DE102005058464A1

DE102005058464A1 - Doherty-Mikrowellenverstärker und Signalverarbeitungsverfahren für diesen

Info

Publication number: DE102005058464A1
Application number: DE102005058464A
Authority: DE
Inventors: Tooru Kijima
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-12-08
Also published as: JP4387936B2; DE102005058464B4; GB2421130A; CN100477497C; GB2421130B; US7268617B2; US20060152279A1; GB0524806D0; CN1855698A; JP2006173722A

Abstract

Ein Doherty-Mikrowellenverstärker mit einem Hauptverstärker 1 und einem Spitzenverstärker 2, wobei ein Eingangssignal an den Hauptverstärker und den Spitzenverstärker verteilt und diesen eingegeben wird, um ein Ausgangssignal durch Kombinieren eines Ausgangs des Hauptverstärkers und eines Ausgangs des Spitzenverstärkers zu erhalten, umfasst eine erste Kupplungsvorrichtung 21, die einen Teil des Einganssignals abzweigt und ausgibt, eine zweite Kupplungsvorrichtung 22, die einen Teil des Ausgangssignals abzweigt und ausgibt, und eine Vorlaststeuereinheit 5, die ein Vorlastsignal an den Spitzenverstärker regelt, beruhend auf einer Differenz zwischen einem Pegel eines Signals, das von der ersten Kupplungsvorrichtung abgezweigt und ausgegeben wird, und einem Pegel des Signals, das von der zweiten Kupplungsvorrichtung abgezweigt und ausgegeben wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Doherty-Mikrowellenverstärker (im folgenden als Doherty-Verstärker bezeichnet) und ein zugehöriges Signalverarbeitungsverfahren.

Ein Doherty-Verstärker ist als Verstärker mit hoher Effizienz gut bekannt. Der Doherty-Verstärker ist mit einem Hauptverstärker, um eine lineare Verstärkung durchzuführen, und mit einem Spitzenverstärker, um Störungen der Linearität des Hauptverstärkers im Gebiet einer hohen Ausgabe auszugleichen, ausgestattet. Da der Doherty-Verstärker eine große Ausgabe bei niedriger Leistung erzielen kann, wurde er im Hochfrequenzgebiet, wie etwa bei Mikrowellen, verwendet (s. hierzu beispielsweise R. J. McMorrow, D.M. Voton und P.R. Malonney "The Doherty microwave amplifier", 1994, IEEE MTTS Digest, TH3-E, 1994).

1 ist ein exemplarisches Blockdiagramm, das einen derzeitigen Doherty-Verstärker zeigt. Der Doherty-Verstärker in 1 hat einen Hauptverstärker 100, einen Spitzenverstärker 200, eine Ausgangslast 300, einen Verteiler 400 und einen Vorlastkontroller oder Biaskontroller 500. Der Verteiler 400 verteilt ein Signal, das dem Doherty-Verstärker eingegeben wird, auf den Hauptverstärker 100 und den Spitzenverstärker 200.

2 ist eine exemplarische Ansicht, die eine Eingabe/Ausgabe-Charakteristik des Doherty-Verstärkers aus 1 zeigt. 2 zeigt eine Betriebslinie ML der Eingabe zur Ausgabe des Hauptverstärkers 100 und eine Betriebslinie PL der Eingabe zur Ausgabe des Spitzenverstärkers 200. Der Spitzenverstärker 200 beginnt mit seiner Ausgabe von einem S- Punkt, bei dem die Sättigung der Ausgabe des Hauptverstärkers 100 beginnt.

Der Vorlastkontroller 500 überprüft einen Eingangssignalpegel des Doherty-Verstärkers, um eine Vorlaststeuerungsspannung an den Spitzenverstärker 200 ausgegeben, wenn der Eingangssignalpegel einen Eingangspegel an dem Punkt S übersteigt. Der Spitzenverstärker 200 gleicht die Verschlechterung der Ausgabe des Hauptverstärkers 100 aus, um ein verstärktes Signal an der Ausgangslast 300 auszugeben. Im Ergebnis, wie es mit der gepunkteten Linie in 2 gezeigt ist, wird ein lineares Ausgangssignal aus der Kombination der Ausgabe des Hauptverstärkers 100 an der Ausgangslast 300 erhältlich (s. hierzu beispielsweise die japanische Patentanmeldung KPKAI Veröffentlichtungsnr. 2004-173231, (achte Seite, 2)).

Jedoch ist bei der Konfiguration aus 1 der Eingangspegel an dem Punkt S, von dem der Spitzenverstärke^r 200 seinen Betrieb beginnt, ein im Voraus festgelegter Pegel. Daher machen es die Änderungen des Eingangspegels, von dem die Verstärkungen des Hauptverstärkers 100 und des Spitzenverstärkers 200 und die Sättigung des Hauptverstärkers 100 bei der Temperatur beginnen, dem bestehenden Verstärker unmöglich, genau einen linearen Ausgleich durchzuführen. Ein bestehender Doherty-Verstärker kann nicht genau den linearen Ausgleich durchführen, der ebenfalls von der individuellen Differenz im Hauptverstärker 100 abhängt.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der bekannte Doherty-Verstärker überwacht seinen Eingangssignalpegel und regelt eine Spannung eines Vorlastsignals zur Steuerung einer Ausgabe von einem Spitzenverstärker. Daher verursacht eine Änderung der Temperatur oder individuelle Unterschiede im Doherty-Verstärker das Problem, dass eine genaue Linearität nicht erhalten werden kann.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verstärker für eine hohe Frequenz mit hoher Effizienz, der eine genaue Linearität erhalten kann, und ein zugehöriges Signalverarbeitungsverfahren bereit zu stellen.

Entsprechend einem erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Doherty-Mikrowellenverstärker bereitgestellt, der einen Hauptverstärker und einen Spitzenverstärker hat, ein Eingangssignal zu dem Hauptverstärker und dem Spitzenverstärker verteilt und eingibt, um ein Ausgangssignal durch Kombination des Hauptverstärkerausgangs und des Spitzenverstärkerausgangs zu erhalten, wobei er dadurch gekennzeichnet ist, dass er eine erste Kupplungsvorrichtung (21), welche ein Teil des Eingangssignals abzweigt und ausgibt, eine zweite Kupplungsvorrichtung (22), die einen Teil des Ausgangssignals abzweigt und ausgibt, und eine Vorlaststeuereinheit (5) enthält, die ein Vorlastsignal des Spitzenverstärkers, beruhend auf der Differenz zwischen einem Pegel eines Signals, das von der ersten Kupplungsvorrichtung abgezweigt und ausgegeben wurde, und einem Pegel eines Signals, das von der zweiten Kupplungsvorrichtung abgezweigt und ausgegeben wurde, zur Regelung rückführt.

Erfindungsgemäß kann, da eine Spannung eines Vorlastsignals eines Spitzenverstärkers gesteuert wird, um so dessen Verstärkung festzulegen, indem ein Eingang und ein Ausgang des Doherty-Verstärkers verglichen werden, der Doherty-Verstärker für eine hohe Frequenz mit ausgezeichneter Linearität erhalten werden.

Zusätzliche Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung ausgeführt und sind teilweise aus der Beschreibung offensichtlich, oder sie können durch Anwenden der Erfindung erkannt werden. Die Vorteile der Erfindung können mittels der Geräte und deren Kombinationen erhalten werden, die insbesondere im folgenden ausgeführt sind.

KURZE BESCHREIBUNG VERSCHIEDENER ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegenden Zeichnungen, die Teil der Beschreibung bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung, zusammen mit den allgemeinen oben dargelegten Konzept, und der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen, die noch folgt, dient hier zum Erläutern der Grundzüge der Erfindung.
1 ist ein exemplarisches Blockdiagramm, das einen herkömmlichen Doherty-Mikrowellenverstärker (im folgenden als Doherty-Verstärker bezeichnet) zeigt;
2 ist eine exemplarisches Ansicht, die eine Eingabe/Ausgabe-Charakteristik des Doherty-Verstärkers in 1 zeigt,
3 ist ein exemplarisches Blockdiagramm, das eine erste Ausführungsform eines zur Erfindung gehörenden Doherty-Verstärkers zeigt;
4 ist eine exemplarisches Ansicht, die eine Eingabe/Ausgabe-Charakteristik des Doherty-Verstärkers aus 3 zeigt;
5 ist ein B exemplarisches Blockdiagramm, das eine zweite Ausführungsform des zur Erfindung gehörenden Doherty-Verstärkers zeigt;
6 ist eine exemplarische Ansicht, die eine Eingabe/Ausgabe-Charakteristik des Doherty-Verstärkers aus 5 zeigt;
7 ist ein exemplarisches Blockdiagramm, das eine dritte Ausführungsform des zur Erfindung gehörenden Doherty-Verstärkers zeigt;
8 ist ein exemplarisches Blockdiagramm, das eine variable Phasenschiebevorrichtung aus 7 zeigt;
9 ist ein exemplarisches Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel des Doherty-Verstärkers des dritten Beispiels der Erfindung zeigt; und
10 ist ein exemplarisches Blockdiagramm, das eine vierte Ausführungsform zur Erfindung gehörenden Doherty-Verstärkers.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
(Erste Ausführungsform)
3 ist ein exemplarisches Blockdiagramm, das die erste Ausführungsform des Doherty-Verstärkers der Erfindung zeigt. 4 ist eine exemplarische Ansicht, die eine Eingabe/Ausgabe-Charakteristik des Doherty-Verstärkers in 3 zeigt. Eine Konfiguration und ein Betrieb des Doherty-Verstärkers bezüglich der ersten Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf die 3 und 4 erläutert.
In 3 umfasst der Doherty-Verstärker einen Hauptverstärker 1, einen Spitzenverstärker 2, einen Verteiler 3, einen ¼-Wellenlängen-Impedanzwandler 4a, einen ¼-Wellenlängenimpedanzwandler 4b, eine Vorlastförderschaltung 5, eine Verzögerungseinheit 10 und einen Temperaturausgleichsdämpfer (temperature compensation attenuator) 11. Die Vorlaststeuereinheit 5 enthält einen Detektor 6, einen Detektor 7, einen Pegelvergleicher 8 und einen Amplitudenbegrenzer 9. Eine Eingabe und eine Ausgabe werden über Kupplungsvorrichtungen 21 und 22 bereitgestellt, um jeweils ein Signal zu dem Pegelvergleicher 8 abzuzweigen.
Bei dem Doherty-Verstärker der ersten Ausführungsform überprüft der Pegelvergleicher 8 den Verstärkungsfaktor des Doherty-Verstärkers durch Vergleichen der Signalpegel an dem Eingang und dem Ausgang. Der Amplitudenbegrenzer 9 gibt dann ein Vorlastsignal Vgg, das den Verstärkungsfaktor konstant hält, nämlich konstant die Linearität beibehält, an den Spitzenverstärker 2 aus. Im folgenden werden Betriebsabläufe für jedes Teil der Konfiguration des Doherty-Verstärkers beschrieben.
Der Hauptverstärker 1 ist ein Verstärker mit hoher Ausgabe, wie etwa ein Verstärker der AB-Klasse mit exzellenter Linearität. Der Spitzenverstärker ist ein Verstärker mit hoher Ausgabe, wie etwa ein Verstärker der C-Klasse und hat einen Eingangsanschluss für das Vorlastsignal Vgg, das einem Signaleingangsanschluss zugeführt wird, um so einen Arbeitspunkt zu steuern.
Ein Signal, das dem Doherty-Verstärker eingegeben wird, wird der Verteilungsvorrichtung 3 über den Temperaturausgleichsdämpfer 11 eingegeben, um Temperaturänderungen der Verstärkungsfaktoren des Hauptverstärkers 1 und des Spitzenverstärkers 2 auszugleichen. Das Eingangssignal wird in zwei Zweige durch den Verteiler 3 aufgezweigt, und eines wird dem Hauptverstärker 1 und das andere dem Spitzenverstärker 2 eingegeben. Ein Ausgangsanschluss des Hauptverstärkers 1 ist mit einem Ausgangsanschluss des Spitzenverstärkers 2 über den ¼-Wellenlängenimpedanzwandler 4a verbunden. Des Weiteren ist ein weiterer ¼-Wellenlängen-Impedanzwandler 4b mit dem Ausgangsanschluss des Spitzenverstärkers 2 verbunden, und die jeweils von dem Hauptverstärker 1 und dem Spitzenverstärker 2 verstärkten Signale werden kombiniert, um von dem Doherty-Verstärker ausgegeben zu werden.
Die Kupplungsvorrichtung 21 zweigt einen Teil des Eingangssignals ab, und sie entnimmt und gibt es zu dem Detektor 6 der Vorlaststeuereinheit 5 über die Verzögerungsschaltung 10 aus. Der Detektor 6 detektiert das Eingangssignal, um beispielsweise ein Eingangspegelsignal Vi zu erzeugen, das in einen Gleichstrom umgewandelt wird. Das Eingangspegelsignal Vi wird an einen Eingangsanschluss des Pegelvergleichers 8 ausgegeben. Das kombinierte Ausgangssignal wird von der Kupplungsvorrichtung 22 auf der anderen Seite abgezweigt, in ein Aungangspegelsignal Vo durch den Detektor 7 der Vorlaststeuereinheit 5 umgewandelt und dem anderen Anschluss des Pegelvergleichers 8 eingegeben.
Wenn der Eingangssignalpegel niedrig ist, arbeitet der Hauptverstärker 1 linear, so dass der Spitzenverstärker 2 in einen abgeschalteten Zustand gebracht wird. Wenn beispielsweise der Spitzenverstärker 2 mittels eines FETs ausgestaltet ist, wird das Vorlastsignal Vgg an ein Gate des FET des Spitzenverstärkers 2 von der Vorlaststeuereinheit 5 geliefert, um so einen Drain-Strom des FET auf Null zu steuern. Wenn der Eingangssignalpegel hoch wird, dann wird die Ausgabe des Hauptverstärkers 1 anfangen, in die Sättigung zu geraten, und der Spitzenverstärker 2 beginnt zu arbeiten. In einem solchen Zustand steuert die Vorlaststeuereinheit 5 das Vorlastsignal Vgg, so dass der Doherty-Verstärker eine lineare Ausgabe und einen konstanten Verstärkungsfaktor erhält.
Der Pegelvergleicher 8 misst das Ausgangspegelsignal Vo und das Eingangspegelsignal Vi, um die Linearität zu überprüfen. Und, wenn der vorgeschriebene Verstärkungsfaktor beeinträchtigt ist (entsprechend dem Punkt S, an dem die Ausgabe in 4 mit der Sättigung beginnt), gibt der Pegelvergleicher 8 das Vorlastsignal Vgg an den Spitzenverstärker 2 über den Amplitudenbegrenzer 9 aus. Zur Detektion dieser Verschlechterung in einem Gebiet, in dem der Verstärkungsfaktor konstant gehalten wird, stellt ein Dämpfer oder ähnliches (nicht gezeigt) im Voraus ein, so dass das Ausgangspegelsignal Vo und das Eingangspegelsignal Vi miteinander einen gleichen Pegel erhalten.
Wenn der Hauptverstärker 1 gesättigt ist, wird das Ausgangspegelsignal Vo einen Wert niedriger als jenen des Eingangspegelsignals Vi annehmen. Der Pegelvergleicher 8 detektiert die Differenz, um das Vorlastsignal Vgg über den Amplitudenbegrenzer 9 an den Spitzenverstärker 2 so auszugeben, dass das Ausgangspegelsignal Vo und das Eingangspegelsignal Vi miteinander gleich sind.
In dem Spitzenverstärker 2 wird das Vorlastsignal Vgg einem Gate zugeführt, so dass ein Drain-Strom, der in einem abgeschalteten Zustand war, so zugeführt wird, dass er eine Ausgabe von dem gesättigten Hauptverstärker 1 ausgleicht, dann wird die Ausgabe beginnen. Die Ausgabe von dem Spitzenverstärker 2 wird mit der Ausgabe von dem Hauptverstärker 1 kombiniert. Dann wird die Linearität des Doherty-Verstärkers durch Ausgabe einer Spannung des Vorlastsignals Vgg gesichert, um so konstant den Verstärkungsfaktor des Pegelvergleichers 8 beizubehalten.
Wie beschrieben, wird der Verstärkungsfaktor konstant durch Steuerung des Vorlastsignals mittels des Pegelvergleichers 8, so dass das Ausgangspegelsignal Vo und das Eingangspegelsignal Vi den gleichen Pegel annehmen. Jedoch kann der Pegelvergleicher 8 numerische Wandlungen für das Ausgangspegelsignal Vo und das Eingangspegelsignal Vi durchführen, um den Verstärkungsfaktor des Doherty-Verstärkers zu erhalten, indem das numerische Verhältnis zwischen den Pegelsignalen Vo und Vi verwendet wird, und er kann die Vorlastspannung steuern, um den Verstärkungsfaktor konstant zu halten.
Der bekannte Doherty-Verstärker misst nur den Eingangssignalpegel und gibt das vorgegebene Vorlastsignal an den Vorlastverstärker 2 aus, wenn der Eingangssignalpegel einen Wert erreicht, bei dem angenommen wird, dass die Sättigung beginnt. Das heißt, der herkömmliche Doherty-Verstärker steuert den Verstärkungsfaktor durch eine offene Steuerung, so dass der Doherty-Verstärker nicht eine genaue Linearität sicherstellen kann, wenn die Betriebsabläufe des Hauptverstärkers 1 und des Spitzenverstärkers 2 sich von den Bedingungen unterscheiden, die voraus eingestellt wurden.
Andererseits überwacht die erste Ausführungsform der Erfindung die Spannung des Vorlastsignals Vgg durch den Betrieb des Amplitudenbegrenzers 9, und begrenzt einen maximalen Wert des Vorlastsignals Vgg, so dass der Spitzenverstärker 2 nicht über einen Grenzwert hinaus ausgibt, wenn ein Überspringer dem Eingangssignal zugeführt wird. Der Spitzenverstärker 2 kann auf diese Art geschützt werden, und der Betriebsbereich wird genau eingestellt. Die Linearität des Doherty-Verstärkers wird effektiv und genau in dem Betriebsbereich beibehalten. Bei der ersten Ausführungsform, wenn die maximale Ausgangsleistung des Hauptverstärkers 1 und des Spitzenverstärkers 2 so eingestellt ist, dass sie jeweils M Watt bzw. P Watt beträgt, wird (M+P) Watt die maximale Ausgangsleistung des Doherty-Verstärkers.
Der Temperaturausgleichsdämpfer 11 ist auf der Eingangsseite des Verteilers 3 angeordnet, um so Betriebsvariationen aufgrund einer Änderung der Temperatur für den Verstärkungsfaktor oder ähnliches des Hauptverstärkers 1 und des Spitzenverstärkers 2 auszugleichen. Im Ergebnis, da die Last auf den Spitzenverstärker 2 verringert werden kann, da die Menge der Änderung im Verstärkungsfaktor und Temperaturvariationen, an dem Punkt, an dem die Sättigung der Ausgabe beginnt, unter drückt werden, wird die Stabilität des Doherty-Verstärkers verbessert, wobei unnötiger Leistungsverbrauch vermieden wird.
(Zweite Ausführungsform)
5 ist ein exemplarisches Blockdiagramm, das die zweite Ausführungsform des Doherty-Verstärkers der Erfindung zeigt. 6 ist eine exemplarische Ansicht, die die Eingabe/Ausgabe-Charakteristik des Doherty-Verstärkers aus 5 zeigt. Der Doherty-Verstärker in 5 enthält Spitzenverstärker 2a und 2b. Eine Vorlaststeuereinheit 5 enthält Pegelvergleicher 8a und 8b, Amplitudenbegrenzer 9a und 9b und einen ¼-Wellenlängenimpedanzwandler 4c.
Der ¼-Wellenlängenimpedanzwandler 4c, der mit dem Ausgang des Spitzenverstärkers 2b verbunden ist, wird weiterhin zu dem Ausgang des ¼-Wellenlängenimpedanzwandlers 4d des Spitzenverstärkers 2a hinzugefügt. Daher wird der Ausgang des Doherty-Verstärkers der komprimierte Ausgang des Hauptverstärkers 1 und der Spitzenverstärker 2a und 2b.
Bei der zweiten Ausführungsform wird der kombinierte Ausgang dem Pegelvergleicher 8b über den Detektor 7 eingegeben. Der Pegelvergleicher 8b gibt eine Gate-Spannung Vggb an den Spitzenverstärker 2b und einen Eingangsanschluss des Pegelvergleichers 8a über den Amplitudenbegrenzer 9b aus, wenn der Hauptverstärker 1 in einen gesättigten Zustand gebracht wird.
Der Amplitudenbegrenzer 9b gibt das Vorlastsignal Vggb so aus, dass es Ausgabeverschlechterung des Hauptverstärkers 1 ausgleicht, bis die Eingangsspannung einen Punkt A in 6 erreicht. Wenn jedoch die Ausgabe des Spitzenverstärkers 2b an den Punkt A (hier auf P Watt eingestellt) die beabsichtigte Ausgabe des Spitzenverstärkers 2b ist, wird der Spitzenverstärker 2 durch die Ausgabe, die nicht kleiner als P Watt ist, gesättigt. Daher wird unnötige Leistung verbraucht, und in dem extremen Fall wird der Doherty-Verstärker beschädigt.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform gibt dann der Amplitudenbegrenzer 9b eine konstante Spannung aus, so dass das Vorlastsignal Vggd des Spitzenverstärkers 2b nicht die erlaubte Spannung (beispielsweise X Volt) übersteigt. Daher ist auch die Ausgabe des Spitzenverstärkers 2b auf P Watt zurückgehalten.
Des Weiteren hat die zweite Ausführungsform einen Spitzenverstärker 2a zur parallelen Ausgabe, um so die Ausgabe auch dann zu erhöhen, wenn die Eingangsspannung den Punkt A übersteigt, in Vorbereitung für den Fall der Notwendigkeit einer größeren Ausgangsleistung. Das heißt, die Ausgabe von dem Pegelvergleicher 8b (beispielsweise Y Volt) wird einem Eingangsanschluss des Pegelvergleichers 8a eingegeben, und ein Vorlastsignal Vggb (X Volt im Maximum) wird als ein Vergleichswert von dem Amplitudenbegrenzer 9b eingegeben.
In dem Zustand, in dem der Spitzenverstärker 2b in dem beabsichtigten Bereich arbeitet, sind Spannungen für jedes Pegelsignal, das jeweils den zwei Anschlüssen des Pegelvergleichers 8b eingegeben wird, gleich zueinander, wie X = Y. Die Ausgabe von dem Doherty-Verstärker wird ausgehend von diesem Zustand groß, wenn die Ausgabe von Y Volt von dem Pegelverstärker 9b den Wert X Volt übersteigt, entstehen Unterschiede der Pegelsignale. Dementsprechend gibt der Pegelvergleicher 8a das Vorlastsignal Vgga an den Spitzenverstärker 2a über den Amplitudenbegrenzer 9a aus, um so die zwei Eingangsspannungen gleich zueinander zu machen.
Wenn die Spitzenverstärker 2a und 2b in ihren Spezifikationen gleich sind, sind die maximalen Spannungen der Vorlastsignale Vgga und Vggb gleich X Volt, und die maximale Spannung des Verstärkerbegrenzers 9a ist ebenfalls X Volt. Ähnlich dem Spitzenverstärker 2b gibt der Spitzenverstärker 2a P Watt als Maximalwert aus. Dann erreicht die Gesamtausgabe des Hauptverstärkers 1 und der Spitzenverstärker 2a und 2b (M + 2 P) Watt.
Im allgemeinen weist eine Halbleitervorrichtung mit hoher Ausgabe den Nachteil auf, dass sie in der Ansprechgeschwindigkeit langsamer wird, im Gegenzug zum Anstieg der erlaubten Leistung. Bei der zweiten Ausführungsform kann der Doherty-Verstärker effektiv die Ausgangsleistung erhöhen, ohne die Ansprechgeschwindigkeit zu verringern, indem zwei Ausgangssitzenverstärker mit geringer Ausgabe mit der gleichen Spezifikation miteinander verwendet werden, indem sie parallel zueinander verwendet werden.
Nach der Beschreibung des Falls der parallelen Schaltung von zwei Spitzenverstärkern 2 kann, auch eine Mehrzahl von Spitzenverstärkern des Weiteren parallel geschaltet sein, wenn es ausreichen, die Anzahl der Spitzenverstärker 2, Pegelvergleicher und Amplitudenbegrenzer nach Bedarf wie in der zweiten Ausführungsform zu erhöhen. Die Konfiguration und der Betrieb kann leicht nachvollzogen werden, so dass die Beschreibung hier weggelassen ist.
(Dritte Ausführungsform)
Die dritte Ausführungsform der Erfindung kann einen hoch effizienten Verstärker realisieren, der hinsichtlich der Amplitudenlinearität überlegen ist. Die zweite Ausführungsform der Erfindung kann einen hoch effizienten Verstärker vom Doherty-Typ realisieren, der in der Lage ist, eine Ansprechgeschwindigkeit hochzuhalten, während Spitzenverstärker 2 mit niedriger Ausgabe parallel verwendet werden.
In der Zwischenzeit ist es für eine hohe Frequenz, wie etwa bei Mikrowelle, erforderlich, um sie konstant beizubehalten, nicht nur auf die Ansprechgeschwindigkeit zu achten, sondern auch auf die Phasencharakteristika in Übereinstimmung mit einer Ausgabe. Daher wird bei der dritten Ausführungsform der Erfindung eine Konfiguration beschrieben, die in der Lage ist, eine Ausgabe mit einer konstanten Phasencharakteristik zu erhalten, auch wenn nicht nur die Amplitudencharakteristik sondern auch eine Ausgangsamplitude sich geändert hat (mit anderen Worten, bei einer Änderung der Eingangsamplitude).
7 ist ein exemplarisches Blockdiagramm, das die dritte Ausführungsform des Doherty-Verstärkers dieser Erfindung zeigt. Der Doherty-Verstärker in 7 hat eine Konfiguration, in der ein variabler Phasenschieber 12, eine Verzögerungseinheit 13, ein Detektor 14 und eine Kupplungsvorrichtung 23 zu dem Doherty-Verstärker aus 3 hinzugefügt sind. In 7 wird ein Eingangssignal dem variablen Phasenschieber 12 über die Verzögerungsschaltung 13 eingegeben, und der Ausgang des variablen Phasenschiebers 12 wird dem Doherty-Verstärker eingegeben, ähnlich zu dem Fall der ersten Ausführungsform. Das Eingangssignal wird aufgezweigt und dem Detektor 14 durch die Kupplungsvorrichtung 23 und eingegeben. Der Detektor 14 erzeugt ein Gleichstromphasenvorlastsignal oder ein Eingangspegelsignal entsprechend einem Eingangssignalpegel, um dieses an den variablen Phasenschieber 12 auszugeben.
8 ist ein exemplarisches Blockdiagramm, das den variablen Phasenschieber 12 aus 7 zeigt. In 8 umfasst der variable Phasenschieber 12 einen Differenzverstärker 121, eine Bezugsspannungseinheit 122 und einen Phasenregulator 123. Es sei angenommen, dass eine Phasencharakteristik des Phasenregulators 123 bezüglich eines Vorlastregelungssignals bereits bekannt ist. Es wird auch angenommen, dass eine Phasencharakteristik zwischen dem Eingangssignalpegel und der Ausgabe von dem Doherty-Verstärker bereits bekannt ist. Dementsprechend wird das Vorlastregelungssignal, um eine Phase zu erhalten, die zu kompensieren ist, von dem Eingangssignalpegel erhalten und dem Phasenregulator 123 zugeführt.
Andererseits wird ein Eingangssignal einem Signaleingangsanschluss des Phasenregulators 123 zugeführt. Ein Phasenvorlastsignal (Eingangspegelsignal) von dem Detektor 23 wird einem Eingangsanschluss des Differenzialverstärkers 121 eingegeben. Dann wird eine Bezugsspannung durch die Bezugsspannungseinheit 122 eingestellt und es wird gefordert, dass eine vorgegebene Phasendifferenz zu dem Phasenregulator 123 eingegeben wird. Diese eingestellte Phase wird beispielsweise an die Phasencharakteristik des Doherty-Verstärkers bei einem maximalen Eingangssignalpegel angepasst.
Der Differentialverstärker 121 gibt das Vorlastregelungssignal an den Phasenregulator 123, um so die Differenz zwischen der Bezugsspannung und dem Phasenvorlastsignal, das einzugeben ist, auf einem minimalen Wert zu bringen. Die Ausgabe von dem Doherty-Verstärker wird somit in konstanter Phasencharakteristik gehalten, unabhängig von dem Pegel des Eingangssignals.
9 ist ein exemplarisches Blockdiagramm, wenn ein Doherty-Verstärker zum Durchführen einer Phasenregelung mit einer einfacheren Konfiguration erreicht wird. In 7 wird der Detektor 14, der ausschließlich für eine Phasenregelung vorgesehen ist, ein Phasenvorlastsignal oder ein Eingangspegelsignal an den variablen Phasenschieber 12 ausgeben. Der Doherty-Verstärker aus 9 verwendet ein Eingangspegelsignal, das eine Ausgabe des Detektors 6 ist, als ein Phasenvorlastsignal, das an den variablen Phasenschieber 12 anzulegen ist.
(Vierte Ausführungsform)
10 ist ein exemplarisches Blockdiagramm, das eine vierte Ausführungsform des Doherty-Verstärkers der Erfindung zeigt. In 10 wird ein kombiniertes Signal einem Phasendetektor 15 eingegeben, dessen Phasensignal dem variablen Phasenschieber 12 angegeben wird, als ein Phasenvorlastsignal, und jede Phasencharakteristik des Eingangssignals und des Ausgangssignals des Doherty-Verstärkers wird untereinander mittels einer Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung abgeglichen.
Bei der dritten Ausführungsform misst der Doherty-Verstärker ein Eingangssignal, um eine Vorlast entsprechend dem Eingangssignalpegel an den Phasenregulator 123 anzulegen, und gleicht eine Phase eines Ausgangssignalmittels einer offenen Schleifensteuerung aus. Andererseits, bei der vierten Ausführungsform misst der Doherty-Verstärker das Eingangssignal nicht mit dem Eingangssignal sondern einer Phasencharakteristik eines Ausgangssignals von dem Doherty-Verstärker mittels des Phasendetektors 15. Der Doherty-Verstärker gibt die Differenz zwischen dem Messergebnis und der vorgegebenen Referenzphase als ein Gleichstromphasenvorlastsignal an den variablen Phasenschieber 123 zur Regelung der Phase des Ausgangssignals aus. Durch Regelung kann ein Doherty-Verstärker, dessen Linearität verbessert ist, und dessen Phasencharakteristik nicht von dem Eingangssignalpegel beeinflusst wird, erreicht werden.
Ein Phasenkompensationsverfahren für den Doherty-Verstärker der dritten und vierten Ausführungsformen kann auch auf den Fall angewendet werden, dass die Doherty-Verstärker jeweils eine Mehrzahl von Spitzenverstärkern verwenden, wie bei der vorgenannten zweiten Ausführungsform.
Wie oben beschrieben wurde, wird erfindungsgemäß ein Doherty-Verstärker mit ausgezeichneter Linearität verwirklicht. Und entsprechend der Erfindung kann ein Doherty-Verstärker mit verbesserter Linearität und mit stabiler Phasencharakteristik eines Ausgangssignals gegenüber einer Pegeländerung eines Eingangssignals erreicht werden.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden dem Fachmann leicht einfallen. Daher ist die Erfindung in ihren breiteren Aspekten nicht auf die spezifischen Details der jeweiligen Ausführungsformen beschränkt, wie sie hier gezeigt und beschrieben wurden. Dementsprechend können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Geist und Rahmen des allgemeinen erfinderischen Konzeptes abzuweichen, wie es in den beiliegenden Ansprüchen festgelegt ist, oder deren Äquivalente.

Claims

Doherty-Mikrowellenverstärker mit einem Hauptverstärker und einem Spitzenverstärker, wobei ein Eingangssignal zu dem Hauptverstärker und dem Spitzenverstärker verteilt und eingegeben wird, um ein Ausgangssignal durch Kombinieren eines Ausgangs des Hauptverstärkers und eines Ausgangs des Spitzenverstärkers zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst: eine erste Kupplungsvorrichtung (21), die einen Teil des Eingangssignals abzweigt und ausgibt; eine zweite Kupplungsvorrichtung (22), die einen Teil des Ausgangssignals abzweigt und ausgibt; und eine Vorlaststeuereinheit (5), die ein Vorlastsignal des Spitzenverstärkers beruhend auf einer Differenz eines Pegels eines Signals, das von der ersten Kupplungsvorrichtung abgezweigt und ausgegeben wurde, und eines Pegels eines Signals, das von der zweiten Kupplungsvorrichtung abgezweigt und ausgegeben wurde, regelt.
Doherty-Mikrowellenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er des Weiteren umfasst: eine Mehrzahl von Spitzenverstärkern (2a, 2b), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaststeuereinheit (5) jeweils die Vorlastsignale der Mehrzahl der Spitzenverstärker steuert.
Doherty-Mikrowellenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaststeuereinheit (5) einen Amplitudenbegrenzer (9) hat, der einen Maximalwert des Vorlastsignals begrenzt.
Doherty-Mikrowellenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er des Weiteren umfasst: einen variablen Phasenschieber (12), der eine Phase eines Signals ausgleicht, das auf den Hauptverstärker und den Spitzenverstärker verteilt und diesen eingegeben wird, entsprechend dem Pegel des Eingangssignals.
Doherty-Mikrowellenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er des Weiteren umfasst: einen Temperaturausgleichsdämpfer (11), der eine Dämpfungscharakteristik zum Ausgleich der Temperaturgegenüber der Verstärkungsfaktorcharakteristika des Hauptverstärkers und des Spitzenverstärkers hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal zu dem Hauptverstärker und dem Spitzenverstärker über den Temperaturausgleichsdämpfer abgezweigt und eingegeben wird.
Doherty-Mikrowellenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er des Weiteren umfasst: eine Verzögerungseinheit (13), die das Eingangssignal verzögert, um die Verzögerung in der Vorlaststeuereinheit auszugleichen.
Doherty-Mikrowellenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaststeuereinheit (5) umfasst: einen ersten Detektor (6), der ein Eingangspegelsignal ausgibt, das durch Detektion des Eingangssignals erzeugt wird; einen zweiten Detektor (7), der ein Ausgangspegelsignal ausgibt, das durch Detektion des kombinierten Ausgangssignals erzeugt wird; und einen Pegelvergleicher (8), dessen einer Eingangsanschluss das Eingangspegelsignal empfängt, und dessen anderer Eingangsanschluss das Ausgangspegelsignal empfängt, und der das Eingangspegelsignal und das Ausgangspegelsignal vergleicht, um ein Vorlastsignal zur Steuerung eines Verstärkungsfaktors des Ausgangssignals gegenüber dem Eingangssignal an einen Amplitudenbegrenzer auszugeben, so dass das Eingangssignal einen vorgegebenen Wert hat, wenn der Verstärkungsfaktor kleiner als der vorgeschriebene Wert ist.
Doherty-Mikrowellenverstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass er des Weiteren umfasst: einen variablen Phasenschieber (11), der Phasencharakteristikvariationen der Eingangssignalpegel des Hauptverstärkers (1) und des Spitzenverstärkers (2) mittels eines Eingangspegelsignals ausgleicht, das von dem ersten Detektor (6) oder einem dritten Detektor (14), der vor dem ersten Detektor angeordnet ist, ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal verteilt und dem Hauptverstärker und dem Spitzenverstärker (2) über den variablen Phasenschieber (12) eingegeben wird.
Doherty-Mikrowellenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er des Weiteren umfasst: einen Phasendetektor (15) und einen variablen Phasenschieber (12), dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal dem Hauptverstärker (1) und dem Spitzenverstärker (2) über den variablen Phasenschieber (12) eingegeben wird; der Phasendetektor (15) eine Fehlerspannung, die eine Differenz zwischen einer Phase des Ausgangssignals und einer Bezugsphase ist, als ein Phasenvorlastsignal an den variablen Phasenschieber (12) ausgibt; der variable Phasenschieber (12) die Phase des Ausgangssignals auf eine vorgeschriebene Phase durch das Phasenvorlastsignal regelt.
Signalverarbeitungsverfahren für einen Doherty-Mikrowellenverstärker, der ein Ausgangssignal ausgibt, bei dem eine Ausgabe des Hauptverstärkers (1), zum linearen Verstärken eines Eingangssignals, und eine Ausgabe des Spitzenverstärkers (2) zum Verstärken und Ausgeben eines Signals, das von einem Vorlastsignal gesteuert wird, und das von dem Eingangssignal verteilt wird, miteinander kombiniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Doherty-Mikrowellenverstärker einen ersten Detektor (6), einen zweiten Detektor (7), einen Pegelvergleicher (8) und einen Amplitudenbegrenzer (9) umfasst; der erste Detektor (6) ein Eingangspegelsignal, das durch Detektion des Eingangssignals erzeugt wird, an einen Eingangsanschluss des Pegelvergleichers 8 ausgibt; der zweite Detektor (7) ein Ausgangspegelsignal, das durch Detektion des kombinierten Ausgangssignals erzeugt wird, an den anderen Eingangsanschluss des Pegelvergleichers (8) ausgibt, der Pegelvergleicher (8) das Eingangspegelsignal und mit dem Ausgangspegelsignal vergleicht, um ein Vorlastsignal zur Steuerung eines Verstärkungsfaktors des Ausgangssignals gegenüber dem Eingangssignal aus dem Amplitudenbegrenzer (9) auszugeben, um so einen vorgegebenen Wert zu haben, wenn der Verstärkungsfaktor niedriger als der vorgeschriebene Wert wird, und der Amplitudenverstärker (9) das Vorlastsignal, das ihm eingegeben wird, auf eine vorgegebene Spannung begrenzt, um das Vorlastsignal an den Spitzenverstärker (2) auszugeben.