JP2014075717A - ドハティ増幅器 - Google Patents
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Abstract
【課題】増幅の効率の極大点の電力を変更できるドハティ増幅器を提供する。
【解決手段】高周波信号が並列に入力される、第1増幅器と、1以上の第2増幅器と、第3増幅器とを備え、前記第1増幅器は、キャリアアンプとして前記高周波信号を増幅し、前記第2増幅器のそれぞれは、キャリアアンプ又はピークアンプとして前記高周波信号を増幅し、前記第3増幅器は、ピークアンプとして前記高周波信号を増幅する、ドハティ増幅器とする。
【選択図】図4
【解決手段】高周波信号が並列に入力される、第1増幅器と、1以上の第2増幅器と、第3増幅器とを備え、前記第1増幅器は、キャリアアンプとして前記高周波信号を増幅し、前記第2増幅器のそれぞれは、キャリアアンプ又はピークアンプとして前記高周波信号を増幅し、前記第3増幅器は、ピークアンプとして前記高周波信号を増幅する、ドハティ増幅器とする。
【選択図】図4
Description
本発明は、ドハティ増幅器に関する。
無線通信システムにおいて、広い帯域幅に拡散された高周波キャリアが、同一の高出力電力増幅器によって増幅される。
高周波増幅器において、入力信号の変調方式、信号多重方式が変わると瞬時出力電力と瞬時出力電力に対する頻度の分布が変わることがある。ドハティ(Doherty)増幅器では
、最大の出力電力及び中間の出力電圧において、効率は極大点を持ち、変調信号の瞬時出力電力と頻度の分布により、中間の効率極大点の電圧を、変調信号が入力された時、効率が最大になるよう調整する。
、最大の出力電力及び中間の出力電圧において、効率は極大点を持ち、変調信号の瞬時出力電力と頻度の分布により、中間の効率極大点の電圧を、変調信号が入力された時、効率が最大になるよう調整する。
図1は、ドハティ増幅器の規格化出力電圧に対する効率の例を示す図である。図1のグラフの横軸は、ドハティ増幅器が出力する最大電圧を1に規格した規格化出力電圧であり、縦軸は効率である。図1の例では、ドハティ増幅器の効率は、規格化出力電圧0.5と1とで、極大点を有する。
図2は、デバイスを複数使った従来のドハティ増幅器の構成例を示す図である。ドハティ増幅器は、キャリアアンプ(CA:Carrier Amplifier、キャリア増幅器)及びピーク
アンプ(PA: Peak Amplifier、ピーク増幅器)を含む。図2では、ドハティ増幅器は、1つのキャリアアンプと、複数のピークアンプを含む。図2のドハティ増幅器では、1つのCA及び複数のPAが並列に接続する。入力信号は、分配される。分配された一部の信号は、キャリアアンプに入力される。キャリアアンプの出力は、λ/4線路でインピーダンス変換される。分配された残りの信号は、λ/4線路で位相を90度回転されて、ピークアンプに入力される。インピーダンス変換されたキャリアアンプの出力とピークアンプの出力とは、合成される。合成された信号は、出力負荷に接続される。
アンプ(PA: Peak Amplifier、ピーク増幅器)を含む。図2では、ドハティ増幅器は、1つのキャリアアンプと、複数のピークアンプを含む。図2のドハティ増幅器では、1つのCA及び複数のPAが並列に接続する。入力信号は、分配される。分配された一部の信号は、キャリアアンプに入力される。キャリアアンプの出力は、λ/4線路でインピーダンス変換される。分配された残りの信号は、λ/4線路で位相を90度回転されて、ピークアンプに入力される。インピーダンス変換されたキャリアアンプの出力とピークアンプの出力とは、合成される。合成された信号は、出力負荷に接続される。
図3は、ドハティ増幅器の規格化出力電圧に対する効率のCAの数とPAの数との比(CAのデバイスサイズとPAのデバイスサイズとの比)による違いの例を示す図である。図3のグラフの横軸は、ドハティ増幅器が出力する最大電圧を1に規格した規格化出力電圧であり、縦軸は効率である。図3に示すようにドハティ増幅器におけるCAの数とPAの数の比が変わると、中間の効率極大点の電圧(規格化出力電圧)が変わる。
B. Kim, I. Kim, J. Moon, "Advanced Doherty Architecture," IEEE microwave magazine, pp.72-86, August 2010.
従来の複数デバイスを使ったドハティ増幅器では、変調方式、信号多重方式が異なる複数の通信システムに対して、瞬時出力電力と瞬時出力電力に対する頻度の分布に合わせた中間の効率極大点の電圧(規格化出力電圧)を変えることは、困難である。また、瞬時出力電力に合わせて中間の効率極大点の電圧(規格化出力電圧)を変えることは、困難である。よって、変調方式、信号多重方式が異なる複数の通信システムに対して1つのドハティ増幅器を使用すると、ある通信システムに対して増幅器の効率が高くても、他の通信システムに対して増幅器の効率が低くなることがある。結果として、増幅器の効率が低下することがある。増幅器の効率が低下すると、発熱や消費電力の増大といった問題が発生し得る。歪のない増幅器では、出力電圧は入力電圧に比例する。
本件開示の技術は、増幅の効率の極大点の電力を変更できるドハティ増幅器を提供することを課題とする。
開示の技術は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
即ち、開示の態様は、
高周波信号が並列に入力される、第1増幅器と、1以上の第2増幅器と、第3増幅器とを備え、
前記第1増幅器は、キャリアアンプとして前記高周波信号を増幅し、
前記第2増幅器のそれぞれは、キャリアアンプ又はピークアンプとして前記高周波信号を増幅し、
前記第3増幅器は、ピークアンプとして前記高周波信号を増幅する、
ドハティ増幅器とする。
高周波信号が並列に入力される、第1増幅器と、1以上の第2増幅器と、第3増幅器とを備え、
前記第1増幅器は、キャリアアンプとして前記高周波信号を増幅し、
前記第2増幅器のそれぞれは、キャリアアンプ又はピークアンプとして前記高周波信号を増幅し、
前記第3増幅器は、ピークアンプとして前記高周波信号を増幅する、
ドハティ増幅器とする。
開示の技術によれば、増幅の効率の極大点の電力を変更できるドハティ増幅器を提供することができる。
以下、図面を参照して実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、開示の構成は、開示の実施形態の具体的構成に限定されない。開示の構成の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。
各実施形態は、可能な限りこれらを組み合わせて実施され得る。
〔実施形態1〕
(構成例)
図4は、実施形態1のドハティ増幅器の例を示す図である。ドハティ増幅器100は、λ/4線路102、入力側スイッチA104、入力側の複数の整合回路111−115、複数の増幅器121−125、出力側の複数の整合回路151−155を含む。ドハティ増幅器100は、さらに、出力側スイッチB162、スイッチC164、λ/4線路群166を含む。また、ドハティ増幅器100には、出力負荷1000が接続される。増幅器121は、キャリアアンプ(CA)として動作する。増幅器125は、ピークアンプ(PA)として動作する。入力信号は、例えばRF(Radio Frequency)信号である。入力信
号としての高周波信号は、並列にキャリアアンプとしての増幅器及びピークアンプとしての増幅器に入力される。ピークアンプとして動作する増幅器には、当該高周波信号がλ/4線路102を介して入力される。各増幅器で増幅された信号は、合成されて出力される。
(構成例)
図4は、実施形態1のドハティ増幅器の例を示す図である。ドハティ増幅器100は、λ/4線路102、入力側スイッチA104、入力側の複数の整合回路111−115、複数の増幅器121−125、出力側の複数の整合回路151−155を含む。ドハティ増幅器100は、さらに、出力側スイッチB162、スイッチC164、λ/4線路群166を含む。また、ドハティ増幅器100には、出力負荷1000が接続される。増幅器121は、キャリアアンプ(CA)として動作する。増幅器125は、ピークアンプ(PA)として動作する。入力信号は、例えばRF(Radio Frequency)信号である。入力信
号としての高周波信号は、並列にキャリアアンプとしての増幅器及びピークアンプとしての増幅器に入力される。ピークアンプとして動作する増幅器には、当該高周波信号がλ/4線路102を介して入力される。各増幅器で増幅された信号は、合成されて出力される。
ドハティ増幅器が増幅する周波数の波長の1/4線路長を持つλ/4線路(1/4波長線路)102は、ピークアンプとして動作する増幅器の入力側の線路上に設けられ、信号の位相を90度遅らせる。
入力側スイッチA104は、増幅器122、増幅器123及び増幅器124を、それぞれ、キャリアアンプとして動作させるか、ピークアンプとして動作させるかを切り替える。入力側スイッチA104によって、λ/4線路102の出力側と接続される増幅器は、ピークアンプとして動作する。入力側スイッチA104によって、λ/4線路102の出力側と接続されない増幅器は、キャリアアンプとして動作する。図4の例では、増幅器122及び増幅器123はキャリアアンプとして動作し、増幅器124はピークアンプとして動作する。入力側スイッチA104は、出力側スイッチB162と連動する。
入力側の整合回路111−115は、接続されるそれぞれの増幅器121−125の入力側と整合を取る。例えば、整合回路111は、接続される増幅器121の入力側と整合を取る。
増幅器121は、入力信号が整合回路111を介して入力され、キャリアアンプとして動作する。
増幅器122、増幅器123及び増幅器124は、入力側スイッチA104及び出力側スイッチB162の切り替えにより、キャリア増幅器としても、ピーク増幅器としても動作し得る。ここでは、キャリア増幅器としてもピーク増幅器としても動作し得る増幅器122−124は3つであるが、3つに限定されるものではない。キャリア増幅器としてもピーク増幅器としても動作し得る増幅器は、少なくとも1つ以上あればよい。
増幅器125は、λ/4線路102の出力側と整合回路115を介して接続され、ピークアンプとして動作する。
増幅器121−125のデバイスサイズは、同一であっても、互いに異なっていてもよい。ここでは、増幅器122、増幅器123及び増幅器124のデバイスサイズはそれぞれ1であるとし、増幅器121及び増幅器125のデバイスサイズはそれぞれ4であるとする。各増幅器のデバイスサイズは、例えば、想定される入力信号によって、あらかじめ、決定される。このとき、ドハティ増幅器100のCA:PA(CAとして動作する増幅器のデバイスサイズの合計とPAとして動作する増幅器のデバイスサイズの合計との比)は、4:7、5:6、6:5、7:4の4種類を取ることができる。
出力側の整合回路151−155は、接続されるそれぞれの増幅器121−125の出力側と整合を取る。例えば、整合回路151は、接続される増幅器121の出力側と整合を取る。増幅器121−125として、例えば、FET(Field Effect Transistor)が
使用されうる。CAとして使用される増幅器には、CA用のゲート電圧が印加される。また、PAとして使用される増幅器には、PA用のゲート電圧が印加される。増幅器121−125として、トランジスタが使用されてもよい。
使用されうる。CAとして使用される増幅器には、CA用のゲート電圧が印加される。また、PAとして使用される増幅器には、PA用のゲート電圧が印加される。増幅器121−125として、トランジスタが使用されてもよい。
出力側スイッチB162は、入力側スイッチA104と連動する。出力側スイッチB162によって、キャリアアンプとして動作する増幅器はスイッチC164に接続される。出力側スイッチB162によって、ピークアンプとして動作する増幅器は、出力に接続される。入力側スイッチA104及び出力側スイッチB162は、切替部の一例である。
スイッチC164は、キャリア増幅器とピーク増幅器の数に基づいて、使用するλ/4線路を切り替える。スイッチC164は、入力側スイッチA104及び出力側スイッチB162と連動する。ドハティ増幅器100のCA:PAは、入力側スイッチA104及び出力側スイッチB162によって変更される。
λ/4線路群166は、スイッチC164によって切り替えられる複数のλ/4線路を含む。各λ/4線路は、互いに異なる特性インピーダンスを有する。1種類のCAとPAとの比ごとに、1つのλ/4線路が割り当てられる。λ/4線路102及びλ/4線路群166のλ/4線路は、キャリア増幅器の出力とピーク増幅器の出力との位相を同期させる。
出力負荷1000は、例えば、アンテナである。出力負荷1000のインピーダンスは、Rとする。キャリアアンプとしての増幅器で増幅された信号は、λ/4線路群166のλ/4線路を介して、ピークアンプとしての増幅器で増幅された信号と合成され、出力負荷1000に出力される。
スイッチC164によって切り替えられるλ/4線路群166のλ/4線路の特性インピーダンスRLは、次のように求められる。
ここで、Rは出力負荷1000のインピーダンスである。また、mは、PAのデバイスサイズの合計に対するCAのデバイスサイズの合計の比である。ここで、上記のように、増幅器121及び増幅器125のデバイスサイズがそれぞれ4、増幅器122、増幅器1
23及び増幅器124のデバイスサイズがそれぞれ1であるとする。図4の例では、増幅器121、増幅器122及び増幅器123がキャリアアンプとして動作し、増幅器124及び増幅器125がピークアンプとして動作するので、mは6/5となる。λ/4線路の特性インピーダンスRLは、R・11/6となる。即ち、このとき、スイッチC164は
、特性インピーダンスRLがR・11/6であるλ/4線路群166のλ/4線路に接続
される。例えば、ドハティ増幅器100のようにmが4種類である場合、λ/4線路群166は、4種類のλ/4線路を含む。λ/4線路群166に含まれるλ/4線路は、上記の式によって算出される特性インピーダンスを有するλ/4線路である。
23及び増幅器124のデバイスサイズがそれぞれ1であるとする。図4の例では、増幅器121、増幅器122及び増幅器123がキャリアアンプとして動作し、増幅器124及び増幅器125がピークアンプとして動作するので、mは6/5となる。λ/4線路の特性インピーダンスRLは、R・11/6となる。即ち、このとき、スイッチC164は
、特性インピーダンスRLがR・11/6であるλ/4線路群166のλ/4線路に接続
される。例えば、ドハティ増幅器100のようにmが4種類である場合、λ/4線路群166は、4種類のλ/4線路を含む。λ/4線路群166に含まれるλ/4線路は、上記の式によって算出される特性インピーダンスを有するλ/4線路である。
入力側スイッチA104、出力側スイッチB162、スイッチC164は、入力信号の変調方式、信号多重方式等に基づいて、切り替えられる。例えば、変調方式、信号多重方式等(通信システム)と各スイッチの位置との対応表に基づいて、各スイッチは切り替えられる。変調方式、信号多重方式等と各スイッチの位置との対応表は、予め決められている。対応表は、例えば、対応テーブルとして、図示しない記憶装置に格納されうる。ドハティ増幅器100のCA:PAは、各変調方式等の瞬時電力と瞬時電力に対する頻度の分布に合わせて、予め決められる。瞬時電力の電力は、電圧に換算されうる。電圧は、規格化電圧に換算されうる。各通信システムにおいて、ドハティ増幅器100が取り得るCA:PA毎に、瞬時電力に対する頻度と瞬時電力に対応する規格化電圧の効率を掛けあわせたものを規格化電圧で0から1まで積分することで、CA:PA毎に増幅器の効率が求められる。即ち、通信システム毎、CA:PA毎に、ドハティ増幅器100の効率が求められる。これらを比較することで、通信システム毎に、最も効率のよいCA:PAが求められる。
各スイッチには、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)スイッチが使用される。
図5は、ドハティ増幅器100で取りうる出力電力に対する効率のCAのデバイスサイズの合計とPAのデバイスサイズの合計との比(CA:PA)の例を示す図である。図5のグラフの横軸は、ドハティ増幅器100がそれぞれのCA:PAにおいて出力する最大電圧を1に規格した規格化出力電圧であり、縦軸は効率である。図5に示すようにドハティ増幅器100は、CAとPAとの比を変更することで、中間の効率極大点の電圧(規格化出力電圧)を変更できる。
〈実施形態1の作用、効果〉
ドハティ増幅器100は、入力側スイッチA104及び出力側スイッチB162により、増幅器122−124をキャリアアンプまたはピークアンプに切り替える。キャリアアンプとして動作する増幅器には、λ/4線路群166のλ/4線路が接続される。キャリアアンプとして動作する増幅器に接続されるλ/4線路は、キャリアアンプとして動作する増幅器のデバイスサイズの合計とピークアンプとして動作する増幅器のデバイスサイズの合計との比に基づくインピーダンスを有する。
ドハティ増幅器100は、入力側スイッチA104及び出力側スイッチB162により、増幅器122−124をキャリアアンプまたはピークアンプに切り替える。キャリアアンプとして動作する増幅器には、λ/4線路群166のλ/4線路が接続される。キャリアアンプとして動作する増幅器に接続されるλ/4線路は、キャリアアンプとして動作する増幅器のデバイスサイズの合計とピークアンプとして動作する増幅器のデバイスサイズの合計との比に基づくインピーダンスを有する。
ドハティ増幅器100は、λ/4線路群166の互いに異なるインピーダンスを有する複数のλ/4線路を有することで、CA:PAが変更されても、増幅器として適切な出力を得ることができる。
ドハティ増幅器100ではCA:PAは固定化されない。ドハティ増幅器100は、CA:PAを変更することにより、効率が最大となる出力電圧(規格化出力電圧)を変更することができる。ドハティ増幅器100は、入力信号の変調方式等に基づいてPA:CAを変更することができるので、どの変調方式等に対しても増幅器の効率を高くできる。
ドハティ増幅器100は、中間の効率極大点の電圧(規格化出力電圧)を、各変調方式等の瞬時電力と瞬時電力に対する頻度の分布に合わせて変えることができる。
なお、増幅器のデバイスサイズは、例えば増幅器としてFETを使用した場合、FETのゲート数、ゲート幅などに相当し、デバイスサイズによりデバイスの流すことのできる電流の大きさが決まる。また、λ/4線路の特性インピーダンスを変えることは、λ/4線路の線路幅を変えることで実現できる。
(変形例1−1)
実施形態1の変形例1−1について説明する。ここでは、主として、上記のドハティ増幅器100との相違点について説明し、共通点については、説明を省略する。変形例1−1では、出力側スイッチBが3状態をとりうる。
実施形態1の変形例1−1について説明する。ここでは、主として、上記のドハティ増幅器100との相違点について説明し、共通点については、説明を省略する。変形例1−1では、出力側スイッチBが3状態をとりうる。
図6は、実施形態1の変形例1−1のドハティ増幅器の例を示す図である。図6のドハティ増幅器200は、λ/4線路202、入力側スイッチA204、入力側の複数の整合回路211−215、複数の増幅器221−225、出力側の複数の整合回路251−255を含む。ドハティ増幅器200は、さらに、出力側スイッチB262、スイッチC264、λ/4線路群266を含む。また、ドハティ増幅器200には、出力負荷2000が接続される。λ/4線路202、入力側スイッチA204、入力側の複数の整合回路211−215、複数の増幅器221−225、出力側の複数の整合回路251−255は、ドハティ増幅器100の対応する構成要素と同様である。
出力側スイッチB262は、入力側スイッチA204と連動する。出力側スイッチB262によって、キャリアアンプとして動作する増幅器はスイッチC264に接続される。出力側スイッチB262によって、ピークアンプとして動作する増幅器は、出力に接続される。ただし、増幅器122−124を増幅器として動作させない場合、増幅器222−224が出力側スイッチB262によって、接地、あるいは、適当な負荷を経て接地される。即ち、出力側スイッチB262は、増幅器222−224を、キャリアアンプ、ピークアンプ、非動作状態の、いずれか1つの状態に、切り替える。出力側スイッチB262は、3状態を切り替えられる。図6の例では、増幅器222はキャリアアンプとして動作し、増幅器223は非動作状態であり、増幅器224はピークアンプとして動作する。3状態を切り替えられるスイッチが入力側スイッチA204に設けられてもよい。ここでは、キャリアアンプ、ピークアンプ、非動作状態のいずれか1つの状態に切り替えられる増幅器222−224は、3つであるが、3つに限定されるものではない。キャリアアンプ、ピークアンプ、非動作状態のいずれか1つの状態に切り替えられる増幅器は、少なくとも1つ以上あればよい。
増幅器221−225のデバイスサイズは、同一であっても、互いに異なっていてもよい。ここでは、増幅器222、増幅器223及び増幅器224のデバイスサイズはそれぞれ1であるとし、増幅器221及び増幅器225のデバイスサイズはそれぞれ4であるとする。このとき、ドハティ増幅器200のCA:PAは、4:4、4:5、4:6、4:7、5:4、5:5、5:6、6:4、6:5、7:4の10種類を取ることができる。上記のドハティ増幅器100と同様の増幅器を使用するドハティ増幅器200は、ドハティ増幅器100のCA:PAの種類よりも多い種類のCA:PAの種類を取ることができる。
λ/4線路群266は、スイッチC264によって切り替えられる複数のλ/4線路を含む。各λ/4線路は、互いに特性インピーダンスが異なる。1種類のCAとPAとの比ごとに、1つのλ/4線路が割り当てられる。
ここでは、3状態を切り替えられる出力側スイッチB262を使用するドハティ増幅器200とした。3状態を切り替えられるスイッチを使用する代わりに、ドハティ増幅器200の構成において、増幅器222−224に印加する電圧を調整することにより、増幅器122−124を増幅器として動作させないようにしてもよい。例えば、増幅器222−224がFETである場合、ゲート電圧またはドレイン電圧を変更して、増幅器222−224を増幅器として動作させないようにしてもよい。また、増幅器222−224がトランジスタである場合、ベース電圧またはコレクタ電圧を変更して、増幅器222−224を増幅器として動作させないようにしてもよい。
図7は、ドハティ増幅器200で取りうる出力電力に対する効率のCAのデバイスサイズの合計とPAのデバイスサイズの合計との比の例を示す図である。図7のグラフの横軸は、ドハティ増幅器200がそれぞれのCA:PAにおいて出力する最大電圧を1に規格した規格化出力電圧であり、縦軸は効率である。図7に示すようにドハティ増幅器200は、CAとPAとの比を変更することで、中間の効率極大点の電圧(規格化出力電圧)を変更できる。ドハティ増幅器200は、ドハティ増幅器100の場合と比べ、多くの種類の比(CA:PA)をとりうる。
(変形例1−2)
実施形態1の変形例1−2について説明する。ここでは、主として、上記のドハティ増幅器100またはドハティ増幅器200との相違点について説明し、共通点については、説明を省略する。変形例1−2では、入力側スイッチAの代わりに切替装置が使用される。
実施形態1の変形例1−2について説明する。ここでは、主として、上記のドハティ増幅器100またはドハティ増幅器200との相違点について説明し、共通点については、説明を省略する。変形例1−2では、入力側スイッチAの代わりに切替装置が使用される。
図8は、変形例1−2のドハティ増幅器の例を示す図である。図8のドハティ増幅器300は、λ/4線路302、切替装置370、入力側の複数の整合回路311−315、複数の増幅器321−325、出力側の複数の整合回路351−355を含む。ドハティ増幅器300は、さらに、出力側スイッチB362、スイッチC364、λ/4線路群366を含む。また、ドハティ増幅器300には、出力負荷3000が接続される。λ/4線路302、入力側の複数の整合回路311−315、複数の増幅器321−325、出力側の複数の整合回路351−355は、ドハティ増幅器100またはドハティ増幅器200の対応する構成要素と同様である。また、出力側スイッチB362、スイッチC364、λ/4線路群366は、ドハティ増幅器100またはドハティ増幅器200の対応する構成要素と同様である。
切替装置370は、複数の増幅器371−376を含む。増幅器371−376は、例えば、FETである。増幅器371、373、375の入力は、CA側の入力に接続される。増幅器372、374、376の入力は、PA側の入力に接続される。増幅器371−376の出力が、CAまたはPAとなる増幅器322−324に整合回路312−314を介して接続される。増幅器371−376がFETである場合、ゲート電圧またはドレイン電圧を変更して、増幅素子として動作する状態と、増幅器322−324に入力する信号を遮断する状態とを切り替える。増幅器371−376がトランジスタである場合、ベース電圧またはコレクタ電圧を変更して、増幅素子として動作する状態と、増幅器322−324に入力する信号を遮断する状態とを切り替える。例えば、増幅器322−324をCAとして使用する場合、増幅器371、373、375が動作状態にされ、増幅器372、374、376が非動作状態にされる。また、例えば、増幅器371及び増幅器372が非動作状態とされてもよい。
出力側スイッチB362は、切替装置370と連動して動作する。出力側スイッチB362は、整合回路352−354の出力を、スイッチC364又は出力に接続する。切替装置370及び出力側スイッチB362は、切替部の一例である。
ドハティ増幅器300は、ドハティ増幅器100またはドハティ増幅器200と同様に、多数の種類のCA:PAを取ることができる。
(変形例1−3)
実施形態1の変形例1−3について説明する。ここでは、主として、上記のドハティ増幅器100、ドハティ増幅器200又はドハティ増幅器300との相違点について説明し、共通点については、説明を省略する。変形例1−3では、スイッチC及びλ/4線路群の代わりに、1つのλ/4線路が使用される。
実施形態1の変形例1−3について説明する。ここでは、主として、上記のドハティ増幅器100、ドハティ増幅器200又はドハティ増幅器300との相違点について説明し、共通点については、説明を省略する。変形例1−3では、スイッチC及びλ/4線路群の代わりに、1つのλ/4線路が使用される。
図9は、変形例1−3のドハティ増幅器の例を示す図である。ドハティ増幅器400は、λ/4線路402、入力側スイッチA404、入力側の複数の整合回路411−415、複数の増幅器421−425、出力側の複数の整合回路451−455を含む。ドハティ増幅器400は、さらに、出力側スイッチB462、λ/4線路466を含む。また、ドハティ増幅器400には、出力負荷4000が接続される。
λ/4線路402、入力側スイッチA404、整合回路411−415、複数の増幅器421−425、整合回路451−455、出力側スイッチB462は、ドハティ増幅器100、ドハティ増幅器200又はドハティ増幅器300の対応する構成要素と同様である。
増幅器421−425は、それぞれ、Vd1−Vd5のドレイン電圧を印加されている。増幅器421−425は、例えば、図示しない電圧設定回路によって、ドレイン電圧を印加される。ここでは、ドレイン電圧が、次の式のように、CAのデバイスサイズの合計とPAのデバイスサイズの合計との比に基づいて、変更される。
VCAは、CAとして動作している増幅器のドレイン電圧である。VPAは、PAとして動作している増幅器のドレイン電圧である。Aは定数である。mは、PAのデバイスサイズの合計に対するCAのデバイスサイズの合計の比である。このようにドレイン電圧を変更することにより、λ/4線路466の特性インピーダンスを固定することができる。
ドハティ増幅器400では、ドハティ増幅器100等のように、互いに異なるインピーダンスを有する複数のλ/4線路を含むλ/4線路群を用意しなくてもよい。
また、増幅器422−424に印加されるドレイン電圧を調整することにより、増幅器422−424を動作しない状態にすることもできる。
増幅器421−425に印加されるドレイン電圧は、電圧設定回路により制御され得る。
ここで、増幅器421−425としてFETを想定しているが、増幅器421−425としてトランジスタを用いて、コレクタ電圧を上記のように変更するようにしてもよい。
ドハティ増幅器100、ドハティ増幅器200、ドハティ増幅器300、ドハティ増幅器400の構成は、適宜組み合わせられうる。
〔実施形態2〕
次に実施形態2について説明する。実施形態2は、実施形態1との共通点を有する。従って、主として相違点について説明し、共通点については、説明を省略する。
次に実施形態2について説明する。実施形態2は、実施形態1との共通点を有する。従って、主として相違点について説明し、共通点については、説明を省略する。
(構成例)
図10は、実施形態2のドハティ増幅器の例を示す図である。ドハティ増幅器500は、λ/4線路502、入力側スイッチA504、入力側の複数の整合回路511−515、複数の増幅器521−525、出力側の複数の整合回路551−555を含む。ドハティ増幅器500は、さらに、出力側スイッチB562、スイッチC564、λ/4線路群566を含む。ドハティ増幅器500は、瞬時電力検出回路582、制御回路584を含む。また、ドハティ増幅器500には、出力負荷5000が接続される。増幅器521は、キャリアアンプ(CA)として動作する。増幅器525は、ピークアンプ(PA)として動作する。λ/4線路502、入力側スイッチA504、入力側の複数の整合回路511−515、複数の増幅器521−525、出力側の複数の整合回路551−555は、ドハティ増幅器100の対応する構成要素と同様である。出力側スイッチB562、スイッチC564、λ/4線路群566は、ドハティ増幅器100の対応する構成要素と同様である。
図10は、実施形態2のドハティ増幅器の例を示す図である。ドハティ増幅器500は、λ/4線路502、入力側スイッチA504、入力側の複数の整合回路511−515、複数の増幅器521−525、出力側の複数の整合回路551−555を含む。ドハティ増幅器500は、さらに、出力側スイッチB562、スイッチC564、λ/4線路群566を含む。ドハティ増幅器500は、瞬時電力検出回路582、制御回路584を含む。また、ドハティ増幅器500には、出力負荷5000が接続される。増幅器521は、キャリアアンプ(CA)として動作する。増幅器525は、ピークアンプ(PA)として動作する。λ/4線路502、入力側スイッチA504、入力側の複数の整合回路511−515、複数の増幅器521−525、出力側の複数の整合回路551−555は、ドハティ増幅器100の対応する構成要素と同様である。出力側スイッチB562、スイッチC564、λ/4線路群566は、ドハティ増幅器100の対応する構成要素と同様である。
ドハティ増幅器500には、ドハティ増幅器100と同様の構成要素が含まれるが、ドハティ増幅器100と同様の構成要素の代わりに、ドハティ増幅器200又はドハティ増幅器300と同様の構成要素が含まれてもよい。
瞬時電力検出回路582は、入力信号(RF信号)の瞬時電力を測定する。瞬時電力検出回路582は、測定した瞬時電力の値を、制御回路584に通知する。瞬時電力検出回路582は、検出部の一例である。瞬時電力は、規格化電圧に換算されうる。
瞬時電力検出回路582は、瞬時電力検出回路582が検出する最大の電力を電圧に換算した値を1に規格化する。
制御回路584は、瞬時電力検出回路582から通知された入力信号の瞬時電力の値に基づいて、入力側スイッチA504、出力側スイッチB562、スイッチC564を切り替える。制御回路584は、制御部の一例である。
ここでは、ドハティ増幅器500は、ドハティ増幅器100と同様に、CA:PAの比について、4:7、5:6、6:5、7:4の4種類をとり得るとする。即ち、各取り得る比における、規格化出力電圧と効率との関係は、図5のようになる。ここで、例えば、瞬時電力検出回路582が、0.35の瞬時電圧(規格化電圧)に相当する電力を検出した場合、制御回路584は、規格化出力電圧と効率との関係に基づいて、CA:PAを4:7と決定する。制御回路584は、CA:PAが4:7になるように、入力側スイッチA504及び出力側スイッチB562を切り替える。図5において、規格化出力電圧0.35に最も近いところにピーク(極大点)を有するのは、CA:PA=4:7のグラフである。よって、ドハティ増幅器500は、CA:PAを4:7に切り替えることで、0.35の瞬時電圧を有する信号を効率よく増幅できる。制御回路584は、λ/4線路群566からCA:PAが4:7である場合に対応するλ/4線路を選択するようにスイッチC564を切り替える。制御回路584は、図5の規格化出力電圧0.35において、最も効率のよいCA:PAである、4:7を選択してもよい。
また、例えば、瞬時電力検出回路582が、0.63の瞬時電圧(規格化電圧)に相当する電力を検出した場合、制御回路584は、規格化出力電圧と効率との関係に基づいて、CA:PAを7:4と決定する。制御回路584は、CA:PAが7:4になるように、入力側スイッチA504及び出力側スイッチB562を切り替える。図5において、規格化出力電圧0.63に最も近いところにピークを有するのは、CA:PA=7:4のグラフである。よって、ドハティ増幅器500は、CA:PAを7:4に切り替えることで、0.63の瞬時電圧を有する信号を効率よく増幅できる。制御回路584は、λ/4線路群566からCA:PAが7:4である場合に対応するλ/4線路を選択するようにスイッチC564を切り替える。制御回路584は、図5の規格化出力電圧0.63において、最も効率のよいCA:PAである、7:4を選択してもよい。
ドハティ増幅器500が、ドハティ増幅器100と同様の構成を含む代わりに、例えば、ドハティ増幅器200と同様の構成を含むことで、より効率のよいCA:PAを選択しうる。例えば、ドハティ増幅器500がドハティ増幅器200と同様の構成を含むと、ドハティ増幅器500は、図7に含まれるCA:PAから最適なものを選択することができる。
〈実施形態2の作用、効果〉
ドハティ増幅器500の瞬時電力検出回路582は、入力信号の瞬時電力を検出する。ドハティ増幅器500は、検出された瞬時電力を規格化電圧に換算し、換算された規格化電圧で、増幅器の効率が最もよいCA:PAを選択する。ドハティ増幅器500は、選択されたCA:PAとなるように、入力側スイッチA504等を切り替える。
ドハティ増幅器500の瞬時電力検出回路582は、入力信号の瞬時電力を検出する。ドハティ増幅器500は、検出された瞬時電力を規格化電圧に換算し、換算された規格化電圧で、増幅器の効率が最もよいCA:PAを選択する。ドハティ増幅器500は、選択されたCA:PAとなるように、入力側スイッチA504等を切り替える。
ドハティ増幅器500は、入力信号の瞬時電力に基づいてCA:PAを選択することで、常に増幅器の効率がよい状態に制御できる。
(変形例2−1)
上記のドハティ増幅器500の例では、RF信号を取り出して、瞬時電力を検出した。ここでは、RF信号を取り出す代わりに、ベースバンドディジタル信号等を取り出す例について説明する。上記の記載と共通する部分については、説明を省略する。
上記のドハティ増幅器500の例では、RF信号を取り出して、瞬時電力を検出した。ここでは、RF信号を取り出す代わりに、ベースバンドディジタル信号等を取り出す例について説明する。上記の記載と共通する部分については、説明を省略する。
図11は、無線装置の一例を示す図である。図11の無線装置1は、DAC10、変調器20、ドハティ増幅器500を含む。無線装置1では、送信信号としてのベースバンドディジタル信号がDAC(Digital to Analog Converter)10に入力される。DAC1
0は入力されたベースバンドディジタル信号をベースバンドアナログ信号に変換する。変調器20は、アナログ信号に変換されたベースバンドアナログ信号をRF信号(無線信号)に変換する。ドハティ増幅器500は、RF信号を増幅する。
0は入力されたベースバンドディジタル信号をベースバンドアナログ信号に変換する。変調器20は、アナログ信号に変換されたベースバンドアナログ信号をRF信号(無線信号)に変換する。ドハティ増幅器500は、RF信号を増幅する。
ここで、ドハティ増幅器500の瞬時電力検出回路582は、ベースバンドディジタル信号(図11の「A」)を抽出し、当該信号の瞬時電力を測定する。または、ドハティ増幅器500の瞬時電力検出回路582は、ベースバンドアナログ信号(図11の「B」)を抽出し、当該信号の瞬時電力を測定する。瞬時電力検出回路582は、測定した瞬時電力の値を、制御回路584に通知する。
図12は、無線装置の一例を示す図である。図12の無線装置2は、DAC30、変調器40、ドハティ増幅器500を含む。無線装置2では、送信信号としてのIF(Intermediate Frequency)ディジタル信号がDAC(Digital to Analog Converter)30に入
力される。DAC30は入力されたIFディジタル信号をIFアナログ信号に変換する。変調器40は、アナログ信号に変換されたIFアナログ信号をRF信号(無線信号)に変
換する。ドハティ増幅器500は、RF信号を増幅する。
力される。DAC30は入力されたIFディジタル信号をIFアナログ信号に変換する。変調器40は、アナログ信号に変換されたIFアナログ信号をRF信号(無線信号)に変
換する。ドハティ増幅器500は、RF信号を増幅する。
ここで、ドハティ増幅器500の瞬時電力検出回路582は、IFディジタル信号(図12の「C」)を抽出し、当該信号の瞬時電力を測定する。または、ドハティ増幅器500の瞬時電力検出回路582は、IFアナログ信号(図12の「D」)を抽出し、当該信号の瞬時電力を測定する。瞬時電力検出回路582は、測定した瞬時電力の値を、制御回路584に通知する。
図13は、無線装置の一例を示す図である。図13の無線装置3は、IFFT50、パラレル/シリアル変換器60、DAC70、変調器80、ドハティ増幅器500を含む。無線装置3は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation)信号を処理する装置である。無線装置3では、周波数ごとの送信データがIFFT50に入力される。IFFT50は、入力された周波数毎の送信データを、逆フーリエ変換し、時系列のパラレル信号に変換する。パラレル/シリアル変換器60は、時系列のパラレル信号を、時系列のシリアル信号に変換する。時系列のシリアル信号(ディジタル信号)は、DAC(Digital to Analog Converter)70に入力される。DAC70は入力されたディジタル信号
をアナログ信号に変換する。変調器80は、アナログ信号に変換されたアナログ信号をRF信号に変換する。ドハティ増幅器500は、RF信号を増幅する。
をアナログ信号に変換する。変調器80は、アナログ信号に変換されたアナログ信号をRF信号に変換する。ドハティ増幅器500は、RF信号を増幅する。
ここで、ドハティ増幅器500の瞬時電力検出回路582は、パラレルの時系列のベースバンド信号(図13の「E」)を抽出し、当該信号の瞬時電力を測定する。瞬時電力検出回路582は、測定した瞬時電力の値を、制御回路584に通知する。
変形例2−1の無線装置では、より早い段階で送信信号を抽出して、瞬時電力を測定することができる。変形例2−1の無線装置は、より早い段階で送信信号を抽出して瞬時電力を測定することで、制御回路584の処理が遅くても、出力信号の遅延を抑制することができる。
〔実施形態3〕
次に実施形態3について説明する。実施形態3は、実施形態1、実施形態2との共通点を有する。従って、主として相違点について説明し、共通点については、説明を省略する。
次に実施形態3について説明する。実施形態3は、実施形態1、実施形態2との共通点を有する。従って、主として相違点について説明し、共通点については、説明を省略する。
(構成例)
図14は、実施形態3のドハティ増幅器の例を示す図である。ドハティ増幅器600は、λ/4線路602、入力側スイッチA604、入力側の複数の整合回路611−615、複数の増幅器621−625、出力側の複数の整合回路651−655を含む。ドハティ増幅器500は、さらに、出力側スイッチB662、λ/4線路666を含む。ドハティ増幅器600は、瞬時電力検出回路682、制御回路684、電圧設定回路686を含む。また、ドハティ増幅器600には、出力負荷6000が接続される。増幅器621は、キャリアアンプ(CA)として動作する。増幅器625は、ピークアンプ(PA)として動作する。λ/4線路602、入力側スイッチA604、入力側の複数の整合回路611−615、複数の増幅器621−625、出力側の複数の整合回路651−655は、ドハティ増幅器400の対応する構成要素と同様である。出力側スイッチB662、λ/4線路666は、ドハティ増幅器400の対応する構成要素と同様である。
図14は、実施形態3のドハティ増幅器の例を示す図である。ドハティ増幅器600は、λ/4線路602、入力側スイッチA604、入力側の複数の整合回路611−615、複数の増幅器621−625、出力側の複数の整合回路651−655を含む。ドハティ増幅器500は、さらに、出力側スイッチB662、λ/4線路666を含む。ドハティ増幅器600は、瞬時電力検出回路682、制御回路684、電圧設定回路686を含む。また、ドハティ増幅器600には、出力負荷6000が接続される。増幅器621は、キャリアアンプ(CA)として動作する。増幅器625は、ピークアンプ(PA)として動作する。λ/4線路602、入力側スイッチA604、入力側の複数の整合回路611−615、複数の増幅器621−625、出力側の複数の整合回路651−655は、ドハティ増幅器400の対応する構成要素と同様である。出力側スイッチB662、λ/4線路666は、ドハティ増幅器400の対応する構成要素と同様である。
瞬時電力検出回路682は、入力信号の瞬時電力を測定する。瞬時電力検出回路682は、測定した瞬時電力の値を、制御回路684に通知する。
制御回路684は、瞬時電力検出回路682から通知された入力信号の瞬時電力の値に
基づいて、入力側スイッチA604、出力側スイッチB662を切り替える。また、制御回路584は、瞬時電力検出回路682から通知された入力信号の瞬時電力の値に基づいて、各増幅器に印加する電圧を決定し、電圧設定回路686に指示する。
基づいて、入力側スイッチA604、出力側スイッチB662を切り替える。また、制御回路584は、瞬時電力検出回路682から通知された入力信号の瞬時電力の値に基づいて、各増幅器に印加する電圧を決定し、電圧設定回路686に指示する。
電圧設定回路686は、制御回路684から指示された電圧を、各増幅器に印加する。
増幅器621−625は、それぞれ、電圧設定回路686によってドレイン電圧を印加されている。ここでは、ドレイン電圧が、次の式のように、CAのデバイスサイズの合計とPAのデバイスサイズの合計との比に基づいて、変更される。
VCAは、CAとして動作している増幅器のドレイン電圧である。VPAは、PAとして動作している増幅器のドレイン電圧である。Aは定数である。mは、PAのデバイスサイズの合計に対するCAのデバイスサイズの合計の比である。このようにドレイン電圧を変更することにより、λ/4線路666の特性インピーダンスを固定することができる。
また、電圧設定回路686は、増幅器622−624に印加されるドレイン電圧を調整することにより、増幅器622−624を動作しない状態にすることもできる。
ここで、増幅器621−625としてFETを想定しているが、増幅器621−625としてトランジスタを用いて、コレクタ電圧を上記のように変更するようにしてもよい。
制御回路684は、実施形態2の制御回路584と同様にして、CA:PAを決定することができる。
〈実施形態3の作用、効果〉
ドハティ増幅器600は、電圧設定回路686により、各増幅器に印加する電圧を調整する。ドハティ増幅器600は、電圧設定回路686により印加する電圧を調整することで、互いに異なるインピーダンスを有する複数のλ/4線路を含むλ/4線路群を有しなくてもよい。
ドハティ増幅器600は、電圧設定回路686により、各増幅器に印加する電圧を調整する。ドハティ増幅器600は、電圧設定回路686により印加する電圧を調整することで、互いに異なるインピーダンスを有する複数のλ/4線路を含むλ/4線路群を有しなくてもよい。
〔その他〕
ドハティ増幅器がドハティアンプとして動作するためには、ドハティ増幅器は、少なくとも1つのPA、及び、少なくとも1つのCAを有する。例えば、実施形態1では増幅器121はCA増幅器として、増幅器125はPA増幅器として固定して使用する説明を行った。しかし、例えば、増幅器121の入力につながる整合回路111、増幅器125の入力につながる整合回路115の入力にもSWA104、増幅器121の出力につながる整合回路151、増幅器125の出力につながる整合回路155の出力にもSWB162を設けてもよい。このようにすることにより、例えば、ドハティ増幅器100の構成は、増幅器121−125の増幅器が、それぞれ、PA、CA、非動作状態のうちのいずれかである増幅器とする構成であってもよい。
ドハティ増幅器がドハティアンプとして動作するためには、ドハティ増幅器は、少なくとも1つのPA、及び、少なくとも1つのCAを有する。例えば、実施形態1では増幅器121はCA増幅器として、増幅器125はPA増幅器として固定して使用する説明を行った。しかし、例えば、増幅器121の入力につながる整合回路111、増幅器125の入力につながる整合回路115の入力にもSWA104、増幅器121の出力につながる整合回路151、増幅器125の出力につながる整合回路155の出力にもSWB162を設けてもよい。このようにすることにより、例えば、ドハティ増幅器100の構成は、増幅器121−125の増幅器が、それぞれ、PA、CA、非動作状態のうちのいずれかである増幅器とする構成であってもよい。
図15は、ドハティ増幅器を含む無線装置の構成例を示す図である。図15の無線装置900は、ベースバンド部902、DAC904、ローカル発振器906、直交変調器9
08、ドハティ増幅器100、アンテナ910を含む。無線装置900に含まれるドハティ増幅器は、ドハティ増幅器100以外の上記したドハティ増幅器のいずれかであってもよい。また、上記したドハティ増幅器を含む無線装置は、図15の例に限定されるものではない。上記したドハティ増幅器は、他の無線装置に含まれる増幅器として、動作し得る。また、上記したドハティ増幅器は、無線装置以外の装置に含まれる増幅器として、動作し得る。
08、ドハティ増幅器100、アンテナ910を含む。無線装置900に含まれるドハティ増幅器は、ドハティ増幅器100以外の上記したドハティ増幅器のいずれかであってもよい。また、上記したドハティ増幅器を含む無線装置は、図15の例に限定されるものではない。上記したドハティ増幅器は、他の無線装置に含まれる増幅器として、動作し得る。また、上記したドハティ増幅器は、無線装置以外の装置に含まれる増幅器として、動作し得る。
ベースバンド部902は、送信データ、送信音声等の符号化処理、リソースの割当て等を行う。DAC904は、ベースバンド部で符号化された信号を、アナログ信号に変換する。ローカル発振器906は、無線装置900から送信される無線信号の周波数の発振信号を生成する。直交変調器908は、ローカル発振器906が生成した発振信号を用いて、DAC904で変換されたアナログ信号を無線信号に変調する。
ドハティ増幅器100は、直交変調器908で変調された無線信号を増幅する。増幅された信号は、アンテナ910から他の無線装置に向けて出力される。
100 ドハティ増幅器
102 λ/4線路
104 入力側スイッチA
111−115 整合回路
121−125 増幅器
151−155 整合回路
162 出力側スイッチB
164 スイッチC
166 λ/4線路群
1000 出力負荷
200 ドハティ増幅器
300 ドハティ増幅器
370 切替装置
371−376 増幅器
400 ドハティ増幅器
466 λ/4線路
500 ドハティ増幅器
582 瞬時電力検出回路
584 制御回路
600 ドハティ増幅器
682 瞬時電力検出回路
684 制御回路
686 電圧設定回路
1 無線装置
10 DAC
20 変調器
2 無線装置
30 DAC
40 変調器
3 無線装置
50 IFFT
60 パラレル/シリアル変換器
70 DAC
80 変調器
900 無線装置
902 ベースバンド部
904 DAC
906 直交変調器
908 ローカル発振器
102 λ/4線路
104 入力側スイッチA
111−115 整合回路
121−125 増幅器
151−155 整合回路
162 出力側スイッチB
164 スイッチC
166 λ/4線路群
1000 出力負荷
200 ドハティ増幅器
300 ドハティ増幅器
370 切替装置
371−376 増幅器
400 ドハティ増幅器
466 λ/4線路
500 ドハティ増幅器
582 瞬時電力検出回路
584 制御回路
600 ドハティ増幅器
682 瞬時電力検出回路
684 制御回路
686 電圧設定回路
1 無線装置
10 DAC
20 変調器
2 無線装置
30 DAC
40 変調器
3 無線装置
50 IFFT
60 パラレル/シリアル変換器
70 DAC
80 変調器
900 無線装置
902 ベースバンド部
904 DAC
906 直交変調器
908 ローカル発振器
Claims (6)
- 高周波信号が並列に入力される、第1増幅器と、1以上の第2増幅器と、第3増幅器とを備え、
前記第1増幅器は、キャリアアンプとして前記高周波信号を増幅し、
前記第2増幅器のそれぞれは、キャリアアンプ又はピークアンプとして前記高周波信号を増幅し、
前記第3増幅器は、ピークアンプとして前記高周波信号を増幅する、
ドハティ増幅器。 - 前記第2増幅器のそれぞれを、キャリアアンプ又はピークアンプに切り替える切替部を備える、
請求項1に記載のドハティ増幅器。 - 前記第2増幅器のそれぞれを、キャリアアンプ、ピークアンプ、非動作状態のいずれかに切り替える切替部を備える、
請求項1に記載のドハティ増幅器。 - 前記高周波信号の瞬時電力を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記切替部を制御する制御部と、
を備える請求項2又は3に記載のドハティ増幅器。 - 互いに異なるインピーダンスを有する複数の1/4波長線路を備え、
前記第1増幅器及びキャリアアンプとして動作する前記第2増幅器は、前記複数の1/4波長線路のうち、前記第1増幅器およびキャリアアンプとして動作する第2増幅器のデバイスサイズの合計とピークアンプとして動作する前記第2増幅器および前記第3増幅器のデバイスサイズの合計により異なるインピーダンスを有する1/4波長線路に接続される、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のドハティ増幅器。 - 前記第1増幅器およびキャリアアンプとして動作する前記第2増幅器に接続される1/4波長線路を備え、
前記第1増幅器およびキャリアアンプとして動作する前記第2増幅器には第1電圧が印加され、ピークアンプとして動作する前記第2増幅器および前記第3増幅器には第2電圧が印加され、
前記第1電圧と前記第2電圧は、前記第1増幅器およびキャリアアンプとして動作する第2増幅器のデバイスサイズの合計とピークアンプとして動作する前記第2増幅器および前記第3増幅器のデバイスサイズの合計により異なる値をとる、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のドハティ増幅器。
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