JP2012244251A - 増幅器、送信装置および増幅器制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用環境の変動により発生する電力効率の劣化を抑制すること。
【解決手段】増幅器は、エンベロープ検出部と、比較部と、選択部と、電圧制御部と、電流測定部と、基準電圧制御部とを備える。エンベロープ検出部は、送信信号のエンベロープを検出する。比較部は、エンベロープの電圧と基準電圧とを比較する。選択部は、比較部による比較結果に基づいて、動作電力が異なる複数の増幅素子から送信信号を増幅する増幅素子を選択する。電圧制御部は、選択部により選択された増幅素子における送信信号の増幅に用いる電圧をエンベロープに基づいて制御する。電流測定部は、電圧制御部により制御される電圧を供給する電源の電流を測定する。基準電圧制御部は、電流測定部により測定される電流が減少するように基準電圧を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、増幅器、送信装置および増幅器制御方法に関する。

携帯端末機器や無線中継装置等の送信装置で使用される増幅器の電力利用効率を改善する技術の一つとして、エンベロープトラッキング法（ＥＴ：Envelope Tracking）が知られている。エンベロープトラッキング法は、送信信号の包絡線（以下「エンベロープ」と言う）の変動に応じてドレイン電圧を制御する技術である。エンベロープトラッキング法は、増幅器を常に飽和に近い状態で動作させることができるため、高効率動作を実現することができる。

ただし、エンベロープトラッキング法では、ドレイン電圧を変化させるため、増幅器の出力インピーダンスと出力負荷のインピーダンスとの不整合が生じ、増幅器の電力効率が低下してしまう。特に、増幅器が低出力側で動作する場合に、増幅器の電力効率が最も低下する。

図８は、エンベロープトラッキング法を採用した一般的な増幅器の電力効率カーブを示す図である。図８の横軸は、出力電力［ｄＢｍ］であり、図８の縦軸は、電力効率［％］である。図８の曲線３０１に示すように、エンベロープトラッキング法を採用した増幅器の電力効率は、ドレイン電圧が低下して出力電力が低下するに連れて、減少する。つまり、増幅器が低出力側で動作する場合に、増幅器の電力効率が最も低下する。

このため、低出力側で動作する場合の電力効率を向上させた増幅器が種々提案されている。例えば、動作電力が異なる２つの増幅素子を並列に接続し、送信信号のエンベロープの電圧に応じて、２つの増幅素子を選択的に動作させる従来の増幅器が提案されている。

すなわち、従来の増幅器は、送信信号のエンベロープを検出する。そして、増幅器は、エンベロープの電圧と所定の基準電圧とを比較する。そして、増幅器は、エンベロープの電圧と所定の基準電圧との比較結果に基づいて、２つの増幅素子から送信信号を増幅する増幅素子を選択する。そして、増幅器は、選択された増幅素子におけるドレイン電圧をエンベロープに基づいて制御する。これにより、エンベロープの電圧が基準電圧以上である場合には、相対的に動作電力が高い増幅素子を動作させ、エンベロープの電圧が基準電圧よりも低い場合には、相対的に動作電力が低い増幅素子を動作させることができる。結果として、低出力側で動作する場合の増幅器の電力効率を向上させることができる。

図９は、送信信号のエンベロープの電圧に応じて２つの増幅素子を選択的に動作させる従来の増幅器の電力効率カーブを示す図である。図９の横軸は、出力電力［ｄＢｍ］であり、図９の縦軸は、電力効率［％］である。図９の破線で示す直線３０１は、エンベロープの電圧が所定の基準電圧となった場合の出力電力を示す。図９の曲線３０２で示すように、エンベロープの電圧が基準電圧以上である場合には、相対的に動作電力が高い増幅素子が動作するため、電力効率が高い状態に維持される。一方、図９の曲線３０３で示すように、エンベロープの電圧が基準電圧よりも低い場合には、相対的に動作電力が低い増幅素子が動作するため、やはり電力効率が高い状態に維持される。

特開２００２−３７４１２８号公報 特開昭６２−２７７８０６号公報 特開２００９−１０４８４号公報

しかしながら、上述した従来技術では、温度の変化や部品精度のばらつき等の使用環境の変動により、電力効率が劣化するという問題がある。

例えば、温度の変化などに起因して、ドレイン電圧を供給する電源から過剰なドレイン電流が出力され、増幅器の効率カーブが移動することがある。上述した従来技術では、増幅器の効率カーブが移動した場合でも、エンベロープの電圧との比較対象となる基準電圧が固定されたままであるため、電力効率が大幅に低下する恐れがある。例えば、図９の曲線３０２で示した増幅素子の電力効率が温度の変化に伴って図９の曲線３０２ａまで移動したとする。そうすると、直線３０１で示す、エンベロープの電圧が所定の基準電圧となった場合の出力電力に対応する電力効率が、矢印３０４で示すように、大幅に低下する。このように、上述した従来技術では、温度の変化や部品精度のばらつきなどの使用環境の変動により、電力効率が低下する恐れがある。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、使用環境の変動により発生する電力効率の劣化を抑制することができる増幅器、送信装置および増幅器制御方法を提供することを目的とする。

本願の開示する増幅器は、エンベロープ検出部と、比較部と、選択部と、電圧制御部と、電流測定部と、基準電圧制御部とを備える。エンベロープ検出部は、送信信号のエンベロープを検出する。比較部は、前記エンベロープの電圧と基準電圧とを比較する。選択部は、前記比較部による比較結果に基づいて、動作電力が異なる複数の増幅素子から前記送信信号を増幅する増幅素子を選択する。電圧制御部は、前記選択部により選択された前記増幅素子における前記送信信号の増幅に用いる電圧を前記エンベロープに基づいて制御する。電流測定部は、前記電圧制御部により制御される前記電圧を供給する電源の電流を測定する。基準電圧制御部は、前記電流測定部により測定される電流が減少するように前記基準電圧を制御する。

本願の開示する増幅器の一つの態様によれば、環境的な要因により発生する電力効率の劣化を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、本実施例に係る送信装置のブロック図である。 図２は、エンベロープの電圧が基準電圧以上である場合のＲＦ信号の経路を示す図である。 図３は、位相調整回路による位相調整を説明するための図である。 図４は、エンベロープの電圧が基準電圧未満である場合のＲＦ信号の経路を示す図である。 図５は、基準電圧制御回路による処理を説明するための図である。 図６は、本実施例に係る送信装置の動作を示すタイミングチャートである。 図７は、本実施例における基準電圧制御回路による基準電圧制御処理の処理手順を示すフローチャートである。 図８は、エンベロープトラッキング法を採用した一般的な増幅器の電力効率カーブを示す図である。 図９は、送信信号のエンベロープの電圧に応じて２つの増幅素子を選択的に動作させる従来の増幅器の電力効率カーブを示す図である。

以下に、本願の開示する増幅器、送信装置および増幅器制御方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本実施例に係る送信装置のブロック図である。図１に示すように、本実施例に係る送信装置は、送信信号生成回路１１、方向性結合器１２、エンベロープ検出回路１３、比較回路１４、遅延調整回路１５、ＲＦＳＷ（Radio Frequency SWitch）１６、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）１７、ＦＥＴ１８を有する。さらに、送信装置は、ゲート電圧制御回路１９、位相調整回路２０、位相調整回路２１、アンテナ２２、ドレイン電圧制御回路２３、ドレイン電流測定回路２４および基準電圧制御回路２５を有する。

送信信号生成回路１１は、送信内容をデータとして含むＲＦ（Radio Frequency）信号を送信信号として生成する。送信信号生成回路１１は、生成したＲＦ信号を方向性結合器１２へ出力する。方向性結合器１２は、送信信号生成回路１１から入力されるＲＦ信号を分岐してエンベロープ検出回路１３および遅延調整回路１５へ出力する。

エンベロープ検出回路１３は、送信信号生成回路１１から入力されるＲＦ信号に対しエンベロープ検波を行うことでＲＦ信号のエンベロープを検出する。エンベロープ検出回路１３で検出されるエンベロープの値は、ある時刻におけるエンベロープの振幅を表している。エンベロープ検出回路１３は、ＲＦ信号のエンベロープを比較回路１４およびドレイン電圧制御回路２３へ出力する。

比較回路１４は、エンベロープ検出回路１３から入力されるエンベロープの電圧と、基準電圧制御回路２５により設定される電圧である基準電圧とを比較し、その比較結果をＲＦＳＷ１６およびゲート電圧制御回路１９へ出力する。具体的には、比較回路１４は、エンベロープの電圧が基準電圧以上である場合には、ＦＥＴ１７を選択する旨の信号を比較結果としてＲＦＳＷ１６およびゲート電圧制御回路１９へ出力する。一方、比較回路１４は、エンベロープの電圧が基準電圧未満である場合には、ＦＥＴ１８を選択する旨の信号を比較結果としてＲＦＳＷ１６およびゲート電圧制御回路１９へ出力する。

ここで、基準電圧の値は、基準電圧制御回路２５により動的に制御された最適値であり、基準電圧制御回路２５により動的に設定される。このため、比較回路１４は、動的に設定された基準電圧の値（以下「基準電圧設定値」とも言う）を用いてエンベロープの電圧と基準電圧とを比較して、ＦＥＴ１７またはＦＥＴ１８を選択する旨の比較結果を適切に出力する。

遅延調整回路１５は、方向性結合器１２から入力されるＲＦ信号を取得する。遅延調整回路１５は、エンベロープ検出回路１３および比較回路１４での処理の時間分だけＲＦ信号を遅延させ、遅延させたＲＦ信号をＲＦＳＷ１６へ出力する。

ＲＦＳＷ１６は、遅延調整回路１５から入力されるＲＦ信号を取得するとともに、比較回路１４から入力される比較結果を取得する。ＲＦＳＷ１６は、比較結果に応じて、ＦＥＴ１７およびＦＥＴ１８からＲＦ信号を増幅する増幅素子を選択する。具体的には、ＲＦＳＷ１６は、ＦＥＴ１７を選択する旨の信号を比較結果として取得した場合には、ＦＥＴ１７に接続される経路にＲＦ信号を送出する旨を指示する信号を内部のスイッチング素子に送ることで、ＦＥＴ１７を選択する。一方、ＲＦＳＷ１６は、ＦＥＴ１８に接続される経路にＲＦ信号を送出する旨を指示する信号を内部のスイッチング素子に送ることで、ＦＥＴ１８を選択する。ＲＦＳＷ１６は、選択部の一例である。

ＦＥＴ１７およびＦＥＴ１８は、動作電力が異なる増幅素子であり、ＲＦＳＷ１６に対して互いに並列に接続されている。本実施例では、ＦＥＴ１７の動作電力がＦＥＴ１８の動作電力よりも大きい。言い換えると、ＦＥＴ１７の効率カーブがピークとなる出力電力が、ＦＥＴ１８の効率カーブがピークとなる出力電力よりも大きい。

ＦＥＴ１７およびＦＥＴ１８は、ＲＦＳＷ１６から入力されるＲＦ信号を取得する。ＦＥＴ１７およびＦＥＴ１８は、ドレイン電圧制御回路２３により制御されるドレイン電圧を用いて、ＲＦ信号を増幅する。ＦＥＴ１７およびＦＥＴ１８は、増幅したＲＦ信号をそれぞれ位相調整回路２０および位相調整回路２１へ出力する。

また、ＦＥＴ１７およびＦＥＴ１８は、ゲート電圧制御回路１９により制御されるゲート電圧を用いて自身の状態を動作および非動作の間で切り替える。

ゲート電圧制御回路１９は、比較回路１４から入力される比較結果を取得する。ゲート電圧制御回路１９は、比較結果に応じたゲート電圧をＦＥＴ１７およびＦＥＴ１８に供給する。具体的には、ゲート電圧制御回路１９は、ＦＥＴ１７を選択する旨の信号を比較結果として取得した場合には、ＲＦＳＷ１６により選択されたＦＥＴ１７を動作させるＩｄｓｐ電圧をゲート電圧としてＦＥＴ１７に供給する。これとともに、ゲート電圧制御回路１９は、ＲＦＳＷ１６により選択されていないＦＥＴ１８を非動作とするピンチオフ電圧をゲート電圧としてＦＥＴ１８に供給する。一方、ゲート電圧制御回路１９は、ＦＥＴ１８を選択する旨の信号を比較結果として取得した場合には、ＲＦＳＷ１６により選択されたＦＥＴ１８を動作させるＩｄｓｐ電圧をゲート電圧としてＦＥＴ１８に供給する。これとともに、ゲート電圧制御回路１９は、ＲＦＳＷ１６により選択されていないＦＥＴ１７を非動作とするピンチオフ電圧をゲート電圧としてＦＥＴ１７に供給する。ゲート電圧制御回路１９は、オンオフ電圧制御部の一例である。また、ゲート電圧は、選択された増幅素子を動作させる電圧、および、選択された増幅素子以外の他の増幅素子を非動作とする電圧の一例である。

位相調整回路２０および位相調整回路２１は、それぞれ、ＦＥＴ１７およびＦＥＴ１８から入力されるＲＦ信号を取得する。位相調整回路２０は、ゲート電圧制御回路１９により非動作とされたＦＥＴ１７の出力インピーダンスが、ゲート電圧制御回路１９により動作されたＦＥＴ１８に対してオープンとなるように、ＦＥＴ１７から取得したＲＦ信号の位相を調整する。位相調整回路２１は、ゲート電圧制御回路１９により非動作とされたＦＥＴ１８の出力インピーダンスが、ゲート電圧制御回路１９により動作されたＦＥＴ１７に対してオープンとなるように、ＦＥＴ１８から取得したＲＦ信号の位相を調整する。位相調整回路２０または位相調整回路２１により位相を調整されたＲＦ信号は、アンテナ２２を介して外部に送出される。

ここで、比較回路１４、ＲＦＳＷ１６、ゲート電圧制御回路１９、位相調整回路２０および位相調整回路２１による処理の具体例を説明する。以下では、エンベロープの電圧が基準電圧以上である場合の処理の具体例と、エンベロープの電圧が基準電圧未満である場合の処理の具体例とをこの順番に説明する。

まず、エンベロープの電圧が基準電圧以上である場合の比較回路１４、ＲＦＳＷ１６、ゲート電圧制御回路１９、位相調整回路２０および位相調整回路２１による処理の具体例を説明する。図２は、エンベロープの電圧が基準電圧以上である場合のＲＦ信号の経路を示す図である。まず、比較回路１４は、エンベロープの電圧が基準電圧以上であるため、ＦＥＴ１７を選択する旨の信号１０１を比較結果としてＲＦＳＷ１６およびゲート電圧制御回路１９へ出力する。そして、ＲＦＳＷ１６は、ＦＥＴ１７を選択する旨の信号１０１を取得すると、ＦＥＴ１７に接続される経路にＲＦ信号を送出する旨を指示する信号を内部のスイッチング素子に送ることで、ＦＥＴ１７を選択する。これにより、ＲＦ信号が太線の矢印１０２で示される経路を通過する。

そして、ゲート電圧制御回路１９は、ＦＥＴ１７を選択する旨の信号１０１を取得すると、ＲＦＳＷ１６により選択されたＦＥＴ１７を動作させるＩｄｓｐ電圧１０３をゲート電圧としてＦＥＴ１７に供給する。これとともに、ゲート電圧制御回路１９は、ＲＦＳＷ１６により選択されていないＦＥＴ１８を非動作とするピンチオフ電圧１０４をゲート電圧としてＦＥＴ１８に供給する。これにより、ＦＥＴ１８が非動作となり、ＦＥＴ１８で消費される電力が削減される。

ここで、ＦＥＴ１８が非動作となると、図３に示すように、ＦＥＴ１８の出力インピーダンスが、スミスチャートの中心点１１１からスミスチャートの外周上の点１１２へ向けて増加する。ただし、点１１２まで増加したＦＥＴ１８の出力インピーダンスは、値が無限大となるオープン点１１３からずれていることがある。そこで、位相調整回路２１は、ＦＥＴ１８の出力インピーダンスがＦＥＴ１７に対してオープンとなるように、ＦＥＴ１８から出力されるＲＦ信号の位相を調整する。図３の例では、位相調整回路２１は、点１１２まで増加したＲＦ信号の位相をオープン点１１３まで回転することにより、ＦＥＴ１８から出力されるＲＦ信号の位相を調整する。これにより、非動作のＦＥＴ１８の出力インピーダンスが動作中のＦＥＴ１７に対してオープンとなるので、ＦＥＴ１７からＦＥＴ１８へＲＦ信号が漏れこむことを回避することができる。なお、図３は、位相調整回路２１による位相調整を説明するための図である。

次いで、エンベロープの電圧が基準電圧未満である場合の比較回路１４、ＲＦＳＷ１６、ゲート電圧制御回路１９、位相調整回路２０および位相調整回路２１による処理の具体例を説明する。図４は、エンベロープの電圧が基準電圧未満である場合のＲＦ信号の経路を示す図である。まず、比較回路１４は、エンベロープの電圧が基準電圧未満であるため、ＦＥＴ１８を選択する旨の信号２０１を比較結果としてＲＦＳＷ１６およびゲート電圧制御回路１９へ出力する。そして、ＲＦＳＷ１６は、ＦＥＴ１８を選択する旨の信号２０１を取得すると、ＦＥＴ１８に接続される経路にＲＦ信号を送出する旨を指示する信号を内部のスイッチング素子に送ることで、ＦＥＴ１８を選択する。これにより、ＲＦ信号が太線の矢印２０２で示される経路を通過する。

そして、ゲート電圧制御回路１９は、ＦＥＴ１８を選択する旨の信号２０１を取得すると、ＲＦＳＷ１６により選択されたＦＥＴ１８を動作させるＩｄｓｐ電圧２０３をゲート電圧としてＦＥＴ１８に供給する。これとともに、ゲート電圧制御回路１９は、ＲＦＳＷ１６により選択されていないＦＥＴ１７を非動作とするピンチオフ電圧２０４をゲート電圧としてＦＥＴ１７に供給する。これにより、ＦＥＴ１７が非動作となり、ＦＥＴ１７で消費される電力が削減される。

ここで、ＦＥＴ１７が非動作となると、ＦＥＴ１７の出力インピーダンスが、スミスチャートの中心点からスミスチャートの外周上の点へ向けて増加する。そこで、位相調整回路２０は、図３で既に説明した位相調整回路２１と同様に、ＦＥＴ１７の出力インピーダンスがＦＥＴ１８に対してオープンとなるように、ＦＥＴ１７から出力されるＲＦ信号の位相を調整する。これにより、非動作のＦＥＴ１７の出力インピーダンスが動作中のＦＥＴ１８に対してオープンとなるので、ＦＥＴ１７からＦＥＴ１８へＲＦ信号が漏れこむことを回避することができる。

図１に戻り、ドレイン電圧制御回路２３は、エンベロープ検出回路１３から入力されるエンベロープを取得する。ドレイン電圧制御回路２３は、電源２３ａから供給される電圧をＦＥＴ１７およびＦＥＴ１８のドレイン電圧として取得する。ドレイン電圧制御回路２３は、ＲＦＳＷ１６により選択されたＦＥＴ１７またはＦＥＴ１８のドレイン電圧をエンベロープに従って制御する。ドレイン電圧制御回路２３は、電圧制御部の一例である。ドレイン電圧は、増幅素子における送信信号の増幅に用いる電圧の一例である。

ドレイン電流測定回路２４は、ドレイン電圧を供給する電源２３ａから出力されるドレイン電流を測定する。ドレイン電流測定回路２４は、電流測定部の一例である。ドレイン電流は、電圧を供給する電源の電流の一例である。

基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流を取得する。基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流が減少するように、比較回路１４に設定する基準電圧を動的に制御する。

ここで、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流は、ＦＥＴ１７およびＦＥＴ１８が通常の使用環境の下で動作している場合には、大幅に変動することはない。ただし、ＦＥＴ１７およびＦＥＴ１８の温度の変化や部品精度のばらつきなどの使用環境の変動が生じた場合には、電源２３ａから過剰なドレイン電流が出力され、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流が大幅に変動する。ドレイン電流が変動すると、効率カーブが移動して電力効率が大幅に低下する恐れがある。そこで、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流が減少するように比較回路１４の基準電圧を制御する。これにより、過剰なドレイン電流の出力を抑えた最適な基準電圧を動的に探索することができるため、使用環境の変動に起因した電力効率の低下を抑えることができる。

ここで、基準電圧制御回路２５による処理の具体例を説明する。図５は、基準電圧制御回路２５による処理を説明するための図である。図５では、本実施例の送信装置の電力効率カーブを示す。図５の横軸は、出力電力［ｄＢｍ］であり、図５の縦軸は、電力効率［％］である。以下では、使用環境の変動として、ＦＥＴ１７の温度の変化が発生する場合について説明する。

曲線２１１は、ＦＥＴ１７の電力効率を示す。曲線２１２は、ＦＥＴ１８の電力効率を示す。破線の直線２１３は、エンベロープの電圧が基準電圧となった場合の出力電力を示す。直線２１３より右側の領域ではエンベロープの電圧が基準電圧以上となるため、ＦＥＴ１７が動作する。直線２１３より左側の領域ではエンベロープの電圧が基準電圧未満となるため、ＦＥＴ１８が動作する。

ＦＥＴ１７の温度が変化した場合には、電源２３ａから過剰なドレイン電流が出力されるため、図５に示すように、曲線２１１で示したＦＥＴ１７の電力効率が破線の曲線２１１ａまで移動する。そうすると、直線２１３で示す、エンベロープの電圧が基準電圧となった場合の出力電力に対応する電力効率が、矢印２１４で示すように、大幅に低下する。

このような状況の下で、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流の変動を検知する。例えば、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流を定期的に検知し、現在検知したドレイン電流が前回検知したドレイン電流と異なる場合に、ドレイン電流の変動を検知する。また、例えば、基準電圧制御回路２５は、前回検知したドレイン電流から１０％以上の変化があった場合に、ドレイン電流の変動を検知する。

ドレイン電流の変動を検知した基準電圧制御回路２５は、現状の基準電圧を基準電圧設定値の初期値として設定する。ここで、現状の基準電圧とは、基準電圧制御回路２５が比較回路１４に対して現在提供している基準電圧のことを言う。

続いて、基準電圧制御回路２５は、基準電圧設定値の初期値に所定値ΔＶを加算し、加算後の基準電圧設定値を比較回路１４に設定する。

続いて、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流が増加したかまたは減少したかを判定する。ここで、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流が減少した場合には、電源２３ａからの過剰なドレイン電流の出力が抑えられ、使用環境の変動に起因した電力効率の低下が抑えられたことを意味する。一方、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流が増加した場合には、電源２３ａからの過剰なドレイン電流の出力が発生し、使用環境の変動に起因して電力効率が低下していることを意味する。

そして、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流が減少した場合には、電源２３ａからの過剰なドレイン電流の出力をさらに抑えられる可能性があるため、現在の基準電圧設定値に所定値ΔＶを加算し、加算後の基準電圧設定値を比較回路１４に設定する。

一方、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流が増加した場合には、電源２３ａからの過剰なドレイン電流の出力が発生している可能性があるため、現在の基準電圧設定値から所定値ΔＶを減算し、減算後の基準電圧設定値を比較回路１４に設定する。

続いて、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流が増加したかまたは減少したかを再度判定する。そして、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流が減少した場合には、電源２３ａからの過剰なドレイン電流の出力をさらに抑えられる可能性があるため、現在の基準電圧設定値から所定値ΔＶを減算し、減算後の基準電圧設定値を比較回路１４に設定する。一方、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流が増加した場合には、現在の基準電圧設定値を最適値として決定し、決定した最適値を比較回路１４に設定する。

このようにして、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流が変動した場合に、現状の基準電圧を初期値として基準電圧設定値を段階的に増減しながら、ドレイン電流が最小となる基準電圧値の最適値を探索する。言い換えると、基準電圧制御回路２５は、過剰なドレイン電流の出力を抑えた最適な基準電圧を動的に探索する。基準電圧制御回路２５により最適な基準電圧が動的に探索されると、エンベロープの電圧が基準電圧となった場合の出力電力が、図５に示すように、直線２１３から直線２１３ａに遷移する。このため、使用環境の変動により発生した電力効率の低下を、矢印２１４で示す低下量から矢印２１４ａで示す低下量まで抑えることができる。

次に、図６を参照して本実施例に係る送信装置の動作の流れについて説明する。図６は、本実施例に係る送信装置の動作を示すタイミングチャートである。図６は、波形図５０、波形図６０、波形図７０、波形図８０および波形図９０を含む。

波形図５０は、時間軸上に表されたＲＦ信号の波形を示す。波形図６０は、時間軸上に表された比較回路１４の出力信号の波形を示す。波形図７０は、時間軸上に表されたＲＦＳＷ１６の内部信号の波形を示す。波形図８０は、時間軸上に表されたゲート電圧制御回路１９のＦＥＴ１７に対する供給電圧の波形を示す。波形図９０は、時間軸上に表されたゲート電圧制御回路１９のＦＥＴ１８に対する供給電圧の波形を示す。

波形図５０に示すように、エンベロープ検出回路１３は、ＲＦ信号５１のエンベロープ５２を検出する。そして、比較回路１４は、エンベロープ検出回路１３により検出されたエンベロープ５２の電圧と、基準電圧制御回路２５により制御される基準電圧５３とを比較する。

そして、波形図６０に示すように、比較回路１４は、エンベロープ５２の電圧が基準電圧５３以上である場合には、ＦＥＴ１７を選択する旨のＨｉｇｈ信号６１を比較結果としてＲＦＳＷ１６およびゲート電圧制御回路１９へ出力する。一方、比較回路１４は、エンベロープ５２の電圧が基準電圧５３未満である場合には、ＦＥＴ１７を選択する旨のＬｏｗ信号６２を比較結果としてＲＦＳＷ１６およびゲート電圧制御回路１９へ出力する。

そして、波形図７０に示すように、ＲＦＳＷ１６は、ＦＥＴ１７を選択する旨のＨｉｇｈ信号６１を取得すると、ＦＥＴ１７に接続される経路にＲＦ信号５１を送出する旨を指示する信号７１を内部のスイッチング素子に送ることで、ＦＥＴ１７を選択する。これにより、ＲＦ信号５１がＦＥＴ１７に接続される経路を通過する。一方、ＲＦＳＷ１６は、ＦＥＴ１８を選択する旨のＬｏｗ信号６２を取得すると、ＦＥＴ１８に接続される経路にＲＦ信号５１を送出する旨を指示する信号７２を内部のスイッチング素子に送ることで、ＦＥＴ１８を選択する。これにより、ＲＦ信号５１がＦＥＴ１８に接続される経路を通過する。

そして、波形図８０および波形図９０に示すように、ゲート電圧制御回路１９は、ＦＥＴ１７を選択する旨のＨｉｇｈ信号６１を取得すると、ＲＦＳＷ１６により選択されたＦＥＴ１７を動作させるＩｄｓｑ電圧８１をゲート電圧としてＦＥＴ１７に供給する。これとともに、ゲート電圧制御回路１９は、ＲＦＳＷ１６により選択されていないＦＥＴ１８を非動作とするピンチオフ電圧９１をゲート電圧としてＦＥＴ１８に供給する。

一方、ゲート電圧制御回路１９は、ＦＥＴ１８を選択する旨のＬｏｗ信号６２を取得すると、ＲＦＳＷ１６により選択されたＦＥＴ１８を動作させるＩｄｓｑ電圧９２をゲート電圧としてＦＥＴ１８に供給する。これとともに、ゲート電圧制御回路１９は、ＲＦＳＷ１６により選択されていないＦＥＴ１７を非動作とするピンチオフ電圧８２をゲート電圧としてＦＥＴ１７に供給する。

そして、波形図５０に示すように、ドレイン電圧制御回路２３は、ＲＦＳＷ１６により選択されたＦＥＴ１７またはＦＥＴ１８のドレイン電圧５４をエンベロープ５２に従って制御する。

次に、図７を参照して本実施例における基準電圧制御回路２５による基準電圧制御処理について説明する。図７は、本実施例における基準電圧制御回路２５による基準電圧制御処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図７に示す基準電圧制御処理は、送信装置が図６に示す動作を実行している際に、基準電圧制御回路２５により定期的に実行される。

まず、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流の変動を検知する（ステップＳ１０１）。基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流の変動を検知しない場合には（ステップＳ１０１否定）、基準電圧を変更せずそのまま待機する。

一方、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流の変動を検知した場合には（ステップＳ１０１肯定）、現状の基準電圧を基準電圧設定値の初期値として設定する（ステップＳ１０２）。

続いて、基準電圧制御回路２５は、基準電圧設定値の初期値に所定値ΔＶを加算し、加算後の基準電圧設定値を比較回路１４に設定する（ステップＳ１０３）。

続いて、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流が増加したかまたは減少したかを判定する（ステップＳ１０４）。基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流が減少した場合には（ステップＳ１０５肯定）、現在の基準電圧設定値に所定値ΔＶを加算し、加算後の基準電圧設定値を比較回路１４に設定する（ステップＳ１０３）。

一方、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流が増加した場合には（ステップＳ１０５否定）、現在の基準電圧設定値から所定値ΔＶを減算し、減算後の基準電圧設定値を比較回路１４に設定する（ステップＳ１０６）。

続いて、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流測定回路２４により測定されるドレイン電流が増加したかまたは減少したかを再度判定する（ステップＳ１０７）。基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流が減少した場合には（ステップＳ１０８肯定）、現在の基準電圧設定値から所定値ΔＶを減算し、減算後の基準電圧設定値を比較回路１４に設定する（ステップＳ１０６）。

一方、基準電圧制御回路２５は、ドレイン電流が増加した場合には（ステップＳ１０８否定）、現在の基準電圧設定値を最適値として決定し、決定した最適値を比較回路１４に設定して処理を終了する。

上述してきたように、本実施例に係る送信装置は、エンベロープの電圧と基準電圧との比較結果に応じて２つのＦＥＴを選択的に動作させる際に、選択されたＦＥＴのドレイン電流を測定し、ドレイン電流が減少するように基準電圧を動的に探索する。このため、本実施例に係る送信装置は、ＦＥＴにおける温度の変化や部品精度のばらつきなどの使用環境の変動により発生する過剰なドレイン電流の出力を抑えた最適な基準電圧を探索することができる。結果として、本実施例に係る送信装置は、使用環境の変動により発生する電力効率の劣化を抑制することができる。

また、本実施例に係る送信装置は、基準電圧の制御において、現状の基準電圧を基準電圧設定値の初期値として設定するとともに、基準電圧値を段階的に増減しながら、ドレイン電流が最小となる最適な基準電圧値を探索する。このため、本実施例に係る送信装置は、設計時などに設定された値に基づいて基準電圧値を動的に探索する手法と異なり、現状の基準電圧に基づいて最適な基準電圧値を動的に探索することができる。結果として、本実施例に係る送信装置は、使用環境の変動に対してより緻密に追従することができるので、使用環境の変動により発生する電力効率の劣化を高速に抑制することができる。

また、本実施例に係る送信装置は、ＲＦＳＷ１６により選択されたＦＥＴ以外の他のＦＥＴを非動作とするピンチオフ電圧をゲート電圧として他のＦＥＴに供給する。このため、本実施例に係る送信装置は、信号の増幅に利用されていない他のＦＥＴを非動作とすることができ、他のＦＥＴで消費される電力を削減することができる。

また、本実施例に係る送信装置は、非動作のＦＥＴの出力インピーダンスが動作中のＦＥＴに対してオープンとなるように、非動作のＦＥＴから出力される送信信号の位相を調整する。このため、本実施例に係る送信装置は、非動作のＦＥＴから動作中のＦＥＴへ信号が漏れこむことを回避することができる。

１１ 送信信号生成回路
１２ 方向性結合器
１３ エンベロープ検出回路（エンベロープ検出部）
１４ 比較回路（比較部）
１５ 遅延調整回路
１６ ＲＦＳＷ（選択部）
１７、１８ ＦＥＴ（増幅素子）
１９ ゲート電圧制御回路（オンオフ電圧制御部）
２０、２１ 位相調整回路
２２ アンテナ
２３ ドレイン電圧制御回路（電圧制御部）
２３ａ 電源
２４ ドレイン電流測定回路（電流測定部）
２５ 基準電圧制御回路（基準電圧制御部）

Claims (6)

1. 送信信号のエンベロープを検出するエンベロープ検出部と、
   前記エンベロープの電圧と基準電圧とを比較する比較部と、
   前記比較部による比較結果に基づいて、動作電力が異なる複数の増幅素子から前記送信信号を増幅する増幅素子を選択する選択部と、
   前記選択部により選択された前記増幅素子における前記送信信号の増幅に用いる電圧を前記エンベロープに基づいて制御する電圧制御部と、
   前記電圧制御部により制御される前記電圧を供給する電源の電流を測定する電流測定部と、
   前記電流測定部により測定される電流が減少するように前記基準電圧を制御する基準電圧制御部と
   を備えたことを特徴とする増幅器。
2. 前記基準電圧制御部は、
   前記電流測定部により測定される電流が変動した場合に、現状の基準電圧を初期値として設定するとともに、該基準電圧を段階的に増減しながら、前記電流が最小となる最適の基準電圧を探索することにより、基準電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の増幅器。
3. 前記比較部による比較結果に基づいて、前記複数の増幅素子のうち前記選択部により選択された増幅素子を動作させる電圧を該増幅素子に供給するとともに、前記選択部により選択された増幅素子以外の他の増幅素子を非動作とする電圧を該他の増幅素子に供給するオンオフ電圧制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の増幅器。
4. 前記オンオフ電圧制御部により非動作とされた増幅素子の出力インピーダンスが、前記オンオフ電圧制御部により動作された増幅素子に対してオープンとなるように、非動作とされた前記増幅素子から出力される送信信号の位相を調整する位相調整部をさらに備えたことを特徴する請求項３に記載の増幅器。
5. 送信信号を生成する送信信号生成部と、
   前記送信信号のエンベロープを検出するエンベロープ検出部と、
   前記エンベロープの電圧と基準電圧とを比較する比較部と、
   前記比較部による比較結果に応じて、動作電力が異なる複数の増幅素子から前記送信信号を増幅する増幅素子を選択する選択部と、
   前記選択部により選択された前記増幅素子における前記送信信号の増幅に用いる電圧を前記エンベロープに基づいて制御する電圧制御部と、
   前記電圧制御部により制御される前記電圧を供給する電源の電流を測定する電流測定部と、
   前記電流測定部により測定される電流が減少するように前記基準電圧を制御する基準電圧制御部と
   を備えたことを特徴とする送信装置。
6. 増幅器により実行される増幅器制御方法であって、
   送信信号のエンベロープを検出し、
   前記エンベロープの電圧と基準電圧とを比較し、
   比較結果に基づいて、動作電力が異なる複数の増幅素子から前記送信信号を増幅する増幅素子を選択し、
   選択された前記増幅素子における前記送信信号の増幅に用いる電圧を前記エンベロープに基づいて制御し、
   制御される前記電圧を供給する電源の電流を測定し、
   測定される電流が減少するように前記基準電圧を制御する
   ことを含むことを特徴とする増幅器制御方法。

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