(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅するメインアンプとピークアンプとを備え、入力信号が小信号である時には前記ピークアンプがＯＦＦ状態となり、入力信号が大信号である時には前記ピークアンプがＯＮ状態となるドハティ増幅装置において、
固定電圧を前記ピークアンプに給電する固定電源部と、
入力信号のエンベロープ振幅レベルに応じて調整される可変電圧を前記メインアンプに給電するエンベロープトラッキング電源部と、
を備えていることを特徴とするドハティ増幅装置。
【請求項２】
前記メインアンプの出力と前記ピークアンプの出力との出力合成点においてみたときに、記メインアンプの出力レベルと前記ピークアンプの出力レベルとが、前記ピークアンプのＯＮ状態時においてほぼ一致するように、前記メインアンプの利得特性及び／又は前記ピークアンプの利得特性を、前記メインアンプの電源電圧に応じて調整する利得調整手段を更に備えている請求項１記載のドハティ増幅装置。
【請求項３】
前記メインアンプの出力と前記ピークアンプの出力との出力合成点においてみたときに、前記メインアンプの出力信号と前記ピークアンプの出力信号とが、前記ピークアンプのＯＮ状態時においてほぼ同位相となるように、前記メインアンプの通過位相特性及び／又は前記ピークアンプの通過位相特性を、前記メインアンプの電源電圧に応じて調整する位相調整手段を更に備えている請求項２記載のドハティ増幅装置。
【請求項４】
前記エンベロープトラッキング電源部は、その最大給電能力が、メインアンプの最大電力出力時の必要供給電力よりも大きく、メインアンプとピークアンプの最大合成出力時の必要供給電力よりも小さい請求項１〜３のいずれか１項に記載のドハティ増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドハティ増幅装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高効率増幅装置として、ドハティ型の増幅装置（以下、「ドハティ増幅装置」という）が知られている。ドハティ増幅装置は、メインアンプとピークアンプとを有している、ドハティ増幅装置に与えられる入力信号は、メインアンプとピークアンプとに分配され、両アンプによって増幅され、両アンプの合成出力が、ドハティ増幅装置の出力となる。
【０００３】
従来の一般的なドハティ増幅装置において、メインアンプは、ＡＢ級アンプ又はＢ級アンプとして構成されており、常時ＯＮ状態である。一方、ピークアンプは、Ｃ級アンプとして構成されており、入力信号が小信号である時にはＯＦＦ状態となり電力を消費せず、入力信号が大信号になるとＯＮ状態となる。
【０００４】
したがって、入力信号が小信号のときは、メインアンプだけで入力信号が増幅される。また、入力信号が大信号になると、ピークアンプがＯＮ状態となることで、メインアンプの負荷インピーダンスが低下することによって、飽和電力が向上し、かつピークアンプ出力が合成され、全体の飽和電力が向上する。これにより、ドハティ増幅装置では、広い範囲で増幅が行うことができる。しかも、ピークアンプは、入力信号のレベルが小さい場合は、消費電力が少ないので、ドハティ増幅装置全体では、広い入力レベル範囲(一般的な対称型ドハティアンプでは、その飽和電力レベルから６ｄＢ下がった範囲)で高効率となる。
【０００５】
また、増幅装置を高効率化する他の技術としてエンベロープトラッキング（Envelope Tracking）電源を用いたものが知られている。エンベロップトラッキング電源（以下、「ＥＴ電源」という）は、入力信号のエンベロープ（包絡線）に応じてアンプに給電される電源電圧を制御することにより、高効率を達成する。
【０００６】
さらに、ドハティ増幅装置にＥＴ電源を採用したものとして、特許文献１に記載のものがある。
特許文献１に記載のものは、平均電力増幅器（メインアンプ）には、第１の直流電源からの固定電圧が給電され、ピーク電力増幅器（ピークアンプ）には、電圧変調器から振幅変調された電圧が給電されるよう構成されている。
【０００７】
特許文献１において、ピーク電力増幅器に給電される振幅変調電圧は、入力された変調波信号の振幅エンベロープに対応する電圧のうち、所定のしきい値を超えた電圧で、直流電圧を振幅変調したものである。
つまり、特許文献１に記載のものは、ピークアンプにＥＴ電源から給電される構成である。
【特許文献１】特開２００７−５３５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図７は、（１）ドハティ増幅装置ではない普通の増幅装置の効率−出力特性Ａ、（２）（２）従来の一般的なドハティ増幅装置の効率−出力特性Ｂ、（３）普通の増幅装置にＥＴ電源を用いたときの効率−出力特性Ｃを示している。
【０００９】
図７の特性Ｂに示すように、従来の一般的なドハティ増幅装置の効率では、飽和出力に至るまで広い範囲で増幅できるとともに、普通の増幅装置（特性Ａ）に比べて、特に低出力レベルの範囲で高効率化が図られている。
一方、図７の特性Ｃに示すように、普通の増幅装置にＥＴ電源を用いたときは、特に低出力レベルの範囲で、従来の一般的なドハティ増幅装置（特性Ｂ）よりもさらに高効率を得ることができる。
【００１０】
しかし、普通の増幅装置にＥＴ電源を用いた場合、ＥＴ電源の給電能力によって、増幅装置のＲＦ出力レベルが制限を受けてしまう。
つまり、図７の特性Ｃに示すように、アンプの出力能力よりも、ＥＴ電源の最大給電能力が低い場合、増幅装置全体の出力レベルが、ＥＴ電源の給電能力に制限を受けてしまう。
【００１１】
したがって、増幅装置全体の出力レベルが、ＥＴ電源の最大給電能力に制限を受けないようにするには、ＥＴ電源の最大給電能力を十分に大きくする必要がある。しかし、ＥＴ電源は、高価であるため、ＥＴ電源の最大給電能力を大きくすると、増幅装置全体のコストアップとなる。
【００１２】
また、特許文献１のドハティ型増幅器のように、ピーク電力増幅器（ピークアンプ）に対して、電圧変調器によって振幅エンベロープに応じた電圧を供給する場合においても、電圧変調器の最大給電能力は、入力信号が大信号であるときに動作するピーク電力増幅器の最大電力出力能力よりも大きくなければならない。さもなければ、ピーク電力増幅器の出力レベル、ひいてはドハティ型増幅器全体の出力レベルが、電圧変調器の最大給電能力による制限を受けてしまう。
しかし、電圧変調器（ＥＴ電源）の最大給電能力を大きくすると、コストアップとなるのは前述のとおりである。
【００１３】
しかも、特許文献１のドハティ型増幅器では、平均電力増幅器（メインアンプ）だけが動作する小信号時においては、効率−出力特性は、普通のドハティ増幅装置（特性Ｂ）と変わらず、低出力レベルにおいては、普通の増幅装置にＥＴ電源を用いたときの効率（特性Ｃ）よりも劣ってしまう。
【００１４】
このように、従来、増幅装置でＥＴ電源を用いると、高効率であるものの、ＥＴ電源の供給能力の制限により、高出力を確保することが困難であり、普通のドハティ増幅装置では、高出力が得られるがＥＴ電源を用いたときほどの広範囲な高効率は得られない。
また、特許文献１のドハティ型増幅器のようにピーク電力増幅器（ピークアンプ）にＥＴ電源を用いると、ピークアンプのＯＮ／ＯＦＦのスイッチングが明確になり、ピークアンプのＯＮ直前の効率が向上し、ピークアンプのＯＮ後も、高効率が期待されるが、平均電力増幅器（メインアンプ）だけが動作する小信号範囲での高効率化は期待できない。
【００１５】
そこで、本発明は、ドハティ増幅装置において、ＥＴ電源の給電能力が十分でないＥＴ電源を用いても高出力が得られ、低出力レベルにおいても更なる高効率化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、入力信号を増幅するメインアンプとピークアンプとを備え、入力信号が小信号である時には前記ピークアンプがＯＦＦ状態となり、入力信号が大信号である時には前記ピークアンプがＯＮ状態となるドハティ増幅装置において、固定電圧を前記ピークアンプに給電する固定電源部と、入力信号のエンベロープ振幅レベルに応じて調整される可変電圧を前記メインアンプに給電するエンベロープトラッキング電源部と、を備えていることを特徴とするドハティ増幅装置である。
【００１７】
上記本発明によれば、メインアンプがエンベロープトラッキング電源部から給電を受けるため、エンベロープトラッキングによる高効率化を図ることができる。しかも、エンベロープトラッキング電源の給電能力が十分でなくても、大信号の増幅を担うピークアンプは固定電圧であるため、エンベロープトラッキング電源の給電能力の制限を受けず、高出力が得られる。
【００１８】
前記メインアンプの出力と前記ピークアンプの出力との出力合成点においてみたときに、記メインアンプの出力レベルと前記ピークアンプの出力レベルとが、前記ピークアンプのＯＮ状態時においてほぼ一致するように、前記メインアンプの利得特性及び／又は前記ピークアンプの利得特性を、前記メインアンプの電源電圧に応じて調整する利得調整手段を更に備えているのが好ましい。
メインアンプがエンベロープトラッキング電源から給電を受けると、メインアンプの利得が変動し、両アンプの出力レベルと一致させることが困難になるが、利得調整手段を設けておくことで、出力レベルを一致させることができる。
【００１９】
前記メインアンプの出力と前記ピークアンプの出力との出力合成点においてみたときに、前記メインアンプの出力信号と前記ピークアンプの出力信号とが、前記ピークアンプのＯＮ状態時においてほぼ同位相となるように、前記メインアンプの通過位相特性及び／又は前記ピークアンプの通過位相特性を、前記メインアンプの電源電圧に応じて調整する位相調整手段を更に備えているのが好ましい。
メインアンプがエンベロープトラッキング電源から給電を受けると、メインアンプの通過位相が変動し、両アンプの出力を同位相にすることが困難になるが、位相調整手段を設けておくことで、両アンプの出力の位相を一致させることができる。
【００２０】
前記エンベロープトラッキング電源部は、その最大給電能力が、メインアンプの最大電力出力時の必要供給電力よりも大きく、メインアンプとピークアンプの最大合成出力時の必要供給電力よりも小さいのが好ましい。この場合、高出力、高効率を維持しながら低コスト、小型化が図れる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＥＴ電源の給電能力が十分でないＥＴ電源を用いても高出力が得られ、低出力レベルにおいても更なる高効率化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係るドハティ増幅装置１０を示している。このドハティ増幅装置１０は、従来のドハティ増幅装置１０と同様に、入力端子に入力された入力信号Ｐｉｎを、メインアンプ１とピークアンプ２に分配する分配器３を備えており、入力信号Ｐｉｎをメインアンプ１とピークアンプ２とで増幅するように構成されている。
【００２３】
メインアンプ１とピークアンプ２とは、それぞれ、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）によって構成されている。入力信号Ｐｉｎは、両アンプ１，２によって増幅されるとともに、合成されて、ドハティ増幅装置１０の出力信号Ｐｏｕｔとなる。
なお、分配器３とピークアンプ２との間には、第１のλ／４線路４が設けられている。また、メインアンプ１とピークアンプ２との出力合成点Ａと、メインアンプ１との間にも、第２のλ／４線路５が設けられている。
【００２４】
メインアンプ１は、ＡＢ級アンプ又はＢ級アンプとして構成されており、常時ＯＮ状態である。一方、ピークアンプ２は、Ｃ級アンプとして構成されており、入力信号が小信号である時にはＯＦＦ状態となり電力を消費せず、入力信号が大信号になるとＯＮ状態となる。
そして、入力信号が大信号になると、ピークアンプがＯＮ状態となることで、メインアンプの負荷インピーダンスが低下することにより、飽和電力が向上し、かつピークアンプ出力が合成され、全体の飽和電力が向上する。
【００２５】
本実施形態のドハティ増幅装置１０は、メインアンプ１に対し、電源電圧（ドレイン電圧）として可変電圧を給電するエンベロープトラッキング電源部（ＥＴ電源部）９を備えている。
このＥＴ電源部９は、固定電圧である直流電源部１１（電圧Ｖｓ）から、入力信号Ｐｉｎのエンベロープ振幅レベルに応じて調整された可変電圧を生成して、メインアンプ１に給電するためのものである。
【００２６】
このＥＴ電源部９は、エンベロープ（包絡線）検出部６によって検出された入力信号Ｐｉｎのエンベロープ振幅レベルＶｄｅｔからメインアンプ１に給電される電源電圧Ｖｄを決定する制御部８と、制御部８によって決定された電源電圧Ｖｄを生成してメインアンプ１に給電する電源供給部７と、を備えている。
【００２７】
前記制御部８は、検出されたエンベロープ振幅レベルＶｄｅｔから、メインアンプ１に供給される電源電圧Ｖｄを決定するために、例えば、ルックアップテーブル（図示省略）を用いる。このルックアップテーブルは、図示しない記憶部に記憶されており、検出されたエンベロープ振幅レベルＶｄｅｔに対応する電源電圧Ｖｄが規定されている。制御部８は、ルックアップテーブルを参照して、検出されたエンベロープ振幅レベルＶｄｅｔに対応する電源電圧Ｖｄを決定する。
【００２８】
図２における特性Ｄは、本実施形態に係るドハティ増幅装置１０の効率−出力特性を示している。同図に示すように、メインアンプ１へ給電される電圧Ｖｄをエンベロープ振幅レベルＶｄｅｔに応じて、変化させることで、メインアンプ１だけが動作する低出力レベル範囲においては、普通のドハティ増幅装置に比べて高効率化が達成される。
【００２９】
ここで、ＥＴ電源部９（電源供給部７）は、その最大給電能力が、メインアンプ１の最大電力出力時の必要供給電力よりも大きいものが採用されているため、メインアンプ１だけが動作する範囲において、メインアンプ１の出力は、ＥＴ電源部９の給電能力による規制を受けない。
ただし、ＥＴ電源９の最大給電能力は、メインアンプ１とピークアンプ２（ドハティ増幅装置１０）の最大合成電力時の必要供給電力よりも小さくなっている。
【００３０】
前記ピークアンプ２には、直流電源部（固定電源部）１１から、固定電圧Ｖｓが給電される。直流電源部１１は、ピークアンプ２の電力出力を制限しないように、十分な大きさの電力を供給できるものであるが、ピークアンプ２は、入力信号Ｐｉｎが小信号であるときにはＯＦＦ状態となるため電力消費が少なく、高出力レベルの範囲において、従来のドハティ増幅装置とほぼ同様な高効率特性が確保される。
【００３１】
このように、本実施形態のドハティ増幅装置１０によれば、小信号に対応する低出力レベル範囲では普通のドハティ増幅装置よりも高い効率が得られるとともに、大信号に対応する高出力レベル範囲では普通のドハティ増幅装置とほぼ同様に高い効率が得られるため、低出力レベル範囲及び高出力レベル範囲の双方において、全体的に高い効率が得られる。
【００３２】
しかも、本実施形態において、大きな入力信号Ｐｉｎの増幅を受け持つピークアンプ２は、ＥＴ電源部９から給電を受けず、十分な給電能力がある固定電源部１１から給電を受けるため、ＥＴ電源部９の給電能力が十分でないとしても、ピークアンプ２ひいてはドハティ増幅装置１０全体では、ＥＴ電源部９の給電能力による制限を受けず、図２に示すように、高出力を維持できる。
【００３３】
なお、本実施形態では、ピークアンプ２に固定電源部１１から給電しているが、仮に、ピークアンプ２へも可変電圧を給電するＥＴ電源部９を設けると、ＥＴ電源部９の効率が低いことから、ドハティ増幅装置１０全体の効率（η0）が劣化する。また、両アンプ１，２に給電するＥＴ電源部９が必要となるため、コストアップとなる。
一方、本実施形態のドハティ増幅装置１０では、ピークアンプ２へはＥＴ電源部９から給電しないため、上記のような問題を回避できる。
【００３４】
図３は、第２実施形態に係るドハティ増幅装置１０を示している。第２実施形態では、第１実施形態のドハティ増幅装置１０に可変利得回路（利得調整手段）１２を加えたものである。なお、第２実施形態において説明を省略する点は、第１実施形態と同様である。
【００３５】
ドハティ増幅装置１０は、その動作をするための前提として、大信号時にピークアンプ２がＯＮ状態になると、ピークアンプ２の出力レベルは、出力合成点Ａからみたときに、メインアンプ１からの出力レベルと同じであることが必要である。
ところが、ＥＴ動作中のメインアンプ１の利得（振幅特性）は、その変化する電源電圧（ドレイン電圧）Ｖｄによって変化する。したがって、メインアンプ１をＥＴ動作させると、メインアンプ１に給電される電源電圧Ｖｄの値によって、メインアンプの出力レベルが異なることになる。
【００３６】
ここで、図４は、アンプの利得特性を示している。図４において２点鎖線で示す特性は、メインアンプ１において電源電圧をＶｄ１〜Ｖｄ５に変化させたときのそれぞれの利得特性を示している。図４に示すように、利得特性は、電源電圧Ｖｄによって変化する。したがって、ＥＴ動作させたメインアンプ１の利得−出力特性は、図４の実線で示すようになる。
一方、図４の１点鎖線は、固定電圧が供給されるピークアンプ２の利得−出力特性を示している。
図４に示すように、メインアンプ１の利得特性とピークアンプ２の利得特性は、一致しておらず、電源電圧Ｖｄの値によって、出力レベルが一致しないことがわかる。
【００３７】
前記可変利得回路１２は、ピークアンプ２の利得を調整して、少なくともピークアンプのＯＮ状態において、ピークアンプ２の出力レベルとメインアンプ１の出力レベルとが一致するようにする。
【００３８】
可変利得回路１２は、制御部８によって制御される。制御部８は、メインアンプ１の電源電圧Ｖｄに応じて、可変利得回路１２を制御し、ピークアンプ２の利得を調整する。制御部８は、電源電圧Ｖｄに対応する利得調整値を記憶したルックアップテーブルを参照することにより、利得を調整することができる。なお、前記ルックアップテーブルは、入力信号の振幅エンベロープレベルに対応する利得調整値を記憶したものや、メインアンプの出力レベルに対応する利得調整値を記憶したものであってもよい。
【００３９】
図４に示すように、ピークアンプ２のＯＮ状態において、メインアンプ１の利得とピークアンプ２の利得を調整することで、両アンプ１，２の出力を一致させることができる。
なお、メインアンプ１の電源電圧Ｖｄの最大値Ｖｄ＿ｍａｘと、ピークアンプ２の電源電圧Ｖｓは、ほぼ等しいものとする。
【００４０】
なお、メインアンプ１の電源電圧Ｖｄは、入力信号Ｐｉｎの振幅エンベロープに応じて変化するものであるから、エンベロープ検出部６によって検出した振幅エンベロープレベルを用いて利得調整値を求めても、電源電圧Ｖｄに応じて利得を調整したことになる。また、同様に、メインアンプ１の出力信号レベルも入力信号Ｐｉｎの振幅エンベロープに対応しているため、メインアンプ１の出力レベルを検出し、当該出力レベルを用いて利得調整値を求めても、電源電圧Ｖｄに応じて利得を調整したことになる。
【００４１】
また、利得調整回路１２は、ピークアンプ２側に替えて又は加えて、メインアンプ１側に設けても良い。
【００４２】
図５は、第３実施形態に係るドハティ増幅装置１０を示している。第３実施形態では、第２実施形態のドハティ増幅装置１０に可変位相回路（位相調整手段）１４を更に加えたものである。なお、第３実施形態において説明を省略する点は、第１及び第２実施形態と同様である。
【００４３】
ドハティ増幅装置１０は、その動作をするための前提として、大信号時にピークアンプ２がＯＮ状態になると、ピークアンプ２の出力レベルは、出力合成点Ａからみたときに、ピークアンプ２の出力レベルがメインアンプ１からの出力レベルと同じであるだけでなく、さらに、両アンプ１，２の出力の位相が同位相にあることが必要である。
【００４４】
ところが、ＥＴ動作中のメインアンプ１は、利得（振幅特性）だけでなく位相特性も、電源電圧（ドレイン電圧）Ｖｄによって大きく変化する。したがって、メインアンプ１をＥＴ動作させると、メインアンプ１に給電される電源電圧Ｖｄの値によって、メインアンプの出力レベルだけでなく、位相も異なることになる。
【００４５】
ここで、図６は、アンプの通過位相特性を示している。図６において２点鎖線で示す特性は、メインアンプ１において電源電圧をＶｄ１〜Ｖｄ５に変化させたときのそれぞれの通過位相特性を示している。図６に示すように、通過位相特性は、電源電圧Ｖｄによって大きく変化する。したがって、ＥＴ動作させたメインアンプ１の位相−出力特性は、図６の実線で示すようになる。
一方、図６の１点鎖線は、固定電圧が供給されるピークアンプ２の位相−出力特性を示している。
図６に示すように、メインアンプ１の位相特性とピークアンプ２の位相特性は、一致しておらず、電源電圧Ｖｄの値によって、位相が一致しないことがわかる。
【００４６】
前記可変位相回路１４は、メインアンプ１の位相を調整して、メインアンプ１の出力とピークアンプ２の出力と同位相になるようにする。
【００４７】
可変位相回路１４も、可変利得回路１２と同様に、制御部８によって制御される。制御部８は、メインアンプ１の電源電圧Ｖｄに応じて、可変位相回路１４を制御し、メインアップ１の位相を調整する。制御部８は、電源電圧Ｖｄに対応する位相調整値を記憶したルックアップテーブルを参照することにより、位相を調整することができる。なお、前記ルックアップテーブルは、入力信号の振幅エンベロープレベルに対応する位相調整値を記憶したものや、メインアンプの出力レベルに対応する位相調整値を記憶したものであってもよい。
【００４８】
図６に示すように、少なくともピークアンプ２のＯＮ状態において、メインアンプ１の位相とピークアンプ２の位相を調整することで、両アンプ１，２の出力を同位相にすることができる。
【００４９】
このように、第３実施形態では、利得と位相が調整されるため、メインアンプ１をＥＴ動作させて利得や位相が変化しても、両アンプ１，２の出力レベルや位相を揃えることができ、ドハティ増幅装置としての、より適切な動作が確保できる。
なお、位相調整回路１４は、メインアンプ１側に替えて又は加えて、ピークアンプ２側に設けても良い。
【００５０】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】第１実施形態に係るドハティ増幅装置の回路図である。
【図２】ドハティ増幅装置の効率−ＲＦ出力電力特性図である。
【図３】第２実施形態に係るドハティ増幅装置の回路図である。
【図４】利得−出力特性図である。
【図５】第３実施形態に係るドハティ増幅装置の回路図である。
【図６】通過位相−出力特性図である。
【図７】従来技術の効率−ＲＦ出力電力特性図である。
【符号の説明】
【００５２】
１：メインアンプ，２：ピークアンプ，３：分配器，４：λ／４線路，５：λ／４線路，６：エンベロープ検出部，７可変電源部，８：制御部，９：ＥＴ電源部，１０：ドハティ増幅装置，１１：固定電源部，１２：可変利得回路，１４：可変位相回路，Ｖｄ：可変電圧，Ｖｓ：固定電圧
【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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