JPWO2008136080A1 - 増幅装置及びドハティ増幅回路の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ドハティ増幅回路(以下、単に「ドハティ回路」ともいう)は、例えば図13に示すように、メインアンプ(キャリアアンプとも呼ばれる)101及びピークアンプ102と呼ばれる2つの増幅器(アンプ)と、1/4波長(λ/4)線路103,104とを用いて構成される高効率回路である。
E級増幅回路(以下、単に「E級回路」ともいう)は、トランジスタをスイッチング素子として動作させる高効率回路である。E級回路の先行技術としては、例えば、後記非特許文献1に記載された技術がある。
また、スイッチング素子201の出力側に直列接続された前記LC共振回路によって、回路で発生した高周波電流を除去して、基本波のみを増幅させることができる。
即ち、λ/4線路104の特性インピーダンスをR0(=50オーム)、ドハティ回路の出力負荷をR0/2と仮定すると、入力信号レベルが低い低出力動作時には、メインアンプ(キャリアアンプ)101のみ動作しピークアンプ102が動作しないため、図15に模式的に示すように、ピークアンプ102の出力インピーダンスは、(理想的には)開放状態であり、メインアンプ101の出力インピーダンスは、λ/4線路104の特性インピーダンスがR0であるため、出力負荷R0/2がインピーダンス変換されて2R0=100オームに見える。
また、E級増幅器を適用したドハティ回路において、任意の出力インピーダンスで最良の増幅効率を得られるようにすることも目的の一つである。
(1)本発明の増幅装置は、E級動作条件を満足する回路定数が設定された増幅器と、前記増幅器の出力電力を検出する電力検出手段と、前記電力検出手段で検出された出力電力に応じて前記回路定数を制御する制御手段とをそなえたことを要旨としている。
(1)E級動作条件を満足するよう回路定数が設定された増幅器(E級増幅器)の出力電力を検出し、その検出結果に応じて増幅器の回路定数(例えば、キャパシタの容量値)を制御(最適化)することができるので、任意の出力電力において増幅効率を最良にすることが可能となる。
(2)入力信号レベルに応じて第1のE級増幅器の出力インピーダンスが変動しても、その変動に応じてドハティ回路の増幅効率が最良となるようにE級増幅器の回路定数を制御することができるので、任意の入力信号レベルにおいてドハティ回路の増幅効率の劣化を抑制することが可能となる。
13,14 1/4波長(λ/4)線路
15 分配器
16 合成器(合成手段)
17,17a,17A,17B 方向性結合器(カプラ)
18,18A,18B 電力検出回路
19,19A,19B 制御回路(制御手段)
20 E級増幅器
21 スイッチング素子
22 入力インダクタ
23 出力インダクタ
24,24a,24b 可変容量キャパシタ
25 キャパシタ(シャントキャパシタ)
30 負荷抵抗
図1は本発明の原理を説明すべく増幅装置(E級増幅器)の構成を示すブロック図で、この図1に示す増幅装置(以下、増幅回路ともいう)は、E級増幅器20の基本構成として、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ(FET)などのスイッチング素子21と、当該スイッチング素子21に並列接続された入力インダクタ22と、スイッチング素子21に直列接続された出力インダクタ23(インピーダンス値Ls+ΔL)及び当該出力インダクタ23に並列接続された可変容量キャパシタ24(可変容量値Cv)からなるLC共振回路と、スイッチング素子21に並列接続されたキャパシタ(シャントキャパシタ)25(容量値Cp)とをそなえて構成されている。なお、前記LC共振回路は、出力インダクタとキャパシタとが直列接続された構成の場合もある。
図3は上述したE級回路を適用したドハティ回路の構成を示すブロック図で、この図3に示すドハティ回路は、入力信号源10からの入力信号を2つの同じ信号に分配する分配器15と、当該分配器15の一方の出力信号を増幅するキャリアアンプ11と、当該キャリアアンプの出力信号の位相をπ/4だけずらして(遅らせて)出力する1/4波長(λ/4)線路14と、前記分配器15の他方の出力信号の位相をπ/4だけずらして(遅らせて)出力する1/4波長(λ/4)線路13と、当該λ/4線路13を通過した信号を増幅するピークアンプ12と、前記λ/4線路14を通過したキャリアアンプ11の出力信号とピークアンプ12の出力信号とを合成する合成器16と、当該合成器16の出力側に設けられた負荷抵抗(出力負荷)30と、合成器16と負荷抵抗30との間に設けられた方向性結合器(カプラ)17と、当該カプラ17の出力を入力とする電力検出回路18と、当該電力検出回路18の出力を入力とする制御回路19とをそなえて構成され、各アンプ11,12には、図1に示すE級増幅器20の基本回路構成がそれぞれ適用されている。
即ち、入力信号源10からの入力信号レベルが所定値未満の低出力動作時(つまり、前記の検出電力が電力閾値未満である時)には、キャリアアンプ11のみ動作しピークアンプ12が動作しないため、ドハティ出力(合成器16の出力)は例えば図4に符号50で示すようにキャリアアンプ11単体の増幅特性60と略同じ軌跡を描く。
上述した第1実施形態においては、カプラ17を合成器16の出力側に設けて、ドハティ出力電力に基づいて可変容量キャパシタ24aの容量値Cvを制御する構成であるが、図6に示すように、カプラ17をキャリアアンプ11の出力側(λ/4線路14の入力側)に設けて、キャリアアンプ11の出力電力を電力検出回路18にて検出し、その検出結果に応じてキャリアアンプ11の可変容量キャパシタ24aの容量値Cvを制御回路19によって制御する構成としても、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
図8はE級回路を適用したドハティ回路の第3実施形態を示すブロック図で、この図8に示すドハティ回路は、図1に示した回路構成に比して、ピークアンプ12のキャパシタ24も可変容量キャパシタ24bとして構成されるとともに、これらの可変容量キャパシタ24a,24b別に制御回路19A,19Bが設けられている点が異なる。
上述した第3実施形態についても、第2実施形態と同様に、例えば図9に示すように、図8に示すカプラ17をキャリアアンプ11の出力側(λ/4線路14の入力側)に設けて、キャリアアンプ11の出力電力を電力検出回路18にて検出し、その検出結果に応じて各アンプ11,12の可変容量キャパシタ24a,24bの容量値を個別の制御回路19A,19Bによって個々に制御する構成としても、第3実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
図10はE級回路を適用したドハティ回路の第5実施形態を示すブロック図で、この図10に示すドハティ回路は、図9に示した回路構成において、制御回路19A,19Bに加えて、カプラ17及び電力検出回路18についても、それぞれ、カプラ17A,17B及び電力検出回路18A,18Bとしてキャリアアンプ11及びピークアンプ12別に設けた構成、つまり、各アンプ11及び12に対して独立した制御系を設けた構成に相当する。
図12はE級回路を適用したドハティ回路の第5実施形態を示すブロック図で、この図12に示すドハティ回路は、図6に示した回路構成に比して、カプラ17に代えて通過位相がλ/4である(入力信号の位相をλ/4だけずらす(遅延させる)特性をもつ)カプラ17aが設けられるとともに、キャリアアンプ11の出力側のλ/4線路14が削除されている点が異なる。
(1)本発明に関連する技術の増幅装置は、E級動作条件を満足する回路定数が設定された増幅器と、前記増幅器の出力電力を検出する電力検出手段と、前記電力検出手段で検出された出力電力に応じて前記回路定数を制御する制御手段とをそなえたことを要旨としている。
(13)さらに、本発明のドハティ増幅回路の制御方法は、E級動作条件を満足する第1の回路定数が設定された第1の増幅器と、E級動作条件を満足する第2の回路定数が設定され、前記第1の増幅器への入力信号の電力が所定の電力以上のときに動作して当該入力信号を増幅する第2の増幅器と、をそなえたドハティ増幅回路の制御方法であって、前記の第1及び第2の増幅器の出力を合成し、前記合成後の出力電力を検出し、前記検出した出力電力に応じて、前記ドハティ増幅回路の増幅効率が低下しないように、少なくとも前記第1の回路定数を制御する。
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
〔8〕付記
(付記1)
E級動作条件を満足する回路定数が設定された増幅器と、
前記増幅器の出力電力を検出する電力検出手段と、
前記電力検出手段で検出された出力電力に応じて前記回路定数を制御する制御手段とをそなえたことを特徴とする、増幅装置。
(付記2)
E級動作条件を満足する第1の回路定数が設定された第1の増幅器と、
E級動作条件を満足する第2の回路定数が設定され、前記第1の増幅器への入力信号の電力が所定の電力以上のときに動作して当該入力信号を増幅する第2の増幅器と、
前記の第1及び第2の増幅器の出力を合成する合成手段と、
前記合成手段の出力電力を検出する電力検出手段と、
前記電力検出手段で検出された出力電力に応じて、少なくとも前記第1の回路定数を制御する制御手段とをそなえたことを特徴とする、増幅装置。
(付記3)
E級動作条件を満足するよう第1の回路定数が設定された第1の増幅器と、
E級動作条件を満足するよう第2の回路定数が設定され、前記第1の増幅器への入力信号の電力が所定の電力以上のときに動作して当該入力信号を増幅する第2の増幅器と、
前記の第1及び第2の増幅器の出力を合成する合成手段と、
前記第1の増幅器の出力電力を検出する電力検出手段と、
前記電力検出で検出された出力電力に応じて、少なくとも前記第1の回路定数を補正する制御手段とをそなえたことを特徴とする、増幅装置。
(付記4)
前記制御手段は、
前記電力検出手段で検出された出力電力に応じて、前記の第1及び第2の回路定数をそれぞれ補正することを特徴とする、付記2又は3に記載の増幅装置。
(付記5)
前記制御手段は、
前記入力信号の電力増加に伴って前記第2の増幅器が動作し始めるときの前記合成手段の出力電力を電力閾値として、前記電力検出手段で検出された出力電力が当該電力閾値以上の範囲で増加するにつれて、前記第1の回路定数を減少する方向に制御することを特徴とする、付記2記載の増幅装置。
(付記6)
前記制御手段は、
前記電力検出手段で検出された出力電力が前記電力閾値未満である場合には、前記第1の回路定数を一定に制御することを特徴とする、付記5記載の増幅装置。
(付記7)
前記制御手段は、
前記入力信号の電力増加に伴って前記第2の増幅器が動作し始めるときの前記第1の増幅器の出力電力を電力閾値として、前記電力検出手段で検出された出力電力が当該電力閾値以上の範囲で増加するにつれて、前記第1の回路定数を減少する方向に制御することを特徴とする、付記3記載の増幅装置。
(付記8)
E級動作条件を満足するよう第1の回路定数が設定された第1の増幅器と、
E級動作条件を満足するよう第2の回路定数が設定され、前記第1の増幅器への入力信号の電力が所定の電力以上のときに動作して当該入力信号を増幅する第2の増幅器と、
前記の第1及び第2の増幅器の出力を合成する合成手段と、
前記第1の増幅器の出力電力を検出する第1の電力検出手段と、
前記第2の増幅器の出力電力を検出する第2の電力検出手段と、
前記第1の電力検出手段で検出された出力電力に応じて、前記第1の回路定数を補正する第1の制御手段と、
前記第2の電力検出手段で検出された出力電力に応じて、前記第2の回路定数を補正する第2の制御手段とをそなえたことを特徴とする、増幅装置。
(付記9)
前記第1の制御手段は、
前記入力信号の電力増加に伴って前記第2の増幅器が動作し始めるときの前記第1の増幅器の出力電力を電力閾値として、前記第1の電力検出手段で検出された出力電力が当該電力閾値以上の範囲で増加するにつれて、前記第1の回路定数を減少する方向に制御することを特徴とする、付記8記載の増幅装置。
(付記10)
前記第2の制御手段は、
前記第2の電力検出手段で検出された出力電力が増加するにつれて、前記第2の回路定数を減少する方向に制御することを特徴とする、付記9記載の増幅装置。
(付記11)
前記電力検出手段は、
前記第1の増幅器の出力信号の一部を分岐する方向性結合器と、
前記方向性結合器からの信号を検波して電力を検出する電力検出回路とをそなえて構成され、
前記方向性結合器は、前記合成手段において前記第1及び第2の増幅器の各出力信号が同相合成されるよう通過位相特性が設定されていることを特徴とする、付記3記載の増幅装置。
(付記12)
前記制御の対象である回路定数は、前記増幅器の構成要素であるキャパシタの容量値であることを特徴とする、付記1〜11のいずれか1項に記載の増幅装置。
Claims (12)
- E級動作条件を満足する回路定数が設定された増幅器と、
前記増幅器の出力電力を検出する電力検出手段と、
前記電力検出手段で検出された出力電力に応じて前記回路定数を制御する制御手段とをそなえたことを特徴とする、増幅装置。 - E級動作条件を満足する第1の回路定数が設定された第1の増幅器と、
E級動作条件を満足する第2の回路定数が設定され、前記第1の増幅器への入力信号の電力が所定の電力以上のときに動作して当該入力信号を増幅する第2の増幅器と、
前記の第1及び第2の増幅器の出力を合成する合成手段と、
前記合成手段の出力電力を検出する電力検出手段と、
前記電力検出手段で検出された出力電力に応じて、少なくとも前記第1の回路定数を制御する制御手段とをそなえたことを特徴とする、増幅装置。 - E級動作条件を満足するよう第1の回路定数が設定された第1の増幅器と、
E級動作条件を満足するよう第2の回路定数が設定され、前記第1の増幅器への入力信号の電力が所定の電力以上のときに動作して当該入力信号を増幅する第2の増幅器と、
前記の第1及び第2の増幅器の出力を合成する合成手段と、
前記第1の増幅器の出力電力を検出する電力検出手段と、
前記電力検出で検出された出力電力に応じて、少なくとも前記第1の回路定数を補正する制御手段とをそなえたことを特徴とする、増幅装置。 - 前記制御手段は、
前記電力検出手段で検出された出力電力に応じて、前記の第1及び第2の回路定数をそれぞれ補正することを特徴とする、請求項2又は3に記載の増幅装置。 - 前記制御手段は、
前記入力信号の電力増加に伴って前記第2の増幅器が動作し始めるときの前記合成手段の出力電力を電力閾値として、前記電力検出手段で検出された出力電力が当該電力閾値以上の範囲で増加するにつれて、前記第1の回路定数を減少する方向に制御することを特徴とする、請求項2記載の増幅装置。 - 前記制御手段は、
前記電力検出手段で検出された出力電力が前記電力閾値未満である場合には、前記第1の回路定数を一定に制御することを特徴とする、請求項5記載の増幅装置。 - 前記制御手段は、
前記入力信号の電力増加に伴って前記第2の増幅器が動作し始めるときの前記第1の増幅器の出力電力を電力閾値として、前記電力検出手段で検出された出力電力が当該電力閾値以上の範囲で増加するにつれて、前記第1の回路定数を減少する方向に制御することを特徴とする、請求項3記載の増幅装置。 - E級動作条件を満足するよう第1の回路定数が設定された第1の増幅器と、
E級動作条件を満足するよう第2の回路定数が設定され、前記第1の増幅器への入力信号の電力が所定の電力以上のときに動作して当該入力信号を増幅する第2の増幅器と、
前記の第1及び第2の増幅器の出力を合成する合成手段と、
前記第1の増幅器の出力電力を検出する第1の電力検出手段と、
前記第2の増幅器の出力電力を検出する第2の電力検出手段と、
前記第1の電力検出手段で検出された出力電力に応じて、前記第1の回路定数を補正する第1の制御手段と、
前記第2の電力検出手段で検出された出力電力に応じて、前記第2の回路定数を補正する第2の制御手段とをそなえたことを特徴とする、増幅装置。 - 前記第1の制御手段は、
前記入力信号の電力増加に伴って前記第2の増幅器が動作し始めるときの前記第1の増幅器の出力電力を電力閾値として、前記第1の電力検出手段で検出された出力電力が当該電力閾値以上の範囲で増加するにつれて、前記第1の回路定数を減少する方向に制御することを特徴とする、請求項8記載の増幅装置。 - 前記第2の制御手段は、
前記第2の電力検出手段で検出された出力電力が増加するにつれて、前記第2の回路定数を減少する方向に制御することを特徴とする、請求項9記載の増幅装置。 - 前記電力検出手段は、
前記第1の増幅器の出力信号の一部を分岐する方向性結合器と、
前記方向性結合器からの信号を検波して電力を検出する電力検出回路とをそなえて構成され、
前記方向性結合器は、前記合成手段において前記第1及び第2の増幅器の各出力信号が同相合成されるよう通過位相特性が設定されていることを特徴とする、請求項3記載の増幅装置。 - 前記制御の対象である回路定数は、前記増幅器の構成要素であるキャパシタの容量値であることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の増幅装置。
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