(57)【要約】【課題】  両経路の出力信号が合成する際に合成損失が発生せず高効率を実現する。【解決手段】  入力信号を２つの経路に分配する入力分配回路２と、一方の経路に接続されたキャリア増幅器３及び９０°の電気長を有するインピーダンス変換線路４と、他方の経路に接続された位相線路２１及びピーク増幅器６と、両経路の出力合成点１１に接続された９０°位相線路とを備え、位相線路２１の電気長φは、キャリア増幅器３の電気長θCA及びインピーダンス変換線路４の電気長９０°の和と、位相線路２１の電気長φ及びピーク増幅器６の電気長θPAの和が一致するように設定される。【選択図】        図１
2007043305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を第１及び第２の経路に分配する入力分配回路と、
上記第１の経路に接続されたキャリア増幅器及び９０°の電気長を有するインピーダンス変換線路と、
上記第２の経路に接続された位相線路及びピーク増幅器と、
上記第１及び第２の経路の出力合成点に接続されたインピーダンス変換回路とを備え、
上記位相線路の電気長は、上記キャリア増幅器の電気長及び上記インピーダンス変換線路の電気長の和と、上記位相線路の電気長及び上記ピーク増幅器の電気長の和が一致するように設定されることを特徴とする高効率増幅器。
【請求項２】
上記キャリア増幅器の電気長が上記ピーク増幅器の電気長より長い場合に、上記位相線路の電気長が９０°の電気長より長く設定されることを特徴とする請求項１記載の高効率増幅器。
【請求項３】
上記キャリア増幅器の電気長が上記ピーク増幅器の電気長より短い場合に、上記位相線路の電気長が９０°の電気長より短く設定されることを特徴とする請求項１記載の高効率増幅器。
【請求項４】
入力信号を第１及び第２の経路に分配する入力分配回路と、
上記第１の経路に接続された第１の位相線路、キャリア増幅器及び第３の位相線路によるインピーダンス変換線路と、
上記第２の経路に接続された第２の位相線路、ピーク増幅器及び第４の位相線路と、
上記第１及び第２の経路の出力合成点に接続されたインピーダンス変換回路とを備え、
上記第３の位相線路によるインピーダンス変換線路の電気長は、上記入力信号のレベルが小さい場合に、上記キャリア増幅器から出力側を見たインピーダンスが最大となるように設定され、上記第４の位相線路の電気長は、上記入力信号のレベルが小さい場合に、上記出力合成点から上記第４の位相線路を見たインピーダンスが無限大に近くなるように設定され、
上記第１及び第２の位相線路の電気長は、上記第１の位相線路の電気長、上記キャリア増幅器の電気長及び上記インピーダンス変換線路の電気長の和と、上記第２の位相線路の電気長、上記ピーク増幅器の電気長及び上記第４の位相線路の電気長の和が一致するように設定されることを特徴とする請求項１記載の高効率増幅器。
【請求項５】
上記キャリア増幅器の電気長が上記ピーク増幅器の電気長より長い場合に、上記第２の位相線路の電気長と上記第４の位相線路の電気長との和が、上記第１の位相線路の電気長と上記第３の位相線路の電気長との和より長く設定されることを特徴とする請求項４記載の高効率増幅器。
【請求項６】
上記キャリア増幅器の電気長が上記ピーク増幅器の電気長より短い場合に、上記第２の位相線路の電気長と上記第４の位相線路の電気長との和が、上記第１の位相線路の電気長と上記第３の位相線路の電気長との和より短く設定されることを特徴とする請求項４記載の高効率増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は放送用及び通信用に使用される高効率増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放送用及び通信用のＲＦ増幅器は、ＲＦ信号を高い効率で線形に増幅することが望まれている。しかしながら、一般に増幅器では効率を高くすることと線形性を高くすることは両立しない。増幅器の効率は入力信号の電力レベルの増加と共に高くなり、増幅器が飽和を迎えた辺りで最大効率を迎える特性を示す。近年、放送及び移動体通信等で使用されるＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）の大きい変調波を入力信号として使用した場合には、飽和点近くの動作点では増幅器の飽和による信号波形のクリッピングが発生するため線形性は大きく劣化する。
【０００３】
このため、一般に放送用及び通信用のＲＦ増幅器では飽和点から出力バックオフを大きくとった動作レベルにおいて使用され、飽和点からの出力バックオフを大きくとった動作レベルでの高効率化が重要となる。これに対し、飽和点からの出力バックオフを大きくとった動作レベルで効率を高める有力な手法としてドハティ増幅器が報告されている。
【０００４】
例えば、図３は特許文献１に示された従来の高効率増幅器としてのドハティ増幅器の構成と各部の電気長、入力信号のレベルが小さい場合の各部から見たインピーダンスを示す図である。図３に示すドハティ増幅器は、入力端子１、入力分配回路２、Ａ級又はＡＢ級にバイアスされたキャリア増幅器３、９０°位相線路４、９０°位相線路５、Ｂ級又はＣ級にバイアスされたピーク増幅器６、９０°位相線路（インピーダンス変換回路）７及び出力端子８を備えている。また、図３には入力分配回路２により分配された経路の出力合成点１１が図示されている。
【０００５】
図３において、入力信号のレベルが小さい場合には、Ｂ級又はＣ級にバイアスされたピーク増幅器６はオフ状態、即ちＲＦ信号を増幅しない状態となり、キャリア増幅器３からのＲＦ信号のみが出力端子８から出力される。このとき、出力合成点１１から出力端子８側の９０°位相線路７を見た負荷インピーダンスをＲ／２（Ｒはドハティ増幅器の負荷抵抗）とし、９０°位相線路（インピーダンス変換線路）４の特性インピーダンスをＲとすると、ピーク増幅器６の出力インピーダンスは理想的には無限大（ｏｐｅｎ）であるため、９０°位相線路４によるインピーダンス変換作用により、キャリア増幅器３から出力側を見た負荷インピーダンスは２Ｒとなる。
【０００６】
図４は上記特許文献１に示された従来の高効率増幅器としてのドハティ増幅器の構成と各部の電気長、入力信号のレベルが大きい場合の各部から見たインピーダンスを示す図である。図４において、入力信号のレベルが大きい場合には、Ｂ級又はＣ級にバイアスされたピーク増幅器６はオン状態、即ちＲＦ信号を増幅する状態となるため、出力合成点１１ではキャリア増幅器３及びピーク増幅器６からのＲＦ信号が合成されて出力される。このとき、キャリア増幅器３及びピーク増幅器６から出力側を見た負荷インピーダンスは共にＲとなる。
【０００７】
ここで、予め高効率増幅器では、キャリア増幅器３の負荷インピーダンスが２Ｒのときに、キャリア増幅器３では飽和電力は小さいが効率が高くなるように設計し、キャリア増幅器３の負荷インピーダンスがＲのときに、キャリア増幅器３及びピーク増幅器６では飽和電力が大きくなるように設計しておくと、入力信号のレベルが小さい場合には、キャリア増幅器３が高効率動作し、入力信号のレベルが大きい場合には、キャリア増幅器３及びピーク増幅器６は飽和電力が大きくなるように動作する。
【０００８】
従来の高効率増幅器としてのドハティ増幅器では、以上２つの作用により、即ち、入力信号のレベルに応じてピーク増幅器３の出力がキャリア増幅器６の出力に合成されるという作用、及び入力信号のレベルに応じてキャリア増幅器３及びピーク増幅器６から出力側を見た負荷インピーダンスが変化するという作用により、飽和からの出力バックオフが大きい状態において、高効率な動作を実現することが可能となる。
【０００９】
【特許文献１】特許第２９４５８３３号公報（段落００１８〜００２１、図２、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の高効率増幅器は以上のように構成され、キャリア増幅器３の出力側と、ピーク増幅器６の入力側の２箇所にそれぞれ９０°位相線路４，５を使用している。この場合、キャリア増幅器３の電気長θCAとピーク増幅器６の電気長θPAが同一のときには、入力分配回路２からキャリア増幅器３を経て出力合成点１１に至る経路の各電気長の合計と、入力分配回路２からピーク増幅器６を経て出力合成点１１に至る経路の各電気長の合計とが一致するため、両経路の出力信号が合成する際に損失は発生しない。しかしながら、実際にはキャリア増幅器３の電気長θCAとピーク増幅器６の電気長θPAが異なる。このため、入力分配回路２からキャリア増幅器３を経て出力合成点１１に至る経路の各電気長の合計と、入力分配回路２からピーク増幅器６を経て出力合成点１１に至る経路の各電気長の合計とが異なり、両経路の出力信号が合成する際に合成損失が発生し、高効率増幅器の効率が低下してしまうという課題があった。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、両経路の出力信号が合成する際に合成損失が発生せず、高効率を実現することができる高効率増幅器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る高効率増幅器は、入力信号を第１及び第２の経路に分配する入力分配回路と、上記第１の経路に接続されたキャリア増幅器及び９０°の電気長を有するインピーダンス変換線路と、上記第２の経路に接続された位相線路及びピーク増幅器と、上記第１及び第２の経路の出力合成点に接続されたインピーダンス変換回路とを備え、上記位相線路の電気長は、上記キャリア増幅器の電気長及び上記インピーダンス変換線路の電気長の和と、上記位相線路の電気長及び上記ピーク増幅器の電気長の和が一致するように設定されるものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明により、入力信号のレベルが大きい場合に、両経路の出力信号が合成する際に合成損失が発生せず、高効率を実現することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による高効率増幅器の構成と各部の電気長を示す図である。図１に示す高効率増幅器は、入力端子１、入力分配回路２、Ａ級又はＡＢ級にバイアスされたキャリア増幅器３、９０°の電気長を有する９０°位相線路（インピーダンス変換線路）４、位相線路２１、Ｂ級又はＣ級にバイアスされたピーク増幅器６、９０°の電気長を有する９０°位相線路（インピーダンス変換回路）７及び出力端子８を備えており、従来の図３及び図４に示す９０°位相線路５を位相線路２１に置き換えたものである。また、図１には入力分配回路２により分配された経路の出力合成点１１が図示されている。
【００１５】
位相線路２１は次の式（１）で定義される電気長φを有する線路である。
φ＋θPA＝９０＋θCA＋３６０・ｎ  ［ｄｅｇ］    （ｎは整数）        （１）
ここで、θCAはキャリア増幅器３の電気長であり、θPAはピーク増幅器６の電気長である。
即ち、位相線路２１の電気長φは、キャリア増幅器３の電気長θCA及び９０°位相線路（インピーダンス変換線路）４の電気長９０［ｄｅｇ］の和と、位相線路２１の電気長φ及びピーク増幅器６の電気長θPAの和が一致するように設定される。
【００１６】
上記式（１）において、キャリア増幅器３の電気長θCAがピーク増幅器６の電気長θPAより長い場合に、位相線路２１の電気長φは、次の式（２）で示され、９０°より長く設定される。
φ＞９０    ［ｄｅｇ］      （θCA＞θPA）                            （２）
一方、上記式（１）において、キャリア増幅器３の電気長θCAがピーク増幅器６の電気長θPAより短い場合に、位相線路２１の電気長φは、次の式（３）で示され、９０°より短く設定される。
φ＜９０    ［ｄｅｇ］      （θCA＜θPA）                            （３）
【００１７】
次に動作について説明する。
入力信号のレベルが小さい場合には、Ｂ級又はＣ級にバイアスされたピーク増幅器６はオフ状態、即ちＲＦ信号を増幅しない状態となり、キャリア増幅器３からのＲＦ信号のみが出力端子８から出力される。このとき、出力合成点１１から出力端子８側の９０°位相線路７を見た負荷インピーダンスをＲ／２とし、９０°位相線路（インピーダンス変換線路）４のインピーダンスをＲとすると、ピーク増幅器６の出力インピーダンスは理想的には無限大（ｏｐｅｎ）であるため、９０°位相線路４によるインピーダンス変換作用により、キャリア増幅器３から出力側を見た負荷インピーダンスは２Ｒとなる。
【００１８】
入力信号のレベルが大きい場合には、Ｂ級又はＣ級にバイアスされたピーク増幅器６はオン状態、即ちＲＦ信号を増幅する状態となるため、出力合成点１１ではキャリア増幅器３及びピーク増幅器６からの出力信号が合成されて出力される。このとき、キャリア増幅器３及びピーク増幅器６から出力側を見た負荷インピーダンスは共にＲとなる。
【００１９】
ここで、予め高効率増幅器では、キャリア増幅器３の負荷インピーダンスが２Ｒのときに、キャリア増幅器３では飽和電力は小さいが効率が高くなるように設計し、キャリア増幅器３の負荷インピーダンスがＲのときに、キャリア増幅器３及びピーク増幅器６では飽和電力が大きくなるように設計しておくと、入力信号のレベルが小さい場合には、キャリア増幅器３が高効率動作し、入力信号のレベルが大きい場合には、キャリア増幅器３及びピーク増幅器６は飽和電力が大きくなるように動作する。
【００２０】
この高効率増幅器では、以上２つの作用により、即ち、入力信号のレベルに応じてピーク増幅器６の出力がキャリア増幅器３の出力に合成されるという作用、及び入力信号のレベルに応じてキャリア増幅器３及びピーク増幅器６から出力側を見た負荷インピーダンスが変化するという作用により、この実施の形態１では、飽和からの出力バックオフが大きい状態において高効率な動作を実現することが可能となる。
【００２１】
また、この実施の形態１では、位相線路２１の電気長φは、キャリア増幅器３の電気長θCA及び９０°位相線路４の電気長９０°の和と、位相線路２１の電気長φ及びピーク増幅器６の電気長θPAの和が一致するように設定されることにより、入力信号のレベルが大きい場合に、両経路の出力信号が合成する際に合成損失が発生しない。
【００２２】
以上のように、この実施の形態１によれば、位相線路２１の電気長φは、キャリア増幅器３の電気長θCA及び９０°位相線路４の電気長９０°の和と、位相線路２１の電気長φ及びピーク増幅器６の電気長θPAの和が一致するように設定されることにより、入力信号のレベルが大きい場合に、両経路の出力信号が合成する際に合成損失が発生せず、高効率を実現することができるという効果が得られる。
【００２３】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による高効率増幅器の構成と各部の電気長を示す図である。図２に示す高効率増幅器は、入力端子１、入力分配回路２、位相線路（第１の位相線路）３１、Ａ級又はＡＢ級にバイアスされたキャリア増幅器３、位相線路（第３の位相線路、インピーダンス変換線路）３３、位相線路（第２の位相線路）３２、Ｂ級又はＣ級にバイアスされたピーク増幅器６、位相線路（第４の位相線路）３４、９０°位相線路（インピーダンス変換回路）７及び出力端子８を備えている。
【００２４】
上記実施の形態１の図１では、入力分配回路２とキャリア増幅器３が直結され、ピーク増幅器６と出力合成点１１が直結されているが、この実施の形態２では、実装上の線路を考慮して、位相線路３１及び位相線路３４を追加し、図１の９０°位相線路４を位相線路３３に置き換え、図１の位相線路２１を位相線路３２に置き換えている。
【００２５】
位相線路３１，３２，３３，３４は、それぞれ次の式（４）で定義される電気長φ1，φ2，φ3，φ4を有する線路である。
φ2＋φ4＋θPA＝φ1＋φ3＋θCA＋３６０・ｎ  ［ｄｅｇ］（ｎは整数）  （４）
ここで、φ1，φ2，φ3，φ4はそれぞれ位相線路３１，３２，３３，３４の電気長、θCAはキャリア増幅器３の電気長、θPAはピーク増幅器６の電気長である。
【００２６】
ここで、位相線路３３の電気長φ3は、入力信号のレベルが小さい場合に、キャリア増幅器３から出力側を見た負荷インピーダンスが最大となるように設定され、位相線路３４の電気長φ4は、入力信号のレベルが小さい場合に、出力合成点１１から位相線路３４を見たインピーダンスが無限大（ｏｐｅｎ）に最も近くなるように設定される。そして、上記式（４）に示すように、位相線路３１，３２の電気長φ1，φ2は、位相線路３１の電気長φ1、キャリア増幅器３の電気長θCA及び位相線路３３の電気長φ3の和と、位相線路３２の電気長φ2、ピーク増幅器６の電気長θPA及び位相線路３４の電気長φ4との和が一致するように設定される。
【００２７】
上記式（４）において、キャリア増幅器３の電気長θCAがピーク増幅器６の電気長θPAより長い場合には、位相線路３１，３２，３３，３４の電気長φ1，φ2，φ3，φ4の関係は次の式（５）で示され、位相線路３２の電気長φ2と位相線路３４の電気長φ4との和は、位相線路３１の電気長φ1と位相線路３３の電気長φ3との和より長く設定される。
φ2＋φ4＞φ1＋φ3    ［ｄｅｇ］      （θCA＞θPA）                （５）
【００２８】
一方、キャリア増幅器３の電気長θCAがピーク増幅器６の電気長θPAより短い場合には、位相線路３１，３２，３３，３４の電気長φ1，φ2，φ3，φ4の関係は次の式（６）で示され、位相線路３２の電気長φ2と位相線路３４の電気長φ4との和は、位相線路３１の電気長φ1と位相線路３３の電気長φ3との和より短く設定される。
φ2＋φ4＜φ1＋φ3    ［ｄｅｇ］      （θCA＜θPA）                （６）
【００２９】
次に動作について説明する。
入力信号のレベルが小さい場合には、Ｂ級又はＣ級にバイアスされたピーク増幅器６はオフ状態、即ちＲＦ信号を増幅しない状態となり、キャリア増幅器３からのＲＦ信号のみが出力端子８から出力される。このとき、出力合成点１１から出力端子８側の９０°位相線路７を見た負荷インピーダンスをＲ／２とし、位相線路３３のインピーダンスをＲとすると、出力合成点１１から位相線路３４を見たインピーダンスがほぼ無限大（ｏｐｅｎ）であるため、位相線路３３によるインピーダンス変換作用により、キャリア増幅器３から出力側を見た負荷インピーダンスは２Ｒとなる。
【００３０】
入力信号のレベルが大きい場合には、Ｂ級又はＣ級にバイアスされたピーク増幅器６はオン状態、即ちＲＦ信号を増幅する状態となるため、出力合成点１１ではキャリア増幅器３及びピーク増幅器６からのＲＦ信号が合成されて出力される。このとき、キャリア増幅器３及びピーク増幅器６から出力側を見た負荷インピーダンスは共にＲとなる。
【００３１】
ここで、予め高効率増幅器では、負荷インピーダンスが２Ｒのときに、キャリア増幅器３では飽和電力は小さいが効率が高くなるように設計し、負荷インピーダンスがＲのときに、キャリア増幅器３及びピーク増幅器６では飽和電力が大きくなるように設計しておくと、入力信号のレベルが小さい場合には、キャリア増幅器３が高効率動作し、入力信号のレベルが大きい場合には、キャリア増幅器３及びピーク増幅器６は飽和電力が大きくなるように動作する。
【００３２】
この実施の形態２では、以上２つの作用により、即ち、入力信号のレベルに応じてピーク増幅器６の出力がキャリア増幅器３の出力に合成されるという作用、及び入力信号のレベルに応じてキャリア増幅器３及びピーク増幅器６から出力側を見た負荷インピーダンスが変化するという作用により、この実施の形態２では、飽和からの出力バックオフが大きい状態において高効率な動作を実現することが可能となる。
【００３３】
また、この実施の形態２では、位相線路３３の電気長φ3は、入力信号のレベルが小さい場合に、キャリア増幅器３から出力側を見た負荷インピーダンスが最大となるように設定され、位相線路３４の電気長φ4は、入力信号のレベルが小さい場合に、出力合成点１１から位相線路３４を見たインピーダンスが無限大（ｏｐｅｎ）に最も近くなるように設定され、位相線路３１，３２の電気長φ1，φ2は、位相線路３１の電気長φ1、キャリア増幅器３の電気長θCA及び位相線路３３の電気長φ3の和と、位相線路３２の電気長φ2、ピーク増幅器６の電気長θPA及び位相線路３４の電気長φ4との和が一致するように設定されることにより、入力信号のレベルが大きい場合に、両経路の出力信号が合成する際に合成損失が発生しない。
【００３４】
以上のように、この実施の形態２によれば、位相線路３３の電気長φ3が、入力信号のレベルが小さい場合に、キャリア増幅器３から出力側を見た負荷インピーダンスが最大となるように設定され、位相線路３４の電気長φ4が、入力信号のレベルが小さい場合に、出力合成点１１から位相線路３４を見たインピーダンスが無限大に最も近くなるように設定され、位相線路３１，３２の電気長φ1，φ2が、位相線路３１の電気長φ1、キャリア増幅器３の電気長θCA及び位相線路３３の電気長φ3の和と、位相線路３２の電気長φ2、ピーク増幅器６の電気長θPA及び位相線路３４の電気長φ4との和が一致するように設定されることにより、入力信号のレベルが大きい場合に、両経路の出力信号が合成する際に合成損失が発生せず、高効率を実現することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施の形態１による高効率増幅器の構成と各部の電気長を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２による高効率増幅器の構成と各部の電気長を示す図である。
【図３】従来の高効率増幅器の構成と各部の電気長、入力信号のレベルが小さい場合の各部から見たインピーダンスを示す図である。
【図４】従来の高効率増幅器の構成と各部の電気長、入力信号のレベルが大きい場合の各部から見たインピーダンスを示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  入力端子、２  入力分配回路、３  キャリア増幅器、４  ９０°位相線路、５  ９０°位相線路、６  ピーク増幅器、７  ９０°位相線路、８  出力端子、１１  出力合成点、２１  位相線路、３１，３２，３３，３４  位相線路。
【図１】
2007043305.tif 000003
【図２】
2007043305.tif 000004
【図３】
2007043305.tif 000005
【図４】
2007043305.tif 000006