(57)【要約】【課題】変調信号や周波数に依存せず最良な効率を得ることが可能なドハティ増幅器。【解決手段】ドハティ増幅器は、キャリア増幅器と、ピーク増幅器と、ドハティ出力合成器と、ベースバンド信号を２分配するベースバンド信号分配部と、キャリア増幅器へ入力するＲＦ変調信号を出力するＲＦ信号発生部Ａと、ＲＦ信号発生部Ａへ入力するベースバンド信号を生成するベースバンド信号生成部Ａと、ピーク増幅器へ入力するＲＦ変調信号を出力するＲＦ信号発生部Ｂと、ＲＦ信号発生器Ｂへ入力するベースバンド信号を生成するベースバンド信号生成部Ｂとを具備し、ベースバンド信号生成部Ｂはベースバンド信号の振幅特性と位相特性を補正することを特徴とする。【選択図】図１
2014175824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア増幅器と、
ピーク増幅器と、
ドハティ出力合成器と、
ベースバンド信号を２分配するベースバンド信号分配部と、
キャリア増幅器へ入力するＲＦ変調信号を出力する第１ＲＦ信号発生部と、
前記第１ＲＦ信号発生部へ入力するベースバンド信号を生成する第１ベースバンド信号生成部と、
前記ピーク増幅器へ入力するＲＦ変調信号を出力する第２ＲＦ信号発生部と、
前記第２ＲＦ信号発生部へ入力するベースバンド信号を生成する第２ベースバンド信号生成部とを具備し、
前記第２ベースバンド信号生成部はベースバンド信号の振幅特性と位相特性を補正することを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項２】
前記第２ベースバンド信号発生部はＲＦ周波数毎に振幅と位相の補正値を選択する構成とすることを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドハティ増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動通信システムの基地局等に適用される高周波大電力増幅器に対する高効率化の要望が高まっており、これを実現する一つの方法として、ドハティ増幅器が広く使われている。
【０００３】
ドハティ増幅器は、当業者の間では既知の技術であり、Ａ級又はＡＢ級でバイアスされたキャリア増幅器と、Ｂ級又はＣ級でバイアスされたピーク増幅器が並列に配置されることを特徴とする増幅器である（非特許文献１参照）。このような構成とすることで、最大出力からのバックオフが６ｄＢより大きな低出力領域ではキャリア増幅器のみが動作するため、従来のストレート増幅器より高効率な動作が可能となる。
【０００４】
なお、ドハティ増幅器の動作原理については、例えば、非特許文献２などの文献により当業者によく知られているので、ここではその詳細な説明を省略する。
【０００５】
しかしながら、実際のＲＦデバイスでは、Ｃ級バイアスに設定したとしても入力信号レベルの増加と共に緩やかに動作が始まる。つまり、ピーク増幅器は理想的なＯＮ−ＯＦＦ動作をしない。そのため、ドハティ増幅器の特徴であるバックオフが６ｄＢでの最大効率が、キャリア増幅器単体の最大効率より大きく劣るといった課題があり、ドハティ増幅器の実機における動作効率を向上させる検討が当業者の間で盛んに行われている。
【０００６】
上記課題を解決するためには、例えば、特許文献１に、入力信号の包絡線情報を抽出して、その包絡線情報に応じてキャリア増幅器に供給するための電圧を算出し、当該算出電圧と予め定めた閾値とを比較して、キャリア増幅器に供給する電圧を変更するバイアス制御回路を備えたドハティ増幅器が提案されている。
【０００７】
また、実際のＲＦデバイスにおける入力電力に対する振幅と位相の変化は、ＡＢ級バイアスとＣ級バイアスとで異なる特性曲線を描く。そのため、キャリア増幅器とピーク増幅器を通過する信号の位相差は入力電力毎に変化する。よって、入力電力が時間と共に変化する包絡線を持つＲＦ変調信号におけるドハティ増幅器の出力合成器は、全出力電力域では最適な動作とならないため電力損失が発生するといった課題がある。
【０００８】
上記課題を解決するためには、例えば、非特許文献３に、キャリア増幅器とピーク増幅器の入力電力に応じた位相差をベースバンド処理にて補正することを特徴としたドハティ増幅器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開２０１０／０８４５４４号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】“A New High Efficiency Power Amplifier for Modulated Waves”, Proceedings of the Institute of Radio Engineers, Vol.24, No.9, pp.1163-1182 September 1936
【非特許文献２】“Advanced Techniques in RF Power Amplifiers”, Steve C. Cripps, Artech House 2002 p50
【非特許文献３】“R.Darraji,F M.Ghannouchi“A Dual-Input Digitally Driven Doherty Amplifier Architecture for Performance Enhancement of Doherty Transmitters”,IEEE Trans. Microw. Theory Tecj., vol.5, pp.1284-1293, May .2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に開示された公知技術によれば、ドハティ増幅器の動作効率の向上には効果があるが、複雑な回路構成の電源変調部を持つこと、電源変調部による電力損失が発生すること、および、算出部による信号伝達遅延からキャリア増幅器の出力信号とピーク増幅器の出力信号との間に位相差が発生するといった課題がある。
【００１２】
また、非特許文献３に開示された公知技術によれば、キャリア増幅器の出力信号とピーク増幅器の出力信号との間に生じる位相差を削減することはできるが、その位相差の削減によるドハティ増幅器に対する効果は、最大でも消費電力を２％削減する程度に過ぎない。さらに、キャリア増幅器の動作に余裕がある出力レベルであっても入力信号強度の増大と共にピーク増幅器が動作を開始するため、キャリア増幅器が飽和するまではピーク増幅器をオフするというドハティ増幅器の理想動作をしないといった課題がある。
【００１３】
また、ある入力レベルを境にして電源電圧により強制的にピーク増幅器をＯＮ−ＯＦＦする方法も提案されているが、切り替え時のスイッチングノイズの発生や、動作状態の変化が急峻であるためＲＦ変調出力信号の歪補償が困難であるといった課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のドハティ増幅器は、キャリア増幅器と、ピーク増幅器と、ドハティ出力合成器と、ベースバンド信号を２分配するベースバンド信号分配部と、キャリア増幅器へ入力するＲＦ変調信号を出力する第１ＲＦ信号発生部と、前記第１ＲＦ信号発生部へ入力するベースバンド信号を生成する第１ベースバンド信号生成部と、前記ピーク増幅器へ入力するＲＦ変調信号を出力する第２ＲＦ信号発生部と、前記第２ＲＦ信号発生部へ入力するベースバンド信号を生成する第２ベースバンド信号生成部とを具備し、前記第２ベースバンド信号生成部はベースバンド信号の振幅特性と位相特性を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、キャリア増幅器には無加工のＲＦ変調信号が入力されるが、ピーク増幅器にはベースバンド信号の包絡線をピーク増幅器が必要なときのみ動作する振幅特性に加工したＲＦ変調信号を入力するので、ピーク増幅器の不要な消費電力を極限まで抑えることが可能となる。また、キャリア増幅器とピーク増幅器との位相差をベースバンド信号生成部で補正することによりドハティ増幅器における出力電力の合成損失を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１の構成を示した図
【図２】ベースバンド信号生成部の入出力信号を示す図
【図３】振幅補正曲線を示すグラフ
【図４】位相補正曲線を示すグラフ
【図５】本発明ドハティ増幅器と従来型ドハティ増幅器のドレイン効率特性を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１におけるドハティ増幅器は、キャリア増幅器とピーク増幅器へ入力する変調信号を個別に生成し、ピーク増幅器へ入力する信号は、キャリア増幅器とピーク増幅器との特性差による位相のずれを補正することに加え、源信号の包絡線に合わせてベースバンド信号の振幅特性を補正してピーク増幅器の立ち上がりを制御することにより、理想的な高効率動作が可能となるものである。
【００１９】
（実施の形態１の構成の説明）
図１は、本発明の実施例を示す図である。ベースバンド信号分配部１と、ＲＦ信号発生部Ａ２と、ベースバンド信号生成部Ａ３と、ＲＦ信号発生部Ｂ４と、ベースバンド信号生成部Ｂ５と、キャリア増幅器６と、ピーク増幅器７と、ドハティ出力合成器８から構成されている。
【００２０】
（実施の形態１の動作の説明）
次に、動作について説明する。キャリア増幅器６はＡＢ級またはＡ級にバイアスされたＲＦ増幅器である。ピーク増幅器７はＣ級またはＢ級にバイアスされたＲＦ増幅器である。ドハティ出力合成器８は通常はλ／４（９０度）の線路で構成され、キャリア増幅器の出力とピーク増幅器の出力の電力合成を行う。ベースバンド信号分配部１では送信したいＲＦ変調信号の元となるベースバンド信号を２分配する。ＲＦ信号発生部Ａ２ではキャリア増幅器へ入力するＲＦ変調信号を出力する。ベースバンド信号生成部Ａ３ではＲＦ信号発生部Ａへ入力するベースバンド信号を生成する。ＲＦ信号発生部Ｂ４ではピーク増幅器へ入力するＲＦ変調信号を出力する。ベースバンド信号生成部Ｂ５ではＲＦ信号発生器Ｂへ入力するベースバンド信号を生成する。このベースバンド信号生成部Ｂ５では、ピーク増幅器に入力するベースバンド信号の振幅特性と位相特性を加工する。
【００２１】
図２に、ベースバンド信号生成部Ａ３、およびベースバンド信号生成部Ｂ５の入力と出力のベースバンド信号を示す。キャリア増幅器用の信号を生成するベースバンド信号生成部Ａ３の入力のベースバンド信号AIN(t)と出力のベースバンド信号AC(t)は等しい。一方、ピーク増幅器用の信号を生成するベースバンド信号生成部Ｂ５では、入力のベースバンド信号AIN(t)の振幅特性と位相特性を加工したベースバンド信号AP(t)が出力される。この加工に使用する振幅特性の補正曲線の一例を図３に示す。位相特性の補正曲線の一例を図４に示す。ここでy(t)をAIN(t)の最大振幅レベルを基準としてバックオフに対応する振幅と位相の補正曲線を表す関数と定義すると、入力ベースバンド信号AIN(t)と補正曲線y(t)を掛け合わせることで出力ベースバンド信号AP(t)を生成することができる。
【００２２】
例えば、ＲＦデバイスを２並列構成とする基本的なドハティ増幅器において、変調信号のＰＡＰＲ（Ｐｅａｋ−ｔｏ−Ａｖｅｒａｇｅ  ＰｏｗｅｒＲａｔｉｏ）が６ｄＢであるとしたときを一例として説明する。変調信号のＰＡＰＲが６ｄＢであるとき、最大振幅レベルからのバックオフが６ｄＢより大きなレベル（低出力領域）ではキャリア増幅器のみで所望の出力パワーを得ることができるので、ピーク増幅器は動作する必要が無い。しかしながら従来のドハティ増幅器のピーク増幅器はＣ級バイアスとすることで無入力時にオフさせているのみで、ピーク増幅器の積極的な動作制御は行っていない。そのため、バックオフが６ｄＢより大きい低出力領域であってもピーク増幅器は動作を開始するのでドハティ増幅器としての動作効率は理想動作より大きく劣化する。
【００２３】
これに対し、バックオフが６ｄＢより大きい低出力領域ではピーク増幅器への入力ＲＦ変調信号を小さくし、バックオフが６ｄＢより小さくなる中高出力領域からはピーク増幅器への入力ＲＦ変調信号を大きくすることで、バックオフが６ｄＢより大きい領域でピーク増幅器を不用意に動作させないことが可能となる。
【００２４】
つまり、ベースバンド信号の最大振幅レベルは基準として加工せず、信号振幅レベルが小さくなるにつれて元信号より振幅が小さくなる包絡線となるようにベースバンド信号に加工する。このような包絡線を持つＲＦ変調信号を生成するための振幅補正係数が図３の曲線である。バックオフが０ｄＢを基準の振幅として、バックオフが６ｄＢまでは徐々に振幅を小さくする関数としている。図３はバックオフが６ｄＢ以上の低出力領域では振幅補正を−６ｄＢで一定とする曲線としたが、この補正値は所望の特性が得られるように任意に設定すれば良い。この振幅補正曲線を変更することで、任意の変調信号に対して理想的にピーク増幅器を動作させることが容易に可能となる。
【００２５】
また、キャリア増幅器の位相特性をPhase_C(t)、ピーク増幅器の位相特性をPhase_P(t)とすると、キャリア増幅器とピーク増幅器の位相差はPhase_C(t)−Phase_P(t)となる。図４に、バックオフに対する位相差を示す。ベースバンド信号生成部Ｂ５で使用する位相補正量は、図４に示す位相差に９０度を加えたPhase_C(t)−Phase_P(t)＋９０度とする。この位相補正の関数を用いてベースバンド信号の位相特性を加工することで、キャリア増幅器への入力信号とピーク増幅器への入力信号の位相差は全電力範囲で常に＋９０度で一定となる。基本的なドハティ出力合成器８はキャリア増幅器に対してピーク増幅器には−９０度の位相差（λ／４波長線路）が与えられる。よって、この位相補正を行うことにより全出力パワー領域でキャリア増幅器とピーク増幅器との位相差がゼロで理想的な電力合成が実現する。
【００２６】
また、ドハティ出力合成器がｎ度の位相差を与えるドハティ増幅器を構成する場合には、キャリア増幅器とピーク増幅器の位相差にｎ度を加えて補正すれば良い。
【００２７】
また、当然のことながら、位相差の補正は、関数の符号を反転させてベースバンド信号生成部Ａ３で行っても同じ効果を得ることができる。
【００２８】
図５は、本発明の構成の一例として実際に試作したドハティ増幅器と、従来型ドハティ増幅器とのドレイン効率特性である。評価にはＰＡＰＲが７．５ｄＢのＷ−ＣＤＭＡ変調信号を使用した。キャリア増幅器とピーク増幅器は共通とし、入力するＲＦ変調信号が異なるのみである。従来型ドハティ増幅器のバックオフ＝７．５ｄＢにおけるドレイン効率が４４％であったのに対し、本発明のドハティ増幅器ではドレイン効率を５２％まで向上させることが実現している。
【００２９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２のドハティ増幅器の回路構成は実施の形態１に示す回路構成と同じであるので、ここでは省略する。
【００３０】
同業者であれば周知のように、実機におけるＲＦ増幅器の振幅特性と位相特性はＲＦ周波数毎に異なる。そのため、特定のＲＦ周波数で振幅特性と位相特性を最適に補正しても、使用するＲＦ周波数を変更するとドハティ増幅器は理想的な動作から外れてしまう。
【００３１】
しかしながら、あらかじめ複数のＲＦ周波数に対する振幅と位相の補正曲線をベースバンド信号生成部Ｂ５に登録し、送信するＲＦ周波数に応じて使用する補正曲線を切り替える構成とすることで、使用するＲＦ周波数を変更したとしても理想的な動作を維持するドハティ増幅器が実現する。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
高周波増幅器のみならず高周波増幅器以外にも、入力レベルの変動する電力増幅器の高効率化にも適用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１    ベースバンド信号分配部
２    ＲＦ信号発生部Ａ（第１ＲＦ信号発生部）
３    ベースバンド信号生成部Ａ（第１ベースバンド信号生成部）
４    ＲＦ信号発生部Ｂ（第２ＲＦ信号発生部）
５    ベースバンド信号生成部Ｂ（第２ベースバンド信号生成部）
６    キャリア増幅器
７    ピーク増幅器
８    ドハティ出力合成器
【図１】
2014175824.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014175824.tif 000005
【図４】
2014175824.tif 000006
【図５】
2014175824.tif 000007