(57)【要約】  本発明は、マルチバンド・ドハティ増幅器に関する。本発明の実施形態は、第１の信号を増幅するように構成された主増幅器と、第２の信号を増幅するように構成されたピーク増幅器と、主増幅器の負荷インピーダンスを変調するためにインピーダンス反転を実行するように構成された調整可能なインピーダンス・インバータと、ピーク増幅器からの増幅された第２の信号および調整可能なインピーダンス・インバータの出力を受信するように構成された結合ノードとを含む増幅構造体を提供する。調整可能なインピーダンス・インバータは、少なくとも１つの広域周波数帯にわたってインピーダンス反転を調整するように構成された同調器を含む。同調器は、（ｉ）少なくとも１つのコンデンサ、（ｉ）少なくとも１つのバラクタ、または（ｉｉ）ダイオードによって分路された少なくとも１つのオープン・スタブである。
2013527711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の信号を増幅するように構成された主増幅器（１１０）と、
第２の信号を増幅するように構成されたピーク増幅器（１１５）と、
前記主増幅器の負荷インピーダンスを変調するためにインピーダンス反転を実行するように構成された調整可能なインピーダンス・インバータ（１２０、２２０）であって、少なくとも１つの広域周波数帯にわたって前記インピーダンス反転を調整するように構成された同調器（１２１、２２２）を含む調整可能なインピーダンス・インバータと、
前記ピーク増幅器からの前記増幅された第２の信号および前記調整可能なインピーダンス・インバータの出力を受信するように構成された結合ノード（１１６）と
を含む増幅構造体。
【請求項２】
前記少なくとも１つの周波数帯を持つ入力信号を受信し、前記第１の信号および前記第２の信号へと前記入力信号を分割するように構成された電力分割器（１０５）
をさらに含む請求項１に記載の増幅構造体。
【請求項３】
前記調整可能なインピーダンス・インバータは、
入射信号および反射信号へと前記増幅された第１の信号を分割するように構成された前記同調器に接続されたサーキュレータ（１２２）をさらに含み、前記同調器は、前記調整可能なインピーダンス・インバータの入力で破壊的結合のために前記反射信号の位相を調整する
請求項１に記載の増幅構造体。
【請求項４】
前記同調器の値を調整することによって前記調整可能なインピーダンス・インバータを制御するように構成されたコントローラ（１２３、２２３、３２３）
をさらに含む請求項１に記載の増幅構造体。
【請求項５】
前記同調器は、（ｉ）少なくとも１つのコンデンサ、（ｉ）少なくとも１つのバラクタ、または（ｉｉ）ダイオードによって分路された少なくとも１つのオープン・スタブである請求項１に記載の増幅構造体。
【請求項６】
前記調整可能なインピーダンス・インバータは、前記同調器に接続された第１のハイブリッド結合器（２２１）を含む請求項１に記載の増幅構造体。
【請求項７】
第１の信号を増幅するように構成された主増幅器（１１０）と、
第２の信号を増幅するように構成されたピーク増幅器（１１５）と、
前記主増幅器の負荷インピーダンスを変調するためにインピーダンス反転を実行するように構成された調整可能なインピーダンス・インバータ（１２０、２２０）であって、前記調整可能なインピーダンス・インバータは、入射信号および反射信号へと前記増幅された第１の信号を分割するように構成されたサーキュレータ（１２１）、ならびに前記インピーダンス・インバータの入力で前記反射信号の位相を調整するように構成された同調器（１２２）を含む調整可能なインピーダンス・インバータと、
前記ピーク増幅器からの前記増幅された第２の信号および前記調整可能なインピーダンス・インバータの出力を受信するように構成された結合ノード（１１６）と
を含む増幅構造体。
【請求項８】
前記同調器は、コンデンサ、バラクタ、またはダイオードによって分路されたオープン・スタブである請求項７に記載の増幅構造体。
【請求項９】
前記サーキュレータは、
前記主増幅器の出力端子に接続された第１のポートと、
前記結合ノードに接続された第２のポートと、
前記同調器に接続された第３のポートと
を含む請求項７に記載の増幅構造体。
【請求項１０】
前記同調器の値を調整することによって前記調整可能なインピーダンス・インバータを制御するように構成されたコントローラ（１２３）
をさらに含む請求項７に記載の増幅構造体。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
今日、消費者間で必要とされている大容量のデータ転送に適合させるために、無線通信規格は継続的に変更されている。その結果、無線通信システムの運用者は、無線システムのアップグレードまたは既に展開したサイトの完全な交換のために生じる追加費用に苦しんでいる。また、無線通信規格を継続的に変更すると、基地局ベンダーの製品戦略およびポートフォリオを妨げることになる。マルチスタンダードまたはマルチバンドの無線基地局は、ネットワーク・インフラストラクチャ構成要素のベンダーの生産コストだけでなく、運用者の展開コストも下げることができる解決策である。特に、送受信装置の電力増幅器は、無線基地局において最も重要な構成要素の１つである。今日の電力増幅器は、基地局の運転費（ＯＰＥＸ）を低く維持するために非常に効率的である必要があるだけでなく、マルチバンド・システムで動作するのに十分に広帯域である必要がある。
【０００２】
その単純さのために、ドハティ電力増幅器（ＰＡ）は、高いピーク対平均比の変調された信号を効率的に伝送するために今日使用されている最も効率的なアーキテクチャである。しかし、ドハティＰＡは本質的に狭帯域であり、マルチバンド送受信装置で使用されたときに、そのパフォーマンスは著しく低下する。実際に、ドハティＰＡの無線周波数帯域幅（ＢＷ）は、個々のステージのＢＷ（主ステージおよびピーク・ステージ）および出力の梯形コンバイナ（ｏｕｔｐｕｔ  ｑｕａｒｔｅｒ−ｌｉｎｅ  ｃｏｍｂｉｎｅｒ）によって限定されているだけでなく、ドハティＰＡのＢＷは、マッチング・ネットワークを構成する伝送線ならびに／または主およびピークのステージの出力で使用されるオフセット線の固有の位相直線性によって限定される。
【０００３】
たとえば、従来のドハティ増幅器は、主増幅器およびピーク増幅器という２つの増幅器ステージを使用し、それらの出力は、４分の１波長インピーダンス・インバータ（ｑｕａｒｔｅｒ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ）によって相互に連結されている。ドハティ増幅器はピーク増幅器および４分の１波長変成器の助けを借りて電力をバックオフしてその最高効率を維持する。電力のバックオフにおいて、ピーク増幅器は、インピーダンス変成器を通じてその負荷インピーダンスを２倍にすることによって主増幅器の飽和を可能にするために、意図的にＯＦＦにされる。ドハティ増幅器のＢＷは、個々のステージのＢＷおよび出力の４分の１波長変成器のＢＷに関連している。また、平均的な動作電力で、ドハティのＢＷは、広帯域の主およびピークのステージを使用するときでも期待されるよりも狭い。これは、マッチング・ネットワークの伝送線位相および／またはオフセット線位相は、周波数にわたって本質的に線形であり、ドハティ増幅器のＢＷが本質的に限定されるという事実のためである。
【０００４】
これにより、周波数のバンドエッジにおける効率および出力が大きく下がる。同じことは、１つの周波数のみで有効であり高いピークＯＦＦインピーダンス（Ｐｅａｋｉｎｇ  ＯＦＦ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）にも適用される（中間周波帯のみで優れた隔離）。したがって、この欠点のために、ドハティ高効率動作ＢＷが最大５〜７％に限定される。ＢＷに対する出力４分の１波長インバータ（ｏｕｔｐｕｔ  ｑｕａｒｔｅｒ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ）の影響は、１０％より高いＢＷにとって重要になり始める。マルチスタンダード送受信装置で使用できるために、ドハティの電力増幅器は、関係のある周波数帯全体で調整可能であることを要求される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、マルチバンド・ドハティ増幅器に関する。本発明の実施形態は、第１の信号を増幅するように構成された主増幅器と、第２の信号を増幅するように構成されたピーク増幅器と、主増幅器の負荷インピーダンスを変調するためにインピーダンス反転を実行するように構成された調整可能なインピーダンス・インバータと、ピーク増幅器からの増幅された第２の信号および調整可能なインピーダンス・インバータの出力を受信するように構成された結合ノードとを含む増幅構造体を提供する。調整可能なインピーダンス・インバータは、少なくとも１つの広域周波数帯にわたってインピーダンス反転を調整するように構成された同調器を含む。同調器は、（ｉ）少なくとも１つのコンデンサ、（ｉ）少なくとも１つのバラクタ、または（ｉｉ）ダイオードによって分路（ｓｈｕｎｔ）された少なくとも１つのオープン・スタブである。
【０００６】
増幅構造体は、少なくとも１つの周波数帯を持つ入力信号を受信し、第１の信号および第２の信号へと入力信号を分割するように構成された電力分割器をさらに含む。
【０００７】
調整可能なインピーダンス・インバータは、入射信号および反射信号へと増幅された第１の信号を分割するように構成された同調器に接続されたサーキュレータをさらに含むことができ、同調器は、調整可能なインピーダンス・インバータの入力で破壊的結合（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）のために反射信号の位相を調整する。あるいは、調整可能なインピーダンス・インバータは、同調器に接続された第１のハイブリッド結合器を含む。増幅構造体は、同調器の値を調整することによって調整可能なインピーダンス・インバータを制御するように構成されたコントローラをさらに含むことができる。
【０００８】
本発明の他の実施形態によると、増幅構造体は、第１の信号を増幅するように構成された主増幅器と、第２の信号を増幅するように構成されたピーク増幅器と、主増幅器の負荷インピーダンスを変調するためにインピーダンス反転を実行するように構成された調整可能なインピーダンス・インバータであって、入射信号および反射信号へと増幅された第１の信号を分割するように構成されたサーキュレータを含む調整可能なインピーダンス・インバータと、インピーダンス・インバータの入力で反射信号の位相を調整するように構成された同調器とを含む。構造は、また、ピーク増幅器からの増幅された第２の信号および調整可能なインピーダンス・インバータの出力を受信するように構成された結合ノードも含む。同調器は、コンデンサ、バラクタ、またはダイオードによって分路されたオープン・スタブである。
【０００９】
サーキュレータは、主増幅器の出力端子に接続された第１のポート、結合ノードに接続された第２のポート、および同調器に接続された第３のポートを含む。増幅構造体は、同調器の値を調整することによって調整可能なインピーダンス・インバータを制御するように構成されたコントローラをさらに含むことができる。
【００１０】
本発明の他の実施形態では、増幅構造体は、第１の信号を増幅するように構成された主増幅器と、第２の信号を増幅するように構成されたピーク増幅器、主増幅器の負荷インピーダンスを変調するためにインピーダンス反転を実行するように構成された調整可能なインピーダンス・インバータであって、調整可能なインピーダンス・インバータは、第１のハイブリッド結合器および同調器を含み、同調器は、少なくとも１つの広域周波数帯にわたってインピーダンス反転を調整するように構成された調整可能なインピーダンス・インバータと、ピーク増幅器からの増幅された第２の信号および第１のハイブリッド結合器の出力を受信するように構成された結合ノードとを含む。同調器は２つの同調素子を含み、２つの同調素子のそれぞれは、第１のハイブリッド結合器のそれぞれの出力ポートに接続される。２つの同調素子は、（ｉ）コンデンサ、（ｉｉ）バラクタ、または（ｉｉｉ）ダイオードによって分路されたオープン・スタブである。
【００１１】
増幅構造体は、同調器の値を調整することによって調整可能なインピーダンス・インバータを制御するように構成されたコントローラをさらに含む。また、増幅構造体は、第１のオフセット線および第２のオフセット線をさらに含む。第１のオフセット線および第２のオフセット線は、選択された場合、第１のハイブリッド結合器と主増幅器との間の接続を提供する。第１のオフセット線は、第１の周波数帯に対して調整された長さを持ち、第２のオフセット線は、第２の周波数帯に対して調整された長さを持つ。
【００１２】
第１のオフセット線および第２のオフセット線の１つは、主増幅器のＤＣブロック・コンデンサを手動で動かすことに基づいて選択される。あるいは、第１のセレクタは、第１のオフセット線と第２のオフセット線との間で選択するように構成される。
【００１３】
増幅構造体は、第３のオフセット線および第４のオフセット線をさらに含む。第３のオフセット線および第４のオフセット線は、選択された場合、第１のハイブリッド結合器とピーク増幅器との間の接続を提供する。第３のオフセット線は、第１の周波数帯に対して調整された長さを持ち、第４のオフセット線は、第２の周波数帯に対して調整された長さを持つ。
【００１４】
第３のオフセット線および第４のオフセット線の１つは、ピーク増幅器のＤＣブロック・コンデンサを手動で動かすことに基づいて選択される。あるいは、第２のセレクタは第３のオフセット線と第４のオフセット線との間で選択するように構成される。
【００１５】
増幅構造体は、主増幅器と第１のハイブリッド結合器との間で接続された第２のハイブリッド結合器、および結合ノードとピーク増幅器との間で接続された第３のハイブリッド結合器をさらに含むことができる。第１および第２のハイブリッド結合器の出力ポートは、同調素子に接続されている。第２および第３のハイブリッド結合器の同調素子は、（ｉ）コンデンサ、（ｉｉ）バラクタ、または（ｉｉｉ）ダイオードによって分路されたオープン・スタブである。
【００１６】
本発明の他の実施形態では、ドハティ増幅器は、増幅のために信号の中心周波数にインピーダンス反転を調整するように構成された調整可能なインピーダンス・インバータ、および調整可能なインピーダンス・インバータを制御するように構成されたコントローラを含む。
【００１７】
例示的な実施形態は、本明細書に記載の詳細な説明、および例示目的で示し、本発明を限定するものではない、同様の要素を同じ参照番号で表した添付の図面からより完全に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態によるドハティ増幅器構造を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態によるドハティ増幅器構造を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による図２のドハティ増幅器構造の変形を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態による図２および図３のドハティ増幅器構造の変形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ここで、本発明の様々な実施形態について、添付図面に関してより完全に記述する。図面に記載の同様の要素は、同様の参照番号が付けられている。
【００２０】
本明細書に使用する場合、内容によって明確に示されていない限り、単数形の「１つの（ａ）」「１つの（ａｎ）」、および「前記（ｔｈｅ）」は、複数形も含むことを意図するものである。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、および／または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、記述された機能、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するものであるが、その１つまたは複数の他の機能、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはグループの存在または追加を排除しないことをさらに理解されるだろう。
【００２１】
ここで、添付の図面に関して本発明について記述する。様々な構造、システム、およびデバイスは、説明のみを目的として、当業者に既知の詳細によって本発明を不明瞭にしないように、図に概略的に描写している。しかし、本発明の説明のための例を記述および説明するために添付の図面が含まれている。本明細書に使用される言葉および語句は、当業者によるそれらの言葉および語句についての理解に一致する意味を持つものと理解および解釈するべきである。用語または語句が特別な意味、つまり当業者が理解する以外の意味を持つことが意図される範囲については、そのような特別な定義は明細書に特に記述して、用語または語句の特別な定義を直接的かつ明白に提供する。
【００２２】
本発明の実施形態は、調整可能なインピーダンス・インバータを提供することによって広帯域用途で使用される場合、従来のドハティ増幅器の欠陥を克服するものである。本発明の調整可能なインピーダンス・インバータは、主増幅器の負荷インピーダンスを変調するためにインピーダンス反転を実行するように構成されている。調整可能なインピーダンス・インバータは、少なくとも１つの広域周波数帯にわたってインピーダンス反転を動的に調整するように構成された同調器を含む。たとえば、調整可能なインピーダンス・インバータは、増幅のために信号の中心周波数にインピーダンス反転を調整する。インピーダンス・インバータの調整可能な態様は、入力信号の周波数に基づいて動的調整を可能にするためにコントローラによって制御することができ、これは広帯域信号および／またはマルチバンド信号に及ぶことがある。
【００２３】
本発明のドハティ増幅器は、多数の末端用途にワイヤレス接続を提供する無線通信システムにおける基地局で具現化することができる。ドハティ増幅器は、末端用途に伝送される信号を増幅することができる。さらに、本発明のドハティ増幅器は、Ｗ−ＣＤＭＡ、ＵＭＴＳ、ＬＴＥ、もしくはＷｉＭＡＸの基地局、無線基地局（ｂａｓｅ  ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ  ｓｔａｔｉｏｎ）、基地局ルータ、ＷｉＦｉアクセス・ポイント、またはネットワークと１または複数のエンド・ユーザとの間のデータおよび／または音声の接続に対して無線ベースバンド機能を提供する他のデバイスなど、他のタイプのデバイスで実現することができる。エンド・ユーザは、エンド・ユーザ（ＥＵ）装置、固定またはモバイルの加入者ユニット、受信機、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、パーソナル・コンピュータ、またはワイヤレス環境で動作できる他のタイプのユーザ・デバイスを含むことができるが、これらに限定されるものではない。
【００２４】
本発明のドハティ増幅器は、同調素子を含むインピーダンス・インバータとして動作する、調整可能なサーキュレータ・ベースのインピーダンス・インバータまたは調整可能なハイブリッド結合器を含む。これらの実施形態は、本出願の図１〜図４に関して記述する。
【００２５】
図１は、本出願の実施形態によるドハティ増幅器構造を示す図である。ドハティ増幅器構造は、第１の信号および第２の信号へと入力信号を分割するように構成された電力分割器１０５、第１の信号を増幅するための主増幅器１１０、第２の信号を選択的に増幅するためのピーク増幅器１１５、第２の信号の位相をシフトするための位相補償器１２５、インピーダンス反転を実行するように構成された調整可能なインピーダンス・インバータ１２０、主増幅器１１０およびピーク増幅器１１５の出力を組み合わせるための４分の１波長変成器１３０、および負荷インピーダンス１３５を含む。
【００２６】
電力分割器１０５は、たとえば３ｄＢの電力分割器でもよく、少なくとも３つのポートを含む。３ｄＢの電力分割器は、一般的に、入力信号を等しい振幅を持つ第１および第２の信号に分割する。さらに、３ｄＢの電力分割器とは別に他のタイプの電力分割器を図１のドハティ増幅器内で使用することができる。電力分割器１０５の第１のポートは入力信号を受信する。入力信号は、広域周波数帯（たとえば８６０〜９６０ＭＨｚ）にわたって周波数を持つ無線周波数（ＲＦ）信号でもよい。電力分割器１０５の第２のポートは、主増幅器１１０の入力に接続され、電力分割器１０５の第３のポートは、位相補償器１２５を介してピーク増幅器１１５の入力に接続される。位相補償器１２５は、調整可能なインピーダンス・インバータ１２０で導入される位相変更を補償するために、電力分割器１０５の第３のポートとピーク増幅器１１５の入力との間で接続される。位相補償器１２５は、サーキュレータでもよい。
【００２７】
入力信号が第１および第２の信号へと分割され、第２の信号が位相補償器１２５を通過した後、以下に記述するように、第１および第２の信号は、主増幅器１１０、または主増幅器１１０およびピーク増幅器１１５の組み合わせによってそれぞれ増幅される。
【００２８】
たとえば、ピーク増幅器１１５は、主増幅器１１０と組み合わせて選択されたときに動作するように選択的に操作可能である。すなわち、電力要求により、主増幅器１１０からより高い電力出力が要求されるまで、ピーク増幅器１１５をオフに維持することができる。要求されたときには、ピーク増幅器１１５はオンにされ、主増幅器１１０の電力出力を増加させるよう動作する。言いかえると、第２の信号の信号強度がしきい値より上にある場合、ピーク増幅器１１５は第２の信号を増幅する。「選択的に操作可能」という用語は、入力信号に応じて増幅器の動作状態が変化することを示す。そうではなく、第２の信号の信号強度がしきい値未満である場合、ピーク増幅器１１５はオフになり（たとえば開放）、主増幅器１１０だけが第１の信号を増幅するために動作する。第２の信号の信号強度がしきい値を上回ると、ピーク増幅器１１５がオンになり、主増幅器１１０の負荷インピーダンスは、設計したレベルまで徐々に減少する。
【００２９】
主増幅器１１０およびピーク増幅器１１５の出力は、調整可能なインピーダンス・インバータ１２０を介して結合ノード１１６で接続される。ピーク増幅器１１５および主増幅器１１０が動作している場合、結合ノード１１６は、ピーク増幅器１１５からの増幅された第２の信号および調整可能なインピーダンス・インバータ１２０の出力を受信する。（上記のように）主増幅器１１０が動作していれば、結合ノード１１６は、調整可能なインピーダンス・インバータ１２０の出力から信号を受信する。
【００３０】
調整可能なインピーダンス・インバータ１２０は、主増幅器１１０から増幅された第１の信号を受信し、主増幅器１１０の負荷インピーダンスを変調するためにインピーダンス反転を実行する。４分の１波長変成器（たとえば従来のドハティ増幅器）のインピーダンス反転は、４分の１波長変成器の入力側の反射信号の破壊的結合および４分の１波長変成器の出力側の伝送された信号の建設的結合（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）によって達成される。しかし、従来のドハティ増幅器が設計された中心周波数から逸脱する信号については、破壊的および建設的な結合は不完全になり、変圧器のインピーダンス反転特性は低下する（したがって動作の帯域幅が限定される）。さらに、変圧器のインピーダンスまたは長さのいずれかを変更することは、動的に達成することができない。
【００３１】
その一方、本発明の実施形態は、広周波数範囲にわたってインピーダンス反転を調整するために調整可能なインピーダンス・インバータを提供する。一実施形態では、図１に示すように、調整可能なインピーダンス・インバータ１２０は、サーキュレータ１２２、および同調器１２１としてコンデンサを使用する同調器を含む。同調器１２１は、たとえば、固定コンデンサ、およびデジタル・コンデンサなどの可変コンデンサを含む任意のタイプのコンデンサを含むことができるが、これらに限定されない。さらに、固定コンデンサまたは可変コンデンサの代わりに、バラクタ（ダイオード）を使用することができる。コンデンサの値により、対象とする動作帯域幅において調整可能なインピーダンス・インバータ１２０が調整される。同調器１２１の値は、動作するすべての周波数帯において手動で選択することができる。さらに、コンデンサ・バイアスを変動させることによって調整可能なインピーダンス・インバータ１２０を動的に調整するために、可変コンデンサ（たとえば、デジタル・コンデンサ）を同調素子１２１として使用することができる。
【００３２】
サーキュレータ１２２は、第１の信号の入射波および反射波に個別の経路を提供し、これにより、反射波の位相調整を入射波のものから独立させることが可能になる。入射波は、主増幅器１１０（ソース）の出力から負荷インピーダンスに向けて伝搬されている。他方、反射波は、負荷インピーダンスから主増幅器１１０の出力に向けて伝搬されている。４分の１波長変成器において、入射波および反射波は、２つのインターフェイス間で行き来して、入射波および反射波の両方は、同じ伝搬路を共有するため、同じ位相シフトを経験する。
【００３３】
サーキュレータ１２２は、少なくとも３つのポートを含む。サーキュレータ１２２の第１のポートは、主増幅器１１０の出力に接続され、第２のポートは結合ノード１１６に接続され、第３のポートは同調素子１２１に接続される。調整可能なインピーダンス・インバータ１２０の入力側で反射を適切に調整すると、図１のドハティ増幅器が正しく動作する。これは、サーキュレータ１２２の第３のポートを終端するコンデンサ・ベースの同調器１２１によって達成される。同調器１２１内のコンデンサの値により、インピーダンス反転が実行される周波数を設定する反射波の位相が設定される。同調器１２１内で固定コンデンサを使用する場合には、動作するすべての周波数帯に対する固定コンデンサの値によってインピーダンス・インバータの静的な調整が可能になる。同調器１２１のようなデジタル・コンデンサなど可変コンデンサを使用する場合には、デジタル・コンデンサによってインピーダンス反転の動的な調整が可能になる。サーキュレータ１２２の第３のポートは、固定値コンデンサまたは可変コンデンサから構成される同調器１２１で終端されるため、調整可能なインピーダンス・インバータ１２０の入力側で反射波の破壊的な結合を達成し、関係のある周波数帯で適切なインピーダンス反転を取得するために、図１のドハティ増幅器により、反射波の静的または動的な位相調整がそれぞれ可能になる。このインピーダンス反転動作は、サーキュレータ１２２の周波数帯域幅全体にわたって実行することができる。
【００３４】
同調器１２１として固定コンデンサの値を使用する場合には、ターゲット動作周波数帯に対応する最適なコンデンサ値は、電力増幅器のボードで手動で追加される。同調器１２１として可変コンデンサを使用する場合には、最適なコンデンサ値は、コントローラ１２３によって動的に調整することができる。たとえば、反射波の動的な位相調整を可能にするために、コントローラ１２３は、コンデンサ値を調整することによって同調器１２１において可変コンデンサを制御するように構成されている。コントローラ１２３は、プロセッサおよびメモリを含み、メモリは、異なる容量値に対応する周波数を格納する。コントローラ１２３は、可変コンデンサに制御信号を伝送し、関係のある周波数帯の中心周波数に適した最適なコンデンサ値を設定する。
【００３５】
調整可能なインピーダンス・インバータ１２０の出力からの信号およびピーク増幅器１１５からの増幅された第２の信号は、４分の１波長変成器１３０を介して組み合わせられ、組み合わせた信号は負荷インピーダンス１３５に供給される。
【００３６】
図２は、本発明の他の実施形態によるドハティ増幅器構造を示している。図１のドハティ増幅器構造と同様に、図２のドハティ増幅器構造は、第１の信号を増幅するための主増幅器１１０、第２の信号を増幅するためのピーク増幅器１１５、５０Ωの負荷インピーダンス１３５に結合ノード・インピーダンス（たとえば２５Ω）を変換するための４分の１波長変成器１３０を含む。これらの構成要素は、上記と同様の方法で動作する。
【００３７】
しかし、図２のドハティ増幅器構造は、第１の信号および第２の信号へと入力信号を分割するために、電力分割器としてハイブリッド結合器２０５を使用する。他のタイプのハイブリッド結合器の中で、ハイブリッド結合器２０５は、たとえば、広帯域３ｄＢのハイブリッド結合器でもよい。ハイブリッド結合器２０５は、４つのポートを含む。ハイブリッド結合器２０５の入力ポートは、入力信号を受信し、分離ポートは、負荷２０２（たとえば５０Ω）に結合され、第１の出力ポートは、主増幅器１１０の入力に接続され、第２の出力ポートはピーク増幅器１１５の入力に接続される。
【００３８】
図１のドハティ増幅器構造と同様に、主増幅器１１０は第１の信号を増幅し、ピーク増幅器は第２の信号を増幅する。この実施形態では、主増幅器１１０の負荷を変調するために、ハイブリッド結合器２２１は調整可能なインピーダンス・インバータ２２０として動作する。これについては、本明細書において後に記述する。
【００３９】
主増幅器１１０の出力は、第１のオフセット線回路２１５−１を介して調整可能なインピーダンス・インバータ２２０の入力ポートに接続され、ピーク増幅器１１５の出力は、第２のオフセット線回路２１５−２を介して調整可能なインピーダンス・インバータ２２０の分離ポートに接続される。第１のオフセット線回路２１５−１および第２のオフセット線回路２１５−２は、図２のドハティ増幅器回路が、より広い帯域幅および／またはデュアル周波数帯を処理することを可能にする。マルチバンド・ドハティの利用については、複数のオフセット線が必要である。
【００４０】
実施形態によると、第２のオフセット線２１７−２と平行な第１のオフセット線２１７−１は、主増幅器１１０と調整可能なインピーダンス・インバータ２２０との間の接続を提供する。たとえば、主増幅器１１０の出力と調整可能なインピーダンス・インバータ２２０との間で接続を提供するために、第１のオフセット線２１７−１および第２のオフセット線２１７−２の１つが選択される。第１のオフセット線２１７−１は、第１の周波数帯に対して調整された長さを持ち、第２のオフセット線２１７−２は、第２の周波数帯に対して調整されている。第１の周波数帯は、第２の周波数帯とは異なる場合がある。同様に、第４のオフセット線２１７−４と平行な第３のオフセット線２１７−３は、ピーク増幅器１１５と調整可能なインピーダンス・インバータ２２０との間の接続を提供する。たとえば、ピーク増幅器１１５の出力と調整可能なインピーダンス・インバータ２２０と間で接続を提供するために、第３のオフセット線２１７−３および第４のオフセット線２１７−４の１つが選択される。第３のオフセット線２１７−３は、第１の周波数帯に対して調整された長さを持ち、第４のオフセット線２１７−４は、第２の周波数帯に対して調整されている。または、その逆の場合もある。
【００４１】
他の実施形態では、第１のオフセット線２１７−１は、周波数広帯域の一部（たとえばより高い部分）に対して調整され、第２のオフセット線２１７−２は、周波数広帯域の他の部分（たとえばより低い部分）に対して調整される。第３のオフセット線２１７−３は、周波数帯域幅の一部に対して調整され、これは第１のオフセット線２１７−１または第２のオフセット線２１７−２のいずれかに対して同じ調整された帯域幅であり、第４のオフセット線２１７−４は、周波数帯域幅の他の部分に対して調整され、これは第３のオフセット線２１７−３とは異なる他方のオフセット線に対して同じ調整された帯域幅である。
【００４２】
第１のオフセット線２１７−１と第２のオフセット線２１７−２との間、および第３のオフセット線２１７−３と第４のオフセット線２１７−４との間のスイッチングは、出力ＤＣブロック・コンデンサを動かすことによって手動で、またはセレクタ回路によって自動的に実行される。図２は、下記するオフセット線２１７間の自動スイッチングの実施形態を示している。図３は、オフセット線２１７間の手動スイッチングの実施形態を示している。これについては、本明細書において後に記述する。
【００４３】
図２に示すように、第１のオフセット線回路２１５−１は、第１のオフセット線２１７−１と第２のオフセット線２１７−２との間で自動的に選択するために第１のセレクタ２１６−１を含む。たとえば、第１のセレクタ２１６−１は、入力信号の周波数に基づいて、主増幅器１１０と調整可能なインピーダンス・インバータ２２０との間で接続を提供するために、第１のオフセット線２１７−１または第２のオフセット線２１７−２のいずれかを自動的に選択する。
【００４４】
同様に、第２のオフセット線回路２１５−２は、第３のオフセット線２１７−３と第４のオフセット線２１７−４との間でスイッチングするために第２のセレクタ２１６−２を含む。第２のセレクタ２１６−２は、入力信号の周波数に基づいて、ピーク増幅器１１５と調整可能なインピーダンス・インバータ２２０との間で接続を提供するために、第３のオフセット線２１７−３または第４のオフセット線２１７−４のいずれかを自動的に選択する。
【００４５】
第１のおよび第２のセレクタ２１６は、第１のオフセット線２１７−１と第２のオフセット線２１７−２との間のスイッチング、または第３のオフセット線２１７−３と第４のオフセット線２１７−４との間のスイッチングを可能にする方法で配置された低直列ＯＮ抵抗器（ｌｏｗ  ｓｅｒｉｅｓ  ＯＮ  ｒｅｓｉｓｔｏｒ）（低挿入損失）、および低逆コンデンサ（ｌｏｗ  ｒｅｖｅｒｓｅ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）（ダイオードのＯＦＦ状態時に高分離）を持つ高電力スイッチングＰＩＮダイオードを含むことができる。
【００４６】
図３は、本出願の実施形態による図２のドハティ増幅器構造の変形を示している。図３のドハティ増幅器構造は、第１および第２セレクタ２１６が取り除かれ、ＤＣブロック・コンデンサ２１９が図示されていることを除くと、図２の増幅器構造と同じである。たとえば、第１のオフセット線２１７−１および第２のオフセット線２１７−２の１つは、選択されたオフセット線のＤＣブロック・コンデンサ２１９−１および２１９−２を手動で動かすことに基づいて選択される。また、第３のオフセット線２１７−３および第４のオフセット線２１７−４の１つは、選択されたオフセット線のＤＣブロック・コンデンサ２１９−３および２１９−４を手動で動かすことに基づいて選択される。言いかえると、２本のオフセット線間のスイッチングは、選択されたオフセット線に出力ＤＣブロック・コンデンサ２１９を配置することにより手動で実行することができる。
【００４７】
図２または図３を参照すると、下記のように、調整可能なインピーダンス・インバータ２２０は、第１のオフセット線回路２１５−１および／または第２のオフセット線回路２１５−２から信号を受信し、主増幅器の負荷インピーダンスを変調するためにインピーダンス反転を実行する。調整可能なインピーダンス・インバータ２２０は、ハイブリッド結合器２２１および少なくとも１つの広い周波数帯にわたってインピーダンス反転を調整するために同調器として動作する少なくとも２つのコンデンサ２２２を含む。２つのコンデンサは、図１に関して記述したように、デジタル・コンデンサ、固定コンデンサ、またはバラクタでもよい。代替的実施形態では、調整可能なインピーダンス・インバータ２２０は、オープン・スタブに関連する同じ値を用いて分路ＰＩＮダイオードにハイブリッド結合器２２１の出力ポートを接続することを含む。
【００４８】
同じ固定コンデンサの値、同じデジタル・コンデンサ、同じバラクタ、またはオープン・スタブに関連する同じ分路ＰＩＮダイオードによりハイブリッド結合器２２１の２つの出力を終端することによって、ハイブリッド結合器２２１の９０度の位相を周波数帯全体にわたって保証することができる。実際に、コンデンサ（開回路）によってハイブリッド結合器２２１の２つの出力ポートを終端すると、ハイブリッド結合器２２１の入力からその主出力ポートになる第４の分離されたポートに向かうすべての入射波が反射する。さらに、（５０オームではなく）２５オームの負荷を用いてこの分離されたポートを終端すると、ハイブリッド結合器２２１の入力ポートのインピーダンスが２倍になり、これにより、結果として得られる回路は、インピーダンス・インバータとして正確に反応する。したがって、ピーク増幅器１１５がＯＦＦの場合、主ステージの２×ＲＬ（１００オーム）終端には、最小の挿入損失（カプラーの２×ＩＬ）が提供される。
【００４９】
コンデンサ２２２の値は、結果として得られるインピーダンス変成器を周波数にわたって調整可能にする、希望の周波数帯で反射波の位相を設定する。結果として得られる調整可能なインピーダンス・インバータ２２０は、多数の周波数にわたって動作することができる。調整可能なインピーダンス・インバータ２２０は、第１のオフセット線回路２１５−１の出力側と、第２のオフセット線回路２１５−２の出力側と４分の１波長変成器１３０との間に位置する結合ノード１１６との間で接続される。図１の調整可能なインピーダンス・インバータ１２０と同様に、ハイブリッド結合器２２１は、主増幅器１１０の負荷インピーダンスを変調するためにインピーダンス反転を実行するように構成されている。
【００５０】
ハイブリッド結合器２２１は、４つのポートを含む。ハイブリッド結合器２２１の入力ポートは、第１のオフセット線回路２１５−１の出力側に接続され、分離ポートは、結合ノード１１６に接続され、第１の出力ポートは、第１の可変コンデンサ２２２−１に接続され、第２の出力ポートは、第２のコンデンサ２２２−２に接続される。広域周波数帯にわたってインピーダンス反転を調整するために、第１の可変コンデンサ２２２−１および第２のコンデンサ２２２−２は同調器として動作する。上記のように、ハイブリッド結合器２２１の第１および第２の出力ポートの両方は、同じ固定コンデンサの値によって終端される。第１および第２のコンデンサ２２２の値を調整することよって、インピーダンス反転は広域周波数帯にわたって調整される。さらに、図１のコントローラ１２３に似た方法で、コントローラ２２３は、第１および第２の可変コンデンサ２２２の値の調整を制御することができる。たとえば、コントローラ２２３は、上記のような周波数容量値マップを含む。コントローラ２２３は、周波数容量値マップおよび入力信号の周波数に基づいて、第１の可変コンデンサ２２２−１および第２の可変コンデンサ２２２−２の容量値を制御する。第１および第２の可変コンデンサの値は、一般的には互いに同じであるが、インピーダンス反転を制御するためにともに変動する。
【００５１】
図１と同様に、調整可能なインピーダンス・インバータ２２０の出力およびピーク増幅器１１５からの増幅された第２の信号は、４分の１波長変成器１３０を介して組み合わせられ、組み合わせた信号は負荷インピーダンス１３５に供給される。
【００５２】
図４は、本出願の実施形態による図２のドハティ増幅器構造の変形を示している。図４のドハティ増幅器構造は、第１のハイブリッド結合器３１５−１が第１のオフセット線回路２１５−１の代わりに使用されること、および第２のハイブリッド結合器３１５−２が第２のオフセット線回路２１５−２の代わりに使用されることを除いては、図２および図３と同じである。
【００５３】
第１のハイブリッド結合器３１５−１は、少なくとも４つのポートを含む。第１のハイブリッド結合器３１５−１の入力ポートは、主増幅器１１０の出力に接続され、分離ポートは、調整可能なインピーダンス・インバータ２２０の入力ポートに接続され、第１および第２の出力ポートは、第３のコンデンサ２２２−３および第４のコンデンサ２２２−４を介して終端される。第２のハイブリッド結合器３１５−２は、第１のハイブリッド結合器３１５−１に似ている。たとえば、第２のハイブリッド結合器３１５−２は、少なくとも４つのポートを含む。第２のハイブリッド結合器３１５−２の分離ポートは、ピーク増幅器１１５の出力に接続され、入力ポートはノード１１６に接続され、第１および第２の出力ポートは、第３の可変コンデンサ２２２−３および第４の可変コンデンサ２２２−４を介して終端される。
【００５４】
この実施形態では、ハイブリッド結合器３１５−１および３１５−２の分離ポートは、５０オームのインピーダンスで終端されるため、ハイブリッド結合器３１５−１および３１５−２は、インピーダンス変換を実行していない。むしろ、ハイブリッド結合器３１５−１および３１５−２は、位相シフト動作を実行している。ハイブリッド結合器２２１と同様に、導入される位相シフトは、２つのハイブリッド結合器３１５−１および３１５−２の２つの出力ポートに負荷をかけるコンデンサ値に関連する。したがって、ハイブリッド結合器３１５−１および３１５−２は、それぞれ優れた開回路を提供するためにピーク増幅器１１５の位相を調整しながら、ＶＳＷＲが２：１の円において最も高い効率の領域へと主増幅器１１０の負荷を動かすことを可能にする調整可能なオフセット線として機能する。
【００５５】
また、第１および第２のハイブリッド結合器３１５のコンデンサ２２２は、図２のコントローラ２２３に似た方法で動作するコントローラ３２３によって制御することができる。上記の方法で調整可能なインピーダンス・インバータ２２０の第１および第２のコンデンサ２２２の値を制御することを除いて、コントローラ３２３は、また、第１および第２のハイブリッド結合器３１５のコンデンサ２２２の容量値を制御する。図４の構成要素の残りは、図２および図３に関して記述したのに似た方法で動作するため、これらの構成要素の詳細は簡潔さのために省略する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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