(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信のために無線周波数（ＲＦ）入力信号を増幅するように構成された電力増幅回路と、
前記電力増幅回路の出力に結合され、第１の複数の可変インピーダンス素子を備える出力整合ネットワークと、
前記第１の複数の可変インピーダンス素子の値を動的に制御して、動作中に前記ＲＦ入力信号の中心周波数が変化するにつれ、前記出力整合ネットワークが前記ＲＦ入力信号の１つまたは複数の高調波における所望される負荷インピーダンスを実質的に絶えずもたらすようにする少なくとも１つのインピーダンス制御信号を生成するように構成されたインピーダンス制御回路とを備え、
前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波における所望される負荷インピーダンスは、さらに前記ＲＦ入力信号を強化し、それによって前記電力増幅回路の出力信号を強化するように設計されるよう前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波を反射して作用する送信回路。
【請求項２】
前記第１の複数の可変インピーダンス素子の前記値は、前記ＲＦ入力信号の中心周波数における前記所望される負荷インピーダンスが前記ＲＦ入力信号の中心周波数の周辺で信号を実質的に通過させ、前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波における前記所望される負荷インピーダンスが前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波の周辺で信号を実質的に反射するように制御される請求項１に記載の送信回路。
【請求項３】
前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波は、前記電力増幅回路の前記出力信号を強化するように所定の位相において反射される請求項１に記載の送信回路。
【請求項４】
前記１つまたは複数の高調波は、前記ＲＦ入力信号の第２の高調波を備える請求項１に記載の送信回路。
【請求項５】
前記１つまたは複数の高調波は、前記ＲＦ入力信号の第３の高調波をさらに備える請求項４に記載の送信回路。
【請求項６】
前記１つまたは複数の高調波は、前記ＲＦ入力信号の第２の高調波および第３の高調波を備える請求項１に記載の送信回路。
【請求項７】
無線周波数（ＲＦ）入力信号を増幅するように構成された電力増幅回路と、
前記電力増幅回路の出力に結合され、第１の複数の可変インピーダンス素子を備えた出力整合ネットワークであって、前記第１の複数の可変インピーダンス素子の値は、少なくとも１つのインピーダンス制御信号によって制御され、前記電力増幅回路と前記出力整合ネットワークはドハティ増幅器構成のキャリアパスを形成する、出力整合ネットワークと、
前記ＲＦ入力信号の中心周波数、および少なくとも１つの動作パラメータ条件に基づいて前記第１の複数の可変インピーダンス素子の前記値を動的に制御して、動作中に前記ＲＦ入力信号の中心周波数、および前記少なくとも１つの動作パラメータ条件が変化するにつれ、前記出力整合ネットワークが、前記ＲＦ入力信号の中心周波数における所望される負荷インピーダンス、および前記ＲＦ入力信号の１つまたは複数の高調波における所望される負荷インピーダンスを実質的に絶えずもたらすように、前記少なくとも１つのインピーダンス制御信号を生成するように構成されたインピーダンス制御回路であって、前記ＲＦ入力信号の１又は複数の高調波における前記所望される負荷インピーダンスはさらに前記ＲＦ入力信号を強化し、それによって前記電力増幅回路の出力信号を強化するように設計されるよう前記ＲＦ入力信号の１つまたは複数の高調波の周辺の信号を実質的に反射する、インピーダンス制御回路と、
ピーキング電力増幅回路と、ピーキング出力整合ネットワークとを備えるピーキングパスと、
前記ピーキングパス、および前記キャリアパスに沿って前記ＲＦ入力信号を受け取り、分割するように構成された分割回路と、
前記キャリアパスおよび前記ピーキングパスからの増幅された信号が反応的に合成されて、合成された出力信号を形成するドハティ合成ノードと
をさらに備え、
前記ピーキング出力整合ネットワークは、前記ピーキング電力増幅回路の出力に結合され、第２の複数の可変インピーダンス素子を備え、前記第２の複数の可変インピーダンス素子の値は、前記少なくとも１つのインピーダンス制御信号によって制御され、
前記インピーダンス制御回路は、前記ＲＦ入力信号の中心周波数、および前記少なくとも１つの動作パラメータ条件に基づいて前記第２の複数の可変インピーダンス素子の前記値を動的に制御して、少なくとも、前記ピーキング電力増幅回路が前記ＲＦ入力信号を増幅するのに使用される場合に、動作中に前記ＲＦ入力信号の中心周波数、および前記少なくとも１つの動作パラメータ条件が変化するにつれ、前記ピーキング出力整合ネットワークが、前記ＲＦ入力信号の中心周波数で前記ピーキングパスにおいて所望される負荷インピーダンス、および前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波で前記ピーキングパスにおいて所望される負荷インピーダンスを実質的に絶えずもたらすようにする前記少なくとも１つのインピーダンス制御信号を生成するように構成される送信回路。
【請求項８】
前記電力増幅回路および前記出力整合ネットワークは、単一のモノリシック集積回路上に形成される請求項７に記載の送信回路。
【請求項９】
少なくとも前記インピーダンス制御回路は、前記モノリシック集積回路とは別個の集積回路上に形成される請求項８に記載の送信回路。
【請求項１０】
前記モノリシック集積回路は、実質的に窒化ガリウム材料系で形成される請求項９に記載の送信回路。
【請求項１１】
前記ＲＦ入力信号の中心周波数の利用可能な周波数と、前記少なくとも１つの動作パラメータ条件の利用可能な状態の様々な組み合わせに関して、前記ＲＦ入力信号の中心周波数における前記所望される負荷インピーダンス、および前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波における前記所望される負荷インピーダンスの対応する値は、所与のパフォーマンス規格を実現するように動作に先立って特徴付けられる請求項７に記載の送信回路。
【請求項１２】
前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波は、前記電力増幅回路の前記出力信号を強化するように所定の位相において反射される請求項７に記載の送信回路。
【請求項１３】
前記１つまたは複数の高調波は、前記ＲＦ入力信号の第２の高調波を備える請求項７に記載の送信回路。
【請求項１４】
前記１つまたは複数の高調波は、前記ＲＦ入力信号の第３の高調波をさらに備える請求項１３に記載の送信回路。
【請求項１５】
前記第１の複数の可変インピーダンス素子の値は、前記ＲＦ入力信号の中心周波数における前記所望される負荷インピーダンスが前記ＲＦ入力信号の中心周波数の周辺で信号を実質的に通過させ、前記ＲＦ入力信号の前記第２の高調波および前記第３の高調波のそれぞれにおける前記所望される負荷インピーダンスが前記ＲＦ入力信号の前記第２の高調波および前記第３の高調波の周辺で信号を実質的に反射するように制御される請求項１４に記載の送信回路。
【請求項１６】
動作条件は、出力電力と関係し、前記少なくとも１つの動作パラメータ条件は、所望される出力電力レベルを備える請求項７に記載の送信回路。
【請求項１７】
動作条件は、前記ＲＦ入力信号の或る特性と関係し、前記少なくとも１つの動作パラメータ条件は、前記ＲＦ入力信号の振幅を備える請求項７に記載の送信回路。
【請求項１８】
動作条件は、前記ＲＦ入力信号の或る特性と関係し、前記少なくとも１つの動作パラメータ条件は、前記ＲＦ入力信号の位相を備える請求項７に記載の送信回路。
【請求項１９】
動作条件は、前記送信回路が動作する動作の周波数帯域と関係し、前記少なくとも１つの動作パラメータ条件は、前記送信回路が現在、動作している動作の前記周波数帯域のうちの特定の１つを備える請求項７に記載の送信回路。
【請求項２０】
動作条件は、前記送信回路が動作する動作モードと関係し、前記少なくとも１つの動作パラメータ条件は、前記送信回路が現在、動作している前記動作モードのうちの特定の１つを備える請求項７に記載の送信回路。
【請求項２１】
動作条件は、前記ＲＦ入力信号を生成するように前記データを変調するために利用可能な変調タイプと関係し、前記少なくとも１つの動作パラメータ条件は、前記データを変調して前記ＲＦ入力信号を生成するのに使用される前記変調タイプのうちの特定の１つを備える請求項７に記載の送信回路。
【請求項２２】
前記電力増幅回路の入力に結合された入力整合ネットワークをさらに備え、第２の複数の可変インピーダンス素子を備え、
前記第２の複数の可変インピーダンス素子の値は、前記少なくとも１つのインピーダンス制御信号によって制御され、前記インピーダンス制御回路は、前記ＲＦ入力信号の中心周波数、および前記少なくとも１つの動作パラメータ条件に基づいて前記第２の複数の可変インピーダンス素子の前記値を動的に制御して、動作中に前記ＲＦ入力信号の中心周波数、および前記少なくとも１つの動作パラメータ条件が変化するにつれ、前記入力整合ネットワークが、前記ＲＦ入力信号の中心周波数における前記所望されるソースインピーダンス、および前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波における前記所望されるソースインピーダンスを実質的に絶えずもたらすようにする前記少なくとも１つのインピーダンス制御信号を生成するようにさらに構成される請求項７に記載の送信回路。
【請求項２３】
前記第１の複数の可変インピーダンス素子の前記値は、前記ＲＦ入力信号の中心周波数における前記所望される負荷インピーダンスが前記ＲＦ入力信号の中心周波数の周辺で信号を実質的に通過させ、前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波における前記所望される負荷インピーダンスが前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波の周辺で信号を実質的に反射するように制御され、
前記第２の複数の可変インピーダンス素子の前記値は、前記ＲＦ入力信号の中心周波数における前記所望されるソースインピーダンスが前記ＲＦ入力信号の中心周波数の周辺で信号を実質的に通過させ、前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波における前記所望される負荷インピーダンスが前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波の周辺でフィードバック信号を前記電力増幅回路に向けて実質的に反射するように制御される請求項２２に記載の送信回路。
【請求項２４】
前記１つまたは複数の高調波は、前記ＲＦ入力信号の第２の高調波を備える請求項２３に記載の送信回路。
【請求項２５】
前記１つまたは複数の高調波は、前記ＲＦ入力信号の第３の高調波をさらに備える請求項２４に記載の送信回路。
【請求項２６】
前記電力増幅回路、前記入力整合ネットワーク、および前記出力整合ネットワークは、単一のモノリシック集積回路上に形成される請求項２２に記載の送信回路。
【請求項２７】
前記ドハティ合成ノードと別のノードの間に結合された変圧回路をさらに備え、
前記変圧回路は、前記少なくとも１つのインピーダンス制御回路によって制御される値を有する可変インピーダンス素子に関連付けられ、前記少なくとも１つのインピーダンス制御回路は、前記変圧回路のインピーダンスを所望されるように制御するように前記可変インピーダンス素子の前記値を動的に制御するようにさらに構成される請求項７に記載の送信回路。
【請求項２８】
前記キャリアパスで、前記電力増幅回路の入力に結合され、第３の複数の可変インピーダンス素子を備える入力整合ネットワークであって、前記第３の複数の可変インピーダンス素子の値は、前記少なくとも１つのインピーダンス制御信号によって制御され、前記インピーダンス制御回路は、前記ＲＦ入力信号の中心周波数、および前記少なくとも１つの動作パラメータ条件に基づいて前記第３の複数の可変インピーダンス素子の前記値を動的に制御して、動作中に前記ＲＦ入力信号の中心周波数、および前記少なくとも１つの動作パラメータ条件が変化するにつれ、前記入力整合ネットワークが、前記ＲＦ入力信号の中心周波数で前記キャリアパスにおいて所望されるソースインピーダンスを実質的に絶えずもたらし、前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波で前記キャリアパスにおいて所望されるソースインピーダンスを実質的に絶えずもたらすようにする前記少なくとも１つのインピーダンス制御信号を生成するようにさらに構成される、入力整合ネットワークと、
前記ピーキングパスで、前記ピーキング電力増幅回路の入力に結合され、第４の複数の可変インピーダンス素子を備えるピーキング入力整合ネットワークであって、前記第４の複数の可変インピーダンス素子の値は、前記少なくとも１つのインピーダンス制御信号によって制御され、前記インピーダンス制御回路は、前記ＲＦ入力信号の中心周波数、および前記少なくとも１つの動作パラメータ条件に基づいて前記第４の複数の可変インピーダンス素子の前記値を動的に制御して、少なくとも、前記ピーキング電力増幅回路が前記ＲＦ入力信号を増幅するのに使用される場合に、動作中に前記ＲＦ入力信号の中心周波数、および前記少なくとも１つの動作パラメータ条件が変化するにつれ、前記ピーキング入力整合ネットワークが、前記ＲＦ入力信号の中心周波数で前記ピーキングパスにおいて所望されるソースインピーダンスを実質的に絶えずもたらし、さらに前記ＲＦ入力信号の前記１つまたは複数の高調波で前記ピーキングパスにおいて所望されるソースインピーダンスを実質的に絶えずもたらすようにする前記少なくとも１つのインピーダンス制御信号を生成するようにさらに構成される、ピーキング入力整合ネットワークとをさらに備える請求項７に記載の送信回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本出願は、参照により開示の全体が本明細書に組み込まれている、２０１０年１１月１日出願の米国特許出願第１２／９１７，１１２号の優先権を主張するものである。
[0002]本開示は、ワイヤレス通信に関し、詳細には、無線周波数（ＲＦ）入力信号の中心周波数で、動作条件が変化するにつれ、ＲＦ入力信号の中心周波数の１つまたは複数の高調波で所望されるインピーダンスをもたらすように伝送パスの可変整合ネットワークを動的に制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0003]ワイヤレス通信システムにおいて、設計者は、モバイルデバイスまたは基地局などの通信デバイスの伝送パスを設計する際、競合するパフォーマンスパラメータの間で妥協することを常に余儀なくされる。図１を参照すると、ワイヤレス通信デバイスに関する通常の伝送パスが例示されている。この伝送パスは、一般に、変調されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮによって送信されるべきデータを符号化するための制御−変調回路１０と、変調されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅するための電力増幅回路（ＰＡ）１２と、後段でさらに説明されるインピーダンス整合ネットワーク１４と、変調され、さらに増幅されたＲＦ出力信号ＲＦＯＵＴを遠隔のデバイスに送信するためのアンテナ１６とを含む。ほとんどいずれの伝送パス設計においても、設計者は、効率と直線性の通常は競合するパラメータの間でトレードオフを行うことを余儀なくされる。電力消費と発熱を最小限に抑えるのに、効率を最大化することが不可欠である。送信される信号の品質を最大化するのに、直線性を維持することが、しばしば、不可欠である。
【０００３】
[0004]残念ながら、伝送パスは精度が高くなるほど、一般に、効率が低下する。直線性および効率は、伝送パス設計において重要であるが、効果的な動作周波数範囲（すなわち、帯域幅）や信号利得などの他のパラメータもまた、全体的な設計に重要であるとともに、互いに競合する傾向にある。異なる設計者が、これらの様々なパラメータに異なる重要性を与える可能性がある。例えば、モバイルデバイスにおいて伝送パスの効率および帯域幅が直線性より優先され得る一方で、直線性が、基地局において効率および帯域幅より優先されることがある。さらに、或る特定のタイプの通信デバイスの或る設計者が、その通信デバイスに関する特定のアプリケーションまたは価格に基づいて、様々なパラメータに関して、別の設計者とは異なる優先順位を有することが可能である。
【０００４】
[0005]
とりわけ、通信デバイスによって用意される動作周波数、出力電力、および変調スキームのタイプはすべて、パフォーマンスに大きな影響を及ぼす。例えば、或る所与のタイプの増幅器を使用する電力増幅回路１２が、第１の動作帯域幅内、または第１の出力電力範囲内で比較的効率的であり得るが、第２の動作帯域幅内、または第２の出力電力範囲内で比較的非効率である可能性がある。同様に、同一の電力増幅回路１２が、或る変調スキームを使用して変調された信号を増幅することに比較的効率的であり得るが、第２の変調スキームを使用して変調された信号を増幅することに比較的非効率であり得る。これらの競合する設計パラメータは、異なる複数の変調スキームを使用し、異なる複数の動作帯域幅もしくは広い動作帯域幅をサポートし、さらに広い範囲の出力電力レベルにわたって動作する必要のある通信デバイスに関して最も問題となる。要するに、広い帯域幅にわたり、さらに異なる複数の変調スキームで変調された信号で動作しながら、異なる複数の電力レベルで非常に効率的でありつづける増幅器設計は、存在しない。その結果、設計者は、全体的なシステムパフォーマンスを向上させようとして、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの特性に基づいて伝送パスの様々な態様の構成を動的に変更する技術を開発している。
【０００５】
[0006]動作中に動的に構成される伝送パスの一態様が、インピーダンス整合ネットワーク１４の実際のインピーダンスである。図１に例示されるとおり、インピーダンス整合ネットワーク１４は、電力増幅回路１２とアンテナ１６の間に存在し、さらに、一般に、電力増幅回路１２の出力インピーダンスを、アンテナ１６によってもたらされる負荷インピーダンスと整合させるのに使用される。理論上、電力増幅回路１２の出力インピーダンスをアンテナ１６によってもたらされる負荷インピーダンスと整合させることは、電力増幅回路１２からアンテナ１６への最大限の電力伝達をもたらす。しかし、実際は、そのような理論上の整合は、インピーダンス整合ネットワーク１４が電力増幅回路１２の多くの動作パラメータにも影響を及ぼすため、せいぜい近似されるに過ぎない。例えば、電力増幅回路１２にもたらされる有効負荷のインピーダンスが、電力増幅回路１２の直線性、出力電力、および効率に大きく影響する可能性があり、このため、電力増幅回路１２にもたらされる有効負荷の方が、電力増幅回路１２の出力インピーダンスをアンテナ１６によってもたらされる負荷インピーダンスと完全に整合させることよりも重要であり得る。
【０００６】
[0007]このため、インピーダンス整合ネットワーク１４のインピーダンスは、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、振幅、変調、ならびに所望される出力電力などのＲＦ入力信号ＲＦＩＮの特性に基づいて、動作中に動的に調整され得る。図２および図３に示されるとおり、インピーダンス制御回路１８が、伝送パスに追加されて、動作中のＲＦ入力信号ＲＦＩＮの特性、ならびに所望される出力電力に基づいて、インピーダンス整合ネットワーク１４の可変のインピーダンスを動的に調整するのに使用され得る。図２に例示される伝送パスに関して、インピーダンス制御回路１８が、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを受け取り、さらに解析し、さらにＲＦ入力信号ＲＦＩＮの解析された特性、ならびに所望される出力電力に基づいて、インピーダンス制御信号ＳＺＣを使用してインピーダンス制御回路１８のインピーダンスを所望されるように動的に調整するように構成される。例えば、インピーダンス制御回路１８は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの振幅および中心周波数に基づいて、インピーダンス整合ネットワーク１４の１つまたは複数の可変のインピーダンス素子を絶えず調整することも可能である。
【０００７】
[0008]伝送パスは、各チャネルが一般に、異なる中心周波数に関連付けられた複数のチャネルをサポートするように設計される。各中心周波数、つまり、各チャネルに関して、インピーダンス制御回路１８は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの可能な様々な振幅値、および利用可能な様々な出力電力レベルに対応するいくつかの制御値を含み得る。動作の際、インピーダンス制御回路１８は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数および振幅、ならびに選択された出力電力レベルに基づいて制御値を絶えず特定し、さらにＲＦ入力信号ＲＦＩＮのその所与の中心周波数および振幅、ならびにその所望される出力電力レベルに関して所望されるインピーダンスをもたらすようにインピーダンス整合ネットワーク１４を調整するのに使用される、対応するインピーダンス制御信号ＳＺＣを生成する。
【０００８】
[0009]図３に例示される伝送パスに関して、制御−変調回路１０が、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの１つまたは複数の特性に関する情報を与えるパラメータ信号ＳＰをインピーダンス制御回路１８に供給するように構成され、このパラメータ信号ＳＰは、増幅のために電力増幅回路１２にも同時に供給される。パラメータ信号ＳＰに基づいて、インピーダンス制御回路１８は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮのその所与の中心周波数および振幅、ならびに選択された出力電力レベルに関して所望されるインピーダンスをもたらすようにインピーダンス整合ネットワーク１４を調整する、対応するインピーダンス制御信号ＳＺＣを生成する。図３の実施形態の場合、インピーダンス制御回路１８は、図２の実施形態が規定するように実際のＲＦ入力信号ＲＦＩＮを解析する必要はない。代わりに、インピーダンス制御回路１８は、パラメータ信号ＳＰに基づいて選択すべき適切なインピーダンスを算出し、インピーダンス整合ネットワーク１４に適切なインピーダンス制御信号ＳＺＣを供給するだけでよい。
【０００９】
[0010]電力増幅回路１２にもたらされる変調されたインピーダンスを使用する既存の伝送パス設計は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数におけるインピーダンスに注目する。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの様々な高調波におけるインピーダンスは、無視されてきた。非常に単純化された例として、伝送パスは、第１の中心周波数ｆ１Ｃで第１の信号を送信し、さらに第２の中心周波数ｆ２Ｃで第２の信号を送信するのに使用されるものと想定されたい。第１の中心周波数ｆ１Ｃと第２の中心周波数ｆ２Ｃは、定義された異なる動作帯域幅における異なる周波数である。所望されるパフォーマンス規格を満たすのに、インピーダンス整合ネットワーク１４は、「理想的には」、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第１の中心周波数ｆ１Ｃで与えられる場合には、第１のインピーダンスｚ１Ｃをもたらし、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第２の中心周波数ｆ２Ｃで与えられる場合には、第２のインピーダンスｚ２Ｃをもたらすべきであるものと設計者が決定しているものとさらに想定されたい。動作の際、インピーダンス制御回路１８は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第１の中心周波数ｆ１Ｃである場合には、第１のインピーダンスｚ１Ｃをもたらし、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第２の中心周波数ｆ２Ｃである場合には、第２のインピーダンスｚ２Ｃをもたらすようにインピーダンス整合ネットワーク１４を調整する。図４を参照すると、第１の中心周波数ｆ１Ｃおよび第２の中心周波数ｆ２Ｃでもたらされるそれぞれのインピーダンスｚ１Ｃおよびｚ２Ｃが、スミスチャート上のインピーダンス点（ｆ１Ｃおよびｆ２Ｃ）として例示される。
【００１０】
[0011]前述したとおり、既存の負荷開閉設計は、動作の中心周波数の高調波におけるインピーダンスを考慮に入れることができない。しかし、本出願者らは、中心周波数の高調波におけるインピーダンスが、特に電力増幅回路１２のパフォーマンスに、さらに、一般に伝送パスのパフォーマンスに大きな影響を及ぼすことを見出した。所与のパフォーマンス規格を満たすのに、本出願者らは、任意の所与の動作条件に関して、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数に関する「理想的な」インピーダンスに加えて、中心周波数の高調波に関する「理想的な」インピーダンスが存在することを見出した。所与の動作条件に関するこれらの「理想的な」インピーダンスは、特定の設計に関する所望されるパフォーマンス規格に基づいて異なり得る。
【００１１】
[0012]前述の例を続けて、インピーダンス整合ネットワーク１４が、「理想的には」、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第１の中心周波数ｆ１Ｃで与えられる場合には、第１のインピーダンスｚ１Ｃをもたらし、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第２の中心周波数ｆ２Ｃで与えられる場合には、第２のインピーダンスｚ２Ｃをもたらすべきであるものと設計者が決定しているものと想定されたい。この場合も、インピーダンス制御回路１８は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第１の中心周波数ｆ１Ｃである場合には、第１のインピーダンスｚ１Ｃをもたらし、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第２の中心周波数ｆ２Ｃである場合には、第２のインピーダンスｚ２Ｃをもたらすようにインピーダンス整合ネットワーク１４を調整する。図５を参照すると、第１の中心周波数ｆ１Ｃおよび第２の中心周波数ｆ２Ｃでもたらされるそれぞれのインピーダンスｚ１Ｃおよびｚ２Ｃが、スミスチャート上のインピーダンス点（ｆ１Ｃおよびｆ２Ｃ）として例示される。
【００１２】
[0013]インピーダンス整合ネットワーク１４を設計する際、第１の中心周波数ｆ１Ｃおよび第２の中心周波数ｆ２Ｃにおけるインピーダンスだけが考慮される場合、本出願者らは、第１の中心周波数ｆ１Ｃおよび第２の中心周波数ｆ２Ｃに関連する高調波に関する実際のインピーダンス点が、このそれぞれの高調波に関する「理想的な」インピーダンス点と考えられるものとは大きく異なり得ることを見出した。もたらされるのは、損なわれたパフォーマンスである。図５のスミスチャートを引き続き参照して、第１の中心周波数ｆ１Ｃに関連する第２の高調波ｆ１２Ｈおよび第３の高調波ｆ１３Ｈ、ならびに第２の中心周波数ｆ２Ｃに関連する第２の高調波ｆ２２Ｈおよび第３の高調波ｆ２３Ｈに関する実際のインピーダンス点が、「理想的」とは考えられず、動作の第１の中心周波数ｆ１Ｃおよび第２の中心周波数ｆ２Ｃにおけるインピーダンスだけしか考慮しない結果、もたらされるものと想定されたい。スミスチャート上で円によって示されるとおり、第１の中心周波数ｆ１Ｃに関連する第２の高調波ｆ１２Ｈおよび第３の高調波ｆ１３Ｈ、ならびに第２の中心周波数ｆ２Ｃに関連する第２の高調波ｆ２２Ｈおよび第３の高調波ｆ２３Ｈに関する例示的な「理想的な」インピーダンス点、またはインピーダンス範囲（ｆ１２Ｈ（ＩＤＥＡＬ）、ｆ１３Ｈ（ＩＤＥＡＬ）、ｆ２２Ｈ（ＩＤＥＡＬ）、およびｆ２３Ｈ（ＩＤＥＡＬ））が例示される。見て取ることができるとおり、これらの様々な高調波に関する実際のインピーダンスと所望されるインピーダンスの差には、大きなばらつきがある。
【００１３】
[0014]動作の中心周波数におけるインピーダンスは、所与のパフォーマンス規格に関して「理想的」と考えられ得るが、伝送パスは、図６に例示されるとおり、インピーダンス整合ネットワーク１４が、任意の所与のＲＦ入力信号ＲＦＩＮに関して中心周波数における「理想的な」インピーダンス、およびこの中心周波数に関連する高調波のうちの少なくとも１つにおける「理想的な」インピーダンスをもたらすように構成され、さらに制御されるとした場合、大幅により優れたパフォーマンスを示すことが可能である。この例において、第１の中心周波数ｆ１ＣにおけるＲＦ入力信号ＲＦＩＮに関して、インピーダンス整合ネットワーク１４は、好ましくは、第１の中心周波数ｆ１Ｃにおいて「理想的な」インピーダンスをもたらすとともに、第１の中心周波数ｆ１Ｃに関連する第２の高調波ｆ１２Ｈ（ＩＤＥＡＬ）および第３の高調波ｆ１３Ｈ（ＩＤＥＡＬ）においても「理想的な」インピーダンスをもたらす。第２の中心周波数ｆ１ＣにおけるＲＦ入力信号ＲＦＩＮに関して、インピーダンス整合ネットワーク１４は、好ましくは、第２の中心周波数ｆ２Ｃにおいて「理想的な」インピーダンスをもたらすとともに、第２の中心周波数ｆ２Ｃに関連する第２の高調波ｆ２２Ｈ（ＩＤＥＡＬ）および第３の高調波ｆ２３Ｈ（ＩＤＥＡＬ）においても「理想的な」インピーダンスをもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
[0015]したがって、ＲＦ入力信号の中心周波数における所望されるインピーダンスをもたらすことに加えて、このＲＦ入力信号の中心周波数に関連する高調波のうちの１つまたは複数における所望されるインピーダンスをもたらすように伝送パスのインピーダンス整合ネットワークを動的に制御する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
[0016]本開示の一態様は、ワイヤレス通信デバイスの送信回路に関する。この送信回路は、電力増幅回路と、出力整合ネットワークと、インピーダンス制御回路とを含む。電力増幅回路は、ＲＦ入力信号を増幅して、増幅されたＲＦ出力信号をもたらし、この増幅されたＲＦ出力信号が出力整合ネットワークを通るようにされ、さらに１つまたは複数のアンテナを介して送信される。この出力整合ネットワークは、インピーダンス制御回路によって制御される、１つまたは複数の可変キャパシタと、インダクタと、抵抗器とを含み得る可変インピーダンス素子を含む。ＲＦ入力信号の中心周波数、および動作パラメータの条件が変化するにつれ、インピーダンス制御回路が、出力整合ネットワークの可変インピーダンス素子のうちの１つまたは複数の素子の値を所望されるように調整する。これらの可変インピーダンス素子の値は、出力整合ネットワークが、所与のパフォーマンス規格を実現するようにＲＦ入力信号の中心周波数において、さらに１つまたは複数の高調波における所望される負荷インピーダンスを同時に、さらに動的にもたらすように調整される。
【００１６】
[0017]とりわけ、所与のＲＦ入力信号の中心周波数および高調波は、対応する増幅されたＲＦ入力信号またはＲＦ出力信号と事実上、同一であることが当業者には認識されよう。このため、ＲＦ入力信号の中心周波数および１つまたは複数の高調波に基づいてインピーダンス素子のインピーダンスまたは値を設定することは、これらのインピーダンスまたは値を、ＲＦ出力信号の同一の中心周波数、および同一の高調波に基づいて設定するように機能する。ＲＦ入力信号の中心周波数または高調波について述べているのは、単に周波数の値自体を明確にするために過ぎず、これらの周波数に関する情報が処理のために導き出される源のものとするためではない。さらに、前述した動作パラメータは、ＲＦ入力信号の所望される出力電力、振幅、または位相、および動作モードなどを含み得る。動作モードは、ＲＦ入力信号を生成するのに使用される変調のタイプ、動作の周波数帯域、または以上の組み合わせと関係することが可能である。
【００１７】
[0018]例えば、ＲＦ入力信号の中心周波数、第２の高調波におけるインピーダンス、および第３のインピーダンスが、動作中に特に制御されるものと想定されたい。さらに、ＲＦ入力信号の中心が位置付けられることが可能な異なるｎ個の中心周波数が存在するものと想定されたい。ＲＦ入力信号の所与の中心周波数、および動作パラメータ条件の所与のセットに関して、ＲＦ入力信号の中心周波数、第２の高調波、および第３の高調波における出力整合ネットワークの所望されるインピーダンスが存在する。ＲＦ入力信号の中心周波数、および動作パラメータ条件のいずれかが変化するにつれ、出力整合ネットワークの可変インピーダンス素子の値が、出力整合ネットワークが、ＲＦ入力信号の中心周波数、第２の高調波、および第３の高調波のそれぞれにおける所望されるインピーダンスを電力増幅回路の出力にもたらすことを確実にするように必要に応じて調整される。任意の所与の時点で、ＲＦ入力信号の中心周波数、第２の高調波、および第３の高調波におけるそれぞれのインピーダンスは、異なる可能性が高く、さらに現在の中心周波数、および動作パラメータ条件に基づいて所与のパフォーマンス規格を実現しようとして算出される。
【００１８】
[0019]一構成において、ＲＦ入力信号の利用可能な中心周波数のそれぞれにおいて電力増幅回路にもたらされるインピーダンスは、ＲＦ入力信号の中心周波数と通過させるように構成される。これに対して、利用可能な中心周波数のそれぞれに関する第２の高調波、および第３の高調波のそれぞれにおけるインピーダンスは、それぞれの高調波を反射して電力増幅回路に向けて返すように構成される。第２の高調波、および第３の高調波が特定の位相で反射されると、効率が最適化される。
【００１９】
[0020]とりわけ、所与の伝送期間中に一部の動作条件に関する条件が、他の動作条件が比較的静的なままであることが可能でありながら、変化する可能性がある。変化を受ける動作パラメータに関して、変化の速度には、大きなばらつきがある可能性がある。前述の例では、ＲＦ入力信号の振幅は、ＲＦ入力信号の振幅が変調される変調スキームに関して実質的に絶えず変化することが可能である。これに対して、所望される出力電力は、変化する可能性があるが、一般に、ＲＦ入力信号の振幅と比べてはるかに低い頻度で変化する。いくつかの通信スキームにおいて、ＲＦ入力信号の中心周波数、および変調のタイプが、比較的静的なままであり得るのに対して、他の通信スキームにおいては、中心周波数が頻繁に変化することが可能である。
【００２０】
[0021]様々な中心周波数および動作パラメータに関する１つまたは複数のインピーダンス素子の値をどのように制御すべきかを決定するのに、インピーダンス制御回路は、１つまたは複数のルックアップテーブルを含むことが可能である。動作パラメータ条件と、ＲＦ入力信号に関する利用可能な中心周波数の各組み合わせに関して、１つまたは複数のルックアップテーブルが、出力整合ネットワークの可変インピーダンス素子のうちの１つまたは複数の素子の値を調整して、出力整合ネットワークが、所与のパフォーマンス規格を実現するようにＲＦ入力信号の中心周波数において、さらに１つまたは複数の高調波における所望される負荷インピーダンスを動的にもたらすようにするのに使用される制御情報を格納する。要するに、ルックアップテーブルの中の制御情報は、事実上、増幅されているＲＦ入力信号の中心周波数と少なくとも１つの動作パラメータの関数である。
【００２１】
[0022]特に、ルックアップテーブルの中の各エントリは、動作パラメータ条件と中心周波数の可能な組み合わせに関するインピーダンス制御データを与える。例えば、増幅回路の出力にもたらされる負荷インピーダンスを規定する関係のある動作パラメータは、ＲＦ入力信号の中心周波数、ＲＦ入力信号の振幅、所望される出力電力、ならびにＲＦ入力信号を生成するのに使用される変調のタイプであるものと想定されたい。このため、各ルックアップテーブルエントリに関するインピーダンス制御データは、利用可能な中心周波数、ＲＦ入力信号の利用可能な振幅、利用可能な出力電力レベル、および利用可能な変調タイプの一意の組み合わせに対応する。動作中、インピーダンス制御回路は、ＲＦ入力信号の現在の中心周波数、ＲＦ入力信号の振幅、所望される出力電力レベル、ならびにＲＦ入力信号を生成するのに使用される変調のタイプを実質的に絶えず監視し、さらにＲＦ入力信号の中心周波数、および現在の動作パラメータ条件に対応するルックアップテーブルエントリからのインピーダンス制御データを選択する。選択されたルックアップテーブルエントリからのインピーダンス制御データは、出力整合ネットワークが、現在の動作パラメータ条件に関してＲＦ入力信号の中心周波数において、さらに１つまたは複数の高調波における所望される負荷インピーダンスを動的にもたらすようにインピーダンス素子のうちの１つまたは複数の素子の値を設定するのに使用される。
【００２２】
[0023]ルックアップテーブルの代替として、インピーダンス制御回路は、１つまたは複数のアルゴリズムを使用して、所与の中心周波数、および動作パラメータ条件のセットに関するインピーダンス制御データを動的に計算してもよい。これらのアルゴリズムは、事実上、増幅されているＲＦ入力信号の中心周波数と１つまたは複数の動作パラメータの関数である。これらのアルゴリズムは、中心周波数と動作パラメータ条件の様々な組み合わせに関して、ＲＦ入力信号の中心周波数において、さらに１つまたは複数の高調波における所望される負荷インピーダンスをもたらすようにインピーダンス素子のうちの１つまたは複数の素子の値を設定するインピーダンス制御データを生成するように設計される。
【００２３】
[0024]本開示の別の態様は、電力増幅回路の前に入力整合ネットワークを設けることに関する。この入力整合ネットワークは、出力整合ネットワークが制御されるのと基本的に同様にインピーダンス制御回路によってやはり制御される可変インピーダンス素子を含む。ＲＦ入力信号の中心周波数、および動作パラメータの条件が変化するにつれ、インピーダンス制御回路が、入力整合ネットワークの可変インピーダンス素子のうちの１つまたは複数の素子の値を所望されるように調整する。可変のインピーダンス素子の値は、入力整合ネットワークが、所与のパフォーマンス規格を実現するようにＲＦ入力信号の中心周波数において、さらに１つまたは複数の高調波における所望されるインピーダンスを同時にかつ動的にもたらすように調整される。とりわけ、入力整合ネットワークと出力整合ネットワークは、一般に異なり、さらに所与のパフォーマンス規格を実現するのに異なる役割を果たす。したがって、任意の所与の時点で電力増幅回路のソースおよび負荷においてもたらされるインピーダンスは、ＲＦ入力信号の中心周波数、第２の高調波、および第３の高調波において異なる可能性が高い。
【００２４】
[0025]可変の入力整合ネットワークおよび出力整合ネットワークは、事実上、任意のタイプの電力増幅器設計に関して有益である。単一パス増幅器設計の場合、入力整合ネットワークおよび出力整合ネットワークは、電力増幅回路の前後に配置され得る。ドハティ増幅器構成を使用する設計などの並列パス増幅器設計の場合、入力整合ネットワークおよび出力整合ネットワークは、並列パスの各パスにおける電力増幅回路の前後に配置され得る。増幅器設計にかかわらず、本開示に従って出力整合ネットワークを使用することは、既存の設計と比べて５０（五十）％までの効率の向上をもたらし得る。開示される出力整合ネットワークに加えて本開示による入力整合ネットワークを使用することは、出力整合ネットワークだけを組み込むことによってもたらされる効率の利得に加えて、漸増的ではあるが、相当な効率の利得をもたらすことが判明している。
【００２５】
[0026]以下の詳細な説明を添付の図面と関連して読んだ後、当業者には、本開示の範囲が認識され、本開示のさらなる態様が理解されよう。
[0027]本明細書に組み込まれ、さらに本明細書の一部分を形成する添付の図面は、本開示のいくつかの態様を例示し、さらにその説明とともに本開示の原理を説明する役割をする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】[0028]関連技術の第１の実施形態による送信回路を示す図である。
【図２】[0029]関連技術の第２の実施形態による送信回路を示す図である。
【図３】[0030]関連技術の第３の実施形態による送信回路を示す図である。
【図４】[0031]異なる２つの中心周波数におけるインピーダンス点を示すスミスチャートである。
【図５】[0032]様々な中心周波数、およびこれらの中心周波数に関連する高調波におけるインピーダンス点を示し、それらの高調波に関するインピーダンス点が、理想的な位置にはないスミスチャートである。
【図６】[0033]様々な中心周波数、およびこれらの中心周波数に関連する高調波におけるインピーダンス点を示し、それらの高調波に関するインピーダンス点が、理想的な位置にあるスミスチャートである。
【図７】[0034]出力整合ネットワークを有する送信回路を示す図である。
【図８】[0035]本開示の概念による、様々な中心周波数、およびこれらの中心周波数に関連する高調波におけるインピーダンス点を示し、それらの高調波に関するインピーダンス点が、理想的な位置にあるスミスチャートである。
【図９】[0036]入力整合ネットワークと、出力整合ネットワークとを有する送信回路を示す図である。
【図１０】[0037]ドハティ増幅器構成を組み込み、各増幅器パスが入力整合ネットワークと、出力整合ネットワークとを含む送信回路を示す図である。
【図１１】[0038]強化されたドハティ増幅器構成を組み込み、各増幅器パスが入力整合ネットワークと、出力整合ネットワークとを含む送信回路を示す図である。
【図１２】[0039]入力整合ネットワークまたは出力整合ネットワークに関する集中素子インピーダンスネットワークを示す図である。
【図１３】[0040]入力整合ネットワークまたは出力整合ネットワークに関する分散素子インピーダンスネットワークを示す図である。
【図１４】[0041]増幅回路、ならびに入力整合ネットワークおよび出力整合ネットワークがモノリシック集積回路上に設けられた送信回路を示す図である。
【図１５】[0042]ワイヤレス通信をサポートする基地局または類似したアクセスポイントを示す図である。
【図１６】[0043]ワイヤレス通信をサポートするモバイルデバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
[0044]以下に示される実施形態は、当業者が本開示を実施することを可能にするのに必要な情報を表し、さらに本開示を実施する最良の形態を例示する。添付の図面に照らして以下の説明を読むと、当業者には、本開示の概念が理解され、さらに本明細書で特に扱われないこれらの概念の適用例が認識されよう。これらの概念および応用例は、本開示、および添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることを理解されたい。
【００２８】
[0045]図７を参照すると、本開示の第１の実施形態による送信回路２０が示されている。送信回路２０は、制御−変調回路２２と、電力増幅回路（ＰＡ）２４と、出力整合ネットワーク２６と、アンテナ２８と、インピーダンス制御回路３０とを含む。制御−変調回路２２は、別個の、または組み込まれた制御−変調アーキテクチャを表すことが可能である。実装形態にかかわらず、制御−変調回路２２は、送信回路２０の全体的な制御、ならびに選択された変調スキームに従ってベースバンドデータを変調して、変調された無線周波数（ＲＦ）入力信号ＲＦＩＮを生成することをもたらす。例示的な変調スキームには、位相偏移変調（ＰＳＫ）、周波数偏移変調（ＦＳＫ）、振幅偏移変調（ＡＳＫ）、直角位相振幅変調（ＱＡＭ）、連続位相変調（ＣＰＭ）、直交周波数分割変調（ＯＦＤＭ）、スペクトル拡散変調、および以上の任意の変種が含まれ得るが、以上には限定されない。当業者には認識されるとおり、様々な変調スキームが、ワイヤレス通信をサポートするのに、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）技術、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）技術、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）技術、および直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）技術などの様々な多元接続技術において使用され得る。これらの変調スキームおよび多元接続技術は、音声通信およびデータ通信のための現行のワイヤレス通信標準および次世代のワイヤレス通信標準をサポートする。これらの標準には、ＣＤＭＡＯｎｅ／２０００、グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズ（ＧＳＭ）、パーソナルコミュニケーションサービス（ＰＣＳ）、ユニバーサルモバイルテレコミュニケーションズシステムズ（ＵＭＴＳ）、ワールドワイドインターオペラビリティフォーマイクロウェイブアクセス（ＷｉＭＡＸ）、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）などが含まれるが、以上には限定されない。
【００２９】
[0046]電力増幅回路２４は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅して、増幅されたＲＦ出力信号ＲＦＯＵＴを所望される電力レベルでもたらすように構成される。電力増幅回路２４は、事実上、任意のタイプの電力増幅器設計を使用することが可能であり、さらに、送信回路２０の所与のパフォーマンス要件および設計に依存して、クラスＡ、クラスＢ、クラスＡ／Ｂ、クラスＣ、クラスＤ、クラスＥ、クラスＦ、クラスＧ、クラスＨ，クラスＪ、クラスＴなどの様々な増幅器クラスに応じて動作するように設定されることが可能である。
【００３０】
[0047]出力整合ネットワーク２６は、可変インピーダンスネットワークをもたらし、さらに電力増幅回路２４とアンテナ２８の間に存在する。いくつかの静的インピーダンス素子および可変インピーダンス素子が、出力整合ネットワーク２６の可変インピーダンスネットワークを形成するのに使用され得る。この可変インピーダンスネットワークは、抵抗−容量（ＲＣ）型ネットワーク、誘導−容量（ＬＣ）型ネットワーク、または抵抗−誘導−容量（ＲＬＣ）型ネットワークの形態をとることが可能である。可変インピーダンスネットワークのインピーダンス素子には、それぞれ、インダクタ、キャパシタ、および抵抗器、または適切な均等物などの誘導素子、容量素子、および抵抗素子が含まれ得る。例えば、可変キャパシタは、一般に、バラクタと呼ばれる。図示するとおり、出力整合ネットワーク２６の一部分が、インダクタＬ１と、３つのバラクタＶ１、Ｖ２、およびＶ３を含むことが示される。この３つのバラクタＶ１、Ｖ２、およびＶ３は単に、様々なＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、および１つまたは複数の高調波のそれぞれに関して所望されるインピーダンスをもたらすように動的に調整される出力整合ネットワーク２６の能力を表すように示される。図示するとおり、出力整合ネットワーク２６は、現在のＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数ｆＣ、第２の高調波ｆ１２Ｈ、および第３の高調波ｆ１３Ｈのそれぞれに関して所望されるインピーダンスをもたらすように動的に調整され得る。
【００３１】
[0048]バラクタＶ１、Ｖ２、およびＶ３は、１つまたは複数のインピーダンス制御信号ＳＺＣを使用してインピーダンス制御回路３０によって制御されていることが例示される。例示される実施形態において、バラクタＶ１、Ｖ２、およびＶ３のそれぞれが、一意のインピーダンス制御信号ＳＺＣを受け取る。特に、所与の出力整合ネットワーク２６は、インピーダンス制御回路３０によって制御される任意の数の可変インピーダンス素子を含み得る。出力整合ネットワーク２６に関する例示的な構成については、図１２および図１３に関連して後段で説明する。
【００３２】
[0049]動作中、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数は、通信チャネルまたは動作モードが変化するにつれ、変化する可能性がある。さらに、送信回路２０が動作する様々な動作パラメータの条件もやはり、変化する可能性がある。例示的な動作パラメータには、所望される出力電力、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの振幅または位相、動作モードなどが含まれ得る。動作モードは、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを生成するのに使用される変調のタイプ、動作の周波数帯域、または以上の組み合わせと関係することが可能である。これらの動作パラメータの条件の変化は、所望される出力電力を増加させること、または低減すること、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの位相成分の振幅の変化、または１つの動作モードから別の動作モードへの切り換えに対応することが可能である。列挙される動作モードおよび条件の変化は、単に例示的であり、網羅的ではない。
【００３３】
[0050]ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、および動作パラメータの条件が変化するにつれ、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数において、さらに１つまたは複数の高調波において電力増幅回路２４にもたらされるそれぞれのインピーダンスもまた、所与のパフォーマンス規格と一般に呼ばれる、最低限のパフォーマンス基準を維持するように変化する必要がある。したがって、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、および動作パラメータの条件が変化するにつれ、インピーダンス制御回路３０が、出力整合ネットワーク２６の可変インピーダンス素子のうちの１つまたは複数の素子の値を所望されるように動的に調整する。可変インピーダンス素子の値は、出力整合ネットワーク２６が、所与のパフォーマンス規格を実現するようにＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数において、さらに１つまたは複数の高調波における所望される負荷インピーダンスを同時に、さらに実質的に継続的にもたらすように調整される。実際、バラクタＶ１、Ｖ２、およびＶ３などの可変インピーダンス素子の値は、インピーダンス制御回路３０によって動作中に所望されるように変調される。所与のパフォーマンス規格は、一般的に、または特定の動作条件のために、直線性、効率、機能する帯域幅、および電力利得などの１つまたは複数のメトリックに関する最低限のパフォーマンス要件を設定することが可能である。
【００３４】
[0051]インピーダンス制御回路３０は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの現在の中心周波数、および動作パラメータの条件に鑑みて出力整合ネットワーク２６の可変インピーダンス素子を設定すべき相対値を実質的に継続的に算出するように構成される。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの現在の中心周波数、および動作パラメータの条件は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの現在の中心周波数、および関係のある動作パラメータ条件を特定することが可能なパラメータ信号ＳＰを介して制御−変調回路２２によって与えられることが可能である。例えば、パラメータ信号ＳＰは、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの振幅、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの位相、所望される出力電力レベル、および動作モードのうちの１つまたは複数に関する情報を提示することが可能である。さらに、処理回路３２が、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを動的に監視して、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、振幅、または位相などの、これらの動作パラメータ条件のいくつかを検出することも可能である。一実施形態において、処理回路３２は、パラメータ信号ＳＰからＲＦ入力信号ＲＦＩＮの現在の中心周波数、所望される出力電力レベル、および動作モードを取り出す。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの現在の振幅情報または位相情報は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを解析することに応答して算出される。
【００３５】
[0052]ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの現在の中心周波数、および動作パラメータ条件が獲得されると、処理回路３２が、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、および現在の動作パラメータ条件に鑑みて出力整合ネットワーク２６の可変インピーダンス素子を設定すべき相対値を算出する。可変インピーダンス素子の値をどのように制御すべきかを決定するのに、処理回路３２は、現在の中心周波数、および動作パラメータ条件に基づいて１つまたは複数のルックアップテーブル（ＬＵＴ）３４にアクセスする。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの利用可能な中心周波数と動作パラメータ条件の各組み合わせに関して、ルックアップテーブル３４は、制御データを格納する。この制御データは、出力整合ネットワーク２６が、所与のパフォーマンス規格を実現するようにＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数において、さらに高調波における所望される負荷インピーダンスを絶えずもたらすように、出力整合ネットワーク２６の可変インピーダンス素子のうちの１つまたは複数の素子の値を調整するのに使用される。
【００３６】
[0053]図７の実施形態の場合、ルックアップテーブル３４の中の各エントリに関する制御データは、特定の中心周波数、および動作パラメータ条件の特定の組み合わせに対応する。この制御データは、３つのバラクタＶ１、Ｖ２、およびＶ３の各バラクタの容量値を、対応する中心周波数および動作パラメータ条件に最も適した値に設定するのに十分な情報を含む。具体的には、３つのバラクタＶ１、Ｖ２、およびＶ３の各バラクタに関する制御データは、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）３６の対応するチャネルに送られ、ＤＡＣ３６が、それぞれのバラクタＶ１、Ｖ２、およびＶ３の容量値を設定する対応するアナログインピーダンス制御信号ＳＺＣを生成する。このため、出力整合ネットワーク２６のバラクタＶ１、Ｖ２、およびＶ３の容量値は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、および関係のある動作パラメータ条件に基づいて設定される。このプロセスは、実質的に絶えず繰り返され、出力整合ネットワーク２６における可変インピーダンス素子の値は、電力増幅回路２４に、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数において、さらに１つまたは複数の高調波における所望されるインピーダンスが絶えずもたらされるように、事実上、変調される。
【００３７】
[0054]例えば、電力増幅回路２４の出力にもたらされる負荷インピーダンスを規定する関係のある動作パラメータが、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの振幅、所望される出力電力、ならびにＲＦ入力信号ＲＦＩＮを生成するのに使用された変調のタイプであるものと想定されたい。各ルックアップテーブルエントリに関する制御データは、所定であり、さらに、事実上、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの利用可能な中心周波数、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの利用可能な振幅、利用可能な出力電力レベル、利用可能な変調タイプに応じる。動作中、インピーダンス制御回路３０は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの現在の中心周波数、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの振幅、所望される出力電力レベル、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを生成するのに使用された変調のタイプを実質的に絶えず監視する。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの現在の中心周波数、および列挙される動作パラメータ条件に基づいて、インピーダンス制御回路３０は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの瞬時振幅、所望される出力電力レベル、ならびにＲＦ入力信号ＲＦＩＮを生成するのに使用された変調のタイプに対応するルックアップテーブルエントリからの制御データを選択する。選択された制御データは、ＤＡＣ３６に与えられ、ＤＡＣ３６が、出力整合ネットワーク２６におけるインピーダンス素子のうちの１つまたは複数の素子の値を設定する、対応するインピーダンス制御信号ＳＺＣをもたらす。このプロセスが繰り返されるにつれ、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数における所望される負荷インピーダンス、および１つまたは複数の高調波における所望される負荷インピーダンスは、変化しつづける中心周波数および動作パラメータ条件に応答して、絶えず変更される。
【００３８】
[0055]ルックアップテーブル３４の代替として、インピーダンス制御回路３０は、１つまたは複数のアルゴリズムを使用して、その制御データをリアルタイムで動的に計算してもよい。これらのアルゴリズムは、事実上、増幅されているＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数と関係のある動作パラメータの関数である。ルックアップテーブル３４をポピュレートする制御データの場合と同様に、これらのアルゴリズムを介して生成される制御データは、現在の動作パラメータ条件に鑑みてＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数において、さらに１つまたは複数の高調波における所望されるインピーダンスがもたらされるように、前述したとおり、出力整合ネットワーク２６の可変インピーダンス素子の値を設定するのに使用される。
【００３９】
[0056]様々な動作パラメータ条件にわたって可能な各中心周波数において、さらにその中心周波数に関連する高調波において、出力整合ネットワーク２６によって電力増幅回路２４に与えられるインピーダンス値は、試験、実験、モデル化などを介して動作に先立って特徴付けられる。異なるパフォーマンス基準は、異なるインピーダンス値を規定するので、インピーダンス値の魔法のセットは存在しない。しかし、直線性、効率、電力利得、および帯域幅のうちの１つまたは複数に或る重み付けまたは相対優先度を適用するパフォーマンス基準の場合、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数におけるインピーダンスの注意深い選択に加えた、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの高調波におけるインピーダンスの注意深い選択が、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数におけるインピーダンスを単に制御することと比べて、大きなパフォーマンス利得をもたらす。インピーダンスが特徴付けられると、出力整合ネットワーク２６は、中心周波数と動作パラメータ条件の利用可能な各組み合わせに関して、中心周波数において、さらに選択された高調波において要求されるインピーダンスをもたらすのに十分な変動性を有して設計される、または合成される。次に、インピーダンス制御回路３０が、現在の中心周波数、および動作パラメータ条件に鑑みてＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数において、さらに選択された高調波における所望されるインピーダンスがもたらされるように出力整合ネットワーク２６を制御する適切なルックアップテーブル３４またはアルゴリズムを有して構成される。
【００４０】
[0057]例として、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、第２の高調波、および第３の高調波におけるインピーダンスが制御され、さらに効率が、所与のパフォーマンス規格における主要な重点である実施形態を考慮されたい。一構成において、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの利用可能な中心周波数のそれぞれにおいて電力増幅回路２４にもたらされるインピーダンスは、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮのその中心周波数を通過させるように構成される。これに対して、利用可能な中心周波数のそれぞれに関する第２の高調波、および第３の高調波のそれぞれにおけるインピーダンスは、このそれぞれの高調波を反射して、電力増幅回路２４に向けて返すように構成される。第２の高調波、および第３の高調波が特定の位相で反射されると、効率が最適化される。これらの特定の位相は、実施形態に基づいて異なる。反射された高調波は、電力増幅回路２４の本来備わったフィードバックキャパシタンスを介して電力増幅回路の出力から入力に容量結合され得る。その結果、反射された高調波からのエネルギーが、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを強化して、これにより、システムの動作効率が高められる。強化の性質が、効率、およびその他のパフォーマンスメトリックに大きな影響を与えることが判明している。
【００４１】
[0058]また、帯域幅が、効率および直線性に関する過度のペナルティなしに優先されることも可能である。本出願者らは、出力インピーダンスネットワーク２６によってもたらされるインピーダンスが、電力増幅回路２４の単一の電力増幅器が、極めて広い帯域幅および出力電力範囲にわたって正確に、さらに効率的に動作することを許すように制御され得ることを明らかにしている。適切な出力インピーダンス変調を用いて、単一の電力増幅器が、ＵＭＴＳ信号、ＰＣＳ信号、ＷｉＭＡＸ信号、およびＬＴＥ信号を正確に、さらに効率的に増幅することができる。ＰＣＳは、約１．８ギガヘルツ（ＧＨｚ）で動作し、ＵＭＴＳは、２．１１ＧＨｚから２．１７ＧＨｚまでの範囲内で動作し、ＷｉＭＡＸは、約２．５ＧＨｚで動作し、さらにＬＴＥは、約２．６ＧＨｚおよび約２．７ＧＨｚで動作するので、単一の電力増幅器に関する動作の帯域幅は、１ＧＨｚを超える。効率は、４０ｄＢｍから５０ｄＢｍまで及ぶことが可能な平均電力範囲にわたって８０％に近づくことが可能である。クラスＪ（単一パス）増幅器に関して、２ＧＨｚの帯域幅が、６５％という高い効率で実現され得る。
【００４２】
[0059]本開示の概念は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数においてもたらされるインピーダンスだけしか考慮せず、制御しない既存の設計の欠点を改善する。特に、本開示の概念は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数においてもたらされるインピーダンスを制御することに加えて、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮのいくつかの高調波においてもたらされるインピーダンスを特に制御することによって、電力増幅回路２４にもたらされる負荷インピーダンスを動的に調整すること、または変調することに関する。この概念が、図８のスミスチャートに関連して後段で例示される。全体的に、円は、パフォーマンス規格を満たすように設計者によってあらかじめ決定された、または特徴付けられた許容できるインピーダンス範囲を表す。点は、出力整合ネットワーク２６によってもたらされる実際のインピーダンスを表す。特に、このスミスチャートは、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが、その他の動作パラメータ条件が静的なままでありながら、第１の中心周波数ｆ１Ｃから第２の中心周波数ｆ２Ｃに変わる前と後の理想的なインピーダンス範囲、および実際のインピーダンス点を例示する。図示するとおり、第１の中心周波数ｆ１Ｃにおける実際のインピーダンス（点）、および第２の中心周波数ｆ２Ｃにおける実際のインピーダンス（点）は、それぞれ、所望されるインピーダンス範囲（円）内に含まれる。本開示の概念によれば、第１の中心周波数ｆ１Ｃの第２の高調波ｆ１２Ｈ、および第３の高調波ｆ１３Ｈにおける実際のインピーダンス（点）は、これらのインピーダンス（点）の所望されるインピーダンス範囲（円）内に含まれる。第２の中心周波数ｆ２Ｃの第２の高調波ｆ２２Ｈ、および第３の高調波ｆ２３Ｈにおける実際のインピーダンス（点）もまた、それらのインピーダンス（点）の所望されるインピーダンス範囲（円）内に含まれる。それぞれの中心周波数、および関連する高調波におけるインピーダンスのそれぞれは、それぞれのインピーダンスの所望される範囲内に含まれるので、全体的なパフォーマンスは、中心周波数の高調波におけるインピーダンスが考慮されず、さらに所望される範囲を大きく外れる可能性が高いシステムと比べて向上する。
【００４３】
[0060]図９を参照すると、本開示の別の実施形態が、電力増幅回路２４のソースにおける入力整合ネットワーク３８を備える。入力整合ネットワーク３８は、出力整合ネットワーク２６とほぼ同じように構成され、制御される。具体的には、入力整合ネットワーク３８は、電力増幅回路２４のソースに存在し、さらにいくつかの静的インピーダンス素子および可変インピーダンス素子を含む可変インピーダンスネットワークである。図示するとおり、入力整合ネットワーク２８の一部分が、インダクタＬ２と、３つのバラクタＶ４、Ｖ５、およびＶ６とを含むことが示される。この３つのバラクタＶ４、Ｖ５、およびＶ６は、様々なＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、および１つまたは複数の高調波のそれぞれに関して所望されるインピーダンスをもたらすように動的に調整される出力整合ネットワーク３８の能力を表すように示される。図示するとおり、入力整合ネットワーク３８は、現在のＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数ｆＣ、第２の高調波ｆ２Ｈ、および第３の高調波ｆ３Ｈのそれぞれに関して所望されるインピーダンスをもたらすように動的に調整され得る。
【００４４】
[0061]バラクタＶ４、Ｖ５、およびＶ６もやはり、１つまたは複数のインピーダンス制御信号ＳＺＣを使用してインピーダンス制御回路３０によって制御される。例示される実施形態において、バラクタＶ４、Ｖ５、およびＶ６のそれぞれが、一意のインピーダンス制御信号ＳＺＣを受け取る。この場合も、入力整合ネットワーク３８の例示される構成は単に、様々なＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、および１つまたは複数の高調波のそれぞれに関して所望されるインピーダンスを設定することができるという概念を表すように与えられる。このため、所与の入力整合ネットワーク３８は、インピーダンス制御回路３０によって制御される任意の数の可変インピーダンス素子を含み得る。
【００４５】
[0062]ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、および動作パラメータの条件が変化するにつれ、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数において、さらに１つまたは複数の高調波において入力整合ネットワーク３８によってもたらされるそれぞれのインピーダンスもまた、所与のパフォーマンス規格を維持するように変化する必要があり得る。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、および動作パラメータの条件が変化するにつれ、インピーダンス制御回路３０が、入力整合ネットワーク３８の可変インピーダンス素子のうちの１つまたは複数の素子の値を所望されるように動的に調整する。可変インピーダンス素子の値は、入力整合ネットワーク３８が、所与のパフォーマンス規格を実現するようにＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数において、さらに１つまたは複数の高調波における所望される負荷インピーダンスを実質的に絶えずもたらすように調整される。
【００４６】
[0063]図９の実施形態の場合、インピーダンス制御回路３０は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの現在の中心周波数、および動作パラメータの条件に鑑みて入力整合ネットワーク３８および出力整合ネットワーク２６の可変インピーダンス素子を設定すべき相対値を実質的に絶えず算出するように構成される。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの現在の中心周波数、および動作パラメータの条件は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの現在の中心周波数、および関係のある動作パラメータ条件のうちの１つまたは複数を特定することが可能なパラメータ信号ＳＰを介して制御−変調回路２２によって与えられることが可能である。この場合も、処理回路３２が、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを動的に監視して、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、振幅、または位相などの、いくつかの動作パラメータ条件を検出することも可能である。
【００４７】
[0064]ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの現在の中心周波数、および動作パラメータ条件が獲得されると、処理回路３２が、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、および現在の動作パラメータ条件に鑑みて入力整合ネットワーク３８および出力整合ネットワーク２６の可変インピーダンス素子を設定すべき相対値を算出する。図９の実施形態の場合、ルックアップテーブル３４の中の各エントリに関する制御データは、特定の中心周波数、および動作パラメータ条件の特定の組み合わせに対応する。この制御データは、出力整合ネットワーク２６における３つのバラクタＶ１、Ｖ２、およびＶ３の各バラクタの容量値、ならびに入力整合ネットワーク３８における３つのバラクタＶ４、Ｖ５、およびＶ６の各バラクタの容量値を、対応する中心周波数および動作パラメータ条件に最も適していると考えられる値に設定するのに十分な情報を含む。この６つのバラクタＶ１からＶ６の各バラクタに関する制御データは、ＤＡＣ３６の対応するチャネルに送られ、ＤＡＣ３６が、それぞれのバラクタＶ１からＶ６の容量値を設定する対応するアナログインピーダンス制御信号ＳＺＣを生成する。このため、出力整合ネットワーク２６のバラクタＶ１、Ｖ２、およびＶ３の容量値、および入力整合ネットワーク３８のバラクタＶ４、Ｖ５、およびＶ６の容量値は、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの現在の中心周波数および動作パラメータ条件に基づいて設定される。このプロセスは、実質的に絶えず繰り返され、入力整合ネットワーク３８および出力整合ネットワーク２６における可変インピーダンス素子の値は、電力増幅回路２４に、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数において、さらに１つまたは複数の高調波における所望されるインピーダンスが絶えずもたらされるように、事実上、変調される。
【００４８】
[0065]注意すべきこととして、入力整合ネットワーク３８と出力整合ネットワーク２６は、一般に、異なり、所与のパフォーマンス規格を実現するのに異なる役割を果たす。したがって、任意の所与の時点で電力増幅回路２４のソースおよび負荷においてもたらされるインピーダンスは、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数と様々な高調波において異なる可能性が高い。一構成において、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの利用可能な中心周波数のそれぞれにおいて電力増幅回路２４のソースにもたらされるインピーダンスは、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮのその中心周波数を通過させるように構成される。これに対して、それらの利用可能な中心周波数のそれぞれに関する第２の高調波、および第３の高調波のそれぞれにおけるインピーダンスは、出力にフィードバックされるそれぞれの高調波を反射して、電力増幅回路２４に向けて返すように構成される。この場合も、第２の高調波、および第３の高調波は、効率を最適化するように特定の位相で反射される、またはそれ以外で操作されることが可能である。これらの特定の位相は、実施形態に基づいて異なる。
【００４９】
[0066]前述したとおり、可変入力整合ネットワーク３８および可変出力整合ネットワーク２６を設けること、および制御することは、実質的に任意のタイプの電力増幅器設計に関して有益である。単一パス増幅器設計の場合、可変入力整合ネットワーク３８および可変出力整合ネットワーク２６は、電力増幅回路２４の前後に配置され得る。ドハティ増幅器構成を使用する設計などの並列パス増幅器設計の場合、入力整合ネットワーク３８および出力整合ネットワーク２６は、並列パスのそれぞれにおける電力増幅回路２４の前後に配置され得る。本開示の概念を使用するドハティ増幅器構成が、図１０に関連して後段で説明される。
【００５０】
[0067]図示するとおり、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮは、「キャリアパス」上、および「ピーキングパス」上でＲＦ入力信号ＲＦＩＮを分割する直交結合器などの電力スプリッタ４０に供給される。キャリアパスは、キャリア入力整合ネットワーク４２と、キャリア電力増幅回路４４と、キャリア出力整合ネットワーク４６と、伝送路などの９０°移相素子４８とを含み、さらにドハティ合成ノードに終端する。ドハティ合成ノードは、アンテナ２８に結合された変圧器５０に結合される。ピーキングパスは、９０°移相素子５２と、ピーキング入力整合ネットワーク５４と、ピーキング電力増幅回路５６と、ピーキング出力整合ネットワーク５８とを含み、さらにドハティ合成ノードに終端する。
【００５１】
[0068]従来のドハティ様態で、キャリア電力増幅回路４４が、クラスＡＢ（またはＢ）増幅器をもたらし、さらにピーキング電力増幅回路５６が、クラスＣ増幅器をもたらす。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮのレベルが或る所与のしきい値を下回っている期間中、キャリア電力増幅回路４４のクラスＡＢ増幅器は、キャリアパスを流れるＲＦ入力信号ＲＦＩＮの部分を効率的に増幅する。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが或る所与のしきい値を下回ると、ピーキング電力増幅回路５６のクラスＣ増幅器がオフにされて、ほとんど電力を消費しない。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮがその所与のしきい値を超えている期間中、キャリア電力増幅回路４４のクラスＡＢ増幅器は、キャリアパスを流れるＲＦ入力信号ＲＦＩＮの部分を増幅する際にクラスＡＢ増幅器の最大限の電力を送る。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが或る所与のしきい値を下回ると、ピーキング電力増幅回路５６のクラスＣ増幅器がオンになり、さらにピーキングパスを流れるＲＦ入力信号ＲＦＩＮの部分を増幅する際にクラスＣ増幅器の最大限までの電力を送る。９０°移相素子４８および５２を使用することによって、キャリアパスおよびピーキングパスからの増幅された信号は、同相でドハティ合成ノードに到達し、さらに変圧器５０を介してリアクタンス合成され、次に、昇圧されてから、送信のためにアンテナ２８に送られる。ドハティ構成では、電力付加効率は、単一パス増幅器または他の平衡増幅器と比べて、バックオフ電力レベルにおいて大幅に向上する。
【００５２】
[0069]ドハティ増幅器は、効率的であるが、本開示の概念は、従来のドハティ増幅器の効率を５０％もさらに増加させることが可能である。図１０を引き続き参照すると、キャリア入力整合ネットワーク４２およびキャリア出力整合ネットワーク４６が、キャリアパス上で電力増幅回路４４のソースおよび負荷に設けられている。ピーキング入力整合ネットワーク５４およびピーキング出力整合ネットワーク５８が、ピーキングパス上でピーキング電力増幅回路５６のソースおよび負荷に設けられている。キャリア入力整合ネットワーク４２およびピーキング入力整合ネットワーク５４は、前述した入力整合ネットワーク３８と同様に構成され、制御される。同様に、キャリア出力整合ネットワーク４６およびピーキング出力整合ネットワーク５８も、前述した出力整合ネットワーク２６と同様に構成され、制御される。これらの整合ネットワーク４２、４６、５４、５８のそれぞれは、インピーダンス制御信号ＳＺＣを介してインピーダンス制御回路３０によって値が動的に制御される静的インピーダンス素子および可変インピーダンス素子を含み得る。
【００５３】
[0070]ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、および動作パラメータの条件が変化するにつれ、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数において、さらに１つまたは複数の高調波においてこれらの整合ネットワーク４２、４６、５４、５８によってもたらされるそれぞれのインピーダンスもまた、所与のパフォーマンス規格を維持するように変化する必要があり得る。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数、および動作パラメータの条件が変化するにつれ、インピーダンス制御回路３０が、整合ネットワーク４２、４６、５４、５８の可変インピーダンス素子の値を所望されるように動的に調整する。可変インピーダンス素子の値は、整合ネットワーク４２、４６、５４、５８が、所与のパフォーマンス規格を実現するようにＲＦ入力信号ＲＦＩＮの中心周波数において、さらに１つまたは複数の高調波における所望される負荷インピーダンスを実質的に絶えずもたらすように調整される。
【００５４】
[0071]整合ネットワーク４２、４６、５４、５８における可変インピーダンス素子の値を制御することに加えて、インピーダンス制御回路３０は、変圧器５０に関連付けられた可変インピーダンス素子を制御するようにも構成され得る。一部の実例において、いくつかの動作パラメータ条件に基づいて変圧器５０の有効インピーダンスを動的に変更することによって、送信回路２０のパフォーマンスをさらに向上させることが可能である。例示される実施形態において、様々な周波数において変圧器５０に関連するインピーダンスを変えるための手段をもたらすように分路バラクタＶＴが、変圧器５０の出力に設けられる。
【００５５】
[0072]これらの前述した概念は、任意の数の並列増幅器パスに拡張され得る。例えば、図１１が、３つのパス、すなわち、キャリアパスと、ピーキングパスと、補助ピーキングパスとを含む変形されたドハティ構成を示す。キャリアパスおよびピーキングパスは、図１０に関連して説明したのとほぼ同様に設けられる。補助ピーキングパスは、９０°移相素子６０と、補助ピーキング入力整合ネットワーク６２、補助ピーキング電力増幅回路６４と、補助ピーキング出力整合ネットワーク６６とを含み、さらにドハティ合成ノードに終端する。
【００５６】
[0073]補助ピーキング電力増幅回路６４は、クラスＣ増幅器をもたらす。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮのレベルが第１のしきい値を下回っている期間中、キャリア電力増幅回路４４のクラスＡＢ増幅器は、キャリアパスを流れるＲＦ入力信号ＲＦＩＮの部分を効率的に増幅する。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第１のしきい値を下回ると、ピーキング電力増幅回路５６および補助ピーキング電力増幅回路６４のクラスＣ増幅器がオフにされて、ほとんど電力を消費しない。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第１のしきい値を超えるとともに、第２のしきい値を下回っている期間中、キャリア電力増幅回路４４のクラスＡＢ増幅器は、キャリアパスを流れるＲＦ入力信号ＲＦＩＮの部分を増幅する際にクラスＡＢ増幅器の最大限の電力を送る。ピーキングパスを流れるＲＦ入力信号ＲＦＩＮの部分を増幅する際、ピーキング電力増幅回路５６のクラスＣ増幅器がオンになり、さらにクラスＣ増幅器の最大限までの電力を送る。補助ピーキング電力増幅回路６４のクラスＣ増幅器は、オフになったままである。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが第２のしきい値を超えている期間中、キャリア電力増幅回路４４のクラスＡＢ増幅器、およびピーキング電力増幅回路５６のクラスＣ増幅器が、最大限の電力を送る。さらに、補助ピーキングパスを流れるＲＦ入力信号ＲＦＩＮの部分を増幅する際、補助ピーキング電力増幅回路６４のクラスＣ増幅器がオンになり、さらにクラスＣ増幅器の最大限の電力を送る。
【００５７】
[0074]キャリアパス、ピーキングパス、および補助ピーキングパスからの増幅された信号は、同相でドハティ合成ノードに到達し、さらに変圧器５０を介してリアクタンス合成され、さらに昇圧されてから、送信のためにアンテナ２８に送られる。このドハティ構成では、電力付加効率は、従来のドハティ構成と比べて、バックオフ電力レベルにおいてさらに向上する。さらに、補助ピーキング入力整合ネットワーク６２および補助ピーキング出力整合ネットワーク６６は、ピーキング入力整合ネットワーク５４およびピーキング出力整合ネットワーク５８と基本的に同様に構成され、さらに動的に制御される。
【００５８】
[0075]図１２を参照すると、集中素子ネットワークが例示されている。前述した入力整合ネットワークまたは出力整合ネットワークのいずれも、少なくとも部分的には、図１２の集中素子ネットワーク、またはその変種によって形成され得る。集中素子ネットワークは、一般に、受動型構成要素の使用によって特徴付けられる。例示されるネットワークは、直列インダクタＬ３、Ｌ４、およびＬ５と、分路インダクタＬ６およびＬ７と、直列バラクタＶ７と、バイパス直列バラクタＶ８と、分路バラクタＶ９およびＶ１０とを含む。バラクタＶ７からＶ１０のそれぞれが、インピーダンス制御回路３０のインピーダンス制御信号によって制御されていることが図示される。集中素子ネットワーク構成の数がほぼ無限であり、さらに集中素子ネットワークが、任意の数の静的抵抗器および可変抵抗器、静的インダクタおよび可変インダクタ、ならびに静的キャパシタおよび可変キャパシタを含み得ることが当業者には認識されよう。図示される例は単に、入力整合ネットワークまたは出力整合ネットワークの可変インピーダンスネットワークのすべてまたは一部分の１つの例示的な構成を示すに過ぎない。
【００５９】
[0076]図１３は、分散ネットワークとして図１２の集中素子インピーダンスネットワークの実施形態を示す。分散インピーダンスネットワークは、一般に、伝送路の使用によって特徴付けられる。図示される例において、インダクタＬ３からＬ７が、インダクタＬ３からＬ７と均等のインタクタンスをもたらす伝送路ＴＬ１からＴＬ５で置き換えられる。
【００６０】
[0077]本開示の一実施形態において、少なくとも入力整合ネットワーク３８、出力整合ネットワーク２６、および電力増幅回路２４が、図１４に示されるとおり、同一のマイクロ波モノリシック集積回路上に形成される。図示するとおり、入力整合ネットワーク３８、出力整合ネットワーク２６、および電力増幅回路２４はすべて、同一の窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体チップ上に形成されることが可能であり、さらに制御−変調回路２２やインピーダンス制御回路３０などの残りの制御−処理回路は、１つのシリコン（Ｓｉ）半導体チップ上に形成されること、または複数のシリコン半導体チップにわたって配置されることが可能である。一実施形態において、インピーダンス制御回路３０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）において実施される。窒化ガリウム材料系およびシリコン材料系が例として使用されるが、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）などの他の材料系が、送信回路２０の様々な部分を形成するのに使用されてもよい。
【００６１】
[0078]特に平均出力電力が１０（十）ワットの範囲内にあるいくつかの事例において、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）ソリューションを使用することが、非常に有益であると判明している。特に、非モノリシックソリューションに関連して位相遅延が生じることが、もたらされるインピーダンスの補正分解能および精度に影響を及ぼして、その結果、瞬時帯域幅、およびその他のパフォーマンスメトリックが悪影響を受ける可能性がある。さらに、ＭＭＩＣを形成するのにＧａＮ材料系を使用することが、システムの分解能および精度をさらに向上させることが判明している。
【００６２】
[0079]そのようなソリューションにおいて、単一段または多段のシングルエンド増幅器、またはドハティ増幅器構成が、単一の集積回路内、または単一のチップ内に組み込まれ得る。高調波負荷は、電力増幅回路２４の入力においても、出力においても、非常に制御しやすくなり、さらに電力増幅回路２４を形成するトランジスタに電気的に近接して位置付けられることが可能である。電力増幅器パフォーマンスの再現性、ならびにＭＭＩＣソリューションの製造の容易さおよび高い歩留まりは、裸のトランジスタチップもしくは他のチップ構成要素、またはパッケージトランジスタをプリント回路基板整合と一緒に使用する混成アプローチに優ることが可能である。
【００６３】
[0080]さらなる利益は、いくつかの「低い平均電力の」集積回路が、より高い平均電力が要求されるアプリケーションをサポートするように組み合わせられ得るように、混成の回路と比べてＭＭＩＣソリューションのサイズが小さくなることである。このため、トランジスタ、バラクタ、およびその他の受動型構成要素を組み込んだ単一のＭＭＩＣが、「低電力」（分散アーキテクチャ、ピコセル、またはフェーズドアレイ）アプリケーションのために単独で使用されることが可能であり、さらにいくつかの組み合わされたＭＭＩＣが、「高電力」（固定の塔およびマイクロセル／マクロセル）アプリケーションのために使用されることが可能である。
【００６４】
[0081]やはり図１４に示されるとおり、フィードバック信号ＦＳを介して出力整合ネットワーク２６からの、または出力整合ネットワーク２６についての、インピーダンス制御回路３０へのフィードバックが用いられることが可能である。具体的には、出力整合ネットワーク２６に関連して、またはインピーダンス制御回路３０において「スニフィング」回路が使用されて、インピーダンス制御回路３０が、ＲＦ出力信号ＲＦＯＵＴを監視して、出力整合ネットワーク２６が所望されるとおりのパフォーマンスを示すことを確実にすることが可能である。このため、出力整合ネットワーク２６の可変インピーダンス素子の値は、ＲＦ出力信号ＲＦＯＵＴおよびＲＦ入力信号ＲＦＩＮの適切な中心周波数および高調波周波数において適切なインピーダンスがもたらされることを確実にするように微調整され得る。
【００６５】
[0082]図１５を参照すると、本開示の一実施形態に従って構成された基地局が示されている。この基地局は、ワイヤレス通信をサポートする任意のワイヤレスアクセスポイントの役割をし、さらにＯＦＤＭＡ、ＣＤＭＡ、およびＴＤＭＡを使用する従来のセルラ技術、およびローカルワイヤレス技術などの任意のタイプのワイヤレス通信技術をサポートすることが可能である。この基地局は、一般に、制御システム６８と、ベースバンドプロセッサ７０と、前述したような送信回路２０と、受信回路７２と、もう１つのアンテナ７４と、ネットワークインターフェース７６とを含む。制御システム６８は、動作のために要求される必須のソフトウェアおよびデータを格納するためのメモリを有する。一実施形態において、制御システム６８は、ＦＰＧＡとして実装される。受信回路７２は、モバイルデバイスの１つまたは複数の遠隔送信機からの情報を担う無線周波数信号を受信する。好ましくは、低雑音増幅器およびフィルタ（図示せず）が、処理のために信号からのブロードバンド干渉を増幅し、さらに除去するように協働する。次に、ダウンコンバート−デジタル化回路（図示せず）が、ろ波された、受信された信号を、中間周波数信号またはベースバンド周波数信号にダウンコンバートし、次に、この信号が１つまたは複数のデジタルストリームにデジタル化される。
【００６６】
[0083]ベースバンドプロセッサ７０が、デジタル化された、受信された信号を処理して、受信された信号の中の情報またはデータビットを抽出する。この処理は、通常、復調動作、復号動作、および誤り訂正動作を備える。このため、ベースバンドプロセッサ７０は、一般に、１つまたは複数のデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）として実装される。受信された情報は、次に、ネットワークインターフェース７６を介してコアネットワークに送られ、またはこの基地局によるサービスを受ける別のモバイルデバイスに向けて送信される。ネットワークインターフェース７６は、通常、基地局コントローラ（図示せず）を介してコアネットワークと対話する。
【００６７】
[0084]送信側で、ベースバンドプロセッサ７０が、制御システム６８の制御下でネットワークインターフェース７６から、音声、データ、または制御情報を表し得るデジタル化されたデータを受け取る。一実施形態において、制御システム６８は、ＦＰＧＡとして実装される。ベースバンドプロセッサ７０は、送信のためにデータを符号化する。符号化されたデータは、送信回路２０に出力され、送信回路２０において、この符号化されたデータは、変調器によって、所望される１つまたは複数の送信周波数にあるキャリア信号を変調するのに使用される。電力増幅回路２４（図７）が、この変調されたキャリア信号を、送信に適切なレベルまで増幅し、さらにこの変調されたキャリア信号を、出力整合ネットワーク２６（図７）を介してアンテナ７４のうちの１つまたは複数に送る。
【００６８】
[0085]図１６を参照すると、本開示の一実施形態に従って構成されたモバイルデバイスが示されている。このモバイルデバイスは、様々なタイプの基地局と適合する通信技術をサポートする。このモバイルデバイスは、制御システム７８と、ベースバンドプロセッサ８０と、前述したような送信回路２０と、受信回路８２と、１つまたは複数のアンテナ８４と、インターフェース回路８６とを含む。制御システム７８は、動作のために要求される必須のソフトウェアおよびデータを格納するためのメモリを有する。受信回路８２は、基地局によって備えられる１つまたは複数の遠隔送信機からの情報を担う無線周波数信号を受信する。好ましくは、低雑音増幅器およびフィルタ（図示せず）が、処理のために信号からのブロードバンド干渉を増幅し、さらに除去するように協働する。次に、ダウンコンバート−デジタル化回路（図示せず）が、ろ波された、受信された信号を、中間周波数信号またはベースバンド周波数信号にダウンコンバートし、次に、この信号が１つまたは複数のデジタルストリームにデジタル化される。ベースバンドプロセッサ８０が、デジタル化された、受信された信号を処理して、受信された信号の中の情報またはデータビットを抽出する。この処理は、通常、復調動作、復号動作、および誤り訂正動作を備える。ベースバンドプロセッサ８０は、一般に、１つまたは複数のＤＳＰとして実装される。
【００６９】
[0086]送信に関して、ベースバンドプロセッサ８０は、制御システム７８から、音声、データ、メディア、または制御情報を表し得るデジタル化されたデータを受け取り、このデータを、ベースバンドプロセッサ８０が、送信のために符号化する。この符号化されたデータが、送信回路２０に出力され、送信回路２０において、この符号化されたデータは、変調器によって、所望される１つまたは複数の送信周波数にあるキャリア信号を変調するのに使用される。電力増幅回路２４（図７）が、この変調されたキャリア信号を、送信に適切なレベルまで増幅し、さらにこの変調されたキャリア信号を、出力整合ネットワークを介して１つまたは複数のアンテナ８４に送る。
【００７０】
[0087]本開示の実施形態の改良形態および変形形態が当業者には認識されよう。すべてのそのような改良形態および変形形態は、本明細書、および添付の特許請求の範囲で開示される概念の範囲に含まれるものと見なされる。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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