(57)【要約】【課題】減力動作する場合においても高効率を維持することができる電力増幅装置、及び電力増幅装置の制御方法を提供することである。【解決手段】ドハティアンプと、電圧調整部と、中央演算処理部とを備える。ドハティアンプは、キャリアアンプとピークアンプとを有し、入力信号を各アンプにより増幅して増幅後の信号を合成した出力信号を出力する。電圧調整部は、キャリアアンプ及びピークアンプ各々を構成する増幅素子に制御電圧を変化させて供給する。中央演算処理部は、ドハティアンプの平均出力電力における動作に応じて定められ、ドハティアンプを構成するキャリアアンプ及びピークアンプ毎の制御電圧値情報を記憶するテーブルを有する。中央演算処理部は、テーブルに記憶された制御電圧値情報に基づく制御電圧をキャリアアンプ及びピークアンプ毎に供給させるよう電圧調整部を制御する。【選択図】図３
2015046795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアアンプとピークアンプとを有し、入力信号を前記各アンプにより増幅して増幅後の信号を合成した出力信号を出力するドハティアンプと、
前記キャリアアンプ及び前記ピークアンプ各々に制御電圧を供給する電圧調整部と、
前記ドハティアンプの平均出力電力における動作に応じて定められ、前記ドハティアンプを構成する前記キャリアアンプ及び前記ピークアンプ毎の制御電圧値情報を記憶するテーブルを有し、前記テーブルに記憶された制御電圧値情報に基づく制御電圧を前記キャリアアンプ及び前記ピークアンプ毎に供給させるよう前記電圧調整部を制御する中央演算処理部と、
を備えることを特徴とする電力増幅装置。
【請求項２】
更に、前記ドハティアンプの出力電力を検出する出力モニタ回路を備え、
前記中央演算処理部は、前記出力モニタ回路の検出結果及び前記テーブルに記憶された前記キャリアアンプおよび前記ピークアンプ毎の制御電圧値情報に基づいて、前記キャリアアンプ及び前記ピークアンプへそれぞれ制御電圧を供給させるよう前記電圧調整部を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力増幅装置。
【請求項３】
前記ドハティアンプは非対称ドハティ化されたドハティアンプである、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力増幅装置。
【請求項４】
キャリアアンプとピークアンプとを有し、入力信号を前記各アンプにより増幅して増幅後の信号を合成した出力信号を出力するドハティアンプと、
前記キャリアアンプ及び前記ピークアンプ各々に制御電圧を供給する電圧調整部と、
前記ドハティアンプの平均出力電力における動作に応じて定められ、前記ドハティアンプを構成する前記キャリアアンプ及び前記ピークアンプ毎の制御電圧値情報を記憶するテーブルを有する中央演算処理部と、
を備える電力増幅装置の制御方法であって、
前記中央演算処理部が、前記テーブルに記憶された制御電圧に基づく制御電圧を前記キャリアアンプ及び前記ピークアンプ毎に供給させるよう前記電圧調整部を制御することを特徴とする電力増幅装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力増幅装置、及び電力増幅装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高効率に入力電力を増幅する電力増幅装置としては、キャリアアンプとピークアンプとを組み合わせたドハティアンプが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０７５５６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力増幅装置の実際の運用では、平均出力電力レベルを下げて使用する場合（減力動作する場合）がある。この場合、電力効率がピークとなるポイントから低下した状態で電力増幅装置を稼働させてしまうという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、減力動作する場合においても高効率を維持することができる電力増幅装置、及び電力増幅装置の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の電力増幅装置は、ドハティアンプと、電圧調整部と、中央演算処理部とを備える。ドハティアンプは、キャリアアンプとピークアンプとを有し、入力信号を前記各アンプにより増幅して増幅後の信号を合成した出力信号を出力する。電圧調整部は、キャリアアンプ及びピークアンプ各々に制御電圧を供給する。中央演算処理部は、ドハティアンプの平均出力電力における動作に応じて定められ、ドハティアンプを構成するキャリアアンプ及びピークアンプ毎の制御電圧値情報を記憶するテーブルを有する。中央演算処理部は、テーブルに記憶された制御電圧値情報に基づく制御電圧をキャリアアンプ及びピークアンプ毎に供給させるよう電圧調整部を制御する。
【０００６】
実施形態の電力増幅装置の制御方法は、ドハティアンプと、電圧調整部と、中央演算処理部と、を備える電力増幅装置の制御方法である。ドハティアンプは、キャリアアンプとピークアンプとを有し、入力信号を各アンプにより増幅して増幅後の信号を合成した出力信号を出力する。電圧調整部は、キャリアアンプ及びピークアンプ各々に制御電圧を供給する。中央演算処理部は、ドハティアンプの平均出力電力における動作に応じて定められ、ドハティアンプを構成するキャリアアンプ及びピークアンプ毎の制御電圧値情報を記憶するテーブルを有する。中央演算処理部は、テーブルに記憶された制御電圧に基づく制御電圧をキャリアアンプ及びピークアンプ毎に供給させるよう電圧調整部を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一般的な電力増幅装置２００の構成を示す図。
【図２】図１に示す電力増幅装置２００の電力効率を示す図。
【図３】実施形態の電力増幅装置１００の構成を示す図。
【図４】図３に示す電力増幅装置１００の電力効率を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
まず、一般的なドハティアンプを用いた電力増幅装置での問題点について、図１を参照しつつ説明する。図１は、一般的なドハティアンプを用いた電力増幅装置２００の構成を示す図である。図１に示す電力増幅装置２００は、入力端子１、整合回路４、キャリアアンプ５、整合回路６、λ／４線路７、λ／４線路８、整合回路９、ピークアンプ１０、整合回路１１、λ／４線路１３、出力端子１４を備えている。
【０００９】
入力端子に入力される入力信号２は、分岐点３を介して、整合回路４に入力される。整合回路４は、入力信号２とキャリアアンプ５を構成する増幅素子の入力側との整合を取る回路である。キャリアアンプ５は、構成する増幅素子がＡ級からＡＢ級ないしはＢ級にバイアスされるため、入力信号２の電力レベルにかかわらず、入力信号２の増幅を行って出力する。整合回路６は、キャリアアンプ５を構成する増幅素子の出力とキャリアアンプ５の出力との整合を取る回路である。λ／４線路７は、入力信号２が小電力レベルのとき、キャリアアンプ５の出力をインピーダンス変換する回路として働く。
【００１０】
分岐点３で分岐された入力信号２は、λ／４線路８により、位相を９０度遅らされ、整合回路９に入力される。整合回路９は、位相が９０度遅らされた入力信号２とキャリアアンプ５を構成する増幅素子の入力側との整合を取る回路である。ピークアンプ１０は、構成する増幅素子がＣ級にバイアスされるため、入力信号２が小電力レベルのときは非動作状態となり、大電力レベルのときに動作状態となって入力信号２を増幅して出力する。整合回路１１は、ピークアンプ１０を構成する増幅素子の出力とピークアンプ１０の出力との整合を取る回路である。λ／４線路７の出力と、整合回路１１の出力とは、合成点１２において合成される。λ／４線路１３は、合成点１２において合成された出力を、出力端子１４に接続される負荷のインピーダンスに整合するため、インピーダンス変換する。インピーダンス変換された信号は、出力端子１４から出力信号１５として出力される。
【００１１】
以上の構成を備える電力増幅装置２００では、その入出力電力の特性において、入力信号２の入力電力が所定の入力電力レベルより低いときはキャリアアンプ５のみによってリニアな電力増幅が行われる。一方、電力増幅装置２００では、その入出力電力の特性において、入力信号２の入力電力が所定の入力電力レベル以上になると、キャリアアンプ５に加えてピークアンプ１０によるリニアな電力増幅動作が行われる。これにより、キャリアアンプ５の増幅特性が飽和してもドハティアンプ全体の電力増幅特性のリニア性を維持することができる。
【００１２】
図２は、図１に示す電力増幅装置２００の電力効率を示す図である。図２では、横軸に出力信号１５の出力電力レベルを、縦軸に電力効率を表している。
図２に示すように、出力電力レベルが飽和出力電力レベル３１の場合、キャリアアンプ５とピークアンプ１０とが飽和電力レベルで増幅する状態となる。この場合に電力効率３０がピークとなる。一方、図１に示す電力増幅装置２００では、出力信号１５の出力電力レベルが飽和出力電力レベル３１から所定レベルだけバックオフした出力レベル（この点を転換点３５とする）では、キャリアアンプ５のみが飽和電力レベルで増幅する状態となり、ピークアンプ１０は増幅していない状態となる。この場合も電力効率３０はピークとなる。このように、図１に示す電力増幅装置２００では、電力効率がピークとなる出力電力レベルが２箇所あるため、電力効率が高い出力電力レベルの範囲を大きくできる。ここで、バックオフの定義は、増幅器の平均出力電力と飽和出力電力の差である。
【００１３】
ところで、放送用の送信機に用いる電力増幅装置などでは、入力信号２としてデジタル変調信号を使用する際、ＰＡＲ（Ｐｅａｋ  ｔｏ  Ａｖｅｒａｇｅ  Ｒａｔｉｏ）が大きく、ＰＡＲ以上のバックオフをとる必要がある。そのため、放送用の送信機に用いる増幅器では、転換点３５を平均出力電力レベルとして動作することで、高い効率を得ることができる。このようにドハティアンプを用いることで電力増幅装置を高効率に用いることが可能となる。
【００１４】
しかしながら、図１に示す電力増幅装置２００を放送用の電力増幅装置に使用する場合、実際の運用では平均出力電力レベルを下げて使用する場合（減力動作する場合）がある。この場合、電力効率が図２で矢印の方向へ、すなわち電力効率がピークとなるポイントから低下した状態（例えば、図２に示すポイント３８）で電力増幅装置２００を稼働させてしまうという問題があった。
【００１５】
以下、上記問題を解決する実施形態の電力増幅装置を、図面を参照して説明する。
図３は、実施形態の電力増幅装置１００の構成を示す図である。
なお、図３において、図１に示す電力増幅装置２００と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施形態の電力増幅装置１００は、図１に示す電力増幅装置２００に加えて、中央演算処理部（ＣＰＵ部）２１、出力モニタ回路２２、電圧調整回路２３（電圧調整部）、及び電圧調整回路２４（電圧調整部）を備える。
中央演算処理部２１は、電力増幅装置１００における出力信号１５の平均出力電力レベルを、出力モニタ回路２２を介して取得する。そして、中央演算処理部２１は、キャリアアンプ５を構成する増幅素子と、ピークアンプ１０を構成する増幅素子とへ電圧調整回路２３及び電圧調整回路２４が印加する制御電圧を、この平均出力電力レベルに応じて決定する。
電圧調整回路２３は、ドレイン電源の電圧レベルを、中央演算処理部２１が決定する制御電圧のレベルに変換して、変換後の電圧（制御電圧）を、キャリアアンプ５を構成する増幅素子の制御端子へ印加する。
電圧調整回路２４は、ドレイン電源の電圧レベルを、中央演算処理部２１が決定する制御電圧のレベルに変換して、変換後の電圧（制御電圧）を、ピークアンプ１０を構成する増幅素子の制御端子へ印加する。このように、実施形態の電力増幅装置１００では、キャリアアンプ５、及びピークアンプ１０各々のドレイン電圧を、出力信号１５の平均出力電圧レベルに応じて独立に設定することが可能な構成となっている。
【００１６】
キャリアンプ５及びピークアンプ１０各々のドレイン電圧を別々に制御する理由は、次の通りである。
ドハティアンプが対称ドハティアンプであれば、デバイス（電力増幅素子）の個体差を補正するためである。なお、対称ドハティアンプとは、同一の出力特性を有するアンプを２つ（キャリアアンプ５、及びピークアンプ１０）用い、整合回路も同一の構成を用いたドハティアンプである。
また、ドハティアンプが非対称ドハティアンプであれば、ピークアンプ、キャリアンプの減電圧特性が異なる場合が多いためである。なお、非対称ドハティアンプとは、例えば、ピークアンプ１０を複数個並列接続する構成を有するドハティアンプである。非対称ドハティアンプの他の例として、ピークアンプとキャリアンプとにおいて異なる種類の電力増幅素子を使用しているドハティアンプなどがある。
【００１７】
キャリアアンプ５は、増幅素子が、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ-Ｏｘｉｄｅ-Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ-Ｅｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成される。キャリアアンプ５は、増幅素子のドレイン端子（制御端子）に印加されるドレイン電圧（制御電圧）が下がった場合、キャリアアンプ５の出力信号が有する飽和電力レベルが下がる入出力特性を有している。
ピークアンプ１０は、増幅素子が、例えばＭＯＳＦＥＴにより構成される。ピークアンプ１０は、増幅素子のドレイン端子に印加されるドレイン電圧が下がった場合、ピークアンプ１０の出力信号が有する飽和電力レベルが下がる入出力特性を有している。
【００１８】
中央演算処理部２１は、キャリアアンプ５、及びピークアンプ１０に印加する制御電圧を記憶するテーブルを有している。このテーブルには、電力増幅装置１００の出力信号１５の平均出力電力（所定の電力）レベルに関連づけて、キャリアアンプ５に印加する制御電圧（以下、制御電圧Ｖｄ１とする）、ピークアンプ１０に印加する制御電圧（以下、制御電圧Ｖｄ２とする）が記憶されている。テーブルには、平均出力電力レベルに応じて、制御電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２として、例えば、以下の値が記憶される。
まず、電力増幅装置１００の定格動作での出力信号１５の平均出力電力に対応した制御電圧Ｖｄ１＿１、Ｖｄ２＿１が記憶されている。
【００１９】
また、中央演算処理部２１が有するテーブルには、電力増幅装置１００の減力動作での出力信号１５の平均出力電力と、制御電圧Ｖｄ１＿２、Ｖｄ２＿２（制御電圧値情報）を一対の組とする制御電圧の組とが、対応付けて複数予め記憶される。各制御電圧の組は、実験により複数の平均出力電力に対応して求められる。例えば、平均出力電力レベル２００Ｗ（ワット）に対応する制御電圧Ｖｄ１＿２、Ｖｄ２＿２や、平均出力電力レベル１８０Ｗに対応する制御電圧Ｖｄ１＿３、Ｖｄ２＿３が、それぞれ平均出力電力に対応付けてテーブルに記憶される。この実験は、電力増幅装置１００を減力動作させた状態で、制御電圧Ｖｄ１と制御電圧Ｖｄ２とを変化させつつ、平均出力電力時の電力効率と飽和出力電力とを確認しながら、最適な制御電圧（転換点における電力効率がピークとなる制御電圧）を決定する実験である。
【００２０】
続いて、電力増幅装置１００を減力動作させるときに行う、制御電圧の設定の手法について、図面を参照して説明する。図４は、図３に示す電力増幅装置１００の電力効率を示す図である。図４では、横軸に出力信号１５の出力電力レベルを、縦軸に電力効率を表している。
図４に示す電力効率のうち、破線で示す電力効率４０ａは、電力増幅装置１００の定格動作における電力効率を示している。電力効率４０ａにおいて、飽和出力電力レベル４１ａからバックオフ分、例えば８ｄＢ下がったポイントにおいて、電力効率４０ａがピークとなっている転換点がある。この転換点が電力増幅装置１００の定格動作における平均出力電力レベル４４ａであるので、高効率動作が可能となっている。
【００２１】
電力増幅装置１００を減力動作させる場合、入力信号２の電力レベルは、定格動作に対して低い電力レベルで入力される。中央演算処理部２１には、出力モニタ回路２２が測定する、出力信号１５の平均出力電力レベルが入力される。
中央演算処理部２１は、テーブルに記憶された制御電圧の複数の組から、この平均出力電力レベルに対応する、減力動作での一組の制御電圧を読み出す。例えば、平均出力電力レベルが２００Ｗであれば、２００Ｗに対応する制御電圧Ｖｄ１＿２、Ｖｄ２＿２が、テーブルから読み出される。中央演算処理部２１は、電圧調整回路２３、２４を制御して、この制御電圧をキャリアアンプ５、及びピークアンプ１０に印加させる。この制御電圧が印加された状態で、キャリアアンプ５とピークアンプ１０に印加されるドレイン電圧が別々になるため、図４において点４５で示す転換点とバックオフの値とを合わせることができる。
【００２２】
これにより、電力増幅装置１００の減力動作における電力効率は、図４に示す電力効率のうち、実線で示される電力効率４０となる。すなわち、電力増幅装置１００は、電力効率がピークとなる転換点４５のポイントを平均出力電力としつつ、減力動作することができる。
例えば、電力増幅装置２００は、本実施形態と異なり、減力動作時にキャリアアンプ５とピークアンプ１０とで個別に電圧を印加する構成を有さない。そのため、図４を参照すると、電力増幅装置２００では、減力動作させる場合（例えば、破線４４を平均出力電力レベルとして動作させる場合）、定格動作の電力効率を示す電力効率４０ａにおけるポイント４８のあたりで動作することになる。そのため、電力効率の低い状態で減力動作することになってしまう。
これに対して、本実施形態の電力増幅装置１００では、減力動作における電力効率は、上述の様に、図４に示す電力効率４０である。そのため、転換点４５における出力電力レベル（破線４４）を平均出力電力レベルとして動作させることができ、電力効率の高い、すなわち高効率で動作させることができる。
【００２３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
例えば、テーブルに記憶される制御電圧Ｖｄ１＿１、及びＶｄ２＿１は、ほぼ同じ電圧に設定されている。なぜなら、バックオフの設定は、電力増幅装置１００を非対称ドハティ化することにより、例えば８ｄＢに設定できるためである。ただし、定格動作において、非対称ドハティ化による転換点における出力電力−電力効率特性を微調整する場合などは、制御電圧Ｖｄ１＿１、及びＶｄ２＿１は互いに異なる値に設定されていてもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１００，２００…電力増幅装置、１…入力端子、２…入力信号、４，６，９，１０…整合回路、５…キャリアアンプ、７，８…λ／４線路、１０…ピークアンプ、１３…λ／４線路、１４…出力端子、１５…出力信号、２１…中央演算処理部、２２…出力モニタ回路、２３，２４…電圧調整回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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