JP5772408B2 - 電子機器及び増幅器制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、電子機器及び増幅器制御プログラムに関する。

従来、携帯電話機等の電子機器において、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）等を使った周波数効率の高い多重方式が用いられている。ＯＦＤＭ等を使った方式では、送信信号のピーク電力と平均電力の比が大きくなるため、このような方式を使った送信信号を高効率で増幅する方法として、ドハティ増幅器が使われている。

ドハティ増幅器は、１つのＣＡ（Carrier Amplifier：キャリア増幅素子）と、１又は複数のＰＡ（Peak Amplifier：ピーク増幅素子）とが並列に接続され、ＣＡ及びＰＡは入力電力の増加にともなって順次動作する。一般的なドハティ増幅器では、ＣＡがＡＢ級又はＢ級で、ＰＡがＢ級又はＣ級で動作するようアンプが設定され、ＣＡが飽和するまではＰＡがＯＦＦ状態でＣＡのみで増幅を行い、ＣＡが飽和するとＰＡも増幅を行う。

図１は、２Ｗａｙドハティ増幅器の回路構成を示す図である。図１に示すように、２Ｗａｙドハティ増幅器は、ＣＡ１２２とＰＡ１２４が並列に接続され、入力電力の増加にともなってＣＡ１２２、ＰＡ１２４の順で動作する。また、２Ｗａｙドハティ増幅器は、ＰＡ１２４の入力側にλ／４線路１２８が設けられる。このため、２Ｗａｙドハティ増幅器へ入力された信号は、ＣＡ１２２に対してはそのまま入力され、ＰＡ１２４に対してはλ／４線路１２８を介して入力される。また、２Ｗａｙドハティ増幅器は、ＣＡ１２２の出力側にインピーダンス変換を行うλ／４線路１２６が設けられる。このため、ＰＡ１２４から出力された信号は負荷１３０へそのまま入力され、ＣＡ１２２から出力された信号はλ／４線路１２６を介して負荷１３０へ入力される。

図２は、２Ｗａｙドハティ増幅器の出力電力に対する効率を示す図である。図２は、λ／４線路１２６から負荷１３０に流れる電流をＩ１、負荷１３０に流れる電流をＩ０、Ｉ１とＩ０の比をα（＝Ｉ１／Ｉ０）とした場合の、αの値に応じた電力効率を示す図である。破線１４２は、α＝０．５の場合の電力効率を示し、破線１４４は、α＝０．４の場合の電力効率を示す。破線１４６は、α＝０．３の場合の電力効率を示し、実線１４８は、α＝０．２の場合の電力効率を示す。図２において縦軸はＰＡＥ（Power Added Efficiency）を示し、横軸は、ドハティ増幅器が出力することのできる最大電力を１と規格化した場合の出力電圧を示す。

図２に示すように、２Ｗａｙドハティ増幅器は、αを小さくすることで電力効率が極大となる電圧を小さくすることができる。しかしながら、図２に示すように、電力効率の極大点の電圧とピーク電圧間の電圧の落ち込みは、αが小さくなるにしたがって大きくなる。

そこで、１つのＣＡと複数（例えば２つ）のＰＡを並列接続したドハティ増幅器を使うことが考えられている。図３は、３Ｗａｙドハティ増幅器の回路構成を示す図である。図３に示すように、３Ｗａｙドハティ増幅器は、ＣＡ１５２、ＰＡ１５４、及びＰＡ１５６が並列に接続され、入力電力の増加にともなってＣＡ１５２、ＰＡ１５４、ＰＡ１５６の順に動作する。また、３Ｗａｙドハティ増幅器は、ＣＡ１５４の入力側にλ／４線路１５８が設けられ、ＣＡ１５６の入力側にλ／４線路１６０，１６２が設けられる。このため、３Ｗａｙドハティ増幅器へ入力された信号は、ＣＡ１５２に対してはそのまま入力され、ＰＡ１５４に対してはλ／４線路１５８を介して入力され、ＰＡ１５６に対してはλ／４線路１６０，１６２を介して入力される。また、３Ｗａｙドハティ増幅器は、ＣＡ１５２の出力側にλ／４線路１６４が設けられ、ＰＡ１５４の出力側にλ／４線路１６６が設けられる。このため、ＰＡ１５６から出力された信号は負荷１６８へそのまま入力され、ＣＡ１５４から出力された信号はλ／４線路１６６を介して負荷１６８へ入力され、ＣＡ１５２から出力された信号はλ／４線路１６４，１６６を介して負荷１６８へ入力される。

３Ｗａｙドハティ増幅器は、ＣＡ１５２が飽和するまではＰＡ１５４及びＰＡ１５６がＯＦＦ状態でＣＡ１５２のみで増幅を行い、ＣＡ１５２が飽和すると、ＰＡ１５６はＯＦＦ状態のまま、ＣＡ１５２とＰＡ１５４が増幅を行う。そして、３Ｗａｙドハティ増幅器は、ＣＡ１５２とＰＡ１５４が飽和すると、ＰＡ１５６も増幅を行う。３Ｗａｙドハティ増幅器は、ＣＡ１５２が飽和、ＰＡ１５４，１５６が動作していない状態、ＣＡ１５２及びＰＡ１５４が飽和、ＰＡ１５６が動作していない状態、ＣＡ１５２、ＰＡ１５４、及びＰＡ１５６が飽和した状態で、電力効率の極大点を持つ特性になる。

図４は、２Ｗａｙドハティ増幅器と３Ｗａｙドハティ増幅器の出力電力に対する効率を示す図である。図４では、増幅素子を３つ使った３Ｗａｙドハティ増幅器の効率を実線１７２で示し、増幅素子を２つ使った２Ｗａｙドハティ増幅器の効率を破線１７４で示す。図４に示すように、３Ｗａｙドハティ増幅器は電力効率の極大点を３つ持つので、２Ｗａｙドハティ増幅器に比べて、変調波を入力した時の電力効率が向上する。

特開２００９−２６０６５８号公報

しかしながら、３つ以上の増幅素子を使った従来のドハティ増幅器は、入力電力が増加しても出力電力が増加しない増幅素子があり、その増幅素子は入力電力が出力電力へ反映されないため無駄な電力を消費することになる。その結果、３つ以上の増幅素子を使った従来のドハティ増幅器は、電力効率が劣化するという課題があった。

一例として、３Ｗａｙドハティ増幅器を挙げて説明する。図５は、ドハティ増幅器への入力電力に対するＣＡの出力電流・出力電圧特性を示す図である。図５は、図３に示した３Ｗａｙドハティ増幅器への入力電力に対する出力電流・出力電圧特性を示すものであり、グラフ１８２はＣＡ１５２の出力電圧、グラフ１８４はＣＡ１５２の出力電流を示す。また、図５において、領域ＡはＣＡ１５２が非飽和の領域を示し、領域ＢはＣＡ１５２の出力電圧が飽和、ＰＡ１５４が非飽和の領域を示し、領域ＣはＣＡ１５２の出力電圧・出力電流及びＰＡ１５４の出力電圧が飽和、ＰＡ１５６が非飽和の領域を示す。図５に示すように、ＣＡ１５２は、入力電力の増加にともなって、領域Ａでは電圧及び電流の双方が増加する。また、ＣＡ１５２は、領域Ｂでは電圧はほぼ一定になるが、電流は増加する。一方、ＣＡ１５２は、領域Ｃにおいては、入力電力は増加するものの、出力電圧及び出力電流ともにほぼ一定になる。

このように、３Ｗａｙドハティ増幅器を例に挙げて説明すれば、ＣＡ１５２は、入力電力が増加しても出力電力が増加しないため、電力効率が劣化する要因になる。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、３つ以上の増幅素子を使ったドハティ増幅器の電力効率を向上することができる電子機器及び増幅器制御プログラムを実現することを目的とする。

本願の開示する電子機器は、一つの態様において、入力電力の増加にともなって順次動作し、並列接続された３つ以上の増幅素子を備える。また、電子機器は、前記３つ以上の増幅素子のうち、中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の出力が飽和したことを検出する飽和検出部を備える。また、電子機器は、前記飽和検出部によって前記中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の出力が飽和したことが検出されたら、前記中間で動作する増幅素子に供給する電源電圧を増加させる電圧制御部を備える。

本願の開示する電子機器の一つの態様によれば、３つ以上の増幅素子を使ったドハティ増幅器の電力効率を向上することができる。

図１は、２Ｗａｙドハティ増幅器の回路構成を示す図である。 図２は、２Ｗａｙドハティ増幅器の出力電力に対する効率を示す図である。 図３は、３Ｗａｙドハティ増幅器の回路構成を示す図である。 図４は、２Ｗａｙドハティ増幅器と３Ｗａｙドハティ増幅器の出力電力に対する効率を示す図である。 図５は、ドハティ増幅器への入力電力に対するＣＡの出力電流・出力電圧特性を示す図である。 図６は、無線機のハードウェア構成を示す図である。 図７は、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の構成を示す図である。 図８は、ドハティ増幅器への入力電力に対するＣＡとＰＡの出力電圧・出力電流特性を示す図である。 図９は、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の処理フローを示す図である。 図１０は、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の効果を示す図である。 図１１は、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器においてＣＡの出力側に電圧検出器を挿入する例を示す図である。 図１２は、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器において変調波振幅検出器を追加した例を示す図である。 図１３は、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の構成を示す図である。 図１４は、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の処理フローを示す図である。 図１５は、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器においてＣＡの出力側に電圧検出器を追加した例を示す図である。 図１６は、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器において変調波振幅検出器を追加した例を示す図である。 図１７は、第３実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の構成を示す図である。 図１８は、第３実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の処理フローを示す図である。 図１９は、第１−３実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器において、電圧制御回路の電圧値の最小値をＣＡのドレイン電圧に対して小さくした場合の効果を示す図である。 図２０は、電圧制御回路の構成の一例を示す図である。 図２１は、電圧制御回路の構成の他の例を示す図である。 図２２は、図２０，図２１の電圧制御回路による効果を示す図である。

以下に、本願の開示する電子機器及び増幅器制御プログラムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により開示技術が限定されるものではない。例えば、以下の実施例では、電子機器の一例として携帯電話機等の無線機を挙げて説明するが、これに限らず、３つ以上の増幅素子が並列接続されたドハティ増幅器を有する電子機器であればよい。例えば、電子機器は、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）やＰＣ（Personal Computer）などでもよい。また、以下の実施例では、３Ｗａｙドハティ増幅器を一例として挙げて説明するが、増幅素子の数は３以上であればよい。

図６は、無線機のハードウェア構成を示す図である。図６に示すように、無線機１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２、メモリ１０３、送信データ生成部１０４、変調器１０６、ＤＣ（Direct Current）電源１０８、増幅装置１１０、及びアンテナ１１２を備える。

ＣＰＵ１０２は、メモリ１０３に格納された各種プログラムを実行して無線機１００の全体の処理を制御する演算処理部である。メモリ１０３は、無線機１００の各種機能を実行するためのデータ、及び無線機１００の各種機能を実行するための各種プログラムを格納する記憶部である。

送信データ生成部１０４は、外部へ送信する送信データを生成し、生成した送信データを変調器１０６へ出力する。変調器１０６は、送信データ生成部１０４から送信された送信データを受信する。変調器１０６は、受信した送信データに対して、例えばＯＦＤＭ等の変調を行い、増幅装置１１０へ出力する。

増幅装置１１０は、変調器１０６から出力された送信データを受信する。増幅装置１１０は、ＤＣ電源１０８から供給される電源を利用して送信データを増幅し、アンテナ１１２を介して増幅した送信データを外部へ送信する。増幅装置１１０は、以下に説明するように、３Ｗａｙドハティ増幅器である。ただし、増幅装置１１０は、３Ｗａｙドハティ増幅器に限らず、４以上の増幅部が並列に接続されたドハティ増幅器であればよい。

図７は、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の構成を示す図である。図７に示すように、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器は、ＣＡとしてのＦＥＴ（Field Effect Transistor）２０２と、ＰＡとしてのＦＥＴ２０４と、ＰＡとしてのＦＥＴ２０６とが並列に接続された３Ｗａｙドハティ増幅器である。この場合、ＦＥＴ２０４が中間で動作する増幅部となる。なお、実施例では、増幅素子としてＦＥＴを用いる場合を例に挙げて説明するが、増幅素子はＦＥＴに限らず、例えばバイポーラトランジスタなどの増幅素子を用いることもできる。

ＦＥＴ２０４のゲート側にはλ／４線路２１０が設けられ、ＦＥＴ２０６のゲート側にはλ／４線路２１２，２１４が設けられる。変調器１０６から出力された送信データは、ＦＥＴ２０２のゲートに対しては直接入力される。一方、変調器１０６から出力された送信データは、ＦＥＴ２０４のゲートに対してはλ／４線路２１０を介して入力され、ＦＥＴ２０６のゲートに対してはλ／４線路２１２，２１４を介して入力される。

また、ＦＥＴ２０２のドレイン出力側には、λ／４線路２１６が設けられ、ＦＥＴ２０４のドレイン出力側には、λ／４線路２１８が設けられる。ＦＥＴ２０２の出力電流は、λ／４線路２１６，２１８を介して負荷２２０に流れ、ＦＥＴ２０４の出力電流は、λ／４線路２１８を介して負荷２２０に流れる。一方、ＦＥＴ２０６の出力電流は、直接負荷２２０に流れる。

ＦＥＴ２０２のドレイン側には、ＤＣ電源より供給されるドレイン電流を計測する電流検出器２２２が設けられる。また、ＦＥＴ２０４のドレイン側には、ＤＣ電源より供給されるドレイン電圧を制御する電圧制御回路２２６が設けられる。電流検出器２２２で検出されたＦＥＴ２０２のドレイン電流は制御回路２２４に入力される。なお、原理的には、増幅素子の出力（ドレイン）電流が増加すれば、電源（ドレイン）電流も増加する関係にある。

制御回路２２４は、ＦＥＴ２０２，２０４，２０６のうち、中間で動作する増幅素子（ＦＥＴ２０４）の直前で動作する増幅素子（ＦＥＴ２０２）の出力が飽和したことを検出する。ただし、増幅素子の出力の飽和とは、完全に飽和した状態のほか、例えば増幅素子入力に対する出力電圧の変化があらかじめ設定された閾値より小さい状態のように飽和付近の状態も含むものとする。例えば、制御回路２２４は、電流検出器２２２で検出されたＦＥＴ２０２のドレイン電流に基づいて、ＦＥＴ２０２の出力が飽和したことを検出する。より具体的には、制御回路２２４は、電流検出器２２２によって検出された電流が一定の値になるか、又は電流検出器２２２によって検出された電流の変化率があらかじめ設定された閾値よりも小さくなったら、ＦＥＴ２０２の出力が飽和したことを検出する。

また、制御回路２２４は、ＦＥＴ２０２の出力が飽和したことが検出されたら、ＦＥＴ２０４に供給する電源電圧（ドレイン電圧）を増加させる。例えば、制御回路２２４は、ＦＥＴ２０２の出力が飽和したことが検出されたら、ＦＥＴ２０４に供給する電源電圧（ドレイン電圧）を増加させるための制御信号を、電圧制御回路２２６へ出力する。

電圧制御回路２２６は、ＦＥＴ２０４に供給する電源電圧（ドレイン電圧）の減少又は増加を制御する回路である。電圧制御回路２２６は、制御回路２２４から出力された制御信号に基づいて、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧の減少又は増加を制御する。

このように、ＦＥＴ２０２の出力（出力電流）が飽和したことが検出された場合に、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を増加させることにより、３Ｗａｙドハティ増幅器の電力効率を向上することができる。この点について、以下、詳細に説明する。

図８は、ドハティ増幅器への入力電力に対するＣＡとＰＡの出力電圧・出力電流特性を示す図である。図８は、図３における３Ｗａｙドハティ増幅器のＣＡ１５２とＰＡ１５４の出力電圧・出力電流特性について説明する図である。図８において、グラフ１８２はＣＡ１５２の出力電圧、グラフ１８４はＣＡ１５２の出力電流を示す。また、図８において、グラフ１８６はＰＡ１５４の出力電圧、グラフ１８８はＰＡ１５４の出力電流を示す。また、図８において、領域ＡはＣＡ１５２が非飽和の領域を示し、領域ＢはＣＡ１５２の出力電圧が飽和、ＰＡ１５４が非飽和の領域を示し、領域ＣはＣＡ１５２の出力電圧・出力電流及びＰＡ１５４の出力電圧が飽和、ＰＡ１５６が非飽和の領域を示す。

図８に示すように、領域Ｃにおいて、ＣＡ１５２の出力電圧・出力電流及びＰＡ１５４の出力電圧が飽和してＰＡ１５６が非飽和になると、ＰＡ１５４の出力電圧がほぼ一定となり、ＣＡ１５２の出力電圧及び出力電流もほぼ一定になる。このように、ドハティ増幅器の原理的な考えでは、ＣＡ１５２の出力電流が一定になるのは、ＰＡ１５４の出力電圧が一定になるからである。

ＰＡ１５４の出力電圧が一定になるとＣＡ１５２の出力電流が一定になるドハティ増幅器の原理的な考え方を、図３を用いて説明する。説明の便宜上、図３において、ＣＡ１５２の出力側とλ／４線路１６４との間の点をＡ点、ＰＡ１５４の出力側とλ／４線路１６４との間の点をＢ点とする。

まず、ＣＡ１５２が飽和し、ＰＡ１５４が非飽和の場合のＣＡ１５２、ＰＡ１５４のＡ点、Ｂ点の電流、電圧の状態について説明する。増幅器は理想的には、飽和状態になると、出力電圧が一定になると考えられている。ＣＡ１５２が飽和状態になると、出力電圧が一定になる。ＣＡ１５２とＰＡ１５４間にあるλ／４線路１６４は、インピーダンス変換を行うと共に、ＣＡ１５２からの出力を、λ／４線路１６４のＢ点側で、電流一定の出力に変換する。λ／４線路１６４のＢ点側はＰＡ１５４の出力なので、Ｂ点の電圧はＰＡ１５４の出力電圧になる。ＰＡ１５４の出力電力が変わると、Ｂ点の電流は一定で、電圧が変わるのでＢ点でのインピーダンスが変わる。Ｂ点のインピーダンスが変わると、λ／４線路１６４のＡ点側のインピーダンスも変わる。Ａ点の電圧は一定であるので、Ａ点の電流は変わる。

一方、ＣＡ１５２及びＰＡ１５４がともに飽和の場合は、ＰＡ１５４は飽和しているのでＢ点の電圧は変わらない。Ｂ点の電圧に変化がないと、Ｂ点の電流も変化がないので、λ／４線路１６４のＢ点側のインピーダンスの変化もない。Ｂ点のインピーダンスの変化がなければ、Ａ点のインピーダンスの変化もない。Ａ点の電圧は一定であるので、電流も変化しなくなる。

これに対して、本実施例は、図７に示すように、ＦＥＴ２０２の出力が飽和する状態を検出したら、ＦＥＴ２０４の飽和電圧を大きくするために、ＦＥＴ２０４の増幅信号出力側のトランジスタ素子の供給電圧、つまり、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を大きくする。

次に、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の処理内容について説明する。図９は、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の処理フローを示す図である。まず、制御回路２２４は、電流検出器２２２によって検出されたＦＥＴ２０２のドレイン電流値Ｉ（ｔ）を読み込む（ステップＳ２５１）。続いて、制御回路２２４は、１サンプル前の電流値Ｉ（ｔ−１）と、読み込んだ電流値Ｉ（ｔ）とを比較する（ステップＳ２５２）。

続いて、制御回路２２４は、電流変化量の大きさ｜ΔＩ｜があらかじめ設定された閾値Ａより小さいか否かを判定する（ステップＳ２５３）。ステップ２５３において、閾値Ａというパラメータと比較するのは、原理的にはＦＥＴ２０２のドレイン電流の電流値が一定となるはずだが、実際は多少の電流変化が生じるので、その容認範囲を持たせるためである。

制御回路２２４は、電流変化量の大きさ｜ΔＩ｜があらかじめ設定された閾値Ａより小さいと判定したら（ステップＳ２５３、Ｙｅｓ）、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を増加させる指示を電圧制御回路２２６へ出力する（ステップＳ２５４）。例えば、制御回路２２４は、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を増加させる制御信号を電圧制御回路２２６へ出力し、電圧制御回路２２６は、制御回路２２４から出力された制御信号に基づいてＦＥＴ２０４のドレイン電圧を増加させる。制御回路２２４は、ステップＳ２５４においてＦＥＴ２０４のドレイン電圧を増加させる指示を電圧制御回路２２６へ出力した後、ステップＳ２５１の処理へ戻る。

一方、電流変化量の大きさが閾値Ａ以上の場合は、ＦＥＴ２０２のドレイン電流が増加又は減少している状態である。そこで、制御回路２２４は、電流変化量の大きさ｜ΔＩ｜があらかじめ設定された閾値Ａ以上であると判定したら（ステップＳ２５３、Ｎｏ）、ＦＥＴ２０２のドレイン電流が減少しているか否かを判定する（ステップＳ２５５）。制御回路２２４は、ＦＥＴ２０２のドレイン電流が減少していると判定したら（ステップＳ２５５、Ｙｅｓ）、電圧制御回路２２６の電圧値が最小値であるか否かを判定する（ステップＳ２５６）。つまり、ＦＥＴ２０２のドレイン電流が減少する状態は、ＦＥＴ２０２の入力電力が小さくなってきているため生じる。そこで、ステップＳ２５６において、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧がＦＥＴ２０２の出力電流を増加するために、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧をすでに大きくした状態であるか判断する。

制御回路２２４は、電圧制御回路２２６の電圧値が最小値ではないと判定したら（ステップＳ２５６，Ｎｏ）、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を減少させる指示を電圧制御回路２２６へ出力する（ステップＳ２５７）。例えば、制御回路２２４は、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を減少させる制御信号を電圧制御回路２２６へ出力し、電圧制御回路２２６は、制御回路２２４から出力された制御信号に基づいてＦＥＴ２０４のドレイン電圧を減少させる。このように、制御回路２２４は、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧をすでに大きくした状態である場合は、電圧制御回路２２６へ電圧ダウンの指示を行う。制御回路２２４は、ステップＳ２５７においてＦＥＴ２０４のドレイン電圧を減少させる指示を電圧制御回路２２６へ出力した後、ステップＳ２５１の処理へ戻る。

一方、制御回路２２４は、ＦＥＴ２０２のドレイン電流が減少していないと判定したら（ステップＳ２５５、Ｎｏ）、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を維持させる指示を電圧制御回路２２６へ出力する（ステップＳ２５８）。例えば、制御回路２２４は、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を維持させる制御信号を電圧制御回路２２６へ出力し、電圧制御回路２２６は、制御回路２２４から出力された制御信号に基づいてＦＥＴ２０４のドレイン電圧を維持させる。制御回路２２４は、ステップＳ２５８においてＦＥＴ２０４のドレイン電圧を維持させる指示を電圧制御回路２２６へ出力した後、ステップＳ２５１の処理へ戻る。

また、制御回路２２４は、電圧制御回路２２６の電圧値が最小値であると判定したら（ステップＳ２５６，Ｙｅｓ）、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を維持させる指示を電圧制御回路２２６へ出力する（ステップＳ２５８）。例えば、制御回路２２４は、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を維持させる制御信号を電圧制御回路２２６へ出力し、電圧制御回路２２６は、制御回路２２４から出力された制御信号に基づいてＦＥＴ２０４のドレイン電圧を維持させる。このように、制御回路２２４は、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧をすでに大きくした状態でない場合は、電圧制御回路２２６へ電圧維持の指示を行う。なお、制御回路２２４は、電圧維持の場合は何も指示しなくとも、電圧制御回路２２６は電圧を維持しているので、電圧維持指示を不要にしてもよい。

なお、ステップＳ２５５の判定において、ＦＥＴ２０２のドレイン電流が増加している場合（ステップＳ２５５、Ｎｏ）は、２つの場合が考えられる。一つは、ＦＥＴ２０４がまだ飽和していない状態である。その場合、制御回路２２４は、ＦＥＴ２０４に対して、ドレイン電圧を変更する必要がないので、電圧制御回路２２６へ電圧維持の指示を行う（ステップＳ２５８）。

もう一つの場合は、ＦＥＴ２０４が飽和している状態で、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を大きくしている効果によりＦＥＴ２０２のドレイン電流が増加している場合である。この状態は、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を最適に制御できている場合と、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を大きくし過ぎ、ＦＥＴ２０４が非飽和状態になっている場合がある。

本実施例では、非飽和状態になっていると仮定して、ステップ２５８に進み、電圧制御回路２２６へ電圧維持の指示を出している。これに対して、もし、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を最適に制御できている場合は、制御回路２２４は、次の電流検出からの一連のフローのステップ２５３にて電流変化量の大きさが閾値Ａ以下になり、電圧制御回路２２６へ電圧アップの指示を送ることになる。このように、本実施例は、電流検出からの一連のフローを短い周期で行えば、ほぼ、常にＦＥＴ２０４のドレイン電圧を最適に制御することができる。

次に、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の効果を説明する。図１０は、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の効果を示す図である。図１０において、破線２６２は、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の規格化出力電圧に対する電力効率を示し、実線２６４は、従来の３Ｗａｙドハティ増幅器の規格化出力電圧に対する電力効率を示す。図１０のグラフは、横軸が規格化出力電力であり、縦軸が電力効率である。規格化出力電圧は、ドハティ増幅器が出力することのできる最大電力を１と規格化した場合の入力電圧である。

図１０に示すように、規格化出力電力が約０．５より大きい領域、つまりＦＥＴ２０２及びＦＥＴ２０４が飽和動作し、ＦＥＴ２０６が非飽和動作している領域において、実施例１の３Ｗａｙドハティ増幅器の電力効率が向上する。

次に、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の変形例を説明する。図１１は、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器においてＣＡの出力側にＲＦ（Radio Frequency）電圧を検出する電圧検出器を挿入する例を示す図である。図１１に示すように、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器においてＣＡとなるＦＥＴ２０２の出力側に電圧検出器２２８を設けることができる。

すなわち、図１１に示した３Ｗａｙドハティ増幅器は、図７に示した３Ｗａｙドハティ増幅器と比較して、ＣＡであるＦＥＴ２０２の出力側に電圧検出器２２８を追加したものである。また、電圧検出器２２８で検出された出力電圧値は、制御回路２２４に入力される。

制御回路２２４は、ＦＥＴ２０２の出力が飽和している場合に、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧の増加又は減少の制御を行うのが好ましい。この点、図１１に示すように、ＦＥＴ２０２の出力側に電圧検出器２２８を追加することにより、制御回路２２４は、ＦＥＴ２０２の出力電圧が飽和しているか否かを判定することができる。そして、制御回路２２４は、ＦＥＴ２０２の出力電圧が飽和している場合に限り、図９等で説明したＦＥＴ２０４のドレイン電圧の制御を行うことができる。

次に、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の変形例を説明する。図１２は、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器において変調波振幅検出器を追加した例を示す図である。図１２に示すように、第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器において変調器１０６の入力側に変調波振幅検出器２３０を設けることができる。

すなわち、図１２に示した３Ｗａｙドハティ増幅器は、図７に示した３Ｗａｙドハティ増幅器と比較して、変調器１０６の入力側に変調波振幅検出器２３０を追加したものである。また、変調波振幅検出器２３０で検出された変調波の入力振幅は、制御回路２２４に入力される。

図７に示した３Ｗａｙドハティ増幅器は、変調波の入力振幅が一定の状態が続くと、ＦＥＴ２０２の出力電流が一定になり、ＦＥＴ２０２のドレイン電流も一定になる。これにより、ＦＥＴ２０２の出力が飽和していないにも関わらず、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧の制御が行われるおそれがある。ただし、本実施例は、ピーク電力と平均電力の比が大きい変調方式に対しての実施例であり、変調波の入力振幅が一定の状態が長く続くことはほとんどないものと考えられるので、図７に示した３Ｗａｙドハティ増幅器でも不都合はないと考える。

これに対して、図１２に示した３Ｗａｙドハティ増幅器では、制御回路２２４は、変調波振幅検出器２３０から入力された変調波の入力振幅が一定の場合には、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧の制御を行わないようにすることができる。つまり、制御回路２２４は、変調波振幅検出器２３０から入力された変調波の入力振幅が一定の場合には、たとえＦＥＴ２０２のドレイン電流が一定であったとしても、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧の増加を行わないようにすることができる。なお、変調波振幅検出器２３０は、変調器１０６の出力側に設けることもできる。また、本実施例は、複数の増幅素子のうち、中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の出力が飽和したことが検出されたら、中間で動作する増幅素子に供給する電源電圧を増加させる例を示したが、これには限られない。例えば、複数の増幅素子のうち、中間で動作する増幅素子の出力が飽和したこと、又は中間で動作する増幅器入力に対する出力電圧の変化があらかじめ設定した閾値よりも小さくなったことが検出されたら、中間で動作する増幅素子に供給する電源電圧を増加させることもできる。

次に、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器について説明する。図１３は、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の構成を示す図である。図１３に示すように、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器は、ＣＡとしてのＦＥＴ３０２と、ＰＡとしてのＦＥＴ３０４と、ＰＡとしてのＦＥＴ３０６とが並列に接続された３Ｗａｙドハティ増幅器である。この場合、ＦＥＴ３０４が中間で動作する増幅部となる。なお、実施例では、増幅素子としてＦＥＴを用いる場合を例に挙げて説明するが、増幅素子はＦＥＴに限らず、例えばバイポーラトランジスタなどの増幅素子を用いることもできる。

ＦＥＴ３０４のゲート側にはλ／４線路３１０が設けられ、ＦＥＴ３０６のゲート側にはλ／４線路３１２，３１４が設けられる。変調器１０６から出力された送信データは、ＦＥＴ３０２のゲートに対しては直接入力される。一方、変調器１０６から出力された送信データは、ＦＥＴ３０４のゲートに対してはλ／４線路３１０を介して入力され、ＦＥＴ３０６のゲートに対してはλ／４線路３１２，３１４を介して入力される。

また、ＦＥＴ３０２のドレイン出力側には、λ／４線路３１６が設けられ、ＦＥＴ３０４のドレイン出力側には、λ／４線路３１８が設けられる。ＦＥＴ３０２の出力電流は、λ／４線路３１６，３１８を介して負荷３２０に流れ、ＦＥＴ３０４の出力電流は、λ／４線路３１８を介して負荷３２０に流れる。一方、ＦＥＴ３０６の出力電流は、直接負荷３２０に流れる。

ＦＥＴ３０４のドレイン側には、ＲＦのドレイン電圧を計測する電圧検出器３２２が設けられる。また、ＦＥＴ３０４のドレイン側には、ＤＣ電源より供給されるドレイン電圧を制御する電圧制御回路３２６が設けられる。電圧検出器３２２で検出されたＦＥＴ３０４のドレイン電圧は制御回路３２４に入力される。

制御回路３２４は、ＦＥＴ３０２，３０４，３０６のうち、中間で動作する増幅素子（ＦＥＴ３０４）の直前で動作する増幅素子（ＦＥＴ３０２）の出力が飽和したことを検出する。例えば、制御回路３２４は、電圧検出器３２２で検出されたＦＥＴ３０４のドレイン電圧に基づいて、ＦＥＴ３０２の出力が飽和したことを検出する。より具体的には、制御回路３２４は、電圧検出器３２２によって検出された電圧が一定の値になるか、又は電圧検出器３２２によって検出された電圧の変化率があらかじめ設定された閾値よりも小さくなったら、ＦＥＴ３０２の出力が飽和したことを検出する。

また、制御回路３２４は、ＦＥＴ３０２の出力が飽和したことが検出されたら、ＦＥＴ３０４に供給する電源電圧（ドレイン電圧）を増加させる。例えば、制御回路３２４は、ＦＥＴ３０２の出力が飽和したことが検出されたら、ＦＥＴ３０４に供給する電源電圧（ドレイン電圧）を増加させるための制御信号を、電圧制御回路３２６へ出力する。

電圧制御回路３２６は、ＦＥＴ３０４に供給する電源電圧（ドレイン電圧）の減少又は増加を制御する回路である。電圧制御回路３２６は、制御回路３２４から出力された制御信号に基づいて、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧の減少又は増加を制御する。

このように、制御回路３２４は、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧の飽和を検出することによって、ＦＥＴ３０２の出力が飽和したことを検出する。そして、制御回路３２４は、ＦＥＴ３０２の出力が飽和したことを検出した場合に、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧を増加させることにより、３Ｗａｙドハティ増幅器の電力効率を向上することができる。この点については、図８を用いて既に説明したので詳細な説明を省略する。

次に、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の処理内容について説明する。図１４は、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の処理フローを示す図である。まず、制御回路３２４は、電圧検出器３２２によって検出されたＦＥＴ３０４のドレイン電圧値Ｖ（ｔ）を読み込む（ステップＳ３５１）。続いて、制御回路３２４は、１サンプル前の電圧値Ｖ（ｔ−１）と、読み込んだ電圧値Ｖ（ｔ）とを比較する（ステップＳ３５２）。

続いて、制御回路３２４は、電圧変化量の大きさ｜ΔＶ｜があらかじめ設定された閾値Ｂより小さいか否かを判定する（ステップＳ３５３）。ステップ３５３において、閾値Ｂというパラメータと比較するのは、原理的にはＦＥＴ３０４のドレイン電圧の電圧値が一定となるはずだが、実際は多少の電圧変化が生じるので、その容認範囲を持たせるためである。

制御回路３２４は、電圧変化量の大きさ｜ΔＶ｜があらかじめ設定された閾値Ｂより小さいと判定したら（ステップＳ３５３、Ｙｅｓ）、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧を増加させる指示を電圧制御回路３２６へ出力する（ステップＳ３５４）。例えば、制御回路３２４は、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧を増加させる制御信号を電圧制御回路３２６へ出力し、電圧制御回路３２６は、制御回路３２４から出力された制御信号に基づいてＦＥＴ３０４のドレイン電圧を増加させる。制御回路３２４は、ステップＳ３５４においてＦＥＴ３０４のドレイン電圧を増加させる指示を電圧制御回路３２６へ出力した後、ステップＳ３５１の処理へ戻る。

一方、電圧変化量の大きさが閾値Ｂ以上の場合は、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧が増加又は減少している状態である。そこで、制御回路３２４は、電圧変化量の大きさ｜ΔＶ｜があらかじめ設定された閾値Ｂ以上であると判定したら（ステップＳ３５３、Ｎｏ）、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧が減少しているか否かを判定する（ステップＳ３５５）。

制御回路３２４は、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧が減少していると判定したら（ステップＳ３５５、Ｙｅｓ）、電圧制御回路３２６の電圧値が最小値であるか否かを判定する（ステップＳ３５６）。つまり、ＦＥＴ３０４の出力電圧が減少する状態は、ＦＥＴ３０４の入力電力が小さくなってきているため生じる。そこで、ステップＳ３５６において、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧がＦＥＴ３０２の出力電流を増加するために、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧をすでに大きくした状態であるか判断する。

制御回路３２４は、電圧制御回路３２６の電圧値が最小値ではないと判定したら（ステップＳ３５６，Ｎｏ）、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧を減少させる指示を電圧制御回路３２６へ出力する（ステップＳ３５７）。例えば、制御回路３２４は、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧を減少させる制御信号を電圧制御回路３２６へ出力し、電圧制御回路３２６は、制御回路３２４から出力された制御信号に基づいてＦＥＴ３０４のドレイン電圧を減少させる。このように、制御回路３２４は、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧をすでに大きくした状態である場合は、電圧制御回路３２６へ電圧ダウンの指示を行う。制御回路３２４は、ステップＳ３５７においてＦＥＴ３０４のドレイン電圧を減少させる指示を電圧制御回路３２６へ出力した後、ステップＳ３５１の処理へ戻る。

一方、制御回路３２４は、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧が減少していないと判定したら（ステップＳ３５５、Ｎｏ）、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧を維持させる指示を電圧制御回路３２６へ出力する（ステップＳ３５８）。例えば、制御回路３２４は、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧を維持させる制御信号を電圧制御回路３２６へ出力し、電圧制御回路３２６は、制御回路３２４から出力された制御信号に基づいてＦＥＴ３０４のドレイン電圧を維持させる。制御回路３２４は、ステップＳ３５８においてＦＥＴ３０４のドレイン電圧を維持させる指示を電圧制御回路３２６へ出力した後、ステップＳ３５１の処理へ戻る。

また、制御回路３２４は、電圧制御回路３２６の電圧値が最小値であると判定したら（ステップＳ３５６，Ｙｅｓ）、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧を維持させる指示を電圧制御回路３２６へ出力する（ステップＳ３５８）。例えば、制御回路３２４は、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧を維持させる制御信号を電圧制御回路３２６へ出力し、電圧制御回路３２６は、制御回路３２４から出力された制御信号に基づいてＦＥＴ３０４のドレイン電圧を維持させる。このように、制御回路３２４は、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧をすでに大きくした状態でない場合は、電圧制御回路３２６へ電圧維持の指示を行う。なお、制御回路３２４は、電圧維持の場合は何も指示しなくとも、電圧制御回路３２６は電圧を維持しているので、電圧維持指示を不要にしてもよい。

なお、ステップＳ３５５の判定において、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧が増加している場合（ステップＳ３５５、Ｎｏ）は、２つの場合が考えられる。一つは、ＦＥＴ３０４がまだ飽和していない状態である。その場合、制御回路３２４は、ＦＥＴ３０４に対して、ドレイン電圧を変更する必要がないので、電圧制御回路３２６へ電圧維持の指示を行う（ステップＳ３５８）。

もう一つの場合は、ＦＥＴ３０４が飽和している状態で、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧を大きくしている効果によりＦＥＴ３０４のドレイン電圧が増加している場合である。この状態は、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧を最適に制御できている場合と、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧を大きくし過ぎ、ＦＥＴ３０４が非飽和状態になっている場合がある。

本実施例では、非飽和状態になっていると仮定して、ステップ３５８に進み、電圧制御回路３２６へ電圧維持の指示を出している。これに対して、もし、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧を最適に制御できている場合は、制御回路３２４は、次の電圧検出からの一連のフローのステップ３５３にて電圧変化量の大きさが閾値Ｂ以下になり、電圧制御回路３２６へ電圧アップの指示を送ることになる。このように、本実施例は、電圧検出からの一連のフローを短い周期で行えば、ほぼ、常にＦＥＴ３０４のドレイン電圧を最適に制御することができる。

なお、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の効果は、図１０を用いて既に説明した第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の効果と同様であるので、詳細な説明を省略する。

次に、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の変形例を説明する。図１５は、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器においてＣＡの出力側にＲＦ電圧を検出する電圧検出器を追加した例を示す図である。図１５に示すように、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器においてＣＡとなるＦＥＴ３０２の出力側に電圧検出器３２８を設けることができる。

すなわち、図１５に示した３Ｗａｙドハティ増幅器は、図１３に示した３Ｗａｙドハティ増幅器と比較して、ＣＡであるＦＥＴ３０２の出力側に電圧検出器３２８を追加したものである。また、電圧検出器３２８で検出された出力電圧値は、制御回路３２４に入力される。

制御回路３２４は、ＦＥＴ３０２の出力が飽和している場合に、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧の増加又は減少の制御を行うのが好ましい。この点、図１５に示すように、ＦＥＴ３０２の出力側に電圧検出器３２８を追加することにより、制御回路３２４は、ＦＥＴ３０２の出力電圧が飽和しているか否かを判定することができる。そして、制御回路３２４は、ＦＥＴ３０２の出力電圧が飽和している場合に限り、図１４等で説明したＦＥＴ３０４のドレイン電圧の制御を行うことができる。

次に、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の変形例を説明する。図１６は、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器において変調波振幅検出器を追加した例を示す図である。図１６に示すように、第２実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器において変調器１０６の入力側に変調波振幅検出器３３０を設けることができる。

すなわち、図１６に示した３Ｗａｙドハティ増幅器は、図１３に示した３Ｗａｙドハティ増幅器と比較して、変調器１０６の入力側に変調波振幅検出器３３０を追加したものである。また、変調波振幅検出器３３０で検出された変調波の入力振幅は、制御回路３２４に入力される。

図１３に示した３Ｗａｙドハティ増幅器は、変調波の入力振幅が一定の状態が続くと、ＦＥＴ３０４の出力電圧が一定になる。これにより、ＦＥＴ３０２の出力が飽和していないにも関わらず、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧の制御が行われるおそれがある。ただし、本実施例は、ピーク電力と平均電力の比が大きい変調方式に対しての実施例であり、変調波の入力振幅が一定の状態が長く続くことはほとんどないものと考えられるので、図１３に示した３Ｗａｙドハティ増幅器でも不都合はないと考える。

これに対して、図１６に示した３Ｗａｙドハティ増幅器では、制御回路３２４は、変調波振幅検出器３３０から入力された変調波の入力振幅が一定の場合には、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧の制御を行わないようにすることができる。つまり、制御回路３２４は、変調波振幅検出器３３０から入力された変調波の入力振幅が一定の場合には、たとえＦＥＴ３０４のドレイン電圧が一定であったとしても、ＦＥＴ３０４のドレイン電圧の増加を行わないようにすることができる。なお、変調波振幅検出器３３０は、変調器１０６の出力側に設けることもできる。

次に、第３実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器について説明する。図１７は、第３実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の構成を示す図である。図１７に示すように、第３実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器は、ＣＡとしてのＦＥＴ４０２と、ＰＡとしてのＦＥＴ４０４と、ＰＡとしてのＦＥＴ４０６とが並列に接続された３Ｗａｙドハティ増幅器である。この場合、ＦＥＴ４０４が中間で動作する増幅部となる。なお、実施例では、増幅素子としてＦＥＴを用いる場合を例に挙げて説明するが、増幅素子はＦＥＴに限らず、例えばバイポーラトランジスタなどの増幅素子を用いることもできる。

ＦＥＴ４０４のゲート側にはλ／４線路４１０が設けられ、ＦＥＴ４０６のゲート側にはλ／４線路４１２，４１４が設けられる。変調器１０６から出力された送信データは、ＦＥＴ４０２のゲートに対しては直接入力される。一方、変調器１０６から出力された送信データは、ＦＥＴ４０４のゲートに対してはλ／４線路４１０を介して入力され、ＦＥＴ４０６のゲートに対してはλ／４線路４１２，４１４を介して入力される。

また、ＦＥＴ４０２のドレイン出力側には、λ／４線路４１６が設けられ、ＦＥＴ４０４のドレイン出力側には、λ／４線路４１８が設けられる。ＦＥＴ４０２の出力電流は、λ／４線路４１６，４１８を介して負荷４２０に流れ、ＦＥＴ４０４の出力電流は、λ／４線路４１８を介して負荷４２０に流れる。一方、ＦＥＴ４０６の出力電流は、直接負荷４２０に流れる。

本実施例では、あらかじめ設計又は試験等によって、ＦＥＴ４０２の出力が飽和する入力電力が求められ、無線機１００のメモリ１０３に記憶されている。例えば、メモリ１０３には、ＦＥＴ４０２の出力電流が一定の値になる入力電力、又はＦＥＴ４０２の出力電流の変化率があらかじめ設定された閾値より小さくなる入力電力が記憶されている。また、メモリ１０３には、ＦＥＴ４０４の出力電圧が一定の値になる入力電力、又はＦＥＴ４０４の出力電圧があらかじめ設定された閾値より小さくなる入力電力が記憶されている。なお、メモリ１０３に記憶するのは、変調波の入力電力に限らず、変調波の入力振幅閾値Ｖｔｈとすることもできる。また、本実施例では、あらかじめ設計又は試験により、ＦＥＴ４０４のドレイン電圧の最小電圧値Ｖｄｍｉｎが求められ、メモリ１０３に記憶されている。

変調器１０６の入力側には、変調波の入力電力又は入力振幅を検出する変調波振幅検出器４２２が設けられる。また、ＦＥＴ４０４のドレイン側には、ＤＣ電源より供給されるドレイン電圧を制御する電圧制御回路４２６が設けられる。変調波振幅検出器４２２で検出された変調波の入力電力は制御回路４２４に入力される。

制御回路４２４は、ＦＥＴ４０２，４０４，４０６のうち、中間で動作する増幅素子（ＦＥＴ４０４）の直前で動作する増幅素子（ＦＥＴ４０２）の出力が飽和したことを検出する。例えば、制御回路４２４は、変調波振幅検出器４２２で検出された変調波の入力電力に基づいて、ＦＥＴ４０２の出力が飽和したことを検出する。より具体的には、制御回路４２４は、変調波振幅検出器４２２によって検出された変調波の入力電力がメモリ１０３に記憶された入力電力に達したら、ＦＥＴ４０２の出力が飽和したことを検出する。

また、制御回路４２４は、ＦＥＴ４０２の出力が飽和したことが検出されたら、ＦＥＴ４０４に供給する電源電圧（ドレイン電圧）を増加させる。例えば、制御回路４２４は、ＦＥＴ４０２の出力が飽和したことが検出されたら、ＦＥＴ４０４に供給する電源電圧（ドレイン電圧）を増加させるための制御信号を、電圧制御回路４２６へ出力する。

電圧制御回路４２６は、ＦＥＴ４０４に供給する電源電圧（ドレイン電圧）の減少又は増加を制御する回路である。電圧制御回路４２６は、制御回路４２４から出力された制御信号に基づいて、ＦＥＴ４０４のドレイン電圧の減少又は増加を制御する。

このように、本実施例は、あらかじめ設計又は試験等により、ＦＥＴ４０２の出力が飽和する変調波の入力電力又は入力振幅閾値Ｖｔｈを求めておき、メモリ１０３に記憶する。そして、制御回路４２４は、変調波振幅検出器４２２によって検出された実際の変調波の入力電力又は入力振幅閾値Ｖｔｈが、メモリ１０３に記憶された入力電力又は振幅値に達したら、ＦＥＴ３０２の出力が飽和したことを検出する。そして、制御回路４２４は、ＦＥＴ４０２の出力が飽和したことを検出した場合に、ＦＥＴ４０４のドレイン電圧を増加させることにより、３Ｗａｙドハティ増幅器の電力効率を向上することができる。この点については、図８を用いて既に説明したので詳細な説明を省略する。なお、変調波振幅検出器４２２は、変調器１０６の出力側に設けることもできる。この場合、変調波振幅検出器４２２は、変調器１０６から出力された電力を検出し、検出された電力は制御回路４２４に入力される。

次に、第３実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の処理内容について説明する。図１８は、第３実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の処理フローを示す図である。まず、制御回路４２４は、メモリ１０３に格納された変調波の入力振幅閾値Ｖｔｈを読み込む（ステップＳ４５１）。

続いて、制御回路４２４は、メモリ１０３に格納されたＦＥＴ４０４のドレイン電圧の最小電圧値Ｖｄｍｉｎを読み込む（ステップＳ４５２）。続いて、制御回路４２４は、変調波振幅検出器４２２によって検出された変調波の入力振幅値Ｖ（ｔ）を読み込む（ステップＳ４５３）。続いて、制御回路４２４は、電圧制御回路４２６に現在設定されている電圧値Ｖｄ（ｔ）を読み込む（ステップＳ４５４）。

続いて、制御回路４２４は、変調波振幅検出器４２２で検出された変調波の入力振幅値Ｖ（ｔ）に対して、ＦＥＴ４０４のドレイン電圧値が大きいか否かを判定する。すなわち、制御回路４２４は、（Ｖ（ｔ）−Ｖｔｈ）＞（ｍ×（Ｖｄ（ｔ）−Ｖｄｍｉｎ））であるか否かを判定する（ステップＳ４５５）。

制御回路４２４は、変調波の入力振幅値Ｖ（ｔ）に対してＦＥＴ４０４のドレイン電圧値が小さいと判定した場合は（ステップＳ４５５、Ｙｅｓ）、ＦＥＴ４０４のドレイン電圧の不足分の電圧を増加するよう電圧制御回路４２６へ指示を出す。つまり、制御回路４２４は、電圧制御回路４２６に対して、ＦＥＴ４０４のドレイン電圧を（Ｖ（ｔ）−Ｖｔｈ）／ｍ−Ｖｄ（ｔ）＋Ｖｄｍｉｎ増加するよう指示を出す（ステップＳ４５６）。

続いて、制御回路４２４は、電圧制御回路４２６に対して、現在の電圧値を書き込む。つまり、制御回路４２４は、Ｖｄ（ｔ＋１）＝（Ｖ（ｔ）−Ｖｔｈ）／ｍ＋Ｖｄｍｉｎを電圧制御回路４２６に書き込む（ステップＳ４５７）。制御回路４２４は、ステップＳ４５７において電圧制御回路４２６に対して現在の電圧値を書き込んだ後、ステップＳ４５３の処理へ戻る。

一方、制御回路４２４は、入力振幅値Ｖ（ｔ）に対してＦＥＴ４０４のドレイン電圧値が大きいと判定した場合は（ステップＳ４５５、Ｎｏ）、変調波振幅検出器４２２によって検出された振幅値がＦＥＴ４０２の出力が飽和する振幅値より小さいか否かを判定する。言い換えると、制御回路４２４は、変調波振幅検出器４２２によって検出された振幅値が、ＦＥＴ４０２の出力電流値又はＦＥＴ４０４の出力電圧値がほぼ一定になる振幅値より小さいか否かを判定する。つまり、制御回路４２４は、Ｖ（ｔ）−Ｖｔｈ＜０であるか否かを判定する（ステップＳ４５８）。

制御回路４２４は、Ｖ（ｔ）−Ｖｔｈ＜０であると判定した場合は（ステップＳ４５８、Ｙｅｓ）、電圧制御回路４２６に対して、ＦＥＴ４０４のドレイン電圧が最小値のＶｄｍｉｎになるよう指示を出す（ステップＳ４５９）。

続いて、制御回路４２４は、電圧制御回路４２６に対して、最小電圧値を書き込む。つまり、制御回路４２４は、Ｖｄ（ｔ＋１）＝Ｖｄｍｉｎを電圧制御回路４２６に書き込む（ステップＳ４６０）。制御回路４２４は、ステップＳ４６０において電圧制御回路４２６に対して最小電圧値を書き込んだ後、ステップＳ４５３の処理へ戻る。

一方、制御回路４２４は、Ｖ（ｔ）−Ｖｔｈ＜０ではないと判定した場合は（ステップＳ４５８、Ｎｏ）、ＦＥＴ４０４のドレイン電圧が大きすぎるので、その大きすぎる分、電圧制御回路４２６に対してドレイン電圧を減少させる指示を出す。つまり、制御回路４２４は、電圧制御回路４２６に対して、ＦＥＴ４０４のドレイン電圧をＶｄ（ｔ）−Ｖｄｍｉｎ−（Ｖ（ｔ）−Ｖｔｈ）／ｍ減少するよう指示を出す（ステップＳ４６１）。

続いて、制御回路４２４は、電圧制御回路４２６に対して、現在の電圧値を書き込む。つまり、制御回路４２４は、Ｖｄ（ｔ＋１）＝（Ｖ（ｔ）−Ｖｔｈ）／ｍ＋Ｖｄｍｉｎを電圧制御回路４２６に書き込む（ステップＳ４６２）。制御回路４２４は、ステップＳ４６２において電圧制御回路４２６に対して現在の電圧値を書き込んだ後、ステップＳ４５３の処理へ戻る。

第３実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の効果は、図１０を用いて既に説明した第１実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の効果と同様であるので、詳細な説明を省略する。なお、実施例１，２，３は、それぞれ単独で実施するだけでなく、相互に補完しあって動作させることもできるので、実施例１，２，３を適宜組み合わせて実施することもできる。

また、実施例１，２，３の３Ｗａｙドハティ増幅器において、電圧制御回路の電圧値の最小値をＣＡ（ＦＥＴ２０２，３０２，４０２）のドレイン電圧に対して小さく設定することができる。例えば、図９，図１４，図１８のフローにおいて、電圧制御回路の電圧値の最小値をＣＡ（ＦＥＴ２０２，３０２，４０２）のドレイン電圧に対して小さく設定することができる。図１９は、第１−３実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器において、電圧制御回路の電圧値の最小値をＣＡのドレイン電圧に対して小さくした場合の効果を示す図である。

図１９において、破線３６２は、電圧制御回路の電圧値の最小値をＣＡのドレイン電圧に対して小さくした３Ｗａｙドハティ増幅器の規格化出力電圧に対する電力効率を示し、実線３６４は、従来の３Ｗａｙドハティ増幅器の規格化出力電圧に対する電力効率を示す。図１９のグラフは、横軸が規格化出力電力であり、縦軸が電力効率である。規格化出力電圧は、ドハティ増幅器が出力することのできる最大電力を１と規格化した場合の入力電圧である。

図１９に示すように、規格化出力電力が約０．３より大きい領域において、電圧制御回路の電圧値の最小値をＣＡのドレイン電圧に対して小さくした３Ｗａｙドハティ増幅器の電力効率が向上する。

次に、第１−３実施例における電圧制御回路の一例について説明する。図２０は、電圧制御回路の構成の一例を示す図である。図２０は、一例として第１実施例における３Ｗａｙドハティ増幅器における電圧制御回路２２６を挙げて説明するが、第２，３実施例の電圧制御回路３２６，４２６についても同様である。

図２０に示すように、電圧制御回路２２６は、アップダウンカウンタ５０２、Ｄ／Ａ（Digital/Analog）５０４、ローパスフィルタ５０６、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０８を有する。アップダウンカウンタ５０２には、制御回路２２４から出力された制御信号が入力される。また、ＰＷＭ型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０８にはＤＣ電源１０８から出力された電源電圧が供給される。なお、アップダウンカウンタ５０２及びＤ／Ａ５０４は、制御回路２２４の機能ブロックに含まれていてもよい。

アップダウンカウンタ５０２は、制御回路２２４から出力された制御信号に基づいて、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧のアップ指示、ダウン指示、又は維持指示を、カウンタを用いてカウントする。Ｄ／Ａ５０４は、アップダウンカウンタ５０２から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。

ローパスフィルタ５０６は、Ｄ／Ａ５０４から出力されたアナログ信号の高調波成分を除去し、信号の帯域を狭くする。ＰＷＭ型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０８は、ローパスフィルタ５０６から出力された信号の電圧に従って、スイッチングパルスのパルス幅を変え、パルス幅に応じた直流の電圧を生成し、直流の電圧及び電流を、ＦＥＴ２０４へ供給する。

図２０に示すように、電圧制御回路２２６には、ローパスフィルタ５０６が含まれているため、ＦＥＴ２０４に供給する電源電圧を制御する制御信号に含まれる高調波成分をローパスフィルタ５０６によって除去することができる。したがって、ＦＥＴ２０４に供給する電源電圧を制御する制御信号に高調波成分が含まれていたとしても、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を良好に制御することができる。

次に、第１−３実施例における電圧制御回路の他の例について説明する。図２１は、電圧制御回路の構成の他の例を示す図である。図２１は、一例として第１実施例における３Ｗａｙドハティ増幅器における電圧制御回路２２６を挙げて説明するが、第２，３実施例の電圧制御回路３２６，４２６についても同様である。

図２１に示すように、電圧制御回路２２６は、アップダウンカウンタ６０２、平均化回路６０４、Ｄ／Ａ６０６、ＰＷＭ型ＤＣ／ＤＣコンバータ６０８を有する。アップダウンカウンタ６０２には、制御回路２２４から出力された制御信号が入力される。また、ＰＷＭ型ＤＣ／ＤＣコンバータ６０８にはＤＣ電源１０８から出力された電源電圧が供給される。なお、アップダウンカウンタ６０２、平均化回路６０４、及びＤ／Ａ６０６は、制御回路２２４の機能ブロックに含まれていてもよい。

アップダウンカウンタ６０２は、制御回路２２４から出力された制御信号に基づいて、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧のアップ指示、ダウン指示、又は維持指示を、カウンタを用いてカウントする。平均化回路６０４は、アップダウンカウンタ６０２から出力されたデジタルの制御信号の高調波成分を除去し、信号の帯域を狭くする。

Ｄ／Ａ６０６は、平均化回路６０４から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。ＰＷＭ型ＤＣ／ＤＣコンバータ６０８は、Ｄ／Ａ６０６から出力された信号の電圧に従って、スイッチングパルスのパルス幅を変え、パルス幅に応じた直流の電圧を生成し、直流の電圧及び電流を、ＦＥＴ２０４へ供給する。

図２１に示すように、電圧制御回路２２６には、平均化回路６０４が含まれているため、ＦＥＴ２０４に供給する電源電圧を制御する制御信号に含まれる高調波成分を平均化回路６０４によって除去することができる。したがって、ＦＥＴ２０４に供給する電源電圧を制御する制御信号に高調波成分が含まれていたとしても、ＦＥＴ２０４のドレイン電圧を良好に制御することができる。

図２２は、図２０，図２１の電圧制御回路による効果を示す図である。図２２のグラフは、横軸が規格化出力電力であり、縦軸が電力効率である。規格化出力電圧は、ドハティ増幅器が出力することのできる最大電力を１と規格化した場合の出力電圧である。図２２において、破線６２２は、第１−３実施例の３Ｗａｙドハティ増幅器の規格化出力電圧に対する電力効率を示し、実線６２４は、従来の３Ｗａｙドハティ増幅器の規格化出力電圧に対する電力効率を示す。図２０，図２１の電圧制御回路を用いた場合の３Ｗａｙドハティ増幅器の規格化出力電圧に対する電力効率は、破線６２２で示した上限と、実線６２４で示した下限とに挟まれた斜線で示した領域６２６内となる。

図２２に示すように、規格化出力電力が約０．５より大きい領域、つまりＦＥＴ２０２及びＦＥＴ２０４が飽和動作し、ＦＥＴ２０６が非飽和動作している領域において、図２０，図２１の電圧制御回路を用いた場合の３Ｗａｙドハティ増幅器の規格化出力電圧に対する電力効率は向上する。これに加えて、図２０，図２１の電圧制御回路を用いることにより、変調波に含まれる高調波を除去することができるので、広帯域の変調波に対して実施例１−３を適用することが可能になるという更なる効果を生じる。なお、狭帯域の変調波に対しては、図２０のローパスフィルタ５０６、図２１の平均化回路６０４を実装せず、図２０ではＤ／Ａ５０４の出力をＰＷＭ型ＤＣ／ＤＣコンバータへ、図２１ではアップダウンカウンタの出力をＤ／Ａ６０６へ入力する構成を取ることができる。

なお、上述の実施例は、主に３つ以上の増幅素子を有するドハティ増幅器を備えた無線機（電子機器）を中心に説明したが、これに限らず、あらかじめ用意された増幅器制御プログラムをコンピュータで実行することによって、上述の実施例と同様の機能を実現することができる。すなわち、増幅器制御プログラムは、入力電力の増加にともなって順次動作し、並列接続された３つ以上の増幅素子を有する電子機器に、前記３つ以上の増幅素子のうち、中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の出力が飽和したことを検出する処理を実行させる。また、増幅器制御プログラムは、入力電力の増加にともなって順次動作し、並列接続された３つ以上の増幅素子を有する電子機器に、前記中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の出力が飽和したことが検出されたら、前記中間で動作する増幅素子に供給する電源電圧を増加させる処理を実行させる。

なお、増幅器制御プログラムは、インターネットなどの通信ネットワークを介してコンピュータに配布することができる。また、増幅器制御プログラムは、電子機器に設けられたメモリ、ハードディスク、その他のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。

１００ 無線機
１０３ メモリ
１０６ 変調器
１０８ ＤＣ電源
１１０ 増幅装置
２２２ 電流検出器
２２４，３２４，４２４ 制御回路
２２６，３２６，４２６ 電圧制御回路
２２８，３２２，３２８ 電圧検出器
２３０，３３０，４２２ 変調波振幅検出器
５０６ ローパスフィルタ
６０４ 平均化回路

Claims (7)

1. 入力電力の増加にともなって順次動作し、並列接続された３つ以上の増幅素子と、
   前記３つ以上の増幅素子のうち、中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の出力が飽和したことを検出する飽和検出部と、
   前記飽和検出部によって前記中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の出力が飽和したことが検出されたら、前記中間で動作する増幅素子に供給する電源電圧を増加させる電圧制御部と、
   を備えたことを特徴とする電子機器。
2. 前記中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の電源より供給される電流を検出する電流検出器をさらに備え、
   前記飽和検出部は、前記電流検出器によって検出された電流が一定の値になるか、又は前記電流検出器によって検出された電流の変化率があらかじめ設定された閾値よりも小さくなったら、前記中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の出力が飽和したことを検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記中間で動作する増幅素子の出力電圧を検出する電圧検出器をさらに備え、
   前記飽和検出部は、前記電圧検出器によって検出された電圧が一定の値になるか、又は前記電圧検出器によって検出された電圧の変化率があらかじめ設定された閾値よりも小さくなったら、前記中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の出力が飽和したことを検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
4. 前記中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の電源より供給される電流が一定の値になる入力電力、前記中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の電源より供給される電流の変化率があらかじめ設定された閾値より小さくなる入力電力、前記中間で動作する増幅素子の出力電圧が一定の値になる入力電力、又は前記中間で動作する増幅素子の出力電圧があらかじめ設定された閾値より小さくなる入力電力を記憶する記憶部と、
   前記３つ以上の増幅素子に対する入力電力を検出する振幅検出器とをさらに備え、
   前記飽和検出部は、前記振幅検出器で検出された前記３つ以上の増幅素子に対する入力電力が前記記憶部に記憶された入力電力に達したら、前記中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の出力が飽和したことを検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
5. 前記電圧制御部は、前記中間で動作する増幅素子に供給する電源電圧を、前記中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子に供給する電源電圧より低い電圧まで設定可能である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の電子機器。
6. 前記電圧制御部は、ローパスフィルタ又は電圧平均化回路を有し、
   前記中間で動作する増幅素子に供給する電源電圧を制御する制御信号を前記ローパスフィルタ又は前記電圧平均化回路に入力し、該ローパスフィルタ又は電圧平均化回路から出力された制御信号を用いて前記中間で動作する増幅素子に供給する電源電圧を制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の電子機器。
7. 入力電力の増加にともなって順次動作し、並列接続された３つ以上の増幅素子を有する電子機器に、
   前記３つ以上の増幅素子のうち、中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の出力が飽和したことを検出し、
   前記中間で動作する増幅素子の直前で動作する増幅素子の出力が飽和したことが検出されたら、前記中間で動作する増幅素子に供給する電源電圧を増加させる
   処理を実行させることを特徴とする増幅器制御プログラム。

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