(57)【要約】【課題】  小型でかつ安価に広帯域を実現できるドハティ型増幅器を得る。【解決手段】  ２分配器４により分岐された一方の信号を、キャリア増幅をなすＡ，ＢまたはＡＢ級増幅器２と、１／４波長線路３からなる経路を通し、また一方の信号を、可変減衰器５、可変移相器６、１／４波長線路７、ピーク増幅をなすＣ級増幅器８からなる経路を通し、負荷９へ供給するドハティ型増幅器において、１／４波長線路３，７、可変減衰器５、可変移相器６を、周波数情報１１１に応じて、予め記憶されている制御信号を制御テーブル記憶装置１０から読出して制御する。これにより、入力信号の周波数であるキャリア周波数が変化した場合にも、２分岐された信号の各振幅、各位相は、共に同一に制御され、また１／４波長線路３，７の線路長も周波数に応じて制御されるので、１／４波長線路の設計変更をなすことなく、広帯域化が可能となる。【選択図】      図１
2008017072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を２分岐した一方の信号をＡ，ＢまたはＡＢ級増幅する第一の増幅手段と、他方の信号をＣ級増幅する第二の増幅手段と、前記第一の増幅手段の出力側に設けられた第一の１／４波長線路とを含み、前記第一の１／４波長線路の出力と前記第二の増幅手段の出力とを負荷に供給するようにした増幅器であって、
前記第一の１／４波長線路の線路長を前記入力信号の周波数に応じて可変するようにしたことを特徴とする増幅器。
【請求項２】
更に、前記第二の増幅手段の入力側に設けられた第二の１／４波長線路を含み、前記第二の１／４波長線路を、前記入力信号の周波数に応じて可変するようにしたことを特徴とする請求項１記載の増幅器。
【請求項３】
更に、前記第二の増幅手段の入力側に設けられた可変減衰器及び可変移相器を含み、前記可変減衰器及び前記可変移相器を前記入力信号の周波数に応じて制御するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の増幅器。
【請求項４】
前記入力信号の周波数情報に応じて制御情報を生成して前記１／４波長線路、前記可変減衰器及び前記可変移相器を制御する制御手段を含むことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の増幅器。
【請求項５】
前記制御手段は、前記周波数情報に応じて前記制御情報を予め記憶したテーブルを有することを特徴とする請求項４記載の増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は増幅器に関し、特に高効率で高出力の増幅器を実現するドハティ型増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波帯などの高周波帯域においては、ＱＰＳＫやＱＡＭなどの変調方式を用いて通信が行われるが、一般に、これら変調方式における高周波信号は包絡線が時間的に大きく変化する。すなわち、その平均電力に比較して包絡線の振幅が瞬時に最大になる状態における電力であるいわゆる瞬時的なピーク電力が大きくなっている。このように、平均電力とピーク電力との比が大きな高周波信号を、瞬時ピーク時にも飽和させることなく増幅するには、高出力増幅器は実動作時の平均出力電力に比べて十分大きな飽和電力を有している必要がある。
【０００３】
飽和電力が大きい状態と効率が良い状態とを両立させることは困難である。そこで、これを解決するために、特許文献１，２にはマイクロ波ドハティ型増幅器が提案されている。図４は、このドハティ型増幅器の回路を示すものである。図４を参照すると、入力端子１から供給された高周波信号は、２分配器４により２分岐されて、一方はキャリア増幅器２へ入力される。このキャリア増幅器２はＡ級、ＡＢ級またはＢ級にバイアスされた増幅器であり、このキャリア増幅器２により増幅された信号は、１／４波長線路２４を介して負荷９へ供給される。他方は１／４波長線路２５を介してピーク増幅器８へ入力される。このピーク増幅器８はＣ級にバイアスされた増幅器であり、このピーク増幅器８により増幅された信号は、負荷９へ供給される。
【０００４】
瞬時入力電力が小さい場合には、キャリア増幅器２はＡ，ＢまたはＡＢ級バイアスのために、入力電力レベルにかかわらず増幅動作を行っており、出力信号を増幅しているが、ピーク増幅器８はＣ級バイアスのためにオフ状態であり、出力信号を導出することはない。
【０００５】
一方、瞬時入力電力が十分大きな場合には、ピーク増幅器８がオンとなって入力信号を増幅して出力信号を導出することになる。このとき、キャリア増幅器２の出力電力とピーク増幅器８との出力電力が負荷９にて合成されて、結果として、大きな飽和電力を有する増幅器が構成されるようになっている。
【０００６】
入力信号の電力が小さい場合には、ピーク増幅器８はオフであるために、その出力インピーダンスは無限大となる。キャリア増幅器２の出力側に設けられている１／４波長線路２４のインピーダンスをＲ（Ω）とし、負荷９のインピーダンスをＲ／２とすると、キャリア増幅器２の出力端からみた負荷インピーダンスは、出力負荷９がインピーダンス変換されることにより、２Ｒとなる。負荷インピーダンスが２Ｒの場合に、キャリア増幅器２は効率が最良になるように設計されている。なお、Ｒは任意の値である。
【０００７】
入力信号の電力が大きい場合には、キャリア増幅器２と共にピーク増幅器８もオンとなって、両者が並列接続されるために、出力負荷９が接続された状態において、それぞれの負荷がみる負荷インピーダンスは出力負荷９のインピーダンスの２倍のＲとなる。キャリア増幅器２の出力側に設けられている１／４波長線路２４の特性インピーダンスはＲであるから、この線路によるインピーダンス変換は行われず、キャリア増幅器２の出力端からみた負荷インピーダンスもＲとなる。負荷インピーダンスがＲの場合には、キャリア増幅器２及びピーク増幅器８共に飽和電力が大きくなるように設計されており、よってドハティ型増幅器全体として、大きな飽和電力を得ることができるようになっている。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−０２２８５２号公報
【特許文献２】特開２００２−１２４８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図４に示した従来のドハティ型増幅器においては、広帯域の増幅器を実現することはできないという問題がある。その第１の理由は、キャリア増幅器２の出力側と、ピーク増幅器８の入力側とに、それぞれ配置されている１／４波長線路が固定のマイクロストリップ線路で構成されているためである。従って、キャリア周波数を変更するためには、この１／４波長線路をキャリア周波数に合わせてその都度変更する必要があり、その度にプリント基板の再設計が必要となる。
【００１０】
また、第２の理由は、入力の２分配器４で分配された信号の振幅、位相を補正する機能（回路）が存在していないからである。ドハティ型増幅器では、２分配器４の出力は、同振幅、同位相の関係を、周波数にかかわらず維持することが必要であるが、振幅、位相を補正するための機能がない場合、同振幅、同位相の関係を保持することができない。なお、特許文献２には、振幅、位相を補正する機能が備えられているが、これはあくまでも、ある特定のキャリア周波数に対する補正機能であって、広帯域の周波数に対して補正する機能ではない。
【００１１】
本発明の目的は、プリント基板の再設計を必要とすることなく、小型でかつ安価に広帯域を実現できるドハティ型電力増幅器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による増幅器は、入力信号を２分岐した一方の信号をＡ，ＢまたはＡＢ級増幅する第一の増幅手段と、他方の信号をＣ級増幅する第二の増幅手段と、前記第一の増幅手段の出力側に設けられた第一の１／４波長線路とを含み、前記第一の１／４波長線路の出力と前記第二の増幅手段の出力とを負荷に供給するようにした増幅器であって、前記第一の１／４波長線路の線路長を前記入力信号の周波数に応じて可変するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
更に、前記第二の増幅手段の入力側に設けられた第二の１／４波長線路を含み、前記第二の１／４波長線路を、前記入力信号の周波数に応じて可変するようにしたことを特徴とし、更に、前記第二の増幅手段の入力側に設けられた可変減衰器及び可変移相器を含み、前記可変減衰器及び前記可変移相器を前記入力信号の周波数に応じて制御するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
そして、前記入力信号の周波数情報に応じて制御情報を生成して前記１／４波長線路、前記可変減衰器及び前記可変移相器を制御する制御手段を含むことを特徴とし、前記制御手段は、前記周波数情報に応じて前記制御情報を予め記憶したテーブルを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による第１の効果は、広帯域のドハティ型電力増幅器を実現できることである。その理由は、ピーク増幅器の入力側に設けられている電圧制御型可変減衰器及び電圧制御型可変移相器、更には、キャリア増幅器の出力側とピーク増幅器の入力側とに設けられている１／４波長線路を、使用周波数に応じて可変制御する構成とすることにより、周波数が変っても、常にキャリア増幅器側とピーク増幅器側の振幅、位相、線路長を等しく保つことができるからである。
【００１６】
本発明による第２の効果は、広帯域のドハティ型電力増幅器を小型でかつ安価に実現できることである。その理由は、所望の周波数に対して１／４波長線路を実現できるので、想定した周波数の範囲内であれば、プリント基板などの大幅な設計変更の必要がなく、同じ構成のままで、設定した周波数範囲をカバーできるからである。また、入力信号分配に３ｄＢハイブリッド回路（９０°分配器）を用いると、ピーク増幅器の入力側に１／４波長線路が不要であるので、更なる小型化、低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。図１は本発明の一実施例の回路図であり、図４と同等部分は同一符号により示している。本実施例においては、キャリア増幅器側とピーク増幅器側とに分配された信号を、入力信号周波数に対して、自動的に正確に同位相、同振幅とするために、ピーク増幅器８の入力側に、電圧制御型可変減衰器５と、電圧制御型可変移相器６とを挿入している。また、キャリア増幅器３の出力側とピーク増幅器８の入力側に、それぞれ可変１／４波長線路３と７を設けている。
【００１８】
そして、電圧制御型可変減衰器５と電圧制御型可変移相器６及び可変１／４波長線路３，７の制御のために、制御テーブル記憶装置１０を設け、外部からの周波数情報１１１によって、この制御テーブル記憶装置１０に予め記憶されている制御信号をそれぞれ読出して、電圧制御型可変減衰器５、電圧制御型可変移相器６、可変１／４波長線路３，７の各制御信号とするようにしている。他の構成は図４の例と同じであるので、その説明は省略する。
【００１９】
図２は図１に示したキャリア増幅器用の可変１／４波長線路３の具体例を示す図である。基板上に成形された線路インピーダンスＲ（Ω）のマイクロストリップ線路１１〜１７と、それらを接続するｎ個（ｎは２以上の整数）のＲＦスイッチ１８〜２２とから構成されている。なお、これらＲＦスイッチは制御テーブル記憶装置１０に予め記憶されているテーブルの内容（ｎビットのデータ）に応じて切り替え制御されるようになっており、所望の周波数で１／４波長の線路長になる。
【００２０】
なお、ピーク増幅器用の可変１／４波長線路７の構成は、線路インピーダンスがＲ／２（Ω）になる以外は、図２の構成と同じである。
【００２１】
次に、本実施例の動作について説明する。先ず、外部からキャリアの周波数情報（ｆ［ＭＨｚ］）１１１が制御テーブル記憶装置１０へ入力されると、制御テーブル記憶装置１０は可変１／４波長線路３，７の波長を周波数ｆに対して１／４波長となるように、予め記憶されているＲＦスイッチの組合わせになるようなｎビットの制御情報を読出して、可変１／４波長線路３，７へそれぞれ供給する。
【００２２】
可変１／４波長線路３，７内のマイクロストリップ線路１１〜１７の長さは、所望の周波数範囲をｆ１〜ｆ２［ＭＨｚ］（周波数の低い方をｆ１［ＭＨｚ］、高い方をｆ２［ＭＨｚ］とする）としたとき、
｛（３００／ｆ２）×基板の波長短縮率｝＝ｌ０＋ｌ１＋ｌ２＋…＋ｌｎ  （単位：ｍ）
｛（３００／ｆ１）×基板の波長短縮率｝＝ｌ０＋Ｌ１＋Ｌ２＋…＋Ｌｎ  （単位：ｍ）
の関係となっており、マイクロストリップ線路１１，１２，１３，１４の組合わせのとき、ｆ２で１／４波長の線路長となり、マイクロストリップ線路１１，１５，１６，１７の組合わせのとき、ｆ１で１／４波長の線路長となる。
【００２３】
周波数範囲ｆ１〜ｆ２内の所望の周波数ｆに対しては、ＲＦスイッチ１８〜２２の組合わせにより、ステップ状に１／４波長のマイクロストリップ線路を構成することが可能となるが、このステップ幅を細かくするには、ｎを大きくすれば良いことになる。
【００２４】
入力端子１に周波数ｆのＲＦ信号が入力されると、このＲＦ信号は２分配器４によってキャリア増幅器２側とピーク増幅器８側とに分配される。ピーク増幅器８側に分配された信号の振幅と位相は、外部からのキャリアの周波数情報（ｆに対応する）１１１に応じて、制御テーブル記憶装置１０に予め記憶されている電圧により電圧制御型可変アッテネータ５及び電圧制御型可変移相器６が制御されることによって、キャリア増幅器２側に分配された信号と同振幅及び同位相になる。
【００２５】
入力信号のレベルが小さい場合には、Ｃ級動作であるピーク増幅器８はオフ状態となり、信号の増幅はＡ，Ｂ級またはＡＢ級動作のキャリア増幅器２のみで行われる。このときピーク増幅器８の出力インピーダンスは開放状態となり、キャリア増幅器２の出力側に設けられている可変１／４波長線路がインピーダンスＲであるために、出力負荷７（＝Ｒ／２）がインピーダンス変換されて、キャリア増幅器２の出力端から見たインピーダンスは２Ｒとなる。キャリア増幅器２は、負荷インピーダンスが２Ｒのときに、飽和電力は小さいが効率は良好になるように設計されており、このときキャリア増幅器２は最大効率で動作する。
【００２６】
次に、入力信号のレベルが大きい場合には、Ａ，Ｂ級またはＡＢ級動作のキャリア増幅器２とＣ級動作のピーク増幅器８の両方がオン状態となり、両方で信号の増幅が行われる。このときピーク増幅器８の入力側及びキャリア増幅器２の出力側に設けられた可変１／４波長線路は、所望の周波数ｆに対して１／４波長のマイクロストリップ線路になっているため、それぞれピーク増幅器８とキャリア増幅器２の出力は、出力負荷９において同位相となる。
【００２７】
そして、出力負荷７（＝Ｒ／２）が接続された状態では、キャリア増幅器２及びピーク増幅器８の出力側から見たインピーダンスはＲとなり、キャリア増幅器２及びピーク増幅器８は、負荷インピーダンスがＲの場合、飽和電力が大きくなるように設計されているために、大きな飽和電力を得ることができる。このような動作状態においては、ドハティ型電力増幅器は飽和電力に近い状態で動作するため高い電力効率を得ることができる。
【００２８】
本発明の他の実施例について述べる。図３は本発明の他の実施例の回路を示している。図１に示した実施例との差異は、入力信号の分配に３ｄＢハイブリッド回路（９０度分配器）２３を使用した点と、ピーク増幅器用の可変１／４波長線路が削除された点のみである。入力信号の分配に３ｄＢハイブリッド回路２３を用いたことにより、ピーク増幅器用の可変１／４波長線路が不要になる（特許文献２の図２及びその説明を参照のこと）。それ以外は、前述の実施例と同じ構成であるため説明を省略する。
【００２９】
次に、この他の実施例の動作について述べる。前述の実施例との差異は、以下の点のみである。入力端子１に周波数ｆのＲＦ信号が入力されると、３ｄＢハイブリッド２３によって、このＲＦ信号はキャリア増幅器２側とピーク増幅器８側とに、約９０度の位相差を持った信号に２分配される。ピーク増幅器８側に分配された信号の振幅と位相は、外部からのキャリアの周波数情報（ｆに対応する）１１１に応じて、制御テーブル記憶装置１０に予め記憶されている電圧で電圧制御型可変アッテネータ５及び電圧制御型可変移相器６を制御することにより、キャリア増幅器２側の信号と９０度の位相差を持った同振幅の信号になる。これ以外の動作については、前述の実施例と同じであるため説明を省略する。
【００３０】
このようなドハティ型増幅器は、現在広く実用化されている携帯電話機に用いられているが、携帯電話機においては、周波数範囲は狭いので、プリントパターンにより（固定の）１／４波長線路を構成すれば良いが、テレビジョン放送における送信システムにおいては、以下の理由により、本発明は極めて有効となる。すなわち、テレビジョン放送の送信システムの場合には、周波数範囲が広く（ＵＨＦの場合、４７０〜８６０ＭＨｚ）、またアナログからデジタル化されると、周波数変更される可能性が高いので、周波数情報を基に、自動的にその周波数に合った１／４波長線路を実現できるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例の回路図である。
【図２】図１における可変１／４波長線路の具体例を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例の回路図である。
【図４】従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  入力端子
２  キャリア増幅器
３，７  １／４波長線路
４  ２分配器
５  電圧制御型可変減衰器
６  電圧制御型可変移相器
８  ピーク増幅器
９  負荷
１０  制御テーブル記憶装置
２３  ３ｄＢハイブリッド回路
１１１  周波数情報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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