JP5232288B2 - 3-Way Hatty Power Amplifier Using Driving Amplifier - Google Patents
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Description
本発明は、駆動増幅器を利用した3ウェイ(way)ドハティ電力増幅器に関し、さらに詳細には、ドハティ電力増幅器を構成するキャリア増幅器とピーキング増幅器の前端に駆動増幅器をそれぞれ連結して、高い利得と高い効率を得ることができるようにした駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器に関する。 The present invention relates to a three-way Doherty power amplifier using a driving amplifier, and more specifically, a driving amplifier is connected to the front end of a carrier amplifier and a peaking amplifier constituting the Doherty power amplifier, respectively, so that a high gain and a high gain are achieved. The present invention relates to a 3-Way Hatty power amplifier using a drive amplifier capable of obtaining efficiency.
ドハティ電力増幅器は、低い出力電力で高い効率を発生することができる長所で現在まで広く研究されている。しかし、最近通信システムに使用される変調信号は、9dB以上の高いPAPR(peak−to−average power ratio:平均電力に対するピーク電力の比)を有して、一般なドハティ電力増幅器は、6dB BOP(back−off power:バックオフ電力)で高い効率を有する限界があるために、これを補償するためにさらに拡張された概念のドハティ電力増幅器が提案された。さらに多くのBOPで高い効率を有するための方法で、Nウェイ非対称ドハティ電力増幅器が開発されて来たが、これらもBOP区間で高い効率を発生させた後、利得と効率が減少して、最大出力電力を発生させることができない短所がある。 Doherty power amplifiers have been extensively studied to date with the advantage of being able to generate high efficiency with low output power. However, recently, a modulation signal used in a communication system has a high PAPR (peak-to-average power ratio) of 9 dB or more, and a general Doherty power amplifier has a 6 dB BOP ( Due to the limitations of having high efficiency in back-off power, a concept extended Doherty power amplifier has been proposed to compensate for this. In addition, N-way asymmetric Doherty power amplifiers have been developed in a way to have high efficiency in many BOPs, but these also generate high efficiency in the BOP section, and then gain and efficiency decrease, There is a disadvantage that output power cannot be generated.
図1は、従来技術による3ウェイドハティ電力増幅器100を示した回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a conventional 3-Way
図1を参照すると、入力された信号は電力分配器101を通じて同一な大きさを有して、各伝送線路を通じて分けられる。分けられた信号はピーキング増幅器105、106の入力部の前端に挿入されたλ/4伝送線路102によって90度位相差を有したまま、第1のピーキング増幅器105及び第2のピーキング増幅器106にそれぞれ入力される。入力整合回路103は各伝送線路毎に位置する第1の整合回路、第2の整合回路及び第3の整合回路で構成されていて、各増幅器104、105、106の入力インピーダンスを整合する。出力整合回路107は、第4の整合回路、第5の整合回路及び第6の整合回路で構成されて、各増幅器104、105、106の利得と効率を最適化させる。
Referring to FIG. 1, the input signals have the same size through the
入力電力があらかじめ設定されたものより低い入力範囲では第1のピーキング増幅器105及び第2のピーキング増幅器106は動作しないで、キャリア増幅器104だけ動作する。この設定値は、回路の設計者らによってあらかじめ決定される。
In the input range where the input power is lower than a preset value, the
キャリア増幅器104だけ動作する低い入力範囲では、λ/4伝送線路111によってキャリア増幅器104の出力部に負荷インピーダンスが増加する。
In a low input range where only the
このとき、第1のピーキング増幅器105及び第2のピーキング増幅器106にキャリア増幅器104の出力が漏洩することを阻むために、第1のピーキング増幅器105及び第2のピーキング増幅器106の出力部に50Ω伝送線路109、110が挿入された。これはキャリア増幅器104の出力で第1のピーキング増幅器105及び第2のピーキング増幅器106で眺めるインピーダンスが大きい値を有するようにしてくれる。
At this time, in order to prevent the output of the
各ピーキング増幅器に挿入された50Ω伝送線路109、110程度の信号遅延を補償するために、キャリア増幅器104の出力部にも50Ω伝送線路108をさらに連結する。
In order to compensate for the signal delay of about
また、キャリア増幅器104、第1のピーキング増幅器105及び第2のピーキング増幅器106の出力インピーダンスと3ウェイドハティ増幅器の特性インピーダンスとの間のインピーダンスをマッチングするために出力インピーダンス変換伝送線路112を出力に連結する。
In addition, an output impedance
3ウェイドハティ電力増幅器100に入力される電力があらかじめ設定された値より高くなれば、キャリア増幅器104と第1のピーキング増幅器105及び第2のピーキング増幅器106が同時に動作するようになる。一般にNウェイドハティ電力増幅器は、入力にNウェイ電力分配器を利用するために、キャリア増幅器の利得が低くなって、BOPで高い効率を見せた後飽和出力電力に至るまで利得と効率が減少する特性を見せる。
When the power input to the 3-way Hatty
図2は、従来技術による逆E級電力増幅器200を示した回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an inverse class
図2を参照すると、入力整合回路201によって電力増幅器203の入力インピーダンスが整合される。出力整合回路207によって電力増幅器203の出力インピーダンスが整合される。2次高調波調節線路202によって電力増幅器203に入力された信号の2次高調波成分が最小化されて、出力高調波調節線路206によってはすべての高調波インピーダンスが入力インピーダンスより相対的に小さくなるために、高い効率を得る長所がある。
Referring to FIG. 2, the input impedance of the
しかし、前述した既存の3ウェイドハティ電力増幅器203は、大きいBOPで高い効率の特性を有するが、低い出力範囲で高い効率を有した後、再び最大出力範囲で高い効率を有する前までは効率と利得が減少する短所がある。また、素子の非線形特性であるソフト・ターンオン(soft turn−on)現象によって、ピーキング増幅器が最大出力電力を発生させることができないことで効率の減少する短所がある。
However, the above-described existing three-
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、広い出力範囲でも一定に高い効率と利得を発生することができる駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器を提供することにある。 Therefore, a technical problem to be solved by the present invention is to provide a 3-way Hatty power amplifier using a driving amplifier that can generate a constant high efficiency and gain even in a wide output range.
本発明が解決しようとする他の課題は、キャリア電力増幅器の前端にはAB級バイアスの駆動増幅器を、ピーキング電力増幅器の前段には、ディープC級(深いC級)バイアスの駆動増幅器をそれぞれ連結することで、広い出力範囲で高い効率と利得を得ることができるようにした駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器を提供することにある。 Another problem to be solved by the present invention is that a class AB bias driving amplifier is connected to the front end of the carrier power amplifier, and a deep class C (deep C) bias driving amplifier is connected to the front stage of the peaking power amplifier. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a 3-way Hatty power amplifier using a drive amplifier that can obtain high efficiency and gain in a wide output range.
前記技術的課題を解決するために、本発明の駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器は、入力端子で分けられる第1の経路部と第2の経路部、第1の経路部に連結された駆動キャリア増幅器、駆動キャリア増幅器に連結されたキャリア増幅器、第2の経路部に連結された駆動ピーキング増幅器、駆動ピーキング増幅器の出力端子に共通的に連結された第1のピーキング増幅器及び第2のピーキング増幅器、キャリア増幅器と連結された第1のλ/4伝送線路、第1のλ/4伝送線路と前記第1のピーキング増幅器及び第2のピーキング増幅器が共通的に連結された出力端子を含むが、第1の動作領域では前記駆動キャリア増幅器及び前記キャリア増幅器だけ動作するように設定されて、第2の動作領域では前記駆動ピーキング増幅器及び前記第1のピーキング増幅器が追加でさらに動作するように設定されて、第3の動作領域では前記第2のピーキング増幅器が再び追加でさらに動作するように設定されたことを特徴とする。 In order to solve the above technical problem, a 3-way Hatty power amplifier using a driving amplifier according to the present invention is connected to a first path section, a second path section, and a first path section that are separated by input terminals. Drive carrier amplifier, carrier amplifier coupled to the drive carrier amplifier, drive peaking amplifier coupled to the second path, a first peaking amplifier commonly coupled to an output terminal of the drive peaking amplifier, and a second A peaking amplifier; a first λ / 4 transmission line connected to a carrier amplifier; an output terminal commonly connected to the first λ / 4 transmission line and the first peaking amplifier and the second peaking amplifier; Is set so that only the driving carrier amplifier and the carrier amplifier operate in the first operating region, and the driving peaking amplifier in the second operating region. And the first peaking amplifier is set to be further operated, and the second peaking amplifier is set to be additionally operated again in the third operation region.
本発明による駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器は、大きいBOPで高い効率を有した後効率と利得が減少する限界を乗り越えて広い出力範囲でも高い効率と利得を得ることができるし、また、駆動増幅器によってソフト・ターンオン現象を乗り越えることによってピーキング増幅器を最大出力電力まで発生させて、高い効率を維持することができる長所がある。
本発明に係る
The 3-Way Hatty power amplifier using the driving amplifier according to the present invention can obtain high efficiency and gain even in a wide output range by overcoming the limit of decreasing efficiency and gain after having high efficiency with a large BOP. There is an advantage that high efficiency can be maintained by generating a peaking amplifier up to the maximum output power by overcoming the soft turn-on phenomenon by the driving amplifier.
According to the present invention
以下、添付された図面を参照しながら、本発明による駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器の望ましい実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a three-way Hatty power amplifier using a driving amplifier according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図3は、本発明による駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器300の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a three-way Hatty
図3を参照すると、本発明による駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ増幅器300は、駆動増幅器301、キャリア増幅器302、ピーキング増幅器303、第1のλ/4伝送線路304、第2のλ/4伝送線路305を含んで構成される。駆動増幅器301は、駆動キャリア増幅器301(a)と駆動ピーキング増幅器301(b)を含んで構成される。ピーキング増幅器303は第1のピーキング増幅器303(a)と第2のピーキング増幅器303(b)を含んで構成される。
Referring to FIG. 3, a three-way Hatty
本発明による駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ増幅器300は、2個の経路部を有する。第1の経路部は駆動キャリア増幅器301(a)、キャリア増幅器302を経由する。第2の経路部は駆動ピーキング増幅器301(b)を経由するが、並列で連結された第1のピーキング増幅器303(a)と第2のピーキング増幅器303(b)を経る経路をすべて含む。
The 3-way Hatty
また、本発明による駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ増幅器300は、3個の動作領域を有する。第1の動作領域では、駆動キャリア増幅器301(a)及びキャリア増幅器302だけ動作するように設定されて、第2の動作領域では駆動ピーキング増幅器301(b)及び第1のピーキング増幅器303(a)が追加でさらに動作するように設定されて、第3の動作領域では第2のピーキング増幅器303(b)が再び追加でさらに動作するように設定される。
In addition, the 3-way Hatty
低い入力範囲では第1の動作領域である駆動キャリア増幅器301(a)とキャリア増幅器302だけ動作するように設定されている。この時、第1のλ/4伝送線路304によってキャリア増幅器302の出力インピーダンスは増加して、比較的低い出力電力範囲でも高い効率を出すことができる。
In the low input range, only the driving carrier amplifier 301 (a) and the
駆動キャリア増幅器301(a)とキャリア増幅器302は、AB級バイアスを使用する。
The driving carrier amplifier 301 (a) and the
駆動ピーキング増幅器301(b)は、駆動キャリア増幅器301(a)より高い入力範囲で動作するようにディープC級(深いC級)バイアスになっている。併せて、駆動ピーキング増幅器301(b)の出力の入力を受ける第1のピーキング増幅器303(a)と第2のピーキング増幅器303(b)また駆動キャリア増幅器301(a)より高い入力で動作する。入力大きさが増加することによって、第2の動作領域である駆動ピーキング増幅器301(b)が動作を始めるようになって、第1のピーキング増幅器303(a)も動作する。第1のピーキング増幅器303(a)の動作時点は、第1のピーキング増幅器303(a)がウィークC級(弱いC級)バイアスを有するように設定されたために、ディープC級バイアスを有する第2のピーキング増幅器303(b)より速い。 The driving peaking amplifier 301 (b) has a deep class C (deep class C) bias so as to operate in a higher input range than the driving carrier amplifier 301 (a). In addition, the first peaking amplifier 303 (a) and the second peaking amplifier 303 (b) that receive the input of the output of the driving peaking amplifier 301 (b) operate at higher inputs than the driving carrier amplifier 301 (a). As the input size increases, the driving peaking amplifier 301 (b), which is the second operation region, starts to operate, and the first peaking amplifier 303 (a) also operates. The operating point of the first peaking amplifier 303 (a) is the second peak having a deep class C bias because the first peaking amplifier 303 (a) is set to have a weak class C (weak class C) bias. Faster than the peaking amplifier 303 (b).
入力の大きさがさらに増加すると、第3の動作領域である第2のピーキング増幅器303(b)も動作するようになる。入力が最大になれば駆動増幅器301、キャリア増幅器302及びピーキング増幅器303がすべて動作するようになって、図3の第1の経路部または第1の動作領域だけ動作する時より高い効率を発生する。
When the magnitude of the input further increases, the second peaking amplifier 303 (b) that is the third operation region also operates. When the input is maximized, the driving
第1のλ/4伝送線路304によってキャリア増幅器302とピーキング増幅器303との間に現われる位相遅延を補償するために第2のλ/4伝送線路305を駆動ピーキング増幅器301(b)の入力に連結する。
A second λ / 4
図4の上の図は、本発明の選択図である図3の回路を手短に2段で表示した回路図である。図3の駆動増幅器301は、図4の駆動電力増幅器401に手短に表示されて、図3のキャリア増幅器302、第1のピーキング増幅器303a、第2のピーキング増幅器303bは、図4の主電力増幅器402に表示された。
The upper diagram of FIG. 4 is a circuit diagram in which the circuit of FIG. 3, which is a selection diagram of the present invention, is briefly displayed in two stages. The driving
図4の下の図は、駆動電力増幅器401と主電力増幅器402が直列で連結された2段電力増幅器で各増幅器のバイアスによる出力電力特性を示している。
The lower diagram of FIG. 4 shows the output power characteristics due to the bias of each amplifier in a two-stage power amplifier in which the
図4のグラフを数式で表現すると、図4の数式で示すことができるし、これは出力電力の変化と入力電力の変化に対するゲートバイアスの変化を示したものである。 When the graph of FIG. 4 is expressed by a mathematical expression, it can be represented by the mathematical expression of FIG. 4, which shows a change in output power and a change in gate bias with respect to a change in input power.
駆動電力増幅器401をAB級バイアスに固定させて、主電力増幅器402をAB級、ウィークC級、ディープC級バイアスに徐々に変えて、2段電力増幅器400の出力を比べて見た結果、ゲートバイアスがますます低くなることによってさらに険しい傾きを得ることを確認することができる。
The driving
同じく、駆動電力増幅器401をディープC級バイアスに固定させて、主電力増幅器402をウィークC級、ディープC級バイアスに変えて出力を比べて見た結果、さらに険しい傾きを有する出力を得ることを確認することができる。
Similarly, the driving
出力の傾きを調節することができる特性を利用して、素子の非線形特性であるソフト・ターンオン現象を補償することで高い効率を維持することができる。 High efficiency can be maintained by compensating for the soft turn-on phenomenon, which is a nonlinear characteristic of the element, by utilizing the characteristic capable of adjusting the slope of the output.
また、図4のグラフを見れば、AB級バイアスの駆動増幅器よりウィークC級バイアスの駆動増幅器がさらに高い入力電力で動作して、ウィークC級バイアスの駆動増幅器よりディープC級バイアスの駆動増幅器がさらに高い入力電力に動作することを確認することができる。 Also, in the graph of FIG. 4, the weak class C bias drive amplifier operates at a higher input power than the class AB bias drive amplifier, and the deep class C bias drive amplifier operates more than the weak class C bias drive amplifier. It can be confirmed that the device operates at a higher input power.
図5は、本発明による駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器500をよりさらに詳細に説明するための回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram for explaining in more detail the 3-Way
図5は、ハイブリッド電力分配器501、駆動増幅器502、第1の電力分配器503、キャリア増幅器504、第1の伝送線路505、第2の電力分配器506、第1のピーキング増幅器507、第2の伝送線路508、第2のピーキング増幅器509、第3の伝送線路510、第1のλ/4伝送線路511、出力インピーダンス変換伝送線路512を含んで構成される。駆動増幅器502は駆動キャリア増幅器502(a)と駆動ピーキング増幅器502(b)を含んで構成される。
FIG. 5 shows a
本発明による駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ増幅器500は、2個の経路部を有する。第1の経路部はハイブリッド電力分配器501から出発して駆動キャリア増幅器502(a)、第1の電力分配器503、キャリア増幅器504、第1の伝送線路505及び第1のλ/4伝送線路511を経由する。第2の経路部はハイブリッド電力分配器501から出発して駆動ピーキング増幅器502(b)と第2の電力分配器506を経由するが、並列で連結された第1のピーキング増幅器507と第2のピーキング増幅器509を経る経路をすべて含む。
The 3-
ハイブリッド電力分配器501には図3で示されたもののような第2のλ/4伝送線路305が含まれている。
The
本発明による駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ増幅器500は、3個の動作領域を有する。第1の動作領域では駆動キャリア増幅器502(a)、第1の電力分配器503、キャリア増幅器504及び第1のλ/4伝送線路511だけ動作するように設定されて、第2の動作領域では駆動ピーキング増幅器502(b)と第2の電力分配器506及び第1のピーキング増幅器507が追加でさらに動作するように設定されて、第3の動作領域では第2のピーキング増幅器509が再び追加でさらに動作するように設定された。
The 3-
このような図面を通じて本発明による駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器に対して具体的に説明する。 A 3-Way Hatty power amplifier using the driving amplifier according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
入力された信号は、ハイブリッド電力分配器501を通じて同一な大きさの信号が90度の位相差を有して各伝送線路で分けられる。入力信号大きさが低い第1の動作領域では駆動キャリア増幅器502(a)だけ動作して、駆動ピーキング増幅器502(b)は動作しないように設定されている。
The input signal is divided by each transmission line through the
第1の動作領域では駆動キャリア増幅器502(a)とキャリア増幅器504は、二つの増幅器すべてAB級バイアスを有するように設定されているために、駆動キャリア増幅器502(a)が動作されれば、キャリア増幅器504も同時に動作する。
In the first operation region, since the drive carrier amplifier 502 (a) and the
駆動キャリア増幅器502(a)と異なり駆動ピーキング増幅器502(b)は、ディープC級バイアスを有するように設定されている。AB級バイアスを使用する増幅器の場合ディープC級バイアスを使用する増幅器より低い入力電力で動作する。したがって、AB級バイアスを使用する増幅器が、出力電力が発生する区間でもディープC級バイアスを使用する増幅器は、出力電力が発生しない区間が生ずる。例えば、図4ではVGSd=ディープC級であり、VGSm=ウィークC級の出力電力が発生する以前区間でVGSd=AB級を使用するすべての増幅器の出力電力が発生していることが分かる。すなわち、VGSd=ディープC級を使用する増幅器は、出力電力が発生しない区間が生ずる。 Unlike the drive carrier amplifier 502 (a), the drive peaking amplifier 502 (b) is set to have a deep class C bias. Amplifiers that use class AB bias operate at lower input power than amplifiers that use deep class C bias. Therefore, even if the amplifier using the class AB bias has a section where the output power is generated, the amplifier using the deep class C bias has a section where the output power is not generated. For example, in FIG. 4, it can be seen that VGSd = deep class C, and that output power of all amplifiers using VGSd = AB is generated in a section before VGSm = week class C output power is generated. That is, in the amplifier using VGSd = Deep Class C, a section where no output power is generated occurs.
図4のグラフを参照すると、AB級バイアスを使用する増幅器とディープC級バイアスを使用する増幅器の入力電力による出力電力が発生する領域が異なるように動作することを確認することができる。 Referring to the graph of FIG. 4, it can be confirmed that the amplifiers using the class AB bias and the amplifiers using the deep class C bias operate in different regions in which output power is generated due to input power.
駆動キャリア増幅器502(a)を通過した入力信号は、第1の電力分配器503によって同じ大きさと位相を有する二つの信号に分離して、一つはキャリア増幅器504の入力で、他の一つは終端(terminated)される。終端動作を示すために第1の電力分配器503の分離した二つの信号のうちで一つを便宜上矢印で示した。
The input signal that has passed through the driving carrier amplifier 502 (a) is separated into two signals having the same magnitude and phase by the
第1の電力分配器503は、キャリア増幅器504と第1のピーキング増幅器507及び第2のピーキング増幅器509に入力される信号が同じ大きさ、同じ位相を有するようにする。キャリア増幅器504によって増幅された信号は、第1のλ/4伝送線路511によって出力インピーダンスが増加したので、キャリア増幅器504によって増幅された信号は、低い出力電力範囲では高い効率を発生することができる。
The
入力信号の大きさがますます増加することによって、駆動ピーキング増幅器502(b)が動作するようになる。駆動ピーキング増幅器502(b)を通過した入力信号は、第2の電力分配器506によって同じ大きさと位相を有する二つの信号で分離して各伝送線路で分けられる。
As the magnitude of the input signal increases, the driving peaking amplifier 502 (b) is activated. The input signal that has passed through the driving peaking amplifier 502 (b) is separated by the
第1のピーキング増幅器507と第2のピーキング増幅器509は、それぞれウィークC級、ディープC級バイアスに設定されたために、第1のピーキング増幅器507が先ず動作して、引き継いで第2のピーキング増幅器509が動作する。
Since the
第1のピーキング増幅器507の動作する区間は、第2の動作領域に該当して、第2のピーキング増幅器509が追加でさらに動作する区間は第3の動作領域に該当する。
The section in which the
このような動作領域は、後述して説明する図6によく示されている。このように二つのピーキング増幅器の動作時点がお互いに異なる差異によって第2の経路部の出力信号は、第1の経路部の出力信号に比べて飽和出力電力に至るまでさらに高い効率を維持することができる。 Such an operation region is well illustrated in FIG. 6 described later. As described above, the output signal of the second path unit maintains a higher efficiency until reaching the saturated output power than the output signal of the first path unit due to the difference between the operation points of the two peaking amplifiers. Can do.
よく知られたところのようにドハティ増幅器では、トランジスターを利用した増幅器を使用して、これはソフト・ターンオン現象を起こしたりする。ソフト・ターンオン現象は、一般な増幅器の非線形的な特性ですべてのトランジスターが有している特性である。これは増幅器がオンになる時に、時間によって線形的に出力が増加しなければならないが、素子内の非線形的な特性のために、始めには遅く増幅していながら、少し時間が経った後線形的に増幅する現象を称える。 As is well known, Doherty amplifiers use transistor-based amplifiers, which can cause a soft turn-on phenomenon. The soft turn-on phenomenon is a non-linear characteristic of a general amplifier and is a characteristic that all transistors have. This is because when the amplifier is turned on, the output must increase linearly with time, but because of the nonlinear characteristics in the device, it is amplifying slowly at first, but after a while, it becomes linear. Praises the phenomenon of amplification.
本願発明でのドハティ増幅器では、キャリア増幅器、ピーキング増幅器など種類に構わなくその詳細回路構造は、図2のような逆E級電力増幅器形態を使用する。これはトランジスターを利用した増幅器であり、信号の高調波成分を制御して、高い効率を有する長所があるが、一方としてはソフト・ターンオン現象を起こしたりする。 In the Doherty amplifier according to the present invention, regardless of the type of carrier amplifier, peaking amplifier, etc., the detailed circuit structure uses an inverse class E power amplifier form as shown in FIG. This is an amplifier using a transistor, and has an advantage of high efficiency by controlling the harmonic component of the signal. On the other hand, it causes a soft turn-on phenomenon.
しかし、図5でのように本願発明でのドハティ増幅器ですべての増幅器の詳細構造を逆E級電力増幅器のような構造を取りながらも、駆動増幅器502をドハティ増幅器の初段に追加するとこのようなソフト・ターンオン現象が補償されることができる。
However, when the
駆動増幅器502とキャリア増幅器504、第1のピーキング増幅器507、及び第2のピーキング増幅器509は直列で構成される。駆動増幅器502を構成している駆動キャリア増幅器502(a)と駆動ピーキング増幅器502(b)は、お互いに異なるようにバイアスが設定されていて入力電力の範囲によって出力電力が発生する時点が異なる。
The
ソフト・ターンオン現象を補償するために、駆動ピーキング増幅器502(b)を第1のピーキング増幅器507と第2のピーキング増幅器509に直列で連結して使用する。第1のピーキング増幅器と第2のピーキング増幅器が駆動ピーキング増幅器502(b)を直列で使ってターンオン(turn on)される時もう少し急激な傾きに増加して、ソフト・ターンオン現象で効率が落ちることを防止するようにする。
In order to compensate for the soft turn-on phenomenon, the driving peaking amplifier 502 (b) is used in series with the
また、第1のピーキング増幅器と第2のピーキング増幅器が同時に動作するようになれば、効率のピーク値を得て再び飽和状態に至る過程で効率が落ちる問題が発生されたりする。このような問題を解決するために、第1のピーキング増幅器が先に動作して第2のピーキング増幅器が順次に動作するように設計することで、効率のピーク値を得てその効率を維持するようにした。 In addition, if the first peaking amplifier and the second peaking amplifier are operated simultaneously, there is a problem that efficiency is lowered in the process of obtaining the peak value of efficiency and reaching the saturation state again. In order to solve such a problem, by designing the first peaking amplifier to operate first and the second peaking amplifier to operate sequentially, a peak value of efficiency is obtained and the efficiency is maintained. I did it.
このように、ソフト・ターンオン現象を補償する駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器は、そうではない場合よりさらに高い効率を得ることができる。 As described above, the 3-way Hatty power amplifier using the drive amplifier that compensates for the soft turn-on phenomenon can obtain higher efficiency than the case where it is not.
駆動キャリア増幅器502(a)とキャリア増幅器504だけ動作する入力信号の大きさは、駆動ピーキング増幅器502(b)が動作を始める入力信号の大きさに比べて小さい。
The magnitude of the input signal that operates only with the driving carrier amplifier 502 (a) and the
キャリア増幅器504の出力電力が第1のピーキング増幅器507と第2のピーキング増幅器509で漏洩する電力を防止するために第2の伝送線路508と第3の伝送線路510をそれぞれの出力部に連結される。
In order to prevent the output power of the
第2の伝送線路508と第3の伝送線路510によって発生した位相差を補償するために、第1の伝送線路505をキャリア増幅器504の出力部に挿入される。
In order to compensate for the phase difference generated by the
キャリア増幅器504、第1のピーキング増幅器507及び第2のピーキング増幅器509の出力インピーダンスと3ウェイドハティ増幅器の特性インピーダンスの間のインピーダンスをマッチングするために出力インピーダンス変換伝送線路512を出力に連結する。
In order to match the impedance between the output impedance of the
図6は、本発明において中心周波数が1GHzである正弦波が入力信号で使用された場合、出力電力による効率及び利得特性を示したものである。大きいBOP区間で高い効率を有した後効率と利得が減少する従来のドハティ増幅器とは異なるように、本発明のドハティ増幅器は従来のドハティ増幅器よりさらに高い効率を有した後にもずっと高い効率を維持して、利得も減少しないで一定に高い値を維持することを確認することができる。 FIG. 6 shows efficiency and gain characteristics depending on output power when a sine wave having a center frequency of 1 GHz is used as an input signal in the present invention. Unlike conventional Doherty amplifiers, where efficiency and gain decrease after having high efficiency in a large BOP interval, the Doherty amplifier of the present invention maintains much higher efficiency after having higher efficiency than conventional Doherty amplifiers Thus, it can be confirmed that a constant high value is maintained without reducing the gain.
図5の回路と図6のグラフを具体的に比べると第1の経路部の駆動キャリア増幅器502(a)、第1の電力分配器503及びキャリア増幅器504が動作する第1の動作領域は、出力電力(全体の平均電力)が35.02dBm以下であり、出力電力(全体の平均電力)が35.02dBmである時の出力電力で39.38%の総効率(全体のドレイン効率)と31.02dBの総利得(全体の利得)を示した。
When the circuit of FIG. 5 and the graph of FIG. 6 are specifically compared, the first operation region in which the drive carrier amplifier 502 (a), the
第1の経路部と併せて第2の経路部の駆動ピーキング増幅器502(b)と第1のピーキング増幅器507が動作する第2の動作領域は、出力電力(全体の平均電力)が35.02dBmから始まる。
The second operating region in which the driving peaking amplifier 502 (b) and the
第2の経路部の第2のピーキング増幅器509まで動作を始める第3の動作領域は出力電力(全体の平均電力)が39.76dBmからであり、この領域ではすべての増幅器が動作する。
The third operation region starting operation up to the
出力電力(全体の平均電力)が39.76dBmである時の出力電力では、47.78%の総効率と32.76dBの総利得を、出力電力(全体の平均電力)が45.68dBmであるときの出力電力では66.82%の総効率と35.18dBの総利得をそれぞれ得た。 In the output power when the output power (overall average power) is 39.76 dBm, the total efficiency of 47.78% and the total gain of 32.76 dB, and the output power (overall average power) is 45.68 dBm. In the output power, the total efficiency of 66.82% and the total gain of 35.18 dB were obtained.
以上では本発明に対する技術思想を添付図面と共に敍述したが、これは本発明の望ましい実施例を例示的に説明したものであって、本発明を限定するものではない。特に、具体的な数値によって本発明の権利範囲が制限されるものではなくて、このような数値は設計環境や工程変数などによっていくらでも変わることができるものである。また、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者なら誰も本発明の技術的思想の範疇を離脱しない範囲内で多様な変形及び模倣が可能であることは明白な事実である。 Although the technical idea for the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, this is merely illustrative of a preferred embodiment of the present invention and is not intended to limit the present invention. In particular, the scope of rights of the present invention is not limited by specific numerical values, and such numerical values can be changed as much as possible depending on the design environment and process variables. In addition, it is obvious that any person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can be variously modified and imitated without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
以上詳述したように、本発明による駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器は、大きいBOPで高い効率を有した後効率と利得が減少する限界を乗り越えて広い出力範囲でも高い効率と利得を得ることができるし、また、駆動増幅器によってソフト・ターンオン現象を乗り越えることによってピーキング増幅器を最大出力電力まで発生させて、高い効率を維持することができる長所がある。 As described in detail above, the 3-Way Hatty power amplifier using the drive amplifier according to the present invention has high efficiency and gain even in a wide output range overcoming the limit of decreasing efficiency and gain after having high efficiency with a large BOP. In addition, the peaking amplifier can be generated up to the maximum output power by overcoming the soft turn-on phenomenon by the driving amplifier, and the high efficiency can be maintained.
301…駆動増幅器、
301(a)…駆動キャリア増幅器、
301(b)…駆動ピーキング増幅器、
302…キャリア増幅器、
303…ピーキング増幅器、
303(a)…第1のピーキング増幅器、
303(b)…第2のピーキング増幅器、
304…第1のλ/4伝送線路、
305…第2のλ/4伝送線路、
501…ハイブリッド電力分配器、
502…駆動増幅器、
502(a)…駆動キャリア増幅器、
502(b)…駆動ピーキング増幅器、
503…第1の電力分配器、
504…キャリア増幅器、
505…第1の伝送線路、
506…第2の電力分配器、
507…第1のピーキング増幅器、
508…第2の伝送線路、
509…第2のピーキング増幅器、
510…第3の伝送線路、
511…第1のλ/4伝送線路、
512…出力インピーダンス変換伝送線路。
301 ... Drive amplifier,
301 (a) drive carrier amplifier,
301 (b): Driving peaking amplifier,
302 ... Carrier amplifier,
303 ... Peaking amplifier,
303 (a) ... first peaking amplifier,
303 (b) ... second peaking amplifier,
304: First λ / 4 transmission line,
305 ... Second λ / 4 transmission line,
501 ... Hybrid power distributor,
502 ... Drive amplifier,
502 (a) drive carrier amplifier,
502 (b) ... Drive peaking amplifier,
503 ... First power distributor,
504 ... Carrier amplifier,
505 ... first transmission line,
506 ... second power divider,
507 ... first peaking amplifier,
508 ... second transmission line,
509 ... second peaking amplifier,
510 ... Third transmission line,
511 ... First λ / 4 transmission line,
512: Output impedance conversion transmission line.
Claims (15)
前記第1の経路部に連結された駆動キャリア増幅器と、
前記駆動キャリア増幅器に連結されたキャリア増幅器と、
前記第2の経路部に連結された第2のλ/4伝送線路と、
前記第2のλ/4伝送線路に連結された駆動ピーキング増幅器と、
前記駆動ピーキング増幅器の出力端子に共通的に連結された第1のピーキング増幅器及び第2のピーキング増幅器と、
前記キャリア増幅器に連結された第1のλ/4伝送線路と、
前記第1のλ/4伝送線路と前記第1のピーキング増幅器及び前記第2のピーキング増幅器が共通的に連結された出力端子と、を含むが、
第1の動作領域では前記駆動キャリア増幅器及び前記キャリア増幅器だけ動作するように設定されて、第2の動作領域では前記駆動ピーキング増幅器及び前記第1のピーキング増幅器が追加でさらに動作するように設定されて、第3の動作領域では前記第2のピーキング増幅器が再び追加でさらに動作するように設定され、
前記駆動ピーキング増幅器は、ディープC級領域に動作するようにバイアスされていることを特徴とする3ウェイドハティ電力増幅器。 A first path section and a second path section which are separated by input terminals;
A drive carrier amplifier coupled to the first path portion;
A carrier amplifier coupled to the drive carrier amplifier;
A second λ / 4 transmission line coupled to the second path portion;
A driving peaking amplifier coupled to the second λ / 4 transmission line;
A first peaking amplifier and a second peaking amplifier commonly connected to an output terminal of the driving peaking amplifier;
A first λ / 4 transmission line coupled to the carrier amplifier;
The first λ / 4 transmission line and an output terminal to which the first peaking amplifier and the second peaking amplifier are commonly connected,
In the first operating region, only the driving carrier amplifier and the carrier amplifier are set to operate, and in the second operating region, the driving peaking amplifier and the first peaking amplifier are set to additionally operate. In the third operating region, the second peaking amplifier is again set to operate further ,
The three-way haty power amplifier , wherein the driving peaking amplifier is biased to operate in a deep class C region .
逆E級電力増幅器で構成されたことを特徴とする請求項9に記載の駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器。 The carrier amplifier is
The 3-way Hatty power amplifier using the drive amplifier according to claim 9 , wherein the 3-way power amplifier is configured by an inverse class E power amplifier.
逆E級電力増幅器で構成されたことを特徴とする請求項9に記載の駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器。 The first peaking amplifier is:
The 3-way Hatty power amplifier using the drive amplifier according to claim 9 , wherein the 3-way power amplifier is configured by an inverse class E power amplifier.
前記第1のピーキング増幅器が動作しない時、キャリア増幅器の出力電力が前記第1のピーキング増幅器方向に漏洩することを阻むための伝送線路を含むことを特徴とする請求項9に記載の駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器。 The first peaking amplifier is:
The driving amplifier according to claim 9 , further comprising a transmission line for preventing output power of a carrier amplifier from leaking toward the first peaking amplifier when the first peaking amplifier is not operated. Three-way hatty power amplifier used.
逆E級電力増幅器で構成されたことを特徴とする請求項9に記載の駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器。 The second peaking amplifier is
The 3-way Hatty power amplifier using the drive amplifier according to claim 9 , wherein the 3-way power amplifier is configured by an inverse class E power amplifier.
前記第2のピーキング増幅器が動作しない時前記キャリア増幅器の出力電力が前記第2のピーキング増幅器方向に漏洩することを阻むための伝送線路を含むことを特徴とする請求項9に記載の駆動増幅器を利用した3ウェイドハティ電力増幅器。 The second peaking amplifier is
10. The driving amplifier according to claim 9 , further comprising a transmission line for preventing output power of the carrier amplifier from leaking toward the second peaking amplifier when the second peaking amplifier is not operated. Three-way hatty power amplifier used.
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