである「ドハティＣ」とは、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが第２判定値以下であり、ドハティ増幅部４０が増幅を行っている状態を示す。各ドレイン電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ３は、「アウトフェーズ」の状態に対する相対値として示してある。表２に示すように、ドレイン電圧Ｖｄ２、Ｖｄ３は、「ドハティＡ」、「ドハティＢ」、「ドハティＣ」と状態が遷移するにつれて値が低くなる。具体的には、Ｖｄ１：Ｖｄ２：Ｖｄ３は、「アウトフェーズ」では、１：１：１、であるが、「ドハティＡ」では、１：０．７３：１、であり、「ドハティＡ」では、１：０．５８４：０．８、であり、「ドハティＡ」では、１：０．４３８：０．６、である。なお、表２に例示する比率は一例であって、所望のバックオフ点を実現するように比率を変更できる。
【表２】
2020156024.tif 000004
【００４８】
上記のように構成された増幅装置１００では、第１増幅器１、第２増幅器２、および第３増幅器３の３つの増幅器を用い、アウトフェーズ増幅部３０とドハティ増幅部４０とで第２増幅器２を共有した構成としている。そして、増幅装置１００では、入力信号の電力の振幅レベルに応じてアウトフェーズ増幅とドハティ増幅とを切り替えている。これにより、増幅装置１００は、ダイナミックレンジが広い場合でも高効率であり、かつ回路規模が小さいものとなる。また、特許文献１の構成と比較して、アウトフェーズ増幅を行う際の合成点を削減できるので、合成損失を低減でき、より高効率となる。
【００４９】
さらに、上記のように構成された増幅装置１００では、ドハティ増幅部４０のバックオフ点が第１判定値、第２判定値を境界として複数段階（本実施形態では３段階）で低下する。これにより、増幅装置１００は、ダイナミックレンジをより広くしながらも高効率を維持し、かつ消費電力を低減できる。
【００５０】
上記のように構成された増幅装置１００における、入力信号のバックオフ値に対する電力効率ηの例を、図３を参照して説明する。図３において、バックオフ値は、設計された最大入力信号電力（ピーク電力）を基準とした、入力信号電力の平均レベルを示している。すなわち、バックオフ値は、（平均電力／ピーク電力）である。バックオフ値は、図３ではｄＢ単位で表示している。曲線Ｌ１はアウトフェーズ増幅部３０で増幅した場合の入力信号のバックオフ値に対する電力効率ηの関係を示す曲線である。曲線Ｌ１はアウトフェーズ増幅部３０で増幅した場合のバックオフ点が−６ｄＢｄＢとなるように設計した場合である。アウトフェーズ増幅部３０におけるバックオフ点は、アウトフェーズ増幅部３０が飽和動作するバックオフ値の最小値である。また、曲線Ｌ２は「ドハティＡ」状態にあるドハティ増幅部４０で増幅した場合の入力信号のバックオフ値に対する電力効率ηの関係を示す曲線である。曲線Ｌ３は「ドハティＢ」状態にあるドハティ増幅部４０で増幅した場合である。曲線Ｌ４は「ドハティＣ」状態にあるドハティ増幅部４０で増幅した場合である。ドハティ増幅部４０における、最大入力信号電力値に対するキャリア増幅器（第２増幅器２）のみが動作するバックオフ値の最大値を、バックオフ点とすると、「ドハティＡ」、「ドハティＢ」、「ドハティＣ」のいずれの状態においても、バックオフ点は−７．５ｄＢである。また、図３に示す例では、閾値Ｔｈ１は曲線Ｌ１と曲線Ｌ２とが交差する点、閾値Ｔｈ２は曲線Ｌ１と曲線Ｌ３とが交差する点、閾値Ｔｈ３は曲線Ｌ１と曲線Ｌ４とが交差するとしている。閾値Ｔｈ１は閾値であり、バックオフ値は約−９ｄＢである。閾値Ｔｈ２は第１判定値であり、バックオフ値は約−１１ｄＢである。閾値Ｔｈ３は第２判定値であり、バックオフ値は約−１３ｄＢである。
【００５１】
図３に示す例では、閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３となるバックオフ値を、アウトフェーズ増幅部３０で増幅した場合のバックオフ点以下、かつ「ドハティＡ」、「ドハティＢ」、「ドハティＣ」のいずれかの状態のドハティ増幅部４０で増幅した場合のバックオフ動作領域の値であって、かつ曲線Ｌ１と曲線Ｌ２、曲線Ｌ３または曲線Ｌ４との交差点としている。これにより、増幅装置１００は、曲線Ｌ５で示すような特性となるので、電力効率ηが約０．６以上という高効率な状態において、約−１３ｄＢというダイナミックレンジの広さを実現することができる。したがって、たとえばこの増幅装置１００の運用中に所望の効率とすべきピーク電力が変化しても、ドハティ増幅部４０のバックオフ点を変更することで対応することができる。さらには、ドレイン電圧Ｖｄ２、Ｖｄ３を複数段階（図３に示す例では３段階）に変更させるので、ドレイン電圧を連続的に変更させる場合よりも電源部５０に必要な帯域は狭くなり、増幅装置１００の回路規模の小型化に寄与し、かつ制御処理も軽減される。さらには、入力信号Ｓ０の振幅レベルに応じてドレイン電圧Ｖｄ２、Ｖｄ３を変更して「ドハティＡ」、「ドハティＢ」、「ドハティＣ」の各状態を実現しているので、ドレイン電圧Ｖｄ２、Ｖｄ３が過剰な電圧値に設定されることを抑制できる。その結果、増幅装置１００の低消費電力化が実現され、より一層の高効率を実現できる。
【００５２】
また、電源部５０は、入力信号Ｓ０の振幅レベルが閾値以下の場合、入力信号Ｓ０のダイナミックレンジに基づいて、第２増幅器２および第３増幅器３に供給する電力を一または複数段階で変更する構成でもよい。例えば、入力信号Ｓ０を所定時間計測したときのダイナミックレンジが図３に示す範囲Ｄ１の場合、電源部５０は、閾値Ｔｈ１において「ドハティＡ」に切り替えるようにドレイン電圧Ｖｄ２，Ｖｄ３を変更し、また、閾値Ｔｈ２において「ドハティＢ」に切り替えるようにドレイン電圧Ｖｄ２，Ｖｄ３を変更する。なお、電源部５０は、閾値Ｔｈ１および閾値Ｔｈ２のいずれか一方のみでドレイン電圧を変更する構成でもよい。
【００５３】
また、入力信号Ｓ０を所定時間計測したときのダイナミックレンジが図３に示す範囲Ｄ２の場合、電源部５０は、閾値Ｔｈ１において「ドハティＡ」に切り替えるようにドレイン電圧Ｖｄ２，Ｖｄ３を変更し、また、閾値Ｔｈ２において「ドハティＢ」に切り替えるようにドレイン電圧Ｖｄ２，Ｖｄ３を変更し、閾値Ｔｈ３において「ドハティＣ」に切り替えるようにドレイン電圧Ｖｄ２，Ｖｄ３を変更する。なお、電源部５０は、閾値Ｔｈ１、閾値Ｔｈ２および閾値Ｔｈ３のいずれか一つ、またはいずれか二つでドレイン電圧を変更する構成でもよい。なお、入力信号Ｓ０のダイナミックレンジは、入力電力振幅判定部１１ａによって算出される。入力電力振幅判定部１１ａは、入力信号Ｓ０を所定時間計測し、入力信号Ｓ０の最小値と最大値とに基づいてダイナミックレンジを算出する。
【００５４】
（実施形態２）
図４は、実施形態２に係る増幅装置の模式的な構成図である。増幅装置１００Ａは、図１に示す実施形態１に係る増幅装置１００において、信号生成器１０を信号生成器１０Ａに置き換え、第３増幅器３を削除して第３増幅器３Ａ、３Ｂを追加した構成を有する。第３増幅器３Ａ、３Ｂはいずれも第３増幅器３と同様の構成を有するが、第３増幅器３Ａ、３Ｂの２つで第３増幅器３と同じ機能を有するように構成されている。第２増幅器２および第３増幅器３Ａ、３Ｂを組み合わせて利用することにより、ドハティ増幅部４０Ａを実現している。すなわち、並列に配置された複数（本実施形態では２つ）の増幅器である第３増幅器３Ａ、３Ｂが、第３増幅器３に相当する構成となっている。第１増幅器１、第２増幅器２および第３増幅器３Ａ、３Ｂが増幅器群を構成している。
【００５５】
信号生成器１０Ａは、信号生成器１０の構成において、ＤＡコンバータ１４を削除して、ＤＡコンバータ１４Ａ、１４Ｂを追加し、ミキサ１７を削除してミキサ１７Ａ、１７Ｂを追加した構成を有する。ＤＡコンバータ１４Ａ、１４ＢはいずれもＤＡコンバータ１４と同様の構成を有する。ミキサ１７Ａ、１７Ｂはいずれもミキサ１７と同様の構成を有する。また、第１増幅器１に印加されるドレイン電圧はドレイン電圧Ｖｄ１Ａである。第２増幅器２に印加されるドレイン電圧はドレイン電圧Ｖｄ２Ａである。第３増幅器３Ａに印加されるドレイン電圧はドレイン電圧Ｖｄ３Ａである。第３増幅器３Ｂに印加されるドレイン電圧はドレイン電圧Ｖｄ３Ｂである。
【００５６】
増幅装置１００Ａは、ピークアンプとして動作する２つの第３増幅器３Ａ、３Ｂを有することによって、増幅装置１００とは増幅装置１００Ａとは異なる動作をする。
【００５７】
（入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値より高い場合）
この場合、増幅装置１００Ａの動作は上述した増幅装置１００と同様である。
【００５８】
（入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値以下の場合）
入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値以下の場合、制御部１１ｂは、ゲート電圧信号Ｖｇ１Ａとして、第１増幅器１がＣ級以下の増幅器となるようにバイアスする、または動作をオフする値の電圧信号（０Ｖである場合もある）を第１増幅器１に出力する。また、制御部１１ｂは、ゲート電圧信号Ｖｇ２Ａとして、第２増幅器２がＡ級、ＡＢ級、またはＢ級の増幅器となるようにバイアスする値の電圧信号を第２増幅器２に出力する。また、制御部１１ｂは、ゲート電圧信号Ｖｇ３Ａとして、第３増幅器３ＡがＣ級の増幅器となるようにバイアスする値の電圧信号を第３増幅器３に出力する。また、制御部１１ｂは、ゲート電圧信号Ｖｇ３Ｂとして、第３増幅器３ＢがＣ級の増幅器となるようにバイアスする値の電圧信号を第３増幅器３Ｂに出力する。これにより、第２増幅器２はキャリア増幅器として動作し、第３増幅器３Ａ、３Ｂはピーク増幅器として動作する。すなわち、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値より低い場合、第１増幅器１は、第２バイアス電圧に対応するゲート電圧信号Ｖｇ１Ａが供給される。第２増幅器２は、第１バイアス電圧に対応するゲート電圧信号Ｖｇ２Ａが供給される。第３増幅器３Ａ、３Ｂは、第２バイアス電圧に対応するゲート電圧信号Ｖｇ３Ａ、Ｖｇ３Ｂが供給される。
【００５９】
電源部５０は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、入力信号Ｓ０の振幅レベルが閾値以下かつ第１判定値より高い場合は、第２増幅器２にドレイン電圧Ｖｄ２Ａとして第１電力に相当する第１ドレイン電圧を印加するとともに第３増幅器３Ａ、３Ｂにドレイン電圧Ｖｄ３Ａ、Ｖｄ３Ｂとして第２電力に相当する第２ドレイン電圧を印加する。また、電源部５０は、入力信号Ｓ０の振幅レベルが第１判定値以下かつ第２判定値より高い場合は、第２増幅器２にドレイン電圧Ｖｄ２Ａとして第１電力よりも低い第３電力に相当する第３ドレイン電圧（第１ドレイン電圧よりも低い）を印加するとともに第３増幅器３Ａ、３Ｂにドレイン電圧Ｖｄ３Ａ、Ｖｄ３Ｂとして第２電力よりも低い第４電力に相当する第４ドレイン電圧（第２ドレイン電圧よりも低い）を印加する。さらに、電源部５０は、入力信号Ｓ０の振幅レベルが第２判定値以下の場合は、第２増幅器２にドレイン電圧Ｖｄ２Ａとして第３電力よりも低い第５電力に相当する第５ドレイン電圧（第３ドレイン電圧よりも低い）を印加するとともに第３増幅器３Ａ、３Ｂにドレイン電圧Ｖｄ３Ａ、Ｖｄ３Ｂとして第４電力よりも低い第６電力に相当する第６ドレイン電圧（第４ドレイン電圧よりも低い）を印加する。このように、電源部５０は、入力信号Ｓ０の振幅レベルに基づいて、ドハティ増幅部４０を構成する第２増幅器２および第３増幅器３Ａ、３Ｂに供給する電力を複数段階（本実施形態では３段階）に変更する。
【００６０】
これにより、入力信号Ｓ０の振幅レベルが低下するにつれて、ドハティ増幅部４０Ａのバックオフ点も第１判定値、第２判定値を境界として複数段階（本実施形態では３段階）で段階的に低下する。
【００６１】
さらに、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルが閾値以下の場合、制御部１１ｂは、ドハティ信号生成部１１ｄに指令信号を出力する。ドハティ信号生成部１１ｄは、入力信号Ｓ０に基づいて、ドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２Ａ、Ｓ２２Ｂを生成する。ここで、ドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２Ａ、Ｓ２２Ｂは、入力信号Ｓ０を周知のように２つのドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２に分離し、ドハティ信号Ｓ２２をさらにドハティ信号Ｓ２２Ａ、Ｓ２２Ｂに分離した信号である。ただし、ドハティ信号２２Ａ、Ｓ２２Ｂはドハティ信号Ｓ２１に対して位相が９０°遅れている。ドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２Ａ、Ｓ２２Ｂは、ドハティ増幅部４０Ａで増幅させる第２信号群を構成している。ドハティ信号生成部１１ｄは、ドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２Ａ、Ｓ２２Ｂのそれぞれを、ＤＡコンバータ１３、１４Ａ、１４Ｂのそれぞれに出力する。
【００６２】
ＤＡコンバータ１３、１４Ａ、１４Ｂは、それぞれ、ドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２Ａ、Ｓ２２ＢのそれぞれをＤＡ変換して、ミキサ１６、１７Ａ、１７Ｂのそれぞれに出力する。
【００６３】
ミキサ１６、１７Ａ、１７Ｂは、それぞれ、ＤＡ変換されたドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２Ａ、Ｓ２２ＢのそれぞれをＲＦ信号にアップコンバートして、ドハティ増幅部４０Ａを構成する第２増幅器２および第３増幅器３Ａ、３Ｂのそれぞれに出力する。
【００６４】
第２増幅器２および第３増幅器３Ａ、３Ｂは、それぞれ、ＲＦ信号とされたドハティ信号Ｓ２１、Ｓ２２Ａ、Ｓ２２Ｂのそれぞれを増幅してシレー合成器２０に出力する。リアクタンス補償素子２４の前段においてドハティ信号Ｓ２２Ａ、Ｓ２２Ｂは同位相で合成される。
【００６５】
シレー合成器２０は、増幅されて出力されたドハティ信号Ｓ２１、増幅されて出力された後合成されたドハティ信号Ｓ２２Ａ、Ｓ２２Ｂを、第２合成点２２において同位相で合成し、第１合成点２１を経由して負荷Ｌに出力する。
【００６６】
増幅装置１００Ａにおける、入力信号Ｓ０の電力の振幅レベルと閾値との関係に対するゲート電圧信号Ｖｇ１Ａ、Ｖｇ２Ａは、表１に例示するゲート電圧信号Ｖｇ１、Ｖｇ２の値と同じであってよい。ゲート電圧信号Ｖｇ３Ａ、Ｖｇ３Ｂは、表１に例示するゲート電圧信号Ｖｇ３の値と同じであってよい。
【００６７】
また、増幅装置１００Ａの動作状態に対するドレイン電圧Ｖｄ１Ａ、Ｖｄ２Ａは、表２に例示するドレイン電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２の値と同じであってよい。ドレイン電圧Ｖｄ３Ａ、Ｖｄ３Ｂは、表２に例示するドレイン電圧Ｖｄ３の値と同じであってよい。
【００６８】
上記のように構成された増幅装置１００Ａでは、増幅装置１００と同様に、電力効率ηが高効率な状態において、広いダイナミックレンジを実現することができる。また、特許文献１の構成と比較して、アウトフェーズ増幅を行う際の合成点を削減できるので、合成損失を低減でき、より高効率となる。
【００６９】
さらに、上記のように構成された増幅装置１００Ａでは、ドハティ増幅部４０Ａのバックオフ点を第１判定値、第２判定値を境界として低下することにより、ダイナミックレンジをより広くしながらも高効率を維持し、かつ消費電力を低減できる。
【００７０】
上記のように構成された増幅装置１００Ａにおける、入力信号のバックオフ値に対する電力効率ηの例は、図３と同様に表すことができる。したがって、たとえばこの増幅装置１００Ａの運用中に所望の効率とすべきピーク電力が変化しても、ドハティ増幅部４０Ａのバックオフ点を変更することで対応することができる。さらには、ドレイン電圧Ｖｄ２、Ｖｄ３Ａ、Ｖｄ３Ｂを複数段階に変更させるので、電源部５０に必要な帯域は狭くなり、増幅装置１００Ａの回路規模の小型化に寄与し、かつ制御処理も軽減される。さらには、増幅装置１００Ａの低消費電力化が実現され、より一層の高効率を実現できる。
【００７１】
なお、実施形態１、２において、第１増幅器、第２増幅器、および第３増幅器は、最大出力電力が等しくてもよいし、異なっていてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、各ＤＡコンバータの後段に、ＲＦ信号へのアップコンバージョンを行うミキサが設けられている。ただし、各ＤＡコンバータとして、ＤＡ変換して直接ＲＦ信号を出力できるＲＦ  ＤＡＣを用いれば、ミキサを設けなくてもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、第２増幅器および第３増幅器に印加するドレイン電圧を３段階で変更しているが、４段階以上で変更してもよいし、２段階で変更してもよい。
【００７４】
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１  第１増幅器
２  第２増幅器
３、３Ａ、３Ｂ  第３増幅器
１０、１０Ａ  信号生成器
１１  信号処理部
１１ａ  入力電力振幅判定部
１１ｂ  制御部
１１ｃ  アウトフェーズ信号生成部
１１ｄ  ドハティ信号生成部
１２、１３、１４、１４Ａ、１４Ｂ  ＤＡコンバータ
１５、１６、１７Ａ、１７Ｂ  ミキサ
２０  シレー合成器
２１  第１合成点
２２  第２合成点
２３、２４  リアクタンス補償素子
２５、２６  調整部
３０  アウトフェーズ増幅部
４０、４０Ａ  ドハティ増幅部
５０  電源部
５１  電圧制御部
１００、１００Ａ  増幅装置
Ｌ  負荷
Ｓ０  入力信号
Ｓ１１、Ｓ１２  アウトフェーズ信号
Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２２Ａ、Ｓ２２Ｂ  ドハティ信号
Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３  閾値
Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ３、Ｖｄ３Ａ、Ｖｄ３Ｂ  ドレイン電圧
Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３、Ｖｇ３Ａ、Ｖｇ３Ｂ  ゲート電圧信号
【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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