(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力分配器、前記電力分配器で分配された信号が入力されるメインアンプとピークアンプ、前記メインアンプと前記ピークアンプの出力が入力されるインピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路であって、前記メインアンプの出力に接続される第１のサーキュレータおよび第１のリアクタンス可変素子および前記ピークアンプの出力に接続される第２のサーキュレータおよび第２のリアクタンス可変素子を備え、前記ピークアンプが動作オフの状態では、前記メインアンプの出力側から見た、前記第２のサーキュレータおよび前記第２のリアクタンス可変素子を含む回路がオープンであるように、前記第２のリアクタンス可変素子を調整するものであり、かつ前記メインアンプと前記ピークアンプの出力の合成点から前記第２のサーキュレータへの部分、前記第２のサーキュレータから前記第２のリアクタンス可変素子を介して前記第２のリアクタンス可変素子の先で全反射されて前記第２のサーキュレータへ折り返す部分、前記第２のサーキュレータから前記ピークアンプの出力点で全反射されて前記第２のサーキュレータへ折り返す部分、前記第２のサーキュレータから前記合成点へ戻る部分からなる経路の電気長が、λ/２（λは使用周波数）の整数倍に相当するように前記第２のリアクタンス可変素子を調整することを特徴とするインピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路。
【請求項２】
前記第１のリアクタンス可変素子のインピーダンスを調整して、前記メインアンプの出力側から見た、前記第２のサーキュレータおよび前記第２のリアクタンス可変素子を含む回路の負荷インピーダンスが略１００Ωとなるようにする請求項１に記載のインピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路。
【請求項３】
前記メインアンプの出力側から見た前記第２のサーキュレータおよび前記第２のリアクタンス可変素子を含む回路がオープンであるのは、使用する周波数帯域においてである請求項１または２に記載のインピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路。
【請求項４】
前記第１のリアクタンス可変素子及び前記第２のリアクタンス可変素子として、電気長が可変の伝送線路、可変コンデンサ、可変インダクタ、または、可変コンデンサと可変インダクタの並列接続回路を用いる請求項１から３のいずれか１項に記載のインピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路。
【請求項５】
前記メインアンプと前記ピークアンプの出力の合成点をハイブリッドカプラで構成した請求項１から４のいずれか１項に記載のインピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路。
【請求項６】
使用する周波数帯域によって前記第１のリアクタンス可変素子及び前記第２のリアクタンス可変素子を調整する請求項１から５のいずれか１項に記載のインピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドハティ増幅回路に関し、特にインピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドハティ増幅回路は、メインアンプとピークアンプを用意し、低出力時にはメインアンプだけを動作させ、高出力時にはメインアンプとピークアンプの両方を同時に動作させるものである。一般にドハティ増幅回路は、入力信号を電力分配器でメインアンプとピークアンプに分配し、この２個のアンプの出力を合成（以下ドハティ合成または電力合成と呼ぶ）し、インピーダンス変換器に入力して出力インピーダンスを調整し、そのあと負荷に出力する。
【０００３】
通常はメインアンプ出力後の伝送線路のインピーダンスと、ピークアンプ出力後の伝送線路のインピーダンスが異なるため、電力合成するには、アンプから見て前段の分配器側または後段側（合成側）でインピーダンスの調整を行う必要があった。合成側で調整する場合はアンプと電力合成点の間の伝送線路のインピーダンスを調整していた。具体的には伝送線路そのものを交換するか、ＲＦ（Radio  Frequency）スイッチ等による信号ルートの切り替えを行うことで調整していた。伝送線路の交換及びＲＦスイッチ等による信号ルートの切り替えには煩雑な作業が伴う。
【０００４】
特許文献１にマルチバンド高効率ドハティ増幅回路が開示されている。これは、メインアンプ１１０の出力に、サーキュレータ１２２と同調器１２１（コンデンサ）で構成されたインピーダンス・インバータ１２０を接続したものである。インピーダンス・インバータ１２０はコントローラ１２３に接続され、コンデンサの容量を調整してメインアンプ１１０の負荷インピーダンスを変調する。インピーダンス・インバータ１２０は、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１３−５２７７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、ピークアンプ１１５の出力が直接ドハティ合成の分岐点１１６につながっている。ピークアンプ１１５と分岐点１１６の間に存在する伝送線路のインピーダンスの影響が無視できれば、ピークアンプ１１５がOffの時は、この分岐点１１６からはピークアンプ１１５が切れて見えなくなる。
【０００７】
しかし、実際にはこの伝送線路の影響は無視できず、また分岐点１１６からピークアンプ１１５の間にはマッチング回路も入る。そのためピークアンプ１１５がOffとなっても、伝送線路やマッチング回路がオープンスタブに見える。特許文献１ではこの点が考慮されておらず、分岐点１１６から見ると、ピークアンプ１１５がOffでもOPENには見えず、オープンスタブが接続されているように見えてしまう。
【０００８】
そのためこの特許文献１のインピーダンス・インバータを用いても、インピーダンスの調整は必要になり、前述の伝送線路そのものの交換またはＲＦスイッチ等による信号ルートの切り替えによって調整を行う必要があった。
【０００９】
本発明の目的は、以上述べた問題点を解決し、伝送線路そのものの交換やＲＦスイッチ等による信号ルートの切り替えを行わずに合成側のインピーダンスを調整できる、インピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は電力分配器、前記電力分配器で分配された信号が入力されるメインアンプとピークアンプ、前記メインアンプと前記ピークアンプの出力が入力される、インピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路であって、
前記ピークアンプの出力に接続される第１のサーキュレータおよび第１のリアクタンス可変素子および前記メインアンプの出力に接続される第２のサーキュレータおよび第２のリアクタンス可変素子を備え、
前記ピークアンプの出力側から見た、前記第２のサーキュレータおよび前記第２のリアクタンス可変素子を含む回路がオープンであるように、前記第２のリアクタンス可変素子を調整することを特徴とする、インピーダンス調整回路を備えたドハティ増幅回路である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、伝送線路そのものの交換やＲＦスイッチ等による信号ルートの切り替えを行わずに合成側のインピーダンスを調整できるドハティ増幅回路を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態のドハティ増幅回路を示す図である。
【図２】図１のドハティ回路の解析のために、仮にインピーダンス変換部を25Ω終端に変更した回路図である。
【図３】666MHzにおいて、図２におけるメインアンプから見て伝送線路L1の電気長を変化させた際の負荷インピーダンス（L2＝90°）のスミスチャート上の軌跡を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態のドハティ増幅回路を示す図である。
【図５】666MHzにおいて、図４におけるメインアンプから見てL1を変化させた際の負荷インピーダンス（L2＝90°、L3＝180°）のスミスチャート上の軌跡を示す図である。
【図６】伝送線路L1、L2をオープンスタブに置き換えた例を示す回路図である。
【図７】伝送線路L1、L2を可変コンデンサに置き換えた例を示す回路図である。
【図８】伝送線路L1、L2を可変インダクタに置き換えた例を示す回路図である。
【図９】伝送線路L1、L2を可変コンデンサと可変インダクタを並列に接続した回路に置き換えた例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
図１〜図３を用いて本発明の第１の実施形態を説明する。
[構成の説明]
図１は第１の実施形態のドハティ増幅回路１０の回路図で、２分配器１１、メインアンプ１２、ピークアンプ１３、第１のサーキュレータ１４、インピーダンス（ここでは電気長）調整用の伝送線路L1、第２のサーキュレータ１５、電気長調整用の伝送線路L2、インピーダンスを２５Ωから５０Ωに変換するインピーダンス変換線路１６、アンテナ１７を備えている。
【００１４】
図１の回路構成において、ドハティ増幅回路１０に入力信号は２分配器１１によって同位相で分配され、各々メインアンプ１２への入力とピークアンプ１３への入力へと接続されている。これら２ルートは等長で接続されている。続いて、メインアンプ１２の出力は第１のサーキュレータ１４のポート１４１に接続される。ポート１４１に入力された信号は第１のサーキュレータのポート１４２に出力され、その出力は分岐点２０（以下合成点とも称する）に接続される。
【００１５】
一方ピークアンプ１３の出力は第２のサーキュレータ１５のポート１５１に接続される。ポート１５１に入力された信号は、合成点に接続される。メインアンプ１２とピークアンプ３の出力は合成点で合成される。
【００１６】
さらに、第１のサーキュレータのポート１４３はドハティ合成回路の調整のための伝送線路L1に接続されており、その伝送線路L1の末端はGNDへ接地されショートスタブ回路を形成している。同じく第２のサーキュレータのポート１５３はドハティ合成回路の調整のための伝送線路L2に接続されており、その伝送線路L2の末端はGNDへ接地されてショートスタブ回路を形成している。
【００１７】
ここでいうドハティ合成回路は、メイン、ピークの両アンプ１２、１３とインピーダンス変換線路１６の間を接続する２つの伝送線路、伝送線路中に挿入された第１、第２のサーキュレータ１４、１５、伝送線路L1、L2、合成点、インピーダンス変換線路１６を指す。
[動作の説明]
以下本実施形態のドハティ増幅回路の動作を、ピークアンプ１３が動作OFFの状態とONの状態に分けて説明する。
・小電力信号入力増幅でピークアンプ１３が動作OFFの状態
このとき、ピークアンプ１３単体は出力側から見てOPEN回路で全反射となっているが、メインアンプ１２から出力負荷であるドハティ合成回路を見たときに、合成点からピークアンプ１３の出力のOPEN端までを含めた回路が、使用したい周波数帯域においてオープンで切り離された状態、言い換えればドハティ増幅回路の動作に影響がない状態にする。
【００１８】
切り離された状態にするには、具体的には、次に述べる折り返しの経路で、伝送線路L2のインピーダンスを調整する。具体的には伝送線路L2の長さを調整可能にし、電気長がλ／２の整数倍となるオープンスタブ回路の動作をするように長さを選ぶ。折り返しの経路とは、合成点→第２のサーキュレータ１５のポート１５２→ポート１５３→伝送線路L2→ＧＮＤ接地点で全反射（折り返し）→再度伝送線路L2を通過→ポート１５３→ポート１５１→動作OFFのピークアンプ１５での全反射→ポート１５１→ポート１５２→合成点に戻る経路である。それによってメインアンプ１２から出力側を見たときに、使用したい周波数帯域において、合成点２０からピークアンプ１３側の回路が、オープンで切り離された(影響を受けない)状態となる。
【００１９】
切り離された状態にするためには、使用する高周波信号の波長をλとしたとき、前述の経路の電気長がλ／２の整数倍となるようにL2を調整する。このように調整すると、伝送線路L2に入ったＲＦ信号はＧＮＤで全反射し、その結果伝送線路L2を往復することになる。伝送線路L2の電気長をλ／２の整数倍（ｋ倍）にすれば、電気長はｋ×(λ／２)×２＝ｋλとなり、伝送線路L2は入力したＲＦ信号を全反射する。その結果使用周波数においてショートスタブがオープンスタブとして動作する。このように調整すると、メインアンプから出力を見たとき、合成点からピークアンプ側の回路がオープンで切り離された状態になる。
【００２０】
この調整ではメインアンプ１２から見た負荷インピーダンスを変更しているが、スミスチャート上では、スミスチャートの中心(50Ω)からの距離を変更していることを意味する。(後述の伝送線路L1の電気長の調整によって、スミスチャート上の軌跡であるサークルのサイズを調整していることを意味する。)
一方で、メインアンプ１２の出力側の伝送線路L1の電気長を調整することにより、メインアンプ出力から見た負荷のインピーダンスを調整することができる。具体的には、伝送線路L1の長さを変更することで、負荷インピーダンスの位置を、スミスチャートの真ん中(50Ω)を中心にした円周上で周回させる。言い換えると、負荷のインピーダンスの軌跡はチャートの真ん中(50Ω)を中心とした円周であり、伝送線路L1の電気長を変えることでこの円周上を周回する軌跡になる。
【００２１】
簡易的に検討するため、図１のドハティ増幅回路から25Ω→50Ωのインピーダンス変換を無くして25Ω終端とした回路（図２）で解析した。２５Ωから５０Ωへのインピーダンス変換は広帯域であると定義した。図３は解析結果のスミスチャートである。ここで、図３は周波数666MHzにて伝送線路L2を電気長90°で固定した状態で、伝送線路L1の電気長を変化させたときのメインアンプ側から見た負荷インピーダンスのスミスチャート上の軌跡である。伝送線路L1の電気長はスミスチャート上で100Ωの箇所に設定する。これはスミスチャート上の円周上で実部２、虚部０のポイントである。そのポイントに来るように伝送線路L1の電気長を調整する。このポイントに設定する理由は、一般的にメインアンプだけ動作した状態では、負荷インピーダンスが100Ωまたはその近傍のときが高効率に動作するためである。
【００２２】
なお、電気長調整後の伝送線路L1,L2の物理的長さは異なっていても構わない。
・大電力信号入力増幅でピークアンプとメインアンプが両方動作する状態
このとき、メインアンプ１２の出力電力とピークアンプ１３の出力電力とが合成点で電力合成される。メインアンプ１２の出力後の信号は第１のサーキュレータ１４のポート１４１に入力され、その出力がポート１４２に出力される。一方、ピークアンプ１３の出力後の信号は第２のサーキュレータ１５のポート１５１に入力され、ポート１５２へ出力される。その後この２つの出力は電力合成される。小信号入力時に対して大電力信号入力時に電気長の変更は行わない。メインアンプ１２側のルートとピークアンプ１３側のルートの合成点での位相は同相のままであり、その状態で電力合成される。なおλ／４線路については説明を省略する。
【００２３】
なお、使用する周波数帯を変えた場合、帯域の中心周波数に合わせて伝送線路L1、L2の電気長を調整すればよい。
【００２４】
本実施形態のドハティ増幅回路は、最初に使用する周波数帯域で最適となるよう電気長の調整を行っておき、周波数帯域を変えない限り電気長の調整は行わない。電気長の調整を行うのは使用する周波数帯域を変えた場合である。
【００２５】
また本実施形態ではメインアンプ１２とピークアンプ１３に入力信号が同位相で入力されている。しかし２つのアンプに異なる位相で信号が入力しても構わない。位相調整は合成側で行えばよい。
[効果の説明]
以上説明したように本実施形態のドハティ増幅回路によれば、伝送線路そのものの交換やＲＦスイッチ等による信号ルートの切り替えを行うことなく合成側のインピーダンスを調整できる。また分配側で位相を調整する必要もない。更に、このインピーダンス調整回路を持つことにより、ドハティ増幅回路の周波数変更が容易になる。
（実施例）
図４は第１の実施形態をより具体化したドハティ増幅回路を示す図である。本実施例では第１、第２のサーキュレータの出力の合成点をハイブリッドカプラ（HYB）４６で構成した。ハイブリッドカプラ４６は具体的には９０°ハイブリッドカプラである。本実施例でのドハティ合成点は、ハイブリッド４６カプラの合成出力である。また２分配器４１をハイブリッド型電力分配器４１で構成している。
【００２６】
メインアンプ４２、ピークアンプ４３、第１のサーキュレータ４４、第２のサーキュレータ４５、伝送線路L1、L2、インピーダンス変換する伝送線路L3、アンテナ４７は第１の実施形態と同様である。また第１のサーキュレータ４４のポート４４１、４４２、４４３は、それぞれ第１の実施形態のサーキュレータ１４のポート１４１、１４２、１４３と同様である。更に第２のサーキュレータ４５のポート４５１、４５２、４５３は、それぞれ第１の実施形態のサーキュレータ１５のポート１５１、１５２、１５３と同様である。
【００２７】
ピークアンプ４２がOFFしてメインアンプ４３のみ動作している状態における、メインアンプ出力の負荷インピーダンスの解析結果を図５に示す。ここで、図５は周波数666MHzにて伝送線路L2を電気長90°で固定した状態で、伝送線路L1の電気長を変化させたときのメインアンプ側から見た負荷インピーダンス（L2=90°、L3=180°）のスミスチャート上の軌跡である。本実施例の回路は図２のドハティ増幅回路と同様に、メインアンプ４２の負荷インピーダンスを、スミスチャート上の真ん中(50Ω)を中心に、25Ωと100Ωの２点を通過する円周上のインピーダンスに調整することが出来る。この場合も伝送線路L1の電気長をスミスチャート上で100Ωの箇所に設定すればよい。
（他の実施形態）
第１の実施形態では、インピーダンス調整用の素子として電気長が可変の伝送線路L1、L2を用いた。しかしこれに限らず図６〜図９に示すリアクタンス可変回路も用いることができる。
【００２８】
図６に示すのは、伝送線路L1,L2がショートスタブであったのをオープンスタブ６０に置き換えたものである。図７は同じく容量可変コンデンサ７０に置き換えたもの、図８はインダクタンス可変のインダクタ８０に置き換えたものである。図９はそれらを組み合わせたリアクタンス可変回路で、容量可変コンデンサ７０とインダクタンス可変のインダクタ８０を並列接続した回路である。
【００２９】
図６〜図９のリアクタンス可変回路の場合も、使用周波数をλとしたとき、その電気長をλ／２の整数倍とする。このように調整すると、合成点で反射され第２のサーキュレータ１５、４５のポート１５３、４５３から入ってくる信号が、図６〜図９のリアクタンス可変回路で全反射するよう位相調整される。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のドハティ増幅回路は、例えばテレビ送信機、電力増幅器等に用いることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０    ドハティ増幅回路
１１、４１    ２分配器
１２、４２    メインアンプ
１３、４３    ピークアンプ
１４、４４    第１のサーキュレータ
１５、４５    第２のサーキュレータ
１６    インピーダンス変換線路
１７、４７    アンテナ
２０    分岐点
４６    ハイブリッドカプラ
６０    オープンスタブ
７０    容量可変コンデンサ
８０    インダクタンス可変のインダクタ
１４１、１４２、１４３、１５１、１５２、１５３    ポート
【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】
0006795284.tif 000008
【図８】
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【図９】
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