(57)【要約】【課題】高効率の増幅動作を実現することが可能な電力増幅器を提供すること。【解決手段】本発明のドハティ増幅器１は、入力信号を第１及び第２分配信号に分配する電力分配器１１と、第１分配信号を増幅するキャリアアンプ１２と、第２分配信号の電力が所定電力以上の場合に第２分配信号を増幅するピークアンプ１３と、キャリアアンプ１２及びピークアンプ１３のそれぞれの出力のインピーダンスを変換するインピーダンス変換器１４と、キャリアアンプ１２が設けられた第１信号経路上、又は、ピークアンプ１３が設けられた第２信号経路上に設けられ、入力信号の瞬時電力に応じて、通過する信号の位相を変化させる可変位相器１５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を第１及び第２分配信号に分配する分配器と、
前記第１分配信号を増幅するキャリアアンプと、
前記第２分配信号の電力が所定電力以上の場合に当該第２分配信号を増幅するピークアンプと、
前記キャリアアンプ及び前記ピークアンプのそれぞれの出力のインピーダンスを変換するインピーダンス変換器と、
前記キャリアアンプが設けられた第１信号経路上、又は、前記ピークアンプが設けられた第２信号経路上に設けられ、前記入力信号の瞬時電力に応じて、通過する信号の位相を変化させる可変位相器と、
を備えた、電力増幅器。
【請求項２】
前記可変位相器は、
前記入力信号の瞬時電力を検出する電力検出部と、
前記電力検出部の検出結果に応じた位相調整幅の情報を出力する制御部と、
前記位相調整幅の分だけ前記通過する信号の位相を調整する位相調整部と、を有する、
請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項３】
前記制御部は、前記入力信号の瞬時電力に対する位相調整幅を規定したテーブルを参照することで、前記電力検出部の検出結果に応じた前記位相調整幅を決定する、請求項２に記載の電力増幅器。
【請求項４】
前記電力検出部は、前記通過する信号の電力を基に前記入力信号の瞬時電力を検出する、請求項２に記載の電力増幅器。
【請求項５】
前記可変位相器は、
前記入力信号が変調される前のベースバンド信号の情報を基に前記入力信号の瞬時電力を決定した後、当該入力信号の瞬時電力に応じた位相調整幅の情報を出力する制御部と、
前記位相調整幅の分だけ前記通過する信号の位相を調整する位相調整部と、を有する、
請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項６】
前記可変位相器は、前記ピークアンプの前段に設けられ、前記第２分配信号の瞬時電力に応じて当該第２分配信号の位相を変化させる、請求項１〜５の何れか一項に記載の電力増幅器。
【請求項７】
前記キャリアアンプは、Ａ級、Ｂ級及びＡＢ級の何れかにバイアスされ、前記ピークアンプは、Ｃ級にバイアスされている、請求項１〜６の何れか一項に記載の電力増幅器。
【請求項８】
ベースバンド信号を変調して高周波信号を出力するベースバンド信号処理部と、
前記入力信号として供給される前記高周波信号を増幅する請求項１〜７の何れか一項に記載の電力増幅器と、
前記電力増幅器の出力信号を無線送信するアンテナと、
を備えた、無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅器に関し、特に飽和出力の電力値を高い値に維持しつつ高効率の増幅動作を実現するのに適した電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、ＬＴＥ(Long Term Evolution)等の通信規格を採用した高速かつ大容量の無線通信が行われている。それに伴い、信号のＰＡＰＲ(Peak to Average Power Ratio)が大きくなってきている。一般的に、無線通信装置に搭載される電力増幅器では、信号のＰＡＰＲが大きくなると、消費電力が増大するため、動作効率が低下してしまう。
【０００３】
この問題を解決するため、広範囲の電力出力時において高効率の増幅動作を実現可能なドハティ増幅器の開発が進められている。
【０００４】
一般的にドハティ増幅器は、入力信号を分配する分配器と、分配された一方の信号を常時増幅するキャリアアンプと、分配された他方の信号が所定電力以上の場合に当該信号を増幅するピークアンプと、キャリアアンプ及びピークアンプのそれぞれの出力を合成する合成器と、を備える。
【０００５】
ここで、ドハティ増幅器は、入力信号が低電力の場合、ＡＢ級等にバイアスされたキャリアアンプのみで電力増幅を行い、入力信号が高電力の場合、キャリアアンプとＣ級等にバイアスされたピークアンプとで電力増幅を行う。それにより、ドハティ増幅器は、消費電力を抑制することができるため、バックオフ電力（飽和電力からバックオフをとった出力電力；例えば高周波信号の平均出力電力）出力時でも高効率の増幅動作を実現することができる。
【０００６】
ドハティ増幅器に関する技術は、特許文献１や特許文献２にも開示されている。なお、これら文献に開示されたドハティ増幅器には、位相調整用の位相器（移相器）が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３３２８２９号公報
【特許文献２】特開２００９−１９４４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、Ｃ級等にバイアスされたピークアンプでは、ＡＢ級等にバイアスされたキャリアアンプと比較して、入力電力に対する通過位相の変動が大きい。そのため、飽和電力出力時とバックオフ電力出力時とでは、キャリアアンプ及びピークアンプのそれぞれの出力信号の位相差が異なってくる。そのため、飽和電力出力時における位相差と、バックオフ電力出力時における位相差と、を共に無くすことは困難である。
【０００９】
即ち、例えば、バックオフ電力出力時における位相差を無くすように位相調整した場合、飽和電力出力時では、位相差が残るため、合成ロスが発生して動作効率が低下してしまう。その結果、飽和出力の電力値が低下してしまう。他方、飽和電力出力時における位相差を無くすように位相調整した場合、バックオフ電力出力時では、位相差が残るため、合成ロスが発生して動作効率が低下してしまう。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、飽和出力の電力値を高い値に維持しつつ、高効率の増幅動作を実現することが可能な電力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】
【００１１】
本発明に係る電力増幅器は、入力信号を第１及び第２分配信号に分配する分配器と、前記第１分配信号を増幅するキャリアアンプと、前記第２分配信号の電力が所定電力以上の場合に当該第２分配信号を増幅するピークアンプと、前記キャリアアンプ及び前記ピークアンプのそれぞれの出力のインピーダンスを変換するインピーダンス変換器と、前記キャリアアンプが設けられた第１信号経路上、又は、前記ピークアンプが設けられた第２信号経路上に設けられ、前記入力信号の瞬時電力に応じて、通過する信号の位相を変化させる可変位相器と、を備える。それにより、広範囲の電力出力時においてキャリアアンプ及びピークアンプの出力信号の位相差を抑制することが可能になるため、飽和出力の電力値を高い値に維持しつつ、高効率の増幅動作を実現することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、飽和出力の電力値を高い値に維持しつつ、高効率の増幅動作を実現することが可能な電力増幅器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかるドハティ増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すドハティ増幅器の出力電力と動作効率との関係を示す図である。
【図３】図１に示すドハティ増幅器が搭載された無線通信装置を示すブロック図である。
【図４】図１に示すドハティ増幅器の具体的構成を示すブロック図である。
【図５】図１に示すドハティ増幅器の第１変形例を示すブロック図である。
【図６】図１に示すドハティ増幅器の第２変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係るドハティ増幅器１の構成例を示すブロック図である。
図１に示すように、ドハティ増幅器（電力増幅器）１は、例えば無線基地局や無線通信端末等に搭載され、電力分配器１１と、キャリアアンプ１２と、ピークアンプ１３と、インピーダンス変換器１４と、を備える。
【００１５】
（電力分配器１１）
電力分配器１１は、ドハティ増幅器１の入力信号の電力を一定の割合で分配し、第１及び第２分配信号として出力する。
【００１６】
（キャリアアンプ１２）
キャリアアンプ１２は、第１分配信号を常時増幅する。キャリアアンプ１２は、例えば、ＡＢ級、Ｂ級及びＡ級の何れかにバイアスされている。
【００１７】
（ピークアンプ１３）
ピークアンプ１３は、第２分配信号が所定電力以上の場合に当該第２分配信号を増幅する。ピークアンプ１３は、例えば、Ｃ級にバイアスされている。
【００１８】
（インピーダンス変換器１４）
インピーダンス変換器１４は、キャリアアンプ１２及びピークアンプ１３のそれぞれの出力のインピーダンスを変換する。例えば、インピーダンス変換器１４は、λ／４線路により構成され、キャリアアンプ１２及びピークアンプ１３の出力インピーダンスを変換する。
【００１９】
（可変位相器１５）
可変位相器１５は、ピークアンプ１３の前段に設けられ、ドハティ増幅器１の入力信号の瞬時電力に応じて第２分配信号の位相を変化させる。
【００２０】
ここで、例えばＣ級にバイアスされたピークアンプ１３では、例えばＡＢ級にバイアスされたキャリアアンプ１２と比較して、入力電力に対する通過位相の変動が大きい。そのため、何も対策しなければ、飽和電力出力時とバックオフ電力（飽和電力からバックオフをとった出力電力；例えば高周波信号の平均出力電力）出力時とでは、キャリアアンプ１２及びピークアンプ１３のそれぞれの出力信号の位相差が異なってくる。そのため、飽和電力出力時における位相差と、バックオフ電力出力時における位相差と、を共に無くすことは困難である。
【００２１】
即ち、例えば、バックオフ電力出力時における位相差を無くすように位相調整した場合、飽和電力出力時では、位相差が残るため、合成ロスが発生して動作効率が低下する（図２の一点鎖線）。他方、飽和電力出力時における位相差を無くすように位相調整した場合、バックオフ電力出力時では、位相差が残るため、合成ロスが発生して動作効率が低下する（図２の破線）。
【００２２】
そこで、ドハティ増幅器１は、可変位相器１５を用いて、入力信号の瞬時電力に応じて第２分配信号の位相を変化させている。それにより、飽和電力出力時における位相差と、バックオフ電力出力時における位相差と、を共に抑制する（本例ではそれぞれの位相差を無くす）ことが可能になる。それにより、飽和電力出力時及びバックオフ電力出力時における合成ロスが共に小さくなるため、飽和電力出力時における動作効率と、バックオフ電力出力時における動作効率と、を共に向上させることができる。つまり、ドハティ増幅器１は、飽和出力の電力値を高い値に維持しつつ、バックオフ電力出力時の動作効率を向上させることができる。
【００２３】
このように、ドハティ増幅器１は、ピークアンプ１３の前段に設けられた可変位相器１５を用いて、入力信号の瞬時電力に応じて第２分配信号の位相を変化させている。それにより、飽和電力出力時及びバックオフ電力出力時を含む広範囲の電力出力時において、キャリアアンプ１２及びピークアンプ１３の位相差を抑制することができる。それにより、ドハティ増幅器１は、飽和出力の電力値を高い値に維持しつつ、バックオフ電力出力時の動作効率を向上させることができる。
【００２４】
なお、可変位相器１５は、キャリアアンプ１２の前段に設けられてもよいし、キャリアアンプ１２又はピークアンプ１３の後段に設けられてもよい。何れにしても、可変位相器１５は、ドハティ増幅器１の入力信号の瞬時電力に応じて、通過する信号の位相を調整する。
【００２５】
また、ドハティ増幅器１は、キャリアアンプ１２とピークアンプ１３とを置き換えた逆ドハティ増幅器の構成に適宜変更可能である。
【００２６】
（ドハティ増幅器１の適用事例）
続いて、ドハティ増幅器１の適用事例について説明する。
図３は、ドハティ増幅器１が搭載された無線通信装置を示すブロック図である。図３に示すように、無線通信装置は、ドハティ増幅器１と、ベースバンド信号処理部（ＢＢ処理部）２と、アンテナ３と、を備える。なお、図３の例では、送信経路上に設けられた回路のみを示している。
【００２７】
ベースバンド信号処理部２は、デジタルのベースバンド信号（ＢＢ信号）をアナログに変換したり高周波信号に変調したりする。ドハティ増幅器１は、ベースバンド信号処理部２から出力された高周波信号を増幅して出力する。ドハティ増幅器１の出力信号は、例えばフィルタ（不図示）によって不要成分が除去された後、アンテナ３を介して外部に無線送信される。
【００２８】
ドハティ増幅器１が搭載された無線通信装置は、消費電力を抑制しつつ、高精度の無線通信を行うことができる。
【００２９】
（可変位相器１５の具体的構成）
図４は、ドハティ増幅器１の具体的構成をドハティ増幅器１ａとして示すブロック図である。ドハティ増幅器１ａでは、可変位相器１５の具体的構成が可変位相器１５ａとして示されている。
【００３０】
図４に示すように、可変位相器１５ａは、電力検出部１５１と、制御部１５２と、位相調整部１５３と、を備える。
【００３１】
電力検出部１５１は、ドハティ増幅器１の入力信号の瞬時電力に比例する第２分配信号の瞬時電力を検出する。即ち、電力検出部１５１は、第２分配信号の瞬時電力を基にドハティ増幅器１の入力信号の瞬時電力を検出している。
【００３２】
制御部１５２は、電力検出部１５１の検出結果に応じた位相調整幅の情報を制御信号として出力する。例えば、制御部１５２は、入力電力に対する位相調整幅を規定したテーブルを参照することで、電力検出部１５１の検出結果に応じた位相調整幅を決定する。そして、位相調整部１５３は、その位相調整幅の分だけ第２分配信号の位相を調整する。
【００３３】
（可変位相器１５の第１変形例）
図５は、ドハティ増幅器１の第１変形例をドハティ増幅器１ｂとして示すブロック図である。ドハティ増幅器１ｂでは、可変位相器１５の第１変形例が可変位相器１５ｂとして示されている。
【００３４】
図５に示すように、可変位相器１５ｂでは、電力検出部１５１が、ドハティ増幅器１の入力信号（高周波信号）の瞬時電力を直接検出している。可変位相器１５ｂのその他の構成については、可変位相器１５ａの場合と同様であるため、その説明を省略する。
【００３５】
ドハティ増幅器１ｂは、ドハティ増幅器１ａと同等の効果を奏することができる。
【００３６】
（可変位相器１５の第２変形例）
図６は、ドハティ増幅器１の第２変形例をドハティ増幅器１ｃとして示すブロック図である。ドハティ増幅器１ｃでは、可変位相器１５の第２変形例が可変位相器１５ｃとして示されている。図６の例では、ドハティ増幅器１ｃが無線通信装置に適用されている。
【００３７】
図６に示すように、可変位相器１５ｃは、可変位相器１５ａと比較して、制御部１５２及び位相調整部１５３を有し、電力検出部１５１を有しない。可変位相器１５ｃにおいて、制御部１５２は、ドハティ増幅器１ｃの入力信号（高周波信号）がベースバンド信号処理部２によって変調される前のベースバンド信号（ＢＢ信号）の情報に基づいて、ドハティ増幅器１ｃの入力信号の瞬時電力を決定している。可変位相器１５ｃのその他の構成については、可変位相器１５ａの場合と同様であるため、その説明を省略する。
【００３８】
ドハティ増幅器１ｃは、ドハティ増幅器１ａと同等の効果を奏することができる。
【００３９】
以上のように、本実施の形態に係るドハティ増幅器は、ピークアンプが設けられた信号経路上、又は、キャリアアンプが設けられた信号経路上に設けられた可変位相器を用いて、ドハティ増幅器の入力信号の瞬時電力に応じて、通過する信号の位相を変化させている。それにより、本実施の形態に係るドハティ増幅器は、飽和電力出力時及びバックオフ電力出力時を含む広範囲の電力出力時において、キャリアアンプ及びピークアンプの位相差を抑制することができる。それにより、本実施の形態に係るドハティ増幅器は、飽和出力の電力値を高い値に維持しつつ、バックオフ電力出力時の動作効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  ドハティ増幅器
１ａ  ドハティ増幅器
１ｂ  ドハティ増幅器
１ｃ  ドハティ増幅器
２  ベースバンド信号処理部
３  アンテナ
１１  電力分配器
１２  キャリアアンプ
１３  ピークアンプ
１４  インピーダンス変換器
１５  可変位相器
１５ａ  可変位相器
１５ｂ  可変位相器
１５ｃ  可変位相器
１５１  電力検出部
１５２  制御部
１５３  位相調整部
【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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