(57)【要約】【課題】  増幅装置における効率低下を防止する。【解決手段】増幅装置１は、増幅器５１と、増幅器５１に入力される入力信号の振幅に応じて増幅器５１に与えられる電源電圧Ｖｄｓを可変範囲内で変化させる電源変調部５２と、を備えている。増幅器５１に与えられる電源電圧Ｖｄｓの可変範囲は、増幅器５１に入力される入力信号の周波数に応じて調整可能である。【選択図】図２
2014158128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅器と、
前記増幅器に入力される入力信号の振幅に応じて前記増幅器に与えられる電源電圧を可変範囲内で変化させる電源変調部と、
を備え、
前記可変範囲は、前記入力信号の周波数に応じて調整可能である
ことを特徴とする増幅装置。
【請求項２】
前記可変範囲は、前記入力信号の周波数が高くなるほど、より電圧の高い範囲となるように調整される
請求項１記載の増幅装置。
【請求項３】
前記可変範囲は、前記入力信号の周波数を示す周波数情報に基づいて調整される
請求項１又は２記載の増幅装置。
【請求項４】
前記入力信号の周波数を検出する検出部を更に備え、
前記可変範囲は、前記検出部によって検出された周波数に応じて調整される
請求項１〜３のいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項５】
前記入力信号の周波数の設定操作を行う操作部を更に備え、
前記可変範囲は、前記操作部によって設定された周波数に応じて調整される
請求項１〜４のいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項６】
前記増幅器の出力側に接続された負荷インピーダンスを更に備え、
前記負荷インピーダンスの値は、前記増幅器に入力される入力信号の周波数に応じて調整可能である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項７】
増幅器と、
前記増幅器出力側に接続された負荷インピーダンスと、
を備え、
前記負荷インピーダンスの値は、前記増幅器に入力される入力信号の周波数に応じて調整可能である
ことを特徴とする増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高効率の増幅装置を実現するための技術として、エンベロープトラッキング（ＥＴ）方式などの電源変調方式（Ｓｕｐｐｌｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＳＭ方式）が知られている。なお、電源変調方式には、ＥＴ方式のほか、ＥＥＲ方式もある。
ＥＴ方式又はＥＥＲ方式などの電源変調方式では、増幅器の入力信号の大きさに応じて、増幅器の電源の大きさが変化する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０４５５０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、増幅装置としては、高効率だけでなく、広帯域で動作することが求められている。そこで、本発明者は、広い周波数範囲で、増幅装置の評価を行った。その結果、増幅装置においては、効率が入力信号の周波数によって変化することが判明した。
【０００５】
そこで、本発明は、増幅装置における効率低下を防止するための新たな技術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】
【０００６】
（１）一の観点からみた本発明は、増幅器と、前記増幅器に入力される入力信号の振幅に応じて前記増幅器に与えられる電源電圧を可変範囲内で変化させる電源変調部と、を備え、前記可変範囲は、前記入力信号の周波数に応じて調整可能であることを特徴とする増幅装置である。
【０００７】
本発明者は、電源変調方式の増幅装置においては、効率が最適となる電源の動作範囲（可変範囲）は、周波数によって異なることを見出した。これは、増幅器のドレイン−ソース間の寄生容量（Ｃｄｓ）の影響などにより、各周波数の最適インピーダンスが異なるためであると考えられる。
したがって、電源変調方式の増幅装置における電源の動作範囲を特定の範囲に固定してしまうと、ある周波数では高効率となっても、他の周波数では効率が低下する。
そこで、上記本発明では、増幅器に与えられる電源電圧の可変範囲が、入力信号の周波数に応じて調整可能である。したがって、入力信号の周波数が変化しても、適切な電源可変範囲に調整することで効率の低下を防止することができる。
【０００８】
（２）前記可変範囲は、前記入力信号の周波数が高くなるほど、より電圧の高い範囲となるように調整されるのが好ましい。この場合、入力信号の周波数が高くなると、より電圧の高い可変範囲に調整される。
【０００９】
（３）前記可変範囲は、前記入力信号の周波数を示す周波数情報に基づいて調整されるのが好ましい。この場合、電源可変範囲は、周波数情報に基づいて調整される。
【００１０】
（４）前記入力信号の周波数を検出する検出部を更に備え、前記可変範囲は、前記検出部によって検出された周波数に応じて調整されるのが好ましい。この場合、電源可変範囲は、検出部によって検出された周波数に応じて調整される。
【００１１】
（５）前記入力信号の周波数の設定操作を行う操作部を更に備え、前記可変範囲は、前記操作部によって設定された周波数に応じて調整されるのが好ましい。この場合、電源可変範囲は、操作部によって設定された周波数に応じて調整される。
【００１２】
（６）前記増幅器の出力側に接続された負荷インピーダンスを更に備え、前記負荷インピーダンスの値は、前記増幅器に入力される入力信号の周波数に応じて調整可能であるのが好ましい。この場合、周波数に応じて負荷インピーダンスの値も調整され、効率低下をさらに防止できる。
【００１３】
（７）前述のように、増幅器においては、最適インピーダンスは周波数に応じて異なることを本発明者は見出した。
そこで、他の観点からみた本発明は、増幅器と、前記増幅器出力側に接続された負荷インピーダンスと、を備え、前記負荷インピーダンスの値は、前記増幅器に入力される入力信号の周波数に応じて調整可能であることを特徴とする増幅装置である。
【００１４】
増幅器は周波数に応じて最適インピーダンスが異なるため、特定の周波数で効率が良くなるように整合をとった負荷インピーダンスを設けても、他の周波数では効率が低下する場合がある。
そこで、上記本発明では、負荷インピーダンスの値を周波数に応じて調整可能である。したがって、入力信号の周波数が変化しても、負荷インピーダンスを適切な値に調整することで、効率の低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、入力信号の周波数が変化しても、効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】通信装置の構成図である。
【図２】増幅装置の構成図である。
【図３】２．５５ＧＨｚの入出力特性を示すグラフである。
【図４】２．６ＧＨｚの入出力特性を示すグラフである。
【図５】２．６５ＧＨｚの入出力特性を示すグラフである。
【図６】増幅器の出力特性（Ｐ３ｄＢ特性）を示すグラフである。
【図７】周波数帯ごとのインピーダンスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
［１．通信装置（基地局）］
図１は、通信装置１を示している。通信装置１は、例えば、移動体通信システムにおける基地局として使用される。また、通信装置１は、移動体通信システムにおけるモバイル端末であってもよい。
【００１９】
基地局として使用される通信装置１は、ベースバンド部２ａなどを備えた基地局装置本体２と、無線部（リモート・ラジオ・ヘッド：ＲＲＨ）３と、を有して構成されている。基地局本体２と無線部３とは、光ファイバーなどの伝送路４によって接続されている。
【００２０】
無線部３は、直交変調部３１と、増幅装置３１と、アンテナ３２と、を備えている。直交変調部３１は、基地局本体２（ベースバンド部２ａ）から送信されたベースバンド信号を直交変調する。
増幅装置３１は、直交変調部３１から出力された変調信号（入力信号）を、増幅して出力する。増幅装置３１の出力信号は、アンテナ３３から空間に放射される。
【００２１】
無線部３は、各種の情報を記憶する記憶部３４も備えている。記憶部３４は、無線部３で送信される信号の周波数を示す情報（周波数情報）を記憶している。周波数情報は、移動体通信システムで使用可能な周波数帯域のうち、通信装置１において使用される周波数を示す情報である。
【００２２】
図２に示すように、増幅装置３２は、増幅デバイスとしてＧａＮ−ＨＥＭＴを有する増幅器５１と、ＥＴ電源（電源変調部）５２と、を備えた電源変調方式（ＥＴ方式）の増幅装置である。したがって、増幅器５１に与えられる電源電圧（ドレイン電圧）は、増幅器に入力される入力信号の振幅（包絡線）に応じて変化する。なお、増幅器５１を構成する増幅デバイスは、ＧａＡｓ−ＨＢＴ又はＬＤＭＯＳ−ＦＥＴなどであってもよい。
増幅装置３２は、入力信号の振幅（包絡線）を検出するため包絡線検出部５３を備えている。包絡線検出部５３にて検出された入力信号の振幅（包絡線）を示す情報は、ＥＴ電源５２に与えられる。
【００２３】
ＥＴ電源５２は、包絡線検出部５３にて検出された入力信号の振幅（包絡線）を示す情報に基づいて、増幅器５１に与えられる電源電圧（動作電圧）を可変範囲内で変化させる。
増幅装置３２は、ＥＴ電源５２の可変範囲５２を調整する制御部５４を備えている。したがって、ＥＴ電源５２は、調整された可変範囲内で、増幅器５１に与えられる電源電圧（動作電圧）を変化させる。
【００２４】
制御部５４は、増幅器５１に入力される入力信号の周波数に応じて、電源電圧の可変範囲を調整する。したがって、入力信号の振幅が同じであっても、入力信号の周波数が異なると、増幅器５１に与えられる電源電圧の大きさは異なることがある。
【００２５】
［２．周波数帯と電源可変範囲］
ＥＴ方式の増幅装置３２における入出力特性を、複数の周波数帯（２．５５ＧＨｚ、２．６ＧＨｚ、２．６５ＧＨｚ）において測定した結果を、図３〜図５に示す。
図３〜図５では、増幅器５１の電源電圧（ドレイン電圧）Ｖｄｓを、１０〜３０Ｖの範囲内で、ステップサイズΔ＝２．５Ｖで変化させて、入出力特性を評価した結果を示している。
【００２６】
図３〜図５によれば、周波数帯によって、最適な電源電圧（ドレイン電圧）Ｖｄｓの範囲がシフトしていることがわかる。
例えば、図３に示すように、入力信号の周波数が２．５５ＧＨｚの場合、ドレイン電圧Ｖｄｓ：１０Ｖ〜２２．５Ｖの範囲の効率は比較的高いが、ドレイン電圧Ｖｄｓ：２５Ｖ〜３０Ｖの範囲の効率は比較的低くなっている。
また、図４に示すように、入力信号の周波数が２．６ＧＨｚの場合、ドレイン電圧Ｖｄｓ：１５Ｖ〜２７．５Ｖの範囲の効率は、比較的高いが、ドレイン電圧Ｖｄｓ：１０Ｖ〜１２．５Ｖ及び３０Ｖにおける効率は比較的低くなっている。
さらに、図５に示すように、入力信号の周波数が２．６５ＧＨｚの場合、ドレイン電圧１７．５Ｖ〜３０Ｖの範囲の効率は比較的高いが、ドレイン電圧Ｖｄｓ：１０Ｖ〜１５Ｖの範囲の効率は比較的低くなっている。
このように、効率が比較的高くなる範囲は、入力信号の周波数が高くなるほど、より電圧の高い範囲へとシフトする。
【００２７】
しかし、従来の増幅装置では、増幅器５１の電源電圧（動作電圧）の可変範囲が固定的に設定されているため、周波数によっては効率が劣化するおそれがある。
例えば図４に示すように、周波数２．６ＧＨｚにおいて効率が高くなるＶｄｓ：１５Ｖ〜２７．５Ｖの範囲を、増幅器５１の電源電圧（動作電圧）の可変範囲として固定的に設定したとする。
この場合、入力信号の周波数が、２．５５ＧＨｚになると、ドレイン電圧Ｖｄｓが２７．５Ｖのときの効率（Ｐ３ｄＢにおける効率）が６２．８％に劣化してしまう。また、入力信号の周波数が、２．６５ＧＨｚになると、ドレイン電圧Ｖｄｓが１５Ｖのときの効率（Ｐ３ｄＢにおける効率）が６５％に劣化してしまう。
【００２８】
これらの結果から、ＥＴ方式の増幅装置３２の効率特性は、周波数依存性があることがわかる。これは、増幅器５１のドレイン−ソース間の寄生容量（Ｃｄｓ）の影響などにより、各周波数の最適インピーダンスが異なるためであると考えられる。すなわち、一点の周波数かつ固定の電源電圧Ｖｄｓで高効率となるように回路を整合した場合には、その一点の周波数では、効率がよくても、他の周波数では特性が悪化する。
【００２９】
以上のように、電源電圧の可変範囲が、周波数にかかわらず固定的であると、効率が劣化する場合がある。
【００３０】
そこで、前述のように本実施形態の制御部５４は、効率の劣化を防止すべく、増幅器５１に入力される入力信号の周波数に応じて、増幅器５１の電源電圧の可変範囲を調整する。
すなわち、制御部５４は、各周波数において比較的効率の高い範囲を、各周波数における電源電圧可変範囲として設定する。
具体的には、入力信号の周波数が２．５５ＧＨｚである場合には、制御部５４は、電源電圧Ｖｄｓの可変範囲を１０Ｖ〜２２．５Ｖに設定する。同周波数が２．６ＧＨｚである場合には、制御部５４は、電源電圧Ｖｄｓの可変範囲を１５Ｖ〜２７．５Ｖに設定する。同周波数が２．６５ＧＨｚである場合には、制御部５４は、電源電圧Ｖｄｓの可変範囲を１７．５Ｖ〜３０Ｖの範囲に設定する。
つまり、電源電圧Ｖｄｓの可変範囲は、入力信号の周波数が高くなるほど、より電圧の高い範囲へとシフトされる。
【００３１】
制御部５４によって電源可変範囲が上述のように設定されると、ＥＴ電源５２は、設定された可変範囲内において、入力信号の振幅に応じて、増幅器５１に与えられる電源電圧を変化させる。
【００３２】
周波数に応じて電源電圧Ｖｄｓの可変範囲が上述のように調整されることで、可変範囲が固定的に設定される場合に比べて、より高い効率を実現することができる。つまり、周波数に応じて電源可変範囲を最適化することで、効率の広帯域化を実現することができる。
なお、電源電圧Ｖｄｓの可変範囲は、必ずしも、入力信号の周波数が高くなるほどより電圧の高い範囲へと調整する必要はなく、入力信号の周波数に応じて変動する最適可変範囲に合わせて、可変範囲を調整すればよい。
【００３３】
図６は、ドレイン電圧Ｖｄｓの可変範囲を周波数に応じて上述のように最適化した場合の増幅器５１の出力特性と、ドレイン電圧Ｖｄｓを２７．５Ｖに固定した場合の増幅器５１の出力特性と、を示している。
ドレイン電圧Ｖｄｓ＝２７．５Ｖに固定した場合における増幅器５１の出力（Ｐ３ｄＢ）は、図６に示すように、周波数が大きくなるにつれて低下し、周波数によって出力の大きさが変動する。特に、２．６５ＧＨｚで出力が大きく下がってしまう。
一方、ドレイン電圧Ｖｄｓの可変範囲を周波数に応じて調整した場合、出力（Ｐ３ｄＢ）は、２．５５ＧＨｚでは低下するものの、２．６５ＧＨｚでは向上し、全体的には、周波数が変化しても出力（Ｐ３ｄＢ）の大きさを安定させることができ、２．６５ＧＨｚにおける出力低下を抑えることができる。
このように、入力信号の周波数が高くなるほどより電圧の高い範囲へと可変範囲を調整すると、増幅器５１の出力を広帯域で安定化させる効果も得られる。
【００３４】
図２に戻り、制御部５４が入力信号の周波数に応じて電源可変範囲を調整できるように、増幅装置３２は、増幅器５１に入力される入力信号の周波数を検出する周波数カウンタ（検出部）５５を備えている。周波数カウンタ５５は、入力信号から検出した周波数を示す情報（周波数情報）を制御部５４に与える。制御部５４は、周波数カウンタ５５からの周波数情報に基づいて、電源可変範囲を調整する。周波数カウンタ５５を備えていることで、通信周波数が、通信装置１の運用中に動的に変動する場合であっても、変動した周波数を検出して、動的に電源可変範囲を調整することができる。
【００３５】
また、制御部５４は、記憶部３４に記憶されている周波数情報を取得し、その周波数情報に基づいて、電源可変範囲を調整してもよい。記憶部３４の周波数情報は、通信周波数（入力信号の周波数）を示しているため、記憶部３４の周波数情報に基づくことで、容易に電源可変範囲を調整することができる。
周波数情報を記憶部３４に記憶させるのは、例えば、無線部３において通信周波数を把握しているデバイス、又は、基地局本体２において通信周波数を把握しているデバイスによって行われる。
基地局本体２が、無線部３の記憶部３４に周波数情報を記憶させる場合、伝送路４を介した、基地局本体−無線部間通信によって、周波数情報が、基地局本体２から無線部３へ送信される。無線部３は、基地局本体２から受信した周波数情報を記憶部３４に記憶させる。
【００３６】
また、制御部５４は、管理者が操作部５６によって設定操作した通信周波数（入力信号の周波数）に応じて、電源可変範囲を調整してもよい。操作部５６は、入力信号の周波数の設定操作を手動で行うためのものであり、ダイヤル、スイッチ、又はキーボードなどの入力装置によって構成される。
【００３７】
なお、図２では、制御部５４が周波数を把握するための手段として、周波数カウンタ５５、記憶部３４の周波数情報、及び操作部５６の３つを全て示したが、実際の増幅装置３２は、これら全てを備えている必要はなく、いずれか一つが備わっていればよい。また、制御部５４は、他の手段によって周波数を把握してもよい。
【００３８】
［３．周波数と負荷インピーダンス］
図７は、入力信号の周波数を２．５ＧＨｚ、２．６ＧＨｚ、２．７ＧＨｚとした場合において、増幅器５１の電源電圧Ｖｄｓを１０Ｖ、２０Ｖ、３０Ｖに変化させたときの効率の最適インピーダンスを評価した結果を示している。
考察するに、評価対象の増幅器５１の特性は、基本波のインピーダンス（振幅、位相）が、２．５ＧＨｚでは（０．５５，１１５）付近に、２．６ＧＨｚでは（０．５５，１０５）付近に、２．７ＧＨｚでは（０．５，９０）付近になっていると予想される。
そのため、低い周波数（２．５５ＧＨｚ）では、図３に示すように、低電圧（１０Ｖ〜２２．５Ｖ）で効率が良く、高い周波数（２．６５ＧＨｚ）では、図５に示すように、高電圧（１７．５Ｖ〜３０Ｖ）で効率が良くなっているものと考えられる。
【００３９】
ここで、周波数に応じて基本波の最適インピーダンスが異なるという点に着目すると、周波数に応じて、負荷インピーダンスの値を調整すると、周波数に応じて適切な整合が得られ、効率の低下を防止することができる。
そこで、本実施形態の制御部５４は、入力信号の周波数に応じて、電源可変範囲を調整するだけでなく、増幅器５１の出力側に接続された可変負荷インピーダンス５７の値も調整する。
【００４０】
すなわち、制御部５４は、入力信号の周波数に応じて変化する増幅器５１の基本波インピーダンスに応じて、整合がより適切になるように、負荷インピーダンス５７の値を調整する。制御部５４は、適切な周波数と負荷インピーダンスとの関係を予め把握しておき、その関係に基づき、周波数に応じて負荷インピーダンス５７の値を調整することで、周波数の変化に起因する効率の低下を防止することができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、入力信号の周波数に応じて調整される対象が、増幅器５１の電源可変範囲及び負荷インピーダンス５７の値の双方となっているが、調整される対象は、いずれか一方だけであってもよい。一方だけの調整でも、周波数の変化に起因する効率の低下を防止することができる。ただし、双方の調整を行うことで、効率の低下をより防止することができる。
【００４２】
［４．  付記］
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１  通信装置（基地局）
２  基地局本体
３  無線部（ＲＲＨ）
３２  増幅装置
３４  記憶部
５１  増幅器
５２  ＥＴ電源（電源変調部）
５３  包絡線検出部
５４  制御部
５５  周波数カウンタ（周波数検出部）
５６  操作部
５７  負荷インピーダンス
【図１】
2014158128.tif 000003
【図２】
2014158128.tif 000004
【図３】
2014158128.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2014158128.tif 000008
【図７】
2014158128.tif 000009