(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ポートと出力ポートを有する増幅器回路であって、
前記増幅器回路の入力ポートに結合された入力ポートを有するとともに、出力ポートを有するキャリア増幅器と、
前記増幅器回路の入力ポートに結合された入力ポートを有するとともに、出力ポートを有するピーク増幅器と、
前記ピーク増幅器の出力ポートに結合された第１のポートを有するとともに、前記増幅器の出力ポートに結合された第２のポートを有する第１の遅延線と、
を備え、前記第１の遅延線が、前記ピーク増幅器の電力付加効率を最適化するように選択された第１の遅延特性を有する、
増幅器回路。
【請求項２】
請求項１記載の増幅器回路において、前記増幅器回路の入力ポートに結合された第１のポート、前記キャリア増幅器の入力ポートに結合された第２のポート、および前記ピーク増幅器の入力ポートに結合された第３のポートを有するディバイダ回路をさらに備える増幅器回路。
【請求項３】
請求項２記載の増幅器回路において、前記キャリア増幅器の出力ポートに結合された第１のポート、前記遅延線の第２のポートに結合された第２のポート、および前記増幅器回路の出力ポートに結合された第３のポートを有する結合回路網をさらに備える増幅器回路。
【請求項４】
請求項１記載の増幅器回路において、前記キャリア増幅器は、
第１のポートと第２のポートを有する増幅装置と、
前記キャリア増幅器の入力ポートに結合された入力ポートと、前記増幅装置の第１のポートに結合された出力ポートを有し、最適の整合インピーダンス特性を前記増幅装置の第１のポートに与えるようなインピーダンス特性を有する入力整合回路網と、
前記増幅装置の第２のポートに結合された入力ポートと、前記キャリア増幅器の出力ポートに結合された出力ポートを有する出力整合回路網と、
を備える増幅器回路。
【請求項５】
請求項４記載の増幅器回路において、前記キャリア増幅器の前記出力整合回路網は、前記キャリア増幅器の前記出力電力を最大にするインピーダンス特性を前記増幅装置の第２のポートに与える増幅器回路。
【請求項６】
請求項１記載の増幅器回路において、前記ピーク増幅器は、
第１のポートと第２のポートを有する増幅装置と、
前記ピーク増幅器の第１のポートに結合された入力ポートを有するとともに、前記増幅装置の第１のポートに結合された出力ポートを有し、最適な整合インピーダンス特性を前記増幅装置の第１のポートに与えるようなインピーダンス特性を有する入力整合回路網と、
前記増幅装置の第２のポートに結合された入力ポートを有するとともに、前記第１の遅延線の第１のポートに結合された出力ポートを有する出力整合回路網と、
を備える増幅器回路。
【請求項７】
請求項６記載の増幅器回路において、前記ピーク増幅器の前記入力整合回路網は、低信号条件のもとに、所定のインピーダンス特性を前記第１のポートおよび前記増幅装置に与え、
前記ピーク増幅器が最大出力電力を提供するようなインピーダンス整合特性を有する前記出力整合回路網が提供される増幅器回路。
【請求項８】
請求項１記載の増幅器回路において、バックオフ状態で、前記増幅器回路の電力付加効率を最適化するように選択された遅延特性を有する前記第１の遅延線が提供される増幅器回路。
【請求項９】
請求項８記載の増幅器回路において、前記ディバイダ回路の前記出力ポートと、前記ピーク増幅器の前記入力ポートとの間に結合された第２の遅延線をさらに備え、前記第２の遅延線は、前記キャリア増幅器の前記入力ポートから前記結合回路網の第１の入力ポートまで延びる信号経路と、前記ピーク増幅器の入力ポートから前記結合回路網の第２の入力ポートまで延びる信号経路との間の経路長を等しくする増幅器回路。
【請求項１０】
請求項８記載の増幅器回路において、前記キャリア増幅器はキャリア増幅器信号経路内に配置され、前記ピーク増幅器はピーク増幅器信号経路内に配置され、
前記ディバイダ回路の前記第１の出力ポートと、前記キャリア増幅器の前記入力ポートとの間に結合され、キャリア増幅器信号経路とピーク増幅器信号経路との間の信号経路長を等しくする遅延を有する第２の遅延線をさらに備える増幅器回路。
【請求項１１】
増幅器回路を提供する方法であって、
第１の増幅装置を提供するステップと、
前記第１の増幅装置の入力インピーダンスを整合させるステップと、
前記第１の増幅装置の出力インピーダンスを電力整合させるステップと、
第２の増幅装置を提供するステップと、
前記第２の増幅装置の出力インピーダンスを電力整合させるステップと、
低信号条件のもとに、前記第２の増幅装置の入力インピーダンスを整合させるステップと、
第１の遅延線が、増幅器の電力付加効率を最適化するように選択された遅延を与えるように、前記第２の増幅装置の出力ポートに結合される第１の遅延線を選択するステップと、
前記第１の増幅装置の入力ポートに結合される第２の遅延線によって提供される遅延線を選択するステップであって、前記第２の遅延線によって与えられる遅延が、該第２の遅延線の入力から、前記第１の増幅装置に結合された出力整合回路網の出力までの信号経路長と、前記第２の増幅装置に結合された入力整合回路網の入力ポートから、前記第１の遅延線の出力ポートまでの信号経路長を等しくするように選択するステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、前記第１の増幅装置はキャリア増幅器に対応し、前記第２の増幅装置はピーク増幅器に対応し、また前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器によって供給される信号を効率的に組合わせることができるように、前記ピーク増幅器の遅延線によって与えられる遅延が選択される方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、前記ピーク増幅器の遅延線によって与えられる遅延は、前記遅延が、バックオフ状態で前記増幅器回路の電力付加効率を最適化するように選択される方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、前記ピーク増幅器の遅延線によって与えられる遅延を選択するステップは、
（ａ）遅延を選択するステップと、
（ｂ）バックオフ状態で、前記増幅器回路の電力付加効率を測定するステップと、
（ｃ）前記測定された電力付加効率値と電力付加効率しきい値を比較するステップと、
（ｄ）最適な電力付加効率値を与える遅延が得られるまで、ステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すステップと、
を含む方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、前記キャリア増幅器によって与えられる遅延を選択するステップは、
（ｅ）前記キャリア増幅器の遅延線用の遅延を選択するステップと、
（ｆ）前記増幅器の出力電力を測定するステップと、
（ｇ）前記測定された出力値としきい値を比較するステップと、
（ｈ）前記増幅器回路が最適な出力電力を供給するまで、ステップ（ｅ）〜（ｇ）を繰り返すステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明はＲＦ回路に関し、更に詳細にはＲＦ電力増幅器回路に関する。
発明の背景
当業界で知られているように、電気通信システム、衛星システム、および他のシステムでは、無線周波数（ＲＦ）電力増幅器（ＰＡ）は、非常に効率的な態様でＲＦ信号を線形的に増幅することが望ましい。効率は、一般的に、入力駆動レベルに比例する。通常、増幅器がその最大出力電力に近づくまで、高い効率は得られない。しかしながら、これは、線形動作と矛盾することになる。したがって、通常、ＲＦ電力増幅器回路において、最大効率の達成と高い直線性の達成との間で、折り合いを取るように調整しなければならない。
【０００２】
さらに周知のように、いわゆるドハティ・タイプの増幅器、すなわち、もっと簡単に言えばドハティ増幅器は、このような問題を克服するために用いられてきた。一般に、ドハティ増幅器は、信号源と負荷との間に並列に接続された一対の伝送路を含む。これらの伝送路の各々は１つの増幅器を含んでいる。
【０００３】
１つの信号経路では、この増幅器は、「Ｂ」級増幅器または「ＡＢ」級増幅器として配置される（ドハティ増幅器の設計では、「キャリア増幅器（carrier amplifier）」とも呼ばれる）。キャリア増幅器は、比較的に低位の信号レベルを有する信号を増幅するように、設計され、バイアスがかけられる。他方の信号経路では、この増幅器は、「Ｃ」級増幅器として配置される（ドハティ増幅器の設計では、「ピーク増幅器（peak amplifier）」とも呼ばれる）。ピーク増幅器は、信号源から供給されるＲＦ信号の瞬時値が所定のしきい値よりも低い信号レベルを有するとき、ピーク増幅器がオフとなるように設計され、バイアスがかけられる。ピーク増幅器の入力ポートに送られるＲＦ信号の信号レベルが所定のしきい値のレベルに達するときには、ピーク増幅器にバイアスをかけてオン状態にし、ピーク増幅器とキャリア増幅器の双方が、ＲＦ電力を負荷に供給する。
【０００４】
このような手法では、ドハティ増幅器は、増幅器出力電力（Ｐout）の所望の範囲にわたって、最適な電力付加（印加）効率（ＰＡＥ：power added efficiency）を提供できる。理想的なドハティ増幅器は、Ｐoutの６デシベル（ｄＢ）の範囲にわたって、一定のＰＡＥ値を有する。
【０００５】
ドハティ増幅器の並列信号経路中に配置されるキャリア増幅器とピーク増幅器は、大電力電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で製造することができる。一般に、大電力ＦＥＴの最適な負荷インピーダンスは、大電力レベルでは比較的に小さい。このことから、キャリア増幅器からの信号とピーク増幅器からの信号を組み合わせると同時に、ドハティ増幅器の出力電力の範囲にわたって、比較的に高い利得とＰＡＥを維持することが比較的困難となる。
【０００６】
従って、増幅器出力電力の比較的広い範囲にわたって、所望のＰＡＥを提供するＲＦ電力増幅器を設けることが望ましい。さらに、マルチ・キャリアのノイズ状の信号に対して、線形で、効率的なＲＦ増幅器を設けることも望ましい。
発明の要約
本発明によれば、ドハティ増幅器を提供する方法は、第１の信号経路中の第１の増幅装置の入力インピーダンスを最適に整合させるステップ、最大電力出力を提供するために、第１の増幅装置の出力インピーダンスを電力整合させるステップ、最大の電力出力を供給するために、第２の信号経路中の第２の増幅装置の出力インピーダンスを電力整合させるステップ、低信号条件のもとに、第２の増幅装置の入力インピーダンスを最適に整合させるステップ、および、第２増幅装置の出力に、ドハティ増幅器のＰＡＥを最適化するために選択された時間遅延を有する時間遅延回路を設けるステップを含む。この特別の構成によって、出力電力の比較的広い範囲にわたって、比較的高いＰＡＥを有するドハティ増幅器が提供される。一実施形態では、第１の信号経路はキャリア増幅器信号経路に対応し、また、第２の信号経路はピーク増幅器信号経路に対応する。キャリア増幅器信号経路とピーク増幅器信号経路との間に、等しい伝搬時間を与えるために、第２の遅延線を利用することができる。ピーク増幅器信号経路における遅延は、入力整合回路網、増幅装置、出力整合回路網、および遅延線から構成されることが注目される。同様に、キャリア増幅器信号経路における遅延は、入力整合回路網、第１の増幅装置、出力整合回路網から提供される。これら２つの信号経路による遅延を等しくするために必要な遅延は、正または負になる可能性があることに注意すべきである。キャリア増幅器信号経路において必要となる遅延が負である場合には、このような遅延は、通常、ピーク増幅器信号経路において正の遅延として実現される。その一方、キャリア増幅器信号経路において必要となる遅延が正である場合には、通常、遅延はキャリア増幅器信号経路において正の遅延として実現される。それによって、キャリア増幅器信号経路中のさらなる遅延源が、キャリア増幅器信号経路中に設けられた遅延線による場合がある。したがって、キャリア増幅器信号経路を通して伝搬する信号が、ピーク増幅器信号経路を通して伝搬する信号と同じ遅延を受けることを確実にする第１の遅延線と、ドハティ増幅器の出力電力の所望範囲にわたって最適なＰＡＥを有するドハティ増幅器を提供する第２の遅延線とを有するドハティ増幅器が提供される。
【０００７】
本発明は、図面を参照する以下の詳細な説明から、本発明の前述の特徴とともに、より完全に理解することができる。
好適な実施形態の説明
ここで、図１を参照すると、入力ポート１０ａと出力ポート１０ｂを有する増幅器回路１０はディバイダ（分割器）回路１２を含み、ディバイダ回路１２は、増幅器回路１０の入力ポート１０ａに結合された入力ポートを有するとともに、一対の出力ポート１２ａ、１２ｂを有する。ディバイダ回路１２は、受信信号を名目上等しい２つの部分に分割または分配することが可能な任意のタイプの回路として設けられることを理解すべきである。ディバイダ回路１２は、例えば、０°ハイブリッド・カプラ、９０°３ｄＢハイブリッド・カプラ、１８０°３ｄＢハイブリッド・カプラ、いわゆるマジックＴ、または、３ｄＢ電力ディバイダ回路を含むが、それらに限定されるものではない。
【０００８】
ディバイダ回路１２の出力ポート１２ａは、増幅器回路１０のキャリア増幅器信号経路１４の入力ポート１４ａに導かれる。ディバイダ回路１２の出力ポート１２ｂは、増幅器回路１０のピーク増幅器信号経路１６の入力ポート１６ａに導かれる。増幅器回路１０は、ディバイダ回路１２とコンバイナ（結合）回路網２１との間に並列に接続された一対の伝送路１４、１６を含み、したがって、増幅器回路１０は、このようにドハティ・タイプの増幅器に相当する。
【０００９】
まず最初に、キャリア増幅器信号経路１４を考察すると、キャリア増幅器信号経路１４は、キャリア増幅器信号経路１４の入力ポートに結合された入力ポート１８ａと、キャリア増幅器２０の入力ポート２０ａに結合された出力ポート１８ｂとを有する遅延線１８を含む。キャリア増幅器２０は、入力整合回路網２２、増幅装置２４、出力整合回路網２６を含む。出力整合回路網２６の出力ポートは、キャリア増幅器２０の出力ポート２０ｂに結合される。遅延線１８の目的は、キャリア増幅器信号経路１４における遅延を、ピーク増幅器信号経路１６における遅延と等しくすることであることは理解される。
【００１０】
厳密に言えば、遅延線は、遅延線に送られた信号を、指定された時間遅延だけ遅延させる。これは、遅延線の位相シフトが、周波数の線形的（一次）関数であることを意味している。マイクロストリップ伝送線路は遅延線に近似している。これは、マイクロストリップ伝送線路の位相シフトが、必ずしも、周波数の線形的関数ではないためである（すなわち、マイクロストリップ伝送線路は分散性のものである）。遅延線は、この伝送路に、インピーダンス変換をもたらさない。したがって、例えば集中素子Ｌ−Ｃ回路網を用いる場合のように、限られた帯域幅にわたって、遅延線を実装するやり方が多数あることを理解すべきである。
【００１１】
この遅延線で与えられる遅延の一部または、ときには全部が、入力整合回路網２２などのキャリア増幅器２０あるいはディバイダ回路１２の一部で与えられることを理解すべきである。このような場合、この遅延線は、入力整合回路網などの他の構成要素に「併合される」か、または「統合される」と言われる。
【００１２】
さらに、特定の一実施形態では、入力整合回路網と出力整合回路網は、関連する遅延を有する帯域フィルタ構造として実現されることを理解すべきである。伝達関数の所望の振幅と位相を指定した後で、従来の技法を用いれば、所望の遅延を有するフィルタ回路を設計することができる。このフィルタ特性は、増幅器の基本動作周波数の第２高調波および第３高調波まで制御されなければならないと考えられる。
【００１３】
さらに、キャリア増幅器２０は、「Ａ」級増幅器または「ＡＢ」級増幅器として動作するように選択されることを理解すべきである。
増幅器出力ポート２０ｂは、オプションのリアクティブ（リアクタンス性）結合回路網２１の入力ポート２１ａに結合される。リアクティブ結合回路網２１は、増幅器出力ポート２０ｂ、２４ｂに結合された２つのポートを隔離せず、その合成信号を出力ポート１０ｂに供給できるような任意の回路として設けることができる。
【００１４】
さらに、この特定の例では、キャリア増幅器２０とピーク増幅器２４はそれぞれ、５０オームのシステム内で動作するように設計されていて、比較的高い入力信号レベルでは、各増幅器２０、２４が、同位相で加わる等しい電流を供給するようにしている。リアクティブ結合回路網２１は、このような場合、各増幅器出力ポート２０ｂ、２４ｂにインピーダンス特性を与えて、各増幅器２０、２４にとって、５０オームの負荷に電力が伝送されているようにするために必要とされる。
【００１５】
キャリア増幅器２０とピーク増幅器２４が動作して、１００オームの負荷に信号を供給するように設計されるとすれば、リアクティブ結合回路網は、必要とされないであろう。したがって、増幅器回路１０は、さらにコンパクトとなり、その上、この増幅器回路は、さらに広い周波数範囲にわたって動作して、利得（ゲイン）やＰＡＥなどの増幅器特性が大幅に低下しないようにすることができる。
【００１６】
したがって、結合回路網２１は、該回路網２１に供給される信号を、ポート２１ａ、２１ｂで効率的に組み合わせて、ポート２１ｃに出力信号を供給することのできる任意のタイプの回路として設けられてもよいことを理解すべきである。結合回路網２１は、適切なインピーダンス特性と位相特性を周波数の関数として提供するように選択される。この装置は、キャリア増幅器とピーク増幅器に結合されたコンバイナ回路網２１のそれぞれのポートへ、それらの増幅器から出された信号間で相互作用を行わせることになる。
【００１７】
次に、ピーク増幅器信号経路１６を考察すると、ピーク増幅器信号経路１６は、ディバイダ回路１２の出力ポート１２ｂに結合された入力ポート２４ａと、遅延線３４の入力ポート３４ａに結合された出力ポート２４ｂとを有するピーク増幅器２４を含む。ピーク増幅器２４は、入力整合回路網２８、増幅装置３０、出力整合回路網３２を含む。
【００１８】
出力整合回路網３２の出力ポートは、ピーク増幅器２４の出力ポート２４ｂに結合される。ピーク増幅器２４は、「Ｃ」級増幅器として動作するように選択されることを理解すべきである。好ましい実施形態では、ピーク増幅器２４は、自己バイアス形増幅器として配置される。この自己バイアス形増幅器とは、瞬時印加電圧がしきい値を超えるとき、ポート２４ａに送られた入力信号が、増幅装置３０（例えば、ＦＥＴなどのトランジスタ）にバイアスをかけて、それを「オン」状態にすることを意味している。
【００１９】
遅延線３４の第２のポート３４ｂは、コンバイナ回路網２１の入力ポート２１ｂに結合される。コンバイナ回路網２１の出力ポート２１ｃは、増幅器回路１０の出力ポート１０ｂに結合される。遅延線３４によって与えられる遅延は、増幅器回路１０の電力付加効率（ＰＡＥ）を最適化するように選択される。遅延線１８に関して、前述したと同様の態様で、遅延線３４も、出力整合回路網３２、または結合回路網２１に「併合される」か、または「統合される」ことも可能である。
【００２０】
遅延線３４が、ピーク増幅器信号経路１６に遅延を加えると、増幅器回路１０は、増幅器出力電力（Ｐout）の比較的広い範囲にわたって、比較的一定のＰＡＥを与えることとなる。増幅器回路１０が最適のＰＡＥを有する結果となる遅延線３４による特定の遅延は、実験的な技法を用いて知ることができる。
【００２１】
一般に、入力駆動電流が大きくなるにつれて、キャリア増幅器により供給される出力電流が直線的に大きくなる。この駆動電流が大きくなり続けると、キャリア増幅器の利得特性は、線形とはならなくなるとともに、電力増幅器がさらに大きい電流を供給する。しかしながら、ドハティ増幅器の入力ポート１０ａと出力ポート１０ｂとの間の伝達関数は、線形のままである。このことは、とりわけ、入力ポート１０ａに供給された単一トーンが、増幅器の出力ポート１０ｂにおいて、最小数の高調波を持つことになることを意味している。キャリア増幅器と電力増幅器からの２つの波形は、理想的に、純粋な正弦波が発生するようなやり方で組み合わされている。時間領域での第２高調波と第３高調波の加算も、ドハティ増幅器１０の出力ポート１０ｂに、その正弦波を発生させるように加算する。
【００２２】
キャリア増幅器とピーク増幅器との間に、非線形の相互作用がすべてかかわっているために、一応用例では、設計が実験的に行われた。しかしながら、当業者であれば、解析的手法が利用できることがわかるであろう。さらに、増幅器の線形性は、信号源インピーダンスと負荷インピーダンスの関数であることを理解すべきである。したがって、整合回路網２２、２６、２８、３２は、他の特性だけでなく、線形性の特性も考慮に入れて選択されなければならない。これは、ピーク増幅器とキャリア増幅器の双方の線形性を向上させると、所与の駆動レベルに対して、ドハティ増幅器の出力部の相互変調の生成物を小さくすることができるためである。駆動レベルとともに歪みが増すため、回路の線形性を向上させることにより、駆動レベルを大きくして、指定した歪みレベルを得ることができ、この点で、さらに高いＰＡＥを有する回路が提供される。したがって、ドハティ増幅器の性能は、線形性に対する整合を向上させることで、高めることができる。
【００２３】
次に、図２を参照すると、本発明によるドハティ増幅器を設計するステップを示す流れ図が示される。このプロセスは、ステップ３６から開始する。ステップ３６において、増幅器に使用される第１の増幅装置と第２の増幅装置を選択した後で、出力整合回路網（例えば、図１のキャリア増幅器２０の出力整合回路網２６）は、この増幅装置が増幅器出力ポート（例えば、キャリア増幅器２０の出力ポート２０ｂ）に最大出力電力を理想的に供給できるようにするインピーダンス特性を、この増幅装置の出力ポートに与えるように、選択される。
【００２４】
次に、ステップ３８に示されるように、入力整合回路網（例えば、図１のキャリア増幅器２０の入力整合回路網２２）は、所望のピーク増幅器利得を提供するように選択されたインピーダンス特性を、増幅装置（例えば、図１の増幅装置２４）の入力ポートに与えるように、選択される。この増幅装置が無条件に安定している場合には、入力整合回路網２２は、この増幅装置の入力インピーダンス特性の共役整合に相当するインピーダンス特性を提供できる。その一方、不安定になる可能性がある装置の場合には、最適な整合インピーダンス（すなわち、全ての周波数にわたって装置を安定させ、また増幅器の所望の利得および位相を同時に提供する信号源インピーダンスおよび負荷インピーダンス）を与えることが望ましい。
【００２５】
次に、処理はステップ４０に移り、ステップ４０において、出力整合回路網（例えば、図１のピーク増幅器２４の出力整合回路網３２）は、増幅装置（例えば、図１の増幅装置３０）が増幅器出力ポート（例えば、図１のピーク増幅器２４の出力ポート２４ｂ）に最大出力電力を理想的に供給できるようにするインピーダンス特性を、この増幅装置（例えば、図１の増幅装置）の出力ポートに与えるように設けられる。
【００２６】
次に、処理はステップ４２に移り、ステップ４２において、入力整合回路網（例えば、図１のピーク増幅器２４の入力整合回路網２８）が配置される。この入力整合回路網は、増幅装置（例えば、増幅装置３０）の入力インピーダンスの最適整合に相当するインピーダンス特性を、この増幅装置の入力ポートに与えるインピーダンス特性を有する。この入力整合回路網の最適な整合インピーダンス特性は、ピーク増幅器が、その入力ポートに提供される比較的低い入力信号レベルを有するときに（すなわち、図１のピーク増幅器２４が「バックオフ」状態（例えば、１ｄＢ圧縮点から３〜５ｄＢ低いところ）にあるときに）、最適整合が生じるようなものである。
【００２７】
次に、ステップ４４とステップ４６に示されるように、キャリア増幅器信号経路とピーク増幅器信号経路のそれぞれにある遅延線（例えば、図１のキャリア増幅器信号経路１４とピーク増幅器信号経路１６のそれぞれにある遅延線１８、３４）の遅延が選択される。前述のように、キャリア増幅器信号経路１４における遅延線１８の目的は、キャリア増幅器信号経路１４の遅延とピーク増幅器信号経路１６の遅延を等しくすることである。場合により、キャリア増幅器信号経路の長さが、ピーク増幅器信号経路の長さよりも短く、またキャリア増幅器信号経路の長さが、ピーク増幅器信号経路の長さよりも長く、あるいはキャリア増幅器信号経路の長さが、ピーク増幅器信号経路の長さに等しいこともある。したがって、キャリア増幅器信号経路の遅延線（例えば、図１の遅延線１８）で要求される遅延は、正の遅延、負の遅延、またはゼロの遅延である可能性がある。
【００２８】
ゼロの遅延が要求される場合には、遅延線（例えば、遅延線１８）は、ただ省略されるだけである。負の遅延が要求される場合には、遅延線１８は、ピーク増幅器信号経路１６において正の遅延として実現することができる。したがって、このような場合、キャリア増幅器信号経路１４は遅延線を含まないことになり、また、ピーク増幅器信号経路１６は、２つの遅延線（図１の遅延線１８、３４）を含むことになる。
【００２９】
ピーク増幅器信号経路１６中の遅延線３４によって与えられる遅延は、ドハティ増幅器１０の電力付加効率（ＰＡＥ）を最適化するように選択される。遅延線３４によって与えられる遅延を選択するために、遅延線１８と遅延線３４を通して伝搬する信号は、出力ポート１０ｂで結合する（例えば、コンバイナ２１により）必要があるために、相互に作用しなければならないことを理解すべきである。したがって、遅延線１８に変更を加える場合には、遅延線３４も変更しなければならない。初めに、遅延線３４を選択／変更して、ＰOUTの持定値を測定することができる。次に、遅延線１８によって与えられる遅延に調整を行って、ＰＡＥを最大にすることができる。次に、ＰOUTを小さくして、ＰOUTの関数としてＰＡＥを観測する。所望のＰＡＥ特性を有するドハティ増幅器１０を提供する上記ステップは、遅延線１８、３４によって与えられる一対の遅延値が見つけられるまで繰り返される。
【００３０】
図２Ａを参照すると、遅延線３４によって与えられる遅延の影響が示されている。遅延線３４が、遅延をほとんど、またはまったく与えない場合には、ＰＡＥ曲線４８ａが得られ、また、遅延線３４によって与えられる遅延が増加するにしたがって、曲線４８ｂ〜４８ｄが得られる。遅延線３４によって与えられる遅延は、キャリア増幅器とピーク増幅器との間の相互作用に影響を及ぼすか、あるいはそのような相互作用を制御することになるので、ＰＡＥ曲線４８ａ〜４８ｄに示すようなシフトが生じる。このような相互作用は、基本周波数の信号と、高調波の信号の双方にかかわるために、非線形である。線形増幅器を有することが望ましいので、すべての信号は、ドハティ増幅器の出力ポートにおいて、同位相で加わるべきである。
【００３１】
遅延線とピーク増幅器信号経路中の遅延線（例えば、遅延線１８と遅延線３４）で与えられる特定の遅延は、実験的技法を用いて選択可能であることを理解すべきである。
【００３２】
次に、図３を参照すると、増幅器回路５０は、入力ポート５２ａと一対の出力ポート５２ｂ、５２ｃを有するオプション・ディバイダ回路５２を含む。出力ポート５２ｂは、キャリア増幅器５４の入力ポート５４ａに結合される。キャリア増幅器５４の出力ポート５４ｂは、結合回路網５６に入力ポート５６ａにおいて結合される。
【００３３】
ディバイダ回路５２の出力ポート５２ｃは、ピーク増幅器５８の入力ポート５８ａに結合され、またピーク増幅器５８の出力ポート５８ｂは、遅延線６０に入力ポート６０ａにおいて結合される。遅延線６０の出力ポート６０ｂは、結合回路網５６に入力ポート５６ｂにおいて結合される。
【００３４】
動作の際は、信号源（図示せず）は、ディバイダ回路５２の入力ポートに信号を供給する。ディバイダ回路５２は、受信信号を実質上等しい２つの部分に分割することのできる任意のタイプの回路として設けられることを理解すべきである。ディバイダ回路５２は、例えば、０°ハイブリッド・カプラ、９０°３ｄＢハイブリッド・カプラ、１８０°３ｄＢハイブリッド・カプラ、いわゆるマジックＴ、または、３ｄＢ電力ディバイダ回路を含むが、それらには限定されない。
【００３５】
これらの分割された信号はそれぞれ、キャリア増幅器５４とピーク増幅器５８のそれぞれに送られる。この特定の例では、キャリア増幅器信号経路とピーク増幅器信号経路の電気的な信号経路の長さ（すなわち、ディバイダ回路５２の出力部５２ｂ、５２ｃから、それぞれ結合回路網５６の入力部５６ａ、５６ｂまでの信号経路の長さ）は、実質上同じである。これらの信号経路の長さが同じであるので、キャリア増幅器信号経路とピーク増幅器信号経路間の遅延を等しくするために、必ずしもキャリア増幅器信号経路中に遅延線を含む（図１に示されるように）必要はない。したがって、結合回路網５６は、該回路網５６に送られる信号を、ポート５６ａと５６ｂで受け取り、これらの信号を効率的に組み合わせて、増幅器出力信号を出力ポート５６ｃに供給することができる。結合回路網５６は、該回路網５６に送られた信号を効率的に組み合わせて、出力信号を出力ポート５６ｃに供給することができる任意のタイプの回路として設けることが可能であることを理解すべきである。結合回路網５６は、図１に示されるコンバイナ回路網２１に関して前述したように配置される。
【００３６】
ポート５８ａでの信号レベルが、ピーク増幅器５８にバイアスをかけて増幅状態にするのに充分な強度であるときに、遅延線６０により、増幅器５０は、増幅器出力電力の比較的に広い範囲にわたって、比較的に一定のＰＡＥを与える。
【００３７】
次に、図４を参照すると、ドハティ増幅器６２は、ディバイダ回路６４を含む。ディバイダ回路６４は、入力ポート６４ａと一対の出力ポート６４ｂ、６４ｃを有する、図１と図３とともに前述したタイプの任意のものとして設けてもよい。出力ポート６４ｂは、キャリア増幅器６６の入力ポート６６ａに結合される。キャリア増幅器６６の出力ポート６６ｂは、コンバイナ６８に入力ポート６８ａにおいて結合される。
【００３８】
この特定の実施形態では、ピーク増幅器信号経路は第１の遅延線７０を含み、この第１の遅延線７０は、キャリア増幅器信号経路の電気的な信号経路の長さ（すなわち、ディバイダ回路６４の出力ポート６４ｂと、結合回路網６８の入力ポート６８ａとの間の経路の長さ）と、ピーク増幅器信号経路の電気的な信号経路の長さ（すなわち、ディバイダ回路６４の出力ポート６４ｃと、結合回路網６８の入力ポート６８ｂとの間の信号経路の長さ）を等しくするために選択された遅延を有する。したがって、ディバイダ回路６４の第２の出力ポート６４ｃは、第１の遅延線７０の入力ポート７０ａに結合され、また遅延線７０の第２の出力ポート７０ｂは、ピーク増幅器７２の入力ポート７２ａに結合される。
【００３９】
ピーク増幅器７２の出力ポート７２ｂは、第２の遅延線７４の入力ポート７４ａに結合され、また、第２の遅延線７４の第２の出力ポート７４ｂは、結合回路網の第２の入力ポート６８ｂに結合される。結合回路網６８の入力ポート６８ａ、６８ｂに送られた信号は組み合わされて、増幅器出力信号が、結合回路網６８のポート６８ｃに供給される。
【００４０】
次に、図５を参照すると、増幅器回路８０の一実施形態は、入力端子８０ａと出力端子８０ｂを有するモノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）８０として製作した状態で示されている。増幅器回路８０は、ここでは、ガリウム砒素または他の適切なマイクロ波／ミリ波の基板材料から成る基板８２上に配置されている。基板８２は、その底面に、接地面導体８３を設けている。基板８２は、その上面の上に、複数のストリップ導体と一対の増幅装置８４ａ、８４ｂを配置している。増幅装置８４ａ、８４ｂは通常、同じ電気特性を持つものが配置される。この特定の実施形態では、増幅装置８４ａ、８４ｂは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）として配置される。
【００４１】
ストリップ導体は、ディバイダ回路８６を備えた伝送線路セクション（区分）を提供する。この伝送線路区分は、ここでは、増幅器入力ポート８０ａに結合された入力ポート８６ｃおよび一対の出力ポート８６ｂ、８６ｃを有するウィルキンソン電力ディバイダ回路として配置される。出力ポート８６ｂは、伝送線路８８ａ〜８８ｃを経て、入力整合回路８８の入力ポートに結合される。
【００４２】
同様に、出力ポート８６ｃは、伝送線路区分８９ａ、８９ｂ、８９ｃを経て、入力整合回路網９０の入力ポートに結合される。伝送線路区分８８ａ〜８８ｃは、遅延線として作用し、したがってポート８６ｃからポート９０ａに伝搬する信号と比較して、ポート８６ｂからポート８８ａに伝搬する信号に対して、所定の遅延を与える。
【００４３】
図５に示される実施形態では、ＭＭＩＣ増幅器回路８０内に用いられるハイブリッド接合部は、ウィルキンソン・カプラ８６である。公知の通り、ウィルキンソン・カプラの第４のポートは、ハイブリッド接合部内にあって、１００オームの内部抵抗で終端される。
【００４４】
前述したように、ディバイダ回路（例えば、図１のディバイダ回路１２）を、ハイブリッド電力ディバイダ回路として指定する理由は、基本周波数において、キャリア増幅器に結合されたポートと、ピーク増幅器に結合されたポートとの間に、分離を施すことである。ハイブリッド・カプラ（すなわち、すべての外部ポートにおいて整合され、これら２つの出力ポート間に分離を施す電力ディバイダ回路）のいかなる実施形態も利用することが可能である。
【００４５】
限られた帯域幅にわたり、９０°の電気的信号経路長を有し、ハイブリッドに等しい特性インピーダンスを有する伝送線路８８ａなどの外部伝送線路を、ハイブリッド出力ポートの１つに直列に付加すれば、例えば０°のハイブリッド（例えば、ウィルキンソン・ディバイダ回路８６）を、９０°のハイブリッド・カプラ回路に変換するために使用することができる。
【００４６】
整合回路網８８、９０は、前述したように、電力ディバイダ回路８６と増幅装置８４ａ、８４ｂとの間に、適切なインピーダンス整合特性と遅延特性を与える。整合回路網８８の詳細については、以下に説明する。整合回路網９０は、同様の態様で実装される。整合回路網８８、９０を実現する技法は多数あり、ここで行う説明は、本発明を限定するものではなく、多くの可能な実施形態のうちの１つの実施形態の一例を提示することを意図するものであることを理解すべきである。
【００４７】
整合回路８８は、一対の誘導性要素９２ａおよび９２ｂと、それらの誘導性要素間に結合された伝送線路区分９３を含む。この特定の実施形態では、インダクタ９２ｂと、増幅装置８４ａのキャパシタンスが１つの共振器を形成し、また、伝送線路区分９３は、２つの直列共振回路（すなわち、インダクタ９２ａと、インダクタ９２ｂおよび増幅装置８４ａのキャパシタンスによって形成される共振器）間で、インピーダンス反転器の働きをし、したがって、２区分帯域フィルタ（ＢＰＦ）整合回路網８８を提供する。したがって、入力整合回路８８は、この特定の実施形態では、インピーダンス反転器を用いて実施される２区分ＢＰＦに相当する。
【００４８】
伝送線路区分９６ａ、９６ｂ、コンデンサ９８ａ、９８ｂ、インダクタ９９を介して実装される出力整合回路網９４は、増幅装置８４ａの出力部を、リアクティブ回路網１００の第１端部に結合する。伝送線路区分９６ｂの長さは、高調波周波数信号に与えられるインピーダンス特性に影響を及ぼし、したがってこの長さを利用すれば、高調波周波数信号を同調させることができる。
【００４９】
出力整合回路網９４と同様の態様で実装される出力整合回路網１０２は、増幅装置８４ｂの出力部を、遅延線１０４の第１端部に結合する。遅延線１０４の第２端部は、リアクティブ回路網１００の第１端部に結合される。リアクティブ回路網１００の第２端部は、直流阻止コンデンサ１０６と、適切なインピーダンス整合を出力ポート８０ｂに与えるように選択されたインピーダンス特性を有するインピーダンス線路区分１０８とを介して、増幅器出力ポート８０ｂに結合される。
【００５０】
この特定の実施形態では、出力整合回路網１０２と９４は同一であることを理解すべきである。しかしながら、多くの応用例では、増幅器回路８０の性能特性は、異なる出力整合回路網９４と１０２を用いれば、向上させることができる。
【００５１】
バイアス回路１１０ａ〜１１０ｄは、増幅器回路８０の適切な部分にバイアス信号を導く手段を提供する。
増幅器回路８０において、当業者の技術範囲に充分入る様々な変形回路で置換を行うことができ、そのような変更は、本発明の本質に影響を与えないことを理解すべきである。例えば、ウィルキンソン電力ディバイダ回路８６と伝送線路部分８８ａは、ランゲ・カプラ（Lange Coupler）に代えることが可能である。ランゲ
・カプラは、電力ディバイダ回路８６と伝送線路区分８８ａを組み合わせたものとほぼ同じ回路特性を与えるが、さらにコンパクトな構造となり、したがって、可能性として、一部の応用例では、さらに望ましいものとなる。前述した回路と同等な機能特性を有するコンパクトな回路を提供するために、他の技法（例えば、準集中素子技法）も使用できることを理解すべきである。したがって、図５に示される回路は、主としてすべての分布整合回路網を利用するが、一部の応用例では、コンパクトな整合回路網が好適となる場合もある。
【００５２】
さらに、前述したドハティ増幅器の特定の実施形態では、キャリア増幅器とピーク増幅器の出力整合回路網は、５０オームの負荷でなく、１００オームの負荷の中で動作するように設計されることも可能であることを理解すべきである。このような場合には、オプション・リアクティブ結合回路網１００は必要なくなるであろう。入力周波数の第２高調波と第３高調波において、ピーク増幅器とキャリア増幅器の双方に、最適な同時の負荷インピーダンスを与えるために、特別な配慮が要求されるであろう。
【００５３】
一般的に、増幅器の効率を最大にするために、アクティブ装置の両端の交流電圧Ｖ（ｔ）に対し、基本波、第２高調波、第３高調波（理想的には、すべての高調波）において、アクティブ（能動）装置の出力部に流れ込む交流電流Ｉ（ｔ）が直角位相であることが望ましい。この装置で消費されるエネルギーは、基本波の一周期にわたって、Ｖ（ｔ）＊Ｉ（ｔ）の積分であるので、Ｖ（ｔ）とＩ（ｔ）が直角位相にある場合には、その積分はゼロになり、またこの装置内で消費される電力は、最小限に抑えられる。実際には、基本波と高調波の周波数において与えられるインピーダンスは、装置の効率を最適化するのに利用できる波形整形を、この時間領域内で提供できる。
【００５４】
このように交流が、装置内の電力消費に影響を与えるのに加えて、装置を流れる直流電流と、装置の両端の直流電圧の乗算が、主な電力消費の要因となる。本発明のドハティ増幅器は、直流電流を、バックオフ状態において小さくし（２で除算する）、したがって、このような条件下で効率を最大にする。
【００５５】
リアクティブ結合回路網は、組み合わされている２つの増幅器の出力部間には隔離（分離）をまったく施さない。したがって、結合回路網として作用するハイブリッド・カップラを利用すれば、前述の回路ほど効率的に動作しない（可能性として、所望の態様で動作しないかもしれない）回路となる可能性がある。
【００５６】
ストリップ導体が突然に途切れると、高周波信号に突然のインピーダンス変化を与えることになるので、伝送線路区分と伝送線路共振器は、なめらかな曲線状にされることに留意すべきである。このようにインピーダンスが途切れると、特に高周波において、エネルギーを伝搬する不所望な放射が起こることが多い。したがって、なめらかにカーブした伝送線路区分、伝送線路共振器と、斜め継ぎ（マイター：miter）されたコーナを利用すると、充分に整合されたインピーダンスを有するコンパクトな信号経路が、その信号経路に伝搬する高周波信号に提供される。
【００５７】
ある特定の回路の設計では、スードモルフィック(pseudomorphic)高電子移動度トランジスタ（ＰＨＥＭＴ）が使用された。キャリア増幅器用の負荷インピーダンスは、低電力レベルにおいて、このような条件下で増幅器の利得を最大にするように選択されることに留意されたい。動作周波数が大きくなると、この特定のＰＨＥＭＴの最大安定利得は低下し、安定度が大きくなった。約１８ＧＨｚの動作周波数の付近では、この安定度は、１よりも大きくなった。また、この装置の最大有効利得（ＭＡＧ）は、小信号散乱パラメータを用いて計算することができた。約１９．５ＧＨｚでの動作用に設計された初期ドハティ増幅器では、計算は、それぞれ長さ６０  ｍの１０個のゲート・フィンガを有する０．１５  ｍＩＳＶのＰＨＥＭＴ用の小信号等価回路から得られた小信号散乱パラメータを用いて行われた。１９．５ＧＨｚでは、この装置のＭＡＧは、１３．３ｄＢと計算された。ドレインが最大電力負荷で終端されたときに、装置の利得は、約２．９ｄＢだけ低下する。これにより、増幅器の有効利得が、約１０．４ｄＢに低下する。さらに、ドハティ増幅器の入力部に３ｄＢのハイブリッド・カプラが存在すると、この有効利得がさらに３ｄＢだけ低下し、したがってドハティ増幅器の正味有効利得が、約７．４ｄＢに低下する。ハイブリッド・カプラの３ｄＢの損失の一部は、小電力条件の下で最適な負荷を用いて、キャリア増幅器整合回路網を終端することによって回復される。このような配慮により、２０ＧＨｚのドハティ増幅器を、約８．４ｄＢという小信号利得に限定する。代表的なシステム用途において、有効な利得を有する増幅器を製作するために、２０ＧＨｚ付近の小信号増幅器利得に細心の注意を払う必要があることは明らかである。
【００５８】
本明細書中に引用された文献はすべて、参照によってその全体が本明細書中に援用される。
本発明の好ましい実施形態を述べたが、その概念を組み入れた他の実施形態も利用できることは、当業者には明らかであろう。例えば、本発明の技法は、ＦＥＴ用には限定されない。本明細書中に述べられた技法は、アクティブ３端子デバイスのどれでも使用可能であることを理解すべきである。もちろん、異なるデバイスを用いる実施例の細部は、異なるものになることを理解すべきである。従って、これらの実施形態は、開示された実施形態に限定されず、特許請求の範囲の精神および範囲によってのみ限定されるべきであると考える。
【図面の簡単な説明】
【図１】無線周波数（ＲＦ）増幅器回路のブロック図である。
【図２】図２は、増幅器出力電力の比較的に広い範囲にわたって所望のＰＡＥを有する電力増幅器を提供するステップを示す流れ図である。
図２Ａは、出力電力Ｐout対電力付加効率（ＰＡＥ）線図である。
【図３】無線周波数（ＲＦ）増幅器回路の代替実施形態のブロック図である。
【図４】無線周波数（ＲＦ）増幅器回路のさらに他の代替実施形態のブロック図である。
【図５】モノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として実装されたＲＦ増幅器回路の平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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