(57)【要約】  モジュール式電力増幅器システム（１００）、およびモジュール式電力増幅器システムを備える電子デバイスが開示される。モジュール式電力増幅器システム（１００）は、複数の増幅器モジュール（１１１、１２１、１３１、１３２、１ｉ１）を備える。複数の増幅器モジュールは、第１の振幅範囲内の入力信号を受け取り、第１の出力電力（Ｐ１）を有する出力信号を提供するように設定される、第１の増幅器モジュール（１１１）を備える第１のセクションと、第２の振幅範囲内の入力信号を受け取り、第２の出力電力（Ｐ２）を有する出力信号を提供するように設定される、第２の増幅器モジュール（１２１）を備える第２のセクションと、ある振幅範囲内の入力信号を受け取り、ある出力電力（Ｐｉ）を有する出力信号を提供するように各々が設定される、複数の増幅器モジュール（１ｉ１）を備えるｉ番目のセクションとを含むいくつかのセクションへと配置される。増幅器モジュールの出力信号は、スケーラブルな出力電力を有する出力信号を提供するために組み合わされる。【選択図】図１ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を受け取り、スケーラブルな出力電力を有する出力信号を提供するための、モジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）であって、前記モジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）が、
複数の増幅器モジュール（１１１、１２１、１３１、１３２、１ｉ１）であって、各増幅器モジュールが入力ポート（Ｉｎ）および出力ポート（Ｏｕｔ）を備える複数の増幅器モジュール（１１１、１２１、１３１、１３２、１ｉ１）を備え、前記複数の増幅器モジュールが、
第１の振幅範囲内の前記入力信号を受け取り、第１の出力電力（Ｐ１）を有する出力信号を提供するように設定される、前記複数の増幅器モジュールのうちの第１の増幅器モジュール（１１１）を備える第１のセクションと、
第２の振幅範囲内の前記入力信号を受け取り、第２の出力電力（Ｐ２）を有する出力信号を提供するように設定される、前記複数の増幅器モジュールのうちの第２の増幅器モジュール（１２１）を備える第２のセクションと、
ある振幅範囲内の前記入力信号を受け取り、ある出力電力（Ｐｉ）を有する出力信号を提供するように各々が設定される、前記複数の増幅器モジュールのうちの複数の増幅器モジュール（１ｉ１）を備えるｉ番目のセクションと
を含むいくつかのセクションへと配置され、
前記第１の増幅器モジュール（１１１）の前記出力信号は、前記第２の増幅器モジュール（１２１）の前記出力信号と組み合わされ、前記（ｉ−１）番目のセクションの中の各増幅器モジュールの前記出力信号が分割され、各分割された出力信号が、前記ｉ番目のセクションの中の前記増幅器モジュールの前記それぞれの出力信号と組み合わされ、ここで、ｉ＝３、４、…である、モジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２】
前記第２のセクションの中の前記第２の増幅器モジュールが、前記第１のセクションの中の前記第１の増幅器モジュールと同じタイプである、請求項１に記載のモジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項３】
前記ｉ番目のセクションの中の前記増幅器モジュールが、前のセクションの中の増幅器モジュールと同じタイプである、請求項１または２に記載のモジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項４】
異なるセクションの中の各増幅器モジュールが、同じ特性および出力電力を有し、ある周波数範囲で動作するためにチップ上に実装される単一モジュールである、請求項１から３のいずれか一項に記載のモジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項５】
異なるセクションの中の増幅器モジュールが同じタイプの電力増幅器モジュールである、請求項１から３のいずれか一項に記載のモジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項６】
前記第１のセクションの中の前記増幅器モジュールが第１のタイプの電力増幅器チップであり、他のセクションの中の増幅器モジュールが第２のタイプの電力増幅器チップである、請求項１に記載のモジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項７】
異なるセクションの中の増幅器モジュールが異なるタイプの電力増幅器チップである、請求項１に記載のモジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項８】
前記第１のセクションの中の前記第１の増幅器モジュールが、市場で入手可能な電力増幅器チップのうちの任意の１つである、請求項１から７のいずれか一項に記載のモジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項９】
前記第１のセクションの中の前記第１の増幅器モジュールが不活性化される、請求項１から８のいずれか一項に記載のモジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１０】
前記複数の増幅器モジュール（１１１、１２１、１３１）のうちの任意の１つが、
前記入力信号を受け取るための入力ポート（５１０）、および出力信号を提供するための出力ポート（５３０）を備える電力増幅器（５００）を備え、前記電力増幅器（５００）が、
前記電力増幅器（５００）の前記出力ポート（５３０）に結合された出力送信ライン（５４０）と、
前記出力送信ライン（５４０）に沿って分散されたサブ増幅器（５５０、５６０）の複数の組と
を備え、サブ増幅器（５５０、５６０）の前記複数の組の入力が前記入力ポート（５１０）に結合され、前記複数の組のサブ増幅器（５５０、５６０）の出力が前記出力送信ライン（５４０）に結合される、請求項１から７のいずれか一項に記載のモジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１１】
前記出力送信ライン（５４０）が、始端においてより高いインピーダンスで、前記出力ポート（５３０）へ向かって減少するインピーダンスを有する、請求項１０に記載のモジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１２】
前記電力増幅器（４００、５００）が、
前記出力送信ライン（５４０）に沿って分散されたサブ増幅器（５５０、５６０）の２つの組を備え、
サブ増幅器（５５０）の第１の組が、１つまたは複数のサブ増幅器（５５１、５５２、５５３、５５４）を備え、均一のインピーダンスを有する出力送信ライン（５４１）の第１の部分に沿って分散され、
サブ増幅器（５６０）の第２の組が、始端においてより高いインピーダンスで前記出力ポートに向かって減少するインピーダンスを有する出力送信ライン（５４２）の第２の部分に沿って分散された少なくとも２つのサブ増幅器（５６１、５６２、５６３、５６４）を備え、
前記第１の組（５５０）中の前記サブ増幅器（５５１、５５２、５５３、５５４）への供給電圧が、前記出力ポート（５３０）へ向かって前記出力送信ライン（５４１）の前記第１の部分に沿って徐々に増やされ、サブ増幅器（５６０）の前記第２の組への供給電圧と同じ値となるように設定される、請求項１０に記載のモジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１３】
サブ増幅器（５５０）の前記第１の組が不活性化されるように設定され、サブ増幅器（５５０）の前記第１の組の供給電圧がサブ増幅器（５６０）の前記第２の組への前記供給電圧と同じに設定される、請求項１２に記載のモジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載のモジュール式電力増幅器システム（１００、２００、３００、４００）を備える電子デバイス（６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の実施形態は、入力信号をスケーラブルな電力を有する出力信号へと増幅するための、モジュール式電力増幅器システムに関する。特に、異なるセクションに配置される複数の増幅器モジュールを備えるモジュール式電力増幅器システム、およびモジュール式電力増幅器システムを備える電子デバイスが開示される。
【背景技術】
【０００２】
電力増幅器は、たとえば、ワイヤレス通信システムにおける無線基地局およびユーザ機器で幅広く使用される。電力増幅器は、典型的には、高い周波数の入力信号を、無線送信可能な出力信号へと増幅する。消費される電力量を減らすために、電力増幅器の設計には、高い効率が一般的に望ましい。
【０００３】
たとえば、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）または無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）といった増幅器チップからの最大出力電力は、いくつかの要因によって制限される。たとえば、平均電力損失を制限する最高安全温度があり、最大またはピーク出力電力を制限するトランジスタの電圧および電流制限がある。
【０００４】
一般的に、無線周波数（ＲＦ）電力増幅器は、いわゆるバックオフ動作で駆動することができる。これは、電力増幅器が、その最大出力電力未満の、たとえば、デシベルの数値（ｄＢ）として表記されるようなあるレベルで動作することを意味する。バックオフ動作はまた、瞬間出力電力が比較的低いことも意味する場合がある。電力増幅器の動作を議論するときには、「遷移点」という用語が一般的に使用され、これは、ある振幅点、すなわち遷移点において、たとえば、動作モード、アクティブなサブ増幅器の数などといったいくつかの著しい変化が電力増幅器で生じることを意味する。ドハティタイプなどのいくつかの増幅器では、遷移点は、効率曲線中の高効率点でもある。
【０００５】
より高い出力電力を達成するため、いくつかのチップからの電力を組み合わせることができる。たとえば、並列化、ウィルキンソンコンバイナ、ハイブリッドまたは指向性カプラ、ブリッジカップリング、ラジアルコンバイナ、および空間コンバイナといった、異なる特性を有する多くのよく知られているＲＦ電力組合せ技法が利用可能である。
【０００６】
純粋な組合せ技法は、個々のチップが単に組み合わされるために、入力信号振幅にわたる効率曲線が、採用されるチップまたはサブシステムの効率曲線と同じ形状を有するという特性を持つ。したがって、バックオフ動作における効果的な動作のために、すべての組み合わされるチップまたはモジュールが、同じ形状の効率曲線を有する必要がある。
【０００７】
たとえば、「Ａ  ｎｅｗ  ｈｉｇｈ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｐｏｗｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｆｏｒ  ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  ｗａｖｅｓ」、Ｐｒｏｃ．  ＩＲＥ、ｖｏｌ．２４、ｎｏ．９、１１６３〜１１８２頁、１９３６年９月に開示されたドハティタイプ増幅器、および「Ｈｉｇｈ  ｐｏｗｅｒ  ｏｕｔｐｈａｓｉｎｇ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃ．  ＩＲＥ、ｖｏｌ．２３、ｎｏ．２、１３７０〜１３９２頁、１９３５年１１月に開示されたキレイクスタイプ電力増幅器におけるネットワークといった別のクラスの組合せのネットワークが、トランジスタ出力間の特定の相互作用を実現し、より低い入力信号振幅における効率を増加させる。相互作用とは、何らかのＲＦ出力電流を、小さい出力振幅で動作している間非常に小さく保つ一方、何らかのＲＦ出力電圧がその代わりに増えることが可能となるようなものである。低下したＲＦ出力電流とは、同じ出力電力について、チップにおいてより小さいＤＣ電流が使用され、したがって効率が増えることを意味する。
【０００８】
ドハティ／キレイクスタイプの組合せ／相互作用ネットワークを使用することの問題は、バックオフ動作における効率要件に依存して、構造およびトランジスタサイズ関連が一般的に異なることである。帯域幅は、最良の場合でさえ通常非常に大きいわけではないが、構造およびバックオフ効率要件によっても変わる。最適な効率曲線は、通常、多くの異なるトランジスタサイズを必要とする。
【０００９】
ドハティ／キレイクスタイプの組合せ／相互作用ネットワークでは、個々の大電力トランジスタにおけるチップについての組合せ方法の選択が非常に制限される。本質的にただ純粋な並列化では、ウィルキンソンおよび１８０度並列化が使用される。いくつかの完全なドハティ／キレイクスタイプの増幅器の出力を組み合わせるために、各種の組合せ方法が利用可能であるが、時々、増幅器間の大きい位相ばらつきによって余分の調整手段が必要となる場合がある。さらに、帯域幅がやはり一般的により狭く、および／または出力信号上のリップルがより大きい。
【００１０】
たとえば、本出願者によって出願された特許出願ＰＣＴ／ＳＥ２０１５／０５０５２９およびＰＣＴ／ＳＥ２０１５／０５１１３４に開示された増幅器といった、広い入力信号振幅範囲にわたる非常に広い帯域幅、小さいリップル、および高い効率を有する新しい種類の増幅器が登場してチップ上に実装されている。単一のチップが提供できるものより大きい電力で増幅器を使用するとき、電力の組合せを使用することも必要である。純粋な組合せ方法は、上に述べたような、すなわち、すべてのチップまたはモジュールが全入力信号振幅範囲にわたり良好な効率を有さなければならないという問題を有する。バックオフ動作において良好な効率が必要な場合、組合せプロセスでは改善されないことになる。組み合わせたシステムがその特性を有するために、新しい種類の各モジュールまたは集積化した増幅器は、ここで、バックオフ動作において良好な効率を有する必要がある。これは、いくつかの理由のために困難または不便な場合がある。たとえば、モジュールまたは集積化した増幅器で使用されるオンチップ送信ラインについて、最も高いインピーダンスレベルと最も低いインピーダンスレベルとの間に、典型的には非常に大きい違いがある。送信ラインの全長は、帯域幅とともに増加するが、単一チップ上で実際的なものより大きい可能性もある。
【発明の概要】
【００１１】
したがって、本明細書の実施形態の目的は、帯域幅および効率に関し、電力の追加および組合せを改善した電力増幅器システムを提供することである。
【００１２】
一態様によれば、目的は、入力信号を受け取り、スケーラブルな出力電力を有する出力信号を提供するための、モジュール式電力増幅器システムによって達成される。モジュール式電力増幅器システムは、複数の増幅器モジュールであって、各増幅器モジュールが入力ポートおよび出力ポートを備える複数の増幅器モジュールを備える。複数の増幅器モジュールは、いくつかのセクションに配置される。いくつかのセクションは、
第１の振幅範囲内の入力信号を受け取り、第１の出力電力Ｐ１を有する出力信号を提供するように設定される、複数の増幅器モジュールのうちの第１の増幅器モジュールを備える第１のセクションと、
第２の振幅範囲内の入力信号を受け取り、第２の出力電力Ｐ２を有する出力信号を提供するように設定される、複数の増幅器モジュールのうちの第２の増幅器モジュールを備える第２のセクションと、
ある振幅範囲内の入力信号を受け取り、ある出力電力Ｐｉを有する出力信号を提供するように各々が設定される、複数の増幅器モジュールのうちの複数の増幅器モジュールを備えるｉ番目のセクションと
を含む。
【００１３】
第１の増幅器モジュールの出力信号は、第２の増幅器モジュール（１２１）の出力信号と組み合わされ、（ｉ−１）番目のセクションにおける各増幅器モジュールの出力信号が分割され、各分割された出力信号は、ｉ番目のセクションにおける増幅器モジュールのそれぞれの出力信号と組み合わされ、ここで、ｉ＝３、４、…である。
【００１４】
本明細書に記載される実施形態によれば、モジュール式電力増幅器システムは、複数の増幅器モジュールを備える。各増幅器モジュールは、ある振幅範囲内で電力増幅を実施する。増幅器モジュールは、組み合わされるべき前のセクションからの最大入来電力Ｐを有し、Ｐの小さい整数倍の最大出力電力を提供することができる。小さい整数は、入力信号振幅範囲の上側境界と下側境界の比を決定する。
【００１５】
本明細書の実施形態によれば、２つの異なる増幅機能が実現される。第１の増幅器モジュールを備える第１のセクションは、たとえば、０からＰ１といった、最も小さい入力信号振幅のための出力電力を提供する「シード（ｓｅｅｄ）」部として機能する。第２のさらなるセクションは、「追加電力」部であり、より大きい入力信号振幅範囲のための効率的な電力の追加および組合せを実施する。１つのセクション中の各増幅器モジュールの出力電力は、増幅器モジュールの最大出力電力の部分へと分割されて、次のセクション中の増幅器モジュールの出力電力と組み合わされる入来電力としての働きをする。
【００１６】
したがって、本明細書の実施形態によれば、モジュール式で出力電力がスケーラブルであり、バックオフ動作範囲において高い効率を有する、広帯域増幅器のための構築システムが提供される。この構築システムを使用して、複数の増幅器モジュールを拡張して行くパターンで接続し、所望の出力電力を達成することができる。各増幅器モジュールのオンチップ出力送信ラインについての最大のインピーダンスレベルと最小のインピーダンスレベルとの間の差異が、連続よりも単一セクションでより小さいために、各増幅器モジュール内の特性出力インピーダンスの範囲を減らすことができる。モジュール式電力増幅器システムは、何ら余分な設計上の努力をすることなく、個々の増幅器モジュールの広い帯域幅を保持することもできる。
【００１７】
したがって、本明細書の実施形態にしたがうモジュール式電力増幅器システムは、帯域幅および効率に関し、改善した電力の追加および組合せを実現する。
【００１８】
その具体的な特徴および利点を含む、本明細書に開示される実施形態の様々な態様は、以下の詳細な説明および添付図面から容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１ａ】本明細書の実施形態にしたがうモジュール式電力増幅器システムの電力のフローを図示する概略ブロック図である。
【図１ｂ】本明細書の実施形態にしたがうモジュール式電力増幅器システムを図示する概略ブロック図である。
【図２ａ】本明細書の実施形態にしたがうモジュール式電力増幅器システムの第１の例を図示する概略ブロック図である。
【図２ｂ】図２ａに示されるモジュール式電力増幅器システムについての動作曲線を図示する図である。
【図２ｃ】図２ａに示されるモジュール式電力増幅器システムについての効率曲線を図示する図である。
【図３】本明細書の実施形態にしたがうモジュール式電力増幅器システムの第２の例を図示する概略ブロック図である。
【図４】本明細書の実施形態にしたがうモジュール式電力増幅器システムの第３の例を図示する概略ブロック図である。
【図５ａ】本明細書の実施形態にしたがう電力増幅器モジュールの一例を図示する概略ブロック図である。
【図５ｂ】図５ａに示される電力増幅器モジュールの一例を図示する概略ブロック図である。
【図５ｃ】図５ａに示される電力増幅器モジュールの一例を図示する概略ブロック図、ならびにサブ増幅器のための供給電圧を示す図である。
【図６】本明細書の実施形態にしたがうモジュール式電力増幅器システムを実装することができる電子デバイスを示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の記載を通して、同様の参照数字は、可能なときには、要素、ユニット、モジュール、回路、ノード、部品、アイテムなどといった同様の特徴を示すために使用されている。
【００２１】
本明細書の実施形態にしたがう電力の追加および組合せの概念を説明するため、モジュール式電力増幅器システムについての電力のフローチャートが図１ａに示される。モジュール式電力増幅器システムは、たとえば、１番目のセクションからｉ番目のセクションといった、異なるセクションに配置されて拡張して行くパターンで接続される複数の増幅器モジュールを備える。各増幅器モジュールは、ある振幅範囲内で電力増幅を実施して、それぞれ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｉの出力電力を提供する。１つのセクション中の増幅器モジュールからの出力電力は、次のセクションへの入来電力としての働きをし、次のセクション中の増幅器モジュールの出力電力と組み合わされる。したがって、増幅器モジュールの各々は、組み合わされるべき前のセクションからの最大入来電力Ｐを有し、Ｐの小さい整数倍の最大出力電力を提供することができる。すなわち、異なる増幅器モジュール間の電力比、すなわち、Ｐ２／Ｐ１、Ｐ３／Ｐ２、…が、任意の整数であってよい。
【００２２】
図１ｂは、上に記載した電力の追加および組合せの概念にしたがって、入力信号をスケーラブルな出力電力を有する出力信号に増幅するためのモジュール式電力増幅器システム１００を図示する。モジュール式電力増幅器システム１００は、複数の増幅器モジュール１１１、１２１、１３１、１３２、１４１、…１ｉ１を備え、各増幅器モジュールが入力ポートＩｎおよび出力ポートＯｕｔを備え、複数の増幅器モジュールがいくつかのセクション、第１、第２、第３、…、およびｉ番目のセクションへと配置される。第１のセクションは、第１の振幅範囲内の入力信号を受け取り、第１の出力電力Ｐ１を有する出力信号を提供するように設定される、複数の増幅器モジュールのうちの第１の増幅器モジュール１１１を備える。第２のセクションは、第２の振幅範囲内の入力信号を受け取り、第２の出力電力Ｐ２を有する出力信号を提供するように設定される、複数の増幅器モジュールのうちの第２の増幅器モジュール１２１を備える。…。ｉ番目のセクションは、ある振幅範囲内の入力信号を受け取り、ある出力電力Ｐｉを有する出力信号を提供するように各々が設定される、複数の増幅器モジュールのうちの複数の増幅器モジュール１ｉ１、１ｉ２、…を備える。
【００２３】
異なるセクションの中の増幅器モジュールからの出力電力は、このようにして組み合わされる。第１のセクションの中の第１の増幅器モジュール１１１の出力信号が、第２のセクションの中の第２の増幅器モジュール１２１の出力信号と組み合わされ、（ｉ−１）番目のセクションの中の各増幅器モジュールの出力信号が分割され、各分割された出力信号が、ｉ番目のセクションの中の増幅器モジュールのそれぞれの出力信号と組み合わされ、ここで、ｉ＝３、４、…である。言い換えると、１つのセクション、たとえば、第２または第３、…のセクションの中の各増幅器モジュールの出力電力は、各増幅器モジュールの最大出力電力の部分へと分割されて、次のセクションの中の増幅器モジュールの出力電力と組み合わされる入来電力としての働きをする。
【００２４】
たとえば、第１のセクションからの出力電力は、Ｐ１である。すなわち、ＯｕｔＰ１＝Ｐ１である。第１のセクションの中の第１の増幅器モジュール１１１の出力信号は、第２のセクションの中の第２の増幅器モジュール１２１の出力信号と組み合わされ、第２の増幅器モジュール１２１の出力ポートでＰ１＋Ｐ２の合計出力電力を与える。ここで、第２のセクションにより提供される合計出力電力は、ＯｕｔＰ２＝Ｐ１＋Ｐ２である。第２のセクションの中の各増幅器モジュール１２１の出力信号が分割され、各分割された出力信号は、（Ｐ１＋Ｐ２）／２の電力を有するが、第３のセクションの中の増幅器モジュール１３１、１３２のそれぞれの出力信号と組み合わされ、各増幅器モジュール１３１、１３２の出力ポートにおいて、（Ｐ１＋Ｐ２）／２＋Ｐ３の合計出力電力を与える。ここで、第３のセクションによって提供される合計出力電力は、ＯｕｔＰ３＝（Ｐ１＋Ｐ２）／２＋Ｐ３＋（Ｐ１＋Ｐ２）／２＋Ｐ３＝Ｐ１＋Ｐ２＋２＊Ｐ３である。
【００２５】
２つの異なる増幅機能が提供され得ることを理解することができる。それはたとえば、「シード部」と「追加電力部」の２つであり、すなわち、０の出力電力からＰ１の最大出力電力といった、最も低い入力信号振幅範囲について出力電力を提供する、第１の増幅器モジュール１１１といった「シード部」、および特定のより高い振幅範囲について電力を追加する、増幅器モジュール１２１、１３１、１３２、…といった、「追加電力部」である。
【００２６】
「シード」部、すなわち、追加電力モジュールが基礎を置く出力電力の第１の部分を提供する第１の増幅器モジュール１１１は、Ｐの十分な電力を有するＲＦ信号を提供することが可能な任意の増幅器であってよい。これは、追加電力モジュールの指向特性に起因する。シード増幅器モジュール１１１は、好ましくは、残りの電力増幅器システムと整合する十分な帯域幅を有するべきである。たとえば、１２１、１３１〜１３２、１ｉ１、…といった、追加電力増幅器モジュールは、集積化したチップであってよく、ここで、シード増幅器モジュール１１１を、同様に集積化したチップとして構築する必要がある場合がある。
【００２７】
シード部のための専用回路またはチップを有することを回避するいくつかの方法があり、１つの方法は、たとえば、信号駆動増幅といった何らかの他の目的のために作られたチップを再使用することである。別の方法は、追加電力モジュールを再使用することである。
【００２８】
したがって、本明細書のいくつかの実施形態によれば、第１の増幅器モジュール１１１、すなわち、シード部は、十分な帯域幅能力を有する必要とされる出力電力を備えた、市場に出ている任意の利用可能な増幅器モジュール、または任意の利用可能な電力増幅器チップであってよい。
【００２９】
使用する異なるタイプの増幅器モジュールの数が増えることを回避するため、本明細書にいくつかの実装形態によれば、異なるセクションの中の増幅器モジュールが同じタイプの電力増幅器モジュールもしくはチップであってよく、または第２のセクションの中の第２の増幅器モジュール１２１が第１のセクションの中の第１の増幅器モジュール１１１と同じタイプであってよく、またはｉ番目のセクションの中の増幅器モジュールが前のセクションの中の増幅器モジュールと同じタイプである。
【００３０】
本明細書の実施形態にしたがう電力の追加および組合せ技法、ならびに電力の追加および組合せ技法の機能、特徴、利点をさらに説明するため、モジュール式電力増幅器システム１００を、図１ｂに示されるようなモジュール式電力増幅器システム１００からすべて生じる異なる例および実装形態を参照して、詳細に議論することになる。
【００３１】
第１の例として、モジュール式電力増幅器システム２００が図２ａに示される。図２ｂは、異なるセクション中の増幅器モジュールの動作曲線を示し、図２ｃは、モジュール式電力増幅器システム２００の効率曲線を示す。
【００３２】
モジュール式電力増幅器システム２００は、複数の増幅器モジュール２１１、２２１、２３１、２３２、２４１、２４２、２４３、２４４を備え、第１、第２、第３、および第４のセクションへと配置することができる。第１のセクションの中の第１の増幅器モジュール２１１は、図２ｂに見られる、曲線２０１、すなわちＰの出力電力まで、最も低い入力信号振幅範囲で入力信号を増幅する「シード」モジュールであり、第１のセクションからの合計出力電力は、したがってＰであり、Ｏｕｔ１＝Ｐである。第１の増幅器モジュール２１１の効率は、図２ｃに見られるように、効率曲線の第１の部分、この場合には０から最大入力信号振幅の０．３５で、入力信号振幅が増加すると一般的に増加する。したがって、第１の増幅器モジュール２１１は、たとえば、最大出力電力から９ｄＢバックオフした、バックオフ動作で動作している。
【００３３】
次のモジュール、すなわち、第２のモジュール２２１は、第１のモジュール２１１から来る出力信号の上に、第２のモジュール２２１の出力信号を、２＊Ｐの出力電力まで追加する「追加電力」モジュールである。したがって、第２のセクションからの合計出力電力は、２＊Ｐであり、Ｏｕｔ２＝２Ｐである。追加される最大電力はＰであり、これは、第１の増幅器モジュールからの入来電力がＰであるとき、すなわち、前のセクションからの出力信号振幅が最大であるときにだけ達成することができる。電力の増加はしたがって３ｄＢであり、効率は、やはり、入力信号振幅範囲の上側境界、たとえば、最大入力信号振幅の０．５で最大である。第２のセクションからの２＊Ｐの最大出力電力は、２つの経路へと分割され、各々が、Ｐの電力を有し、追加電力モジュール、すなわち次のセクション、すなわち第３のセクションの中の増幅器モジュール１３１、１３２についての「シード」としての働きをする。このセクションの中の２つの増幅器モジュールは各々が、各々の出力信号を、前のセクション、すなわち第２のセクションから来るものの上に２＊Ｐの電力まで加え、これは、このセクションからの合計出力電力が４＊Ｐであり、Ｏｕｔ３＝４Ｐであって、出力電力でやはり３ｄＢの増加となることを意味する。これらの出力の各々は、各々がＰの最大電力を有する２つの経路へと分割され、各々は、最終セクション、すなわち第４のセクションの中の追加電力モジュールの増幅器モジュール２４１、２４２、２４３、２４４についてのシードとしての働きをする。このセクションの中の４つの増幅器モジュールは各々が、各々の出力信号を、前のセクション、すなわち第３のセクションから来るものの上に２＊Ｐの最大電力まで加え、これは、このセクションからの最大出力電力が８＊Ｐであり、Ｏｕｔ４＝８Ｐであることを意味する。４つの出力は、従来型の組合せ方法を使用することによって、たとえば１といった、より小さい数へと組み合わせることができる。
【００３４】
モジュール式電力増幅器システム１００、２００のモジュール性は、たとえば、図２ａに見ることができる。すなわち、各追加セクションは前のセクションと全く同じ方法で動作して、前のセクションが提供したものの上に、ある振幅範囲内の信号および電力を追加する。図２ｂに示される動作曲線は、この挙動を図示しており、動作曲線の最大出力信号振幅は等しく、振幅は、異なる入力信号振幅範囲内で、入力信号振幅と比例して増加する。セクション間の電力関係が等しいために、各々は最大出力電力の２倍を提供し、第１の入力信号振幅範囲を除いて、各入力信号振幅範囲の上限と下限の電力比はやはり等しい、すなわち、３ｄＢである。最大電力が追加されるとき、電力は最高効率で追加される。バックオフ動作における効率曲線は、こうして、図２ｃに示されるように、それぞれ、たとえば、−９ｄＢ、−６ｄＢ、−３ｄＢおよび０ｄＢといった、各入力信号振幅範囲の上限に効率のピークを有する３ｄＢの部分に、やはりモジュール化される。
【００３５】
図２ａにおいて、増幅器モジュール２２１、２３１、２３２、２４１〜２４４は、第１の増幅器モジュール２１１と同じＰの電力を有しており、各々がモノリシックチップであってよい。そのため、同じタイプの増幅器モジュールを、モジュール式電力増幅器システム２００で再使用することができる。したがって、本明細書のいくつかの実装形態によれば、異なるセクションの中の各増幅器モジュール２１１、２２１、２３１、２３２、２４１〜２４４は、同じ特性および出力電力を有し、ある周波数範囲で動作するためにチップ上に実装される、単一モジュールであってよい。
【００３６】
本明細書のいくつかの実装形態によれば、第１のセクションの中の増幅器モジュールが第１のタイプの電力増幅器チップであり、他のセクションの中の増幅器モジュールが第２のタイプの電力増幅器チップである。
【００３７】
これを図示するため、本明細書の実施形態にしたがう第２の例が図３に示される。本実施形態では、第１の増幅器モジュール３１１は、Ｐの出力電力を有する第１のタイプの電力増幅器チップである。他の増幅器モジュール３２１、３３１〜３３３、３４１、…は、各々が２Ｐの出力電力を有する第２のタイプの電力増幅器チップである。第２、第３、および第４のセクションの中の増幅器モジュールの各々は、前のセクションからのＰの最大電力とともに、入来信号に最大２Ｐを追加する。すなわち、送出電力対入来最大電力が、３：１の関係を有する。
【００３８】
各セクションによって提供される最大合計出力電力は、それぞれ、Ｏｕｔ１＝Ｐ、Ｏｕｔ２＝３Ｐ、Ｏｕｔ３＝９Ｐ、およびＯｕｔ４＝２７Ｐである。セクションの最大合計出力電力間の、３：１の電力比は、セクションの入力信号振幅範囲が各々４．７７ｄＢであることを意味する。バックオフした振幅動作における効率曲線は、各入力信号振幅範囲の上限において、すなわち、最大出力電力から０ｄＢ、−４．７７ｄＢ、−９．５４ｄＢ、および−１４．３ｄＢにおいて、効率のピークを有する。−１４．３ｄＢより低い入力信号振幅範囲、すなわち、Ｐの出力電力までは、第１のモジュール１１１によって取り扱われる。
【００３９】
本明細書のいくつかの実装形態によれば、異なるセクションの中の増幅器モジュールは、異なるタイプの電力増幅器チップであってよい。すなわち、異なるタイプの追加電力モジュールを組み合わせることができる。各モジュールからの最大送出電力は、ここで、異なるセクションの中の異なる数の部分へと分割される。一例が図４に示される。本実施形態では、第１の増幅器モジュール４１１は、Ｐの出力電力を有する第１のタイプの電力増幅器チップであり、そのため、Ｏｕｔ１＝Ｐである。第２の増幅器モジュール４２１は、第２のタイプの電力増幅器チップであり、２Ｐの出力電力を有し、第１のセクションからのＰの入来電力に２Ｐの電力を追加することになり、そのため、第２のセクションからの合計出力電力は、Ｏｕｔ２＝３Ｐとなる。第２の増幅器モジュール４２１からの出力信号は、３つの信号へと分割され、各々は、Ｐの電力を有し、第３のセクションの中の増幅器モジュール４３１、４３２、４３３のそれぞれの出力信号と組み合わされることになる。増幅器モジュール４３１、４３２、４３３は、第３のタイプの電力増幅器チップであり、各々は、前のセクションからのＰの最大電力を有する入来信号に最大３Ｐを追加する。増幅器モジュール４３１、４３２、４３３の各々からの出力電力は、したがって、４Ｐであり、すなわち、送出電力対入来最大電力が、４：１の関係を有する。第３のセクションの中の増幅器モジュール４３１、４３２、４３３の電力範囲は、したがって６ｄＢであり、そのため、効率のピークは、最大出力電力から０ｄＢ、−６ｄＢ、および−１０．８ｄＢとなることになる。増幅器モジュール４３１〜４３３からの出力が組み合わされると、第３のセクションにより提供される最大合計出力電力は、Ｏｕｔ３＝１２Ｐとなることになる。
【００４０】
最後のセクションの中の増幅器モジュールからの出力は、従来型の組合せ方法を使用することによって、単一の出力に組み合わせることができる。場合によりアンテナ給電線中に位相シフト回路を設けてアンテナアレイに給電するためには、代わりにより多い数の出力が有用な場合がある。この場合、出力のグループを必要な数に組み合わせることができる。 
【００４１】
本明細書のいくつかの実装形態によれば、複数の増幅器モジュール１１１、２１１、３１１、４１１、１２１、１３１、１ｉ１、…のうちの任意の１つが、図５ａに示されるような電力増幅器５００を備えることができる。電力増幅器５００は、入力信号を受け取るための入力ポート５１０、および出力信号を提供するための出力ポート５３０を備える。各組の中のサブ増幅器の入力が、入力送信ライン５２１、５２２、または任意の他の手段（図示せず）のいずれかを介して、入力ポート１１０に結合または接続される。
【００４２】
電力増幅器５００は、電力増幅器５００の出力ポート５３０に結合された出力送信ライン５４０、および出力送信ライン５４０に沿って分散されたサブ増幅器５５０、５６０の複数の組をさらに備える。サブ増幅器５５０、５６０の複数の組の出力は、出力送信ライン５４０に結合される。
【００４３】
本明細書のいくつかの実装形態によれば、出力送信ライン５４０は、図５ｂに示されるように、始端においてより高いインピーダンスで、出力ポート５３０へ向かって減少するインピーダンスを有する。この実施形態では、サブ増幅器は、外部に出て行く、すなわち送信ライン５４０の終端における特性インピーダンスよりも、入ってくる、すなわち送信ライン５４０の始端における特性インピーダンスの方が高い、先細りで、通常は合成または部分的に合成の送信ライン５４０に沿って配置される。サブ増幅器５５０、５６０への供給電圧は、本実施形態では等しい。本実施形態についての詳細設計は、特許出願第ＰＣＴ／ＳＥ２０１５／０５０５２９号に見いだすことができる。
【００４４】
出力送信ライン５４０に沿った異なる特性インピーダンスおよびサブ増幅器５５１〜５５４、５６１〜５６４に対する等しい供給電圧に起因して、サブ増幅器５５１〜５５４、５６１〜５６４の出力電流は、したがって、出力送信ライン５４０に沿った特性インピーダンスにおける局所的な増加に応じて重み付けされる。前のセクションの中の増幅器モジュールも同じ様式で働くために、異なるセクションの中の増幅器モジュールの出力送信ラインのインピーダンス間の比は、異なるセクションの中の増幅器モジュールの、入来電力と最大出力電力の間の比に関係する。図３に図示される例では、比は、２Ｐ対１Ｐとなる。そのため、１つのセクションの中の増幅器モジュールにおける送信ライン５４０の終端における特性インピーダンスは、次のセクションの中の増幅器モジュールにおける送信ライン５４０の始端における特性インピーダンスの半分である。１つのセクションの中の増幅器モジュールにおける出力送信ライン５４０は、したがって、等しい部分へと単に分割され、各々が同じインピーダンスを有し、各々が最大電力Ｐを搬送して、次のセクションの中の増幅器モジュールへ入来信号を提供する。
【００４５】
図４に図示される例では、比は、３Ｐ対１Ｐとなる。これは、第２のセクションの中の増幅器モジュールにおける送信ライン５４０の終端における特性インピーダンスが、次のセクションの中の増幅器モジュールにおける送信ライン５４０の始端における特性インピーダンスの１／３であることを意味する。第２のセクションの中の増幅器モジュールにおける出力送信ライン５４０は、したがって、３つの等しい部分へと単に分割され、各々が同じインピーダンスを有し、各々が最大電力Ｐを搬送して、次のセクションの中の増幅器モジュールへ入来信号を提供する。
【００４６】
本明細書のいくつかの実装形態によれば、電力増幅器５００は、図５ｃに示されるように、出力送信ライン５４０に沿って分散されたサブ増幅器５５０、５６０の２つの組をさらに備える。サブ増幅器５５０の第１の組は、１つまたは複数のサブ増幅器５５１〜５５４を備え、均一のインピーダンスを有する出力送信ライン５４１の第１の部分に沿って分散される。サブ増幅器５６０の第２の組は、始端においてより高いインピーダンスで出力ポート５３０に向かって減少するインピーダンスを有する出力送信ライン５４２の第２の部分に沿って分散された少なくとも２つのサブ増幅器５６１〜５６４を備える。第１の組５５０中のサブ増幅器１５１〜５５４への供給電圧は、出力ポート５３０へ向かって出力送信ライン５４１の第１の部分に沿って徐々に増やされ、サブ増幅器５６０の第２の組への供給電圧と同じ値となるように設定される。
【００４７】
効率を最大化または改善するために、サブ増幅器５５１〜５５４への供給電圧は、通常の最大供給電圧と比べて、または他のサブ増幅器５６１〜５６４への供給電圧と比べて減らされて、「低下した供給電圧」と呼ばれ、これらのサブ増幅器における局所的な最大出力電圧スイングだけに対応する。これらの低下した供給電圧は、一般的に、図５ｃにおける図面の中心部分に示されるように、出力送信ラインに沿って出力ポート５３０に向かう順方向で増え、同図には供給電圧Ｖｄｄ対サブ増幅器の番号Ａｍｐ＃が示される。異なる代替物を有する本実施形態についての詳細設計は、特許出願第ＰＣＴ／ＳＥ２０１５／０５１１３４号に見いだすことができる。
【００４８】
いくつかの実装形態によれば、シード部は、あらゆる増幅器モジュールに実装することができる。たとえば、図５ｃに示される増幅器モジュール５００では、サブ増幅器５５０の第１の組がシード部として働くことができる。図５ｃに示されるように、シード部、すなわち、サブ増幅器５５０の第１の組は、５４１とマークを付けた出力送信ラインの第１の部分に沿って分散されたサブ増幅器５５１〜５５４を備え、追加電力部、すなわち、サブ増幅器５６０の第２の組は、５４２とマークを付けた出力送信ラインの第２の部分に沿って分散された少なくとも２つのサブ増幅器５６１〜５６４を備える。追加電力部のための正しい入力特性インピーダンスを有するために、シード部は、好ましくは、均一インピーダンス出力送信ラインを有する。シード部は、均一なインピーダンスを有するために、図面の中心部分に見られるように、高効率のための低下した供給電圧方式を使用する。第１のセクションは、したがって、シードの機能と第１の追加電力セクションの機能の両方を実施することになる。示したように、増幅器モジュールの第１の組は、入力側抵抗器ＲＴで後方終端することができる。
【００４９】
増幅器モジュール５００が排他的追加電力モードで使用されるとき、シード部は、たとえば、不活性化すること、すなわち、駆動信号を有さないことができる。最大入来信号電圧がフルスイングできることから、電圧破壊を回避するために、不活性化したサブ増幅器５５１〜５５４への供給電圧は、図面の最下部に示されるように、追加電力セクションについてのものと同じ高さに保つ必要がある場合があり、ここで、供給電圧Ｖｄｄ対サブ増幅器の番号Ａｍｐ＃が示される。
【００５０】
したがって、本明細書のいくつかの実装形態によれば、サブ増幅器５５０の第１の組は、不活性化されるように設定することができ、サブ増幅器５５０の第１の組の供給電圧は、サブ増幅器５６０の第２の組への供給電圧と同じに設定することができる。
【００５１】
増幅器モジュール５００は、代わりに、低下した供給電圧方式で全体を構築することができる。標準的な設計では、ここで、サブ増幅器５５１〜５５４、５６１〜５６４を通して特性インピーダンスが均一であり、供給電圧の異なる組が、異なるセクションの中の増幅器モジュールに使用される。次のセクションへ入来信号を提供するために出力が分割されるので、このことは、セクション間のインピーダンス変換がこの場合には必要であることを意味する。たとえば、出力特性インピーダンスＺから、各々がインピーダンスＺを有する２つの入力への分割とは、セクション間で、ＺからＺ／２へのインピーダンス変換が必要であることを意味する。
【００５２】
上で記載された実施形態から、いくつかの利点を結論することができる。たとえば、本明細書の実施形態にしたがって記載された構築技法は、帯域幅および効率に関し、電力の追加および組合せの改善を実現し、広い振幅範囲および任意の広い相対的な帯域幅にわたり高い効率を有する電力増幅器を構築するために使用することができる。本明細書の実装形態にしたがう電力増幅器システム１００、２００、３００、４００は、スケーラブルな出力電力を提供することができ、モジュール性を有する。この構築システムを使用して、複数の増幅器モジュールを拡張して行くパターンで接続することができ、同じタイプの増幅器モジュールを再使用することができる。さらに、増幅器モジュール内の特性出力インピーダンスの範囲を減らすことができる。というのは、各増幅器モジュールのオンチップ出力送信ラインについての最大インピーダンスレベルと最小インピーダンスレベルの間の差異が、連続よりも単一セクションでより小さいためである。出力インピーダンスの低下は、インピーダンスを増加させる送出電力または出力信号の分割によって打ち消される。たとえば、出力電力２ＰのＰへの無反射分割には、出力送信ラインが２つの送信ラインへと分割されることが必要であり、各々は、２倍のインピーダンスを有することになる。モジュール式電力増幅器システム１００、２００、３００、４００は、何ら余分な設計上の努力をすることなく、個々の増幅器モジュールの広い帯域幅を保持することもできる。たとえば、
【００５３】
様々な態様の実施形態を記載してきたが、それらの多くの異なる代替形態、変更形態などが、当業者には明らかとなるであろう。たとえば、出力電力の粒度を増やすために、異なる数のセクションを有する２つ以上のモジュール式電力増幅器システムを、最終セクションの出力で、またはいくつかの中間セクションで並列にすることができる。たとえば、８Ｐ出力電力を有するモジュール式電力増幅器システム２００を、１２Ｐ出力電力を有するモジュール式電力増幅器システム４００と並列にして、２０Ｐの合計出力電力を生じさせることができる。たとえば、あるレベルより低い入力信号振幅についての高い効率の要求がなく、より大きい出力電力が必要な場合、最も低い入力信号振幅範囲のための第１のセクションの中の増幅器モジュールは、同じ駆動信号をいくつかのセクションに提供することによって他のセクションへと組み合わせることができる。
【００５４】
さらに、同じ最大入来電力Ｐおよび異なる送出最大電力を有するいくつかの異なる追加電力モジュールを有する代わりに、いくつかの異なる増幅器モジュールについて等しい送信最大電力Ｐを有するが、Ｐに対して１／ｘの割合を有する異なる入来電力を有することもありうる。
【００５５】
多用途電力増幅器システム１００、２００、３００、４００は、増幅器モジュールの最大出力電力が最大入来電力を別の増幅器モジュールに一致させるように、異なる最大入力電力を有する増幅器モジュールで構築することもできる。いくつかの増幅器システム１００、２００、３００、４００は、ここで、セクション当たりのモジュール当たりに単一のチップを単に必要とすることになる。異なるセクションの中の増幅器モジュールが、１つまたはいくつかの出力／入力電力関係を有し、すべての入力電力について必ずしも同じものを有さない。
【００５６】
セクションの中の増幅器チップまたはモジュールの拡張して行くパターンに起因して、次のセクションの中の増幅器モジュールは、前のセクションの中の元の増幅器モジュールから外に向かって放射状に配向されるのが好ましい。放射状の幾何学配置は、中心軸の周りに増幅器モジュールをまとうことによって、円錐形状の中に置くことができる。
【００５７】
したがって、記載した実施形態は、本開示の範囲を制限する意図はない。
【００５８】
本明細書の実施形態にしたがうモジュール式電力増幅器システム１００、２００、３００、４００は、様々な電子デバイス中に採用することができる。図６は、電子デバイス６００についてのブロック図を示しており、これは、たとえば、無線周波数送受信器、ワイヤレス通信デバイス、ユーザ機器、モバイルデバイス、ワイヤレス通信システム中の基地局もしくは無線ネットワークノードなど、または電力増幅器を必要とする任意の汎用電子回路もしくは装置であってよい。電子デバイス６００は、他のユニットを備えることができ、ここでは処理ユニット６１０が示される。
【００５９】
「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語を使用するとき、非限定的、すなわち「少なくとも〜よりなる」を意味すると解釈するべきである。
【００６０】
本明細書の実施形態は、上に記載した実施形態に限定されない。様々な代替形態、変更形態、および等価形態を使用することができる。したがって、上の実施形態は、本発明の範囲を限定すると考えるべきでなく、本発明は、添付の請求項によって規定される。
【図１ａ】
2019514288.tif 000003
【図１ｂ】
2019514288.tif 000004
【図２ａ】
2019514288.tif 000005
【図２ｂ】
2019514288.tif 000006
【図２ｃ】
2019514288.tif 000007
【図３】
2019514288.tif 000008
【図４】
2019514288.tif 000009
【図５ａ】
2019514288.tif 000010
【図５ｂ】
2019514288.tif 000011
【図５ｃ】
2019514288.tif 000012
【図６】
2019514288.tif 000013
【国際調査報告】
2019514288.tif 000014
2019514288.tif 000015
2019514288.tif 000016