(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波変調信号に含まれる当該高周波変調信号の位相変調成分が搬送波周波数帯にアップコンバートされた高周波位相変調信号を増幅する複数の高周波電力増幅器と、
前記高周波変調信号に含まれる振幅変調成分を含む振幅変調信号を量子化し、量子化された振幅変調信号に基づいて前記複数の高周波電力増幅器のオン・オフを制御する振幅制御回路と、
外部からの電力制御信号に基づいて前記複数の高周波電力増幅器の飽和出力電力を制御する電力制御回路と、
前記複数の高周波電力増幅器のうちオン状態の高周波電力増幅器の出力信号を合算して出力する電力合成回路と、
を有し、
前記振幅制御回路は、前記高周波位相変調信号の振幅変調を前記複数の高周波電力増幅器のオン・オフを切り替えることで行い、
前記電力制御回路は、前記高周波位相変調信号の平均出力電力を前記オン状態の高周波電力増幅器の飽和出力電力を制御することで調整する電力増幅器。
【請求項２】
前記電力制御回路は、前記複数の高周波電力増幅器の電源電圧を制御することで前記飽和出力電力を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項３】
前記複数の高周波電力増幅器は複数の電流源で構成され、前記前記複数の電流源の飽和出力電流を制御し、前記電流源の出力ノードを１つにまとめて出力することで出力合成を行うことを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項４】
前記複数の高周波電力増幅器の出力電力は、重み付けされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項５】
前記振幅制御回路へ入力される前記振幅変調信号の平均電力は略一定に制御されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項６】
高周波変調信号に含まれる当該高周波変調信号の位相変調成分が搬送波周波数帯にアップコンバートされた高周波位相変調信号を増幅する複数の高周波電力増幅器と、
前記高周波変調信号に含まれる振幅変調成分を含む振幅変調信号を量子化し、量子化された振幅変調信号に基づいて前記複数の高周波電力増幅器のオン・オフを制御する振幅制御回路と、
外部からの電力制御信号に基づいて前記複数の高周波電力増幅器の飽和出力電力を制御する電力制御回路と、
前記複数の高周波電力増幅器のうちオン状態の高周波電力増幅器の出力信号を合算して出力する電力合成回路と、
を有する電力増幅器の増幅方法であって、
前記振幅制御回路により前記高周波位相変調信号の振幅変調を前記複数の高周波電力増幅器のオン・オフを切り替えることで行い、
前記電力制御回路により前記高周波位相変調信号の平均出力電力を前記オン状態の高周波電力増幅器の飽和出力電力を制御することで調整し、
前記電力合成回路により前記複数の高周波電力増幅器のうちオン状態の高周波電力増幅器の出力信号を合算して出力する、
することを特徴とする電力増幅器の増幅方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電力増幅器を有する電波送信機であって、
電力制御信号、Ｉ信号及びＱ信号を生成するデジタルベースバンド回路と、前記Ｉ信号及びＱ信号に基づいて前記振幅変調信号及び前記高周波位相変調信号を生成する極座標変換回路とを有し、
前記電力増幅器の振幅制御回路は、前記極座標変換回路からの前記振幅変調信号に基づいて前記複数の高周波電力増幅器のオン・オフを制御し、
前記複数の高周波電力増幅器は、前記極座標変換回路からの前記高周波位相変調信号を増幅し、
前記電力制御回路は、前記デジタルベースバンド回路からの前記電力制御信号に基づいて前記複数の高周波電力増幅器の飽和出力電力を制御することを特徴とする電波送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅器及びその増幅方法、それを用いた電波送信機に関し、特に、入出力信号の平均電力を変化させても線形性が変化しない高効率なポーラ変調型電力増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の無線通信に採用されている変調方式は、高い周波数利用効率を有すると同時に大きなピーク電力対平均電力比(PAPR: Peak to Average Power Ratio)も有している。無線通信の分野で使用されているＡＢ級アンプを用いて振幅変調を行う信号を増幅するには、線形性を維持するために十分なバックオフをとる必要がある。【０００３】
一般的には、バックオフは少なくともＰＡＰＲと同程度必要となる。これに対して、ＡＢ級アンプの効率は出力飽和時に最大となり、バックオフが大きくなるほど低下する。このため、ＰＡＰＲの大きな高周波変調信号ほど電力増幅器の電力効率を上げることが難しくなる。【０００４】
ＰＡＰＲの大きな高周波変調信号を高効率に増幅する電力増幅器を備えた送信機の背景技術となる例を図１に示す。図１の送信機は特許文献１に示されている電力増幅器と同じ構成のポーラ変調型電力増幅器２２１を備えている。図１の送信機はデジタルベースバンド部２０１、アナログベースバンド部２０５、電力増幅部２１４で構成されている。【０００５】
デジタルベースバンド部２０１は電力制御信号とＩ信号(Inphase Signal)とＱ信号(Quadrature Signal)の３種類の信号を、それぞれ電力制御信号出力端子２０２、I信号出力端子２０３、Ｑ信号出力端子２０４から出力する。Ｉ信号出力端子２０３から出力されたＩ信号はデジタル−アナログ（Digital-to-Analog）コンバータ（ＤＡＣ）２０６に入力され、アナログ信号に変換される。同様に、Ｑ信号出力端子２０４から出力されたＱ信号はデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）２１０に入力され、アナログ信号に変換される。【０００６】
アナログ信号に変換されたＩ信号とＱ信号は、移相器２０９を介して供給される局部発信機２０８の出力と、それぞれミキサ２０７とミキサ２１１によって乗算される。この時、移相器２０９からミキサ２１１に供給される信号は、移相器２０９からミキサ２０７に供給される信号に対して９０°の位相遅延がある。ミキサ２０７とミキサ２１１の出力信号は加算器２１２で合算され、高周波変調信号となる。加算器２１２から出力された高周波変調信号は、可変利得増幅器２１３によって増幅され、電力増幅部２１４へ供給される。この時、可変利得増幅器２１３の利得は、電力制御信号出力端子２０２からの信号によって変化する。【０００７】
電力増幅部２１４は、ｎ個存在する高周波電力増幅器２１８−１〜２１８−ｎのうち（ｎは２以上の自然数を示す）、動作状態（オン状態）とする高周波電力増幅器の数を切り替えることで振幅変調を行う。電力増幅部２１４へ入力された高周波変調信号はリミッタ２１７と包絡線検波器２１５に入力される。リミッタ２１７は入力信号から振幅一定の高周波位相変調信号を抽出し、高周波電力増幅器２１８−１〜２１８−ｎへと出力する。【０００８】
包絡線検波器２１５は入力信号から振幅変調信号を抽出する。包絡線検波器２１５から出力された振幅変調信号は、振幅制御回路２１６内でＡＤ変換された後に高周波電力増幅器２１８−１〜２１８−ｎの制御信号に変換される。並列に複数並べられた個々の高周波電力増幅器２１８−１〜２１８−ｎは、振幅制御回路２１６からの制御信号によって動作状態になるか休眠状態（オフ状態）になるかが決められる。【０００９】
高周波電力増幅器２１８−１〜２１８−ｎのうち、動作状態にある高周波電力増幅器によって増幅された高周波位相変調信号は、電力合成回路２１９によって加算処理され、出力端子２２０から出力される。従って、高周波電力増幅器２１８−１〜２１８−ｎのうち、オン状態となる高周波電力増幅器が多いほど大きな振幅の出力信号が得られる。【００１０】
電力増幅部２１４を用いることで電力効率を上げられる理由は、高周波電力増幅器２１８−１〜２１８−ｎが動作状態か休眠状態のどちらかの状態しか取らないことにある。このため、動作状態にある高周波電力増幅器を常に飽和動作で使用できる。一般的な高周波電力増幅器は出力飽和時に最高の効率で動作する特性を持つ。従って、図１に示す送信機の出力効率は、理想的には常に高周波電力増幅器２１８−１〜２１８−ｎの最大効率が得られる。【００１１】
しかしながら、図１に示す電力増幅部２１４では、出力電力が最大電力から低下するほど出力信号のＳＮＲ(Signal-to-Noise Ratio)が劣化する。これは、振幅制御回路２１６で行うＡＤ変換に起因している。振幅制御回路２１６は振幅変調信号をアナログ-デジタル変換（ＡＤ変換）によって量子化された時間離散信号に変換するため、量子化雑音が発生する。図1に示す送信機の電力増幅部２１４では、量子化雑音の強度は出力電力に依らず略一定となる。このため、出力電力が最大電力から低下するほど出力信号のＳＮＲが劣化する。【００１２】
図２は理想的なＡＤ変換器における入力電力と出力信号のＳＮＲの関係を示す。図２に示すように理想的なＡＤ変換器では、出力信号のＳＮＲ（ｄＢ）は、出力飽和までの範囲では入力電力（ｄＢｍ）の一次関数で表すことができる。このことは、例えば、非特許文献１や非特許文献２等に示されている。【００１３】
以上の理由から、振幅制御回路２１６でＡＤ変換される振幅変調信号の平均電力が低くなれば、ＡＤ変換器から出力される振幅変調信号のＳＮＲは劣化してしまう。【００１４】
図３は図１のポーラ変調型電力増幅器２２１の一例を示す。図３の電力増幅器は非特許文献３に示されている。図３の電力増幅器は、振幅変調信号入力４０１と、高周波位相変調信号入力４０２、４０３と、出力電力制御信号入力４０４とを備えている。また、振幅変調用トランジスタ４０５−１〜４０５−２１と、２端子の電流制限スイッチ４０６−１〜４０６−２１と、位相変調用トランジスタ４０７−１〜４０７−６と、電力制御装置４０８と、１次側が中点タップの３端子で２次側が２端子のトランス４０９と、出力アンテナ４１０とを備えている。【００１５】
振幅変調用トランジスタ４０５−１〜４０５−２１のゲートは振幅変調信号入力４０１に接続され、ソースは全て接地されている。振幅変調用トランジスタ４０５−１〜４０５−２１のドレインはそれぞれ２端子の電流制限スイッチ４０６−１〜４０６−２１の一方の端子に接続されている。電流制限スイッチ４０６−１〜４０６−７の他方の端子は位相変調用トランジスタ４０７−１及び４０７−４のソースに接続されている。【００１６】
同様に、電流制限スイッチ４０６−８〜４０６−１４の一方の端子は位相変調用トランジスタ４０７−２及び４０７−５のソースに接続され、電流制限スイッチ４０６−１５〜４０６−２１の一方の端子は位相変調用トランジスタ４０７−３及び４０７−６のソースに接続されている。位相変調用トランジスタ４０７−１〜４０７−３のゲートは高周波位相変調信号入力４０２に接続され、位相変調用トランジスタ４０７−４〜４０７−６のゲートは高周波位相変調信号入力４０３に接続されている。【００１７】
位相変調用トランジスタ４０７−１〜４０７−３のドレインは、トランス４０９の１次側の中点以外の２端子の片方にまとめて接続されている。位相変調用トランジスタ４０７−４〜４０７−６のドレインは、トランス４０９の１次側の中点以外の残りの１端子にまとめて接続されている。トランス４０９の中点は電力制御装置４０８の出力に接続され、電力制御装置４０８の信号入力は出力電力制御信号入力４０４に接続されている。トランス４０９の2次側の２端子は片方が接地され、もう片方は出力アンテナ４１０に接続されている。【００１８】
図３の電力増幅器には振幅変調信号と高周波位相信号と出力電力制御信号の３つの信号が外部から入力される。振幅変調信号は振幅変調信号入力４０１から入力され、振幅変調用トランジスタ４０５−１〜４０５−２１のゲートバイアスを制御する。高周波位相変調信号はディファレンシャル信号として２つの高周波位相変調信号入力４０２、４０３から入力され、それぞれ位相変調用トランジスタ４０７−１〜４０７−３と位相変調用トランジスタ４０７−４〜４０７−６のゲートを駆動する。【００１９】
振幅変調用トランジスタ４０５−１〜４０５−２１と位相変調用トランジスタ４０７−１〜４０７−６の組み合わせの回路は、ミキサとなる回路である。従って、位相変調用トランジスタ４０７−１〜４０７−６のドレインから出力される信号は、振幅変調信号と高周波位相変調信号を掛け算した高周波変調信号となる。【００２０】
出力電力制御信号は７ビットのデジタル信号で、１ビットずつそれぞれ２端子の電流制限スイッチ４０６−１〜４０６−７のオン・オフを制御する。同様に、７ビットの信号は１ビットずつそれぞれ電流制限スイッチ４０６−８〜４０６−１４のオン・オフと、電流制限スイッチ４０６−１５〜４０６−２１のオン・オフを制御する。同時に、７ビットの出力電力制御信号は、出力電力制御信号入力４０４から電力制御装置４０８に送られ、トランス４０９への出力電力を制御する。【００２１】
図３の電力増幅器では、出力信号の平均電力の制御は電流制限スイッチ４０６−１〜４０６−２１のオン・オフで行う。電流制限スイッチ４０６−１〜４０６−２１のうち、オン状態になる電流制限スイッチの数によってトランス４０９の１次側に出力される信号の電流値が変化し、出力アンテナ４１０から出力される信号の平均電力が制御される。【００２２】
同時に、トランス４０９の１次側に出力される信号の電流値が変化すると、トランス４０９の１次側にかかる電圧振幅の平均値が変化する。このことは、電圧振幅の平均値が小さい場合は、位相変調用トランジスタ４０７−１〜４０７−６と振幅変調用トランジスタ４０５−１〜４０５−２１で、大きな電力を浪費することを意味する。これに対処するため、電力制御装置４０８を使用して位相変調用トランジスタ４０７−１〜４０７−６へのバイアス電圧を最小限に調整し、電力の浪費を抑えている。【００２３】
上記方式を用いることにより、図３の電力増幅器では出力信号の平均電力が低下しても高い効率を維持している。また、振幅変調信号入力４０１から入力される振幅変調信号が常に一定の平均電力を持っていても、出力アンテナ４１０から出力される信号の平均電力を変えることができる。しかし、振幅変調信号入力４０１へ入力される振幅変調信号はアナログ値になっている。従って、位相変調用トランジスタ４０７−１〜４０７−６は、出力する変調信号のＰＡＰＲ分のバックオフをとって動作させる必要がある。これは、ＡＢ級アンプと同じ問題であり、ＰＡＰＲの大きな信号を増幅する場合に効率を上げることは困難である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開２００５−８６６７３号公報（図１）
【非特許文献１】Ovidiu Bajdechi and Johan H. Huijsing著、「Systematic Design of Sigma-Delta Analog-to-digital Converters」、Kluwer Academic Publishers、p.16、Figure 2.6
【非特許文献２】Jurgen van Engelen and Rudy van de Plassche著、「Bandpass Si gma Delta Modulators」、Kluwer Academic Publishers、p.47、Figure 4.7
【非特許文献３】Amin Shameli, et al. 「A Two-Point Modulation Technique for CMOS Power Amplifier in Polar Transmitter Architecture」IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 56, NO. 1, JANUARY 2008, Pages 31-38, Figure 2
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
以上のように電波送信機に用いられる電力増幅器では、出力信号の平均電力を変化させると、振幅変調信号の増幅経路においてＳＮＲが変化し、その結果、出力信号のＳＮＲが変化する。特に、電力増幅器の出力信号の平均電力が小さくなったときに出力信号のＳＮＲが劣化する傾向にある。このことから、電力増幅器においては、出力信号の平均電力に依らず出力信号のＳＮＲを略一定に保つことが課題であった。【００２６】
そこで、本発明による典型的(exemplary)な目的は、出力信号の平均電力に依らず出力信号のＳＮＲを略一定に保つことが可能な電力増幅器及びその増幅方法、それを用いた電波送信機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明による典型的(exemplary)な電力増幅器は、高周波変調信号に含まれる当該高周波変調信号の位相変調成分が搬送波周波数帯にアップコンバートされた高周波位相変調信号を増幅する複数の高周波電力増幅器と、
前記高周波変調信号に含まれる振幅変調成分を含む振幅変調信号を量子化し、量子化された振幅変調信号に基づいて前記複数の高周波電力増幅器のオン・オフを制御する振幅制御回路と、
外部からの電力制御信号に基づいて前記複数の高周波電力増幅器の飽和出力電力を制御する電力制御回路と、
前記複数の高周波電力増幅器のうちオン状態の高周波電力増幅器の出力信号を合算して出力する電力合成回路と、
を有し、
前記振幅制御回路は、前記高周波位相変調信号の振幅変調を前記複数の高周波電力増幅器のオン・オフを切り替えることで行い、
前記電力制御回路は、前記高周波位相変調信号の平均出力電力を前記オン状態の高周波電力増幅器の飽和出力電力を制御することで調整することを特徴とする。【００２８】
また、本発明による典型的(exemplary)な電力増幅器の増幅方法は、高周波変調信号に含まれる当該高周波変調信号の位相変調成分が搬送波周波数帯にアップコンバートされた高周波位相変調信号を増幅する複数の高周波電力増幅器と、
前記高周波変調信号に含まれる振幅変調成分を含む振幅変調信号を量子化し、量子化された振幅変調信号に基づいて前記複数の高周波電力増幅器のオン・オフを制御する振幅制御回路と、
外部からの電力制御信号に基づいて前記複数の高周波電力増幅器の飽和出力電力を制御する電力制御回路と、
前記複数の高周波電力増幅器のうちオン状態の高周波電力増幅器の出力信号を合算して出力する電力合成回路と、
を有する電力増幅器の増幅方法であって、
前記振幅制御回路により前記高周波位相変調信号の振幅変調を前記複数の高周波電力増幅器のオン・オフを切り替えることで行い、
前記電力制御回路により前記高周波位相変調信号の平均出力電力を前記オン状態の高周波電力増幅器の飽和出力電力を制御することで調整し、
前記電力合成回路により前記複数の高周波電力増幅器のうちオン状態の高周波電力増幅器の出力信号を合算して出力する、
することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、量子化された振幅変調信号のＳＮＲを略一定にでき、電力増幅器の出力信号のＳＮＲを略一定にすることができる。そのため、電力増幅器の出力信号のＳＮＲを、出力信号の平均電力に依らず、略一定に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】背景技術のポーラ変調型高効率電力増幅器を用いた電波送信機を示すブロック図である。
【図２】ＡＤ変換器のＳＮＲ特性を示す図である。
【図３】ポーラ変調型高効率電力増幅器の背景技術となる例を示す回路図である。
【図４】本発明に係る電力増幅器の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図５】本発明の出力信号の歪特性を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図８】送信機の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
次に、発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る電力増幅器１０の構成を図４に示す。本実施形態の電力増幅器１０は、電力制御回路１１と、振幅制御回路１２と、複数の高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎ（ｎは２以上の自然数）と、電力合成回路１４と、を備えている。本実施形態の電力増幅器は、図１に示した電波送信機の一部として用いることができ、本実施形態の電力増幅器を用いた電波送信機を構成することができる。この場合、図１の電波送信機の電力増幅器２２１は電力増幅器１０に置き換えられ、デジタルベースバンド部２０１の電力制御信号出力端子２０２から出力される電力制御信号は電力制御回路１１へ入力される。また、包絡線検波器２１５から出力される振幅変調信号は振幅制御回路１２へ入力され、リミッタ２１７からの高周波位相変調信号は複数の高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎへ入力される。
【００３３】
電力制御回路１１は、外部から入力される電力制御信号をもとに複数の高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎの飽和出力電力を制御することで、電力増幅器１０の出力信号の平均電力を調整する。
【００３４】
振幅制御回路１２は、無線通信に使用する高周波変調信号の振幅変調成分を含む振幅変調信号を入力し、高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎのオン・オフを制御する信号に変換する。振幅制御回路１２は入力された振幅変調信号を量子化する装置を内蔵し、量子化された振幅変調信号の値によって高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎのオン・オフの動作状態を決定する。
【００３５】
振幅制御回路１２によってオン状態に制御された高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎは、高周波変調信号の位相変調成分を含む高周波位相変調信号を増幅する。この時、高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎのうち、オン状態にある高周波電力増幅器は、電力制御回路１１によって制御された飽和出力電力で動作する。
【００３６】
電力合成回路１４は、高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎのうち、オン状態にある高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎから出力された高周波位相変調信号を合算して出力する。この時、高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎのオン・オフは、振幅制御回路１２からの信号で制御されており、その出力信号の合計は所望の振幅変調が得られるように調整される。従って、電力合成回路１４から出力される信号は、位相変調と振幅変調の両方の成分を持つ高周波変調信号となる。同時に、個々の高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎの飽和出力電力は、電力制御回路１１によって制御されており、電力増幅器１０の出力信号の平均電力が所望の値になるように調整されている。
【００３７】
上記電力増幅部１０を用いることで電力効率を上げられる理由は、高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎがオン状態かオフ状態のどちらかの状態しか取らないことにある。このため、動作状態にある高周波電力増幅器を常に飽和動作で使用できる。一般的な高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎは、出力飽和時に最高の効率で動作する特性を持つ。従って、図４に示す電力増幅器の出力効率は、理想的には高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎの最大効率を得られる。
【００３８】
上記構成をとることによって、本実施形態の電力増幅器１０は、出力信号の平均電力を制御する処理が、振幅変調信号の量子化を行う処理の前段に入らない。従って、電力増幅器１０は出力信号の平均電力と出力信号のＳＮＲの関係を無相関に制御できる。
【００３９】
本実施形態の電力増幅器１０において、電力制御回路１１及び振幅制御回路１２を理想的に動作させた場合の、出力信号のＡＣＰＲ（Adjacent Channel Power Ratio）を図５に示す。図５は本実施形態の電力増幅器と図２に示した背景技術となる回路とで出力電力に対するＡＣＰＲの変化を比較して示す。
【００４０】
図２に示す背景技術の電力増幅器では、出力信号の平均電力を低下させると、出力信号のＡＣＰＲが増大していることが分かる。この原因は、出力信号の平均電力を下げようとすると、これに伴って振幅制御回路２１６への入力信号の平均電力を下げる必要が有り、結果として振幅制御回路２１６に内蔵される量子化装置（ＡＤ変換器）の出力信号のＳＮＲが低下するためである。
【００４１】
本実施形態の電力増幅器１０では、振幅制御回路１２に入力される振幅変調信号の平均電力を略一定に調整することで、振幅制御回路１２に内蔵される量子化装置のダイナミックレンジを常に最大限に利用する。電力増幅器１０の出力電力の調整は、振幅制御回路１２への入力信号の平均電力に関係なく、電力制御回路１１によって個々の高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎの飽和出力を調整する。そのため、図５に示すように電力増幅器の出力信号のＡＣＰＲは、出力電力に関係なく略一定となる。
【００４２】
以上のように本実施形態では、振幅変調信号の増幅は振幅制御回路１２と、複数の高周波電力増幅器とで行い、電力増幅器１０の出力信号の平均電力の調整は電力制御回路１１で行う。
【００４３】
振幅制御回路１２は振幅変調信号をＡＤ変換する機能を有しており、振幅変調信号の量子化された数値に応じて高周波電力増幅器のオン・オフを制御する。電力制御回路１２は出力信号の所望の平均電力に応じて複数の高周波電力増幅器のオン状態での飽和出力電力を制御する。電力増幅器から出力される高周波変調信号は、オン状態にある高周波電力増幅器の出力を電力合成回路１４で合算したものである。
【００４４】
上記構成の電力増幅器では、振幅制御回路１２が行う振幅変調信号の量子化の前段において、出力信号の平均電力の調整は行われない。その結果、量子化された振幅変調信号のＳＮＲは略一定になるため、電力増幅器の出力信号のＳＮＲを略一定とすることができる。以上の理由により、電力増幅器の出力信号のＳＮＲを出力信号の平均電力に依らず、略一定に保つことが可能となる。
【００４５】
なお、図４では、高周波電力増幅器１３−１〜１３−ｎの出力電力を、１：２：４、…、：２ｎのように重み付けても、重み付けしないで全く同じにしても、どちらでも良い。
【００４６】
（第２の実施形態）
図６は本発明の電力増幅器を用いた電波送信機の構成を示すブロック図である。図６では電力制御回路となる電圧制御回路１１１を用いて複数の高周波電力増幅器の電源電圧を制御することによって高周波電力増幅器の飽和出力電力を制御している。その他の複数の高周波電力増幅器、振幅制御回路、電力合成回路は図４のものと同じである。なお、図６に示す電力増幅器を図４の電力増幅器に置き換え、電波送信機を構成できることはもちろんである。
【００４７】
電波送信機は、デジタルベースバンド部１０１と、極座標変換回路１０５と、電力増幅器１１０と、を備えている。極座標変換回路１０５は、図１のアナログベースバンド部２０５、包絡線検波器２１５、リミッタ２１７で構成することができる。しかし極座標変換回路１０５の構成はかかる構成に限定されず、他の構成をとることができる。なお、図１ではデジタルベースバンド部２０１の電力制御信号出力端子２０２から出力される電力制御信号は可変利得増幅器２１３に入力されているが、本実施形態では、電圧制御回路１１１へ入力される。
【００４８】
デジタルベースバンド部１０１は、電力制御信号出力端子１０２と、Ｉ信号出力端子１０３と、Ｑ信号出力端子１０４と、を備えている。極座標変換回路１０５は、Ｉ信号入力端子１０６と、Ｑ信号入力端子１０７と、振幅変調信号出力端子１０８と、高周波位相変調信号出力端子１０９と、を備えている。電力増幅器１１０は、電圧制御回路１１１と、振幅制御回路１１２と、高周波電力増幅器１１３−１〜１１３−ｎ（ｎは２以上の自然数）と、電力合成回路１１４と、変調信号出力端子１１５と、を備えている。
【００４９】
デジタルベースバンド部１０１は、電力制御信号、Ｉ信号及びＱ信号を生成する。電力制御信号は、電力制御信号出力端子１０２から電力増幅器１１０へと出力される。Ｉ信号及びＱ信号はそれぞれＩ信号出力端子１０３及びＱ信号出力端子１０４から極座標変換回路１０５へと出力される。
【００５０】
極座標変換回路１０５にはＩ信号入力端子１０６及びＱ信号入力端子１０７からそれぞれＩ信号及びＱ信号が入力される。極座標変換回路１０５は入力されたＩ／Ｑ信号を基に振幅変調信号と高周波位相変調信号を生成する。高周波位相変調信号は位相変調信号が搬送波周波数帯にアップコンバートされたものであり、包絡線が略一定となっている。振幅変調信号及び位相変調信号はそれぞれ振幅変調信号出力端子１０８及び高周波位相変調信号出力端子１０９から電力増幅器１１０へと出力される。
【００５１】
振幅変調信号出力端子１０８から入力された振幅変調信号は、振幅制御回路１１２へと入力される。高周波位相変調信号出力端子１０９から入力された高周波位相変調信号は、高周波電力増幅器１１３−１〜１１３−ｎへと入力される。電力制御信号出力端子１０２から出力された電力制御信号は、電圧制御回路１１１へと入力される。
【００５２】
振幅制御回路１１２は入力された振幅変調信号を量子化し、その値によって高周波電力増幅器１１３−１〜１１３−ｎのオン・オフを制御する信号を生成する。高周波電力増幅器１１３−１〜１１３−ｎのうち、オン状態の高周波電力増幅器は、入力された高周波位相信号を増幅し、電力合成回路１１４へ出力する。
【００５３】
電圧制御回路１１１は高周波電力増幅器１１３−１〜１１３−ｎの電源電圧を制御することで、個々の高周波電力増幅器１１３−１〜１１３−ｎの飽和出力電力を増減させる。電力合成回路１１４は、高周波電力増幅器１１３−１〜１１３−ｎのうち、オン状態にある高周波電力増幅器から出力された高周波位相変調信号を合算し、変調信号出力端子１１５から出力する。
【００５４】
高周波電力増幅器１１３−１〜１１３−ｎのオン・オフは、振幅制御回路１１２からの信号で制御されており、その出力信号の合計は所望の振幅変調が得られるように調整される。従って、変調信号出力端子１１５から出力される信号は、位相変調と振幅変調の両方の成分を持つ高周波変調信号となる。同時に、個々の高周波電力増幅器１１３−１〜１１３−ｎの飽和出力電力は、電圧制御回路１１１によって制御されており、電力増幅器１１０の平均出力電力が所望の値となるように制御されている。
【００５５】
本実施形態では、上記構成をとることによって出力信号の平均電力を制御する処理が振幅変調信号の量子化を行う処理の前段に入らない。従って、本実施形態の電力増幅器１１０は出力信号の平均電力と出力信号のＳＮＲの関係を無相関に制御できる。
【００５６】
なお、本実施形態おいても、高周波電力増幅器１１３−１〜１１３−ｎの出力電力を、１：２：４：、…、：２ｎのように重み付けても、重み付けしないで全く同じにしても、どちらでも良い。
【００５７】
（第３の実施形態）
図７は本発明の電力増幅器を用いた電波送信機を示すブロック図である。図７では図６と同一部分には同一符号を付している。本実施形態では、電力増幅器の構成が図４と異なっている。即ち、高周波位相変調信号の増幅に高周波電流源３１３−１〜３１３−ｎを使用している。それに伴い、高周波電流源の電流を制御する電流制御回路３１１を使用している。電流制御回路３１１は電力制御回路となる。
【００５８】
それ以外の構成及び動作は図４や図６と同様である。なお、電流源は出力インピーダンスが高いため、各高周波電流源３１３−１〜３１３−ｎの出力ノードを１つにまとめるだけで出力合成をしている。
【００５９】
図７に示すように本実施形態の電波送信機は、図６と同様にデジタルベースバンド部１０１と、極座標変換回路１０５とを備えている。また、電力増幅器３１０を備えている。極座標変換回路１０５は、図１のアナログベースバンド部２０５、包絡線検波器２１５、リミッタ２１７で構成することができる。しかし極座標変換回路１０５の構成はかかる構成に限定されず、他の構成をとることができる。なお、図１ではデジタルベースバンド部２０１の電力制御信号出力端子２０２から出力される電力制御信号は可変利得増幅器２１３に入力されているが、本実施形態では、電流制御回路３１１へ入力される。
【００６０】
デジタルベースバンド部１０１は、電力制御信号出力端子１０２と、Ｉ信号出力端子１０３と、Ｑ信号出力端子１０４とを備えている。極座標変換回路１０５は、Ｉ信号入力端子１０６と、Ｑ信号入力端子１０７と、振幅変調信号出力端子１０８と、高周波位相変調信号出力端子１０９とを備えている。電力増幅器３１０は、電流制御回路３１１と、振幅制御回路３１２と、高周波電流源３１３−１〜３１３−ｎ（ｎは２以上の自然数）と、変調信号出力端子３１４とを備えている。
【００６１】
デジタルベースバンド部１０１は、電力制御信号、Ｉ信号及びＱ信号を生成する。電力制御信号は電力制御信号出力端子１０２から電力増幅器３１０へと出力される。Ｉ信号及びＱ信号はそれぞれＩ信号出力端子１０３及びＱ信号出力端子１０４から極座標変換回路１０５へと出力される。
【００６２】
極座標変換回路１０５には、Ｉ信号入力端子１０６及びＱ信号入力端子１０７からそれぞれＩ信号及びＱ信号が入力される。極座標変換回路１０５は入力されたＩ／Ｑ信号を基に振幅変調信号と高周波位相変調信号を生成する。高周波位相変調信号は、位相変調信号が搬送波周波数帯にアップコンバートされたものであり、包絡線が略一定となっている。振幅変調信号及び位相変調信号はそれぞれ振幅変調信号出力端子１０８及び高周波位相変調信号出力端子１０９から電力増幅器３１０へと出力される。
【００６３】
振幅変調信号出力端子１０８から入力された振幅変調信号は、振幅制御回路３１２へと入力される。高周波位相変調信号出力端子１０９から入力された高周波位相変調信号は高周波電流源３１３−１〜３１３−ｎへと入力される。電力制御信号出力端子１０２から出力された電力制御信号は、電流制御回路３１１へと入力される。
【００６４】
振幅制御回路３１２は、入力された振幅変調信号を量子化し、その値によって高周波電流源３１３−１〜３１３−ｎのオン・オフを制御する信号を生成する。オン状態の高周波電流源３１３−１〜３１３−ｎは、入力された高周波位相信号を増幅し、変調信号出力端子３１４へ出力する。
【００６５】
ここで、高周波電流源３１３−１〜３１３−ｎの出力端子は、１つのノードにまとめてから変調信号出力端子３１４に繋げられている。電流制御回路３１１は、電力制御信号出力端子１０２からの信号をもとに個々の高周波電流源３１３−１〜３１３−ｎの飽和出力電流を増減させる。
【００６６】
高周波電流源３１３−１〜３１３−ｎのオン・オフは、振幅制御回路３１２からの信号で制御されており、その出力信号の合計は所望の振幅変調が得られるように調整される。従って、変調信号出力端子３１４から出力される信号は、位相変調と振幅変調の両方の成分を持つ高周波変調信号となる。同時に、個々の高周波電流源３１３−１〜３１３−ｎの飽和出力電流は、電流制御回路３１１によって制御されており、電力増幅回路３１０の平均出力電力が所望の値となるように制御されている。
【００６７】
上記構成をとることによって、図４、図６の場合と同様に出力信号の平均電力を制御する処理が振幅変調信号の量子化を行う処理の前段に入らない。従って、本実施形態においても出力信号の平均電力と出力信号のＳＮＲの関係を無相関に制御できる。
【００６８】
また、上述のように高周波位相変調信号の増幅に高周波電流源３１３−１〜３１３−ｎを使用している。電流源は出力インピーダンスが高いため、各高周波電流源３１３−１〜３１３−ｎ出力ノードを１つにまとめるだけで出力合成ができる。そのため、本実施形態では電力合成回路を配線部で構成でき、図４や図６の電力合成回路に相当する部分を容易に実装することができる。
【００６９】
なお、本実施形態においても、高周波電力増幅器３１３−１〜３１３−ｎの出力電力を、１：２：４：、…、：２ｎのように重み付けても、重み付けしないで全く同じにしても、どちらでも良い。
【００７０】
次に、第１から第３の実施形態の送信機の動作を図８のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１３からステップＳ１５は電力増幅器の動作を示す。
【００７１】
図８に示すように、デジタルベースバンド部は電力制御信号、Ｉ信号、Ｑ信号を生成する（ステップＳ１１）。電力制御信号は電力制御回路１１、電圧制御回路１１１又は電流制御回路３１１に入力される。図６、図７の極座標変換回路１０５、又は図１のアナログベースバンド部２０５、包絡線検波器２１５、リミッタ２１７により構成される極座標変換回路は、入力されたＩ信号、Ｑ信号を基に振幅変調信号と高周波位相変調信号を生成する。高周波位相変調信号は複数の高周波電力増幅器に入力される（ステップＳ１２）。
【００７２】
振幅変調信号は振幅制御回路１２、１１２又は３１２に入力される。振幅制御回路１２、１１２又は３１２は、振幅変調信号を量子化し、複数の高周波電力増幅器のオン・オフの動作を決定する（ステップＳ１３）。電力制御回路１１、電圧制御回路１１１又は電流制御回路３１１は電力制御信号に基づき、複数の高周波電力増幅器の飽和出力電力を制御する（ステップＳ１４）。そして、電力合成回路１４、１１４又は図７の電力合成回路となる配線部はオン状態の高周波電力増幅器の出力信号を合算して出力する（ステップＳ１５）。
【００７３】
なお、図８のフローチャートのステップＳ１３とステップＳ１４の動作は同時に実行されてもよく、ステップＳ１４の後にステップＳ１３の動作が実行されてもよい。
【００７４】
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は、本願の請求の範囲によって規定される、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の種々の形で実施することができる。そのため、前述した各実施形態は単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるべきではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書や要約書の記載には拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更はすべて本発明の範囲内のものである。
【００７５】
本願は、２００８年６月１３日に出願された特願２００８−１５５４０２号を基礎とする優先権を主張するものである。そして、特願２００８−１５５４０２号に開示された全ての内容は本願の内容に含まれる。
【符号の説明】
【００７６】
１０１  デジタルベースバンド部
１０２  電力制御信号出力端子
１０３  Ｉ信号出力端子
１０４  Ｑ信号出力端子
１０５  極座標変換回路
１０６  Ｉ信号入力端子
１０７  Ｑ信号入力端子
１０８  振幅変調信号出力端子
１０９  高周波位相変調信号出力端子
１０，１１０，３１０  電力増幅器
１１  電力制御回路
１１１  電圧制御回路
３１１  電流制御回路
１２，１１２，３１２  振幅制御回路
１３−１〜１３−ｎ，１１３−１〜１１３−ｎ  高周波電力増幅器
３１３−１〜３１３−ｎ  高周波電流源
１４，１１４  電力合成回路
１１５、３１４  変調信号出力端子
【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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