JP4693334B2 - 複合増幅器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、ドハティ（Doherty）出力ネットワークを介して負荷に接続される主電力増幅器および補助電力増幅器を具備する複合増幅器に関するものである。
【０００２】
【背景】
セルラー基地局、衛星通信およびその他の通信や放送システムにおいて、広い帯域幅に拡散された多数の高周波（ＲＦ）キャリアが、同一の高出力電力増幅器（ＨＰＡまたはＰＡ）によって同時に増幅される。その結果、電力増幅器側では、瞬間送信電力が急速に広範囲に変化するという現象が発生する。その理由は、多くの独立したＲＦキャリアを合成する（マルチキャリア信号にする）と、ピーク対平均電力比率が大きくなる傾向があるためである。また、その振幅の分布は、レイリー分布形状を有する、単側波帯限定帯域ガウス雑音に似ている。
【０００３】
ＰＡ技術において、最も重要な課題は効率と線形性である。従来のＢ級の電力増幅器は、効率が出力振幅に比例し、負荷に対してピーク電力を供給するときにＤＣ−ＲＦ電力変換効率が最大になる。合成された送信信号の振幅の擬似レイリー分布は、平均電力とピーク電力の差が大きいため、従来のＢ級増幅器においてこの種の信号を増幅するときの全体的な効率は非常に低い。ピーク対平均電力比率が１０ｄＢである擬似レイリー分布信号の場合、理想のＢ級増幅器ですら、効率は２８％に過ぎない（文献１参照）。
【０００４】
ＲＦ電力増幅器の線形性は、通常、そのＡＭ−ＡＭ（ＡＭ＝振幅変調）およびＡＭ−ＰＭ（ＰＭ＝位相変調）歪特性によって決まる。非線形性は、信号エネルギーを不適当なチャネルに漏洩させてしまう、信号の各成分間の相互混合として現れる。送信信号を、全体的な電圧スイングのうち、より小さい部分に送信するように制限することで、線形性を向上させることができる。しかし、これは増幅器の効率をさらに劣化させてしまう。また、増幅器が飽和してしまう（出力電圧がクリップされる）と、電力増幅器の線形性がさらに低下する。よって、増幅器を飽和させると、歪が許容できないレベルに到達する結果を招くため、そのようにして効率を上げることができる可能性は低い。
【０００５】
文献１に、ＲＦ電力増幅器の効率を向上する方法が記載されている。ドハティ（Doherty）増幅器と呼ばれるこの増幅器は、その基本形態では、主増幅器（キャリア増幅器ともいう）と補助増幅器（ピーキング増幅器ともいう）からなる。負荷は補助増幅器に接続され、主増幅器はインピーダンスインバータ、通常は１／４波長伝送線または同等の集合ネットワーク等を介して負荷に接続される。
【０００６】
出力が低レベルであれば、主増幅器のみが動作する。出力レベルがいわゆる転移点（通常は最大出力電圧）を超えると、補助増幅器が作動し、負荷に対して電流を供給し、１／４波長伝送線のインピーダンスインバータ作用によって、主増幅器の出力の実効インピーダンスを減少させ、主増幅器を一定（ピーク）電圧に維持する。これは、マイナス負荷プル（negative load pulling）と呼ばれ、転移点を超えるレベルについて、主増幅器が最大効率で動作することを意味する。同時に、補助増幅器の負荷は増加し、これはプラス負荷プル（positive load pulling）と呼ばれる。その結果、出力電力対入力電力の関係がほぼ線形になるが、従来の増幅器より効率が良い。
【０００７】
転移点に満たない場合、補助増幅器はオフ状態になり、主増幅器の負荷インピーダンスがピーク電力時のインピーダンスより高く（通常は２倍に）なり、この領域における効率も増加（倍増）する。補助増幅器で失われる電力によって、転移点を超えるレベルにおける全体的な効率は若干低下してしまうものの、この手法によって得られる効率の向上と比較すると、その効果は小さく、無視できる程度のものである。
【０００８】
補助増幅器をより低いもしくはより高い電力レベルで起動させるために、転移点を移動することもできる。ピーク対平均電力比率１０ｄＢの擬似レイリー分布信号に最適化された転移点を有する理想ドハティ増幅器の電力効率は、６０％にもなるが、これは、理想のＢ級増幅器の効率（２８％）に比べて非常に高い（文献１参照）。
【０００９】
ドハティ増幅器に関して、数々の特許が付与されているが、例えば文献２、３、４、５等のように、文献１に記載されたものに少し改良を加えた程度のものがほとんどである。ドハティ技術は、多段構造にも適用されている（文献１、４、５）。その結果、より広範囲の出力電力レベルに亘って効率を高く維持することが可能になった。
【００１０】
文献１、２、３、４、５および文献６（第８章、２２５〜２３９頁）に記載された従来のドハティ増幅器は、転移点未満では補助増幅器が完全にオフ状態になることを共通の特徴としている。
【００１１】
増幅器間の位相やインピーダンスの不整合や、非線形性の容量や抵抗により、転移点において歪が発生する。また、主増幅器が飽和状態に達することを予想しており（文献１）、これは増幅器の特徴を大きく変化させる。飽和状態に達すると、歪が多く発生することは一般的に認識されている（文献６、第７章、１７９〜２１８頁）。
【００１２】
ドハティ増幅器における歪は、最も一般的に使用される電力レベルの範囲内で発生するところで、従来のＢ級、ＡＢ級またはＡ級の電力増幅器に現れる歪と大きく異なる。これは、ピーク電力より６ｄＢ低い点から相互変調歪が急増することを示す文献２の図９を見ると明らかである。従来の電力増幅器において、ほとんどの歪はマルチキャリア信号の存在率が低いピーク電力側で発生する。転移点をレイリー分布の極大により近く移動させることで最適化されたドハティ増幅器においては、この効果はなおさら強く現れる。
【００１３】
転移点で発生する歪は、さらに、高次のものであり、多項式で表現する場合、非常に多くの項（すなわち、電圧の累乗）を使用しないと表すことができない。従って、逆関数、すなわち、いわゆるプレディストーションを増幅器に導入することでこの歪を補正したい場合、プレディストーションも高次のものでなければならない。よって、プレディストーション発生手段の帯域幅が非常に広いことが必要であるが、プレディストーション発生手段としてディジタル処理が使用される場合、大きな問題となる。また、帯域幅が非常に広い場合、周波数変換チェーンの全長に対して、使用される帯域幅全体に亘って、利得および位相を一定に保持することは難しい。
【００１４】
主増幅器と補助増幅器との間で、使用される帯域幅全体に亘って、厳格な位相およびインピーダンス整合条件を満たすことが必要であるため、補助増幅器の出力の帯域幅も問題になり得る。インピーダンスインバータは、基本的には狭帯域の装置であるが、補助増幅器の出力信号の帯域幅は非常に広い。インピーダンスインバータの最適化の範囲外の補助増幅器信号成分は、キャリア増幅器の出力において適正な位相や振幅を有しないため、歪が発生する。
【００１５】
結論として、従来のＲＦ電力増幅器に比べ、ドハティ増幅器における歪のほうが強く、補正することが難しいことが言える。
【００１６】
【文献１】
F. H. Raab, "Efficiency of Doherty RF Power Amplifier Systems" IEEE Trans. Broadcasting, vol. BC-33, no. 3, pp. 77-83, Sept. 1987.
【文献２】
ＵＳ５，４２０，５４１号公報
【文献３】
ＵＳ５，５６８，０８６号公報
【文献４】
ＵＳ５，７８６，７２７号公報
【文献５】
ＵＳ５，０２５，２２５号公報
【文献６】
S. R. Cripps, "RF Power Amplifiers for Wireless Communications" Chapter 7, pp. 179-218 and Chapter 8, pp. 225-239, Artech House, 1999.
【００１７】
【概要】
本発明は、より線形性に優れ、線形性強化技術との連携を容易化しながら、ドハティ増幅器なる概念による効率と簡素性をほとんどそのまま維持することができる新規の複合増幅器を提供することを目的とする。
【００１８】
この目的は、添付の特許請求の範囲に従って達成される。
【００１９】
簡単に説明すると、本発明は、ドハティ補助増幅器の減衰関数の急激に変化する特徴を、拡張された（ゼロからピーク電力までの範囲に亘る可能性もある）漸次転移領域を有する円滑な低次特徴に変えるものである。
【００２０】
本発明による増幅器は、従来のドハティ増幅器に比べ、歪が少なく、線形化装置との連携に優れ、インピーダンスインバータにおける信号の帯域幅が狭いものである。同時に、ドハティ増幅器の効率はほとんどそのまま維持される。
【００２１】
【詳細な説明】
図１は、従来のドハティ増幅器を示す簡易ブロック図である。主電力増幅器１０および補助電力増幅器１２への入力信号は、駆動制御部１６に接続された包絡線検出部１４により、高周波（ＲＦ）入力信号から作成される。ＲＦ入力信号は、乗算部１８、２０において、それぞれ駆動制御信号に乗算されてから、増幅器１０、１２に転送される。補助電力増幅器１２への入力信号は、さらに、移相部２２において９０°の移相が加えられる。
【００２２】
両増幅器は、出力側では、１／４波長伝送線または同等の集合ネットワーク等のインピーダンスインバータ２４からなるドハティネットワークを介して相互接続される。補助電力増幅器１２の出力は、負荷（アンテナ）２６に直接接続されるが、主電力増幅器１０の出力は、インピーダンスインバータ２４を介して負荷に接続される。
【００２３】
ドハティ増幅器において、電力レベルが転移点未満の場合、補助電力増幅器１２はオフ状態になり、転移点に達すると、主電力増幅器１０が飽和状態になり、転移点を超えると、図２に示すように、補助電力増幅器１２がオン状態になる。転移点を超えると増幅器１０が飽和するという特徴は、従来ではドハティ増幅器の一つの機能として扱われてきた（例えば、文献１を参照）が、補助電力増幅器１２がオン状態になる前に、（電圧源として効果を発揮するために）主電力増幅器１０が飽和状態になる必要があるといった誤解を招いてしまう可能性がある。実際には、下記のとおり、必要がないのである。
【００２４】
文献１の記述内容にかかわらず、増幅器同士をインピーダンスインバータによって接続することで得られる逆負荷プル効果は、あらゆる出力レベルで同様に作用する。これは、システムにおける電圧と電流の関係を観測することで確認することができる。増幅器が両方ともオン状態であるが、飽和状態には達しておらず、電流ｉ1およびｉ2を発生する理想の制御ＲＦ電流源として機能するものと考えられる。ピーク出力電力における増幅器１０、１２間の電力比率はαであり、ピーク出力電力全体のうち、主電力増幅器１０がα、補助電力増幅器１２が１−αを寄与する。各増幅器へ供給される電圧ｖddが等しい場合、１／４伝送線２４のインピーダンスＲLは、Ｒ0／αである。
【００２５】
損失のない伝送線において、入力された電力と出力された電力が必然的に等しいことを考慮すると、次の式が成立する。
ｉ3・ｖ0＝ｉ1・ｖ1
インピーダンスインバータ２４は、電圧を電流に、電流を電圧に変換し、その結果として、次の式が得られる。
ｉ3＝ｖ1／ＲL
ｖ0＝ｉ1・ＲL
インピーダンスは、さらに、次の関係に従って変換される。
Ｒ1・Ｒ3＝ＲL 2
【００２６】
出力電圧ｖ0は、専らｉ1の値に依存するため、ｉ2が変化すること（それ以外は一定とする）で変化するパラメータは電圧ｖ1とそれに関連する電流ｉ3のみである。また、
ｉ0＝ｉ2＋ｉ3
であるため、ｉ0を一定に保つためにはｉ2が増加すると、その分ｉ3を減らす必要がある。さらに、電流ｉ0は、ｉ1により発生するｖ0のみに依存する。従って、制御電流ｉ1が単独で出力電力を決定し、ｉ2は、ｉ2とｉ3の電流比率を、すなわち、主電力増幅器１０が供給する電力と補助電力増幅器１２が供給する電力との電力比率を決定する。
【００２７】
主電力増幅器１０から供給される電力Ｐ1は、次のように表すことができる。
Ｐ1＝ｉ1・ｖ1
補助電力増幅器１２から供給される電力Ｐ2は、次のように表すことができる。
Ｐ2＝ｉ2・ｖ0
Ｐ1は、次のように書き換えることができる。
Ｐ1＝ｉ3・ｖ0
よって、Ｐ1とＰ2の和は、次のように表すことができる。
Ｐ1＋Ｐ2＝（ｉ2＋ｉ3）ｖ0
また、
ｉ0＝ｉ2＋ｉ3
であるため、総合出力電力を、次のように表すことができる。
Ｐ1＋Ｐ2＝ｉ0・ｖ0
（ここで、波形は正弦型であるので、ｉ0およびｖ0が電流および電圧のピーク値を示している場合、電力は１／２・ｉ0・ｖ0である。）
【００２８】
上記の計算の結果、従来のドハティ増幅器より自由にｉ2の値を選択することが可能であり、何れの増幅器も飽和状態になることは必要ないことが解る。
【００２９】
改良として、転移点をより広い範囲に拡張し、主電力増幅器１０が徐々に飽和状態に入るようにするか、飽和状態に全く達しないようにすることが考えられる。同時に、補助電力増幅器１２が、転移点における急激な起動ではなく、漸次的に電力の供給を始めるようにすることができる。これは、ｉ2を、出力電圧ｖ0（または、電流ｉ1）の関数として変更することで達成される。図３に、転移点が転移領域に拡張された簡単な例を示す。その効果として、転移点における高次の歪が、広い範囲に亘って延ばされ、低次のものになる。この歪は、帯域幅が狭くなるため、プレディストーションによって相殺し易くなる。
【００３０】
電流関数ｉ2は、ＲＦ信号に減衰関数を乗じることで得られる。この減衰関数は、信号の絶対値のみを変え、位相を変えないもの、すなわち実関数であることが望ましい。ただし、補助電力増幅器１２のＡＭ−ＰＭ歪に対するプレディストーションを含ませたい場合、この減衰関数に含ませることも考えられる。
【００３１】
電流関数を変更することによる欠点は、本発明による複合増幅器において、ｉ2がドハティ増幅器の対応するｉ2より高い部分における効率が、ドハティ増幅器と比較して若干低下してしまうことである。これは、主電力増幅器１０の出力電圧ｖ1が、ドハティ増幅器と比較して若干低く、さらに、補助増幅器がより多くの損失を伴うためである。
【００３２】
さらなる改良として、図４に示す例のように、電流関数自体を低次の関数にすることが考えられる。これは、低次の多項式に実質的に基づく減衰関数を用いて補助電力増幅器１２への入力を変更することで達成される。この関数は、索引テーブルに保存することができ、高次特性を実質的に含まないことを必須条件とする。
【００３３】
補助増幅器の電流関数を低次のものにする利点は、補助増幅器の信号帯域幅が狭くなるところにある。これは、周波数変換チェーンにおける信号処理装置、フィルタ、ミクサおよび増幅器が、ドハティ構成の中のものより帯域幅がかなり狭くて済むことを意味する。インピーダンスインバータは狭帯域装置であるので、この装置で変換される信号の帯域幅を小さくすることで、増幅器間の位相および振幅の整合がより上手く取れることになる。従って、損失も低減される。本実施形態による複合増幅器のために必要な帯域幅は、少なくて済むため、使用可能な信号帯域幅をより大きくすることが可能である。
【００３４】
一般的に、電流関数は次の特徴を有すべきである。
（ａ）主増幅器の飽和点未満の、非ゼロの補助増幅器出力電流ｉ2であること。（ｂ）非ゼロ補助増幅器出力電流が低い場合、補助合増幅器出力電流が高い場合より傾きが浅い。
【００３５】
補助増幅器に供給する信号は、ディジタル領域、アナログ領域、ベースバンド、中間周波数（ＩＦ）またはＲＦで作成することができる。好ましくは、信号と減衰関数の積として作成される。この乗算過程は、ベースバンドからＲＦまで、何れの帯域においても行うことができる。ＲＦの場合は、アナログ乗算器で減衰関数を適用することで行うことが好ましい。場合によって、乗算機能付きディジタル／アナログ変換機（ＤＡＣ）を使用することができる。最も簡単に実施することができるのは、補助増幅器のために別個に周波数変換チェーンを設ける必要がない、乗算過程がＲＦ帯域で実行される場合である。
【００３６】
図５は、本発明による複合増幅器の実施形態を示すブロック図である。出力側には、図１に示した従来のドハティ増幅器と同様のドハティ出力ネットワークが設けてある。入力側では、ベースバンドまたはＩＦディジタル信号が、Ｄ／Ａ変換機３０に供給される。アナログ信号は、周波数変換機３２に供給され、ＲＦ信号に変換される。ＲＦ信号は、主電力増幅器１０に供給される。ディジタル入力信号は、さらに、索引テーブルのような減衰部３４にも転送され、図３または図４に示すような特徴を得るために、入力信号が減衰される。減衰信号は、Ｄ／Ａ変換機３６に供給される。Ｄ／Ａ変換機３６のアナログ信号は、乗算器３８に供給され、移相器４０によって９０°移相された、主電力増幅器１０への入力信号の変形に乗算される。乗算後の信号は、補助電力増幅器１２に供給される。補助電力増幅器１２のための９０°の移相は、主増幅器および補助増幅器が、出力において位相整合されていることを保障するために行う。
【００３７】
図６は、本発明による複合増幅器の他の実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、補助電力増幅器１２のために別個の周波数変換機４２が使用されており、この周波数変換機の後方に移相器４４が設けてある点で図５の実施形態と異なる。
【００３８】
本発明の実施例として、電力分配比率α＝０．３６の増幅器を考える。これは、ピーク対平均電力比率が１０ｄＢである擬似レイリー分布信号を発生するドハティ増幅器における（効率に関して）最適値である（文献１）。本発明による増幅器は、ｉ2を発生するために、（減衰部３４において）図７に示す円滑減衰関数を使用する。ｉ2は、図４に似た関数を有するため、補助電力増幅器１２は完全にはオフ状態にならない。
【００３９】
減衰関数は、通常、入力信号の低次多項式であり、好ましくは二乗累乗多項式（すなわち、信号の絶対値の二乗の累乗のみを含むもの）である。その例として、次のような式がある。
Ａ（ｖ）＝２．１５１・｜ｖ｜2―１．１５１・｜ｖ｜4
ここで、ｖは、正規化入力信号振幅である。この減衰関数を、図７に示す。この減衰関数から、図８に示す次の電流関数を導出することができる。
ｉ2（ｖ）＝Ａ（ｖ）・ｖ
（ここで、ｉ2も正規化される。）
【００４０】
ドハティ増幅器および本発明による複合増幅器における補助増幅器の電流関数スペクトルの質的特徴を図９に示す。本発明による複合増幅器における補助増幅器の電流スペクトルが、ドハティ増幅器に比べて非常に狭いことが解る。また、参考のために、入力信号のスペクトルも示してある。
【００４１】
図７に示した補助増幅器減衰関数を有する本発明による理想の複合増幅器の効率と、理想のドハティ増幅器の効率を、図１０に示す。実際のシステムにおいては、主電力増幅器と補助電力増幅器との間の不整合による損失はドハティ増幅器のほうが大きい上、他の要因による損失も寄与するため、効率の差はもっと小さくなる。図１１に、レイリー分布で重み付けした損失を示す。この損失を出力電圧範囲に亘って積分したものが、各増幅器の平均効率を求めるために使用される平均損失である。
【００４２】
平均効率は、次のように表現することができる。
η＝Ｐ有効／（Ｐ有効＋Ｐ損失）
ここで、電力値は何れも平均（積分、レイリー重み付け）値である。図１１の曲線によると、各増幅器の平均効率は次のとおりである。
ドハティ： η＝６０％
本発明： η＝５２％
【００４３】
拡張された転移領域や漸次的（低次）転移のアイデアは、多段構造においても、すべての補助増幅器あるいは一部の補助増幅器に適用することができる。すべての補助増幅器に拡張転移領域を設けない場合、このアイデアを１つまたは少数の補助増幅器に適用することが考えられる。それに適するものとして、転移点がレイリー分布のピークに一致する補助増幅器等がある。
【００４４】
上記の計算において、供給電圧が、両増幅器において等しいことを前提とした。しかし、これは便宜であるが、必須ではなく、インピーダンスインバータに他のインピーダンスを使用することで供給電圧を適切変えることができる。
【００４５】
多項式減衰関数を有する例において、補助増幅器電流関数が出力電力のゼロ点から連続して増加していくことが前提である。しかし、それは必ずしも必要ではなく、（ドハティ転移点より低い）特定点未満では電流関数がオフ状態になる変形も考えられる。このアイデアは、転移点の反対側にも適用することができ、曲線の両端に線形の部分を有する「部分多項式」特徴とすることも可能である。
【００４６】
高次（ただし、ドハティ型より低次）の減衰関数を使用することで、本発明による複合増幅器の効率を向上することができる。これは、帯域幅、歪、効率間にトレードオフが存在することを意味し、実際の設計状況に応じてそれを活用することができると有用である。
【００４７】
本発明による複合増幅器は、さらなるトレードオフの可能性を有する。ピーク電力における効率は、その周辺のレイリー分布の値が低いため、さほど重要ではないので、ピーク電力において、効率を犠牲にする代りに多項式を低次のものにするといったトレードオフが可能である。この場合、補助増幅器は、ピーク電力において、電力分配比率が示す割合より多くの電力を供給することになり、場合によっては１００％にも達することもあり得る。ピーク電力においてピーク効率を犠牲にするこのようなトレードオフを、多項式の特定の項について、総合効率を引上げるために利用することも可能である。これは重要なトレードオフであるため、ここで、２次減衰関数を有する増幅器を例として説明する。
【００４８】
この帯域幅最適化された実施例において、電力分配比率α＝０．３９の増幅器を使用する。これは、ドハティ増幅器の最適値に近く、ドハティ増幅器の効率が約６０％になる。本発明の本実施形態による複合増幅器において、ｉ2を発生するために２次減衰関数を使用する。これに対応する電流関数を図１２に示す。ピーク電力において、電力が専ら補助増幅器から供給され、主増幅器が電流のみ（インピーダンスインバータによって出力電圧に変換される）を寄与する関数が選択される。
【００４９】
本実施形態による複合増幅器およびドハティ増幅器における各補助増幅器の電流関数のスペクトルを図１３に示す。本実施形態による複合増幅器の補助増幅器の電流スペクトルは、図７〜９に示した実施形態のものより（約３／５）狭く、ドハティ増幅器のものより遥かに狭いことが解る。本実施形態による理想の複合増幅器の効率を理想のドハティ増幅器の効率と比較したものを図１４に示す。複合増幅器のピーク電力における効率が、理論上の最高値である７８．５％に達していないことが解る。各増幅器の平均効率は、第１の実施形態と同じである。すなわち、ドハティ増幅器においては６０％であり、本発明の複合増幅器においては５２％である。ここで、帯域幅が狭くなった代償として、ピーク電力能力は、両方の増幅器間で分けるのではなく、片方の（補助）増幅器にのみ存在する。
【００５０】
主増幅器に対する負荷プル効果を得るためにインピーダンスインバータ（出力ドハティネットワーク）を使用する複合増幅器として、今まで知られていたものは、はっきりとした転移点を堺に補助増幅器が完全にオフ状態になるものに限られていたため、本明細書に記載する増幅器は、新種の複合増幅器である。この新種の増幅器において、転移点パラメータαは、電流関数の選択可能領域の下限を規定するものであり、ピーク電力における電力分配比率を決定するものではなくてもよい。
【００５１】
本明細書に開示する新種の増幅器は、従来のドハティ増幅器に比べ、歪が少なく、線形化装置との連携作業に優れ、インピーダンスインバータにおける信号の帯域幅が狭いものである。同時に、ドハティ増幅器の効率はほとんどそのまま維持される。
【００５２】
当該技術分野における当業者であれば、特許請求の範囲によって画定される本発明の技術範囲から逸脱せずに、様々な改良や変更を行うことが可能であることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来のドハティ増幅器を示す簡単なブロック図である。
【図２】 図２は、従来のドハティ増幅器における出力電圧と補助増幅器出力電流の関係を示すものである。
【図３】 図３は、本発明による複合増幅器の第１実施形態における出力電圧と補助増幅器出力電流の関係を示すものである。
【図４】 図４は、本発明による複合増幅器の第２実施形態における出力電圧と補助増幅器出力電流の関係を示すものである。
【図５】 図５は、本発明による複合増幅器のある実施形態を示すブロック図である。
【図６】 図６は、本発明による複合増幅器の他の実施形態を示すブロック図である。
【図７】 図７は、本発明による複合増幅器における補助増幅器の減衰関数の例を示すものである。
【図８】 図８は、図７の減衰関数に対応する電流関数を示すものである。
【図９】 図９は、図７の減衰関数に対応する電流スペクトルを示すものである。
【図１０】 図１０は、図７の補助増幅器減衰関数を有する本発明による理想の複合増幅器の効率を示すものである。
【図１１】 図１１は、図７の補助増幅器減衰関数を有する本発明による理想の複合増幅器の電力損失を示すものである。
【図１２】 図１２は、本発明による複合増幅器における補助増幅器の電流関数の他の例を示すものである。
【図１３】 図１３は、図１２の電流関数に対応する電流スペクトルを示すものである。
【図１４】 図１４は、図１２の補助増幅器電流関数を有する本発明による理想の複合増幅器の効率を示すものである。
【技術分野】
本発明は、ドハティ（Doherty）出力ネットワークを介して負荷に接続される主電力増幅器および補助電力増幅器を具備する複合増幅器に関するものである。
【０００２】
【背景】
セルラー基地局、衛星通信およびその他の通信や放送システムにおいて、広い帯域幅に拡散された多数の高周波（ＲＦ）キャリアが、同一の高出力電力増幅器（ＨＰＡまたはＰＡ）によって同時に増幅される。その結果、電力増幅器側では、瞬間送信電力が急速に広範囲に変化するという現象が発生する。その理由は、多くの独立したＲＦキャリアを合成する（マルチキャリア信号にする）と、ピーク対平均電力比率が大きくなる傾向があるためである。また、その振幅の分布は、レイリー分布形状を有する、単側波帯限定帯域ガウス雑音に似ている。
【０００３】
ＰＡ技術において、最も重要な課題は効率と線形性である。従来のＢ級の電力増幅器は、効率が出力振幅に比例し、負荷に対してピーク電力を供給するときにＤＣ−ＲＦ電力変換効率が最大になる。合成された送信信号の振幅の擬似レイリー分布は、平均電力とピーク電力の差が大きいため、従来のＢ級増幅器においてこの種の信号を増幅するときの全体的な効率は非常に低い。ピーク対平均電力比率が１０ｄＢである擬似レイリー分布信号の場合、理想のＢ級増幅器ですら、効率は２８％に過ぎない（文献１参照）。
【０００４】
ＲＦ電力増幅器の線形性は、通常、そのＡＭ−ＡＭ（ＡＭ＝振幅変調）およびＡＭ−ＰＭ（ＰＭ＝位相変調）歪特性によって決まる。非線形性は、信号エネルギーを不適当なチャネルに漏洩させてしまう、信号の各成分間の相互混合として現れる。送信信号を、全体的な電圧スイングのうち、より小さい部分に送信するように制限することで、線形性を向上させることができる。しかし、これは増幅器の効率をさらに劣化させてしまう。また、増幅器が飽和してしまう（出力電圧がクリップされる）と、電力増幅器の線形性がさらに低下する。よって、増幅器を飽和させると、歪が許容できないレベルに到達する結果を招くため、そのようにして効率を上げることができる可能性は低い。
【０００５】
文献１に、ＲＦ電力増幅器の効率を向上する方法が記載されている。ドハティ（Doherty）増幅器と呼ばれるこの増幅器は、その基本形態では、主増幅器（キャリア増幅器ともいう）と補助増幅器（ピーキング増幅器ともいう）からなる。負荷は補助増幅器に接続され、主増幅器はインピーダンスインバータ、通常は１／４波長伝送線または同等の集合ネットワーク等を介して負荷に接続される。
【０００６】
出力が低レベルであれば、主増幅器のみが動作する。出力レベルがいわゆる転移点（通常は最大出力電圧）を超えると、補助増幅器が作動し、負荷に対して電流を供給し、１／４波長伝送線のインピーダンスインバータ作用によって、主増幅器の出力の実効インピーダンスを減少させ、主増幅器を一定（ピーク）電圧に維持する。これは、マイナス負荷プル（negative load pulling）と呼ばれ、転移点を超えるレベルについて、主増幅器が最大効率で動作することを意味する。同時に、補助増幅器の負荷は増加し、これはプラス負荷プル（positive load pulling）と呼ばれる。その結果、出力電力対入力電力の関係がほぼ線形になるが、従来の増幅器より効率が良い。
【０００７】
転移点に満たない場合、補助増幅器はオフ状態になり、主増幅器の負荷インピーダンスがピーク電力時のインピーダンスより高く（通常は２倍に）なり、この領域における効率も増加（倍増）する。補助増幅器で失われる電力によって、転移点を超えるレベルにおける全体的な効率は若干低下してしまうものの、この手法によって得られる効率の向上と比較すると、その効果は小さく、無視できる程度のものである。
【０００８】
補助増幅器をより低いもしくはより高い電力レベルで起動させるために、転移点を移動することもできる。ピーク対平均電力比率１０ｄＢの擬似レイリー分布信号に最適化された転移点を有する理想ドハティ増幅器の電力効率は、６０％にもなるが、これは、理想のＢ級増幅器の効率（２８％）に比べて非常に高い（文献１参照）。
【０００９】
ドハティ増幅器に関して、数々の特許が付与されているが、例えば文献２、３、４、５等のように、文献１に記載されたものに少し改良を加えた程度のものがほとんどである。ドハティ技術は、多段構造にも適用されている（文献１、４、５）。その結果、より広範囲の出力電力レベルに亘って効率を高く維持することが可能になった。
【００１０】
文献１、２、３、４、５および文献６（第８章、２２５〜２３９頁）に記載された従来のドハティ増幅器は、転移点未満では補助増幅器が完全にオフ状態になることを共通の特徴としている。
【００１１】
増幅器間の位相やインピーダンスの不整合や、非線形性の容量や抵抗により、転移点において歪が発生する。また、主増幅器が飽和状態に達することを予想しており（文献１）、これは増幅器の特徴を大きく変化させる。飽和状態に達すると、歪が多く発生することは一般的に認識されている（文献６、第７章、１７９〜２１８頁）。
【００１２】
ドハティ増幅器における歪は、最も一般的に使用される電力レベルの範囲内で発生するところで、従来のＢ級、ＡＢ級またはＡ級の電力増幅器に現れる歪と大きく異なる。これは、ピーク電力より６ｄＢ低い点から相互変調歪が急増することを示す文献２の図９を見ると明らかである。従来の電力増幅器において、ほとんどの歪はマルチキャリア信号の存在率が低いピーク電力側で発生する。転移点をレイリー分布の極大により近く移動させることで最適化されたドハティ増幅器においては、この効果はなおさら強く現れる。
【００１３】
転移点で発生する歪は、さらに、高次のものであり、多項式で表現する場合、非常に多くの項（すなわち、電圧の累乗）を使用しないと表すことができない。従って、逆関数、すなわち、いわゆるプレディストーションを増幅器に導入することでこの歪を補正したい場合、プレディストーションも高次のものでなければならない。よって、プレディストーション発生手段の帯域幅が非常に広いことが必要であるが、プレディストーション発生手段としてディジタル処理が使用される場合、大きな問題となる。また、帯域幅が非常に広い場合、周波数変換チェーンの全長に対して、使用される帯域幅全体に亘って、利得および位相を一定に保持することは難しい。
【００１４】
主増幅器と補助増幅器との間で、使用される帯域幅全体に亘って、厳格な位相およびインピーダンス整合条件を満たすことが必要であるため、補助増幅器の出力の帯域幅も問題になり得る。インピーダンスインバータは、基本的には狭帯域の装置であるが、補助増幅器の出力信号の帯域幅は非常に広い。インピーダンスインバータの最適化の範囲外の補助増幅器信号成分は、キャリア増幅器の出力において適正な位相や振幅を有しないため、歪が発生する。
【００１５】
結論として、従来のＲＦ電力増幅器に比べ、ドハティ増幅器における歪のほうが強く、補正することが難しいことが言える。
【００１６】
【文献１】
F. H. Raab, "Efficiency of Doherty RF Power Amplifier Systems" IEEE Trans. Broadcasting, vol. BC-33, no. 3, pp. 77-83, Sept. 1987.
【文献２】
ＵＳ５，４２０，５４１号公報
【文献３】
ＵＳ５，５６８，０８６号公報
【文献４】
ＵＳ５，７８６，７２７号公報
【文献５】
ＵＳ５，０２５，２２５号公報
【文献６】
S. R. Cripps, "RF Power Amplifiers for Wireless Communications" Chapter 7, pp. 179-218 and Chapter 8, pp. 225-239, Artech House, 1999.
【００１７】
【概要】
本発明は、より線形性に優れ、線形性強化技術との連携を容易化しながら、ドハティ増幅器なる概念による効率と簡素性をほとんどそのまま維持することができる新規の複合増幅器を提供することを目的とする。
【００１８】
この目的は、添付の特許請求の範囲に従って達成される。
【００１９】
簡単に説明すると、本発明は、ドハティ補助増幅器の減衰関数の急激に変化する特徴を、拡張された（ゼロからピーク電力までの範囲に亘る可能性もある）漸次転移領域を有する円滑な低次特徴に変えるものである。
【００２０】
本発明による増幅器は、従来のドハティ増幅器に比べ、歪が少なく、線形化装置との連携に優れ、インピーダンスインバータにおける信号の帯域幅が狭いものである。同時に、ドハティ増幅器の効率はほとんどそのまま維持される。
【００２１】
【詳細な説明】
図１は、従来のドハティ増幅器を示す簡易ブロック図である。主電力増幅器１０および補助電力増幅器１２への入力信号は、駆動制御部１６に接続された包絡線検出部１４により、高周波（ＲＦ）入力信号から作成される。ＲＦ入力信号は、乗算部１８、２０において、それぞれ駆動制御信号に乗算されてから、増幅器１０、１２に転送される。補助電力増幅器１２への入力信号は、さらに、移相部２２において９０°の移相が加えられる。
【００２２】
両増幅器は、出力側では、１／４波長伝送線または同等の集合ネットワーク等のインピーダンスインバータ２４からなるドハティネットワークを介して相互接続される。補助電力増幅器１２の出力は、負荷（アンテナ）２６に直接接続されるが、主電力増幅器１０の出力は、インピーダンスインバータ２４を介して負荷に接続される。
【００２３】
ドハティ増幅器において、電力レベルが転移点未満の場合、補助電力増幅器１２はオフ状態になり、転移点に達すると、主電力増幅器１０が飽和状態になり、転移点を超えると、図２に示すように、補助電力増幅器１２がオン状態になる。転移点を超えると増幅器１０が飽和するという特徴は、従来ではドハティ増幅器の一つの機能として扱われてきた（例えば、文献１を参照）が、補助電力増幅器１２がオン状態になる前に、（電圧源として効果を発揮するために）主電力増幅器１０が飽和状態になる必要があるといった誤解を招いてしまう可能性がある。実際には、下記のとおり、必要がないのである。
【００２４】
文献１の記述内容にかかわらず、増幅器同士をインピーダンスインバータによって接続することで得られる逆負荷プル効果は、あらゆる出力レベルで同様に作用する。これは、システムにおける電圧と電流の関係を観測することで確認することができる。増幅器が両方ともオン状態であるが、飽和状態には達しておらず、電流ｉ1およびｉ2を発生する理想の制御ＲＦ電流源として機能するものと考えられる。ピーク出力電力における増幅器１０、１２間の電力比率はαであり、ピーク出力電力全体のうち、主電力増幅器１０がα、補助電力増幅器１２が１−αを寄与する。各増幅器へ供給される電圧ｖddが等しい場合、１／４伝送線２４のインピーダンスＲLは、Ｒ0／αである。
【００２５】
損失のない伝送線において、入力された電力と出力された電力が必然的に等しいことを考慮すると、次の式が成立する。
ｉ3・ｖ0＝ｉ1・ｖ1
インピーダンスインバータ２４は、電圧を電流に、電流を電圧に変換し、その結果として、次の式が得られる。
ｉ3＝ｖ1／ＲL
ｖ0＝ｉ1・ＲL
インピーダンスは、さらに、次の関係に従って変換される。
Ｒ1・Ｒ3＝ＲL 2
【００２６】
出力電圧ｖ0は、専らｉ1の値に依存するため、ｉ2が変化すること（それ以外は一定とする）で変化するパラメータは電圧ｖ1とそれに関連する電流ｉ3のみである。また、
ｉ0＝ｉ2＋ｉ3
であるため、ｉ0を一定に保つためにはｉ2が増加すると、その分ｉ3を減らす必要がある。さらに、電流ｉ0は、ｉ1により発生するｖ0のみに依存する。従って、制御電流ｉ1が単独で出力電力を決定し、ｉ2は、ｉ2とｉ3の電流比率を、すなわち、主電力増幅器１０が供給する電力と補助電力増幅器１２が供給する電力との電力比率を決定する。
【００２７】
主電力増幅器１０から供給される電力Ｐ1は、次のように表すことができる。
Ｐ1＝ｉ1・ｖ1
補助電力増幅器１２から供給される電力Ｐ2は、次のように表すことができる。
Ｐ2＝ｉ2・ｖ0
Ｐ1は、次のように書き換えることができる。
Ｐ1＝ｉ3・ｖ0
よって、Ｐ1とＰ2の和は、次のように表すことができる。
Ｐ1＋Ｐ2＝（ｉ2＋ｉ3）ｖ0
また、
ｉ0＝ｉ2＋ｉ3
であるため、総合出力電力を、次のように表すことができる。
Ｐ1＋Ｐ2＝ｉ0・ｖ0
（ここで、波形は正弦型であるので、ｉ0およびｖ0が電流および電圧のピーク値を示している場合、電力は１／２・ｉ0・ｖ0である。）
【００２８】
上記の計算の結果、従来のドハティ増幅器より自由にｉ2の値を選択することが可能であり、何れの増幅器も飽和状態になることは必要ないことが解る。
【００２９】
改良として、転移点をより広い範囲に拡張し、主電力増幅器１０が徐々に飽和状態に入るようにするか、飽和状態に全く達しないようにすることが考えられる。同時に、補助電力増幅器１２が、転移点における急激な起動ではなく、漸次的に電力の供給を始めるようにすることができる。これは、ｉ2を、出力電圧ｖ0（または、電流ｉ1）の関数として変更することで達成される。図３に、転移点が転移領域に拡張された簡単な例を示す。その効果として、転移点における高次の歪が、広い範囲に亘って延ばされ、低次のものになる。この歪は、帯域幅が狭くなるため、プレディストーションによって相殺し易くなる。
【００３０】
電流関数ｉ2は、ＲＦ信号に減衰関数を乗じることで得られる。この減衰関数は、信号の絶対値のみを変え、位相を変えないもの、すなわち実関数であることが望ましい。ただし、補助電力増幅器１２のＡＭ−ＰＭ歪に対するプレディストーションを含ませたい場合、この減衰関数に含ませることも考えられる。
【００３１】
電流関数を変更することによる欠点は、本発明による複合増幅器において、ｉ2がドハティ増幅器の対応するｉ2より高い部分における効率が、ドハティ増幅器と比較して若干低下してしまうことである。これは、主電力増幅器１０の出力電圧ｖ1が、ドハティ増幅器と比較して若干低く、さらに、補助増幅器がより多くの損失を伴うためである。
【００３２】
さらなる改良として、図４に示す例のように、電流関数自体を低次の関数にすることが考えられる。これは、低次の多項式に実質的に基づく減衰関数を用いて補助電力増幅器１２への入力を変更することで達成される。この関数は、索引テーブルに保存することができ、高次特性を実質的に含まないことを必須条件とする。
【００３３】
補助増幅器の電流関数を低次のものにする利点は、補助増幅器の信号帯域幅が狭くなるところにある。これは、周波数変換チェーンにおける信号処理装置、フィルタ、ミクサおよび増幅器が、ドハティ構成の中のものより帯域幅がかなり狭くて済むことを意味する。インピーダンスインバータは狭帯域装置であるので、この装置で変換される信号の帯域幅を小さくすることで、増幅器間の位相および振幅の整合がより上手く取れることになる。従って、損失も低減される。本実施形態による複合増幅器のために必要な帯域幅は、少なくて済むため、使用可能な信号帯域幅をより大きくすることが可能である。
【００３４】
一般的に、電流関数は次の特徴を有すべきである。
（ａ）主増幅器の飽和点未満の、非ゼロの補助増幅器出力電流ｉ2であること。（ｂ）非ゼロ補助増幅器出力電流が低い場合、補助合増幅器出力電流が高い場合より傾きが浅い。
【００３５】
補助増幅器に供給する信号は、ディジタル領域、アナログ領域、ベースバンド、中間周波数（ＩＦ）またはＲＦで作成することができる。好ましくは、信号と減衰関数の積として作成される。この乗算過程は、ベースバンドからＲＦまで、何れの帯域においても行うことができる。ＲＦの場合は、アナログ乗算器で減衰関数を適用することで行うことが好ましい。場合によって、乗算機能付きディジタル／アナログ変換機（ＤＡＣ）を使用することができる。最も簡単に実施することができるのは、補助増幅器のために別個に周波数変換チェーンを設ける必要がない、乗算過程がＲＦ帯域で実行される場合である。
【００３６】
図５は、本発明による複合増幅器の実施形態を示すブロック図である。出力側には、図１に示した従来のドハティ増幅器と同様のドハティ出力ネットワークが設けてある。入力側では、ベースバンドまたはＩＦディジタル信号が、Ｄ／Ａ変換機３０に供給される。アナログ信号は、周波数変換機３２に供給され、ＲＦ信号に変換される。ＲＦ信号は、主電力増幅器１０に供給される。ディジタル入力信号は、さらに、索引テーブルのような減衰部３４にも転送され、図３または図４に示すような特徴を得るために、入力信号が減衰される。減衰信号は、Ｄ／Ａ変換機３６に供給される。Ｄ／Ａ変換機３６のアナログ信号は、乗算器３８に供給され、移相器４０によって９０°移相された、主電力増幅器１０への入力信号の変形に乗算される。乗算後の信号は、補助電力増幅器１２に供給される。補助電力増幅器１２のための９０°の移相は、主増幅器および補助増幅器が、出力において位相整合されていることを保障するために行う。
【００３７】
図６は、本発明による複合増幅器の他の実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、補助電力増幅器１２のために別個の周波数変換機４２が使用されており、この周波数変換機の後方に移相器４４が設けてある点で図５の実施形態と異なる。
【００３８】
本発明の実施例として、電力分配比率α＝０．３６の増幅器を考える。これは、ピーク対平均電力比率が１０ｄＢである擬似レイリー分布信号を発生するドハティ増幅器における（効率に関して）最適値である（文献１）。本発明による増幅器は、ｉ2を発生するために、（減衰部３４において）図７に示す円滑減衰関数を使用する。ｉ2は、図４に似た関数を有するため、補助電力増幅器１２は完全にはオフ状態にならない。
【００３９】
減衰関数は、通常、入力信号の低次多項式であり、好ましくは二乗累乗多項式（すなわち、信号の絶対値の二乗の累乗のみを含むもの）である。その例として、次のような式がある。
Ａ（ｖ）＝２．１５１・｜ｖ｜2―１．１５１・｜ｖ｜4
ここで、ｖは、正規化入力信号振幅である。この減衰関数を、図７に示す。この減衰関数から、図８に示す次の電流関数を導出することができる。
ｉ2（ｖ）＝Ａ（ｖ）・ｖ
（ここで、ｉ2も正規化される。）
【００４０】
ドハティ増幅器および本発明による複合増幅器における補助増幅器の電流関数スペクトルの質的特徴を図９に示す。本発明による複合増幅器における補助増幅器の電流スペクトルが、ドハティ増幅器に比べて非常に狭いことが解る。また、参考のために、入力信号のスペクトルも示してある。
【００４１】
図７に示した補助増幅器減衰関数を有する本発明による理想の複合増幅器の効率と、理想のドハティ増幅器の効率を、図１０に示す。実際のシステムにおいては、主電力増幅器と補助電力増幅器との間の不整合による損失はドハティ増幅器のほうが大きい上、他の要因による損失も寄与するため、効率の差はもっと小さくなる。図１１に、レイリー分布で重み付けした損失を示す。この損失を出力電圧範囲に亘って積分したものが、各増幅器の平均効率を求めるために使用される平均損失である。
【００４２】
平均効率は、次のように表現することができる。
η＝Ｐ有効／（Ｐ有効＋Ｐ損失）
ここで、電力値は何れも平均（積分、レイリー重み付け）値である。図１１の曲線によると、各増幅器の平均効率は次のとおりである。
ドハティ： η＝６０％
本発明： η＝５２％
【００４３】
拡張された転移領域や漸次的（低次）転移のアイデアは、多段構造においても、すべての補助増幅器あるいは一部の補助増幅器に適用することができる。すべての補助増幅器に拡張転移領域を設けない場合、このアイデアを１つまたは少数の補助増幅器に適用することが考えられる。それに適するものとして、転移点がレイリー分布のピークに一致する補助増幅器等がある。
【００４４】
上記の計算において、供給電圧が、両増幅器において等しいことを前提とした。しかし、これは便宜であるが、必須ではなく、インピーダンスインバータに他のインピーダンスを使用することで供給電圧を適切変えることができる。
【００４５】
多項式減衰関数を有する例において、補助増幅器電流関数が出力電力のゼロ点から連続して増加していくことが前提である。しかし、それは必ずしも必要ではなく、（ドハティ転移点より低い）特定点未満では電流関数がオフ状態になる変形も考えられる。このアイデアは、転移点の反対側にも適用することができ、曲線の両端に線形の部分を有する「部分多項式」特徴とすることも可能である。
【００４６】
高次（ただし、ドハティ型より低次）の減衰関数を使用することで、本発明による複合増幅器の効率を向上することができる。これは、帯域幅、歪、効率間にトレードオフが存在することを意味し、実際の設計状況に応じてそれを活用することができると有用である。
【００４７】
本発明による複合増幅器は、さらなるトレードオフの可能性を有する。ピーク電力における効率は、その周辺のレイリー分布の値が低いため、さほど重要ではないので、ピーク電力において、効率を犠牲にする代りに多項式を低次のものにするといったトレードオフが可能である。この場合、補助増幅器は、ピーク電力において、電力分配比率が示す割合より多くの電力を供給することになり、場合によっては１００％にも達することもあり得る。ピーク電力においてピーク効率を犠牲にするこのようなトレードオフを、多項式の特定の項について、総合効率を引上げるために利用することも可能である。これは重要なトレードオフであるため、ここで、２次減衰関数を有する増幅器を例として説明する。
【００４８】
この帯域幅最適化された実施例において、電力分配比率α＝０．３９の増幅器を使用する。これは、ドハティ増幅器の最適値に近く、ドハティ増幅器の効率が約６０％になる。本発明の本実施形態による複合増幅器において、ｉ2を発生するために２次減衰関数を使用する。これに対応する電流関数を図１２に示す。ピーク電力において、電力が専ら補助増幅器から供給され、主増幅器が電流のみ（インピーダンスインバータによって出力電圧に変換される）を寄与する関数が選択される。
【００４９】
本実施形態による複合増幅器およびドハティ増幅器における各補助増幅器の電流関数のスペクトルを図１３に示す。本実施形態による複合増幅器の補助増幅器の電流スペクトルは、図７〜９に示した実施形態のものより（約３／５）狭く、ドハティ増幅器のものより遥かに狭いことが解る。本実施形態による理想の複合増幅器の効率を理想のドハティ増幅器の効率と比較したものを図１４に示す。複合増幅器のピーク電力における効率が、理論上の最高値である７８．５％に達していないことが解る。各増幅器の平均効率は、第１の実施形態と同じである。すなわち、ドハティ増幅器においては６０％であり、本発明の複合増幅器においては５２％である。ここで、帯域幅が狭くなった代償として、ピーク電力能力は、両方の増幅器間で分けるのではなく、片方の（補助）増幅器にのみ存在する。
【００５０】
主増幅器に対する負荷プル効果を得るためにインピーダンスインバータ（出力ドハティネットワーク）を使用する複合増幅器として、今まで知られていたものは、はっきりとした転移点を堺に補助増幅器が完全にオフ状態になるものに限られていたため、本明細書に記載する増幅器は、新種の複合増幅器である。この新種の増幅器において、転移点パラメータαは、電流関数の選択可能領域の下限を規定するものであり、ピーク電力における電力分配比率を決定するものではなくてもよい。
【００５１】
本明細書に開示する新種の増幅器は、従来のドハティ増幅器に比べ、歪が少なく、線形化装置との連携作業に優れ、インピーダンスインバータにおける信号の帯域幅が狭いものである。同時に、ドハティ増幅器の効率はほとんどそのまま維持される。
【００５２】
当該技術分野における当業者であれば、特許請求の範囲によって画定される本発明の技術範囲から逸脱せずに、様々な改良や変更を行うことが可能であることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来のドハティ増幅器を示す簡単なブロック図である。
【図２】 図２は、従来のドハティ増幅器における出力電圧と補助増幅器出力電流の関係を示すものである。
【図３】 図３は、本発明による複合増幅器の第１実施形態における出力電圧と補助増幅器出力電流の関係を示すものである。
【図４】 図４は、本発明による複合増幅器の第２実施形態における出力電圧と補助増幅器出力電流の関係を示すものである。
【図５】 図５は、本発明による複合増幅器のある実施形態を示すブロック図である。
【図６】 図６は、本発明による複合増幅器の他の実施形態を示すブロック図である。
【図７】 図７は、本発明による複合増幅器における補助増幅器の減衰関数の例を示すものである。
【図８】 図８は、図７の減衰関数に対応する電流関数を示すものである。
【図９】 図９は、図７の減衰関数に対応する電流スペクトルを示すものである。
【図１０】 図１０は、図７の補助増幅器減衰関数を有する本発明による理想の複合増幅器の効率を示すものである。
【図１１】 図１１は、図７の補助増幅器減衰関数を有する本発明による理想の複合増幅器の電力損失を示すものである。
【図１２】 図１２は、本発明による複合増幅器における補助増幅器の電流関数の他の例を示すものである。
【図１３】 図１３は、図１２の電流関数に対応する電流スペクトルを示すものである。
【図１４】 図１４は、図１２の補助増幅器電流関数を有する本発明による理想の複合増幅器の効率を示すものである。
Claims (10)
- ドハティ出力ネットワークを介して負荷に接続された主増幅器および補助増幅器を具備する複合増幅器であって、
補助増幅器において、複合増幅器の出力電圧に依存し、
（ａ）主増幅器の飽和点未満における補助増幅器の出力電流（ｉ2）が非ゼロであり、
（ｂ）補助増幅器の非ゼロの低出力電流側の傾きが、補助増幅器の高出力電流側の傾きより小さいことを特徴とする出力電流関数を設けることにより、該主増幅器が飽和する前に、該補助増幅器を起動させるための手段を有する複合増幅器。 - 所定の減衰関数に従って、前記補助電力増幅器の入力信号を減衰させるための減衰部を有する請求項１に記載の複合増幅器。
- 前記減衰関数が、前記入力信号の低次多項式である請求項２に記載の複合増幅器。
- 前記減衰関数が、前記入力信号の絶対値の二乗の低次多項式である請求項２に記載の複合増幅器。
- 前記減衰部が、ディジタル領域で動作する請求項２、３または４に記載の複合増幅器。
- 前記減衰部が、ベースバンドで動作する請求項５に記載の複合増幅器。
- 前記減衰部が、中間周波数で動作する請求項５に記載の複合増幅器。
- 前記減衰部が、プレディストーション発生部を有する請求項５ないし７のうち何れかに記載の複合増幅器。
- 前記減衰部が、アナログ領域で動作する請求項２、３または４に記載の複合増幅器。
- 前記減衰部が、ＲＦ周波数で動作する請求項９に記載の複合増幅器。
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