(57)【要約】改良された効率を持つ、広い範囲の電力にわたってＲＦ信号を増幅するＲＦ電力増幅器回路は、電力の第１範囲にわたって前記ＲＦ信号を増幅する、前記広い範囲の電力の最大値より下の電力飽和レベルを持つキャリア増幅器を含む。複数のピーク増幅器は、キャリア増幅器に並列に接続され、ピーク増幅器のそれぞれは、キャリア増幅器が飽和に近づいた後、増幅された出力信号を順次供給するようバイアスされる。入力信号は、キャリア増幅器および複数のピーク増幅器へ信号分割器を通して供給され、増幅された出力信号をキャリア増幅器および複数のピーク増幅器から受け取る出力は、抵抗負荷Ｒ／２を含む。分割された入力信号は、９０°トランスを通してキャリア増幅器に供給され、ピーク増幅器の出力は、９０°トランスを通して出力負荷に供給される。飽和未満で動作するとき、キャリア増幅器は、電力を２Ｒの負荷に伝達し、キャリア増幅器は、増幅器が飽和するときの最大電力における電流の半分である電流を負荷に伝達する。インピーダンスＺを有する出力を持つある実施形態において、キャリア増幅器およびそれぞれのピーク増幅器は、それぞれの増幅器にＺより小さい出力インピーダンスを示す出力整合ネットワークを通して出力に接続され、それぞれの出力整合ネットワークは、出力インピーダンスのリアクタンスを低減するために選択された位相長を有する。
2006525751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広い範囲の電力にわたってＲＦ信号を増幅するＲＦ電力増幅器回路であって、
ａ）電力の第１範囲にわたって前記ＲＦ信号を増幅する、前記広い範囲の電力の最大値より下の電力飽和レベルを持つキャリア増幅器、
ｂ）前記キャリア増幅器に並列に接続された複数のピーク増幅器であって、前記ピーク増幅器のそれぞれは、前記キャリア増幅器が飽和に近づいた後、増幅された出力信号を順次供給するようバイアスされる、複数のピーク増幅器、
ｃ）入力信号を分割し、前記分割された入力信号を前記キャリア増幅器および前記複数のピーク増幅器に与える単一の分割器、および
ｄ）前記キャリア増幅器および前記複数のピーク増幅器からの増幅された出力信号群を受け取り結合する出力であって、前記出力はインピーダンスＺを有し、前記キャリア増幅器および前記ピーク増幅器のそれぞれは、ネットワークのインピーダンスおよび実効位相長に依存してそれぞれの増幅器に異なるインピーダンスを示す出力整合ネットワークによって前記出力に接続されている、出力
を備えるＲＦ電力増幅器回路。
【請求項２】
請求項１に記載のＲＦ電力増幅器回路であって、それぞれの出力整合ネットワークの前記位相長は、前記出力インピーダンスのリアクタンスを低減するよう選択されるＲＦ電力増幅器回路。
【請求項３】
請求項１に記載のＲＦ電力増幅器回路であって、それぞれのピーク増幅器は効率的な電力増幅を６ｄＢ伸長するＲＦ電力増幅器回路。
【請求項４】
請求項３に記載のＲＦ電力増幅器回路であって、前記複数のピーク増幅器は、３つのピーク増幅器であり、前記伸長された効率的電力増幅はほぼ１８ｄＢであるＲＦ電力増幅器回路。
【請求項５】
請求項４に記載のＲＦ電力増幅器回路であって、前記キャリア増幅器およびピーク増幅器のそれぞれは水平ＤＭＯＳトランジスタを備えるＲＦ電力増幅器回路。
【請求項６】
請求項１に記載のＲＦ電力増幅器回路であって、前記信号分割器は、前記キャリア増幅器の前記入力に接続された１／４波長トランスを含み、前記出力は、前記キャリア増幅器の前記出力に接続され、１／４波長トランスを通してそれぞれのピーク増幅器の前記出力に接続された抵抗負荷を含むＲＦ電力増幅器回路。
【請求項７】
請求項１に記載のＲＦ電力増幅器回路であって、前記キャリア増幅器およびピーク増幅器のそれぞれは、水平ＤＭＯＳトランジスタ、ＭＥＳＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＨＢＴおよびバイポーラトランジスタからなるグループから選択されたトランジスタを備えるＲＦ電力増幅器回路。
【請求項８】
請求項１に記載のＲＦ電力増幅器回路であって、前記出力は、前記キャリア増幅器の前記出力に接続されるとき、１／４波長トランスを通してそれぞれのピーク増幅器の前記出力に接続される抵抗負荷を含むＲＦ電力増幅器回路。
【請求項９】
広い範囲の電力にわたってＲＦ信号を増幅するＲＦ電力増幅器回路であって、
ａ）電力の第１範囲にわたって前記ＲＦ信号を増幅する、前記広い範囲の電力の最大値より下の電力飽和レベルを持つキャリア増幅器、
ｂ）前記キャリア増幅器に並列に接続された少なくとも１つのピーク増幅器であって、前記ピーク増幅器は、前記キャリア増幅器が飽和に近づいた後、増幅された出力信号を供給するようバイアスされる、少なくとも１つのピーク増幅器、
ｃ）入力信号を分割し、前記分割された入力信号を前記キャリア増幅器および前記少なくとも１つのピーク増幅器に与える信号分割器、
ｄ）インピーダンスＺを有する電力増幅器の出力に結合された出力結合器ノード、および
ｅ）前記キャリア増幅器および前記少なくとも１つのピーク増幅器を前記出力結合器ノードに接続する複数の出力整合ネットワークであって、それぞれの出力整合ネットワークは、それぞれの増幅器にＺより小さい出力インピーダンスを示す、複数の出力整合ネットワーク
を備えるＲＦ電力増幅器回路。
【請求項１０】
請求項９に記載のＲＦ電力増幅器回路であって、それぞれの出力整合ネットワークの前記位相長は、前記出力インピーダンスのリアクタンスを低減するよう選択されるＲＦ電力増幅器回路。
【請求項１１】
請求項９に記載のＲＦ電力増幅器回路であって、インピーダンス変換のために前記出力結合器ノードを前記電力増幅器出力に結合するインピーダンストランスをさらに含むＲＦ電力増幅器回路。
【請求項１２】
請求項１１に記載のＲＦ電力増幅器回路であって、前記キャリア増幅器および少なくとも１つのピーク増幅器のそれぞれは、水平ＤＭＯＳトランジスタ、ＭＥＳＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＨＢＴおよびバイポーラトランジスタからなるグループから選択されたトランジスタを備えるＲＦ電力増幅器回路。
【請求項１３】
請求項１２に記載のＲＦ電力増幅器回路であって、前記最大ＲＦ出力電力は１８０ワットであるＲＦ電力増幅器回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大きくはＲＦ電力増幅器に関し、より具体的には本発明は、ディジタル変調が採用されている基地局において広い範囲の出力電力が必要とされる、現代の無線通信システムに適するＲＦ電力前記増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
基地局における電力増幅器は、ピーク電力よりもずっと低い出力電力レベルおいてしばしば動作する。残念ながらバックオフパワーレベルは、送信機の電力増幅器の効率を下げる。従来の増幅器においては、効率および入力駆動レベルの間には直接の関係がある。したがって高効率（ＤＣからＲＦへの変換効率）は、ＲＦ入力電力レベルが充分に高く増幅器を飽和状態で駆動するまで得られない。マルチキャリア通信システムにおいて増幅器はなるべくリニアを保たなければならないので、高効率のこの領域は使用されえない。
【０００３】
バックオフパワーレベルにおいて改良された効率を提供する従来の電力増幅器設計は、ドハティ増幅器であり、これはメイン増幅器からの電力と、補助またはピーク増幅器からの電力とを結合する。W.H.Dohertyの「A New High-Efficiency Power Amplifier for Modulated Waves」、Proc. IRE Vol. 24, No. 9, pp. 1163-1182、1936年を参照されたい。図１（Ａ）に示されるように、従来のドハティ構成においては、キャリア増幅器１０およびピーク増幅器１２は、最大電力を負荷Ｒに最適効率で伝達するよう設計される。メインつまりキャリア増幅器は通常のＢ級増幅器であり、一方、ピーク増幅器はある最小スレッショルドを超える信号だけを増幅するように設計される。ＬＤＭＯＳ電力トランジスタについてこれは、Ｃ級に似た動作のために、トランジスタをそのピンチオフ電圧より下にＤＣバイアスすることによって達成されえる。２つの増幅器の出力は、インピーダンスＲの１／４波長伝送線路によって接続され、最適負荷Ｒの半分の負荷がピーク増幅器の出力に付加される。ＲＦ入力電力は、ピーク増幅器への入力において１／４波長の遅延で等しく分割され、よって付加Ｒ／２における２つの増幅器の出力電力は同相になる。
【０００４】
ドハティ増幅器は、Ｂ級キャリア増幅器をその最適付加の２倍より大きい見かけの負荷インピーダンスで動作させることによって圧縮の前に高効率を達成する。（ピーク増幅器がアクティブになる前に、１／４波長トランス１４の存在のために、キャリア増幅器に示される見かけの負荷インピーダンスは２Ｒである。）よって、このキャリア増幅器は、その最大電力の半分において圧縮し、ピーク効率に達する。第２つまりピーク増幅器は、入力信号のピークのあいだだけアクティブにされる。ピーク増幅器がアクティブであるとき、キャリア増幅器の出力での見かけの負荷インピーダンスは低減される。第２増幅器がその最大電力を出力するときにやはり最大効率は達成される。よって第１増幅器は、見かけの電力の６ｄＢの範囲で飽和のぎりぎりのところに維持され、ほとんどピーク効率が維持されえる。
【０００５】
ピーク増幅器をオンにするのにドハティ増幅器への入力ＲＦ電力が充分ではないとき、出力電力の全ては、メインつまりキャリア増幅器によって供給される。図１Ｂに示されるように、ピーク増幅器がオフのとき、その出力インピーダンスは非常に高くキャリア増幅器の出力電力は全体が負荷Ｒ／２に伝達される。上述のように、１／４波長トランス１４にわたってキャリア増幅器に実際に示される負荷は２Ｒである。デバイス電流は、最大電力において伝達されるものの半分であり、一方で電圧は飽和する。これはデバイスがその最大出力電力の半分を伝達することになる。電流のＲＦおよびＤＣ成分の両方がそのピーク値の半分であるので、効率は最大で、最大のリニア効率で負荷に供給されているキャリア増幅器の最大出力電力の半分を持つ。
【０００６】
図１Ａに示されるように、ピーク増幅器が飽和するのに充分な入力ＲＦ電力が提供されるとき、２つのパラレルの増幅器は、等しく最大出力電力を負荷Ｒ／２に伝達している。それぞれの増幅器に見える負荷は、最適負荷Ｒであり、１／４波長トランスの両端における負荷はＲのまま維持される。キャリア増幅器がちょうど飽和し始めるときに、ピーク増幅器は動作を始めるように設計される。最大リニア効率はこの点で得られる。入力ＲＦ駆動がさらに深くなるにつれ、ピーク増幅器がオンになり始め、出力電力を負荷に伝達するようになる。ピーク増幅器によって供給される追加の電流は、１／４波長トランスの出力における負荷インピーダンスを増す効果がある。トランスのキャリア増幅器端における実効的な変化は、見かけの負荷インピーダンスの減少であり、キャリア増幅器がより多くの電力を伝達し、一方でその電圧は飽和したままである。ピーク増幅器のデューティファクタが比較的低いので、限界の間の効率は、最大よりもわずかだけ落ちる。
【０００７】
ドハティ増幅器の高効率動作の範囲を拡張するための試みが行われてきた。例えばIwamotoらは、キャリアおよびピーク増幅器にスケールドトランジスタ（scaled transistors）つまり異なるサイズのトランジスタ群を、そして入力において不等電力スプリッタを用いて１２ｄＢバックオフ回路を作った。Iwamotoらの「An Extended Doherty Amplifier with High Efficiency Over a Wide Power Range」、2001 IEEE MTT-S Digest, Phoenix, AZを参照されたい。総出力電力が低い（１ワット未満）ときはこの技術は一見うまく働くが、出力電力が１０〜１００ワットＣＷレンジにあるときはあまり改善されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＲＦ電力増幅器の高効率動作の範囲を拡張する要求が存在しつづける。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、ＲＦ電力増幅器回路は、最大バックオフ電力動作のためのメインつまりキャリア増幅器、および増加された入力電力レベルにおいて順次動作を始めるよう適切にバイアスされた１つ以上の補助つまりピーク増幅器を含む。それぞれのピーク増幅器は、ピーク効率が維持される電力範囲において６ｄＢの増加を提供しえる。入力信号をキャリア増幅器およびＮ−１ピーク増幅器に供給するためにＮウェイ分割器が必要とされるので、分割器における電力の有限ロスは、実現されえる効率の改善のうちのいくつかを制限しえる。しかし、高い入力電力条件におけるピーク増幅器の使用は、回路の全体的な効率を改善しえる。
【００１０】
ある実施形態において、４ウェイ増幅器回路が提供され、４ウェイ電力分割器によって全て駆動されるキャリア増幅器および３つのピーク増幅器を含む。理論的には、この増幅器は、効率的な電力の範囲を１８ｄＢ伸長しえる。そのような効率的電力範囲の伸長は、平均電力に対するピーク比が１３ｄＢの高さにもなりえるワイドバンドＣＤＭＡ（Ｗ−ＣＤＭＡ）またはＯＦＤＭのような変調方式を用いたディジタル通信システムにおいては非常に重要である。４ウェイ構成は、２ウェイ増幅器構成に比較して３ｄＢｍの全体的な電力増加も提供する。よって１２０ワットピーク増幅器は、それぞれの増幅器パス（キャリア増幅器および３つのピーク増幅器）が３０ワットのトランジスタを利用する４ウェイ構成によって提供されえる。
【００１１】
本発明の他の実施形態において、個別の負荷インピーダンスおよびキャリアおよびピーク増幅器の相対位相は、電力増幅器回路の効果を高めるよう最適化される。ピーク増幅器の出力インピーダンスがキャリア増幅器の出力インピーダンスに負荷をかける実際の増幅器回路においては、ドハティ構成の出力電力、ゲインおよび効率は妥協されえる。ピーク増幅器および結合器ノードの間と共に、キャリア増幅器の出力およびドハティ結合器ノードの間に追加の位相長を導入することによって、最適なパフォーマンスに必要とされるインピーダンスの理想の実部により近いＲＦ信号電力レベルの範囲にわたって、キャリア増幅器またはピーク増幅器のいずれかから見たインピーダンスを調整することが可能である。
【００１２】
本発明およびその目的および特徴は、図面と共に参照されれば以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から容易により明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、複数のピーク増幅器が追加され、Ｎウェイスプリッタがメイン増幅器およびＮ−１個のピーク増幅器のために提供されたドハティ電力増幅器の変形といえる。実際の増幅器の構成を容易にするために、入力におけるピーク増幅器への従来のドハティ増幅器の１／４波長トランス、およびキャリア増幅器の出力における従来のドハティ増幅器の１／４波長トランスが入れ替えられているが、パフォーマンスに影響はない。しかし、その場合、増幅器のためのインピーダンス整合ネットワークは、１／４波長トランスの再配置を計算に入れるよう調整されなければならない。キャリア増幅器入力においては一つの９０°（１／４波長）位相長しか必要とされず、よって、マルチウェイ電力ディバイダを通した複数のピーク増幅器がより簡単に実現できる。
【００１４】
図２は、本発明による電力増幅器のある実施形態の機能ブロック図であり、これは、キャリア増幅器２０および３つのピーク増幅器２１、２２、２３を含み、ピーク増幅器群は、９０°トランス２４、２５、２６を通して出力負荷２８へ接続される。単一の９０°トランス３０は、４ウェイスプリッタ３２をキャリア２０に接続する。ピーク増幅器のそれぞれのＤＣバイアスを適切な値に設定することによって、追加されたピーク増幅器は、ドハティ機能が拡張されることを可能にする。キャリア増幅器２０およびピーク増幅器２１、２２、２３の出力は、結合ノード２７において結合される。第１のものに加えて追加されたピーク増幅器群のそれぞれについて、電力レンジにおいて６ｄＢの対応する増加が見込め、この分だけピーク効率が維持される。Ｎウェイスプリッタの有限損失のために、効率のある程度の低下が発生する。４ウェイ増幅器は、効率的な電力の範囲を１８ｄＢの理論値へ拡張する。上述のようにこのような拡張は、平均電力に対するピークの比が１３ｄＢの高さにもなる変調スキームを用いるディジタル通信システムにおいては非常に重要である。４ウェイ構成は、２ウェイの従来のドハティ回路に比べて３ｄＢｍの全体的電力増加を提供する。よって１２０ワットピークの増幅器は、４ウェイドハティ構成によって３０ワットのトランジスタを利用するそれぞれのパス（キャリアおよび３つのピーク増幅器）で提供されえる。
【００１５】
図３は、キャリア増幅器トランジスタ４０および３つのピーク増幅器トランジスタ４１〜４３を含むCREE Microwave, Inc.からの３０ワットＬＤＭＯＳＦＥＴパワートランジスタを利用してシミュレーションされた図２の増幅器のより詳細な回路図である。入力信号の４ウェイ分配は、２ウェイスプリッタ４４、４６および４８によって提供される。キャリア増幅器トランジスタ４０は、スプリッタ４６を入力整合回路５２に接続する９０°トランス５０を含む。ゲートバイアス５４、ドレインバイアス５６、出力整合回路５８、およびオフセットマイクロストリップ位相長６０は、直列に増幅器を位相スプリッタ４６および６２における出力の間で接続し、トランス６４および抵抗負荷６５を含む。ピーク増幅器のそれぞれは、図２に示されるように増幅器回路を負荷に接続する９０°トランス６６を有する。高調波終端、例えばグラウンドに接続されたコイルおよびキャパシタは、出力整合回路５８に含まれえて、出力高調波をトランジスタ出力に戻し、それによってピーク効率を増す。ピーク増幅器回路のそれぞれは、入力信号強度が増すにつれてピーク増幅器を順番に動作させるゲートバイアス回路を持つ類似の入力および出力回路を有する。
【００１６】
図３の４ウェイ増幅器は、ＵＭＴＳバンド（２１１０〜２１７０ＭＨｚ）にわたって出力電力、電力付加効率（ＰＡＥ）、および利得についてApplied Wave Research Microwave Office Simulatorを用いてシミュレーションされた。図４は、２３〜４３ｄＢｍ（２００ミリワットから２０ワット）の範囲で広がる入力電力のレンジにわたって、１５０ワット（５２ｄＢｍ）に近い飽和出力で、ＰＡＥと共に入力ＲＦ電力対出力ＲＦ電力を示す。出力電力レベルが４２ｄＢｍ（１０ｄＢバックオフ）までバックオフするとき、ＰＡＥは４６％である。従来の（すなわち非ドハティ）増幅器は、同じバックオフパワーについては１０％未満のＰＡＥを有する。２ウェイのドハティ増幅器回路は、対応するＰＡＥとして２３％を有しえる。ピーク増幅器のためのバイアス電圧の選択においては、増幅器のダイナミックレンジ全体にわたって利得の直線性を維持するために正しい点においてトランジスタが順番にオンにされることが重要である。
【００１７】
表１は、従来の２ウェイドハティ増幅器、Iwamotoらによって記述された不等電力スプリット付き２ウェイドハティ増幅器、本発明の実施形態による３ウェイ（２ピーク増幅器を持つキャリア増幅器）、および４ウェイスプリット（３ピーク増幅器を持つキャリア増幅器）の間の比較を示す。４ウェイ増幅器は、２ウェイドハティによるアプローチに比べて１０ｄＢバックオフにおいてＰＡＥの２倍の改善を達成する。
【表１】
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【００１８】
本発明によるＮウェイドハティ増幅器は、広い範囲の入力／出力電力レベルにわたってリニア電力増幅器の電力付加効率を大きく改善する。この増幅器は、高電力増幅器に特に適するが、これはそれぞれのトランジスタの電力要件がパワートランジスタの個数Ｎに反比例するからである。２ウェイドハティ構成においては、それぞれのトランジスタのピークパワー要件が総出力電力の半分にせざるを得なかった。そのような条件は、キャリアおよびピーク増幅器の非常に低い入力および出力インピーダンスにつながり、実際には現実化の困難を伴った。Ｎウェイドハティ増幅器回路においては、それぞれのトランジスタは、出力電力の１／Ｎのピーク電力要件を必要とし、よってＮが２より大きいときは、より高い入力および出力インピーダンスにつながる。さらに増幅器中に依然と残る非効率から発生する熱は、より小さな個別のトランジスタ群を用いることによって、より大きな物理的領域に分散されるので、全体的な熱抵抗が下がる。
【００１９】
上述のように、ピーク増幅器の出力インピーダンスがキャリア増幅器の出力インピーダンスの負荷になる実際の増幅器においては、ドハティ構成の出力電力、ゲインおよび効率は妥協されえる。本発明によれば、ピーク増幅器および結合器ノードの間と共に、キャリア増幅器の出力および結合器ノードの間に追加の位相長を導入することによって、キャリアまたはピーク増幅器のいずれかによって見えるインピーダンスを、ＲＦ信号電力レベルの範囲にわたって最適なパフォーマンスのために必要とされる理想の真のインピーダンスにより近く調整することが可能である。例えば、５０オームドハティ構成での低い信号レベルにおいて、キャリア増幅器は、１００オームの抵抗が見えて欲しいが、より高い電力レベルにおいては、ピーク増幅器は、２５オームの抵抗が見えて欲しい。これは図５において概略的に示され、ここでキャリア増幅器７０の出力は、それぞれがＺ１、Ｚ２のインピーダンスを有し、位相長Ｘ１および９０度をそれぞれ有する伝送線路７４、７６を通して結合器ノード８０に接続される。ピーク増幅器７２の出力は、インピーダンスＺ３および位相長Ｘ２度の伝送線路７８を通して結合器ノード８０に接続される。ノード８０は、それからインピーダンスＺ４および位相長９０度の伝送線路８２を通して、出力ノード８４に接続され、ノード８４のインピーダンスは５０オームである。
【００２０】
低いＲＦ電力駆動において、キャリア増幅器は、それが６ｄＢブレークポイントにおいてその通常出力電力の半分を出せるように１００オームが見えて欲しい。しかし、インピーダンスは、ピーク増幅器からの寄生負荷のために１００オームではない。同様に、高いＲＦ電力駆動において、ピーク増幅器は２５オームが見えて欲しい。しかし、キャリア増幅器からの寄生負荷はピーク増幅器に見えるインピーダンスを増加させる。これは、出力インピーダンスのリアクタンスをインピーダンスの実部または同相部分より上に負荷を増すことによってスミスチャート上で示されえる。本発明によれば、低いＲＦ信号レベルにおけるキャリア増幅器のための正しい負荷インピーダンスは、キャリア増幅器の出力の位相長を調整することによって達成され、高いＲＦ信号レベルにおけるピーク増幅器のための正しい負荷インピーダンスは、ピーク増幅器の出力における位相長を調整することによって達成される。これは、インピーダンスのリアクタンス部分を低減または除去する傾向にある。
【００２１】
図５の増幅器は、低いＲＦ電力レベルにおいてキャリア増幅器に５０オーム終端が見えるように変更され、ピーク増幅器は、１０オームに調整された出力インピーダンスを有する。位相長の最適化の前および後における電力出力およびＰＡＥの計測は、図６Ａおよび６Ｂにそれぞれ示される。図６Ａにおいて、変更前は、６ｄＢバックオフ電力におけるＰＡＥは３４％であり、１０ｄＢにおいてはバックオフ電力は２３％だった。変更後、図６Ｂに示されるように、６ｄＢにおけるバックオフ電力ＰＡＥは４２％に増え、１０ｄＢのバックオフにおいては、ＰＡＥは２９％に増える。
【００２２】
２１４０ＭＨｚおいて出力位相長が３６から６６度に調整された２０ワットの２ウェイドハティ増幅器モジュールについて計測されたデータは以下の表２に与えられる。
【表２】
2006525751.tif 000004
【００２３】
効率に及ぶ位相長の効果に加えて、出力インピーダンスを適切な値に低くし、それから結合ノードの後で５０オームに変えることは、さらに動作効果を増す。５０オームに整合されたゲートを持ち、出力ドレインがそれぞれ５０オーム、１７オームおよび１０オームに整合された９０ワットＬＤＭＯＳＦＥＴドハティ増幅器を考える。
【００２４】
図７Ａは、５０オームに整合された１８０ワットのドハティ増幅器のパフォーマンスを示すグラフである。７ｄＢバックオフにおけるＰＡＥは２９％であり、９ｄＢバックオフにおいては２０％であることに注意されたい。効果的なドハティ動作は、キャリアおよびピーク増幅器における５０オームの定格出力インピーダンスでは実現されない。
【００２５】
しかし、図７Ｂに示されるように、ドレインを１７オームインピーダンスに整合させることによって、ＰＡＥは７ｄＢバックオフにおいて３４％に増加され、９ｄＢバックオフにおいて２５％に増加する。よって、ＰＡＥは、５０オームに整合されたドハティ増幅器回路に比較して、ほぼ５％増加する。
【００２６】
図７Ｃにおいて、１０オームインピーダンスに整合されたドレインを持つドハティ増幅器回路のパフォーマンスについては、ＰＡＥは７ｄＢバックオフにおいて３４％に増加し、９ｄＢバックオフにおいては２７％に増加し、よってより強いドハティ動作を示す。９ｄＢバックオフにおいて、１７オームに整合されたドハティ増幅器回路に比較して、ＰＡＥは２％増加する。
【００２７】
ドハティ増幅器回路パフォーマンスに及ぶ出力インピーダンスの効果は以下の表３に示される。
【表３】
2006525751.tif 000005
【００２８】
よって、それぞれの９０ワットのシングルエンド増幅器は、１０オームの特性インピーダンスに近づくにつれ最良の出力電力および効率のために最適化されることがわかる。
【００２９】
本発明によれば、ドハティ増幅器の効果は、増幅器の出力および結合器ノードの間に追加の位相長を導入することによって、およびキャリアおよびピーク増幅器の個別の負荷インピーダンスを、それらの間の相対位相と共に低減することによって増加される。電力増幅器出力は、結合器ノードの後にそれから５０オームに調整される。シミュレーションは、従来のドハティアプローチと比較したとき、効率の増加が２５％より大きいことを示し、ここでキャリアおよびピーク増幅器の出力における位相およびインピーダンス最適化は認められず考慮されていない。同じ設計配慮は、キャリアおよびピーク増幅器におけるＲＦトランジスタのサイズが異なる非対称ドハティ増幅器の場合にも用いられえる。全ての場合において、負荷インピーダンスおよびキャリアおよびピーク増幅器間の相対インピーダンス位相の最適化は、電力増幅器全体のゲイン、効率および直線性を改善できる。本発明は、シリコンＬＤＭＯＳＦＥＴを用いる高電力、高効率および高直線性のＲＦおよびマイクロ波増幅器を参照して説明されてきたが、本発明は、シリコンバイポーラ、ガリウムヒ素ＭＥＳＦＥＴ、インジウムガリウムリンＨＢＴ、シリコンカーバイドＭＥＳＦＥＴおよび窒化ガリウムＨＥＭＴのような幅広い半導体技術を用いて実現されえる。
【００３０】
本発明は、具体的な４ウェイ実施形態について説明されてきたが、記載は本発明を例示的に示し、本発明を限定するように意図されていない。添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、当業者にはさまざまな改変および応用が理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】従来のドハティ増幅器回路の概略図である。
【図１Ｂ】従来のドハティ増幅器回路の概略図である。
【図２】本発明の実施形態による４ウェイ増幅器回路の概略図である。
【図３】図２による４ウェイ増幅器のより詳細な図である。
【図４】図２および３によるシミュレーションされた電力増幅器についての電力出力対電力入力および電力付加効率を示すグラフである。
【図５】任意のインピーダンスの追加位相長を有する２ウェイドハティ増幅器回路の概略図である。
【図６Ａ】位相長最適化の前の図５の増幅器回路の入力電力、出力電力、およびＰＡＥのプロットである。
【図６Ｂ】位相長最適化の後の図５の増幅器回路の入力電力、出力電力、およびＰＡＥのプロットである。
【図７Ａ】５０オームに整合された増幅器出力を持つ１８０ワットドハティ増幅器回路の入力電力、出力電力、およびＰＡＥのプロットである。
【図７Ｂ】１７オームに整合された増幅器出力を持つ１８０ワットドハティ増幅器回路の入力電力、出力電力、およびＰＡＥのプロットである。
【図７Ｃ】１０オームに整合された増幅器出力を持つ１８０ワットドハティ増幅器回路の入力電力、出力電力、およびＰＡＥのプロットである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
2006525751.tif 000008
【図３】
2006525751.tif 000009
【図４】
2006525751.tif 000010
【図５】
2006525751.tif 000011
【図６Ａ】
2006525751.tif 000012
【図６Ｂ】
2006525751.tif 000013
【図７Ａ】
2006525751.tif 000014
【図７Ｂ】
2006525751.tif 000015
【図７Ｃ】
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【国際調査報告】
2006525751.tif 000017