(57)【要約】  メインアンプとピークアンプに用いる高周波デバイスの位相特性が異なる場合でも、広範囲な出力レベルにおいて２つのアンプの合成損失を低減し、高効率な電力増幅器を提供する。ＬＤＭＯＳデバイスを用いたＡＢ級の電力増幅器（１０３）は分配された入力信号を増幅し、ＧａＮデバイスを用いたＡＢ級の電力増幅器（１０４）は、電力増幅器（１０３）から出力された信号を増幅する。また、ＧａＮデバイスを用いたＣ級の電力増幅器（１０７）は、λ／４遅らせた入力信号を増幅し、ＬＤＭＯＳデバイスを用いたＣ級の電力増幅器（１０８）は、電力増幅器１０７から出力された信号を増幅する。合成回路（１０９）は、電力増幅器（１０４）によって増幅され、インピーダンス変換回路（１０５）によってインピーダンス変換された信号と電力増幅器（１０８）によって増幅された信号とを合成する。
2010125714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を分配する分配手段と、
飽和領域における位相特性の傾きが逆向きになる２つの高周波デバイスが直列に接続され、分配された前記入力信号の一方を増幅する第１増幅手段と、
分配された前記入力信号の他方の位相をλ／４遅らせる移相手段と、
前記第１増幅手段に用いられた２つの高周波デバイスと同じ構造の２つの高周波デバイスが前記第１増幅手段とは逆の順序で直列に接続され、位相をλ／４遅らせた前記入力信号を前記第１増幅手段より低い動作点によって増幅する第２増幅手段と、
前記第１増幅手段によって増幅された信号のインピーダンスを変換する変換手段と、
インピーダンスが変換された前記信号と前記第２増幅手段によって増幅された信号とを合成する合成手段と、
を具備する電力増幅器。
【請求項２】
前記入力信号の入力レベルを検出する入力レベル検出手段と、
前記第２増幅手段における２つの高周波デバイスの間に接続され、検出された前記入力レベルに基づいて、高周波デバイスから出力された信号の電力を減衰する第１可変減衰手段と、
を具備する請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項３】
前記第１増幅手段における２つの高周波デバイスの間に接続され、検出された前記入力レベルに基づいて、高周波デバイスから出力された信号の電力を減衰する第２可変減衰手段を具備する請求項２に記載の電力増幅器。
【請求項４】
前記高周波デバイスは、ＧａＮデバイスである請求項１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、電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高効率な増幅器としてドハティ増幅器が検討されている。図１は、一般的なドハティ増幅器の構成図を示す（非特許文献１参照）。図１において、入力端子１１から入力された信号は、入力分配器１２で分配される。分配された一方の信号は、Ａ級またはＡＢ級でバイアスされたメインアンプ１３において増幅され、インピーダンス変換回路１４においてインピーダンス変換される。【０００３】
分配された他方の信号は、λ／４線路１５を介してピークアンプ１６に入力され、Ｂ級またはＣ級でバイアスされたピークアンプ１６において増幅される。【０００４】
インピーダンス変換回路１４及びピークアンプ１６から出力された信号は合成されて、出力端子１７から出力される。【０００５】
このような一般的なドハティ増幅器に対して、より一層高い効率を追求するには、高性能な高周波デバイスを使用する必要がある。例えば、高性能な高周波デバイスとしてＧａＮデバイスが知られているが、ＧａＮデバイスは世界的に広く使用されているＬＤＭＯＳデバイスと比べ、一般的に遥かに高コストである。このため、高性能なデバイスのメリットを活かしつつ、コストダウンを図る必要がある。【０００６】
これに対して、ドハティ増幅器の動作点での効率に支配的なメインアンプのみＧａＮデバイスを使用して、ピークアンプには低コストデバイスを用いることを検討したが、異種デバイスの合成は位相特性が揃わず、単純に実現することができない。ここで、デバイスが異なることは、位相特性が揃わないことを意味している。この結果、並列に動作させる２つのアンプの位相差が出力レベルに対して常に変動することになるため、出力合成する際に損失が発生する。２つのアンプの位相差が１８０度となるときには、両者の出力信号は打ち消され、最悪の場合には互いのデバイスを破壊することになる。【０００７】
このように２つのアンプの位相特性が揃わないという問題に対して、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示の電力増幅器が知られている。特許文献１には、ゼロ・バイアス電流を有するドハティ電力増幅器のバイアス制御において、ドハティ電力増幅器における電力レベルの関数を用い、電源利得を安定して維持することが開示されている。これにより、キャリア増幅器へのバイアスは、ピーク増幅器へのバイアスが増大するに連れて減少するため、この利得変動の減少によって、ドハティ電力増幅器における相互変調歪みを減少することができる。すなわち、２つのアンプの線形性を改善し、これらのアンプの位相特性のずれによる合成損失を解消することができる。【０００８】
また、特許文献２には、ピーク増幅器の出力とキャリア増幅器の出力とを合成する合成部における電気長を調整する移相器を備えることが開示されている。これにより、２つのアンプの位相特性のずれによる合成損失を解消することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２０００−５１３５３５号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２８２９号公報
【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
【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に開示の技術では、ピークアンプの動作が開始する領域で発生する位相の急激な回転を緩やかにして、ドハティ増幅器の出力信号の線形性を改善することができるものの、飽和付近の位相回転を改善することはできないため、飽和出力付近では合成損失が発生するという問題がある。【００１２】
また、特許文献２に開示の技術では、出力インピーダンスを電気長により揃えるので、ある特定の出力レベルでの位相差を揃えて出力合成損失を低減することができるものの、出力レベルによる位相特性の変動に対応することができないという問題がある。【００１３】
本発明の目的は、メインアンプとピークアンプに用いる高周波デバイスの位相特性が異なる場合でも、広範囲な出力レベルにおいて２つのアンプの合成損失を低減し、高効率な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】
【００１４】
本発明の電力増幅器は、入力信号を分配する分配手段と、飽和領域における位相特性の傾きが逆向きになる２つの高周波デバイスが直列に接続され、分配された前記入力信号の一方を増幅する第１増幅手段と、分配された前記入力信号の他方の位相をλ／４遅らせる移相手段と、前記第１増幅手段に用いられた２つの高周波デバイスと同じ構造の２つの高周波デバイスが前記第１増幅手段とは逆の順序で直列に接続され、位相をλ／４遅らせた前記入力信号を前記第１増幅手段より低い動作点によって増幅する第２増幅手段と、前記第１増幅手段によって増幅された信号のインピーダンスを変換する変換手段と、インピーダンスが変換された前記信号と前記第２増幅手段によって増幅された信号とを合成する合成手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、メインアンプとピークアンプに用いる高周波デバイスの位相特性が異なる場合でも、広範囲な出力レベルにおいて２つのアンプの合成損失を低減し、高効率な電力増幅器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的なドハティ増幅器の構成図
【図２】本発明の実施の形態１に係るドハティ増幅器の構成を示す図
【図３】メインアンプ前段の電力増幅器の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線
【図４】メインアンプ後段の電力増幅器の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線
【図５】メインアンプの出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線
【図６】ピークアンプ前段の電力増幅器の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線
【図７】ピークアンプ後段の電力増幅器の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線
【図８】ピークアンプの出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線
【図９】本発明の実施の形態２に係るドハティ増幅器の構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態３に係るドハティ増幅器の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係るドハティ増幅器１００の構成を示す図である。図２において、入力分配器１０２は、入力端子１０１から入力された信号を分配し、分配した信号の一方を電力増幅器１０３に出力し、分配した信号の他方をλ／４移相回路１０６に出力する。
【００１９】
電力増幅器１０３は、ＬＤＭＯＳデバイスを用いたＡＢ級の電力増幅器であり、入力分配器１０２で分配された信号を増幅し、電力増幅器１０４に出力する。
【００２０】
電力増幅器１０４は、ＧａＮデバイスを用いたＡＢ級の電力増幅器であり、電力増幅器１０３から出力された信号を増幅し、インピーダンス変換回路１０５に出力する。なお、電力増幅器１０３及び１０４は直列に接続され、第１増幅手段としてのメインアンプを形成する。また、電力増幅器１０３は、メインアンプにおける前段の電力増幅器またはプリアンプともいい、電力増幅器１０４は、メインアンプにおける後段の電力増幅器ともいう。
【００２１】
インピーダンス変換回路１０５は、電力増幅器１０４から出力された信号のインピーダンスを変換し、合成回路１０９に出力する。
【００２２】
λ／４移相回路１０６は、入力分配器１０２で分配された信号の位相を９０度（λ／４）遅らせ、電力増幅器１０７に出力する。
【００２３】
電力増幅器１０７は、ＧａＮデバイスを用いたＣ級の電力増幅器であり、λ／４移相回路１０６から出力された信号を増幅し、電力増幅器１０８に出力する。
【００２４】
電力増幅器１０８は、ＬＤＭＯＳデバイスを用いたＣ級の電力増幅器であり、電力増幅器１０７から出力された信号を増幅し、合成回路１０９に出力する。なお、電力増幅器１０７及び１０８は直列に接続され、第２増幅手段としてのピークアンプを形成する。また、電力増幅器１０７は、ピークアンプにおける前段の電力増幅器またはプリアンプともいい、電力増幅器１０８は、ピークアンプにおける後段の電力増幅器ともいう。
【００２５】
合成回路１０９は、インピーダンス変換回路１０５から出力された信号と電力増幅器１０８から出力された信号とを合成し、出力端子１１０を介して出力する。
【００２６】
ここで、電力増幅器の位相特性について説明する。図３は、電力増幅器１０３の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線であり、図４は、電力増幅器１０４の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線である。また、図５は、電力増幅器１０３及び１０４からなるメインアンプの出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線である。
【００２７】
また、図６は、電力増幅器１０７の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線であり、図７は、電力増幅器１０８の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線である。また、図８は、電力増幅器１０７及び１０８からなるピークアンプの出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線である。
【００２８】
これらの図３〜図８において、破線で囲んだ領域は飽和領域を示す。ドハティ増幅器では、変調信号で動作することが前提であり、最大出力時に得る最大効率ではなく、ある特定のＯＢＯ（Output power Back Off）での動作効率が重要であり、そのトータル特性に重要な意味を持つ領域を飽和領域として示している。
【００２９】
次に、図２に示したドハティ増幅器１００の動作原理について説明する。高周波デバイスの飽和領域における出力レベルに対する位相特性は、デバイスに固有のものであり、デバイスのバイアス電圧や入出力の整合回路で調整することができない。その固有の位相特性は、当然のことながらデバイスが同じであれば、パワーランクの異なるデバイスにおいても同様の傾向となる。例えば、どのパワーランクのデバイスにおいてもＧａＮデバイスでは飽和領域の位相変動は正の傾きとなる傾向がある（図４及び図６参照）が、ＬＤＭＯＳデバイスでは負の傾きとなる傾向がある（図３及び図７参照）。
【００３０】
また、複数のデバイスが直列に接続された出力の位相特性は、それぞれのデバイスの位相特性を加算した特性となる。よって、図２に示すように、例えば、最終段にＧａＮデバイスを用いた場合はプリアンプにはＬＤＭＯＳデバイスを接続し、最終段にＬＤＭＯＳデバイスを用いた場合はプリアンプにＧａＮデバイスを接続することにより、飽和領域付近における電力増幅器１０３及び１０４からなるメインアンプの位相特性と、電力増幅器１０７及び１０８からなるピークアンプの位相特性とを揃えることができる（図５及び図８参照）。
【００３１】
このように、ドハティ増幅器１００は、飽和領域における位相特性の傾きが逆向きになる２つのＡＢ級の高周波デバイス、すなわち、ＧａＮデバイスとＬＤＭＯＳデバイスとを直列に接続してメインアンプを形成し、メインアンプに用いられた２つの高周波デバイスと同じ構造のＣ級のＧａＮデバイスとＬＤＭＯＳデバイスとをメインアンプとは異なる順に直列接続してピークアンプを形成する。
【００３２】
このように実施の形態１によれば、メインアンプにＧａＮデバイスのような高価な高性能デバイスを用い、ピークアンプに安価な高周波デバイスを用いると共に、各アンプにおいて他のアンプで用いられているデバイスの位相特性と同様の位相特性を有するデバイスを直列に接続し、メインアンプとピークアンプの位相特性を揃えることにより、広範囲な出力レベルにおいて２つのアンプの合成損失を低減し、高効率なドハティ増幅器を実現することができる。
【００３３】
なお、図２では参考例としてＧａＮデバイスとＬＤＭＯＳデバイスによる構成を示したが、位相特性の異なるデバイスを組み合わせるあらゆるドハティ増幅器の構成であっても、同様の効果を得ることができる。
【００３４】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係るドハティ増幅器２００の構成を示す図である。図９が図２と異なる点は、入力レベル検出部２０１、制御部２０２及び可変減衰器２０３を追加した点である。
【００３５】
入力レベル検出部２０１は、入力端子１０１から入力された信号のレベルを検出し、検出したレベル（入力レベル）を制御部２０２に出力する。なお、入力レベル検出部２０１は、例えば、方向性結合器、熱式センサ、検波回路など、入力レベルの大小を検出できる構成が用いられる。
【００３６】
制御部２０２は、入力レベル検出部２０１から出力された入力レベルに基づいて、後述する可変減衰器２０３を制御する。
【００３７】
可変減衰器２０３は、ピークアンプの電力増幅器１０７と電力増幅器１０８との間に設けられ、制御部２０２の制御に従って、電力増幅器１０７から出力された信号の電力を減衰させ、電力を減衰させた信号を電力増幅器１０８に出力する。
【００３８】
これにより、電力増幅器１０７の位相特性と電力増幅器１０８の位相特性との加算に用いる領域を可変とすることができるので、加算する特性曲線の傾きを制御することができ、メインアンプとピークアンプの位相特性をより高精度に揃えることができる。よって、一層高効率なドハティ増幅器を実現することができる。
【００３９】
このように実施の形態２によれば、入力信号の入力レベルに基づいて、ピークアンプにおける前段の電力増幅器の出力電力を減衰させることにより、前段の電力増幅器の位相特性と後段の電力増幅器の位相特性との加算に用いる領域を可変とすることができるので、加算する特性曲線の傾きを制御することができ、メインアンプとピークアンプの位相特性をより高精度に揃えることができる。この結果、２つのアンプの合成損失をより低減し、一層高効率なドハティ増幅器を実現することができる。
【００４０】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３に係るドハティ増幅器３００の構成を示す図である。図１０が図９と異なる点は、可変減衰器３０１を追加した点である。
【００４１】
可変減衰器３０１は、メインアンプの電力増幅器１０３と電力増幅器１０４との間に設けられ、制御部２０２の制御に従って、電力増幅器１０３から出力された信号の電力を減衰させ、電力を減衰させた信号を電力増幅器１０４に出力する。
【００４２】
これにより、電力増幅器１０３の位相特性と電力増幅器１０４の位相特性との加算に用いる領域を可変とすることができるので、加算する特性曲線の傾きを制御することができ、メインアンプとピークアンプの位相特性をより高精度に揃えることができる。よって、一層高効率なドハティ増幅器を実現することができる。
【００４３】
このように実施の形態３によれば、入力信号の入力レベルに基づいて、メインアンプ及びピークアンプにおける電力増幅器の出力電力を減衰させることにより、前段の電力増幅器の位相特性と後段の電力増幅器の位相特性との加算に用いる領域を可変とすることができるので、加算する特性曲線の傾きを制御することができ、メインアンプとピークアンプの位相特性をより高精度に揃えることができる。この結果、２つのアンプの合成損失をより低減し、一層高効率なドハティ増幅器を実現することができる。
【００４４】
２００９年４月２８日出願の特願２００９−１０９４８５の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明にかかる電力増幅器は、例えば、無線通信装置、デジタルテレビ送信機などに適用できる。
【図１】
2010125714.tif 000003
【図２】
2010125714.tif 000004
【図３】
2010125714.tif 000005
【図４】
2010125714.tif 000006
【図５】
2010125714.tif 000007
【図６】
2010125714.tif 000008
【図７】
2010125714.tif 000009
【図８】
2010125714.tif 000010
【図９】
2010125714.tif 000011
【図１０】
2010125714.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月31日(2010.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を分配する分配手段と、
飽和領域における位相特性の傾きが逆向きになる２つの高周波増幅器が直列に接続され、分配された前記入力信号の一方を増幅する第１増幅手段と、
分配された前記入力信号の他方の位相をλ／４遅らせる移相手段と、
飽和領域における位相特性の傾きが逆向きになる２つの高周波増幅器が直列に接続され、位相をλ／４遅らせた前記入力信号を前記第１増幅手段より低い動作点によって増幅する第２増幅手段と、
前記第１増幅手段によって増幅された信号のインピーダンスを変換する変換手段と、
インピーダンスが変換された前記信号を前記第２増幅手段によって増幅された信号とを合成する合成手段と、
を具備する電力増幅器。
【請求項２】
前記入力信号の入力レベルを検出する入力レベル検出手段と、
前記第２増幅手段における２つの高周波増幅器の間に接続され、検出された前記入力レベルに基づいて、高周波増幅器から出力された信号の電力を減衰する第１可変減衰手段と、
を具備する請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項３】
前記第１増幅手段における２つの高周波増幅器の間に接続され、検出された前記入力レベルに基づいて、高周波増幅器から出力された信号の電力を減衰する第２可変減衰手段を具備する請求項２に記載の電力増幅器。
【請求項４】
２つの高周波増幅器の一方は、ＧａＮデバイスを用いる請求項１に記載の電力増幅器。
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月21日(2011.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高効率な増幅器としてドハティ増幅器が検討されている。図１は、一般的なドハティ増幅器の構成図を示す（非特許文献１参照）。図１において、入力端子１１から入力された信号は、入力分配器１２で分配される。分配された一方の信号は、Ａ級またはＡＢ級でバイアスされたメインアンプ１３において増幅され、インピーダンス変換回路１４においてインピーダンス変換される。
【０００３】
分配された他方の信号は、λ／４線路１５を介してピークアンプ１６に入力され、Ｂ級またはＣ級でバイアスされたピークアンプ１６において増幅される。
【０００４】
インピーダンス変換回路１４及びピークアンプ１６から出力された信号は合成されて、出力端子１７から出力される。
【０００５】
このような一般的なドハティ増幅器に対して、より一層高い効率を追求するには、高性能な高周波デバイスを使用する必要がある。例えば、高性能な高周波デバイスとしてＧａＮデバイスが知られているが、ＧａＮデバイスは世界的に広く使用されているＬＤＭＯＳデバイスと比べ、一般的に遥かに高コストである。このため、高性能なデバイスのメリットを活かしつつ、コストダウンを図る必要がある。
【０００６】
これに対して、ドハティ増幅器の動作点での効率に支配的なメインアンプのみＧａＮデバイスを使用して、ピークアンプには低コストデバイスを用いることを検討したが、異種デバイスの合成は位相特性が揃わず、単純に実現することができない。ここで、デバイスが異なることは、位相特性が揃わないことを意味している。この結果、並列に動作させる２つのアンプの位相差が出力レベルに対して常に変動することになるため、出力合成する際に損失が発生する。２つのアンプの位相差が１８０度となるときには、両者の出力信号は打ち消され、最悪の場合には互いのデバイスを破壊することになる。
【０００７】
このように２つのアンプの位相特性が揃わないという問題に対して、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示の電力増幅器が知られている。特許文献１には、ゼロ・バイアス電流を有するドハティ電力増幅器のバイアス制御において、ドハティ電力増幅器における電力レベルの関数を用い、電源利得を安定して維持することが開示されている。これにより、キャリア増幅器へのバイアスは、ピーク増幅器へのバイアスが増大するに連れて減少するため、この利得変動の減少によって、ドハティ電力増幅器における相互変調歪みを減少することができる。すなわち、２つのアンプの線形性を改善し、これらのアンプの位相特性のずれによる合成損失を解消することができる。
【０００８】
また、特許文献２には、ピーク増幅器の出力とキャリア増幅器の出力とを合成する合成部における電気長を調整する移相器を備えることが開示されている。これにより、２つのアンプの位相特性のずれによる合成損失を解消することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２０００−５１３５３５号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２８２９号公報
【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
【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に開示の技術では、ピークアンプの動作が開始する領域で発生する位相の急激な回転を緩やかにして、ドハティ増幅器の出力信号の線形性を改善することができるものの、飽和付近の位相回転を改善することはできないため、飽和出力付近では合成損失が発生するという問題がある。
【００１２】
また、特許文献２に開示の技術では、出力インピーダンスを電気長により揃えるので、ある特定の出力レベルでの位相差を揃えて出力合成損失を低減することができるものの、出力レベルによる位相特性の変動に対応することができないという問題がある。
【００１３】
本発明の目的は、メインアンプとピークアンプに用いる高周波デバイスの位相特性が異なる場合でも、広範囲な出力レベルにおいて２つのアンプの合成損失を低減し、高効率な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】
【００１４】
本発明の電力増幅器は、入力信号を分配する分配手段と、飽和領域における位相特性の傾きが逆向きになる２つの高周波デバイスが直列に接続され、分配された前記入力信号の一方を増幅する第１増幅手段と、分配された前記入力信号の他方の位相をλ／４遅らせる移相手段と、前記第１増幅手段に用いられた２つの高周波デバイスと同じ構造の２つの高周波デバイスが前記第１増幅手段とは逆の順序で直列に接続され、位相をλ／４遅らせた前記入力信号を前記第１増幅手段より低い動作点によって増幅する第２増幅手段と、前記第１増幅手段によって増幅された信号のインピーダンスを変換する変換手段と、インピーダンスが変換された前記信号と前記第２増幅手段によって増幅された信号とを合成する合成手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、メインアンプとピークアンプに用いる高周波デバイスの位相特性が異なる場合でも、広範囲な出力レベルにおいて２つのアンプの合成損失を低減し、高効率な電力増幅器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的なドハティ増幅器の構成図
【図２】本発明の実施の形態１に係るドハティ増幅器の構成を示す図
【図３】メインアンプ前段の電力増幅器の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線
【図４】メインアンプ後段の電力増幅器の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線
【図５】メインアンプの出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線
【図６】ピークアンプ前段の電力増幅器の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線
【図７】ピークアンプ後段の電力増幅器の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線
【図８】ピークアンプの出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線
【図９】本発明の実施の形態２に係るドハティ増幅器の構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態３に係るドハティ増幅器の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係るドハティ増幅器１００の構成を示す図である。図２において、入力分配器１０２は、入力端子１０１から入力された信号を分配し、分配した信号の一方を電力増幅器１０３に出力し、分配した信号の他方をλ／４移相回路１０６に出力する。
【００１９】
電力増幅器１０３は、ＬＤＭＯＳデバイスを用いたＡＢ級の電力増幅器であり、入力分配器１０２で分配された信号を増幅し、電力増幅器１０４に出力する。
【００２０】
電力増幅器１０４は、ＧａＮデバイスを用いたＡＢ級の電力増幅器であり、電力増幅器１０３から出力された信号を増幅し、インピーダンス変換回路１０５に出力する。なお、電力増幅器１０３及び１０４は直列に接続され、第１増幅手段としてのメインアンプを形成する。また、電力増幅器１０３は、メインアンプにおける前段の電力増幅器またはプリアンプともいい、電力増幅器１０４は、メインアンプにおける後段の電力増幅器ともいう。
【００２１】
インピーダンス変換回路１０５は、電力増幅器１０４から出力された信号のインピーダンスを変換し、合成回路１０９に出力する。
【００２２】
λ／４移相回路１０６は、入力分配器１０２で分配された信号の位相を９０度（λ／４）遅らせ、電力増幅器１０７に出力する。
【００２３】
電力増幅器１０７は、ＧａＮデバイスを用いたＣ級の電力増幅器であり、λ／４移相回路１０６から出力された信号を増幅し、電力増幅器１０８に出力する。
【００２４】
電力増幅器１０８は、ＬＤＭＯＳデバイスを用いたＣ級の電力増幅器であり、電力増幅器１０７から出力された信号を増幅し、合成回路１０９に出力する。なお、電力増幅器１０７及び１０８は直列に接続され、第２増幅手段としてのピークアンプを形成する。また、電力増幅器１０７は、ピークアンプにおける前段の電力増幅器またはプリアンプともいい、電力増幅器１０８は、ピークアンプにおける後段の電力増幅器ともいう。
【００２５】
合成回路１０９は、インピーダンス変換回路１０５から出力された信号と電力増幅器１０８から出力された信号とを合成し、出力端子１１０を介して出力する。
【００２６】
ここで、電力増幅器の位相特性について説明する。図３は、電力増幅器１０３の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線であり、図４は、電力増幅器１０４の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線である。また、図５は、電力増幅器１０３及び１０４からなるメインアンプの出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線である。
【００２７】
また、図６は、電力増幅器１０７の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線であり、図７は、電力増幅器１０８の出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線である。また、図８は、電力増幅器１０７及び１０８からなるピークアンプの出力レベルに対する位相変動を示す特性曲線である。
【００２８】
これらの図３〜図８において、破線で囲んだ領域は飽和領域を示す。ドハティ増幅器では、変調信号で動作することが前提であり、最大出力時に得る最大効率ではなく、ある特定のＯＢＯ（Output power Back Off）での動作効率が重要であり、そのトータル特性に重要な意味を持つ領域を飽和領域として示している。
【００２９】
次に、図２に示したドハティ増幅器１００の動作原理について説明する。高周波デバイスの飽和領域における出力レベルに対する位相特性は、デバイスに固有のものであり、デバイスのバイアス電圧や入出力の整合回路で調整することができない。その固有の位相特性は、当然のことながらデバイスが同じであれば、パワーランクの異なるデバイスにおいても同様の傾向となる。例えば、どのパワーランクのデバイスにおいてもＧａＮデバイスでは飽和領域の位相変動は正の傾きとなる傾向がある（図４及び図６参照）が、ＬＤＭＯＳデバイスでは負の傾きとなる傾向がある（図３及び図７参照）。
【００３０】
また、複数のデバイスが直列に接続された出力の位相特性は、それぞれのデバイスの位相特性を加算した特性となる。よって、図２に示すように、例えば、最終段にＧａＮデバイスを用いた場合はプリアンプにはＬＤＭＯＳデバイスを接続し、最終段にＬＤＭＯＳデバイスを用いた場合はプリアンプにＧａＮデバイスを接続することにより、飽和領域付近における電力増幅器１０３及び１０４からなるメインアンプの位相特性と、電力増幅器１０７及び１０８からなるピークアンプの位相特性とを揃えることができる（図５及び図８参照）。
【００３１】
このように、ドハティ増幅器１００は、飽和領域における位相特性の傾きが逆向きになる２つのＡＢ級の高周波デバイス、すなわち、ＧａＮデバイスとＬＤＭＯＳデバイスとを直列に接続してメインアンプを形成し、メインアンプに用いられた２つの高周波デバイスと同じ構造のＣ級のＧａＮデバイスとＬＤＭＯＳデバイスとをメインアンプとは異なる順に直列接続してピークアンプを形成する。
【００３２】
このように実施の形態１によれば、メインアンプにＧａＮデバイスのような高価な高性能デバイスを用い、ピークアンプに安価な高周波デバイスを用いると共に、各アンプにおいて他のアンプで用いられているデバイスの位相特性と同様の位相特性を有するデバイスを直列に接続し、メインアンプとピークアンプの位相特性を揃えることにより、広範囲な出力レベルにおいて２つのアンプの合成損失を低減し、高効率なドハティ増幅器を実現することができる。
【００３３】
なお、図２では参考例としてＧａＮデバイスとＬＤＭＯＳデバイスによる構成を示したが、位相特性の異なるデバイスを組み合わせるあらゆるドハティ増幅器の構成であっても、同様の効果を得ることができる。
【００３４】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係るドハティ増幅器２００の構成を示す図である。図９が図２と異なる点は、入力レベル検出部２０１、制御部２０２及び可変減衰器２０３を追加した点である。
【００３５】
入力レベル検出部２０１は、入力端子１０１から入力された信号のレベルを検出し、検出したレベル（入力レベル）を制御部２０２に出力する。なお、入力レベル検出部２０１は、例えば、方向性結合器、熱式センサ、検波回路など、入力レベルの大小を検出できる構成が用いられる。
【００３６】
制御部２０２は、入力レベル検出部２０１から出力された入力レベルに基づいて、後述する可変減衰器２０３を制御する。
【００３７】
可変減衰器２０３は、ピークアンプの電力増幅器１０７と電力増幅器１０８との間に設けられ、制御部２０２の制御に従って、電力増幅器１０７から出力された信号の電力を減衰させ、電力を減衰させた信号を電力増幅器１０８に出力する。
【００３８】
これにより、電力増幅器１０７の位相特性と電力増幅器１０８の位相特性との加算に用いる領域を可変とすることができるので、加算する特性曲線の傾きを制御することができ、メインアンプとピークアンプの位相特性をより高精度に揃えることができる。よって、一層高効率なドハティ増幅器を実現することができる。
【００３９】
このように実施の形態２によれば、入力信号の入力レベルに基づいて、ピークアンプにおける前段の電力増幅器の出力電力を減衰させることにより、前段の電力増幅器の位相特性と後段の電力増幅器の位相特性との加算に用いる領域を可変とすることができるので、加算する特性曲線の傾きを制御することができ、メインアンプとピークアンプの位相特性をより高精度に揃えることができる。この結果、２つのアンプの合成損失をより低減し、一層高効率なドハティ増幅器を実現することができる。
【００４０】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３に係るドハティ増幅器３００の構成を示す図である。図１０が図９と異なる点は、可変減衰器３０１を追加した点である。
【００４１】
可変減衰器３０１は、メインアンプの電力増幅器１０３と電力増幅器１０４との間に設けられ、制御部２０２の制御に従って、電力増幅器１０３から出力された信号の電力を減衰させ、電力を減衰させた信号を電力増幅器１０４に出力する。
【００４２】
これにより、電力増幅器１０３の位相特性と電力増幅器１０４の位相特性との加算に用いる領域を可変とすることができるので、加算する特性曲線の傾きを制御することができ、メインアンプとピークアンプの位相特性をより高精度に揃えることができる。よって、一層高効率なドハティ増幅器を実現することができる。
【００４３】
このように実施の形態３によれば、入力信号の入力レベルに基づいて、メインアンプ及びピークアンプにおける電力増幅器の出力電力を減衰させることにより、前段の電力増幅器の位相特性と後段の電力増幅器の位相特性との加算に用いる領域を可変とすることができるので、加算する特性曲線の傾きを制御することができ、メインアンプとピークアンプの位相特性をより高精度に揃えることができる。この結果、２つのアンプの合成損失をより低減し、一層高効率なドハティ増幅器を実現することができる。
【００４４】
２００９年４月２８日出願の特願２００９−１０９４８５の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明にかかる電力増幅器は、例えば、無線通信装置、デジタルテレビ送信機などに適用できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を分配する分配手段と、
飽和領域における位相特性の傾きが逆向きになる２つの高周波デバイスが直列に接続され、分配された前記入力信号の一方を増幅する第１増幅手段と、
分配された前記入力信号の他方の位相をλ／４遅らせる移相手段と、
前記第１増幅手段に用いられた２つの高周波デバイスと同じ構造の２つの高周波デバイスが前記第１増幅手段とは逆の順序で直列に接続され、位相をλ／４遅らせた前記入力信号を前記第１増幅手段より低い動作点によって増幅する第２増幅手段と、
前記第１増幅手段によって増幅された信号のインピーダンスを変換する変換手段と、
インピーダンスが変換された前記信号と前記第２増幅手段によって増幅された信号とを合成する合成手段と、
を具備する電力増幅器。
【請求項２】
前記入力信号の入力レベルを検出する入力レベル検出手段と、
前記第２増幅手段における２つの高周波デバイスの間に接続され、検出された前記入力レベルに基づいて、高周波デバイスから出力された信号の電力を減衰する第１可変減衰手段と、
を具備する請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項３】
前記第１増幅手段における２つの高周波デバイスの間に接続され、検出された前記入力レベルに基づいて、高周波デバイスから出力された信号の電力を減衰する第２可変減衰手段を具備する請求項２に記載の電力増幅器。
【請求項４】
前記高周波デバイスは、ＧａＮデバイスである請求項１に記載の電力増幅器。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【国際調査報告】
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2010125714.tif 000024
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