(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を均等に３分配する分配回路と、
前記分配回路で分配された第１の信号を常時増幅するキャリア増幅器と、
前記キャリア増幅器の出力電力が飽和状態に近づいた場合に、前記分配回路で分配された第２の信号を増幅する第１ピーク増幅器と、
前記キャリア増幅器の出力電力が飽和状態に近づいた場合に、前記分配回路で分配された第３の信号を増幅する第２ピーク増幅器と、
前記第１ピーク増幅器の出力と前記第２ピーク増幅器の出力とを合成して出力する第１合成部と、
前記キャリア増幅器の出力電力および前記第１合成部の出力電力を、前記キャリア増幅器の出力側および前記第１合成部の出力側の各々から合成点に向かって整合をとって合成して出力する第２合成部と、
前記キャリア増幅器の後段に位置し、λ／４の長さを有する線路（λは波長である。）と、
を備えたことを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項２】
前記第１合成部は、ウィルキンソンコンバイナーからなることを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。
【請求項３】
前記第２合成部は、前記キャリア増幅器の出力電力と前記第１合成部の出力電力が、低いインピーダンスで整合されたまま合成される合成点を有し、
前記合成点と外部負荷との整合をとる１／４波長インピーダンス変換器を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のドハティ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、地上デジタル放送送信機用パワーアンプに用いられるドハティ増幅器に関し、特に２つのピーク増幅器のデバイス特性差による出力電流の違いから生ずる負荷変動の影響をなくす技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高効率かつ低歪みで電力を増幅するドハティ増幅器が開発されている。ドハティ増幅器は、キャリア増幅器とピーク増幅器とを備え、キャリア増幅器がＡＢ級動作し、ピーク増幅器がＣ級動作するようにバイアス条件が与えられる。ドハティ増幅器では、キャリア増幅器およびピーク増幅器の各出力端の合成点からピーク増幅器を見た負荷インピーダンスが開放に近い状態となるように位相線路長が構成されている。これにより、小信号動作時は、ピーク増幅器はＣ級動作しているため、キャリア増幅器しか動作しない状態となり、効率が向上する。
【０００３】
図８は従来のドハティ増幅器の回路構成を示す図である。図８に示すドハティ増幅器は、地上デジタル放送送信機用パワーアンプに用いられ、大電力増幅に対応した３素子型の増幅器であり、１つのキャリア増幅器７ａ、２つのピーク増幅器１５ａ，１５ｂを有している。
【０００４】
キャリア増幅器７ａ、２５Ω整合回路９ａと長さＡの２５Ω線路１１ａとλ／４波長の２５Ω線路１７とを介して合成点Ａに接続される。ピーク増幅器１５ａは、２５Ω整合回路９ｂと長さＡの２５Ω線路１１ｂとを介して合成点Ａに接続される。ピーク増幅器１５ｂは、２５Ω整合回路９ｃと長さＡの２５Ω線路１１ｃとを介して合成点Ａに接続される。
【０００５】
２５Ω線路１１ａの出力側から負荷側を見たインピーダンスは、キャリア増幅器７ａの出力電力の飽和時に２５Ωであり、飽和時から１０ｄＢバックオフしたバックオフ時には７５Ωである。２５Ω線路１１ｂ，１１ｃの出力側からピーク増幅器側を見たインピーダンスは、キャリア増幅器７ａの出力電力の飽和時に２５Ωであり、バックオフ時には開放である。λ／４波長の２０Ω線路１９は、２５／３Ωを５０Ωに変換する。
【０００６】
以上の構成により、合成点Ｂから見たピーク増幅器１５ａ，１５ｂの負荷インピーダンスは、開放となり、キャリア増幅器７ａのみ動作している場合、ピーク増幅器側への電力の漏洩を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１５７９００号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、２つのピーク増幅器１５ａ，１５ｂを同時に動作させるとき、ピーク増幅器１５ａとピーク増幅器１５ｂとのデバイス特性差があるため、デバイス特性差による出力電流の違いから負荷が変動し、左右の相互変調歪みのアンバランス等により所望の特性が得られない。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、２つのピーク増幅器のデバイス特性差による出力電流の違いから生ずる負荷変動の影響を低減して、相互変調歪み特性を改善することができるドハティ増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、実施形態に係るドハティー増幅器によれば、入力信号を均等に３分配する分配回路と、前記分配回路で分配された第１の信号を常時増幅するキャリア増幅器と、前記キャリア増幅器の出力電力が飽和状態に近づいた場合に、前記分配回路で分配された第２の信号を増幅する第１ピーク増幅器と、前記キャリア増幅器の出力電力が飽和状態に近づいた場合に、前記分配回路で分配された第３の信号を増幅する第２ピーク増幅器と、前記第１ピーク増幅器の出力と前記第２ピーク増幅器の出力とを合成して出力する第１合成部と、前記キャリア増幅器の出力電力および前記第１合成部の出力電力を、前記キャリア増幅器の出力側および前記第１合成部の出力側の各々から合成点に向かって整合をとって合成して出力する第２合成部と前記キャリア増幅器の後段に位置し、λ／４の長さを有する線路（λは波長である。）とを備えたことを特徴とする。 
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るドハティ増幅器の回路構成を示す図である。
【図２】２つの入力信号に対する相互変調歪みを示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るドハティ増幅器の相互変調歪み（ＩＭ）の実測値である。
【図４】従来のドハティ増幅器の相互変調歪み（ＩＭ）の実測値である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るドハティ増幅器のシュミレーション結果を示す図である。
【図６】図５に示すシュミレーション結果の詳細を示す図である。
【図７】従来のドハティ増幅器の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態のドハティ増幅器を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るドハティ増幅器の回路構成を示す図である。このドハティ増幅器は、１：２ブランチラインデバイダー１、３５Ω線路３、２５Ω整合回路５ａ〜５ｃ，９ａ〜９ｃ、キャリア増幅器７ａ、２５Ω線路１１ａ，１７，１７ａ、ピーク増幅器１５ａ，１５ｂ、位相調整回路１２、１：１ウィルキンソンデバイダー１３、２０Ω線路１９、１：１ウィルキンソンコンバイナー２１、２５／２Ω線路２３を有している。
【００１４】
１：２ブランチラインデバイダー１及び１：１ウィルキンソンデバイダー１３は、本発明の分配回路を構成する。１：１ウィルキンソンコンバイナー２１は、本発明の第１合成部を構成する。２５Ω線路１７及び２５／２Ω線路２３は、本発明の第２合成部を構成する。
【００１５】
図１に示す第１の実施形態に係るドハティ増幅器は、図８に示す従来のドハティ増幅器の２５Ω線路１１ｂ，１１ｃに代えて、１：１ウィルキンソンコンバイナー２１、２５／２Ω線路２３を設けたことを特徴とする。
【００１６】
入力５０Ω系の入力端子から入力される信号は、１：２ブランチラインデバイダー１によりキャリア増幅器側とピーク増幅器側とに１：２の割合で分配されて送出される。１：２の割合で分配するのは、各増幅器７ａ，１５ａ，１５ｂに同一電力を供給するためである。
【００１７】
１：２ブランチラインデバイダー１から分配された第１の信号は、λ／４波長の３５Ω線路３と２５Ω整合回路５ａとを介してキャリア増幅器７ａに出力される。キャリア増幅器７ａはＡＢ級動作を行うようにバイアス条件が与えられ、常時、電力を増幅する。
【００１８】
キャリア増幅器７ａからの出力信号は、２５Ω整合回路９ａとλ／４波長の２５Ω線路１７ａと長さＡの２５Ω整合回路１１ａとλ／４波長の２５Ω線路１７とを介して合成点Ｂに出力される。
【００１９】
一方、１：２ブランチラインデバイダー１から分配された第２及び第３の信号は、位相調整回路１２によりそれぞれ位相が調整されて、１：１ウィルキンソンデバイダー１３により２５Ω整合回路５ｂと２５Ω整合回路５ｃとに均等に２分配される。
【００２０】
２５Ω整合回路５ｂからの信号は、ピーク増幅器１５ａに入力され、２５Ω整合回路５ｃからの信号は、ピーク増幅器１５ｂに入力される。ピーク増幅器１５ａ，１５ｂはＣ級動作を行うようバイアス条件が与えられ、キャリア増幅器７ａの出力電力が飽和状態に近づくと、バイアス条件がＣ級に設定されているピーク増幅器１５ａ，１５ｂが動作を開始する。
【００２１】
ピーク増幅器１５ａからの出力信号は、２５Ω整合回路９ｂに出力され、ピーク増幅器１５ｂからの出力信号は、２５Ω整合回路９ｃに出力され、２５Ω整合回路９ｂからの出力と２５Ω整合回路９ｃからの出力とは、λ／４波長を持つ１：１ウィルキンソンコンバイナー２１により合成される。合成された信号は、長さＡの２５／２Ω線路２３により、インピーダンスが２５Ωから２５／２Ωに変換されて合成点Ｂに出力される。
【００２２】
即ち、キャリア増幅器７ａからの出力と１：１ウィルキンソンコンバイナー２１からのピーク増幅器１５ａ，１５ｂの合成出力とが合成点Ｂで合成されて、λ／４波長の２０Ω線路１９を介して出力５０Ω系の図示しない負荷に出力される。
【００２３】
合成点Ｂから負荷側の整合は、１／４波長インピーダンス変換器である２０Ω線路１９を用いることにより実現することができる。負荷側のインピーダンスが５０Ωであり、キャリア増幅器７ａから合成点Ｂまでのインピーダンスが２５Ωであり、ピーク増幅器１５ａ，１５ｂから合成点Ｂまでのインピーダンスが２５／２Ωである場合、合成点Ｂから増幅器側を見たときのインピーダンスは２５／３Ωであるので、１／４波長の２０Ω線路１９の特性インピーダンスは２０．３Ω（√（２５／３×５０）Ω）となる。
【００２４】
また、合成点Ｂからピーク増幅器１５ａ，１５ｂを見たインピーダンスは、２５／２Ω線路２３によりキャリア増幅器７ａの出力電力の飽和時には２５／２Ω＝１２．５Ωにし、飽和時から１０ｄＢバックオフした時には開放に見えるようにする。また、合成点Ｂからキャリア増幅器７を見たインピーダンスは、２５Ω線路１７により飽和時には２５Ωにし、飽和時から１０ｄＢバックオフした時には２５／３Ωに見えるようにする。
【００２５】
これにより、小信号動作時、すなわち、キャリア増幅器７ａのみ動作している状態では、合成点Ｂにおいてピーク増幅器１５ａ，１５ｂへの電力が漏洩することなく、増幅された電力は出力５０Ω系へ送り出される。
【００２６】
図２は２つの入力信号に対する相互変調を示す図である。ピーク増幅器１５ａ，１５ｂに異なる周波数ｆ１，ｆ２の２つの入力信号が入力された場合、ピーク増幅器１５ａ，１５ｂの入出力特性の影響により、ピーク増幅器出力に相互変調歪みが発生する。
【００２７】
この相互変調歪みは、図２に示すように、周波数ｆ１に対して下側周波数ＩＭ−と周波数ｆ２に対して上側周波数ＩＭ＋とに発生する。下側周波数ＩＭ−は、ｆ１−（ｆ２−ｆ１）であり、上側周波数ＩＭ＋は、ｆ２＋（ｆ２−ｆ１）である。異なる周波数ｆ１，ｆ２の２つの入力信号の信号レベルに対して、下側周波数ＩＭ−の信号及び上側周波数ＩＭ＋の信号のレベルが小さければ、相互変調歪み特性が良い。
【００２８】
図３は本発明の第１実施形態に係るドハティ増幅器の相互変調（ＩＭ）の実測値である。図３はドハティ増幅器の出力ＰｏｕｔとＩＭ−３．２８ＭＨｚとＩＭ＋３．２８ＭＨｚとの各実測値をグラフに示す図である。ＩＭ−３．２８ＭＨｚは、下側周波数ＩＭ−が周波数ｆ１から−３．２８ＭＨｚ低い周波数であることを示している。ＩＭ＋３．２８ＭＨｚは、上側周波数ＩＭ＋が周波数ｆ２から＋３．２８ＭＨｚ高い周波数であることを示している。
【００２９】
図３に示すように、ＩＭ−３．２８ＭＨｚとＩＭ＋３．２８ＭＨｚとの実測値のレベル差が最大で２ｄＢであり、そのときの相互変調特性は−３０ｄＢｃである。このため、相互変調歪み特性が良好であり、しかもＩＭ＋とＩＭ−との左右のバランスが良いことがわかる。
【００３０】
図４は従来のドハティ増幅器の相互変調（ＩＭ）の実測値である。図４はドハティ増幅器の出力ＰｏｕｔとＩＭ−３．２８ＭＨｚとＩＭ＋３．２８ＭＨｚとの各実測値をグラフに示す図である。
【００３１】
図４に示すように、ＩＭ−３．２８ＭＨｚとＩＭ＋３．２８ＭＨｚとの実測値のレベル差が最大で４．５ｄＢであり、そのときの相互変調特性は−２３ｄＢｃである。このため、相互変調歪み特性が悪く、しかもＩＭ＋とＩＭ−との左右のバランスが悪いことがわかる。
【００３２】
このように、第１の実施形態に係るドハティ増幅器によれば、２つのピーク増幅器１５ａ，１５ｂの出力を合成した後、この合成出力とキャリア増幅器７ａからの出力とを合成するので、２つのピーク増幅器１５ａ，１５ｂのデバイス特性差による出力電流の違いから生ずる負荷変動の影響を低減して、相互変調特性を改善することができるドハティ増幅器を提供することができる。
【００３３】
図５は本発明の第１実施形態に係るドハティ増幅器のシュミレーション結果を示す図である。図６は図５に示すシュミレーション結果の詳細を示す図である。
【００３４】
図５に示す特性ＰＥは第１の実施形態のドハティ増幅器の効率、特性ＰＩＯは第１の実施形態のドハティ増幅器の入出力特性、特性ＣＥは、従来のドハティ増幅器の効率、特性ＣＩＯは従来のドハティ増幅器の入出力特性、特性ＰＧは第１の実施形態のドハティ増幅器のゲイン（利得）、特性ＣＧは従来のドハティ増幅器のゲインを示している。特性ＣＥ，ＣＩＯ，ＣＧはいずれも実測値である。図５におけるＡ部の詳細は、図６に示されている。
【００３５】
図６に示すデータは、ドハティ増幅器の出力とアンプへ流れる電流を示している。特性ＣＤは従来のドハティ増幅器の実測値であり、特性ＰＳは第１の実施形態のドハティ増幅器のシュミレーション結果、特性ＣＤ１，ＣＤ２は従来のドハティ増幅器の実測値、特性ＰＤ１，ＰＤ２は第１の実施形態のドハティ増幅器のシュミレーション結果を示している。
【００３６】
図５〜図６から、従来のドハティ増幅器と同様に、第１の実施形態のドハティ増幅器もドハティ動作を行っていることが容易にわかる。
【００３７】
以上のように、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１  １：２ブランチラインデバイダー、３  ３５Ω線路、５ａ，５ｂ，５ｃ  ２５Ω線路
７ａ  キャリア増幅器、９ａ，９ｂ，９ｃ  ２５Ω整合回路、１１ａ，１７，１７ａ  ２５Ω線路、１２  位相調整回路、１３  １：１ウィルキンソンデバイダー、１５ａ，１５ｂ  ピーク増幅器、１９  ２０Ω線路、２１  １：１ウィルキンソンコンバイナー、２３  ２５／２Ω線路
【図１】
0005479282.tif 000002
【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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