(57)【要約】【課題】複数の電力レベルの信号を出力する場合において最大効率を引き出すことができる電力増幅器およびポーラー変調システムを提供する。【解決手段】本発明における電力増幅器１００は、電力レベルの異なる複数の伝送モードで通信する通信機器に用いられる電力増幅器であって、信号が入力される入力端子１と、入力端子１に入力された信号を第１の電力レベルの信号に増幅する後段増幅部２と、入力端子１に入力された信号を前記第１の電力レベルと異なる第２の電力レベルの信号に増幅する後段増幅部３とを備え、後段増幅部２および後段増幅部３の一方がＯＮされた時、他方がＯＦＦされる。【選択図】図１
2006270923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力レベルの異なる複数の伝送モードで通信する通信機器に用いられる電力増幅器であって、
信号が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力された信号を第１の電力レベルの信号に増幅する第１の増幅手段と、
前記入力端子に入力された信号を前記第１の電力レベルと異なる第２の電力レベルの信号に増幅する第２の増幅手段とを備え、
前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段の一方がＯＮされた時、他方がＯＦＦされる
ことを特徴とする電力増幅器。
【請求項２】
前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段は、非線形増幅動作し、
前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段は、印加される電源電圧を制御されることにより所望の電力レベルの信号を出力する
ことを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項３】
前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段のうち少なくとも一方は、複数段の増幅手段によって構成される
ことを特徴とする請求項１または２記載の電力増幅器。
【請求項４】
前記電力増幅器は、さらに、
前記第１の増幅手段により増幅された信号を出力する第１の出力端子と、
前記第２の増幅手段により増幅された信号を出力する第２の出力端子とを備える
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項５】
前記電力増幅器は、さらに、
前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段により増幅された信号を出力する出力端子を備える
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項６】
前記電力増幅器は、さらに、
前記第２の増幅手段の出力と前記出力端子との間に接続される第１のスイッチを備え、
前記第１の増幅手段の出力は、前記出力端子と接続され、
前記第１の増幅手段がＯＮの時には、前記第１のスイッチはＯＦＦし、
前記第２の増幅手段がＯＮの時には、前記第１のスイッチはＯＮする
ことを特徴とする請求項５記載の電力増幅器。
【請求項７】
前記電力増幅器は、さらに、
前記第１の増幅手段の出力および前記第２の増幅手段の出力と前記出力端子との間に接続される第１のスイッチを備え、
前記第１のスイッチにより、前記第１の増幅手段の出力および前記第２の増幅手段の出力のいずれか一方と、前記出力端子とが接続される
ことを特徴とする請求項５記載の電力増幅器。
【請求項８】
前記電力増幅器は、さらに、
前記入力端子と、前記第１の増幅手段の入力および第２の増幅手段の入力のうち少なくとも一方との間に接続される第２のスイッチを備える
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項９】
前記電力増幅器は、さらに、
前記第１の増幅手段または前記第２の増幅手段により増幅された信号を出力する出力端子と、
前記入力端子のインピーダンスと前記第１の増幅手段の入力インピーダンスとのインピーダンス整合を行う第１の入力整合手段と、
前記入力端子のインピーダンスと前記第２の増幅手段の入力インピーダンスとのインピーダンス整合を行う第２の入力整合手段と、
前記第１の増幅手段の出力インピーダンスと前記出力端子のインピーダンスとのインピーダンス整合を行う第１の出力整合手段と、
前記第２の増幅手段の出力インピーダンスと前記出力端子のインピーダンスとのインピーダンス整合を行う第２の出力整合手段とを備える
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項１０】
前記第１の増幅手段の入力インピーダンスは、前記第２の増幅手段の入力インピーダンスと異なり、
前記第１の増幅手段の出力インピーダンスは、前記第２の増幅手段の出力インピーダンスと異なる
ことを特徴とする請求項９記載の電力増幅器。
【請求項１１】
前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段は、バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタにより構成され、
前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段は、前記バイポーラトランジスタのベース電圧または、電界効果トランジスタのゲート電圧によりＯＮとＯＦＦとを制御される
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項１２】
前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段は、それぞれ前記バイポーラトランジスタのベース電圧または、電界効果トランジスタのゲート電圧の制御端子を備える
ことを特徴とする請求項１１記載の電力増幅器。
【請求項１３】
前記電力増幅器は、さらに、
前記入力端子と前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段の入力との間に形成される第３の増幅手段を備える
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項１４】
前記第１の電力増幅器および前記第２の電力増幅器は、同一の伝送方式に用いられる信号を増幅する
ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項１５】
前記電力増幅器は、
前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段を含み、前記入力端子に入力された信号をそれぞれ異なる電力レベルの信号に増幅する複数の増幅手段を備え、
前記複数の増幅手段のうち一つがＯＮした時、他の増幅手段はＯＦＦする
ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項１６】
ＩＱ信号より位相情報と振幅情報とを分離し、出力するＲＦＩＣと、
前記振幅情報に応じた電圧を出力する電源回路と、
前記位相情報が前記入力端子に入力され、前記電源回路が出力する電圧が電源電圧として入力される請求項１〜１５のいずれか１項に記載の電力増幅器とを備える
ことを特徴とするポーラー変調システム。
【請求項１７】
電力レベルの異なる複数の伝送モードで通信する通信機器に用いられる電力増幅器の制御方法であって、
同一の信号を異なる電力レベルの信号に増幅する２つの増幅手段のいずれか一方をＯＮする
ことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅器およびポーラー変調システムに関し、特に、電力レベルの異なる複数の伝送モードで通信する通信機器に用いられる電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムにおいて、異なる変調フォーマットに対応した無線通信機器が求められている。例えば、ＴＤＭＡおよびＣＤＭＡ動作モードに対応した携帯電話機等である。
【０００３】
変調フォーマットが異なると、使用される電力レベル等が異なる。よって、無線通信機器の電力増幅器は、各変調フォーマットに対応した電力レベルの信号を効率よく増幅する必要がある。異なる変調フォーマットに対応した電力増幅器として、電力増幅器の出力インピーダンスを変更する方法が知られている（例えば、特開２００１−２５１２０２号公報を参照。）。
【０００４】
図１２は、特許文献１記載の電力増幅器の構成を示すブロック図である。
図１２に示す電力増幅器は、電源およびバイアス制御部２４と、線形電力増幅器２５と、マイクロプロセッサ２６と、変調フォーマットスイッチ２７と、制御部２８と、負荷２９とを備える。
【０００５】
この構成により、線形電力増幅器２５の出力から見たインピーダンスをＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）等のシステム(伝送方式)に応じて変調フォーマットスイッチ２７を切り替えることにより、線形電力増幅器２５の効率および／または線形性を高めることができる。
【特許文献１】特開２００１−２５１２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電力増幅器は、電力増幅器の出力から見たインピーダンスをシステムに応じてスイッチを用いて切り替える構成となっている。そのため、システムにより所望の出力電力が異なる場合、所望の出力電力を得ようとするとすべてのシステムで同一の増幅部を用いるため、システムに応じた最大効率を引き出すことは難しいという問題がある。
【０００７】
例えば、電力増幅し、電力レベルが大きい信号と電力レベルが小さい信号とを出力する場合を説明する。この場合、線形電力増幅器２５は、二つの電力の信号を出力するために、電力レベルが大きい信号の増幅に対応できる能力を有するよう構成される。電力レベルが大きい信号を出力する場合には、変調フォーマットスイッチ２７により、線形電力増幅器２５の出力インピーダンスと同程度のインピーダンスを選択することにより、線形電力増幅器２５の効率を最適化することができる。一方、電力レベルが小さい信号を出力する場合には、変調フォーマットスイッチ２７により、インピーダンスを増加させることで、効率をあげることができる。しかしながら、線形電力増幅器２５の能力は、出力電力が大きい場合に最適化されているため、出力電力が小さい場合に最適な効率を得ることはできない。すなわち、従来の電力増幅器はシステムに応じた最大効率を引き出すことが難しいという問題がある。
【０００８】
上記課題を解決するため本発明は、複数の電力レベルの信号を出力する場合において最大効率を引き出すことができる電力増幅器およびポーラー変調システム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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る電力増幅器は、電力レベルの異なる複数の伝送モードで通信する通信機器に用いられる電力増幅器であって、信号が入力される入力端子と、前記入力端子に入力された信号を第１の電力レベルの信号に増幅する第１の増幅手段と、前記入力端子に入力された信号を前記第１の電力レベルと異なる第２の電力レベルの信号に増幅する第２の増幅手段とを備え、前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段の一方がＯＮされた時、他方がＯＦＦされる。ここで、伝送モードとは、送受信に用いる信号の形式を意味する。例えば、異なる伝送モードとは、伝送方式(例えば、ＣＤＭＡおよびＴＤＭＡ等。)が異なる場合、および、同一の伝送方式において送受信に用いる信号の電力レベルが異なる場合等を意味する。
【００１０】
この構成によれば、本発明に係る電力増幅器は、出力する信号の電力レベルに応じ、使用する増幅手段を切り替えることができる。よって、本発明に係る電力増幅器は、各増幅手段を出力する信号の電力レベルに最適化することで、複数の電力レベルの信号を出力する場合において最大効率を引き出すことができる。
【００１１】
また、前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段は、非線形増幅動作し、前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段は、印加される電源電圧を制御されることにより所望の電力レベルの信号を出力してもよい。
【００１２】
この構成によれば、本発明に係る電力増幅器は、設計段階において、線形性を考慮せずに設計を行うことができる。すなわち、容易に電力増幅器の設計を行うことができる。
【００１３】
また、前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段のうち少なくとも一方は、複数段の増幅手段によって構成されてもよい。
【００１４】
この構成によれば、第１の増幅手段および第２の増幅手段のうち少なくとも一方は、出力電力の最大値を高くすることができる。また、出力電力の可変幅を広くすることができる。
【００１５】
また、前記電力増幅器は、さらに、前記第１の増幅手段により増幅された信号を出力する第１の出力端子と、前記第２の増幅手段により増幅された信号を出力する第２の出力端子とを備えてもよい。
【００１６】
この構成によれば、第１の増幅手段および第２の増幅手段が出力する信号を、それぞれ異なる出力端子に出力することができる。
【００１７】
また、前記電力増幅器は、さらに、前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段により増幅された信号を出力する出力端子を備えてもよい。
【００１８】
この構成によれば、一つの出力端子に、第１の増幅手段および第２の増幅手段が増幅した信号を出力する。
【００１９】
また、前記電力増幅器は、さらに、前記第２の増幅手段の出力と前記出力端子との間に接続される第１のスイッチを備え、前記第１の増幅手段の出力は、前記出力端子と接続され、前記第１の増幅手段がＯＮの時には、前記第１のスイッチはＯＦＦし、前記第２の増幅手段がＯＮの時には、前記第１のスイッチはＯＮしてもよい。
【００２０】
この構成によれば、第１の増幅手段を使用する場合に、第２の増幅手段の出力負荷の影響を低減することができる。また、第１の増幅手段を使用する場合に、第１の増幅手段により増幅された信号が、第２の増幅手段の出力から第１の増幅手段の入力に回り込むことを防止することができる。さらに、第１の増幅手段の出力は、スイッチを介さず出力端子に接続されているので、第２の増幅手段の出力経路に比べ、通過損失を小さくすることができる。
【００２１】
また、前記電力増幅器は、さらに、前記第１の増幅手段の出力および前記第２の増幅手段の出力と前記出力端子との間に接続される第１のスイッチを備え、前記第１のスイッチにより、前記第１の増幅手段の出力および前記第２の増幅手段の出力のいずれか一方と、前記出力端子とが接続されてもよい。
【００２２】
この構成によれば、第１の増幅手段を使用する場合に、第２の増幅手段の出力負荷の影響を低減することができる。また、第２の増幅手段を使用する場合に、第１の増幅手段の出力負荷の影響を低減することができる。
【００２３】
また、前記電力増幅器は、さらに、前記入力端子と、前記第１の増幅手段の入力および第２の増幅手段の入力のうち少なくとも一方との間に接続される第２のスイッチを備えてもよい。
【００２４】
この構成によれば、第１の増幅手段および第２の増幅手段のいずれか一方を使用する場合に、他方の入力負荷の影響を低減することができる。
【００２５】
また、前記電力増幅器は、さらに、前記第１の増幅手段または前記第２の増幅手段により増幅された信号を出力する出力端子と、前記入力端子のインピーダンスと前記第１の増幅手段の入力インピーダンスとのインピーダンス整合を行う第１の入力整合手段と、前記入力端子のインピーダンスと前記第２の増幅手段の入力インピーダンスとのインピーダンス整合を行う第２の入力整合手段と、前記第１の増幅手段の出力インピーダンスと前記出力端子のインピーダンスとのインピーダンス整合を行う第１の出力整合手段と、前記第２の増幅手段の出力インピーダンスと前記出力端子のインピーダンスとのインピーダンス整合を行う第２の出力整合手段とを備えてもよい。
【００２６】
この構成によれば、本発明に係る電力増幅器は、第１の増幅手段および第２の増幅手段の入出力のインピーダンス整合を行うことができる。よって、伝送効率を最適化することができる。
【００２７】
また、前記第１の増幅手段の入力インピーダンスは、前記第２の増幅手段の入力インピーダンスと異なり、前記第１の増幅手段の出力インピーダンスは、前記第２の増幅手段の出力インピーダンスと異なってもよい。
【００２８】
この構成によれば、第１の増幅手段および第２の増幅手段は、電力レベルの異なる信号をそれぞれ最大効率で増幅することができる。
【００２９】
また、前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段は、バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタにより構成され、前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段は、前記バイポーラトランジスタのベース電圧または、電界効果トランジスタのゲート電圧によりＯＮとＯＦＦとを制御されてもよい。
【００３０】
この構成によれば、バイポーラトランジスタのベース電圧、または、電界効果トランジスタのゲート電圧を制御することで、第１の増幅手段および第２の増幅手段のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。
【００３１】
また、前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段は、それぞれ前記バイポーラトランジスタのベース電圧または、電界効果トランジスタのゲート電圧の制御端子を備えてもよい。
【００３２】
この構成によれば、第１の増幅手段および第２の増幅手段が備える制御端子に印加する電圧を制御することで、第１の増幅手段および第２の増幅手段のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。
【００３３】
また、前記電力増幅器は、さらに、前記入力端子と前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段の入力との間に形成される第３の増幅手段を備えてもよい。
【００３４】
この構成によれば、本発明に係る電力増幅器は、第１の増幅手段および第２の増幅手段の前段に第３の増幅手段を備えることで、出力電力の最大値を高くすることができる。また、出力電力の可変幅を広くすることができる。さらに、第３の増幅手段を共通で用いることで、回路規模を小さくすることができる。
【００３５】
また、前記第１の電力増幅器および前記第２の電力増幅器は、同一の伝送方式に用いられる信号を増幅してもよい。
【００３６】
この構成によれば、本発明に係る電力増幅器は、同一の伝送方式に用いられ電力レベルの異なる信号を出力する場合において最大効率を引き出すことができる。
【００３７】
また、前記電力増幅器は、前記第１の増幅手段および前記第２の増幅手段を含み、前記入力端子に入力された信号をそれぞれ異なる電力レベルの信号に増幅する複数の増幅手段を備え、前記複数の増幅手段のうち一つがＯＮした時、他の増幅手段はＯＦＦしてもよい。
【００３８】
この構成によれば、各増幅手段を出力する信号の信号レベルに最適化することで、複数の電力レベルの信号を出力する場合において最大効率を引き出すことができる。
【００３９】
また、本発明に係るポーラー変調システムは、ＩＱ信号より位相情報と振幅情報とを分離し、出力するＲＦＩＣと、前記振幅情報に応じた電圧を出力する電源回路と、前記位相情報が前記入力端子に入力され、前記電源回路が出力する電圧が電源電圧として入力される前記電力増幅器とを備える。
【００４０】
この構成によれば、出力する信号の電力レベルに応じ、使用する増幅手段を切り替えることができる。よって、本発明に係るポーラー変調システムは、各増幅手段を出力する信号の信号レベルに最適化することで、複数の信号レベルの信号を出力する場合において最大効率を引き出すことができる。
【００４１】
また、本発明に係る制御方法は、電力レベルの異なる複数の信号で通信する通信機器に用いられる電力増幅器の制御方法であって、同一の信号を異なる電力レベルの信号に増幅する２つの増幅手段のいずれか一方をＯＮする。
【００４２】
これにより、本発明に係る電力増幅器の制御方法は、出力する信号の電力レベルに応じ、使用する増幅手段を切り替えることができる。よって、本発明に係る電力増幅器の制御方法は、各増幅手段を出力する信号の電力レベルに最適化することで、複数の電力レベルの信号を出力する場合において最大効率を引き出すことができる。
【００４３】
このように、本発明は、このような電力増幅器として実現することができるだけでなく、電力増幅器に含まれる特徴的な手段をステップとする電力増幅器の制御方法として実現することもできる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明は、複数の電力レベルの信号を出力する場合において最大効率を引き出すことができる電力増幅器およびポーラー変調システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４６】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における電力増幅器について、図１および図２を参照しながら説明する。実施の形態１における電力増幅器は、各システムに最適化された複数の増幅部を設けることで、各システムにおける最大効率を引き出すことができる。
【００４７】
図１は、本発明の実施の形態１における電力増幅器のブロック図であり、図２は、図１の各ブロックを構成する素子で示した回路図である。図１に示すように、電力増幅器１００は、入力端子１と、後段増幅部２および３と、出力端子４および５とを備える。電力増幅器１００は、入力端子１に入力された信号を増幅し、出力端子４または出力端子５に出力する。任意の周波数の信号が入力端子１に入力され、その出力は２つに分岐される。分岐の一方は、後段増幅部２の入力に接続され、他方は、後段増幅部３の入力に接続される。後段増幅部２の出力は出力端子４に接続され、後段増幅部３の出力は出力端子５に接続される。また、出力端子４には、高電力レベルの信号が出力され、出力端子５には、低電力レベルの信号が出力されるとする。
【００４８】
後段増幅部２は、入力端子１に入力された信号を高電力レベルの信号に増幅する。後段増幅部２は、高電力信号の増幅に最適化されており、Ｖｒｅｆ１端子の信号に応じ、ＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。
【００４９】
後段増幅部３は、入力端子１に入力された信号を後段増幅部２が出力する信号の電力レベルとは異なる低電力レベルの信号に増幅する。後段増幅部３は、低電力信号の増幅に最適化されており、Ｖｒｅｆ２端子の信号に応じ、ＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。また、後段増幅部２および後段増幅部３の一方がＯＮされた時、他方がＯＦＦされる。
【００５０】
入力端子１に高電力用の信号が入力された場合には、後段増幅部２はＯＮし、後段増幅部３はＯＦＦする。よって、入力端子１に高電力用の信号が入力された場合には、後段増幅部２は、入力端子１に入力された信号を増幅し出力端子４に出力する。
【００５１】
入力端子１に低電力用の信号が入力された場合には、後段増幅部２はＯＦＦし、後段増幅部３はＯＮする。よって、入力端子１に低電力用の信号が入力された場合には、後段増幅部３は、入力端子１に入力された信号を増幅し出力端子５に出力する。
【００５２】
出力端子４および出力端子５には、例えば、アンテナが接続される。
図２に図１のブロック図の具体的な回路図を示す。図２において入力端子１の出力は２つに分岐され、一方は、整合回路６を介して、トランジスタＴｒ１のベースに接続される。以下、トランジスタにはすべて高周波用のバイポーラトランジスタを用いるものとする。なお、トランジスタをバイポーラトランジスタをとしているが、電界効果トランジスタを用いても良い。
【００５３】
整合回路６は、コンデンサＣ１と、コンデンサＣ２と、インダクタＬ１と、コンデンサＣ３とを備える。整合回路６は、入力端子１に接続される回路または配線等のインピーダンスと後段増幅部２の入力インピーダンスとのインピーダンス整合を行う。例えば、入力端子１にインピーダンス５０Ωの配線が接続され、後段増幅部２の入力インピーダンスが３Ωであるとすると、整合回路６は、インピーダンス５０Ωから３Ωへのインピーダンス変換を行う。
【００５４】
後段増幅部２は、トランジスタＴｒ１と、抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ４とインダクタＬ２とを備える。トランジスタＴｒ１は、エミッタが接地され、ベースには外部からシステムのモード信号に応じた電圧Ｖｒｅｆ１が抵抗Ｒ１を介してバイアス電圧として印加され、コレクタには電圧ＶｃｃがコンデンサＣ４でバイパスされ、負荷のインダクタＬ２を介して電圧が印加される。後段増幅部２は、トランジスタＴｒ１のベース電圧によりＯＮとＯＦＦとを制御される。すなわち、後段増幅部２は、Ｖｒｅｆ１にトランジスタＴｒ１がＯＮする電圧が印加されるとＯＮし、Ｖｒｅｆ１に０Ｖが印加またはＧＮＤと接地されることでＯＦＦする。後段増幅部２は、ＯＮ状態（Ｖｒｅｆ１にトランジスタＴｒ１がＯＮする電圧が印加されている状態）では、整合回路６によりインピーダンス整合された信号を増幅し、整合回路８に出力する。
【００５５】
整合回路８は、コンデンサＣ５とコンデンサＣ６とインダクタＬ３とコンデンサＣ７とを備える。整合回路８は、後段増幅部２の出力インピーダンスと出力端子４に接続される回路または配線等（例えば、アンテナ等。）のインピーダンスとのインピーダンス整合を行う。例えば、後段増幅部２の出力インピーダンスが３Ωであり、出力端子４に接続されるアンテナのインピーダンスが５０Ωであるとすると、整合回路８は、インピーダンス３Ωから５０Ωへのインピーダンス変換を行う。
【００５６】
入力端子１の出力を分岐した他方は、整合回路７を介して、トランジスタＴｒ２のベースに接続される。
【００５７】
整合回路７は、コンデンサＣ８と、コンデンサＣ９と、インダクタＬ４と、コンデンサＣ１０とを備える。整合回路７は、入力端子１に接続される回路または配線等のインピーダンスと後段増幅部３の入力インピーダンスとのインピーダンス整合を行う。後段増幅手部２と後段増幅部３とは、異なる電力レベルの信号に最適化されているので、入力インピーダンスは異なる。例えば、入力端子１にインピーダンス５０Ωの配線が接続され、後段増幅部３の入力インピーダンスが７Ωであるとすると、整合回路７は、インピーダンス５０Ωから７Ωへのインピーダンス変換を行う。
【００５８】
後段増幅部３は、トランジスタＴｒ２と、抵抗Ｒ２と、コンデンサＣ１１と、インダクタＬ５とを備える。トランジスタＴｒ２は、エミッタが接地され、ベースには外部からシステムのモード信号に応じた電圧Ｖｒｅｆ２が抵抗Ｒ２を介してバイアス電圧として印加され、コレクタには電圧ＶｃｃがコンデンサＣ１１でバイパスされ、負荷のインダクタＬ５を介して電圧が印加される。後段増幅部３は、トランジスタＴｒ２のベース電圧によりＯＮとＯＦＦとを制御される。すなわち、後段増幅部３は、Ｖｒｅｆ２にトランジスタＴｒ２がＯＮする電圧が印加されるとＯＮし、Ｖｒｅｆ２に０Ｖが印加またはＧＮＤと接地されることでＯＦＦする。後段増幅部３は、ＯＮ状態（Ｖｒｅｆ２にトランジスタＴｒ２がＯＮする電圧が印加されている状態）では、整合回路７によりインピーダンス整合された信号を増幅し、整合回路９に出力する。
【００５９】
整合回路９は、コンデンサＣ１２とコンデンサＣ１３とインダクタＬ６とコンデンサＣ１４とを備える。整合回路９は、後段増幅部３の出力インピーダンスと出力端子５に接続される回路または配線等（例えば、アンテナ等。）のインピーダンスとのインピーダンス整合を行う。後段増幅手部２と後段増幅部３とは、異なる電力レベルの信号に最適化されているので、出力インピーダンスは異なる。例えば、後段増幅部３の出力インピーダンスが７Ωであり、出力端子５に接続されるアンテナのインピーダンスが５０Ωであるとすると、整合回路９は、インピーダンス７Ωから５０Ωへのインピーダンス変換を行う。
【００６０】
このように構成された本実施の形態における電力増幅器１００の動作を次に説明する。
例えば、２つのシステムを扱うものとして、１つを高電力の信号を用いるＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）、１つを低電力の信号を用いるＷＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）とする。まずＧＳＭの信号を増幅するとき、後段増幅部２においてＶｒｅｆ１からトランジスタＴｒ１がＯＮ状態になる電圧を印加し、後段増幅部３においてＶｒｅｆ２から０Ｖを印加またはＶｒｅｆ２をＧＮＤと接地し、トランジスタＴｒ２をＯＦＦ状態にしておく。入力端子１から入力されたＧＳＭの入力信号は、トランジスタＴｒ１がＯＮ状態であるため、整合回路６に入力されてインピーダンス整合され、その出力は後段増幅部２に入力され、後段増幅部２に入力された信号は増幅され、その出力は整合回路８に入力されてインピーダンス整合され、出力端子４に出力される。なお、トランジスタＴｒ１は非線形増幅動作し、コレクタに印加される電源電圧Ｖｃｃを制御されることにより所望の電力レベルの信号を出力することができる。
【００６１】
ＷＣＤＭＡの信号を増幅するとき、後段増幅部３においてＶｒｅｆ２からトランジスタＴｒ２がＯＮ状態になる電圧を印加し、後段増幅部２においてＶｒｅｆ１から０Ｖを印加またはＶｒｅｆ２をＧＮＤと接地し、トランジスタＴｒ１をＯＦＦ状態にしておく。入力端子１から入力されたＷＣＤＭＡの入力信号は、トランジスタＴｒ２がＯＮ状態であるため、整合回路７に入力されてインピーダンス整合され、その出力は後段増幅部３に入力され、後段増幅部３に入力された信号は増幅され、その出力は整合回路９に入力されてインピーダンス整合され、出力端子５に出力される。なお、トランジスタＴｒ２は非線形増幅動作し、コレクタに印加される電源電圧Ｖｃｃを制御されることにより所望の電力レベルの信号を出力することができる。
【００６２】
従って、本実施の形態における電力増幅器１００は、システムに応じて増幅部を切り替えることにより、各システムの最大効率を引き出すことができる。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態に係る電力増幅器について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【００６４】
図３および図４は、実施の形態１における電力増幅器１００の変形例を示す図である。
上記の実施の形態では入力端子１の出力の分岐を２つとしているが、図３に示す電力増幅器１０１ように分岐の数を３つにして、その分岐先に後段増幅部２，３，１１を接続し、出力端子４，５，１２に接続してもよく、その分岐の数だけ後段増幅部を追加することにより、３またはそれ以上のｎ個のシステムに用いることができる。すなわち、入力端子１に入力された信号を、それぞれ異なる電力レベルの信号を増幅する複数の後段増幅部を備えてもよい。この場合、複数の後段増幅部のうち一つがＯＮした時、他の後段増幅部はＯＦＦする。
【００６５】
また、上記の実施の形態では後段増幅部の増幅部を１段としているが、図３に示す電力増幅器１０１ように２段、またはそれ以上ｎ個に追加することにより、出力電力の最大を高くすることができ、また出力電力の可変幅を広くすることができる。さらに、図３に示す電力増幅器１０１は、後段増幅部２、３および１１は２段で構成されているが、それぞれが異なる段数であってもよい。例えば、後段増幅部２および３は２段で構成され、後段増幅部１１は１段であってもよい。
【００６６】
また、上記の実施の形態では入力端子１に後段増幅部２および３の入力が接続されているが、入力端子１と後段増幅部の入力との間に前段増幅部を形成してもよい。図３に示す電力増幅器１０１ように入力端子と分岐との間に前段増幅部１０を追加することにより、各々の後段増幅部の段数を増やすことなく出力電力の最大を高くすることができ、また出力電力の可変幅を広くすることができる。さらに、前段増幅部１０は、どの電力レベルの信号を出力する場合にも共通で使用されるので、回路規模を縮小することができる。
【００６７】
図３に示す電力増幅器１０１の前段増幅部１０、後段増幅部２、後段増幅部３および後段増幅部１１は、それぞれトランジスタＴｒ１のベース電圧の制御端子（Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ４）を備える。電力増幅器１０１の使用時には、Ｖｒｅｆ４に常に前段増幅部１０が動作状態となる電圧を印加し、Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２およびＶｒｅｆ３のうちいずれか一つに後段増幅部２、３または１１が動作状態となる電圧を印加することで、所望の経路を動作状態にすることができる。
【００６８】
また、上記の実施の形態では、複数のシステムに応じ用いる増幅部を変更しているが、これに限らない。本発明は、同一のシステム（伝送方式）において出力する電力が異なる場合にも用いることができる。例えば、携帯電話等の無線通信システムにおいて、基地局からの距離が異なる場合に送信する信号の電力レベルを変更する（基地局との距離が遠い場合に電力レベルを大きくし、基地局との距離が近い場合に電力レベルを小さくする）場合等にも用いることができる。
【００６９】
また、図４に示すように、図３に示す電力増幅器１０１を複数備えてもよい。例えば、電力増幅器１０１ａを、ＧＳＭの信号の増幅に用い、電力増幅器１０１ｂを、ＷＣＤＭＡの信号の増幅に用い、各電力増幅器の後段増幅部２ａ、３ａ、１１ａ、２ｂ、３ｂおよび１１ｂでそれぞれ異なる電力レベルの信号に増幅することができる。また、電力増幅器１０１ａを使用する場合には、Ｖｒｅｆ１ｂ〜Ｖｒｅｆ４ｂに０Ｖを印加またはＧＮＤと接地することで、電力増幅器１０１ｂをＯＦＦにすることができる。電力増幅器１０１ｂを使用する場合には、Ｖｒｅｆ１ａ〜Ｖｒｅｆ４ａに０Ｖを印加またはＧＮＤと接地することで、電力増幅器１０１ａをＯＦＦにすることができる。なお、各電力増幅器１０１ａおよび１０１ｂにおける後段増幅部のＯＮ／ＯＦＦについては、図３に示す電力増幅器１０１と同様であり、説明は省略する。
【００７０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における電力増幅器について、図５を参照しながら説明する。実施の形態２における電力増幅器は、複数の増幅部の出力間にスイッチを備えることで、出力端子を一つにしても他の増幅部の影響を受けないようにすることができる。
【００７１】
図５は、本発明の実施の形態２における電力増幅器のブロック図であり、出力端子が１つであること、一方の後段増幅部の出力は直接に出力端子に接続されており、もう一方の後段増幅部の出力はスイッチを介して出力端子に接続されていることが図１との相違点である。回路の動作は第１の実施の形態１における電力増幅器と同様であるため同一の符号を付すことで説明を省略する。
【００７２】
図５に示すように、任意の周波数の信号を入力端子１に入力し、その出力は２つに分岐され、分岐された信号を増幅する後段増幅部２および後段増幅部３に接続される。後段増幅部２の出力は出力端子４に接続される。スイッチ１３は、後段増幅部３の出力と出力端子４との間に接続される。例えば、スイッチ１３は、ＰＩＮダイオード、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタまたはＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）等を用いた半導体スイッチである。
【００７３】
このように構成された本実施の形態の動作を次に説明する。
例えば２つのシステムを扱うものとして、１つを高電力の信号を用いるＧＳＭ、一つをＧＳＭより低電力の信号を用いるＷＣＤＭＡとする。まず、ＧＳＭの信号を増幅するとき、後段増幅部２をＯＮ状態、後段増幅部３をＯＦＦ状態、スイッチ１３をＯＦＦする。入力端子１から入力されたＧＳＭの入力信号は、後段増幅部２がＯＮ状態であるため、後段増幅部２に入力され、増幅され、その出力は出力端子４に出力される。
【００７４】
ＷＣＤＭＡの信号を増幅するとき、後段増幅部２をＯＦＦ状態、後段増幅部３をＯＮ状態、スイッチ１３をＯＮする。入力端子１から入力されたＷＣＤＭＡの入力信号は、後段増幅部３がＯＮ状態であるため、後段増幅部３に入力され、増幅され、その出力は、スイッチ１３を介して出力端子４に出力される。なお、少なくとも後段増幅部２、後段増幅部３は非線形増幅動作し、印加される電源電圧を制御することにより所望の出力電力を得ることができる。
【００７５】
従って、後段増幅部３の出力にスイッチ１３を備えることにより、後段増幅部２がＯＮ時における、後段増幅部２の出力負荷に対する後段増幅部３の出力負荷の影響を低減することができる。また、後段増幅部２により増幅された高電力信号が、後段増幅部３の出力側から入力側に帰還することを防止することができる。また、後段増幅部２と出力端子４はスイッチを介さず直接接続されているため、後段増幅部３の経路に比べ、通過損失が小さい。従って、使用するシステムの特性に応じて、後段増幅部２または後段増幅部３どちらを使用するか設定するのが望ましい。すなわち、高電力の信号を増幅する後段増幅部２の経路にスイッチを介さず、低電力の信号を増幅する後段増幅部３の経路にスイッチを介すことで、影響の大きい後段増幅部２により増幅された高電力信号が、後段増幅部３の出力側から入力側に帰還することを防止できる。また、高電力信号の経路は、スイッチを介さないので通過損失を小さくすることできる。
【００７６】
図６は、実施の形態２における電力増幅器の変形例の構成を示すブロック図である。
上記の実施の形態ではスイッチ１３にＳＰＳＴスイッチを用いているが、図６のスイッチ１４に示すようにＳＰＤＴスイッチを用いることもできる。スイッチ１４は、後段増幅部２の出力および後段増幅部３の出力と出力端子４との間に接続される。スイッチ１４により、後段増幅部２の出力および後段増幅部３の出力のいずれか一方と、出力端子４とが接続される。後段増幅部２がＯＮの時は、スイッチ１４は、後段増幅部２の出力と出力端子４とを接続し、後段増幅部３がＯＮの時には、スイッチ１４は、後段増幅部３の出力と出力端子４とを接続する。ＳＰＤＴスイッチを用いることにより、各々の後段増幅部ＯＮ時の各々の後段増幅部の出力負荷の互いの干渉を低減することができる。
【００７７】
また、上記の実施の形態では入力端子１の出力の分岐を２つとしているが、分岐の数を追加して、その分岐の数だけ後段増幅部を追加することにより、３またはそれ以上のｎ個のシステムに用いることができる。
【００７８】
また、上記の実施の形態では後段増幅部の増幅部を１段としているが、２またはそれ以上ｎ個に追加することにより、出力電力の最大を高くすることができ、また出力電力の可変幅を広くすることができる。
【００７９】
また上記の実施の形態では入力端子１の出力の後分岐されているが、図３に示すように入力端子１と分岐の間に前段増幅部１０を追加することにより、各々の後段増幅部の段数を増やすことなく出力電力の最大を高くすることができ、また出力電力の可変幅を広くすることができる。
【００８０】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における電力増幅器について、図７を参照しながら説明する。実施の形態３における電力増幅器は、複数の増幅部の入力間にスイッチを備えることで、他の増幅部の入力インピーダンスの影響を受けないようにすることができる。
【００８１】
図７は、本発明の実施の形態３における電力増幅器のブロック図であり、入力端子の出力の分岐をスイッチを用いて行うところが実施の形態１のおける電力増幅器との相違点である。回路の動作は実施の形態１における電力増幅器と同様であるため同一の符号を付すことで説明を省略する。
【００８２】
図７に示すように、任意の周波数の信号を入力端子１に入力し、その出力は２つに分岐される。分岐の一方は、後段増幅部２の入力に接続される。スイッチ１５は、分岐の他方と後段増幅部３の入力との間に接続される。後段増幅部２の出力は出力端子４に接続され、後段増幅部３の出力は出力端子５に接続される。例えば、スイッチ１５は、ＰＩＮダイオード、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタまたはＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）等を用いた半導体スイッチである。
【００８３】
このように構成された本実施の形態の動作を次に説明する。
例えば２つのシステムを扱うものとして、高電力の信号を用いるＧＳＭ、一つをＧＳＭより低電力の信号を用いるＷＣＤＭＡとする。まず、ＧＳＭの信号を増幅するとき、後段増幅部２をＯＮ状態、後段増幅部３をＯＦＦ状態、スイッチ１５をＯＦＦ状態にしておく。入力端子１から入力されたＧＳＭの入力信号は、後段増幅部２がＯＮ、スイッチ１５がＯＦＦ状態であるため、後段増幅部２に入力され、増幅され、その出力は出力端子４に出力される。
【００８４】
ＷＣＤＭＡの信号を増幅するとき、後段増幅部２をＯＦＦ状態、後段増幅部３をＯＮ状態、スイッチ１５をＯＮ状態にしておく。入力端子１から入力されたＷＣＤＭＡの入力信号は、後段増幅部３がＯＮ、スイッチ１５がＯＮ状態であるため、後段増幅部３に入力され、増幅され、出力端子５に出力される。なお、少なくとも後段増幅部２、後段増幅部３は非線形増幅動作し、印加される電源電圧を制御することにより所望の出力電力を得ることができる。
【００８５】
従って、入力端子１の出力にスイッチ１５を備え分岐することにより、後段増幅部２がＯＮ時における、後段増幅部２の入力負荷に対する後段増幅部３の入力負荷の影響を低減することができる。また入力端子１と後段増幅部２の入力は直接接続されているため、後段増幅部３の経路に比べ、通過損失が小さい。従って、使用するシステムの特性に応じて、後段増幅部２または後段増幅部３どちらを使用するか設定するのが望ましい。すなわち、影響の大きい高電力の信号を増幅する後段増幅部２の入力経路にスイッチを介さず、低電力の信号を増幅する後段増幅部３の入力経路にスイッチ１５を介すことで、高電力信号を増幅する場合の、後段増幅部３の負荷の影響を低減することができる。また、高電力信号の入力経路は、スイッチを介さないので通過損失を小さくすることできる。
【００８６】
上記の実施の形態ではスイッチ１５にＳＰＳＴスイッチを用いているが、ＳＰＤＴスイッチを用いることもできる。ＳＰＤＴスイッチを用いた場合、後段増幅部２をＯＮする時は、ＳＰＤＴスイッチにより入力端子１と後段増幅部２の入力とが接続される。後段増幅部３をＯＮする時には、ＳＰＤＴスイッチにより入力端子１と後段増幅部３の入力とが接続される。ＳＰＤＴスイッチを用いることにより、各々の後段増幅部ＯＮ時の各々の後段増幅部の入力負荷の互いの干渉を低減することができる。
【００８７】
図８は、実施の形態３における電力増幅器１０４の変形例の構成を示すブロック図である。
【００８８】
上記の形態では出力端子を２つにしているが、図８に示すように、図７に示す構成に対してスイッチ１６を追加し、２つの後段増幅部２および３の出力をスイッチ１６でつなぎ、出力端子を１つにすることもできる。さらに、図８におけるスイッチ１６はＳＰＳＴスイッチを用いているが、ＳＰＤＴスイッチを用いてもよい。
【００８９】
また、上記の実施の形態では入力端子１の出力の分岐を２つとしているが、分岐の数を追加して、その分岐の数だけ後段増幅部を追加することにより、３またはそれ以上のｎ個のシステムに用いることができる。
【００９０】
また、上記の実施の形態では後段増幅部の増幅部を１段としているが、２またはそれ以上ｎ個に追加することにより、出力電力の最大を高くすることができ、また出力電力の可変幅を広くすることができる。
【００９１】
また上記の実施の形態では入力端子の出力の後分岐されているが、図３に示すように入力端子と分岐の間に前段増幅部を追加することにより、各々の後段増幅部に増幅部の段数を増やすことなく出力電力の最大を高くすることができ、また出力電力の可変幅を広くすることができる。
【００９２】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４では、前述した実施の形態１、２または３における電力増幅器を備えるポーラー変調システムについて、図９を参照しながら説明する。
【００９３】
図９は、本発明の実施の形態４におけるポーラー変調システムのブロック図である。図９に示すポーラー変調システム２００は、ＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）１８と、電源回路１９と、電力増幅器１００とを備える。
【００９４】
ＲＦＩＣ１８は、ＩＱ信号より振幅情報と位相情報とを分離し出力する。ＲＦＩＣ１８は、ＩＱ変調器２１と、振幅／位相変換器２２と、電圧制御発振器２３とを備える。
【００９５】
図１０は、ＩＱ変調器２１におけるＩＱ信号の変調を示す図である。図１０に示すように、ＩＱ変調器２１は、デジタルデータ３０を、ＩＱ変調し、アナログ信号として出力する。
【００９６】
図１１は、振幅／位相変換を示す図である。振幅／位相変換器２２は、ＩＱ変調器２１が出力するＩＱ信号を、図１１に示す振幅３１と位相３２に変換し出力する。
【００９７】
電圧制御発振器２３は、振幅／位相変換器２２が出力した位相情報(アナログ電圧)により、所定の周波数および位相の信号を出力する。
【００９８】
電源回路１９は、振幅／位相変換器２２が出力した振幅情報に応じた電圧を出力する。
電力増幅器１００は、実施の形態１において説明した図１および図２に示す電力増幅器１００である。なお、電力増幅器１００は、実施の形態２または３で説明した電力増幅器であってもよい。電力増幅器１００は、入力端子１に電圧制御発振器２３が出力する位相情報を含む信号が入力され、ＶＣＣ端子に電源回路１９が出力する振幅情報に応じた電圧が入力される。また、Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２に印加する電圧を制御することで、電力増幅器１００の使用する増幅部を切り替え、出力電力に対し最適な効率を実現することができる。なお、電力増幅器１００の動作および効果は、実施の形態１と同様であるので省略する。
【００９９】
また、システムに応じた電力増幅器の設計を行う場合、電力、効率および線形性（ひずみ）の３つの要素をシステムに応じて合せ込む必要がある。本実施の形態における電力増幅器１００は、非線形増幅動作を行うので、ポーラー変調システムにおいては、線形性(ひずみ)の要素に対し合し込みを行う必要がない。すなわち、電力増幅器１００をポーラー変調システムに用いることで、容易に複数のシステムに対応したポーラー変調システムを設計することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、電力増幅器およびポーラー変調システムに適用でき、特に、電力レベルの異なる複数の伝送モードで通信する携帯電話機等の無線通信機器に用いられる電力増幅器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施の形態１における電力増幅器のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１における電力増幅器の回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１における電力増幅器の他の例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１のおける電力増幅器の他の例を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２における電力増幅器のブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２における電力増幅器の他の例を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３における電力増幅器のブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態３における電力増幅器の他の例を示すブロック図である。
【図９】本発明の電力増幅器を含むポーラー変調システムのブロック図である。
【図１０】ポーラー変調システムにおけるＩＱ信号を示す図である。
【図１１】ＩＱ信号の振幅／位相変換を示す図である。
【図１２】従来の電力増幅器のブロック図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１    入力端子
２、３、１１    後段増幅手段
４、５、１２    出力端子
６、７、８、９    整合回路
１０    前段増幅手段
１３、１４、１５、１６    スイッチ
１８    ＲＦＩＣ
１９    電源回路
２０    電力増幅器
２１    ＩＱ変調器
２２    振幅／位相変換器
２３    電圧制御発振器
３０    デジタルデータ
３１    振幅
３２    位相
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０１ａ、１０１ｂ    電力増幅器
２００    ポーラー変調システム
Ｃ１〜Ｃ１４    コンデンサ
Ｌ１〜Ｌ６    インダクタ
Ｒ１、Ｒ２    抵抗
【図１】
2006270923.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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