(57)【要約】      （修正有）【課題】ドハティ増幅器と一般的な歪補償方式とを組み合わせた高周波増幅装置のゲインを向上させて、歪補償量をＡＢ級増幅器における歪補償量に近づけ、一層の高効率を図ることができる高周波増幅装置を提供する。【解決手段】２倍波発生部を有する２倍波注入ドハティ増幅器１０と、アダプティブバイアス制御回路１１６と、プレディストーションによる歪補償部とを備え、ドハティ増幅部のキャリア増幅器に、２倍波発生部で生成して位相及び振幅を調整した２次高調波を注入して低入力レベル時のゲインを向上させると共に、アダプティブバイアス制御回路１１６が、ピーク増幅器のゲート電圧を入力レベルに応じて適切に制御して、飽和付近のゲインを向上させ、歪補償量を改善する高周波増幅装置としている。【選択図】図１
2010154459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＢ級で動作するキャリア増幅器と、Ｂ級又はＣ級で動作するピーク増幅器路とを有し、前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器の出力を合成して出力するドハティ増幅器を備えた高周波増幅装置であって、
入力された基本周波数の信号から２次高調波を発生し、前記２次高調波の位相及び振幅を調整して、前記ドハティ増幅器のキャリア増幅器、又は前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器の双方に出力する２次高調波発生回路と、
前記ドハティ増幅器への入力レベルに応じて前記ドハティ増幅器のピーク増幅器のゲート電圧を制御するアダプティブバイアス制御回路とを備えたことを特徴とする高周波増幅装置。
【請求項２】
ドハティ増幅器で発生する非線形歪を補償する歪補償回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の高周波増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を増幅する高周波増幅装置に係り、特にドハティ増幅器と一般的な歪補償とを組み合わせた場合の歪補償特性を向上させて、電力変換効率の一層の向上を図ることができる高周波増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明］
高速データ通信を実現するため、互いに直交する複数のキャリアを用いるＯＦＤＭ（直交周波数多重変調方式：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）が、無線ＬＡＮや地上波ディジタル放送などの分野において採用されている。しかし、ＯＦＤＭによる変調は多数のキャリアを用いているために、信号波形のピーク電力対平均電力比（ＰＡＰＲ）が高くなるという欠点がある。
そこで、このようなマイクロ波信号を増幅するには、増幅器の実動作時における平均電力と飽和電力との差として与えられるバックオフを十分に大きな状態で動作させる必要がある。
しかし、一般的な増幅器では、バックオフの大きな状態では効率が大幅に低下するというトレイドオフの関係があり、高い効率は、増幅器の出力が最大出力電力に近づくまで得られない。
【０００３】
［ドハティ増幅器］
出力レベルが高く高効率な増幅器として、ドハティ増幅器が知られている。
ドハティ増幅器は、ＡＢ級にバイアスされたキャリア増幅器と、Ｃ級にバイアスされたピーク増幅器を並列で利用する。通常はキャリア増幅器が動作するが、瞬時的な大きいピーク成分はピーク増幅器を起動し、出力端でキャリア増幅器と合成する。通常はキャリア増幅器だけが少ないバックオフで動作するので、ＡＢ級の単体動作に比べて高効率を得られる。
ドハティ増幅器の構成及び動作は例えば特開２００８−１２５０４４号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００４】
［歪補償］
また、増幅器の非線形歪を補償する一般的な歪補償方式としては、フィードフォワード歪補償、フィードバック歪補償、プレディストーション歪補償がある。
［プレディストーション方式：図９］
ここで、従来の歪補償方式の一例について図９を用いて説明する。図９は、一般的なプレディストーション歪補償機能を備えた増幅装置の概略構成ブロック図である。
プリディストーションは、電力増幅器の逆特性を前段に設けることで、相互変調歪を低減する方法であり、この逆特性を、温度変化や個体差に応じて適応的に制御する。
【０００５】
図９に示すように、プレディストーション歪補償機能を備えた従来の増幅装置は、プリディストータ１０１と、Ｄ／Ａ変換器１０２と、直交変調器１０３と、発振器１０４と、電力増幅器１０５と、方向性結合器１０６と、ミキサ１０７と、発振器１０８と、Ａ／Ｄ変換器１０９と、歪検出部１１２と、制御部１１８とから構成されている。歪検出部１１２は更に、ＦＦＴ演算部（図ではＦＦＴ）１１０と、ＩＭ演算部１１１とから構成されている。
【０００６】
プリディストータ１０１は、制御部１１８からの指示に従って入力信号に対して非線形歪の逆特性を付加する歪補償を行う。
Ｄ／Ａ変換器１０２は、歪補償されたディジタル入力信号をアナログ信号に変換する。
発振器１０４は、ＲＦ周波数を発振するものである。
直交変調器１０３は、入力されたアナログ信号を直交変調して発振器１０４の周波数でアップコンバートする。
電力増幅器１０５は、入力されたＲＦ信号を所定の増幅率で増幅して出力する。
【０００７】
方向性結合器１０６は、電力増幅器１０５からの出力信号を分岐してフィードバックする。
ミキサ１０７は、発振器１０８からの信号と方向性結合器１０６から分岐された信号とを合成してＩＦ周波数にダウンコンバートする。
Ａ／Ｄ変換器１０９は、ダウンコンバートされた信号をクロック２（CLK2）でＡ／Ｄ変換してサンプリングする。
【０００８】
歪検出部１１２は、入力されたサンプリング信号に含まれる歪を検出して歪値として制御部１１８に出力する。
歪検出部１１２のＦＦＴ演算部１１０は、入力された信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform；高速フーリエ変換）によってスペクトラムを求める。
ＩＭ演算部１１１は、変調信号のキャリア数とその離調周波数から相互変調歪の周波数を算出し、スペクトラムに基づいて、当該周波数における電力値を歪値として制御部１１８に出力する。
そして、制御部１１８は、入力された歪値が小さくなるようにプリディストータ１０１を適応的に制御する。
【０００９】
上記構成の増幅装置における動作について説明する。
デジタルＩ／Ｑ形式で入力されたＩＦ周波数の入力信号は、プリディストータ１０１で非線形歪が歪補償されて、Ｄ／Ａ変換器１０２でアナログ信号に変換され、直交変調器１０３で直交変調されると共にＲＦ周波数にアップコンバートされ、電力増幅器１０５で所定の増幅率で増幅されて出力される。
【００１０】
一方、電力増幅器１０５の出力の一部は、方向性結合器１０６によって取り出され、ミキサ１０７でＩＦ周波数にダウンコンバートされ、Ａ／Ｄ変換器１０９でディジタル信号に変換されて、歪検出部１１２のＦＦＴ演算部１１０によってスペクトラム検出され、ＩＭ演算部１１１で算出された相互変調歪（ＩＭ３，ＩＭ５）における電力値を算出し、歪値として制御部１１８に出力される。
そして、制御部１１８が、歪値を小さくするよう、プリディストータ１０１を適応的に制御するようになっている。
【００１１】
増幅装置の非線形特性が相互変調歪として現れるのは、奇数次歪であるため、増幅装置の非線形の逆特性を付加するプリディストータにおける処理は式（１）で近似できる。
ｙ＝ｘ＋α・|ｘ|2・ｘ＋β・｜ｘ｜4・ｘ＋γ・｜ｘ｜6・ｘ            式（１）
ここで、ｘ、ｙはプリディストータ１０１の入力信号及び出力信号であり、複素数である。制御部１１８は、歪検出部１１２で得られた歪値が小さくなるように、摂動法を用いてα、β、γの値を制御する。
【００１２】
［プリディストータの構成：図１０］
ここで、プリディストータ１０１の概略構成について図１０を用いて説明する。図１０は、プリディストータ１０１の概略構成を示すブロック図である。
図１０に示すように、プリディストータ１０１は、複数の乗算器と加算器を備え、入力信号（ｘ）から、３乗、５乗、７乗の成分を算出し、各々に係数α、β、γを乗算して式（１）に基づいて出力信号（ｙ）を得る構成となっている。
【００１３】
α、β、γは複素数で、
α = Ａ３・ｅｘｐ（j*Φ３）
β = Ａ５・ｅｘｐ（j*Φ５）
γ = Ａ７・ｅｘｐ（j*Φ７）                      式（２）
と表される。
そこで、制御部１１８ではこれらの係数を、Φ３→Ａ３→Φ５→Ａ５→Φ７→Ａ７→Φ３…の順番で摂動法によって循環的に制御する。
【００１４】
［制御における制御：図１１］
制御部１１８における摂動法を用いた制御について図１１を用いて説明する。図１１は、制御部１１８における摂動法を用いた制御を示すフローチャート図である。
図１１に示すように、制御部１１８は、処理が開始されると、まず初期設定として更新対象係数（Ｋ、ここではまずΦ３）の設定、設定回数、前回の歪値の読み込みを行う（２００）。
【００１５】
そして、歪検出部１１２において算出された現在の歪値が入力されると、制御部１１８は、現在の歪値と前回の歪値との大小を比較し（２０１）、現在の歪値の方が小さくなっていれば（Ｙｅｓの場合）更に同じ方向に係数を更新する（Ｋ＝Ｋ＋Step）（２０３）。
また、処理１０１において歪値が大きくなっていれば（Ｎｏの場合）、制御部１１８は、更新方向を反転（Step=Step * （−１））させて（２０２）、処理２０３に移行して係数の更新を行う。
【００１６】
次に、制御部１１８は、同じ係数（ここではΦ３）を連続して何回更新したかをカウントし（２０４）、処理２０１において「現在の歪値」として検出した歪値を保存する（２０５）。ここで保存した歪値は次回の処理２０１で「前回の歪値」として用いるものである。
そして、制御部１１８は、記憶されている更新回数と処理２００の初期設定において設定しておいた設定回数とを比較し（２０６）、更新回数が設定回数以下であれば（Ｎｏの場合）処理２０１に戻って、Φ３の係数更新を繰り返す。
【００１７】
また、処理２０６において、更新回数が設定回数を超えた場合（Ｙｅｓの場合）には、制御部１１８は、更新対象係数を変更する（２０７）。ここでは、更新対象係数をΦ３からＡ３に変更する。そして、制御部１１８は、記憶されている更新回数をクリアする（２０８）。
制御部１１８では、このような摂動法を用いた制御によって歪値が小さくなるようにプリディストータ１０１の係数を制御する。このようにして、増幅装置における非線形の逆特性を、べき級数を用いたプリディストータで近似することができ、歪補償が可能となるものである。
【００１８】
［歪補償を備えたドハティ増幅器］
尚、一般的なドハティ増幅器と一般的な歪補償方式とを組み合わせて、ドハティ増幅器における非線形性を抑え、一層の効率向上を図る増幅装置も考案されている
【００１９】
［先行技術文献］
尚、高効率化を図る増幅器に関する先行技術としては、特開２００５−２０４２０８号公報（特許文献２）がある。
特許文献２には、増幅対象となる基本波信号に対する奇数次の高調波信号を発生させ、当該奇数次の高調波信号を増幅対象となる基本波信号と合成して矩形波信号を生成し、矩形波信号を能動素子により増幅し、当該能動素子の出力端から負荷側を見た場合における奇数次の高調波信号に対するインピーダンスの値を無限大とすると共に、偶数次の高調波信号に対するインピーダンスの値をゼロとするようにして、高効率化を実現できる増幅器が記載されている。
【００２０】
【特許文献１】特開２００８−１２５０４４号公報
【特許文献２】特開２００５−２０４２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、一般的なドハティ増幅器と一般的な歪補償方式とを組み合わせた従来の高周波増幅装置では、ドハティ増幅器のゲインが飽和付近及び低入力時において低下しているために、歪補償量が従来のＡＢ級増幅器の歪補償量と比較して低くなってしまい、相互変調歪の劣化のために効率を限界まで引き出すことができないという問題点があった。
【００２２】
尚、上記特許文献１では、奇数次高調波を増幅器入力に注入することは記載されているが、偶数次高周波を注入することは記載されていない。
【００２３】
本発明は、上記実情を鑑みて為されたもので、ドハティ増幅器と一般的な歪補償方式とを組み合わせた高周波増幅装置のゲインを向上させ、歪補償量をＡＢ級増幅器における歪補償量に近づけ、一層の高効率を図ることができる高周波増幅装置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】
【００２４】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、ＡＢ級で動作するキャリア増幅器と、Ｂ級又はＣ級で動作するピーク増幅器路とを有し、キャリア増幅器とピーク増幅器の出力を合成して出力するドハティ増幅器を備えた高周波増幅装置であって、入力された基本周波数の信号から２次高調波を発生し、２次高調波の位相及び振幅を調整して、ドハティ増幅器のキャリア増幅器、又は前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器の双方に出力する２次高調波発生回路と、ドハティ増幅器への入力レベルに応じてドハティ増幅器のピーク増幅器のゲート電圧を制御するアダプティブバイアス制御回路とを備えたことを特徴としている。
【００２５】
また、本発明は、上記高周波増幅装置において、ドハティ増幅器で発生する非線形歪を補償する歪補償回路を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ドハティ増幅器を備えた高周波増幅装置であって、入力された基本周波数の信号から２次高調波を発生し、２次高調波の位相及び振幅を調整して、ドハティ増幅器のキャリア増幅器、又は前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器の双方に出力する２次高調波発生回路と、ドハティ増幅器への入力レベルに応じてドハティ増幅器のピーク増幅器のゲート電圧を制御するアダプティブバイアス制御回路とを備えた高周波増幅装置としているので、増幅器への２次高調波の注入により低入力レベル時のゲインを向上させると共に、入力レベルに応じてピーク増幅器のゲート電圧を制御することにより飽和付近のゲインを向上させることができ、一層の効率化を図ることができる効果がある。
【００２７】
また、本発明によれば、ドハティ増幅器で発生する非線形歪を補償する歪補償回路を備えた上記高周波増幅装置としているので、ドハティ増幅器と一般的な歪補償との組み合わせであってもＡＢ級増幅器に近い十分な歪補償量を実現し、更なる効率化を図ることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
［発明の概要］
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高周波増幅装置は、ドハティ増幅器とプリディストーション歪補償とを組み合わせた構成の増幅装置であって、ドハティ増幅器のピーク増幅器のバイアス電圧を入力レベルに応じて制御するアダプティブバイアス制御回路を備えて、飽和付近でのゲインを向上させると共に、キャリア増幅器の入力に位相及び振幅を調整した２次高調波を注入する２次高調波発生部を備えて、低入力時におけるゲインを向上させ、飽和付近及び低入力時のゲイン低下による歪補償の劣化を抑制し、歪補償特性を向上させて増幅器全体の効率を向上を図ることができるものである。
【００２９】
また、本発明の実施の形態に係る高周波増幅装置は、上記構成に加えて２次高調波をピーク増幅器にも注入することにより、一層の効率向上を図ることができるものである。
【００３０】
［第１の実施の形態：図１］
本発明の第１の実施の形態に係る高周波増幅装置について図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る高周波増幅装置（第１の増幅装置）の構成ブロック図である。
図１に示すように、第１の増幅装置は、プリディストータ１０１と、Ｄ／Ａ変換器１０２と、直交変調器１０３と、発振器１０４と、２倍波注入ドハティ増幅器１０と、方向性結合器１０６と、ミキサ１０７と、発振器１０８と、Ａ／Ｄ変換器１０９と、歪検出部１１２と、制御部１１８と、アダプティブバイアス制御回路１１６と、遅延補正回路１１５と、方向性結合器１１９とを備えている。歪検出部１１２は更に、ＦＦＴ演算部１１０と、ＩＭ演算部１１１とから構成されている。
【００３１】
上記構成部分の内、プリディストータ１０１と、Ｄ／Ａ変換器１０２と、直交変調器１０３と、発振器１０４と、方向性結合器１０６と、ミキサ１０７と、発振器１０８と、Ａ／Ｄ変換器１０９と、歪検出部１１２と、制御部１１８は、プリディストーションによる歪補償を行う部分（歪補償部）であり、図９に示した従来のプリディストーション機能を備えた増幅装置における各部と構成及び動作が同一であるため、ここでは説明を省略する。
【００３２】
第１の増幅装置における特徴部分について説明する。
方向性結合器１１９は、直交変調器１０３から出力された信号を分岐する。
遅延補正回路１１５は、伝送線路やフィルタ等で構成され、入力された信号を、アダプティブバイアス回路１１６に分岐された信号に合わせて遅延する。
アダプティブバイアス回路１１６は、入力レベルに応じて、２倍波注入ドハティ増幅器１０のピーク増幅器のバイアス電圧を制御する。アダプティブバイアス回路１１６の構成については後で説明する。
２倍波注入ドハティ増幅器１０は、一般的なドハティ増幅器の構成に加えて、キャリア増幅器の入力に２次高調波を注入する２倍波発生部を備えたものである。２倍波発生部の構成については後で説明する。
【００３３】
［アダプティブバイアス制御回路１１６：図２］
次に、アダプティブバイアス制御回路１１６の構成について図２を用いて説明する。図２は、アダプティブバイアス制御回路１１６の構成例を示す回路図である。
図２に示すように、アダプティブバイアス制御回路１１６は、入力端子と、入力された信号のレベルを調整するレベル調整用回路と、入力信号との整合をとる整合用抵抗と、ゲート電圧の傾きを調整する傾き調整用の抵抗と、入力信号を検波する検波用ショットキーダイオードと、無入力信号時のアイドル電流を流すためのオフセット用電源と、検波後の不要な波を除去するＬＰＦと、検波電圧にリミットをかけるためのリミット用ショットキーダイオードと、リミット用電源と、出力端子とを備えている。
そして、アダプティブバイアス制御回路１１６の出力端子は、後述する２倍波注入ドハティ増幅器１０のゲート端子１２に接続され、ピーク増幅器にゲート電圧を供給するものである。
【００３４】
［アダプティブバイアス制御回路１１６の動作：図２、図６（ａ）］
次に、アダプティブバイアス制御回路１１６によるピーク増幅器のゲート電圧の制御について図２及び図６（ａ）を用いて説明する。図６（ａ）は、アダプティブバイアス制御回路１１６によるピーク増幅器のゲート電圧の制御例を示す説明図である。
図２に示したアダプティブバイアス回路１１６では、オフセット用電源によって図６（ａ）のＡ領域（ピーク増幅器はＣクラス動作を行う電圧）におけるゲート電圧を制御する。
【００３５】
また、傾き調整用の抵抗によって図６（ａ）のＢ領域（ピーク増幅器はＣからＡＢクラス動作を行う電圧）におけるゲート電圧を制御する。
そして、リミット用ショットキーダイオードとリミット用電源で図６（ａ）のＣ領域（ピーク増幅器はＡＢクラス動作を行う電圧）におけるゲート電圧を制御する。
結果的にはピーク増幅器のアイドル電流を入力レベルに応じて変化させることが可能となる。
【００３６】
第１の増幅装置では、アダプティブバイアス制御回路１１６を設けたことにより、ピーク増幅器のバイアス電圧を入力レベルに応じて制御して、飽和付近のゲインの低下を補うことができ、ＡＢ級増幅器と同等の歪補償が可能となる非線形性を確保することができるものである。
【００３７】
［２倍波注入ドハティ増幅器１０：図３，図４］
次に、第１の増幅装置の２倍波注入ドハティ増幅器１０について説明する。
第１の増幅装置の２倍波注入ドハティ増幅器１０は、一般的なドハティ増幅器とほぼ同様の構成を備えたドハティ増幅部と、２次高調波を発生する２倍波発生部とから構成されている。
【００３８】
［２倍波発生部：図３］
まず、第１の増幅装置の２倍波注入ドハティ増幅器１０の２倍波発生部について図３を用いて説明する。図３は、第１の増幅装置の２倍波注入ドハティ増幅器１０の２倍波発生部の構成ブロック図である。
図３に示すように、２倍波注入ドハティ増幅器１０の２倍波発生部は、入力端子２１と、分配器２２と、基本波調整回路３１と、２倍波発生回路３０と、出力端子Ａ及び出力端子Ｂとから構成されている。
【００３９】
ここで、入力端子２１は、図１に示した遅延補正回路１１５の出力端子に接続されている。また、出力端子Ａは、図４に示すドハティ増幅部の入力端子１（Ａ）に接続されており、出力端子Ｂは、図４に示すドハティ増幅部の２倍波入力端子１３（Ｂ）に接続されている。
【００４０】
基本波調整回路３１は、２倍波注入ドハティ増幅器１０のドハティ増幅部に入力される基本周波数の入力信号を調整するものであり、遅延補正回路２３と、可変減衰器２４と、増幅器２５とから構成されている。
遅延補正回路２３は、２倍波発生回路３０を経由する信号と位相を合わせるよう、入力された信号を遅延して位相の調整を行う。
可変減衰器２４及び増幅器２５は、後述するドハティ増幅部への入力レベルが適切な入力レベルとなるよう信号の振幅を調整する。
【００４１】
２倍波発生回路３０は、入力された基本周波数の信号から２次高調波を生成して調整するものであり、高調波発生器２６と、増幅器２７と、可変移相器２８と、可変減衰器２９とから構成されている。
高調波発生回路２６は、入力された基本周波数の信号から２次高調波を発生するものであり、例えば、入力整合回路と、ダイオードと、出力整合回路とが直列に接続された構成である。
増幅器２７は、２次高調波を増幅し、可変移相器２８は、２次高調波の位相の調整を行い、可変減衰器２９は、適切な注入レベルとなるよう２次高調波の振幅の調整を行う。
尚、基本波調整回路３１及び２倍波発生回路３０は、出力される基本周波数信号と２次高調波の位相及び振幅の関係が最適となるように調整するものである。
【００４２】
［２倍波発生部の動作：図３］
２倍波注入ドハティ増幅器１０の２倍波発生部では、入力端子２１から入力された基本周波数信号は、分配器２２で分配され、その一方は基本波調整回路３１に入力されて、遅延補正回路２３で遅延され、可変減衰器２４及び増幅器２５でレベル調整されて、出力端子Ａから出力され、後述するドハティ増幅部の入力端子１に入力される。
【００４３】
分配器２２で分配されたもう一方の基本周波数信号は、２倍波発生回路３０に入力されて、高調波発生器２６で２次高調波が生成され、２次高調波は、増幅器２７で増幅され、可変移相器２８で位相調整され、可変減衰器２９でレベル調整されて、出力端子Ｂからドハティ増幅部の２倍波入力端子１３よりキャリア増幅器４の入力整合回路４１に入力される。
【００４４】
［ドハティ増幅部：図４］
次に、２倍波注入ドハティ増幅器１０のドハティ増幅部について図４を用いて説明する。図４は、第１の増幅装置の２倍波注入ドハティ増幅器１０のドハティ増幅部の構成ブロック図である。
図４に示すように、ドハティ増幅部は、入力端子１（Ａ）と、出力端子８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。
【００４５】
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。
また、ドハティ合成部６は、λ／４変成器６１と、合成点６２とから構成されている。
【００４６】
そして、第１の増幅装置の特徴部分として、ドハティ増幅部には、キャリア増幅器４の入力整合回路４１に２倍波発生部から入力される２次高調波を注入する２倍波入力端子１３（Ｂ）が設けられ、ピーク増幅器５の増幅素子５２のゲート電圧を制御するゲート端子１２が設けられている。
そして、図３、図４において、「Ａ」で示された端子同士が接続され、「Ｂ」で示された端子同士が接続されて、２倍波注入ドハティ増幅器１０を構成している。
【００４７】
２倍波入力端子１３からは、上述した２倍波発生部のＢ端子から、位相及び振幅が適切に調整された２次高調波が入力される。これにより、電圧電流波形の重なりを減らして低入力レベルで動作するキャリア増幅器４の効率向上を図るものである。２次高調波注入の効果は、特に低入力レベルにおいて顕著であり、低入力レベルにおけるドハティ増幅部のゲインを向上させるものである。
【００４８】
また、ゲート端子１２は、上述したアダプティブバイアス制御回路１１６の出力端子に接続されており、入力レベルに応じて、図６（ａ）に示したようにピーク増幅器５の増幅素子５２のゲート電圧を制御するようになっている。ピーク増幅器５のゲート電圧を入力レベルに応じて制御することにより、飽和に近い領域におけるドハティ増幅部のゲインを向上させるものである。
【００４９】
これにより、第１の増幅装置では、ドハティ増幅器の低入力レベル時と飽和付近のゲインを向上させることができ、一般的な歪補償方式であっても、ＡＢ級増幅器に近い歪補償量が得られ、一層の効率改善を図ることができるものである。
【００５０】
［ドハティ増幅部の動作：図４］
ドハティ増幅部では、入力端子１から、振幅及び位相を調整された基本周波数の信号が入力され、分配器４で分配され、その一方はキャリア増幅器４に入力されて、２倍波入力端子１３からの２倍波と合成されて増幅素子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。
【００５１】
分配器４で分配されたもう一方の信号は、移相器５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、アダプティブバイアス制御回路１１６からのゲート電圧に従って増幅素子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。
【００５２】
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（図示せず）に整合するためインピーダンス変換されて出力端子８から出力される。このようにして２倍波注入ドハティ増幅器１０のドハティ増幅部の動作が行われるものである。
【００５３】
［２次高調波を注入したドレイン電流：図５］
次に、基本波に２次高調波を注入した場合のドレイン電流について図５を用いて説明する。図５は、基本波に２次高調波を注入した場合のドレイン電流を示す説明図である。
図５に示すように、入力電圧として基本波のみをトランジスタに入力した場合（２次高調波注入なし）に出力されるドレイン電流の波形に比べて、２次高調波を注入した場合には、電流が流れる期間が短くなり、Ｆ級増幅器における偶数次高調波周波数を短絡した波形のようになる。
基本波のみの入力では、出力される高調波のレベルが低く波形の形状変化が少ないが、２次高調波を注入することで、ドレイン電圧とドレイン電流との重なりを小さくして効率向上を図るものである。
また、基本波の入力レベルが低い時にはドレイン電流が少なく、相互コンダクタンスは小さいのでゲインは低いが、２次高調波を注入することにより、ドレイン電流が多く流れ、相互コンダクタンスが大きくなり、ゲインが向上する。
【００５４】
［第１の増幅装置のＡＭ−ＡＭ特性の例：図６（ｂ）］
次に、第１の増幅装置のＡＭ−ＡＭ特性について図６（ｂ）を用いて説明する。図６（ｂ）は、第１の増幅装置のＡＭ−ＡＭ特性の例を示す説明図である。
図６（ｂ）では、横軸は入力レベル、縦軸はゲインを示しており、（Ｄ）はＡＢ級増幅器の特性、（Ｅ）は一般的なドハティ増幅器の特性、（Ｆ）はドハティ増幅器のピーク増幅器のゲート電圧を制御した場合の特性、（Ｇ）は第１の増幅装置における２倍波注入ドハティ増幅器１０の特性を示している。
【００５５】
図６（ｂ）の（Ｅ）に示した一般的なドハティ増幅器は、（Ｄ）に示したＡＢ級増幅器に比べて低入力時のゲインが低く、入力レベルが増加するにつれてゲインが上がるものの、飽和付近では再びゲインが低下する。
【００５６】
（Ｆ）に示すように、一般のドハティ増幅器に、アダプティブバイアス制御回路等の構成を加えて、ピーク増幅器におけるゲートバイアス電圧を入力レベルに応じて制御すると、ピーク増幅器の飽和付近での効率を向上させることができ、それにより、増幅装置全体のゲインも向上する。しかし、低入力レベルにおける効率はＡＢ級増幅器に比べて低いままである。
尚、ピーク増幅器のバイアス制御としては、図６（ａ）に示したように制御することが考えられる。
【００５７】
また、第１の増幅装置における２倍波注入ドハティ増幅器１０では、（Ｆ）の増幅装置と同様にピーク増幅器のバイアス制御を行うと共に、キャリア増幅器に２次高調波を注入しており、（Ｇ）に示すように、飽和付近でのゲインの低下防ぐことができると共に、低入力レベルにおいてもＡＢ級増幅器と同等のゲインを得ることができることがわかる。
【００５８】
すなわち、第１の増幅装置の２倍波注入ドハティ増幅器１０では、ピーク増幅器５のゲート電圧を入力レベルに応じて図６（ａ）に示したように制御することにより、飽和付近におけるゲインの低下を抑制し、更に、キャリア増幅器４に適切な位相及び振幅に調整された２次高調波を注入することにより、低入力レベルにおけるゲインを向上させることができ、全体としてＡＢ級の増幅器と同等のＡＭ−ＡＭ特性が得られるものである。
【００５９】
［第１の増幅装置における歪補償特性の例：図７］
次に、第１の増幅装置の歪補償特性について図７を用いて説明する。図７は、第１の増幅装置の歪補償特性の例を示す説明図である。
図７に示すように、一般的なドハティ増幅器と一般的な歪補償を組み合わせた場合、ＡＢ級増幅器の歪補償特性に比べて十分な歪補償が得られず、歪の劣化が見られる。
【００６０】
これに対して、第１の増幅装置では、アダプティブバイアス制御回路１１６で、２倍波注入ドハティ増幅器１０のピーク増幅器５のゲート電圧を入力レベルに応じて図６（ａ）に示したように制御すると共に、キャリア増幅器４に位相及び振幅を適切に調整した２次高調波を注入した上で、一般的なプリディストーションによる歪補償を行っている。
これにより、上述したように飽和に近い部分と、低入力レベルでのゲイン低下を防ぎ、図７に示すように、ＡＢ級増幅器と同等の歪補償特性が得られるものである。
【００６１】
［第１の実施の形態の効果］
第１の実施の形態に係る高周波増幅装置によれば、２倍波注入ドハティ増幅器１０と、アダプティブバイアス制御回路１１６と、プレディストーションによる歪補償部とを備え、ドハティ増幅部のキャリア増幅器４に位相及び振幅を調整した２次高調波を注入すると共に、ピーク増幅器５のゲート電圧を入力レベルに応じて適切に制御した上で歪補償を行う高周波増幅装置としているので、低入力レベル時及び飽和付近のゲインを向上させて、ＡＢ級増幅器に近づけることができ、一般的な歪補償を用いてもＡＢ級と同等の歪補償特性を得ることができ、一層の効率向上を図ることができる効果がある。
【００６２】
また、第１の増幅装置では、２倍波注入ドハティ増幅器１０の２倍波発生部が、入力された基本周波数信号から２次高調波を生成し、位相及び振幅を調整してドハティ増幅部のキャリア増幅器に注入すると共に、基本周波数の位相及び振幅を調整してドハティ増幅部に入力する増幅装置としているので、基本周波数信号と２次高調波の位相及び振幅の関係を、増幅装置全体で最適なゲインが得られるよう調整することができる効果がある。
【００６３】
また、２倍波注入ドハティ増幅器１０の構成はこれに限るものではなく、例えば、ドハティ合成部の伝送線路の長さを０〜λ／２としたり、２倍波注入ドハティ増幅器１０の前段にドライブ増幅器を備えてもよい。ドライブ増幅器を、歪補償部の直交変調器１０３の後段に設けてもよい。更に、歪補償もプリディストーションに限らず、他の方法を用いてもよい。
【００６４】
［第２の実施の形態：図８］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る高周波増幅装置（第２の増幅装置）について説明する。
第２の増幅装置は、第１の増幅装置の構成に加えて、２倍波注入ドハティ増幅器のドハティ増幅部のピーク増幅器にも２次高調波を注入する構成を備えたものである。
第２の増幅装置の２倍波注入ドハティ増幅器の２倍波発生部の構成は、第１の増幅装置とは一部異なっており、図８を用いて後述する。
また、第２の増幅装置のドハティ増幅部は、図４に示した第１の増幅装置とほぼ同じであるため、図示を省略し図４の符号を用いて説明するが、図４の構成に加えて、ピーク増幅器５の入力整合回路５１に２次高調波を注入する２倍波入力端子を備えている。
【００６５】
図８は、第２の増幅装置の２倍波発生部の構成ブロック図である。
図８に示すように、第２の増幅装置の２倍波発生部は、図３に示した第１の増幅装置の２倍波発生部の構成に、更に、分配器３２と、２倍波発生回路３７を備え、ピーク増幅器５に２次高調波を注入するものである。
【００６６】
分配器３２は、分配器２２で分配された基本周波数信号を２倍波発生回路３０（第１の２倍波発生回路）と、２倍波発生回路３７（第２の２倍波発生回路）に分配する。
【００６７】
２倍波発生回路３７は、高周波発生器３３と、増幅器３４と、可変移相器３５と、可変減衰器３６とを備えており、２倍波発生回路３０と同一の構成及び動作であるため、詳細な説明は省略するが、２次高調波を発生してその位相及び振幅を最適に調整する。
そして、２倍波発生回路３７の出力端子Ｃは、ドハティ増幅部のピーク増幅器５の２倍波入力端子に接続されており（図示せず）、ピーク増幅器５の入力整合回路５１に２次高調波を注入する。
【００６８】
これにより、ピーク増幅器５の飽和付近のゲインを一層向上させることができるため、第２の増幅装置では、ゲインが図６（ｂ）に示した第１の増幅装置に比べて飽和付近で向上し、歪補償量も図７に示した第１の増幅装置に比べて一層ＡＢ級増幅器に近づけることができるものである。
【００６９】
第２の増幅装置によれば、キャリア増幅器４に加えてピーク増幅器５にも位相及び振幅を最適に調整された２次高調波を注入することにより、ピーク増幅器５の効率を更に向上させることができ、増幅装置全体のゲインを向上させて、一般の歪補償と組み合わせてもＡＢ級増幅器と同等の歪補償特性とすることができ、一層の効率向上を図ることができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、ドハティ増幅器と一般的な歪補償とを組み合わせた場合の歪補償特性を向上させて、電力変換効率の一層の向上を図ることができる高周波増幅装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る高周波増幅装置（第１の増幅装置）の構成ブロック図である。
【図２】アダプティブバイアス制御回路１１６の構成例を示す回路図である。
【図３】第１の増幅装置の２倍波注入ドハティ増幅器１０の２倍波発生部の構成ブロック図である。
【図４】第１の増幅装置の２倍波注入ドハティ増幅器１０のドハティ増幅部の構成ブロック図である。
【図５】基本波に２次高調波を注入した場合のドレイン電流を示す説明図である。
【図６】（ａ）は、アダプティブバイアス制御回路１１６によるピーク増幅器のゲート電圧の制御例を示す説明図であり、（ｂ）は、第１の増幅装置のＡＭ−ＡＭ特性の例を示す説明図である。
【図７】第１の増幅装置の歪補償特性の例を示す説明図である。
【図８】第２の増幅装置の２倍波発生部の構成ブロック図である。
【図９】一般的なプレディストーション歪補償機能を備えた増幅装置の概略構成ブロック図である。
【図１０】プリディストータ１０１の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】制御部１１８における摂動法を用いた制御を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００７２】
１，２１…入力端子、  １０…２倍波注入ドハティ増幅器、  ２，２２，３２…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、  ７，６１…λ／４変成器、  ８…出力端子、  １２…ゲート端子、  １３…２倍波入力端子、  ２３…遅延補正回路、  ２４，２９，３６…可変減衰器、  ２５，２７，３４…増幅器、  ２６，３３…高調波発生器、  ２８，３５…可変位相器、  ３０，３７…２倍波発生回路、  ３１…基本波調整回路、  ４１，５１…入力整合回路、  ４２，５２…増幅素子、  ４３，５３…出力整合回路、  ６２…合成点、  １０１…プリディストータ、  １０２…Ｄ／Ａ変換器、  １０３…直交変調器、  １０４，１０８…発振器、  １０５…電力増幅器、  １０６，１１９…方向性結合器、  １０７…ミキサ、  １０９…Ａ／Ｄ変換器、  １１０…ＦＦＴ演算部、  １１１…ＩＭ演算部、  １１２…歪補償部、  １１５…遅延補正回路、  １１６…アダプティブバイアス制御回路、  １１８…制御部
【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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【図１１】
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