(57)【要約】【課題】広い振幅範囲に渡って高い効率で信号を増幅できる電力増幅器を提供する。【解決手段】電力増幅器は、増幅器と、増幅器の出力を予め指定されたインピーダンスに整合させる、磁場に応じてリアクタンスが変化する可変リアクタンス磁気デバイスを含む整合回路と、増幅器の入力信号の振幅を検出する振幅検出器と、振幅検出器によって検出された振幅に対応する磁場を可変リアクタンス磁気デバイスに印加する磁場制御回路、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅器と、
前記増幅器の出力を予め指定されたインピーダンスに整合させる、磁場に応じてリアクタンスが変化する可変リアクタンス磁気デバイスを含む整合回路と、
前記増幅器の入力信号の振幅を検出する振幅検出器と、
前記振幅検出器によって検出された振幅に対応する磁場を前記可変リアクタンス磁気デバイスに印加する磁場制御回路と、
を有する電力増幅器。
【請求項２】
前記磁場制御回路は、前記整合回路のインピーダンスが前記増幅器の出力信号の振幅に対して予め指定されたインピーダンス特性を満足するように、前記増幅器の入力信号の振幅に対応する磁場を生成して前記可変リアクタンス磁気デバイスに印加する
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】
前記磁場制御回路は、前記可変リアクタンス磁気デバイスを流れる高周波電流の向きと平行または略平行な磁場を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項４】
前記磁場制御回路は、
コイルと、
前記振幅検出器によって検出された振幅に対応する電流を前記コイルに供給する電源と、を含む
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電力増幅器。
【請求項５】
前記コイルは、前記可変リアクタンス磁気デバイスを取り囲むように配置される
ことを特徴とする請求項４に記載の電力増幅器。
【請求項６】
前記磁場制御回路は、前記可変リアクタンス磁気デバイスに磁気的に結合された磁性金属をさらに有し、
前記コイルは、前記磁性金属を取り囲むように配置される
ことを特徴とする請求項４に記載の電力増幅器。
【請求項７】
前記磁場制御回路は、
ギャップを有する磁気回路と、
前記振幅検出器によって検出された振幅に対応する電流を前記磁気回路に供給する電源と、を含み、
前記可変リアクタンス磁気デバイスは、前記磁気回路のギャップに配置される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電力増幅器。
【請求項８】
前記磁気回路は、
前記ギャップを有するヨークと、
前記ヨークに巻き付けられたコイルと、を含み、
前記電源は、前記振幅検出器によって検出された振幅に対応する電流を前記コイルに供給する
ことを特徴とする請求項７に記載の電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号を増幅する電力増幅器に係わる。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムにおいて、基地局の消費電力の削減が要求されている。無線基地局においては、送信信号を増幅する電力増幅器の電力消費が大きい。このため、無線基地局の電力消費を削減するためには、電力増幅器の効率を向上させることが重要である。
【０００３】
他方、無線基地局の送信信号の振幅は、一定ではない。ここで、電力増幅器の効率は、信号の振幅に依存する。また、電力増幅器においては、最大出力電力が得られる負荷インピーダンスと最大効率が得られる負荷インピーダンスが異なる。このため、平均電力効率の低下を抑制するために、信号振幅に応じて負荷インピーダンスを制御可能な増幅器が提案されている。（例えば、非特許文献１〜４）
可変インピーダンス素子は、例えば、バラクタダイオード等の可変容量素子により実現される。また、スイッチを用いて複数の容量素子の中から所望の容量素子を選択する回路によっても、可変インピーダンス素子を実現することができる。
（例えば、特許文献１〜４）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２０５６３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１９５１５号公報
【特許文献３】特開２００８−２０６２３３号公報
【特許文献４】特開２００６−１８０５０７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Hossein Mashad Nemati, et al., "Design of Highly Efficient Load Modulation Transmitter for Wideband Cellular Applications" IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 58, no. 11, pp. 2820-2828, Nov. 2010.
【非特許文献２】Mohamed Gamal El Din, et al., "Load modulation for Efficiency Enhancement of Inverse Class-D Power Amplifire" 2010-IEEE APS, Middle East Conference on Antennas and Propagation (MECAP),Cairo, Egypt, 20. 10. 2010.
【非特許文献３】Mehdi Sarkeshi, et al., "A Novel Doherty Amplifier for Enhanced Load Modulation and Higher Bandwidth" Microwave Symposium Digest, pp. 763-766 2008 IEEE MTT-S International.
【非特許文献４】J. Qureshi, et al., "A Highly Efficient Chireix Amplifier Using Adaptive Power Combining" Microwave Symposium Digest, pp. 759-762 2008 IEEE MTT-S International.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
バラクタダイオード等の可変容量素子は、電力増幅器の負荷インピーダンスを大きく変化させることは困難である。可変容量素子を使用して電力増幅器の負荷インピーダンスを大きく変化させるためには、複雑な回路が必要であり、電力増幅器の損失が大きくなってしまう。なお、スイッチを用いて複数の容量素子の中から所望の容量素子を選択する構成では、高耐電圧、大電力、高速スイッチング、低損失（低オン抵抗）を満足するスイッチを実現することは困難である。
【０００７】
このように、従来技術においては、信号振幅に応じて電力増幅器の負荷インピーダンスを大きく変化させることは困難である。このため、入力信号の振幅が大きく変化する場合には、高い効率で信号を増幅できないことがある。
【０００８】
本発明の目的は、広い振幅範囲に渡って高い効率で信号を増幅できる電力増幅器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの態様の電力増幅器は、増幅器と、前記増幅器の出力を予め指定されたインピーダンスに整合させる、磁場に応じてリアクタンスが変化する可変リアクタンス磁気デバイスを含む整合回路と、前記増幅器の入力信号の振幅を検出する振幅検出器と、前記振幅検出器によって検出された振幅に対応する磁場を前記可変リアクタンス磁気デバイスに印加する磁場制御回路と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
上述の態様によれば、広い振幅範囲に渡って高い効率で信号を増幅できる電力増幅器が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の電力増幅器の構成を示す図である。
【図２】可変リアクタンス磁気デバイスの特性を示す図である。
【図３】入力信号振幅の検出について説明する図である。
【図４】電力増幅器の動作を説明する図である。
【図５】第１の実施形態の電力増幅器の構成を示す図である。
【図６】第１の実施形態において、可変リアクタンス磁気デバイスおよびコイルの実装を説明する図である。
【図７】第２の実施形態の電力増幅器の構成を示す図である。
【図８】第３の実施形態の電力増幅器の構成を示す図である。
【図９】第４の実施形態の電力増幅器の構成を示す図である。
【図１０】第５の実施形態の電力増幅器の構成を示す図である。
【図１１】第６の実施形態の電力増幅器の構成を示す図である。
【図１２】第７の実施形態の電力増幅器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施形態の電力増幅器の構成を示す。実施形態の電力増幅器１は、図１に示すように、増幅器１１、整合回路１２、振幅検出器１３、磁場制御回路１４を有する。
【００１３】
電力増幅器１は、特に限定されるものではないが、例えば、通信信号を送信する送信器において使用される。一例としては、電力増幅器１は、無線通信システムの基地局において使用される。この場合、電力増幅器１は、基地局から移動局へ送信される下りリンク信号を増幅する。以下の説明では、電力増幅器１が無線通信システムの基地局において使用されるものとする。ただし、本発明の電力増幅器は、無線通信システムに限定されるものではなく、他の用途に使用されてもよい。
【００１４】
電力増幅器１には、下りリンク信号が入力される。下りリンク信号は、高周波変調信号である。一例としては、下りリンク信号は、８００ＭＨｚ帯または１ＧＨｚ帯の変調信号である。なお、下りリンク信号の振幅は、一定ではない。例えば、変調方式が変わると、下りリンク信号の振幅も変化する。変調方式は、下りリンク信号により伝送されるデータのビットレートに応じて動的に変化し得る。
【００１５】
増幅器１１は、入力信号を増幅する。この例では、増幅器１１は、下りリンク信号を増幅する。このとき、増幅器１１は、たとえば、指定された利得で入力信号を増幅するＡＧＣ（Automatic Gain Control）モードで動作する。あるいは、増幅器１１は、指定された出力レベルを保持するＡＬＣ（Automatic Level Control）モードで動作してもよい。
【００１６】
整合回路１２は、増幅器１１と出力ポートとの間に設けられ、増幅器１１の出力を予め指定されたインピーダンスに整合させる。この例では、電力増幅器１の出力ポートには、５０オームのアンテナが電気的に接続される。この場合、整合回路１２は、増幅器１１の出力インピーダンスを５０オームに整合させるように設計される。
【００１７】
整合回路１２は、整合要素Ｍ、インダクタンスＬ、抵抗Ｒ、可変リアクタンス磁気デバイス１５を有する。整合要素Ｍは、例えば、スタブにより実現される。この場合、スタブの長さは、指定されたインピーダンスに応じて設計される。なお、図１に示す整合回路１２は、整合要素、インダクタンス成分、抵抗成分が存在することを模式的に表している。したがって、インダクタンス成分および／または抵抗成分は、増幅器１１から出力ポートへ信号を伝搬する導体線で実現されてもよい。
【００１８】
可変リアクタンス磁気デバイス１５は、所望のリアクタンスを提供する回路要素として使用される。可変リアクタンス磁気デバイス１５のリアクタンスは、印加される磁場に応じて変化する。
【００１９】
図２は、高周波（ここでは、１ＧＨｚ）に対して測定された可変リアクタンス磁気デバイス１５のリアクタンスを示している。すなわち、リアクタンスの測定時には、可変リアクタンス磁気デバイス１５には高周波電流が流れている。横軸は、可変リアクタンス磁気デバイス１５に印加される磁場を表す。この磁場の方向は、可変リアクタンス磁気デバイス１５を高周波電流が流れる方向と平行または略平行である。縦軸は、可変リアクタンス磁気デバイス１５のリアクタンスを表す。
【００２０】
図２に示す例では、可変リアクタンス磁気デバイス１５に印加される磁場が５[Oe]から１０[Oe]まで増加するときに、リアクタンスは、約５Ωから約−１０Ωに向かって変化している。また、磁場が１０[Oe]よりも大きい領域では、リアクタンスは、負の値から正の値に向かって変化している。なお、高周波可変リアクタンス素子については、例えば、特開２００４−３２７７５５号公報に記載されている。
【００２１】
整合回路１２内で可変リアクタンス磁気デバイス１５が実装される位置は、図１に示す例に限定されるものではない。例えば、可変リアクタンス磁気デバイス１５は、図１に示す整合回路１２内の破線で表される位置に実装されてもよい。すなわち、可変リアクタンス磁気デバイス１５は、負荷に対して並列に接続されてもよいし、負荷に対してシリーズに接続されてもよい。
【００２２】
振幅検出器１３は、電力増幅器１の入力信号の振幅を検出する。振幅検出器１３は、例えば、包絡線検波回路により実現される。この場合、振幅検出器１３は、図３に示すように、入力信号の包絡線を表す電圧信号を出力する。入力信号の包絡線を表す電圧信号は、実質的に、入力信号の振幅を表す。なお、包絡線検波回路は、公知に技術を用いて実現可能なので、説明を省略する。
【００２３】
磁場制御回路１４は、振幅検出器１３により検出された入力信号の振幅に対応する強度の磁場を可変リアクタンス磁気デバイス１５に印加する。ここで、磁場制御回路１４は、可変リアクタンス磁気デバイス１５を流れる高周波電流の方向および磁場の方向が互いに平行または略平行となるように実装される。また、磁場制御回路１４は、電力増幅器１の効率が高くなるように、入力信号の振幅に対応する磁場を生成して可変リアクタンス磁気デバイス１５に印加する。電力増幅器１のドレイン効率は、下式で表される。
効率＝Ｐout／ＶＩ
Ｐoutは、電力増幅器１の出力信号の電力を表す。ＶおよびＩは、それぞれ電力増幅器１に供給される電圧および電流を表す。
【００２４】
図４は、電力増幅器１の動作を説明する図である。図４（ａ）に示すスミスチャートにおいて、破線で表されている領域Ａは、電力増幅器１の効率が高いインピーダンス領域を表す。電力増幅器１の効率を高くするためには、整合回路１２は、領域Ａの中の効率最大インピーダンス点を有するように設計されることが好ましい。
【００２５】
しかしながら、最近のＲＦ送信信号の包絡線は時間とともに大きく変動し、平均電力と瞬時最大電力の差が非常に大きいことから、いずれの状態でも増幅器を線形動作させるためには、瞬時最大電力を線形増幅させる一方で、この出力レベルよりも低い平均電力においても電力効率を最大化させることが必要である。すなわち、図４（ａ）において、破線で表されている領域Ｂ内の出力最大電力インピーダンス点の電力から平均電力まで出力電力が低下した場合、いずれの電力においても効率が低下しないように出力負荷インピーダンス点を制御することが好ましい。
【００２６】
したがって、電力増幅器１は、上述の条件を満足するように、出力電力に応じて整合回路１２のインピーダンスを動的に制御する。一例としては、入力信号の振幅の変化に対応する出力電力に対して、電力増幅器１は、整合回路１２のインピーダンスが図４（ｂ）に示すカーブＣを表すように整合回路１２を制御する。ここで、整合回路１２のインピーダンスは、入力信号の振幅が大きくなるにつれて、Ｃ１からＣ５へ向かう方向に変化するものとする。なお、カーブＣは、例えば、負荷に対応する所定のリアクタンス（インピーダンスの虚数成分）を変えることによって得られる。
【００２７】
上記動作を実現するために、カーブＣに対して、入力信号の振幅に対応する出力電力と整合回路１２のインピーダンスとの関係が予め求められる。この関係は、例えば、測定またはシミュレーションにより得られる。ここで、カーブＣは、出力電力に対して常に高効率点を動くように整合回路１２のリアクタンスを変えることで得られる。そして、このリアクタンスの変化は、可変リアクタンス磁気デバイス１５に印加する磁場を制御することにより実現される。
【００２８】
したがって、電力増幅器１においては、入力信号の振幅に対して、カーブＣを得るための磁場データが用意される。そして、電力増幅器１は、入力信号の振幅に対応する磁場を生成して可変リアクタンス磁気デバイス１５に印加する。そうすると、電力増幅器１は、カーブＣによって表される出力インピーダンスで信号を増幅することができる。
【００２９】
一例を示す。ここでは、図３に示す振幅Ｖ１〜Ｖ５に対して、７〜１０[Oe]が対応づけられているものとする。振幅Ｖ１〜Ｖ５は、振幅検出器１３により得られる包絡線の電圧に相当する。この場合、図２に示す例では、可変リアクタンス磁気デバイス１５に印加される磁場が７〜１０[Oe]であるとき、可変リアクタンス磁気デバイス１５のリアクタンスは、−５〜−１０[Ω]である。更に、可変リアクタンス磁気デバイス１５のリアクタンスが−５〜−１０[Ω]であるとき、整合回路１２のインピーダンスは、Ｃ１〜Ｃ５であるものとする。
【００３０】
この場合、時刻Ｔ１において、振幅検出器１３によって振幅Ｖ１が検出される。また、磁場制御回路１４は、振幅Ｖ１に対応する磁場（７[Oe]）を生成する。そうすると、可変リアクタンス磁気デバイス１５のリアクタンスは−５[Ω]であり、整合回路１２のインピーダンスはＣ１に制御される。すなわち、電力増幅器１は、出力インピーダンスＣ１で信号を増幅する。この結果、電力増幅器１は、高い効率で信号を増幅できる。
【００３１】
時刻Ｔ５においては、振幅検出器１３によって振幅Ｖ５が検出される。また、磁場制御回路１４は、振幅Ｖ５に対応する磁場（１０[Oe]）を生成する。そうすると、可変リアクタンス磁気デバイス１５のリアクタンスは−１０[Ω]であり、整合回路１２のインピーダンスはＣ５に制御される。すなわち、電力増幅器１は、出力インピーダンスＣ５で信号を増幅する。この結果、電力増幅器１は、Ｃ１と同じ高効率動作するインピーダンス点に制御できる。
【００３２】
同様に、時刻Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４においては、振幅Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４に対応する磁場が生成される。したがって、電力増幅器１は、時刻Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４においては、それぞれ、出力インピーダンスＣ２、Ｃ３、Ｃ４で信号を増幅する。
【００３３】
このように、電力増幅器１は、可変リアクタンス磁気デバイス１５を利用して、出力インピーダンスを動的に制御する。すなわち、磁場制御回路１４は、整合回路１２のインピーダンスが入力信号の振幅に対して予め指定されたインピーダンス特性（図４（ｂ）においては、カーブＣ）を満足するように、入力信号の振幅に対応する磁場を生成して可変リアクタンス磁気デバイス１５に印加する。ここで、可変リアクタンス磁気デバイス１５のリアクタンスは、バラクタダイオード等の可変容量素子と比較して、容易に大きく変化させることが可能である。したがって、電力増幅器１は、整合回路１２を所望のインピーダンスに制御できるので、高効率動作を実現できる。
【００３４】
なお、整合回路１２のリアクタンスの可変量が小さいと、所望の出力インピーダンスを実現することが困難である。この場合、広範なバックオフ点まで（大きな出力電力から小さな出力電力まで）、高効率動作させることができなくなる。実施形態の電力増幅器１の構成によれば、この問題が解決される。
【００３５】
＜第１の実施形態＞
図５は、第１の実施形態の電力増幅器の構成を示す。第１の実施形態では、電力増幅器１は、図１に示す磁場制御回路１４として、コイル２１およびコイルに電流を供給する電源２２を有する。
【００３６】
整合回路１２は、基板上に形成されるマイクロストリップ線路および可変リアクタンス磁気デバイス１５により実現される。マイクロストリップ線路は、例えば、銅材で形成される。図１に示すインダクタンスＬおよび抵抗Ｒは、特に限定されるものではないが、マイクロストリップ線路により実現される。或いは、マイクロストリップ線路とは別に、インダクタンス素子および／または抵抗素子が基板上に実装されてもよい。図１に示す整合要素Ｍは、例えば、マイクロストリップ線路で形成されるスタブにより実現される。図５においては、基板上にスタブ３１、３２が形成されている。
【００３７】
可変リアクタンス磁気デバイス１５は、図６に示すように、スタブ３２の途中に実装される。ここで、スタブ３２は、互いに電気的に絶縁されたスタブ要素３２ａ、３２ｂを含む。そして、可変リアクタンス磁気デバイス１５は、スタブ要素３２ａ、３２ｂ間に実装される。すなわち、可変リアクタンス磁気デバイス１５の一方の端部がスタブ要素３２ａに電気的に接続され、可変リアクタンス磁気デバイス１５の他方の端部がスタブ要素３２ｂに電気的に接続される。なお、可変リアクタンス磁気デバイス１５が実装されるスタブ３２の先端は、図５に示す例では、接地されている。
【００３８】
コイル２１は、図６に示すように、可変リアクタンス磁気デバイス１５を取り囲むように配置される。ここで、コイル２１は、図５に示すように、基板に形成された孔３３を利用して、可変リアクタンス磁気デバイス１５を取り囲むように配置される。この場合、１組の孔３３は、可変リアクタンス磁気デバイス１５の近傍に形成される。
【００３９】
電源２２は、振幅検出器１３により検出された入力信号の振幅に対応する電流をコイル２１に供給する。したがって、コイル２１により、入力信号の振幅に対応する磁場が生成される。入力信号の振幅に対応する磁場を生成する方法については、図２〜図４を参照しながら説明した通りである。なお、図５においては、図面を見やすくするために省略されているが、コイル２１の巻き線の両端は電源２２に接続されている。
【００４０】
上記構成の電力増幅器１において、増幅器１１は、高周波信号を増幅する。高周波信号の周波数は、例えば、８００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度である。そして、増幅器１１により増幅された高周波信号は、マイクロストリップ線路を介して電力増幅器１の出力ポートへ伝搬されるときに、可変リアクタンス磁気デバイス１５にも導かれる。したがって、増幅器１１が高周波信号を増幅しているときは、可変リアクタンス磁気デバイス１５には、図６に示すように、高周波電流が流れる。
【００４１】
このとき、電源２２は、電力増幅器１の入力信号の振幅に対応する電流をコイル２１に供給するので、図６に示す磁場Ｈが生成される。磁場Ｈの方向は、可変リアクタンス磁気デバイス１５に流れる高周波電流の向きと平行または略平行である。そうすると、電流方向と直交する方向において、可変リアクタンス磁気デバイス１５の透磁率が変化する。この結果、高周波電流に対する可変リアクタンス磁気デバイス１５のリアクタンスが大きく変化する。なお、可変リアクタンス磁気デバイス１５に印加される磁場の強さと可変リアクタンス磁気デバイス１５のリアクタンスとの関係の一例は、図２に表されている。
【００４２】
可変リアクタンス磁気デバイス１５の幅は、例えば、約５０μｍである。コイル２１は、例えば、１５０巻の空芯コイルである。コイル２１の孔の直径は、例えば、約４ｍｍである。そして、このコイル２１に１０〜１５ｍＡの電流を流すことにより、５〜７[Oe]の磁場が生成される。
【００４３】
可変リアクタンス磁気デバイス１５が実装されるスタブ３２の長さは、例えば、λ／４に設計される。λは、増幅器１１により増幅される高周波信号の波長を表す。ここで、この実施例では、スタブ３２の先端は接地されている。この場合、スタブ３２の先端において、高周波信号の電流の振幅は実質的にゼロであり、スタブ３２の中間点の近傍で、高周波信号の電流の振幅は大きくなる。このため、スタブ３２の中間点の近傍に可変リアクタンス磁気デバイス１５を実装すれば、印加される磁場の変化に対して、リアクタンスを大きく変化させることが可能である。したがって、可変リアクタンス磁気デバイス１５は、スタブ３２の中間点の近傍に実装されることが好ましい。なお、「スタブ３２の中間点の近傍に可変リアクタンス磁気デバイス１５を実装する」は、スタブ要素３２ａ、３２ｂの長さが互いにほぼ同じであることを意味する。
【００４４】
このように、第１の実施形態においては、整合回路１２において、可変リアクタンス磁気デバイス１５を取り囲むようにコイル２１が実装される。そして、入力信号の振幅に応じてコイル２１に流れる電流を制御することにより、可変リアクタンス磁気デバイス１５のリアクタンスが制御される。したがって、整合回路１２は、入力信号の振幅に応じて所望の出力インピーダンスを提供できるので、入力信号の振幅が変動する場合であっても、電力増幅器１は、常に、高い効率で信号を増幅できる。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
図７は、第２の実施形態の電力増幅器の構成を示す。第２の実施形態においても、可変リアクタンス磁気デバイス１５が実装されるスタブ３２は、スタブ要素３２ａ、３２ｂを有する。ただし、第２の実施形態では、スタブ要素３２ｂの表面に磁性金属膜３４が形成されている。図７において、磁性金属膜３４は、斜線領域で表されている。なお、スタブ要素３２ｂは、図７においては見えないが、磁性金属膜３４の下側に形成されている。
【００４６】
コイル２１は、スタブ３２の先端（すなわち、磁性金属膜３４の先端）に実装される。ここで、スタブ３２の先端は接地されている。すなわち、コイル２１から磁場が印加される位置では、高周波信号の電流の振幅は小さい（または、実質的にゼロ）。よって、第２の実施形態では、第１の実施形態と比較して、定在波の影響が抑制される。なお、図７においても、図面を見やすくするために省略されているが、コイル２１の巻き線の両端は電源２２に接続されている。
【００４７】
磁性金属膜３４は、可変リアクタンス磁気デバイス１５に磁気的に結合されている。また、コイル２１は、磁性金属膜３４（実施例では、磁性金属膜３４の先端部分）を取り囲むように実装される。よって、コイル２１に電流を流すことで磁場が生成されると、この磁場は、磁性金属膜３４を介して可変リアクタンス磁気デバイス１５に印加される。
【００４８】
磁性金属膜３４は、例えば、軟磁性体で形成される。この磁性金属は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣｏＣｒＰｔまたはＣｏＦｅＢである。
【００４９】
振幅検出器１３および電源２２は、第１および第２の実施形態において互いに実質的に同じである。したがって、第２の実施形態においても、入力信号の振幅に応じて整合回路１２のインピーダンスが制御され、電力増幅器１は高い効率で信号を増幅することができる。
【００５０】
＜第３の実施形態＞
図８は、第３の実施形態の電力増幅器の構成を示す。第３の実施形態においては、可変リアクタンス磁気デバイス１５が実装されるスタブ３２は、増幅器１１等が実装されている基板に対して垂直方向に伸びるように形成される。この場合、増幅器１１等が実装されているメイン基板に対して垂直方向に補助基板が固定される。補助基板には、マイクロストリップ線路でスタブ３２が形成される。スタブ３２は、増幅器１１から出力ポートへ信号を伝搬させるマイクロストリップ線路に電気的に接続されている。
【００５１】
可変リアクタンス磁気デバイス１５は、第１または第２の実施形態と同様に、スタブ３２の途中に実装される。そして、コイル２１は、可変リアクタンス磁気デバイス１５を取り囲むように配置される。なお、図８において、コイル２１は、破線で表されている。
【００５２】
振幅検出器１３および電源２２は、第１〜第３の実施形態において実質的に同じである。したがって、第３の実施形態においても、入力信号の振幅に応じて整合回路１２のインピーダンスが制御され、電力増幅器１は高い効率で信号を増幅することができる。また、第３の実施形態の構成によれば、増幅器１１等が実装されているメイン基板に、コイル２１を実装するための孔を形成する必要はない。
【００５３】
＜第４の実施形態＞
図９は、第４の実施形態の電力増幅器の構成を示す。第４の実施形態においては、電力増幅器１は、第１〜第３の実施形態のスタブ３２の代わりに同軸ケーブル３５を有する。同軸ケーブル３５のインピーダンスは、負荷に応じて決定される。例えば、電力増幅器１の出力に５０Ωのアンテナが接続される場合には、同軸ケーブルのインピーダンスも５０Ωである。また、同軸ケーブル３５は、増幅器１１から出力ポートへ信号を伝搬させるマイクロストリップ線路に電気的に接続されている。
【００５４】
可変リアクタンス磁気デバイス１５は、同軸ケーブル３５の途中に設けられる。また、コイル２１は、可変リアクタンス磁気デバイス１５を取り囲むように配置される。なお、図９において、コイル２１は、破線で表されている。
【００５５】
振幅検出器１３および電源２２は、第１〜第４の実施形態において実質的に同じである。したがって、第４の実施形態においても、入力信号の振幅に応じて整合回路１２のインピーダンスが制御され、電力増幅器１は高い効率で信号を増幅することができる。また、第４の実施形態の構成によれば、所望の位置にコイル２１を配置することができるので、コイル２１の配置の自由度が高くなる。
【００５６】
＜第５の実施形態＞
図１０は、第５の実施形態の電力増幅器の構成を示す。第５の実施形態においては、図１に示す磁場制御回路１４は、図１０（ａ）に示す１組の永久磁石２３ａ、２３ｂを有する。
【００５７】
１組の永久磁石２３ａ、２３ｂは、図１０（ｂ）に示すように、可変リアクタンス磁気デバイス１５を挟むように配置される。換言すれば、可変リアクタンス磁気デバイス１５は、１組の永久磁石２３ａ、２３ｂの間に配置される。なお、永久磁石２３ａ、２３ｂの少なくとも一方は、スタブ３２と平行な方向に移動可能に実装されているものとする。
【００５８】
永久磁石２３ａ、２３ｂの一方（ここでは、２３ａ）は、Ｎ極が可変リアクタンス磁気デバイス１５に向いており、永久磁石２３ａ、２３ｂの他方（ここでは、２３ｂ）は、Ｓ極が可変リアクタンス磁気デバイス１５に向いている。したがって、可変リアクタンス磁気デバイス１５を流れる高周波電流の向きと平行または略平行な磁場が永久磁石２３ａ、２３ｂにより生成される。
【００５９】
電源２４は、入力信号の振幅に対応する電圧を生成する。駆動機構２５は、電源２４により生成される電圧に応じて、永久磁石２３ａ、２３ｂ間の距離Ｄを制御する。即ち、駆動機構２５は、振幅検出器１３によって検出された振幅に応じて、可変リアクタンス磁気デバイス１５と永久磁石２３ａ、２３ｂとの間の距離を制御することができる。距離Ｄが小さいときは、可変リアクタンス磁気デバイス１５に印加される磁場が弱くなり、距離Ｄが大きいときは、可変リアクタンス磁気デバイス１５に印加される磁場が強くなる。したがって、第５の実施形態の構成によっても、第１〜第４の実施形態と同様に、入力信号の振幅に対応するリアクタンスが生成される。
【００６０】
駆動機構２５は、永久磁石２３ａ、２３ｂの少なくとも一方を、スタブ３２と平行な方向に移動させることができる。駆動機構２５は、例えば、バネまたは圧電素子によって実現される。例えば、駆動機構２５が圧電素子で実現される場合、距離Ｄは、電源２４から与えられる電圧に応じて制御される。
【００６１】
振幅検出器１３により検出される振幅に応じて整合回路１２のインピーダンスを制御する方法は、第１〜第５の実施形態において実質的に同じである。よって、第５の実施形態においても、電力増幅器１は高い効率で信号を増幅することができる。
【００６２】
＜第６の実施形態＞
図１１は、第６の実施形態の電力増幅器の構成を示す。第６の実施形態においては、電力増幅器１の磁場制御回路１４は、図１１に示すように、電源２２、ヨーク２６、コイル２７を有する。
【００６３】
ヨーク２６およびコイル２７は、電源２２から電流が供給されると、磁気回路として動作する。ヨーク２６は、図１１に示すように、ギャップを有している。また、ヨーク２６には、コイル２７が巻き付けられている。
【００６４】
ヨーク２６は、そのギャップに可変リアクタンス磁気デバイス１５が位置するように、配置される。よって、電源２２からコイル２７に電流が供給されると、可変リアクタンス磁気デバイス１５を流れる高周波電流の向きと平行または略平行な磁場が生成される。ここで、電源２２は、入力信号の振幅に対応する電流をコイル２７に供給する。従って、第６の実施形態の構成によっても、第１〜第５の実施形態と同様に、入力信号の振幅に対応するリアクタンスが生成される。
【００６５】
例えば、ヨーク２６の材料は鉄である。ヨーク２６のコア半径は５ｍｍであり、ギャップは１．５ｍｍである。コイル２７の巻き数は５０である。この場合、コイル２７に８〜１８ｍＡの電流が流れると、３〜７．５[Oe]の磁場が生成される。
【００６６】
振幅検出器１３により検出される振幅に応じて整合回路１２のインピーダンスを制御する方法は、第１〜第６の実施形態において実質的に同じである。よって、第６の実施形態においても、電力増幅器１は高い効率で信号を増幅することができる。
【００６７】
＜第７の実施形態＞
図１２は、第７の実施形態の電力増幅器の構成を示す。第７の実施形態においては、電力増幅器１の磁場制御回路１４は、図１１に示すように、レーザ光源４１、レンズ４２、磁性材料４３を有する。
【００６８】
レーザ光源４１は、入力信号の振幅に対応するパワーでレーザ光を生成する。レーザ光の波長は、特に限定されるものではない。レンズ４２は、レーザ光源４１により生成されるレーザ光を磁性材料４３に導く。
【００６９】
磁性材料４３は、可変リアクタンス磁気デバイス１５を流れる高周波電流の向きと平行または略平行な磁場が生成されるように、可変リアクタンス磁気デバイス１５の近傍に配置される。また、磁性材料４３は、温度に応じて磁化の強さが変化する。ここで、磁性材料４３の温度は、レーザ光源４１により生成されるレーザ光によって制御される。すなわち、レーザ光のパワーが小さいときは磁性材料４３の温度は低く、レーザ光のパワーが大きいときは磁性材料４３の温度は高い。よって、入力信号の振幅に対応するパワーでレーザ光を生成することで、入力信号の振幅に対応する磁場が生成される。すなわち、可変リアクタンス磁気デバイス１５のリアクタンスは、入力信号の振幅に応じて制御される。なお、磁性材料４３は、例えば、ＧｄＦｅＣｏまたはＧｄＴｂＦｅＣｏなどにより実現される。
【００７０】
したがって、第７の実施形態においても、第１〜第６の実施形態と同様に、電力増幅器１は高い効率で信号を増幅することができる。
【００７１】
以上記載した各実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
増幅器と、
前記増幅器の出力を予め指定されたインピーダンスに整合させる、磁場に応じてリアクタンスが変化する可変リアクタンス磁気デバイスを含む整合回路と、
前記増幅器の入力信号の振幅を検出する振幅検出器と、
前記振幅検出器によって検出された振幅に対応する磁場を前記可変リアクタンス磁気デバイスに印加する磁場制御回路と、
を有する電力増幅器。
（付記２）
前記磁場制御回路は、前記整合回路のインピーダンスが前記増幅器の出力信号の振幅に対して予め指定されたインピーダンス特性を満足するように、前記増幅器の入力信号の振幅に対応する磁場を生成して前記可変リアクタンス磁気デバイスに印加する
ことを特徴とする付記１に記載の電力増幅器。
（付記３）
前記磁場制御回路は、前記可変リアクタンス磁気デバイスを流れる高周波電流の向きと平行または略平行な磁場を生成する
ことを特徴とする付記１に記載の電力増幅器。
（付記４）
前記磁場制御回路は、
コイルと、
前記振幅検出器によって検出された振幅に対応する電流を前記コイルに供給する電源と、を含む
ことを特徴とする付記１〜３のいずれか１つに記載の電力増幅器。
（付記５）
前記コイルは、前記可変リアクタンス磁気デバイスを取り囲むように配置される
ことを特徴とする付記４に記載の電力増幅器。
（付記６）
前記磁場制御回路は、前記可変リアクタンス磁気デバイスに磁気的に結合された磁性金属をさらに有し、
前記コイルは、前記磁性金属を取り囲むように配置される
ことを特徴とする付記４に記載の電力増幅器。
（付記７）
前記整合回路内のスタブは、前記増幅器が実装される基板に対して垂直方向または略垂直方向に伸びるように形成されており、
前記可変リアクタンス磁気デバイスは、前記スタブの途中に実装される
ことを特徴とする付記４に記載の電力増幅器。
（付記８）
前記整合回路は、同軸ケーブルで形成されたスタブを含み、
前記可変リアクタンス磁気デバイスは、前記同軸ケーブルの途中に実装される
ことを特徴とする付記４に記載の電力増幅器。
（付記９）
前記磁場制御回路は、
永久磁石と、
前記振幅検出器によって検出された振幅に応じて、前記可変リアクタンス磁気デバイスと前記永久磁石との間の距離を制御する駆動機構と、を含む
ことを特徴とする付記１〜３のいずれか１つに記載の電力増幅器。
（付記１０）
前記磁場制御回路は、
ギャップを有する磁気回路と、
前記振幅検出器によって検出された振幅に対応する電流を前記磁気回路に供給する電源と、を含み、
前記可変リアクタンス磁気デバイスは、前記磁気回路のギャップに配置される
ことを特徴とする付記１〜３のいずれか１つに記載の電力増幅器。
（付記１１）
前記磁気回路は、
前記ギャップを有するヨークと、
前記ヨークに巻き付けられたコイルと、を含み、
前記電源は、前記振幅検出器によって検出された振幅に対応する電流を前記コイルに供給する
ことを特徴とする付記１０に記載の電力増幅器。
（付記１２）
前記磁場制御回路は、
前記可変リアクタンス磁気デバイスの近傍に配置された、温度に応じて磁化の強さが変化する磁性材料と、
前記振幅検出器によって検出された振幅に対応するパワーの光を前記磁性材料に照射する光源と、を含む
ことを特徴とする付記１〜３のいずれか１つに記載の電力増幅器。
【符号の説明】
【００７２】
１  電力増幅器
１１  増幅器
１２  整合回路
１３  振幅検出器
１４  磁場制御回路
１５  可変リアクタンス磁気デバイス
２１  コイル
２２、２４  電源
２３ａ、２３ｂ  永久磁石
２５  駆動機構
３２  スタブ
３４  磁性金属膜
３５  同軸ケーブル
４１  レーザ光源
４３  磁性材料
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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