(57)【要約】【課題】  ドハティ増幅器の効率を一層向上させることができる高周波電力増幅器を提供する。【解決手段】  キャリア増幅回路６に高調波反射回路６４を備えたドハティ増幅器において、ドハティ増幅器の入力段に、２次高調波を発生する高調波発生回路３を備え、２次高調波をキャリア増幅回路６の入力に注入すると共に、高調波発生回路３を、飽和型２次高調波発生器３７と、可変減衰器３４と可変移相器３３とで構成して、２次高調波の出力レベルを必要十分なレベルで飽和させ、更に最適なレベルとなるよう調整することができ、高調波反射による効率向上を図ると共に、高調波発生回路３における消費電力を低減して、ドハティ増幅器全体の効率を一層向上させることができる高周波電力増幅器である。【選択図】        図４
2010135941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＢ級で動作する第１の増幅素子を有するキャリア増幅回路と、
Ｂ級又はＣ級で動作する第２の増幅素子を有するピーク増幅回路とを備え、
前記キャリア増幅回路と前記ピーク増幅回路の出力を合成して出力するドハティ増幅器を有する高周波電力増幅器であって、
前記キャリア増幅回路に、前記第１の増幅素子から出力される２次高調波周波数を反射する第１の高調波反射回路を備え、
前記キャリア増幅回路に入力される基本波周波数の入力信号に、特定のレベルで飽和する前記基本波周波数の２次高調波を合成して、前記キャリア増幅回路に入力することを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項２】
ピーク増幅回路に、第２の増幅素子から出力される２次高調波周波数を反射する第２の高調波反射回路を備え、
前記ピーク増幅回路に入力される基本波周波数の入力信号に、特定のレベルで飽和する前記基本波周波数の２次高調波を合成して、前記ピーク増幅回路に入力することを特徴とする請求項１記載の高周波電力増幅器。
【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電力増幅器に係り、特に電力変換効率を向上させることができる高周波電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明］
送信用電力増幅器は、高周波信号を所要の送信出力に増幅するものであり、ほとんどの無線機において最も多くの電力を消費する部分である。
電力増幅器が消費する電力は、高周波出力に変換されるだけでなく、内部損失となる熱として放出される。
そのため、発熱量を低減して消費電力の低減や信頼性の向上を図るために、電力増幅器の電力変換効率を上げて、無駄な内部損失を抑えることが要求されている。
この要求に応えるために、種々の高効率動作方式を取り入れた増幅器があり、例えばＦ級増幅器がある。
【０００３】
［従来のＦ級増幅器］
従来のＦ級増幅器について簡単に説明する。
Ｆ級増幅器は、能動素子であるＦＥＴのドレイン端子に高調波反射回路を接続して、デバイスから見た出力インピーダンスを、偶数次高調波周波数に対して短絡、基本波周波数及び奇数次高調波周波数に対して開放とすることで、ＦＥＴのドレイン電圧とドレイン電流の波形が重ならないようにしたものである。
【０００４】
これにより、ＦＥＴの動作としては、ドレイン電流が流れているときにドレイン電圧がゼロとなり、逆にドレイン電圧が印加されているときにドレイン電流がゼロとなるので、ドレイン端子とソース端子間の消費電力を常にゼロの状態にすることができる。
すなわち、理想的にはＦＥＴのドレイン電圧とドレイン電流の時間波形が重なっていない状態として、ＦＥＴで消費する電力をゼロにすることができ、内部損失を抑えることができるものである。
【０００５】
更に、上述したＦ級増幅器とは逆に、基本波周波数で整合、偶数次高調波周波数で開放、奇数次高調波周波数で短絡となる波形が得られる増幅器もある。このような増幅器では、高調波反射回路は偶数次の高調波を反射する。この場合にも、ドレイン電流が流れているときにドレイン電圧がゼロとなり、逆にドレイン電圧が印加されているときにドレイン電流がゼロとなるので、同様にドレイン端子とソース端子間の消費電力を常にゼロの状態にすることができる。
【０００６】
［ドハティ増幅器及び高調波反射回路を設けたドハティ増幅器：図６］
また、従来の高効率を図る増幅器としては、ドハティ増幅器がある。
更に、ドハティ増幅器に高調波反射回路を用いて一層の高効率を図ることは周知の技術である。
従来の高調波反射回路を備えたドハティ増幅器の構成について図６を用いて説明する。図６は、従来の高調波反射回路を備えたドハティ増幅器の構成を示す構成ブロック図である。
図６に示すように、従来の高調波反射回路を備えたドハティ増幅器は、入力端子１と、出力端子２と、分配器４と、移相器５と、キャリア増幅回路６と、ピーク増幅回路７と、伝送線路８と、合成点９と、伝送線路１０とから構成されている。
【０００７】
更に、キャリア増幅回路６は、入力整合回路６１と、ＦＥＴ６２と、出力整合回路６３と、高調波反射回路６４とから構成され、ピーク増幅回路７は、入力整合回路７１と、ＦＥＴ７２と、出力整合回路７３と、高調波反射回路７４とから構成されている。尚、高調波反射回路をキャリア増幅回路のみに設けたものもある。
【０００８】
そして、入力端子１から入力された信号は、分配器４で分配され、その一方はキャリア増幅回路６に入力されて、ＦＥＴ６２で増幅され、出力整合回路６３を介して伝送線路８でインピーダンス変換される。高調波反射回路６４は、ＦＥＴ６２で発生する高調波を反射して、キャリア増幅回路６の効率を向上させる。
【０００９】
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回路６に合わせて調整された後、ピーク増幅回路７に入力され、ＦＥＴ７２で増幅されて出力整合回路７３でインピーダンス変換されて出力される。高調波反射回路７４は、ＦＥＴ７２で発生する高調波を反射して、ピーク増幅回路７の効率を向上させる。
【００１０】
合成点９では伝送線路８からの出力とピーク増幅回路７からの出力が合成され、更に伝送線路１０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２から出力され、出力負荷に接続される。
【００１１】
尚、一般的なドハティ増幅器の構成は、図６の構成から高調波反射回路６４，７４を除いたものである。
ここで、ドハティ増幅器の効率について簡単に説明する。
キャリア増幅回路６のＦＥＴ６２はＡＢ級にバイアスされ、ピーク増幅回路７のＦＥＴ７２はＢ級又はＣ級にバイアスされている。そのため、入力レベルが低くＦＥＴ７２が動作しない内はＦＥＴ６２が単独で動作する。そして、ＦＥＴ６２が飽和領域に入る、つまりＦＥＴ６２の線形性が崩れ始めると、ＦＥＴ７２が動作し始め、ＦＥＴ７２の出力が負荷に供給され、ＦＥＴ６２と共に負荷を駆動する。これにより、ドハティ増幅器では、出力レベルが最大出力レベルよりも低い場合でも、高い効率が得られるものである。
図６の構成では、キャリア増幅回路６とピーク増幅回路７に高調波反射回路を備えているので、一層の効率改善を図ることができるものである。
【００１２】
［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１）がある。
特許文献１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。
【００１３】
【特許文献１】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】
【００１４】
しかしながら、従来のドハティ増幅器に高調波反射回路を組み合わせた増幅器においても、出力レベルが低いと高調波の出力レベルが低下し、効率向上の効果が小さくなるという問題点があった。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、従来の高調波反射回路を組み合わせたドハティ増幅器に比べて高い効率が得られる高周波電力増幅器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】
【００１７】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、ＡＢ級で動作する第１の増幅素子を有するキャリア増幅回路と、Ｂ級又はＣ級で動作する第２の増幅素子を有するピーク増幅回路とを備え、キャリア増幅回路とピーク増幅回路の出力を合成して出力するドハティ増幅器を有する高周波電力増幅器であって、キャリア増幅回路に、第１の増幅素子から出力される２次高調波周波数を反射する第１の高調波反射回路を備え、キャリア増幅回路に入力される基本波周波数の入力信号に、特定のレベルで飽和する基本波周波数の２次高調波を合成して前記キャリア増幅回路に入力することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明は、上記高周波電力増幅器において、ピーク増幅回路に、第２の増幅素子から出力される２次高調波周波数を反射する第２の高調波反射回路を備え、ピーク増幅回路に入力される基本波周波数の入力信号に、特定のレベルで飽和する基本波周波数の２次高調波を合成してピーク増幅回路に入力することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、キャリア増幅回路に、第１の増幅素子から出力される２次高調波周波数を反射する第１の高調波反射回路を備え、キャリア増幅回路に入力される基本波周波数の入力信号に、特定のレベルで飽和する基本波周波数の２次高調波を合成して前記キャリア増幅回路に入力する高周波増幅器としているので、キャリア増幅回路において、２次高調波注入と２次高調波反射による効率改善を図ると共に、高調波発生器を飽和型として、必要以上の２次高調波を出力しないようにして高調波発生器における消費電力を低減することにより、ドハティ増幅器全体の効率を向上させることができる効果がある。
【００２０】
また、本発明によれば、ピーク増幅回路に、第２の増幅素子から出力される２次高調波周波数を反射する第２の高調波反射回路を備え、ピーク増幅回路に入力される基本波周波数の入力信号に、特定のレベルで飽和する基本波周波数の２次高調波を合成してピーク増幅回路に入力する上記高周波電力増幅器としているので、ピーク増幅回路においても高調波注入と高調波反射による効率改善を図り、ドハティ増幅器全体としての効率を一層向上させ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】
【００２１】
［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電力増幅器は、ドハティ増幅器において、入力信号をキャリア増幅器とピーク増幅器に分配する分配器の前段に、２次高調波を発生する高調波発生器と、当該２次高調波の位相及び振幅を調整するベクトル調整器とを備え、ベクトル調整された高調波をキャリア増幅器及びピーク増幅器の入力信号に合成することによって、高調波反射回路を備えたドハティ増幅器の高調波出力レベルを増大させ、それに伴って出力の高調波反射レベルを増大させて効率を向上させることができるものである。
【００２２】
また、本発明の実施の形態に係る高周波電力増幅器は、高調波発生回路を備えた上記ドハティ増幅器において、高調波発生回路の高調波発生器を飽和型として、高調波の出力レベルを必要十分なレベルに抑え、高調波発生器の消費電力を低減させて、一層の効率向上を図ることができるものである。
【００２３】
また、本発明の実施の形態に係る高周波電力増幅器は、キャリア増幅回路に、第１の増幅素子から出力される２次高調波周波数を反射する第１の高調波反射回路を備え、ドハティ増幅器の入力段に、基本波周波数の入力信号を分配する第１の分配器と、第１の分配器で分配された一方の基本波信号から特定のレベルで飽和する出力特性を備えた２次高調波を発生する飽和型高調波発生器と、飽和型高調波発生器で発生する２次高調波の位相及び振幅を調整する調整器と、位相及び振幅が調整された２次高調波と、第１の分配器で分配された他方の基本波信号とを合成してキャリア増幅回路に出力する第１の合成器とを備えた高周波増幅器としている。
【００２４】
［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電力増幅器について図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電力増幅器（第１の増幅器）の構成ブロック図である。
図１に示すように、第１の増幅器は、ドハティ増幅器において、キャリア増幅回路６とピーク増幅回路７に２次高調波を反射する高調波反射回路を備え、ドハティ増幅器の前段に、入力信号に２次高調波を注入する高調波発生回路３を設けた構成である。
【００２５】
具体的には、第１の増幅器は、入力端子１と、高調波発生回路３と、分配器４と、移相器５と、キャリア増幅回路６と、ピーク増幅回路７と、伝送線路８及び１０と、合成点９とから構成されている。つまり、第１の増幅器は、図６に示した従来の高調波反射回路を備えたドハティ増幅器に、高調波発生回路３を備えた構成である。図６に示した従来の高調波反射回路を備えたドハティ増幅器と同様であるため、説明は省略する。
【００２６】
ここで、増幅器２０は、図６に示した従来の高調波反射回路を備えたドハティ増幅器である。キャリア増幅回路及びピーク増幅回路に設けられた高調波反射回路は、基本波に影響を与えず、２次高調波を反射するインピーダンス特性を有するものである。尚、高調波反射回路は、各出力整合回路の前に設けてもよい。
【００２７】
［高調波発生回路３の構成：図２］
第１の増幅器の特徴である高調波発生回路３の構成について図２を用いて説明する。図２は、高調波発生回路３の構成ブロック図である。
図２に示すように、第１の増幅器の高調波発生回路３は、増幅器２０の入力に注入する高調波を発生する回路であり、分配器３１と、遅延線３５と、２次高調波発生器３２と、可変移相器３３と、可変減衰器３４と、合成器３６とから構成され、増幅器２０に接続されている。
【００２８】
分配器３１は、入力端子１からの入力信号を分配する。
高調波発生器３２は、高調波を発生するものであり、第１の増幅器では２次高調波を発生するものとしている。
【００２９】
可変移相器３３は、高調波発生器３２で発生した２次高調波の位相を調整する。
可変減衰器３４は、高調波発生器３２で発生した２次高調波の振幅を調整する。
尚、可変移相器３３及び可変減衰器３４から成る部分は、発生した２次高調波のベクトル調整を行うベクトル調整器に相当し、可変移相器３３、可変減衰器３４、高調波発生器３２の配列順が変わっても構わない。
【００３０】
可変移相器３３及び可変減衰器３４では、高調波発生器３２で発生した２次高調波の位相及び振幅を、増幅器２０で発生する２次高調波の位相及び振幅との関係が最適となるよう調整すると共に、基本波と２次高調波との位相のずれ及び振幅レベルの比が最適となるよう調整するものである。
【００３１】
遅延線３５は、高調波発生器３２、可変移相器３３、可変減衰器３４における処理時間分、分配器３１からの入力信号（基本波）を遅延する。
そして、合成器３６は、遅延された基本波信号と、可変減衰器３４から出力された位相及び振幅が調整された２次高調波とを合成して、増幅器２０に出力する。
【００３２】
このように、高調波発生回路３は、構成の簡単なアナログ回路から成り、基本波と２次高調波との位相のずれ及び必要な振幅レベルの比を調整するベクトル調整回路を備えているので、増幅器２０に必要な高調波の出力レベル及び位相を正確に調整でき、増幅器２０における増幅動作を高効率で行うことができるものである。
【００３３】
尚、ここでは、位相を調整する可変移相器３３と振幅を調整する可変減衰器３４とを用いた構成としているが、高調波発生器３２で発生した高調波の位相及び振幅を調整する調整器として位相と振幅が調整できればよく、同等の機能があればどのような方法を用いてもよい。
【００３４】
特に、第１の増幅器では、発生する高調波の中でもレベルが高い２次高調波に着目して、増幅器の入力に２次高調波を注入した上、出力では高調波反射回路で無駄なく２次高調波を反射させる構成としているので、効率向上の効果が大きくなるものである。
【００３５】
［高調波発生器３２の構成］
高調波発生回路３の、高調波発生器３２の構成について簡単に説明する。
高調波発生器は、入力端子と、入力整合回路と、ダイオードと、出力整合回路と、出力端子とが直列に接続された構成である。そして、ダイオードは入力端子から入力された基本波を用いて２次高調波を発生する。入力整合回路は、入力される信号を無駄なく伝達するために基本波に整合されたインピーダンス変換回路であり、出力整合回路は、ダイオードから発生する２次高調波をできるだけ無駄なく出力するために、２次高調波に整合されたインピーダンス変換回路である。
尚、ここではダイオードを用いた場合の構成について説明したが、増幅素子を用いて構成することも可能であり、２次高調波を発生するのであれば別の方法を用いてもよい。
【００３６】
［第１の増幅器の動作］
第１の増幅器の動作について図１及び図２を用いて説明する。
第１の増幅器では、図１の入力端子１から入力された基本波信号は、高調波発生回路３に入力され、図２の高調波発生回路３の分配器３１で分配され、その一方の基本波信号は高調波発生器３２に入力されて、基本波周波数の２倍の周波数を有する２次高調波が生成される。
発生した２次高調波は、可変移相器３３で位相調整され、可変減衰器３４で振幅調整されて、合成器３６に入力される。
【００３７】
高調波発生器３の分配器３１で分配されたもう一方の基本波信号は、遅延線３５で遅延されて合成器３６に入力され、合成器３６において、ベクトル調整された２次高調波と合成され、図１のドハティ増幅器の分配器４に出力される。
そして、キャリア増幅器６に入力された信号は増幅されて伝送線路８を介して合成点９に出力され、移相器５を経てピーク増幅器７に入力された信号は増幅されて合成点９に出力され、合成点９において合成後、伝送線路１０を経て出力端子から出力される。
【００３８】
すなわち、第１の増幅器では、ドハティ増幅器のキャリア増幅回路６及びピーク増幅回路７に入力される信号は、２次高調波を多く含むものであるから２次高調波の出力レベルが増大し、キャリア増幅器６及びピーク増幅器７の、高調波反射回路６４，７４によってＦＥＴ６２，７２に反射される２次高調波反射レベルを一層大きくすることができ、電圧電流波形の重なりを減らして、電力効率を向上させることができるものである。
【００３９】
［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電力増幅器（第１の増幅器）によれば、キャリア増幅回路６とピーク増幅回路７にそれぞれ高調波反射回路６４，７４を備えたドハティ増幅器において、ドハティ増幅器の入力段に、２次高調波を発生する高調波発生器３２と、発生した２次高調波の位相を調整する可変移相器３３と、２次高調波の振幅を調整する可変減衰器３４とを備え、基本波信号に２次高調波を注入した合成信号をドハティ増幅器の入力信号とすることでＦＥＴの高調波出力レベルを増大させ、高調波反射回路６４，７４における２次高調波の反射レベルを増大させて、電圧電流波形の重なりを低減し、電力効率を向上させることができる効果がある。
【００４０】
また、高調波発生回路３の可変移相器３３と可変減衰器３４とを調整することにより、高調波発生回路３で基本波に注入される２次高調波の位相及び振幅を、ドハティ増幅器で発生する２次高調波の位相及び振幅と最適な関係となるよう調整することができ、簡易な構成で一層効率を向上させることができる効果がある。
【００４１】
また、従来は、２次高調波の位相及び振幅を調整するには、高調波反射回路を調整しなければならず、それと共に出力整合回路も調整する必要があり、基本波整合と２次高調波整合を同時に合わせることは困難であったが、第２の増幅器によれば、入力信号に２次高調波を加え、且つ可変移相器３３及び可変減衰器３４で２次高調波の位相及び振幅を調整することにより、基本波と２次高調波の整合を同時に合わせることが容易になる効果がある。
【００４２】
［高調波発生器における効率：図３］
上記第１の増幅器は、高調波を注入することにより、主増幅器であるドハティ増幅器の効率を向上させるものであるが、高調波発生回路での効率が低ければ、装置全体としての効率が低下してしまう。
そこで、ドハティ増幅器の更なる効率向上を図るため、高調波発生回路の効率を向上させることが考えられる。
【００４３】
図３に、高調波発生回路における入出力−消費電力特性を示す。図３は、高調波発生回路における入出力−消費電力特性を示す模式説明図であり、（ａ）は一般的な２次高調波発生器、（ｂ）は飽和型２次高調波発生器における特性である。図３では、実線は出力レベル、点線は消費電力を模式的に示しており、図中の矢印等は、出力レベルは左側の縦軸を、消費電力は右側の縦軸を参照することを示す。
図３（ａ）に示すように、一般的な２次高調波発生器では、最大出力を大きくすると、バックオフをとったレベル（入力電力が低いところ）では、出力レベルに対する消費電力が非常に大きく、効率が低い。効率を考慮すると、できるだけバックオフが低い（飽和に近い）ところで使用することが望ましい。
【００４４】
一方、図３（ｂ）に示すように、最大出力レベルが低く、低い入力レベルで飽和に達する特性を有する飽和型の２次高調波発生器を用いた場合、出力レベルに対する消費電力が小さく、低入力レベルであっても十分良好な効率が得られる。
そこで、２次高調波発生回路に、最大出力レベルが必要十分なレベルとなる（必要以上に大きくならない）飽和型２次高調波発生器を用いることにより、一層の効率改善を図ることができるものである。
【００４５】
［第２の実施の形態：図４］
本発明の第２の実施の形態に係る高周波電力増幅器について図４を用いて説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態に係る高周波電力増幅器（第２の増幅器）の構成ブロック図である。
第２の増幅器は、高調波反射回路を備えたドハティ増幅器の入力段に、高調波発生回路を備えて、ピーク増幅回路に高調波を注入するものであり、更に、高調波発生回路の高調波発生器として、上述した飽和型の２次高調波発生器を備えたものである。
【００４６】
図４に示すように、第２の増幅器は、入力端子１と、高調波発生回路３と、分配器４と、移相器５と、合成器６５と、キャリア増幅回路６と、ピーク増幅回路７と、伝送線路８及び１０と、合成点９とから構成されている。
尚、分配器４は請求項における第１の分配器に相当し、合成器６５は請求項における第１の合成器に相当している。
【００４７】
キャリア増幅回路６の構成は第１の増幅器と同様であり、２次高調波を反射する高調波反射回路６４を備えている。尚、高調波反射回路６４は、請求項における第１の高調波反射回路に相当している。
ピーク増幅回路７は、一般的な従来のドハティ増幅器のピーク増幅回路と同じ構成であり、高調波反射回路は設けられていない。
【００４８】
また、高調波発生回路３から出力される２次高調波は、合成点６５で基本波と合成されてキャリア増幅回路６に入力されるようになっている。
【００４９】
［高調波発生回路３：図４］
第２の増幅器の特徴部分である高調波発生回路３について具体的に説明する。
図４に示すように、第２の増幅器の高調波発生回路３は、分配器３１と、遅延線３５と、可変減衰器３４と、飽和型２次高調波発生器３７と、可変減衰器３３とから構成される。
分配器３１は、入力端子１からの入力信号を分配する。
飽和型２次高調波発生器３７は、２次高調波の最大出力が、ドハティ増幅器の効率を向上させるのに必要十分なレベルで、低入力レベルで飽和する特性を備えた素子から成る高調波発生器である。
【００５０】
飽和型２次高調波発生器３７の基本的な構成は、第１の増幅器の高調波発生器３２とほぼ同じであり、入力端子と、入力整合回路と、ＦＥＴと、出力整合回路と、出力端子とが直列に接続された構成である。そして、ＦＥＴは、入力端子から入力された基本波を入力して２次高調波を発生する。
つまり、飽和型２次高調波発生器３７では、特定の出力レベルで飽和して必要以上の２次高調波出力が出ないようなＦＥＴ素子を選択しており、第１の増幅器の高調波発生器に比べて消費電力が低減されている。
【００５１】
第２の増幅器では、キャリア増幅器（キャリア増幅回路６のＦＥＴ６２）が飽和し始めるレベルにおいて、すなわち、キャリア増幅回路とピーク増幅器（ピーク増幅回路７のＦＥＴ７２）の最大出力レベルが同一であれば、ドハティ増幅器出力の６ｄＢバックオフ点付近において最適となる２次高調波レベル付近で飽和させることにより、高調波発生器での消費電力を低く抑えることができ、装置全体の効率を上げるようにしている。
つまり、第２の増幅器の高調波発生器は、低い入力レベルで飽和するため、低い入力レベルから飽和領域で用いることができ、電力変換効率がよく、全体の効率を大幅に向上させることができるものである。
【００５２】
可変減衰器３４は、高調波発生回路３からキャリア増幅回路６に注入される２次高調波の最適レベルを調整する。また、２次高調波の最大レベルは、飽和型２次高調波発生器３７の飽和を決定する電源電圧で調整する。
可変位相器３３は、飽和型２次高調波発生器３７から出力される２次高調波の位相を調整する。
尚、可変位相器３３は、飽和型２次高調波発生器３７の前段に設けても構わない。また、可変減衰器３４は、可変量が小さい場合には飽和型２次高調波発生器３７の後段であってもよい。
【００５３】
［第２の増幅器の動作：図４］
第２の増幅器の動作について図４を用いて説明する。
第２の増幅器では、入力端子１から入力された基本波信号は、高調波発生回路３に入力され、分配器３１で分配され、その一方の基本波信号は、可変減衰器３４で最適レベルの調整が行われ、飽和型２次高調波発生器３７に入力されて、基本波周波数の２倍の周波数の２次高調波が生成され、可変位相器３３で位相が調整されて、合成器６５に入力される。
高調波発生回路３は、キャリア増幅回路６の入力に注入された際に必要十分なレベルの２次高調波を発生し、必要以上に高レベルとならないよう、飽和型２次高調波発生回路３７を用い、電源電圧などで調整する。
【００５４】
分配器３１で分配されたもう一方の基本波信号は、遅延線３５で遅延されて位相が遅らされ、分配器４でキャリア増幅器６側とピーク増幅器７側に分岐される。
キャリア増幅器６側に分配された基本波信号は、合成器３６に入力されて、合成器３６で、ベクトル調整された２次高調波と合成され、合成信号はキャリア増幅回路６に入力される。
【００５５】
一方、分配器４でピーク増幅器７側に分配された信号は、移相器５で位相調整され、ピーク増幅器７で増幅されて合成点９に出力される。
キャリア増幅器６に入力された信号は増幅されて伝送線路８を介して合成点９に出力され、合成点９においてピーク増幅器７から出力された信号と合成後、伝送線路１０を経て出力端子２から出力される。
【００５６】
つまり、キャリア増幅回路６に入力される合成信号中には２次高調波が含まれるため、キャリア増幅回路６のＦＥＴ６２のドレイン端子において発生する２次高調波は従来よりも高レベルとなり、高調波反射回路６４によって反射される２次高調波反射レベルを一層大きくすることができ、電圧電流波形の重なりを減らして、電力効率を向上させることができるものである。
【００５７】
［第２の実施の形態の効果］
第２の実施の形態に係る高周波電力増幅器（第２の増幅器）によれば、キャリア増幅回路６に高調波反射回路６４を備えたドハティ増幅器において、ドハティ増幅器の入力段に、２次高調波を発生する高調波発生回路３を備え、２次高調波をキャリア増幅回路３の入力に注入して、広い入力レベルの範囲で動作するキャリア増幅回路６において２次高調波のレベルを増大させて高調波反射による効率向上を図ると共に、高調波発生回路３が、必要十分なレベルで飽和する飽和型２次高調波発生器３７と、可変移相器３３と、可変減衰器３４とを備えた構成として、２次高調波のレベルを必要十分なレベルで飽和させ、更に最適なレベルとなるよう調整することができ、高調波発生回路３における消費電力を低減して、ドハティ増幅器全体の効率を一層向上させることができる効果がある。
【００５８】
特に、第２の増幅器では、ドハティ増幅器の最大出力の６ｄＢ低下の点付近において効率が良くなるよう、飽和型２次高調波発生器３７から出力される２次高調波の飽和レベルを調整しているので、装置全体の効率を向上させることができる効果がある。
【００５９】
また、ドハティ増幅器では、ピーク増幅回路７が動作する領域では元々効率が高く、また、ピーク増幅回路７が動作する時間が短いため、ピーク増幅回路７の効率が全体に与える影響はそれほど大きくない。
第２の増幅器では、このことを利用して、キャリア増幅回路６の入力にのみ２次高調波を注入する構成としているので、装置構成を簡略化し、また、２次高調波の注入に要する電力を一層低減することができ、特にキャリア増幅回路６のみが動作する広い範囲の入力レベル領域において、大幅な効率向上を図ることができる効果がある。
尚、高調波の注入をキャリア増幅回路６のみとした場合に、ピーク増幅回路７に高調波反射回路を備えても構わない。
【００６０】
［第３の実施の形態：図５］
次に、第３の実施の形態に係る高周波増幅器について図５を用いて説明する。図５は、本発明の第３の実施の形態に係る高周波増幅器（第３の増幅器）の構成ブロック図である。
第３の増幅器は、第２の増幅器と同様に、キャリア増幅回路に高調波反射回路を設けて入力に２次高調波を注入すると共に、ピーク増幅回路にも高調波反射回路を設け、ピーク増幅回路の入力に２次高調波を注入するものである。また、高調波発生器を飽和型として、消費電力の低減を図っている。
【００６１】
図５に示すように、第３の増幅器は、図４に示した第２の増幅器の構成に加えて、分配器３８と、合成器７５と、高調波反射回路７４とを備えたものである。他の部分は第２の増幅器と同様であるため説明を省略する。
尚、分配器３８は請求項における第２の分配器に相当し、合成器７５は請求項における第２の合成器に相当し、高調波反射回路７４は請求項における第２の高調波反射回路に相当している。
【００６２】
分配器３８は、飽和型２次高調波発生器３７で発生され、位相調整された２次高調波を、キャリア増幅回路６側とピーク増幅回路側とに分配する。
合成器７５は、分配器４で分配され、位相調整された基本波信号と、分配器３８で分配された２次高調波とを合成し、合成信号をピーク増幅回路７に出力する。
高調波反射回路７４は、ＦＥＴ７２から出力される２次高調波を反射してピーク増幅回路７の効率を向上させる。
【００６３】
第３の増幅器では、高調波発生回路３で発生された最適レベルの２次高調波は、分配器３８で分配され、一方は合成器６５で基本波と合成されてキャリア増幅回路６に入力され、他方は合成器７５で基本波と合成されてピーク増幅回路７に入力され、それぞれ増幅されて、合成点９で合成されて、伝送線路１０を介して出力端子２から出力される。
このようにして第３の増幅器の動作が行われるようになっている。
【００６４】
［第３の実施の形態の効果］
第３の実施の形態に係る高周波電力増幅器（第３の増幅器）によれば、キャリア増幅回路６とピーク増幅回路７にそれぞれ高調波反射回路６４，７４を備えたドハティ増幅器において、ドハティ増幅器の入力段に、２次高調波を発生する高調波発生回路３を備えて、キャリア増幅回路６とピーク増幅回路７の入力に２次高調波を注入して、キャリア増幅回路６とピーク増幅回路７の両方において高調波反射による効率向上を図り、更に、高調波発生回路３が、必要十分なレベルで飽和する飽和型２次高調波発生器３７と、可変移相器３３と、可変減衰器３４とを備えた構成として、２次高調波のレベルを必要十分なレベルで飽和させ、更に２次高調波のレベルが最適となるよう調整することができ、高調波発生回路３における消費電力を低減して、ドハティ増幅器全体の効率を一層向上させることができる効果がある。
【００６５】
尚、キャリア増幅回路６とピーク増幅回路７の２次高調波の注入量及び位相を変える場合には、移相器や減衰器をそれぞれに対応して設けることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、電力変換効率を向上させることができる高周波電力増幅器に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る高周波電力増幅器（第１の増幅器）の構成ブロック図である。
【図２】高調波発生回路３の構成ブロック図である。
【図３】高調波発生回路における入出力−消費電力特性を示す模式説明図であり、（ａ）は一般的な２次高調波発生器、（ｂ）は飽和型２次高調波発生器における特性である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る高周波電力増幅器（第２の増幅器）の構成ブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る高周波増幅器（第３の増幅器）の構成ブロック図である。
【図６】従来の高調波反射回路を備えたドハティ増幅器の構成を示す構成ブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１…入力端子、  ２…出力端子、  ３…高調波発生回路、  ４…分配器、  ５…移相器、  ６…キャリア増幅回路、  ７…ピーク増幅回路、  ８，１０…伝送線路、  ６１，７１…入力整合回路、  ６２，７２…ＦＥＴ、  ６３，７３…出力整合回路、  ６４，７４…高調波反射回路、  ２０…増幅器、  ３１…分配器、  ３２…高調波発生器、  ３３…可変移相器、  ３４…可変減衰器、  ３５…遅延線、  ３６…合成器
【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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