JPWO2008053534A1 - ドハティ増幅器 - Google Patents

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峰生 野田
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幸長　俊郎
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Abstract

並列合成された複数のドハティ増幅器の温度上昇値が同じになるようにして、高効率な電力増幅と良好な歪補償を実現できるドハティ増幅器。このドハティ増幅器では、キャリア増幅素子用放熱器（１０６）に、同一機能を有する増幅素子として、第１のドハティ増幅器（１０１）のキャリア増幅素子（Ｃ１０１）と第２のドハティ増幅器（１０２）のキャリア増幅素子（Ｃ１０２）を搭載し、ピーク増幅素子用放熱器（１０７）に、キャリア増幅素子とは別な同一機能を有する増幅素子として、第１のドハティ増幅器（１０１）のピーク増幅素子（Ｐ１０１）と第２のドハティ増幅器（１０２）のピーク増幅素子（Ｐ１０２）を搭載する。そして、分配器（１０３）及び合成器（１０４）によって第１のドハティ増幅器（１０１）と第２のドハティ増幅器（１０２）とを並列接続する。

Description

本発明は、基地局歪補償方式の電力増幅装置などに用いられるドハティ増幅器に関し、特に、高い電力効率で歪補償を行うために温度特性の改善を図ったドハティ増幅器に関する。
従来より、基地局の電力増幅装置における高効率な歪補償方式として、逆特性の歪を作って本来の歪を相殺するプリディストーション方式と前方側に歪制御をかけるフィードフォワード方式とを組み合わせた、いわゆるクロスキャンセレーション方式が非特許文献１などに紹介されている。また、フィードフォワード方式とドハティ増幅器を用いた基地局歪補償電力増幅装置も非特許文献２などに紹介されている。さらに、上記のクロスキャンセレーション方式とドハティ増幅器を組み合わせることによって、基地局歪補償電力増幅装置の更なる高効率化と低歪化を実現することが可能である。
図１は、クロスキャンセレーション方式とドハティ増幅器を組み合わせた従来の基地局歪補償電力増幅装置の構成を示すブロック図である。すなわち、一般的なクロスキャンセレーション方式の基地局歪補償電力増幅装置において、図１に示すように、２つの主増幅器として第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２を並列的な構成で使用することにより、基地局歪補償電力増幅装置をさらに高効率化することができる。図１において、第１のドハティ増幅器１は、その出力側の分配器４から、合成器９→遅延器８→分配器７→分配器３→第１のドハティ増幅器１に至る帰還経路によるフィードフォワード制御によって歪制御を行っている。また、第２のドハティ増幅器２は、第１のドハティ増幅器１に対して逆特性の歪を作って合成器６へ入力することにより（つまり、プリディストーションをかけることにより）、第１のドハティ増幅器１から分配器４→遅延器５→合成器６へ入力される歪を相殺している。これによって基地局歪補償電力増幅装置の高効率化と歪補償を併せて実現することができる。
また、図１に示すような基地局歪補償電力増幅装置に用いられるドハティ増幅器は、１９３６年にW.H.Doherty氏によって最初に考案されたものであり、例えば非特許文献３などに紹介されている。直交変数多重変調方式(ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Divisional Multiplexing)などのように多数のキャリアを用いた信号波形の場合は、ピーク電力対平均電力の比が高くなるので、高い電力効率を得るためにドハティ増幅器が好んで用いられている。このように、ドハティ増幅器は増幅器の高効率化技術として広く知られている。図２は、ドハティ増幅器の基本的な構成を示すブロック図である。図２に示すように、ドハティ増幅器は、常時動作しているキャリア増幅素子２１及び第１のλ/４位相器２２とピーク電力が高いときのみ動作するピーク増幅素子２３及び第２のλ/４位相器２４とによって構成されている。なお、このようなドハティ増幅器は周知の技術であるのでその動作については説明を省略する。
図１に示すようなクロスキャンセレーション方式の歪補償回路においては、図２に示すような構成のドハティ増幅器を二組使用している。そこで、充分な歪補償を行うためには二組（複数）のドハティ増幅器（つまり、図１に示す第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２）の歪特性を揃える必要がある。そのためには二組（複数）のドハティ増幅器の温度上昇値をほぼ同じ値に揃える必要がある。つまり、二組（複数）のドハティ増幅器に温度差が生じるとクロスキャンセレーションの動作が安定しないので、二組（複数）のドハティ増幅器（図１に示す第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２）に温度差が生じないようにする必要がある。また、高出力なドハティ増幅器が必要な場合においても、複数のドハティ増幅器を並列合成して使用する方法がとられるが、この場合においても、広い電力範囲に亘って高効率を維持するためには、これらの複数のドハティ増幅器の温度上昇値をほぼ同じ値に揃える必要がある。つまり、複数のドハティ増幅器に温度差が生じないようにそれぞれの増幅素子を冷却する必要がある。
図３は、並列構成の二組のドハティ増幅器を同一の放熱器に搭載した配置例を示す従来技術の概念図である。すなわち、図３は、図１におけるクロスキャンセレーション方式の歪補償回路において、第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２を同一の放熱器（フィン）３１に搭載した構成を示している。図３に示すように、第１のドハティ増幅器１のキャリア増幅素子Ｃ１及びピーク増幅素子Ｐ１と第２のドハティ増幅器２のキャリア増幅素子Ｃ２及びピーク増幅素子Ｐ２が同一の放熱器３１に搭載され、各増幅素子の温度バランスを図っている。
２００２年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会資料『歪み相殺形電力合成増幅器の検討』 "High efficiency feed-forward amplifier using RF predistortion linerizerand the modified Doherty Amplifier",2004 IEEE MTT-S Digest "A New High Efficiency Power Amplifier For Modulared Wave",Proceedingof the Institude of Radio Engineers,Vol.24,No.9,September 1936
しかしながら、図３のような放熱器３１の向きで第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２を同じ放熱器３１に搭載した構成だけでは、自然空冷による放熱作用によって第２のドハティ増幅器２の熱が第１のドハティ増幅器１側へ伝導するので、第２のドハティ増幅器２の温度より第１のドハティ増幅器１の温度の方が高くなって両者に温度差が生じる。そこで、図４の構成図に示すように、第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２を搭載した放熱器３１をファン３２で下方から上方へ強制空冷する構成とすれば、第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２の温度差は小さくなる。しかし、風の上流側にある第２のドハティ増幅器２のキャリア増幅器Ｃ２の熱は、風の下流側にある第１のドハティ増幅器１のキャリア増幅器Ｃ１の方へ伝導するので、常時動作するキャリア増幅器Ｃ１とキャリア増幅器Ｃ２には温度差Δｔが生じる。そのため、第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２の諸特性にばらつきが生じ、両者のドハティ増幅器の出力電力に差が生じるので、出力側の合成器６において電力損失が発生して電力効率を低下させる要因となる。
また、図５の構成図に示すように、第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２を搭載した放熱器３１を複数のファン（例えば、２つのファン３２ａ，３２ｂ）で横方向（つまり、図の左方から右方）へ強制空冷する構成にした場合は、複数のファン（２つのファン３２ａ，３２ｂ）の風量ばらつきによって第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２で温度差Δｔが生じる。その結果、各ドハティ増幅器の出力電力に差が生じるので、やはり出力側の合成器６において電力損失が発生して電力効率を低下させる要因となる。
また、図６の構成図に示すように、第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２を搭載した放熱器３１を大型のファン３３で左方から右方へ強制空冷する構成にした場合は、放熱器３１の中心部と外側で風量に差が生じる。そのため、放熱器３１の中心部と外側で温度差が生じ、第１のドハティ増幅器１のキャリア増幅器Ｃ１と第２のドハティ増幅器２のキャリア増幅器Ｃ２で温度差Δｔが生じる。その結果、各ドハティ増幅器の出力電力に差が生じるので、やはり出力側の合成器６において電力損失が発生して電力効率を低下させる要因となる。また、大型のファン３３を用いることによってドハティ増幅器の歪補償装置全体の構成が大型になるなどの不具合も生じる。
また、特に図示しないが、図３を想定して説明すると、放熱器３１において空気の流通するラジエータ部分を除く放熱基板の厚みを厚くすれば熱抵抗が下がり、放熱基板の部分の熱伝導率が上昇して放熱基板上の熱分布を均一にすることができる。その結果、第１のドハティ増幅器１のキャリア増幅器Ｃ１と第２のドハティ増幅器２のキャリア増幅器Ｃ２の温度上昇値をほぼ同じ値にすることができる。しかし、放熱基板の部分が厚くなることによって放熱器の総重量が増加してしまい、結果的に、ドハティ増幅器の歪補償装置全体が重くなってしまうなどの不具合が生じる。
本発明の目的は、並列構成された複数のドハティ増幅器の温度上昇値がほぼ同じになるようにして、電力のバランスと高効率な電力増幅と良好な歪補償を併せて実現することができるドハティ増幅器を提供することである。
本発明のドハティ増幅器は、複数のドハティ増幅回路が並列に接続されたドハティ増幅器であって、同一機能を有する複数の増幅素子が同一の放熱器に搭載される構成を採る。
本発明のドハティ増幅器によれば、同一機能を有する複数の増幅素子の温度上昇値をほぼ同じ値にすることができるので、複数のドハティ増幅回路の諸特性を揃えることができる。その結果、複数のドハティ増幅回路を並列接続して構成したクロスキャンセレーション方式の基地局歪補償電力増幅装置などにおいて電力を高効率化することができると共に、良好な歪特性を実現することができる。
具体的な例として、常時動作している複数のキャリア増幅素子をほぼ同じ温度に維持することができると共に、ピーク電力が大きいときに動作する複数のピーク増幅素子もほぼ同じ温度に維持することができる。その結果、ドハティ増幅器の温度変化などによって生じる諸特性の劣化を防ぎ、電力の高効率化と良好な歪補償を実現することが可能となる。
クロスキャンセレーション方式とドハティ増幅器を組み合わせた従来の基地局歪補償電力増幅装置の構成を示すブロック図 ドハティ増幅器の基本的な構成を示すブロック図 並列構成の二組のドハティ増幅器を同一の放熱器に搭載した配置例を示す従来技術の概念図 ドハティ増幅器を搭載した放熱器を強制空冷した従来技術の構成図 ドハティ増幅器を搭載した放熱器を強制空冷した従来技術の構成図 ドハティ増幅器を搭載した放熱器を強制空冷した従来技術の構成図 本発明の各実施の形態に適用される二組のドハティ増幅器を並列合成した回路図 図７に示す二組のドハティ増幅器を放熱器に搭載したときの各素子の配置を示す実施の形態１のドハティ増幅器の構成図 図７に示す二組のドハティ増幅器を多層基板に搭載したときの各素子の配置を示す実施の形態２のドハティ増幅器の構成図 実施の形態３に適用されるＮ−Ｗａｙドハティ増幅器の回路図 Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器を用いて二組のドハティ増幅器を並列合成した実施の形態３のドハティ増幅器の構成図における等価回路 Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器を用いて二組のドハティ増幅器を並列合成した実施の形態３のドハティ増幅器の構成図における効果的な回路の配置 Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器において同じ容量のピーク増幅素子を同一の放熱器にまとめた実施の形態３の変形例のドハティ増幅器の構成図における等価回路 Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器において同じ容量のピーク増幅素子を同一の放熱器にまとめた実施の形態３の変形例のドハティ増幅器の構成図における効果的な回路の配置 ピーク増幅素子の台数を変更することが可能なＮ−Ｗａｙドハティ増幅器の構成を示す実施の形態４のドハティ増幅器の構成図
〈発明の概要〉
本発明のドハティ増幅器は、複数のドハティ増幅器を並列合成する構成において、同一機能を有する増幅素子同士を同一の放熱器に配置して温度上昇の均一化を図っている。すなわち、ドハティ増幅器は、常時動作するキャリア増幅素子とピーク電力が高いときのみ動作するピーク増幅素子とによって構成されているので、基地局歪補償電力増幅装置などを構成する複数のドハティ増幅器の並列回路において、キャリア増幅器同士を同一の放熱器に搭載し、かつピーク増幅素子同士を他の同一の放熱器に搭載する。これによって、複数のドハティ増幅器の温度特性を揃えることができるので、ドハティ増幅器の温度変化などによって生じる諸特性の劣化を防ぐことができる。その結果、電力の高効率化と良好な歪補償を実現することが可能となり、高品質なクロスキャンセレーション方式の基地局歪補償電力増幅装置等を提供することができる。
次に、本発明のドハティ増幅器の具体的な実施の形態の幾つかについて詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態で用いる図面において、同一の構成要素は同一の符号を付し、かつ重複する説明は可能な限り省略する。なお、以下の説明では、クロスキャンセレーション方式とドハティ増幅器とを組み合わせた基地局歪補償電力増幅装置、及び高出力なドハティ増幅器が必要な場合に複数のドハティ増幅回路を並列合成した電力増幅装置を想定した、複数のドハティ増幅回路の並列合成における実施の形態について述べることにする。
〈実施の形態１〉
図７は、本発明の各実施の形態に適用される二組のドハティ増幅回路を並列合成した回路図である。図７に示すように、二組のドハティ増幅器は、第１のドハティ増幅器１０１と第２のドハティ増幅器１０２が、入力側の分配器１０３及び出力側の合成器１０４によって並列に接続された構成となっている。第１のドハティ増幅器１０１は、常時動作するキャリア増幅素子Ｃ１０１及び第１のλ/４位相器ＲＣ１０１と、ピーク電力が高いときのみ動作するピーク増幅素子Ｐ１０１及び第２のλ/４位相器ＲＰ１０１との並列回路によって構成されている。また、第２のドハティ増幅器１０２は、常時動作するキャリア増幅素子Ｃ１０２及び第１のλ/４位相器ＲＣ１０２と、ピーク電力が高いときのみ動作するピーク増幅素子Ｐ１０２及び第２のλ/４位相器ＲＰ１０２との並列回路によって構成されている。なお、このような構成のドハティ増幅器の動作につては周知の技術であるのでその説明は省略する。
図８は、図７に示す二組のドハティ増幅器を放熱器に搭載したときの各素子の配置を示す実施の形態１のドハティ増幅器の構成図である。図８に示すように、キャリア増幅素子用放熱器１０６には、第１のドハティ増幅器１０１のキャリア増幅素子Ｃ１０１と第２のドハティ増幅器１０２のキャリア増幅素子Ｃ１０２が搭載されている。また、ピーク増幅素子用放熱器１０７には、第１のドハティ増幅器１０１のピーク増幅素子Ｐ１０１と第２のドハティ増幅器１０２のピーク増幅素子Ｐ１０２が搭載されている。つまり、キャリア増幅素子用放熱器１０６及びピーク増幅素子用放熱器１０７には、それぞれ同一機能を有する増幅素子が搭載されている。
そして、図７の回路構成で示したように、第１のドハティ増幅器１０１は第１のλ/４位相器ＲＣ１０１と第２のλ/４位相器ＲＰ１０１を図８のように回路接続し、第２のドハティ増幅器１０２は第１のλ/４位相器ＲＣ１０２と第２のλ/４位相器ＲＰ１０２を図８のように回路接続し、さらに、入力側の分配器１０３及び出力側の合成器１０４によって第１のドハティ増幅器１０１と第２のドハティ増幅器１０２とを並列に接続する。
図８のような放熱器上の素子配置の構成において、キャリア増幅素子Ｃ１０１とピーク増幅素子Ｐ１０１で第１のドハティ増幅器１０１を構成し、キャリア増幅素子Ｃ１０２とピーク増幅素子Ｐ１０２で第２のドハティ増幅器１０２を構成する。そして、これら２台（複数台）のドハティ増幅器を近接して構成することによってドハティ増幅器の並列合成を実現する。
これによって、同一機能を有する第１のドハティ増幅器１０１のキャリア増幅素子Ｃ１０１と第２のドハティ増幅器１０２のキャリア増幅素子Ｃ１０２は、同一の放熱器（つまり、キャリア増幅器用放熱器１０６）に搭載されているので、ほぼ同じ温度上昇値に維持することができる。また、他の同一機能を有する第１のドハティ増幅器１０１のピーク増幅素子Ｐ１０１と第２のドハティ増幅器１０２のピーク増幅素子Ｐ１０２は、同一の放熱器（つまり、ピーク増幅素子用放熱器１０７）に搭載されているので、ほぼ同じ温度上昇値に維持することができる。この結果、第１のドハティ増幅器１０１と第２のドハティ増幅器１０２を同じ特性に揃えることができるので、クロスキャンセレーション方式とドハティ増幅器とを組み合わせた基地局歪補償電力増幅装置に適用しても、電力増幅の高効率化と良好な歪特性を実現することができる。
すなわち、一つの放熱器上に複数のキャリア増幅素子を配置し、他の放熱器上に複数のピーク増幅素子を配置するというように、複数のドハティ増幅器のうちで同じ機能を有する増幅素子同士を組み合わせて同一の放熱器に搭載し、回路接続によって複数台のドハティ増幅器を並列に接続することにより、複数のドハティ増幅器の温度特性を揃えることができる。その結果、電力増幅を高効率に維持しながら良好な歪補償を行うことができる。
なお、図８においては自然空冷を想定しているのでファンが備えられていないが、キャリア増幅素子用放熱器１０６の下部及びピーク増幅素子用放熱器１０７の下部にそれぞれファンを備えて強制空冷を行えば、第１のドハティ増幅器１０１のキャリア増幅素子Ｃ１０１及び第２のドハティ増幅器１０２のキャリア増幅素子Ｃ１０２の温度上昇値をさらに均一に揃えることができると共に、第１のドハティ増幅器１０１のピーク増幅素子Ｐ１０１及び第２のドハティ増幅器１０２のピーク増幅素子Ｐ１０２の温度上昇値もさらに均一に揃えることができる。
また、実施の形態１の変形例として、同一ウェハー上で形成されていてパッケージ化された複数の増幅素子、例えば、２つの増幅素子を交互に動作させて増幅を行うプッシュプル型増幅素子を用いたドハティ増幅器の構成にすることもできる。つまり、図８において、一方の信号で動作するトランジスタ増幅器（例えば、Ｃ１０１、Ｃ１０２）をキャリア増幅器用放熱器１０６に搭載し、他方の信号で動作するトランジスタ増幅器（例えば、Ｐ１０１、Ｐ１０２）をピーク増幅素子用放熱器１０７に搭載すれば、同じタイミングで動作する側の複数のトランジスタ増幅器の温度上昇値をほぼ同じ値にすることができるので、温度変化に関わらずプッシュプル増幅器を安定的に動作させることができる。
このように構成することにより、各トランジスタ増幅器（または、各ドハティ増幅器）の温度特性を揃えるだけでなく、各トランジスタ増幅器（各ドハティ増幅器）を構成するデバイスの固有のバラツキや経年変化を揃えることができるので、各トランジスタ増幅器（各ドハティ増幅器）で合成された出力側の電力損失を防ぐことができる。その結果、複数のドハティ増幅器で構成された電力増幅装置などをメンテナンスフリーで運用することが可能となる。
また、一般的には、複数台のドハティ増幅器を製作する場合には、デバイスに固有なバラツキを補正するために、製作時において、ドハティ増幅器に使用される分配器や合成器を一台ずつ微調整する必要があるが、本実施の形態による増幅素子の組み合わせ構成にすることにより、分配器や合成器の調整工数を減らすことが可能となる。
さらに、実施の形態１の他の変形例として、出力容量の異なるプッシュプル型増幅素子を組み合わせて用いる場合は、同一電力のプッシュプル型増幅素子同士を同一の放熱器に搭載することもできる。例えば、図８において、１０ｗ型のプッシュプル型増幅素子（例えば、Ｃ１０１、Ｃ１０２）をキャリア増幅器用放熱器１０６に搭載し、２０ｗ型のプッシュプル型増幅素子（例えば、Ｐ１０１、Ｐ１０２）をピーク増幅素子用放熱器１０７に搭載すれば、同じ電力容量で動作する複数のプッシュプル型増幅素子の温度上昇値をほぼ同じ値にすることができるので、温度変化に関わらずプッシュプル増幅器を安定的に動作させることができる。
また、このようにして出力容量の異なるプッシュプル型増幅素子を用いて回路を構成する場合、同一の電力容量のプッシュプル型増幅素子を同一の放熱器に構成することにより、独立した出力容量の異なる増幅素子を用いてプッシュプル増幅回路を構成する場合よりもコストを削減することができる。
〈実施の形態２〉
実施の形態２では多層基板に複数（二組）のドハティ増幅器を配置して並列合成する場合について説明する。図９は、図７に示す二組のドハティ増幅器を多層基板に搭載したときの各素子の配置を示す実施の形態２のドハティ増幅器の構成図である。
図９において、左図の第１の基板１１１には、第１のドハティ増幅器１０１のキャリア増幅素子Ｃ１０１とピーク増幅素子Ｐ１０１が第１のλ/４位相器及び第２のλ/４位相器と共にパターニングされているが、キャリア増幅素子Ｃ１０１側のパターンとピーク増幅素子Ｐ１０１側のパターンは、第１の基板１１１の図の上方側に偏ってやや隔てた配置でパターニングされている。
また、中図の第２の基板１１２には、第２のドハティ増幅器１０２のキャリア増幅素子Ｃ１０２とピーク増幅素子Ｐ１０２が第１のλ/４位相器及び第２のλ/４位相器と共にパターニングされているが、キャリア増幅素子Ｃ１０２側のパターンとピーク増幅素子Ｐ１０２側のパターンは、第２の基板１１２の図の下方側に偏ってやや隔てた配置でパターニングされている。つまり、第２のドハティ増幅器１０２のキャリア増幅素子Ｃ１０２及びピーク増幅素子Ｐ１０２は、第１の基板１１１と第２の基板１１２を重ねたときに、第１のドハティ増幅器１０１のキャリア増幅素子Ｃ１０１及びピーク増幅素子Ｐ１０１と上下の位置で重ならないようにずらしてパターニングされている。
このような第１の基板１１１と第２の基板１１２のパターニングにより、第１の基板１１１と第２の基板１１２を重ねて多層基板１１３にしたときには、図９の右図に示すように、第１のドハティ増幅器１０１のキャリア増幅素子Ｃ１０１と第２のドハティ増幅器１０２のキャリア増幅素子Ｃ１０２が近接して配置され、かつ、第１のドハティ増幅器１０１のピーク増幅素子Ｐ１０１と第２のドハティ増幅器１０２のピーク増幅素子Ｐ１０２が近接して配置された構成となる。つまり、同一機能を有する増幅素子同士が近接して配置された構成となる。
すなわち、第１の基板１１１と第２の基板１１２にそれぞれパターニングされた二組のドハティ増幅器１０１，１０２を多層基板１１３に積層した場合は、同一の機能を有する増幅素子同士が近接して配置された構成になるので、同一の機能を有する増幅素子をほぼ同じ温度に揃えることができる。これによって、複数のドハティ増幅器で並列構成した基地局歪補償電力増幅装置の電力増幅を高効率に維持しながら良好な歪補償を実現することができる。
〈実施の形態３〉
実施の形態３ではピーク増幅素子が多段接続されたＮ−Ｗａｙドハティ増幅器の構成について説明する。図１０は、実施の形態３に適用されるＮ−Ｗａｙドハティ増幅器の回路図である。図１０に示すように、１個のキャリア増幅素子Ｃ１０１に対してＮ個のピーク増幅素子Ｐ１０１−１〜Ｐ１０１−Ｎが並列に接続されてＮ−Ｗａｙドハティ増幅器を構成している。
図１０のようにピーク増幅素子が多段接続された構成のＮ−Ｗａｙドハティ増幅器は、効率バックオフを大きくとっても効率の低下が少ない増幅器として知られている。すなわち、Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器は、１個のピーク増幅素子の出力最大振幅レベルと飽和電力レベルの差で表わされるバックオフを大きくとることができるので（つまり、１個のピーク増幅素子の出力最大振幅レベルを飽和電力レベルぎりぎりまで大きくすることができるので）、ピーク電力が増加するにしたがってピーク増幅素子の並列接続の個数を増加したときの電力効率を常に最大の状態を維持することが可能となる。
図１１は、Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器を用いて二組のドハティ増幅器を並列合成した実施の形態３のドハティ増幅器の構成図であり、図１１Ａは等価回路、図１１Ｂは効果的な回路の配置を示している。すなわち、図１１は、ピーク増幅素子を２個並列にしたときの２−Ｗａｙドハティ増幅器を二組並列合成した場合のドハティ増幅器の構成を示している。キャリア増幅素子Ｃ１０１と２個のピーク増幅素子Ｐ１０１−１，Ｐ１０１−２が一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器であり、キャリア増幅素子Ｃ１０２と２個のピーク増幅素子Ｐ１０２−１，Ｐ１０２−２がもう一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器である。
図１１Ａの等価回路に示すように、二組の２−Ｗａｙドハティ増幅器において、一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器のキャリア増幅素子Ｃ１０１と他の一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器のキャリア増幅素子Ｃ１０２は、同一機能を有するので第１の放熱器１２１に配置されている。さらに、一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器の１−Ｗａｙ目のピーク増幅素子Ｐ１０１−１と他の一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器の１−Ｗａｙ目のピーク増幅素子Ｐ１０２−１は同一機能を有するので第２の放熱器１２２に配置し、かつ、一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器の２−Ｗａｙ目のピーク増幅素子Ｐ１０１−２と他の一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器の２−Ｗａｙ目のピーク増幅素子Ｐ１０２−２も同一機能を有するので第３の放熱器１２３に配置されている。つまり、同一Ｗａｙのピーク増幅素子は同一の放熱器に搭載されている。これによって、実施の形態１で述べた場合と同様に、同一機能を有するキャリア増幅素子同士をほぼ同じ温度にし、他の同一機能を有するピーク増幅素子同士をほぼ同じ温度にすることができる。
しかしながら、図１１Ａのような配置では、常時動作するキャリア増幅素子Ｃ１０１とキャリア増幅素子Ｃ１０２が、冷却風の上流側（図の下方側）にあるピーク増幅素子Ｐ１０１−１、Ｐ１０２−１、Ｐ１０１−２、Ｐ１０２−２からの熱の影響を受けるおそれがある。
そこで、図１１Ｂの効果的な回路の配置図に示すように、常時動作していて多くの熱を発生させるキャリア増幅素子Ｃ１０１，Ｃ１０２を搭載した放熱器１２１を中心部に配置して、その両側に、ピーク増幅素子Ｐ１０１−１、Ｐ１０２−１を搭載した放熱器１２２と、ピーク増幅素子Ｐ１０１−２、Ｐ１０２−２を搭載した放熱器１２３を配置する。このような配置構成にすることによって、Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器においても各増幅素子の温度特性をさらに正確に揃えることができる。
図１２は、Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器において同じ容量のピーク増幅素子を同一の放熱器にまとめた実施の形態３の変形例のドハティ増幅器の構成図であり、図１２Ａは等価回路、図１２Ｂは効果的な回路の配置を示している。すなわち、図１２Ａの等価回路が図１１Ａの等価回路と異なるところは、同じ容量のピーク増幅素子Ｐ１０１−１、Ｐ１０１−２を同一の放熱器１２２にまとめ、他の同じ容量のピーク増幅素子Ｐ１０２−１、Ｐ１０２−２を同一の放熱器１２３にまとめたところである。このようにすることによって、同じ容量同士のピーク増幅素子は熱の影響を受け難いので各ピーク増幅素子の温度をさらに均一にすることができる。
また、図１２Ｂの効果的な回路の配置図に示すように、常時動作していて多くの熱を発生させるキャリア増幅素子Ｃ１０１，Ｃ１０２を搭載した放熱器１２１を中心部に配置して、その両側に、同じ容量のピーク増幅素子Ｐ１０１−１、Ｐ１０１−２を搭載した放熱器１２２と、他の同じ容量のピーク増幅素子Ｐ１０２−１、Ｐ１０２−２を搭載した放熱器１２３をそれぞれ配置する。このような配置構成にすることによって、Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器において各増幅素子の温度特性をさらに正確に揃えることができる。
また、図１２に示すように、複数台のＮ−Ｗａｙドハティ増幅器において、同じ容量のピーク増幅素子を同じ放熱器上に配置した構成することにより、放熱器における温度分布が単純化されるのでＮ−Ｗａｙドハティ増幅器の回路設計を簡略化することができる。さらに、ドハティ増幅器の歪特性は常時動作しているキャリア増幅素子が支配的となるため、キャリア増幅素子を中心部に配置することによって、各キャリア増幅素子の温度上昇値が均一になるため、基地局歪補償電力増幅装置などに用いればより良好な歪特性を実現することができる。
〈実施の形態４〉
上記の実施の形態３ではピーク増幅素子を２個用いた２−Ｗａｙドハティ増幅器の構成例について説明したが、実際の基地局歪補償電力増幅装置などの回路ではＮ個のピーク増幅素子を用いたＮ−Ｗａｙドハティ増幅器で構成される場合が多い。そのような場合には、必要に応じてピーク増幅素子を数増しできるような構成にすることが望ましい。そこで実施の形態４ではＮ個のピーク増幅素子を接続できるＮ−Ｗａｙドハティ増幅器の構成について説明する。
図１３は、ピーク増幅素子の台数を変更することが可能なＮ−Ｗａｙドハティ増幅器の構成を示す実施の形態４のドハティ増幅器の構成図である。図１３に示す基本構成は図１１Ａの等価回路であり、入力側に５０Ω線路からなる分配器１３１及び分配器１３２が配置され、出力側に５０Ω線路からなる合成器１３３及び合成器１３４が配置されている。
図１３の構成図では、図１１の構成と同様に、キャリア増幅素子Ｃ１０１，Ｃ１０２が第１の放熱器１２１に配置され、１−Ｗａｙ目のピーク増幅素子Ｐ１０１−１，Ｐ１０２−１が第２の放熱器１２２に配置され、かつ、２−Ｗａｙ目のピーク増幅素子Ｐ１０１−２，Ｐ１０２−２が第３の放熱器１２３に配置されている。さらに、ピーク増幅素子をＮ−Ｗａｙまで数増しする場合は、一組の３−Ｗａｙ目のピーク増幅素子の入力側を分配器１３２に接続し、そのピーク増幅素子の出力側を合成器１３３に接続する。さらに、他の一組の３−Ｗａｙ目のピーク増幅素子の入力側を分配器１３１に接続し、そのピーク増幅素子の出力側を合成器１３４に接続する。
このようにして、二組のドハティ増幅器について、Ｎ−Ｗａｙ目のピーク増幅素子に至るまで、ピーク増幅素子の入力側を分配器１３１，１３２に順次接続すると共にピーク増幅素子の出力側を合成器１３３，１３４に順次接続して行けば、ピーク増幅素子がＮ個並列に構成されたＮ−Ｗａｙドハティ増幅器を構成することができる。
すなわち、実施の形態４においては、複数のピーク増幅素子を接続するための５０Ω線路からなる分配器１３１，１３２及び合成器１３３，１３４をあらかじめ用意し、必要に応じてピーク増幅素子を順次に分配器１３１，１３２と合成器１３３，１３４に接続して行けばよい。このような構成にすることにより、Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器のピーク増幅素子の段数を容易に変更することが可能となる。
本発明によれば、ドハティ増幅器を並列合成した場合に同じ機能を有する増幅素子の温度上昇値をほぼ同じ値にして高効率化と低歪化を実現することができるので、歪補償電力増幅装置や大容量の電力増幅装置などに有効に利用することができる。
本発明は、基地局歪補償方式の電力増幅装置などに用いられるドハティ増幅器に関し、特に、高い電力効率で歪補償を行うために温度特性の改善を図ったドハティ増幅器に関する。
従来より、基地局の電力増幅装置における高効率な歪補償方式として、逆特性の歪を作って本来の歪を相殺するプリディストーション方式と前方側に歪制御をかけるフィードフォワード方式とを組み合わせた、いわゆるクロスキャンセレーション方式が非特許文献１などに紹介されている。また、フィードフォワード方式とドハティ増幅器を用いた基地局歪補償電力増幅装置も非特許文献２などに紹介されている。さらに、上記のクロスキャンセレーション方式とドハティ増幅器を組み合わせることによって、基地局歪補償電力増幅装置の更なる高効率化と低歪化を実現することが可能である。
図１は、クロスキャンセレーション方式とドハティ増幅器を組み合わせた従来の基地局歪補償電力増幅装置の構成を示すブロック図である。すなわち、一般的なクロスキャンセレーション方式の基地局歪補償電力増幅装置において、図１に示すように、２つの主増幅器として第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２を並列的な構成で使用することにより、基地局歪補償電力増幅装置をさらに高効率化することができる。図１において、第１のドハティ増幅器１は、その出力側の分配器４から、合成器９→遅延器８→分配器７→分配器３→第１のドハティ増幅器１に至る帰還経路によるフィードフォワード制御によって歪制御を行っている。また、第２のドハティ増幅器２は、第１のドハティ増幅器１に対して逆特性の歪を作って合成器６へ入力することにより（つまり、プリディストーションをかけることにより）、第１のドハティ増幅器１から分配器４→遅延器５→合成器６へ入力される歪を相殺している。これによって基地局歪補償電力増幅装置の高効率化と歪補償を併せて実現することができる。
また、図１に示すような基地局歪補償電力増幅装置に用いられるドハティ増幅器は、１９３６年にW.H.Doherty氏によって最初に考案されたものであり、例えば非特許文献３などに紹介されている。直交変数多重変調方式(ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Divisional Multiplexing)などのように多数のキャリアを用いた信号波形の場合は、ピーク電力対平均電力の比が高くなるので、高い電力効率を得るためにドハティ増幅器が好んで用いられている。このように、ドハティ増幅器は増幅器の高効率化技術として広く知られている。図２は、ドハティ増幅器の基本的な構成を示すブロック図である。図２に示すように、ドハティ増幅器は、常時動作しているキャリア増幅素子２１及び第１のλ/４位相器２２とピーク電力が高いときのみ動作するピーク増幅素子２３及び第２のλ/４位相器２４とによって構成されている。なお、このようなドハティ増幅器は周知の技術であるのでその動作については説明を省略する。
図１に示すようなクロスキャンセレーション方式の歪補償回路においては、図２に示すような構成のドハティ増幅器を二組使用している。そこで、充分な歪補償を行うためには二組（複数）のドハティ増幅器（つまり、図１に示す第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２）の歪特性を揃える必要がある。そのためには二組（複数）のドハティ増幅器の温度上昇値をほぼ同じ値に揃える必要がある。つまり、二組（複数）のドハティ増幅器に温度差が生じるとクロスキャンセレーションの動作が安定しないので、二組（複数）のドハティ増幅器（図１に示す第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２）に温度差が生じないようにする必要がある。また、高出力なドハティ増幅器が必要な場合に
おいても、複数のドハティ増幅器を並列合成して使用する方法がとられるが、この場合においても、広い電力範囲に亘って高効率を維持するためには、これらの複数のドハティ増幅器の温度上昇値をほぼ同じ値に揃える必要がある。つまり、複数のドハティ増幅器に温度差が生じないようにそれぞれの増幅素子を冷却する必要がある。
図３は、並列構成の二組のドハティ増幅器を同一の放熱器に搭載した配置例を示す従来技術の概念図である。すなわち、図３は、図１におけるクロスキャンセレーション方式の歪補償回路において、第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２を同一の放熱器（フィン）３１に搭載した構成を示している。図３に示すように、第１のドハティ増幅器１のキャリア増幅素子Ｃ１及びピーク増幅素子Ｐ１と第２のドハティ増幅器２のキャリア増幅素子Ｃ２及びピーク増幅素子Ｐ２が同一の放熱器３１に搭載され、各増幅素子の温度バランスを図っている。
２００２年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会資料『歪み相殺形電力合成増幅器の検討』 "High efficiency feed-forward amplifier using RF predistortion linerizerand the modified Doherty Amplifier",2004 IEEE MTT-S Digest "A New High Efficiency Power Amplifier For Modulared Wave",Proceedingof the Institude of Radio Engineers,Vol.24,No.9,September 1936
しかしながら、図３のような放熱器３１の向きで第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２を同じ放熱器３１に搭載した構成だけでは、自然空冷による放熱作用によって第２のドハティ増幅器２の熱が第１のドハティ増幅器１側へ伝導するので、第２のドハティ増幅器２の温度より第１のドハティ増幅器１の温度の方が高くなって両者に温度差が生じる。そこで、図４の構成図に示すように、第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２を搭載した放熱器３１をファン３２で下方から上方へ強制空冷する構成とすれば、第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２の温度差は小さくなる。しかし、風の上流側にある第２のドハティ増幅器２のキャリア増幅器Ｃ２の熱は、風の下流側にある第１のドハティ増幅器１のキャリア増幅器Ｃ１の方へ伝導するので、常時動作するキャリア増幅器Ｃ１とキャリア増幅器Ｃ２には温度差Δｔが生じる。そのため、第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２の諸特性にばらつきが生じ、両者のドハティ増幅器の出力電力に差が生じるので、出力側の合成器６において電力損失が発生して電力効率を低下させる要因となる。
また、図５の構成図に示すように、第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２を搭載した放熱器３１を複数のファン（例えば、２つのファン３２ａ，３２ｂ）で横方向（つまり、図の左方から右方）へ強制空冷する構成にした場合は、複数のファン（２つのファン３２ａ，３２ｂ）の風量ばらつきによって第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２で温度差Δｔが生じる。その結果、各ドハティ増幅器の出力電力に差が生じるので、やはり出力側の合成器６において電力損失が発生して電力効率を低下させる要因となる。
また、図６の構成図に示すように、第１のドハティ増幅器１と第２のドハティ増幅器２を搭載した放熱器３１を大型のファン３３で左方から右方へ強制空冷する構成にした場合は、放熱器３１の中心部と外側で風量に差が生じる。そのため、放熱器３１の中心部と外側で温度差が生じ、第１のドハティ増幅器１のキャリア増幅器Ｃ１と第２のドハティ増幅器２のキャリア増幅器Ｃ２で温度差Δｔが生じる。その結果、各ドハティ増幅器の出力電力に差が生じるので、やはり出力側の合成器６において電力損失が発生して電力効率を低下させる要因となる。また、大型のファン３３を用いることによってドハティ増幅器の歪
補償装置全体の構成が大型になるなどの不具合も生じる。
また、特に図示しないが、図３を想定して説明すると、放熱器３１において空気の流通するラジエータ部分を除く放熱基板の厚みを厚くすれば熱抵抗が下がり、放熱基板の部分の熱伝導率が上昇して放熱基板上の熱分布を均一にすることができる。その結果、第１のドハティ増幅器１のキャリア増幅器Ｃ１と第２のドハティ増幅器２のキャリア増幅器Ｃ２の温度上昇値をほぼ同じ値にすることができる。しかし、放熱基板の部分が厚くなることによって放熱器の総重量が増加してしまい、結果的に、ドハティ増幅器の歪補償装置全体が重くなってしまうなどの不具合が生じる。
本発明の目的は、並列構成された複数のドハティ増幅器の温度上昇値がほぼ同じになるようにして、電力のバランスと高効率な電力増幅と良好な歪補償を併せて実現することができるドハティ増幅器を提供することである。
本発明のドハティ増幅器は、複数のドハティ増幅回路が並列に接続されたドハティ増幅器であって、同一機能を有する複数の増幅素子が同一の放熱器に搭載される構成を採る。
本発明のドハティ増幅器によれば、同一機能を有する複数の増幅素子の温度上昇値をほぼ同じ値にすることができるので、複数のドハティ増幅回路の諸特性を揃えることができる。その結果、複数のドハティ増幅回路を並列接続して構成したクロスキャンセレーション方式の基地局歪補償電力増幅装置などにおいて電力を高効率化することができると共に、良好な歪特性を実現することができる。
具体的な例として、常時動作している複数のキャリア増幅素子をほぼ同じ温度に維持することができると共に、ピーク電力が大きいときに動作する複数のピーク増幅素子もほぼ同じ温度に維持することができる。その結果、ドハティ増幅器の温度変化などによって生じる諸特性の劣化を防ぎ、電力の高効率化と良好な歪補償を実現することが可能となる。
〈発明の概要〉
本発明のドハティ増幅器は、複数のドハティ増幅器を並列合成する構成において、同一機能を有する増幅素子同士を同一の放熱器に配置して温度上昇の均一化を図っている。すなわち、ドハティ増幅器は、常時動作するキャリア増幅素子とピーク電力が高いときのみ動作するピーク増幅素子とによって構成されているので、基地局歪補償電力増幅装置などを構成する複数のドハティ増幅器の並列回路において、キャリア増幅器同士を同一の放熱器に搭載し、かつピーク増幅素子同士を他の同一の放熱器に搭載する。これによって、複数のドハティ増幅器の温度特性を揃えることができるので、ドハティ増幅器の温度変化などによって生じる諸特性の劣化を防ぐことができる。その結果、電力の高効率化と良好な歪補償を実現することが可能となり、高品質なクロスキャンセレーション方式の基地局歪補償電力増幅装置等を提供することができる。
次に、本発明のドハティ増幅器の具体的な実施の形態の幾つかについて詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態で用いる図面において、同一の構成要素は同一の符号を付し、かつ重複する説明は可能な限り省略する。なお、以下の説明では、クロスキャンセレーション方式とドハティ増幅器とを組み合わせた基地局歪補償電力増幅装置、及び高出力なドハティ増幅器が必要な場合に複数のドハティ増幅回路を並列合成した電力増幅装置を想定した、複数のドハティ増幅回路の並列合成における実施の形態について述べることにする。
〈実施の形態１〉
図７は、本発明の各実施の形態に適用される二組のドハティ増幅回路を並列合成した回路図である。図７に示すように、二組のドハティ増幅器は、第１のドハティ増幅器１０１と第２のドハティ増幅器１０２が、入力側の分配器１０３及び出力側の合成器１０４によって並列に接続された構成となっている。第１のドハティ増幅器１０１は、常時動作するキャリア増幅素子Ｃ１０１及び第１のλ/４位相器ＲＣ１０１と、ピーク電力が高いときのみ動作するピーク増幅素子Ｐ１０１及び第２のλ/４位相器ＲＰ１０１との並列回路によって構成されている。また、第２のドハティ増幅器１０２は、常時動作するキャリア増幅素子Ｃ１０２及び第１のλ/４位相器ＲＣ１０２と、ピーク電力が高いときのみ動作するピーク増幅素子Ｐ１０２及び第２のλ/４位相器ＲＰ１０２との並列回路によって構成されている。なお、このような構成のドハティ増幅器の動作につては周知の技術であるのでその説明は省略する。
図８は、図７に示す二組のドハティ増幅器を放熱器に搭載したときの各素子の配置を示す実施の形態１のドハティ増幅器の構成図である。図８に示すように、キャリア増幅素子用放熱器１０６には、第１のドハティ増幅器１０１のキャリア増幅素子Ｃ１０１と第２のドハティ増幅器１０２のキャリア増幅素子Ｃ１０２が搭載されている。また、ピーク増幅素子用放熱器１０７には、第１のドハティ増幅器１０１のピーク増幅素子Ｐ１０１と第２のドハティ増幅器１０２のピーク増幅素子Ｐ１０２が搭載されている。つまり、キャリア増幅素子用放熱器１０６及びピーク増幅素子用放熱器１０７には、それぞれ同一機能を有する増幅素子が搭載されている。
そして、図７の回路構成で示したように、第１のドハティ増幅器１０１は第１のλ/４位相器ＲＣ１０１と第２のλ/４位相器ＲＰ１０１を図８のように回路接続し、第２のドハティ増幅器１０２は第１のλ/４位相器ＲＣ１０２と第２のλ/４位相器ＲＰ１０２を図８のように回路接続し、さらに、入力側の分配器１０３及び出力側の合成器１０４によって第１のドハティ増幅器１０１と第２のドハティ増幅器１０２とを並列に接続する。
図８のような放熱器上の素子配置の構成において、キャリア増幅素子Ｃ１０１とピーク増幅素子Ｐ１０１で第１のドハティ増幅器１０１を構成し、キャリア増幅素子Ｃ１０２とピーク増幅素子Ｐ１０２で第２のドハティ増幅器１０２を構成する。そして、これら２台（複数台）のドハティ増幅器を近接して構成することによってドハティ増幅器の並列合成を実現する。
これによって、同一機能を有する第１のドハティ増幅器１０１のキャリア増幅素子Ｃ１０１と第２のドハティ増幅器１０２のキャリア増幅素子Ｃ１０２は、同一の放熱器（つまり、キャリア増幅器用放熱器１０６）に搭載されているので、ほぼ同じ温度上昇値に維持することができる。また、他の同一機能を有する第１のドハティ増幅器１０１のピーク増幅素子Ｐ１０１と第２のドハティ増幅器１０２のピーク増幅素子Ｐ１０２は、同一の放熱器（つまり、ピーク増幅素子用放熱器１０７）に搭載されているので、ほぼ同じ温度上昇値に維持することができる。この結果、第１のドハティ増幅器１０１と第２のドハティ増幅器１０２を同じ特性に揃えることができるので、クロスキャンセレーション方式とドハティ増幅器とを組み合わせた基地局歪補償電力増幅装置に適用しても、電力増幅の高効率化と良好な歪特性を実現することができる。
すなわち、一つの放熱器上に複数のキャリア増幅素子を配置し、他の放熱器上に複数のピーク増幅素子を配置するというように、複数のドハティ増幅器のうちで同じ機能を有する増幅素子同士を組み合わせて同一の放熱器に搭載し、回路接続によって複数台のドハティ増幅器を並列に接続することにより、複数のドハティ増幅器の温度特性を揃えることができる。その結果、電力増幅を高効率に維持しながら良好な歪補償を行うことができる。
なお、図８においては自然空冷を想定しているのでファンが備えられていないが、キャリア増幅素子用放熱器１０６の下部及びピーク増幅素子用放熱器１０７の下部にそれぞれファンを備えて強制空冷を行えば、第１のドハティ増幅器１０１のキャリア増幅素子Ｃ１０１及び第２のドハティ増幅器１０２のキャリア増幅素子Ｃ１０２の温度上昇値をさらに均一に揃えることができると共に、第１のドハティ増幅器１０１のピーク増幅素子Ｐ１０１及び第２のドハティ増幅器１０２のピーク増幅素子Ｐ１０２の温度上昇値もさらに均一に揃えることができる。
また、実施の形態１の変形例として、同一ウェハー上で形成されていてパッケージ化された複数の増幅素子、例えば、２つの増幅素子を交互に動作させて増幅を行うプッシュプル型増幅素子を用いたドハティ増幅器の構成にすることもできる。つまり、図８において、一方の信号で動作するトランジスタ増幅器（例えば、Ｃ１０１、Ｃ１０２）をキャリア増幅器用放熱器１０６に搭載し、他方の信号で動作するトランジスタ増幅器（例えば、Ｐ１０１、Ｐ１０２）をピーク増幅素子用放熱器１０７に搭載すれば、同じタイミングで動作する側の複数のトランジスタ増幅器の温度上昇値をほぼ同じ値にすることができるので、温度変化に関わらずプッシュプル増幅器を安定的に動作させることができる。
このように構成することにより、各トランジスタ増幅器（または、各ドハティ増幅器）の温度特性を揃えるだけでなく、各トランジスタ増幅器（各ドハティ増幅器）を構成するデバイスの固有のバラツキや経年変化を揃えることができるので、各トランジスタ増幅器
（各ドハティ増幅器）で合成された出力側の電力損失を防ぐことができる。その結果、複数のドハティ増幅器で構成された電力増幅装置などをメンテナンスフリーで運用することが可能となる。
また、一般的には、複数台のドハティ増幅器を製作する場合には、デバイスに固有なバラツキを補正するために、製作時において、ドハティ増幅器に使用される分配器や合成器を一台ずつ微調整する必要があるが、本実施の形態による増幅素子の組み合わせ構成にすることにより、分配器や合成器の調整工数を減らすことが可能となる。
さらに、実施の形態１の他の変形例として、出力容量の異なるプッシュプル型増幅素子を組み合わせて用いる場合は、同一電力のプッシュプル型増幅素子同士を同一の放熱器に搭載することもできる。例えば、図８において、１０ｗ型のプッシュプル型増幅素子（例えば、Ｃ１０１、Ｃ１０２）をキャリア増幅器用放熱器１０６に搭載し、２０ｗ型のプッシュプル型増幅素子（例えば、Ｐ１０１、Ｐ１０２）をピーク増幅素子用放熱器１０７に搭載すれば、同じ電力容量で動作する複数のプッシュプル型増幅素子の温度上昇値をほぼ同じ値にすることができるので、温度変化に関わらずプッシュプル増幅器を安定的に動作させることができる。
また、このようにして出力容量の異なるプッシュプル型増幅素子を用いて回路を構成する場合、同一の電力容量のプッシュプル型増幅素子を同一の放熱器に構成することにより、独立した出力容量の異なる増幅素子を用いてプッシュプル増幅回路を構成する場合よりもコストを削減することができる。
〈実施の形態２〉
実施の形態２では多層基板に複数（二組）のドハティ増幅器を配置して並列合成する場合について説明する。図９は、図７に示す二組のドハティ増幅器を多層基板に搭載したときの各素子の配置を示す実施の形態２のドハティ増幅器の構成図である。
図９において、左図の第１の基板１１１には、第１のドハティ増幅器１０１のキャリア増幅素子Ｃ１０１とピーク増幅素子Ｐ１０１が第１のλ/４位相器及び第２のλ/４位相器と共にパターニングされているが、キャリア増幅素子Ｃ１０１側のパターンとピーク増幅素子Ｐ１０１側のパターンは、第１の基板１１１の図の上方側に偏ってやや隔てた配置でパターニングされている。
また、中図の第２の基板１１２には、第２のドハティ増幅器１０２のキャリア増幅素子Ｃ１０２とピーク増幅素子Ｐ１０２が第１のλ/４位相器及び第２のλ/４位相器と共にパターニングされているが、キャリア増幅素子Ｃ１０２側のパターンとピーク増幅素子Ｐ１０２側のパターンは、第２の基板１１２の図の下方側に偏ってやや隔てた配置でパターニングされている。つまり、第２のドハティ増幅器１０２のキャリア増幅素子Ｃ１０２及びピーク増幅素子Ｐ１０２は、第１の基板１１１と第２の基板１１２を重ねたときに、第１のドハティ増幅器１０１のキャリア増幅素子Ｃ１０１及びピーク増幅素子Ｐ１０１と上下の位置で重ならないようにずらしてパターニングされている。
このような第１の基板１１１と第２の基板１１２のパターニングにより、第１の基板１１１と第２の基板１１２を重ねて多層基板１１３にしたときには、図９の右図に示すように、第１のドハティ増幅器１０１のキャリア増幅素子Ｃ１０１と第２のドハティ増幅器１０２のキャリア増幅素子Ｃ１０２が近接して配置され、かつ、第１のドハティ増幅器１０１のピーク増幅素子Ｐ１０１と第２のドハティ増幅器１０２のピーク増幅素子Ｐ１０２が近接して配置された構成となる。つまり、同一機能を有する増幅素子同士が近接して配置された構成となる。
すなわち、第１の基板１１１と第２の基板１１２にそれぞれパターニングされた二組のドハティ増幅器１０１，１０２を多層基板１１３に積層した場合は、同一の機能を有する増幅素子同士が近接して配置された構成になるので、同一の機能を有する増幅素子をほぼ同じ温度に揃えることができる。これによって、複数のドハティ増幅器で並列構成した基地局歪補償電力増幅装置の電力増幅を高効率に維持しながら良好な歪補償を実現することができる。
〈実施の形態３〉
実施の形態３ではピーク増幅素子が多段接続されたＮ−Ｗａｙドハティ増幅器の構成について説明する。図１０は、実施の形態３に適用されるＮ−Ｗａｙドハティ増幅器の回路図である。図１０に示すように、１個のキャリア増幅素子Ｃ１０１に対してＮ個のピーク増幅素子Ｐ１０１−１〜Ｐ１０１−Ｎが並列に接続されてＮ−Ｗａｙドハティ増幅器を構成している。
図１０のようにピーク増幅素子が多段接続された構成のＮ−Ｗａｙドハティ増幅器は、効率バックオフを大きくとっても効率の低下が少ない増幅器として知られている。すなわち、Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器は、１個のピーク増幅素子の出力最大振幅レベルと飽和電力レベルの差で表わされるバックオフを大きくとることができるので（つまり、１個のピーク増幅素子の出力最大振幅レベルを飽和電力レベルぎりぎりまで大きくすることができるので）、ピーク電力が増加するにしたがってピーク増幅素子の並列接続の個数を増加したときの電力効率を常に最大の状態を維持することが可能となる。
図１１は、Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器を用いて二組のドハティ増幅器を並列合成した実施の形態３のドハティ増幅器の構成図であり、図１１Ａは等価回路、図１１Ｂは効果的な回路の配置を示している。すなわち、図１１は、ピーク増幅素子を２個並列にしたときの２−Ｗａｙドハティ増幅器を二組並列合成した場合のドハティ増幅器の構成を示している。キャリア増幅素子Ｃ１０１と２個のピーク増幅素子Ｐ１０１−１，Ｐ１０１−２が一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器であり、キャリア増幅素子Ｃ１０２と２個のピーク増幅素子Ｐ１０２−１，Ｐ１０２−２がもう一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器である。
図１１Ａの等価回路に示すように、二組の２−Ｗａｙドハティ増幅器において、一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器のキャリア増幅素子Ｃ１０１と他の一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器のキャリア増幅素子Ｃ１０２は、同一機能を有するので第１の放熱器１２１に配置されている。さらに、一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器の１−Ｗａｙ目のピーク増幅素子Ｐ１０１−１と他の一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器の１−Ｗａｙ目のピーク増幅素子Ｐ１０２−１は同一機能を有するので第２の放熱器１２２に配置し、かつ、一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器の２−Ｗａｙ目のピーク増幅素子Ｐ１０１−２と他の一組の２−Ｗａｙドハティ増幅器の２−Ｗａｙ目のピーク増幅素子Ｐ１０２−２も同一機能を有するので第３の放熱器１２３に配置されている。つまり、同一Ｗａｙのピーク増幅素子は同一の放熱器に搭載されている。これによって、実施の形態１で述べた場合と同様に、同一機能を有するキャリア増幅素子同士をほぼ同じ温度にし、他の同一機能を有するピーク増幅素子同士をほぼ同じ温度にすることができる。
しかしながら、図１１Ａのような配置では、常時動作するキャリア増幅素子Ｃ１０１とキャリア増幅素子Ｃ１０２が、冷却風の上流側（図の下方側）にあるピーク増幅素子Ｐ１０１−１、Ｐ１０２−１、Ｐ１０１−２、Ｐ１０２−２からの熱の影響を受けるおそれがある。
そこで、図１１Ｂの効果的な回路の配置図に示すように、常時動作していて多くの熱を
発生させるキャリア増幅素子Ｃ１０１，Ｃ１０２を搭載した放熱器１２１を中心部に配置して、その両側に、ピーク増幅素子Ｐ１０１−１、Ｐ１０２−１を搭載した放熱器１２２と、ピーク増幅素子Ｐ１０１−２、Ｐ１０２−２を搭載した放熱器１２３を配置する。このような配置構成にすることによって、Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器においても各増幅素子の温度特性をさらに正確に揃えることができる。
図１２は、Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器において同じ容量のピーク増幅素子を同一の放熱器にまとめた実施の形態３の変形例のドハティ増幅器の構成図であり、図１２Ａは等価回路、図１２Ｂは効果的な回路の配置を示している。すなわち、図１２Ａの等価回路が図１１Ａの等価回路と異なるところは、同じ容量のピーク増幅素子Ｐ１０１−１、Ｐ１０１−２を同一の放熱器１２２にまとめ、他の同じ容量のピーク増幅素子Ｐ１０２−１、Ｐ１０２−２を同一の放熱器１２３にまとめたところである。このようにすることによって、同じ容量同士のピーク増幅素子は熱の影響を受け難いので各ピーク増幅素子の温度をさらに均一にすることができる。
また、図１２Ｂの効果的な回路の配置図に示すように、常時動作していて多くの熱を発生させるキャリア増幅素子Ｃ１０１，Ｃ１０２を搭載した放熱器１２１を中心部に配置して、その両側に、同じ容量のピーク増幅素子Ｐ１０１−１、Ｐ１０１−２を搭載した放熱器１２２と、他の同じ容量のピーク増幅素子Ｐ１０２−１、Ｐ１０２−２を搭載した放熱器１２３をそれぞれ配置する。このような配置構成にすることによって、Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器において各増幅素子の温度特性をさらに正確に揃えることができる。
また、図１２に示すように、複数台のＮ−Ｗａｙドハティ増幅器において、同じ容量のピーク増幅素子を同じ放熱器上に配置した構成することにより、放熱器における温度分布が単純化されるのでＮ−Ｗａｙドハティ増幅器の回路設計を簡略化することができる。さらに、ドハティ増幅器の歪特性は常時動作しているキャリア増幅素子が支配的となるため、キャリア増幅素子を中心部に配置することによって、各キャリア増幅素子の温度上昇値が均一になるため、基地局歪補償電力増幅装置などに用いればより良好な歪特性を実現することができる。
〈実施の形態４〉
上記の実施の形態３ではピーク増幅素子を２個用いた２−Ｗａｙドハティ増幅器の構成例について説明したが、実際の基地局歪補償電力増幅装置などの回路ではＮ個のピーク増幅素子を用いたＮ−Ｗａｙドハティ増幅器で構成される場合が多い。そのような場合には、必要に応じてピーク増幅素子を数増しできるような構成にすることが望ましい。そこで実施の形態４ではＮ個のピーク増幅素子を接続できるＮ−Ｗａｙドハティ増幅器の構成について説明する。
図１３は、ピーク増幅素子の台数を変更することが可能なＮ−Ｗａｙドハティ増幅器の構成を示す実施の形態４のドハティ増幅器の構成図である。図１３に示す基本構成は図１１Ａの等価回路であり、入力側に５０Ω線路からなる分配器１３１及び分配器１３２が配置され、出力側に５０Ω線路からなる合成器１３３及び合成器１３４が配置されている。
図１３の構成図では、図１１の構成と同様に、キャリア増幅素子Ｃ１０１，Ｃ１０２が第１の放熱器１２１に配置され、１−Ｗａｙ目のピーク増幅素子Ｐ１０１−１，Ｐ１０２−１が第２の放熱器１２２に配置され、かつ、２−Ｗａｙ目のピーク増幅素子Ｐ１０１−２，Ｐ１０２−２が第３の放熱器１２３に配置されている。さらに、ピーク増幅素子をＮ−Ｗａｙまで数増しする場合は、一組の３−Ｗａｙ目のピーク増幅素子の入力側を分配器１３２に接続し、そのピーク増幅素子の出力側を合成器１３３に接続する。さらに、他の一組の３−Ｗａｙ目のピーク増幅素子の入力側を分配器１３１に接続し、そのピーク増幅
素子の出力側を合成器１３４に接続する。
このようにして、二組のドハティ増幅器について、Ｎ−Ｗａｙ目のピーク増幅素子に至るまで、ピーク増幅素子の入力側を分配器１３１，１３２に順次接続すると共にピーク増幅素子の出力側を合成器１３３，１３４に順次接続して行けば、ピーク増幅素子がＮ個並列に構成されたＮ−Ｗａｙドハティ増幅器を構成することができる。
すなわち、実施の形態４においては、複数のピーク増幅素子を接続するための５０Ω線路からなる分配器１３１，１３２及び合成器１３３，１３４をあらかじめ用意し、必要に応じてピーク増幅素子を順次に分配器１３１，１３２と合成器１３３，１３４に接続して行けばよい。このような構成にすることにより、Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器のピーク増幅素子の段数を容易に変更することが可能となる。
本発明によれば、ドハティ増幅器を並列合成した場合に同じ機能を有する増幅素子の温度上昇値をほぼ同じ値にして高効率化と低歪化を実現することができるので、歪補償電力増幅装置や大容量の電力増幅装置などに有効に利用することができる。
クロスキャンセレーション方式とドハティ増幅器を組み合わせた従来の基地局歪補償電力増幅装置の構成を示すブロック図 ドハティ増幅器の基本的な構成を示すブロック図 並列構成の二組のドハティ増幅器を同一の放熱器に搭載した配置例を示す従来技術の概念図 ドハティ増幅器を搭載した放熱器を強制空冷した従来技術の構成図 ドハティ増幅器を搭載した放熱器を強制空冷した従来技術の構成図 ドハティ増幅器を搭載した放熱器を強制空冷した従来技術の構成図 本発明の各実施の形態に適用される二組のドハティ増幅器を並列合成した回路図 図７に示す二組のドハティ増幅器を放熱器に搭載したときの各素子の配置を示す実施の形態１のドハティ増幅器の構成図 図７に示す二組のドハティ増幅器を多層基板に搭載したときの各素子の配置を示す実施の形態２のドハティ増幅器の構成図 実施の形態３に適用されるＮ−Ｗａｙドハティ増幅器の回路図 Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器を用いて二組のドハティ増幅器を並列合成した実施の形態３のドハティ増幅器の構成図における等価回路 Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器を用いて二組のドハティ増幅器を並列合成した実施の形態３のドハティ増幅器の構成図における効果的な回路の配置 Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器において同じ容量のピーク増幅素子を同一の放熱器にまとめた実施の形態３の変形例のドハティ増幅器の構成図における等価回路 Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器において同じ容量のピーク増幅素子を同一の放熱器にまとめた実施の形態３の変形例のドハティ増幅器の構成図における効果的な回路の配置 ピーク増幅素子の台数を変更することが可能なＮ−Ｗａｙドハティ増幅器の構成を示す実施の形態４のドハティ増幅器の構成図

Claims (8)

  1. 複数のドハティ増幅回路が並列に接続されたドハティ増幅器であって、
    同一機能を有する複数の増幅素子が同一の放熱器に搭載されるドハティ増幅器。
  2. 同一機能を有する複数の増幅素子は複数のキャリア増幅素子であり、別な同一機能を有する複数の増幅素子は複数のピーク増幅素子であり、
    前記複数のキャリア増幅素子は第１の放熱器に搭載され、前記複数のピーク増幅素子は第２の放熱器に搭載される請求項１に記載のドハティ増幅器。
  3. 前記ピーク増幅素子がＮ個並列に接続されたＮ−Ｗａｙドハティ増幅器であるとき、同一のＷａｙにあるピーク増幅素子は同一の放熱器に搭載される請求項２に記載のドハティ増幅器。
  4. 前記ピーク増幅素子がＮ個並列に接続されたＮ−Ｗａｙドハティ増幅器であるとき、同一容量のピーク増幅素子は同一の放熱器に搭載される請求項２に記載のドハティ増幅器。
  5. 前記ピーク増幅素子を搭載した第２の放熱器が複数個あるとき、前記複数のキャリア増幅素子を搭載した第１の放熱器を中心に配置し、その両側に前記複数の第２の放熱器を配置する請求項３に記載のドハティ増幅器。
  6. 前記Ｎ−Ｗａｙドハティ増幅器の入力側及び出力側に、前記ピーク増幅素子の接続個数を自在に増減できる分配器及び合成器を備える請求項３に記載のドハティ増幅器。
  7. 複数のドハティ増幅回路が並列に接続されたドハティ増幅器であって、
    第１の基板に第１のドハティ増幅回路をパターニングし、第２の基板に第２のドハティ増幅回路をパターニングして、前記第１の基板と前記第２の基板を積層して多層基板を構成したとき、同一機能を有する複数の増幅素子が近接して配置されるドハティ増幅器。
  8. 同一機能を有する複数の増幅素子は複数のキャリア増幅素子であり、別な同一機能を有する複数の増幅素子は複数のピーク増幅素子であり、
    前記複数のキャリア増幅素子が近接して配置されると共に、前記複数のピーク増幅素子が近接して配置される請求項７に記載のドハティ増幅器。
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