(57)【要約】【課題】簡易にコーディング効率を向上させることが可能な増幅装置を提供する。【解決手段】リミッタ、検出部、変調部、合成部、メインアンプ、及びピークアンプを備える。リミッタは入力信号の位相成分を検出する。検出部は入力信号の振幅成分を検出する。変調部は振幅成分を変調して、最低値、中間値、及び最大値を含む多値変調信号を出力する。結合部は多値変調信号と位相成分とを結合する。メインアンプ、及びピークアンプは結合された信号が入力される。合成器はメインアンプの出力とピークアンプの出力とを合成し出力する。また、メインアンプは最低値の多値変調信号が入力されるとオフされ、中間値、及び最大値の多値変調信号が入力されるとオンされる。また、ピークアンプは最低値、及び中間値の多値変調信号が入力されるとオフされ、最大値の多値変調信号が入力されるとオンされる。  【選択図】図１
2014033404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の振幅成分を検出する振幅検出手段と、
前記入力信号の位相成分を検出する位相検出手段と、
前記振幅成分を変調して、最低値、中間値、及び最大値を含む多値変調信号を出力する変調手段と、
前記多値変調信号と前記位相成分とを結合する結合手段と、
前記結合された信号が入力される主増幅器と、
前記結合された信号が入力される副増幅器と、
前記主増幅器の出力と前記副増幅器の出力とを合成して出力する合成手段と、
を具備し、
前記主増幅器は、
前記最低値の多値変調信号が入力される場合にオフされ、
前記中間値の多値変調信号が入力される場合にオンされ、
前記最大値の多値変調信号が入力される場合にオンされ、
前記副増幅器は、
前記最低値の多値変調信号が入力される場合にオフされ、
前記中間値の多値変調信号が入力される場合にオフされ、
前記最大値の多値変調信号が入力される場合にオンされること
を特徴とする増幅装置。
【請求項２】
前記主増幅器及び副増幅器は、オン時に飽和状態となることを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、移動体通信や無線通信等に用いられる増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信や無線通信等で用いられる信号を増幅する増幅装置の効率を高める方法として、近年では、増幅器の入力信号をオンとオフの２値化し、高効率動作させる方式が検討されている。その実現方法の１つとして、ＢＰＤＳ(バンドパスデルタシグマ)方式がある。しかしながら、通常、ＢＰＤＳでは、出力信号のスイッチング周波数が入力信号の周波数よりも４倍高くなるという問題がある。
【０００３】
そこで、ＢＰＤＳよりもスイッチング周波数を低下できる方式の１つとして、ＥＤＳＭ（エンベロープデルタシグマ）方式がある。ＥＤＳＭでは、増幅器に入力される入力信号を振幅成分と位相成分に分け、振幅成分はデルタシグマ変調により２値化（振幅成分を０と１のデジタル信号に変換する）し、位相成分と再結合化する。この方法では、ＢＰＤＳよりも出力のスイッチング周波数を低下できるという利点がある。しかしながら、ＥＤＳＭにおいても、パルス列全体の電力に対する所望帯域内の信号電力の割合を示すコーディング効率が、例えば、ピークと平均信号比が８．５ｄＢの信号では、５０％以下でしかない。コーディングされた信号の帯域外成分を回生できずに熱として損失してしまうと、その分、増幅器の効率が低下することになる。
【０００４】
上記に示した増幅器の効率低下の対策として、ＥＤＳＭの振幅成分を多値化することにより、コーディング効率が向上することが知られている。例えば、振幅成分が３値化されるとコーディング効率は８０％以上となり、振幅成分が４値化されることにより、コーディング効率は９０％となることがわかっている。
【０００５】
しかしながら、ＥＤＳＭ方式を採用する既存の増幅装置では、多値化を実現するために増幅器のドレイン電圧を切り替えるようになっている。この種の増幅器のドレイン端子には、通常、入力オン／オフ時にドレイン電流を流し込めるように、容量の大きなコンデンサが実装されている。すなわち、増幅装置は、容量の大きなコンデンサにより、高速な入力オン／オフの切り替えが困難なため、切り替え時間に課題がある。さらに、増幅装置は、切り替え時間を早くするために、コンデンサの容量を減らすと、入力オン／オフ時にドレイン電圧が変動して、歪みを発生させるという問題が予想される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７１１４７号公報
【特許文献２】特開２００９−９４８０３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】A Polar Delta-Sigma Modulation (PDSM) Scheme for High Efficiency Wireless Transmitters
【非特許文献２】60% High-Efficiency 3G LTE Power Amplifier with Three-level Delta Sigma Modulation Assisted By Dual Supply Injection(2011 IEEE MTT)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、移動体通信や無線通信等で用いられる増幅装置においては、ＥＤＳＭ方式によればＢＰＤＳ方式よりも出力のスイッチング周波数を低下できるという利点があるが、平均電力とピーク電力の比が大きな信号をデジタル化すると、コーディング効率が低下するという問題は依然存在する。また、増幅装置は、ドレイン電圧を切り替える方式を使用すると、実装されたコンデンサを考慮しなければならない。このため、増幅装置は、切り替え時間を早くするために、コンデンサの容量を減らすと、入力オン／オフ時にドレイン電圧が変動して、歪みを発生するという問題がある。このように、コーディング効率を向上させるためには、デジタル化する信号を多値化することが有効であるが、その実現方法には課題がある。  
そこで、目的は、コーディング効率を簡易に向上させることが可能な増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態によれば、増幅装置は、振幅検出手段と、位相検出手段と、変調手段と、結合手段と、主増幅器と、副増幅器と、合成手段とを具備する。振幅検出手段は、入力信号の振幅成分を検出する。位相検出手段は、前記入力信号の位相成分を検出する。変調手段は、前記振幅成分を変調して、最低値、中間値、及び最大値を含む多値変調信号を出力する。結合手段は、前記多値変調信号と前記位相成分とを結合する。主増幅器は、前記結合された信号が入力される。副増幅器は、前記結合された信号が入力される。合成手段は、前記主増幅器の出力と前記副増幅器の出力とを合成して出力する。また、前記主増幅器は、前記最低値の多値変調信号が入力される場合にオフされ、前記中間値の多値変調信号が入力される場合にオンされ、前記最大値の多値変調信号が入力される場合にオンされる。前記副増幅器は、前記最低値の多値変調信号が入力される場合にオフされ、前記中間値の多値変調信号が入力される場合にオフされ、前記最大値の多値変調信号が入力される場合にオンされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図２】多値変調信号のレベルと、メインアンプ及びピークアンプの動作との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本実施形態について、図面を参照して説明する。  
図１は、実施形態に係る増幅装置の構成を示すブロック図である。  
図１に示される増幅装置は、アナログのＲＦ信号（RF Input）を入力される多値化回路１と、ＲＦ信号を増幅した信号を出力する増幅器２とを備える。
【００１２】
多値化回路１は、リミッタ１１と、遅延部１２と、検出部１３と、変調部１４と、合成部１５とを有する。ＲＦ信号は、多値化回路１に入力されて、２分岐される。分岐された一方のＲＦ信号は検出部１３に入力される。検出部１３は、ＲＦ信号のエンベロープ（包絡線）を検出し、ＲＦ信号の振幅成分を抽出する。この振幅成分は変調部１４に与えられる。
【００１３】
変調部１４は、振幅成分を例えばデルタシグマ変調により変調し、上記振幅成分の振幅レベルに応じた多値変調信号を生成する。実施形態では３値化を想定する。すなわち変調部は、振幅成分のレベルに応じて０、１、及び２のいずれかのレベルになる信号を出力する。
【００１４】
変調部１４は、多値変調信号を、線路１００を介して合成部１５に入力する。
【００１５】
一方、多値化回路１の入力段で分岐された他方のＲＦ信号は、リミッタ１１に入力される。リミッタ１１は、ＲＦ信号の信号レベルを制限し、ＲＦ信号の位相成分を抽出する。この位相成分は、遅延部１２を介して合成部１５に入力される。遅延部１２は、合成部１５に入力される位相成分の位相と、線路１００の多値変調信号の位相とを整合させる。合成部１５は、位相の整合した位相成分と多値変調信号とを結合し、増幅器２に出力する。
【００１６】
増幅器２は、メインアンプ２１と、ピークアンプ２２とを有する。実施形態では、メインアンプ２１及びピークアンプ２２のいずれもＦＥＴ（電界効果トランジスタ）とする。メインアンプ２１及びピークアンプ２２は、直流電源（DC Supply）から駆動電力を供給される。
【００１７】
メインアンプ２１は、合成器１５からの信号を入力される。ピークアンプ２２は、合成器１５からの信号を入力される。合成部１５からピークアンプ２２に至る線路（符号なし）には、インピーダンス整合をとるための１／４波長線路２３１が設けられる。
【００１８】
メインアンプ２１及びピークアンプ２２の出力は、Ｌ型接続される１／４波長線路２３２，２３３により合成される。これにより増幅されたＲＦ信号（RF Output）が増幅器２から出力される。
【００１９】
上記構成においては、入力信号の振幅成分と位相成分とを分離し、このうち位相成分を含む信号を、振幅成分に基づく多値変調信号に基づいて増幅するようにしている。従って図１に示される増幅装置は、ＥＤＳＭ方式に基づくものである。次に、上記構成における増幅装置の動作について説明する。
【００２０】
図２は、多値変調信号のレベルと、メインアンプ２１及びピークアンプ２２の動作との関係を説明するための図である。多値変調信号のレベルが０のケースを（ａ）、多値変調信号のレベルが１のケースを（ｂ）、多値変調信号のレベルが２のケースを（ｃ）として、それぞれ区別して示す。
【００２１】
ここで、変調部１４は、（ｂ）を（ｃ）に比べて、最大出力レベルが６ｄＢ低いレベルとなるように多値化する。
【００２２】
メインアンプ２１は、多値変調信号のレベルが０の場合にはオフとなり、多値変調信号のレベルが１または２の場合にオンとなるように、クラスＢまたはクラスＣの動作点にＦＥＴのゲートバイアスを設定しておく。ピークアンプ２２は、多値変調信号のレベルが０または１の場合にはオフとなり、多値変調信号のレベルが２の時にオンとなるように、クラスＣの動作点にＦＥＴのゲートバイアスを設定しておく。
【００２３】
実施形態では、メインアンプ２１及びピークアンプ２２の双方をスイッチング動作させ、双方のアンプの出力を合成することで、増幅された多値信号（位相成分を含む）を得る。以下の説明では、メインアンプ２１の飽和出力（オン出力）の値とピークアンプ２２の飽和出力（オン出力）の値とを同じとする。また、メインアンプ２１及びピークアンプ２２が５０Ω出力で最大電力を出力できるとする。
【００２４】
次に、（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）の各ケースごとに説明する。
【００２５】
［ケース（ａ）］
ケース（ａ）では、メインアンプ２１及びピークアンプ２２の双方に、多値変調信号の（０）レベルが入力される。実施形態では、この状態でメインアンプ２１及びピークアンプ２２の双方ともにオフになるように、メインアンプ２１及びピークアンプ２２の動作点を設定しているので、ケース（ａ）における増幅器２の合計出力は（０）となる。
【００２６】
［ケース（ｂ）］
ケース（ｂ）では、メインアンプ２１及びピークアンプ２２の双方に、多値変調信号の（１）レベルが入力される。実施形態では、この状態でメインアンプ２１のみがオンになるように、メインアンプ２１及びピークアンプ２２の動作点を設定している。
【００２７】
ピークアンプ２２がオフの場合、メインアンプ２１とピークアンプ２２の合成点からピークアンプ２２側をみたインピーダンスは、オープンとなるように合成点からピークアンプ２２の線路長を設定しておく。このとき、メインアンプ２１の出力は１／４波長線路（インピーダンス変換器）２３２と１／４波長線路（インピーダンス変換器）２３３を通って負荷に接続される。
【００２８】
１／４波長線路（インピーダンス変換器）２３２のインピーダンスを５０Ω、１／４波長線路（インピーダンス変換器）２３３のインピーダンスを３５．４Ωとすることにより増幅器２の負荷インピーダンスを５０Ωとすれば、メインアンプ２１から出力側をみたインピーダンスは１００Ωとなる。
【００２９】
このようにすることにより、増幅器２の出力レベルは、後述するケース（ｃ）の場合の最大出力レベルから６ｄＢ低下した出力レベルではあるが、メインアンプ２１は最大出力電力時の負荷（５０Ω）の２倍の１００Ωで動作しているため、電圧的に飽和動作となり、またピークアンプ２２はオフとなるため、増幅器２は高効率動作を行うことができる。
【００３０】
［ケース（ｃ）］
ケース（ｃ）では、メインアンプ２１及びピークアンプ２２の双方に、多値変調信号の（２）レベルが入力される。実施形態では、前述したように、この状態でメインアンプ２１及びピークアンプ２２の双方がオンになるように、メインアンプ２１及びピークアンプ２２の動作点を設定している。この状態は、増幅器２の合計の飽和電力点に相当し、メインアンプ２１及びピークアンプ２２の、それぞれからみた出力インピーダンスは５０Ωとなる。
【００３１】
ケース（ｃ）ではメインアンプ２１およびピークアンプ２２の双方がオンになるので、増幅器２の合計出力は、ケース(ｂ)より６ｄＢ高くなる。
【００３２】
以上述べたように、実施形態では、ＥＤＳＭ方式により入力信号を増幅する増幅装置において、メインアンプ２１およびピークアンプ２２を設け、メインアンプ２１の出力にピークアンプ２２の出力を加算して、位相成分を含む多値信号を増幅出力するようにしている。
【００３３】
さらに、メインアンプ２１およびピークアンプ２２のゲート電圧を、デルタシグマ変調された多値変調信号のレベルに基づいてオン／オフされるように設定している。つまり、増幅出力を得るのにドレイン電圧を変化させていないので、増幅部のオン/オフに伴う電源変動を抑圧するため、大容量のコンデンサをドレインに実装しても問題ない。従ってＥＤＳＭ方式によるコーディング効率の向上といったメリットを得つつも、増幅出力に歪みを生じる虞がない。
【００３４】
また、メインアンプ２１及びピークアンプの２２双方を飽和状態でオン／オフ動作させるようにしているので、無駄に消費される電力を最小限に抑えることが可能になる。つまり、高い増幅効率を得ることができる。  
これらのことから実施形態によれば、ＥＤＳＭ方式を採用した増幅装置において、コーディング効率を簡易に向上させることが可能になる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、増幅器２への入力信号を３値化する場合について記載している。しかしながら、３つのアンプを使用して、それぞれのアンプから出力される３つの出力信号を合成する増幅器２の構成として４値化する等、更に多値化することも可能である。
【００３６】
また、上記増幅装置では、変調器出力を、最大出力レベル、最大出力レベルー６ｄＢ、及びゼロの３値で多値化し、増幅器２の合計の飽和電力から６ｄＢ低下した出力レベルにおいて、メインアンプ２１が電圧的に飽和するようにして、最大出力レベル−６ｄＢ時の効率を高くなるようにしている。これに代えて、例えば、上記増幅装置は、入力信号の振幅レベルの分布に応じて、最大出力レベル、最大出力レベル−８ｄＢ、及びゼロの３値で多値化し、８ｄＢを高効率とすることもできる。
【００３７】
それを実現させるためには、メインアンプ２１の飽和レベルをピークアンプ２２の飽和レベルと異なるＦＥＴを使用することにより、両方のアンプがオンとなる時の出力レベルに対して、メインアンプ２１のみオンとなる時の出力レベルの比を変更させればよい。
【００３８】
また、同じ飽和レベルのＦＥＴを使用しても、印加させるドレイン電圧の値を可変させて実現することもできる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この実施形態は、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。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００４０】
１…多値化回路、１１…リミッタ、１２…遅延部、１３…検出部、１４…変調部、１５…合成部、２…増幅器、２１…メインアンプ、２２…ピークアンプ、２３１〜２３３…１／４波長線路（インピーダンス変換器）、１００…線路。
【図１】
2014033404.tif 000003
【図２】
2014033404.tif 000004