(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅器の出力側に接続された負荷変動器と、負荷制御部と、を備えたロードモジュレーション方式の増幅装置であって、
前記負荷変動器には、可変位相器が用いられ、
前記可変位相器は、
信号が入力される第１ポートと、信号が出力される第２ポートと、第１可変インピーダンスが接続される第３ポートと、第２可変インピーダンスが接続される第４ポートと、を備え、第１ポートから入力された信号の位相が第１可変インピーダンス及び第２可変インピーダンスによって変化するよう構成され、
前記負荷制御部は、前記増幅装置の入力信号の振幅に応じて、前記第１可変インピーダンスと第２可変インピーダンスとの間のインピーダンス差を調整することで、前記第１ポート及び第２ポート間の負荷を変動させて、前記増幅器の出力信号に振幅変動を生じさせる
増幅装置。
【請求項２】
前記増幅器と前記負荷変動器との間に設けられたインピーダンス変換器を更に備え、
前記インピーダンス変換器は、前記増幅器からみた前記負荷変動器による負荷が、前記増幅器とインピーダンス整合するインピーダンスよりも高い範囲で変動するようにインピーダンス変換を行う
請求項１記載の増幅装置。
【請求項３】
前記第１ポートに入力される前の信号の位相を回転させる位相器を更に備えている
請求項１又は２に記載の増幅装置。
【請求項４】
信号が前記負荷変動器を通過することによって生じる位相の変化を補正する位相補正部を更に備えている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項５】
前記負荷制御部が前記第１可変インピーダンス及び第２可変インピーダンスそれぞれを調整する制御信号、及び／又は、前記増幅器の出力信号に対する遅延調整を行う遅延調整部を更に備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項６】
前記第１可変インピーダンスは、第１可変容量及び第１インダクタを含み、
前記第２可変インピーダンスは、第２可変容量及び第２インダクタを含む、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項７】
前記第１インダクタ及び／又は前記第２インダクタは、分布定数線路によって構成されている
請求項６記載の増幅装置。
【請求項８】
前記第１可変容量は、前記第１インダクタを介して、前記第３ポートに接続され、
前記第２可変容量は、前記第２インダクタを介して、前記第４ポートに接続されている
請求項７記載の増幅装置。
【請求項９】
前記第１インダクタ及び／又は前記第２インダクタのインピーダンスは、前記増幅装置によって増幅された信号の伝送路の特性インピーダンスの値とは異なる値に設定されている
請求項７又は８記載の増幅装置。
【請求項１０】
前記第１インダクタ及び／又は前記第２インダクタのインピーダンスは、前記増幅装置によって増幅された信号の伝送路の特性インピーダンスの値の８０％以下の値に設定されている
請求項７〜９のいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項１１】
前記第１インダクタ及び／又は前記第２インダクタのインピーダンスは、前記増幅装置によって増幅された信号の伝送路の特性インピーダンスの値の１２０％以上の値に設定されている
請求項７〜９のいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項１２】
前記第１インダクタ及び／又は前記第２インダクタは、集中定数素子によって構成されている
請求項６記載の増幅装置。
【請求項１３】
請求項１記載の増幅装置を通信信号の増幅のために備えた無線通信装置。
【請求項１４】
ロードモジュレーション方式の増幅装置における増幅器の出力側に接続される負荷変動器であって、
信号が入力される第１ポートと、信号が出力される第２ポートと、第１可変インピーダンスが接続される第３ポートと、第２可変インピーダンスが接続される第４ポートと、を備え、第１ポートから入力された信号の位相が第１可変インピーダンス及び第２可変インピーダンスによって変化するよう構成された可変位相器を備え、
前記増幅装置の入力信号の振幅に応じて、前記第１可変インピーダンスと第２可変インピーダンスとの間のインピーダンス差が調整されることで、前記第１ポート及び第２ポート間の負荷が変動し、前記増幅器の出力信号に振幅変動を生じさせる
ことを特徴とする負荷変動器。
【請求項１５】
前記第１ポートに入力される前の信号の位相を回転させる位相器を更に備えている
請求項１４記載の負荷変動器。
【請求項１６】
信号が前記負荷変動器を通過することによって生じる位相の変化を補正する位相補正部を更に備えている
請求項１４又は１５記載の負荷変動器。
【請求項１７】
前記第２ポートから出力された信号が通過するアイソレータを更に備えている
請求項１５〜１６のいずれか１項に記載の負荷変動器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅装置、無線通信装置、及び負荷変動器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力増幅器の高効率化において、ピーク電力の低減は重要技術の１つである。広帯域伝送を行う場合、変調方式としてＷ-ＣＤＭＡ，ＯＦＤＭが導入されており、これらの信号は平均電力対ピーク電力比が大きいという特徴を持っている。
【０００３】
このためこれらの信号を電力増幅器で増幅する場合、まれにしか発生しないピーク電力を出力する瞬間に対しても線形に増幅しなければならず、ピーク電力を出力可能な大出力の増幅器が必要となる。
従って、平均電力とピーク電力の比が大きい場合には、極端に大きな増幅器が必要となり、非常に無駄の多い、電力効率の低い装置になる。
【０００４】
そこで、出力電力に応じて必要な分だけ増幅器を動作させる方式が有効である。そのための１つの方式として、ＥＴ方式又はＥＥＲ方式などの電源変調方式（Ｓｕｐｐｌｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＳＭ方式）がある。
もう１つの方式として、非特許文献１に示すように、負荷インピーダンスを変更する方式（Ｌｏａｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＬＭ方式）がある。
【０００５】
前者のＳＭ方式は、増幅器の電源電圧を変化させて、出力電力を変化させるものである。一方、後者のＬＭ方式は、増幅器の電源に一定電圧を印加するが、増幅器の出力側に接続された負荷インピーダンスを変化させる事で、出力電力を変化させる方式である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Hossein Mashad Nemati et al.,"Evaluation of a GaN HEMT Transistor for Load- and Supply-Modulation Applications Using Intrinsic Waveform Measurements", IEEE MTT-S IMS, May 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＬＭ方式では増幅器の出力側の負荷を変動させる負荷変動器が必要となる。また、負荷変動器は、高周波信号を扱う様々な状況で必要とされる。
本発明者らは、従来とは異なる発想で負荷を変動させることができる負荷変動器を新規に見出した。
そこで、本発明は、新規な増幅装置、無線通信装置、及び負荷変動器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】
【０００８】
（１）本発明は、増幅器の出力側に負荷変動器を備えた増幅装置であって、前記負荷変動器には、可変位相器が用いられ、前記可変位相器は、信号が入力される第１ポートと、信号が出力される第２ポートと、第１可変インピーダンスが接続される第３ポートと、第２可変インピーダンスが接続される第４ポートと、を備え、第１ポートから入力された信号の位相が第１可変インピーダンス及び第２可変インピーダンスによって変化するよう構成され、前記第１可変インピーダンス及び第２可変インピーダンスは、前記第１可変インピーダンスと第２可変インピーダンスとの間のインピーダンス差を調整可能に設けられ、
前記インピーダンス差の調整によって、前記第１ポート及び第２ポート間の負荷が変動する増幅装置である。
第３ポートに接続される第１可変インピーダンス及び第４ポートに接続される第２可変インピーダンスの値を、それぞれ独立して調整することで、可変位相器を負荷変動器として利用することができる。
【０００９】
（２）前記増幅装置は、ロードモジュレーション方式であり、前記増幅装置の入力信号の振幅に応じて、前記インピーダンス差を調整することで、前記増幅器の出力信号に振幅変動を生じさせる負荷制御部を備えているのが好ましい。この場合、増幅装置の入力信号の振幅に応じて、インピーダンス差を調整されて、負荷が変動する。なお、増幅器は、スイッチング増幅器であるのが好ましい。
【００１０】
（３）前記増幅器と前記負荷変動器との間に設けられたインピーダンス変換器を更に備え、前記インピーダンス変換器は、前記増幅器からみた前記負荷変動器による負荷が、前記増幅器とインピーダンス整合するインピーダンスよりも高い範囲で変動するようにインピーダンス変換を行うのが好ましい。この場合、増幅器からみた前記負荷変動器による負荷が、増幅器とインピーダンス整合するインピーダンスよりも高い範囲で変動するという、ロードモジュレーション方式において望ましい状態が得られる。
【００１１】
（４）前記第１ポートに入力される前の信号の位相を回転させる位相器を更に備えているのが好ましい。位相器にて、位相を適宜回転させることで、負荷変動部の負荷を変更することができる。さらに、位相器による影響は、第２ポートからみたインピーダンスには影響はなく、出力インピーダンスを一定で、入力インピーダンスを変更することができ、後続の回路又はアンテナに対する影響を与えることがない。
【００１２】
（５）信号が前記負荷変動器を通過することによって生じる位相の変化を補正する位相補正部を更に備えているのが好ましい。この場合、信号が負荷変動器を通過することによって生じる位相の変化を補正することができる。
【００１３】
（６）前記負荷制御部が前記第１可変インピーダンス及び第２可変インピーダンスそれぞれを調整する制御信号、及び／又は、前記増幅器の出力信号に対する遅延調整を行う遅延調整部を更に備えるのが好ましい。この場合、遅延調整部によって信号の遅延調整を行うことができる。
【００１４】
（７）前記第１可変インピーダンスは、第１可変容量及び第１インダクタを含み、前記第２可変インピーダンスは、第２可変容量及び第２インダクタを含むのが好ましい。この場合、インダクタによって、損失を低減することができる。
【００１５】
（８）前記第１インダクタ及び／又は前記第２インダクタは、分布定数線路によって構成することができる。この場合、分布定数線路による第１インダクタ及び／又は第２インダクタが得られる。
【００１６】
（９）前記第１可変容量は、前記第１インダクタを介して、前記第３ポートに接続され、前記第２可変容量は、前記第２インダクタを介して、前記第４ポートに接続されているのが好ましい。この場合、可変容量がインダクタを介してポートに接続されるという態様が得られる。
【００１７】
（１０）前記第１インダクタ及び／又は前記第２インダクタのインピーダンスは、前記増幅装置によって増幅された信号の伝送路の特性インピーダンスの値とは異なる値に設定されているのが好ましい。この場合、損失を小さくすることができる。
【００１８】
（１１）前記第１インダクタ及び／又は前記第２インダクタのインピーダンスは、前記増幅装置によって増幅された信号の伝送路の特性インピーダンスの値の８０％以下の値に設定されているのが好ましい。この場合も損失を小さくすることができる。
【００１９】
（１２）前記第１インダクタ及び／又は前記第２インダクタのインピーダンスは、前記増幅装置によって増幅された信号の伝送路の特性インピーダンスの値の１２０％以上の値に設定されているのが好ましい。この場合も損失を小さくすることができる。
【００２０】
（１３）前記第１インダクタ及び／又は前記第２インダクタは、集中定数素子によって構成することができる。この場合、分布定数素子による第１インダクタ及び／又は第２インダクタが得られる。
【００２１】
（１４）他の観点からみた本発明は、前記（１）〜（１３）のいずれか１項に記載の増幅装置を通信信号の増幅のために備えた無線通信装置である。
【００２２】
（１５）可変位相器を用いた負荷変動器であって、前記可変位相器は、信号が入力される第１ポートと、信号が出力される第２ポートと、第１可変インピーダンスが接続される第３ポートと、第２可変インピーダンスが接続される第４ポートと、を備え、第１ポートから入力された信号の位相が第１可変インピーダンス及び第２可変インピーダンスによって変化するよう構成され、前記第１可変インピーダンス及び第２可変インピーダンスは、前記第１可変インピーダンスと第２可変インピーダンスとの間のインピーダンス差を調整可能に設けられ、前記インピーダンス差の調整によって、前記第１ポート及び第２ポート間の負荷が変動することを特徴とする負荷変動器である。
第３ポートに接続される第１可変インピーダンス及び第４ポートに接続される第２可変インピーダンスの値を、それぞれ独立して調整することで、可変位相器を負荷変動器として利用することができる。
【００２３】
（１６）前記第１ポートに入力される前の信号の位相を回転させる位相器を更に備えているのが好ましい。位相器にて、位相を適宜回転させることで、負荷変動器の負荷を変更することができる。
【００２４】
（１７）信号が前記負荷変動器を通過することによって生じる位相の変化を補正する位相補正部を更に備えているのが好ましい。この場合、信号が負荷変動器を通過することによって生じる位相の変化を補正することができる。
【００２５】
（１８）前記第２ポートから出力された信号が通過するアイソレータを更に備えているのが好ましい。アイソレータを設けることで、アイソレータの出力側からみたインピーダンス（負荷変動器の出力インピーダンス）の変動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係る増幅装置の回路図である。
【図２】効率特性図である。
【図３】第２実施形態に係る増幅装置の回路図である。
【図４】第３実施形態に係る増幅装置の回路図である。
【図５】入力信号及び出力信号のＩＱ平面図である。
【図６】入力電力に対する負荷の特性図である。
【図７】入力電力に対する負荷の特性図である。
【図８】第４実施形態に係る増幅装置の回路図（第１例）である。
【図９】（ａ）は入力電力、負荷、出力電力、ゲインの関係を示すテーブルであり、（ｂ）は、入出力特性図である。
【図１０】第４実施形態に係る増幅装置の回路図（第２例）である。
【図１１】第５実施形態に係る増幅装置の回路図（第１例）である。
【図１２】負荷制御部に設定された入力電力と負荷の関係テーブルである。
【図１３】第５実施形態に係る増幅装置の回路図（第２例）である。
【図１４】信号合成を用いた負荷変動部の回路図である。
【図１５】信号合成を用いた負荷変動部を有する増幅装置の第１例を示す回路図である。
【図１６】信号合成を用いた負荷変動部を有する増幅装置の第２例を示す回路図である。
【図１７】信号合成を用いた負荷変動部を有する増幅装置の第３例を示す回路図である。
【図１８】信号合成を用いた負荷変動部を有する増幅装置の第４例を示す回路図である。
【図１９】ＬＩＮＣ方式の増幅装置の回路図である。
【図２０】可変位相器を用いた負荷変動部の回路図である。
【図２１】負荷変動部におけるインピーダンス変動範囲を示すスミスチャートである。
【図２２】（ａ）は、電圧差の変化と反射電力との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、電圧差の変化と通過電力との関係を示すグラフである。
【図２３】可変位相器を用いた負荷変動部の回路図である。
【図２４】可変位相器を用いた負荷変動部の回路図である。
【図２５】可変位相器を用いた負荷変動部を有する増幅装置の回路図である。
【図２６】負荷変動部の負荷変動範囲と、増幅器からみた負荷変動範囲の関係を示す説明図である。
【図２７】可変インピーダンスの回路構成の例を示す図である。
【図２８】ロス率の測定結果を示す図である。
【図２９】分布定数線路のインピーダンスとロス率との関係を示す測定結果である。
【図３０】インピーダンスが離散的に変化する負荷変動部の回路図である。
【図３１】可変位相器を複数用いた負荷変動部の回路図である。
【図３２】可変位相器を複数用いた負荷変動部を有する増幅装置の回路図である。
【図３３】（ａ）は、インピーダンスが離散的に変化する負荷変動部の回路図であり、（ｂ）は、スイッチング素子がＯＦＦのときの回路状態を示す図であり、（ｃ）はスイッチング素子がＯＮのときの回路状態を示す図である。
【図３４】図３３（ａ）の負荷変動部の回路構成図である。
【図３５】（ａ）は、インピーダンスが離散的に変化する負荷変動部の回路図であり、（ｂ）はスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦとインピーダンスの関係を示す表である。
【図３６】（ａ）は、インピーダンスが離散的に変化する負荷変動部の回路図であり、（ｂ）は、スイッチング素子がＯＮのときの回路状態を示す図であり、（ｃ）はスイッチング素子がＯＦＦのときの回路状態を示す図である。
【図３７】図３６（ａ）の負荷変動部の回路構成図である。
【図３８】複数の部分負荷変動部を直列接続した負荷変動部の回路図である。
【図３９】（ａ）は、隣接する部分負荷変動部の干渉の説明図であり、（ｂ）は、干渉回避のため隣接する部分負荷変動部を離した状態の説明図である。
【図４０】回路基板における部分負荷変動部の配置を示す図である。
【図４１】部分負荷変動部の並列接続の例を示す図である。
【図４２】インピーダンスが離散的に変化する負荷変動部を有する増幅装置の回路図である。
【図４３】インピーダンスが離散的に変化する負荷変動部の回路である。
【図４４】インピーダンスを離散的に変化させる方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明及びそれに関連した技術の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［１．第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る増幅装置１０１を示している。この増幅装置１０１は、移動体通信システムにおけるモバイル端末又は基地局装置などの無線通信装置に搭載され、通信信号の増幅を行うために用いられる。無線通信装置は、ＯＦＤＭ（ＯＦＤＭＡを含む）、Ｗ−ＣＤＭＡなどの広帯域信号を扱う方式に準拠したものである。ＯＦＭＤ及びＷ−ＣＤＭＡなどの方式における信号は、ピーク電力がまれにしか発生しない。つまり、これらの方式における信号は、瞬時電力変動を伴う信号である。なお、ＯＦＭＤ及びＷ−ＣＤＭＡなどの方式において、平均電力とピーク電力との比は、３ｄＢ以上となる。
【００２８】
図１に示す増幅装置１０１は、一般的なＬＭ方式に準拠した回路構成を有している。つまり、この増幅装置１０１の増幅器１０２には、位相情報を有するが振幅情報を有しない定包絡線信号（振幅が一定の信号）が入力として与えられる。
増幅器１０２の出力側に接続された負荷変動部１０３の負荷（インピーダンス）が変動することで、増幅器１０２の出力信号は、振幅変動する信号となる。負荷変動部１０３の負荷インピーダンスが入力信号の振幅変動に応じて変化することで、入力信号の位相及び振幅と同様の位相及び振幅を有する出力信号Ｐｏｕｔが得られる。
【００２９】
図１に示す増幅装置１は、入力信号であるＩ／Ｑ信号に対する信号処理を行う処理部１０４を備えている。処理部１０４は、Ｉ／Ｑ信号が示す振幅を演算する振幅演算部１０４ａと、Ｉ／Ｑ信号が示す位相を演算する位相演算部１０４ｂと、を備えている。つまり、処理部１０４は、Ｉ／Ｑ信号に対するポーラ変調を行うポーラ（Ｐｏｌａｒ）変調器となっている。
【００３０】
さらに、処理部１０４は、振幅演算部１０４ａによって演算された振幅ｒに基づいて、負荷変動部１０３の負荷インピーダンスを変動させるための制御信号を生成する負荷制御部１０４ｃを備えている。負荷制御部１０４ｃは、入力信号（Ｉ／Ｑ信号）の振幅が小さいほど負荷変動部１０３の負荷インピーダンスを大きくし、入力信号の振幅が大きいほど、負荷変動部１０３の負荷インピーダンスを小さくするための制御信号を生成する。
【００３１】
負荷制御部１０４ｃから出力された制御信号は、遅延調整部１０５によって遅延調整がなされた上で、負荷変動部１０３に与えられる。遅延調整部１０５を有していることで、増幅器１０２の出力信号が、制御信号に対して遅延又は先行していても、その遅延又は先行を解消して両信号のタイミングを一致させることができる。なお、遅延調整部１０５に代えて、又は、遅延調整部１０５に加えて、増幅器１０２の入出力経路（ＲＦ経路）上に遅延調整部を設けても良い。
【００３２】
遅延調整部１０５は、遅延量を調整自在であり、例えば、増幅器１０２の温度特性によって、増幅器１０２へ入力された信号が増幅器１０２内を通過する時間が変化して、制御信号との時間差が生じても、その時間差を補正することができる。
【００３３】
位相演算部１０４ｂが出力した位相信号（入力信号における位相情報だけを持つ信号）は、位相変調器１０６によって位相変調され、位相情報を有する定包絡線信号が生成される（図１のＡ１参照）。
つまり、位相演算部１０４ｂ及び位相変調器１０６は、位相情報及び振幅情報が含まれている入力信号（Ｉ／Ｑ信号）を、位相情報が含まれた定包絡線信号に変換する変換部として機能する。位相情報を有する定包絡線信号は、増幅器１０２への入力信号となる。
【００３４】
増幅器１０２では、位相情報を有する定包絡線信号が増幅される。仮に、増幅器１０２の出力側の負荷インピーダンスが一定である場合、増幅器１０２からは、図１のＢ１に示すように、単に増幅された定包絡線信号が出力されるだけである。
【００３５】
しかし、負荷変動部１０３の負荷インピーダンスは、負荷制御部１０４ｃから出力された制御信号に応じて変化するため、増幅器１０２の出力信号は、図１のＣ１に示すように、振幅変動する信号となる。制御信号は入力信号の振幅情報に基づいて生成されているため、増幅器１０２の出力信号における振幅変動は、入力信号における振幅変動と同様のものとなる。つまり、増幅装置１０１の出力信号Ｐｏｕｔは、入力信号の位相及び振幅と同様の位相及び振幅を有する信号となる。出力信号Ｐｏｕｔは、無線通信装置が有するアンテナから出力される。
【００３６】
ここで、増幅器１０２の出力電圧をＶ、増幅器１０２の出力側の負荷インピーダンスをＺとすると、増幅器１０２の出力電力Ｐｏｕｔは、以下の式で表される。
Ｐｏｕｔ＝Ｖ２／Ｚ
負荷インピーダンスを変動させることで、増幅器１０２の出力が変動することは、上記式からも明らかである。
【００３７】
さて、第１実施形態における増幅器１０２は、Ｄ級、Ｅ級、Ｆ級などのスイッチング増幅器（Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）によって構成されている。スイッチング増幅器は、スイッチング動作する増幅器であり、デジタル増幅器（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）とも呼ばれる。
スイッチング増幅器１０２は、基本的に、常に飽和状態で動作するため、理論的な電力効率は、出力電力の大きさに関わらず、常に１００％である。
【００３８】
スイッチング増幅器は、出力電力の大きさが一定となる増幅器であるため、増幅器の出力電力（振幅）を変動させる必要のあるＬＭ方式に応用した例は、従来なかった。しかし、本発明者らは、あえて、ＬＭ方式増幅装置１０１の増幅器１０２として、スイッチング増幅器を採用した。
【００３９】
本発明者らは、スイッチング増幅器は、出力電力の大きさが一定となる増幅器であるが、入力信号の振幅変動に応じて、出力側の負荷インピーダンスを変化させれば、スイッチング増幅器の出力電力（振幅）も、入力信号の振幅変動と同様に変動することを見出した。
【００４０】
一方、非特許文献１では、ＬＭ方式のための増幅器としてＢ級増幅器を使用している。Ｂ級増幅器は、出力電力が低下すると電力効率が劣化するため、非特許文献１において、低出力時にＬＭ方式の効率が低下したのは、Ｂ級増幅器を使用したためであると考えられる。
【００４１】
つまり、図２に示すように、Ｂ級増幅器を用いたＬＭ方式では、出力電力Ｐｏｕｔが小さくなると効率が劣化する（非特許文献１参照）。一方、スイッチング増幅器１０２を用いたＬＭ方式では、出力電力が小さくなっても、効率劣化を抑えることができる。
なお、理論的には、スイッチング増幅器１０２を用いたＬＭ方式では、効率が１００％となるが、他の要因による効率低下も生じるため、他の要因を考慮した効率の理論値は１００％よりもやや低い値（例えば、８０％程度）となる。また、実際には、低出力の場合には、他の要因による効率低下が生じ易い。
【００４２】
例えば非特許文献１では、入力信号として無変調信号（正弦波）を用いているが入力信号が広帯域信号（瞬時電力変動を伴う信号）である場合、電源変調を行うＳＭ方式では、電源効率（例えば８０％）を考慮すると、増幅装置全体の効率は、その分、更に低下する。
一方、ＬＭ方式では、一定電圧の条件下のもとで増幅器を動作させており高効率の電源を使用する事が出来る。
したがって、非特許文献１では、ＬＭ方式はＳＭ方式よりも性能が悪いものとされているが、入力信号が広帯域信号（瞬時電力変動を伴う信号）である場合には、スイッチング増幅器１０２を用いたＬＭ方式増幅装置の効率は、ＳＭ方式よりも効率がよくなることが期待される。
【００４３】
［２．第２実施形態］
図３は、第２実施形態に係る増幅装置２０１を示している。なお、以下において、第２実施形態に関し説明を省略した点については、第１実施形態と同様である。また、以下の各実施形態を示す図面において、各実施形態間で同一又は類似する構成については、符号の下一桁目の番号を共通にしている。
【００４４】
第２実施形態においては、第１実施形態における処理部１０４の位相演算部１０４ｂが省略され、代わりに、Ｉ／ｒ演算部２０４ｂ−１と、Ｑ／ｒ演算部２０４ｂ−２が設けられている。
Ｉ／ｒ演算部２０４ｂ−１及びＱ／ｒ演算部２０４ｂ−２は、Ｉ信号及びＱ信号それぞれを、振幅演算部２０４ａで求めた振幅ｒの大きさで割る。したがって、Ｉ／ｒ信号及びＱ／ｒ信号は、振幅情報が消去され位相情報だけを示すものとなる。
【００４５】
また、第２実施形態では、第１実施形態における位相変調器１０６に代えて、直交変調器２０６が設けられている。
Ｉ／ｒ信号及びＱ／ｒ信号を、直交変調器２０６にて直交変調することで、入力信号（Ｉ／Ｑ信号）の位相情報だけを有する定包絡線信号が生成される（図３のＡ２参照）。
【００４６】
直交変調器２０６から出力される定包絡線信号（図３のＡ２参照）は、第１実施形態の位相変調器１０６から出力される定包絡線信号（図１のＡ１参照）と同等のものである。
したがって、第２実施形態の増幅装置２０１も、第１実施形態の増幅装置１０１と同様に動作することができる。
しかも、第２実施形態の処理部２０４では、第１実施形態の処理部１０４のようにｔａｎ−１の演算を行う必要がなく、演算負荷が少ない。
【００４７】
［３．第３実施形態］
図４は、第３実施形態に係る増幅装置３０１を示している。なお、以下において、第３実施形態に関し説明を省略した点については、第１及び第２実施形態と同様である。
第３実施形態においては、第２実施形態におけるＩ／ｒ演算部２０４ｂ−１及びＱ／ｒ演算部２０４ｂ−２が省略されている。
【００４８】
したがって、直交変調器３０６には、Ｉ／Ｑ信号それぞれが、そのまま入力される。直交変調器３０６は、Ｉ／Ｑ信号を直交変調した変調信号、すなわち、位相情報及び振幅情報を有する変調信号、が出力される。
【００４９】
ＬＭ方式では、入力信号が持つ振幅情報は、増幅器の後段にある負荷変動部で再生される。したがって、ＬＭ方式の増幅器の入力には、振幅情報が無く位相情報だけを有する定包絡線信号（図１のＡ１，図３のＡ２参照）が与えられるのが、これまでの常識である。
これに対し、第３実施形態では、一般的なＬＭ方式における常識とは異なり、変調信号（位相情報とともに振幅情報を有する信号）が増幅器３０２に入力される（図４のＡ３参照）。
【００５０】
ただし、増幅器３０２は、飽和状態で動作するスイッチング増幅器であるため、負荷変動部３０３による負荷変動がない状態においては、直交変調信号が入力されても、スイッチング増幅器３０２からは、基本的に、増幅された一定振幅の定包絡線信号が出力される。つまり、スイッチング増幅器３０２の出力信号は、負荷変動部３０３による負荷変動がない状態においては、位相情報は有するが振幅情報のない信号（図４のＢ３参照）となる。
しかし、第１及び第２実施形態と同様に、入力信号に含まれる振幅情報は、負荷変動部
３０３によって再生され、増幅器３０２の出力信号Ｐｏｕｔは、入力信号の位相及び振幅と同様の位相及び振幅を有する信号となる。
【００５１】
このように、振幅が変動する変調信号がスイッチング増幅器３０２を通過すると、基本的に振幅情報が失われる。しかし、振幅が変動する変調信号をスイッチング増幅器３０２に入力することで、負荷変動部３０３との協働によって、入力信号が元々有していた振幅情報を、スイッチング増幅器３０２において、より正確に再生するのが容易となる。
【００５２】
負荷変動部３０３だけでは、入力信号が元々有していた振幅情報を再生するのが困難な場合としては、負荷変動部３０３が無限大又は十分に大きな負荷インピーダンスを生成できない場合が挙げられる。
スイッチング増幅器３０２の出力信号において、振幅をゼロとするには、例えば、負荷変動部３０３の負荷インピーダンスの値を無限大にすればよい。
しかし、負荷変動部３０３が無限大又は十分に大きな負荷インピーダンスを生成できない場合には、振幅がゼロの出力信号を得られず、入力信号が元々有していた振幅情報を、正確に再生できない。
【００５３】
また、負荷変動部３０３の負荷インピーダンスを、無限大又は十分に大きな値にできた場合であっても、増幅器３０２のドレイン−ソース間に存在する内部インピーダンス（出力インピーダンス）のために、振幅がゼロの出力信号を得ることができないことがある。増幅器３０２の内部インピーダンスは、負荷変動部３０３に対して並列に存在することになるため、負荷変動部３０３の負荷インピーダンスを大きくしても、負荷変動部３０３と内部インピーダンスとの合成インピーダンスが十分に大きくならないことがある。その結果、振幅がゼロの出力信号を得られない。
【００５４】
つまり、図５（ａ）に示すように、入力信号がＩＱ平面においてゼロ点又はゼロ点付近を通過する信号であっても、負荷変動部３０３と内部インピーダンスとの合成インピーダンスが十分に大きくないと、増幅器３０２の出力信号は、図５（ｂ）に示すようにゼロ点付近の範囲Ｃ内の値をとることができない。
そのため、増幅器３０２の出力信号は、図５（ｂ）に示すように、入力信号から歪んだ信号となる。
【００５５】
ところが、基本的に飽和状態で動作するスイッチング増幅器３０２であっても、入力信号がゼロ又はゼロ付近であれば、スイッチング増幅器３０２の出力もゼロとなることに本発明者らは気付いた。スイッチング増幅器３０２の入力がゼロとなるとき、（理論的に）電力効率が１００％で動作する増幅器であれば、出力は定包絡線信号ではなく、ゼロとなる。
【００５６】
そこで、第３実施形態の増幅装置３０１では、負荷変動部３０３だけで出力信号に振幅変動を引き起こすのではなく、ゼロ付近については、入力信号の振幅がゼロ又はゼロ付近となっていることも利用している。その結果、図５（ｃ）に示すように、増幅器３０２の出力信号は、図５（ａ）に示す入力信号と同様に、ゼロ点付近の範囲Ｃ内の値をとることができる。
【００５７】
このように、負荷変動部３０３単独では、振幅情報を正確に再生できない場合であっても、振幅が変動する信号をスイッチング増幅器３０２に入力することで、振幅情報を正確に再生することができる。
つまり、負荷変動部３０３による負荷インピーダンス変更を考えない場合、スイッチング増幅器３０２は、入力信号がゼロ又はゼロ付近である場合には、振幅ゼロの信号を出力し、入力信号がゼロ付近よりも大きくなれば、スイッチング増幅器３０２は、飽和状態で動作し、定包絡線信号を出力することになる。
なお、入力信号がゼロ又はゼロ付近である場合には、スイッチング増幅器３０２は、飽和状態で動作せず、効率が低下することになるが、入力信号がゼロ又はゼロ付近の値をとる確率は低いため、全体としては、効率低下はさほど問題とならない。
【００５８】
また、第３実施形態に係る増幅装置３０１では、負荷変動部３０３単独でゼロ信号を生成する必要がないことから、あまり大きな負荷インピーダンスを生成する必要がない。このため、負荷変動部３０３単独で正確に振幅情報を再生しようとした場合に必要とされる負荷インピーダンスよりも小さい値が、負荷変動部３０３において変動可能なインピーダンス値の上限であってもよい。
【００５９】
つまり、負荷変動部３０３単独で、十分に正確に振幅情報を再生しようとした場合に必要とされる負荷変動部３０３のインピーダンスが１０００Ωであっても、負荷変動部３０３のインピーダンス変動範囲の上限は、例えば、２００Ωとして設定することができる。
このため、負荷変動部３０３のインピーダンス変動可能範囲を狭くでき、負荷変動部３０３を安価に構成するのが容易となる。なお、インピーダンス変動可能範囲の上限値は、例えば、増幅器３０２の前記内部インピーダンスと同程度又はそれ以上とすることができる。また、インピーダンス変動可能範囲の上限値は、増幅器３０２の内部インピーダンスの数倍程度が好ましい。
【００６０】
さて、理想的なスイッチング増幅器では、ＯＮ／ＯＦＦのスイッチング動作に伴って、電流と電圧は交互に出現するため、電流波形と電圧波形に重なりがなく、前述のように電力効率が１００％となる。
しかし、実際のスイッチング増幅器では、ＯＮ／ＯＦＦのスイッチング動作に伴って発生する電流波形と電圧波形に重なりが多少生じるため、スイッチング増幅器内部で電力消費が生じ、効率が低下する。電流波形と電圧波形の重なりを原因とする効率低下は、出力電力が低下するほど大きくなる。
また、スイッチング増幅器に過大な入力信号を入力すると、電流波形と電圧波形の重なりが大きくなって、やはり、効率が低下する。また、スイッチング増幅器に過小な入力信号を入力すると、スイッチング動作ができず、効率が急激に低下する。
【００６１】
以上のことから、広帯域な変調信号のように振幅変動（電力変動）を伴う信号を、スイッチング増幅器３０２にて、効率の低下を防ぎつつ増幅するには、過大な入力信号や過大な入力信号を避けて、入力信号の振幅に応じて決定される負荷インピーダンスの値Ｚ及びスイッチング増幅器３０２へ入力される信号の振幅を適切な値とすることが望まれる。
したがって、負荷制御部３０４ｃでは、入力信号の振幅に応じて決定される負荷インピーダンスの値Ｚが適切になるように、制御信号が生成されるのが望ましい。また、スイッチング増幅器３０２へ入力される信号の振幅のレベルも適切に調整されるのが好ましい。
第３実施形態の増幅装置３０１では、入力信号の振幅と負荷の組み合わせによって電力効率が最大となるポイントを自由に選択できる。
【００６２】
また、第３実施形態の負荷制御部３０４ｃでは、図６に示すように、入力信号の振幅（入力電力）ｒに基づいて決定される負荷変動部３０３の負荷インピーダンスの値Ｚを、上限設定値Ｚｍａｘと下限設定値Ｚｍｉｎの範囲で変動させるように制御信号を生成する。
【００６３】
つまり負荷制御部３０４ｃは、入力信号の振幅ゼロから入力信号の振幅の最大値（ピーク電力値）ｒｍａｘまでの全範囲で、Ｚの値を変動させるのではなく、入力信号の電力が下限値ｒ１よりも小さい範囲では、Ｚの値を変動させず、Ｚは上限設定値Ｚｍａｘで一定とする。また、入力信号の電力が上限値ｒ２よりも大きい範囲では、Ｚの値を変動させず、Ｚは下限設定値Ｚｍｉｎで一定とする。
【００６４】
このように負荷Ｚの変動範囲を制限することで、負荷変動部３０３における負荷変動機能の性能を緩和できる。しかも、負荷インピーダンスＺの変動範囲の上限値を上限設定値Ｚｍａｘに抑えたとしても、第３実施形態では、スイッチング増幅器３０２に振幅変動信号が入力されることによって、負荷変動部３０３において過大な負荷Ｚを生成する必要がなくなっているため、問題は生じない。
また、前述のようにスイッチング増幅器３０２への入力が過大となると、却って効率が低下するため、スイッチング増幅器３０２へは過大な入力が与えられるべきではなく、負荷インピーダンスＺの変動範囲の下限値を下限設定値Ｚｍｉｎに抑えても問題は少ない。下限設定値Ｚｍｉｎとしては、増幅器３０２の出力インピーダンスと整合するインピーダンスとするのが好ましい。
【００６５】
なお、図６では、入力信号がｒ１〜ｒ２の間では、入力信号の変動に対してＺが線形的に変動しているが、線形的に変動する必要はない。
例えば、図７に示すように、入力信号の変動に対して、ステップ状に変化してもよい。Ｚの値をステップ状に変動させることで、入力信号の振幅情報から、Ｚの値を制御するための制御信号の生成が容易となる。例えば、入力信号からＺの値を示す制御信号を生成するためにルックアップテーブルを使用する場合、Ｚの値をステップ状に変動する場合には、テーブルサイズを小さくできる。
【００６６】
［４．第４実施形態］
図８〜図１０は、第４実施形態に係る増幅装置４０１を示している。なお、以下において、第４実施形態に関し説明を省略した点については、第３実施形態と同様である。
【００６７】
図８に示す第４実施形態では、負荷制御部４０４ｃから出力された制御信号に対して歪補償のための処理を行う第１歪補償部（デジタルプリディストーション部）４０７を備えている。
ここで、電力効率を最大にとろうとすると、入力信号と増幅器４０２の出力信号とは線形にはならず、出力信号に歪が生じる。しかし、線形性の確保は、増幅装置にとって重要である。
【００６８】
図９（ａ）は、電力効率が最大化するように、入力信号の振幅（入力電力）と負荷の値（制御信号の値）の組み合わせを最適化した例を示している。この場合、図９（ｂ）に示すように、増幅器４０２の入出力特性に直線性が無くなる。つまり、負荷制御部４０４ｃにおいて、電力効率を高くする観点から、入力電力（振幅）に対する負荷（制御信号値）の関係が、図９（ａ）のように設定されていると、負荷制御部４０４ｃから出力される制御信号を受けて動作する負荷変動部４０３は、増幅器（スイッチング増幅器）４０２の出力に非線形歪を生じさせるように動作する。
【００６９】
そこで、線形性を確保するため、第１歪補償部４０７によって、制御信号（振幅情報）の補正を行う。例えば、制御信号の補正を行わない場合、図９（ａ）に示す関係に従うと、入力電力Ｐｉｎ＝１．１［Ｗ］の場合には、負荷制御部４０４ｃは、負荷変動部４０３の負荷の値を９［Ω］にする制御信号を生成する。しかし、入力電力Ｐｉｎ＝１．１［Ｗ］のときには、入力電力Ｐｉｎ＝１［Ｗ］の場合と同様の増幅器ゲインＧ＝１０を得ることができず、非線形となる。
したがって、入力電力Ｐｉｎ＝１．１［Ｗ］のときにも、入力電力Ｐｉｎ＝１［Ｗ］の場合と同様の増幅器ゲインＧ＝１０を得て、線形性を確保するには、第１歪補償部４０７は、負荷変動部４０３の負荷の値が８［Ω］となるように、制御信号を補正すればよい。これにより、出力電力Ｐｏｕｔ＝１１［Ｗ］が得られ、線形性が確保される。
【００７０】
ただし、第１歪補償部４０７によって、制御信号（振幅情報）の補正だけを行うと、電力効率を最大するために最適化されていた「入力信号の振幅と負荷との組み合わせ」（図９（ａ））が崩れることになる。つまり、第１歪補償部４０７によって、制御信号（振幅情報）の補正だけを行うと、Ｐｉｎ＝１．１［Ｗ］のときに、負荷変動部４０３の負荷の値が８［Ω］になり、図９（ａ）に示す電力効率最大の組み合わせから外れる。
【００７１】
そこで、効率を維持したい場合には、図８に示すように、第１歪補償部４０７のほか、第２歪補償部（デジタルプリディストーション部）４０８を設ければよい。第２歪補償部４０８は、第１歪補償部４０７と連動して、入力信号であるＩ／Ｑ信号に対して位相及び／又は振幅の補正を行って、電力効率を最大するための「入力信号の振幅と負荷との組み合わせ」を維持しつつ、歪補償を行う。
【００７２】
つまり、第２歪補償部４０８は、第１歪補償部４０７にて、負荷（振幅情報）を補正させたことに応じて、入力信号であるＩ／Ｑ信号に対して、電力（振幅）の補正を行うことで、電力効率の低下を抑えつつ、線形性を維持する。例えば、先の例で、負荷変動部４０３の負荷の値が８［Ω］となるように、第１歪補償部４０７が制御信号を補正した場合、第２歪補償部４０８は、負荷の値が８［Ω］であるときに最大効率が得られる入力電力の値Ｐｉｎ＝１．２となるように入力信号（Ｉ／Ｑ信号）を補正すればよい。
【００７３】
また、負荷変動部４０３は、負荷の値によって、位相特性が変化する場合があるため、第１歪補償部４０７にて負荷を補正したことに対応して変化する位相を、第２歪補償部４０８にて補正することもできる。
【００７４】
ただし、第１歪補償部４０７及び第２歪補償部４０８という二つの歪補償部を設けると、両者を連動させて動作させる必要があり、歪補償のための処理が煩雑になる。
そこで、図１０に示すように、歪補償部（デジタルプリディストーション部）４０９を処理部４０４よりも前段側に設けることで、第１歪補償部４０７及び第２歪補償部４０８という二つの歪補償部を設けなくても、電力効率を最大するための「入力信号の振幅と負荷との組み合わせ」を維持しつつ、歪補償を行うことができる。
【００７５】
図１０によれば、歪補償部４０９による歪補償後の入力信号は、振幅演算部４０４ａを介して、負荷制御部４０４ｃに与えられるとともに、スイッチング増幅器４０２側へ与えられる。
したがって、歪補償部４０９にて、図９（ａ）に示すような電力効率の観点からの最適化された関係を維持しつつ、線形性が得られるように、入力信号の振幅（及び／又は位相）を補正すれば、電力効率を維持しつつ線形性が得られる。
【００７６】
［５．第５実施形態］
図１１〜図１３は、第５実施形態に係る増幅装置５０１を示している。なお、以下において、第５実施形態に関し説明を省略した点については、第４実施形態と同様である。
【００７７】
第４実施形態における負荷制御部４０４ｃは、図９（ａ）に示すように、増幅器の入出力特性が非線形となるが電力効率が最大化される制御信号が生成されるように設定されていた。
これに対し、第５実施形態では、第４実施形態における歪補償部４０７，４０８，４０９が省略されている。さらに、第５実施形態の負荷制御部５０４ｃは、増幅器の入出力特性が線形となる制御信号が生成されるように、入力電力と負荷（制御信号値）の関係が設定されていている。第５実施形態の負荷制御部５０４ｃは、第４実施形態の第１歪補償部４０７の機能をも具備していることになるため、効率がやや低下するものの、第１歪補償部４０７（ＤＰＤ）を省略することが可能である。
【００７８】
増幅器の線形性を確保するためには、ＤＰＤは必要であるが、ＤＰＤを実行するために信号を補正するための独立した機能を、増幅装置に組み込むとコスト増加を招く。
これに対し、第５実施形態のように、負荷制御部５０４ｃにＤＰＤの機能をも具備させることで、コスト増加を抑えることができる。
【００７９】
図１２は、負荷制御部５０４ｃに設定された、入力電力（振幅）と負荷（制御信号値）との関係を示している。この負荷制御部５０４ｃには、負荷変動部５０３における負荷の大きさに関し、入力信号の同一振幅（例えば、入力電力Ｐｉｎ＝１）に対して、任意に選択可能な複数の候補値ｂ１−１，ｂ１−２，ｂ１−３，・・・が設定されている。つまり、入力電力Ｐｉｎ＝１である場合には、負荷制御部５０４ｃは、複数の候補値ｂ１−１，ｂ１−２，ｂ１−３，・・・のうちのいずれか一つを、負荷変動部５０３を制御する制御信号の値とすることができる。また、入力電力Ｐｉｎ＝１．１である場合にも同様に、負荷制御部５０４ｃは、複数の候補値ｂ２−１，ｂ２−２，ｂ２−３，・・・のうちのいずれか一つを、負荷変動部５０３を制御する制御信号の値とすることができる。
【００８０】
このように、負荷制御部５０４ｃには、入力電力の各値に対して、負荷変動部５０３における負荷の大きさの複数の候補値が設定されている。そして、負荷制御部５０４ｃは、例えば、増幅装置の出力信号Ｐｏｕｔ及び／又は温度に基づいて、前記複数の候補値から一つの候補値を選択することができる。
【００８１】
例えば、増幅装置の出力信号Ｐｏｕｔに基づいて候補値を選択する場合には、出力信号Ｐｏｕｔに非線形歪が含まれていても、その非線形歪を解消できる候補値を選択することで、線形性を確保することができる。
【００８２】
また、温度に基づいて候補値を選択する場合、温度に対応した候補値を選択することで、温度変化が原因で非線形歪が生じても、その非線形歪を解消することができる。
【００８３】
図１３に示す増幅装置５０１は、図１１に示す増幅装置５０１に、電源変調部５０８を追加したものである。
【００８４】
ＤＰＤによって歪補償を行う場合、振幅だけでなく、位相の補正を行うこともできるが、負荷変動部５０３を制御する負荷制御部５０４ｃにＤＰＤの機能を持たせても、振幅しか補正することができない。
【００８５】
そこで、信号の位相も補正したい場合には、電源変調部５０８にて、増幅器５０２の電源変調（ドレイン変調）を行えばよい。電源変調部５０８によって増幅器５０２の電源の電圧又は電流値を微調整することで、振幅のほか位相も変更することができる。
電源変調部５０８は、電源変調によって位相も補正できることを利用したものであり、負荷制御部５０４ｃと電源変調部５０８を組み合わせて使用することで、振幅及び位相を補正することができる。
【００８６】
以上のように、第５実施形態によれば、ＤＰＤを実行するために信号を補正するための独立した機能を増幅装置に組み込むことなく、信号の補正を行うことができる。
なお、第５実施形態における増幅器５０２は、前述の実施形態と同様にスイッチング増幅器であるのが好ましいが、第５実施形態における負荷制御部５０４ｃの機能及び電源変調部５０８は、増幅器がスイッチング増幅器でない場合にも採用可能である。
【００８７】
［６．負荷変動部（負荷変動器）］
［６．１  信号合成を用いた負荷変動部］
図１４は、第１〜第５実施形態の増幅装置における負荷変動部１０３，２０３，３０３，４０３，５０３として好適に利用可能な負荷変動部（負荷変動器）１００１を示している。
【００８８】
図１４に示す負荷変動部１００１は、２つ（複数）の位相調整器１００３ａ，１００３ｂを備えている。第１位相調整器１００３ａ及び第２位相調整器１００３ｂには、それぞれ、増幅器１００２の出力信号（負荷変動部１００１を通過する信号）を複数に分波した分波出力信号が与えられる。
位相調整器１００３ａ，１００３ｂによって位相が調整された分波出力信号それぞれは、λ／４線路からなるインピーダンス変換器１００３ｃ，１００３ｄを通って、合成部１００３ｅによって合成される。合成された出力信号は、無線通信装置のアンテナ１０１０から出力される。
【００８９】
第１位相調整器１００３ａの位相調整量φ１及び第２位相調整器１００３ｂの位相調整量φ２は、位相制御部１０１１によって制御される。つまり、第１及び第２位相調整器１００３ａ，１００３ｂは、複数の分波出力信号間の位相差を調整する。なお、位相調整器は、複数設けられている必要はなく、例えば、１個でも複数の分波出力信号間の位相差を調整することは可能である。
【００９０】
実測結果によれば、２つの分波出力信号を同位相（φ２-φ１＝０度）で合成すると、合成信号は分波出力信号の振幅が重なり合って、振幅が大きくなった。これに対し、２つの分波出力信号を逆位相（φ２-φ１＝１８０度）で合成すると、分波出力信号が相殺されて、振幅が小さくなった。また、φ２-φ１の値（位相差）を、０度から１８０度の間で変化させると、φ２-φ１の値（位相差）に応じて、振幅が変動した。つまり、図１４の回路１００１は、負荷変動部として機能することが確認された。
【００９１】
また、負荷変動部１００１自体のインピーダンスを測定したところ、φ２-φ１の値（位相差）を、０度から１８０度の間で変化させると、５０Ωから０Ω（ショート）の間で負荷変動部の抵抗値が変化することが確認された。
なお、負荷変動部１００１における抵抗Ｚの値の最大値は、λ／４線路からなるインピーダンス変換器１００３ｃ，１００３ｄを適宜設計することによって、所望の値に設定することができる。
【００９２】
図１４の負荷変動部１００１によれば、位相調整器１００３ａ，１００３ｂを制御することで負荷を変動させることができるため、高速で負荷を変動させるのが容易である。
また、図１４の負荷変動部１００１において、合成部１００３ｅの出力側に、アイソレータ１００３ｆを設けることで、増幅器１００２からみた負荷（負荷変動部１００１の入力インピーダンス）が変動しても、負荷変動部１００１の出力インピーダンスの変動を抑えることができる。負荷変動部１００１の出力インピーダンスの変動を抑えることで、アンテナ１０１０との整合を確保することができ、動作が安定する。
【００９３】
［６．２  信号合成を用いた負荷変動部を有する増幅装置の第１例］
図１５は、信号合成を用いた負荷変動部を有する増幅装置６０１の第１例を示している。図１５の増幅装置６０１は、第３実施形態(図４)の負荷変動部３０３として、図１４の負荷変動部１００１を採用したものと等価である。なお、図１４の負荷変動部１００１は、スイッチング増幅器を用いない一般的なＬＭ方式の増幅装置にも利用可能である。
【００９４】
図１５の増幅装置６０１の負荷変動部６０３には、スイッチング増幅器６０２出力信号を複数に分波した分波出力信号が与えられる。負荷変動部６０３の位相調整器６０３ａ，６０３ｂによって位相が調整された分波出力信号それぞれは、λ／４線路（図１５では省略）からなるインピーダンス変換器を通って、合成部６０３ｅによって合成される。
合成部６０３ｅから出力された信号は、アイソレータ６０３ｆを通って、アンテナ側に与えられる。
【００９５】
また、図１５の増幅装置６０１では、負荷制御部として、第１位相調整器６０３ａの位相φ１を制御する位相制御部として機能する第１負荷制御部６０４ｃ−１と、第２位相調整器６０３ｂの位相φ２を制御する位相制御部として機能する第２負荷制御部６０４ｃ−２とを備えている。
負荷制御部６０４ｃ−１，６０４ｃ−２は、入力信号の振幅情報ｒに基づいて、位相φ１，φ２を制御する制御信号を生成し、負荷変動部６０３における負荷（抵抗）Ｚを変動させる。
なお、負荷制御部６０４ｃ−１，６０４ｃ−２と位相調整器６０３ａ，６０３ｂとの間には、遅延調整部６０５ａ，６０５ｂが設けられている。
【００９６】
［６．３  信号合成を用いた負荷変動部を有する増幅装置の第２例］
図１６は、信号合成を用いた負荷変動部を有する増幅装置６０１の第２例を示している。なお、図１６に示す第２例において、説明を省略した点は、図１５に示す第１例と同様である。
【００９７】
図１５の増幅装置６０１では、１つのスイッチング増幅器６０２の出力信号を分波した分波出力信号を二つの位相調整器６０３ａ，６０３ｂに与えたのに対し、図１６の増幅装置６０１では、直交変調器６０６の出力である変調信号が２つに分波され、分波された変調信号が２つ（複数）のスイッチング増幅器６０２ａ，６０２ｂに入力される。
そして、複数のスイッチング増幅器６０２ａ，６０２ｂの出力信号が、複数の位相調整器６０３ａ，６０３ｂに与えられる。位相調整器６０３ａ，６０３ｂによって位相調整された信号は、合成部６０３ｅによって合成される。合成部６０３ｅから出力された信号は、アイソレータ６０３ｆを通って、アンテナ側に与えられる。
図１６の増幅装置６０１では、増幅された信号を分配するのではなく、分波された信号を増幅するため、分配ロスが少なく、効率がよい。
【００９８】
［６．４  信号合成を用いた負荷変動部を有する増幅装置の第３例］
図１７は、信号合成を用いた負荷変動部を有する増幅装置７０１の第３例を示している。図１７に示す増幅装置７０１は、図１６に示す第２例の増幅装置６０１に、図１０に示す歪補償部４０９と同様の歪補償部（デジタルプリディストーション部）７０９を設けたものである。なお、図１７に示す第３例において、説明を省略した点は、図１６の第２例と同様である。
【００９９】
図１７に示す増幅装置７０１では、図１０に示す増幅装置４０１と同様に、出力信号に発生する歪を補償することができる。
【０１００】
［６．５  信号合成を用いた負荷変動部を有する増幅装置の第４例］
図１８は、信号合成を用いた負荷変動部を有する増幅装置７０１の第４例を示している。なお、図１８に示す第４例において、説明を省略した点は、図１７の第３例と同様である。
【０１０１】
図１７に示す第３例では、分波された信号を増幅器７０２ａ，７０２ｂにて増幅し、増幅器７０２ａ，７０２ｂの出力信号を、位相調整器７０３ａ，７０３ｂにて位相調整していた。そして、位相調整器７０３ａ，７０３ｂにて位相調整された信号が、合成部７０３ｅによって合成される。
これに対し、図１８に示す第４例では、分波された信号は、増幅器７０２ａ，７０２ｂによる増幅の前に、位相調整器７０３ａ，７０３ｂにて位相調整される。そして、位相調整器７０３ａ，７０３ｂにて位相調整された信号が、増幅器７０２ａ，７０２ｂにて増幅される。
【０１０２】
増幅器７０２ａ，７０２ｂを信号が通過すると、増幅器７０２ａ，７０２ｂの歪特性によって、信号帯域が広がる場合がある。一般に、信号が広帯域化するほど、位相調整が困難になる。しかし、図１８に示す第４例では、増幅器７０２ａ，７０２ｂによって信号が広帯域化するまえの信号に対して、位相調整を行えばよいため、位相調整が容易である。
【０１０３】
［６．６  振幅情報を有する信号を増幅するＬＩＮＣ］
図１８（及び図１６，１７）に示す増幅装置７０１は、ＬＩＮＣ（ＬＩｎｅａｒ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）方式の増幅装置の改良であるということもできる。
非線形素子を用いた線形増幅を行うＬＩＮＣ方式では、変調された入力信号（振幅情報を含む信号）が、２つの位相が異なる定振幅信号（定包短信号）に分解され、それぞれの信号が電力効率の高い非線形増幅器で増幅され、それら出力を合成したものが出力される。
【０１０４】
より具体的には、一般的なＬＩＮＣ方式の増幅装置２００１は、図１９に示すように、信号処理部２００４が、入力信号であるＩ／Ｑ信号から、当該Ｉ／Ｑ信号に含まれる振幅情報に応じた位相差を生じさせる２つの位相情報信号θ１，θ２を出力する。２つの位相情報信号θ１，θ２は、位相変調器２００６ａ，２００６ｂにて位相変調され、２つの位相が異なる定振幅信号（定包短信号）となる。
【０１０５】
２つの位相が異なる定振幅信号（定包短信号）は、２つの増幅器２００２ａ，２００２ｂにて増幅され、合成部２００３ｅによって合成される。
２つの増幅器２００２ａ，２００２ｂの出力信号それぞれは、定振幅信号であるため、振幅情報が失われているが、増幅器２００２ａ、２００２ｂの出力信号それぞれの位相が異なるため、それらの合成信号においては、増幅器の出力信号間の位相関係に応じて、入力信号に含まれていた振幅情報が再生される。
【０１０６】
これに対し、図１８等に示す増幅装置７０１では、増幅器７０２ａ，７０２ｂに対して、振幅情報が失われた定振幅信号ではなく、振幅情報が保持された信号（直交変調器７０６による直交変調信号）が与えられる。
【０１０７】
増幅器７０２ａ，７０２ｂは、飽和状態で動作するスイッチング増幅器であるため、直交変調信号が入力されても、基本的に、増幅された一定振幅の定包絡線信号を出力する。
しかし、合成部７０３ｅで合成される信号間には、位相調整器７０３ａ，７０３ｂによって、入力信号の振幅に応じた位相差が設けられているため、合成部７０３ｅの合成出力信号においては、入力信号に含まれていた振幅情報が再生される。
【０１０８】
ただし、振幅がゼロの合成信号（出力信号）を得ようとすると、２つの定振幅信号（定包短信号）の位相差が厳密に１８０°でなければならず、位相差が１８０°からわずかでもずれると振幅がゼロとならない。この結果、出力信号において入力信号の振幅情報を正確に再生できないことになる。
このように、従来のＬＩＮＣ方式では、振幅がゼロ付近の出力信号を生成するのが困難であり、実用化の障害となっていた。
【０１０９】
これに対し、図１８等の増幅装置７０１では、ＬＩＮＣ方式と同様に、複数の増幅器７０２ａ，７０２ｂによって増幅された信号間の位相差に応じて、合成出力信号に振幅情報を再生するものの、複数の増幅器７０２ａ，７０２ｂに対して、振幅情報を有する信号（変調信号）が入力される。
【０１１０】
基本的に飽和状態で動作するスイッチング増幅器７０２ａ，７０２ｂであっても、入力信号がゼロ又はゼロ付近であれば、スイッチング増幅器３０２の出力もゼロとなる。そこで、図１８等の増幅装置７０１では、信号の位相差だけで出力信号に振幅変動を引き起こすのではなく、ゼロ付近については、入力信号の振幅がゼロ又はゼロ付近となっていることも利用している。
したがって、信号の位相差単独では、振幅情報を正確に再生できない場合であっても、振幅が変動する信号をスイッチング増幅器７０２ａ，７０２ｂに入力することで、振幅情報を正確に再生することができる。
なお、図１８等の増幅装置７０１では、位相差だけでゼロ信号を生成する必要がないことから、位相差に誤差が含まれていても良い。
【０１１１】
［６．７  可変位相器を用いた負荷変動部］
図２０は、第１〜第５実施形態の増幅装置における負荷変動部１０３，２０３，３０３，４０３，５０３として好適に利用可能な他の負荷変動部（負荷変動器）３００１を示している。
【０１１２】
図２０に示す負荷変動部３００１は、可変位相器を利用したものである。図２０に示す回路は、ブランチラインカプラ（Ｂｒａｎｃｈ−ｌｉｎｅ  Ｃｏｕｐｌｅｒ）を持つ可変位相器を、負荷変動部３００１として利用した回路構成を示している。なお、可変位相器は、ブランチラインカプラを用いて構成するものに限られず、ラットレースハイブリッド（ｒａｔ−ｒａｃｅ  Ｈｙｂｒｉｄ）など、他の４ポート回路を用いて構成したものであってもよい。
また、可変位相器として機能する４ポート回路は、分布定数回路で構成されている必要はなく、集中定数回路で構成されていてもよい。例えば、可変位相器として、集中定数ブランチラインカプラ又は集中定数ラットレースハイブリッドを用いてもよい。
【０１１３】
ブランチラインカプラは、第１ポートＰ１，第２ポートＰ２，第３ポートＰ３，及び第４ポートＰ４を有する４ポート回路である。各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の間には、４つの伝送路３０１１，３０１２，３０１３，３０１４が設けられている。各伝送路３０１１，３０１２，３０１３，３０１４は、λ／４線路である。
図２０に示すブランチラインカプラは、３ｄＢブランチラインカプラであり、第１ポートＰ１と第３ポートＰ３との間の伝送路３０１１のインピーダンス、及び、第２ポートＰ２と第４ポートＰ４との間の伝送路３０１４のインピーダンスは、それぞれ、Ｚ０／（√２）である(Ｚ０は３ｄＢブランチラインカプラにおける系のインピーダンス)。また、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２との間の伝送路３０１２のインピーダンス、及び第３ポートＰ３と第４ポートＰ４との間の伝送路３０１３のインピーダンスは、Ｚ０である。
【０１１４】
第１ポートＰ１は、信号が入力される入力ポートであり、第２ポートは、信号が出力される出力ポートである。
第３ポートＰ３及び第４ポートＰ４には、それぞれ、可変インピーダンス３０２１，３０２２が接続されている。可変インピーダンス３０２１，３０２２は、例えば、インダクタと可変容量ダイオード（バラクタダイオード）によって構成されている。可変容量ダイオードに印加される電圧を変化させることで、可変インピーダンス３０２１，３０２２のインピーダンスを変化させることができる。
【０１１５】
ブランチラインカプラを、一般的な可変位相器として使用する場合、第３ポートＰ３及び第４ポートＰ４に接続されるインピーダンスの値は、同じ値となっている必要がある。したがって、可変インピーダンス３０２１，３０２２を構成する可容量用ダイオードそれぞれには、同じ電圧が印加されていた。
第３ポートＰ３及び第４ポートＰ４に接続されるインピーダンスの値が同じであると、入力ポートＰ１に入力された信号は、反射せず、ほぼそのまま出力ポートＰ２から出力される。ただし、出力ポートＰ２から出力される信号は、入力ポートＰ１に入力された信号に対して位相が変化したものとなっている。
【０１１６】
本発明者らは、第３ポートＰ３及び第４ポートＰ４に接続されるインピーダンスの値を、それぞれ独立して調整することで、可変位相器を負荷変動部（負荷変動器）として利用できるという着想を得た。
図２０の負荷変動部３００１において、可変インピーダンス３０２１，３０２２の値（可変容量ダイオードの値）は、制御部３０３１によって、独立して調整可能である。つまり、図２０の負荷変動部３００１は、第３ポートＰ３に接続されるインピーダンス３０２１と第４ポートＰ４に接続されるインピーダンス３０２２との間のインピーダンス差を調整可能に設けられている。
【０１１７】
本発明者らは、第３ポートＰ３及び第４ポートＰ４に接続されるインピーダンスの値を異ならせると、入力ポートＰ１に入力された信号が反射して、入力インピーダンスが変化することを実験的に確認した。
また、第３ポートＰ３及び第４ポートＰ４に接続されるインピーダンスの値を異ならせると、入力ポートＰ１に入力された信号の反射電力と、入力ポートＰ１から出力ポートＰ２へと通過する通過電力のバランスが変化することも確認された。
【０１１８】
図２１は、第３ポートＰ３に接続された可変インピーダンス３０２１（可変容量ダイオード）に印加される電圧ＶＡと、第４ポートＰ４に接続された可変インピーダンス３０２２（可変容量ダイオード）に印加される電圧ＶＢと、を独立して変化させた場合における、負荷変動部３００１の入力インピーダンスの変化を示している。
【０１１９】
図２１において、Ｓ１〜Ｓ５は、電圧差（ＶＡ−ＶＢ）を以下のように設定した場合のインピーダンスを示している。電圧差ＶＡ−ＶＢ（インピーダンス差）を調整した場合、図２１のＳ１〜Ｓ５に示すように、インピーダンスが変化した。
Ｓ１：（ＶＡ−ＶＢ）＝（０−１２）＝−１２［Ｖ］
Ｓ２：（ＶＡ−ＶＢ）＝（４−８）＝−４［Ｖ］
Ｓ３：（ＶＡ−ＶＢ）＝（４−４）＝０［Ｖ］
Ｓ４：（ＶＡ−ＶＢ）＝（８−４）＝４［Ｖ］
Ｓ５：（ＶＡ−ＶＢ）＝（１２−０）＝１２［Ｖ］
【０１２０】
図２２（ａ）は、電圧差ＶＡ−ＶＢの変化と、入力ポートＰ１に入力された信号の反射電力との関係を示し、図２２（ｂ）は、電圧差ＶＡ−ＶＢの変化と、入力ポートＰ１から出力ポートＰ２へと通過する通過電力と、の関係を示している。
図２２（ａ）によれば、電圧差ＶＡ−ＶＢの絶対値を小さくすると、反射電力が小さくなり、電圧差ＶＡ−ＶＢの絶対値を大きくすると、反射電力が大きくなることがわかる。
一方、図２２（ｂ）によれば、電圧差ＶＡ−ＶＢの絶対値を小さくすると、通過電力が大きくなり、電圧差ＶＡ−ＶＢの絶対値を大きくすると、通過電力が小さくなることがわかる。
【０１２１】
つまり、電圧差ＶＡ−ＶＢ（インピーダンス差）を変化させると、入力ポートＰ１−出力ポートＰ２間での反射電力・通過電力のバランスが変化し、負荷変動部３００１の入力インピーダンスが変動することがわかる。
【０１２２】
ただし、図２１のＳ１〜Ｓ５では、負荷変動部３００１を入力ポートＰ１からみたときに、抵抗にみえない。負荷変動部３００１を入力ポートＰ１からみたときに抵抗にみえるようにするには、図２１のＳ１’〜Ｓ５’のようにインピーダンスが変化する必要がある。図２１のＳ１〜Ｓ５から、図２１の１’〜Ｓ５’のようにインピーダンスを変化させるには、予め信号の位相を回転させておけばよい。図２１のＳ１〜Ｓ５から、図２１の１’〜Ｓ５’のように、スミスチャート上で時計回りにインピーダンスを変化させるには、図２３に示すように、入力ポートＰ１に入力される信号の位相を、位相器３０４０にて、予め回転させておけばよい。さらに、位相器３０４０による影響は、ポートＰ２からみたインピーダンスには影響はなく、出力インピーダンスを一定で、入力インピーダンスを変更することができ、後続の回路又はアンテナに対する影響を与えることがない。
【０１２３】
位相器３０４０にて、位相を適宜回転させることで、負荷変動部３００１のインピーダンスを、図２１の１’〜Ｓ５’のように変化させることができる。なお、位相器３０４０は、負荷変動部３００１を抵抗にみせるために、位相を調整する必要はなく、所望のインピーダンス特性が得られるように、位相を調整するものであってもよい。また、位相器３０４０を可変位相器として構成し、位相の調整量を外部から制御可能とすることで、負荷変動部３００１のインピーダンスを変更することも可能である。
【０１２４】
負荷変動部３００１は、負荷が変動しても、通過位相が変化しないのが好ましい。しかし、負荷変動部３００１は、元々、可変位相器として構成されているものを利用しているため、負荷の変動によって、通過位相が変動する。
そこで、図２３に示すように、入力ポートＰ１から出力ポートＰ３を通過する際に生じる位相の変化を、相殺するべく、入力ポートＰ１に与えられる信号の位相を、予め補正する位相補正部３０４１を設けるのが好ましい。
【０１２５】
位相補正部３０４１は、制御部３０３１から、負荷（電圧差）に応じた位相補正量を指示する制御信号を受け取り、信号に対する位相調整を行う。これにより、入力ポートＰ１から出力ポートＰ３を通過する際に位相の変化が生じても、その位相の変化を相殺することができる。
なお、位相補正部３０４１は、図２３のように入力ポートＰ１の手前に設ける必要はなく、図２４に示すように、出力ポートＰ２の後段に設けても良い。
また、図２３及び図２４に示すように、負荷変動部３００１は、出力ポート（第２ポート）から出力された信号を、アイソレータ３０４３を介して出力することで、負荷変動部３００１の負荷（入力インピーダンス）の変動に伴って生じる、負荷変動部３００１の出力インピーダンスの変動を抑えることができる。
【０１２６】
［６．８  可変位相器を用いた負荷変動部を有する増幅装置］
図２５は、可変位相器を用いた負荷変動部を有する増幅装置８０１を示している。図２５の増幅装置８０１は、第３実施形態（図４）の負荷変動部３０３として、図２３の負荷変動部３００１を採用し、さらに後述のインピーダンス変換器８５０を備えたものと等価である。なお、図２３の負荷変動部３００１は、スイッチング増幅器を用いない一般的なＬＭ方式の増幅装置にも利用可能である。
【０１２７】
図２５の増幅装置８０１の負荷変動部８０３は、インピーダンス変換器８５０を介して、増幅器８０２（スイッチング増幅器）と接続されている。負荷変動部８０３は、図２３に示す負荷変動部３００１と同様に、位相器８４０、４ポート回路からなる可変位相器、可変位相器の第３ポートに接続された可変インピーダンス８２１、可変位相器の第４ポートに接続された可変インピーダンス８２２、及びアイソレータ８４３を備えている。
【０１２８】
図２５の増幅装置８０１では、負荷制御部として、第１可変インピーダンス８２１のインピーダンス（電圧ＶＡ）を制御する第１負荷制御部８０４ｃ−１と、第２可変インピーダンス８２２のインピーダンス（電圧ＶＢ）を制御する第２負荷制御部８０４ｃ−２と、を備えている。第１及び第２負荷制御部８０４ｃ−１，８０４ｃ−２は、入力信号の振幅情報ｒに基づいて、第１及び第２可変インピーダンス８２１，８２２に付加する電圧差を調整して、負荷変動部８０３における負荷（抵抗）を変動させる。
【０１２９】
なお、負荷制御部８０４ｃ−１，８０４ｃ−２と可変インピーダンス８２１，８２２との間には、（第１及び第２）制御信号に対する遅延調整を行う遅延調整部８０５ａ，８０５ｂが設けられている。制御信号に対する可変インピーダンス（可変容量ダイオード）８２１の反応速度が遅い場合には、遅延調整部８０５ａ，８０５ｂにて遅延調整を行うことで、増幅器８０２の出力信号との間で信号タイミングを一致させることができる。
【０１３０】
なお、図２５の増幅装置８０１では、図２３の負荷変動部３００１における位相補正部３０４１に対応する機能が明示されていないが、位相補正部３０４１に対応する機能（位相補正機能）は、歪補償部８０９にて行うことができる。つまり、負荷変動部８０３では、負荷に応じて位相が変化するため、歪補償部８０９が、入力信号（振幅）に応じて、予め、Ｉ／Ｑ信号に対する位相補正を行うことで、負荷変動部８０３による位相変化を相殺することができる。しかも、歪補償部（ＤＰＤ）８０９では、デジタルＩＱ信号に対する補正が行えるため、図２４に示すようにアナログ信号を補正するのに比べて、補正が容易となる。
【０１３１】
増幅器８０２と負荷変動部８０３との間に設けられたインピーダンス変換器（λ／４線路）８５０は、負荷変動部８０３が生じさせる負荷の変動範囲Ｚ１〜Ｚ２が、増幅器８０２として必要な範囲となるようにインピーダンス変換を行うものである。
【０１３２】
負荷の変動に応じて、増幅器８０２の出力信号の振幅を変動させるには、負荷変動部８０３の負荷は、増幅器８０２の出力インピーダンスと整合する値Ｚａｍｐから、それよりも高いインピーダンスＺｘの範囲Ｚａｍｐ〜Ｚｘ（Ｚｘ＞Ｚａｍｐ）で変動することが望まれる。
【０１３３】
しかし、負荷変動部８０３の負荷変動範囲Ｚ１〜Ｚ２が、増幅器８０２からみた望ましい負荷変動範囲Ｚａｍｐ〜Ｚｘにあるとは限らない。
そこで、インピーダンス変換器８５０は、増幅器８０２からみた負荷変動範囲が、増幅器８０２からみた望ましい負荷変動範囲に来るように、インピーダンス変換を行っている。
【０１３４】
ここで、負荷変動部８０３の負荷変動範囲Ｚ１〜Ｚ２を、インピーダンス変換によって別の範囲に変換するには、２通りの変換が考えられる。
一つは、負荷変動部８０３の負荷変動範囲Ｚ１〜Ｚ２の最大値Ｚ２を、増幅器８０２と整合するインピーダンスＺａｍｐに対応させてインピーダンス変換する場合である。
もう一つは、負荷変動部８０３の負荷変動範囲Ｚ１〜Ｚ２の最小値Ｚ１を、増幅器８０２と整合するインピーダンスＺａｍｐに対応させてインピーダンス変換する場合である。
【０１３５】
両者のうち、増幅器８０２からみた望ましい負荷変動範囲がＺａｍｐ〜Ｚｘであるという観点からは、前者のように、Ｚ２を、増幅器８０２と整合するインピーダンスＺａｍｐに一致させるようにインピーダンス変換するのが好ましい。
【０１３６】
つまり、最大値Ｚ２を増幅器８０２と整合するインピーダンスＺａｍｐに対応させ、最小値Ｚ１をＺｘに対応させてインピーダンス変換する場合、インピーダンス変換器８５０のインピーダンスをＺｌｉｎｅとすると、
Ｚｌｉｎｅ２＝Ｚａｍｐ×Ｚ２
Ｚｌｉｎｅ２＝Ｚｘ×Ｚ１
となる。
【０１３７】
したがって、
Ｚｘ＝Ｚｌｉｎｅ２／Ｚ１＝（Ｚａｍｐ×Ｚ２）／Ｚ１＝（Ｚ２／Ｚ１）×Ｚａｍｐ
となる。
Ｚ２＞Ｚ１であるから、Ｚｘは、Ｚａｍｐよりも大きいインピーダンスとなる。したがって、増幅器８０２の出力インピーダンスと整合する値Ｚａｍｐから、それよりも高いインピーダンスＺｘの範囲Ｚａｍｐ〜Ｚｘ（Ｚｘ＞Ｚａｍｐ）で負荷変動するという、ＬＭ方式において望ましい状態が得られる。
【０１３８】
一方、最小値Ｚ１を増幅器８０２と整合するインピーダンスＺａｍｐに対応させ、最大値Ｚ２をＺｘに対応させてインピーダンス変換する場合、
Ｚｌｉｎｅ２＝Ｚａｍｐ×Ｚ１
Ｚｌｉｎｅ２＝Ｚｘ×Ｚ２
となる。
【０１３９】
したがって、
Ｚｘ＝Ｚｌｉｎｅ２／Ｚ２＝（Ｚａｍｐ×Ｚ１）／Ｚ２＝（Ｚ１／Ｚ２）×Ｚａｍｐ
となる。
Ｚ２＞Ｚ１であるから、Ｚｘは、Ｚａｍｐよりも小さいインピーダンスとなる。したがって、増幅器８０２の出力インピーダンスと整合する値Ｚａｍｐから、それよりも低いインピーダンスの範囲で負荷変動することになる。Ｚａｍｐよりも低い範囲でインピーダンスが変動すると、効率が低下し、ＬＭ方式として望ましくない。
【０１４０】
したがって、負荷変動部８０３の負荷変動範囲Ｚ１〜Ｚ２の最大値Ｚ２を、増幅器８０２と整合するインピーダンスＺａｍｐに対応させてインピーダンス変換するのが好ましいこことになる。
【０１４１】
［６．９  負荷変動部の低ロス化］
図２７は、図２０、図２３、及び図２４に示す可変インピーダンス３０２１，３０２２、並びに図２５に示す可変インピーダンス８２１，８２２の具体例のバリエーションを示している。
ブランチラインカプラの第３ポートＰ３又は第４ポートＰ４に接続される可変インピーダンス３０２１，３０２２，８２１，８２２は、前述のように、インダクタと可変容量ダイオード（バラクタダイオード）によって構成することができる。図２７（ａ）（ｂ）は、インダクタ３０２５と可変容量ダイオード（バラクタダイオード）３０２６によって構成した可変インピーダンス３０２１，３０２２，８２１，８２２の例を示しており、図２７（ｃ）は、可変容量ダイオード３０２６を具備するが、インダクタ３０２５を具備しない可変インピーダンスの例を示している。なお、可変インピーダンス３０２１，３０２２，８２１，８２２は、インダクタと可変容量ダイオード以外の回路要素を含んでいても良い。
【０１４２】
可変容量ダイオード３０２６は、例えば、バラクタダイオードによって構成されている。バラクタダイオード３０２６は、カソードが、第３ポートＰ３又は第４ポートＰ４側に接続され、アノードが、グランド側に接続されている。
【０１４３】
インダクタ３０２５は、集中定数素子として構成されたインダクタ（チップインダクタ）であってもよいし、分布定数線路（マイクロストリップライン）として構成されたインダクタ３０２５ａであってもよい。
インダクタ３０２５は、図２７（ａ）に示すように、可変容量ダイオード３０２６のアノード側に接続することができる。つまり、可変容量ダイオード３０２６のアノードは、インダクタ３０２５を介して、グランドに接続することができる。
また、インダクタ３０２５は、図２７（ｂ）に示すように、可変容量ダイオード３０２６のカソード側に接続することもできる。つまり、可変容量ダイオード３０３６のカソードは、インダクタ３０２５を介して、第３ポートＰ３又は第４ポートＰ４に接続することもできる。
【０１４４】
図２７（ａ）（ｂ）に示すようにインダクタ３０２５を設けることで、図２７（ｃ）に示すようにインダクタ３０２５を設けない場合に比べて、負荷変動部３００１，８０３における損失（ロス）を低減することができる。
【０１４５】
図２８は、図２７（ａ）に示すようにインダクタ３０２５を設けた可変インピーダンス３０２１，３０２２，８２１，８２２を備えた負荷変動部３００１，８０３のロス率、及び、図２７（ｃ）に示すようにインダクタ３０２５を省略した可変インピーダンス３０２１，３０２２，８２１，８２２を備えた負荷変動部３００１，８０３のロス率の測定結果を示している。なお、測定に際しては、インダクタ３０２５として、集中定数素子を用いた。
【０１４６】
ここで、ロス率は、次のように定義する。まず、負荷変動部３００１，８０３のロスがゼロである場合における、負荷変動部３００１，８０３の第１ポート（入力ポート）Ｐ１の反射電力Ｓ１１（図２０参照）と、負荷変動部３００１，８０３の第１ポート（入力ポート）Ｐ１から第２ポート（出力ポート）Ｐ２への通過電力Ｓ１２（図２０参照）と、の和を、１とする。ロス率は、反射電力及び通過電力を用いて次のように表される。
ロス率＝１−（反射電力＋通過電力）
【０１４７】
図２８の測定結果を得るため、Ｐ３，Ｐ４に接続された可変容量ダイオード３０２６それぞれに付加される電圧を変化させて、ロス率の測定を行った。可変容量ダイオード３０２６それぞれに付加される電圧の組み合わせは、３６０通りに設定した。図２８において、横軸は、１〜３６０の組み合わせ番号を示す。
図２８に示すように、可変インピーダンス３０２１，３０２２，８２１，８２２にインダクタ２０２５を設けない場合、ロス率は、０．２６−０．１８(２６％−１８％)程度となる一方、可変インピーダンス３０２１，３０２２，８２１，８２２にインダクタ３０２５を設けた場合、ロス率は、０．２２−０．１４(２２％−１４％)程度となり、ロス率が改善したことがわかる。
【０１４８】
また、インダクタ３０２５を設けると、可変容量ダイオード３０２６の反射係数の振れ幅が大きくなり、負荷変動部３０１１，８０３のインピーダンスの振れ幅も大きくなる。つまり、インダクタ３０２５を設けると、負荷変動部３００１，８０３の可変範囲を大きくする効果も得られる。
【０１４９】
インダクタ３０２５が集中定数素子（チップインダクタ）によって構成されている場合、インダクタ３０２５の位置は、図２７（ａ）に示す位置であっても、図２７（ｂ）に示す位置であっても、回路としては等価であるため、同様の損失低減効果が得られる。
一方、インダクタ３０２５が分布定数線路（マイクロストリップライン）３０２５ａによって構成されている場合、インダクタ３０２５の位置は、図２７（ａ）に示す位置よりも、図２７（ｂ）に示す位置のほうが、損失の低減の観点からは優れていることが、シミュレーションの結果、判明した。
【０１５０】
ここで、負荷変動部３００１，８０３の損失を低減するには、可変インピーダンス３０２１，３０２２，８２１，８２２において、電力が浪費されるのを防止すればよい。つまり、第３ポートＰ３又は第４ポートＰ４側からみたときの、可変インピーダンス３０２１，３０２２，８２１，８２２からの反射電力が大きければ、負荷変動部３００１，８０３の損失を低減することができる。換言すると、可変インピーダンス３０２１，３０２２，８２１，８２２の反射係数を大きくすることで、損失を低減できる。
【０１５１】
マイクロストリップライン３０２５ａは、インピーダンス変換回路として機能する。そこで、第３ポートＰ３又は第４ポートＰ４側への反射電力が大きくなるようにインピーダンス変換回路３０２５ａを設けることで、損失を低減できる。
【０１５２】
図２９に示すように、インピーダンス変換回路３０２５ａのインピーダンス（特性インピーダンス）は、３ｄＢブランチラインカプラにおける系のインピーダンスＺ０（例えば、５０Ω）とは異なる値のインピーダンスに設定される。異なる値のインピーダンスとすることで、第３ポートＰ３又は第４ポートＰ４側への反射電力を大きくすることができる。
【０１５３】
インピーダンス変換回路（インダクタ）３０２５ａのインピーダンスを、Ｚ０（＝５０Ω）よりも大きくする場合、インピーダンス変換回路３０２５ａのインピーダンスは、６０Ω以上とするのが好ましい。つまり、インピーダンス変換回路３０２５ａのインピーダンスは、Ｚ０の１２０％以上とするのが好ましい。さらには、インピーダンス変換回路３０２５ａのインピーダンスは、７０Ω（Ｚ０の１４０％以上）とするのがより好ましい。
【０１５４】
インピーダンス変換回路３０２５ａの特性インピーダンスを、Ｚ０よりも小さくすることで、Ｚ０よりも大きくする場合に比べて、可変インピーダンス３０２１，３０２２，８２１，８２２における熱損失が小さくなり、損失を、比較的小さくすることができる。
インピーダンス変換回路（インダクタ）３０２５ａのインピーダンスを、Ｚ０（＝５０Ω）よりも小さくする場合、インピーダンス変換回路３０２５ａのインピーダンスは、４０Ω以下とするのが好ましい。つまり、インピーダンス変換回路３０２５ａのインピーダンスは、Ｚ０の８０％以下とするのが好ましい。さらには、インピーダンス変換回路３０２５ａのインピーダンスは、３０Ω（Ｚ０の６０％以下）とするのがより好ましい。
【０１５５】
このように、インダクタ３０２５を分布定数線路で構成した場合、インダクタ３０２５は、第３ポートＰ３又は第４ポートＰ４と可変容量ダイオード３０２６との間にあり、かつ、Ｚ０未満とするのが好ましい。
【０１５６】
なお、増幅装置８０１の出力にアンテナが接続される場合、当該アンテナの特性インピーダンスＺ０（多くの場合５０Ω又は７５Ω）に整合するように、増幅装置８０１の伝送路（増幅装置８０１によって増幅された信号の伝送路）の特性インピーダンスＺ０（５０Ω又は７５Ω）が設定される。したがって、３ｄＢブランチラインカプラにおける系のインピーダンスＺ０も、５０Ω又は７５Ωに設定される。
【０１５７】
［６．１０  インピーダンスが離散的に変化する負荷変動部］
図３０は、図２０(図２３、図２４)に示す負荷変動部（負荷変動器）３００１において、インピーダンスが離散的に変化するように構成したものを示している。図３０に示す負荷変動部３００１は、図２５に示す増幅装置８０１の負荷変動部８０３としても利用できる。
【０１５８】
図３０に示す負荷変動部３００１において、第３ポートＰ３及び第４ポートＰ４それぞれに接続された可変インピーダンス３０２１，３０２２は、インピーダンスが離散的に変化するよう構成されている。
第３ポートＰ３に接続された第１可変インピーダンス３０２１は、インピーダンスの異なる複数のインピーダンスＺＡ，ＺＢ，・・・ＺＸを備えている。さらに、第１可変インピーダンス３０２１は、複数のインピーダンスＺＡ，ＺＢ，・・・ＺＸのうちの一つを選択して、選択したインピーダンスを第３ポートＰ３側に接続させる制御素子（スイッチング素子；高周波スイッチング素子）３０２８を備えている。
第４ポートＰ４に接続された第２可変インピーダンス３０２２も、インピーダンスの異なる複数のインピーダンスＺＡ，ＺＢ，・・・ＺＸを備えている。さらに、第２可変インピーダンス３０２２は、複数のインピーダンスＺＡ，ＺＢ，・・・ＺＸのうちの一つを選択して、選択したインピーダンスを第４ポートＰ４側に接続させる制御素子（スイッチング素子；高周波スイッチング素子）３０２８を備えている。
【０１５９】
第１可変インピーダンス３０２１及び第２可変インピーダンス３０２２の制御素子３０２８を制御部３０３１によって制御し、任意のインピーダンスＺＡ，ＺＢ，・・・ＺＸを選択することで、可変インピーダンス３０２１，３０２２のインピーダンスの値を独立して調整可能である。
つまり、可変インピーダンス３０２１，３０２２のインピーダンス差も離散的に変化し、その結果、入力ポートＰ１−出力ポートＰ２間での反射電力・通過電力のバランスが離散的に変化し、負荷変動部３００１の入力インピーダンスが離散的に変化する。
インピーダンスを離散的に変化させるようにすることで、連続的にインピーダンスを変化させる場合に比べて、高速化が容易となる。
【０１６０】
［６．１１  可変位相器を複数用いた負荷変動部］
図３１は、可変位相器を複数（２つ）用いた負荷変動部（負荷変動器）４００１を示している。
図３１に示す負荷変動部４００１は、図１４に示す負荷変動部１００１の位相調整器１００３ａ，１００３ｂとして、それぞれ、図２０に示す可変位相器（負荷変動部３００１）を利用したものに相当する。
【０１６１】
つまり、図３１に示す負荷変動部４００１は、第１位相調整器４００３ａ及び第２位相調整器４００３ｂを備えている。第１位相調整器４００３ａ及び第２位相調整器４００３ｂには、それぞれ、増幅器４００２の出力信号（負荷変動部４００１を通過する信号）を複数に分波した分波出力信号が与えられる。なお、位相調整器４００３ａ，４００３ｂは、位相だけが調整される必要はなく、例えば、インピーダンス変換が併せて行われていても良い。
【０１６２】
位相調整器４００３ａ，４００３ｂによって位相が調整された分波出力信号それぞれは、λ／４線路からなるインピーダンス変換器４００３ｃ，４００３ｄを通って、合成部４００３ｅによって合成される。合成された出力信号は、無線通信装置のアンテナ４０１０から出力される。
【０１６３】
第１位相調整器４００３ａ及び第２位相調整器４００３ｂそれぞれは、図２０に示す可変位相器（負荷変動部３００１）と同様の構成を有している。
つまり、第１位相調整器４００３ａ及び第２位相調整器４００３ｂそれぞれは、図２０に示すものと同様に、ブランチラインカプラによって構成することができる。この場合、第１位相調整器４００３ａ及び第２位相調整器４００３ｂそれぞれは、第１ポートＰ１，第２ポートＰ２，第３ポートＰ３，及び第４ポートＰ４を有する４ポート回路（３ｄＢブランチラインカプラ）を有し、各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の間には、４つの伝送路４１１１，４１１２，４１１３，４１１４が設けられている。各伝送路４１１１，４１１２，４１１３，４１１４は、λ／４線路である。
【０１６４】
第１ポートＰ１と第３ポートＰ３との間の伝送路４１１１のインピーダンス、及び、第２ポートＰ２と第４ポートＰ４との間の伝送路４１１４のインピーダンスは、それぞれ、Ｚ０／（√２）である(Ｚ０は３ｄＢブランチラインカプラにおける系のインピーダンス)。また、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２との間の伝送路４１１２のインピーダンス、及び第３ポートＰ３と第４ポートＰ４との間の伝送路４１１３のインピーダンスは、Ｚ０である。
【０１６５】
第１ポートＰ１は、分波出力信号が入力される入力ポートであり、第２ポートは、信号が出力される出力ポートである。
第１位相調整器４００３ａ及び第２位相調整器４００３ｂそれぞれにおける第３ポートＰ３及び第４ポートＰ４には、それぞれ、可変インピーダンス４１２１，４１２２が接続されている。可変インピーダンス４１２１，４２２２は、例えば、インダクタと可変容量ダイオード（バラクタダイオード）によって構成されている。可変インピーダンス４１２１，４２２２としては、図２７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す３つの構成のいずれを採用してもよい。また、可変インピーダンス４１２１，４２２２としては、図３０に示す可変インピーダンス（インピーダンスが離散的に変化する可変インピーダンス）３０２８を採用してもよい。
【０１６６】
可変位相器である第１位相調整器４００３ａ及び第２位相調整器４００３ｂによって、複数の分波出力信号間の位相差を調整することで、負荷変動部４００１の負荷（インピーダンス）を変化させることができる。
【０１６７】
負荷変動部４００１において、４つの可変インピーダンス４１２１，４１２２の値は、制御部４０３１によって、独立して調整可能である。
第１位相調整器４００３ａ及び第２位相調整器４００３ｂそれぞれの可変インピーダンス４１２１，４１２２の値を、制御部４０３１の制御信号（第１制御信号〜第４制御信号）に従って、適切に調整すると、負荷変動部４００１の入力インピーダンス（増幅器４００２側からみたインピーダンス）を変動させつつ、負荷変動部４００１の出力インピーダンス（アンテナ４０１０側からみたインピーダンス）を略一定にすることができる。これは、可変インピーダンス４１２１，４１２２の値を調整することで、第１位相調整器４００３ａ及び第２位相調整器４００３ｂそれぞれの反射電力及び通過電力のバランスを調整でき、負荷変動部４００１の出力インピーダンスを変動させずに、入力インピーダンスを変動させることが可能となるからである。
したがって、図３１に示す負荷変動部４００１では、出力インピーダンスの変動を抑制するためにアイソレータを設ける必要がない（ただし、アイソレータを設けてもよい）。
例えば、第１位相調整器４００３ａ及び第２位相調整器４００３ｂそれぞれの可変インピーダンス４１２１，４１２２の電圧反射係数Γｉ（ｉ＝１〜４）値を、次のように設定することで、負荷変動部４００１の出力インピーダンス（５０Ω）を一定にしつつ、負荷変動部４００１の入力インピーダンスを変動（５０Ω，８２Ω，１２０Ω）させることができる。
【表１】
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表１において、Γ１は、第１位相調整器４００３ａの可変インピーダンス４１２１の反射係数であり、Γ２は第１位相調整器４００３ａの可変インピーダンス４１２２の反射係数であり、Γ３は第２位相調整器４００３ａの可変インピーダンス４１２１の反射係数であり、Γ４は第２位相調整器４００３ａの可変インピーダンス４１２２の反射係数である。Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４は、上記のＺｉの式に従ってΓ１，Γ２，Γ３，Γ４から算出される可変インピーダンス４１２１，４１２２のインピーダンスである。
なお、表１では、反射係数の絶対値の大きさと位相角とを変化させて、所望の入力インピーダンスを設定しているが、絶対値の大きさを変えず、位相角だけを変化させることでも、同様に入力インピーダンスを設定することが可能である。
【０１６８】
図３１の負荷変動部４００１は、位相器４１４０及び位相補正部４１４１を備えている。位相器４１４０及び位相補正部４１４１は、図２３及び図２４に示す位相器３０４０及び位相補正部３０４１と同様のものである。
【０１６９】
つまり、位相器４１４０は、位相を適宜回転させることで、負荷変動部４００１のインピーダンスを、図２１のＳ１〜Ｓ５から、図２１のＳ１’〜Ｓ５’のように変化させて、負荷変動部４００１を抵抗にみせるか、又は、所望のインピーダンス特性が得られるようにするためのものである。
また、位相補正部４１４１は、信号が負荷変動部４００１を通過する際に生じる位相の変化を補正するためのものである。
【０１７０】
図３１において、負荷変動部４００１には、インピーダンス変換器４１５０が接続されている。インピーダンス変換器４１５０は、λ／４伝送線路によって構成されており、図２５に示す増幅装置８０１におけるインピーダンス変換器８５０と同じ機能を有する。つまり、インピーダンス変換器４１５０を設けることで、負荷変動部４００１のインピーダンスを高く変動させることができる。
【０１７１】
［６．１２  可変位相器を用いた負荷変動部を有する増幅装置］
図３２は、可変位相器を用いた負荷変動部を有する増幅装置９０１を示している。図３２の増幅装置９０１は、図２５に示す増幅装置８０１において、負荷変動部８０３を、図３１の負荷変動部４００１に置換したものと等価である。つまり、図３２の増幅装置９０１は、図３１の負荷変動部４００１と同様の負荷変動部９０３を備えている。
なお、図３２の増幅装置９０１において、増幅器９０２は、スイッチング増幅器であるが、スイッチング増幅器でなくてもよい。
【０１７２】
図３２の増幅装置９０１では、負荷制御部として、第１〜第４制御信号を生成する制御部９０４ｃを備えている。制御部９０４ｃは、入力信号の振幅情報ｒに基づいて、第１位相調整器４００３ａ及び第２位相調整器４００３ｂそれぞれの可変インピーダンス４１２１，４１２２の値を制御し、負荷変動部９０３における負荷（抵抗）を変動させる。なお、第１〜第４制御信号は、４つの可変インピーダンス４１２１，４１２２を制御する信号である。
【０１７３】
なお、制御部９０４ｃと可変インピーダンス４１２１，４１２２との間には、（第１〜第４）制御信号それぞれに対する遅延調整を行う遅延調整部９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃ，９０５ｄが設けられている。遅延調整部９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃ，９０５ｄにて遅延調整を行うことで、増幅器９０２の出力信号との間で信号タイミングを一致させることができる。
【０１７４】
なお、図３２の増幅装置９０１においても、位相補正部４１４１に対応する機能（位相補正機能）は、歪補償部９０９にて行うことができる。
また、増幅器９０２と負荷変動部９０３との間に設けられたインピーダンス変換器（λ／４線路）９５０は、負荷変動部９０３が生じさせる負荷の変動範囲Ｚ１〜Ｚ２が、増幅器９０２として必要な範囲となるようにインピーダンス変換を行うものである。
【０１７５】
図３２の増幅装置９０１では、１つのスイッチング増幅器９０２出力信号を分波した分波出力信号を二つの位相調整器４００３ａ，４００３ｂに与える。
ただし、図１６の増幅装置６０１のように、直交変調器９０６の出力である変調信号が２つに分波され、分波された変調信号が２つ（複数）の増幅器に入力されてもよい。
また、図１８の増幅装置７０１のように、分派された信号を、複数（２つ）の増幅器による増幅の前に、位相調整器４００３ａ，４００３ｂにて位相調整してもよい。
【０１７６】
［６．１３  インピーダンスが離散的に変化する負荷変動部］
図３３及び図３４は、インピーダンスが離散的に変化する負荷変動部５００１を示している。
この負荷変動部５００１は、並列接続された複数（２つ）のインピーダンス変換部５０１１，５０１２を備えている。
第１インピーダンス変換部（第１伝送線路）５０１１及び第２インピーダンス変換部（第２伝送線路）５０１２は、それぞれ、マイクロストリップラインによって構成されたλ／４伝送線路（線路長さがλ／４である伝送線路）である。
【０１７７】
二つのインピーダンス変換部５０１１，５０１２のうち、一方のインピーダンス変換部（第２インピーダンス変換部）５０１２には、高周波スイッチング素子（制御素子）５０２１を備えている。
図３４では、二つのインピーダンス変換部５０１１，５０１２の線路幅が異なっているため、両者の線路インピーダンスは異なるが、同じであってもよい。
【０１７８】
スイッチング素子５０２１は、例えば、ＰＩＮダイオード５０２１ａによって構成することができ、導通状態又は非導通状態に切り替わることができる。図３４に示すように、スイッチング素子５０２１にインダクタ（付加素子）５０２２を並列接続することで、スイッチング素子５０２１及びインダクタ５０２２とで共振回路を構成すると、より完全な導通状態又は非導通状態を得ることができる。なお、なお、付加素子５０２２は、インダクタに限られず、スイッチング素子５０２１のインピーダンス特性に応じて、共振回路を得るための適当な素子であればよい。
【０１７９】
スイッチング素子５０２１は、第２インピーダンス変換部（第２伝送線路）５０１２の中央位置に接続されている。換言すると、スイッチング素子５０２１は、λ／４伝送線路５０１２の端部からの線路長さがλ／８である位置に接続されている。スイッチング素子５０２１が接続された位置は、λ／４伝送線路５０１２を、２つのλ／８伝送線路５０１２ａ，５０１２ｂに分割する位置となっている。
【０１８０】
図３３（ｂ）に示すように、スイッチング素子５０２１が、非導通状態（ＯＦＦ）である場合、スイッチング素子５０２１の存在は無視できる。したがって、負荷変動部５００１全体は、２つの伝送線路５０１１，５０１２の並列回路となる。この場合、負荷変動部５００１のインピーダンスは、第１インピーダンス変換部５０１１の線路インピーダンスＺ１と第２インピーダンス変換部５０１２の線路インピーダンスＺ２の合成インピーダンス（Ｚ１／／Ｚ２）となる。
【０１８１】
一方、図３３（ｃ）に示すように、スイッチング素子５０２１が、導通状態（ＯＮ）である場合、第２伝送線路５０１２は、２つのスタブ（ショートスタブ）５０１２ａ，５０１２ｂとなる。したがって、負荷変動部５００１全体は、λ／４の第１伝送線路５０１１の両側に２つのλ／８ショートスタブ５０１２ａ，５０１２ｂが接続されたπ型の回路となる。この場合、負荷変動部５００１のインピーダンスは、π型回路における合成インピーダンスとなる。
【０１８２】
このように、スイッチング素子５０２１の素子状態（導通状態／非導通状態）を切り替えることで、負荷変動部５００１を、伝送線路５０１１，５０１２の並列回路又はπ型回路に切り替えることができる。伝送線路５０１１，５０１２の並列回路とπ型回路とでは、インピーダンスが異なるため、スイッチング素子５０２１の導通状態／非導通状態を切り替えることで、インピーダンスを変化させることができる。
つまり、負荷変動部５００１のインピーダンスは、伝送線路５０１１，５０１２の並列回路の第１インピーダンス及びπ型回路の第２インピーダンスの２つのインピーダンス値をとることができる。このように、負荷変動部５００１は、インピーダンスが、２種類の値に離散的に変化する。
なお、負荷変動部５００１のインピーダンスを離散的に変化させる必要がない場合、制御素子５０２１としては、スイッチング素子に限らず、可変インピーダンス素子であってもよい。
【０１８３】
図３３において、負荷変動部５００１には、補助インピーダンス変換部５００２が接続されている。補助インピーダンス変換部５００２は、λ／４伝送線路によって構成されており、図２５に示す増幅装置８０１におけるインピーダンス変換器８５０と同じ機能を有する。つまり、補助インピーダンス変換部５００２を設けることで、負荷変動部５００１のインピーダンスを高く変動させることができる。
【０１８４】
負荷変動部５００１を構成するインピーダンス変換部（伝送線路）５０１１，５０１２の数は、２つに限られず、図３５（ａ）に示すように３つであってもよい。図３５（ａ）に、３つのインピーダンス変換部５０１１，５０１２，５０１３を有する負荷変動部５００１を示した。負荷変動部５００１を構成するインピーダンス変換部の数は、３以上であってもよい。
【０１８５】
図３５（ａ）の負荷変動部５００１では、負荷変動部５００１を構成する全てのインピーダンス変換部５０１１，５０１２，５０１３それぞれに、第１〜第３スイッチング素子（制御素子）５０２１ａ，５０２１ｂ，５０２１ｃが接続されている。この場合、図３５（ｂ）に示すように、第１〜第３スイッチング素子５０２１ａ，５０２１ｂ，５０２１ｃそれぞれのＯＮ／ＯＦＦ（導通／非導通）を適宜切り替えることで、負荷変動部５００１全体のインピーダンスを、ＺＡ〜ＺＧに離散的に変化させることができる。
【０１８６】
図３６及び図３７に示すように、スイッチング素子（制御素子）５０２１は、第２インピーダンス変換部５０１２の中途位置に介在するように直列接続されていてもよい。つまり、２つの分離したλ／８伝送線路５０１２ａ，５０１２ｂの間に、スイッチング素子５０２１を直列接続してもよい。
【０１８７】
図３６（ｂ）に示すように、スイッチング素子５０２１が、導通状態（ＯＮ）である場合、２つのλ／８伝送線路５０１２ａ，５０１２ｂは、直列接続され、１つのλ／４伝送線路５０１２となる。したがって、負荷変動部５００１全体は、２つの伝送線路５０１１，５０１２の並列回路となる。この場合、負荷変動部５００１のインピーダンスは、第１インピーダンス変換部５０１１の線路インピーダンスＺ１と第２インピーダンス変換部５０１２の線路インピーダンスＺ２の合成インピーダンス（Ｚ１／／Ｚ２）となる。
【０１８８】
一方、図３６（ｃ）に示すように、スイッチング素子５０２１が、非導通状態（ＯＦＦ）である場合、第２伝送線路５０１２は、２つのスタブ（オープンスタブ）５０１２ａ，５０１２ｂとなる。したがって、負荷変動部５００１全体は、λ／４の第１伝送線路５０１１の両側に２つのλ／８オープンスタブ５０１２ａ，５０１２ｂが接続されたπ型の回路となる。この場合、負荷変動部５００１のインピーダンスは、π型回路における合成インピーダンスとなる。
この結果、図３６及び図３７に示す負荷変動部５００１においても、インピーダンスが、２種類の値に離散的に変化することができる。
【０１８９】
図３８に示す負荷変動部５００１は、図３３〜図３７に示す負荷変動部５００１を一つの部分負荷変動部とし、複数（３つ）の部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃを組み合わせて構成されたものである。
【０１９０】
図３８において、複数の部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃは直列にカスケード接続されている。
複数（３つ）の部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃそれぞれには、制御部５０３１から、制御信号（第１〜第３制御信号）が与えられる。部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃのスイッチング素子５０２１それぞれは、制御信号によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【０１９１】
負荷変動部５００１が、複数の部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃを備えることで、負荷変動部５００１のインピーダンスの値の種類を増やすことができる。
一つの部分負荷変動部において、離散的に変化するインピーダンスの値の種類をＡとし、負荷変動部５００１を構成する部分負荷変動部の数をＮとすると、負荷変動部５００１全体で、インピーダンスの値の種類は、ＡＮとなる。
【０１９２】
特に、部分負荷変動部を図３３（図３４）及び図３６（図３７）のように構成した場合、一つの部分負荷変動部が有するスイッチング素子５０２１の数は一つであるから、Ｎ個のスイッチング素子５０２１で、ＡＮ種類のインピーダンスを実現することができる。つまり、３つの部分負荷変動部で負荷変動部を構成した場合、３つのスイッチング素子で、２３＝８種類のインピーダンスを表現することができる。
このように、比較的少ない数のスイッチング素子５０２１によって、多様なインピーダンスを実現できる。
【０１９３】
複数の部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃを直列に接続する場合、図３９（ａ）に示すように、隣接する部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃ同士を近接して配置した場合、隣接する部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃ間で干渉が生じる。
【０１９４】
一方、図３９（ｂ）に示すように、干渉を避けるために、隣接する部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃ間に伝送線路を介在させて、隣接する部分負荷変動部同士を離すと、その伝送線路によって、負荷変動部５００１全体のインピーダンスが影響を受ける。伝送線路による影響を避けるには、線路長がλであるλ伝送線路とすることで、隣接する部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃ同士を近接して配置した場合と同じ特性にする必要がある。λ伝送線路を設ける必要があると負荷変動部５００１が大型化する。
【０１９５】
そこで、図４０に示すように、複数の部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃを、回路基板（両面基板）５０５０の表面５０５１と裏面５０５２とに互い違いに位置させることで、干渉を回避しつつ、大型化を防止できる。
【０１９６】
例えば、図４０に示す負荷変動部５００１は、表裏両面に回路パターンが形成される回路基板５０５０の表面５０５１に第１部分負荷変動部５００１ａが形成されている。第１部分負荷変動部５００１ａに隣接する第２部分負荷変動部５００１ｂは、裏面５０５２に形成され、スルーホール５０５３を介して、表面５０５１に形成された第１部分負荷変動部５００１ａと接続されている。第２部分負荷変動部５００１ｂに隣接する第３部分負荷変動部５００１ｃは、表面５０５１に形成され、スルーホール５０５４を介して、裏面５０５２に形成された第２部分負荷変動部５００１ｂと接続されている。
【０１９７】
なお、複数の部分負荷変動部を有する負荷変動部において、複数の部分負荷変動部は一列に直列接続されている必要はない。例えば、負荷変動部５００１は、図４１（ａ）に示すように、複数（２つ）の部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂが直列接続されたものと、別の複数（２つの）部分負荷変動部５００１ｃ，５００１ｄが直列接続されたものと、を並列接続して構成されていてもよい。
【０１９８】
また、図４１（ｂ）に示すように、負荷変動部５００１は、図４１（ａ）に示すように接続された部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃ，５００１ｄに対して、さらに別の部分負荷変動部５００１ｅを直列接続してもよい。このように、多様な接続方法によって、複数の部分負荷変動部を接続することが可能である。
図４１に示すように、複数の部分負荷変動部が、できるだけ、並列接続されるようにすることで、全ての部分負荷変動部を直列接続した場合に比べて、損失を抑えることができる。
【０１９９】
［６．１４  インピーダンスが離散的に変化する負荷変動部を有する増幅装置］
図４２は、インピーダンスが離散的に変化する負荷変動部を有する増幅装置９５１を示している。図４２の増幅装置９５１は、図２５に示す増幅装置において、負荷変動部８０３を、図３８の負荷変動部５００１に置換したものと、略等価である。つまり、図４２の増幅装置９５１は、図３８の負荷変動部５００１と同様の負荷変動部９５３を備えている。負荷変動部９５３の負荷は離散的に変化する。
なお、図４２の増幅装置９５１において、増幅器９５２は、スイッチング増幅器であるが、スイッチング増幅器でなくてもよい。
【０２００】
図４２の増幅装置９５１では、負荷制御部として、負荷変動部９５３を構成する部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃそれぞれのスイッチング素子５０２１の制御（ＯＮ／ＯＦＦ切替）を行うための第１〜第３制御信号(ＯＮ/ＯＦＦ信号)を生成する制御部９５４ｃを備えている。制御部９５４ｃは、入力信号の振幅情報ｒに基づいて、それぞれのスイッチング素子５０２１の制御を行い、負荷変動部９０３における負荷を変動させる。
【０２０１】
なお、制御部９５４ｃと部分負荷変動部５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃとの間には、（第１〜第３）制御信号それぞれに対する遅延調整を行う遅延調整部９５５ａ，９５５ｂ，９５５ｃが設けられている。遅延調整部９５５ａ，９５５ｂ，９５５ｃにて遅延調整を行うことで、増幅器９０２の出力信号との間で信号タイミングを一致させることができる。
【０２０２】
なお、図４２の増幅装置９５１においても、位相補正部に対応する機能を設けることができる。つまり、負荷変動部５００１において生じる通過位相の変化を、位相補正部にて補正することができる。ただし、図４２において、位相補正部の機能は、歪補償部９５９にて行うことができる。
また、増幅器９５２と負荷変動部９５３との間には、インピーダンス変換器（λ／４線路）９６０が設けられている。このインピーダンス変換器９６０は、負荷変動部９５３が生じさせる負荷の変動範囲Ｚ１〜Ｚ２が、増幅器９５２として必要な範囲となるようにインピーダンス変換を行うものである。
【０２０３】
また、負荷変動部９５３には、アイソレータ５００３が設けられている。負荷変動部９５３の最終段に、アイソレータ５００３を設けることで、増幅器９５２からみた負荷（負荷変動部９５３の入力インピーダンス）が変動しても、負荷変動部９５３の出力インピーダンスの変動を抑えることができる。負荷変動部９５３の出力インピーダンスの変動を抑えることで、負荷変動部９５３の出力側に接続されたアンテナとの整合を確保することができ、動作が安定する。
【０２０４】
［６．１５  インピーダンスが離散的に変化する負荷変動部の他の例］
図４３は、インピーダンスが離散的に変化する負荷変動部６００１を示している。負荷変動部６００１は、インピーダンスの異なる複数の負荷部６０１１，６０１２，６０１４，６０１４，６０１５を備えている。負荷部６０１１〜６０１５は、例えば、インピーダンス変換部（伝送線路；マイクロストリップライン）によって構成することができる。
【０２０５】
負荷変動部６００１は、複数の負荷部６０１１〜６０１５のいずれかを択一的に選択するためのスイッチ部６０２１，６０２２を備えている。スイッチ部６０２１，６０２２それぞれは、複数のスイッチング素子（高周波スイッチング素子）を備えている。
負荷変動部６００１の負荷（インピーダンス）は、複数の負荷部６００１〜６０１５のうち選択された負荷部のインピーダンスとなる。つまり、負荷変動部６００１は、インピーダンスが離散的に変化する。
【０２０６】
図４３の負荷変動部６００１は、負荷変動部６００１がとり得るインピーダンスの値の個数に比べて、スイッチング素子の数が多くなり易いが、構成が単純であるため、設計が容易である。
【０２０７】
［６．１６  インピーダンスを離散的に変化させる方法］
ロードモジュレーション方式の増幅装置では、増幅装置の入力信号（変調信号）の時間的変動に応じて、負荷変動部の負荷（インピーダンス）の値が変動する。つまり、増幅装置の入力信号（変調信号）は、負荷を変動させる基準となる基準信号（時間変動する信号）となっている。
【０２０８】
ここで、ナイキストの定理によれば、信号の変調帯域幅の２倍以上の周波数で離散化を行えば、信号の帯域内の情報をすべて保存することができる。
したがって、負荷変動部のインピーダンスを離散的に変化させようとする場合には、負荷変動の基準となる基準信号の帯域幅（伝送帯域幅）の２倍以上のレートで離散的に負荷の値を変更すればよい。その結果、負荷を離散的に変化させても、負荷を連続的に変化させたのと同様の結果が得られる。
【０２０９】
しかも、負荷（インピーダンス）の変化を離散的に行うことで、連続的に行う場合に比べて、負荷の変化の高速化が容易である。
【０２１０】
図４４は、既に説明した数々の増幅装置を、負荷変動部における負荷の変動速度の観点から説明するためのものである。
図４４において、ロードモジュレーション方式の増幅装置１１は、増幅器１２と、増幅器１２の出力側に接続された負荷変動部（負荷変動器）１３と、を備えている。
【０２１１】
負荷変動部１３は、信号（通過信号）が入力される入力部１３ａと、入力部１３ａに入力された信号に対する負荷の値を変更可能な負荷変動部本体（負荷変動器本体）１３ｂと、負荷変動部本体１３ｂから出力された信号を出力する出力部１３ｃと、負荷変動部本体１３ｂの負荷の値を変更するための制御信号が入力される制御信号入力部１３ｄと、を備えている。
【０２１２】
負荷変動部１３が、増幅装置の他の回路素子とは独立してユニット化（チップ化）された回路によって構成されている場合、入力部１３ａ、出力部１３ｃ、及び制御信号入力部１３ｄそれぞれは、例えば、ユニット化された回路における信号入出力のための端子が相当する。
また、負荷変動部１３が、ユニット化されていない場合、入力部１３ａ、出力部１３ｃ、及び制御信号入力部１３ｄそれぞれは、増幅装置における他の回路素子から、負荷変動部１３に接続される配線部が相当する。
【０２１３】
入力部１３ａは、増幅器１２の出力側に接続されており、出力部１３ｃは、アンテナ側に接続されており、制御信号入力部１３ｄは、負荷制御部１４ｃに接続されている。
【０２１４】
負荷制御部１４ｃは、負荷変動部本体１３ｂの負荷の変化を制御するためのものである。負荷制御部１４ｃは、入力信号の振幅情報ｒに基づいて、負荷変動部本体１３ｂの負荷を変化させる制御信号（スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ信号など）を生成する。負荷制御部１４ｃが生成する制御信号は、入力信号の帯域をｆ［Ｈｚ］とした場合、ｆの２倍（２×ｆ［Ｈｚ］）以上のレートで、負荷変動部本体１３ｂの負荷を離散的に変化させるデジタル信号である。つまり、制御信号の信号レートは、２×ｆ［Ｈｚ］以上となっている。
【０２１５】
負荷変動部１３（負荷変動部本体１３ｂ）の動作レートも、制御信号の信号レートと同じであり、ｆの２倍（２×ｆ［Ｈｚ］）以上のレートとなる。したがって、負荷変動部１３は、入力信号（基準信号）の帯域の２倍以上のレートで、負荷が離散的に変化する。
【０２１６】
［７．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】
【０２１７】
１０１：増幅装置
１０２：増幅器（スイッチング増幅器）、１０３：負荷変動部、１０４：処理部、１０４ａ：振幅演算部、１０４ｂ：位相演算部、１０４ｃ：負荷制御部、１０５：遅延調整部、１０６：位相変調器
【０２１８】
２０１：増幅装置
２０２：増幅器（スイッチング増幅器）、２０３：負荷変動部、２０４：処理部、２０４ａ：振幅演算部、２０４ｂ-１，２０４ｂ-２：演算部、２０４ｃ：負荷制御部、２０５：遅延調整部、２０６：直交変調器
【０２１９】
３０１：増幅装置、３０２：増幅器（スイッチング増幅器）、３０３：負荷変動部、３０４：処理部、３０４ａ：振幅演算部、３０４ｃ：負荷制御部、３０５：遅延調整部、３０６：直交変調器
【０２２０】
４０１：増幅装置
４０２：増幅器（スイッチング増幅器）、４０３：負荷変動部、４０４：処理部、４０４ａ：振幅演算部、４０４ｃ：負荷制御部、４０５：遅延調整部、４０６：直交変調器、４０７，４０８，４０９：歪補償部
【０２２１】
５０１：増幅装置
５０２：増幅器（スイッチング増幅器）、５０３：負荷変動部、５０４：処理部、５０４ａ：振幅演算部、５０４ｃ：負荷制御部、５０５：遅延調整部、５０６：直交変調器、５０８：電源変調部、
【０２２２】
６０１：増幅装置
６０２：増幅器（スイッチング増幅器）、６０２ａ，６０２ｂ  増幅器（スイッチング増幅器）、６０３：負荷変動部、６０３ａ，６０３ｂ：位相調整器、６０３ｅ：合成部、６０３ｆ：アイソレータ、６０４：処理部、６０４ａ：振幅演算部、６０４ｃ−１，６０４ｃ−２：負荷制御部、６０５ａ，６０５ｂ：遅延調整部、６０６：直交変調器
【０２２３】
７０１：増幅装置
７０２ａ，７０２ｂ：増幅器（スイッチング増幅器）、７０３：負荷変動部、７０３ａ，７０３ｂ：位相調整器、７０３ｅ：合成部、７０３ｆ：アイソレータ、７０４：処理部、７０４ａ：振幅演算部、７０４ｃ−１，７０４ｃ−２：負荷制御部、７０５ａ，７０５ｂ：遅延調整部、７０６：直交変調器、７０９：歪補償部
【０２２４】
８０１：増幅装置
８０２：増幅器（スイッチング増幅器）、８０３：負荷変動部、８０４：処理部、８０４ａ：振幅演算部、８０４ｃ−１，８０４ｃ−２：負荷制御部、８０５ａ，８０５ｂ：遅延調整部、８０６：直交変調器、８０９：歪補償部、８２１，８２２：可変インピーダンス、８４０：位相器、８４３：アイソレータ、８５０：インピーダンス変換器
【０２２５】
９０１：増幅装置
９０２：増幅器（スイッチング増幅器）、９０３：負荷変動部、９０４：処理部、９０４ａ：振幅演算部、９０４ｃ：負荷制御部、９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃ，９０５ｄ：遅延調整部、９０６：直交変調器、９０９：歪補償部、９５０：インピーダンス変換器
【０２２６】
９５１：増幅装置
９５２：増幅器（スイッチング増幅器）、９５３：負荷変動部、９５４：処理部、９４５４ａ：振幅演算部、９５４ｃ：負荷制御部、９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃ：遅延調整部、９５６：直交変調器、９５９：歪補償部、９６０：インピーダンス変換器
【０２２７】
１００１：負荷変動器（負荷変動部）
１００２：増幅器、１００３ａ，１００３ｂ：位相調整器、１００３ｃ，１００３ｄ：インピーダンス変換器、１００３ｅ：合成部、１００３ｆ:アイソレータ、１０１０：アンテナ、１０１１：位相制御部
【０２２８】
２００１  増幅装置
２００２ａ，２００２ｂ：増幅器、２００３ｅ：合成部、２００４：信号処理部、２００６ａ，２００６ｂ：位相変調器
【０２２９】
３００１  負荷変動器（負荷変動部）
３０１１，３０１２，３０１３，３０１４：伝送路、３０２１，３０２２：可変インピーダンス、３０３５:可変容量ダイオード、３０２５:インダクタ、３０２５ａ：分布定数線路、３０２８：制御素子（スイッチング素子）、３０３１：制御部、３０４０：位相器、３０４１：位相補正部、３０４３：アイソレータ、Ｐ１：第１ポート、Ｐ２：第２ポート、Ｐ３：第３ポート、Ｐ４：第４ポート
【０２３０】
４００１：負荷変動器（負荷変動部）
４００２：増幅器、４００３ａ，４００３ｂ：位相調整器、４０１０：アンテナ、４１１１，４１１２，４１１３，４１１４：伝送線路、４１２１，４１２２：可変インピーダンス、４１４０：位相器、４１４１：位相補正部、４１５０：インピーダンス変換器、４０３１：負荷制御部
【０２３１】
５００１：負荷変動器（負荷変動部）
５００１ａ，５００１ｂ，５００１ｃ，５００１ｄ，５００１ｅ：部分負荷変動部、５００２：補助インピーダンス変換部、５０１１，５０１２，５０１３：インピーダンス変換部、５０１２ａ，５０１２ｂ：λ／８伝送線路、５０２１,５０２１ａ，５０２１ｂ，５０２１ｃ：制御素子（スイッチング素子；高周波スイッチング素子；ＰＩＮダイオード）、５０２２：付加素子（インダクタ）、５０２３、共振回路、５０３１：負荷制御部、５０５０：両面基板、５０５１：表面、５０５２：裏面、５０５３，５０５４：スルーホール
【０２３２】
６００１：負荷変動器（負荷変動部）
６０１１〜６０１５：負荷部、６０２１，６０２１：スイッチ部
【０２３３】
１１：増幅装置
１２：増幅器（スイッチング増幅器）、１３：負荷変動部（負荷変動器）、１３ａ：入力部、１３ｂ：負荷変動部本体（負荷変動器本体）、１３ｃ：出力部、１３ｄ：制御信号入力部、１４ｃ：負荷制御部
【図１】
0005978693.tif 000003
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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