(57)【要約】無線周波数信号を増幅する電力増幅器が提供される。電力増幅器は、エンベロープトラッキング電源と、エンベロープトラッキング電源と結合され、無線周波数信号を増幅するよう構成されるキャリア増幅器と、増幅された無線周波数信号の１つの部分がピーク増幅器経路に沿って進み、増幅された無線周波数信号の他の部分がインピーダンス変成器経路に沿って進むように、増幅された無線周波数信号をキャリア増幅器から分けるよう構成される入力整合ネットワークと、エンベロープトラッキング電源と結合され、入力整合ネットワークからの増幅された無線周波数信号の１つの部分を増幅するよう構成されるピーク増幅器と、入力整合ネットワークからの増幅された無線周波数信号の他の部分に対してインピーダンス変換を行うよう構成されるインピーダンス変成器と、ピーク増幅器及びインピーダンス変成器の出力を結合するよう構成される出力整合ネットワークとを有する。
2017534219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数信号を増幅する電力増幅器であって、
エンベロープトラッキング電源と、
前記エンベロープトラッキング電源と結合され、前記無線周波数信号を増幅するよう構成されるキャリア増幅器と、
前記増幅された無線周波数信号の１つの部分がピーク増幅器経路に沿って進み、前記増幅された無線周波数信号の他の部分がインピーダンス変成器経路に沿って進むように、前記キャリア増幅器から前記増幅された無線周波数信号を分けるよう構成される入力整合ネットワークと、
前記エンベロープトラッキング電源と結合され、前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記１つの部分を増幅するよう構成されるピーク増幅器と、
前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記他の部分に対してインピーダンス変換を行うよう構成されるインピーダンス変成器と、
前記ピーク増幅器及び前記インピーダンス変成器の出力を結合するよう構成される出力整合ネットワークと
を有し、
前記ピーク増幅器は、前記無線周波数信号の入力電力レベルに少なくとも部分的に基づき、低電力モードではオフされ、高電力モードではオンされるよう構成される、
電力増幅器。
【請求項２】
前記エンベロープトラッキング電源の出力は、交流成分及び直流成分の組み合わせであり、
前記交流成分は、前記エンベロープトラッキング電源の線形変調器によって供給され、前記直流成分は、外部直流電源によって供給される、
請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項３】
前記入力整合ネットワークは、前記インピーダンス変成器経路の入力インピーダンスに対する前記ピーク増幅器経路の入力インピーダンスの比に従って、前記増幅された無線周波数信号を分けるよう構成される、
請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項４】
前記入力整合ネットワークは、前記ピーク増幅器がオンされるときに、該ピーク増幅器の動作に従って、前記増幅された無線周波数信号を分けるよう構成される、
請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項５】
前記入力整合ネットワーク及び前記出力整合ネットワークは、１つ以上のＬＣ対が省略されるように１つ以上の共振を生じるよう互いと整合される、
請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項６】
前記入力整合ネットワーク及び前記出力整合ネットワークは、集中素子を含む集中定数ネットワークによって、分布パラメータによって、又はそれらの組み合わせによって、実装される、
請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項７】
前記ピーク増幅器経路に沿って進む前記増幅された無線周波数信号の前記１つの部分、及び前記インピーダンス変成器経路に沿って進む前記増幅された無線周波数信号の前記他の部分は、０から１８０°の任意の値だけ相互に位相がずれている、
請求項１に記載の電力増幅器。
【請求項８】
無線周波数信号を増幅する多段電力増幅器であって、
エンベロープトラッキング電源と、夫々の段とを有し、
前記夫々の段は、
前記エンベロープトラッキング電源と結合され、前記無線周波数信号を増幅するよう構成されるキャリア増幅器と、
前記増幅された無線周波数信号の１つの部分がピーク増幅器経路に沿って進み、前記増幅された無線周波数信号の他の部分がインピーダンス変成器経路に沿って進むように、前記キャリア増幅器から前記増幅された無線周波数信号を分けるよう構成される入力整合ネットワークと、
前記エンベロープトラッキング電源と結合され、前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記１つの部分を増幅するよう構成されるピーク増幅器と、
前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記他の部分に対してインピーダンス変換を行うよう構成されるインピーダンス変成器と、
前記ピーク増幅器及び前記インピーダンス変成器の出力を結合するよう構成される出力整合ネットワークと
を有し、
前記ピーク増幅器は、前記無線周波数信号の入力電力レベルに少なくとも部分的に基づき、低電力モードではオフされ、高電力モードではオンされるよう構成される、
多段電力増幅器。
【請求項９】
前記エンベロープトラッキング電源の出力は、交流成分及び直流成分の組み合わせであり、
前記交流成分は、前記エンベロープトラッキング電源の線形変調器によって供給され、前記直流成分は、外部直流電源によって供給される、
請求項８に記載の多段電力増幅器。
【請求項１０】
無線周波数信号を増幅する電力増幅器であって、
エンベロープトラッキング電源と、マルチネスト構造を形成するよう直列及び並列の組み合わせにおいて接続されている複数のサブ増幅回路とを有し、
夫々のサブ増幅回路は、
前記エンベロープトラッキング電源と結合され、前記無線周波数信号を増幅するよう構成されるキャリア増幅器と、
前記増幅された無線周波数信号の１つの部分がピーク増幅器経路に沿って進み、前記増幅された無線周波数信号の他の部分がインピーダンス変成器経路に沿って進むように、前記キャリア増幅器から前記増幅された無線周波数信号を分けるよう構成される入力整合ネットワークと、
前記エンベロープトラッキング電源と結合され、前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記１つの部分を増幅するよう構成されるピーク増幅器と、
前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記他の部分に対してインピーダンス変換を行うよう構成されるインピーダンス変成器と、
前記ピーク増幅器及び前記インピーダンス変成器の出力を結合するよう構成される出力整合ネットワークと
を有し、
前記ピーク増幅器は、前記無線周波数信号の入力電力レベルに少なくとも部分的に基づき、低電力モードではオフされ、高電力モードではオンされるよう構成される、
電力増幅器。
【請求項１１】
前記エンベロープトラッキング電源の出力は、交流成分及び直流成分の組み合わせであり、
前記交流成分は、前記エンベロープトラッキング電源の線形変調器によって供給され、前記直流成分は、外部直流電源によって供給される、
請求項１０に記載の電力増幅器。
【請求項１２】
前記入力整合ネットワークは、前記インピーダンス変成器経路の入力インピーダンスに対する前記ピーク増幅器経路の入力インピーダンスの比に従って、前記増幅された無線周波数信号を分けるよう構成される、
請求項１０に記載の電力増幅器。
【請求項１３】
無線周波数信号を増幅する方法であって、
キャリア増幅器により前記無線周波数信号を増幅することと、
前記増幅された無線周波数信号の１つの部分がピーク増幅器経路に沿って進み、前記増幅された無線周波数信号の他の部分がインピーダンス変成器経路に沿って進むように、入力整合ネットワークにより前記キャリア増幅器から前記増幅された無線周波数信号を分けることと、
前記ピーク増幅器経路内のピーク増幅器により前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記１つの部分を増幅することと、
前記インピーダンス変成器経路内のインピーダンス変成器により前記増幅された無線周波数信号の前記他の部分に対してインピーダンス変換を行うことと、
出力整合ネットワークにより前記ピーク増幅器及び前記インピーダンス変成器の出力を結合することと
を有し、
前記キャリア増幅器及び前記ピーク増幅器は、エンベロープトラッキング電源によって給電され、前記ピーク増幅器は、前記無線周波数信号の入力電力レベルに少なくとも部分的に基づき、低電力モードではオフされ、高電力モードではオンされるよう構成される、
方法。
【請求項１４】
前記エンベロープトラッキング電源の出力は、交流成分及び直流成分の組み合わせであり、
前記交流成分は、前記エンベロープトラッキング電源の線形変調器によって供給され、前記直流成分は、外部直流電源によって供給される、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記増幅された無線周波数信号は、前記インピーダンス変成器経路の入力インピーダンスに対する前記ピーク増幅器経路の入力インピーダンスの比に従って分けられる、
請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の例となる実施形態は、概して、信号増幅に関係がある。より具体的には、本開示の例となる実施形態は、無線周波数（radio  frequency）（“ＲＦ”）信号を増幅する電力増幅器（power  amplifiers）（“ＰＡｓ”）に関係がある。
【背景技術】
【０００２】
背景技術についての以下の記載は、本開示より前に当該技術で知られていなかったが本開示によって提供される開示とともに、見識、発見、理解若しくは開示、又は関連性を含み得る。本開示のいくつかのそのような寄与は、以下で具体的に指し示され得るが、一方で、本開示の他のそのような寄与は、それらの状況から明らかである。
【０００３】
モバイル通信システムの進化とともに、例えば、Global  System  for  Mobile  Communications（“ＧＳＭ”）、Enhanced  Data  rates  for  GSM  Evolution（“ＥＤＧＥ”）、Universal  Mobile  Telecommunications  System（“ＵＭＴＳ”）、High  Speed  Link  Packet  Access（“ＨＳＰＡ”）、Long  Term  Evolution（“ＬＴＥ”）、Long  Term  Evolution  Advanced（“ＬＴＥ−Ａ”）などのような、様々な無線通信技術が、標準化されてリリースされてきた。それらの標準の夫々は、特定の信号仕様、変調タイプ、伝送電力要件、及び専用の動作周波数帯域を有しており、それらは世界中で地理的領域ごとに異なっている。例えば、既存の無線通信標準及び周波数プランニングに従って、例えば、２Ｇ  ＧＳＭ標準では８５０、９００、１８００及び１９００ＭＨｚ帯域で、３Ｇ標準では８５０、９００、１８００、１９００及び２１００ＭＨｚ帯域で、３．９Ｇ周波数分割デュプレクス（Frequency  Division  Duplex）（“ＦＤＤ”）−ＬＴＥ標準では７００、８００、８５０、９００、１７００、１８００、１９００、２１００及び２６００ＭＨｚ帯域で、そして、３．９Ｇ時分割デュプレクス（Time  Division  Duplex）（“ＴＤＤ”）−ＬＴＥ標準では２３００、２６００及び２７００ＭＨｚ帯域でモバイルデバイスが動作するための２、３の周波数帯域が存在する。
【０００４】
上述されたような異なる周波数帯域の下で国際ローミング機能を無線通信ユーザに提供するために、共存する様々な通信標準及び複数の周波数帯域間の相互運用性をサポートするモバイルデバイスは、一般にマルチモード・マルチバンド（Multi-Mode  Multi-Band）（“ＭＭＭＢ”）デバイスと呼ばれており、新たに出現している。そのようなＭＭＭＢ対応モバイルデバイスは、一般に、ＭＭＭＢ  ＲＦ  ＰＡ回路を含み、その回路において、分離した低電圧インピーダンスＲＦ  ＰＡが夫々の動作周波数範囲について配置されている。例えば、デュアル周波数帯域動作において、既存のＭＭＭＢ  ＲＦ  ＰＡは、２つの分離した低電圧インピーダンスＰＡを必要とする。従って、多重周波数帯域動作をサポートするために、相応に複数の分離した低電圧インピーダンスＰＡが存在することになる。しかし、単一のモバイルデバイスにおいてそのような多数の分離した低電圧インピーダンスＰＡを配置することは、モバイルデバイスのサイズ、費用、及び複雑さを増すこととなり、困難である。同じことは、異なる無線通信システムにおいてＮｏｄｅ  Ｂ、エボルブド（evolved）Ｎｏｄｅ  Ｂ（“ｅＮＢ”）などとも呼ばれ得る基地局で実装される信号増幅にも当てはまる。
【０００５】
従って、より低い周波数範囲にわたって動作することができる、よりパワフル且つ効率的な電力増幅器の必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００６】
以下は、本開示のいくつかの態様の基本的理解を提供するために、本開示の簡単な概要を提示する。この概要は、本開示の広範囲の総括ではなく、本開示の重要／決定的な要素を識別すること又は本開示の適用範囲を線引きすることは意図されない点が留意されるべきである。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明に対する前置きとして簡略化された形で本開示のいくつかの概念を提示することである。
【０００７】
本開示の態様に従って、無線周波数信号を増幅する電力増幅器が提供される。当該電力増幅器は、エンベロープトラッキング電源を有する。当該電力増幅器は、前記エンベロープトラッキング電源と結合され、前記無線周波数信号を増幅するよう構成されるキャリア増幅器を更に有する。当該電力増幅器は、前記増幅された無線周波数信号の１つの部分がピーク増幅器経路に沿って進み、前記増幅された無線周波数信号の他の部分がインピーダンス変成器経路に沿って進むように、前記キャリア増幅器から前記増幅された無線周波数信号を分けるよう構成される入力整合ネットワークを更に有する。当該電力増幅器は、前記エンベロープトラッキング電源と結合され、前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記１つの部分を増幅するよう構成されるピーク増幅器を更に有する。当該電力増幅器は、前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記他の部分に対してインピーダンス変換を行うよう構成されるインピーダンス変成器を更に有する。当該電力増幅器は、前記ピーク増幅器及び前記インピーダンス変成器の出力を結合するよう構成される出力整合ネットワークを更に有し、前記ピーク増幅器は、前記無線周波数信号の入力電力レベルに少なくとも部分的に基づき、低電力モードではオフされ、高電力モードではオンされるよう構成される。
【０００８】
一実施形態において、前記エンベロープトラッキング電源の出力は、交流成分及び直流成分の組み合わせであり、前記交流成分は、前記エンベロープトラッキング電源の線形変調器によって供給され、前記直流成分は、外部直流電源によって供給される。
【０００９】
他の実施形態において、前記入力整合ネットワークは、前記インピーダンス変成器経路の入力インピーダンスに対する前記ピーク増幅器経路の入力インピーダンスの比に従って、前記増幅された無線周波数信号を分けるよう構成される。
【００１０】
更なる他の実施形態において、前記入力整合ネットワークは、前記ピーク増幅器がオンされるときに、該ピーク増幅器の動作に従って、前記増幅された無線周波数信号を分けるよう構成される。
【００１１】
更なる実施形態において、前記入力整合ネットワーク及び前記出力整合ネットワークは、１つ以上のＬＣ対が省略されるように１つ以上の共振を生じるよう互いと整合される。
【００１２】
一実施形態において、前記入力整合ネットワーク及び前記出力整合ネットワークは、集中素子を含む集中定数ネットワークによって、分布パラメータによって、又はそれらの組み合わせによって、実装される。
【００１３】
他の実施形態において、前記ピーク増幅器経路に沿って進む前記増幅された無線周波数信号の前記１つの部分、及び前記インピーダンス変成器経路に沿って進む前記増幅された無線周波数信号の前記他の部分は、０から１８０°の任意の値だけ相互に位相がずれている。
【００１４】
本開示の態様に従って、無線周波数信号を増幅する多段電力増幅器であって、エンベロープトラッキング電源と、夫々の段とを有し、該夫々の段は、前記エンベロープトラッキング電源と結合され、前記無線周波数信号を増幅するよう構成されるキャリア増幅器と、前記増幅された無線周波数信号の１つの部分がピーク増幅器経路に沿って進み、前記増幅された無線周波数信号の他の部分がインピーダンス変成器経路に沿って進むように、前記キャリア増幅器から前記増幅された無線周波数信号を分けるよう構成される入力整合ネットワークと、前記エンベロープトラッキング電源と結合され、前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記１つの部分を増幅するよう構成されるピーク増幅器と、前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記他の部分に対してインピーダンス変換を行うよう構成されるインピーダンス変成器と、前記ピーク増幅器及び前記インピーダンス変成器の出力を結合するよう構成される出力整合ネットワークとを有し、前記ピーク増幅器は、前記無線周波数信号の入力電力レベルに少なくとも部分的に基づき、低電力モードではオフされ、高電力モードではオンされるよう構成される、多段電力増幅器が提供される。
【００１５】
本開示の他の態様に従って、無線周波数信号を増幅する電力増幅器であって、エンベロープトラッキング電源と、前記無線周波数信号の複数の各部が複数の各サブ増幅回路経路に沿って進むように前記無線周波数信号を分けるよう構成される電力分割ノードと、複数の各サブ増幅回路経路の各々の出力を結合するよう構成される電力結合ノードとを有する、電力増幅器が提供される。複数の各サブ増幅回路経路の夫々は、前記エンベロープトラッキング電源と結合され、前記無線周波数信号を増幅するよう構成されるキャリア増幅器と、前記増幅された無線周波数信号の１つの部分がピーク増幅器経路に沿って進み、前記増幅された無線周波数信号の他の部分がインピーダンス変成器経路に沿って進むように、前記キャリア増幅器から前記増幅された無線周波数信号を分けるよう構成される入力整合ネットワークと、前記エンベロープトラッキング電源と結合され、前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記１つの部分を増幅するよう構成されるピーク増幅器と、前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記他の部分に対してインピーダンス変換を行うよう構成されるインピーダンス変成器と、前記ピーク増幅器及び前記インピーダンス変成器の出力を結合するよう構成される出力整合ネットワークとを有し、前記ピーク増幅器は、前記無線周波数信号の入力電力レベルに少なくとも部分的に基づき、低電力モードではオフされ、高電力モードではオンされるよう構成される。
【００１６】
本開示の態様に従って、無線周波数信号を増幅する電力増幅器が提供される。当該電力増幅器は、エンベロープトラッキング電源と、マルチネスト（multi-nested）構造を形成するよう直列及び並列の組み合わせにおいて接続されている複数のサブ増幅回路とを有する。夫々のサブ増幅回路は、前記エンベロープトラッキング電源と結合され、前記無線周波数信号を増幅するよう構成されるキャリア増幅器と、前記増幅された無線周波数信号の１つの部分がピーク増幅器経路に沿って進み、前記増幅された無線周波数信号の他の部分がインピーダンス変成器経路に沿って進むように、前記キャリア増幅器から前記増幅された無線周波数信号を分けるよう構成される入力整合ネットワークと、前記エンベロープトラッキング電源と結合され、前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記１つの部分を増幅するよう構成されるピーク増幅器と、前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記他の部分に対してインピーダンス変換を行うよう構成されるインピーダンス変成器と、前記ピーク増幅器及び前記インピーダンス変成器の出力を結合するよう構成される出力整合ネットワークとを有し、前記ピーク増幅器は、前記無線周波数信号の入力電力レベルに少なくとも部分的に基づき、低電力モードではオフされ、高電力モードではオンされるよう構成される。
【００１７】
本開示の更なる他の態様に従って、無線周波数信号を増幅する方法が提供される。当該方法は、キャリア増幅器により前記無線周波数信号を増幅することを有する。当該方法は、前記増幅された無線周波数信号の１つの部分がピーク増幅器経路に沿って進み、前記増幅された無線周波数信号の他の部分がインピーダンス変成器経路に沿って進むように、入力整合ネットワークにより前記キャリア増幅器から前記増幅された無線周波数信号を分けることを更に有する。当該方法は、前記ピーク増幅器経路内のピーク増幅器により前記入力整合ネットワークからの前記増幅された無線周波数信号の前記１つの部分を増幅することを更に有する。当該方法は、前記インピーダンス変成器経路内のインピーダンス変成器により前記増幅された無線周波数信号の前記他の部分に対してインピーダンス変換を行うことを更に有する。当該方法は、出力整合ネットワークにより前記ピーク増幅器及び前記インピーダンス変成器の出力を結合することを更に有し、前記キャリア増幅器及び前記ピーク増幅器は、エンベロープトラッキング電源によって給電され、前記ピーク増幅器は、前記無線周波数信号の入力電力レベルに少なくとも部分的に基づき、低電力モードではオフされ、高電力モードではオンされるよう構成される。
【００１８】
当業者は、本開示の教示に基づき、上述された本開示の態様及び例となる実施形態が別々に又は組み合わせて利用されてよく、異なる組み合わせ形態が以下で記載されるように本開示の少なくともいくつかの意図を目標とするよう構成されてよいと理解し得る。
【００１９】
本開示の実施形態に従って、入力及び出力整合ネットワークは、例えば、多段、並列、直列、又はマルチネスト型構造のような、様々な構造を形成するよう柔軟に配置され得、それによって、結果として現れる電力増幅器は、例えば、３Ｇ無線通信及び４Ｇを越える、高いピーク対平均電力比（Peak  To  Average  Power  Ratio）（“ＰＡＰＲ”）のために、更なる出力パワーバックオフを許容し得る。更には、技術的実施の角度から、ＬＣ対共振を用いて、よりずっとコンパクトな設計のための、整合ネットワークの複雑さの低減及びＬＣ除去も、実現され得る。
【００２０】
その上、ピーク増幅器経路及びインピーダンス変成器経路において分けられたアウトフェーズ信号は、４分の１波長による従来の固定９０°ではなく、０から１８０°の任意の角度又は位相として構成され得る。これは、より広い帯域幅及び効率最適化のために調整するのに有利である。更には、それは、アウトフェーズ分割特徴によって得られる固有線形化によって、フルパワー出力でのアウトフェーズ歪みを相殺し得る。
【００２１】
更には、先行技術における並列配置と比較して、本開示のエンベロープトラッキングキャリア及びピーク増幅器間の直列接続によれば、固有電力利得は増大し、送信機全体におけるプロファイル低減が得られる。また、ピーク増幅器とインピーダンス変成器との間の位相整合は、並列な２つのアクティブデバイス（例えば、従来のドハティ（Doherty）電力増幅器におけるキャリア増幅器及びピーク増幅器）よりも達成するのが容易である。これは、２つのアクティブデバイスの短期及び長期メモリ効果が補償及び線形化されることが、より困難であるからである。その上、添付の図で示されるように、キャリア増幅器及びピーク増幅器の直列接続は、送信機チェーンの効率特性を更に改善するよう、ドライバ段、すなわち、キャリア増幅器、を有効にし得るラインアップ（line-up）配置を形成し得る。それによって、それは、エンベロープトラッキング電源を単一の増幅段に適用することと比べて、よりずっと大きいラインアップ効率改善をもたらし得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本開示の実施形態は、例という意味で提示されており、それらの利点は、添付の図面を参照して以下で更に詳細に説明される。
【００２３】
【図１】従来のドハティ増幅器を表す概略図である。
【００２４】
【図２】本開示の実施形態に従って、図１で表される従来のドハティ増幅器に基づく電力増幅器を表す概略図である。
【００２５】
【図３ａ】本開示の実施形態に従って、低電力モードで動作している、無線周波数（“ＲＦ”）信号を増幅する電力増幅器を表す概略図である。
【００２６】
【図３ｂ】本開示の実施形態に従って、図３ａで表される電力増幅器についての効率対出力電力の略プロットである。
【００２７】
【図４ａ】本開示の実施形態に従って、高電力モードで動作している、ＲＦ信号を増幅する電力増幅器を表す概略図である。
【００２８】
【図４ｂ】本開示の実施形態に従って、図４ａで表される電力増幅器についての効率対出力電力の略プロットである。
【００２９】
【図５】本開示の実施形態に従って、図３ａ及び４ａで表される電力増幅器を各段が含む、ＲＦ信号を増幅する直列配置多段電力増幅器を表す概略図である。
【００３０】
【図６】本開示の実施形態に従って、図３ａ及び４ａで表される電力増幅器が複数台並列に接続されている、ＲＦ信号を増幅する電力増幅器を表す並列配置概略図である。
【００３１】
【図７】本開示の実施形態に従って、図３ａ及び４ａで表される電力増幅器が複数台直列に接続されている、ＲＦ信号を増幅する電力増幅器を表すネスト配置概略図である。
【００３２】
【図８】本開示の実施形態に従って、ＲＦ信号を増幅する方法を概略的に表すフローチャートである。
【００３３】
【図９】本開示の実施形態に従う電力増幅器の可能な回路実装を表す概略図である。
【００３４】
【図１０】本開示の実施形態に従う電力増幅器、従来のドハティ電力増幅器、及び従来のクラスＡＢ／Ｂ電力増幅器についての効率対出力電力の各々のプロットを概略的に表す図である。
【００３５】
【図１１】エンベロープ信号の確率密度関数（probability  density  function）（“ＰＤＦ”）を考慮しながら、本開示の実施形態に従う電力増幅器、従来のドハティ電力増幅器、及び従来の固定直流（ＤＣ）供給型クラスＡＢ電力増幅器についての効率対出力電力バックオフ特性の各々のプロットを概略的に表す図である。
【００３６】
【図１２】本開示の実施形態に従って、キャリア増幅器電力利得及びそのドレイン効率に対するラインアップ電力付加効率特性プロットを概略的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本開示は、これより、本開示の特定の実施形態が示されている添付の図面を参照して以降でより十分に記載される。本開示は、しかしながら、多数の異なる形態において具現化されてよく、本願で示される実施形態に制限されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、それらの実施形態は、本開示が完全且つ完ぺきであって、本開示の適用範囲を当業者に十分に伝えるように、一例として与えられている。同じ参照符号は、本明細書の全体を通して同じ要素を参照する。
【００３８】
一般に、特許請求の範囲で使用される全ての語は、本願で別なふうに明示的に定義されない限りは、当該技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。「１つ（a／an）の／前記（the）要素、装置、コンポーネント、手段、ステップ、など」との全ての言及は、別なふうに明示的に述べられない限りは、要素、装置、コンポーネント、手段、ステップ、などの少なくとも１つのインスタンスに言及するものとして公然と解釈されるべきである。本願で開示されるいずれかの方法のステップは、明示的に述べられない限りは、開示されている正確な順序で実施される必要はない。本開示の態様のいずれかに関する上記及び下記の議論はまた、本開示のいずれかの他の態様に関連した部分にも適用される。
【００３９】
効率に対する増え続ける要求を考慮して、ドハティ増幅器は、３Ｇ以降のためのモバイル通信用途においてポピュラーな電力増幅器になっている。本開示のより良い理解のために、以下は、図１に関連してドハティ増幅器１００についての簡単な紹介を与える。
【００４０】
図１で表されるように、変調されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮは、分割ノード１０１へ供給される。分割ノード１０１は、電力スプリッタとも呼ばれることがあり、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを“キャリアパス”（表されている下部分）及び“ピークパス”（表されている上部分）に沿って分ける。キャリアパスは、一般に、キャリア（carrier）（“Ｃ”）電力増幅器１０２と、その後に続く伝送線路（transmission  line）（“ＴＬ”）１０３とを含む。伝送線路１０３は、動作帯域幅の中心周波数で又はその近くで９０°位相シフトを供給するような大きさにされる。キャリアパスは結合ノード１０４で終端する。結合ノード１０４は、変圧器と結合され、最終的にはアンテナへ結合され得る（図示せず。）。ピークパスは、動作帯域幅の中心周波数で又はその近くで９０°位相シフトを供給するような大きさにされる伝送線路（“ＴＬ”）１０５と、その後に続くピーク（peak）（“Ｐ”）電力増幅器１０６とを含む。そのようなものとして、キャリアパス及びピークパスの両方に沿って供給されるＲＦ入力信号ＲＦＩＮは、それらが各々のキャリア電力増幅器１０２及びピーク電力増幅器１０６によって増幅されるときに、互いに位相が９０°ずれている。キャリアパスと同様に、ピークパスは結合ノード１０４で終端する。
【００４１】
上述の従来のドハティ増幅器１００では、キャリア電力増幅器１０２は、一般に、固定ＤＣ供給型クラスＡ／Ｂ（又はＢ）増幅器を設け、ピーク電力増幅器１０６は、クラスＣ増幅器を設ける。動作中、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮは分けられて、キャリアパス及びピークパスに沿って各々のキャリア電力増幅器１０２及びピーク電力増幅器１０６へ向けられる。
【００４２】
ドハティ増幅器１００は、一般に、２つの動作モードを有すると考えられる。第１動作モードでは、キャリア電力増幅器１０２のみがオンされ、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅するよう動作する。第２動作モードでは、キャリア電力増幅器１０２及びピーク電力増幅器１０６の両方が、各々のキャリアパス及びピークパスにおいてＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅するよう動作する。２つの動作モード間の閾値は、キャリア電力増幅器１０２が飽和状態となるキャリアパスにおけるＲＦ入力信号ＲＦＩＮの大きさに対応する。
【００４３】
第１動作モードでは、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮのレベルは閾値を下回り、キャリア電力増幅器１０２は、キャリアパスにおけるＲＦ入力信号ＲＦＩＮの部分を増幅する。その間に、ピーク電力増幅器１０６はオフされており、ほとんど電力を消費しない。このようにして、キャリア電力増幅器１０２のみが、増幅されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮを結合ノード１０４へ供給する。従って、ドハティ増幅器の全体的な効率は、主としてキャリア電力増幅器１０２の効率によって決定される。
【００４４】
対照的に、第２動作モードでは、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮのレベルは閾値以上であり、キャリア電力増幅器１０２は飽和し、その最大電力を結合ノード１０４へ伝送線路１０３を経由して供給する。更には、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮは所与の閾値を超えるので、ピーク電力増幅器１０６がオンし、ピークパスに沿って流れるＲＦ入力信号ＲＦＩＮの部分を増幅し始める。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが所与の閾値を超えて上昇し続けるにつれて、ピーク電力増幅器１０６は、ピーク電力増幅器１０６も飽和状態になるまで、より多くの電力を結合ノード１０４へ供給する。キャリアパス及びピークパスにおいて伝送線路１０３及び１０５を配置することによって、各経路における増幅信号は同相で結合ノード１０４に届き、ＲＦ出力信号ＲＯＵＴを形成するようリアクティブ結合され得る。第２動作モードでは、キャリア電力増幅器１０２及びピーク電力増幅器１０６の両方が増幅信号を結合ノード１０４へ供給しており、ドハティ増幅器１００の全体的な出力電力は、事実上、キャリア電力増幅器１０２及びピーク電力増幅器１０６の出力電力の和であることが分かる。
【００４５】
ドハティ増幅器１００は、従来の線形増幅器、例えば、クラスＡ／ＡＢ／Ｂと比べて、相対的に効率がよいものの、比較的限られた動作帯域幅を有している。結果として、単一の通信帯域をサポートしさえすればよい通信デバイスについては、ドハティ電力増幅器の限られた動作帯域幅は問題を引き起こさない。しかし、最新の通信デバイスは、広範な動作周波数にわたって異なる変調技術を用いる様々な通信標準をサポートすることをしばしば求められる。このことは、何らかの改善なしには従来のドハティ増幅器１００によって容易に実現され得ない。
【００４６】
背景部分で先に論じられたように、ＭＭＭＢ対応モバイルデバイス及び基地局を提供するために、開発者及び設計者は、異なる通信帯域のための複数の電力増幅器チェーンをしばしば用いる。このことは、モバイルデバイス及び基地局のサイズを小さくすること、などの回路配置の複雑さに起因して、実施するのが困難であり且つ費用効率が悪い。
【００４７】
上記を鑑みて、本開示は、図２を参照して以下で説明される、従来のドハティ増幅器に基づく回路構造を提案する。
【００４８】
図２は、図１で表された従来のドハティ増幅器に基づく、本開示の実施形態に従う電力増幅器２００を表す概略図である。
【００４９】
図２で表されるように、電力増幅器２００は、直列接続された２つの増幅器、すなわち、キャリア増幅器２０１及びピーク増幅器２０４を含む。これらの増幅器は、それら自身のエンベロープトラッキング電源、すなわち、固定ＤＣ供給（“ＶＤＣ”）を有するキャリア変調器２０６及びピーク変調器２０７によって、夫々給電される。キャリア増幅器２０１及びピーク増幅器２０４は、ここでは、従来のドハティ増幅器１００において含まれていたものと同様である。
【００５０】
動作中に、キャリア増幅器２０１は、図１における伝送線路１０３と同様の遅延回路によって遅延され得るＲＦ入力信号ＲＦＩＮを受信し、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅する。次いで、増幅されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮは、入力整合ネットワーク２０２へ供給される。入力整合ネットワーク２０２は、増幅されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮを、例えば、電力比及び位相に関して、分割し得る。このようにして、増幅されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮの１つの部分は、ピーク増幅器経路（図示される上部分）に沿って進み、増幅されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮの他の部分は、インピーダンス変成器経路（図示される下部分）に沿って進む。一実施形態において、入力整合ネットワーク２０２は、インピーダンス変成器経路の入力インピーダンスに対するピーク増幅器経路の入力インピーダンスの比に従って、増幅されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮを分けるよう構成される。他の実施形態では、入力整合ネットワーク２０２は、ピーク増幅器２０４がオンされるときに、ピーク増幅器２０４の動作に従って、増幅されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮを分けるよう構成される。更なる実施形態では、入力整合ネットワーク２０２は、増幅されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮをキャリア増幅器２０１から分け、ピーク増幅器経路及びインピーダンス変成器経路を対象とするインピーダンス整合及びフェージング動作を実施するよう構成されるsingle-to-differentiated（“Ｓ２Ｄ”）整合ネットワークとして実装され得る。
【００５１】
例えば、入力整合ネットワークの出力ブランチは、最適化された電気的長さにより、ピーク増幅器経路とインピーダンス変成器経路との間の位相差を補償し得る。更には、入力整合ネットワーク２０２は、キャリア出力端子と最終出力との間の十分に整合された経路選択と、振幅変調（amplitude-modulation）（ＡＭ／ＡＭ）及び位相変調（phase-modulation）（ＡＭ／ＰＭ）の両方の変動を低減する補償位相とを提供するよう、出力整合ネットワーク２０５と協働し得る。これは、出力電力レベルが、以下で論じられるように、インピーダンス変成器２０３とピーク増幅器２０４との間で位相変動により変化して大いに歪み得るからである。
【００５２】
電力増幅器２００は、インピーダンス変成器経路において配置されるインピーダンス変成器２０３と、ピーク増幅器経路において配置されるピーク増幅器２０４とを更に含む。ピーク増幅器２０４は、従来のドハティ増幅器１００において含まれていたものと同様のもであって、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮの入力電力レベルに少なくとも部分的に基づきオン又はオフされるよう構成される。本開示の実施形態に従って、より高いピーク電力効率を有しているクラスＥ／Ｆ／Ｆ−１／Ｊなどの高効率スイッチモード電力増幅器アーキテクチャを形成するよう、様々な高調波オープン／ショート結合によるキャリア増幅器２０１及びピーク増幅器２０４のための柔軟な高調波チューニングを実施することが可能である。
【００５３】
一実施形態において、インピーダンス変成器２０３は、任意の位相シフトインピーダンス変成器として実装され得る。例えば、それは、４分の１波長インピーダンス変成器又は伝送線路として具現化されてよく、例えば、ローパスＬＣネットワークによって実装され、４分の１波長インピーダンス変換及びフェージング動作を実施するよう構成され得る。インピーダンス変換は、入力整合ネットワーク２０２とのインピーダンス整合に関係があり、インピーダンス変成器のインピーダンス値は、自己バイアス効果による入力電力レベルの変化とともに相応に変化し得る。例えば、入力電力レベルが低い、すなわち、低電力モードにある場合には、インピーダンス変成器２０３のインピーダンス値も、ピーク増幅器経路のインピーダンス値と比較して相対的に低く、それにより、増幅されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮは、主としてインピーダンス変成器経路に沿って進む。しかし、入力電力レベルがむしろ高い、すなわち、高電力モードにある場合には、インピーダンス変成器２０３のインピーダンス値は、ピーク増幅器経路のインピーダンス値よりも相対的に高くなり、それにより、ピーク増幅器２０４はオンされ、増幅されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮは、主としてピーク増幅器経路に沿って進む。フェージング動作は、ピーク増幅器２０４の出力との位相整合に関係があり、それにより、ピーク増幅器経路及びインピーダンス変成器経路の出力は同相となり、出力整合ネットワーク２０５において結合され得る。
【００５４】
一実施形態において、ピーク増幅器経路に沿って進む増幅されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮの１つの部分、及びインピーダンス変成器経路に沿って進む増幅されたＲＦ入力信号ＲＦＩＮの他の部分は、０から１８０°の任意の値だけ位相が相互にずれている。この値は、固定９０°による先行技術と比べて柔軟性がある。例えば、その後の容易な結合のために、ピーク増幅器２０４の入力部に与えられるＲＦ入力信号ＲＦＩＮは、インピーダンス変成器２０３の入力部に与えられるＲＦ入力信号ＲＦＩＮより約４５°だけ遅れる。
【００５５】
出力整合ネットワーク２０５は、一実施形態において、以下で論じられるように、Ｓ２Ｄ整合ネットワークと整合されるdifferentiated-to-single（“Ｄ２Ｓ”）整合ネットワークとして実装され、信号結合及び対応するインピーダンス整合と、そのような結合及びアンテナ（図示せず。）への最終出力のためのフェージング動作とを実施するよう構成され得る。
【００５６】
他の実施形態では、入力整合ネットワーク２０２及び出力整合ネットワーク２０５は、集中素子（lumped  elements）を含む集中定数ネットワーク（lumped  element  networks）によって、分布パラメータ（distributed  parameters）によって、又はそれらの組み合わせによって、実装される。例えば、集中定数ネットワークは、一次フィルタリング及び位相シフト部品としてインダクタ、キャパシタ、及び抵抗を含むものである。
【００５７】
技術的実施の観点から、入力整合ネットワーク２０２及び出力整合ネットワーク２０５は、インピーダンス変成器及び整合素子の組み合わせによって夫々実装され得る。例えば、入力整合ネットワーク２０２及び出力整合ネットワーク２０５は、複数のＬＣ回路を夫々有してよい。ＬＣ回路は、所望の動作周波数に合わせられるべきであり、並列なＬ及びＣ素子を有する。それは、キャリア増幅器、ピーク増幅器及びインピーダンス変成器によってもたらされる位相シフトを除去し、所望の性能メトリクスを達成するのに必要と見なされる如何なる位相オフセットも供給するために使用され得る。更なる実施形態では、入力整合ネットワーク２０２及び出力整合ネットワーク２０５は、１つ以上の共振が生成されて、１つ以上のＬＣ対の省略がもたらされるように、互いと整合するよう構成され得る。その上、高性能の整合ネットワークを設計するよう、当業者は、入力電力によるピーク増幅器経路の入力インピーダンスの軌跡について知っているべきである。
【００５８】
図２を参照した前述の議論から、本開示の実施形態は、キャリア増幅器及びピーク増幅器が並列に接続される従来の並列ドハティトポロジに代えて、入力整合ネットワーク２０２及び出力整合ネットワーク２０５を通じてキャリア増幅器２０１がピーク増幅器２０４と直列に接続されることを提案している。従って、キャリア増幅器から見た負荷インピーダンスは、ピーク増幅器の入力インピーダンスと、インピーダンス変成器に関連した能動負荷の反転出力インピーダンスとの並列結合である。ピーク増幅器２０４の入力インピーダンスを適度に設計することによって、最適な負荷変調がキャリア増幅器２０１で得られ、所望の効率改善がもたらされる。更には、そのような直列トポロジによれば、広帯域アプリケーションに対するドハティ増幅器の制約は解消され得、マルチモード及びマルチバンド設計がトポロジ改善に基づき実現され得る。その上、図２で表されているキャリア増幅器及びピーク増幅器は、各自のエンベロープトラッキング電源変調器２０６及び２０７、すなわち、図示されているキャリア変調器及びピーク変調器を有しているが、単一のエンベロープトラッキング電源変調器が、図３ａ、４ａ及び５〜７に示されるように、簡略化された適用のために、キャリア増幅器及びピーク増幅器の両方によって共有されてよい。
【００５９】
図３ａは、本開示の実施形態に従って、低電力モードで動作している、無線周波数（“ＲＦ”）信号を増幅する電力増幅器３００を表す概略図である。
【００６０】
破線によって分けられている図３ａから、下部分は、図２で表された電力増幅器２００と同様であり、上部分は、キャリア増幅器及びピーク増幅器と夫々結合されており、キャリア増幅器及びピーク増幅器のためのドレイン電源電圧及び電流を供給するエンベロープトラッキング電源であることが分かる。ドハティ増幅器に基づく改善された回路構造は、ここでは、図２で表されたものと同じであるから、それに関する議論は、簡単のために省略される。以下は、エンベロープトラッキング電源について説明する。
【００６１】
表されているように、エンベロープトラッキング電源は、線形変調器、ＲＦ広帯域変圧器又はダイプレクサ（結合器として示されている。）から成ってよい。動作中に、エンベロープ信号は線形変調器へ直接入力される。線形変調器では、いくらかの増幅が行われる。線形変調器の出力は、小さい直流（ＤＣ）電源を使用することによって生成されて、その後に結合器に投入される、エンベロープトラッキング電源の交流（ＡＣ）成分である。エンベロープトラッキング電源のＤＣ成分は、最終的な出力電圧のおおよその二乗平均平方根（root  mean  square）（ＲＭＳ）値を有して外部ＤＣ電源から直接もたらされ得る。このようにして、如何なるスイッチモード電源（Switched  Mode  Power  Supply）（“ＳＭＰＳ”）に関連した妥協及び課題、特に、効率問題も考慮する必要がない。結合器でのＡＣ及びＤＣ両供給成分の結合は、エンベロープトラッキング信号がキャリア増幅器及びピーク増幅器のドレイン／コレクタにバイアスをかけることができることをもたらす。
【００６２】
エンベロープトラッキング電源信号のＤＣ及びＡＣ成分の分離により、非常に簡単且つ安価なエンベロープトラッキング電源設計が可能となる。この設計は、単純な回路及び安価な解決法に基づくことができる。更には、それは、全体効率に対して有用な改善を与え、電力消費量を削減し、そして、安価且つコンパクトな方法でエンベロープトラッキング電源信号を生成することができる。
【００６３】
エンベロープトラッキング電源によって供給される電力に基づき、電力増幅器は低電力モードで動作し得る。低電力モードでは、ピーク増幅器は、破線で表されているように、オフされる。従って、電力増幅器３００の全体効率は、キャリア増幅器の効率によって主として決定される。
【００６４】
図３ｂは、本開示の実施形態に従って、低電力モードにおける、図３で表された電力増幅器３００についての効率対出力電力の略プロットである。図３ｂで表されているように、低電力モードでは、キャリア増幅器は動作し、ピーク増幅器は停止している。電力増幅器３００の効率は、キャリア増幅器が所与の出力電力レベルで飽和状態になるか、又はその最大出力電力に達するまで、出力電力に比例して増大する。
【００６５】
図４ａは、本開示の実施形態に従って、高電力モードで動作している、ＲＦ信号を増幅する電力増幅器４００を表す概略図である。電力増幅器４００は、別の動作モード、すなわち、高電力モードで動作している点を除いて、電力増幅器４００と同じ回路構造を有している点が留意されるべきである。
【００６６】
上述されたように、低電力モードでは、ピーク増幅器はオフのままであり、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮは、キャリア増幅器が飽和状態になる点まで増大する。入力電力の更なる増大により、電力増幅器は高電力モードに入り、ピーク増幅器はＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅し始める。その間にも、キャリア増幅器は飽和したままで、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅し続ける。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが更に増大するにつれて、ピーク増幅器は、ピーク増幅器も最大出力電力で飽和状態になるまで、より多くの電力を供給する。
【００６７】
図４ｂは、本開示の実施形態に従って、図４ａで表された電力増幅器４００について効率対出力電力の略プロットである。図から分かるように、最初は、電力増幅器４００の効率は、キャリア増幅器が飽和して、その最大出力電力に達するまで、出力電力に比例して増大する。低電力モードの間、ピーク増幅器はオフのままであり、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮは、キャリア増幅器が所与の出力電力レベルで飽和状態になる点まで増大する。キャリア増幅器が飽和状態になる点を過ぎてＲＦ入力信号ＲＦＩＮが増大するにつれて、電力増幅器４００は高電力モードに入る。高電力モードに入ると、ピーク増幅器はＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅し始める。キャリア増幅器は飽和したままで、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅し続ける。ＲＦ入力信号ＲＦＩＮが更に増大するにつれて、ピーク増幅器は、ピーク増幅器も最大出力電力で又はその所与の出力電力レベルで飽和状態になるまで、より多くの電力を供給する。
【００６８】
図４ｂに表されているように、低電力モードから高電力モードへの移行（移行モードとも呼ばれ、図９において更に示される。）の間、電力増幅器４００の全体効率はこの移行中にわずかに低下し、次いで、ピーク増幅器が飽和状態になるピークに到達するまで増大し続ける。
【００６９】
図５は、本開示の実施形態に従って、ＲＦ信号を増幅する直列多段電力増幅器５００を表す概略図である。電力増幅器５００は、エンベロープトラッキング電源及び複数の段を含む。夫々の段は、図３ａ及び４ａで夫々表された電力増幅器３００及び４００を含んでよい。夫々の段は、図４ｂで表されたように、効率ピークに達し得るので、Ｎ個の段は、図１１で表されるように、Ｎ個の効率ピークを実現し得る。
【００７０】
図６は、本開示の実施形態に従って、ＲＦ信号を増幅する電力増幅器６００を表す並列配置概略図である。電力増幅器６００は、エンベロープトラッキング電源と、並列接続されている、図３ａ及び４ａで表された複数の電力増幅器とを含む。図６から分かるように、ＲＦ入力信号ＲＦＩＮを分け、且つ、夫々の出力整合ネットワークの出力部からの増幅された信号を結合するために、電力増幅器６００は、電力分割ノード及び電力加算ノードを更に含む。それらのノードの間には、Ｎ個のサブ増幅回路、例えば、電力増幅器４００が並列に接続されている。夫々のサブ増幅回路は、図４ｂで表されたように、効率ピークに達し得るので、Ｎ個のサブ増幅回路は、図１１で表されるように、Ｎ個の効率ピークを実現し得る。
【００７１】
図７は、本開示の実施形態に従って、ＲＦ信号を増幅する電力増幅器７００を表すネスト配置概略図である。電力増幅器７００は、エンベロープトラッキング電源と、直列及び並列の組み合わせにおいて接続されている、図３ａ及び４ａで表された複数の電力増幅器とを含む。
【００７２】
図７で表されているように、キャリア増幅器７０２、入力整合ネットワーク７０３、インピーダンス変成器７０５、及び出力整合ネットワーク７０６は、上述されたものと同一又は同様であってよい。しかし、図７から分かるように、電力増幅器７００におけるピーク増幅器は、電力増幅器４００と置換されるか、又はそれを含み得る。これは、破線ボックス７０４によって示されている。すなわち、電力増幅器４００は、サブセルとして電力増幅器７００においてネスト化され得る。同様に、高効率を達成するために、ネスト化された経路におけるピーク増幅器は、基本電力増幅器４００と更に置換され得る。よって、電力増幅器７００は、意図された効率を考慮して、このようにして拡張され得る。
【００７３】
図５乃至７から分かるように、本開示によって提案される電力増幅器は、効率向上及び利得改善のために、多種多様な柔軟な方法において提供され得る。例えば、直列構造を有する、図５で表された電力増幅器５００、及びネスト化構造を有する、図７で表された電力増幅器７００は、利得増大のために適用され得る。並列構造を有する、図６で表された電力増幅器６００は、出力電力レベルの増大のために適用され得る。従って、当業者は、本開示の実施形態に従う電力増幅器がモジュールであって、図２、３ａ及び４ａで示されている基本電力増幅器のハイブリッド結合によって構成され得、結果として現れるハイブリッド結合が図５乃至７に制限されるべきでないと理解することができる。更には、それらのハイブリッド結合の夫々は、例えば、出力電力レベル及び利得に関して、具体的なシステム要件のために設計され得る。
【００７４】
図８は、本開示の実施形態に従って、ＲＦ信号を増幅する方法８００を概略的に表すフローチャートである。図８で表されているように、方法８００は、ステップＳ８０１で、キャリア増幅器を用いて無線周波数信号を増幅する。次いで、ステップＳ８０２で、方法８００は、入力整合ネットワークを用いて、増幅された無線周波数信号をキャリア増幅器から分割する。それにより、増幅された無線周波数信号の１つの部分は、ピーク増幅器経路に沿って進み、増幅された無線周波数信号の他の部分は、インピーダンス変成器経路に沿って進む。方法８００は、ステップＳ８０３で、ピーク増幅器経路内のピーク増幅器を用いて、入力整合ネットワークからの増幅された無線周波数信号の１つの部分を増幅する。次いで、ステップＳ８０４で、方法８００は、更に、インピーダンス変成器経路内のインピーダンス変成器を用いて、増幅された無線周波数信号の他の部分に対してインピーダンス変換を実施する。ステップＳ８０５で、方法８００は、出力整合ネットワークを用いて、ピーク増幅器及びインピーダンス変成器の出力を結合する。方法８００では、キャリア増幅器及びピーク増幅器は、エンベロープトラッキング電源によって給電され、ピーク増幅器は、無線周波数信号の入力電力レベルに少なくとも部分的に基づき、低電力モードではオフされ、高電力モードではオフされるよう構成される。
【００７５】
実施形態において、エンベロープトラッキング電源の出力は、交流成分及び直流成分の組み合わせであり、交流成分は、エンベロープトラッキング電源の線形変調器によって供給され、直流成分は、外部直流電源によって供給される。
【００７６】
実施形態において、増幅された無線周波数信号は、インピーダンス変成器経路の入力インピーダンスに対するピーク増幅器経路の入力インピーダンスの比に従って、分けられる。
【００７７】
他の実施形態において、増幅された無線周波数信号は、ピーク増幅器がオンされるときに、該ピーク増幅器の動作に従って、分けられる。
【００７８】
更なる実施形態において、方法８００は更に、１つ以上のＬＣ対が省略されるように１つ以上の共振を生じるよう入力整合ネットワークを出力整合ネットワークと整合させ得る。
【００７９】
更なる他の実施形態において、入力整合ネットワーク及び出力整合ネットワークは、集中素子を含む集中定数ネットワークによって、分布パラメータによって、又はそれらの組み合わせによって、実装される。
【００８０】
図８を参照した前述の議論から、方法８００は、電力増幅器がＲＦ入力信号ＲＦＩＮを増幅することを可能にするよう実施され得ることが当業者によって理解されるべきである。このようにして、例えば、本開示によって提供されるもののような、より複雑でなく且つより高効率の電力増幅器を用いて、複数の周波数帯域にわたって様々な通信標準をサポートすることができるＭＭＭＢ対応モバイルデバイス又は基地局を提供することが可能である。
【００８１】
図９は、本開示の実施形態に従う電力増幅器の可能な回路実装を表す概略図である。図９の上部分は、可能な回路実装の例となるブロック図を示し、図９の下部分は、それに相当するものとして、例となる詳細な回路配置を示す。表されている上部分から、当業者は、本開示の実施形態に従う入力及び出力整合ネットワークが、擬似λ／４又は３λ／４相当物として表されているように、１つ以上の４分の１波λ／４又は３λ／４インピーダンス変成器又は同等の変成器によって実装され得ると理解することができる。更には、λ／４及び３λ／４インピーダンス変成器は、Ｃ−Ｌ−Ｃ及びＬ−Ｃ−Ｌ＋Ｃ−Ｌ−Ｃ不平衡高次“Ｐｉ”ネットワークブランチと等価であり得る。これは、図９の下部分において更に表される。
【００８２】
図９の下部分は、上部分において示されたλ／４及び３λ／４インピーダンス変成器のための詳細な回路配置を概略的に表す。図示されるように、Ｎは、入力ブランチ次数を表し、３以上であってよい。λ／４ブランチについて、それは、Ｎ≧３の擬似ローパスフィルタ（pseudo-low-pass-filter）（“ＰＬＰＦ”）ネットワークである。３λ／４ブランチについて、Ｎ１は、１以上の次数を有する擬似ハイパスフィルタ（pseudo-high-pass-filter）（“ＰＨＰＦ”）ネットワークを表し、Ｎ２は、２以上の次数を有するＰＬＰＦネットワークを表す。このとき、Ｎは、Ｎ１及びＮ２の和であり、３以上である。
【００８３】
更には、灰色で示された、λ／４及び３λ／４ＬＣ“Ｐｉ”を有する位相補償ＬＣ対は、次の：
ωＲ＝２・π・ｆｃ＝１／（√ＬＣ）
ｓｉｎ（２・φ（ｔ））＝２・Ｃ・（出力インピーダンス）・ω
＝２・（出力インピーダンス）／（Ｌ・ω）
のような条件によりＬＣ値を選択することによって、中心動作周波数で共振するよう構成され得る。
【００８４】
上記の式で、ωＲは、ＬＣ共振の角周波数を表し、ｆｃは、共振周波数を表し、Ｌは、ＬＣ共振のインピーダンス値を表し、Ｃは、ＬＣ共振のキャパシタンス値を表し、φ（ｔ）は、前述の共振が起こり得るような、ピーク増幅器経路とインピーダンス変成器経路との間の補償されたアウトフェージング角度を表す。それらの２つの式は、ＬＣ共振の中和効果の条件を定義する。この共振によれば、ＬＣのいくつかの対は、ネットワーク低減及びコンパクトさの改善のために、破線ボックスによって概略的に表されるように、省略され得る。
【００８５】
図１０は、本開示の実施形態に従う電力増幅器、従来のドハティ電力増幅器、及び従来のクラスＡＢ／Ｂ電力増幅器についての効率対出力電力の各々のプロットを概略的に表す図である。図１０に表されているように、本開示のよって提供される電力増幅器の効率は、従来のドハティ電力増幅器及び従来のクラスＡＢ／Ｂ電力増幅器と比較して、最も高い効率を達成し得る。
【００８６】
図１１は、エンベロープ信号の確率密度関数（“ＰＤＦ”）を考慮しながら、本開示の実施形態に従う電力増幅器、従来のドハティ電力増幅器、及び従来のクラスＡＢ電力増幅器についての効率対出力電力バックオフ特性の各々のプロットを概略的に表す図である。図１１で明示的に表されているように、本開示の電力増幅器によって達成される効率は、従来のクラスＡＢ電力増幅器及び従来のドハティ電力増幅器と比較して相対的に高いレベルを著しく保つ。特に、エンベロープ信号の確率密度関数（“ＰＤＦ”）に基づき、エンベロープ信号の確率分布範囲において、本開示の電力増幅器の効率は、エンベロープ信号の確率が高いか低いかに関わらず、高いレベルのままであることが分かる。更には、出力電力要件に従って、更なるサブ増幅回路又は段が電力増幅器において追加され得、これにより、更なる効率ピーク及びより高い出力電力が得られる。対照的に、一定電力供給を有する従来のクラスＡＢ電力増幅器は、本開示に従うエンベロープトラッキング電源の代わりに、最低効率レベルを達成する。出力電力がバックオフされるとき、その効率は相当に低下する。従来のドハティ電力増幅器は、図示されるように、従来のクラスＡＢ電力増幅器と比べて高い効率レベルを達成し得る。しかしながら、出力電力がバックオフされるとき、その効率はやはり顕著に低下し、エンベロープ信号の確率分布範囲において比較的高いレベルを保つことができない。
【００８７】
図１２は、本開示の実施形態に従って、キャリア増幅器電力利得及びそのドレイン効率に対するラインアップ電力付加効率特性プロットを概略的に表す図である。図１２に示されるように、固定ＤＣ供給型キャリア増幅器及びエンベロープトラッキング電力供給型ピーク増幅器のラインアップ結合によって達成される全体効率は、キャリア増幅器の効率とともに劇的に低下する。しかし、本開示の解決法によれば、キャリア増幅器及びピーク増幅器の両方が、電源としてエンベロープトラッキング電源を使用することによって動作する。それにより、ラインアップ電力付加効率（power  added  efficiency）（ＰＡＥ）とキャリア増幅器効率との間の関係は定数に変換される。このことは、ラインアップ電力付加効率が高いままであり、より大きいキャリア効率低下を許容することを意味する。また、ラインアップ利得の増大により、従来のドハティ電力増幅器と比較して、低利得の最終増幅段について存在する効率低下はわずかである。
【００８８】
当業者によって理解されるように、本開示の実施形態に従う入力及び出力整合ネットワークは、単なる例であり、ピーク増幅器経路とインピーダンス変成器経路との間の位相差をより良く最適化するとともに、改善された入力及び出力整合を提供して最大及びバックオフ電力レベルで所望の性能特性を実現するために、様々な構成のより高次（二次及び三次）のネットワークにおいて実装され得る。特に、電力増幅器の有効帯域幅は、最大及びバックオフ電力レベルで高い効率を保ちながら、従来のドハティ増幅器によって達成されていたものに対して劇的に増大され得る。
【００８９】
語「接続される（connected）」、「結合される（coupled）」、又はその変形は、直接又は間接のいずれであろうと、２つ以上のようその間のあらゆる接続又は結合を意味し、一緒に「接続」又は「結合」されている２つの要素の間の１つ以上の中間要素の存在を包含し得る点が留意されるべきである。要素間の結合又は接続は、物理的、論理的、又はその組み合わせであってよい。ここで用いられるように、２つの要素は、いくつかの非制限的且つ非包括的な例として、１つ以上の配線、ケーブル、及び／又はプリント電気接続の使用によって、更には、例えば、無線周波数領域、マイクロ波領域及び光学（可視及び不可視の両方）領域における波長を有している電磁エネルギのような、電磁エネルギの使用によって、一緒に「接続」又は「結合」されると見なされ得る。
【００９０】
ここで説明されている開示の多くの変更及び他の実施形態は、前述の記載及び関連する図面で示された教示の利点を有しながら、本開示のそれらの実施形態が属している当該技術における当業者に思い浮かぶだろう。従って、本開示の実施形態は、開示されている具体的な実施形態に制限されず、変更及び他の実施形態は、添付の特許請求の範囲の適用範囲内に含まれるよう意図されることが理解されるべきである。具体的な語がここでは用いられているが、それらは、一般的且つ記述的な意味において使用されており、限定目的でない。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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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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【国際調査報告】
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