(57)【要約】本発明は、増幅装置の効率を著しく簡単かつ良好なコストパフォーマンスで最適化できるようにようにした方法および装置に関する。本発明によれば、非線形の電力増幅器（ＬＶ）を備えた移動無線装置における増幅装置の効率を最適化する方法および装置において、非線形の電力増幅器（ＬＶ）とプッシュプル動作する２つの移相器（ＰＳ）を備えた増幅装置において、それぞれ入力信号に対し位相のシフトされた信号が生成され、移相器（ＰＳ）の出力側が受動素子（ＳＵ，ＬＡＷ）を介して接続される。
2006514811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動無線装置における非線形の電力増幅器（ＬＶ）を備えた増幅装置の効率を最適化する方法において、
非線形の電力増幅器（ＬＶ）とプッシュプル動作する２つの後続の移相器（ＰＳ）を備えた増幅装置内で、入力信号に対し位相のずらされたそれぞれ１つの信号を生成し、
前記移相器（ＰＳ）の出力側を、受動素子（ＳＵ，ＬＡＷ）を介して接続することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記受動素子として増幅装置内で対称型トランス（ＳＵ）を使用することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法において、
前記移相器（ＰＳ）の後段で電力を受動素子（ＳＵ，ＬＡＷ）のところで取り出すことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の方法において、
振幅変調された信号を、電力増幅器（ＬＶ）とプッシュプル動作する２つの後続の移相器（ＰＳ）を備えた増幅装置により、供給された振幅情報を用いて生成することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の方法において、
前記受動素子として増幅装置内で負荷補償抵抗（ＬＡＷ）を使用することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項記載の方法において、
対称型トランス（ＳＵ）において電圧を取り出し、該電圧を整流器（ＧＲ）において整流し、該整流器（ＧＲ）から送出された直流を負荷電流として給電ユニット（ＶＥ）へ供給することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項記載の方法において、
前記移相器（ＰＳ）の後段に接続されている負荷補償抵抗（ＬＡＷ）において損失電力を生じさせることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載の方法において、
プッシュプル動作する移相器（ＰＳ）を変調信号により制御することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項記載の方法において、
前記損失電力を対称型トランス（ＳＵ）において所定の電位との参照が行われることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項記載の方法において、
前記電力増幅器（ＬＶ）により生成された信号を２つの等しい大きさの部分信号（ＰＲＦ１，ＰＲＦ２）に分配し、２つの移相器（ＰＳ）へ導くことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項記載の方法において、
前記整流器（ＧＲ）の入力インピーダンスを振幅の変化に依存させないことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項記載の方法において、
前記整流器（ＧＲ）として単一経路および／または多経路の整流器を使用することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項記載の方法において、
信号成分を歪みなく伝達するため前記電力増幅器（ＬＶ）を、発生する最大ピーク電力を６ｄＢまでの偏差で伝達できるよう構成することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項記載の方法において、
前記電力増幅器（ＬＶ）の伝達電力を、出力側で望まれる平均値電力よりも６ｄＢまで波高率の分だけ上とすることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項記載の方法において、
給電ユニット（ＶＥ）をバッテリ、電源および／またはこれらと類似のものとすることを特徴とする方法。
【請求項１６】
移動無線装置のための増幅装置において、
非線形の電力増幅器（ＬＶ）と、
該電力増幅器（ＬＶ）とそれぞれ接続されておりプッシュプル動作する２つの移相器（ＰＳ）が設けられており、該移相器はそれぞれ入力信号に対し位相のシフトされた信号を発生し、
該移相器（ＰＳ）の出力側と接続された受動素子（ＳＵ，ＬＡＷ）が設けられていることを特徴とする増幅装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の増幅装置において、
前記受動素子として対称型トランス（ＳＵ）が設けられており、該対称型トランス（ＳＵ）は、該トランスにおいて降下する電力を所定の電位との参照が行われることを特徴とする増幅装置。
【請求項１８】
請求項１６または１７記載の増幅装置において、
前記受動素子として負荷補償抵抗（ＬＡＷ）が設けられていることを特徴とする増幅装置。
【請求項１９】
請求項１６から１８のいずれか１項記載の増幅装置において、
電圧を取り出すために対称型トランス（ＳＵ）が設けられており、
整流器（ＧＲ）が設けられており、該整流器（ＧＲ）は前記電圧を整流し、送出された直流を負荷電流として給電ユニット（ＶＥ）へ供給することを特徴とする増幅装置。
【請求項２０】
請求項１６から１９のいずれか１項記載の増幅装置において、
前記移相器（ＰＳ）の後段に負荷補償抵抗（ＬＡＷ）が設けられており、該負荷補償抵抗（ＬＡＷ）は電力を変換することを特徴とする増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形の電力増幅器を備えた移動無線装置内の増幅装置の効率を最適化する方法および装置に関する。
【０００２】
ＧＳＭ標準からＥＤＧＥ標準へ、もしくはさらにＵＭＴＳ標準へと移動無線を発展させていくなかで、電力増幅器の伝達特性に対して新たな要求が課される。これまで情報は単純な位相情報（ＧＭＳＫ）として伝送されていたが、いまや情報伝送のために振幅も付加的に評価される。その結果、線形増幅器の伝達特性に対しいっそう厳しい要求が課されるようになった。増幅素子は極度に線形性をもっていなければならない一方、伝達特性は温度変化や動作電圧変動に左右されてはならない。しかしながら一般にトランジスタの場合にはこのことは得られない。したがってこのことを達成するためには、線形と非線形の歪みを最小化する措置を講じる必要がある。これをたとえばベースバンドまたは中間周波数における事前等化として実行することができるし、あるいはポラーループ Polar-Loopのような閉ループ回路として実現することができる。いずれのケースにおいても、そのような装置構成では著しく煩雑な補償調整および／または回路が必要になってしまう。
【０００３】
したがって本発明の課題は、効率的かつコストパフォーマンスのよい増幅装置を提供することにある。
【０００４】
本発明によればこの課題は、独立請求項に記載の構成により解決される。従属請求項には本発明の有利な実施形態が記載されている。
【０００５】
本発明の核となる着想によれば、非線形の電力増幅器（ＬＶ）とプッシュプル動作する２つの後続の移相器（ＰＳ）を備えた増幅装置において、入力信号に対し位相のシフトされたそれぞれ１つの信号が生成される。この場合、移相器の後段において損失電力が受動素子において変換される。この受動素子は移相器の出力側と接続されている。受動素子をたとえば負荷補償抵抗とすることができるし、あるいは整流装置が後段に接続された対称型トランスとすることができる。このため電力増幅器の後段において、振幅変調された信号が大きさの等しい２つの部分信号ないしは部分電力に分配され、プッシュプル動作する移相器を介して案内される。１つの有利な実施形態によれば、対称型トランスが構成素子として使用される。その際に対称型トランスにおいて出力結合された電圧が整流器へ転送され、この整流器から送出された直流が負荷電流として給電ユニットへ案内される。この増幅装置の利点とは、この装置の効率を著しく向上できることである。さらに本発明による方法および装置はきわめてコストパフォーマンスがよい。
【０００６】
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。詳しくは、図１には変調供給部と負荷調整抵抗が後段に接続された電力増幅器が示されており、図２には電気エネルギーを移動無線装置の給電ユニットへフィードバックする増幅装置が示されている。
【０００７】
図１には、非線形の増幅素子を備えた線形の増幅器システムを実現するための増幅装置が示されている。Ｃ級電力増幅器ＬＶ（実質的に実現可能な効率は約７５％）へ、変調信号により制御可能な２つの移相器ＰＳが後置接続される。基本的に、いかなる種類の増幅器タイプ（Ａ，ＢまたはＣ）であろうとこの回路は動作するけれども、Ｃ級動作の増幅器ＬＶ以外の増幅器では効率は劣化する。
【０００８】
電力増幅器ＬＶの後段において、生成された信号ないしは電力ＰＲＦが大きさの等しい２つの部分信号ないしは部分電力ＰＲＦ１とＰＲＦ２に分配され、これらの部分電力がプッシュプル移相器ＰＳを介して案内される。振幅変調に従い、電力（ＲＦ）が負荷補償抵抗ＬＡＷにおいて損失電力として変換される。この場合、振幅情報は包絡線情報である。ここではこの回路構成の根本的な欠点も発生する。波高率（ピーク電力と平均値電力との比）に従い、伝達すべきピーク電力に合わせてＣ級電力増幅器ＬＶを設計する必要がある。しかしながらこのような回路装置によれば、生成されたＲＦ電力ＰＲＦの大部分が負荷補償抵抗ＬＡＷにおいて変換されることになる。
【０００９】
図２には、電気エネルギーを移動無線装置の給電ユニットへフィードバックする増幅装置が示されている。ここに示されているように、図１に示したＣ級電力増幅器の後段において電力分配ＰＲＦ１，ＰＲＦ２が行われ、制御可能な移相器ＰＳが設けられている。基本的に、いかなる種類の増幅器タイプ（Ａ，ＢまたはＣ）であろうとこの回路は動作するけれども、Ｃ級電力増幅器ＬＶ以外の増幅器では効率は劣化する。この場合、負荷補償抵抗ＬＡＷは設けられておらず、これは対称型トランスＳＵ（ballun）と置き換えられる。さらに整流装置ＧＲが直流電圧給電ユニットＶＥと接続されたかたちで加えられている。新たに加えられたこの回路装置の役割は、これまで負荷補償抵抗ＬＡＷにおいて変換されていた給電ユニット（バッテリ、電源ユニット等）の損失電力（ＨＦ）を、移動無線装置つまりはセルラ移動無線ネットワーク用の移動局へ直流電流として再び供給することである。電力増幅器ＬＶの後段において、部分電力ＰＲＦ１とＰＲＦ２が移相器ＰＳを介して案内される。これらの移相器ＰＳによって、電気的な長さすなわち部分電力ＰＲＦ１とＰＲＦ２のスループットタイムに作用が及ぼされる。したがってたとえば経路１における部分電力ＰＲＦ１が移相器ＰＳによって高められ、経路２におけるスループットタイムが他方の移相器ＰＳによって低減される（プッシュプル）。このことは、移相器ＰＳの前では等しい位相角をもち移相器ＰＳの後ではそれぞれ異なる２つのベクトルとして考えることができる。これにより、移相器ＰＳの前後の両方の部分ベクトルを加算すると絶対値からみればそれぞれ異なるベクトル和となる。移相器ＰＳは変調信号によって制御され、この信号をたとえばオーディオ信号、ビデオ信号または同様の情報とすることができる。変調信号を入力信号（有効信号）から出力結合するないしは取り出すことができる。ただしこの信号を任意の信号としてもよい。ただし移相器ＰＳの制御電圧がゼロと等しくなければ、対称型トランスＳＵにおいて電圧降下が発生する。制御電圧は変調信号に相応し、したがって変調電圧がゼロであれば、その場合にはゼロである。対称型トランスＳＵを介してこの電圧はトランスＳＵの２次側へ伝達され、そこで所定の電位におかれ、ないしは所定の電位との参照が行われる。この実施例では、このことはアースのシンボルによって表されている。ただし、いずれの事例であってもたとえばバッテリ電位におくことも考えられる。ついでこの電圧は多経路整流器によって整流され、さらにフィルタリングが行われる。多経路整流器を用いることで、できるかぎり大きい効率が達成される。他の整流器も同様に用いることができる。その後、発生した直流を給電ユニットＶＥへ供給することができる。回路全体を確実に動作させるために重要であるのは、整流器ＧＲの入力インピーダンスを振幅の変化にほとんど左右されないようにしておくことである。整流器の入力インピーダンスが一定でないと非線形に歪みが発生してしまい、それによって回路全体の機能に影響が及ぼされてしまう。すべての信号成分を歪みなく伝達できるようにする目的で、発生する最大ピーク電力を伝送できるようＣ級増幅器ＬＶを設計する必要がある。つまりこのことは、出力側で望まれる平均値電力よりも波高率の分だけ上にある一定の電力で増幅器ＬＶを動作させることを意味する。現在一般的な伝達方式によれば、波高率は３ｄＢ〜１０ｄＢの範囲にある。Ｃ級増幅器ＬＶを１０ｄＢの波高率に合わせて設計した場合、負荷補償抵抗ＬＡＷ（図１）を備えた構成であればこのことは、負荷補償抵抗ＬＡＷにおいて発生する電力の約９０％が損失電力として変換されてしまうことを意味する。そこで上述のように回路を拡張したならば、損失電力成分（ＨＦ）を捕捉し、チャージ電流として給電ユニットＶＥへ供給することができるようになる。つまりＨＦ／ＤＣ変換すなわち損失電力から直流電流への変換が実行される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】変調供給部と負荷調整抵抗が後段に接続された電力増幅器を示す図
【図２】電気エネルギーを移動無線装置の給電ユニットへフィードバックする増幅装置を示す図
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2006514811.tif 000006
2006514811.tif 000007
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