(57)【要約】本発明は、電力増幅器の効率と線形性の特性を改善するための、携帯用デバイスの電力増幅器回路のバイアス制御に関する。一実施形態において、前記電力増幅器は、電圧制御信号を受信して、低出力電力範囲内において前記電力増幅器がドハティモードで動作するように、且つ、高出力電力範囲内において前記電力増幅器が非ドハティモードで動作するように、補助の増幅器にバイアスをかけることによって、これらの特性を改善する。前記高出力電力範囲内における前記電力増幅器の非線形動作要件を満たすために、非ドハティモードにおいて、補助の増幅器は、受信した電圧制御信号を介して、クラスＡＢ増幅器としてバイアスをかけられる。前記電力増幅器は、遠隔の基地局から受信した信号の電力レベルに基づいて、前記電圧制御信号を生成する。
2007509584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅するために入力段に結合されたキャリア増幅器と、
前記入力信号を増幅するために前記入力段に結合されたピーク増幅器であって、該ピーク増幅器にバイアスをかけるために、該ピーク増幅器は電圧制御信号を受信するよう構成され、該電圧制御信号は、遠隔の基地局によって伝達された信号の電力レベルに基づくことからなる、ピーク増幅器
とを備える、電力増幅器をバイアス制御するためのシステム。
【請求項２】
前記キャリア増幅器は、
前記入力段に結合されたキャリア第１段増幅器と、
前記キャリア第１段増幅器とキャリア増幅器出力端子とに結合されたキャリア第２段増幅器
とを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ピーク増幅器は、
前記入力段に結合されたピーク第１段増幅器と、
前記ピーク第１段増幅器とピーク増幅器出力端子とに結合されたピーク第２段増幅器と、
前記ピーク第２段増幅器に結合された電圧制御ユニットであって、受信した前記電圧制御信号を介して、前記ピーク増幅器にバイアスをかけるよう構成された、電圧制御ユニット
とを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記電圧制御ユニットは、前記受信した電圧制御信号の状態に基づいて、クラスＢか又はクラスＣの増幅器として前記ピーク増幅器にバイアスをかける、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記電圧制御ユニットは、前記受信した電圧制御信号の状態に基づいて、クラスＡＢの増幅器として前記ピーク増幅器にバイアスをかける、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記電力増幅器が低出力電力範囲内において動作することを、前記遠隔の基地局によって伝達された信号の前記電力レベルが示す場合には、前記電力増幅器は、第１の状態における前記電圧制御信号を生成するよう構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記電力増幅器が高出力電力範囲内において動作することを、前記遠隔の基地局によって伝達された信号の前記電力レベルが示す場合には、前記電力増幅器は、第２の状態における前記電圧制御信号を生成するよう構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記入力段からの前記入力信号を受信し、第１の入力信号を前記キャリア増幅器の入力に対して送信し、及び第２の入力信号を前記ピーク増幅器の入力に対して送信するよう構成された３ｄＢハイブリッドカプラを更に備え、前記第２の入力信号は、前記第１の入力信号から約９０度だけ位相シフトされることからなる、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
実質的に最適な電力増幅器出力電力信号を、出力段において生成するために、前記ピーク増幅器からの出力信号と前記キャリア増幅器からの出力信号とを受信するよう構成された出力整合ユニットを更に備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記出力整合ユニットは、
キャリア増幅器出力端子に結合された、第１の４分の１波長変成器と、
ピーク増幅器出力端子と、前記第１の４分の１波長変成器の出力部と、前記出力段とに結合された、第２の４分の１波長変成器
とを更に備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
遠隔の基地局によって伝達された信号を受信し、
前記信号の電力レベルに基づいて、電圧制御信号を生成し、及び、
前記電圧制御信号を介して、電力増幅器のピーク増幅器にバイアスをかける
ことを含む、前記電力増幅器をバイアス制御するための方法。
【請求項１２】
前記電力増幅器が低出力電力範囲内において動作することを、前記信号の前記電力レベルが示す場合には、前記生成することは、第１の状態における前記電圧制御信号を生成するステップを更に含むことからなる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の状態における前記電圧制御信号は、クラスＢか又はクラスＣの増幅器として前記ピーク増幅器にバイアスをかけることからなる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記電力増幅器が高出力電力範囲内において動作することを、前記信号の前記電力レベルが示す場合には、前記生成することは、第２の状態における前記電圧制御信号を生成するステップを更に含むことからなる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の状態における前記電圧制御信号は、クラスＡＢの増幅器として前記ピーク増幅器にバイアスをかけることからなる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
キャリア入力端子とキャリア出力端子とを有する、キャリア増幅器と、
ピーク入力端子と、ピーク出力端子と、電圧制御信号を受信するための制御端子とを有するピーク増幅器であって、前記電圧制御信号に基づいて、電力増幅器の少なくとも１つの特性を変更するよう構成された、ピーク増幅器と、
キャリア増幅器入力信号から位相が遅延させられたピーク増幅器入力信号を生成するために、前記キャリア入力端子と前記ピーク入力端子とに結合された位相シフタと、
キャリア出力電力信号とピーク出力電力信号とを伝達するために、且つ、電力増幅器出力段において電力増幅器出力電力信号を形成するために、前記キャリア出力端子と前記ピーク出力端子とに結合された出力整合ユニット
とを備える、携帯用ハンドセット内の前記電力増幅器を制御するためのシステム。
【請求項１７】
遠隔の基地局によって伝達された信号を受信するための、且つ、前記電力増幅器が低電力範囲内において動作することを、前記受信した信号の電力レベルが示す場合には、第１の電圧状態における前記電圧制御信号を生成するための、且つ、前記電力増幅器が高電力範囲内において動作することを、前記受信した信号の前記電力レベルが示す場合には、第２の電圧状態における前記電圧制御信号を生成するための、ベースバンド・モデム・チップセットを更に備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記位相シフタは、ある入力電力を、前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器とに分配するためのハイブリッドカプラである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記ハイブリッドカプラは、まとめられた素子によって実現された３ｄＢハイブリッドカプラである、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ハイブリッドカプラは、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）法によって実現される、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記位相シフタは、位相差補償器である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
前記位相差補償器は、伝送線路によって実現される、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記位相差補償器は、まとめられた素子によって実現される、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記出力整合ユニットは、まとめられた素子によって実現される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２５】
前記出力整合ユニットは、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）法によって実現される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２６】
前記電力増幅器の前記少なくとも１つの特性は、線形性である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２７】
前記電圧制御信号を受信するように且つピーク増幅器のバイアス電流を制御するように構成された電圧制御ユニットを、前記ピーク増幅器が更に備え、これにより、前記電圧制御信号が前記第１の電圧状態にある時には、前記電力増幅器がドハティ型増幅器として動作させられ、前記電圧制御信号が前記第２の電圧状態内にある時には、前記ピーク増幅器がクラスＡＢの増幅器として動作させられることからなる、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２８】
前記出力整合ユニットは、
前記キャリア出力端子に結合された入力部と、前記ピーク出力端子に結合された出力部とを有する、第１の変成器と、
前記第１の変成器の前記出力部に結合された入力部と、前記電力増幅器出力段に結合された出力部とを有する、第２変成器
とを更に備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２９】
少なくとも２つのモードにおいて、無線伝送デバイス内の電力増幅器を動作させる方法であって、該電力増幅器が、キャリア増幅器とピーク増幅器とを備え、該方法が、
前記電力増幅器が低電力範囲内において動作することを、遠隔の基地局によって伝達され且つ前記電力増幅器によって受信された信号の電力レベルが示す場合には、第１の電圧状態における電圧制御信号を生成し、
前記電力増幅器が高電力範囲内において動作することを、遠隔の基地局によって伝達され且つ前記電力増幅器によって受信された信号の電力レベルが示す場合には、第２の電圧状態における電圧制御信号を生成し、及び、
前記電圧制御信号を介して前記ピーク増幅器にバイアスをかける
ことを含むことからなる、方法。
【請求項３０】
前記バイアスをかけることは、前記電力増幅器をドハティ型増幅器として動作させるために、前記第１の電圧状態における前記電圧制御信号を介して、前記ピーク増幅器にバイアスをかけるステップを更に含むことからなる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記バイアスをかけることは、前記電力増幅器の非線形性特性を改善するために、前記第２の電圧状態における前記電圧制御信号を介して、前記ピーク増幅器にバイアスをかけるステップを更に含むことからなる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記バイアスをかけることは、前記ピーク増幅器をクラスＡＢの増幅器として動作させるために、前記第２の電圧状態における前記電圧制御信号を介して、前記ピーク増幅器にバイアスをかけるステップを更に含むことからなる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
少なくとも２つのモードにおいて、無線伝送デバイス内の電力増幅器を動作させるシステムであって、該電力増幅器は、キャリア増幅器とピーク増幅器とを備え、その方法が、
前記電力増幅器が低電力範囲内において動作することを、遠隔の基地局によって伝達され且つ前記電力増幅器によって受信された信号の電力レベルが示す場合には、第１の電圧状態における電圧制御信号を生成するための手段と、
前記電力増幅器が高電力範囲内において動作することを、前記遠隔の基地局によって伝達され且つ前記電力増幅器によって受信された信号の前記電力レベルが示す場合には、第２の電圧状態における電圧制御信号を生成するための手段と、
前記電圧制御信号を介して、前記ピーク増幅器にバイアスをかけるための手段
とを含むことからなる、システム。
【請求項３４】
前記バイアスをかけるための手段は、前記電圧制御信号が前記第１の電圧状態にある場合には、前記電力増幅器をドハティ型増幅器として動作させるために、前記ピーク増幅器にバイアスをかけるための手段を更に含む、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記バイアスをかけるための手段は、前記電圧制御信号が前記第２の電圧状態にある場合には、前記電力増幅器の非線形性特性を改善させるために、前記ピーク増幅器にバイアスをかけるための手段を更に含む、請求項３３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信技術において用いるための電力増幅回路に関し、特に携帯用ハンドセット内における電力増幅器回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願
本出願は、2003年5月21日にファイリングされた「ポータブル端末の電力増幅装置（Power Amplification Apparatus of Portable Terminal）」と題する、米国特許出願第１０／４３２，５５３号の出願の部分的な続編であり、該出願は、参照によって本明細書内において組み込まれる。米国特許出願第１０／４３２，５５３号は、国内段階の出願に関するものであり、その特許請求の範囲は、2002年2月4日にファイリングされた国際出願第ＰＣＴ／ＫＲ０２／００１６３号に優先権があり、その特許請求の範囲は、2002年2月1日にファイリングされた韓国実用特許出願第２００２−５９２４号に優先権があり、それらの出願は両方とも、全ての目的のために、参照によって本明細書内において組み込まれる。
背景技術
無線通信サービスのために使用される携帯用ハンドセットが、より小型に且つより軽量になって来るにつれ、バッテリサイズ及び電力もまた減少してきている。従って、携帯用コンピューティング機器、携帯電話器、及びそれに類するもの（すなわちハンドセット）の有効な通話時間（すなわち伝送時間）が低減されている。
【０００３】
従来の携帯用ハンドセットにおいて、無線周波数（ＲＦ）電力増幅器は、携帯用ハンドセットの全システムと対比すると、消費される電力の大部分を消費する。従って、ＲＦ電力増幅器は、効率が低く、この結果として、典型的には、全システムについての効率の劣化が生じ、従って、通話時間が低減する。
【０００４】
この理由のため、電力増幅の分野において、ＲＦ電力増幅器の効率を上げることに多くの努力がそそがれてきている。１つのアプローチとして、ドハティ型電力増幅器が、最近では、ＲＦ電力増幅器の効率を上げるための回路として導入されてきている。低出力電力範囲全体にわたって効率が低い他の従来の電力増幅器とは異なり、ドハティ型電力増幅器は、広い出力電力範囲にわたって（例えば、低出力、中間出力、及び高出力の電力範囲内において）、最適な効率を維持するよう設計されている。
【０００５】
一般的なドハティ型電力増幅器の設計は、キャリア増幅器とピーク増幅器とを含む。キャリア増幅器（すなわち、電力又はメイン増幅器）は、比較的小型のトランジスタから構成され、最適な効率を、ある低出力電力レベルにまで高く維持するよう動作する。ピーク増幅器（すなわち、補助的か又は予備の増幅器）は、キャリア増幅器と協働するやり方で動作して、電力増幅器が、全体的に見て、最大出力電力を生じるまで、高い効率を維持する。電力増幅器が、低電力出力範囲内において動作する時には、キャリア増幅器だけが動作可能となり、クラスＢか又はクラスＣとしてバイアスがかけられた状態のピーク増幅器は動作しない。しかしながら、電力増幅器が、高電力出力範囲内において動作する時には、ピーク増幅器は、アクティブとなり、高い非線形のクラスＢ又はクラスＣの増幅器としてピーク増幅器にバイアスがかけられるので、全電力増幅器内へと非線形性を組み込むことができる。
【０００６】
理論的には、上述のドハティ型電力増幅器は、高効率が維持される全出力電力範囲にわたって、線形性の要件を満たしている間、動作するように設計される。しかしながら、上述のように、ドハティ型電力増幅器は、相互に動作するキャリア増幅器とピーク増幅器とを備え、ドハティ型電力増幅器は、実際には、高効率が維持される全出力電力範囲にわたって、（例えば位相か又は利得特性の点において）線形性の要件を満たさない。
【０００７】
要約すると、関連技術における、上述のドハティ型電力増幅器において、そのような電力増幅装置の線形性の特性は、予測することが困難であり、そのことが、そのような線形性特性を改善させることを困難にさせる。何故ならば、電流がクラスＢか又はＣの増幅器としてピーク増幅器を設定するように、ピーク増幅器が、比較的に一定の低ＤＣ電流レベルでバイアスがかけられているからである。
【特許文献１】米国特許出願第１０／４３２，５５３号明細書
【特許文献２】国際出願第ＰＣＴ／ＫＲ０２／００１６３号明細書
【特許文献３】韓国実用特許出願第２００２−５９２４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
先行技術の欠点を克服する必要があり、本明細書内において後述される利点を少なくとも提供する必要性がある。従来の技術に関連する、上記の問題を解決するために、本発明のある特定の実施形態は、携帯用ハンドセット内の電力増幅器を提供し、該電力増幅器が、ピーク増幅器にバイアスをかけるために、電圧制御信号を該ピーク増幅器に印加することによって、効率と線形性とを改善する。典型的には、ベースバンド・モデム・チップセットが、基地局から受信した信号の電力レベルに従って、前記電圧制御信号を生成する。具体的には、低出力電力範囲内においては、電力増幅器がドハティモードにおいて動作させられるように、第１の状態における制御電圧がピーク増幅器に印加され、高出力電力範囲内においては、電力増幅器の非線形性特性を十分に管理するために、第２の状態における制御電圧がピーク増幅器に印加される。本発明の一実施形態において、第１の状態における電圧制御信号は、高電圧状態信号であり、第２の状態における電圧制御信号は、低電圧状態信号である。本発明の別の実施形態において、第１の状態における電圧制御信号は、低電圧状態信号であり、第２の状態における電圧制御信号は、高電圧状態信号である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態による、携帯用ハンドセット内の電力増幅器は、キャリア及びピーク増幅器の出力における位相シフトを補償するために、キャリア増幅器入力信号とピーク増幅器入力信号との間の位相差を生じさせるための、キャリア増幅器とピーク増幅器との入力端子に結合された位相シフタと、キャリア増幅器とピーク増幅器とから出力段へと出力電力を伝達するための出力整合ユニットとを備える。更には、ピーク増幅器は、電圧制御信号を受信するよう構成された電圧制御ユニットを備え、該電圧制御ユニットは、基地局から受信した信号の電力レベルに従ってピーク増幅器にバイアスをかける。
【００１０】
一実施形態において、位相シフタは、例えば、ある入力電力をキャリア増幅器及びピーク増幅器へと分配し、キャリア増幅器とピーク増幅器との間の干渉を最小化し、及びピーク増幅器に印加された入力電力の位相が、キャリア増幅器に印加された入力電力の位相からほぼ９０°遅延させられるようにして信号を伝達するための、３ｄＢハイブリッドカプラによって実現される。
【００１１】
別の実施形態において、位相シフタは、ピーク増幅器に印加された入力信号の位相を、キャリア増幅器に印加された入力信号の位相から９０°だけ遅延させるための、電力増幅器の入力段とピーク増幅器との間に接続された位相差補償器である。
【００１２】
電圧制御ユニットは、電圧制御信号によってピーク増幅器のＤＣバイアス電流を制御する。これにより、電力増幅器が低出力電力範囲内において動作する場合には、該電力増幅器がドハティモードにおいて動作させられることになる。一方、該電力増幅器が高出力電力範囲内において動作する場合には、電力増幅器が非線形性特性を満たすように、電圧制御ユニットは、電圧制御信号によってピーク増幅器のＤＣバイアス電流を制御する。
【実施例】
【００１３】
本発明の様々な実施形態による、携帯用ハンドセット内の例示的な電力増幅器について、添付図面に関連して、下記に詳細な説明が行われることになる。
【００１４】
図１は、本発明の特定の一実施形態による、携帯用ハンドセット内の例示的な電力増幅器の構造を示す。図１内に示される電力増幅器１００は、例示的な３ｄＢハイブリッドカプラ１１０のようなハイブリッドカプラ、キャリア増幅器１２０、ピーク増幅器１３０、及び出力整合ユニット１４０を備える。３ｄＢハイブリッドカプラ１１０は、ある入力電力をキャリア増幅器１２０とピーク増幅器１３０とに分配し、キャリア増幅器１２０とピーク増幅器１３０との間の干渉を最小化し、及びピーク増幅器１３０の入力電力の位相が、キャリア増幅器１２０の入力電力の位相から９０°（λ／４）遅延させられるようにして、信号を伝送する。従って、３ｄＢハイブリッドカプラ１１０は、キャリア増幅器１２０からの出力信号の位相と、ピーク増幅器１３０からの出力信号の位相との間に、出力整合ユニット１４０において９０°（λ／４）の位相遅延を生じさせることによって、出力整合ユニット１４０による、キャリア増幅器１２０及びピーク増幅器１３０からの出力信号の、後の処理を補償する。従って、出力整合ユニット１４０による出力電力の後続する処理を補償するために、３ｄＢハイブリッドカプラ１１０による、キャリア増幅器１２０からの出力電力の位相とピーク増幅器１３０からの出力電力の位相との間の位相差の挿入は、出力段７０において、出力電力の位相の等化（イコライゼーション）と、最適な出力電力信号とをもたらす結果となる。３ｄＢハイブリッドカプラ１１０は、図２に関連して後述される。
【００１５】
キャリア増幅器１２０は、３ｄＢハイブリッドカプラ１１０から受信した信号を増幅する。一例において、キャリア増幅器１２０は、トランジスタを含み、該トランジスタは、ピーク増幅器１３０を構成するトランジスタのサイズよりも小さなサイズとすることができる。これら各々のトランジスタサイズの比率は、部分的には、最大効率を維持することができる範囲にわたる出力電力範囲を決定する。この比率が大きくなるほど、最大効率を維持することができる範囲にわたる出力電力範囲が広くなる。各増幅器は、１つか又は複数のトランジスタか又は他の類する回路素子を含むことができることが、当業者であれば理解されるはずである。更に、キャリア増幅器１２０及びピーク増幅器１３０が、Ｓｉ ＬＤＭＯＳか、ＧａＡＳ  ＭＥＳＦＥＴか、ＧａＡｓ  ｐＨＥＭＴか、ＧａＡｓ  ＨＢＴか、又はこれらに類するもののような任意の既知の半導体技術において実現されることが可能であることを、当業者であれば認識するはずである。キャリア増幅器１２０は、図３Ａ〜３Ｅに関連して更に後述される。
【００１６】
３ｄＢハイブリッドカプラ１１０から受信した信号を増幅するための別の増幅器であるピーク増幅器１３０は、キャリア増幅器１２０に対して低レベル入力信号が印加される間は、実質的には動作させられない。このことは、ピーク増幅器１３０に電圧制御信号Ｖｃを印加することによって可能にさせられる。これにより、ピーク増幅器１３０は、クラスＢ又はＣの増幅器としてバイアスがかけられ、該ピーク増幅器１３０において、ＤＣ電流がほとんど流れないか又は全く流れない。ピーク増幅器１３０が実質的には動作させられない低出力電力範囲にわたって、キャリア増幅器１２０は、比較的一定で且つ高い値を有する出力インピーダンスを有する。ピーク増幅器１３０が、少しも電流を引き込まないので、電力増幅器１００は、キャリア増幅器１２０が生成することができる最大出力電力レベルよりも低い出力電力レベルにおいて、改善された効率を得ることができる。
【００１７】
ピーク増幅器１３０は、ベースバンド・モデム・チップセット（図示せず）からか又は電力増幅器ＲＦ処理回路構成（図示せず）から、電圧制御信号Ｖｃを受信するよう構成される。ベースバンド・モデム・チップセットは、基地局（図示せず）から受信した信号の電力レベルに基づいて、電圧制御信号Ｖｃを生成する。電力増幅器ＲＦ処理回路構成は、ベースバンド・モデム・チップセットからの信号を処理し、そのことは当業者であれば周知である。ピーク増幅器１３０は、図４Ａ〜４Ｄに関連して、更に後述される。
【００１８】
出力整合ユニット１４０は、第１のλ／４変成器１４３を備える。第１のλ／４変成器１４３は、インピーダンス・インバータとして動作し、キャリア増幅器出力端子５０においてインピーダンスを提供するために使用され、該キャリア増幅器出力端子５０は、ピーク増幅器出力端子６０におけるインピーダンスから反転される。ピーク増幅器１３０のピーク増幅器出力端子６０における第２のλ／４変成器１４５は、電力増幅器１００の出力インピーダンスを、典型的には５０オームである基準特性インピーダンスに整合する。出力整合ユニット１４０は、図５〜６に関連して、更に後述される。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態による、３ｄＢハイブリッドカプラ１１０の等価回路を示す。図２の実施形態の３ｄＢハイブリッドカプラ１１０は、複数のまとめられた素子を備え、該複数のまとめられた素子は、コンデンサ１１１、インダクタ（コイル）１１２、コンデンサ１１３、インダクタ１１４、インダクタ１１５、コンデンサ１１６、インダクタ１１７、及びコンデンサ１１８を含む。約１．８ＧＨｚの動作周波数において、例えば、コンデンサ１１１、１１３、１１６、及び１１８の公称キャパシタンスは、数ピコファラッド（ｐＦ）であり、インダクタ１１２、１１４、１１５、及び１１７の公称インダクタンスは、数ナノヘンリー（ｎＨ）である。３ｄＢハイブリッドカプラ１１０の入力段１０によって信号が受信された後には、該３ｄＢハイブリッドカプラ１１０は、約３ｄＢか又はそれよりも大きな信号カップリングを有し、そのような信号が、キャリア増幅器の入力端子３０（図１）と、ピーク増幅器の入力端子４０（図１）とに伝達される。キャリア増幅器の入力端子３０における信号と、ピーク増幅器の入力端子４０における信号とは、９０°（λ／４、すなわち４分の１波長）か又は約９０°における位相差を有する。
【００２０】
一例として、３ｄＢハイブリッドカプラ１１０を、結合されたラインカプラ（coupled line coupler）か、ランゲカプラ（Lange coupler）か、ブランチラインカプラ（branch line coupler）か、又は当該技術分野において知られた他の類するカップリング回路のような伝送線路によって実現することができる。別の例として、３ｄＢハイブリッドカプラ１１０を、ＧａＡＳか又は任意の他の既知の半導体技術のような、マイクロ波モノシリック集積回路（ＭＭＩＣ）チップ技術を用いて実現することができる。すなわち、例示的なハイブリッドカプラ１１０を、集積回路として製造することができ、単一の電力増幅器デバイスか又はチップとして、パッケージ化することができる。更に別の例において、３ｄＢハイブリッドカプラ１１０を、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）法か又は他の類似の技術によって実現することもできる。
【００２１】
図３Ａは、本発明の一実施形態による、図１内に示されたキャリア増幅器１２０のブロック図である。図３Ａ内の、本発明の実施形態において、キャリア増幅器１２０は、２段の増幅器であり、入力整合ユニット３０５、第１段増幅器３１０、中間段整合ユニット３１５、及び第２段増幅器３２０を備える。入力整合ユニット３０５は、３ｄＢハイブリッドカプラの出力インピーダンスを、キャリア増幅器１２０の入力インピーダンスに整合する。同様に、中間段整合ユニット３１５は、第１段増幅器３１０の出力インピーダンスを、第２段増幅器３２０の入力インピーダンスに整合する。入力整合ユニット３０５及び中間段整合ユニット３１５は、図３Ｂ及び３Ｃにそれぞれ関連して、更に後述される。
【００２２】
追加的に、キャリア増幅器１２０は、第１段増幅器３１０及び第２段増幅器３２０にバイアスをかけるために、電気的にＤＣバイアス電圧Ｖ１（図示せず）に結合されたコンダクタ線３２５と、電気的にＤＣバイアス電圧Ｖ２（図示せず）に結合されたコンダクタ線３３０とを備える。第１段増幅器３１０及び第２段増幅器３２０の動作特性に従って、本発明の範囲は他のバイアス電圧を包含するが、本発明の例示的な一実施形態においては、２．８Ｖ＜Ｖ１＜３．０Ｖ、及び３．２Ｖ＜Ｖ２＜４．２Ｖである。
【００２３】
図３Ｂは、本発明の一実施形態による、図３Ａ内に示された入力整合ユニット３０５のブロック図である。入力整合ユニット３０５は、インダクタ３０６、コンデンサ３０７、及びコンデンサ３０８を含む。インダクタ３０６は、３ｄＢハイブリッドカプラ１１０（図１）をコンデンサ３０７とコンデンサ３０８とに電気的に結合する。追加的に、コンデンサ３０７は、アースに電気的に結合され、コンデンサ３０８は、第１段増幅器３１０（図３Ａ）に電気的に結合される。本発明の一実施形態において、インダクタ３０６、コンデンサ３０７、及びコンデンサ３０８の電気的特性は、３ｄＢハイブリッドカプラ１１０の出力インピーダンスが、端子３０において測定されるキャリア増幅器１２０（図３Ａ）の入力インピーダンスに整合されるように選択される。例えば、コンデンサ３０７及び３０８のキャパシタンスは、公称には数ピコファラッドであり、インダクタ３０６は、数ナノヘンリーの公称インダクタンスを有する。
【００２４】
図３Ｃは、本発明による、図３Ａ内に示された中間段整合ユニット３１５のブロック図である。中間段整合ユニット３１５は、コンデンサ３０９、インダクタ３１１、及びコンデンサ３１２を含む。コンデンサ３０９は、第１段増幅器３１０（図３Ａ）から受信した信号を、インダクタ３１１とコンデンサ３１２とに電気的に結合する。更には、インダクタ３１１は、アースに電気的に結合され、コンデンサ３１２は、第２段増幅器３２０（図３Ａ）に電気的に結合される。本発明の一実施形態において、コンデンサ３０９、インダクタ３１１、及びコンデンサ３１２の電気的特性は、第１段増幅器３１０（図３Ａ）の出力インピーダンスが、第２段増幅器３２０（図３Ａ）の入力インピーダンスに整合されるように選択される。例えば、コンデンサ３０９及び３１２のキャパシタンスは、公称には数ピコファラッドであり、インダクタ３１１は、数ナノヘンリーの公称インダクタンスを有する。
【００２５】
図３Ｄは、本発明の一実施形態による、図３Ａ内に示された第１段増幅器３１０のブロック図である。第１段増幅器３１０は、従来のバイアスユニット１（ＣＢＵ１）３３５、従来のバイアスユニット２（ＣＢＵ２）３４０、及びトランジスタＱ１１（３４５）を含む。本発明の例示的な実施形態の図３Ｄにおいて、トランジスタＱ１１（３４５）は、コモン・エミッタｎｐｎバイポーラトランジスタとして構成される。ＣＢＵ１（３３５）は、抵抗器３１３、ダイオード３１４、ダイオード３１６、抵抗器３１７、コンデンサ３１８、及びトランジスタＱ１Ａ（３１９）を含む。ＣＢＵ２（３４０）は、伝送線路３２１とコンデンサ３２２とを含む。説明の目的のために、ひとまとめに第１段ベースバイアス素子と呼ばれる、抵抗器３１３、ダイオード３１４、ダイオード３１６、抵抗器３１７、コンデンサ３１８、及びトランジスタＱ１Ａ（３１９）の電気的特性は、当業者であれば周知のように、動作が通常モードの場合には、トランジスタＱ１１（３４５）のベースにバイアスをかけるためのＤＣバイアス電圧Ｖ１及びＶ２に関連して選択される。例えば、抵抗器３１３は、数百オーム〜数キロオームの範囲内における抵抗を有することができ、抵抗器３１７は、数オーム〜数百オームの範囲内における抵抗を有することができ、Ｑ１Ａ：Ｑ１１のトランジスタサイズ比率は、約１：４〜１：１０の範囲内とすることができる。同様に、説明の目的のために、ひとまとめに第１段コレクタバイアス素子と呼ばれる、伝送線路３２１及びコンデンサ３２２の電気的特性は、動作が通常モードの場合には、トランジスタＱ１１（３４５）のコレクタにバイアスをかけるためのバイアス電圧Ｖ２に関連して選択される。例えば、第１段ベースバイアス素子の電気的特性は、トランジスタＱ１１（３４５）のベース−エミッタ電流ＩＢＥ（図示せず）を指定するために選択され、第１段コレクタバイアス素子の電気的特性は、トランジスタＱ１１（３４５）のコレクタ−エミッタ電圧VＣＥ（図示せず）を指定するために選択され、従って、トランジスタＱ１１（３４５）が、所定の増幅率で、動作の通常モード内において動作することが可能となる。
【００２６】
図３Ｅは、本発明の一実施形態による、図３Ａ内に示された第２段増幅器３２０のブロック図である。第２段増幅器３２０は、従来のバイアスユニット３（ＣＢＵ３）３５０とトランジスタＱ１２（３５５）とを含む。ＣＢＵ３（３５０）は、ひとまとめに第２段ベースバイアス素子と呼ばれる、抵抗器３２３、ダイオード３２４、ダイオード３２６、抵抗器３２７、コンデンサ３２８、及びトランジスタＱ１Ｂ（３２９）を含む。本発明の実施形態の図３Ｅにおいて、ＣＢＵ３（３５０）の第２段ベースバイアス素子の結合は、ＣＢＵ１（３３５）（図３Ｄ）の第１段ベースバイアス素子の結合と同一である。しかしながら、の第２段ベースバイアス素子の電気的特性は、第１段ベースバイアス素子の電気的特性と同一とすることもできるか又は同一でなくすることもできる。例えば、抵抗器３１３（図３Ｄ）と抵抗器３２３は、異なる抵抗値を有することができ、トランジスタＱ１Ａ（３１９）（図３Ｄ）と、トランジスタＱ１Ｂ（３２９）とを、異なるサイズとすることができる。動作中、抵抗器３２３、ダイオード３２４、ダイオード３２６、抵抗器３２７、コンデンサ３２８、及びトランジスタＱ１Ｂ（３２９）の電気的特性は、トランジスタＱ１２（３５５）の動作特性と電力増幅器１００（図１）の仕様とに基づいて、通常モードの動作の場合に、トランジスタＱ１２（３５５）のベースにバイアスをかけるためのＤＣバイアス電圧Ｖ１及びＶ２に関連して選択される。例えば、抵抗器３２３は、数百オーム〜数キロオームの範囲内における抵抗を有することができ、抵抗器３２７は、数オーム〜数百オームの範囲内における抵抗を有することができ、Ｑ１Ｂ：Ｑ１２のトランジスタサイズ比率は、約１：４〜１：１０の範囲内とすることができ、Ｑ１１：Ｑ１２のトランジスタサイズ比率は、約１：４〜１：８の範囲内とすることができる。しかしながら、本発明の範囲は、キャリア増幅器１２０（図１）及び電力増幅器１００（図１）の動作要件内における他のトランジスタサイズ比率を包含する。本発明の例示的な実施形態の図３Ｅにおいて、トランジスタＱ１２（３５５）は、コモン・エミッタｎｐｎバイポーラトランジスタとして構成される。
【００２７】
図４Ａは、本発明の一実施形態による、図１内に示されたピーク増幅器１３０のブロック図である。本発明の実施形態の図４Ａにおいて、ピーク増幅器１３０は、２段の増幅器であり、入力整合ユニット４０５、第１段増幅器４１０、中間段整合ユニット４１５、及び第２段増幅器／電圧制御ユニット４２０を備える。第２段増幅器／電圧制御ユニット４２０の様々な実施形態は、図４Ｂ〜４Ｄに関連して後述される。
【００２８】
本発明の一実施形態において、入力整合ユニット４０５は、３ｄＢハイブリッドカプラ１１０（図１）の出力インピーダンスが、端子４０において測定されたピーク増幅器１３０の入力インピーダンスに整合されるように選択された、インダクタ３０６（図３Ｂ）、コンデンサ３０７（図３Ｂ）、及びコンデンサ３０８（図３Ｂ）の電気的特性を有する入力整合ユニット３０５（図３Ｂ）として構成される。同様に、中間段整合ユニット４１５は、第１段増幅器４１０の出力インピーダンスが、第２段増幅器／電圧制御ユニット４２０の入力インピーダンスに整合されるように選択された、コンデンサ３０９（図３Ｃ）、インダクタ３１１（図３Ｃ）、及びコンデンサ３１２（図３Ｃ）の電気的特性を有する中間段整合ユニット３１５（図３Ｃ）として構成される。最終的には、第１段増幅器４１０は、利得、通常モード、及びカットオフモード要件のような所定の仕様に従って第１段増幅器４１０が動作するように選択された、第１段ベースバイアス素子（すなわち、抵抗器３１３、ダイオード３１４、ダイオード３１６、抵抗器３１７、コンデンサ３１８、及びトランジスタＱ１Ａ（３１９））、第１段コレクタバイアス素子（すなわち、伝送線路３２１及びコンデンサ３２２）、及びトランジスタＱ１１（３４５）（図３Ｄ）の電気的特性を有する第１段増幅器３１０（図３Ｄ）として構成される。
【００２９】
図４Ｂは、本発明の一実施形態による、図４Ａ内に示された第２段増幅器／電圧制御ユニット４２０のブロック図である。第２段増幅器／電圧制御ユニット４２０は、第２段増幅器４４５及び電圧制御ユニット４３５を含む。第２段増幅器４４５は、第２段増幅器３２０（図３Ｅ）のように構成される。例えば、第２段増幅器４４５は、ＣＢＵ３（４４０）及びトランジスタＱ２２（４５０）を含む。ＣＢＵ３（４４０）は、ひとまとめに第２段ピーク増幅器ベースバイアス素子と呼ばれる、抵抗器４２３、ダイオード４２４、ダイオード４２６、抵抗器４２７、コンデンサ４２８、及びトランジスタＱ２Ｂ（４２９）を含む。動作中、第２段ピーク増幅器ベースバイアス素子の電気的特性は、トランジスタＱ２２（４５０）動作特性と電力増幅器１００（図１）の仕様とに基づいて、動作が通常モードの場合に、トランジスタＱ２２（４５０）のベースにバイアスをかけるためのＤＣバイアス電圧Ｖ３及びＶ４に関連して選択される。例えば、抵抗器４２３は、数百オーム〜数キロオームの範囲内における抵抗を有することができ、抵抗器４２７は、数オーム〜数百オームの範囲内における抵抗を有することができ、Ｑ２Ｂ：Ｑ２２のトランジスタサイズ比率は、約１：４〜１：１０の範囲内とすることができ、ＤＣバイアス電圧Ｖ３は、２．８Ｖ〜３．０Ｖの範囲内とすることができ、及びＤＣバイアス電圧Ｖ４は、３．２Ｖ〜４．２Ｖの範囲内とすることができる。第２段増幅器４４５は、中間段整合ユニット４１５からの信号を受信し、電圧制御ユニット４３５によって受信された電圧制御信号Ｖｃに基づいて、その受信した信号を増幅し、その増幅された信号を、ピーク増幅器出力端子６０に送信する。
【００３０】
電圧制御ユニット４３５は、（典型的には２．８Ｖ〜４．２Ｖの範囲内における）電圧制御信号Ｖｃを受信し、第２段増幅器４４５のＤＣバイアス電流を制御する。本発明の実施形態の図４Ｂにおいて、電圧制御ユニット４３５は、抵抗器４３１及びトランジスタＱｃ（４３２）を含む。典型的には、抵抗器４３１は、数百オーム〜数キロオームの範囲内における抵抗を有し、Ｑｃ：Ｑ２Ｂのトランジスタサイズ比率は、約１：１〜１：８の範囲内とすることができる。動作中、ＲＦ信号を受信するため、伝達するため、及び処理するための基地局（図示せず）は、電力増幅器１００から受信したＲＦ信号に応答して、ベースバンド・モデム・チップセット（図示せず）に信号を送る。ベースバンド・モデム・チップセットは、その信号を処理し、電圧制御信号Ｖｃを生成する。従って、電圧制御ユニット４３５は、ベースバンド・モデム・チップセットからの電圧制御信号Ｖｃを受信する。本発明の別の実施形態において、電力増幅器１００は、ベースバンド・モデム・チップセットによって受信された信号を処理するためのＲＦ処理回路構成（図示せず）を含む。この実施形態において、ＲＦ処理回路構成は、電圧制御信号Ｖｃを生成し、該電圧制御信号を、電圧制御ユニット４３５に送信する。ＲＦ処理回路構成とベースバンド・モデム・チップセットとは、当該技術分野において周知であり、更に詳細には説明されない。
【００３１】
典型的には、ベースバンド・モデム・チップセットは、基地局によって伝達され且つベースバンド・モデム・チップセットによって受信された信号の電力レベルに基づいて、電圧制御信号Ｖｃを生成する。例えば、基地局からの信号の受信において、ベースバンド・モデム・チップセットが、電力増幅器１００が低電力出力範囲内において動作していると判断する場合には、ベースバンド・モデム・チップセットは、「ハイ」の電圧制御信号Ｖｃ（すなわち、高電圧状態信号）を、電圧制御ユニット４３５に送信する。しかしながら、基地局からの信号の受信において、ベースバンド・モデム・チップセットは、電力増幅器１００が高電力出力範囲内において動作していると判断する場合には、ベースバンド・モデム・チップセットは、「ロー」の電圧制御信号Ｖｃ（すなわち、低電圧状態信号）を、電圧制御ユニット４３５に送信する。本発明の範囲は、任意の電圧状態と任意の電力出力範囲に対応する電圧制御信号Vｃを包含する。
【００３２】
動作中、ベースバンド・モデム・チップセットが、電力増幅器１００が高電力出力範囲内において動作することを示す低電圧状態制御信号Vｃをピーク増幅器１３０に伝達する場合には、電圧制御ユニット４３５は、低電圧状態制御信号Ｖｃを受信し、受信した低電圧状態制御信号Ｖｃを介して、ピーク増幅器１３０（図４Ａ）の第２段増幅器４４５のＤＣバイアス電流を設定する。低電圧状態制御信号Ｖｃは、トランジスタＱｃ４３２をターンオフさせ、トランジスタＱ２Ｂ（４２９）及びＱ２２（４５０）ベース−エミッタ電流（図示せず）を増加させ、ピーク増幅器１３０にクラスＡＢ増幅器としてバイアスをかける。
【００３３】
しかしながら、ベースバンド・モデム・チップセットが、電力増幅器１００が低電力出力範囲内において動作することを示す高電圧状態制御信号Ｖｃを、ピーク増幅器１３０へと伝達する場合には、電圧制御ユニット４３５は、高電圧状態制御信号Ｖｃを受信し、受信した高電圧状態制御信号Ｖｃを介して、ピーク増幅器１３０の第２段増幅器４４５のＤＣバイアス電流を設定する。高電圧状態制御信号Ｖｃは、トランジスタＱｃ４３２をターンオンさせ、トランジスタＱ２Ｂ（４２９）のベース−エミッタ電流を、トランジスタＱｃ４３２のコレクタ−エミッタ電流に進路を変更させる。従って、トランジスタＱ２Ｂ（４２９）及びＱ２２（４５０）のベース−エミッタ電流が低減し、ピーク増幅器１３０は、トランジスタＱ２２（４５０）の、結果として生じたバイアス状態に依存して、クラスＢか又はクラスＣの増幅器のいずれかとして、バイアスがかけられる。
【００３４】
図４Ｃは、本発明の別の実施形態による、図４Ａ内に示された第２段増幅器／電圧制御ユニット４２０のブロック図である。第２段増幅器／電圧制御ユニット４２０は、第２段増幅器４４５及び電圧制御ユニット４５５を含む。第２段増幅器４４５は、図４Ｂ内において示された第２段増幅器４４５と同一に構成される。電圧制御ユニット４５５は、抵抗器４５６、抵抗器４５７、トランジスタＱｃ１（４５８）、及びトランジスタＱｃ２（４５９）を備える。追加的に、ＤＣバイアス電圧Ｖ３が、線４６１を介して電圧制御ユニット４５５に印加される。典型的には、抵抗器４５６は、数百オーム〜数キロオームの範囲内における抵抗を有し、抵抗器４５７は、数オーム〜数百オームの範囲内における抵抗を有し、Ｑｃ２：Ｑｃ１のトランジスタサイズ比率は、約１：１〜１：１０の範囲内とすることができ、Ｑｃ１：Ｑ２Ｂ（図４Ｂ）のトランジスタサイズ比率は、約１：１〜１：８の範囲内とすることができ、ＤＣバイアス電圧Ｖ３は、２．８Ｖ〜３．０Ｖの範囲内とすることができ、ＤＣバイアス電圧Ｖ４は、３．２Ｖ〜４．２Ｖの範囲内とすることができ、及び電圧制御信号Ｖｃは、２．８Ｖ〜４．２Ｖの範囲内とすることができる。
【００３５】
電圧制御ユニット４５５の入力／出力特性は、電圧制御ユニット４３５（図４Ｂ）の入力／出力特性と正反対となる。すなわち、端子６１において受信された低電圧状態制御信号Ｖｃは、トランジスタＱ２２（４５０）（図４Ｂ）の、結果として生じたバイアス状態に依存して、クラスＢか又はクラスＣのいずれかの増幅器としてピーク増幅器１３０（図４Ａ）にバイアスをかけ、高電圧状態制御信号Ｖｃは、クラスＡＢ増幅器としてピーク増幅器１３０にバイアスをかける。
【００３６】
図４Ｄは、本発明の更に別の実施形態による、図４Ａ内に示された第２段増幅器／電圧制御ユニット４２０のブロック図である。第２段増幅器／電圧制御ユニット４２０は、第２段増幅器４４５及び電圧制御ユニット４６０を含む。第２段増幅器４４５は、図４Ｂ内に示された第２段増幅器４４５と同一に構成される。電圧制御ユニット４６０は、抵抗器４６２、トランジスタＱｃ３（４６３）、及びトランジスタＱｃ４（４６４）を含む。追加的に、ＤＣバイアス電圧Ｖ４が、線４６６を介して、電圧制御ユニット４６０に印加される。典型的には、抵抗器４６２は、数百オーム〜数キロオームの範囲内における抵抗をを有し、Ｑｃ３：Ｑｃ４のトランジスタサイズ比率は、約１：１〜１：１０の範囲内とすることができ、Ｑｃ４：Ｑ２Ｂ（図４Ｂ）のトランジスタサイズ比率は、約１：１〜１：８の範囲内とすることができ、ＤＣバイアス電圧Ｖ３は、２．８Ｖ〜３．０Ｖの範囲内とすることができ、ＤＣバイアス電圧Ｖ４は、３．２Ｖ〜４．２Ｖの範囲内とすることができ、及び電圧制御信号Ｖｃは、２．８Ｖ〜４．２Ｖの範囲内とすることができる。
【００３７】
電圧制御ユニット４６０の入力／出力特性は、電圧制御ユニット４３５（図４Ｂ）の入力／出力特性に類似する。すなわち、低電圧状態制御信号Ｖｃは、ピーク増幅器１３０に、クラスＡＢ増幅器としてバイアスをかけ、高電圧状態制御信号Ｖｃは、ピーク増幅器１３０に、トランジスタＱ２２（４５０）（図４Ｂ）の、結果として生じたバイアス状態に依存して、クラスＢか又はクラスＣの増幅器のいずれかとしてバイアスをかける。
【００３８】
図５は、図１内に示された出力整合ユニット１４０のブロック図である。第１のλ／４変成器１４３及び第２のλ／４変成器１４５のα及びβ（個々のいずれか又は両方）をそれぞれ調整することによって、出力整合ユニット１４０において、２つのλ／４変成器線路の特性インピーダンスが変化する。α及びβを最適化することによって、キャリア増幅器１２０は、キャリア増幅器１２０が生成することができる最大出力電力レベルよりも低い出力電力レベルにおいて、最大効率を達成することができる。
【００３９】
第１のλ／４変成器１４３及び第２のλ／４変成器１４５を、図５内に示されるようなλ／４伝送線路（Ｔ線路）によってか、又は図６内に示されるようなまとめられた素子１４３ａ、１４３ｂ、１４３ｃ、１４３ｄ、・・・、１４５ａ、１４５ｂ、１４５ｃ、１４５ｄ、等によってか、又は類する素子によって実現することができる。出力段７０における特定の出力インピーダンスに整合させて、ピーク増幅器出力端子６０のインピーダンスから反転された、キャリア増幅器出力端子５０における特定のインピーダンスを生成するために、出力整合ユニット１４０を、コンデンサとインダクタ（１４３ａ、１４３ｂ、１４３ｃ、１４３ｄ、・・・、１４５ａ、１４５ｂ、１４５ｃ、１４５ｄ、等）との多くの異なる組み合わせによって実現することができる。代替として、第１のλ／４変成器１４３及び第２のλ／４変成器１４５を、ＬＴＣＣ法か又はマルチレイヤー法のいずれかによっよって実現することもできる。別の例において、第１のλ／４変成器１４３及び第２のλ／４変成器１４５を、単一の集積回路として形成することもできる。
【００４０】
図７は、例えば、ピーク増幅器１３０（図１）に印加された電圧制御信号Ｖｃによって決定されるような効率特性を示すグラフである。モード０は、低出力電力範囲内における（すなわちｄＢｍにおける最低出力電力からＱ点までの）増幅器動作の範囲を表す。モード１は、高出力電力範囲内における（すなわち、Ｑ点からＳ点及び／又はＴ点までの）増幅器動作の範囲を表す。ピーク増幅器１３０に対して電流が漸増されるように印加されるにつれて、実施形態による例示的な電力増幅器は、曲線Ｄとして示されるように最初に動作する。曲線Ｃ及びＢは、ＤＣバイアス電流の量が、曲線Ｄに関連付けられたＤＣバイアス電流の量を越えて増加する場合の、例示的な電力増幅器に関連付けられた効率特性を表す。曲線Ａは、一般的な電力増幅器の効率特性を表す。
【００４１】
電流がピーク増幅器１３０内に流れる始める時に、ピーク増幅器１３０が、ピーク増幅器１３０の動作を開始する。このことは、キャリア増幅器１２０の出力インピーダンスを変化させ、これにより、電力増幅器１００の効率が、図７内のＤによって示されるようなある一定レベルに最適化される。従って、図７内の曲線Ｄによって示されるように、電力印加効率（ＰＡＥ：Power Added Efficiency）は、（ピーク増幅器１３０が動作を開始する時には）Ｐ点から、所与の線形性条件を満たす許容可能な最大の出力電力であるＳ点か、又は電力増幅器１００によって生成される場合の飽和した出力電力であるＴ点のいずれかまでの最大値を有する。従って、図示されるように、図７内の曲線Ａによって示された一般的な電力増幅器の効率特性と比較して、改善された効率特性が、本発明の一実施形態による、例示的な電力増幅器によって達成される。上述のように、このことは、ピーク増幅器１３０をクラスＢか又はＣにおいて動作させることによって実現可能にされる。
【００４２】
しかしながら、図８のグラフによって示されたものは、電圧制御信号Ｖｃがピーク増幅器１３０に印加される場合の非線形特性である。このグラフにおいて、電力増幅器１００の性能は、出力電力が増加させられた場合の隣接チャンネル電力比（ＡＣＰＲ：Adjacent Channel Power Ratio）に関して特徴付けられる。この例において、（図８内の曲線Ｄによって示されるような）非線形性特性全体の値は、予測することが困難である可能性があり、従って、電力増幅器１００の非線形歪みが、容認できないものとなる。従って、ある特定のシステムによって要求される可能性のあるＡＣＰＲ基準Ｒは、ＡＣＰＲ基準に背くこと無くＳ点に関連付けられた所望の出力電力レベルの高さにまで維持されない可能性がある。ＡＣＰＲ基準は、周知であり、当業者であれば、Ｒが例えば、ＣＤＭＡセルラーシステムに関しての−４２ｄＢｃか、又は任意の他の値を表すことができることが理解されよう。
【００４３】
換言すると、図７及び図８において示されるように、関連した当該技術分野において周知の一般的な電力増幅器と比較して、電力増幅器１００内のピーク増幅器１３０がクラスＢか又はＣにおいて動作させられる場合には（すなわち、電力増幅器１００が典型的なドハティモードにおいて動作させられる場合には）、電力増幅器１００は、例えば、無線通信用途において使用される従来の電力増幅器全体にわたって、改善された効率特性を示す。しかしながら、線形性の点において、電力増幅器は、高出力電力範囲内において動作する時に、予測不可能な値を有する可能性がある。
【００４４】
従って、本発明の一実施形態による、例示的な電力増幅器は、システムによって要求されるＡＣＰＲ基準Ｒが満足されるＱ点におけるように、低出力電力範囲内において高効率と線形性との要件を満たす。低電力モード０動作の場合には、たとえピーク電力増幅器１３０に印加される電圧制御信号Ｖｃが設定されたとしても、ピーク増幅器１３０が、ＤＣ電流がほとんど流れないクラスＢか又はＣにおいて動作させられるようにして、基準Ｒが満たされ、従って、電力増幅器１００はドハティモードにおいて動作させられる。一方、モード１中の高出力電力範囲内において、電力増幅器１００は、ピーク増幅器１３０に印加される電圧制御信号Ｖｃを調整することによって、非常に良好な線形性を達成することができる。この線形性を、図８内においてＲとして示された線形性仕様（又は線形性のレベル）が満たされることが可能なあるポイントに対する電圧制御信号Ｖｃを低減させることによりピーク増幅器１３０の第２段増幅器４４５に対するＤＣバイアス電流を増加させることによって実現することができる。このように、例えば動作モードに依存して、ピーク増幅器１３０は、クラスＡＢ増幅器としてバイアスをかけられることが可能である。このことによって、図７内及び図８内におけるＢか又はＣの効率及び線形性の曲線が生じる結果となる。
【００４５】
図９は、本発明の一実施形態による、電力増幅器１００（図１）のモードに対応する効率特性を示すグラフである。図１０は、本発明による、電力増幅器１００のモードに対応する非線形性特性を示すグラフである。例示的な電力増幅器１００の動作において、図１０を考える。電力増幅器１００が、モード切替が必要とされるＱ点に達する出力電力レベルを要求する時には、ベースバンド・モデム・チップセット（図示せず）は、増加されたバイアス電流がピーク増幅器に印加されることが可能であるように、低電圧状態制御信号Ｖｃをピーク増幅器１３０に送信する。このようにして、本発明の一実施形態による、電力増幅器１００の線形性が、効率におけるわずかな減少によって高められる。本発明の一実施形態において、Ｑ点は、１５〜１９ｄＢｍの範囲内であるが、本発明は、電力増幅器１００がモードを切り換える他の動作出力電力を包含する。モード１における効率及び線形性の曲線は、曲線Ｂ（図７〜８）の効率及び線形性の曲線に類似する。このことは、基準Ｒから外れた状態になることを防ぐ。
【００４６】
図１１は、本発明による、電力増幅器１００（図１）のモードに対応する利得特性を示すグラフである。本発明において、キャリア増幅器１２０及びピーク増幅器１３０を、同じ線形利得特性を有するように動作させることができる。しかしながら、システム全体は、キャリア増幅器１２０とピーク増幅器１３０とが、異なる線形利得特性によって動作されることになるように実装される場合であっても、影響を受けない。何故ならば、本発明の特定の一実施形態に従って、２つのモードを、明確に区別することができるからであり、独立に動作させることができるからである。
【００４７】
図１２は、本発明の別の実施形態による、携帯用ハンドセット内の電力増幅器の構造を示すブロック図である。本発明の別の実施形態による電力増幅器は、実質的には、その構造及び動作の点において、図１内に示された電力増幅器１００と同等である。従って、同様の参照番号は、図１及び図１２による、電力増幅器内の同様の部品を指す。従って、図１２に従った電力増幅器の詳細な説明は、当業者にとっては必ずしも必要ではなく、従って、その説明は省かれている。
【００４８】
図１２において示されるように、別の実施形態による、別の例示的な電力増幅器は、図１の３ｄＢハイブリッドカプラ１１０の代りに位相差補償器１８０を備える。位相差補償器１８０は、入力段１０とピーク増幅器１３０とに結合され、その結果、入力信号が、ピーク増幅器１３０と、キャリア増幅器１２０とに印加される。ここで、位相差補償器１８０は、９０°（λ／４）の位相差を有する。
【００４９】
上述のように、ピーク増幅器１３０に印加された入力信号と、キャリア増幅器１２０に印加された入力信号とが、位相差補償器１８０の動作によって、９０°（λ／４）の位相差を有するため、キャリア増幅器１２０とピーク増幅器１３０とからの出力電力が、出力整合ユニット１４０内において繋がった時には、位相差が無くなることとなり、従って、最適な出力電力を得ることができる。
【００５０】
位相差補償器１８０が、３ｄＢハイブリッドカプラ１１０の代りに使用される場合には、位相差補償器１８０を１つの単純な伝送線路によって実現することができる。代替として、位相差補償器１８０を、まとめられた素子によって実現することができる。何故ならば、該単純な伝送線路を、インダクタンス値に近似することができるからである。このようにして、複雑な３ｄＢハイブリッドカプラ１１０か又は増幅器の外側の大規模なサイズの伝送線路が無くても、電力増幅器を実現することができる。更には、位相差補償器１８０を、単一チップ内及び／又は単一集積回路内において統合化することができるため、電力増幅器１００のサイズ全体を、縮小することができ、電力増幅器１００の価格もまた低減することができる。
【００５１】
以上のことをまとめると、携帯用ハンドセットの電力増幅器１００によって生じられた低出力電力範囲（モード０）が、携帯用ハンドセット／基地局の対（ペア）を適正に機能させるのに十分である時には、ベースバンド・モデム・チップセットによって受信された信号の電力レベルによって決定されるので、該ベースバンド・モデム・チップセットは、第１の状態における電圧制御信号Ｖｃをピーク増幅器１３０に送信する。これにより、電力増幅器１００は、ドハティモードにおいて（すなわち、ピーク増幅器１３０がクラスＢか又はクラスＣの増幅器として動作させられるように）動作させられる。対照的に、携帯用ハンドセットの電力増幅器１００によって生じられた低出力電力範囲（モード０）が、携帯用ハンドセット／基地局の対（ペア）を適正に機能させるのに不十分である場合には、ベースバンド・モデム・チップセットによって受信された信号の電力レベルによって決定されるため、及び基地局が電力増幅器１００に対して高出力電力範囲（モード１）において動作するように要求するため、該ベースバンド・モデム・チップセットは、第２の状態における電圧制御信号Ｖｃをピーク増幅器１３０に送信する。これにより、ピーク増幅器１３０に対して印加されたＤＣバイアス電流が増加させられて、ＡＣＰＲが、電力増幅器１００の非線形性要件が満たされるＲ点にまで高く改善される。本発明の一実施形態において、第１の状態における電圧制御信号Ｖｃは、高電圧状態信号であり、第２の状態における電圧制御信号Ｖｃは、低電圧状態信号である。本発明の別の実施形態において、第１の状態における電圧制御信号Ｖｃは、低電圧状態信号であり、第２の状態における電圧制御信号Ｖｃは、高電圧状態信号である。
【００５２】
例示的な目的のために、本発明のいくつかの実施形態が開示されてきたが、添付の特許請求の範囲内において開示されたような、本発明の範囲及び原理を逸脱すること無く、様々な修正、追加、及び代替が可能であることが当業者であれば理解されよう。
【００５３】
上述のように、ベースバンド・モデム・チップセットによって受信された信号の、関連した電力レベルに従って、該ベースバンド・モデム・チップセットから受信された制御信号Ｖｃを介して携帯用ハンドセットのピーク増幅器に対して印加されるＤＣバイアス電流を制御することによって、効率と線形性とを改善する、該携帯用ハンドセット内における、本発明の例示的な電力増幅器が、示されてきた。例えば、低出力電力範囲内において、本発明の電力増幅器がドハティモードにおいて動作させられるように、ピーク増幅器に対して印加される制御信号Ｖｃの状態が選択され、電力増幅器の非線形性要件を満足させるために、高出力電力範囲内において、ピーク増幅器に対して印加される制御信号Ｖｃの状態が選択される。
【００５４】
上述の発明の様々な特徴及び態様を、個別にか又は共通に用いることができる。更に、本発明を、要件のより広い原理及び範囲を逸脱すること無く、本明細書内において記載された数を越えた任意の数の環境及び用途において利用することができる。従って、要件及び図面は、制限的なものとしてでは無く例示的なものとしてみなされるべきである。本発明の範囲は、記載された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ決定されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態による、携帯用ハンドセット内の電力増幅器の構造を示すブロック図である。
【図２】図１の電力増幅器内において使用されることが可能な３ｄＢハイブリッドカプラの等価回路を示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、図１内に示されたキャリア増幅器のブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、図３Ａ内に示された入力整合ユニットのブロック図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による、図３Ａ内に示された中間段整合ユニットのブロック図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態による、図３Ａ内に示された第１段増幅器のブロック図である。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態による、図３Ａ内に示された第２段増幅器のブロック図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、図１内に示されたピーク増幅器のブロック図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、図４Ａ内に示された第２段増幅器／電圧制御ユニットのブロック図である。
【図４Ｃ】本発明の別の実施形態による、図４Ａ内に示された第２段増幅器／電圧制御ユニットのブロック図である。
【図４Ｄ】本発明の更に別の実施形態による、図４Ａ内に示された第２段増幅器／電圧制御ユニットのブロック図である。
【図５】図１内に示された例示的な出力整合ユニットのブロック図である。
【図６】まとめられた素子と共に実現された図５の例示的な出力整合ユニットの等価回路を示す図である。
【図７】例示的なピーク増幅器に印加された電圧制御信号に依存する効率特性を示すグラフの図である。
【図８】例示的なピーク増幅器に印加された電圧制御信号に依存する非線形性特性を示すグラフの図である。
【図９】本発明の一実施形態による、電力増幅器のモードに対応する効率特性を示すグラフの図である。
【図１０】本発明の特定の一実施形態による、電力増幅器のモードに対応する非線形性特性を示すグラフの図である。
【図１１】本発明による、電力増幅器のモードに対応する利得特性を示すグラフの図である。
【図１２】本発明の別の実施形態による、電力増幅器の構造を示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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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【国際調査報告】
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