(57)【要約】  ドハティ増幅器（１）は、キャリア増幅器（１１）、ピーク増幅器（２１）及び位相補償回路（１６，２６）を備える。キャリア増幅器１１は、主増幅素子（１２）と寄生成分（１３）とを含み、ピーク増幅器（２１）は、補助増幅素子（２２）と寄生成分（２３）とを含む。位相補償回路（１６）は、主増幅素子（１２）の出力源（１２ａ）から電力合成部（３１）に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｎ−９０°（Ｎは正整数）となるように負の電気長を有する。また、補助増幅素子（２２）の出力源（２２ａ）から電力合成部（３１）に至る信号伝送経路は、１８０°×Ｍ−１８０°（Ｍは正整数）の電気長を有する。
2018138763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入力信号の電力を増幅する主増幅素子及び該主増幅素子の出力源に接続された寄生成分を含むキャリア増幅器と、
前記キャリア増幅器の出力信号の位相を調整する第１位相補償回路と、
第２の入力信号の電力を増幅する補助増幅素子及び該補助増幅素子の出力源に接続された寄生成分を含むピーク増幅器と、
前記ピーク増幅器の出力信号の位相を調整する第２位相補償回路と、
前記第１位相補償回路の出力と前記第２位相補償回路の出力とを合成する電力合成部と
を備え、
前記第１位相補償回路は、前記主増幅素子の出力源から前記電力合成部に至る信号伝送経路の電気長が１８０°×Ｎ−９０°（Ｎは正整数）となるように負の電気長を有し、
前記補助増幅素子の出力源から前記電力合成部に至る信号伝送経路は、１８０°×Ｍ−１８０°（Ｍは正整数）の電気長を有する
ことを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項２】
請求項１記載のドハティ増幅器であって、前記第２位相補償回路は、負の電気長を有することを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項３】
請求項１記載のドハティ増幅器であって、
前記キャリア増幅器の出力端と前記第１位相補償回路の入力端との間に介在してインピーダンス整合を行う第１整合回路と、
前記ピーク増幅器の出力端と前記第２位相補償回路の入力端との間に介在してインピーダンス整合を行う第２整合回路と
を更に備えることを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項４】
請求項２記載のドハティ増幅器であって、前記第１位相補償回路の出力端と前記電力合成部との間に介在する他の位相調整線路を更に備えることを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項５】
請求項１記載のドハティ増幅器であって、前記第１位相補償回路は、前記キャリア増幅器の出力信号の位相を進める進相器を有することを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項６】
請求項２記載のドハティ増幅器であって、前記第２位相補償回路は、前記ピーク増幅器の出力信号の位相を進める進相器を有することを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項７】
第１の入力信号の電力を増幅する主増幅素子及び該主増幅素子の出力源に接続された寄生成分を含むキャリア増幅器と、
前記キャリア増幅器の出力信号の位相を調整する第１位相補償回路と、
第２の入力信号の電力を増幅する補助増幅素子及び該補助増幅素子の出力源に接続された寄生成分を含むピーク増幅器と、
前記ピーク増幅器の出力信号の位相を調整する第２位相補償回路と、
前記第１位相補償回路の出力と前記第２位相補償回路の出力とを合成する電力合成部と
を備え、
前記主増幅素子の出力源から前記電力合成部に至る信号伝送経路は、１８０°×Ｎ−９０°（Ｎは正整数）の電気長を有し、
前記第２位相補償回路は、前記補助増幅素子の出力源から前記電力合成部に至る信号伝送経路の電気長が１８０°×Ｍ−１８０°（Ｍは正整数）となるように負の電気長を有する
ことを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項８】
請求項７記載のドハティ増幅器であって、
前記キャリア増幅器の出力端と前記第１位相補償回路の入力端との間に介在してインピーダンス整合を行う第１整合回路と、
前記ピーク増幅器の出力端と前記第２位相補償回路の入力端との間に介在してインピーダンス整合を行う第２整合回路と
を更に備えることを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項９】
請求項７記載のドハティ増幅器であって、前記第２位相補償回路は、前記ピーク増幅器の出力信号の位相を進める進相器を有することを特徴とするドハティ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波などの高周波信号の電力を増幅するドハティ（Ｄｏｈｅｒｔｙ）増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの増幅素子では、当該増幅素子が飽和領域付近で動作する大信号動作時には、電力効率は良好になるものの、入出力特性の線形性が劣化し、小信号動作時には、入出力特性の線形性は良好になるものの、電力効率が低下するという問題がある。この問題を解決する技術として、１９３６年にＷ．Ｈ．Ｄｏｈｅｒｔｙにより考案されたドハティ増幅器と呼ばれる電力増幅器が知られている（非特許文献１参照）。近年、移動体通信または衛星通信などの無線通信システムでは、電力増幅器に対して、入出力特性の高い線形性（低い歪み特性）と高い電力効率とが要求される。この種の要求を満たすために様々なタイプのドハティ増幅器が研究開発されている。【０００３】
たとえば、特許文献１（特開２００６−３３２８２９号公報）に開示されているドハティ増幅器は、入力信号を２つの信号に分配する分配器と、当該２つの信号のうちの一方の信号の電力を増幅するキャリア増幅器と、このキャリア増幅器の出力端に接続されている第１の伝送線路と、当該２つの信号のうちの他方の信号の位相を９０度（４分の１波長）だけ遅延させる位相調整器と、この位相調整器の出力電力を増幅するピーク増幅器と、このピーク増幅器の出力端に接続されている第２の伝送線路と、第１の伝送線路の出力及び第２の伝送線路の出力を互いに合成する合成端とを備える。このようなドハティ増幅器において、キャリア増幅器は、ＡＢ級動作のためにバイアスされる増幅素子（ＦＥＴ）を有し、ピーク増幅器は、Ｂ級動作またはＣ級動作のためにバイアスされる増幅素子（ＦＥＴ）を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３２８２９号公報（たとえば、図１及び段落００２０，００２１）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】W. H. Doherty, "A New High-Efficiency Power Amplifier for Modulated Waves," Proceedings of the Institute of Radio Engineers, Vol. 24, No. 9, pp. 1163-1182, 1936.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来のドハティ増幅器では、ピーク増幅器は、当該ピーク増幅器を構成する増幅素子の後段に接続された寄生成分を有することがあり、キャリア増幅器も、当該キャリア増幅器を構成する増幅素子の後段に接続された寄生成分を有することがある。このような寄生成分は、各増幅素子の出力位相を変化させ、各増幅素子から合成端までの電気長を長くするので、従来のドハティ増幅器の通過特性が狭帯域化し、広帯域な信号の電力増幅を困難にするという課題がある。【０００７】
上記に鑑みて本発明の目的は、キャリア増幅器またはピーク増幅器が寄生成分を有する場合でも広帯域な信号の電力を高効率で増幅することができるドハティ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】
【０００８】
本発明の一態様によるドハティ増幅器は、第１の入力信号の電力を増幅する主増幅素子及び該主増幅素子の出力源に接続された寄生成分を含むキャリア増幅器と、前記キャリア増幅器の出力信号の位相を調整する第１位相補償回路と、第２の入力信号の電力を増幅する補助増幅素子及び該補助増幅素子の出力源に接続された寄生成分を含むピーク増幅器と、前記ピーク増幅器の出力信号の位相を調整する第２位相補償回路と、前記第１位相補償回路の出力と前記第２位相補償回路の出力とを合成する電力合成部とを備え、前記第１位相補償回路は、前記主増幅素子の出力源から前記電力合成部に至る信号伝送経路の電気長が１８０°×Ｎ−９０°（Ｎは正整数）となるように負の電気長を有し、前記補助増幅素子の出力源から前記電力合成部に至る信号伝送経路は、１８０°×Ｍ−１８０°（Ｍは正整数）の電気長を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、キャリア増幅器またはピーク増幅器が寄生成分を有する場合でも広帯域な信号の電力を高効率で増幅することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態１のドハティ増幅器の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｃは、実施の形態１におけるキャリア増幅器側に配置された位相補償回路の構成例を概略的に示す図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、実施の形態１におけるピーク増幅器側に配置された位相補償回路の構成例を概略的に示す図である。
【図４】実施の形態１における主増幅素子の反射特性を示すグラフである。
【図５】実施の形態１のドハティ増幅器の電力効率の周波数特性を示すグラフである。
【図６】本発明に係る実施の形態２のドハティ増幅器の構成を概略的に示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態３のドハティ増幅器の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。図面全体において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１のドハティ増幅器１の構成を概略的に示す図である。ドハティ増幅器１は、入力端子２と、この入力端子２に入力された高周波信号を２つの入力信号に分配する電力分配器１０と、電力分配器１０から出力された一方の入力信号（第１の入力信号）の電力を増幅するキャリア増幅器１１と、キャリア増幅器１１の出力端に接続されている整合回路（第１整合回路）１５と、この整合回路１５を介してキャリア増幅器１１の出力端から伝達した信号の位相を調整する位相補償回路（第１位相補償回路）１６と、この位相補償回路１６の出力端に接続された電力合成部３１と、負荷回路３２と、出力端子３とを備えている。整合回路１５は、キャリア増幅器１１の出力端と位相補償回路１６の入力端との間に介在してインピーダンス整合を行う回路である。
【００１３】
キャリア増幅器１１は、主増幅素子１２と、この主増幅素子１２の電流源である出力源１２ａに接続された寄生成分１３とを有している。主増幅素子１２としては、たとえば、Ｓｉ（シリコン）−ＬＤＭＯＳ（Ｌａｔｅｒａｌ  Ｄｏｕｂｌｅ  ｄｉｆｆｕｓｅｄ  ＭＯＳ）、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ＴｒａｎｓＩｓｔｏｒ）、またはＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの増幅作用を持つ半導体素子を使用すればよい。
【００１４】
キャリア増幅器１１の寄生成分１３は、主増幅素子１２の出力信号の位相を変化させる正の電気長θ１を有する。寄生成分１３としては、たとえば、主増幅素子１２に付加する寄生容量（Ｃｄｓ）を有する素子、ワイヤ、または、セラミックもしくは樹脂などのパッケージ材が挙げられる。主増幅素子１２がパッケージで保護されている場合、主増幅素子１２のドレイン端などの出力源１２ａとパッケージ外部の外部端子との間を接続する配線が、出力信号の位相を変化させる電気長を持つ寄生成分１３となり得る。
【００１５】
また、ドハティ増幅器１は、図１に示されるように、電力分配器１０から出力された他方の入力信号（第２の入力信号）の位相を４分の１波長に相当する９０°だけ遅延させる位相調整線路２０と、この位相調整線路２０の出力信号の電力を増幅するピーク増幅器２１と、ピーク増幅器２１の入力端に接続されている整合回路（第２整合回路）２５と、この整合回路２５を介してピーク増幅器２１の出力端から入力された信号の位相を調整する位相補償回路（第２位相補償回路）２６とを備えている。整合回路２５は、ピーク増幅器２１の出力端と位相補償回路２６の入力端との間に介在してインピーダンス整合を行う回路である。
【００１６】
ピーク増幅器２１は、補助増幅素子２２と、この補助増幅素子２２の電流源である出力源２２ａに接続された寄生成分２３とを有している。補助増幅素子２２としては、主増幅素子１２と同種の半導体素子を使用すればよい。ピーク増幅器２１の寄生成分２３は、補助増幅素子２２の出力信号の位相を変化させる正の電気長θ４を有する。寄生成分２３としては、たとえば、補助増幅素子２２に付加する寄生容量を有する素子、ワイヤ、もしくはパッケージ材（セラミックまたは樹脂など）が挙げられる。補助増幅素子２２がパッケージで保護されている場合、補助増幅素子２２のドレイン端などの出力源２２ａとパッケージ外部の外部端子との間を接続する配線が、出力信号の位相を変化させる電気長を持つ寄生成分２３となり得る。
【００１７】
電力合成部３１は、位相補償回路１６の出力と位相補償回路２６の出力とを互いに合成し、合成出力を負荷回路３２に出力する。電力合成部３１は、たとえば、公知の方向性結合器で構成可能である。負荷回路３２は、当該合成出力を取り出して出力端子３に与えるためのインピーダンス変換回路である。
【００１８】
なお、本実施の形態では、主増幅素子１２の入力端は、電力分配器１０の出力端と直接接続されているが、これに限定されるものではない。電力分配器１０とキャリア増幅器１１との間に、主増幅素子１２の入力インピーダンスと、出力源１２ａから電力合成部３１に至る信号伝送路の位相条件とに応じて適当な回路が接続されてもよい。また、補助増幅素子２２の入力端は、位相調整線路２０の出力端と直接接続されているが、これに限定されるものではない。位相調整線路２０とピーク増幅器２１との間に、補助増幅素子２２の入力インピーダンスと、出力源２２ａから電力合成部３１に至る信号伝送路の位相条件とに応じて適当な回路が接続されてもよい。
【００１９】
整合回路１５，２５及び位相補償回路１６，２６の各々は、チップキャパシタなどの素子を含む集中定数回路、または線路パターンなどの分布定数回路素子のいずれで構成されてもよい。本実施の形態では、整合回路１５，２５はそれぞれ正の電気長θ２，θ５を有するように構成されている。これに対し、位相補償回路１６，２６はそれぞれ負の電気長θ３，θ６を有するように構成される。
【００２０】
図２Ａ〜図２Ｃは、キャリア増幅器１１側に配置された位相補償回路１６の構成例である位相補償回路１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを示す図である。これら位相補償回路１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃは、入力信号の位相を進める進相器として構成されている。図２Ａに示される位相補償回路１６Ａは、容量素子４１及びインダクタ素子４３，４４を含むＬ−Ｃ−Ｌ構成のπ型回路である。容量素子４１の一端は、整合回路１５の出力端とインダクタ素子４３の一端とに接続され、容量素子４１の他端は、電力合成部３１とインダクタ素子４４の一端とに接続されている。また、インダクタ素子４３，４４の他端は接地されている。容量素子４１の容量と、インダクタ素子４３，４４のインダクタンスとを個別に調節することで、位相補償回路１６Ａの電気長θ３を調整することが可能である。
【００２１】
図２Ｂに示される位相補償回路１６Ｂは、容量素子４１，４２及びインダクタ素子４３，４４，４５で構成された進相器である。この位相補償回路１６Ｂにおいては、容量素子４１の一端は、整合回路１５の出力端とインダクタ素子４３の一端とに接続され、容量素子４１の他端は、インダクタ素子４４の一端に接続されている。また、容量素子４２の一端は、インダクタ素子４４の一端に接続され、容量素子４２の他端は、電力合成部３１とインダクタ素子４５の一端とに接続されている。インダクタ素子４３，４４，４５の他端は接地されている。容量素子４１，４２の容量と、インダクタ素子４３，４４，４５のインダクタンスとを個別に調節することで、位相補償回路１６Ｂの電気長θ３を調整することが可能である。
【００２２】
また、図２Ｃに示される位相補償回路１６Ｃは、容量素子４１，４２及びインダクタ素子４４を含むＣ−Ｌ−Ｃ構成のＴ型回路である。この位相補償回路１６Ｃにおいては、容量素子４１の一端は、整合回路１５の出力端に接続され、容量素子４１の他端は、インダクタ素子４４の一端と容量素子４２の一端とに接続されている。また、容量素子４２の他端は、電力合成部３１に接続されている。容量素子４１，４４の容量とインダクタ素子４４のインダクタンスとを個別に調節することで、位相補償回路１６Ｃの電気長θ３を調整することが可能である。
【００２３】
一方、図３Ａ〜図３Ｃは、ピーク増幅器２１側に配置された位相補償回路２６の構成例である位相補償回路２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを示す図である。図３Ａの位相補償回路２６Ａは、図２Ａの位相補償回路１６Ａと同様のＬ−Ｃ−Ｌ構成を有する進相器であり、容量素子５１及びインダクタ素子５３，５４で構成されている。容量素子５１の容量と、インダクタ素子５３，５４のインダクタンスとを個別に調節することで、位相補償回路２６Ａの電気長θ６を調整することが可能である。図３Ｂの位相補償回路２６Ｂは、図２Ｂの位相補償回路１６Ｂと同様の構成を有する進相器であり、容量素子５１，５２及びインダクタ素子５３，５４，５５で構成されている。容量素子５１，５２の容量と、インダクタ素子５３，５４，５５のインダクタンスとを個別に調節することで、位相補償回路２６Ｂの電気長θ６を調整することが可能である。更に、図３Ｃの位相補償回路２６Ｃは、図２Ｃの位相補償回路１６Ｃと同様のＣ−Ｌ−Ｃ構成を有する進相器であり、容量素子５１，５２及びインダクタ素子５４で構成されている。容量素子５１，５２の容量と、インダクタ素子５４のインダクタンスとを個別に調節することで、位相補償回路２６Ｃの電気長θ６を調整することが可能である。
【００２４】
本実施の形態では、位相補償回路１６は、主増幅素子１２の出力源１２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｎ−９０°（Ｎは正整数）となるように負の電気長θ３を有する。一方、位相補償回路２６は、補助増幅素子２２の出力源２２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｍ−１８０°（Ｍは正整数）となるように負の電気長θ６を有している。
【００２５】
次に、上記ドハティ増幅器１の動作原理について説明する。キャリア増幅器１１の主増幅素子１２は、ＡＢ級増幅器またはＢ級増幅器として動作するようにバイアスされ、ピーク増幅器２１の補助増幅素子２２は、Ｃ級増幅器として動作するようにバイアスされる。入力端子２への入力信号のレベルが低いときにドハティ増幅器１はバックオフ動作する。このとき、主増幅素子１２は、入力信号の電力を増幅するが、補助増幅素子２２は、オフ状態となって動作を停止している。一方、入力端子２への入力信号のレベルが一定レベルを超えると、補助増幅素子２２が動作する。
【００２６】
主増幅素子１２の出力源１２ａがもつインピーダンスをＲｏｐｔとすると、バックオフ動作時において、出力源１２ａからみたインピーダンスは２×Ｒｏｐｔとなり、補助増幅素子２２の出力源２２ａにおけるインピーダンスはオープンとなる。すなわち、バックオフ動作時のドハティ増幅器１は、キャリア増幅器１１から電力合成部３１に至る信号伝送経路の特性のみを有する。たとえば、寄生成分１３、整合回路１５及び位相補償回路１６を含む信号伝送経路が、９０°の電気長を有し、かつＲｏｐｔの特性インピーダンスを持つ線路である場合には、その特性インピーダンスは、電力合成部３１でＲｏｐｔ／２というインピーダンスに変成される。これにより、ドハティ増幅器１の原理的なインピーダンス変動が実現される。
【００２７】
たとえば、寄生成分１３の電気長θ１が２０°、寄生成分２３の電気長θ４が２０°、整合回路１５の電気長θ２が８０°、整合回路２５の電気長θ５が８０°である場合を考える。主増幅素子１２の出力源１２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｎ−９０°となる条件を満たすには、位相補償回路１６は、たとえば、−１０°という負の電気長θ３を有していればよい。同様に、補助増幅素子２２の出力源２２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｍ−１８０°となる条件を満たすには、位相補償回路２６は、たとえば、−１００°という負の電気長θ６を有していればよい。
【００２８】
図４は、実施の形態１のドハティ増幅器１における主増幅素子１２の反射特性（周波数特性）の例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は、周波数（単位：ＧＨｚ）を示し、縦軸はリターンロス（Ｒｅｔｕｒｎ  Ｌｏｓｓ：反射損失）（単位：ｄＢ）を示している。このグラフに示される特性曲線Ｃ２は、θ１＝２０°、θ４＝２０°、θ２＝８０°、θ５＝８０°、θ３＝−１０°、θ６＝−１００°の条件で得られた曲線である。これに対し、特性曲線Ｃ１は、本実施の形態のドハティ増幅器１において、負の電気長を有する位相補償回路１６に代えて１７０°という正の電気長を有する線路が使用された構造（以下「従来構造」と呼ぶ。）によって得られた曲線である。図４のグラフに示されるように、周波数帯域幅を広げるにつれて従来構造では反射損失が大きくなる傾向がある。一方、本実施の形態の構造では、広帯域にわたって反射損失が小さいといえる。
【００２９】
図５は、ドハティ増幅器１のバックオフ動作時における６ｄＢ出力のときの電力効率の周波数特性を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は、中心周波数ｆ０（＝２ＧＨｚ）で正規化された周波数を示し、縦軸は、電力効率（単位：％）を示している。このグラフは、図４のグラフに対応するものである。曲線Ｃ３は、前述の従来構造で得られた曲線であり、曲線Ｃ４は、本実施の形態の構造で得られた曲線である。曲線Ｃ４から明らかなように、本実施の形態の構造では、特定の周波数帯域に対して効率の低下量が少なく、広帯域な特性が実現可能である。なお、バックオフ量は６ｄＢでなくとも、同様の結果が得られる。
【００３０】
図４を参照すると、従来構造では、本実施の形態の位相補償回路１６に代えて電気長１７０°の線路が装荷されることで、主増幅素子１２の出力源１２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長は２７０°となるので、その反射特性（特性曲線Ｃ１）は、周波数の影響を受けやすく、狭帯域の特性となる。これに対し、本実施の形態の構造では、主増幅素子１２の出力源１２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長は９０°であり、短いので、その反射特性（特性曲線Ｃ２）は、周波数の影響を受けにくく、広帯域での信号増幅を可能とするものであることが分かる。よって、本実施の形態のドハティ増幅器１は、不要な電気長を短くし、特定の周波数帯域に対して広帯域にわたってインピーダンス整合をすることができる構造を有している。したがって、本実施の形態のドハティ増幅器１は、特定の周波数帯域で広帯域に信号を増幅することができる。
【００３１】
また、図５に示されるように、本実施の形態の構造におけるバックオフ動作時の効率の帯域特性では、特定の周波数範囲に対して、従来構造よりも中心周波数ｆ０に関して効率の低下量が少ない。よって、キャリア増幅器１１、整合回路１５、位相補償回路１６、ピーク増幅器２１、整合回路２５及び位相補償回路２６からなる出力回路の周波数依存性が小さく、広帯域に信号を増幅することが可能である。
【００３２】
以上に説明したように実施の形態１のドハティ増幅器１では、位相補償回路１６は、主増幅素子１２の出力源１２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｎ−９０°（Ｎは正整数）となるように負の電気長θ３を有するので、当該信号伝送経路の総電気長を短くすることができる。また、位相補償回路２６も、補助増幅素子２２の出力源２２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の電気長が１８０°×Ｍ−１８０°（Ｍは正整数）となるように負の電気長θ６を有するので、当該信号伝送経路の総電気長を短くすることができる。したがって、キャリア増幅器１１の寄生成分１３が主増幅素子１２の増幅出力の位相を変化させる不要な寄生成分である場合、あるいは、ピーク増幅器２１の寄生成分２３が補助増幅素子２２の増幅出力の位相を変化させる不要な寄生成分である場合でも、ドハティ増幅器１は、広帯域な信号の電力を高効率で増幅することができる。更に、整合回路１５が主増幅素子１２の増幅出力の位相を不要に変化させる構成を有する場合、あるいは、整合回路２５が補助増幅素子２２の増幅出力の位相を不要に変化させる構成を有する場合であっても、位相補償回路１６または位相補償回路２６はその不要な位相変化を補償することができるので、ドハティ増幅器１は、広帯域な信号の電力を高効率で増幅することが可能である。
【００３３】
なお、上記実施の形態１では、整合回路１５，２５が装荷されているが、これら整合回路１５，２５が装荷されない形態もあり得る。
【００３４】
実施の形態２．
次に、本発明に係る実施の形態２について説明する。図６は、本発明に係る実施の形態２のドハティ増幅器１Ａの概略構成を示す図である。このドハティ増幅器１Ａの構成は、図１に示される負の電気長θ６を有する位相補償回路２６に代えて、図６に示される正の電気長θ７を有する位相補償回路２７を備える点を除いて、上記実施の形態１のドハティ増幅器１の構成と同じである。位相補償回路２７は、ピーク増幅器２１の出力端と位相補償回路２６の入力端との間に介在してインピーダンス整合を行う回路である。
【００３５】
本実施の形態では、上記実施の形態１の場合と同様に、位相補償回路１６は、主増幅素子１２の出力源１２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｎ−９０°（Ｎは正整数）となるように負の電気長θ３を有する。一方、位相補償回路２７は、補助増幅素子２２の出力源２２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｍ−１８０°（Ｍは正整数）となるように正の電気長θ７を有している。
【００３６】
たとえば、寄生成分１３の電気長θ１が２０°、寄生成分２３の電気長θ４が２０°、整合回路１５の電気長θ２が８０°、整合回路２５の電気長θ５が８０°である場合を考える。このとき、主増幅素子１２の出力源１２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｎ−９０°となる条件を満たすには、位相補償回路１６は、たとえば、−１０°という負の電気長θ３を有する必要がある。一方、補助増幅素子２２の出力源２２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｍ−１８０°となる条件を満たすには、位相補償回路２７は、たとえば、８０°という正の電気長θ７を有すればよい。
【００３７】
実施の形態２のドハティ増幅器１Ａでも、上記実施の形態１の場合と同様に、位相補償回路１６は、主増幅素子１２の出力源１２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｎ−９０°（Ｎは正整数）となるように負の電気長θ３を有するので、当該信号伝送経路の総電気長を短くすることができる。したがって、キャリア増幅器１１の寄生成分１３が主増幅素子１２の増幅出力の位相を変化させる不要な寄生成分である場合でも、ドハティ増幅器１Ａは、広帯域な信号の電力を高効率で増幅することができる。更に、整合回路１５が主増幅素子１２の増幅出力の位相を不要に変化させる構成を有する場合であっても、位相補償回路１６はその不要な位相変化を補償することができるので、ドハティ増幅器１Ａは、広帯域な信号の電力を高効率で増幅することが可能である。
【００３８】
実施の形態３．
次に、本発明に係る実施の形態３について説明する。図７は、本発明に係る実施の形態３のドハティ増幅器１Ｂの概略構成を示す図である。ドハティ増幅器１Ｂは、上記実施の形態１と同様に、入力端子２、電力分配器１０、位相調整線路２０、電力合成部３１、負荷回路３２及び出力端子３を備える。
【００３９】
本実施の形態のドハティ増幅器１Ｂは、電力分配器１０から出力された一方の入力信号（第１の入力信号）の電力を増幅するキャリア増幅器１１Ｂと、キャリア増幅器１１Ｂの出力端に接続されている整合回路（第１整合回路）１７と、この整合回路１７を介してキャリア増幅器１１Ｂの出力端から伝達した信号の位相を調整する位相補償回路（第１位相補償回路）１８と、位相補償回路１８の出力端と電力合成部３１との間に介在して位相調整を行う位相調整線路１９とを備えている。更に、ドハティ増幅器１Ｂは、位相調整線路２０の出力信号の電力を増幅するピーク増幅器２１Ｂと、ピーク増幅器２１Ｂの入力端に接続されている整合回路（第２整合回路）２９と、この整合回路２９を介してピーク増幅器２１Ｂの出力端から入力された信号の位相を調整する位相補償回路（第２位相補償回路）３０とを備える。
【００４０】
キャリア増幅器１１Ｂは、主増幅素子１２と、この主増幅素子１２の電流源である出力源１２ａに接続された寄生成分１３Ｂとを有する。寄生成分１３Ｂは、主増幅素子１２の出力信号の位相を変化させる正の電気長θ１０を有する。一方、ピーク増幅器２１Ｂは、補助増幅素子２２と、この補助増幅素子２２の電流源である出力源２２ａに接続された寄生成分２３Ｂとを有する。寄生成分２３Ｂは、補助増幅素子２２の出力信号の位相を変化させる正の電気長θ１４を有する。これら寄生成分１３Ｂ，２３Ｂは、上記実施の形態１の寄生成分１３，２３と同様に、たとえば、寄生容量を有する素子、ワイヤ、もしくはパッケージ材（セラミックまたは樹脂など）からなる。
【００４１】
整合回路１７は、キャリア増幅器１１Ｂの出力端と位相補償回路１８の入力端との間に介在してインピーダンス整合を行う回路である。一方、整合回路２９は、ピーク増幅器２１Ｂの出力端と位相補償回路３０の入力端との間に介在してインピーダンス整合を行う回路である。整合回路１７，２９、位相補償回路１８，３０及び位相調整線路１９の各々は、チップキャパシタなどの素子を含む集中定数回路、または線路パターンなどの分布定数回路素子のいずれで構成されればよい。実施の形態１の場合と同様に、整合回路１７，２９はそれぞれ正の電気長θ１１，θ１５を有するように構成されている。これに対し、位相補償回路１８，３０はそれぞれ負の電気長θ１２，θ１６を有するように構成される。位相補償回路１８，３０は、たとえば、実施の形態１の位相補償回路１６，２６と同様に、進相器として構成可能である。また、位相調整線路１９は、正の電気長θ１３を有している。
【００４２】
本実施の形態では、位相補償回路１８は、主増幅素子１２の出力源１２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｎ−９０°（Ｎは正整数）となるように負の電気長θ１２を有する。一方、位相補償回路３０は、補助増幅素子２２の出力源２２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｍ−１８０°（Ｍは正整数）となるように負の電気長θ１６を有している。
【００４３】
たとえば、寄生成分１３Ｂの電気長θ１０が１００°、寄生成分２３Ｂの電気長θ１４が１００°、整合回路１７の電気長θ１１が１００°、整合回路２９の電気長θ１５が１００°、位相調整線路１９の電気長θ１３が９０°である場合を考える。主増幅素子１２の出力源１２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｎ−９０°となる条件を満たすには、位相補償回路１８は、たとえば、−２０°という負の電気長θ１２を有していればよい。同様に、補助増幅素子２２の出力源２２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｍ−１８０°となる条件を満たすには、位相補償回路３０は、たとえば、−２０°という負の電気長θ１６を有していればよい。
【００４４】
以上に説明したように実施の形態３のドハティ増幅器１Ｂでも、位相補償回路１８は、主増幅素子１２の出力源１２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の総電気長が１８０°×Ｎ−９０°（Ｎは正整数）となるように負の電気長θ１２を有するので、当該信号伝送経路の総電気長を短くすることができる。また、位相補償回路３０も、補助増幅素子２２の出力源２２ａから電力合成部３１に至る信号伝送経路の電気長が１８０°×Ｍ−１８０°（Ｍは正整数）となるように負の電気長θ１６を有するので、当該信号伝送経路の総電気長を短くすることができる。したがって、位相補償回路１８と電力合成部３１との間に位相調整線路１９が装荷される場合でも、実施の形態１の場合と同様に、ドハティ増幅器１は、広帯域な信号の電力を高効率で増幅することができる。
【００４５】
以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これら実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、実施の形態１，２，３のドハティ増幅器１，１Ａ，１Ｂの各々は、入力端子２、電力分配器１０及び位相調整線路２０を備えた構成を有しているが、これに限定されるものではない。入力端子２、電力分配器１０及び位相調整線路２０に代えて、第１の信号発生器（図示せず）から入力された高周波信号（第１の入力信号）をキャリア増幅器１１，１１Ｂに供給する第１の入力端子と、第２の信号発生器（図示せず）から入力された高周波信号（第２の入力信号）をピーク増幅器２１，２１Ｂに供給する第２の入力端子とを備えた構成を有するようにドハティ増幅器１，１Ａ，１Ｂの構成が適宜変更されてもよい。
【００４６】
なお、本発明の範囲内において、上記実施の形態１〜３の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係るドハティ増幅器は、マイクロ波またはミリ波などの高周波信号の電力を高効率で増幅することができるので、たとえば、移動体通信及び衛星通信などの無線通信技術、並びに地上ディジタル放送及び衛星放送などの放送技術に使用されることに適している。
【符号の説明】
【００４８】
１，１Ａ，１Ｂ  ドハティ増幅器、２  入力端子、３  出力端子、１０  電力分配器、１１，１１Ｂ  キャリア増幅器、１２  主増幅素子、１２ａ  出力源、１３，１３Ｂ  寄生成分、１５，１７，２５，２９  整合回路、１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１８，２６，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２７，３０  位相補償回路、１９，２０  位相調整線路、２１，２１Ｂ  ピーク増幅器、２２  補助増幅素子、２２ａ  出力源、２３，２３Ｂ  寄生成分、３１  電力合成部、３２  負荷回路、４１，４２  容量素子、４３，４４，４５  インダクタ素子、５１，５２  容量素子、５３，５４，５５  インダクタ素子。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年7月12日(2017.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の一態様によるドハティ増幅器は、高周波信号を第１の入力信号と第２の入力信号とに分配する電力分配器と、前記第１の入力信号の電力を増幅する主増幅素子及び該主増幅素子の出力源に接続された寄生成分を含むキャリア増幅器と、負の電気長を有し前記キャリア増幅器の出力信号の位相を調整する第１位相補償回路と、前記第２の入力信号の電力を増幅する補助増幅素子及び該補助増幅素子の出力源に接続された寄生成分を含むピーク増幅器と、前記ピーク増幅器の出力信号の位相を調整する第２位相補償回路と、前記第１位相補償回路の出力と前記第２位相補償回路の出力とを合成する電力合成部とを備え、前記主増幅素子の出力源から前記電力合成部に至る信号伝送経路は、１８０°×Ｎ−９０°（Ｎは正整数）の電気長を有し、前記補助増幅素子の出力源から前記電力合成部に至る信号伝送経路は、１８０°×Ｍ−１８０°（Ｍは正整数）の電気長を有することを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、ドハティ増幅器１は、図１に示されるように、電力分配器１０から出力された他方の入力信号（第２の入力信号）の位相を４分の１波長に相当する９０°だけ遅延させる位相調整線路２０と、この位相調整線路２０の出力信号の電力を増幅するピーク増幅器２１と、ピーク増幅器２１の出力端に接続されている整合回路（第２整合回路）２５と、この整合回路２５を介してピーク増幅器２１の出力端から入力された信号の位相を調整する位相補償回路（第２位相補償回路）２６とを備えている。整合回路２５は、ピーク増幅器２１の出力端と位相補償回路２６の入力端との間に介在してインピーダンス整合を行う回路である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を第１の入力信号と第２の入力信号とに分配する電力分配器と、
前記第１の入力信号の電力を増幅する主増幅素子及び該主増幅素子の出力源に接続された寄生成分を含むキャリア増幅器と、
負の電気長を有し前記キャリア増幅器の出力信号の位相を調整する第１位相補償回路と、
前記第２の入力信号の電力を増幅する補助増幅素子及び該補助増幅素子の出力源に接続された寄生成分を含むピーク増幅器と、
前記ピーク増幅器の出力信号の位相を調整する第２位相補償回路と、
前記第１位相補償回路の出力と前記第２位相補償回路の出力とを合成する電力合成部と
を備え、
前記主増幅素子の出力源から前記電力合成部に至る信号伝送経路は、１８０°×Ｎ−９０°（Ｎは正整数）の電気長を有し、
前記補助増幅素子の出力源から前記電力合成部に至る信号伝送経路は、１８０°×Ｍ−１８０°（Ｍは正整数）の電気長を有する
ことを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項２】
請求項１記載のドハティ増幅器であって、前記第２位相補償回路は、負の電気長を有することを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項３】
請求項１記載のドハティ増幅器であって、
前記キャリア増幅器の出力端と前記第１位相補償回路の入力端との間に介在してインピーダンス整合を行う第１整合回路と、
前記ピーク増幅器の出力端と前記第２位相補償回路の入力端との間に介在してインピーダンス整合を行う第２整合回路と
を更に備えることを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項４】
請求項２記載のドハティ増幅器であって、前記第１位相補償回路の出力端と前記電力合成部との間に介在する他の位相調整線路を更に備えることを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項５】
請求項１記載のドハティ増幅器であって、前記第１位相補償回路は、前記キャリア増幅器の出力信号の位相を進める進相器を有することを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項６】
請求項２記載のドハティ増幅器であって、前記第２位相補償回路は、前記ピーク増幅器の出力信号の位相を進める進相器を有することを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項７】
高周波信号を第１の入力信号と第２の入力信号とに分配する電力分配器と、
前記第１の入力信号の電力を増幅する主増幅素子及び該主増幅素子の出力源に接続された寄生成分を含むキャリア増幅器と、
前記キャリア増幅器の出力信号の位相を調整する第１位相補償回路と、
前記第２の入力信号の電力を増幅する補助増幅素子及び該補助増幅素子の出力源に接続された寄生成分を含むピーク増幅器と、
負の電気長を有し前記ピーク増幅器の出力信号の位相を調整する第２位相補償回路と、
前記第１位相補償回路の出力と前記第２位相補償回路の出力とを合成する電力合成部と
を備え、
前記主増幅素子の出力源から前記電力合成部に至る信号伝送経路は、１８０°×Ｎ−９０°（Ｎは正整数）の電気長を有し、
前記補助増幅素子の出力源から前記電力合成部に至る信号伝送経路は、１８０°×Ｍ−１８０°（Ｍは正整数）の電気長を有する
ことを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項８】
請求項７記載のドハティ増幅器であって、
前記キャリア増幅器の出力端と前記第１位相補償回路の入力端との間に介在してインピーダンス整合を行う第１整合回路と、
前記ピーク増幅器の出力端と前記第２位相補償回路の入力端との間に介在してインピーダンス整合を行う第２整合回路と
を更に備えることを特徴とするドハティ増幅器。
【請求項９】
請求項７記載のドハティ増幅器であって、前記第２位相補償回路は、前記ピーク増幅器の出力信号の位相を進める進相器を有することを特徴とするドハティ増幅器。
【国際調査報告】
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2018138763.tif 000011
2018138763.tif 000012
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