JP4976552B2 - 広帯域増幅装置 - Google Patents

Description

本発明は広帯域電力増幅装置に関し、更に詳しくは、回路構成が単純でありながらも、集積化及び小型化に有利であるだけでなく、広帯域特性を有する広帯域電力増幅装置に関する。

最近、移動通信端末、中継器及び基地局の小型化及び多機能化に伴い、バッテリの持続時間を長くするための努力として電力消費の大半を占めるＲＦ電力増幅装置の効率を上げることに対する多くの研究が行われており、そのうち、効率を上げるための代表的なドハティ（Ｄｏｈｅｒｔｙ）電力増幅装置に対する研究が多く行われている。

ドハティ増幅装置は１９３６年にＷ.Ｈ.Ｄｏｈｅｒｔｙによって初めて提案されたが、クォータウェーブトランスフォーマ（λ／４ライン）を用いてキャリア増幅器とピーク増幅器を並列に連結する方式である。ドハティ増幅装置は、電力レベルに応じてピーク増幅器がロードに供給する電流の量を異なるようにすることで、キャリア増幅器のロードラインインピーダンスを調節して効率を上げる装置である。

従来技術によるハンドセット用ドハティ電力増幅装置、即ち、移動通信端末用ドハティ電力増幅装置ではクォータウェーブトランスフォーマをインダクタＬとキャパシタＣで構成したπ-ネットワークのような回路に替えている。キャリア増幅器及びピーク増幅器の入力端に入力整合回路を連結し、キャリア増幅器とピーク増幅器の出力端に出力整合回路を連結する。

移動通信端末用ドハティ増幅装置を実現するにおいては大きさの制限が次第に重要視されており、小型化する必要があるが、ドハティ増幅装置をチップに集積しようとする必要があるにもかかわらず、その大きさとインダクタの損失によって印刷回路基板（ＰＣＢ）パッケージ上に実現している状況である。

周波数帯域幅を広くして広帯域特性を有するようにするためには、基準インピーダンスを２〜３個のインダクタＬ、キャパシタＣ、及び／又はマイクロストリップラインで構成された整合回路を通じて所望のインピーダンスに整合していく過程を通常経ている。この場合、整合していく回路の個数が増えるほど回路構成は複雑になり、それにより、チップ及び回路の大きさが大きくなるだけでなく、受動素子の追加的な使用により単価が上昇する。従って、受動素子の数が増加するにつれて各受動素子で発生する損失によって回路全体の整合回路の損失が増加し、回路の性能低下をもたらす。

図１は、従来技術によるドハティ電力増幅装置の第１実施形態を示す回路図であり、図２は、図１のドハティ電力増幅装置の周波数帯域幅を広くした例を示す回路図である。図１及び図２において参照符号１１はキャリア増幅器であり、参照符号１３、１４、２３、２４は出力整合回路であり、参照符号１５はマイクロ-ストリップラインであり、参照符号２１はピーク増幅器である。マイクロ-ストリップライン１５はクォータウェーブトランスフォーマとしての役割を果たす。ロードインピーダンスＲ_Ｌと特性インピーダンスＲ_ｏがそれぞれ５０Ωと１００Ωである必要はないが、Ｒ_Ｏ＝Ｒ_Ｌｘ×２という条件を満足しなければならない。図２は、キャリア増幅器１１とピーク増幅器２１の出力インピーダンスをロードインピーダンスＲ_Ｌから電力素子の最適電源インピーダンスＲ_ｏｐｔに整合する過程を２段の出力整合回路１３、１４、２３、２４で実現して周波数帯域幅を広くしようとするものである。

図３は、従来技術によるドハティ電力増幅装置の第２実施形態を示す回路図であり、図４は、図３のドハティ電力増幅装置の周波数帯域幅を広くした例を示す回路図である。図３及び図４において、参照符号３１はキャリア増幅器であり、参照符号３３はマイクロストリップラインであり、参照符号４１はピーク増幅器であり、参照符号４３はオフセットラインであり、参照符号５１、５３は出力整合回路である。図３のドハティ電力増幅装置はクォータウェーブトランスフォーマとしての役割を果たすマイクロ-ストリップライン３３の特性インピーダンスを下げて小型化及び集積化が有利となるようにした構造であり、図４は、キャリア増幅器３１とピーク増幅器４１の出力インピーダンスをロードインピーダンスＲ_Ｌから電力素子の最適電源インピーダンスＲ_ｏｐｔに整合していく過程を２段の出力整合回路５１、５３で実現したものである。

図５は、従来技術によるドハティ電力増幅装置の第３実施形態を示す回路図である。図５の参照符号６１はキャリア増幅器であり、参照符号６３、７３、８１は出力整合回路であり、参照符号６５はクォータウェーブトランスフォーマとしての役割を果たすマイクロ-ストリップラインであり、参照符号７１はピーク増幅器であり、参照符号７５はオフセットラインである。図５は、周波数帯域幅を広くするために２段の出力整合回路６３、７３、８１のうち１段の出力整合回路６３、７３を用い、これをキャリア増幅器６１とピーク増幅器７１の出力ライン上に位置させたものである。図５のドハティ電力増幅装置は、図４のドハティ電力増幅装置とほぼ類似する特徴を有する。

図２、図４及び図５の第１実施形態〜第３実施形態は周波数帯域幅を広くして広帯域特性を得るために２段の出力整合回路を用いたが、この場合、回路構成が複雑であり、それにより、チップ及び回路の大きさが大きくなり、受動素子で発生する損失によって回路全体の整合回路の損失が増加し、回路の性能低下をもたらすという問題がある。特に、従来の第１実施形態の場合には移動通信端末用電力増幅装置として用いようとする時にクォータウェーブトランスフォーマとしての役割を果たすマイクロ-ストリップラインの高い特性インピーダンスによって集積化及び小型化が弱いという問題がある。

また、移動通信端末用電力増幅装置を実現するために印刷回路基板パッケージ上にドハティ電力増幅装置を実現してもやはりパッケージの大きさが大きくなる点と複数の受動素子の使用によって増幅器の単価を高めるという問題を依然として有している。

このような電力増幅装置の小型化に関する問題以外に、電力増幅装置の広帯域特性は次世代移動通信システムに用いられる電力増幅装置を採択するのに制限を与えることもある。

そこで、本発明の目的は、クォータウェーブトランスフォーマの低い特性インピーダンスによって集積化及び小型化に有利であるだけでなく、広帯域特性を有しながらも、回路構成が単純な電力増幅装置を提供することである。

本発明の他の目的は、クォータウェーブトランスフォーマ自体を入力整合回路として用いて全体として２段の入力整合回路を実現することで、広帯域特性を有しながらも、回路構成が単純な電力増幅装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、広帯域電力増幅装置は、並列に連結した第１増幅器及び第２増幅器と、
前記第１増幅器の出力端に連結されて前記第１増幅器のロードラインインピーダンスを調節することによって出力整合機能をする第１クォータウェーブトランスフォーマと、
前記第２増幅器の出力端に連結されて前記第２増幅器のロードラインインピーダンスを調節することによって出力整合機能をする第２クォータウェーブトランスフォーマと、前記第１クォータウェーブトランスフォーマと前記第２クォータウェーブトランスフォーマの後端に連結された出力整合回路とを含む。

本発明の他の態様によれば、並列連結した第１増幅器及び第２増幅器と、
前記第１増幅器の出力端に直列連結された第１インピーダンス調節ラインと、
前記第２増幅器の出力端に直列連結された第２インピーダンス調節ラインと、
前記第１インピーダンス調節ラインと前記第２インピーダンス調節ラインの出力側を並列連結した出力ラインと、
前記出力ライン上に位置してロードインピーダンスをＲ_ｏｕｔ／／Ｒ_ｏｕｔ’(ここで、

)に整合する出力整合回路と、ここで、Ｒ_ｏｕｔは前記第１インピーダンス調節ラインの出力インピーダンスであり、Ｒ_ｏｕｔ’は前記第２インピーダンス調節ラインの出力インピーダンスであり、
特性インピーダンスＲ_ｏがＲ_ｏｐｔ＜Ｒ_ｏ＜Ｒ_ｏｕｔ又はＲ_ｏｐｔ＞Ｒ_ｏ＞Ｒ_ｏｕｔの条件を満たし、前記第１インピーダンス調節ライン上に位置して前記第１インピーダンス調節ラインの出力インピーダンスＲ_ｏｕｔをＲ_ｏｐｔに整合する第１クォータウェーブトランスフォーマと、
特性インピーダンスＲ_ｏ'がＲ_ｏｐｔ'＜Ｒ_ｏ'＜Ｒ_ｏｕｔ'又はＲ_ｏｐｔ'＞Ｒ_ｏ'＞Ｒ_ｏｕｔという条件を満たし、前記第２インピーダンス調節ライン上に位置して前記出力インピーダンスＲ_ｏｕｔ'をＲ_ｏｐｔ'に整合する第２クォータウェーブトランスフォーマとを含み、
ここで、Ｒ_ｏｐｔは前記第１増幅器の最適電源インピーダンスであり、ここで、Ｒ_ｏｐｔ’は前記第２増幅器の最適電源インピーダンスを示す。

本発明の更に他の態様によれば、広帯域電力増幅装置は、
並列に連結した第１増幅器及び第２増幅器と、
前記第１増幅器の入力端に連結されて前記第１増幅器の入力インピーダンスを調節することによって入力整合機能をする第１クォータウェーブトランスフォーマと、
前記第２増幅器の入力端に連結されて前記第２増幅器のロードラインインピーダンスを調節することによって入力整合機能をする第２クォータウェーブトランスフォーマと、
前記第１クォータウェーブトランスフォーマと前記第２クォータウェーブトランスフォーマの前端に連結された入力整合回路とを含む。

本発明の別の態様によれば、広帯域電力増幅装置は、
並列連結した第１増幅器及び第２増幅器と、
前記第１増幅器の入力端に直列連結された第１インピーダンス調節ラインと、
前記第２増幅器の入力端に直列連結された第２インピーダンス調節ラインと、
前記第１インピーダンス調節ラインと前記第２インピーダンス調節ラインの入力側を並列連結した入力ラインと、
前記入力ライン上に位置して入力インピーダンスをＲ_ｉｎ／／Ｒ_ｉｎ'、（ここで、

）に整合する入力整合回路と、ここで、Ｒ_ｉｎ’は前記第２インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスであり、Ｒ_ｉｎは前記第１インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスであり、
特性インピーダンスＲ_ｏがＲ_ｉｎ＜Ｒ_ｉ＜Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}又はＲ_ｉｎ＞Ｒ_ｉ＞Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}の条件を満たし、前記第１インピーダンス調節ライン上に位置して前記第１インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスＲ_ｉｎをＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}に整合する第１クォータウェーブトランスフォーマと、
特性インピーダンスＲ_ｉ'がＲ_ｉｎ'＜Ｒ_ｉ'＜Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'又はＲ_ｉｎ'＞Ｒ_ｉ'＞Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'の条件を満たし、前記第２インピーダンス調節ライン上に位置して前記第２インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスＲ_ｉｎ'をＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'に整合する第２クォータウェーブトランスフォーマを含み、
ここで、Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}は前記第１増幅器の最適入力インピーダンスであり、ここで、Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}’は前記第２増幅器の最適入力インピーダンスを示す。

本発明によれば、広帯域電力増幅装置はクォータウェーブトランスフォーマの低い特性インピーダンスによって集積化及び小型化に有利であるだけでなく、クォータウェーブトランスフォーマ自体を出力整合回路又は入力整合回路として用いて実質的に２段出力整合回路又は２段入力整合回路を実現することで、回路構成が単純であるため、チップ及び回路の大きさが小さく、用いられる受動素子の数を減らして単価が低くなり、各受動素子で発生する損失による回路全体の整合回路の損失を減少させて回路の性能を向上させるという効果を奏する。更に、効率と線形性の側面で長所を有するドハティ電力増幅装置を広帯域で動作させるだけでなく、これを小型化及び集積化できる。

本発明の前述した目的と他の特徴は、添付する図面を参照した次の説明から自明になる。
従来技術によるドハティ電力増幅装置の第１実施形態を示す回路図である。 従来技術によるドハティ電力増幅装置の第１実施形態を示す回路図である。 従来技術によるドハティ電力増幅装置の第２実施形態を示す回路図である。 従来技術によるドハティ電力増幅装置の第２実施形態を示す回路図である。 従来技術によるドハティ電力増幅装置の第３実施形態を示す回路図である。 本発明の第１実施形態による広帯域電力増幅装置の回路図である。 本発明の第２実施形態による広帯域電力増幅装置の回路図である。 本発明の第３実施形態による広帯域電力増幅装置の回路図である。 本発明の第４実施形態による広帯域電力増幅装置の回路図である。 本発明の第５実施形態による広帯域電力増幅装置の回路図である。 本発明の第６実施形態による広帯域電力増幅装置の回路図である。 ロードインピーダンスが５０Ωであるとき、従来技術によるドハティ電力増幅装置と本発明による広帯域電力増幅装置の周波数バンド特性を示すグラフである。 ロードインピーダンスが５０Ωであるとき、従来技術によるドハティ電力増幅装置と本発明による広帯域電力増幅装置の周波数バンド特性を示すグラフである。 本発明の第７実施形態による広帯域電力増幅装置の回路図である。 本発明の第８実施形態による広帯域電力増幅装置の回路図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付する図面を参照して詳細に説明する。

図６〜図８は、本発明の第１〜第３実施形態による出力整合のための広帯域電力増幅装置の回路図である。

図６を参照すれば、本発明の第１実施形態による広帯域電力増幅装置は、並列に連結した第１増幅器１１１及び第２増幅器１２１と、第１増幅器１１１の出力端に連結されて第１増幅器１１１のロードラインインピーダンスを調節することによって出力整合機能をする第１クォータウェーブトランスフォーマ１１３と、第２増幅器１２１の出力端に連結されて第２増幅器１２１のロードラインインピーダンスを調節することによって出力整合機能をする第２クォータウェーブトランスフォーマ１２３と、第１マイクロストリップライン１１３と第２マイクロストリップライン１２３の後端に連結された出力整合回路１３１とを含む。

本発明の第１実施形態によれば、第１及び第２クォータウェーブトランスフォーマ１１３、１２３は、それぞれ第１及び第２マイクロストリップラインを含む。また、第１増幅器１１１及び第２増幅器１２１は、それぞれキャリア増幅器及びピーク増幅器又はその反対にピーク増幅器及びキャリア増幅器を含むこともできる。

図７を参照すれば、本発明の第２実施形態による広帯域電力増幅装置は、クォータウェーブトランスフォーマをπ-ネットワーク１１５、１２５に替えたことを除いては第１実施形態と同一である。π-ネットワーク１１５、１２５は、それぞれインダクタＬとキャパシタＣで構成されたインダクタ-キャパシタ回路で構成する。図７では１つのインダクタＬと２つのキャパシタＣを用いてπ-ネットワーク１１５、１２５を実現しているが、２つのインダクタＬと１つのキャパシタＣを用いてπ-ネットワークを実現してもよい。例えば、π-ネットワーク１１５のインダクタＬの位置にキャパシタＣを配置すると共に、π-ネットワーク１１５のキャパシタＣの位置にインダクタＬをそれぞれ配置することもできる。

図８を参照すれば、本発明の第３実施形態による広帯域電力増幅装置は、クォータウェーブトランスフォーマをＴ-ネットワーク１１７、１２７に替えたことを除いては第１実施形態と同一である。各Ｔ-ネットワーク１１７、１２７は、インダクタＬとキャパシタＣで構成したインダクタ-キャパシタ回路を有する。図８では１つのインダクタＬと２つのキャパシタＣを用いてＴ-ネットワーク１１７、１２７を実現しているが、２つのインダクタＬと１つのキャパシタＣを用いてＴ-ネットワークを実現してもよい。例えば、Ｔ-ネットワーク１１７のインダクタＬの位置にキャパシタＣを配置すると共に、Ｔ-ネットワーク１１５のキャパシタＣの位置にインダクタＬをそれぞれ配置することもできる。

一方、図７と図８の実施形態ではクォータウェーブトランスフォーマをπ-ネットワーク又はＴ-ネットワークで実現したが、π-ネットワークとＴ-ネットワーク以外にもインダクタＬとキャパシタＣを用いてクォータウェーブトランスフォーマの特性を有するようにする場合であれば、いかなる回路構成であっても本発明の広帯域電力増幅装置に適用できる。

このような本発明の第１〜第３実施形態による広帯域電力増幅装置の動作特性を理解するために、図６に示す広帯域電力増幅装置を参照して詳細に説明する。

第１増幅器１１１の出力端に直列連結されたラインは第１インピーダンス調節ラインとしての役割を果たし、第２増幅器１２１の出力端に直列連結されたラインは第２インピーダンス調節ラインとしての役割を果たし、第１インピーダンス調節ラインと第２インピーダンス調節ラインの出力側を並列連結したラインは出力ラインとしての役割を果たす。

第１増幅器１１１の最適電源インピーダンスをＲ_ｏｐｔとし、第２増幅器１２１の最適電源インピーダンスをＲ_ｏｐｔ'とし、第１インピーダンス調節ラインの出力インピーダンスをＲ_ｏｕｔとし、第２インピーダンス調節ラインの出力インピーダンスをＲ_ｏｕｔ'と仮定すれば、ロードインピーダンスをＲ_ｏｕｔ／／Ｒ_ｏｕｔ'（ここで、

）に整合する出力整合回路１３１は出力ライン上に位置し、特性インピーダンスＲ_ｏがＲ_ｏｐｔ＜Ｒ_ｏ＜Ｒ_ｏｕｔ又はＲ_ｏｐｔ＞Ｒ_ｏ＞Ｒ_ｏｕｔの条件を満たす第１クォータウェーブトランスフォーマ１１３が第１インピーダンス調節ライン上に位置して第１インピーダンス調節ラインの出力インピーダンスＲ_ｏｕｔをＲ_ｏｐｔに整合する。

特性インピーダンスＲ_ｏ’がＲ_ｏｐｔ'＜Ｒ_ｏ'＜Ｒ_ｏｕｔ'又はＲ_ｏｐｔ'＞Ｒ_ｏ'＞Ｒ_ｏｕｔという条件を満たす第２クォータウェーブトランスフォーマ１２３が第２インピーダンス調節ライン上に位置して出力インピーダンスＲ_ｏｕｔ'をＲ_ｏｐｔ'に整合する。

このような本発明の第１実施形態〜第３実施形態による広帯域電力増幅装置は、クォータウェーブトランスフォーマの低い特性インピーダンスによって集積化及び小型化に有利である。

マイクロストリップライン１１３、１２３を含むクォータウェーブトランスフォーマ、π-ネットワーク１１５、１２５、又はＴ-ネットワーク１１７、１２７は、出力整合回路に用いて実質的に２段出力整合回路を実現することによって周波数帯域幅が広くなり、広帯域特性を有する。また、２段出力整合回路は、回路の複雑度と単価及び整合回路の損失などの側面では１段出力整合回路と実質的に差がないという長所がある。

代案として、第２実施形態において、π-ネットワーク１１５、１２５及びＴ-ネットワーク１１７、１２７のインダクタＬはマイクロストリップラインのような小さなインダクタで構成するか、ＭＭＩＣチップでモジュールへの連結のために必須で要求されるボンドワイヤインダクタ（例として、ボンディングワイヤインダクタ）を利用することで、回路の複雑度、高単価及び整合回路の損失を改善できる。

図９〜図１１は、本発明の第４〜第６実施形態による出力整合のための広帯域ドハティ電力増幅装置の回路図である。

まず、図９を参照すれば、本発明の第４実施形態による広帯域ドハティ電力増幅装置は並列に連結してドハティ動作を誘導する第１増幅器２１１及び第２増幅器２２１と、第１増幅器２１１の出力端に連結されて第１増幅器２１１のロードラインインピーダンスを調節することによって出力整合機能をする第１クォータウェーブトランスフォーマ２１３と、第２増幅器２２１の出力端に連結されて第２増幅器２２１のロードラインインピーダンスを調節することによって出力整合機能をする第２クォータウェーブトランスフォーマ２２５とを含む。また、第４実施形態の広帯域ドハティ電力増幅装置は、第２増幅器２２１の出力端と第２マイクロストリップライン２２５との間に連結されて第２増幅器２２１側への出力インピーダンスを出力端のインピーダンスと第１増幅器２１１のインピーダンスに比べて十分に大きくするオフセットライン２２３と、第１マイクロストリップライン２１３と第２マイクロストリップライン２２５の後端に連結された出力整合回路２３１を更に含む。

本発明の第４実施形態によれば、第１及び第２クォータウェーブトランスフォーマ２１３、２２５は、それぞれ第１及び第２マイクロストリップラインを含む。また、第１増幅器２２１と第２増幅器２２１はそれぞれキャリア増幅器とピーク増幅器を含むこともでき、又はその反対にピーク増幅器及びキャリア増幅器を含むこともできる。

図１０を参照すれば、本発明の第５実施形態による広帯域ドハティ電力増幅装置は、クォータウェーブトランスフォーマをπ-ネットワーク２１５、２２７で実現したことを除いては第４実施形態と同一である。それぞれのπ-ネットワーク２１５、２２７は、インダクタＬとキャパシタＣで構成されたインダクタ-キャパシタ回路を含む。図１０では１つのインダクタＬと２つのキャパシタＣを用いてπ-ネットワーク２１５、２２７を実現しているが、２つのインダクタＬと１つのキャパシタＣを用いてπ-ネットワークを実現してもよい。例えば、π-ネットワーク２１５のインダクタＬの位置にキャパシタＣを配置すると共に、π-ネットワーク２１５のキャパシタＣの位置にインダクタＬをそれぞれ配置することもできる。

図１１を参照すれば、本発明の第６実施形態による広帯域ドハティ電力増幅装置は、クォータウェーブトランスフォーマをインダクタＬとキャパシタＣで構成したＴ-ネットワーク２１７、２２９で実現したことを除いては第４実施形態と同一である。それぞれのＴ-ネットワーク２１７、２２９は、インダクタＬとキャパシタＣで構成されたインダクタ-キャパシタ回路を有する。図１１では１つのインダクタＬと２つのキャパシタＣを用いてＴ-ネットワーク２１７、２２９を実現しているが、２つのインダクタＬと１つのキャパシタＣを用いてＴ-ネットワークを実現してもよい。例えば、Ｔ-ネットワーク２１７のインダクタＬの位置にキャパシタＣを配置すると共に、Ｔ-ネットワーク２１７のキャパシタＣの位置にインダクタＬをそれぞれ配置することもできる。

一方、図１０と図１１の実施形態ではクォータウェーブトランスフォーマをπ-ネットワーク又はＴ-ネットワークで実現しているが、π-ネットワークとＴ-ネットワーク以外にもインダクタＬとキャパシタＣを用いてクォータウェーブトランスフォーマの特性を有するようにする場合であれば、いかなる回路構成であっても本発明の広帯域電力増幅装置に適用できる。

このような本発明の第４〜第６実施形態による広帯域ドハティ電力増幅装置の動作特性を理解するために広帯域電力増幅装置を図９を参照して説明する。

第１増幅器２１１の出力端に直列連結されたラインは第１インピーダンス調節ラインとしての役割を果たし、第２増幅器２２１の出力端に直列連結されたラインは第２インピーダンス調節ラインとしての役割を果たし、第１インピーダンス調節ラインと第２インピーダンス調節ラインを並列連結したラインは出力ラインとしての役割を果たす。

第１増幅器２１１の最適電源インピーダンスをＲ_ｏｐｔとし、第２増幅器２２１の最適電源インピーダンスをＲ_ｏｐｔ’とし、第１インピーダンス調節ラインの出力インピーダンスをＲ_ｏｕｔとし、第２インピーダンス調節ラインの出力インピーダンスをＲ_ｏｕｔ'と仮定すれば、ロードインピーダンスをＲ_ｏｕｔ／／Ｒ_ｏｕｔ'に整合する出力整合回路２３１は出力ライン上に位置し、特性インピーダンスＲ_ｏがＲ_ｏｐｔ＜Ｒ_ｏ＜Ｒ_ｏｕｔ又はＲ_ｏｐｔ＞Ｒ_ｏ＞Ｒ_ｏｕｔの条件を満たす第１クォータウェーブトランスフォーマ２１３は第１インピーダンス調節ライン上に位置して第１インピーダンス調節ラインの出力インピーダンスＲ_ｏｕｔをＲ_ｏｐｔに整合する。

第２インピーダンス調節ライン上に位置する特性インピーダンスＲ_ｏ’がＲ_ｏｐｔ'＜Ｒ_ｏ'＜Ｒ_ｏｕｔ'又はＲ_ｏｐｔ'＞Ｒ_ｏ'＞Ｒ_ｏｕｔ’の条件を満たす第２クォータウェーブトランスフォーマ２２５が第２インピーダンス調節ラインの出力インピーダンスＲ_ｏｕｔ'をＲ_ｏｐｔ'に整合する。

このような本発明の第４〜第６実施形態による広帯域電力増幅装置は、マイクロストリップライン２１３、２２５を含むこともできるクォータウェーブトランスフォーマ、π-ネットワーク２１５、２２７、又はＴ-ネットワーク２１７、２２９の低い特性インピーダンスによって集積化及び小型化に有利である。

クォータウェーブトランスフォーマを出力整合回路に用いて実質的に２段出力整合回路を実現することで、周波数帯域幅が広くなり、広帯域特性を有するようになる。また、２段出力整合回路は回路の複雑度と製造コスト及び整合回路の損失の側面では１段出力整合回路と差がないという長所がある。

代案としては、第５〜第６実施形態のπ-ネットワーク２１５、２２７及びＴ-ネットワーク２１７、２２９の１つ又はそれ以上のインダクタＬはマイクロストリップラインのような小さなインダクタで構成するか、ＭＭＩＣチップでモジュールへの連結のために必須で要求されるボンドワイヤインダクタ（例として、ボンディングワイヤインダクタ）を利用することで、回路構成の複雑度、単価及び整合回路の損失を改善できる。

図３に示す従来の広帯域ドハティ電力増幅装置の場合には、ロードインピーダンスＲ_Ｌが定められているとき、第１増幅器３１と第２増幅器４１の出力端から見るインピーダンスをＲ_ｏｐｔに見えるようにするために出力整合回路５１はＲ_ＬのインピーダンスがＲ_ｏｐｔ／２となるようにするインピーダンス変換（又はインピーダンス整合）を実行しなければならない。

このような本発明の第５実施形態による広帯域ドハティ電力増幅装置を従来技術と比較するために、図１０に示す本発明の第５実施形態による広帯域ドハティ電力増幅装置で第１増幅器及び第２増幅器のインピーダンス特性が同一であると仮定する。

本発明の第５実施形態による広帯域電力増幅装置の場合には、ロードインピーダンスＲ_Ｌが定められているとき、第１増幅器２１１と第２増幅器２２１の出力端から見るインピーダンスをＲ_ｏｐｔに見えるようにするために出力整合回路２３１はＲ_ＬのインピーダンスがＲ_ｏｕｔ／２となるようにするインピーダンス変換（又はインピーダンスマッチング）を実行しなければならない。これは、クォータウェーブトランスフォーマとしての役割を果たすπ-ネットワーク２１５、２２７がＲ_ｏｕｔのインピーダンスからＲ_ｏｐｔにインピーダンス変換を行うためである。

前述したような割合のインピーダンス整合を実現するために、本発明では２段階にわたって整合がなされるようになる。各段階での整合割合は図３の場合はＲ_ｏｐｔ／２Ｒ_Ｌであり、図１０の場合は仮りにＲ_ｏｐｔ＝Ｒ_ｏｐｔ'であり、Ｒ_ｏｕｔ＝Ｒ_ｏｕｔ'であれば、それぞれＲ_ｏｕｔ／２Ｒ_Ｌ、Ｒ_ｏｐｔ／Ｒ_ｏｕｔである。一般に、Ｒ_ｏｐｔ＜Ｒ_ｏｕｔ＜Ｒ_Ｌの関係が成立し、これにより、図１０の整合回路の周波数特性が図３の周波数特性よりも更に優れている。なぜならば、マイクロ回路を設計するにおいてインピーダンス整合回路の周波数特性、即ち、インピーダンス変換器が動作する所望の周波数範囲は整合割合が大きいほど狭くなるためである。

図１２及び図１３は、それぞれ図４及び図１０に示した電力増幅装置の周波数バンド特性を示すグラフである。２つの電力増幅装置の周波数特性シミュレーション結果を示すグラフから図１０の広帯域電力増幅装置が図４の広帯域電力増幅装置よりも優れた周波数特性を有することが分かる。

一方、電力増幅装置だけでなく、ＲＦ回路の場合にも回路が動作する周波数帯域幅はインピーダンスを整合していく割合が最も大きい回路の部分により決定される。従って、出力整合回路だけでなく、入力整合回路及び内部整合回路のインピーダンス整合の割合にも注意する必要がある。

図１４は、本発明の第７実施形態による入力整合のための広帯域電力増幅装置の回路図である。

図１４を参照すれば、本発明の第７実施形態による広帯域電力増幅装置は、並列に連結した第１増幅器３２３及び第２増幅器３３３と、第１増幅器３２３の入力端に連結されて第１増幅器３２３のロードラインインピーダンスを調節することによって出力整合機能をする第１クォータウェーブトランスフォーマ３２１と、第２増幅器３３３の入力端に連結されて第２増幅器３３３のロードラインインピーダンスを調節することによって入力整合機能をする第２クォータウェーブトランスフォーマ３３１と、第１クォータウェーブトランスフォーマ３２１と第２クォータウェーブトランスフォーマ３３１の前端に連結された入力整合回路３１１とを含む。

第７実施形態において、第１及び第２クォータウェーブトランスフォーマ３２１、３３１は、それぞれ第１及び第２マイクロストリップラインを含む。また、第１増幅器３２３０及び第２増幅器３３３はそれぞれキャリア増幅器及びピーク増幅器を含むこともでき、又はその反対にピーク増幅器及びキャリア増幅器を含むこともできる。

本発明の第７実施形態による広帯域電力増幅装置のインピーダンス整合特性を詳細に説明する。

第１増幅器３２３の入力端に直列連結されたラインは第１インピーダンス調節ラインとしての役割を果たし、第２増幅器３３３の入力端に直列連結されたラインは第２インピーダンス調節ラインとしての役割を果たし、第１インピーダンス調節ラインと第２インピーダンス調節ラインを並列連結したラインは入力ラインとしての役割を果たす。

第１増幅器３２３の最適入力インピーダンスをＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}とし、第２増幅器３３３の最適入力インピーダンスをＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'とし、第１インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスをＲ_ｉｎとし、第２インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスをＲ_ｉｎ'と仮定すれば、入力整合回路は入力ライン上に位置して入力インピーダンスをＲ_ｉｎ／／Ｒ_ｉｎ'に整合し、特性インピーダンスＲ_ｏがＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}＜Ｒ_ｉ＜Ｒ_ｉｎ又はＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}＞Ｒ_ｉ＞Ｒ_ｉｎの条件を満たす第１クォータウェーブトランスフォーマ３２１は第１インピーダンス調節ライン上に位置して第１インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスＲ_ｉｎをＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}に整合する。

特性インピーダンスＲ_ｉ’がＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'＜Ｒ_ｉ'＜Ｒ_ｉｎ'又はＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'＞Ｒ_ｉ'＞Ｒ_ｉｎ'の条件を満たす第２クォータウェーブトランスフォーマ３３１は第２インピーダンス調節ライン上に位置して第２インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスＲ_ｉｎ'をＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'に整合する。

代案として、クォータウェーブトランスフォーマ３２１、３３１はインダクタＬとキャパシタＣで構成したπ-ネットワーク及びＴ-ネットワークのようにインダクタＬ-キャパシタＣ回路で実現することもできる。

また、π-ネットワーク及びＴ-ネットワークの１つ又はそれ以上のインダクタＬはマイクロストリップラインのような小さなインダクタで構成するか、ＭＭＩＣチップでモジュールへの連結のために必須で要求されるボンドワイヤインダクタ（例として、ボンディングワイヤインダクタ）を利用することで、回路構成の複雑度及び整合回路の損失を改善できる。

図１５は、本発明の第８実施形態による入力整合のための広帯域電力増幅装置の回路図である。

図１５を参照すれば、本発明の第８実施形態による広帯域電力増幅装置は、並列に連結した第１増幅器４２３及び第２増幅器４３３と、第１増幅器４２３の入力端に連結されて第１増幅器４２３の入力インピーダンスを調節することによって入力整合機能をする第１クォータウェーブトランスフォーマ４２１と、第２増幅器４３３の入力端に連結されて第２増幅器４３３のロードラインインピーダンスを調節することによって入力整合機能をする第２クォータウェーブトランスフォーマ４３１を含み、ここで、第１及び第２クォータウェーブトランスフォーマ４２１、４３１はそれぞれ第１及び第２マイクロストリップラインを含む。

第８実施形態による広帯域増幅装置は、第１クォータウェーブトランスフォーマ４２１と第１増幅器４２３との間位置と第２クォータウェーブトランスフォーマ４３１と第２増幅器４３３との間位置のうち何れかの間位置又は全ての間位置に連結されて第１増幅器４２３と第２増幅器４３３間の遅延を補償する遅延補償回路４４１と、第１クォータウェーブトランスフォーマ４２１と第２クォータウェーブトランスフォーマ４３１の前端に連結された入力整合回路４１１とを含む。

このような第８実施形態による広帯域電力増幅装置のインピーダンス整合特性を説明する。ここで、遅延補償回路４４１の素子の構成及び配線は本技術において公知となった技術であるため、詳細な説明は省略する。

第１増幅器４２３の入力端に連結されたラインは第１インピーダンス調節ラインとしての役割を果たし、第２増幅器４３３の入力端に直列連結されたラインは第２インピーダンス調節ラインとしての役割を果たし、第１インピーダンス調節ラインと第２インピーダンス調節ラインを並列連結したラインは入力ラインとしての役割を果たす。

第８実施形態において、第１増幅器３２３及び第２増幅器３３３はそれぞれキャリア増幅器及びピーク増幅器を含むこともでき、その反対にピーク増幅器及びキャリア増幅器を含むこともできる。

第１増幅器４２３の最適入力インピーダンスをＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}とし、第２増幅器４３３の最適入力インピーダンスをＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'とし、第１インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスをＲ_ｉｎとし、第２インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスをＲ_ｉｎ'と仮定すれば、入力整合回路は入力ライン上に位置して入力インピーダンスをＲ_ｉｎ／／Ｒ_ｉｎ'に整合し、特性インピーダンスＲ_ｉがＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}＜Ｒ_ｉ＜Ｒ_ｉｎ又はＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}＞Ｒ_ｉ＞Ｒ_ｉｎの条件を満たす第１クォータウェーブトランスフォーマ４２１は第１インピーダンス調節ライン上に位置して第１インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスＲ_ｉｎをＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}に整合する。

特性インピーダンスＲ_ｉ’がＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'＜Ｒ_ｉ'＜Ｒ_ｉｎ'の条件を満たす第２クォータウェーブトランスフォーマ４３１は第２インピーダンス調節ライン上に位置して第２インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスＲ_ｉｎ'をＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'に整合する。

代案として、クォータウェーブトランスフォーマ４２１、４３１はπ-ネットワーク又はＴ-ネットワークのようにインダクタＬ-キャパシタＣ回路で実現することもできる。

また、π-ネットワーク及びＴ-ネットワークの１つ又はそれ以上のインダクタＬはマイクロストリップラインのような小さなインダクタで構成するか、ＭＭＩＣチップでモジュールへの連結のために必須で要求されるボンドワイヤインダクタ（例として、ボンディングワイヤインダクタ）を利用することで、回路構成の複雑度、単価及び整合回路の損失を改善できる。

以上、本発明の例示的な実施形態について示し記述したが、開示されたシステムと方法は単に本発明の例に過ぎず、本技術の当業者によって次の請求範囲に規定されたような本発明の範疇から逸脱することなく、多様な変更と変更が実施され得るのももちろんである。

Claims (15)

1. 広帯域電力増幅装置であって、
   並列連結した第１増幅器及び第２増幅器と、
   前記第１増幅器の出力端に直列連結された第１インピーダンス調節ラインと、
   前記第２増幅器の出力端に直列連結された第２インピーダンス調節ラインと、
   前記第１インピーダンス調節ラインと前記第２インピーダンス調節ラインの出力側を並列連結した出力ラインと、
   前記出力ライン上に位置してロードインピーダンスをＲ_ｏｕｔ／／Ｒ_ｏｕｔ’(ここで、
   

   

   )に整合する出力整合回路と、ここで、Ｒ_ｏｕｔは前記第１インピーダンス調節ラインの出力インピーダンスであり、Ｒ_ｏｕｔ’は前記第２インピーダンス調節ラインの出力インピーダンスであり、
   特性インピーダンスＲ_ｏがＲ_ｏｐｔ＜Ｒ_ｏ＜Ｒ_ｏｕｔ又はＲ_ｏｐｔ＞Ｒ_ｏ＞Ｒ_ｏｕｔの条件を満たし、前記第１インピーダンス調節ライン上に位置して前記第１インピーダンス調節ラインの出力インピーダンスＲ_ｏｕｔをＲ_ｏｐｔに整合する第１クォータウェーブトランスフォーマと、
   特性インピーダンスＲ_ｏ'がＲ_ｏｐｔ'＜Ｒ_ｏ'＜Ｒ_ｏｕｔ'又はＲ_ｏｐｔ'＞Ｒ_ｏ'＞Ｒ_ｏｕｔという条件を満たし、前記第２インピーダンス調節ライン上に位置して前記出力インピーダンスＲ_ｏｕｔ'をＲ_ｏｐｔ'に整合する第２クォータウェーブトランスフォーマとを含み、
   ここで、Ｒ_ｏｐｔは前記第１増幅器の最適電源インピーダンスであり、ここで、Ｒ_ｏｐｔ’は前記第２増幅器の最適電源インピーダンスを示す広帯域電力増幅装置。
2. 前記第１増幅器はキャリア増幅器を含み、前記第２増幅器はピーク増幅器を含み、並列に連結した前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器はドハティ動作が起こるようにし、
   前記ピーク増幅器と前記第２クォータウェーブトランスフォーマとの間に連結されたオフセットラインを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の広帯域電力増幅装置。
3. それぞれの前記第１クォータウェーブトランスフォーマ及び前記第２クォータウェーブトランスフォーマは、マイクロストリップライン又はインダクタ-キャパシタ回路を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の広帯域電力増幅装置。
4. 前記インダクタ-キャパシタ回路は、π-ネットワーク又はＴ-ネットワークを含むことを特徴とする請求項３に記載の広帯域電力増幅装置。
5. 前記インダクタ-キャパシタ回路の１つ又はそれ以上のインダクタは、マイクロストリップライン又はボンドワイヤインダクタを含むことを特徴とする請求項３に記載の広帯域電力増幅装置。
6. 広帯域電力増幅装置であって、
   並列連結した第１増幅器及び第２増幅器と、
   前記第１増幅器の入力端に直列連結された第１インピーダンス調節ラインと、
   前記第２増幅器の入力端に直列連結された第２インピーダンス調節ラインと、
   前記第１インピーダンス調節ラインと前記第２インピーダンス調節ラインの入力側を並列連結した入力ラインと、
   前記入力ライン上に位置して入力インピーダンスをＲ_ｉｎ／／Ｒ_ｉｎ'、（ここで、
   

   

   ）に整合する入力整合回路と、ここで、Ｒ_ｉｎ’は前記第２インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスであり、Ｒ_ｉｎは前記第１インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスであり、
   特性インピーダンスＲ _i がＲ_ｉｎ＜Ｒ_ｉ＜Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}又はＲ_ｉｎ＞Ｒ_ｉ＞Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}の条件を満たし、前記第１インピーダンス調節ライン上に位置して前記第１インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスＲ_ｉｎをＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}に整合する第１クォータウェーブトランスフォーマと、
   特性インピーダンスＲ_ｉ'がＲ_ｉｎ'＜Ｒ_ｉ'＜Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'又はＲ_ｉｎ'＞Ｒ_ｉ'＞Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'の条件を満たし、前記第２インピーダンス調節ライン上に位置して前記第２インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスＲ_ｉｎ'をＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'に整合する第２クォータウェーブトランスフォーマを含み、
   ここで、Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}は前記第１増幅器の最適入力インピーダンスであり、ここで、Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}’は前記第２増幅器の最適入力インピーダンスを示す広帯域電力増幅装置。
7. 前記第１増幅器はキャリア増幅器を含み、前記第２増幅器はピーク増幅器を含み、並列に連結した前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅器はドハティ動作が起こるようにし、
   前記第１クォータウェーブトランスフォーマと前記キャリア増幅器との間位置と前記第２クォータウェーブトランスフォーマと前記ピーク増幅器との間位置のうち何れかの間位置又は全ての間位置に連結されて前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅期間の遅延を補償する遅延補償回路を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の広帯域電力増幅装置。
8. それぞれの前記第１及び前記第２クォータウェーブトランスフォーマは、マイクロストリップライン又はインダクタＬ-キャパシタＣ回路を含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の広帯域電力増幅装置。
9. 前記インダクタ-キャパシタ回路は、π-ネットワーク又はＴ-ネットワークを含むことを特徴とする請求項８に記載の広帯域電力増幅装置。
10. 前記インダクタ-キャパシタの１つ又はそれ以上のインダクタはマイクロストリップライン又はボンドワイヤインダクタを含むことを特徴とする請求項８に記載の広帯域電力増幅装置。
11. 前記第１増幅器の入力端に直列連結された第３インピーダンス調節ラインと、
    前記第２増幅器の入力端に直列連結された第４インピーダンス調節ラインと、
    前記第３インピーダンス調節ラインと前記第４インピーダンス調節ラインの入力側を並列連結した入力ラインと、
    前記入力ライン上に位置して入力インピーダンスをＲ_ｉｎ／／Ｒ_ｉｎ'、（ここで、
    

    

    ）に整合する入力整合回路と、ここで、Ｒ_ｉｎ’は前記第４インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスであり、Ｒ_ｉｎは前記第３インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスであり、
    特性インピーダンスＲ_iがＲ_ｉｎ＜Ｒ_ｉ＜Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}又はＲ_ｉｎ＞Ｒ_ｉ＞Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}の条件を満たし、前記第３インピーダンス調節ライン上に位置して前記第３インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスＲ_ｉｎをＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}に整合する第３クォータウェーブトランスフォーマと、
    特性インピーダンスＲ_ｉ'がＲ_ｉｎ'＜Ｒ_ｉ'＜Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'又はＲ_ｉｎ'＞Ｒ_ｉ'＞Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'の条件を満たし、前記第４インピーダンス調節ライン上に位置して前記第４インピーダンス調節ラインの入力インピーダンスＲ_ｉｎ'をＲ_{ｉｎ_ｏｐｔ}'に整合する第４クォータウェーブトランスフォーマを含み、
    ここで、Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}は前記第１増幅器の最適入力インピーダンスであり、ここで、Ｒ_{ｉｎ_ｏｐｔ}’は前記第２増幅器の最適入力インピーダンスを示す請求項１乃至５のいずれかに記載の広帯域電力増幅装置。
12. 前記第３クォータウェーブトランスフォーマと前記キャリア増幅器との間位置と前記第４クォータウェーブトランスフォーマと前記ピーク増幅器との間位置のうち何れかの間位置又は全ての間位置に連結されて前記キャリア増幅器と前記ピーク増幅期間の遅延を補償する遅延補償回路を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の広帯域電力増幅装置。
13. それぞれの前記第３及び前記第４クォータウェーブトランスフォーマは、マイクロストリップライン又はインダクタＬ-キャパシタＣ回路を含むことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の広帯域電力増幅装置。
14. 前記インダクタ-キャパシタ回路は、π-ネットワーク又はＴ-ネットワークを含むことを特徴とする請求項１３に記載の広帯域電力増幅装置。
15. 前記インダクタ-キャパシタの１つ又はそれ以上のインダクタはマイクロストリップライン又はボンドワイヤインダクタを含むことを特徴とする請求項１３に記載の広帯域電力増幅装置。

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