(57)【要約】【課題】簡単な構成により利得を下げずに効率を向上させることができる電力増幅回路を得る。【解決手段】基板１上に、熱感応式分配器２、電力増幅素子３ａ，３ｂ、及び合成器４が設けられている。熱感応式分配器２は、入力信号を最大で２つに分配する。電力増幅素子３ａ，３ｂは、分配された入力信号をそれぞれ電力増幅する。合成器４は、電力増幅素子３ａ，３ｂの出力信号を１つに合成する。電力増幅素子３ａ，３ｂで発生した熱が、基板１を介して熱感応式分配器２に伝わる。熱感応式分配器２は、温度が高くなるほど多くの電力増幅素子３ａ，３ｂに入力信号を分配する。【選択図】図１
2013055413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を最大でｎ個（ｎは２以上の自然数）に分配する熱感応式分配器と、
分配された前記入力信号をそれぞれ電力増幅するｎ個の電力増幅素子と、
前記ｎ個の電力増幅素子の出力信号を１つに合成する合成器と、
前記熱感応式分配器と前記ｎ個の電力増幅素子が設けられた基板とを備え、
前記ｎ個の電力増幅素子で発生した熱が前記基板を介して前記熱感応式分配器に伝わり、
前記熱感応式分配器は、温度が高くなるほど多くの前記電力増幅素子に前記入力信号を分配することを特徴とする電力増幅回路。
【請求項２】
前記ｎ個の電力増幅素子は、第１から第ｎの電力増幅素子を有し、
前記熱感応式分配器は、
前記入力信号が入力される入力端子と、
前記第１から第ｎの電力増幅素子にそれぞれ接続された第１から第ｎの出力端子と、
前記入力端子と前記第１の出力端子を接続する配線と、
前記入力端子と前記第２から第ｎの出力端子との間にそれぞれ接続された（ｎ−１）個の温度スイッチとを有し、
前記（ｎ−１）個の温度スイッチは、互いに異なる閾値温度を持ち、温度が前記閾値温度より低いとＯＦＦとなり、温度が前記閾値温度以上になるとＯＮとなることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅回路。
【請求項３】
前記（ｎ−１）個の温度スイッチは、熱膨張率の異なる２種類の金属板を張り合わせたバイメタルスイッチであることを特徴とする請求項２に記載の電力増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信機などに組み込まれる電力増幅回路に関し、特に簡単な構成により利得を下げずに効率を向上させることができる電力増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｗ−ＣＤＭＡ(Wideband Code Division Multiple Access)やＬＴＥ（Long Term Evolution）等の変調方式では、基地局と移動機の間の距離や伝搬経路に応じてダイナミックに電力の制御を行う（例えば、特許文献１参照）。高周波増幅器は、飽和電力（最大出力電力）付近では効率が良いが、低出力時には効率が大きく低下して、電力損失が大きくなる。そこで、従来は、Ｄｏｈｅｒｔｙ型増幅回路や、システムでバイアス制御を行うことにより、低出力時の効率を向上させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３１２５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｄｏｈｅｒｔｙ型増幅回路は２つ以上の電力増幅素子と分配器を有し、その分配器は動作していない電力増幅素子にも電力を均等に分配する。このため、一部の電力増幅素子が動作していない低出力時に利得が低下する。
【０００５】
また、バイアス制御の場合には、コントロールＬＳＩ等に制御用のテーブルを持たせてＤＡＣにより電源回路に供給される基準電圧を制御するか、自動制御の場合は検波回路を設ける必要があり、回路が大きく複雑になる。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は簡単な構成により利得を下げずに効率を向上させることができる電力増幅回路を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電力増幅回路は、入力信号を最大でｎ個（ｎは２以上の自然数）に分配する熱感応式分配器と、分配された前記入力信号をそれぞれ電力増幅するｎ個の電力増幅素子と、前記ｎ個の電力増幅素子の出力信号を１つに合成する合成器と、前記熱感応式分配器と前記ｎ個の電力増幅素子が設けられた基板とを備え、前記ｎ個の電力増幅素子で発生した熱が前記基板を介して前記熱感応式分配器に伝わり、前記熱感応式分配器は、温度が高くなるほど多くの前記電力増幅素子に前記入力信号を分配することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、簡単な構成により利得を下げずに効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力増幅回路の低出力時を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電力増幅回路の高出力時を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る温度スイッチを示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る電力増幅回路の効率を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る電力増幅回路の利得を示す図である。
【図６】Ｄｏｈｅｒｔｙ型増幅回路の利得を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る電力増幅回路の中出力時を示す平面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る電力増幅回路の高出力時を示す平面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る電力増幅回路の効率を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る電力増幅回路の利得を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る電力増幅回路について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る電力増幅回路の低出力時を示す平面図であり、図２は高出力時を示す平面図である。基板１上に、熱感応式分配器２、電力増幅素子３ａ，３ｂ、及び合成器４が設けられている。熱感応式分配器２は、入力信号を最大で２つに分配する。電力増幅素子３ａ，３ｂは、分配された入力信号をそれぞれ電力増幅する。合成器４は、電力増幅素子３ａ，３ｂの出力信号を１つに合成する。電力増幅素子３ａ，３ｂで発生した熱が、基板１を介して熱感応式分配器２に伝わる。熱感応式分配器２は温度が高くなるほど多くの電力増幅素子３ａ，３ｂに入力信号を分配する。
【００１２】
熱感応式分配器２の入力端子５に入力信号が入力される。熱感応式分配器２の出力端子６ａ，６ｂが電力増幅素子３ａ，３ｂにそれぞれ接続されている。入力端子５と出力端子６ａは配線７により常に接続されている。一方、入力端子５と出力端子６ｂとの間には温度スイッチ８ａが接続されている。
【００１３】
図３は、本発明の実施の形態１に係る温度スイッチを示す断面図である。温度スイッチ８ａは、熱膨張率の異なる２種類の金属板９，１０を張り合わせたバイメタルスイッチである。温度スイッチ８ａは、温度が閾値温度より低いとＯＦＦとなり、温度が閾値温度以上になるとＯＮとなる。
【００１４】
続いて、実施の形態１に係る電力増幅回路の動作を説明する。低出力時には電力増幅素子３ａ，３ｂの発熱量が小さいため、熱感応式分配器２の温度が低い。従って、図１に示すように、温度スイッチ８ａがＯＦＦとなり、熱感応式分配器２は入力信号を分配せずに電力増幅素子３ａだけに供給する。
【００１５】
入力電力が増大して電力増幅素子３ａが飽和電力に近づいて発熱量が増すと、熱感応式分配器２の温度が閾値温度以上になる。従って、図２に示すように、温度スイッチ８ａがＯＮとなり、熱感応式分配器２が１：１の電力分配器になるため、電力増幅素子３ａ，３ｂの両方に電力が均等に分配される。飽和電力になる入力電力から３ｄＢ低い入力電力が電力増幅素子３ａ，３ｂに供給され、電力増幅素子３ａ，３ｂの線形性が回復する。また、出力電力の総和は、電力増幅素子３ａ，３ｂの出力の和なので、電力増幅素子３ａ，３ｂの飽和電力が同じ場合には、最大出力電力を３ｄＢ向上させることができる。
【００１６】
図４は、本発明の実施の形態１に係る電力増幅回路の効率を示す図である。上述の熱感応式分配器２の動作により、最大出力電力から３ｄＢバックオフ時の効率が、最大出力時と同等の高い数値になることが分かる。
【００１７】
図５は、本発明の実施の形態１に係る電力増幅回路の利得を示す図である。図６は、Ｄｏｈｅｒｔｙ型増幅回路の利得を示す図である。Ｄｏｈｅｒｔｙ型増幅回路では低出力時に利得が下がるが、実施の形態１では利得が下がらないことが分かる。
【００１８】
以上説明したように、熱感応式分配器２は、温度が高くなるほど多くの電力増幅素子３ａ，３ｂに入力信号を分配する。そして、電力増幅素子３ａ，３ｂの出力電力が高いほど、その発熱量が多くなるため、熱感応式分配器２の温度が高くなる。従って、熱感応式分配器２は、電力増幅素子３ａ，３ｂの出力電力に応じて、各電力増幅素子３ａ，３ｂに分配する電力を自動的に最適化する。これにより、効率を向上させることができる。この際に、利得を下げることなく動作が可能である。また、熱感応式分配器２の動作に外部からの制御を必要としないため、回路構成が簡単である。
【００１９】
実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２に係る電力増幅回路の中出力時を示す平面図であり、図８は高出力時を示す平面図である。３つの電力増幅素子３ａ，３ｂ，３ｃが設けられている。熱感応式分配器２の出力端子６ｃが電力増幅素子３ｃに接続され、入力端子５と出力端子６ｃとの間に温度スイッチ８ｂが接続されている。温度スイッチ８ａ，８ｂは互いに異なる閾値温度を持つ。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００２０】
続いて、実施の形態２に係る電力増幅回路の動作を説明する。低出力時には、温度スイッチ８ａ，８ｂがＯＦＦとなり、熱感応式分配器２は入力信号を分配せずに電力増幅素子３ａだけに供給する。
【００２１】
入力電力が増大して電力増幅素子３ａが飽和電力に近づいて発熱量が増すと、熱感応式分配器２の温度が第１の閾値温度以上になる。従って、図７に示すように、温度スイッチ８ａがＯＮとなり、熱感応式分配器２が１：１：０の電力分配器になるため、電力増幅素子３ａ，３ｂの両方に電力が均等に分配される。飽和電力になる入力電力から３ｄＢ低い入力電力が電力増幅素子３ａ，３ｂに供給され、電力増幅素子３ａ，３ｂの線形性が回復する。
【００２２】
さらに入力電力が増大して発熱量が増すと、熱感応式分配器２の温度が第２の閾値温度以上になる。従って、図８に示すように、温度スイッチ８ｂもＯＮとなり、３つ目の電力増幅素子３ｃにも電力が分配される。ここで、電力増幅素子３ａ，３ｂ，３ｃのトランジスタの大きさ又は最大飽和電力の大きさを１：１：２とし、熱感応式分配器２の分配比率を１：１：２とする。また、出力電力の総和は、電力増幅素子３ａ，３ｂ，３ｃの出力の和なので、最大出力電力を６ｄＢ向上させることができる。
【００２３】
図９は、本発明の実施の形態２に係る電力増幅回路の効率を示す図である。最大出力電力から６ｄＢバックオフ時の効率が、最大出力時と同等の高い数値になることが分かる。図１０は、本発明の実施の形態２に係る電力増幅回路の利得を示す図である。実施の形態１では利得が下がらないことが分かる。
【００２４】
以上説明したように、熱感応式分配器２は、温度が高くなるほど多くの電力増幅素子３ａ，３ｂ，３ｃに入力信号を分配する。これにより、実施の形態１と同様に、簡単な構成により利得を下げずに効率を向上させることができる。
【００２５】
なお、実施の形態１は電力増幅素子が２つの場合であり、実施の形態２は電力増幅素子が３つの場合であるが、これに限らず電力増幅素子がｎ個（ｎは２以上の自然数）の場合に本発明を適用することができる。この場合、温度スイッチは（ｎ−１）個となり、これらは互いに異なる閾値温度を持つ。例えば３つの温度スイッチが有る場合に、出力電力１０Ｗ、２０Ｗ、４０Ｗ時の温度にそれぞれの温度スイッチの閾値温度を設定する。
【符号の説明】
【００２６】
１  基板
２  熱感応式分配器
３ａ，３ｂ，３ｃ  電力増幅素子
４  合成器
５  入力端子
６ａ，６ｂ，６ｃ  出力端子
７  配線
８ａ，８ｂ  温度スイッチ
９，１０  金属板
【図１】
2013055413.tif 000003
【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】
2013055413.tif 000008
【図７】
2013055413.tif 000009
【図８】
2013055413.tif 000010
【図９】
2013055413.tif 000011
【図１０】
2013055413.tif 000012