(57)【要約】【課題】高調波信号が基本波増幅器に効率よく注入され、高効率化を図る電力増幅器を得る。【解決手段】基本波増幅器３と、基本波増幅器３から発生する高調波信号を基本波信号から分波する第１分波回路と、第１分波回路から出力された高調波信号を基本波増幅器３の入力側又は出力側に注入するための高調波伝達回路１５と、高調波伝達回路１５から出力された高調波信号を基本波増幅器３に注入する第２分波回路とを備え、高調波信号を基本波増幅器３に注入し、基本波増幅器３の効率を高めるようにしたものである。【選択図】図４
2012222394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅素子を含む基本波増幅器と、前記基本波増幅器から発生する高調波信号を基本波信号から分波する第１分波回路と、前記第１分波回路から出力された高調波信号を前記基本波増幅器の入力側又は出力側に注入するための高調波伝達回路と、前記高調波伝達回路から出力された高調波信号を前記基本波増幅器に注入する第２分波回路とを備え、高調波信号を前記基本波増幅器に注入し、前記基本波増幅器の効率を高めるようにしたことを特徴とする電力増幅器。
【請求項２】
前記基本波増幅器の入力側及び出力側にそれぞれ接続され、高調波信号を基本波信号から分波する前記第１及び第２分波回路と、
前記第１及び第２分波回路間に接続され、高調波信号以外の周波数の電力を減衰させるバンドパスフィルタと、高調波信号の位相と振幅を調整する位相振幅調整回路とを有する前記高調波伝達回路とを備え、前記基本波増幅器で発生した高調波信号を、前記高調波伝達回路にて位相及び振幅を調整した後、再び前記基本波増幅器に注入するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項３】
前記第１分波回路は前記基本波増幅器の出力側に接続され、
前記第１分波回路に接続された前記高調波伝達回路は、高調波信号以外の周波数の電力を減衰させるバンドパスフィルタと、高調波信号の位相と振幅を調整する位相振幅調整回路と、高調波信号の電力を増幅する補助増幅器とを有し、
前記高調波伝達回路から出力された高調波信号を、前記基本波増幅器の入力側に接続された前記第２分波回路から前記基本波増幅器の入力側に注入するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項４】
前記第１分波回路は前記基本波増幅器の入力側に接続され、
前記第１分波回路に接続された前記高調波伝達回路は、高調波信号以外の周波数の電力を減衰させるバンドパスフィルタと、高調波信号の位相と振幅を調整する位相振幅調整回路と、高調波信号の電力を増幅する補助増幅器とを有し、
前記高調波伝達回路から出力された高調波信号を、前記基本波増幅器の出力側に接続された前記第２分波回路から前記基本波増幅器の出力側に注入するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項５】
増幅素子を含む基本波増幅器と、
前記基本波増幅器の入力側に接続され、前記基本波増幅器から発生する高調波信号を基本波信号から分波する分波回路と、
前記分波回路に接続されたサーキュレータと、
前記サーキュレータに接続され、位相と振幅を調整する位相振幅調整回路及び高調波信号を増幅する補助増幅器を有する高調波伝達回路とを備え、
前記基本波増幅器から発生した高調波信号を、前記分波回路及び前記サーキュレータを介して、前記高調波伝達回路に入力し、前記高調波伝達回路で振幅と位相を調整し、再び前記サーキュレータ及び前記分波回路を介して前記基本波増幅器の入力側から前記基本波増幅器に注入し、前記基本波増幅器の効率を高めるようにしたことを特徴とする電力増幅器。
【請求項６】
増幅素子を含む基本波増幅器と、
前記基本波増幅器の出力側に接続され、前記基本波増幅器から発生する高調波信号を基本波信号から分波する分波回路と、
前記分波回路に接続されたサーキュレータと、
前記サーキュレータに接続され、位相と振幅を調整する位相振幅調整回路及び高調波信号
を増幅する補助増幅器を有する高調波伝達回路とを備え、
前記基本波増幅器から発生した高調波信号を、前記分波回路及び前記サーキュレータを介して、前記高調波伝達回路に入力し、前記高調波伝達回路で振幅と位相を調整し、再び前記サーキュレータ及び前記分波回路を介して前記基本波増幅器の出力側から前記基本波増幅器に注入し、前記基本波増幅器の効率を高めるようにしたことを特徴とする電力増幅器。
【請求項７】
増幅素子を含む２個の基本波増幅器と、前記２個の基本波増幅器のそれぞれの入力端子間に接続された入力側バラン回路と、前記２個の基本波増幅器のそれぞれの出力端子間に接続された出力側バラン回路とでプッシュプル増幅器を構成し、
前記入力側及び出力側バラン回路は基本波信号と偶数次高調波信号とを分波する機能を有し、
前記入力側及び出力側の一方のバラン回路で前記２個の基本波増幅器から発生する偶数次高調波信号を基本波信号から分波して得た偶数次高調波信号を、前記入力側及び出力側の他方のバラン回路から前記２個の基本波増幅器の入力側及び出力側の他方に注入する高調波伝達回路を備え、前記偶数次高調波信号を前記２個の基本波増幅器に注入し、前記２個の基本波増幅器の効率を高めるようにしたことを特徴とする電力増幅器。
【請求項８】
前記高調波伝達回路は、偶数次高調波信号以外の周波数の電力を減衰させるバンドパスフィルタと、偶数次高調波信号の位相と振幅を調整する位相振幅調整回路とを有することを特徴とする請求項７記載の電力増幅器。
【請求項９】
前記高調波伝達回路は、さらに、偶数次高調波信号の電力を増幅する補助増幅器を有することを特徴とする請求項８記載の載の電力増幅器。
【請求項１０】
増幅素子を含む２個の基本波増幅器と、前記２個の基本波増幅器のそれぞれの入力端子間に接続された入力側バラン回路と、前記２個の基本波増幅器のそれぞれの出力端子間に接続された出力側バラン回路とでプッシュプル増幅器を構成し、
前記入力側バラン回路は基本波信号と偶数次高調波信号とを分波する機能を有し、
前記入力側バラン回路に接続されたサーキュレータと、
前記サーキュレータに接続され位相と振幅を調整する位相振幅調整回路及び、偶数次高調波信号を増幅する補助増幅器を有する高調波伝達回路とを備え、
前記入力側バラン回路で前記２個の基本波増幅器から発生する偶数次高調波信号を基本波信号から分波して得た偶数次高調波信号を、前記サーキュレータを介して前記高調波伝達回路に入力し、前記高調波伝達回路で振幅と位相を調整し、再び前記サーキュレータを介して前記入力側バラン回路から前記２個の基本波増幅器の入力側に注入し、前記２個の基本波増幅器の効率を高めるようにしたことを特徴とする電力増幅器。
【請求項１１】
増幅素子を含む２個の基本波増幅器と、前記２個の基本波増幅器のそれぞれの入力端子間に接続された入力側バラン回路と、前記２個の基本波増幅器のそれぞれの出力端子間に接続された出力側バラン回路とでプッシュプル増幅器を構成し、
前記出力側バラン回路は基本波信号と偶数次高調波信号とを分波する機能を有し、
前記出力側バラン回路に接続されたサーキュレータと、
前記サーキュレータに接続され位相と振幅を調整する位相振幅調整回路及び、偶数次高調波信号を増幅する補助増幅器を有する高調波伝達回路とを備え、
前記出力側バラン回路で前記２個の基本波増幅器から発生する偶数次高調波信号を基本波信号から分波して得た偶数次高調波信号を、前記サーキュレータを介して前記高調波伝達回路に入力し、前記高調波伝達回路で振幅と位相を調整し、再び前記サーキュレータを介して前記出力側バラン回路から前記２個の基本波増幅器の出力側に注入し、前記２個の基本波増幅器の効率を高めるようにしたことを特徴とする電力増幅器。
【請求項１２】
前記基本波増幅器として、多段構成の増幅器を用いたことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項１３】
前記基本波増幅器として、並列に増幅素子を配置した電力合成形増幅器を用いたことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【請求項１４】
前記基本波増幅器として、カスコード接続された増幅器を用いたことを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波を利用した通信機器の送信機や、その他の高周波を利用したシステム等に用いられるような電力増幅器に関し、電力増幅器から発生する高調波信号を利用することで高効率化を図る電力増幅器に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信の基地局や携帯端末などの送信部に用いられる高周波電力増幅器では、その電力消費量が通話時間やランニングコスト等に影響を与えるため、より高効率な特性が要求される。
【０００３】
トランジスタを用いた高周波電力増幅器では、増幅器の入力側、または出力側から高調波を入力することで高効率化できることが報告されている。図１４は、例えば非特許文献1に示された、高調波を注入することにより高効率化を図る従来の電力増幅器を示す回路
構成図である。入力端子１０１から入力された基本波信号は電力分配器１０９によって二つに分配され、一方は基本波増幅器１０３に入力され、増幅され、サーキュレータ１０８を介して出力端子１０２から出力される。電力分配器１０９によって二つに分配された他方の基本波信号は、逓倍器１０４により逓倍され高調波信号を発生し、２倍波バンドパスフィルタ１０７で２倍高調波のみが取り出され、さらに位相調整器１０５及び振幅調整器１０６によりベクトル調整して、サーキュレータ１０８を介して基本波増幅器１０３の出力側から基本波増幅器１０３に注入される。これにより基本波増幅器１０３の高効率化を図るものである。しかし、この構成では、逓倍器１０４が必要になるため逓倍器１０４の消費電力により効率が低下する問題と、回路が大型になるという問題がある。
【０００４】
図１５は、非特許文献２に示された、基本波増幅器から出力された２倍高調波信号を基本波増幅器の出力側から入力側に帰還させることによって高効率化を図る従来の他の電力増幅器を示す回路構成図である。これは増幅素子１１０から出力される２倍高調波信号を２倍波バンドパスフィルタ１０７ａ，１０７ｂと補助増幅器１１１と位相調整器１０５とからなる２倍高調波帰還回路１１２を介して増幅素子１１０の入力側から注入することで高効率化を図るものである。この構成によると逓倍器を用いる必要がない利点があるが、２倍高調波帰還回路１１２から出力された２倍高調波信号のうちの一部は増幅素子１１０に注入されず入力端子１０１に通過していくため、不要な２倍高調波信号が入力端子１０１に出てくる問題がある。また、この結果２倍高調波信号を効率よく増幅素子１１０に注入できない問題もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】高木直，池田幸夫，中島康晴，橋本 勉，「高調波処理回路を用いた高効率ＵＨＦ帯モノリシック多段ＦＥＴ増幅器の設計法」，電子情報通信学会論文誌Ｃ−１，１９９３年１１月，Ｖｏl.Ｊ７６−Ｃ−Ｉ，Ｎｏ．１１，ｐｐ．３８９−３９８
【非特許文献２】Hyo Rim Bae，Choon Sik Cho，Jae W. Lee，“Efficiency Enhanced Class-E Power Amplifier Using the Second Harmonic Injection at the Feedback Loop”，2010 European Microwave Conference，pp.1042-1045，Sep. 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、逓倍器を用いない回路構成で、高調波信号が増幅素子に効率よく注入され、高効率化を図ることができる電力増幅器を得る
ことを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係わる電力増幅器は、増幅素子を含む基本波増幅器と、前記基本波増幅器から発生する高調波信号を基本波信号から分波する第１分波回路と、前記第１分波回路から出力された高調波信号を前記基本波増幅器の入力側又は出力側に注入するための高調波伝達回路と、前記高調波伝達回路から出力された高調波信号を前記基本波増幅器に注入する第２分波回路とを備え、高調波信号を前記基本波増幅器に注入し、前記基本波増幅器の効率を高めるようにしたものである。
【０００８】
また、本発明に係わる電力増幅器は、増幅素子を含む基本波増幅器と、前記基本波増幅器の入力側に接続され、前記基本波増幅器から発生する高調波信号を基本波信号から分波する分波回路と、前記分波回路に接続されたサーキュレータと、前記サーキュレータに接続され、位相と振幅を調整する位相振幅調整回路及び高調波信号を増幅する補助増幅器を有する高調波伝達回路とを備え、前記基本波増幅器から発生した高調波信号を、前記分波回路及び前記サーキュレータを介して、前記高調波伝達回路に入力し、前記高調波伝達回路で振幅と位相を調整し、再び前記サーキュレータ及び前記分波回路を介して前記基本波増幅器の入力側から前記基本波増幅器に注入し、前記基本波増幅器の効率を高めるようにしたものである。
【０００９】
また、本発明に係わる電力増幅器は、増幅素子を含む基本波増幅器と、前記基本波増幅器の出力側に接続され、前記基本波増幅器から発生する高調波信号を基本波信号から分波する分波回路と、前記分波回路に接続されたサーキュレータと、前記サーキュレータに接続され、位相と振幅を調整する位相振幅調整回路及び高調波信号を増幅する補助増幅器を有する高調波伝達回路とを備え、前記基本波増幅器から発生した高調波信号を、前記分波回路及び前記サーキュレータを介して、前記高調波伝達回路に入力し、前記高調波伝達回路で振幅と位相を調整し、再び前記サーキュレータ及び前記分波回路を介して前記基本波増幅器の出力側から前記基本波増幅器に注入し、前記基本波増幅器の効率を高めるようにしたものである。
【００１０】
また、本発明に係わる電力増幅器は、増幅素子を含む２個の基本波増幅器と、前記２個の基本波増幅器のそれぞれの入力端子間に接続された入力側バラン回路と、前記２個の基本波増幅器のそれぞれの出力端子間に接続された出力側バラン回路とでプッシュプル増幅器を構成し、前記入力側及び出力側バラン回路は基本波信号と偶数次高調波信号とを分波する機能を有し、前記入力側及び出力側の一方のバラン回路で前記２個の基本波増幅器から発生する偶数次高調波信号を基本波信号から分波して得た偶数次高調波信号を、前記入力側及び出力側の他方のバラン回路から前記２個の基本波増幅器の入力側及び出力側の他方に注入する高調波伝達回路を備え、前記偶数次高調波信号を前記２個の基本波増幅器に注入し、前記２個の基本波増幅器の効率を高めるようにしたものである。
【００１１】
また、本発明に係わる電力増幅器は、増幅素子を含む２個の基本波増幅器と、前記２個の基本波増幅器のそれぞれの入力端子間に接続された入力側バラン回路と、前記２個の基本波増幅器のそれぞれの出力端子間に接続された出力側バラン回路とでプッシュプル増幅器を構成し、前記入力側バラン回路は基本波信号と偶数次高調波信号とを分波する機能を有し、前記入力側バラン回路に接続されたサーキュレータと、前記サーキュレータに接続され位相と振幅を調整する位相振幅調整回路及び、偶数次高調波信号を増幅する補助増幅器を有する高調波伝達回路とを備え、前記入力側バラン回路で前記２個の基本波増幅器から発生する偶数次高調波信号を基本波信号から分波して得た偶数次高調波信号を、前記サーキュレータを介して前記高調波伝達回路に入力し、前記高調波伝達回路で振幅と位相を調整し、再び前記サーキュレータを介して前記入力側バラン回路から前記２個の基本波増幅器の入力側に注入し、前記２個の基本波増幅器の効率を高めるようにしたものである。
【００１２】
さらに、本発明に係わる電力増幅器は、増幅素子を含む２個の基本波増幅器と、前記２個の基本波増幅器のそれぞれの入力端子間に接続された入力側バラン回路と、前記２個の基本波増幅器のそれぞれの出力端子間に接続された出力側バラン回路とでプッシュプル増幅器を構成し、前記出力側バラン回路は基本波信号と偶数次高調波信号とを分波する機能を有し、前記出力側バラン回路に接続されたサーキュレータと、前記サーキュレータに接続され位相と振幅を調整する位相振幅調整回路及び、偶数次高調波信号を増幅する補助増幅器を有する高調波伝達回路とを備え、前記出力側バラン回路で前記２個の基本波増幅器から発生する偶数次高調波信号を基本波信号から分波して得た偶数次高調波信号を、前記サーキュレータを介して前記高調波伝達回路に入力し、前記高調波伝達回路で振幅と位相を調整し、再び前記サーキュレータを介して前記出力側バラン回路から前記２個の基本波増幅器の出力側に注入し、前記２個の基本波増幅器の効率を高めるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係わる電力増幅器によれば、基本波増幅器から発生した高調波信号を基本波信号経路から分離し、位相、振幅を調整した後に、分波回路又はバラン回路を経由して基本波増幅器に注入することにより、逓倍器を用いることなく高調波信号を発生させることができ、かつ効率的に高調波信号が基本波増幅器に注入できるようになり、その結果として基本波増幅器の効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】基本波増幅器への高調波信号注入による効率改善実験を行ったときの回路構成図である。
【図２】図１の実験回路において高調波を注入しない場合の入出力特性図である。
【図３】図１の実験回路におけて高調波を注入した場合の効率改善効果を示す実験特性図である。
【図４】本発明の実施の形態1における電力増幅器を示す回路構成図である。
【図５】本発明の実施の形態２における電力増幅器を示す回路構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３における電力増幅器を示す回路構成図である。
【００１５】
【図７】本発明の実施の形態４における電力増幅器を示す回路構成図である。
【図８】本発明の実施の形態５における電力増幅器を示す回路構成図である。
【図９】本発明の実施の形態６における電力増幅器を示す回路構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態７における電力増幅器を示す回路構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態８における電力増幅器を示す回路構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態９における電力増幅器を示す回路構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態１０における電力増幅器を示す回路構成図である。
【図１４】従来の電力増幅器を示す回路構成図である。
【図１５】従来の他の電力増幅器を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
はじめに、電力増幅器に高調波信号を注入することによって効率が改善できることを説明する。
【００１７】
図1は、基本波増幅器への高調波信号注入による効率改善実験を行ったときの回路構成
図である。基本波増幅器３の入力側及び出力側には分波回路４ａ，４ｂを取り付けている。入力側の分波回路４ａには、基本波入力端子１と２倍波注入端子１７ａと３倍波注入端子１８ａを備え、出力側の分波回路４ｂには、基本波出力端子２と２倍波注入端子１７ｂと３倍波注入端子１８ｂを備えた構造となっている。
【００１８】
また分波回路４ａ，４ｂは、その合成端子５ａ，５ｂから入力された信号のうち、基本波信号は基本波端子６ａ，６ｂのみに出力し、２倍高調波信号は２倍波端子７ａ，７ｂのみに出力し、３倍高調波信号は３倍波端子８ａ，８ｂのみに出力されるよう設計されている。また、基本波端子６ａ，６ｂから入力された基本波信号、２倍波端子７ａ，７ｂから入力された２倍高調波信号、及び３倍波端子８ａ，８ｂから入力された３倍高調波信号は、合成端子５ａ，５ｂのみに出力されるよう設計されている。
【００１９】
その結果、図１の回路において、入力側２倍波注入端子１７ａから入力された２倍高調波信号、及び入力側３倍波注入端子１８ａから入力された３倍高調波信号は基本波入力端子１には通過せず、基本波増幅器３にのみ注入される。また、出力側２倍波注入端子１７ｂから入力された２倍高調波信号、及び出力側３倍波注入端子１８ｂから入力された３倍高調波信号は基本波出力端子２には通過せず、基本波増幅器３にのみ注入される。
【００２０】
図２は、図１の実験回路を備えた電力増幅器において、２倍波注入端子１７ａ，１７ｂと３倍波注入端子１８ａ，１８ｂを終端し、２倍波注入端子１７ａ，１７ｂと３倍波注入端子１８ａ，１８ｂから信号を入力しない状態において、基本波入力端子１から基本波信号を入力したときのＲＦ特性測定結果を示している。入力電力２３ｄＢｍにおいて電力付加効率ηａｄｄは５４％程度の性能を示している。なお、図２において、
ｆｏ：基本波信号の基本周波数で１．５ＧＨｚ、Ｐｉｎ：入力電力（ｄＢｍ）、Ｐｏｕｔ：出力電力（ｄＢｍ）、Ｇａｉｎ：ゲイン（ｄＢ）、Ｉｄ：電流（Ａ）である。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
図３は、図１の実験回路を備えた電力増幅器において、基本波入力端子１から基本波信号電力２３ｄＢｍを入力した状態で、入力側，出力側の２倍波注入端子１７ａ，１７ｂ、及び３倍波注入端子１８ａ，１８ｂから、つまり４つの端子から２倍高調波，３倍高調波を個別に注入したときの４とおりの効率改善実験の結果を示している。この結果から、増幅器の入力側，出力側（４とおり）のいずれでも高調波電力（ｄＢｍ）を注入することによって効率（電力付加効率ηａｄｄ％，効率改善量△ηａｄｄ％）が上がることがわかる。なお、高周波注入位相は、効率が最大となる位相に調整される。
【００２３】
実施の形態１．
図４は、本発明の実施の形態１における電力増幅器を示す回路構成図である。なお、各図中で同一符号は同一又は相当部分を示す。増幅素子を含む基本波増幅器３の出力側と入力側に分波回路４ｂ，分波回路４ａがそれぞれ接続されている。出力側の分波回路４ｂの２倍波端子７ｂには、２倍波バンドパスフィルタ１１と位相調整器１２と振幅調整器１３とを有する高調波伝達回路１５が接続され、高調波伝達回路１５の出力端子に分波回路４ａの２倍波端子７ａが接続されている。
【００２４】
以下に動作について説明する。基本波入力端子１から入力された基本波信号は分波回路４ａを通過して基本波増幅器３にて増幅され、分波回路４ｂを通過して基本波出力端子２から出力される。このとき基本波増幅器３では基本波信号を増幅する際に、増幅素子のもつ非線形性のため基本波信号の２倍の周波数をもつ２倍高調波信号が発生する。基本波増幅器３の入力側に発生した２倍高調波信号は分波回路４ａで基本波から分波され２倍波端子７ａに出力される。基本波増幅器３の出力側に発生した２倍高調波信号は分波回路４ｂで基本波から分波され２倍波端子７ｂに出力される。これらの２倍高調波信号は、２倍波バンドパスフィルタ１１と位相調整器１２と振幅調整器１３を有する高調波伝達回路１５にて位相振幅を調整したのち出力される。
【００２５】
さらに出力された２倍高調波信号は、分波回路４ａの２倍波端子７ａから分波回路４ａに入力され、また、分波回路４ｂの２倍波端子７ｂから分波回路４ｂに入力される。分波回路４ａは、２倍波端子７ａから入力された２倍高調波信号が基本波端子６ａに出力されず合成端子５ａにのみ出力されるよう設計されており、また、分波回路４ｂは、２倍波端子７ｂから入力された２倍高調波信号が基本波端子６ｂに出力されず合成端子５ｂにのみ出力されるよう設計されているため、２倍高調波信号は基本波入力端子１及び基本波出力端子２に抜けることなく基本波増幅器３に注入される。
【００２６】
また２倍高調波信号は位相調整器１２と振幅調整器１３にて、基本波増幅器の効率が最大となるよう、その位相、振幅が調整されている。さらに２倍波バンドパスフィルタ１１は、２倍高調波周波数以外の周波数信号を減衰させるので、基本波増幅器３と高調波伝達回路１５と分波回路４ａと分波回路４ｂで構成される閉ループ回路において、２倍高調波周波数以外の周波数でのループ利得を低下させ、ループ発振を抑制する機能を持っている。この結果、実施の形態1では、基本波増幅器３から発生した２倍高調波信号は最適な振幅、位相に調整された後に、効率よく基本波増幅器３に注入されることになり、ループ発振を起こすことなく高効率化を図ることが可能となる。なお、実施の形態１の回路構成図及び動作の説明においては、注入する高調波として２倍高調波を例に説明したが、２倍高調波以外の高調波、例えば３倍高調波であっても良い。
【００２７】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２における電力増幅器を示す回路構成図である。図４に示された実施の形態１の高調波伝達回路１５に補助増幅器１４を追加したものである。補助増幅器１４は、２倍高調波信号電力を増幅すると共に、方向性を与える機能をもつ。補助増幅器１４以外の回路部分の動作及び効果は実施の形態１と同様であるが、実施の形態２では、基本波増幅器３の出力側に発生した２倍高調波信号を出力側の分波回路４ｂで分波し、さらに高調波伝達回路１５及び入力側の分波回路４ａを経由して基本波増幅器３の入力側から注入するものである。また、補助増幅器１４を追加したことによって、大きな２倍高調波信号電力を基本波増幅器３に注入することが可能となり、より大きな効率改善効果が期待できる。実施の形態２の回路構成図及び動作の説明においては、注入する高調波として２倍高調波を例に説明したが、２倍高調波以外の高調波、例えば３倍高調波であっても良い。
【００２８】
実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３における電力増幅器を示す回路構成図である。図５に示した実施の形態２では、基本波増幅器３の出力側に装荷した分波回路４ｂで高調波信号を分波し、高調波伝達回路１５を経由して基本波増幅器３の入力側から注入しているのに対して、実施の形態３では、基本波増幅器３の入力側に装荷した分波回路４ａで高調波信号を分波し、高調波伝達回路１５を経由し、分波回路４ｂから基本波増幅器３の出力側に注入するものである。この結果、基本波増幅器３から発生した２倍高調波信号は最適な振幅、位相に調整された後に増幅され、効率よく基本波増幅器３の出力側に注入されることにな
り、ループ発振を起こすことなく高効率化を図ることが可能となる。なお、実施の形態３の回路構成図及び動作の説明においては、注入する高調波として２倍高調波を例に説明したが、２倍高調波以外の高調波、例えば３倍高調波であっても良い。
【００２９】
実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４における電力増幅器を示す回路構成図である。基本波増幅器３の入力側に分波回路４ａが接続され、分波回路４ａの２倍波端子７ａにサーキュレータ１６が接続される。さらに、サーキュレータ１６に、位相調整器１２と振幅調整器１３と補助増幅器１４とを有する高調波伝達回路１５が接続されている。基本波入力端子１から入力された基本波信号は分波回路４ａを通過して基本波増幅器３にて増幅され基本波出力端子２から出力される。このとき基本波増幅器３では基本波信号を増幅する際に、増幅素子のもつ非線形性のため基本波信号の２倍の周波数をもつ２倍高調波信号も発生する。発生した２倍高調波信号は基本波増幅器３の出力側だけでなく、入力側にも発生する。基本波増幅器３の入力側に出た２倍高調波信号は、分波回路４ａで基本波から分離され、２倍波端子７ａに出力される。この２倍高調波信号は、サーキュレータ１６、位相調整器１２、振幅調整器１３、補助増幅器１４を通過して再びサーキュレータ１６に戻り、２倍波端子７ａから分波回路４ａに入力される。
【００３０】
分波回路４ａは２倍波端子７ａから入力された２倍高調波信号が基本波端子６ａに出力されず合成端子５ａにのみ出力されるよう設計されているため、２倍高調波信号は、基本波入力端子１に抜けることなく基本波増幅器３に注入される。また２倍高調波信号は、位相調整器１２と振幅調整器１３と補助増幅器１４によって、基本波増幅器３の効率が最大となるよう、その位相、振幅が調整される。この結果、実施の形態４では、基本波増幅器３から発生した２倍高調波信号は最適な振幅、位相に調整され増幅された後に、効率よく基本波増幅器３の入力側に注入されることになり、高効率化を図ることが可能となる。実施の形態４の回路構成図及び動作の説明においては、注入する高調波として２倍高調波を例に説明したが、２倍高調波以外の高調波、例えは３倍高調波であっても良い。
【００３１】
実施の形態５．
図８は本発明の実施の形態５における電力増幅器を示す回路構成図である。図８では、図７に示された実施の形態４の分波回路４ａ、サーキュレータ１６、位相調整器１２、振幅調整器１３、補助増幅器１４を基本波増幅器３の出力側に装荷したものである。実施の形態５では、図８において、基本波増幅器３から発生した２倍高調波信号が基本波増幅器３の出力側に装荷した分波回路４ｂで基本波から分離され、２倍波端子７ｂに出力される。出力された２倍高調波信号は、サーキュレータ１６、位相調整器１２、振幅調整器１３、補助増幅器１４を通過して再びサーキュレータ１６に戻り、サーキュレータ１６から分波回路４ｂに入力される。分波回路４ｂは２倍波端子７ｂから入力された２倍高調波信号が基本波端子６ｂに出力されず合成端子５ｂにのみ出力されるよう設計されているため、２倍高調波信号は、基本波出力端子２に抜けることなく基本波増幅器３に注入される。
【００３２】
また、２倍高調波信号は、位相調整器１２、振幅調整器１３と補助増幅器１４によって、基本波増幅器３の効率が最大となるよう、その位相、振幅が調整される。この結果、実施の形態５では、基本波増幅器３から発生した２倍高調波信号は最適な振幅、位相に調整され増幅された後に、効率よく基本波増幅器３の出力側に注入されることになり、高効率化を図ることが可能となる。実施の形態５の回路構成図及び動作の説明においては、注入する高調波として２倍高調波を例に説明したが、２倍高調波以外の高調波、例えば、３倍高調波であっても良い。
【００３３】
実施の形態６．
図９は本発明の実施の形態６における電力増幅器を示す回路構成図である。図４に示し
た実施の形態１の分波回路４ａ，４ｂをバラン回路９ａ，９ｂに置き換え、基本波増幅器３をもう一つ追加することでプシュプル増幅器としたものである。つまり、図９で２個の基本波増幅器３ａ，３ｂのそれぞれの入力端子間には入力側バラン回路９ａが接続され、前記２個の基本波増幅器３ａ，３ｂのそれぞれの出力端子間には出力側バラン回路９ｂが接続されて、プシュプル電力増幅器が構成される。ここで、入出力側バラン回路９ａ，９ｂは基本波増幅器３ａ，３ｂで発生する２倍高調波を含む偶数次高調波信号を基本波信号に対して分波する分波回路として機能する。
【００３４】
出力側バラン回路９ｂと入力側バラン回路９ａの２倍波端子１０ｂ，１０ａ間に２倍波バンドパスフィルタ１１と、位相調整器１２と、振幅調整器１３とを有する高調波伝達回路１５を接続する。基本波増幅器３ａ及び３ｂからはそれぞれ２倍高調波信号が出力される。基本波増幅器３ａ及び３ｂの入力側から発生した２倍高調波信号は、入力側バラン回路９ａで足し合わされて、入力側バラン回路９ａの２倍波端子１０ａから出力され、高調波伝達回路１５に入力される。一方、基本波増幅器３ａ及び３ｂの出力側から発生した２倍高調波信号は、出力側バラン回路９ｂで足し合わされて、出力側バラン回路９ｂの２倍波端子１０ｂから出力され、高調波伝達回路１５に入力される。
【００３５】
これらの２倍高調波信号は、位相及び振幅が調整されたのち、高調波伝達回路１５から出力され、２倍波端子１０ａを介して入力側バラン回路９ａに、また、２倍波端子１０ｂを介して出力側バラン回路９ｂに入力される。入力側バラン回路９ａに入力された２倍高調波信号は２分配され、基本波増幅器３ａ及び３ｂの入力側から注入され、また、出力側バラン回路９ｂに入力された２倍高調波信号は２分配され、基本波増幅器３ａ及び３ｂの出力側から注入されることによって、高効率化が図られる。また、高調波伝達回路１５にて２倍波信号の振幅と位相がそれぞれ最適に調整されることと、２倍波バンドパスフィルタ１１によって２倍波信号以外の周波数の電力が減衰し、ループ発振を抑制することは、実施の形態1の場合と同様である。実施の形態６の回路構成図及び動作の説明においては
、注入する高調波として２倍高調波を例に説明したが、帰還する高調波は２倍高調波以外の偶数次高調波、例えば４倍高調波であっても良い。
【００３６】
実施の形態７．
図１０は本発明の実施の形態７における電力増幅器を示す回路構成図である。図９に示された実施の形態６の高調波伝達回路１５に補助増幅器１４を追加したものである。補助増幅器１４は、２倍高調波信号電力を増幅すると共に、方向性を与える機能をもつ。補助増幅器１４以外の回路部分の動作及び効果は実施の形態６と同様であるが、実施の形態7
では、基本波増幅器３ａ及び３ｂの出力側に発生した２倍高調波信号を、出力側バラン回路９ｂで基本波から分波し、さらに高調波伝達回路１５で位相、振幅を調整し増幅したのち、入力側バラン回路９ａに入力し、そこで２分配され、基本波増幅器３ａ及び３ｂの入力側から注入するものである。また、補助増幅器１４を追加したことによって、大きな２倍高調波信号電力を基本波増幅器３ａ及び３ｂに注入することが可能となり、より大きな効率改善効果が期待できる。実施の形態７の回路構成図及び動作の説明においては、帰還する高調波として２倍高調波を例に説明したが、帰還する高調波は２倍高調波以外の偶数次高調波、例えは４倍高調波であっても良い。
【００３７】
実施の形態８．
図１１は本発明の実施の形態８における電力増幅器を示す回路構成図である。図１０に示した実施の形態７では、基本波増幅器３ａ，３ｂの出力側に装荷した出力側バラン回路９ｂで高調波信号を分波し、高調波伝達回路１５を経由して基本波増幅器３ａ及び３ｂの入力側から注入しているのに対して、実施の形態８では、基本波増幅器３ａ及び３ｂの入力側に装荷した入力側バラン回路９ａで高調波信号を分波し、高調波伝達回路１５を経由して出力側バラン回路９ｂで２分配して基本波増幅器３ａ及び３ｂの出力側に注入するも
のである。この結果、基本波増幅器３ａ及び３ｂから発生した２倍高調波信号は最適な振幅、位相に調整され増幅された後に、効率よく基本波増幅器３ａ及び３ｂの出力側に注入されることになり、ループ発振を起こすことなく高効率化を図ることが可能となる。なお、実施の形態８の回路構成図及び動作の説明においては、注入する高調波として２倍高調波を例に説明したが、２倍高調波以外の偶数次高調波、例えは４倍高調波であっても良い。
【００３８】
実施の形態９．
図１２は本発明の実施の形態９における電力増幅器を示す回路構成図である。プッシュプル増幅器の入力側バラン回路９ａの２倍波端子１０ａにはサーキュレータ１６を介して、位相調整器１２と振幅調整器１３と補助増幅器１４とを有する高調波伝達回路１５が接続されている。基本波入力端子１から入力された基本波信号はプッシュプル増幅器にて増幅され基本波出力端子２から出力される。このとき基本波増幅器３ａ及び３ｂでは基本波信号を増幅する際に、増幅素子のもつ非線形性のため基本波信号の２倍の周波数をもつ２倍高調波信号を発生する。２倍高調波信号は入力側バラン回路９ａで基本波信号から分波され２倍波端子１０ａに出力される。
【００３９】
この２倍高調波信号はサーキュレータ１６、位相調整器１２、振幅調整器１３、補助増幅器１４を通過して再びサーキュレータ１６に戻り、２倍波端子１０ａを介して入力側バラン回路９ａに入力される。入力側バラン回路９ａに入力された２倍高調波信号は、そこで２分配され、さらに基本波増幅器３ａ及び３ｂの入力側に注入される。また２倍高調波信号は位相調整器１２と振幅調整器１３と補助増幅器１４によって、基本波増幅器３ａ及び３ｂの効率が最大となるよう、その位相、振幅が調整される。この結果、実施の形態９では、基本波増幅器３ａ及び３ｂから発生した２倍高調波信号は最適な振幅、位相に調整され増幅された後に、効率よく基本波増幅器３ａ及び３ｂの入力側に注入されることになり、高効率化を図ることができる。実施の形態９の回路構成図及び動作の説明においては、注入する高調波として２倍高調波を例に説明したが、２倍高調波以外の偶数次高調波、例えば、４倍高調波であっても良い。
【００４０】
実施の形態１０．
図１３は本発明の実施の形態１０における電力増幅器を示す回路構成図である。図１２に示された実施の形態９との違いは、サーキュレータ１６、位相調整器１２と振幅調整器１３と補助増幅器１４とを有する高調波伝達回路１５をプッシュプル増幅器の出力側に装荷したものである。この結果、実施の形態１０では基本波増幅器３ａ及び３ｂから発生した２倍高調波信号をプッシュプル増幅器の出力側に装荷した出力側バラン回路９ｂから取り出し、サーキュレータ１６を介して高調波伝達回路１５に入力し、２倍高調波信号の位相と振幅を最適に調整し増幅した後に、再びサーキュレータ１６に戻り、２倍波端子１０ｂを介して出力側バラン回路９ｂに入力され２分配されて、基本波増幅器３ａ及び３ｂの出力側から注入することで高効率化を図るものである。実施の形態１０の回路構成図及び動作の説明においては、注入する高調波として２倍高調波を例に説明したが、２倍高調波以外の偶数次高調波、例えば４倍高調波であっても良い。
【００４１】
以上の説明において、基本波増幅器３は１段増幅器に限らず多段構成の増幅器であってもよく、また、基本波増幅器３は並列に増幅素子を配置した電力合成形増幅器であってもよく、さらに、基本波増幅器３はカスコード接続構成の増幅器であってもよい。また、基本波増幅器３を構成する入力整合回路、または出力整合回路、またはその両方において、注入する高調波周波数においても整合するような特性としても良い。また、高調波伝達回路にサーキュレータ、またはアイソレータを装荷しても良い。また、分波回路又はバラン回路と基本波増幅器３との間に高調波整合回路を設けてもよい。実施例１〜５では、分波回路で分波し、基本波増幅器３に注入する高調波は２次以上の任意の高調波であっても良
い。また実施例６〜１０ではバラン回路で分波し、プシュプル増幅器に注入する高調波は、任意の偶数次高調波であってもよい。また、実施例１〜１０を組み合わせて構成したものであっても良い。さらに、複数の次数の高調波、例えば２倍高調波と３倍高調波を同時に注入するものであっても良い。
本発明の各種の変形又は変更は、関連する熟練技術者が、本発明の範囲と精神を逸脱しない中で実現可能であり、この明細書に記載された各実施の形態には制限されないことと理解されるべきである。
【符号の説明】
【００４２】
１  基本波入力端子                    ２  基本波出力端子
３，３ａ，３ｂ  基本波増幅器          ４ａ，４ｂ  分波回路
５ａ，５ｂ  合成端子                  ６ａ，６ｂ  基本波端子
７ａ，７ｂ  ２倍波端子                ８ａ，８ｂ  ３倍波端子
９ａ，９ｂ  バラン回路                １０ａ，１０ｂ  ２倍波端子
１１  ２倍波バンドパスフィルタ        １２  位相調整器
１３  振幅調整器                      １４  補助増幅器 
１５  高調波伝達回路                  １６  サーキュレータ
１７ａ，１７ｂ  ２倍波注入端子        １８ａ，１８ｂ  ３倍波注入端子
【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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