JP2012004619A - 高周波増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波増幅装置のダイナミック利得特性を一定にし、高効率に動作させ高周波増幅装置の非線形歪みを低減した高周波増幅装置を提供する。
【解決手段】印加される電源電圧に基づき入力信号を増幅するソース接地又はエミッタ接地された高周波電力増幅器７、入力信号の包絡線成分を検出する第１の包絡線検出手段３、第１の包絡線検出手段で検出された包絡線成分に従った電源電圧を生成して高周波電力増幅器のドレイン電圧又はコレクタ電圧供給端子に印加するドレイン電圧又はコレクタ電圧生成手段４〜６、高周波増幅装置の瞬時入力信号に対する瞬時出力信号のダイナミック利得特性が一定となるように、入力信号の包絡線成分に従って高周波電力増幅器へのゲート電圧又はベース電圧を生成し高周波電力増幅器の入力信号も入力されるゲート電圧又はベース電圧供給端子に印加するゲート電圧又はベース電圧調整手段８〜１１、を備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、高周波増幅装置に関する。

例えば下記特許文献１に示された従来の高周波増幅器では、高周波電力増幅器への変調波入力信号が分岐されて検波回路で変調波入力信号の包絡線成分が検出され、電圧制御手段により検波回路で検出された包絡線成分にほぼ比例した電源電圧が高周波電力増幅器に印加される。高周波電力増幅器は、電圧制御手段から印加される電源電圧に基づいて、変調波入力信号を増幅し、変調波出力信号として出力する。このような高周波増幅器では、変調波入力信号の包絡線成分に応じて高周波電力増幅器の電源電圧が調整されるので、特にバックオフの大きな領域において高効率動作が可能となる。

特開昭６２−２７４９０６号公報

しかしながら、従来の高周波増幅装置では、瞬時入力信号に対する瞬時出力信号のダイナミック利得特性、およびダイナミック位相特性(以下、それぞれダイナミック利得特性、ダイナミック位相特性と称する)が一定ではないので、歪みが劣化するという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高周波増幅装置のダイナミック利得特性，またはダイナミック位相特性を一定にすることにより、高効率に動作させることができるとともに、高周波増幅装置の非線形歪みを低減することができる高周波増幅装置を得ることを目的とする。

この発明は、入力された高周波の入力信号を増幅して出力する高周波増幅装置であって、印加される電源電圧に基づき前記入力信号を増幅するソース接地またはエミッタ接地された高周波電力増幅器と、前記入力信号の包絡線成分を検出する第１の包絡線検出手段と、前記第１の包絡線検出手段で検出された包絡線成分に従った電源電圧を生成して前記高周波電力増幅器のドレイン電圧またはコレクタ電圧供給端子に印加するドレイン電圧またはコレクタ電圧生成手段と、前記高周波増幅装置の瞬時入力信号に対する瞬時出力信号のダイナミック利得特性が一定となるように、前記入力信号の包絡線成分に従って前記高周波電力増幅器へのゲート電圧またはベース電圧を生成して前記高周波電力増幅器の前記入力信号も入力されるゲート電圧またはベース電圧供給端子に印加するゲート電圧またはベース電圧調整手段と、を備えたことを特徴とする高周波増幅装置にある。

この発明では、高周波増幅装置のダイナミック利得特性またはダイナミック位相特性を一定にすることにより、高効率に動作させることができるとともに、高周波増幅装置の非線形歪みを低減した高周波増幅装置を提供できる。

この発明の実施の形態１による高周波増幅装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による高周波増幅装置のドレイン電圧制御回路およびゲート電圧制御回路の一例を示す回路図である。 この発明の実施の形態１による高周波増幅装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による高周波増幅装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態２による高周波増幅装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による高周波増幅装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態３による高周波増幅装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による高周波増幅装置のドレイン電圧制御回路の一例を示す回路図である。 この発明の実施の形態３による高周波増幅装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態３による高周波増幅装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態３による高周波増幅装置の動作を説明するための図である。

以下、この発明による高周波増幅装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
また、以下では高周波電力増幅器が電界効果トランジスタ等で構成されたものを例に挙げて説明するが、この発明は接合型トランジスタ等で構成された高周波電力増幅器についても適用可能である。ソース接地された高周波電力増幅器(電界効果トランジスタ)におけるゲート電圧、ドレイン電圧は、エミッタ接地された高周波電力増幅器(接合型トランジスタ)におけるベース電圧、コレクタ電圧に相当する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による高周波増幅装置の構成を示すブロック図である。図１の高周波増幅装置は入力信号を増幅して出力する装置であって、高周波電力増幅器７の入力に入力端子１、出力に出力端子２が接続されている。入力端子１はさらに、ドレイン電圧制御回路３、第１のパルス幅変調器４、第１のスイッチング増幅器５、第１の低域通過フィルタ６(以下ＬＰＦ(Low Pass Filter)と称する)を通って高周波電力増幅器７のドレイン電圧供給端子(ドレイン電圧またはコレクタ電圧供給端子)１００に接続され、また、ゲート電圧制御回路８、第２のパルス幅変調器９、第２のスイッチング増幅器１０、第２のＬＰＦ１１を通って高周波電力増幅器７の入力信号も入力されるゲート電圧供給端子(ゲート電圧またはベース電圧供給端子)１０１に接続されている。

次に動作について説明する。入力端子１から入力された高周波の変調波入力信号Ｐ_inは、分岐してドレイン電圧制御回路３、ゲート電圧制御回路８、および高周波電力増幅器７にそれぞれ入力される。ドレイン電圧制御回路３およびゲート電圧制御回路８は、共に例えば図２に示す入力信号の包絡線を検出する回路からなり、変調波入力信号Ｐ_inの包絡線成分に応じた出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}およびＶ_{outdet_g}を第１のパルス幅変調器４および第２のパルス幅変調器９にそれぞれ出力する。

出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}，Ｖ_{outdet_g}は、第１のパルス幅変調器４および第２のパルス幅変調器９でパルス幅変調され、第１のスイッチング増幅器５および第２のスイッチング増幅器１０に出力される。パルス幅変調された出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}，Ｖ_{outdet_g}は、第１のスイッチング増幅器５および第２のスイッチング増幅器１０で増幅されて第１のＬＰＦ６および第２のＬＰＦ１１に出力される。増幅およびパルス幅変調された出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}，Ｖ_{outdet_g}は、第１のＬＰＦ６および第２のＬＰＦ１１で高周波成分が除去され、ドレイン電圧Ｖ_{out_d}およびゲート電圧Ｖ_{out_g}として高周波電力増幅器７に印加される。高周波電力増幅器７は、第１のＬＰＦ６および第２のＬＰＦ１１から印加される電圧に基づいて、変調波入力信号Ｐ_inを増幅する。増幅された変調波入力信号Ｐ_inは、変調波出力信号Ｐ_outとして出力端子２から出力される。

以下、図２〜４を参照しながら従来の課題とゲート電圧制御回路８の効果について説明する。ドレイン電圧制御回路３およびゲート電圧制御回路８は、例えば図２のように構成される。ドレイン電圧制御回路３およびゲート電圧制御回路８は、入力端子５０と出力端子５１間にダイオードＤ_detが順方向に接続され、さらに入力端子５０とダイオードＤ_detのアノードとの接続点とグランド間にインダクタＬ_detが接続され、またダイオードＤ_detのカソードと出力端子５１との接続点とグランド間にレジスタＲ_detとキャパシタＣ_detがそれぞれ並列に接続されている(すなわち入力端子５０と出力端子５１間に直列順方向に接続されたダイオードＤ_detと、ダイオードＤ_detと並列に接続されたリアクタンスＬ_det、抵抗Ｒ_detおよびキャパシタンスＣ_detとから構成されている)。ドレイン電圧制御回路３およびゲート電圧制御回路８は、変調波入力信号Ｐ_inの包絡線成分を検出し、包絡線信号として第１のパルス幅変調器４、第２のパルス幅変調器９にそれぞれ出力する。

ここで、この発明の実施の形態１に係るドレイン電圧制御回路３の課題を説明するための図を図３に示す。図３の(ａ)に、ドレイン電圧制御回路３における瞬時入力信号と瞬時出力信号との関係(入出力特性)を示す。図３の(ａ)において、横軸は変調波瞬時入力信号Ｐ_inを示し、縦軸は瞬時出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}を示している。破線は、高周波増幅装置のダイナミック利得特性を線形化するために必要な入出力特性で、実線は、例えば図２に示すような回路でドレイン電圧制御回路３を構成した場合の入出力特性を示している。なお、図３の(ａ)は、下限電圧Ｖ_ｍinおよび上限電圧Ｖ_maxが設定された場合を示している。

図３の(ｂ)に、例えば図２のような回路でドレイン電圧制御回路３およびゲート電圧制御回路８を構成して高周波電力増幅器７のドレイン電圧またはドレイン電圧とゲート電圧の両方を制御した場合の変調波瞬時出力信号Ｐ_outと、高周波増幅装置のダイナミックな利得Ｇとの関係(ダイナミック利得特性)を示す。図３の(ｂ)において、横軸は変調波瞬時出力信号Ｐ_outを示し、縦軸はダイナミックな利得Ｇを示している。破線は、高周波増幅装置のダイナミック利得特性を線形化するために必要な入出力特性でドレイン電圧を制御した場合のダイナミック利得特性で、実線は、例えば図２に示すような回路でドレイン電圧制御回路３を構成した場合のダイナミック利得特性を示している。

高周波増幅装置のダイナミック利得特性を線形化するために必要な入出力特性は、変調波入力信号Ｐ_inが大きい領域では、高周波電力増幅器７の飽和の影響により、図３の(ａ)の破線のように、直線から外れる。しかし、実際のドレイン電圧制御回路３で得られる入出力特性は、実線のようなほぼ直線であるため、変調波入力信号Ｐ_inが大きい領域において、ドレイン電圧が過剰に供給される。その結果、図３の(ｂ)の実線で示すように、過剰にドレイン電圧が供給されたときの変調波出力信号Ｐ_outにおいて利得が大きくなり、高周波増幅装置のダイナミック利得特性を線形化できずに、その結果、振幅歪みが発生するという問題がある。

これに対して、この発明の実施の形態１に係るゲート電圧制御回路８は、図３の(ｂ)の実線で生じた利得偏差を低減するために、ゲート電圧を制御する。

図４の(ａ)に、同一固定ドレイン電圧(Ｖ_d1)、異なる固定ゲート電圧(Ｖ_g1，Ｖ_g2，Ｖ_g3)(但しＶ_g1＜Ｖ_g2＜Ｖ_g3)を供給した場合の変調波瞬時出力信号Ｐ_outと、ダイナミックな利得Ｇとの関係(ダイナミック利得特性)を示す。図４の(ｂ)に、変調波瞬時出力信号Ｐ_outと、高周波電力増幅器７のドレイン電圧のみを制御した場合(従来技術)、ドレイン電圧とゲート電圧の両方を制御した場合(この実施の形態)の高周波増幅装置のダイナミックな利得Ｇとの関係(ダイナミック利得特性)を示す。図４の(ａ)(ｂ)において、横軸は変調波瞬時出力信号Ｐ_outを示し、縦軸はダイナミックな利得Ｇを示している。また図４の(ｂ)において、破線は、従来技術のダイナミック利得特性で、実線は、この実施の形態のダイナミック利得特性を示している。

図４の(ａ)のように高周波電力増幅器において、ドレイン電圧が固定電圧だった場合、ゲート電圧を変えると、ダイナミック利得特性も変化する。このため、図４の(ｂ)の破線において、ダイナミックな利得が大きい変調波出力信号Ｐ_outで、利得を下げるようにゲート電圧を制御する。これにより、従来、生じていたダイナミックな利得の偏差を低減することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、ドレイン電圧制御回路は、高周波増幅装置のダイナミック利得特性を一定とすべく、ドレイン電圧を制御し、ゲート電圧制御回路は、ドレイン電圧制御のみでは、一定にできないダイナミック利得特性を低減するように高周波電力増幅器のゲート電圧を制御する。また、実施の形態１では、ドレイン電圧制御回路とゲート電圧制御回路を別々の回路で構成することにより、より高精度にダイナミック利得特性の低減効果を得ることができる。そのため、高周波増幅装置のダイナミック利得特性を線形化して、高効率に動作させることができるとともに、高周波増幅装置の非線形歪みを低減することができる。

なお、実施の形態１では、ドレイン電圧制御回路、およびゲート電圧制御回路は、高周波増幅装置のダイナミック利得特性を一定にするようにドレイン電圧およびゲート電圧を制御するが、これに限定されず、高周波増幅装置のダイナミック位相特性を一定にするようにドレイン電圧およびゲート電圧を制御してもよい。なお、上述した高周波電力増幅器は、例えばＡ級増幅器またはＡＢ級増幅器またはＢ増幅器、あるいは、ドハティ増幅器で構成してもよい。また、上述したパルス幅変調器は、例えばデルタシグマ変調器あるいはデルタ変調器で構成してもよい。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による高周波増幅装置の構成を示すブロック図である。図５の高周波増幅装置では、高周波電力増幅器７のゲート電圧供給端子１０１のためには、ドレイン電圧供給端子１００と同様な回路を設けるのではなく、ドレイン電圧制御回路３の出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}を入力とする比較器２１、基準電圧源２２を含むゲート電圧制御回路２０を備えている。

以下、図６を参照しながら、従来技術の課題とゲート電圧制御回路２０の効果について説明する。図６の(ａ)に、ドレイン電圧制御回路３における瞬時入力信号と瞬時出力信号との関係(入出力特性)を示す。図６の(ａ)は図３の(ａ)と同様、横軸は変調波瞬時入力信号Ｐ_inを示し、縦軸は瞬時出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}を示している。破線は、高周波増幅装置のダイナミック利得特性を線形化するために必要な入出力特性で、実線は、例えば図２に示すような回路でドレイン電圧制御回路を構成した場合の入出力特性を示している。なお、図６の(ａ)は、下限電圧Ｖ_minおよび上限電圧Ｖ_maxが設定された場合を示している。

図６の(ｂ)に、同一ドレイン電圧(Ｖ_d1)、異なるゲート電圧(Ｖ_g1，Ｖ_g2)(但しＶ_g1＜Ｖ_g2)を供給した場合の変調波瞬時出力信号Ｐ_outと、ダイナミックな利得Ｇとの関係(ダイナミック利得特性)を示す。

図６の(ａ)において、変調波入力信号がＰ_in1よりも大きい場合、ドレイン電圧制御回路３の出力電圧はＶ_out1よりも大きくなる。このとき、Ｖ_out1は波線の高周波増幅装置のダイナミック利得特性を線形化するために必要な出力電圧に対して、過剰なドレイン電圧が供給されることにより、利得が大きくなり、高周波増幅装置のダイナミック利得特性を線形化できずに、その結果、振幅歪みが発生するという問題がある。このため、ドレイン電圧がＶ_out1のとき、ゲート電圧をＶ_g1からＶ_g2に変えることで、利得を小さくすることができ、利得偏差を低減することができる。

続いて、上記構成の高周波増幅装置の動作について説明する。入力端子１から入力された高周波の変調波入力信号Ｐ_inは、分岐してドレイン電圧制御回路３および高周波電力増幅器７にそれぞれ入力される。ドレイン電圧制御回路３は、上述した図２の回路により、変調波入力信号Ｐ_inに応じた出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}をパルス幅変調器４およびゲート電圧制御回路２０に出力する。出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}はパルス幅変調器４とゲート電圧制御回路２０に分岐して入力され、一方はパルス幅変調器４でパルス幅変調され、スイッチング増幅器５に出力される。パルス幅変調された出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}は、スイッチング増幅器５で増幅されてＬＰＦ６に出力される。増幅およびパルス幅変調された出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}は、ＬＰＦ６で高周波成分が除去され、ドレイン電圧Ｖ_{out_d}として高周波電力増幅器７のドレイン電圧供給端子１００に印加される。

出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}の他方は、ゲート電圧制御回路２０を構成する比較器２１に入力され、予め設定された基準電圧源２２の基準電圧Ｖ_sと比較される。基準電圧Ｖ_sは例えば、図６の(ａ)におけるＶ_out1に設定され、

Ｖ_{outdet_d}≧Ｖ_s(Ｖ_out1)の場合、
Ｖ_{out_com}＝Ｖ_g2
Ｖ_{outdet_d}＜Ｖ_s(Ｖ_out1)の場合、
Ｖ_{out_com}＝Ｖ_g1

と動作する。すなわち、出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}が基準電圧Ｖ_s以上の場合、高周波電力増幅器７の利得の増大を小さくするために、ゲート電圧制御回路２０の出力電圧Ｖ_{out_com}はＶ_g2となり、逆に出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}が基準電圧Ｖ_sよりも小さい場合、高周波電力増幅器７の利得を維持するために、ゲート電圧制御回路２０の出力電圧Ｖ_{out_com}はＶ_g1となる。

なお、出力電圧Ｖ_{out_com}は、２値で切り替えられてもよいし、任意の固定電圧と、上述の高周波電力増幅器７のドレイン電圧供給端子１００に印加されるＬＰＦ６の出力であるドレイン電圧Ｖ_{out_d}に基づいた電圧で連続的に制御されても良い。この場合、比較器２１はＬＰＦ６の出力するドレイン電圧Ｖ_{out_d}を入力して出力する(図示省略)。

ゲート電圧制御回路２０の出力電圧Ｖ_{out_com}は、ゲート電圧Ｖ_{out_g}として高周波電力増幅器７のゲート電圧供給端子１０１に印加される。高周波電力増幅器７は、ＬＰＦ６から印加されるドレイン電圧Ｖ_{out_d}、およびゲート電圧制御回路２０から印加されるゲート電圧Ｖ_{out_g}に基づいて、変調波入力信号Ｐ_inを増幅する。増幅された変調波入力信号Ｐ_inは、変調波出力信号Ｐ_ｏｕｔとして出力端子２から出力される。

以上のように、実施の形態２によれば、ドレイン電圧制御回路は、高周波増幅装置のダイナミック利得特性を一定とすべく、ドレイン電圧を制御し、ゲート電圧制御回路は、ドレイン電圧制御のみでは、一定にできない利得偏差を低減するように高周波電力増幅器のゲート電圧を制御する。さらに、実施の形態２では、ゲート電圧制御回路を比較器と基準電圧とで構成することで、簡易な構成で、高周波増幅装置のダイナミック利得特性を線形化して、高周波増幅装置の非線形歪みを低減することができる。

なお、実施の形態２では、ドレイン電圧制御回路、およびゲート電圧制御回路は、高周波増幅装置のダイナミック利得特性を一定にするようにドレイン電圧およびゲート電圧を制御するが、これに限定されず、高周波増幅装置のダイナミック位相特性を一定にするようにドレイン電圧およびゲート電圧を制御してもよい。なお、上述した高周波電力増幅器は、例えばＡ級増幅器またはＡＢ級増幅器またはＢ増幅器、あるいは、ドハティ増幅器で構成してもよい。また、上述したパルス幅変調器は、例えばデルタシグマ変調器あるいはデルタ変調器で構成してもよい。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３による高周波増幅装置の構成を示すブロック構成図である。図７の高周波増幅装置では、入力端子１と高周波電力増幅器７の間に可変減衰器７０が直列に挿入されている。また、高周波電力増幅器７のゲート電圧供給端子のためには電圧制御回路はなく、高周波電力増幅器７のドレイン電圧供給端子１００に関し、上述の実施の形態とは異なる構成のドレイン電圧制御回路４０が設けられるとともに、入力端子１とドレイン電圧制御回路４０の間に可変利得器７１が直列に挿入されてなる。

続いて、上記構成の高周波増幅装置の動作について説明する。入力端子１から入力された変調波入力信号Ｐ_inは、分岐して可変利得器７１および可変減衰器７０に入力される。可変利得器７１に入力された入力信号は、可変利得器７１による利得(増幅率)により振幅が調整された後、ドレイン電圧制御回路４０に入力される。ドレイン電圧制御回路４０は例えば、図８に示すように構成され、可変利得器７１からの出力信号に応じた出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}をパルス幅変調器４に出力する。出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}はパルス幅変調器４でパルス幅変調され、スイッチング増幅器５に出力される。パルス幅変調された出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}はスイッチング増幅器５で増幅されてＬＰＦ６に出力される。増幅およびパルス幅変調された出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}は、ＬＰＦ６で高周波成分が除去され、ドレイン電圧として高周波電力増幅器７のドレイン電圧供給端子１００に印加される。高周波電力増幅器７は、ＬＰＦ６から印加される電圧に基づいて、可変減衰器７０を通過した後の変調波入力信号Ｐ_{in_PA}を増幅する。増幅された変調波入力信号Ｐ_{in_PA}は、変調波出力信号Ｐ_outとして出力端子２から出力される。

以下、図８〜１１を参照しながら、従来技術の課題と可変利得器７１、可変減衰器７０およびドレイン電圧制御回路４０の効果について説明する。図９の(ａ)に、高周波電力増幅器７への変調波瞬時入力信号Ｐ_{in_PA}とドレイン電圧制御回路４０の出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}との関係(入出力特性)を示す。図９の(ａ)において、横軸は変調波瞬時入力信号Ｐ_{in_PA}を示し、縦軸は出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}を示している。破線は、高周波増幅装置のダイナミック利得特性を線形化するために必要な入出力特性で、実線は、例えば図２に示すような回路でドレイン電圧制御回路４０を構成した場合の入出力特性を示している。なお、図９の(ａ)は、下限電圧Ｖ_minおよび上限電圧Ｖ_maxが設定された場合を示している。

図９の(ｂ)に、変調波瞬時出力信号Ｐ_outと、高周波増幅装置のダイナミックな利得Ｇとの関係(ダイナミック利得特性)を示す。図９の(ｂ)において、横軸は変調波瞬時出力信号Ｐ_outを示し、縦軸はダイナミックな利得Ｇを示している。破線は、高周波増増幅装置のダイナミック利得特性を線形化するために必要な入出力特性(図９の(ａ)の破線)でドレイン電圧を制御した場合のダイナミック利得特性で、実線は、例えば、図２に示すような回路による入出力特性(図９の(ａ)の実線)でドレイン電圧制御回路４０を構成した場合のダイナミック利得特性を示している。図９の(ａ)において、破線のダイナミック利得特性を線形化するために必要な入出力特性に対して、実線の入出力特性は大きく外れている。このため、図９の(ｂ)において、ダイナミックな利得特性の偏差が大きくなり、その結果、振幅歪みが劣化するという問題がある。

これに対して、この発明の実施の形態３では、可変利得器７１、可変減衰器７０を備え、さらにドレイン電圧制御回路を図８のように構成することで、図９の(ｂ)の実線で生じた利得偏差を低減するために、ゲート電圧を制御する。

まず、図１０に、可変利得器７１、および可変減衰器７０を制御した場合の高周波電力増幅器７への変調波瞬時入力信号Ｐ_{in_PA}とドレイン電圧制御回路４０の出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}との関係(入出力特性)を示す。図１０において、横軸は変調波瞬時入力信号Ｐ_{in_PA}を示し、縦軸は出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}を示している。破線は、図９の(ａ)の実線と同一の入出力特性であり、実線は、可変利得器７１の利得(増幅率)をΔＧ(Ｐ_in2−Ｐ_in1)だけ大きくした場合、または、可変減衰器７０の減衰量をΔＬ(Ｐ_in2−Ｐ_in1)だけ大きくした場合の入出力特性である。図１０のように、ドレイン電圧制御経路の可変利得器７１または入力信号経路の可変減衰器７０を制御することで、入出力特性の傾きを変化させることが可能となる。これにより、例えば、図９において、実線の入出力特性を破線の入出力特性に近づけることができ、その結果、図９の(ｂ)において、ダイナミックな利得特性の偏差を小さくすることができる。

なお、所望の入出力特性に応じて、可変利得器７１は可変減衰器で構成してもよいし、可変減衰器７０は可変利得器で構成してもよい。

次に、ドレイン電圧制御回路４０を、例えば図８のように構成する場合の効果について説明する。ドレイン電圧制御回路４０は、包絡線検出部３１と、折れ線生成部３２とを有している。

ドレイン電圧制御回路４０の入力端子６０側に接続された包絡線検出部３１は、図２に示し回路と同じ構成である。包絡線検出部３１は、変調波入力信号Ｐ_inの包絡線成分を検出し、包絡線信号として折れ線生成部３２に出力する。

折れ線生成部３２は、一端が包絡線検出部３１の出力に包絡線信号に対して直列になるように接続された抵抗Ｒ_Sの他端に、オペアンプＯＰの入力端子と、抵抗Ｒ_A1と直流電圧Ｖ₁以上で導通するダイオードＤ₁との直列回路の一端と、抵抗Ｒ_A2と直流電圧Ｖ₂以上で導通するダイオードＤ₂との直列回路の一端と、抵抗Ｒ_A0の一端がそれぞれ接続されている。オペアンプＯＰの出力端子はドレイン電圧制御回路４０の出力端子６１に接続され、抵抗Ｒ_A0の他端はグランドに接続されている。また、定電圧源Ｖ_cからグランド間に定電圧源Ｖ_cの電圧を分圧するように抵抗Ｒ_B0，抵抗Ｒ_B1，抵抗Ｒ_B2が順に直列に接続され、ダイオードＤ₁のアノードが抵抗Ｒ_B0と抵抗Ｒ_B1との接続点、ダイオードＤ₂のアノードが抵抗Ｒ_B1と抵抗Ｒ_B2との接続点にそれぞれ接続されている。

折れ線生成部３２は、包絡線信号の大きさに応じて導通するダイオードを切り替えることにより、折れ線特性を有する出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}を出力する。ここで、出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}は任意に設定される。

例えば図８に示した折れ線生成部３２において、包絡線信号の大きさがＰ₁未満の場合、ダイオードＤ₁，Ｄ₂は非導通なので、出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}はこの包絡線信号が抵抗Ｒ_sと抵抗Ｒ_A0とにより分圧された値となる。
また、包絡線信号の大きさがＰ₁以上Ｐ₂未満の場合、ダイオードＤ₁のみが導通するので、出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}は、この包絡線信号の大きさが抵抗Ｒ_sと、抵抗Ｒ_A0と抵抗Ｒ_A1との並列合成抵抗(Ｒ_A0//Ｒ_A1)とにより分圧された値となる。
また、包絡線信号の大きさがＰ₂以上の場合、ダイオードＤ₁、Ｄ₂がともに導通するので、出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}は、この包絡線信号の大きさが抵抗Ｒ_sと、抵抗Ｒ_A0と抵抗Ｒ_A1と抵抗Ｒ_A2との並列合成抵抗(Ｒ_A0//Ｒ_A1//Ｒ_A2)とにより分圧された値となる。

図１１の(ａ)に、高周波電力増幅器への変調波瞬時入力信号Ｐ_{in_PA}とドレイン電圧制御回路４０の出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}との関係(入出力特性)を示す。図１１の(ａ)において、横軸は変調波瞬時入力信号Ｐ_{in_PA}を示し、縦軸は出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}を示している。破線は、図２に示した回路でドレイン電圧制御回路４０を構成した場合の入出力特性で、実線は、図８に示した回路でドレイン電圧制御回路を構成した場合の入出力特性を示している。なお、図１１の(ａ)は、下限電圧Ｖ_minおよび上限電圧Ｖ_maxが設定された場合を示している。

図１１の(ｂ)に、変調波瞬時出力信号Ｐ_outと、高周波増幅装置のダイナミックな利得Ｇとの関係(ダイナミック利得特性)を示す。図１１の(ｂ)において、横軸は変調波瞬時出力信号Ｐ_outを示し、縦軸はダイナミックな利得Ｇを示している。実線は、ドレイン電圧制御回路４０を図８のように構成した場合に得られる入出力特性(図１１の(ａ)の実線)でドレイン電圧を制御した場合のダイナミック利得特性で、破線は、例えばドレイン電圧制御回路４０を図２のように構成した場合に得られる入出力特性(図１１の(ａ)の破線)でドレイン電圧を制御した場合のダイナミック利得特性を示している。

ドレイン電圧制御回路４０を図８のように構成すると、図１１の(ａ)の実線のように入力電力(変調波瞬時入力信号Ｐ_{in_PA})に応じて、出力電圧信号Ｖ_{outdet_d}に異なる折れ線特性(Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃)を与えることができる。これにより、図１１の(ｂ)破線のように折れ線生成部を含まない回路(例えば図２)でドレイン電圧制御回路４０を構成した場合に生じていたダイナミックな利得の偏差を低減することができる。

なお、上記説明では高周波電力増幅器７の前段に可変減衰器７０、ドレイン電圧制御回路４０の前段に可変利得器７１、またはその逆の場合について説明したが、高周波電力増幅器７およびドレイン電圧制御回路４０のいずれか一方の前段に可変減衰器７０および可変利得器７１のいずれか一方を設けてもよい。また、ドレイン電圧制御回路４０に対しては、可変減衰器７０および可変利得器７１のいずれか一方を前段の代わりに後段に設けもよい。

また、可変利得器７１および可変減衰器７０の利得および減衰量の制御は、例えば入力端子１に入力される高周波増幅装置への変調波入力信号Ｐ_inを入力し、変調波入力信号Ｐ_inに従って予め記憶された入力信号−利得・減衰特性に従って利得および減衰量の制御を行う可変増幅・減衰制御部(図示省略)を設ければよい。

以上のように実施の形態３によれば、高周波増幅装置のダイナミックな利得特性を一定とすべく、ドレイン電圧制御経路、または入力信号経路、またはその両方に設けた可変利得器または可変減衰器を制御する。さらに実施の形態３では、ドレイン電圧制御回路は、入出力特性が折れ線特性を有するように出力電圧信号を出力して高周波電力増幅器の電源電圧を制御する。そのため、高周波増幅装置のダイナミック利得特性を線形化して、高効率に動作させることができるとともに、高周波増幅装置の非線形歪みを低減することができる。

なお、実施の形態３では、可変利得器、可変減衰器、およびドレイン電圧制御回路は、高周波増幅装置のダイナミック利得特性を一定にするように制御されるが、これに限定されず、高周波増幅装置のダイナミック位相特性を一定にするように制御してもよい。なお、上述した高周波電力増幅器は、例えばＡ級増幅器またはＡＢ級増幅器またはＢ増幅器、あるいは、ドハティ増幅器で構成してもよい。また、上述したパルス幅変調器は、例えばデルタシグマ変調器あるいはデルタ変調器で構成してもよい。

また、各実施の形態において、ドレイン電圧またはコレクタ電圧に下限電圧と上限電圧が設定されているが、これはゲート電圧またはベース電圧に関しても下限電圧と上限電圧を設定してもよく、またこれらは、下限電圧および上限電圧の少なくとも一方を設定するようにしてもよい。

また、各実施の形態における高周波増幅装置のダイナミック利得特性の代わりに高周波増幅装置の瞬時入力信号に対する瞬時出力信号のダイナミック位相特性を一定にする制御においては、図３の(ｂ)，図４，図６の(ｂ)，図９の(ｂ)，図１１の(ｂ)の利得Ｇ等を含む利得Ｇが全て位相θに変わるだけで、図１，２，５，７，８の回路構成およびそれらの動作、制御は全く同様である。

また、ドレイン電圧制御回路３が第１の包絡線検出手段を構成し、パルス幅変調器４，スイッチング増幅器５，ＬＰＦ６がドレイン電圧またはコレクタ電圧生成手段を構成し、ゲート電圧制御回路８，パルス幅変調器９，スイッチング増幅器１０，ＬＰＦ１１、またはゲート電圧制御回路２０(比較器２１及び基準電圧源２２を含むゲート電圧またはベース電圧生成手段)がゲート電圧またはベース電圧調整手段を構成し、ゲート電圧制御回路８が第２の包絡線検出手段を構成し、パルス幅変調器９，スイッチング増幅器１０，ＬＰＦ１１がゲート電圧またはベース電圧生成手段を構成し、可変利得器７１，可変減衰器７０が増幅・減衰手段を構成し、包絡線検出部３１および折れ線生成部３２を含むドレイン電圧制御回路４０が折れ線包絡線生成手段を構成し、可変利得・減衰制御手段は図示を省略した。

また、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。

１，５０，６０ 入力端子、２，５１，６１ 出力端子、３，４０ ドレイン電圧制御回路、４，９ パルス幅変調器、５，１０ スイッチング増幅器、６，１１ ＬＰＦ、７ 高周波電力増幅器、８，２０ ゲート電圧制御回路、９ パルス幅変調器、２１ 比較器、２２ 基準電圧源、３１ 包絡線検出部、３２ 折れ線生成部、７０ 可変減衰器、７１ 可変利得器、１００ ドレイン電圧またはコレクタ電圧供給端子、１０１ ゲート電圧またはベース電圧供給端子。

Claims (12)

1. 入力された高周波の入力信号を増幅して出力する高周波増幅装置であって、
   印加される電源電圧に基づき前記入力信号を増幅するソース接地またはエミッタ接地された高周波電力増幅器と、
   前記入力信号の包絡線成分を検出する第１の包絡線検出手段と、
   前記第１の包絡線検出手段で検出された包絡線成分に従った電源電圧を生成して前記高周波電力増幅器のドレイン電圧またはコレクタ電圧供給端子に印加するドレイン電圧またはコレクタ電圧生成手段と、
   前記高周波増幅装置の瞬時入力信号に対する瞬時出力信号のダイナミック利得特性が一定となるように、前記入力信号の包絡線成分に従って前記高周波電力増幅器へのゲート電圧またはベース電圧を生成して前記高周波電力増幅器の前記入力信号も入力されるゲート電圧またはベース電圧供給端子に印加するゲート電圧またはベース電圧調整手段と、
   を備えたことを特徴とする高周波増幅装置。
2. ゲート電圧またはベース電圧調整手段が、
   入力信号の包絡線成分を検出する第２の包絡線検出手段と、
   前記第２の包絡線検出手段で検出された包絡線成分に従ってゲート電圧またはベース電圧を生成して印加するゲート電圧またはベース電圧生成手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の高周波増幅装置。
3. ゲート電圧またはベース電圧調整手段が、
   比較器における第１の包絡線検出手段で検出された包絡線成分と所定の基準信号との比較に従って、前記包絡線成分が前記所定の基準信号以上の場合にゲート電圧またはベース電圧の電圧値を下げて生成して印加するゲート電圧またはベース電圧生成手段からなることを特徴とする請求項１に記載の高周波増幅装置。
4. ゲート電圧またはベース電圧生成手段が、前記包絡線成分が前記所定の基準信号以上の場合に相対的に低い電圧のゲート電圧またはベース電圧を生成し、前記所定の基準信号より小さい場合に相対的に高い電圧のゲート電圧またはベース電圧を生成することを特徴とする請求項３に記載の高周波増幅装置。
5. ゲート電圧またはベース電圧生成手段が、前記包絡線成分が前記所定の基準信号以上の場合に相対的に低い所定の電圧のゲート電圧またはベース電圧を生成し、前記所定の基準信号より小さい場合に検出された包絡線成分に従ってゲート電圧またはベース電圧を生成することを特徴とする請求項３に記載の高周波増幅装置。
6. 入力された高周波の入力信号を増幅して出力する高周波増幅装置であって、
   印加される電源電圧に基づき前記入力信号を増幅するソース接地またはエミッタ接地された高周波電力増幅器と、
   前記高周波増幅装置の瞬時入力信号に対する瞬時出力信号のダイナミック利得特性が一定となるように、前記高周波電力増幅器にゲート電圧またはベース電圧として入力される前記入力信号およびドレイン電圧またはコレクタ電圧のために前記入力信号を分岐した分岐入力信号の少なくとも一方に対して、また両方に設けられる場合には一方を増幅、他方を減衰させるように、設けられ信号を可変の利得、減衰量で増幅または減衰する可変増幅・減衰手段と、
   前記分岐入力信号または前記増幅・減衰手段で増幅または減衰された分岐入力信号の包絡線成分を検出する包絡線検出部、および前記ダイナミック利得特性が一定となるように、検出された包絡線成分を包絡線成分の値に従って段階的に減少させる折れ線生成部、を含む折れ線包絡線生成手段と、
   前記折れ線包絡線生成手段で生成された包絡線成分に従った電源電圧を生成して前記高周波電力増幅器のドレイン電圧またはコレクタ電圧供給端子に印加するドレイン電圧またはコレクタ電圧生成手段と、
   を備えたことを特徴とする高周波増幅装置。
7. 折れ線包絡線検出手段の折れ線生成部が、包絡線成分を示す入力に並列に接続されたそれぞれ直列抵抗を伴い導通電圧が異なる複数のダイオードを含むことを特徴とする請求項６に記載の高周波増幅装置。
8. 可変増幅・減衰手段を高周波電力増幅器の前段に設けたことを特徴とする請求項６または７に記載の高周波増幅装置。
9. 可変増幅・減衰手段を折れ線包絡線生成手段の前段または後段に設けたことを特徴とする請求項６から８までのいずれか１項に記載の高周波増幅装置。
10. 高周波増幅装置への入力信号に従って可変増幅・減衰手段の利得、減衰量を制御する可変利得・減衰制御手段を備えたことを特徴とする請求項６から９までのいずれか１項に記載の高周波増幅装置。
11. ドレイン電圧またはコレクタ電圧生成手段およびゲート電圧またはベース電圧調整手段の少なくとも一方、またはドレイン電圧またはコレクタ電圧生成手段において、ドレイン電圧またはコレクタ電圧に対して下限電圧および上限電圧の少なくとも一方、ゲート電圧またはベース電圧に対して下限電圧および上限電圧の少なくとも一方、を設定することを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の高周波増幅装置。
12. ダイナミック利得特性の代わりに高周波増幅装置の瞬時入力信号に対する瞬時出力信号のダイナミック位相特性が一定となるようにドレイン電圧またはコレクタ電圧、またはドレイン電圧またはコレクタ電圧とゲート電圧またはベース電圧の制御を行うことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の高周波増幅装置。

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