(57)【要約】  電力増幅器に、入力信号の振幅変調成分を複数の制御信号に分割して出力すると共に変調波信号またはその位相変調成分を出力する信号発生回路と、制御信号をパルス変調するパルス変調器、パルス変調器から出力される矩形波信号を電流増幅するスイッチングアンプ及びスイッチングアンプの出力信号からスプリアス成分を除去するローパスフィルタを備えた複数の制御信号増幅器と、入力信号を増幅すると共にローパスフィルタの出力信号で振幅変調して出力するＲＦアンプとを有する。
2008090712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振幅変調成分及び位相変調成分を含む変調波信号を増幅する電力増幅器であって、
前記変調波信号の前記振幅変調成分を抽出し、該振幅変調成分を複数の制御信号に分割して出力すると共に、前記変調波信号の位相変調成分を抽出して出力する信号発生回路と、
前記制御信号をパルス変調するパルス変調器、前記パルス変調器から出力される矩形波信号を電流増幅するスイッチングアンプ及び前記スイッチングアンプの出力信号から前記矩形波信号により発生するスプリアス成分を除去するローパスフィルタを備えた複数の制御信号増幅器と、
前記位相変調成分を増幅すると共に前記ローパスフィルタの出力信号で振幅変調して出力するＲＦアンプと、
を有し、
ｎを２以上の正数としたとき、
前記複数の制御信号増幅器のうち、第１番目の制御信号増幅器が備えるローパスフィルタの出力信号が前記ＲＦアンプへ電源電圧として供給され、第ｎ番目の制御信号増幅器が備えるローパスフィルタの出力信号が第ｎ−１番目の制御信号増幅器が備えるスイッチングアンプへ電源電圧として供給される電力増幅器。
【請求項２】
振幅変調成分及び位相変調成分を含む変調波信号を増幅する電力増幅器であって、
前記変調波信号の前記振幅変調成分を抽出し、該振幅変調成分を複数の制御信号に分割して出力すると共に、前記変調波信号を出力する信号発生回路と、
前記制御信号をパルス変調するパルス変調器、前記パルス変調器から出力される矩形波信号を電流増幅するスイッチングアンプ及び前記スイッチングアンプの出力信号から前記矩形波信号により発生するスプリアス成分を除去するローパスフィルタを備えた複数の制御信号増幅器と、
前記変調波信号を増幅すると共に前記ローパスフィルタの出力信号で振幅変調して出力するＲＦアンプと、
を有し、
ｎを２以上の正数としたとき、
前記複数の制御信号増幅器のうち、第１番目の制御信号増幅器が備えるローパスフィルタの出力信号が前記ＲＦアンプへ電源電圧として供給され、第ｎ番目の制御信号増幅器が備えるローパスフィルタの出力信号が第ｎ−１番目の制御信号増幅器が備えるスイッチングアンプへ電源電圧として供給される電力増幅器。
【請求項３】
前記複数の制御信号は、
積の値が前記振幅変調成分と比例する信号である請求項１または２記載の電力増幅器。
【請求項４】
前記信号発生回路は、
前記複数の制御信号間の時間差を調整して出力する請求項３記載の電力増幅器。
【請求項５】
前記複数の制御信号のうち、少なくとも一つが、前記変調波信号の振幅変調成分よりもダイナミックレンジが小さい請求項３または４記載の電力増幅器。
【請求項６】
前記複数の制御信号のうち、少なくとも一つが、前記変調波信号の振幅変調成分の冪乗で与えられる請求項５記載の電力増幅器。
【請求項７】
前記複数の制御信号のうち、いずれか一つは、前記変調波信号の振幅変調成分が予め設定したしきい値以上のとき、前記変調波信号の振幅変調成分に比例する信号であり、前記変調波信号の振幅変調成分が前記しきい値より小さいとき、一定値の信号である請求項５記載の電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として無線通信機で用いられる、高い線形性と電力効率を備えた電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信機が備える送信用の電力増幅器は、無線通信機の中でも特に電力を消費する。そのため、電力増幅器の電力効率の改善が無線通信機開発の重要な課題となる。近年の無線通信規格ではスペクトル効率を改善するために線形変調方式を用いる構成が主流になりつつある。この線形変調方式では、信号歪に対する要求が厳しいため、電力増幅器を、良好な線形性が得られる高バックオフ（低入力電力）状態で動作させる必要がある。しかしながら、高バックオフ状態で動作させると電力増幅器の電力効率が低下する。そのため、電力増幅器の電力効率を向上させつつ入出力信号間の線形性を維持する技術として、近年、ＥＥＲ（Envelope  Elimination  and  Restoration）が盛んに研究されている。【０００３】
ＥＥＲ技術は、振幅変調（ＡＭ：Amplitude  Modulation）成分及び位相変調（ＰＭ:Phase  modulation）成分を含む入力信号（変調波信号）を高効率で増幅するために、入力信号のＡＭ成分を除去して残ったＰＭ成分のみを増幅し、増幅後のＰＭ成分を、除去したＡＭ成分で振幅変調することで、入力信号を線形増幅しつつ元の波形を復元する手法である。このＥＥＲ技術を適用した背景技術の電力増幅器の構成を図１に示す。【０００４】
図１に示すように、ＥＥＲ技術を適用した背景技術の電力増幅器は、信号発生回路１４７、ＲＦ（Radio  Frequency）アンプ１０９、パルス変調器１０４、ドライバアンプ１１６、スイッチングアンプ１０５、ローパスフィルタ１０６及びバンドパスフィルタ１０７を有する構成である。【０００５】
信号発生回路１４７は、入力信号に含まれるＡＭ成分を抽出し、振幅成分信号１１１として端子１４５を介してパルス変調器１０４へ出力する。また、信号発生回路１４７は、入力信号に含まれるＰＭ成分を抽出し、位相成分信号１１２として端子１４６を介してＲＦアンプ１０９へ出力する。【０００６】
パルス変調器１０４は、振幅成分信号１１１をパルス変調することで矩形波信号を生成し、ドライバアンプ１１６へ出力する。【０００７】
ドライバアンプ１１６は、パルス変調器１０４から出力された矩形波信号にしたがってスイッチングアンプ１０５を駆動し、該矩形波信号を効率よく増幅する。増幅後の矩形波信号は、ローパスフィルタ１０６によってスプリアス成分が除去され、端子１４２を介してＲＦアンプ１０９へ電源電圧として供給される。【０００８】
ＲＦアンプ１０９は、トランジスタ１０１、入力電源回路１０８及び出力電源回路１４０を備え、信号発生回路１４７から出力された位相成分信号１１２を増幅する。このとき、ＲＦアンプ１０９の出力信号は、ローパスフィルタ１０６の出力信号、すなわち増幅された振幅成分信号１１４によって振幅変調される。なお、トランジスタ１０１のゲートに接続された入力電源回路１０８には、通常、端子１４１を介して不図示の電源装置から一定の直流電圧が供給される。【０００９】
ＲＦアンプ１０９によって増幅された信号（出力信号１１５）は、バンドパスフィルタ１０７によって不要な帯域外成分が除去され、端子１４４を介して不図示のアンテナ素子等へ供給される。【００１０】
図２は図１に示した信号発生回路の一構成例を示すブロック図であり、図３は図１に示した信号発生回路の他の構成例を示すブロック図である。図２に示す信号発生回路１４７は電力増幅器の入力端子１４３にＲＦ信号が入力される場合に用いて最適な構成であり、図３に示す信号発生回路１４７は電力増幅器の入力端子１４３にベースバンド信号が入力される場合に用いて最適な構成である。【００１１】
図２に示す信号発生回路１４７は、入力信号であるＲＦ信号からＡＭ成分を抽出し、振幅成分信号として出力する振幅検出器１０３と、入力信号のＡＭ成分を除去するリミッタ１０２とを有する構成である。振幅検出器１０３は、端子１４３から入力された入力信号（変調波信号）のＡＭ成分を抽出し、振幅成分信号として端子１４５から出力する。リミッタ１０２は、端子１４３から入力された入力信号のＡＭ成分を除去し、残ったＰＭ成分である位相成分信号を端子１４６から出力する。【００１２】
図３に示す信号発生回路１４７は、ベースバンド信号処理回路１５０とＶＣＯ（電圧制御発振器）１５１とを備えている。ベースバンド信号処理回路１５０は、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）及びＤ／Ａ（デジタル−アナログ）変換機を備えていることが望ましい。ベースバンド信号処理回路１５０は入力信号であるベースバンド信号のＡＭ成分である振幅成分信号を端子１４５へ出力し、ＶＣＯ１５１へ出力周波数を制御するための信号を出力する。ベースバンド信号処理回路１５０は、端子１４３から入力されたベースバンド信号のＡＭ成分をＤＳＰによりデジタル処理にて演算・抽出し、ＲＦ周波数にアップコンバートした後、Ｄ／Ａ変換器でアナログ信号に変換して端子１４５から振幅成分信号１１１として出力する。また、ベースバンド信号処理回路１５０は、端子１４３から入力されたベースバンド信号のＰＭ成分をＤＳＰによりデジタル処理にて演算・抽出し、ＶＣＯ１５１から位相成分信号を出力させるための制御信号を生成し、Ｄ／Ａ変換器でアナログ信号に変換してＶＣＯ１５１へ出力する。ＶＣＯ１５１は、ベースバンド信号処理回路１５０からの制御信号にしたがってＲＦ周波数にアップコンバートされた位相成分信号を出力する。【００１３】
図１に示した電力増幅器では、信号発生回路１４７から十分に大きな電力で位相成分信号１１２を出力することで、ＲＦアンプ１０９のトランジスタ１０１を常に飽和動作させる。さらに、ＲＦアンプ１０９が備えるトランジスタ１０１のドレインに、端子１４２及び出力電源回路１４０を介して振幅成分信号１１４を供給することで、トランジスタ１０１によって増幅された位相成分信号１１２を振幅成分信号１１４により振幅変調する。そのため、入力信号を高い電力効率で増幅しつつ、入出力信号間の線形性を維持できる。なお、ＥＥＲ技術を適用した電力増幅器については、例えば特開２００５−１８４２７３号公報等にも記載されている。【００１４】
一方、電力増幅器の電力効率の向上と線形性を維持するための他の技術として、ＥＴ（Envelope  Tracking）技術が知られている。【００１５】
ＥＴ技術は、ＡＭ成分及びＰＭ成分を含む入力信号を増幅すると共に、入力信号のＡＭ成分を抽出し、増幅後の信号を抽出したＡＭ成分で振幅変調することで、入出力信号間の線形性を保ちつつ電力効率を向上させる手法である。このＥＴ技術を適用した背景技術の電力増幅器の構成を図４に示す。【００１６】
図４に示すように、ＥＴ技術を適用した背景技術の電力増幅器は、信号発生回路１４８の構成及び動作が、図１に示したＥＥＲ技術を適用した電力増幅器と異なっている。その他の構成及び動作は図１に示したＥＥＲ技術を適用した電力増幅器と同様であるため、ここではその説明を省略する。なお、図４では、信号発生回路１４８を除く他の構成要素に対して、図１に示した電力増幅器と同様の符号を付与している。【００１７】
信号発生回路１４８は、入力信号に含まれるＡＭ成分を抽出し、振幅成分信号１１１として端子１４５を介してパルス変調器１０４へ出力する。また、信号発生回路１４８は、ＡＭ成分及びＰＭ成分を含む入力信号の振幅に比例する変調波信号１４９を、端子１４６を介してＲＦアンプ１０９へ出力する。【００１８】
図５は図４に示した信号発生回路の一構成例を示すブロック図であり、図６は図４に示した信号発生回路の他の構成例を示すブロック図である。図５に示した信号発生回路１４８は電力増幅器の入力端子１４３にＲＦ信号が入力される場合に用いて最適な構成であり、図６に示した信号発生回路は電力増幅器の入力端子１４３にベースバンド信号が入力される場合に用いて最適な構成である。【００１９】
図５に示した信号発生回路１４８は、ＲＦ信号（変調波信号）からＡＭ成分を抽出し、振幅成分信号１１１として出力する振幅検出器１０３を備えた構成である。振幅検出器１０３は、端子１４３から入力された入力信号のＡＭ成分を抽出し、振幅成分信号１１１として端子１４５から出力する。端子１４３から入力された入力信号は、振幅検出器１０３へ供給されると共に、そのまま端子１４６から変調波信号１４９として出力される。【００２０】
図６に示した信号発生回路１４８は、ベースバンド信号処理回路１５０と直交変調器１５２とを備えている。ベースバンド信号処理回路１５０は、端子１４３から入力されたベースバンド信号のＡＭ成分をＤＳＰによりデジタル処理にて演算・抽出し、Ｄ／Ａ変換器でアナログ信号に変換した後、端子１４５から振幅成分信号１１１として出力する。また、ベースバンド信号処理回路１５０は、入力ベースバンド信号をＤ／Ａ変換器でアナログ信号に変換した後、直交変調器１５２へ出力する。【００２１】
直交変調器１５２は、ベースバンド信号処理回路１５０から出力されたベースバンド信号をＲＦ周波数にアップコンバートし、変調波信号１４９として端子１４６から出力する。【００２２】
図４に示した電力増幅器では、信号発生回路１４８から十分に大きな電力で変調波信号１４９を出力し、ＲＦアンプ１０９のトランジスタ１０１を常に飽和動作させることで、図２に示したリミッタ１０２の機能をＲＦアンプ１０９に持たせている。すなわち、ＥＥＲ技術では入力信号のＰＭ成分をＲＦアンプ１０９へ入力し、ＥＴ技術ではＡＭ成分及びＰＭ成分を含む変調波信号１４９をＲＦアンプ１０９に入力する点を除けば、これらの技術を適用した電力増幅器は共通の原理で動作する。そのため、ＥＴ技術を適用した電力増幅器も入力信号を高い電力効率で増幅しつつ、入出力信号間の線形性を維持できる。【００２３】
しかしながら上記したような背景技術の電力増幅器では、図７に示すように、図１及び図４に示したスイッチングアンプ１０５の出力電力（平均電力）が下がると、スイッチングアンプ１０５の電力効率が低下する問題がある。スイッチングアンプ１０５の電力効率が出力電力に依存する理由は、低出力時に、スイッチングアンプ１０５の出力電力に対してスイッチングアンプ１０５自体の電力損失が無視できなくなるためである。【００２４】
スイッチングアンプの電力損失の要因としては、ｏｎからｏｆｆあるいはｏｆｆからｏｎする際に電流及び電圧が重なることで発生するスイッチング損失、並びにｏｎ抵抗によって生じる導通損失がある。このようなスイッチングアンプ１０５の電力効率の低下は、電力増幅回路全体の電力効率を低下させる要因となる。
【発明の開示】
【００２５】
そこで、本発明は、スイッチングアンプの電力効率の低下を抑制して、背景技術よりも電力効率が高い電力増幅器を提供することを目的とする。
【００２６】
上記目的を達成するため本発明の電力増幅器は、振幅変調成分及び位相変調成分を含む変調波信号を増幅する電力増幅器であって、
前記変調波信号の前記振幅変調成分を抽出し、該振幅変調成分を複数の制御信号に分割して出力すると共に、前記変調波信号の位相変調成分を抽出して出力する信号発生回路と、
前記制御信号をパルス変調するパルス変調器、前記パルス変調器から出力される矩形波信号を電流増幅するスイッチングアンプ及び前記スイッチングアンプの出力信号から前記矩形波信号により発生するスプリアス成分を除去するローパスフィルタを備えた複数の制御信号増幅器と、
前記位相変調成分を増幅すると共に前記ローパスフィルタの出力信号で振幅変調して出力するＲＦアンプと、
を有し、
ｎを２以上の正数としたとき、
前記複数の制御信号増幅器のうち、第１番目の制御信号増幅器が備えるローパスフィルタの出力信号が前記ＲＦアンプへ電源電圧として供給され、第ｎ番目の制御信号増幅器が備えるローパスフィルタの出力信号が第ｎ−１番目の制御信号増幅器が備えるスイッチングアンプへ電源電圧として供給される構成である。
【００２７】
または、振幅変調成分及び位相変調成分を含む変調波信号を増幅する電力増幅器であって、
前記変調波信号の前記振幅変調成分を抽出し、該振幅変調成分を複数の制御信号に分割して出力すると共に、前記変調波信号を出力する信号発生回路と、
前記制御信号をパルス変調するパルス変調器、前記パルス変調器から出力される矩形波信号を電流増幅するスイッチングアンプ及び前記スイッチングアンプの出力信号から前記矩形波信号により発生するスプリアス成分を除去するローパスフィルタを備えた複数の制御信号増幅器と、
前記変調波信号を増幅すると共に前記ローパスフィルタの出力信号で振幅変調して出力するＲＦアンプと、
を有し、
ｎを２以上の正数としたとき、
前記複数の制御信号増幅器のうち、第１番目の制御信号増幅器が備えるローパスフィルタの出力信号が前記ＲＦアンプへ電源電圧として供給され、第ｎ番目の制御信号増幅器が備えるローパスフィルタの出力信号が第ｎ−１番目の制御信号増幅器が備えるスイッチングアンプへ電源電圧として供給される構成である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、ＥＥＲ技術を適用した背景技術の電力増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示した信号発生回路の一構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、図１に示した信号発生回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、ＥＴ技術を適用した背景技術の電力増幅器の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、図４に示した信号発生回路の一構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、図４に示した信号発生回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図７】図７は、図１及び図４に示したスイッチングアンプの出力電力に対する電力効率の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、第１の実施の形態の電力増幅器の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、図８に示した信号発生回路の一構成例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、図８に示した信号発生回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、図８に示した信号発生回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、図８に示した信号発生回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、図８に示した電力増幅器の第１の制御信号及び第２の制御信号の設定例を示すグラフである。
【図１４】図１４は、第２の実施の形態の電力増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、図１４に示した信号発生回路の一構成例を示すブロック図である。
【図１６】図１６は、図１４に示した信号発生回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図１７】図１７は、図１４に示した信号発生回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図１８】図１８は、図１４に示した信号発生回路の他の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に本発明について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図８に示すように、第１の実施の形態の電力増幅器は、信号発生回路２４７、ＲＦ（Radio  Frequency）アンプ２０９、第１のパルス変調器２２０、第１のドライバアンプ２２１、第１のスイッチングアンプ２２４、第２のパルス変調器２０４、第２のドライバアンプ２２２、第２のスイッチングアンプ２２３、第１のローパスフィルタ２０６、第２のローパスフィルタ２０５及びバンドパスフィルタ２０７を有する構成である。【００３０】
信号発生回路２４７は、入力信号に含まれるＡＭ成分を抽出し、該ＡＭ成分から生成した第１の制御信号２１８を、端子２５３を介して第１のパルス変調器２２０へ出力し、該ＡＭ成分から生成した第２の制御信号２１９を、端子２４５を介して第２のパルス変調器２０４へ出力する。本実施形態では、入力信号のＡＭ成分をａ（ｔ）としたとき、ＡＭ成分ａ（ｔ）よりもダイナミックレンジが小さくａ（ｔ）∝ａ１（ｔ）ａ２（ｔ）の関係を満たす振幅成分ａ１（ｔ）を第１の制御信号２１８として第１のパルス変調器２２０へ出力し、振幅成分ａ２（ｔ）を第２の制御信号２１９として第２のパルス変調器２０４へ出力する。また、信号発生回路２４７は、入力信号に含まれるＰＭ成分を抽出し、位相成分信号として端子２４６を介してＲＦアンプ２０９へ出力する。なお、信号発生回路２４７は、第１の制御信号２１８と位相成分信号間、及び第２の制御信号２１９と位相成分信号間の遅延時間差を調整する機能を備えていることが望ましい。【００３１】
第１のパルス変調器２２０は、第１の制御信号２１８をパルス変調することで振幅が一定の矩形波信号を生成し、第１のドライバアンプ２２１へ出力する。第１のパルス変調器２２０には、ＰＷＭ（Pulse  width  modulation）変調器、Δ変調器、ΔΣ変調器等を用いることができる。第１のパルス変調器２２０は、信号発生回路２４７から出力される第１の制御信号２１８を振幅が一定の矩形波信号に変換できればどのような回路を用いてもよい。【００３２】
第１のドライバアンプ２２１は、第１のパルス変調器２２０から出力された矩形波信号にしたがって第１のスイッチングアンプ２２４を駆動し、第１のスイッチングアンプ２２４は該矩形波信号を効率よく電流増幅する。増幅後の矩形波信号は、第１のローパスフィルタ２０６によって矩形波のスプリアス成分が除去され、端子２４２を介してＲＦアンプ２０９へ電源電圧として出力される。第１のスイッチングアンプ２２４には、矩形波信号を高い電力効率で増幅できる増幅器、例えばＤ級アンプ、Ｅ級アンプ、Ｓ級アンプ等を用いればよい。なお、第１のパルス変調器２２０がスイッチングアンプ２２４を駆動するのに十分な強度の信号を出力できる構成であれば、第１のドライバアンプ２２１は無くてもよい。【００３３】
第２のパルス変調器２０４は、第２の制御信号２１９をパルス変調することで矩形波信号を生成し、第２のドライバアンプ２２２へ出力する。第２のパルス変調器２０４には、第１のパルス変調器２２０と同様に、ＰＷＭ（Pulse  width  modulation）変調器、Δ変調器、ΔΣ変調器等を用いることができる。【００３４】
第２のドライバアンプ２２２は、第２のパルス変調器２０４から出力された矩形波信号にしたがって第２のスイッチングアンプ２２３を駆動し、第２のスイッチングアンプ２２３は該矩形波信号を効率よく電流増幅する。増幅後の矩形波信号は、第２のローパスフィルタ２０５によって矩形波のスプリアス成分が除去され、端子２４９を介して第１のスイッチングアンプ２２４へ電源電圧として出力される。第２のスイッチングアンプ２２３には、矩形波信号を高い電力効率で増幅できる増幅器、例えばＤ級アンプ、Ｅ級アンプ、Ｓ級アンプ等を用いればよい。なお、第２のパルス変調器２０４が第２のスイッチングアンプ２２３を駆動するのに十分な強度の信号を出力できる構成であれば、第２のドライバアンプ２２２は無くてもよい。【００３５】
ＲＦアンプ２０９は、トランジスタ２０１、入力電源回路２０８及び出力電源回路２４０を備え、信号発生回路２４７の出力信号を増幅する。このとき、ＲＦアンプ２０９の出力信号は、端子２４２を介して第１のローパスフィルタ２０６の出力信号、すなわち増幅された振幅成分信号によって振幅変調される。トランジスタ２０１のゲートに接続された入力電源回路２０８には、背景技術と同様に、端子２４１を介して不図示の電源装置から一定の直流電圧が供給される。なお、トランジスタ２０１には、電界効果トランジスタ及びバイポーラトランジスタのいずれを用いてもよい。【００３６】
ＲＦアンプ２０９によって増幅された信号は、バンドパスフィルタ２０７によって矩形波信号に起因する不要なスプリアス成分が除去され、入力信号を線形増幅した所望のＲＦ信号２１５が端子２４４を介して不図示のアンテナ素子等へ供給される。【００３７】
図９は図８に示した信号発生回路の一構成例を示すブロック図であり、図１０は図８に示した信号発生回路の他の構成例を示すブロック図である。図９及び図１０に示す信号発生回路２４７は図８に示した電力増幅器の入力端子２４３にＲＦ信号が入力される場合に用いて最適な構成である。なお、図９は図８に示した電力増幅器に上述したＥＥＲ技術を適用する場合の信号発生回路２４７の構成例を示し、図１０は図８に示した電力増幅器に上述したＥＴ技術を適用する場合の信号発生回路２４７の構成例を示している。【００３８】
図９に示す信号発生回路２４７は、入力信号であるＲＦ信号からＡＭ成分を抽出する振幅検出器２０３と、入力信号のＡＭ成分を除去するリミッタ２０２と、振幅検出器２０３によって抽出された入力信号のＡＭ成分を分割する信号分離部２１７とを有する構成である。また、図９に示す信号発生回路２４７は、遅延補正器２５８を備え、該遅延補正器２５８により振幅検出器２０３で抽出される入力信号のＡＭ成分とリミッタ２０２で抽出されるＰＭ成分の遅延時間差を調整可能である。【００３９】
振幅検出器２０３は、端子２４３から入力されたＲＦ信号（変調波信号）のＡＭ成分を抽出し、信号分離部２１７へ出力する。信号分離部２１７は、入力信号のＡＭ成分ａ（ｔ）を上記ａ（ｔ）∝ａ１（ｔ）ａ２（ｔ）の関係を満たす振幅成分ａ１（ｔ）とａ２（ｔ）に分割し、振幅成分ａ１（ｔ）を持つ第１の制御信号２１８を端子２５３へ出力し、振幅成分ａ２（ｔ）を持つ第２の制御信号２１９を端子２４５へ出力する。リミッタ２０２は、遅延補正器２５８によって遅延時間が調整されたＲＦ信号のＡＭ成分を除去し、残ったＰＭ成分である位相成分信号２１２を端子２４６から出力する。【００４０】
信号分離部２１７は、論理回路、Ａ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換器やＤ／Ａ変換器を備えたデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、あるいはアナログ回路で構成された演算回路等によって実現できる。信号分離部２１７は、信号分離部２１７から出力する第１の制御信号２１８と第２の制御信号２１９間の時間差を適宜調整する機能を備えていることが望ましい。【００４１】
なお、図８では信号発生回路２４７から第１の制御信号２１８及び第２の制御信号２１９としてアナログ信号を出力する例を示しているが、信号発生回路２４７がＤＳＰで構成された信号分離部２１７を備えている場合、信号発生回路２４７に第１のパルス変調器２２０及び第２のパルス変調器２０４の機能を持たせてもよい。その場合、第１の制御信号２１８を第１のドライバアンプ２２１へ直接入力し、第２の制御信号２１９を第２のドライバアンプ２２２へ直接入力してもよい。【００４２】
また、信号発生回路２４７は、図１０に示すように、図９に示した回路からリミッタ２０２を除いた構成も可能である。図１０で示した構成では、端子２４６からＡＭ成分及びＰＭ成分を含む変調波信号が出力される。振幅検出器２０３、信号分離部２１７及び遅延補正器２５８の構成及び動作は図９に示した信号発生回路２４７と同様である。【００４３】
図１１及び図１２は図８に示した信号発生回路の他の構成例を示すブロック図である。図１１及び図１２に示す信号発生回路２４７は図８に示した電力増幅器の入力端子２４３にベースバンド信号が入力される場合に用いて最適な構成である。なお、図１１は図８に示した電力増幅器に上述したＥＥＲ技術を適用する場合の信号発生回路２４７の構成例を示し、図１２は図８に示した電力増幅器に上述したＥＴ技術を適用する場合の信号発生回路２４７の構成例を示している。【００４４】
図１１に示す信号発生回路２４７は、ベースバンド信号処理回路２５０とＶＣＯ２５１とを備えている。ベースバンド信号処理回路２５０は、ＤＳＰ及びＤ／Ａ変換器を備えていることが望ましい。ベースバンド信号処理回路２５０は、ＤＳＰによるデジタル処理にて、端子２４３から入力されたベースバンド信号のＡＭ成分ａ（ｔ）を、上記ａ（ｔ）∝ａ１（ｔ）ａ２（ｔ）の関係を満たす振幅成分ａ１（ｔ）とａ２（ｔ）に演算・分割する。Ｄ／Ａ変換器でこれらの信号ａ１（ｔ）とａ２（ｔ）をアナログ信号に変換した後、振幅成分ａ２（ｔ）を第２の制御信号２１９として端子２４５へ出力する。また、ベースバンド信号処理回路２５０は、端子２４３から入力されたベースバンド信号のＰＭ成分をＤＳＰによりデジタル処理にて演算・抽出する。そして、ＶＣＯ２５１から位相成分信号を出力させるための制御信号を生成し、Ｄ／Ａ変換器でアナログ信号に変換してＶＣＯ２５１へ出力する。ベースバンド信号処理回路２５０は、ベースバンド信号のＡＭ成分とＰＭ成分の遅延時間差を計算して補正する機能をＤＳＰにより実現することが望ましい。【００４５】
ＶＣＯ２５１は、ベースバンド信号処理回路２５０から出力される制御信号によって出力周波数が制御され、ＲＦ周波数にアップコンバートした位相成分信号を出力する。【００４６】
なお、信号発生回路２４７がＤＳＰで構成されたベースバンド信号処理回路２５０を備えている場合、ベースバンド信号処理回路２５０に第１のパルス変調器２２０及び第２のパルス変調器２０４の機能を持たせてもよい。その場合、第１の制御信号２１８を第１のドライバアンプ２２１へ直接入力し、第２の制御信号２１９を第２のドライバアンプ２２２へ直接入力してもよい。【００４７】
また、信号発生回路２４７は、図１２に示すように、図１１に示したＶＣＯ２５１に代えて直交変調器２５２を備えた構成も可能である。図１２で示した構成では、端子２４６からＡＭ成分及びＰＭ成分を含む変調波信号が出力される。ベースバンド信号処理回路２５０の構成及び動作は図１１に示した信号発生回路２４７と同様である。【００４８】
第１の実施の形態の電力増幅器では、第２のスイッチングアンプ２２３で増幅された信号が、第２のローパスフィルタ２０５によって矩形波のスプリアス成分が除去された後、第１のスイッチングアンプ２２４へ電源電圧として供給される。したがって、第１のスイッチングアンプ２２４の出力信号は、第２のローパスフィルタ２０５の出力信号２１３によって振幅変調される。【００４９】
また、第１のスイッチングアンプ２２４の出力信号２５９から第１のローパスフィルタ２０６を用いて出力信号２５９に重畳している矩形波のスプリアス成分を除去することで、第１のローパスフィルタ２０６からは、第１の制御信号２１８と第２の制御信号２１９の積、すなわち振幅信号ａ（ｔ）に比例する信号２１４が得られる。【００５０】
ＲＦアンプ２０９には、背景技術のＥＥＲ技術またはＥＴ技術を適用した電力増幅器と同様に信号発生回路２４７から出力された位相成分信号またはＡＭ成分及びＰＭ成分を含む変調波信号が入力され、飽和動作しつつ位相成分信号または変調波信号を増幅する。このとき、ＲＦアンプ２０９の出力信号は、第１のローパスフィルタ２０６から出力される信号２１４によって振幅変調される。このＲＦアンプ２０９の出力信号を、ベースバンド信号の周波数帯域よりも広く、かつ矩形波信号に起因するスプリアス成分を除去できる周波数帯域を持つバンドパスフィルタ２０７を通過させることで、ＲＦアンプ２０９の出力信号に重畳している不要なスプリアス成分が除去され、入力信号を線形増幅した所望のＲＦ信号２１５が得られる。【００５１】
上述したように、第１の実施の形態の電力増幅器では、第１の制御信号２１８及び第２の制御信号２１９のダイナミックレンジを元になる入力信号のＡＭ成分ａ（ｔ）よりも小さくしている。したがって、第１のスイッチングアンプ２２４及び第２のスイッチングアンプ２２３の平均出力電圧の低下が抑制され、第１のスイッチングアンプ２２４及び第２のスイッチングアンプ２２３の電力効率の低下が抑制される。また、第１のスイッチングアンプ２２４は、第２のローパスフィルタ２０５の出力信号を電源電圧として用いて動作しているため、出力信号の大きさは該電源電圧に応じて変化する。したがって、低出力時に各スイッチングアンプの電源電圧を下げることで、電源電圧に比例するスイッチング損失が、一定の電源電圧を供給する場合よりも低減され、低出力時の電力効率の低下が抑制される。また、制御信号として元の振幅変調成分よりもダイナミックレンジが狭い信号を用いることでスイッチングアンプの低振幅動作が回避され、電力効率の低下が抑制される。よって、スイッチングアンプの低振幅動作時の電力効率が背景技術よりも向上し、電力増幅器の回路全体の電力効率が改善される。【００５２】
なお、ａ（ｔ）∝ａ１（ｔ）ａ２（ｔ）の関係を満たす第１の制御信号（ａ１（ｔ））２１８及び第２の制御信号（ａ２（ｔ））２１９の例としては、ａ１（ｔ）∝[ａ（ｔ）]ｎ１、ａ２（ｔ）∝[ａ（ｔ）]ｎ２（ｎ１＋ｎ２＝１）に設定する方法がある。この場合、ＡＭ成分ａ（ｔ）よりも振幅成分ａ１（ｔ）及びａ２（ｔ）のダイナミックレンジが小さいという条件を満たすために、ｎ１、ｎ２＜１であることが望ましい。ここで、[ａ（ｔ）]ｎ１、[ａ（ｔ）]ｎ２は、ａ（ｔ）を冪乗することを示している。【００５３】
さらに、第１の制御信号（ａ１（ｔ））２１８及び第２の制御信号（ａ２（ｔ））２１９は、図１３に示すように設定することもできる。【００５４】
例えば、ＡＭ成分ａ（ｔ）に対して予め所定のしきい値ａｒｅｆを設定し、ａ（ｔ）が該しきい値ａｒｅｆよりも小さい場合、第１の制御信号２１８をａ（ｔ）と比例する値とし、第２の制御信号２１９を一定値ａｒｅｆ２としてよい。また、ａ（ｔ）がしきい値ａｒｅｆ以上の場合、第１の制御信号２１８を一定値ａｒｅｆ１とし、第２の制御信号２１９をａ（ｔ）と比例する値とする。【００５５】
すなわち、第１の制御信号２１８は、ａ（ｔ）がしきい値ａｒｅｆ以上のときは一定値とし、ａ（ｔ）がしきい値ａｒｅｆよりも小さいときはａ（ｔ）と比例する値に設定する。この場合、第２の制御信号４１９は、ａ（ｔ）がしきい値ａｒｅｆ以上のときはａ（ｔ）と比例する値とし、ａ（ｔ）がしきい値ａｒｅｆよりも小さいときは一定値に設定する。【００５６】
このように第１の制御信号２１８及び第２の制御信号２１９を設定した場合も、これらの信号は、元のＡＭ成分ａ（ｔ）よりもダイナミックレンジが小さいため、第２のスイッチングアンプ２２３の電力効率の低下が抑制される。また、第１の制御信号２１８（ａ１（ｔ））及び第２の制御信号２１９（ａ２（ｔ））は、ａ（ｔ）∝ａ１（ｔ）ａ２（ｔ）の関係を満たしているため、入力信号の線形増幅が実現される。同様の動作は、上記ａ１（ｔ）とａ２（ｔ）の関係を入れ替えても実現できる。【００５７】
第１の制御信号２１８及び第２の制御信号２１９の設定方法については、上記例に限定されるものではなく、第１の制御信号２１８及び第２の制御信号２１９のうち、少なくとも一方が元のＡＭ成分ａ（ｔ）よりもダイナミックレンジが小さければ（但し、ａ（ｔ）∝ａ１（ｔ）ａ２（ｔ））、どのような値であってもよい。
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態の電力増幅器について図面を用いて説明する。【００５８】
図１４は第２の実施の形態の電力増幅器の構成を示すブロック図である。なお、図１４は上述したＥＥＲ技術を適用した電力増幅器の構成例を示している。【００５９】
第１の実施の形態では、パルス変調器、ドライバアンプ、スイッチングアンプ及びローパスフィルタから成る回路ブロックを２組備え、信号発生回路２４７から出力された２つの制御信号を各回路ブロックで増幅する構成例を示した。第２の実施の形態の電力増幅器は、信号発生回路により変調波信号から抽出したＡＭ成分ａ（ｔ）を複数の制御信号（ａ１（ｔ）〜ａｎ（ｔ））に分割し、その複数の制御信号を、パルス変調器、ドライバアンプ、スイッチングアンプ及びローパスフィルタから成る複数の回路ブロック（制御信号増幅部）で増幅する構成である。【００６０】
図１４に示すように、第２の実施の形態の電力増幅器は、信号発生回路３４７、ＲＦアンプ３０９、バンドパスフィルタ３０７及び信号発生回路３４７から出力される複数の制御信号を増幅する複数の制御信号増幅部３００１〜３００ｎ（ｎは正数）を有する構成である。【００６１】
制御信号増幅部３００１〜３００ｎは、パルス変調器、ドライバアンプ、スイッチングアンプ及びローパスフィルタをそれぞれ備えている。【００６２】
制御信号増幅部３００１が備えるパルス変調器３２０１、ドライバアンプ３２１１、スイッチングアンプ３２４１及びローパスフィルタ３０６１は、第１の実施の形態で示した第１のパルス変調器２２０、第１のドライバアンプ２２１、第１のスイッチングアンプ２２４及び第１のローパスフィルタ２０６に相当し、これらと同様に動作する。また、制御信号増幅部３００２〜３００ｎが備えるパルス変調器３２０２〜３２０ｎ、ドライバアンプ３２１２〜３２１ｎ、スイッチングアンプ３２４２〜３２４ｎ及びローパスフィルタ３０６２〜３０６ｎは、第１の実施の形態で示した第２のパルス変調器２０４、第２のドライバアンプ２２２、第２のスイッチングアンプ２２３及び第２のローパスフィルタ２０５に相当し、これらと同様に動作する。【００６３】
すなわち、第２の実施の形態の電力増幅器では、第１番目の制御信号増幅器３００１が備えるローパスフィルタ３０６１の出力信号はＲＦアンプ３０９へ電源電圧として供給され、第ｎ番目の制御信号増幅器３００ｎが備えるローパスフィルタの出力信号が第ｎ−１番目の制御信号増幅器３００ｎ−１が備えるスイッチングアンプ３２４ｎ−１へ電源電圧として供給される。なお、第ｎ番目の制御信号増幅器３００ｎが備えるスイッチングアンプ３２４ｎには不図示の電源装置から所定の電源電圧が供給される。【００６４】
信号発生回路３４７は、入力信号に含まれるＡＭ成分を抽出し、該ＡＭ成分から生成した複数の制御信号３１８１〜３１８ｎを、端子３５３１〜３５３ｎを介して制御信号増幅部３００１〜３００ｎが備えるパルス変調器３２０１〜３２０ｎへ出力する。本実施形態では、入力信号のＡＭ成分をａ（ｔ）としたとき、ＡＭ成分ａ（ｔ）よりもダイナミックレンジが小さくａ（ｔ）∝ａ１（ｔ）ａ２（ｔ）・・・ａｎ（ｔ）の関係を満たす、振幅成分ａ１（ｔ）〜ａｎ（ｔ）を制御信号３１８１〜３１８ｎとして制御信号増幅部３００１〜３００ｎへ出力する。また、信号発生回路３４７は、第１の実施の形態と同様に、入力信号に含まれるＰＭ成分を抽出し、位相成分信号として端子３４６を介してＲＦアンプ３０９へ出力する。信号発生回路３４７は、各制御信号３１８１〜３１８ｎと位相成分信号間の遅延時間差を調整する機能を備えていることが望ましい。【００６５】
ＲＦアンプ３０９及びバンドパスフィルタ３０７の構成及び動作は第１の実施の形態の電力増幅器と同様であるため、その説明は省略する。【００６６】
なお、パルス変調器３２０１〜３２０ｎには、第１の実施の形態と同様に、ＰＷＭ（Pulse  width  modulation）変調器、Δ変調器、ΔΣ変調器等を用いることができる。パルス変調器３２０１〜３２０ｎは、信号発生回路３４７から出力される制御信号３１８１〜３１８ｎを振幅が一定の矩形波信号に変換できればどのような回路を用いてもよい。【００６７】
また、スイッチングアンプ３２４２〜３２４ｎには、矩形波信号を高い電力効率で増幅できる増幅器、例えばＤ級アンプ、Ｅ級アンプ、Ｓ級アンプ等を用いればよい。なお、パルス変調器３２０１〜３２０ｎがスイッチングアンプ３２４２〜３２４ｎを駆動するのに十分な強度の信号を出力できる構成であれば、ドライバアンプ３２１２〜３２１ｎは無くてもよい。【００６８】
図１５は図１４に示した信号発生回路の一構成例を示すブロック図であり、図１６は図１４に示した信号発生回路の他の構成例を示すブロック図である。図１５及び図１６に示す信号発生回路３４７は図１４に示した電力増幅器の入力端子３４３にＲＦ信号が入力される場合に用いて最適な構成である。なお、図１５は図１４に示した電力増幅器に上述したＥＥＲ技術を適用する場合の信号発生回路３４７の構成例を示し、図１６は図１４に示した電力増幅器に上述したＥＴ技術を適用する場合の信号発生回路３４７の構成例を示している。【００６９】
図１５に示す信号発生回路３４７は、入力されたＲＦ信号（変調波信号）からＡＭ成分を抽出する振幅検出器３０３と、入力信号のＡＭ成分を除去するリミッタ３０２と、振幅検出器３０３によって抽出された入力信号のＡＭ成分を分割する信号分離部３１７とを有する構成である。また、図１５に示す信号発生回路３４７は、遅延補正器３５８を備え、該遅延補正器３５８により振幅検出器３０３で抽出される入力信号のＡＭ成分とリミッタ３０２で抽出されるＰＭ成分の遅延時間差を調整可能である。【００７０】
振幅検出器３０３は、端子３４３から入力された入力信号（変調波信号）のＡＭ成分を抽出し、信号分離部３１７へ出力する。信号分離部３１７は、入力信号をＡＭ成分ａ（ｔ）を、上記ａ（ｔ）∝ａ１（ｔ）ａ２（ｔ）・・・ａｎ（ｔ）の関係を満たす振幅成分ａ１（ｔ）〜ａｎ（ｔ）に分割し、振幅成分ａ１（ｔ）〜ａｎ（ｔ）を持つ制御信号３１８１〜３１３ｎを端子３５３１〜３５３ｎから出力する。リミッタ３０２は、遅延補正器３５８によって遅延時間が調整された入力信号のＡＭ成分を除去し、残ったＰＭ成分である位相成分信号３１２を端子３４６から出力する。【００７１】
本実施形態の信号分離部３１７は、第１の実施の形態と同様に、論理回路、Ａ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換器やＤ／Ａ変換器を備えたデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、あるいはアナログ回路で構成された演算回路等によって実現できる。信号分離部３１７は、信号分離部３１７から出力する制御信号３１８１〜３１８ｎ間の各時間差を適宜調整する機能を備えていることが望ましい。【００７２】
なお、図１４では信号発生回路３４７から制御信号３１８１〜３１８ｎとしてアナログ信号を出力する例を示しているが、信号発生回路３４７がＤＳＰで構成された信号分離部３１７を備えている場合、信号発生回路３４７にパルス変調器３２０１〜３２０ｎの機能を持たせてもよい。その場合、第１の制御信号増幅部３００１〜第ｎの制御信号増幅部３００ｎが備えるドライバアンプ３２１２〜３２１ｎを省略し、制御信号３１８１〜３１８ｎをスイッチングアンプ３２４２〜３２４ｎへ直接入力すればよい。【００７３】
また、信号発生回路３４７は、図１６に示すように、図１５に示した回路からリミッタ３０２を除いた構成も可能である。図１６で示した構成では、端子３４６からＡＭ成分及びＰＭ成分を含む変調波信号が出力される。振幅検出器３０３、信号分離部３１７及び遅延補正器３５８の構成及び動作は図１５に示した信号発生回路３４７と同様である。【００７４】
図１７及び図１８は図１４に示した信号発生回路の他の構成例を示すブロック図である。【００７５】
図１７及び図１８に示す信号発生回路３４７は図１４に示した電力増幅器の入力端子３４３にベースバンド信号が入力される場合に用いて最適な構成である。なお、図１７は図１４に示した電力増幅器に上述したＥＥＲ技術を適用する場合の信号発生回路３４７の構成例を示し、図１８は図１４に示した電力増幅器に上述したＥＴ技術を適用する場合の信号発生回路３４７の構成例を示している。【００７６】
図１７に示す信号発生回路３４７は、ベースバンド信号処理回路３５０とＶＣＯ３５１とを備えている。ベースバンド信号処理回路３５０は、ＤＳＰ及びＤ／Ａ変換器を備えていることが望ましい。ベースバンド信号処理回路３５０は、ＤＳＰによるデジタル処理にて、端子３４３から入力されたベースバンド信号のＡＭ成分ａ（ｔ）を、上記ａ（ｔ）∝ａ１（ｔ）ａ２（ｔ）・・・ａｎ（ｔ）の関係を満たす振幅成分ａ１（ｔ）〜ａｎ（ｔ）に演算・分割する。Ｄ／Ａ変換器でこれらの信号ａ１（ｔ）〜ａｎ（ｔ）をアナログ信号に変換した後、振幅成分ａ１（ｔ）〜ａｎ（ｔ）を持つ制御信号３１８１〜３１３ｎを端子３５３１〜３５３ｎから出力する。また、ベースバンド信号処理回路３５０は、端子３４３から入力されたベースバンド信号のＰＭ成分をＤＳＰによりデジタル処理にて演算・抽出する。そして、ＶＣＯ３５１から位相成分信号を出力させるための制御信号を生成し、Ｄ／Ａ変換器でアナログ信号に変換してＶＣＯ３５１へ出力する。ベースバンド信号処理回路３５０は、ベースバンド信号のＡＭ成分とＰＭ成分の遅延時間差を計算して補正する機能をＤＳＰにより実現することが望ましい。【００７７】
ＶＣＯ３５１は、ベースバンド信号処理回路３５０から出力される制御信号によって出力周波数が制御され、ＲＦ周波数にアップコンバートした位相成分信号を出力する。【００７８】
なお、信号発生回路３４７がＤＳＰで構成されたベースバンド信号処理回路３５０を備えている場合、ベースバンド信号処理回路３５０にパルス変調器３２０１〜３２０ｎの機能を持たせてもよい。その場合、制御信号３１８１〜３１８ｎをドライバアンプ３２１１〜３２１ｎへ直接入力してもよい。【００７９】
また、信号発生回路３４７は、図１８に示すように、図１７に示したＶＣＯ３５１に代えて直交変調器３５２を備えた構成も可能である。図１８で示した構成では、端子３４６からＡＭ成分及びＰＭ成分を含む変調波信号が出力される。ベースバンド信号処理回路３５０の構成及び動作は図１７に示した信号発生回路３４７と同様である。【００８０】
第２の実施の形態の電力増幅器では、スイッチングアンプ３２４ｎで増幅された信号が、ローパスフィルタ３０６ｎによって矩形波のスプリアス成分が除去された後、スイッチングアンプ３２４ｎ−１へ電源電圧として供給される。したがって、スイッチングアンプ３２４ｎ−１の出力信号は、ローパスフィルタ３０６ｎの出力信号３１４ｎによって振幅変調される。【００８１】
また、スイッチングアンプ３２４ｎ−１で増幅された信号は、ローパスフィルタ３０６ｎ−１によって矩形波のスプリアス成分が除去された後、スイッチングアンプ３２４ｎ−２へ電源電圧として供給される。したがって、スイッチングアンプ３２４ｎ−２の出力信号は、ローパスフィルタ３０６ｎ−１の出力信号３１４ｎ−１によって振幅変調される。同様に、各スイッチングアンプ３２４の出力信号は、その後段の制御信号増幅部が備えるローパスフィルタ３０６の出力信号３１４によって振幅変調される。【００８２】
ここで、スイッチングアンプ３２４１の出力信号３５９１からローパスフィルタ３０６１を用いて出力信号３５９１に重畳している矩形波のスプリアス成分を除去することで、ローパスフィルタ３０６１からは、制御信号３１８１〜３１８ｎの積、すなわち振幅信号ａ（ｔ）に比例する信号３１４１が得られる。【００８３】
ＲＦアンプ３０９には、背景技術のＥＥＲ技術またはＥＴ技術を適用した電力増幅器と同様に、信号発生回路３４７から出力された位相成分信号またはＡＭ成分及びＰＭ成分を含む変調波信号が入力され、飽和動作しつつ位相成分信号または変調波信号を増幅する。このとき、ＲＦアンプ３０９の出力信号は、ローパスフィルタ３０６１から出力される信号３１４１によって振幅変調される。このＲＦアンプ３０９の出力信号を、ベースバンド信号の周波数帯域よりも広く、かつ矩形波信号に起因するスプリアス成分を除去できる周波数帯域を持つバンドパスフィルタ３０７を通過させることで、ＲＦアンプ３０９の出力信号に重畳している不要なスプリアス成分が除去され、入力信号を線形増幅した所望のＲＦ信号３１５が得られる。【００８４】
上述したように、第２の実施の形態の電力増幅器では、制御信号３１８１〜３１８ｎ（ａ１（ｔ）〜ａｎ（ｔ））のダイナミックレンジを、元になる入力信号のＡＭ成分ａ（ｔ）よりも小さくしている。したがって、低出力時に各スイッチングアンプの電源電圧を下げることで、電源電圧に比例するスイッチング損失が、一定の電源電圧を供給する場合よりも低減され、低出力時の電力効率の低下が抑制される。また、制御信号として元の振幅変調成分よりもダイナミックレンジが狭い信号を用いることでスイッチングアンプの低振幅動作が回避され、電力効率の低下が抑制される。よって、スイッチングアンプの低振幅動作時の電力効率が背景技術よりも向上し、電力増幅器の回路全体の電力効率が改善される。【００８５】
特に、第２の実施の形態の電力増幅器では、第１の実施の形態の電力増幅器に比べて振幅信号をより多くの制御信号の積に分割しているため、各制御信号のダイナミックレンジがより小さくなり、かつスイッチングアンプの電源電圧も細かく制御される。そのため、電力増幅器の電力効率の劣化をより抑制できる利点がある。【００８６】
なお、上記ａ（ｔ）∝ａ１（ｔ）ａ２（ｔ）・・・ａｎ（ｔ）の関係を満たす制御信号３１８１〜３１８ｎ（ａ１（ｔ）〜ａｎ（ｔ））の例としては、ａ１（ｔ）∝[ａ（ｔ）]ｎ１、ａ２（ｔ）∝[ａ（ｔ）]ｎ２、・・・、ａｎ（ｔ）∝[ａ（ｔ）]ｎｎ（但し、ｎ１＋ｎ２＋・・・＋ｎｎ＝１）に設定する方法がある。この場合、ＡＭ成分ａ（ｔ）よりも振幅成分ａ１（ｔ）〜ａｎ（ｔ）のダイナミックレンジが小さいという条件を満たすために、ｎ１、ｎ２、・・・ｎｎはそれぞれ１以下であることが望ましい。ここで、[ａ（ｔ）]ｎ１、[ａ（ｔ）]ｎ２、・・・、[ａ（ｔ）]ｎｎは、ａ（ｔ）を冪乗することを示している。【００８７】
また、制御信号３１８１〜３１８ｎ（ａ１（ｔ）〜ａｎ（ｔ））は、第１の実施の形態と同様に図１３に示した値に設定することもできる。すなわち、制御信号３１８１〜３１８ｎのうちの少なくとも一つを、ａ（ｔ）がしきい値ａｒｅｆ以上のときは一定値とし、ａ（ｔ）がしきい値ａｒｅｆよりも小さいときはａ（ｔ）と比例する値に設定する。この場合、他の制御信号は、ａ（ｔ）がしきい値ａｒｅｆ以上のときはａ（ｔ）と比例する値とし、ａ（ｔ）がしきい値ａｒｅｆよりも小さいときは一定値に設定すればよい。【００８８】
このように制御信号３１８１〜３１８ｎを設定した場合、これらの信号は元のＡＭ成分ａ（ｔ）よりもダイナミックレンジが小さいため、スイッチングアンプ３２４１〜３２４ｎの電力効率の低下が抑制される。また、制御信号３１８１〜３１８ｎ（ａ１（ｔ）〜ａｎ（ｔ））がａ（ｔ）∝ａ１（ｔ）ａ２（ｔ）・・・ａｎ（ｔ）の関係を満たしているため、入力信号の線形増幅が実現される。同様の動作は、上記ａ１（ｔ）〜ａｎ（ｔ）の関係を入れ替えても実現できる。【００８９】
制御信号３１８１〜３１８ｎの設定方法については、上記例に限定されるものではなく、制御信号３１８１〜３１８ｎのうち、少なくとも一つが元のＡＭ成分ａ（ｔ）よりもダイナミックレンジが小さければ（但し、ａ（ｔ）∝ａ１（ｔ）ａ２（ｔ）・・・ａｎ（ｔ））、どのような値であってもよい。【００９０】
この出願は、２００７年１月２４日に出願された特願２００７−０１３７４６号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
2008090712.tif 000003
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年6月5日(2008.6.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振幅変調成分及び位相変調成分を含む変調波信号を増幅する電力増幅器であって、
前記変調波信号の前記振幅変調成分を抽出し、該振幅変調成分を複数の制御信号に分割して出力すると共に、前記変調波信号の位相変調成分を抽出して出力する信号発生回路と、
前記制御信号を増幅する複数の制御信号増幅器と、
前記位相変調成分を増幅すると共に前記制御信号増幅器の出力信号で振幅変調して出力するＲＦアンプと、
を有し、
ｎを２以上の正数としたとき、
前記複数の制御信号増幅器のうち、第１番目の制御信号増幅器の出力信号が前記ＲＦアンプへ電源電圧として供給され、第ｎ番目の制御信号増幅器の出力信号が第ｎ−１番目の制御信号増幅器へ電源電圧として供給される電力増幅器。
【請求項２】
振幅変調成分及び位相変調成分を含む変調波信号を増幅する電力増幅器であって、
前記変調波信号の前記振幅変調成分を抽出し、該振幅変調成分を複数の制御信号に分割して出力すると共に、前記変調波信号を出力する信号発生回路と、
前記制御信号を増幅する複数の制御信号増幅器と、
前記変調波信号を増幅すると共に前記制御信号増幅器の出力信号で振幅変調して出力するＲＦアンプと、
を有し、
ｎを２以上の正数としたとき、
前記複数の制御信号増幅器のうち、第１番目の制御信号増幅器の出力信号が前記ＲＦアンプへ電源電圧として供給され、第ｎ番目の制御信号増幅器の出力信号が第ｎ−１番目の制御信号増幅器へ電源電圧として供給される電力増幅器。
【請求項３】
振幅変調成分及び位相変調成分を含む変調波信号を増幅する電力増幅器であって、
前記変調波信号の前記振幅変調成分を抽出し、該振幅変調成分を複数の制御信号に分割して出力すると共に、前記変調波信号の位相変調成分を抽出して出力する信号発生回路と、
前記制御信号をパルス変調するパルス変調器、前記パルス変調器から出力される矩形波信号を電流増幅するスイッチングアンプ及び前記スイッチングアンプの出力信号から前記矩形波信号により発生するスプリアス成分を除去するローパスフィルタを備えた複数の制御信号増幅器と、
前記位相変調成分を増幅すると共に前記ローパスフィルタの出力信号で振幅変調して出力するＲＦアンプと、
を有し、
ｎを２以上の正数としたとき、
前記複数の制御信号増幅器のうち、第１番目の制御信号増幅器が備えるローパスフィルタの出力信号が前記ＲＦアンプへ電源電圧として供給され、第ｎ番目の制御信号増幅器が備えるローパスフィルタの出力信号が第ｎ−１番目の制御信号増幅器が備えるスイッチングアンプへ電源電圧として供給される電力増幅器。
【請求項４】
振幅変調成分及び位相変調成分を含む変調波信号を増幅する電力増幅器であって、
前記変調波信号の前記振幅変調成分を抽出し、該振幅変調成分を複数の制御信号に分割して出力すると共に、前記変調波信号を出力する信号発生回路と、
前記制御信号をパルス変調するパルス変調器、前記パルス変調器から出力される矩形波信号を電流増幅するスイッチングアンプ及び前記スイッチングアンプの出力信号から前記矩形波信号により発生するスプリアス成分を除去するローパスフィルタを備えた複数の制御信号増幅器と、
前記変調波信号を増幅すると共に前記ローパスフィルタの出力信号で振幅変調して出力するＲＦアンプと、
を有し、
ｎを２以上の正数としたとき、
前記複数の制御信号増幅器のうち、第１番目の制御信号増幅器が備えるローパスフィルタの出力信号が前記ＲＦアンプへ電源電圧として供給され、第ｎ番目の制御信号増幅器が備えるローパスフィルタの出力信号が第ｎ−１番目の制御信号増幅器が備えるスイッチングアンプへ電源電圧として供給される電力増幅器。
【請求項５】
前記複数の制御信号は、
積の値が前記振幅変調成分と比例する信号である請求項１から４のいずれか１項記載の電力増幅器。
【請求項６】
前記信号発生回路は、
前記複数の制御信号間の時間差を調整して出力する請求項５記載の電力増幅器。
【請求項７】
前記複数の制御信号のうち、少なくとも一つが、前記変調波信号の振幅変調成分よりもダイナミックレンジが小さい請求項５または６記載の電力増幅器。
【請求項８】
前記複数の制御信号のうち、少なくとも一つが、前記変調波信号の振幅変調成分の冪乗で与えられる請求項７記載の電力増幅器。
【請求項９】
前記複数の制御信号のうち、いずれか一つは、前記変調波信号の振幅変調成分が予め設定したしきい値以上のとき、前記変調波信号の振幅変調成分に比例する信号であり、前記変調波信号の振幅変調成分が前記しきい値より小さいとき、一定値の信号である請求項７記載の電力増幅器。
【請求項１０】
ｎを２以上の正数としたとき、
振幅変調成分及び位相変調成分を含む変調波信号から前記振幅変調成分を抽出し、
該振幅変調成分を複数の制御信号に分割してそれぞれ増幅し、
前記複数の増幅後の制御信号のうち、第ｎ−１番目の前記増幅後の制御信号を第ｎ番目の前記増幅後の制御信号で振幅変調し、
前記変調波信号から位相変調成分を抽出し、
該変調波信号から抽出した前記位相変調成分をＲＦアンプで増幅し、
前記ＲＦアンプの出力信号を、前記複数の増幅後の制御信号のうち、第１番目の前記増幅後の制御信号で振幅変調する電力増幅方法。
【請求項１１】
ｎを２以上の正数としたとき、
振幅変調成分及び位相変調成分を含む変調波信号から前記振幅変調成分を抽出し、
該振幅変調成分を複数の制御信号に分割してそれぞれ増幅し、
前記複数の増幅後の制御信号のうち、第ｎ−１番目の前記増幅後の制御信号を第ｎ番目の前記増幅後の制御信号で振幅変調し、
前記変調波信号をＲＦアンプで増幅し、
前記ＲＦアンプの出力信号を、前記複数の増幅後の制御信号のうち、第１番目の前記増幅後の制御信号で振幅変調する電力増幅方法。
【国際調査報告】
2008090712.tif 000021
2008090712.tif 000022