JP5440818B2 - 電力増幅器およびその動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力増幅器に関し、特に、携帯電話基地局等に用いられる電力増幅器およびその動作方法に関する。

携帯電話基地局用等の電力増幅器に対して、消費電力低減（高効率化）の要求が非常に厳しくなってきている。その理由は、消費電力低減により、当然のことながら電気代節約、省エネルギー化による環境負荷の低減効果があるためである。また、それだけでなく、電力増幅器の発熱量が低減されるため、放熱のために必要な放熱板の表面積を削減でき、電力増幅器の体積を小さくすることができるためである。

電力増幅器の高効率化のため、ドハティ増幅器が一般的に使用されている（例えば、特開２００６−１６６１４１号公報（特許文献１）参照）。ドハティ増幅器は、常に信号の増幅動作を行うキャリア増幅器と、高電力出力時のみに動作するピーク増幅器とを有する。ドハティ増幅器は、入力信号をキャリア増幅器側とピーク増幅器側とに分配し、キャリア増幅器の出力とピーク増幅器の出力とを合成する構成から成る（例えば、特表２００８−５３５３２１号公報（特許文献２）参照）。

図１は一般的なドハティ増幅器の構成を表すブロック図である。ドハティ増幅器は、キャリア増幅器１と、ピーク増幅器２と、入力電力分配回路３と、出力電力合成回路４とから構成される。キャリア増幅器１およびピーク増幅器２には、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等が使用される。

図２は、ＦＥＴを使用した場合の、キャリア増幅器１およびピーク増幅器２の構成の一例を示すブロック図である。キャリア増幅器１（ピーク増幅器２）は、ＦＥＴ５、ＤＣデカップリングコンデンサ６、入力整合回路７、出力整合回路８、ＲＦチョークコイル９、バイパスコンデンサ１０、直流電源１１等からなる。

通常、キャリア増幅器１はＡＢ級やＢ級にバイアスされ、ピーク増幅器２はＣ級にバイアスされる。飽和出力電力近傍で飽和を維持しながら動作するキャリア増幅器１を有することにより、飽和出力電力からバックオフをとった出力時においても、通常のＡ級、ＡＢ級増幅器よりも高い効率を実現することができる。

図３は、図１に示すドハティ増幅器構成を使用した電力増幅器の出力電力に対する効率特性を示したものである。図３において、横軸は出力信号電力を表し、縦軸は効率を表す。ここで、効率は下記の式で表される。
効率 ＝ （出力信号電力／印加直流電力）×１００ ［％］

キャリア増幅器１、ピーク増幅器２の飽和出力レベルが同じであるとする。この場合、電力増幅器は、キャリア増幅器１とピーク増幅器２の合成飽和出力に対して、キャリア増幅器１が飽和を迎える６ｄＢバックオフ点（図３の左側（小出力電力側）のピーク点）、及びピーク増幅器２も飽和を迎える０ｄＢバックオフ点（図３の右側（大出力電力側）のピーク点）で効率ピークをもつ。

キャリア増幅器１およびピーク増幅器２として同じ飽和出力レベルのデバイスを使用し、飽和電力から０ｄＢバックオフ点（図３の右側（小出力電力側）のピーク点）と６ｄＢバックオフ点（図３の左側（大出力電力側）のピーク点）で効率ピークをもつようなドハティ増幅器を、本明細書中では「対称型ドハティ増幅器」と呼ぶことにする。

ここで、キャリア増幅器１の飽和出力レベルをＸ［Ｗ］とし、ピーク増幅器２の飽和出力レベルをＹ［Ｗ］としたとき、（Ｘ／Ｙ）は電力比と呼ばれる。したがって、「対称型ドハティ増幅器」の電力比（Ｘ／Ｙ）は、常に１に等しい。但し、実際の回路において、正確に１に等しいことは通常あり得ないので、「対称型ドハティ増幅器」の電力比（Ｘ／Ｙ）は実質的に１に等しいといえる。

また、キャリア増幅器１およびピーク増幅器２として異なる飽和出力レベルのデバイスを使用することで、ドハティ増幅器の効率ピーク点を変化させ、任意の動作点で高効率動作を可能とした技術も一般的に知られている（「RF POWER AMPLIFIERS FOR WIRELESS COMMUNICATIONS」, Steve C. Cripps, ARTECH HOUSE MICROWAVE LIBRARY, 1999年4月（非特許文献１）参照）。このようなドハティ増幅器を、本明細書中では「非対称型ドハティ増幅器」と呼ぶことにする。

「非対称型ドハティ増幅器」の電力比（Ｘ／Ｙ）は、１と異なる。

図４は、対称型ドハティ増幅器と非対称型ドハティ増幅器の出力電力に対する効率特性を比較したものである。図４では、非対称型ドハティ増幅器として、［ピーク増幅器２の飽和出力レベルＹ］＞［ キャリア増幅器１の飽和出力レベルＸ］とし、６ｄＢよりも大きなバックオフ点（図４の点線の左側（小出力電力側）のピーク点）で効率ピークをもつものを例として示している。例えば、ピーク増幅器２として９０Ｗの飽和出力レベルＹのデバイス、キャリア増幅器１として３０Ｗの飽和出力レベルＸのデバイスを使用し、電力比（Ｘ／Ｙ）を（１／３）とした場合、１２ｄＢバックオフ点で効率ピークをもつことになる。

尚、特開２００７−０８１８００号公報（特許文献３）は、キャリア増幅器およびピーク増幅器に同じ、もしくは異なる飽和出力レベルを有する半導体デバイスを使用し、それぞれに異なる電源電圧を供給してキャリア増幅器およびピーク増幅器の飽和出力レベルを変えて非対称型ドハティ増幅器を構成した例を開示している。

電力増幅器は、利得要求を満足させるため、増幅器を縦続に所望の段数接続する構成をとることが一般的である。

図５はその電力増幅器２０’の一例を示すブロック図である。図示の電力増幅器２０’は、前述したドハティ増幅器構成をとる最終段増幅器１４に、ドライバ段増幅器１３’が縦続接続された構成を有する。ドライバ段用増幅器１３’は、最終段増幅器１４と比較して出力電力レベルが小さいため、消費電力が小さい。従って、ドライバ段用増幅器１３’は、回路構成が簡素であるＡ級、もしくはＡＢ級増幅器１２で構成されることが一般的である。

図６はドライバ段増幅器１３’、最終段増幅器１４、電力増幅器２０’での出力電力に対する効率特性をプロットしたグラフである。ドライバ段増幅器部１３’にはドハティ増幅器構成を使用していないため、グラフ中の二点鎖線に示すように、直線の出力信号電力対効率特性となる。これに最終段増幅器部１４によるドハティ増幅器の出力信号電力対効率特性（グラフ中の点線特性）が足し合わされ、電力増幅器２０’として実線で示す出力信号電力対効率特性を示すことになる。

一方、移動体通信システムは、通信トラフィック量が時間、場所により大小するシステムである。そのような移動体通信システムとして、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）変調波システムがある。

Ｗ−ＣＤＭＡ変調波システムでは、通信トラフィック量が大きく、図７Ａに示すように４キャリアで運用している状態もあれば、特に夜間など通信トラフィック量が小さい場合は図７Ｂに示すように1キャリアで運用している状態もある。

また、Ｗ−ＣＤＭＡ変調波システムでは、各キャリアの信号電力レベルも時々刻々と変動している。例えば、１キャリアあたりの電力レベルが一定のシステムの場合、４キャリア時と１キャリア時の信号電力レベル差は６ｄＢと大きく、ドハティ増幅器の回路構成を使用して４キャリア時に効率が最大となるように設計したとする。この場合においても、１キャリア時、すなわち４キャリア時よりも６ｄＢ信号電力レベルが小さい動作状態では、電力増幅器を高効率で動作させることができない。

従って、通信トラフィック量の大小に依存して送信電力が変動するシステムに使用される電力増幅器において、送信電力レベルが大きい領域でも送信電力レベルがさらに小さい領域でも、従来よりも高効率で動作可能となる電力増幅器の技術開発が望まれている。

前述したように、電力増幅器の高効率化のため、ドハティ増幅器の回路構成が採用されている。一般的なドハティ増幅器の構成では、飽和出力電力レベルから０ｄＢと、６ｄＢのバックオフ点で効率が最大ピークを迎える。また、キャリア増幅器、ピーク増幅器として異なる飽和出力レベルのデバイスを使用することによりドハティ増幅器の効率ピーク点を６ｄＢから変化させ、所望の動作点で効率最大として動作することを可能とした技術も確立している。Ｗ−ＣＤＭＡ変調波、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）変調波等、７ｄＢ〜１１ｄＢといった大きなピークファクタを持つ変調信号を増幅する電力増幅器の場合、本技術を適用し、動作点である７ｄＢ〜１１ｄＢバックオフ点にて効率最大となるように設計することが高効率動作に有効となる。

一方、携帯電話基地局用等の電力増幅器に関して、通信トラフィックの大小等により送信信号電力レベルは時々刻々と変動する。一般的に、電力増幅器は最大送信電力時に効率が最大となるよう設計されるが、その場合、送信信号電力レベルが小さい状態での送信電力増幅器の効率は低下してしまう。

このように、消費電力低減の要求が非常に厳しくなってきている中、通信トラフィックの大小等による送信信号電力レベルの大小に依存することなく、送信信号電力レベルが大きい領域でも小さい領域でも、従来よりも高効率、低消費電力で動作可能な電力増幅器の実現が望まれている。

また、本発明に関連する先行技術文献も知られている。例えば、特表２００１−５１８７３１号公報（特許文献４）は、第１ドハティ増幅器と、この第１ドハティ増幅器に縦続接続された第２ドハティ増幅器とを含む増幅器回路を開示している。

特開２００６−１６６１４１号公報 特表２００８−５３５３２１号公報 特開２００７−０８１８００号公報 特表２００１−５１８７３１号公報

「RF POWER AMPLIFIERS FOR WIRELESS COMMUNICATIONS」, Steve C. Cripps, ARTECH HOUSE MICROWAVE LIBRARY, 1999年4月

以上のように、通信トラフィックの大小等による送信信号電力レベルの大小に依存することなく、送信信号電力レベルが大きい領域でも小さい領域でも、高効率、低消費電力で動作可能な電力増幅器の実現が望まれている。

そこで、より広いダイナミックレンジで効率良く動作させるために、上記特許文献４には、２つのドハティ増幅器を縦続接続する例が示されている。しかしながら、各ドハティ増幅器から得られる増幅特性を考慮しなければ、効率良く動作する送信信号電力の範囲を拡大することにはならない。このように、従来の電力増幅器には、広い送信信号電力範囲において増幅効率を向上させることは困難であるという課題がある。

本発明の目的は、従来よりも広い送信信号電力範囲で、効率の良い増幅動作が可能な電力増幅器およびその動作方法を提供することにある。

本発明の電力増幅器は、入力された信号を増幅して出力する電力増幅器であって、この電力増幅器は、縦続接続された第１乃至第Ｎの増幅器（Ｎは２以上の整数）も含み、第１乃至第Ｎの増幅器の各々の回路構成にドハティ増幅器を使用し、第１乃至第（Ｎ−１）の増幅器の少なくとも１つの電力比と第Ｎの増幅器の電力比とが、異なることを特徴とする。

本発明に係る電力増幅器は、従来よりも広い送信信号電力範囲で、効率の良い増幅動作が可能である。

一般的なドハティ増幅器の構成を示すブロック図である。 図１に示したドハティ増幅器に使用されるキャリア増幅器およびピーク増幅器としてＦＥＴを使用した場合の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示したドハティ増幅器構成を使用した電力増幅器の出力電力に対する効率特性を示す図である。 対称型ドハティ増幅器と非対称型ドハティ増幅器の出力電力に対する効率特性を比較して示す図である。 ドハティ増幅器構成をとる最終段増幅器に、ドライバ段増幅器を縦続接続した、改善前の電力増幅器を示すブロック図である。 図５に示した、ドライバ段増幅器、最終段増幅器、電力増幅器での出力電力に対する効率特性をプロットしたグラフである。 移動体通信のように通信トラフィック量が時間、場所により大小するＷ−ＣＤＭＡ変調波システムにおける、キャリアの運用状態を示す図で、４キャリアで運用している状態を示す図である。 移動体通信のように通信トラフィック量が時間、場所により大小するＷ−ＣＤＭＡ変調波システムにおける、キャリアの運用状態を示す図で、１キャリアで運用している状態を示す図である。 第１の実施形態に係る電力増幅器の構成を示すブロック図である。 改善前（図５）の電力増幅器および第１の実施形態（図８）の電力増幅器の出力電力に対する効率特性をプロットしたグラフである。 改善前（図５）の電力増幅器および第１の実施形態（図８）の電力増幅器の出力電力に対する効率特性をプロットしたグラフである。 ドハティ増幅器を３段、４段と多段に接続した場合の他の実施形態に係る電力増幅器の出力電力に対する効率特性をプロットしたグラフである。 第２の実施形態に係る電力増幅器の構成を示すブロック図である。 ピーク増幅器を２台以上有するＮ−ｗａｙ型の非対称型ドハティ増幅器の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

第１の態様に係る電力増幅器は、入力された信号を増幅して出力する電力増幅器である。この電力増幅器は、縦続接続された第１乃至第Ｎの増幅器（Ｎは２以上の整数）を含む。第１乃至第Ｎの増幅器の各々にドハティ増幅器を使用している。本発明の第１の態様に係る電力増幅器では、第１乃至第（Ｎ−１）の増幅器の少なくとも１つの電力比と第Ｎの増幅器の電力比とが、異なる。

以下に説明する実施の形態では、主にＮが２に等しい場合を例に挙げて説明する。すなわち、電力増幅器は、縦続接続された第１および第２の増幅器から構成される。そのような構成では、第１の増幅器はドライバ段増幅器と呼ばれ、第２の増幅器は最終段増幅器と呼ばれる。

図８は第１の実施形態に係る電力増幅器２０の構成を示すブロック図である。本実施形態における電力増幅器２０は、通信トラフィックの大小に依存して送信電力が変動する電力増幅器であって、ドライバ段増幅器１３と最終段増幅器１４とが縦続接続された構成を有する。前述したように、ドライバ段増幅器（第１の増幅器）１３および最終段増幅器（第２の増幅器）１４の各々の回路構成にドハティ増幅器を使用している。

ドライバ段増幅器（第１の増幅器）１３は、第１のキャリア増幅器１’、第１のピーク増幅器２’、第１の入力電力分配回路３’、および第１の出力電力合成回路４’から構成される。

同様に、最終段増幅器（第２の増幅器）１４は、第２のキャリア増幅器１、第２のピーク増幅器２、第２の入力電力分配回路３、および第２の出力電力合成回路４から構成される。

第１の出力電力合成回路４’の出力端子は、第２の入力電力分配回路３の入力端子に接続されている。

ドライバ段増幅器（第１の増幅器）１３において、第１のキャリア増幅器１’はＸ１［Ｗ］の飽和出力レベルを持ち、第１のピーク増幅器２’はＹ１［Ｗ］の飽和出力レベルを持つ。従って、ドライバ段増幅器（第１の増幅器）１３の電力比は（Ｘ１／Ｙ１）で表される。

一方、最終段増幅器（第２の増幅器）１４において、第２のキャリア増幅器１はＸ２［Ｗ］の飽和出力レベルを持ち、第２のピーク増幅器２はＹ２［Ｗ］の飽和出力レベルを持つ。従って、最終段増幅器（第２の増幅器）１４の電力比は（Ｘ２／Ｙ２）で表される。

ドライバ段増幅器（第１の増幅器）１３の電力比（Ｘ１／Ｙ１）と、最終段増幅器（第２の増幅器）１４の電力比（Ｘ２／Ｙ２）とは、異なる。すなわち、（Ｘ１／Ｙ１）≠（Ｘ２／Ｙ２）である。換言すれば、第１の増幅器１３と第２の増幅器１４を、異なる増幅特性を持った素子で構成している。

また、第１及び第２のキャリア増幅器１’、１および第１及び第２のピーク増幅器２’、２は、図２に示す一例のように、ＦＥＴ５、ＤＣデカップリングコンデンサ６、入力整合回路７、出力整合回路８、ＲＦチョークコイル９、バイパスコンデンサ１０、直流電源１１等から構成される。通常、第１及び第２のキャリア増幅器１’、１はＡＢ級やＢ級にバイアスされ、第１及び第２のピーク増幅器２’、２はＣ級にバイアスされる。

以下では、最終段増幅器（第２の増幅器）１４の電力比（Ｘ２／Ｙ２）が実質的に１に等しく（（Ｘ２／Ｙ２）＝１）、ドライバ段増幅器（第１の増幅器）１３の電力比（Ｘ１／Ｙ１）が１と異なる（（Ｘ１／Ｙ１）≠１）として、説明を続ける。換言すれば、最終段増幅器（第２の増幅器）１４は対称型ドハティ増幅器から構成され、ドライバ段増幅器（第１の増幅器）１３は非対称型ドハティ増幅器から構成される。

尚、非対称型ドハティ増幅器１３の電力比（Ｘ１／Ｙ１）は、（１／５）〜５（１を除く）の範囲（両端を含む）にあることが好ましい。より好ましくは、非対称型ドハティ増幅器１３の電力比（Ｘ１／Ｙ１）は、（１／３）〜３（１を除く）の範囲（両端を含む）にあれば良い。

次に、図８を使用して、電力増幅器２０の動作について説明する。

最終段増幅器（第２の増幅器）１４は、一般的によく知られた対称型ドハティ増幅器の構成をとる。対称型ドハティ増幅器１４は、ＡＢ級やＢ級にバイアスされた第２のキャリア増幅器１と、Ｃ級にバイアスされた第２のピーク増幅器２とを有する。対称型ドハティ増幅器１４に入力されたＲＦ信号は、第２の入力電力分配回路３により第２のキャリア増幅器１と第２のピーク増幅器２に分岐される。ＡＢ級やＢ級にバイアスされた第２のキャリア増幅器１は、飽和出力電力近傍で飽和を維持しながら動作する。一方、Ｃ級バイアスされた第２のピーク増幅器２は、大きな信号電力が入力された状態においてのみ動作する。

飽和出力電力近傍で飽和を維持しながら動作する第２のキャリア増幅器１の存在により、飽和出力電力からバックオフをとった出力時においても、通常のＡ級、ＡＢ級増幅器よりも高い効率での動作を実現することができる。最終段電力増幅器１４の出力信号電力に対する効率特性は、図３に示すとおりで、第２のキャリア増幅器１と第２のピーク増幅器２の合成飽和出力に対して、第２のキャリア増幅器１が飽和を迎える６ｄＢバックオフ点（図３の左側（小出力電力側）のピーク点）で効率ピークをもつ。

これに対して、ドライバ段増幅器１３は同様に、ＡＢ級やＢ級にバイアスされた第１のキャリア増幅器１’、Ｃ級バイアスされた第１のピーク増幅器２’から構成されるが、第１のキャリア増幅器１’と第１のピーク増幅器２’として、異なる飽和出力レベルＸ１、Ｙ１のデバイスが使用される（Ｘ１≠Ｙ１）。その出力信号電力に対する効率特性は、図４で非対称型ドハティ増幅器と示すものとなり、第１のキャリア増幅器１’と第１のピーク増幅器２’の合成飽和出力に対して、６ｄＢと異なるバックオフ点（図４の左側（小出力電力側）のピーク点）で効率ピークをもつ特性となる。

詳述すると、［第１のキャリア増幅器１’の飽和出力レベルＸ１］＞［ 第１のピーク増幅器２’の飽和出力レベルＹ１］の状態においては、ドライバ段増幅器１３は６ｄＢよりも小さいバックオフ点で効率ピークをもつ。これとは逆に、［第１のキャリア増幅器１’の飽和出力レベルＸ１］＜［ 第１のピーク増幅器２’の飽和出力レベルＹ１］の状態においては、図４に示されるように、ドライバ段増幅器１３は６ｄＢよりも大きいバックオフ点で効率ピークをもつ。

対称型ドハティ増幅器の構成からなる最終段増幅器１４と非対称型ドハティ増幅器の構成からなるドライバ段増幅器１３とを縦続接続することにより、電力増幅器２０の特性は、例えば、［第１のキャリア増幅器１’の飽和出力レベルＸ１］ ＜［第１のピーク増幅器２’の飽和出力レベルＹ１］の状態においては、上述したように、ドライバ段増幅器１３は６ｄＢよりも大きいバックオフ点で効率ピークをもつので（図４の点線の特性参照）、対称型ドハティ増幅器１４と非対称型ドハティ増幅器１３のプロファイルの合成で、図９に示すように、出力信号電力が小さい領域での効率を向上するものとなる。

したがって、改善前（図５）の電力増幅器２０’の出力信号電力に対する効率特性と比較して、電力増幅器２０は、出力信号電力が小さい領域の効率特性を向上、改善することが可能である。

逆の例として、［第１のキャリア増幅器１’の飽和出力レベルＸ１］＞［ 第１のピーク増幅器２’の飽和出力レベルＹ１］での状態においては、上述したように、ドライバ段増幅器１３は６ｄＢよりも小さいバックオフ点で効率ピークをもつので、対称型ドハティ増幅器１４と非対称型ドハティ増幅器１３のプロファイルの合成で、電力増幅器２０の特性は、図１０に示すように、出力信号電力が大きい領域での効率特性を向上、改善するものとなる。

次に、図８に示した電力増幅器２０の効果について説明する。

第一の効果は、通信トラフィック量の大小等による送信信号電力レベルの大きい領域又は小さい領域において、改善前（図５）の電力増幅器２０’よりも電力増幅器２０を高効率で動作可能であることである。

第二の効果は、ピークファクタ（瞬時最大電力レベルと平均電力レベルの比率）が異なる変調信号が入力され、通常よりも大きくバックオフをとった動作点で動作させなければいけない状態においても、電力増幅器２０を高効率で動作可能であることである。

上述した第１の実施の形態では、最終段増幅器（第２の増幅器）１４を対称型ドハティ増幅器構成（（Ｘ２／Ｙ２）＝１）として説明したが、最終段増幅器の構成は対称型ドハティ増幅器に限ったものではなく、非対称型ドハティ増幅器構成（（Ｘ２／Ｙ２）≠１）であってもよい。

すなわち、最終段増幅器１４は非対称型ドハティ増幅器から構成され（（Ｘ２／Ｙ２）≠１）、ドライバ段増幅器１３は非対称型ドハティ増幅器から構成され（（Ｘ１／Ｙ１）≠１）てよい。

このような構成では、（Ｘ１／Ｙ１）＞１の場合、（Ｘ２／Ｙ２）＜１とし、（Ｘ１／Ｙ１）＜１の場合、（Ｘ２／Ｙ２）＞１とすることが好ましい。何故なら、効率ピークを低出力側と高出力側の両方にずらせることができるので、出力信号電力が小さい領域および大きい領域の両方において効率特性を向上、改善することが可能となるからである。

その代わりに、最終段増幅器１４は非対称型ドハティ増幅器から構成され（（Ｘ２／Ｙ２）≠１）、ドライバ段増幅器１３は対称型ドハティ増幅器から構成され（（Ｘ１／Ｙ１）＝１）てよい。

また、第１の実施形態として、最終段増幅器（第２の増幅器）１４とドライバ段増幅器（第１の増幅器）１３の２段ブロック（Ｎ＝２）からなる電力増幅器２０の構成を挙げているが、本発明は、２段ブロックに限ったものではなく、３段、４段と更に多段（Ｎ＞２）に接続を行ってもよい。この場合、各段の増幅器構成に非対称型ドハティ増幅器及び対称型ドハティ増幅器を適用し、かつその電力比を変えてそれぞれの効率ピークを少しずつずらせることにより、高効率動作する出力信号電力レベルを更に広範囲にすることも可能である。

図１１は、この場合の出力電力に対する効率特性をプロットしたグラフを示す。図１１に示す効率特性を持つ電力増幅器では、通信トラフィック量の大小等による送信信号電力レベルの大小に関わらず、図５の電力増幅器２０’よりも高効率で動作可能になるという効果を奏する。

更に、キャリア増幅器１、１’、ピーク増幅器２、２’として使用する半導体デバイスとして、ＦＥＴのみならず、バイポーラトランジスタであってももちろん構わない。またそのプロセスもＬＤＭＯＳ（Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor）であってもＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）であってもＨＢＴ（Heterojunction Bipolar Transistor）であっても他のプロセスであっても問題なく、半導体材料としてシリコンであっても化合物半導体であっても他の半導体材料であっても構わない。キャリア増幅器１、１’とピーク増幅器２、２’で異なる半導体材料、異なるプロセスの半導体デバイスを使用してもよい。

また、非対称型ドハティ増幅器の構成手法としてキャリア増幅器とピーク増幅器に異なる飽和出力レベルのデバイスを使用することを例としてあげているが、上記特許文献３に記載の技術の通り、キャリア増幅器、ピーク増幅器に同じ、もしくは異なる飽和出力レベルを有する半導体デバイスを使用し、それぞれに異なる電源電圧を供給してキャリア増幅器、ピーク増幅器の飽和出力レベルを変えて非対称型ドハティ増幅器を構成しても構わない。

すなわち、上述した第１の態様に係る電力増幅器では、ハードウェア構成（回路構成）によって、第１乃至第（Ｎ−１）の増幅器の少なくとも１つの電力比と第Ｎの増幅器の電力比とを、異ならせている。しかしながら、以下に述べる第２の態様に係る電力増幅器の動作方法では、ソフトウェア制御（動作制御）によって、第１乃至第（Ｎ−１）の増幅器の少なくとも１つの電力比と第Ｎの増幅器の電力比とを、異ならせている。

以下に説明する実施の形態でも、主にＮが２に等しい場合を例に挙げて説明する。すなわち、電力増幅器は、縦続接続された第１および第２の増幅器から構成される。

図１２は第２の実施形態に係る電力増幅器２０Ａの構成を示すブロック図である。図示の電力増幅器２０Ａは、コントローラ２１を更に備えている点を除いて、図８に示した電力増幅器２０と同様の構成を有する。したがって、図８に示したものと同様の機能を有するもの（構成要素）には同一の参照符号を付し、以下では重複した説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

本実施形態における電力増幅器２０Ａでは、ドライバ段増幅器（第１の増幅器）１３と最終段増幅器（第２の増幅器）１４とは、同じ回路構成をしている。

コントローラ２１は、（Ｘ１／Ｙ１）≠（Ｘ２／Ｙ２）となるように、電力増幅器２０Ａを制御する。換言すれば、コントローラ２１は、第１の増幅器１３と第２の増幅器１４とを、異なる増幅特性を持つように制御している。コントローラ２１は、次に述べる３つの制御方法のいずれか１つによって、電力増幅器２０Ａを制御する。

第１の制御方法では、コントローラ２１は、第１のキャリア増幅器１’、第１のピーク増幅器２’、第２のキャリア増幅器１、および第２のキャリア増幅器２に、異なる電源電圧を供給する。

第２の制御方法では、コントローラ２１は、第１のキャリア増幅器１’、第１のピーク増幅器２’、第２のキャリア増幅器１、および第２のキャリア増幅器２の搭載温度が異なるように温度制御する。

第３の制御方法では、コントローラ２１は、第１のキャリア増幅器１’、第１のピーク増幅器２’、第２のキャリア増幅器１、および第２のキャリア増幅器２の整合回路（図２の７、８参照）が異なるように制御する。

このように、第２の実施の形態では、コントローラ２１が、（Ｘ１／Ｙ１）≠（Ｘ２／Ｙ２）となるように、電力増幅器２０Ａを制御しているので、出力信号電力が小さい領域及び／又は大きい領域の効率特性を向上、改善することが可能となる。

第２の実施形態として、最終段増幅器（第２の増幅器）１４とドライバ段増幅器（第１の増幅器）１３の２段ブロック（Ｎ＝２）からなる電力増幅器２０Ａの構成を挙げているが、本発明は、２段ブロックに限ったものではなく、３段、４段と更に多段（Ｎ＞２）に接続を行ってもよいのは勿論である。この場合、各段の増幅器構成に同一構成のドハティ増幅器を適用し、かつその電力比を変えるように制御してぞれぞれの効率ピークを少しずつずらせることにより、高効率動作する出力信号電力レベルを更に広範囲にすることが可能となる。

また、非対称型ドハティ増幅器の回路構成として、図１３に示すように、ピーク増幅器２−１、２−２を２台以上有するＮ−ｗａｙ型のドハティ増幅器構成であっても構わない。

以下に、本発明の態様について説明する。

第１の態様による電力増幅器は、入力された信号を増幅して出力する電力増幅器であって、この電力増幅器は、縦続接続された第１乃至第Ｎの増幅器（Ｎは２以上の整数）を含み、第１乃至第Ｎの増幅器の各々の回路構成にドハティ増幅器を使用し、第１乃至第（Ｎ−１）の増幅器の少なくとも１つの電力比と第Ｎの増幅器の電力比とが、異なることを特徴とする。

上記第１の態様による電力増幅器において、Ｎは２に等しくてよい。この場合、第１の増幅器は、Ｘ１の飽和出力レベルを持つ第１のキャリア増幅器と、Ｙ１の飽和出力レベルを持つ第１のピーク増幅器とを含み、第２の増幅器は、Ｘ２の飽和出力レベルを持つ第２のキャリア増幅器と、Ｙ２の飽和出力レベルを持つ第２のピーク増幅器とを含む。第１の増幅器の電力比を（Ｘ１／Ｙ１）とし、第２の増幅器の電力比を（Ｘ２／Ｙ２）としたとき、（Ｘ１／Ｙ１）≠（Ｘ２／Ｙ２）である。例えば、第１の増幅器の電力比は１と異なり、第２の増幅器の電力比は１に等しくてよい。或いは、第１の増幅器の電力比は１と異なり、第２の増幅器の電力比は１と異なってよい。代わりに、第１の増幅器の電力比は１に等しく、第２の増幅器の電力比は１と異なってよい。

第２の態様による電力増幅器の動作方法は、入力された信号を増幅して出力する電力増幅器の動作方法であって、電力増幅器は、縦続接続された第１乃至第Ｎの増幅器（Ｎは２以上の整数）を含み、第１乃至第Ｎの増幅器の各々の回路構成にドハティ増幅器を使用し、第１乃至第（Ｎ−１）の増幅器の少なくとも１つの電力比と第Ｎの増幅器の電力比とを、異なるように動作させることを特徴とする。

上記第２の態様による電力増幅器の動作方法において、Ｎは２に等しくてよい。この場合、第１の増幅器は、Ｘ１の飽和出力レベルを持つ第１のキャリア増幅器と、Ｙ１の飽和出力レベルを持つ第１のピーク増幅器とを含み、第２の増幅器は、Ｘ２の飽和出力レベルを持つ第２のキャリア増幅器と、Ｙ２の飽和出力レベルを持つ第２のピーク増幅器とを含む。第１の増幅器の電力比を（Ｘ１／Ｙ１）とし、第２の増幅器の電力比を（Ｘ２／Ｙ２）としたとき、電力増幅器の動作方法は、（Ｘ１／Ｙ１）≠（Ｘ２／Ｙ２）となるように電力増幅器を制御する。例えば、電力増幅器の動作方法は、第１のキャリア増幅器、第１のピーク増幅器、第２のキャリア増幅器、および第２のキャリア増幅器に、異なる電源電圧を供給してよい。或いは、電力増幅器の動作方法は、第１のキャリア増幅器、第１のピーク増幅器、第２のキャリア増幅器、および第２のキャリア増幅器の搭載温度が異なるように温度制御してもよい。代わりに、電力増幅器の動作方法は、第１のキャリア増幅器、第１のピーク増幅器、第２のキャリア増幅器、および第２のキャリア増幅器の整合回路が異なるように制御してもよい。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本発明は、マイクロ波回路、移動体通信用無線通信機器、携帯電話基地局装置、ＩＭＴ（International mobile telecommunication）−２０００、ＨＳＰＡ（High Speed Packet Access） Evolution、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）、およびＩＭＴ−advancedに適用できる。

この出願は、２００９年１０月１３日に出願された日本出願特願２００９−２３５９２６号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１、１’ キャリア増幅器
２，２’’、２−１，２−２ ピーク増幅器
３，３’、３” 入力電力分配回路
４，４’、４” 出力電力合成回路
５ ＦＥＴ
６ ＤＣデカップリングコンデンサ
７ 入力整合回路
８ 出力制御回路
９ ＲＦチョークコイル
１０ バイパスコンデンサ
１１ 直流電源
１２ Ａ級もしくはＡＢ級増幅器
１３ ドライバ段増幅器（第１の増幅器）
１４ 最終段増幅器（第２の増幅器）
２０、２０Ａ 電力増幅器

Claims (11)

1. 入力された信号を増幅して出力する電力増幅器であって、
   該電力増幅器は、縦続接続された第１乃至第Ｎの増幅器（Ｎは２以上の整数）を含み、
   前記第１乃至第Ｎの増幅器の各々の回路構成にドハティ増幅器を使用し、
   前記第１乃至第（Ｎ−１）の増幅器の少なくとも１つの電力比と前記第Ｎの増幅器の電力比とが、異なることを特徴とする、電力増幅器。
2. 前記Ｎは２に等しく、
   前記第１の増幅器は、Ｘ１の飽和出力レベルを持つ第１のキャリア増幅器と、Ｙ１の飽和出力レベルを持つ第１のピーク増幅器とを含み、
   前記第２の増幅器は、Ｘ２の飽和出力レベルを持つ第２のキャリア増幅器と、Ｙ２の飽和出力レベルを持つ第２のピーク増幅器とを含み、
   前記第１の増幅器の電力比を（Ｘ１／Ｙ１）とし、前記第２の増幅器の電力比を（Ｘ２／Ｙ２）としたとき、（Ｘ１／Ｙ１）≠（Ｘ２／Ｙ２）である、請求項１に記載の電力増幅器。
3. 各キャリア増幅器と各ピーク増幅器がそれぞれ整合回路を備え、それらの整合回路を異なるように制御する、請求項２に記載の電力増幅器。
4. 前記第１の増幅器の電力比は１と異なり、前記第２の増幅器の電力比は１に等しい、請求項２に記載の電力増幅器。
5. 前記第１の増幅器の電力比は１と異なり、前記第２の増幅器の電力比は１と異なる、請求項２に記載の電力増幅器。
6. 前記第１の増幅器の電力比は１に等しく、前記第２の増幅器の電力比は１と異なる、請求項２に記載の電力増幅器。
7. 入力された信号を増幅して出力する電力増幅器の動作方法であって、
   前記電力増幅器は、縦続接続された第１乃至第Ｎの増幅器（Ｎは２以上の整数）を含み、
   前記第１乃至第Ｎの増幅器の各々の回路構成にドハティ増幅器を使用し、
   前記第１乃至第（Ｎ−１）の増幅器の少なくとも１つの電力比と前記第Ｎの増幅器の電力比とを、異なるように動作させることを特徴とする、電力増幅器の動作方法。
8. 前記Ｎは２に等しく、
   前記第１の増幅器は、Ｘ１の飽和出力レベルを持つ第１のキャリア増幅器と、Ｙ１の飽和出力レベルを持つ第１のピーク増幅器とを含み、
   前記第２の増幅器は、Ｘ２の飽和出力レベルを持つ第２のキャリア増幅器と、Ｙ２の飽和出力レベルを持つ第２のピーク増幅器とを含み、
   前記第１の増幅器の電力比を（Ｘ１／Ｙ１）とし、前記第２の増幅器の電力比を（Ｘ２／Ｙ２）としたとき、
   （Ｘ１／Ｙ１）≠（Ｘ２／Ｙ２）となるように前記電力増幅器を制御することを特徴とする、請求項７に記載の電力増幅器の動作方法。
9. 前記第１のキャリア増幅器、前記第１のピーク増幅器、前記第２のキャリア増幅器、および前記第２のキャリア増幅器に、異なる電源電圧を供給することを特徴とする、請求項８に記載の電力増幅器の動作方法。
10. 前記第１のキャリア増幅器、前記第１のピーク増幅器、前記第２のキャリア増幅器、および前記第２のキャリア増幅器の搭載温度が異なるように温度制御することを特徴とする、請求項８に記載の電力増幅器の動作方法。
11. 前記第１のキャリア増幅器、前記第１のピーク増幅器、前記第２のキャリア増幅器、および前記第２のキャリア増幅器の整合回路が異なるように制御することを特徴とする、請求項８に記載の電力増幅器の動作方法。

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