JP5545189B2 - 増幅器及び通信装置 - Google Patents
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Description
線形性を保ちつつ高い効率で動作する増幅器として、従来、入力端と出力端の間にキャリア増幅器を有する第1の経路とピーク増幅器を有する第2の経路を並列接続し、キャリア増幅器と出力端の間に入力信号の1/4波長の奇数倍の電気長を有するインピーダンス変換線路を設け、入力端とピーク増幅器の間にはインピーダンス変換線路により生じた位相差を相殺する位相補償回路を設けたドハティ増幅器がある(例えば、特許文献1参照)。
本発明を実施するための実施の形態1におけるドハティ増幅器5を図1ないし図8を用いて説明する。図1はドハティ増幅器5を用いた通信装置1の構成を示す図である。図1において、通信装置1は信号が入力される入力インタフェース2と、入力された信号をデジタル処理するデジタル回路3すなわちデジタル処理部と、デジタル処理された信号の周波数変換を行う周波数コンバータ4と、周波数変換された信号の強度を増幅するドハティ増幅器5と、増幅された信号のノイズ成分を除去するアイソレーター6及びローパスフィルタ7(以下、LPF7と称する)すなわちフィルタ部と、ノイズ除去された信号を出力するアンテナ8とで構成されている。
このように、キャリア増幅器12とピーク増幅器13をキャリア増幅器12の出力部124とピーク増幅器13の出力部134が対向するように同一直線上に配置することにより製作が容易になり、トランジスタ120及びトランジスタ130を伝送する信号の出力方向ベクトルとヒートシンク23のフィンの長手方向が平行になるようヒートシンク23を配置することにより、ひとつのヒートシンク23でもってキャリア増幅器12とピーク増幅器13を効率的に冷却することもできる。
なお、導体線路16及び導体線路17は必ずしも必要ではなく、キャリア増幅器12とピーク増幅器13を所望の位置に配置するために設けるものである。
通信装置1の入力インタフェース2に信号が入力されると、デジタル回路3によりデジタル信号処理が行われる。デジタル処理された信号の周波数は数MHz〜数百MHz程度であり、周波数コンバータ4により14〜14.5GHz程度の高周波信号に変換される。周波数変換された信号はドハティ増幅器5により増幅され、アイソレーター6及びLPF7によりノイズ除去された後にアンテナ8から通信装置外部へ出力される。
なお、一般には数百MHz以上の信号を高周波信号というが、ここでは4GHz程度以上の信号を意図している。
入力端子10から振幅の小さな信号が入力されると(以下、「小信号時」と称する)、A級ないしB級にバイアスするキャリア増幅器12により増幅され、導体線路14を伝搬して出力端子10から出力される。このとき、C級にバイアスされるピーク増幅器13は動作しないため、ドハティ増幅器5の駆動電力はキャリア増幅器12の分だけでよく高効率動作が可能となる。
なお、振幅の小さな信号とは、ドハティ増幅器の飽和電力に対して6dB低下した出力電力が得られる入力電力以下の信号のことをいう。
なお、振幅の大きな信号とは、ドハティ増幅器の飽和電力に対して、6dB低下した出力電力が得られる入力電力以上の信号のことをいう。
また、キャリア増幅器12内のトランジスタ120を伝送する信号の出力方向ベクトルとピーク増幅器13内のトランジスタ130を伝送する信号の出力方向ベクトルの角度差が180degとなるようにキャリア増幅器12とピーク増幅器13を配置したことにより、製作が容易になる。さらに、これらの出力方向ベクトルとヒートシンク23のフィンの長手方向が平行になるようヒートシンク23を配置することにより、ひとつのヒートシンクでキャリア増幅器12とピーク増幅器13の双方を効率的に冷却することもできる。
また、上記ドハティ増幅器5を備えた通信装置は、14〜14.5GHz程度の高周波信号を増幅する場合であっても、高効率動作が可能である。
実施の形態1では、キャリア増幅器12の出力部124とピーク増幅器13の出力部134を対向配置させたドハティ増幅器、及びこのドハティ増幅器を用いた通信装置について説明した。実施の形態2では、キャリア増幅器12及びピーク増幅器13を多段構造とし、最も入力端子に近いキャリア増幅器の入力部とピーク増幅器の入力部を対向配置させる。
なお、ピーク増幅器21と導体線路15は図9のように配置することにより、これらを入れ替えた配置よりも線路損失による影響が小さくなり、後段のピーク増幅器13に入力する信号の振幅を大きく保つことが出来る。
なお、本実施の形態に係るドハティ増幅器5cも通信装置に用いることができるのは言うまでもない。また、ドハティ増幅器の代わりにA級ないしB級動作する増幅器やインバーテッド・ドハティ増幅器において上記構成とした場合も同様の効果が得られる。
また、最も入力端子10に近いキャリア増幅器20の入力部203とピーク増幅器21の入力部213が対向するようにキャリア増幅器20とピーク増幅器21を配置することにより、キャリア増幅器20の入力部203とピーク増幅器21の入力部213の間の線路長も略4分の1波長の電気長あるいは略4分の3波長とすることができ、入力側の線路損失も抑制できる。
また、キャリア増幅器20内のトランジスタ200とピーク増幅器21内のトランジスタ210を伝送する信号の入力方向ベクトルの角度差が180degとなるように配置したことにより製作が容易になる。
また、これらの入力方向ベクトルとヒートシンク23のフィンの長手方向が平行になるようにヒートシンク23を配置したことにより、ひとつのヒートシンク23でもってキャリア増幅器20とピーク増幅器21を効率よく冷却できる。さらに、最も出力端子11に近いキャリア増幅器12内のトランジスタ120と最も出力端子11に近いピーク増幅器13内のトランジスタ130を伝送する信号の出力方向ベクトルを上記入力方向ベクトルと0deg又は180degとなるように配置したことにより、ひとつのヒートシンク23でもってキャリア増幅器12、20及びピーク増幅器13、21を効率的に冷却できる。
また、最も入力端子10に近いキャリア増幅器20の入力部203とピーク増幅器21の入力部213を対向させ、最も出力端子11に近いキャリア増幅器12の出力部124とピーク増幅器13の出力部134を対向させたことにより、キャリア増幅器とピーク増幅器を平行に配置した場合に比べて並列回路の全長を短くすることができ、小型のドハティ増幅器5cが得られる。
2 入力インタフェース
3 デジタル回路
4 周波数コンバータ
5、5a〜5c ドハティ増幅器
6 アイソレーター
7 ローパスフィルタ(LPF)
8 アンテナ
10 入力端子
11 出力端子
12、20 キャリア増幅器
13、21 ピーク増幅器
14〜19 導体線路
Claims (6)
- 信号を入力する入力端と、
前記信号を出力する出力端と、
第1のトランジスタおよび第1の出力部を有し前記入力端と前記出力端の間に接続された第1のキャリア増幅器と、
前記信号の略4分の1波長又は前記信号の略4分の3波長の電気長を有し一端が前記第1のキャリア増幅器の前記第1の出力部に直列接続された第1の線路と、
前記第1の線路による位相差に相当する電気長を有し前記入力端と前記出力端の間に前記第1のキャリア増幅器と並列に接続された第2の線路と、
第2のトランジスタおよび第2の出力部を有し前記第2の線路と前記出力端との間に直列接続され、前記第2の出力部に前記第1の線路の他端が接続された第1のピーク増幅器と、を備え、
前記第1のキャリア増幅器及び前記第1のピーク増幅器は、前記第1の出力部と前記第2の出力部が対向するよう配置され、
前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタは、伝送する前記信号の出力方向ベクトルの角度差が180degとなるように配置されたことを特徴とする増幅器。 - 信号を入力する入力端と、
前記信号を出力する出力端と、
第1のトランジスタおよび第1の出力部を有し前記入力端と前記出力端の間に接続された第1のピーク増幅器と、
前記信号の略4分の1波長又は前記信号の略4分の3波長の電気長を有し一端が前記第1のピーク増幅器の前記第1の出力部に直列接続された第1の線路と、
前記第1の線路による位相差に相当する電気長を有し前記入力端に前記第1のピーク増幅器と並列接続された第2の線路と、
第2のトランジスタおよび第2の出力部を有し前記第2の線路と前記出力端との間に直列接続され、前記第2の出力部に前記第1の線路の他端が接続された第1のキャリア増幅器と、を備え、
前記第1のピーク増幅器及び前記第1のキャリア増幅器は、前記第1の出力部と前記第2の出力部が対向するよう配置され、
前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタは、伝送する前記信号の出力方向ベクトルの角度差が180degとなるように配置されたことを特徴とする増幅器。 - 第3のトランジスタおよび第1の入力部を有し、前記入力端と前記第1のキャリア増幅器の間に直列接続された第2のキャリア増幅器と、
第4のトランジスタおよび第2の入力部を有し、前記入力端と前記第1のピーク増幅器の間に直列接続された第2のピーク増幅器と、を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の増幅器。 - 前記第2のキャリア増幅器及び前記第2のピーク増幅器は、前記第1の入力部と前記第2の入力部が対向するよう配置され、
前記第3のトランジスタ及び前記第4のトランジスタは、伝送する信号の入力方向ベクトルの角度差が180degとなるように配置されたことを特徴とする請求項3に記載の増幅器。 - 前記第1及び第2のトランジスタを伝送する信号の出力方向ベクトルと平行に長手方向のフィンを有し、該第1及び第2のトランジスタの下方に設けられたヒートシンクを備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の増幅器。
- 信号をデジタル処理するデジタル処理部と、
前記デジタル処理部により処理された前記信号の周波数を変換するコンバータと、
前記コンバータにより周波数変換された前記信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器により増幅された前記信号のノイズ成分を除去するフィルタ部と、
前記フィルタ部によりノイズ成分を除去された前記信号を出力するアンテナ部と、
を有し、
前記増幅器は、
前記コンバータにより周波数変換された前記信号を入力する入力端と、
前記信号を出力する出力端と、
第1のトランジスタおよび第1の出力部を有し前記入力端と出力端の間に接続された第1の単位増幅器と、
前記信号の略4分の1波長又は前記信号の略4分の3波長の電気長を有し一端が前記第1の単位増幅器の前記第1の出力部に直列接続された第1の線路と、
前記第1の線路による位相差に相当する電気長を有し前記入力端に前記第1の単位増幅器と並列に接続された第2の線路と、
第2のトランジスタおよび第2の出力部を有し前記第2の線路と前記出力端との間に直列接続され、前記第2の出力部に前記第1の線路の他端が接続された第2の単位増幅器と、
を備え、
前記第1の単位増幅器及び前記第2の単位増幅器は、前記第1の出力部と前記第2の出力部が対向するよう配置され、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタは、伝送する前記信号の出力方向ベクトルの角度差が180degとなるように配置されたことを特徴とする通信装置。
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