(57)【要約】【課題】  電力効率をより高めたドハティ型増幅器を提供する。【解決手段】  平均電力増幅器及びピーク電力増幅器へ共通の電源電圧を供給する第１の直流電源と、変調波信号のピーク振幅よりも高い直流電圧を生成する第２の直流電源と、変調波信号の電力の一部を分岐して出力する方向性結合器と、方向性結合器の出力信号から変調波信号の振幅エンベロープを電圧信号として出力する振幅エンベロープ検出回路と、振幅エンベロープ検出回路から出力された電圧信号のうち、所定のしきい値電圧を越える電圧信号を出力する比較器と、第２の直流電源から出力された直流電圧を比較器から出力された電圧信号で振幅変調し、ピーク電力増幅器へ供給する電圧変調器と、平均電力増幅器及びピーク電力増幅器へ供給する変調波信号を、振幅エンベロープ検出回路、比較器及び前記電圧変調器の処理による遅れに合わせて遅延させる遅延回路とを有する構成とする。【選択図】  図１
2007053540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された変調波信号を平均電力増幅器及びピーク電力増幅器へ分配してそれぞれ増幅し、増幅後の信号を合成して出力するドハティ型増幅器であって、
前記平均電力増幅器及び前記ピーク電力増幅器へ共通の電源電圧を供給する第１の直流電源と、
前記変調波信号のピーク振幅よりも高い直流電圧を生成する第２の直流電源と、
前記変調波信号の電力の一部を分岐して出力する方向性結合器と、
前記方向性結合器の出力信号から前記変調波信号の振幅エンベロープを電圧信号として出力する振幅エンベロープ検出回路と、
前記振幅エンベロープ検出回路から出力された電圧信号のうち、所定のしきい値電圧を越える電圧信号を出力する比較器と、
前記第２の直流電源から出力された直流電圧を前記比較器から出力された電圧信号で振幅変調し、該振幅変調後の電圧を前記ピーク電力増幅器へ供給する電圧変調器と、
前記平均電力増幅器及び前記ピーク電力増幅器へ供給する変調波信号を、前記振幅エンベロープ検出回路、前記比較器及び前記電圧変調器の処理による遅れに合わせて遅延させる遅延回路と、
を有するドハティ型増幅器。
【請求項２】
前記第１の直流電源の出力電圧は、
前記平均電力増幅器の非線形性による信号歪が許容される下限の電圧である請求項１記載のドハティ型増幅器。
【請求項３】
前記しきい値電圧は、
前記第１の直流電源の出力電圧に相当する値である請求項２記載のドハティ型増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の通信システムで使用される電力増幅器に関し、特にドハティ型増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線周波数信号（ＲＦ信号）の送信装置等で使用される電力増幅器の電力効率を高めるための手法として、ドハティ型増幅器が検討されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
図３は従来のドハティ型増幅器の構成を示すブロック図であり、図４はドハティ型増幅器の入出力特性を示すグラフである。
【０００４】
図３において、１はＲＦ入力端子、４は分配器、５は平均電力増幅器、６及び７は１／４波長線路、８はピーク電力増幅器、９は合成器、１０はＲＦ出力端子、１１−ｃは直流電源である。
【０００５】
図３に示すように、ドハティ型増幅器は、無線周波数信号（ＲＦ信号）等の入力信号を平均電力増幅器５及びピーク電力増幅器８へ分配してそれぞれ増幅し、増幅後の信号を合成して出力する構成である。
【０００６】
平均電力増幅器５及びピーク電力増幅器８は、例えば、電界効果トランジスタを用いて構成され、該電界効果トランジスタのドレインに直流電源１１−ｃからＲＦチョーク１２を介して固定の直流電圧がそれぞれ供給される。
【０００７】
ＲＦ入力端子１から入力されたＲＦ信号は分配器４によって平均電力増幅器５及びピーク電力増幅器８に分配され、平均電力増幅器５及びピーク電力増幅器８によって増幅された信号は合成器９によって合成されてＲＦ出力端子１０から出力される。
【０００８】
図４に示すように、ドハティ型増幅器では、入力信号の電力（振幅）が所定の値を越えると、ピーク電力増幅器８が増幅動作を開始する。図５は２つの同一の周波数信号をドハティ型増幅器へ連続して入力した場合の平均電力増幅器５、ピーク電力増幅器８及びドハティ型増幅器の出力波形を示している。図５に示すように、ドハティ型増幅器は、平均電力増幅器５及びピーク電力増幅器８で増幅された信号を合成することで、平均電力増幅器５に対する入力信号の電力が大きいときに発生する平均電力増幅器５の出力電力の低下を、ピーク電力増幅器８で補うように動作する構成である。その結果、図４に示したように、ドハティ型増幅器では線形で動作する入出力電力の範囲を広げることができる。
【０００９】
なお、１／４波長線路６、７は、ピーク電力増幅器８の増幅動作時におけるインピーダンスの整合を図るためのものである。１／４波長線路６は分配器４とピーク電力増幅器８のインピーダンスを整合するためのインピーダンス変換器として動作し、１／４波長線路６は平均電力増幅器５と合成器９のインピーダンスを整合するためのインピーダンス変換器として動作する。
【００１０】
ところで、移動通信システムの送信装置において扱われるＷ−ＣＤＭＡ変調波等のマルチキャリア信号では、その振幅エンベロープが変調波のチップレートやマルチキャリアの差周波数成分によって変化するために大きな瞬時ピークが発生する（図６参照）。
【００１１】
このような平均振幅値とピーク振幅値との差が大きい変調波信号を増幅する場合、ピーク振幅値に対して十分に高い電源電圧（直流電圧）をドハティ型増幅器へ供給する必要がある。図３に示したドハティ型増幅器では、平均電力増幅器５及びピーク電力増幅器８へ直流電源１１−ｃから共通の電源電圧を供給しているため、この直流電源１１−ｃから供給する電源電圧の値を上述したように出力信号のピーク振幅値に対して十分に高い値に設定する必要がある。
【００１２】
しかしながら、実際にピーク振幅値に対して十分に高い電源電圧を必要とするのはピーク電力増幅器８であり、ピーク電力増幅器８へ供給する電源電圧が十分に高ければ、平均電力増幅器５へ供給する電源電圧は非線形性による信号歪が許容される下限の電圧まで下げることが可能である。
【００１３】
図３に示したドハティ型増幅器では、平均電力増幅器５及びピーク電力増幅器８に対して直流電源１１−ｃから共通の電源電圧を供給する構成であるため、平均電力増幅器５に対して必要以上に高い電源電圧を供給することになり、ＡＢ級またはＢ級で動作している電界効果トランジスタの消費電力が増大してドハティ型増幅器の電力効率を十分に高くできない問題がある。
【００１４】
また、ピーク電力増幅器８へ供給する電源電圧も出力信号のピーク振幅値に対して十分に高い値に設定する必要があるが、ピーク電力増幅器８がその動作範囲内にあって比較的低い入力信号に対して動作している場合は、平均電力増幅器５と同様に、ＡＢ級またはＢ級で動作している電界効果トランジスタの消費電力が増大するために、ドハティ型増幅器の電力効率を十分に高くできない問題がある。
【００１５】
なお、ドハティ型増幅器の高効率化を実現するための方法として、特許文献３には平均電力増幅器及びピーク電力増幅器を構成する電界効果トランジスタのゲートに印加するバイアス電圧を最適に制御する方法が提案されている。しかしながら、特許文献３に記載の技術は各電力増幅器の動作点を最適に制御するものであり、電源電圧に起因する消費電力の増大を解決するものではない。
【特許文献１】特開平８−３３０８７３号公報、
【特許文献２】特開２００４−２８９４９２号公報
【特許文献３】特開２００２−３７４１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述したように、移動通信システムの送信装置において増幅対象となる変調波信号は、変調波のチップレートやマルチキャリアの差周波数成分で変化するため、平均振幅に対して非常に大きい瞬時ピークが発生する。このような平均振幅に対して大きな瞬時ピークを有する変調波信号を増幅する場合、ピーク振幅値よりも十分に高い電源電圧をドハティ型増幅器へ供給する必要がある。
【００１７】
しかしながら、従来のドハティ型増幅器は、平均電力増幅器及びピーク電力増幅器にそれぞれ共通の電源電圧を供給しているため、平均電力増幅器に対して必要以上に高い電源電圧を供給する構成となり、電力効率を十分に高くできない問題があった。
【００１８】
また、ピーク電力増幅器が、その動作範囲内にあって比較的低い入力信号で動作している場合も、平均電力増幅器と同様に、ＡＢ級またはＢ級で動作している電界効果トランジスタの消費電力が増大するために、電力効率を十分に高くできない問題があった。
【００１９】
本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、電力効率をより高めたドハティ型増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するため本発明のドハティ型増幅器は、入力された変調波信号を平均電力増幅器及びピーク電力増幅器へ分配してそれぞれ増幅し、増幅後の信号を合成して出力するドハティ型増幅器であって、
前記平均電力増幅器及び前記ピーク電力増幅器へ共通の電源電圧を供給する第１の直流電源と、
前記変調波信号のピーク振幅よりも高い直流電圧を生成する第２の直流電源と、
前記変調波信号の電力の一部を分岐して出力する方向性結合器と、
前記方向性結合器の出力信号から前記変調波信号の振幅エンベロープを電圧信号として出力する振幅エンベロープ検出回路と、
前記振幅エンベロープ検出回路から出力された電圧信号のうち、所定のしきい値電圧を越える電圧信号を出力する比較器と、
前記第２の直流電源から出力された直流電圧を前記比較器から出力された電圧信号で振幅変調し、該振幅変調後の電圧を前記ピーク電力増幅器へ供給する電圧変調器と、
前記平均電力増幅器及び前記ピーク電力増幅器へ供給する変調波信号を、前記振幅エンベロープ検出回路、前記比較器及び前記電圧変調器の処理による遅れに合わせて遅延させる遅延回路と、
を有する構成である。
【００２１】
上記のように構成されたでドハティ型増幅器では、電圧変調器により第２の直流電源から出力された直流電圧を比較器から出力された電圧信号で振幅変調し、該振幅変調後の電圧をピーク電力増幅器へ供給するため、平均電力増幅器へ供給する第１の直流電源の電源電圧を下げることが可能になる。
【００２２】
また、ピーク電力増幅器へ供給する電源電圧が変調波信号の振幅エンベロープに応じて変化するため、ピーク電力増幅器で消費する電力を低減できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、電圧変調器により第２の直流電源から出力された直流電圧を比較器から出力された電圧信号で振幅変調し、該振幅変調後の電圧をピーク電力増幅器へ供給するため、平均電力増幅器へ供給する第１の直流電源の電源電圧を下げることが可能になる。
【００２４】
また、ピーク電力増幅器へ供給する電源電圧が変調波信号の振幅エンベロープに応じて変化するため、ピーク電力増幅器で消費する電力を低減できる。したがって、ドハティ型増幅器の電力効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に本発明について図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は本発明のドハティ型増幅器の一構成例を示すブロック図であり、図２は図１に示したピーク電力増幅器へ供給する電源電圧とドハティ型増幅器へ入力されるＲＦ信号の振幅エンベロープの関係を示す波形図である。なお、図１では図３に示した従来のドハティ型増幅器と同一の部位には同一の符号を付与している。
【００２７】
図１に示すように、本発明のドハティ型増幅器は、図３に示した従来のドハティ型増幅器に加えて、方向性結合器２、遅延回路３、振幅エンベロープ検出回路１３、比較器１５、しきい値設定端子１４及び電圧変調器１６を有する構成である。
【００２８】
また、本発明のドハティ型増幅器は、平均電力増幅器５及びピーク電力増幅器８に共通の電源電圧（直流電圧Ｖｃ）を供給する第１の直流電源１１−ａと、入力信号のピーク振幅よりも高い電源電圧をピーク電力増幅器８へ供給するために必要な直流電圧Ｖｐを出力する第２の直流電源１１−ｂとを備えている。
【００２９】
方向性結合器２は、ＲＦ入力端子１から入力された入力信号（変調波信号等）の電力の一部を振幅エンベロープ検出回路１３へ供給する。
【００３０】
振幅エンベロープ検出回路１３は、方向性結合器２から出力された入力信号の振幅エンベロープを電圧信号として出力する。
【００３１】
比較器１５は、しきい値設定端子１４から入力されたしきい値電圧と振幅エンベロープ検出回路１３から出力された電圧信号（入力信号の振幅エンベロープ）とを比較し、しきい値電圧を越える電圧信号を電圧変調器１６へ出力する。
【００３２】
電圧変調器１６は、第２の直流電源１１−ｂから供給される直流電圧Ｖｐを比較器１５から出力された電圧信号で振幅変調し、振幅変調後の電圧をピーク電力増幅器８へ供給する。
【００３３】
遅延回路３は、平均電力増幅器５及びピーク電力増幅器８へ供給するＲＦ信号の主信号を遅延させるための回路である。遅延回路３の遅延量は、方向性結合器２から出力された主信号が平均電力増幅器５及びピーク電力増幅器８へ入力されるまでの時間が、上記振幅エンベロープ検出回路１３、比較器１５及び電圧変調器１６の処理による遅延量と一致するように設定される。
【００３４】
平均電力増幅器５及びピーク電力増幅器８には、第１の直流電源１１−ａからＲＦチョーク１２を介して固定の直流電圧Ｖｃが電源電圧として供給される。直流電圧Ｖｃは、後述するように入力信号のピーク振幅値よりも高い電圧が電圧変調器１６からピーク電力増幅器８へ供給されるために下げることが可能であり、例えば平均電力増幅器５の非線形性による信号歪が許容される下限の電圧値に設定される。
【００３５】
比較器１５にはしきい値設定端子１４から所定のしきい値電圧が供給され、比較器１５は該しきい値電圧を越える入力信号の振幅エンベロープを電圧信号として出力する。しきい値電圧は、ピーク電力増幅器８が増幅動作を開始する入力信号の振幅エンベロープ値に対応する値に設定され、例えば第１の直流電源１１−ａの出力電圧Ｖｃに相当する値に設定される。
【００３６】
電圧変調器１６は、第２の直流電源１１−ｂから出力される直流電圧Ｖｐを比較器１５から出力された電圧信号で振幅変調した電圧を出力する。このとき、ピーク電力増幅器８へは、第１の直流電源１１−ａから供給される直流電圧Ｖｃと電圧変調器１６から出力される振幅変調電圧とを加算した電圧が電源電圧として供給される。
【００３７】
したがって、図２に示すように、ピーク電力増幅器８へ供給される電源電圧は、その最大値が入力信号のピーク振幅値よりも高い直流電圧Ｖｐとなり、かつ入力信号の振幅エンベロープの値に応じて変化した値となる。したがって、ピーク電力増幅器８の電界効果トランジスタで消費される電力が低減される。
【００３８】
入力信号の振幅エンベロープがしきい値電圧以下の場合、電圧変調器１６からは電圧が出力されないため、ピーク電力増幅器８には、第１の直流電源１１−ａから出力される固定の直流電圧ＶｃのみがＲＦチョーク１２を介して供給される。このときピーク電力増幅器８が増幅動作しないように、例えば電界効果トランジスタのゲートへ供給するバイアス電圧等を調整しておけば、ピーク電力増幅器８ではほとんど電力を消費しない。
【００３９】
本発明によれば、電圧変調器１６により第２の直流電源１１−ｂから出力された直流電圧を比較器１５から出力された電圧信号で振幅変調し、該振幅変調後の電圧をピーク電力増幅器８へ供給するため、平均電力増幅器５へ供給する第１の直流電源１１−ａの電源電圧を下げることが可能になる。
【００４０】
また、ピーク電力増幅器８へ供給する電源電圧が変調波信号の振幅エンベロープに応じて変化するため、ピーク電力増幅器８で消費する電力を低減できる。したがって、ドハティ型増幅器の電力効率を向上させることができる。
【００４１】
特に、第１の直流電源１１−ａの出力電圧を、平均電力増幅器５の非線形性による信号歪が許容される下限の電圧値に設定すれば、平均電力増幅器５の電力効率を大きく向上させることができる。
【００４２】
なお、図１に示した振幅エンベロープ検出回路１３及び比較器１５はアナログ回路で実現する構成が一般的であるが、例えばＲＦ入力端子１から入力される信号がディジタルベースバンド信号の場合、振幅エンベロープ検出回路１３及び比較器１５の機能をプログラムにしたがって動作するＣＰＵやＤＳＰに実現し、該ＣＰＵやＤＳＰにより演算した結果をＡ／Ｄ変換することで電圧変調器１６によりピーク電力増幅器８へ供給する電源電圧を生成してもよい。
【００４３】
また、図１では方向性結合器２としてストリップ線路を用いた側結合方向性結合器を例示しているが、方向性結合器２は入力信号の電力の一部を振幅エンベロープ検出回路１３へ供給できればどのような構成でもよく、例えばリング方向性結合器等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のドハティ型増幅器の一構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示したピーク電力増幅器へ供給する電源電圧とドハティ型増幅器へ入力されるＲＦ信号の振幅エンベロープの関係を示す波形図である。
【図３】従来のドハティ型増幅器の構成を示すブロック図である。
【図４】ドハティ型増幅器の入出力特性を示すグラフである。
【図５】２つの同一の周波数信号をドハティ型増幅器へ連続して入力した場合の平均電力増幅器、ピーク電力増幅器及びドハティ型増幅器の出力波形を示す波形図である。
【図６】移動通信システムの送信装置において扱われるマルチキャリア信号の振幅エンベロープの様子を示す波形図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      ＲＦ入力端子
２      方向性結合器
３      遅延回路
４      分配器
５      平均電力増幅器
６、７      １／４波長線路
８      ピーク電力増幅器
９      合成器
１０    ＲＦ出力端子
１１−ａ    第１の直流電源
１１−ｂ    第２の直流電源
１２    ＲＦチョーク
１３    振幅エンベロープ検出回路
１４    しきい値設定端子
１５    比較器
１６    電圧変調器
【図１】
2007053540.tif 000003
【図２】
2007053540.tif 000004
【図３】
2007053540.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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