(57)【要約】 【課題】簡易な回路で歪み特性が補正可能な高効率増幅器および増幅方法を提供する。【解決手段】コレクタがバイアス電源Ｖ１に接続されるトランジスタＴｒ１とコレクタがデカップリングコンデンサで接地されるトランジスタＴｒ２とのエミッタの共通接続点から電力増幅器Ｐａｍｐ１へバイアス電源Ｖ２を供給する。電力増幅器Ｐａｍｐ１への入力信号を検波したエンベロープ信号のレベルがＶｔｈより低い場合、バイアス制御部３は、トランジスタＴｒ１をオフ、トランジスタＴｒ２をオンとして低歪み動作させ、Ｖｔｈより高い場合、バイアス制御部３は、トランジスタＴｒ１をオン、トランジスタＴｒ２をオフとし、バイアス電源Ｖ２を電力増幅器Ｐａｍｐ１に供給し高効率で動作させる。【選択図】図１
2010206545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を検波したエンベロープ信号が所定のレベルを越える場合は、電力増幅回路の電源に第１の電圧が供給され、所定のレベルより低い場合は、前記第１の電圧よりも低い第２の低い電圧に切り替えられて供給されることにより前記入力信号を増幅して出力する高効率増幅器において、
コレクタが前記第１の電圧の電源に接続される第１のトランジスタと、
エミッタが前記第１のトランジスタのエミッタと共通接続されるとともに、コレクタがデカップリングコンデンサを介して接地される第２のトランジスタと、
前記共通接続されたエミッタに供給される前記第２の電圧の電源と、
前記第１のトランジスタのコレクタに供給される前記第１の電圧の電源と、
前記共通接続されたエミッタから前記第１又は、第２の電圧の電源が供給される前記電力増幅回路と、
前記エンベロープ信号が入力され、前記所定のレベルより低い場合、前記第１のトランジスタをオフ、第２のトランジスタをオンとして前記第２の電圧を前記エミッタに出力し、前記所定のレベルよりも高い場合、前記第１のトランジスタをオン、前記第２のトランジスタをオフとして前記エミッタに出力される電圧を前記第１の電圧に切り替える制御を行う制御手段とを
備えることを特徴とする高効率増幅器。
【請求項２】
前記第１の電圧よりも高い第３の電圧の電源と、
コレクタが前記第３の電圧の電源へ接続されてエミッタが前記第１のトランジスタのコレクタに接続される第３のトランジスタと、
前記エンベロープ信号が前記所定のレベルよりも更に高い第２の所定のレベルを越えた場合、前記第３のトランジスタをオンとして、前記制御手段の前記第１のトランジスタに前記第１の電圧を前記第３の電圧に切り替える制御を行う切替制御手段とを更に備えている
ことを特徴とする請求項１記載の高効率増幅器
【請求項３】
検波器と、２つのトランジスタと、２つの電源と、制御手段と、電力増幅回路とを備え、
入力信号を検波したエンベロープ信号が所定のレベルを越える場合は、電力増幅回路の電源に第１の電圧が供給され、所定のレベルより低い場合は、前記第１の電圧よりも低い第２の低い電圧に切り替えられて供給されることにより前記入力信号を増幅して出力する高効率増幅器の増幅方法において、
第１のトランジスタは、コレクタが前記第１の電圧の電源供給手段に接続され、
第２のトランジスタは、エミッタが前記第１のトランジスタのエミッタと共通接続されるとともに、コレクタがデカップリングコンデンサを介して接地され、
前記第２の電圧の電源は、前記共通接続されたエミッタに接続され、
前記第１の電圧の電源は、前記第１のトランジスタのコレクタに供給され、
前記電力増幅回路は、電源が前記共通接続されたエミッタから前記第１又は、第２の電圧で供給され、
前記制御手段は、前記検波器から前記エンベロープ信号を入力し、前記所定のレベルより低い場合、前記第１のトランジスタをオフ、第２のトランジスタをオンとして前記第２の電圧を前記エミッタに出力し、前記所定のレベルよりも高い場合、前記第１のトランジスタをオン、前記第２のトランジスタをオフとして前記エミッタに供給される電圧を前記第１の電圧に切り替える制御を行う
ことを特徴とする高効率増幅器の増幅方法。
【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効率増幅器および増幅方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大量の情報を伝達する通信、放送等に利用されるＣＤＭＡ、ＯＦＤＭの変調方式は変調信号のピーク電力と平均電力の比が大きく、直線性を確保するため出力増幅器は飽和電力からバックオフをとる必要がある。しかし、バックオフをとると、Ａ級、ＡＢ級動作では一般に増幅器の効率が低下するので、バックオフをとった動作点でも増幅器の効率を防ぐ増幅方法が求められている。
【０００３】
その１つの方法としてエンベロープトラッキング法がある。エンベロープトラッキング法では、入力信号のレベルに応じて増幅器のバイアス電圧（増幅素子がＦＥＴならドレイン電圧）を制御するが、そのバイアス電圧を制御する増幅器（エンベロープアンプ）の効率を高めようとするとその構成が複雑になりコストを要する問題があった。
【０００４】
そこで入力レベルが高い時のみバイアス電圧を切り替える簡易的な方法がある。
【０００５】
図５は、従来の簡便なエンベロープトラッキングを用いた高効率増幅器の動作を説明する機能ブロック図、図６は、その動作の一例を示す図である。  
図５において、高効率増幅器Ｅは、入力信号を増幅して出力する電力増幅部１０、入力信号を検波してエンベロープ信号を出力する検波器（ｄｅｔ）２０、エンベロープ信号レベルが有る値を超えると導通状態になるスイッチング素子Ｆ１、チョークコイル４０、逆電圧防止ダイオード５０とを備える。
【０００６】
また高効率増幅器Ｅには、入力信号が大きい高出力時に、エンベロープ信号が所定のレベル（Ｖｔｈ）以上になるとスイッチング素子Ｆ１がオンとなって供給される電圧Ｖ１のバイアスと低出力時用の電圧Ｖ２のバイアスの２種類のバイアス電源が電力増幅部１０に供給される。
【０００７】
この電力増幅部１０にＦＥＴを用いる場合、バイアス電圧はドレイン電圧を制御することになる。
【０００８】
その結果、図６に示すように、バイアス電圧がＶ１からＶ２へステップ上に切り替わる不連続となり、それに伴い増幅器の利得、位相特性が不連続となり電力増幅部１０の歪特性が劣化する。
【０００９】
歪みを防ぐ方法として、出力整合回路を設ける方法も（例えば、特許文献１。）提案されているが構成が複雑になりコストを要する問題が残ることに変わりはない。また図１に示す増幅器では、バイアス回路を低インピーダンスに保つ為にキャパシタを装着する手段を採るにしてもスイッチングを高速に行う必要があるため、増幅器のバイアス端子には大きな容量は実装できず、増幅器出力からバイアス端子側をみたインピーダンスを低くすることができない。
【００１０】
このため、増幅器をＡＢ級またはＢ級で動作させると、入力のエンベロープ成分のレベルの変動に応じた増幅器の電流の変動により、電圧も変動し、歪み特性が劣化する問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８―１２４９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のエンベロープトラッキングを採用した高周波の高効率増幅器は、回路が複雑になり入力信号のエンベロープ成分のレベルの変動に応じた増幅器の電流の変動により、電圧も変動し、歪み特性が劣化する問題があった。
【００１３】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、簡易な回路で歪み特性が補正可能な高効率増幅器および増幅方法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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の高効率増幅器は、入力信号を検波したエンベロープ信号が所定のレベルを越える場合は、電力増幅回路の電源に第１の電圧が供給され、所定のレベルより低い場合は、前記第１の電圧よりも低い第２の低い電圧に切り替えられて供給されることにより前記入力信号を増幅して出力する高効率増幅器において、コレクタが前記第１の電圧の電源に接続される第１のトランジスタと、エミッタが前記第１のトランジスタのエミッタと共通接続されるとともに、コレクタがデカップリングコンデンサを介して接地される第２のトランジスタと、前記共通接続されたエミッタに供給される前記第２の電圧の電源と、前記共通接続されたエミッタから前記第１又は、第２の電圧の電源が供給される前記電力増幅回路と、前記第１のトランジスタのコレクタに供給される前記第１の電圧の電源と、前記エンベロープ信号が入力され、前記所定のレベルより低い場合、前記第１のトランジスタをオフ、第２のトランジスタをオンとして前記第２の電圧を前記エミッタに出力し、前記所定のレベルよりも高い場合、前記第１のトランジスタをオン、前記第２のトランジスタをオフとして前記エミッタに供給される電圧を前記第１の電圧に切り替える制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
また本発明の高効率増幅器の増幅方法は、検波器と、２つのトランジスタと、２つの電源と、制御手段と、電力増幅回路とを備え、入力信号を検波したエンベロープ信号が所定のレベルを越える場合は、電力増幅回路の電源に第１の電圧が供給され、所定のレベルより低い場合は、前記第１の電圧よりも低い第２の低い電圧に切り替えられて供給されることにより前記入力信号を増幅して出力する高効率増幅器の増幅方法において、第１のトランジスタは、コレクタが前記第１の電圧の電源供給手段に接続され、第２のトランジスタは、エミッタが前記第１のトランジスタのエミッタと共通接続されるとともに、コレクタがデカップリングコンデンサを介して接地され、前記第２の電圧の電源は、前記共通接続されたエミッタに接続され、前記第１の電圧の電源は、前記第１のトランジスタのコレクタに供給され、前記電力増幅回路の電源は、前記共通接続されたエミッタから前記第１又は、第２の電圧で供給され、前記制御手段は、前記検波器から前記エンベロープ信号を入力し、前記所定のレベルより低い場合、前記第１のトランジスタをオフ、第２のトランジスタをオンとして前記第２の電圧を前記エミッタに出力し、前記所定のレベルよりも高い場合、前記第１のトランジスタをオン、前記第２のトランジスタをオフとして前記エミッタに供給される電圧を前記第１の電圧に切り替える制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡易な回路で歪み特性が補正可能な高効率増幅器および増幅方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例の高効率増幅器の動作を説明する機能ブロック図。
【図２】本実施例の高効率増幅器の動作の一例を示す図。
【図３】本発明の実施例の高周波増幅器の変形例の動作を説明をする機能ブロック図。
【図４】変形例の高周波増幅器の動作の一例を示す図
【図５】従来の簡便なエンベロープトラッキングを用いた高効率増幅器の動作を説明する機能ブロック図。
【図６】従来の簡便な高効率増幅器の動作の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１９】
図１は本発明の実施例の高効率増幅器Ａの動作を説明する機能ブロック図、図２は本実施例の高効率増幅器の動作の一例を示す図である。
【００２０】
図１において、高効率増幅器は、ベースバンド信号が例えば、ＯＦＤＭ変調された高周波信号である入力信号を増幅して出力する高周波電力増幅器（Ｐａｍｐ）１、入力信号を検波してエンベロープ信号を出力する検波器（ｄｅｔ）２、バイアス制御部（ｃｏｎｔ）３、エミッタが共通接続された２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、チョークコイル４、ダイオード５と、デカップリングコンデンサであるキャパシタＣとを備える。
【００２１】
また高効率増幅器Ａには、高出力時に供給される電圧Ｖ１のバイアスと低出力時用の電圧Ｖ２のバイアスの２種類のバイアス電源が供給される。
【００２２】
入力端子ｉから入力された信号は、ｄｅｔ２を通り、入力信号のエンベロープ信号を出力する。エンベロープ信号は、ｃｏｎｔ３へ入力され、エンベロープ信号のレベルが規定値（Ｖｔｈ）以下の時は、ｃｏｎｔ３により、Ｔｒ１がオフ、Ｔｒ２がオンとなる。
【００２３】
ｃｏｎｔ３は、図示しないスイッチング制御電源が加えられ、このスイッチング制御電源が、Ｔｒ１、Ｔｒ２のベース電圧を制御する。即ち、エンベロープ信号レベルがＶｔｈ以下で有れば、Ｔｒ１がオフ、Ｔｒ２がオンとなり、Ｖｔｈ以上で有れば、Ｔｒ１がオン、Ｔｒ２がオフとなる様にベース電圧を制御する。回路構成としては、エンベロープ信号の大小を比較するコンパレータと、それに応じて上述の電圧を出力する能動素子回路、または、ＤＳＰ回路等で構成すればよい。
【００２４】
Ｔｒ１がオフ、Ｔｒ２がオンとなると、電圧Ｖ２のバイアス電源が、チョークコイル４、ダイオード５を介してＰａｍｐ１に印加される。この時、Ｔｒ２のコレクタ側にはキャパシタＣが接続されているので、Ｐａｍｐ１の出力端子からバイアス回路側を見たベースバンド信号におけるインピーダンスは低インピーダンスとなる。
【００２５】
Ｐａｍｐ１は高効率化のため、入力電圧が変化してもバイアス電流が一定であるＡ級動作ではなく、バイアス電流が変化するＡＢ級、Ｂ級で動作する。この時、ベースバンド信号におけるバイアス系のインピーダンスが高いと、Ｐａｍｐ１のバイアス電流の変動に伴い、バイアス電圧も変化して、増幅器にドレイン変調がかかる。
【００２６】
その結果、増幅器の歪特性が劣化し、特にＤＰＤ（デジタルプリディストーション回路）を用いた増幅回路では、メモリエフェクトと呼ばれる歪劣化特性を引き起こす。これを更に補正するためＤＰＤが大規模になるという問題があった。本実施例の高効率増幅器Ａは、バイアス系のインピーダンスを低くしているので、メモリエフェクトによる劣化を抑えることができる。
【００２７】
また、エンベロープ信号のレベルが規定値Ｖｔｈ以上の時は、ｃｏｎｔ３がＴｒ１をオン、Ｔｒ２をオフとする。そしてＴｒ１はエミッタフォロワとして動作するので、図２に示すように、増幅器のコレクタ（バイアス）電圧はｄｅｔ２が出力するエンベロープ信号へ追従して高効率で動作するようになる。
【００２８】
Ｔｒ１のコレクタ電圧Ｖ１は、Ｖ１＞Ｖ２となるようにしているので、従来の簡易な増幅器と異なり、Ｐａｍｐ１のコレクタ（バイアス）電圧が不連続に変化することなく、入力レベルの検波電圧に対応して変化するので、Ｐａｍｐ１の歪特性を改善することができる。
【００２９】
なお、上記のＴｒ１、Ｔｒ２はバイポーラトランジスタでもよいし、ＦＥＴでもよい。また片側がバイポーラトランジスタ、もう片側がＦＥＴの組合せの構成でもよい。
【００３０】
なお、バイポーラトランジスタの場合は、コレクタ電圧が制御され、ＦＥＴの場合で有れば、ドレイン電圧が制御されるが、ここでは、これら制御される電圧を何れもバイアス電圧と総称する。また、バイポーラトランジスタとＦＥＴの場合、コレクタをドレイン、エミッタをソース、ベースをゲートとそれぞれ読み替えればよい。
【００３１】
図３は、本発明の実施例の高効率増幅器の変形例の動作説明をする機能ブロック図、図４はその変形例の高効率増幅器の動作の一例を示す図である。
【００３２】
図３において高効率増幅器Ａａは、図１に示される高効率増幅器ＡのＴｒ１のコレクタ側に新たにＴｒ３、チョークコイル４ａ、ダイオード５ａが追加され、また、ｃｏｎｔ３ａは、Ｔｒ１〜Ｔｒ３それぞれのベース電圧を制御する３つの制御電圧を出力している。
【００３３】
Ｐａｍｐ１のバイアス電圧を制御して効率を更に向上させる手段としては、図３のように、Ｔｒ３を介して第３のバイアス電源Ｖ３を追加する。ここで各バイアス電圧はＶ３>Ｖ１>Ｖ２となるように設定する。
【００３４】
図４において、エンベロープ信号がＶｔｈとなった時、Ｔｒ１はオン、Ｔｒ２がオフとなるが、この時Ｔｒ１のコレクタ電圧はＶ１であり、入力レベルが更に大きくＶｔｈ２を越えた時のみＶ３となる。そしてＴｒ１の損失は少なくなり、その分、高効率増幅器Ｂの効率は、高効率増幅器Ａよりも更に向上する。
【００３５】
以上、本発明の実施例の高効率増幅器は、高周波電力増幅器（Ｐａｍｐ）１の入力信号のレベル、即ち、エンベロープ信号のレベルが規定値Ｖｔｈ以下の場合は、固定電圧を与えるとともに、エンベロープ信号成分が変動しても、増幅器のバイアス電圧を一定にし、ベースバンド信号周波数において低インピーダンスとなるデカップリングコンデンサのキャパシタＣが接続される。
【００３６】
Ｐａｍｐ１の入力信号のレベルが規定値Ｖｔｈ以上の場合は、デカップリングコンデンサＣの接続が断たれるので、入力信号に対応してＰａｍｐ１のバイアス電圧が制御されることになり高速応答が可能である。以上、説明した如く本発明の実施例の高効率増幅器は、簡易な回路で低歪みな高効率増幅器を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１  高周波電力増幅器（Ｐａｍｐ）
２  検波器（ｄｅｔ）
３  バイアス制御部（ｃｏｎｔ）
Ｔｒ１、Ｔｒ２  トランジスタ
４  チョークコイル
５  ダイオード
Ｃ  キャパシタ
【図１】
2010206545.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010206545.tif 000007
【図６】
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