(57)【要約】【課題】  小型かつ低価格で、広範囲な出力電力で高効率特性を有する増幅器を提供する。【解決手段】  制御回路３０が機能制御用電源供給部２０に電力制御信号を出力して、低出力動作時は、高出力増幅器兼低損失抵抗器１１が入力信号を増幅せず、高出力動作時は入力信号を増幅するように、高出力増幅器兼低損失抵抗器１１への供給電力を制御する。【選択図】  図１
2006005839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段に接続された第１、第２の増幅部を有する増幅器において、
前記第２の増幅部に電力を供給する電源供給部と、
前記第２の増幅部が、低出力動作時は入力信号を電力消費の無い低損失伝送路として伝送させ、高出力動作時は入力信号を増幅するように、前記電源供給部の電力供給を制御する制御部と
を具備することを特徴とする増幅器。
【請求項２】
前記電源供給部は、前記第２の増幅部の機能制御用電源供給部と、ＤＣ電源供給部とからなり、
前記制御部は、低出力動作時は、前記ＤＣ電源供給部から前記第２の増幅部への電力供給を停止させるとともに、前記機能制御用電源供給部から前記第２の増幅部へ所定の電力を供給させ、高出力動作時は、前記ＤＣ電源供給部から前記第２の増幅部へ電力を供給させるとともに、前記機能制御用電源供給部から前記第２の増幅部へ所定の電力を供給させる
ことを特徴とする請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】
前記第２の増幅部は、ゲート、ドレイン、ソースの３端子からなる半導体素子であって、ゲート接地とし、
前記制御部は、低出力動作時は、前記ＤＣ電源供給部から前記第２の増幅部のドレインへの電力供給を停止させるとともに、前記機能制御用電源供給部から前記第２の増幅部のゲートへ０Ｖの電圧を供給させ、高出力動作時は、前記ＤＣ電源供給部から前記第２の増幅部のドレインへ電力を供給させるとともに、前記機能制御用電源供給部から前記第２の増幅部のゲートへ所定の電圧を供給させる
ことを特徴とする請求項２に記載の増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型高出力増幅器に関する。特に携帯端末のような電池で動作する無線装置に適用される増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近無線送信装置の最終出力段に用いられる高出力増幅器には、無線装置全体の低消費電力化のために高効率特性、小型、低価格が要求される。一般に増幅器は出力電力が下がると効率が下がってくる。高効率特性を出力電力の広範囲にわたり維持するためには、低出力電カ時でも増幅器の効率を改善しなくてはならない。
この問題を解決する方法として、高出力増幅器の電源電圧を制御する方法や多段に接続された増幅器の最も消費電力の高い最終段の増幅器をスイッチによりバイパスする方法が知られている。
第１の電源電圧制御の方法は、出力電力に応じて電源電圧を制御し効率を改善する方法であり、ＤＣＤＣコンバータを用いる。
また、第２のバイパス方式は、図４のように２個の増幅器と２個のスイッチを従属接続し、高出力動作時には２つの増幅器１，２を動作させ、低出力動作時には２段目の増幅器２をバイパスさせるとともに、２段目の増幅器２をＯＦＦにして、電流を流さないようにすることで効率を改善する（特許文献１を参照）。
【特許文献１】特表２０００−５１３５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した第１の電源電圧制御の方法はＤＣＤＣコンバータを用いるため、その周辺回路まで考慮するとサイズが大きくなり、価格が高くなるという問題がある。また、ＤＣＤＣコンバータの変換損失は電源電圧が低くなるとき（出力電力が低いとき）は効率が悪くなるので、増幅器とＤＣＤＣコンバータを合わせたときの効率は劣化するという問題がある。
また、第２のバイパス方式は、低出力動作時に増幅器１の出力の伝送路に損失を持った２個のスイッチが入るために、スイッチのロス分だけ効率が劣化しまう、スイッチ回路か入るために小型化に難点がある、スイッチの価格分だけ価格か増加してしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、小型かつ低価格で、広範囲な出力電力で高効率特性を有する増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は上記の課題を解決すべくなされたもので、本発明は、多段に接続された第１、第２の増幅部を有する増幅器において、前記第２の増幅部に電力を供給する電源供給部と、前記第２の増幅部が、低出力動作時は入力信号を電力消費の無い低損失伝送路として伝送させ、高出力動作時は入力信号を増幅するように、前記電源供給部の電力供給を制御する制御部とを具備することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、前記電源供給部は、前記第２の増幅部の機能制御用電源供給部と、ＤＣ電源供給部とからなり、前記制御部は、低出力動作時は、前記ＤＣ電源供給部から前記第２の増幅部への電力供給を停止させるとともに、前記機能制御用電源供給部から前記第２の増幅部へ所定の電力を供給させ、高出力動作時は、前記ＤＣ電源供給部から前記第２の増幅部へ電力を供給させるとともに、前記機能制御用電源供給部から前記第２の増幅部へ所定の電力を供給させることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、前記第２の増幅部は、ゲート、ドレイン、ソースの３端子からなる半導体素子であって、ゲート接地とし、前記制御部は、低出力動作時は、前記ＤＣ電源供給部から前記第２の増幅部のドレインへの電力供給を停止させるとともに、前記機能制御用電源供給部から前記第２の増幅部のゲートへ０Vの電圧を供給させ、高出力動作時は、前記ＤＣ電源供給部から前記第２の増幅部のドレインへ電力を供給させるとともに、前記機能制御用電源供給部から前記第２の増幅部のゲートへ所定の電圧を供給させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、多段に接続された第１、第２の増幅部を有する増幅器において、第２の増幅部が、低出力動作時は入力信号を電力消費の無い低損失伝送路として伝送させ、高出力動作時は入力信号を増幅するように、第２の増幅部に電力を供給する電源供給部を制御する。
このように構成することで、低出力動作時は第１の増幅部のみが動作し、高出力動作時は第１、２の増幅部が動作する。
したがって、広範囲な出力電力で高効率特性を得ながら、増幅部の伝送路にスイッチを介在させることなく、スイッチのロス分の効率劣化を防止することができる効果が得られる。
【０００９】
また、本発明によれば、低出力動作時は、ＤＣ電源供給部から第２の増幅部への電力供給を停止させるとともに、機能制御用電源供給部から第２の増幅部へ所定の電力を供給させ、高出力動作時は、ＤＣ電源供給部から第２の増幅部へ電力を供給させるとともに、機能制御用電源供給部から第２の増幅部へ所定の電力を供給させることで、第２の増幅部が低出力動作時は入力信号を電力消費の無い低損失伝送路として伝送させ、高出力動作時は入力信号を増幅するように制御する。
このように構成することで、低出力動作時は機能制御用電源供給部のみが動作し、第２の増幅部には電流が流れず、高出力動作時のみ、ＤＣ電源供給部が動作して、第２の増幅部には電流が流れる。
したがって、低出力動作時において、もっとも消費電力の高い増幅部に電流が流れないことから高効率の増幅作用が実現できる効果が得られる。
【００１０】
また、本発明によれば、第２の増幅部は、ゲート、ドレイン、ソースの３端子からなる半導体素子であって、ゲート接地され、低出力動作時は、ＤＣ電源供給部から第２の増幅部のドレインへの電力供給を停止させるとともに、機能制御用電源供給部から第２の増幅部のゲートへ０Vの電圧を供給させ、高出力動作時は、ＤＣ電源供給部から第２の増幅部のドレインへ電力を供給させるとともに、機能制御用電源供給部から第２の増幅部のゲートへ所定の電圧を供給させる。
このように構成することで、第２の増幅部は、低出力動作時は低損失の抵抗器として動作し、高出力動作時は増幅部として動作する。
したがって、単純な回路構成により、広範囲な出力電力範囲にわたり、高効率、小型、低価格で高出力増幅器が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の増幅器の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態の増幅器１の構成図である。
図１に示すように、本実施形態の増幅器１は、多段に接続された増幅部１０、高出力増幅部兼低損失抵抗器１１（以下、簡単のため、高出力増幅部１１とする）を有しており、増幅部１０の後段に高出力増幅部１１が設けられる。高出力増幅部１１には、入力信号を増幅するための電力を供給する電源供給部２が接続される。電源供給部２は、制御回路３０と接続されており、電力制御信号を制御回路３０から入力して、高出力増幅部１１に対する電力供給／電力供給停止を実行する。具体的には、電源供給部２は、高出力増幅部１１が低出力動作時は入力信号を増幅せず、高出力動作時は入力信号を増幅するように、制御回路３０から電力供給制御を受ける。
電源供給部２は、高出力増幅部１１の機能制御用電源供給部２０と、ＤＣ電源供給部２１とからなる。機能制御用電源供給部２０、ＤＣ電源供給部２１は、図１に示すように、制御回路３０と接続される。制御回路３０は、低出力動作時は、ＤＣ電源供給部２１へ電力供給指令信号を出力して、高出力増幅部１１への電力供給を停止させるとともに、機能制御用電源供給部２０へ電力供給指令信号を出力して、高出力増幅部１１へ所定の電力を供給させ、高出力動作時は、ＤＣ電源供給部２１から高出力増幅部１１へ電力を供給させるとともに、機能制御用電源供給部２０から第２の増幅器へ所定の電力を供給させる。
【００１３】
以下、増幅器１のより具体的な構成について説明する。図２は、図１に示す増幅器１の具体的な実装例を示す。増幅器１は、広範囲な出力電力範囲で効率を改善するために、動作を低出力動作、高出力動作に分けて高出力増幅部１１を動作させる。図２においては、最終段の高出力増幅部１１として、Ｄ−ｍｏｄｅのＦＥＴまたはＨＥＭＴを採用している。
図２に示すように、高出力増幅部１１は、ゲート（Ｇａｔｅ）、ドレイン（Ｄｒａｉｎ）、ソース（Ｓｏｕｒｃｅ）の３端子からなる半導体素子（ＦＥＴ／ＨＥＭＴ）であって、ゲート接地される。制御回路３０が、この半導体素子を高出力動作の場合は増幅器として動作させ、低出力動作の時は、ＦＥＴ／ＨＥＭＴスイッチのスルー状態として動作させる。
具体的には、制御回路３０は、低出力動作時は、ＤＣ電源供給部２１から高出力増幅部１１のドレインへの電力供給を停止させるとともに、機能制御用電源供給部２０から高出力増幅部１１のゲートへ０Vの電圧を供給させ、高出力動作時は、ＤＣ電源供給部２１から高出力増幅部１１のドレインへ電力を供給させるとともに、機能制御用電源供給部２０から高出力増幅部１１のゲートへ所定の電圧を供給させる。そして、低出力動作時にはＦＥＴ／ＨＥＭＴを透過回路として作用させるため可変抵抗器２２の値を数Ｋｏｈｍとし、高出力動作時はＦＥＴ／ＨＥＭＴに増幅作用を持たせるために数ｏｈｍ程度になるように制御回路で制御する。
【００１４】
機能制御用電源供給部２０は、電源部のマイナス（−）側が、可変抵抗器２２を介して、高出力増幅部１１のゲートと接続され、プラス（＋）側が、接地される。また、ＤＣ電源供給部２１は、ＤＣスイッチと電源部を有しており、電源部のプラス（＋）側が、ＤＣスイッチを介して、高出力増幅部１１のドレインと接続され、マイナス（−）側が、接地される。
増幅部１０と高出力増幅部１１の間には、キャパシタ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）４０が設けられ、キャパシタ４０の後段で、高出力増幅部１１と分岐する形で、インダクタ（Ｉｎｄｕｃｔｏｒ）５０が設けられる。インダクタ５０の他端（キャパシタ４０、高出力増幅部１１端の反対側）は、接地される。
同様に、高出力増幅部１１と、出力端の間には、キャパシタ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）４１が設けられ、高出力増幅部１１の後段（及びキャパシタ４１の前段）で、キャパシタ４１と分岐する形で、インダクタ（Ｉｎｄｕｃｔｏｒ）５１が設けられる。インダクタ５１の他端（キャパシタ４１、高出力増幅部１１端の反対側）は、ＤＣ電源供給部２１のＤＣスイッチと接続される。
なお、ＦＥＴ／ＨＥＭＴとしては、Ｅ−ＭｏｄｅのＦＥＴ／ＨＥＭＴを用いることもでき、Ｄ−ｍｏｄｅとＥ−ｍｏｄｅでは電源１の極性が反転する。Ｄ−Ｍｏｄｅの場合には、低出力時にはゲート電圧に０Ｖを設定し、高出力時にはゲート電圧に最も効率がよくなる所定の電圧を設定する。一方、Ｅ−Ｍｏｄｅの場合には、低出力時にはゲート電圧にＦＥＴ／ＨＥＭＴのＤｒａｉｎ−Ｓｏｕｒｃｅ間の抵抗値が最小（ＦＥＴ／ＨＥＭＴスイッチのスルー状態）となる所定の電圧を設定し、高出力時にはゲート電圧に最も効率がよくなる所定の電圧を設定する。
【００１５】
以下、本実施形態の増幅器１の動作について説明する。図３は、本実施形態の増幅器１の出力電力と電力付加効率の関係図である。
まず出力電力が設定値より低い低出力動作時において、出力電力が前段の増幅部１０の出力電力で賄える場合、高出力増幅部１１（ＦＥＴ／ＨＥＭＴ）をスイッチのスルー状態で動作させる。具体的には、制御部３０は、ＤＣ電源供給部２１に電力制御信号を出力して、ＤＣスイッチをＯＦＦにさせて、高出力増幅部１１への電圧供給を停止させ、機能制御用電源供給部２０に電力制御信号を出力して、高出力増幅部１１のゲート側にＯＶを供給させる。
高出力増幅部１１への電力供給をこのように制御することで、出力段の高出力増幅部１１は、低損失の抵抗器として動作する。そうすると、入力端から増幅器１０に入力されて増幅された入力信号は、抵抗器として動作している高出力増幅部１１を通過して、出力端から出力される。したがって、図４に示す従来構成と比較して、スイッチによる損失が１個分で済み、電力付加効率が改善される。また、高出力増幅部１１への電力供給をこのように制御することで、最も消費電力の高い増幅器に電流が流れないので、さらに高効率が実現できる効果が得られる。
【００１６】
次に出力電力が設定値より高い高出力動作時において、出力電力が前段の増幅部１０の出力電力で賄えない場合、高出力増幅部１１を増幅部として動作させる。具体的には、制御部３０は、ＤＣ電源供給部２１に電力制御信号を出力して、高出力増幅部１１のドレイン側と接続されるＤＣスイッチをＯＮにさせ、高出力増幅部１１のドレイン側に電力を供給させる。また、制御部３０は、これと同時に、機能制御用電源供給部２０に電力制御信号を出力して、出力電力に適当な電流を高出力増幅部１１のゲート側に出力させる。
このようにして、制御部３０は、高出力動作時に、ＦＥＴ／ＨＥＭＴからなる高出力増幅部１１を増幅部として動作させる。
そうすると、入力端から増幅器１０に入力されて増幅された入力信号は、増幅器として動作している高出力増幅部１１でさらに増幅されて、出力端から出力される。したがって、図４に示す従来構成と比較して、スイッチによる損失が１個分で済み、電力付加効率が改善される。
【００１７】
以上説明したように、本実施形態の増幅器１によれば、増幅部１０、高出力増幅部１１を接続して構成され、高出力増幅部１１が、低出力動作時は入力信号を電力消費の無い低損失伝送路として伝送させ、高出力動作時は入力信号を増幅するように、高出力増幅部１１に電力を供給する電源供給部２を制御する。このように構成することで、スイッチを用いなくても、低出力動作時は増幅部１０のみが動作し、高出力動作時は増幅部１０、高出力増幅部１１が動作する。
したがって、広範囲な出力電力で高効率特性を得ながら、増幅部１０、１１の伝送路のスイッチ数を削減させ、低出力時の電力付加効率を改善させることができる。
また、本実施形態の増幅器１は、電源電圧制御方式やバイパス方式に比べて、付加回路を少ない部品点数で構成される。したがって、単純な回路構成により、小型、低価格で高出力増幅器が実現できる。
このため、無線装置全休の低消費電力、小型、低価格が実現できる効果が得られる。特に携帯端末のような電池で動作する無線装置には有効である。また、応用例としては、マイクロ波、ミリ波を用いた無線通信装置の増幅器として広く応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】増幅器１の構成図。
【図２】増幅器１の具体的な実装例。
【図３】出力電力と電力付加効率の関係図。
【図４】バイパス方式の構成図。
【符号の説明】
【００１９】
１…増幅器
１０…増幅部
１１…高出力増幅器兼低損失抵抗器
２０…機能制御用電源供給部
２１…ＤＣ電源供給部
３０…制御回路
４０、４１…キャパシタ
５０、５１…インダクタ
【図１】
2006005839.tif 000003
【図２】
2006005839.tif 000004
【図３】
2006005839.tif 000005
【図４】
2006005839.tif 000006