CN105850036A - 功率放大装置以及功率放大装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

实施方式的功率放大装置具有多赫蒂放大器、电压调整部以及中央运算处理部。多赫蒂放大器通过主放大器和峰值放大器分别放大输入信号，输出将放大后的信号进行合成而得到的输出信号。电压调整部对主放大器以及峰值放大器分别供给漏极电压和栅极电压。中央运算处理部根据多赫蒂放大器的饱和输出功率与多赫蒂放大器的平均输出功率之比，控制电压调整部而供给漏极电压和栅极电压。

Description

功率放大装置以及功率放大装置的控制方法
技术领域
本发明的实施方式涉及功率放大装置以及功率放大装置的控制方法。
背景技术
以往，作为高效地放大输入功率的功率放大装置，使用组合了主放大器和峰值放大器的多赫蒂(doherty)放大器。在例如地面数字电视发送中使用功率放大装置的情况下，根据所使用的地域，调制方式成为ISDB-T、DVB、ATSC等这样的不同的调制方式。因此，功率放大器所需的饱和功率电平和平均功率电平的比(以下称为PAR(Peak-to-Average Ratio，峰均比))在上述调制方式的期间中、例如在6dB～10dB的期间中不同。
但是，以往通过使用功率效率为最大的PAR固定的功率放大装置，从而有时功率效率降低。
专利文献1：日本特开2007-81800号公报
专利文献2：日本特开2010-34954号公报
专利文献3：日本特开2010-114539号公报
发明内容
本发明想要解决的课题在于，提供一种即使在放大不同的调制方式的输入信号的情况下也能够将功率效率维持得较高的功率放大装置以及功率放大装置的控制方法。
实施方式的功率放大装置具有多赫蒂放大器、电压调整部以及中央运算处理部。多赫蒂放大器通过主放大器和峰值放大器分别放大输入信号，输出将放大后的信号进行合成而得到的输出信号。电压调整部对主放大器以及峰值放大器分别供给漏极电压和栅极电压。中央运算处理部根据多赫蒂放大器的饱和输出功率与多赫蒂放大器的平均输出功率之比，控制电压调整部而供给漏极电压和栅极电压。
附图说明
图1是示出实施方式的功率放大装置1的结构的图。
图2是示出使用了多赫蒂放大器的功率放大装置的功率效率的图。
图3是示出中央运算处理部21参照的表格的一个例子的图。
图4是示出功率放大装置1的功率效率的图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明实施方式的功率放大装置以及功率放大装置的控制方法。图1是示出实施方式的功率放大装置1的结构的图。图1所示的功率放大装置1具有输入匹配电路4、主放大器5、输出匹配电路6、λ/4线路7、λ/4线路8、输入匹配电路9、峰值放大器10、输出匹配电路11、输入端子13、输出端子14、中央运算处理部(CPU部)21、电压调整电路23(电压调整部)、以及电压调整电路24(电压调整部)。
输入到输入端子13的输入信号2经由分支点3，被输入到输入匹配电路4。输入匹配电路4是取得输入信号2与构成主放大器5的放大元件的输入侧的匹配的电路。在主放大器5中，所构成的放大元件从A级被偏置为AB级或者B级，所以与输入信号2的功率电平无关地进行输入信号2的放大而输出。输出匹配电路6是取得构成主放大器5的放大元件的输出与主放大器5的输出的匹配的电路。λ/4线路7作为在输入信号2是小功率电平时对主放大器5的输出进行阻抗变换的电路而发挥功能。
由分支点3所分支的输入信号2通过λ/4线路8，相位被延迟90度，并被输入到输入匹配电路9。输入匹配电路9是取得相位被延迟90度的输入信号2与构成峰值放大器10的放大元件的输入侧的匹配的电路。在峰值放大器10中，所构成的放大元件被偏置为C级，所以在输入信号2是小功率电平时成为非动作状态，在大功率电平时成为动作状态而放大输入信号2来输出。输出匹配电路11是取得构成峰值放大器10的放大元件的输出与峰值放大器10的输出的匹配的电路。λ/4线路7的输出与输出匹配电路11的输出在合成点12中被合成。在合成点12中合成的信号作为输出信号15而从输出端子14输出。
在具备以上的结构的功率放大装置1中，在其输入输出功率的特性中，在输入信号2的输入功率比预定的输入功率电平更低时，仅通过主放大器5进行线性的功率放大。另一方面，在功率放大装置1中，在其输入输出功率的特性中，如果输入信号2的输入功率成为预定的输入功率电平以上，则除了主放大器5以外还通过峰值放大器10进行线性的功率放大动作。由此，即使主放大器5的放大特性饱和，也能够维持多赫蒂放大器整体的功率放大特性的线性。
图2是示出使用了多赫蒂放大器的功率放大装置的功率效率的图。在图2中，横轴示出输出信号15的输出功率电平，纵轴示出功率效率。如图2所示，在输出功率电平是饱和输出功率电平31的情况下，成为主放大器5和峰值放大器10按照饱和功率电平进行放大的状态。在该情况下，功率效率30成为峰值。将该功率效率成为峰值的点设为饱和点34。
另一方面，在功率放大装置1中，在输出信号15的输出功率电平比饱和输出功率电平31低8dB的输出功率电平(PAR＝8dB)下，成为仅主放大器5按照饱和功率电平进行放大的状态，峰值放大器10成为未进行放大的状态。在该情况下，功率效率30也成为峰值。将该功率效率成为峰值的点设为转换点35。这样，在图1所示的功率放大装置1中，功率效率成为峰值的输出功率电平在饱和点34和转换点35中有2个部位，所以能够增大功率效率高的输出功率电平的范围。
另外，在广播用的发送机中使用的功率放大装置等中，在使用数字调制信号作为输入信号2时，根据设置功率放大装置的地域，调制方式不同，所以PAR根据调制方式而变化。例如在PAR＝6dB下使用设定为PAR＝8dB的功率放大器的情况下，有时以功率效率向图2中的箭头的方向、即功率效率从成为峰值的点降低了的状态(例如图2所示的点38)、即低效地使功率放大装置工作。
因此，在图1所示的功率放大装置1中，设置中央运算处理部21、电压调整电路23以及电压调整电路24，针对向构成多赫蒂放大器的各放大器施加的栅极电压以及漏极电压，根据PAR以及输入信号的载波频率，使功率效率中的上述饱和点以及转换点的位置变化。
具体而言，中央运算处理部21参照例如内置的表格，根据PAR和输入信号的频带，决定电压调整电路23以及电压调整电路24向构成主放大器5的放大元件以及构成峰值放大器10的放大元件施加的控制电压的信息(栅极电压值以及漏极电压值)。
图3示出中央运算处理部21所参照的表格的一个例子。在该表格中，与功率放大装置1的输入信号2的频带以及PAR相关联地存储有对主放大器5施加的栅极电压VGG、漏极电压VDD的电压值信息、对峰值放大器10施加的栅极电压VGG、漏极电压VDD的电压值信息。
在图3所示的表格中，作为输入信号2的载波频率，存储有频带1～频带5(以下将1个频带设为频带i)这5个频带。
例如，在输入信号2的频率处于频带1的情况下，与PAR＝6dB对应地，作为电压调整电路23对主放大器5的栅极端子施加的栅极电压VGG的电平而存储有V1a，作为对漏极端子施加的漏极电压VDD而存储有V2a。另外，作为电压调整电路24对峰值放大器10的栅极端子施加的栅极电压VGG的电平而存储有V3a，作为对漏极端子施加的漏极电压VDD而存储有V4a。
另外，在输入信号2的频率处于频带1的情况下，与PAR＝8dB对应地，作为电压调整电路23对主放大器5的栅极端子施加的栅极电压VGG的电平而存储有V5a，作为对漏极端子施加的漏极电压VDD而存储有V6a。另外，作为电压调整电路24对峰值放大器10的栅极端子施加的栅极电压VGG的电平而存储有V7a，作为对漏极端子施加的漏极电压VDD而存储有V8a。
这样，中央运算处理装置参照与输入信号2的频率、以及多赫蒂放大器的饱和输出功率和多赫蒂放大器的平均输出功率之比(PAR)相关联地预先存储漏极电压和栅极电压的电压值信息的表格，决定电压调整电路23、24对主放大器5以及峰值放大器10分别供给的漏极电压和栅极电压。
另外，在图3所示的表格中，示出了PAR＝6dB、PAR＝8dB的情况，但该表格也可以构成为针对其他调制方式、即PAR的值不同的情况也存储漏极电压以及栅极电压的信息。例如，也可以构成为针对PAR＝10dB的情况，存储对主放大器5以及峰值放大器10施加的栅极电压以及漏极电压的电压信息。
通过实验，与平均输出功率对应地求出存储到表格中的各控制电压的组。例如，该实验是如下实验：将例如输出监控电路连接到输出端子14而使功率放大装置1工作，使对主放大器5以及峰值放大器10分别施加的栅极电压VGG以及漏极电压VDD变化，并且确认平均输出功率时的功率效率和饱和输出功率，同时，决定最佳的控制电压(转换点中的功率效率成为峰值的栅极电压以及漏极电压)。另外，该实验是如下实验：与输入信号2的载波频率、PAR的值对应地，决定在图3所示的表格中存储的栅极电压VGG以及漏极电压VDD。在例如功率放大装置1的制造之后进行这样的实验，从而与输入信号2的频带以及PAR对应地在表格中存储各控制电压。另外，与输入信号2的频带对应地求出各控制电压的理由在于，根据输入信号2的频率，饱和点以及转换点的峰值的高度不同。通过这样与输入信号2的频带对应地求出控制电压，能够根据输入信号2的载波频率以及PAR，使功率放大装置1在功率效率最佳的(效率更高)状态下以平均输出功率来工作。
另外，关于使用存储在表格中的控制电压中的与哪个PAR对应的控制电压的组，这在功率放大装置1的出厂时由制造者从例如针对中央运算处理部21设置的输入装置，输入表示以哪个调制方式工作的信号。由此，中央运算处理部21构成为存储制造者从表格中输入的PAR，并读出与该PAR对应的控制电压。另外，在调制方式相同的地域中，在改变输入信号2的频率的频带而工作的情况下，例如功率放大装置的设置者从针对中央运算处理部21设置的输入装置，输入表示以哪个频带来工作的信号。由此，中央运算处理部21构成为存储设置者从表格中输入的频带，并读出与该频带对应的控制电压。
返回到图1，电压调整电路23将被供给的电源的电压电平变换为中央运算处理部21决定的控制电压的电平，将变换后的栅极电压以及漏极电压，分别施加到构成主放大器5的放大元件的栅极端子、漏极端子。
电压调整电路24将漏极电源的电压电平变换为中央运算处理部21决定的控制电压的电平，将变换后的电压(控制电压)施加到构成峰值放大器10的放大元件的栅极端子以及漏极端子。这样，在实施方式的功率放大装置1中，构成为能够根据输出信号15的平均输出电压电平，独立地设定主放大器5以及峰值放大器10各自的栅极电压以及漏极电压。
接下来，参照附图，说明使功率放大装置1根据调制方式而工作的情况。图4是示出图1所示的功率放大装置1的功率效率的图。在图4中，横轴示出输出信号15的输出功率电平，纵轴示出功率效率。
图4所示的功率效率中的实线所示的功率效率80表示功率放大装置1的PAR＝8dB下的功率效率。在以PAR＝8dB来动作的情况下，中央运算处理部21从存储在表格中的控制电压的多个组，读出与PAR＝8dB对应的一组控制电压值(对主放大器施加的VGG、VDD、对峰值放大器施加的VGG、VDD)。例如，在输入信号2的载波频率是频带1的情况下，从表格读出与频带1相关联的控制电压值的组之中的与PAR＝8dB对应的对主放大器5施加的栅极电压值V5a、漏极电压值V6a、对峰值放大器10施加的栅极电压值V7a、漏极电压值V8a。
中央运算处理部21控制电压调整电路23、24，将与该电压值相当的栅极电压以及漏极电压施加到主放大器5以及峰值放大器10。在施加了该控制电压的状态下，对主放大器5和峰值放大器10施加的漏极电压以及栅极电压是单独施加的，所以功率放大装置1的功率效率如图4中的功率效率80所示。在功率效率80下，在从饱和输出功率电平81降低了退避量8dB的点中，有功率效率80成为峰值的转换点85。该转换点85是功率放大装置1的PAR＝8dB下的平均输出功率电平82，所以能够进行平均输出功率电平82下的高效动作。即，功率放大装置1在使用PAR＝8dB的调制方式的地域中，能够在将功率效率成为峰值的转换点85的点设为平均输出功率的同时，高效地放大处于频带1的输入信号2。
另外，在使功率放大装置1在调制方式不同的地域中动作的情况、例如以PAR＝6dB动作的情况下，中央运算处理部21从存储在表格中的控制电压的多个组，读出与PAR＝6dB对应的一组控制电压值(对主放大器施加的VGG、VDD、对峰值放大器施加的VGG、VDD)。例如，在输入信号2的载波频率是频带1的情况下，从表格读出与频带1相关联的控制电压值的组之中的与PAR＝6dB对应的对主放大器5施加的栅极电压值V1a、漏极电压值V2a、对峰值放大器10施加的栅极电压值V3a、漏极电压值V4a。
中央运算处理部21控制电压调整电路23、24，将与该电压值相当的栅极电压以及漏极电压施加到主放大器5以及峰值放大器10。在施加了该控制电压的状态下，对主放大器5和峰值放大器10施加的漏极电压以及栅极电压是单独施加的，所以用图4中的功率效率60表示功率放大装置1的功率效率。在功率效率60中，在从饱和输出功率电平61降低了退避量6dB的点中，有功率效率60成为峰值的转换点65。该转换点65是功率放大装置1的PAR＝6dB下的平均输出功率电平82，所以能够进行平均输出功率电平82下的高效动作。即，功率放大装置1在使用PAR＝6dB的调制方式的地域中，能够在将功率效率成为峰值的转换点65的点设为平均输出功率的同时，高效地放大处于频带1的输入信号2。
例如，在使不具有根据调制方式在主放大器5和峰值放大器10中单独地施加栅极电压以及漏极电压的结构的、设定为PAR＝8dB的功率放大装置以PAR＝6dB来工作的情况下，会在PAR＝8dB的功率效率80下的点88的附近动作。因此，功率放大装置在功率效率低的状态下工作。
相对于此，在实施方式的功率放大装置1中，缩减动作(reductionoperation)中的功率效率如上述那样是图4所示的功率效率60。因此，能够使转换点65处的输出功率电平成为平均输出功率电平而动作，功率效率高，即能够高效地放大。
另外，在使功率放大装置1在调制方式不同的地域中动作的情况、例如以PAR＝10dB来动作的情况下，中央运算处理部21从存储在表格中的控制电压的多个组，读出与PAR＝10dB对应的一组控制电压值(对主放大器施加的VGG、VDD、对峰值放大器施加的VGG、VDD)。例如，在输入信号2的载波频率是频带1的情况下，从表格读出与频带1相关联的控制电压值的组之中的与PAR＝10dB对应的对主放大器5施加的栅极电压值、漏极电压、对峰值放大器10施加的栅极电压值、漏极电压值。
中央运算处理部21控制电压调整电路23、24，将与该电压值相当的栅极电压以及漏极电压施加到主放大器5以及峰值放大器10。在施加了该控制电压的状态下，对主放大器5和峰值放大器10施加的漏极电压以及栅极电压是单独施加的，所以功率放大装置1的功率效率如图4中的功率效率100所示。在功率效率100下，在从饱和输出功率电平101降低了退避量10dB的点中，有功率效率100成为峰值的转换点105。该转换点105是功率放大装置1的PAR＝10dB下的平均输出功率电平82，所以能够进行平均输出功率电平82下的高效动作。即，功率放大装置1在使用PAR＝10dB的调制方式的地域中，能够在将功率效率成为峰值的转换点105的点设为平均输出功率的同时，高效地放大处于频带1的输入信号2。
另外，在PAR＝8dB的地域中，在输入信号2的载波频率是频带2的情况下，从表格读出与频带2相关联的控制电压值的组之中的与PAR＝8dB对应的对主放大器5施加的栅极电压值V5b、漏极电压值V6b、对峰值放大器10施加的栅极电压值V7b、漏极电压值V8b。
中央运算处理部21控制电压调整电路23、24，将与该电压值相当的栅极电压以及漏极电压施加到主放大器5以及峰值放大器10。在施加了该控制电压的状态下，对主放大器5和峰值放大器10施加的漏极电压以及栅极电压是单独施加的，所以功率放大装置1的功率效率与输入信号2的载波频率对应地，在从饱和输出功率电平81降低了退避量8dB的点中，具有功率效率成为峰值的转换点。该转换点是功率放大装置1的PAR＝8dB下的平均输出功率电平，所以能够进行该平均输出功率下的高效动作。即，功率放大装置1在使用预定的调制方式的地域中，能够在将功率效率成为峰值的转换点的点设为平均输出功率的同时，高效地放大处于任意的频带的输入信号2。
根据以上说明的至少一个实施方式，中央运算处理部根据多赫蒂放大器的饱和输出功率与多赫蒂放大器的平均输出功率之比，控制电压调整部而对主放大器以及峰值放大器分别供给漏极电压和栅极电压，从而能够提供即使在放大不同调制方式的输入信号的情况下也能够将功率效率维持得较高的功率放大装置以及功率放大装置的控制方法。
虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式仅为例示，并非意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式来实施，能够在不脱离发明的要旨的范围中进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含于发明的范围、要旨中，同样地包含于权利要求书记载的发明及其均等的范围中。

Claims (3)

1.一种功率放大装置，具备：
多赫蒂放大器，通过主放大器和峰值放大器分别放大输入信号，输出将放大后的信号进行合成而得到的输出信号；
电压调整部，对所述主放大器以及所述峰值放大器分别供给漏极电压和栅极电压；以及
中央运算处理部，根据所述多赫蒂放大器的饱和输出功率与所述多赫蒂放大器的平均输出功率之比，控制所述电压调整部而供给所述漏极电压和栅极电压。
2.根据权利要求1所述的功率放大装置，其特征在于，
所述中央运算处理部参照与所述输入信号的频率以及所述多赫蒂放大器的饱和输出功率与所述多赫蒂放大器的平均输出功率之比相关联地预先存储所述漏极电压和所述栅极电压的电压值信息的表格，决定所述电压调整部对所述主放大器以及所述峰值放大器分别供给的漏极电压和栅极电压。
3.一种功率放大装置的控制方法，所述功率放大装置具备：
多赫蒂放大器，通过主放大器和峰值放大器分别放大输入信号，输出将放大后的信号进行合成而得到的输出信号；
电压调整部，对所述主放大器以及所述峰值放大器分别供给漏极电压和栅极电压作为控制电压；以及
中央运算处理部，控制所述电压调整部而供给所述漏极电压和栅极电压，
在所述功率放大装置的控制方法中，
所述中央运算处理部根据所述多赫蒂放大器的饱和输出功率与所述多赫蒂放大器的平均输出功率之比，决定漏极电压和栅极电压，
根据所决定的所述漏极电压和栅极电压，控制所述电压调整部。
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