(57)【要約】【課題】帯域幅の広さに依らず電力効率を向上させることができる送信ユニットを提供する。【解決手段】送信ユニットは、入力信号の電力を増幅して増幅信号を出力する電力増幅モジュールと、入力信号の帯域幅に応じた第１制御信号に基づいて、電力増幅モジュールに電源電圧を供給する電源モジュールと、を備え、電源モジュールは、第１制御電圧に基づいて、入力信号の帯域幅が第１帯域幅である場合、入力信号の振幅レベルに応じて電源電圧を変動させ、入力信号の帯域幅が第１帯域幅より広い第２帯域幅である場合、電力増幅モジュールの平均出力電力に応じて電源電圧を変動させる。【選択図】図１
2019103130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の電力を増幅して増幅信号を出力する電力増幅モジュールと、
前記入力信号の帯域幅に応じた第１制御信号に基づいて、前記電力増幅モジュールに電源電圧を供給する電源モジュールと、
を備え、
前記電源モジュールは、前記第１制御信号に基づいて、
前記入力信号の帯域幅が第１帯域幅である場合、前記入力信号の振幅レベルに応じて前記電源電圧を変動させ、
前記入力信号の帯域幅が前記第１帯域幅より広い第２帯域幅である場合、前記電力増幅モジュールの平均出力電力に応じて前記電源電圧を変動させる、
送信ユニット。
【請求項２】
前記電力増幅モジュールは、
前記入力信号を、第１信号と第２信号に分配する分配器と、
前記第１信号を増幅して第３信号を出力するキャリアアンプと、
前記第２信号を増幅して第４信号を出力するピークアンプと、
前記第３信号と前記第４信号を合成し、前記増幅信号を出力する合成器と、
前記入力信号の帯域幅に応じた第２制御信号に基づいて、前記キャリアアンプ及び前記ピークアンプの各々にバイアス電流又はバイアス電圧を供給するバイアス回路と、
を備え、
前記バイアス回路は、前記第２制御信号に基づいて、前記入力信号の帯域幅が前記第２帯域幅である場合、前記キャリアアンプがＡ級動作又はＡＢ級動作となり、前記ピークアンプがＣ級動作となるように前記バイアス電流又はバイアス電圧を調整する、
請求項１に記載の送信ユニット。
【請求項３】
前記バイアス回路は、前記第２制御信号に基づいて、前記入力信号の帯域幅が前記第１帯域幅である場合、前記キャリアアンプと前記ピークアンプが等しい動作点において動作するように前記バイアス電流又はバイアス電圧を調整する、
請求項２に記載の送信ユニット。
【請求項４】
前記バイアス回路は、前記第２制御信号に基づいて、前記入力信号の帯域幅が前記第１帯域幅である場合、前記ピークアンプがオフ状態となるように前記バイアス電流又はバイアス電圧を調整する、
請求項２に記載の送信ユニット。
【請求項５】
前記合成器は、
前記第３信号と前記第４信号を合成する合成部と、
前記キャリアアンプの出力と前記合成部との間に直列に接続された４分の１波長線路と、
を含む、
請求項２から４のいずれか一項に記載の送信ユニット。
【請求項６】
前記合成器は、
前記第３信号と前記第４信号を合成する合成部と、
前記キャリアアンプの出力と前記合成部との間に直列に接続されたインダクタと、
前記ピークアンプと前記合成部との間に直列に接続された第１キャパシタと、
を含み、
前記インダクタは、前記第３信号の位相を略４５度遅らせ、前記第１キャパシタは、前記第４信号の位相を略４５度進ませる、
請求項２から４のいずれか一項に記載の送信ユニット。
【請求項７】
前記電源モジュールは、
所定の電圧を昇圧又は降圧するスイッチングアンプと、
前記入力信号の振幅レベルに応じた前記電源電圧を出力するリニアアンプと、
一端が前記スイッチングアンプの出力に接続され、他端が前記リニアアンプの出力に接続された第２キャパシタと、
前記入力信号の帯域幅が前記第２帯域幅である場合、前記第２キャパシタの前記他端を接地に接続するスイッチ回路と、
を備える、
請求項１から６のいずれか一項に記載の送信ユニット。
【請求項８】
前記電源モジュールは、前記第１制御信号に基づいて、
前記入力信号の帯域幅が前記第１帯域幅である場合、前記入力信号の振幅レベルの変動に伴って連続的に前記電源電圧を変動させ、
前記入力信号の帯域幅が前記第１帯域幅より広く前記第２帯域幅より狭い第３帯域幅である場合、前記入力信号の振幅レベルの変動に伴って離散的に前記電源電圧を変動させる、
請求項１に記載の送信ユニット。
【請求項９】
前記電力増幅モジュールは、
前記入力信号を、第１信号と第２信号に分配する分配器と、
前記第１信号を増幅して第３信号を出力するキャリアアンプと、
前記第２信号を増幅して第４信号を出力するピークアンプと、
前記第３信号と前記第４信号を合成し、前記増幅信号を出力する合成器と、
前記入力信号の帯域幅に応じた第２制御信号に基づいて、前記キャリアアンプ及び前記ピークアンプの各々にバイアス電流又はバイアス電圧を供給するバイアス回路と、
を備え、
前記バイアス回路は、前記第２制御信号に基づいて、
前記入力信号の帯域幅が前記第２帯域幅である場合及び前記入力信号の帯域幅が前記第３帯域幅である場合、前記キャリアアンプがＡ級動作又はＡＢ級動作となり、前記ピークアンプがＣ級動作となるように前記バイアス電流又はバイアス電圧を調整する、
請求項８に記載の送信ユニット。
【請求項１０】
前記電源モジュールは、前記第１制御信号に基づいて、前記入力信号の帯域幅が前記第１帯域幅である場合、前記入力信号の振幅レベルの変動に伴って離散的に前記電源電圧を変動させる、
請求項１に記載の送信ユニット。
【請求項１１】
前記電力増幅モジュールは、
前記入力信号を、第１信号と第２信号に分配する分配器と、
前記第１信号を増幅して第３信号を出力するキャリアアンプと、
前記第２信号を増幅して第４信号を出力するピークアンプと、
前記第３信号と前記第４信号を合成し、前記増幅信号を出力する合成器と、
前記入力信号の帯域幅に応じた第２制御信号に基づいて、前記キャリアアンプ及び前記ピークアンプの各々にバイアス電流又はバイアス電圧を供給するバイアス回路と、
を備え、
前記バイアス回路は、前記第２制御信号に基づいて、前記入力信号の帯域幅が前記第１帯域幅である場合及び前記入力信号の帯域幅が前記第２帯域幅である場合、前記キャリアアンプがＡ級動作又はＡＢ級動作となり、前記ピークアンプがＣ級動作となるように前記バイアス電流又はバイアス電圧を調整する、
請求項１０に記載の送信ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の移動体通信機においては、基地局へ送信する無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号の電力を増幅するために、電力増幅モジュールが用いられる。近年、携帯電話においては、高速なデータ通信の規格であるＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）やＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄなどの通信規格が採用されてきている。このような通信規格では、通信速度を向上させるために、ＲＦ信号のピーク電力と平均電力の比であるＰＡＰＲ（Ｐｅａｋ−ｔｏ−Ａｖｅｒａｇｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）が大きくなることが多い。このようにＰＡＰＲが大きい場合においても、高い線形性を維持するためには、高い電源電圧が必要となり、電力増幅モジュールにおける消費電力が大きくなる傾向にある。他方、携帯電話においては、通話や通信の可能時間を長くするために、消費電力を低減させることが求められる。
【０００３】
この問題に対処するため、例えば特許文献１には、変調信号の振幅レベルに応じて電源電圧を制御することによって電力効率を向上させる、エンベロープトラッキング（ＥＴ：Ｅｎｖｅｌｏｐｅ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）方式を採用した送信装置が開示されている。当該送信装置が備える電源装置では、スイッチングアンプ部と線形アンプ部を組み合わせることにより、変調信号の振幅の変動に追随する電源電圧が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１３３１７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
他方、高速なデータ通信を実現する通信規格では、その変調方式によって、ＲＦ信号の帯域幅はますます広くなっている。例えば、５Ｇ（第５世代移動通信システム）では、当該帯域幅が５０ＭＨｚを超えることもあり得る。このように帯域幅が広い信号を、特許文献１に開示されるようなＥＴ方式の送信装置によって増幅する場合、電源電圧の追随の遅延を抑制するために、線形アンプ部に多くの電流を注入する必要がある。これにより、線形アンプ部における消費電力が増大し、結果として送信装置全体の電力効率が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、帯域幅の広さに依らず電力効率を向上させることができる送信ユニット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】
【０００７】
かかる目的を達成するため、本発明の一側面に係る送信ユニットは、入力信号の電力を増幅して増幅信号を出力する電力増幅モジュールと、入力信号の帯域幅に応じた第１制御信号に基づいて、電力増幅モジュールに電源電圧を供給する電源モジュールと、を備え、電源モジュールは、第１制御信号に基づいて、入力信号の帯域幅が第１帯域幅である場合、入力信号の振幅レベルに応じて電源電圧を変動させ、入力信号の帯域幅が第１帯域幅より広い第２帯域幅である場合、電力増幅モジュールの平均出力電力に応じて電源電圧を変動させる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、帯域幅の広さに依らず電力効率を向上させることができる送信ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る送信ユニットの構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る送信ユニット１００Ａの回路構成を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る送信ユニット１００Ａが様々な方式に従って動作した場合における帯域幅と電力効率の関係を示すイメージ図である。
【図４】電力増幅モジュール１４０の構成例（電力増幅モジュール１４０Ｂ）を示す図である。
【図５】電力増幅モジュール１４０の構成例（電力増幅モジュール１４０Ｃ）を示す図である。
【図６】電源モジュール１３０の構成例（電源モジュール１３０Ｂ）を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る送信ユニット１００Ｂの回路構成を示す図である。
【図８】マルチレベルバックスイッチングアンプ２０２の構成例を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る送信ユニット１００Ｂが様々な方式に従って動作した場合における帯域幅と電力効率の関係を示すイメージ図である。
【図１０Ａ】電源電圧の生成方式がＥＴ方式又はディスクリートレベルＥＴ方式であり、電力の増幅方式が通常の増幅動作である場合における出力電力と電力効率の関係を示すイメージ図である。
【図１０Ｂ】電源電圧の生成方式がＥＴ方式又はディスクリートレベルＥＴ方式であり、電力の増幅方式がドハティ動作である場合における出力電力と電力効率の関係を示すイメージ図である。
【図１１】送信ユニット１００Ｂにより実現することができる動作パターンＡにおける帯域幅と電力効率の関係を示すイメージ図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る送信ユニット１００Ｃの回路構成を示す図である。
【図１３】送信ユニット１００Ｃにより実現することができる動作パターンＢにおける帯域幅と電力効率の関係を示すイメージ図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係る送信ユニット１００Ｄの回路構成を示す図である。
【図１５】送信ユニット１００Ｄにより実現することができる動作パターンＣにおける帯域幅と電力効率の関係を示すイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本発明の第１実施形態に係る送信ユニットの構成例を示す図である。図１に示される送信ユニット１００は、例えば、携帯電話等の移動体通信機において、音声やデータなどの各種信号を基地局へ送信するために用いられる。送信ユニット１００は、例えば、２Ｇ（第２世代移動通信システム）、３Ｇ（第３世代移動通信システム）、４Ｇ（第４世代移動通信システム）、５Ｇ（第５世代移動通信システム）、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）−ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）、ＬＴＥ−ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｒｏ等の通信規格に従って送信信号を生成する。なお、移動体通信機は基地局から信号を受信するための受信ユニットも備えるが、ここでは説明を省略する。
【００１２】
図１に示されるように、送信ユニット１００は、例えば、ベースバンド部１１０、ＲＦ部１２０、電源モジュール１３０、電力増幅モジュール１４０、フロントエンド部１５０及びアンテナ１６０を備える。
【００１３】
ベースバンド部１１０は、直交振幅変調（ＱＡＭ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）又は直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等の変調方式に基づいて、音声やデータなどの入力信号を変調し、変調信号を出力する。変調信号の周波数は、例えば、数ＭＨｚから数百ＭＨｚ程度である。また、ベースバンド部１１０は、電力増幅モジュール１４０に供給される電源電圧を生成する方式を切り替えるための制御信号Ｃｔｒｌ１（第１制御信号）を電源モジュール１３０に供給し、ＲＦ信号の電力を増幅する方式を切り替えるための制御信号Ｃｔｒｌ２（第２制御信号）を電力増幅モジュール１４０に供給する。さらに、ベースバンド部１１０は、変調信号のエンベロープに応じたエンベロープ信号Ｅｎｖを電源モジュール１３０に供給する。電源電圧の生成方式の具体例及び電力の増幅方式の具体例については後述する。なお、例えばエンベロープ信号Ｅｎｖは、ベースバンド部１１０の代わりにＲＦ部１２０から電源モジュール１３０に供給されていてもよい。
【００１４】
ＲＦ部１２０は、ベースバンド部１１０から出力される変調信号から、無線送信を行うためのＲＦ信号ＲＦｉｎを生成する。ＲＦ信号ＲＦｉｎの周波数は、例えば、数百ＭＨｚから数十ＧＨｚ程度であり、通信規格や周波数帯域によって異なる帯域幅を有する。上述のベースバンド部１１０から出力される制御信号Ｃｔｒｌ１，Ｃｔｒｌ２は、ＲＦ信号ＲＦｉｎの帯域幅に応じたものとなる。
【００１５】
電源モジュール１３０は、所定の電源電圧Ｖｂａｔｔに基づき、ベースバンド部１１０から供給される制御信号Ｃｔｒｌ１に応じた電源電圧の生成方式で電圧Ｖｒｅｇを生成し、電力増幅モジュール１４０に供給する。具体的には、ＲＦ信号ＲＦｉｎの帯域幅が比較的狭い第１帯域幅（例えば、０ＭＨｚ〜５０ＭＨｚ程度。より好ましくは、５ＭＨｚ以上５０ＭＨｚ未満）である場合、電源モジュール１３０はＥＴ方式に従う。この場合、電源モジュール１３０は、エンベロープ信号Ｅｎｖに応じて変動する（すなわち、変調信号の振幅レベルに応じて変動する）電圧Ｖｒｅｇを電源電圧として出力する。他方、ＲＦ信号ＲＦｉｎの帯域幅が第１帯域幅より広い第２帯域幅（例えば、５０ＭＨｚ以上）である場合、電源モジュール１３０は平均電力トラッキング（ＡＰＴ：Ａｖｅｒａｇｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）方式に従う。この場合、電源モジュール１３０は、電力増幅モジュール１４０の平均出力電力に応じて変動する電圧Ｖｒｅｇを電源電圧として出力する。このように、電源モジュール１３０は、ＲＦ信号の帯域幅に応じて、ＥＴ方式及びＡＰＴ方式を含む電源電圧の生成方式に従って電力増幅モジュール１４０の電源電圧を生成する。
【００１６】
電力増幅モジュール１４０は、ベースバンド部１１０から供給される制御信号Ｃｔｒｌ２と、電源モジュール１３０から供給される電圧Ｖｒｅｇとに基づいて、ＲＦ信号ＲＦｉｎの電力を基地局に送信するために必要なレベルまで増幅し、増幅信号ＲＦｏｕｔを出力する。
【００１７】
フロントエンド部１５０は、増幅信号ＲＦｏｕｔのフィルタリングや、基地局から受信する受信信号とのスイッチング等を行う。フロントエンド部１５０から出力される増幅信号は、アンテナ１６０を経由して基地局に送信される。
【００１８】
次に、図２を参照しつつ、電源モジュール１３０及び電力増幅モジュール１４０の具体的な構成について説明する。
【００１９】
図２は、本発明の第１実施形態に係る送信ユニット１００Ａの回路構成を示す図である。なお、図２においては、フロントエンド部１５０及びアンテナ１６０は図示が省略されている。
【００２０】
電源モジュール１３０Ａは、例えば、ブーストスイッチングアンプ２００、バックスイッチングアンプ２０１、差動アンプ２１０、リニアアンプ２２０及びインダクタＬ１を含む。これらの構成要素のうち、インダクタＬ１を除く構成要素は、例えば同一の電源ＩＣ１３１Ａに形成される。
【００２１】
ブーストスイッチングアンプ２００及びバックスイッチングアンプ２０１は、それぞれ、所定レベルの電源電圧Ｖｂａｔｔを昇圧又は降圧した電圧を生成する、スイッチング方式の電圧コンバータである。ブーストスイッチングアンプ２００及びバックスイッチングアンプ２０１は、それぞれ、例えばスイッチモード電源（ＳＭＰＳ：Ｓｗｉｔｃｈ−ｍｏｄｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）により構成される。ブーストスイッチングアンプ２００及びバックスイッチングアンプ２０１は、後述するリニアアンプ２２０に比べて、電力効率は高いが応答は低速である。
【００２２】
差動アンプ２１０は、電源モジュール１３０ＡがＥＴ方式に従って電源電圧を生成する場合に、ベースバンド部１１０から供給されるエンベロープ信号Ｅｎｖを増幅して出力する。本実施形態では、エンベロープ信号Ｅｎｖは差動出力されており、差動アンプ２１０が差動信号を増幅して出力する。なお、エンベロープ信号は差動出力されていなくてもよい。この場合、電源モジュール１３０Ａは差動アンプ２１０を備えず、例えばエンベロープ信号が直接リニアアンプ２２０に供給される。
【００２３】
リニアアンプ２２０は、出力信号が入力にフィードバックされるボルテージフォロア構成をなす。具体的に、リニアアンプ２２０は、電源モジュール１３０ＡがＥＴ方式に従って電源電圧を生成する場合に、ブーストスイッチングアンプ２００から電源電圧Ｖｂａｔｔに応じた電源電圧が供給され、かつ差動アンプ２１０からエンベロープ信号Ｅｎｖが増幅された信号が供給され、当該信号の振幅に応じた電圧を出力する。これにより、電源モジュール１３０Ａから、変調信号の振幅レベルに応じた電圧Ｖｒｅｇ（すなわち、ＲＦ信号ＲＦｉｎの振幅レベルに応じた電圧）が出力される。リニアアンプ２２０は、ブーストスイッチングアンプ２００及びバックスイッチングアンプ２０１に比べて、応答は高速であるが電力効率は低い。このように、電源モジュール１３０Ａは、性質の異なるブーストスイッチングアンプ２００及びバックスイッチングアンプ２０１とリニアアンプ２２０とを組み合わせて備えることにより、低遅延かつ高効率で変調信号の振幅の変動に追随した電圧Ｖｒｅｇを生成することができる。
【００２４】
ブーストスイッチングアンプ２００、バックスイッチングアンプ２０１、差動アンプ２１０及びリニアアンプ２２０は、それぞれ、ベースバンド部１１０から供給される制御信号Ｃｔｒｌ１に応じてオン状態又はオフ状態が切り替えられる。具体的には、電源モジュール１３０ＡがＥＴ方式に従って電源電圧を生成する場合、ブーストスイッチングアンプ２００、バックスイッチングアンプ２０１、差動アンプ２１０及びリニアアンプ２２０はいずれもオン状態となる。これにより、エンベロープ信号Ｅｎｖに応じて変動する電圧Ｖｒｅｇが出力される。他方、電源モジュール１３０ＡがＡＰＴ方式に従って電源電圧を生成する場合、ブーストスイッチングアンプ２００、差動アンプ２１０及びリニアアンプ２２０がオフ状態となり、バックスイッチングアンプ２０１のみがオン状態となる（図２破線参照）。この場合、バックスイッチングアンプ２０１はＤＣ−ＤＣコンバータとして機能し、インダクタＬ１を経由して、電力増幅モジュール１４０Ａの平均出力電力に応じた電圧Ｖｒｅｇを出力する。
【００２５】
なお、ブーストスイッチングアンプ２００、バックスイッチングアンプ２０１、差動アンプ２１０及びリニアアンプ２２０のオン状態は、例えばバイアス回路（不図示）から各アンプに供給されるバイアス電圧又はバイアス電流により制御されてもよい。
【００２６】
電力増幅モジュール１４０Ａは、例えば、ドライバアンプ３００、キャリアアンプ３１０、ピークアンプ３２０、分配器３３０、合成器３４０及びバイアス回路３５０を備える。
【００２７】
ドライバアンプ３００は、ＲＦ部１２０から供給されるＲＦ信号ＲＦｉｎを増幅して、ＲＦ信号ＲＦｉｎ´（入力信号）を分配器３３０に供給する。ドライバアンプ３００は、特に限定されないが、例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のバイポーラトランジスタ、又はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の電界効果トランジスタにより構成される。なお、キャリアアンプ３１０及びピークアンプ３２０においても同様である。
【００２８】
キャリアアンプ３１０、ピークアンプ３２０、分配器３３０及び合成器３４０は、ＲＦ信号ＲＦｉｎ´をさらに増幅する、いわゆるドハティアンプを構成する。
【００２９】
分配器３３０は、ＲＦ信号ＲＦｉｎ´を、キャリアアンプ３１０に供給するＲＦ信号ＲＦ１（第１信号）と、ピークアンプ３２０に供給するＲＦ信号ＲＦ２（第２信号）に分配する。分配器３３０は、例えばインダクタ、抵抗素子及びキャパシタにより構成される。分配器３３０から出力されるＲＦ信号ＲＦ１，ＲＦ２は、例えば位相差が略９０度となるように分配される。
【００３０】
キャリアアンプ３１０は、入力されるＲＦ信号ＲＦ１（第１信号）を増幅し、ＲＦ信号ＲＦ３（第３信号）を出力する。ピークアンプ３２０は、入力されるＲＦ信号ＲＦ２（第２信号）を増幅し、ＲＦ信号ＲＦ４（第４信号）を出力する。キャリアアンプ３１０及びピークアンプ３２０が、いわゆるドハティアンプとして機能する（以下、「ドハティ動作」とも呼ぶ。）場合、キャリアアンプ３１０は、ＲＦ信号ＲＦｉｎ´の電力レベルにかかわらず動作する。他方、ピークアンプ３２０は、ＲＦ信号ＲＦｉｎ´の電力レベルが最大レベルから所定レベル低い値（バックオフ点）以上の領域において動作する。これにより、ＲＦ信号ＲＦｉｎ´の電力レベルが比較的低い領域（バックオフ点未満の領域）においては、キャリアアンプ３１０のみが動作する。また、ＲＦ信号ＲＦｉｎ´の電力レベルが比較的高い領域（バックオフ点以上の領域）においては、キャリアアンプ３１０及びピークアンプ３２０の両方が動作する。このように、ドハティアンプは、ＲＦ信号ＲＦｉｎ´の電力レベルが比較的高い領域において、飽和出力電力付近で動作するキャリアアンプ３１０を備えることにより、１つのアンプのみを用いた構成に比べて電力効率が向上する構成である。
【００３１】
合成器３４０は、キャリアアンプ３１０から出力されるＲＦ信号ＲＦ３と、ピークアンプ３２０から出力されるＲＦ信号ＲＦ４を合成し、増幅信号ＲＦｏｕｔを出力する。合成器３４０は、ＲＦ信号ＲＦ３とＲＦ信号ＲＦ４の位相を変換しつつ、キャリアアンプ３１０の出力インピーダンスとピークアンプ３２０の出力インピーダンスのいずれか一方又は双方を変換するインピーダンス整合の機能も兼ねる。例えば、ＲＦ信号ＲＦ１とＲＦ信号ＲＦ２の位相差が略９０度であった場合、合成器３４０は、ＲＦ信号ＲＦ３とＲＦ信号ＲＦ４の位相差が略０度となるように位相を変換する。
【００３２】
バイアス回路３５０は、ドライバアンプ３００、キャリアアンプ３１０及びピークアンプ３２０の各々にバイアス電流又はバイアス電圧を供給する。バイアス回路３５０は、制御信号Ｃｔｒｌ２に基づいて、バイアス電流又はバイアス電圧を調整することにより、ドライバアンプ３００、キャリアアンプ３１０及びピークアンプ３２０のオン状態又はオフ状態及び動作点を制御する。言い換えると、制御信号Ｃｔｒｌ２は、バイアス回路３５０が生成するバイアス電流又はバイアス電圧を制御する信号である。なお、バイアス回路３５０は、バイアス電流又はバイアス電圧の調整によって、ドライバアンプ３００、キャリアアンプ３１０及びピークアンプ３２０のゲインを制御してもよい。
【００３３】
ドライバアンプ３００、キャリアアンプ３１０及びピークアンプ３２０には、それぞれ、電源モジュール１３０Ａから電圧Ｖｒｅｇが電源電圧として供給される。
【００３４】
電力増幅モジュール１４０Ａは、ＲＦ信号の帯域幅に応じて異なる増幅方式に従って動作する。具体的には、ＲＦ信号の帯域幅が比較的狭く、電源モジュール１３０ＡがＥＴ方式に従って電源電圧を生成する場合、電力増幅モジュール１４０Ａはドハティ動作ではなく通常の増幅動作を行う。この場合、バイアス回路３５０は、例えばキャリアアンプ３１０とピークアンプ３２０が等しい動作点において動作するようにバイアス電流又はバイアス電圧を調整する。これにより、キャリアアンプ３１０及びピークアンプ３２０は、いずれもＲＦ信号ＲＦｉｎ´の電力レベルにかかわらずオン状態となる。なお、キャリアアンプ３１０及びピークアンプ３２０は、例えば、いずれもＡ級動作又はＡＢ級動作となるようにバイアスされてもよく、このときの増幅動作を、ドハティ動作と区別するために「通常の増幅動作」とも呼ぶ。
【００３５】
他方、ＲＦ信号の帯域幅が比較的広く、電源モジュール１３０ＡがＡＰＴ方式に従って電源電圧を生成する場合、電力増幅モジュール１４０Ａはドハティ動作を行う。この場合、バイアス回路３５０は、キャリアアンプ３１０がＡ級動作又はＡＢ級動作となり、ピークアンプ３２０がＣ級動作となるようにバイアス電流又はバイアス電圧を調整する。これにより、キャリアアンプ３１０及びピークアンプ３２０が双方ともＡ級動作又はＡＢ級動作する場合に比べて、電力効率を向上させることができる。
【００３６】
次に、図３を参照しつつ、送信ユニット１００Ａにおいて、電源電圧の生成方式及び電力の増幅方式がそれぞれ切り替えられる効果について説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る送信ユニット１００Ａが様々な方式に従って動作した場合における帯域幅と電力効率の関係を示すイメージ図である。同図に示される電源電圧の生成方式と電力の増幅方式の組み合わせは、以下の表１のとおりである。なお、図３に示されるグラフにおいて、横軸はＲＦ信号の帯域幅（ＭＨｚ）を示し、縦軸は電力効率を示す。
【表１】
2019103130.tif 000003
【００３７】
図３（１）に示されるように、ＡＰＴ方式と通常の増幅動作との組み合わせの場合、電力効率は帯域幅に依らず一定となる。一方、図３（２）に示されるように、ＡＰＴ方式とドハティ動作との組み合わせの場合、通常の増幅動作に比べて電力効率が向上する。これは、上述の通り、ドハティ動作においては、出力電力の増大に伴ってキャリアアンプ３１０が飽和に近い状態で動作するためである。
【００３８】
他方、図３（３）に示されるように、ＥＴ方式と通常の増幅動作との組み合わせの場合、帯域幅が比較的狭い領域（例えば、０ＭＨｚ〜５０ＭＨｚ程度）においては、（２）に示されるドハティ動作よりも電力効率が高い。これは、ＥＴ方式においては、変調信号の振幅レベルに応じて電圧Ｖｒｅｇが動的に調整されるためである。しかしながら、ＥＴ方式では、帯域幅が広くなるに伴い、リニアアンプ２２０の遅延を抑制するため、リニアアンプ２２０に供給すべき電流量が増加する。従って、当該リニアアンプ２２０における消費電流が増大し、結果的に送信ユニット全体の電力効率が低下する。例えば５０ＭＨｚ以上の領域では、図３に示されるように、ＥＴ方式と通常の増幅動作との組み合わせは、ＡＰＴ方式とドハティ動作との組み合わせに比べて電力効率が低くなる。
【００３９】
ここで、例えば現状の通信規格である３Ｇ、４Ｇ又はＬＴＥ等の通信規格においては、ＲＦ信号の帯域幅が１．４ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の範囲内である場合、ＥＴ方式によって高効率を得ることができる。しかしながら、５Ｇ等の新たな通信規格においては、ＲＦ信号の帯域幅が５ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ程度となり得る。従って、このような新たな通信規格においては、帯域幅が狭い周波数帯域であれば問題ないが、帯域幅が広い周波数帯域である場合、ＥＴ方式では電力効率がかえって悪化し得るという問題がある。
【００４０】
この問題に対処するため、本実施形態では、ＲＦ信号の帯域幅に応じて電源電圧の生成方式を切り替えることにより、ＥＴ方式とＡＰＴ方式を好適に機能させることができる。すなわち、送信ユニット１００Ａでは、帯域幅が狭い場合はＥＴ方式に従い、帯域幅が広い場合はＡＰＴ方式に従うように電源モジュール１３０Ａが制御される。これにより、例えば常にＥＴ方式に従う構成に比べて、帯域幅の広さに依らず電力効率を向上させることができる。
【００４１】
さらに、送信ユニット１００Ａでは、帯域幅が狭い場合は通常の増幅動作を行い、帯域幅が広い場合はドハティ動作を行うように電力増幅モジュール１４０Ａが制御される。これにより、帯域幅の広さに依らずに通常の増幅動作を行う構成に比べて、さらに電力効率を向上させることができる。なお、電源電圧の生成方式及び電力の増幅方式は、例えば、ＥＴ方式と通常の増幅動作との組み合わせにおける電力効率と、ＡＰＴ方式とドハティ動作との組み合わせにおける電力効率が交差する点（図３においては、５０ＭＨｚ程度）で切り替えられてもよい。
【００４２】
また、送信ユニット１００Ａでは、電力増幅モジュール１４０Ａが、通常の増幅動作及びドハティ動作において兼用される。これにより、例えば電力の増幅方式ごとに異なる電力増幅モジュールを備える構成に比べて、回路面積の増大を抑制しつつ電力効率を向上させることができる。
【００４３】
なお、図２では、電力増幅モジュール１４０Ａが、初段のアンプ（ドライバアンプ３００）と後段のアンプ（キャリアアンプ３１０及びピークアンプ３２０）を備える構成が示されているが、電力増幅モジュールは初段のアンプを備えていなくてもよい。あるいは、電力増幅モジュールは、３段以上のアンプを備えていてもよい。
【００４４】
また、ドライバアンプ３００に供給される電源電圧は、電圧Ｖｒｅｇの代わりに所定の電圧であってもよい。
【００４５】
図４及び図５は、それぞれ、電力増幅モジュール１４０の構成例を示す図である。なお、本実施形態以降では、上述の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
【００４６】
図４に示される電力増幅モジュール１４０Ｂ及び図５に示される電力増幅モジュール１４０Ｃは、それぞれ、図２に示される合成器３４０の具体的な構成例を示している。
【００４７】
電力増幅モジュール１４０Ｂにおいて、合成器３４０Ａは、４分の１波長線路４００及び合成部４１０を含む。
【００４８】
４分の１波長線路４００は、キャリアアンプ３１０の出力と合成部４１０との間に直列に接続される。合成部４１０は、４分の１波長線路４００を経由したＲＦ信号ＲＦ３と、ＲＦ信号ＲＦ４とを合成する。４分の１波長線路４００は、キャリアアンプ３１０から出力されるＲＦ信号ＲＦ３の位相を略９０度遅らせる。これにより、分配器３３０においてＲＦ信号ＲＦ１の位相がＲＦ信号ＲＦ２の位相より略９０度進められた場合、合成部４１０においてＲＦ信号ＲＦ３とＲＦ信号ＲＦ４の位相差が略０度となって合成される。
【００４９】
電力増幅モジュール１４０Ｃにおいて、合成器３４０Ｂは、合成部４１０、インダクタＬ２及びキャパシタＣ１を含む。
【００５０】
インダクタＬ２は、キャリアアンプ３１０の出力と合成部４１０との間に直列に接続される。キャパシタＣ１（第１キャパシタ）は、ピークアンプ３２０の出力と合成部４１０との間に直列に接続される。インダクタＬ２及びキャパシタＣ１は、それぞれ、ＲＦ信号ＲＦ３，ＲＦ４の位相を変換する移相器の機能を有する。例えば、インダクタＬ２は、キャリアアンプ３１０から出力されるＲＦ信号ＲＦ３の位相を略４５度遅らせる。他方、キャパシタＣ１は、ピークアンプ３２０から出力されるＲＦ信号ＲＦ４の位相を略４５度進ませる。これにより、分配器３３０においてＲＦ信号ＲＦ１の位相が略４５度進められ、ＲＦ信号ＲＦ２の位相が略４５度遅らせられた場合、合成部４１０においてＲＦ信号ＲＦ３とＲＦ信号ＲＦ４の位相差が略０度となって合成される。
【００５１】
図１に示される電力増幅モジュール１４０には、このような電力増幅モジュール１４０Ｂ，１４０Ｃの構成が適用されてもよい。電力増幅モジュール１４０Ｃは、電力増幅モジュール１４０Ｂに比べて、４分の１波長線路４００を備えないため、回路面積を縮小することができる。
【００５２】
なお、電力増幅モジュール１４０Ａ〜１４０Ｃが通常の増幅動作を行う場合、ピークアンプ３２０は、上述の通りキャリアアンプ３１０と等しい動作点において動作するように制御されてもよく、あるいはオフ状態に制御されてもよい。ピークアンプ３２０がオフ状態に制御される場合、キャリアアンプ３１０のみがＲＦ信号ＲＦ１の増幅動作を行うこととなる。
【００５３】
ここで、通常の増幅動作時に、ピークアンプ３２０がキャリアアンプ３１０と等しい動作点において動作するように制御される場合、電力増幅モジュール１４０Ａ〜１４０Ｃにおける通常の増幅動作時の飽和出力電力と、ドハティ動作時の飽和出力電力は等しい。従って、電源モジュール１３０Ａが出力する電圧Ｖｒｅｇは、ＥＴ方式における最大出力電圧がＡＰＴ方式における出力電圧と等しくなるように制御されることが好ましい。
【００５４】
他方、電力増幅モジュール１４０Ｂにおいて、通常の増幅動作時にピークアンプ３２０がオフ状態に制御される場合、通常の増幅動作時の飽和出力電力は、ドハティ動作時の飽和出力電力に比べて６ｄＢ低下する。従って、通常の増幅動作時とドハティ動作時において等しい飽和出力電力を得るためには、電源モジュール１３０Ａが出力する電圧Ｖｒｅｇは、ＥＴ方式における最大出力電圧がＡＰＴ方式における出力電圧の２倍と等しくなるように制御されることが好ましい。
【００５５】
また、電力増幅モジュール１４０Ｃにおいて、通常の増幅動作時にピークアンプ３２０がオフ状態に制御される場合、通常の増幅動作時の飽和出力電力は、ドハティ動作時の飽和出力電力に比べて３ｄＢ低下する。従って、通常の増幅動作時とドハティ動作時において等しい飽和出力電力を得るためには、電源モジュール１３０Ａが出力する電圧Ｖｒｅｇは、ＥＴ方式における最大出力電圧がＡＰＴ方式における出力電圧の√２倍と等しくなるように制御されることが好ましい。
【００５６】
図６は、電源モジュール１３０の構成例を示す図である。図６に示される電源モジュール１３０Ｂは、図２に示される電源モジュール１３０Ａに比べて、キャパシタＣ２及びスイッチ回路ＳＷ１をさらに備える。これらの構成要素のうち、インダクタＬ１及びキャパシタＣ２を除く構成要素は、例えば同一の電源ＩＣ１３１Ｂに形成される。
【００５７】
キャパシタＣ２（第２キャパシタ）は、一端がインダクタＬ１を経由してバックスイッチングアンプ２０１の出力に接続され、他端がリニアアンプ２２０の出力に接続される。キャパシタＣ２の容量値は、例えば１μＦ〜１０μＦ程度である。
【００５８】
スイッチ回路ＳＷ１は、リニアアンプ２２０とキャパシタＣ２の接続点と、接地との間に設けられる。スイッチ回路ＳＷ１は、電源電圧の生成方式に応じてキャパシタＣ２の機能を切り替えるために設けられている。具体的には、電源モジュール１３０ＢがＥＴ方式に従って電源電圧を生成する場合、スイッチ回路ＳＷ１はオフとなる（図６参照）。このとき、キャパシタＣ２は、リニアアンプ２２０の出力電圧に含まれる直流成分を遮断し交流成分を通過させるカップリングの機能を有する。他方、電源モジュール１３０ＢがＡＰＴ方式に従って電源電圧を生成する場合、スイッチ回路ＳＷ１がオンとなり、キャパシタＣ２の他端を接地に接続する。このとき、キャパシタＣ２は、電源モジュール１３０Ｂから電力増幅モジュール１４０に至る経路の交流成分（例えば、バックスイッチングアンプ２０１で発生するスイッチングノイズ）を接地に逃がすデカップリングの機能を有する。
【００５９】
図１に示される電源モジュール１３０には、このような電源モジュール１３０Ｂの構成が適用されてもよい。当該構成により、一つのキャパシタＣ２によって、カップリング及びデカップリングの双方の機能を実現することができる。
【００６０】
次に、電源電圧の生成方式が、上述のＡＰＴ方式及びＥＴ方式に加えて、ＥＴ方式の変形例であるディスクリートレベルＥＴ方式を含む場合における各実施形態について説明する。
【００６１】
図７は、本発明の第２実施形態に係る送信ユニット１００Ｂの回路構成を示す図である。
【００６２】
図７に示されるように、送信ユニット１００Ｂは、送信ユニット１００Ａに比べて、電源モジュール１３０Ａの代わりに電源モジュール１３０Ｃを備える。電源モジュール１３０Ｃは、電源モジュール１３０Ａに比べて、バックスイッチングアンプ２０１の代わりにマルチレベルバックスイッチングアンプ２０２を備える。
【００６３】
マルチレベルバックスイッチングアンプ２０２は、所定レベルの電源電圧Ｖｂａｔｔを昇圧又は降圧し、ＲＦ信号ＲＦｉｎの振幅レベルの変動に伴って離散的に変動する電圧Ｖｒｅｇを出力する。
【００６４】
図８は、マルチレベルバックスイッチングアンプ２０２の構成例を示す図である。同図に示されるように、マルチレベルバックスイッチングアンプ２０２は、例えば４つのバックスイッチングアンプ２０３ａ〜２０３ｄと、３つのスイッチ２０４ａ〜２０４ｃと、供給される制御信号Ｃｔｒｌ１（第１制御信号）に応じて３つのスイッチ２０４ａ〜２０４ｃのオン及びオフを切り替えるドライバＩＣ２０５と、を備える。
【００６５】
４つのバックスイッチングアンプ２０３ａ〜２０３ｄは、それぞれ、マルチレベルバックスイッチングアンプ２０２の最大出力電圧の２分の１、４分の１、８分の１及び８分の１の電圧を出力する。これらの４つのバックスイッチングアンプ２０３ａ〜２０３ｄがそれぞれ出力する電圧のうち加算される電圧の組み合わせが変更されることにより、離散的に変動する電圧Ｖｒｅｇが生成される。もちろん、３つのスイッチ２０４ａ〜２０４ｃのオン及びオフの状態を一定に保つことにより、マルチレベルバックスイッチングアンプ２０２は定電圧を出力することもできる。バックスイッチングアンプ２０３ａ〜２０３ｄ及びスイッチ２０４ａ〜２０４ｃの個数は一例であり、これに限定されない。
【００６６】
以上より、本実施形態に係る電源モジュール１３０Ｃは、ＲＦ信号の振幅レベルの変動に伴って連続的に変動する電源電圧と、ＲＦ信号の振幅レベルの変動に伴って離散的に変動する電源電圧と、電力増幅モジュール１４０Ａの平均出力電力に応じて変動する電源電圧と、を出力することができる。なお、以下では、ＲＦ信号の振幅レベルの変動に伴って離散的に変動する電圧を電源電圧とする方式を、ディスクリートレベルＥＴ方式とも呼ぶ。
【００６７】
図９は、本発明の第２実施形態に係る送信ユニット１００Ｂが様々な方式に従って動作した場合における帯域幅と電力効率の関係を示すイメージ図である。同図に示される電源電圧の生成方式と電力の増幅方式の組み合わせは、以下の表２のとおりである。なお、同図に示されるグラフにおいて、横軸はＲＦ信号の帯域幅（ＭＨｚ）を示し、縦軸は電力効率を示す。
【表２】
2019103130.tif 000004
【００６８】
図９（４）に示されるように、ディスクリートレベルＥＴ方式と通常の増幅動作との組み合わせによると、帯域幅が比較的狭い領域における電力効率は、図９（３）に示される組み合わせより劣るものの、図９（１）に示される組み合わせより高い。しかしながら、帯域幅が比較的広い領域においては、ディスクリートレベルＥＴ方式と通常の増幅動作との組み合わせは、図９（１）に示される組み合わせより効率が劣る。
【００６９】
また、図９（５）に示されるディスクリートレベルＥＴ方式とドハティ動作との組み合わせによると、いずれの帯域幅においても図９（４）に示される組み合わせに比べて効率が高い。従って、後述するように、帯域幅に応じて効率が高くなる電源電圧の生成方式と電力の増幅方式の組み合わせを適宜選択することにより、帯域幅に依らず高い効率で電力を増幅することができる。
【００７０】
高効率を実現する方式の組み合わせのパターンについて説明する前に、図９において、ＥＴ方式とドハティ動作との組み合わせが示されておらず、ディスクリートレベルＥＴ方式とドハティ動作との組み合わせが示されている理由について、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して説明する。
【００７１】
図１０Ａは、電源電圧の生成方式がＥＴ方式又はディスクリートレベルＥＴ方式であり、電力の増幅方式が通常の増幅動作である場合における出力電力と電力効率の関係を示すイメージ図である。図１０Ｂは、電源電圧の生成方式がＥＴ方式又はディスクリートレベルＥＴ方式であり、電力の増幅方式がドハティ動作である場合における出力電力と電力効率の関係を示すイメージ図である。なお、図１０Ａ及び図１０Ｂにおけるグラフは、電源電圧を５種類に変化させた場合における各電力効率を示している。
【００７２】
ディスクリートレベルＥＴ方式に従って電源電圧が生成される場合、電力効率は、通常の増幅動作に比べてドハティ動作の場合に向上する。例えば、平均出力電力ａｖｅにおける電力効率を比べると、ディスクリートレベルＥＴ方式の場合、ドハティ動作を組み合わせることにより、電源電圧がいずれの場合であってもＥＴ方式の場合とほぼ同じレベルに達する（図１０Ｂ参照）。他方、ＥＴ方式に従って電源電圧が生成される場合、通常の増幅動作であっても比較的高い効率が達成されている（図１０Ａ参照）。従って、図１０Ａと図１０Ｂを比較しても分かるとおり、ＥＴ方式は、ディスクリートレベルＥＴ方式に比べて、ドハティ動作を組み合わせる効果が小さい。以上より、ディスクリートレベルＥＴ方式にはドハティ動作を組み合わせ、ＥＴ方式には通常の増幅動作を組み合わせることが好ましい。
【００７３】
図１１は、送信ユニット１００Ｂにより実現することができる動作パターンＡにおける帯域幅と電力効率の関係を示すイメージ図である。動作パターンＡとは、以下の表３に示す方式の組み合わせである。
【表３】
2019103130.tif 000005
【００７４】
動作パターンＡは、比較的狭い第１帯域幅においてＥＴ方式と通常の増幅動作を組み合わせ、比較的広い第２帯域幅においてＡＰＴ方式とドハティ動作を組み合わせ、第１帯域幅より広く第２帯域幅より狭い第３帯域幅においてディスクリートレベルＥＴ方式とドハティ動作を組み合わせるパターンである。動作パターンＡでは、電源モジュール１３０Ｃがブーストスイッチングアンプ２００及びマルチレベルバックスイッチングアンプ２０２を要し、電力増幅モジュール１４０Ａがドハティアンプの構成を要するが、後述する動作パターンＢ及び動作パターンＣに比べて、帯域幅の全体に亘って高い効率を実現することができるという利点がある。
【００７５】
図１２は、本発明の第３実施形態に係る送信ユニット１００Ｃの回路構成を示す図である。
【００７６】
図１２に示されるように、送信ユニット１００Ｃは、送信ユニット１００Ｂに比べて、電源モジュール１３０Ｃの代わりに電源モジュール１３０Ｄを備える。電源モジュール１３０Ｄは、電源モジュール１３０Ｃに比べて、ブーストスイッチングアンプ２００、差動アンプ２１０、及びリニアアンプ２２０を備えない構成である。すなわち、電源モジュール１３０Ｄは、電源モジュール１３０ＤがＥＴ方式に従わない場合に適用され得る構成である。なお、マルチレベルバックスイッチングアンプ２０２は、例えば電源ＩＣ１３１Ｄに形成される。
【００７７】
図１３は、送信ユニット１００Ｃにより実現することができる動作パターンＢにおける帯域幅と電力効率の関係を示すイメージ図である。動作パターンＢとは、以下の表４に示す方式の組み合わせである。
【表４】
2019103130.tif 000006
【００７８】
動作パターンＢは、比較的狭い帯域幅及び中間の帯域幅においてディスクリートレベルＥＴ方式とドハティ動作を組み合わせ、比較的広い帯域幅においてＡＰＴ方式とドハティ動作を組み合わせるパターンである。この場合、比較的狭い帯域幅及び中間の帯域幅が第１帯域幅に相当し、比較的広い帯域幅が第２帯域幅に相当する。動作パターンＢでは、上述の動作パターンＡに比べて帯域幅が比較的狭い領域における電力効率がやや劣るものの、電源モジュール１３０Ｄがブーストスイッチングアンプ２００等を要しないという利点がある。
【００７９】
図１４は、本発明の第４実施形態に係る送信ユニット１００Ｄの回路構成を示す図である。
【００８０】
図１４に示されるように、送信ユニット１００Ｄは、送信ユニット１００Ｂに比べて、電力増幅モジュール１４０Ａの代わりに電力増幅モジュール１４０Ｄを備える。電力増幅モジュール１４０Ｄは、電力増幅モジュール１４０Ａに比べて、ピークアンプ３２０、分配器３３０、及び合成器３４０を備えない構成である。すなわち、電力増幅モジュール１４０Ｄは、ドハティ動作を行わず、通常の増幅動作を行う場合に適用され得る構成である。具体的に、電力増幅モジュール１４０Ｄでは、ドライバアンプ３００がＲＦ信号ＲＦｉｎを増幅してＲＦ信号ＲＦｉｎ´を出力する。キャリアアンプ３１０は、当該ＲＦ信号ＲＦｉｎ´を増幅して増幅信号ＲＦｏｕｔを出力する。
【００８１】
図１５は、送信ユニット１００Ｄにより実現することができる動作パターンＣにおける帯域幅と電力効率の関係を示すイメージ図である。動作パターンＣとは、以下の表５に示す方式の組み合わせである。
【表５】
2019103130.tif 000007
【００８２】
動作パターンＣは、比較的狭い帯域幅においてＥＴ方式と通常の増幅動作を組み合わせ、中間の帯域幅においてディスクリートレベルＥＴ方式と通常の増幅動作を組み合わせ、比較的広い帯域幅においてＡＰＴ方式と通常の増幅動作を組み合わせるパターンである。この場合、比較的狭い帯域幅及び中間の帯域幅が第１帯域幅に相当し、比較的広い帯域幅が第２帯域幅に相当する。動作パターンＣでは、上述の動作パターンＡに比べて、比較的広い帯域幅における電力効率がやや劣るものの、電力増幅モジュール１４０Ｄがドハティアンプの構成を要しないという利点がある。
【００８３】
上述のとおり、送信ユニット１００Ｂ〜１００Ｄでは、ＲＦ信号ＲＦｉｎの帯域幅に応じて電源電圧の生成方式及び電力の増幅方式の組み合わせを適宜変更することにより、帯域幅に依らず高い電力効率で電力を増幅することができる。なお、上述の各実施形態における電源電圧の生成方式及び電力の増幅方式の組み合わせは一例であり、当該組み合わせはこれに限定されない。また、電源モジュール１３０Ａ〜１３０Ｄと電力増幅モジュール１４０Ａ〜１４０Ｄの組み合わせもまた、これに限定されない。
【００８４】
例えば、上述の電力増幅モジュール１４０Ａ〜１４０Ｃはドハティアンプの構成を含むが、送信モジュールがドハティ動作を行わない場合は、ドハティアンプの構成を含まない電力増幅モジュール１４０Ｄの構成が適用されてもよい。
【００８５】
また、上述の各実施形態においては、ベースバンド部１１０が制御信号Ｃｔｒｌ１，Ｃｔｒｌ２及びエンベロープ信号Ｅｎｖを出力する例が示されているが、ベースバンド部１１０の代わりにＲＦ部１２０が変調信号の振幅レベルを検出し、制御信号Ｃｔｒｌ１，Ｃｔｒｌ２及びエンベロープ信号Ｅｎｖを出力してもよい。
【００８６】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。送信ユニット１００，１００Ａ〜１００Ｄは、入力信号（ＲＦ信号ＲＦｉｎ´）の電力を増幅して増幅信号ＲＦｏｕｔを出力する電力増幅モジュールと、入力信号の帯域幅に応じた第１制御信号に基づいて、電力増幅モジュールに電源電圧を供給する電源モジュール１３０，１３０Ａ〜１３０Ｄと、を備え、電源モジュール１３０，１３０Ａ〜１３０Ｄは、第１制御信号に基づいて、入力信号の帯域幅が第１帯域幅である場合、入力信号の振幅レベルに応じて電源電圧を変動させ、入力信号の帯域幅が第１帯域幅より広い第２帯域幅である場合、電力増幅モジュールの平均出力電力に応じて電源電圧を変動させる。これにより、送信ユニット１００，１００Ａ〜１００Ｄでは、ＲＦ信号の帯域幅が比較的狭い場合はＥＴ方式に従い、当該帯域幅が比較的広い場合はＡＰＴ方式に従う。従って、例えば常にＥＴ方式に従う構成に比べて、帯域幅の広さに依らず電力効率を向上させることができる。
【００８７】
また、電力増幅モジュール１４０Ａ〜１４０Ｃは、入力信号を、ＲＦ信号ＲＦ１とＲＦ信号ＲＦ２に分配する分配器３３０と、ＲＦ信号ＲＦ１を増幅してＲＦ信号ＲＦ３を出力するキャリアアンプ３１０と、ＲＦ信号ＲＦ２を増幅してＲＦ信号ＲＦ４を出力するピークアンプ３２０と、ＲＦ信号ＲＦ３とＲＦ信号ＲＦ４を合成し、増幅信号ＲＦｏｕｔを出力する合成器３４０と、キャリアアンプ３１０及びピークアンプ３２０の各々にバイアス電流又はバイアス電圧を供給するバイアス回路３５０と、を備え、バイアス回路３５０は、第２制御信号に基づいて、入力信号の帯域幅が第２帯域幅である場合、キャリアアンプ３１０がＡ級動作又はＡＢ級動作となり、ピークアンプ３２０がＣ級動作となるようにバイアス電流又はバイアス電圧を調整する。これにより、送信ユニット１００Ａ〜１００Ｃでは、帯域幅が広い場合は電力増幅モジュール１４０Ａ〜１４０Ｃがドハティ動作を行う。従って、帯域幅に依らずに通常の増幅動作を行う構成に比べて、さらに電力効率を向上させることができる。
【００８８】
また、電力増幅モジュール１４０Ａ〜１４０Ｃにおいて、バイアス回路３５０は、第２制御信号に基づいて、入力信号の帯域幅が第１帯域幅である場合、キャリアアンプ３１０とピークアンプ３２０が等しい動作点において動作するようにバイアス電流又はバイアス電圧を調整してもよい。これにより、一つの電力増幅モジュール１４０Ａ〜１４０Ｃによって、通常の増幅動作及びドハティ動作の双方を行うことができる。従って、電力の増幅方式ごとに異なる電力増幅モジュールを備える構成に比べて、回路面積の増大を抑制することができる。また、通常の増幅動作時に、キャリアアンプ３１０とピークアンプ３２０がいずれも動作状態となる。従って、通常の増幅動作時に、ドハティ動作時と同じレベルの飽和出力電力を得ることができる。
【００８９】
また、電力増幅モジュール１４０Ａ〜１４０Ｃにおいて、バイアス回路３５０は、第２制御信号に基づいて、入力信号の帯域幅が第１帯域幅である場合、ピークアンプ３２０がオフ状態となるようにバイアス電流又はバイアス電圧を調整してもよい。
【００９０】
また、合成器３４０Ａは、ＲＦ信号ＲＦ３とＲＦ信号ＲＦ４を合成する合成部４１０と、キャリアアンプ３１０の出力と合成部４１０との間に直列に接続された４分の１波長線路４００と、を含む。これにより、分配器３３０においてＲＦ信号ＲＦ１の位相がＲＦ信号ＲＦ２の位相より略９０度進められた場合、合成部４１０においてＲＦ信号ＲＦ３とＲＦ信号ＲＦ４の位相差が略０度となって合成される。
【００９１】
また、合成器３４０Ｂは、ＲＦ信号ＲＦ３とＲＦ信号ＲＦ４を合成する合成部４１０と、キャリアアンプ３１０の出力と合成部４１０との間に直列に接続されたインダクタＬ２と、ピークアンプ３２０と合成部４１０との間に直列に接続されたキャパシタＣ１と、を含み、インダクタＬ２はＲＦ信号ＲＦ３の位相を略４５度遅らせ、キャパシタＣ１はＲＦ信号ＲＦ４の位相を略４５度進ませる。これにより、分配器３３０においてＲＦ信号ＲＦ１の位相が略４５度進められ、ＲＦ信号ＲＦ２の位相が略４５度遅らせられた場合、合成部４１０においてＲＦ信号ＲＦ３とＲＦ信号ＲＦ４の位相差が略０度となって合成される。
【００９２】
また、電源モジュール１３０Ｂは、電源電圧Ｖｂａｔｔを昇圧又は降圧するバックスイッチングアンプ２０１と、入力信号の振幅レベルに応じた電圧Ｖｒｅｇを出力するリニアアンプ２２０と、一端がバックスイッチングアンプ２０１の出力に接続され、他端がリニアアンプ２２０の出力に接続されたキャパシタＣ２と、入力信号の帯域幅が第２帯域幅である場合、キャパシタＣ２の他端を接地に接続するスイッチ回路ＳＷ１と、を備える。これにより、一つのキャパシタＣ２によって、カップリング及びデカップリングの双方の機能を実現することができる。
【００９３】
また、電源モジュール１３０Ｃは、第１制御信号に基づいて、入力信号の帯域幅が第１帯域幅である場合、入力信号の振幅レベルの変動に伴って連続的に電源電圧を変動させ、入力信号の帯域幅が第１帯域幅より広く第２帯域幅より狭い第３帯域幅である場合、入力信号の振幅レベルの変動に伴って離散的に電源電圧を変動させてもよい。これにより、送信ユニット１００Ａに比べてさらに第３帯域幅における電力効率を向上させることができる。
【００９４】
また、送信ユニット１００Ｂにおいて、バイアス回路３５０は、第２制御信号に基づいて、入力信号の帯域幅が第２帯域幅である場合及び入力信号の帯域幅が第３帯域幅である場合、キャリアアンプがＡ級動作又はＡＢ級動作となり、ピークアンプがＣ級動作となるようにバイアス電流又はバイアス電圧を調整してもよい。これにより、通常の増幅動作を行う場合に比べて、第２帯域幅及び第３帯域幅における電力効率を向上させることができる。
【００９５】
また、電源モジュール１３０Ｄは、第１制御信号に基づいて、入力信号の帯域幅が第１帯域幅である場合、入力信号の振幅レベルの変動に伴って離散的に電源電圧を変動させてもよい。これにより、第１帯域幅においてディスクリートレベルＥＴ方式に従って電源電圧を生成することができる。
【００９６】
また、送信ユニット１００Ｃにおいて、バイアス回路３５０は、第２制御信号に基づいて、入力信号の帯域幅が第１帯域幅である場合及び入力信号の帯域幅が第２帯域幅である場合、キャリアアンプがＡ級動作又はＡＢ級動作となり、ピークアンプがＣ級動作となるようにバイアス電流又はバイアス電圧を調整してもよい。これにより、通常の増幅動作を行う場合に比べて、第１帯域幅及び第２帯域幅における電力効率を向上させることができる。
【００９７】
以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００９８】
１００，１００Ａ〜１００Ｄ…送信ユニット、１１０…ベースバンド部、１２０…ＲＦ部、１３０，１３０Ａ〜１３０Ｄ…電源モジュール、１３１Ａ〜１３１Ｄ…電源ＩＣ、１４０，１４０Ａ〜１４０Ｄ…電力増幅モジュール、１５０…フロントエンド部、１６０…アンテナ、２００…ブーストスイッチングアンプ、２０１…バックスイッチングアンプ、２０２…マルチレベルバックスイッチングアンプ、２０３ａ〜２０３ｄ…バックスイッチングアンプ、２０４ａ〜２０４ｃ…スイッチ、２０５…ドライバＩＣ、２１０…差動アンプ、２２０…リニアアンプ、３００…ドライバアンプ、３１０…キャリアアンプ、３２０…ピークアンプ、３３０…分配器、３４０，３４０Ａ，３４０Ｂ…合成器、３５０…バイアス回路、４００…４分の１波長線路、４１０…合成部、Ｌ１，Ｌ２…インダクタ、Ｃ１，Ｃ２…キャパシタ、ＳＷ１…スイッチ回路
【図１】
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【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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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