JP2008306430A

JP2008306430A - ドハティ増幅器

Info

Publication number: JP2008306430A
Application number: JP2007151362A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Tadano; 倫昭但野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2008-12-18

Abstract

【課題】本発明はドハティ増幅器に関し、ドハティ増幅器の利得の低下を防ぎ、効率を上げることができるドハティ増幅器を提供することを目的としている。
【解決手段】入力信号を２方向に分岐させる信号分岐回路２１と、該信号分岐回路２１の一方の出力を受けるキャリアアンプ１と、該キャリアアンプ１の出力を受ける第１のλ／４線路２と、前記信号分岐回路２１の他方の出力と、ピークアンプ４の立ち上がり電圧とを比較する比較回路２２と、該比較回路２２の出力に応じて、ピークアンプ４を回路に組み込むか組み込まないかを決める高周波スイッチ２３と、該高周波スイッチ２３の出力を受ける第２のλ／４線路と、該λ／４線路の出力を受けるピークアンプ４と、前記第１のλ／４線路２の出力と前記ピークアンプ４の出力とを合成した信号を受ける負荷５と、を有して構成される。
【選択図】図１

Description

本発明はドハティ増幅器に関し、更に詳しくは主として通信用無線装置の高電力増幅器に関する。

近年、通信用無線装置の送信系高出力増幅器にドハティ増幅器が広く用いられている。ドハティ増幅器の利点としては、単体増幅器や並列接続増幅器よりも飛躍的に電力効率がよいことが挙げられる。ドハティ増幅器とは、キャリアアンプとピークアンプから構成され、キャリアアンプはＡ，ＡＢ級にバイアスされ、ピークアンプはＣ級にバイアスされるものである。

図４は従来のドハティ増幅器の構成例を示すブロック図である。入力信号は２方向に分けられる。一方はキャリアアンプ１に入力され、他方はλ／４線路を通過後、ピークアンプ４に入力される。キャリアアンプ１の出力はλ／４線路２に入力される。瞬時入力電力が小さい時はキャリアアンプ１だけが動作してピークアンプ４はオフである。

そして、瞬時入力電力がＣ級でバイアスされたピークアンプのピンチオフ電圧を越えるとピークアンプ４が立ち上がり、λ／４線路２を通ったキャリアアンプ１の出力信号と同位相で合成され、負荷５に接続される。また、ドハティ増幅器はキャリアアンプ１の出力に入っているλ／４線路２の働きによりインピーダンスマッチングがとれ、電力効率がよくなっている。

瞬間入力電力が小さい時にはピークアンプ４はオフであり、ピークアンプ４の出力インピーダンスはオープンである。この場合において、負荷５はＺｏ／２であるので、λ／４線路２を通してみると、キャリアアンプ１の負荷としては２Ｚｏとして見える。負荷が大きく見えることにより飽和電力が下がり、動作点が上がったように見えるため、電力効率が上がることになる。瞬時電力が上がり、キャリアアンプ１とピークアンプ４が同時に動作している場合は、負荷５の値はＺｏに見える。

従来のこの種の装置としては、ドハティ増幅器をＨＥＭＴ／ＨＢＴ技術によって形成し、ＨＥＭＴの低ノイズ性能及びＨＢＴの高線形性を利用し、比較的効率的な増幅器を作る技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、メインアンプにピーキングアンプの出力を合成して出力するドハティ増幅器において、レベル比較器が入力信号と出力信号の信号レベルを測定して利得のリニアリティを調べ、入力信号のレベルが変化しても利得が一定になるように制御するバイアス信号を振幅制限器を介してピークアンプへ出力する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。

また、ＡＢ級で動作する第１の増幅回路と、Ｂ級又はＣ級で動作する第２の増幅回路と、第１の増幅回路の出力と第２の増幅回路の出力とをλ／４以外の電気長の伝送路からなるインピーダンス変換器を介して合成する合成点を備え、インピーダンス変換器がそれぞれ電気長の異なる複数の伝送線路を有し、入力信号の周波数に応じていずれかの伝送路に接続を切り替えるようにした技術が知られている（例えば特許文献３参照）。
特開２００３−５１７２５号公報（段落００１２〜００２０、図１）特開２００６−１７３７２２号公報（段落００１４〜００２５、図１，図２）特開２００６−３４５３４１号公報（段落００４０〜００５５、図１，図２，図１４）

従来のドハティ増幅器の場合は、ピークアンプを使用しない時でも、瞬時入力電力が小さい時でも入力電力は２方向に分けられていて、ピークアンプに入力された電力は出力されないため、ドハティ増幅器の利得としては、１０ＬＯＧ（１／２）＝３ｄＢ（半分）低下することになる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、ドハティ増幅器の利得の低下を防ぎ、効率を上げることができるドハティ増幅器を提供することを目的としている。

瞬時入力電力を信号分岐回路で分岐して、その信号をピークアンプの入力側に挿入された高周波スイッチのトリガとする。瞬時入力電力が小さい時は高周波スイッチをオフ（オープン）にして、ピークアンプ側をオープンに見せることによって信号が全てキャリアアンプ側に流れるようにする。

瞬時入力電力が高い時には高周波スイッチをオン（短絡）することによって、信号を２つに分けて、ピークアンプを動作させて高出力電力を得ることができる。瞬時入力電力が小さい時にピークアンプ側に無駄な信号が流れないようにすることで、ドハティ増幅器の利得の低下を防ぐことができる。

（１）請求項１記載の発明は、入力信号を２方向に分岐させる信号分岐回路と、該信号分岐回路の一方の出力を受けるキャリアアンプと、該キャリアアンプの出力を受ける第１のλ／４線路と、前記信号分岐回路の他方の出力と、ピークアンプの立ち上がり電圧とを比較する比較回路と、該比較回路の出力に応じて、ピークアンプを回路に組み込むか組み込まないかを決める高周波スイッチと、該高周波スイッチの出力を受ける第２のλ／４線路と、該λ／４線路の出力を受けるピークアンプと、前記第１のλ／４線路の出力と前記ピークアンプの出力とを合成した信号を受ける負荷と、を有することを特徴とする。

（２）請求項２記載の発明は、前記信号分岐回路に不等分配器を用い、前記比較回路として信号分岐回路の出力と、前記ピークアンプの立ち上がり電圧とをオペアンプで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いることを特徴とする。

（３）請求項３記載の発明は、前記信号分岐回路に不等分配器を用い、前記比較回路として信号分岐回路の出力と、前記ピークアンプの立ち上がり電圧とをオペアンプで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いることを特徴とする。

４．この発明において、前記信号分岐回路に不等分配器を用い、前記比較回路として信号分岐回路のデジタル化された値と、前記ピークアンプのデジタル化された値とをコンパレータで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いることを特徴とする。

５．また、この発明において、前記信号分岐回路に不等分配器を用い、前記比較回路として信号分岐回路のデジタル化された値と、前記ピークアンプのデジタル化された値とをコンパレータで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いることを特徴とする。

６．また、この発明において、前記信号分岐回路に方向性結合器を用い、前記比較回路として信号分岐回路の出力と、前記ピークアンプの出力とをオペアンプで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いることを特徴とする。

７．また、この発明において、前記信号分岐回路に方向性結合器を用い、前記比較回路として信号分岐回路の出力と、前記ピークアンプの出力とをオペアンプで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いることを特徴とする。

８．また、この発明において、前記信号分岐回路に方向性結合器を用い、前記比較回路として信号分岐回路のデジタル化された値と、前記ピークアンプのデジタル化された値とをコンパレータで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いることを特徴とする。

９．また、この発明において、前記信号分岐回路に方向性結合器を用い、前記比較回路として信号分岐回路のデジタル化された値と、前記ピークアンプのデジタル化された値とをコンパレータで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いることを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。

本発明によれば、ドハティ増幅器の利得の低下を防ぐことができるため、性能を向上させることができる。また、前段にくるアンプの出力電力のクラスを小さくすることができるため、コスト、消費電力、実装面積に対してもメリットを得ることができる。

（１）請求項１記載の発明によれば、瞬時入力電力が小さいときはキャリアアンプのみ動作させ、瞬時入力電力が大きくなると、キャリアアンプに加えてピークアンプも動作させてるようにしているので、ドハティ増幅器の利得の低下を防止することができる。

（２）請求項２記載の発明によれば、信号分配器として不等分配器を用い、信号分岐回路の出力と、ピークアンプの出力とをオペアンプで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

（３）請求項３記載の発明によれば、信号分配器として不等分配器を用い、信号分岐回路の出力と、ピークアンプの出力とをオペアンプで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

４．この場合において、信号分配器として不等分配器を用い、信号分岐回路のデジタル化された出力と、ピークアンプのデジタル化された出力とをコンパレータで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

５．また、この場合において、信号分配器として不等分配器を用い、信号分岐回路のデジタル化された出力と、ピークアンプのデジタル化された出力とをコンパレータで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

６．また、この場合において、信号分岐回路として方向性結合器を用い、信号分岐回路の出力と、ピークアンプの出力とをオペアンプで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

７．また、この場合において、信号分岐回路として方向性結合器を用い、信号分岐回路の出力と、ピークアンプの出力とをオペアンプで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

８．また、この場合において、信号分岐回路として方向性結合器を用い、信号分岐回路のデジタル化された出力と、ピークアンプのデジタル化された出力とをコンパレータで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

９．また、この場合において、信号分岐回路として方向性結合器を用い、信号分岐回路のデジタル化された出力と、ピークアンプのデジタル化された出力とをコンパレータで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のドハティ増幅器の構成例を示すブロック図である。図４と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、２１は入力信号を受けて２方向に分岐させる信号分岐回路、２２はピークアンプ４の立ち上がり電圧と入力信号とを比較する比較回路、２３は該比較回路２２の出力を制御信号として受けてピークアンプ側をオンにするかオフにするかを決定する高周波スイッチである。

１は信号分岐回路２１の他方の出力を受けて増幅するキャリアアンプ、２は該キャリアアンプ１の出力が接続され、インピーダンスマッチングを行なうためのλ／４線路、３は高周波スイッチ２３の出力を受けてインピーダンスマッチングを行なうλ／４線路、４は該λ／４線路３の出力を受けて増幅するピークアンプである。５はλ／４線路２の出力と、ピークアンプ４の出力とを合成した電圧で駆動される負荷である。このように構成された回路の動作を説明すれば、以下の通りである。

入力信号は、信号分岐回路２１によって２方向に分岐される。該信号分岐回路２１の一方の出力は、キャリアアンプ１に入り、λ／４線路２によってインピーダンス整合された後負荷５に信号電力を印加する。一方、信号分岐回路２１の他方の出力は、比較回路２２に入る。該比較回路２２の他方の入力には、ピークアンプ４の立ち上がり電圧が入っている。そして、これら双方の信号を比較する。

入力信号がピークアンプ４の立ち上がり電圧よりも大きい場合には、瞬時入力電力が小さいものと判定する。判定結果は、高周波スイッチ２３に入力される。この場合、高周波スイッチ２３はピークアンプが回路に接続されるのを防ぐ。つまり、ピークアンプ４の出力を開放する。即ち、瞬時入力電力が小さい時は、比較回路２２は高周波スイッチ２３をオフ（オープン）にしてピークアンプ４側をオープンに見せることによって、入力信号が全てキャリアアンプ１側に流れるようにする。この結果、ピークアンプ側に無駄な電力が行かないようになるため、回路の利得（ゲイン）が３ｄＢ低下するのを防止することができる。

次に、瞬時入力電力が高くなると、λ／４線路２の出力電圧が高くなってくる。比較回路２２はピークアンプ４の立ち上がり電圧を監視しており、その出力値がピンチオフ電圧を越えると、比較回路２２はそのことを検知し、高周波スイッチ２３をオンにする。この結果、キャリアアンプ１とピークアンプ４の出力を合成したものがドハティ増幅器の出力となり、負荷５を駆動することになる。この結果、高出力電力を得ることができる。

図２は現状のドハティ増幅器の入出力電力特性を示す図である。横軸は入力電力（Ｐｉｎ）、縦軸は出力電力（Ｐｏｕｔ）である。ｆ１は通常ドハティ、ｆ２はキャリアアンプ特性、ｆ３はピークアンプ特性である。小電力ではキャリアアンプのみ動作し、大電力ではピークアンプも動作し、飽和電力が伸びているのが分かる。キャリアアンプ負荷は２ＺｏからＺｏに変化することで３ｄＢ伸び、更に飽和電力が３ｄＢアップしている。

図３は本発明のドハティ増幅器の入出力特性を示す図である。横軸は入力電力（Ｐｉｎ）、縦軸は出力電力（Ｐｏｕｔ）である。ｆ１は通常ドハティ、ｆ２はキャリアアンプ特性、ｆ３はピークアンプ特性、ｆ４が利得改善ドハティである。入力電力が小電力では、高周波スイッチをオフにしてキャリアアンプ側だけに信号が伝わるようになるため、利得が３ｄＢアップする。利得が３ｄＢアップすることから、キャリアアンプが飽和に達するのも早まる。よって、ピークアンプの立ち上がり位置も３ｄＢ早まることになる。

上述の実施の形態では瞬間電力についての増幅回路特性について説明したが、本発明はこれに限るものではない。包絡線電力についても同様の効果を得ることができる。
本発明によれば、前記信号分岐回路に不等分配器を用い、前記比較回路として信号分岐回路の出力と、前記ピークアンプの出力とをオペアンプで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いることができる。この結果、信号分配器として不等分配器を用い、信号分岐回路の出力と、ピークアンプの出力とをオペアンプで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

本発明によれば、前記信号分岐回路に不等分配器を用い、前記比較回路として信号分岐回路の出力と、前記ピークアンプの出力とをオペアンプで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いることができる。この結果、信号分配器として不等分配器を用い、信号分岐回路の出力と、ピークアンプの出力とをオペアンプで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

また、この発明によれば、前記信号分岐回路に不等分配器を用い、前記比較回路として信号分岐回路のデジタル化された値と、前記ピークアンプのデジタル化された値とをコンパレータで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いることができる。この結果、信号分配器として不等分配器を用い、信号分岐回路のデジタル化された出力と、ピークアンプのデジタル化された出力とをコンパレータで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

また、この発明によれば、前記信号分岐回路に不等分配器を用い、前記比較回路として信号分岐回路のデジタル化された値と、前記ピークアンプのデジタル化された値とをコンパレータで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いることができる。この結果、信号分配器として不等分配器を用い、信号分岐回路のデジタル化された出力と、ピークアンプのデジタル化された出力とをコンパレータで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

また、この発明によれば、前記信号分岐回路に方向性結合器を用い、前記比較回路として信号分岐回路の出力と、前記ピークアンプの出力とをオペアンプで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いることができる。この結果、信号分岐回路として方向性結合器を用い、信号分岐回路の出力と、ピークアンプの出力とをオペアンプで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

また、この発明によれば、前記信号分岐回路に方向性結合器を用い、前記比較回路として信号分岐回路の出力と、前記ピークアンプの出力とをオペアンプで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いることができる。この結果、信号分岐回路として方向性結合器を用い、信号分岐回路の出力と、ピークアンプの出力とをオペアンプで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

また、この発明によれば、前記信号分岐回路に方向性結合器を用い、前記比較回路として信号分岐回路のデジタル化された値と、前記ピークアンプのデジタル化された値とをコンパレータで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いることができる。この結果、信号分岐回路として方向性結合器を用い、信号分岐回路のデジタル化された出力と、ピークアンプのデジタル化された出力とをコンパレータで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

また、この発明によれば、前記信号分岐回路に方向性結合器を用い、前記比較回路として信号分岐回路のデジタル化された値と、前記ピークアンプのデジタル化された値とをコンパレータで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いることができる。この結果、信号分岐回路として方向性結合器を用い、信号分岐回路のデジタル化された出力と、ピークアンプのデジタル化された出力とをコンパレータで比較すると共に、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いて、ドハティ増幅器を構成することができる。

（付記１）
入力信号を２方向に分岐させる信号分岐回路と、
該信号分岐回路の一方の出力を受けるキャリアアンプと、
該キャリアアンプの出力を受ける第１のλ／４線路と、
前記信号分岐回路の他方の出力と、ピークアンプの立ち上がり電圧とを比較する比較回路と、
該比較回路の出力に応じて、ピークアンプを回路に組み込むか組み込まないかを決める高周波スイッチと、
該高周波スイッチの出力を受ける第２のλ／４線路と、該λ／４線路の出力を受けるピークアンプと、
前記第１のλ／４線路の出力と前記ピークアンプの出力とを結合したものを受ける負荷と、
を有することを特徴とするドハティ増幅器。

（付記２）
前記信号分岐回路に不等分配器を用い、前記比較回路として信号分岐回路の出力と、前記ピークアンプの立ち上がり電圧とをオペアンプで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いることを特徴とする付記１記載のドハティ増幅器。

（付記３）
前記信号分岐回路に不等分配器を用い、前記比較回路として信号分岐回路の出力と、前記ピークアンプの立ち上がり電圧とをオペアンプで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いることを特徴とする付記１記載のドハティ増幅器。

（付記４）
前記信号分岐回路に不等分配器を用い、前記比較回路として信号分岐回路のデジタル化された値と、前記ピークアンプのデジタル化された値とをコンパレータで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いることを特徴とする付記１記載のドハティ増幅器。

（付記５）
前記信号分岐回路に不等分配器を用い、前記比較回路として信号分岐回路のデジタル化された値と、前記ピークアンプのデジタル化された値とをコンパレータで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いることを特徴とする付記１記載のドハティ増幅器。

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ドハティ増幅器の利得の低下を防ぎ、効率を上げることができるドハティ増幅器を提供することができる。

本発明のドハティ増幅器の構成例を示すブロック図である。現状のドハティ増幅器の入出力電力特性を示す図である。本発明のドハティ増幅器の入出力電力特性を示す図である。従来のドハティ増幅器の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１キャリアアンプ
２ λ／４線路
３ λ／４線路
４ピークアンプ
５負荷
２１信号分岐回路
２２比較回路
２３高周波スイッチ

Claims

入力信号を２方向に分岐させる信号分岐回路と、
該信号分岐回路の一方の出力を受けるキャリアアンプと、
該キャリアアンプの出力を受ける第１のλ／４線路と、
前記信号分岐回路の他方の出力と、ピークアンプの立ち上がり電圧とを比較する比較回路と、
該比較回路の出力に応じて、ピークアンプを回路に組み込むか組み込まないかを決める高周波スイッチと、
該高周波スイッチの出力を受ける第２のλ／４線路と、該λ／４線路の出力を受けるピークアンプと、
前記第１のλ／４線路の出力と前記ピークアンプの出力とを合成した信号を受ける負荷と、
を有することを特徴とするドハティ増幅器。
前記信号分岐回路に不等分配器を用い、前記比較回路として信号分岐回路の出力と、前記ピークアンプの立ち上がり電圧とをオペアンプで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてトランジスタを用いることを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。
前記信号分岐回路に不等分配器を用い、前記比較回路として信号分岐回路の出力と、前記ピークアンプの立ち上がり電圧とをオペアンプで比較するようにし、前記高周波スイッチとしてダイオードを用いることを特徴とする請求項１記載のドハティ増幅器。