(57)【要約】【課題】増幅装置で、適切な整合を取ることにより性能を改善する。【解決手段】信号を増幅する増幅装置で、信号を分配する分配手段１と、分配された第１の信号をＡＢ級で増幅するキャリア増幅器２と、分配された第２の信号をＢ級又はＣ級で増幅するピーク増幅器４と、キャリア増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第１の伝送線路と、ピーク増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第２の伝送線路と、第１の伝送線路の出力と第２の伝送線路の出力を合成する合成端１８を備え、合成端のインピーダンスは、第１の伝送線路及び第２の伝送線路により夫々変換されたキャリア増幅器及びピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスの並列インピーダンスとは異ならせ、あるいはキャリア増幅器及びピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスを変えた並列インピーダンスとして、設定された。【選択図】  図１
2007006450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を増幅する増幅装置において、
前記信号を分配する分配手段と、
前記分配された第１の信号をＡＢ級で増幅するキャリア増幅器と、
前記分配された第２の信号をＢ級又はＣ級で増幅するピーク増幅器と、
前記キャリア増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第１の伝送線路と、
前記ピーク増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第２の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の出力と前記第２の伝送線路の出力を合成する合成端と、を備え、
前記合成端のインピーダンスは、前記第１の伝送線路及び前記第２の伝送線路により夫々変換された前記キャリア増幅器及び前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスの並列インピーダンスとは異ならせて設定されたことを特徴とする増幅装置。
【請求項２】
信号を増幅する増幅装置において、
前記信号を分配する分配手段と、
前記分配された第１の信号をＡＢ級で増幅するキャリア増幅器と、
前記分配された第２の信号をＢ級又はＣ級で増幅するピーク増幅器と、
前記キャリア増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第１の伝送線路と、
前記ピーク増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第２の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の出力と前記第２の伝送線路の出力を合成する合成端と、を備え、
前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスを異ならせ、前記合成端のインピーダンスを前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスの並列インピーダンスと一致させたことを特徴とする増幅装置。
【請求項３】
信号を増幅する増幅装置において、
前記信号を分配する分配手段と、
前記分配された第１の信号をＡＢ級で増幅するキャリア増幅器と、
前記分配された第２の信号をＢ級又はＣ級で増幅するピーク増幅器と、
前記キャリア増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第１の伝送線路と、
前記ピーク増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第２の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の出力と前記第２の伝送線路の出力を合成する合成端と、を備え、
前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスは同一であり、
前記ピーク増幅器と前記第２の伝送線路との間に、前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスを前記キャリア増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスとは異なる値へ変換するインピーダンス変換器を備え、合成点のインピーダンスは前記キャリア増幅器の最大負荷インピーダンスと前記インピーダンス変換器の変換後のインピーダンスとを並列のインピーダンスとしたことを特徴とする増幅装置。
【請求項４】
前記キャリア増幅器側の第１の増幅回路は、ＡＢ級で動作する第１のプリアンプを有し、
前記ピーク増幅器側の第２の増幅回路は、Ａ級からＣ級の間のいずれかで動作する第２のプリアンプを有したことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドハチィ（Ｄｏｈｅｒｔｙ）型の増幅装置に関し、特に、適切な整合を取ることにより性能を改善した増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）信号やマルチキャリア信号のような無線周波信号を電力増幅する場合に、共通増幅器に歪補償機能を付加して当該共通増幅器の動作範囲を飽和領域付近にまで広げることで、低消費電力化を図ることが行われている。歪補償の手法としては、フィードフォワード歪補償やプリディストーション歪補償などがあるが、歪補償だけでは低消費電力化に限界が近づいている。このため、近年、高効率増幅器としてドハチィ増幅器が注目されている。
【０００３】
図８には、ドハチィ増幅器の構成例を示してある。
入力端子Ａ２１から入った信号は、分配器４１で分配される。
分配された一方の信号は、キャリア増幅器４２に入力される。キャリア増幅器４２は、増幅素子５２と、当該増幅素子５２の入力側と整合を取る入力整合回路５１と、当該増幅素子５２の出力側と整合を取る出力整合回路５３から構成されている。キャリア増幅器４２からの出力は、λ／４変成器５７でインピーダンス変換される。
分配された他方の信号は、位相器４３で位相を９０度遅らされ、ピーク増幅器４４に入力される。ピーク増幅器４４は、キャリア増幅器４２と同様に、入力整合回路５４と、増幅素子５５と、出力整合回路５６から構成されている。
λ／４変成器５７からの出力及びピーク増幅器４４からの出力は、ノード（合成点）５８において合成される。合成された信号は、出力負荷４７であるＺ０に整合させるために、λ／４変成器４６でインピーダンス変換される。
λ／４変成器４６からの出力は、出力端子Ａ２２を介して出力負荷４７に接続される。
ここで、λ／４変成器５７とノード５８とを合わせて、ドハチィ合成部４５と呼ぶ。
【０００４】
キャリア増幅器４２とピーク増幅器４４は、キャリア増幅器４２の増幅素子５２がＡＢ級にバイアスされ、ピーク増幅器４４の増幅素子５５がＢ又はＣ級にバイアスされている点で異なる。このため、ピーク増幅器４４の増幅素子５５が動作する入力レベルまではキャリア増幅器４２の増幅素子５２が単独で動作し、キャリア増幅器４２の増幅素子５２が飽和領域に入ると、すなわち当該増幅素子５２の線形性が崩れ始めると、ピーク増幅器４４の増幅素子５５が動作し始めて、当該増幅素子５５の出力が負荷に供給され、キャリア増幅器４２の増幅素子５２と共に負荷を駆動する。このとき、キャリア増幅器４２の出力整合回路５３の負荷抵抗は、高い抵抗から低い抵抗へ移動するが、増幅素子５２は飽和領域にあるので効率は良い。
入力端子Ａ２１からの入力レベルが更に増加すると、ピーク増幅器４４の増幅素子５５も飽和し始めるが、両方の増幅素子５２、５５が共に飽和しているので、このときも効率は良い。
【０００５】
図９には、図８に示されるドハチィ増幅器に係る理論上のコレクタ効率ないしドレイン効率の一例を示してある。図９のグラフでは、横軸はバックオフ（ｄＢ）を示しており、縦軸は効率（％）を示している。
ここで、バックオフは、両方の増幅素子５２、５５が飽和する最小の入力端子Ａ２１への入力レベルすなわちコンプレッション点（コンプレッションポイント）を０ｄＢとして、入力レベルがコンプレッション点に対してどれだけ余裕を持つかを示す数値である。
また、本例では、コレクタ効率とは、コレクタに印加される電源の電圧（直流）とその電源から供給される電流（直流）との積に対する、当該コレクタから取り出せる無線周波出力電力の割合を意味する。また、ドレイン効率についても同様なものを意味する。
【０００６】
図９のグラフでは、一般的なＢ級増幅器の効率（点線）の一例を示してあるとともに、簡単なモデルにおけるドハチィ増幅器の効率（実線）の一例を示してある。また、バックオフが６ｄＢ以上である区間をＡ区間とし、バックオフが０ｄＢと６ｄＢとの間にある区間をＢ区間とし、バックオフが０ｄＢ未満の区間をＣ区間としてある。
入力レベルがＡ区間にあるときは、基本的にキャリア増幅器４２のみが動作する。バックオフが６ｄＢになる付近でキャリア増幅器４２は飽和し始め、効率はＢ級増幅器の最大効率付近にまで達する。ドハチィ増幅器の最大出力をＰ０とすると、このときにおけるキャリア増幅器４２の出力は約（Ｐ０／４）である。
【０００７】
バックオフが６ｄＢ以下であるＢ区間では、入力レベルが増加するに従って、キャリア増幅器４２の出力は約（Ｐ０／４）から（Ｐ０／２）へ増加し、ピーク増幅器４４の出力はほぼ０から（Ｐ０／２）へ増加する。このとき、キャリア増幅器４２からの出力電力及びピーク増幅器４４からの出力電力の和は、入力端子Ａ２１への入力電力に対して、Ａ区間のときと同じ比例定数で比例する。ピーク増幅器４４が動作し始めると効率は一旦低下するが、ピーク増幅器４４も飽和し始めるコンプレッション点で再びピークを迎える。コンプレッション点において、キャリア増幅器４２からの出力とピーク増幅器４４からの出力は等しくなる。
一般に、ＣＤＭＡ信号やマルチキャリア信号は高いピークファクタすなわちピーク電力と平均電力との比を有するが、通常の増幅器では７〜１２ｄＢのピークファクタに対応できるように、コンプレッション点からその分を下げた点を動作点としている。
【０００８】
次に、図８を参照して、各部のインピーダンスの例を説明する。
出力負荷４７であるＺ０は一定に規定されているため、これを起点とする。ノード５８からλ／４変成器４６を見たインピーダンスＺ７は、λ／４変成器４６の特性インピーダンスをＺ２とすると、式１のように表される。
【０００９】
【数１】
2007006450.tif 000003
【００１０】
キャリア増幅器４２の出力整合回路５３からλ／４変成器５７を見たインピーダンスＺ４は、Ａ区間においてはピーク増幅器４４の出力整合回路５６の出力インピーダンスが実質的に無限大となるために上記と同様に求まり、また、Ｃ区間においては負荷を等しく分担するため、キャリア増幅器４２の増幅回路の負荷インピーダンス（ノード５８での当該増幅回路の寄与分）とピーク増幅器４４の出力整合回路５６の負荷インピーダンスがそれぞれ２（Ｚ７）となる。このため、式２及び式３のように表される。
ここで、Ｚ５はピーク増幅器４４の出力整合回路５６からノード５８を見たピーク増幅器４４の負荷インピーダンスを表し、Ｚ１はλ／４変成器５７の特性インピーダンスを表す。
また、インピーダンスＺ４及びインピーダンスＺ５は、それぞれ、Ｂ区間では、Ａ区間の時における値とＣ区間の時における値との間を遷移する。
特に、キャリア増幅器４２の負荷が変わることを負荷変調と呼んでいる。
【００１１】
【数２】
2007006450.tif 000004
【００１２】
【数３】
2007006450.tif 000005
【００１３】
また、ドハチィ増幅器を周波数の高い領域に応用したときについて説明する。
すなわち、インピーダンスＺ４は、入力信号レベルが小さいとき（Ａ区間）のインピーダンス値に対して、入力信号レベルが大きいとき（Ｃ区間）には１／２倍になり、別の言い方をすれば２倍の負荷変動を起こす。例えば、Ｚ７＝２５Ω（オーム）、Ｚ１＝５０Ωとすると、Ｚ４は１００〜５０Ωの間で変化する。従って、キャリア増幅器４２の増幅素子５２の負荷インピーダンスも変動している。
【００１４】
なお、上記のようなドハチィ増幅器のほかに、特にキャリア増幅器に対してドレイン電流に応じてゲートバイアス電圧を制御することで特性の劣化を補償するドハチィ増幅器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−２６０２３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、従来のドハチィ増幅器では、半導体の増幅素子を用いて周波数の高い領域に応用した場合には、増幅素子から見たインピーダンスをドハチィ理論に合致させることが困難であった。これは、例えば、キャリア増幅器４２の増幅素子５２から見た負荷線では出力整合回路５３によりその負荷線が変わるためである。また、負荷変調範囲は一義的に決まってしまい自由度が少なかった。
【００１７】
図１０には、キャリア増幅器４２の増幅素子５２の負荷インピーダンスの変動の一例を表すスミスチャートを示してある。
ＺＡ、ＺＢ、ＺＣは、キャリア増幅器４２の増幅素子５２の負荷インピーダンスを表しており、通常は数Ωから十数Ω或いはそれ以下の値であり、インピーダンスＺ４と比べてかなり小さく、順抵抗ではない。
本例のスミスチャートは、ＺＡとＺ４との間にある任意の抵抗で正規化してある。
ＺＡを中心に３重に描かれた閉曲線は、内側からそれぞれ｛９（Ｐｍ）／１０｝、（Ｐｍ／２）、（Ｐｍ／４）に対応する等出力電力線であり、ＺＡの時にキャリア増幅器４２の最大出力Ｐｍが得られ、マッチングがずれると得られる出力が減少していくことを示している。また、等出力電力線を横切るように描かれた４本の線（点線）は、等効率線であり、効率ａ、効率ｂ、効率ｃ、効率ｄの順で効率が高いことを示している。
【００１８】
キャリア増幅器４２の出力整合回路５３は、増幅素子５２の負荷インピーダンスをλ／４変成器５７の入力インピーダンスＺ４へ変換する。この出力整合回路５３は、例えば集中定数回路で構成すると、スミスチャート上では等レジスタンス円や等コンダクタンス円に沿ってインピーダンスを変換する。この変換の仕方は任意であるため、図１０では簡略化した線（破線）を示してある。
入力レベルの増加に伴って、Ｚ４が｛Ｚ０（Ｚ１）２／（Ｚ２）２｝すなわちＺ４（Ａ区間）から｛Ｚ０（Ｚ１）２／２（Ｚ２）２｝すなわちＺ４（Ｃ区間）へ減少するため、Ｃ区間で最大出力が得られるようにＺ４（Ｃ区間）をＺＡに整合させると、Ｚ４（Ａ区間）は例えばＺＢに整合される。しかしながら、等電力線内であればどのようなインピーダンスでも（Ｐｍ／４）が得られるため、ＺＢの点よりもＺＣの点に整合された方が効率が良い。つまり、キャリア増幅器４２の増幅素子５２の負荷インピーダンスが入力レベルの増加とともにＺＣからＺＡへ推移するように整合されたときに、当該増幅素子５２が最も効率よく動作する。
【００１９】
上記の説明では、出力及び効率のみを考慮したが、一般に増幅器の性能を示す指標として、出力、効率、ゲイン及び歪がある。任意の増幅素子のこれらの性能を満足するような整合を考えた場合においても、キャリア増幅器４２の増幅素子５２の負荷インピーダンスは、入力レベルの増加とともに、図１０に示されるようにスミスチャートの中心に対して外側から内側へ移動するよりも、内側から外側へ移動した方がよい場合がある。また、更に特性の良い任意の点からＺＡへ動かせた方がよい場合もある。
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、例えば、従来のドハチィ増幅器と比べて、適切な整合を取ることにより、性能を改善することができる増幅装置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、本発明は、次のような増幅装置を提供する。
（１）信号を増幅する増幅装置において、
前記信号を分配する分配手段と、
前記分配された第１の信号をＡＢ級で増幅するキャリア増幅器と、
前記分配された第２の信号をＢ級又はＣ級で増幅するピーク増幅器と、
前記キャリア増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第１の伝送線路と、
前記ピーク増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第２の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の出力と前記第２の伝送線路の出力を合成する合成端と、を備え、
（前記第１の伝送線路の電気長は、前記信号の入力レベルが小さいときの前記キャリア増幅器の効率が、線路長がλ／４の時に比べて良くなるように設定され、）
前記合成端のインピーダンスは、（増幅装置の性能が向上するように、）前記第１の伝送線路及び前記第２の伝送線路により夫々変換された前記キャリア増幅器及び前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスの並列インピーダンスとは異ならせて設定されたことを特徴とする増幅装置。
【００２１】
（１−１）（前記第１の伝送線路は、前記キャリア増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスと略同一の特性インピーダンスを有し、
前記第２の伝送線路は、前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスと略同一の特性インピーダンスを有し、）
第１の増幅回路は、ＡＢ級で動作する第１のプリアンプを有し、
第２の増幅回路は、Ａ級からＣ級の間のいずれかで動作する第２のプリアンプを有したことを特徴とする前記（１）に記載の増幅装置。
【００２２】
（２）信号を増幅する増幅装置において、
前記信号を分配する分配手段と、
前記分配された第１の信号をＡＢ級で増幅するキャリア増幅器と、
前記分配された第２の信号をＢ級又はＣ級で増幅するピーク増幅器と、
前記キャリア増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第１の伝送線路と、
前記ピーク増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第２の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の出力と前記第２の伝送線路の出力を合成する合成端と、を備え、
前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスを異ならせ、前記合成端のインピーダンスを前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスの並列インピーダンスと一致させ、負荷変調範囲を任意に設定でき第１の増幅回路の最大出力をそのままにして効率、歪、利得の１以上（全部であってもよい）に最適な整合を行う。
【００２３】
（２−１）（前記第１の伝送線路は、前記キャリア増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスと同一の特性インピーダンスを有し、
前記第２の伝送線路は、前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスと同一の特性インピーダンスを有し、）
第１の増幅回路は、ＡＢ級で動作する第１のプリアンプを有し、
第２の増幅回路は、Ａ級からＣ級の間のいずれかで動作する第２のプリアンプを有したことを特徴とする前記（２）に記載の増幅装置。
【００２４】
（３）信号を増幅する増幅装置において、
前記信号を分配する分配手段と、
前記分配された第１の信号をＡＢ級で増幅するキャリア増幅器と、
前記分配された第２の信号をＢ級又はＣ級で増幅するピーク増幅器と、
前記キャリア増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第１の伝送線路と、
前記ピーク増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第２の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の出力と前記第２の伝送線路の出力を合成する合成端と、を備え、
前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスは同一であり、
前記ピーク増幅器と前記第２の伝送線路との間に、前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスを前記キャリア増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスとは異なる値へ変換するインピーダンス変換器を備え、合成点のインピーダンスは前記キャリア増幅器の最大負荷インピーダンスと前記インピーダンス変換器の変換後のインピーダンスとを並列のインピーダンスとしたことを特徴とする増幅装置。
【００２５】
（３−１）（前記第１の伝送線路は、前記キャリア増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスと同一の特性インピーダンスを有し、
前記第２の伝送線路は、前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスと同一の特性インピーダンスを有し、）
第１の増幅回路は、ＡＢ級で動作する第１のプリアンプを有し、
第２の増幅回路は、Ａ級からＣ級の間のいずれかで動作する第２のプリアンプを有したことを特徴とする前記（３）に記載の増幅装置。
【００２６】
本発明に係る増幅装置では、次のような構成により、信号を増幅する。
すなわち、分配手段が前記信号を分配する。キャリア増幅器が前記分配された第１の信号をＡＢ級で増幅する。ピーク増幅器が前記分配された第２の信号をＢ級又はＣ級で増幅する。前記キャリア増幅器の出力に接続される第１の伝送線路が任意の電気長を有する。前記ピーク増幅器の出力に接続される第２の伝送線路が任意の電気長を有する。合成端が前記第１の伝送線路の出力と前記第２の伝送線路の出力を合成する。（前記第１の伝送線路の電気長は、前記信号の入力レベルが小さいときの前記キャリア増幅器の効率が、線路長がλ／４の時に比べて良くなるように設定される。）前記合成端のインピーダンスは、（増幅装置の性能が向上するように、）前記第１の伝送線路及び前記第２の伝送線路により夫々変換された前記キャリア増幅器及び前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスの並列インピーダンスとは異ならせて設定される。
この場合に、インピーダンス変換手段を構成する前記伝送線路の長さと、更に引き続き特定の出力負荷に変換するインピーダンス変換器により接続点でのインピーダンスを変えることにより、若干の出力低下があるが、当該増幅装置の性能が高まる値に設定される。
従って、例えば、従来のドハチィ増幅器と比べて、適切な整合を取ることにより、性能を改善することができる。
なお、例えば、キャリア増幅器とピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスは同一に設定される。
【００２７】
ここで、例えば、分配手段は分配器から構成することができ、第１の増幅手段はキャリア増幅器から構成され、第２の増幅手段はピーク増幅器から構成される。
また、インピーダンス変換手段を構成する伝送線路の長さとしては、例えば、０〜λ／２の範囲で種々な値が用いられてもよく、或いは、λ／２以上の範囲で種々な値が用いられてもよい。なお、伝送線路の長さとして０が用いられる場合には、伝送線路は存在しないこととなる。
また、増幅器の性能が高まるように設定する態様としては、例えば、効率、歪、利得の１以上に関して適切な整合を取るような態様を用いることができる。
【００２８】
また、例えば、第１の増幅手段からの出力と第２の増幅手段からの出力とを合成する点と当該第２の増幅手段との間に、インピーダンスを変換する手段を備えたような構成を用いることもできる。
また、例えば、第１の増幅手段と第２の増幅手段との一方又は両方を複数の増幅器を並列させて構成することもでき、この場合、分配手段は例えば増幅器の総数と同数の信号へ入力信号を分配する。
また、例えば、分配手段と第１の増幅手段との間や、分配手段と第２の増幅手段との間に、前段で増幅を行う増幅手段（プリアンプ手段）を備えたような構成を用いることもできる。
【００２９】
本発明に係る増幅装置は、一構成例として、次のような構成とした。
すなわち、前記キャリア増幅器側の第１の増幅回路は、ＡＢ級で動作する第１のプリアンプを有し、また、前記ピーク増幅器側の第２の増幅回路は、Ａ級からＣ級の間のいずれかで動作する第２のプリアンプを有する。（前記第１の伝送線路は、前記キャリア増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスと略同一の特性インピーダンスを有し、また、前記第２の伝送線路は、前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスと略同一の特性インピーダンスを有する。）
従って、増幅装置における電源効率を改善することができる。
【００３０】
本発明に係る増幅装置では、次のような構成により、信号を増幅する。
すなわち、分配手段が前記信号を分配する。キャリア増幅器が前記分配された第１の信号をＡＢ級で増幅する。ピーク増幅器が前記分配された第２の信号をＢ級又はＣ級で増幅する。前記キャリア増幅器の出力に接続される第１の伝送線路が任意の電気長を有する。前記ピーク増幅器の出力に接続される第２の伝送線路が任意の電気長を有する。合成端が前記第１の伝送線路の出力と前記第２の伝送線路の出力を合成する。
ピーク増幅器とキャリア増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスは異ならせている。更に第１の伝送線路インピーダンスはキャリア増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスに、第２の伝送線路インピーダンスはピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスに、合わせている。
（前記第１の伝送線路の電気長は、前記信号の入力レベルが小さいときの前記キャリア増幅器の効率が、良くなるように設定されキャリア増幅器とピーク増幅器の最大出力負荷インピーダンス比も増幅器全体のパーフォーマンスが上がるように設定されている。）
この場合に、インピーダンス変換手段を構成する前記伝送線路の長さと、当該負荷インピーダンス比を当該増幅装置の性能が高まる値に設定する。
従って、例えば、任意の負荷変調を与えることができ増幅素子の性能を十分引き出せることが可能となる。
なお、例えば、合成端のインピーダンスは、キャリア増幅器及びピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスを変えた並列インピーダンスとして、設定される。
【００３１】
ここで、例えば、分配手段は分配器から構成することができ、第１の増幅手段はキャリア増幅器から構成され、第２の増幅手段はピーク増幅器から構成される。
また、インピーダンス変換手段を構成する伝送線路の長さとしては、例えば、０〜λ／２の範囲で種々な値が用いられてもよく、或いは、λ／２以上の範囲で種々な値が用いられてもよい。なお、伝送線路の長さとして０が用いられる場合には、伝送線路は存在しないこととなる。
また、増幅器の性能が高まるように設定する態様としては、例えば、効率、歪、利得の１以上に関して適切な整合を取るような態様を用いることができる。
【００３２】
また、例えば、第１の増幅手段からの出力と第２の増幅手段からの出力とを合成する点と当該第２の増幅手段との間に、インピーダンスを変換する手段を備えたような構成を用いることもできる。
また、例えば、第１の増幅手段と第２の増幅手段との一方又は両方を複数の増幅器を並列させて構成することもでき、この場合、分配手段は例えば増幅器の総数と同数の信号へ入力信号を分配する。
また、例えば、分配手段と第１の増幅手段との間や、分配手段と第２の増幅手段との間に、前段で増幅を行う増幅手段（プリアンプ手段）を備えたような構成を用いることもできる。
【００３３】
本発明に係る増幅装置は、一構成例として、次のような構成とした。
すなわち、前記キャリア増幅器側の第１の増幅回路は、ＡＢ級で動作する第１のプリアンプを有し、また、前記ピーク増幅器側の第２の増幅回路は、Ａ級からＣ級の間のいずれかで動作する第２のプリアンプを有する。（前記第１の伝送線路は、前記キャリア増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスと同一の特性インピーダンスを有し、また、前記第２の伝送線路は、前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスと同一の特性インピーダンスを有する。
従って、増幅装置における電源効率を改善することができる。
【００３４】
本発明に係る増幅装置では、次のような構成により、信号を増幅する。
すなわち、分配手段が前記信号を分配する。キャリア増幅器が前記分配された第１の信号をＡＢ級で増幅する。ピーク増幅器が前記分配された第２の信号をＢ級又はＣ級で増幅する。前記キャリア増幅器の出力に接続される第１の伝送線路が任意の電気長を有する。前記ピーク増幅器の出力に接続される第２の伝送線路が任意の電気長を有する。合成端が前記第１の伝送線路の出力と前記第２の伝送線路の出力を合成する。
また、前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスは同一である。そして、前記ピーク増幅器と前記第２の伝送線路との間に備えられたインピーダンス変換器が、前記ピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスを前記キャリア増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスとは異なる値へ変換する。
従って、キャリア増幅器とピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスを同一にすることができるため、開発時や調整時の作業性を良くして、生産性を高めることができる。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように、本発明に係る増幅装置によると、信号を分配する機能と、分配された第１の信号をＡＢ級で増幅するキャリア増幅器と、分配された第２の信号をＢ級又はＣ級で増幅するピーク増幅器と、キャリア増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第１の伝送線路と、ピーク増幅器の出力に接続される任意の電気長を有する第２の伝送線路と、第１の伝送線路の出力と第２の伝送線路の出力を合成する合成端とを備えた構成において、合成端のインピーダンスは、第１の伝送線路及び第２の伝送線路により夫々変換されたキャリア増幅器及びピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスの並列インピーダンスとは異ならせて設定されるようにし、性能が高まる値に設定するようにしたため、例えば、従来のドハチィ増幅器と比べて、適切な整合を取ることにより、性能を改善することができる。
また、合成端インピーダンスはキャリア増幅器とピーク増幅器の最大出力時の負荷インピーダンスを異ならせた負荷インピーダンスとして合成し、キャリア増幅器の負荷変調範囲を任意に設定でき、性能を改善することができる。
また、本発明に係る増幅装置によると、キャリア増幅器側の第１の増幅回路はＡＢ級で動作する第１のプリアンプを有し、ピーク増幅器側の第２の増幅回路はＡ級からＣ級の間のいずれかで動作する第２のプリアンプを有するようにしたため、更なる効率向上を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００３７】
本発明の第１実施例を説明する。
図１には、本例の増幅装置の構成例を示してある。
本例の増幅装置は、入力端子Ａ１と、分配器１と、キャリア増幅器２と、位相器３と、ピーク増幅器４と、合成部５と、λ／４変成器６と、出力端子Ａ２と、出力負荷７を備えている。
キャリア増幅器２は、入力整合回路１１と、増幅素子１２と、出力整合回路１３から構成されている。
ピーク増幅器４は、入力整合回路１４と、増幅素子１５と、出力整合回路１６から構成されている。
合成部５は、インピーダンス変換器１７と、ノード１８から構成されている。
【００３８】
増幅素子１２、１５としては、通常、ＬＤ−ＭＯＳ（Ｌａｔｅｒａｌ  Ｄｏｕｂｌｅ−ｄｉｆｆｕｓｅｄ  ＭＯＳ）や、ＧａＡｓ−ＦＥＴや、ＨＥＭＴや、ＨＢＴなどの半導体デバイスが用いられる。
入力整合回路１１、１４や出力整合回路１３、１６としては、例えば、集中定数回路、分布定数回路、或いはそれらの組み合わせのいずれで構成されてもよく、実装上避けられないストレーキャパシタンスやインダクタンスなどを含んでもよい。
λ／４変成器６としては、例えば、その特性インピーダンスＺ２に相当する線幅、及びλ／４に相当する長さを有する導体パターンとして配線板上に形成させることができる。また、本例のようにλ／４変成器を用いることにより比較的広い周波数範囲で整合を取ることができるが、整合さえ取れれば、λ／４変成器以外の整合方法が用いられてもよい。な３６お、λは、信号の波長を表す。
【００３９】
ここで、本例の増幅装置の構成は、例えば図８に示される増幅装置の構成と比べて、任意の電気長を有するインピーダンス変換器１７を備えた点、インピーダンス変換器１７に相当する位相を発生させる位相器３を備えた点、及び合成点（ノード１８）に関するインピーダンスが違う点で異なり、他の構成は定数の違いはあるものの基本的に同じである。
【００４０】
本例の増幅装置により行われる動作の一例を示す。
入力端子Ａ１には、本例の増幅装置への入力信号が入力される。
分配器１は、例えば、配線板上に形成されたＴ分岐ライン或いはカプラなどから構成されており、入力端子Ａ１から入力された信号を分配する。
キャリア増幅器２の入力整合回路１１は、分配器１で分配された一方の信号のインピーダンスを、後段の増幅素子１２の入力インピーダンスへ変換する。
キャリア増幅器２の増幅素子１２は、ＡＢ級にバイアスされており、入力整合回路１１によりインピーダンス変換された信号を増幅する。
キャリア増幅器２の出力整合回路１３は、増幅素子１２により増幅された信号について、増幅素子１２の負荷インピーダンスをＡ区間においてはＺＡを中心としてほぼ円上のインピーダンスへ変換し、Ｃ区間においてはＺＡへ変換する。なお、各区間（Ａ区間、Ｂ区間、Ｃ区間）やＺＡは、例えば図９や図１０に示されるのと同様なものを表す。また、Ｚ９は、キャリア増幅器２の出力整合回路１３からインピーダンス変換器１７を見たインピーダンスを表している。
【００４１】
位相器３は、分配器１で分配された他方の信号の位相を変化させる。なお、位相器３は、例えばインピーダンス変換器１７と等しい遅延を発生させる伝送線路であるが、合成を合わせるためのものであるため、キャリア増幅器２やピーク増幅器４の位相状態により特性が変わる。また、キャリア増幅器２の入力側に設けることもある。
ピーク増幅器４の入力整合回路１４は、分配器１で分配された後に位相器３を通過した他方の分配信号のインピーダンスを、後段の増幅素子１５の入力インピーダンスへ変換する。
ピーク増幅器４の増幅素子１５は、Ｂ級又はＣ級にバイアスされており、入力整合回路１４によりインピーダンス変換された信号を増幅する。
ピーク増幅器４の出力整合回路１６は、増幅素子１５により増幅された信号について、増幅素子１５の負荷インピーダンスをＺ５に整合する。
【００４２】
インピーダンス変換器１７は、キャリア増幅器２の出力整合回路１３からの出力信号をインピーダンス変換する。なお、インピーダンス変換器１７は、本例では、長さＬ＝０〜λ／２又はそれ以上の電気長を有する伝送線路から構成されており、その特性インピーダンスＺ１は、２（Ｚ７）＝２（Ｚ２）２／Ｚ０に等しい。ここで、Ｚ０は出力負荷７の大きさを表し、また、Ｚ７は例えば図８に示されるのと同様なインピーダンスを表す。
ノード１８は、キャリア増幅器２の出力整合回路１３から出力されてインピーダンス変換器１７を介して入力される信号と、ピーク増幅器４の出力整合回路１６から出力される信号とを結合する合成点である。本例では、キャリア増幅器２とピーク増幅器４とが伝送線路（インピーダンス変換器１７）により結合されている。
なお、この伝送線路（インピーダンス変換器１７）の長さが０λでありすなわち長さが０である場合には、本例の増幅装置は、キャリア増幅器２とピーク増幅器４とが配線板上で単に接続される構造を有する。図２には、このような場合における増幅装置の構成例を示してある。図２において、Ｚ６やＺ８はインピーダンスを表す。
【００４３】
λ／４変成器６は、ノード１８の（負荷）インピーダンスであるＺ７１＝２（Ｚ７）・α／（１＋α）を出力負荷７であるＺ０へ変換する。但し、αは、従来２（Ｚ７）に一致する様に整合させていたキャリア増幅器の負荷インピーダンスＺ４を、２α（Ｚ７）に整合させた場合を想定するための係数である。
ノード１８からの出力信号が、λ／４変成器６を介して、出力端子Ａ２から出力される。
ここで、式４に示されるように、ノード１８のインピーダンスＺ７１は、キャリア増幅器２の側とピーク増幅器４の側の負荷に分解して決定する。
【００４４】
【数４】
2007006450.tif 000006
【００４５】
図３には、キャリア増幅器２の出力整合回路１３及びインピーダンス変換器１７による整合の一例を表すスミスチャートを示してある。
まず、α＝１である場合について説明する。
Ｃ区間において、ノード１８のインピーダンスＺ７１はＺ７であり、まず、キャリア増幅器２の出力整合回路１３を、当該出力整合回路１３の負荷Ｚ９がＺ１であるときにＰｍを出力できる（キャリア増幅器２単体としても最大出力となる）ように構成する。つまり、増幅素子１２の負荷インピーダンスは出力整合回路１３によりＺＡに整合され、このときインピーダンス変換器１７は単なる伝送路となる。
Ａ区間において、ピーク増幅器４の出力整合回路１６の出力インピーダンスは無限大となるため、Ｚ９は、点ａ１で示される長さＬ＝０又はλ／２であるときにはＺ７となり、点ｃ１で示される長さＬ＝λ／４のときには（Ｚ１）２／（Ｚ７）となる。そして、伝送線路（インピーダンス変換器１７）の長さＬを０〜λ／２の範囲で動かすと、Ｚ９は、Ｚ１を中心とする円上を右回りに変化する。
【００４６】
このＺ１を中心とする円上のインピーダンスは、キャリア増幅器２の出力整合回路１３によりＺＡを中心とするほぼ円上へ写像される。点ａ１、点ｂ１、点ｃ１と点ａ１’、点ｂ１’、点ｃ１’とはそれぞれ対応しており、Ｌを変化すれば、インピーダンスを点ａ１’、点ｂ１’、点ｃ１’と可変できることを示している。従って、点ｂ１’が最も性能の優れる位置になるように、長さＬを設定すればよい。すなわち、増幅素子によって異なる最適位置がＺＡを中心とする円周上のどこにあっても、長さＬを変えることにより得られる。
しかしながら、点ａ１’〜点ｂ１’〜点ｃ１’〜 点ａ１’の上に良い整合ポイントがない場合には、合成点のインピーダンスを変えることにより整合ポイントが得られる。
【００４７】
次に、α＜１である場合について説明する。
出力整合回路１３の負荷Ｚ９がＺ１である時Ｐｍを出力できる（キャリア増幅器２単体として最大出力となる）ことは変えていない。
図３には、点線でα＜１である時における軌跡を示してある。
Ａ区間である時におけるＺ９は、点ａ２で示される長さＬ＝０又はλ／２であるときには｛２（Ｚ７）・α／（１＋α）｝となってＺ７より小さくなり、点ｃ２で示されるＬ＝λ／４であるときには［（Ｚ１）２／｛２（Ｚ７）・α／（１＋α）｝］となる。そして、伝送線路（インピーダンス変換器１７）の長さＬを０〜λ／２の範囲で動かすと、Ｚ９は、Ｚ１を中心とするα＝１の時における円上より大きく（つまり、より大きい円上を）右回りに変化する。
このＺ１を中心とする円上のインピーダンスは、キャリア増幅器２の出力整合回路１３によりＺＡを中心とするほぼ円上へ写像される。点ａ２、点ｂ２、点ｃ２と点ａ２’、点ｂ２’、点ｃ２’とはそれぞれ対応しており、Ｌを変化させれば、インピーダンスを点ａ２’、点ｂ２’、点ｃ２’と可変できることを示している。従って、点ｂ２’が最も性能の優れる位置であれば、そのときの長さＬを設定すればよい。
【００４８】
Ｃ区間である時におけるキャリア増幅器２の出力整合回路１３から見たインピーダンスＺ９は、負荷インピーダンスが２（Ｚ７）・αであるため、点ａ３のＬ＝０又はλ／２であるときには｛２（Ｚ７）・α｝となって例えば２（Ｚ７）より小さくなり、点ｃ３で示されるＬ＝λ／４であるときには［（Ｚ１）２／｛２（Ｚ７）・α｝］となる。そして、伝送線路（インピーダンス変換器１７）の長さＬを０〜λ／２の範囲で動かすと、Ｚ９は、Ｚ１を中心とする小さな円上で右回りに変化する。
このＺ１を中心とする円上のインピーダンスは、キャリア増幅器２の出力整合回路１３によりＺＡを中心とするほぼ円上へ写像される。点ａ３、点ｂ３、点ｃ３と点ａ３’、点ｂ３’、点ｃ３’とはそれぞれ対応しており、Ｌを変化すれば、インピーダンスを点ａ３’、点ｂ３’、点ｃ３’と可変できることを示している。従って、最も性能の良いＺＡと異なるが小さな円であり多少変わる程度である。
【００４９】
入力レベルが大きくなりＡ区間からＣ区間へ遷移すると、キャリア増幅器２の増幅素子１２の負荷インピーダンスはｂ２’からｂ３’へ動く。
また、点ａ１’〜点ｂ１’〜点ｃ１’〜 点ａ１’の上或いは点ａ２’〜点ｂ２’〜点ｃ２’〜 点ａ２’の上に良い整合ポイントがない場合にはαを変えて、図３の点線を大きくしたり小さくしたりして合成点のインピーダンスを変えることにより最適ポイントが得られる。
【００５０】
次に、α＞１である場合について説明する。
出力整合回路１３の負荷Ｚ９がＺ１である時Ｐｍを出力できる（キャリア増幅器２単体として最大出力となる）ことは変えていない。
図４には、キャリア増幅器２の出力整合回路１３及びインピーダンス変換器１７による整合の一例を表すスミスチャートを示してある。
図４には、点線でα＞１である時における軌跡を示してある。
Ａ区間である時におけるＺ９は、点ａ５で示される長さＬ＝０又はλ／２であるときには｛２（Ｚ７）・α／（１＋α）｝となってＺ７より大きくなり、点ｃ５で示されるＬ＝λ／４であるときには［（Ｚ１）２／｛２（Ｚ７）・α／（１＋α）｝］となる。そして、伝送線路（インピーダンス変換器１７）の長さＬを０〜λ／２の範囲で動かすと、Ｚ９は、Ｚ１を中心とするα＝１である時の円上より小さく（つまり、より小さい円上を）右回りに変化する。
このＺ１を中心とする円上のインピーダンスは、キャリア増幅器２の出力整合回路１３によりＺＡを中心とするほぼ円上へ写像される。点ａ５、点ｂ５、点ｃ５と点ａ５’、点ｂ５’、点ｃ５’とはそれぞれ対応しており、Ｌを変化すれば、インピーダンスを点ａ５’、点ｂ５’、点ｃ５’と可変できることを示している。従って、点ｂ５’が最も性能の優れる位置であれば、そのときの長さＬを設定すればよい。
【００５１】
Ｃ区間である時におけるキャリア増幅器２の出力整合回路１３から見たインピーダンスＺ９は、負荷インピーダンスが｛２（Ｚ７）・α｝であるため、点ａ６で示されるＬ＝０又はλ／２であるときには｛２（Ｚ７）・α｝となって例えば２（Ｚ７）より大きくなり、点ｃ６で示されるＬ＝λ／４であるときには［（Ｚ１）２／｛２（Ｚ７）・α｝］となる。そして、伝送線路（インピーダンス変換器１７）の長さＬを０〜λ／２の範囲で動かすと、Ｚ９は、Ｚ１を中心とする小さな円上で右回りに変化する。
このＺ１を中心とする円上のインピーダンスは、キャリア増幅器２の出力整合回路１３によりＺＡを中心とするほぼ円上へ写像される。点ａ６、点ｂ６、点ｃ６と点ａ６’、点ｂ６’、点ｃ６’とはそれぞれ対応しており、Ｌを変化すれば、インピーダンスを点ａ６’、点ｂ６’、点ｃ６’と可変できることを示している。従って、最も性能の良いＺＡと異なるが小さな円であり多少変わる程度である。
入力レベルが大きくなりＡ区間からＣ区間へ遷移すると、キャリア増幅器２の増幅素子１２の負荷インピーダンスは点ｂ５’から点ｂ６’へ動く。
すなわち、αを変えて点線の円径を変えて最適ポイントが得られる。
【００５２】
図２に示される増幅装置の構成は、伝送線路（インピーダンス変換器１７）の長さＬを０にしたものであり、伝送線路が無いことになるため、損失が少なく良い場合もあり、素子の状況により選択する。
また、上記の説明では、伝送線路（インピーダンス変換器１７）の長さＬを０〜λ／２としたが、例えば、増幅素子１２、１５が大きく出力整合回路１３、１６の整合回路間の長さをλ／２以下にできないような場合も実装上あり得るため、更に長くしても構わない。
【００５３】
以上のように、本例の増幅装置では、複数の増幅回路からの出力を合成して出力する構成において、当該複数の増幅回路として、増幅素子１２をＡＢ級で動作する第１の増幅回路（本例では、キャリア増幅器２）と、増幅素子１５をＢ級又はＣ級で動作する第２の増幅回路（本例では、ピーク増幅器４）を備え、第１の増幅回路の出力を任意の電気長を有する伝送線路（インピーダンス変換器１７）で第２の増幅回路の出力と合成し、合成点のインピーダンスを変えることにより第１の増幅回路の最大出力より少なくして効率、歪、利得の１以上（全部であってもよい）に最適な整合を行う。
当然、出力端子Ａ２の負荷がＺ０なのでＺ２のインピーダンスは２（Ｚ７）と２（Ｚ７）・αの並列インピーダンスと整合が得られるように変えておく。
【００５４】
また、本例の増幅装置では、例えば、第２の増幅回路の負荷インピーダンスは任意の電気長を有する伝送線路（インピーダンス変換器１７）の伝送インピーダンスと同じにして最大出力を得る能力を持つように構成し、増幅装置の負荷インピーダンスへ変換するλ／４変成器６で変換比を変える。
また、本例の増幅装置では、例えば、第１の増幅回路の最大出力整合インピーダンスは任意の電気長を有する伝送線路（インピーダンス変換器１７）の伝送インピーダンスに等しい。
【００５５】
本例の増幅装置では、例えば、従来のドハチィ増幅器の特徴であるλ／４変成器に固執しないことで、第１の増幅回路の出力整合回路１３をより合成性能の優れるインピーダンスに整合させることができる。
このように、本例の増幅装置では、適切な整合を取ることにより、従来のドハチィ増幅器を超えた性能を実現することができ、例えば、従来のドハチィ増幅器では整合が困難な増幅素子等を用いたときにおける性能を改善することができる。
【実施例２】
【００５６】
本発明の第２実施例を説明する。
図５には、本例の増幅装置の構成例を示してある。
本例の増幅装置は、図１に示されるのと同様な構成に、更に、ピーク増幅器４とノード１８との間に、インピーダンス変換器２２を備えている。また、本例の増幅装置では、位相器２１による位相調整量が図１に示される増幅装置の場合と異なり得る。また、本例の増幅装置では、図１に示されるのと同じ符号を付した構成要素については例えば緒元を除いて基本的に同一である。
【００５７】
インピーダンス変換器２２は、本例では、伝送線路から構成されており、入力レベルが低くピーク増幅器４の増幅素子１５が動作していないときに当該ピーク増幅器４に信号が流れないように、当該伝送線路からピーク増幅器４の出力整合回路１６の側を見たインピーダンスＺ２０を、ノード１８の側からピーク増幅器４の出力整合回路１６の側を見たインピーダンスＺ２１へ大きく変換する。
位相器２１は、例えば、インピーダンス変換器２２を設けた分、図１の位相器３とは異なる位相量を発生させる。なお、位相器２１は、例えばキャリア増幅器２とピーク増幅器４との位相量が大きく異なる場合には、キャリア増幅器４の経路上に設けられてもよい。位相器２１は、本例では、インピーダンス変換器（伝送線路）２２の影響を除去するための位相調整回路として使用されており、キャリア増幅器２の回路系の位相とピーク増幅器４の回路系の位相とが異なったときの位相調整回路としても使用することができる。
【００５８】
以上のように、本例の増幅装置では、第２の増幅回路（本例では、ピーク増幅器４）の増幅素子１５と合成点（ノード１８）との間に挿入される出力整合回路１６に対して、当該出力整合回路１６と当該合成点との間にインピーダンス変換器（伝送線路）２２が挿入されている。
例えば、従来のドハチィ増幅器では、ピーク増幅器の出力整合回路の出力インピーダンスが、入力レベルが小さいときには十分大きくならず、キャリア増幅器の損失の原因となる場合があったのに対して、本例の増幅装置では、例えば通常のピーク増幅器４の出力整合回路１６を使用するような構成においても、合成点（ノード１８）の側から当該出力整合回路１６の側を見たインピーダンスをより大きな値（本例では、Ｚ２１）とすることができるため、キャリア増幅器２の損失を抑えることができる。これはＺ２１を最大にするものに限らず、Ｚ２１をある程度大きな値に保った上で、インピーダンス変換器２２の電気長を調整し、Ｂ領域での負荷インピーダンスを変えることで性能向上を図ってもよい。
前述の実施例１は、本実施例のインピーダンス変換器２２の電気長を０にした場合に相当する。
【実施例３】
【００５９】
本発明の第３実施例を説明する。
図１１には、本例の増幅装置の構成例を示してある。
図１と基本的に同じでキャリア増幅器２の負荷インピーダンスＺ９２、ピーク増幅器４の負荷インピーダンスＺ５２及びノード１８から見たインピーダンスＺ７２を変えている。
従って、ここで、式５に示されるように、ノード１８のインピーダンスＺ７２は、キャリア増幅器２の側とピーク増幅器４の側の負荷に分解して決定する。
【００６０】
【数５】
2007006450.tif 000007
【００６１】
すなわち、キャリア増幅器２の最大出力が得られる負荷インピーダンスを２（Ｚ７）とし、ピーク増幅器４の最大出力が得られる負荷インピーダンスを２（Ｚ７）・αとした。
図１２には、キャリア増幅器２の出力整合回路１３及びインピーダンス変換器１７による整合の一例を表すスミスチャートを示してある。
まず、α＝１である場合については図３の実線と同じであるので説明は省く。
【００６２】
次に、α＜１である場合について説明する。
出力整合回路１３の負荷Ｚ９２がＺ１である時Ｐｍを出力できる（キャリア増幅器２単体として最大出力となる）ことは変えていない。
図１２には、点線でα＜１である時における軌跡を示してある。
Ａ区間である時におけるＺ９２は、点ａ２で示される長さＬ＝０又はλ／２であるときには｛２（Ｚ７）・α／（１＋α）｝となってＺ７より小さくなり、点ｃ２で示されるＬ＝λ／４であるときには［（Ｚ１）２／｛２（Ｚ７）・α／（１＋α）｝］となる。そして、伝送線路（インピーダンス変換器１７）の長さＬを０〜λ／２の範囲で動かすと、Ｚ９２は、Ｚ１を中心とするα＝１の時における円上より大きく（つまり、より大きい円上を）右回りに変化する。
このＺ１を中心とする円上のインピーダンスは、キャリア増幅器２の出力整合回路１３によりＺＡを中心とするほぼ円上へ写像される。点ａ２、点ｂ２、点ｃ２と点ａ２’、点ｂ２’、点ｃ２’とはそれぞれ対応しており、Ｌを変化させれば、インピーダンスを点ａ２’、点ｂ２’、点ｃ２’と可変できることを示している。従って、点ｂ２’が最も性能の優れる位置であれば、そのときの長さＬを設定すればよい。
【００６３】
Ｃ区間である時におけるキャリア増幅器２の出力整合回路１３から見たインピーダンスＺ９２は、負荷インピーダンスが２（Ｚ７）＝Ｚ１であり増幅素子から見たインピーダンスはＺＡである。
【００６４】
入力レベルが大きくなりＡ区間からＣ区間へ遷移すると、キャリア増幅器２の増幅素子１２の負荷インピーダンスはｂ２’からＺＡへ動く。
また、点ａ１’〜点ｂ１’〜点ｃ１’〜 点ａ１’の上或いは点ａ２’〜点ｂ２’〜点ｃ２’〜 点ａ２’の上に良い整合ポイントがない場合にはαを変えて、図１２の点線を大きくしたり小さくしたりして合成点のインピーダンスを変えることにより最適ポイントが得られる。
ここでキャリア増幅器用のノード１８の負荷インピーダンス２Ｚ７とピーク増幅器用のノード１８の負荷インピーダンス２αＺ７の電圧は等しくなるのでピーク増幅器の出力が多く必要であるがピーク増幅器の供給電圧を上げる事、入力を増加させる事により、多少出力レベルを増加させα＝１より高い最大出力を得ることが出来る。
またα＝１の時の合成出力より若干低くなることを許容すれば供給電圧を変える必要はない。また増幅素子は飽和出力に近くなっても入力を増加させれば出力も増えるので問題はない。
この場合ピーク増幅器の負荷インピーダンスは無限大から２αＺ７（２Ｚ７より小さい）に２Ｚ７を経由して遷移するので２αＺ７に整合をあわせる。
一般的なパワー増幅素子の最大出力は供給電圧にほぼ比例するので容易に実現できる。特に増幅する頻度の高い付近（例えば、ｂ２’付近）の効率は大幅に向上する。
【００６５】
次に、α＞１である場合について説明する。
出力整合回路１３の負荷Ｚ９２がＺ１である時Ｐｍを出力できる（キャリア増幅器２単体として最大出力となる）ことは変えていない。
図１３には、キャリア増幅器２の出力整合回路１３及びインピーダンス変換器１７による整合の一例を表すスミスチャートを示してある。
図１３には、点線でα＞１である時における軌跡を示してある。
Ａ区間である時におけるＺ９２は、点ａ５で示される長さＬ＝０又はλ／２であるときには｛２（Ｚ７）・α／（１＋α）｝となってＺ７より大きくなり、点ｃ５で示されるＬ＝λ／４であるときには［（Ｚ１）２／｛２（Ｚ７）・α／（１＋α）｝］となる。そして、伝送線路（インピーダンス変換器１７）の長さＬを０〜λ／２の範囲で動かすと、Ｚ９２は、Ｚ１を中心とするα＝１である時の円上より小さく（つまり、より小さい円上を）右回りに変化する。
このＺ１を中心とする円上のインピーダンスは、キャリア増幅器２の出力整合回路１３によりＺＡを中心とするほぼ円上へ写像される。点ａ５、点ｂ５、点ｃ５と点ａ５’、点ｂ５’、点ｃ５’とはそれぞれ対応しており、Ｌを変化すれば、インピーダンスを点ａ５’、点ｂ５’、点ｃ５’と可変できることを示している。従って、点ｂ５’が最も性能の優れる位置であれば、そのときの長さＬを設定すればよい。
【００６６】
Ｃ区間である時におけるキャリア増幅器２の出力整合回路１３から見たインピーダンスＺ９２は、負荷インピーダンスが２（Ｚ７）＝Ｚ１である。
入力レベルが大きくなりＡ区間からＣ区間へ遷移すると、キャリア増幅器２の増幅素子１２の負荷インピーダンスは点ｂ５’からＺＡへ動く。
すなわち、αを変えて点線の円径を変えて最適ポイントが得られる。
ここでキャリア増幅器用のノード１８の負荷インピーダンス２Ｚ７とピーク増幅器用のノード１８の負荷インピーダンス２αＺ７の電圧は等しくなるのでピーク増幅器の出力が低くなり合成出力が低くなるのでさらに、キャリア増幅器の供給電圧を上げる事、入力を増加させる事により、多少出力レベルを増加させα＝１より高い最大出力を得ることが出来る。
またα＝１の時の合成出力より若干低くなることを許容すれば供給電圧を変える必要はない。また増幅素子は飽和出力に近くなっても入力を増加させれば出力も増えるので問題はない。
この場合ピーク増幅器の負荷インピーダンスは無限大から２αＺ７に２Ｚ７を経由しないで遷移するので２αＺ７に整合をあわせる。
一般的なパワー増幅素子の最大出力は供給電圧にほぼ比例するので容易に実現できる。特に増幅する頻度の高い付近（例えば、ｂ５’付近）の効率は大幅に向上する。
【００６７】
また、上記の説明では、伝送線路（インピーダンス変換器１７）の長さＬを０〜λ／２としたが、例えば、増幅素子１２、１５が大きく出力整合回路１３、１６の整合回路間の長さをλ／２以下にできないような場合も実装上あり得るため、更に長くしても構わない。
【００６８】
以上のように、本例の増幅装置では、複数の増幅回路からの出力を合成して出力する構成において、当該複数の増幅回路として、増幅素子１２をＡＢ級で動作する第１の増幅回路（本例では、キャリア増幅器２）と、増幅素子１５をＢ級又はＣ級で動作する第２の増幅回路（本例では、ピーク増幅器４）を備え、第１の増幅回路の出力を任意の電気長を有する伝送線路（インピーダンス変換器１７）で第２の増幅回路の出力と合成し、各増幅回路の最適負荷インピーダンスを異ならせることにより合成点の負荷変調範囲を任意に設定でき第１の増幅回路の最大出力をそのままにして効率、歪、利得の１以上（全部であってもよい）に最適な整合を行う。
【００６９】
また、本例の増幅装置では、例えば、第２の増幅回路（本例では、ピーク増幅器４）の最大出力負荷インピーダンスは第１の増幅回路（本例では、キャリア増幅器２）の最大出力負荷インピーダンスと異なることを特徴としている。
また、本例の増幅装置では、例えば、第１の増幅回路（本例では、キャリア増幅器２）の最大出力負荷インピーダンスは任意の電気長を有する伝送線路（インピーダンス変換器１７）の伝送インピーダンスに等しい。
当然、出力端子Ａ２の負荷がＺ０なのでＺ２のインピーダンスは２（Ｚ７）と２（Ｚ７）・αの並列インピーダンスと整合が得られるように変えておく。
【００７０】
本例の増幅装置では、例えば、従来のドハチィ増幅器の特徴である第１の増幅回路（本例では、キャリア増幅器２）や第２の増幅回路（本例では、ピーク増幅器４）の最大出力負荷インピーダンスを同一にすることに固執しないことで、負荷変調範囲を任意に変えることにより性能の優れる高効率増幅器とすることができる。
特に、負荷変調による特性の変化は増幅素子の種別などに依存し一般的なドハティ回路の２倍以下又は以上に変えることにより増幅素子によらず高効率化が可能となる。
本例と異なりキャリア増幅器の出力整合回路２の最大出力負荷インピーダンスとインピーダンス変成器のインピーダンスを２αＺ７に変更する事とピーク増幅器４の最大出力インピーダンスを２Ｚ７にする逆の組み合わせを行う事により同様の効果が得られる。
【実施例４】
【００７１】
本発明の第４実施例を説明する。
図１の改善を図５にしたように図１１の改善を同じ方法で図１４のようにする。
インピーダンス変換器２３は、本例では、伝送線路から構成されており、入力レベルが低くピーク増幅器４の増幅素子１５が動作していないときに当該ピーク増幅器４に信号が流れないように、当該伝送線路からピーク増幅器４の出力整合回路１６の側を見たインピーダンスＺ２２を、ノード１８の側からピーク増幅器４の出力整合回路１６の側を見たインピーダンスＺ２３へ大きく変換する。
【実施例５】
【００７２】
本発明の第５実施例を説明する。
図１１、図１４の例はキャリア増幅器２やピーク増幅器４の最大出力が得られるインピーダンスは各々
Ｚ９２は２（Ｚ７）  （＝Ｚ１）、    Ｚ５２は２（Ｚ７）・α
であったがそれぞれ異なることから開発時や調整時に２種類の整合回路に対応しなければならず生産性が悪いなどの可能性が考えられる。従って、最大出力負荷インピーダンスが得られる出力回路１３、１６の負荷インピーダンスを同一にしてその後単なる変換器で変換させた方が作業性が良い。従って、図１５に示すように、ピーク増幅器４の出力整合回路の最大出力が得られるインピーダンスＺ２８をＺ９２と等しい２（Ｚ７）とし、インピーダンス変換器２４でＺ２７を２（Ｚ７）・αにする。つまり、ピーク増幅器４の出力整合回路の最大出力が得られるインピーダンスＺ２８（＝Ｚ９２＝２（Ｚ７））をインピーダンス変換器２４により異なる値Ｚ２７（＝２（Ｚ７）・α）へ変換する。
インピーダンス変換器２４はλ／４線路を利用しても良いし、インピーダンス変換ができれば他の方法でも良い。
インピーダンス変換器２５は２（Ｚ７）・αなのでノード１８まで２（Ｚ７）・αを保つ。すなわちＣ区間の最大出力を伝送できる。信号入力が少ないＡ区間ではインピーダンス変換器２５によりＺ２６が大きなインピーダンスＺ２５に変換される。
その他の動作は図１の実施例と同じである。
また遅延や位相関係を合わせるため位相器２１の移送量は変える。キャリア増幅器側に入れる場合もある。
【実施例６】
【００７３】
本発明の第６実施例を説明する。
図６には、本例の増幅装置の構成例を示してある。
本例の増幅装置は、入力端子Ａ１１と、分配器３１と、複数であるｎ個のキャリア増幅器Ｂ１〜Ｂｎと、複数であるｍ個のピーク増幅器Ｃ１〜Ｃｍと、ｎ個のキャリア増幅器Ｂ１〜Ｂｎからの出力とｍ個のキャリア増幅器Ｃ１〜Ｃｍからの出力とを接続するインピーダンス変換器３２と、出力側のインピーダンス変換器３３と、出力端子Ａ１２と、出力負荷３４を備えている。
【００７４】
本例の増幅装置は、例えば図１や図５、図１１、図１４、図１５の様な２個の増幅回路だけでは出力レベルが不足するような場合に好適なものであり、複数のキャリア増幅器Ｂ１〜Ｂｎを並列に備え、複数のピーク増幅器Ｃ１〜Ｃｍを並列に備えるとともに、図３や図４あるいは図１２や図１３などの整合を行う。なお、他の構成例として、キャリア増幅器とピーク増幅器とのいずれか一方の数を１個として、他方を複数設けるような構成とすることもできる。
また、他の構成例として、図１や図５、図１１、図１４、図１５に示されるような位相器３、２１を備えた構成とすることや、図５や図１４、図１５に示されるようなピーク増幅器４の出力側のインピーダンス変換器２２、２３、２４、２５を備えた構成とすることもできる。
【００７５】
本例の増幅装置により行われる動作の一例を示す。
入力端子Ａ１１には、本例の増幅装置への入力信号が入力される。
分配器３１は、入力端子Ａ１１から入力された信号を（ｎ＋ｍ）個の信号へ分配する。各分配信号は、各キャリア増幅器Ｂ１〜Ｂｎ及び各ピーク増幅器Ｃ１〜Ｃｍに入力される。
各キャリア増幅器Ｂ１〜Ｂｎは、例えば図１に示されるキャリア増幅器２と同様な機能を有しており、これらｎ個のキャリア増幅器Ｂ１〜Ｂｎからの出力が合成されてインピーダンス変換器３２に入力される。
各ピーク増幅器Ｃ１〜Ｃｍは、例えば図１に示されるピーク増幅器４と同様な構成を有しており、これらｍ個のピーク増幅器Ｃ１〜Ｃｍからの出力が合成されてインピーダンス変換器３２からの出力と合成される。この合成信号が出力側のインピーダンス変換器３３を介して出力端子Ａ１２から出力される。
出力側のインピーダンス変換器３３は、例えば、λ／４変成器から構成されており、ピーク増幅器Ｃ１〜Ｃｍの出力側にある合成点（ノード）のインピーダンスを出力負荷３４であるＺ０へ変換する。
【００７６】
以上のように、本例の増幅装置では、入力信号が分配器３１により（ｎ＋ｍ）分配され、ｎ個の分配信号は小信号入力から大信号入力まで動作するＡＢ級の増幅器（本例では、キャリア増幅器Ｂ１〜Ｂｎ）で増幅され、ｍ個の分配信号は大信号入力で動作するＢ級又はＣ級の増幅器（本例では、ピーク増幅器Ｃ１〜Ｃｍ）で増幅される。
ここで、ｍ個のピーク増幅器Ｃ１〜Ｃｍとしては、例えば、いずれも同一の入力レベルから動作を開始するものが用いられてもよく、或いは、それぞれについてバイアスレベルを異ならせて、入力レベルの増加に従ってそれぞれが徐々に動作を開始するようなものが用いられてもよい。
【実施例７】
【００７７】
本発明の第７実施例を説明する。
図７には、本例の増幅装置の構成例を示してある。
本例の増幅装置は、図６に示されるのと同様な構成に、更に、分配器３１とそれぞれのキャリア増幅器Ｂ１〜Ｂｎとの間にＡＢ級で動作する増幅器（プリアンプ）Ｄ１〜Ｄｎを備えるとともに、分配器３１とそれぞれのピーク増幅器Ｃ１〜Ｃｍとの間にＡＢ級又はＢ級又はＣ級で動作する増幅器（プリアンプ）Ｅ１〜Ｅｍを備えている。このように、本例の増幅装置では、キャリア増幅器Ｂ１〜Ｂｎ及びピーク増幅器Ｃ１〜Ｃｍのそれぞれの前段にプリアンプＤ１〜Ｄｎ、Ｅ１〜Ｅｍを従属接続してある。
【００７８】
一般に、増幅器では、必要なゲインを得るために複数個の増幅素子を使用する。例えば、図１や図２や図５、図１１、図１４、図１５に示されるような増幅装置にプリアンプを従属接続して使用する。しかしながら、このような増幅装置の回路には分配器１が存在し、ピーク増幅器４に分配された電力は当該ピーク増幅器４が動作しないＡ区間では有効に使われずに反射される。つまり、プリアンプで増幅した信号を図１や図２や図５、図１１、図１４、図１５に示されるような増幅装置の入力端子Ａ１から入力しても、入力された電力は、分配損失となる。この分配損により、ドハチィ増幅器の電源付加効率が低下する。
【００７９】
これに対して、本例の増幅装置は、電源効率が改善するため、好適なものである。
ここで、各プリアンプＤ１〜Ｄｎ、Ｅ１〜Ｅｍは、必要に応じて、入力整合回路や出力整合回路を備える。また、これらのプリアンプＤ１〜Ｄｎ、Ｅ１〜Ｅｍとしては、例えば、全て同一の構成のものが用いられてもよく、或いは、それぞれについて動作級を異ならせてもよい。また、例えば、プリアンプを複数縦続（ｃａｓｃａｄｅ）で接続して用いることもできる。また、例えば、全てのキャリア増幅器Ｂ１〜Ｂｎ用のプリアンプＤ１〜Ｄｎを１つにまとめた構成や、全てのピーク増幅器Ｃ１〜Ｃｍ用のプリアンプＥ１〜Ｅｍを１つにまとめた構成のように、複数のプリアンプを１つにまとめて共用することもできる。
【００８０】
なお、本例では、図６に示される増幅装置に更にプリアンプＤ１〜Ｄｎ、Ｅ１〜Ｅｍを備えた構成を示したが、例えば、図１や図２や図５、図１１、図１４、図１５に示されるような増幅装置において、分配器１とキャリア増幅器２との間にプリアンプを備える構成や、分配器１と位相器３、２１との間或いは位相器３、２１とピーク増幅器４との間にプリアンプを備える構成を用いることもできる。
【００８１】
以上のように、本例の増幅装置では、当該増幅装置への入力信号を複数に分配する分配器３１と、第１の増幅回路（本例では、複数のキャリア増幅器Ｂ１〜Ｂｎ）と、第２の増幅回路（本例では、複数のピーク増幅器Ｃ１〜Ｃｍ）を備えた構成において、更に、分配器３１からの出力をＡＢ級で増幅して第１の増幅回路へ出力する第１のプリアンプ（本例では、複数のプリアンプＤ１〜Ｄｎ）と、分配器３１からの出力をＡＢ級又はＢ級又はＣ級で増幅して第２の増幅回路へ出力する第２のプリアンプ（本例では、複数のプリアンプＥ１〜Ｅｍ）を備えた。
本例の増幅装置では、例えば、入力信号がより小さいレベルのうちに分配器３１で当該入力信号を分配するため、分配損が小さくなり、結果的に増幅装置全体の電源効率を改善することができる。この効果は、例えば、キャリア増幅器Ｂ１〜Ｂｎの増幅素子等のゲインが小さいときに顕著である。
【００８２】
ここで、本発明に係る増幅装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施例に係る増幅装置の構成例を示す図である。
【図２】インピーダンス変換器が設けられない場合における増幅装置の構成例を示す図である。
【図３】α＜１におけるキャリア増幅器の出力整合回路及びインピーダンス変換器による整合の一例を表すスミスチャートを示す図である。
【図４】α＞１におけるキャリア増幅器の出力整合回路及びインピーダンス変換器による整合の一例を表すスミスチャートを示す図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る増幅装置の構成例を示す図である。
【図６】本発明の第６実施例に係る増幅装置の構成例を示す図である。
【図７】本発明の第７実施例に係る増幅装置の構成例を示す図である。
【図８】ドハチィ増幅器の構成例を示す図である。
【図９】ドハチィ増幅器に係る理論上のコレクタ効率ないしドレイン効率の一例を示す図である。
【図１０】キャリア増幅器の増幅素子の負荷インピーダンスの変動の一例を表すスミスチャートを示す図である。
【図１１】本発明の第３実施例に係る増幅装置の構成例を示す図である。
【図１２】α＜１におけるキャリア増幅器の出力整合回路及びインピーダンス変換器による整合の一例を表すスミスチャートを示す図である。
【図１３】α＞１におけるキャリア増幅器の出力整合回路及びインピーダンス変換器による整合の一例を表すスミスチャートを示す図である。
【図１４】本発明の第４実施例に係る増幅装置の構成例を示す図である。
【図１５】本発明の第５実施例に係る増幅装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
Ａ１、Ａ１１、Ａ２１・・入力端子、  Ａ２、Ａ１２、Ａ２２・・出力端子、  １、３１、４１・・分配器、  ２、Ｂ１〜Ｂｎ、４２・・キャリア増幅器、  ３、２１、４３・・位相器、  ４、Ｃ１〜Ｃｍ、４４・・ピーク増幅器、  ５、４５・・合成部、  ６、４６、５７・・λ／４変成器、  ７、３４、４７・・出力負荷、  １１、１４、５１、５４・・入力整合回路、  １２、１５、５２、５５・・増幅素子、  １３、１６、５３、５６・・出力整合回路、  １７、２２、２３〜２５、３２、３３・・インピーダンス変換器、  １８、５８・・ノード、  Ｄ１〜Ｄｎ、Ｅ１〜Ｅｍ・・プリアンプ、
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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